一種智能公交移動電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 軍，譚凱峰，田燈友

一種智能公交移動電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 軍，譚凱峰，田燈友

（康佳集團(tuán)開發(fā)中心，廣東 深圳 518053）

提出一種基于Mstar公司數(shù)字電視芯片MSD6A801FVA開發(fā)的智能公交移動電視設(shè)計(jì)方案，支持Android 4.0操作系統(tǒng)，集成了GPS自動報(bào)站和移動數(shù)字電視接收功能，具有功能強(qiáng)、集成度高、應(yīng)用軟件開發(fā)簡便等特點(diǎn)，可以滿足人們對未來公交電視的需求。

智能；公交電視；GPS信號；國標(biāo)地面數(shù)字電視

【本文獻(xiàn)信息】劉軍，譚凱峰，田燈友.一種智能公交移動電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2013，37（14）.

隨著城市的發(fā)展，交通擁堵問題顯得日益突出，一方面各地政府普遍采取公共交通優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略，大力發(fā)展城市公共交通系統(tǒng)，另一方面隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對公交運(yùn)輸系統(tǒng)的快捷性、安全性、舒適性也提出了更高的要求。國內(nèi)許多城市的無人售票公交車大都采用半自動報(bào)站系統(tǒng)，語音報(bào)站器由司機(jī)進(jìn)行操作，人工操作容易引起錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)等一系列問題，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被GPS自動化公交報(bào)站系統(tǒng)所替代，這不但減輕了司機(jī)的工作強(qiáng)度，而且提高了公交運(yùn)行的可靠性。公交移動電視通過接收地面數(shù)字電視信號，播出新聞資訊、娛樂綜藝、生活教育等節(jié)目，受到了乘客的歡迎，公交車也成為廣大乘客接收信息的重要渠道[1]。

但是目前公交車上的移動電視僅播放電視節(jié)目和廣告，不能介紹公交站點(diǎn)附近的景點(diǎn)、酒店、交通等情況，乘客無法獲得更多感興趣的信息。多數(shù)GPS自動報(bào)站器也只有簡單的語音報(bào)站功能。本文提出的GPS智能化公交報(bào)站系統(tǒng)，是基于智能電視芯片開發(fā)，擁有Android 4.0操作系統(tǒng)，集成ARM雙核Cortex-A9 1 GHz CPU、大容量eMMC存儲器和SD卡接口，把GPS自動報(bào)站器、LED顯示屏、移動電視機(jī)頂盒的功能全部結(jié)合在一起，同時(shí)也解決了報(bào)站與電視的聲音相互干擾的問題，具有集成度高、成本低、功能更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。通過修改軟件，就可以方便地根據(jù)公交系統(tǒng)產(chǎn)生的需求添加新功能，將自動報(bào)站與站點(diǎn)實(shí)時(shí)資訊很好地結(jié)合起來。

1 系統(tǒng)原理和框圖

1.1 設(shè)計(jì)思路

近年來，以Android系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)的智能電視得到發(fā)展和普及，它集成了網(wǎng)絡(luò)、電視、游戲、多媒體播放、在線音樂、影視下載、卡拉OK、WiFi、3D等許多功能，而且Android作為一個(gè)全面開源的操作系統(tǒng)，大量的第三方應(yīng)用程序和游戲可以直接應(yīng)用，智能電視同時(shí)又具有USB、HDMI、SD卡、SPDIF等數(shù)字多媒體端子，已經(jīng)成為一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)多媒體娛樂平臺，給用戶一種全新的生活方式和娛樂體驗(yàn)。

智能電視大批量生產(chǎn)，使集成度高、功能強(qiáng)的智能電視的芯片價(jià)格大大降低。公交車需要的電視顯示器、GPS自動語音報(bào)站器、移動電視接收機(jī)頂盒[2]功能，通過修改智能電視部分設(shè)計(jì)都可以實(shí)現(xiàn)，智能電視因?yàn)橛袕?qiáng)大的軟硬件平臺，所以很容易增加新功能。例如公交車在運(yùn)行時(shí)播放移動電視或SD卡中的節(jié)目，快要到達(dá)公交站點(diǎn)時(shí)，電視在自動播報(bào)公交站點(diǎn)名稱的同時(shí)，屏幕上也顯示出站臺周圍的地理和交通信息，系統(tǒng)還能插播附近景點(diǎn)、酒店的廣告，這是該系統(tǒng)最大的亮點(diǎn)。另外也可以將公交車的運(yùn)行軌跡，通過離線導(dǎo)航電子地圖軟件隨時(shí)在電視屏幕上直接顯示出來，公交車附近的交通和建筑一目了然，極大地方便了旅客。因?yàn)橄到y(tǒng)使用Android 4.0操作系統(tǒng)，第三方應(yīng)用程序可以直接使用，專門開發(fā)的應(yīng)用軟件可以將移動公交電視變成一個(gè)公交車的多功能媒體平臺。

