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数字电视技术将给消费者和电视行业带来一个视听和娱乐的新纪元。但在数字电视能够大举进入普通消费者的家庭之前，还必须解决几个问题：在一个瞬息万变的市场环境下，生产商如何快速经济地开发出消费者所需要的产品？如何低成本地实现图像、视频及交互式数据处理功能的完美集成？如何克服全球数字电视软硬件标准的不统一的问题？本文将针对这些问题分析现行数字电视机顶盒方案的缺陷，讨论下一代产品在结构体系方面所需解决的问题。
现行数字电视方案的缺陷
现行数字电视机顶盒的某些缺陷限制了数字电视的发展和普及。导致这些缺陷的根源是机顶盒专用集成电路芯片（ASIC）。机顶盒的关键功能是由数字电视解码器实现的。解码器部件负责数字电视广播的接收和显示，对数字传输信息流进行解复用以及对MPEG-2音频/视频数据流信息进行解码，并实现机顶盒的图形功能。图1是现行数字电视机顶盒的一个典型功能框图。
以下是采用这种设计方案的现行数字电视解码器的缺陷。
1.不能支持多种显示格式
世界上各地的数字电视广播采用不同的传输格式，包括美国的ATSC、日本的ARIB和欧盟的DVB分别定义了不同的数字电视视频格式。即使在美国也有18种不同的显示格式，其分辨率从480i（相当于现在的模拟电视设备的分辨率）到宽屏幕高清晰度电视的1080i不等。最初的数字电视标准将同时包括480线分辨率的标准清晰度电视（SDTV）以及720线和1080线分辨率的高清晰度电视（HDTV）。电视台将根据不同显示格式对传输设备复杂程度的要求，以及如何对数字广播频率资源的占用情况来决定选用何种格式。一些广播公司已经表示，为了给观众提供更多的选择，它们可能会传送多种SDTV节目，而不是仅仅传送一种占用大量带宽的HDTV节目。
现行数字电视解码器的设计使它不能处理多种现有的显示格式。有的数字电视解码器能够支持所有格式的输入，但是并不输出所有显示格式，这迫使厂商为标准清晰度电视和高清晰度电视设计不同的机顶盒。这些设计工作需要由不同的工程小组分别完成，而它们所采用的开发工具则完全相同。因此，对于厂商而言，这已成为一项消耗大量时间而又费用不菲的工作。
2.昂贵的制造成本
如图1所示，现行的机顶盒使用多种芯片来实现音频和视频功能。这些机顶盒中使用的芯片采用0.5微米的加工工艺，因而尺寸较大。同时，为了实现不同显示格式之间的相互转换，还需要采用不同的芯片。此外，解码器使用的存储器没有进行优化，不同的功能模块分别使用各自的存储器，浪费了宝贵的存储资源。这种体系结构增大了线路板的面积，并使设计变得更加复杂。集成度偏低、效率不高的存储结构和落后的芯片加工工艺使得现行的解码器电路成本高昂、性能低下。
3.不能支持不断更新的数据服务标准
现行数字电视解码器的结构封闭、不灵活。它们与WindowsCE、PersonalJava和ATSC应用编程接口（API）互不兼容，因此不能支持当前新兴的数据服务应用，例如在线银行、电子邮件和网络浏览等。如果不能支持交互式的应用，现行的数字电视解码器就难以对消费者产生太大的吸引力。
4.用户界面不佳
为了处理交互式数据服务，用户界面必须具有良好的视觉感受，直观并易于使用。由于缺少一个专用的图形处理器，现行数字电视解码器的用户界面不佳，应用服务运行缓慢，图形质量差，文本显示效果低劣、屏幕闪烁。现行机顶盒在MPEG-2芯片中使用嵌入式OSD处理器来管理文本和图形，由于不具备图形加速功能以及抗闪烁电路，而且只能支持4-8位/像素的图形格式，因此OSD处理器难以为用户提供一个漂亮的交互式界面。
5.性能低下的专用CPU
现行方案使用了嵌入式处理器，其性能不足，处理能力只有20MIPS甚至更低，并且它们还使用一种专用的总线。基于新API标准的新兴交互式数据服务需要功能强大的CPU，以便为观众提供实时的交互性。
6.结构封闭、缺乏灵活性
