數(shù)字機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1、數(shù)字機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)在數(shù)字電視的產(chǎn)業(yè)鏈中，數(shù)字電視機(jī)頂盒（STB ）是一個(gè)既簡(jiǎn)單又復(fù)雜的消費(fèi)類終端產(chǎn)品。說其簡(jiǎn)單是因?yàn)樯a(chǎn)出一個(gè)機(jī)頂盒是十分簡(jiǎn)單的，行業(yè)準(zhǔn)入的成本也不是十分高昂；說其復(fù)雜是因?yàn)橐獙C(jī)頂盒做得穩(wěn)定可靠且功能強(qiáng)大，的確是一件十分復(fù)雜繁瑣的工作，特別是在軟件系統(tǒng)方面，由于STB 性能的局限性和使用的實(shí)時(shí)性，它無法像PC 那樣可以支撐龐大的運(yùn)行環(huán)境與程序，也缺乏完善的開發(fā)工具，這對(duì)軟件開發(fā)者而言是一件很具有挑戰(zhàn)性的工作。機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)從數(shù)字電視機(jī)頂盒的構(gòu)成上看，主要包括硬件和軟件兩大部分。從結(jié)構(gòu)上看，機(jī)頂盒一般由主芯片、內(nèi)存、調(diào)諧解調(diào)器、回傳通道、 CA （Conditio

2、nalAccess ）接口、外部存儲(chǔ)控制器以及視音頻輸出等幾大部分構(gòu)成。調(diào)諧解調(diào)器調(diào)諧解調(diào)器部分的作用是將傳輸過來的調(diào)制數(shù)字信號(hào)解調(diào)還原成傳輸流，調(diào)諧解調(diào)器的不同就構(gòu)成了不同的數(shù)字機(jī)頂盒，例如用于QPSK 解調(diào)的衛(wèi)星機(jī)頂盒（DVB-S ），用于QAM 解調(diào)的有線數(shù)字機(jī)頂盒（DVB-C ）以及用于 OFDM 解調(diào)的地面?zhèn)鬏敂?shù)字機(jī)頂盒（DVB-T ）。目前市場(chǎng)上比較流行的調(diào)諧解調(diào)器的生產(chǎn)廠商有Thomson、Sharp等，國(guó)內(nèi)雖然也有一些廠商生產(chǎn)調(diào)諧解調(diào)器，但市場(chǎng)份額很小。主芯片隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，越來越多的廠家將機(jī)頂盒的功能更多地集成在一個(gè)主芯片里，例如現(xiàn)在大部分廠商都將CPU 、解碼器、解復(fù)用

3、器、圖形處理器與視音頻處理器集成在芯片中，甚至一些以 Philips 為代表的芯片廠商將調(diào)諧解調(diào)器也集成在芯片中，形成一體化的芯片解決方案， 有效地降低了器件成本并提高了可靠性。在主芯片中， 首先根據(jù)傳輸流所傳遞的標(biāo)志信息對(duì)接收到的傳輸流進(jìn)行解復(fù)用，然后根據(jù) CA 智能卡所傳遞的解擾信息對(duì)節(jié)目流進(jìn)行解擾，解擾后的TS 流送到視音頻解碼器中分別對(duì)其進(jìn)行解碼，還原成AV 信號(hào)進(jìn)行輸出，同時(shí)，也分離出復(fù)用在TS 流中的各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)表，送給機(jī)頂盒處理器分別輸出。另外，由于在主芯片中集成了CPU 和圖形管理器，使機(jī)頂盒可以完成更多的功能，它可以運(yùn)行各種軟件完成諸多任務(wù)，例如股票接收、 網(wǎng)頁瀏覽等， 也可

4、以通過圖形管理器實(shí)現(xiàn)2D 甚至 3D 的圖形處理，為用戶提供更美觀的界面，實(shí)現(xiàn)交互式游戲等各種高畫質(zhì)應(yīng)用。由于 CPU 是主芯片的核心，因此通常情況下CPU 的性能就決定了主芯片的性能。CPU 的性能一般是由主頻決定的，主頻越高則CPU 的性能也越高。目前最快的CPU 主頻已經(jīng)超過了 400MIPS ，即使是目前市場(chǎng)上流行、 最基本的機(jī)頂盒中CPU 的主頻也超過了 50MIPS 。CPU 速度同運(yùn)行其上的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有著必然的聯(lián)系，如果需要在一個(gè) STB 中運(yùn)行一個(gè) HTML瀏覽器， 100MIPS 可能就是對(duì) CPU 的最低要求，當(dāng)然這還需要內(nèi)存的配合。內(nèi)存在某些方面，機(jī)頂盒同PC 機(jī)有很多相似

