作者 | 海角
出品 | 焉知
摘要：
隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，車載娛樂系統(tǒng)的功能日益豐富，對(duì)音頻和視頻傳輸?shù)囊笠苍絹碓礁?。Audio Video Bridging（AVB）和Automotive Audio Bus（A2B）作為兩種重要的車載通信技術(shù)，在車載娛樂系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文將詳細(xì)介紹 AVB 和 A2B 的技術(shù)特點(diǎn)，包括高層概述、優(yōu)缺點(diǎn)以及適用應(yīng)用等方面，通過對(duì)比分析，展示它們?cè)谲囕d娛樂系統(tǒng)通信中的獨(dú)特價(jià)值和相互補(bǔ)充的關(guān)系，為汽車電子領(lǐng)域的專業(yè)人士和相關(guān)愛好者提供深入了解這兩種技術(shù)的參考。
一、引言
在現(xiàn)代汽車中，車載娛樂系統(tǒng)已經(jīng)成為提升駕乘體驗(yàn)的重要組成部分。從高清音頻播放到視頻流媒體服務(wù)，從車輛監(jiān)控?cái)z像頭的影像傳輸?shù)杰嚶?lián)網(wǎng)功能的實(shí)現(xiàn)，都離不開高效、可靠的通信技術(shù)。AVB 和 A2B 應(yīng)運(yùn)而生，它們針對(duì)車載環(huán)境的特殊需求，為音頻和視頻數(shù)據(jù)的傳輸提供了專門的解決方案。
二、Audio Video Bridging（AVB）
（一）AVB 概述
AVB 主要用于通過以太網(wǎng)傳輸音頻和視頻。它是作為交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，通過為 音頻和視頻流量預(yù)留一部分可用以太網(wǎng)帶寬，從而確保音頻和視頻數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中穩(wěn)定、流暢地傳輸。其采用菊花鏈連接拓?fù)洌⒖膳c中間 AVB 橋接 / 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得在車載網(wǎng)絡(luò)中能夠靈活地布置設(shè)備，適應(yīng)不同的布局需求。
AVB 實(shí)現(xiàn)基于一系列 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)為 AVB 的規(guī)范運(yùn)作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如，根據(jù)最大延遲將流量?jī)?yōu)先級(jí)分為三類（A 類、B 類、C 類），這使得在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)能夠優(yōu)先保障對(duì)延遲敏感的音頻和視頻流量的傳輸。當(dāng)完全轉(zhuǎn)向 TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）并限定為汽車配置文件時(shí)，還需要采用更多的標(biāo)準(zhǔn)，以進(jìn)一步滿足汽車行業(yè)對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性等方面的嚴(yán)格要求。像 ADI 的 ADSP SC58x/59x 系列就支持 AVB 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，為 AVB 在車載系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了硬件支持。
圖一 Audio Video Bridging（AVB）系統(tǒng)
（二）AVB 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
- 標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)勢(shì)：由 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議（表一），這意味著任何供應(yīng)商都可以遵循標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn) AVB 堆棧。不同供應(yīng)商的不同芯片組都有現(xiàn)成的 AVB 堆棧可供選擇，這極大地促進(jìn)了 AVB 技術(shù)在市場(chǎng)上的推廣和應(yīng)用，降低了技術(shù)門檻和開發(fā)成本。
- 多功能傳輸：支持音頻、視頻以及其他控制數(shù)據(jù)傳輸，能夠滿足車載娛樂系統(tǒng)多樣化的數(shù)據(jù)傳輸需求。例如，既可以傳輸音樂、電影等多媒體數(shù)據(jù)，也可以傳輸車輛控制指令等信息。
- 靈活轉(zhuǎn)換：可以作為網(wǎng)關(guān)以及協(xié)議轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)到 CAN/LIN 及反之亦然的轉(zhuǎn)換。這使得 AVB 能夠在車載網(wǎng)絡(luò)中與其他不同類型的總線進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，整合車內(nèi)不同的電子系統(tǒng)。
- 可擴(kuò)展帶寬：可擴(kuò)展帶寬從 10Mbps 到 1000Mbps，能夠適應(yīng)不同分辨率音頻和視頻以及不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)帶寬的需求。在高清視頻傳輸時(shí)，可以利用較高的帶寬確保視頻的流暢播放，而在一些對(duì)帶寬要求較低的音頻傳輸場(chǎng)景中，則可以適當(dāng)降低帶寬使用，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。
缺點(diǎn)
- 實(shí)施與集成挑戰(zhàn)：實(shí)施 AVB 堆棧軟件和將 AVB 堆棧集成到平臺(tái)的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)集較重，這需要開發(fā)人員具備較高的技術(shù)水平和豐富的經(jīng)驗(yàn)，增加了開發(fā)的復(fù)雜性和難度。
