目前只有为数不多的几家运营商部署了集成的DSL调制解调器／IP机顶盒(STB),即目前通常所说的DSLSTB设备。之所以涉足此领域的运营商不多,是因为这种技术要求从头进行产品设计与构建。OEM与ODM厂商目前尚未进入此市场,很可能是由于关键组件的集成相当困难,而且还面临其他设计方面的问题。目前,组件制造商正开始推出经全面设计、配备全套说明材料的开发板,其不仅具备所有接口,而且还能解决其他设计问题。通过简化DSLSTB的设计与构建,满足市场对视频带宽、服务质量(QoS)以及脉冲噪声保护(INP)等要求,上述开发板有助于大幅拓展DSLSTB市场。
基于DSL的IPTV市场增长有线多服务运营商采用混合光纤／同轴线缆基础设施,并租用线路为用户提供三重业务整合视频服务、基于线缆调制解调器的数据服务及语音服务,已取得了相当大的成功。目前,电信公司根据形势的发展,加强了DSL基础设施建设,并借助高效利用带宽的视频编解码器新推出了因特网协议电视(IPTV)服务,这有利于宽带技术的全面推广,并实现自身的三重业务整合功能。IPTV的重要优势在于,能够支持多个视频通道,特别在采用高级编解码器时功能更强。针对美国多数家庭都拥有多部电视机的情况而言,该解决方案非常具有吸引力。
预计,IPTV十年后将占数字电视市场份额的三分之一。电信公司采用ADSL/ADSL2+或VDSL技术向他们的消费者客户家庭提供IPTV三重业务服务。众多运营商和服务供应商都在宣称将开展小区Video-over-ADSL技术试运行。大量分析报告指出,2004年全球DSL机顶盒(STB)出货量将超过130万部。到2008年,市场销售量将达700万部以上,销售收入将超过7亿美元。
单个频道的HDTV内容要求20Mbps,SDTV内容则要求4Mbps的带宽（采用MPEG-2标准）。服务供应商似乎认为最少也应满足两个频道的内容,因此显然需要效率更高的编解码器。两大主要的竞争候选对象分别是MPEG-4Part10的H.264格式和VC-1高级编解码器,两者均比采用MPEG-2标准的带宽利用率高出2.5到3倍。在高级编解码器上,只需近1.5Mbps带宽就能传输要求3.5到5Mbps带宽的SDTV内容。高级编解码器还能经济有效地扩展IPTV网络的覆盖范围,使我们能够向更多家庭提供这一服务。
开发集成式DSLSTB所面临的挑战
尽管众多运营商和服务供应商已经宣称将开展小区Video-over-ADSL技术试运行,但STB对他们而言仍存在严峻挑战。消费者期望视频质量达到目前电视服务水平,这就要求采用先进的QoS方案,以避免大容量文件下载干扰电视信号接收等问题的出现。铜质线路上会随机出现大量噪声,这也是一大难题。此外,新型编解码器和INP方案不断涌现,带动了技术领域的快速变化,这都要求解决方案具备较高的灵活性才能快速实施最新技术。
为了解决上述难题,运营商希望STBOEM厂商和ODM厂商能够超越现有技术进一步推动技术的发展,即实现电视机、DSL调制解调器以及IPSTB的结合。如果采用两个不同的机顶盒,就意味着成本增加,用户使用更复杂,发生故障的几率也更大。如果采用一体化的机顶盒,那么保护影片内容也更容易。运营商希望将更多功能集成到STB中,如无线局域网(LAN)和个人视频记录器(PVR)等。
大多数运营商希望集中优势资源从事增值服务,让OEM厂商和ODM厂商来妥善处理设备设计问题和相关风险。不过到目前为止,OEM厂商和ODM厂商尚未进入集成的DSL/IPSTB市场,这或许是因为他们不愿为刚刚崭露头角的新市场承担昂贵的设计风险,这也是可以理解的。因此,一些以集成式解决方案进入本市场的领导潮流发展的公司不得不自行设计客户端产品(CPE)并与承包制造商合作。意大利的FastWeb、法国的Free和英国的Homechoice等供应商都采取了这一方案。
新一代开发板
AR7开发板集成了DSL与视频芯片
目前市场已出现了新一代开发板,不仅可大幅节约集成式DSLSTB所需的开发时间及成本,而且还能显著降低相关风险。TI的AR7就是新一代开发板中的一员,基集成了AR7DSL和DM642视频芯片,这些芯片目前已广泛用于大多数集成式STB中,包括上述三家公司提供的新产品。DM642基于TITMD320C64x数字信号处理器(DSP)内核之上,并且还采用了可加速视频与图形应用的指令集扩展,因此能提供全面的软件可编程性。这使用户能实现各种功能,如先推出MPEG2产品,随后再升级到H.264视频编解码器。AR7是首款单芯片DSL路由器,在本市场领域中独领风骚。AR7片上路由器所采用的MIPSCPU负责管理DSL链路,执行IP路由功能,并传输进行解多路复用的数据流,为DSP提供原始的压缩音频与视频数据。
主要接口
开发板处理集成问题。
