手機電視設計方案

1、基于T-DMB的手機電視軟硬件設計2007-11-23 嵌入式在線 收藏 | 打印 本文概括性地討論手機電視這種嵌入式手持設備的軟硬件開發(fā)要點：如何設計硬件，實現(xiàn)音視頻同步，提高H.264解碼速率，并防止DMA緩沖溢出等。 引言 目前，世界上已經(jīng)提出了多個地面數(shù)字電視標準： 如歐洲的DVB-T、美國的ATSC、日本的ISDB-T，并且都達到實用階段，許多國家和地區(qū)都在選擇自己的數(shù)字電視地面廣播(DTTB：DigitalTelevisionTerrestrialBroadcasting)系統(tǒng)。而用于手持移動終端的標準有：T-DMB(韓國)、DVB-H(歐洲)、MediaFLO(美國)、StiMi

2、(中國待定)其中，已商用的是韓國的T-DMB。在我國，北京廣播電臺在2006年9月初正式開通了名為DAB的手機電視系統(tǒng)，通過電視塔覆蓋了北京六環(huán)以內，提供12套數(shù)字廣播節(jié)目，同時對2套電視節(jié)目進行測試播出。因此，如何快速設計一款可以接收手機電視信號的手持終端設備，以便奪取市場先機就是本文要討論的內容。 硬件設計 硬件設計概述 硬件配置的選擇要綜合考慮，如CPU的處理功能關系到最終的解碼顯示效果。當然，選擇一些高檔通用處理器，或者是專用的媒體處理器都能夠達到較好的效果，但卻增加了硬件的成本?？梢栽谧罱K顯示效果和硬件的選擇上采取折中方案。目前，能接收T-DMB和DVB-H標準的芯片還不是很多，可以

3、選擇市場上的一些主流芯片。本文討論的這款產(chǎn)品的硬件配置為：S3C2440A(400MHz)，64MB的SDRAM，apollofs1110,kino2efs1026?；究梢詽M足手機電視對硬件的需求。通過天線接收到的射頻信號送給射頻前端的RF調諧芯片APOLLOFS1110，主要作用是把射頻信號解調為IF(IntermediateFrequency)信號。這款芯片是目前市場上的主流產(chǎn)品，可以接收多個標準的信號，而且體積小(5.0mmx5.0mmx0.9mm)，功耗低(80mW),擁有三個低噪聲前端放大器，涵蓋L-Band、Band和Band三個頻段。apollofs1110把IF信號送給kin

4、o2efs1026，完成信源碼解碼輸出MPEG2-TS數(shù)據(jù)。kino2是一款高度優(yōu)化的基帶處理器，體積小(10mm10mm1.3mm)，功耗低(100mW)，可以提供各種DMB碼率，最高可以達到1.8Mbps，片上含有R-S解碼器，可以實現(xiàn)較佳的移動信道性能。kino2把信源碼TS碼流送給CPU，由CPU完成TS流的解復用、解碼和顯示。硬件設計框圖如圖1所示。圖1硬件設計框圖 硬件各功能模塊描述 手機電視終端最終要做到支持多標準、多頻段，這也是市場的需求。由于現(xiàn)在開展手機電視業(yè)務的三地所采用的頻段不太一樣，如北京和廣東采用了VHFBand3，而上海采用了L-Band，因此，同一手機電視終端如果

5、要在國內不同地區(qū)接收手機服務，需要支持多頻段。本文討論的T-DMB采用的工作頻段是VHF3波段和L波段，因此，要使用FS1110的Band和L-Band;而Band主要用于FM廣播。FS1110的3個高頻輸入都可以使用，頻段選擇可以由FS1026通過IIC接口來控制，同時，F(xiàn)S1110內部寄存器的初始化也是通過此接口來完成的。 下游的FS1026基帶處理器模塊接收RF調諧器送過來的IF信號，最終完成信源解碼。輸出的MPEG2-TS數(shù)據(jù)支持并行和串行兩種格式。串行數(shù)據(jù)可以通過SPI接口和CPU直接連接?；鶐K還可以通過SCP(SerialControlPort)接口和CPU進行控制信息的交換，

6、SCP接口和IIC接口是完全兼容的。還可以用串口(UART)和CPU進行通信。由于有的商業(yè)DMB節(jié)目經(jīng)過服務商加擾(經(jīng)過加密)，智能卡模塊可完成解擾功能。 2007廣電行業(yè)十大品牌及企業(yè)風云人物評選，十大國外品牌、十大民族品牌、十大創(chuàng)新企業(yè)以及企業(yè)風云人物，誰最有希望？誰能最終勝出？風云變幻，一切都還是未知數(shù)，投出您關鍵一票，也許您將改變他們的命運！同時，您將有機會獲得精美禮物！ CPU的功能是通過SPI接口接收TS數(shù)據(jù)，完成音頻和視頻的解碼后顯示。數(shù)據(jù)可以通過DMA進行緩存，然后就可以從DMA中讀取數(shù)據(jù)進行解復用。DMA方式為一種高速的數(shù)據(jù)傳輸操作，允許在外部設備和存儲器之間直接讀寫數(shù)據(jù)，既

7、不通過CPU，也不需要CPU干預。整個數(shù)據(jù)傳輸操作在DMA控制器的控制下進行。 CPU除了在數(shù)據(jù)傳輸開始和結束時做一點處理外，在傳輸過程中，CPU可以進行其它工作。這樣，在大部分時間里，CPU和輸入/輸出都處于并行操作狀態(tài)。因此，可以大大提高整個系統(tǒng)的效率。 在WinCE平臺下，對DMA的操作相當方便，驅動開發(fā)難度不大，讀取數(shù)據(jù)就像操作普通文件一樣。只有一點區(qū)別，就是要防止DMA溢出。因為普通文件的讀取完全可控，而這里處理的是一種“實時”流，有可能發(fā)生溢出。溢出包括上溢(數(shù)據(jù)讀取過慢)和下溢(讀取過快)。和MPEG的解碼器接收端防止數(shù)據(jù)溢出的原理是一樣的，主要是由于圖像編碼的格式不一樣，發(fā)送的

