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标题: 构建混合IPTV和地面数字电视机顶盒 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 09:00
标题: 构建混合IPTV和地面数字电视机顶盒
在这个转型时期内，IPTV业务仍处于雏形的发展阶段，并且地面传输的数字电视信号要取代模拟电视信号，因此，需要STB同时满足两套标准的要求。
      在所有正在电视广播领域内进行的开发中，没有一种能与IPTV的出现所带来的影响匹敌。网络带宽的可用性，节目内容拥有者要求扩大内容分配的需求，不侵犯版权的要求，以及消费者期望量身定做的更多节目的要求，等等这些要求因素结合在一起，确保未来较短的几年内IPTV将成为我们观看电视的普遍方式。在过去的两年中，在任何一个电视行业的展会上都可以看到这个变化正在来临，大部分的展区面积都被机顶盒(STB)制造商、数字版权管理(DRM)软件供应商和关注电视节目的通信公司所占据。
      与此同时，存在了50年之久的广播模拟电视信号也将退出历史舞台，美国和事实上所有的欧洲国家正计划在本世纪的头十年内关闭模拟电视传输，跨入数字传输时代。在欧洲，DVB-T地面信号广播在所有的国家目前已经普及，德国率先在某些城市关闭了模拟PAL发射机。在美国，利用MPEG-2编码流的强制广播所进行的ATSC数字传输已经开展了几年时间。在许多情况下，广受欢迎的“黄金时段”节目就是以高清晰(720p或1080i)分辨率进行传输的。
      那时，只有大约14%的配有电视的美国家庭把天线当作主要的接收信号的方式。当向数字传输的强制转换最终完成时，这有可能使高质量节目增加并加速发展。在欧洲，消费者对国家电视网络上获得的高质量节目有了很好的认识，通过DVB-T很好地建立了数字内容的免费广播。除了新的IPTV内容之外，通过提供的这种内容，针对IPTV的任何业务模式都会更具吸引力。
      因此，在这个转型时期内， IPTV业务仍处于雏形发展阶段，并且地面传输要从模拟转变到数字电视信号，还需要STB同时满足两套要求——例如能接收、解码和显示地面数字电视信号，还能提供观看IPTV服务的平台。
      IPTV业务的一个方面将给设计STB的工程师带来挑战，即设计过程的所有阶段涉及多种不同的标准。例如，可以用多种分辨率中的一种来捕获电视图像，包括标准清晰度(可以是720x480或720x576)和高清晰度(720p或1080i)。它可以采用交织或逐行编码。它也能被编码到多种编解码格式，如MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC、 WMV9/VC-1等等。然后，它又可以被加密到许多DRM方案(WMDRM或很多其它的方案)中的一种，被封包到多种容器之中(MOV、ASF)中的一个，并通过若干IP协议(RTP、RTSP)上的变量进行传输。这就是把音频编码的挑战结合进来之前要做的所有工作。
      因此，任何STB解码器器件的选择都必须具有某种程度的可编程能力，以实现许多必需的标准。即使实际的视频编解码器是在像DSP这样的器件内进行编程，采用一种完全可编程的器件通常也是不可行的，这是因为HD解码器、必要的操作系统、音频解码器、用户接口和浏览器应用程序均共享相同的处理器内核。目前的ASIC产品提供适用于视频解码器和解密模块的硬线连接的逻辑块，它具有用于去多路复用、解码音频、运行操作系统及用户应用程序的多个可编程内核。
      通过这种方式，已经被很好地标准化的视频编解码器在编码过程中的繁重任务被卸载到专用逻辑，因此，把CPU解放出来以对OS、用户接口、传输协议和音频标准等等快速变化的要求进行处理。
IPTV和DTV标准
      设计工程师们需要考虑的另一个主要复杂因素就是尚未建立全球范围通用的IPTV标准。全球数字地面传输稍微简单一些。至少在每个国家内部已经得到了标准化。由美国采用的ATSC标准利用了具有MPEG-2编码(尽管图像可能被编码成多种分辨率中的一种)的8VSB调制方案。比特率很高，可达19.3Mbps, 具有极佳的视频质量。利用标准清晰度和MPEG-2编码，欧洲已经很好地建立了DVB-T标准。看起来很有可能将在欧洲的高清晰地面广播中采用H.264编码技术。
      那么，对于混合STB，在数字领域最大的挑战就在于对IPTV有一系列宽广的要求。对地面数字电视接收，有待解码的编解码器的集合是IPTV所必需的那些集合的子集。地面接收的挑战更多地在于调谐器、滤波和解调器的正确选择，这些是接收可能为低强度的信号所必需的。直到最近，“Can调谐器”(即含有模拟和数字调谐组件的小型模块)已经成为最普遍的解决方案。
调谐器
      目前已经有一些硅调谐器器件的供应商，最佳的供应商对他们的板上布局有宽松的要求(不再像去年那样有45度电感器的要求)，并能提供紧凑的占位空间，这对于STB内的空间限制是理想的。所选择的解调器必需能把数字载波从高噪信号中提取出来，这些噪声信号易受建筑环境内的严重鬼影所支配。
SoC 模块图
      解调器和解码器系统级芯片(SoC, 由于它是确定的，CPU和专门解码器两者都需要)之间通常的连接是借助一个传输流接口或TSI。这是适合于任何STB解码器SoC的典型的输入接口，并且通常在任何一个器件上都不止一个。
      因此，通过解码器的以太网接口(无论是有线或无线的)和它的TSI输入，解码器必需均能接收由它们送进来的数据流。

