PMP多媒体处理器解决方案

（林宗辉／DIGITIMES） 2007-9-10
前言：虽然MP3、手机等消费性电子产品逐渐跨过界，抢走了移动影片播放的市场，连移动电视也赶过来插一脚，PMP的市场在多方竞争之下，逐渐显现市场压力，但是PMP架构单纯，开发难度低，兼之容量扩充方面也要比其它竞争产品来得更有弹性。
由于消费者对功能的需求，手机、PDA、GPS等跨过界，PMP产品也要反跨回去才有竞争力，在功能设计上，可能也会整合游戏、更多周边支持、容量扩充，甚至也要充当电子相簿，或者是收看数字电视的能力，为了求取功能与性能表现的均衡点，在核心处理器的选择方面成了关键性的任务。
对于手机，如何延长待机时间是电源管理的核心问题；而PMP是一种个人娱乐产品，不存在待机的问题，所以电源管理的核心问题就在于如何降低产品在运行时的功耗。这正是PMP与手机在电源管理方面的显著差别。为了延长工作时间，设计者必须尽可能选择功耗小的芯片方案。目前对PMP的最基本要求是视讯播放时间基本要能达到3-4小时，音效播放时间在10小时以上。通常来说，依靠软件编译码的方案将具有更高的功耗 ，依靠DSP或特定译码单元的方案其次，使用硬件线路ASIC功耗最低，但其弹性也最低。
过去不少PMP采用如Xscale之类的纯CPU架构，辅以软件译码，借以进行影片播放的动作，但是这样的架构十分耗电，容易造成PMP的连续使用时间低落，在可用性方面会大打折扣。除此之外，利用整合性高的多媒体处理器也是趋势，但是这类芯片功能虽强大，但复杂性高，成本也相对难以压低，使用此类架构可能不总是那么划算。
目前来说，基于DSP与X86的PMP方案，其音视讯的编译码工作多是由软件实现，而基于MCU的方案是由硬件实现音视讯的编译码，例如： Freescale的i.MX31和i.MX31L处理器基于ARM11体系，其最大特色在于整合了多媒体加速器eMMA。安凯的AK3220M芯片内部整合了专用于视讯的硬件译码器和用于音效的音效处理器，虽然具备了低功耗与高效能的优点，由于是基于硬件线路（Hardwired）译码，所以这类方案支持的音效、视讯格式种类变会受到限制，举例来说，Freescale的某些方案虽然支持了MPEG4、H.263 的编译码，但不支持MPEG-2解编码，在应用上便受到了局限。
目前主流的PMP处理芯片译码方式而言，类似TI这类DSP软件译码方式，以及Sigma Designs这样的硬件线路译码的方案功能比较固定，缺乏灵活性。 Intel的方案则强调平台的概念，通过客制化来实现产品差异化，不过对技术支持的要求就相当高。虽然从播放质量来看，硬件译码的效果要远优于软件译码，但PMP的多功能应用逐渐被强调的现在，纯硬件译码核心（以MCU的形式）就比较难以单一方案配出具有不同功能差异性的产品线路。
利用固定线路（Hardwired）ASIC来进行译码工作，辅以低频率低功耗的中央处理器来处理IO沟通与通用运算的工作也是潮流之一，不过这类产品在除错方面难度较高，因此对于ASIC的质量验证必须有较高的要求，不过这类开发方式可兼顾性能与功耗，其实算是相当合宜的方式，不过此类设计必须注意周边组件的搭配，在设计难度上较高。而在多媒体处理器的价格逐渐合理化的趋势之下，采用整合所有常见功能于单一芯片的硬件架构，除了能够大幅缩短产品开发时间，电路版与整体机构也不会过于复杂，因此也能有助于大量生产。
此类多媒体芯片其实并不一定只供PMP产品使用，许多公司也都采用通用架构，单一芯片可应用于手机产品，也可以应用于MP3或者是PMP，只要变换不同的软硬件开发套件，便是不同的完整功能产品。采用这类解决方案，除了能多方拓展产品线，也同时避免了产品过于单一，没有多余的选择性与未来发展性。
目前常见的多媒体处理器多为基于ARM技术的RISC体系，即使不使用官方提供的软件套件，依然能够自行寻得相当庞大的软件开发资源，当然，若要使用芯片上的特定功能，可能就只有官方的开发套件才有办法提供。
而就目前来看，采用闪存作为储存媒体的PMP机种不断出现，虽然使用闪存可以有效的缩减PMP产品的体积，并且提供更长的连续播放时间，但是闪存价高，容量相对也过小。如果想要打进消费市场，闪存的成本还需要进一步的调降。而PMP注重影片观赏的效果，依此为前提，屏幕势必不能设计的太小，这么一来机体的体积也就会被限制在一定的程度，不能做的太小，因此即使采用微型硬盘，并搭配较大容量的电池设计，也不至于对外型影响太大，微型硬盘的大容量（1.8英寸硬盘已经可以突破100GB的储存空间）是对消费者的绝大诱因，又小又昂贵的闪存并不适合用于一般纯粹的影片播放功能，或者是有其它大容量储存需求的PMP产品中。但如果是应用于具有GPS、数字电视接收或者是MP3收听功能，不以影片欣赏为主要诉求的PMP机种上，则是可望抒解复杂功能所带来的功耗问题。

