基于富士通高清芯片的軟硬件分離通用機頂盒設計

【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計，打破了傳統的數字電視技術(shù)模式，所有的第三方軟件可以不再通過(guò)機頂盒廠(chǎng)家集成，各個(gè)軟件的獨立模塊化和標準化增強，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模生產(chǎn)奠定基礎，為數字電視高水平轉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 RadioTV 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，機頂盒都是根據運營(yíng)商所采用的CA、瀏覽器等特殊標準需求單獨進(jìn)行設計生產(chǎn)，造成機頂盒必須要為某一運營(yíng)商定制，軟件設計成本高，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(jìn)的機頂盒芯片很難進(jìn)入市場(chǎng)，導致機頂盒性能低，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(mǎn)足運營(yíng)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。利用最新的數字電視軟硬件分離操作系統，可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

本文介紹了采用泰信軟硬件分離開(kāi)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。

封閉的數字電視軟件開(kāi)發(fā)模式由來(lái)
我國現有的5000多萬(wàn)戶(hù)的數字電視用戶(hù)所使用的機頂盒，幾乎全部是由運營(yíng)商從機頂盒廠(chǎng)家那里定制。而在數字化過(guò)程中起關(guān)鍵作用的數字電視軟件的開(kāi)發(fā)卻一直很封閉，特別是CA軟件，開(kāi)發(fā)過(guò)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(chǎng)家集成，極大地加重了機頂盒廠(chǎng)家的軟件開(kāi)發(fā)和測試負擔，機頂盒開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，一般從一款芯片問(wèn)世，到批量生產(chǎn)，需要很長(cháng)的時(shí)間，推動(dòng)IT業(yè)迅速發(fā)展的“摩爾定律”在數字電視界失去了作用。

在數字電視發(fā)展初期，只要少數第三方軟件成為市場(chǎng)標準，機頂盒廠(chǎng)家要集成的第三方軟件選擇有限，只能在少數成為市場(chǎng)標準的CA、瀏覽器軟件中選擇；反過(guò)來(lái)，獲得更多機頂盒廠(chǎng)家支持的CA、瀏覽器等第三方軟件，更容易鞏固其市場(chǎng)地位，因此就形成了一個(gè)十分封閉的數字電視軟件產(chǎn)業(yè)環(huán)境。其他沒(méi)有成為市場(chǎng)標準的軟件，即使再先進(jìn)也得不到市場(chǎng)的認可而不能參與競爭。因競爭不充分，涉及前端數字電視CA、瀏覽器等軟件的開(kāi)發(fā)變成了進(jìn)入市場(chǎng)較早的少數公司之間的“圈地”游戲，導致了數字電視技術(shù)嚴重落后，至今停留在十年前的水平。

成為市場(chǎng)標準的數字電視CA、瀏覽器等軟件標準基本上都是私有的，這種產(chǎn)品的推銷(xiāo)實(shí)際上是私有標準的推銷(xiāo)。各個(gè)機頂盒廠(chǎng)家的軟硬件結構千差萬(wàn)別，為了分散風(fēng)險，運營(yíng)商一般都從多家機頂盒廠(chǎng)家進(jìn)貨，各個(gè)機頂盒廠(chǎng)家的軟硬件設計千差萬(wàn)別，在運營(yíng)商接受了這種些琳瑯滿(mǎn)目的機頂盒并批量進(jìn)貨之后，就引起了廣電運營(yíng)商所采用機頂盒的嚴重混亂、升級困難、不能加載新業(yè)務(wù)、安全漏洞不能彌補等問(wèn)題接撞而至，很多正在平移的運營(yíng)商陷入了進(jìn)退兩難的境地：停下來(lái)，資金鏈可能會(huì )斷裂；繼續下去會(huì )越陷越深。

在這種情況下，有的廣電運營(yíng)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(wèn)題，建立“機頂盒統一方案聯(lián)合實(shí)驗室”。據陜西廣電網(wǎng)絡(luò )黨委書(shū)記、董事長(cháng)呂曉明介紹，聯(lián)合實(shí)驗室的工作，不僅促使陜西廣電網(wǎng)絡(luò )在軟、硬件的功能、結構、模塊化方面逐步形成統一標準規范，用以指導公司未來(lái)機頂盒產(chǎn)品的標準化開(kāi)發(fā)、規?；瘧煤屯ㄓ眯酝茝V，也為國內同行業(yè)標準規范的建立和完善提供參考，同時(shí)還有效降低了廣電網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的機頂盒投資成本、運營(yíng)維護成本，簡(jiǎn)化物流配送流程，更可以使供應廠(chǎng)商共享功能配置、共享技術(shù)規范和解決方案，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 )終端應用設備研發(fā)、采購、生產(chǎn)、技術(shù)、客服、經(jīng)營(yíng)、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節，為運營(yíng)商與供應商的市場(chǎng)競爭關(guān)系創(chuàng )建起了長(cháng)期合作的新型模式，為有線(xiàn)電視的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程建立了統一、開(kāi)放、競爭、有序的市場(chǎng)秩序，為廣電網(wǎng)絡(luò )數字電視平移后增值業(yè)務(wù)的可持續拓展開(kāi)發(fā)奠定了堅實(shí)的基礎。

