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下一代机顶盒的技术趋势和解决方案
作者:卓联半导体公司 Richard Crossley
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数字电视/智能电视, 机顶盒, 广告播放机...
影响目前机顶盒(STB)技术演进的因素纷繁复杂。尽管价格压力、上市时间要求和功能差异化在STB的众多特色中是常见的,但对某些平台而言,终端市场的情况甚至在早期设计阶段就必须充分考虑到。

例如,入门级免费接收卫星和地面广播STB将继续专注于以不断降低的成本提供基本的功能和性能。同样地,我们可以期待个人视频刻录机 (PVR)将继续充当付费卫星广播和有线电视市场的重要的差异化产品。

然而,每个新兴技术都伴有自己特殊的一套设计标准。PC-TV 解决方案要求低功耗,体积小巧和Windows兼容软件驱动程序。结合卫星STB使用的高清晰度电视(HDTV)平台要求配备能够接收和解调 8PSK 及以上调制信号的高性能前端设备。在后端,则要求具备通常与多通道 PVR 和媒体网关功能捆绑在一起的 MPEG-4 解码功能。IP-TV 也开始出现显著增长,很多情况下是整合在一种组合平台内,这种平台可通过一条宽带ADSL连接的DVB-T和Pay-TV(付费电视)提供公共电视服务。

地区性标准决策同样在任何技术的演进过程中扮演着重要的角色。比如在中国,行业观察者们正在热切期待从众多竞争标准中诞生出国家数字电视地面标准。较早对此做出决策将对许多厂家和供应商产生重大影响。同时,DVB-T试播继续在中国许多主要城市进行着。

在本文中,我们将对由这些STB趋势引发的大量技术挑战进行评述。我们还将考察一些已经可用,或部分集成电路公司,如卓联半导体公司等,正在开发中的解决方案。

母板调谐器

产品工程师们可以轻易地指出,降低现有入门级产品的成本所面临的挑战丝毫不亚于开发具有新增功能的新产品所面临的挑战。那么挤入第三代入门级卫星电视 STB 还有没有可以节省成本的空间呢?

随着制造厂家面临越来越激烈的价格竞争压力,人们希望元件供应商能够压低它们的成本。但是,历史表明,实际上,降低价格的最有效手段来自集成电路提供商不断提高核心 IC 功能集成度的水平。

卓联公司与设计和产品工程师们成功开展了合作,以提高RF调谐器的集成度水平。安装在母板上的硅调谐器已经在付费电视卫星接收机中应用多年,但直到最近为止,它们在免费接收市场中才开始有些影响。这主要是由于这两种市场不同的性能要求所致。


图2:卓联的ZLE10538参考设计集成了卫星前端调谐器和解调器芯片,为接收数字卫星数字电视信号提供母板解决方案。

卫星付费电视市场通常要求调谐器具有良好的灵敏度和卓越的无用信号抑制(D/U比),如较强的邻近频道。这是由于在多卫星付费电视系统中经常出现较为苛刻的广播条件,有时甚至会在本地节目中添加点波束。

相比之下,免费接收电视系统一般不会有如此苛刻的D/U性能要求,不过确实需要尽可能高的灵敏度。使用更灵敏的前端,STB会接收到更多信号。令人惊讶的是,人们常常还会要求额外的灵敏度,原因很简单,由于免费接收市场的设备一般是通过零售商卖出的,因而无法由一家服务提供商控制统一的安装标准。由于元件和安装的质量各种各样,因而存在很大的信号损失。

卓联专门为此开发了一系列易于实现的参考设计,这些设计基于其ZL10036 ZIF调谐器和ZL10313 QPSK解调器。参考设计用于直接在STB母板上实现,并可针对付费电视或免费接收环境中的最佳使用进行选择。通过在免费接收STB中采用母板调谐器解决方案,系统设计者可望在一个4-5美元的前端中节省1美元或更多成本。STB的主要功能块实现20-25%的成本降低代表着一个很大的成本节省。


图3:卓联的ZLE10538参考设计集成了卫星前端调谐器和解调器,
为接收数字卫星数字电视信号提供母板解决方案。

更低功耗

功耗在某些市场领域中越来越重要。付费电视运营商迫于政府压力,出于环境和成本原因必须不断降低其产品的功耗。在英国,据计算,若无新的功率节省技术,2400 万家庭中 STB 或 iDTV(集成数字电视)的新增功耗将需要再建两个电站。

低功耗对于延长便携设备的电池使用时间和 USB 设备显然同样重要。发展趋势是完全从 USB 端口本身向插入式 USB 设备供电,最大电流限制为 100 mA。

卓联半导体不断引领低功耗数字电视解调器的发展之路。所有卓联解调器功耗均低于300mW,有些产品甚至远远低于这一数字。MT352 地面解调器是市场上唯一一款具有足够低的功耗,从而允许实现完全总线供电 DVB-T USB 前端的 DVB-T 解调器。


图4:卓联的MT352解调器提供业界最低的工作和待机功耗、
最快的DVB-T盲扫和自动重新捕获功能。

基于对此种低功耗理念的追求,卓联的下一代 ZIF 卫星调谐器将会使RF前端功耗降低一半,使调谐器和解调器芯片组在正常操作情况下功耗低于750mW。面向其他市场领域的类似产品亦将随后推出。当今设计工程师的任务比以前任何时候都更加艰巨,而此类创新将有助于满足许多常常相互冲突的设计目标。

