在智能手機平臺實(shí)現CMMB移動(dòng)電視功能的設計方案

0 引言

　　中國移動(dòng)多媒體廣播電視（CMMB）標準作為中國自行研發(fā)、完全掌握自主知識產(chǎn)權的移動(dòng)多媒體標準，以其高速率、低功耗、高移動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，在手機、PDA、MP3、MP4、數碼相機、筆記本式計算機等小屏幕便攜式終端中得到越來(lái)越廣泛的應用。目前，CMMB手機電視功能的實(shí)現方案主要有以下幾種：1）采用解調器與第三方調諧器的分離式雙芯片方案，如創(chuàng )毅視訊的ADM3421等，因為體積大、成本高等缺點(diǎn)逐漸被棄用；2）采用解調器與調諧器的SIP 方案，如創(chuàng )毅視訊的F206，思亞諾的SMS1180等，因為占用PCB面積小、成本相對較低、與相應的視音頻解碼芯片的組合自由度大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用；3）單芯片的接收全集成方案，包括解調器、視音頻解碼器等，如展訊公司的SC6600V，集成度很高，但是應用處理器的選擇受限，尤其對于已有AP的智能手機來(lái)說(shuō)，并非最優(yōu)的選擇。筆者從體積、功耗、成本和需求等方面考慮，采用思亞諾的SMS1180解決方案，在智能手機平臺上實(shí)現了CMMB手機電視功能。

　　1 系統結構

　　智能手機平臺采用基帶處理器+應用處理器的雙處理器結構，主要由無(wú)線(xiàn)通信模塊、多媒體處理模塊、視音頻輸出模塊、CMMB接入模塊等部分組成，其總體結構如圖1所示。其中無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)現呼叫/接聽(tīng)、數據傳輸等基本通信功能和其他WiFi、藍牙等無(wú)線(xiàn)功能，多媒體處理模塊則用于處理高負荷的多媒體應用。

　　工作流程如下：天線(xiàn)接收到的CMMB信號，經(jīng)過(guò)包含調諧器和解調器的SMS1180的調諧和解調處理后，輸出標準格式的TS流經(jīng)過(guò)SPI總線(xiàn)傳送到多媒體處理模塊，通過(guò)應用處理器PXA310對H.264和ACC視音頻碼流解碼，在其控制下輸送數字格式的視頻信號到LCD液晶顯示屏上，播放出電視視頻圖像，同時(shí)輸出AC97格式的音頻信號到音頻解碼器，經(jīng)處理輸出的模擬聲音最終送到耳機或外放。

　　2 硬件設計

　　整個(gè)智能手機系統中涉及CMMB移動(dòng)電視功能的硬件主要包括CMMB接入模塊、多媒體處理模塊、視音頻輸出模塊和條件接收模塊4部分，本節將從以下幾個(gè)方面講述其中的關(guān)鍵接口設計。

　　2.1 CMMB接入模塊的射頻相關(guān)設計

　　CMMB接入模塊采用思亞諾的SMS1180，具有雙通道、低功耗、高靈敏度等特點(diǎn)。接口設計如圖2所示。

　　天線(xiàn)設計考慮到攜帶的方便性，采用拉桿式。時(shí)鐘電路采用8~40 MHz的晶體振蕩器，串聯(lián)阻抗在0~60 Ω溫度穩定性要求20 ppm（百萬(wàn)分之一），負載電容10 pF。

　　射頻接口電路在U波段增加帶通濾波器電路，S波段除了帶通濾波器電路外，還須設置巴倫電路。電源電路則分為兩組：一組1.2（1±0.05）V為內核、ADC、PLL和時(shí)鐘電路供電；另一組1.8~3.3（1±0.1）V為數據接口電路供電，可根據連接的應用處理器情況來(lái)確定，每一路電源需接1 μF電容濾波。

　　該設計中PCB的布局布線(xiàn)尤為重要，需注意：

　　1）從天線(xiàn)到SMS1180的UHF波段和S波段輸入端的射頻線(xiàn)要求50 Ω阻抗，輸入通道上的相關(guān)器件與SMS1180布局在同一面，從而保證器件間的布線(xiàn)可以盡可能的短，而且在同一層完成，而無(wú)需過(guò)孔，減少干擾；

