（通信与信息系统专业论文）基于wlan的手机电视终端的设计与实现.pdf

武汉理t 大学硕士学位论文 摘要 随着网络技术与多媒体技术的发展，促进了通信技术向综合化、数字化、 智能化和个人化的发展，使得在单一终端上实现语音、图象、数据等多种业务 成为可能。另外，随着社会生活水平的提高，人们对媒体信息消费多元化的需 求日益增强，不仅要求可移动的收看电视节目，还希望可随时接入i n t e r n e t 。市 场上现有的多数手机电视终端只有单一的接收数字电视广播的功能，不能满足 用户无线上网浏览的需求，因此具有无线上网或蓝牙传输等多功能的便携式手 机电视终端作为新兴多媒体系统成为炙手可热的研究热点。 本文提出了一种基于w l a n 技术的手机数字电视终端的设计方案，该终端 不仅可接收t - d m b 标准的数字电视并且可接入无线局域网实现无线上网功能， 论文的主要内容如下： ( 1 ) 论文在分析了w l a n 技术、c p u 与各功能芯片原理的基础上，提出 并实现了一种具w l a n 功能的手机电视终端硬件设计。硬件设计与实现包含基 带电路设计与r f 模块电路设计，其中基带功能电路主要包括： s h 一7 3 4 3 主处 理器及其接口电路、电源管理模块、存储模块、音频解码模块、w l a n 模块、 时钟模块与外围接口电路。 ( 2 ) 分析了t - k e r n e l 操作系统的组成特点及其驱动的结构，提出了本终端 关键模块的软件实现方案，主要包括w l a n 功能模块的软件实现和m p e g 4 数 据的t s 流解码实现。， ( 3 ) 对本方案设计出的终端进行了功能验证与性能优化，主要包括w l a n 功能测试、t - d m b 信号接收功能测试和系统音频性能优化。经过测试，本方案 设计的终端在功能、效率和系统稳定性等方面都达到了预期的效果。同时，论 文对终端音频a d 转换后的数字滤波器设计进行了分析与改进，消除了终端在 录音过程中的啸叫现象。 笔者相信不久的将来，功能更全的手机电视终端必将出现，也希望本文提 出的手机电视终端设计方案能够对我国手机电视终端的开发起到一定的借鉴作 用。 关键词：手机电视，w l a n ，t - d m b ，s h 7 3 4 3 ，t - k e r n e l 武汉理丁大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g y ， c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sb e c o m ec o m p r e h e n s i v e ，d i g i t a l ，i n t e l l i g e n ta n dp e r s o n a l i ti sp o s s i b l et h a tas i n g l et e r m i n a li m p l e m e n tv o i c e ，v i d e o ，d a t aa n do t h e rb u s i n e s s i na d d i t i o n ，i m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d sa st h es o c i e t y , t h em e d i ai n f o r m a t i o no i l aw i d er a n g eo fc o n s u m e rd e m a n dg r o w i n g p e o p l en o to n l yr e q u i r e st ow a t c hm o b i l e t v p r o g r a m s ，b u ta l s oh o p et ob ea b l et or e a d i l ya c c e s si n t e r a c t m o b i l et v t e r m i n a l s r e c e i v e ra v a i l a b l ei nt h em a r k e to n l yas i n g l ed i g i t a lt vb r o a d c a s t i n g ，s oh a st h e b l u e t o o t hw i r e l e s si n t e r n e ta c c e s s ，o rt r a n s m i s s i o no ft h ep o r t a b l em u l t i f u n c t i o n m o b i l et vt e r m i n a l sa se m e r g i n gm u l t i m e d i as y s t e m sb e c o m eh o tr e s e a r c ht o p i c s t h i sp a p e ra n a l y s em o b i l ed i g i t a lt vt e c h n o l o g yf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h e p