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。[page]

三、提高机顶盒硬件性价比的设计考[FS:Page]虑

除了上述机顶盒硬件设计的综合考虑之外，还需要考虑以下涉及芯片性价比的多种因素，这些方面涉及到整个产业链。

1、缩短芯片上市时间，降低芯片成本。

机顶盒芯片厂家的每一款芯片都有对应的参考设计，芯片的第一版是工程样片，一般称作ES1工程样片。芯片厂家在ES1芯片上进行各种测试后，如果没有影响批量生产的问题，就可以提供给客户做导入设计。因为现在的机顶盒复杂度较高，很少能有一次成功的，一般在ES1测试之后还要进行第二次甚至第三次改版。每次发现问题之后都需要对发现的问题进行分析，大的问题可能需要重新修改芯片版图，小的问题可以用软件弥补。如果只考虑一次改版，从ES1到芯片可以提供给客户，周期大约为6个月，但这并不意味着芯片可以大量上市。

因为数字电视技术领域存在着各种封闭的黑盒技术，例如CA、中间件、股票等软件，这些私有的软件接口各自不同，甚至极度保密。也只有获得授权的工程师才能参与对这些软件的集成和测试，对应这些私有技术标准的过程有时甚至比完善芯片系统软件的过程更长，由此造成新机顶盒方案的开发成本大幅度增加。所以在一般情况下，如果没有足够的机顶盒软件工程师，机顶盒厂家不轻易更换机顶盒方案，这阻碍了更新更先进的芯片推向市场的步伐。因此，建议定义一种开放统一的接口标准，芯片厂家遵照这个接口封装开发其驱动软件，而不需要对应各种封闭接口的中间件。上层应用软件开发者遵照这个接口开发应用软件，不论是CA、浏览器、股票等软件，都按照这个统一的接口开发，成为单独的软件模块，在基于Linux的操作系统上实现独立加载和卸载，而不是采用软硬件捆绑的软件集成方式，由此形成一个下载CA的运行环境，缩短芯片厂家芯片测试和对应私有封闭标准的时间，从而加快新的机顶盒芯片进入市场的速度。

泰信与有关芯片厂家和运营商一起制定了一个统一的接口标准，这是一个中性的接口，并进行了多年的调整与实践，可以理解成为数字电视的BIOS，等于给机顶盒芯片提供了一个快速进入市场的通道，将封闭黑盒技术标准对芯片进入市场的阻碍作用降到最低，便于数字电视技术走开方式发展道路。泰信还提供了一整套机顶盒设计的流程及多种测试工具，同时也有复杂的用户群，可以帮助芯片厂家缩短进入市场的周期。

2、建议采用业已成熟的硅高频头

随着人工费用的增加，传统的CAN Tuner的成本下降空间已十分有限，硅高频头的成本优势开始显现。因此，不论标清还是高清机顶盒都建议采用硅高频头，可以达到最高的性价比。

早期的硅高频头在一些指标方面不理想，特别是动态范围指标较差，对有线电视网络的信号一致性指标要求较高，所以硅高频头给运营商留下了不好的印象。但硅高频头从诞生到现在已经有十几年的历史，中间经过不断的改进，在性能指标方面已经开始达到甚至超过了传统的CAN Tuner，但传统的观念依然阻碍硅高频头在中国广电市场中的使用。硅高频头已经在CM里大量使用了很多年，可以方便机顶盒的小型化设计，也便于SoC的集成化设计。例如Broadcom就将硅高频头集成进了机顶盒主芯片中，在采用无卡CA技术时，可以将机顶盒线路板做到名片大小，大大降低了线路板面积，成本自然也会下降。

硅高频头芯片的一致性可以做得更好，但对线路板设计要求也比较高。同传统的CAN Tuner一样，其性能与软件设计关系较大，需要根据不同的网络环境不断进行优化，这需要由高频头芯片原厂把关。泰信采用软硬件分离技术平台，采用统一的Tuner软件接口，高频头厂家可以独立进行高频头软件的开发和优化，然后实现单独加载，可以自主地将高频头的性能调到最佳状态。

