（信号与信息处理专业论文）基于em8510的便携式媒体播放器的设计.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ：t p 911 7 3 d i s s e r t a t i o nf o rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g i n e e r i n g t h e d e s i g no f ap o r t a b l em e d i a c a n d i d a t e ： p l a y e rb a s e d o ne m 8 510 s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： s p e c i a l i t y ： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i t y ： d e n gh a o d uk u n m e i m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g m a r c h ，2 0 0 7 h a r b i nu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y ，r f哇，t，lf蠢 哈尔滨理工大学t 学硕上学位论文 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于e m 8 5 1 0 的便携式媒 体播放器的设计，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位 期问独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外 不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 哈尔滨理工 日期：2 0 0 7 年3 月1 3 日 士学位论文使用授权书 基于e m 8 5 1 0 的便携式媒体播放器的设计系本人在哈尔滨理工大学攻 读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈 尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完 全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理 工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部 或部分内容。 本学位论文属于 保密曰，在3 年解密后适用授权书。 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打) 作者签名： 导师签名： 拥滴 舷 日期：2 0 0 7 年3 月1 3 日 日期：2 0 0 7 年3 月1 3 日 哈尔滨理工大学丁学硕十学位论义 基于e m 8 51 0 的便携式媒体 播放器的设计 摘要 随着数字通讯技术、多媒体数据压缩技术以及处理器技术的不断发展， 集成视频播放，娱乐的便携式媒体播放器( p m p ) 必定成为未来媒体播放器 的发展方向。本文旨在a r m 7 平台上研究开发了一种能播放常见格式音视频 文件的便携式媒体播放器。 首先，本文对播放器的整体框架进行了分析，给出了硬件系统工作的流 程。在处理器的选择上面，选择了e m 8 5 1 0 处理器作为系统的硬件平台；在 操作系统的选择上面，通过对几种常见操作系统的深入比较，选用了u c l i n u x 操作系统作为系统的软件平台；在程序的编写手段上，采用了面向对象的方 法。 基于系统对操作系统的要求，构建了针对e m 8 5 1 0 平台的嵌入式l i n u x 操作系统。启动代码和连接脚本的设计都给出了实际的操作过程和源码分析。 根据播放器的实际需求，为播放器量身设计了图形用户界面，解码的视 频图像信号除了可以输出到屏幕上显示外，还可以直接输出到显示器，投影 仪等设备。系统中利用软解码实现了音频的解码，利用硬解码实现了视频的 解码。在设计存储系统中，对f a t 文件系统做出了适应多媒体文件存取的改 进，改善了闪存卡的读写效能。 设计完成的系统具有非常友好的图形用户界面，通过u s b 2 0 传输接口 可以从p c 机上获取多达2 0g b 的多媒体文件，拥有多种视频和音频输出。 另外还集成了遥控器、触摸屏和娱乐功能。本文设计的播放器肯定有着非常 良好的市场前景。 