嵌入式ＰＭＰ／ＭＰ４研發(fā)策略對(duì)比分析

劉黎明　王　水

摘 要：PMP/MP4的生產(chǎn)一般采用制造商+Design House的模式進(jìn)行，其強(qiáng)力的技術(shù)壁壘對(duì)其創(chuàng)新設(shè)計(jì)和研發(fā)造成極大的障礙。針對(duì)這一問(wèn)題，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，為制造商研發(fā)人員提供在不同的技術(shù)要求和資金保障前提下，可優(yōu)先采用的技術(shù)思路，從而縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本；同時(shí)提出可供非制造商科研機(jī)構(gòu)采用的技術(shù)方案，從而為PMP的創(chuàng)新研發(fā)提供更為廣闊的空間。

關(guān)鍵詞：便攜式媒體播放器；嵌入式設(shè)備；PMP；MP4；研發(fā)策略

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-373X(2009)04-043-04

Comparison and Analysis on Research and Development Strategy of Embedded PMP/MP4

LIU Liming，WANG Shui

(Nanyang Institute of Technology，Nanyang，473000，China)

Abstract：The manufacturing model of PMP/MP4 is Manufacturer + Design House，this model establishes a thick barrier between the essential technical foundations and the majority of researchers，which impedes innovative research and development heavily.To eliminate this barrier，this paper studies and analyzes the design models of mainstream PMP manufacturers，proposes optimal frameworks for manufactural developers with different technical/financial background，as well as strategies for non-manufactural research organizations，so as to shorten the R&D; period and cut down the overall cost，this way provids further broad space for innovative application of portable media playing devices.

Keywords：portable media player;embedded device;PMP;MP4;research and development strategy

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-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)^［1］。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(chǎng)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(chǎng)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：S3C2440+SM501開(kāi)發(fā)板。

硬件特點(diǎn)：在ARM9開(kāi)發(fā)板基礎(chǔ)上加入SM501 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，AU1200，PXA27x，DM270/320，i.MX31，SPC536，Z228，vweb2005/2010，Go7007/Go7007SB，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(chǎng)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 AU1200。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(1 024×768)，支持DDR1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^［2］。

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WinCE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-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)^［3］。

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-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^［4］。

缺點(diǎn)：成本可能較高，需要外部DSP。

2.3 TI DM320 DSP＋ARM處理器的解決方案

TI的方案^［5］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^［4］。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，SD，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^［6］。

2.4 SigmaDesigns EM851x方案

SigmaDesigns 851x處理器^［7］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^［8］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^［9］。

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-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-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0.13 μm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CPU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)(Dithering)、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^［10］：飛思卡爾i.MX31解決方案（多應(yīng)用于智能手機(jī)），Zoran基于COACH 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TriMedia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^［11］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 House的模式運(yùn)行。表1的解決方案成本^［10］，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(chǎng)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。

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^{［4，12，13］}。

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。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介 王 水 男，1967年出生，高級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)師，副教授。研究方向?yàn)檐浖こ?，?jì)算機(jī)輔助教育。

劉黎明 男，1967年出生，副教授，碩士。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。