1.2 智能公交移動電視系統(tǒng)

8100、9100系列智能電視是康佳公司2012年新產(chǎn)品，都是采用MStar公司新一代數(shù)字電視單芯片MSD6A801FVA，集成ARM雙核Cortex-A9 1 GHz CPU，使用Android 4.0操作系統(tǒng)。芯片集成網(wǎng)絡(luò)、數(shù)模解調(diào)、3D功能模塊、全制式彩色解碼器、聲音處理模塊、卡拉OK、視頻處理器、HDMI1.3/1.4A、USB2.0/3.0、SD卡接口，內(nèi)置DVB-C解碼，支持MPEG-2音視頻解碼、MPEG-4音視頻解碼、H.264音視頻解碼、MVC解碼等多種多媒體解碼，集成Mali 400 MP圖形處理單元GPU，3D渲染速度提升一倍，改善圖像鋸齒。整機(jī)功能都是通過主芯片外接電路模塊實(shí)現(xiàn)。

智能公交移動電視為降低成本首先是在智能電視基礎(chǔ)上，取消了暫時(shí)用不到的功能電路，例如網(wǎng)絡(luò)功能、有線數(shù)字電視DVB-C（PCMCIA卡）、USB攝像頭模塊、一路重低音電路、USB無線WiFi模塊、3路HDMI、卡拉OK電路、外置的3路USB和HUB GL852芯片。增加了GPS模塊和DTMB數(shù)字解調(diào)電路，保留的一路AV輸入是考慮到一些城市使用其他移動接收方式時(shí)，電視仍然可以使用。耳機(jī)插孔的作用是把移動電視的聲音送到公交汽車的聲音播放系統(tǒng)。

智能公交移動電視方案的核心是MStar公司數(shù)字電視單芯片MSD6A801FVA，在外圍配置兩顆2 Gbyte DDR3 1 600 MHz（隨機(jī)快閃存儲）K4B2G1646E-HCK9芯片，系統(tǒng)的主程序存儲在一顆4 Gbyte eMMC中，eMMC是MMC協(xié)會制定的內(nèi)嵌式存儲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，它在Flash芯片封裝中集成了一個(gè)控制器提供標(biāo)準(zhǔn)接口并管理閃存。物理接口簡單，不同廠家產(chǎn)品替換方便。智能公交移動電視增加的一些專用功能軟件和車站交通廣告信息都可以通過USB接口放在eMMC存儲器中指定的文件夾里，供系統(tǒng)調(diào)用。如果4 Gbyte eMMC空間不夠，還可以直接替換擴(kuò)展為8 Gbyte的eMMC，SD卡和USB接口主芯片MSD6A801FVA都已經(jīng)集成，主芯片輸出的聲音信號通過采用MSH9010芯片的Class-D數(shù)字功放電路驅(qū)動喇叭。系統(tǒng)前端是NXP公司的Silicontuner TDA18273芯片，射頻信號從天線進(jìn)入TDA18273，輸出4 Mbyte低中頻差分地面數(shù)字信號，經(jīng)過ATBM8869解調(diào)后輸出并行TS流信號給主芯片MSD6A801 FVA，經(jīng)過主芯片解復(fù)用、MPEG-2解碼、Scale后輸出LVDS信號驅(qū)動LED屏顯示。系統(tǒng)框圖見圖1。

圖1 智能公交移動電視系統(tǒng)方框圖

2 關(guān)鍵技術(shù)電路分析

2.1電源電路

與家用電視機(jī)使用交流220 V電源不同，公交汽車一般采用蓄電池直流12 V或直流24 V電源供電，公交電視主要有 19 in（1 in=2.54 cm）、20 in、22 in、24 in這幾種規(guī)格，考慮到產(chǎn)品通用化、標(biāo)準(zhǔn)化及降低設(shè)計(jì)成本，以最大24 in LED電視為標(biāo)準(zhǔn)，電源220 V時(shí)測量最大功率是38 W，設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮到當(dāng)汽車電壓波動時(shí)，電視也能正常收看，所以公交電視電源設(shè)計(jì)為：輸入8～38 V直流電壓，輸出直流12 V/4 A，預(yù)留了20%的設(shè)計(jì)裕量。

