新式的車(chē)載信息娛樂(lè )系統包含日益多元化的內容來(lái)源，包括專(zhuān)為乘客設計的前座和后座顯示器、來(lái)自便攜式設備的內容，以及便攜式計算設備的互聯(lián)網(wǎng)接入等。乘客有時(shí)會(huì )想要共享相同的內容，但卻并非每次都如此，因此音頻傳送系統必須能夠傳送多路內容，并將每路內容傳送給特定的乘客。也就是說(shuō)，每個(gè)乘客都能控制內容的選擇，也能控制此內容所提供的所有互動(dòng)選項。為符合這樣的環(huán)境需求，音頻傳送系統必須具備某些特定的特性。
耳機
新式的車(chē)載信息娛樂(lè )系統具有多種內置的音頻來(lái)源，例如CD播放器和可提供內容至多臺顯示器的DVD播放器，以及各種類(lèi)型的廣播無(wú)線(xiàn)電接收器。攜帶便攜式音頻/媒體播放器和智能手機的每位乘客會(huì )有自己的內容來(lái)源，并通過(guò)輔助輸入連接到信息娛樂(lè )系統中。此外，車(chē)內提供的上網(wǎng)功能也會(huì )提供另一種個(gè)人內容來(lái)源，且往往是與音樂(lè )有關(guān)。
盡管車(chē)載信息娛樂(lè )系統中有豐富的內容來(lái)源，但汽車(chē)的內置喇叭卻使得每位乘客都必須同時(shí)聆聽(tīng)相同的音頻信息。顯然地，若每位乘客想要聽(tīng)自己喜歡的音樂(lè )，就得使用耳機才行(圖1)。
圖1：配備耳機的后座顯示器。
車(chē)載娛樂(lè )系統的耳機可以采用無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)設計。當然，在汽車(chē)的有限空間中，使用有線(xiàn)耳機的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)，因此汽車(chē)OEM廠(chǎng)商轉而尋求無(wú)線(xiàn)解決方案。
無(wú)線(xiàn)技術(shù)：紅外線(xiàn)與數字射頻
紅外線(xiàn)(IR)和射頻(RF)是無(wú)線(xiàn)耳機主要選用的兩種技術(shù)，它們都各自有其優(yōu)缺點(diǎn)。
音頻質(zhì)量: 通常，大多數IR解決方案是傳輸模擬音頻，且音頻是通過(guò)動(dòng)態(tài)范圍約70dB的調頻IR載波來(lái)傳送。因此，它的質(zhì)量與FM廣播相近，明顯低于具96dB動(dòng)態(tài)范圍的CD和DVD音頻質(zhì)量。
此外，除了陽(yáng)光之外，汽車(chē)內還會(huì )有其它的IR干擾源。在模擬音頻的傳輸過(guò)程中，不會(huì )有任何修正錯誤的機會(huì )，因此任何微小的IR信道問(wèn)題都會(huì )在音頻碼流中造成聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲，常被稱(chēng)為“靜態(tài)噪聲”。
模擬RF解決方案也存在同樣的音頻質(zhì)量較低，以及易受干擾的問(wèn)題。而且，在支持Wi-Fi和藍牙連接技術(shù)的汽車(chē)中，由于Wi-Fi及藍牙連接與RF無(wú)線(xiàn)音頻共享相同的頻段，故RF干擾問(wèn)題會(huì )更嚴重。
不管是IR還是RF，任一種無(wú)線(xiàn)傳輸都會(huì )有干擾存在。因此，數字無(wú)線(xiàn)音頻傳輸技術(shù)是更佳的解決方案，因為它具備偵測傳輸錯誤、并在信號送達聽(tīng)者前對之進(jìn)行修正的能力，而且還能夠采取行動(dòng)避免未來(lái)再發(fā)生錯誤。
