具有联网功能的家用设备

如今，与连接互联网紧密相关的依然是台式机和笔记本电脑。随着网络连通性不断增强，甚至手机也成为个人导航设备，但其外型和屏幕较小，因此访问/共享网络上的视频和照片时并非最佳途径。但是，电视具有吸引人的宽大屏幕，所以在家庭中仍然占据主导地位。随着图片和视频共享网站(如YouTube、Flickr等)的出现，消费者想要享受的内容已超出他们的笔记本电脑和智能手机性能。由于这些网站的日益普及，消费者期望将其接入当前电视机依然占据主导地位的家中。在这样背景下，就需要一种家庭互联网设备(HID)，作为IP机顶盒，以便将网页内容或用户生成内容(UGC)接入家中。

产品构想与设计

构建互联网电视的三大要求

构建一个将互联网内容接入家中电视机的系统必须满足系统、软件以及连接这三大要求。

系统要求 需要在电视屏幕上实现丰富的Web体验，HID将连接到喜爱的菜单，如YouTube的视频列表或订阅Yahoo、Google或CNN的节目。可以开放“按需”服务，用户可以通过电视机接收服务(如他们喜欢的Tweets服务)；需要家庭媒体网络，HID将能够合并，作为网上以及家中所有媒体内容的家庭服务器使用。这可能意味着能够通过家庭PC服务器，直接在电视上观看Web视频，或观看您的孩子在学校表演的视频；需要丰富的互动游戏，丰富的3D图像互动游戏将显示在电视上而不是家用PC上，通过一个界面就可以实现丰富的用户体验。需要数码相框功能，HID作为与网络内容同步的数码相框(DPF)，可以将家人和朋友最新上传的图片迅速传送给您；需要即时通讯和视频通信，HID也将连接到IP网络，并作为家庭联网用户的视频通信设备，可通过Skype或Windows Messenger等应用程序进行对话。

连接要求

连接要求 需要互联网连接，假如此设备要求连接到互联网，并将网络内容接入电视，那么该设备应具有以太网连接。此外，也需要无线连接(802.11 a/b/g/n)，可使HID具备无线功能；

需要接口连接，HID的主要目的是在电视上播放互联网内容，若有一个S D/M M C卡接口，将可以实现在本地播放该设备内容。USB连接会增加与移动或其他设备内容同步的能力，也可以用作一个大容量存储设备接口；

需要显示连接，由于该设备的主要目的是将互联网内容传给电视，因此必须采用高清多媒体接口(HDMI)形式显示连接。其它连接，通过分量视频和S-Video输出将有助于与非HDMI电视保持兼容。由于显示媒体将是电视，因此无需液晶显示器连接，以便降低整体系统成本。还需要TV解码器和编码器芯片，以确保标准NTSC输出和S-Video可用，同时能够记录模拟TV或有线内容；

需要音频连接，立体声输出是T V的最低要求。附加线路连接有助于提供TV或有线内容的立体声录像功能。麦克风也有助于录制功能；

需要遥控功能，需要一个IrDA接口实现遥控访问设备。这也是上网浏览文本输入的主要接口；

需要相机接口，此接口能通过设备实现视频通讯。因为它是连接到互联网，所以在基于VoIP的通信过程中，利用相机可以现场共享视频。

软件要求

软件要求 需要进行媒体播放，该设备的主要目标是连接到互联网，将Web内容、视频和音乐接入家中。因此，系统要求包括一个媒体播放器，即能够连接到互联网的流媒体客户端。流媒体播放器需能够支持点对点内容发布(比如YouTube、Hulu或BBC iPlayer)。还需要支持其他内容输送机制，包括编解码器和数字版权管理(DRM)等功能，能够收看付费视频以及用户生成内容。此外，媒体播放器应该能够支持JPEG播放，以便提供具有一切必要过渡和特效的DPF功能；