在软硬件分离平台上，泰信已经帮助多家芯片厂家实现了这种密切的配合，今后更换高频头将变得很容易。

3、优化配置不同的存储器类型，提高性价比

对于标清机顶盒，建议采用4MB或4MB以上的串行FLASH 和32MB DDR或64MB DDR2。

因为网络、USB、HDMI等基本上已经成为高清机顶盒的标配，对于高清机顶盒而言，同一颗机顶盒芯片方案的性能主要取决于存储器的配置上。可以采用NOR+NAND FLASH的办法，进行弹性配置解决。

NOR FLASH存储要求高可靠的启动及升级程序，保存可靠性要求较高的数据，NAND FLASH有较大的容量，可以保存大块的数据、应用程序、甚至视频文件。这种结构类似于已经工业化大生产的PC机架构。NOR FLASH的作用相当于PC机主板上BIOS存储器，NAND FLASH的作用相当于PC机上的硬盘。NAND FLASH就是我们通常在U盘中使用的FLASH。当NAND FLASH的容量达到4GB以上时，可以保存一部高清电影的视频文件，保存大量的应用程序更不在话下，而且没有硬盘大量的耗电和机械损伤，很适合广电运营商将来向“终端+应用”的商业模式发展。根据不同的NAND FLASH容量可以得到不同的机顶盒配置。目前性价比较高的NAND FLASH是64Gb（8GB）容量的。

在内存方面，应该优先选用DDR3。因为从DDR到DDR2再到DDR3的芯片技术是不断提升的。例如，现在1024MB的DDR3和512MB的DDR2以及256MB的DDR价格基本差不多，而容量及速度DDR3和DDR却相差4倍，现在存储器厂家又开始了DDR4的规格定义，由于采用了更先进的芯片工艺，功耗也逐级下降。从速度方面，一片DDR3的速度和两片DDR2的速度基本一致，也就是说，原来采用两颗DDR2的高清机顶盒现在只需一颗DDR3就够了，而存储器成本却下降一半。这就意味着采用这种类型存储器的高清机顶盒性价比逐渐提高，随着高清机顶盒芯片采用更先进的工艺生产，高清机顶盒取代标清机顶[FS:Page]盒指日可待。

存储器相当于IT界的粮食，其竞争比较充分，技术进步的速度是以超“摩尔定律”的速度发展的。建议机顶盒主芯片厂家在对存储器的支持上不要太过保守，这样机顶盒行业就可以在存储器方面搭上“摩尔定律”的顺风车。同时，随着泰信公布的数字电视接口受到越来越多的芯片厂家和应用开发者的支持，更高性价比的高清机顶盒方案将会加速问世。

4、采用外置电源和无卡CA技术，降低售后服务成本。

已经平移的广电运营商都已经意识到，机顶盒的维修是售后服务的主要工作之一。不同的地区，电源故障占总故障的40-60%；智能卡损坏和插座接触不良占总故障的20-40%，这与空气湿度有关，也与子母卡的经常插拔有关。两者合计占总故障率的60-70%。随着人工费用及运费的上升，当机顶盒出现故障后，每台机顶盒所产生的维修费用都很高。如果采用外置电源，电源损坏可以单独更换，不至于引起整机的返修，有些用户自己就可以搞定，从而降低维修成本。采用无卡CA技术，可以省掉智能卡插座成本，在没有智能卡电流消耗的情况下，可以降低机顶盒整机功耗，便于采用手机充电器等低容量的外部电源，进一步降低整机成本。

泰信设计的低功耗标清机顶盒，在5伏供电时，电流消耗最低可到450mA，可以用手机充电器电源代替，降低了维修成本。功耗的降低同时也意味着发热量小、可靠性高。

采用外置电源和无卡CA技术可以有效地降低50%以上的机顶盒硬件故障率，降低运营成本、提高服务质量。

5、以芯片为单位，统一机顶盒设计规范

按照传统的习惯，芯片厂家会提供给各个机顶盒厂家一个参考设计，由各个机顶盒厂家导入量产化流程。而各个机顶盒厂家由于机壳的不同、用户的需求不同以及供货商的差异，会对量产化的机顶盒设计提出各种各样要求。在硬件电路方面，这些要求不外乎上面描述的存储器、高频头的不同配置，以及对接口的不同要求。除此之外的部分，基本上都是标准的，甚至完全相同。在机顶盒芯片厂家确定了最终的硬件版本后，基本没有什么需要改变的，完全可以在软硬件分离的原则下，采取标准化的模块设计，不同的需求配置在软硬件分离的原则下由软件自适应即可。如果每一种芯片都实现机顶盒的标准设计，可以减少机顶盒硬件的混乱。

