机顶盒芯片方案资料（可编辑）

机顶盒芯片资料（可编辑） 机顶盒芯片方案资料 机顶盒与芯片解决方案 摘要 机顶盒产品被认为是继个人电脑和手机之后，第三个拉动半导体市场的整机产品，而中国又 被看作是机顶盒的主要生产地之一。 关键词:机顶盒，芯片，解决方案，数字电视 一 前言 机顶盒产品被认为是继个人电脑和手机之后，第三个拉动半导体市场的整机产品，而中国又 被看作是机顶盒的主要生产地之一。 目前，机顶盒大致分为数字电视机顶盒和IP 机顶盒，前者又分为DVB-S 、DVB-C 和DVB-T 机顶盒。数字电视机顶盒的主要作用是提供数模信号转换的功能，使用户能够用原有的模拟 电视机收看数字电视节目。根据iSuppli 的有关报告，2008 年中国数字电视终端的产值将达 到110 亿美元，出货量将达到5200 万台，全球80[%]的数字电视终端将产自中国。下图给出 了2001 到2005 年之间数字电视机顶盒的产量和年增长率。 图1 2001- 2005 年有线机顶盒的产量和增长率 资料来源:2005-2006 年中国机顶盒产业及芯片市场研究年度报告 今年来，随着互联网的应用日益广泛，宽带网络的建设与发展十分迅速，这有力地推动了 IPTV 业务的发展，电信设备制造商纷纷投入到IP 机顶盒的研发生产。据市场调研公司ABI Research 新近发表的调查报告显示，近期IP 机顶盒(IP-STB)市场的增长速度将至少是cable 或卫星机顶盒的四倍，未来五年全球cable 和卫星机顶盒出货量预计将以13-14[%]的年复合增 率增长，而同期IP-STB 的增长率将为60[%] 以上。 因此，整个机顶盒市场将引发价值超过十亿美元的半导体销售市场，受到了国内外半导体厂 商的格外关注。有不少厂商瞄准机顶盒市场，推出了相应的芯片及解决方案。在下文中，我 们将对一些芯片和方案进行介绍和。在此之前，我们先了解一下机顶盒的构成与功能。 二 机顶盒的构成与功能 机顶盒由软件和硬件两大部分组成。机顶盒的硬件结构由核心控制单元、媒体处理单元以及 各类接口组成，如图2 所示。 核心控制单元一般采用嵌入式系统处理器芯片，可以运行实时操作系统。媒体处理单元一般 根据机顶盒成本选用 ASIC 专用解码芯片或数字信号处理器(DSP)，也有采用软件解码实现 的。数字电视机顶盒的通信接口一般是传输流(TS)接口，其前端是RF 调谐器和解调器。IPTV 机顶盒的网络通信接口根据网络接入方式的不同可配置成高速以太网接口、ADSL 接口或无 线局域网接口等。媒体播放接口基本配置有复合音视频端子和S 端子，较高配置可有YPbPr 、 YCbCr 和数字音频输出接口。控制接口是指用户操作控制机顶盒的接口，一般以红外遥控 器为主。除以上基本业务应用所必需的接口外，可根据业务需要配置USB 接口、串行接口、 智能卡接口等其他扩展接口。 图2 机顶盒的硬件结构 软件则一般分成应用层、中间层、操作系统和驱动层三层，每一层都包含了诸多的程序或接 口等。 图3 机顶盒的软件结构 基于上面提到的硬件和软件，除了基本的电视功能外，机顶盒也可以为用户提供丰富的应用 和服务，包括视频录制、视频点播、电子节目指南、电子邮件、Web 浏览、即时信息、电 视商务、可视电话、股票信息浏览、游戏、万年历等。 三 几类主要的机顶盒芯片解决方案 从图2 可以看出，机顶盒硬件中的核心器件是核心控制单元(CPU )和媒体处理单元(编解 码器)。以数字电视机顶盒为例，图4 给出了2005 年中国数字电视机顶盒产品中的主要芯片 的成本构成。不难看出，解码芯片在整个成本中占有最大的比例，而且随着前端的调谐器芯 片(Tuner)和解调芯片(Demodulator)的集成，以及解码芯片对更高级的音视频格式和更丰富应 用的支持，解码芯片在成本中将占有更大的比例。