一种智能公交移动电视系统的设计

刘 军，谭凯峰，田灯友

一种智能公交移动电视系统的设计

刘 军，谭凯峰，田灯友

（康佳集团开发中心，广东 深圳 518053）

提出一种基于Mstar公司数字电视芯片MSD6A801FVA开发的智能公交移动电视设计方案，支持Android 4.0操作系统，集成了GPS自动报站和移动数字电视接收功能，具有功能强、集成度高、应用软件开发简便等特点，可以满足人们对未来公交电视的需求。

智能；公交电视；GPS信号；国标地面数字电视

【本文献信息】刘军，谭凯峰，田灯友.一种智能公交移动电视系统的设计[J].电视技术，2013，37（14）.

随着城市的发展，交通拥堵问题显得日益突出，一方面各地政府普遍采取公共交通优先发展的战略，大力发展城市公共交通系统，另一方面随着经济发展，人们对公交运输系统的快捷性、安全性、舒适性也提出了更高的要求。国内许多城市的无人售票公交车大都采用半自动报站系统，语音报站器由司机进行操作，人工操作容易引起错报、漏报等一系列问题，现在已经逐渐被GPS自动化公交报站系统所替代，这不但减轻了司机的工作强度，而且提高了公交运行的可靠性。公交移动电视通过接收地面数字电视信号，播出新闻资讯、娱乐综艺、生活教育等节目，受到了乘客的欢迎，公交车也成为广大乘客接收信息的重要渠道[1]。

但是目前公交车上的移动电视仅播放电视节目和广告，不能介绍公交站点附近的景点、酒店、交通等情况，乘客无法获得更多感兴趣的信息。多数GPS自动报站器也只有简单的语音报站功能。本文提出的GPS智能化公交报站系统，是基于智能电视芯片开发，拥有Android 4.0操作系统，集成ARM双核Cortex-A9 1 GHz CPU、大容量eMMC存储器和SD卡接口，把GPS自动报站器、LED显示屏、移动电视机顶盒的功能全部结合在一起，同时也解决了报站与电视的声音相互干扰的问题，具有集成度高、成本低、功能更强的优点。通过修改软件，就可以方便地根据公交系统产生的需求添加新功能，将自动报站与站点实时资讯很好地结合起来。

1 系统原理和框图

1.1 设计思路

近年来，以Android系统平台为基础的智能电视得到发展和普及，它集成了网络、电视、游戏、多媒体播放、在线音乐、影视下载、卡拉OK、WiFi、3D等许多功能，而且Android作为一个全面开源的操作系统，大量的第三方应用程序和游戏可以直接应用，智能电视同时又具有USB、HDMI、SD卡、SPDIF等数字多媒体端子，已经成为一个家庭网络多媒体娱乐平台，给用户一种全新的生活方式和娱乐体验。

智能电视大批量生产，使集成度高、功能强的智能电视的芯片价格大大降低。公交车需要的电视显示器、GPS自动语音报站器、移动电视接收机顶盒[2]功能，通过修改智能电视部分设计都可以实现，智能电视因为有强大的软硬件平台，所以很容易增加新功能。例如公交车在运行时播放移动电视或SD卡中的节目，快要到达公交站点时，电视在自动播报公交站点名称的同时，屏幕上也显示出站台周围的地理和交通信息，系统还能插播附近景点、酒店的广告，这是该系统最大的亮点。另外也可以将公交车的运行轨迹，通过离线导航电子地图软件随时在电视屏幕上直接显示出来，公交车附近的交通和建筑一目了然，极大地方便了旅客。因为系统使用Android 4.0操作系统，第三方应用程序可以直接使用，专门开发的应用软件可以将移动公交电视变成一个公交车的多功能媒体平台。

1.2 智能公交移动电视系统

8100、9100系列智能电视是康佳公司2012年新产品，都是采用MStar公司新一代数字电视单芯片MSD6A801FVA，集成ARM双核Cortex-A9 1 GHz CPU，使用Android 4.0操作系统。芯片集成网络、数模解调、3D功能模块、全制式彩色解码器、声音处理模块、卡拉OK、视频处理器、HDMI1.3/1.4A、USB2.0/3.0、SD卡接口，内置DVB-C解码，支持MPEG-2音视频解码、MPEG-4音视频解码、H.264音视频解码、MVC解码等多种多媒体解码，集成Mali 400 MP图形处理单元GPU，3D渲染速度提升一倍，改善图像锯齿。整机功能都是通过主芯片外接电路模块实现。

