媒體適配器和媒體服務器引領消費電子業變革

電視節目、電話、家庭相冊、音樂、信函曾經分屬于不同的領域，現今，他們都開始向數字格式演進，從而成為了數字大家庭中的成員，并通過采用家庭寬帶業務在相同的回路中流轉。
傳遞數字比特的寬帶和其他新的服務方式將在消費者感知和使用電子產品方面帶來巨變。數碼產品本身也因其所能提供的豐富內容而得到越來越廣泛的應用。從最初多個PC共享單一寬帶連接，到數字家庭網絡從傳統上以PC機為主體演變為對等式數據共享，實現在家中廣泛共享和傳送多媒體內容。當這一切發生時，對家庭網絡應用產品及網絡網關/路由器功能的特殊需求便應運而生。

家庭網絡的發展
寬帶網絡連接的廣泛應用標志著數字家庭網絡時代的開始。在第一階段中，家庭網絡采用最初的寬帶接入，大多是一臺PC機通過寬帶調制解調器接入廣域網（WAN），幾乎沒有在家庭內采用局域網。
二十四小時新寬帶服務的推出和帶寬的不斷增加，更易于多個用戶在家中共享該服務。消費者通常在不斷購置功能更強的PC機的同時，將原有的PC機留給家庭內的其他成員使用。新增家用PC的購買快速驅動了家庭網絡的發展，迎來了發展的第二階段——家庭網絡出現。通過為寬帶調制解調器的LAN側添加一個以太網路由器設備，實現家中多個用戶都能利用寬帶WAN連接。
 在亞洲地區，隨著日益增加設計和生產的路由器、網關及IP共享裝置的商品化，促成了低成本基礎家庭網絡的應用。此外，成本大幅度降低的WiFi技術為整個室內PC無線連接提供了可行性，免去了室內布線的費用和相應的麻煩。這些發展促成了數字家庭網絡的興起，同時也提高了對數碼相機、數字攝像機及數字音樂播放器等消費類裝置的需求，使家庭個人電腦肩負起對數字化圖像進行存儲、編輯和重放的新任務。
隨著家庭網絡中數字媒體的內容不斷增多，數字化家庭網絡已進入第三發展階段，并以消費者要求在傳統的PC網絡之外共享內容為特點。消費者越來越多地將音樂通過CD刻錄或文件下載方式轉換成數字格式存儲，無論個別PC是否運行，能在多個家庭設備中共享這些文件的需求正日益增長。同時，人們也希望能通過傳統的家庭娛樂設施或立體音響系統播放這些文件。能夠在床上或安樂椅上通過電視機觀看數字影像及視頻內容，遠比大多數情況下用家庭辦公室中的個人電腦來完成更具吸引力。舊時的放映幻燈片現在應能以數字圖像形式，伴隨著用戶喜愛的音樂在臥室中播放。加大的顯示器將加速這種趨勢。
圖1 描繪了一種網絡拓撲結構，其中數據通過網絡共享，可經過PC管理和干預，也可以不經過PC。
圖1  多媒體數字家庭網絡拓撲結構
圖1中紅色箭頭表示傳輸時的LAN和對等路徑。藍色箭頭表示來自WAN（通過網關）的數據和媒體流的提供路徑。智能媒體適配器和服務器增強了對等媒體共享能力，同時使PC從家庭網絡的中心位置解放出來。

向分布式家庭網絡邁進
在家庭網絡的下一步發展中，由于家庭網絡日趨分布化，一些新設備將融入PC和住宅網關/路由器中，承擔起目前由PC肩負的許多特定任務。兩種新裝置將引領這個發展階段——媒體適配器和媒體服務器（雖然媒體服務器比單純的存儲包括更多的外在媒體管理支持功能，但有時也可作為網絡附加存儲設備）。這些網絡設備已開始重構PC的功能，建立更分散的分布式網絡，將專門的內容類型更加把重點放在自然家庭環境上而不是PC機上。
媒體適配器是接收并播放數字音樂、數字圖形及數字視頻和實現在家庭娛樂中心上重放的裝置。這種裝置與傳統PC機的視頻及音頻子系統極為相似，需要相似的解碼能力來轉換輸入數據流。這類裝置所需的關鍵系統就是針對數字家庭網絡的有線或無線局域網連接，用以支持媒體格式和應用（基于Java開發的游戲、MP3、Video-MPEG4、MPEG4解碼、電子郵件、音調生成FM合成、語音識別和USB接入）的解碼硬件和軟件。復雜的媒體適配器可支持數字版權管理及播放各種媒體類型。
媒體服務器是網絡化的共享存儲設備，無需PC的介入或服務就能實現文件共享和直接數據存儲。這樣一來，所有網絡應用設備，包括文件共享的PC機和重放存儲媒體內容的媒體適配器都能使用存儲的內容。而整個網絡也因此變得更加分布化。媒體服務器也可從照相機上捕獲數字化內容，包括將內容轉碼成各種重放格式的能力。就像媒體適配器那樣，這種裝置的系統需求包括有線或無線網絡連接，以及對硬盤驅動器的標準化集成設備電子（IDE）控制器實現及接口的需要。此外，這種裝置需要支持數碼相機或數字攝像機等媒體創造裝置的直接連接。現在這種接口流行的協議是通用串行總線（USB）和IEEE1394 (FireWire)。
媒體適配器和媒體服務器代表第一批新型強力家庭網絡裝置，創建了一種分布式的家庭網絡構架，允許在傳統PC子系統之外，在家庭內部更加方便地共享和存儲媒體。