r o c e s so ft e r m i n a lb a s e do nw l a n ，t h et e r m i n a lw i l ln o to n l yr e c e i v et h es t a n d a r d t o d m bd i 西t a lt e l e v i s i o na n dw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r ka c c e s st ow i r e l e s si n t e r n e t c a p a b i l i t i e s ，t h er e s e a r c ho ft h i sa r t i c l er e a d s a sf o l l o w s ： ( 1 ) t e r m i n a lh a r d w a r ed e s i g ni sb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ew l a n t e c h n o l o g y , t h ep r i n c i p l eo fc p uc h i p b a s e - b a n dc i r c u i tf e a t u r e si n c l u d e ：s h 一7 3 4 3 m a i np r o c e s s o ra n di t si n t e r f a c ec i r c u i t s ，p o w e rm a n a g e m e n tm o d u l e s ，m e m o r y m o d u l e s ，i n c l u d i n gas t e r e oh e a d s e ta n dt h ea u d i od e c o d e ro u t p u ta m p l i f i e rm o d u l e ， c l o c km o d u l e ，w l a nm o d u l e t - d m br e c e i v e rm o d u l e ，i n c l u d i n gt - d m bs i g n a l r e c e i v i n ga n t e n n aa n dr ff r o n t - e n dr e c e i v e rm o d u l e ( 2 ) p a p e ra n a l y z e dt h ec o m p o s i t i o na n di t sd r i v i n gs t r u c t u r eo ft - k e r n e l o p e r a t i n gs y s t e m i tp r o v i d e dt h er e a l i z a t i o np r o g r a mo ft e r m i n a ls o f t w a r eo ft h ek e y m o d u l e s t h ep r o g r a mi sd i v i d e di n t ot w op a r t s ，i n c l u d i n gw l a nf e a t u r e d d v e n d e v e l o p m e n ta n dm p e g - 4d a t as t r e a md e c o d e rt oa c h i e v e t h et s ( 3 ) t h e s i so nm o b i l e d i g i t a lt vr e c e i v e rt e r m i n a lf u n c t i o n a lt e s t i n ga n d p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n a r ea l s oi n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gw l a nf u n c t i o n a lt e s t s ， t - d m br e c e i v e ra n ds y s t e mf u n c t i o n a lt e s t i n gt oo p t i m i z ea u d i op e r f o r m a n c e a f t e r t e s t i n g ，t h ee n d o ft h ep r o g r a md e s i g ni nt h ef u n c t i o n a le f f i c i e n c ya n ds y s t e ms t a b i l i t y i l 武汉理t 大学硕士学位论文 a r ea c h i e v e dt h ed e s i r e dr e s u l t s a tt h es a m et i m e ，p a p e r - t o - e n da u d i oa dc o n v e r t e d d i 酉t a lf i l t e rd