基于5GHz傳輸?shù)腢SB多媒體適配器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孔 明，黃 堅(jiān)

(浙江省電子技術(shù)研究所有限公司，浙江杭州310012)

0 引言

隨著無(wú)線影音傳輸技術(shù)的快速發(fā)展和高清晰多媒體資源的不斷增加，市場(chǎng)對(duì)具備高速寬帶無(wú)線傳輸多媒體能力的便攜式設(shè)備需求量逐步增大。目前，國(guó)內(nèi)高速寬帶無(wú)線傳輸多媒體產(chǎn)品研制尚處于初級(jí)階段，特別是媒體流在大帶寬高速傳輸時(shí)的糾錯(cuò)和抗干擾技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家存在差距，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；纳逃秒A段還存在一定的距離。國(guó)外市場(chǎng)的多媒體傳輸產(chǎn)品無(wú)線部分主要采用2.4GHz頻段的IEEE 802.11 a/b/g/無(wú)線傳輸技術(shù)，但點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸帶寬小，傳輸距離近，抗干擾性低的幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)制約了其在高速帶寬多媒體無(wú)線傳輸上的應(yīng)用［1］。本文提出了采用Amedia Networks公司的WVA5000無(wú)線多媒體芯片組和WiViTM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一款基于5GHz頻段傳輸?shù)腢SB多媒體適配器，它使視頻/音頻源(如DVD，VCR，PVR，STB，PC)、視頻/音頻與USB主機(jī)之間進(jìn)行無(wú)線連接，構(gòu)建了USB主機(jī)無(wú)線共享多媒體資源的解決方案，紅外中繼功能使用戶通過(guò)原紅外遙控器能夠從USB主機(jī)控制視頻/音頻源設(shè)備。

1 Amedia WiViTM的技術(shù)特點(diǎn)

WVA5000芯片組由基帶芯片AM5201和射頻芯片AM5101組成，其主要特點(diǎn)為:無(wú)線傳輸頻道范圍為4.900 5.825GHz，支持的數(shù)據(jù)等級(jí)為6 60Mbit/s，支持的視頻有效負(fù)荷為3 50Mbit/s，支持的數(shù)字視頻格式為 MPEG －2，MPEG －4，H.264和 WM9。

在高速帶寬多媒體無(wú)線傳輸方案中，IEEE 802.11 a/b/g/無(wú)線傳輸方案更加適合數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，Amedia WiViTM無(wú)線傳輸方案更加適合多媒體傳輸應(yīng)用，其多媒體無(wú)線傳輸技術(shù)優(yōu)勢(shì)為:(1)基于5GHz頻段傳輸;(2)高效負(fù)載，可達(dá)50Mbit/s;(3)延時(shí)短，小于2s，實(shí)現(xiàn)較實(shí)時(shí)的同步傳輸;(4)數(shù)字多媒體應(yīng)用，滿足SDTV(315Mbit/s)，HDTV(2050Mbit/s)的傳輸;(5)組網(wǎng)靈活，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸;(6)傳輸距離遠(yuǎn)，在發(fā)射功率為23dBm和簡(jiǎn)易阻擋條件下，HDTV等級(jí)傳輸?shù)膶?shí)際有效距離可達(dá)75m;(7)雙芯片解決方案，硬件簡(jiǎn)單，不需要額外增加濾波、緩沖器、服務(wù)質(zhì)量回路的硬件電路，性價(jià)比高。Amedia點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多媒體無(wú)線傳輸方案如圖1所示。

圖1 Amedia點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)多媒體無(wú)線傳輸方案

2 系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)

采用WVA5000芯片組設(shè)計(jì)了基于5GHz頻段傳輸?shù)腢SB主機(jī)共享多媒體資源系統(tǒng)，提出以WVA5000芯片組為核心，視頻編碼采用MPEG－2，將多媒體的TS流通過(guò)HCI接口傳輸?shù)経SB主機(jī)進(jìn)行播放，同時(shí)紅外中繼功能使用戶通過(guò)原紅外遙控器能夠從一個(gè)USB主機(jī)控制多媒體信號(hào)源。整個(gè)系統(tǒng)由多媒體信號(hào)源、無(wú)線多媒體發(fā)送單元、USB多媒體適配器、USB主機(jī)和紅外遙控器5部分組成。構(gòu)建的USB主機(jī)無(wú)線共享多媒體資源的系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 USB主機(jī)無(wú)線共享多媒體資源的系統(tǒng)

2.1 USB多媒體適配器硬件設(shè)計(jì)

采用WVA5000芯片組設(shè)計(jì)USB多媒體適配器，天線單元采用多入多出技術(shù)進(jìn)行無(wú)線傳輸，在5GHz頻段最大有效負(fù)荷可達(dá)50Mbit/s，在無(wú)線傳輸中通過(guò)動(dòng)態(tài)頻譜選擇實(shí)現(xiàn)信息服務(wù)質(zhì)量管理［2］，通過(guò)加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息安全保護(hù)，適配器完成對(duì)多媒體流的無(wú)線高速接收，經(jīng)由HCI接口與USB控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)多媒體TS流傳輸?shù)経SB主機(jī)并實(shí)現(xiàn)播放，通過(guò)紅外中繼功能，回傳一些控制指令給多媒體信號(hào)源，例如播放節(jié)目切換、快進(jìn)、停止等一些操作。USB多媒體適配器硬件實(shí)物和結(jié)構(gòu)如圖3、4所示。

