Set-Top Box

 Set‐Top Box Microprocesadores para Comunicaciones Ruymán Ojeda García Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Índice de contenidos.
1.
2.
3.
Introducción ............................................................................................................. 02 Esquema de bloques ................................................................................................ 02 MIPS para STB .......................................................................................................... 04 4.
MIPS32 24K Familiy ..................................................................................... 07 ARM para STB .......................................................................................................... 10 Familia ARM9 .............................................................................................. 10 ARM 922T .................................................................................................... 10 ARM 926EJ‐S ............................................................................................... 12 5.
AMD para STB .......................................................................................................... 15 6.
Broadcom para STB .................................................................................................. 19 7.
BCM 3563 Broadcom ................................................................................... 20 Otros STB .................................................................................................................. 22 8.
Xilleon 220 ................................................................................................... 15 Thomson IP1000 .......................................................................................... 23 Bibliografía ............................................................................................................... 24 1 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box 1. Introducción. Un Set‐Top Box (de aquí en adelante STB) principalmente se encarga de recibir una señal digital, en alguno de los estándares (cable, satélite, terrestre, IPTV), y de comprobar en algunos casos que se tenga permiso para ver esta señal. Posteriormente la demodula y la envía al televisor. También permite disfrutar de todo el conjunto de ventajas que ofrece la nueva televisión digital, como pueden ser: Acceso condicional, televisión interactiva (MHP) o la televisión en alta definición. Debido a que la mayoría de televisores en España y en el mundo son analógicos se sobreentiende la importancia de este dispositivo, el cual será básico hasta se disponga de televisores digitales con los STB ya integrados a un precio accesible en el mercado. Mientras tanto los consumidores que deseen acceder a los servicios de la televisión digital, necesitarán un set‐top box para su recepción. Actualmente un STB puede ofrecer muchos servicios, desde utilizarlo como grabador (PVR) en los STB que incorporen disco duro, como utilizarlos para hacer consultas meteorológicas, hacer la reserva de una visita médica, o hacer compras en los que disponen de interactividad. También muchos de ellos nos dan la opción de conectarles dispositivos externos como podrían se videocámaras, impresoras, discos externos, etc. 2. Esquema de bloques. Los pasos que sigue un STB son los siguientes: ¾ Lo primero que hace es sintonizar una señal digital, la cual incluirá tanto información de video (MPEG2, o MPEG4 para señales en alta definición), información de audio e información de datos (DVB‐SI), etc. ¾ El siguiente paso es separar los tres tipos de información que recibimos para tratarlos por separado. ¾ A continuación, el sistema de acceso condicional decidirá cuales son los permisos que tiene el subscriptor para poder ver los contenidos que está recibiendo. Si tiene permiso descifrará esa información. ¾ Una vez descifrados, los paquetes de video y audio son enviados al televisor. ¾ Los paquetes de datos que hemos recibido junto con los de video y audio, se ejecutarán en caso de ser necesarios o solicitados por el consumidor. ¾ El STB puede poseer un canal de retorno por donde enviar datos a la cabecera (Back Channel). La siguiente figura muestra un diagrama de bloques simplificado típico de un set‐top box. Algunas de las partes que más consume potencia son los bloques que consumen la mayoría de 2 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box la potencia son, el procesador principal, el decodificador MPEG que a menudo forma parte del propio procesador, el frontal de RF y la fuente de alimentación. o
Procesador principal / Decodificador MPEG En espera (Standby), donde no es requerida ninguna imagen en la TV, con lo que el decodificador de MPEG puedes ser deshabilitado para reducir el consumo de potencia. La vía más simple para reducir el consumo de potencia es bajar la velocidad de reloj manteniéndola para que sea compatible con el nivel de procesado necesario. Idealmente, el reloj debería ser parte del diseño del procesador esto puede pasar en cierto modo sin interrupciones residuales de software. La elección de la arquitectura de software debería tener un impacto significante en el consumo de potencia o
El frontal de RF. En el modo Standby, el frontal de RF puede ponerse en modo Standby. EN el modo de espera activa puede ser posible reducir la frecuencia del reloj para así ahorrar energía en caso de un procesamiento de datos con una menor velocidad de símbolo. o
Fuente de alimentación y distribución. En todos los estados de Standby la energía seguirá siendo activa. En el estado pasivo, se puede dejar sólo un pequeño grupo de circuitos activos para descifrar los comando del usuario a través del mando infrarrojos o el panel frontal. Hay que tener en cuenta la eficiencia de conversión en la fuente de alimentación. o
Entrada/Salida y Módem. Estos circuitos pueden estar inactivos durante mucho tiempo, incluso cuando el resto de los circuitos del set‐top box están activos hasta que son activados por medio de una señal.
