對數字電視機頂盒軟硬件標準統一的探討

　數字電視機頂盒因為廣電的市場割據，標準不統一，歷經了長期的混亂。很多廣電運營商已經感受到了這種混亂給機頂盒的售后服務、功能升級等帶來了很大的困難，同時也感覺到機頂盒如果不能形成開放標準的市場化規模化生產，廣電的數字化將永遠以機頂盒為主。在數字化兩三年后，很多機頂盒已經過了保修期，廣電不得不承擔起機頂盒售后服務的重任，在很多廣電還沒有把老的標清機頂盒債務償還完畢的時候，高清雙向又開始迅速起步。高清電視的普及靠送高清機頂盒恐怕很不現實。普遍認為，機頂盒和數字一體機的市場化普及，可以幫助廣電擺脫機頂盒的包袱。但市場化的前提是必須要有開放透明的規則和統一的標準，才能做到真正的開放。

　　有的人認為真正的開放要從統一硬件開始，這確實是一個很大的命題。要實現硬件架構完全統一的目標，不知道有多少個芯片廠家要關門。如果機頂盒硬件統一這個理想實現了，就意味著機頂盒和一體機可以批量生產，直接進入大賣場。對這個討論最應該引起關注的應該是芯片廠家，這無疑是要在數字電視界發動一場革命。

　　但是，即使是高度透明化的PC界，也沒有實現硬件的完全統一，僅僅實現了標準的統一和透明，然而他們迅速發展的經驗可以借鑒。PC機產業的高度統一有幾個條件，核心的CPU指令統一兼容。也就是說，各個軟件經過編譯之后的機器碼必須是統一的，不需要從源代碼重新編譯就可以直接使用。軟件接口統一透明，針對硬件的BIOS接口標準化、透明化，可以屏蔽底層硬件的多樣化。南北橋可以使用不同公司的芯片，以及不同公司的CPU，這樣在硬件層不會形成獨家壟斷，就連CPU也有激烈的競爭。

　　于是，在透明開放的BIOS之上就有了各種操作系統的競爭。所以說，微軟是在有了BIOS之下的軟硬件統一透明標準之后在激烈的市場競爭中才誕生的，與其競爭的操作系統還有MacOSLinux等。有了微軟的操作系統，才實現了高度的軟硬件分離，計算機軟件和硬件才在各自的軌道上激烈競爭，從而推動了IT業的快速發展。

　　對于機頂盒技術的開放，也必須先從硬件說起。目前機頂盒芯片所采用的CPU可謂琳瑯滿目，要實現機頂盒的市場化，統一機頂盒CPU是首先要做的事。

　　從目前的CPU市場狀況來看，提供精簡指令集CPU的公司眾多，競爭比較激烈。比較著名的有ARM、MIPS、PowerPC、ARC等。

　　因為ARM的開放性最高，性價比高，用戶量最大，普及程度較高，數字電視機頂盒CPU有向ARMCPU統一的跡象。高速低功耗是它的一大特色，像iPhone等高端手機芯片就選用了ARM1176。隨著機頂盒芯片的速度越來越高，很多沒有高端CPU的機頂盒芯片廠家轉向了ARM1176CPU，甚至Cortex-A9多核CPU，多家公司的上網本也選用了ARM11。

　　據公開的資料，Cortex-A9其性能已經超過了Intel的ATOMCPU。
PowerPC是一款性能優越的CPU，有很大的伸縮性，源自于IBM，所有PowerPC指令使用32位長指令，由IBM和Motolora生產，著名的蘋果G系列Macintosh電腦就曾經全部采用PowerPC，這種電腦在當時被用于需要大量運算的圖片處理等方面。MIPS的32位RISCCPU也曾被大量應用于機頂盒芯片中，其特點是浮點運算能力強。PowerPC 和MIPS也都曾是優秀的CPU，被用于任天堂、微軟Xbox游戲機以及工作站等場合。

　　ARCCPU是一種可配置的性價比較高的CPU，在標清機頂盒上用量很大，但從富士通的分析來看，在高端CPU方面卻后勁不足。

　　占機頂盒芯片首位的ST，標清芯片使用的是自主的ST20CPU，該CPU雖然是RISC架構，但卻不是等長指令，用在機頂盒芯片中還要消耗對實時解碼器管理的開銷，雖然標有較高的頻率，但實際速度并不很高。ST在高清機頂盒上，采用了ST40CPU，ST40的基礎是SH4，是日立公司所研制，但現在ST的高清芯片CPU也要轉向ARM。

