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　　數字電視技術將給消費者和電視行業帶來一個視聽和娛樂的新紀元。但在數字電視能夠大舉進入普通消費者的家庭之前，還必須解決幾個問題：在一個瞬息萬變的市場環境下，生產商如何快速經濟地開發出消費者所需要的產品？如何低成本地實現圖像、視頻及交互式數據處理功能的完美集成？如何克服全球數字電視軟硬件標準的不統一的問題？本文將針對這些問題分析現行數字電視機頂盒方案的缺陷，討論下一代產品在結構體系方面所需解決的問題。

　　現行數字電視方案的缺陷

　　現行數字電視機頂盒的某些缺陷限制了數字電視的發展和普及。導致這些缺陷的根源是機頂盒專用集成電路芯片（ASIC）。機頂盒的關鍵功能是由數字電視解碼器實現的。解碼器部件負責數字電視廣播的接收和顯示，對數字傳輸信息流進行解復用以及對MPEG-2音頻/視頻數據流信息進行解碼，并實現機頂盒的圖形功能。圖1是現行數字電視機頂盒的一個典型功能框圖。

　　以下是采用這種設計方案的現行數字電視解碼器的缺陷。

　　1.不能支持多種顯示格式

　　世界上各地的數字電視廣播采用不同的傳輸格式，包括美國的ATSC、日本的ARIB和歐盟的DVB分別定義了不同的數字電視視頻格式。即使在美國也有18種不同的顯示格式，其分辨率從480i（相當于現在的模擬電視設備的分辨率）到寬屏幕高清晰度電視的1080i不等。最初的數字電視標準將同時包括480線分辨率的標準清晰度電視（SDTV）以及720線和1080線分辨率的高清晰度電視（HDTV）。電視臺將根據不同顯示格式對傳輸設備復雜程度的要求，以及如何對數字廣播頻率資源的占用情況來決定選用何種格式。一些廣播公司已經表示，為了給觀眾提供更多的選擇，它們可能會傳送多種SDTV節目，而不是僅僅傳送一種占用大量帶寬的HDTV節目。

　　現行數字電視解碼器的設計使它不能處理多種現有的顯示格式。有的數字電視解碼器能夠支持所有格式的輸入，但是并不輸出所有顯示格式，這迫使廠商為標準清晰度電視和高清晰度電視設計不同的機頂盒。這些設計工作需要由不同的工程小組分別完成，而它們所采用的開發工具則完全相同。因此，對于廠商而言，這已成為一項消耗大量時間而又費用不菲的工作。

　　2.昂貴的制造成本

　　如圖1所示，現行的機頂盒使用多種芯片來實現音頻和視頻功能。這些機頂盒中使用的芯片采用0.5微米的加工工藝，因而尺寸較大。同時，為了實現不同顯示格式之間的相互轉換，還需要采用不同的芯片。此外，解碼器使用的存儲器沒有進行優化，不同的功能模塊分別使用各自的存儲器，浪費了寶貴的存儲資源。這種體系結構增大了線路板的面積，并使設計變得更加復雜。集成度偏低、效率不高的存儲結構和落后的芯片加工工藝使得現行的解碼器電路成本高昂、性能低下。

　　3.不能支持不斷更新的數據服務標準

　　現行數字電視解碼器的結構封閉、不靈活。它們與WindowsCE、PersonalJava和ATSC應用編程接口（API）互不兼容，因此不能支持當前新興的數據服務應用，例如在線銀行、電子郵件和網絡瀏覽等。如果不能支持交互式的應用，現行的數字電視解碼器就難以對消費者產生太大的吸引力。

　　4.用戶界面不佳

　　為了處理交互式數據服務，用戶界面必須具有良好的視覺感受，直觀并易于使用。由于缺少一個專用的圖形處理器，現行數字電視解碼器的用戶界面不佳，應用服務運行緩慢，圖形質量差，文本顯示效果低劣、屏幕閃爍。現行機頂盒在MPEG-2芯片中使用嵌入式OSD處理器來管理文本和圖形，由于不具備圖形加速功能以及抗閃爍電路，而且只能支持4-8位/像素的圖形格式，因此OSD處理器難以為用戶提供一個漂亮的交互式界面。

　　5.性能低下的專用CPU

　　現行方案使用了嵌入式處理器，其性能不足，處理能力只有20MIPS甚至更低，并且它們還使用一種專用的總線?；谛翧PI標準的新興交互式數據服務需要功能強大的CPU，以便為觀眾提供實時的交互性。

