基于MOST50總線的多路同步音視頻傳輸設(shè)計(jì)

崔茂源 陳博 南洋 孫琦 李長(zhǎng)龍

（中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心）

基于MOST50總線的多路同步音視頻傳輸設(shè)計(jì)

崔茂源 陳博 南洋 孫琦 李長(zhǎng)龍

（中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心）

設(shè)計(jì)了一種基于MOST50（Media Oriented System Transport with 50Mbps）總線的多路同步音視頻數(shù)據(jù)傳輸方法，即采用一對(duì)非屏蔽雙絞線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬音視頻線束同步傳輸多路數(shù)字音視頻數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)了一種連接管理策略，以實(shí)現(xiàn)多路音頻視頻連接的建立、釋放及切換過程，據(jù)此開發(fā)了基于MOST50總線的車載信息娛樂原型系統(tǒng)，完成了試驗(yàn)室集成及整車驗(yàn)證。目前該方法已應(yīng)用于一汽自主高端乘用車產(chǎn)品系列開發(fā)中。

1 前言

隨著用戶對(duì)信息娛樂性的要求不斷提高，在中高端乘用車領(lǐng)域中，音視頻播放器、電子導(dǎo)航、車載電話、3G、高清數(shù)字電視、語(yǔ)音控制和語(yǔ)音指導(dǎo)、多個(gè)LCD視頻顯示器的后座娛樂系統(tǒng)、杜比數(shù)碼環(huán)繞立體聲影院等先進(jìn)的車載功能需要進(jìn)行信息交互。傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式實(shí)現(xiàn)多路音視頻數(shù)據(jù)的交互時(shí)，需要大量的差分視頻線與音頻線，勢(shì)必增加整車線束質(zhì)量和布置難度，降低抗干擾能力。相對(duì)于傳統(tǒng)方式，MOST總線具有高帶寬、低EMC干擾、連接靈活、數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢(shì)，能夠采用一對(duì)光纖或非屏蔽雙絞線傳輸多路數(shù)字音頻、視頻數(shù)據(jù)，可以有效解決傳統(tǒng)音視頻傳輸引起的問題[1]。

迄今為止，MOST總線技術(shù)已經(jīng)成功地由帶寬為25Mbps的 MOST25總線技術(shù)，發(fā)展為 MOST50、 MOST150總線技術(shù)[2]。作為一種低成本方案，通用、豐田等國(guó)際汽車制造商已成功使用MOST50總線技術(shù)，但只是傳輸音頻數(shù)據(jù)。本文提出了一種在MOST50總線中同時(shí)傳輸音頻、視頻數(shù)據(jù)的方法，設(shè)計(jì)了一種連接管理策略，實(shí)現(xiàn)了多路音頻視頻連接的建立、釋放及切換；開發(fā)了車載信息娛樂原型系統(tǒng)，進(jìn)行了試驗(yàn)室及整車驗(yàn)證。

2 基于MOST50總線的音視頻傳輸方法

在MOST50總線中，有約45M的總線帶寬用于傳輸同步音頻、視頻及異步包數(shù)據(jù)。為了滿足在MOST50總線中傳輸多路同步視頻數(shù)據(jù)的需求，需要分配并限制每路視頻數(shù)據(jù)所占用的總線帶寬。原始的RGB視頻數(shù)據(jù)需要進(jìn)行壓縮編碼，然后以MPEG4/H264格式通過MOST50總線傳輸。

考慮一種典型應(yīng)用，在MOST50總線中同時(shí)傳輸3路立體聲音頻與3路標(biāo)清480P視頻，總線帶寬分配情況如表1所示。

表1 總線帶寬分配情況

2.1 音頻、視頻數(shù)據(jù)傳輸方案

利用MOST50總線進(jìn)行同步音頻、視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨溉鐖D1和圖2所示。每路數(shù)據(jù)源視頻模塊輸出的原始RGB視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼壓縮芯片處理，壓縮編碼為MPEG4/H264格式，視頻數(shù)據(jù)的壓縮比需根據(jù)總線帶寬分配情況進(jìn)行配置。壓縮編碼后的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過Medi?aLB接口進(jìn)入MOST INIC（Intelligent Network Interface Controller）。INIC根據(jù)已配置的連接通道，將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)組OST50總線上。每路數(shù)據(jù)源音頻模塊輸出的IIS音頻數(shù)據(jù)直接進(jìn)入編碼壓縮芯片，與視頻數(shù)據(jù)一同經(jīng)過MediaLB接口進(jìn)入INIC，INIC根據(jù)已配置的連接通道，將音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)組OST50總線上。

