IEEE1394接口技术及其应用

2011-03-15

电子世界 2011年14期

1.引言

IEEE1394最早由苹果（APPLE）、索尼（SONY）、美国德州仪器（Texas Instr-uments）等公司于提出，并于1995年由IEEE协会认定为IEEE1394-1995技术规范，全称为IEEE1394高性能串行总线标准。IEEE1394作为一个工业标准的高速串行总线，其开放性、兼容性、非专利性以及该接口独具的传输速率高、支持同步、异步两种数据传输、价格低廉、占用空间小、支持即插即拨等优点而得到索尼、松下等著名公司的支持，并被不断完善发展。目前广泛应用于个人PC机及专业摄、录、非线性编辑领域，成为视音频数据传输、交换最经济、简便的手段而得到飞速发展，为广播电视领域开辟了全数字化的从拍摄到制作的新环境。

2.IEEE1394接口技术

（1）接口信号线及电器特性

IEEE1394标准的接口信号线采用6芯电缆，其中4条信号线分别做成两对双绞线，用以传输信号，另外两条线是电源线，可通过IEEE1394接口为连接到主机上、功率不大的外围设备提供4～10V电源，并支持节能的挂机和唤醒模式，而且当设备断电或出现故障时，也不影响整个系统的正常运行。

（2）传输速率

IEEE1394接口支持多种数据传输速率，其中IEEE1394a铜线电缆的数据传输速率为100Mbps、200Mbps、400Mbps。按照IEEE1394-1995标准，数据传输速率为100Mbps、200Mbps、400Mbps的设备可以在同一网络上共存。IEEE1394b接口进一步将数据传输速率提升到800Mbps，甚至1.6Gbps、3.2Gbps。

（3）传输距离

IEEE1394接口连接电缆的传输距离与电缆线材参数有关：0.35mm铜线的传输距离（即两个节点之间）约为4.5米，0.5mm的铜线约为14m，而采用光纤则可将传输距离延长至100米以上。IEEE1394网络节点之间的传输距离可以通过IEEE1394中继器延长一倍，由于IEEE1394最多能支持16层树型网段，所以两个端点之间的最大传输距离为72m（16×4.5m）

（4）传输方式

IEEE1394接口同时支持同步和异步两种数据传输模式，在同步数据传输的过程中可以同时进行异步数据传输，还可以进行等时传送以及一定时间内的顺序传输，从而将数字声音、图像信息实时准确地传输至接收设备。

（5）支持特性

IEEE1394接口支持热插拔，是一个真正“即插即用”的硬件解决方案，这是因为IEEE1394标准是一个点对点的总线技术，不需要终结，所以系统工作时任意热插拔都不会影响整个网络。网络上增加或删除节点时，IEEE1394协议都将会自动调整网络。

（6）数字接口

不需数模转换，多媒体应用实时数据传输，数据能够以数字形式传输，实时连接或断开时数据不丢失或中断。

（7）兼容性好

可适应PC的全部I/O要求，并可以与SCSI、RS232、IEEE 1284、Centronics、Apple’s Desktop Bus等接口兼容，表现为不同设备和应用的通用连接。

（8）非专利性，接口设备对等

不存在专利问题，遵循高性能串行总线标准。不分主从设备，其中有足够的智能用于连接，不需附加控制功能。可不通过电脑在两台摄像机之间直接传递数据，也可以让多台电脑共享一台摄像机。

3.利用IEEE1394构建全数字化制作网络

目前各地电视台广泛应用的是采用双网结构的局域网，其中组建光纤网的主要设备光纤卡、光纤交换机价格不菲，一般用户无力承受，而传统的100Mbps以太网速显然不够用。而通过IEEE1394创建的局域网络能够以很高的速率进行声音与图像信号的实时传送，还可以传送数字数据以及设备控制指令。

现在越来越多的计算机厂家都将IEEE 1394接口作为产品的标准配置，许多录像机生产厂家（如松下公司推出的DVCPRO50录像机）在接口方面新增加了IEEE1394接口。微软的Windows操作系统也定义了IEEE1394，从而创建和完备了计算机与音视频设备之间的连接环境。数字录像机和计算机的IEEE1394接口进行连接，实现了非线性编辑功能，基于硬件的非线编已经逐渐转为基于软件的非线编。所以通过IEEE1394组建全数字制作网络已经能够实现（见图1）。