8、解碼器前端的數(shù)據(jù)速率并不是恒定的。 MPEG采用流速反饋控制來控制數(shù)據(jù)溢出，使得到達音視頻解碼器的數(shù)據(jù)速率趨于恒定。對DMA的控制就簡單些，用專用的一個線程讀取數(shù)據(jù)，解復用線程依據(jù)數(shù)據(jù)的多少，可以丟棄某些幀或者放慢解碼速度。不過一般還是丟幀的情況多。 硬件設計注意事項 設計硬件電路時的主要問題就是高頻和電磁兼容，一般的方法是加屏蔽罩，可以把APOLLOFS1110加屏蔽罩，以減少模塊的空間干擾。當然也可以把APOLLOFS1110、KINO2EFS1026做成外置式模塊。還可以通過優(yōu)化原理圖的設計來減少高頻的影響。 因為原理圖的好壞直接影響布局、布線的難度，以及以后板子性能的好壞。為了布局布線

9、時能清晰地進行分區(qū)設計，以減少各個功能模塊之間的影響，設計原理圖時應把數(shù)字、模擬和RF電路分開。但是，由于手持設備體積較小，屏蔽罩一般是必不可少的。 軟件設計 T-DMB標準概述 T-DMB采用H.264視頻壓縮標準，音頻采用專利費較低的MPEG-4比特分片算術編碼BSAC(Bit-SlicedArithmeticCoding)或者AAC+(歐洲T-DMB采用)，圖像格式為CIF(CommonIntermediateFormat)(352288)，把這些音頻和視頻碼流加上一些用戶數(shù)據(jù)，經(jīng)過MPEG-4SL(SyncLayer)同步層打包和MPEG-2TS(TransportStream)復用后

10、，交給調制器調制為適宜在信道上傳播的信號發(fā)射出去。各種標準的接收端除信道解碼有較大差別，信源的解碼很相近。T-DMB系統(tǒng)發(fā)送端編碼器結構如圖2所示。圖2T-DMB發(fā)送端編碼框圖 其中的MPEG-4OD/BINFS發(fā)生器產(chǎn)生視聽對象、場景時空關系信息和視聽對象的描述符信息。IOD發(fā)生器產(chǎn)生視聽對象的初始信息：場景描述和對象描述信息。分段發(fā)生器主要收集SLP和IOD數(shù)據(jù)信息，用于產(chǎn)生和節(jié)目解復用相關的參考信息PSI(ProgramSpecificInformation)。在T-DMB的數(shù)據(jù)流中，可以通過解析PMT中的描述字段得到IOD_descriptor,由IOD_descriptor可以得到場

11、景、對象描述信息。由對象描述可以得到ES_descriptor等信息。SL同步打包器主要負責視聽對象和輔助數(shù)據(jù)的同步。SL包經(jīng)PES打包之后，再把PES包打為TS包發(fā)送給調制器。 軟件的功能描述 軟件的主要任務是TS流的解復用、H.264和AAC+的解碼，采用微軟的DirectShow技術開發(fā)，可以降低開發(fā)難度和開發(fā)周期。DirectShow技術是微軟提供的Windows平臺多媒體開發(fā)包，以COM為基礎。DirectShow使用FilterGraph的模型來管理整個數(shù)據(jù)流的處理過程。參與處理的各個功能模塊叫Filter，按功能分3類:Source、Transform、RenderingFilt

12、er。SourceFilter主要負責獲取數(shù)據(jù)和前期的處理;TransformFilter負責數(shù)據(jù)格式的轉換和傳輸，主要是負責解碼;RenderFilter負責顯示。各個Filter和應用程序的交互靠事件通知機制來完成：Filter狀態(tài)改變時發(fā)出一個事件，由FilterGraphManager處理或發(fā)給應用程序。 整個軟件可以分為5大功能模塊，如圖3所示。TS解復用器模塊屬于SourceFilter，作用是從DMA緩沖中獲取數(shù)據(jù)，然后從TS流中解析PAT(ProgramAssociationTable)和PMT(ProgramMapTable)，得到相關節(jié)目的音頻和視頻數(shù)據(jù)TS包的PID(Pa

13、cketIdentifier)之后，就可以組合PES(PacketizedElementaryStream)包，同時還可以得到和音視頻同步相關的參數(shù)：PCR(ProgramClockReference)、CTS(PresentationTimeStamp)、DTS(DecodingTimeStamp)，最后把PES包去包頭后的ES(ElementaryStream)數(shù)據(jù)發(fā)給下游的解碼Filter。H.264和AAC+解碼模塊屬于TransformFilter，主要功能是把從上游獲取的音頻和視頻數(shù)據(jù)進行解碼，把解碼得到的PU(PresentationUnit)重新排序(只有用到雙向預測時需排序)

14、，送給下游的生成器。視頻生成器和音頻生成器模塊屬于RenderingFilter，主要完成顯示功能。如果數(shù)據(jù)格式需要轉換，可以在解碼器和生成器之間加一個具有轉化功能的TransformFilter。圖3軟件模塊設計框圖 音頻和視頻的同步 軟件設計中的關鍵技術是解決音視頻同步的問題。音視頻同步主要在TS解復用器中解決。要想做到音頻和視頻的同步，需要用到這幾個參數(shù)：PCR、DTS、PTS?？梢栽赥S包的調整域中得到PCR,從PES包中得到PTS。PES包中的數(shù)據(jù)是SL包，可以從SL包頭中得到DTS。DTS是解碼時間，PTS是顯示時間。PCR是對編碼器90K時鐘的計數(shù)，它的作用是在解碼器切換節(jié)目時，

