高清互动开放的机顶盒平台

作者：富士通微电子（上海）有限公司 市场部经理 黄自力

高清时代即将来临

2009年8月6日，广电总局向各省、自治区、直辖市广播影视局，新疆生产建设兵团广播电视局，中央三台，中国教育电视台发出《广电总局关于促进高清电视发展的通知》 ；2009年9月28日，9家卫视（中央一套、北京卫视、东方卫视、广东卫视、深圳卫视、浙江卫视、湖南卫视、黑龙江卫视、江苏卫视 ）正式开始高标清同播；同播的高清频道第一年度的节目同播率和高清播出率要高于50%，第二年度要高于70%，力争第三年度达到全高清播出。现在，广大用户可以收看到的高清节目已经达到13套；2008年12月4日，科技部与广电总局共同签署《国家高性能宽带信息网暨中国下一代广播电视网自主创新合作协议书》，NGB正式启动。这标志着中国将迎来数字电视的高清时代，而高清则要求互动，而互动则要求平台的开放。

我国数字电视用户已经超过了6000万，在数字化进程中，取得了很多成就，同时也遇到了很多困难和挑战。在摸着石头过河的过程中，不可避免的出现了很多问题。其实，目前广电行业的情况用混乱异常来描述实不为过，而且运营商也在混乱中被套牢。原因当然是多方面的，究其主要原因是数字化的流程出了问题。当然这也许就是一个事业所必须经历的阵痛。

那么，现有形势下，如何盘活现有存量机顶盒？如何适应新技术，如NGB、高清、互动？可否直接上高清机顶盒？这些问题都将等待整个广电行业来解答。

目前广电的现状和面临的问题

大家都知道，一般情况下，广电在数字化之前，首先要落实的是CA、浏览器等前端软件标准。问题的症结恰恰就出在这里，和这些前端软件的标准私有不开放密切相关。

随后，嵌入了这些私有标准的机顶盒就蜂拥而至，于是机顶盒就开始混乱，升级困难就在所难免了。当机顶盒混乱到一定程度，广电将来的技术出路基本上就被堵死，短板效应就出现了，整个网络的机顶盒以性能最差的为准。更重要的是即使发现所采用的软件有问题也无能为力，例如CW网络共享。

所以，广电一旦确立了这些私有标准，就等于在技术上嫁给了这些私有标准，就会逐渐失去主动权，由甲方逐渐沦落成乙方。机顶盒统一标准的呼声日益强盛，广电运营商希望掌握制定标准主动权的愿望也越来越强烈。

PC机的启示

现在数字电视机顶盒CPU的性能已经远远高于80年代的PC机中CPU的性能，随着机顶盒性能的提高以及网络时代的到来，数字电视产业越来越具IT化的特质，而PC的CPU是IT化的主要硬件基础，从PC产业的发展历程中我们可以得到启示。

上世纪八十年代初期，市场上存在大量不同标准的个人电脑，虽然比不上现在机顶盒的混乱程度，但也让当时的使用者无所适从，感觉PC机是一个昂贵难用的机器。

1982年，IBM公开了IBM PC上除BIOS之外的全部技术资料，从而形成了PC机的开放标准，使不同厂商的标准部件可以互换。开放标准聚集了大量板卡生产商和整机生产商，当然也人才济济，大大促进了PC机的产业化发展速度，为微软、Intel以及大量兼容机部件商、兼容机厂商提供了市场机会。随着技术的发展以及大量新的PC技术标准应用，PC的技术标准开始由IEEE等组织而不是某个厂家来确定，于是产生了标准PC的说法。

这就是现代IT产业的由来，而微软是在统一的PC标准诞生后、在激烈的市场竞争中逐渐发展壮大起来的，并逐步确立了其操作系统的地位。可见开放统一的标准对一个产业的发展多么重要！

而数字电视发展至今十多年，一直没有开放统一平台，因各种私有标准的大量采用，技术一直比较封闭，这是该产业发展缓慢的主要原因。在这种技术竞争不充分的情况下，广电产业来自技术进步的推动力减弱，用户没有得到很好的服务，而广电运营商也背上了机顶盒的包袱。在这种封闭的技术环境下，更不可能出现像微软这样的领导者。

