Full HD訊號無線傳輸

解決高畫質顯示設備佈線困擾

在數位家庭時代,想必許多讀者家中已是一堆數位電視、數位錄放影機等影音設備,要如何分享這些資訊,也是相當麻煩的問題。已經有廠商想出了終極解決方案,用無線方式連結各種數位影音設備,而且一口氣直達Full HD領域,具備1080i的解析度。

電腦已經成為現代人家中的必備設備,許多人還不只一台,當電腦一多,周邊設備堆得到處都是,就需要努力解決連線問題。到目前為止,重度使用者的最佳需求,還是以實體網路線連結各種數位機器,分享檔案、連結印表機,大部分都是使用Category 5,俗稱「貓五」的CAT5線,由於這種線說不上細,要佈置到整間房子,需要一點功夫才不會搞得到處都是零亂線材。

無線網路架設簡單

802.11是現在無線網路的主流,但頻寬比不上有線網路,要傳遞影片檔案沒問題,即時傳遞多組影像信號就可能出現畫面延遲

大多數輕度使用者,依賴的是無線網路802.11,除了無線網路設備越來越便宜,最重要的是架設簡單。只要一個基地台,就可以讓許多設備分享資訊,避開電線的糾纏。但802.11的頻寬有限,隨便一條實體網路線都有100Mbps,肯花錢投資的使用者,甚至可買1000Mbps的設備,而這些網路設備距離未來的所有應用,例如數位影像網路化還是有遺憾之處。

對於數位影像來說,這幾年是很重要的時機,繼音樂從類比轉成數位之後,影像也紛紛數位化。從數位電視的開播、數位電視機的銷售可見端倪,而且是在短短幾年間就推向全面HD化,以1080p為目標。什麼是1080p?,就是電視畫面上有1080條掃瞄線,而且還是逐行掃瞄,不是720i那種跳行掃瞄令螢幕會閃的方法。

影像HD化的好處,真的是看一眼就知道,但代價是資訊量變得超級大,不但要儲存的影片資訊動輒數十GB,而且訊號源與電視之間的傳輸頻寬更是要Gbps等級以上才行。這數字以現在的科技來說並不困難,所以我們有HDMI傳輸線,才推出立刻變成高級影音設備的象徵,甚至一些高級NB也裝上HDMI。但有些人家中不止一個螢幕,也許有兩台電視、三台電腦,而且擺得有點遠,他們希望不論用哪一台機器,都可以看到同一部影片,這就有點困擾了。

數位信號線材的長度限制

古人是怎麼處理這件事的呢?簡單來說就是用錄影帶存資料搬來搬去,比較不講究的則利用信號線拉過門、穿過牆,把一條第四台電視線拉十幾公尺,就可以連接第二台電視,這方法現在來說實在太不合用了。首先,傳統的類比信號可以一直拉長,最多就是影像品質越來越糟,等到林志玲長得像澎恰恰時,你就知道電線太長了。但是數位信號不能這樣,只要信號衰減超過一個程度,就不能提供足夠的頻寬。第二,目前的數位資訊幾乎都是透過點對點進行傳輸,如果一台DVR要連接4台電視就得4條線,這不是很友善的設計,還是無線比較好用。

以目前的家用無線技術來說,IEEE 802.11g佔據大部分市場,當然也有些人使用3G手機上網,不過仍算是少數。802.11g加上各廠商奇怪的獨門改進,可以提供54Mbps起跳的頻寬,實際上雖然會被打折扣,但傳遞數位電視信號絕對沒問題,不過畫質普普,而且最重要的是,傳遞的是壓縮過的數位資訊,而非準備顯示在電視畫面的資料。

HDMI是現在高畫質數位影像設備的標準傳輸介面,市售電視要能看1080p HDTV,認明這規格就對了(圖片來源:HDMI.org)

影像訊號需要即時傳輸

這是完全不一樣的東西,你在看網頁時,對方網站傳到電腦上的是數位資訊,基本是一個文字檔,但是你的電腦會把這些資料解釋成傳輸到螢幕的控制信號,用以操作電腦螢幕。這兩者相差很多,前者檔案可大可小,也許要不斷傳送,或是只有傳一次,而後者卻是從開機後,必須以每秒固定速度不斷從電腦傳輸到螢幕。在絕大多數情況下,後者的資料量遠大於前者,而且這是數位電視才有的狀況,傳統的類比電視,如果只計算一個頻道,那麼電視台傳送到調諧器,跟調諧器傳送到螢幕的資訊量其實一樣多。

