二、mp4播放器
前文进过,mp3播放器是一种主要对mp3等音乐文件进行存储、解码和播放的微小型数字音频设备。那么mp4是什么?简单的说,mp4播放器就是“随身看”,与mp3播放器是“随身听”相互对应。mp4播放器比较正规完整的称呼就是掌上型多媒体(影音)播放器,英文缩写为pmp(portable multimedia player)。mp4播放器可以流畅地播放视频,观看图片和文字,同时也支持音频播放,只是主打功能为视频播放。市面上还有用pmc(微软统定硬件和软件),pvp(类似pmp),pvr(侧重视频录像),pma(pda与硬盘mp4的合体)等称呼的播放器,虽然市场销量和社会拥有量远远不及pmp(mp4),但它们基本上都是属于掌上型多媒体数字设备,只是比一般mp4多了些功能和特点而已。
1.mp4播放器的主要功能特点
mp4播放器的主打功能为视频播放,那么视频mp3播放器也可播放视频,它与mp4播放器有什么区别呢?
视频mp3的主要功能还是播放mp3等音乐文件,其音频处理芯片在播放音质和支持类型方面较强,而视频播放只是其附属功能,一般只能支持mtv、mvx、smv和dmv等特定格式的视频文件,文件资源少,且通用性弱,很不利于用户间交流分享。mp4则主要用于视频播放,其最大特点是支持的视频格式丰富,无需麻烦的格式转换,可直接播放大多数主流的视频文件,主要有:rm、rmvb、flv、xvid、divx、avi、dat、mpg、vob等格式的文件。
在显示屏方面,视频mp3的液晶显示屏一般较小,大都集中在1.5英寸到2.5英寸之间,观看起来比较费神,分辨率也较低,多为220×176或以下。而mp4则不同,大屏幕是其主要卖点,2.5英寸到7英寸规格不等,而且分辨率也较高,宽大的屏幕使视觉效果大大增强,犹如观看小电影。
此外,mp4的容量通常也是较大的,过去至少1gb以上,现在趋向于4gb以上,硬盘式播放器则至少10gb,这是存储电影等视频文件所必备的特性。有些mp4还拥有数码相机、电视、dvd、mid和游戏机等多种功能。随着技术的发展,还可能实现dmb、pda和gps等功能。
关于mp4的概念和定义,报刊和网络上曾经一度争论激烈,有的说是mp3的下一代产品,也有称是能够播放mp4音频文件的播放器,还有认为存储容量、屏幕都足够大的才能称之为mp4播放器,等等。甚至有洋洋洒洒写了近万字的文章,分析了mp4音频、mpeg-4视频和播放器等的关系,读者看后却如入云里雾里,最后还是不得要领。其实这种争论没必要,目前并没有mp4播放器的国家或行业的标准,mp4播放器就是掌上型多媒体播放器,就这么简单。对消费者而言,你总不能给个mp4名称你就不考虑其功能和性能就买这个产品了吧?对维修人员来讲,重要的是要知道所检修的播放器采用什么主芯片,大体的电路结构、原理和基本维修方法及技巧,而不是研判它究竟是不是“mp4”。
2.mp4播放器的发展回顾
mp4的称呼与mpeg-4(编码)压缩标准密切相关,以至于有人说mp4就是mpeg-4的简称。那么何谓mpeg?mpeg是moving pictures experts group(运动图像专家组)的缩写。mpeg成立于1988年,其组织成员都是数字影音讯号处理技术的专家,组织的目标是致力于建立数字影音的标准格式iso/iec standard,并成为国际公认并广泛采用的标准。
mpeg-1早于1992年制定。此规范提供每秒30帧352*240分辨率的图像,是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。其音频具有逼近cd的音质,影像品质则相当于vhs,我们熟知的vcd就是mpeg-1编码制作的影片,对应的文件扩展名为mpg、mpeg或者dat等。
mpeg-2制定于1994年。mpeg-2主要针对高清晰数字影片,设计目标就是提供接近广播级的高品质输出,获取高品质影像和更高的传输率,声音更具备了cd的音质,而且其音频编码可提供6个(5.1)声道。近年来大行其道的dvd影片的视频部分就是使用mpeg-2这种压缩标准制作的,对应的文件扩展名一般为vob。
mpeg-3最初专为hdtv(高清电视)制定,由于mpeg-2的出色表现已符合hdtv的要求,故mpeg-3还未彻底完成便被淘汰。需要指出,mp3文件并非使用mpeg-3规范制作的,而是利用mpeg-1中的第三层音频压缩标准制作的声音文件,但至今有些资料竟然还认为mp3就是mpeg-3,这是完全错误的。