了解比尔盖茨经历的人都知道，他是一个有强烈竞争意识的技术天才，这样的人才只有在开放的技术环境中才能产生。

现在大家知道的PC机CPU生产厂家有Intel和AMD。这两个公司也不是在一夜之间就变得如此强大的，生产X86的CPU也不止他们两家，例如还有台湾的威盛。

在IBM开放统一的PC架构之下，各个公司展开了激烈的较量，很多弱小、缺乏创新的公司在长期激烈的竞争中被淘汰出局，而受益的却是整个IT产业。由Intel、AMD等公司参与的竞争让“摩尔定律”至今有效，因为富士通也有自己的晶圆厂，在开放环境下可为中国广电行业做出更多低成本高性能的机顶盒芯片。

因为标准开放透明，Intel和AMD每推出一颗新的CPU，各个计算机厂家就会在几个月内推出采用这种更高性能CPU的计算机。而在数字电视芯片领域，我们每推出一个新的芯片，为了适应各种不透明的私有标准，我们和机顶盒厂家都需要花费大量的时间一一对应，一般像高清这样较复杂的芯片大约需要两年才能达到量产阶段。按照“摩尔定律”，在两年的时间里，新一代的芯片技术已经开始投入使用了。所以，即使像富士通这样有自己晶圆厂的公司，也无法把最先进的半导体技术拿到数字电视领域里来为广电效[FS:Page]劳。“摩尔定律”无法在广电领域发挥作用。

机顶盒硬件平台必须开放

摩尔定律是指IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

数字电视越来越有IT行业的特质，半导体行业的技术进步是IT界发展的原动力。面对在“摩尔定律”驱动下电信行业对网络电视和IPTV的虎视眈眈，广电应该有紧迫感。而数字电视产业要想快速发展，必须要建立统一开放的机顶盒平台，引入“摩尔定律”。

而我们能做的就是给大家提供开放的硬件平台。做到机顶盒软硬件平台的开放并不困难，但仅仅开放这些还远远不够。我们需要大量的战略合作伙伴一起来共同开放，主要是中间件和应用接口的开放，以便给行业最大的发展空间。

仔细研究发现，“摩尔定律”发生作用的IT领域，标准开放，规则透明，不存在低层次的技术壁垒。开放环境下的生存法则就是靠技术创新和进步，能做到真正的优胜劣汰。而技术封闭则只会保护落后，导致行业发展滞后。在我们和泰信高清开放平台对接的过程中，已经开始感受到了技术开放的威力。

在富士通MB86H60高清芯片和泰信开放平台的对接过程中，由于实现了类似PC机的软硬件分离、软件模块的独立开发、独立加载，实现了集群式的开发，使得软件开发效率大大提高。开放独立的开发模式，使得泰信的数字电视技术水平达到了相当高度。整个对接过程仅仅花费数月时间，富士通得以集中精力致力于新一代芯片的开发，因此加快了65nm和45nm数字电视芯片的规划，“摩尔定律”开始在中国广电有效。

标清机顶盒芯片的CPU的混乱已无法挽回，只能从高清开始。高清机顶盒芯片的CPU不统一，将阻碍广电将来增加增值应用的进程。CPU是机顶盒的发动机，随着高清时代的来临，有必要给高清机顶盒配备一个强劲有力的“心脏”。台式电脑的快速发展得益于CPU的统一和速度的快速提高，以及实现了工业化标准。但台式机内复杂指令的CPU不但功耗高，成本也很高，不适合对功耗、成本比较敏感的机顶盒。高清机顶盒芯片对CPU的要求体现在四个方面：开放性、先进性、标准化和低功耗。

开放性：ARM自己不做CPU，其CPU IP核全部授权给第三方芯片公司开放使用，拥有最大的用户群；先进性：RISC 等长指令，效率高、速度快，最新的Cortex A9速度可满足台式机的需求；标准化：在嵌入式CPU领域，应用最广，实现了工业化标准生产；低功耗：有ARM CPU的嵌入式设备，很多都是电池供电的设备，例如手机。ARM在低功耗方面有绝对的领导地位。

