什么会成为数字家庭的中心

　　什么会成为数字家庭的中心？

　　随着各种设备都联入家庭网络，哪种设备将成为数字家庭的中心是目前业界争论的焦点。现有的三种设备正在竞争成为数字家庭的中心：PC、机顶盒和住宅网关。科胜讯公司无线数据和联网器件业务部行销副总裁Peter Kempf认为，最有可能的情况是所有三种设备将共存在数字家庭中，每类设备分别控制特定的服务和应用。例如，PC可用于数据、图片和音频；STB可用于视频；而住宅网关则用于宽带和语音。

　　凭借强大的处理和联网能力，PC理所当然是家庭媒体中心的有利候选者，但为了更好地迎合家庭用户的需求，PC的形态正在发生演变。例如，英特尔正在力推娱乐PC成为数字家庭的核心设备。英特尔最近提出了“10英尺应用”的概念，即把在PC上可以享受到的娱乐转移到客厅中的电视或者娱乐PC上。10英尺运营的模式有两种：一种是本地模式，另一种是远端模式。在本地模式，PC联接的是电视或者16：9的娱乐PC；远端模式是先通过有线/无线方式连接到数字媒体适配器(DMA)，再连接到电视上去。10英尺应用可以使得消费者在客厅享受PC的娱乐，包括文字处理、游戏、网络音乐、IPTV等。

　　类似地，为了满足家庭用户的易用性要求，TI在第十届IIC展览会上提出了分离式电脑平台的概念。它包括两个部分：一边是台式PC，一边是一台四方形的I/O Hub，两者通过PCI-Express卡相连。TI将传统的PC外设功能都拿出来做到了这个I/O Hub中，包括DVD光驱、USB端口、1394接口、CardBus/PCICIA插槽、闪存媒体读卡器等。简化后的PC主机可以降价到2-3千元。传统上，台式机的插口都在机箱后面，不方便用户插拔，而通过这样做就可以把所有东西都搬到桌面上。此外，这个概念使用户在更换PC时不用更换外设，节省了成本。

　　除了PC，机顶盒和住宅网关都有机会成为家庭网络的中心。但究竟哪种设备将胜出，大多数厂商认为是不确定的。Marvell公司的James表示不同的市场有不同的需求:一种选择是机顶盒，它通过WiFi将家庭中的设备连接起来；另一种途径是通过一种消费类电子设备来连接家庭网络，如PC。“一种解决方案将不能满足所有需求，所以两种方法将各有市场。”他说。 
表2：数字家庭标准与规范。

　　TI公司的Flanagan认为数字家庭的中心将是可以连接所有设备的住宅网关，但他补充说：“TI也认识到有多种设备可以充当特定内容的网关：一种设备用于个人内容，如家庭视频和图片；一种设备用于高价值内容，如需要数字版权管理(DRM)的商业视频和音乐。关键是要有一个合理的用户界面，让消费者可以方便地找到并播放所需的内容。”

　　此外，一些新兴的数字家庭设备，如数字媒体适配器(DMA)、媒体中心、媒体服务器等也有机会成为数字家庭的中心。不少半导体供应商和分销商正在积极开发这类设备的参考设计。例如，Marvell正在推广数字媒体适配器的解决方案，它放在起居室，用于连接PC/媒体服务器，然后在TV上播放音视频。这款DMA充当接入点(AP)可以连接TV、打印机、DVD和音箱等设备。它是专门针对数字家庭开发的，采用UpnP AV协议，用于兼容其它媒体设备；它还支持数字媒体格式要求的所有DLNA，并支持DHCP，可以方便连接到家庭网络。

　　世平集团最近推出了一款媒体中心的参考设计。该公司表示，这是一款由PC演变过来、形态和功能基本上是PC架构的产品。世平集团认为，媒体中心必须具备几项条件：1、WLAN；2、PC的功能；3、远程遥控；4、7声道音频；5、TV调谐卡；6、DVD-R功能。该媒体中心实现了TV与手持设备的同步功能，例如可以把PDA播放的内容同步到TV上播放。

　　值得重点关注的是，该媒体中心采用了微软将于2005年下半年正式发布的Media Center Edition(MCE)操作系统，其与PC操作系统的关键区别在于：它是通过遥控器来操作的。这是因为数字家庭设备的操作必须非常简单，以满足普通用户的需求。

　　MCE2005使得用户不但可以体会计算平台，还可以有最好的娱乐体验。该版本具有Windows XP 2的所有功能，并集成了新的功能，包括：1）数字媒体特性；2）10英尺界面、家庭娱乐平台；3）定义了HDTV、DVD等高端AV体验；4）连接体验，比如来电显示等；5）即时连接功能。

