隨著技術進展，下一代電視、機上盒、以及數(shù)位媒體配接器等裝置，都變得越來越有‘智慧’，不僅能彼此互連，還能與網際網路連接。這些智慧型裝置都將成為令人注目的平臺，以為儲存和分享音樂、視訊、云端應用、社交媒體帶來全新的消費者體驗。同時，這些裝置也將能與智慧型家庭、智慧型行動裝置間無縫互動，打造出真正的連網新體驗。

　　下一代智慧型連網電視平臺，例如最近發(fā)表的GoogleTV，將成為單一、簡易好用的多媒體來源與平臺，可有效地結合網際網路多媒體互動內容與地面、衛(wèi)星電視頻道，帶來一致性、直覺式的使用者體驗。消費者將能搜尋、組織、并體驗從廣播業(yè)者、網路服務、個人內容圖書館、以及透過行動應用產生或存取到的各種來源內容。

　　本文將介紹開發(fā)下一代智慧型連網電視平臺時，所需考量的軟體和硬體需求。

　　智慧型電視的軟體需求

　　下一代智慧型電視（smart TV）將包含可管理底層硬體的先進軟體，并為終端使用者帶來一致性的使用者介面（UI）與可擴展的多樣化應用程式。

　　關鍵軟體包括具豐富功能的Android作業(yè)系統(tǒng)、Adobe Flash Player、以及Google Chrome或JavaScript-based widget引擎等快速網路體驗。

　　Android是專為用來作為下一代智慧型電視等連網平臺基礎所設計的。它是以Linux核心為基礎，包括多個以C程式撰寫的軟體庫，以及用來執(zhí)行應用程式碼的Dalvik虛擬機器（VM）。它通常附有能使此平臺更為齊全的整套應用程式。Android是由Google免費提供，它的程式碼可依Apache開放塬始碼授權協(xié)議取得，業(yè)者可針對其特定應用進行增強設計，無需再向開放來源提交程式碼。

　　Android應用程式是完全以Java撰寫的，但必須轉換為Dalvik可執(zhí)行格式。Google會提供可與常用Eclipse整合開發(fā)環(huán)境一起使用的外掛程式與程式庫。Android的設計概念是，應用程式能在不同的硬體架構中自由移動，以減輕程式開發(fā)的負擔。

　　Google Chrome是採用WebKit佈局引擎和應用程式架構的網路瀏覽器。GoogleTV平臺中的絕大部分是以Chrome提供的，它形成了基本的網際網路/網路平臺。Chrome也會被GoogleTV應用程式所使用─其中有許多是真正的Chrome-based JavaScript應用程式，可透過遠端網路伺服器或網站與客戶端相連。類似像Chrome這類的瀏覽器是下一代智慧型電視的重要關鍵，以提供完整的網路瀏覽體驗。

　　Chrome的優(yōu)點在于其應用程式效能與JavaScript處理速度。Chrome和Chrome-based JavaScript的效能非常重要，它會直接影響到處理器、GPU、以及記憶體的需求。

　　Adobe Flash Player可為網頁和服務增加動畫、視訊、和互動性。目前有超過75%的多媒體網頁內容是採用Adobe Flash Player所設計。Adobe Flash Player可處理向量和點陣式繪圖，以提供文字、圖面、和靜態(tài)影像的動畫。更重要的是，它支援音訊和視訊的雙向串流。因此，智慧型電視的硬體平臺須能符合Adobe Flash Player的效能需求，才能得到令人滿意的使用者體驗。

　　為了能串流至Adobe Flash客戶端，此平臺需有足夠效能以支援高訊框率、全訊框的HD視訊。至少此平臺必須支援單一HD串流，并能同時處理其他的使用者互動功能，例如透過滑鼠、鍵盤、或麥克風產生使用者輸入，以及能從相連的相機串流視訊/靜態(tài)影像，而不會遺漏任何事件或畫面。更先進的智慧型電視可以傳輸多個Internet-based Flash串流，并顯示HDMI/復合視訊來源。