每路數(shù)據(jù)目的的INIC將接收到的指定連接通道的音頻、視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過MediaLB接口傳輸給解碼解壓縮芯片，還原為原始RGB格式的視頻數(shù)據(jù)，由視頻播放模塊進(jìn)行播放，音頻數(shù)據(jù)則由音頻播放模塊進(jìn)行播放或經(jīng)過INIC轉(zhuǎn)發(fā)給其它的數(shù)據(jù)目的進(jìn)行播放。

2.2 音頻、視頻數(shù)據(jù)同步方法

編解碼芯片僅針對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮、解碼解壓縮處理，并未對(duì)音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，音頻、視頻數(shù)據(jù)可能存在不同步的問題。因此，本文提出如下兩種同步補(bǔ)償方法。

a.當(dāng)音頻、視頻數(shù)據(jù)被同一數(shù)據(jù)目的接收時(shí)（圖1），數(shù)據(jù)源需要延遲輸出音頻數(shù)據(jù)，補(bǔ)償視頻編碼壓縮時(shí)間Δt。數(shù)據(jù)目的需要延遲播放音頻數(shù)據(jù)，補(bǔ)償視頻解碼解壓縮時(shí)間Δt`。

b.當(dāng)音頻、視頻數(shù)據(jù)被兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)目的接收時(shí)（圖2），令其中的音頻、視頻數(shù)據(jù)目的同時(shí)作為另一音頻數(shù)據(jù)目的的數(shù)據(jù)源，仍按方法a進(jìn)行同步補(bǔ)償。

3 多路同步音視頻連接管理策略

MOST50網(wǎng)絡(luò)中允許存在多路同步音頻、視頻連接，每路連接由唯一數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)目的組成。MOST50網(wǎng)絡(luò)中有唯一連接管理主節(jié)點(diǎn)（Connection Master，CM），利用連接管理功能塊ConnectionMaster FBlock[3]，響應(yīng)建立、釋放連接請(qǐng)求。此外，CM中需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)連接管理策略，用于管理網(wǎng)絡(luò)中存在的音頻、視頻數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)目的；識(shí)別請(qǐng)求類型并觸發(fā)建立、釋放及切換連接的操作；記錄網(wǎng)絡(luò)中存在的同步音頻、視頻連接信息；調(diào)整同步信道帶寬等。

網(wǎng)絡(luò)中其它控制器作為連接管理從節(jié)點(diǎn)（Connec?tion Slave，CS），負(fù)責(zé)向CM發(fā)送建立、釋放連接的請(qǐng)求；數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)響應(yīng)CM發(fā)送的分配及釋放同步音頻、視頻連接命令；數(shù)據(jù)目的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)響應(yīng)CM發(fā)送的連接及斷開同步音頻、視頻連接命令。

3.1 多路同步音頻與視頻連接的建立、釋放及切換

CM連接管理策略中建立及切換連接流程如圖3所示，釋放連接流程如圖4所示。當(dāng)CS有播放音頻，視頻數(shù)據(jù)的需求時(shí)，需要向CM發(fā)送攜帶與同步音頻、視頻連接相關(guān)的數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)目的信息的建立連接請(qǐng)求；當(dāng)CS無播放需求時(shí)，需要向CM發(fā)送釋放連接請(qǐng)求；CM中連接管理策略的切換連接過程依賴于釋放及建立連接過程，CS僅需向CM發(fā)送建立連接請(qǐng)求，CM中的連接管理策略負(fù)責(zé)識(shí)別請(qǐng)求類型并給出相應(yīng)的操作。

3.2 帶寬管理

從圖3、圖4可知，CM中的連接管理策略不僅負(fù)責(zé)管理同步音視頻連接的建立、釋放及切換過程，還負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)中同步音頻、視頻數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)目的信息，以及同步連接信息及同步數(shù)據(jù)域總線帶寬。當(dāng)剩余的同步數(shù)據(jù)域總線帶寬不足時(shí)，CM可以通過NetBlock中的功能函數(shù)調(diào)整同步數(shù)據(jù)域與異步數(shù)據(jù)域之間的邊界描述符[4,5]，增加同步數(shù)據(jù)域總線帶寬，保證網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在多路同步音頻、視頻連接的可行性。

4 原型系統(tǒng)開發(fā)及驗(yàn)證

基于上述方案，開發(fā)了車載信息娛樂原型系統(tǒng)，利用原型系統(tǒng)搭建了車載信息娛樂系統(tǒng)臺(tái)架及功能樣車，并進(jìn)行了集成測(cè)試及整車測(cè)試。

4.1 車載信息娛樂原型系統(tǒng)開發(fā)