5、之處，甚至可以說是一臺(tái)簡(jiǎn)化了的PC 機(jī)，兩者最相似之處就是內(nèi)存。對(duì)機(jī)頂盒而言，內(nèi)存主要分為Flash 內(nèi)存和 SDRAM內(nèi)存。 Flash用來存貯機(jī)頂盒的系統(tǒng)軟件、驅(qū)動(dòng)軟件、 應(yīng)用程序以及一些用戶信息，在系統(tǒng)斷電時(shí)內(nèi)容還可保留，同時(shí)Flash可以通過在線的方式對(duì)其上所載的軟件進(jìn)行更新，達(dá)到機(jī)頂盒軟件升級(jí)的目的。 SDRAM主要是用來存儲(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)。機(jī)頂盒的許多功能都需要內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)，例如圖形處理、 視音頻解碼和解復(fù)用等，不同的應(yīng)用需求，內(nèi)存的大小配置也各不相同。容量大的 Flash 和 SDRAM 的配置雖然可以為將來的業(yè)務(wù)系統(tǒng)預(yù)留足夠的內(nèi)存空間，但內(nèi)存并不是決定軟件能否運(yùn)行的因素，它需要配合 C

6、PU 來工作，不切合實(shí)際的高配置只會(huì)造成資源浪費(fèi)，而無助于 STB 性能的提高。外部存儲(chǔ)設(shè)備外部存儲(chǔ)設(shè)備一般指外掛式硬盤，大容量的硬盤可以用于存儲(chǔ)節(jié)目流以滿足用戶的個(gè)性化需求。 一個(gè) STB 中能否外掛硬盤一般都是由主芯片所決定的，只有 CPU 的處理能力達(dá)到一定程度時(shí)才有可能支持硬盤的讀寫，而硬盤的讀寫也需要更多的內(nèi)存空間。智能卡接口通過讀卡器讀取CA 智能卡中的數(shù)據(jù)用于數(shù)字電視節(jié)目的解擾，特別是在付費(fèi)電視發(fā)展的今天， 這是大多數(shù)STB 必不可少的部件。除了標(biāo)準(zhǔn)的讀卡器外，在有些 STB 中也采用通用接口 CI （ CommonInterface）來完成對(duì)CA 智能卡的讀取。CI 是一個(gè)由D

7、VB 組織為機(jī)頂盒和分離的硬件模塊之間定義的標(biāo)準(zhǔn)接口。這種起源于PCMCIA的技術(shù)應(yīng)用，使機(jī)頂盒可以批量生產(chǎn)，也為機(jī)頂盒帶來了變化，有著廣泛的應(yīng)用前景?；貍魍ㄐ沤涌陔S著機(jī)頂盒應(yīng)用的擴(kuò)展，使用戶對(duì)機(jī)頂盒的需求已經(jīng)不單單停留在簡(jiǎn)單地收看視音頻節(jié)目上了， 交互式的需求使機(jī)頂盒中內(nèi)嵌了回傳設(shè)備，這些設(shè)備可以包括網(wǎng)絡(luò)適配器、調(diào)制解調(diào)器等通信接口，用于滿足用戶將信息回傳到前端。其他設(shè)備接口新技術(shù)的發(fā)展使機(jī)頂盒的物理接口也不斷地增加，如RS232接口、紅外遙控器接口、無線鍵盤接口、 Wi-Fi接口等等， 使 STB 可以同攝像機(jī)、 DVD 、PDA 等眾多設(shè)備進(jìn)行連接。機(jī)頂盒的軟件系統(tǒng)機(jī)頂盒作為一個(gè)客戶端系

