嵌入式PMP／MP4研发策略对比分析

0 引 言
    便携媒体播放器(Portable Media Player，PMP)，通常又称为MP4，因其支持的基本媒体格式为MPEG一4视音频影视文件。
    MP4的市场发展速度惊人，预计2008年全球市场份额将突破210亿美元，总出货量超过2．5亿台。新一代MP4良好的发展前景和潜在的无限市场，吸引着众多厂商大力研发，特别是中低端PMP及手持多媒体设备，由于其成本低廉，实用性好，利润空间大，在中国具有极其广阔的市场。但是PMP／MP4的生产一般采用制造商+Design House的模式进行，主流解决方案提供商对其技术都采取了一定严格的保密措施，厂家加盟生产也有相当的资金门槛，这种强力的技术壁垒对一般工程人员进行PMP／MP4的创新设计和研发造成极大的障碍。
    通过对市场主流PMP产品设计方案的对比分析，可以为研发人员提供在不同的技术要求和资金保障前提下，优先采用的技术思路，从而缩短开发周期，降低开发成本，为便携式媒体播放设备的创新应用提供更为广阔的发展空间。

1 PMP研发方案分类
    目前市场上的主流PMP解决方案，可以归类为如下4种：
    (1)处理器加图形加速器
    典型代表：$3C2440+SM501开发板。
    硬件特点：在ARM9开发板基础上加入SMS01 2D图形加速芯片，大大提高了ARM系统的图形运算能力，硬件成本低。
    软件特点：完全采用嵌入式系统方案设计，可以使用VxWorks，Linux和WinCE等嵌入式操作系统，软解压。
    缺点：开发周期长，特别在视频叠加，附加计算等领域难以满足要求。
    (2)DSP加单片机方式
    典型代表：DSP5402开发板。
    硬件特点：用控制芯片弥补DSP在控制方面的不足，但该控制芯片不支持操作系统，多用于编码或者工控设计领域，成本低。
    软件特点：任何解码程序和接口设计驱动都必须由开发者设计，难度较大。
    缺点：开发周期过长，对开发者的要求比较高，视频显示性能难以提高。
    (3)控制器加DSP
    典型代表：ARM9E开发板。
    硬件特点：系统的控制能力得以加强，但该构架的芯片界定比较模糊，芯片往往严重冗余。
    软件特点：支持VxWorks，Linux和winCE等嵌入式操作系统。
    总结：控制器加DSP模式开发周期长、偏软、风险比较高。DSP加控制器模式开发周期更加漫长、涉及软硬两方面的开发。
    (4)处理器加解码芯片
    典型代表：EM851x，AUl200，PXA27x，DM270／320，i．MX31，SPC536，Z228，vweb2005／2010，G07007／G07007SB，AK3221，Rockchips等，参见第2节。
    硬件特点：采用DSP搭配CPU的方式，DSP负责编解码，CPU则是针对数据存储、管理，以及用户界面与外围器件的控制。
    软件特点：可使用VxWorks，Linux和winCE等嵌入式操作系统，并能为用户提供额外的操作功能，如游戏、记事本等。
    总结：开发周期短，开发结果质量有保障，但成本过分高昂。

