数字电视机顶盒的设计与测试

前言：

随着我国广电数字化进程的进一步加快，数字电视机顶盒的社会保有量已经接近一亿，数量已经非常巨大。在满足广电的数字化需要之外，一些问题开始日益显现，如机顶盒的维修维护、升级和更新换代，以及更深层次的技术进步等。这是一个业界一直在探讨，但又一直没有对策的问题。

以下结合泰信对数字电视行业的理解，从机顶盒的设计及测试角度，与大家一起探讨，以期帮助广电运营商选择出适合自身需求的机顶盒产品。

一、标清机顶盒硬件综合设计考虑

标清数字电视机顶盒技术发展至今，已经非常成熟，供应商也很多。如果标清机顶盒仅仅是为了数字化平移，且主要目的是低成本，那么USB、网络接口就变得可有可无，甚至是一种浪费。如果运营商仅仅为了实现低成本数字化，不打算增加更多新的应用，也不打算在标清机顶盒上实现互动，建议选用没有USB和网口的单MPEG2解码的机顶盒芯片。现在的标清芯片CPU速度大部分已经超过200MHz，因此建议在标清平台上实现一些简单的EPG广告、数据广播及股票系统功能。如果按照这个标准选择，标清芯片可以有较多的选择，而对于适当存储器配置的选择，主要考虑稳定可靠性即可。

很多有关USB和网络的应用需要较高的CPU速度和较大的内存。在以前平移过程中，机顶盒上的大量网络和USB功能基本没有派上用场而形成浪费。现在看来，这些接口在高清平台上使用更有意义。

网口和USB是高清机顶盒的基本配置，又是多解码的。随着高清机顶盒芯片成本的降低，单MPEG2包含网口和USB的标清双向芯片将不具备优势。但市场上在标清单向和高清双向之间缺少双向标清多解码芯片产品线，因为标清片源占大多数，在开展互动业务时，芯片具备H.264/AVS解码才有意义，这个产品线可以帮助广电运营商实现低成本的VOD业务，但双向回传是一个问题，如果增加回传模块，在成本上就与高清比较接近了，总体上说定位比较尴尬。

频谱是一个长期占用且难以释放的资源，为了从长计议，标清芯片建议向多解码方向发展，为避免被国外知识产权持有者卡脖子，建议AVS成为必选项。

二、高清机顶盒硬件综合设计考虑

如果仅仅考虑单向高清的普及，也不准备增加应用，对机顶盒芯片的选择没有太多考虑。但由于高清电视是广电运营商参与三网融合的竞争优势所在，很多运营商都希望将高清机顶盒作为用户家中的综合信息终端，对其寄予厚望。要实现这个目的，高清机顶盒的设计考虑的因素比较多，需要很专业的分析才有可能达到目的。为此，要特别注意以下几个方面的问题：

首先，如果要使机顶盒变为一个信息终端，首先需要一个比较强大的CPU。现在高清芯片的CPU时钟一般都在300MHz以上，但CPU类型差异和使用方式的不同对芯片性能的影响很大。以往大家往往注意CPU的时钟速度，认为时钟速度越高性能就越强，但实际上并非如此。各种CPU的设计思路和应用的侧重点不一样，所表现出来的性能也各不相同，例如手持设备要求的低功耗，这个场景是ARM的天下，通讯领域要求的高速度，这个领域MIPS和PowerPC占主流。但对于机顶盒而言，速度和功耗需要兼顾，因此ARM和MIPS都是比较好的选择，电视机芯片几乎都是MIPS的天下，采用ARM和MIPS CPU可实现Android平台上的大量应用。高清机顶盒芯片中最大量的运算是对压缩视频流的解码，避免运行程序的CPU参与到解码运算中去，特别是一些频繁的实时中断操作，可以使应用运行程序表现得更流畅。随着解码类型越来越多，解码的处理也越来越复杂，建议对解码器的管理和应用程序分别采用独立的CPU。

其次，存储器总线设计也会对程序运行造成影响。高清芯片的数据总线主要承载解码器的数据传输，机顶盒芯片每解一帧图像，都需要在芯片内部总线和外部存储器之间进行大量的数据搬运，在解码器搬运数据的同时，运行程序的CPU是不能使用这个总线的。如果数据总线带宽不够，解码器会占用较长的总线时间，留给CPU的带宽势必减小，结果就是CPU处于等待状态的时间加长，在CPU进行数据量大的OSD操作或者进行较大运算量的操作时，会出现反应缓慢的现象。解决这个问题的办法是提高总线速度，例如采用DDR3的数据总线，将解码器用的总线和程序数据总线分开也可以解决这个问题，采取以上措施都可以有效地提高速度、改善性能。

在高清芯片中，如果实现较炫的高清OSD及页面显示功能，例如旋转、3D菜单等特效时，需要很强的图形处理功能。随之也带来了很大的图形显示数据处理工作量，这个时候需要芯片具备2D加速器，或者3D加速等图形处理器GPU。因为高清机顶盒处理的是比一般PC机分辨率更高的高清图片，这使得机顶盒芯片的处理能力一下子向台式电脑靠近了一大步，甚至在图形处理能力方面有超越PC机的趋势。电脑处理的图像分辩率一般是小于1080p的电视图像，经常玩游戏的人都知道图形处理能力对使用体验的影响，高级的图形显卡都比较贵，有的高级显卡甚至比普通主板还贵，最先进的存储器技术首先应用于显卡。在家用情况下，计算机中数据量吞吐最大的动作是对图形处理的运算，因此如果机顶盒在图形处理方面继续快速发展，将有可能取代部分家用电脑。

较低版本的高清芯片受制于CPU速度的影响，一般并不直接进行1920X1080分辨率的OSD显示，而是进行960X540的OSD处理，再放大显示，这时会用到机顶盒芯片中的一个叫做Scaler的图像放大模块。在接收标清信号时，如果高清芯片输出高清格式，芯片内的Scaler需要对标清格式的图像进行放大，高清机顶盒中也有一个Scaler用于将标清图像放大到高清图像，这个Scaler的性能也会影响到用高清电视观看标清节目的收看质量。