近年來數位影像產品已逐漸普及於日常生活，不但可以增加人們在親子互動、友 誼傳遞等感情交流，同時使彼此之間的關係更加密切。目前市面上的數位相框產品僅 單純提供照片欣賞。
要擴大數位相框的多樣應用，必須增加其通訊功能，如能透過傳輸的媒介如通用 序列匯流排(Universal Serial Bus；USB[1])、WiFi、藍牙(Bluetooth)等，使用螢幕 媒體設備如數位相框(Digital Photo Frame;DPF)、數位相機(Digital Still
Camera;DSC)、個人數位助理(Personal Digital Assistant;PDA)等設備傳輸照片，讓 影像直接傳至另一個螢幕媒體設備上，達到多個螢幕媒體設備的連接(如圖 1.1)，更 進一步可做相關特效之處理。如此透過 USB 連接線將多個數位相框連結起來，後續自 動將照片由左至右方向依序傳輸至下一台數位相框，以達到影像動態傳輸的效果(如圖 1.2)。
USB Cable USB Cable
圖 1.1 多個螢幕媒體設備連接(經由 USB Cable)
USB Cable USB Cable
圖 1.2 多個螢幕媒體設備連接之特效
以下就數位相框之軟硬體設備架構分別說明如下。
1.1 數位相框之硬體架構
數位相框基本的硬體設備架構包括六個元件，逐一說明如下(如圖 1.3)。
(1) 直接記憶體存取控制器(Direct Memory Access Controller;DMA
Controller；如圖 1.3(a))是協助記憶體資料的搬移，可節省中央處理器 (Central Processing Unit；CPU)資源。
(2) JPEG 解碼器(JPEG Decoder；如圖 1.3(b))負責將 JPEG 檔案解壓縮成原始影 像資料(Raw data)。
(3) 影像顯示單元控制器(Image Display Unit Controller；IDU Controller；
如圖 1.3(c))負責將影像顯示至液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD) 螢幕上。
(4) 通用序列匯排流控制器(Universal Serial Bus Controller；USB
Controller；如圖 1.3(d))負責不同裝置之間的 USB 資料傳輸。數位相框可 扮演兩種角色，一種為 USB 主機端(USB Host)，主動式負責資料傳輸控制相 關流程，如數位相框連接 USB Storage Device(如隨身碟)，便可主動進行資 料存取；另一種為 USB 裝置端(USB Device)，被動式聽從 USB Host 控制，
如數位相框連接 PC，並由 PC 端主動存取資料。
(5) 記憶體(Memory；如圖 1.3(e))用來存放主程式，主程式可用來控制整體運作 流程。
(6) 尺寸縮放控制器(Scaler；如圖 1.3(f))負責可將原始影像資料以寬高非等比 例縮減大小。
DMA DMA DMA 1.3(e))後，使用 USB2.0 Controller(如圖 1.3(d))透過 DMA Controller
(如圖 1.3(a))將 JPEG 圖檔檔案依序多次搬移至記憶體。每當讀取 1MB 記憶體完成時，
JPEG Decoder(如圖 1.3(b))會使用 DMA 方式，將該記憶體上的 JPEG 檔案搬移至 JPEG Decoder 內，再轉換為原始影像資料(Raw Data)，且該 JPEG Decoder 僅支援將解析度 依 1/2 或 1/4 等比降低，故依該 LCD 解析(LCD Resolution : 480 x 234)選擇 1/4 等 比降低解析(Resolution : 1123 x 832)。每當 JPEG Decoder 解壓縮完 1MB 資料後，
也會使用 DMA 方式依序多次搬移至另一塊記憶體約 2MB 記憶體內(須大於 1123 x 832 x 2 Bytes;如圖 1.3(e))。待 JPEG Decoder 全部解完後，會得到一份原始影像資料，但 並未符合該 LCD 解析，故需使用 Scaler(如圖 1.3(f))來將原始影像資料依需求縮放至 LCD 解析，所以也使用 DMA 方式將原始影像資料搬至 Scaler 內作縮放後，再透過 DMA
搬至 IDU(如圖 1.3(c))，即可顯示至 LCD 上，則完成將影像顯示至 LCD 上。
1.2 數位相框之軟體架構
