IEEE1394技術及其在AV設備中的應用

為計算機而開發的高速串行總線IEEE1394的應用範圍正在從計算機向AV視聽設備擴展，有望成為多媒體數字接口。這種能夠以100Mbps、200Mbps和400Mbps的高速率進行聲音·圖像信息實時傳送的技術還可以傳送數字數據以及設備控製指令。本文將概要介紹AV設備采用IEEE1394的原因、背景以及有關的標準化進展情況。
1　IEEE1394接口
　　IEEE1394原為美國Apple電腦公司開發的計算機接口技術。1995年，IEEE製定並頒布了IEEE1394－1995標準。IEEE1394作為一種串行接口，其目的在於取代並行接口SCSI(Small Computer System Interface，小型計算機係統接口)來實現外圍設備與計算機的連接。1994年成立了IEEE1394TA(Trade Association)，主要負責基於IEEE1394的應用規格的製定和推廣普及工作。IEEE1394的主要特點如下：
　　(1) 數據傳送速度高 能夠以100Mbps、200Mbps和400Mbps的速率來傳送動畫信息等大容量數據。
　　(2) 可進行等時傳送 在一定的時間內能夠進行數據的順序傳送，從而將數字聲音·圖像信息實時準確地傳送至接收設備。
　　(3) 係統構成的自動識別 僅需完成設備間的電纜連接即可使用。
　　(4) 可進行菊鏈式或樹狀連接。
　　(5) 不需要個人電腦(PC)等核心設備，用電纜把想使用的設備連接起來即可進行數據的交換。
2　IEEE1394技術的開發及其在AV設備中的應用
21　 基本技術的開發
　　1993年11月，Apple和IBM公司公布了堪稱IEEE1394原形的計算機外圍設備接口--Fire Wire，它與當時常用的SCSI相比有幾點不同：1數據傳送速度高達100Mbps－400Mbps2無需進行終端電阻的連接以及ID號碼的設定3除了菊鏈式連接之外還可進行樹狀連接。
　　在此開發階段完成了以下四項工作：
　　(1)能夠同時傳送數字聲音及動畫的數據傳送速度
　　(2)數字聲音及動畫用協議
　　(3)係統構成的自動識別功能
　　(4)低於SCSI的成本
　　為了實現高速數據傳送，采用了DS－Link編碼方式。DS－Link編碼方式采用兩條信號線，一條信號線傳送數據，另一條信號線傳送選通信號，在接收側取這兩個信號的"異"並生成時鍾信號。由於數據信號和選通信號不會同時變化，從一個信號發生變化起到另一個信號發生變化之間留有一個信息組(block)的餘量，所以比較容易實現較高的數據傳送速度。
　　在多媒體數據傳送方麵也做了精心考慮。要想同時傳送聲音·動畫數據就必需在一定的時間裏傳送一定量的數字數據。為此采用等時傳送方式作為數據傳送協議。另外還考慮到了在聲音·動畫數據信號與普通數據信號共存情況下進行傳送的可能性。為了使IEEE1394成為比SCSI更為廉價的外圍設備接口，還融入了即插即用功能。因此消費類AV設備采用IEEE1394作接口最為合適。
22 　在AV設備中的應用
　　在計算機界進行IEEE1394標準化工作的同時，家電界正在從事數字VTR的開發和商品化。一些廠商(如日本索尼公司)意識到：一旦數字VTR麵市，則數字VTR與數字VTR的連接、數字VTR與PC的連接將勢在必行，這些連接理所當然是數字式的，為此該公司非常重視數字接口的研究開發工作。以往在模擬VTR之間進行雙向數據交換時，共需要7根電纜(圖像用2根、立體聲伴音用4根和控製用1根)，數字VTR由於進行的是數字信號處理，所以無需為了設備的連接而特意變成模擬信號，這樣就不會產生畫質劣化，數字VTR的連接也隻需要1根電纜即可。
　　索尼公司決定采用IEEE1394作為數字VTR的數字接口，這一做法經HD數字VCR協會討論後得到了其他公司的讚成，日本的VTR廠家均開始研究基於IEEE1394的數字VTR用標準接口。
　　作為數字VTR設備連接的數字接口，要求具備以下條件：1以數字信號的形式進行連接2隻需一根電纜即可完成連接3無需考慮"哪根電纜應與哪個端子相連"這樣的問題4能夠進行電纜的熱插拔5根據動畫的壓縮傳送可以預料：將來若要傳送HDTV這樣的高畫質動畫，傳送速率應在40Mbps以上，可能的話應達到100Mbps。
　　IEEE1394具有100Mbps－400Mbps的傳送速率，采用的是等時傳送方式，能夠進行聲音·圖像數據的實時傳送。但要想應用於AV設備仍需做些改進：1把用於動畫傳送的等時傳送規格中的"包括PC"改為"不包括PC"2使得能夠利用IEEE1394來傳送AV設備的控製指令3把6針連接器／6芯電纜改為4針連接器／4芯電纜以便應用於小型設備。計算機界推出的數字接口由於有AV設備廠商參與策劃其標準化，從而大大增強了與AV設備的親和性。IEEE1394因此逐步發展成為AV設備、多媒體設備及係統的最適用接口。