3 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Figura 1. Bloques de un STB. 3. MIPS para STB. La conversión analógico/digital está provocando una nueva oleada de diseños SoC (System‐on‐a‐chip) para la televisión digital (DTV) y los STB. La continua caída de precios de los productos del sistema, junto con la necesidad cada vez mayor de obtener más rendimiento con mejor experiencia de los usuarios con los contenidos, la conectividad y la gestión de los derechos digitales. Los desarrolladores de cores necesitan los procesadores embebidos para amplio mercado, donde se dispone de software y unas herramientas de propiedad intelectual para una amplia gama de funciones. MIPS Technologies tiene los conocimientos, los productos y el ecosistema para ayudar a los desarrolladores de DTV y STB rápidamente soluciones diferenciadas en el mercado. 4 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Figura 2. Comparativa de unidades fabricadas. 1) MIPS ® Solutions ‐ Procesadores Con la gama de software disponible para DTV de la arquitectura MIPS, los fabricantes de equipos pueden sacar rápidamente nuevos productos al mercado. Software como codecs de audio permiten un amplio uso de los cores de MIPS, simplificando así el entorno de software de desarrollo. Una capa actualizable de la plataforma permite la inclusión de la evoluciones de las normas, tales como la gestión de derechos digitales, siendo los diseños a prueba de futuro. Soporta rangos desde los sistemas operativos hasta middleware para motores Java y Java basado en entornos tales como MHP y Tru2Way (OCAP). 2) Aclaraciones de conceptos El Middleware es un software de conectividad que ofrece un conjunto de servicios que hacen posible el funcionamiento de aplicaciones distribuidas sobre plataformas heterogéneas. Funciona como una capa de abstracción de software distribuida, que se sitúa entre las capas de aplicaciones y las capas inferiores (sistema operativo y red). El Middleware nos abstrae de la complejidad y heterogeneidad de las redes de comunicaciones subyacentes, así como de los sistemas operativos y lenguajes de programación, proporcionando una API para la fácil programación y manejo de aplicaciones distribuidas. Dependiendo del problema a resolver y de las funciones necesarias, serán útiles diferentes tipo de servicios de middleware.Por lo general el middleware del lado cliente está implementado por el Sistema Operativo 5 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box subyacente, el cual posee las librerías que implementan todas las funcionalidades para la comunicación a través de la red. Multimedia Home Platform (MHP) es un sistema intermediario (middleware en inglés) abierto, diseñado por el proyecto DVB y estandarizado por la ETSI. MHP define una plataforma común para las aplicaciones interactivas de la televisión digital, independiente tanto del proveedor de servicios interactivos como del receptor de televisión utilizado. De este modo, MHP favorece la creación de un mercado horizontal donde aplicaciones, red de transmisión y terminales MHP pueden ser suministrados por proveedores o fabricantes independientes. El estándar MHP soporta distintos tipos de aplicaciones interactivas: •
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•
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•
Guía Electrónica de Programas (EPG) Servicios de información como noticias, deportes, superteletexto… Aplicaciones sincronizadas con el contenido de los programas E‐mail e Internet Otros servicios: comercio electrónico, servicios de educación y salud… Tru2way ™ es la marca para servicios de cable digital interactivo prestados a través de la red de cable de vídeo, por ejemplo, programa interactivo guías, anuncios interactivos, juegos, chat, navegación web, y e‐commerce. El marca también aparece como "<tru2way>" y se utiliza para comercializar servicios de televisión por cable, aplicaciones y dispositivos que admiten la arquitectura tru2way cable. Tru2way es el sucesor, enfocados hacia el consumidor, el nombre de la tecnología conocida como OpenCable. Figura 3. Soluciones software de MIPS. 6 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Muchas opciones configurables permiten que los cores de MIPS puedan utilizarse para hospedar RTOS, soportando complejas interfaces de usuario, DRM, de audio y otras funciones de control distribuidos en diversos subsistemas SoC. Figura 4. Soluciones System On Chip de MIPS. 3) MIPS Soluciones ‐ IP analógico Rápido diseño para SoC, DTVs, STB y se hace aún más rápido y más fácil a través de la integración