　　2）為了減少寄生電容，在S波段的通路上，從巴倫電路到SMS1180輸入之間的地段需要挖空，相應的內層地也需要挖空，UHF波段通路的地段則根據阻抗控制來(lái)處理；

　　3）布線(xiàn)時(shí)，相關(guān)的電源線(xiàn)至少需要0.4 mm.此外，層與層之間應保留盡量多的地孔以減少接地點(diǎn)之間的阻抗。

　　2.2 CMMB接入模塊與多媒體處理模塊的接口設計

　　多媒體處理模塊的核心器件即為智能手機系統中的應用處理器。設計采用美滿(mǎn)公司基于第三代Intel XScale技術(shù)的PXA310，最高主頻624 MHz，可根據工作狀態(tài)調整頻率，而且融入了智能功耗管理技術(shù)，最大限度地降低了系統功耗，延長(cháng)了電池壽命。在多媒體方面，提供VGA解析度的30 f/s（幀/秒）H.264播放效能，具有硬件視頻加速功能，大大提升視頻播放功能。SMS1180輸出標準格式的TS數據流至主處理器，數據傳輸接口可以為SPI、SDIO和USB等多種選擇，從傳輸速度和EMI等因素考慮設計選用PXA310 SPI接口與之配合，相關(guān)的復位、斷電和喚醒等控制信號則選用PXA310的GPIO進(jìn)行相關(guān)的功能和時(shí)序控制。無(wú)論選用SPI、SDIO和USB數據接口線(xiàn)，布局時(shí)都須將其布于多層板的內層，遠離敏感管腳和射頻區域。

　　2.3 多媒體處理模塊與視音頻輸出模塊的接口設計

　　視頻輸出設計由應用處理器PXA310通過(guò)片內LCD控制器直接控制LCD模塊，其控制器接口多通過(guò)連接器經(jīng)由FPC連接到LCD模塊，需要額外考慮信號的EMI處理，可在硬件設計采用LCD數據線(xiàn)和時(shí)鐘控制線(xiàn)加RC電路或專(zhuān)用的多通道EMI器件，選取相應電路時(shí)需要注意并聯(lián)電容值大小。筆者調試過(guò)程中就曾遇到因選取容值過(guò)大器件影響到傳輸信號的質(zhì)量，從而導致畫(huà)面顏色顯示不正常的現象。另外，在FPC設計上也需要采用數據線(xiàn)間加地隔離等手段達到EMI效果。

　　音頻接口則由PXA310的AC97控制器控制音頻編解碼芯片WM9731來(lái)實(shí)現。WM9731采用雙CODEC操作結構，通過(guò)AC-link接口支持高保真立體聲CODEC功能，同時(shí)還通過(guò)一個(gè)PCM類(lèi)型的同步串行端口（SSP）支持音頻CODEC功能。當系統只處于語(yǔ)音通話(huà)狀態(tài)時(shí)，WM7931工作在處理模擬音頻的通道上；當CMMB電視模塊工作時(shí)，則切換為AC97的輸入通道上。

　　2.4 CMMB接入模塊與條件接收模塊接口設計

　　針對目前加密電視節目的情況，需要在CMMB電視部分加入解密方案?，F在常用的解密方案有兩種：第1種是通過(guò)手機中常用的T-Flash卡來(lái)完成解密和解擾，輸出清晰節目給解碼芯片解碼；第2種是直接把解密芯片內嵌入PCB，然后輸出1個(gè)私有的密鑰給解碼芯片。

　　前者需要占用手機平臺僅有的T-Flash插槽，而且用卡完成解密和解擾會(huì )有120 ms的延時(shí)。本設計采用第2種方案，P5CC072解密芯片通過(guò)符合ISO7816標準的接口與SMS1180的UART口直連［4］，由應用處理器將授權控制信息ECM、授權管理信息EMM輸入給解密芯片解密后，再將控制字輸回應用處理器，然后根據控制字來(lái)做視音頻的解碼。

