嵌入式ＰＭＰ／ＭＰ４研發策略對比分析

劉黎明　王　水

摘 要：PMP/MP4的生產一般采用制造商+Design House的模式進行，其強力的技術壁壘對其創新設計和研發造成極大的障礙。針對這一問題，通過對市場主流PMP產品設計方案的對比分析，為制造商研發人員提供在不同的技術要求和資金保障前提下，可優先采用的技術思路，從而縮短研發周期，降低研發成本；同時提出可供非制造商科研機構采用的技術方案，從而為PMP的創新研發提供更為廣闊的空間。

關鍵詞：便攜式媒體播放器；嵌入式設備；PMP；MP4；研發策略

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：B 文章編號：1004-373X(2009)04-043-04

Comparison and Analysis on Research and Development Strategy of Embedded PMP/MP4

LIU Liming，WANG Shui

(Nanyang Institute of Technology，Nanyang，473000，China)

Abstract：The manufacturing model of PMP/MP4 is Manufacturer + Design House，this model establishes a thick barrier between the essential technical foundations and the majority of researchers，which impedes innovative research and development heavily.To eliminate this barrier，this paper studies and analyzes the design models of mainstream PMP manufacturers，proposes optimal frameworks for manufactural developers with different technical/financial background，as well as strategies for non-manufactural research organizations，so as to shorten the R&D; period and cut down the overall cost，this way provids further broad space for innovative application of portable media playing devices.

Keywords：portable media player;embedded device;PMP;MP4;research and development strategy

0 引 言

便攜媒體播放器（Portable Media Player，PMP），通常又稱為MP4，因其支持的基本媒體格式為MPEG-4視音頻影視文件。

MP4的市場發展速度驚人，預計2008年全球市場份額將突破210億美元，總出貨量超過2.5億臺^［1］。新一代MP4良好的發展前景和潛在的無限市場，吸引著眾多廠商大力研發，特別是中低端PMP及手持多媒體設備，由于其成本低廉，實用性好，利潤空間大，在中國具有極其廣闊的市場。但是PMP/MP4的生產一般采用制造商+Design House的模式進行，主流解決方案提供商對其技術都采取了一定嚴格的保密措施，廠家加盟生產也有相當的資金門檻，這種強力的技術壁壘對一般工程人員進行PMP/MP4的創新設計和研發造成極大的障礙。

通過對市場主流PMP產品設計方案的對比分析，可以為研發人員提供在不同的技術要求和資金保障前提下，優先采用的技術思路，從而縮短開發周期，降低開發成本，為便攜式媒體播放設備的創新應用提供更為廣闊的發展空間。

1 PMP研發方案分類

目前市場上的主流PMP解決方案，可以歸類為如下4種：

（1） 處理器加圖形加速器

典型代表：S3C2440+SM501開發板。

硬件特點：在ARM9開發板基礎上加入SM501 2D圖形加速芯片，大大提高了ARM系統的圖形運算能力，硬件成本低。

軟件特點：完全采用嵌入式系統方案設計，可以使用VxWorks，Linux和WinCE等嵌入式操作系統，軟解壓。

缺點：開發周期長，特別在視頻疊加，附加計算等領域難以滿足要求。

（2） DSP加單片機方式

典型代表：DSP5402開發板。

硬件特點：用控制芯片彌補DSP在控制方面的不足，但該控制芯片不支持操作系統，多用于編碼或者工控設計領域，成本低。

軟件特點：任何解碼程序和接口設計驅動都必須由開發者設計，難度較大。

缺點：開發周期過長，對開發者的要求比較高，視頻顯示性能難以提高。

（3） 控制器加DSP

典型代表：ARM9E開發板。

硬件特點：系統的控制能力得以加強，但該構架的芯片界定比較模糊，芯片往往嚴重冗余。

軟件特點：支持VxWorks，Linux和WinCE等嵌入式操作系統。

總結：控制器加DSP模式開發周期長、偏軟、風險比較高。DSP加控制器模式開發周期更加漫長、涉及軟硬兩方面的開發。

（4） 處理器加解碼芯片

典型代表：EM851x，AU1200，PXA27x，DM270/320，i.MX31，SPC536，Z228，vweb2005/2010，Go7007/Go7007SB，AK3221，Rockchips等，參見第2節。

硬件特點：采用DSP搭配CPU的方式，DSP負責編解碼，CPU則是針對數據存儲、管理，以及用戶界面與外圍器件的控制。

軟件特點：可使用VxWorks，Linux和WinCE等嵌入式操作系統，并能為用戶提供額外的操作功能，如游戲、記事本等。

總結：開發周期短，開發結果質量有保障，但成本過分高昂。

2 主流PMP廠家解決方案對比

目前市場上銷售的PMP雖然品牌眾多，但基本上都可歸屬到“處理器加解碼芯片”模式；其解決方案來源于下面幾個供應商，其自主開發空間也限于其API接口框架內；各解決方案的特性分述如下：

