【摘要】本文主要介紹了基于軟硬件分離平臺高清通用機頂盒的設(shè)計，打破了傳統(tǒng)的數(shù)字電視技術(shù)模式，所有的第三方軟件可以不再通過機頂盒廠家集成，各個軟件的獨立模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化增強，機頂盒軟件升級不再困難，成本大幅度降低，從而為機頂盒的大規(guī)模生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，為數(shù)字電視高水平轉(zhuǎn)換探索了有益的途徑。

【關(guān)鍵詞】軟硬件分離；高清；通用；機頂盒

The Design of High Definition General STB
on basis of Software and Hardware Separation Platform
Zhen Zhiyao  Yueqing Radio&TV Station Network Center
Zhejiang，Yueqing，325600
Abstract: This paper analyses the design of high definition general STB on basis of software and hardware separation platform, which break down the traditional technological model of digital TV. All the third softwares will not be integrated through STB manufacturers. The independent modularization and standardization of each software can be strengthened. The update of STB software will not be difficult any more. The cost will be greatly reduced. And then STBs can be mass production. It provides a good way for high-level digital TV transformation.
Keywords：Software and Hardware Separation; High Definition; General; STB

前言：
以往，機頂盒都是根據(jù)運營商所采用的CA、瀏覽器等特殊標(biāo)準(zhǔn)需求單獨進行設(shè)計生產(chǎn)，造成機頂盒必須要為某一運營商定制，軟件設(shè)計成本高，機頂盒不能大批量生產(chǎn)，封閉的技術(shù)模式和產(chǎn)業(yè)鏈讓新的先進的機頂盒芯片很難進入市場，導(dǎo)致機頂盒性能低，成本居高不下。高清機頂盒如果也按照這種模式發(fā)展，將很難普及。如何打破封閉，既能滿足運營商的特殊需求，又能批量生產(chǎn)降低成本，似乎是大家共同面臨的一道難題。利用最新的數(shù)字電視軟硬件分離操作系統(tǒng)，可以很好地解決這個問題。

本文介紹了采用泰信軟硬件分離開發(fā)平臺，基于富士通MB86H60高清機頂盒芯片的通用高清機頂盒方案。

封閉的數(shù)字電視軟件開發(fā)模式由來
我國現(xiàn)有的5000多萬戶的數(shù)字電視用戶所使用的機頂盒，幾乎全部是由運營商從機頂盒廠家那里定制。而在數(shù)字化過程中起關(guān)鍵作用的數(shù)字電視軟件的開發(fā)卻一直很封閉，特別是CA軟件，開發(fā)過程全程封閉，大量采用私有的黑盒技術(shù)。另外，一切第三方軟件都需要由機頂盒廠家集成，極大地加重了機頂盒廠家的軟件開發(fā)和測試負(fù)擔(dān)，機頂盒開發(fā)周期長，一般從一款芯片問世，到批量生產(chǎn)，需要很長的時間，推動IT業(yè)迅速發(fā)展的“摩爾定律”在數(shù)字電視界失去了作用。

在數(shù)字電視發(fā)展初期，只要少數(shù)第三方軟件成為市場標(biāo)準(zhǔn)，機頂盒廠家要集成的第三方軟件選擇有限，只能在少數(shù)成為市場標(biāo)準(zhǔn)的CA、瀏覽器軟件中選擇；反過來，獲得更多機頂盒廠家支持的CA、瀏覽器等第三方軟件，更容易鞏固其市場地位，因此就形成了一個十分封閉的數(shù)字電視軟件產(chǎn)業(yè)環(huán)境。其他沒有成為市場標(biāo)準(zhǔn)的軟件，即使再先進也得不到市場的認(rèn)可而不能參與競爭。因競爭不充分，涉及前端數(shù)字電視CA、瀏覽器等軟件的開發(fā)變成了進入市場較早的少數(shù)公司之間的“圈地”游戲，導(dǎo)致了數(shù)字電視技術(shù)嚴(yán)重落后，至今停留在十年前的水平。

