IEEE1394技术及其在AV设备中的应用

为计算机而开发的高速串行总线IEEE1394的应用范围正在从计算机向AV视听设备扩展，有望成为多媒体数字接口。这种能够以100Mbps、200Mbps和400Mbps的高速率进行声音·图像信息实时传送的技术还可以传送数字数据以及设备控制指令。本文将概要介绍AV设备采用IEEE1394的原因、背景以及有关的标准化进展情况。
1　IEEE1394接口
　　IEEE1394原为美国Apple电脑公司开发的计算机接口技术。1995年，IEEE制定并颁布了IEEE1394－1995标准。IEEE1394作为一种串行接口，其目的在于取代并行接口SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)来实现外围设备与计算机的连接。1994年成立了IEEE1394TA(Trade Association)，主要负责基于IEEE1394的应用规格的制定和推广普及工作。IEEE1394的主要特点如下：
　　(1) 数据传送速度高 能够以100Mbps、200Mbps和400Mbps的速率来传送动画信息等大容量数据。
　　(2) 可进行等时传送 在一定的时间内能够进行数据的顺序传送，从而将数字声音·图像信息实时准确地传送至接收设备。
　　(3) 系统构成的自动识别 仅需完成设备间的电缆连接即可使用。
　　(4) 可进行菊链式或树状连接。
　　(5) 不需要个人电脑(PC)等核心设备，用电缆把想使用的设备连接起来即可进行数据的交换。
2　IEEE1394技术的开发及其在AV设备中的应用
21　 基本技术的开发
　　1993年11月，Apple和IBM公司公布了堪称IEEE1394原形的计算机外围设备接口--Fire Wire，它与当时常用的SCSI相比有几点不同：1数据传送速度高达100Mbps－400Mbps2无需进行终端电阻的连接以及ID号码的设定3除了菊链式连接之外还可进行树状连接。
　　在此开发阶段完成了以下四项工作：
　　(1)能够同时传送数字声音及动画的数据传送速度
　　(2)数字声音及动画用协议
　　(3)系统构成的自动识别功能
　　(4)低于SCSI的成本
　　为了实现高速数据传送，采用了DS－Link编码方式。DS－Link编码方式采用两条信号线，一条信号线传送数据，另一条信号线传送选通信号，在接收侧取这两个信号的"异"并生成时钟信号。由于数据信号和选通信号不会同时变化，从一个信号发生变化起到另一个信号发生变化之间留有一个信息组(block)的余量，所以比较容易实现较高的数据传送速度。
　　在多媒体数据传送方面也做了精心考虑。要想同时传送声音·动画数据就必需在一定的时间里传送一定量的数字数据。为此采用等时传送方式作为数据传送协议。另外还考虑到了在声音·动画数据信号与普通数据信号共存情况下进行传送的可能性。为了使IEEE1394成为比SCSI更为廉价的外围设备接口，还融入了即插即用功能。因此消费类AV设备采用IEEE1394作接口最为合适。
22 　在AV设备中的应用
　　在计算机界进行IEEE1394标准化工作的同时，家电界正在从事数字VTR的开发和商品化。一些厂商(如日本索尼公司)意识到：一旦数字VTR面市，则数字VTR与数字VTR的连接、数字VTR与PC的连接将势在必行，这些连接理所当然是数字式的，为此该公司非常重视数字接口的研究开发工作。以往在模拟VTR之间进行双向数据交换时，共需要7根电缆(图像用2根、立体声伴音用4根和控制用1根)，数字VTR由于进行的是数字信号处理，所以无需为了设备的连接而特意变成模拟信号，这样就不会产生画质劣化，数字VTR的连接也只需要1根电缆即可。
　　索尼公司决定采用IEEE1394作为数字VTR的数字接口，这一做法经HD数字VCR协会讨论后得到了其他公司的赞成，日本的VTR厂家均开始研究基于IEEE1394的数字VTR用标准接口。
　　作为数字VTR设备连接的数字接口，要求具备以下条件：1以数字信号的形式进行连接2只需一根电缆即可完成连接3无需考虑"哪根电缆应与哪个端子相连"这样的问题4能够进行电缆的热插拔5根据动画的压缩传送可以预料：将来若要传送HDTV这样的高画质动画，传送速率应在40Mbps以上，可能的话应达到100Mbps。