2.1 AMD Alchemy解決方案

AMD于2005年推出專門為PMP設計的處理器Alchemy AU1200。這是一個低功耗、高性能的系統解決方案，支持多種視頻格式，集成化媒體加速引擎，不需要外部DSP，編程模式簡單，可以擴展到大型顯示屏(1 024×768)，支持DDR1和DDR2 內存，總體方案成本低，主頻達500 MHz；軟件設計可以在Linux內核上進行^［2］。

缺點：硬件不支持RM格式，要通過轉換軟件來支持。

2.2 英特爾PXA27x的解決方案

英特爾公司于2003年底推出的PXA27x嵌入式處理器，最高頻率可達624 MHz，配合嵌入式Linux或WinCE操作系統，理論上可以支持任何媒體格式，并通過軟件升級，支持未來媒體格式。但由于MPEG-2對硬件的極高要求，因此單純依靠PXA27x處理器進行MPEG-2編解碼是不現實的。其中，英特爾PXA270不是專門為PMP設計，它最初出現在PDA上；之所以選擇PXA270作為PMP處理器，是源于它強勁的多媒體處理能力與獨特的節電技術^［3］。

英特爾公司于2004年推出了2700G多媒體加速芯片，配合PXA270進行視頻加速與3D加速，完美解決了MPEG-2編解碼問題，更使基于PXA27x的PMP產品能向多功能化發展，可以加入游戲、攝像等功能，成為個人娛樂終端。

Intel 公司專門為Linux 提供了相關的多媒體與無線通信應用的優化函數庫，所以采用Linux 可使產品的研發周期大大縮短^［4］。

缺點：成本可能較高，需要外部DSP。

2.3 TI DM320 DSP＋ARM處理器的解決方案

TI的方案^［5］是利用DM320 DSP進行音視頻編解碼處理，ARM處理器負責系統處理及提供外圍設備接口^［4］。與TI方案SigmaDesigns方案一樣，支持的媒體類型非常豐富，具有錄制和播放功能，編解碼能力強，還可具備PVR的功能（即錄制和播放可雙工同時進行），支持USB2.0，HDD，SD，CF，MS等，但在成本上并不具備優勢。

缺點：必須配合ARM處理器，成本不占優勢，功耗較大；不支持網絡視頻格式RM/RMVB，低性能應用處理器，ARM 80~160 MHz，有限的軟件解決方案，需要客戶做大量的軟件編程工作^［6］。

2.4 SigmaDesigns EM851x方案

SigmaDesigns 851x處理器^［7］是目前性能最強的專業解碼芯片，集成200 MHz 32位RISC處理器和MPEG解碼處理器，無需其他外圍芯片支持，即可完成系統所需各種接口及流暢的多格式視頻解碼。

優點：單芯片，低功耗；硬核視頻解碼，視頻播放效果好。

缺點：不支持RM，RMVB等視頻格式，存儲器只能接普通SDRAM，不能接DDR2。

2.5 凌陽SPCA536解決方案

凌陽(Sunplus)的SPCA536解決方案^［8］價格低廉，支持媒體類型單純，功能單一；支持的格式非常有限(視頻格式僅支持MPEG-4編解碼，音頻格式也比較單一)，視頻解碼能力比較差，解大文件視頻文件會有停頓等；需要使用轉換軟件將各種音視頻文件壓縮成(*.mpx)格式，才能在該機播放。

該方案也支持數碼拍照，圖像瀏覽等功能^［9］。

2.6 vweb解決方案

vweb是一家SoC（片上系統）解決方案領域上的領先供應商。其VW2010是即時MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4音視訊系統編解碼晶片(同時壓縮、解壓或編碼、解碼)，完全相容ISO/IEC-11172-2，ISO/IEC-13818-2，ISO/IEC -14496-2和ITU-T H.263(基線)。

優點：功能強大，有豐富的SDK接口文檔，支持格式也比較多。

缺點：只有PCI式和USB式2種解碼芯片接口，導致物理應用不方便。

2.7 Z228解決方案

Z228是上海杰得微電子公司2006年3月發布的應用處理器，這是中國自主開發的第一款0.13 μm中、高端MAP。基于ARM926EJ嵌入式CPU內核，包含MPEG-4格式的硬件全雙工編解碼器，具有豐富的多媒體接口。具有WinCE和Linux兩個版本的硬件設計工具包（HDK）和軟件開發工具包（SDK）。

Z228的硬件視頻編解碼器支持MPEG-4/H.263雙工格式，最大圖像尺寸是VGA(640×480),最快速度是30 f/s。編解碼同時全速運行ARM926EJ的負荷低于5%，也就是說它基本上是獨立工作的，幾乎不占用CPU的資源，雙工全速運行時功耗低于120 mW。Z228中還內置了類似計算機顯示芯片中的2D視頻后處理引擎，支持色度空間轉換、任意尺度圖像縮放、VBR(可變碼率)、CBR(固定碼率)、VFR(可變幀率)、CFR(固定幀率)、去方塊和去環濾波、亮度/對比度/飽和度校正、抖動(Dithering)、圖像掩模、畫中畫等功能。解碼后的視頻圖像經該引擎處理后直接上屏，無需CPU干預，在不增加功耗的前提下，實現視頻的流暢播放。