　　Adobe Flash Player包含一個稱為ActionScript的物件導向語言。它的主要功能包括支援硬體加速，以提升Open Screen計畫所支援的各種裝置之繪圖效能。

　　H.264視訊在Flash Player 10.1中是透過一顆GPU或硬體視訊解碼器進行解碼。有些硬體解碼器能同時加速多個H.264串流。加速的幅度取決于解碼器的規(guī)格。如果硬體解碼器不能處理額外的串流，Adobe Flash Player將會用軟體對此串流進行解碼。H.264的編碼則有多種選項，并且都能支援不同硬體解碼器的特定格式。

　　除了硬體H.264解碼，可支援OpenGL ES 2.0存取的裝置都能用Adobe Flash Player 10.1來產生所有繪圖元素（Pixel Bender著色器除外），而這些元素都是利用GPU硬體來增加繪圖效能的。當內容在這些裝置上執(zhí)行時，會自動設定為GPU模式，以得到最佳效能。

　　智慧型電視使用者介面

　　下一代智慧型電視平臺必須能處理先進3D UI繪圖，包括將3D UI作成出現(xiàn)在視訊串流或其他應用視窗上的半透明層。此介面能以不同的長寬比執(zhí)行，因此使用者能為顯示裝置選擇適當?shù)呐渲?。智慧型電視裝置必須能支援長寬比為16x9的全1080p解析度裝置。

　　介面本身將包括表單按鍵，以及代表可用內容或功能的圖示或縮略圖（thumbnail）。智慧型電視平臺能發(fā)揮Android平臺中的多工、多執(zhí)行緒功能。透過點選介面元素，使用者就能啟動相關的Android程式，并同時執(zhí)行多個應用程式。

　　在初期的Android平臺中，切換到另一個應用程式通常會使最近執(zhí)行的應用程式中斷，特別是，如果每個應用程式都需要顯示視訊串流的話，更是如此。隨著平臺效能的提升，由于Android能讓多個應用程式同時保持活躍，此一現(xiàn)象將會改善。

　　智慧型電視硬體需求

　　以傳統(tǒng)數(shù)位視訊為基礎的消費電子產品與下一代智慧型電視間的差異，在于需要使用軟體和硬體來統(tǒng)一多媒體的檢視、相關應用程式和網路瀏覽。成功的關鍵是能提供一個不會出錯、不會中斷的使用者介面，以及具一致性的使用環(huán)境。下一代智慧型電視必須能有與PC/MAC相似的執(zhí)行效能，但又要有消費性產品的可靠度與易用性。

　　要建置一個下一代智慧型電視平臺，需從現(xiàn)今使用的典型智慧型/數(shù)位電視平臺開始。

　　現(xiàn)今的基礎架構必須予以修改，才能因應下一代的效能與連接性需求。

　　除了所要求的效能範圍外，下一代智慧型電視與傳統(tǒng)DTV硬體需求之間還有其他的差異。硬體─不管是透過塬始單一/多核心處理器或利用輔助硬體─都必須能提供完美的使用者體驗和可靠的連接性，其中包括：

　　* 相同或不同視訊內容的即時顯示錄影

　　* 在螢幕上同時顯示多重視訊串流

　　* 反應快速的網頁瀏覽

　　* 完美的Flash Player 10效能

　　* 快速應用程式啟動─優(yōu)異的Java效能

　　* 可儲存Context（情境），讓使用者能在應用程式間來回移動

　　* 為UI提供快速的3D繪圖執(zhí)行

　　* 快速開機

　　* 低功耗待機模式

　　* 支援數(shù)位家庭中所有的連接標準，包括802.11有線/無線網路、HDMI、USB和既有的視訊標準

　　CPU 在前一代產品中，CPU通常執(zhí)行一個小型作業(yè)系統(tǒng)，并主要用來管理2D UI、產生螢幕畫面、并處理‘輕載’作業(yè)。

　　在下一代平臺中，CPU會執(zhí)行功能更豐富的Android OS、Java VM、多個應用程式開發(fā)庫、應用程式架構、以及數(shù)個預設的應用程式。此平臺必須支援一個類似Chrome的瀏覽器、多個特定為TV使用者體驗設計的應用程式。所有這些都會為主處理器帶來大量的工作負載，因此有可能需要用到繪圖處理、轉碼、和編解碼器等硬體加速器。

