ISO實現多媒體流的高速傳輸
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通用串行總線(USB)是自1997年末開始為PC主板所采用的一種開放接口標準。1998年,推出了僅有兩個I/O接口,即USB及以太網接口的Apple iMac。最初的USB標準(1.0及1.1)支持的最大傳輸率為每秒1M字節,凈傳輸速率達12 Mbps。Windows 98是最先支持USB的操作系統,它內置了各種設備的驅動程序,其中包括鼠標、鍵盤及揚聲器。
??????? ISO傳輸的特點
??????? USB支持兩種類型的數據傳輸:大數據塊(bulk)傳輸方式,對不能容差的數據進行移動;同步(isochronous,ISO)傳輸方式,對不允許時延的數據進行移動。數據塊傳輸可確保數據能可靠傳輸,不會丟失或干擾數據,但不能確保給定時間內的數據傳輸量。在沒有其他數據流量時,塊數據即指那些僅使用總線的填充數據。同步傳輸是以主機PC與設備相互協調確定的速率來進行的,但數據可能會受到干擾,而且不能持續傳輸。
??????? 選擇同步傳輸還是選擇塊數據傳輸是非常簡單的。如果數據的完整性是最重要的,就采用塊數據傳輸;但如果準時傳輸數據比準確率更重要的話,還是選擇ISO傳輸。雖然乍看起來選擇ISO并不合乎邏輯,因為ISO是用準時發送的受干擾數據來代替晚發的正確數據,但在某些不能及時傳送數據的區域可能會存在數據根本不能到達的情況。電話里的音頻流就是一個簡單例子,丟失了幾小片數據總比讓受話方一直落后乃至不能趕上要好。在視頻中也是如此,用戶還是寧愿選擇丟失一個幀以保持圖像的實時傳輸。
??????? USB帶寬被分為每秒1000幀。USB 1.1中的同步傳輸限制在每個幀的每個設備端點傳輸一個數據包。最大的包大小為1023字節,每秒總數據傳輸率為1 Mbps。USB 2.0不僅將數據率提高到480 Mbps,還將每個幀分成8個微幀,以降低對設備緩存的需求。USB 2.0還將每個設備的每個微幀1024字節的包容量擴大到3個數據包的容量。這樣USB 2.0中ISO數據率從1 Mbps提高到24 Mbps (每秒1000幀 × 每幀8微幀 × 每微幀3個數據包 × 每數據包1024字節)。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖1 應用帶寬分析圖
??????? ISO傳輸的應用
??????? USB 2.0高速ISO推出后支持的最佳產品便是并不昂貴的攝像機。USB攝像機早已問世,但全速USB的帶寬限制令人們對圖像的分辨率及幀速率大失所望。全速USB攝像機的帶寬僅能以每秒5幀的速度傳輸未壓縮CIF (352 × 288)視頻。該設備需占用90%以上的帶寬,而這個帶寬是系統內所有USB設備共享的。而通過高速ISO,相同攝像機可以每秒30幀的速度工作,僅占用可用帶寬的10%。作為一個實例,該技術已在DV(數碼視頻)攝像機中得到了應用,以每秒4.5Mbyte的恒定速率傳輸復合視頻和音頻。高速ISO功能在這類領域中完全游刃有余。圖1所示為各類流協議所需帶寬與USB1.1全速及USB2.0高速所能利用的ISO帶寬的對比情況。
??????? USB的作用并非在數據到達CPU時即告終止。USB 2.0還可以將數據由CPU傳輸到外部硬盤、DVD-RAM或CDRW驅動器等存儲設備中。如今采用USB 2.0標準的大量數據存儲設備的運行速率已高達20 Mbps,并且有望繼續提高。
??????? Windows支持的USB基于分層結構,可使所需的常規設備驅動降至最少,甚至無需常規設備驅動。分層結構的最底層是USBD,即通用串行總線驅動。位于USBD之上的是類驅動(class drivers),這種驅動對于具有類似特性的設備是通用的。要支持ISO,類驅動必須采用流類驅動程序(Stream Class Driver,stream.sys)。音頻和視頻驅動則位于stream.sys之上。Windows 98包含了對于音頻設備的支持,而Windows 2000、ME和XP則通過減少其他操作系統任務延遲音頻數據的可能性增強了這種支持功能。Windows(r) 2000、ME和XP還增加了某些支持數碼視頻相機的功能。USB 2.0高速設備可利用流驅動獲得高達24 Mbps的帶寬。
??????? 支持USB 2.0規范的PCI主機已在今年四月投放在零售市場上。支持USB 2.0新標準的微控制器現在也已開始發售。例如Cypress的EZ-USB FX2(tm),這是一種兼容USB 2.0規范,并能以高達每秒24Mbyte的持續速率進行ISO傳輸的8位微控制器。該器件采用了靈活的外部接口,從而便于與諸如攝像機ASIC(專用集成電路)等等的多媒體數據源相連接。該器件的開發工具包中包括了一些固件和驅動程序范例,這有助于推動ISO的開發,并能夠加快和保證高效的開發速度。而另一種名為ISD-300的USB 2.0器件使生產商能夠設計出實際運行速率比共享IDE控制器的驅動器更快的外部CDRW和DVD驅動器。
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( 發表人:葉子 )