de una amplia gama de bloques de MIPS Technologies. Estas soluciones están disponibles en una amplia selección de tecnologías de fundición y proceso de las opciones, realizando una serie de funciones clave. MIPS Technologies audio y voz soluciones se basan en el más avanzado y alto rendimiento de audio de alta fidelidad, y permitir que las funciones de audio como los conductores de clase “D”, ecualización paramétrica y así como el control automático de nivel que en general sólo está disponible en costosos CIs. 7 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Figura 5. Bloques para un SoC de MIPS. Ahora veremos el procesador más utilizado de la empresa MIPS para los STB. MIPS32® 24K® Family 1) Sumario ¾ Un pipeline de 8 etapas y con un funcionamiento de hasta 730 Mhz, permite a los diseñadores reducir los costes y acelerar el tiempo de lanzamiento al mercado, dándoles flexibilidad para implementar más características y actualizaciones en el futuro con flexibilidad en el software, hardware fijo. ¾ Exclusivas herramientas de soporte EDA (Cadencia, Synopsys, Magma, Mentor). ¾ Estandarización del core por OCP (www.ocpig.org), los cores con 24K aceleran el time‐
to‐market permitiendo la fácil reutilización de el estándar Soc IP. Controladores de memoria, buses interconectados y otros periféricos estandarizados son ahora integrados fácilmente por medio de interfaces comunes on‐chip. ¾ La familia de 24K está basada en las microarquitectura de 24K altamente escalable que ofrece mejoras en el estándar de la industria de la arquitectura de MIPS32, la mejora de la manipulación del campo de bits, la reducción de la latencia de interrupción y el aumento de control de caché. ¾ Ambiente entorno de herramientas de terceros y el software de apoyo. 2) Características 32‐bit MIPS32® architecture ¾
8 etapas de pipeline. 8 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box ¾
32 bits de bus de direcciones. ¾
64 bits de bus de datos para caches y para los interfaces externos. ¾
Interrupciones vectorizadas y soporte para un controlador externo de interrupciones. ¾
Registros de propósito general “GPR” (opcionalmente de 1 a 3 adicionales pueden ser añadidos para minimizar la latencia para los manejadores de interrupciones). Tamaño de caché programable ¾
Configuración individual para las instrucciones y los caches de datos, tamaños de 16 KB, 32 KB y 64 KB. ¾
4 vías asociativas. ¾
Hasta 4 cargas sin bloqueo. ¾
Soporte “Write‐back” y “write‐through”. ¾
32 bytes de tamaño de línea del caché. Scratch pad data ram support ¾
Configuración independiente del caché de datos. ¾
64 bits OCP para el interfaz de acceso externo, DMA. ¾
Puede soportar vectores de hasta 1 MB. ¾
El interfaz permita en el pipeline del core el “backs‐talling”. Unidad de manejo de memoria (MMU) ¾
4 entradas de instrucción en el TLB. ¾
8 entradas de datos en el TLB. ¾
Entrada dual configurable de 16/32/64 del TLB con tamaño de páginas variables. ¾
Opcional FMT (fixed mapping translation) para aplicaciones que no requieran dirección de mapeo o protección. Unidad de interfaz de bus (BIU) ¾
Implementación de los protocolos de Open Core (OCP Release 2.x) . ¾
64 bits de lectura y escritura en los bus de datos para una eficaz transferencia de datos entre la memoria los cache L1. ¾
Soporta una variedad reloj de cores/bus, lo que da una flexibilidad a las implementaciones (1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4 or 5). 9 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box ¾
4 entrada en el buffer de escritura. Unidad de multiplicación/división de enteros ¾
Un pipeline de un solo ciclo repetición para 32x32 instrucciones MAC (Media Access Control). Control de potencia ¾
Frecuencia mínima: 0 MHz . ¾
Modo apagado (por una instrucción de espera “Wait”). ¾
Soporte para divisores de reloj controlados por software. ¾
Soporte para el uso extenso de puertas de relojes locales. EJTAG debug ¾
Soporte para paso a paso. ¾
Instrucciones virtuales y puntos de ruptura endirecciones de datos . ¾
PC y trazas de datos (data tracing). Interfaz del coprocesador de uso general ¾
