基于海思Hi3796M平臺的新型乘客信息系統播放控制器設計研究

阿克選，張興凱，劉凱偉，劉 波

（1.鄭州地鐵集團有限公司運營分公司，河南 鄭州 450000；2北京冠華天視數碼科技有限公司，北京 100000）

0 引言

近年來，海思公司推出了高性能的編解碼SOC，內部資源豐富，外部接口較多，完全滿足PIS系統高清視頻信息處理需求。為解決傳統PIS系統傳輸節點多、系統故障率高等問題，本文設計研發了一項新型PIS播控器設備，將服務器、LCD播控器等設備功能集成，車站只需布置光口交換機、新型PIS播控器，實現了傳統PIS系統功能，節省機柜空間，降低系統能耗，大大降低了地鐵運營成本。

1 總體概述

新型PIS播控器設備基于海思Hi3796M V200平臺開發設計，配置了千兆以太網接口、SFP光模塊接口、HDMI2.0接 口、USB3.0接 口、OTG接 口、RS232接口、SD接口，光模塊用于接收交換機傳輸的數據信息，HDMI接口將整合數據信息發送至LCD顯示器，以太網接口用于配置信息播控軟件，USB及OTG連接輸入設備，RS232接口包含RS485、RS422接口，用于系統調試，SD卡存儲本地播放文件。該設備配置的主控CPU芯片保證了對安卓系統的絕對支持，同時在處理速度、視頻處理及外圍接口方面滿足PIS系統數據傳輸需求，實物設備見圖1。

圖1 新型PIS播控器設備圖

2 硬件電路設計

新型PIS播控器設備由電源板、核心板和擴展板構成，4層板件設計，核心板為海思Hi3796M V200最小系統，已引出各接口端子，根據視頻流處理需求，海思Hi3796M V200核心板在接口類別方面滿足要求，另需通過HUB芯片將USB3.0接口擴展為3路，2路用于系統調試，1路為5G模塊預留，通過HUB芯片將HDMI接口擴展為2路，2路通道完全相同，同步輸出視頻信息，各模塊技術方案如下：

2.1 核心板技術方案

核心板配置全4K高性能SOC芯片Hi3796M V200，該芯片集成4核64位高性能Cortex A53處理器和多核高性能2D/3D加速引擎，最高頻率可達1.6GHz，高性能的H.265/H.264高清視頻解碼，HDR視頻解碼及顯示，Dolby和DTS音頻處理，內置USB2.0、USB3.0、SDIO3.0、SATA、PCIe2.0等豐富外設接口，支持TVOS/Android/Linux操作系統，可支持客戶實現全4K業務部署，在圖像質量、碼流兼容性、視頻播放的流暢性以及整機性能方面保持業界最好的用戶體驗。核心板配置了2GB DDR3 SDRAM、16GB EMMC，強大的CPU處理能力和內存配置可以滿足各種差異化的業務需求，為PIS系統播控業務提供了靈活的連接方案。

2.2 電源板技術方案

根據Hi3796M V200的最大功耗及外圍器件的功耗，得出整臺設備總功耗最大值20W，確定擴展系統供電電壓直流12V，最大輸入電流2.1A。新型PIS播控器額定供電220VAC，電源板采用MORNSUN的LH25-10B12小體積AC-DC模塊，輸出12VDC，具備低功耗、高效率、安全隔離等特點[4]。該模塊安全可靠，EMC 性能較好，同時模塊前配有EMC濾波模塊FC-LX1D，完全適用于電磁兼容比較惡劣的地鐵環境。

2.3 擴展板技術方案

核心板通過專用MXM3.0 314pin連接擴展板，擴展板配置Hi3796M V200物理接口及擴展電路，擴展板主要包含電源管理電路、HDMI擴展電路，光模塊、千兆以太網、RS232、SD卡、音頻等物理接口通過MXM3.0 314pin與Hi3796M V200直連，關鍵模塊電路設計如下：

2.3.1 電源管理電路

擴展板采用2層電源管理方案，分為芯片電源管理和接口電源管理兩部分。芯片電源管理由STC15W204S控制器進行統一管理，接口電源管理由CPU控制，系統 有 效 電 壓 包 括 +12v、+5v、+3.3v、+1.35v， 有 電源管理單元分配供電時序。新型PIS播控器上電后，STC15W204S開始工作，默認+12V電源輸出，核心板工作，HUB芯片、OTG、關光口、網口、RS232供電，USB端口、HDMI端口、SD卡處于關閉狀態，待核心板正常工作后，各端子投入系統運行。CPU進入休眠狀態時，向STC15W204S發送電源關閉命令，+12v電源斷開，CPU依靠紐扣電池供電維持內部電路運行。

2.3.2 HDMI擴展電路

HDMI擴展電路以龍迅HDMI2.0分配器IC一拖二LT86102XU為核心部件，外圍電路由電源轉換電路、信號電平轉換電路、運行指示電路組成。該核心部件最大6Gbps高速數據速率，自適應均衡RX輸入和預加重TX輸出，支持長電纜，可以自動檢測電路損耗，支持4K視頻。該電路由5V、1.35V兩種供電源，核心板通信端口SCL、SDA通過電平轉換芯片，將3.3V信號數據轉換為5V信號數據，提高芯片間通信兼容性，核心板HDMI輸出端、HDMI擴展輸出端與ESD防護芯片0524P并聯，提高抗干擾性，單個HDMI同組差分信號物理線應保持同等長度，提高視頻信號質量。

3 播控軟件設計

新型PIS信息播控軟件基于安卓系統開發，主要實現PIS版式的字幕疊加，視頻播放，輸出畫面至LCD顯示屏，可接收控制中心發布的信息、指令，實現各類乘客服務信息的播放和控制。

播控軟件按照功能劃分主要由Player、Watchplayer、Infomonitor、Ntpclient程序構成。Player為播放控制器播放軟件，實現PIS版式的字幕疊加，視頻播放，輸出畫面至LCD顯示屏，并可接收控制中心發布的信息、指令，實現各類乘客服務信息的播放和控制等。InfoMonitor定時向中心web服務器獲取本設備當前播放計劃。當InfoMonitor檢測到本地播表發送改變，啟動下載文件進程，首先把播表信息下載到本地Playlist文件夾中，然后解析播表文件，通過ftp方式對播表中相關的視頻、圖片等素材進行下載。當InfoMonitor下載完播表，把當前更新的信息保存到playplan.json中，當player檢測到最新播表時，自動切換到播放最新播表文件。通過中心網管配置的車站開始運營時間和結束運營時間，InfoMonitor根據本地時鐘自動檢測并執行開、關屏操作。

4 結束語

新型PIS播控器采用高性能Hi3796M V200芯片，各項功能均滿足PIS系統運行需求。通過新型PIS播控器的應用，替代了車站原有設備，優化了PIS系統車站網絡結構，節省車站機柜空間與能耗的同時，大幅度降低故障率。新型PIS播控器上電聯網后，控制中心自動下發數據信息，無需人工操作，相比傳統PIS系統，具備維護工作量少、高效、便捷等特點，其低廉的制作成本，將降低地鐵線路建設成本，在軌道交通、高鐵等行業推廣應用價值較高。