三星智能手机软硬件技术现状和趋势

智能手机软硬件技术现状和趋势

天津大学 精仪学院 王经纬

摘要

本读书报告主要研究内容是智能手机。通过大量查阅文献资料 以及对手机行业的关注从智能手机硬件的构成、现状 以及软件主要对操作系统的现状来展开探究并对智能手机未来的发展趋势有一定的阐述和展望。

引言

在现如今人们的生活中手机扮演着不可或缺的重要角色。而当今的手机市场上智能手机无疑已成为“主力军”并将拥有越来越重的戏份。本读书报告通过对智能手机软硬件技术相关资料的查阅和思考对当今主流智能机的操作系统硬件的构成及配置参数有深刻的认识。对当今智能手机一些硬件技术比如屏幕技术摄像头技术等有了一定的了解。同时也对智能手机的发展方向有了一定的把握。这对今后专业课的学习有了一些指引性的意义。

一、智能手机硬件的概述

1应用处理器

手机的应用处理器可以理解为CPU、芯片组、显卡、数字声卡、视频加速卡、浮点加速单元的一个结合体。它是通过各种标准接口实现扩展设备和扩展功能的有供显示用标准接口、有供音频用的标准接口、也有给通讯、蓝牙、 FM、数字电视、外接储存卡等用的标准接口。所以应用处理器基本就决定了手机的主要功能和性能档次。

2基带处理器、射频处理器、天线模块

从电脑的角度出发这一块可以理解成一个外置的MODEM通过通讯接口与应用处理器连接。 电话、短信、上网都是通过这个MODEM传输数据。Modem的种类决定你的手机支持网络、执行的标准、可用的速度、通讯的稳定性和带宽等等。有些厂商把这部分和应用处理器封装在一起相当于内置MODEM了这就是所谓的单芯片解决方案。

3 内存、闪存、外接储存卡

内存速度越快、带宽越大、机器运行速度越快。 内存越多、开的任务越多、切换越流畅。闪存越大手机存储东西越多。闪存读写速度越快手机载入程序越快感觉越流畅。

4显示屏

技术指标有分辨率、亮度、对比度、色彩区域、亮度一致性、可视角度等等评判指标和电脑也是一样的但是手机屏幕小可以使用一些桌面屏幕因为成本无法使用的新技术取得更好的显示效果。

5键盘、触摸屏、功能按键

这些东西属于输入设备相当于电脑的键盘鼠标。按键的手感布局、触摸屏的灵敏程度、决定人们使用手机的体验。

6音频CODEC、扬声器

这一块相当于电脑的声卡和音箱现在都是集成声卡手机也是把数字音频的功能集成到了应用处理器上面外接芯片只需要提供数字模拟转换就可以了CODEC芯片就是做个工作的芯片的档次与电路配合决定了手机的音质。扬声器对手机来说是聊胜于无的东西体积决定了不可能有很好的效果。

7听筒、话筒

这个对于手机是非常重要的配件相当于电脑聊天用的耳麦。评判的标准是音量、信噪比、频响这些普通的声学指标。

8摄像头

手机的摄像头是镜头、感光原件加上处理器有些手机的应用处理器足够强大可以替代专用处理器的功能。镜头和感光原件的品质越好处理器算法越先进出来的照片效果越好。

二、智能手机硬件技术的现状

1应用处理器

目前智能手机的应用处理器基本都是AR M授权核心加上厂商自行添加功能模块的方式。 目前市面上能见到的ARM核心包括ARM7、ARM9、ARM 11、ARM Cortex A8、ARM Cortex A9这么几代。ARM 11以前属于高端解决方案NOKIA的N95用德州仪器OMAP2420 、APPLE的IPHONE用三星6410都是ARM 11核心的处理器他们搭配的功能模块性能也比较强。ARM Cortex A8是目前的主流处理器性能比ARM11有了巨大的提升APPLE IPHONE4用的A4处理器三星I9000用的C111处理器华为U8800用的高通MSM7320都是ARM Cortex A8核心的处理器ARM Cortex A9支持双核心、四核心但是目前市面上主要还是双核的处理器性能比单核心的A8有成倍的提升。

