下一代大容量CD-MP3播放机的设计挑战

上网时间: 2003年11月01日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:MP3-CD? 播放机? 便携式?

作者:Mark Ireton

高级市场经理

Cirrus Logic公司

消费电子制造商正在创建新一代便携式CD播放机,它们可以按压缩数字音频文件或者传统数字音频格式播放存储在CD上的音乐。人们通常认为,这类播放机的首要工程问题是DSP能否支持设备播放MP3和WMA格式的压缩音频文件。然而,这种观点没有考虑到最主要的系统使用方便性问题,而正是这一疏忽导致了许多第一代MP3/WMA CD播放机在市场上的失败。

单张CD可以容纳超过450首采用WMA格式以6?kbps速率压缩的音乐曲目。大多数第一代CD-MP3播放机扩展了为单一CD播放机而开发的参考设计,采用一个简单的微控制器与嵌入式LCD线驱动器配合,来控制一个只能显示当前曲目号的分段式LCD显示屏。

问题在于:如果一张CD包含450首音乐,你会尝试去记住它的目录内容吗?如果只用曲目号,你能够找到想听的歌曲吗?如果你听完了曲目20,然后决定要听曲目370,那么你是否打算按350次“下一首”按钮呢? 显然,这些都是不现实的!

MP3/WMA CD播放机要想取得成功,至关重要的一点是能够方便地查找用户想听的音乐。本文讨论,因为需要访问超过450首音乐曲目,这对CD播放机的设计和实现将产生什么影响,包括显示功能、显示驱动问题、显示控制器功能、系统结构和用户接口(UI)需求等。

下一代大容量CD-MP3播放机的设计挑战_ESMCOL_1

1.用户接口的演变

通常,标准的CD播放机只有一个非常简单的分段式LCD显示屏,它只能显示当前的曲目号。这就是CD专辑对播放机的全部要求,即使它有多达22首曲目。尽管许多音乐CD都提供包含曲目名称的CDTEXT(它被嵌入在一个与音乐数据相伴的数据子通道内),但标准的CD播放机却很少具有能显示文本的显示屏。

在许多第一代MP3-CD播放机中(在下文中,MP3-CD播放机用来代表能播放压缩音频文件的CD播放机,不论它们是WMA、MP3,还是 AAC格式的文件),CD播放机使用的分段式LCD显示屏被沿袭下来。这有些令人吃惊,因为基于闪存的MP3播放机已经使用多行图形及字符单元分段式LCD显示屏,为的是能够方便地根据文件名或嵌入在ID3标签中的曲目元数据对音乐内容进行搜索。之所以采用分段式显示屏可能是出于两个原因:成本以及使用了不能处理额外数据的微控制器和软件。回头来看,没有采用一个恰当的UI几乎肯定是这类产品销售不佳的原因。值得注意的是,基于Cirrus Logic的CS7312、带有一个2行文本显示屏的Rio Volt播放机虽然相对较贵,但却比那些便宜产品更成功。

典型的CD光盘具有700MB存储容量。当采用6?kbps的WMA文件时,这就意味着1,450分钟的最大音乐容量――超过24小时、29张普通CD和450首曲目。对当前一代的产品来说,这意味着采用目录,并使用CD-MP3播放机上的简单UI来浏览目录。

数字分段式LCD显示屏给我们带来的第一个问题是:如何详细列出CD上的目录,尤其是当分级结构有多个目录级时。可能的做法是根据曲目在CD上出现的次序、深度或宽度来组织目录。不幸的是这些方法对普通用户来说都不够直观。

随着MP3-CD播放机UI的发展,我们希望能采用更直观的概念来进行内容导航,例如根据存储在ID3标签和WMA文件内容描述符中的元数据,我们可以利用艺术家名字、专辑名称、风格和时期等属性进行分类搜索。显然,这些高级概念只有在具备文本显示功能的显示屏上才能得以实现。

2.选择显示屏

为了强化UI,在选择MP3-CD产品的显示屏时需要考虑众多需求,而其中许多需求会直接与以下两点相抵触,即保持消费类产品的低成本和保持便携式产品的低功耗。

为了使显示屏能够传递所需要的信息,设计师必须考虑以下由数据特性和人性化因素所决定的每一项需求。

多行文本显示:通过专辑、目录和曲目的列表进行搜索是必要的功能。

长文本行:许多艺术家、专辑或曲目名称包含众多字符。ID3V1.1标签对数据宽度的上限是32个字符,因此这是合理的目标显示屏宽度。设计师通常采用在较小显示屏上循环显示文本信息的做法来绕过这种局限性。不过,这使我们直接面临人性化问题:人们习惯通过快速扫描静态文本来阅读,而等待字符缓慢和按顺序地出现是一种极不自然的阅读方式。此外,我们也不能无限制地加快这个过程,因为文本会变得模糊而不可辨认。

