一種智能公交移動電視系統的設計

劉 軍，譚凱峰，田燈友

一種智能公交移動電視系統的設計

劉 軍，譚凱峰，田燈友

（康佳集團開發中心，廣東 深圳 518053）

提出一種基于Mstar公司數字電視芯片MSD6A801FVA開發的智能公交移動電視設計方案，支持Android 4.0操作系統，集成了GPS自動報站和移動數字電視接收功能，具有功能強、集成度高、應用軟件開發簡便等特點，可以滿足人們對未來公交電視的需求。

智能；公交電視；GPS信號；國標地面數字電視

【本文獻信息】劉軍，譚凱峰，田燈友.一種智能公交移動電視系統的設計[J].電視技術，2013，37（14）.

隨著城市的發展，交通擁堵問題顯得日益突出，一方面各地政府普遍采取公共交通優先發展的戰略，大力發展城市公共交通系統，另一方面隨著經濟發展，人們對公交運輸系統的快捷性、安全性、舒適性也提出了更高的要求。國內許多城市的無人售票公交車大都采用半自動報站系統，語音報站器由司機進行操作，人工操作容易引起錯報、漏報等一系列問題，現在已經逐漸被GPS自動化公交報站系統所替代，這不但減輕了司機的工作強度，而且提高了公交運行的可靠性。公交移動電視通過接收地面數字電視信號，播出新聞資訊、娛樂綜藝、生活教育等節目，受到了乘客的歡迎，公交車也成為廣大乘客接收信息的重要渠道[1]。

但是目前公交車上的移動電視僅播放電視節目和廣告，不能介紹公交站點附近的景點、酒店、交通等情況，乘客無法獲得更多感興趣的信息。多數GPS自動報站器也只有簡單的語音報站功能。本文提出的GPS智能化公交報站系統，是基于智能電視芯片開發，擁有Android 4.0操作系統，集成ARM雙核Cortex-A9 1 GHz CPU、大容量eMMC存儲器和SD卡接口，把GPS自動報站器、LED顯示屏、移動電視機頂盒的功能全部結合在一起，同時也解決了報站與電視的聲音相互干擾的問題，具有集成度高、成本低、功能更強的優點。通過修改軟件，就可以方便地根據公交系統產生的需求添加新功能，將自動報站與站點實時資訊很好地結合起來。

1 系統原理和框圖

1.1 設計思路

近年來，以Android系統平臺為基礎的智能電視得到發展和普及，它集成了網絡、電視、游戲、多媒體播放、在線音樂、影視下載、卡拉OK、WiFi、3D等許多功能，而且Android作為一個全面開源的操作系統，大量的第三方應用程序和游戲可以直接應用，智能電視同時又具有USB、HDMI、SD卡、SPDIF等數字多媒體端子，已經成為一個家庭網絡多媒體娛樂平臺，給用戶一種全新的生活方式和娛樂體驗。

智能電視大批量生產，使集成度高、功能強的智能電視的芯片價格大大降低。公交車需要的電視顯示器、GPS自動語音報站器、移動電視接收機頂盒[2]功能，通過修改智能電視部分設計都可以實現，智能電視因為有強大的軟硬件平臺，所以很容易增加新功能。例如公交車在運行時播放移動電視或SD卡中的節目，快要到達公交站點時，電視在自動播報公交站點名稱的同時，屏幕上也顯示出站臺周圍的地理和交通信息，系統還能插播附近景點、酒店的廣告，這是該系統最大的亮點。另外也可以將公交車的運行軌跡，通過離線導航電子地圖軟件隨時在電視屏幕上直接顯示出來，公交車附近的交通和建筑一目了然，極大地方便了旅客。因為系統使用Android 4.0操作系統，第三方應用程序可以直接使用，專門開發的應用軟件可以將移動公交電視變成一個公交車的多功能媒體平臺。

1.2 智能公交移動電視系統

8100、9100系列智能電視是康佳公司2012年新產品，都是采用MStar公司新一代數字電視單芯片MSD6A801FVA，集成ARM雙核Cortex-A9 1 GHz CPU，使用Android 4.0操作系統。芯片集成網絡、數模解調、3D功能模塊、全制式彩色解碼器、聲音處理模塊、卡拉OK、視頻處理器、HDMI1.3/1.4A、USB2.0/3.0、SD卡接口，內置DVB-C解碼，支持MPEG-2音視頻解碼、MPEG-4音視頻解碼、H.264音視頻解碼、MVC解碼等多種多媒體解碼，集成Mali 400 MP圖形處理單元GPU，3D渲染速度提升一倍，改善圖像鋸齒。整機功能都是通過主芯片外接電路模塊實現。