现行数字电视解码器芯片的结构没有灵活性、无法转换，而且不支持模块化，它们使用专用的总线和操作系统。这种结构使得标准清晰度显示不能转换为高清晰度显示，或者进行反向转换，无法为机顶盒制造商提供更大的灵活性。其专用的结构也排除了实现模块化的可能性，因此设计人员无法向其中加入新推出的标准外围部件，例如I/O器件、调制解调器和3D图形部件等。
由于存在上述种种缺陷，现行的数字电视解码器未能在市场上成为一种大众化的产品。相反，它们仅仅成为了一种用来进行技术演示的道具，无法真正促进数字电视的发展和普及。
下一代数字电视解码器应有的功能特点
1.支持多种格式
目前全球数字电视多种标准共存，即使一种标准内都有多种显示格式，如ATSC有18种显示格式。下一代数字电视解码器必须支持多标准解码或者支持一种标准下的多种格式。解码器不能仅仅进行解码，还应该将其全部输出显示。一个采用先进解码器设计出来的数字电视接收器或机顶盒能接收所有数字电视信号，并能够以任何一种显示格式输出。这种解码器应该具有把高清晰度信号向下转换以便显示在标准清晰度电视上，或者在高清晰度电视上显示标准清晰度节目的能力。全格式支持使得用户不会错过任何数字节目，而不论他们拥有的电视接收器属于哪一种类型。此外，它还必须支持现在仍然存在的模拟传输以及大量安装的模拟电视设备。通过向上转换，可以在数字电视上观看以模拟格式传输的节目；同样，通过向下转换，也可以在模拟电视上观看采用高清晰度格式传输的节目。
2.降低成本
下一代解码器必须在一个单独的芯片上集成更多的功能，并采用先进的加工工艺（0.25微米或0.18微米加工技术）以获得更小的芯片尺寸。在现行的数字电视解码器结构中，利用不同的芯片来实现MPEG-2音频/视频解码、传输码流TS（TransportStream）解复用、图形功能和显示处理。这四种功能是一个数字电视接收器中的关键组成部分。通过在单芯片数字电视解码器中集成所有这些功能，可以显著降低成本。此外，元器件数目减少可以简化电路板的设计，减小电路板的面积，还能方便产品的库存管理，进一步降低了数字电视制造商的成本。集成度的提高还使得内部不同模块之间的接口得到优化，有助于获得更好的性能。另外，为了降低存储成本，可以在视频和音频功能之间实现存储器的共享。
3.对交互式数据服务的支持
下一代解码器应与WindowsCE和PersonalJava等数字电视API兼容，其结构必须足够灵活，能够支持正在由ATSC和DVB委员会制定的API标准。支持流行的API能保证诸如在线银行、在线购物和因特网浏览等新的数据服务应用通过数字电视来实现。与未来的API标准兼容将确保对于未来的所有应用都是兼容的，这将延长产品的寿命。
4.具有吸引力的用户界面
用户界面对于交互式数据设备的成功与否具有关键性影响。显示在屏幕上的菜单和控制必须易于使用，在视觉上有吸引力，并且直观易懂，这样消费者才能对在线应用感到舒适。下一代解码器芯片必须集成一个专用的图形处理器，为消费者提供良好的视觉感受。为了显示鲜艳的色彩，解码器芯片应该支持更高的色彩分辨率（16位/像素或更高）；为了取得更快的响应时间，将视频和图形内容进行无缝集成，必须进行图形加速，例如图形位的显存块移动和硬件光标等。为了在隔行扫描的电视屏幕上获得高质量的显示效果，图形处理器必须具备抗闪烁电路；为了使屏幕上显示的文本更清晰，还应支持抗混叠功能；硬件光标方便了菜单的灵活选择。要想让数字电视上开展的电子商务和其它在线服务进一步发展普及，向用户提供一种舒适的人机界面至关重要。
5.支持各种高性能CPU
在下一代数字电视解码器方案中，应该使用性能强大的CPU来处理新兴的数字电视API的交互式应用服务，所使用的解码器应该具备方便的接口，这样可以很容易地与那些广泛使用的CPU进行连接。通过开放式的CPU接口，生产商就可以根据不同的目标产品选择相应的CPU来实现机顶盒的设计。对仅仅用于显示电视节目的基本功能型机顶盒，可以选择一个廉价的低性能CPU；而对数据服务应用型机顶盒，则应该选择一个性能很强的CPU.
