為IPTV技術(shù)解決DSL機頂盒的設計與部署難題

目前只有為數不多的幾家運營(yíng)商部署了集成的 DSL 調制解調器／IP 機頂盒 (STB)，即目前通常所說(shuō)的 DSL STB設備。之所以涉足此領(lǐng)域的運營(yíng)商不多，是因為這種技術(shù)要求從頭進(jìn)行產(chǎn)品設計與構建。OEM 與ODM 廠(chǎng)商目前尚未進(jìn)入此市場(chǎng)，很可能是由于關(guān)鍵組件的集成相當困難，而且還面臨其他設計方面的問(wèn)題。目前，組件制造商正開(kāi)始推出經(jīng)全面設計、配備全套說(shuō)明材料的開(kāi)發(fā)板，其不僅具備所有接口，而且還能解決其他設計問(wèn)題。通過(guò)簡(jiǎn)化 DSL STB的設計與構建，滿(mǎn)足市場(chǎng)對視頻帶寬、服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 以及脈沖噪聲保護 (INP) 等要求，上述開(kāi)發(fā)板有助于大幅拓展 DSL STB 市場(chǎng)。

基于 DSL 的IPTV 市場(chǎng)增長(cháng)
有線(xiàn)多服務(wù)運營(yíng)商采用混合光纖／同軸線(xiàn)纜基礎設施，并租用線(xiàn)路為用戶(hù)提供三重業(yè)務(wù)整合視頻服務(wù)、基于線(xiàn)纜調制解調器的數據服務(wù)及語(yǔ)音服務(wù)，已取得了相當大的成功。目前，電信公司根據形勢的發(fā)展，加強了 DSL 基礎設施建設，并借助高效利用帶寬的視頻編解碼器新推出了因特網(wǎng)協(xié)議電視 (IPTV) 服務(wù)，這有利于寬帶技術(shù)的全面推廣，并實(shí)現自身的三重業(yè)務(wù)整合功能。IPTV 的重要優(yōu)勢在于，能夠支持多個(gè)視頻通道，特別在采用高級編解碼器時(shí)功能更強。針對美國多數家庭都擁有多部電視機的情況而言，該解決方案非常具有吸引力。

預計，IPTV 十年后將占數字電視市場(chǎng)份額的三分之一。電信公司采用ADSL/ADSL2+ 或 VDSL 技術(shù)向他們的消費者客戶(hù)家庭提供 IPTV 三重業(yè)務(wù)服務(wù)。眾多運營(yíng)商和服務(wù)供應商都在宣稱(chēng)將開(kāi)展小區Video-over-ADSL技術(shù)試運行。大量分析報告指出，2004 年全球 DSL 機頂盒 (STB) 出貨量將超過(guò) 130 萬(wàn)部。到 2008 年，市場(chǎng)銷(xiāo)售量將達700萬(wàn)部以上，銷(xiāo)售收入將超過(guò) 7 億美元。

單個(gè)頻道的 HDTV 內容要求 20 Mbps，SDTV 內容則要求 4 Mbps 的帶寬（采用 MPEG-2 標準）。服務(wù)供應商似乎認為最少也應滿(mǎn)足兩個(gè)頻道的內容，因此顯然需要效率更高的編解碼器。兩大主要的競爭候選對象分別是 MPEG-4 Part 10 的 H.264 格式和 VC-1 高級編解碼器，兩者均比采用 MPEG-2 標準的帶寬利用率高出 2.5 到 3 倍。在高級編解碼器上，只需近 1.5 Mbps 帶寬就能傳輸要求 3.5 到 5 Mbps 帶寬的 SDTV 內容。高級編解碼器還能經(jīng)濟有效地擴展 IPTV 網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍，使我們能夠向更多家庭提供這一服務(wù)。

開(kāi)發(fā)集成式 DSL STB 所面臨的挑戰

盡管眾多運營(yíng)商和服務(wù)供應商已經(jīng)宣稱(chēng)將開(kāi)展小區 Video-over-ADSL技術(shù)試運行，但 STB 對他們而言仍存在嚴峻挑戰。消費者期望視頻質(zhì)量達到目前電視服務(wù)水平，這就要求采用先進(jìn)的 QoS 方案，以避免大容量文件下載干擾電視信號接收等問(wèn)題的出現。銅質(zhì)線(xiàn)路上會(huì )隨機出現大量噪聲，這也是一大難題。此外，新型編解碼器和 INP 方案不斷涌現，帶動(dòng)了技術(shù)領(lǐng)域的快速變化，這都要求解決方案具備較高的靈活性才能快速實(shí)施最新技術(shù)。

為了解決上述難題，運營(yíng)商希望 STB OEM 廠(chǎng)商和 ODM 廠(chǎng)商能夠超越現有技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，即實(shí)現電視機、DSL 調制解調器以及 IP STB 的結合。如果采用兩個(gè)不同的機頂盒，就意味著(zhù)成本增加，用戶(hù)使用更復雜，發(fā)生故障的幾率也更大。如果采用一體化的機頂盒，那么保護影片內容也更容易。運營(yíng)商希望將更多功能集成到 STB 中，如無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) (LAN) 和個(gè)人視頻記錄器 (PVR) 等。

