基于MOST50总线的多路同步音视频传输设计

崔茂源 陈博 南洋 孙琦 李长龙

（中国第一汽车股份有限公司技术中心）

基于MOST50总线的多路同步音视频传输设计

崔茂源 陈博 南洋 孙琦 李长龙

（中国第一汽车股份有限公司技术中心）

设计了一种基于MOST50（Media Oriented System Transport with 50Mbps）总线的多路同步音视频数据传输方法，即采用一对非屏蔽双绞线代替传统的模拟音视频线束同步传输多路数字音视频数据。设计了一种连接管理策略，以实现多路音频视频连接的建立、释放及切换过程，据此开发了基于MOST50总线的车载信息娱乐原型系统，完成了试验室集成及整车验证。目前该方法已应用于一汽自主高端乘用车产品系列开发中。

1 前言

随着用户对信息娱乐性的要求不断提高，在中高端乘用车领域中，音视频播放器、电子导航、车载电话、3G、高清数字电视、语音控制和语音指导、多个LCD视频显示器的后座娱乐系统、杜比数码环绕立体声影院等先进的车载功能需要进行信息交互。传统的点对点传输方式实现多路音视频数据的交互时，需要大量的差分视频线与音频线，势必增加整车线束质量和布置难度，降低抗干扰能力。相对于传统方式，MOST总线具有高带宽、低EMC干扰、连接灵活、数据共享的优势，能够采用一对光纤或非屏蔽双绞线传输多路数字音频、视频数据，可以有效解决传统音视频传输引起的问题[1]。

迄今为止，MOST总线技术已经成功地由带宽为25Mbps的 MOST25总线技术，发展为 MOST50、 MOST150总线技术[2]。作为一种低成本方案，通用、丰田等国际汽车制造商已成功使用MOST50总线技术，但只是传输音频数据。本文提出了一种在MOST50总线中同时传输音频、视频数据的方法，设计了一种连接管理策略，实现了多路音频视频连接的建立、释放及切换；开发了车载信息娱乐原型系统，进行了试验室及整车验证。

2 基于MOST50总线的音视频传输方法

在MOST50总线中，有约45M的总线带宽用于传输同步音频、视频及异步包数据。为了满足在MOST50总线中传输多路同步视频数据的需求，需要分配并限制每路视频数据所占用的总线带宽。原始的RGB视频数据需要进行压缩编码，然后以MPEG4/H264格式通过MOST50总线传输。

考虑一种典型应用，在MOST50总线中同时传输3路立体声音频与3路标清480P视频，总线带宽分配情况如表1所示。

表1 总线带宽分配情况

2.1 音频、视频数据传输方案

利用MOST50总线进行同步音频、视频数据传输的方案如图1和图2所示。每路数据源视频模块输出的原始RGB视频数据经过编码压缩芯片处理，压缩编码为MPEG4/H264格式，视频数据的压缩比需根据总线带宽分配情况进行配置。压缩编码后的视频数据经过Medi⁃aLB接口进入MOST INIC（Intelligent Network Interface Controller）。INIC根据已配置的连接通道，将视频数据传输到MOST50总线上。每路数据源音频模块输出的IIS音频数据直接进入编码压缩芯片，与视频数据一同经过MediaLB接口进入INIC，INIC根据已配置的连接通道，将音频数据传输到MOST50总线上。

每路数据目的的INIC将接收到的指定连接通道的音频、视频数据，经过MediaLB接口传输给解码解压缩芯片，还原为原始RGB格式的视频数据，由视频播放模块进行播放，音频数据则由音频播放模块进行播放或经过INIC转发给其它的数据目的进行播放。

2.2 音频、视频数据同步方法

编解码芯片仅针对视频数据进行编码压缩、解码解压缩处理，并未对音频数据进行处理，音频、视频数据可能存在不同步的问题。因此，本文提出如下两种同步补偿方法。

a.当音频、视频数据被同一数据目的接收时（图1），数据源需要延迟输出音频数据，补偿视频编码压缩时间Δt。数据目的需要延迟播放音频数据，补偿视频解码解压缩时间Δt`。

b.当音频、视频数据被两个不同的数据目的接收时（图2），令其中的音频、视频数据目的同时作为另一音频数据目的的数据源，仍按方法a进行同步补偿。

3 多路同步音视频连接管理策略

MOST50网络中允许存在多路同步音频、视频连接，每路连接由唯一数据源及数据目的组成。MOST50网络中有唯一连接管理主节点（Connection Master，CM），利用连接管理功能块ConnectionMaster FBlock[3]，响应建立、释放连接请求。此外，CM中需要设计实现连接管理策略，用于管理网络中存在的音频、视频数据源及数据目的；识别请求类型并触发建立、释放及切换连接的操作；记录网络中存在的同步音频、视频连接信息；调整同步信道带宽等。

网络中其它控制器作为连接管理从节点（Connec⁃tion Slave，CS），负责向CM发送建立、释放连接的请求；数据源节点负责响应CM发送的分配及释放同步音频、视频连接命令；数据目的节点负责响应CM发送的连接及断开同步音频、视频连接命令。