15、提供對解碼器PCR計數(shù)器的初始值。 PTS、DTS最大可能和PCR達到相同的時間起點，即對解碼器提供一個公共的時鐘參考，以便準確地進行音視頻的同步。PCR捕捉到和DTS數(shù)值相同的時刻，就可以進行音視頻解碼。因為視頻編碼的時候用到了雙向預測，一個圖像單元被解出后并非馬上顯示，可能在存儲器中留一段時間，作為其余圖像單元的解碼參考，在被參考完畢后才顯示。由于聲音沒有用到雙向預測，它的解碼次序就是它的顯示次序，故對它MPEG只提出PTS的概念，PTS就是音頻的DTS值。即： DTS=PTS(1) 如果得不到PTS，那么按下式計算： PTS=PTS_pre+Xms(2) 其中，PTS_pre表示前面一個

16、AU的PTS，X是ACC+一幀的時間間隔，以ms為單位。 一般視頻對象分為I-VOP、B-VOP、P-VOP三種編碼類型。假設在解碼器端的VO(VideoObject)輸入次序為： IBBPBBPBBPBBPBBIBBP. 由于視頻對象編碼時用到雙向預測，解碼器的實際解碼次序為： IPBBPBBPBBPBBIBBPBB. 顯示次序同解碼器的輸入次序。假設知道I幀的PTS和DTS。那么得到關于P幀： PTS_P4=PTS_I+33.67ms*3(3) DTS_P4=DTS_I+33.67ms(4) B1幀：PTS_Bn=PTS_I+33.67ms*2(5) DTS_Bn=DTS_I+33.67m

17、s(6) B2幀可以參考上面的兩個式子。其中，33.67ms為視頻幀時間間隔。 軟件開發(fā)注意事項 關于H.264的解碼效率問題。軟件解碼部分采用開源工程ffmpeg中的H.264解碼器，它效率高，方便移植，其中，關鍵運算，如IDCT、運動補償?shù)冗€在幾種不同平臺上用匯編進行實現(xiàn)。把H.264解碼器移植到ARM平臺，對于IDCT和運動補償匯編代碼，只需仿照其它平臺的代碼就可實現(xiàn)，其開發(fā)難度并不大。音頻解碼部分可以參考FAAC和FAAD開源工程。 2007廣電行業(yè)十大品牌及企業(yè)風云人物評選，十大國外品牌、十大民族品牌、十大創(chuàng)新企業(yè)以及企業(yè)風云人物，誰最有希望？誰能最終勝出？風云變幻，一切都還是未知數(shù)

18、，投出您關鍵一票，也許您將改變他們的命運！同時，您將有機會獲得精美禮物！ 結語 本文討論的是能夠接收符合T-DMB規(guī)范(各種標準的接收終端的差別很小)手機電視信號的嵌入式手持設備的軟硬件設計概述，這種設備使用戶可以不經(jīng)過移動通信網(wǎng)絡直接獲得數(shù)字電視信號，能夠滿足人們隨時隨地對信息的需求。在實際的開發(fā)過程中的主要硬件問題是電磁兼容，軟件是音視頻的同步和H.264的解碼效率問題。軟件開發(fā)的難點集中在MPEG-2的解復用和DirectShow應用框架的設計。 參考文獻： 1.ISO/IEC1381-1，1381-2;ISO/IEC14496-1，14496-10 2.VisualC+音視頻編解碼技術

19、及實踐求是科技編著，北京：人民郵電出版社2006.5 3.新一代視頻壓縮編碼標準-H.264/AVC畢厚杰編著，北京人民郵電出版社2005.5 4.DirectShow開發(fā)指南陸其明編著，北京：清華大學出版社2003.12本文來源：電子設計應用作者：多媒體手機的電源管理方案2008-05-13 嵌入式在線 收藏 | 打印 手機電視、手機游戲以及音頻播放等多媒體應用向手機中的電源管理設計提出了巨大的挑戰(zhàn)。手機設計人員需要在加入新的多媒體功能的同時，保持手機小巧的外形并維持電池的長壽命。 新應用處理器提供了出色的新功能，但代價是功耗更高。新的AV功能意味著音樂回放時間更長，由此音頻放大的效率必需更

20、高，從而延長回放時間。而且，當手機上的AV功能變得更成熟時，音頻質量和輸出功率的要求也會更高。在本文中，我們討論了一些解決方案，可以幫助設計人員應對這些與新型多媒體手機電源和音頻放大有關的挑戰(zhàn)。 新應用處理器的電源 為了使手機外形小巧，使用集成電源管理單元(PMU)是非常普遍的。PMU的優(yōu)點是簡化了電源設計，而且與使用幾個分立元件電源解決方案相比，減小了解決方案的總體尺寸。但是，相反的是，多媒體功能的快速發(fā)展增加了獨立穩(wěn)壓器的使用。由于新應用處理器增加了多媒體特性，所以現(xiàn)有的PMU不足以滿足其日益提高的電源要求。另一方面，手機開發(fā)的時間越來越短，使設計人員不能等待PMU的升級。因此，獨立穩(wěn)壓器

21、被用于提供新手機所需的額外系統(tǒng)功率。 除了考慮解決方案的成本因素外，選擇獨立穩(wěn)壓器最重要的三個標準是(不同設計的優(yōu)先考慮因素不同)：1. 低噪聲：穩(wěn)壓不能產(chǎn)生干擾周圍射頻系統(tǒng)的噪聲或EMI。2. 功耗低：這意味著完全工作時效率高，且在輕載和待機狀態(tài)下電流小。3. 解決方案尺寸小(大小和高度)：穩(wěn)壓器必需在一個高度低的封裝內，而且外部無源元件也要細小。 同步步降轉換器的功耗 新處理器的理想穩(wěn)壓器是DC/DC步降轉換器，其電源效率高(超過90%)，因此對板的散熱也較小。圖1顯示了集成了MPEG-4編解碼器的手機平臺系統(tǒng)框圖。同步步降轉換器NCP1521用于提供芯片組的芯核電壓和I/O電路的電源電壓