大多數運營(yíng)商希望集中優(yōu)勢資源從事增值服務(wù)，讓 OEM 廠(chǎng)商和 ODM廠(chǎng)商來(lái)妥善處理設備設計問(wèn)題和相關(guān)風(fēng)險。不過(guò)到目前為止，OEM 廠(chǎng)商和 ODM 廠(chǎng)商尚未進(jìn)入集成的 DSL/IP STB 市場(chǎng)，這或許是因為他們不愿為剛剛嶄露頭角的新市場(chǎng)承擔昂貴的設計風(fēng)險，這也是可以理解的。因此，一些以集成式解決方案進(jìn)入本市場(chǎng)的領(lǐng)導潮流發(fā)展的公司不得不自行設計客戶(hù)端產(chǎn)品 (CPE) 并與承包制造商合作。意大利的 FastWeb、法國的 Free 和英國的 Homechoice 等供應商都采取了這一方案。

新一代開(kāi)發(fā)板


AR7 開(kāi)發(fā)板集成了 DSL 與視頻芯片

目前市場(chǎng)已出現了新一代開(kāi)發(fā)板，不僅可大幅節約集成式 DSL STB 所需的開(kāi)發(fā)時(shí)間及成本，而且還能顯著(zhù)降低相關(guān)風(fēng)險。TI 的 AR7 就是新一代開(kāi)發(fā)板中的一員，基集成了 AR7 DSL 和 DM642 視頻芯片，這些芯片目前已廣泛用于大多數集成式 STB 中，包括上述三家公司提供的新產(chǎn)品。DM642 基于 TI TMD320C64x 數字信號處理器 (DSP) 內核之上，并且還采用了可加速視頻與圖形應用的指令集擴展，因此能提供全面的軟件可編程性。這使用戶(hù)能實(shí)現各種功能，如先推出 MPEG 2 產(chǎn)品，隨后再升級到 H.264 視頻編解碼器。AR7 是首款單芯片 DSL 路由器，在本市場(chǎng)領(lǐng)域中獨領(lǐng)風(fēng)騷。AR7 片上路由器所采用的 MIPS CPU 負責管理 DSL 鏈路，執行 IP 路由功能，并傳輸進(jìn)行解多路復用的數據流，為 DSP 提供原始的壓縮音頻與視頻數據。

主要接口


開(kāi)發(fā)板處理集成問(wèn)題。

DSL 與視頻芯片的集成管理是新一代開(kāi)發(fā)板節約設計時(shí)間的最重要的方式。舉例來(lái)說(shuō)，外部存儲器接口 (EMIF) 通常用于連接 DSP 與不同類(lèi)型的存儲器器件，如 SRAM、Flash RAM、DDR-RAM 等。AR7 上的接口用于從 AR7 向 DM642 的 HPI 視頻接口傳輸流量，這時(shí) AR7 作為主機，而 DM642 作為從機。在啟動(dòng)時(shí)，AR7 首先啟動(dòng)，再帶動(dòng)DM642。這時(shí)，視頻提供給 DM642 中的批隊列 (bulk queue)。AR7 處理批隊列中的流量控制，而 DM642 的視頻驅動(dòng)器將視頻移動(dòng)至芯片上的四個(gè)隊列中。DM642 隨后將視頻流解碼，再在屏幕上顯示圖形。

我們致力于接口開(kāi)發(fā)，以便使為 STB 添加更多特性的任務(wù)變得更簡(jiǎn)單，如無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) (LAN)、因特網(wǎng)協(xié)議語(yǔ)音 (VoIP) 等。舉例來(lái)說(shuō)，VLYNQ 就是我們希望添加的一種新技術(shù)，其能提供至其他技術(shù)的連接。該接口采用 3 引腳或 5 引腳串行總線(xiàn)，不管是 3 引腳還是 5 引腳，都有引腳作為命令線(xiàn) (command line)，三引腳情況下有一個(gè)引腳作命令線(xiàn)，五引腳情況下有兩個(gè)引腳作命令線(xiàn)，分別用作傳輸與接收線(xiàn)路。這種接口使兩個(gè)器件能通過(guò)接口連接，彼此實(shí)現存儲器映射，大幅簡(jiǎn)化了集成更多芯片的工作。這意味著(zhù)程序不管運行哪個(gè)芯片，都能訪(fǎng)問(wèn)另一芯片的存儲器，而調用的命令都一樣。這大幅縮短了設計或修改軟件以實(shí)現新功能所需要的時(shí)間，而且特別易于在芯片間傳輸數據包，滿(mǎn)足增加常見(jiàn) STB 插件的需求?，F場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA) 開(kāi)發(fā)商已通過(guò)提供擴展技術(shù)開(kāi)始支持上述技術(shù)，以便于在有關(guān)部件上集成上述接口。應當注意的是，這種串行接口不適用于數據帶寬高于20Mbps的應用。