关键词便携式媒体播放器；m p e g 一4 ；u c l i n u x ；f a t 文件系统 哈尔滨理t 大学工学硕士学位论文 t h e d e s i g no f ap o r t a b l em e d i a p l a y e rb a s e do ne m 8 5 10 a b s t r a c t w i t ht h et e c h n o l o g ya n dd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n ，c o m p r e s s i o na n d p r o c e s s o rt e c h n o l o g y , t h ep o r t a b l em e d i ap l a y e ri n t e g r a t e dw i t hv i d e oa u d i o p l a y i n ga n de n t e r t a i n m e n tm u s tb et h ed i r e c t i o no ft h ep m pi nt h ef u t u r e t h e p u r p o s eo ft h i st h e s i si st ob u i l dp o r t a b l em e d i ap l a y e rw h i c hc a nb eu s e dt op l a y t h ec o m m o nf o r m a ta u d i oa n dv i d e of i l e sb a s e do na r m 7 f i r s t l y , t h es t r u c t u r eo ft h ep o r t a b l em e d i ap l a y e ri sa n a l y z e d ，a n dt h e w o r k f l o wo ft h eh a r d w a r ei sa l s og i v e n a st h ea s p e c to fp r o c e s s o r , w ec h o o s et h e e m 8 510a sh a r d w a r ep l a t f o r ma n du c l i n u xa ss o f t w a r ep l a t f o r ma f t e rc o m p a r e d d i f f e r e n to p e r a t i n gs y s t e m a n dt h ea p p l i c a t i o ni sp r o g r a m m e dw i t ht h eo b j e c t o r i e n t a t i o nm o d ei nt h eu c l i n u xo p e r a t i n gs y s t e m s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s s o lt h ee m b e d d e dl i n u xi sb u i l t t h e o p e r a t i n gp r o c e s s i o na n dc o d e sa n a l y z i n go fs t a r t u pc o d e sa n dl i n ks c r i p ta r e g i v e ni nd e t a i l t h i r d l y , t h eg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c ei sd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep h y s i c a l d e m a n d t h ed e c o d e dv i d e os i g n a li sn o to n l yc a nd i s p l a yi ns c r e e n ，b u ta l s oc a n b ed i r e c t l yc o n n e c t e dt om o n i t o r s ，t vs e t sa n dp r o j e c t o r s t h ea u d i od e c o d e ri s b ys o f t w a r e ，a n dt h ev i d e od e c o d e ri sb yh a r d w a r e b e s i d e s ，i ti m p r o v e st h ef a t f i l es y s t e mc o r r e s p o n d i n gt ot h es p e c i a l t yo ft h em e d i aa p p l i c a t i o n ，a n di th a s i m p r o v e do nt h ee f f i c i e n c yo fr e a d w r i t et of l a s hc a r d ，t h ef i n i s h e dp l a y