智能公交移動電視為降低成本首先是在智能電視基礎上，取消了暫時用不到的功能電路，例如網絡功能、有線數字電視DVB-C（PCMCIA卡）、USB攝像頭模塊、一路重低音電路、USB無線WiFi模塊、3路HDMI、卡拉OK電路、外置的3路USB和HUB GL852芯片。增加了GPS模塊和DTMB數字解調電路，保留的一路AV輸入是考慮到一些城市使用其他移動接收方式時，電視仍然可以使用。耳機插孔的作用是把移動電視的聲音送到公交汽車的聲音播放系統。

智能公交移動電視方案的核心是MStar公司數字電視單芯片MSD6A801FVA，在外圍配置兩顆2 Gbyte DDR3 1 600 MHz（隨機快閃存儲）K4B2G1646E-HCK9芯片，系統的主程序存儲在一顆4 Gbyte eMMC中，eMMC是MMC協會制定的內嵌式存儲器標準規格，它在Flash芯片封裝中集成了一個控制器提供標準接口并管理閃存。物理接口簡單，不同廠家產品替換方便。智能公交移動電視增加的一些專用功能軟件和車站交通廣告信息都可以通過USB接口放在eMMC存儲器中指定的文件夾里，供系統調用。如果4 Gbyte eMMC空間不夠，還可以直接替換擴展為8 Gbyte的eMMC，SD卡和USB接口主芯片MSD6A801FVA都已經集成，主芯片輸出的聲音信號通過采用MSH9010芯片的Class-D數字功放電路驅動喇叭。系統前端是NXP公司的Silicontuner TDA18273芯片，射頻信號從天線進入TDA18273，輸出4 Mbyte低中頻差分地面數字信號，經過ATBM8869解調后輸出并行TS流信號給主芯片MSD6A801 FVA，經過主芯片解復用、MPEG-2解碼、Scale后輸出LVDS信號驅動LED屏顯示。系統框圖見圖1。

圖1 智能公交移動電視系統方框圖

2 關鍵技術電路分析

2.1電源電路

與家用電視機使用交流220 V電源不同，公交汽車一般采用蓄電池直流12 V或直流24 V電源供電，公交電視主要有 19 in（1 in=2.54 cm）、20 in、22 in、24 in這幾種規格，考慮到產品通用化、標準化及降低設計成本，以最大24 in LED電視為標準，電源220 V時測量最大功率是38 W，設計時還必須考慮到當汽車電壓波動時，電視也能正常收看，所以公交電視電源設計為：輸入8～38 V直流電壓，輸出直流12 V/4 A，預留了20%的設計裕量。

電源方案采用BCD公司的AP3041作為主控芯片，這是一個電流型升壓LED驅動控制器，它具有以下特點：LED恒流恒壓，并具有LED開路、短路保護，輸出過壓過流保護，輸入欠壓保護等功能，在該方案中主要使用它的恒壓功能。

根據輸入輸出電壓的要求，該方案采用了圖2所示的SEPIC DC/DC變換拓撲架構。SEPIC拓撲使得輸入電壓可以高于輸出電壓，也可以低于輸出電壓。避免了傳統中既使用Boost又要使用Buck才能解決的問題。

根據SEPIC拓撲的特點，使用AP3041作為恒壓控制器，采用一個耦合電感L902來替代拓撲中的2個獨立電感，2個MOS管V701、V702并聯使用增大輸出電流。電源電路的詳細設計見圖3。

圖2 SEPIC DC/DC變換拓撲架構

2.2 GPS模塊

GPS模塊就是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關外圍電路而組成的一個集成電路模塊，根據測量每顆GPS衛星信號到接收機的時間延遲，信號傳輸的速度計算出接收機到不同衛星的距離，輸出NMEA-0183通信標準格式所定義的各種記錄語句，內容包含緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向以及衛星狀況等信息。

GPS自動公交語音報站器已經在許多城市的公交車上采用，自動報站工作原理都是利用GPS模塊接收多個衛星發來的導航信息和星鐘校正參數的時間，計算出車輛當前的經緯度坐標信息。將此坐標信息與存儲在處理芯片中的車站的經緯度坐標信息對比，達到設定閾值，就可查得對應車站信息，由語音系統播報。

