媒体适配器和媒体服务器引领消费电子业变革

电视节目、电话、家庭相册、音乐、信函曾经分属于不同的领域，现今，他们都开始向数字格式演进，从而成为了数字大家庭中的成员，并通过采用家庭宽带业务在相同的回路中流转。
传递数字比特的宽带和其他新的服务方式将在消费者感知和使用电子产品方面带来巨变。数码产品本身也因其所能提供的丰富内容而得到越来越广泛的应用。从最初多个PC共享单一宽带连接，到数字家庭网络从传统上以PC机为主体演变为对等式数据共享，实现在家中广泛共享和传送多媒体内容。当这一切发生时，对家庭网络应用产品及网络网关/路由器功能的特殊需求便应运而生。

家庭网络的发展
宽带网络连接的广泛应用标志着数字家庭网络时代的开始。在第一阶段中，家庭网络采用最初的宽带接入，大多是一台PC机通过宽带调制解调器接入广域网（WAN），几乎没有在家庭内采用局域网。
二十四小时新宽带服务的推出和带宽的不断增加，更易于多个用户在家中共享该服务。消费者通常在不断购置功能更强的PC机的同时，将原有的PC机留给家庭内的其他成员使用。新增家用PC的购买快速驱动了家庭网络的发展，迎来了发展的第二阶段——家庭网络出现。通过为宽带调制解调器的LAN侧添加一个以太网路由器设备，实现家中多个用户都能利用宽带WAN连接。
在亚洲地区，随着日益增加设计和生产的路由器、网关及IP共享装置的商品化，促成了低成本基础家庭网络的应用。此外，成本大幅度降低的WiFi技术为整个室内PC无线连接提供了可行性，免去了室内布线的费用和相应的麻烦。这些发展促成了数字家庭网络的兴起，同时也提高了对数码相机、数字摄像机及数字音乐播放器等消费类装置的需求，使家庭个人电脑肩负起对数字化图像进行存储、编辑和重放的新任务。
随着家庭网络中数字媒体的内容不断增多，数字化家庭网络已进入第三发展阶段，并以消费者要求在传统的PC网络之外共享内容为特点。消费者越来越多地将音乐通过CD刻录或文件下载方式转换成数字格式存储，无论个别PC是否运行，能在多个家庭设备中共享这些文件的需求正日益增长。同时，人们也希望能通过传统的家庭娱乐设施或立体音响系统播放这些文件。能够在床上或安乐椅上通过电视机观看数字影像及视频内容，远比大多数情况下用家庭办公室中的个人电脑来完成更具吸引力。旧时的放映幻灯片现在应能以数字图像形式，伴随着用户喜爱的音乐在卧室中播放。加大的显示器将加速这种趋势。
图1 描绘了一种网络拓扑结构，其中数据通过网络共享，可经过PC管理和干预，也可以不经过PC。
图1 多媒体数字家庭网络拓扑结构
图1中红色箭头表示传输时的LAN和对等路径。蓝色箭头表示来自WAN（通过网关）的数据和媒体流的提供路径。智能媒体适配器和服务器增强了对等媒体共享能力，同时使PC从家庭网络的中心位置解放出来。

向分布式家庭网络迈进
在家庭网络的下一步发展中，由于家庭网络日趋分布化，一些新设备将融入PC和住宅网关/路由器中，承担起目前由PC肩负的许多特定任务。两种新装置将引领这个发展阶段——媒体适配器和媒体服务器（虽然媒体服务器比单纯的存储包括更多的外在媒体管理支持功能，但有时也可作为网络附加存储设备）。这些网络设备已开始重构PC的功能，建立更分散的分布式网络，将专门的内容类型更加把重点放在自然家庭环境上而不是PC机上。
媒体适配器是接收并播放数字音乐、数字图形及数字视频和实现在家庭娱乐中心上重放的装置。这种装置与传统PC机的视频及音频子系统极为相似，需要相似的解码能力来转换输入数据流。这类装置所需的关键系统就是针对数字家庭网络的有线或无线局域网连接，用以支持媒体格式和应用（基于Java开发的游戏、MP3、Video-MPEG4、MPEG4解码、电子邮件、音调生成FM合成、语音识别和USB接入）的解码硬件和软件。复杂的媒体适配器可支持数字版权管理及播放各种媒体类型。
媒体服务器是网络化的共享存储设备，无需PC的介入或服务就能实现文件共享和直接数据存储。这样一来，所有网络应用设备，包括文件共享的PC机和重放存储媒体内容的媒体适配器都能使用存储的内容。而整个网络也因此变得更加分布化。媒体服务器也可从照相机上捕获数字化内容，包括将内容转码成各种重放格式的能力。就像媒体适配器那样，这种装置的系统需求包括有线或无线网络连接，以及对硬盘驱动器的标准化集成设备电子（IDE）控制器实现及接口的需要。此外，这种装置需要支持数码相机或数字摄像机等媒体创造装置的直接连接。现在这种接口流行的协议是通用串行总线（USB）和IEEE1394 (FireWire)。
媒体适配器和媒体服务器代表第一批新型强力家庭网络装置，创建了一种分布式的家庭网络构架，允许在传统PC子系统之外，在家庭内部更加方便地共享和存储媒体。

