車載信息娛樂系統(tǒng)的無線音頻傳送技術(shù)[圖]

新式的車載信息娛樂系統(tǒng)包含日益多元化的內(nèi)容來源，包括專為乘客設計的前座和后座顯示器、來自便攜式設備的內(nèi)容，以及便攜式計算設備的互聯(lián)網(wǎng)接入等。乘客有時會想要共享相同的內(nèi)容，但卻并非每次都如此，因此音頻傳送系統(tǒng)必須能夠傳送多路內(nèi)容，并將每路內(nèi)容傳送給特定的乘客。也就是說，每個乘客都能控制內(nèi)容的選擇，也能控制此內(nèi)容所提供的所有互動選項。為符合這樣的環(huán)境需求，音頻傳送系統(tǒng)必須具備某些特定的特性。

耳機

新式的車載信息娛樂系統(tǒng)具有多種內(nèi)置的音頻來源，例如CD播放器和可提供內(nèi)容至多臺顯示器的DVD播放器，以及各種類型的廣播無線電接收器。攜帶便攜式音頻/媒體播放器和智能手機的每位乘客會有自己的內(nèi)容來源，并通過輔助輸入連接到信息娛樂系統(tǒng)中。此外，車內(nèi)提供的上網(wǎng)功能也會提供另一種個人內(nèi)容來源，且往往是與音樂有關(guān)。

盡管車載信息娛樂系統(tǒng)中有豐富的內(nèi)容來源，但汽車的內(nèi)置喇叭卻使得每位乘客都必須同時聆聽相同的音頻信息。顯然地，若每位乘客想要聽自己喜歡的音樂，就得使用耳機才行(圖1)。

圖1 備耳機的后座顯示器。

車載娛樂系統(tǒng)的耳機可以采用無線或有線設計。當然，在汽車的有限空間中，使用有線耳機的缺點顯而易見，因此汽車OEM廠商轉(zhuǎn)而尋求無線解決方案。

無線技術(shù)：紅外線與數(shù)字射頻

紅外線(IR)和射頻(RF)是無線耳機主要選用的兩種技術(shù)，它們都各自有其優(yōu)缺點。

音頻質(zhì)量：通常，大多數(shù)IR解決方案是傳輸模擬音頻，且音頻是通過動態(tài)范圍約70dB的調(diào)頻IR載波來傳送。因此，它的質(zhì)量與FM廣播相近，明顯低于具96dB動態(tài)范圍的CD和DVD音頻質(zhì)量。

此外，除了陽光之外，汽車內(nèi)還會有其它的IR干擾源。在模擬音頻的傳輸過程中，不會有任何修正錯誤的機會，因此任何微小的IR信道問題都會在音頻碼流中造成聽得見的噪聲，常被稱為“靜態(tài)噪聲”。

模擬RF解決方案也存在同樣的音頻質(zhì)量較低，以及易受干擾的問題。而且，在支持Wi-Fi和藍牙連接技術(shù)的汽車中，由于Wi-Fi及藍牙連接與RF無線音頻共享相同的頻段，故RF干擾問題會更嚴重。

不管是IR還是RF，任一種無線傳輸都會有干擾存在。因此，數(shù)字無線音頻傳輸技術(shù)是更佳的解決方案，因為它具備偵測傳輸錯誤、并在信號送達聽者前對之進行修正的能力，而且還能夠采取行動避免未來再發(fā)生錯誤。

視距：IR需要一條從來源至耳機的不受干擾的視距通道，但是要從儀表板到后座乘客間建立這樣的通道是有困難的，尤其是對于較大型的三排座椅車輛而言。因此，制造商試圖在多個位置安裝IR發(fā)射器，以確保其中至少有一個能夠與耳機建立視距通道。當然，這種解決方案會增加成本和功耗。而且，只要帶耳機的乘客轉(zhuǎn)頭，此通道就會中斷。

相比之下，RF解決方案并不需要視距通道，而且在有限的汽車空間中，只需要一個發(fā)射器就能傳送到所有的耳機位置。

多音頻信道： 一般來說，IR僅提供單一廣播信道。多個試圖傳送不同內(nèi)容的發(fā)射器會互相干擾。因此，模擬IR技術(shù)僅能處理單個音頻碼流，這對具有多個顯示屏和其它音源的新型汽車來說，顯然具有其局限性。有些IR解決方案會通過在單個數(shù)字IR鏈路上采用時分多路復用數(shù)個音頻信道的方式來解決這個問題。這種方案的缺點是，所有音頻內(nèi)容都必須先送到某個地方被多路復用之后，才能進行IR傳輸。