與傳統公交語音報站器不同的是，自動公交語音報站器[3]是通過專門的語音系統播報車站信息。而這個智能系統利用數字電視處理芯片的存儲器，提前錄制并存儲了各個車站經緯度信息，達到設定閾值后，電視停止播放移動電視或SD卡中的節目，開始播放指定車站的視頻、音頻信息和廣告節目，結束后又自動繼續播放移動電視節目或中斷的SD卡中的節目。每個站點的視頻、音頻信息和廣告節目分別對應一個文件，存放在存儲器指定的文件夾里，隨時可以通過電視USB口進行替換。

也可以先將所在城市的電子地圖下載并存在電視的eMMC存儲器中，公交車行駛時，通過應用軟件將它的運行軌跡通過電視屏幕實時顯示出來。

圖3 AP3041電源控制應用電路

本系統設計采用獨立GPS模塊電路，這樣設計GPS模塊安裝位置靈活，可以根據實際使用情況選用內置天線模塊或外接天線模塊，方便挑選性價比最好的GPS模塊。以后還可以根據需求，安裝使用中國北斗衛星接收GPS模塊。電視電路主板設計支持RS-232和USB兩種GPS數據格式輸入，應用軟件采用結構化方式，支持NMEA 0183標準，從GPS模塊輸出的信息中提取有用字段進行處理。

目前GPS芯片主要有美國GARMIN公司的SiRFIII、SiRF Prima系列和臺灣MTK公司的 331833293339系列，樣機調試選用韓國GSTAR公司采用MTK MT3329芯片設計的GS-89M-J型GPS接收模塊，主要性能參數如下：

·GPS技術：MTK MT3329

·頻率：L1,1 575.42 MHz

·C/A碼：1.023 MHz芯片速率

·定位精度：無輔助：5 M 2D-RMS

·速度精度：0.1 Mbit/s

·時間精度：50 ns

·通道數：66/22

·靈敏度：-148/-165 dBm

·工作電壓：3～5 V

·功耗：75 mW

·通信協議：NMEA0183

·硬件接口：RS-232/USB

·首次定位時間（FFTT）

熱開機：平均1 s

冷開機：平均35 s

重新取得定位時間：＜1 s

2.3DTMB信道解調

公交移動電視運行時，因為受高樓、立交橋等高層建筑的阻擋，導致公交移動電視的數字電視信號容易受到影響，經常出現無信號、馬賽克花屏等現象，要保證公交移動電視有良好的傳播效果[4]，就需要移動電視具有高靈敏度和優秀的抗多信道噪聲干擾、多徑干擾、多普勒衰落干擾和回波干擾性能。

本文選用高拓訊達（AltoBeam）公司的第五代產品ATBM8869，這是支持國標地面數字電視（DTMB）單載波、多載波[5]、單多融合等各種模式的復合解調芯片，該芯片對復雜的多徑環境和芯片的抗干擾能力進行了優化，有獨特的抑制動態多徑干擾和鄰頻干擾的特性，已經在實際使用中得到驗證。圖4是ATBM8869芯片DTMB信道解調應用電路。

工作原理：Tuner TAD18273輸出IF中頻差分（IFP,IFQ）模擬信號，IF信號進入ATBM8869信道解調芯片，主芯片MSD6A801 FVA通過I2C設置ATBM8869芯片內部寄存器，中頻IF信號在ATBM8869芯片內部經過信道均衡、解交織、FEC解碼等處理，輸出并行TS流信號給主芯片MSD6A801FVA。ATBM8869同時輸出IF AGC信號同步控制Tuner TAD18273以獲得穩定強度的輸入信號。

3軟件設計

3.1 概述

系統軟件基于Android架構，應用程序使用Java和C++開發。因為Android是開放系統，提供了大量的API接口，可以方便地使用Android現有資源，縮短開發周期。Android支持地理定位服務，關于地理定位服務的API全部位于android.location包內，其中包含LocationManager、LocationProvider、LocationListener等幾個重要的功能類，GPS設備應用軟件可以直接調用。

圖4 ATBM8869芯片DTMB信道解調應用電路

由于Android系統沒有標準的TV應用接口，本文在MStar公司提供的接口之上封裝了自己的接口，并形成標準。對于不同的電視芯片平臺，只需要移植接口的實現部分，應用程序可以直接使用，避免因接口不同而花大量時間去移植每個應用程序；同時，也便于向與直接合作的第三方應用程序提供統一的接口，擴展接口具體分為兩個部分。圖5是擴展接口具體架構圖。