e rh a sa v e r yf r i e n d l yg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e i tg e t sm e d i a f i l e st h r o u g hau s b 2 0i n t e r f a c ef r o mp ct oi t s2 0 g b1 8i n c h e sm i n ih a r dd i s k i th a sm a n yv i d e oa n da u d i oo u t p u t s b e s i d e s ，i th a si n t e g r a t e dt h ef u n c t i o no fi r ， t o u c hp l a n e ta n de n t e r t a i n m e n t i tw i l lb eh a v ew i d e l ym a r k e to u t l o o k k e y w o r d sp m p ；m p e g 4 ；u c l i n u x ；f a tf i l e ss y s t e m i i 哈尔滨理工大学工学硕：e 学位论文 录 摘j 晕i a b s t r a c t i i 第l 章绪论。1 1 1 课题的背景1 1 2 国内外发展与研究现状2 1 3 论文研究内容与目的4 第2 章播放器的功能需求及相关技术6 2 1 系统功能需求6 2 2 硬件总体方案6 2 2 1 系统功能结构6 2 2 2 硬件系统的工作流程7 2 3e m 8 51 0 的芯片结构及功能介绍8 2 4 播放器相关技术9 2 4 1 视频压缩标准简介9 2 4 2 音频压缩标准简介l1 2 4 3 嵌入式系统关键技术1 4 2 5 本章小结1 9 第3 章播放器的系统平台架构。2 0 3 1u c l i n u x 概述2 0 3 1 1u c l i n u x 内存管理2 0 3 1 2u c l i n u x 支持的可执行文件格式2 2 3 1 3u c l i n u x 设备管理2 4 3 2u c l i n u x 的搭建2 6 3 2 1 安装交叉编译环境2 6 3 2 2 内核编译开发过程2 7 3 2 3u c l i n u x 移植2 7 3 2 4 在目标板上运行u c l i n u x 3 l 3 3 嵌入式应用程序结构3 3 3 4 应用程序的启动过程3 3 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 3 5 本章小结3 4 第4 章基于u c l i n u x 的软件详细设计3 5 4 1 图形用户界面设计。3 5 4 1 1 基本的图形界面函数3 5 4 1 2 屏幕显示的实现3 9 4 2 播放器模块设计4 2 4 2 1 音频解码设计4 2 4 2 2 音频解码实现4 3 4 2 3 视频解码设计4 8 4 2 4 视频解码实现4 9 4 3 存储系统的设计5 3 4 3 1 系统硬件构成5 3 4 3 2 闪存卡简介5 4 4 3 3 存储系统的驱动设计及其实现5 5 4 3 4f a t 文件系统的改进5 7 4 4 本章小结5 9 结 仑6 0 参考文献6 1 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 4 药l 谢6 5 哈尔滨理t 大学工学硕i ：学位论文 1 1 课题的背景 第1 章绪论 便携式多媒体播放器英文全称p o r t a b l em e d i ap l a y e r ，简称p m p ，是近几年 发展起来的一种手持媒体播放设备，其大都具备m p e g 4 视频的解码能力，同 时支持m p 3 等音频格式的解码。 p m p 最早于2 0 0 3 年进入我国，是法国爱可视公司的产品。从那时起许多 国内知名品牌厂商开始了国产p m p 的起步。随着国产品牌的迅速发展以及2 0 0 4 下半年韩国、我国台湾省等国家及地区的厂商纷纷加入p m p 市场，2 0 0 5 年p m p 在我国得到了极大的发展。不仅p m p 产品的品牌和机型繁多，而且网络媒体、 传统广告等资讯平台的关注度也越来越大，p m p 逐渐开始为广大消费者所熟悉。 很多人将便携式多媒体播放器叫做m p 4 播放器，认为它是传统m p 3 播放器的 下一代产品，不仅能播放m p 3 音频，而且能播放m p e g 4 视频，这种说法其实 是不严谨的【1 1 。 m p 4 的概念并不是m p e g 4 视频编码标准，它是2 0 世纪术由美国a t & t 公 司研发出的一种基于m p e g z a c c 技术的音频格式，相比m p 3 增加了诸如对立 体声的完美再现、多媒体控制、降噪等新特性并且通过特殊的技术实现数码版 权保护。