　　(1) 動畫信息的傳送
　　能夠實時傳送SD－VCR(Standard Definition Digital Video Cassette Recorder)、HD－VCR(High Definition Digital Video Cassette Recorder)、SDL－DVCR(Standard Definition for High Compression Mode Digital Video Cassette Recorder)和MPEG－2的動畫信息以及音頻·音樂信息。一個周期為125μs，留有對信息進行多重處理的餘地，比如：使用多台數字VTR就可以一邊再生某一錄像節目，一邊記錄其他節目。
　　(2) 設備間的連接
　　最多可連接63台設備，最多可進行16次轉接，設備間(節點間)的電纜長度最多為45m，相距最遠的節點之間的距離為72m(45m×16次轉接)。
　　(3) 圖像·聲音·數據·指令的同時傳送
　　AV設備需要實時、不間斷地傳送圖像信號和聲音信號，在傳送這些信號的過程中還需同時傳送設備的控製指令以及節目相關信息。以往的模擬連接需要7根電纜，而IEEE1394接口隻需一根電纜就能夠完成設備的相互連接，而且作為整個係統來講，設備的操作也得以簡化。該接口對"簡易連接(easy connection)"和"簡易操作(easy operation)"技術的實現很有益處。
　　(4) 連接器和電纜
　　AV 設備的外形、大小和重量因用途的不同而千差萬別，既有台式的，也有便攜式的。特別是便攜式設備，鑒於其輕、小、薄的特點，需要采用小型連接器，IEEE1394的通用連接器為6腳連接器，定義了三種類型，即數據信號用、選通信號用和電源線用。考慮到AV設備用戶的實際使用情況，采用了帶有纖細電纜的小型連接器，隻定義了一種類型，即信號用4腳連接器。
3　AV設備用多媒體數字
接口的IEC標準化
　　IEEE1394的多媒體數字接口正在就其高速數字數據傳送的基本技術進行標準化。使用該技術的具體應用數據傳送規格的標準化由HD數字VCR協會負責研討，目前已彙總出了消費類AV設備用數字接口標準的第一部分--第五部分。1993年10月在美國舊金山召開的IEC SC100C全會上，日本提交了數字AV接口的IEC標準化議案並得到了各國的支持。到1998年2月，已製定並頒布了IEC618831、IEC618832、IEC618833、IEC618834和IEC618835等五項標準。
　　此後，應用方麵的標準化工作由1394TA負責進行。1997年末，1394TA向IEC提交了"音頻信號及音樂數據傳送協議"議案。該議案於1998年3月被批準為IEC－PAS61883－6標準。
4　數字AV接口IEC61883
的概要
　　IEC1394確定的是數字數據的串行傳送協議，而IEC61883係列標準則是規定消費類AV設備的圖像信號·聲音信號的具體傳送方式。而且，由於圖像信號和聲音信號存在多種信號方式，所以需要製定SD－DVCR、HD－DVCR、SDL－DVCR和MPEG2的圖像·聲音信息及音頻·音樂信息的詳細規格和標準。迄今為止已完成的IEC標準如下：
　　61883－1：消費類音頻／視頻設備--數字接口：總則
　　61883－2：SD－DVCR數據傳輸
　　61883－3：HD－DVCR數據傳輸
　　61883－4：MPEG2－TS數據傳輸
　　61883－5：SDL－DVCR數據傳輸
　　IEC－PAS61883－6：音頻和音樂數據傳輸協議
5　產品動態
　　目前，安裝符合IEEE1394及IEC61883係列標準的數字AV接口的產品有數字攝像機、數字錄像機、靜畫俘獲板、打印機和PC等。AV設備的數字化、音頻·音樂領域的數字化以及廣播係統的數字化使得每個相關的設備都需要進行數字信號的輸入和輸出。此外，Windows 98規格中也定義了IEEE1394，從而完備了計算機與AV設備的簡易連接環境。今後，市場上安裝IEEE1394的AV設備和計算機會越來越多。
　　IEEE1394目前正處於發展階段，一方麵在普及，另一方麵在進行技術上的研究開發。IEEE正在研究如何把傳送速率提高到800Mbps、16Gbps和32Gbps並將傳輸距離延長到50m以上。隨著備有該接口的設備的不斷增多，有望建立易於使用的係統環境，由此可開發出新的應用項目。
　　在家庭網絡即將成為現實的今天，IEEE1394接口會在多媒體設備和係統中得到更為廣泛的應用。