■SigmaTel－STMP3700

STMP3700芯片能够让PMP的视讯播放能力达到在QVGA分辨率下以30帧/秒的速率，能够支持MPEG-4（Divx、Xvid）、无线蓝牙、H.264和WMV格式视讯档案的播放。而STMP3700在功耗设计方面经过相当的改进，在1款使用400mAh锂电池的STMP3700 PMP装置上，可以满足4个小时的视讯播放和60小时的音乐播放能力，并且与微软PlaysForSure 2.2x版本及Vista操作系统兼容。
■Freescale－i.MX31

i.MX31算是已经相当具有历史的1款多媒体应用处理器，过去也常被应用在手机等移动装置上，其抢先采用ARM11核心的作法，也让i.MX31效能比一般采用ARM9核心架构产品为高。i.MX31处理器包括了先进的电源管理、安全控制、数字版权管理、及影像处理技术。此外，也具备了向量式浮点运算处理器和L2快取。此外，为了改善移动娱乐所需的效果，i.MX31与处理器内建了功能非常完整的显示控制器，并且拥有独立的影像处理单元(image processing unit，IPU)，足以提供每秒30张VGA等级画面的质量，而且也能够透过程序更新来支持更多的视讯编译码加速。
■凌阳－SPCA5050

SPCA5050这款PMP芯片解决方案，支持MPEG4/DivX 5.0影像播放、FlashLite 2.0播放、游戏，以及MP3/AAC/WMA等音效格式播放，在功耗方面的表现相当优秀、具备了长时间播放的能力，SPCA5050也支持最高到10英寸的高画质液晶屏幕，提供更为优秀的视觉享受，而SPCA5050除支持多种如CF/SD/MMC等储存媒体以外，也具备了高速USB端子，并且支持连接输出到TV与GPS等设备，让客户自行添加具备竞争力的功能组件，以求与市面同性质产品区隔出不同的定位。
■Renesas SH－MobileR（SH7700系列）

在ARM/MIPS的浪潮中，Renesas的SH-MobileR是市面上少数可见的SuperH RISC核心之一，该产品 具备1颗高效能 SH4AL-DSP CPU 核心，其效能在 266 MHz 最高工作频率下可达 478 MIPS （每秒百万指令）。SH-MobileR 提供种类丰富的中介软件，包含了各种视讯音效编译码功能，也能加入DRM保护。内建的 VPU4 （视讯处理单元 4） 影像处理 IP，可支持全球数个地区的数字广播所采用的 H.264 动态影像压缩标准的编译码加速工作。在 66 MHz 工作频率下，VPU4 能够以 30 fps （每秒画框数） 的速度进行编码和译码 VGA 大小的动态影像，使动态影像能以标准电视般的流畅度来显示。
■TI－TMS320DM644x

TI（德州仪器）公司此款产品推出相当久，如同TI公司的传统一般，此款处理器也是基于ARM与DSP的双核心架构之下，通过软件的更新，可支持几乎所有种类的视讯音效编译码工作，而由于DSP核心的高效能表现，在播放流畅度方面也是无庸置疑。此外，本产品也支持了影像与音效的录制能力，加上相当齐全的外部组件连接能力，可非常自由的搭配PMP产品的功能。不过在ARM核心部分的频率较低，一般通用运算表现较弱，但是在PMP应用方面，这点可以说完全不会构成问题。采用此解决方案必须具备较高阶的程序编写能力。
■珠海炬力－ACU7517

与一般PMP解决方案常见使用32位RISC核心的方式不同，此款处理器整合了8位的MCU与24位的DSP，可以说是完全针对移动多媒体播放而设计。音效格式播放能力方面，除了传统的MP3、WMA、AAC等格式外，还支持Q0到Q10的OGG格式，以及无损的APE格式解碼。ACU7517也整合了AMV视讯译码引擎，支持全格式视讯（包括ASF、RM、MOV、DVD）和SWF转换与播放能力，在速度上也取得了很大突破，该公司也提出了自有的AMV视讯格式，不过消费者支持度并不高。ACU7517能够在2.2寸液晶屏幕上以每秒15张的速率播放视讯。成本低可以说是此款产品的最大优势。
■意法半导体－STn8815

STn8815为其ARM9 CPU核心添加了L2高速缓存是其最大特色，在音效视讯加速器内也增加了1个专用的影像及图形处理单元。透过此加速处理单元，可以每秒30个讯框的速率播放分辨率达VGA的各种视讯格式。在音效处理方面，内建的智能型音效加速器支持多种音讯标准，如MP3、AAC、AAC+、WMA、Midi合成以及所有的主要的语音编译码器，并具备1个24位音效数据信道，拥有噪声抑制、回声消除、立体声强化与环绕音效等功能。透过不同类型的加速器协同工作，耗电的CPU核心便无须随时满载，且主动电源管理功能将关闭芯片内的非活动部分电源，使CPU保持在低电流模式，有效延长PMP产品的持续播放时间。
■ADI－BF561

基于BF561的高阶Blackfin PMP方案，BF561采用了对称多处理的架构，在1颗BF561芯片内部整合了2个BF533 DSP核心，2个核心频率都可以高达700MHz以上，是目前少见的高效能架构。此方案在音效播放能力上，支持了MP3/AAC/WMA等流行格式，并且具备AC-3/Bolby耳机的播放能力，ADI的虚拟音效功能可实现SRS WOW ST OGG Vorbis音效播放。此款解决方案也支持了JPEG、BMP、GIF等图片格式的显示，PMP产品最关键的影片格式支持度方面，除了MPEG-4/2/1、WMV、Divx 3/4/5、Xvid1.0/1.1、H.264等必备播放能力以外，还支持了数字相机、录像、游戏、DAB/DMB/DVB-T/DVB-H等功能，并且加入了RM格式的播放译码能力。