随后，g l o b a lm u s i co n e 公司更一举推出了基于这种技术的音频产品， 而m p 4 就是这种音频产品的商标，其主要应用于音频格式的播放和授权复制等 方面。如今，m p 4 播放器己不仅仅用来播放m p 4 格式的音乐，而是一系列拥 有更强劲功能的便携式多媒体影音中心设备的总称。m p 4 播放器是一个笼统的 概念，可以包括p m p 、p m c ( p o r t a b l em e d i ac e n t e r ) 等多种便携式的多媒体播 放设备【2 】。因此，本文所论述的p m p 仅是人们俗称的m p 4 播放器其中的一种。 p m c 全称p o r t a b l em e d i ac e n t e r ，便携式多媒体中心。该平台的硬件和软件都由 微软统一规定，硬件方面指定用i n t e l 的x s c a l e 处理器，软件方面基于微软 w i n d o w sm o b i l e t 3 】。p m c 是微软为进军移动娱乐数码领域而制定的标准。 相比较p m c 而言，工业界关于p m p 并没有制定统一、固定的标准，国家 目前也尚未推出关于p m p 产业的国家标准。p m p 厂商可以根据自己的需求来 进行开发，比如处理器可以采用a r m ，也可以用m i p s ，以及各种d s p 处理器， 操作系统可以用嵌入式l i n u x ，也可以用微软w i n c e 。因此，p m p 产品具有多 哈尔滨理工大学丁学硕二仁学位论文 样化的特点。 1 2 国内外发展与研究现状 当法国爱可视公司的p m p 产品2 0 0 3 年首次进入中国的时候，中国的p m p 产业还是一片空白，但这个产品将p m p 这一新鲜事物带给了中国大众，使人们 开始熟悉这一概念，并且还促使了中国p m p 产业的兴起。正是这个时候，国内 知名的品牌厂商开始了国产p m p 的起步。很多有远见的设计公司也在这个阶段 介入，开始为国产p m p 定制系统软、硬件。2 0 0 3 年和2 0 0 4 年上半年的中国p m p 市场上仅有少数几个品牌和型号，基本上都是爱可视的产品。到了2 0 0 4 年下半 年，韩国、台湾以及其他国家地区的厂商也开始纷纷进入大陆市场，同时国产 品牌数量迅速增加。 目前业界主推p m p 系统处理器和解决方案的半导体供应商多达十几家，其 中主流的p m p 解决方案包括以下几种： 1 s i g m a d e s i g n s 的8 5 1 x 方案s i g m a d e s i g n s8 5 l x 处理器是目前性能最强、 最全面的专业解码芯片，采用双核设计，将2 0 0m h z3 2 位r i s c 处理器和m p e g 解码处理器集成于单芯片上，在无需其它外围芯片支持的情况下，完成系统所 需各种接口的提供、系统处理以及流畅的w m a v 9 、d i v x 、m p e g 4 、m p e g - 2 、 m p e g l 等视频解码。其优点在于整个系统由单芯片构成，功耗非常低；另外 采用硬核视频解码，视频播放效果好。但是其不支持网络视频格式r m 、r m v b 在占 守4 2 a m da l c h e m y 解决方案a m d 公司不甘于p m p 市场的空白，于2 0 0 5 年1 月推出了专门为p m p 设计的处理器a l c h e m ya u l 2 0 0 这是一个低功耗、高 性能的系统解决方案，旨在使消费者在路途中享受高质量的视频娱乐。a u l 2 0 0 针对个人媒体播放器( p m p ) 进行了专门的优化，可以提供多种新一代的功能，例 如可扩展的d v d 质量显示功能，直接从数字录像机传输视频内容的能力，以及 更长的电池使用寿命。在内容被传输到p m p 之后，a u l 2 0 0 处理器提供的d v d 质量的显示功能可以在不影响影像质量的情况下直接扩展到更大面积的屏幕。 a m da u l 2 0 0 处理器的主要特性包括：低功耗、高性能的处理器，享受长 期支持，功耗极低： 4 0 0m w , 4 0 0m h z ，d v d 视频质量( 7 2 0 x 4 8 0 ) ，支持多种 视频格式，可以扩展到大型显示屏( 1 0 2 4 x 7 6 8 ) ，支持d d r l 和d d r 2 内存，集 成化媒体加速引擎，不需要外部d s p ，因而可以简化编程环境并减少组件，不 需要多媒体转码，u s b 2 0 主机和设备，支持更高的下载速度和更加灵活的连接， 哈尔滨理工大学工学硕一 ：学位论文 具有叠加和混合功能的l c d 控制器，摄像头接口和互联网接入外设，安全功能， a e s 1 2 8 硬件资料加密解密，操作系统支持，w i n c e5 0 ，l i n u x2 6 ，2 0g b 容 量；u s b 2 0 接口；3 5 英寸t f t 真彩l c d 显示屏，可以直接播放从电脑，电视， p v r s 上下载的视频文件，内置喇叭，支持u s b 高速数据传输。