《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于智能手機(jī)平臺的CMMB移動電視功能設(shè)計
摘要: 本設(shè)計在智能手機(jī)平臺上,利用CMMB調(diào)諧解調(diào)器SMS1180擴(kuò)展了手機(jī)電視功能,。該方法簡單實用,,性價比較高,在目前便攜式智能終端的設(shè)計領(lǐng)域,,具有較好的推廣價值,。
Abstract:
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0 引言

中國移動多媒體廣播電視(CMMB)標(biāo)準(zhǔn)作為中國自行研發(fā)、完全掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的移動多媒體標(biāo)準(zhǔn),,以其高速率,、低功耗、高移動性等優(yōu)點,,在手機(jī),、PDA、MP3,、MP4,、數(shù)碼相機(jī)、筆記本式計算機(jī)等小屏幕便攜式終端中得到越來越廣泛的應(yīng)用,。目前,,CMMB手機(jī)電視功能的實現(xiàn)方案主要有以下幾種:1)采用解調(diào)器與第三方調(diào)諧器的分離式雙芯片方案,如創(chuàng)毅視訊的ADM3421等,因為體積大,、成本高等缺點逐漸被棄用,;2)采用解調(diào)器與調(diào)諧器的SIP 方案,如創(chuàng)毅視訊的F206,,思亞諾的SMS1180等,,因為占用PCB面積小、成本相對較低,、與相應(yīng)的視音頻解碼芯片的組合自由度大等優(yōu)點被廣泛使用,;3)單芯片的接收全集成方案,包括解調(diào)器,、視音頻解碼器等,,如展訊公司的SC6600V,集成度很高,,但是應(yīng)用處理器的選擇受限,,尤其對于已有AP的智能手機(jī)來說,并非最優(yōu)的選擇,。筆者從體積、功耗,、成本和需求等方面考慮,,采用思亞諾的SMS1180解決方案,在智能手機(jī)平臺上實現(xiàn)了CMMB手機(jī)電視功能,。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能手機(jī)平臺采用基帶處理器+應(yīng)用處理器的雙處理器結(jié)構(gòu),,主要由無線通信模塊、多媒體處理模塊,、視音頻輸出模塊,、CMMB接入模塊等部分組成,其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。其中無線通信模塊實現(xiàn)呼叫/接聽,、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然就ㄐ殴δ芎推渌鸚iFi、藍(lán)牙等無線功能,,多媒體處理模塊則用于處理高負(fù)荷的多媒體應(yīng)用,。

智能手機(jī)平臺總體結(jié)構(gòu)

工作流程如下:天線接收到的CMMB信號,經(jīng)過包含調(diào)諧器和解調(diào)器的SMS1180的調(diào)諧和解調(diào)處理后,,輸出標(biāo)準(zhǔn)格式的TS流經(jīng)過SPI總線傳送到多媒體處理模塊,,通過應(yīng)用處理器PXA310對H.264和ACC視音頻碼流解碼,在其控制下輸送數(shù)字格式的視頻信號到LCD液晶顯示屏上,,播放出電視視頻圖像,,同時輸出AC97格式的音頻信號到音頻解碼器,經(jīng)處理輸出的模擬聲音最終送到耳機(jī)或外放。

2 硬件設(shè)計

整個智能手機(jī)系統(tǒng)中涉及CMMB移動電視功能的硬件主要包括CMMB接入模塊,、多媒體處理模塊,、視音頻輸出模塊和條件接收模塊4部分,本節(jié)將從以下幾個方面講述其中的關(guān)鍵接口設(shè)計,。

2.1 CMMB接入模塊的射頻相關(guān)設(shè)計

CMMB接入模塊采用思亞諾的SMS1180,,具有雙通道、低功耗,、高靈敏度等特點,。接口設(shè)計如圖2所示。

智能手機(jī)平臺CMMB功能軟件架構(gòu)

天線設(shè)計考慮到攜帶的方便性,,采用拉桿式,。時鐘電路采用8~40 MHz的晶體振蕩器,串聯(lián)阻抗在0~60 Ω溫度穩(wěn)定性要求20 ppm(百萬分之一),,負(fù)載電容10 pF,。

射頻接口電路在U波段增加帶通濾波器電路,S波段除了帶通濾波器電路外,,還須設(shè)置巴倫電路,。電源電路則分為兩組:一組1.2(1±0.05)V為內(nèi)核、ADC,、PLL和時鐘電路供電,;另一組1.8~3.3(1±0.1)V為數(shù)據(jù)接口電路供電,可根據(jù)連接的應(yīng)用處理器情況來確定,,每一路電源需接1 μF電容濾波,。

該設(shè)計中PCB的布局布線尤為重要,需注意:

