无线高清渐行渐近，WirelessHD 1.1全面解析
- 来源:微型计算机
- 关键字:数码
- 发布时间:2010-07-28 10:48
E 时代带给大家便利的同时，也带来了繁杂的线缆。面对PC、数字家电身后如蜘蛛网般的各种线缆，摆脱线缆的束缚实现全高清信号的传输，成为用户追求的梦想。随着无线高清联盟(The WirelessHD Consortium)在2 010年5月11日正式公布新一代无线高清标准WirelessHD 1.1，让梦想又离现实近了一步。
群雄并起，目前全高清传输标准概况
蓝牙传输虽然“龟速”，但却给手机、耳机用户以极大的方便，让用户无需连接线缆就能传输小文件或欣赏音乐。Wi-Fi亦是有名的无线典型应用，通过WLAN的连接让用户无需在PC与PC、屋与屋之间布设双绞线就能实现文件共享或多机上网。但它们却难以满足无损高清信号的传输需求。
为此，新一代的高清数据传输技术层出不穷。目前正热门的IEEE 802.11n新标准，在各种有损高压缩技术的支持下，已能满足压缩720P/1080P高清信号的传输需求，但多年来试图通过有线乃至无线方式无损无压缩的传输影音信号才是用户的终极愿望。低带宽下的有损数字信号传输，要么会影响画质，要么会因延迟而让传输效果捉襟见肘。
有线高清传输方案在这方面率先获得突破。已经广泛应用的HDMI1.3a标准带宽从165MHz/4.95Gbps提高到了340MHz/10.2Gbps。最新的HDMI 1.4标准则整合以太网通道和音频返回通道，支持通用3D格式和分辨率，最高可同时传送两条1080P分辨率的3D视频流。可支持4K×2K(包含3840×2160或4096×2160)特高清信号传输，四倍于目前的1080P。
在DisplayPort(简称DP)技术方面，新的DP 1.2标准比前代DP 1.1a标准传输率提高了一倍(从10.8Gbps提升至21.6Gbps)，可以极大提升设备的显示分辨率、色深、刷新率、多显能力。这让DP 1.2可以支持全高清120Hz 3D立体显示、4K×2K分辨率、更高色彩范围。
有线高清标准为无线高清标准树立了标杆。在无线高清标准方面，WHDI(Wi reless Home DigitalI nt e r f a c e，无线HDMI )是先行者之一。其基于5GHz频段，频宽占用约为20MHz(1080i /720P)/40MHz(1080P)，可支持最高3Gbps的视频数据传输速率，有效传输距离可达30米，信号可穿透墙壁。但其速率仍不能完全的满足无压缩传输全高清(1080P)视频的需求。
WirelessHD(简称WirelessHD，下文同)则是另一种倍受关注的无线高清标准。WirelessHD联盟成立于2005年，是首个针对消费电子、个人计算和移动设备无线影音应用的60GHz标准组织。WirelessHD通过60GHz毫米波波段进行数据传输，传输距离可达10米，WirelessHD 1.0标准的最高传输速率为4～5Gbps。其传输速率已可和有线HDMI 1.2标准相媲美，能实现无损无压缩的全高清视频(1080P)传输。
媲美有线高清，WirelessHD 1.1技术全面解析新的WirelessHD 1.1标准向下兼容1.0版标准。虽然无线高清联盟并没有详细的公开新一代无线高清标准WirelessHD 1.1的技术特点，但我们通过对其技术特点逐一剖析，仍能达到全面的认识该技术的目的。
1.优化的架构，更高的速度
做为毫米波(毫米波指波长1～10毫米的电磁波，频率范围300GHz～30GHz)无线传输技术的代表，WirelessHD 1.0已能打动人心，但要在竞争激烈的高清传输市场中脱颖而出，更先进的标准仍是决定消费者取向与天平倾向的重要因素。为此，在WirelessHD 1.0标准的基础上，WirelessHD 1.1具备优化的架构，在A/V流传输、文件传送中可处理Gb级别数据率，同时连接功耗更低；最高数据传输率可达10～28Gbps，可更好的满足更高分辨率、更深色彩、更高帧率、更高数据传输率等未来高清应用需求的需要。