e s i g na n a l y s i sa n di m p r o v e m e n t ，t h ee l i m i n a t i o no ft h et e r m i n a li nt h e p r o c e s so fr e c o r d i n gh o w lp h e n o m e n o n ib e l i e v et h a ti nt h en e a rf u t u r e ，t h ef u n c t i o n so ft h ew h o l ei sb o u n dt ot h e m o b i l et vt e r m i n a l s ，i ti sh o p e dt h a tt h i sp a p e qt h em o b i l et vt e r m i n a ld e s i g n p r o g r a m st om o b i l ep h o n e si nc h i n at h ed e v e l o p m e n to ft e l e v i s i o nt e r m i n a l sp l a ya r o l ei nt h ed r a w i n g k e yw o r d s ：m o b i l et e l e v i s i o n ，w l a n ，t - d m b ，s h 7 3 4 3 ，t - k e r n e l i i i 武汉理t 大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其 它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：聋星 日期： 生绰：垒：望 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论 文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录 本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：兰墼导师( 签名) 武汉理工人学硕十学位论文 第1 章绪论 随着计算机信息技术、电视技术的发展和社会生活水平的不断提高，人们 对媒体信息消费多元化的趋势日益明显。传统的、单一地面固定视频业务已经 难以满足信息多元化的需求，人们不仅要求可以随时随地的收看高清晰度画面 的电视广播，还希望可随时接入i n t e r n e t ，实时的接收一些诸如图片、声音、股 市财经等数据信息。于是电信网、计算机网、广播电视网的融合需求日益迫切， 各种手持多媒体终端的解决方案就应运而生。这种方案的目标是使得在各种手 持式设备( 如手机，p d a ，p m p ，m p 4 ) 上，能够高速流畅地接收音视频数字 广播以及各种数据信息。 1 1 研究背景与意义 随着第三代移动通信技术的成熟和应用，多媒体终端已经向话音、数据、 视频等综合方向演变，能为用户提供更为丰富、多样的信息服务。作为媒体业 务个性化发展趋势的一个重要构成部分，手机电视正在逐渐成为一种独特的新 媒体形态。手机电视是用具有多媒体功能的便携式终端观看电视的业务，最大 优势在于可移动性和互动性。与其他业务相比，其具有多媒体整合完备，内容 生动等优势。根据国内权威预测，手机电视业务将借助中国奥运走向世界的 契机，一步步成长壮大，2 0 1 0 年手机电视用户数有望超过2 0 0 0 万。 虽然手机电视已经成为人们同益关注的热点，且前景美好，但其发展历程 也一波三折。综合分析技术、市场、内容与用户等多方面的因素，国内手机电 视业务在发展过程中主要面临政策、技术、资费标准、用户认知等方面的瓶颈， 在这其中技术障碍是最为关键的因素之一，如何突破手机电视技术的瓶颈是启 动并且丰富手机电视业务的重中之重。结合我国实际国情，为了适应目前市场 上对多媒体覆盖业务的迫切需要，我国已经在北京、上海以及广东等地提供 t - d m b 业务i l 3 j ，各式各样具有接收t - d m b 信号的手持多媒体终端也层出不穷， 且深受消费者的喜爱。但是，市场上现比较流行的本文提出了一种具有w l a n 功能的t - d m b 手持多媒体终端方案，对我国手机数字电视接收终端的开发具有 一定的借鉴作用，也为r 后设计支持困标的多功能接收终端做出探索。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 手机电视发展现状 手机电视，简言之，是指以手持设备为终端，传输电视内容的一项技术和 应用。目前手机电视主要实现类型1 4 j ，大体上可以分为2 种：一种是基于移动 运营商的蜂窝无线网络，采用流媒体形式实现电视节目的点对点接收；另一种 是基于地面数字广播电视网络的服务模式，需要投资建设一个独立的电视广播 网络，然后在手机上开发相应的终端接收模块来获得数字电视信号，这种方式 与传统的广播网络经营模式相似，被认为是未来移动数字电视的发展方向，本 文提出的手机电视终端设计方案也是基于后一种的传输方案。各国的地面数字 广播电视网络都呈现出蓬勃的发展【5 j1 6 】。 