嵌入式PMP/MP4研發(fā)策略對比分析 - 全文

便攜媒體播放器(Portable Media Player，PMP)，通常又稱為MP4，因其支持的基本媒體格式為MPEG一4視音頻影視文件。

MP4的市場發(fā)展速度驚人，預計2008年全球市場份額將突破210億美元，總出貨量超過2．5億臺。新一代MP4良好的發(fā)展前景和潛在的無限市場，吸引著眾多廠商大力研發(fā)，特別是中低端PMP及手持多媒體設備，由于其成本低廉，實用性好，利潤空間大，在中國具有極其廣闊的市場。但是PMP／MP4的生產(chǎn)一般采用制造商+Design House的模式進行，主流解決方案提供商對其技術都采取了一定嚴格的保密措施，廠家加盟生產(chǎn)也有相當?shù)馁Y金門檻，這種強力的技術壁壘對一般工程人員進行PMP／MP4的創(chuàng)新設計和研發(fā)造成極大的障礙。

通過對市場主流PMP產(chǎn)品設計方案的對比分析，可以為研發(fā)人員提供在不同的技術要求和資金保障前提下，優(yōu)先采用的技術思路，從而縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，為便攜式媒體播放設備的創(chuàng)新應用提供更為廣闊的發(fā)展空間。

1 PMP研發(fā)方案分類

目前市場上的主流PMP解決方案，可以歸類為如下4種：

(1)處理器加圖形加速器

典型代表：$3C2440+SM501開發(fā)板。
硬件特點：在ARM9開發(fā)板基礎上加入SMS01 2D圖形加速芯片，大大提高了ARM系統(tǒng)的圖形運算能力，硬件成本低。
軟件特點：完全采用嵌入式系統(tǒng)方案設計，可以使用VxWorks，Linux和WinCE等嵌入式操作系統(tǒng)，軟解壓。
缺點：開發(fā)周期長，特別在視頻疊加，附加計算等領域難以滿足要求。

(2)DSP加單片機方式

典型代表：DSP5402開發(fā)板。
硬件特點：用控制芯片彌補DSP在控制方面的不足，但該控制芯片不支持操作系統(tǒng)，多用于編碼或者工控設計領域，成本低。
軟件特點：任何解碼程序和接口設計驅動都必須由開發(fā)者設計，難度較大。
缺點：開發(fā)周期過長，對開發(fā)者的要求比較高，視頻顯示性能難以提高。

(3)控制器加DSP

典型代表：ARM9E開發(fā)板。
硬件特點：系統(tǒng)的控制能力得以加強，但該構架的芯片界定比較模糊，芯片往往嚴重冗余。
軟件特點：支持VxWorks，Linux和winCE等嵌入式操作系統(tǒng)。
總結：控制器加DSP模式開發(fā)周期長、偏軟、風險比較高。DSP加控制器模式開發(fā)周期更加漫長、涉及軟硬兩方面的開發(fā)。

(4)處理器加解碼芯片

典型代表：EM851x，AUl200，PXA27x，DM270／320，i．MX31，SPC536，Z228，vweb2005／2010，G07007／G07007SB，AK3221，Rockchips等，參見第2節(jié)。
硬件特點：采用DSP搭配CPU的方式，DSP負責編解碼，CPU則是針對數(shù)據(jù)存儲、管理，以及用戶界面與外圍器件的控制。
軟件特點：可使用VxWorks，Linux和winCE等嵌入式操作系統(tǒng)，并能為用戶提供額外的操作功能，如游戲、記事本等。
總結：開發(fā)周期短，開發(fā)結果質(zhì)量有保障，但成本過分高昂。

2 主流PMP廠家解決方案對比

目前市場上銷售的PMP雖然品牌眾多，但基本上都可歸屬到“處理器加解碼芯片”模式；其解決方案來源于下面幾個供應商，其自主開發(fā)空間也限于其API接口框架內(nèi)；各解決方案的特性分述如下：

2．1 AMD Alchemy解決方案

AMD于2005年推出專門為PMP設計的處理器Alchemy AUl200。這是一個低功耗、高性能的系統(tǒng)解決方案，支持多種視頻格式，集成化媒體加速引擎，不需要外部DSP，編程模式簡單，可以擴展到大型顯示屏(1024×768)，支持DDRl和DDR2內(nèi)存，總體方案成本低，主頻達500 MHz；軟件設計可以在Linux內(nèi)核上進行。
缺點：硬件不支持RM格式，要通過轉換軟件來支持。

2．2 英特爾PXA27x的解決方案

英特爾公司于2003年底推出的PXA27x嵌入式處理器，最高頻率可達624 MHz，配合嵌入式Linux或win(：E操作系統(tǒng)，理論上可以支持任何媒體格式，并通過軟件升級，支持未來媒體格式。但由于MPEG一2對硬件的極高要求，因此單純依靠PXA27x處理器進行MPEG-2編解碼是不現(xiàn)實的。其中，英特爾PXA270不是專門為PMP設計，它最初出現(xiàn)在PDA上；之所以選擇PXA270作為PMP處理器，是源于它強勁的多媒體處理能力與獨特的節(jié)電技術。