ARM11有着丰富开放的软硬件环境，例如著名的iPhone的CPU就是采用的ARM1176，庞大的用户群，使得ARM CPU在嵌入式系统中成为事实上的标准，并开始与Intel竞争，其性能还会快速提高，因此采用ARM CPU的机顶盒芯片的统一平台最有发展前途。

富士通MB86H60在使用了ARM1176之后，实际使用效果非常好。

随着网络电视的快速发展，有必要将高性能的CPU引入到机顶盒，ARM的Cortex-A9多核CPU就变成了首选。但从速度、功耗上看，ARM的A9有着绝对的优势。我们将来高性能的机顶盒芯片将选择Cortex-A9　CPU，工作在1GHz以上，并且是多核的，而且和MB86H60正在使用的ARM1176 CPU软件兼容。

种种迹象表明，机顶盒CPU将统一到ARM11以上级别的CPU上。在这方面，富士通走在了前面。包括富士通在内的很多机顶盒芯片公司，在高清机顶盒上都选择了ARM11作为CPU。

机顶盒软件平台必须开放

迅速发展的IT行业得益于开放统一的硬件标准，在这个统一的硬件平台上，才有了开放统一的软件接口。如今的数字电视，只有芯片厂家能做到开放，但不统一。目前存在的机顶盒软硬件捆绑，使机顶盒厂家开发所有的软件，其他专业的软件公司无法参与，导致技术十分封闭。所以，仅仅开放统一的硬件平台还不够，软件平台也必须开放，各个软件公司可以在这个平台上独立开发应用。这种开放的软件平台有两种开放模式：

第一种是基于Java中间件的开放模式。这种开放类似iPhone的互动应用的开放。它的优点是熟悉Java语言的较多，不需要进行低层软件开发，对在该平台上开发应用的人员要求不高，适合广电开发互动增值应用。但是这种开放是靠近上层有限度的开放，包含Java解释部分之下的所有软件都由原厂开发，比较封闭，容易形成软硬件捆绑。目前这种开放模式的厂家比较多，代表厂家为茁壮、天柏等。

第二种是基于操作系统和底层驱动层的开放模式。这种开放和芯片厂家对机顶盒的开放程度是一样的，是比Java中间件更靠近底层、更灵活的一种开放模式。它的优点表现在机顶盒、中间件、CA可以在这个平台上各自独立开发自己的软件，可以实现类似PC机的软硬件分离，机顶盒芯片对接迅速。但因为开放程度高，会对CA的安全性提出更高的要求。目前能够进行此类开发的厂家较少，代表厂家：微软、山东泰信。

开放的途径

我们对开放的第一个理解是，平台的开放首先是操作系统的开放，因此富士通的新一代产品选用了目前最通用的嵌入式操作系统ARM进行开发。&nb[FS:Page]sp;

ARM1176JZF-S处理器专门针对包括数字电视、机顶盒、游戏机以及手机在内的消费及无线产品开发，为新一代终端设备的电子商务和安全网络应用提供支持，这样机顶盒可以很容易地共享更多的应用内容。采用ARM Jazelle® Java加速技术，用以支持丰富的Java应用；采用ARM TrustZone®技术，提供安全性能及安全网络支持。可保障PVR录制文件的安全性，及交互应用的安全，如电视商务、股票交易等应用；采用ARM智能能量管理(ARM Intelligent Energy Manager)技术，可节约高达75%处理器功耗。正因如此，H60是目前唯一不用散热片的高清芯片；内嵌矢量浮点（VFP）协处理器，为图形图像处理提供强大的加速功能。

ARM处理器的三大特点：耗电少功能强、16位/32位双指令集、合作伙伴众多（手机市场90%以上占有率）。iPhone即采用ARM1176JZF架构处理器，程序内核的运行频率高达620MHz。而Mac OS及各种应用运行流畅: http://zhidao.baidu.com/question/35677811.html