64 bits en la interfaz para el usuario por el coprocesador. Figura 6. Diagrama de bloques de MIPS32 24K. 4. ARM para STB. ARM ve un creciente éxito para los microprocesadores central en un STB digital en el mercado. El mercado requiere microprocesadores que ofrezca un buen funcionamiento pero 10 Set‐Top Box Ruymán Ojeda García con limitaciones en el costo. Para el mercado la capacidad de ofrecer este resultado mientras haya un alto soporte de integración y un uso eficiente de la memoria, éstos son claves para el éxito. ARM proporciona desarrollo con propiedad intelectual (IP) en forma de diseños de los cores de procesadores, cache y diseños SoC, específicas aplicaciones para productos estándares (ASSPs), software necesario y herramientas de desarrollo –todo lo que se necesita para crear un diseño innovador basado en los componentes estándar que son la “siguiente generación”. Los procesadores de ARM que se utilizan para los STB son los de la familia ARM9. A continuación vemos 2 de ellos. Familia ARM9 La familia de procesadores ARM9 ha sido construida basada en el procesador ARM9TDMI e incorpora un juego de instrucciones de 16 bits Thumb, que mejora la densidad del código hasta en 35%. La familia de ARM9 permite a los diseñadores poner en marcha sistemas avanzados con ahorros considerables del área que ocupa el chip, cumpliendo así con el tiempo de comercialización, los gastos del desarrollo y el consumo de electricidad. Esta familia de procesadores incluye los ARM920T y ARM922T. Nos centramos en el ARM922T ya que existe poca diferencia con el ARM920T. ARM 922T El ARM920T y el ARM922T son una buena elección para una amplia gama de plataformas con basados en una plataforma OS. Están basado en el procesador RISC de 32 bits de alto rendimiento ARM9TDMI. Estos procesadores destacan por sus instrucciones, cachés de datos, unidad de gestión de memoria (MMU) permitiendo soporte para la mayoría de los sistemas operativos (OS), bus AMBA y con soporte por ARM en tiempo real con la opción ETM9 (Embedded Trace Macrocell). El procesador ARM922T es idéntico al ARM920T pero tiene cachés de 8K/8K mientras el ARM922T tiene cachés de 16K/16K. El procesador ARM922T está disponible a través del programa ARM Foundry. 1) Aplicaciones ¾ Próxima generación de los “smarth phones”, comunicadores y PDA’s. ¾ Procesador para aplicaciones 3G. ¾ Dispositivos basado en una plataforma OS. ¾ Cámaras digitales. ¾ Decodificador de audio y video. ¾ Entretenimiento en automóviles. ¾ Set‐top box. 11 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box 2) Características ¾ Arquitectura RISC de 32/16 bits (ARMv4T). ¾ Instrucciones ARM de 32 bits para el máximo rendimiento y felixibilidad. ¾ Instrucciones de 16 bits Thumb para incrementar la densidad del código. ¾ MMU que soporta un sistema operativo como, Symbian OS, Windows CE, Linux o Palm OS. ¾ Instrucciones y cachés de datos: ARM920T = 16K/16K, ARM922 = 8K/8K. ¾ Estándar Bus AMBA. ¾ Interfaz ETM para tener capacidad de traza en tiempo real con ETM9. 3) Beneficios ¾ Corren la mayoría de los OSs y de los middleware existentes. ¾ Conjunto de herramienta de desarrollo para la reducción de los costes y el tiempo de desarrollo. ¾ Múltiples fuentes de vendedores de la industria líder en proveer Silicio. ¾ Migración para la familia Cortex. ¾ Apoyo para los diseñadores para depurar los SoC. ¾ Las instrucciones puedes ser extendidas por el uso de un coprocesador. 0.18
Speed
Opt
0.13
Speed
Opt
Frequency (MHz)
190-200
230-250
Area with cache (mm²)
8.10
3.20
*
Cache Size
8K/8K
8K/8K
Power with cache† (mW/MHz)
0.80
0.25
12 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Figura 7. Procesadores ARM920Y y ARM922T. Otro de los procesadores utilizados para los STB, es el ARM926EJ‐S, a continuación tratamos un poco más sobre dicho procesador. ARM 926EJ‐S El ARM 926EJ‐S es un procesador totalmente sintetizable que tiene la tecnología Jazelle mejorada de un CPU RISC de 32 bits, tamaño de las instrucciones y cachés de datos flexibles, interfaces de memoria acoplados (TCM), unidad de gestión de memoria (MMU). Esto también proporciona instrucciones y datos separadas AMBA AHB, en particular múltiples capas basadas en sistemas AHB. Este procesador implementa el juego de instrucciones del ARMv5TEJ e incluye un multiplicador mejorado de 16 x 32, capaz de hacer en un solo ciclo operaciones MAX. El juego de instrucciones ARMv5TEJ incluye un DSP de 16 bits para mejorar el funcionamiento de muchas señales y aplicaciones que soporten Thum y Java. 1) Aplicaciones ¾ Próxima generación de los “smarth phones”, comunicadores y PDA’s. ¾ Procesador para aplicaciones 3G. ¾ Dispositivos basado en una plataforma OS. ¾ Cámaras digitales. ¾ Decodificador de audio y video. ¾ Entretenimiento en automóviles. 