MP4播放器的工作原理、底层系统、硬件架构和芯片方案等
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一、MP4播放器的概念
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??? 顧名思義，MP4播放器是一個(gè)能夠播放MPEG4文件的設(shè)備，它可以叫做PVP（Persomal Video Player，個(gè)人視頻播放器），也可以叫做PMP（Portable Media Player，便攜式媒體播放器）。現(xiàn)在對(duì)MP4播放器的功能沒有具體界定，它除了看視頻的基本功能外還支持音樂播放、瀏覽圖片，甚至部分產(chǎn)品還可以上網(wǎng)。
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??? MP4播放器產(chǎn)品范圍比較廣，根據(jù)是否采用液晶屏來看，有帶液晶屏幕的MP4播放器，也有不帶屏幕的MP4播放器，這種不帶屏幕的MP4播放器同樣支持VOB、DAT、AVI和MPEG4格式的文件播放，由于沒有液晶屏幕，用戶必須將它和電視連接才能看視頻影像，通常這種不帶液晶屏幕的MP4播放器也稱為多媒體硬盤，這種設(shè)備通常都具有數(shù)碼伴侶功能。根據(jù)采用的存儲(chǔ)介質(zhì)來分，可分為閃存型MP4播放器和硬盤型MP4播放器，閃存型MP4播放器采用閃存芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)，具有功耗低、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。
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??? 目前視頻MP3播放器也開始火起來了，也許你會(huì)問，視頻MP3播放器也可用來看視頻，那它和MP4播放器有什么不同呢？其實(shí)視頻MP3播放器和MP4播放器最大的區(qū)別除了采用的芯片方案不同外，支持的視頻格式也是不一樣的，或者說文件的壓縮方式不一樣。但低端的閃存MP4播放器和高端的視頻MP3播放器的區(qū)別不很明顯，一些廠商也因此把屏幕較大的視頻MP3播放器稱為MP4播放器，讓人弄不明白。根據(jù)習(xí)慣，對(duì)有屏幕的MP4播放器來說，它們和視頻MP3播放器最直觀的區(qū)別就是MP4播放器的屏幕較大，一般在2英寸以上，而視頻MP3播放器的屏幕一般在2英寸以下。
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二、MP4的硬件架構(gòu)
??? 與MP3播放器相比，MP4播放器的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，因?yàn)镸P4播放器需要性能強(qiáng)大的CPU或DSP、MCU芯片，以便進(jìn)行視頻的解碼編碼處理，并對(duì)LCD及USB接口等周邊組件提供支持。目前，推出MP4解決方案的半導(dǎo)體供應(yīng)商多達(dá)十幾家，這些解決方案大致可分為四類：一類是以德州儀器（Ti）、飛利浦為代表的基于CPU+DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理器）芯片的解決方案；一類則是以Intel和AMD為代表的基于通用CPU的解決方案；第三種則是以飛思卡爾（Freescale）及深圳安凱為代表的基于MCU（Micro Control Unit，微控制器）芯片的解決方案；第四種是基于雙CPU的解決方案。
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1.基于CPU+DSP的硬件架構(gòu)
??? 提供這類解決方案的廠商主要有SigmaDesigns、Ti和飛利浦等，這類方案中DSP芯片主要負(fù)責(zé)視頻及音頻的解碼和編碼工作，而CPU則負(fù)責(zé)檔案的管理和存取、系統(tǒng)支持，以及對(duì)使用接口、周邊組件等的控制。在這類方案中，DSP加CPU是MP4播放器的主要部件，它們要負(fù)責(zé)處理的部件包括硬盤、記憶卡及LCD顯示器、外部USB接口、操控按鈕等組件。基于CPU+DSP的解決方案能夠支持更高復(fù)雜度的視頻編解碼器，如H.264，而且，它還能夠通過軟件升級(jí)來支持新的媒體編解碼器。
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??? 在CPU+DSP的解決方案中，CPU和DSP有整合式和分離式兩種，整合式就是采用雙核單芯片設(shè)計(jì)，DSP和CPU被整合到一塊芯片中，比如Gini400采用的TMS320DM270就是雙內(nèi)核處理器；而分離式則意味著CPU和DSP是獨(dú)立的兩塊芯片。
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2.基于通用CPU的硬件架構(gòu)
