Цифровое ТВ

Термин Set-Top Box (STB) стал широко употребляться с распространением приставок для приёма цифрового телевидения и приставок IPTV. Распространение сетей широкополосного доступа и переход с аналогового на цифровое вещание способствовали развитию рынка подобных устройств.

Стандарты цифрового телевидения

Как и в случае с аналоговым вещанием, при переходе на цифровое телевидение различные регионы и страны приняли свои стандарты:

  • Так, в Японии был принят стандарт ISDB-T (Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting).
  • SBTVD-T (Sistema Brasileiro de Televisão Digital Terrestre) система цифрового телевидения в Бразилии. SBTVD-T основан на стандарте ISDB-T.
  • В КНР разработан собственный стандарт для цифрового вещания DMB-T (Digital Multimedia Broadcasting Terrestrial).
  • В США в качестве стандарта для цифрового ТВ был принят ATSC.
  • В Европе, включая Россию, для приема цифрового телевидения используется семейство стандартов DVB (Digital Video Broadcasting).

В зависимости от способа доставки телевизионного сигнала DVB предоставляет следующие стандарты:

  • DVB-S — спутниковое вещание
  • DVB-S2 — спутниковое вещание, стандарт 2004 года
  • DVB-SH — спутниковое вещание для портативных устройств
  • DVB-C — кабельное вещание
  • DVB-T — наземное вещание
  • DVB-T2 — наземное вещание, новый стандарт
  • DVB-H — наземное вещание для портативных устройств
Стандарт DVB Способ модуляции
DVB-S QPSK, 8-PSK, 16-QAM
DVB-S2 QPSK, 8-PSK, 16APSK, 32APSK
DVB-C 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM
DVB-T 16-QAM, 64-QAM, совместно с COFDM и иерархической модуляцией
DVB-T2 QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM
 

Классификация STB

Различают следующие типы приставок в зависимости от источника цифрового ТВ сигнала:

  • STB с поддержкой наземного вещания (DVB-T)
  • STB с поддержкой спутникового вещания (DVB-S)
  • STB с поддержкой кабельного вещания (DVB-C)
  • приставки IPTV, получающие видео поток через IP сеть (Ethernet или Wi-Fi)
  • гибридные приставки, совмещающие вышеперечисленные функции

В Европе и Америке массовое распространение получили приставки, поддерживающие транспортный поток закодированный в MPEG-2 стандарте. В России планируется вещание в более перспективном стандарте H.264, который предоставляет больший уровень компрессии при аналогичном качестве видео изображения.

Структурная схема типового STB устройства представлена на рис. 1:

Image


STB обычно состоит из следующих компонентов:

  • Frontend (фронтэнд), состоящий из тюнера и DVB демодулятора. Фронтэнд получает сигнал со спутниковой тарелки, антенны либо кабеля. Он конвертирует и демодулирует сигнал в транспортный MPEG поток. В случае, когда сигнал идет со спутниковой тарелки, присутствует дополнительный компонент для управления антенной Digital Satellite Equipment Control (DiSEqC)
  • Conditional Access – CA. Это может быть как специальный адаптер Common Interface (CI), так и слот для смарт-карт. Данный компонент декодирует программу, доступную для пользователя, и передает расшифрованные данные в транспортный поток в режиме реального времени
  • Demuxer фильтрует входящий DVB поток, а именно разделяет транспортный поток на аудио и видео потоки. Могут быть и дополнительные потоки, такие как телетекст и субтитры
  • Разделенные потоки отправляются на соответствующие декомпрессоры аудио и видео данных

В настоящее время наблюдается развитие STB в сторону мультимедийных функций. Так, сегодня некоторые модели STB имеют возможность записывать выбранные телевизионные программы, проигрывать с различных источников видео- и музыкальные файлы, просматривать фотографии, осуществлять выход в Интернет.

 

 

Обзор производителей процессоров (систем на кристалле) для STB-устройств

Ориентация на массовый рынок потребительской электроники заставляет производителей чипсетов для STB-устройств максимально интегрировать периферию на кристалле для удешевления себестоимости электронных компонентов и финальной стоимости устройства. Обычно процессор цифровой телевизионной приставки совмещает в себе несколько процессорных ядер: ядро общего назначения, на котором выполняются задачи графического пользовательского интерфейса и задачи управления, а также специализированные со-процессоры для обработки и декодирования транспортных видео и аудио потоков.

