數(shù)字電視技術(shù)將給消費者和電視行業(yè)帶來一個視聽和娛樂的新紀元。但在數(shù)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(huán)境下，生產(chǎn)商如何快速經(jīng)濟地開發(fā)出消費者所需要的產(chǎn)品？如何低成本地實現(xiàn)圖像、視頻及交互式數(shù)據(jù)處理功能的完美集成？如何克服全球數(shù)字電視軟硬件標準的不統(tǒng)一的問題？本文將針對這些問題分析現(xiàn)行數(shù)字電視機頂盒方案的缺陷，討論下一代產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)體系方面所需解決的問題。

　　現(xiàn)行數(shù)字電視方案的缺陷

　　現(xiàn)行數(shù)字電視機頂盒的某些缺陷限制了數(shù)字電視的發(fā)展和普及。導(dǎo)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(guān)鍵功能是由數(shù)字電視解碼器實現(xiàn)的。解碼器部件負責數(shù)字電視廣播的接收和顯示，對數(shù)字傳輸信息流進行解復(fù)用以及對MPEG-2音頻/視頻數(shù)據(jù)流信息進行解碼，并實現(xiàn)機頂盒的圖形功能。圖1是現(xiàn)行數(shù)字電視機頂盒的一個典型功能框圖。

　　以下是采用這種設(shè)計方案的現(xiàn)行數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)在的模擬電視設(shè)備的分辨率）到寬屏幕高清晰度電視的1080i不等。最初的數(shù)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(jù)不同顯示格式對傳輸設(shè)備復(fù)雜程度的要求，以及如何對數(shù)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(jīng)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(jié)目，而不是僅僅傳送一種占用大量帶寬的HDTV節(jié)目。

　　現(xiàn)行數(shù)字電視解碼器的設(shè)計使它不能處理多種現(xiàn)有的顯示格式。有的數(shù)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(shè)計不同的機頂盒。這些設(shè)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(fā)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(xiàn)行的機頂盒使用多種芯片來實現(xiàn)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(xiàn)不同顯示格式之間的相互轉(zhuǎn)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(yōu)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(jié)構(gòu)增大了線路板的面積，并使設(shè)計變得更加復(fù)雜。集成度偏低、效率不高的存儲結(jié)構(gòu)和落后的芯片加工工藝使得現(xiàn)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(shù)據(jù)服務(wù)標準

　　現(xiàn)行數(shù)字電視解碼器的結(jié)構(gòu)封閉、不靈活。它們與WindowsCE、PersonalJava和ATSC應(yīng)用編程接口（API）互不兼容，因此不能支持當前新興的數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用，例如在線銀行、電子郵件和網(wǎng)絡(luò)瀏覽等。如果不能支持交互式的應(yīng)用，現(xiàn)行的數(shù)字電視解碼器就難以對消費者產(chǎn)生太大的吸引力。

　　4.用戶界面不佳

　　為了處理交互式數(shù)據(jù)服務(wù)，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(xiàn)行數(shù)字電視解碼器的用戶界面不佳，應(yīng)用服務(wù)運行緩慢，圖形質(zhì)量差，文本顯示效果低劣、屏幕閃爍。現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)服務(wù)需要功能強大的CPU，以便為觀眾提供實時的交互性。

　　6.結(jié)構(gòu)封閉、缺乏靈活性

　　現(xiàn)行數(shù)字電視解碼器芯片的結(jié)構(gòu)沒有靈活性、無法轉(zhuǎn)換，而且不支持模塊化，它們使用專用的總線和操作系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)使得標準清晰度顯示不能轉(zhuǎn)換為高清晰度顯示，或者進行反向轉(zhuǎn)換，無法為機頂盒制造商提供更大的靈活性。其專用的結(jié)構(gòu)也排除了實現(xiàn)模塊化的可能性，因此設(shè)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(diào)制解調(diào)器和3D圖形部件等。

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

　　下一代數(shù)字電視解碼器應(yīng)有的功能特點

　　1.支持多種格式

　　目前全球數(shù)字電視多種標準共存，即使一種標準內(nèi)都有多種顯示格式，如ATSC有18種顯示格式。下一代數(shù)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(yīng)該將其全部輸出顯示。一個采用先進解碼器設(shè)計出來的數(shù)字電視接收器或機頂盒能接收所有數(shù)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(yīng)該具有把高清晰度信號向下轉(zhuǎn)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(jié)目的能力。全格式支持使得用戶不會錯過任何數(shù)字節(jié)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(xiàn)在仍然存在的模擬傳輸以及大量安裝的模擬電視設(shè)備。通過向上轉(zhuǎn)換，可以在數(shù)字電視上觀看以模擬格式傳輸?shù)墓?jié)目；同樣，通過向下轉(zhuǎn)換，也可以在模擬電視上觀看采用高清晰度格式傳輸?shù)墓?jié)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(shù)）以獲得更小的芯片尺寸。在現(xiàn)行的數(shù)字電視解碼器結(jié)構(gòu)中，利用不同的芯片來實現(xiàn)MPEG-2音頻/視頻解碼、傳輸碼流TS（TransportStream）解復(fù)用、圖形功能和顯示處理。這四種功能是一個數(shù)字電視接收器中的關(guān)鍵組成部分。通過在單芯片數(shù)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(shù)目減少可以簡化電路板的設(shè)計，減小電路板的面積，還能方便產(chǎn)品的庫存管理，進一步降低了數(shù)字電視制造商的成本。集成度的提高還使得內(nèi)部不同模塊之間的接口得到優(yōu)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(xiàn)存儲器的共享。

