搭上隨選視訊順風車　USB結合手機多媒體盛行

較無爭議的是手機網路硬體必須持續增進資料處理的速度、頻寬可靠度以及資料傳輸速度，以便促進新市場的發展。有趣的是，就在媒體擔心透過手機傳送即時電視廣播是否能成功之際，全球市場也持續朝向預錄電視的模式發展。在所有電視節目都儲存於硬碟之情況下，業界也將面臨因應消費者希望在手機上觀看電視節目的挑戰。  

手機隨選視訊挑戰多  

隨著愈來愈多消費者養成偏愛觀看預錄電視節目的習慣，資料傳輸功能方面卻衍生出一個尚未解決的問題，也就是如何在手機上進行預錄。  

資料來源：Leichtman Research Group 圖1　DVR在美國的市場成長趨勢

根據市調機構Leichtman Research Group針對DVR與隨選視訊發表的研究報告指出，現今美國有20%的家庭擁有數位錄影機(DVR)。反觀2003年，只有2%的美國家庭擁有DVR(圖1)。根據The Carmel Group的報告，在2010年之前，全美國將有50%的家庭擁有DVR設備。在全球這麼多人擁有DVR的情況下，消費者必然會想要在手機上觀看電視節目，就像在家中一樣：隨選隨看(VOD)。也就是說，消費者將需要一種方法，把預先錄製的電視節目傳送到手機上，以便能觀看自己想要看的內容，而不只是收看每天的串流節目。  

手機在發展這方面功能的同時，也面臨到一項基本要求，就是能否處理大型影音檔案的高頻寬傳輸作業。多媒體內容將須要在可接受的時間內下載到手機，並採用手機所能支援的格式。所以關鍵在於運用一種能支援這類資料傳輸的連結技術。雖然無線連結有其便利性，但並不適合支援這種應用。反觀USB連結則能為消費者提供充裕的速度與簡易性，以滿足此市場的需求。  

USB適合手機多媒體傳輸  

由於手機市場相當獨特，具有特殊的資料傳輸需求。此外，手機需要一個可靠且快速的介面，其電池也須經常充電。因此，對於行動裝置而言，USB是一個完美的PC介面。手機對USB介面的需求相當清楚。USB是PC平台上最快也最普及的介面，它能提供2.5瓦的電力為電池充電，並能在Windows作業系統中驅動絕大多數的裝置。  

圖2　DVR與手機之間的通訊範例

在USB資料傳輸方面，裝置會直接連接一個介於「主控端」與「周邊」之間的實體線路，也可稱為「主控端」與「從屬端」。這種裝置間的關係，讓它們相互之間通訊無障礙。例如與DVR或PC的連結時，DVR扮演的是主控端的角色，負責管理匯流排上的所有通訊。包括手機在內的任何外部裝置在連結到主控端後，只有在主控端發出指令才能進行通訊(圖2)。  

當手機插到支援USB介面的DVR系統時，就會啟動裝置列舉(Enumeration)的自動設定程序。在裝置列舉的過程中，主控端裝置會向周邊裝置進行查詢，以取得有關裝置功能、耗電需求、驅動程式以及其他功能等方面的資訊。這類資訊的最高層級描述單元是Device Descriptor，它會向主控端通報裝置名稱、耗電需求以及介面的數量。  

下一邏輯層的描述單元則提供周邊裝置內每個介面的資訊，包括其類別編號與端點清單。類別編號會告訴主控端的作業系統該載入何種標準驅動程式。 例如，連結掃描器或相機時，會載入靜態影像類別驅動程式；而連結滑鼠時則會載入人機介面裝置驅動程式。而介面描述單元的其他部分則含有介面的端點清單。  

其實，這些端點可視為資料管線，而每個管線都是一個通訊管道，用來連結主控端上的軟體以及周邊裝置的端點。每個端點代表周邊裝置的一部分，可用來執行裝置的某一項特定用途，像是接收指令或傳送資料等。主控端在偵測到周邊裝置後，USB軟體就會啟動該裝置，執行一般性的組態設定作業，並取得該周邊裝置其他端點的資訊。  

在一個簡單的USB裝置中，周邊裝置的韌體會直接使用端點。這使得有些人認為需要特定端點編號來支援某些種類的裝置，但事實並非如此，唯一有固定意義的端點編號只有端點0，代表控制端點。端點0是由裝置內所有介面所共用。其他任何端點編號都可用在任何用途。除了端點0之外，共有三十個端點編號可以使用，包括編號1到15的IN，以及1到15的OUT(圖3)。

圖3　USB應用中的端點組態

USB傳輸類型各有千秋  

除了端點編號之外，其他端點功能屬性還包括匯流排頻寬、存取頻率、延遲與錯誤處理行為的需求。當一個周邊裝置的端點被偵測並設定之後，資料管線讓主控端軟體能和已建立連線的裝置進行通訊。每個管線都有特別的功能屬性，像是能管制匯流排存取與頻寬、傳輸類型、傳輸方向、以及資料單元的最高容量。USB定義了以下四種傳輸類型：控制傳輸、中斷傳輸、同步傳輸、以及整批傳輸。  