所以,無線傳輸技術要將訊號源跟電視之間無線化,指的是用來驅動螢幕的信號,像電腦跟LCD之間的傳輸線,而不是電腦跟ADSL相連的網路線。這必須分得很清楚,因為會牽扯到嚴重的成本問題。讀者不妨想想,如果要花一萬元買無線設備,才可以將電腦的顯示信號傳送到電視機;而另一種選擇是花一萬多元買台廉價電腦跟電視放在一起,用現成的無線設備傳輸影片檔,再用廉價電腦直接在電視播放影片,你會選哪一種?相信很多人會選後者,這樣有需要時還多了一台電腦可以使用。

廠商砸大筆鈔票進行研發前,一定會先問自己,這技術是要賣給誰。這問題如果問筆者,我一定會說,就是電腦硬碟中影片很多,而且電腦又不放在客廳,卻需要允許直接傳送影片到電視的使用者。至於開發這些技術的廠商,他們則認為這技術的主要應用是搭配DVR(數位錄影機),將錄好的數位電視傳送到家中各台液晶電視,或是手機等可以觀看節目的裝置;甚至考慮到IPTV的延伸,未來的有線電視一定是經由IP網路進入家中,而在家庭內要如何分享到各個電視機,無線技術是個不錯的解決之道。

所以,這項技術的主要市場是以無線方式在家中傳遞影音信號,基本上就是要做到3Gbps,才能夠達到1080p解析度。美國許多新興公司已投入這個市場,而且有些技術看來頗為可行,包括了在5GHz頻譜工作的WHDI無線技術、作為無線USB核心的UWB技術、以及60GHz的瘋狂解決方案。

WHDI想用無線方式,將所有信號源都傳遞到高解析電視機(圖片來源:http://news.digitaltrends.com/featured_article71.html)

WHDI無線高解析介面

比較有希望的,應該是號稱無線無壓縮的HDTV信號:WHDI (Wireless High Definition Interface,無線高解析介面),如同字面所述,就是要將發燒迷視為必需品的HDMI介面無線化,而且不壓縮直接傳遞數位信號。無線的技術看多了,你會瞭解到,由於無線傳輸不安全,無線設備開發商都會假設使用者以加密或壓縮方式傳送數據,像是我們最常用的Wi-Fi、藍牙與GSM手機通信,通通都有加密功能;但是至今幾乎視訊設備皆只用加密,而不以壓縮方式傳遞資料,主要的考量應該是頻寬與延遲的問題。

但是,要用無線方式傳遞不壓縮的HDTV資料實在是太「殺」了,一個沒有壓縮過的1080p頻道,需要至少3Gps頻寬,而差一點的720p與1080i,則在1.5Gbps左右。3Gbps有多大呢?大約是每秒300MB的資料量,15秒傳遞完成一張DVD光碟片。有線傳輸都很難做到,在無線上的挑戰當然更大。

WHDI是一個非常創新的技術,工作在免授權的5GHz頻道;常用的Wi-Fi也是工作在免授權頻道,不過是較低的2.4GHz。從一些數據來看,可以發現WHDI搞了不少新花樣,2.4GHz的802.11b只能做到11Mbps,還沒定案的802.11n是248Mbps,為什麼WHDI將工作頻率提升到約兩倍的5GHz時,卻可以提供十幾倍的3Gbps?WHDI表示,他們採用了專為視訊信號設計的工作方式,說穿了就是WHDI的傳遞方式雖然造成資料損失,但他們控制在難以察覺之處,用此代價換得較高的傳輸率。

忽略細微誤差換取順暢頻寬

一般的無線技術,在傳遞時對所有資料都是一視同仁,保證能夠正確傳輸,當你傳Word檔案給老闆,絕對是每個字都正確無誤的進行傳遞,不會有小標題容易錯,大標題一定正確這種狀況。老實說,就算Wi-Fi無線網卡想偷雞摸狗少傳一個位元的資料,它也不知道哪些資料可以摸魚,而哪些是一定不能省略。但是WHDI就不同啦,既然擺明是要傳遞螢幕資訊,那就好處理了,對於一張電腦所顯示的彩色畫面來說,每個畫素都包含三個位元組資訊(紅、藍、綠分別八位元),偶爾省掉不重要的位元是看不出來的,而且就算靜態圖片看得出來,每秒六十張畫面更動的情況下根本無法辨識。