媒體適配器和媒體服務器面臨的挑戰
隨著新產品的推出，數字多媒體應用日趨成熟并得到廣泛接納時，就會遇到標準化問題。與任何新興市場一樣，系統的靈活性和性能的上升空間是確保需求出現和在最小產品沖擊下升級標準的關鍵。
媒體適配器可以支持音樂、數字圖像和數字視頻或僅僅支持這三者的子集。此外，這三種流類型中的任一種都可以用不同的標準進行編碼和解碼。
媒體服務器面臨類似的挑戰。從ATA到串行ATA（SATA）和附加IDE格式，磁盤驅動格式不斷變化。需要直接連接的外圍設備可以是USB或IEEE1394，這兩種情況都可能是這種標準的多代系列中的一個。
媒體適配器和媒體服務器都面臨著網絡連接問題——是有線或是無線還是具有可選性。如果支持有線連接，這種裝置應該是基于快速以太網還是用戶要求的千兆以太網呢？如果支持無線連接，這種裝置應該是802.11b，802.11g還是其他未定或未廣泛采用的標準？關于安全性、內容保護、無線技術EMI、可用性也是必須要考慮的重要問題。
上面提到的關于新型設備的問題及復雜性有其自身的特點，但在設計方面的問題卻是與其他新興市場普遍一致的：設計擁有融合附加軟硬件處理性能的可升級系統，以適應變化的特征需要和演進的標準。設計出的模塊系統，能使主要的接口和外圍設備能與大多數設備在無不利結果的前提下實現互相交融。
在新興市場上，時間是至關重要的。第一代設備正因迎合了市場窗口，而擴大了市場接受機會，所以廠商應與新興市場需求保持同步，為市場方向和發展做出關鍵性的決定。多媒體應用產品的設計者與生產者可以通過利用PC外圍硬件和系統軟件實現每種設備功能的復制，使上市時間盡量提前。對亞洲的設計者而言，在這一架構中的大量經驗是一種絕對優勢。

采用基于PC的架構以適應新興應用
采用現有的PC外圍設備來構建一個易于適應不斷變化的市場需求的模塊系統，亞洲的設計者們將從選擇外設連接接口（PCI）作為系統元件間的標準內部連接中獲益匪淺。除了利用這種架構的優勢經驗以外，充分利用廣泛配置的總線能夠幫助設計師從大量可用部件中選擇出網絡連接性和多媒體支持性能好的部件。
為了保證強大的系統功能，設計人員將獲益于一個集成通信處理器，擁有支持多外部主設備，并結合一個高性能的CPU核心和存儲子系統的高帶寬PCI接口，以及網絡自身的以太網接口。
鑒于高靈活性的CPU能滿足新興應用的性能需求，那么設計中第二個主要問題就是軟件。縮短開發周期的核心在于建立一個能用高級語言實現產品功能的軟件構架。采用網絡協議和支持多媒體的需求因新興應用的出現而融合在一起，而滿足特定軟件需求的商用軟件還沒有出臺。由于Linux(r)在網絡和PC設計領域被廣泛認可，這是一個滿足市場需求的理想選擇。通用無線芯片組和以太網設備的設備驅動器在公眾領域存在，以及Linux在PC市場的廣泛認可，意味著利用模塊硬件設計的PC外設和芯片組將可能從供應商或公眾領域獲得Linux 驅動軟件。  同樣重要的是，軟件的靈活性要經得起未來的論證：要能支持新出現的A/V壓縮標準、連接協議和信號處理算法。
雖然有針對網絡和PC外設的大眾驅動軟件，但最佳的選擇是高度集成的專業軟件解決方案。它集成了優化專用處理器的設備驅動軟件，無需專利費的內核和工具鏈，使軟件開發團隊專注于通過應用編碼增加價值，而不是從大眾領域獲得大量驅動以保證其協同性。結合必要軟件支持的集成通信處理器，為亞洲的系統設計人員提供必要的集成的代碼庫以加速產品上市時間。
這種處理器的一個代表就是IDT公司推出的 RC32434 Interprise(tm) 處理器，它為多媒體應用設計人員提供性能與靈活性的完美結合。RC32434處理器集成了一個MIPS 32位CPU核，一個DDR存儲控制器和一個最多可支持6個外部主設備的PCI v2.2接口，可在最高為400MHz的頻率下運行。另外，IDT的集成通信處理器集成了一個支持媒體獨立接口(Media Independent Interface, MII)和簡化MII （Reduced MII）標準的快速以太網接口，從而簡化了網絡連接。通用的MIPS架構得到操作系統和其他開發工具的充分支持，IDT還提供了一個擁有設備驅動和應用支持的優化Linux操作系統，這個系統支持家庭網絡應用的許多功能，包括MPEG-4、USB (1.1和2.0)、ATA和串行 ATA。
圖2中所示的媒體適配器實例利用了RC32434集成通信處理器的片上以及網MAC來直接到有線的數字家庭網絡，同時利用該器件的高性能PCU接口連接WLAN和多媒體解碼器芯片組。高性能CPU內核提供了所需要的處理能力，即可運行所需要的網絡協議（如TCP/IP、RTSP、RTP/RTCP、UPnP）在LAN和WAN一側做為客戶實現網絡通信，又可為圖形用戶界面（GUI）和執行必需的操作系統保留足夠的處理能力。此外，利用片上認證單元和存儲在芯片上的受保護密鑰，RC32434處理器可支持業界標準的DRM機制。
圖2  媒體適配器系統框圖

