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HDMI俨然是数字显示器的主力接口,随着璧挂电视的生活型态逐渐成形,讲究设计生活空间的建立,无线化是必然的趋势。而如何谋求HDMI的无线化,是厂商与消费者追求的梦想。无线传送速度越过3Gbps的WirelessHD也许是当前的最佳技术方案,于兹就来掀起这个技术的神秘面纱吧。
视讯市场
无线技术的确让消费者享受到无须连接线的使用乐趣,遥控器的红外线或射频、无线网络WLAN的普及风行、蓝芽在游戏机上的复兴、苹果的计算机无线键盘,也都证实了这个说法。
然而,信息家电的主力厂商,所注立的视野绝对不仅于此,而是觊觎到未来市场大饼更为辽阔的IPTV视讯产业。毕竟这个市场的战线,从手机产业一路战到客厅。
由LG、Samsung、NEC、Sony、Panasonic、Toshiba、SiBEAM等公司所策划的WirelessHD,就是要实践所谓地WVAN (wireless video area network),更具体地说,乃是实现Wireless HDMI的有力武器。
WVAN的主要构成是一个协调装置(Coordinator)以及一个以上的分台(Station)装置所组成。
WirelessHD利用了60GHz毫米波的波段,传输距离有10m。其最大的特点可以说是能够传输无压缩的视讯格式,而且维持QoS(Quality of Service)非常好。到目前为止,似乎尚未出现比这个规格还要好的竞争对手出现。
WirelessHD规格1.0版本,公开于2008/1/7,简称WiHD。CES-2008就出现厂商秀展的踪迹。一年之后的CES-2009身影更具体化(Panasonic、日立、东芝、LG等均有实体展示)。纵观CES-2009的薄型平面电视走势,用4句话即可描绘出整体产业面向:LED背光的采用、璧挂电视的使用形态、节能绿色电视、无线传输。其中,无线传输的主角正是落在WirelesHD身上。
2009/2,Panasonic发表Viera Z系列,其中的一部分,就具备有WirelessHD的机能。
目前,与WirelessHD拼台的,大概仅有WHDI(Wireless Home Digital Interface)。它是无线网络为基础的技术。其中,受到注意的是由以色列公司AMIMON为首所开发的HD视讯无线传送方式,加入了家电大厂日立制作所、新力、夏普、韩国三星与Motorola(出资AMIMON)所连手设立的「WHDI(Wireless Home Digital Interface) SIG」,这是2008年7月发生的事情。使用18MHz频幅的通道,就可以实现1.5Gbps的数据传送速度。18MHz的频幅与无线网络几乎相同,使用5GHz的频带。与无线网络一样,电波容易回转,可以确保30m的传送距离。
夏普于2008年4月所贩卖的X系列,就具有WHDI的选项产品。WHDI之所以能够达到1.5Gbps的数据传送速度,主要原因有二。第一,它采用了4x5 MIMO(Multiple input multiple output)的方式,4个传送系统,5个接收系统。第二,一次调变方式适应的变化。这个手法是说,当遇到动作快速的影像串行流视讯再生的场合,动画的位列以BPSK低次的一次调变方式;而重要度低的动画位则是利用16值QAM高次调变方式。
不过,可以看出WHDI的速度,无法达成1080p无压缩的传输。倒是一件事事时摆在眼前,很多厂商都是采用脚踏两只船的策略,显现出对于未来的不确定性之全包战术。
在60GHz频带毫米波的WirelessHD无线传送技术规格已经正式化。能够传送Full HD的1080p是其耀眼特征。
IBM、Intel、SiBEAM、NewLANS、东芝等都有在开发毫米波的送收IC。于ISSCC 2006,IBM早就楬橥了毫米波通信的芯片组。东芝于2007年6月 VLSI Symposium,发表毫米波的接收IC。CES-2008开始看到WirelessHD的模块。CES 2009厂商产品开始活耀展示。
SiBEAM已经完成以CMOS制程的RF芯片组(从90nm转入65nm制程)。以FPGA构成的基频/MAC处理电路,对顾客公开实演数据的传送。该RF芯片是以陶瓷的多层基板作成,表面数十个天线以数组状排置,实现天线的Beam Forming,即使传线路径上有人走过挡住电波的直线性,影像播放也不会受影响。
注:SiBEAM是以美国柏克莱大学研究成果而起业的公司。Panasonic、Samsung等均有出资SiBEAM。是故,其产品多采用SiBEAM的方案。
什么是毫米波:
毫米波与ISM频带(Industrial Scientific Medical Band)一样,可以免执照来使用。但是,随着地域的不同,频带上还是有一点差异。根据了IEEE 802.15.3c的资料,对于预定免授权可以使用的60GHz频带,各个国家的规划与利用略略有所不同:
● 美国,加拿大地区:57GHz~64GHz。
● 欧洲地区:57GHz~66GHz。
● 日本地区:59GHz~66GHz。
●澳洲地区:59.4GHz~62.9GHz。
WirelessHD PHY层窥探:
从规格架构来观察,最底层的物理层PHY定义了HRP(High rate PHY)以及LRP(Low rate PHY)两种类的组合,传输距离约10m,对于实际的生活环境该是绰绰有余。
