基于RK3328平臺的4K碼流儀方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在TV 賣場或者展廳里面，需要多臺電視統(tǒng)一播放演示片源，現(xiàn)階段主要是通過多通道HDMI 碼流儀來實(shí)現(xiàn)，電視采用HDMI 通道顯示。近幾年電視已全面進(jìn)入4K時(shí)代，為了提升顯示效果，4k 輸出的HDMI 碼流儀也成了大家的必然選擇，而現(xiàn)在市面上銷售的4k 碼流儀大部分都比較昂貴，在賣場封閉機(jī)箱環(huán)境下長時(shí)間使用時(shí)往往容易損壞，導(dǎo)致現(xiàn)有電視廠商更換以及維修成本較高。本方案根據(jù)實(shí)際需求，針對HDMI 碼流儀，取RK3328 作為主平臺開發(fā)。RK3328 性價(jià)比高，其性能可滿足碼流儀應(yīng)用場合，運(yùn)行安卓系統(tǒng)流暢，用戶體驗(yàn)更佳。優(yōu)異的芯片性能代表更低的芯片功耗，對散熱片選型提供便利，同時(shí)支持HDMI2.0a 輸出，支持4K解碼，且能支持VP9、H.265、AVS 等大多數(shù)最新主流格式的解碼，更能滿足現(xiàn)如今電視廠商的需求。

1 4K碼流儀硬件設(shè)計(jì)

1.1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

本方案采用RK3328 作為主SOC 負(fù)責(zé)整個(gè)碼流儀的控制和多媒體解碼，RK3328 CPU 為4 核Cortex-A53 CPU，配置2 GB DDR3，32 GB EMMC， 具備USB2.0*1 和USB3.0*1 接口， 兼容RJ45 接口和板載WIFI 模塊，PCB 采用四層板雙面貼設(shè)計(jì)。采用HDMI2.0 HUBLT86104UX 級聯(lián)方案用來實(shí)現(xiàn)10 路HDMI2.0 輸出。本方案主要用于視頻播放，因此支持視頻格式較為豐富，主要視頻格式如下：MPEG2 編碼的部分視頻格式（MPG、MPEG 等，分辨率到1080I）；基于MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的DIVX、XVID編碼的部分視頻格式（AVI、MP4等，分辨率到1080P）；H.264，H.265 編碼的部分視頻格式（ AVI 等，分辨率到2160P）；AVS 編碼的部分視頻格式（分辨率到2160P）；rm 格式（分辨率720P）；VC-1 編碼的部分視頻格式（分辨率到1080P；MVC；部分FLV 格式（分辨率到1080P），DD, DTS Decoder,DRA, FLV, WMA, MVC,GAAC。軟件系統(tǒng)采用安卓7.1，主要有媒體播放器以及系統(tǒng)設(shè)置功能。其中媒體播放器具備文件管理、拷貝、播放解碼、播放控制；系統(tǒng)設(shè)置具備分辨率設(shè)置、HDR 開關(guān)設(shè)置、HDMI 4K 輸出、系統(tǒng)U 盤升級等功能；開機(jī)直接進(jìn)入媒體播放器；系統(tǒng)框圖如下圖1 所示。

圖1 HDMI4K碼流儀系統(tǒng)框圖

1.2 主芯片內(nèi)部方框圖

RK3328 主芯片功能豐富，芯片自帶L2 Cache，WatchDog，PLL，Secure Timer、OTP 等功能，具備多路I2S、PCM、PDM、UART、SPI、I2C、SDIO3.0 等外圍接口。芯片方框圖如圖2 所示。

圖2 主芯片內(nèi)部方框圖

1.3 系統(tǒng)電源框圖

系統(tǒng)采用單12 V 供電，通過DCDC/LDO 產(chǎn)生系統(tǒng)供電，如SY8113/SY8120/SYT288A 系列IC 等，信號板部分需用到的電壓有12、5、3.3、1.8、1.5、1.2、1.0 V共使用了6 顆DC-DC，2 顆LDO 實(shí)現(xiàn)。整體系統(tǒng)電源框圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)電源框圖

1.4 DDR核心部分設(shè)計(jì)要素

本方案采用4 層板外置DDR3 模型設(shè)計(jì)，因RK 方案的特殊性，其對DDR 部分layout 要求嚴(yán)格，對內(nèi)層地的完整性要求較高。在方案前期第1 次貼板回來燒錄軟件后會出現(xiàn)程序跑飛問題，查看打印信息定位DDR異常，嘗試燒錄DDR 333MHz 的軟件，系統(tǒng)能正常運(yùn)行，但由于DDR 頻率較低播放4K 視頻會出現(xiàn)卡頓情況。經(jīng)對比RK 公版，懷疑是DDR 部分鋪銅未按照公版PCB 進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下圖4 所示。

圖4 DDR layout設(shè)計(jì)

從圖4 可以看出，調(diào)整layout 設(shè)計(jì)后信號線參考地線更加完整，重新貼板測試正常，DDR 運(yùn)行速率能正常提升到786 MHz，4k 碼流播放正常。

1.5 HDMI2.0 輸出方案

HDMI2.0 輸出方案采用LT86104UX 級聯(lián)方案，LT86104 為龍迅的一顆一進(jìn)四出HDMI HUB 芯片，RK3328 HDMI2.0 輸出固定分辨率為4K@60Hz，LT86104 接收到HDMI 信號后，輸出兩路HDMI2.0信號直接到HDMI TYPEA接口座，另外兩路分別再級聯(lián)到兩顆LT86104 芯片，每一顆LT86104 芯片再輸出4 路HDMI 信號到HDMI TYPEA 接口座，從而形成10 路HDMI 輸出接口，每一路HDMI 輸出口均帶有指示燈， 當(dāng)有HDMI 通道接入時(shí)對應(yīng)指示燈會點(diǎn)亮。為方便固件控制，LT86104 芯片通過外部MCU 控制，MCU 采用新唐N76E003 型號，燒錄需要采用新唐專用工具NuMicro ICPProgramming Tool。

2 結(jié)束語

隨著超高清時(shí)代的到來，在TV 賣場以及展廳等場景將越來越多的需要4K 碼流儀，甚至在不久的將來將陸續(xù)普及8K產(chǎn)品。本方案通過創(chuàng)新性方式展示了一種極低成本的HDMI 4K 碼流儀硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，相比于市面上的產(chǎn)品成本降低30%以上，為后續(xù)HDMI 8K 碼流儀的低成本設(shè)計(jì)提供了重要參考，在為現(xiàn)有電視廠商降低負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也希望能夠?yàn)槌咔瀹a(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)一部分力量。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年7月期）