22、。內置同步整流器后，此降壓轉換器不需要外部肖特基二極管，它提供了優(yōu)異的效率，完全工作時效率范圍在90%到96%之間。它提供的可調電壓在0.9V和3.3V之間，輸出電流高達600mA。 圖1：MPEG-4手機平臺實例 在手機中，當微處理器長期處于待機狀態(tài)，轉換器進入輕載區(qū)域，效率將降到90%以下。為了降低長期待機時的功耗，NCP1521提供了一種解決方案，可以自動從高頻PWM轉換到脈沖頻率模式(PFM)，其開關頻率與負載成正比，因此在輕載情況下產(chǎn)生的功耗較小。 尺寸小的解決方案 為了減小解決方案總體尺寸，新的降壓轉換器使用的開關頻率在1MHz和2MHz之間。為了展示開關頻率的效果，我們采用市場上

23、的1MHz步降轉換器，它使用優(yōu)化的L-C濾波器值：L=10uH，Cout=10uF。對開關頻率為1.5MHz的NCP1521，它要求的輸出濾波器為：L=2.2uH，Cout=10uF。同樣地，振蕩頻率為3MHz的NCP1522，優(yōu)化的L-C濾波器值是L=2.2uH，Cout=4.7uF。結果總結如表所示。表1：L-C濾波器值與轉換器開關頻率的比較 這一比較表明，開關頻率越高，所需的電感和輸出電容越小，因此解決方案的總體尺寸也越小。在PCB空間高度受限的多媒體手機設計中，建議采用開關頻率較高的NCP1522，以減小解決方案尺寸，并降低無源元件的成本。 引腳尺寸為3x3的SOT23-5是目前同步步

24、降轉換器的業(yè)內標準封裝。但市場上有更小的封裝選擇(如芯片級和DFN封裝)，以滿足設計人員進一步降低解決方案尺寸的需求。 進一步的集成：降壓和LDO集成在一個封裝中 從上述內容中，我們已經(jīng)看到，芯核電壓低、功率需求高的新應用處理器最好使用DC-DC降壓轉換器供電。另一方面，輸入電壓高達2.8V到3.3V的射頻敏感的模擬電路大多數(shù)依然由低噪聲LDO供電。帶降壓轉換器和低噪聲LDO的集成功率集成電路(NCP1526)，為作為歐洲市場數(shù)字電視標準的DVB-H或具DMB啟動的手機提供了靈活緊湊的解決方案。 多媒體手機中的音頻回放挑戰(zhàn) 便攜式多媒體功能向手機中的音頻放大提出了兩大挑戰(zhàn)。首先，多媒體手機需要

25、持續(xù)2小時以上的音樂和視頻回放；其次，手機上的音頻體驗將接近家庭音像系統(tǒng)。手機音頻回放可以得到清晰、立體和帶重低音的強大音頻。 目前主流的手機揚聲器由AB類音頻放大器驅動。當MP3成為流行應用，且回放時間從幾分鐘增加到幾小時以后，效率低和散熱差的AB類放大器再也不能符合要求。因此越來越多的新設計采用了D類音頻放大器。 中等價錢手機的音頻放大功耗一般低于100mW。最大輸出功率可達500mW。如圖2所示，我們可以比較一個典型的AB類和一個D類音頻放大器NCP2820。在50mW時，NCP2820的效率為80%，而AB類僅為20%。對于100mW和500mW之間更高的功率工作范圍，D類依然提供穩(wěn)定

26、的85%到90%的效率，但是AB類依然很低，位于30%和60%之間。這清楚地表明，D類放大器的出色效率，有助于延長音頻回放時間。 圖2：AB類和D類音頻放大器(NCP2820)的效率 由于效率低且散熱高，AB類放大器不能無飽和或無失真地提供高于1W的輸出功率。而D類放大器在開關狀態(tài)下工作，所以它放大音頻信號的效率高，因此可以提供更大的輸出功率，以支持大容量音頻回放。 對于NCP2820，它能夠為一個8歐姆揚聲器提供最高為1.4W的功率，而將THD+N依然保持低于1%。由于揚聲器輸出響應對低頻信號進行衰減，所以額外的功率有助于提升低音聲音這在音樂和游戲音頻回放中是重要的。 對于立體聲4歐姆揚聲器

27、這種在MP3播放器中常見的附件，輸入電壓為5V的NCP2820最高可以為每個通道提供2.56W。在這種情況下，建議用5V至5.5V的恒定電壓為放大器供電，以確保恒定的大輸出功率。DC/DC升壓轉換器NCP1422提供5V的恒定電壓，為立體聲應用中的2個D類放大器供電。 D類放大器設計中的EMI考慮因素 在恒頻PWM開關狀態(tài)下工作的D類放大器可能產(chǎn)生對同一板上射頻工作有干擾的EMI。兩項關鍵技術有助防止EMI干擾射頻系統(tǒng)。首先，D類放大器應該放置在非常接近揚聲器的地方。在立體聲應用中，建議采用2個單聲道放大器，使設計人員可以將2個放大器放在手機兩端的2個揚聲器旁邊。除此以外，設計人員也應該在放大

28、器的輸出部位連接一個EMI濾波器，如鐵氧體磁珠。EMI濾波器作為帶通濾波器，可以在開關信號沿著導線傳播到射頻電路之前將其消除。本文來源：internet作者：手機電視的技術及解決方案2007-10-23 嵌入式在線 收藏 | 打印 一、前言在手機業(yè)界有這么一個說法：“去年是拍照年，今年是音樂年，明年是電視年?！币苿与娨暷壳耙殉蔀槭謾C產(chǎn)業(yè)的熱門話題。根據(jù)歐洲、美國和日本對下一代通信業(yè)務的調查顯示，用戶對手機電視業(yè)務非常有興趣，有40-60%的用戶希望可以在手機上收看電視，愿意每個月支付10歐元。到2008年，全球將有大約2億用戶使用此項服務，而亞洲將成為手機電視最流行的地區(qū)。 本文將介紹手機電視

