Full HD訊號無線傳輸

jacky002

【文．圖╱S.Roach】

0 O3 [) u4 e$ |/ o. W" I解決高畫質顯示設備佈線困擾
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在數位家庭時代，想必許多讀者家中已是一堆數位電視、數位錄放影機等影音設備，要如何分享這些資訊，也是相當麻煩的問題。已經有廠商想出了終極解決方案，用無線方式連結各種數位影音設備，而且一口氣直達Full HD領域，具備1080i的解析度。

電腦已經成為現代人家中的必備設備，許多人還不只一台，當電腦一多，周邊設備堆得到處都是，就需要努力解決連線問題。到目前為止，重度使用者的最佳需求，還是以實體網路線連結各種數位機器，分享檔案、連結印表機，大部分都是使用Category 5，俗稱「貓五」的CAT5線，由於這種線說不上細，要佈置到整間房子，需要一點功夫才不會搞得到處都是零亂線材。
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無線網路架設簡單

# M8 V- w/ M7 n802.11是現在無線網路的主流，但頻寬比不上有線網路，要傳遞影片檔案沒問題，即時傳遞多組影像信號就可能出現畫面延遲
& ~# [, Q  Z2 b3 j7 Q5 f, ^大多數輕度使用者，依賴的是無線網路802.11，除了無線網路設備越來越便宜，最重要的是架設簡單。只要一個基地台，就可以讓許多設備分享資訊，避開電線的糾纏。但802.11的頻寬有限，隨便一條實體網路線都有100Mbps，肯花錢投資的使用者，甚至可買 1000Mbps的設備，而這些網路設備距離未來的所有應用，例如數位影像網路化還是有遺憾之處。
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; J; m+ U3 R7 A4 a0 y; l& r對於數位影像來說，這幾年是很重要的時機，繼音樂從類比轉成數位之後，影像也紛紛數位化。從數位電視的開播、數位電視機的銷售可見端倪，而且是在短短幾年間就推向全面HD化，以1080p為目標。什麼是1080p？，就是電視畫面上有1080條掃瞄線，而且還是逐行掃瞄，不是720i那種跳行掃瞄令螢幕會閃的方法。
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影像HD化的好處，真的是看一眼就知道，但代價是資訊量變得超級大，不但要儲存的影片資訊動輒數十GB，而且訊號源與電視之間的傳輸頻寬更是要Gbps等級以上才行。這數字以現在的科技來說並不困難，所以我們有HDMI傳輸線，才推出立刻變成高級影音設備的象徵，甚至一些高級NB也裝上 HDMI。但有些人家中不止一個螢幕，也許有兩台電視、三台電腦，而且擺得有點遠，他們希望不論用哪一台機器，都可以看到同一部影片，這就有點困擾了。

數位信號線材的長度限制
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古人是怎麼處理這件事的呢？簡單來說就是用錄影帶存資料搬來搬去，比較不講究的則利用信號線拉過門、穿過牆，把一條第四台電視線拉十幾公尺，就可以連接第二台電視，這方法現在來說實在太不合用了。首先，傳統的類比信號可以一直拉長，最多就是影像品質越來越糟，等到林志玲長得像澎恰恰時，你就知道電線太長了。但是數位信號不能這樣，只要信號衰減超過一個程度，就不能提供足夠的頻寬。第二，目前的數位資訊幾乎都是透過點對點進行傳輸，如果一台 DVR要連接4台電視就得4條線，這不是很友善的設計，還是無線比較好用。

以目前的家用無線技術來說，IEEE 802.11g佔據大部分市場，當然也有些人使用3G手機上網，不過仍算是少數。802.11g加上各廠商奇怪的獨門改進，可以提供54Mbps起跳的頻寬，實際上雖然會被打折扣，但傳遞數位電視信號絕對沒問題，不過畫質普普，而且最重要的是，傳遞的是壓縮過的數位資訊，而非準備顯示在電視畫面的資料。

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HDMI是現在高畫質數位影像設備的標準傳輸介面，市售電視要能看1080p HDTV，認明這規格就對了(圖片來源：HDMI.org)

