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WirelessHD让数字家庭自由自在

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高清光碟格式的统一(Blu-ray Disc格式击败HD DVD)、数字电视的推广无不预示着你的客厅进入了数字高清时代,数字高清不仅可以提供高清晰度的视觉享受和高保真的听音享受,而且能够让客厅中的视听设备与电脑进行协作,比如你可以在大屏幕电视上欣赏硬盘中存储的视频、数字照片,或者是将BD播放机播放的节目广播给PC接收,实现两大平台的资源共享。不过,如果追求时髦的发烧友们现在就添置BD播放器、高清电视之类的设备,兴致勃勃想将两大平台整合在一起时,一定会大失所望,因为大家会发现显示输出的布线工作是一件不可能完成的任务,而WIFI技术只能在PC与PC之间交换数据,无法直接让PC与大屏幕电视或BD潘放机实现信息共享。显然,数字家庭真正需要的是一种无线高清传输技术,让播放设备与显示设备以无线方式传输数据。

作为其中的一个候选者,wirelesshd工作组在2008年1月30日了WIrelessHD 1.0规范。WirelessHD是一项无线高清传输技术,它可以提供高达5Gbps的高带宽和非常低的传输延迟让客厅的视听设备摆脱连线的羁绊、改用无线方式来传输数字高清信号,这项技术同时也可以将PC与客厅联结为一体。

为何选择60GHz技术?

早在2006年12月份,LG、松下、NEC、三星电子、索尼、东芝等消费电子领域的六大巨头共同成立了WirelessHD工作组,旨在开发一种可替代HDMI的无线数字高清传输技术,让各种高清设备如电视、影碟播放机、机顶盒、录像机、游戏机等实现高清信号的无线传输,这种无线传输技术被称为“WirelessHD”。随后,Intel和SiBeam两家公司加XwirelessHD工作组并成为核心开发成员,该工作组计划在2008年春季拿出正式标准,并在2009年进入商用化阶段。在今年1月30日,WirelessHD 1.0规范按期,无线高清的旅程由此开始。

尽管WirelessHD的目标是短距离、高速的无线传输,不过工作组并没有采用流行的UWB超宽带技术,而是选择类似WiFi的传统无线传输方案,只不过WirelessHD采用的是60GHz频率的毫米波作为信号载波。众所周知,我们常见的802.11b/g都只采用2.5GHz频率的载波,802.11a用到5GHz,最新的802.11n也只是用到这两个频率,超过10GHz载波的无线技术就鲜有听闻。WirelessHD所用的60GHz频带拥有高达7GHz的带宽(802.11g只有44MHz带宽),理论上说它可以实现高达5Gbps的传输速率。但所有WirelessHD工作组的成员都缺乏60GHz频率技术的开发经验,导致WirelessHD在开发初期遭遇重重困难。

所幸,一家名为SiBearn的公司为他们提供了帮助。SiBeam由加州大学伯克利分校研究员Bob Brodersen创建,Bob Brodersen是CMOS射频领域的顶尖科学家,在以他为首的SiBeam公司的帮助下,WirelessHD的60GHz技术方案才得以顺利实施。尽管60GHz技术在体积、功耗方面都不如作为竞争对手的无线HDMI技术,但WirelessHD工作组有足够的理由选择60GHz技术而非无线HDMI的UWB超宽带技术。

我们可以看到,在颁布的1.0版标准中,WirelessHD将达到以下性能。

1 最高传输速率为5Gbps,这可轻松满足多路1920×1080未压缩高清视频的传送――而作为竞争技术的无线HDMI采用的是压缩传输,这无可避免导致画质受损,尽管这种损害微乎其微,但WirelessHD的未压缩传输无疑具有更理想的画面保真度,这也是WirelessHD阵营坚持60GHz技术的关键理由。

2 WirelessHD的传输延迟仅在5到15毫秒之间,可以保证高清画面传输的流畅进行,而不会出现画面明显延迟或播放不流畅的问题,低延迟也是60GHz技术的优势之一。

WirelessHD的应用与工作模式

WirelessHD作组主席John Marshall进一步地解释了工作组的选择,他认为若采用UWB技术,那么高清播放机、数字电视或其它高清传送设备只能发送或接收有损压缩的图像,因为UWB的理论传输带宽只能达到480Mbps,在实际应用中,数据包和广播视频信号都必须进行压缩,否则就无法保证高清信号的流畅性。为了实现高清信号的压缩和解压,OEM厂商就必须在他们的系统中配置昂贵的解码器和更多的RAM,而信号的压缩和解压过程不可避免将导致延迟的增加以及视频内容的丢失,这些现象都会导致高清视频的画质受损。WirelessHD工作组认为采用UWB作为技术的做法并不明智,他们真正需要的是一种能够支持未压缩、低延迟的无线传输技术,而要传输未压缩的高清信号,就意味着该技术必须具备足够高的带宽,60GHz所具有的5Gbps传输能力以及低延迟非常契合工作组的要求,因此尽管该方案功耗较高,WirelessHD权衡得失后还是将它作为无线高清传输的基础技术。