陜西廣電網(wǎng)絡(luò )的做法，值得我們廣大運營(yíng)商思考和學(xué)習，雖然這種做法還是停留在軟硬件統一的層面，但這對于運營(yíng)商來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一個(gè)很大的進(jìn)步。在涉及CA、中間件等核心標準軟件問(wèn)題時(shí)還是需要進(jìn)行軟件集成，并且這些標準仍然是私有的、不可替換的。軟件模塊需要集成不可獨立于機頂盒廠(chǎng)家替換是當前數字電視產(chǎn)業(yè)封閉落后的主要根源。

在和廠(chǎng)家接觸的過(guò)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(kāi)放平臺有利于廣電掌握標準的主動(dòng)權。在這個(gè)平臺上，甚至連CA都可以變成一個(gè)開(kāi)放的技術(shù)，對廣電的整合統一標準十分有利。

開(kāi)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(yíng)商，都希望機頂盒能有一個(gè)統一開(kāi)放的軟硬件平臺，盡量標準化，使得機頂盒能夠通用，便于大規模生產(chǎn)。然而因為標準混亂，數字電視現在已經(jīng)進(jìn)入了戰國時(shí)代，想統一談何容易。在還沒(méi)有一種標準硬件平臺的情況下，首先統一軟硬件開(kāi)發(fā)平臺就顯得很重要，也是可行的，前面所說(shuō)的陜西廣電在行業(yè)內的貢獻就在于此。但光統一機頂盒部分的軟硬件還遠遠不夠，涉及CA、中間件等標準軟件如果仍然集成私有標準，繼續沿用這種封閉不開(kāi)放的開(kāi)發(fā)模式，聯(lián)合實(shí)驗室僅僅替代了機頂盒廠(chǎng)家的研發(fā)部門(mén)，不會(huì )改變長(cháng)期封閉的產(chǎn)業(yè)面貌。要做到開(kāi)放性，就需要一種更新的開(kāi)發(fā)模式和理念。

本設計中采用的數字電視軟硬件分離開(kāi)發(fā)平臺由山東泰信提供，類(lèi)似于美國蘋(píng)果公司的iPhone SDK開(kāi)發(fā)包，其 API是很靠近低層，完全開(kāi)放的，允許任何數字電視軟件工程師在該平臺上開(kāi)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，不需要按照傳統的機頂盒軟件開(kāi)發(fā)模式開(kāi)發(fā)，打破了一切第三方軟件均由機頂盒廠(chǎng)家進(jìn)行集成測試的傳統，從而大大降低了機頂盒廠(chǎng)家的軟件工作量，降低了機頂盒成本，擴展了軟件的渠道來(lái)源。以下是開(kāi)放的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺框圖：

在這個(gè)開(kāi)放的平臺上，有著(zhù)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(shí)施開(kāi)放的軟硬件分離開(kāi)發(fā)平臺的前提
在數字電視條件接收軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了安全，CA公司要和機頂盒廠(chǎng)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(jìn)行，CA公司靠這種保密保證安全性，這是引起數字電視軟件封閉開(kāi)發(fā)的主要原因。如果數字電視軟件要做到開(kāi)放，就必須打破數字電視CA軟件開(kāi)發(fā)的封閉性。為了解決這個(gè)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(shí)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(guò)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(cháng)期纏繞在CA身上“見(jiàn)光死”的魔咒，也是各個(gè)廣電運營(yíng)商在選擇CA時(shí)慎而又慎、CA開(kāi)發(fā)全程保密的原因?？上螺dCA技術(shù)可以立即將“見(jiàn)光”的算法和密鑰、甚至整個(gè)CA系統換掉，擺脫了傳統CA“見(jiàn)光死”的命運，因而這種可下載CA可以是開(kāi)放的。這種CA的安全性和開(kāi)放性不言而喻，就是因為它徹底改變了CA是個(gè)黑盒技術(shù)的傳統模式，使得數字電視軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程變得開(kāi)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(guò)下載，就是無(wú)卡CA技術(shù)。這種技術(shù)的安全性依賴(lài)于機頂盒主芯片內的唯一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的智能卡CA技術(shù)。這時(shí)，可以做到在無(wú)卡CA狀態(tài)時(shí)，更換CA時(shí)不用入戶(hù)、也不用更換機頂盒。而傳統的智能卡CA為了解決自身的安全漏洞向其他CA轉換幾乎是不可能的，這也是智能卡CA捆綁運營(yíng)商的主要原因。
在開(kāi)放的軟硬件分離平臺上，CA公司可以獨立開(kāi)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?xún)H僅局限于CA公司內部，從而這種封閉性不會(huì )影響到其它軟件的開(kāi)發(fā)。相同的其他軟件的開(kāi)發(fā)、原代碼的擴散也同樣局限于自己的范圍內，從而保護了各自的知識產(chǎn)權，提高開(kāi)發(fā)軟件的積極性，又能保證整個(gè)平臺的開(kāi)放性。

在軟硬件分離開(kāi)發(fā)平臺下采用MB86H60的通用高清機頂盒
為了方便將來(lái)的升級，我們計劃將高清機頂盒硬件統一到富士通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：