哪种USB接口适用于您的应用?(下)

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  数码相机
  
  不管分辨率有多高(从VGA至800多万像素),DSC的特点都很相似。目前,所有相机都通过存储卡来存储数码照片,包括CF卡、SmartMedia和MediaStick等,当然也有的通过嵌入式硬盘驱动器来存储。所有DSC都采用电池供电,因此除了电池充电外,通常不需要通过USB连接获得电力。此外,这些设备可脱离计算机工作,只有在进行最后数据图形的编辑、打印、存储或传输时才会连接到计算机。
  相机的存储介质类型并不重要,存储量才是最重要的。如果相机存储容量较小,那么数据很快就会占满空间,从而需要经常传输。传输频率高,就需要经常清空存储空间,这样用户才能继续使用相机。如果相机存储容量较大,其使用模式就有些像此前说过的外置存储设备,关键是要确保USB连接不会成为在相机和电脑间照片传输的瓶颈。与外置存储设备一样,数据管道越大,性能就越高。因此,高速USB显然是最佳选择。对更加关心成本的低端相机来说,要是存储量不大,也可以采用全速标准来满足其低成本要求。
  DSC这种终端设备非常适合采用OTG技术。如果能到店里找台打印机,不用连接电脑就能直接把相机中的照片打出来,那确实是非常理想的应用方式。不过问题是,所选的相机和打印机是否在彼此的目标外设列表上。支持OTG功能的DSC会尝试采用USB设备的“打印机”类驱动程序,但如果打印机需要特殊驱动程序才能打印高质量相片的话,这就会产生问题。相反,如果让打印机作为主机,这样打印机就能支持海量存储外设,相机与打印机线连就像相机与PC连接一样,从而可以实现对相机的存取。现在许多照片打印机都内置闪存读卡器,这对支持OTG功能的相机和照片打印机市场都产生了较大影响。
  考虑到DSC的便携性,在向PC传输照片以清空相机的存储空间时,Certified WUSB似乎也是一种理想的选择。不过唯一潜在的问题是,在DSC中采用WUSB标准,会增加成本,而DSC本身对成本控制是非常重视的。不过,我们可以通过这种技术省去连接线缆的麻烦,而且相机本身也不用再配备USB接口,这或许会抵消支持WUSB标准所带来的成本问题。显然,如果WUSB还不能做到像目前有线USB一样普及的话,那么取消DSC上的USB连接器就不可能实现。
  
  便携式媒体(音频或视频)播放器
  
  与DSC一样,便携式音频或视频播放器也涉及到存储类型与容量的问题。存储类型有两种,一是硬盘存储,二是闪存存储。就用户的同步应用而言,前面关于DSC的问题同样也适用于这种设备。对这种设备而言,只有高速USB才是真正最适用用的解决方案,不过对极低端的设备而言可能例外。DSC和便携式媒体播放器(PMP)的唯一本质区别在于,PMP可能在回放中要求支持向PC同步实时传输数据流,或者采用OTG技术来直接将实时数据流传送至扬声器/耳机系统。我们会看到,除了极高端的新一代音频格式之外,全速USB更适用于同步音频流应用。不过,在处理实时视频流时,频宽会猛增到30Mbps左右,因此需要高速连接。与DSC类似,这种设备也很适合采用OTG和WUSB连接。在此情况下,目标外设为扬声器或耳机,而不是打印机。移动电话/个人数字助理(PDA)
  这种设备的使用模式与DSC及PMP比较类似。我们同样要考虑,需要多大存储容量?随着这种设备新增MP3播放器、百万像素相机等更多功能,以及联系人数据库的规模增大,其存储容量也在迅速扩大。随着存储容量的扩大,同步连接也需要采用高速标准。与DSC和PMP一样,移动电话和PDA也非常适合采用OTG技术。它们既是率先支持OTG功能的设备类型之一,同时也具备WUSB实施方案的所有主要特性。这类设备很可能成为率先支持原生WUSB功能的设备,而不是通过外接无线适配器来支持。
  
  PC摄像头或网络摄像头
  
  网络摄像头通常分为两类,一是采用压缩技术的设备,二是发送原始数据流的设备。这两种类型的设备都支持同步数据流。第一种设备通常以每秒30帧的速率对未压缩视频数据进行播放,分辨率为640x480百万像素;第二种设备以每秒24帧的速率进行播放,分辨率为1024x768,支持RGB一24(24位,数百万种色彩)。此外,大多数网络摄像头通过总线供电。与喷墨打印机一样,这种设备不同品牌差别也不大,都是价格敏感型产品。表1和图2显示了使用不同摄像头对非压缩数据的带宽要求。
  