智能公交移动电视为降低成本首先是在智能电视基础上，取消了暂时用不到的功能电路，例如网络功能、有线数字电视DVB-C（PCMCIA卡）、USB摄像头模块、一路重低音电路、USB无线WiFi模块、3路HDMI、卡拉OK电路、外置的3路USB和HUB GL852芯片。增加了GPS模块和DTMB数字解调电路，保留的一路AV输入是考虑到一些城市使用其他移动接收方式时，电视仍然可以使用。耳机插孔的作用是把移动电视的声音送到公交汽车的声音播放系统。

智能公交移动电视方案的核心是MStar公司数字电视单芯片MSD6A801FVA，在外围配置两颗2 Gbyte DDR3 1 600 MHz（随机快闪存储）K4B2G1646E-HCK9芯片，系统的主程序存储在一颗4 Gbyte eMMC中，eMMC是MMC协会制定的内嵌式存储器标准规格，它在Flash芯片封装中集成了一个控制器提供标准接口并管理闪存。物理接口简单，不同厂家产品替换方便。智能公交移动电视增加的一些专用功能软件和车站交通广告信息都可以通过USB接口放在eMMC存储器中指定的文件夹里，供系统调用。如果4 Gbyte eMMC空间不够，还可以直接替换扩展为8 Gbyte的eMMC，SD卡和USB接口主芯片MSD6A801FVA都已经集成，主芯片输出的声音信号通过采用MSH9010芯片的Class-D数字功放电路驱动喇叭。系统前端是NXP公司的Silicontuner TDA18273芯片，射频信号从天线进入TDA18273，输出4 Mbyte低中频差分地面数字信号，经过ATBM8869解调后输出并行TS流信号给主芯片MSD6A801 FVA，经过主芯片解复用、MPEG-2解码、Scale后输出LVDS信号驱动LED屏显示。系统框图见图1。

图1 智能公交移动电视系统方框图

2 关键技术电路分析

2.1电源电路

与家用电视机使用交流220 V电源不同，公交汽车一般采用蓄电池直流12 V或直流24 V电源供电，公交电视主要有 19 in（1 in=2.54 cm）、20 in、22 in、24 in这几种规格，考虑到产品通用化、标准化及降低设计成本，以最大24 in LED电视为标准，电源220 V时测量最大功率是38 W，设计时还必须考虑到当汽车电压波动时，电视也能正常收看，所以公交电视电源设计为：输入8～38 V直流电压，输出直流12 V/4 A，预留了20%的设计裕量。

电源方案采用BCD公司的AP3041作为主控芯片，这是一个电流型升压LED驱动控制器，它具有以下特点：LED恒流恒压，并具有LED开路、短路保护，输出过压过流保护，输入欠压保护等功能，在该方案中主要使用它的恒压功能。

根据输入输出电压的要求，该方案采用了图2所示的SEPIC DC/DC变换拓扑架构。SEPIC拓扑使得输入电压可以高于输出电压，也可以低于输出电压。避免了传统中既使用Boost又要使用Buck才能解决的问题。

根据SEPIC拓扑的特点，使用AP3041作为恒压控制器，采用一个耦合电感L902来替代拓扑中的2个独立电感，2个MOS管V701、V702并联使用增大输出电流。电源电路的详细设计见图3。

图2 SEPIC DC/DC变换拓扑架构

2.2 GPS模块

GPS模块就是集成了RF射频芯片、基带芯片和核心CPU，并加上相关外围电路而组成的一个集成电路模块，根据测量每颗GPS卫星信号到接收机的时间延迟，信号传输的速度计算出接收机到不同卫星的距离，输出NMEA-0183通信标准格式所定义的各种记录语句，内容包含纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状况等信息。