如圖5所示，原型系統(tǒng)由娛樂主機(jī)（0x100）、數(shù)字電視（0x150）、后座娛樂主機(jī)（0x140）、網(wǎng)關(guān)（0x110）及功放（0x170）組成。其中，娛樂主機(jī)支持同時(shí)輸出3路獨(dú)立的音視頻數(shù)據(jù)，或同時(shí)輸出2路獨(dú)立的音視頻數(shù)據(jù)并接收1路MOST網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)；數(shù)字電視支持輸出一路音視頻數(shù)據(jù)；后座娛樂系統(tǒng)主機(jī)支持接收2路獨(dú)立的MOST網(wǎng)絡(luò)音視頻數(shù)據(jù)；網(wǎng)關(guān)支持CAN總線與MOST總線之間進(jìn)行信息交互功能；功放支持接收一路MOST網(wǎng)絡(luò)音頻數(shù)據(jù)。圖6為多路音頻、視頻連接圖，圖7為功能樣車中各原型系統(tǒng)布置圖。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

在搭建的原型系統(tǒng)集成測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)架上，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)存在3路獨(dú)立的音頻連接和3路獨(dú)立的視頻連接。圖8為Optolyzer[6]截取的MOST50總線帶寬分配情況。每路音頻連接占用4字節(jié)（約1.5M）總線帶寬，每路視頻連接包括視頻數(shù)據(jù)連接占用28字節(jié)（約11M）總線帶寬及視頻時(shí)鐘連接占用4字節(jié)（約1.5M）總線帶寬。圖9為Opto?lyzer截取的同步音視頻信道切換過程的消息列表。

從圖9可知，首先，后座娛樂主機(jī)（0x140）向娛樂主機(jī)（0x100）申請(qǐng)建立與數(shù)字電視（0x150）之間的同步音視頻信道連接，娛樂主機(jī)（0x100）為數(shù)字電視（0x150）分配同步音視頻信道，為后座娛樂主機(jī)（0x140）連接同步音視頻信道。其次，后座娛樂主機(jī)（0x140）向娛樂主機(jī)（0x100）申請(qǐng)切換與娛樂主機(jī)DVD（0x100）之間的同步音視頻信道連接，娛樂主機(jī)（0x100）斷開原有后座娛樂主機(jī)（0x140）與數(shù)字電視（0x150）之間的同步音視頻信道連接，為本地DVD（0x100）分配同步音視頻信道，為后座娛樂主機(jī)（0x140）連接新的同步音視頻信道。

6 結(jié)束語(yǔ)

提出了一種在MOST50總線中同時(shí)傳輸音頻、視頻數(shù)據(jù)的方法；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種連接管理策略，管理多路音頻、視頻連接的建立、釋放及切換過程；開發(fā)了基于MOST50總線的車載信息娛樂原型系統(tǒng)，進(jìn)行了試驗(yàn)室及整車驗(yàn)證。目前該方法已應(yīng)用于一汽自主高端乘用車產(chǎn)品系列開發(fā)中。

1 秦貴和,黃永平.MOST汽車多媒體網(wǎng)絡(luò).北京:北京理工大學(xué)出版社,2009:61～66.

2 MOST COOPERATION.MOST Cooperation and Technolo?gy.Germany,2009.

3 MOST Cooperation.MOST Function Block ConnectionMas? ter.2011.

4 Andreas Grzemba.MOST-The Automotive Multimedia Net?work.Germany,2008.

5 MOST COOPERATION.MOST Specification,2010.

6 Microchip.Optolyzer OL3150o,2009.

（責(zé)任編輯簾 青）

修改稿收到日期為2015年5月1日。

The Design of Multiple Synchronous Audio and Video Transfer based on MOST50 Bus

Cui Maoyuan,Chen Bo,Nan Yang,Sun Qi,Li Changlong
（China FAW Co.,Ltd R&D Center）

A multiple synchronous audio and video data transport method based on MOST50（Media Oriented System Transport with 50Mbps)is designed,which uses a couple of UTP to replace traditional analog audio and video wires to realize synchronous audio and video data transport.A connection management strategy is design,to manage the processes of establishing,releasing and switching the multiple audio and video connections.In-vehicle infotainment prototype system is developed based on MOST50 bus.The system has been integrated in the laboratory and vehicle verification has also been made.At Present,this method has been applied to FAW high-end series passenger car development.

MOST bus,Digital audio and video signal,Connection Management,Prototype system development

MOST總線 數(shù)字音視頻信號(hào) 連接管理 原型系統(tǒng)開發(fā)

U463.6

A

1000-3703（2015）07-0052-04