13 Set‐Top Box Ruymán Ojeda García 2) Características ¾ Arquitectura RISC de 32/16 bits (ARMv5TEJ). ¾ Instrucciones ARM de 32 bits para el máximo rendimiento y flexibilidad. ¾ Instrucciones de 16 bits Thumb para incrementar la densidad del código. ¾ Extensión de instrucciones DSP y ciclo único MAC. ¾ Tecnología ARM Jazelle. ¾ MMU que soporta un sistema operativo como, Symbian OS, Windows CE, Linux o Palm OS. ¾ Flexibles instrucciones y cachés de datos. ¾ Interfaces de instrucciones y datos TCM con soporte de estado de espera. ¾ EmbeddedICE‐RT lógico para un debug en tiempo real. ¾ Estándar bus AMB AHB interfaces. ¾ Interfaz ETC para traza en tiempo real compatible con ETM9. ¾ Opcional coprocesador MOVE para la codificación del video. 3) Beneficios ¾ Corren la mayoría de los OSs y de los middleware existentes. ¾ Único chip MCU, solución DSP y Java. ¾ Soporte para las ejecuciones Java. ¾ Alta eficiencia para la ejecución de bytecode Java. ¾ Ultra baja potencia de consumo de Java. ¾ Compilador Java JIT sin desventajas. ¾ Soporte para código Jazelle que no incrementa en tamaño VM. ¾ Estructura software para un único procesador, sin necesidad de partición de software a través de MCUs. ¾ Único kit de desarrollo para reducción de los costes y corto tiempo de desarrollo. ¾ Múltiples fuentes de vendedores de la industria líder en proveer Silicio. ¾ Migración para la familia Cortex. ¾ Apoyo para los diseñadores para depurar los SoC. ¾ Las instrucciones puedes ser extendidas por el uso de un coprocesador. 14 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box 0.18
Speed
Opt
0.13
Speed
Opt
Area
Opt
90 nm
Speed
Opt
Standard Cells
SAGE-X
HSHD
SAGEX
HSHD
AdvantageHS
Advantage
Metro
Memories
SAGEHS
HSHD
200
6.5
3
8K/8K
-
276
2.78
1.61
8K/8K
-
238
2.39
1.45
8K/8K
0.48
470
1.40
1.01
8K/8K
0.235
250
0.85
0.50
8K/8K
0.14
-
-
0.36
0.20
0.11
*
Frequency (MHz)
Area with cache (mm²)
Area without cache (mm²)
Cache Size
Power with
†
cache (mW/MHz)
Power w/o
†
cache (mW/MHz)
Area
Opt
Metro
Figura 8. Tabla del prcesador ARM926EJ‐S Figura 9. Diagrama de bloques del ARM926EJ‐S 15 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box 5. AMD para STB. AMD presentó la tecnología anteriormente conocida como ATi Xilleon, que tras la compra AMD‐ATi pasará a llamarse AMD Xilleon. Hablando sobre microprocesadores para televisores LCD, no para ordenador, que optimizan el procesamiento de las imágenes gracias a la mejora en la compensación y estimación del movimiento, con la consecuente mejora de calidad. Para empezar, se ofrecen cuatro modelos (410, 411, 420 y 421), universales y que un montón de fabricantes podrán instalar en sus productos. Todos los micros son compatibles con la resolución 1080p y se estrenaron en Japón con las MZW Series de Mitsubishi, un conjunto de televisores de 40, 46 y 52 pulgadas. También será la tecnología que integre la próxima versión de los AMD Avivo. Recientemente la empresa Broadcom ha adquirido los nuevos chips de AMD para comercializarlo en su división de Televisión Digital. Hablaremos sobre Xilleon 220 que es el antecesor de los nuevos chips de la seria 400 de AMD, este chip se comercializaba por la empresa ATI antes de ser absorbida por AMD. Figura 10. AMD Xilleon™ Panel Processor. Xilleon™ 220 1) Presentación El Xilleon 220 es un sistema diseñado en un chip altamente integrado y avanzado que es adecuado para una gama de dispositivos digitales entre los que se incluyen decodificadores, televisores digitales, puertas de enlace de home media, y webpads activados por TV. Su diseño revolucionario integra una CPU MIPS® de alta velocidad, gráficos, video, audio, acceso condicional, USB, EIDE, PCI, controlador de memoria, y un host con otras capacidades I/O, que se muestran en los diagramas siguientes. Para completar el diseño de muchos dispositivos 16 Set‐Top Box Ruymán Ojeda García para el consumidor, los únicos componentes que hay que añadir son los sintonizadores, demoduladores, módems y memoria. 2) Características Procesador El Xilleon 220 integra una CPU de alta velocidad con 300 MHz y arquitectura MIPS® RISC, con una unidad de administración de memoria (MMU) y cachés integradas. La CPU rinde 390 MIPS Dhrystone. La MMU permite que el chip admita los sistemas operativos más integrados, entre ellos Linux, Windows® CE y VxWorks. El chip es capaz de funcionar en modo “solo” o “peer”. En modo "solo", la CPU integrada MIPS® ejecuta el sistema operativo objetivo y El Xilleon 220 es el bus maestro PCI . En modo "peer", una CPU externa ejecuta el sistema operativo y El Xilleon 220 funciona como un dispositivo esclavo. Video digital El Xilleon 220 ha sido diseñada de arriba a abajo para admitir el procesamiento y cambios de tiempo de múltiples flujos de video desde múltiples sintonizadores. Integra un potente microcontrolador usado para administrar el demultiplexor y tiene la flexibilidad de