1)從天線到SMS1180的UHF波段和S波段輸入端的射頻線要求50 Ω阻抗,,輸入通道上的相關(guān)器件與SMS1180布局在同一面,,從而保證器件間的布線可以盡可能的短,而且在同一層完成,,而無需過孔,,減少干擾;

2)為了減少寄生電容,,在S波段的通路上,,從巴倫電路到SMS1180輸入之間的地段需要挖空,相應(yīng)的內(nèi)層地也需要挖空,,UHF波段通路的地段則根據(jù)阻抗控制來處理,;

3)布線時,相關(guān)的電源線至少需要0.4 mm.此外,,層與層之間應(yīng)保留盡量多的地孔以減少接地點之間的阻抗,。



2.2 CMMB接入模塊與多媒體處理模塊的接口設(shè)計

多媒體處理模塊的核心器件即為智能手機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用處理器,。設(shè)計采用美滿公司基于第三代Intel XScale技術(shù)的PXA310,最高主頻624 MHz,,可根據(jù)工作狀態(tài)調(diào)整頻率,,而且融入了智能功耗管理技術(shù),最大限度地降低了系統(tǒng)功耗,,延長了電池壽命,。在多媒體方面,提供VGA解析度的30 f/s(幀/秒)H.264播放效能,,具有硬件視頻加速功能,,大大提升視頻播放功能。SMS1180輸出標(biāo)準(zhǔn)格式的TS數(shù)據(jù)流至主處理器,,數(shù)據(jù)傳輸接口可以為SPI,、SDIO和USB等多種選擇,從傳輸速度和EMI等因素考慮設(shè)計選用PXA310 SPI接口與之配合,,相關(guān)的復(fù)位,、斷電和喚醒等控制信號則選用PXA310的GPIO進(jìn)行相關(guān)的功能和時序控制。無論選用SPI,、SDIO和USB數(shù)據(jù)接口線,,布局時都須將其布于多層板的內(nèi)層,遠(yuǎn)離敏感管腳和射頻區(qū)域,。

2.3 多媒體處理模塊與視音頻輸出模塊的接口設(shè)計

視頻輸出設(shè)計由應(yīng)用處理器PXA310通過片內(nèi)LCD控制器直接控制LCD模塊,,其控制器接口多通過連接器經(jīng)由FPC連接到LCD模塊,需要額外考慮信號的EMI處理,,可在硬件設(shè)計采用LCD數(shù)據(jù)線和時鐘控制線加RC電路或?qū)S玫亩嗤ǖ繣MI器件,選取相應(yīng)電路時需要注意并聯(lián)電容值大小,。筆者調(diào)試過程中就曾遇到因選取容值過大器件影響到傳輸信號的質(zhì)量,,從而導(dǎo)致畫面顏色顯示不正常的現(xiàn)象。另外,,在FPC設(shè)計上也需要采用數(shù)據(jù)線間加地隔離等手段達(dá)到EMI效果,。

音頻接口則由PXA310的AC97控制器控制音頻編解碼芯片WM9731來實現(xiàn)。WM9731采用雙CODEC操作結(jié)構(gòu),,通過AC-link接口支持高保真立體聲CODEC功能,,同時還通過一個PCM類型的同步串行端口(SSP)支持音頻CODEC功能。當(dāng)系統(tǒng)只處于語音通話狀態(tài)時,,WM7931工作在處理模擬音頻的通道上,;當(dāng)CMMB電視模塊工作時,則切換為AC97的輸入通道上,。

2.4 CMMB接入模塊與條件接收模塊接口設(shè)計

針對目前加密電視節(jié)目的情況,,需要在CMMB電視部分加入解密方案。現(xiàn)在常用的解密方案有兩種:第1種是通過手機(jī)中常用的T-Flash卡來完成解密和解擾,輸出清晰節(jié)目給解碼芯片解碼,;第2種是直接把解密芯片內(nèi)嵌入PCB,,然后輸出1個私有的密鑰給解碼芯片。

前者需要占用手機(jī)平臺僅有的T-Flash插槽,,而且用卡完成解密和解擾會有120 ms的延時,。本設(shè)計采用第2種方案,P5CC072解密芯片通過符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的接口與SMS1180的UART口直連[4],,由應(yīng)用處理器將授權(quán)控制信息ECM,、授權(quán)管理信息EMM輸入給解密芯片解密后,再將控制字輸回應(yīng)用處理器,,然后根據(jù)控制字來做視音頻的解碼,。

另外,在GSM/GPRS智能手機(jī)平臺設(shè)計中需要尤為注意的是:由于CMMB接收模塊UHF頻段離GSM900非常近,,最好在GSM部分的輸出部分插入一個濾波器,,以衰減在UHF頻段產(chǎn)生的噪聲。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件架構(gòu)