媒体适配器和媒体服务器面临的挑战
随着新产品的推出，数字多媒体应用日趋成熟并得到广泛接纳时，就会遇到标准化问题。与任何新兴市场一样，系统的灵活性和性能的上升空间是确保需求出现和在最小产品冲击下升级标准的关键。
媒体适配器可以支持音乐、数字图像和数字视频或仅仅支持这三者的子集。此外，这三种流类型中的任一种都可以用不同的标准进行编码和解码。
媒体服务器面临类似的挑战。从ATA到串行ATA（SATA）和附加IDE格式，磁盘驱动格式不断变化。需要直接连接的外围设备可以是USB或IEEE1394，这两种情况都可能是这种标准的多代系列中的一个。
媒体适配器和媒体服务器都面临着网络连接问题——是有线或是无线还是具有可选性。如果支持有线连接，这种装置应该是基于快速以太网还是用户要求的千兆以太网呢？如果支持无线连接，这种装置应该是802.11b，802.11g还是其他未定或未广泛采用的标准？关于安全性、内容保护、无线技术EMI、可用性也是必须要考虑的重要问题。
上面提到的关于新型设备的问题及复杂性有其自身的特点，但在设计方面的问题却是与其他新兴市场普遍一致的：设计拥有融合附加软硬件处理性能的可升级系统，以适应变化的特征需要和演进的标准。设计出的模块系统，能使主要的接口和外围设备能与大多数设备在无不利结果的前提下实现互相交融。
在新兴市场上，时间是至关重要的。第一代设备正因迎合了市场窗口，而扩大了市场接受机会，所以厂商应与新兴市场需求保持同步，为市场方向和发展做出关键性的决定。多媒体应用产品的设计者与生产者可以通过利用PC外围硬件和系统软件实现每种设备功能的复制，使上市时间尽量提前。对亚洲的设计者而言，在这一架构中的大量经验是一种绝对优势。

采用基于PC的架构以适应新兴应用
采用现有的PC外围设备来构建一个易于适应不断变化的市场需求的模块系统，亚洲的设计者们将从选择外设连接接口（PCI）作为系统元件间的标准内部连接中获益匪浅。除了利用这种架构的优势经验以外，充分利用广泛配置的总线能够帮助设计师从大量可用部件中选择出网络连接性和多媒体支持性能好的部件。
为了保证强大的系统功能，设计人员将获益于一个集成通信处理器，拥有支持多外部主设备，并结合一个高性能的CPU核心和存储子系统的高带宽PCI接口，以及网络自身的以太网接口。
鉴于高灵活性的CPU能满足新兴应用的性能需求，那么设计中第二个主要问题就是软件。缩短开发周期的核心在于建立一个能用高级语言实现产品功能的软件构架。采用网络协议和支持多媒体的需求因新兴应用的出现而融合在一起，而满足特定软件需求的商用软件还没有出台。由于Linux(r)在网络和PC设计领域被广泛认可，这是一个满足市场需求的理想选择。通用无线芯片组和以太网设备的设备驱动器在公众领域存在，以及Linux在PC市场的广泛认可，意味着利用模块硬件设计的PC外设和芯片组将可能从供应商或公众领域获得Linux 驱动软件。 同样重要的是，软件的灵活性要经得起未来的论证：要能支持新出现的A/V压缩标准、连接协议和信号处理算法。
虽然有针对网络和PC外设的大众驱动软件，但最佳的选择是高度集成的专业软件解决方案。它集成了优化专用处理器的设备驱动软件，无需专利费的内核和工具链，使软件开发团队专注于通过应用编码增加价值，而不是从大众领域获得大量驱动以保证其协同性。结合必要软件支持的集成通信处理器，为亚洲的系统设计人员提供必要的集成的代码库以加速产品上市时间。
这种处理器的一个代表就是IDT公司推出的 RC32434 Interprise(tm) 处理器，它为多媒体应用设计人员提供性能与灵活性的完美结合。RC32434处理器集成了一个MIPS 32位CPU核，一个DDR存储控制器和一个最多可支持6个外部主设备的PCI v2.2接口，可在最高为400MHz的频率下运行。另外，IDT的集成通信处理器集成了一个支持媒体独立接口(Media Independent Interface, MII)和简化MII （Reduced MII）标准的快速以太网接口，从而简化了网络连接。通用的MIPS架构得到操作系统和其他开发工具的充分支持，IDT还提供了一个拥有设备驱动和应用支持的优化Linux操作系统，这个系统支持家庭网络应用的许多功能，包括MPEG-4、USB (1.1和2.0)、ATA和串行 ATA。
图2中所示的媒体适配器实例利用了RC32434集成通信处理器的片上以及网MAC来直接到有线的数字家庭网络，同时利用该器件的高性能PCU接口连接WLAN和多媒体解码器芯片组。高性能CPU内核提供了所需要的处理能力，即可运行所需要的网络协议（如TCP/IP、RTSP、RTP/RTCP、UPnP）在LAN和WAN一侧做为客户实现网络通信，又可为图形用户界面（GUI）和执行必需的操作系统保留足够的处理能力。此外，利用片上认证单元和存储在芯片上的受保护密钥，RC32434处理器可支持业界标准的DRM机制。
图2 媒体适配器系统框图

