ay: block;">迄今為止,沒有幾個(gè)運(yùn)營商已經(jīng)部署將DSL調(diào)制解調(diào)器與IP機(jī)頂盒集成在一起的、一般稱為DSL STB的機(jī)頂盒,很大程度上是因?yàn)檫@樣做意味著要從頭設(shè)計(jì)和制造他們自己專用的產(chǎn)品。直到現(xiàn)在,原始設(shè)備制造商(OEM)和原始設(shè)計(jì)制造商(ODM)尚沒有進(jìn)入這個(gè)市場。其原因就在于關(guān)鍵組件接口的困難和其它一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。然而,目前元器件廠商正開始推出經(jīng)過充分設(shè)計(jì)并帶文檔的開發(fā)板,它們已經(jīng)解決了接口和其它設(shè)計(jì)問題。通過簡化設(shè)計(jì)和制造DSL STB的任務(wù),來滿足市場對(duì)視頻帶寬、服務(wù)質(zhì)量(QoS)和沖擊噪聲保護(hù)(INP)方面的需求,這些開發(fā)板應(yīng)當(dāng)能有助于DSL STB市場的急速擴(kuò)展。

DSL市場上IPTV的成長

通過利用混合光纖/同軸線纜基礎(chǔ)設(shè)施和租用線,有線多業(yè)務(wù)運(yùn)營商向客戶提供三重業(yè)務(wù),包括視頻、基于線纜調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)服務(wù)和語音服務(wù),使其業(yè)務(wù)獲得巨大增長。面對(duì)這一情況,目前電信運(yùn)營商正積極做出回應(yīng),他們通過加速DSL基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)并采用帶寬利用效率更高的視頻編碼解碼器,來為無處不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)加入互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電視(IPTV)這個(gè)“殺手級(jí)應(yīng)用”,以提供他們自己的三重業(yè)務(wù)。IPTV具有支持多條視頻通道的重優(yōu)勢,尤其是當(dāng)采用高級(jí)編解碼器時(shí),從而使它對(duì)在美國占有很高比例的多電視家庭產(chǎn)生了很大的吸引力。

IPTV的成長預(yù)期在2010年會(huì)占據(jù)整個(gè)數(shù)字電視市場的1/3。電信運(yùn)營商正在使用ADSL/ADSL2+或VDSL向其居民用戶傳輸IPTV三重內(nèi)容。許多運(yùn)營商和服務(wù)提供商宣布進(jìn)行了小區(qū)ADSL視頻的市場試驗(yàn)。幾份最新的分析報(bào)告顯示,盡管2004年DSL STB的全球發(fā)貨量僅超過130萬臺(tái),但到2008年,市場需求將超過700萬臺(tái),而且銷售收入高于7億美元。

當(dāng)傳送MPEG-2格式的節(jié)目時(shí),單通道的HDTV內(nèi)容需要20Mbps的帶寬,SDTV內(nèi)容需要4Mbps的帶寬。服務(wù)提供商似乎正在確定把兩通道的內(nèi)容作為最低提供標(biāo)準(zhǔn),因而對(duì)效率更高的編解碼器的需求是明顯的。兩個(gè)主要的競爭者是MPEG-4Part 10的格式與VC-1高級(jí)編解碼器,它們均提供比MPEG-2高2.5到3倍的帶寬效率提升。原本需要3.5到5Mbps帶寬的SDTV內(nèi)容,在高級(jí)編解碼器上只用大約的帶寬進(jìn)行傳送。高級(jí)編解碼器還以較高的成本效益,擴(kuò)展了IPTV網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,從而能夠向更多的家庭提供業(yè)務(wù)。

圖1:AR7開發(fā)板集成有DSL和視頻處理芯片。(Online)

集成化DSL STB的挑戰(zhàn)

對(duì)于許多已宣布進(jìn)行住宅ADSL視頻業(yè)務(wù)試驗(yàn)的運(yùn)營商和服務(wù)提供商來說,STB仍然是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。消費(fèi)者期望視頻質(zhì)量等同于現(xiàn)有電視服務(wù)的質(zhì)量,這就需要用復(fù)雜的QoS機(jī)制,來防止例如一個(gè)大的文件下載干擾電視信號(hào)接收等問題。在線纜上出現(xiàn)的隨機(jī)突發(fā)噪聲也提出了另一個(gè)挑戰(zhàn)。諸如新的編解碼器和INP機(jī)制之類技術(shù)的迅速變化要求能為迅速實(shí)施新技術(shù)提供靈活性。

在運(yùn)營商應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)時(shí),他們要求STB的OEM和ODM超越現(xiàn)有技術(shù),電視機(jī)上不再需要擺兩個(gè)獨(dú)立的盒子:一個(gè)是DSL調(diào)制解調(diào)器,另一個(gè)是IP STB。采用兩個(gè)獨(dú)立的盒子意味著更高的價(jià)格、增加用戶使用的復(fù)雜度并額外增加一個(gè)故障點(diǎn)。電影節(jié)目的保護(hù)在一個(gè)統(tǒng)一的盒子內(nèi)也更容易實(shí)現(xiàn)。運(yùn)營商還想要一些附加功能,比如將無線局域網(wǎng)(WLAN)和個(gè)人錄像機(jī)(PVR)功能集成到STB之中。

