基于數(shù)字多媒體芯片的移動(dòng)數(shù)字電視設(shè)計(jì)

張楓

[摘要]基于數(shù)字多媒體芯片的移動(dòng)數(shù)字電視是允許高品質(zhì)視頻音頻播放的便攜式多媒體播放平臺(tái)及高性能網(wǎng)絡(luò)信息終端，本文使用美國(guó)德州儀器公司的TMS320DM320芯片，基于T-DMB移動(dòng)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)數(shù)字電視系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)方案，該方案功耗較低，信號(hào)靈敏度高，有良好的市場(chǎng)價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]移動(dòng)數(shù)字電視；T-DMB；TMS320DM320；功耗管理

一、引言

由于數(shù)字電視圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于模擬電視的圖像質(zhì)量，近幾年來(lái)移動(dòng)數(shù)字電視發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)制定了種類(lèi)繁多的移動(dòng)數(shù)字電視信號(hào)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，例如美國(guó)的ATSC標(biāo)準(zhǔn)、歐盟的DVB系列標(biāo)準(zhǔn)、日本的ISDB標(biāo)準(zhǔn)、韓國(guó)的T-DMB標(biāo)準(zhǔn)。本文基于相對(duì)完善的T-DMB標(biāo)準(zhǔn)，使用數(shù)字多媒體芯片設(shè)計(jì)了一套數(shù)字電視實(shí)現(xiàn)方案。

二、硬件設(shè)計(jì)

本文硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示，它由T-DMB標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視模塊及PMP模塊兩部分組成，其間的通信采用USBI.1協(xié)議。

（一）T-DMB標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視模塊

數(shù)字電視模塊用于接收移動(dòng)電視的無(wú)線信號(hào)，消除信號(hào)干擾，并將信號(hào)解調(diào)后交給后端進(jìn)一步處理。它包括天線、調(diào)諧器、解調(diào)器和Ts接口四部分，其功能分別是：

1、天線可分為內(nèi)置天線和外置天線，內(nèi)置天線的增益較小，但是實(shí)現(xiàn)和封裝技術(shù)較為復(fù)雜；

2、信道調(diào)諧器用于接收來(lái)自天線的、頻率不同的無(wú)線信號(hào)，并從中取得數(shù)字電視的無(wú)線信號(hào)，即中頻信號(hào)；

3、信道解調(diào)器按照使用的數(shù)字電視信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，將Ts信號(hào)從中頻信號(hào)中分離出來(lái)，并將其解碼為數(shù)字碼流，使用SPI協(xié)議輸出至TS接口；

4、由于DM320不支持8位并行SPI信號(hào)，因此通過(guò)Ts接口實(shí)現(xiàn)SPI數(shù)據(jù)格式到USB1.1數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

（二）PMP模塊

PMP模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字電視信號(hào)的解碼，將其分離為音頻和視頻信號(hào)并輸出。為實(shí)現(xiàn)該功能，本文采用了由美國(guó)德州儀器（TI）開(kāi)發(fā)的數(shù)字多媒體芯片TMS320DM320。該芯片內(nèi)置了可編程的DSP C54x用于音頻解碼，以及RISC指令集芯片ARM926EJ用于系統(tǒng)控制，為增強(qiáng)視頻處理能力，該芯片還集成了多個(gè)專(zhuān)用可編程協(xié)處理器，其中SIMD圖像處理引擎可執(zhí)行DCT和反向DCT、運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋渌鼌f(xié)處理器可實(shí)現(xiàn)可變長(zhǎng)編解碼、量化及逆量化等。

PMP模塊由TMS320DM320輔以Flash、SDRAM、電源等外設(shè)組成，其架構(gòu)如圖2所示。

TMS320DM320的電源采用TPS6501x集成電源模塊，該電源支持AC（電池）、USB或者電源適配器輸入，可為PMP模塊提供多路電源輸出，從而降低成本和功耗。

電視信號(hào)解碼芯片采用TVP5150A，該芯片可實(shí)現(xiàn)NTSC、PAL和SECAM等視頻信號(hào)到視頻分量信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后利用TMS320DM320上的CCD接口，該接口采用IEEE ICR656標(biāo)準(zhǔn)傳送數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換后的視頻分量信號(hào)傳送到TMS320DM320的內(nèi)存中，以備輸出。視頻信號(hào)的輸出通過(guò)LCD完成，TMS320DM320內(nèi)置了NTSC/PAL混合視頻信號(hào)輸出的10位D/A芯片，配合視頻放大器OPA360，即可實(shí)現(xiàn)視頻輸出。