HRP是Gbps以上的应用,具方向性,比较适用于单点传送(Unicast)的场合,比如说,未压缩高分辨率的视讯传送等。
LRP是Mbps等级的层次,具有全方向(Omni-direction)特征,可以是单点传输或是广播式传输(Broadcst)。因为,所有的分台装置(Station)均支持LRP。故,分台装置与分台装置的链接是可以实现的。
由于HRP与LRP的频率重迭,MAC层会利用TDMA(Time Division Multiple Access)的方式来调配。
WirelessHD规定有协调装置(Coordinator)以及分台(Station)装置。兼容于WirelessHD的装置都必须能够支持LRP传收。
在实际设计时,却是有可能存在4种机能的PHY,也就是可能会有多类的装置存在:
● HR0:不能传送与接收HRP。
● HRRX:能够以HRP接收,却不能以HRP传送。
● HRTX:能够以HRP传送,却不能以HRP接收。
● HRTR:能够以HRP传送,也能以HRP接收。
概念上来说,高速传输适用于视讯、音频以及数据载递的传送应用。而慢速传输则比较适用于音频、MAC层命令集的传送。
HRP提供大于3Gbps的输出,利用OFDM调变方式,并且采用了“波束操控(Beam Steering)”技术的送收天线。
在57GHz~66Ghz频带内,针对HRP规划了4条频道,其起始频率-中央频率-截止频率分别是:
● Channel-1:57.240 GHz~58.320 GHz~ 59.400 GHz
● Channel-2:59.400 GHz~60.480 GHz~61.560 GHz
● Channel-3:62.560 GHz~62.640 GHz~ 63.720 GHz
● Channel-4:63.720 GHz~64.800 GHz~ 65.880 GHz
WirelessHD之所以能够达到如此的高速,天线的编构方式绝对是重要关键。规格中定义了两种的波束成形(Beam forming)的方式,一种是独立回馈式的波束成形方式,无须校正;适用于HR0、HRRX、HRTX、HRTR装置。
另一种则是非独立式的回馈波束成形方式,仅能够使用于双端皆是具有HRTR能力的装置。
MAC层梗概:
PHY之上即是MAC层。WVAN网络的时序系根据一个“Superframe”的东西,周期由协调装置(Coordinator)所设定。请留意这个“超框(Superframe)”与视讯框并没有需要一定的依存关系,它的前头是一个信标(Beacon)。
协调装置与分台装置或是分台装置之间的数据通信,无论是异步式(asynchronous)传输还是等时式(Isochronous)传输,HRP、LRP都是利用CTB(Channel Time Block)来载送。
就信息(数据)的属性来说,异步式传输适用于档案的传送,等时式传输当然就适用于影音数据的载送。
协调装置会在信标中放置IE(Information Element),通知WVAN中的其他分台装置。
装置之间的彼此服务机能,双方怎么会知道呢?当然必须仰赖一些“命令”。比如说,分台装置送出WVAN Information Request命令,协调装置就得响应WVAN Information Response命令。
分台装置利用Probe Request来要求目标分台装置,目标分台装置即以Probe Response命令响应IE给传送端。包含HRP、LRP,在WVAN中的所有传输是利用TDMA(Time Division Multiple Access)的方式。
AV/C规格包含了装置机能信息的交换、链接控制以及装置的控制。利用AVC信息来建立装置的链接与控制。AV/C协议在1394 Trade Association网站中有定义的规格。微软有提供Avc.sys的驱动程序。
注:WirelessHD提供了两套的传输协议,AVC Protocol以及A/V Packetizer。前者负责装置的控制、链接的控制以及装置机能信息的交换。后者,当然就是担负HRP服务AV数据的格式化了。
规格中定义了一些AVC信息。比如说,装置机能的信息交换。
既然是高画质传输接口,无线还是有线,都必须导入内容保护的机制。WirelessHD采用了DTCP(Digital Transmission Content Protection)。DTCP也是1394使用的数据内容保护机制,是著作权的保护技术。
注:DTCP(Digital Transmission Content Protection)系由日立、新力、东芝、Panasonic、Intel等5公司(简称5C)于1998年所发表的传送加密方式。DLNA则是使用了DTCP-IP。
另外,WirelessHD支持了HDMI直通(Pass Through)模式,意思就是说EDID信息、Data Island封包、CEC信息,直接透过WirelessHD链接来传送,就如同一条看不见的隐形HDMI连接线担负起传送的任务。
要取得WirelessHD 1.0的规格,必须先付5000美金年费成为Adopter之后,才会电邮给您。另一份WirelessHD Compliance Test Specification(CTS)测试细节的规范取得也是一样。凡事都是要钱。
以上所言皆是好的一面,来说比较阴暗的现实面。