WirelessHD在性能上并非完美无缺,虽然它的带宽足够高,但传输距离却非常短,最大传输范围只有10米,且无法穿透墙壁,这就决定了WirelessHD只能在客厅内或房间内使用,而无法作为整个家庭联网的候选技术。不过,WirelessHD技术可以通过桥接的方式与现有的802.11n等无线网络连接,从而实现较广的覆盖范围,但802.11n的300Mbps带宽显然无法满足要求,比较合适的选择就是通过多个信号中继器、实现整个家庭范围的信号覆盖――对于这一点,WirelessHD 1.0标准尚未做出明确的规定。

作为无线高清传输,WirelessHD的5Gbps传输采用点对点和单向的方式,也就是播放设备负责信号发射,大屏电视则负责接收,不过WirelessHD实际上还包括一个速度小于100Mbps的反向传输信道,它的功能仅限于显示设备向播放设备的回馈信息传输。WirelessHD 1.0标准覆盖了物理层到应用层各个部分的设计鉴于60GHz技术带来的空前挑战,WirelessHD的开发工作经历了重重困难,不过承担控制芯片开发任务的SiBeam公司在今年CES大展上展示了全球首款WirelessHD商用平台,该平台由SB9120/SB9121基带处理器和采用称为“OmniLink60”技术的SB9110/SB9111发送/接收芯片构成,其中SB9120基带处理器和SB9110发送器负责信号的转换和发射,它们将被应用在BD播放器、机顶盒和多媒体PC等高清源设备上,而SB9121处理器和SB9111接收器则负责信号的接收和处理,它们将被应用在液晶电视、投影仪等接收设备上。这套解决方案可以实现 4Gbps的传输速率,虽然与目标中的5Gbps尚有距离,但已经可以满足实用化的要求。(注:SiBeam公司的60GHz WirelessHDH芯片组获得TCES08的创新设计大奖)

不过,这套方案仅停留在原型阶段,尚未经过仿真和测试,WirelessHDI作组希望能够在一年之后开始实现WirelessHD的商用部署,而最终控制芯片产品将被封装在1平方英寸大小的模块内,功耗则控制在5瓦水平左右。显然,要在短短一年内实现这一目标绝非易事,WirelessHD无论在系统能够设计、仿真、超高频芯片测试、构建天线阵列等领域都需要大量的工作需要完成。

WireIessHD面临的技术与商业挑战

要将WirelessHD成功推向商用化,WirelessHDZ作组还要面临安全性、版权费、规章以及标准等各个方面的挑战。第一个问题就在于无线传输的安全性,好莱坞对于高清传输技术的防盗版要求极为苛刻,假如WirelessHD无法满足它们的要求,那么肯定无法获得支持。WirelessHD对此当然不怠慢,它们参考大量已有的内容保护技术,包括数字传输内容保护(DTCP)和HDMI所采用的高带宽数字内容保护(HDCP),但好莱坞对此并不满足,它们希望能够获得更为严密的防护,WirelessHD对这个问题暂时还没有做出响应,至少WirelessHD 1.0标准在安全性方面只是与HDMI看齐,

WirelessHD的版权费问题到现在也还未能确定,工作组内部各成员现在依然对WirelessHD是否征收版权费而争论不已,争论双方各有理由:支持征版权费的一方当然希望通过版权费征收来获得额外的收益,而且HDMI接口和HDCP内容保护都已经在这么干,WirelessHD没有理由做成免费大餐。反对征收版权费的另一方则认为,版权费制度将让无线HDMI成为WirelessHD的竞争者,由于WirelessHD平台解决方案本身价格就不占优势,若再执行版权费制度,设备厂商很有可能选择综合成本低的无线HDMI方案;而若采用免费方式发行,WirelessHD的竞争力将会明显提升,并成为无线高清传输的标准技术。争论双方从各自的角度出发,彼此互不相让,WirelessHD内部目前仍未定论――如果拖的时间越长,对WirelessHD商业化推行就越为不利,毫无疑问,无论设备厂商还是消费者,都希望WirelessHD能够采用免版权费的做法。

