多媒体Mpeg4设计在硬软件方面的注意事项

便携式多媒体播放器(PMP)，也就是通常人们说的MP4，已成为继MP3以后，消费类产品的一个新热点。越来越多的公司开始进入这一领域，进行产品的开发，占领市场先机。下面就以TMS320DM270为主处理芯片，介绍PMP的设计以及设计中的注意事项。其中的设计思路也可以应用到其它便携式设备的设计当中。

在设计系统框架之前，首先需要确认播放器的具体功能。目前比较常见的功能包括：MPEG4播放、电视节目录制、MP3/WMA音频播放、录音、图片显示、游戏和存储功能（HDD/CF/SD）等。根据这些功能，图1给出了一个参考的系统架构，主要由五部分组成：主处理模块、视频输入模块、视频输出模块、音频输入输出模块、电源模块和存储模块。

作为主处理模块，DM270是整个系统的核心，系统的其它模块都由它来协调和控制。DM270支持的多种多媒体的格式，包括视频(MPEG1/2/4等)、图像(JPEG/BMP等)和音频(MP3/WMA等)。

视频输入模块的核心芯片是TVP5150A。它是一款低功耗小体积的视频解码器，可以将NTSC、PAL及SECAM视频信号转换成数字分量视频信号。视频输出模块由LCD和电视输出组成。目前市面上采用2.5寸到3.6寸的LCD模块，也不乏有采用7寸大屏幕。同时可以加上触摸屏的功能，只要使用触摸屏控制器，就能方便的实现。

音频输入输出模块由音频codec和DM270的McBSP共同完成。可以根据需要选择单声道、双声道、DAC或者ADC+DAC的芯片。如果同时需要触摸屏控制器和音频codec，还可以选用集成触摸屏控制器和音频codec的产品，可以减小芯片体积，同时降低成本。

电源模块需要根据系统电源的需要来选择。图1系统中的电源较为简单，可以使用像TPS6501x这样的集成电源模块，能为电池提供AC或者USB充电，并且可为系统提供多路电源输出。存储模块可以采用硬盘或各种存储卡。

硬件设计建议

平台的可扩展性是选择主处理芯片的一个重要考量点。DM270是可编程的芯片，具有丰富的外设，有利于适应处于动态变化的市场的需要。除了PMP以外，CCD控制器使得DM270可以应用于数码照相机，灵活的主机接口也使得DM270可以作为多媒体协处理器应用于多媒体手机等等。

功耗是便携式多媒体播放器一个敏感的问题，所以在选择芯片的时候就需要考虑到这一点。选择低功耗的芯片是最简单，也是最有效的方法，当然需要与成本进行权衡。例如选择mobile SDRAM代替普通的SDRAM，或者选择有节能模式的芯片，如DM270。

芯片的体积，集成度，成本也是选型时不容忽视的要点。DM270就是即节约体积又节约本的好例子。DM270集成了模拟视频编码器，需要输出到电视的功能时，就节约了一颗视频编码芯片；DM270可以完成MPEG4的编解码，就不需要在额外增加MPEG4的编码芯片。

在设计PMP时，还要周密考虑下面几个部分的设计。首先是电源部分。电源是整个系统稳定的根源。在设计时很容易考虑到电池单独供电的情况，但往往忽略了可能出现外部电源AC单独供电的情况。在这种情况下，如何设计不合理，很可能出现电源无输出的情况，导致系统无法正常工作。还需要注意的是电池在充电时，系统的供电回路的状态。要保证在各种可能情况下，系统电源的稳定性。

其次是电视输出部分，需要考虑输出阻抗的匹配问题。第三是LCD模块接口部分。DCLK对于LCD模块是一个很重要的时钟信号。如果频率过低，会导致屏幕显示抖动。在硬件设计时要充分考虑到这一点。

第四需要注意硬盘防震。硬盘防震可以分为被动型和主动型两种。被动型硬盘防震利用纯机械原理，采取吸收震动能量方式来减轻硬盘伤害的可能性，例如防震气垫。主动型硬盘防震，可使用加速度传感器。当传感器监测到播放器掉落时，系统主动采取措施对硬盘进行保护，防止数据丢失。

