数字电视软硬件分离原理与实现

内容简介：

基于三洋半导体软硬件分离平台上，已经开发了双向CA、双向数据广播等应用，实现了VOD、卡拉OK、电视彩票、通用浏览器、股票广播等功能。另外，机顶盒的基本功能、OSD也都可以由第三方软件公司在其硬件平台上开发。这些功能不再像以前全部由机顶盒厂家统一集成，可以由不同的公司独立开发，单独放到机顶盒中使用，并可以单独更换。如果不是实现了软硬件分离，这种独立的软件开发几乎是不可能的。

前言：

目前，机顶盒平台软硬件紧密结合、密不可分，所有的软件都由机顶盒厂家进行集成，为了应付不同的运营商客户五花八门的界面及应用，机顶盒厂家要付出很大的软件开发成本，导致机顶盒价格居高不下。

数字电视软硬件分离机顶盒平台是一种十分开放的数字电视应用技术平台，在该硬件平台上可以允许第三方软件公司独立开发应用程序给运营商使用。即使在机顶盒分发到用户以后，也可以单独开发新的功能模块并下载到机顶盒中运行，而不再通过机顶盒厂家集成测试，打破了传统数字电视封闭的软件开发模式，减轻了机顶盒厂家的软件开发压力。随着时间的推移，根据运营需要，可以很容易增加新的功能模块。

值得一提的是，在该平台上可以很容易支持任何标准CA的开发，以及任何标准批量使用的CA的集成，CA库文件不需大量扩散，可以提高智能卡CA的安全性。

一、数字电视软硬件分离的必要性

以前的数字电视技术的开发是一种非常封闭的开发模式：芯片厂家提供给机顶盒厂家芯片和软件开发环境，再由机顶盒厂家在这个平台上开发应用程序。CA、数据广播等几乎所有第三方应用软件的任何集成和改动都需要机顶盒厂家参与，其他专业的软件开发商很难插手，限制了软件的来源与选择，大大加重了机顶盒厂家的软件开发压力，也造成了高度软硬件捆绑的技术模式。机顶盒厂家集成的CA、数据广播等软件越多，机顶盒种类越多，所面临的运营商客户越多，这种压力就越大。这种情况下，升级改进工作将变得非常繁杂。机顶盒厂家仅仅能满足于发放平移机顶盒之前的软件需求。批量使用后，即使发现问题，也都无可奈何，更何况增加新的功能了。

软硬件分离后的CA、数据广播、中间件及其它应用软件可以由不同的软件公司独自开发，这些应用软件可以单独提供给运营商使用，每种软件可以独立更换升级，机顶盒厂家只生产含有基本功能的裸机，基于这种软硬件分离下的机顶盒软件平台，软件开发就变成了一个长期改进增加功能的过程，而不像早期已经平移的软硬件捆绑的机顶盒，在出厂后，几乎一次定终身。

在原来软硬件捆绑的模式下，软件成熟的缓慢制约了芯片的更新换代，进入市场最早的机顶盒芯片获得了大规模运用，但却不是最先进的。软硬件分离后，可以有更多的芯片厂家参与竞争，有线电视运营商可以充分从快速发展的芯片技术中获益，可以让最新的芯片技术服务广电，而不是付出更多的代价一直使用3年甚至5年前落后的机顶盒芯片产品。

二、机顶盒硬件平台的选择

机顶盒好比是一座楼房，硬件平台就是这个楼房的地基和框架，一旦成型不可更换。软件就是这座楼各个房间中的装饰和居民了。如果地基不好，楼房不可能盖高，档次也低，住的人自然就少。和楼房的地基一样，机顶盒的硬件决定了机顶盒性能的高低和功能扩展的多少。所以，运营商和机顶盒厂家在专注挑选性价比高的机顶盒硬件平台时，首先要注意以下几点：

1、采用先进的半导体工艺，例如，采用90纳米工艺的芯片比采用130纳米工艺的芯片性能高，而且

降价空间大，功耗也低。

2、芯片时钟及处理速度足够高，这样将来可以扩展更多需要处理速度高的应用程序。

3、要选择含较通用CPU的机顶盒芯片，例如ARM系列。

4、考虑安全因素，要选用知名的国际大品牌的机顶盒芯片。

下面将含有ARM内核的三洋LC74189和意法的STM5105性能进行比较如下：

从以上对比可以看出，三洋的LC74189具有非常明显的优势，已经经过大批量使用的检验，使用的是嵌入式系统中应用最广泛的ARM9CPU，并且是采用先进的90nm技术工艺，将QAM解调器直接和后端解码集成在了一起。所以本设计就以基于该机顶盒芯片的软硬件平台为例，介绍机顶盒软硬件分离的原理与实现。同时，该芯片还有长城无卡CA安全管理硬件模块，同时也可以支持其他任何标准的CAS。

三、软件平台的组成

软件平台是介于硬件应用API之间的软件部分，包含操作系统、硬件驱动、MMU管理、安全管理等模块、向量管理以及应用接口等模块，是一种功能强大的开放的软件平台，给编程者提供了丰富的软件接口，可以让不同的软件公司基于该平台开发各种应用，其中包括比较重要的CA应用程序。整个软件平台的框架如下：