大多數(shù)運(yùn)營商更喜歡把注意力集中在其核心競爭力上,而把設(shè)備的設(shè)計(jì)及其相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)嫁到OEM和ODM提供商那里。然而,迄今為止,OEM和ODM尚未進(jìn)入集成化DSL/IP STB市場,很可能是因?yàn)椴辉敢鉃橐粋€(gè)剛剛浮現(xiàn)的市場來承受代價(jià)高昂的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。其結(jié)果是,對(duì)于決定以集成方案領(lǐng)先進(jìn)入該市場的運(yùn)營商來說,被迫設(shè)計(jì)其自己的客戶端設(shè)備(CPE),并與合同制造商攜手制造。諸如意大利的FastWeb公司、法國的Free公司和英國Homechoice公司之類的運(yùn)營商全都采取這個(gè)方法。

新一代開發(fā)板

目前,新一代開發(fā)板正在浮出水面,它們顯著地降低了與集成化DSL STB開發(fā)相關(guān)的成本和風(fēng)險(xiǎn),并大大縮短了研發(fā)周期。其中一個(gè)例子就是一種整合了AR7 DSL和DM642視頻芯片的開發(fā)板卡,它已經(jīng)用在現(xiàn)有的大部分集成化STB之中。DM642基于一個(gè)DSP內(nèi)核并包含為加速視頻和成像應(yīng)用的指令集擴(kuò)展,從而提供了充分的軟件可編程能力。例如,這允許一個(gè)用戶發(fā)布一個(gè)MPEG 2產(chǎn)品并在稍后升級(jí)到視頻編解碼。在一個(gè)芯片上的AR7路由器內(nèi)部的MIPS CPU負(fù)責(zé)管理DSL鏈接,完成IP路由和傳輸流的解多路復(fù)用,進(jìn)而把初始?jí)嚎s的音頻/視頻數(shù)據(jù)送到該DSP之中(參見圖1)。

關(guān)鍵接口

新一代開發(fā)板縮短設(shè)計(jì)時(shí)間最重要的方式是管理該DSL和視頻芯片之間的集成。例如,外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)通常用于把一個(gè)DSP連接到不同類型的存儲(chǔ)器芯片上,比如說SRAM、 Flash RAM和DDR-RAM等等。在AR7上,該接口用來傳輸從AR7到位于DM642上的一個(gè)HPI視頻接口的數(shù)據(jù)流,其中AR7作為主器件而DM642作為從器件。在引導(dǎo)階段,AR7首先進(jìn)入工作狀態(tài)并首先啟動(dòng)DM642。視頻數(shù)據(jù)隨后送到DM642的一個(gè)大隊(duì)列。AR7負(fù)責(zé)處理到該隊(duì)列中的流量控制,而DM642中的視頻驅(qū)動(dòng)器把視頻移入該芯片的四個(gè)隊(duì)列中。DM642隨后對(duì)該視頻流進(jìn)行解碼,并將圖像提供給屏幕進(jìn)行顯示(參見圖2)。

目前正在開發(fā)的接口是為了簡化向STB添加額外功能方面的工作,這些功能包括加入無線LAN和VoIP等等。其中一個(gè)例子就是能與其它多種技術(shù)連通的VLYNQ技術(shù)。這個(gè)接口采用串行總線,可以用3管腳和5管腳來實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中,都有一個(gè)管腳作為指令線。在3管腳方案中,有一對(duì)收發(fā)線,而在5管腳方案中,則有兩對(duì)收發(fā)線。VLYNQ接口大大簡化了把其它芯片集成進(jìn)來的工作,其做法是兩個(gè)器件通過互相映射對(duì)方存儲(chǔ)器的接口實(shí)現(xiàn)連接。這意味著在任一個(gè)芯片上運(yùn)行的程序可以訪問另一個(gè)芯片上的存儲(chǔ)器,而且使用的是與訪問自身存儲(chǔ)器相同的調(diào)用指令。這大大減少了創(chuàng)建或修改可提供新功能的軟件所需的時(shí)間。具體來說,在這兩個(gè)芯片之間傳送數(shù)據(jù)包非常容易。FPGA供應(yīng)商正在開始通過提供能更容易地整合不同部件間接口的擴(kuò)展器,來支持這些技術(shù)。應(yīng)該注意的是這類串行接口不是針對(duì)所需數(shù)據(jù)帶寬超過20Mbps的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。