8、統(tǒng)，除了要具有良好的硬件平臺(tái)外還需要配備不同的軟件系統(tǒng)才能使其完成各種任務(wù)。機(jī)頂盒中的軟件可以分成三個(gè)主要的層：應(yīng)用層、 中間解釋層和驅(qū)動(dòng)層，每一層都包含了諸多的程序或接口等。驅(qū)動(dòng)層驅(qū)動(dòng)層包括機(jī)頂盒硬件的驅(qū)動(dòng)程序和API 接口，它主要用于完成對(duì)硬件設(shè)備的操作。中間解釋層中間解釋層將 STB 的應(yīng)用程序指令翻譯成CPU 能識(shí)別的指令， 從而通過驅(qū)動(dòng)層去調(diào)動(dòng)硬件設(shè)備完成相應(yīng)的操作。該層包括嵌入式操作系統(tǒng)、中間件、CA 駐留軟件等。雖然中間件的使用可以給 STB 軟件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來極大好處，但高昂的使用費(fèi)用，對(duì)硬件需求的增加以及技術(shù)上的不成熟使中間件在國(guó)內(nèi)鮮有應(yīng)用。目前許多軟件設(shè)計(jì)者采用直接調(diào)用驅(qū)

9、動(dòng)層的軟件來編寫應(yīng)用程序，這雖然可以滿足一時(shí)的需求，但隨著應(yīng)用需求的增加，在STB中使用中間件才是一個(gè)很好的解決方案。應(yīng)用層應(yīng)用層可以分成駐留應(yīng)用程序和可下載應(yīng)用程序兩部分，不同的STB 軟件設(shè)計(jì)理念使這兩個(gè)部分包含的應(yīng)用程序也不盡相同，合理規(guī)劃這兩部分的組成將有助于提高STB 的可靠性和相應(yīng)時(shí)間。目前國(guó)內(nèi)機(jī)頂盒中的應(yīng)用較少，主要以EPG 、數(shù)據(jù)廣播、股票、簡(jiǎn)單的下載游戲等為主， 而數(shù)字電視的魅力并不在于看電視，而在于這種基于數(shù)字電視平臺(tái)的業(yè)務(wù)應(yīng)用， 這些應(yīng)用將會(huì)改善人們的一些日常生活習(xí)俗。隨著雙向網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)， 交互式應(yīng)用的普及，基于交互式的應(yīng)用軟件也將越來越多，這也會(huì)給運(yùn)營(yíng)商帶來難以預(yù)料的增

10、值收入。STB 的分類與應(yīng)用不同的運(yùn)營(yíng)商和不同的機(jī)頂盒廠商按照不同的應(yīng)用習(xí)慣將STB 分成基本型、增強(qiáng)型、交互型等幾種，運(yùn)營(yíng)商對(duì)數(shù)字電視理解和應(yīng)用水平的不同對(duì)STB 的劃分也有所不同。大多數(shù)的運(yùn)營(yíng)商將基本型定義成僅支持視音頻服務(wù)和接收EPG 信息，不支持?jǐn)?shù)據(jù)瀏覽和其他應(yīng)用，而將這些應(yīng)用放在所謂的增強(qiáng)型中；把具有雙向功能的STB 定義為交互型。實(shí)際上從功能上很難區(qū)分什么是基本型什么是交互型，不同的商業(yè)目的就會(huì)有不同的劃分，所謂的基本型和增強(qiáng)型往往都是使用同一個(gè)硬件平臺(tái)，不同的只是軟件而已，雖然也有廠商宣稱他們的 STB 是交互型的或者可以開展交互式服務(wù)，但由于網(wǎng)絡(luò)上的原因，在國(guó)內(nèi)還沒有一種成熟的

11、交互式應(yīng)用，目前所謂的交互式應(yīng)用基本上都還停留在本地交互的基礎(chǔ)上。選用的芯片不同，構(gòu)成的硬件平臺(tái)就不同，配備的其他設(shè)備和接口也不同，這就組成了多種多樣的STB 。例如，在STB 中加上調(diào)制解調(diào)器或網(wǎng)卡，就構(gòu)成了一個(gè)具有雙向功能的機(jī)頂盒；加上硬盤就構(gòu)成了個(gè)人視頻錄制器(PVR ： PersonalVideoRecorder)，當(dāng)然這些都需要軟件的配合。在同一個(gè)硬件平臺(tái)上通過駐留不同的軟件也可以構(gòu)成不同應(yīng)用的機(jī)頂盒，而多樣化的STB 滿足了不同層次的需求。STB 的發(fā)展趨勢(shì)龐大的市場(chǎng)空間，數(shù)百億的產(chǎn)值吸引了眾多的商家從事STB的生產(chǎn)制造，據(jù)估計(jì)國(guó)內(nèi)大約有300余家企業(yè)都在從事STB的生產(chǎn)， 而截至

