汽車娛樂系統的音頻技術

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　　新式的車載信息娛樂系統具有多種內置的音頻來源，例如CD播放器和可提供內容至多臺顯示器的DVD播放器，以及各種類型的廣播無線電接收器。攜帶便攜式音頻/媒體播放器和智能手機的每位乘客會有自己的內容來源，并通過輔助輸入連接到信息娛樂系統中。此外，車內提供的上網功能也會提供另一種個人內容來源，且往往是與音樂有關。

　　盡管車載信息娛樂系統中有豐富的內容來源，但汽車的內置喇叭卻使得每位乘客都必須同時聆聽相同的音頻信息。顯然地，若每位乘客想要聽自己喜歡的音樂，就得使用耳機才行(圖1)。

　　無線音頻傳送技術

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　　圖1 備耳機的后座顯示器。

　　車載娛樂系統的耳機可以采用無線或有線設計。當然，在汽車的有限空間中，使用有線耳機的缺點顯而易見，因此汽車OEM廠商轉而尋求無線解決方案。

　　無線技術：紅外線與數字射頻

　　紅外線(IR)和射頻(RF)是無線耳機主要選用的兩種技術，它們都各自有其優缺點。

　　音頻質量：通常，大多數IR解決方案是傳輸模擬音頻，且音頻是通過動態范圍約70dB的調頻IR載波來傳送。因此，它的質量與FM廣播相近，明顯低于具96dB動態范圍的CD和DVD音頻質量。

　　此外，除了陽光之外，汽車內還會有其它的IR干擾源。在模擬音頻的傳輸過程中，不會有任何修正錯誤的機會，因此任何微小的IR信道問題都會在音頻碼流中造成聽得見的噪聲，常被稱為“靜態噪聲”。

　　模擬RF解決方案也存在同樣的音頻質量較低，以及易受干擾的問題。而且，在支持Wi-Fi和藍牙連接技術的汽車中，由于Wi-Fi及藍牙連接與RF無線音頻共享相同的頻段，故RF干擾問題會更嚴重。

　　不管是IR還是RF，任一種無線傳輸都會有干擾存在。因此，數字無線音頻傳輸技術是更佳的解決方案，因為它具備偵測傳輸錯誤、并在信號送達聽者前對之進行修正的能力，而且還能夠采取行動避免未來再發生錯誤。

　　視距：IR需要一條從來源至耳機的不受干擾的視距通道，但是要從儀表板到后座乘客間建立這樣的通道是有困難的，尤其是對于較大型的三排座椅車輛而言。因此，制造商試圖在多個位置安裝IR發射器，以確保其中至少有一個能夠與耳機建立視距通道。當然，這種解決方案會增加成本和功耗。而且，只要帶耳機的乘客轉頭，此通道就會中斷。

　　相比之下，RF解決方案并不需要視距通道，而且在有限的汽車空間中，只需要一個發射器就能傳送到所有的耳機位置。

　　多音頻信道：一般來說，IR僅提供單一廣播信道。多個試圖傳送不同內容的發射器會互相干擾。因此，模擬IR技術僅能處理單個音頻碼流，這對具有多個顯示屏和其它音源的新型汽車來說，顯然具有其局限性。有些IR解決方案會通過在單個數字IR鏈路上采用時分多路復用數個音頻信道的方式來解決這個問題。這種方案的缺點是，所有音頻內容都必須先送到某個地方被多路復用之后，才能進行IR傳輸。

　　RF解決方案具有將各個音頻信道分配給不同音頻碼流的能力。無線音源會在車內盡可能地被傳送(請見圖2)至靠近音頻來源，而耳機能通過接收無線電信道的方式選擇想聽的音頻內容。

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　　圖2 重來源與多個耳機。

　　廣播：除了能讓每位乘客利用耳機欣賞各自想聽的音樂外，也能讓多位乘客共享內容，例如在他們觀看相同屏幕的時候。

　　紅外線技術本質上一是個廣播媒介，因此所有與發射器間具有視距通道的耳機都能共享相同的音頻碼流。

　　數字RF技術在這方面有所不同。舉例來說，采用藍牙的串流音頻解決方案僅支持點對點連接。因此，每個耳機都需要一個發射器，這會造成成本和功耗的增加。共享內容是指將所需的音頻串流連接到所有想要分享此內容的耳機發射器。相較之下，SMSC的Kleer技術能夠允許多達4個耳機與相同的音頻來源連接，同時還能允許耳機在不同來源中做選擇。

　　反向信道(Back-channel)通信: 耳機提供了一個讓用戶控制音頻信道切換、暫停播放等功能的理想位置。然而，這需要從耳機到音頻來源建立一個回傳通道，在此將其稱為反向信道。