应用处理器的一个重要模块是显示部分智能手机显示芯片厂商基本就是早期提供电脑显示芯片的厂商NVIDIA延续了桌面的GEFORCE技术高通是买的ATI当年的移动显示部分 Power VR当年在桌面市场惨败后进军移动市场靠先发优势获得了软件兼容性。智能手机的3D性能评判与电脑一致也是看流水线条数、像素渲染能力、多边形生成能力只是智能手机还没有形成标准的3D接口游戏的兼容性和对硬件的利用率不如电脑高。

2基带处理器、射频处理器和天线

手机的基带处理器是高科技行业而且充满了专利陷阱和寡头垄断当年高通靠美国政府扶持用贸易壁垒限制欧洲的GSM进入美国市场等到CDMA开发成功专利申请了一堆才放欧洲厂商进来。寡头垄断的一个好处是参与这一块的都是巨头产品品质、标准、测试都有保证只要设计不出现重大失误手机的通讯质量是有保证的。不管是高通、还是英飞凌或者是展讯、MTK的解决方案通讯品质都是有保证的。没有保证的是手机厂商的电路设计水平和测试能力。

3 内存、闪存、外接储存卡

手机的内存带宽很大程度取决于应用处理器应用处理器支持LP DDR2还是DDR3支持32bit还是64bit手机的内存也会做相应的选择。手机的闪存取决于厂商的良心一般用户只会知道手机闪存的容量而不会去关注读写速度而事实上闪存与应用处理器接口的带宽是足够的闪存的读写速度直接影响到手机的流畅和程序载入的速度对于普通消费者来说智能买手机前多看一下测试评分尤其是I/O的得分。

4显示屏

手机屏幕的标准包括分辨率、亮度、对比度、色彩区域、发色数、一致性等指标、同样尺寸的屏幕分辨率越高越清晰细腻亮度越高在强光下越清楚对比度越高色彩越鲜明色彩区域越大能够显示的色彩越多色彩的表现力越强发色数越多色彩过渡越柔和一致性越好屏幕越均匀。

单纯从材质上讲主流手机屏幕可以归为两大类 LCD和OLED每个类别又可以延伸出不同的子类别比如TFT、 IPS、SLCD、AMOLED、Super AMOLED、Super AMOLED Plus。而屏幕图像显示技术主要包括下面几个

1.ASV技术

ASV全称为“Advanced Super View”是由夏普推出的一种用来提高图象显示质量的技术可以增加屏幕的亮度、可视角和对比度。

夏普原版屏幕所采用的ASV显示技术是基于CPA面板的不过这种显示技术也可不基于CPA面板。 目前某些国产手机虽然采用ASV技术却并不采用CPA面板显示效果就会逊色一筹。虽然采用ASV显示技术可以一定程度上提高屏幕显示效果但是屏幕材质、分辨率等因素往往起到更加重要的作用。 因此ASV技术并非如传说中那么神奇它只是起到一定的显示辅助作用。

2.CBD技术

CBD全称是“Clear Black Display”它是一种用于户外增强屏幕显示效果的技术 由诺基亚主推。实际上 CBD技术并不是一项像AMO LED一样全新的革命性产品或技术它只是一种通过降低屏幕光线反射来提高视觉影像效果的一种方法尤其是在户外光线照射下的显示效果。这样一来用户就可以在户外光线比较强的环境下依然正常地使用手机应用了。 另外 CBD技术还有助于提高屏幕的可视角度和对比度令屏幕色彩显示更加生动屏幕看起来也就更鲜艳。

3.NOVA技术

NOVA是目前一种新型的显示技术 由LG主推。NOVA和其它的屏幕相比拥有三个优势 ①、在相同的亮度情况下耗电要比其它屏幕更低在相同的室内环境下和普通LCD屏幕比起来 NOVA显示屏能减少50%的能耗。当手机显示全白屏幕时 NOVA屏幕比起AM OLED屏幕同样可以节省一半耗电。

