嵌入式PMP／MP4研發(fā)策略對(duì)比分析

0 引 言
    便攜媒體播放器(Portable Media Player，PMP)，通常又稱(chēng)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(chǎng)發(fā)展速度驚人，預(yù)計(jì)2008年全球市場(chǎng)份額將突破210億美元，總出貨量超過(guò)2．5億臺(tái)。新一代MP4良好的發(fā)展前景和潛在的無(wú)限市場(chǎng)，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(shè)備，由于其成本低廉，實(shí)用性好，利潤(rùn)空間大，在中國(guó)具有極其廣闊的市場(chǎng)。但是PMP／MP4的生產(chǎn)一般采用制造商+Design House的模式進(jìn)行，主流解決方案提供商對(duì)其技術(shù)都采取了一定嚴(yán)格的保密措施，廠家加盟生產(chǎn)也有相當(dāng)?shù)馁Y金門(mén)檻，這種強(qiáng)力的技術(shù)壁壘對(duì)一般工程人員進(jìn)行PMP／MP4的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和研發(fā)造成極大的障礙。
    通過(guò)對(duì)市場(chǎng)主流PMP產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的對(duì)比分析，可以為研發(fā)人員提供在不同的技術(shù)要求和資金保障前提下，優(yōu)先采用的技術(shù)思路，從而縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，為便攜式媒體播放設(shè)備的創(chuàng)新應(yīng)用提供更為廣闊的發(fā)展空間。

1 PMP研發(fā)方案分類(lèi)
    目前市場(chǎng)上的主流PMP解決方案，可以歸類(lèi)為如下4種：
    (1)處理器加圖形加速器
    典型代表：$3C2440+SM501開(kāi)發(fā)板。
    硬件特點(diǎn)：在ARM9開(kāi)發(fā)板基礎(chǔ)上加入SMS01 2D圖形加速芯片，大大提高了ARM系統(tǒng)的圖形運(yùn)算能力，硬件成本低。
    軟件特點(diǎn)：完全采用嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，可以使用VxWorks，Linux和WinCE等嵌入式操作系統(tǒng)，軟解壓。
    缺點(diǎn)：開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，特別在視頻疊加，附加計(jì)算等領(lǐng)域難以滿(mǎn)足要求。
    (2)DSP加單片機(jī)方式
    典型代表：DSP5402開(kāi)發(fā)板。
    硬件特點(diǎn)：用控制芯片彌補(bǔ)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(shè)計(jì)領(lǐng)域，成本低。
    軟件特點(diǎn)：任何解碼程序和接口設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)都必須由開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)，難度較大。
    缺點(diǎn)：開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)，對(duì)開(kāi)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(kāi)發(fā)板。
    硬件特點(diǎn)：系統(tǒng)的控制能力得以加強(qiáng)，但該構(gòu)架的芯片界定比較模糊，芯片往往嚴(yán)重冗余。
    軟件特點(diǎn)：支持VxWorks，Linux和winCE等嵌入式操作系統(tǒng)。
    總結(jié)：控制器加DSP模式開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、偏軟、風(fēng)險(xiǎn)比較高。DSP加控制器模式開(kāi)發(fā)周期更加漫長(zhǎng)、涉及軟硬兩方面的開(kāi)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(jiàn)第2節(jié)。
    硬件特點(diǎn)：采用DSP搭配CPU的方式，DSP負(fù)責(zé)編解碼，CPU則是針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理，以及用戶(hù)界面與外圍器件的控制。
    軟件特點(diǎn)：可使用VxWorks，Linux和winCE等嵌入式操作系統(tǒng)，并能為用戶(hù)提供額外的操作功能，如游戲、記事本等。
    總結(jié)：開(kāi)發(fā)周期短，開(kāi)發(fā)結(jié)果質(zhì)量有保障，但成本過(guò)分高昂。

