多媒体应用处理器的原理和应用(五)-文章-单片机-ARM

多媒体应用处理器的原理和应用(五)

时间:05-24 10:14 阅读:1585次

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简介：顾名思义桌面电子就是放在桌子上使用的电子设备，当然实验室的仪器也是放在桌面上的。这里桌面电子的含义主要是指台式体积的消费类家用电器。

顾名思义桌面电子就是放在桌子上使用的电子设备，当然实验室的仪器也是放在桌面上的。这里桌面电子的含义主要是指台式体积的消费类家用电器。

桌面电子一直是消费类电子的主流，自从1906年雷金纳德•费森登发明无线电广播以来，在上世纪三十年代电子管收音机作为第一种桌面电子产品诞生了。从此桌面电子产品进入了辉煌的时代，它的功能和外形是跟随着国家、文化、电子技术的发展而变化。在电子管时代，桌面电子的典型产品是收音机、留声机和黑白电视机。这个时代的消费类电子的普及性产品是桌面台式电器，高级产品则是落地式结构。例如1959年南京无线电厂为庆祝国庆10周年献礼而生产的熊猫1959收、录、唱三用机相当于一个办公桌大小。在晶体管时代，单功能的桌面电子演化成了便携式，如电子管台式收音机变成了便携式半导体。这一时期具有代表性的桌面电子产品是彩色电视机、高保真音响、收录机和录象机。到了集成电路年代，桌面电子的代表产品是个人电脑、平板电视和DVD播放机。电子技术的飞速发展，新的桌面电子产品层出不穷，如笔记本电脑、IPTV STB、可视电话、电子像框开始面世。

随着便携式和手持式电子产品的普及，桌面电子领地越来越小，含义也悄悄地发生了变化。今天的桌面电子式指功能强大，性能卓越的电子产品。这类产品体积和重量较大，只适合放在桌面上使用，例如大屏幕高清液晶电视具有1920×1080的图像分辨率，几十万小时的使用寿命。如果强行小型化，图像观看效果就大受影响。

目前，人类面临着可持续发展和能源危机等种种难题，桌面电子除了具有复杂的功能和优异的性能外也面临着绿色革命，于是体积小，功耗低的应用处理器开始用于桌面电子设备。

用X900设计IPTV STB

IPTV是基于IP协议的网络电视，支持各类双向宽带网，诸如宽带公众电信网、互联网、宽带专用通信网、移动通信网、固定通信网、微波通信网、有线电视网、卫星通信网，其它各类广域、城域及局域宽带网等。其终端设备可以是计算机、网络电视机，机顶盒。家庭用户只需要在普通电话线上申请宽带授权，通过一台调制解调器(ADSL)连接计算机的网卡或IPTV专用的数字机顶盒(STB)上，就可以开通IPTV。随着无线宽带网的普及，将来手持式PMP和智能手机也会成为IPTV的用户终端设备。

IPTV关键技术是宽带网络技术和先进的视频码率压缩技术，现在IPTV编解码标准有MPEG-4、VC1、H.264以及中国提出的具有自主知识产权的标准AVS。

X900是上海杰得2007年7月发布的新一代应用处理器，它的显著优势是支持多格式大画面的硬件解码器，画中画显示，ITU-R656电视接口和高速网络接口，是设计IPTV用户终端机顶盒的理想芯片。

X900支持MPEG-4、H.264和VC-1硬件实时解码器是它的最大亮点，也是它与其它类似芯片最大的功能区别。在设计IPTV STB时，能够最大限度地发挥这三种解码器的性能优势：低功耗、大尺寸、高画质。IPTV STB在目前是没有国家标准可循的，各地自行其实的局面使STB供应商感到困惑。目前的典型做法是用DSP解决多制式问题，但这种方法需要较长的开发时间，功耗大。由于是用软件解码，往往会在实时性和图像质量上作折衷。X900全硬件解决方法是按最高画质设计的，如32位DDRⅡ高速帧缓冲器，优化的解码逻辑，能够长时间不出错播放视频，播放时间越长，流畅、无马赛克、亮丽为特点的硬件解码优势就越明显。X900音频接口支持5.1声道环绕立体声，配合高质量图像可构造家庭影院。硬件解码的另一个好处是不占用CPU的资源，大于250M的剩余带宽可支持用户应用程序和用于其它增值服务。

