媒體適配器和媒體服務(wù)器引領(lǐng)消費電子業(yè)變革

電視節(jié)目、電話、家庭相冊、音樂、信函曾經(jīng)分屬于不同的領(lǐng)域，現(xiàn)今，他們都開始向數(shù)字格式演進，從而成為了數(shù)字大家庭中的成員，并通過采用家庭寬帶業(yè)務(wù)在相同的回路中流轉(zhuǎn)。
傳遞數(shù)字比特的寬帶和其他新的服務(wù)方式將在消費者感知和使用電子產(chǎn)品方面帶來巨變。數(shù)碼產(chǎn)品本身也因其所能提供的豐富內(nèi)容而得到越來越廣泛的應(yīng)用。從最初多個PC共享單一寬帶連接，到數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)上以PC機為主體演變?yōu)閷Φ仁綌?shù)據(jù)共享，實現(xiàn)在家中廣泛共享和傳送多媒體內(nèi)容。當(dāng)這一切發(fā)生時，對家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用產(chǎn)品及網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)/路由器功能的特殊需求便應(yīng)運而生。

家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展
寬帶網(wǎng)絡(luò)連接的廣泛應(yīng)用標(biāo)志著數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)時代的開始。在第一階段中，家庭網(wǎng)絡(luò)采用最初的寬帶接入，大多是一臺PC機通過寬帶調(diào)制解調(diào)器接入廣域網(wǎng)（WAN），幾乎沒有在家庭內(nèi)采用局域網(wǎng)。
二十四小時新寬帶服務(wù)的推出和帶寬的不斷增加，更易于多個用戶在家中共享該服務(wù)。消費者通常在不斷購置功能更強的PC機的同時，將原有的PC機留給家庭內(nèi)的其他成員使用。新增家用PC的購買快速驅(qū)動了家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，迎來了發(fā)展的第二階段——家庭網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)。通過為寬帶調(diào)制解調(diào)器的LAN側(cè)添加一個以太網(wǎng)路由器設(shè)備，實現(xiàn)家中多個用戶都能利用寬帶WAN連接。
 在亞洲地區(qū)，隨著日益增加設(shè)計和生產(chǎn)的路由器、網(wǎng)關(guān)及IP共享裝置的商品化，促成了低成本基礎(chǔ)家庭網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。此外，成本大幅度降低的WiFi技術(shù)為整個室內(nèi)PC無線連接提供了可行性，免去了室內(nèi)布線的費用和相應(yīng)的麻煩。這些發(fā)展促成了數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的興起，同時也提高了對數(shù)碼相機、數(shù)字?jǐn)z像機及數(shù)字音樂播放器等消費類裝置的需求，使家庭個人電腦肩負(fù)起對數(shù)字化圖像進行存儲、編輯和重放的新任務(wù)。
隨著家庭網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字媒體的內(nèi)容不斷增多，數(shù)字化家庭網(wǎng)絡(luò)已進入第三發(fā)展階段，并以消費者要求在傳統(tǒng)的PC網(wǎng)絡(luò)之外共享內(nèi)容為特點。消費者越來越多地將音樂通過CD刻錄或文件下載方式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式存儲，無論個別PC是否運行，能在多個家庭設(shè)備中共享這些文件的需求正日益增長。同時，人們也希望能通過傳統(tǒng)的家庭娛樂設(shè)施或立體音響系統(tǒng)播放這些文件。能夠在床上或安樂椅上通過電視機觀看數(shù)字影像及視頻內(nèi)容，遠(yuǎn)比大多數(shù)情況下用家庭辦公室中的個人電腦來完成更具吸引力。舊時的放映幻燈片現(xiàn)在應(yīng)能以數(shù)字圖像形式，伴隨著用戶喜愛的音樂在臥室中播放。加大的顯示器將加速這種趨勢。
圖1 描繪了一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)共享，可經(jīng)過PC管理和干預(yù)，也可以不經(jīng)過PC。
圖1  多媒體數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖1中紅色箭頭表示傳輸時的LAN和對等路徑。藍色箭頭表示來自WAN（通過網(wǎng)關(guān)）的數(shù)據(jù)和媒體流的提供路徑。智能媒體適配器和服務(wù)器增強了對等媒體共享能力，同時使PC從家庭網(wǎng)絡(luò)的中心位置解放出來。