視距: IR需要一條從來(lái)源至耳機的不受干擾的視距通道，但是要從儀表板到后座乘客間建立這樣的通道是有困難的，尤其是對于較大型的三排座椅車(chē)輛而言。因此，制造商試圖在多個(gè)位置安裝IR發(fā)射器，以確保其中至少有一個(gè)能夠與耳機建立視距通道。當然，這種解決方案會(huì )增加成本和功耗。而且，只要帶耳機的乘客轉頭，此通道就會(huì )中斷。
相比之下，RF解決方案并不需要視距通道，而且在有限的汽車(chē)空間中，只需要一個(gè)發(fā)射器就能傳送到所有的耳機位置。
多音頻信道: 一般來(lái)說(shuō)，IR僅提供單一廣播信道。多個(gè)試圖傳送不同內容的發(fā)射器會(huì )互相干擾。因此，模擬IR技術(shù)僅能處理單個(gè)音頻碼流，這對具有多個(gè)顯示屏和其它音源的新型汽車(chē)來(lái)說(shuō)，顯然具有其局限性。有些IR解決方案會(huì )通過(guò)在單個(gè)數字IR鏈路上采用時(shí)分多路復用數個(gè)音頻信道的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這種方案的缺點(diǎn)是，所有音頻內容都必須先送到某個(gè)地方被多路復用之后，才能進(jìn)行IR傳輸。
RF解決方案具有將各個(gè)音頻信道分配給不同音頻碼流的能力。無(wú)線(xiàn)音源會(huì )在車(chē)內盡可能地被傳送(請見(jiàn)圖2)至靠近音頻來(lái)源，而耳機能通過(guò)接收無(wú)線(xiàn)電信道的方式選擇想聽(tīng)的音頻內容。
圖2：多重來(lái)源與多個(gè)耳機。
廣播: 除了能讓每位乘客利用耳機欣賞各自想聽(tīng)的音樂(lè )外，也能讓多位乘客共享內容，例如在他們觀(guān)看相同屏幕的時(shí)候。
紅外線(xiàn)技術(shù)本質(zhì)上一是個(gè)廣播媒介，因此所有與發(fā)射器間具有視距通道的耳機都能共享相同的音頻碼流。
數字RF技術(shù)在這方面有所不同。舉例來(lái)說(shuō)，采用藍牙的串流音頻解決方案僅支持點(diǎn)對點(diǎn)連接。因此，每個(gè)耳機都需要一個(gè)發(fā)射器，這會(huì )造成成本和功耗的增加。共享內容是指將所需的音頻串流連接到所有想要分享此內容的耳機發(fā)射器。相較之下，SMSC的Kleer技術(shù)能夠允許多達4個(gè)耳機與相同的音頻來(lái)源連接，同時(shí)還能允許耳機在不同來(lái)源中做選擇。
反向信道(Back-channel)通信: 耳機提供了一個(gè)讓用戶(hù)控制音頻信道切換、暫停播放等功能的理想位置。然而，這需要從耳機到音頻來(lái)源建立一個(gè)回傳通道，在此將其稱(chēng)為反向信道。
很可惜，IR連接包含了不同的發(fā)射器和接收器，因此耳機往往僅能接收，而無(wú)法在耳機上實(shí)現播放控制功能。
大多數數字RF設備都同時(shí)擁有發(fā)射和接收功能，這是最低條件，這樣才能讓耳機回傳確認信號給音源，告知音頻數據包已正確收到，不需要再重發(fā)一次。這個(gè)從耳機到音源間建立的反向信道還能做為其它用途，包括播放控制、電池狀態(tài)、和辨認耳機品牌以確認是否支持。
許多信息娛樂(lè )系統還包含有手持遙控裝置(見(jiàn)圖3)，可從車(chē)內的任何角落控制各種系統功能。與無(wú)線(xiàn)耳機相同，這些裝置通常采用IR技術(shù)，但也都遭遇了同樣的問(wèn)題。支持反向信道的數字RF解決方案，能利用此反向信道做為遙控之用。因此，一個(gè)內置在汽車(chē)音響主機(head-unit)中用來(lái)將音頻碼流傳至一個(gè)或多個(gè)無(wú)線(xiàn)耳機的RF組件，亦能用來(lái)接收從一個(gè)或多個(gè)遙控裝置傳來(lái)的控制命令，如此一來(lái)，便無(wú)需在音響主機中額外增加專(zhuān)門(mén)用來(lái)接收遙控裝置命令的接收器。