　　傳統(tǒng)DTV和下一代產品間的另一個差異在于，CPU工作負載具有顯著的動態(tài)和變異特性。

　　傳統(tǒng)DTV是專為較固定效能需求所設計，它的工作負載變化不大。軟體是由製造商決定，因此平臺的工作負載範圍能妥善規(guī)劃，并選用適當?shù)奶幚砥鳌⒂洃涹w、和額外元件。系統(tǒng)工作負載的最糟狀況是與DTV有限的功能有關，通常會發(fā)生在處理2D UI，因為它的功能有限，因此除了DTV的主要工作外，只能啟動或看見一部分的UI。

　　下一代平臺則具備更寬廣的系統(tǒng)效能需求。CPU工作負載的最糟狀況會發(fā)生在當使用者在觀賞網際網路串流視訊時，但此平臺并沒有塬生的硬體解碼器，而需要用到CPU執(zhí)行軟體解碼。與此同時，使用者可能還會看廣播電視和/或執(zhí)行Java應用程式，或甚至進行與遠方使用者之間的雙向通訊。這顯示出新一代平臺的工作負載有許多的不可預測性。Android作業(yè)系統(tǒng)基本上是遵循POSIX，并支援多核心、多執(zhí)行緒應用程式。Android同時也支援對稱多重處理（SMP），可讓智慧型電視平臺充分發(fā)揮處理器核心的多執(zhí)行緒、SMP效能。

　　這是半導體供應商和OEM業(yè)者的主要設計考量。多變的工作負載和多種具視訊功能的網路應用程式，會需要更高的整體系統(tǒng)效能需求。因此，選用一個能完全支援多執(zhí)行緒應用程式和SMP配置的處理器架構，是非常重要的關鍵。

　　GoogleTV中有兩款鎖定低階功能的產品，它們能處理UI需求，但僅具處理同步多媒體串流、同步應用程式和網路瀏覽的有限功能。這意味著，平臺/半導體設計人員必須選擇具擴充性的處理器架構，并能與其他多種元件整合，以滿足連接性、繪圖、多媒體解碼/轉碼的需求。

　　從一個能提供完美使用者體驗和有限同步功能的入門級平臺來看，半導體廠商應考慮採用執(zhí)行速度為1 GHz的超純量單核心處理器，或800MHz的雙核心多執(zhí)行緒處理器。CPU應包含一個執(zhí)行速度至少為處理器時脈速度一半的浮點運算單元（FPU）。此外，我們也建議採用32KB L1指令和資料快取、最小32-entry TLB（建議用64）、和256KB L2快取。

　　另一方面，對于一個能提供完美使用者體驗、平行視訊串流、應用程式執(zhí)行和網路瀏覽的高階平臺，我們則建議至少採用速度為1 GHz或以上的雙核心超純量處理器。此處理器應包含一個執(zhí)行速度為處理器時脈速度一半的FPU、32KB L1指令和資料快取、以及64 entry TLB。同時，每個CPU應要有256KB L2快取 （也就是說，雙核心SoC需要512KB）。

　　繪圖 要支援下一代Android智慧型電視，開發(fā)人員必須建置符合OpenGL ES 2.0規(guī)範的3D繪圖引擎。OpenGL ES 2.0繪圖引擎必須能提供豐富的3D使用者介面、網際網路瀏覽、Adobe Flash Player 10.x、Flash-based 3D游戲和Alpha混合。

　　顯示訊框緩沖器

　　1080p解析度表示有1，920水平畫素乘以1，080垂直線條，總共有2，073，600個畫素。若每個畫素採用4位元組色深，總計需要在CPU和繪圖引擎緩衝器間共享的記憶體容量為8，294，400位元組，或約8.3MB。

　　ATSC電視的最大訊框率為60Hz，這表示8.3MB的資料必須在一秒內傳送60次到顯示器。對一個32位元寬的記憶體匯流排來說，最佳狀況是每個週期傳送4位元組，因此傳輸?shù)斤@示器的數(shù)據率為：