2 主流PMP廠家解決方案對(duì)比
    目前市場(chǎng)上銷(xiāo)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(lái)源于下面幾個(gè)供應(yīng)商，其自主開(kāi)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(zhuān)門(mén)為PMP設(shè)計(jì)的處理器Alchemy AUl200。這是一個(gè)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(jiǎn)單，可以擴(kuò)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(dá)500 MHz；軟件設(shè)計(jì)可以在Linux內(nèi)核上進(jìn)行。
    缺點(diǎn)：硬件不支持RM格式，要通過(guò)轉(zhuǎn)換軟件來(lái)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(dá)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(guò)軟件升級(jí)，支持未來(lái)媒體格式。但由于MPEG一2對(duì)硬件的極高要求，因此單純依靠PXA27x處理器進(jìn)行MPEG-2編解碼是不現(xiàn)實(shí)的。其中，英特爾PXA270不是專(zhuān)門(mén)為PMP設(shè)計(jì)，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(qiáng)勁的多媒體處理能力與獨(dú)特的節(jié)電技術(shù)。
    英特爾公司于2004年推出了2700G多媒體加速芯片，配合PxA270進(jìn)行視頻加速與3D加速，完美解決了MPEG一2編解碼問(wèn)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(gè)人娛樂(lè)終端。
    Intel公司專(zhuān)門(mén)為L(zhǎng)inux提供了相關(guān)的多媒體與無(wú)線(xiàn)通信應(yīng)用的優(yōu)化函數(shù)庫(kù)，所以采用Linux可使產(chǎn)品的研發(fā)周期大大縮短。
    缺點(diǎn)：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(jìn)行音視頻編解碼處理，ARM處理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)處理及提供外圍設(shè)備接口。與TI方案SigmaDesigns方案一樣，支持的媒體類(lèi)型非常豐富，具有錄制和播放功能，編解碼能力強(qiáng)，還可具備PVR的功能(即錄制和播放可雙工同時(shí)進(jìn)行)，支持USB2．0，HDD，SI)。CF，MS等，但在成本上并不具備優(yōu)勢(shì)。
    缺點(diǎn)：必須配合ARM處理器，成本不占優(yōu)勢(shì)，功耗較大；不支持網(wǎng)絡(luò)視頻格式RM／RMVB，低性能應(yīng)用處理器，ARM 80～160 MHz，有限的軟件解決方案，需要客戶(hù)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(qiáng)的專(zhuān)業(yè)解碼芯片，集成200 MHz 32位RISC處理器和MPEG解碼處理器，無(wú)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(diǎn)：?jiǎn)涡酒?，低功耗；硬核視頻解碼，視頻播放效果好。
    缺點(diǎn)：不支持RM，RMVB等視頻格式，存儲(chǔ)器只能接普通SDRAM，不能接DDR2。
2．5 凌陽(yáng)SPCA536解決方案
    凌陽(yáng)(Sunplus)的SPCA536解決方案價(jià)格低廉，支持媒體類(lèi)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(huì)有停頓等；需要使用轉(zhuǎn)換軟件將各種音視頻文件壓縮成(*．mpx)格式，才能在該機(jī)播放。該方案也支持?jǐn)?shù)碼拍照，圖像瀏覽等功能。[!--empirenews.page--]
2．6 vweb解決方案
    vweb是一家SoC(片上系統(tǒng))解決方案領(lǐng)域上的領(lǐng)先供應(yīng)商。其VW2010是即時(shí)MPEG-1，MPEG-2和MPEG一4音視訊系統(tǒng)編解碼晶片(同時(shí)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(xiàn))。
    優(yōu)點(diǎn)：功能強(qiáng)大，有豐富的SDK接口文檔，支持格式也比較多。
    缺點(diǎn)：只有PCI式和USB式2種解碼芯片接口，導(dǎo)致物理應(yīng)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(yīng)用處理器，這是中國(guó)自主開(kāi)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(gè)版本的硬件設(shè)計(jì)工具包(HDK)和軟件開(kāi)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(shí)全速運(yùn)行ARM926EJ的負(fù)荷低于5％，也就是說(shuō)它基本上是獨(dú)立工作的，幾乎不占用CPUJ的資源，雙工全速運(yùn)行時(shí)功耗低于120 mW。Z228中還內(nèi)置了類(lèi)似計(jì)算機(jī)顯示芯片中的2D視頻后處理引擎，支持色度空間轉(zhuǎn)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(duì)比度／飽和度校正、抖動(dòng)(Dithe—ring)、圖像掩模、畫(huà)中畫(huà)等功能。解碼后的視頻圖像經(jīng)該引擎處理后直接上屏．無(wú)需CPU干預(yù)，在不增加功耗的前提下，實(shí)現(xiàn)視頻的流暢播放。
    優(yōu)點(diǎn)：國(guó)內(nèi)比較好的解碼芯片，解碼格式比較多，并且開(kāi)發(fā)板采用雙層設(shè)計(jì)，很容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充和擴(kuò)展。在智能監(jiān)控、視頻服務(wù)器、手持信息終端(HIT)、智能手機(jī)等系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面有成熟和完整的解決方案。
    缺點(diǎn)：由于屬于剛剛量產(chǎn)的國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的優(yōu)秀解碼芯片，價(jià)格會(huì)比較昂貴。
    目前活躍在中國(guó)大陸的PMP整機(jī)解決方案供應(yīng)商還有：飛思卡爾i．MX31解決方案(多應(yīng)用于智能手機(jī))，Zoran基于C()ACH 7系列的解決方案(主要用于數(shù)碼攝像機(jī))，Ittiam的MediaAlbum方案(支持高質(zhì)量多媒體錄制、存儲(chǔ)、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(guó)外或臺(tái)灣地區(qū)設(shè)計(jì)，按照生產(chǎn)商加Design}tollse的模式運(yùn)行。表1的解決方案成本，主要是針對(duì)制造商的。國(guó)內(nèi)一些制造商為了降低成本，還采用多個(gè)廠家聯(lián)合購(gòu)買(mǎi)解決方案的方式進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)于主要面向科研的獨(dú)立開(kāi)發(fā)者而言，其初始投入顯得較高。