在欧美，如今新型的智能手机已能够通过流媒体而非传统的数字电视信号 收看实况节目。在功能方面，手机电池的寿命增强，导航及控制系统更加完善， 融合无线保真技术和3 g 技术后，可以支持即时上网、无线下载和实现与个人电 脑同步，同时用户可以享受更多的自主权，如自主选择不同运营商的服务。智 能手机用户的增多也刺激了移动网络市场的发展。总之，对西方大多数国家来 说，手机电视的发展仅仅是一个技术问题和市场培育的问题。 在韩国，t - d m b 地面数字移动电视广播标准已在全国推出，手机用户可以 接收1 4 个电视频道，视频图象质量达q v g a ，支持手机最大的移动速度达1 5 0 公里小时，手机在此速度上仍可以清晰地观看电视。由于韩国政府以及三星， l g 等厂商的努力，欧洲已认可了t - d m b 标准。尤其值得一提的是，2 0 0 6 年德 国采用t - d m b 标准部署电视网络，并且运用到该国的世界杯转播上，这是手机 电视首次在重大的体育赛事上的应用。 在中国，手机电视同样炙手可热。2 0 0 6 年5 月，上海东方明珠电视塔开始 提供t - d m b 手机电视信号，播放的节目包括3 套实时传播新闻、2 套财经、2 套体育赛事及2 套娱乐视频节目，同时还提供8 套以上的高品质音频节目以及 股票、气象、外汇等咨询增值服务。据原信产部统计，截止到2 0 0 8 年2 月底， 中国手机用户已经超过5 亿。艾瑞市场咨询研究估计，中国手机市场至少有8 0 0 0 万高端手机用户，手机电视业务对于这部分人群具有很强的吸引力，预计到2 0 1 0 年，手机电视用户的规模将达到2 2 1 9 万。 2 武汉理工人学硕士学位论文 1 3w l a n 技术概述 1 3 1m 。a n 的概念 无线局域网( w i r e l e s slo c a la r e an e t w o r k s ，w l a n ) 是现代无线通信技术 与计算机网络相结合的产物。w l a n 是利用射频( r a d i o f r e q u e n c y ，r f ) 技术， 以空气为媒介，以电磁波作为载体来发送和接收数据的计算机局域网，在不采 用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施 不需要再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着实际需要移动或变化1 7 j 。之所 以还称其是局域网，是因为会受到无线连接设备与电脑之间距离的远近限制而 影响传输范围，所以必须要在区域范围之内才可以连上网络。其特点是成本低 廉、灵活性高、移动性强、吞吐量高、通信可靠( 具有扩频抗干扰能力) 【8 j 。 w l a n 的数据传输速率现在己经能够达到l l m b p s ( 8 0 2 1 l b ) ，最高速率可达 5 4 m b p s ( 8 0 2 1 l a ) ，传输距离可远至2 0 k m 以上p j 。 1 3 2w i a n 技术的标准 w l a n 技术发展至今，主要协议标准有8 0 2 1 1 系列、b l u e t o o t h ( 蓝牙) 、 h o m e r f ( 家庭无线电网络) 、k d a ( i n f r a r e dd a t a a s s o c i a t i o n ，红外线数据标准 协会) 、w p a n ( w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k s ，无线个人局域网) 以及h i p e r l a n ( h i g hp e r f o r m a n c er a d i ol a n ，高效能无线电局域网) 0 0 1 ，这些协议标准的性 能比较如表1 - 1 所示。 从下表可以看出，i e e e8 0 2 1 1 系列标准比较适于办公室中的企业无线网络， h o m e r f 较适用于家庭中移动数据语音设备之间的通信，而蓝牙技术和i r d a 则 可以应用于任何可以用无线方式替代线缆的场合。目前8 0 2 1 1 系列是最为流行 的无线局域网络协议标准，所以从狭义上讲，无线局域网( w 乙蝌) 一般指的 是遵循i e e e 8 0 2 1 1 系列协议的无线局域网技术的网络。i e e e 8 0 2 1 1 协议组包括 i e e e 8 0 2 1 1 、i e e e 8 0 2 1 l a 、i e e e 8 0 2 1 l b 、i e e e 8 0 2 1 l g 等一系列协议，经过多 年的发展已经逐渐成为事实上的行业标准【1 1 】。 3 武汉理工大学硕士学位论文 表1 - 1w i a n 协议标准比较 传输有效半径传输速度 协议标准传输介质优缺点 ( 单位：米) ( 单位：m b p s ) 支持标准的厂商 8 0 2 1 1 无线电波1 0 0 3 0 02 5 4 多，设备易获得 2 4 g h zi s m 频 段，可以与7 个 b l u e t o o t h无线电波1 0 1 0 01 2 以下设备组成超 小型网络 提供6 个声音频 h o m e r f 无线电波 5 0 1 0 01 1 0道，适合家庭使 用，但技术落后 点对点传输，不 i r d a 红外线传输0 54 1 6能成为网络形态 但不容易被干扰 能与b l u e t o o t h 进 w p a n 无线电波 1 1 01 1 0 行相互作业 技术复杂，难推 h i p e r l a n无线电波 8 06 5 4 广，支持厂商 总的来说，随着大量产品的支持与推广，i e e e 8 0 2 1 l b 标准是目前最主流的 无线局域网技术，因此，本课题中的终端设计也遵循i e e e 8 0 2 1 l b 标准。 