有几个专利,如“METHOD AND APPARATUS OF FIXED SIZE MAC HEADER WITH AN EXTENSION IN WIRELESSHD”、“SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS COMMUNICATION OF UNCOMPRESSED VIDEO HAVING A PREAMBLE DESIGN”、“SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS COMMUNICATION OF UNCOMPRESSED VIDEO HAVING A RELAY DEVICE FOR POWER SAVING”、“METHOD AND SYSTEM FOR RELIABLE BROADCAST OR MULTICAST COMMUNICATION IN WIRELESS NETWORKS”等埋伏在那儿,若是要闯入这个市场,还是建议先厘清楚再说。老美是很贝戈戈的!
若是从实用上的角度来看,Video搞成一个网络实在没什么必要。反而单纯的点对点应用来的实际些。毫米波是一个好用的频带,但是有必要去遵循WirelessHD吗?很大的怀疑。况且点对点的传输,完全是看您的设计思想而定,可用自己独特的调变技术或其他技巧,又犯不着去担心可怕的潜水艇地雷。
飞利浦于CES-2007展示的做法,其实个人是蛮欣赏的。不过,对于产品的大小以及ID设计,相信还有很大的改善空间。
参考数据暨延伸阅读:
1. http://www.wirelesshd.org/。
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Beamforming。
3. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms802406.aspx,AV/C Overview。
4. http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/4426076/4426077/04426160.pdf?arnumber=4426160。
5. http://www.1394ta.org/Technology/specifications/specifications.htm。
6. AV/C Digital Interface Command Set General Specification。
7. http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gijutsu/info_sec_tech/a-2-1.html。
8. Digital Transmission Content Protection Specification Revision 1.2a (Information Version)」,2002年2月25日)。
9. 细说HDMI,陈乃塘。
视讯市场
无线技术的确让消费者享受到无须连接线的使用乐趣,遥控器的红外线或射频、无线网络WLAN的普及风行、蓝芽在游戏机上的复兴、苹果的计算机无线键盘,也都证实了这个说法。
然而,信息家电的主力厂商,所注立的视野绝对不仅于此,而是觊觎到未来市场大饼更为辽阔的IPTV视讯产业。毕竟这个市场的战线,从手机产业一路战到客厅。
由LG、Samsung、NEC、Sony、Panasonic、Toshiba、SiBEAM等公司所策划的WirelessHD,就是要实践所谓地WVAN (wireless video area network),更具体地说,乃是实现Wireless HDMI的有力武器。
WVAN的主要构成是一个协调装置(Coordinator)以及一个以上的分台(Station)装置所组成。
WirelessHD利用了60GHz毫米波的波段,传输距离有10m。其最大的特点可以说是能够传输无压缩的视讯格式,而且维持QoS(Quality of Service)非常好。到目前为止,似乎尚未出现比这个规格还要好的竞争对手出现。
WirelessHD规格1.0版本,公开于2008/1/7,简称WiHD。CES-2008就出现厂商秀展的踪迹。一年之后的CES-2009身影更具体化(Panasonic、日立、东芝、LG等均有实体展示)。纵观CES-2009的薄型平面电视走势,用4句话即可描绘出整体产业面向:LED背光的采用、璧挂电视的使用形态、节能绿色电视、无线传输。其中,无线传输的主角正是落在WirelesHD身上。
2009/2,Panasonic发表Viera Z系列,其中的一部分,就具备有WirelessHD的机能。
目前,与WirelessHD拼台的,大概仅有WHDI(Wireless Home Digital Interface)。它是无线网络为基础的技术。其中,受到注意的是由以色列公司AMIMON为首所开发的HD视讯无线传送方式,加入了家电大厂日立制作所、新力、夏普、韩国三星与Motorola(出资AMIMON)所连手设立的「WHDI(Wireless Home Digital Interface) SIG」,这是2008年7月发生的事情。使用18MHz频幅的通道,就可以实现1.5Gbps的数据传送速度。18MHz的频幅与无线网络几乎相同,使用5GHz的频带。与无线网络一样,电波容易回转,可以确保30m的传送距离。