Рассмотрим наиболее известных производителей процессоров (систем на кристалле) для STB-устройств:

STMicroelectronics

ST — мировой лидер в данной отрасли. В настоящее время эта компания предлагает следующие процессоры:

  • STi5105 — бюджетный декодер стандартного разрешения с поддержкой MPEG-2
  • STi5107 — бюджетный декодер для интерактивных цифровых приставок MPEG-2
  • STi5188 — STi5188 — бюджетный декодер для цифровых приставок DVB-S с поддержкой открытых каналов MPEG-2
  • STi5197 — бюджетный декодер цифровых приставок MPEG-2 с интегрированным DVB-C демодулятором
  • STi5202 — бюджетный декодер стандартного разрешения (SDTV) с поддержкой H.264/AVC и MPEG-2
  • STi5205 — бюджетный декодер стандартного разрешения (SDTV) с поддержкой H.264/AVC и MPEG-2
  • STi5267 — бюджетный декодер стандартного разрешения (SDTV) с интегрированным DVB-T/C демодулятором
  • STi7141 — декодер высокого разрешения для интерактивных цифровых кабельных приставок
  • STi7105 — бюджетный декодер H.264 HDTV с поддержкой высокого разрешения
  • STi7167 — бюджетный декодер H.264 HDTV с интегрированным демодулятором DVB-T/DVB-C
  • STi7106 — высокопроизводительный декодер H.264 HDTV декодер с поддержкой высокого разрешения
  • STi7108 — высокопроизводительный декодер H.264 HDTV для цифровых приставок c аппаратной поддержкой 3D-графики
  • STi7200 — высокопроизводительный декодер HDTV для цифровых приставок c поддержкой одновременного декодирования двух потоков H.264 или VC-1

Все процессоры ST для цифровых ТВ приставок базируются на общей архитектуре ST40 (разновидность известной архитектуры SH4) для процессора общего назначения с частотой от 200 до 450 МГц. Аудио и видео со-процессоры основаны на закрытой собственной архитектуре ST231. Имеется большое количество отладочных плат и референс дизайнов от производителя с поддержкой Linux, WinCE и собственной специализированной RTOS с кодовым названием OS21 и дополнительными компонентами OSPlus.

 

NXP Semiconductors

NXP — активно продвигается на рынке чипсетов эфирного цифрового вещания DVB-T, значительно усилившись после приобретения STB подразделения компании Connexant. В свою очередь, в октябре 2009 года NXP продала подразделение цифрового ТВ и приставок американской компании Trident Microsystems.

  • Nexperia PNX8735 — бюджетный декодер для цифровых приставок высокого разрешения
  • Nexperia PNX8732 — бюджетный декодер для цифровых приставок стандартного разрешения
 

Fujitsu

  • MB86H01 SmartMPEG-M — бюджетный декодер для цифровых приставок стандартного разрешения
  • MB86H60 — бюджетный декодер для цифровых приставок высокого разрешения

Процессор SmartMPEG использует достаточно экзотичную процессорную архитектуру ARC Tangent M4 и имеет частоту 200МГц, в то время как MB86H60 основан на базе ядра ARM11 с частотой 320МГц. Вместе с набором разработчика, также поставляется FAMOS - операционная система реального времени для мульти-стандартных MPEG декодеров от Fujitsu.

 

NEC Electronics

  • EMMA2 – линейка процессоров для цифровых приставок MPEG2
  • EMMA3 – линейка процессоров для цифровых приставок H.264
 

Broadcom

Broadcom — чипсеты среднего ценового сегмента для цифровых приставок IPTV:

  • CM7038 Dual High Definition Digital Video System-on-Chip Solution for Cable, Satellite and DTV
  • BCM7043 HD/SD AVC/MPEG Video/Audio Encoder and Transcoder/Transcaler/Transrater
  • BCM7115 Single-Chip Cable Set-Top Box with PVR
  • BCM7118 Single-Chip Digital Cable Set-Top Box with DOCSIS® 2.0 and Channel Bonding
  • BCM7309 Single-Chip Back-End Set-Top Decoder
  • BCM7400 Dual AVC/MPEG-2/VC-1 HD Digital Video Decoder for Satellite, IP and Cable
  • BCM7403 Multiformat HD Digital Video/Audio SoC for Satellite, IP and Cable DVR STBs with Watch-and-Record DVR
  • BCM7404 AVC/MPEG-2/MPEG-4/DivX®/VC-1 HD Digital Video SoC for Satellite, IP and Cable
  • BCM7405 Multiformat HD Digital Video/Audio SoC for Satellite, IP and Cable STBs with Picture-in-Picture
  • BCM7410 HD Multiformat STB SoC with MoCA® Integrated for Low-Cost Gateway or Client STB Decoder
  • BCM7420 Dual HD Multiformat STB SoC with MoCA® Integrated Whole-Home Media Center Gateway System
  • BCM7452 AVC/MPEG-2/VC-1 HD Decode/SD Display SoC Solution for DVRs
 