　　IEEE1394具有100Mbps－400Mbps的传送速率，采用的是等时传送方式，能够进行声音·图像数据的实时传送。但要想应用于AV设备仍需做些改进：1把用于动画传送的等时传送规格中的"包括PC"改为"不包括PC"2使得能够利用IEEE1394来传送AV设备的控制指令3把6针连接器／6芯电缆改为4针连接器／4芯电缆以便应用于小型设备。计算机界推出的数字接口由于有AV设备厂商参与策划其标准化，从而大大增强了与AV设备的亲和性。IEEE1394因此逐步发展成为AV设备、多媒体设备及系统的最适用接口。
　　(1) 动画信息的传送
　　能够实时传送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的动画信息以及音频·音乐信息。一个周期为125μs，留有对信息进行多重处理的余地，比如：使用多台数字VTR就可以一边再生某一录像节目，一边记录其他节目。
　　(2) 设备间的连接
　　最多可连接63台设备，最多可进行16次转接，设备间(节点间)的电缆长度最多为45m，相距最远的节点之间的距离为72m(45m×16次转接)。
　　(3) 图像·声音·数据·指令的同时传送
　　AV设备需要实时、不间断地传送图像信号和声音信号，在传送这些信号的过程中还需同时传送设备的控制指令以及节目相关信息。以往的模拟连接需要7根电缆，而IEEE1394接口只需一根电缆就能够完成设备的相互连接，而且作为整个系统来讲，设备的操作也得以简化。该接口对"简易连接(easy connection)"和"简易操作(easy operation)"技术的实现很有益处。
　　(4) 连接器和电缆
　　AV 设备的外形、大小和重量因用途的不同而千差万别，既有台式的，也有便携式的。特别是便携式设备，鉴于其轻、小、薄的特点，需要采用小型连接器，IEEE1394的通用连接器为6脚连接器，定义了三种类型，即数据信号用、选通信号用和电源线用。考虑到AV设备用户的实际使用情况，采用了带有纤细电缆的小型连接器，只定义了一种类型，即信号用4脚连接器。
3　AV设备用多媒体数字
接口的IEC标准化
　　IEEE1394的多媒体数字接口正在就其高速数字数据传送的基本技术进行标准化。使用该技术的具体应用数据传送规格的标准化由HD数字VCR协会负责研讨，目前已汇总出了消费类AV设备用数字接口标准的第一部分--第五部分。1993年10月在美国旧金山召开的IEC SC100C全会上，日本提交了数字AV接口的IEC标准化议案并得到了各国的支持。到1998年2月，已制定并颁布了IEC618831、IEC618832、IEC618833、IEC618834和IEC618835等五项标准。
　　此后，应用方面的标准化工作由1394TA负责进行。1997年末，1394TA向IEC提交了"音频信号及音乐数据传送协议"议案。该议案于1998年3月被批准为IEC－PAS61883－6标准。
4　数字AV接口IEC61883
的概要
　　IEC1394确定的是数字数据的串行传送协议，而IEC61883系列标准则是规定消费类AV设备的图像信号·声音信号的具体传送方式。而且，由于图像信号和声音信号存在多种信号方式，所以需要制定SD－DVCR、HD－DVCR、SDL－DVCR和MPEG2的图像·声音信息及音频·音乐信息的详细规格和标准。迄今为止已完成的IEC标准如下：
　　61883－1：消费类音频／视频设备--数字接口：总则
　　61883－2：SD－DVCR数据传输
　　61883－3：HD－DVCR数据传输
　　61883－4：MPEG2－TS数据传输
　　61883－5：SDL－DVCR数据传输
　　IEC－PAS61883－6：音频和音乐数据传输协议
5　产品动态
　　目前，安装符合IEEE1394及IEC61883系列标准的数字AV接口的产品有数字摄像机、数字录像机、静画俘获板、打印机和PC等。AV设备的数字化、音频·音乐领域的数字化以及广播系统的数字化使得每个相关的设备都需要进行数字信号的输入和输出。此外，Windows 98规格中也定义了IEEE1394，从而完备了计算机与AV设备的简易连接环境。今后，市场上安装IEEE1394的AV设备和计算机会越来越多。
　　IEEE1394目前正处于发展阶段，一方面在普及，另一方面在进行技术上的研究开发。IEEE正在研究如何把传送速率提高到800Mbps、16Gbps和32Gbps并将传输距离延长到50m以上。随着备有该接口的设备的不断增多，有望建立易于使用的系统环境，由此可开发出新的应用项目。
　　在家庭网络即将成为现实的今天，IEEE1394接口会在多媒体设备和系统中得到更为广泛的应用。