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PAGE1 / NUMPAGES7 手机设计讲座(2)视讯多媒体手机之系统架构规划　 Vincent Chiang　 目前电子产业的设计动能，无疑将很大的一部分集中在行动终端，尤其是手机的开发上头。就通讯环境来说，行动通讯系统持续朝向更高传输量及IP化发展，在应用上则带动了VoIP、email、简讯、Java Game甚至是VoD、Mobile TV等网络、广播服务的出现。这些应用型态，对于行动终端的设计都是新的挑战，本文将着重于探讨多媒体手机的开发及系统架构规划。 为了因应多媒体的表现，今日的手机必须在软硬件架构上进行必要的调整：首先是显示器，除了屏幕的尺寸愈来愈大外，为提升显示品质，在分辨率上从qQVGA、QCIF，一路往QVGA升级；面板技术上则从CSTN、A-TFT、LTPS，逐渐升级到OLED；此外，MVA、IPS等宽视角技术也愈来愈受重视。 在多媒体的应用功能上，包括了视讯（录像、视讯节目等）、音讯（语音、音乐、影音效果等）和图形（照片、游戏等），分别需要用到专门的处理技术，以及镜头、传感器、处理器、内存和显示器等硬件系统配备。以照相功能为例，手机相机除了诉求更高分辨率、对动态摄影要求具有SDTV视讯的捕捉能力外，光学伸缩镜头（Optical zoom）、手振校正功能及闪光灯都将是高阶手机的附加功能。 手机多媒体处理架构随着多媒体任务愈来愈繁重，单单依赖基频已难以承受所有处理工作，因此应用处理器（application processor）的角色就因应而生。将应用处理功能从基频中分离出来，一方面可以分担彼此的工作，另一方面则可以视市场的需求而各自调整、升级个别的功能，例如基频可以专注于因应通讯规格的变化，而支持GPRS/EDGE及WCDMA等多模功能。此外，系统业者也能依自己的需求来搭配这两个单元。 应用处理器在功能上的演进压力也很大，例如对照相功能得准备再升级到三百万，甚至是五百万画素，视讯上也得进一步支持30ftp的VGA画质；在图形处理方面，它得嵌入2D/3D绘图引擎，以满足游戏的临场感；至于必威体育精装版的应用需求则是支持要DVB-H、T-DMB或Media FLO等行动电视规格。 由于业者的技术背景不同，目前市场上应用处理器的架构作法也不尽相同，以处理器技术见长的厂商提出采用高效能的单一ARM核心来处理所有工作的架构；同时有更多人采用ARM加DSP的双核心架构，也就是将控制与讯号处理工作分流，由ARM的RISC核心主要进行控制工作，大量的讯号加、译码工作则交给DSP来执行。此外，有些专属性应用的处理工作非常消耗运算资源，这时，应用处理平台中会考虑加入专属的加速器来提升处理效能。 由于手机中的应用功能不断增加，因此，在应用处理平台中加入包括视讯、音讯、2D/3D绘图、PAN/WAN、安全和GPS定位等专属功能加速器的分布式处理架构，已成为多媒体手机的重要发展方向，请参考(图一)。此架构让系统能以更低的时脉频率达成复杂的多媒体工作，并能降低主处理器的负荷。以Nomadik平台为例，即是在ARM926EJ-S的主处理器核心外，搭配智能性视讯加速器（Smart video accelerator）和智能音讯加速器（Smart audio accelerator）、多媒体讯号处理器（MMDSP）、加速功能硬件（Acceleration hardware）等多颗可程序智能加速器来分担在音讯和视讯上的前、后处理任务。　 图一　分布式处理模式（以Nomadik为例）资料来源：ST　 在任务执行中，这些智能加速器在产生图像、录像、播放节目和双向影音通讯时，能独立且同时的运作，进而让系统能在低耗电的条件下达成需求的应用菜单现，所提供处理动力和内存频宽，足以驱动1024x1024 pixels的屏幕；此外，这些复杂的加速器能独立地与区域DMA和内存资源一起工作，让主处理器能在同一时间中更专注于处理应用功能，或进入省电状态来延长电池寿命。 视讯处理单元在视讯压缩技术方面，今日主要的格式包括MPEG-4、H.264、H.263和VC-1等。相较之下，MPEG-4问世的时间较久，市场上采用的情况也较高，但H.264由于是必威体育精装版的标准，能提供当前最佳的视讯压缩效能，并且已获得MPEG/lS0和ITU两大国际标准组织的支持，再加上它的适用范围极广，所以自2003年标准推出后，即成了HDTV、HD-DVD、手机及视讯串流等业者非常重视的规格。 不过，不同的视讯压缩格式，由于规格复杂度不同，需要的运算资源也不同；此外，编码（encode）又比译码（decode）耗用更大的运算资源。以MPEG-4为例，以软件来做译码或许还可行，但若要以软件来进行编码就会耗掉太多的系统运算资源。类似地，不同的显示器视讯品质也意味着不同的运算需求，例