IEEE1394接口技術(shù)及其應(yīng)用

1.引言

IEEE1394最早由蘋果（APPLE）、索尼（SONY）、美國德州儀器（Texas Instr-uments）等公司于提出，并于1995年由IEEE協(xié)會(huì)認(rèn)定為IEEE1394-1995技術(shù)規(guī)范，全稱為IEEE1394高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE1394作為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高速串行總線，其開放性、兼容性、非專利性以及該接口獨(dú)具的傳輸速率高、支持同步、異步兩種數(shù)據(jù)傳輸、價(jià)格低廉、占用空間小、支持即插即撥等優(yōu)點(diǎn)而得到索尼、松下等著名公司的支持，并被不斷完善發(fā)展。目前廣泛應(yīng)用于個(gè)人PC機(jī)及專業(yè)攝、錄、非線性編輯領(lǐng)域，成為視音頻數(shù)據(jù)傳輸、交換最經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的手段而得到飛速發(fā)展，為廣播電視領(lǐng)域開辟了全數(shù)字化的從拍攝到制作的新環(huán)境。

2.IEEE1394接口技術(shù)

（1）接口信號(hào)線及電器特性

IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)的接口信號(hào)線采用6芯電纜，其中4條信號(hào)線分別做成兩對(duì)雙絞線，用以傳輸信號(hào)，另外兩條線是電源線，可通過IEEE1394接口為連接到主機(jī)上、功率不大的外圍設(shè)備提供4～10V電源，并支持節(jié)能的掛機(jī)和喚醒模式，而且當(dāng)設(shè)備斷電或出現(xiàn)故障時(shí)，也不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（2）傳輸速率

IEEE1394接口支持多種數(shù)據(jù)傳輸速率，其中IEEE1394a銅線電纜的數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps、200Mbps、400Mbps。按照IEEE1394-1995標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps、200Mbps、400Mbps的設(shè)備可以在同一網(wǎng)絡(luò)上共存。IEEE1394b接口進(jìn)一步將數(shù)據(jù)傳輸速率提升到800Mbps，甚至1.6Gbps、3.2Gbps。

（3）傳輸距離

IEEE1394接口連接電纜的傳輸距離與電纜線材參數(shù)有關(guān)：0.35mm銅線的傳輸距離（即兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間）約為4.5米，0.5mm的銅線約為14m，而采用光纖則可將傳輸距離延長(zhǎng)至100米以上。IEEE1394網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離可以通過IEEE1394中繼器延長(zhǎng)一倍，由于IEEE1394最多能支持16層樹型網(wǎng)段，所以兩個(gè)端點(diǎn)之間的最大傳輸距離為72m（16×4.5m）

（4）傳輸方式

IEEE1394接口同時(shí)支持同步和異步兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，在同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中可以同時(shí)進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳輸，還可以進(jìn)行等時(shí)傳送以及一定時(shí)間內(nèi)的順序傳輸，從而將數(shù)字聲音、圖像信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳輸至接收設(shè)備。

（5）支持特性

IEEE1394接口支持熱插拔，是一個(gè)真正“即插即用”的硬件解決方案，這是因?yàn)镮EEE1394標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的總線技術(shù)，不需要終結(jié)，所以系統(tǒng)工作時(shí)任意熱插拔都不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上增加或刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)，IEEE1394協(xié)議都將會(huì)自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。

（6）數(shù)字接口

不需數(shù)模轉(zhuǎn)換，多媒體應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)能夠以數(shù)字形式傳輸，實(shí)時(shí)連接或斷開時(shí)數(shù)據(jù)不丟失或中斷。

（7）兼容性好

可適應(yīng)PC的全部I/O要求，并可以與SCSI、RS232、IEEE 1284、Centronics、Apple’s Desktop Bus等接口兼容，表現(xiàn)為不同設(shè)備和應(yīng)用的通用連接。

（8）非專利性，接口設(shè)備對(duì)等

不存在專利問題，遵循高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn)。不分主從設(shè)備，其中有足夠的智能用于連接，不需附加控制功能。可不通過電腦在兩臺(tái)攝像機(jī)之間直接傳遞數(shù)據(jù)，也可以讓多臺(tái)電腦共享一臺(tái)攝像機(jī)。

3.利用IEEE1394構(gòu)建全數(shù)字化制作網(wǎng)絡(luò)

