數(shù)字電視軟硬件分離原理與實(shí)現(xiàn)

內(nèi)容簡(jiǎn)介：

基于三洋半導(dǎo)體軟硬件分離平臺(tái)上，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了雙向CA、雙向數(shù)據(jù)廣播等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了VOD、卡拉OK、電視彩票、通用瀏覽器、股票廣播等功能。另外，機(jī)頂盒的基本功能、OSD也都可以由第三方軟件公司在其硬件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)。這些功能不再像以前全部由機(jī)頂盒廠家統(tǒng)一集成，可以由不同的公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)，單獨(dú)放到機(jī)頂盒中使用，并可以單獨(dú)更換。如果不是實(shí)現(xiàn)了軟硬件分離，這種獨(dú)立的軟件開(kāi)發(fā)幾乎是不可能的。

前言：

目前，機(jī)頂盒平臺(tái)軟硬件緊密結(jié)合、密不可分，所有的軟件都由機(jī)頂盒廠家進(jìn)行集成，為了應(yīng)付不同的運(yùn)營(yíng)商客戶五花八門的界面及應(yīng)用，機(jī)頂盒廠家要付出很大的軟件開(kāi)發(fā)成本，導(dǎo)致機(jī)頂盒價(jià)格居高不下。

數(shù)字電視軟硬件分離機(jī)頂盒平臺(tái)是一種十分開(kāi)放的數(shù)字電視應(yīng)用技術(shù)平臺(tái)，在該硬件平臺(tái)上可以允許第三方軟件公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序給運(yùn)營(yíng)商使用。即使在機(jī)頂盒分發(fā)到用戶以后，也可以單獨(dú)開(kāi)發(fā)新的功能模塊并下載到機(jī)頂盒中運(yùn)行，而不再通過(guò)機(jī)頂盒廠家集成測(cè)試，打破了傳統(tǒng)數(shù)字電視封閉的軟件開(kāi)發(fā)模式，減輕了機(jī)頂盒廠家的軟件開(kāi)發(fā)壓力。隨著時(shí)間的推移，根據(jù)運(yùn)營(yíng)需要，可以很容易增加新的功能模塊。

值得一提的是，在該平臺(tái)上可以很容易支持任何標(biāo)準(zhǔn)CA的開(kāi)發(fā)，以及任何標(biāo)準(zhǔn)批量使用的CA的集成，CA庫(kù)文件不需大量擴(kuò)散，可以提高智能卡CA的安全性。

一、數(shù)字電視軟硬件分離的必要性

以前的數(shù)字電視技術(shù)的開(kāi)發(fā)是一種非常封閉的開(kāi)發(fā)模式：芯片廠家提供給機(jī)頂盒廠家芯片和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，再由機(jī)頂盒廠家在這個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。CA、數(shù)據(jù)廣播等幾乎所有第三方應(yīng)用軟件的任何集成和改動(dòng)都需要機(jī)頂盒廠家參與，其他專業(yè)的軟件開(kāi)發(fā)商很難插手，限制了軟件的來(lái)源與選擇，大大加重了機(jī)頂盒廠家的軟件開(kāi)發(fā)壓力，也造成了高度軟硬件捆綁的技術(shù)模式。機(jī)頂盒廠家集成的CA、數(shù)據(jù)廣播等軟件越多，機(jī)頂盒種類越多，所面臨的運(yùn)營(yíng)商客戶越多，這種壓力就越大。這種情況下，升級(jí)改進(jìn)工作將變得非常繁雜。機(jī)頂盒廠家僅僅能滿足于發(fā)放平移機(jī)頂盒之前的軟件需求。批量使用后，即使發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，也都無(wú)可奈何，更何況增加新的功能了。