電源方案采用BCD公司的AP3041作為主控芯片，這是一個(gè)電流型升壓LED驅(qū)動控制器，它具有以下特點(diǎn)：LED恒流恒壓，并具有LED開路、短路保護(hù)，輸出過壓過流保護(hù)，輸入欠壓保護(hù)等功能，在該方案中主要使用它的恒壓功能。

根據(jù)輸入輸出電壓的要求，該方案采用了圖2所示的SEPIC DC/DC變換拓?fù)浼軜?gòu)。SEPIC拓?fù)涫沟幂斎腚妷嚎梢愿哂谳敵鲭妷海部梢缘陀谳敵鲭妷?。避免了傳統(tǒng)中既使用Boost又要使用Buck才能解決的問題。

根據(jù)SEPIC拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，使用AP3041作為恒壓控制器，采用一個(gè)耦合電感L902來替代拓?fù)渲械?個(gè)獨(dú)立電感，2個(gè)MOS管V701、V702并聯(lián)使用增大輸出電流。電源電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)見圖3。

圖2 SEPIC DC/DC變換拓?fù)浼軜?gòu)

2.2 GPS模塊

GPS模塊就是集成了RF射頻芯片、基帶芯片和核心CPU，并加上相關(guān)外圍電路而組成的一個(gè)集成電路模塊，根據(jù)測量每顆GPS衛(wèi)星信號到接收機(jī)的時(shí)間延遲，信號傳輸?shù)乃俣扔?jì)算出接收機(jī)到不同衛(wèi)星的距離，輸出NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)格式所定義的各種記錄語句，內(nèi)容包含緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息。

GPS自動公交語音報(bào)站器已經(jīng)在許多城市的公交車上采用，自動報(bào)站工作原理都是利用GPS模塊接收多個(gè)衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航信息和星鐘校正參數(shù)的時(shí)間，計(jì)算出車輛當(dāng)前的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息。將此坐標(biāo)信息與存儲在處理芯片中的車站的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息對比，達(dá)到設(shè)定閾值，就可查得對應(yīng)車站信息，由語音系統(tǒng)播報(bào)。

與傳統(tǒng)公交語音報(bào)站器不同的是，自動公交語音報(bào)站器[3]是通過專門的語音系統(tǒng)播報(bào)車站信息。而這個(gè)智能系統(tǒng)利用數(shù)字電視處理芯片的存儲器，提前錄制并存儲了各個(gè)車站經(jīng)緯度信息，達(dá)到設(shè)定閾值后，電視停止播放移動電視或SD卡中的節(jié)目，開始播放指定車站的視頻、音頻信息和廣告節(jié)目，結(jié)束后又自動繼續(xù)播放移動電視節(jié)目或中斷的SD卡中的節(jié)目。每個(gè)站點(diǎn)的視頻、音頻信息和廣告節(jié)目分別對應(yīng)一個(gè)文件，存放在存儲器指定的文件夾里，隨時(shí)可以通過電視USB口進(jìn)行替換。

也可以先將所在城市的電子地圖下載并存在電視的eMMC存儲器中，公交車行駛時(shí)，通過應(yīng)用軟件將它的運(yùn)行軌跡通過電視屏幕實(shí)時(shí)顯示出來。

圖3 AP3041電源控制應(yīng)用電路

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用獨(dú)立GPS模塊電路，這樣設(shè)計(jì)GPS模塊安裝位置靈活，可以根據(jù)實(shí)際使用情況選用內(nèi)置天線模塊或外接天線模塊，方便挑選性價(jià)比最好的GPS模塊。以后還可以根據(jù)需求，安裝使用中國北斗衛(wèi)星接收GPS模塊。電視電路主板設(shè)計(jì)支持RS-232和USB兩種GPS數(shù)據(jù)格式輸入，應(yīng)用軟件采用結(jié)構(gòu)化方式，支持NMEA 0183標(biāo)準(zhǔn)，從GPS模塊輸出的信息中提取有用字段進(jìn)行處理。

目前GPS芯片主要有美國GARMIN公司的SiRFIII、SiRF Prima系列和臺灣MTK公司的 331833293339系列，樣機(jī)調(diào)試選用韓國GSTAR公司采用MTK MT3329芯片設(shè)計(jì)的GS-89M-J型GPS接收模塊，主要性能參數(shù)如下：

