新一代高清数字电视机顶盒方案

数字电视机顶盒在过去几年中国有线电视的市场中取得了飞速的发展，目前的中国国内有线数字电视机顶盒市场的保有量已经超过四千万台以上。国内的数字卫星电视也在过去半年中得到发展， 第一步是针对偏远地区，解决电视的收看问题，村村通项目用的机顶盒已经开始招标发放，接下来卫星电视也会进行商业运营。地面数字电视广播标准已经确定，信号已经在多个地区发射。电信运营商开展的IPTV目前在国内也有几百万的用户。

　　高清数字电视机顶盒是一个重要发展趋势。以高清平板电视为例，目前，中国国内市场上高清平板电视保有量已超过两千五百万台，而其中只有不到1%的用户能收看到1~3个高清节目频道。这就带来矛盾的局面:一方面大量用户拥有高清平板电视机，另一方面大量电视节目是模拟和数字的标清格式，决大多数已经部署的机顶盒只具有标清解码能力。可以预见，未来高清机顶盒将会占有相当大的市场份额。主要接收形式包括，有线机顶盒、地面波机顶、卫星机顶盒、一体机和IPTV。

高清机顶盒技术发展与设计挑战

　　数字电视机顶盒的功能已经从开始的接收码流，解压缩视音频，显示EPG信息，简单的OSD菜单，到现在的增加交互功能，宽带网视音频应用，外围的数据接口也增加了高速USB，以太网的接口，eSATA接口等一些PC常用的接口。这些接口的增加使得机顶盒的应用范围得到有效的扩展，现在也可以用意法半导体(ST)的高性能机顶盒芯片STi7105来实现家庭媒体中心的应用。所以高清机顶盒的应用开发已经不再是单一的功能的开发，而是如何利用高性能的机顶盒芯片来开发多功能的应用，最大可能利用芯片处理能力，这对机顶盒产品的开发是一个挑战。

　　MPEG2作为数字电视采用的第一个标准已经用了10多年，新一代编码格式H.264也已大量的得到应用，中国的AVS编解码标准也在一些地方得到应用。同时支持有线数字电视和IPTV的双模机顶盒的应用也越来越多，因此，对于芯片产品而言，不但要支持现有标准，还需要具有可升级的能力以便支持新的技术，所有这些都给机顶盒的开发提出更高要求，机顶盒的稳定性也面临更严格的挑战。

　　低成本、高性能、低功耗的产品要求已经开始变得非常重要。定义产品在各种状态下实现最低功耗也已成为设计工程师的一大挑战，他不仅需要了解芯片的低功耗的能力，还要知道如何用好这些能力，以实现产品的最优化并广为市场接受。

 

图1：ST机顶盒产品规划图。

　　在高性能的芯片上可以开发出很多复杂的应用，也必然使得软件，硬件开发的复杂度大大增加，怎样在短时间内，高质量地开发出满足市场要求的产品对研发工程师和项目管理人员提出了挑战。ST充分认识到了客户面对的挑战，因此ST在提供高性能芯片的同时，也提供操作系统如Linux，WinCE，OS21和成熟的驱动软件，同时还提供能帮助研发工程师快速熟悉和使用的API源程序代码，以及3FX OpenGL ES1.1的API。

ST高清机顶盒解决方案

　　意法半导体(ST)是世界上最大的机顶盒(STB)芯片厂商，目前中国国内机顶盒厂家大量采用ST的芯片，ST的机顶盒芯片在国内市场份额最大。ST通过不断地推出新的产品，提高芯片性能，降低芯片成本，同时提升技术服务质量来实现并保持多年的市场领先地位。

图2：基于STi7105的机顶盒架构框图。

　　目前ST已经开发出了4代高清解码芯片，在高清数字电视单片解码SoC领域积累了丰富的经验，包括灵活的芯片技术架构设计，支持客户进行各种应用的开发，成熟的低成本的先进生产工艺等。其中STi7105 是一款高性能H.264高清数字电视机顶盒SoC解码芯片，采用先进的半导体生产工艺和优化设计来完善，提升各个功能模块的性能，增加高速数据接口，降低耗电量，降低系统的整体材料成本。STi7105是一款应用范围很广的SoC芯片，主要用于有线高清数字电视机顶盒，卫星高清数字电视机顶盒，地面数字电视机顶盒，IPTV机顶盒，网络电视下载播放，多媒体手持设备，家用多媒体中心等等。

