哪种USB接口适用于您的应用?(下)

作者：■ Dan Harmon 德州仪器 (TI) 通用接口连接产品部产品线市场营销经理时间：2008-04-08来源：电子产品世界收藏

　　数码相机

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/81336.htm

　　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。

表 1 网络摄像头的带宽要求

　　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。

表 2 音频带宽要求

　　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 30 Mbps 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-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。

图 2 网络摄像头的带宽要求

　　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 300 Mbps；而对带有数据压缩引擎的打印机来说，理想频宽则可降至 10 Mbps 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。THX Surround 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 128 kbps 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 100 KB 上升到了目前的 4 MB。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(25 GB 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 3,600 RPM，存储容量为 540 MB。2004 年，普通 HDD 直径为 2.5 英寸，转速为 9,600 RPM，存储容量达 160 GB。HDD 的尺寸也在不断缩小，如今有些容量达 5 GB 的硬盘只有 1 英寸大小，甚至容量为 4 GB 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 2,750 GB，直径将为 2.1 英寸，转速将达 15,700 RPM。闪存首次出现于 1989 年，容量为 1 MB，到 2004 年，闪存容量达到了 1 GB。若能继续保持这种发展态势，则到 2008 年，闪存芯片将支持 6.4 GB 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 20 GB 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 5 Gbps 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。

图 3 在电脑与存储设备间传输 20GB 数据所需的速率分析(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)

图 4 传输不同尺寸数据图像所需的时间(假设带宽效率为 50%)