四、软件平台的作用

机顶盒软硬件分离后的软件平台，介于硬件和应用程序之间，在一定意义上也可以称作一种中间件，但和人们理解的传统中间件有所不同。因为要实现CA、浏览器等功能，使得有的部分更靠近硬件，所以还需要提供和硬件驱动相关的接口。例如对DVB CA信息的接收，还有用于排错的串口收发等功能接口。如果一定要把这种软件平台理解成中间件，那么它应该是很靠近底层的中间件。该软件平台是由日本三洋半导体公司委托山东泰信电子，结合广西广电网络公司的实际应用，制定的一个开放的软件平台接口标准，目的是降低机顶盒软件开发技术门槛，方便

运营商自己开发CA等涉及自己利益的应用程序，把握主动权。因为各个模块单独增减改进，可以随着时间的推移，逐渐地根据运营的需要增加功能模块，而这些功能模块在运营商开始平移时很难想到。这样，需要增加的功能模块可以由运营商选择不同的专业软件公司开发，不需要找机顶盒厂家解决。例如，在发现了所使用CA的安全问题后也很容易改进，而不像现在那样束手无策。

值得一提的是，这种结构允许第三方软件公司开发的中间件作为一个单独的模块放到机顶盒中运行，将来可以独立更换。运营商完全不用担心将来中间件的升级问题。在这个软硬件分离的平台上，已经有了基于浏览器和JAVA的中间件等模块，进一步屏蔽了与硬件相关的部分，山东泰信帮助广西广电网络开发双向数据广播等应用，实现了VOD、卡拉OK、电视彩票、通用浏览器、股票广播等功能。这些功能不再像以前全部由机顶盒厂家统一集成，可以由不同的公司独立开发，单独放到机顶盒中使用。在广西参与这种开发的公司有近十家，由山东泰信协助广西广电做总集成。如果不是实现软硬件分离，这种协作几乎是不可能的。

五、软硬件分离平台下实现CA的例子

CA是机顶盒中最为重要的一部分，以往也是机顶盒厂家使用CA厂家提供的库文件进行集成的一部分，不但集成测试复杂耗时，同时也是造成CW扩散泛滥的一个重要原因。而利用基于LC74189的软硬件分离技术，这项集成完全可以由CA厂家一方独立完成，不需要互相提供任何的库文件，避免了集成过程中需要加强保密、联合测试等耗时费力的工作，还可以很大程度上避免CW共享情况的出现，而运营商还可以获得一个高性价比的机顶盒。

因为基于LC74189的开发平台已经集成了设计CA所需要的各项基础功能，所以，在基于LC74189的软硬件分离基础上开发CA，仅需要简单地做以下工作：

1、利用系统提供的操作系统接口，创建各种线程，建立运行环境。

2、如果是智能卡CA，利用系统提供的SMART卡板驱动，开发SMART卡的相关功能。也可以直接应用本系统提供的T0、T1等协议。

3、利用系统提供的DEMUX驱动，完成各种收表的动作。

4、提供给系统所需要的接口，例如：开始、停止解码、设置年龄等级、工作时段、获取授权信息等等，以便完成CA的各种功能。

5、在该软硬件平台上进行编译，生成可执行文件，由运营商单独下载到机顶盒中运行，而完全不经过机顶盒厂家。

从以上的工作可以看出，不但移植时的工作与传统的集成相比要简单许多，而且关键是集成的环境非常独立，CA与机顶盒其他软件可以分别由不同的公司独立完成并测试，CA的集成完全可以交由CA厂商或者运营商来独立完成， 通过运营商前端下载服务器下载到机顶盒中执行，还可以使用原来的智能卡。

由于提供了开发CA的高层接口，无论是重新开发CA还是移植现成的CA都非常方便。既然连最复杂的CA应用都可以在软硬件分离基础上开发，那么其它的应用，例如股票，浏览器，界面等等，则更容易在软硬件分离平台上实现。

六、实现软硬件分离的意义

数字电视软硬件分离，从根本上打破了长期禁锢广电进入良性发展的软硬件捆绑的旧模式。让软件开发随着运营需要的变化而不断完善、增加新的功能模块，而不仅仅是把业务限定在一个近乎固定功能的网络上，并且会大幅度降低平移成本，这也是许多广电的愿望。

后转换时代，许多广电对已经平移的网络作了深刻的总结，如何经营，是广电人共同关心的话题。

还没有进行转换的运营商可以借鉴先行者的经验教训。应该说，机顶盒的软硬件捆绑，不能独立进行各个软件的改进升级，增加新的应用更加困难，压缩了运营商进行增值应用的空间，是已经平移过的运营商得到的最大教训。另外，CA方面，在发现安全隐患后无法采取技术手段弥补，让运营商感到不安全，也是软硬件捆绑后的另一大后患。这些教训值得那些还没有进行平移的运营商吸取，以避免再走同样的弯路。