在智能手机平台实现CMMB移动电视功能的设计方案

0 引言

　　中国移动多媒体广播电视（CMMB）标准作为中国自行研发、完全掌握自主知识产权的移动多媒体标准，以其高速率、低功耗、高移动性等优点，在手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本式计算机等小屏幕便携式终端中得到越来越广泛的应用。目前，CMMB手机电视功能的实现方案主要有以下几种：1）采用解调器与第三方调谐器的分离式双芯片方案，如创毅视讯的ADM3421等，因为体积大、成本高等缺点逐渐被弃用；2）采用解调器与调谐器的SIP 方案，如创毅视讯的F206，思亚诺的SMS1180等，因为占用PCB面积小、成本相对较低、与相应的视音频解码芯片的组合自由度大等优点被广泛使用；3）单芯片的接收全集成方案，包括解调器、视音频解码器等，如展讯公司的SC6600V，集成度很高，但是应用处理器的选择受限，尤其对于已有AP的智能手机来说，并非最优的选择。笔者从体积、功耗、成本和需求等方面考虑，采用思亚诺的SMS1180解决方案，在智能手机平台上实现了CMMB手机电视功能。

　　1 系统结构

　　智能手机平台采用基带处理器+应用处理器的双处理器结构，主要由无线通信模块、多媒体处理模块、视音频输出模块、CMMB接入模块等部分组成，其总体结构如图1所示。其中无线通信模块实现呼叫/接听、数据传输等基本通信功能和其他WiFi、蓝牙等无线功能，多媒体处理模块则用于处理高负荷的多媒体应用。

　　工作流程如下：天线接收到的CMMB信号，经过包含调谐器和解调器的SMS1180的调谐和解调处理后，输出标准格式的TS流经过SPI总线传送到多媒体处理模块，通过应用处理器PXA310对H.264和ACC视音频码流解码，在其控制下输送数字格式的视频信号到LCD液晶显示屏上，播放出电视视频图像，同时输出AC97格式的音频信号到音频解码器，经处理输出的模拟声音最终送到耳机或外放。

　　2 硬件设计

　　整个智能手机系统中涉及CMMB移动电视功能的硬件主要包括CMMB接入模块、多媒体处理模块、视音频输出模块和条件接收模块4部分，本节将从以下几个方面讲述其中的关键接口设计。

　　2.1 CMMB接入模块的射频相关设计

　　CMMB接入模块采用思亚诺的SMS1180，具有双通道、低功耗、高灵敏度等特点。接口设计如图2所示。

　　天线设计考虑到携带的方便性，采用拉杆式。时钟电路采用8~40 MHz的晶体振荡器，串联阻抗在0~60 Ω温度稳定性要求20 ppm（百万分之一），负载电容10 pF。

　　射频接口电路在U波段增加带通滤波器电路，S波段除了带通滤波器电路外，还须设置巴伦电路。电源电路则分为两组：一组1.2（1±0.05）V为内核、ADC、PLL和时钟电路供电；另一组1.8~3.3（1±0.1）V为数据接口电路供电，可根据连接的应用处理器情况来确定，每一路电源需接1 μF电容滤波。

　　该设计中PCB的布局布线尤为重要，需注意：

　　1）从天线到SMS1180的UHF波段和S波段输入端的射频线要求50 Ω阻抗，输入通道上的相关器件与SMS1180布局在同一面，从而保证器件间的布线可以尽可能的短，而且在同一层完成，而无需过孔，减少干扰；

　　2）为了减少寄生电容，在S波段的通路上，从巴伦电路到SMS1180输入之间的地段需要挖空，相应的内层地也需要挖空，UHF波段通路的地段则根据阻抗控制来处理；

　　3）布线时，相关的电源线至少需要0.4 mm.此外，层与层之间应保留尽量多的地孔以减少接地点之间的阻抗。

　　2.2 CMMB接入模块与多媒体处理模块的接口设计

　　多媒体处理模块的核心器件即为智能手机系统中的应用处理器。设计采用美满公司基于第三代Intel XScale技术的PXA310，最高主频624 MHz，可根据工作状态调整频率，而且融入了智能功耗管理技术，最大限度地降低了系统功耗，延长了电池寿命。在多媒体方面，提供VGA解析度的30 f/s（帧/秒）H.264播放效能，具有硬件视频加速功能，大大提升视频播放功能。SMS1180输出标准格式的TS数据流至主处理器，数据传输接口可以为SPI、SDIO和USB等多种选择，从传输速度和EMI等因素考虑设计选用PXA310 SPI接口与之配合，相关的复位、断电和唤醒等控制信号则选用PXA310的GPIO进行相关的功能和时序控制。无论选用SPI、SDIO和USB数据接口线，布局时都须将其布于多层板的内层，远离敏感管脚和射频区域。