智能手機(jī)平臺CMMB部分的軟件結(jié)構(gòu)由下至上分為信號處理模塊,、條件接收模塊和應(yīng)用模塊,。其中,信號處理模塊負(fù)責(zé)射頻接收,、解調(diào)制,、解復(fù)用及相關(guān)功能;條件接收模塊負(fù)責(zé)信號解擾,、解密,、用戶授權(quán)及相關(guān)功能;應(yīng)用模塊負(fù)責(zé)電視廣播,、聲音廣播,、電子業(yè)務(wù)指南、緊急廣播和數(shù)據(jù)廣播等業(yè)務(wù)的處理,。整體架構(gòu)如圖2所示,。

其中,調(diào)諧解調(diào)器SMS1180驅(qū)動層位于整個軟件系統(tǒng)的最底層,,直接對硬件進(jìn)行操作,,控制SMS1180工作,接收SMS1180傳送過來的傳輸流,。在解調(diào)器正確輸出TS數(shù)據(jù)流后,,就輸入到解復(fù)用模塊進(jìn)行TS流的解析工作。解復(fù)用模塊是接收機(jī)的關(guān)鍵模塊,,處于調(diào)諧解調(diào)器與解碼器之間,,用于解碼數(shù)據(jù)的預(yù)處理,。最后CMMB應(yīng)用程序?qū)鈴?fù)用后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理,包括視音頻解碼播放,、電子業(yè)務(wù)指南解析和其他信息處理,。

3.2 關(guān)鍵設(shè)計

3.2.1 頻道搜索、切換與播放

軟件上設(shè)計兩種實現(xiàn)節(jié)目搜索的方式:自動搜索和手動搜索,。前者通過枚舉的方式搜索出接收到的所有頻點的節(jié)目信息,,后者則根據(jù)預(yù)先設(shè)置的頻點,系統(tǒng)只搜索設(shè)定頻點的節(jié)目信息,。頻道切換遵循先關(guān)閉當(dāng)前播放的節(jié)目,,后關(guān)閉SMS1180接收模塊工作流程,播放時則先打開接收模塊再播放,。

3.2.2 播放時的來電處理

在智能手機(jī)平臺系統(tǒng)中,,軟件還必須處理手機(jī)電視播放時來電掛起的特殊情況。在軟件設(shè)計中,,系統(tǒng)監(jiān)測預(yù)先設(shè)定的來電標(biāo)志,,標(biāo)志置位則將播放電視節(jié)目任務(wù)掛起,切換到來電界面,。當(dāng)拒絕通話或通話結(jié)束掛斷時,,設(shè)置的標(biāo)志消失,系統(tǒng)監(jiān)測到標(biāo)志消失,,則運(yùn)行播放電視節(jié)目任務(wù),,繼續(xù)播放上次的節(jié)目頻道。

3.2.3 節(jié)電設(shè)計

應(yīng)用處理器PXA310自身定義了多種電源狀態(tài),,不同的電源狀態(tài)對應(yīng)不同的工作狀態(tài),,通過電源管理程序既滿足當(dāng)前工作需要的處理速度又保證最小的功率消耗。系統(tǒng)軟件設(shè)計中針對CMMB接收模塊也定義了3種不同的工作模式,,即播放模式,、睡眠模式和關(guān)機(jī)模式,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)隨時關(guān)閉不需要的外設(shè),。

4 測試及驗證

智能手機(jī)平臺系統(tǒng)測試,除了通信部分的基本指標(biāo)外,,對于手機(jī)電視而言,,最關(guān)鍵的指標(biāo)是各種模式下的功耗和接收靈敏度。測試平臺采用CMMB信號發(fā)生器,、誤碼測試儀,、萬用表和待測智能手機(jī)等組成,測試結(jié)果如表1,、表2所示,。

表1 各種模式下的功耗統(tǒng)計mW
表1 各種模式下的功耗統(tǒng)計mW

表2 各頻點下的電視接收靈敏度
表2 各頻點下的電視接收靈敏度

從測試結(jié)果可知,,功耗結(jié)果滿足智能手機(jī)實際使用要求,在UHF的整個頻段,,CMMB電視接收模塊的靈敏度都要優(yōu)于規(guī)范要求的-95 dBm.

5 小結(jié)

本設(shè)計在智能手機(jī)平臺上,,利用CMMB調(diào)諧解調(diào)器SMS1180擴(kuò)展了手機(jī)電視功能。該方法簡單實用,,性價比較高,,在目前便攜式智能終端的設(shè)計領(lǐng)域,具有較好的推廣價值,。

 

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