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

　　在數(shù)字電視的產(chǎn)業(yè)鏈中，數(shù)字電視機頂盒（STB）是一個既簡單又復(fù)雜的消費類終端產(chǎn)品。說其簡單是因為生產(chǎn)出一個機頂盒是十分簡單的，行業(yè)準(zhǔn)入的成本也不是十分高昂；說其復(fù)雜是因為要將機頂盒做得穩(wěn)定可靠且功能強大，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時性，它無法像PC那樣可以支撐龐大的運行環(huán)境與程序，也缺乏完善的開發(fā)工具，這對軟件開發(fā)者而言是一件很具有挑戰(zhàn)性的工作。

　　機頂盒的硬件結(jié)構(gòu)

　　從數(shù)字電視機頂盒的構(gòu)成上看，主要包括硬件和軟件兩大部分。從結(jié)構(gòu)上看，機頂盒一般由主芯片、內(nèi)存、調(diào)諧解調(diào)器、回傳通道、CA（CondiTIonalAccess）接口、外部存儲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)字機頂盒，例如用于QPSK解調(diào)的衛(wèi)星機頂盒（DVB-S），用于QAM解調(diào)的有線數(shù)字機頂盒（DVB-C）以及用于OFDM解調(diào)的地面?zhèn)鬏敂?shù)字機頂盒（DVB-T）。目前市場上比較流行的調(diào)諧解調(diào)器的生產(chǎn)廠商有Thomson、Sharp等，國內(nèi)雖然也有一些廠商生產(chǎn)調(diào)諧解調(diào)器，但市場份額很小。

　　主芯片

　　隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，越來越多的廠家將機頂盒的功能更多地集成在一個主芯片里，例如現(xiàn)在大部分廠商都將CPU、解碼器、解復(fù)用器、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其進(jìn)行解碼，還原成AV信號進(jìn)行輸出，同時，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，使機頂盒可以完成更多的功能，它可以運行各種軟件完成諸多任務(wù)，例如股票接收、網(wǎng)頁瀏覽等，也可以通過圖形管理器實現(xiàn)2D甚至3D的圖形處理，為用戶提供更美觀的界面，實現(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，即使是目前市場上流行、最基本的機頂盒中CPU的主頻也超過了50MIPS。CPU速度同運行其上的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有著必然的聯(lián)系，如果需要在一個STB中運行一個 HTML瀏覽器，100MIPS可能就是對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，機頂盒同PC機有很多相似之處，甚至可以說是一臺簡化了的PC機，兩者最相似之處就是內(nèi)存。對機頂盒而言，內(nèi)存主要分為Flash內(nèi)存和SDRAM內(nèi)存。Flash用來存貯機頂盒的系統(tǒng)軟件、驅(qū)動軟件、應(yīng)用程序以及一些用戶信息，在系統(tǒng)斷電時內(nèi)容還可保留，同時Flash可以通過在線的方式對其上所載的軟件進(jìn)行更新，達(dá)到機頂盒軟件升級的目的。SDRAM主要是用來存儲應(yīng)用數(shù)據(jù)。機頂盒的許多功能都需要內(nèi)存來實現(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行的因素，它需要配合CPU來工作，不切合實際的高配置只會造成資源浪費，而無助于STB性能的提高。

　　外部存儲設(shè)備

　　外部存儲設(shè)備一般指外掛式硬盤，大容量的硬盤可以用于存儲節(jié)目流以滿足用戶的個性化需求。一個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CA智能卡的讀取。CI是一個由DVB組織為機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，使機頂盒可以批量生產(chǎn)，也為機頂盒帶來了變化，有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　回傳通信接口

　　隨著機頂盒應(yīng)用的擴展，使用戶對機頂盒的需求已經(jīng)不單單停留在簡單地收看視音頻節(jié)目上了，交互式的需求使機頂盒中內(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、DVD、PDA等眾多設(shè)備進(jìn)行連接。