每种机顶盒设计标准统一，并做到开放，就像彩电行业一样，可以方便售后维修。开放硬件资料之后，机顶盒的售后服务可以实现社会化的分工协作，硬件售后服务可以脱离开机顶盒厂家，同时也解除了运营商的后顾之忧，降低了机顶盒厂家的售后服务负担。运营商对机顶盒售后服务消除顾虑后，运营商向机顶盒厂家的付款期可以缩短，这样又可以进一步缩短机顶盒厂家的财务成本，如果付款期太长，这个财务成本是很高的。

因此，以芯片为单位，采用统一开放的机顶盒方案，可以降低各方的成本，机顶盒厂家和运营商皆大欢喜。

这个开放统一的机顶盒设计可以由芯片厂家主导，泰信可以提供设计咨询和测试软件及环境，帮助机顶盒芯片厂家加快芯片的量产化过程。

在实现了统一开放的硬件设计之后，软件服务就变成了售后服务的主要内容。而软件平台的开放性是软件售后服务的保证。

四、机顶盒软件平台的设计考虑

如果是标清机顶盒，或者仅仅用于规模平移的高清机顶盒，一般不会有较多应用加载，对软件平台的选择并不重要。但随着高清时代的到来，高清芯片的性能越来越高，能够加载的应用越来越多，软件售后服务工作量越来越大，对高清机顶盒软件开发的要求远比标清机顶盒要高，软件成熟周期也更长。如果软硬件平台选择不当，在机顶盒批量部署之后，容易出现大量问题。显然，能够让软件平台和应用软件很容易的升级是系统完善的最重要基础，通过升级，对发现的问题进行修补以提高性能。

但是，如果因为升级引起大规模的用户投诉，升级将变成了扰民，后果不堪设想。因此高清机顶盒的软件升级必须稳定可靠，这是一项非常严谨的工作，也需要丰富的经验积累。经过泰信多年的探索，认为软件平台必须要和应用分离，做到应用独立加载和卸载，以方便运营商走类似苹果公司的“终端＋应用”的发展模式。在这个软件平台上，类似股票、浏览器、CA、界面等软件需要独立开发和加载，而不是采取传统的软件集成的模式。类似CA采用一种硬件的，通过封闭式的软件集成捆绑另一种硬件的做法，将整个平台变得异常封闭，这是软硬件分离的障碍，这种方式是造成软硬件捆绑难以吸收第三方软件的引进，也是数字电视技术不能形成有效竞争的根本原因。要做到应用软件的独立加载和卸载，承载这些应用软件的平台必须做到开放，以软件下载概念取代软件集成概念，以此适应智能化终端的发展要求。

如何做到开放，不同的公司基于不同的商业目的对开放有不同的解释，说法比较混乱。但有两点可以确定是开放平台的必要条件，第一是接口必须开放，这是一个供第三者开发应用的接口开放，这个接口必须包含C语言开发接口，第二是有可以公开免费获得或者以很低廉的价格购买到的SDK开发包。这是平台开放的两个最重要的标志。

在上述基础上，软件的开发可以不再限定在原来的CA、中间件、机顶盒厂家范围之内。仅仅采用了开源的Linux内核或者一些其它开源的软件，例如Webkit，而不解决CA、中间件的接口封闭问题，还远远不能称之为开放。另一方面，因为这些开源的软件往往存在很多Bug，也不能直接应用于数字电视，需要对这些开源软件进行修正和改造，需要花费很大的精力，同一款开源软件表现效果的不同基本上取决于对该开源软件改造水平的高低。

[FS:Page] 传统上，机顶盒的SDK开发包需要机顶盒厂家花费上万美元从芯片厂家那里购买，再加上引进了大量的封闭技术标准，软件的开发基本上限定在一个小的范围内，本来开源的软件进入这个圈子之后又变成了封闭。接口的不开放源可以降低外来竞争的压力，但也同时保护了落后，这是数字电视技术严重封闭落后的根本原因。