12、到2004年底，全國(guó)有線數(shù)字用戶大約在80萬戶左右，除去以前累計(jì)發(fā)展的30 多萬戶，實(shí)際去年一年新增用戶不會(huì)超過50 萬戶，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的殘酷性使全行業(yè)處于一種虧損狀態(tài)。雖然目前運(yùn)營(yíng)商在大規(guī)模推廣數(shù)字電視，搞全網(wǎng)的整體平移，向用戶免費(fèi)發(fā)放STB ，為此也創(chuàng)立了諸如青島模式、佛山經(jīng)驗(yàn)以及杭州模式等， 但這一切并沒有帶來STB 行業(yè)的繁榮， 也沒有促進(jìn)STB 技術(shù)的發(fā)展， 反而給數(shù)字電視行業(yè)造成了很多的困惑。如何順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，把握技術(shù)發(fā)展的方向，可能不再僅僅是制造商需要關(guān)注的問題， 也許更應(yīng)當(dāng)引起行業(yè)主管部門和運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注， 需要各方協(xié)同努力盡快為數(shù)字電視創(chuàng)造一個(gè)良好的可持續(xù)發(fā)展的空間。數(shù)字電視一體

13、機(jī)目前國(guó)內(nèi)使用的機(jī)頂盒大多都屬于基本型的范疇，它們可以接收數(shù)字電視節(jié)目，也可以提供一些諸如電子政務(wù)服務(wù)類的應(yīng)用。隨著數(shù)字電視機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶數(shù)字解碼功能的新型電視機(jī)已經(jīng)面世，目前正在處于投產(chǎn)前的大規(guī)模測(cè)試階段。這種將最基本的STB 和電視機(jī)的功能結(jié)合在一起的新型一體化電視機(jī)，將對(duì)STB 的制造業(yè)和數(shù)字電視的運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生重大影響，面對(duì)家電巨頭們龐大的生產(chǎn)能力和新的技術(shù)產(chǎn)品，大多數(shù)STB 生產(chǎn)商將面臨重新洗牌的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言， 一體機(jī)的出現(xiàn)也使運(yùn)營(yíng)發(fā)生了改變。過去運(yùn)營(yíng)商不僅要為節(jié)目傳輸操心，也要為用戶的STB 投入大量的精力，甚至為此背上沉重的包袱，特別是在整體平移的過程中，由于發(fā)送STB 而背負(fù)

14、了龐大的債務(wù)，而這一切都可能因?yàn)橐惑w機(jī)的出現(xiàn)而得到很好的解決。在未來的2 3 年內(nèi)，按照國(guó)家產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的35% 以上的電視機(jī)將帶有STB 功能，這意味著每年將有 1500臺(tái)以上的一體機(jī)投放市場(chǎng)，以后這個(gè)數(shù)字還將會(huì)不斷攀升。機(jī)卡分離機(jī)卡分離和一體機(jī)幾乎是天生的一對(duì)。電視機(jī)的大規(guī)模制造不僅提高了產(chǎn)品的可靠性，也降低生產(chǎn)的成本， 而大規(guī)模制造的基礎(chǔ)就是所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有一致性， 這不僅表現(xiàn)在硬件上也表現(xiàn)在軟件上。 由于軟件的差異性使得制造商無法像生產(chǎn)電視機(jī)一樣大規(guī)模地生產(chǎn)機(jī)頂盒。所以實(shí)現(xiàn)規(guī)模制造， CA 是首先要解決的問題。機(jī)卡分離技術(shù)的含義在于讓數(shù)字電視的接收設(shè)備（機(jī)）和CA 智能卡及其軟