②、NOVA屏幕又被称为高亮显示屏据LG官方称NOVA Display在亮度方面能达到700尼特。高于iPhone 4屏幕亮度的530尼特。是目前市面上最亮的屏幕。

③、NOVA屏幕具备更高的纯白色调可精确显示黑白原色显示效果更纯。

4.RetinaD isp lay

Retina Display俗称视网膜技术 由苹果进行主推是一种基于IPS面板的显示增强技术。Retina屏幕是一种具备超高像素密度的液晶屏它可以将960×640的分辨率压缩到一个3.5英寸的显示屏内令像素密度达到326ppi。这样一来用户在使用视网膜技术屏幕的过程中就可以得到更加出色更加细腻的视觉体验。

5.MOBILE BRAVIA ENGINE

MOBILE BRAVIA ENGINE同样是一种显示增强技术主要掌握在索尼手中。

实际上BRAVIA是日本索尼的一个电视品牌BRAVIA拥有索尼独创的BRAVIAENGINE 图像处理引擎能够改良屏幕的显示效果。后来这项技术被应用在索尼爱立信的手机上。MOBILE BRAVIA ENGINE技术可以使显示效果得到大幅度的提升与改善。

MOBILE BRAVIA ENGINE技术的工作原理是在将数据转换成图像的过程中对信号进行一系列的优化提高对比度和锐度、增加色彩饱和度、降低噪点、对图像边缘和细节进行修复等然后再通过屏幕呈现出来。所以通过LT18i的屏幕显示出来的图像效果就显得更加鲜艳、锐利细致、层次感更强。

5音频CODEC、扬声器

目前手机上使用的一般都是各个芯片厂商的低功耗COEDC包括水晶公司、欧胜公司、德州仪器、AKM等厂家这些厂家的产品都已经达到了当年HIFI要求的3个90 db的标准关键在于手机厂商调教的功力。

1 频率响应这个指标越平越好这个指标好表示设备忠于原来的声音而不是做增益或者衰减原来各个频段多大声音还原出来还是多大声音。

2信噪比信号和噪音的比值数值越大声底越干净没有乱七八糟的杂音。

3动态范围强弱音的比值数值越大对声音的还原越好强音越震撼弱音细节越清晰

4谐波失真一个声音引起的泛音指标越好泛音越少越接近原始声音泛音是一种失真

5互调失真几个混合声音输入以后 引起原本没有的泛音泛音越少越接近原始声音泛音是一种失真

6立体声分离度左右声道对另外一个声道的干扰左声道的声音串到右声道去 串的越少越接近原始声音立体感越好。

6摄像头技术

1 自动对焦

手机的摄像头当中机械组件通过对镜头组的微小位移来实现对焦的目的。 目前摄像头中所用到的机械组件一般为VCM弹片式音圈马达它通过电能转换为机械能带动摄像头当中的透镜前后移动。

2.Lytro先拍摄后对焦

半按对焦、再按拍照已经是我们使用单反相机的标准动作虽然手机上面差不多将这两个动作自动整合到了一起不过先对焦再拍照的顺序还是不变的。不过自从2012年Lytro光场相机出现就改变了这一局面 即用户可以开始先拍摄再对焦。

Lytro光场相机长方形的两头分别为镜头和显示屏使用Lytro相机拍摄照片后再利用Lytro提供的软件打开图片用鼠标点击图像的任何地方就可实现对图片的重新对焦或创建3D图像。

3.HDR实时预览

HDR高动态范围已经成为大多数高端手机的标配它使用几张曝光不同的照片来合成继富含高光部分信息又不丢失低光部分细节的照片。 Tegra 4芯片当中引入了名为Chimera的计算拍照摄影架构主要为HDR拍照功能打造。它通过

