基于RK3328平台的4K码流仪方案设计与实现

在TV 卖场或者展厅里面，需要多台电视统一播放演示片源，现阶段主要是通过多通道HDMI 码流仪来实现，电视采用HDMI 通道显示。近几年电视已全面进入4K时代，为了提升显示效果，4k 输出的HDMI 码流仪也成了大家的必然选择，而现在市面上销售的4k 码流仪大部分都比较昂贵，在卖场封闭机箱环境下长时间使用时往往容易损坏，导致现有电视厂商更换以及维修成本较高。本方案根据实际需求，针对HDMI 码流仪，取RK3328 作为主平台开发。RK3328 性价比高，其性能可满足码流仪应用场合，运行安卓系统流畅，用户体验更佳。优异的芯片性能代表更低的芯片功耗，对散热片选型提供便利，同时支持HDMI2.0a 输出，支持4K解码，且能支持VP9、H.265、AVS 等大多数最新主流格式的解码，更能满足现如今电视厂商的需求。

1 4K码流仪硬件设计

1.1 硬件系统架构

本方案采用RK3328 作为主SOC 负责整个码流仪的控制和多媒体解码，RK3328 CPU 为4 核Cortex-A53 CPU，配置2 GB DDR3，32 GB EMMC， 具备USB2.0*1 和USB3.0*1 接口， 兼容RJ45 接口和板载WIFI 模块，PCB 采用四层板双面贴设计。采用HDMI2.0 HUBLT86104UX 级联方案用来实现10 路HDMI2.0 输出。本方案主要用于视频播放，因此支持视频格式较为丰富，主要视频格式如下：MPEG2 编码的部分视频格式（MPG、MPEG 等，分辨率到1080I）；基于MPEG4标准的DIVX、XVID编码的部分视频格式（AVI、MP4等，分辨率到1080P）；H.264，H.265 编码的部分视频格式（ AVI 等，分辨率到2160P）；AVS 编码的部分视频格式（分辨率到2160P）；rm 格式（分辨率720P）；VC-1 编码的部分视频格式（分辨率到1080P；MVC；部分FLV 格式（分辨率到1080P），DD, DTS Decoder,DRA, FLV, WMA, MVC,GAAC。软件系统采用安卓7.1，主要有媒体播放器以及系统设置功能。其中媒体播放器具备文件管理、拷贝、播放解码、播放控制；系统设置具备分辨率设置、HDR 开关设置、HDMI 4K 输出、系统U 盘升级等功能；开机直接进入媒体播放器；系统框图如下图1 所示。

图1 HDMI4K码流仪系统框图

1.2 主芯片内部方框图

RK3328 主芯片功能丰富，芯片自带L2 Cache，WatchDog，PLL，Secure Timer、OTP 等功能，具备多路I2S、PCM、PDM、UART、SPI、I2C、SDIO3.0 等外围接口。芯片方框图如图2 所示。

图2 主芯片内部方框图

1.3 系统电源框图

系统采用单12 V 供电，通过DCDC/LDO 产生系统供电，如SY8113/SY8120/SYT288A 系列IC 等，信号板部分需用到的电压有12、5、3.3、1.8、1.5、1.2、1.0 V共使用了6 颗DC-DC，2 颗LDO 实现。整体系统电源框图如图3 所示。

图3 系统电源框图

1.4 DDR核心部分设计要素

本方案采用4 层板外置DDR3 模型设计，因RK 方案的特殊性，其对DDR 部分layout 要求严格，对内层地的完整性要求较高。在方案前期第1 次贴板回来烧录软件后会出现程序跑飞问题，查看打印信息定位DDR异常，尝试烧录DDR 333MHz 的软件，系统能正常运行，但由于DDR 频率较低播放4K 视频会出现卡顿情况。经对比RK 公版，怀疑是DDR 部分铺铜未按照公版PCB 进行设计，如下图4 所示。

图4 DDR layout设计

从图4 可以看出，调整layout 设计后信号线参考地线更加完整，重新贴板测试正常，DDR 运行速率能正常提升到786 MHz，4k 码流播放正常。

1.5 HDMI2.0 输出方案

HDMI2.0 输出方案采用LT86104UX 级联方案，LT86104 为龙迅的一颗一进四出HDMI HUB 芯片，RK3328 HDMI2.0 输出固定分辨率为4K@60Hz，LT86104 接收到HDMI 信号后，输出两路HDMI2.0信号直接到HDMI TYPEA接口座，另外两路分别再级联到两颗LT86104 芯片，每一颗LT86104 芯片再输出4 路HDMI 信号到HDMI TYPEA 接口座，从而形成10 路HDMI 输出接口，每一路HDMI 输出口均带有指示灯， 当有HDMI 通道接入时对应指示灯会点亮。为方便固件控制，LT86104 芯片通过外部MCU 控制，MCU 采用新唐N76E003 型号，烧录需要采用新唐专用工具NuMicro ICPProgramming Tool。

2 结束语

随着超高清时代的到来，在TV 卖场以及展厅等场景将越来越多的需要4K 码流仪，甚至在不久的将来将陆续普及8K产品。本方案通过创新性方式展示了一种极低成本的HDMI 4K 码流仪硬件设计与实现，相比于市面上的产品成本降低30%以上，为后续HDMI 8K 码流仪的低成本设计提供了重要参考，在为现有电视厂商降低负担的同时，也希望能够为超高清产业的发展贡献一部分力量。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年7月期）