10～28Gbps的数据传输率，就算对现有主流有线高清传输标准来说，这也是可以傲视群雄的速率。WirelessHD 1.1之所以能达到这样的数据传输率，与毫米波极宽的带宽特性不无相关。大家知道，在毫米波频率范围内可实现近270GHz的带宽。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只使用四个主要“大气窗口(大气窗口是指大气衰减不严重的毫米波波段)”其总带宽也可达135GHz，5倍于其它微波波段带宽之和。而WirelessHD使用的频率为60GHz，它的免授权频带在57GHz～66GHz之间，分为四个频道(信道)，其起始截止频率分别为：57.240GHz～59.400GHz(1信道)、59.400GHz～61.560GHz(2信道)、62.560 GHz～63.720GHz(3信道)、63.720GHz～65.880GHz(4信道)，在这样宽的频带支持下，毫米波无线传输技术不想实现高速传输都难。
在架构方面，为了更好地应对不同无线传输应用需求，Wi relessHD在PHY层定义了两种传输架构，一为HRP(High ratePHY，高速数据传输)，一为LRP(Low rate PHY，低速数据传输)。HRP主要以高数据率传输HD图像，而LRP可主要用于传输设备间的控制信号或低速率信号传输。
对于需求较高的用户或在点对点传输应用的场合，就优先使用HRP高速数据传输方案，可轻松实现Gbps级的数据传输应用。并且，在WirelessHD 1.1中无线高清联盟对该架构进一步做了优化，通过更智能的波束成形、波束定向技术和算法，增加系统容量、优化客户端连接改善无线客户端的接入性能，可更好实现客户端的负载均衡，让WirelessHD标准可轻松达到10Gbps级别的传输速率，满足未压缩高清的视频传输的需求。而且，可以相信的是，在必要的情况，WirelessHD亦可利用流行的双频捆绑、MIMO等传输增强技术来获得更高或更稳定的传输速率。如果同时出现两个全高清设备(如电视和投影机)共同传输信号，那它们还可分享带宽。
LRP低速数据传输是为更好地满足点对多点传输需求设定的方案，其能提供Mbps等级乃至Gbps等级的传输速率，以达到WVAN广播类数据业务传输的需求，也能更好的通过降低能耗来满足常见低需求数据传输或音频和MAC层命令集的传送需求，使WirelessHD能做到性能和效能、能效兼顾，这与移动CPU常备的频率自动调整技术异曲同工。
并且， 无线高清联盟在Wi r elessHD 1.1中进一步增强了对视频技术的支持，新增了对数据业务的支持，可利用其更宽的网络带宽实现对数据业务的更大化支持，使Wi r eles sHD能更好地满足WVAN(无线视域网)和WPAN(无线个域网) 用户的需求。这让WirelessHD 1.1值得关注。
2.支持4K分辨率，迈向特高清影音技术的发展如浩瀚宇宙一样，难以找到止境。如果嫌Wi r e l e s sHD 1.1给出的10～28Gbps数据传输率不够直观，那么WirelessHD 1.1支持4K分辨率，支持分辨率最高可达4096×2160，四倍于1080P可媲美主流的数字影院，则可更直观的让我们感受到这种进步。
众所周知，显示分辨率一直以来都是推动显示技术/显示设备、数据传输技术及设备向前发展的原动力之一。从QVGA、VGA、SVGA、XGA、720P，再到流行的1080P(1920×1080)，显示技术在不断提升。为了满足用户对清晰度无休止的追求，目前影院中使用的数字放映机大都具备2K(2048×1080)和4K(4096×2160)的分辨率。4K数字放映的图像质量已能全面超越35mm胶片放映的水平，能使观众欣赏到更具感染力和震撼力的画面。