1 3 3 无线局域网的组成 无线局域网与传统有线网络一样，都是由硬件和软件组成f 1 2 1 。 无线局域网的硬件主要由无线网卡( w i r e l e s sl a nc a r d ) 、无线接入点( a p ) 、 和天线( a n t e n n a ) 等共同组成【1 3 】，如图1 - 1 所示。 无线局域网卡，简称无线网卡，与传统的以太网卡的区别在于前者的数据 传送是通过无线电波，而后者则是通过过一般的网络线路。无线网卡是无线网 络中最基本的硬件设备，计算机问通过它利用无线电波接收和发送电子信号。 该设备作用于o s i 模型的物理层和数据链路层。 天线作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射( 发射) 和接收 无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频 4 武汉理：【：大学硕士学位论文 电流。 天线品种繁多，常用的分类方式主要有： 按用途可分为基地台天线( b a s es t a t i o na n t e n n a ) 和移动台天线( m o b i l e p o r l a b l ea n t e n n a ) ； 按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波： 按其方向可划分为全向和定向天线。 无线网络所覆盖的范围有限，为了让信号传送更远，就要借助天线这种发 w l a n 叫卡 ：、广 、带w l n 目十 、的f 持鞋蔷 图1 - 1 无线局域网的组成 射和接收无线电波的设备来增加信号传送功率。上述的无线网卡和接入点a p 都 要借助天线来达到可靠的数据传输效果。 定向天线和全向天线中，前者较适合于长距离使用，而后者则较适合区域 性应用。 增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或 接收电波大小的表现。增益太小的选择取决于系统设计对电波攫盖区域的要求； 简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线 采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。 与各种设备一样，在无线局域网中对各种设备的管理都离不丌软件。同时， 各种硬件设备的安装也都离不，f 相应的驱动棵序。在组建无线局域网的时候， 麻根掘小川的需要束设置不同的软件程序以实现所需耍的功能和网络必备的管 珲。 武汉理t 大学硕十学位论文 1 3 4 无线局域网的服务 i e e e 8 0 2 1 1 标准中定义了九种服务，三种用来移动数据，其余六种都是管 理操作【1 7 1 。 由s t a 提供的服务被称为s t a 服务( s t a t i o ns e r v i c e ，s s ) ，它存在于每个 s t a 和a p 中。 1 鉴权( a u t h e n t i c a t i o n ) 在有线l 悄中，采用物理安全性来阻止非授权接入，而在w a l n 中这显然 是不实际的，因为其媒体没有精确的边界。 利用鉴权服务控制l a n 的接入能力，所有的s t a 均可使用该服务得到与其 通信的s t a 身份。如果两台s t a 之间没有建立一种交互式可接收的认证级别， 那么也无法建立联结。 i e e e 8 0 2 1 1 标准支持开放系统认证和共享密钥认证，后者执行有线等价保 密( w i r e de q u i v a l e n tp r i v a e y ，w e p ) 算法。 2 解除鉴权( d e a u t h e n t i c a t i o n ) 当欲终止已存在的鉴权时，解除鉴权服务就被唤醒。在e s s 中，由于鉴权 是联结的先决条件，因此解除鉴权就能使s t a 解除联结。解除鉴权服务可由任 何一个联结实体( 非a p 的s t a 或a p ) 唤醒，它不是一种请求型服务而是通知 型服务，解除鉴权不能被任何一方拒绝。当a p 发给己联结的s t a 解除鉴权通 知时，联结将被终止。 3 保密( p r i v a c y ) 在有线l a n 中，只有物理上连接到有线的那些s t a 可以侦听l 蝌的服务。 对无线共享媒体而言，情况就不同了。任何一台符合本标准的s t a 可以侦听到 其覆盖范围内的所有p h y 服务。因此，独立无线链路( 无保密) 连接到己存在 的有线l a n 时会严重降低有线l a n 的安全级别。 