目前各地電視臺(tái)廣泛應(yīng)用的是采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)，其中組建光纖網(wǎng)的主要設(shè)備光纖卡、光纖交換機(jī)價(jià)格不菲，一般用戶無力承受，而傳統(tǒng)的100Mbps以太網(wǎng)速顯然不夠用。而通過IEEE1394創(chuàng)建的局域網(wǎng)絡(luò)能夠以很高的速率進(jìn)行聲音與圖像信號(hào)的實(shí)時(shí)傳送，還可以傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以及設(shè)備控制指令。

現(xiàn)在越來越多的計(jì)算機(jī)廠家都將IEEE 1394接口作為產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)配置，許多錄像機(jī)生產(chǎn)廠家（如松下公司推出的DVCPRO50錄像機(jī)）在接口方面新增加了IEEE1394接口。微軟的Windows操作系統(tǒng)也定義了IEEE1394，從而創(chuàng)建和完備了計(jì)算機(jī)與音視頻設(shè)備之間的連接環(huán)境。數(shù)字錄像機(jī)和計(jì)算機(jī)的IEEE1394接口進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了非線性編輯功能，基于硬件的非線編已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)為基于軟件的非線編。所以通過IEEE1394組建全數(shù)字制作網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)（見圖1）。

利用IEEE1394能創(chuàng)建各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一IEEE1394網(wǎng)絡(luò)中，可同時(shí)進(jìn)行菊鏈?zhǔn)胶蜆錉钸B接，組網(wǎng)的方法十分靈活。比如：在一個(gè)以樹狀連接的網(wǎng)絡(luò)中，我們?cè)谄渲幸慌_(tái)計(jì)算機(jī)上安裝IEEE1394適配卡，由于一塊IEEE1394適配卡通常提供3個(gè)以上的IEEE1394接口，假設(shè)有M個(gè)接口，這樣就可以將M臺(tái)計(jì)算機(jī)或者數(shù)字音視頻設(shè)備接到該計(jì)算機(jī)的IEEE1394適配卡上。如果還有需要連接的計(jì)算機(jī)和數(shù)字音視頻設(shè)備，可以繼續(xù)在這M臺(tái)計(jì)算機(jī)的IEEE1394接口上連接其余的計(jì)算機(jī)和數(shù)字音視頻設(shè)備，只要第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的IEEE1394總線保持開啟運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)以最理想的速度運(yùn)行。

4.IEEE1394接口在招遠(yuǎn)電視臺(tái)的應(yīng)用

招遠(yuǎn)電視臺(tái)自1997年開始了采編設(shè)備的數(shù)字化，但由于設(shè)備、技術(shù)和資金方面的原因，未實(shí)現(xiàn)真正意義上的全數(shù)字制作。目前所有攝錄和編輯設(shè)備已經(jīng)全部集中到了DVCPRO格式上，數(shù)字編輯機(jī)采用的是AJ-D455MC；2005年初，招遠(yuǎn)電視臺(tái)引進(jìn)了5套具有IEEE1394接口、基于Power Mac G5超強(qiáng)性能的蘋果電腦數(shù)字化視頻編輯系統(tǒng)，我們通過IEEE1394接口和以太網(wǎng)技術(shù)建成全數(shù)字編輯制作網(wǎng)絡(luò)。

（1）制作網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D（如圖2所示）

圖1

圖2 招遠(yuǎn)電視臺(tái)全數(shù)字制作網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

①節(jié)目攝錄編輯（上載）設(shè)備，全部采用配有IEEE1394接口數(shù)字設(shè)備

②視頻編輯工作站，由Power Mac G5承擔(dān)，負(fù)責(zé)原始視頻DVCPRO信號(hào)的采集、剪輯、特技及字幕制作。

③節(jié)目串編工作站，由Power Mac G5承擔(dān)，通過火線網(wǎng)絡(luò)完成節(jié)目的最終串編合成，并傳送到播出網(wǎng)絡(luò)中去。

④外掛SCSI硬盤箱，每臺(tái)工作站各自外掛一臺(tái)硬盤箱，內(nèi)置SCSI硬盤組成磁盤陣列，工作站之間借助于火線網(wǎng)絡(luò)形成共享磁盤存儲(chǔ)。