英特爾公司于2004年推出了2700G多媒體加速芯片，配合PxA270進行視頻加速與3D加速，完美解決了MPEG一2編解碼問題，更使基于PXA27x的PMP產(chǎn)品能向多功能化發(fā)展，可以加入游戲、攝像等功能，成為個人娛樂終端。

Intel公司專門為Linux提供了相關的多媒體與無線通信應用的優(yōu)化函數(shù)庫，所以采用Linux可使產(chǎn)品的研發(fā)周期大大縮短。
缺點：成本可能較高，需要外部DSP。

2．3 TI DM320DSP+ARM處理器的解決方案

TI的方案是利用DM320 DSP進行音視頻編解碼處理，ARM處理器負責系統(tǒng)處理及提供外圍設備接口。與TI方案SigmaDesigns方案一樣，支持的媒體類型非常豐富，具有錄制和播放功能，編解碼能力強，還可具備PVR的功能(即錄制和播放可雙工同時進行)，支持USB2．0，HDD，SI)。CF，MS等，但在成本上并不具備優(yōu)勢。
缺點：必須配合ARM處理器，成本不占優(yōu)勢，功耗較大；不支持網(wǎng)絡視頻格式RM／RMVB，低性能應用處理器，ARM 80～160 MHz，有限的軟件解決方案，需要客戶做大量的軟件編程工作。

2．4 SigmaDesigns EM851x方案

SigmaDesigns 851x處理器是目前性能最強的專業(yè)解碼芯片，集成200 MHz 32位RISC處理器和MPEG解碼處理器，無需其他外圍芯片支持，即可完成系統(tǒng)所需各種接口及流暢的多格式視頻解碼。
優(yōu)點：單芯片，低功耗；硬核視頻解碼，視頻播放效果好。
缺點：不支持RM，RMVB等視頻格式，存儲器只能接普通SDRAM，不能接DDR2。

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2．5 凌陽SPCA536解決方案

凌陽(Sunplus)的SPCA536解決方案價格低廉，支持媒體類型單純，功能單一；支持的格式非常有限(視頻格式僅支持MPEG-4編解碼，音頻格式也比較單一)，視頻解碼能力比較差，解大文件視頻文件會有停頓等；需要使用轉換軟件將各種音視頻文件壓縮成(*．mpx)格式，才能在該機播放。該方案也支持數(shù)碼拍照，圖像瀏覽等功能。

2．6 vweb解決方案

vweb是一家SoC(片上系統(tǒng))解決方案領域上的領先供應商。其VW2010是即時MPEG-1，MPEG-2和MPEG一4音視訊系統(tǒng)編解碼晶片(同時壓縮、解壓或編碼、解碼)，完全相容ISO／IEC-11172—2，ISO／IEC一13818-2，ISO／IEC：-14496-2和ITU-T H．263(基線)。
優(yōu)點：功能強大，有豐富的SDK接口文檔，支持格式也比較多。
缺點：只有PCI式和USB式2種解碼芯片接口，導致物理應用不方便。

2．7 Z228解決方案

Z228是上海杰得微電子公司2006年3月發(fā)布的應用處理器，這是中國自主開發(fā)的第一款O．13μm中、高端MAP?；贏RM926EJ嵌入式CPU內(nèi)核，包含MPEG-4格式的硬件全雙工編解碼器，具有豐富的多媒體接口。具有WinCE和Linux兩個版本的硬件設計工具包(HDK)和軟件開發(fā)工具包(SDK)。
Z228的硬件視頻編解碼器支持MPEG-4／H．263雙工格式，最大圖像尺寸是VGA(640×480)，最快速度是30 f／s。編解碼同時全速運行ARM926EJ的負荷低于5％，也就是說它基本上是獨立工作的，幾乎不占用CPUJ的資源，雙工全速運行時功耗低于120 mW。Z228中還內(nèi)置了類似計算機顯示芯片中的2D視頻后處理引擎，支持色度空間轉換、任意尺度圖像縮放、VBR(可變碼率)、CBR(固定碼率)、VFR(可變幀率)、CFR(固定幀率)、去方塊和去環(huán)濾波、亮度／對比度／飽和度校正、抖動(Dithe—ring)、圖像掩模、畫中畫等功能。解碼后的視頻圖像經(jīng)該引擎處理后直接上屏．無需CPU干預，在不增加功耗的前提下，實現(xiàn)視頻的流暢播放。
優(yōu)點：國內(nèi)比較好的解碼芯片，解碼格式比較多，并且開發(fā)板采用雙層設計，很容易實現(xiàn)擴充和擴展。在智能監(jiān)控、視頻服務器、手持信息終端(HIT)、智能手機等系統(tǒng)設計方面有成熟和完整的解決方案。
缺點：由于屬于剛剛量產(chǎn)的國內(nèi)為數(shù)不多的優(yōu)秀解碼芯片，價格會比較昂貴。
目前活躍在中國大陸的PMP整機解決方案供應商還有：飛思卡爾i．MX31解決方案(多應用于智能手機)，Zoran基于C()ACH 7系列的解決方案(主要用于數(shù)碼攝像機)，Ittiam的MediaAlbum方案(支持高質(zhì)量多媒體錄制、存儲、播放和流媒體支持)，飛利浦的基于TriMe—dia的便攜式多媒體(Media Box)解決方案，以及基于Blackfin的，ADSPBF532芯片的解決方案等。