从特高清技术发展的现状来看，国际电信联盟在其公开的ITU-R BT.1769建议书中明确了两种未来的特高清电视(UHDTV，Ult ra-high def initiontelevision)规格，这就是4K级像素的UHDTV1(3840×2160)和8K级像素的UHDTV2(7680×4320)。相比目前1K级的普通高清标准(1280×720)、2K级的全高清标准(1920×1080)，其进步是明显的。在分辨率上，4K级像素的UHDTV1(3840×2160)便能提供4倍于目前全高清标准的清晰度；而UHDTV2(7680×4320)更是能提供16倍于目前全高清标准的清晰度，这对于现有硬件解码、显示、传输技术来说是一种巨大的挑战。UHDTV2视频在未压缩时码率高达24Gbps，DP 1.2标准也不能完全满足该级别视频的未压缩传输需求，而WirelessHD 1.1最高支持28Gbps传输带宽，未雨绸缪的为这种未来传输标准做好了铺垫。
总之，虽然WirelessHD 1.1只宣称其已能满足4K级分辨率图像传输的需求，但如果其最高数据传输率真能达到28Gbps，那么满足8K分辨率视频传输需求也没问题。展示了毫米波技术强大的带宽拓展能力，值得拭目以待。
3.全面支持3D格式和分辨率
在《阿凡达》的推波助澜下，3D显示(立体显示)技术“忽如一夜春风来”迅速串红。3D显示作为极有应用前景的虚拟现实关键技术，可使人在虚拟世界里更有身临其境之感，可使各种模拟器的仿真更加逼真。而要想获得更逼真的3D显示效果，分辨率和带宽都是重要的因素，在环幕(环幕是一种能表现水平360度范围内全部景物的特殊形式电影，人站在圆形厅的中央被四周环绕的广阔画面包围，能产生极强的置身其中之感。)上看3D视频是一种效果，在IMAX矩形幕或球形幕影院看3D视频又是一种效果；在普通数字影院看3D视频是一种效果，在数字电视或显示器上看又分别是一种效果。但无论哪一种方案，分辨率和传输带宽都是实现这种应用的关键，低分辨率的3D图像和全高清的3D图像在画面宽度和沉浸感上可存在巨大差别。
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群雄并起，目前全高清传输标准概况
蓝牙传输虽然“龟速”，但却给手机、耳机用户以极大的方便，让用户无需连接线缆就能传输小文件或欣赏音乐。Wi-Fi亦是有名的无线典型应用，通过WLAN的连接让用户无需在PC与PC、屋与屋之间布设双绞线就能实现文件共享或多机上网。但它们却难以满足无损高清信号的传输需求。
为此，新一代的高清数据传输技术层出不穷。目前正热门的IEEE 802.11n新标准，在各种有损高压缩技术的支持下，已能满足压缩720P/1080P高清信号的传输需求，但多年来试图通过有线乃至无线方式无损无压缩的传输影音信号才是用户的终极愿望。低带宽下的有损数字信号传输，要么会影响画质，要么会因延迟而让传输效果捉襟见肘。
有线高清传输方案在这方面率先获得突破。已经广泛应用的HDMI1.3a标准带宽从165MHz/4.95Gbps提高到了340MHz/10.2Gbps。最新的HDMI 1.4标准则整合以太网通道和音频返回通道，支持通用3D格式和分辨率，最高可同时传送两条1080P分辨率的3D视频流。可支持4K×2K(包含3840×2160或4096×2160)特高清信号传输，四倍于目前的1080P。
在DisplayPort(简称DP)技术方面，新的DP 1.2标准比前代DP 1.1a标准传输率提高了一倍(从10.8Gbps提升至21.6Gbps)，可以极大提升设备的显示分辨率、色深、刷新率、多显能力。这让DP 1.2可以支持全高清120Hz 3D立体显示、4K×2K分辨率、更高色彩范围。