29、的相關技術，同時也將探討手機電視的一些解決方案。 二、手機電視面臨的問題1.惡劣的無線接收環(huán)境無線接收環(huán)境帶來了多徑問題，接收信號是來自不同路徑的發(fā)射信號的矢量疊加。不同的路徑引入了不同的延遲和相位。 如果信道的延遲擴展大于發(fā)送信號的符號周期，信號將產(chǎn)生頻率選擇性衰落并引起符間干擾，導致系統(tǒng)的性能下降。 手機電視業(yè)務必須為以不同速率運動的移動用戶提供高質量和可靠的視頻傳輸，包括基本靜止的室內用戶，低速跑動的移動用戶（小于30km/h）和處于高速運動的車輛中的用戶（大于100km/h）。接收方相對于發(fā)送方的運動會產(chǎn)生多普勒頻移。此頻移與相對運動的速度成正比，它會導致相鄰載波的干擾，影響載波之間的

30、正交性。系統(tǒng)設計者希望解調器具有較大的多普勒頻移范圍，它是衡量無線電信道時間選擇性的尺度。 2.手機的功耗問題 在手機系統(tǒng)設計中，功耗是設計者最為關心的因素之一。移動電視業(yè)務的引入不能以過多地犧牲待機時間為代價，用戶希望一次充電能連續(xù)觀看4個小時以上的電視節(jié)目。以往的地面數(shù)字廣播標準，比如DVB-T，雖然在高速運動下有不錯的接收性能，但并沒有為移動接收的功耗作特別的設計和優(yōu)化，目前較省電的DVB-T前端也要消耗約300-500mW的功耗，這對手機電池而言，還是不夠經(jīng)濟。在移動電視業(yè)務給手機引入的功耗中，接收前端大約要占到80%的比例，因此，選擇針對功耗專門設計的移動電視標準，設計低功耗的調諧器

31、和解調器，是芯片設計者需要面對和解決的問題。 3.多種標準、多個頻段的問題 這是個較為復雜的問題，超越了純粹的技術范疇，與數(shù)字電視演進的歷史和各國的政策規(guī)劃相關。在地面數(shù)字電視廣播標準方面，美國和韓國是ATSC標準，日本采用了ISDB-T標準，歐洲和澳洲采用了DVB-T，中國的標準至今尚未確定。在制定移動電視標準時，基于經(jīng)濟利益和技術延續(xù)性方面的考慮，各國也采用了不同的路線，大致的分布如圖所示。 全球范圍的移動電視標準的地理分布示意圖 在頻譜方面，主要涉及到四個頻段：VHF III（174-240MHz）、UHF（470-862MHz）和L1（1452-1492MHz）、L2（1660-168

32、5MHz）。各國對手機電視的頻譜規(guī)劃也并不統(tǒng)一。 多標準、多頻段會帶來全球漫游的問題，美國的用戶到了日本就可能無法享受到手機電視的服務。要解決這個問題，移動接收的調諧器和解調器，乃至應用處理器必須具備靈活性，支持多種標準和多個頻段，這為芯片廠商帶來了技術上的挑戰(zhàn)。 4.高級的音視頻編碼標準 為了充分利用寶貴的頻譜資源，在有限的帶寬下提供盡可能多的節(jié)目頻道，服務提供商必須使用高級的音視頻編碼技術，比如最新的視頻壓縮標準H.264（MPEG-4 Part 10）和音頻編碼標準AAC，其中H.264的壓縮率比MPEG-2高出2-3倍，1Mb/s的圖像數(shù)據(jù)接近MPEG-2DVD的圖像質量，因此，它是手

33、機電視中最為理想的信源壓縮編碼標準。H.264在結構上還是基于DCT域的運動補償架構，不過相比以往的視頻編碼標準，它采用了更先進的技術，比如具有方向性的幀內預測、基于可變塊的運動分割、基于上下文的二進制算術編碼、環(huán)內濾波、基于44塊的整數(shù)變換、1/4象素精度的運動補償、分層的編碼語法等，這些技術使得H.264具有很高的壓縮效率，在相同的重建圖像質量下，能夠比MPEG-4/H.263節(jié)約50%左右的碼率。H.264的碼流結構網(wǎng)絡適應性強，增加了差錯恢復能力，能夠很好地適應IP和無線網(wǎng)絡的應用。 編碼效率極大提高的代價是計算復雜度大大增加，基于軟件的解決方案，其CPU或DSP的主頻將大幅上升，導致

34、功耗增加，縮短了電池的使用時間。基于硬件H.264解碼的SoC芯片，是一個低功耗、高集成度的解決方案。 三、手機電視的標準 1.手機電視的兩種方式從目前全球范圍內手機電視的業(yè)務開展來看，存在兩種最主要的方式：流媒體和廣播。為了開發(fā)手機電視的市場需求，部分電信系統(tǒng)商已經(jīng)開始在手機上提供電視收視的服務，其中較為知名的有Huchison?3G以及最近的Orange、Vodafone與意大利電信（Telecom?ltalia）等。這些服務和傳統(tǒng)電視并不相同，手機通過電信網(wǎng)絡（2.5G/2.75G/3G）連接到媒體服務器，采用點對點流媒體方式播放，而非多點式的廣播。由于這些服務相當容易導入，而且商業(yè)模式

35、上比較簡單，容易運作，目前在市場上也取得了一定的成功。事實上，這種方式的頻譜利用率并不高，雖然為網(wǎng)絡營運商帶來不錯的收益，但當3G的使用越來越普遍后，利用大量頻譜提供廉價電視內容的播放將會越來越不經(jīng)濟，同時對大規(guī)模的商業(yè)運營在技術上也相當不實際。例如，3G用戶可以使用手機電視參看足球比賽的進球集錦，假設一個基站有能力同時給100個用戶傳輸100kb/s的視頻流，這個視頻流在1000s內通過10000個基站進行傳輸，這時有100萬個用戶購買了這段進球集錦，這樣每個基站必須在16-17min內保持10Mb/s的傳輸數(shù)據(jù)率，在這段時間內手機電視用戶的需求將耗盡3G網(wǎng)絡的全部資源，導致語音和其它數(shù)據(jù)業(yè)

