可攜式媒體播放器機內設計趨勢

標簽：PMP 數碼信號處理

許多的觀(guān)察家、分析師都一致表示：今年電子工程及應用的領(lǐng)域只會(huì )有兩個(gè)技術(shù)熱題，一個(gè)是無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，另一個(gè)則是數碼視訊技術(shù)。

確實(shí)，數碼視訊技術(shù)一直是近幾年的關(guān)注焦點(diǎn)，包括數碼視訊的編解碼算法(如：MPEG-4、H.264、VC-1)、數碼視訊的界面端子(如：HDMI、DisplayPort)、數碼視訊的廣播技術(shù)(如：DVB-H、Qualcomm MediaFLO)等。同樣的，視訊相關(guān)應用的裝置也是當熱，各位看看新次代的電視游樂(lè )器(如：Nintendo Wii、Sony PS3)、再看看Apple今年初發(fā)表的Apple TV、再看看Google收并YouTube、還有IPTV、HDTV，以及家庭社區保全、視訊會(huì )議與視訊電話(huà)等，就知道視訊應用是多么地受到歡迎。

同樣的，在數碼隨身聽(tīng)大量取代傳統CD(Compact Disc)隨身聽(tīng)、MD(Mini Disc)隨身聽(tīng)、甚至是數碼錄音筆之后，也積極在尋找下一波的強勁成長(cháng)空間，而最有可能的發(fā)展路線(xiàn)即是追加視訊功效，包括靜態(tài)畫(huà)面的顯示、動(dòng)態(tài)影像的播放、以及靜態(tài)攝影、動(dòng)態(tài)錄像等，都將成為新的強化提升方向，再加上手持式裝置的各項技術(shù)也都在不斷地精進(jìn)演算，因此本文以下將針對PMP的機內技術(shù)與相關(guān)技術(shù)進(jìn)行更多的討論與剖析，期望能對正想投入或正從事PMP設計的業(yè)者、工程師有所助益。

圖說(shuō)：Broadcom推出的BCM2722行動(dòng)多媒體處理器(Mobile Multimedia Processor)具備數碼信號處理器的加速運算功效，同時(shí)也支持DRM的數碼版權管理(內容防拷)功效，Apple的iPod Video即是采行此芯片來(lái)加速視訊播放運算，圖為BCM2722的功能方塊圖。

視訊編解碼實(shí)現方案

視訊編解碼是PMP最關(guān)鍵的部分，但同時(shí)也是目前實(shí)現方式最多樣、最無(wú)一致性的部分，以筆者的歸納整理，就有多種不同的實(shí)現手法：

完全針對PMP需求而設計、開(kāi)發(fā)出應用芯片，多以SoC方式實(shí)現，此亦可稱(chēng)ASIC或ASSP，ASIC/ASSP內會(huì )用上嵌入式的處理器(或控制器)，甚至是嵌入式的數碼信號處理器(Digital Signal Processor;DSP)，或硬件線(xiàn)路式的音視訊編解碼器。

使用多媒體處理器來(lái)實(shí)現，例如Philips半導體(今日已改稱(chēng)NXP)的TriMedia或者是Sigma Designs的Media Processor等，此類(lèi)型的處理器多半具備VLIW架構，可加速多媒體視訊的運算。

使用雙處理器(或雙核)設計，除了使用一個(gè)一般性(General)的32-bit微處理器(或微控制器)外，會(huì )再額外搭配一顆數碼信號處理器，音視訊編解碼運算的部分就由DSP負責，微處理器/微控制器(uP/uC)則負責一般性的控制工作及一般性的應用程序執行，TI的OMAP方桉即是此中的代表。(附注1)

一樣使用一個(gè)一般性的32-bit微處理器、微控制器，但另一個(gè)搭配芯片則是一個(gè)已將音視訊編解碼運算加以硬件線(xiàn)路化的編解碼芯片，此一般稱(chēng)為 CODEC芯片，如果只需要播放功能則只需要解碼運算硬件線(xiàn)路化的芯片，此稱(chēng)為「解碼芯片，Decoder」;如果在播放外也希望能錄像、錄像，那么就必須用上「編解碼芯片，CODEC」。