我们对开放的平台的第二个理解就是标准的开放。目前有线电视主流的编码标准是MPEG2，新的H.264也开始应用，但仅这些还不够。由于成本的问题（专利费用），更重要的是国家信息安全问题，我国也开始应用新的标准，如视频的AVS，音频的DRA等。富士通的应用平台是开放的，我们全力支持这些中国人自己的标准。虽然对新标准的支持是有风险的，但我们坚决地与中国广电人在一起。

平台的开放还体现在中间件的开放。开放的中间件可以使运营商能更多地利用现有的内容资源。在国内广电运营商使用的机顶盒解决方案中，富士通是唯一通过SUN TCK测试而正式出货的机顶盒JVM解决方案。CA的支持，可以从有卡到无卡，或者CAM卡，以适应不同运营商、节目内容和应用场合。支持融合互动业务开放SP接入，这也要求业务平台的开放，充分结合互联网海量内容和互动电视操作简便的优势，通过NGB机顶盒业务平台，将数字电视内容与互联网内容在用户电视机上无缝的融合展现，开创综合展现视频、音频、文字、图片、监控等多种媒体形式的全新服务模式。

平台的开放还体现在接口的开放。接口的开放能够帮助运营商节省成本，或者在同样成本上获得更多的功能，以争取用户更多的认可。如USB接口可以做很多应用，PVR、MP3、JPEG、POS、视频、与手机设备共享内容、无线接入......富士通将携在通信、无线和光传输中的先进技术和产品，为NGB的三网融合提供服务。

值得推荐的无卡CA

无卡CA经过山东泰信的不断发展和完善，现在已经实现了在线动态更换算法和密钥，这是一个非常重要的发明创造。这种可下载无卡CA技术和开放的IT行业的信息安全技术一样实现了开放性，都可以通过动态切换密钥和算法保证信息安全，前者是在广播方式下实现的，而后者是在交互环境下实现的，但后者可以感知。就实现方式而言，显然在广播方式下比交互方式有更大的难度。可下载无卡CA在开放的环境中保证了CA的安全性，为CA标准的开放统一创造了条件，为数字电视的技术开放扫清了障碍，也为机顶盒和一体机的市场化铺平了道路。

可下载无卡CA技术是指CA接口标准是开放透明的，可以通过在线下载CA机顶盒软件，实现由运营商独立操作的CA软件可替换，而不需要CA公司或机顶盒厂家的协助。这就意味着广电运营商可以根据需求独立替换或升级机顶盒中的CA算法、密钥以及CA应用软件，所以对这种无卡CA算法和密钥的攻击没有意义，CA的安全性不再依赖智能卡和CA公司，运营商完全掌握了主动权。避免了传统智能卡CA大量采用黑盒技术造成的软硬件捆绑、使CA变成一个固件，导致CA软件常年得不到升级或更新而造成CA技术落后。

可下载CA技术的接口是开放的，实现了在开放环境下数字电视内容的安全性，这在数字电视技术领域具有里程碑式的意义。随着时间的推移，广电行业会认识到这项技术的重要性，就像当年IBM开放PC标准那样，可下载CA将会对数字电视产业的发展产生积极影响，也是目前能想到的可兼容各种CA的唯一办法。

开放的平台可实现一体机的平滑过渡

　　网络电视可以很容易支持数字电视，将来的发展肯定是两者要融合在一起。利用富士通MB86H60多解码高清芯片，在泰信开放软件平台上已经完成了真正全数字传输的数字一体机设计，这个数字一体机采用全数字连接，不会出现用高清机顶盒看标清节目时图像质量下降的毛病，并且和机顶盒软件完全兼容，也就是说，采用泰信开放平台和富士通芯片的高清机顶盒之后，将来可以平滑地过渡到一体机。

　　我们很高兴地看到很多有技术实力的广电已经察觉到问题的症结所在，并开始采取行动。例如广西广电通过和泰信合作，掌握了CA、中间件等核心标准，陕西广电开始着手统一机顶盒硬件平台，他们两家网络公司还联合共同发起了数字电视市场协调小组，打造数字电视统一平台。富士通和他们进行联合研发，结合他们长期数字化所获得的经验教训，推出了统一开放的高清数字电视机顶盒平台。为了推动中国数字电视产业的健康发展，他们愿意对外开放，在此对他们表示衷心的感谢。