多种元数据浏览:为了访问和使用包含在ID3标签和WMA文件内容描述符中的大量元数据,这要求产品提供多种显示选择,以便用户能够选择要显示的相关信息。反过来,这产生了对更大显示屏的需求,以便一次能够显示更多信息。

亮度/对比度/浏览距离:人们习惯在一定距离内浏览消费类音频产品的显示屏。在一定距离内分辨对象的能力是该对象的大小及其对比度和亮度的函数。例如,人们很难在10-12英寸以上的距离阅读任何单色、背光的LCD显示屏,因为这种显示屏通常不具备足够的亮度和对比度。相反,VFD或者OLED是主动光源,在相当远的距离外也清晰易读。

视角:消费类音频产品通常被置于用户方便找到的地方。这个地方最好不要根据能否直接看到用户接口来决定,从而可以弥补有限的视角。

下一代大容量CD-MP3播放机的设计挑战_ESMCOL_2

彩色/单色:彩色显示屏能够在一个小区域内显示比单色显示屏更多的信息,它正被积极地用来使用户接口变得更容易使用。例如,彩色可以被用来指示已经包括在播放列表中的曲目。

时尚:在任何消费类产品中,我们决不能低估时尚的价值。时尚通常是吸引消费者购买产品的首要因素,或者是维持产品高利润的主要手段。传统上,消费类产品的时尚元素只局限于工业设计, 但它现在已经包括视觉元素,如功率谱显示和表示音量的LED阶梯等。在即将面市的下一代消费类音频产品中,为了实现内容导航,图形显示屏是必需的配置。我们将看到显示屏在时尚方面发挥更大的重要性。

背光:设计师不能忽略背光,但实际上是因为用户需要高对比度的显示屏和自己能发光的显示屏(以便在昏暗或黑暗环境中使用),所以才产生了这种需求。

除了以上需求外,显示屏最重要的特性是功耗和成本。对于由适配器供电、可以在一定距离之外浏览的产品,显示屏的选择在实践中仅限于VFD和OLED类型的显示屏。由于视角限制,高功率、高对比度的TFT LCD显示屏无法适合这类应用。

另一方面,便携式设备几乎总是在很短距离内浏览,其首要考虑因素是功耗,因此VFD不是合适的选择。在实践中,LCD显示屏是便携式产品的首选显示技术。在不久的将来,OLED的应用有望普及,但目前由于可用性、成本和使用寿命的局限,它们的应用仍很有限。

3.对系统的影响

为了在单个产品上支持大量音乐内容,其对系统的影响并不仅仅是使用3行×20字符的字符单元显示屏替代分段式显示屏。图1显示了Cirrus CS7410如何能够在下一代CD-MP3播放机中占据核心地位。

传统的分段式显示屏只需要大约30个线路驱动器来控制显示屏,因此,这些系统中使用的简单微控制器通常把LCD线路驱动器像任何其它外设一样集成在片上。随着显示屏功能的增强,这导致微控制器上的显示器接口出现了两种变化。对于小显示屏,如3行×20字符的字符单元显示屏或6?×128的图形显示屏,线路驱动器的数目较多,以至于它们必须被集成在外部器件上,但又只需单个显示驱动器件就足以包括它们。当前一代的Cirrus Logic CS7410就采用了这种方式来设计基于CD的便携式压缩音频播放机。由于只有单个显示驱动器,这些器件通常还包含帧缓冲器和LCD控制器。为了满足需要,CS7410直接与包含在显示驱动器中的LCD控制器和帧缓冲器接口。

较大的显示屏需要数倍的线路驱动器,因此微控制器现在必须集成LCD控制器和帧缓冲器,用于Rio Riot等产品的Cirrus EP7312即是一例。成本和相对有限的曲目数量(450而不是5,000)使得这样大的显示屏不适合用于CD-MP3播放机。

此外,在显示器接口方面,其它重要的考虑因素包括:

为了处理额外的数据量和执行更高级的数据处理,微控制器需要变得更强大,以便对数据进行分类和搜索。CS7410通过其嵌入的90MHz 32位RISC微处理器提供了额外的处理能力。

需要更多的系统存储器以存储大量的额外固件,并在处理光盘内容时存储更多的详细数据和更多的标签。从系统已有的低成本SDRAM中执行代码和存储数据的能力将确保CS7410是低成本的方案。与闪存和代码存储器的连接既提供了一个非易失性固件存储空间,又提供了升级系统固件以改进功能和修改缺陷的能力。

当然,系统功耗和材料成本总是至关重要的,而增加的功能只会导致目标更难实现。

展望未来,我们完全可以想象会出现肥皂盒大小的便携式音乐播放机,它集成了分类和探索工具,以提供崭新的音乐体验方式。


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