adaptarse a todos los formatos de video mundiales, entre ellos DVB, ATSC, DSS/DIRECTV®, BSDigital y DVD. El probado decodificador MPEG‐2 es capaz de decodificar hasta dos flujos de video de alta definición o hasta ocho flujos de video de definición estándar. El decodificador funciona independientemente desde la CPU MIPS® y no requiere compatibilidad con una CPU host. Puede usar compresión adaptativa para decodificar video de alta definición en un reducido espacio de memoria. Además de decodificar todos los formatos de difusión del mundo, el decodificador MPEG‐2 es capaz de decodificar flujos de DVD y admite “modos de truco” como pausa y avance rápido. Motor de visualización El Xilleon 220 contiene un poderoso y flexible motor de visualización. Dos rutas de visualización diferentes manejan dos dispositivos de visualización, con diferente contenido en cada pantalla. Por ejemplo, el chip puede reproducir en un televisor y una videograbadora, o en dos televisores diferentes. Múltiples escaladores de video permiten la capacidad imagen‐en‐imagen– hasta cuatro definiciones estándar o bien se pueden escalar dos ventanas de video de alta definición individualmente y mostrarse en la salida de TV principal. Los gráficos escalados pueden también ser objeto de un mezclado alfa. El Xilleon 220 integra dos codificadores de video diferentes que son compatibles con los estándares de video mundiales. Cada codificador admite todos los formatos regionales, entre ellos PAL, NTSC y SECAM, y todos los formatos de interfaz, entre ellos compuesto, S‐
video, RGB, componente y SCART. Una interfaz DVI protegida contra copia está también disponible para conectar a televisores de gran pantalla y pantallas LCD. 17 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Otras funciones de visualización avanzada incluyen la eliminación de destellos, desentrelazado adaptativo espaciotemporal, duplicación de líneas, texto con calidad de estudio, y escalamiento de video de calidad profesional para aplicaciones video‐en‐ventana. Gráficos de 2D y 3D El Xilleon 220 integra un motor gráfico de 2D y 3D rápido y rico en funciones de AMD, un líder en gráficos de 3D. El motor de 3D por hardware brinda un desempeño no alcanzable con soluciones de software basadas en la CPU y puede utilizarse para juegos, comercio electrónico, fades, wipes, y guías mejoradas electrónicas de programas (EPG). A diferencia de otros motores de 3D integrados, es compatible con todas las interfaces de programación de aplicaciones de 3D (APIs), entre ellas Direct3D, OpenGL®, y BroadcastCL. Memoria El Xilleon 220 posee una memoria avanzada. Dispone de hasta 3 Gigabytes/segundo de ancho de banda de memoria, tres veces o más el ancho de banda de muchas soluciones de la competencia. El elevado ancho de banda de la memoria permite la decodificación sin fallas de múltiples flujos MPEG junto con gráficos, CPU y operaciones I/O. Entradas/S El Xilleon 220 integra todos los puertos I/O necesarios para construir un decodificador avanzado, entre los que tenemos PCI, USB, EIDE, IR, seriales, I2C, I2S, AC‐97, LPC, Flexbus y múltiples I/Os con fines generales. Disponibilidad El Xilleon 220 está disponible en dos configuraciones: ¾ El Xilleon 220H es capaz de decodificar hasta dos flujos de alta definición o múltiples flujos de definición estándar. ¾ El Xilleon 220S está limitada a la decodificación de flujos de definición estándar. 3) Ventajas y aplicaciones Entre las aplicaciones típicas de El Xilleon 220 tenemos: ¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Decodificadores de cable, de satélite, terrestres, DSL y basados en IP. Televisores con receptores digitales integrados. TV pads inalámbricos y con Ethernet. Servidores y puertas de enlace de Home Media. Reproductores de DVD. Juegos. Navegación Web, guías de programas avanzadas y aplicaciones interactivas habilitadas con Internet. 18 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Entre las ventajas de la arquitectura de El Xilleon 220 tenemos: ¾ El diseño altamente integrado ahorra costos, espacio y energía. ¾ El estándar industrial de alta velocidad MIPS® CPU ofrece la potencia necesaria para los dispositivos digitales de próxima generación y admite múltiples sistemas operativos entre los que tenemos VxWorks, Windows® CE y Linux. ¾ Compatibilidad con todas las principales redes de difusión del mundo y estándares de acceso condicional, entre ellos DVB, ATSC, BS Digital, OpenCable, MHP y DIRECTV®. ¾ Plataforma unificada para diferenciación de tiempos digital y para ver y grabar múltiples flujos de video. Interfaz integrada de disco duro con cifrado de contenido para protección contra copia. ¾ El principal motor gráfico 2D y 3D de la industria permite avanzadas interfaces de usuario. ¾ El motor de doble monitor permite que un decodificador administre dos televisores con programación diferente, reduciendo los costos de equipamiento para los consumidores y los de las redes. ¾ Integración de puertos PCI y numerosos I/O. ¾ Interfaz sin fisuras para los componentes de la Rage Theater de AMD para obtener una decodificación de video analógico y estéreo de alta calidad en todo el mundo. Figura 11. Esquema del Xilleon 220. 