根據WHDI的說法,他們對於不同位置的位元,在傳送時給予不同程度的保護,最重要的保證不出錯,而最不重要的位元,就不深入討論了。這方法看起來是沒問題,而根據他們發表的文件,利用4X5MIMO技術,可以傳遞1080p影片長達30公尺之遙,至於實際工作時對畫質的影響,這就得所見為真,實際看過才能知道。

此技術中最重要的改進,是他們並非壓縮資料,而是修改目前無線通訊中的信號處理方式,所以開發晶片時的成本與現有產品差不多,不需額外開發昂貴的即時資料壓縮晶片,可以降低產品售價,而且因為沒有即時壓縮資料,所以信號傳遞幾乎沒有延遲,畫面反應提升到最快,對於遊戲玩家是一大福音。

一樣是無線信號,在無線基地台AP到電腦間傳遞的是原始數位信號,例如一個影片檔案;而在PC與LCD TV中間,傳遞的是影像信號,此資料會持續傳送,不斷更新螢幕畫面。前者可以用Wi-Fi無線網路,而後者是目前要解決的難題

UWB超寬頻通訊技術

WHDI的方法其實有些投機,相比之下,最老實的是以UWB為基礎所開發之技術。其以現有的技術,在「正常」的思維下做到最好以應付需求。號稱是無線USB (WUSB)與下一代藍牙(Bluetooth)共同救星的UWB (Ultra Wide Band,超寬頻通訊),也是受到許多人的期待,UWB是由WiMEDIA聯盟所推出,將通訊信號分散在高於500MHz的頻寬內,許多通道一起工作,可以同時傳遞相當多的資料,UWB的傳輸量在30公分以內時高達480Mbps甚或更驚人,但一旦距離拉遠會以非常快的速度下降。

因為UWB的頻寬離3Gbps有點遙遠,目前在UWB上的努力,幾乎都是搭配壓縮技術一起進行。相比於WHDI放手讓不重要的資料傳輸錯誤不加理會,UWB就是相當傳統的處理方式,一個bit都不可以錯,尤其是壓縮過的資料,就算有容錯設計,一旦錯誤位元過多,所有資料將會無法解壓縮。

根據筆者收集的資訊,有兩間UWB技術開發公司宣稱他們已有解決方案,Wiquest的Wireless Digital Video (WiDV),包含UWB無線技術,以及即時影音壓縮技術,號稱可以即時傳送高達1.037Mbps的信號,差不多是一個高解析電視畫面的信號,不過還不到1080i。另一個Tzero也差不多,UWB負責傳送,還要另外搭配來自Analog Devices的影像壓縮晶片。從這兩間公司的解決方案看來,單純要以UWB傳遞HDTV影音信號是很困難的,就算是頻寬問題有所改善,還是要如現在的網路技術,以即時壓縮方式降低對頻寬的需求。

60GHz無線傳輸技術

最後介紹的,是筆者認為相當瘋狂的60GHz無線技術。為什麼說這很瘋狂?因為其已經超過雷達與衛星通訊的頻率了,而一般這兩者技術由於軍事力量在背後撐腰,都會是最先進的技術,一旦60GHz通訊真的變成消費性電子設備,那距離人手一台雷達的日子也不遠了,說不定我們未來會看到駭客將無線基地台,改裝成雷達或Ku Band測速警示器哩。

為什麼挑60GHz?這問題的答案與為什麼Wi-Fi要使用2.4GHz一樣,因為無線電信號會相互干擾,所以必須預先協議哪些頻率只能給誰使用,像有些頻率專屬電視台,而有些則是給廣播電台。某些開放使用不需要註冊的稱為ISM頻道,ISM規定了幾個頻率,像是著名的2.4GHz、WHDI使用的5GHz,與現在介紹的60GHz,所以廠商才會挑選這個頻率。

我們不用管60GHz無線通信有多難設計,從它已經可以當作雷達使用,就知道這東西一點都不簡單。而且很有趣的一點是,60GHz拿來當無線通信時,會有像雷達一樣的指向性問題,就是天線往那邊瞄準,就跟那邊的設備通信,代表使用者操作此設備前,還得先正確瞄準才可使用。據估計,屆時應該是跟相位陣列雷達一樣,用許多天線操作無線電波,藉以控制無線電波的前進方向。

對60GHz有興趣的廠商也不少,LG、Samsung、Panasonic、NEC、Sony與TOSHIBA甚至組成了WirelessHD聯盟,而且已經發佈了第一版規格書,目的就是做到上述在10公尺的範圍內,以60GHz的無線電波傳送5Gbps的資料頻寬,藉此將未壓縮的1080p畫面傳送到電視顯示。