　　今年9月25日Intel推出了適用于網絡電視的CE4100，引起了廣電行業的關注。因為它是第一個IA架構的數字電視專用芯片，網絡電視本來就是站在廣電的對立面，一旦普及，在開放的網絡環境下，CA的CW共享將會讓廣電的加密系統形同虛設，這對廣電來說絕對是一個夢魘。但站在軟件工程師的立場和軟件來源豐富的角度來講，IntelIA架構（IntelArchitecture）的CPU肯定是首選。

　　然而從功耗上看，大家都知道IntelPC機的CPU用起來像個小電爐，光散熱就是一道難題，即使很多使用低功耗ATOMCPU的上網本廠家，也因為散熱問題不好解決而失敗。而臺式機對電源功耗的要求較高，使得在這條路上走了很久的Intel，在應對低功耗要求的機頂盒領域時短時間內有些適應不過來。搞過單片機的人都知道，復雜指令(CISC)與精簡指令（RISC）相比，每完成一個動作前者所耗費的時鐘周期個數比后者多出很多，所以在同樣的性能下，CISC是天生的高耗能。Intel只有靠提升工作頻率、改進芯片工藝來降低功耗。但ARM的Cortex-A9多核CPU的出現，讓Intel進入數字電視市場的道路并不平坦。

　嵌入式CPU完全是在一個開放式的市場環境下競爭，各個CPU技術才能在競爭中迅速進步。但在開放性和性價比上，以上CPU落后于ARM，并缺少第三方開發工具的支持，在競爭中占了下風。多個機頂盒芯片公司引進ARMCPU的行動，表明機頂盒芯片有向ARM統一的趨勢。ARMCPU很可能在高清機頂盒芯片領域實現統一，并從ARM11開始，逐漸向 Cortex-A9過渡，因為ARM11的軟件將來可以直接拿到Cortx-A9上用，因而從ARM11CPU切入的高清機頂盒廠家將會受益。

　　ARM11在高清機頂盒上的穩定性也似乎得到了驗證，富士通的第一款高清芯片出來沒多久就開始量產出乎很多人的預料，這應該和選用成熟穩定的ARM11有關。

　　機頂盒芯片在向高性能CPU統一的過程中，只要有了透明的軟件接口標準，就可以有多種CPU參與同ARMCPU的競爭。

　　如果將來有了比ARM性能更高的CPU，在開放的平臺上完全可以輕松地切換過去。因此，軟件接口的開放對行業的發展至關重要。

　　如果多個機頂盒芯片公司也能在高端機頂盒芯片上展開競爭，運營商不但能得到高性價比的高清機頂盒，還能形成一種開放的競爭環境，從而可以打破數字電視技術的封閉狀態，形成優勝劣汰的競爭局面。這對還沒有平移的城市和計劃開展高清業務的運營商來說是一個好消息，因為高清互動電視在開放的環境下能夠迅速發展進步，這種狀態值得期待。而且現在的高清機頂盒都是雙向的，高清又大多都是多解碼，這使得再發展標清雙向機頂盒失去了意義。

　　和當年IBM開發PC機的時代不一樣，機頂盒芯片的性能已經遠遠高于那個時代的PC機CPU，但現在的機頂盒芯片硬件架構是高度集成化的SOC，硬件架構的統一如果由技術水平較高的廣電運營商發起，應該不會是一個難題，那剩下的就是要統一機頂盒軟件平臺了。

　　就像當年IBM開放統一了PC機標準之后，才誕生了微軟，成就了Intel一樣。數字電視界的“微軟”和“Intel”的誕生也應該是在硬件架構平臺開放統一了之后，剩下的就是各個軟件平臺廠家為爭奪數字電視微軟寶座的競爭了。和CPU市場類似，這個競爭也必須在一個開放的環境下進行才有效，在目前十分封閉的數字電視行業，不可能存在優勝劣汰的競爭。而PC產業的發展歷程卻可以給數字電視領域一個很好的借鑒。

　　在實現了硬件統一平臺之后，硬件上面所運行的軟件平臺（也可以說操作系統或中間件）就可以剝離出來。但有個前提，就是必須有類似PC機的BIOS接口層，并且這個接口層的標準必須開放透明，因為PC機的硬件CPU之上的BIOS接口是開放透明的。經過多年的發展，當年由IBM提供的BIOS早已經被更先進更高效的BIOS替換掉，但只要有開放的BIOS層接口，在其之上的軟件競爭就會存在。