??? Intel和AMD提供的是以通用處理器為核心的解決方案，如Intel Xscale PXA255和Intel Xscale PXA270，AMD的Alchemy AU1200。這種架構(gòu)的嵌入式處理器性能強(qiáng)大，如PXA270最高主頻達(dá)到了624MHz，AU1200的主頻達(dá)到500MHz，它們可以為媒體解碼提供強(qiáng)大的動(dòng)力。正由于采用了軟解碼方式，這種架構(gòu)對(duì)媒體的支持最為豐富，而且擴(kuò)展性強(qiáng)，設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要增加軟件編解碼器。不過，由于使用的是通用CPU，其解碼效率相對(duì)不高，通常只支持QVGA（320×240）和D1（720×576）分辨率的視頻解碼，要支持720P和1080i這類高清格式幾乎是不可能的。另外，這類方案的還有一個(gè)缺點(diǎn)就是耗電量高。
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3.基于MCU的硬件架構(gòu)
??? 以上兩類方案中，其音視頻的編解碼工作均需要軟件的幫助才可實(shí)現(xiàn)，而基于MCU的方案是由硬件實(shí)現(xiàn)音視頻的編解碼，如飛思卡爾（Freescale）的i.MX31和i.MX31L處理器，它基于ARM11，并集成了eMMA多媒體加速器；而安凱的AK3220M芯片內(nèi)部集成了專用于視頻的硬件解碼器和用于音頻的音頻處理器。由于是基于硬件解碼，所以這類方案支持的音視頻格式種類受到了限制，例如飛思卡爾的方案能夠支持MPEG4、H.263的編解碼，但不支持MPEG-2。和這種情況類似，夏普的方案是基于ARM9的單顆32位MCU，支持的媒體格式也比較少。不過，采用這類方案的MP4成本最低，目前很多低檔MP4播放器都是采用這類方案。
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4.基于雙CPU的硬件架構(gòu)
??? 從整體配合上來講，采用雙CPU芯片的MP4解決方案是最合適的，一顆CPU支持OS，一顆CPU進(jìn)行解碼，兩顆CPU相互配合，這是目前業(yè)內(nèi)最完美的解決方案。但目前還沒有正式的特別穩(wěn)定的這類芯片發(fā)布，業(yè)內(nèi)還在持觀望態(tài)度。
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三、MP4的底層平臺(tái)
??? MP4播放器所使用的嵌入式操作系統(tǒng)有Windows CE、Linux和廠商自行開發(fā)的操作系統(tǒng)，也有MP4播放器不使用任何操作系統(tǒng)的。
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??? 目前，使用英特爾解決方案的MP4播放器基本上使用的都是WinCE平臺(tái)，PMC（Portable Media Center）操作系統(tǒng)就是在Windows CE.NET基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，它使用了為便攜式媒體中心特別提供的Windows Mobile軟件，內(nèi)置了Windows Media Player播放器，采用了Windows Media 9 技術(shù)：包括Windows Media Audio 9、Windows Media Video 9 和 MP3編解碼器，并采用了Windows DRM（Digital rights management，數(shù)字版權(quán)管理）技術(shù)。基本上說PMC是Pocket PC的簡(jiǎn)化版，它采用了開放式架構(gòu)，在應(yīng)用軟件上可另行擴(kuò)展，只須安裝第三方軟件便可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，如個(gè)人事務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電子書等。事實(shí)上，英特爾的解決方案支持微軟WinCE 5.0和PMC操作系統(tǒng)，同時(shí)也可支持Linux。同樣，AMD和TI的解決方案也支持WinCE和Linux。
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??? 事實(shí)上，在MP4領(lǐng)域，Linux的陣營(yíng)要比PMC陣營(yíng)更為強(qiáng)大，采用了Linux的MP4品牌包括愛可視、Thompson RCA、Digital Cube、DM Technology、RIFA及國(guó)內(nèi)的眾多MP4品牌，而像艾利和這樣的廠商則“腳踏兩支船”，同時(shí)推出了采用PMC和Linux操作系統(tǒng)的MP4產(chǎn)品。Linux在媒體格式的支持方面比PMC要開放得多，由于Linux的開放性，使得很大一部分軟件可以免費(fèi)進(jìn)行移植修改，這樣可以節(jié)約大量的授權(quán)費(fèi)用。廠商也可以為產(chǎn)品開發(fā)出非常豐富的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電子郵件、游戲、個(gè)人事務(wù)處理甚至GPS電子地圖。