RF解決方案具有將各個音頻信道分配給不同音頻碼流的能力。無線音源會在車內(nèi)盡可能地被傳送(請見圖2)至靠近音頻來源，而耳機能通過接收無線電信道的方式選擇想聽的音頻內(nèi)容。

圖2 重來源與多個耳機。

廣播：除了能讓每位乘客利用耳機欣賞各自想聽的音樂外，也能讓多位乘客共享內(nèi)容，例如在他們觀看相同屏幕的時候。

紅外線技術(shù)本質(zhì)上一是個廣播媒介，因此所有與發(fā)射器間具有視距通道的耳機都能共享相同的音頻碼流。

數(shù)字RF技術(shù)在這方面有所不同。舉例來說，采用藍牙的串流音頻解決方案僅支持點對點連接。因此，每個耳機都需要一個發(fā)射器，這會造成成本和功耗的增加。共享內(nèi)容是指將所需的音頻串流連接到所有想要分享此內(nèi)容的耳機發(fā)射器。相較之下，SMSC的Kleer技術(shù)能夠允許多達4個耳機與相同的音頻來源連接，同時還能允許耳機在不同來源中做選擇。

反向信道(Back-channel)通信: 耳機提供了一個讓用戶控制音頻信道切換、暫停播放等功能的理想位置。然而，這需要從耳機到音頻來源建立一個回傳通道，在此將其稱為反向信道。

很可惜，IR連接包含了不同的發(fā)射器和接收器，因此耳機往往僅能接收，而無法在耳機上實現(xiàn)播放控制功能。

大多數(shù)數(shù)字RF設備都同時擁有發(fā)射和接收功能，這是最低條件，這樣才能讓耳機回傳確認信號給音源，告知音頻數(shù)據(jù)包已正確收到，不需要再重發(fā)一次。這個從耳機到音源間建立的反向信道還能做為其它用途，包括播放控制、電池狀態(tài)、和辨認耳機品牌以確認是否支持。

許多信息娛樂系統(tǒng)還包含有手持遙控裝置(見圖3)，可從車內(nèi)的任何角落控制各種系統(tǒng)功能。與無線耳機相同，這些裝置通常采用IR技術(shù)，但也都遭遇了同樣的問題。支持反向信道的數(shù)字RF解決方案，能利用此反向信道做為遙控之用。因此，一個內(nèi)置在汽車音響主機(head-unit)中用來將音頻碼流傳至一個或多個無線耳機的RF組件，亦能用來接收從一個或多個遙控裝置傳來的控制命令，如此一來，便無需在音響主機中額外增加專門用來接收遙控裝置命令的接收器。

圖3 息娛樂系統(tǒng)的遙控裝置。

反向信道的另一個有趣應用是語音通信。這能讓耳機(headphone)成為一個帶麥克風的耳麥(headset)，可通過車內(nèi)的免提式語音系統(tǒng)進行個人語音通話，不用再切換到另一個耳麥。

RF技術(shù)的選擇

有鑒于有線和IR耳機的多個缺點，汽車OEM廠商遂轉(zhuǎn)而考慮采用數(shù)字RF技術(shù)作為解決方案。目前市面上有多種RF方案可供汽車耳機選用，包括Wi-Fi、藍牙，以及多款專屬無線技術(shù)，SMSC的Kleer便是其中之一。汽車OEM廠商應該為此應用選擇哪一種RF技術(shù)呢？

音頻質(zhì)量是首要考慮事項。特別是，RF技術(shù)不應該成為耳機音頻質(zhì)量的限制因素。如果汽車擁有CD/DVD播放器的高質(zhì)量音頻來源，就應該將同樣的質(zhì)量傳送到耳機。這是藍牙在此應用中的主要缺點之一。藍牙的有限帶寬使其需要采用有損壓縮(lossy compression)來傳送音頻，因此僅能獲得與FM廣播或IR差不多的音頻質(zhì)量。

