RF解决方案 - 车载信息娱乐系统的无线音频传送技术

RF解决方案具有将各个音频信道分配给不同音频码流的能力。无线音源会在车内尽可能地被传送(请见图2)至靠近音频来源，而耳机能通过接收无线电信道的方式选择想听的音频内容。

　　图2 重来源与多个耳机。

　　广播：除了能让每位乘客利用耳机欣赏各自想听的音乐外，也能让多位乘客共享内容，例如在他们观看相同屏幕的时候。

　　红外线技术本质上一是个广播媒介，因此所有与发射器间具有视距通道的耳机都能共享相同的音频码流。

　　数字RF技术在这方面有所不同。举例来说，采用蓝牙的串流音频解决方案仅支持点对点连接。因此，每个耳机都需要一个发射器，这会造成成本和功耗的增加。共享内容是指将所需的音频串流连接到所有想要分享此内容的耳机发射器。相较之下，SMSC的Kleer技术能够允许多达4个耳机与相同的音频来源连接，同时还能允许耳机在不同来源中做选择。

　　反向信道(Back-channel)通信: 耳机提供了一个让用户控制音频信道切换、暂停播放等功能的理想位置。然而，这需要从耳机到音频来源建立一个回传通道，在此将其称为反向信道。

　　很可惜，IR连接包含了不同的发射器和接收器，因此耳机往往仅能接收，而无法在耳机上实现播放控制功能。

　　大多数数字RF设备都同时拥有发射和接收功能，这是最低条件，这样才能让耳机回传确认信号给音源，告知音频数据包已正确收到，不需要再重发一次。这个从耳机到音源间建立的反向信道还能做为其它用途，包括播放控制、电池状态、和辨认耳机品牌以确认是否支持。

　　许多信息娱乐系统还包含有手持遥控装置(见图3)，可从车内的任何角落控制各种系统功能。与无线耳机相同，这些装置通常采用IR技术，但也都遭遇了同样的问题。支持反向信道的数字RF解决方案，能利用此反向信道做为遥控之用。因此，一个内置在汽车音响主机(head-unit)中用来将音频码流传至一个或多个无线耳机的RF组件，亦能用来接收从一个或多个遥控装置传来的控制命令，如此一来，便无需在音响主机中额外增加专门用来接收遥控装置命令的接收器。

　　图3 息娱乐系统的遥控装置。

　　反向信道的另一个有趣应用是语音通信。这能让耳机(headphone)成为一个带麦克风的耳麦(headset)，可通过车内的免提式语音系统进行个人语音通话，不用再切换到另一个耳麦。

　　RF技术的选择

　　有鉴于有线和IR耳机的多个缺点，汽车OEM厂商遂转而考虑采用数字RF技术作为解决方案。目前市面上有多种RF方案可供汽车耳机选用，包括Wi-Fi、蓝牙，以及多款专属无线技术，SMSC的Kleer便是其中之一。汽车OEM厂商应该为此应用选择哪一种RF技术呢?

　　音频质量是首要考虑事项。特别是，RF技术不应该成为耳机音频质量的限制因素。如果汽车拥有CD/DVD播放器的高质量音频来源，就应该将同样的质量传送到耳机。这是蓝牙在此应用中的主要缺点之一。蓝牙的有限带宽使其需要采用有损压缩(lossy compression)来传送音频，因此仅能获得与FM广播或IR差不多的音频质量。

　　其次是考虑功耗。由于车载耳机主要是放置于车内，经常更换电池或充电是非常不方便的。因此，RF方案的功耗必须能尽可能地小，以延长电池寿命。这项要求就基本上剔除了采用Wi-Fi技术的可能性。因为Wi-Fi设备支持较高带宽和较长传输距离，这意味着它会较其它技术消耗更多的功率。即使是蓝牙的功耗都比SMSC的Kleer方案高，因为Kleer是专为电池供电无线音频应用所设计的。

　　能与其它无线电技术共存也是一重要考虑事项，因为汽车系统也开始内置Wi-Fi接入点，以支持无线笔记本电脑和蓝牙免提语音装置。选用的RF技术必须能够在此环境中不产生音频丢帧(audio drop)，也不会干扰Wi-Fi的吞吐量和蓝牙的语音质量。评测一项无线电技术是否能够与其它无线电共存的方法之一是，检查其占用的无线电频谱。所有2.4GHz无线电技术都必须在2.40GHz和2.48GHz之间找到约80MHz的可用频谱。Wi-Fi占用的频谱为这个值的一半，而蓝牙为四分之一。相较之下，窄带无线电仅消耗不到3MHz的频段，因此会有较高的机率找到可用频谱。

　　此RF技术必须能支持多重音频码流的同步传输，因为耳机设计的主要用途就是要让每位乘客都能听到自己喜欢的内容。由于这些音频串流不一定是来自相同的位置(例如，除了汽车音响主机中的一或多个发射器，每部后座显示器都可能会有自己的RF发射器)，因此RF技术必需能够支持多个位置各异的发射器。有多种方案可以满足这一需求，比如Wi-Fi的载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)，这是一种较复杂的机制，其将频谱简单分割为多个窄频信道，并动态选取可用信道。

　　此RF技术必须具备支持将多个耳机连接至相同来源的能力。当然，规避这项要求的一种方法是采用多个RF发射器(每个耳机一个)，但此做法不但成本昂贵，而且功率效率低下。较好的方式是让每个耳机都能接收到乘客想听的音频来源，而不管是否还有其它人也在听同一个音频。

　　此RF技术必须能够以不超过70毫秒的延迟(latency)时间传送音频，最好是能在45毫秒以内。如果延迟过长，乘客在观赏影片时便会感受到视频和音频之间不同步。按照不同的耳机类型，有时可能会要求延迟时间低于25微秒。若耳机的延迟时间较长，会使大量的环境声音被传送到耳机配戴者的耳朵里，如果听者正在聆听的音频信道与汽车喇叭正在播放的相同，就会形成低沉的空响声(hollow sound)。

　　此RF技术必须支持双向通信，让耳机的信息能传回至音频来源。此信息可能是与耳机有关的信息，比如其剩余的电池寿命，或者可能包含音频播放命令，如播放/暂停和音轨前进等。

　　此RF技术必须支持安全传输，以确保车内乘客无法听到其它车辆的音频来源。该项要求剔除了FM无线电这类的“广播式”RF技术。此外，如果两家不同的汽车OEM厂商选用相同的RF技术，他们可能得需要建立一种安全机制，确保这家OEM厂商的汽车只能使用从这家OEM厂商购买的耳机。

　　在为车载信息娱乐系统选用无线音频传送方案时，不同的无线技术都各有其优缺点。一般来说，数字传输较模拟技术更受青睐，而RF传输比IR为佳。不过，各种数字RF技术间仍有差异，因此，必须仔细全面地评估不同技术在音频质量、功耗、多点至多点连接、播放控制、音频延迟、语音通话支持，以及与Wi-Fi和蓝牙共存等方面的特性。