確保網絡安全
在一個可實現多媒體的家庭網絡中，存在兩個明顯的安全問題。第一個是保護家庭網絡的數據免受來自網絡外部的威脅。隨著聯網設備的增多，尤其對無線系統而言，對等式共享數據的保護變得比以往任何時間都重要。通過軟件加速、集成專用硬件，以及補充系統控制處理器可以實現這個安全任務。在許多數據速率較低的媒體類型中，軟件執行可以為許多應用提供足夠的吞吐量，而硬件加速可能對網關本身更適合。網絡數據加密是一個確定的問題，系統設計人員可以從硅片解決方案供應商提供的一系列解決方案中獲益，包括擁有軟件執行所需性能的高頻率CPU，以及集成或提供硬件加速的產品。
隨著多媒體家庭網絡設備的出現和網上娛樂活動的興起，一類新的安全問題也隨之產生。要保證一個網絡設備獲準授權觀看引入網絡或所請求的數據流，數字版權管理（Digital Rights Management，DRM）是一個關鍵要求。在媒體適配器方面，DRM算法可以允許服務供應商確保客戶只能收到他們支付費用的編程數據，并且可以被用于對這些數據的源控制。  同樣的算法在媒體適配器方面可以阻止未授權的數據被刻錄到碟片上。這個新問題可以通過軟件和硬件執行方面的許多方式解決。一個典型的解決方式就是集成了鑒定單元（authentication unit，AU）的IDT RC32434處理器。結合了一列非易失隨機存取存儲器(NVRAM)和補充的邏輯單元，AU 為系統設計人員實現保護有價值數據流的DRM算法提供了多種選擇。

未來的發展方向
標準化的特征和標準的完成可實現成本的降低和多媒體網絡設備的商品化，并帶來對家庭網絡和寬帶網絡的帶寬需求的進一步增長。對更高LAN和WAN帶寬的支持會促進新標準的采用，但新增的帶寬將導致新的挑戰。隨著更多的用戶群（人和設備）在家中用到的視頻、數據和語音流量的增加，要求數字家庭網絡設備能提供確保用戶對質量認可的豐富的服務和內容共享。
傳遞數據的新服務和方式引領了消費者在電子設備感知和使用方式上的巨變，數碼產品本身也日益受到家庭網絡上提供的越來越豐富的內容影響。數字家庭網絡的發展已超越了基于PC間聯網的基礎數據共享，隨著新設備的不斷出現，分散了對共享的數字音頻、數字視頻和數據的存儲和播放。數字家庭網絡將更多的是一個服務于消費者令其生活更加方便、有效、有趣的相關聯環境，而不是簡單地把一個個設備連接在一起，從而可以使人們能在家中無縫地共享各個娛樂設備上的內容。
媒體適配器和媒體服務器開始重構PC機，將數字多媒體帶入傳統家庭娛樂設備。這類新設備的設計人員將獲益于高性能的集成通信處理器，比如IDT所提供的產品，可以管理多芯片模塊化架構、提供充足的CPU性能以適應不斷出現的市場需求和不斷發展的標準。設計人員如果可以利用現有的PC外設和補充的軟件將PC的性能復制到分散的網絡中，就可以實現最快的上市時間，站在代表家庭網絡下一個重要階段的令人興奮、不斷發展的網絡化解決方案的最前沿。