因此，核心控制单元和媒体处理单元在整 个机顶盒硬件系统中将扮演更重要的角色。 图4 2005 年中国数字电视机顶盒芯片市场产品结构 资料来源:2005-2006 年中国机顶盒产业及芯片市场研究年度报告 以媒体处理单元为核心，在目前主流的机顶盒产品中，大致有如下三类芯片解决方案: (1) 基于专用SoC 芯片的架构(RISC CPU+ASIC ) 专用SoC 芯片内部除了嵌入式CPU 以外，还集成了专门的硬件模块，用于音视频解码和后 处理等，它一般还集成了一些外设接口，如音视频输入输出、网络连接、外部存储接口等。 嵌入式CPU 可运行嵌入式操作系统，其上可加载多种应用程序。由于采用了硬件解码，这 种方案具有固定的微码和固定的处理方式，无需开发复杂的多媒体算法程序，因而可缩短开 发周期，降低开发成本。硬件解码的另一个好处是功耗较低，系统稳定性好。 基于这种结构的机顶盒成本较低，在IPTV 业务起步阶段，一般由业务运营商向用户免费提 供机顶盒，选用专用芯片结构的机顶盒，在保证基本业务的前提下，能够使业务运营商节省 运营开支，对业务推广无疑会起到很好的作用。 但这种结构相对于DSP 和CPU 方案而言，缺乏灵活性，只能支持有限的音视频格式。 (2) 基于多媒体数字信号处理器(DSP) 的架构 基于多媒体处理器技术的 IPTV 机顶盒，采用了高性能数字信号处理器和嵌入式 CPU 作为 核心芯片。DSP 主要用于视频和音频的解码处理，嵌入式CPU 用来控制处理从各种接口来 的数据以及运算需求。采用多媒体数字处理器结构可以灵活地实现多种音视频格式的编解码 。到目前为止，用于IPTV 业务的媒体格式还没有统一标准，各运营商也处于测试选型 阶段，因此基于多媒体数字信号处理器结构的机顶盒可以灵活编写不同代码提供多格式解码 能力。 相对于(1)的架构，基于DSP 的方案的开发周期较长，开发成本较高;功耗也较大，系统稳 定性较差;整机的成本也稍高。 (3) 基于X86 的架构 对比基于RISC 架构CPU 的嵌入式系统，基于X86 架构CPU 的嵌入式系统有如下优势:它 具有最高的灵活性，可以对不同格式的文件进行编解码;软件开发的难度相对DSP 开发而 言较低。基于X86 结构的机顶盒一般都使用Windows 系列操作系统，其上集成了大量的应 用软件，可轻松地与PC 共享资源。 这种机顶盒产品的功耗较大，发热量高，稳定性较差;而且价格较贵，只能面对高端消费群 体，在初期对于一般消费者缺乏吸引力。 四 机顶盒核心芯片及解决方案举例 (1) ST 的STi5517 意法半导体(STMicro)是世界上最大的MPEG-2 解码器芯片供应商，其MPEG-2 解码器芯片 对机顶盒厂商的出货量达到6,600 万件(截至到2004 年)。其STi5517 是一款低成本的基于 CPU+ASIC 架构的数字电视机顶盒核心芯片，内置 180MHz 的 32 位 CPU ST20 和支持 MPEG-2 MP@ML 的硬件解码器。内置TS 解复用模块，内含PAL/NTSC/SECAM 视频编码 器，支持RGB, CVBS, Y/C 和YUV 输出。它还可通过电话线回传实现交互式付费电视的应 用。如图5 所示，配上ST 的DVB-S, DVB-C 或DVB-T 前端芯片，就可以实现典型的数字 电视机顶盒系统。 图5 基于STi5517 的数字电视机顶盒系统框图 类似的芯片还有ST 的STi5188，LSI Logic 的AVIA-9700 和Conexant 的CX22490/6 等，它 们的功能较简单，一般不带有USB 和硬盘接口，具有较好的成本优势。 