成為市場標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電視CA、瀏覽器等軟件標(biāo)準(zhǔn)基本上都是私有的，這種產(chǎn)品的推銷實際上是私有標(biāo)準(zhǔn)的推銷。各個機頂盒廠家的軟硬件結(jié)構(gòu)千差萬別，為了分散風(fēng)險，運營商一般都從多家機頂盒廠家進貨，各個機頂盒廠家的軟硬件設(shè)計千差萬別，在運營商接受了這種些琳瑯滿目的機頂盒并批量進貨之后，就引起了廣電運營商所采用機頂盒的嚴(yán)重混亂、升級困難、不能加載新業(yè)務(wù)、安全漏洞不能彌補等問題接撞而至，很多正在平移的運營商陷入了進退兩難的境地：停下來，資金鏈可能會斷裂；繼續(xù)下去會越陷越深。

在這種情況下，有的廣電運營商做出了積極地努力和嘗試，例如，陜西廣電網(wǎng)絡(luò)，針對機頂盒混亂、機頂盒軟件升級困難、不能加載增值業(yè)務(wù)等問題，建立“機頂盒統(tǒng)一方案聯(lián)合實驗室”。據(jù)陜西廣電網(wǎng)絡(luò)黨委書記、董事長呂曉明介紹，聯(lián)合實驗室的工作，不僅促使陜西廣電網(wǎng)絡(luò)在軟、硬件的功能、結(jié)構(gòu)、模塊化方面逐步形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，用以指導(dǎo)公司未來機頂盒產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)、規(guī)模化應(yīng)用和通用性推廣，也為國內(nèi)同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立和完善提供參考，同時還有效降低了廣電網(wǎng)絡(luò)運營商的機頂盒投資成本、運營維護成本，簡化物流配送流程，更可以使供應(yīng)廠商共享功能配置、共享技術(shù)規(guī)范和解決方案，從而大大降低了機頂盒保障維護成本。尤為突出的是，這一舉措打通了廣電網(wǎng)絡(luò)終端應(yīng)用設(shè)備研發(fā)、采購、生產(chǎn)、技術(shù)、客服、經(jīng)營、銷售等各個環(huán)節(jié)，為運營商與供應(yīng)商的市場競爭關(guān)系創(chuàng)建起了長期合作的新型模式，為有線電視的產(chǎn)業(yè)化進程建立了統(tǒng)一、開放、競爭、有序的市場秩序，為廣電網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視平移后增值業(yè)務(wù)的可持續(xù)拓展開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

陜西廣電網(wǎng)絡(luò)的做法，值得我們廣大運營商思考和學(xué)習(xí)，雖然這種做法還是停留在軟硬件統(tǒng)一的層面，但這對于運營商來說已經(jīng)是一個很大的進步。在涉及CA、中間件等核心標(biāo)準(zhǔn)軟件問題時還是需要進行軟件集成，并且這些標(biāo)準(zhǔn)仍然是私有的、不可替換的。軟件模塊需要集成不可獨立于機頂盒廠家替換是當(dāng)前數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)封閉落后的主要根源。

在和廠家接觸的過程中，泰信的軟硬件分離操作平臺值得大家深入研究。這種開放平臺有利于廣電掌握標(biāo)準(zhǔn)的主動權(quán)。在這個平臺上，甚至連CA都可以變成一個開放的技術(shù)，對廣電的整合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)十分有利。

開放軟硬件分離操作平臺介紹
不論是機頂盒生產(chǎn)商還是廣電運營商，都希望機頂盒能有一個統(tǒng)一開放的軟硬件平臺，盡量標(biāo)準(zhǔn)化，使得機頂盒能夠通用，便于大規(guī)模生產(chǎn)。然而因為標(biāo)準(zhǔn)混亂，數(shù)字電視現(xiàn)在已經(jīng)進入了戰(zhàn)國時代，想統(tǒng)一談何容易。在還沒有一種標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺的情況下，首先統(tǒng)一軟硬件開發(fā)平臺就顯得很重要，也是可行的，前面所說的陜西廣電在行業(yè)內(nèi)的貢獻就在于此。但光統(tǒng)一機頂盒部分的軟硬件還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，涉及CA、中間件等標(biāo)準(zhǔn)軟件如果仍然集成私有標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)沿用這種封閉不開放的開發(fā)模式，聯(lián)合實驗室僅僅替代了機頂盒廠家的研發(fā)部門，不會改變長期封閉的產(chǎn)業(yè)面貌。要做到開放性，就需要一種更新的開發(fā)模式和理念。