网速是当前造成IPTV画面不连续首要因素，X900带有132MB的PCI接口，100兆以太网芯片连接在PCI接口上，确保X900的网口不是影响传输速率的瓶颈。

录象是IPTV STB的必备功能，X900通过PCI支持SCSI硬盘，它连续工作的可靠性至少比IDE硬盘高2倍，用SCSI组成的RAID能保障几十小时的长时间录象。录象节目源如果来自网络，用原来的压缩格式记录。如果来自模拟电视信号，用MPEG-4编码器压缩后记录。在廉价的机顶盒设计中也可以考虑选用IDE硬盘，但连续工作的出错概率会增加，寿命也比SCSI硬盘短。

另外，X900的ITU-R656接口可以接收模拟NTSC/PAL/SECAM制式的电视节目，片内的2D图像处理引擎能把隔行电视信号插值成逐行扫描，使垂直清晰度提高一倍，使模拟电视具有DVD的质量。总之，用X900设计IPTV STB具有结构简单，价格低廉，性能优良的特点。基于X900的IPTV STB的电路结构如图1，在杰得公司提供的开发板上可以演示IPTV机顶盒的基本功能。

图1：基于X900的IPTV STB功能方块图

性能和规格：

视频格式：MPGE-4、H.264、VC1 (720×576）25/30f/s

音频格式：MPEG/7.1 杜比AC 3/5.1

录象格式：MPGE-4 (640×480)

网络接口：Ethernet 10/1OOBase-T、xDSL

电视输入接口：射频F9、视频Q9

视频输出接口：复合、S¬-Video、Y.Cb.Cr、R.G.B

音频输出接口：Front Left、Front Right、Rear Left、Rear Right、Center、 subwoofer、Toshilink、S/PDIF

USB接口：USB 2.0 OTG High Speed

遥控接口：高速红外模式 4Mbps

电视业务：直播、点播和时移

扩展业务：可视电话业务或视频会议、网络游戏、文本信息交互

日志功能：本机信息和系统信息诊断，定时上传

管理方式：远程配置（恢复出厂设计和软件升级）、本地配置（域名、网络接入方式、账号／密码、静态IP、网关、DNS服务器、DHCP和用户业务编号等）

安全认证：机卡分离和智能卡硬件加密电压和功率：AC 220V，15W 用X900设计电子像框

电子像框DPF（digital photo frame）是本世纪初出现的消费电子产品，它是伴随着数码相机发展起来的新产品。从上世纪末到本世纪初，数码相机经过二十多年的改进图像质量有了质的提高，普及型数码相机的分辨率由200万象素增长到现在的500～800万像素，价格也由500美元左右下降到了现在的180美元左右。单反数码相机的分辨率达到了2000万像素。数码相机的发展迫使传统的胶卷便携和单反35cm相机基本退出市场，摄影者的消费流程从“拍摄－冲洗胶卷－扩印照片”变成了“拍摄－储存－浏览”。

基于Nand flash的半导体储存卡容量越来越大，价格越来越低。在这些储存介质中数字相片是以二进制文件形式保存的，不会随着保存时间而发生图像质量变化，还可以方便地转移到光盘和硬盘中长期保存。唯独浏览比较麻烦，虽然数码相机本身具有实时浏览功能，但它的LCD尺寸太小，看不清楚细节，因而浏览设备仅限于个人电脑。后来一些数字电视机、DVD甚至手机也附有相片浏览功能，但这些设备不是使用不方便，就是图像不清楚。于是一种专门浏览照片的数码像框出现了，它以方便的操作、清晰的图像、快速的翻页这些人性化的优点成了数码相机的伴侣。由于内部有微处理器、大容量储存器和大尺寸LCD显示器，很快电子像框演化成了一个多功能电器，可以显示电子日历、风景图片，记事本、有的还可以接收电视和播放DVD，目前也是白领办公桌上的时髦装饰品。