·GPS技術(shù)：MTK MT3329

·頻率：L1,1 575.42 MHz

·C/A碼：1.023 MHz芯片速率

·定位精度：無輔助：5 M 2D-RMS

·速度精度：0.1 Mbit/s

·時(shí)間精度：50 ns

·通道數(shù)：66/22

·靈敏度：-148/-165 dBm

·工作電壓：3～5 V

·功耗：75 mW

·通信協(xié)議：NMEA0183

·硬件接口：RS-232/USB

·首次定位時(shí)間（FFTT）

熱開機(jī)：平均1 s

冷開機(jī)：平均35 s

重新取得定位時(shí)間：＜1 s

2.3DTMB信道解調(diào)

公交移動電視運(yùn)行時(shí)，因?yàn)槭芨邩?、立交橋等高層建筑的阻擋，?dǎo)致公交移動電視的數(shù)字電視信號容易受到影響，經(jīng)常出現(xiàn)無信號、馬賽克花屏等現(xiàn)象，要保證公交移動電視有良好的傳播效果[4]，就需要移動電視具有高靈敏度和優(yōu)秀的抗多信道噪聲干擾、多徑干擾、多普勒衰落干擾和回波干擾性能。

本文選用高拓訊達(dá)（AltoBeam）公司的第五代產(chǎn)品ATBM8869，這是支持國標(biāo)地面數(shù)字電視（DTMB）單載波、多載波[5]、單多融合等各種模式的復(fù)合解調(diào)芯片，該芯片對復(fù)雜的多徑環(huán)境和芯片的抗干擾能力進(jìn)行了優(yōu)化，有獨(dú)特的抑制動態(tài)多徑干擾和鄰頻干擾的特性，已經(jīng)在實(shí)際使用中得到驗(yàn)證。圖4是ATBM8869芯片DTMB信道解調(diào)應(yīng)用電路。

工作原理：Tuner TAD18273輸出IF中頻差分（IFP,IFQ）模擬信號，IF信號進(jìn)入ATBM8869信道解調(diào)芯片，主芯片MSD6A801 FVA通過I2C設(shè)置ATBM8869芯片內(nèi)部寄存器，中頻IF信號在ATBM8869芯片內(nèi)部經(jīng)過信道均衡、解交織、FEC解碼等處理，輸出并行TS流信號給主芯片MSD6A801FVA。ATBM8869同時(shí)輸出IF AGC信號同步控制Tuner TAD18273以獲得穩(wěn)定強(qiáng)度的輸入信號。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1 概述

系統(tǒng)軟件基于Android架構(gòu)，應(yīng)用程序使用Java和C++開發(fā)。因?yàn)锳ndroid是開放系統(tǒng)，提供了大量的API接口，可以方便地使用Android現(xiàn)有資源，縮短開發(fā)周期。Android支持地理定位服務(wù)，關(guān)于地理定位服務(wù)的API全部位于android.location包內(nèi)，其中包含LocationManager、LocationProvider、LocationListener等幾個(gè)重要的功能類，GPS設(shè)備應(yīng)用軟件可以直接調(diào)用。

圖4 ATBM8869芯片DTMB信道解調(diào)應(yīng)用電路

由于Android系統(tǒng)沒有標(biāo)準(zhǔn)的TV應(yīng)用接口，本文在MStar公司提供的接口之上封裝了自己的接口，并形成標(biāo)準(zhǔn)。對于不同的電視芯片平臺，只需要移植接口的實(shí)現(xiàn)部分，應(yīng)用程序可以直接使用，避免因接口不同而花大量時(shí)間去移植每個(gè)應(yīng)用程序；同時(shí)，也便于向與直接合作的第三方應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口，擴(kuò)展接口具體分為兩個(gè)部分。圖5是擴(kuò)展接口具體架構(gòu)圖。

圖5 擴(kuò)展接口具體架構(gòu)圖（截圖）

3.1.1 接口定義

程 序 包 com.konka.kkinterface 中 放置對擴(kuò)展接口的定義，這里的定義不隨平臺的改變而改變，方便上層應(yīng)用兼容多平臺。為了架構(gòu)清晰，這里可以按模塊分別定義在不同的包里，com.konka.kkinterface.tv主要定義傳統(tǒng)TV功能的接口，包括圖像、聲音、頻道、時(shí)間、3D、數(shù)據(jù)庫等的接口；com.konka.kkinterface.media主要定義擴(kuò)展的多媒體功能的接口。

3.1.2 接口實(shí)現(xiàn)

程 序 包 com.konka.kkimplements 中放置對擴(kuò)展接口的實(shí)現(xiàn)，是對接口定義部分具體的實(shí)現(xiàn)，這部分代碼會根據(jù)不同的平臺構(gòu)建不同的分支。com.konka.kkimplements.tv.mstar用于實(shí)現(xiàn) MStar平臺的TV接口。