向分布式家庭網(wǎng)絡(luò)邁進
在家庭網(wǎng)絡(luò)的下一步發(fā)展中，由于家庭網(wǎng)絡(luò)日趨分布化，一些新設(shè)備將融入PC和住宅網(wǎng)關(guān)/路由器中，承擔(dān)起目前由PC肩負(fù)的許多特定任務(wù)。兩種新裝置將引領(lǐng)這個發(fā)展階段——媒體適配器和媒體服務(wù)器（雖然媒體服務(wù)器比單純的存儲包括更多的外在媒體管理支持功能，但有時也可作為網(wǎng)絡(luò)附加存儲設(shè)備）。這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已開始重構(gòu)PC的功能，建立更分散的分布式網(wǎng)絡(luò)，將專門的內(nèi)容類型更加把重點放在自然家庭環(huán)境上而不是PC機上。
媒體適配器是接收并播放數(shù)字音樂、數(shù)字圖形及數(shù)字視頻和實現(xiàn)在家庭娛樂中心上重放的裝置。這種裝置與傳統(tǒng)PC機的視頻及音頻子系統(tǒng)極為相似，需要相似的解碼能力來轉(zhuǎn)換輸入數(shù)據(jù)流。這類裝置所需的關(guān)鍵系統(tǒng)就是針對數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的有線或無線局域網(wǎng)連接，用以支持媒體格式和應(yīng)用（基于Java開發(fā)的游戲、MP3、Video-MPEG4、MPEG4解碼、電子郵件、音調(diào)生成FM合成、語音識別和USB接入）的解碼硬件和軟件。復(fù)雜的媒體適配器可支持?jǐn)?shù)字版權(quán)管理及播放各種媒體類型。
媒體服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)化的共享存儲設(shè)備，無需PC的介入或服務(wù)就能實現(xiàn)文件共享和直接數(shù)據(jù)存儲。這樣一來，所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備，包括文件共享的PC機和重放存儲媒體內(nèi)容的媒體適配器都能使用存儲的內(nèi)容。而整個網(wǎng)絡(luò)也因此變得更加分布化。媒體服務(wù)器也可從照相機上捕獲數(shù)字化內(nèi)容，包括將內(nèi)容轉(zhuǎn)碼成各種重放格式的能力。就像媒體適配器那樣，這種裝置的系統(tǒng)需求包括有線或無線網(wǎng)絡(luò)連接，以及對硬盤驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)化集成設(shè)備電子（IDE）控制器實現(xiàn)及接口的需要。此外，這種裝置需要支持?jǐn)?shù)碼相機或數(shù)字?jǐn)z像機等媒體創(chuàng)造裝置的直接連接?，F(xiàn)在這種接口流行的協(xié)議是通用串行總線（USB）和IEEE1394 (FireWire)。
媒體適配器和媒體服務(wù)器代表第一批新型強力家庭網(wǎng)絡(luò)裝置，創(chuàng)建了一種分布式的家庭網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，允許在傳統(tǒng)PC子系統(tǒng)之外，在家庭內(nèi)部更加方便地共享和存儲媒體。

媒體適配器和媒體服務(wù)器面臨的挑戰(zhàn)
隨著新產(chǎn)品的推出，數(shù)字多媒體應(yīng)用日趨成熟并得到廣泛接納時，就會遇到標(biāo)準(zhǔn)化問題。與任何新興市場一樣，系統(tǒng)的靈活性和性能的上升空間是確保需求出現(xiàn)和在最小產(chǎn)品沖擊下升級標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。
媒體適配器可以支持音樂、數(shù)字圖像和數(shù)字視頻或僅僅支持這三者的子集。此外，這三種流類型中的任一種都可以用不同的標(biāo)準(zhǔn)進行編碼和解碼。
媒體服務(wù)器面臨類似的挑戰(zhàn)。從ATA到串行ATA（SATA）和附加IDE格式，磁盤驅(qū)動格式不斷變化。需要直接連接的外圍設(shè)備可以是USB或IEEE1394，這兩種情況都可能是這種標(biāo)準(zhǔn)的多代系列中的一個。
媒體適配器和媒體服務(wù)器都面臨著網(wǎng)絡(luò)連接問題——是有線或是無線還是具有可選性。如果支持有線連接，這種裝置應(yīng)該是基于快速以太網(wǎng)還是用戶要求的千兆以太網(wǎng)呢？如果支持無線連接，這種裝置應(yīng)該是802.11b，802.11g還是其他未定或未廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)？關(guān)于安全性、內(nèi)容保護、無線技術(shù)EMI、可用性也是必須要考慮的重要問題。
上面提到的關(guān)于新型設(shè)備的問題及復(fù)雜性有其自身的特點，但在設(shè)計方面的問題卻是與其他新興市場普遍一致的：設(shè)計擁有融合附加軟硬件處理性能的可升級系統(tǒng)，以適應(yīng)變化的特征需要和演進的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計出的模塊系統(tǒng)，能使主要的接口和外圍設(shè)備能與大多數(shù)設(shè)備在無不利結(jié)果的前提下實現(xiàn)互相交融。
在新興市場上，時間是至關(guān)重要的。第一代設(shè)備正因迎合了市場窗口，而擴大了市場接受機會，所以廠商應(yīng)與新興市場需求保持同步，為市場方向和發(fā)展做出關(guān)鍵性的決定。多媒體應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計者與生產(chǎn)者可以通過利用PC外圍硬件和系統(tǒng)軟件實現(xiàn)每種設(shè)備功能的復(fù)制，使上市時間盡量提前。對亞洲的設(shè)計者而言，在這一架構(gòu)中的大量經(jīng)驗是一種絕對優(yōu)勢。

