基于MOST50總線的多路同步音視頻傳輸設計

崔茂源 陳博 南洋 孫琦 李長龍

（中國第一汽車股份有限公司技術中心）

基于MOST50總線的多路同步音視頻傳輸設計

崔茂源 陳博 南洋 孫琦 李長龍

（中國第一汽車股份有限公司技術中心）

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

1 前言

隨著用戶對信息娛樂性的要求不斷提高，在中高端乘用車領域中，音視頻播放器、電子導航、車載電話、3G、高清數字電視、語音控制和語音指導、多個LCD視頻顯示器的后座娛樂系統(tǒng)、杜比數碼環(huán)繞立體聲影院等先進的車載功能需要進行信息交互。傳統(tǒng)的點對點傳輸方式實現多路音視頻數據的交互時，需要大量的差分視頻線與音頻線，勢必增加整車線束質量和布置難度，降低抗干擾能力。相對于傳統(tǒng)方式，MOST總線具有高帶寬、低EMC干擾、連接靈活、數據共享的優(yōu)勢，能夠采用一對光纖或非屏蔽雙絞線傳輸多路數字音頻、視頻數據，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總線技術已經成功地由帶寬為25Mbps的 MOST25總線技術，發(fā)展為 MOST50、 MOST150總線技術[2]。作為一種低成本方案，通用、豐田等國際汽車制造商已成功使用MOST50總線技術，但只是傳輸音頻數據。本文提出了一種在MOST50總線中同時傳輸音頻、視頻數據的方法，設計了一種連接管理策略，實現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)，進行了試驗室及整車驗證。

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、視頻及異步包數據。為了滿足在MOST50總線中傳輸多路同步視頻數據的需求，需要分配并限制每路視頻數據所占用的總線帶寬。原始的RGB視頻數據需要進行壓縮編碼，然后以MPEG4/H264格式通過MOST50總線傳輸。

考慮一種典型應用，在MOST50總線中同時傳輸3路立體聲音頻與3路標清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、視頻數據傳輸方案

利用MOST50總線進行同步音頻、視頻數據傳輸的方案如圖1和圖2所示。每路數據源視頻模塊輸出的原始RGB視頻數據經過編碼壓縮芯片處理，壓縮編碼為MPEG4/H264格式，視頻數據的壓縮比需根據總線帶寬分配情況進行配置。壓縮編碼后的視頻數據經過Medi?aLB接口進入MOST INIC（Intelligent Network Interface Controller）。INIC根據已配置的連接通道，將視頻數據傳輸到MOST50總線上。每路數據源音頻模塊輸出的IIS音頻數據直接進入編碼壓縮芯片，與視頻數據一同經過MediaLB接口進入INIC，INIC根據已配置的連接通道，將音頻數據傳輸到MOST50總線上。

每路數據目的的INIC將接收到的指定連接通道的音頻、視頻數據，經過MediaLB接口傳輸給解碼解壓縮芯片，還原為原始RGB格式的視頻數據，由視頻播放模塊進行播放，音頻數據則由音頻播放模塊進行播放或經過INIC轉發(fā)給其它的數據目的進行播放。

2.2 音頻、視頻數據同步方法

編解碼芯片僅針對視頻數據進行編碼壓縮、解碼解壓縮處理，并未對音頻數據進行處理，音頻、視頻數據可能存在不同步的問題。因此，本文提出如下兩種同步補償方法。

a.當音頻、視頻數據被同一數據目的接收時（圖1），數據源需要延遲輸出音頻數據，補償視頻編碼壓縮時間Δt。數據目的需要延遲播放音頻數據，補償視頻解碼解壓縮時間Δt`。

b.當音頻、視頻數據被兩個不同的數據目的接收時（圖2），令其中的音頻、視頻數據目的同時作為另一音頻數據目的的數據源，仍按方法a進行同步補償。

3 多路同步音視頻連接管理策略

MOST50網絡中允許存在多路同步音頻、視頻連接，每路連接由唯一數據源及數據目的組成。MOST50網絡中有唯一連接管理主節(jié)點（Connection Master，CM），利用連接管理功能塊ConnectionMaster FBlock[3]，響應建立、釋放連接請求。此外，CM中需要設計實現連接管理策略，用于管理網絡中存在的音頻、視頻數據源及數據目的；識別請求類型并觸發(fā)建立、釋放及切換連接的操作；記錄網絡中存在的同步音頻、視頻連接信息；調整同步信道帶寬等。

網絡中其它控制器作為連接管理從節(jié)點（Connec?tion Slave，CS），負責向CM發(fā)送建立、釋放連接的請求；數據源節(jié)點負責響應CM發(fā)送的分配及釋放同步音頻、視頻連接命令；數據目的節(jié)點負責響應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CS有播放音頻，視頻數據的需求時，需要向CM發(fā)送攜帶與同步音頻、視頻連接相關的數據源及數據目的信息的建立連接請求；當CS無播放需求時，需要向CM發(fā)送釋放連接請求；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)送建立連接請求，CM中的連接管理策略負責識別請求類型并給出相應的操作。

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責管理同步音視頻連接的建立、釋放及切換過程，還負責管理網絡中同步音頻、視頻數據源及數據目的信息，以及同步連接信息及同步數據域總線帶寬。當剩余的同步數據域總線帶寬不足時，CM可以通過NetBlock中的功能函數調整同步數據域與異步數據域之間的邊界描述符[4,5]，增加同步數據域總線帶寬，保證網絡中同時存在多路同步音頻、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)臺架及功能樣車，并進行了集成測試及整車測試。

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（0x100）、數字電視（0x150）、后座娛樂主機（0x140）、網關（0x110）及功放（0x170）組成。其中，娛樂主機支持同時輸出3路獨立的音視頻數據，或同時輸出2路獨立的音視頻數據并接收1路MOST網絡視頻數據；數字電視支持輸出一路音視頻數據；后座娛樂系統(tǒng)主機支持接收2路獨立的MOST網絡音視頻數據；網關支持CAN總線與MOST總線之間進行信息交互功能；功放支持接收一路MOST網絡音頻數據。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 試驗結果

在搭建的原型系統(tǒng)集成測試試驗臺架上，可以實現同時存在3路獨立的音頻連接和3路獨立的視頻連接。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據連接占用28字節(jié)（約11M）總線帶寬及視頻時鐘連接占用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（0x140）向娛樂主機（0x100）申請建立與數字電視（0x150）之間的同步音視頻信道連接，娛樂主機（0x100）為數字電視（0x150）分配同步音視頻信道，為后座娛樂主機（0x140）連接同步音視頻信道。其次，后座娛樂主機（0x140）向娛樂主機（0x100）申請切換與娛樂主機DVD（0x100）之間的同步音視頻信道連接，娛樂主機（0x100）斷開原有后座娛樂主機（0x140）與數字電視（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（0x140）連接新的同步音視頻信道。

6 結束語

提出了一種在MOST50總線中同時傳輸音頻、視頻數據的方法；設計實現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)，進行了試驗室及整車驗證。目前該方法已應用于一汽自主高端乘用車產品系列開發(fā)中。

1 秦貴和,黃永平.MOST汽車多媒體網絡.北京:北京理工大學出版社,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 數字音視頻信號 連接管理 原型系統(tǒng)開發(fā)

U463.6

A

1000-3703（2015）07-0052-04