Die Multimedia-Engine
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
Flexible Medienschnittstellen
Ebenso steigt die Anzahl der zu unterstützenden Schnittstellen, Datenträger und Protokolle. Das CD-Laufwerk ist, getrieben von der Navigation, durch das DVD-Laufwerk abgelöst worden, während mittlerweile Festplatten die Anforderungen der Automobilelektronik erfüllen. Parallel dazu müssen Standardschnittstellen und ihre Medien-Träger wie PCMCIA für CompactFlash und MicroDrives, USB 1.2 und 2.0 sowie SD-Karten unterstützt werden. Über diese Schnittstellen werden nicht nur passive Datenträger wie USB-Sticks gelesen, sondern externe Geräte integriert und gesteuert. Beispiele hierfür sind der iPod mit seinen verschiedenen Generationen und Protokoll-Dialekten sowie PFS-Player (Plays-for-Sure), die auf MTP (Media Transport Protocol) basieren. Dies erfordert eine flexible und robuste Treiberarchitektur, die auch nicht vollständig kompatible Geräte sicher verwalten kann.
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Video und Mehrkanalton
Bereits die aktuelle Generation von Infotainment-Systemen weist hochauflösende TFT-Displays mit 800 x 480 Pixel auf, die eine Kartendarstellung hoher Qualität im Rahmen der Navigationsapplikation ermöglichen. Das Display soll aber, speziell bei RSE-Systemen (Rear Seat Entertainment) auch für die Video-Darstellung genutzt werden.
Im Vergleich zur Verarbeitung von MP3-Strömen (64 kbit/s – 192 kbit/s) erfordern Video-Formate wie DVD deutlich höhere Bandbreiten bis
10 Mbit/s – zunächst einmal für den Zugriff auf den Datenträger und dann erneut für die Übergabe an einen externen DSP-Decoder. Das gleiche gilt für hochwertigen Mehrkanal-Ton wie DVD-Audio. Während dies für moderne PC-Architekturen keine größere Herausforderung darstellt, sind bei CPUs für eingebettete Systeme Bandbreite und CPU-Durchsatz stark limitiert: Unter Berücksichtigung der erheblichen Grundlast von CPU und Systembussen – hierzu gehören vor allem Zugriff und Aufbereitung von Navigationskartendaten und die Anbindung des Grafik-Controllers – sowie der CPU-Interrupt-Last wird deutlich, dass für eine embedded-taugliche Multimedia-Architektur effiziente Verwaltung und Kontrolle mehrerer, paralleler Multimedia-Datenströme eine zentrale Anforderung darstellen.
Für die Decodierung hochkomprimierter Video- und Mehrkanalaudio-Ströme im MPEG2- und MPEG4-Format wird eine erhebliche Rechenleistung von 500 bis 1000 MIPS benötigt. Die CPU-Leistung der heute in Infotainment-Systemen eingesetzten CPUs liegt im Bereich von 200 bis 800 MIPS (Mega-Instructions Per Second), wovon unter Berücksichtigung anderer rechenintensiver Applikationen wie Routenberechnung und Kartenaufbereitung für den Multimedia-Bereich ein CPU-Budget von 50 bis 100 MIPS zur Verfügung steht. Damit wird klar, dass bis zur Verfügbarkeit von deutlich leistungsfähigeren, automotive-tauglichen Mehrkern-CPUs die Decodierung von Video-Strömen und Mehrkanal-Audio-Strömen auf einen DSP oder dedizierten DVD-Decoder ausgelagert werden muss, was von der Multimedia-Middleware zu unterstützen ist.
Ent- und Verschlüsselung
Medien-Inhalte auf DVD-Video und DVD-Audio liegen heute meist in verschlüsselter Form vor. Beim Zugriff auf DVD-Video-Medien müssen Audio- und Videoströme zunächst nach dem CSS-Verfahren (Content Scrambling System) entschlüsselt werden. Das gleiche gilt für den Zugriff auf DVD-Audio-Medien. Hier findet das CPPM-Verfahren Anwendung (Copy-Protection of Prerecorded Media). CSS und CPPM sind rechenintensive Verfahren, die sich zur Auslagerung auf externe Hardware-Beschleuniger wie FPGAs oder DSPs eignen. Aus Applikationssicht stellt sich die Entschlüsselung als transparente Unterfunktion des ATAPI-Treibers oder anderer Geräte-Treiber dar, was allerdings eine vertiefte Zusammenarbeit zwischen Betriebssystem- beziehungsweise Treiberhersteller und Systemarchitekt voraussetzt.
Um eine durchgängige, digitale Lösung der entschlüsselten und decodierten Audio-Ströme zu ermöglichen, werden diese als PCM-Daten zum extern angeordneten Audio-Verstärker, etwa über den MOST-Bus (Media Oriented Systems Transport [3]) übertragen. Um diese Strecke im Sinne eines Kopierschutzes abzusichern, ist zumindest bei Mehrkanal-Audio eine erneute Verschlüsselung des decodierten Signals erforderlich. Hierzu dient das DTCP-Verfahren (Digital Transmission Content Protection), welches ebenfalls zur Entlastung der CPU auf einem DSP implementiert wird. Alle genannten Algorithmen erfordern komplexe Szenarien zur Verwaltung der Schlüssel und deren Austausch, beispielsweise als Challenge/Response-Verfahren mit dem externen Verstärker. Dieser Schlüsselaustausch erfolgt bei jedem neuen Medium oder Titel.
Neue Benutzerszenarien
Während in früheren Geräte-Generationen sich der Multimedia-Bereich auf das Abspielen von Medien beschränkte, wird in aktuellen Systemen das Recording oder Ripping auch im mobilen Umfeld gefordert. Quellen hierfür sind das CD- oder DVD-Laufwerk sowie der Radio-Tuner oder das Telefon. Senke ist die verbaute Fest-platte mit einer eigenen Multimedia-Partition von 10 bis 30 Gbyte. Wichtige Kenngrößen hierbei sind die Qualität oder die Bitrate des encodierten Audio-Stroms, der Platzbedarf und die Ripping-Geschwindigkeit. Rip-and-Play erlaubt dabei das Decodieren und Abspielen des bereits encodierten Anteils des Audio-Stroms, während der Ripping-Vorgang noch läuft. Dies setzt eine flexible Koppelung von Encoder- und Decoder-Komponenten in der Multimedia-Middleware voraus.
- Die Multimedia-Engine
- Literatur:
- Verarbeitung von Medien-Strömen
- Medien-Datenbank und Metadaten
- Flexible Medienschnittstellen