音頻輸出通過(guò)TMS320DM320內(nèi)置的音頻編解碼芯片和McBSP來(lái)完成，編程時(shí)可以根據(jù)需要選擇聲道以及ADC/DAC芯片；若同時(shí)需要觸屏控制器與音頻編解碼芯片，可使用集成觸屏控制器的音頻編解碼芯片，從而降低芯片面積并降低成本。

三、軟件設(shè)計(jì)

（一）T-DMB標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

T-DMB作為對(duì)傳統(tǒng)DAB（Digital Audio Broadcasting）標(biāo)準(zhǔn)的繼承與發(fā)展，除采用了DAB標(biāo)準(zhǔn)原先使用的相關(guān)技術(shù)外，為了進(jìn)行視頻廣播，還應(yīng)用了一系列的新技術(shù)。對(duì)于音頻編解碼，T-DMB使用了在有限帶寬情況下仍能保證高壓縮性能MPEG-4AVC壓縮標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于視頻伴音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，則采用專(zhuān)利費(fèi)相對(duì)較低的MPEG-4 BSAC音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于視頻播放中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及需要交互應(yīng)用的場(chǎng)合，則采用MPEG-4 BIFS編碼標(biāo)準(zhǔn)。

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)已有北京、上海及廣東佛山等地試播DMB業(yè)務(wù)，并呈現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

（二）軟件架構(gòu)

移動(dòng)數(shù)字電視軟件架構(gòu)如圖3-1所示，其采用分層結(jié)構(gòu)，包括下述四個(gè)部分：

1、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)層：實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)以及數(shù)字電視外設(shè)的驅(qū)動(dòng)，包括電源芯片驅(qū)動(dòng)、Ts接口等；

2、流控制層：負(fù)責(zé)文件流以及音視頻數(shù)據(jù)流管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖等操作，為編解碼做好準(zhǔn)備；

3、視頻、音頻編解碼算法層：實(shí)現(xiàn)了視頻和音頻的編解碼算法，并進(jìn)行碼流控制，從而實(shí)現(xiàn)音頻和視頻的同步播放。由于視頻和音頻編解碼算法是運(yùn)行在DSP上的，其效率直接影響系統(tǒng)的性能，因此TMS320DM320通過(guò)ARM芯片和ARM和DSP通信機(jī)制輔助實(shí)現(xiàn)音頻和視頻的編解碼及顯示。由于高效的視頻和音頻編解碼算法十分復(fù)雜，因此可購(gòu)買(mǎi)第三方成熟的視頻和音頻編解碼庫(kù)實(shí)現(xiàn)該層的設(shè)計(jì)；

4、用戶層、應(yīng)用層：基于底層的操作系統(tǒng)，用戶可根據(jù)市場(chǎng)需求自定義應(yīng)用程序，從而擴(kuò)展出互動(dòng)電視、電視游戲、Wifi上網(wǎng)、GPS等其他功能。

3.3功耗管理設(shè)計(jì)

為了適應(yīng)移動(dòng)設(shè)備中使用有限電源供電的特點(diǎn)，除上述基本架構(gòu)外，移動(dòng)數(shù)字電視還需要有良好的功耗管理。因此在移動(dòng)數(shù)字電視處于休眠狀態(tài)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉系統(tǒng)中必要的模塊供電，例如LCD、Flash等。為使整個(gè)移動(dòng)數(shù)字電視系統(tǒng)功耗降低，在設(shè)備驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)層添加了電源管理模塊，該模塊在ARM芯片的控制下實(shí)現(xiàn)子模塊電源通斷的管理。例如，在用戶設(shè)置的時(shí)間之內(nèi)沒(méi)有遙控或鍵盤(pán)操作時(shí)，可提示用戶是否將電視設(shè)為休眠模式，從而關(guān)閉LCD顯示器和音頻、視頻編解碼模塊，只留下ARM芯片的電源以待返回工作模式。

四、小結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字多媒體芯片TMS320DM320的數(shù)字電視系統(tǒng)，它基于T-DMB標(biāo)準(zhǔn)，包括T-DMB標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視模塊及PMP模塊，軟件上采用分層結(jié)構(gòu)，并對(duì)功耗管理進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)本文所述的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的整體功耗平均為70 mW，使用電池供電可連續(xù)使用20小時(shí)；無(wú)線信號(hào)靈敏度為15 mV，即在通常信號(hào)環(huán)境下均能正常使用；視頻解碼支持30幀每秒的CIF視頻圖像。

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