本設(shè)計中采用的數(shù)字電視軟硬件分離開發(fā)平臺由山東泰信提供，類似于美國蘋果公司的iPhone SDK開發(fā)包，其 API是很靠近低層，完全開放的，允許任何數(shù)字電視軟件工程師在該平臺上開發(fā)機頂盒軟件，并能獨立編譯、排錯，然后獨立下載到機頂盒中運行，不需要按照傳統(tǒng)的機頂盒軟件開發(fā)模式開發(fā)，打破了一切第三方軟件均由機頂盒廠家進行集成測試的傳統(tǒng)，從而大大降低了機頂盒廠家的軟件工作量，降低了機頂盒成本，擴展了軟件的渠道來源。以下是開放的軟硬件開發(fā)平臺框圖：

 
在這個開放的平臺上，有著豐富的平臺軟件API接口，其中包含常用的軟件模組，例如網(wǎng)絡(luò)、SI信息分析等等。

可下載式CA是實施開放的軟硬件分離開發(fā)平臺的前提
在數(shù)字電視條件接收軟件的開發(fā)過程中，為了安全，CA公司要和機頂盒廠家簽訂保密合同，CA軟件的集成測試等工作都是在保密狀態(tài)下進行，CA公司靠這種保密保證安全性，這是引起數(shù)字電視軟件封閉開發(fā)的主要原因。如果數(shù)字電視軟件要做到開放，就必須打破數(shù)字電視CA軟件開發(fā)的封閉性。為了解決這個矛盾，泰信提出了可下載式CA的概念，掃清了軟硬件分離平臺實施的障礙。

可下載式CA是指CA軟件可以從前端下載到機頂盒中運行，而不通過軟件集成。由于CA是可下載的，可以避免CA算法和密鑰一旦被破，就徹底崩潰的風(fēng)險，這是長期纏繞在CA身上“見光死”的魔咒，也是各個廣電運營商在選擇CA時慎而又慎、CA開發(fā)全程保密的原因。可下載CA技術(shù)可以立即將“見光”的算法和密鑰、甚至整個CA系統(tǒng)換掉，擺脫了傳統(tǒng)CA“見光死”的命運，因而這種可下載CA可以是開放的。這種CA的安全性和開放性不言而喻，就是因為它徹底改變了CA是個黑盒技術(shù)的傳統(tǒng)模式，使得數(shù)字電視軟件的開發(fā)過程變得開放成為可能?？上螺d式CA有以下兩種形態(tài)：

1. 如果算法或密鑰通過下載，就是無卡CA技術(shù)。這種技術(shù)的安全性依賴于機頂盒主芯片內(nèi)的唯一ID號和加密引擎，以及帶有ID號的FLASH。

2. 如果僅僅是機頂盒CA部分下載，插上智能卡就是傳統(tǒng)的智能卡CA技術(shù)。這時，可以做到在無卡CA狀態(tài)時，更換CA時不用入戶、也不用更換機頂盒。而傳統(tǒng)的智能卡CA為了解決自身的安全漏洞向其他CA轉(zhuǎn)換幾乎是不可能的，這也是智能卡CA捆綁運營商的主要原因。
在開放的軟硬件分離平臺上，CA公司可以獨立開發(fā)完成機頂盒CA后下載到機頂盒中。這樣就可以把CA的封閉性僅僅局限于CA公司內(nèi)部，從而這種封閉性不會影響到其它軟件的開發(fā)。相同的其他軟件的開發(fā)、原代碼的擴散也同樣局限于自己的范圍內(nèi)，從而保護了各自的知識產(chǎn)權(quán)，提高開發(fā)軟件的積極性，又能保證整個平臺的開放性。

在軟硬件分離開發(fā)平臺下采用MB86H60的通用高清機頂盒
為了方便將來的升級，我們計劃將高清機頂盒硬件統(tǒng)一到富士通MB86H60平臺上。MB86H60機頂盒芯片的框圖如下，它和即將推出的MB86H61兼容，并具有AVS和VC1解碼功能：
 