其次是考慮功耗。由于車載耳機主要是放置于車內(nèi)，經(jīng)常更換電池或充電是非常不方便的。因此，RF方案的功耗必須能盡可能地小，以延長電池壽命。這項要求就基本上剔除了采用Wi-Fi技術(shù)的可能性。因為Wi-Fi設備支持較高帶寬和較長傳輸距離，這意味著它會較其它技術(shù)消耗更多的功率。即使是藍牙的功耗都比SMSC的Kleer方案高，因為Kleer是專為電池供電無線音頻應用所設計的。

能與其它無線電技術(shù)共存也是一重要考慮事項，因為汽車系統(tǒng)也開始內(nèi)置Wi-Fi接入點，以支持無線筆記本電腦和藍牙免提語音裝置。選用的RF技術(shù)必須能夠在此環(huán)境中不產(chǎn)生音頻丟幀(audio drop)，也不會干擾Wi-Fi的吞吐量和藍牙的語音質(zhì)量。評測一項無線電技術(shù)是否能夠與其它無線電共存的方法之一是，檢查其占用的無線電頻譜。所有2.4GHz無線電技術(shù)都必須在2.40GHz和2.48GHz之間找到約80MHz的可用頻譜。Wi-Fi占用的頻譜為這個值的一半，而藍牙為四分之一。相較之下，窄帶無線電僅消耗不到3MHz的頻段，因此會有較高的機率找到可用頻譜。

此RF技術(shù)必須能支持多重音頻碼流的同步傳輸，因為耳機設計的主要用途就是要讓每位乘客都能聽到自己喜歡的內(nèi)容。由于這些音頻串流不一定是來自相同的位置(例如，除了汽車音響主機中的一或多個發(fā)射器，每部后座顯示器都可能會有自己的RF發(fā)射器)，因此RF技術(shù)必需能夠支持多個位置各異的發(fā)射器。有多種方案可以滿足這一需求，比如Wi-Fi的載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)，這是一種較復雜的機制，其將頻譜簡單分割為多個窄頻信道，并動態(tài)選取可用信道。

此RF技術(shù)必須具備支持將多個耳機連接至相同來源的能力。當然，規(guī)避這項要求的一種方法是采用多個RF發(fā)射器(每個耳機一個)，但此做法不但成本昂貴，而且功率效率低下。較好的方式是讓每個耳機都能接收到乘客想聽的音頻來源，而不管是否還有其它人也在聽同一個音頻。

此RF技術(shù)必須能夠以不超過70毫秒的延遲(latency)時間傳送音頻，最好是能在45毫秒以內(nèi)。如果延遲過長，乘客在觀賞影片時便會感受到視頻和音頻之間不同步。按照不同的耳機類型，有時可能會要求延遲時間低于25微秒。若耳機的延遲時間較長，會使大量的環(huán)境聲音被傳送到耳機配戴者的耳朵里，如果聽者正在聆聽的音頻信道與汽車喇叭正在播放的相同，就會形成低沉的空響聲(hollow sound)。

此RF技術(shù)必須支持雙向通信，讓耳機的信息能傳回至音頻來源。此信息可能是與耳機有關(guān)的信息，比如其剩余的電池壽命，或者可能包含音頻播放命令，如播放/暫停和音軌前進等。

此RF技術(shù)必須支持安全傳輸，以確保車內(nèi)乘客無法聽到其它車輛的音頻來源。該項要求剔除了FM無線電這類的“廣播式”RF技術(shù)。此外，如果兩家不同的汽車OEM廠商選用相同的RF技術(shù)，他們可能得需要建立一種安全機制，確保這家OEM廠商的汽車只能使用從這家OEM廠商購買的耳機。

本文小結(jié)

在為車載信息娛樂系統(tǒng)選用無線音頻傳送方案時，不同的無線技術(shù)都各有其優(yōu)缺點。一般來說，數(shù)字傳輸較模擬技術(shù)更受青睞，而RF傳輸比IR為佳。不過，各種數(shù)字RF技術(shù)間仍有差異，因此，必須仔細全面地評估不同技術(shù)在音頻質(zhì)量、功耗、多點至多點連接、播放控制、音頻延遲、語音通話支持，以及與Wi-Fi和藍牙共存等方面的特性。

來源：電子工程專輯