QoS 與 INP

服務(wù)質(zhì)量對 DSL STB 至關(guān)重要，因為我們須分辨出通過(guò)路由器的視頻、數據與語(yǔ)音數據包，并為其賦予適當的優(yōu)先級，目標就是避免在用戶(hù)通過(guò)計算機下載大容量文件時(shí)導致電視畫(huà)面立即受影響的情況。通常，分組加速器利用優(yōu)先級隊列特性在其它上行流量之前發(fā)送優(yōu)先級高的 TCP Ack 數據包，從而使數據吞吐能力增加兩倍。視頻分組通常標有服務(wù)類(lèi)型 (TOS) 位，因此專(zhuān)門(mén)排在自己的隊列中以確保在其他數據包之前提交，從而避免電視廣播頻道受影響。另一特性是向 IGMP 分組中的 DSLAM 發(fā)送加入請求，因此還能接收多廣播頻道。顯然，該特性必須同時(shí)得到 STB 與后臺辦公 (back office) 軟件的支持。

另一非常復雜的問(wèn)題就是能否實(shí)現唇型同步分析 (lip-sync)，或者說(shuō)，能否實(shí)現視頻與音頻解碼匹配，這樣，視頻中說(shuō)話(huà)人嘴唇移動(dòng)時(shí)揚聲器能播放出相應的聲音。音頻流與視頻流數據包都有自己的時(shí)間標記，以表明創(chuàng )建的時(shí)間。由于視頻數據包解碼所花的時(shí)間要長(cháng)得多，因此要在 DSP 上用相關(guān)算法延遲音頻數據包的解碼，確保其解碼速度與相應視頻數據包同步。如果數據包丟失，那么有關(guān)算法將生成空的數據包來(lái)填補空白?？上攵?，在這種情況下，快進(jìn)與倒退操作會(huì )給算法帶來(lái)相當大的壓力。

用于 DSL 傳輸等用途的銅質(zhì)線(xiàn)路會(huì )受到脈沖噪聲的影響，這通常是由電磁干擾引發(fā)的。脈沖噪聲會(huì )導致循環(huán)校驗 (CRC) 錯誤，降低吞吐量，并要求重新調校 DSL 線(xiàn)路。提供 IPTV 服務(wù)或 DSL 服務(wù)的運營(yíng)商自然會(huì )非常重視避免 IPTV 電視廣播受到此類(lèi)噪聲的干擾。INP 錯誤校正法結合采用 Reed-Solomon 編碼與卷積交錯 (convolutional interleaving) 技術(shù)，可在標準所指定值的范圍內選擇成幀參數。交叉技術(shù)將數據包分開(kāi)，間隔發(fā)送數據包，從而降低長(cháng)時(shí)間丟失信號的可能性。

成幀參數表明了為填補噪聲情況下丟失的數據包所發(fā)送的冗余信息量。成幀參數為 1，可避免 250 μs 的突波；成幀參數為 2，則可避免500 μs 的突波，以此類(lèi)推。當然，增加成幀參數的值也會(huì )提高 DSL 處理器的存儲器要求。ADSL2 中引入了 INP 技術(shù)。更高的值可針對脈沖噪聲提供更大防護，不過(guò)會(huì )降低服務(wù)速度。ADSL2+ 標準的 G.995.5 Amendment 3 支持大于 2 的成幀參數。INP 值大于 2 的擴展成幀參數，對成功實(shí)現 IPTV over DSL 服務(wù)非常重要。德州儀器 (TI) 的最新 DSL 固件可支持擴展成幀參數 (G.995.5 Amendment3)，這一技術(shù)已用于 Belgacom TV 的 IPTV 部署中。TI 目前為 INP 值大于 2 的可選成幀參數提供更多支持，并將于 2006 年第一季度支持 ADSL2+ 附錄 A 和 B。


在設計及制造領(lǐng)先的集成式DSL 調制解調器/IPTV STB 方面，集成式開(kāi)發(fā)板幫助 OEM 與 ODM 廠(chǎng)商開(kāi)了個(gè)好頭。第三方產(chǎn)品可為視頻、圖形及算法開(kāi)發(fā)、系統集成以及操作系統支持等提供流媒體解決方案，從而進(jìn)一步縮短產(chǎn)品從概念到投產(chǎn)盈利的時(shí)間。相關(guān)的 DSL 小區網(wǎng)關(guān)參考設計還可添加 VoIP 與無(wú)線(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò )功能。制造商可用上述開(kāi)發(fā)板快速設計出全面的高質(zhì)量運營(yíng)商產(chǎn)品，并在相關(guān)產(chǎn)品系列已在寬帶實(shí)驗室進(jìn)行廣泛檢測的基礎上，充分利用實(shí)際部署積累起來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗為部署做好準備。