DM8168視角下列車多媒體播送系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)施_博客

1、DM8168視角下列車多媒體播送系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)施_博客1緒論1.1課題背景及研究意義軌道交通是一個(gè)城市現(xiàn)代化發(fā)展的重要標(biāo)志。截至2012年底,我國(guó)大陸范圍內(nèi)開(kāi)通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路的城市共有16座,運(yùn)營(yíng)線路總計(jì)64條,而獲得批準(zhǔn)正在進(jìn)行軌道交通建設(shè)的城市有30多座。軌道交通在城市公共交通體系中起著骨干作用,它有著以下優(yōu)點(diǎn):客運(yùn)能力大,每小時(shí)單方向可運(yùn)送4-6萬(wàn)人;安全,準(zhǔn)時(shí),方便,快捷;使用清潔的電能,幾乎不會(huì)污染環(huán)境;運(yùn)營(yíng)不受天氣影響。軌道交通客運(yùn)量在公共交通總客運(yùn)量中所占的比例越來(lái)越高,在北京市這樣的國(guó)際性大都市,軌道交通客運(yùn)量曰均在800萬(wàn)以上,且已有過(guò)突破1000萬(wàn)人次的記錄,并將成為

2、常態(tài)2。在這種趨勢(shì)下,確保乘客運(yùn)輸?shù)陌踩⒏咝У貫槌丝吞峁┯杏眯畔?已經(jīng)成為軌道交通管理研究的一個(gè)重要方向。乘客信息系統(tǒng)是軌道交通行業(yè)中的一個(gè)新興系統(tǒng),是指軌道交通運(yùn)營(yíng)商采用成熟可靠的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體傳輸、顯示技術(shù),將特定的信息在特定的時(shí)間,傳遞給特定的人群。一般狀況下,乘客信息系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息,如到站信息、運(yùn)營(yíng)時(shí)刻表、安全提示、政府通告、商業(yè)廣告、娛樂(lè)信息等;在緊急情況下,如列車出現(xiàn)故障、引起堵塞、發(fā)生意外災(zāi)難及遭受恐怖襲擊等,乘客信息系統(tǒng)提供緊急情況警示和疏散提示3。乘客信息系統(tǒng)堅(jiān)持以人為本的理念,使乘客通過(guò)正確高效的引導(dǎo)服務(wù),安全、舒適、方便、快捷地乘坐軌道交通。乘客信息系統(tǒng)的內(nèi)容按

3、媒體類型可劃分為文本信息、圖像信息、聲音信息、視頻信息等。乘客信息的發(fā)布主要依靠廣播和多媒體顯示這兩個(gè)手段。由于多媒體顯示的清晰明確、多樣化、信息量大,在乘客信息發(fā)布中尤為重要。多媒體播放平臺(tái)作為乘客信息系統(tǒng)的重要組成部分,為乘客信息的發(fā)布提供了高效、快捷、豐富的手段,使乘客能快速便捷的獲得有效信息。本文的研究就是基于乘客信息系統(tǒng),針對(duì)現(xiàn)有的多媒體播放平臺(tái)的不足,提出了一種新的解決方案。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀列車多媒體播放平臺(tái)的視頻傳輸有模擬傳輸和數(shù)字傳輸兩套方案。其中模擬方案多使用雙絞線傳輸模擬視頻信號(hào)和音頻信號(hào)。雖然雙絞線傳輸方式具有一定的對(duì)抗外部電磁干擾的能力,同時(shí)差分傳輸方式能很好地解決串?dāng)_

4、問(wèn)題,但是實(shí)際應(yīng)用中,模擬視頻傳輸會(huì)產(chǎn)生信號(hào)衰減、相位偏移、線對(duì)傳輸延時(shí)等問(wèn)題丨4,因此傳輸效果不佳。而數(shù)字化傳輸方案由于實(shí)時(shí)性強(qiáng)、圖像失真小、抗千擾能力強(qiáng)、布線方便、綜合成本低等優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外列車視頻傳輸?shù)氖走x方案。1. 3相關(guān)技術(shù)發(fā)展背景1.3.1高清技術(shù)背景標(biāo)準(zhǔn)清晰度是物理分辨率在1280X720P以下的一種視頻格式。體地說(shuō),標(biāo)準(zhǔn)沾晰度能以720x480像素的3:2寬高比或640x480像素的4:3寬高比播出,頓率為每秒24、30或60幀。 1.3.2視頻編解碼技術(shù)MPEG-2由ISO/IEC組織制定于1994年。MPEG-2主要應(yīng)用在4-9Mbps下的全數(shù)字廣播級(jí)視頻傳輸,可支持

5、的比特率在1.5-60Mbps之間。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)功能是將一個(gè)或多個(gè)的視頻、音頻或其他的基本數(shù)據(jù)流合成單個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流,以適應(yīng)存儲(chǔ)和傳輸。MPEG-2是DVD的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也可為廣播、有線電視、電纜網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星直播提供數(shù)字視頻。MPEG-4是MPEG-2的升級(jí)。在相同的視頻質(zhì)量下,它比MPEG-2有更低的比特率。MPEG-4加入及擴(kuò)充對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)模型語(yǔ)言的支持,面向?qū)ο蟮暮铣晌募?、?shù)字版權(quán)管理和其他交互功能。MPEG-4還提供了用于誤碼檢測(cè)和誤碼恢復(fù)的一系列工具,增強(qiáng)了魯棒性。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)將各種多媒體應(yīng)用集成到一個(gè)完整框架內(nèi),達(dá)到了為多媒體通信及應(yīng)用環(huán)境提供標(biāo)準(zhǔn)算法及工具的目標(biāo),從而建立