其优点在于： 更低的成本和更小的功耗，集成了硬件解码器，统一标准的存储器，简化的编 程模型，没有d s p 代码。高性能应用处理器，m i p s 核，5 0 0m h z ，高性能d s p 功能，硬件媒体加速引擎，单芯片s o c ，完全系统的解决方案，更低的总体方 案成本，主频可达5 0 0m h z 。不需要钱来购买开发套件。其缺点在于硬件不支 持r m 格式，要通过随机赠送的转换软件来支持。 3 英特尔p x a 2 7 x 的解决方案英特尔公司于2 0 0 3 年底推出了性能最为强 劲的p x a 2 7 x 嵌入式处理器，最高频率可达6 2 4m h z 。作为一款性能及其强劲 的嵌入式处理器，配合嵌入式l i n u x 或w i n c e 操作系统，p x a 2 7 x 理论上可以支 持任何媒体格式，并通过软件升级，支持未来媒体格式。但由于m p e g 2 对硬 件的极高要求，因此单纯依靠p x a 2 7 x 处理器进行m p e g 2 编解码是不现实的。 其中，英特尔p x a 2 7 0 不是专门为p m p 设计，它最初出现在p d a 和智能手机 上。之所以选择p x a 2 7 0 作为p m p 处理器，是源于它强劲的多媒体处理能力与 独特的节电技术。这两项技术对p m p 产品而言至关重要。p x a 2 7 0 虽然推出的 时间较长，但在p m p 应用方面国内也少有厂家在做。在国内p m p 的厂家中， 目前仅有深圳的深视通公司推出了基于p x a 2 7 0 的p m p 解决方案。目前市面上 还有p x a 2 5 5 解决方案。基于p x a 2 5 5 的方案特点是功耗较低，且能够支持较 多的媒体格式，但缺点是无法支持大尺寸图像的编解码，如m p e g 2 等。 4 tid m 3 2 0d s p + a r m 处理器的解决方案作为d s p 巨头，t i 力推基于 t id m 3 2 0d s p 的p m p 解决方案。t i 方案是利用d m 3 2 0 d s p 进行音视频编解 码处理，a r m 处理器负责系统处理及提供外围设备接口。与s i g m a d e s i g n s 方 案一样，t i 方案支持的媒体类型非常丰富，提供多种最流行的录制压缩及播放 格式，包括m p e g 4s p 、m p e g 4a s p 、m p e g 1 、m p e g 2 、d i v x 、w m v w m a v 9 、q u i c k t i m e6 、h 2 6 4 、从c l c 、m p 3 等等。但由于t id m 3 2 0 为纯d s p 芯片，因此必须配合a r m 处理器才能组成完整的解决方案，因此在成本上并 不具备优势。具有录制和播放功能，编解码能力强，更可具备p v r 的功能( 即录 制和播放可双工同时进行) ，d m 3 2 0p m p 方案录制m p e g 4s p 可达到3 0 s 的 质量( d m 2 7 0 录像为3 0f s v g a 即6 4 0 x 4 8 0 ) ，而播放不同格式的视频d m 2 7 0 和d m 3 2 0 均可达到3 0 珧( h 2 6 4 等格式除外) ，方案均支持u s b 2 0 ，h d d ，s d ， c f ，m s 等。t i 与i n g e n i e n t 进行合作，它的设计方案成熟。除了提供p m p 方 哈尔滨理工大学工学硕七学位论文 案的软件外，还提供硬件的参考设计。其优点在于支持的媒体类型丰富，编解 码能力强；缺点是必须配合a r m 处理器，成本不占优势，功耗较大：不支持 网络视频格式r m 、r m v b ，低性能应用处理器，a r m8 0 1 6 0m h z ，有限的软 件解决方案，需要客户做大量的软件编程工作。 5 凌阳s p c a 5 3 6 解决方案凌阳( s u n p l u s ) 的s p c a 5 3 6 解决方案价格低 廉，支持媒体类型单纯，功能单一；支持的格式非常有限( 视频格式仅支持 m p e g - 4 编解码与j p e g ，音频格式也比较单一) ，视频解码能力比较差，解码大 文件视频文件会有停顿等；需要d m v 格式影音播放( 图像声音同步) f 版客户端 转换软件将各种音视频文件压缩成( m p x ) 格式，才能在该机播放。 无论是那种方案，p m p 的系统构架都是基于一个处理器，然后在处理器上 移植一个操作系统，而面对用户的应用程序就在这个操作系统之上设计。因此， p m p 是一个典型的嵌入式系统。以处理器为核心，外围包括存储、通信、显示 等等。 1 3 论文研究内容与目的 随着人们对随身视听要求的不断提高，传统只能播放音频的m p 3 随身听必 将被便携式多媒体播放器所取代。作为当今消费类电子领域的新兴产品，p m p 具有非常广阔的市场前景。根据权威机构预测，2 0 0 5 年仅在中国市场，p m p 的 发展速度将达到3 1 0 左右，预计整体市场规模会突破1 0 亿元人民币，而到2 0 0 8 年，市场规模将突破1 0 0 亿元。