　　3.對交互式數(shù)據(jù)服務(wù)的支持

　　下一代解碼器應(yīng)與WindowsCE和PersonalJava等數(shù)字電視API兼容，其結(jié)構(gòu)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(wǎng)瀏覽等新的數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用通過數(shù)字電視來實現(xiàn)。與未來的API標準兼容將確保對于未來的所有應(yīng)用都是兼容的，這將延長產(chǎn)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(shù)據(jù)設(shè)備的成功與否具有關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yīng)時間，將視頻和圖形內(nèi)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(zhì)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(yīng)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(shù)字電視上開展的電子商務(wù)和其它在線服務(wù)進一步發(fā)展普及，向用戶提供一種舒適的人機界面至關(guān)重要。

　　5.支持各種高性能CPU

　　在下一代數(shù)字電視解碼器方案中，應(yīng)該使用性能強大的CPU來處理新興的數(shù)字電視API的交互式應(yīng)用服務(wù)，所使用的解碼器應(yīng)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(chǎn)商就可以根據(jù)不同的目標產(chǎn)品選擇相應(yīng)的CPU來實現(xiàn)機頂盒的設(shè)計。對僅僅用于顯示電視節(jié)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(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用型機頂盒，則應(yīng)該選擇一個性能很強的CPU。

　　6.工業(yè)標準的主機總線接口

　　數(shù)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(shè)計。在過去的幾年里，由于PC技術(shù)的不斷發(fā)展，PCI總線已發(fā)展成為一種非常穩(wěn)定和成熟的接口總線。在設(shè)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(diào)制解調(diào)器和超級3D圖形等功能。

　　基于PCI總線的數(shù)字電視解碼器的結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)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(shù)字電視機頂盒增加一個P1394或USB接口；為了在寬屏幕數(shù)字電視上提供實時游戲服務(wù)，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(diào)制解調(diào)器，還可獲得雙向傳輸能力，實現(xiàn)更高級的數(shù)據(jù)服務(wù)。另外，PCI總線結(jié)構(gòu)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(shè)計。消費電子產(chǎn)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(fā)從低端到高端的一系列機頂盒產(chǎn)品。采用PCI接口能大大縮短和簡化軟硬件開發(fā)，加快數(shù)字電視產(chǎn)品推向市場進程。

　　7.融合個人電腦和數(shù)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(shù)字電視技術(shù)領(lǐng)域。PC行業(yè)有一個年出貨量達1億臺的巨大市場。這給數(shù)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(jié)構(gòu)應(yīng)該為PC/DTV選件卡的設(shè)計提供方便，以便擴大數(shù)字電視的覆蓋范圍。由于PC/DTV板卡易于設(shè)計和升級，基于PCI總線的數(shù)字電視解碼器芯片在打入PC市場方面將具有很大的優(yōu)勢。

　　圖2為采用下一代數(shù)字電視解碼器電路設(shè)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(jīng)過改進的多種數(shù)據(jù)服務(wù)，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(jié)構(gòu)（unifiedmemory），構(gòu)成了一種高級數(shù)字電視接收方案。

　　對開放式數(shù)字電視參考平臺的需求

　　數(shù)字電視技術(shù)非常復(fù)雜，設(shè)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(tǒng)的模擬電視方案不同，由于交互式數(shù)據(jù)服務(wù)的原因，數(shù)字電視的軟件是一個重要部分。隨著數(shù)字電視API和新型應(yīng)用的出現(xiàn)，軟件開發(fā)已成為數(shù)字電視設(shè)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(shù)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(shè)計?；谙乱淮獯a器結(jié)構(gòu)集成的、系統(tǒng)級的方案和參考平臺將極大地縮短產(chǎn)品上市時間。在開發(fā)數(shù)字電視產(chǎn)品的同時，參考平臺將會加快軟件的開發(fā)進程。

　　參考平臺還為第三方軟件開發(fā)商開發(fā)數(shù)字電視應(yīng)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(fā)商就只能等到消費電子整機制造商將機頂盒生產(chǎn)出來之后，才能開展它們自己的開發(fā)工作。借助于參考平臺，在制造商設(shè)計機頂盒的同時，軟件開發(fā)商就可以開發(fā)他們的應(yīng)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(fā)商的創(chuàng)新，它是拓寬數(shù)字電視應(yīng)用的基礎(chǔ)。

　　具有開放式結(jié)構(gòu)的參考平臺提供了一個在真實的系統(tǒng)環(huán)境下進行軟硬件和外圍設(shè)備檢查、調(diào)試和驗證的工具。參考環(huán)境所提供的設(shè)備驅(qū)動器、實時操作系統(tǒng)API和應(yīng)用軟件可用來演示數(shù)字電視的功能以確保產(chǎn)品的高質(zhì)量。由于制造商和軟件開發(fā)商的產(chǎn)品設(shè)計時間縮短，使得大幅度降低成本和更快上市成為可能。

　　結(jié)論

　　未來數(shù)字電視的發(fā)展可能為廣大消費者提供許多激動人心的產(chǎn)品，它們帶來的將不僅僅是我們現(xiàn)在已經(jīng)擁有或者目前所能想象到的數(shù)據(jù)服務(wù)。隨著時間的推移，數(shù)字電視很可能演變成為普通消費者家里的多媒體網(wǎng)絡(luò)中心？？它能夠處理DVD、音頻、視頻游戲和其它新興的應(yīng)用服務(wù)。

　　今后，消費電子產(chǎn)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(shù)字電視解碼器方案。為下一代數(shù)字電視產(chǎn)品選擇正確的集成電路解碼器方案和參考平臺是產(chǎn)品能否贏得最終市場的關(guān)鍵因素之一。