夏普于2008年4月所贩卖的X系列,就具有WHDI的选项产品。WHDI之所以能够达到1.5Gbps的数据传送速度,主要原因有二。第一,它采用了4x5 MIMO(Multiple input multiple output)的方式,4个传送系统,5个接收系统。第二,一次调变方式适应的变化。这个手法是说,当遇到动作快速的影像串行流视讯再生的场合,动画的位列以BPSK低次的一次调变方式;而重要度低的动画位则是利用16值QAM高次调变方式。
不过,可以看出WHDI的速度,无法达成1080p无压缩的传输。倒是一件事事时摆在眼前,很多厂商都是采用脚踏两只船的策略,显现出对于未来的不确定性之全包战术。
在60GHz频带毫米波的WirelessHD无线传送技术规格已经正式化。能够传送Full HD的1080p是其耀眼特征。
IBM、Intel、SiBEAM、NewLANS、东芝等都有在开发毫米波的送收IC。于ISSCC 2006,IBM早就楬橥了毫米波通信的芯片组。东芝于2007年6月 VLSI Symposium,发表毫米波的接收IC。CES-2008开始看到WirelessHD的模块。CES 2009厂商产品开始活耀展示。
SiBEAM已经完成以CMOS制程的RF芯片组(从90nm转入65nm制程)。以FPGA构成的基频/MAC处理电路,对顾客公开实演数据的传送。该RF芯片是以陶瓷的多层基板作成,表面数十个天线以数组状排置,实现天线的Beam Forming,即使传线路径上有人走过挡住电波的直线性,影像播放也不会受影响。
注:SiBEAM是以美国柏克莱大学研究成果而起业的公司。Panasonic、Samsung等均有出资SiBEAM。是故,其产品多采用SiBEAM的方案。
什么是毫米波:
毫米波与ISM频带(Industrial Scientific Medical Band)一样,可以免执照来使用。但是,随着地域的不同,频带上还是有一点差异。根据了IEEE 802.15.3c的资料,对于预定免授权可以使用的60GHz频带,各个国家的规划与利用略略有所不同:
● 美国,加拿大地区:57GHz~64GHz。
● 欧洲地区:57GHz~66GHz。
● 日本地区:59GHz~66GHz。
●澳洲地区:59.4GHz~62.9GHz。
WirelessHD PHY层窥探:
从规格架构来观察,最底层的物理层PHY定义了HRP(High rate PHY)以及LRP(Low rate PHY)两种类的组合,传输距离约10m,对于实际的生活环境该是绰绰有余。
HRP是Gbps以上的应用,具方向性,比较适用于单点传送(Unicast)的场合,比如说,未压缩高分辨率的视讯传送等。
LRP是Mbps等级的层次,具有全方向(Omni-direction)特征,可以是单点传输或是广播式传输(Broadcst)。因为,所有的分台装置(Station)均支持LRP。故,分台装置与分台装置的链接是可以实现的。
由于HRP与LRP的频率重迭,MAC层会利用TDMA(Time Division Multiple Access)的方式来调配。
WirelessHD规定有协调装置(Coordinator)以及分台(Station)装置。兼容于WirelessHD的装置都必须能够支持LRP传收。
在实际设计时,却是有可能存在4种机能的PHY,也就是可能会有多类的装置存在:
● HR0:不能传送与接收HRP。
● HRRX:能够以HRP接收,却不能以HRP传送。
● HRTX:能够以HRP传送,却不能以HRP接收。
● HRTR:能够以HRP传送,也能以HRP接收。
概念上来说,高速传输适用于视讯、音频以及数据载递的传送应用。而慢速传输则比较适用于音频、MAC层命令集的传送。
HRP提供大于3Gbps的输出,利用OFDM调变方式,并且采用了“波束操控(Beam Steering)”技术的送收天线。
在57GHz~66Ghz频带内,针对HRP规划了4条频道,其起始频率-中央频率-截止频率分别是:
● Channel-1:57.240 GHz~58.320 GHz~ 59.400 GHz
● Channel-2:59.400 GHz~60.480 GHz~61.560 GHz
● Channel-3:62.560 GHz~62.640 GHz~ 63.720 GHz
● Channel-4:63.720 GHz~64.800 GHz~ 65.880 GHz
WirelessHD之所以能够达到如此的高速,天线的编构方式绝对是重要关键。规格中定义了两种的波束成形(Beam forming)的方式,一种是独立回馈式的波束成形方式,无须校正;适用于HR0、HRRX、HRTX、HRTR装置。
另一种则是非独立式的回馈波束成形方式,仅能够使用于双端皆是具有HRTR能力的装置。
MAC层梗概:
PHY之上即是MAC层。WVAN网络的时序系根据一个“Superframe”的东西,周期由协调装置(Coordinator)所设定。请留意这个“超框(Superframe)”与视讯框并没有需要一定的依存关系,它的前头是一个信标(Beacon)。
协调装置与分台装置或是分台装置之间的数据通信,无论是异步式(asynchronous)传输还是等时式(Isochronous)传输,HRP、LRP都是利用CTB(Channel Time Block)来载送。
就信息(数据)的属性来说,异步式传输适用于档案的传送,等时式传输当然就适用于影音数据的载送。
协调装置会在信标中放置IE(Information Element),通知WVAN中的其他分台装置。