在中高端方案方面，这些芯片厂商推出的方案具有高集成度、高性能的特点。如LSI Logic 的AVIA9600 、ATI 公司的XILLEON220 和 ST 公司的STi5528。该些方案的共同特点是处 理器性能得到很大提高，以 STi5528 为例，该芯片集成了双 CPU ，其数据处理能力超过 300MIPS 。该类方案通常还集成了更多的外围接口功能，如硬盘接口、IEEE1394 和USB 。 此外，该类方案通常具有优越的音频和图像处理功能。这类芯片的目标应用主要是具有网络 浏览功能和多种交互式应用的中高端机顶盒。 现在一般的家庭已经有多种数字设备，设备间的数字信号传输是这些设备必须具备的功能， 因此机顶盒集成USB 、IEEE1394 将是必然的趋势。 此外，机顶盒的DVR 功能未来将成为 其标准配置，目前在上海数字有线中应用的机顶盒产品都集成了 DVR 功能。已有多家方案 提供商都提供带DVR 功能的方案，如Conexant 公司的CX2416x 提供了SATA 硬盘驱动接 口，ST 的STi5514 和STx5524 提供全功能DVR 。 (2) TI 的DM642 TI 的DM642 是一款专门面向多媒体应用的专用DSP ，时钟高达600MHz，具有8 个并行运 算单元，处理能力高达4800MIPS 。此外，它还集成了3 个可配置的视频端口、面向音频应 用的 McASP 、10/100Mbps 的以太网 MAC 等外设。通过编程，DM642 可灵活地支持 MPEG-1/2/4, WMV9, Real Video, H.264 等格式的D1 尺寸的实时解码。DM642 方案已经得到 机顶盒制造商Hu 等的采用。 DM642 具有很强的运算能力，但不能很方便地支持操作系统，需要开发人员自行开发，对 开发人员要求较高;而ADI 的Blackfin 本身支持 Linux ，无需设计人员再花费额外精力。 Blackfin 汇聚了控制处理、媒体处理、多模基带通信等功能，采用了融合RISC/DSP 的新兴 架构。 TI 于去年推出了达芬奇平台，采用了90 纳米的制造工艺，集成了DSP 内核、ARM926 处 理器以及视频加速协处理器，并整合了各种组件和开发工具，降低了开发的门槛。但是达芬 奇平台的成本还是比较高。 在IPTV 机顶盒方面，一些公司推出了两种基于TI DSP 的解决方案。一种是采用单片DM642 的解决方案;另一种是采用DM642+DM342 的双核方案，由于价格较高，目前主要是在日 本和台湾等地采用。 在大陆市场，IPTV 机顶盒往往是通过运营商赠送给用户，因此对于方案提供商来讲，价格 便宜是主要的考虑。Blackfin 具有价格的优势，因此更适合用于IPTV 机顶盒的市场推广。 (3) Intel 854 芯片组 X86 架构的代表厂商如英特尔、威盛近年都在加速其向消费电子领域进军的步伐，如英特尔 在2005 年推出了854 芯片组，主要面向IP 机顶盒和数字录像机应用。854 芯片组支持2GB 的DDR 333MHz 系统存储器以及整合式绘图引擎，内含一个400MHz 的系统总线，以支持 超低电压版Intel Celeron M 处理器(600MHz);采用该款 处理器与芯片组的平台可使用一个 被动式(无风扇)散热解决方案。除了支持整合式 10/100M LAN 网络外，该芯片组还支持6 个USB 2.0/1.1 接口和2 个Ultra ATA/100(IDE)信道，以连结 硬盘与其它储存装置。该平台还 针对Microsoft WinCE 5.0 操作系统提供板级支持包(BSP)