图1：视频解码器SoC(点击放大图片)

因此，典型的IPTV STB的模块图将与图1所示类似。解码器SoC高度集成，仅仅需要存储器、以太网连接和输出接口来创建一个完整的工作系统。创建混合机顶合所需的调谐器模块将通常作为独立的模块被添加进去，从而具有适合于多个国家部署的变化能力，但是，这一功能也可以整合到主板上。未来解码器SoC的开发将把不同I/O的PHY层(模拟接口)进一步集成进去。

图2：Decypher 8100模块图(点击放大图片)

      在地面数字电视接收情况下，与设计机顶盒所面临的大部分挑战可能是软件。有一些利用电视信号的辅助数据广播——这可能包括但不限于用于字幕的隐蔽字幕数据、电子节目指南(EPG)数据以及用于新闻和天气预报等辅助显示的“文传”数据。EPG信号的显示也被看作是软件设计的一个标准功能，并且这也是大部分应用中都必需的。
中间件
      对于所需软件的讨论将提出用户所期望的体验品质的话题。用户们正在观看电视，他们的体验几十年以来几乎就像防弹车一样的可靠。对典型原型STB的测试可能要立即把机顶盒连接到某台服务器，并且连续运行72小时。在这一时间内出现的任何错误或故障均会导致测试的失败。
      IPTV的到来以及必要的繁重软件设计需要达到一个鲁棒的水平，如果没有广泛地QA测试及多个城市或多个国家的验证，这是不能实现的。例如，要创建ATSC接收所需的“中间件”的任务决不应当低估。通常这种功能要与合作伙伴联合协力实现。
      要交付一款伟大的混合STB产品，设计工程师必须提出赢得胜利的组合，以解决像分辨率、视频编解码器、容器格式、标准协议和网络接口之类不同的系统组成部分所存在的问题。设计工程师还必须对将被解码的流进行考虑，并要解决整个的系统面临的设计问题。
      总而言之，从系统硬件的角度看，混合STB几乎与现有IPTV STB的修改没有多大关系，并且也不会使成本上升。设计工程师需要关注的是与软件的复杂性有关的开发计划，从而确保把鲁棒性增加到中间件中。
作者：Richard Lane
Richard Lane是Micronas USA的产品营销总监，并负责音频/视频系统级芯片的Cypher和DeCypher产品线。Lane具有超过20年的视频、图像处理和音频应用的硬件和软件设计经验。在此之前Lane是Pinnacle Systems公司的消费视频产品的产品经理。Lane 拥有伦敦大学电子工程的理学学士学位，您可通过电子邮件Richard.Lane@micronas.com与他取得联系。

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