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无线高清视频传输技术在智能家庭中的应用与展望

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无线高清视频传输技术在智能家庭中的应用与展望

发布日期:2019-05-13 作者: 点击:

【摘  要】本文根据在三网融合背景下智能家庭对无线高清视频传输技术的需求,分析比对了UWB、WiDi、WirelessHD、WHDI、802.11ad等主流无线高清视频传输技术标准的原理和优缺点,并根据其所用频段、传输速率和距离等特点,结合市场及家庭用户需求,对这些技术的应用进行了展望。

【关键词】无线高清视频传输 三网融合  智能家庭  应用展望


一、引言


2010年7月1日,国务院公布了第一批三网融合试点地区名单,标志着三网融合大幕的正式拉开。三网融合的现实意义在于内容的融合、传输方式的融合、设备的融合和服务的融合。对于用户而言,三网融合的智能家庭将可以采用有线或者无线的方式连接包括电话、电脑和电视等设备,实现各项功能的统一控制。然而随着高清平板电视逐渐走进卧室、书房,看电视已经不再局限于客厅,而受影碟机、投影仪、音箱、机顶盒等摆放位置限制,其间的连接布线往往复杂繁琐,与家庭的装潢格格不入,也不能发挥最大功能。随着越来越多支持高清多媒体家庭影院所需的复杂设备之间的连接接踵而至,UWB、无线HDMI、WiDi、WirelessHD和WHDI技术的出现,以及即将制定的802.11ad标准都为家庭 无线高清视频传输提供了良好的解决方案。本文介绍了无线高清视频传输技术的原理,对于三种技术的特点进行了比较,并就无线高清视频传输技术在三网融合智能家庭中的应用及进一步的发展做出了展望。


二、无线高清视频传输技术背景


家庭中的影音设备,从最早的一个家庭一个电视一台电



脑,已经发展到一个家庭多台电视、电脑,还有包括手机、Ipad等移动多媒体手持终端;从单一设备发展到支持无线网络;电视节目也从传统的无线模拟电视,发展到有线电视、数字电视直至现在的高清电视。

最早在家庭中传统的模拟电视,增加一台,只需要将电视信号线拉长,穿过墙就可以了,最多就是影响质量越来越糟,但是由于数字信号的突变特点,衰减超过一定程度, 就收不到信号。再加上多台电视如果通过有线的方式进行收看,至少需要四根线缆,设备之间密密麻麻的线缆非常复杂,而且与家庭装潢格格不入。无线技术的发展,正为这些问题提供了解决方案1。

目前家用无线技术来说,IEEE802.11g占据了大部分的市场,可以提供54Mbps的带宽,可以传递普通画质的数字电视信号。而高清电视信号对于带宽的要求就要高的多,基本要达到3Gbps才能在家庭中以无线方式传输1080p分辨率 的高清数字电视信号。现在主要可提供高清无线数字传输的技术UWB、WiDi、Wireless HD、WHDI和802.11ad。


三、技术介绍


1.UWB

UWB(Ultra Wide-band)是一种无载波通信技术,使用频段为3.1-10.6GHz,其发射功率必须在1mW 以下。UWB技术利用纳秒至微秒级别的非正弦波窄脉冲传输数据,通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号, UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbps至数Gbps的数据传输速率2。

UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能少、发送功率小等诸多优势。但是离3Gbps的带宽有点遥远,而且其对于数据传输要求很高,一个bit都不可以 错,尤其是压缩过的资料,就算有容错设计,一旦错误位过多,所有数据将无法解压缩。因此单纯要以UWB传递高清影音信号是困难的,就算带宽问题有所改善,还是要如现在的网络技术,以实时压缩方式降低对带宽的需求3。

2.无线HDMI

无线HDMI是HDMI和UWB技术结合的产物,允许穿透墙壁,延伸到多房间进行无线通讯,速度虽然达不到有线的5-10Gbps,也可以达到480Mbps,最远传输距离可以到10米。