⑤配音工作站，由音頻工作站完成節(jié)目所需音頻素材的錄制、編輯合成，通過以太網(wǎng)連接。

⑥文件服務(wù)器，用于存放音頻、文稿及其他各工作站之間需要共享交流的文件。

⑦以太網(wǎng)交換機(jī)，完成各工作站間的網(wǎng)絡(luò)互連。

（2）網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

①獨(dú)特的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)

即“火線網(wǎng)+以太網(wǎng)”的結(jié)構(gòu)。憑借蘋果系統(tǒng)獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的火線技術(shù)和AJ-D455MC選配的AJ-YAD455P接口板所具有IEEE1394接口，實(shí)現(xiàn)工作站間的高速聯(lián)接；通過以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)完成其它共享數(shù)據(jù)的交流以及最終與播出網(wǎng)絡(luò)相連。

②簡(jiǎn)單的連接和靈活的組網(wǎng)

由于數(shù)字編輯機(jī)AJ-D455MC與蘋果非編網(wǎng)絡(luò)之間處理的是數(shù)字信號(hào)，設(shè)備間連接電纜（模擬分量連接）由原來的11根電纜（視頻6根、立體聲伴音4根和控制1根）減少到只需要1根電纜，所以連接非常簡(jiǎn)單。火線技術(shù)憑借對(duì)菊鏈?zhǔn)胶蜆錉钸B接方式的支持，可不借助于任何網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備輕松實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的組建，具有較強(qiáng)的靈活性。

③數(shù)字化無損制作過程

蘋果系統(tǒng)強(qiáng)大全面的編輯工具Final Cut Pro HD對(duì)包括DVCPRO在內(nèi)的眾多視頻格式均有完美的支持。借助于IEEE1394技術(shù)，輸入輸出和傳輸?shù)氖窃嫉腄VCPRO格式視音頻信號(hào)，沒有壓縮和解壓縮過程，實(shí)現(xiàn)了素材編輯制作環(huán)節(jié)的全過程無損化制作。

（3）網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

①充分利用DVCPRO編輯機(jī)IEEE1394接口技術(shù)

隨著IEEE1394接口的不斷發(fā)展，特別是IEEE1394b標(biāo)準(zhǔn)的制定，火線傳輸速率可以達(dá)到400Mbps、800Mbps。由于IEEE1394傳輸?shù)氖窃嫉膲嚎s信號(hào)，在傳輸過程中前后沒有編解碼過程，所以沒有信號(hào)質(zhì)量的劣化。這樣就可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、低成本的海量制作。

招遠(yuǎn)電視臺(tái)目前采用的AJ-D455MC演播室數(shù)字錄像機(jī)是一款在中小電視臺(tái)應(yīng)用非常廣泛的機(jī)型。它的基本配置并沒有IEEE1394接口，但通過選配AJ-YAD455P接口板可使其增加火線接口。

②充分發(fā)揮蘋果電腦的高性能

蘋果系統(tǒng)借助內(nèi)置的對(duì)DVCPRO格式的支持，可以通過FireWire接口獲取DVCPRO信號(hào)，并使用原始格式進(jìn)行編輯并輸出，而不會(huì)有任何的畫質(zhì)損失。由于沒有使用第三方的硬件板卡，從而大大節(jié)省了用戶投資，改變了目前廣電行業(yè)高投入低產(chǎn)出的現(xiàn)狀，帶來非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

③火線組網(wǎng)技術(shù)

蘋果系統(tǒng)其配備的Firewire400及Firewire800端口為方案的實(shí)現(xiàn)提供了靈活的選擇。用火線創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)可以不使用路由器或集線器，因?yàn)槭褂玫氖菍?duì)等結(jié)構(gòu)，不需要某個(gè)節(jié)點(diǎn)來控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，所以火線網(wǎng)絡(luò)也不需要設(shè)置專門的服務(wù)器。由于IEEE1394設(shè)備支持熱插拔，能在任何時(shí)候向網(wǎng)絡(luò)加入或移除設(shè)備，既不用擔(dān)心影響數(shù)據(jù)的傳輸，又不需要進(jìn)行重新配置，系統(tǒng)完全根據(jù)環(huán)境變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。

5.結(jié)束語

隨著IEEE1394技術(shù)不斷發(fā)展，配置有該接口的設(shè)備將不斷增多，IEEE1394以其對(duì)聲音、圖像信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確傳送和組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活的技術(shù)特點(diǎn)，加快了廣播電視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的融合，為廣播電視開辟了從拍攝到制作的全數(shù)字化環(huán)境，也必將會(huì)在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。