传统的电视业务一致采用单向广播模式运营，随着科技的进步，人们越来越希望在电视中实现双向交互功能，通过交互通信，运营商能够及时地得知用户的需求，而终端用户也可以改变以往单一被动的信息接收模式，更多地参与到业务运营中。近期iptv（网络电视）的出现，使这愿望成为可能，它作为电视和网络通信技术的融合，以ip为传送通道，能够向用户提供包括电视在内的更为广泛的多种交互式视音频服务。
在iptv的系统中，用户终端机顶盒是一个非常关键的设备，它不但是收看电视节目的终端，而且还是一个信息汇聚、交互的平台，被认为是构成未来家庭多媒体中心的重要组成部分，本文介绍一种基于em8620芯片的iptv机顶盒设计方案，该方案能够通过网络实现交互电视业务，支持mpeg2、mpeg4、vc－1（wmv9）、real等多种视频压缩标准解码，具有电视节目录制、数字版权保护、dvd播放等多种功能。
1 硬件设计
1.1 设计要求分析
通过为iptv业务特性的详细分析，总结出fpga机顶盒硬件设计方面的四项要求：
（1）具有网络接入功能，能够利用lan、dsl等方式接入到互联网、支持tcp/ip、ftp、rtp、rtsp、rtcp、igmp多种网络协议。
（2）支持多种视频压缩格式，目前mpeg2、mpeg4、vc－1等标准在iptv中都有使用，有些运营商甚至是在交叉使用，这与传统数字电视采用单一的mpeg2标准情况大相径庭。因此，设计的机顶盒能支持的压缩标准越多，业务开展就越灵活，产品的使用范围就越广泛。
（3）具有完善的增殖业务设计，其中包括视频点播、电子表决、互动游戏、网络浏览、网络游戏等，增殖业务是网络电视获取利润的关键，所以设计机顶盒时要充分考虑到各种增殖业务的扩展应用。
（4）选择低成本的专用硬件平台。机顶盒不同于通用计算机，他是一个嵌入式系统，低成本、低功耗和稳定性是硬件设计要遵循的原则，一些早期的iptv机顶盒设计方案采用了基于intel的高性能通用处理器架构，虽然性能很好，但是在功耗和成本方面最终很难被市场和运营商认可。
1.2 em8620硬件平台
设计方案中采用一个低成本但功能相对丰富的集成芯片－－em8620作为硬件平台，它是sigma designs公司专门针对数字视频通信设计的最新一款多格式解码芯片、内嵌166mhz的32位rsic处理器，具有丰富的音视频接口，此外还包括pci总线控制器和ide总线接口，依托二者能够实现网络接入、usb外设和ide外设（如硬盘、光驱）访问等功能。图1是该芯片的逻辑单元框图，其主要功能和特点包括：
（1）能够同时支持两路标准清晰度电视节目解码，实现画中画。；
（2）视频支持mpeg2、mpeg4标清和高清解码，支持vc－1和real的标清解码；
（3）支持dvd格式信号解码；
（4）音频支持dolby ac3，mpeg1和mpeg2的层1、2、3，mpeg2的bc多声道层1、2、3，mpeg2 aac，mpeg4 aac，windows wma；
（5）具有自适应去隔行功能；
（6）具有去闪烁滤波的osd功能，色彩支持32比特/像素；
（7）具有视频、osd、子图像和光标等4个图像层；
（8）具有pci2.1的总线控制接口；
（9）采用2d图形加速；
（10）具有ide接口，能够连接光驱和硬盘设备，实现电视录像和程序存储；
（11）具有ntsc/pal复合视频及s－video分量输出，带有可选的macrovision防录制保护；
（12）具有ypbpr/rgb分量视频输出，带有可选的macrovision防录制保护；
（13）具有3路i2s串行数字pcm音频输出，实现5.1声道环绕声；
（14）具有spdif（iec60958）数字音频输出。
1.3 设计原理
遵循iptv机顶盒的设计要求，以em8620为核心的硬件设计原理框图如图2所示，它包括多个不同的数据处理模块。
1.3.1 pci总线
pci总线上连接有一个10/100m的以太网控制器（ctl8100）和一个usb2.0主控制器（vt6212）用于实现网络接入及usb设备接入功能。
1.3.2 10/100m以太网控制器