Sigma Designs

Sigma Designs — чипсеты среднего ценового сегмента для IPTV set-top box
  • EM8620L family provides highly-integrated solutions for products requiring standard-definition and high-definition MPEG-4.10 (H.264), SMPTE 421M (VC-1), WMV9, MPEG-4.2 and MPEG-2 decoding
  • SMP8630 family provides highly-integrated solutions for products requiring high-definition MPEG-4.10 (H.264), SMPTE 421M (VC-1), WMV9, MPEG-4.2 and MPEG-2 decoding
  • SMP8640 family provides highly-integrated solutions for products requiring high-definition MPEG-4.10 (H.264), SMPTE 421M (VC-1), AVS, WMV9, MPEG-4.2 and MPEG-2 decoding
  • SMP8650 family provides highly-integrated solutions for products requiring high-definition MPEG-4.10 (H.264), SMPTE 421M (VC-1), AVS, WMV9, MPEG-4.2 and MPEG-2 decoding
 

NationalChip

NationalChip — компания, ориентированная на китайский и азиатские рынки, имеет в своём портфолио наборы микросхем для приставок с MPEG2-видео и стандартным разрешением:
  • GX1xxx — demodulator IC series (DVB-T, DVB-S, DVB-C, DTMB+DVB-C, ABS-C)
  • GX3xxx, GX2xxx — video post-processing and MPEG2 decoder IC series
  • GX6xxx — demodulator, video post processing, MPEG2 decoder System-on-Chip series
 

ALi Corporation

ALi — еще один крупный азиатский производитель:
  • M3501 — демодулятор DVB-S/DVB-S2
  • M3602 — процессор для цифровых приставок с поддержкой HD, MPEG-2, H.264
  • M3381 — процессор для цифровых приставок с поддержкой SD, MPEG-2, H.264
 

Intel

Intel, известный производитель компьютерных процессоров и чипсетов, предлагает семейство мультимедийных однокристальных процессоров:
Тип
Ядро
Основные характеристики
CE2110
ARM/XScale, 1 ГГц
2D/3D Graphics Accelerator, 2xUSB, 2xSATA, 2xDDR2, PCI, H.264, MPEG2, Transport Stream Input
CE3100
Pentium M, 800 МГц
2D/3D Graphics Media Accelerator, 2xUSB, 2xSATA, 3xDDR2, 2xPCIe, HDMI 1.3a, VC1/WM9, H.264, MPEG2, Ethernet,Transport Processor 4x TS In/1x TS Out
CE4100
Atom, 1.2 ГГц
2D/3D Graphics Media Accelerator, 2xUSB, 2xSATA, 2xDDR3, HDMI 1.3a, VC1/WM9, H.264, MPEG2, Ethernet, Transport Processor 2x TS In

 

Все медиапроцессоры имеют в своем составе аппаратный декодер видео с возможностью декодирования до двух HD-сигналов одновременно (CE3100, CE4100), сигнальный цифровой процессор для декодирования аудио, а также интерфейсы для подключения двух смарт-карт.

В качестве преимуществ процессоров Intel можно выделить следующие пункты:

  • Архитектура. Производительный процессор, расширенные графические возможности и единая архитектура компонентов системы значительно расширяют варианты использования платформы
  • Время выхода на рынок. Развитое сообщество программистов и большое количество разработанных программных продуктов значительно сокращают время вывода продуктов на рынок
  • Бренд. Intel ассоциируется у покупателя с расширенными возможностями и высокой надежностью
 

Обзор типов селекторов каналов для STB-устройств

Селектор каналов (tuner) — компонент STB, отвечающий за приём радиочастотного сигнала с антенны или кабеля. Для стандартов DVB-C, DVB-T и DVB-S/S2 используется соответствующие типы селектора.

По технологии производства селекторы каналов можно разделить на два основных типа. Первый тип — это традиционные «коробочные» селекторы («can» tuners), в которых используется аналоговая схемотехника, а перестройка частоты и фильтрация каналов выполняется с помощью частотно-регулируемых цепей. Такие селекторы выполняются как отдельные устройства и имеют металлический экран для минимизации интерференции и перекрестных искажений. «Коробочные» селекторы широко используются в выпускаемых STB благодаря хорошим характеристикам и отработанной технологии производства. Наиболее известные фирмы-производители таких селекторов каналов — это NXP, Thomson, Sharp, Alps и Eardatek. К недостаткам «коробочных» селекторов можно отнести сложность технологии производства, габариты и необходимость металлического экрана.

Другой тип селекторов, появившийся не так давно — это «силиконовые» селекторы (silicon tuners). Такой селектор представляет собой микросхему с небольшим количеством внешних компонентов. Фактически микросхема является цифровым процессором, где вся обработка сигналов происходит в цифровом виде. Селекторы такого типа не требуют настройки, компактны и могут размещаться на основной плате STB. В настоящее время «силиконовые» селекторы начинают вытеснять «коробочные». По некоторым параметрам они все еще уступают «коробочным», но по мере совершенствования технологий они становятся основным компонентом радиочастотного тракта STB. На рынке представлено достаточно много производителей микросхем «силиконовых» селекторов. Это такие компании как STM, NXP, Microtune, MaxLinear, Xcieve и др.

 

 

Хотите внедрить технологии цифрового ТВ в своем проекте? 
Свяжитесь с нами, мы ответим на ваши вопросы.