6.工业标准的主机总线接口
数字电视解码器必须围绕一种高性能的总线（例如PCI接口总线）来设计。在过去的几年里，由于PC技术的不断发展，PCI总线已发展成为一种非常稳定和成熟的接口总线。在设计中可以很方便地使用多种常用的PCI外围器件，包括超级I/O、P1394、USB、V.90调制解调器和超级3D图形等功能。
基于PCI总线的数字电视解码器的结构采用模块化结构，可以根据不同的目标市场方便地进行升级。例如，为了连接照相机，可以向数字电视机顶盒增加一个P1394或USB接口；为了在宽屏幕数字电视上提供实时游戏服务，可以增加一个基于PCI的3D图形部件。只要简单地增加一个并不昂贵的PCI总线V.90调制解调器，还可获得双向传输能力，实现更高级的数据服务。另外，PCI总线结构还使CPU的升级变得非常简单。基于PCI总线的CPU可以很方便地用一个性能更为强大的CPU来代替，而无需改变机顶盒的基本设计。消费电子产品制造商只需简单地在软件或硬件方面做一些改进，便可使用不同性能的CPU和存储器来开发从低端到高端的一系列机顶盒产品。采用PCI接口能大大缩短和简化软硬件开发，加快数字电视产品推向市场进程。
7.融合个人电脑和数字电视
英特尔、微软和康柏这三家公司一直在致力于将PC平台引入数字电视技术领域。PC行业有一个年出货量达1亿台的巨大市场。这给数字电视解码器芯片制造商提供了有利可图的机会。
解码器的结构应该为PC/DTV选件卡的设计提供方便，以便扩大数字电视的覆盖范围。由于PC/DTV板卡易于设计和升级，基于PCI总线的数字电视解码器芯片在打入PC市场方面将具有很大的优势。
图2为采用下一代数字电视解码器电路设计的机顶盒方案。该解码器集成了超强的图形能力，可以提供经过改进的多种数据服务，并配备一个标准的PCI总线接口，可以选择使用多种不同的高性能CPU，同时还采用一体化存储器结构（unifiedmemory），构成了一种高级数字电视接收方案。
对开放式数字电视参考平台的需求
数字电视技术非常复杂，设计好下一代解码器芯片只解决了制造商所面临的一部分问题。与传统的模拟电视方案不同，由于交互式数据服务的原因，数字电视的软件是一个重要部分。随着数字电视API和新型应用的出现，软件开发已成为数字电视设计中的一项主要工作。集成电路制造商必须提供一种围绕数字电视解码器芯片的参考平台，来帮助消费电子整机制造商更好地进行设计。基于下一代解码器结构集成的、系统级的方案和参考平台将极大地缩短产品上市时间。在开发数字电视产品的同时，参考平台将会加快软件的开发进程。
参考平台还为第三方软件开发商开发数字电视应用软件提供了一个易于使用的平台。如果没有这样一个平台，软件开发商就只能等到消费电子整机制造商将机顶盒生产出来之后，才能开展它们自己的开发工作。借助于参考平台，在制造商设计机顶盒的同时，软件开发商就可以开发他们的应用程序。一个易于获得的低成本参考平台有助于第三方开发商的创新，它是拓宽数字电视应用的基础。
具有开放式结构的参考平台提供了一个在真实的系统环境下进行软硬件和外围设备检查、调试和验证的工具。参考环境所提供的设备驱动器、实时操作系统API和应用软件可用来演示数字电视的功能以确保产品的高质量。由于制造商和软件开发商的产品设计时间缩短，使得大幅度降低成本和更快上市成为可能。
结论
未来数字电视的发展可能为广大消费者提供许多激动人心的产品，它们带来的将不仅仅是我们现在已经拥有或者目前所能想象到的数据服务。随着时间的推移，数字电视很可能演变成为普通消费者家里的多媒体网络中心？？它能够处理DVD、音频、视频游戏和其它新兴的应用服务。
今后，消费电子产品制造商将会面临来自不同芯片制造公司的各种各样的数字电视解码器方案。为下一代数字电视产品选择正确的集成电路解码器方案和参考平台是产品能否赢得最终市场的关键因素之一。
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