　　世平集团表示，未来这种媒体中心还可以集成机顶盒的功能。这暗示，今后的数字家庭中心可能是一种融合设备。科汇(Memec)公司亚太区产品经理吴志伟认为，STB、媒体中心、住宅网关都有可能成为数字家庭的中心，而未来这些功能会整合到一个设备。

　　硬件架构的变化

　　我们知道，传统家电(如TV等)大都是独立设备，并采用专有硬件。随着它们成为家庭网络的一员，这些设备本身的形态正在发生演变，如出现了IPTV，IP机顶盒等新的概念。前述的PC也是一个例子。相应地，这些设备的内部硬件架构也将发生变化。

　　TI的DSP小组技术战略负责人Tom Flanagan认为：“最大的变化是大多数消费类电子设备将基于可编程平台，并具备联网功能。” 以数字媒体市场为例，目前存在各种音视频编码标准，而这给产品制造商在选择上造成困惑。这种情况下，就要求产品能够随时升级，以应对各种现存和新兴的编码标准。可编程提供的灵活性使这些设备能够操作许多类型不同格式的内容，包括视频、音频和图片。

　　将WLAN功能整合进消费电子产品也是今后的主要发展趋势。目前的解决方案依靠主系统来提供WLAN所需的处理能力，但某些产品并不具备这种能力，即使硬件平台具有足够的处理能力，WLAN协议处理、安全和QoS等功能也需要占用越来越多的主处理能力。为了确保设备具有足够的性能，Marvell最新的802.11a/g/b解决方案88w8385芯片嵌入了一颗CPU和足够的片上存储器，可以卸载传统CPU的处理负担。无线联网意味着需要在设备中添加RF部分，对于没有相关设计经验的传统家电制造商来说，这是一个不可轻视的挑战。“最关键的因素是RF PCB布局和生产测试，”Freescale的Victor表示。他认为有两种解决途径：一是采用半导体供应商将提供的参考设计；二是求助于第三方模块制造商，他们能帮助解决RF设计问题，使白家电制造商不必雇佣RF工程师和购买昂贵的RF测试设备。科胜讯的Peter推崇后一种方法，他说：“采用来自无线ODM的现成模块对于白家电制造商来说是最好的方法。这允许他们利用现有提供商的经验，并快速进入市场。”

　　最后，随着未来家庭中的联网设备达到数十个，甚至上百个，如何对它们进行协调和控制将成为一个极大的挑战。“诸如UPnP和DLNA等软件协议将在管理这些功能方面发挥关键作用。”Peter说。为了解决不同厂家设备间的可互操作性、现有设备和未来设备的可协同工作性以及数字版权管理等问题，英特尔现在正和其他公司一起进行积极的工作，促进各种设计指导方针和规范的制定和实施，详见表2。

　　ZigBee和蓝牙在家庭网络中的应用

　　短距离无线通信技术具有低成本、低功耗等特点，适合用于外围设备和手持终端与其他主机设备的连接。家庭联网的发展将为它们提供新的机遇。例如，分销商世健系统公司推出一款瞄准家庭应用的蓝牙HiFi适配器，可以将主设备输出的HiFi音频由DSP压缩成MP3格式，再发射出去。用户可以在家庭音箱设置接收端或用耳机收听。

　　Freescale的Victor认为：“像ZigBee和蓝牙这样的低速率无线技术将加速家庭网络的发展。”

　　Freescale的商用无线系统运营经理Brett Black介绍说，ZigBee的数据传输速率在2.4GHz下为250kbps，其传输范围主要取决于功率和环境，介于10到75米之间，典型应用为30米左右。

　　Black表示，Zigbee具有省电、安全可靠、高度扩展且成本低等优点。ZigBee共有三种网络结构，分别为静态和动态星形、网状和集群树形。网络架构具备主/从属性，可实现双向通信。在非工作时间，从设备总是处于睡眠状态。对时间要求严格的应用可以使从设备在15ms内由睡眠状态激活，而新设备的搜索时间仅为30ms。“ZigBee十分省电，利用电池可支持长达6个月到2年左右的使用时间。”Black说。

　　目前，ZigBee在家庭网络中最主要的作用是远程监测和控制，应用领域包括室内照明和空调系统控制、家电遥控、无线计算机外设(无线鼠标、键盘等)、安全监控、烟雾或CO2监测等。

　　ZigBee的MAC层采用了talk-when-ready碰撞避免机制，当有数据传送需求时则立即发送数据，每个发送的数据封包都由接收方确认收到，并回复确认信息，若没有得到确认回复则表示发生了碰撞，数据会再传一次，以此提高系统信息传输的可靠度。