3.WiDi

WiDi全称是Wireless Display,是由英特尔公司开发的基于802.11n的无线高清显示技术,其主要功能是可以让笔记本电脑与高清电视或者高清显示器进行无线连接。

Intel WiDi技术主要通过一个Push2TV无线适配器来进行实现,一方面Push2TV无线适配器与高清电视或者显示器通过HDMI接口或者AV接口进行连接,一方面笔记本电脑通过Wifi与Push2TV无线适配器进行无线连接,从而就实现了笔记本的处理器对高清视频、音频进行压缩,然后将压缩的视频文件通过wifi无线连接到电视上的无线显示的功能。

要想使用WiDi技术,笔记本要搭载intel酷睿处理器,配置HM55/HM57/QS57/QM57移动芯片组,配置高清集成显卡,搭载Centrino Advanced-N 6200/6300/1000无线网卡以及装有微软windows7操作系统,显示设备需要支持HDMI 或符合A/V接口,以便和Push2TV无线适配器进行连接。笔记本上还要安装intel My WiFi软件以及intel无线显示软件。

WiDi技术架构简单,硬件需求不苛刻,可实现远距离高清视频传输,与电视连接基本达到有线水准。不过其不支持1920x1080分辨率,显示有大约1秒延时,音频输出仅支持立体声,不支持5.1环绕,外接高清显示设备在调节上有 一定局限,因信号强弱影响,视频传输过程中可能出现画面中断现象。而且由于WiDi技术是使用WiFi进行高清图像传输,相当于一直在进行大流量的无线网络上传下载操作。实测显示,启用WiDi进行图像无线传输会导致笔记本电池续航时间缩短近2小时。

4.Wireless HD

利用60GHz频段进行高速无线传输的WirelessHD可提供传输全高清晰度无压缩视频所必要的带宽,其最高传输速率为5Gbps,支持1080p的视频信号以及8信道高质量音 频信号,传输延迟在5-15毫秒之间,可以保证高清画面传输的流畅进行。用户可在多台设备之间更便利的传输、播放全高清内容,用户可以容易的构建和管理自己的无线视频局域网4。WirelessHD的4Gbps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出设备的回馈信息传输。

虽然WirelessHD带宽足够高,但是传输距离非常短,脑,已经发展到一个家庭多台电视、电脑,还有包括手机、Ipad等移动多媒体手持终端;从单一设备发展到支持无线网络;电视节目也从传统的无线模拟电视,发展到有线电视、数字电视直至现在的高清电视。

最早在家庭中传统的模拟电视,增加一台,只需要将电视信号线拉长,穿过墙就可以了,最多就是影响质量越来越糟,但是由于数字信号的突变特点,衰减超过一定程度, 就收不到信号。再加上多台电视如果通过有线的方式进行收看,至少需要四根线缆,设备之间密密麻麻的线缆非常复杂,而且与家庭装潢格格不入。无线技术的发展,正为这些问题提供了解决方案1。

目前家用无线技术来说,IEEE802.11g占据了大部分的市场,可以提供54Mbps的带宽,可以传递普通画质的数字电视信号。而高清电视信号对于带宽的要求就要高的多,基本要达到3Gbps才能在家庭中以无线方式传输1080p分辨率 的高清数字电视信号。现在主要可提供高清无线数字传输的技术UWB、WiDi、Wireless HD、WHDI和802.11ad。

四、技术比较


以上所介绍的几种无线高清视频传输技术特点比较如下:




技术名称

工作频率

传输带宽

数据完整

上市时间

优点

缺点

UWB

3.1-10.6GHz

1Gbps

要压缩

已开发芯片

相对低功耗

日本无法使用,欧洲使

用受限,无法传输1080p

WiDi

2.4GHz

(WiFi)

600Mbps

最高720p

已开发芯片

构架简单

无法传输1080p,延时

大,不支持5.1声道

WirelessHD

60GHz

4Gbps

1080p

已开发芯片

带宽很宽

传输距离短,传输技术

面临挑战

WHDI

5GHz

3Gbps

1080p

(有损失,难以察觉)