在无线频谱方面,WirelessHD的60GHz要比UWB来得幸运,UWB的脉冲方式很容易给雷达等敏感设备造成干扰,许多国家对其使用都严格限制,导致所有以UWB为基础的技术都迟迟无法推进(这类技术包括:无线USB、蓝牙3.0、无线HDMI等等)。而WirelessHD在这方面的困扰要小得多。譬如在美国,WirelessHp可以无需许可便使用57~64GHz频段,该频段允许的传输功率高达10瓦。在欧洲和日本,WirelessHD则可以使用59~66GHz之间的频段。

相比之下,UWB在日本无法获得可用频段,在欧洲地区则被限制在6~10GHz频段内、比美国小3GHz。不仅如此,开发人员还必须确保UWB在欧洲的传输功率比在美国小20dB,这样一来,UWB的理论带宽就被限制在4Gbps,同时还被要求信号监听和避免竞争信号一一这实际上意味着要为每台设备中都装载一个小型的频谱分析仪。因此在频谱资源方面,WirelessHD将不会遭遇多少障碍,只要控制芯片足够成熟,就可以将其整合于各类高清设备中。

WirelessHD要过的最后一关就是与HDMI的协作。事实上,无论是WirelessHD还是所谓的无线HDMI,都没有获得HDMI的核心技术授权,而HDMI现在已经成熟数字高清设备的传输接口标准,根本无法绕过。

来自UWB阵营的看法:UWB技术比60GHz技术更成熟

WirelessHD最强的反对者当属WiMedia联盟,WiMedia联盟是一个非营利公开的行业协会,旨在促进UWB的商业化开发,包括无线HDMI、无线USB等均属于WiMedia的推广对象。WiMedia联盟主席Stephen Wood认为,60GHz技术现在尚未成熟,即使WirelessHD推进者可以将该技术快速推向商用化,但这有可能对消费者造成伤害,而UWB开发的时间更长,技术上也更为成熟,同时Wood也透露,身处WirelessHD阵营的某些消费电子公司即将推出采用无线USB的便携摄像机和MP3播放器,足以表明UWB的价值。Wood认为,这些跨国公司都会到处下赌注,不过最终他们只会选择最适合自己的一种――例如WirelessHD工作组创始成员的松下、东芝和索尼,同时也是无线HDMI标准的制定者,现在讨论60GHZ技术还是UWB技术谁能获胜还为时过早。

值得一提的是,无线HDMI实际上有两种版本的提案,首个版本在2003年7月颁布,由松下、飞利浦、三星、夏普和索尼等消费电子巨头共同提出,不过该版本定义的传输速率较低。作为无线HDMI控制芯片开发者的TZero公司和ADI公司认为原无线HDMI标准效能无法满足实用要求,为此二者合作提出一份新的提议――将传输速率推高到500Mbps,同时增强了传输稳定性。在推出新提案的同时,双方还联手拿出相应的控制芯片和影像编码器。由于新方案性能突出,而这两家公司也联手与OEM厂商合作,意图将无线HDMI技术推向市场,所以WirelessHD当然就成为它们的竞争对手。

支持UWB技术的还包括蓝牙工作组。蓝牙工作组已经推出基于UWB技术的Bluetooth,over,UWB规范,它们希望实现100Mbps的短距、智能传输,让数字设备能够自由地交换信息。尽管蓝牙与WirelessHD并不会直接发生冲突,但蓝牙工作组同样不认为WirelessHD的60GHz技术已经成熟到可以进入到商用化阶段。

结语

无论wirelessHD遭遇多少反对的声音,商业化的步伐始终难以阻挡。WirelessHD或许应该更关注来自未来性能预期的挑战――有线HDMI1.3标准已经,新标准将传输速率从5Gbps提升到10Gbps,可支持高达1440p分辨率、90Hz帧率或48位色深的传输需求,而PS3将成为首批使用HDMl1.3的系统之一。更强大的性能意味着更卓越的画面效果,尤其是在高色彩表现以及高动态范围画面中,HDMI 1.3的10Gbps威力尽显。很显然,WirelessHD的60GHz技术尚无法提供这样的能力,或许在未来开发者可以考虑通过类似MIMO技术来达到这样的性能。