基于海思Hi3796M平臺的新型乘客信息系統(tǒng)播放控制器設(shè)計(jì)研究

阿克選，張興凱，劉凱偉，劉 波

（1.鄭州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，河南 鄭州 450000；2北京冠華天視數(shù)碼科技有限公司，北京 100000）

0 引言

近年來，海思公司推出了高性能的編解碼SOC，內(nèi)部資源豐富，外部接口較多，完全滿足PIS系統(tǒng)高清視頻信息處理需求。為解決傳統(tǒng)PIS系統(tǒng)傳輸節(jié)點(diǎn)多、系統(tǒng)故障率高等問題，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一項(xiàng)新型PIS播控器設(shè)備，將服務(wù)器、LCD播控器等設(shè)備功能集成，車站只需布置光口交換機(jī)、新型PIS播控器，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)PIS系統(tǒng)功能，節(jié)省機(jī)柜空間，降低系統(tǒng)能耗，大大降低了地鐵運(yùn)營成本。

1 總體概述

新型PIS播控器設(shè)備基于海思Hi3796M V200平臺開發(fā)設(shè)計(jì)，配置了千兆以太網(wǎng)接口、SFP光模塊接口、HDMI2.0接 口、USB3.0接 口、OTG接 口、RS232接口、SD接口，光模塊用于接收交換機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，HDMI接口將整合數(shù)據(jù)信息發(fā)送至LCD顯示器，以太網(wǎng)接口用于配置信息播控軟件，USB及OTG連接輸入設(shè)備，RS232接口包含RS485、RS422接口，用于系統(tǒng)調(diào)試，SD卡存儲本地播放文件。該設(shè)備配置的主控CPU芯片保證了對安卓系統(tǒng)的絕對支持，同時在處理速度、視頻處理及外圍接口方面滿足PIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需求，實(shí)物設(shè)備見圖1。

圖1 新型PIS播控器設(shè)備圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

新型PIS播控器設(shè)備由電源板、核心板和擴(kuò)展板構(gòu)成，4層板件設(shè)計(jì)，核心板為海思Hi3796M V200最小系統(tǒng)，已引出各接口端子，根據(jù)視頻流處理需求，海思Hi3796M V200核心板在接口類別方面滿足要求，另需通過HUB芯片將USB3.0接口擴(kuò)展為3路，2路用于系統(tǒng)調(diào)試，1路為5G模塊預(yù)留，通過HUB芯片將HDMI接口擴(kuò)展為2路，2路通道完全相同，同步輸出視頻信息，各模塊技術(shù)方案如下：

2.1 核心板技術(shù)方案

核心板配置全4K高性能SOC芯片Hi3796M V200，該芯片集成4核64位高性能Cortex A53處理器和多核高性能2D/3D加速引擎，最高頻率可達(dá)1.6GHz，高性能的H.265/H.264高清視頻解碼，HDR視頻解碼及顯示，Dolby和DTS音頻處理，內(nèi)置USB2.0、USB3.0、SDIO3.0、SATA、PCIe2.0等豐富外設(shè)接口，支持TVOS/Android/Linux操作系統(tǒng)，可支持客戶實(shí)現(xiàn)全4K業(yè)務(wù)部署，在圖像質(zhì)量、碼流兼容性、視頻播放的流暢性以及整機(jī)性能方面保持業(yè)界最好的用戶體驗(yàn)。核心板配置了2GB DDR3 SDRAM、16GB EMMC，強(qiáng)大的CPU處理能力和內(nèi)存配置可以滿足各種差異化的業(yè)務(wù)需求，為PIS系統(tǒng)播控業(yè)務(wù)提供了靈活的連接方案。

2.2 電源板技術(shù)方案

根據(jù)Hi3796M V200的最大功耗及外圍器件的功耗，得出整臺設(shè)備總功耗最大值20W，確定擴(kuò)展系統(tǒng)供電電壓直流12V，最大輸入電流2.1A。新型PIS播控器額定供電220VAC，電源板采用MORNSUN的LH25-10B12小體積AC-DC模塊，輸出12VDC，具備低功耗、高效率、安全隔離等特點(diǎn)[4]。該模塊安全可靠，EMC 性能較好，同時模塊前配有EMC濾波模塊FC-LX1D，完全適用于電磁兼容比較惡劣的地鐵環(huán)境。

2.3 擴(kuò)展板技術(shù)方案

核心板通過專用MXM3.0 314pin連接擴(kuò)展板，擴(kuò)展板配置Hi3796M V200物理接口及擴(kuò)展電路，擴(kuò)展板主要包含電源管理電路、HDMI擴(kuò)展電路，光模塊、千兆以太網(wǎng)、RS232、SD卡、音頻等物理接口通過MXM3.0 314pin與Hi3796M V200直連，關(guān)鍵模塊電路設(shè)計(jì)如下：

