基于海思Hi3796M平台的新型乘客信息系统播放控制器设计研究

阿克选，张兴凯，刘凯伟，刘 波

（1.郑州地铁集团有限公司运营分公司，河南 郑州 450000；2北京冠华天视数码科技有限公司，北京 100000）

0 引言

近年来，海思公司推出了高性能的编解码SOC，内部资源丰富，外部接口较多，完全满足PIS系统高清视频信息处理需求。为解决传统PIS系统传输节点多、系统故障率高等问题，本文设计研发了一项新型PIS播控器设备，将服务器、LCD播控器等设备功能集成，车站只需布置光口交换机、新型PIS播控器，实现了传统PIS系统功能，节省机柜空间，降低系统能耗，大大降低了地铁运营成本。

1 总体概述

新型PIS播控器设备基于海思Hi3796M V200平台开发设计，配置了千兆以太网接口、SFP光模块接口、HDMI2.0接 口、USB3.0接 口、OTG接 口、RS232接口、SD接口，光模块用于接收交换机传输的数据信息，HDMI接口将整合数据信息发送至LCD显示器，以太网接口用于配置信息播控软件，USB及OTG连接输入设备，RS232接口包含RS485、RS422接口，用于系统调试，SD卡存储本地播放文件。该设备配置的主控CPU芯片保证了对安卓系统的绝对支持，同时在处理速度、视频处理及外围接口方面满足PIS系统数据传输需求，实物设备见图1。

图1 新型PIS播控器设备图

2 硬件电路设计

新型PIS播控器设备由电源板、核心板和扩展板构成，4层板件设计，核心板为海思Hi3796M V200最小系统，已引出各接口端子，根据视频流处理需求，海思Hi3796M V200核心板在接口类别方面满足要求，另需通过HUB芯片将USB3.0接口扩展为3路，2路用于系统调试，1路为5G模块预留，通过HUB芯片将HDMI接口扩展为2路，2路通道完全相同，同步输出视频信息，各模块技术方案如下：

2.1 核心板技术方案

核心板配置全4K高性能SOC芯片Hi3796M V200，该芯片集成4核64位高性能Cortex A53处理器和多核高性能2D/3D加速引擎，最高频率可达1.6GHz，高性能的H.265/H.264高清视频解码，HDR视频解码及显示，Dolby和DTS音频处理，内置USB2.0、USB3.0、SDIO3.0、SATA、PCIe2.0等丰富外设接口，支持TVOS/Android/Linux操作系统，可支持客户实现全4K业务部署，在图像质量、码流兼容性、视频播放的流畅性以及整机性能方面保持业界最好的用户体验。核心板配置了2GB DDR3 SDRAM、16GB EMMC，强大的CPU处理能力和内存配置可以满足各种差异化的业务需求，为PIS系统播控业务提供了灵活的连接方案。

2.2 电源板技术方案

根据Hi3796M V200的最大功耗及外围器件的功耗，得出整台设备总功耗最大值20W，确定扩展系统供电电压直流12V，最大输入电流2.1A。新型PIS播控器额定供电220VAC，电源板采用MORNSUN的LH25-10B12小体积AC-DC模块，输出12VDC，具备低功耗、高效率、安全隔离等特点[4]。该模块安全可靠，EMC 性能较好，同时模块前配有EMC滤波模块FC-LX1D，完全适用于电磁兼容比较恶劣的地铁环境。

2.3 扩展板技术方案

核心板通过专用MXM3.0 314pin连接扩展板，扩展板配置Hi3796M V200物理接口及扩展电路，扩展板主要包含电源管理电路、HDMI扩展电路，光模块、千兆以太网、RS232、SD卡、音频等物理接口通过MXM3.0 314pin与Hi3796M V200直连，关键模块电路设计如下：

2.3.1 电源管理电路

扩展板采用2层电源管理方案，分为芯片电源管理和接口电源管理两部分。芯片电源管理由STC15W204S控制器进行统一管理，接口电源管理由CPU控制，系统 有 效 电 压 包 括 +12v、+5v、+3.3v、+1.35v， 有 电源管理单元分配供电时序。新型PIS播控器上电后，STC15W204S开始工作，默认+12V电源输出，核心板工作，HUB芯片、OTG、关光口、网口、RS232供电，USB端口、HDMI端口、SD卡处于关闭状态，待核心板正常工作后，各端子投入系统运行。CPU进入休眠状态时，向STC15W204S发送电源关闭命令，+12v电源断开，CPU依靠纽扣电池供电维持内部电路运行。

2.3.2 HDMI扩展电路

HDMI扩展电路以龙迅HDMI2.0分配器IC一拖二LT86102XU为核心部件，外围电路由电源转换电路、信号电平转换电路、运行指示电路组成。该核心部件最大6Gbps高速数据速率，自适应均衡RX输入和预加重TX输出，支持长电缆，可以自动检测电路损耗，支持4K视频。该电路由5V、1.35V两种供电源，核心板通信端口SCL、SDA通过电平转换芯片，将3.3V信号数据转换为5V信号数据，提高芯片间通信兼容性，核心板HDMI输出端、HDMI扩展输出端与ESD防护芯片0524P并联，提高抗干扰性，单个HDMI同组差分信号物理线应保持同等长度，提高视频信号质量。

3 播控软件设计

新型PIS信息播控软件基于安卓系统开发，主要实现PIS版式的字幕叠加，视频播放，输出画面至LCD显示屏，可接收控制中心发布的信息、指令，实现各类乘客服务信息的播放和控制。

播控软件按照功能划分主要由Player、Watchplayer、Infomonitor、Ntpclient程序构成。Player为播放控制器播放软件，实现PIS版式的字幕叠加，视频播放，输出画面至LCD显示屏，并可接收控制中心发布的信息、指令，实现各类乘客服务信息的播放和控制等。InfoMonitor定时向中心web服务器获取本设备当前播放计划。当InfoMonitor检测到本地播表发送改变，启动下载文件进程，首先把播表信息下载到本地Playlist文件夹中，然后解析播表文件，通过ftp方式对播表中相关的视频、图片等素材进行下载。当InfoMonitor下载完播表，把当前更新的信息保存到playplan.json中，当player检测到最新播表时，自动切换到播放最新播表文件。通过中心网管配置的车站开始运营时间和结束运营时间，InfoMonitor根据本地时钟自动检测并执行开、关屏操作。

4 结束语

新型PIS播控器采用高性能Hi3796M V200芯片，各项功能均满足PIS系统运行需求。通过新型PIS播控器的应用，替代了车站原有设备，优化了PIS系统车站网络结构，节省车站机柜空间与能耗的同时，大幅度降低故障率。新型PIS播控器上电联网后，控制中心自动下发数据信息，无需人工操作，相比传统PIS系统，具备维护工作量少、高效、便捷等特点，其低廉的制作成本，将降低地铁线路建设成本，在轨道交通、高铁等行业推广应用价值较高。