有线高清标准为无线高清标准树立了标杆。在无线高清标准方面，WHDI(Wi reless Home DigitalI nt e r f a c e，无线HDMI )是先行者之一。其基于5GHz频段，频宽占用约为20MHz(1080i /720P)/40MHz(1080P)，可支持最高3Gbps的视频数据传输速率，有效传输距离可达30米，信号可穿透墙壁。但其速率仍不能完全的满足无压缩传输全高清(1080P)视频的需求。
WirelessHD(简称WirelessHD，下文同)则是另一种倍受关注的无线高清标准。WirelessHD联盟成立于2005年，是首个针对消费电子、个人计算和移动设备无线影音应用的60GHz标准组织。WirelessHD通过60GHz毫米波波段进行数据传输，传输距离可达10米，WirelessHD 1.0标准的最高传输速率为4～5Gbps。其传输速率已可和有线HDMI 1.2标准相媲美，能实现无损无压缩的全高清视频(1080P)传输。
媲美有线高清，WirelessHD 1.1技术全面解析新的WirelessHD 1.1标准向下兼容1.0版标准。虽然无线高清联盟并没有详细的公开新一代无线高清标准WirelessHD 1.1的技术特点，但我们通过对其技术特点逐一剖析，仍能达到全面的认识该技术的目的。
1.优化的架构，更高的速度
做为毫米波(毫米波指波长1～10毫米的电磁波，频率范围300GHz～30GHz)无线传输技术的代表，WirelessHD 1.0已能打动人心，但要在竞争激烈的高清传输市场中脱颖而出，更先进的标准仍是决定消费者取向与天平倾向的重要因素。为此，在WirelessHD 1.0标准的基础上，WirelessHD 1.1具备优化的架构，在A/V流传输、文件传送中可处理Gb级别数据率，同时连接功耗更低；最高数据传输率可达10～28Gbps，可更好的满足更高分辨率、更深色彩、更高帧率、更高数据传输率等未来高清应用需求的需要。
10～28Gbps的数据传输率，就算对现有主流有线高清传输标准来说，这也是可以傲视群雄的速率。WirelessHD 1.1之所以能达到这样的数据传输率，与毫米波极宽的带宽特性不无相关。大家知道，在毫米波频率范围内可实现近270GHz的带宽。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只使用四个主要“大气窗口(大气窗口是指大气衰减不严重的毫米波波段)”其总带宽也可达135GHz，5倍于其它微波波段带宽之和。而WirelessHD使用的频率为60GHz，它的免授权频带在57GHz～66GHz之间，分为四个频道(信道)，其起始截止频率分别为：57.240GHz～59.400GHz(1信道)、59.400GHz～61.560GHz(2信道)、62.560 GHz～63.720GHz(3信道)、63.720GHz～65.880GHz(4信道)，在这样宽的频带支持下，毫米波无线传输技术不想实现高速传输都难。
在架构方面，为了更好地应对不同无线传输应用需求，Wi relessHD在PHY层定义了两种传输架构，一为HRP(High ratePHY，高速数据传输)，一为LRP(Low rate PHY，低速数据传输)。HRP主要以高数据率传输HD图像，而LRP可主要用于传输设备间的控制信号或低速率信号传输。
对于需求较高的用户或在点对点传输应用的场合，就优先使用HRP高速数据传输方案，可轻松实现Gbps级的数据传输应用。并且，在WirelessHD 1.1中无线高清联盟对该架构进一步做了优化，通过更智能的波束成形、波束定向技术和算法，增加系统容量、优化客户端连接改善无线客户端的接入性能，可更好实现客户端的负载均衡，让WirelessHD标准可轻松达到10Gbps级别的传输速率，满足未压缩高清的视频传输的需求。而且，可以相信的是，在必要的情况，WirelessHD亦可利用流行的双频捆绑、MIMO等传输增强技术来获得更高或更稳定的传输速率。如果同时出现两个全高清设备(如电视和投影机)共同传输信号，那它们还可分享带宽。