- 工具缺失：沒有集中的 GUI 工具用于完整的網(wǎng)絡(luò)配置 / AVB 流量可視化（目前尚不可用，即將推出），這給網(wǎng)絡(luò)的部署和調(diào)試帶來了不便，開發(fā)人員難以直觀地了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)和流量分布情況。
- 額外硬件需求：需要微控制器來運(yùn)行 AVB 堆棧，并且需要額外的時(shí)鐘發(fā)生器來鎖定 PTP 恢復(fù)，這導(dǎo)致了額外的物料清單（BOM）成本，增加了系統(tǒng)的整體成本和復(fù)雜性。
（三）AVB 適用應(yīng)用
- 攝像頭應(yīng)用：在車載攝像頭系統(tǒng)中，AVB 能夠穩(wěn)定地傳輸攝像頭拍攝的視頻數(shù)據(jù)，無(wú)論是用于倒車影像、行車記錄儀還是車輛周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)的攝像頭，都可以依靠 AVB 確保視頻的實(shí)時(shí)傳輸，為駕駛員提供準(zhǔn)確的視覺信息。
- 視頻流：對(duì)于車內(nèi)的視頻流服務(wù)，如后座乘客觀看在線視頻或本地視頻播放，AVB 的高帶寬和流量?jī)?yōu)先級(jí)控制能夠保證視頻播放的流暢性，避免出現(xiàn)卡頓、延遲等現(xiàn)象，提供優(yōu)質(zhì)的視頻觀看體驗(yàn)。
- OTA 與網(wǎng)關(guān)（當(dāng)用作 TSN 時(shí)）：在車聯(lián)網(wǎng)的 OTA（空中下載）更新功能中，AVB 可以作為可靠的傳輸通道，將更新數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)杰囕d系統(tǒng)的各個(gè)部分。當(dāng)作為網(wǎng)關(guān)并應(yīng)用 TSN 技術(shù)時(shí)，能夠在不同網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交換和整合，保障車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和協(xié)同工作。
三、Automotive Audio Bus（A2B）
（一）A2B 概述
A2B 使用簡(jiǎn)單的 UTP 線傳輸音頻，采用菊花鏈拓?fù)鋸闹鞴?jié)點(diǎn)連接到子節(jié)點(diǎn)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得布線簡(jiǎn)單方便，能夠有效減少車內(nèi)布線的復(fù)雜性。主節(jié)點(diǎn)可以訪問所有子節(jié)點(diǎn)以及連接到子節(jié)點(diǎn)的外設(shè)，這為音頻系統(tǒng)的集中控制和管理提供了便利。
子節(jié)點(diǎn)直接支持脈沖密度調(diào)制（PDM）支持的麥克風(fēng)，無(wú)需主機(jī)微控制器，這降低了子節(jié)點(diǎn)的成本和復(fù)雜性。子節(jié)點(diǎn)可以與主時(shí)鐘同步，并且從主節(jié)點(diǎn)到子節(jié)點(diǎn)有確定性的時(shí)間延遲，這對(duì)于音頻傳輸?shù)耐叫院头€(wěn)定性非常重要，能夠確保多聲道音頻的準(zhǔn)確播放。此外，子節(jié)點(diǎn)可以是總線供電或本地供電，提供了更多的電源選擇靈活性。
圖二 Automotive Audio Bus（A2B）
（二）A2B 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
- 低開銷：沒有 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的開銷，相比于 AVB，A2B 在協(xié)議的復(fù)雜性和資源占用方面具有優(yōu)勢(shì)，能夠更高效地利用系統(tǒng)資源。
- 易于集成：A2B 堆棧容易在 RTOS、Linux 和 QNX 等常見操作系統(tǒng)上集成，降低了開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，使汽車制造商能夠更快地將 A2B 技術(shù)應(yīng)用到車載音頻系統(tǒng)中。
- 網(wǎng)絡(luò)診斷支持：A2B 支持網(wǎng)絡(luò)總線診斷，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的故障和問題，便于維護(hù)和維修，提高了車載音頻系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。
- 成本與重量?jī)?yōu)勢(shì)：電纜重量和成本顯著降低，這對(duì)于汽車行業(yè)來說非常重要，能夠減輕車輛重量，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減少布線對(duì)車內(nèi)空間的占用。
- 多功能通信：A2B 還支持在同步總線上進(jìn)行異步通信，適用于 OTA、診斷等應(yīng)用，除了音頻傳輸外，還能滿足其他一些非音頻數(shù)據(jù)的傳輸需求，拓展了其應(yīng)用范圍。
- 喚醒功能：由于支持總線供電，A2B 也可以用于從深度睡眠狀態(tài)喚醒應(yīng)用，這對(duì)于一些低功耗應(yīng)用場(chǎng)景非常有用，能夠在需要時(shí)快速啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
- 靈活控制：主節(jié)點(diǎn)對(duì)子節(jié)點(diǎn)的 GPIO 控制距離較遠(yuǎn)，并且使用 GUI（Sigma Studio）工具可以靈活設(shè)計(jì) A2B 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，方便工程師根?jù)不同的車型和音頻系統(tǒng)需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。
缺點(diǎn)