 

图3：STi7105内部结构简图。[!--empirenews.page--]

STi7105技术特点及关键应用

　　STi7105 芯片内部集成了一颗高性能的ST40 应用程序处理器，它的实时处理、运算能力超过900DMIPS，另外芯片内还集成有两颗实时运算加速器，如果需要的话，它们也可以用于各种运算要求的处理。如果把芯片的整个计算能力加在一起，STi7105的实时处理、运算能力能够达到3,000DMIPS以上。这样的处理能力不但可以达到高清机顶盒的要求，还能够充分满足家庭多媒体中心的设计需求。

　　STi7105的TS流输入处理模块可以支持4路TS流输入，1路TS流输出，这个处理模块内可以同时处理、分解多个码流，用于同时进行录像(PVR)、码流回放、画中画。这些码流可以从传统的数字电视广播通道过来，也可以来自CableModem、EoC、以太网IP、光纤的IP通道。这个高性能模块能为用户提供灵活的产品开发模式。

　　芯片的安全性功能的支持：STi7105具有完整的嵌入式安全加密，解密功能，包括DES、AES和DVB解扰器等等，将会支持所有的高级安全功能。目前，高级安全功能正处于主要CA厂家的认证阶段中，包括Nagra，NDS，Conax，Irdeto等等，ST也会和中国国内的CA厂家永新视博、天柏、数码视讯等公司展开认证工作。 支持Windows DRM 10数字版权管理和安全视频处理器(SVP)标准。它也支持DVB－CI及其他的机卡分离技术。

　　视频解码格式：STi7105集成了高性能的视音频解码器，其灵活的解码架构可以满足目前已有的各种视音频编码压缩格式的解码要求，也可以通过软件升级来支持这些标准，在视频编解码方面，它可以支持H.264 HP@HL4.1，MPEG2 MP@HL，VC-1 MP@HL，AP@L3，MPEG4 P2 ASP@L5，DiVx格式，RM，RMVB，中国自己的视频压缩格式AVS，已知的一些用于流媒体的视音频格式和目前流行的Adobe Flash的格式。除了解码以外，7105还具有一定的视频的编码的能力。其解码器可以用于PVR，画中画功能。支持1080p 60帧的格式，这在目前的产品中是最先进的。内置的图像降噪声处理，增强优化的后处理电路能够给用户带来前所未有的优美图像。

在音频编解码器方面，它可以支持MPEG-1 layer I/II, MP3, MPEG-2 layer II, AC-3 Dolby Digital，DD+，AAC，AAC+SBR等等，也可以支持杜比，DTS的新算法。同时可支持中国DRA音频标准，还也可以用于音频编码。

　　视音频接口方面，7105支持最新版本的HDMI 1.3接口标准，支持1080p 60帧的格式，支持各种隔行、逐行扫描显示格式，各种格式之间的互相转换，同时支持模拟的视频接口如YPbPr、CVBS和数字视频信号的输入和输出，从而增强了7105的应用灵活性。

　　STi7105使用的DDR2接口和32位统一存储系统，使设计人员可以使用成本更具竞争力的、高容量的DDR2外部存储器，DDR2的速率可以达到800MHz。高容量存储器在复杂系统的应用开发中可以降低系统成本，为客户提供最大的价值。

 

图4：基于STi7105的便携多媒体设备架构框图。

　　在同类产品中，STi7105具有最低的功耗和最好的散热性能，在客户设计出的机顶盒产品中可以不使用散热片而可以长时间的正常工作。此外其先进的电源管理功能，独特的设计进一步提高STi7105的低功耗性能，有助于终端产品达到节能标准，7105的待机功耗小于0.1W，大大优于国际能源组织(IEA)“1W节能计划”的标准。

　　STi7105同时支持多路高速USB2.0接口，高速以太网接口，配合高性能的芯片解码能力，适于机顶盒、汽车多媒体播放器或家庭多媒体中心等应用。SATA接口用于硬盘的连接，可用于PVR应用，MMC卡接口也集成到该芯片中。

　　图形加速处理器的性能在机顶盒的应用中变得越来越重要，STi7105集成了高性能的2D加速器，其图形处理能力可应用于3D图形显示，从而丰富了应用的表现能力。ST提供3FX OpenGL ES API接口。高速CPU加上高性能的图形加速器可以实现对下一代中间件、插件及Flash媒体播放功能的更好支持。