6、起一種能被多媒體捕獲、傳輸、存儲(chǔ)、檢索等應(yīng)用領(lǐng)域普遍采用的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式7。2總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求列車多媒體播放平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示。多媒體播放平臺(tái)讀取本地存儲(chǔ)器中的預(yù)存視頻或者接收來(lái)自車載服務(wù)器的實(shí)時(shí)視頻,對(duì)視頻進(jìn)行編碼后通過(guò)以太網(wǎng)總線將視頻流傳輸?shù)娇褪业慕獯a卡。解碼卡將視頻流解碼后在客室LCD上輸出顯示。從功能結(jié)構(gòu)示意圖中可知,列車多媒體播放平臺(tái)主要完成視頻處理、視頻顯示、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葞撞糠止δ?。其中視頻處理功能包括格式轉(zhuǎn)換、分辨率轉(zhuǎn)換、視頻疊加、視頻編解碼等;視頻顯示功能將高清視頻輸出顯示;網(wǎng)絡(luò)傳輸完成高清視頻的接收和發(fā)送。以國(guó)內(nèi)某城市地鐵為例,列車多媒體播放平臺(tái)釆

7、用基于x86架構(gòu)的ETX主板+基于DSP架構(gòu)的視頻編碼卡形式,其功能框圖如圖2.2.所示。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).133.1 硬件總體方案.133.2最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).143.3 音視頻接口電路設(shè)計(jì).213.4存儲(chǔ)接口設(shè)計(jì).253.5通信接口設(shè)計(jì).273.6其他重要接口設(shè)計(jì).293.7電源電路設(shè)計(jì).303.8PCB 設(shè)計(jì).343.9本章小結(jié).394系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).404.1 系統(tǒng)軟件總體方案.404.2系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程分析.414.3系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建.444.4U-Boot 的建立.474.5內(nèi)核的移W.484.6文件系統(tǒng)的構(gòu)建.504.7本卷小結(jié).515 系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)證.525.1板長(zhǎng)卡硬件調(diào)試.

8、525.2 系統(tǒng)功能測(cè)試.585.3高低溫測(cè)試.61結(jié) 論本文針對(duì)軌道交通乘客信息系統(tǒng)中多媒體播放平臺(tái)新的功能需求,提出了一種蓰于數(shù)字媒體處理器芯片DM8168的解決方案,能實(shí)現(xiàn)多路全高清1080p輸出的要求。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)該平臺(tái)的硬件和底層軟件的設(shè)計(jì),所完成的工作和取得成果如下:(1)通過(guò)調(diào)研,對(duì)當(dāng)前軌道交通的列車多媒體播放平臺(tái)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,提出了多路全高清輸出的新功能需求。(2)完成了方案的選型。比較了主流視頻處理方案,選取了多核處理器SoC方案。對(duì)比了主流多核處理器的芯片,選取了德州儀器的DaVinci系列數(shù)字媒體處理器芯片TMS320DM8168,并對(duì)它的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了分析,提出

9、了基于DM8168的列車多媒體播放平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。(3 )閱讀了大量的技術(shù)文檔和應(yīng)用手冊(cè),對(duì)DM8168的工作原理和DDR3存儲(chǔ)器、NAND Flash,電源等芯片的使用方法進(jìn)行了深入的理解和研究。(4)獨(dú)立完成了原理圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了基于DM8168的最小系統(tǒng)、音視頻接口、存儲(chǔ)接口、通信接口、電源等功能模塊。(5)獨(dú)立完成了 PCB設(shè)計(jì)。在PCB設(shè)計(jì)時(shí),重點(diǎn)考慮了商速信號(hào)完整性問(wèn)題,對(duì)PCB的疊層、器件的布局、關(guān)鍵信號(hào)的走線進(jìn)行了分析。(6)對(duì)DM8168的啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)程了分析,完成了系統(tǒng)軟件丌發(fā)環(huán)境的搭建。(7)在軟件幵發(fā)包EZSD的莪礎(chǔ)上,移植了引導(dǎo)程序U-Boot、Linux內(nèi)核,構(gòu)建了 FF

10、S2文件系統(tǒng)。(8)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了硬件測(cè)試和系統(tǒng)功能驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了多路1080p全商清視頻輸出的需求,并通過(guò)高低溫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。參考文獻(xiàn)：1鄭文靜,李明強(qiáng),舒繼武.Flash存儲(chǔ)技術(shù).計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2010,47(04):716-726.2林謀錦,林子烕.DVI接口與HDMI接口的比較.中國(guó)有線電視,2005 (06) : 581-5823王豐烈.淺談乘客信息服務(wù)系統(tǒng)(PISS) .鐵路通信信號(hào),2009,45 (06) :60-62.4林錐等.全高清車載乘客信息系統(tǒng)平臺(tái)研制.都市快軌交通,2013,26(01) :100-103.5楊燕存.高清技術(shù)分析及應(yīng)用現(xiàn)狀.現(xiàn)代電視技術(shù),2007 (07) : 84-86.6(美)eithac著楊征等譯.視頻技術(shù)手冊(cè)(第5版)M.北京:人民郵電出版社,2009.7Bauer. S, neip. , Mlaso. T. The MPEG-4 Multimedia Coding Standard: Algorithms,Architectures and Applications. ournal of VLSI signal processing systems forsignal, image and video techn