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??? 除了以上兩種操作系統(tǒng)之外，BSD、Symbian等嵌入式操作系統(tǒng)也可以作為MP4播放器的操作系統(tǒng)使用，還有些實(shí)力較強(qiáng)的廠商開發(fā)了自己專用的操作系統(tǒng)，如飛利浦和安凱等方案提供商向MP4生產(chǎn)商提供了占用內(nèi)存空間非常小的免費(fèi)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的不同也讓MP4產(chǎn)品呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的景象，這種情況和手機(jī)非常類似。
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四、常見的MP4解決方案
???? 目前，推出MP4處理器和解決方案的半導(dǎo)體供應(yīng)商多達(dá)十幾家，除了以上提到的英特爾、AMD、Ti、Freescale、飛利浦、深圳安凱之外，還有SigmaDesigns、意法半導(dǎo)體（ST）、中國(guó)臺(tái)灣凌陽(yáng)等廠商。這些廠商提供的解決方案由于架構(gòu)不同，所以在性能、接口、功能、功耗等方面差別很大，從而造成了目前MP4播放器產(chǎn)品的差異。目前MP4廠商主要采用以下一些MP4解決方案。
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1.Ti DSP＋ARM的解決方案
??? Ti的解決方案（圖1）采用的是CPU搭配DSP的方式，它利用DM320/270 DSP芯片進(jìn)行音視頻編解碼處理，而ARM處理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)處理及支持外圍設(shè)備接口。它所支持的媒體類型非常豐富，包括MPEG4 SP/ASP、DivX、MPEG1/2、WMV、WMA、QuickTime 6、H.264、AAC-LC、MP3等格式。除了H.264格式外，均可以實(shí)現(xiàn)D1分辨率（720×576）視頻的實(shí)時(shí)解碼（30fps），而H.264的解碼分辨率也可達(dá)到CIF（352×288）水平。本方案還擁有超強(qiáng)的編碼能力，DM320方案錄制MPEG4 SP視頻可達(dá)到D1的質(zhì)量（30fps），而DM270可錄制VGA（640×480）質(zhì)量的視頻。Ti方案均可支持USB2.0 OTG接口。由于此方案必須使用ARM處理器，因而它在成本上并不占優(yōu)勢(shì)，而且有功耗大的缺點(diǎn)。
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??? Ti通過與Ingenient合作，提供了最成熟的MP4設(shè)計(jì)方案。早在2002年，愛可視即率先采用Ingenient的方案推出了世界上第一款MP4產(chǎn)品——Jukebox。目前，包括愛可視、索尼、RCA、艾利和、微星、奧林巴斯等眾多著名廠商都采用了Ingenient的方案。
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2.Intel PMC解決方案
??? 英特爾攜手微軟推出的PMC架構(gòu)（圖2）是基于通用CPU的解決方案，PMC和Wintel聯(lián)盟推出的Pocket PC非常類似，它同樣也是采用Intel Xscale PXA255/270處理器，軟件平臺(tái)也是和Pocket PC類似的微軟Portable Media Centers。其中，基于PXA255的方案有功耗低、支持媒體格式多的優(yōu)點(diǎn)，但它不能支持分辨率較高的視頻文件的編解碼（僅能支持320×240的QVGA）。而PXA270由于主頻高達(dá)624MHz，并且擁有2700G多媒體加速芯片的支持，在編解碼高分辨率視頻文件方面要更勝一籌。PXA270擴(kuò)展接口非常豐富，可支持SD/MMC/CF/ MS/MSPRO等讀卡器，也可支持PCMCIA、USB1.1、OTG、LAN、SIM、IDE等接口，還能支持CMOS/CCD攝像頭和外掛鍵盤等。
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??? PMC架構(gòu)目前得到了創(chuàng)新、三星、艾利和、索尼、東芝等廠商的支持，它們均已推出了自己的PMC產(chǎn)品。