SDK开发包的开放性取决于芯片厂家的平台的开放性，包括编译器、接口规范等等，这取决于芯片厂家的策略。站在芯片厂家的角度，因为数字电视软件的开发一直比较封闭，针对特定人群，除了CA、中间件、机顶盒软件开发商之外，鲜有第三方的个人或者公司参与数字电视软件的开发，如果没有一个大的开放的环境，仅仅SDK开发包的开放也意义不大。

在技术进步快速，竞争比较充分的通讯行业，其技术标准主要是一些接口规范。各个厂家在同一种规则下公平竞争，企业只有不断创新才能生存，使得通讯行业产生了突飞猛进的进步。

IBM在1982年开发了PC机的技术规范，板卡机械尺寸及引线定义的规范便于第三方设计生产基于IBM PC的各种扩展应用板卡，驱动软件接口（BIOS）的开放便于基于PC机开发各种应用以及更丰富外设的采用。在这种开放的环境下，PC产业链迅速扩展，技术突飞猛进，技术进步和创新成为PC行业发展的主旋律，由此诞生了著名的“摩尔定律”，奠定了PC机今天繁荣的基础。

如今支撑数字电视的芯片技术已经非常发达，在硬件接口方面有网络和USB等成熟和现成的接口，仅仅定义软件接口就可以达到目的。统一机顶盒驱动软件接口不涉及到各自的核心利益，完全是中性的，向这个统一的接口靠拢比较容易达成共识。

数字电视软件的开放不是某一个方面的问题，它是由整个数字电视技术体系决定的。整个行业需要对以往采用封闭技术体系进行检讨，需要起主导作用的运营商提高对数字电视技术的认识，封闭的技术体系在三网融合条件下将受到越来越严重的挑战，必须尽快确立技术平台开放性的原则，以此影响数字电视产业链向开放的方向发展。

涉及到广电行业前途的标准制定首先要到技术开放。在确定了走开放式发展道路之后，困扰广电多年的标准问题也将迎刃而解。

五、机顶盒的测试

在设计和生产阶段，对机顶盒的测试相当重要。这个测试有软件测试和硬件测试。而软件测试有机顶盒驱动软件测试和机顶盒基本功能软件测试。

机顶盒驱动软件的开发和测试一般由芯片厂家完成。驱动软件的开发如同盖楼房需要打地基，它的不稳定会引起整个机顶盒系统的不稳定。这个过程有时候会很漫长，并取决于芯片厂家。这就是为什么当一颗芯片出来后过了很长时间才能进入市场。泰信和多个运营商及芯片厂家合作定义的中性软件接口规范，可以迅速帮助机顶盒芯片厂家完善驱动软件系统，加快芯片上市步伐。泰信专门针对机顶盒驱动软件开发了一套测试软件，帮助芯片厂家迅速找到芯片驱动软件的改进方向，这是一个非常有价值的软件。

机顶盒基本功能软件的测试主要是测试各个软件功能模块的稳定性，一般在机顶盒软件上线前，都有一个很严格的测试过程，进行上千个项目的测试。这个测试过程需要一些测试环境，包括前端设备，包括CA的前端软件环境等。因为一般运营商前端没有热备份，这个测试主要是大网在线功能测试。考虑到安全播出，对于需要针对所有用户操作的测试一般不具备条件，这就需要一个完全备份的前端设备，模拟正在使用的前端网络，全方面地进行各种压力测试。泰信的NGB前端设备可以为运营商搭建一个这样的环境，同时也可以为原来的系统做备份。

机顶盒硬件的测试主要是各种指标的测试，包括音视频指标、电源功耗指标、EMC以及3C指标等，还包括广电总局的入网技术规范。对运营商影响最大的指标是信号接收门限和载噪比，当信号强度低于门限或载噪比较低的时候，会出现马赛克等现象，这种情况在不同的调制方式和不同的网络环境中表现也不同。在泰信的用户群中，从64QAM-256QAM以及各种网络环境都有，因此可以全面地测试机顶盒的门限指标，进行广泛的适应性测试。

六、结束

机顶盒软硬件设计选型和测试是一个比较复杂的技术性工作，需要丰富的经验和知识面。泰信曾经有长达十年的机顶盒生产经验，又有丰富的软件开发经验，在数字电视软件开发领域也有超过10年的历史，可以为芯片、运营商和机顶盒厂家提供技术咨询服务，为中国的数字电视技术进步贡献自己的力量。

作者系：山东泰信