下一代数字电视解码方案的改进

现行数字电视方案的缺陷

现行数字电视机顶盒的某些缺陷限制了数字电视的发展和普及。导致这些缺陷的根源是机顶盒专用集成电路芯片(ASIC)。机顶盒的关键功能是由数字电视解码器实现的。解码器部件负责数字电视广播的接收和显示，对数字传输信息流进行解复用以及对MPEG-2音频/视频数据流信息进行解码，并实现机顶盒的图形功能。图1是现行数字电视机顶盒的一个典型功能框图。

以下是采用这种设计方案的现行数字电视解码器的缺陷。

1. 不能支持多种显示格式

世界上各地的数字电视广播采用不同的传输格式，包括美国的ATSC、日本的ARIB和欧盟的DVB分别定义了不同的数字电视视频格式。即使在美国也有18种不同的显示格式，其分辨率从480i(相当于现在的模拟电视设备的分辨率)到宽屏幕高清晰度电视的1080i 不等。最初的数字电视标准将同时包括480线分辨率的标准清晰度电视(SDTV)以及720线和1080线分辨率的高清晰度电视(HDTV)。电视台将根据不同显示格式对传输设备复杂程度的要求，以及如何对数字广播频率资源的占用情况来决定选用何种格式。一些广播公司已经表示，为了给观众提供更多的选择，它们可能会传送多种SDTV节目，而不是仅仅传送一种占用大量带宽的HDTV节目。

现行数字电视解码器的设计使它不能处理多种现有的显示格式。有的数字电视解码器能够支持所有格式的输入，但是并不输出所有显示格式，这迫使厂商为标准清晰度电视和高清晰度电视设计不同的机顶盒。这些设计工作需要由不同的工程小组分别完成，而它们所采用的开发工具则完全相同。因此，对于厂商而言，这已成为一项消耗大量时间而又费用不菲的工作。

2. 昂贵的制造成本

如图1所示，现行的机顶盒使用多种芯片来实现音频和视频功能。这些机顶盒中使用的芯片采用0.5微米的加工工艺，因而尺寸较大。同时，为了实现不同显示格式之间的相互转换，还需要采用不同的芯片。此外，解码器使用的存储器没有进行优化，不同的功能模块分别使用各自的存储器，浪费了宝贵的存储资源。这种体系结构增大了线路板的面积，并使设计变得更加复杂。集成度偏低、效率不高的存储结构和落后的芯片加工工艺使得现行的解码器电路成本高昂、性能低下。

3. 不能支持不断更新的数据服务标准

现行数字电视解码器的结构封闭、不灵活。它们与Windows CE、PersonalJava和ATSC应用编程接口(API)互不兼容，因此不能支持当前新兴的数据服务应用，例如在线银行、电子邮件和网络浏览等。如果不能支持交互式的应用，现行的数字电视解码器就难以对消费者产生太大的吸引力。

4. 用户界面不佳

为了处理交互式数据服务，用户界面必须具有良好的视觉感受，直观并易于使用。由于缺少一个专用的图形处理器，现行数字电视解码器的用户界面不佳，应用服务运行缓慢，图形质量差，文本显示效果低劣、屏幕闪烁。现行机顶盒在MPEG-2芯片中使用嵌入式OSD处理器来管理文本和图形，由于不具备图形加速功能以及抗闪烁电路，而且只能支持4-8位/像素的图形格式，因此OSD处理器难以为用户提供一个漂亮的交互式界面。

5. 性能低下的专用CPU

现行方案使用了嵌入式处理器，其性能不足，处理能力只有20MIPS甚至更低，并且它们还使用一种专用的总线。基于新API标准的新兴交互式数据服务需要功能强大的CPU，以便为观众提供实时的交互性。

6. 结构封闭、缺乏灵活性

现行数字电视解码器芯片的结构没有灵活性、无法转换，而且不支持模块化，它们使用专用的总线和操作系统。这种结构使得标准清晰度显示不能转换为高清晰度显示，或者进行反向转换，无法为机顶盒制造商提供更大的灵活性。其专用的结构也排除了实现模块化的可能性，因此设计人员无法向其中加入新推出的标准外围部件，例如I/O器件、调制解调器和3D图形部件等。

由于存在上述种种缺陷，现行的数字电视解码器未能在市场上成为一种大众化的产品。相反，它们仅仅成为了一种用来进行技术演示的道具，无法真正促进数字电视的发展和普及。

下一代数字电视解码器应有的功能特点

1. 支持多种格式

目前全球数字电视多种标准共存，即使一种标准内都有多种显示格式，如ATSC有18种显示格式。下一代数字电视解码器必须支持多标准解码或者支持一种标准下的多种格式。解码器不能仅仅进行解码，还应该将其全部输出显示。一个采用先进解码器设计出来的数字电视接收器或机顶盒能接收所有数字电视信号，并能够以任何一种显示格式输出。这种解码器应该具有把高清晰度信号向下转换以便显示在标准清晰度电视上，或者在高清晰度电视上显示标准清晰度节目的能力。全格式支持使得用户不会错过任何数字节目，而不论他们拥有的电视接收器属于哪一种类型。此外，它还必须支持现在仍然存在的模拟传输以及大量安装的模拟电视设备。通过向上转换，可以在数字电视上观看以模拟格式传输的节目；同样，通过向下转换，也可以在模拟电视上观看采用高清晰度格式传输的节目。

2. 降低成本

下一代解码器必须在一个单独的芯片上集成更多的功能，并采用先进的加工工艺(0.25微米或0.18微米加工技术)以获得更小的芯片尺寸。在现行的数字电视解码器结构中，利用不同的芯片来实现MPEG-2音频/视频解码、传输码流TS(Transport Stream)解复用、图形功能和显示处理。这四种功能是一个数字电视接收器中的关键组成部分。通过在单芯片数字电视解码器中集成所有这些功能，可以显著降低成本。此外，元器件数目减少可以简化电路板的设计，减小电路板的面积，还能方便产品的库存管理，进一步降低了数字电视制造商的成本。集成度的提高还使得内部不同模块之间的接口得到优化，有助于获得更好的性能。另外，为了降低存储成本，可以在视频和音频功能之间实现存储器的共享。