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机顶盒技术趋势与芯片解决方案分析

     2003年数字电视节目的开播正式启动了中国的数字机顶盒产业。目前，中国市场供应的机顶盒主要包括卫星机顶盒和有线机顶盒。由于中国数字电视节目的卫星广播事实上是基于欧洲的DVB-S标准，所以本地制造的卫星机顶盒也是支持DVB-S。这些设备一般不带条件接收(CA)功能，成本低于300元人民币，目标市场是有线网络不普及的广大城镇和农村电视用户。卫星机顶盒可以像其它消费类电子产品一样直接由制造商卖给终端用户。LSI Logic公司中国及香港区系统应用经理杨代伟预计03年中国卫星机顶盒的销量将达到200万台，04年将达到500万台。在数字节目的有线广播方面，中国尚未确定自己的标准，但已开通的数字有线电视台目前基本采用欧洲的DVB-C标准。所以，目前本地出货的有线机顶盒以支持DVB-C为主，并带有条件接收功能。与卫星机顶盒不同，有线机顶盒并不零售，而是由各省有线电视网的运营商统一购买，然后再以卖或捆绑的形式提供给用户。现在，许多制造商推出了DVB-C STB产品，但都是小批量供给有线网络运营商进行商业试验，而没有大规模出货。意法半导体(ST)机顶盒商务部经理叶青华预计，2003年中国DVB-C STB的销量大约为50万台，而LSI的杨代伟持更保守的看法，认为03年销量不会超过30万台。阻碍DVB-C STB推广和普及的因素主要包括: 一、条件接收技术、EPG和中间件技术不兼容。目前大部分STB产品都需要根据有线台前端系统要求来定制产品，而无法成为一种通用产品在市场上销售，这限制了制造商的生产规模，不利于进一步降低产品成本。二、数字节目源有限。尽管数字电视在技术上具有许多优势，但真正能够吸引用户的是内容。目前，中国用户能够收看到的数字节目仍相对匮乏，这在一定程度上削弱了他们配置机顶盒的积极性。不过，这个问题正在得到改善。中国国家广电总局预计去年将开播10套以上的付费影视频道和若干套有线数字电视，今年则将开播30套以上的付费影视频道。虽然有线机顶盒的市场暂时尚未起飞，但它的前景十分光明，其主要卖点在于交互式功能。运营商籍此可以向用户提供视频点播、网上银行和电视购物等增值服务，从而创造重要的利润来源。根据中国广电总局制订的目标，2005年全国有线机顶盒用户要达到3,000万。一些业内人士认为有线机顶盒市场将在今年启动。研发现状和解决方案比较
     目前，中国机顶盒制造商主要分为两类：一类是专业开发机顶盒的新兴公司，如深圳同洲电子和福建卓异电子等；一类是传统的电视机制造商，如创维、康佳和长虹等。这些制造商一般购买来自芯片供应商的完整解决方案，在此基础上进行二次开发。我们将在下文中剖析和比较当前的机顶盒解决方案，并重点阐述相关的设计要点。
     机顶盒解决方案包括两个基础部分：前端接收和后端处理。前端接收又包括调谐器和通道解码器。后端处理通常是一个单芯片的信源解码器，它集成有一个MPEG-2解码器和一个CPU。除了前端接收部分不同以外，卫星与有线机顶盒的区别在于一般不带条件接收，而且不提供交互式功能。这两种机顶盒的信源解码器完成的功能是相同的，不过在处理能力和扩展接口方面可能会有差别。目前，机顶盒芯片供应商推出了面向从低端到高端产品的信源解码器，但在中国市场主推低成本芯片，代表性产品有ST的STi5518B、LSI的AVIA-9700和富士通的SmartMPEG等。这类低成本解码器中集成的处理器时钟频率一般在150MHz以下，不带硬盘接口和USB接口。 LSI的AVIA-9700是AViA-9600的简化版。在其视频解码部分，该芯片支持无穷层次的画面叠加，允许制造商通过软件任意控制播出画面。它还提供了PIG(picture-in-graphics)功能。AVIA-9700的一个特色是具有2D图形加速器，可以更好地播放动画。 AVIA-9700集成了一个148.5MHz的microSPARC CPU。杨代伟认为，这样强大的CPU将有利于制造商在今后扩展功能。例如，microSPARC CPU可以执行图文(Teletext)解码功能，所以当电视台开始提供图文服务时，制造商只需升级软件就可以对该功能给予支持。此外，该CPU可以实现TCP/IP协议栈，从而能够基于此芯片开发出IP机顶盒。 ST的STi5518B具有较好的成本优势，主要用于实现数字电视信号条件接收以及股票信息接收等基本功能。
     在中高端方案方面，这些芯片厂商推出的方案具有高集成度、高性能的特点。如LSI Logic的AviA9600、ATI公司的XILLEON220和ST公司的STi5528。这些方案的共同特点是处理器性能得到很大提高，以STi5528为例，该芯片集成了双CPU，其数据处理能力超过300Mips。该类方案通常还集成了更多的外围接口功能，如硬盘接口、IEEE1394和USB。此外，该类方案通常具有优越的音频和图像处理功能。这类芯片的目标应用主要是具有网络浏览功能和多种交互式应用的高端机顶盒。