mpeg-4是目前最有影响力的多媒体数据压缩编码国际标准之一,它的全称为音频和视觉对象的通用编码。mpeg-4标准于1999年公布,它定义了音频、视频等多媒体数据语法结构和解码过程、互联网传输和人与媒体交互的一整套框架,覆盖了多媒体的绝大部分应用领域,具有高压缩比、灵活性好、可扩展性和交互性强等优点。mpeg-4追求的是高压缩率和网络交互能力,主要用于制作适合网络传输的多媒体文件。其压缩率惊人,可提供图像画质接近dvd, 声音音质媲美cd,但大小只有dvd 1/6到1/8的视频文件。所以除了视像电话,视像电子邮件等网络传输外,一般的mp4播放器或具有视频功能的手机等,都是以支持mpeg-4标准的各种格式文件为主。当然它是一种有损压缩标准,影音质量还是与dvd有一定差距的,但这并不影响它作为一种优秀多媒体应用技术规范而被迅速推广。
mpeg-4标准发布后,由于上述优点,使其逐渐步入了主流视频的行列,也为日后mp4播放格式的确定了初始的标准。当初mpeg-4视频方面广泛使用的压缩方式是足以媲美dvd影片效果的divx和xvid,mp4主要就是指能播放常见mpeg-4 divx和xvid视频文件的播放器。应该指出,mpeg-4是压缩编码标准(规范),采用此标准的视频文件很多,它们还有不同编码方式(如divx等)和不同封装格式(如avi等)的区别。而我们常说的avi、rmvb等“格式”通常是指封装格式。但对播放器视频性能和视频文件而言,仅给出封装格式往往是不够的,还要了解其编码格式和编码标准等,例如有一个avi视频文件,知道它是采用mpeg-4压缩标准、以divx编码的、用avi格式封装的文件,这样就比较全面了。
当前,mp4就是泛指掌上型多媒体播放器,简称随身看,许多mp4所支持的视频格式也明显扩展了,并不局限于divx和xvid。当然,就像彩电等家电一样,不同牌号的mp4播放器也有性能和功能的差别,这就是mp4之间的不一样。而现在的mp4文件主要是指采用mp4封装格式的影音文件,其音频编码一般采用aac,视频编码为avc,着名的ipod播放器就是支持mp4格式的pmp。
2002年,法国厂商“爱可视”(archos)发布了全球第一款mp4播放器产品,通过内置解码技术支持mpeg-4格式文件的放映。
到了2004年5月,软件巨人微软联合英特尔发布了基于mp4理念的pmc(portable media center)标准,并提供“plays for sure”多媒体内容下载服务,同时三星、“iriver”、创新、“gate way”等众多大厂也加入到这一联盟中。
2005年中,mp4开始在数码视听领域里受到重视,三星、创新、“gate way”、d-link等公司纷纷推出了各自的mp4产品,爱可视和d-link还发布了具备无线上网功能的mp4播放器,几乎同时,国内厂商爱国者、新科等也纷纷展示了相应的mp4产品。今天的mp4阵营已从当初的蓄势待发态势发展到百花齐放的局面,并且还将蓬勃发展, 生机勃勃。
目前市场上的mp4播放器可谓是五花八门、琳琅满目,图2-1示出了几种典型的播放器外形(不包括高清播放器),供参考。和mp3一样,mp4播放器可以按容量、存储体类型、功能、款式和主芯片类型等不同进行分类,其分类基本与mp3类似,这里不再赘述。对mp4播放器而言,由于以视频播放为主,故而需要较大容量的存储体,前两年因为受到flash容量限制,硬盘式mp4播放器就比较适合市场需要,例如,爱可视av700播放器,采用40g的硬盘以及7英寸的显示屏,支持divx 编码的avi和wmv9等格式文件。具有较大的显示屏和存储空间,对视频格式的支持也好,但是价格很高,而且微硬盘不太抗震,所以问津者寥寥,市场拥有量极少。现在大容量、低价格的flash已被大量应用,mp4也以“闪存式”为主了。
随着mp4产业的飞速发展,现在不少人认为mp3终将被mp4取代,其实不然。这里面一个是价格问题,通常mp3的价格比mp4低的多;另一个因素是消费群体不同。许多用户并不看重mp4这类便携式视频播放器,因为mp3可以边走路(或边工作)边欣赏,但如果是看mp4的话,就很难实现了;况且对喜爱欣赏大片的消费者来说,掌中播放器显然不如家里的家庭影院或大彩电来得过瘾,他们认为mp4只是一种供旅途中解乏和消磨时间的视频播放器而已。
此外,目前的一些手机、pda等也已具备或部分具备了mp4功能,是否会取代mp4呢?答案是否定的。手机仍是以电话功能为主,其多媒体播放功能大都受到画面尺寸、支持格式、电源续航能力等的限制,是不能与mp4相提并论的,只能算是附加功能而已。