3 各種PMP解決方案的成本比較

由于PMP產(chǎn)品的研發(fā)難度較大，目前市面上的大多數(shù)PMP產(chǎn)品均為國外或***地區(qū)設計，按照生產(chǎn)商加Design}tollse的模式運行。表1的解決方案成本，主要是針對制造商的。國內(nèi)一些制造商為了降低成本，還采用多個廠家聯(lián)合購買解決方案的方式進行生產(chǎn)。對于主要面向科研的獨立開發(fā)者而言，其初始投入顯得較高。
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4 PMP開發(fā)面臨的尷尬局面

由于PMP技術還遠沒有達到普及階段，仍然屬于炙手可熱的技術，其利潤空間還有巨大的回旋余地，因此各種PMP方案的開發(fā)板，也還沒有達到普及學習的階段，并且只能通過直接代理或者中間商購買開發(fā)包，開發(fā)板的購買者或研究者要承擔分銷商及主流公司開發(fā)的部分費用。

開發(fā)板費用居高不下，最明顯的原因有2個方面：

(1)開發(fā)板與最終產(chǎn)品不同，開發(fā)板必須附加技術性很強的資料及開發(fā)文獻，所以在目前供應商在沒有完全獲得全部利潤之前，很多費用仍要由開發(fā)者買單。供應商通過這種高收費手段，轉移資金壓力和減少自身經(jīng)營風險。

(2)眾多的開發(fā)板是由供應商自己設計完成，很大程度上攜帶了該公司所有的技術核心，導致這些公司將所有的開發(fā)費用直接轉嫁到開發(fā)板中。
所以從開發(fā)商或者代理商直接獲得SDK及開發(fā)板的費用基本相當，甚至代理商的費用高于開發(fā)商的情況也是很普遍的。簡而言之，在PMP產(chǎn)品未廣泛普及之前，獲得相關開發(fā)板及技術資料的代價是相當高昂的。

5 結 語

PMP自主研發(fā)的方案選擇，由于PMP沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，在技術上彼此存在很大的差別。根據(jù)媒體播放的核心支持進行劃分，其自主研發(fā)思路可以分為2個主流方向：
(1)以解碼芯片為核心。解碼芯片提供豐富的API接口供開發(fā)者使用，性能優(yōu)良，可以大大地提高開發(fā)速度，縮短開發(fā)的時間周期。該技術優(yōu)勢明顯，但也同樣存在著明顯的缺陷：技術購買費用高昂、不能進行軟件升級。開發(fā)平臺需要約5～50萬元。

(2)以圖形加速為輔助，以高性能CPU為核心。該技術方式的主要優(yōu)點不僅可以播放多媒體文件，還可以上網(wǎng)、打字、玩游戲等；最可貴的是解碼軟件可以根據(jù)需要進行升級，可以使用戶始終支持當前最流行的影音格式。開發(fā)平臺需要約3～8萬元。

(3)自主研發(fā)方案選擇。從目前市場運作成本及研發(fā)速度的角度進行分析，“以圖形加速為輔助，以高性能CPU為核心”的技術方式開發(fā)產(chǎn)品，可以獲得良好的性能價格比，并且可以隨時升級媒體播放軟件，具有目前主流芯片解碼方式不具備的優(yōu)點，可作高端多功能多媒體設備的研發(fā)選擇。在軟件研發(fā)中，采用Linux內(nèi)核作為程序開發(fā)平臺，充分利用開源代碼，可以極大的降低設計難度，提高研發(fā)速度。

而若為盡快使新產(chǎn)品搶占市場，必須提高研發(fā)產(chǎn)品的速度，則以硬件解碼芯片為核心的PMP技術方向是最為理想的；這也是目前市場最為流行的研發(fā)模式。對于高校和研究機構而言，在市場因素不明顯的前提下，“以CPU為核心”結合Linux開源架構的技術方案有助于將研發(fā)力量集中于創(chuàng)新應用和學術研究之上，可作為首選方案。