- 帶寬限制：固定帶寬高達(dá) 50Mbps。如果需要增加帶寬，則可能需要采用并行總線連接（多主節(jié)點(diǎn)），這在一定程度上限制了 A2B 在高帶寬需求應(yīng)用場(chǎng)景中的應(yīng)用，如高清視頻傳輸?shù)取?/span>
（三）A2B 適用應(yīng)用
- 收音機(jī) / 音頻：A2B 最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是車載音頻傳輸，非常適合收音機(jī)音頻信號(hào)的傳輸以及車內(nèi)多聲道音頻系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠確保音頻信號(hào)的高質(zhì)量傳輸，為駕乘人員提供清晰、流暢的音樂體驗(yàn)。
- 輕量級(jí)應(yīng)用控制、傳感器數(shù)據(jù)：對(duì)于一些輕量級(jí)的應(yīng)用控制數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)傳輸，A2B 能夠滿足其帶寬和功能需求，例如車內(nèi)一些簡(jiǎn)單的傳感器數(shù)據(jù)采集和傳輸，如溫度傳感器、濕度傳感器等數(shù)據(jù)可以通過 A2B 進(jìn)行傳輸。
- 語(yǔ)音應(yīng)用：在車載語(yǔ)音控制系統(tǒng)中，A2B 可以穩(wěn)定地傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)，確保語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，為語(yǔ)音交互功能提供可靠的通信保障。
- 輕量級(jí) OTA：對(duì)于一些數(shù)據(jù)量較小的 OTA 更新，如音頻系統(tǒng)軟件的更新等，A2B 能夠勝任，以較低的成本和資源消耗實(shí)現(xiàn)車載音頻系統(tǒng)的遠(yuǎn)程升級(jí)。
圖三 A2B節(jié)點(diǎn)互聯(lián)
四、AVB 與 A2B 的對(duì)比與互補(bǔ)
（一）對(duì)比
標(biāo)準(zhǔn)與復(fù)雜性：AVB 基于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的標(biāo)準(zhǔn)化程度，但也帶來了實(shí)施和集成的復(fù)雜性；A2B 沒有 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的開銷，相對(duì)簡(jiǎn)單易集成。
帶寬：AVB 可擴(kuò)展帶寬從 10Mbps 到 1000Mbps，能夠適應(yīng)高帶寬需求的應(yīng)用；A2B 固定帶寬高達(dá) 50Mbps，適用于中低帶寬的音頻相關(guān)應(yīng)用。
硬件需求：AVB 需要微控制器和額外的時(shí)鐘發(fā)生器，增加了 BOM 成本；A2B 子節(jié)點(diǎn)不需要微控制器，在硬件成本上具有一定優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)用側(cè)重：AVB 側(cè)重于視頻傳輸、攝像頭應(yīng)用以及作為網(wǎng)關(guān)在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用；A2B 主要專注于車載音頻傳輸以及一些輕量級(jí)數(shù)據(jù)的傳輸和控制。
（二）互補(bǔ)
在車載娛樂系統(tǒng)中，AVB 和 A2B 并非相互替代的關(guān)系，而是具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。對(duì)于高清視頻流、復(fù)雜的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交互以及對(duì)帶寬要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，AVB 能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)；而對(duì)于音頻傳輸、輕量級(jí)的控制和傳感器數(shù)據(jù)傳輸以及一些對(duì)成本和簡(jiǎn)單性要求較高的場(chǎng)景，A2B 則是更好的選擇。例如，在一個(gè)高端的車載娛樂系統(tǒng)中，可以同時(shí)采用 AVB 和 A2B，AVB 負(fù)責(zé)視頻播放、攝像頭影像傳輸以及與外部網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)交換，A2B 則專注于音頻系統(tǒng)的構(gòu)建和一些簡(jiǎn)單的車內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)傳輸，兩者協(xié)同工作，共同構(gòu)建一個(gè)高效、穩(wěn)定、功能豐富的車載娛樂通信系統(tǒng)。
五、結(jié)論
Audio Video Bridging（AVB）和Automotive Audio Bus（A2B）在車載娛樂系統(tǒng)通信中都有著不可替代的作用。AVB 憑借其標(biāo)準(zhǔn)化、高帶寬和多功能轉(zhuǎn)換等優(yōu)勢(shì)，在視頻相關(guān)應(yīng)用和車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)重要地位；A2B 則以其低開銷、易于集成和成本優(yōu)勢(shì)在音頻傳輸和輕量級(jí)數(shù)據(jù)應(yīng)用中表現(xiàn)出色。通過合理地應(yīng)用和整合這兩種技術(shù)，汽車制造商能夠構(gòu)建出更加先進(jìn)、可靠、滿足不同用戶需求的車載娛樂系統(tǒng)，為駕乘人員帶來更加豐富和優(yōu)質(zhì)的車內(nèi)體驗(yàn)。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，AVB 和 A2B 技術(shù)也將不斷演進(jìn)和完善，在未來的車載通信領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮重要的影響力，推動(dòng)車載娛樂系統(tǒng)向著更高的性能和更多樣化的功能方向發(fā)展。