需要流媒体服务器，由于HID还具有家庭网络设备主服务器功能，流媒体服务器支持将是一个有益的补充；

需要Web内容支持，由于Web支持主要用于这些设备，所以完全符合W3C的HTML/CSS独立式和嵌入式浏览器极其关键。提供Flash支持将使该设备受到顾客青睐，并能提供丰富的Web用户体验；

需要图形支持，活灵活现的游戏世界也需要Open GL ES 2.x支持, 同时也增强设备的Web体验。充满生气的DPF功能也需要图形支持；

需要Web支持，以Web工具包形式支持Web浏览以及支持订阅信息和/或下载和播放网站，例如点对点内容分发，将成为能否带给消费者丰富Web体验的关键。提供JavaScript软件支持，如果可能，提供硬件支持，将允许实现Web应用程序的无缝传输。{pagination}

选择合适的处理器子系统

鉴于上述系统和软件要求，需要能处理复杂软件以及满足网络要求的强大处理器。配备NEON形式向量协处理器的最新ARM Cortex系列处理器具有满足这些复杂软件要求的能力和扩展性。具有深度管线的Cortex系列处理器，能够达到更高时钟速度，因而非常适合这种要求苛刻的应用。

随着第三方软件在ARM处理器上的应用日益普及，同时能够在ARM处理器上轻松实现网络应用，所以ARM Cortex系列处理器非常适合在这些网络设备上构建。在市场上各类处理器产品中，德州仪器的OMAP系列是适合此类设备的其中一种处理器，特别是OMAP3515处理器，它包括时钟速度达600 MHz的Cortex-A8 + NEON，以及功能强大的图形协处理器，后者采用符合要求可创建HID的PowerVR SGXTM形式。

Cortex-A8 + NEON处理器能够处理多媒体和非多媒体应用。采用Cortex-A8处理器的NEON能够解码视频和音频流。

* 600 MHz时钟速度：它可以支持大多数视频标准，包括H.264、MPEG-4、以及占用75％的处理器负荷、采用标准分辨率的VC-1(SD)(每秒30帧720x480，每秒25帧720×576)；其余25％处理能力用于其它功能(比如音频解码和视频播放)。

* 附加功能：除了功能强大NEON向量处理器，OMAP3515的Cortex-A8内核还具有Trust Zone等功能，旨在保护消费类产品(能提高性能降低代码密度的Thumb-2和能加速基于Java的应用支持的Jazelle RCT执行环境架构)。

* 强大的图形功能：设备上强大的图形支持使UI应用程序渲染更加方便快捷，尤其是具有OpenGL ES 1.1和2.0以及OpenVG 1.0支持时。16Kbytes L1——指令缓存和16Kbytes L1—— 数据缓存，以及一个统一的256K L2缓存，可帮助加快所有的多媒体性能及非多媒体算法。O MAP3515内置显示子系统支持包括24位RGB输出、高清分辨率输出、复合NTSC/PAL视频支持，以及输出图像从1/8调整到4位与8位α混合。

* 广泛连接：可移动媒体接口，以MMC/SD/SDIO记忆卡形式支持，允许按照系统要求和上述连接需求存储媒体。HID连接需求通过串行和远程IrDA的UART连接满足，包括USB OTG支持。此外，该设备能够解码JPEG图像，这是数码相框的要求。

* 生态友好系统：强大的Cortex-A8 + NEON内核可以在400兆赫(H.263或MPEG-4视频)以下，同时运行一个CIF通道编码和解码，以提供视频通信功能。全面的上电复位和时钟管理，有助于降低能耗，从而实现环保设计。设备结构图如下面图1所示。

软件架构

基于上述OMAP3515系统框图和设备功能，我们现在需要建立一个装配必要软件的HID软件架构，其能连接到互联网并能将Web内容传到家中的电视上。

软件架构的第一步是评估操作系统(OS)的选择。操作系统可考虑多种选择，但由于Linux作为免版税操作系统大量涌现，并且可用作设备的Linux端口，这种选择似乎是显而易见的。例如Google Android，已经拥有一个强大的开发团队，并迅速普及。它还具有将Google应用程序与媒体播放器框架捆绑的优势。

