基于數字多媒體芯片的移動數字電視設計

張楓

[摘要]基于數字多媒體芯片的移動數字電視是允許高品質視頻音頻播放的便攜式多媒體播放平臺及高性能網絡信息終端，本文使用美國德州儀器公司的TMS320DM320芯片，基于T-DMB移動數字電視標準，設計了一種移動數字電視系統軟硬件實現方案，該方案功耗較低，信號靈敏度高，有良好的市場價值。

[關鍵詞]移動數字電視；T-DMB；TMS320DM320；功耗管理

一、引言

由于數字電視圖像質量明顯優于模擬電視的圖像質量，近幾年來移動數字電視發展迅猛，國內外研究機構制定了種類繁多的移動數字電視信號傳輸的標準，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，使用數字多媒體芯片設計了一套數字電視實現方案。

二、硬件設計

本文硬件設計架構如圖1所示，它由T-DMB標準數字電視模塊及PMP模塊兩部分組成，其間的通信采用USBI.1協議。

（一）T-DMB標準數字電視模塊

數字電視模塊用于接收移動電視的無線信號，消除信號干擾，并將信號解調后交給后端進一步處理。它包括天線、調諧器、解調器和Ts接口四部分，其功能分別是：

1、天線可分為內置天線和外置天線，內置天線的增益較小，但是實現和封裝技術較為復雜；

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

3、信道解調器按照使用的數字電視信號標準，將Ts信號從中頻信號中分離出來，并將其解碼為數字碼流，使用SPI協議輸出至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SPI數據格式到USB1.1數據格式的轉換。

（二）PMP模塊

PMP模塊實現了對數字電視信號的解碼，將其分離為音頻和視頻信號并輸出。為實現該功能，本文采用了由美國德州儀器（TI）開發的數字多媒體芯片TMS320DM320。該芯片內置了可編程的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處理器，其中SIMD圖像處理引擎可執行DCT和反向DCT、運動估計和運動補償等，其它協處理器可實現可變長編解碼、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標準傳送數據，將轉換后的視頻分量信號傳送到TMS320DM320的內存中，以備輸出。視頻信號的輸出通過LCD完成，TMS320DM320內置了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，即可實現視頻輸出。

音頻輸出通過TMS320DM320內置的音頻編解碼芯片和McBSP來完成，編程時可以根據需要選擇聲道以及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DAB（Digital Audio Broadcasting）標準的繼承與發展，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據業務以及需要交互應用的場合，則采用MPEG-4 BIFS編碼標準。

目前，我國國內已有北京、上海及廣東佛山等地試播DMB業務，并呈現進一步發展的趨勢。

（二）軟件架構

移動數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、系統層：實現了操作系統、文件系統以及數字電視外設的驅動，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據流管理，實現數據緩沖等操作，為編解碼做好準備；

3、視頻、音頻編解碼算法層：實現了視頻和音頻的編解碼算法，并進行碼流控制，從而實現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的性能，因此TMS320DM320通過ARM芯片和ARM和DSP通信機制輔助實現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該層的設計；

4、用戶層、應用層：基于底層的操作系統，用戶可根據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、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，移動數字電視還需要有良好的功耗管理。因此在移動數字電視處于休眠狀態時，應關閉系統中必要的模塊供電，例如LCD、Flash等。為使整個移動數字電視系統功耗降低，在設備驅動、系統層添加了電源管理模塊，該模塊在ARM芯片的控制下實現子模塊電源通斷的管理。例如，在用戶設置的時間之內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字多媒體芯片TMS320DM320的數字電視系統，它基于T-DMB標準，包括T-DMB標準數字電視模塊及PMP模塊，軟件上采用分層結構，并對功耗管理進行了優化設計。通過本文所述的設計，系統的整體功耗平均為70 mW，使用電池供電可連續使用20小時；無線信號靈敏度為15 mV，即在通常信號環境下均能正常使用；視頻解碼支持30幀每秒的CIF視頻圖像。

參考文獻

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