X900能处理1440×1024尺寸JPEG格式的静态图像，LCD显示接口是24比特，170万种颜色，Nand flash最大4GB，具有主从功能的USB OTG 既可以读写U盘，又可以与PC机和数码相机通信，交换信息。是设计电子像框的理想芯片，

基于X900的电子像框电路结构如图2

图2：基于X900电子相框功能方块图

性能和规格：

功能：像框、相册、电视、录象

图像格式：JPEG、GIF、FIF、LEAD、CALS、BMP、DIB

视频格式：ASF、WMV、AVI、DIVX、MPGE-4、H.264、VC1 (720×576）25/30f/s

音频格式：MP3、WMV、DRM WMV、AAC、OGG，CAT

录象格式：MPGE-4 (640×480)

网络接口：Ethernet 10/1OOBase-T、xDSL

USB接口：USB 2.0 OTG High Speed

遥控接口：高速红外模式 4Mbps

文件管理功能：浏览、搜寻、命名（重命名）、复制，删除、备份等功能。

显示屏幕：7～17英寸TFT，分辨率1440×800，桌面或挂壁。

图3：市面上的电子相框

用Z228设计可视电话

可视电话是利用电话线路实时传送语音和图像的一种通信方式。如果说普通电话是“顺风耳”的话，可视电话就既是“顺风耳”，又是“千里眼”了。可视电话是在普通电话机的基础上增加了图像传输功能，由于动态图像信号的信息量大，所占的频带宽，不能直接在电话线路上传输，需要把原有的图像信号数字化，变为数字图像信号，而后采用频带压缩技术，对数字图像信号进行“压缩”，使这所占的频带变窄，这样才可在用户线上传输。可视电话还可以加入录像设备，就像录音电话一样，把图像录制下来，以便保留。可视电话是计算机通信、图像通信和电话通信相结合的产物。

根据使用网络的不同，市场上主要有以下3种可视电话：

第一类是普通PSTN可视电话，使用的标准是ITU-T H.324；

第二类是ISDN可视电话，一般使用的标准是ITU-T H.320；

第三类IP可视电话，一般使用的标准是ITU-T H.323或SIP；

近年来，由于IP网的迅猛发展，IP可视电话终端逐渐占据了主导地位。

语音和视频压缩技术以及通信协议是可视电话的三大核心技术。受网络条件的限制，可视电话不可能占用太大的带宽。为了适应低码率语音通信的要求，ITU-T为可视电话中制定了G.72X系列语音压缩标准。其中G.723.1、G.728、G.729和G.729A得到了广泛应用。不同的语音压缩标准提供不同的码率、时延和语音质量，所以在实际选择语音压缩标准时，要综合考虑带宽、时延、算法复杂度等各种因素。

ITU-T制定的低码率视频压缩标准包括H.261、H.263和H.264三种。H.261是第一个低码率视频压缩标准，码率为p×64kbit/s，其中p=1～30，图像格式为CIF（352×288）和QCIF（162×144）。与H.261相比，在相同的图像质量下， H.263编码后的码率大约比H.261低30%。目前，H.263是可视电话中应用的最广泛的视频压缩标准。2003年，ITU-T通过了一个新的视频编码标准，即H.264标准。在相同的重建图像质量下，H.264编码后的码率比H.263低50%。H.264在提高编码效率的同时，计算复杂度也大大增加。相信随着应用处理器处理能力的进一步提高，H.264在可视电话等多媒体通信中必将得到越来越广泛的应用。

除了音视频压缩技术外，实现可视电话的关键技术还有通信协议，目前，市场上占据主导地位的三种通信协议是H.320、H.323和SIP。为了保证可视电话在网络上可靠的通信，不同的终端必须运行统一的通信控制协议来保证相互协同工作。

自从1956年美国电报电话公司AT&T发明第一部可视电话到今天已经半个世纪过去了，几十年里可视电话几起几落，今天我们随时随地可用互联网进行视频聊天，却不能在家里安装可视电话，原因是多方面的，譬如价格、线路、标准和人文习惯等原因制约的它的发展。如果不管这些因素，单从技术上讲，用MAP制作可视电话，能做到前所未有的简单和廉价。图4是基于Z228设计的可视电话功能方块图。