　　Zigbee网络具有很强的扩展功能，由于使用了64位IEEE地址和16位短地址，Zigbee最终的网络大小可以达到2^64个节点，远远超出了用户的使用要求，如果选用本地寻址方式，1个Zigbee网络理论上可以容纳65,536(2^16)个节点。

　　Black介绍，Zigbee网络采用了三种设备类型，一种是网络协调器，持有全部网络信息，是三种设备中最复杂的部分，需要存储和计算能力；第二是全功能设备(FFD)，支持所有的802.15.4功能标准制定的参数。可以作为网络协调器使用。附加的存储和计算功能使得它很适合作为网络路由器或者是网络边界设备；第三个削减功能设备(RFD)的功能受到限制，通常作为网络边界设备。一般情况下，FFD需要16－20KB的ROM，而RFD则只需要12-16KB的ROM。

　　Black表示，Freescale目前针对Zigbee提供一站式解决方案，包括射频收发器、MCU、传感器、MAC软件、Z-Stack Zigbee软件以及灵活的开发套件。MC13193 Evaluation Kit(13193EVK-A00)是Freescale为Zigbee平台增加的最新硬件工具，除包含两个传感器应用参考(SARD)板卡以及三个评估板卡(EVB)外，还提供了必需的软件协议堆栈和样例应用，用以设计一系列2.4GHz联网解决方案。

　　面临的障碍

　　联网的数字家庭是一个美好的前景，但将面临一些障碍。TI的Flanagan表示，数字家庭取得成功的四大基础是高质量的服务、安全框架、互操作性和易用性。

　　Marvell的James认为：“易用性是最关键的一点。如果技术太复杂，日常消费者将不愿使用它们。”为此，Marvell正在提供一种AutoLink技术，可以使设备更容易、更快速地完成设置。例如，当用户购买了一款新的手机，只需按几个按钮，AutoLink就可以帮助他们完成与机顶盒的WiFi连接。

　　另外，随着更多信息和设备加入家庭网络，网络的安全需求不断增长,这也是消费者特别关心的问题之一。世平集团的吴志伟举例说，当用户以无线方式(如WiFi)把DVD码流发送到TV时，一个问题是隔壁的邻居有可能可以截获此码流，从而暴露用户的隐私。

　　目前，领先的连网技术已经集成了最低水平的安全机制，例如802.11i、HomePlug AV和ZigBee都支持AES加密。Marvell指出，802.11i包含的WPA2安全标准是美国CIA和FBI使用的加密技术。

　　TI、Airgo等厂商认为，技术不是问题，真正的问题是大多数用户对安全风险和如何配置技术缺乏了解，从而让许多家庭网络处于不安全的状态。因此，业界的挑战是使这些安全措施更容易被终端用户实现和使用。

　　业界必须教育用户，但也必须使这些安全措施变得更简单，以方便用户使用这些强大的安全功能。这也是Marvell在所有它的家庭联网解决方案中配置AutoLink技术的另一个重要原因。AutoLink技术在用户第一次开启设备时就可以自动设置使设备是安全的。

　　在安全方面，另一个常见的问题是2个或更多的网络互相干扰，Freescale的Victor表示。目前，大多数高级的无线网络标准已经仔细考虑这个问题。例如，为了避免在2.4GHz公用频段的干扰，Zigbee采用了与Wi-Fi一样的直接序列扩频(DSSS)技术，采用偏移正交相位位移键控调试方法，以化整为零方式，将一个讯号分为多个讯号，再经由编码方式传送讯号避免干扰。不过，笔者曾在第十届IIC展览会的现场看到某家公司的802.11g模块因为受到蓝牙以及其它专有2.4GHz信号的干扰而无法正常工作，最后该公司不得不立刻更换为工作在5GHz的802.11a模块。这表明，随着WiFi、WiMax、蓝牙、UWB、ZigBee等无线技术涌入家庭，业界不得不切实解决干扰问题。

　　与此同时，内容被认为是数字家庭起飞的关键。James表示：“业界需要提供更多数量的杀手极应用以吸引消费者。同时，内容供应商和消费电子制造商也应该积极推动新技术的发展并为数字家庭提供新一代的产品和服务。”另一方面，要让服务提供商能够放心地允许用户在家庭网络中传播内容，业界必须齐心解决数字版权管理的难题。

　　最后是成本。各种无线技术的应用、处理能力的增强以及转向平板显示器等都显著增加了家庭设备的成本。Freescale 的Victor认为：“成本将是影响数字家庭中无线网络设备增长的关键因素。”虽然意识到易用性和成本是阻碍数字家庭发展的最大障碍，但科胜讯的Peter乐观地表示：“随着最新网络技术的发展，数字家庭网络的发展前途会一片光明。”