GPS自动公交语音报站器已经在许多城市的公交车上采用，自动报站工作原理都是利用GPS模块接收多个卫星发来的导航信息和星钟校正参数的时间，计算出车辆当前的经纬度坐标信息。将此坐标信息与存储在处理芯片中的车站的经纬度坐标信息对比，达到设定阈值，就可查得对应车站信息，由语音系统播报。

与传统公交语音报站器不同的是，自动公交语音报站器[3]是通过专门的语音系统播报车站信息。而这个智能系统利用数字电视处理芯片的存储器，提前录制并存储了各个车站经纬度信息，达到设定阈值后，电视停止播放移动电视或SD卡中的节目，开始播放指定车站的视频、音频信息和广告节目，结束后又自动继续播放移动电视节目或中断的SD卡中的节目。每个站点的视频、音频信息和广告节目分别对应一个文件，存放在存储器指定的文件夹里，随时可以通过电视USB口进行替换。

也可以先将所在城市的电子地图下载并存在电视的eMMC存储器中，公交车行驶时，通过应用软件将它的运行轨迹通过电视屏幕实时显示出来。

图3 AP3041电源控制应用电路

本系统设计采用独立GPS模块电路，这样设计GPS模块安装位置灵活，可以根据实际使用情况选用内置天线模块或外接天线模块，方便挑选性价比最好的GPS模块。以后还可以根据需求，安装使用中国北斗卫星接收GPS模块。电视电路主板设计支持RS-232和USB两种GPS数据格式输入，应用软件采用结构化方式，支持NMEA 0183标准，从GPS模块输出的信息中提取有用字段进行处理。

目前GPS芯片主要有美国GARMIN公司的SiRFIII、SiRF Prima系列和台湾MTK公司的 331833293339系列，样机调试选用韩国GSTAR公司采用MTK MT3329芯片设计的GS-89M-J型GPS接收模块，主要性能参数如下：

·GPS技术：MTK MT3329

·频率：L1,1 575.42 MHz

·C/A码：1.023 MHz芯片速率

·定位精度：无辅助：5 M 2D-RMS

·速度精度：0.1 Mbit/s

·时间精度：50 ns

·通道数：66/22

·灵敏度：-148/-165 dBm

·工作电压：3～5 V

·功耗：75 mW

·通信协议：NMEA0183

·硬件接口：RS-232/USB

·首次定位时间（FFTT）

热开机：平均1 s

冷开机：平均35 s

重新取得定位时间：＜1 s

2.3DTMB信道解调

公交移动电视运行时，因为受高楼、立交桥等高层建筑的阻挡，导致公交移动电视的数字电视信号容易受到影响，经常出现无信号、马赛克花屏等现象，要保证公交移动电视有良好的传播效果[4]，就需要移动电视具有高灵敏度和优秀的抗多信道噪声干扰、多径干扰、多普勒衰落干扰和回波干扰性能。

本文选用高拓讯达（AltoBeam）公司的第五代产品ATBM8869，这是支持国标地面数字电视（DTMB）单载波、多载波[5]、单多融合等各种模式的复合解调芯片，该芯片对复杂的多径环境和芯片的抗干扰能力进行了优化，有独特的抑制动态多径干扰和邻频干扰的特性，已经在实际使用中得到验证。图4是ATBM8869芯片DTMB信道解调应用电路。

工作原理：Tuner TAD18273输出IF中频差分（IFP,IFQ）模拟信号，IF信号进入ATBM8869信道解调芯片，主芯片MSD6A801 FVA通过I2C设置ATBM8869芯片内部寄存器，中频IF信号在ATBM8869芯片内部经过信道均衡、解交织、FEC解码等处理，输出并行TS流信号给主芯片MSD6A801FVA。ATBM8869同时输出IF AGC信号同步控制Tuner TAD18273以获得稳定强度的输入信号。

3软件设计

3.1 概述

系统软件基于Android架构，应用程序使用Java和C++开发。因为Android是开放系统，提供了大量的API接口，可以方便地使用Android现有资源，缩短开发周期。Android支持地理定位服务，关于地理定位服务的API全部位于android.location包内，其中包含LocationManager、LocationProvider、LocationListener等几个重要的功能类，GPS设备应用软件可以直接调用。