36、務無法開展。 更有效地提供手機電視業(yè)務的方式是通過衛(wèi)星或地面數(shù)字廣播來進行傳輸。根據(jù)手機電視業(yè)務數(shù)據(jù)傳送不對稱的特點，在反向信道利用蜂窩網(wǎng)絡可以開展交互式業(yè)務，比如網(wǎng)頁瀏覽、短信、彩信、電郵等。利用廣播網(wǎng)絡，避免了點對點單播方式帶來的頻譜利用率較低的瓶頸，能有效地降低大規(guī)模商用的成本。在韓國的商業(yè)運營和在歐洲、美國等的試運營，都論證了廣播方式在技術上的可行性和商業(yè)上的經(jīng)濟性。但是，由于廣播方式可能同時牽涉到電信運營商和廣播網(wǎng)絡運營商，商業(yè)模式上相對復雜，特別是在管制較嚴的國家受政策因素的影響較大，制約較多，給商用運營帶來一定的難度。 2.廣播方式的幾種標準 a.歐洲的DVB-H標準 DVB-H

37、標準是歐洲的DVB組織推出的面向手機等小型移動終端設備的移動數(shù)字電視傳輸標準。DVB-H是建立在DVB和DVB-T兩個標準之上的標準。它的系統(tǒng)前端由DVB-H封裝機和DVB-H調制器構成，DVB-H封裝機負責將IP數(shù)據(jù)封裝成MPEG-2系統(tǒng)傳輸流，DVB-H調制器負責信道編碼和調制；系統(tǒng)終端由DVB-H解調器和DVB-H終端構成，DVB-H解調器負責信道解調、解碼，DVB-H終端負責相關業(yè)務顯示、處理。為了滿足手機電視的業(yè)務要求，DVB-H傳輸系統(tǒng)具有以下的技術特點：? （1）為提高電池的使用時間，采用了時間分片（Time Slicing）的技術，利用數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸和緩沖的方法，終端周期地關掉一

38、部分接收電路，可以節(jié)省多達90%的功耗，DVB-H的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸和緩沖見圖： DVB-H的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸和緩沖（2）支持漫游，漫游時仍能非常順利地接收DVB-H業(yè)務； （3）使用了多負荷封裝和前向糾錯編碼的技術，使系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力； （4）除了2K和8K模式，增加了4K模式，在移動接收和建網(wǎng)成本之間進行平衡； （5）系統(tǒng)能提供足夠的靈活性以滿足不同傳輸帶寬和信道帶寬應用。 b.韓國的T-DMB標準 T-DMB是韓國推出的地面數(shù)字多媒體廣播系統(tǒng)，從嚴格意義上講，仍然是歐洲的國家標準。該標準建立在歐洲廠商開發(fā)的尤里卡147數(shù)字音頻廣播（DAB）系統(tǒng)的基礎上，在技術上作了一些修改，以便向手機、

39、PDA和其它便攜設備播送空中數(shù)字電視節(jié)目。 T-DMB系統(tǒng)包括1個DMB監(jiān)視系統(tǒng)、2個視頻編碼器、視頻網(wǎng)關和多路復用器，可以提供靈活的服務，包括視音頻廣播、單獨的交通新聞天氣頻道。T-DMB利用ITU-T H.264對視頻進行編碼，利用MPEG-4 BSAC對音頻進行編碼，然后利用MPEG-4同步層和MPEG-2傳輸流對視頻、音頻以及數(shù)據(jù)進行處理，某些基本的模塊，比如前向糾錯編碼和調制等，與DVB-H相似。 T-DMB在韓國已經(jīng)步入商用階段。2005年3月，韓國已向T-DMB廣播運營商發(fā)放了許可證。同期，歐洲的DVB-H標準剛剛開始進行商用試驗。 c.高通的MediaFLO標準 高通公司于20

40、05年推出了MediaFLO標準，這是手機電視標準中唯一的私有標準。據(jù)BDA分析師稱，從純技術角度看，MediaFLO是專門為手機電視開發(fā)的系統(tǒng)，在系統(tǒng)和終端表現(xiàn)上都優(yōu)于T-DMB和DVB-H，比如頻道切換時間和相同頻帶可容納的頻道數(shù)。但T-DMB和DVB-H現(xiàn)在的商用成熟度領先于MediaFLO，MediaFLO還缺乏成熟的產(chǎn)品，加之T-DMB和DVB-H是開放的標準，支持的廠商眾多，而專利費等因素有可能會制約MediaFLO產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。 d.小結 這三種標準的未來發(fā)展將主要取決于廠商的推廣策略以及各自商用試驗的進展。這三種技術的比較如表所示。 表三種標準的技術比較類別 T-DMB DVB

41、-H MediaFLO 系統(tǒng) DAB（Eureka-147） DVB-T 帶寬 1.536MHz 5MHz，6MHz，7MHz，8MHz 6MHz（可用5MHz，7MHz，8MHz） 頻道數(shù)量 每信道1個視頻和2-3個音頻頻道 最多30個視頻和15個音頻以及短格式視頻片段 40個視頻和10個音頻以及40個短格式視頻片段 頻譜 韓國VHF 174-240MHz/歐洲Band III 200MHz L-Band 1.4GHz 歐洲UHF美國L-Band 1.6GHz 美國UHF 716-722MHz 傳送技術 OFDM（4K模式） OFDM（2K、4K、8K模式） OFDM（4K模式） 視頻編碼