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4 PMP開(kāi)發(fā)面臨的尷尬局面
    由于PMP技術(shù)還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到普及階段，仍然屬于炙手可熱的技術(shù)，其利潤(rùn)空間還有巨大的回旋余地，因此各種PMP方案的開(kāi)發(fā)板，也還沒(méi)有達(dá)到普及學(xué)習(xí)的階段，并且只能通過(guò)直接代理或者中間商購(gòu)買(mǎi)開(kāi)發(fā)包，開(kāi)發(fā)板的購(gòu)買(mǎi)者或研究者要承擔(dān)分銷(xiāo)商及主流公司開(kāi)發(fā)的部分費(fèi)用。
    開(kāi)發(fā)板費(fèi)用居高不下，最明顯的原因有2個(gè)方面：
    (1)開(kāi)發(fā)板與最終產(chǎn)品不同，開(kāi)發(fā)板必須附加技術(shù)性很強(qiáng)的資料及開(kāi)發(fā)文獻(xiàn)，所以在目前供應(yīng)商在沒(méi)有完全獲得全部利潤(rùn)之前，很多費(fèi)用仍要由開(kāi)發(fā)者買(mǎi)單。供應(yīng)商通過(guò)這種高收費(fèi)手段，轉(zhuǎn)移資金壓力和減少自身經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。
    (2)眾多的開(kāi)發(fā)板是由供應(yīng)商自己設(shè)計(jì)完成，很大程度上攜帶了該公司所有的技術(shù)核心，導(dǎo)致這些公司將所有的開(kāi)發(fā)費(fèi)用直接轉(zhuǎn)嫁到開(kāi)發(fā)板中。
    所以從開(kāi)發(fā)商或者代理商直接獲得SDK及開(kāi)發(fā)板的費(fèi)用基本相當(dāng)，甚至代理商的費(fèi)用高于開(kāi)發(fā)商的情況也是很普遍的。簡(jiǎn)而言之，在PMP產(chǎn)品未廣泛普及之前，獲得相關(guān)開(kāi)發(fā)板及技術(shù)資料的代價(jià)是相當(dāng)高昂的。

5 結(jié) 語(yǔ)
    PMP自主研發(fā)的方案選擇，由于PMP沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上彼此存在很大的差別。根據(jù)媒體播放的核心支持進(jìn)行劃分，其自主研發(fā)思路可以分為2個(gè)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(kāi)發(fā)者使用，性能優(yōu)良，可以大大地提高開(kāi)發(fā)速度，縮短開(kāi)發(fā)的時(shí)間周期。該技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但也同樣存在著明顯的缺陷：技術(shù)購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用高昂、不能進(jìn)行軟件升級(jí)。開(kāi)發(fā)平臺(tái)需要約5～50萬(wàn)元。
    (2)以圖形加速為輔助，以高性能CPU為核心。該技術(shù)方式的主要優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行升級(jí)，可以使用戶(hù)始終支持當(dāng)前最流行的影音格式。開(kāi)發(fā)平臺(tái)需要約3～8萬(wàn)元。
    (3)自主研發(fā)方案選擇。從目前市場(chǎng)運(yùn)作成本及研發(fā)速度的角度進(jìn)行分析，“以圖形加速為輔助，以高性能CPU為核心”的技術(shù)方式開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，可以獲得良好的性能價(jià)格比，并且可以隨時(shí)升級(jí)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(diǎn)，可作高端多功能多媒體設(shè)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分利用開(kāi)源代碼，可以極大的降低設(shè)計(jì)難度，提高研發(fā)速度。
    而若為盡快使新產(chǎn)品搶占市場(chǎng)，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(shù)方向是最為理想的；這也是目前市場(chǎng)最為流行的研發(fā)模式。對(duì)于高校和研究機(jī)構(gòu)而言，在市場(chǎng)因素不明顯的前提下，“以CPU為核心”結(jié)合Linux開(kāi)源架構(gòu)的技術(shù)方案有助于將研發(fā)力量集中于創(chuàng)新應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究之上，可作為首選方案。