p m p 将成为未来数字消费的新热点。 课题在具体分析了各种主流便携式多媒体播放器解决方案的基础上，采用 了s i g m a d e s i g n s 的8 5 1 x 方案作为整个系统的主体构架。整个系统具有接口丰 富、功能强大、功耗低、可靠性高等特点，具有相当大的市场竞争力。 课题的内容是进行便携式多媒体播放器软硬件设计，具体包括系统总体设 计、系统原理设计与系统调试。系统总体设计首先确定系统的功能需求，包括 主要功能、外围接口等。然后确定系统总体设计方案，包括处理器的选型和系 统总体架构的设计。系统原理设计主要完成系统各功能单元的原理设计，包括 器件的选型和与处理器的接i s i 等。系统的调试包括基本功能调试和电池充放电 及系统功耗测试。课题的目标是完成便携式多媒体播放器的硬件设计，系统硬 件达到功能强、功耗低、可靠性高的要求，具体包括： 1 支持多种音视频格式的解码播放，包括它能够播放d i v x t m 视频、 w m a 、m p 3 和m p e g 4a v i 等格式的视频文件。提供丰富的外围接口，包括 哈尔滨理工大学工学硕七学位论文 c f 卡、微硬盘和u s b 2 0 接1 ：3 等，并提供c v b s 接口，可以方便的把视频内容 输入到电视或者其他显示器上。 2 完全的多媒体中心，可以在上面阅读电子书，玩游戏，浏览数码相机拍 摄的相片，并可以把外插的存储器中的视频或者图像拷贝到硬盘。 3 采用电源管理技术降低系统功耗，使用大容量锂电池供电，保证系统连 续播放视频l o 小时以上。 哈尔滨理工人学t 学硕i ：学位论文 第2 章放器的功能需求及相关技术 2 1 系统功能需求 本课题设计的便携式多媒体播放器系统主要功能如下： 1 支持多种音视频格式的视频文件播放。视频方面支持的编码格式有 d i v x 3 4 5 ，x v i d ，m p e g l 2 4 ，支持的文件格式有：a v i ，a s f ，m p g ，m p e g ，d a t ， v o b ，m p 4 等等；音频方面支持m p 3 ，w m a ，o g g ，a e 3 ，a a c 等。 2 支持大容量的存储介质，包括：内置2 0 g b 的微硬盘，不同的闪存卡。 3 提供多种数据通信接口，方便用户从多种途径获取节目来源。接口包括： u s b 2 0 接口。 4 提供触摸屏和遥控键输入，方便用户进行菜单操作。 5 电源管理功能。本系统采用电池供电，电源管理功能包括：电池的管理， 包括充电与电量侦测。系统的供电，选择高效率的电源转换芯片为系统中各个 器件供电。 基于以上的功能描述，系统硬件需要具备下列外围接口： 1 音视频的输入输出接口，包括： 音频输入：内置m i c = 音频输出：耳机插孔、内置立体声扬声器； 视频输出：t f t 液晶显示，标准分辨率3 2 0 x 2 4 0 。 2 1 8 寸硬盘接口，闪存卡扩充槽。 3 复用控制键，触摸屏。 4 充电适配器接口。 2 2 硬件总体方案 便携式多媒体播放器以嵌入式处理器e m 8 5 1 0 为核心，对存储在播放其中 的视频码流进行m p e g 4 视频解码，对音频码流进行m p 3 音频解码，输出r g b 格式的视频数据和a c 9 7 格式的音频数据。 2 2 1 系统功能结构 图2 - 1 为播放器的功能结构框图。 哈尔滨理工大学工学硕七学位论文 图2 1 播放器的硬件结构框图 f i g 2 1p l a y e rh a r d w a r eb l o c kd i a g r a m 2 2 2 硬件系统的工作流程 1 系统模块读取存储系统中的音视频码流，在系统的控制下，对音视频码 流进行解码，输出r g b 格式的视频数据和音频数据；r g b 格式的视频数据通 过o s d 控制器直接写入f r a m eb u f f e r 进行显示； 2 音频数据通过a u d i oc o d e c 进行数模转换，输出模拟音频信号； 3 在这个过程中，系统模块也接收触摸屏遥控的输入信号，采取中断的 模式解析相关命令，并对其作出相应的控制； 4 f l a s h 里面存储系统的引导代码、内核和文件系统( 其中包括应用程 序) ；s d r a m 提供系统操作系统和应用程序运行的空间，并存储系统在工作时 产生的临时数据。 2 3e m 8 5 1 0 的芯片结构及功能介绍 e m 8 5 1 0 芯片结构如图2 - 2 所示【4 1 。 图2 - 2e m 8 5 1 0 芯片结构框图 f i g 2 2e m 8 5 10i n n e rb l o c kd i a g r a m e m 8 5 1 0 是一颗高性能的嵌入式处理器，主要用于标清电视( s d t v ) 中。 8 哈尔滨理丁大学1 = 学硕士学位论文 它拥有一个主频为2 0 0m h z 的a r m 处理单元，主要负责视频和音频解码，支 持o s d 字幕，并且其内部还整合了一个i d e 设备的控制器，可以直接与i d e 设备连接( 如硬盘等) ，并不需要桥接芯片。