42、H.264 歐洲H.264/美國WMV9 H.264 音頻編碼 韓國BASC/歐洲AAC+ 歐洲ACC+/美國WMA9 AAC+ 多路傳送 MPEG-2TS/MPEG-4SL MPEG-2TS MPEG-2TS/超幀 視頻格式 CIF 30f/s QVGA 30f/s QVGA 30f/s 四、頻譜問題目前，UHF頻段主要由模擬電視和數(shù)字電視所使用。在很多國家，一些專家認為應該將模擬電視的頻段拿出來用于發(fā)展數(shù)字電視。在大多數(shù)國家，L波段用于DAB和衛(wèi)星傳輸。但是，DAB在很多國家并沒有取得成功，發(fā)射裝置通常被關掉了。因此，在L波段有多達24MHz的頻率可以馬上投入手機電視的使用。例如，在美國，

43、Crown?Castle公司用1670-1675MHz的頻段來開展DVB-H的手機電視業(yè)務。一般會認為，L波段的頻率較高，因此信號的衰減也較大。由此得出的結論是L波段的網(wǎng)絡成本較高，因為發(fā)射器之間的距離需要更近，所以需要更多的發(fā)射器。然而，這并沒有考慮到接收器的實現(xiàn)問題。UHF的主要問題是接收天線的尺寸。好的UHF天線需要10-20cm長，但是絕大多數(shù)的手機電視接收天線只有幾厘米長，與最優(yōu)尺寸的UHF天線相比，這會帶來7-10dB的損失。 一般來說，空中的信號衰減可以用20log（f）來表示，這意味著在給定距離的條件下，L波段相比UHF波段大概有8dB的損失，這跟由于UHF天線尺寸的限制而造成

44、的損失基本相互抵消了。從這個意義上，用L波段來開展手機電視業(yè)務，與UHF波段相比，整個系統(tǒng)的信號傳輸性能并沒有明顯的下降。加之UHF?V（598-862MHz）接近GSM?900頻段，會對GSM的無線接收造成影響。因此，在手機電視的接收端，需要設計一個GSM濾波器，除去這方面的影響，這會對調諧器的設計帶來一定的難度。 根據(jù)以上的分析，用L波段來開展手機電視業(yè)務，無論從頻率規(guī)劃，還是從接收技術而言，都是可行性較高的方案。 五、解決方案 圖4為具有接收移動電視廣播功能的手機架構。該架構由三個主要的子系統(tǒng)構成：通信子系統(tǒng)、應用子系統(tǒng)和移動接收子系統(tǒng)。我們將重點討論關于移動接收和應用子系統(tǒng)相關的解決方

45、案。 具備接收移動電視廣播功能的手機架構移動接收子系統(tǒng)主要由接收天線、調諧器和解調器組成。這里不討論接收天線。調諧和解調有兩種方案：一種是兩者是分離芯片，另一種是單芯片集成。 在早期，為了迅速推出方案，搶占市場，一些廠商選擇了分離方案。Freescale提供射頻調諧器，分別是針對UHF頻段（430862MHz）的MC44CD0I/02和針對美國L波段（1.67GHz）的MC44CD03，再配上DiBcom公司的DIB7000-H芯片，它是全球首先量產(chǎn)、支持DVB-H移動接收規(guī)格的解調器。 Microtune公司也推出了分離方案。它的雙波段DVB-H調諧器芯片MT2260，采用集成設計，無需外部

46、低噪聲放大器（LNA）或平衡/不平衡變壓器，在觀看模式下的典型功耗為20-40mW。MT2260目前可接收到的頻段為美國的L波段和歐洲的UHF頻段（470-890MHz）。 TI則采用了集成方案。它的Hollywood單芯片解決方案是業(yè)界首款采用標準90nm數(shù)字工藝、將移動電視調諧器與解調器集成的芯片。其中，DTV1000和DTV1001是Hollywood單芯片系列的首批產(chǎn)品，支持開放的業(yè)界標準，包括應用于歐洲、美國及部分亞洲地區(qū)的DVB-H及應用于日本的ISDB-T，另外，均具備可連接至TI OMAP系列應用處理器的接口。 以色列公司Siano Mobile的SMS1000屬于集成方案，包

47、括SMS1001調諧器和SMS1002解調器芯片。SMS1000支持多種標準（DVB-H、DVB-T、T-DMB、DAB、EPM-DAB）和多個波段（VHFIII、UHF、L1、L2），提供了SPI、SDIO、USB 2.0、GSP接口。 Philips采取了折中的SiP方案。Philips的BGT210和BGT211是低功率DVB-H前端芯片，BGT210服務歐洲市場，BGT211服務美國市場。芯片包含一片電視調諧器（TDA18281/2）、可編程通道解碼器/解調器（TDA10105）、源解碼器和完整的用于DVB-H傳輸控制、文件傳送和實時A/V傳送的軟件包。Samsung的DVB-H前端芯

48、片組帶有Zero-IF（中頻）CMOS RF調諧器（S5M8600），以及符合DVB-H/T標準的信道解碼器（S3C4F10）、CPU和內置式存儲器，它的應用子系統(tǒng)也比較有特點，采用了SC32442應用處理器加上SA3A480 H.264解碼器的雙芯片方案。 中國大陸的IC公司還沒有推出手機電視移動接收的芯片。在應用處理器方面，上海杰得微電子的Z228芯片已經(jīng)量產(chǎn)，采用TSMC 130納米工藝，包含266MHz的ARM926EJ內核和全硬件全雙工的MPEG-4 VGA編解碼器。杰得也將針對移動電視市場，推出支持H.264解碼的應用處理器。 六、結束語 手機電視作為3G的補充，將會成為運營商一個