預計今年展示實際工作成果

我們介紹了三種傳送Full HD的無線技術,很巧的其等都宣稱要在2008年發佈重要進展,起碼要在一些展覽上展示實際工作成果,屆時應該會有完整的性能跟價位比較,以及更進一步的相關資訊披露。

Full HD無線傳輸技術比較表

技術名稱:WHDI
工作頻率:5GHz
傳輸頻寬:3Gbps
資料完整:有損失
上市時間:已經開發晶片
缺點:資料有損失,對畫面有一定的影響

技術名稱:UWB
工作頻率:規格未定,可能在 3~10GHz之間
傳輸頻寬:1Gbps
資料完整:無損失
上市時間:已經開發晶片
缺點:無法傳遞1080p影像畫面

技術名稱:60GHz
工作頻率:60GHz
傳輸頻寬:5Gbps
資料完整:無損失
上市時間:制訂中
缺點:有指向性,也許需要調整天線

【digitalhome 第104期2月號】

http://mag.udn.com/mag/newsstand/storypage.jsp?f_MAIN_ID=77&f_SUB_ID=1205&f_ART_ID=109955

 

東芝宣布自HD DVD 事業撤退 高解析度光碟規格之爭宣告落幕

主導 HD DVD 高解析度影音光碟標準的東芝於今(19 日)日正式發表,將結束 HD DVD 相關事業,停止包括錄影機 / 播放機與 PC 光碟機等相關產品的開發與生產。

HD DVD 是由東芝主導、DVD 標準組織「DVD 論壇」認可的高解析度影音光碟規格,承襲現有 DVD 碟片構造,並透過波長更短的藍光雷射來達成更大的儲存容量。

HD DVD 與由新力、松下、先鋒等廠商所主推、同樣採用藍光雷射的 BD(Blu-ray Disc)規格自 2002 年起展開漫長的競爭,兩陣營積極拉攏包括好萊塢影業、資訊產業廠商等各方勢力的支持,並於 2006 年初正式推出產品,進行激烈的市場佔有率之爭。

在經歷 1 年多的競爭之後,由於 HD DVD 軟硬體產品的市場佔有率逐漸下滑,加上北美 DVD 影片銷售市場佔有率最高的華納於 1 月 7 日宣布停止供應 HD DVD 影片,使得市場風向明顯轉變,北美各大網路與實體通路都陸續宣布不再銷售 HD DVD 產品。

日本 NHK 電視台於上週六(16 日)報導,東芝計劃結束每況愈下的 HD DVD 事業,從纏鬥已久的高解析度光碟標準之戰中撤退,相關報導隨即被全球各大媒體所引用。東芝方面第一時間則只簡單表示相關事業的未來走向仍在“檢討中”,尚未做出決定。

在經歷多日的紛擾之後,東芝終於在今日舉辦記者會,由社長西田厚聰正式宣布將自 HD DVD 事業全面撤退,即日起停止 HD DVD 錄影機 / 播放機的開發生產,預定 3 月底結束相關事業,不過仍將會持續提供產品支援與售後服務。PC 與遊樂器用光碟機也會在充分考慮客戶企業需求的前提下停產。現有的 DVD 錄影機 / 播放機等事業則不受影響。

西田厚聰於記者會中表示本次決定撤退的最大理由是上個月華納轉投 BD 陣營,不過他也強調 HD DVD 並不是因為技術因素而導致失敗。目前 HD DVD 相關產品的全球累計銷售台數為 HD DVD 播放機 70 萬台、配備 HD DVD 的 PC 30 萬台,HD DVD 光碟機累計出貨台數 200 萬台,微軟 Xbox 360 HD DVD 播放機估計約 30 萬台,各地區數據如下:

日本:播放機 1 萬台,錄影機 2 萬台,PC 2 萬台
北美:播放機 60 萬台,PC 14 萬台
歐洲:播放機 10 萬台,PC 13 萬台

在本次東芝宣布自 HD DVD 事業全面撤退之後,纏鬥多年的高解析度光碟規格之爭終於宣告落幕,BD 將成為今後高解析度影音光碟的唯一標準,終結令出版商、通路商與消費者困惑的兩標準並存現況,預料將能刺激高解析度影音光碟市場的加速成長。

http://mag.udn.com/mag/digital/storypage.jsp?f_MAIN_ID=320&f_SUB_ID=2943&f_ART_ID=111524

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