装置之间的彼此服务机能,双方怎么会知道呢?当然必须仰赖一些“命令”。比如说,分台装置送出WVAN Information Request命令,协调装置就得响应WVAN Information Response命令。
分台装置利用Probe Request来要求目标分台装置,目标分台装置即以Probe Response命令响应IE给传送端。包含HRP、LRP,在WVAN中的所有传输是利用TDMA(Time Division Multiple Access)的方式。
AV/C规格包含了装置机能信息的交换、链接控制以及装置的控制。利用AVC信息来建立装置的链接与控制。AV/C协议在1394 Trade Association网站中有定义的规格。微软有提供Avc.sys的驱动程序。
注:WirelessHD提供了两套的传输协议,AVC Protocol以及A/V Packetizer。前者负责装置的控制、链接的控制以及装置机能信息的交换。后者,当然就是担负HRP服务AV数据的格式化了。
规格中定义了一些AVC信息。比如说,装置机能的信息交换。
既然是高画质传输接口,无线还是有线,都必须导入内容保护的机制。WirelessHD采用了DTCP(Digital Transmission Content Protection)。DTCP也是1394使用的数据内容保护机制,是著作权的保护技术。
注:DTCP(Digital Transmission Content Protection)系由日立、新力、东芝、Panasonic、Intel等5公司(简称5C)于1998年所发表的传送加密方式。DLNA则是使用了DTCP-IP。
另外,WirelessHD支持了HDMI直通(Pass Through)模式,意思就是说EDID信息、Data Island封包、CEC信息,直接透过WirelessHD链接来传送,就如同一条看不见的隐形HDMI连接线担负起传送的任务。
要取得WirelessHD 1.0的规格,必须先付5000美金年费成为Adopter之后,才会电邮给您。另一份WirelessHD Compliance Test Specification(CTS)测试细节的规范取得也是一样。凡事都是要钱。
以上所言皆是好的一面,来说比较阴暗的现实面。
有几个专利,如“METHOD AND APPARATUS OF FIXED SIZE MAC HEADER WITH AN EXTENSION IN WIRELESSHD”、“SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS COMMUNICATION OF UNCOMPRESSED VIDEO HAVING A PREAMBLE DESIGN”、“SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS COMMUNICATION OF UNCOMPRESSED VIDEO HAVING A RELAY DEVICE FOR POWER SAVING”、“METHOD AND SYSTEM FOR RELIABLE BROADCAST OR MULTICAST COMMUNICATION IN WIRELESS NETWORKS”等埋伏在那儿,若是要闯入这个市场,还是建议先厘清楚再说。老美是很贝戈戈的!
若是从实用上的角度来看,Video搞成一个网络实在没什么必要。反而单纯的点对点应用来的实际些。毫米波是一个好用的频带,但是有必要去遵循WirelessHD吗?很大的怀疑。况且点对点的传输,完全是看您的设计思想而定,可用自己独特的调变技术或其他技巧,又犯不着去担心可怕的潜水艇地雷。
飞利浦于CES-2007展示的做法,其实个人是蛮欣赏的。不过,对于产品的大小以及ID设计,相信还有很大的改善空间。
参考数据暨延伸阅读:
1. http://www.wirelesshd.org/。
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Beamforming。
3. http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms802406.aspx,AV/C Overview。
4. http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/4426076/4426077/04426160.pdf?arnumber=4426160。
5. http://www.1394ta.org/Technology/specifications/specifications.htm。
6. AV/C Digital Interface Command Set General Specification。
7. http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gijutsu/info_sec_tech/a-2-1.html。
8. Digital Transmission Content Protection Specification Revision 1.2a (Information Version)」,2002年2月25日)。
9. 细说HDMI,陈乃塘。