10/100m以太网控制器采用realtek公司的rtl8100，它是一个高度集成的低成本单片以太网控制器，该控制器具有acpi电源功能和网络唤醒功能，通过使用魔术包（magic packet）和唤醒帧的方式可以很方便地实现网络管理和维护，因此使用它可以实现非常理想的嵌入式网络解决方案，同时它还具有pci/mini－pci接口和10/100mhz网络带宽自适应功能，并兼容pci2.2和pc99/pc2001、pci存储空间或i/o空间映射数据传输等其他功能。
1.3.3 usb2.0主控制器
usb2.0主控制器采用威盛公司的vt6212，它是一个四端口usb2.0控制芯片，能支持高达480mbps的传输速度，并采用动态中止时序控制（dynamic stop clock control）降低功耗。vt6212利用主机端控制接口（enhanced host controller interface）方式提供高速数据传输，利用通过控制芯片接口（universal host controller interface）方式向下兼容低速的usb1.1数据传输，此外tv6212也支持32－bit卡总线模式、可搭配pcmcia接口作为usb 2.0集线器，增加外设的接入数量。
1.3.4 视频输出
em8620能够提供模拟和数字两种视频信号输出，模拟视频采用复合（cvbs）、分量（s－video和yprpb）方式直接输出，输出中都可采用macrovision技术进行防盗版录制保护。数字视频（24bit rgb）连接到dvi信号合成芯片（sil164），编码为dvd格式后输出。
1.3.5 dvi信号合成
dvi是目前使用非常广泛的数字视频接口，既可以适应于高/标清数字电视显示、也可以用于普通的电脑监视器显示。此处选择silicon image公司的sil164实现dvi信号合成和发送。sil164采用paneilink数字技术设计，支持从vga到uxga（640×480－1600×1200）的清晰度显示范围，数据速率范围为25－165mbps，具有12bit（半像素时钟沿）和24bit（真彩色支持）两种设计模式，同时支持i2c总线控制，具有热插拔特性，完全兼容dvi1.0规范。
1.3.6 音频输出
em8620可提供三路i2s和一路spdif等两种串行数字音频信号，其中每路i2s信号承载两个声道的pcm数据，三路i2s信号连接到音频dac后,转换为6路模拟音频，用于实现dolby ac3的5.1声道环绕声；spdif串行数字信号直接输出，可承载两路pcm音频或压缩的5.1 声道dolby ac3音频。
1.3.7 外设总线
外设总线上连接有ide硬盘、dvd光驱和flash存储器，ide硬盘用于实现个人录像机功能，用户可以将播放的电路节目方便地存储到ide硬盘，同时也可以用于存储通过增殖业务从网络上下载的各类其他数据；dvd光驱可使机顶盒实现dvd播放功能，flash存储器的作用非常重要，用于存储整个机顶盒的操作系统软件。虽然也可以将操作系统安装到ide硬盘，但是ide硬盘的稳定性远不如flash存储器，并且还会受到其他应用程序，特别是病毒的攻击，非常容易造成系统崩溃。
1.3.8 fp/vfd和红外信号接收
fp/vfd用于机顶盒的前面板控制和状态显示，红外信号接收用于接收遥控器发送的控制信号。
1.3.9 uart
虽然iptv具有双向业务通道，能够采用认证的方式实现节目的版权保护，但是考虑到目前数字电视中的条件接收到多采用智能卡方式，为保护系统的兼容性，此处仍然设计有基于uart的智能卡通信模块，用于支持使用智能卡进行密钥解密的工作方式。
2 软件设计
软件主要包括嵌入式的操作系统和各类驱动及应用软件。由于当前linux有着优良的可移植性和广泛的兼容性，因此在本方案中操作系统采用μclinux实现，而应用软件主要包括电子节目指南、数字版权保护和条件接收、浏览器、图形用户界面、软件解码模块等。
2.1 嵌入式操作系统
μclinux是面向mmu（内存管理单元）设计的嵌入式操作系统。内核由linux2.0 kernel发展而来，同标准linux相比，它继承了原有的工作稳定性强、网络功能强大等主要优点。此外，它具有占用空间小、执行效率高等特点，由于iptv机顶盒需要实现各种基于网络的增殖业务，因此对于网络通信协议的需求比较广泛，μclinux包括tcp/ip等多种网络协议，能够支持当前各种基于ip的业务，同时它还具有良好的开放性，任何新协议都可以很方便地加入到内核中，具备了持续升级的可扩展能力。