基于智能手機(jī)平臺的CMMB移動電視功能設(shè)計

鮑軍民

（浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310053）

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(diǎn)，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[1]。目前，CMMB手機(jī)電視功能的實(shí)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?yàn)轶w積大、成本高等缺點(diǎn)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?yàn)檎加肞CB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(diǎn)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(shí)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(shí)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。

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(diǎn)[2]。接口設(shè)計如圖2所示。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(diǎn)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 XS?cale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[3]。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(shí)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[4]。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[5]。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(shí)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(diǎn)的節(jié)目信息，后者則根據(jù)預(yù)先設(shè)置的頻點(diǎn)，系統(tǒng)只搜索設(shè)定頻點(diǎn)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(yàn)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2 各頻點(diǎn)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(shí)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(shí)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。

[1] 威晨皓，陳亮，吳樂南.數(shù)字移動多媒體廣播新進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)[J].電視技術(shù)，2007，31（6）：30-33.

[2] Siano Corporation.CMMB mobile DTV receiver chip SMS1180 datasheet version 1.0[EB/OL].[2010-12-20].http：//www.siano-ms.com/products-CMMB-receivers.html.

[3] Marvell Corporation.PXA30x and PXA31x processors graphics and input controller developers manual[EB/OL].[2010-12-21].http：//read.pudn.com/downloads129/sourcecode/others/551052/PXA300%20data%20sheet/PXA300-310_Design_Guide.pdf.

[4] 蔡璐.基于SD接口的加密卡的研究與設(shè)計[D].鄭州：解放軍信息工程大學(xué)，2009.

[5] 馬莉，方春冬.CMMB移動終端架構(gòu)研究[J].移動通信，2009（3）：10-12.