它具有如下特点1 4 l ： 1 包含3 2 位r i s ca r m 7 t d m i 内核处理器，3 2k bc a c h e ，8k b 内置 s r a m ，中断控制器，两个定时器，其中一个是看门狗定时器； 2 支持高达6 4m 的系统内存和4m 的f l a s h 存储器。带有标准的i d e 接 口，1 7 个3 2 位通用i o 接口； 3 内置o s d ( o ns c r e e nd i s p l a y ) 控制器，支持2 、4 、7 、8 位输出，而且 具有a l p h a 混合以及消除闪烁的功能； 4 视频输出包括n t s k c p a l 合成和s v i d e o ，y p b p r ，音频输出包含模拟 双声道立体声和s p d i f 数字输出； 5 支持d v d v i d e o 、d v d 、s v c d 、v c d 、a u d i o 、w m a 、d i v x t m 、m p 3 、 j p e ga n dm p e g - 4f i l e s 等多媒体格式； 6 3 3v 和1 2v 工作电压，支持低功耗和掉电模式。 2 4 播放器相关技术 2 4 1 视频压缩标准简介 视频数据量巨大。例如，n t s c 图像以大约6 4 0 x 4 8 0 的分辨率，2 4b i t s 象 素，每秒3 0 帧的质量传输时，其数据率达2 8m b s 或2 2 1m b i t s s 。此外，n t s c 声音信号还要使未压缩多媒体数据的比特率再增加一些。这是一般的网络传输 能力所无法承受的，它会很容易地将网络资源吞没，造成网络拥塞甚至崩溃。 而且，以2 8m b s 的速率，一分钟的未压缩图像将占用1 6g b 的存储空间，这 对于一般的计算机来说也是不可接受的。所以，在多媒体应用中，多媒体数据 传输或存储的第一步就是多媒体压缩。现在流行的视频压缩标准主要有 w m v h d 、h 2 6 4 、m p e g 系列等。 w m v h d 是由软件业的巨头微软公司所创立的一种视频压缩格式。其压缩 率甚至高于m p e g 2 标准，同样是2 小时的h d t v 节目，如果使用m p e g 一2 最 多只能压缩至3 0g b ，而使用w m v h d 这样的高压缩率编码器，在画面质量丝 毫不降的前提下都可压缩到1 5g b 以下。尽管w m v - h d 是微软的独有标准， 但因其在操作系统中大力支持w m v 系列版本，从而在桌面系统得以迅速普及。 在性能上，w m v h d 的数据压缩率与h 2 6 4 一样，两者的应用领域也极其相似， 哈尔滨理工大学t 学硕士学位论文 因此在新一代主流视频编码标准霸主地位的争夺之中，双方展丌了针锋相对的 斗争，而斗争的焦点集中在下一代光盘规格“h d d v d 和数字微波广播电视 等领域。一般采用w r j f l v 为后缀的h d t v 文件就是采用的w m v h d 压缩的。 h 2 6 4 是由国际电信联盟( i t u t ) 所制定的新一代的视频压缩格式。h 2 6 4 最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，h 2 6 4 的数据压缩比能比当前d v d 系统中使用的m p e g 2 高2 - 3 倍，比m p e g 4 高 1 5 2 倍。正因为如此，经过h 2 6 4 压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要 的带宽更少，也更加经济。在m p e g 2 需要6m b s 的传输速率匹配时，h 2 6 4 只需要1m b s 2m b s 的传输速率，应用范围从3 g 手机、i c h a t 、a v 视频会议、 h d 广播、h dd v d 等等。不过h 2 6 4 解码算法更复杂，计算要求比w m a h d 还要高，我们知道w m a h d 已经让我们叹为观止了，同时我们知道a t i 下一 代显卡r 5 2 0 会加入对h 2 6 4 硬解码的支持，不过h 2 6 4 是相当有前景的视频技 术。与m p e g 4 一样，经过h 2 6 4 压缩的视频文件一般也是采用a v i 作为其后 缀名，同样不容易辨认，只能通过解码器来自己识别。 m p e g 是m o v i n g p i c t u r e se x p e r t sg r o u p ，动态图象专家组的英文缩写，它 是i s o ( i n t e m a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ) 与i e c ( i n t e r n a t i o n a l e l e c t r o n i c c o m m i t t e e ) 于1 9 8 8 年联合成立的一个工作组，致力于运动图像及其伴音编码 的标准化工作。