确保网络安全
在一个可实现多媒体的家庭网络中，存在两个明显的安全问题。第一个是保护家庭网络的数据免受来自网络外部的威胁。随着联网设备的增多，尤其对无线系统而言，对等式共享数据的保护变得比以往任何时间都重要。通过软件加速、集成专用硬件，以及补充系统控制处理器可以实现这个安全任务。在许多数据速率较低的媒体类型中，软件执行可以为许多应用提供足够的吞吐量，而硬件加速可能对网关本身更适合。网络数据加密是一个确定的问题，系统设计人员可以从硅片解决方案供应商提供的一系列解决方案中获益，包括拥有软件执行所需性能的高频率CPU，以及集成或提供硬件加速的产品。
随着多媒体家庭网络设备的出现和网上娱乐活动的兴起，一类新的安全问题也随之产生。要保证一个网络设备获准授权观看引入网络或所请求的数据流，数字版权管理（Digital Rights Management，DRM）是一个关键要求。在媒体适配器方面，DRM算法可以允许服务供应商确保客户只能收到他们支付费用的编程数据，并且可以被用于对这些数据的源控制。 同样的算法在媒体适配器方面可以阻止未授权的数据被刻录到碟片上。这个新问题可以通过软件和硬件执行方面的许多方式解决。一个典型的解决方式就是集成了鉴定单元（authentication unit，AU）的IDT RC32434处理器。结合了一列非易失随机存取存储器(NVRAM)和补充的逻辑单元，AU 为系统设计人员实现保护有价值数据流的DRM算法提供了多种选择。

未来的发展方向
标准化的特征和标准的完成可实现成本的降低和多媒体网络设备的商品化，并带来对家庭网络和宽带网络的带宽需求的进一步增长。对更高LAN和WAN带宽的支持会促进新标准的采用，但新增的带宽将导致新的挑战。随着更多的用户群（人和设备）在家中用到的视频、数据和语音流量的增加，要求数字家庭网络设备能提供确保用户对质量认可的丰富的服务和内容共享。
传递数据的新服务和方式引领了消费者在电子设备感知和使用方式上的巨变，数码产品本身也日益受到家庭网络上提供的越来越丰富的内容影响。数字家庭网络的发展已超越了基于PC间联网的基础数据共享，随着新设备的不断出现，分散了对共享的数字音频、数字视频和数据的存储和播放。数字家庭网络将更多的是一个服务于消费者令其生活更加方便、有效、有趣的相关联环境，而不是简单地把一个个设备连接在一起，从而可以使人们能在家中无缝地共享各个娱乐设备上的内容。
媒体适配器和媒体服务器开始重构PC机，将数字多媒体带入传统家庭娱乐设备。这类新设备的设计人员将获益于高性能的集成通信处理器，比如IDT所提供的产品，可以管理多芯片模块化架构、提供充足的CPU性能以适应不断出现的市场需求和不断发展的标准。设计人员如果可以利用现有的PC外设和补充的软件将PC的性能复制到分散的网络中，就可以实现最快的上市时间，站在代表家庭网络下一个重要阶段的令人兴奋、不断发展的网络化解决方案的最前沿。