为了加强w l a n 的保密性能，保密服务是必要的，i e e e 8 0 2 1 1 标准提供了 w e p 服务。 由d s 提供的服务被称为分布式系统服务( d i s t r i b u t i o ns y s t e ms e r v i c e s ， d s s ) ，在w i a n 中，d s s 通常由a p 提供。d s s 包括： 1 联结( a s s o c i a t i o n ) 为了在d s 内传送信息，对于给定的s t a ，分布式服务需要知道接入了哪个 a p ，这种信息由联结的概念提供给d s 。支持b s s 的切换移动，联结是充分必 6 武汉理工人学硕士学位论文 要条件，联结仅足以支持无切换的移动。 2 重新联结( r e a s s o c i a t i o n ) 对s t a 问的无切换消息传送而言，联结为充分条件。想支持b s s 切换移动， 还需要其他功能，这就是重新联结服务。 唤醒的重新联结服务用来完成当前联结从一个a p 移动到另一个a p 。当s t a 在e s s 内从一个b s s 移动到另一个b s s 时，它保持了a p 与s t a 之间的映射。 当s t a 保持与同一a p 的联结时，重新联结还能改变已建联结的联结属性。重 新联结总是由移动的s t a 激活。 3 解除联结( d i s a s s o c i a t i o n ) 当要终止一个已存在的联结时，就会唤醒解除联结。在e s s 中，它告诉d s 取消己存在的联结信息，因此试图通过d s 向已解除联结的s t a 发送信息根本 不会成功。 联结的任一部分( 非a p 的s t a 或a p ) 均可唤醒解除联结服务，解除联结 是一个通告型而非请求型服务，它不能被联结的任一方拒绝。 4 分布( d i s t r i b u t i o n ) 这是w l a ns t a 使用的基本服务。在概念上，它是由来自或发送至工作在 e s s ( 此时帧通过d s 发送) 中w l a ns t a 的每个数据消息唤醒，分布借助于 d s s 完成。 5 集成( a s s e m b l y ) 如果分布式服务确定消息的接收端为集成l a n 的成员，则d s 的“输出 点将是端口而非a p 。分布到端口的消息使得d s 唤醒集成功能，集成功能负责 完成消息从d s m 到集成l a n 介质和地址空间的变换。 1 4 本文的主要内容和组织结构 本文主要介绍基于w l a n 的手机电视终端方案的设计，该终端主要实现两 个功能：首先，终端可接收t - d m b 标准的t s 码流，并能对t s 码流进行解码， 最终通过l c d 显示屏或者电视观看视频节目；另外，终端还可以通过无线路由 器和调制解调器等设备接入普通有线局域网和i n t e r n e t 中，从而实现网络浏览功 能。 本文主要研究了： ( 1 ) 终端硬件设计与实现：在分析了w l a n 技术、c p u 与各功能：芭= 片原 7 武汉理上大学硕十学位论文 理的基础上，提出并实现了一种具w l a n 功能的手机电视终端硬件设计。硬件 设计与实现包含基带电路设计与r f 模块电路设计，其中基带功能电路主要包括： s h 7 3 4 3 主处理器及其接口电路、电源管理模块、存储模块、音频解码模块、 w l a n 模块、时钟模块与外围接口电路。 ( 2 ) 系统软件实现：分析了t - k e r n e l 操作系统的组成特点及其驱动的结 构，w i _ a n 功能模块软件与m p e g 4t s 流的解码流程的实现。 ( 3 ) 系统性能分析和测试：对本课题述及的无线局域网功能解决方案进行 测试与验证，优化了系统的性能特点，并对发现的问题提出了下一步改进方法。 论文总共分为5 章，结构安排如下： 第一章绪论：提出本文研究的背景、目的、意义以及该课题在国内外研究 的现状及动态，总体分析w l a n 相关技术，并对论文的内容及结构进行了简要 的介绍。 第二章终端的硬件设计与实现：包括电源管理模块、存储模块、音频解码 部分和外围接口部分、r f 模块和w i _ a n 模块等电路设计的实现。 第三章系统关键模块软件研究与分析：重点了t - k e r n e l 嵌入式操作系统下 的程序开发流程、m p e g 4t s 码流组成结构和分组解析以及w l a n 模块的软件 设计方法。 第四章系统功能测试与性能优化：分析系统功能测试的环境与具体方法以 及测试过程和得到的测试结论，并对终端的音频性能作了适当优化。 第五章总结与展望：本章回顾和总结了终端的丌发过程，并对终端系统的 改进与完善进行了展望。 1 5 本章小结 本章对手机电视终端设计的研究背景与意义以及国内外发展现状做了分 析，表明随着通信技术与电视技术的不断发展，以及人们对多媒体视频业务的 需求，对具有w l a n 功能手机电视终端的研究是十分有意义的。最后，介绍了 本文的主要内容和组织结构。 8 武汉理t 大学硕士学位论文 第2 章终丛_ 1 而1 1 1 的硬件设计与实现 本章介绍了基于w l a n 手机电视终端的硬件平台设计原理，针对基带电路 和r f 模块的设计做了详细说明，并分析了c p u 对系统控制功能的实现。 