2 主流PMP厂家解决方案对比
    目前市场上销售的PMP虽然品牌众多，但基本上都可归属到“处理器加解码芯片”模式；其解决方案来源于下面几个供应商，其自主开发空间也限于其API接口框架内；各解决方案的特性分述如下：
2．1 AMD Alchemy解决方案
    AMD于2005年推出专门为PMP设计的处理器Alchemy AUl200。这是一个低功耗、高性能的系统解决方案，支持多种视频格式，集成化媒体加速引擎，不需要外部DSP，编程模式简单，可以扩展到大型显示屏(1024×768)，支持DDRl和DDR2内存，总体方案成本低，主频达500 MHz；软件设计可以在Linux内核上进行。
    缺点：硬件不支持RM格式，要通过转换软件来支持。
2．2 英特尔PXA27x的解决方案
    英特尔公司于2003年底推出的PXA27x嵌入式处理器，最高频率可达624 MHz，配合嵌入式Linux或win(：E操作系统，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MPEG一2对硬件的极高要求，因此单纯依靠PXA27x处理器进行MPEG-2编解码是不现实的。其中，英特尔PXA270不是专门为PMP设计，它最初出现在PDA上；之所以选择PXA270作为PMP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。
    英特尔公司于2004年推出了2700G多媒体加速芯片，配合PxA270进行视频加速与3D加速，完美解决了MPEG一2编解码问题，更使基于PXA27x的PMP产品能向多功能化发展，可以加入游戏、摄像等功能，成为个人娱乐终端。
    Intel公司专门为Linux提供了相关的多媒体与无线通信应用的优化函数库，所以采用Linux可使产品的研发周期大大缩短。
    缺点：成本可能较高，需要外部DSP。
2．3 TI DM320DSP+ARM处理器的解决方案
    TI的方案是利用DM320 DSP进行音视频编解码处理，ARM处理器负责系统处理及提供外围设备接口。与TI方案SigmaDesigns方案一样，支持的媒体类型非常丰富，具有录制和播放功能，编解码能力强，还可具备PVR的功能(即录制和播放可双工同时进行)，支持USB2．0，HDD，SI)。CF，MS等，但在成本上并不具备优势。
    缺点：必须配合ARM处理器，成本不占优势，功耗较大；不支持网络视频格式RM／RMVB，低性能应用处理器，ARM 80～160 MHz，有限的软件解决方案，需要客户做大量的软件编程工作。
2．4 SigmaDesigns EM851x方案
    SigmaDesigns 851x处理器是目前性能最强的专业解码芯片，集成200 MHz 32位RISC处理器和MPEG解码处理器，无需其他外围芯片支持，即可完成系统所需各种接口及流畅的多格式视频解码。
    优点：单芯片，低功耗；硬核视频解码，视频播放效果好。
    缺点：不支持RM，RMVB等视频格式，存储器只能接普通SDRAM，不能接DDR2。
2．5 凌阳SPCA536解决方案
    凌阳(Sunplus)的SPCA536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MPEG-4编解码，音频格式也比较单一)，视频解码能力比较差，解大文件视频文件会有停顿等；需要使用转换软件将各种音视频文件压缩成(*．mpx)格式，才能在该机播放。该方案也支持数码拍照，图像浏览等功能。[!--empirenews.page--]
2．6 vweb解决方案
    vweb是一家SoC(片上系统)解决方案领域上的领先供应商。其VW2010是即时MPEG-1，MPEG-2和MPEG一4音视讯系统编解码晶片(同时压缩、解压或编码、解码)，完全相容ISO／IEC-11172—2，ISO／IEC一13818-2，ISO／IEC：-14496-2和ITU-T H．263(基线)。
    优点：功能强大，有丰富的SDK接口文档，支持格式也比较多。
    缺点：只有PCI式和USB式2种解码芯片接口，导致物理应用不方便。
2．7 Z228解决方案
    Z228是上海杰得微电子公司2006年3月发布的应用处理器，这是中国自主开发的第一款O．13μm中、高端MAP。基于ARM926EJ嵌入式CPU内核，包含MPEG-4格式的硬件全双工编解码器，具有丰富的多媒体接口。具有WinCE和Linux两个版本的硬件设计工具包(HDK)和软件开发工具包(SDK)。
    Z228的硬件视频编解码器支持MPEG-4／H．263双工格式，最大图像尺寸是VGA(640×480)，最快速度是30 f／s。编解码同时全速运行ARM926EJ的负荷低于5％，也就是说它基本上是独立工作的，几乎不占用CPUJ的资源，双工全速运行时功耗低于120 mW。Z228中还内置了类似计算机显示芯片中的2D视频后处理引擎，支持色度空间转换、任意尺度图像缩放、VBR(可变码率)、CBR(固定码率)、VFR(可变帧率)、CFR(固定帧率)、去方块和去环滤波、亮度／对比度／饱和度校正、抖动(Dithe—ring)、图像掩模、画中画等功能。解码后的视频图像经该引擎处理后直接上屏．无需CPU干预，在不增加功耗的前提下，实现视频的流畅播放。
    优点：国内比较好的解码芯片，解码格式比较多，并且开发板采用双层设计，很容易实现扩充和扩展。在智能监控、视频服务器、手持信息终端(HIT)、智能手机等系统设计方面有成熟和完整的解决方案。
    缺点：由于属于刚刚量产的国内为数不多的优秀解码芯片，价格会比较昂贵。
    目前活跃在中国大陆的PMP整机解决方案供应商还有：飞思卡尔i．MX31解决方案(多应用于智能手机)，Zoran基于C()ACH 7系列的解决方案(主要用于数码摄像机)，Ittiam的MediaAlbum方案(支持高质量多媒体录制、存储、播放和流媒体支持)，飞利浦的基于TriMe—dia的便携式多媒体(Media Box)解决方案，以及基于Blackfin的，ADSPBF532芯片的解决方案等。