數位相框基本的軟體架構如圖 1.4 所示，以兩台數位相框為例，其中一台數位相 框為 USB Host[1][2]角色，另一台數位相框則為 USB Device[1]角色。首先介紹每層 架構部分，包括功能層(Function Layer)、裝置層(USB Device Layer)及裝置匯流介 面層(USB Bus Interface Layer)。
功能層(Function Layer；如圖 1.4(a))依據 USB Device 的類別，則 USB Host 及 USB Device 構成彼此做相對的功能處理的架構層。
裝置層(USB Device Layer；如圖 1.4(b))負責將相關資料與 USB 格式的資料 之間做轉換的架構層。
裝置匯流介面層(USB Bus Interface Layer；如圖 1.4(c))實際控制 USB 訊 號傳輸的架構層。
其次介紹 USB Host 部分，包括 USB 用戶軟體(Client Software)、USB 系統軟體 (USB System Software)及 USB 主機端控制器(USB Host Controller)。
USB 用戶軟體(Client Software；如圖 1.4(d))負責處理不同 USB 類別的應用。
USB 類別可分為人機介面類別(Human Interface Device; HID)及儲存類別 (Mass-Storage Device Class;MSDC)等，一般常見的 HID[3]類別為滑鼠、鍵 盤等設備；Mass-Storage[4][5][6][7]類別如 USB 隨身碟、USB 式硬碟等設 備。
USB 系統軟體(USB System Software；如圖 1.4(e))負責將上層 USB 用戶軟體 傳遞的資料轉換為 USB 格式的資料，並控制 USB 主機端控制器(USB Host Controller) 將相關資料傳遞至 USB Device。
USB 主機端控制器(USB Host Controller；如圖 1.4(f))負責 USB Host 端實 體資料傳輸。
最後介紹 USB Device 部分，包括功能模組(Function)、USB 邏輯裝置(USB Logical Device)及 USB 匯流介面(USB Bus Interface)，逐一說明如下。
功能模組(Function；如圖 1.4(i))負責處理 USB Device 端傳送及接收後的 資料，並依據不同 USB 類別進行相對應的處理。
USB 邏輯裝置(USB Logical Device；如圖 1.4(h))負責傳送及接收 USB Device 端的資料，其功能相當於 USB Host 端的 USB 系統軟體(如圖 1.4(e))。
USB 匯流介面(USB Bus Interface；如圖 1.4(g))，負責 USB Device 端實體 資料傳輸，其功能相當於 USB Host 端的 USB 主機控制器(如圖 1.4(f))。
根據第 1.1 節的架構，目前市面數位相框皆為單一螢幕顯示照片。如能透過相關 傳輸設備(如第 1.2 節描述之 USB)，讓多台數位相框彼此連接，可以達到多個畫面顯 示之功能。
本實作基於整體成本考量下，必須選用低成本的相關硬體，如 CPU(MIPS Clock 96MHz)、Memory(Clock 96MHz；8MB SDRAM)、JPEG Decoder(Clock 48MHz)，然而另外 必須考慮的限制是，近日數位相機的高解析度技術不斷提昇，影像檔案越來越大，效 能表現較有限制。
在上述相關限制下，若要考量提升整體效率，必須在軟體上做相對的調整。本實 作將兩台數位相框串聯，以第一台數位相框為主，將 JPEG 檔案解壓縮成原始影像資料 作為傳輸檔案，隨後將之直接顯示在第二台數位相框螢幕上，不需經過相關解壓縮過 程，可增加顯示的效率。本論文實作 USB 主機端(USB Host) 及 USB 裝置端(USB Device) 兩種角色的程式，並以自訂的協定來互相彼此溝通，以達到照片動態傳輸之 功能。最後實際測量該實作效能。
1.4 論文章節說明
本論文後續的章節架構說明如下。第二章為 USB 介紹，著重在敘述一般基本 USB 的知識，以讓讀者能了解 USB 的相關協定。第三章說明數位相框的傳輸機制，與此機 制中各程式的名稱與功用。第四章再詳細說明多個螢幕媒體設備傳輸照片之實作方 式。第五章進行多個螢幕媒體設備之效能評估。第六章為综合本論文的結論與未來展 望。