　　很可惜，IR連接包含了不同的發射器和接收器，因此耳機往往僅能接收，而無法在耳機上實現播放控制功能。

　　大多數數字RF設備都同時擁有發射和接收功能，這是最低條件，這樣才能讓耳機回傳確認信號給音源，告知音頻數據包已正確收到，不需要再重發一次。這個從耳機到音源間建立的反向信道還能做為其它用途，包括播放控制、電池狀態、和辨認耳機品牌以確認是否支持。

　　許多信息娛樂系統還包含有手持遙控裝置(見圖3)，可從車內的任何角落控制各種系統功能。與無線耳機相同，這些裝置通常采用IR技術，但也都遭遇了同樣的問題。支持反向信道的數字RF解決方案，能利用此反向信道做為遙控之用。因此，一個內置在汽車音響主機(head-unit)中用來將音頻碼流傳至一個或多個無線耳機的RF組件，亦能用來接收從一個或多個遙控裝置傳來的控制命令，如此一來，便無需在音響主機中額外增加專門用來接收遙控裝置命令的接收器。

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　　圖3 息娛樂系統的遙控裝置。

　　反向信道的另一個有趣應用是語音通信。這能讓耳機(headphone)成為一個帶麥克風的耳麥(headset)，可通過車內的免提式語音系統進行個人語音通話，不用再切換到另一個耳麥。

　　RF技術的選擇

　　有鑒于有線和IR耳機的多個缺點，汽車OEM廠商遂轉而考慮采用數字RF技術作為解決方案。目前市面上有多種RF方案可供汽車耳機選用，包括Wi-Fi、藍牙，以及多款專屬無線技術，SMSC的Kleer便是其中之一。汽車OEM廠商應該為此應用選擇哪一種RF技術呢?

　　音頻質量是首要考慮事項。特別是，RF技術不應該成為耳機音頻質量的限制因素。如果汽車擁有CD/DVD播放器的高質量音頻來源，就應該將同樣的質量傳送到耳機。這是藍牙在此應用中的主要缺點之一。藍牙的有限帶寬使其需要采用有損壓縮(lossy compression)來傳送音頻，因此僅能獲得與FM廣播或IR差不多的音頻質量。

　　其次是考慮功耗。由于車載耳機主要是放置于車內，經常更換電池或充電是非常不方便的。因此，RF方案的功耗必須能盡可能地小，以延長電池壽命。這項要求就基本上剔除了采用Wi-Fi技術的可能性。因為Wi-Fi設備支持較高帶寬和較長傳輸距離，這意味著它會較其它技術消耗更多的功率。即使是藍牙的功耗都比SMSC的Kleer方案高，因為Kleer是專為電池供電無線音頻應用所設計的。

　　能與其它無線電技術共存也是一重要考慮事項，因為汽車系統也開始內置Wi-Fi接入點，以支持無線筆記本電腦和藍牙免提語音裝置。選用的RF技術必須能夠在此環境中不產生音頻丟幀(audio drop)，也不會干擾Wi-Fi的吞吐量和藍牙的語音質量。評測一項無線電技術是否能夠與其它無線電共存的方法之一是，檢查其占用的無線電頻譜。所有2.4GHz無線電技術都必須在2.40GHz和2.48GHz之間找到約80MHz的可用頻譜。Wi-Fi占用的頻譜為這個值的一半，而藍牙為四分之一。相較之下，窄帶無線電僅消耗不到3MHz的頻段，因此會有較高的機率找到可用頻譜。

　　此RF技術必須能支持多重音頻碼流的同步傳輸，因為耳機設計的主要用途就是要讓每位乘客都能聽到自己喜歡的內容。由于這些音頻串流不一定是來自相同的位置(例如，除了汽車音響主機中的一或多個發射器，每部后座顯示器都可能會有自己的RF發射器)，因此RF技術必需能夠支持多個位置各異的發射器。有多種方案可以滿足這一需求，比如Wi-Fi的載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)，這是一種較復雜的機制，其將頻譜簡單分割為多個窄頻信道，并動態選取可用信道。

　　在為車載信息娛樂系統選用無線音頻傳送方案時，不同的無線技術都各有其優缺點。一般來說，數字傳輸較模擬技術更受青睞，而RF傳輸比IR為佳。不過，各種數字RF技術間仍有差異，因此，必須仔細全面地評估不同技術在音頻質量、功耗、多點至多點連接、播放控制、音頻延遲、語音通話支持，以及與Wi-Fi和藍牙共存等方面的特性。