只使用32-bit微處理器、微控制器芯片，所有的多媒體編解碼運算一律以軟件方式實(shí)現，在PMP電源開(kāi)啟后這些演算程序會(huì )加載到PMP的系統主存儲器中，然后由處理器負責執行各種格式的編解碼演算。

圖說(shuō)：Microsoft推出的Zune數碼隨身聽(tīng)也等同于可攜式媒體播放器，Microsoft Zune鎖定的市場(chǎng)競爭對手即是Apple iPod，Zune明顯勝于iPod(第五代)的地方主要是WiFi無(wú)線(xiàn)功能，Zune允許使用者透過(guò)WiFi無(wú)線(xiàn)分享數碼音樂(lè )、數碼相片給友人，且分享 后依然受DRM機制管理。(圖片來(lái)源：www.Microsoft.com

各實(shí)現方式之差異比較

上述的5種實(shí)現方式并無(wú)絕對的優(yōu)劣之分，而是適時(shí)適需地選擇運用，選擇第1種作法的好處是大量生產(chǎn)時(shí)最具成本效益，理由是芯片的功效整合度最高，主體芯片外的零件搭配需求最低，另外用電效益也最佳，不僅編解碼演算的部分是以硬件方式實(shí)現，同時(shí)高度的整合也最能做到集中、一致性的電源管理。

不過(guò)，此(第一種)作法的缺點(diǎn)是缺乏彈性，一旦有新增或修改編解碼算法的需求，或需要加入其它的功效，甚至是修正原有功效的錯誤，則能夠調修的幅度也最低，加上PMP屬于電池運作的行動(dòng)化運算，現階段不容易使用FPGA、CPLD等可程序邏輯裝置來(lái)增進(jìn)硬件線(xiàn)路設計的彈性度。

所以，除非是相當大量的供貨，或者是長(cháng)期不變性的供貨，否則極少會(huì )以彈性最低的完全客制設計來(lái)實(shí)現，且此種作法與其它作法相較，必須在芯片設計開(kāi)發(fā)時(shí)更注重除錯、驗證等程序，否則日后若有修改需求且其它方式都無(wú)法補強時(shí)，重開(kāi)光罩與重新投產(chǎn)的時(shí)間、心力、成本等都將相當高昂。

接著(zhù)是第二、第三、第四等居中性的作法，此3種作法的彈性都高于第一種作法，也是目前較常見(jiàn)的作法。在此舉實(shí)際例子，Apple的第五代iPod(也稱(chēng)為 iPod Video)用的就是第三種作法，微處理器的部分使用PortalPlayer公司的PP5021C-TDF隨身聽(tīng)主控芯片(核心為2個(gè) ARM7TDMI)，然后再搭配1個(gè)Broadcom(博通)公司的BCM2722芯片，BCM2722芯片雖名為行動(dòng)多媒體處理器，但實(shí)質(zhì)上卻是一個(gè)數碼信號處理器。(附注2)

圖說(shuō)：數碼隨身聽(tīng)的背光可以用簡(jiǎn)單的串聯(lián)、并聯(lián)設計來(lái)驅動(dòng)，但PMP因為白光LED用量更多，且講究光均性，因此多半需要專(zhuān)門(mén)的白光LED驅動(dòng)芯片來(lái)驅 動(dòng)，圖為MAXIM公司的白光LED驅動(dòng)芯片：MAX1707，其驅動(dòng)電流最高可至610mA，且可同時(shí)以并聯(lián)方式驅動(dòng)3組LED應用。(圖片來(lái) 源：www.MAXIM-ic.com)

再來(lái)看另一個(gè)例子，Microsoft的Zune在主控芯片部分使用Freescale(飛思卡爾)公司的i.MX31L(核心為ARM1136)，該芯片同時(shí)也整合了硬件式的MPEG-4編碼器，如此類(lèi)似于第4種作法，差別只在于由兩個(gè)離散封裝的芯片整合成單芯片。不過(guò)，Microsoft Zune也不全然是第四種作法，或許在MPEG-4格式的編碼上可以直接使用i.MX31L芯片內的硬件功效，但除了MPEG-4外的其它音視訊格式就只能使用純軟件的方式來(lái)實(shí)現，也就是第五種作法。