7 K/ \8 Y& G% Q* R$ p& N影像訊號需要即時傳輸

, V/ V, l4 V4 y4 P這是完全不一樣的東西，你在看網頁時，對方網站傳到電腦上的是數位資訊，基本是一個文字檔，但是你的電腦會把這些資料解釋成傳輸到螢幕的控制信號，用以操作電腦螢幕。這兩者相差很多，前者檔案可大可小，也許要不斷傳送，或是只有傳一次，而後者卻是從開機後，必須以每秒固定速度不斷從電腦傳輸到螢幕。在絕大多數情況下，後者的資料量遠大於前者，而且這是數位電視才有的狀況，傳統的類比電視，如果只計算一個頻道，那麼電視台傳送到調諧器，跟調諧器傳送到螢幕的資訊量其實一樣多。
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所以，無線傳輸技術要將訊號源跟電視之間無線化，指的是用來驅動螢幕的信號，像電腦跟LCD之間的傳輸線，而不是電腦跟ADSL相連的網路線。這必須分得很清楚，因為會牽扯到嚴重的成本問題。讀者不妨想想，如果要花一萬元買無線設備，才可以將電腦的顯示信號傳送到電視機；而另一種選擇是花一萬多元買台廉價電腦跟電視放在一起，用現成的無線設備傳輸影片檔，再用廉價電腦直接在電視播放影片，你會選哪一種？相信很多人會選後者，這樣有需要時還多了一台電腦可以使用。

廠商砸大筆鈔票進行研發前，一定會先問自己，這技術是要賣給誰。這問題如果問筆者，我一定會說，就是電腦硬碟中影片很多，而且電腦又不放在客廳，卻需要允許直接傳送影片到電視的使用者。至於開發這些技術的廠商，他們則認為這技術的主要應用是搭配DVR(數位錄影機)，將錄好的數位電視傳送到家中各台液晶電視，或是手機等可以觀看節目的裝置；甚至考慮到IPTV的延伸，未來的有線電視一定是經由IP網路進入家中，而在家庭內要如何分享到各個電視機，無線技術是個不錯的解決之道。
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所以，這項技術的主要市場是以無線方式在家中傳遞影音信號，基本上就是要做到3Gbps，才能夠達到1080p解析度。美國許多新興公司已投入這個市場，而且有些技術看來頗為可行，包括了在5GHz頻譜工作的WHDI無線技術、作為無線USB核心的UWB技術、以及60GHz的瘋狂解決方案。

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- f+ s( B, Y" G/ s& ^8 XWHDI想用無線方式，將所有信號源都傳遞到高解析電視機(圖片來源：http://news.digitaltrends.com/featured_article71.html)

3 d  _$ O- u) F4 m3 KWHDI無線高解析介面

& \9 y( W+ `( Q+ q5 D比較有希望的，應該是號稱無線無壓縮的HDTV信號：WHDI (Wireless High Definition Interface，無線高解析介面)，如同字面所述，就是要將發燒迷視為必需品的HDMI介面無線化，而且不壓縮直接傳遞數位信號。無線的技術看多了，你會瞭解到，由於無線傳輸不安全，無線設備開發商都會假設使用者以加密或壓縮方式傳送數據，像是我們最常用的Wi-Fi、藍牙與GSM手機通信，通通都有加密功能；但是至今幾乎視訊設備皆只用加密，而不以壓縮方式傳遞資料，主要的考量應該是頻寬與延遲的問題。
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- C! e1 L: G2 p7 p+ a- c但是，要用無線方式傳遞不壓縮的HDTV資料實在是太「殺」了，一個沒有壓縮過的1080p頻道，需要至少3Gps頻寬，而差一點的 720p與1080i，則在1.5Gbps左右。3Gbps有多大呢？大約是每秒300MB的資料量，15秒傳遞完成一張DVD光碟片。有線傳輸都很難做到，在無線上的挑戰當然更大。