2 1 终端结构与功能 本系统是由r e n e s a s 公司的s h 一3 a s ( s h 7 3 4 3 ) i 1 8 。2 0 】处理器所设计的带w l a n 功能的t - d m b 标准多媒体终端，整个系统包括c p u 、w l a n 模块、r f 模块、 存储模块、a u d i oc o d e c 、实时时钟( 1 玎c ) 、t f t l c d 、m i n i s d 、u s b 2 0 、键盘、 数据i o 口和电源管理。终端采用高集成度结构设计，总体积为1 2 0 x 7 7 x 1 4 m m ， 其结构框图如图2 1 所示。 蓑豢卜 _ 一存储模块 接收模块 f 音频解码模块卜_ 一 s h 7 3 4 3 - 一u s b 接口 核心处理器 w l 州模块卜_ 一一s 。c a r d 接口 l 电源管理模块卜一 一l c 。显示模块 图2 - 1 终端结构框图 系统的主要功能如下： 支持b a n d i i i 和l - b a n d 频段的t - d m b 节目接收 支持w l a n 功能，可通过无线路由器浏览i n t e r n e t 网页 支持播放m p 3 、m p 4 、a c c 等格式的文件 支持u s b 2 0 数据传输和m i n i s d 卡数据存取 支持实时时钟及定时关机模式 包含单颗1 5 0 0 m a h 聚合物锂电池，支持u s b 或适配器充电及电池保护 9 武汉理工大学硕士学位论文 包含3 2 寸q v g a ( 3 2 0 x 2 4 0 象素，6 5 k 色素) 电阻式触摸屏 包含立体声耳机接口和8 0 5 0 0 m w 喇叭支持耳机和喇叭的输出切换 2 2 终端基带电路设计 2 2 1c p u 及其接口功能 s h m o b i l e ( s u p e r hm o b l i e a p p l i c a t i o np r o c e s s o r ) 系列处理器，是日本瑞萨 ( r e n e s a s ) 公司开发的应用于移动通信终端的基带处理器，它能为手持终端的 开发和功能完善提供良好的系统解决方案。r e n e s a s 公司向s h m o b i l e 客户提供 良好的中间件支持，使客户在无需考虑通信协议可支持性的条件下进行软件开 发。s h m o b i l e 系列处理器所包含的d s p 核可支持多种多媒体标准，如m p 3 、 m p 4 、j p e g 等，且d s p 核的指令集能将大多数中间件的平均性能提高2 0 0 ， 从而减轻了对处理器速度的要求，同时也降低了c p u 的功耗。 s h 7 3 4 3 ( s h m o b i l e3 a s ) 是r e n e s a s 公司2 0 0 6 年推出的一款3 2 位s h m o b i l e 系列的应用处理器。芯片内部包含1 个s u p e r h 架构的3 2 位r i s c 处理器核和一个 扩展的d s p 核，芯片为4 0 9 p i n b g a 封装，球径为0 3 m m ，引脚间距为0 5 m m ， 体积为1 2 x1 2 x1 4 m r n 。s h 7 3 4 3 内部c p u 时钟速率可达2 1 6 m h z ，具有1 6 位双向 数据总线和2 6 位地址总线。该处理器具有符合下一代移动通信终端应用的多种多 媒体功能，如l c d 控制器、摄像头接口、音频输入腧出、m p e g 4 h 2 6 4 编解码 加速器和3 d 图形加速器，此外还包含1 2 c 、u a r t 、m f i 、s d 、h u d i 、 i s 、s i u 、 m s i o f 、s p i b o o t 、i r d a 、c o d e c 和n t s c 等各种功能接口和可供用户操作的片 上r a m 和c a c h e 单元、4 g 地址空间、3 2 位内部数据总线，8 级流水线和片上乘 法器。s h 7 3 4 3 还含有一个高效的电源管理模块，可以在保持较高处理速率的同时 优化c p u 电源功耗，能满足手机等移动通信终端处理器中低功耗的需求。 本系统硬件平台是基于s h 7 3 4 3 基带处理器建立起来的，s h 7 3 4 3 不仅能承 担基带电路的控制和实现功能，并且还能实现t s 解码的功能，芯片所需的工作 电压为1 2 v 、1 8 v 、和3 3 v 。系统硬件组成主要包括基带处理器模块、电源管 理模块、t u n e r 模块、w l a n 模块、l c d 模块、v i d e o a u d i o 模块、s dc a r d 模 块、e 1 0 a 调试模块以及时钟模块等。硬件平台的系统功能框图如图2 2 所示。 系统硬件平台的基带处理器模块、电源管理系统、时钟& 复位系统以及存储 器系统构成了平台的最小系统，需要说明的是由于s h 7 3 4 3 内部自带1 6 m b 的 1 0 武汉理r 大学硕十学位论文 图2 - 2 系统功能框图 1 1 武汉理1 ：大学硕十学位论文 s d r a m ，因此无须扩展外部s d r a m ，这样既节省了硬件成本，同时也增强了 高速数据传送的稳定性。 