DSL与视频芯片的集成管理是新一代开发板节约设计时间的最重要的方式。举例来说,外部存储器接口(EMIF)通常用于连接DSP与不同类型的存储器器件,如SRAM、FlashRAM、DDR-RAM等。AR7上的接口用于从AR7向DM642的HPI视频接口传输流量,这时AR7作为主机,而DM642作为从机。在启动时,AR7首先启动,再带动DM642。这时,视频提供给DM642中的批队列(bulkqueue)。AR7处理批队列中的流量控制,而DM642的视频驱动器将视频移动至芯片上的四个队列中。DM642随后将视频流解码,再在屏幕上显示图形。
我们致力于接口开发,以便使为STB添加更多特性的任务变得更简单,如无线局域网(LAN)、因特网协议语音(VoIP)等。举例来说,VLYNQ就是我们希望添加的一种新技术,其能提供至其他技术的连接。该接口采用3引脚或5引脚串行总线,不管是3引脚还是5引脚,都有引脚作为命令线(commandline),三引脚情况下有一个引脚作命令线,五引脚情况下有两个引脚作命令线,分别用作传输与接收线路。这种接口使两个器件能通过接口连接,彼此实现存储器映射,大幅简化了集成更多芯片的工作。这意味着程序不管运行哪个芯片,都能访问另一芯片的存储器,而调用的命令都一样。这大幅缩短了设计或修改软件以实现新功能所需要的时间,而且特别易于在芯片间传输数据包,满足增加常见STB插件的需求。现场可编程门阵列(FPGA)开发商已通过提供扩展技术开始支持上述技术,以便于在有关部件上集成上述接口。应当注意的是,这种串行接口不适用于数据带宽高于20Mbps的应用。
QoS与INP
服务质量对DSLSTB至关重要,因为我们须分辨出通过路由器的视频、数据与语音数据包,并为其赋予适当的优先级,目标就是避免在用户通过计算机下载大容量文件时导致电视画面立即受影响的情况。通常,分组加速器利用优先级队列特性在其它上行流量之前发送优先级高的TCPAck数据包,从而使数据吞吐能力增加两倍。视频分组通常标有服务类型(TOS)位,因此专门排在自己的队列中以确保在其他数据包之前提交,从而避免电视广播频道受影响。另一特性是向IGMP分组中的DSLAM发送加入请求,因此还能接收多广播频道。显然,该特性必须同时得到STB与后台办公(backoffice)软件的支持。
另一非常复杂的问题就是能否实现唇型同步分析(lip-sync),或者说,能否实现视频与音频解码匹配,这样,视频中说话人嘴唇移动时扬声器能播放出相应的声音。音频流与视频流数据包都有自己的时间标记,以表明创建的时间。由于视频数据包解码所花的时间要长得多,因此要在DSP上用相关算法延迟音频数据包的解码,确保其解码速度与相应视频数据包同步。如果数据包丢失,那么有关算法将生成空的数据包来填补空白。可想而知,在这种情况下,快进与倒退操作会给算法带来相当大的压力。
用于DSL传输等用途的铜质线路会受到脉冲噪声的影响,这通常是由电磁干扰引发的。脉冲噪声会导致循环校验(CRC)错误,降低吞吐量,并要求重新调校DSL线路。提供IPTV服务或DSL服务的运营商自然会非常重视避免IPTV电视广播受到此类噪声的干扰。INP错误校正法结合采用Reed-Solomon编码与卷积交错(convolutionalinterleaving)技术,可在标准所指定值的范围内选择成帧参数。交叉技术将数据包分开,间隔发送数据包,从而降低长时间丢失信号的可能性。
成帧参数表明了为填补噪声情况下丢失的数据包所发送的冗余信息量。成帧参数为1,可避免250μs的突波;成帧参数为2,则可避免500μs的突波,以此类推。当然,增加成帧参数的值也会提高DSL处理器的存储器要求。ADSL2中引入了INP技术。更高的值可针对脉冲噪声提供更大防护,不过会降低服务速度。ADSL2+标准的G.995.5Amendment3支持大于2的成帧参数。INP值大于2的扩展成帧参数,对成功实现IPTVoverDSL服务非常重要。德州仪器(TI)的最新DSL固件可支持扩展成帧参数(G.995.5Amendment3),这一技术已用于BelgacomTV的IPTV部署中。TI目前为INP值大于2的可选成帧参数提供更多支持,并将于2006年第一季度支持ADSL2+附录A和B。
在设计及制造领先的集成式DSL调制解调器/IPTVSTB方面,集成式开发板帮助OEM与ODM厂商开了个好头。第三方产品可为视频、图形及算法开发、系统集成以及操作系统支持等提供流媒体解决方案,从而进一步缩短产品从概念到投产盈利的时间。相关的DSL小区网关参考设计还可添加VoIP与无线家庭网络功能。制造商可用上述开发板快速设计出全面的高质量运营商产品,并在相关产品系列已在宽带实验室进行广泛检测的基础上,充分利用实际部署积累起来的实践经验为部署做好准备。