驱动器将需要由选定的连接设备支持。这包括视频输出或帧缓冲驱动程序，后者通过一个HDMI/DVI连接或通过NTSC/PAL，可在电视上显示视频。此外，需要WLAN、WiFi和Bluetooth驱动程序用于连接，以及USB和MMC/SD卡驱动程序用于支持海量存储。视频通信应用还需要图像接口和摄像头驱动程序。其他标准嵌入式支持(如bootloader、NOR/NAND闪存支持)用于读取操作。

在中间件方面，考虑到将YouTube和其他互联网的内容接入电视，能够支持网页内容播放的多媒体引擎以及支持视频通信等其他功能这些关键要求，数码相框的功能至关重要。

Ittiam媒体系统SDK(MSS)是一个成熟的多媒体引擎，与编解码器和组件捆绑在一起。这已在几个TI OMAP平台上针对不同的多媒体应用得到核实，这些应用包括便携式媒体播放器和录

像机、数字视频录像机、广播交付、转码器、流媒体客户机/服务器、数字媒体适配器和网络媒体播放器。Ittiam MSS有一组严格定义的媒体应用程序编程接口(API)，包括一个多媒体应用程序的许多功能，还拥有一个强大的编解码器和分析器、设计者、流子系统、DRM等并能够无缝融入几个外围设备的组件系列。

这种小尺寸、高度便携的MSS专为嵌入式多媒体设计，确保高性能抽象层最大限度地减少转移到新平台所需的移植工作。凭借其SDK类方式，它使应用程序开发以及与其他中间件和应用组件(如DLNA客户或流协议)的集成简单易行。

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媒体系统SDK也能够支持SIP语音和视频通话。音频和视频编解码器在Cortex-A8 + NEON上经过优化，可提供所需的解码和编码能力，支持上述任何多媒体应用。这些编解码器均经过性能优化，能够确保将互联网内容传到电视的帧速率和分辨率，从而提供丰富的用户体验。

此外，该设备应支持软件的可扩展性，使设备上的软件能够升级，以支持日益提高的互联网需求。如图2所示，分层构建的软件堆栈有助于配合设备上的所有应用。高度优化的高效编解码器和DRM、文件解析器、RTP、RTSP、HT TP子系统等中间件连接到Ittiam媒体系统框架之类的框架上，它支持所有的多媒体功能，包括从文件或通过基于RTP/ RTSP系统等流媒体系统，或通过HTTP下载进行音频和视频流播放。M SS还支持具有过渡效果的JPEG显示，也可以运行音频同步幻灯片放映。同样，JPEG播放可以通过HTTP下载或通过RTP/RTSP系统实现。MSS的DRM支持配合Web应用程序，允许用户购买在线内容，并可通过下载或流媒体系统播放。

由MSS提供的API可以用于多个应用，支持媒体播放、归档与实时播放。MSS通过流媒体服务器也可以将本地服务器上的内容流播到家庭的其他设备上，或作为设备上具有DLNA客户端应用程序的家庭流媒体播放器。通过明确界定的Open GL API，利用硬件中的内置Open GL支持可以加快Adobe的UI增强功能和其他Web应用。此外，MSS以及摄像头和麦克风输入可以用来驱动视频通信应用程序，这些程序可以基于VoIP或在公寓或社区建筑的本地专用家庭网络上。

OMAP3515器件生态系统配合易于编程的Cortex-A8处理器内核和软件系统，就能够实现丰富的Web连接设备应用。

结论

在本文中，我们论述了家庭互联网设备的系统设计，它可作为一种配套设备，用于通过电视访问您最喜爱的网络内容。我们介绍了一种基于系统的完整可编程平台和软件架构设计。这种设计的优势在于简单、可扩展，能够应对不断变化的互联网多媒体需求。Cortex-A8处理器的可编程性和能力，使得设计可扩展，以适应新媒体技术以及超时应用。

作者：Murali Babu Muthukrishnan

　　　Ittiam Systems Pvt. Ltd.