HDTV 的兴起

日本的消费者们许多年前就已开始欣赏HDTV了,而2005年则将可能成为HDTV演变为全球性现象的一年。多频道HDTV服务的提供是主题,许多付费电视运营商正计划在2005年或2006年启动HD频道高级服务。部署的速度根据地区之间的不同将有很大差异,并将很大程度上取决于 HD 显示器的普及。

基于对此变革的预期,这一市场中的主要供应商们正在就 HD 接收机和 HD 显示器之间的接口进行标准化。HDMI 和 DVI 接口标准均拥有强大支持,有些生产厂家将在新HD接收机产品中同时支持两种标准。欧洲信息与通信技术工业协会(EICTA) 今年一月份发布了一份关于对电视、等离子屏幕和其他HD显示器实施“HD就绪”标识的标准。许多行业分析人士认为,从标准清晰度电视向 HDTV 的演变将是电视的下一次重大演进,其重要性类同从黑白电视向彩色电视的演进。

大多数付费电视运营商准备选择提供PVR和网关产品作为其标准HD平台,认为这种组合可以为其客户提供最有竞争力的解决方案,为增加家庭平均收益(RPU)提供最大的机会。

在卫星领域,许多运营商将在2005年和2006年将其HD服务转向基于DVB-S2/MPEG4的标准,以充分利用可用带宽。2004 年,卓联推出了一款业界为数不多的、完全符合 DVB-S2 标准所有要求的硅调谐器IC,该芯片可提供兼容8PSK、16QAM、16APSK 和 32PSK 的性能。


图5:结合DVB-S2需求,卓联的ZL10038调谐器专为卫星机顶盒设计,
用于接收高速Internet、HDTV高清晰度电视等宽带业务

IP-TV

2004 年的时髦词语中有两个是 IP-TV 和 Windows Media 9。2004年基于IP的许多新付费电视服务的亮相代表着在电视广播方面重大转折的开始。在法国,基于IP的付费电视运营商每月新增用户 2,500 户,到 2007 年用户将达到100万。

有趣的是,将DVB-T和IP-TV组合到单一平台在法国这样的地区居然日益红火,在那些地区,地面电视仍然是接收基于公共服务频道的最佳方案。例如,Neuf Telecom公司最近宣布在其网络电视(TV-over-IP)解码器中增加DTT功能,此行动比法国DDT服务计划推出时间提前了几周。

同样,在许多此类新兴解决方案中,人们都会发现卓联 DVB-T 解调器的身影。MT352解调器——因其在微弱信号区域具有强大性能且易于使用而倍受青睐——自身包含状态机,减轻了对器件编程的任务,如今只需少量字节即可完成。相比之下,对其它软件要求很多的解调器芯片进行编程就要复杂得多。

同时,随着 WM9 与其他系统一起竞争以控制未来家庭网关,控制构成 IP-TV 接收机基础的软件平台的斗争将在 2005 年和 2006 年继续升温。

数字电视地面平台中的分集接收

随着DVB-T广播继续在全球部署,设计师们现在正将他们的注意力从那些从早期免费接收数字电视地面服务中获益的国家转向便携和移动 DVB-T 产品的潜在市场。

在 “移动”或“便携”的宽泛描述中,有几个截然不同的市场领域。便携式、中型LCD电视对于嵌入装在盒子里的分集式天线而言已经足够大,这种产品一般不需要在高速运动中进行接收。移动车载系统同样具有足够的空间装设成对天线,但在这里,能够在运动中实现良好接收显然属于“必需功能”。

在这两种应用之间,则是小型、便携式电视等正在成长的市场,这些设备不够大,无法支持必须能够移动工作的两种天线(如果不是总以汽车的速度移动)。这第三种应用还需要具备低功耗特性,延长电池工作时间在此类消费类产品中至关重要。卓联的低功耗MT352 DVB-T解调器仍旧是静态和便携式应用的最佳解决方案,根据产品路线图,将在2005年内推出具有分集和更高速移动能力的异化产品。

总结

数字电视STB市场将继续成为令人振奋和激动的领域,设计工程师所面临的主要挑战仍然是一样的,即在更短的时间期限内,以更低的成本设计出具有竞争力的产品。

但是,在较为详细的级别上,设计挑战正在发生着变化。随着卓联公司等半导体公司不断将更多STB功能集成在一片芯片上,硬件设计正在变成整个设计任务中的一小部分。因此,今天的设计师们可以将更多的注意力集中于新的细分特性,如画中画和深具竞争力的用户界面,以及降低成本的措施,如转向母板硅调谐器等。

移动性和低功耗要求,与正在演进的HDTV、PVR和网关产品一起,将催生新的设计挑战。然而,市场是充满信心的,STB 设计师们与来自卓联等公司的集成电路设计师们一道,将迎接挑战并提供满足最终客户期望的产品。

作者:Richard Crossley
DTV 产品部市场营销经理
卓联半导体公司 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (10/18/2005)
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