加入新API利用GPU加速实现计算拍照功能而不是仅仅依靠传统的I SP流水线。NVIDIA在这里对图像处理进行了自主增强首次实现了HDR全景拍照、HDR静态拍照、实时物体追踪。除此以外著名半导体公司Rambus前些日子推出了一项名为Binary Pixel的图像处理技术可大幅提高照片动态范围用于拍摄HDR照片或视频

三、智能手机硬件技术发展趋势

1多核

在CES2013展会上三星推出了全球首款八核处理器Exynos 5Octa采用ARM的big. little/CortexA15架构由1.8GHz的A15架构处理器和1.2GHz的A7构架处理器组成计算能力非常强大。据三星宣称这款处理器的3D游戏性能可达市面所有产品的两倍之多而且功耗相比之前能够降低70%。

多核意味着操作更快更流畅是影响一款手机操作体验的基本要素。从最初的双核到现在的四核如今三星更是推出了八核处理器 “核战争”已经演化进入新的阶段。

2大屏

从外观上看智能手机相对于功能手机最大的特点就是“大屏”大屏触控一直是智能终端的发展趋势 2013年这一趋势将得到新的诠释。在2013年西班牙巴塞罗那举办的世界移动通信大会上 “平板手机”出现了扎堆的局面。

平板手机Phablet 由Phone 电话加上Tablet 平板电脑两个英文词语组成是一种大小在大屏幕智能手机和小屏幕平板电脑之间使用触控式屏幕的跨界移动电子设备产品的定位也在两者之间屏幕大小介乎5英寸到7英寸之间。

屏幕技术的进步也进一步促进了大屏手机的增长。屏幕越大耗电量越大而电池的能力存在瓶颈因为电容量过大的电池不够安全。市场上出现了一种新的显示技术 AMOLED显示其耗能更低分辨率也更高 已经成为新一代显示屏的主流技术。

3)电源的革命

随着应用处理器的主频越来越高处理能力越来越强这个问题也越来越明显。不过在新一代的智能手机中这个问题将会得到一定程度的解决因为电源管理芯片厂商正在围绕新出现的应用处理器来设计各种电源管理方案并且不同的电源管理供应商会针对不同的主流应用处理器进行优化。现在电源管理的趋势已变成面向应用处理器设计设计界面与以前大不相同且采用了高度集成的电源管理单元PMU。面向应用处理器的PMU具有数字I2 C接口和数字控制功能。这种PMU还采用了即时的软件控制机制以实现动态电源管理。除了应用处理器外大尺寸LCD、用于3G手机的PA也是智能手机的烧电大户 同样也是电源IC厂商正在努力改善和提升的领域。

4云化与融合

智能手机的云化与其他终端的融合密不可分。多终端融合的一个更大的特点是云化。即通过建立云端系统将手机、电视、游戏设备、 PC等多终端进行连接

从而实现内容共享。 智能手机的云化还有一项关键的推动因素 即应用的现实需求。如今手机上的AP P规模巨大但是功能都相对简单很多都是本地化的应用。本地化的应用有其优势但是也存在很多不足例如无法联机游戏无法即时更新等。随着HTML5技术的兴起对云端计算能力的需求更加明显通过云+端的模式分散智能手机在计算能力上的压力是扩展手机功能、实现手机“大一统”的必需。

此外云存储也是用户非常关心的一项应用用户使用智能手机存在存储空间不足的问题手机的云化可以为用户提供更大的存储空间方便他们将自己喜欢的影视剧和图片等放在云端喜欢的时候可以随时拿出来使用。

5NFC

在智能手机兴起之后这项功能得到了越来越多的重视。NFC是“近场通讯

near-field communication ”的缩写这种通讯方式能在硬件设备与实际物体之间通过近距离接触 10

厘米之内实现数据的无线传输需要双方设备例如智能手机和零售商店的支付终端都配备NFC芯片和内置天线。这项功能引起重视的原因是移动支付的兴起。

手机作为支付终端的潜力很早就被发现包括中国移动在内的电信运营商也在力推手机钱包等手机支付产品。因为通过手机联网进行远程支付不仅操作起来非常复杂而且安全度也不高。利用手机的NFC功能实现近场支付对于很多用户来说都非常实用。