3.SigmaDesigns EM851X方案
??? SigmaDesigns EM851X處理器（圖3）是目前性能最強(qiáng)、最全面的專業(yè)解碼芯片系列，如EM8510就采用了雙核單芯片設(shè)計(jì)，將200MHz 32位RISC處理器和媒體解碼器集成于單個(gè)芯片中，可在無需其它外圍芯片支持的情況下，完成系統(tǒng)所需各種接口的提供、系統(tǒng)處理等工作，并可以流暢地進(jìn)行WMV、DivX、MPEG4、MPEG1/2等視頻的解碼，對(duì)于MPEG4和DivX格式的視頻，它可支持對(duì)D1分辨率的視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼。采用SigmaDesigns EM8510處理器的MP4具備有視頻播放效果好，功耗低的優(yōu)勢(shì)。目前，采用這種方案的MP4產(chǎn)品還不多，韓國(guó)現(xiàn)代最新推出的HY-T28 MP4播放器中使用了EM8510芯片。
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4.AMD Alchemy解決方案
??? Alchemy AU1200（圖4）是AMD于今年1月推出的MP4專用處理器。這是一個(gè)低功耗、高性能的系統(tǒng)解決方案，它采用MIPS內(nèi)核的處理器，主頻可達(dá)500MHz，它針對(duì)MP4播放器進(jìn)行了專門的優(yōu)化，可支持的媒體格式包括MPEG1/2、MPEG4、WMV9、H.263、DivX、Xvid、MP3、WMA、WAV、ASF、 AVI、JPEG等。AU1200處理器的功耗極低，在播放D1質(zhì)量（720×480）視頻時(shí)功耗低于400mW，它可以支持大型顯示屏（1024×768），支持DDR1和DDR2 內(nèi)存，集成了媒體加速引擎，不需要外部DSP。另外，它還可支持USB 2.0 及OTG技術(shù)，具備LCD控制器、攝像頭接口和互聯(lián)網(wǎng)接入外設(shè)。Alchemy AU1200可支持Windows CE 5.0、Linux 2.6等操作系統(tǒng)。事實(shí)上，AMD Alchemy AU1200要比Intel的解決方案更具優(yōu)勢(shì)，性能更強(qiáng)、成本更低，但由于上市的時(shí)間較晚，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還看不到采用這種方案的MP4產(chǎn)品。
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5.飛思卡爾i.MX31/L解決方案
??? 飛思卡爾（FreeScale）的前身是摩托羅拉的半導(dǎo)體部門，主要致力于手機(jī)芯片的研發(fā)，其i.MX31和i.MX31L處理器基于ARM11平臺(tái)，主頻高達(dá)532 MHz，它支持MPEG4和H.263視頻的編解碼，視頻分辨率可達(dá)CIF（352×288）、QVGA（320×240），幀率可達(dá)30fps，它支持PacketVideo、RealNetworks 和Windows Media Player，除了顯示控制器外，i.MX31和i.MX31L處理器還集成了高速USB OTG端口，支持MMC卡和SD卡接口，i.MX31處理器采用了領(lǐng)先的電源管理、安全和數(shù)字版權(quán)管理、圖像處理技術(shù)。不過，i.MX31芯片本來是為智能手機(jī)設(shè)計(jì)的，雖然支持的接口類型比較豐富，但音視頻處理能力一般，播放MPEG4時(shí)不夠流暢，并且無法處理MPEG2視頻。基于本方案的MP4產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上也不少見，如深圳泰嘉樂的TechnoPMP等。
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??? 除了以上幾種MP4解決方案外，還有諸如飛利浦解決方案、Zoran解決方案、Ittiam解決方案、安凱解決方案和我國(guó)臺(tái)灣的凌陽(yáng)SPCA536解決方案等等，這些方案都有各自的特色，附表是幾種芯片方案的成本和參數(shù)比較。在目前的MP4市場(chǎng)上，Ti和英特爾的解決方案占據(jù)了高端產(chǎn)品的大部分市場(chǎng)，但隨著時(shí)間推移，SigmaDesigns和AMD的芯片方案必將嶄露頭角，成為市場(chǎng)的主流。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的MP4播放器的工作原理、底层系统、硬件架构和芯片方案等的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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