采用基于PC的架構(gòu)以適應(yīng)新興應(yīng)用
采用現(xiàn)有的PC外圍設(shè)備來構(gòu)建一個易于適應(yīng)不斷變化的市場需求的模塊系統(tǒng)，亞洲的設(shè)計者們將從選擇外設(shè)連接接口（PCI）作為系統(tǒng)元件間的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部連接中獲益匪淺。除了利用這種架構(gòu)的優(yōu)勢經(jīng)驗以外，充分利用廣泛配置的總線能夠幫助設(shè)計師從大量可用部件中選擇出網(wǎng)絡(luò)連接性和多媒體支持性能好的部件。
為了保證強大的系統(tǒng)功能，設(shè)計人員將獲益于一個集成通信處理器，擁有支持多外部主設(shè)備，并結(jié)合一個高性能的CPU核心和存儲子系統(tǒng)的高帶寬PCI接口，以及網(wǎng)絡(luò)自身的以太網(wǎng)接口。
鑒于高靈活性的CPU能滿足新興應(yīng)用的性能需求，那么設(shè)計中第二個主要問題就是軟件。縮短開發(fā)周期的核心在于建立一個能用高級語言實現(xiàn)產(chǎn)品功能的軟件構(gòu)架。采用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和支持多媒體的需求因新興應(yīng)用的出現(xiàn)而融合在一起，而滿足特定軟件需求的商用軟件還沒有出臺。由于Linux(r)在網(wǎng)絡(luò)和PC設(shè)計領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可，這是一個滿足市場需求的理想選擇。通用無線芯片組和以太網(wǎng)設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動器在公眾領(lǐng)域存在，以及Linux在PC市場的廣泛認(rèn)可，意味著利用模塊硬件設(shè)計的PC外設(shè)和芯片組將可能從供應(yīng)商或公眾領(lǐng)域獲得Linux 驅(qū)動軟件。  同樣重要的是，軟件的靈活性要經(jīng)得起未來的論證：要能支持新出現(xiàn)的A/V壓縮標(biāo)準(zhǔn)、連接協(xié)議和信號處理算法。
雖然有針對網(wǎng)絡(luò)和PC外設(shè)的大眾驅(qū)動軟件，但最佳的選擇是高度集成的專業(yè)軟件解決方案。它集成了優(yōu)化專用處理器的設(shè)備驅(qū)動軟件，無需專利費的內(nèi)核和工具鏈，使軟件開發(fā)團隊專注于通過應(yīng)用編碼增加價值，而不是從大眾領(lǐng)域獲得大量驅(qū)動以保證其協(xié)同性。結(jié)合必要軟件支持的集成通信處理器，為亞洲的系統(tǒng)設(shè)計人員提供必要的集成的代碼庫以加速產(chǎn)品上市時間。
這種處理器的一個代表就是IDT公司推出的 RC32434 Interprise(tm) 處理器，它為多媒體應(yīng)用設(shè)計人員提供性能與靈活性的完美結(jié)合。RC32434處理器集成了一個MIPS 32位CPU核，一個DDR存儲控制器和一個最多可支持6個外部主設(shè)備的PCI v2.2接口，可在最高為400MHz的頻率下運行。另外，IDT的集成通信處理器集成了一個支持媒體獨立接口(Media Independent Interface, MII)和簡化MII （Reduced MII）標(biāo)準(zhǔn)的快速以太網(wǎng)接口，從而簡化了網(wǎng)絡(luò)連接。通用的MIPS架構(gòu)得到操作系統(tǒng)和其他開發(fā)工具的充分支持，IDT還提供了一個擁有設(shè)備驅(qū)動和應(yīng)用支持的優(yōu)化Linux操作系統(tǒng)，這個系統(tǒng)支持家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的許多功能，包括MPEG-4、USB (1.1和2.0)、ATA和串行 ATA。
圖2中所示的媒體適配器實例利用了RC32434集成通信處理器的片上以及網(wǎng)MAC來直接到有線的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)，同時利用該器件的高性能PCU接口連接WLAN和多媒體解碼器芯片組。高性能CPU內(nèi)核提供了所需要的處理能力，即可運行所需要的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如TCP/IP、RTSP、RTP/RTCP、UPnP）在LAN和WAN一側(cè)做為客戶實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，又可為圖形用戶界面（GUI）和執(zhí)行必需的操作系統(tǒng)保留足夠的處理能力。此外，利用片上認(rèn)證單元和存儲在芯片上的受保護密鑰，RC32434處理器可支持業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的DRM機制。
圖2  媒體適配器系統(tǒng)框圖