未来随着移动支付标准最终确定产业链各方开始发力移动支付必然会出现爆发式增长的局面。届时NFC将成为手机的一项标配功能。

6可弯曲的手机显示器

智能手机和低端手机的硬件设备都是传统的扁平型。那么接下来的进化方向可能是灵活、可弯曲、非扁平的手机显示器该显示器能够在现有硬件设备上实现所有的视觉或触摸功能。 这些新的显示器将使制造商可以生产便于放入衬衫和裤子口袋中的设备。当用户弯曲屏幕阅览电子书、听歌曲、打电话或使用应用程序时手机中的传感器将使设备能够对用户的行为做出回应。这些可塑屏幕将带来新的用户体验和应用方式一如当年触摸屏技术出现给业内带来的冲击。除了能够广泛应用于智能手机这些灵活的显示器也将广泛用于厨房台面、远程传感器、消费品和汽车。

四、智能手机的软件操作系统现状及趋势

智能手机操作系统是一种运算能力及功能比传统功能手机系统更强的手机系统。使用最多的操作系统有Andro id、iO S、Symbian、Windows Phone和BlackBerryOS。他们之间的应用软件互不兼容。因为可以像个人电脑一样安装第三方软件所以智能手机有丰富的功能。智能手机能够显示与个人电脑所显示出来一致的正常网页它具有独立的操作系统以及良好的用户界面它拥有很强的应用扩展性、能方便随意地安装和删除应用程序。iOS的智能手机操作系统的原名为iPhoneOS其核心与Mac OS X的核心同样

都源自于Apple Darwin。它主要是给iPhone和iPodtouch使用。就像其基于的Mac OSX操作系统一样它也是以Darwin为基础的。 iPhoneOS的系统架构分为四个层次 核心操作系统层 the Core OSlayer 核心服务层 the CoreServiceslayer媒体层the Media layer可轻触层theCocoa Touchlayer。系统操作占用大概512MB的存储空间。

Andro id是一种以L inux为基础的开放源代码操作系统主要使用于便携设备。目前尚未有统一中文名称 中国大陆地区较多人使用“安卓”。Andro id操作系统最初由Andy Rubin开发最初主要支持手机。 2005年由Google收购注资并组建开放手机联盟开发改良逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。Andro id的主要竞争对手是苹果公司的iOS以及RIM的Blackberry OS。 2011年第一季度Andro id在全球的市场份额首次超过塞班系统跃居全球第一。

Windows Phone是微软发布的一款手机操作系统它将微软旗下的Xbox Live游戏、Zune音乐与独特的视频体验整合至手机中。Windows Phone具有桌面定制、图标拖拽、滑动控制等一系列前卫的操作体验。其主屏幕通过提供类似仪表盘的体验来显示新的电子邮件、短信、未接来电、 日历约会等让人们对重要信息保持时刻更新。它还包括一个增强的触摸屏界面更方便手指操作以及一个最新版本的IE Mobile浏览器——该浏

览器在一项由微软赞助的第三方调查研究中和参与调研的其它浏览器和手机相比可以执行指定任务的比例超过高达48%。很容易看出微软在用户操作体验上所做出的努力而史蒂夫-鲍尔默也表示 “全新的Windows手机把网络、个人电脑和手机的优势集于一身让人们可以随时随地享受到想要的体验。WindowsPhone力图打破人们与信息和应用之间的隔阂提供适用于人们包括工作和娱乐在盘点 2013智能手机四大创新点

2.EET电子工程专辑 智能手机硬件平台及操作系统技术现状透视

3D evD iv.移动开发社区移动开发全平台解决方案——Andro id/iO S/WindowsPhone 海洋出版社 2011

4. Brian Carro软硬兼施打造新一代触控屏 《技术前沿》

5.王欣刚智能手机处理器技术发展趋势的研究 《仪器仪表学报》

6.百度文库