基于数字多媒体芯片的移动数字电视设计

张枫

[摘要]基于数字多媒体芯片的移动数字电视是允许高品质视频音频播放的便携式多媒体播放平台及高性能网络信息终端，本文使用美国德州仪器公司的TMS320DM320芯片，基于T-DMB移动数字电视标准，设计了一种移动数字电视系统软硬件实现方案，该方案功耗较低，信号灵敏度高，有良好的市场价值。

[关键词]移动数字电视；T-DMB；TMS320DM320；功耗管理

一、引言

由于数字电视图像质量明显优于模拟电视的图像质量，近几年来移动数字电视发展迅猛，国内外研究机构制定了种类繁多的移动数字电视信号传输的标准，例如美国的ATSC标准、欧盟的DVB系列标准、日本的ISDB标准、韩国的T-DMB标准。本文基于相对完善的T-DMB标准，使用数字多媒体芯片设计了一套数字电视实现方案。

二、硬件设计

本文硬件设计架构如图1所示，它由T-DMB标准数字电视模块及PMP模块两部分组成，其间的通信采用USBI.1协议。

（一）T-DMB标准数字电视模块

数字电视模块用于接收移动电视的无线信号，消除信号干扰，并将信号解调后交给后端进一步处理。它包括天线、调谐器、解调器和Ts接口四部分，其功能分别是：

1、天线可分为内置天线和外置天线，内置天线的增益较小，但是实现和封装技术较为复杂；

2、信道调谐器用于接收来自天线的、频率不同的无线信号，并从中取得数字电视的无线信号，即中频信号；

3、信道解调器按照使用的数字电视信号标准，将Ts信号从中频信号中分离出来，并将其解码为数字码流，使用SPI协议输出至TS接口；

4、由于DM320不支持8位并行SPI信号，因此通过Ts接口实现SPI数据格式到USB1.1数据格式的转换。

（二）PMP模块

PMP模块实现了对数字电视信号的解码，将其分离为音频和视频信号并输出。为实现该功能，本文采用了由美国德州仪器（TI）开发的数字多媒体芯片TMS320DM320。该芯片内置了可编程的DSP C54x用于音频解码，以及RISC指令集芯片ARM926EJ用于系统控制，为增强视频处理能力，该芯片还集成了多个专用可编程协处理器，其中SIMD图像处理引擎可执行DCT和反向DCT、运动估计和运动补偿等，其它协处理器可实现可变长编解码、量化及逆量化等。

PMP模块由TMS320DM320辅以Flash、SDRAM、电源等外设组成，其架构如图2所示。

TMS320DM320的电源采用TPS6501x集成电源模块，该电源支持AC（电池）、USB或者电源适配器输入，可为PMP模块提供多路电源输出，从而降低成本和功耗。

电视信号解码芯片采用TVP5150A，该芯片可实现NTSC、PAL和SECAM等视频信号到视频分量信号的转换，然后利用TMS320DM320上的CCD接口，该接口采用IEEE ICR656标准传送数据，将转换后的视频分量信号传送到TMS320DM320的内存中，以备输出。视频信号的输出通过LCD完成，TMS320DM320内置了NTSC/PAL混合视频信号输出的10位D/A芯片，配合视频放大器OPA360，即可实现视频输出。

音频输出通过TMS320DM320内置的音频编解码芯片和McBSP来完成，编程时可以根据需要选择声道以及ADC/DAC芯片；若同时需要触屏控制器与音频编解码芯片，可使用集成触屏控制器的音频编解码芯片，从而降低芯片面积并降低成本。

三、软件设计

（一）T-DMB标准简介

T-DMB作为对传统DAB（Digital Audio Broadcasting）标准的继承与发展，除采用了DAB标准原先使用的相关技术外，为了进行视频广播，还应用了一系列的新技术。对于音频编解码，T-DMB使用了在有限带宽情况下仍能保证高压缩性能MPEG-4AVC压缩标准；对于视频伴音压缩标准，则采用专利费相对较低的MPEG-4 BSAC音频压缩标准；对于视频播放中的数据业务以及需要交互应用的场合，则采用MPEG-4 BIFS编码标准。

目前，我国国内已有北京、上海及广东佛山等地试播DMB业务，并呈现进一步发展的趋势。

（二）软件架构

移动数字电视软件架构如图3-1所示，其采用分层结构，包括下述四个部分：

1、设备驱动、系统层：实现了操作系统、文件系统以及数字电视外设的驱动，包括电源芯片驱动、Ts接口等；

2、流控制层：负责文件流以及音视频数据流管理，实现数据缓冲等操作，为编解码做好准备；

3、视频、音频编解码算法层：实现了视频和音频的编解码算法，并进行码流控制，从而实现音频和视频的同步播放。由于视频和音频编解码算法是运行在DSP上的，其效率直接影响系统的性能，因此TMS320DM320通过ARM芯片和ARM和DSP通信机制辅助实现音频和视频的编解码及显示。由于高效的视频和音频编解码算法十分复杂，因此可购买第三方成熟的视频和音频编解码库实现该层的设计；

4、用户层、应用层：基于底层的操作系统，用户可根据市场需求自定义应用程序，从而扩展出互动电视、电视游戏、Wifi上网、GPS等其他功能。

3.3功耗管理设计

为了适应移动设备中使用有限电源供电的特点，除上述基本架构外，移动数字电视还需要有良好的功耗管理。因此在移动数字电视处于休眠状态时，应关闭系统中必要的模块供电，例如LCD、Flash等。为使整个移动数字电视系统功耗降低，在设备驱动、系统层添加了电源管理模块，该模块在ARM芯片的控制下实现子模块电源通断的管理。例如，在用户设置的时间之内没有遥控或键盘操作时，可提示用户是否将电视设为休眠模式，从而关闭LCD显示器和音频、视频编解码模块，只留下ARM芯片的电源以待返回工作模式。

四、小结

本文设计了一种基于数字多媒体芯片TMS320DM320的数字电视系统，它基于T-DMB标准，包括T-DMB标准数字电视模块及PMP模块，软件上采用分层结构，并对功耗管理进行了优化设计。通过本文所述的设计，系统的整体功耗平均为70 mW，使用电池供电可连续使用20小时；无线信号灵敏度为15 mV，即在通常信号环境下均能正常使用；视频解码支持30帧每秒的CIF视频图像。

参考文献

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