49、非常重要的增值業(yè)務。技術瓶頸的解決將促進手機電視的普及。目前，已有眾多芯片廠商推出支持DVB-H、T-DMB、ISDB-T和MediaFLO等標準的移動接收芯片，一些多媒體SoC廠商推出支持高級音視頻格式的應用處理器，這將推動產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，降低終端的成本，為手機電視的大規(guī)模商用創(chuàng)造有利條件。 本文來源：上海杰得微電子有限公司作者：上海杰得微電子有限公司用于手機電視終端的QAM解調器設計2007-10-11 嵌入式在線 收藏 | 打印引言 在實際通信信道上傳輸數(shù)字信號時，由于信道傳輸特性不理想及加性噪聲的影響，接收端所收到的數(shù)字信號不可避免地會發(fā)生錯誤。為了在一定的信噪比范圍內獲得較好的誤碼率指

50、標，首先要合理設計基帶信號，選擇調制解調方式，采用時域、頻域均衡等技術使誤碼率盡可能降低。 在通信系統(tǒng)中常用的調制方法一般為QPSK和M階QAM調制(M=4，8，16，32，64，256)。對QPSK調制來說，調制點的幅度是相同的，只是相位不同，解調時可不考慮信噪比和衰落幅度的影響。對QAM調制來說，調制點的幅度和相位可各不相同，這時要求準確了解信噪比和衰落情況，因此要與信道估計結合起來考慮。在DVBS，DVBT，DVBH，802.16等OFDM系統(tǒng)中，為了傳送更多的信息比特，常采用較高的調制方法，如16QAM，2QAM，64QAM等在基帶處理中，用于解凋的方法主要分為硬判決和軟判決，由于軟判

51、決的性能優(yōu)于硬判決，一般是把解調得到的軟信息輸入到譯碼器進行譯碼。 廣科院、北京泰美世紀科技和中興通訊等單位提出的sTiMi手機電視標準受到廣泛關注，此標準在手機電視物理層、傳輸層、復用層等方面提出了許多核心專利，完全擁有自主知識產(chǎn)權，此標準已成為廣電系統(tǒng)的行業(yè)標準，sTiMi手機電視標準支持16QAM。同時，DVBH在國外的于機電視標準中發(fā)展較為成熟，應用廣泛。中興通訊公司設汁的基帶芯片將采用雙模設計引，同時支持DVBH標準和sTiMi標準。手機電視終端基帶芯片要求支持16QAM，64QAM等調制方式，設計硬件實現(xiàn)簡單、性能優(yōu)良的解調裝置可降低基帶芯片的總成本。本文重點討論QAM解調器的設計

52、。 2 三星公司方案介紹 三星公司提出的QAM解調器方案體現(xiàn)在其一項名為Demodulation apparatus and method in a communieation system employing 16ary QAM的專利中。此專利提出了簡化的雙最小量度方法，使得16QAM解調器可用雙最小量度過程簡化信道譯碼輸入軟信息的獲得，而無須通過映射表或其他復雜過程來得到接收信號的最小距離值，硬件實現(xiàn)比較簡單。 該專利提出的16QAM解調器框圖如圖1所示。 該方案用于CDMA系統(tǒng)是可行的，因CDMA系統(tǒng)無須支持64QAM解調，且對16QAM解調的硬件復雜度是可接受的。在進行軟判決時要對輸出

53、比特計算對數(shù)似然比(LLR)，并用得到的LLR作為信道譯碼輸入軟信息值。該專利沒有給出64QAM的解調實現(xiàn)，且其解調方法雖是格雷映射，但QAM的映射次序和手機電視系統(tǒng)中的QAM映射次序不同，因此應用于手機電視終端時解調算法要進行相應調整。本文給出適用于手機電視終端的16QAM解調、64QAM解調方案。 3 QAM解調算法 4 硬件實現(xiàn)方案 本文設計的QAM解調器如圖2所示，主要包括： 1)解調控制器模塊：主要功能是控制其他模塊的工作及數(shù)據(jù)流向，主要是根據(jù)調制類型(16QAM或64QAM)作一個判斷，將輸入數(shù)據(jù)透傳給相應解調模塊。 索，獲得解調參數(shù)，然后用16QAM解調公式計算并解調輸出。 3)

54、64QAM解調模塊。使 對64QAM參數(shù)存儲單元進行檢索，獲得解調參數(shù)，然后用64QAM解調公式計算并解調輸出： 4)16QAM參數(shù)存儲單元。建議采用2個只讀存儲器(ROM)進行并行處理該模塊存儲了解調參數(shù)與的數(shù)值。存儲單元大小為4個條目深，2 bit位寬。 5)64QAM參數(shù)存儲單元：同樣建議采用ROM。該模塊存儲了共18個解調參數(shù)的數(shù)值。存儲單元人小為16個條目深，18 bit位寬。 由圖2中的解調控制器模塊接收到調制數(shù)據(jù)fec2demod_data，對調制類型fec2demod_type進行分析判斷后，把凋制數(shù)據(jù)demod_data分別送到16QAM解調模塊或64QAM解凋模塊：進行16

55、QAM解調時，16QAM解調模塊把地址addrx送給16QAM參數(shù)存儲單元，并瀆取解調參數(shù)qx進行處理，16QAM解調模塊將解調后的數(shù)據(jù)demod_dout0送給解調控制器模塊；進行64QAM解凋時與此類似，但解調參數(shù)為q，解調后的數(shù)據(jù)為demod_dout1。解凋完成后解倜控制器模塊將解調數(shù)據(jù)demod2fec_data及調制類型demod2fec_type送給下一級譯碼模塊。 5 測試與小結 通過算法仿真，本文采用的算法能夠滿足手機電視終端的性能要求通過FPGA硬件實現(xiàn)，本文的硬件實現(xiàn)方案僅需要2塊ROM(只讀存儲器)和極少量邏輯電路，一塊ROM大小為24 bit，另一塊ROM大小為1816 bil，占用的芯片面積較小 而二星的方案僅給出16QAM解調實現(xiàn)方案，采用類似方案實現(xiàn)64QAM解調，則需要大量的復用器，占用的芯片面積較大，通過以上分析可見，本文設計