　　機頂盒的軟件系統(tǒng)

　　機頂盒作為一個客戶端系統(tǒng)，除了要具有良好的硬件平臺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)。機頂盒中的軟件可以分成三個主要的層：應(yīng)用層、中間解釋層和驅(qū)動層，每一層都包含了諸多的程序或接口等。

　　驅(qū)動層

　　驅(qū)動層包括機頂盒硬件的驅(qū)動程序和API接口，它主要用于完成對硬件設(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能識別的指令，從而通過驅(qū)動層去調(diào)動硬件設(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)計和應(yīng)用帶來極大好處，但高昂的使用費用，對硬件需求的增加以及技術(shù)上的不成熟使中間件在國內(nèi)鮮有應(yīng)用。目前許多軟件設(shè)計者采用直接調(diào)用驅(qū)動層的軟件來編寫應(yīng)用程序，這雖然可以滿足一時的需求，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)計理念使這兩個部分包含的應(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)時間。目前國內(nèi)機頂盒中的應(yīng)用較少，主要以EPG、數(shù)據(jù)廣播、股票、簡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)字電視平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用，這些應(yīng)用將會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，這也會給運營商帶來難以預(yù)料的增值收入。

　　STB的分類與應(yīng)用

　　不同的運營商和不同的機頂盒廠商按照不同的應(yīng)用習(xí)慣將STB分成基本型、增強型、交互型等幾種，運營商對數(shù)字電視理解和應(yīng)用水平的不同對STB的劃分也有所不同。大多數(shù)的運營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)用放在所謂的增強型中；把具有雙向功能的STB定義為交互型。實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)目的就會有不同的劃分，所謂的基本型和增強型往往都是使用同一個硬件平臺，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，在國內(nèi)還沒有一種成熟的交互式應(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)成了一個具有雙向功能的機頂盒；加上硬盤就構(gòu)成了個人視頻錄制器(PVR：PersonalVideoRecorder)，當(dāng)然這些都需要軟件的配合。在同一個硬件平臺上通過駐留不同的軟件也可以構(gòu)成不同應(yīng)用的機頂盒，而多樣化的STB滿足了不同層次的需求。

　　STB的發(fā)展趨勢

　　龐大的市場空間，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)估計國內(nèi)大約有300余家企業(yè)都在從事STB的生產(chǎn)，而截至到2004年底，全國有線數(shù)字用戶大約在80萬戶左右，除去以前累計發(fā)展的30多萬戶，實際去年一年新增用戶不會超過50萬戶，市場競爭的殘酷性使全行業(yè)處于一種虧損狀態(tài)。雖然目前運營商在大規(guī)模推廣數(shù)字電視，搞全網(wǎng)的整體平移，向用戶免費發(fā)放STB，為此也創(chuàng)立了諸如青島模式、佛山經(jīng)驗以及杭州模式等，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)主管部門和運營商的關(guān)注，需要各方協(xié)同努力盡快為數(shù)字電視創(chuàng)造一個良好的可持續(xù)發(fā)展的空間。

　　數(shù)字電視一體機

　　目前國內(nèi)使用的機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)字電視機技術(shù)的發(fā)展，帶數(shù)字解碼功能的新型電視機已經(jīng)面世，目前正在處于投產(chǎn)前的大規(guī)模測試階段。這種將最基本的STB和電視機的功能結(jié)合在一起的新型一體化電視機，將對STB的制造業(yè)和數(shù)字電視的運營產(chǎn)生重大影響，面對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。

　　對運營商而言，一體機的出現(xiàn)也使運營發(fā)生了改變。過去運營商不僅要為節(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)了龐大的債務(wù)，而這一切都可能因為一體機的出現(xiàn)而得到很好的解決。在未來的2～3年內(nèi)，按照國家產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，國內(nèi)生產(chǎn)的35%以上的電視機將帶有STB功能，這意味著每年將有1500臺以上的一體機投放市場，以后這個數(shù)字還將會不斷攀升。