  h0 X8 [( a0 a7 e3 bWHDI是一個非常創新的技術，工作在免授權的5GHz頻道；常用的Wi-Fi也是工作在免授權頻道，不過是較低的2.4GHz。從一些數據來看，可以發現WHDI搞了不少新花樣，2.4GHz的802.11b只能做到11Mbps，還沒定案的802.11n是248Mbps，為什麼 WHDI將工作頻率提升到約兩倍的5GHz時，卻可以提供十幾倍的3Gbps？WHDI表示，他們採用了專為視訊信號設計的工作方式，說穿了就是WHDI 的傳遞方式雖然造成資料損失，但他們控制在難以察覺之處，用此代價換得較高的傳輸率。
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$ w9 l6 L( n2 Q( {忽略細微誤差換取順暢頻寬
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" E. e8 {% R! I一般的無線技術，在傳遞時對所有資料都是一視同仁，保證能夠正確傳輸，當你傳Word檔案給老闆，絕對是每個字都正確無誤的進行傳遞，不會有小標題容易錯，大標題一定正確這種狀況。老實說，就算Wi-Fi無線網卡想偷雞摸狗少傳一個位元的資料，它也不知道哪些資料可以摸魚，而哪些是一定不能省略。但是WHDI就不同啦，既然擺明是要傳遞螢幕資訊，那就好處理了，對於一張電腦所顯示的彩色畫面來說，每個畫素都包含三個位元組資訊(紅、藍、綠分別八位元)，偶爾省掉不重要的位元是看不出來的，而且就算靜態圖片看得出來，每秒六十張畫面更動的情況下根本無法辨識。

" l5 M% }" L6 M9 N/ y根據WHDI的說法，他們對於不同位置的位元，在傳送時給予不同程度的保護，最重要的保證不出錯，而最不重要的位元，就不深入討論了。這方法看起來是沒問題，而根據他們發表的文件，利用4X5MIMO技術，可以傳遞1080p影片長達30公尺之遙，至於實際工作時對畫質的影響，這就得所見為真，實際看過才能知道。

# i  @0 `+ a7 D! ?此技術中最重要的改進，是他們並非壓縮資料，而是修改目前無線通訊中的信號處理方式，所以開發晶片時的成本與現有產品差不多，不需額外開發昂貴的即時資料壓縮晶片，可以降低產品售價，而且因為沒有即時壓縮資料，所以信號傳遞幾乎沒有延遲，畫面反應提升到最快，對於遊戲玩家是一大福音。

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一樣是無線信號，在無線基地台AP到電腦間傳遞的是原始數位信號，例如一個影片檔案；而在PC與LCD TV中間，傳遞的是影像信號，此資料會持續傳送，不斷更新螢幕畫面。前者可以用Wi-Fi無線網路，而後者是目前要解決的難題

UWB超寬頻通訊技術
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3 q' w% g% K% E, W4 _WHDI的方法其實有些投機，相比之下，最老實的是以UWB為基礎所開發之技術。其以現有的技術，在「正常」的思維下做到最好以應付需求。號稱是無線USB (WUSB)與下一代藍牙(Bluetooth)共同救星的UWB (Ultra Wide Band，超寬頻通訊)，也是受到許多人的期待，UWB是由WiMEDIA聯盟所推出，將通訊信號分散在高於500MHz的頻寬內，許多通道一起工作，可以同時傳遞相當多的資料，UWB的傳輸量在30公分以內時高達480Mbps甚或更驚人，但一旦距離拉遠會以非常快的速度下降。
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因為UWB的頻寬離3Gbps有點遙遠，目前在UWB上的努力，幾乎都是搭配壓縮技術一起進行。相比於WHDI放手讓不重要的資料傳輸錯誤不加理會，UWB就是相當傳統的處理方式，一個bit都不可以錯，尤其是壓縮過的資料，就算有容錯設計，一旦錯誤位元過多，所有資料將會無法解壓縮。

根據筆者收集的資訊，有兩間UWB技術開發公司宣稱他們已有解決方案，Wiquest的Wireless Digital Video (WiDV)，包含UWB無線技術，以及即時影音壓縮技術，號稱可以即時傳送高達1.037Mbps的信號，差不多是一個高解析電視畫面的信號，不過還不到1080i。另一個Tzero也差不多，UWB負責傳送，還要另外搭配來自Analog Devices的影像壓縮晶片。從這兩間公司的解決方案看來，單純要以UWB傳遞HDTV影音信號是很困難的，就算是頻寬問題有所改善，還是要如現在的網路技術，以即時壓縮方式降低對頻寬的需求。

