基于手機USB高清視頻傳輸接口技術(shù)的設(shè)計

為了應(yīng)對手機傳輸高清攝像的挑戰(zhàn)，需要在USB標(biāo)準(zhǔn)中定義一個USB音視頻類來規(guī)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，移動供應(yīng)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進一步體現(xiàn)其實用價值，因為它已不僅是一個數(shù)碼相機，還是一個數(shù)碼攝像機。

把高清錄像放到手機會帶來新的問題：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法向用戶傳遞其動人的高清體驗。和共享移動文檔和照片類似，開發(fā)人員所面臨的挑戰(zhàn)是如何分享高清視頻而不令其僅限于手機內(nèi)部。

在手機上采用高清視頻輸出接口

當(dāng)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(shù)據(jù)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(shè)備的高清視頻則需要實時的流傳輸。與此同時，當(dāng)前的高清視頻手機不是配備標(biāo)清的模擬視頻輸出就是采用高清電視所用的高清視頻標(biāo)準(zhǔn)，這些都沒有專門針對移動手機進行過優(yōu)化（見表1）。

表1：各手機廠商的高清視頻整合。

傳統(tǒng)高清視頻標(biāo)準(zhǔn)

HDMI是當(dāng)今高清視頻最好的標(biāo)準(zhǔn)之一，到2009年第二季度，超過850家公司取得了HDMI授權(quán)。

In-Stat曾預(yù)測，在2010年，市面上支持HDMI的設(shè)備超過十億。這些設(shè)備包括HDTV、投影機以及諸如媒體播放器和手機等手持設(shè)備。HDMI（圖1下）采用3個TMDS（最小化傳輸差分信號） 數(shù)據(jù)通道和一個單獨的時鐘通道來傳輸未壓縮的視聽信號，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1080p數(shù)據(jù)流從而興起了數(shù)字三維體驗。

圖1：HDMI結(jié)構(gòu)框圖。

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

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

圖2：DisplayPort結(jié)構(gòu)框圖。

在手機中使用傳統(tǒng)高清視頻標(biāo)準(zhǔn)的問題

HDMI和DisplayPort都是為桌面設(shè)備設(shè)計的，它們固有的缺點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(biāo)準(zhǔn)都需要比較多的引腳――HDMI有19個引腳，DisplayPort有20個引腳，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中，接插件的大尺寸將會影響整個設(shè)計的體積和形狀。

更多的引腳數(shù)同時也意味著需要更高的成本，從而提高了成品的物料清單（BOM）。今天，傳統(tǒng)視頻標(biāo)準(zhǔn)在手機中的應(yīng)用率還很低。手機生產(chǎn)商需要重新考慮他們現(xiàn)有的設(shè)計，以適應(yīng)這些額外的接插件。

傳統(tǒng)高清視頻標(biāo)準(zhǔn)的另一個缺點就是，它們無法通過同一纜線供電。這對于桌面設(shè)備來說并不是一個明顯的缺點，因為諸如藍光播放器、機頂盒、PlayStation 3等桌面設(shè)備都是獨立供電的。

另外，手機在傳輸視頻流到外部顯示設(shè)備時也會不斷消耗功率。如果手機此時沒有通過獨立的充電器充電或USB連接，移動視頻的回放時間就會收到限制。因此，如果使用傳統(tǒng)的高清視頻標(biāo)準(zhǔn)，就不可避免的需要在播放長度、便攜性和電池壽命之間權(quán)衡。

小型化HDMI

不要小看縮小傳統(tǒng)高清視頻標(biāo)準(zhǔn)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(guī)格中專為便攜式設(shè)備定義了一個小型連接器（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(guī)范定義了一種新的HDMI微連接器（D型）。HDMI微連接器保留了標(biāo)準(zhǔn)的19腳的A型和C型，但縮小連接器尺寸到2.8mm x 6.4mm，類似于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

可以通過常見的USB接口來傳輸HDMI或DisplayPort視聽信號。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(tǒng)高清攝視頻標(biāo)準(zhǔn)，USB接口帶來了非常適合手機的兩個主要優(yōu)點。USB只需要很少的引腳數(shù)目，通過一個TMDS（最小化傳輸差分信號）物理通道即可傳輸視聽信號。引腳數(shù)目少使連接器尺寸更小，這對于手機設(shè)備來說是很理想的。

此外，引腳數(shù)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(biāo)準(zhǔn)配件，是首選的數(shù)據(jù)傳輸接口和充電口。因此，Video-over-USB概念可以很容易的被廠家采用，而不會顯著的提高制造成本。

其次，USB能夠在一根線纜傳輸大容量的內(nèi)容，同時還能供電。例如，當(dāng)視頻數(shù)據(jù)包通過USB接口從網(wǎng)絡(luò)攝像頭流到PC時，電流可以從計算機輸送到攝像頭來供電。

應(yīng)用同樣的概念，手機能通過USB接口將整部電影電視傳到電視，同時通過電視來供電。回放結(jié)束后，手機也充好了電，就可以用作打電話和發(fā)郵件等其他用途。類似的觀念已經(jīng)在iPod音樂擴展塢（docking）系統(tǒng)中采用了，使用蘋果專有的30腳接頭，iPod可以通過外部的擴展塢系統(tǒng)揚聲器邊播放音樂邊充電。

USB音視頻類的推動

幾個產(chǎn)業(yè)玩家正在開發(fā)定制的USB圖形實現(xiàn)方式，從而滿足這個即將爆發(fā)的市場。然而，這些技術(shù)的多樣性以及獨特定制芯片和驅(qū)動的需求，使Video-over-USB概念逐漸向主流應(yīng)用靠近。

為了快速走向成功，需要在USB規(guī)范中定義USB音視頻類以使Video-over-USB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。通過USB為視聽信號傳輸預(yù)先定義一個類，可以激勵半導(dǎo)體廠商為此構(gòu)造SoC，而不需要再定制驅(qū)動芯片。

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

圖3：在傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和USB上傳輸高清視頻的比較。
來源；電子工程網(wǎng)