　　2.3 多媒体处理模块与视音频输出模块的接口设计

　　视频输出设计由应用处理器PXA310通过片内LCD控制器直接控制LCD模块，其控制器接口多通过连接器经由FPC连接到LCD模块，需要额外考虑信号的EMI处理，可在硬件设计采用LCD数据线和时钟控制线加RC电路或专用的多通道EMI器件，选取相应电路时需要注意并联电容值大小。笔者调试过程中就曾遇到因选取容值过大器件影响到传输信号的质量，从而导致画面颜色显示不正常的现象。另外，在FPC设计上也需要采用数据线间加地隔离等手段达到EMI效果。

　　音频接口则由PXA310的AC97控制器控制音频编解码芯片WM9731来实现。WM9731采用双CODEC操作结构，通过AC-link接口支持高保真立体声CODEC功能，同时还通过一个PCM类型的同步串行端口（SSP）支持音频CODEC功能。当系统只处于语音通话状态时，WM7931工作在处理模拟音频的通道上；当CMMB电视模块工作时，则切换为AC97的输入通道上。

　　2.4 CMMB接入模块与条件接收模块接口设计

　　针对目前加密电视节目的情况，需要在CMMB电视部分加入解密方案。现在常用的解密方案有两种：第1种是通过手机中常用的T-Flash卡来完成解密和解扰，输出清晰节目给解码芯片解码；第2种是直接把解密芯片内嵌入PCB，然后输出1个私有的密钥给解码芯片。

　　前者需要占用手机平台仅有的T-Flash插槽，而且用卡完成解密和解扰会有120 ms的延时。本设计采用第2种方案，P5CC072解密芯片通过符合ISO7816标准的接口与SMS1180的UART口直连［4］，由应用处理器将授权控制信息ECM、授权管理信息EMM输入给解密芯片解密后，再将控制字输回应用处理器，然后根据控制字来做视音频的解码。

　　另外，在GSM/GPRS智能手机平台设计中需要尤为注意的是：由于CMMB接收模块UHF频段离GSM900非常近，最好在GSM部分的输出部分插入一个滤波器，以衰减在UHF频段产生的噪声。

　　3 软件设计

　　3.1 软件架构

　　智能手机平台CMMB部分的软件结构由下至上分为信号处理模块、条件接收模块和应用模块。其中，信号处理模块负责射频接收、解调制、解复用及相关功能；条件接收模块负责信号解扰、解密、用户授权及相关功能；应用模块负责电视广播、声音广播、电子业务指南、紧急广播和数据广播等业务的处理。整体架构如图2所示。

　　其中，调谐解调器SMS1180驱动层位于整个软件系统的最底层，直接对硬件进行操作，控制SMS1180工作，接收SMS1180传送过来的传输流。在解调器正确输出TS数据流后，就输入到解复用模块进行TS流的解析工作。解复用模块是接收机的关键模块，处于调谐解调器与解码器之间，用于解码数据的预处理。最后CMMB应用程序对解复用后的数据流进行处理，包括视音频解码播放、电子业务指南解析和其他信息处理。

　　3.2 关键设计

　　3.2.1 频道搜索、切换与播放

　　软件上设计两种实现节目搜索的方式：自动搜索和手动搜索。前者通过枚举的方式搜索出接收到的所有频点的节目信息，后者则根据预先设置的频点，系统只搜索设定频点的节目信息。频道切换遵循先关闭当前播放的节目，后关闭SMS1180接收模块工作流程，播放时则先打开接收模块再播放。

　　3.2.2 播放时的来电处理

　　在智能手机平台系统中，软件还必须处理手机电视播放时来电挂起的特殊情况。在软件设计中，系统监测预先设定的来电标志，标志置位则将播放电视节目任务挂起，切换到来电界面。当拒绝通话或通话结束挂断时，设置的标志消失，系统监测到标志消失，则运行播放电视节目任务，继续播放上次的节目频道。

　　3.2.3 节电设计

　　应用处理器PXA310自身定义了多种电源状态，不同的电源状态对应不同的工作状态，通过电源管理程序既满足当前工作需要的处理速度又保证最小的功率消耗。系统软件设计中针对CMMB接收模块也定义了3种不同的工作模式，即播放模式、睡眠模式和关机模式，根据系统状态随时关闭不需要的外设。

　　4 测试及验证

　　智能手机平台系统测试，除了通信部分的基本指标外，对于手机电视而言，最关键的指标是各种模式下的功耗和接收灵敏度。测试平台采用CMMB信号发生器、误码测试仪、万用表和待测智能手机等组成，测试结果如表1、表2所示。

　　表1 各种模式下的功耗统计mW

　　表2 各频点下的电视接收灵敏度

　　从测试结果可知，功耗结果满足智能手机实际使用要求，在UHF的整个频段，CMMB电视接收模块的灵敏度都要优于规范要求的-95 dBm.

　　5 小结

　　本设计在智能手机平台上，利用CMMB调谐解调器SMS1180扩展了手机电视功能。该方法简单实用，性价比较高，在目前便携式智能终端的设计领域，具有较好的推广价值。