3 各种PMP解决方案的成本比较
    由于PMP产品的研发难度较大，目前市面上的大多数PMP产品均为国外或台湾地区设计，按照生产商加Design}tollse的模式运行。表1的解决方案成本，主要是针对制造商的。国内一些制造商为了降低成本，还采用多个厂家联合购买解决方案的方式进行生产。对于主要面向科研的独立开发者而言，其初始投入显得较高。

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4 PMP开发面临的尴尬局面
    由于PMP技术还远没有达到普及阶段，仍然属于炙手可热的技术，其利润空间还有巨大的回旋余地，因此各种PMP方案的开发板，也还没有达到普及学习的阶段，并且只能通过直接代理或者中间商购买开发包，开发板的购买者或研究者要承担分销商及主流公司开发的部分费用。
    开发板费用居高不下，最明显的原因有2个方面：
    (1)开发板与最终产品不同，开发板必须附加技术性很强的资料及开发文献，所以在目前供应商在没有完全获得全部利润之前，很多费用仍要由开发者买单。供应商通过这种高收费手段，转移资金压力和减少自身经营风险。
    (2)众多的开发板是由供应商自己设计完成，很大程度上携带了该公司所有的技术核心，导致这些公司将所有的开发费用直接转嫁到开发板中。
    所以从开发商或者代理商直接获得SDK及开发板的费用基本相当，甚至代理商的费用高于开发商的情况也是很普遍的。简而言之，在PMP产品未广泛普及之前，获得相关开发板及技术资料的代价是相当高昂的。

5 结 语
    PMP自主研发的方案选择，由于PMP没有统一的行业标准，在技术上彼此存在很大的差别。根据媒体播放的核心支持进行划分，其自主研发思路可以分为2个主流方向：
    (1)以解码芯片为核心。解码芯片提供丰富的API接口供开发者使用，性能优良，可以大大地提高开发速度，缩短开发的时间周期。该技术优势明显，但也同样存在着明显的缺陷：技术购买费用高昂、不能进行软件升级。开发平台需要约5～50万元。
    (2)以图形加速为辅助，以高性能CPU为核心。该技术方式的主要优点不仅可以播放多媒体文件，还可以上网、打字、玩游戏等；最可贵的是解码软件可以根据需要进行升级，可以使用户始终支持当前最流行的影音格式。开发平台需要约3～8万元。
    (3)自主研发方案选择。从目前市场运作成本及研发速度的角度进行分析，“以图形加速为辅助，以高性能CPU为核心”的技术方式开发产品，可以获得良好的性能价格比，并且可以随时升级媒体播放软件，具有目前主流芯片解码方式不具备的优点，可作高端多功能多媒体设备的研发选择。在软件研发中，采用Linux内核作为程序开发平台，充分利用开源代码，可以极大的降低设计难度，提高研发速度。
    而若为尽快使新产品抢占市场，必须提高研发产品的速度，则以硬件解码芯片为核心的PMP技术方向是最为理想的；这也是目前市场最为流行的研发模式。对于高校和研究机构而言，在市场因素不明显的前提下，“以CPU为核心”结合Linux开源架构的技术方案有助于将研发力量集中于创新应用和学术研究之上，可作为首选方案。