2 2 2 电源管理模块电路 系统采用单颗1 5 0 0 m a h 聚合物锂电池供电，电池电压在3 3 v - 4 2 v 之间， 可使用5 v 交流适配器或者u s b 接口给电池充电。另外，电源管理系统自动选 择电源供应路径，适配器输入、u s b 输入或者电池输入均可作为供电电源直接 使用，经过系统的电源模块后产生：3 3 v ，1 8 v ，1 5 v ，1 2 v ，给系统各部分电 路供电。实际使用中，系统全部功能运行所消耗的电流约为2 5 0 2 8 0 m a ，因此 系统满负荷工作时应当至少可以运行5 小时。 终端电源模块需要完成如下功能：主板电路供电，电池充放电保护，充电 管理，电池电量检测，系统电源的开启和关闭，提供系统复位信号以及l c d 背 光电源供电及控制。 系统的电源管理主要由p m u ( p o w e rm a n a g e m e n tu n i t ) 集成芯片l t c 3 4 5 5 提供，另外用独立的l d o 芯片分别对r f 模块和t f t l c d 供电。在此需要说明 的是，由于r f 模块对供电电源纹波抑制要求比较高，且电流消耗比较大( 约在 1 2 0 m a 左右) ，因此对r f 部分单独用l d o 供电比较好，这样处理不仅能与系 统数字电路供电隔离开来减轻支路电流的消耗，并且能避免由于电源纹波过大 导致的信号接收受到干扰甚至r f 模块不工作的情况发生。l c d 背光驱动采用 b d 6 0 7 2 ，该器件为恒流输出器件，可以驱动4 个串联l e d ，电流配置成2 0 毫 安。b d 6 0 7 2 具有电流控制引脚，通过控制输出电流的大小可以控制l c d 背光 亮度，本系统中背光调节方式采用p w m 控制方式，即通过由s h 7 3 6 3 输出p w m 信号来控制b d 6 0 7 2 的使能引脚。通过i o k 电阻将使能信号下拉，从而使默认 情况下l c d 背光等为关闭状态。在进行m p 3 播放或其他不使用l c d 屏幕的情 况下，可以关闭l c d 背光电源，降低功耗。电源管理模块结构如图2 3 所示。 l t c 3 4 5 5 同时具有电源供电路径选择、锂离子充电管理和双路d c d c 转换 功能。l t c 3 4 5 5 可以选择外接适配器，u s b 供电，或者使用锂电池供电方式。 在本硬件设计中，采用5 v 适配器和电池供电两种方式【2 1 1 。 l t c 3 4 5 5 可以选择从5 v 适配器或者u s b 接口取电，为锂离子电池充电。 使用5 v 交流适配器作为输入电源为电池充电时，充电电流和充电周期通过相关 电阻和电容设置，本系统将充电电流设置为5 0 0 毫安，充电周期设置为3 小时。 当外部接入的电池电压初始值低于2 8 5 v 时，进行涓流充电，此时充电电流为 5 0 m a 。l t c 3 4 5 5 内部提供两路d c d c 直流电源输出，本设计中配置成3 0 v 和 1 2 武汉理t 大学硕士学位论文 v m a x p w r o n s hp w r o n p b s t a ti p w r p b s t a t i c h a g i p w r _ c h r g： s h 7 3 4 3 押 a 0 p w rl b o 7 v b a t h s o n s h 一_ 。s 2 d _ p w r o n l t c 3 4 5 5 p w r _ r s t 一! ! 竺b r s t h s 0 v c c j d - 3 0 v s v 、垃 v c c - 3 a v ，渊 s v v l v c c l 8 ，8 v v 州 b d 6 0 7 2 e n v i n v c c l 2 一 b d 9 1 2 2 e n 恒乎l w 图2 3 电源管理模块结构图 1 8 v ，电流分别为6 0 0 毫安和4 0 0 毫安。在具有外界交流适配器电源输入时， l t c 3 4 5 5 采用外界输入作为内部d c d c 模块的电源输入，只有电池供电时，采 用电池作为内部d c ，d c 模块的电源输入。 l t c 3 4 5 5 具有状态输出指示信号，通知c p u 其目f ； 的状态。通过其内部的 电压比较器可以检测电池是否处于低电压状态，在低电压时可输出指示信号。 电池低电压指示信号与s h 7 3 4 3 的中断输入引脚i r q 4 相连。低电压门限可由用 户设置，本系统设置为3 5 v ，在电池电压低于3 5 v 时，输出信号指示电池电压 过低，c p u 接收到此信号中断之后，关闭正在运行的程序，提示用户关机，同 时发出关机指令。l t c 3 4 5 5 还输出充电状态信号，显示是否有充电器接入。充 电状态指示信号与s h 7 3 4 3 的g p i o 端口相连，通过检测端口来显示充电状态。 b d 9 1 2 2 是单路d c d c ，由v m a x 供电，并在v c c 3 0 的控制下输出1 2 v 电源，供s h 7 3 4 3 内核工作。 b h l 5 l b l 为l d o 芯片，由v c c 3 0 供电，输出1 5 v ，给t u n e r 模块。 b d 6 0 7 2 支持4 个l e d 串联的背光电源驱动芯片，提供2 0 毫安的恒定电流 给k g m