　　機卡分離

　　機卡分離和一體機幾乎是天生的一對。電視機的大規(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)電視機一樣大規(guī)模地生產(chǎn)機頂盒。所以實現(xiàn)規(guī)模制造，CA是首先要解決的問題。

　　機卡分離技術(shù)的含義在于讓數(shù)字電視的接收設(shè)備（機）和CA智能卡及其軟件（卡）無關(guān)，兩者通過一個接口產(chǎn)品（大卡或CAM卡）來連接，電視機和 STB預(yù)留這個通用的接口。在插入CA智能卡之前，所有的電視機和STB的軟硬件都是相同的，而智能卡首先要插到一個與之適應(yīng)的CAM卡中才能插到電視機或機頂盒上，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的束縛給運營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)點使機卡分離成為一種產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，美國已經(jīng)把機卡分離作為數(shù)字電視機的標(biāo)準(zhǔn)，并為此定義了強制性的時間表。對中國這樣一個電視機生產(chǎn)大國而言，機卡分離也將成為中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢和標(biāo)準(zhǔn)。隨著產(chǎn)品的批量投放市場，數(shù)字電視機的普及將有助于帶動數(shù)字電視用戶的發(fā)展。

　　交互式STB

　　雖然一體機可能代替普及型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就成為一個價格低廉的硬件平臺，可以通過更換不同的軟件來實現(xiàn)多種應(yīng)用。對運營商而言，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來源，而交互式STB的使用可以幫助實現(xiàn)這一目標(biāo)。交互式STB也代表著機頂盒技術(shù)發(fā)展的最高水平，有著十分巨大的發(fā)展空間。

　　在STB中加上存儲設(shè)備就可以將自己喜歡的節(jié)目存儲起來，這種STB就是PVR。雖然目前PVRSTB在國內(nèi)還沒有形成一定的市場，但國外每年幾百萬臺銷量的強勁增長就預(yù)示著國內(nèi)未來市場的龐大，隨著時間的推移，這種需求將會越來越大。

　　雙解碼或多解碼STB

　　對國內(nèi)的運營商而言，特別是在整體平移的過程中，如何解決用戶兩臺以上的電視機收看數(shù)字電視節(jié)目是一個令開發(fā)人員十分頭疼的問題，雖然可以通過強制性的行政行為達(dá)到一機一卡，提高收視費，但無法讓用戶理解這種運營模式，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STB中采用雙解碼芯片或在一個芯片中嵌入兩個以上的解碼電路，并配以兩個解調(diào)器，進(jìn)而使一個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)，無疑對那些擁有兩臺以上電視機的用戶是一個福音，當(dāng)然對那些寄希望于用戶購買兩臺以上的STB以及交兩份以上的節(jié)目費的運營商而言，這并不是一個好消息。

　　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。雖然目前國內(nèi)市場上有所謂的帶IP功能的STB，但這些機頂盒只是集成了網(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將DVB和IP合二為一的STB。隨著具有MPEG-II和MPEG-IV雙解碼功能芯片的推出和完善，國外已經(jīng)有此類STB投放市場，它可適應(yīng)于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有著廣闊的發(fā)展前景。另外，這種技術(shù)的發(fā)展和整合可能會給人們帶來一些意想不到的變化，也許在不久的將來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一個集DVB和IP于一體的終端產(chǎn)品將會成為家庭的一員，它連接著家庭的顯示設(shè)備、計算機甚至其他的智能化設(shè)備，滿足家庭信息化的需求。

　　小結(jié)

　　總之，機頂盒作為數(shù)字電視標(biāo)志性的產(chǎn)品，有著廣闊的發(fā)展空間。隨著數(shù)字電視應(yīng)用、芯片技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，STB的功能也必將越來越強大，可以為運營商和用戶開展更多的服務(wù)，滿足不同層次的需求。