軟硬件分離后的CA、數(shù)據(jù)廣播、中間件及其它應(yīng)用軟件可以由不同的軟件公司獨(dú)自開(kāi)發(fā)，這些應(yīng)用軟件可以單獨(dú)提供給運(yùn)營(yíng)商使用，每種軟件可以獨(dú)立更換升級(jí)，機(jī)頂盒廠家只生產(chǎn)含有基本功能的裸機(jī)，基于這種軟硬件分離下的機(jī)頂盒軟件平臺(tái)，軟件開(kāi)發(fā)就變成了一個(gè)長(zhǎng)期改進(jìn)增加功能的過(guò)程，而不像早期已經(jīng)平移的軟硬件捆綁的機(jī)頂盒，在出廠后，幾乎一次定終身。

在原來(lái)軟硬件捆綁的模式下，軟件成熟的緩慢制約了芯片的更新?lián)Q代，進(jìn)入市場(chǎng)最早的機(jī)頂盒芯片獲得了大規(guī)模運(yùn)用，但卻不是最先進(jìn)的。軟硬件分離后，可以有更多的芯片廠家參與競(jìng)爭(zhēng)，有線電視運(yùn)營(yíng)商可以充分從快速發(fā)展的芯片技術(shù)中獲益，可以讓最新的芯片技術(shù)服務(wù)廣電，而不是付出更多的代價(jià)一直使用3年甚至5年前落后的機(jī)頂盒芯片產(chǎn)品。

二、機(jī)頂盒硬件平臺(tái)的選擇

機(jī)頂盒好比是一座樓房，硬件平臺(tái)就是這個(gè)樓房的地基和框架，一旦成型不可更換。軟件就是這座樓各個(gè)房間中的裝飾和居民了。如果地基不好，樓房不可能蓋高，檔次也低，住的人自然就少。和樓房的地基一樣，機(jī)頂盒的硬件決定了機(jī)頂盒性能的高低和功能擴(kuò)展的多少。所以，運(yùn)營(yíng)商和機(jī)頂盒廠家在專注挑選性價(jià)比高的機(jī)頂盒硬件平臺(tái)時(shí)，首先要注意以下幾點(diǎn)：

1、采用先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝，例如，采用90納米工藝的芯片比采用130納米工藝的芯片性能高，而且

降價(jià)空間大，功耗也低。

2、芯片時(shí)鐘及處理速度足夠高，這樣將來(lái)可以擴(kuò)展更多需要處理速度高的應(yīng)用程序。

3、要選擇含較通用CPU的機(jī)頂盒芯片，例如ARM系列。

4、考慮安全因素，要選用知名的國(guó)際大品牌的機(jī)頂盒芯片。

下面將含有ARM內(nèi)核的三洋LC74189和意法的STM5105性能進(jìn)行比較如下：

從以上對(duì)比可以看出，三洋的LC74189具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)經(jīng)過(guò)大批量使用的檢驗(yàn)，使用的是嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的ARM9CPU，并且是采用先進(jìn)的90nm技術(shù)工藝，將QAM解調(diào)器直接和后端解碼集成在了一起。所以本設(shè)計(jì)就以基于該機(jī)頂盒芯片的軟硬件平臺(tái)為例，介紹機(jī)頂盒軟硬件分離的原理與實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，該芯片還有長(zhǎng)城無(wú)卡CA安全管理硬件模塊，同時(shí)也可以支持其他任何標(biāo)準(zhǔn)的CAS。

三、軟件平臺(tái)的組成

軟件平臺(tái)是介于硬件應(yīng)用API之間的軟件部分，包含操作系統(tǒng)、硬件驅(qū)動(dòng)、MMU管理、安全管理等模塊、向量管理以及應(yīng)用接口等模塊，是一種功能強(qiáng)大的開(kāi)放的軟件平臺(tái)，給編程者提供了豐富的軟件接口，可以讓不同的軟件公司基于該平臺(tái)開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用，其中包括比較重要的CA應(yīng)用程序。整個(gè)軟件平臺(tái)的框架如下：