富士通MB86H60高清機頂盒芯片采用了ARM1176JZF-S CPU，和我們大家平時用的iPhone手機中的CPU是一樣的，其最大的優(yōu)勢就是高速度、低功耗、高可靠。該芯片工作于324MHz，可以達到其他芯片工作于450MHz時鐘時的效率，高清H.264/MPEG2解碼；集成HDMI高清接口，有HDCP防拷貝功能；以太網(wǎng)和USB內(nèi)置；內(nèi)置加密引擎用于DRM控制；程序寄存器空間為128MB，兩路獨立的高速DDR2通道，系統(tǒng)軟件運行和高清解碼互不影響；整個芯片的正常功耗為1.2W，不需要外加散熱器。特別是該芯片有一個NAND　FLASH控制器，可以搭配一個低成本大容量的NAND FLASH，用于滿足泰信軟硬件開放平臺對大容量存儲空間的需求，還可以掛上一片大容量的NAND FLASH，實現(xiàn)高清的PUSH VOD。通用的ARM1176CPU，使得該高清方案在泰信平臺上更加開放，可輕松滿足將來眾多第三方軟件開發(fā)者在該平臺上開發(fā)應(yīng)用軟件，包括CA、中間件等軟件，甚至可以很輕松地將手機游戲移植到機頂盒上，因為占市場90%的手機CPU都是采用的ARM CPU，現(xiàn)在高端的職能手機采用ARM11 CPU的比例更高。另外，由于MB86H60可以有很高的網(wǎng)絡(luò)速度，也可以將其設(shè)計成IPTV/DVB雙模機頂盒。
另外，MB86H60還內(nèi)置了泰信的CA和DRM引擎，可有效地保護節(jié)目供應(yīng)商的版權(quán)。

產(chǎn)品的可靠性穩(wěn)定性設(shè)計與保障
富士通公司的的這款MB86H60高清機頂盒芯片，是由日本富士通和德國富士通聯(lián)合設(shè)計的，日本和德國工程師的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致為這款高清芯片的高質(zhì)量研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。通過以下的優(yōu)化設(shè)計和專業(yè)配置使這款高清交互機頂盒性能更穩(wěn)定、品質(zhì)更完美，具有較高的性價比。

 MB86H60高清解碼專用主芯片，每顆芯片都有一個唯一的不可篡改的ID號，以及泰信專用加密引擎，保證了本方案所采用的CAS的安全性。另外，配置高質(zhì)量的圖像和伴音解碼器，可以保證高質(zhì)量的視音頻效果和較高的軟件運行速度。
 高頻頭使用國際著名品牌ALPS TDAE，達到較低的接收門限，保證穩(wěn)定的信號接收。
 選用正規(guī)品牌大容量的DDR2及NAND FLASH，保證軟件運行的穩(wěn)定性和將來功能的擴展。
 采用SST公司的NOR FLASH。該NOR FLASH讀寫速度快，并且每一個芯片也有唯一的不可篡改的ID號，和MB86H60搭配，可以使本方案所采用的CAS安全性更高。

軟件結(jié)構(gòu)概述
本方案的軟件是分層次的，從下到上依次是：底層的驅(qū)動、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件層、軟硬件分離適配層。

軟件分離是近年來數(shù)字電視軟件的一個重要發(fā)展方向，它打破了數(shù)字電視以CA為中心的封閉的開發(fā)模式，允許各個軟件公司在一個開放的平臺上開發(fā)數(shù)字電視軟件。數(shù)字電視軟件的開放性、擴展性和標(biāo)準(zhǔn)化需要這樣的平臺。這種軟硬件分離平臺技術(shù)是開放的，允許各個軟件公司在這個平臺上獨立開發(fā)軟件模塊，各個軟件模塊相互獨立，廣電運營商只從前端下載到機頂盒中即可，節(jié)省了單獨模塊的集成時間，便于數(shù)字電視軟件的標(biāo)準(zhǔn)化，避免了機頂盒的軟硬件捆綁帶來任何軟件的升級和改進都需要重新集成測試的弊端，以及給機頂盒升級帶來的不便，這種弊端在廣電機頂盒品種多的時候表現(xiàn)更為明顯。值得關(guān)注的是，這種平臺不需要向機頂盒廠家提供CA庫文件，安全性大大提高，可以允許廣電隨時更換CA的算法和密鑰，CA的運行環(huán)境也可以隨時改變，并且可以CA為基礎(chǔ)擴展各種功能，可以實現(xiàn)CA的平臺化，也便于軟件的獨立模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。