　　6.結構封閉、缺乏靈活性

　　現行數字電視解碼器芯片的結構沒有靈活性、無法轉換，而且不支持模塊化，它們使用專用的總線和操作系統。這種結構使得標準清晰度顯示不能轉換為高清晰度顯示，或者進行反向轉換，無法為機頂盒制造商提供更大的靈活性。其專用的結構也排除了實現模塊化的可能性，因此設計人員無法向其中加入新推出的標準外圍部件，例如I/O器件、調制解調器和3D圖形部件等。

　　由于存在上述種種缺陷，現行的數字電視解碼器未能在市場上成為一種大眾化的產品。相反，它們僅僅成為了一種用來進行技術演示的道具，無法真正促進數字電視的發展和普及。

　　下一代數字電視解碼器應有的功能特點

　　1.支持多種格式

　　目前全球數字電視多種標準共存，即使一種標準內都有多種顯示格式，如ATSC有18種顯示格式。下一代數字電視解碼器必須支持多標準解碼或者支持一種標準下的多種格式。解碼器不能僅僅進行解碼，還應該將其全部輸出顯示。一個采用先進解碼器設計出來的數字電視接收器或機頂盒能接收所有數字電視信號，并能夠以任何一種顯示格式輸出。這種解碼器應該具有把高清晰度信號向下轉換以便顯示在標準清晰度電視上，或者在高清晰度電視上顯示標準清晰度節目的能力。全格式支持使得用戶不會錯過任何數字節目，而不論他們擁有的電視接收器屬于哪一種類型。此外，它還必須支持現在仍然存在的模擬傳輸以及大量安裝的模擬電視設備。通過向上轉換，可以在數字電視上觀看以模擬格式傳輸的節目；同樣，通過向下轉換，也可以在模擬電視上觀看采用高清晰度格式傳輸的節目。

　　2.降低成本

　　下一代解碼器必須在一個單獨的芯片上集成更多的功能，并采用先進的加工工藝（0.25微米或0.18微米加工技術）以獲得更小的芯片尺寸。在現行的數字電視解碼器結構中，利用不同的芯片來實現MPEG-2音頻/視頻解碼、傳輸碼流TS（TransportStream）解復用、圖形功能和顯示處理。這四種功能是一個數字電視接收器中的關鍵組成部分。通過在單芯片數字電視解碼器中集成所有這些功能，可以顯著降低成本。此外，元器件數目減少可以簡化電路板的設計，減小電路板的面積，還能方便產品的庫存管理，進一步降低了數字電視制造商的成本。集成度的提高還使得內部不同模塊之間的接口得到優化，有助于獲得更好的性能。另外，為了降低存儲成本，可以在視頻和音頻功能之間實現存儲器的共享。

　　3.對交互式數據服務的支持

　　下一代解碼器應與WindowsCE和PersonalJava等數字電視API兼容，其結構必須足夠靈活，能夠支持正在由ATSC和DVB委員會制定的API標準。支持流行的API能保證諸如在線銀行、在線購物和因特網瀏覽等新的數據服務應用通過數字電視來實現。與未來的API標準兼容將確保對于未來的所有應用都是兼容的，這將延長產品的壽命。

　　4.具有吸引力的用戶界面

　　用戶界面對于交互式數據設備的成功與否具有關鍵性影響。顯示在屏幕上的菜單和控制必須易于使用，在視覺上有吸引力，并且直觀易懂，這樣消費者才能對在線應用感到舒適。下一代解碼器芯片必須集成一個專用的圖形處理器，為消費者提供良好的視覺感受。為了顯示鮮艷的色彩，解碼器芯片應該支持更高的色彩分辨率（16位/像素或更高）；為了取得更快的響應時間，將視頻和圖形內容進行無縫集成，必須進行圖形加速，例如圖形位的顯存塊移動和硬件光標等。為了在隔行掃描的電視屏幕上獲得高質量的顯示效果，圖形處理器必須具備抗閃爍電路；為了使屏幕上顯示的文本更清晰，還應支持抗混疊功能；硬件光標方便了菜單的靈活選擇。要想讓數字電視上開展的電子商務和其它在線服務進一步發展普及，向用戶提供一種舒適的人機界面至關重要。

　　5.支持各種高性能CPU

　　在下一代數字電視解碼器方案中，應該使用性能強大的CPU來處理新興的數字電視API的交互式應用服務，所使用的解碼器應該具備方便的接口，這樣可以很容易地與那些廣泛使用的CPU進行連接。通過開放式的CPU接口，生產商就可以根據不同的目標產品選擇相應的CPU來實現機頂盒的設計。對僅僅用于顯示電視節目的基本功能型機頂盒，可以選擇一個廉價的低性能CPU；而對數據服務應用型機頂盒，則應該選擇一個性能很強的CPU。