控制傳輸是最簡單的傳輸，運用在指令與狀態的作業。它們主要在裝置列舉以及設定USB連結時使用。控制傳輸只能透過端點0來執行。  

批次傳輸適合進行大量、頻繁的資訊交易，提供有保障的資料完整性。在硬體層以錯誤偵測和重新傳輸等機制，來確保資料交換的可靠度。批次傳輸的實際資料傳輸率，可達到40Mbit/s。  

同步傳輸適用於即時串流傳輸，以確保時效，基於此原因，所以不支援會產生延遲的重新傳輸功能。USB規格限制同步傳輸的速度為24Mbit/s。  

中斷傳輸運用一種輪詢機制，用來支援即時、可靠的資料傳輸。中斷傳輸可提供保證頻寬與可高達24Mbit/s的保證傳輸速率。  

當人們聽到視訊傳輸時，常常會想到同步傳輸，因為同步傳輸正是即時視訊的理想模式。它們能提供保證頻寬，所以USB隨身碟在傳輸時就不會有延遲的狀況。當發生罕見的串流錯誤時，同步端點會捨棄資料，這時就會在視訊串流中看到短暫的跳動。  

不過由於DVR不是即時視訊應用，影片已儲存在DVR的硬碟裡。此外，影片通常會儲存成像是MPEG-4或MJPEG等壓縮格式，也就意謂著任何資料流的中斷，都會影響一個以上的訊框。事實上，中斷會讓整個傳輸停擺，直到傳來另一個參考訊框為止。由於這種應用需要有保證的傳輸機制，而不是絕對的時效性，因此適合採用批次傳輸。  

有趣的是，相較於同步傳輸的端點，批次傳輸的端點可提供更高的最大流量，但並不保頻寬證，也就是系統中若有其他裝置時，傳輸作業將會耗費更長時間。當手機連結到DVR時，使用者即為主控端，一次只能和一部裝置進行通訊，系統的所有頻寬都由批次傳輸作業獨享。當同時有超過一個以上的批次傳輸裝置啟動時，主控端控制器會公平地將頻寬分配給所有使用者。  

手機端點組態的其中一項重要考量，就是端點緩衝區的設定。  

USB端點有許多不同的建置選項(圖4)，如固定端，就是在每個端點有一個固定的記憶體區域，對於專屬裝置而言，最適合採用這種模式。在可變端，則是端點緩衝區可以調整。虛擬端是在固定的上限範圍內，由韌體分享共用緩衝區。至於分享端，則由硬體自動分配緩衝區，架構方面沒有設任何容量限制。

圖4　USB端點緩衝區範例

‧	固定端
	固定端點機制如圖4的左上區域所示，也就是固定緩衝區。在固定緩衝區機制中，晶片設計人員為裝置選擇支援一定數量的端點，每個端點有固定容量的緩衝區。不過，由於此種元件僅支援一種用途，這種緩衝機制很容易建置，通常應用在功能固定的裝置上。

‧	可變端
	右上方部分的可變緩衝區則適用於可編程元件。晶片設計人員讓韌體從選擇項目中，自行選擇一種端點緩衝區機制。例如提供兩種固定尺寸的端點，讓系統設計人員能從十二個端點緩衝選項中，自行選擇要使用的機制。這讓單一元件能提供深層緩衝機制，滿足同步傳輸的需求，或為批次傳輸端點提供多個容量較小的緩衝區。

‧	虛擬端
	左下區域的虛擬緩衝區，是一種新端點緩衝概念。虛擬緩衝區能把一個緩衝區分配給一個以上的端點使用，並能讓端點之間能相互隔離。如一對端點可共用一個緩衝區，進行大容量的儲存作業，因為大容量儲存作業屬於半雙工模式，因此IN與OUT端點永遠不會同時進行通訊。

‧	分享端
	位於右下區域的共用緩衝區，則容許所有緩衝記憶體讓任何端點使用。這種緩衝機制的記憶體使用效率最高，因為任何運作中的端點都能取得需要的緩衝區。這種機制能順利用在某些系統，但在其他系統中就會造成問題。對於會因緩衝區滿溢而造成停擺的系統而言，都不適合採用這種緩衝機制。 對支援DVR的手機而言，最理想的緩衝機制是虛擬緩衝區。雖然手機只要透過媒體傳輸通訊協定(MTP)就能傳送DVR資料，或由大容量儲存裝置運用任何緩衝機制就能完成傳輸，但由於希望手機能發揮更多功能，因此，虛擬緩衝機制是唯一能支援這些上述應用，並壓低記憶體成本的機制。

市場抬頭刺激USB/手機連結發展  

隨著手機連結系統的市場版圖持續擴張，研發業者將須要了解如何創造最好的使用者經驗、如何開發一個可靠的傳輸系統以及如何讓新手機能壓低成本和維持高效率。毫無疑問地，市場將繼續為我們的手機提供更豐富的內容，其中包括提供即時電視節目、隨選式電影、或錄製電視節目等功能。有趣的是，USB這種高普及率的PC連結標準將繼續提供最佳的使用經驗。研發人員現在應了解如何在手機中為USB進行組態，以發揮最高的效率，而不是等待市場對USB介面提出更多的需求。  

(本文作者任職於賽普拉斯半導體)