軟件開發(fā)流程
在這種軟硬件分離平臺上開發(fā)軟件很方便，在定義好各模塊之間的接口之后，各個模塊可以并行開發(fā)測試。當(dāng)開發(fā)完成后，就成了一個個標(biāo)準(zhǔn)化的軟件模塊，同時也減少了大量的軟件集成及測試時間。軟件開發(fā)流程如下：

采用這種開放的軟件開發(fā)模式，最大的優(yōu)點就是各個模塊可以獨立開發(fā)、獨立更換，便于軟件模塊的標(biāo)準(zhǔn)化，擴大了數(shù)字電視的軟件來源，便于機頂盒軟件的統(tǒng)一升級和增值業(yè)務(wù)的隨意加載，是數(shù)字電視軟件的發(fā)展方向，可以說給廣電產(chǎn)業(yè)帶來了一場革命，樂清廣電從領(lǐng)導(dǎo)到基層工程技術(shù)人員思想開放，敢于接受新事物與新技術(shù)，也是樂清廣電欣賞軟硬件分離操作平臺的原因。如果說它的不足之處就是不容易被恪守主流意識的保守廣電所接受，，應(yīng)用案例還比較少，但客觀地講，這和廣電運營商的技術(shù)水平不無關(guān)系。
總結(jié)
采用搭配泰信開放的軟硬件分離平臺，配以高性能的MB86H60高清機頂盒芯片開發(fā)高清機頂盒，可使軟件工程師迅速掌握數(shù)字電視技術(shù)及知識，對于普及數(shù)字電視軟件知識有很大的幫助。數(shù)字電視軟件的開發(fā)不再局限于以往少數(shù)公司之間，軟件來源也得到拓寬。軟硬件分離可以讓軟件開發(fā)和硬件生產(chǎn)由不同的公司承擔(dān)，開放的軟件開發(fā)平臺允許眾多軟件公司針對機頂盒開發(fā)軟件，并且不通過機頂盒廠家集成，而由運營商獨立下載，因而機頂盒廠家可以擺脫每家運營商不同的需求，可以大量生產(chǎn)通用的機頂盒，大幅度降低機頂盒成本。目前已有廣電計劃利用該方案進行高清雙向平移。這對于像樂清這樣比較富裕且還沒有進行數(shù)字化的地區(qū)，不失為一個很好的選擇，也符合數(shù)字電視的發(fā)展方向。
軟硬件分離技術(shù)就目前來說，還是一個很新的技術(shù)，大多數(shù)廣電運營商還沒有真正意識到這種先進技術(shù)帶來的便利。廣電總局在發(fā)布的《關(guān)于加快廣播電視有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的若干意見》中明確要求，省級廣播電視部門要積極爭取政府的支持，組織制定切實可行的整合方案，明確整合路線圖和時間表，推動具體實施，確保2010年底前各省基本完成整合，為今后全國廣播電視有線網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。有了政策的推動，省網(wǎng)整合的步伐會進一步加快。泰信開放的軟硬件分離平臺，有利于廣電確立自主的標(biāo)準(zhǔn)，避免采用私有封閉的標(biāo)準(zhǔn)帶來的束縛，對廣電的整合并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)十分有利。相信開放的軟硬件分離操作平臺將發(fā)揮出它應(yīng)有的作用。
作者簡介：
鄭志堯，1969年出生，男，現(xiàn)任浙江省樂清市廣播電視臺網(wǎng)絡(luò)中心主任，職稱為工程師，主要從事工作為：有線電視模擬電視、數(shù)字電視傳輸技術(shù)，IPTV技術(shù)，有線電視雙向改造技術(shù)，數(shù)字電視高清機頂盒技術(shù)。
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