60GHz無線傳輸技術

最後介紹的，是筆者認為相當瘋狂的60GHz無線技術。為什麼說這很瘋狂？因為其已經超過雷達與衛星通訊的頻率了，而一般這兩者技術由於軍事力量在背後撐腰，都會是最先進的技術，一旦60GHz通訊真的變成消費性電子設備，那距離人手一台雷達的日子也不遠了，說不定我們未來會看到駭客將無線基地台，改裝成雷達或Ku Band測速警示器哩。
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為什麼挑60GHz？這問題的答案與為什麼Wi-Fi要使用2.4GHz一樣，因為無線電信號會相互干擾，所以必須預先協議哪些頻率只能給誰使用，像有些頻率專屬電視台，而有些則是給廣播電台。某些開放使用不需要註冊的稱為ISM頻道，ISM規定了幾個頻率，像是著名的2.4GHz、 WHDI使用的5GHz，與現在介紹的60GHz，所以廠商才會挑選這個頻率。

4 j, g9 G+ Z4 O2 U; ~  s1 f我們不用管60GHz無線通信有多難設計，從它已經可以當作雷達使用，就知道這東西一點都不簡單。而且很有趣的一點是，60GHz拿來當無線通信時，會有像雷達一樣的指向性問題，就是天線往那邊瞄準，就跟那邊的設備通信，代表使用者操作此設備前，還得先正確瞄準才可使用。據估計，屆時應該是跟相位陣列雷達一樣，用許多天線操作無線電波，藉以控制無線電波的前進方向。

對60GHz有興趣的廠商也不少，LG、Samsung、Panasonic、NEC、Sony與TOSHIBA甚至組成了 WirelessHD聯盟，而且已經發佈了第一版規格書，目的就是做到上述在10公尺的範圍內，以60GHz的無線電波傳送5Gbps的資料頻寬，藉此將未壓縮的1080p畫面傳送到電視顯示。

預計今年展示實際工作成果
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  d5 a! n3 Y. D( }; b/ E我們介紹了三種傳送Full HD的無線技術，很巧的其等都宣稱要在2008年發佈重要進展，起碼要在一些展覽上展示實際工作成果，屆時應該會有完整的性能跟價位比較，以及更進一步的相關資訊披露。

Full HD無線傳輸技術比較表

技術名稱：WHDI
工作頻率：5GHz
" _6 t# m8 {- ]: F傳輸頻寬：3Gbps
2 R$ h2 t; a. U& X! v' W: Z資料完整：有損失
上市時間：已經開發晶片
缺點：資料有損失，對畫面有一定的影響
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技術名稱：UWB
  q$ P* p; R, Z2 X0 k% K+ |工作頻率：規格未定，可能在 3~10GHz之間
- j) A) p7 N3 K& _* t傳輸頻寬：1Gbps
) _6 {$ O0 b; H資料完整：無損失
上市時間：已經開發晶片
缺點：無法傳遞1080p影像畫面

$ H; \! B3 G7 [& |! G7 T! H" M3 B技術名稱：60GHz
工作頻率：60GHz
傳輸頻寬：5Gbps
9 {9 l' y2 s, w6 |: q0 N, K* @( A9 C資料完整：無損失
上市時間：制訂中
缺點：有指向性，也許需要調整天線

- Z3 Q+ L8 h: D. O1 Q& k" y5 R* R【digitalhome 第104期2月號】

- V- G7 K: _% n8 D2 c/ N; TSource URL: http://mag.udn.com/mag/newsstand ... amp;f_ART_ID=109955

masonchung

WHDI
此技術中最重要的改進，是他們並非壓縮資料，而是修改目前無線通訊中的信號處理方式，所以開發晶片時的成本與現有產品差不多，不需額外開發昂貴的即時資料壓縮晶片，可以降低產品售價，而且因為沒有即時壓縮資料，所以信號傳遞幾乎沒有延遲，畫面反應提升到最快，對於遊戲玩家是一大福音。
. e$ W4 {7 a3 |6 L0 J; M$ r! o4 j沒錯 這種技術只能拿來玩遊戲,
2 A8 y2 d& F; T& c1 m% `  i" Q5 J遇到一般的HD,BD影片帶子就完全沒轍
1 j7 V, V. Z+ C6 h
3 R( f/ p  I2 g8 h0 D瘋狂的60GHz無線技術
2 t" E5 C. L: \這個跟本不用理會 有誰會把雷達這種高電磁波的家電買來殘害家人的阿

/ G2 n  L0 k9 [+ D$ g" s$ A[ 本帖最後由 masonchung 於 2008-2-23 10:18 PM 編輯 ]