利用IEEE1394能创建各种复杂的网络拓扑结构，在同一IEEE1394网络中，可同时进行菊链式和树状连接，组网的方法十分灵活。比如：在一个以树状连接的网络中，我们在其中一台计算机上安装IEEE1394适配卡，由于一块IEEE1394适配卡通常提供3个以上的IEEE1394接口，假设有M个接口，这样就可以将M台计算机或者数字音视频设备接到该计算机的IEEE1394适配卡上。如果还有需要连接的计算机和数字音视频设备，可以继续在这M台计算机的IEEE1394接口上连接其余的计算机和数字音视频设备，只要第一台计算机的IEEE1394总线保持开启运行状态，整个网络将会以最理想的速度运行。

4.IEEE1394接口在招远电视台的应用

招远电视台自1997年开始了采编设备的数字化，但由于设备、技术和资金方面的原因，未实现真正意义上的全数字制作。目前所有摄录和编辑设备已经全部集中到了DVCPRO格式上，数字编辑机采用的是AJ-D455MC；2005年初，招远电视台引进了5套具有IEEE1394接口、基于Power Mac G5超强性能的苹果电脑数字化视频编辑系统，我们通过IEEE1394接口和以太网技术建成全数字编辑制作网络。

（1）制作网络拓扑图（如图2所示）

图1

图2 招远电视台全数字制作网络拓扑图

①节目摄录编辑（上载）设备，全部采用配有IEEE1394接口数字设备

②视频编辑工作站，由Power Mac G5承担，负责原始视频DVCPRO信号的采集、剪辑、特技及字幕制作。

③节目串编工作站，由Power Mac G5承担，通过火线网络完成节目的最终串编合成，并传送到播出网络中去。

④外挂SCSI硬盘箱，每台工作站各自外挂一台硬盘箱，内置SCSI硬盘组成磁盘阵列，工作站之间借助于火线网络形成共享磁盘存储。

⑤配音工作站，由音频工作站完成节目所需音频素材的录制、编辑合成，通过以太网连接。

⑥文件服务器，用于存放音频、文稿及其他各工作站之间需要共享交流的文件。

⑦以太网交换机，完成各工作站间的网络互连。

（2）网络的特点

①独特的双网结构

即“火线网+以太网”的结构。凭借苹果系统独具优势的火线技术和AJ-D455MC选配的AJ-YAD455P接口板所具有IEEE1394接口，实现工作站间的高速联接；通过以太网结构完成其它共享数据的交流以及最终与播出网络相连。

②简单的连接和灵活的组网

由于数字编辑机AJ-D455MC与苹果非编网络之间处理的是数字信号，设备间连接电缆（模拟分量连接）由原来的11根电缆（视频6根、立体声伴音4根和控制1根）减少到只需要1根电缆，所以连接非常简单。火线技术凭借对菊链式和树状连接方式的支持，可不借助于任何网络互连设备轻松实现多种复杂网络的组建，具有较强的灵活性。

③数字化无损制作过程

苹果系统强大全面的编辑工具Final Cut Pro HD对包括DVCPRO在内的众多视频格式均有完美的支持。借助于IEEE1394技术，输入输出和传输的是原始的DVCPRO格式视音频信号，没有压缩和解压缩过程，实现了素材编辑制作环节的全过程无损化制作。

（3）网络实现的关键技术

①充分利用DVCPRO编辑机IEEE1394接口技术

随着IEEE1394接口的不断发展，特别是IEEE1394b标准的制定，火线传输速率可以达到400Mbps、800Mbps。由于IEEE1394传输的是原始的压缩信号，在传输过程中前后没有编解码过程，所以没有信号质量的劣化。这样就可以实现高质量、低成本的海量制作。

招远电视台目前采用的AJ-D455MC演播室数字录像机是一款在中小电视台应用非常广泛的机型。它的基本配置并没有IEEE1394接口，但通过选配AJ-YAD455P接口板可使其增加火线接口。

②充分发挥苹果电脑的高性能

苹果系统借助内置的对DVCPRO格式的支持，可以通过FireWire接口获取DVCPRO信号，并使用原始格式进行编辑并输出，而不会有任何的画质损失。由于没有使用第三方的硬件板卡，从而大大节省了用户投资，改变了目前广电行业高投入低产出的现状，带来非常可观的经济效益。

③火线组网技术

苹果系统其配备的Firewire400及Firewire800端口为方案的实现提供了灵活的选择。用火线创建的网络可以不使用路由器或集线器，因为使用的是对等结构，不需要某个节点来控制整个网络数据流，所以火线网络也不需要设置专门的服务器。由于IEEE1394设备支持热插拔，能在任何时候向网络加入或移除设备，既不用担心影响数据的传输，又不需要进行重新配置，系统完全根据环境变化实现自动调整。