自成立以来，m p e g 专家组发布了一系列的多媒体压缩标准： 1 9 9 3 年公布了活动图像的编码压缩标准m p e g 1 ；1 9 9 4 年发表了m p e g 2 标 准，该标准向下兼容m p e g 1 ，向上兼容h d t v 的图像质量；1 9 9 9 年公布了 m p e g 4 标准，后来m p e g 4 、标准又进行多次修改。这些多媒体标准为不同的 应用领域制定，提供了不同的多媒体质量，它们对多媒体通信的发展起到了革 命性地推动作用【5 1 m p e g 压缩标准是针对运动图像而设计的、基本方法是在单位时白j 内采集 并保存第一帧信息，然后就只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分，以达到 压缩的目的，m p e g 压缩标准可实现帧之间的压缩，其平均压缩比可达5 0 ：1 ， 压缩率比较高，且又有统一的格式，兼容性好。 m p e g - 2 标准是在继m p e g - 1 以v c d 和m p 3 为代表的m p e g - 1 产品成功 受到到肯定后，于1 9 9 4 年所推出压缩标准，以实现视音频服务与应用互操作 的可能性。m p e g 一2 标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的 压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3 兆比特 1 0 0 兆比特，标准的 正式规范在i s o i e c l 3 8 1 8 中。m p e g 2 不是m p e g 一1 的简单升级，m p e g 一2 在 系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善，它特别适用于广播级的 哈尔滨理工大学工学硕：b 学位论文 数字电视的编码和传送，并被认定为s d t v 和h d t v 的编码标准，现有的d v d 影碟里面就是采用的m p e g 2 压缩标准。 m p e g 4 视频m p e g 4 于1 9 9 8 年1 1 月公布，原预计1 9 9 9 年1 月投入使用 的国际标准m p e g - 4 不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多 媒体系统的交互性和灵活性。m p e g 专家组的专家们j 下在为m p e g 一4 的制定努 力工作。m p e g - 4 标准主要应用于视频电话( v i d e op h o n e ) ，视频电子邮件( v i d e o e m a i l ) 和电子新闻等，其传输速率要求较低，在4 5 0 0 6 4 0 0 0b i t s s e c 之间，分 辨率为1 7 6 x 1 4 4 。m p e g 4 利用很窄的带宽，通过帧重建技术，压缩和传输数据， 以求得最少的数据获得最佳的图像质量。与m p e g 1 和m p e g 2 相比，m p e g 4 的特点是其更适于交互a v 服务以及流媒体。应用m p e g 4 试图达到两个目标 1 6 1 ： 1 低比特率下的多媒体通信； 2 多工业的多媒体通信的综合。 据此目标，m p e g 4 引入a v 对象( a u d i o v i s u a lo b j e c t s ) ，使得更多的交互 操作成为可能。 m p e g 4 的视频质量分辨率比较高，而数据速率相对较低。主要原因在于， m p e g 4 采用a c e ( 高级译码效率) 技术，它是一套首次使用于m p e g - 4 的编 码运算规则。与a c e 有关的目标定向可以采用很低的数据率。它与m p e g - 2 相 比，可节省9 0 的储存空间。m p e g 4 还可以在声频与视频流中广泛的升级。 当视频在5k b s 与1 0m b s 之间变化时，声频信号可以在2k b s 与2 4k b s 之 间进行处理。特别要强调的是m p e g 4 标准是面向对象的压缩方式，不是像 m p e g 1 和m p e g 2 简单地将图像分为一些像块，而是根据图像内容，将其中 的对象( 物体、人物、背景) 分离出来分别进行帧内和帧间编码压缩，并允许在不 同的对象之间灵活分配码率，对重要的对象分配较多的字节，对次要的对象分 配较少的字节，从而大大提高了压缩比，使其在较低的码率下获得较好的效果【7 】。 m p e g 4 的面向对象的压缩方式也使图像探测功能和准确性体现得更充分。 采用m p e g 4 压缩的视频文件的视频文件一般后缀名为a v i ，很容易与微软 的a v i 格式混淆，不容易直接从后缀名辨认，只能通过解码器来识别。 2 4 2 音频压缩标准简介 数字化的声音有很多种存在形式：w a v 、m p 3 、a c c 等等。但是无论怎样， 声音的数据量由两方面决定：频度和样本精度。 哈