QoS和INP

考慮到需要辨別通過路由器的是視頻、數(shù)據(jù)還是語音包,并為之安排適當(dāng)?shù)膬?yōu)先級(jí),服務(wù)質(zhì)量對(duì)DSL STB來說是非常重要的。其目的是為了避免出現(xiàn)這樣一種情況:當(dāng)某人通過計(jì)算機(jī)下載一個(gè)大文件時(shí),電視圖像的質(zhì)量立刻就變差了。一個(gè)典型的包加速器采用一個(gè)優(yōu)先級(jí)排隊(duì)功能,在其它上行流量傳送之前把優(yōu)先的TCP Ack包發(fā)出去,從而帶來吞吐量高達(dá)3倍的提高。視頻包通常用業(yè)務(wù)類型(TOS)標(biāo)志位來標(biāo)識(shí),以便它們可被引向單獨(dú)一個(gè)隊(duì)列,該隊(duì)列可以在其它包之前發(fā)送,以免對(duì)電視廣播頻道帶來干擾。另一個(gè)功能是通過向一個(gè)IGMP包內(nèi)的DSLAM發(fā)送一個(gè)連接請(qǐng)求,來接收一個(gè)供應(yīng)多條廣播頻道的組播數(shù)據(jù)流。不管是STB還是后臺(tái)都必須理所當(dāng)然地支持這個(gè)功能。

另一個(gè)復(fù)雜的問題是能夠?qū)崿F(xiàn)唇動(dòng)與聲音同步,即音頻解碼和匹配視頻的解碼同時(shí)完成,以便在說話者張嘴的同時(shí)其聲音也被播放出來。對(duì)于這兩個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)流中的每一個(gè),都在各個(gè)數(shù)據(jù)包上有一個(gè)時(shí)間標(biāo)記,用來指示該數(shù)據(jù)包建立的時(shí)間。由于視頻數(shù)據(jù)包要花多得多的時(shí)間來解碼,因此需在DSP處理器上運(yùn)行一個(gè)算法,以延遲相應(yīng)的音頻數(shù)據(jù)包,其結(jié)果就是音頻數(shù)據(jù)包和相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)包在同一個(gè)瞬間完成解碼。如果任何數(shù)據(jù)包丟失,該算法產(chǎn)生空數(shù)據(jù)包以填補(bǔ)相應(yīng)的空間。正如你或許會(huì)想到的那樣,倒退和快進(jìn)操作給這個(gè)算法帶來很大的壓力。

用于DSL傳輸?shù)你~線很容易出現(xiàn)通常由電磁干擾引起的沖擊噪聲。該沖擊噪聲造成循環(huán)冗余檢查(CRC)錯(cuò)誤,從而降低了數(shù)據(jù)速率,而且也許需要對(duì)DSL傳輸線重新訓(xùn)練。正在提供IPTV業(yè)務(wù)或DSL的運(yùn)營商,非常強(qiáng)調(diào)廣播電視業(yè)務(wù)要免受這類噪聲的干擾。INP錯(cuò)誤修正策略包括把Reed-Solomon編碼同卷積交織相結(jié)合,其幀參數(shù)可以在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定的數(shù)值范圍內(nèi)選擇。該交織把包拆散,并在相互不同的時(shí)刻把它們發(fā)出,目的是減小在某一時(shí)間區(qū)間上丟失信號(hào)的可能性。

幀參數(shù)的大小是冗余信息量的一個(gè)量度,冗余信息被發(fā)送用來幫助在數(shù)據(jù)包因噪聲而引起丟失的情況下重建數(shù)據(jù)包。幀參數(shù)為1可以防止250Μs級(jí)別的突發(fā)干擾,而幀參數(shù)為2可以防止500Μs級(jí)別的突發(fā)干擾等。當(dāng)然,增加幀參數(shù)的數(shù)值也增加了對(duì)DSL處理器的存儲(chǔ)器需求。INP在ADSL2 中出現(xiàn)。更高的數(shù)值提供了更強(qiáng)的抗沖擊噪聲的能力,但它也把業(yè)務(wù)速率限制到更低級(jí)別。對(duì)ADSL2+標(biāo)準(zhǔn)的.5 Amendment 3版本支持大于2的幀參數(shù)。為了在DSL業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上成功地提供IPTV,INP數(shù)值大于2的擴(kuò)展幀參數(shù)是必需的條件。

就設(shè)計(jì)和制造一種領(lǐng)先的集成DSL調(diào)制解調(diào)器/ IPTV STB來說,集成開發(fā)板向OEM和ODM提供了一個(gè)相當(dāng)完善的起步平臺(tái)。第三方的產(chǎn)品通過提供針對(duì)視頻的流媒體解決方案、成像和算法開發(fā)、系統(tǒng)集成以及操作系統(tǒng)支持,從而進(jìn)一步縮短了從概念到市場再到盈利所需的時(shí)間。

DSL住宅網(wǎng)關(guān)參考設(shè)計(jì)已可從TI公司獲得,它加入了VoIP和無線家庭聯(lián)網(wǎng)功能。通過充分利用在寬帶實(shí)驗(yàn)室中完成的廣泛的家庭測試結(jié)果,以及通過真實(shí)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)部署而進(jìn)行的現(xiàn)場實(shí)際驗(yàn)證,制造商可以采用這些開發(fā)板迅速開發(fā)出完整的運(yùn)營商級(jí)的、可以迅速部署的高質(zhì)量系列產(chǎn)品。

作者:Neil Quarmby

高級(jí)專家

Michael VanBreda

項(xiàng)目經(jīng)理

德州儀器公司