     为了降低整机成本，芯片供应商试图进一步提高解决方案的集成度。当前包括LSI Logic、ST公司都实现了卫星机顶盒的调谐器从传统的机械式结构转变为芯片方案，但在有线应用上都还没有类似的产品。ST的叶青华透露，该公司不久后将推出应用于有线机顶盒的硅集成调谐器。此外，LSI提出一种设想，即将通道解码功能集成到信源解码器中，从而实现一种双芯片方案。在DVB-S解决方案中，富士通已经将调谐器和信道解码功能集成在单个芯片上。突破条件接收的瓶颈
     条件接收是机顶盒发展的关键技术，也是有线电视运营商最关心的功能。中国主要基于DVB的SimulCrypt(同密)标准，只需要机顶盒具有ISO7816的SmartCard接口既可，但需要机顶盒具有硬件解扰引擎。条件接收技术的成熟和安全性是运营商关注的重点，ST公司的叶青华表示，目前部分中国机顶盒厂商在与国际运营商洽谈合作的问题，由于国外系统的技术要求不同，机顶盒厂商必须针对其要求提供相应的性能和功能，而条件接收的成熟情况是进军国际市场的关键，机顶盒厂商必须取得可靠CAS提供商的认证。据了解，目前只有少数几家中国厂商的部分产品获得了这样的认证。叶青华认为，大部分中国机顶盒厂商在03年开始CA和中间件的开发，以及采用第三方IP，产品的完善成熟需要一定时间。此外，要取得国外CAS系统商的认证必须通过数百项技术测试，CA认证需要较长的周期。对当前中国条件接收技术情况，LSI公司的杨代伟认为，目前条件接收和SmardCard芯片的技术主要掌握在国外制造商手中，这对中国电视广播而言是个安全隐患。所以，DTVIA、清华同方等中国厂商正在介入这个行业，试图开发出中国的条件接收标准。创维数字技术公司技术总监张继涛透露：“目前在省网上主要采用国外的条件接收系统，而地市网络则以国内CA为主。”此外，机卡分立的方案得到广电总局的支持。扬智电子中国区总经理修俊良认为，一旦机卡分离在中国市场实施，由于将机顶盒内容解密部分分离开，对整机厂商和消费者都有利。而杨代伟认为该方案具有技术难度和可靠性的问题，目前该方案相对传统方案存在近10美元的成本差距。信号回传推动交互式应用
     信号回传是机顶盒实现交互式应用的必备功能。目前，机顶盒可以采用基于电话线、以太网和有线电缆等不同介质的三种回传方式。电话线回传最容易实现，成本也最低，因此现有的交互式机顶盒大部分是基于这种回传方式，但其缺点是速度和响应慢，造成用户体验差。与之相比，以太网回传就不存在这些问题，它还可以通过互联网来提供视频点播和网上冲浪等交互式应用。据康佳集团机顶盒项目负责人施朝煜透露，该公司即将推出的一款机顶盒就采用了这种技术。其美中不足之处是实现这种回传方式需要在机顶盒中添加一块100/10M以太网卡，这大幅增加了整机成本。此外，它的应用也受到用户是否已部署以太网接口的限制。有线电缆回传是业界设想的一种理想回传方式，它可以实现快捷、方便的交互式操作。但它要求有线电视网的运营商将目前单向传输的网络改造成双向网络，而这需要投入大量的财力和时间。机顶盒制造商正在观望这方面的进程，如果网络改造进展顺利，这种回传方式有望在未来的机顶盒中占据主流。操作系统
     在ST提供的完整解决方案中，它向客户提供了免版权费的OS20实时操作系统，这是专门为其ST20 CPU开发的一个操作系统，优势在于其专用性，能充分利用CPU的硬件性能，实现性能的最优化。LSI Logic和富士通没有提供操作系统，所以客户需要向第三方OS开发商购买。 LSI的杨代伟表示，第三方OS是由专业操作系统供应商开发的，其优势在于实时性更好，而且可以支持一些扩展功能，如TCP/IP协议等。目前，LSI已与风河系统公司达成协议，客户可以通过LSI购买Vx Works RTOS，只需一次性支付大约1万美元，不用再根据产品销售数量支付版税。
     未来发展趋势机顶盒交互式应用将促进中间件的集成，不同业务对中间件的要求不同。叶青华认为，DVB-MHP(多媒体家庭平台)作为DVB提出的基于Java虚拟机的中间件标准将很快被中国机顶盒厂商采用。他们基于该中间件可以简化产品的开发，加快新技术和新功能的应用，实现网络浏览、VOD等多种交互式服务。目前，已经有部分中国公司在开展这方面的技术开发和应用，国外第三方开发商已经有成熟的中间件技术方案。技术将是未来机顶盒方案提供商考虑集成的重要功能。现在一般的家庭已经有多种数字设备，设备间的数字信号传输是这些设备必须具备的功能，因此机顶盒集成USB、IEEE1394将是必然的趋势。此外，机顶盒的DVR功能未来将成为其标准配置。目前在上海数字有线中应用的机顶盒产品都集成了DVR功能，随着硬盘技术的发展，机顶盒数据存储功能将得到加强，机顶盒完全可能成为家庭的数字娱乐存储中心。目前，多家方案提供商都提供带DVR功能的方案，如LSI公司的AviA9600提供了IDE/ATAPI硬盘驱动接口，ST的STI5514提供全功能DVR。随着更高性能芯片方案的推出以及整个市场的启动，作为与有线网这个宽带资源连接同时与家庭最大的显示设备相连的数字电视机顶盒，未来机顶盒的功能将可能发生明显的转变，交互式应用功能将大大增强。此外，机顶盒一开始就面向家庭应用，具有友好的应用界面，将可能部分替代PC，作为家庭数据储存中心，甚至是家庭网关。此外，除了标清产品开发，高清晰数字电视机顶盒市场也值得关注。有预测显示，仅2003年中国就有120万台背投和近8万台PDP电视，这些彩电普遍清晰度高于1000线，大部分高端CRT彩电的清晰度也在1000线以上，而这部分彩电本身不具备数字信号接收和交互应用功能。此外，这部分用户本身就是追求时尚的高端用户。这些情况为高清晰数字电视机顶盒的开发带来了商机。

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