数字机顶盒的架构与设计关键

文章摘要： 以MPEG-2和H.264来比较，在传输HDTV内容时，前者需要20Mbps频宽，后者只需8Mbps频宽就能提供相同的画质，两者差了2.5至3倍。除了频宽的考虑外，采用新的视频压缩规格也能带来其它的优势，例如在具备节目录制PVR/DVR功能的机顶盒中，更大的压缩比意味着能储存更多的容量；此外，新的规格也提供了对象导向的互动功能，以及子母分割画面等加值功能。 目前市场上并未明确的往特定的新一代规格靠拢，处在这个过渡期中，机顶盒只得同时支持多种规格。MPEG-4虽然问世较久，也有不少厂商大力支持，但它先天上存在着一些难以克服的瓶颈，让它在推展上显着举步维艰。 MPEG-4最大的问

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   以MPEG-2和H.264来比较，在传输HDTV内容时，前者需要20Mbps频宽，后者只需8Mbps频宽就能提供相同的画质，两者差了2.5至3倍。除了频宽的考虑外，采用新的视频压缩规格也能带来其它的优势，例如在具备节目录制PVR　/DVR功能的机顶盒中，更大的压缩比意味着能储存更多的容量；此外，新的规格也提供了对象导向的互动功能，以及子母分割画面等加值功能。
    目前市场上并未明确的往特定的新一代规格靠拢，处在这个过渡期中，机顶盒只得同时支持多种规格。MPEG-4虽然问世较久，也有不少厂商大力支持，但它先天上存在着一些难以克服的瓶颈，让它在推展上显着举步维艰。
    MPEG-4最大的问题在于规格过于庞杂，视频只是MPEG-4定义中的一个部分(lS014496-2 MPEG-4 Part 2)。这种庞杂性就产生各部分兼容性的定问题：有些内容不够清楚，或不够开放；有些做了折衷处理，反而造成互操作性的难题。举例来说，由于MPEG-4允许自订输出规格，因此造成各种规格并存的现象，例如较知名的Divx规格及微软的wmv规格，但过多规格也让服务业者望之却步。另一个令人诟病的原因，则在于要取得MPEG-4的商用取可证旷日废时，而且得负担高昂的使用费用。
   相较之下，H.264虽然也是一个复杂的标准，但它只针对视频做制定，也已获得MPEG/lS0和ITU两大国际标准组织的支持，加上它是当前能提供最佳视频压缩效能的规格，也不存在使用费的问题，所以自2009年标准推出后，即对HDTV、HD-DVD、手机及视频串流等业者产生莫大的吸引力。不仅如此，H.264在制定时即考虑了与MPEG-2既有系统的通用性问题，因此，在今日的基础建设中就能将H.264嵌入MPEG-2传送流(TS)中发送出去。H.264的应用情况与取样速率请参考(表1)。
   不过，在提升压缩效能的同时，H.264也存在编码计算复杂度大增的问题，因此需要消耗更大的运算资源。在此情况下，机顶盒必须采用更高效能的处理器，或以专属的CODEC加速器硬件来完成任务。此外，高质量、低复杂性算法对于H.264的编解码也有很大的帮助，以ST来说，就已提出运动估算与速率控制算法，以及用于H.264解码的错误检测与隐藏算法，能让解码器承担并隐藏数据封包损失，在无线封包网络上实现IP网络的最佳效能。视频编码转换(Transcoding)
   身为数字家庭网络核心位置的机顶盒，除了提供电视节目的视频转换播放之外，目前也成为家庭中如DVD、PMP、数字相机等各种不同设备的互连中心。为了让视频内容能在不同设备间进行播放及存取，机顶盒还得具有视频编码转换的能力，也就是调整位位速率以符合特殊的信道速率或储存格式；或是用来改变分辨率，如将高分辨率(HD)视频串流传送给标准分辨率(SD)电视，或是在CIF移动终端上显示SD视频等。

图3  DBS MPEG-2转H.264编码转换技术
    ST先进系统技术(AST)小组所开发的动态位串流规划(Dynamic Bitstream Shaper，DBS)技术，即采取最佳化的算法来支持MPEG-2与H.264之间的位速率、讯框速率、讯框大小与编码标准变化。它的开发目的在于降低视频编码转换的架构复杂性、运算耗能、内存需求，以及运算延迟等，让视频内容不需经过再编码(re-encoding)而能获得相同或更佳的质量。
设计关键：数字内容管理技术
    进入数字内容的时代，复制盗版的难度大减，这也成了电视服务业者迈向数字电视或IPTV时最关心的问题之一，负责接收转换数字内容的机顶盒，自然就被赋与了版权管控的任务。目前对于数字电视内容管理的技术作法不少，其中以条件式接取(CA)和数字版权管理(DRM)被视为基本的保护机制，新兴的标准中较受重视的是安全视频处理器联盟(Secure Video Processor Alliance, SVPA)推出的SVP标准。以下将分别进行探讨：条件式接取(CA)    CA是系统服务业者经营数字电视业务的一项关键性机制，它能为广播式网络提供“寻址化管理”(Addressability)，其关注的重点是电视频道与用户的权限。用户需通过专属机顶盒或智慧卡来取得授权，才能解开扰码(Scrambling)。除了加解扰外，CA也能接收控制用户的管理信息，包括用户名称、地址、智能卡号、账单等等，并搭配后端客户管理及收费系统来提供更个人化的增值服务。

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