圖5 擴展接口具體架構圖（截圖）

3.1.1 接口定義

程 序 包 com.konka.kkinterface 中 放置對擴展接口的定義，這里的定義不隨平臺的改變而改變，方便上層應用兼容多平臺。為了架構清晰，這里可以按模塊分別定義在不同的包里，com.konka.kkinterface.tv主要定義傳統TV功能的接口，包括圖像、聲音、頻道、時間、3D、數據庫等的接口；com.konka.kkinterface.media主要定義擴展的多媒體功能的接口。

3.1.2 接口實現

程 序 包 com.konka.kkimplements 中放置對擴展接口的實現，是對接口定義部分具體的實現，這部分代碼會根據不同的平臺構建不同的分支。com.konka.kkimplements.tv.mstar用于實現 MStar平臺的TV接口。

3.2 主要功能軟件流程圖

3.2.1 GPS自動報站流程

GPS自動報站流程圖見圖6。

圖6 GPS自動報站流程圖

3.2.2 ATBM8869 DTMB 移動電視信道解調流程

ATBM8869構成的DTMB移動電視信道解調流程圖見圖7。

圖7 ATBM8869 DTMB移動電視信道解調流程圖

4 測試與分析

在實驗室對系統DTMB移動電視主要性能指標[6]進行了測試，其中最小接收電平，抑制動態多徑能力載噪比，抑制數字電視上、下鄰頻干擾能力，抑制0 dB回波能力載噪比等指標，獲得的數據都達到或優于國標。靈敏度最小接收電平測試數據見表1。同時又實際接收深圳電視臺發射的地面數字電視信號，順利搜到了722 MHz頻點的4套節目，移動電視M01、移動電視M02、CCTV新聞和CCTV體育。

GPS自動報站系統是在實驗室模擬公交車運行狀況來測試的，首先測得站點 緯 度 、經 度 坐 標 N22.53.8666；E113.98.8093，然后軟件設定一個范圍（實際在公交車上應用時，還需要根據現場情況再調整），在實驗室設定為水平8 m距離,具體緯度、經度坐標 N22.53.8543；E113.98.8170，當越過這個點時，電視自動停止正在播放的移動電視節目，改為播放提前設置好的一段視頻節目，播完視頻節目后，又自動繼續播放移動電視節目。

通過對上面的測試結果分析，系統滿足設計要求。

5 結束語

本設計基于智能電視單芯片開發，把GPS自動報站器、LED顯示器、移動電視機頂盒的功能全部結合在一起，擁有集成度高、成本低、功能強的優點，使用Android 4.0操作系統，二次開發新應用軟件更簡單，可以繼續開發網絡、WiFi等功能，將車載電視打造成一個公交移動多媒體平臺。

表1 AD18273+ATBM8869 DTMB信道解調靈敏度測試數據

：

[1] 解婷，田軻.淺析公交移動電視的現狀及策略[J].今傳媒，2012（6）：69-70.

[2] 楊文超，楊維康，郜煥平.DTMB車載數字電視終端與實現[J].電子產品世界，2008（4）：116-119.

[3] 張永生，文科.基于GPS/GPRS的公交車自動報站系統設計[J].現代電子技術，2009（19）：212-214.

[4] 董鑫，胡曾千，楊昉.DTMB系統的單頻網接收性能預測[J].電視技術，2012，36（13）：1-3.

[5] 楊行知.地面數字電視傳輸技術與系統[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[6]GB20600—2006，數字電視地面廣播傳輸系統結構、信道編碼和調制[S].2006.

譚凱峰（1978—），工程師，主研電源技術及應用；

田燈友（1981—），工程師，主研數字電視軟件以及嵌入式操作系統。

Design of Intelligent Bus Mobile TV System

LIU Jun，TAN Kaifeng，TIAN Dengyou

（KONKA Development Center，Guangdong Shenzhen 518053，China）

A design of intelligent mobile Bus-TV based on the digital TV chip MSD6A801FVA from Mstar company is proposed in this paper.It supports Android 4.0 operation system,and integrates GPS automatic newspaper station and mobile digital TV reception function.It has the features of strong functionsand high degree of integration.And the application software development is simple.The design can meet the needs to the future Bus-TV.

intelligent；Bus-TV；GPS；DTMB

TN948.2

A

劉 軍（1968—），高級工程師，主研數字電視產品及應用；