張楓

[摘要]基于數(shù)字多媒體芯片的移動數(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及高性能網(wǎng)絡信息終端，本文使用美國德州儀器公司的TMS320DM320芯片，基于T-DMB移動數(shù)字電視標準，設計了一種移動數(shù)字電視系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)方案，該方案功耗較低，信號靈敏度高，有良好的市場價值。

[關鍵詞]移動數(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，近幾年來移動數(shù)字電視發(fā)展迅猛，國內(nèi)外研究機構制定了種類繁多的移動數(shù)字電視信號傳輸?shù)臉藴?，例如美國的ATSC標準、歐盟的DVB系列標準、日本的ISDB標準、韓國的T-DMB標準。本文基于相對完善的T-DMB標準，使用數(shù)字多媒體芯片設計了一套數(shù)字電視實現(xiàn)方案。

二、硬件設計

本文硬件設計架構如圖1所示，它由T-DMB標準數(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標準數(shù)字電視模塊

數(shù)字電視模塊用于接收移動電視的無線信號，消除信號干擾，并將信號解調(diào)后交給后端進一步處理。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，但是實現(xiàn)和封裝技術較為復雜；

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

3、信道解調(diào)器按照使用的數(shù)字電視信號標準，將Ts信號從中頻信號中分離出來，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，因此通過Ts接口實現(xiàn)SPI數(shù)據(jù)格式到USB1.1數(shù)據(jù)格式的轉換。

（二）PMP模塊

PMP模塊實現(xiàn)了對數(shù)字電視信號的解碼，將其分離為音頻和視頻信號并輸出。為實現(xiàn)該功能，本文采用了由美國德州儀器（TI）開發(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，為增強視頻處理能力，該芯片還集成了多個專用可編程協(xié)處理器，其中SIMD圖像處理引擎可執(zhí)行DCT和反向DCT、運動估計和運動補償?shù)龋渌鼌f(xié)處理器可實現(xiàn)可變長編解碼、量化及逆量化等。

PMP模塊由TMS320DM320輔以Flash、SDRAM、電源等外設組成，其架構如圖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。

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

音頻輸出通過TMS320DM320內(nèi)置的音頻編解碼芯片和McBSP來完成，編程時可以根據(jù)需要選擇聲道以及ADC/DAC芯片；若同時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、軟件設計

（一）T-DMB標準簡介

T-DMB作為對傳統(tǒng)DAB（Digital Audio Broadcasting）標準的繼承與發(fā)展，除采用了DAB標準原先使用的相關技術外，為了進行視頻廣播，還應用了一系列的新技術。對于音頻編解碼，T-DMB使用了在有限帶寬情況下仍能保證高壓縮性能MPEG-4AVC壓縮標準；對于視頻伴音壓縮標準，則采用專利費相對較低的MPEG-4 BSAC音頻壓縮標準；對于視頻播放中的數(shù)據(jù)業(yè)務以及需要交互應用的場合，則采用MPEG-4 BIFS編碼標準。

目前，我國國內(nèi)已有北京、上海及廣東佛山等地試播DMB業(yè)務，并呈現(xiàn)進一步發(fā)展的趨勢。

（二）軟件架構

移動數(shù)字電視軟件架構如圖3-1所示，其采用分層結構，包括下述四個部分：

1、設備驅動、系統(tǒng)層：實現(xiàn)了操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)以及數(shù)字電視外設的驅動，包括電源芯片驅動、Ts接口等；

2、流控制層：負責文件流以及音視頻數(shù)據(jù)流管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖等操作，為編解碼做好準備；

3、視頻、音頻編解碼算法層：實現(xiàn)了視頻和音頻的編解碼算法，并進行碼流控制，從而實現(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行在DSP上的，其效率直接影響系統(tǒng)的性能，因此TMS320DM320通過ARM芯片和ARM和DSP通信機制輔助實現(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雜，因此可購買第三方成熟的視頻和音頻編解碼庫實現(xiàn)該層的設計；

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

3.3功耗管理設計

為了適應移動設備中使用有限電源供電的特點，除上述基本架構外，移動數(shù)字電視還需要有良好的功耗管理。因此在移動數(shù)字電視處于休眠狀態(tài)時，應關閉系統(tǒng)中必要的模塊供電，例如LCD、Flash等。為使整個移動數(shù)字電視系統(tǒng)功耗降低，在設備驅動、系統(tǒng)層添加了電源管理模塊，該模塊在ARM芯片的控制下實現(xiàn)子模塊電源通斷的管理。例如，在用戶設置的時間之內(nèi)沒有遙控或鍵盤操作時，可提示用戶是否將電視設為休眠模式，從而關閉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

本文設計了一種基于數(shù)字多媒體芯片TMS320DM320的數(shù)字電視系統(tǒng)，它基于T-DMB標準，包括T-DMB標準數(shù)字電視模塊及PMP模塊，軟件上采用分層結構，并對功耗管理進行了優(yōu)化設計。通過本文所述的設計，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；無線信號靈敏度為15 mV，即在通常信號環(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。

參考文獻

Jack K.Video Demystified[M].4th Edition.New York：ElsevierScience，2005.

呂游佳，唐亮，胡大可.便攜式多媒體播放器設計[J].電子技術，2006（2）：23-25.

竇中兆，關建明，吳迪.T-DMB，DVB-H及MediaFLD的技術對比分析[J].電視技術，2007-31（3）：22-24.

岑斌.T-DMB手機電視接收終端探討[M].電視技術，2005（5）：33-36.