图4 ATBM8869芯片DTMB信道解调应用电路

由于Android系统没有标准的TV应用接口，本文在MStar公司提供的接口之上封装了自己的接口，并形成标准。对于不同的电视芯片平台，只需要移植接口的实现部分，应用程序可以直接使用，避免因接口不同而花大量时间去移植每个应用程序；同时，也便于向与直接合作的第三方应用程序提供统一的接口，扩展接口具体分为两个部分。图5是扩展接口具体架构图。

图5 扩展接口具体架构图（截图）

3.1.1 接口定义

程 序 包 com.konka.kkinterface 中 放置对扩展接口的定义，这里的定义不随平台的改变而改变，方便上层应用兼容多平台。为了架构清晰，这里可以按模块分别定义在不同的包里，com.konka.kkinterface.tv主要定义传统TV功能的接口，包括图像、声音、频道、时间、3D、数据库等的接口；com.konka.kkinterface.media主要定义扩展的多媒体功能的接口。

3.1.2 接口实现

程 序 包 com.konka.kkimplements 中放置对扩展接口的实现，是对接口定义部分具体的实现，这部分代码会根据不同的平台构建不同的分支。com.konka.kkimplements.tv.mstar用于实现 MStar平台的TV接口。

3.2 主要功能软件流程图

3.2.1 GPS自动报站流程

GPS自动报站流程图见图6。

图6 GPS自动报站流程图

3.2.2 ATBM8869 DTMB 移动电视信道解调流程

ATBM8869构成的DTMB移动电视信道解调流程图见图7。

图7 ATBM8869 DTMB移动电视信道解调流程图

4 测试与分析

在实验室对系统DTMB移动电视主要性能指标[6]进行了测试，其中最小接收电平，抑制动态多径能力载噪比，抑制数字电视上、下邻频干扰能力，抑制0 dB回波能力载噪比等指标，获得的数据都达到或优于国标。灵敏度最小接收电平测试数据见表1。同时又实际接收深圳电视台发射的地面数字电视信号，顺利搜到了722 MHz频点的4套节目，移动电视M01、移动电视M02、CCTV新闻和CCTV体育。

GPS自动报站系统是在实验室模拟公交车运行状况来测试的，首先测得站点 纬 度 、经 度 坐 标 N22.53.8666；E113.98.8093，然后软件设定一个范围（实际在公交车上应用时，还需要根据现场情况再调整），在实验室设定为水平8 m距离,具体纬度、经度坐标 N22.53.8543；E113.98.8170，当越过这个点时，电视自动停止正在播放的移动电视节目，改为播放提前设置好的一段视频节目，播完视频节目后，又自动继续播放移动电视节目。

通过对上面的测试结果分析，系统满足设计要求。

5 结束语

本设计基于智能电视单芯片开发，把GPS自动报站器、LED显示器、移动电视机顶盒的功能全部结合在一起，拥有集成度高、成本低、功能强的优点，使用Android 4.0操作系统，二次开发新应用软件更简单，可以继续开发网络、WiFi等功能，将车载电视打造成一个公交移动多媒体平台。

表1 AD18273+ATBM8869 DTMB信道解调灵敏度测试数据

：

[1] 解婷，田轲.浅析公交移动电视的现状及策略[J].今传媒，2012（6）：69-70.

[2] 杨文超，杨维康，郜焕平.DTMB车载数字电视终端与实现[J].电子产品世界，2008（4）：116-119.

[3] 张永生，文科.基于GPS/GPRS的公交车自动报站系统设计[J].现代电子技术，2009（19）：212-214.

[4] 董鑫，胡曾千，杨昉.DTMB系统的单频网接收性能预测[J].电视技术，2012，36（13）：1-3.

[5] 杨行知.地面数字电视传输技术与系统[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[6]GB20600—2006，数字电视地面广播传输系统结构、信道编码和调制[S].2006.

谭凯峰（1978—），工程师，主研电源技术及应用；

田灯友（1981—），工程师，主研数字电视软件以及嵌入式操作系统。

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

刘 军（1968—），高级工程师，主研数字电视产品及应用；