　　另外，在GSM/GPRS智能手機平臺設計中需要尤為注意的是：由于CMMB接收模塊UHF頻段離GSM900非常近，最好在GSM部分的輸出部分插入一個(gè)濾波器，以衰減在UHF頻段產(chǎn)生的噪聲。

　　3 軟件設計

　　3.1 軟件架構

　　智能手機平臺CMMB部分的軟件結構由下至上分為信號處理模塊、條件接收模塊和應用模塊。其中，信號處理模塊負責射頻接收、解調制、解復用及相關(guān)功能；條件接收模塊負責信號解擾、解密、用戶(hù)授權及相關(guān)功能；應用模塊負責電視廣播、聲音廣播、電子業(yè)務(wù)指南、緊急廣播和數據廣播等業(yè)務(wù)的處理。整體架構如圖2所示。

　　其中，調諧解調器SMS1180驅動(dòng)層位于整個(gè)軟件系統的最底層，直接對硬件進(jìn)行操作，控制SMS1180工作，接收SMS1180傳送過(guò)來(lái)的傳輸流。在解調器正確輸出TS數據流后，就輸入到解復用模塊進(jìn)行TS流的解析工作。解復用模塊是接收機的關(guān)鍵模塊，處于調諧解調器與解碼器之間，用于解碼數據的預處理。最后CMMB應用程序對解復用后的數據流進(jìn)行處理，包括視音頻解碼播放、電子業(yè)務(wù)指南解析和其他信息處理。

　　3.2 關(guān)鍵設計

　　3.2.1 頻道搜索、切換與播放

　　軟件上設計兩種實(shí)現節目搜索的方式：自動(dòng)搜索和手動(dòng)搜索。前者通過(guò)枚舉的方式搜索出接收到的所有頻點(diǎn)的節目信息，后者則根據預先設置的頻點(diǎn)，系統只搜索設定頻點(diǎn)的節目信息。頻道切換遵循先關(guān)閉當前播放的節目，后關(guān)閉SMS1180接收模塊工作流程，播放時(shí)則先打開(kāi)接收模塊再播放。

　　3.2.2 播放時(shí)的來(lái)電處理

　　在智能手機平臺系統中，軟件還必須處理手機電視播放時(shí)來(lái)電掛起的特殊情況。在軟件設計中，系統監測預先設定的來(lái)電標志，標志置位則將播放電視節目任務(wù)掛起，切換到來(lái)電界面。當拒絕通話(huà)或通話(huà)結束掛斷時(shí)，設置的標志消失，系統監測到標志消失，則運行播放電視節目任務(wù)，繼續播放上次的節目頻道。

　　3.2.3 節電設計

　　應用處理器PXA310自身定義了多種電源狀態(tài)，不同的電源狀態(tài)對應不同的工作狀態(tài)，通過(guò)電源管理程序既滿(mǎn)足當前工作需要的處理速度又保證最小的功率消耗。系統軟件設計中針對CMMB接收模塊也定義了3種不同的工作模式，即播放模式、睡眠模式和關(guān)機模式，根據系統狀態(tài)隨時(shí)關(guān)閉不需要的外設。

　　4 測試及驗證

　　智能手機平臺系統測試，除了通信部分的基本指標外，對于手機電視而言，最關(guān)鍵的指標是各種模式下的功耗和接收靈敏度。測試平臺采用CMMB信號發(fā)生器、誤碼測試儀、萬(wàn)用表和待測智能手機等組成，測試結果如表1、表2所示。

　　表1 各種模式下的功耗統計mW

　　表2 各頻點(diǎn)下的電視接收靈敏度

　　從測試結果可知，功耗結果滿(mǎn)足智能手機實(shí)際使用要求，在UHF的整個(gè)頻段，CMMB電視接收模塊的靈敏度都要優(yōu)于規范要求的-95 dBm.

　　5 小結

　　本設計在智能手機平臺上，利用CMMB調諧解調器SMS1180擴展了手機電視功能。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，性?xún)r(jià)比較高，在目前便攜式智能終端的設計領(lǐng)域，具有較好的推廣價(jià)值。