　　6.工業標準的主機總線接口

　　數字電視解碼器必須圍繞一種高性能的總線（例如PCI接口總線）來設計。在過去的幾年里，由于PC技術的不斷發展，PCI總線已發展成為一種非常穩定和成熟的接口總線。在設計中可以很方便地使用多種常用的PCI外圍器件，包括超級I/O、P1394、USB、V.90調制解調器和超級3D圖形等功能。

　　基于PCI總線的數字電視解碼器的結構采用模塊化結構，可以根據不同的目標市場方便地進行升級。例如，為了連接照相機，可以向數字電視機頂盒增加一個P1394或USB接口；為了在寬屏幕數字電視上提供實時游戲服務，可以增加一個基于PCI的3D圖形部件。只要簡單地增加一個并不昂貴的PCI總線V.90調制解調器，還可獲得雙向傳輸能力，實現更高級的數據服務。另外，PCI總線結構還使CPU的升級變得非常簡單?；赑CI總線的CPU可以很方便地用一個性能更為強大的CPU來代替，而無需改變機頂盒的基本設計。消費電子產品制造商只需簡單地在軟件或硬件方面做一些改進，便可使用不同性能的CPU和存儲器來開發從低端到高端的一系列機頂盒產品。采用PCI接口能大大縮短和簡化軟硬件開發，加快數字電視產品推向市場進程。

　　7.融合個人電腦和數字電視

　　英特爾、微軟和康柏這三家公司一直在致力于將PC平臺引入數字電視技術領域。PC行業有一個年出貨量達1億臺的巨大市場。這給數字電視解碼器芯片制造商提供了有利可圖的機會。

　　解碼器的結構應該為PC/DTV選件卡的設計提供方便，以便擴大數字電視的覆蓋范圍。由于PC/DTV板卡易于設計和升級，基于PCI總線的數字電視解碼器芯片在打入PC市場方面將具有很大的優勢。

　　圖2為采用下一代數字電視解碼器電路設計的機頂盒方案。該解碼器集成了超強的圖形能力，可以提供經過改進的多種數據服務，并配備一個標準的PCI總線接口，可以選擇使用多種不同的高性能CPU，同時還采用一體化存儲器結構（unifiedmemory），構成了一種高級數字電視接收方案。

　　對開放式數字電視參考平臺的需求

　　數字電視技術非常復雜，設計好下一代解碼器芯片只解決了制造商所面臨的一部分問題。與傳統的模擬電視方案不同，由于交互式數據服務的原因，數字電視的軟件是一個重要部分。隨著數字電視API和新型應用的出現，軟件開發已成為數字電視設計中的一項主要工作。集成電路制造商必須提供一種圍繞數字電視解碼器芯片的參考平臺，來幫助消費電子整機制造商更好地進行設計?；谙乱淮獯a器結構集成的、系統級的方案和參考平臺將極大地縮短產品上市時間。在開發數字電視產品的同時，參考平臺將會加快軟件的開發進程。

　　參考平臺還為第三方軟件開發商開發數字電視應用軟件提供了一個易于使用的平臺。如果沒有這樣一個平臺，軟件開發商就只能等到消費電子整機制造商將機頂盒生產出來之后，才能開展它們自己的開發工作。借助于參考平臺，在制造商設計機頂盒的同時，軟件開發商就可以開發他們的應用程序。一個易于獲得的低成本參考平臺有助于第三方開發商的創新，它是拓寬數字電視應用的基礎。

　　具有開放式結構的參考平臺提供了一個在真實的系統環境下進行軟硬件和外圍設備檢查、調試和驗證的工具。參考環境所提供的設備驅動器、實時操作系統API和應用軟件可用來演示數字電視的功能以確保產品的高質量。由于制造商和軟件開發商的產品設計時間縮短，使得大幅度降低成本和更快上市成為可能。

　　結論

　　未來數字電視的發展可能為廣大消費者提供許多激動人心的產品，它們帶來的將不僅僅是我們現在已經擁有或者目前所能想象到的數據服務。隨著時間的推移，數字電視很可能演變成為普通消費者家里的多媒體網絡中心？？它能夠處理DVD、音頻、視頻游戲和其它新興的應用服務。

　　今后，消費電子產品制造商將會面臨來自不同芯片制造公司的各種各樣的數字電視解碼器方案。為下一代數字電視產品選擇正確的集成電路解碼器方案和參考平臺是產品能否贏得最終市場的關鍵因素之一。