作者 | 海角
出品 | 焉知
摘要：
隨著汽車技術的不斷發展，車載娛樂系統的功能日益豐富，對音頻和視頻傳輸的要求也越來越高。Audio Video Bridging（AVB）和Automotive Audio Bus（A2B）作為兩種重要的車載通信技術，在車載娛樂系統中發揮著關鍵作用。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
在現代汽車中，車載娛樂系統已經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，從車輛監控攝像頭的影像傳輸到車聯網功能的實現，都離不開高效、可靠的通信技術。AVB 和 A2B 應運而生，它們針對車載環境的特殊需求，為音頻和視頻數據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傳輸音頻和視頻。它是作為交換式以太網網絡實現的，通過為 音頻和視頻流量預留一部分可用以太網帶寬，從而確保音頻和視頻數據能夠在網絡中穩定、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絡中能夠靈活地布置設備，適應不同的布局需求。
AVB 實現基于一系列 IEEE 標準，這些標準為 AVB 的規范運作提供了堅實的基礎。例如，根據最大延遲將流量優先級分為三類（A 類、B 類、C 類），這使得在網絡擁塞時能夠優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 在車載系統中的應用提供了硬件支持。
圖一 Audio Video Bridging（AVB）系統
（二）AVB 優缺點
優點
- 標準化優勢：由 IEEE 標準化協議（表一），這意味著任何供應商都可以遵循標準實現 AVB 堆棧。不同供應商的不同芯片組都有現成的 AVB 堆棧可供選擇，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成本。
- 多功能傳輸：支持音頻、視頻以及其他控制數據傳輸，能夠滿足車載娛樂系統多樣化的數據傳輸需求。例如，既可以傳輸音樂、電影等多媒體數據，也可以傳輸車輛控制指令等信息。
- 靈活轉換：可以作為網關以及協議轉換器，實現以太網到 CAN/LIN 及反之亦然的轉換。這使得 AVB 能夠在車載網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。
- 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，提高網絡資源利用率。
缺點
- 實施與集成挑戰：實施 AVB 堆棧軟件和將 AVB 堆棧集成到平臺的 IEEE 標準集較重，這需要開發人員具備較高的技術水平和豐富的經驗，增加了開發的復雜性和難度。
- 工具缺失：沒有集中的 GUI 工具用于完整的網絡配置 / AVB 流量可視化（目前尚不可用，即將推出），這給網絡的部署和調試帶來了不便，開發人員難以直觀地了解網絡運行狀態和流量分布情況。
- 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：在車載攝像頭系統中，AVB 能夠穩定地傳輸攝像頭拍攝的視頻數據，無論是用于倒車影像、行車記錄儀還是車輛周圍環境監測的攝像頭，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 的高帶寬和流量優先級控制能夠保證視頻播放的流暢性，避免出現卡頓、延遲等現象，提供優質的視頻觀看體驗。
- OTA 與網關（當用作 TSN 時）：在車聯網的 OTA（空中下載）更新功能中，AVB 可以作為可靠的傳輸通道，將更新數據快速、準確地傳輸到車載系統的各個部分。當作為網關并應用 TSN 技術時，能夠在不同網絡之間進行高效的數據交換和整合，保障車內網絡的互聯互通和協同工作。
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點連接到子節點。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。主節點可以訪問所有子節點以及連接到子節點的外設，這為音頻系統的集中控制和管理提供了便利。
子節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，這降低了子節點的成本和復雜性。子節點可以與主時鐘同步，并且從主節點到子節點有確定性的時間延遲，這對于音頻傳輸的同步性和穩定性非常重要，能夠確保多聲道音頻的準確播放。此外，子節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 優缺點
優點
- 低開銷：沒有 IEEE 標準的開銷，相比于 AVB，A2B 在協議的復雜性和資源占用方面具有優勢，能夠更高效地利用系統資源。
- 易于集成：A2B 堆棧容易在 RTOS、Linux 和 QNX 等常見操作系統上集成，降低了開發難度，縮短了開發周期，使汽車制造商能夠更快地將 A2B 技術應用到車載音頻系統中。
- 網絡診斷支持：A2B 支持網絡總線診斷，能夠及時發現網絡中的故障和問題，便于維護和維修，提高了車載音頻系統的可靠性和可維護性。
- 成本與重量優勢：電纜重量和成本顯著降低，這對于汽車行業來說非常重要，能夠減輕車輛重量，降低生產成本，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據的傳輸需求，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，提高系統的響應速度。
- 靈活控制：主節點對子節點的 GPIO 控制距離較遠，并且使用 GUI（Sigma Studio）工具可以靈活設計 A2B 網絡拓撲，方便工程師根據不同的車型和音頻系統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，如高清視頻傳輸等。
（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、傳感器數據：對于一些輕量級的應用控制數據和傳感器數據傳輸，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據采集和傳輸，如溫度傳感器、濕度傳感器等數據可以通過 A2B 進行傳輸。
- 語音應用：在車載語音控制系統中，A2B 可以穩定地傳輸語音數據，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：對于一些數據量較小的 OTA 更新，如音頻系統軟件的更新等，A2B 能夠勝任，以較低的成本和資源消耗實現車載音頻系統的遠程升級。
圖三 A2B節點互聯
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生器，增加了 BOM 成本；A2B 子節點不需要微控制器，在硬件成本上具有一定優勢。
應用側重：AVB 側重于視頻傳輸、攝像頭應用以及作為網關在車聯網中的應用；A2B 主要專注于車載音頻傳輸以及一些輕量級數據的傳輸和控制。
（二）互補
在車載娛樂系統中，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、復雜的車聯網數據交互以及對帶寬要求較高的應用場景，AVB 能夠發揮其優勢；而對于音頻傳輸、輕量級的控制和傳感器數據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絡的高速數據交換，A2B 則專注于音頻系統的構建和一些簡單的車內傳感器數據傳輸，兩者協同工作，共同構建一個高效、穩定、功能豐富的車載娛樂通信系統。
五、結論
Audio Video Bridging（AVB）和Automotive Audio Bus（A2B）在車載娛樂系統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勢，在視頻相關應用和車聯網領域占據重要地位；A2B 則以其低開銷、易于集成和成本優勢在音頻傳輸和輕量級數據應用中表現出色。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，為駕乘人員帶來更加豐富和優質的車內體驗。隨著汽車技術的不斷發展，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發揮重要的影響力，推動車載娛樂系統向著更高的性能和更多樣化的功能方向發展。
