作者 | 海角
出品 | 焉知
摘要：
隨著汽車技術的不斷發(fā)展，車載娛樂系統(tǒng)的功能日益豐富，對音頻和視頻傳輸?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，在車載娛樂系統(tǒng)中發(fā)揮著關鍵作用。本文將詳細介紹 AVB 和 A2B 的技術特點，包括高層概述、優(yōu)缺點以及適用應用等方面，通過對比分析，展示它們在車載娛樂系統(tǒng)通信中的獨特價值和相互補充的關系，為汽車電子領域的專業(yè)人士和相關愛好者提供深入了解這兩種技術的參考。
一、引言
在現(xiàn)代汽車中，車載娛樂系統(tǒng)已經(jīng)成為提升駕乘體驗的重要組成部分。從高清音頻播放到視頻流媒體服務，從車輛監(jiān)控攝像頭的影像傳輸?shù)杰嚶?lián)網(wǎng)功能的實現(xiàn)，都離不開高效、可靠的通信技術。AVB 和 A2B 應運而生，它們針對車載環(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)絡實現(xiàn)的，通過為 音頻和視頻流量預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)絡中穩(wěn)定、流暢地傳輸。其采用菊花鏈連接拓撲，并可與中間 AVB 橋接 / 點對點連接，這種拓撲結構使得在車載網(wǎng)絡中能夠靈活地布置設備，適應不同的布局需求。
AVB 實現(xiàn)基于一系列 IEEE 標準，這些標準為 AVB 的規(guī)范運作提供了堅實的基礎。例如，根據(jù)最大延遲將流量優(yōu)先級分為三類（A 類、B 類、C 類），這使得在網(wǎng)絡擁塞時能夠優(yōu)先保障對延遲敏感的音頻和視頻流量的傳輸。當完全轉向 TSN（時間敏感網(wǎng)絡）并限定為汽車配置文件時，還需要采用更多的標準，以進一步滿足汽車行業(yè)對可靠性、實時性等方面的嚴格要求。像 ADI 的 ADSP SC58x/59x 系列就支持 AVB 與 IEEE 標準，為 AVB 在車載系統(tǒng)中的應用提供了硬件支持。
圖一 Audio Video Bridging（AVB）系統(tǒng)
（二）AVB 優(yōu)缺點
優(yōu)點
- 標準化優(yōu)勢：由 IEEE 標準化協(xié)議（表一），這意味著任何供應商都可以遵循標準實現(xiàn) AVB 堆棧。不同供應商的不同芯片組都有現(xiàn)成的 AVB 堆?？晒┻x擇，這極大地促進了 AVB 技術在市場上的推廣和應用，降低了技術門檻和開發(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。
- 靈活轉換：可以作為網(wǎng)關以及協(xié)議轉換器，實現(xiàn)以太網(wǎng)到 CAN/LIN 及反之亦然的轉換。這使得 AVB 能夠在車載網(wǎng)絡中與其他不同類型的總線進行無縫對接，整合車內不同的電子系統(tǒng)。
- 可擴展帶寬：可擴展帶寬從 10Mbps 到 1000Mbps，能夠適應不同分辨率音頻和視頻以及不同應用場景對帶寬的需求。在高清視頻傳輸時，可以利用較高的帶寬確保視頻的流暢播放，而在一些對帶寬要求較低的音頻傳輸場景中，則可以適當降低帶寬使用，提高網(wǎng)絡資源利用率。
缺點
- 實施與集成挑戰(zhàn)：實施 AVB 堆棧軟件和將 AVB 堆棧集成到平臺的 IEEE 標準集較重，這需要開發(fā)人員具備較高的技術水平和豐富的經(jīng)驗，增加了開發(fā)的復雜性和難度。
- 工具缺失：沒有集中的 GUI 工具用于完整的網(wǎng)絡配置 / AVB 流量可視化（目前尚不可用，即將推出），這給網(wǎng)絡的部署和調試帶來了不便，開發(fā)人員難以直觀地了解網(wǎng)絡運行狀態(tài)和流量分布情況。
- 額外硬件需求：需要微控制器來運行 AVB 堆棧，并且需要額外的時鐘發(fā)生器來鎖定 PTP 恢復，這導致了額外的物料清單（BOM）成本，增加了系統(tǒng)的整體成本和復雜性。
（三）AVB 適用應用
- 攝像頭應用：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)測的攝像頭，都可以依靠 AVB 確保視頻的實時傳輸，為駕駛員提供準確的視覺信息。
- 視頻流：對于車內的視頻流服務，如后座乘客觀看在線視頻或本地視頻播放，AVB 的高帶寬和流量優(yōu)先級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)質的視頻觀看體驗。
- OTA 與網(wǎng)關（當用作 TSN 時）：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、準確地傳輸?shù)杰囕d系統(tǒng)的各個部分。當作為網(wǎng)關并應用 TSN 技術時，能夠在不同網(wǎng)絡之間進行高效的數(shù)據(jù)交換和整合，保障車內網(wǎng)絡的互聯(lián)互通和協(xié)同工作。
三、Automotive Audio Bus（A2B）
（一）A2B 概述
A2B 使用簡單的 UTP 線傳輸音頻，采用菊花鏈拓撲從主節(jié)點連接到子節(jié)點。這種拓撲結構使得布線簡單方便，能夠有效減少車內布線的復雜性。主節(jié)點可以訪問所有子節(jié)點以及連接到子節(jié)點的外設，這為音頻系統(tǒng)的集中控制和管理提供了便利。
