基于手機USB高清視頻傳輸接口技術(shù)的設計

為了應對手機傳輸高清攝像的挑戰，需要在USB標準中定義一個(gè)USB音視頻類(lèi)來(lái)規范USB視頻傳輸（Video-over-USB）技術(shù)。

手機的攝像功能已經(jīng)從一種新鮮事物發(fā)展為主流配置，移動(dòng)供應商策略性地把高清錄像作為他們的高端產(chǎn)品。在手機中整合高清視頻將會(huì )進(jìn)一步體現其實(shí)用價(jià)值，因為它已不僅是一個(gè)數碼相機，還是一個(gè)數碼攝像機。

把高清錄像放到手機會(huì )帶來(lái)新的問(wèn)題：如何使高清視頻回放。在手機上直接回放視頻是很普遍的，但屏幕的尺寸和分辨率的限制使高清視頻無(wú)法向用戶(hù)傳遞其動(dòng)人的高清體驗。和共享移動(dòng)文檔和照片類(lèi)似，開(kāi)發(fā)人員所面臨的挑戰是如何分享高清視頻而不令其僅限于手機內部。

在手機上采用高清視頻輸出接口

當前的手機視頻輸出接口的發(fā)展跟不上手機高清視頻的傳輸需求。USB數據傳輸速度足以傳輸照片，但連接到高清電視、顯示器和其他顯示設備的高清視頻則需要實(shí)時(shí)的流傳輸。與此同時(shí)，當前的高清視頻手機不是配備標清的模擬視頻輸出就是采用高清電視所用的高清視頻標準，這些都沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對移動(dòng)手機進(jìn)行過(guò)優(yōu)化（見(jiàn)表1）。

表1：各手機廠(chǎng)商的高清視頻整合。

傳統高清視頻標準

HDMI是當今高清視頻最好的標準之一，到2009年第二季度，超過(guò)850家公司取得了HDMI授權。

In-Stat曾預測，在2010年，市面上支持HDMI的設備超過(guò)十億。這些設備包括HDTV、投影機以及諸如媒體播放器和手機等手持設備。HDMI（圖1下）采用3個(gè)TMDS（最小化傳輸差分信號） 數據通道和一個(gè)單獨的時(shí)鐘通道來(lái)傳輸未壓縮的視聽(tīng)信號，最快可達10.2 Gbps （3.4 Gbps每通道）。在這樣的帶寬下，HDMI支持超過(guò)1080p數據流從而興起了數字三維體驗。

圖1：HDMI結構框圖。

與此同時(shí)，另一種高清標準DisplayPort正在迅速滲透市場(chǎng)，它得到諸如惠普、戴爾、蘋(píng)果等廠(chǎng)商的強大支持。在DisplayPort核心中，音頻、視頻和嵌入式時(shí)鐘信號能在micro-packet微包架構下通過(guò)可擴展的1、2或4路通道進(jìn)行傳輸。

如圖2所示，原始數據流被很好地打包并通過(guò)像素的控制和尋址經(jīng)由數據通道傳輸。DisplayPort1.2a支持17.28 Gbps的帶寬。

圖2：DisplayPort結構框圖。

在手機中使用傳統高清視頻標準的問(wèn)題

HDMI和DisplayPort都是為桌面設備設計的，它們固有的缺點(diǎn)限制了他們在手機和其他便攜式電子產(chǎn)品中的使用。這兩種標準都需要比較多的引腳――HDMI有19個(gè)引腳，DisplayPort有20個(gè)引腳，這致使連接器件尺寸比較大。在一些以小尺寸為優(yōu)勢的便攜式電子市場(chǎng)中，接插件的大尺寸將會(huì )影響整個(gè)設計的體積和形狀。

更多的引腳數同時(shí)也意味著(zhù)需要更高的成本，從而提高了成品的物料清單（BOM）。今天，傳統視頻標準在手機中的應用率還很低。手機生產(chǎn)商需要重新考慮他們現有的設計，以適應這些額外的接插件。

傳統高清視頻標準的另一個(gè)缺點(diǎn)就是，它們無(wú)法通過(guò)同一纜線(xiàn)供電。這對于桌面設備來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，因為諸如藍光播放器、機頂盒、PlayStation 3等桌面設備都是獨立供電的。