優點：國內比較好的解碼芯片，解碼格式比較多，并且開發板采用雙層設計，很容易實現擴充和擴展。在智能監控、視頻服務器、手持信息終端（HIT）、智能手機等系統設計方面有成熟和完整的解決方案。

缺點：由于屬于剛剛量產的國內為數不多的優秀解碼芯片，價格會比較昂貴。

目前活躍在中國大陸的PMP整機解決方案供應商還有^［10］：飛思卡爾i.MX31解決方案（多應用于智能手機），Zoran基于COACH 7系列的解決方案（主要用于數碼攝像機），Ittiam的MediaAlbum方案（支持高質量多媒體錄制、存儲、播放和流媒體支持），飛利浦的基于TriMedia的便攜式多媒體（Media Box）解決方案，以及基于Blackfin的ADSPBF532芯片的解決方案^［11］等。

3 各種PMP解決方案的成本比較

由于PMP產品的研發難度較大，目前市面上的大多數PMP產品均為國外或臺灣地區設計，按照生產商加Design House的模式運行。表1的解決方案成本^［10］，主要是針對制造商的。國內一些制造商為了降低成本，還采用多個廠家聯合購買解決方案的方式進行生產。對于主要面向科研的獨立開發者而言，其初始投入顯得較高。

4 PMP開發面臨的尷尬局面

由于PMP技術還遠沒有達到普及階段，仍然屬于炙手可熱的技術，其利潤空間還有巨大的回旋余地，因此各種PMP方案的開發板，也還沒有達到普及學習的階段，并且只能通過直接代理或者中間商購買開發包，開發板的購買者或研究者要承擔分銷商及主流公司開發的部分費用。

開發板費用居高不下，最明顯的原因有2個方面：

(1) 開發板與最終產品不同，開發板必須附加技術性很強的資料及開發文獻，所以在目前供應商在沒有完全獲得全部利潤之前，很多費用仍要由開發者買單。供應商通過這種高收費手段，轉移資金壓力和減少自身經營風險。

(2) 眾多的開發板是由供應商自己設計完成，很大程度上攜帶了該公司所有的技術核心，導致這些公司將所有的開發費用直接轉嫁到開發板中。

所以從開發商或者代理商直接獲得SDK及開發板的費用基本相當，甚至代理商的費用高于開發商的情況也是很普遍的。簡而言之，在PMP產品未廣泛普及之前，獲得相關開發板及技術資料的代價是相當高昂的。

5 結 語

PMP自主研發的方案選擇,由于PMP沒有統一的行業標準，在技術上彼此存在很大的差別。根據媒體播放的核心支持進行劃分，其自主研發思路可以分為2個主流方向：

（1） 以解碼芯片為核心。

解碼芯片提供豐富的API接口供開發者使用，性能優良，可以大大地提高開發速度，縮短開發的時間周期。該技術優勢明顯，但也同樣存在著明顯的缺陷：技術購買費用高昂、不能進行軟件升級。開發平臺需要約5~50萬元。

（2） 以圖形加速為輔助，以高性能CPU為核心。

該技術方式的主要優點不僅可以播放多媒體文件，還可以上網、打字、玩游戲等；最可貴的是解碼軟件可以根據需要進行升級，可以使用戶始終支持當前最流行的影音格式。開發平臺需要約3~8萬元。

（3） 自主研發方案選擇。

從目前市場運作成本及研發速度的角度進行分析，“以圖形加速為輔助，以高性能CPU為核心”的技術方式開發產品，可以獲得良好的性能價格比，并且可以隨時升級媒體播放軟件，具有目前主流芯片解碼方式不具備的優點，可作高端多功能多媒體設備的研發選擇。在軟件研發中，采用Linux內核作為程序開發平臺，充分利用開源代碼，可以極大的降低設計難度，提高研發速度^{［4，12，13］}。

而若為盡快使新產品搶占市場，必須提高研發產品的速度，則以硬件解碼芯片為核心的PMP技術方向是最為理想的；這也是目前市場最為流行的研發模式。

對于高校和研究機構而言，在市場因素不明顯的前提下，“以CPU為核心”結合Linux開源架構的技術方案有助于將研發力量集中于創新應用和學術研究之上，可作為首選方案。

參 考 文 獻

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作者簡介 王 水 男，1967年出生，高級系統架構師，副教授。研究方向為軟件工程，計算機輔助教育。

劉黎明 男，1967年出生，副教授，碩士。研究方向為計算機網絡技術。