高清智能電視設(shè)計(jì)需求探討

下一代智慧型連網(wǎng)電視平臺(tái)，例如最近發(fā)表的GoogleTV，將成為單一、簡(jiǎn)易好用的多媒體來(lái)源與平臺(tái)，可有效地結(jié)合網(wǎng)際網(wǎng)路多媒體互動(dòng)內(nèi)容與地面、衛(wèi)星電視頻道，帶來(lái)一致性、直覺(jué)式的使用者體驗(yàn)。消費(fèi)者將能搜尋、組織、并體驗(yàn)從廣播業(yè)者、網(wǎng)路服務(wù)、個(gè)人內(nèi)容圖書(shū)館、以及透過(guò)行動(dòng)應(yīng)用產(chǎn)生或存取到的各種來(lái)源內(nèi)容。

本文將介紹開(kāi)發(fā)下一代智慧型連網(wǎng)電視平臺(tái)時(shí)，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(jìn)軟體，并為終端使用者帶來(lái)一致性的使用者介面(UI)與可擴(kuò)展的多樣化應(yīng)用程式。

關(guān)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(wǎng)路體驗(yàn)。

Android是專(zhuān)為用來(lái)作為下一代智慧型電視等連網(wǎng)平臺(tái)基礎(chǔ)所設(shè)計(jì)的。它是以Linux核心為基礎(chǔ)，包括多個(gè)以C程式撰寫(xiě)的軟體庫(kù)，以及用來(lái)執(zhí)行應(yīng)用程式碼的Dalvik虛擬機(jī)器(VM)。它通常附有能使此平臺(tái)更為齊全的整套應(yīng)用程式。Android是由Google免費(fèi)提供，它的程式碼可依Apache開(kāi)放塬始碼授權(quán)協(xié)議取得，業(yè)者可針對(duì)其特定應(yīng)用進(jìn)行增強(qiáng)設(shè)計(jì)，無(wú)需再向開(kāi)放來(lái)源提交程式碼。

Android應(yīng)用程式是完全以Java撰寫(xiě)的，但必須轉(zhuǎn)換為Dalvik可執(zhí)行格式。Google會(huì)提供可與常用Eclipse整合開(kāi)發(fā)環(huán)境一起使用的外掛程式與程式庫(kù)。Android的設(shè)計(jì)概念是，應(yīng)用程式能在不同的硬體架構(gòu)中自由移動(dòng)，以減輕程式開(kāi)發(fā)的負(fù)擔(dān)。

Google Chrome是採(cǎi)用WebKit佈局引擎和應(yīng)用程式架構(gòu)的網(wǎng)路瀏覽器。GoogleTV平臺(tái)中的絕大部分是以Chrome提供的，它形成了基本的網(wǎng)際網(wǎng)路/網(wǎng)路平臺(tái)。Chrome也會(huì)被GoogleTV應(yīng)用程式所使用─其中有許多是真正的Chrome-based JavaScript應(yīng)用程式，可透過(guò)遠(yuǎn)端網(wǎng)路伺服器或網(wǎng)站與客戶(hù)端相連。類(lèi)似像Chrome這類(lèi)的瀏覽器是下一代智慧型電視的重要關(guān)鍵，以提供完整的網(wǎng)路瀏覽體驗(yàn)。

Chrome的優(yōu)點(diǎn)在于其應(yīng)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(huì)直接影響到處理器、GPU、以及記憶體的需求。

Adobe Flash Player可為網(wǎng)頁(yè)和服務(wù)增加動(dòng)畫(huà)、視訊、和互動(dòng)性。目前有超過(guò)75%的多媒體網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容是採(cǎi)用Adobe Flash Player所設(shè)計(jì)。Adobe Flash Player可處理向量和點(diǎn)陣式繪圖，以提供文字、圖面、和靜態(tài)影像的動(dòng)畫(huà)。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(tái)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(yàn)。

為了能串流至Adobe Flash客戶(hù)端，此平臺(tái)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(tái)必須支援單一HD串流，并能同時(shí)處理其他的使用者互動(dòng)功能，例如透過(guò)滑鼠、鍵盤(pán)、或麥克風(fēng)產(chǎn)生使用者輸入，以及能從相連的相機(jī)串流視訊/靜態(tài)影像，而不會(huì)遺漏任何事件或畫(huà)面。更先進(jìn)的智慧型電視可以傳輸多個(gè)Internet-based Flash串流，并顯示HDMI/復(fù)合視訊來(lái)源。

Adobe Flash Player包含一個(gè)稱(chēng)為ActionScript的物件導(dǎo)向語(yǔ)言。它的主要功能包括支援硬體加速，以提升Open Screen計(jì)畫(huà)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(guò)一顆GPU或硬體視訊解碼器進(jìn)行解碼。有些硬體解碼器能同時(shí)加速多個(gè)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(huì)用軟體對(duì)此串流進(jìn)行解碼。H.264的編碼則有多種選項(xiàng)，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(lái)產(chǎn)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(lái)增加繪圖效能的。當(dāng)內(nèi)容在這些裝置上執(zhí)行時(shí)，會(huì)自動(dòng)設(shè)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(tái)必須能處理先進(jìn)3D UI繪圖，包括將3D UI作成出現(xiàn)在視訊串流或其他應(yīng)用視窗上的半透明層。此介面能以不同的長(zhǎng)寬比執(zhí)行，因此使用者能為顯示裝置選擇適當(dāng)?shù)呐渲?。智慧型電視裝置必須能支援長(zhǎng)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(nèi)容或功能的圖示或縮略圖(thumbnail)。智慧型電視平臺(tái)能發(fā)揮Android平臺(tái)中的多工、多執(zhí)行緒功能。透過(guò)點(diǎn)選介面元素，使用者就能啟動(dòng)相關(guān)的Android程式，并同時(shí)執(zhí)行多個(gè)應(yīng)用程式。