软件设计及建议

PMP的软件框架如图2所示。客户可以根据产品的开发计划、研发能力等，选择不同层次的软件的开发或者利用第三方的支持。

驱动层是和硬件最相关的软件，包括硬件的驱动程序和API接口，它主要用于完成对硬件设备的操作。

算法库建议采用第三方的软件。因为编写算法需要投入大量的人力和物力，而且开发周期长。利用第三方的软件可以缩短开发周期。TI拥有庞大的第三方网络，可以为客户提供针对不同应用的算法。同时TI建议的算法接口标准XDAIS已成为事实上的业界标准，这标准协同TI建议的软件参考框架使得客户在集成上时间花费最少。

图2 ：PMP的软件框架

PMP可以没有操作系统，这时需要注意的就是要建立自己的文件系统，对文件进行管理。使用操作系统，在选择时需要对可移植性、可扩充性、内核大小和成本等进行权衡。内核较小的操作系统，系统占用资源较少，但集成新的外设时就需要写驱动。像uClinux这样的操作系统，集成了较多外设，网上资源丰富，但占用的系统资源较多，对性能有一定的影响。

尽管使用操作系统会消耗一定的系统资源，但它其实也有很多好处。比如操作系统经过多年的开发和应用，稳定性较好。操作系统内嵌了文件管理、线程调度、内存管理等机制，也增加了系统的稳定性。应用软件的开发与平台无关，方便了软件的开发，也利于软件的移植。一些流行的操作系统有很多现成的代码可以参考和移植，这也大大减少了开发的难度和节约了开发的时间。而且操作系统还可以根据需要进行裁减，以最少的资源来满足系统的需要。

应用层是设计者最能发挥特长，也是突出产品的独特之处、增加产品的附加值的地方。ARCHOS的PMA400就是一个很好的例子。它为最终用户提供的软件平台，让用户可以开发基于PMA400的应用软件。

功耗除了在硬件设计中需要考虑，而且也是在软件设计中需要攻克的难题。硬件设计好以后，一般来说功耗就定下来了，但是利用芯片的可编程性就可以尽可能的减小系统的功耗，在提供最佳效果的同时，利用软件调节获得最长的待机和播放时间。方法之一是在待机时让芯片进入低功耗模式。DM270除了有低功耗模式外，还可利用软件关闭不使用的内部模块，从而达到省电的效果。并且可以动态的调节主频，在处理较简单事务时，降低频率进行省电。硬盘和LCD屏是PMP的用电大户。对于硬盘，正常工作时的电流有几百毫安，所以通常是将硬盘上的数据复制到SDRAM上，尽可能的减少硬盘工作的时间。

结束语

目前便携式多媒体播放器的市场还处于一个缓慢上升的阶段，相信随着MPEG4格式的流行，解决了内容这个问题，加上系统整体成本的降低、播放时间的延长、应用领域的扩大，便携式多媒体播放器一定有一个辉煌的明天。

TMS320DM270介绍

TI的DM270芯片是一款高集成度的双核结构的SoC产品，集成了RISC处理核ARM7，以及TI的54系列DSP核。ARM作为的芯片的控制核心，控制绝大部分的外设，处理除多媒体算法以外的工作。54系列DSP核具有低功耗的特点，作为协处理器参与视频、图像和音频处理。为了提高处理视频的能力，DM270集成了硬件图像加速器(IMX)，并将在视频算法中经常使用的变长编解码(VLC/D)用硬件实现。这就使得DM270可以实现VGA分辨率(640*480)，每秒30帧的MPEG4视频。

DM270的外设功能包括：

CCD控制器除了可以和百万像数的CCD/CMOS模块连接以外，也可以与视频解码芯片TVP5150A无缝连接。

DM270提供了硬件的3A统计。3A也就自动曝光，自动对焦，自动白平衡。获得这些统计数据后，就可以对闪光灯、镜头、图像数据等进行调整，从而获得较好的照片效果。

预览引擎可以提供实时的图像预览显示和缩放，而不用经过DSP的处理。

OSD (on-screen-display)屏显模块，能很容易实现菜单和图标。

内置模拟NTSC/PAL视频输出，可以将图像或视频方便的输出到电视上。

灵活的LCD接口，支持众多公司的LCD模块，比如SONY、SHARP、AUO、CASIO、Epson，等。

多种存储卡接口，可以支持市面上流行的存储卡，例如CF、SM、SD、MMC、MS。

DM270还拥有许多通用接口，例如I2C, UART, SPI等等，有利于和其它器件的连接和配合。

作者：孟海燕

技术应用工程师

德州仪器