3.2 主要功能軟件流程圖

3.2.1 GPS自動報(bào)站流程

GPS自動報(bào)站流程圖見圖6。

圖6 GPS自動報(bào)站流程圖

3.2.2 ATBM8869 DTMB 移動電視信道解調(diào)流程

ATBM8869構(gòu)成的DTMB移動電視信道解調(diào)流程圖見圖7。

圖7 ATBM8869 DTMB移動電視信道解調(diào)流程圖

4 測試與分析

在實(shí)驗(yàn)室對系統(tǒng)DTMB移動電視主要性能指標(biāo)[6]進(jìn)行了測試，其中最小接收電平，抑制動態(tài)多徑能力載噪比，抑制數(shù)字電視上、下鄰頻干擾能力，抑制0 dB回波能力載噪比等指標(biāo)，獲得的數(shù)據(jù)都達(dá)到或優(yōu)于國標(biāo)。靈敏度最小接收電平測試數(shù)據(jù)見表1。同時(shí)又實(shí)際接收深圳電視臺發(fā)射的地面數(shù)字電視信號，順利搜到了722 MHz頻點(diǎn)的4套節(jié)目，移動電視M01、移動電視M02、CCTV新聞和CCTV體育。

GPS自動報(bào)站系統(tǒng)是在實(shí)驗(yàn)室模擬公交車運(yùn)行狀況來測試的，首先測得站點(diǎn) 緯 度 、經(jīng) 度 坐 標(biāo) N22.53.8666；E113.98.8093，然后軟件設(shè)定一個(gè)范圍（實(shí)際在公交車上應(yīng)用時(shí)，還需要根據(jù)現(xiàn)場情況再調(diào)整），在實(shí)驗(yàn)室設(shè)定為水平8 m距離,具體緯度、經(jīng)度坐標(biāo) N22.53.8543；E113.98.8170，當(dāng)越過這個(gè)點(diǎn)時(shí)，電視自動停止正在播放的移動電視節(jié)目，改為播放提前設(shè)置好的一段視頻節(jié)目，播完視頻節(jié)目后，又自動繼續(xù)播放移動電視節(jié)目。

通過對上面的測試結(jié)果分析，系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)基于智能電視單芯片開發(fā)，把GPS自動報(bào)站器、LED顯示器、移動電視機(jī)頂盒的功能全部結(jié)合在一起，擁有集成度高、成本低、功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使用Android 4.0操作系統(tǒng)，二次開發(fā)新應(yīng)用軟件更簡單，可以繼續(xù)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)、WiFi等功能，將車載電視打造成一個(gè)公交移動多媒體平臺。

表1 AD18273+ATBM8869 DTMB信道解調(diào)靈敏度測試數(shù)據(jù)

：

[1] 解婷，田軻.淺析公交移動電視的現(xiàn)狀及策略[J].今傳媒，2012（6）：69-70.

[2] 楊文超，楊維康，郜煥平.DTMB車載數(shù)字電視終端與實(shí)現(xiàn)[J].電子產(chǎn)品世界，2008（4）：116-119.

[3] 張永生，文科.基于GPS/GPRS的公交車自動報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（19）：212-214.

[4] 董鑫，胡曾千，楊昉.DTMB系統(tǒng)的單頻網(wǎng)接收性能預(yù)測[J].電視技術(shù)，2012，36（13）：1-3.

[5] 楊行知.地面數(shù)字電視傳輸技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[6]GB20600—2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].2006.

譚凱峰（1978—），工程師，主研電源技術(shù)及應(yīng)用；

田燈友（1981—），工程師，主研數(shù)字電視軟件以及嵌入式操作系統(tǒng)。

Design of Intelligent Bus Mobile TV System

LIU Jun，TAN Kaifeng，TIAN Dengyou

（KONKA Development Center，Guangdong Shenzhen 518053，China）

A design of intelligent mobile Bus-TV based on the digital TV chip MSD6A801FVA from Mstar company is proposed in this paper.It supports Android 4.0 operation system,and integrates GPS automatic newspaper station and mobile digital TV reception function.It has the features of strong functionsand high degree of integration.And the application software development is simple.The design can meet the needs to the future Bus-TV.

intelligent；Bus-TV；GPS；DTMB

TN948.2

A

劉 軍（1968—），高級工程師，主研數(shù)字電視產(chǎn)品及應(yīng)用；