19 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box 6. Broadcom para STB. Broadcom es una empresa global líder en semiconductores para comunicaciones de con y sin cables, recientemente ha completado la adquisición de la sección de TV digital de AMD (DTV) (anteriormente ATI). Esperan que la adquisición permita a Broadcom inmediatamente escalar su negocio DTV, y, en la conjunción con sus productos existentes, ofrezcan una cadena de producción completa que cubre todos los segmentos del mercado DTV, en los límites del valor de final de entre baja y mediana gama de a plataformas interactivas de altas cualidad y procesadores de panel. Las soluciones de TV principales digitales de Broadcom sumamente son integradas, un solo chip de SoCs permite a OEMS personalizar y diferenciar sus productos bajando en general el coste y acelerando el plazo de comercialización. La personalización como la convergencia de vídeo, la conectividad de red, la calidad de imagen avanzada e interfaces de usuario de 3D mejora la experiencia del entretenimiento, proporcionando nuevas opciones para tener acceso al contenido de vídeo, y colocar la TV como el principal entretenimiento en una casa digital. Actualmente Broadcom ofrece las siguientes soluciones para la DTV. Modelo BCM3510 BCM3517 BCM3520 BCM35421 BCM3543 BCM3548 BCM3549 BCM3551 BCM3552 BCM3556 BCM3560 BCM3563 Descripción ATSC/VSB DTV/CATV Receiver
ATSC/VSB Digital Cable‐Ready DTV Receiver
ATSC/VSB/NTSC Digital Cable‐Ready DTV Receiver
FRC Panel Processor
ATSC NTIA Converter System‐on‐Chip
WXGA Multiformat Decoder‐Connected Digital TV System‐on‐Chip
Full HD 1080P Multiformat Decoder‐Connected Digital TV System‐on‐Chip
WXGA Digital TV System‐on‐Chip
WXGA and Full HD 1080P Digital TV System‐on‐Chip Solution
Full HD 1080P Multiformat Decoder‐Connected Digital TV System‐on‐Chip
WXGA Digital TV System‐on‐Chip
Full HD 1080P Digital TV System‐on‐Chip
Figura 12. Tabla de productos DTV de Broadcom.
A continuación nos hablaremos un poco más en detalle del procesador BCM3563 de Broadcom. 20 Set‐Top Box Ruymán Ojeda García BCM 3563 Broadcom 1) Sumario Full HD 1080P para TV Digital SoC (System‐on‐Chip). El BCM3563 combina un receptor cable/terrestre 4/1024‐QAM y 8/16‐VSB , un receptor QPSK fuera de banda, demodulador NTSC, dos receptores DVI/HDMI, un procesador de transporte, un procesador digital de audio, un decodificador de alta definición (HD) MPEG, tratamiento gráfica de 2D, tratamiento digital de vídeo análogo y audio, digitalizador analógico de video y funciones DAC, audio estéreo de alta fidelidad DACs, procesador MIPS de 330 MHz, y una unidad de control periférica que proporciona una variedad de funciones de control de televisión. 2) Características ¾ Soporte para FULL HD 1080p. ¾ Tecnología Dual 1080i/p Motion Adaptive Deinterlacing para eliminar imágnes y bordes borrosos. ¾ Decodificadores duales NTSC/PAL cada uno con 3D comb. ¾ Entrada directa de PC con soporte hasta 1600x1200 UXGA. ¾ Entradas duales HDMI/DVI 1080p de 60 fps. ¾ Seis convertidores de 10 bits A/Ds cada uno con un switch de 8:1. ¾ Transmisores duales LVDS integrados. ¾ Tratamiento de video integrado. ¾ Color automático, elevación del verde, ecualización con histograma, estrechamiento en negro, desplazamiento azul y capacidad para agudizar los colores. ¾ Procesamiento de video full de 10bits 3:2 pull down. ¾ Reducción de ruido dual analógica. ¾ MPPMAD (Multiframe Per Pixel Motion Adaptive Deinterlacing). ¾ Extensiones de audio soportado. ¾ Ecualizador de cinco bandas. ¾ Controles independientes de salidas de audio analógicas y digitales. ¾ Decodificador de audio integrado BTSC y A2. ¾ DACs de audio integrado. ¾ Dolby Digital, TrusurroundXT, decodificador de audio MPEG. ¾ Demodulador integrado NTSC. ¾ Receptores integrados ATSC/QAM. ¾ USB 2.0 dual. ¾ Procesador integrado de 330Mhz de 32 bits MIPS. 21 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Figura 13. Diagrama de aplicación del BCM3563.