3.1 多路同步音频与视频连接的建立、释放及切换

CM连接管理策略中建立及切换连接流程如图3所示，释放连接流程如图4所示。当CS有播放音频，视频数据的需求时，需要向CM发送携带与同步音频、视频连接相关的数据源及数据目的信息的建立连接请求；当CS无播放需求时，需要向CM发送释放连接请求；CM中连接管理策略的切换连接过程依赖于释放及建立连接过程，CS仅需向CM发送建立连接请求，CM中的连接管理策略负责识别请求类型并给出相应的操作。

3.2 带宽管理

从图3、图4可知，CM中的连接管理策略不仅负责管理同步音视频连接的建立、释放及切换过程，还负责管理网络中同步音频、视频数据源及数据目的信息，以及同步连接信息及同步数据域总线带宽。当剩余的同步数据域总线带宽不足时，CM可以通过NetBlock中的功能函数调整同步数据域与异步数据域之间的边界描述符[4,5]，增加同步数据域总线带宽，保证网络中同时存在多路同步音频、视频连接的可行性。

4 原型系统开发及验证

基于上述方案，开发了车载信息娱乐原型系统，利用原型系统搭建了车载信息娱乐系统台架及功能样车，并进行了集成测试及整车测试。

4.1 车载信息娱乐原型系统开发

如图5所示，原型系统由娱乐主机（0x100）、数字电视（0x150）、后座娱乐主机（0x140）、网关（0x110）及功放（0x170）组成。其中，娱乐主机支持同时输出3路独立的音视频数据，或同时输出2路独立的音视频数据并接收1路MOST网络视频数据；数字电视支持输出一路音视频数据；后座娱乐系统主机支持接收2路独立的MOST网络音视频数据；网关支持CAN总线与MOST总线之间进行信息交互功能；功放支持接收一路MOST网络音频数据。图6为多路音频、视频连接图，图7为功能样车中各原型系统布置图。

4.2 试验结果

在搭建的原型系统集成测试试验台架上，可以实现同时存在3路独立的音频连接和3路独立的视频连接。图8为Optolyzer[6]截取的MOST50总线带宽分配情况。每路音频连接占用4字节（约1.5M）总线带宽，每路视频连接包括视频数据连接占用28字节（约11M）总线带宽及视频时钟连接占用4字节（约1.5M）总线带宽。图9为Opto⁃lyzer截取的同步音视频信道切换过程的消息列表。

从图9可知，首先，后座娱乐主机（0x140）向娱乐主机（0x100）申请建立与数字电视（0x150）之间的同步音视频信道连接，娱乐主机（0x100）为数字电视（0x150）分配同步音视频信道，为后座娱乐主机（0x140）连接同步音视频信道。其次，后座娱乐主机（0x140）向娱乐主机（0x100）申请切换与娱乐主机DVD（0x100）之间的同步音视频信道连接，娱乐主机（0x100）断开原有后座娱乐主机（0x140）与数字电视（0x150）之间的同步音视频信道连接，为本地DVD（0x100）分配同步音视频信道，为后座娱乐主机（0x140）连接新的同步音视频信道。

6 结束语

提出了一种在MOST50总线中同时传输音频、视频数据的方法；设计实现了一种连接管理策略，管理多路音频、视频连接的建立、释放及切换过程；开发了基于MOST50总线的车载信息娱乐原型系统，进行了试验室及整车验证。目前该方法已应用于一汽自主高端乘用车产品系列开发中。

1 秦贵和,黄永平.MOST汽车多媒体网络.北京:北京理工大学出版社,2009:61～66.

2 MOST COOPERATION.MOST Cooperation and Technolo⁃gy.Germany,2009.

3 MOST Cooperation.MOST Function Block ConnectionMas⁃ ter.2011.

4 Andreas Grzemba.MOST-The Automotive Multimedia Net⁃work.Germany,2008.

5 MOST COOPERATION.MOST Specification,2010.

6 Microchip.Optolyzer OL3150o,2009.

（责任编辑帘 青）

修改稿收到日期为2015年5月1日。

The Design of Multiple Synchronous Audio and Video Transfer based on MOST50 Bus

Cui Maoyuan,Chen Bo,Nan Yang,Sun Qi,Li Changlong
（China FAW Co.,Ltd R&D Center）

A multiple synchronous audio and video data transport method based on MOST50（Media Oriented System Transport with 50Mbps)is designed,which uses a couple of UTP to replace traditional analog audio and video wires to realize synchronous audio and video data transport.A connection management strategy is design,to manage the processes of establishing,releasing and switching the multiple audio and video connections.In-vehicle infotainment prototype system is developed based on MOST50 bus.The system has been integrated in the laboratory and vehicle verification has also been made.At Present,this method has been applied to FAW high-end series passenger car development.

MOST bus,Digital audio and video signal,Connection Management,Prototype system development

MOST总线 数字音视频信号 连接管理 原型系统开发

U463.6

A

1000-3703（2015）07-0052-04