LRP低速数据传输是为更好地满足点对多点传输需求设定的方案，其能提供Mbps等级乃至Gbps等级的传输速率，以达到WVAN广播类数据业务传输的需求，也能更好的通过降低能耗来满足常见低需求数据传输或音频和MAC层命令集的传送需求，使WirelessHD能做到性能和效能、能效兼顾，这与移动CPU常备的频率自动调整技术异曲同工。
并且， 无线高清联盟在Wi r elessHD 1.1中进一步增强了对视频技术的支持，新增了对数据业务的支持，可利用其更宽的网络带宽实现对数据业务的更大化支持，使Wi r eles sHD能更好地满足WVAN(无线视域网)和WPAN(无线个域网) 用户的需求。这让WirelessHD 1.1值得关注。
2.支持4K分辨率，迈向特高清影音技术的发展如浩瀚宇宙一样，难以找到止境。如果嫌Wi r e l e s sHD 1.1给出的10～28Gbps数据传输率不够直观，那么WirelessHD 1.1支持4K分辨率，支持分辨率最高可达4096×2160，四倍于1080P可媲美主流的数字影院，则可更直观的让我们感受到这种进步。
众所周知，显示分辨率一直以来都是推动显示技术/显示设备、数据传输技术及设备向前发展的原动力之一。从QVGA、VGA、SVGA、XGA、720P，再到流行的1080P(1920×1080)，显示技术在不断提升。为了满足用户对清晰度无休止的追求，目前影院中使用的数字放映机大都具备2K(2048×1080)和4K(4096×2160)的分辨率。4K数字放映的图像质量已能全面超越35mm胶片放映的水平，能使观众欣赏到更具感染力和震撼力的画面。
从特高清技术发展的现状来看，国际电信联盟在其公开的ITU-R BT.1769建议书中明确了两种未来的特高清电视(UHDTV，Ult ra-high def initiontelevision)规格，这就是4K级像素的UHDTV1(3840×2160)和8K级像素的UHDTV2(7680×4320)。相比目前1K级的普通高清标准(1280×720)、2K级的全高清标准(1920×1080)，其进步是明显的。在分辨率上，4K级像素的UHDTV1(3840×2160)便能提供4倍于目前全高清标准的清晰度；而UHDTV2(7680×4320)更是能提供16倍于目前全高清标准的清晰度，这对于现有硬件解码、显示、传输技术来说是一种巨大的挑战。UHDTV2视频在未压缩时码率高达24Gbps，DP 1.2标准也不能完全满足该级别视频的未压缩传输需求，而WirelessHD 1.1最高支持28Gbps传输带宽，未雨绸缪的为这种未来传输标准做好了铺垫。
总之，虽然WirelessHD 1.1只宣称其已能满足4K级分辨率图像传输的需求，但如果其最高数据传输率真能达到28Gbps，那么满足8K分辨率视频传输需求也没问题。展示了毫米波技术强大的带宽拓展能力，值得拭目以待。
3.全面支持3D格式和分辨率
在《阿凡达》的推波助澜下，3D显示(立体显示)技术“忽如一夜春风来”迅速串红。3D显示作为极有应用前景的虚拟现实关键技术，可使人在虚拟世界里更有身临其境之感，可使各种模拟器的仿真更加逼真。而要想获得更逼真的3D显示效果，分辨率和带宽都是重要的因素，在环幕(环幕是一种能表现水平360度范围内全部景物的特殊形式电影，人站在圆形厅的中央被四周环绕的广阔画面包围，能产生极强的置身其中之感。)上看3D视频是一种效果，在IMAX矩形幕或球形幕影院看3D视频又是一种效果；在普通数字影院看3D视频是一种效果，在数字电视或显示器上看又分别是一种效果。但无论哪一种方案，分辨率和传输带宽都是实现这种应用的关键，低分辨率的3D图像和全高清的3D图像在画面宽度和沉浸感上可存在巨大差别。
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