確保網(wǎng)絡(luò)安全
在一個可實現(xiàn)多媒體的家庭網(wǎng)絡(luò)中，存在兩個明顯的安全問題。第一個是保護家庭網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)免受來自網(wǎng)絡(luò)外部的威脅。隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增多，尤其對無線系統(tǒng)而言，對等式共享數(shù)據(jù)的保護變得比以往任何時間都重要。通過軟件加速、集成專用硬件，以及補充系統(tǒng)控制處理器可以實現(xiàn)這個安全任務(wù)。在許多數(shù)據(jù)速率較低的媒體類型中，軟件執(zhí)行可以為許多應(yīng)用提供足夠的吞吐量，而硬件加速可能對網(wǎng)關(guān)本身更適合。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密是一個確定的問題，系統(tǒng)設(shè)計人員可以從硅片解決方案供應(yīng)商提供的一系列解決方案中獲益，包括擁有軟件執(zhí)行所需性能的高頻率CPU，以及集成或提供硬件加速的產(chǎn)品。
隨著多媒體家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的出現(xiàn)和網(wǎng)上娛樂活動的興起，一類新的安全問題也隨之產(chǎn)生。要保證一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獲準(zhǔn)授權(quán)觀看引入網(wǎng)絡(luò)或所請求的數(shù)據(jù)流，數(shù)字版權(quán)管理（Digital Rights Management，DRM）是一個關(guān)鍵要求。在媒體適配器方面，DRM算法可以允許服務(wù)供應(yīng)商確?？蛻糁荒苁盏剿麄冎Ц顿M用的編程數(shù)據(jù)，并且可以被用于對這些數(shù)據(jù)的源控制。  同樣的算法在媒體適配器方面可以阻止未授權(quán)的數(shù)據(jù)被刻錄到碟片上。這個新問題可以通過軟件和硬件執(zhí)行方面的許多方式解決。一個典型的解決方式就是集成了鑒定單元（authentication unit，AU）的IDT RC32434處理器。結(jié)合了一列非易失隨機存取存儲器(NVRAM)和補充的邏輯單元，AU 為系統(tǒng)設(shè)計人員實現(xiàn)保護有價值數(shù)據(jù)流的DRM算法提供了多種選擇。

未來的發(fā)展方向
標(biāo)準(zhǔn)化的特征和標(biāo)準(zhǔn)的完成可實現(xiàn)成本的降低和多媒體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的商品化，并帶來對家庭網(wǎng)絡(luò)和寬帶網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求的進一步增長。對更高LAN和WAN帶寬的支持會促進新標(biāo)準(zhǔn)的采用，但新增的帶寬將導(dǎo)致新的挑戰(zhàn)。隨著更多的用戶群（人和設(shè)備）在家中用到的視頻、數(shù)據(jù)和語音流量的增加，要求數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能提供確保用戶對質(zhì)量認(rèn)可的豐富的服務(wù)和內(nèi)容共享。
傳遞數(shù)據(jù)的新服務(wù)和方式引領(lǐng)了消費者在電子設(shè)備感知和使用方式上的巨變，數(shù)碼產(chǎn)品本身也日益受到家庭網(wǎng)絡(luò)上提供的越來越豐富的內(nèi)容影響。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已超越了基于PC間聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享，隨著新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，分散了對共享的數(shù)字音頻、數(shù)字視頻和數(shù)據(jù)的存儲和播放。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)將更多的是一個服務(wù)于消費者令其生活更加方便、有效、有趣的相關(guān)聯(lián)環(huán)境，而不是簡單地把一個個設(shè)備連接在一起，從而可以使人們能在家中無縫地共享各個娛樂設(shè)備上的內(nèi)容。
媒體適配器和媒體服務(wù)器開始重構(gòu)PC機，將數(shù)字多媒體帶入傳統(tǒng)家庭娛樂設(shè)備。這類新設(shè)備的設(shè)計人員將獲益于高性能的集成通信處理器，比如IDT所提供的產(chǎn)品，可以管理多芯片模塊化架構(gòu)、提供充足的CPU性能以適應(yīng)不斷出現(xiàn)的市場需求和不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計人員如果可以利用現(xiàn)有的PC外設(shè)和補充的軟件將PC的性能復(fù)制到分散的網(wǎng)絡(luò)中，就可以實現(xiàn)最快的上市時間，站在代表家庭網(wǎng)絡(luò)下一個重要階段的令人興奮、不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化解決方案的最前沿。