Figura 14. Diagrama de bloques del BCM3563.
22 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box 7. Otros STB. Otros dispositivos a los que comúnmente también se les denomina Set‐top box son los PVR que se encuentra muy de moda en los hogares digitales. Estos dispositivos son en cuando a hardware se refieres, PCs de sobremesa con procesadores de bajo consumo. A estos se les pone un sistema operativo como Windows o Linux y bajos ellos ejecutar un programa que haga el trabajo. Microsoft ha sacado a la venta una versión especial de su sistema operativo Windows para este tipo de PCs, al que ha llamado Windows Media Center. Aunque si bien existen otras aplicaciones como WinMyth que se puede ejecutar por ejemplo en Windows XP. En cuanto a Linux, existe un programa similar al WinMyth llamado MythTV que tiene la misma funcionalidad que el anterior, permitiéndonos grabar, reproducir desde un disco duro interno, externo, en red o de internet, así como ver la programación de las cadenas y otros servicios que se van añadiendo. Existe un software de pago específico para PCs con Linux que se llama TiVo, el cual ofrece el hardware ya implementado y el software ya instalado en él. Este dispositivo ha tenido bastante éxito en EEUU ya que también dispone de la posibilidad de canales de subscripción por medio de internet y una aplicación propia para ver los videos de YouTube. Los procesadores típicos para estos son los de bajo consumes como: ¾
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Intel Celeron. [web] Intel Pentium III. [web] AMD Athlon. [web] AMD Sempron. [web] Como estos procesadores no son SoC se ha puesto un enlace al lado de su nombre para consultar sus características. A continuación y a modo de ejemplo se expone un Set‐Top Box comercializado por la marca Thomson el cual utiliza un procesador Intel Pentium III de bajo consumo. Figura 15. Frontal del STB Thomson. 23 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box Thomson IP1000 1) Hardware ¾
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Low Voltage Intel® Pentium® III Processor with 512K Cache (Micro‐FCBGA) 933MHz Intel 830M northbridge Intel 82801DB (ICH4) southbridge SMSC LPC47M192 Super I/O Firmware Hub (FWH) flash memory Either ST M50FW080 8‐Mbit (1Mbx8) Or ST M50FW040 4‐Mbit (512Kb x8) 64MB PC133 SDRAM on board 144 pin SO_DIMM socket PCI Slot Two USB 2.0 ports 2 Ultra‐ATA/100/66/33 IDE channels (one connector) 64MB Compact Flash via IDE controller (upgradeable) Integrated 10/100 Intel 82562ET LAN On Motherboard (LOM) Integrated 2D and 3D graphics with AGP 4X interface Conexant CX25873‐13 High Performance Video Encoder Composite and S‐Video outputs (can deliver either NTSC or PAL video) Sigmatel STAC9767 AC’97 2.3 20‐Bit audio controller with digital out Optical SPDIF output (Dolby Digital) IR receiver for remote / keyboard PS/2 Keyboard & Mouse connectors 3 LEDs with GPIO control Figura 16. Interior del STB Thomson. 24 Ruymán Ojeda García Set‐Top Box 8. Bibliografía. 1) Wikipedia http://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada 2) MIPS http://www.mips.com/products/processors/32‐64‐bit‐cores/mips32‐24k/ 3) ARM http://www.arm.com/markets/home_solutions/app.html 4) AMD http://ati.amd.com/products/dtv.html 5) INTEL http://www.intel.com/cd/products/services/emea/spa/processors/celeron/357709.htm 6) BROADCOM http://www.broadcom.com/products/Digital‐TV 7) EETIMES http://www.eetimes.com/ 8) THOMSON http://www.thomson.net/GlobalEnglish/Pages/default.aspx 9) SAMSUNG http://www.samsung.com/es/ 10) HUMAX http://www.humaxdigital.com/global/ 25