已开发芯片

延时小,支

持7.1声道

传输有损失

802.11ad

60GHz

每个信道1Gbps

无损失

尚未制定标准

带宽很宽

传输距离短,传输技术

面临挑战





UWB在日本没有可用频段,在欧洲要受到限制,在欧洲UWB被限制在6-10GHz频段内,比美国小3GHz。开发人 员必须确保UWB在欧洲的传输功率比在美国小20dB,这样一来就被限制在4Gbps,而且还要监听和避免竞争信号。因此UWB以及基于UWB技术的无线HDMI技术由于频谱资源的 限制,较难以推广。

WiDi技术无法支持到1080p的高清视频的分辨率, 802.11ad标准还正在制定中,并无产品面世,因此现在具有较多应用的无线高清传输技术就是WirelessHD和WHDI。

在技术方面,WirelessHD工作频段为60GHz,传输速度为4 Gbps,最长传输距离为10米,可传输1080p无损影像和音频加密信号;WHDI工作频段为5GHz,传输速度为3Gbps,最长传输距离为30米,也可传输1080p无损影像和 音频加密信号。综合看来,WirelessHD在单个房间内传输速度占优,但是整个家庭的无线高清传输还是需要采用WHDI技术。

传输技术上60GHz上需要面临挑战,比如自适应的定向天线阵列,来适应客厅里的特殊环境,在客厅,人们可能随时在电波前走动或者将整个系统导出移动,WirelessHD 技术必须能自动算出发射机和接收机之间的电波最佳传送途径,并且在传输途径受阻时进行自适应变化。

市场方面,WirelessHD更倾向于电脑、播放器、机顶盒、手机等终端产品;WHDI更倾向于电视机。

产业方面,WirelessHD联盟成立于2006年,目前支持者有LG、松下、索尼、三星、NEC等;WHDI联盟成立  于2008年,目前支持者有日立、摩托罗拉、索尼、三星、夏普、LG以及我国彩电制造商的支持,长虹已于2011年CES(国际消费电子展)上推出支持1080p无线高清传输的WHDI电视。


五、应用与展望

2010年CES展会宣布的WirelessHD1.1标准新特性包括 优化构架,在A /V流传输、文件传送中可处理Gb级别的数据率,连接功耗更低;数据传输率可达10-28Gbps,可满足更高分辨率、更深色彩、更高帧率、更高速数据应用等未来高清显示设备的需要;支持通用的3D立体格式和分辨率;


最高可支持4096*2160分辨率,与很多数字影院相同;无线个人局域网设备支持固定和移动设备的同步文件传输,还提供了互联网访问IP连接、无线高清设备联网技术;可向低功耗便携设备流传输无损视频,包括智能手机、上网本、便携式媒体播放机等;支持HDCP2.0,唯一支持多媒体内容流传输和拷贝的标准。

而Computex 2010展会上,AMIMON Inc.公司已经展示了基于WHDI技术的3D HDTV立体高清电视。WHDI 2.0则定于2011年第二季度公布,主要新特性包括:全面的3D立体技术支持,除了HDMI 1.4a规范中的所有3D格式之外还将支持下一代1080p 60Hz×2 3D格式;支持下一代4K×2K高清分辨率格式,也就是4096×2160,相当于1080p全高清的四倍;集成WHDI Wi-Fi无线技术,在同一通道内共存; 通过降低功耗和部署要求,集成在无线设备之中。

随着技术的发展,无线高清数字传输技术将支持更高分辨率的视频,支持3D电视等更多应用。在三网融合的大形势下,无线高清数字传输技术将结合家庭影音设备、个人移动终端、车载多媒体设备技术发展,结合电信网、互联网、广电网的融合契机,结合Zigbee等无线传感网络技术的应用,在视频监控系统、远程会议系统、物联网等多个领域中发挥作用,更好的满足市场和用户需求,为用户提供更丰富的应用。






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