四、軟件平臺(tái)的作用

機(jī)頂盒軟硬件分離后的軟件平臺(tái)，介于硬件和應(yīng)用程序之間，在一定意義上也可以稱作一種中間件，但和人們理解的傳統(tǒng)中間件有所不同。因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)CA、瀏覽器等功能，使得有的部分更靠近硬件，所以還需要提供和硬件驅(qū)動(dòng)相關(guān)的接口。例如對(duì)DVB CA信息的接收，還有用于排錯(cuò)的串口收發(fā)等功能接口。如果一定要把這種軟件平臺(tái)理解成中間件，那么它應(yīng)該是很靠近底層的中間件。該軟件平臺(tái)是由日本三洋半導(dǎo)體公司委托山東泰信電子，結(jié)合廣西廣電網(wǎng)絡(luò)公司的實(shí)際應(yīng)用，制定的一個(gè)開(kāi)放的軟件平臺(tái)接口標(biāo)準(zhǔn)，目的是降低機(jī)頂盒軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)門檻，方便

運(yùn)營(yíng)商自己開(kāi)發(fā)CA等涉及自己利益的應(yīng)用程序，把握主動(dòng)權(quán)。因?yàn)楦鱾€(gè)模塊單獨(dú)增減改進(jìn)，可以隨著時(shí)間的推移，逐漸地根據(jù)運(yùn)營(yíng)的需要增加功能模塊，而這些功能模塊在運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始平移時(shí)很難想到。這樣，需要增加的功能模塊可以由運(yùn)營(yíng)商選擇不同的專業(yè)軟件公司開(kāi)發(fā)，不需要找機(jī)頂盒廠家解決。例如，在發(fā)現(xiàn)了所使用CA的安全問(wèn)題后也很容易改進(jìn)，而不像現(xiàn)在那樣束手無(wú)策。

值得一提的是，這種結(jié)構(gòu)允許第三方軟件公司開(kāi)發(fā)的中間件作為一個(gè)單獨(dú)的模塊放到機(jī)頂盒中運(yùn)行，將來(lái)可以獨(dú)立更換。運(yùn)營(yíng)商完全不用擔(dān)心將來(lái)中間件的升級(jí)問(wèn)題。在這個(gè)軟硬件分離的平臺(tái)上，已經(jīng)有了基于瀏覽器和JAVA的中間件等模塊，進(jìn)一步屏蔽了與硬件相關(guān)的部分，山東泰信幫助廣西廣電網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)雙向數(shù)據(jù)廣播等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了VOD、卡拉OK、電視彩票、通用瀏覽器、股票廣播等功能。這些功能不再像以前全部由機(jī)頂盒廠家統(tǒng)一集成，可以由不同的公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)，單獨(dú)放到機(jī)頂盒中使用。在廣西參與這種開(kāi)發(fā)的公司有近十家，由山東泰信協(xié)助廣西廣電做總集成。如果不是實(shí)現(xiàn)軟硬件分離，這種協(xié)作幾乎是不可能的。

五、軟硬件分離平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)CA的例子

CA是機(jī)頂盒中最為重要的一部分，以往也是機(jī)頂盒廠家使用CA廠家提供的庫(kù)文件進(jìn)行集成的一部分，不但集成測(cè)試復(fù)雜耗時(shí)，同時(shí)也是造成CW擴(kuò)散泛濫的一個(gè)重要原因。而利用基于LC74189的軟硬件分離技術(shù)，這項(xiàng)集成完全可以由CA廠家一方獨(dú)立完成，不需要互相提供任何的庫(kù)文件，避免了集成過(guò)程中需要加強(qiáng)保密、聯(lián)合測(cè)試等耗時(shí)費(fèi)力的工作，還可以很大程度上避免CW共享情況的出現(xiàn)，而運(yùn)營(yíng)商還可以獲得一個(gè)高性價(jià)比的機(jī)頂盒。