圖3：信息娛樂(lè )系統的遙控裝置。
反向信道的另一個(gè)有趣應用是語(yǔ)音通信。這能讓耳機(headphone)成為一個(gè)帶麥克風(fēng)的耳麥(headset)，可通過(guò)車(chē)內的免提式語(yǔ)音系統進(jìn)行個(gè)人語(yǔ)音通話(huà)，不用再切換到另一個(gè)耳麥。
RF技術(shù)的選擇
有鑒于有線(xiàn)和IR耳機的多個(gè)缺點(diǎn)，汽車(chē)OEM廠(chǎng)商遂轉而考慮采用數字RF技術(shù)作為解決方案。目前市面上有多種RF方案可供汽車(chē)耳機選用，包括Wi-Fi、藍牙，以及多款專(zhuān)屬無(wú)線(xiàn)技術(shù)，SMSC的Kleer便是其中之一。汽車(chē)OEM廠(chǎng)商應該為此應用選擇哪一種RF技術(shù)呢？
音頻質(zhì)量是首要考慮事項。特別是，RF技術(shù)不應該成為耳機音頻質(zhì)量的限制因素。如果汽車(chē)擁有CD/DVD播放器的高質(zhì)量音頻來(lái)源，就應該將同樣的質(zhì)量傳送到耳機。這是藍牙在此應用中的主要缺點(diǎn)之一。藍牙的有限帶寬使其需要采用有損壓縮(lossy compression)來(lái)傳送音頻，因此僅能獲得與FM廣播或IR差不多的音頻質(zhì)量。
其次是考慮功耗。由于車(chē)載耳機主要是放置于車(chē)內，經(jīng)常更換電池或充電是非常不方便的。因此，RF方案的功耗必須能盡可能地小，以延長(cháng)電池壽命。這項要求就基本上剔除了采用Wi-Fi技術(shù)的可能性。因為Wi-Fi設備支持較高帶寬和較長(cháng)傳輸距離，這意味著(zhù)它會(huì )較其它技術(shù)消耗更多的功率。即使是藍牙的功耗都比SMSC的Kleer方案高，因為Kleer是專(zhuān)為電池供電無(wú)線(xiàn)音頻應用所設計的。
能與其它無(wú)線(xiàn)電技術(shù)共存也是一重要考慮事項，因為汽車(chē)系統也開(kāi)始內置Wi-Fi接入點(diǎn)，以支持無(wú)線(xiàn)筆記本電腦和藍牙免提語(yǔ)音裝置。選用的RF技術(shù)必須能夠在此環(huán)境中不產(chǎn)生音頻丟幀(audio drop)，也不會(huì )干擾Wi-Fi的吞吐量和藍牙的語(yǔ)音質(zhì)量。評測一項無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是否能夠與其它無(wú)線(xiàn)電共存的方法之一是，檢查其占用的無(wú)線(xiàn)電頻譜。所有2.4GHz無(wú)線(xiàn)電技術(shù)都必須在2.40GHz和2.48GHz之間找到約80MHz的可用頻譜。Wi-Fi占用的頻譜為這個(gè)值的一半，而藍牙為四分之一。相較之下，窄帶無(wú)線(xiàn)電僅消耗不到3MHz的頻段，因此會(huì )有較高的機率找到可用頻譜。
此RF技術(shù)必須能支持多重音頻碼流的同步傳輸，因為耳機設計的主要用途就是要讓每位乘客都能聽(tīng)到自己喜歡的內容。由于這些音頻串流不一定是來(lái)自相同的位置(例如，除了汽車(chē)音響主機中的一或多個(gè)發(fā)射器，每部后座顯示器都可能會(huì )有自己的RF發(fā)射器)，因此RF技術(shù)必需能夠支持多個(gè)位置各異的發(fā)射器。有多種方案可以滿(mǎn)足這一需求，比如Wi-Fi的載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測(CSMA/CD)，這是一種較復雜的機制，其將頻譜簡(jiǎn)單分割為多個(gè)窄頻信道，并動(dòng)態(tài)選取可用信道。