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

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智慧型電視硬體需求

以傳統(tǒng)數(shù)位視訊為基礎(chǔ)的消費(fèi)電子產(chǎn)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(lái)統(tǒng)一多媒體的檢視、相關(guān)應(yīng)用程式和網(wǎng)路瀏覽。成功的關(guān)鍵是能提供一個(gè)不會(huì)出錯(cuò)、不會(huì)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(fèi)性產(chǎn)品的可靠度與易用性。

要建置一個(gè)下一代智慧型電視平臺(tái)，需從現(xiàn)今使用的典型智慧型/數(shù)位電視平臺(tái)開(kāi)始。

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

除了所要求的效能範(fàn)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(guò)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(yàn)和可靠的連接性，其中包括：

* 相同或不同視訊內(nèi)容的即時(shí)顯示錄影

* 在螢?zāi)簧贤瑫r(shí)顯示多重視訊串流

* 反應(yīng)快速的網(wǎng)頁(yè)瀏覽

* 完美的Flash Player 10效能

* 快速應(yīng)用程式啟動(dòng)─優(yōu)異的Java效能

* 可儲(chǔ)存Context(情境)，讓使用者能在應(yīng)用程式間來(lái)回移動(dòng)

* 為UI提供快速的3D繪圖執(zhí)行

* 快速開(kāi)機(jī)

* 低功耗待機(jī)模式

* 支援?dāng)?shù)位家庭中所有的連接標(biāo)準(zhǔn)，包括802.11有線/無(wú)線網(wǎng)路、HDMI、USB和既有的視訊標(biāo)準(zhǔn)

CPU 在前一代產(chǎn)品中，CPU通常執(zhí)行一個(gè)小型作業(yè)系統(tǒng)，并主要用來(lái)管理2D UI、產(chǎn)生螢?zāi)划?huà)面、并處理‘輕載’作業(yè)。

在下一代平臺(tái)中，CPU會(huì)執(zhí)行功能更豐富的Android OS、Java VM、多個(gè)應(yīng)用程式開(kāi)發(fā)庫(kù)、應(yīng)用程式架構(gòu)、以及數(shù)個(gè)預(yù)設(shè)的應(yīng)用程式。此平臺(tái)必須支援一個(gè)類(lèi)似Chrome的瀏覽器、多個(gè)特定為T(mén)V使用者體驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用程式。所有這些都會(huì)為主處理器帶來(lái)大量的工作負(fù)載，因此有可能需要用到繪圖處理、轉(zhuǎn)碼、和編解碼器等硬體加速器。

傳統(tǒng)DTV和下一代產(chǎn)品間的另一個(gè)差異在于，CPU工作負(fù)載具有顯著的動(dòng)態(tài)和變異特性。

傳統(tǒng)DTV是專(zhuān)為較固定效能需求所設(shè)計(jì)，它的工作負(fù)載變化不大。軟體是由製造商決定，因此平臺(tái)的工作負(fù)載範(fàn)圍能妥善規(guī)劃，并選用適當(dāng)?shù)奶幚砥?、記憶體、和額外元件。系統(tǒng)工作負(fù)載的最糟狀況是與DTV有限的功能有關(guān)，通常會(huì)發(fā)生在處理2D UI，因?yàn)樗墓δ苡邢?，因此除了DTV的主要工作外，只能啟動(dòng)或看見(jiàn)一部分的UI。

下一代平臺(tái)則具備更寬廣的系統(tǒng)效能需求。CPU工作負(fù)載的最糟狀況會(huì)發(fā)生在當(dāng)使用者在觀賞網(wǎng)際網(wǎng)路串流視訊時(shí)，但此平臺(tái)并沒(méi)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(shí)，使用者可能還會(huì)看廣播電視和/或執(zhí)行Java應(yīng)用程式，或甚至進(jìn)行與遠(yuǎn)方使用者之間的雙向通訊。這顯示出新一代平臺(tái)的工作負(fù)載有許多的不可預(yù)測(cè)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(yīng)用程式。Android同時(shí)也支援對(duì)稱(chēng)多重處理(SMP)，可讓智慧型電視平臺(tái)充分發(fā)揮處理器核心的多執(zhí)行緒、SMP效能。

這是半導(dǎo)體供應(yīng)商和OEM業(yè)者的主要設(shè)計(jì)考量。多變的工作負(fù)載和多種具視訊功能的網(wǎng)路應(yīng)用程式，會(huì)需要更高的整體系統(tǒng)效能需求。因此，選用一個(gè)能完全支援多執(zhí)行緒應(yīng)用程式和SMP配置的處理器架構(gòu)，是非常重要的關(guān)鍵。

GoogleTV中有兩款鎖定低階功能的產(chǎn)品，它們能處理UI需求，但僅具處理同步多媒體串流、同步應(yīng)用程式和網(wǎng)路瀏覽的有限功能。這意味著，平臺(tái)/半導(dǎo)體設(shè)計(jì)人員必須選擇具擴(kuò)充性的處理器架構(gòu)，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(zhuǎn)碼的需求。

從一個(gè)能提供完美使用者體驗(yàn)和有限同步功能的入門(mén)級(jí)平臺(tái)來(lái)看，半導(dǎo)體廠商應(yīng)考慮採(cǎi)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(yīng)包含一個(gè)執(zhí)行速度至少為處理器時(shí)脈速度一半的浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)。此外，我們也建議採(cǎi)用32KB L1指令和資料快取、最小32-entry TLB(建議用64)、和256KB L2快取。