另外，手機在傳輸視頻流到外部顯示設備時(shí)也會(huì )不斷消耗功率。如果手機此時(shí)沒(méi)有通過(guò)獨立的充電器充電或USB連接，移動(dòng)視頻的回放時(shí)間就會(huì )收到限制。因此，如果使用傳統的高清視頻標準，就不可避免的需要在播放長(cháng)度、便攜性和電池壽命之間權衡。

小型化HDMI

不要小看縮小傳統高清視頻標準連接器尺寸的作用。HDMI的連接器經(jīng)歷了一系列縮小，它原本是A型連接器，而在HDMI 1.3規格中專(zhuān)為便攜式設備定義了一個(gè)小型連接器（B型）。從 A 型的13.9mm x 4.45mm縮小到10.42mm x 2.42mm。

最近，HDMI 1.4規范定義了一種新的HDMI微連接器（D型）。HDMI微連接器保留了標準的19腳的A型和C型，但縮小連接器尺寸到2.8mm x 6.4mm，類(lèi)似于micro-USB連接器（2.94mm x 7.8mm）。在HTC EVO 4G手機中，HDMI微連接器就放置在micro-USB連接器旁邊。

基于USB的高清視頻

可以通過(guò)常見(jiàn)的USB接口來(lái)傳輸HDMI或DisplayPort視聽(tīng)信號。USB 1.1/2.0已廣泛使用在手機中，今年USB手機已經(jīng)售出了128萬(wàn)臺。此外，USB 3.0技術(shù)增加了帶寬，可以達到大容量高清視頻傳輸。

相比傳統高清攝視頻標準，USB接口帶來(lái)了非常適合手機的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。USB只需要很少的引腳數目，通過(guò)一個(gè)TMDS（最小化傳輸差分信號）物理通道即可傳輸視聽(tīng)信號。引腳數目少使連接器尺寸更小，這對于手機設備來(lái)說(shuō)是很理想的。

此外，引腳數目少可以保證連接器BOM少。更重要的是，USB已經(jīng)是絕大部分手機中的標準配件，是首選的數據傳輸接口和充電口。因此，Video-over-USB概念可以很容易的被廠(chǎng)家采用，而不會(huì )顯著(zhù)的提高制造成本。

其次，USB能夠在一根線(xiàn)纜傳輸大容量的內容，同時(shí)還能供電。例如，當視頻數據包通過(guò)USB接口從網(wǎng)絡(luò )攝像頭流到PC時(shí)，電流可以從計算機輸送到攝像頭來(lái)供電。

應用同樣的概念，手機能通過(guò)USB接口將整部電影電視傳到電視，同時(shí)通過(guò)電視來(lái)供電?；胤沤Y束后，手機也充好了電，就可以用作打電話(huà)和發(fā)郵件等其他用途。類(lèi)似的觀(guān)念已經(jīng)在iPod音樂(lè )擴展塢（docking）系統中采用了，使用蘋(píng)果專(zhuān)有的30腳接頭，iPod可以通過(guò)外部的擴展塢系統揚聲器邊播放音樂(lè )邊充電。

USB音視頻類(lèi)的推動(dòng)

幾個(gè)產(chǎn)業(yè)玩家正在開(kāi)發(fā)定制的USB圖形實(shí)現方式，從而滿(mǎn)足這個(gè)即將爆發(fā)的市場(chǎng)。然而，這些技術(shù)的多樣性以及獨特定制芯片和驅動(dòng)的需求，使Video-over-USB概念逐漸向主流應用靠近。

為了快速走向成功，需要在USB規范中定義USB音視頻類(lèi)以使Video-over-USB技術(shù)標準化。通過(guò)USB為視聽(tīng)信號傳輸預先定義一個(gè)類(lèi)，可以激勵半導體廠(chǎng)商為此構造SoC，而不需要再定制驅動(dòng)芯片。

和USB大容量存儲類(lèi)（MSC）及人機接口設備類(lèi)（HID）一樣，下一次當你把手機插到電視上時(shí)，只需要簡(jiǎn)單按一下“播放”，高清視頻流就可以開(kāi)始了。

圖3：在傳統標準和USB上傳輸高清視頻的比較。
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