3.mp4播放器和rmvb播放器
mp4的蓬勃发展是和rmvb播放器(也称real便携播放器或rm/rmvb播放器)密不可分的,2007-2008年期间,rmvb播放器在许多爱好者心目中甚至成了mp4/pmp播放器的代名词。因为在这之前,mp4播放器的发展态势处于低潮阶段,直至rmvb播放器应运而生,mp4才开始重获生机,并且发展迅猛。
在mp4播放器处于低潮的时期,mp4最让用户头疼的问题不是电池续航能力,也不是存储容量,而是视频格式的转换,这是制约mp4发展的最大障碍。由于视频压缩标准和编码、封装方式有很多,而许多播放器只能支持其中一种或几种视频格式文件,其余格式的文件必须用视频转换软件转换后才能播放;这种转换不仅会使画质下降(甚至无法观看),而且操作繁琐,最不能容忍的是耗时太长和占用电脑硬件资源过高。如果一部影片时长80分钟,转换需时73分钟,转换过程中电脑基本不能用于其他工作,这种情况有多少人能够忍受?这种播放器的生命期会长吗?所以开发研制能够直接播放网上资源丰富的视频文件的播放器,才是发展mp4的最好出路,后来出现的rmvb播放器就是被开发出的非常红火的mp4。
大家之所以看好rmvb播放器,是因为网上的rm/rmvb视频格式文件非常多,几乎占据了网络视频的80%以上,可谓海量资源,用户群相当庞大,这些免费资源能被mp4方便使用播放,就大大提升了播放器的实用价值,从而使mp4的社会拥有量迅猛增长。那时,mp4实际播放的视频文件以rm/rmvb文件为主,厂商推出新品大都也以“直播rmvb文件”为主要卖点,因此mp4播放器与rmvb播放器在许多人眼里是划等号的,尽管这种看法是片面的。
但是rmvb播放器的发展也不是一帆风顺的。早在2005年,深圳泰嘉乐公司就推出了支持rm/rmvb视频的mp4播放器,当时引起了很大轰动,但还没等到全国上市就胎死腹中了,原因主要是该机对文件的画面分辨率、视频音频“码流率”和编码标准等要求苛刻,许多从网上下载的rm/rmvb格式文件都不能直播,这当然不可能受到消费者的青睐。
到了2006年,第一款具有真正实用意义的rmvb播放器--爱国者p881诞生了(图2-2)。这款被厂商自己喻为mp5的播放器采用主频高达1ghz的arm11主控芯片(飞思卡尔方案),可轻松解码播放分辨率640×480像素、帧率30帧/s的rm/rmvb视频格式文件,实现了绝大多数rm/rmvb文件无需转换、即下即看的功能。但由于售价(2000多元)始终居高不下,制约了这款产品的普及,再加上其采用了硬盘作为存储器,体积较大,携带显得较笨重且防震性能较差,所以也没能掀起mp4销售的热潮。
直至2007-2008年,随着“瑞芯微”、华芯飞(“君正”)、华恒等厂商开发出实用功能强大的芯片方案,rmvb播放器才开始逐渐普及,并在2008年形成了较大的规模。这块市场的主芯片主要由三个系列品种占据着,分别是“瑞芯微”rk27xx系列,包括rk2706、rk2708、rk2710和rk2712等芯片;华芯飞(“君正”)jz47xx系列,包括jz4725、jz4725b、jz4730、jz4731、jz4732、jz4740、jz4750和jz4755等;华恒bf5xx系列,包括bf533、bf542、bf544、bf547、bf548和bf549等。
其中“瑞芯微”rk27xx方案涵盖面最广,从“低端”到“高端”都有它的份额,被众多品牌的播放器厂商相继采用,最多时有近300家厂商进行量产销售,其中包括“蓝魔”、昂达、艾诺、纽曼、“台电”、oppo、爱国者和长虹佳华等等。华芯飞(“君正”)jz47xx系列方案主攻“中端”和“中低端”市场,具备“高性价比”优势(“君正”和华芯飞后来分道扬镳),采用该方案的产品有“昂达”vx989+播放器、“艾诺v2000se”、tmson d868、“歌美x760+”、“驰为s50”、“昂达747”、“昂达979+”和“昂达767”等。应用华恒bf5xx方案有“歌美x750”、纽曼e350、长虹zarva mv303 、爱国者mp-f965r、e898和“智器t5-ii”等播放器,产品主要定位中高端市场,虽然价格较高,但有性能方面的一些优势。
4.mp4播放器的基本结构和原理
在不考虑otg数码伴侣、数码照相等附加功能的情况下,mp4播放器的基本电路结构与视频mp3大体相同,但是mp4的内涵却比视频mp3要丰富高级的多,主要体现在主芯片、液晶显示屏和存储器等方面,其重中之重当然是主芯片。