此RF技術(shù)必須具備支持將多個(gè)耳機連接至相同來(lái)源的能力。當然，規避這項要求的一種方法是采用多個(gè)RF發(fā)射器(每個(gè)耳機一個(gè))，但此做法不但成本昂貴，而且功率效率低下。較好的方式是讓每個(gè)耳機都能接收到乘客想聽(tīng)的音頻來(lái)源，而不管是否還有其它人也在聽(tīng)同一個(gè)音頻。
此RF技術(shù)必須能夠以不超過(guò)70毫秒的延遲(latency)時(shí)間傳送音頻，最好是能在45毫秒以?xún)�。如果延遲過(guò)長(cháng)，乘客在觀(guān)賞影片時(shí)便會(huì )感受到視頻和音頻之間不同步。按照不同的耳機類(lèi)型，有時(shí)可能會(huì )要求延遲時(shí)間低于25微秒。若耳機的延遲時(shí)間較長(cháng)，會(huì )使大量的環(huán)境聲音被傳送到耳機配戴者的耳朵里，如果聽(tīng)者正在聆聽(tīng)的音頻信道與汽車(chē)喇叭正在播放的相同，就會(huì )形成低沉的空響聲(hollow sound)。
此RF技術(shù)必須支持雙向通信，讓耳機的信息能傳回至音頻來(lái)源。此信息可能是與耳機有關(guān)的信息，比如其剩余的電池壽命，或者可能包含音頻播放命令，如播放/暫停和音軌前進(jìn)等。
此RF技術(shù)必須支持安全傳輸，以確保車(chē)內乘客無(wú)法聽(tīng)到其它車(chē)輛的音頻來(lái)源。該項要求剔除了FM無(wú)線(xiàn)電這類(lèi)的“廣播式”RF技術(shù)。此外，如果兩家不同的汽車(chē)OEM廠(chǎng)商選用相同的RF技術(shù)，他們可能得需要建立一種安全機制，確保這家OEM廠(chǎng)商的汽車(chē)只能使用從這家OEM廠(chǎng)商購買(mǎi)的耳機。
本文小結
在為車(chē)載信息娛樂(lè )系統選用無(wú)線(xiàn)音頻傳送方案時(shí)，不同的無(wú)線(xiàn)技術(shù)都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，數字傳輸較模擬技術(shù)更受青睞，而RF傳輸比IR為佳。不過(guò)，各種數字RF技術(shù)間仍有差異，因此，必須仔細全面地評估不同技術(shù)在音頻質(zhì)量、功耗、多點(diǎn)至多點(diǎn)連接、播放控制、音頻延遲、語(yǔ)音通話(huà)支持，以及與Wi-Fi和藍牙共存等方面的特性。
關(guān)于作者：
Brent Allen是SMSC公司Kleer產(chǎn)品線(xiàn)的全球產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監。SMSC在2010年二月通過(guò)并購取得Kleer技術(shù)，這是業(yè)界領(lǐng)先的低功耗無(wú)線(xiàn)音頻技術(shù)，適用于便攜式、家庭和汽車(chē)產(chǎn)品中的無(wú)線(xiàn)耳機、耳塞式耳機(earbud)和喇叭。
圖4：SMSC公司Kleer產(chǎn)品線(xiàn)的全球產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監Brent Allen。
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