圖3 USB多媒體適配器硬件實(shí)物

圖4 USB多媒體適配器硬件結(jié)構(gòu)

硬件核心單元IC選擇與設(shè)計(jì)說(shuō)明:USB控制器選取為CY7C68013A－100AXC方案，將高速HCI接口的TS流傳輸?shù)経SB主機(jī);Flash選用容量為4Mbit的S29AL004D70TA1020;SDRAM選用容量為16Mbit的HY57V161610ET;無(wú)線傳輸單元由WVA5000芯片組(BBIC:AM5201，RFIC:AM5101)及功放AWL6951組成，由兩根接收天線和一根發(fā)送天線組成多入多出天線系統(tǒng)［3］，經(jīng)測(cè)試發(fā)射功率控制在(20±3)dBm，接收靈敏度可達(dá)－80dBm。

2.2 USB多媒體適配器軟件實(shí)現(xiàn)

USB多媒體適配器的嵌入式軟件是基于Amedia公司的SDK，在運(yùn)用射頻技術(shù)原理基礎(chǔ)上完成的設(shè)計(jì)。嵌入式軟件主要完成多媒體無(wú)線傳輸和控制、多媒體TS流動(dòng)HCI接口接入，USB接口模塊的管理，系統(tǒng)升級(jí)與無(wú)線傳輸性能的測(cè)試等功能。軟件工作重點(diǎn)有兩點(diǎn):(1)對(duì)碼。將無(wú)線多媒體發(fā)送單元與USB多媒體適配器進(jìn)行對(duì)碼操作組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸系統(tǒng)，對(duì)碼指示燈在對(duì)碼過(guò)程中閃爍，對(duì)碼成功后常亮，只有對(duì)碼成功的USB多媒體適配器才能接收到無(wú)線多媒體發(fā)送單元發(fā)送的TS流;(2)接收TS流分享給USB主機(jī)。從5GHz頻段中接收經(jīng)調(diào)制的TS流，基帶和射頻芯片組單元對(duì)接收到的TS流進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)HCI接口將TS流傳輸?shù)経SB控制器［4］，最終傳輸?shù)経SB主機(jī)進(jìn)行多媒體播放。

程序功能方面，為了兼顧系統(tǒng)調(diào)試與軟件升級(jí)，在系統(tǒng)軟件層規(guī)劃了3種軟件流工作模式:(1)固件下載模式用于軟件的升級(jí);(2)測(cè)試模式用于測(cè)試性能參數(shù);(3)正常模式為設(shè)備正常工作模式。嵌入式軟件流程框架如圖5所示。

圖5 嵌入式軟件流程框架

3 Amedia方案性能測(cè)試比較

采用Amedia公司的WVA5000芯片組多媒體傳輸性能測(cè)試方案進(jìn)行多媒體發(fā)送與接收單元的無(wú)線指標(biāo)測(cè)試如表1所示。

表1 基于5GHz頻段的多媒體發(fā)送和接收單元的無(wú)線指標(biāo)測(cè)試

Amedia方案支持HDTV視頻等級(jí)，在發(fā)送功率為23dBm和空間有簡(jiǎn)易阻擋情況下，多媒體源固定在一定地方，接收端不斷移動(dòng)，經(jīng)過(guò)功能性驗(yàn)證測(cè)試，在保證接收端視頻流暢情況下，基于SDTV視頻等級(jí)傳輸?shù)?02.11 a/b/g方案的實(shí)際有效射程只有10m左右，基于HDTV視頻等級(jí)傳輸?shù)腁media的WVA5000方案的實(shí)際有效射程可達(dá)75m左右且傳輸延時(shí)在2s內(nèi)?？梢缘贸?，WVA5000方案適合多媒體傳輸，802.11 a/b/g方案更加適合數(shù)據(jù)傳輸。

表2 WVA5000與802.11a/b/g/多媒體傳輸方案比較

4 結(jié)束語(yǔ)

IEEE 802.11 a/b/g/方案更加適合數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，Amedia WiViTM方案在傳輸有效負(fù)荷、傳輸速率、延時(shí)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)且更加適合多媒體傳輸應(yīng)用。多媒體適配器在傳輸技術(shù)上有3個(gè)創(chuàng)新點(diǎn):(1)基于5GHz頻段，采用同步時(shí)分多址技術(shù)、跳頻擴(kuò)頻技術(shù)［5］，增強(qiáng)了數(shù)字視頻傳輸?shù)目垢蓴_能力，實(shí)現(xiàn)了高清、標(biāo)清TS流的實(shí)時(shí)、高速傳輸;(2)將多入多出技術(shù)應(yīng)用到5GHz頻段的高速傳輸，提高了傳輸速率、降低了傳輸延時(shí);(3)采用動(dòng)態(tài)頻道選擇技術(shù)，保證了在空間頻段復(fù)雜的環(huán)境中高清信號(hào)的傳輸連接質(zhì)量。采用Amedia WiViTM技術(shù)設(shè)計(jì)的USB多媒體適配器實(shí)現(xiàn)了USB主機(jī)在5GHz頻段無(wú)線共享多媒體資源。

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