　　而類似地，機頂盒芯片公司也應把自己與硬件相關驅動部分之外的軟件分離出去，由提供BIOS的公司進行封裝，或者自己親自按標準封裝。但根據現在的產業狀況，機頂盒芯片廠家的API函數接口就可以理解成PC機上的BIOS，只不過機頂盒廠家沒有把操作系統剝離出來，這需要機頂盒芯片公司做進一步的開放。如果像PC機那樣分工明確，這個操作系統就可以被剝離出來，從而可以降低機頂盒芯片廠家的軟件開發工作量，就像Intel一樣，不做操作系統，而是將精力主要集中于芯片設計。在沒有操作系統的BIOS之上，有著透明開放的接口，可以形成有效的競爭，有利于數字電視領域中“微軟”的誕生，為此芯片公司必須要有較大的技術開放力度。

　　而現實情況是，機頂盒芯片公司不但提供BIOS，而且還要提供操作系統，或者將一些開源的操作系統移植到自己的芯片系統上，這是一個比較艱巨漫長的任務，需要花費很長的時間進行測試、適應市場，機頂盒芯片公司在軟件平臺方面的開銷甚至大于機頂盒芯片的投片費用。機頂盒芯片廠家花費巨額費用開發出來的操作系統，當然要和自己的芯片硬件進行捆綁。機頂盒芯片廠家的特長應該是在芯片上，為了推銷自己的芯片他們迫不得以才“不務正業”，涉足操作系統軟件平臺的開發，花費了漫長的時間，也影響到了他們開發芯片的主業。

　　在機頂盒廠家方面，一般要和芯片廠家提供的不太成熟的軟件平臺進行磨合，還要根據不同運營商用戶進行漫長的測試和完善，這也是一個花費既大、時間又漫長的過程，機頂盒廠家這樣開發出來的軟件當然也要和自己的硬件進行捆綁。

　　對一個新方案高昂的費用支出，使得引進新的機頂盒方案所降低的成本不足以彌補所付出的開發成本，所以機頂盒廠家一般也不太情愿更換機頂盒方案，反過來也影響新的高性能機頂盒芯片進入市場。而技術含量和復雜程度都遠高于機頂盒的PC機，CPU芯片從樣品到批量生產一般只需要幾個月的時間，這得益于軟件和硬件的高度分離。由于實現了有效的軟硬件分離，針對新硬件的許多功能得以迅速開發，而廣電因為軟硬件捆綁很難升級，很多新功能無法加載，很多網絡還是和剛數字化的時候一樣，新的高性能機頂盒硬件無用武之地，數字電視后續的吸引力下降，反過來又影響高性能芯片的市場需求。在數字電視技術的各個環節中，CA的不開放對數字電視技術的發展影響最大。

因為CA技術的框架等歷史原因，數字電視軟件天然就是封閉的。CA公司所開發的軟件在智能卡的保護下才能安全，本身就是嚴重的軟硬件捆綁。因為它涉及到 CA安全的特殊性，需要機頂盒芯片公司和機頂盒廠家與之協調開發。本來機頂盒軟件的開發要以應用為主，但因安全因素，實際上反而被迫直接或間接圍繞CA為中心進行軟件開發，機頂盒主芯片的重要性被忽略。而各個CA公司的智能卡軟硬件不能統一，造成了數字電視標準的嚴重混亂。

　　機頂盒芯片廠家的軟件平臺與自己的芯片捆綁，機頂盒廠家的應用軟件與自己的機頂盒進行捆綁，CA軟件與智能卡捆綁，還有瀏覽器、股票軟件系統也需要與機頂盒硬件捆綁。這些各方為了各自利益的軟硬件捆綁，使得數字電視標準異常混亂，更何況這些標準是私有封閉不透明的，相互之間的信息溝通夾雜著復雜的技術和商務等因素，一個先進的機頂盒方案的成熟要經過漫長的時間，這就是造成數字電視技術發展緩慢的根本原因。

　　一些機頂盒芯片公司已經意識到了這一點，已經開始著手將操作系統開始剝離出來，委托專業的系統平臺軟件公司進行開發，以縮短芯片進入市場的時間。例如富士通與泰信的開放軟件平臺對接就是一個很成功的例子。富士通通過采用開放性較好的ARM11CPU，與泰信開放平臺實現對接，得以將其芯片迅速推向市場，因而他們也加快了65nm和40nm機頂盒芯片的計劃。

　　所以，機頂盒芯片廠家最好不要涉及操作系統以上的部分，專心把自己的芯片性能和穩定性做好。看看Intel和AMD，他們連BIOS也不做。建議國家如果要制定標準的話，從靠近芯片的這層BIOS開始，不要從概念變化多端的“中間件”這一層進行定義，這樣會引起利益集團之間無謂的爭斗。如果這一層定義明確了，各個芯片廠家就有了統一的標準和依據。如果實現這一點，“摩爾定律”的神奇將會在數字電視領域顯現。在這個透明層之上，想做數字電視“微軟”的公司，必將拿出真本事，展開激烈的競爭才能實現。但僅僅做到BIOS這一層的開放還不夠，應用層API的開放也必不可少。