  图2显示出,在使用非压缩摄像头时,必须采用高速USB标准。即便摄像头采用压缩数据,吞吐能力仍然要达到30 Mbps乃至更高。因此,这时我们必须使用高速USB连接。
  USB OTG不适用于网络摄像头应用,摄像头功能无需作为主机使用。同样,摄像头也不适合作OTG设备的外设,因为摄像头会要求OTG主机提供超过8mA的电流,而且这样一来会增加外接电源或要求采用电池。 同样,就Certified WUSB而言,功耗和成本问题也会使摄像头不适于采用Certified WUSB连接。摄像头的平均售价约为60至100美元。从经济角度来说,如果采用WUSB硅技术将使摄像头的成本相应提高5至10美元甚至更高,这是不可行的。此外,要支持WUSB的话,摄像头制造商还必须提供AC电源转换器,这不仅会提高成本,而且还会让WUSB的便捷优势大打折扣。
  


  
  打印机
  
  与海量存储设备一样,打印设备首先要考虑的问题也是,数据吞吐能力的瓶颈会发生在什么地方?激光打印机和喷墨/气泡喷墨打印机的数据吞吐能力要求不一样。包括数据压缩等在内的其它打印机参数也会影响频宽要求。不过,这些特性都会影响成本,而成本对消费类设备的影响是至关重要的。
  喷墨/气泡喷墨打印机是消费者最常用的设备。因此,这种设备对成本要求也是最敏感的。为了尽可能降低成本,通常由PC负责数据压缩工作,但这要求设备提供更高的数据吞吐能力,特别在发送彩色文件时要求更高。高速USB接口可支持打印机最快打印速度(以每分钟打印页数为单位)。对不带压缩引擎的打印机而言,理想频宽可达到300Mbps,而对带有数据压缩引擎的打印机来说,理想频宽则可降至10Mbps左右,不过这会增加打印机的成本。因此,对带有压缩引擎的喷墨打印机来说,消费者尽管可以采用全速USB连接,但成本方面还是不合算。因此,高速USB连接是更合适的选择。由于本市场领域中成本非常重要,因此许多打印机仍然采用全速标准,每分钟打印的页数都不多,不过仍然基本满足消费者的价位需求。
  激光打印机面向较高端的市场,因此在成本上要求不是很严格。这就可以在打印机中集成压缩功能,以便分担部分数据处理任 务。通常说来,激光打印机的打印速度要高于喷墨打印机。因此,我们需要高带宽的高速USB接口来满足有关需求。
  要是在成本敏感型喷墨打印机市场中实施Certified WUSB的话,很可能行不通。而激光打印机市场倒是能够承受这部分增加的成本。通常来说,激光打印机要满足SOHO办公应用的需求,更需要在打印机和笔记本电脑之间实现方便的连接。
  若为上述两种打印机添加OTG功能,它们便能直接打印DSC或PDA等便携式消费类设备中存储的内容,特别适合更高端的打印机的需要,这种打印机甚至开始配置小型数码显示器,不仅能显示图片和文件,而且还可进行图文编辑。尽管这在连接到PC时没什么用,不过对两用OTG设备来说还是非常有用的。
  
  扬声器/耳机
  
  我们在考虑扬声器的同步带宽要求时,首先要做的就是了解其支持哪种音频格式,具体包括杜比数码(AC-3)、DTS数字环绕音响、THX和新一代非压缩音响等。杜比数码是一种5.1声道的环绕音响格式,也是DVD视频的标准。DTS数字环绕音响也是一种5.1声道的环绕音响格式,是一种能够与杜比数码相媲美的类似技术。THXSurround EX也称作杜比数码EX,指的是支持最新6.1声道环绕音响格式的新版杜比数码,它通过新增位于观众身后的一个或两个扬声器,改进了原先的5.1声道效果。此外,还有几种音频格式也能与杜比数码相提并论,如顶级扬声器可支持24位、每声道96kHz的非压缩数据流。表2总结了不同格式的带宽要求,其中唯一超越全速USB支持能力的格式就是新一代非压缩音频。
  扬声器似乎不太适合作为全面的OTG设备,不过它们可以作为具备OTG功能的外设,支持音频或视频播放器,其中包括如MP3或便携式DVD播放机器等。对WUSB而言,重点主要是高端扬声器,它们能承受更高的材料清单成本(BOM)。这种扬声器可以作为PC的高端游戏音响系统,也能作为家庭娱乐系统的低音炮和扬声器组合。一般PC扬声器(低成本扬声器,通常都随PC或其它低端专用产品配套提供)不会采用这种标准,因为这会提高成本,消费者也不希望为性能平平的无线扬声器多掏腰包。
  相比于扬声器,耳机的带宽要求更容易被满足,全速USB完全可以满足有关要求。通常说来,耳机只需要128kbps的带宽来支持两个高质量音频流。耳机不必支持OTG功能,不过作为目标外设,还是很不错的解决方案。高端耳机(平均零售价在199美元以上)可采用WUSB技术连接到PC,支持VoIP等应用,也可支持PDA、移动电话等。
  
  今后USB将如何发展?
  