15、件（卡）無關(guān)，兩者通過一個(gè)接口產(chǎn)品（大卡或CAM 卡）來連接，電視機(jī)和STB 預(yù)留這個(gè)通用的接口。在插入 CA 智能卡之前，所有的電視機(jī)和STB 的軟硬件都是相同的，而智能卡首先要插到一個(gè)與之適應(yīng)的 CAM 卡中才能插到電視機(jī)或機(jī)頂盒上，解出相應(yīng)的節(jié)目。雖然從表面上看由于使用了 CAM 卡增加了用戶的接入成本，但由于脫離了CA 的束縛給運(yùn)營(yíng)商和制造商都帶來了使用和制造成本的降低，最終也帶來了用戶接入成本的降低。諸多的優(yōu)點(diǎn)使機(jī)卡分離成為一種產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，美國(guó)已經(jīng)把機(jī)卡分離作為數(shù)字電視機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，并為此定義了強(qiáng)制性的時(shí)間表。 對(duì)中國(guó)這樣一個(gè)電視機(jī)生產(chǎn)大國(guó)而言，機(jī)卡分離也將成為中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和標(biāo)

16、準(zhǔn)。 隨著產(chǎn)品的批量投放市場(chǎng)， 數(shù)字電視機(jī)的普及將有助于帶動(dòng)數(shù)字電視用戶的發(fā)展。交互式STB雖然一體機(jī)可能代替普及型 STB ，但在數(shù)字電視發(fā)展中，由于業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展， STB 的軟件也將不斷完善，特別是在交互式領(lǐng)域，隨著中間件的完善和應(yīng)用， STB 就成為一個(gè)價(jià)格低廉的硬件平臺(tái)，可以通過更換不同的軟件來實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言， 交互式應(yīng)用有著龐大的商業(yè)利益，是未來最重要的利潤(rùn)來源，而交互式 STB 的使用可以幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。交互式 STB 也代表著機(jī)頂盒技術(shù)發(fā)展的最高水平，有著十分巨大的發(fā)展空間。在 STB 中加上存儲(chǔ)設(shè)備就可以將自己喜歡的節(jié)目存儲(chǔ)起來，這種 STB 就是 PVR 。雖

17、然目前 PVRSTB 在國(guó)內(nèi)還沒有形成一定的市場(chǎng)，但國(guó)外每年幾百萬臺(tái)銷量的強(qiáng)勁增長(zhǎng)就預(yù)示著國(guó)內(nèi)未來市場(chǎng)的龐大，隨著時(shí)間的推移，這種需求將會(huì)越來越大。雙解碼或多解碼STB對(duì)國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商而言，特別是在整體平移的過程中，如何解決用戶兩臺(tái)以上的電視機(jī)收看數(shù)字電視節(jié)目是一個(gè)令開發(fā)人員十分頭疼的問題， 雖然可以通過強(qiáng)制性的行政行為達(dá)到一機(jī)一卡， 提高收視費(fèi)， 但無法讓用戶理解這種運(yùn)營(yíng)模式， 也使數(shù)字電視的推廣面臨很大的阻力。雙解碼 STB 是在一個(gè) STB 中采用雙解碼芯片或在一個(gè)芯片中嵌入兩個(gè)以上的解碼電路，并配以兩個(gè)解調(diào)器，進(jìn)而使一個(gè) STB 輸出兩路不同的節(jié)目，而 STB 的成本僅僅增加了30 50 。這種新產(chǎn)品的出現(xiàn)，無疑對(duì)那些擁有兩臺(tái)以上電視機(jī)的用戶是一個(gè)福音，當(dāng)然對(duì)那些寄希望于用戶購(gòu)買兩臺(tái)以上的 STB 以及交兩份以上的節(jié)目費(fèi)的運(yùn)營(yíng)商而言，這并不是一個(gè)好消息。DVB和IP合二為一IP 技術(shù)的飛速發(fā)展給數(shù)字電視帶來了巨大威脅，但在短期內(nèi)由于網(wǎng)絡(luò)成本的原因使兩者只能共存而無法替代。雖然目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有所謂的帶IP 功能的 STB ，但這些機(jī)頂盒只是集成了網(wǎng)卡或帶回傳通道，由于它們無法滿足流媒體等服務(wù)，因此還不完全是一個(gè)將DVB和 IP 合二為一的STB 。隨著具有MPE