子節(jié)點直接支持脈沖密度調制（PDM）支持的麥克風，無需主機微控制器，這降低了子節(jié)點的成本和復雜性。子節(jié)點可以與主時鐘同步，并且從主節(jié)點到子節(jié)點有確定性的時間延遲，這對于音頻傳輸?shù)耐叫院头€(wěn)定性非常重要，能夠確保多聲道音頻的準確播放。此外，子節(jié)點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
優(yōu)點
- 低開銷：沒有 IEEE 標準的開銷，相比于 AVB，A2B 在協(xié)議的復雜性和資源占用方面具有優(yōu)勢，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 技術應用到車載音頻系統(tǒng)中。
- 網(wǎng)絡診斷支持：A2B 支持網(wǎng)絡總線診斷，能夠及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中的故障和問題，便于維護和維修，提高了車載音頻系統(tǒng)的可靠性和可維護性。
- 成本與重量優(yōu)勢：電纜重量和成本顯著降低，這對于汽車行業(yè)來說非常重要，能夠減輕車輛重量，降低生產(chǎn)成本，同時減少布線對車內空間的占用。
- 多功能通信：A2B 還支持在同步總線上進行異步通信，適用于 OTA、診斷等應用，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)喚醒應用，這對于一些低功耗應用場景非常有用，能夠在需要時快速啟動相關設備，提高系統(tǒng)的響應速度。
- 靈活控制：主節(jié)點對子節(jié)點的 GPIO 控制距離較遠，并且使用 GUI（Sigma Studio）工具可以靈活設計 A2B 網(wǎng)絡拓撲，方便工程師根據(jù)不同的車型和音頻系統(tǒng)需求進行定制化設計。
缺點
- 帶寬限制：固定帶寬高達 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），這在一定程度上限制了 A2B 在高帶寬需求應用場景中的應用，如高清視頻傳輸?shù)取?/span>
（三）A2B 適用應用
- 收音機 / 音頻：A2B 最初的設計目標就是車載音頻傳輸，非常適合收音機音頻信號的傳輸以及車內多聲道音頻系統(tǒng)的構建，能夠確保音頻信號的高質量傳輸，為駕乘人員提供清晰、流暢的音樂體驗。
- 輕量級應用控制、傳感器數(shù)據(jù)：對于一些輕量級的應用控制數(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，例如車內一些簡單的傳感器數(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 進行傳輸。
- 語音應用：在車載語音控制系統(tǒng)中，A2B 可以穩(wěn)定地傳輸語音數(shù)據(jù)，確保語音識別的準確性和及時性，為語音交互功能提供可靠的通信保障。
- 輕量級 OTA：對于一些數(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現(xiàn)車載音頻系統(tǒng)的遠程升級。
圖三 A2B節(jié)點互聯(lián)
四、AVB 與 A2B 的對比與互補
（一）對比
標準與復雜性：AVB 基于 IEEE 標準，具有較高的標準化程度，但也帶來了實施和集成的復雜性；A2B 沒有 IEEE 標準的開銷，相對簡單易集成。
帶寬：AVB 可擴展帶寬從 10Mbps 到 1000Mbps，能夠適應高帶寬需求的應用；A2B 固定帶寬高達 50Mbps，適用于中低帶寬的音頻相關應用。
硬件需求：AVB 需要微控制器和額外的時鐘發(fā)生器，增加了 BOM 成本；A2B 子節(jié)點不需要微控制器，在硬件成本上具有一定優(yōu)勢。
應用側重：AVB 側重于視頻傳輸、攝像頭應用以及作為網(wǎng)關在車聯(lián)網(wǎng)中的應用；A2B 主要專注于車載音頻傳輸以及一些輕量級數(shù)據(jù)的傳輸和控制。
（二）互補
在車載娛樂系統(tǒng)中，AVB 和 A2B 并非相互替代的關系，而是具有很強的互補性。對于高清視頻流、復雜的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交互以及對帶寬要求較高的應用場景，AVB 能夠發(fā)揮其優(yōu)勢；而對于音頻傳輸、輕量級的控制和傳感器數(shù)據(jù)傳輸以及一些對成本和簡單性要求較高的場景，A2B 則是更好的選擇。例如，在一個高端的車載娛樂系統(tǒng)中，可以同時采用 AVB 和 A2B，AVB 負責視頻播放、攝像頭影像傳輸以及與外部網(wǎng)絡的高速數(shù)據(jù)交換，A2B 則專注于音頻系統(tǒng)的構建和一些簡單的車內傳感器數(shù)據(jù)傳輸，兩者協(xié)同工作，共同構建一個高效、穩(wěn)定、功能豐富的車載娛樂通信系統(tǒng)。
五、結論
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 憑借其標準化、高帶寬和多功能轉換等優(yōu)勢，在視頻相關應用和車聯(lián)網(wǎng)領域占據(jù)重要地位；A2B 則以其低開銷、易于集成和成本優(yōu)勢在音頻傳輸和輕量級數(shù)據(jù)應用中表現(xiàn)出色。通過合理地應用和整合這兩種技術，汽車制造商能夠構建出更加先進、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)質的車內體驗。隨著汽車技術的不斷發(fā)展，AVB 和 A2B 技術也將不斷演進和完善，在未來的車載通信領域繼續(xù)發(fā)揮重要的影響力，推動車載娛樂系統(tǒng)向著更高的性能和更多樣化的功能方向發(fā)展。
