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射頻/無線  

車用資訊娛樂系統的無線音訊傳送技術

上網時間: 2011年06月02日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:無線音訊  汽車  無線電  紅外線  Kleer 

反向通道(Back-channel)通訊

耳機提供了一個讓使用者控制音訊通道切換、暫停播放等功能的理想位置。然而,這需要能從耳機到音訊來源間建立一個回傳通道,在此將其稱為「反向通道」。

很可惜,IR連接係透過分別的發送器和接收器,因此耳機僅能接收,無法再利用耳機進行播放控制等功能。

大部分數位RF裝置都同時有發送和接收功能,這是最低條件,如此才能讓耳機回傳確認訊息到音訊來源,告知音訊封包已正確收到,不需要再重送一次。這個從耳機到音訊來源間建立的反向通道還能做為其他用途,包括播放控制、電池狀態、和辨認耳機品牌以確認是否支援。

許多資訊娛樂系統都還包括了手持式遙控裝置(圖3),可從車內的任何角落控制各種系統功能。與無線耳機相同,這些裝置通常採用IR技術,但也都遭遇了同樣的問題。支援反向通道的數位RF解決方案,能利用此反向通道做為遙控之用。因此,一個內建在汽車音響主機(head-unit)中用來將音訊串流至一個或多個無線耳機的RF元件,亦能用來接收從一個或多個遙控裝置傳來的控制指令,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指令的接收器。


圖3:資訊娛樂系統的遙控裝置。

反向通道的另一個有趣應用是語音通訊。它能讓耳機成為一台具有麥克風的收發話器(headset),可透過車內的免持式語音系統進行個人的語音通話,不用再切換到另一台headset。

應選用哪一種RF技術?

有鑑於有線和IR耳機的多個缺點,汽車OEM業者遂改採數位RF技術作為解決方案。目前市面上有多種汽車耳機可選用的RF方案,包括WiFi、藍牙、以及多款專屬無線技術,SMSC的Kleer便是其中之一。汽車OEM業者應該為此應用選擇哪一種RF技術呢?

音訊品質是首要考量。特別是,RF技術不應該成為造成耳機音訊品質低落的限制因素。如果汽車擁有CD或DVD播放器的高品質音訊來源,就應該將此同樣的品質傳送到耳機。這是藍牙在此應用中的主要缺點之一。藍牙的有限頻寬使其需要採用失真壓縮(lossy compression)來傳送音訊,因此僅能獲得FM廣播或IR類似的音訊品質。

其次是考量功率消耗。由於車用耳機主要是放置於車內,經常更換電池或充電是非常不方便的。因此,選用的RF方案必須能盡可能消耗最少的電源,以延長電池壽命。這項需求剔除了採用WiFi技術的可行性。因為WiFi裝置支援較高頻寬和較長傳輸距離,這亦意味著它會較其他技術消耗更多的功率。即使藍牙的功耗都比SMSC的Kleer方案為高,因為Kleer是專為電池供電無線音訊應用所設計的。

能與其他無線電技術共存也是一重要考量,因為汽車系統也開始內建WiFi存取點,以支援無線筆電和藍牙免手持語音裝置。選用的RF技術必須能在此環境中不會產生音訊停頓(audio drop),也不會干擾WiFi處理能力和藍牙語音品質。一個評估此無線電技術是否具備與其他無線電共存的能力,是檢查其佔用的無線電頻譜。所有2.4GHz射頻技術都必須在2.40GHz和2.48GHz之間約80MHz的頻寬中找到可用頻譜。WiFi會佔用約一半,而藍牙約用掉四分之一。相較之下,窄頻無線電僅消耗不到3MHz的頻段,因此會有較高的機率找到可用頻譜。

此RF技術必須能支援多重音訊串流的同步傳輸,因為之所以選擇使用耳機設計的主要理由就是要讓每位乘客都能聽自己喜歡的音樂。由於這些音訊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送器,每台後座顯示器都可能會有自己的RF發送器),因此RF技術需能支援多個位置各異的發送器。有多種方式可以滿足此需求,包括較複雜的像是WiFi的載波感測多重存取/碰撞偵測(CSMA/CD)的機制,或是透過將頻譜分割為多個窄頻通道,並動態選取可用通道的方式。

此RF技術必須具備支援將多個耳機連接至相同來源的能力。當然,一個迴避這項需求的作法是採用多個RF發送器(每個耳機一個),但此做法不但昂貴,而且不具功率效率。較佳的方式是讓每個耳機都能「收聽」想聽的音訊來源,而不管是否還有其他人在聽此相同的音樂。

此RF技術必須能以不超過70毫秒的延遲(latency)時間傳送音訊,最好是能在45毫秒以內。如果延遲過長,乘客在觀賞影片時便會感受到視訊和音訊間的不同步。依不同的耳機類型,有時可能會需要低於25毫秒的延遲時間。若耳機的延遲時間較長,會使大量的環境聲音傳送到耳機配戴者的耳朵,如果聽者正在聆聽與汽車喇叭播放的相同音訊通道,就會形成低沉的空響聲(hollow sound)。

此RF技術必須支援雙向通訊,讓耳機的訊息能傳回至音訊來源。此訊息可能是與耳機有關的訊息,像是剩餘的電池壽命,或可能包含音訊播放指令,如播放/暫停和音軌前進等。

此RF技術必須支援安全傳輸,以確保車內乘客無法聽到其他車輛的音訊來源。此需求剔除了FM無線電這類的廣播式RF技術。此外,如果兩家不同的汽車OEM業者選用相同的RF技術,他們可能得需要建立一種安全機制,確保只有購買自這家OEM業者的耳機能供這家OEM業者的汽車使用。

本文小結

在為車用資訊娛樂系統選用無線音訊傳送方案時,不同的無線技術都各有其優缺點。一般來說,數位傳輸較類比技術受青睞,而RF傳輸比IR為佳。不過,各種數位RF技術間仍有差異,因此,必須仔細評估不同技術所具備的音訊品質、功率消耗、多點至多點連接、播放控制、音訊延遲、語音通話支援、以及與WiFi和藍牙共存等特性。

關於作者: (only for online)

Brent Allen是SMSC Kleer產品線的全球產品行銷總監。SMSC是在2010年二月透過併購取得Kleer技術,這是業界領先的低功耗無線音訊技術,適用於可攜式、家庭和汽車產品中的無線耳機、耳塞式耳機(earbud)和喇叭。


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