2.3.1 電源管理電路

擴(kuò)展板采用2層電源管理方案，分為芯片電源管理和接口電源管理兩部分。芯片電源管理由STC15W204S控制器進(jìn)行統(tǒng)一管理，接口電源管理由CPU控制，系統(tǒng) 有 效 電 壓 包 括 +12v、+5v、+3.3v、+1.35v， 有 電源管理單元分配供電時序。新型PIS播控器上電后，STC15W204S開始工作，默認(rèn)+12V電源輸出，核心板工作，HUB芯片、OTG、關(guān)光口、網(wǎng)口、RS232供電，USB端口、HDMI端口、SD卡處于關(guān)閉狀態(tài)，待核心板正常工作后，各端子投入系統(tǒng)運(yùn)行。CPU進(jìn)入休眠狀態(tài)時，向STC15W204S發(fā)送電源關(guān)閉命令，+12v電源斷開，CPU依靠紐扣電池供電維持內(nèi)部電路運(yùn)行。

2.3.2 HDMI擴(kuò)展電路

HDMI擴(kuò)展電路以龍迅HDMI2.0分配器IC一拖二LT86102XU為核心部件，外圍電路由電源轉(zhuǎn)換電路、信號電平轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)行指示電路組成。該核心部件最大6Gbps高速數(shù)據(jù)速率，自適應(yīng)均衡RX輸入和預(yù)加重TX輸出，支持長電纜，可以自動檢測電路損耗，支持4K視頻。該電路由5V、1.35V兩種供電源，核心板通信端口SCL、SDA通過電平轉(zhuǎn)換芯片，將3.3V信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為5V信號數(shù)據(jù)，提高芯片間通信兼容性，核心板HDMI輸出端、HDMI擴(kuò)展輸出端與ESD防護(hù)芯片0524P并聯(lián)，提高抗干擾性，單個HDMI同組差分信號物理線應(yīng)保持同等長度，提高視頻信號質(zhì)量。

3 播控軟件設(shè)計(jì)

新型PIS信息播控軟件基于安卓系統(tǒng)開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)PIS版式的字幕疊加，視頻播放，輸出畫面至LCD顯示屏，可接收控制中心發(fā)布的信息、指令，實(shí)現(xiàn)各類乘客服務(wù)信息的播放和控制。

播控軟件按照功能劃分主要由Player、Watchplayer、Infomonitor、Ntpclient程序構(gòu)成。Player為播放控制器播放軟件，實(shí)現(xiàn)PIS版式的字幕疊加，視頻播放，輸出畫面至LCD顯示屏，并可接收控制中心發(fā)布的信息、指令，實(shí)現(xiàn)各類乘客服務(wù)信息的播放和控制等。InfoMonitor定時向中心web服務(wù)器獲取本設(shè)備當(dāng)前播放計(jì)劃。當(dāng)InfoMonitor檢測到本地播表發(fā)送改變，啟動下載文件進(jìn)程，首先把播表信息下載到本地Playlist文件夾中，然后解析播表文件，通過ftp方式對播表中相關(guān)的視頻、圖片等素材進(jìn)行下載。當(dāng)InfoMonitor下載完播表，把當(dāng)前更新的信息保存到playplan.json中，當(dāng)player檢測到最新播表時，自動切換到播放最新播表文件。通過中心網(wǎng)管配置的車站開始運(yùn)營時間和結(jié)束運(yùn)營時間，InfoMonitor根據(jù)本地時鐘自動檢測并執(zhí)行開、關(guān)屏操作。

4 結(jié)束語

新型PIS播控器采用高性能Hi3796M V200芯片，各項(xiàng)功能均滿足PIS系統(tǒng)運(yùn)行需求。通過新型PIS播控器的應(yīng)用，替代了車站原有設(shè)備，優(yōu)化了PIS系統(tǒng)車站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)省車站機(jī)柜空間與能耗的同時，大幅度降低故障率。新型PIS播控器上電聯(lián)網(wǎng)后，控制中心自動下發(fā)數(shù)據(jù)信息，無需人工操作，相比傳統(tǒng)PIS系統(tǒng)，具備維護(hù)工作量少、高效、便捷等特點(diǎn)，其低廉的制作成本，將降低地鐵線路建設(shè)成本，在軌道交通、高鐵等行業(yè)推廣應(yīng)用價值較高。