  为了真正评估速率需求,我们应了解哪些因素将推动速率增长。上述终端设备的发展呈现两大趋势:一是内容越来越丰富,二是存储容量越来越大。正如蛋和鸡的道理,我们说不清楚到底是丰富的内容推动了存储容量需求的增长,还是存储容量的增长催生了消费者对内容丰富性的需求。
  内容的丰富性突出表现在数码相机市场上。1998年,DSC的平均分辨率为100万像素。2004年为500万。现在,像素已接近1000万。如今,移动电话也具有支持130万像素的拍照功能,今后几年将向500万像素发展。没有任何迹象表明这一发展趋势会减速。
  同时,DSC正从光学变焦(需要庞大而昂贵的机电子系统)向数码变焦发展。数码变焦推动了更高分辨率的需求,可支持DSC用户在已捕获到的数码图像基础上进行放大,同时又能保持图像原始的高清晰度。这两种趋势均要求具备更大的存储容量并支持更大图像文件的传输。JPEG拍照图像的平均大小已从1998年的100KB上升到了目前的4MB。此外,还需要频繁地清空数码相机的存储空间。用户希望将内容从相机中移走,以释放更多剩余空间,接着又会很快被用完。
  内容的丰富性还体现在采用了基于硬盘驱动的便携式媒体播放器上。该播放器包括MP3和视频播放器。大多数内容都应支持途中欣赏。电影正从标清(需5.7GB的存储空间)向高清格式过渡(25GB的存储空间)。有了40GB的存储空间,MP3播放器就能存储1万首歌曲,这一功能正在逐步推广。
  存储容量的发展超过了过去几十年的技术发展速度,甚至超过了摩尔定律。就存储容量而言,我们要考虑到硬盘驱动器(HDD)和闪存领域的技术发展趋势。1996年,普通HDD直径为3.5英寸,转速为3,600RPM,存储容量为540MB。2004年,普通HDD直径为2.5英寸,转速为9,600RPM,存储容量达160GB。HDD的尺寸也在不断缩小,如今有些容量达5GB的硬盘只有1英寸大小,甚至容量为4GB的硬盘,其尺寸仅为0.85英寸。这种新型HDD面向小型化便携式应用,其中包括移动电话和MP3播放器等。考虑到上述因素,从发展趋势上讲,我们可以预计,在保持当前104%的年容量增幅情况下(这是摩尔定律的两倍),到2008年,普通硬盘的平均容量(不是最高容量)将达2,750GB,直径将为2.1英寸,转速将达15,700RPM。闪存首次出现于1989年,容量为1MB,到2004年,闪存容量达到了1GB。若能继续保持这种发展态势,则到2008年,闪存芯片将支持6.4GB的容量(存储容量年增长率达58%,仅次于摩尔定律)。
  我们从图3可以分析出在电脑和存储设备间传输20GB数据所需的速率,在此我们假定带宽效率为50%,设传输时间分别为10秒钟、1分钟和5分钟。通常,多数用户对移动设备传输时间的忍耐极限为5分钟,而且大都希望传输时间为一分钟甚至更短。很少有用户会将移动设备中的全部内容都发送出来。因此,我们不妨估计,今后USB提速改进时可将5Gbps作为一个目标。图4显示了在假定带宽效率为50%的情况下,传输不同尺寸的数据图像所需的时间。
  


  
  哪种USB是您的最佳选择?
  
  第一部分回顾了PC外设发展的简史、对通用接口的需求以及USB规范的演进。我们还讨论了USB规范本身及其对最终用户使用体验的影响。最后还回顾了规范的发展历程,介绍了当前使用的几种不同的USB版本。
  第二部分介绍了常见的应用,讨论了不同USB版本的优劣势,由此确定不同应用该如何选择合适的USB版本。之后讨论了某些应用的未来发展,指出到2009年乃至更远的未来,势必需要更高级的数据吞吐管道。
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