因?yàn)榛贚C74189的開(kāi)發(fā)平臺(tái)已經(jīng)集成了設(shè)計(jì)CA所需要的各項(xiàng)基礎(chǔ)功能，所以，在基于LC74189的軟硬件分離基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)CA，僅需要簡(jiǎn)單地做以下工作：

1、利用系統(tǒng)提供的操作系統(tǒng)接口，創(chuàng)建各種線程，建立運(yùn)行環(huán)境。

2、如果是智能卡CA，利用系統(tǒng)提供的SMART卡板驅(qū)動(dòng)，開(kāi)發(fā)SMART卡的相關(guān)功能。也可以直接應(yīng)用本系統(tǒng)提供的T0、T1等協(xié)議。

3、利用系統(tǒng)提供的DEMUX驅(qū)動(dòng)，完成各種收表的動(dòng)作。

4、提供給系統(tǒng)所需要的接口，例如：開(kāi)始、停止解碼、設(shè)置年齡等級(jí)、工作時(shí)段、獲取授權(quán)信息等等，以便完成CA的各種功能。

5、在該軟硬件平臺(tái)上進(jìn)行編譯，生成可執(zhí)行文件，由運(yùn)營(yíng)商單獨(dú)下載到機(jī)頂盒中運(yùn)行，而完全不經(jīng)過(guò)機(jī)頂盒廠家。

從以上的工作可以看出，不但移植時(shí)的工作與傳統(tǒng)的集成相比要簡(jiǎn)單許多，而且關(guān)鍵是集成的環(huán)境非常獨(dú)立，CA與機(jī)頂盒其他軟件可以分別由不同的公司獨(dú)立完成并測(cè)試，CA的集成完全可以交由CA廠商或者運(yùn)營(yíng)商來(lái)獨(dú)立完成， 通過(guò)運(yùn)營(yíng)商前端下載服務(wù)器下載到機(jī)頂盒中執(zhí)行，還可以使用原來(lái)的智能卡。

由于提供了開(kāi)發(fā)CA的高層接口，無(wú)論是重新開(kāi)發(fā)CA還是移植現(xiàn)成的CA都非常方便。既然連最復(fù)雜的CA應(yīng)用都可以在軟硬件分離基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，那么其它的應(yīng)用，例如股票，瀏覽器，界面等等，則更容易在軟硬件分離平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。

六、實(shí)現(xiàn)軟硬件分離的意義

數(shù)字電視軟硬件分離，從根本上打破了長(zhǎng)期禁錮廣電進(jìn)入良性發(fā)展的軟硬件捆綁的舊模式。讓軟件開(kāi)發(fā)隨著運(yùn)營(yíng)需要的變化而不斷完善、增加新的功能模塊，而不僅僅是把業(yè)務(wù)限定在一個(gè)近乎固定功能的網(wǎng)絡(luò)上，并且會(huì)大幅度降低平移成本，這也是許多廣電的愿望。

后轉(zhuǎn)換時(shí)代，許多廣電對(duì)已經(jīng)平移的網(wǎng)絡(luò)作了深刻的總結(jié)，如何經(jīng)營(yíng)，是廣電人共同關(guān)心的話題。

還沒(méi)有進(jìn)行轉(zhuǎn)換的運(yùn)營(yíng)商可以借鑒先行者的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。應(yīng)該說(shuō)，機(jī)頂盒的軟硬件捆綁，不能獨(dú)立進(jìn)行各個(gè)軟件的改進(jìn)升級(jí)，增加新的應(yīng)用更加困難，壓縮了運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行增值應(yīng)用的空間，是已經(jīng)平移過(guò)的運(yùn)營(yíng)商得到的最大教訓(xùn)。另外，CA方面，在發(fā)現(xiàn)安全隱患后無(wú)法采取技術(shù)手段彌補(bǔ)，讓運(yùn)營(yíng)商感到不安全，也是軟硬件捆綁后的另一大后患。這些教訓(xùn)值得那些還沒(méi)有進(jìn)行平移的運(yùn)營(yíng)商吸取，以避免再走同樣的彎路。