既然是以视频播放为主的多媒体娱乐器具,mp4设计的第一重点是要求对众多的影音格式具有优良的编码(encode)与解码(decode)能力,而这主要取决于主芯片的性能,mp4需要运算能力强大、优异性能的主芯片来实现众多视频格式的编解码。现阶段mp4主芯片内部核心架构,大都是采用cpu(mcu)搭配dsp(digital signal processor,数字信号处理器)的方式,其中dsp是负责编码/解码的处理,cpu则是对文件管理、存取,以及对接口、周边组件的工作等进行处理。
在mp4的工作过程中,很多环节都会影响到最后的画面质量和音频品质,其中主芯片的影响最为明显,是最重要的一环,要求其对各种常用视频格式源文件进行高品质的解码处理,对画质、音质的损伤尽可能低。mp4拥有优秀的主芯片就能够较好地减少压缩信号的损失,还原视频和音频信号的质量就较高。相反,采用低档主芯片,其“音、画”表现就较差。
图2-3是典型的mp4播放器电路结构框图。在图中,主芯片中包括微处理器cpu、编解码器、d/a和a/d转换器等电路。主芯片起主导控制作用,它控制mp4解码器、d/a和a/d转换器和lcd液晶屏等电路,由解码器等把内置存储器(闪存或硬盘),或者是外部插接的flash rom、hd(硬盘)等存储介质之中的视频文件,读出和进行解码,然后经数/模转换器(dac)转换,将数字信号转换成模拟信号。转换后的模拟音频信号被送到音频功率放大器进行放大,最后被送到耳机输出插口,由耳机发出音乐等信号。现在有不少mp4都有内置扬声器(俗称外响喇叭),这类播放器的音频功率放大器输出的信号还被加到内置喇叭,通过喇叭发出响亮的声音;如果插入耳机则由耳机放声,喇叭停止工作。
图2-3中的sdram缓存(或相似功能的缓存)是mp4的必备器件,因为mp4首先要保证视频播放的质量,主芯片解码电路在处理视频信号时,需要读取“闪存”中的数据量很大,而直接从“闪存”读取数据的速度较慢,会影响视频播放的效果,使画面出现马赛克、“掉帧”、“卡顿”、“拖影”和“色块”等现象。而sdram缓存读取数据的速度很快,能与解码电路的速度匹配,把它设置在主芯片解码器和flash存储器之间,起到数据缓冲之用(相当于电脑内存),就能明显提高播放器视频性能。主芯片解码后的视频信号加到显示控制电路处理,然后送到lcd液晶显示屏,显示出五彩缤纷的图像。
现在有一些mp4还采用了独立音频codec(编、解码器)芯片,图2-3中的“独立音频codec”方框所示。如不采用这种芯片,主芯片输出信号直接加到音频功率放大器,如图中实线连接的那样;采用独立codec时,则如图中虚线连接所示。这种“主芯片+独立codec芯片”的“双芯”方案,是由一个芯片主要处理系统和视频编解码等问题,而另一芯片则处理音频信号编解码,两个芯片各司其职,由于独立音频芯片的性能优异,故可拥有比同类播放器更加出色的音质。目前mp4应用的独立codec主要有两类,一是英国欧胜电子公司的wm8xxx和wm9xxx系列;另一是美国cirrus logic公司的cs42xx系列。例如,“台电”m30型播放器应用rk2706+wm8987“双芯”方案;而“艾诺”v3000hd型和“驰为”m50型等播放器则采用了“华芯飞cc1600主芯片+cs42l52音频芯片”的“双芯”方案。
图2-3中的usb接口、按键电路、内置内存、收音电路、电池电源转换和电源管理等部分的基本原理都是和mp3大同小异,这里就不再赘述了。
目前的一些mp4还设置了tv out视频输出;模拟游戏;fm发射;otg数码伴侣;cmmb移动电视;数码相机等辅助功能电路,如图2-3中右上的方框内所示。有些辅助功能将在以后文章中介绍。
图2-4所示为mp4播放器在播放数字视频、音频文件时的主要工作流程。播放器通电启动后,微控制器mcu加载引导程序,随后加载操作系统程序,接受操作指令,访问存储介质,读取视频和音频文件数据,同时读取外围lcd控制器等的状态及显示相关信息,并监测电池电量,再显示音量、片名或曲目、时间及电池余量等信息。然后由主芯片分别执行视频和音频的解码操作任务,解码后的数字音频信号被传送到数/模转换器(dac),由其转换成模拟音频信号,再经过放大后推动耳机或微型扬声器发出声音;解码转换后的视频信号则通过显示控制电路再加到液晶显示屏,显示出五彩缤纷的图像。如果采用独立音频codec芯片,则由codec执行音频解码操作任务,主芯片不对音频信号解码。
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