　　但非常遺憾的是，在目前狀況下，受廣電運營商的技術水平所限，廣電沒有把機頂盒硬件當作一個最重要的基礎。從廣電數字化流程上就看得出來，很多地方的數字化是先選擇CA、瀏覽器、股票等前端軟件，之后再選擇最重要的機頂盒硬件。而選擇前端軟件的主要條件就是要看移植集成了這些軟件的機頂盒的多寡。集成移植對應前端軟件的機頂盒越多，對應的前端軟件就越有競爭力，反過來，選用這種前端軟件的廣電運營商就越多，集成和移植對應CA、瀏覽器的機頂盒廠家就越多。廣電的跟風就像海里的一群沙丁魚，被引導著朝向同一個方向游動，不知不覺地陷入了機頂盒混亂的泥潭。

　　軟件的最大特點就是可以不斷的升級，增加新功能。但當把它作為一個基礎的固定不變的標準的時候，問題就顯現出來了。幾乎所有開始了數字化的地方，一旦確定了CA、瀏覽器等軟件，即使經過幾年時間，版本號和數字化之初還是一樣的，甚至遇到了類似CW共享這樣的安全隱患后CA都無法升級改進。這不得不讓人們反思之前沒有統一基礎硬件，反而先確定私有的前端軟件所走過的數字化道路。核心問題是廣電采用了不透明的私有軟件和硬件標準，特別是CA接口的嚴格保密。這些軟件因為采用了大量的黑盒技術，為了確保這些技術不被曝光，這些私有軟件只有通過集成移植，客觀上形成了對機頂盒硬件的捆綁，這樣極大地限制了數字電視軟件的進步與發展，從而形成廣電分散封閉的市場。

　　市場上存在的眾多機頂盒芯片，短時間形成硬件統一不現實的情況下，軟件接口先行統一不失是一個有益的嘗試。它可以解決CA私有標準的混亂問題，也可以解決股票、瀏覽器等軟件的混亂，同樣也可以促進機頂盒芯片市場的競爭。這種軟硬件的統一，必須做到最大限度的開放，即軟件平臺的開放應盡量靠近底層，從而使靠上層的機頂盒應用、CA、瀏覽器、中間件等軟件才能有更大的選擇余地，廣電將來的技術出路才不會因為技術封閉被完全堵死。

　　但這首先會對現有的加密系統安全性形成沖擊。

　　這是因為之前的CA采用了大量的黑盒技術，是靠技術封閉獲得安全性，一旦開放，CA就不安全了，這幾乎是所有需要移植集成的CA所面臨的共同問題。 CA本來是一個軟件，可以經常更新升級，但在智能卡的保護下，變成了一個不易更改的固件，一般數字化之后的CA版本號基本不變，使得CA技術發展非常緩慢。CA的安全性是通過智能卡對CA軟件、CA密鑰、算法的保護獲得，安全性依賴于智能卡的防破解能力。既然CA的安全性依賴于芯片的防破解能力，那么如果機頂盒芯片也具備防破解能力的話，CA的安全性是可以保障的，可下載無卡CA技術就是在這個基礎上發展起來的。這樣CA的安全性就完全依賴機頂盒芯片的防破解能力，從破解難度上看，靠機頂盒芯片的安全性肯定高于智能卡。智能卡連同機頂盒上的讀卡器都屬于硬件范疇，沒有智能卡也減少了一個硬件不統一的根源。既然CA的安全性是靠硬件保護，可以不需要靠算法和密鑰，那么CA接口就可以是開放的，這種接口的開放可以靠近底層，開放的CA接口有利于CA標準的統一，各個私有的CA軟件可以在這個接口之上各自發揮，即使已經部署了CA，廣電照樣可以在線將已經采用CA替換掉，讓CA也有競爭壓力，從而保持CA技術進步，不至于在部署CA之后，軟件版本長年不變。

　　面臨同樣問題的還有中間件和股票等軟件，如果實現了靠近底層的軟件接口開放，就容易形成開放的標準，也同樣會帶來有效的競爭，因而廣電可以有比較靈活的選擇。

　　以上討論的原則就是軟件和硬件的接口標準要統一，把軟硬件進行有效的分離，實際上就是借鑒PC機成功的經驗。所以，在選擇數字化平臺的時候，要本著軟硬件分離的原則，盡量標準統一，這對數字電視機頂盒和一體機的市場化意義重大。