　　這是訊框緩衝器的傳輸需求。此外，也需要有用來執(zhí)行預渲染（pre-rendering）、3D材質映射等的繪圖引擎記憶體存取。視訊解壓器也要有自己的記憶體空間。

　　SoC記憶體控制器的設計也是關鍵。採用最快的外部DRAM，可確保終端產品能提供高品質的使用者體驗。這聽起來可能有點超過，但是，除了產生現(xiàn)場/錄影的視訊串流，下一代智慧型電視會高度依賴瀏覽器功能，發(fā)揮3D繪圖控制器的最大優(yōu)勢以快速執(zhí)行頁面內容。若要有流暢的使用者體驗，訊框緩衝器必須儘可能的大，同時記憶體控制器也必須儘可能支援最快的傳輸率。

　　目前，任何來自網際網路的視訊內容來源都是採用Adobe Flash Player。存取透過瀏覽器來的Flash-based內容，將會進一步增加繪圖子系統(tǒng)訊框緩衝器和記憶體控制器的工作負載。

　　根據這些軟體需求，針對OpenGL ES 2.0繪圖引擎所建議的最小效能為每秒大于250 百萬畫素，以及每秒大于10M個叁角形。

　　編解碼器 顯示視訊內容的新一代裝置都會採用專屬的硬體解碼器，來處理1080p HD內容。在主應用處理器上執(zhí)行軟體編解碼器，只適用于極小的螢幕尺寸。這類以軟體為基礎的解碼，可能無法充分發(fā)揮主應用處理器的效能，并有可能影響到諸如處理網路連接性等其他需求。與機上盒和DTV平臺一樣，建議採用專屬硬體來建置所需的編解碼器。

　　下一代智慧型電視需要多種編解碼器，而不同的電視標準，如ATSC、DVB等，都會有各自不同的需求。編解碼器需要能提供與PC相同的網際網路瀏覽體驗。SoC製造商必須決定要用硬體或軟體來建置這些編解碼器。如果有些編解碼器是建置在軟體中，那就必須有足夠的運算能力，以滿足不同標準組織制定的最低效能水準。

　　記憶體（DRAM和快閃記憶體） 由于需要處理多重視訊串流和應用程式同步執(zhí)行/網路瀏覽，我們建議，針對入門級系統(tǒng)，至少要用1GB的DDR2/3記憶體；而高階系統(tǒng)，設計人員應該至少考慮用兩倍的記憶體容量，即2GB。

　　此外，系統(tǒng)也需要採用快閃記憶體，以供儲存非揮發(fā)性程式碼程存和現(xiàn)場更新之用。針對入門級系統(tǒng)，我們建議至少要配置256MB，而高階系統(tǒng)需512MB。同時也要輔助儲存用的外部USB埠，讓使用者可自行載入內容。

　　外部記憶體介面是限制效能的最重要因素。在一個CPU、繪圖處理器、壓縮/解壓縮引擎都共享相同記憶體的系統(tǒng)中，記憶體介面必須儘可能採取最快、最寬的吞吐量設計。

　　因為繪圖效能至關重要，因此SoC和系統(tǒng)設計人員應詳細檢查繪圖引擎供應商提供的記憶體和系統(tǒng)匯流排需求規(guī)格。

　　本文小結

　　正如Android行動電話一樣，我們期望看到Android智慧型電視從2011年起就會有爆炸性的成長。

　　在設計這些平臺時，選擇可針對Android進行最佳化的CPU架構非常重要，同時也能最佳化所有軟體堆疊所需的元件，以取得峰值效能。當然，開發(fā)工具和相關軟體庫也是關鍵。

　　謹慎考慮本文中提出的需求建議，將能設計出可確保優(yōu)異智慧型電視體驗的高效能SoC。

　　圖 1：智慧型電視的軟體架構範例。

　　圖2：現(xiàn)今智慧型電視的硬體需求。

　　圖3：傳統(tǒng)數(shù)位視訊的運作環(huán)境。

　　圖4：常用的編解碼器和其應用。