在1970年代初期，观看电视唯一用到的设备就是一部标准的电视机。在1980年代，这种简单的模式开始改变。有线电视与卫星电视供应商要求顾客将电视机连结至专属网路。此外，许多业者将电视讯号加密，故消费者在家中需要一套特殊装置将讯号进行解码。现今，数位电视则需透过一部视讯转换器（set-top box）来接收与解码数位节目的讯号。

FPGA是数位影片革命成功的关键因素

视讯转换器（set-top box）的主要功能是接收数位传输讯号（有线电视、卫星、以及地面频道），并转换成能在类比电视上播放的讯号格式。它是一套精密的电子装置，包含众多硬体与软体元件，通常连结至电视机以及墙上的电视线路。视讯转换器通常是由当地的有线电视、地面无线电视、​​或卫星电视服务供应商负责安装与设定。

家庭影音的应用型态正迅速从类比转移至数位领域，提供数百个24小时全天播送的频道、上网、以及其它服务。电视与PC涵盖的功能需要一套理想的平台来提供这些服务。在面对这么多的服务下，视讯转换器的功能已突破传统支援数位影片的功能。未来新世代的视讯转换器将提供更多的服务，例如：暂停、录制、储存、以及重播立即转播的影片、提供随选视讯（VoD）、提供上网功能，以及控制其它消费性电子装置。相对而言，功能简单的视讯转换器若要支援这些服务，必须扩增各种元件，例如像快闪记忆体、硬碟机、安全晶片、以及家庭网路晶片等。可编程逻辑解决方案将协助整合这些服务与元件在未来新一代的视讯转换器中。

现今的视讯转换器

数位电视专用的视讯转换器有时被称为接收器；现有类比电视的使用者若希望接收数位广播讯号，就必须使用视讯转换器；视讯转换器的功能区块如(图一)，而其中建置的典型功能包括：

《图一 目前世代视频转换器的区块图》

数位视讯转换器目前应用在卫星、有线电视以及地面数位电视等方面的服务；它对于地面广播讯号的电视服务特别重要，因此它能确保观众能享受免费的电视广播节目。视讯转换器的价位从基本功能机种的100美元一直到多功能机种的1000美元以上，且经常随同订购服务一同出租的模式提供给收视户使用。各大视讯转换器制造商希望以多元化的功能来增加营收，争取除了观看电视节目外还希望使用其它功能的收视户，例如浏览网站、传送电子邮件以及透过网际网路购物与订购各种服务。

未来的视讯转换器将提供更多的频道，并透过特别频道来增加选择，这类频道能让广播业者立即接收回馈资讯。视讯转换器将提供各种新服务，例如像改良型的按次收费、线上购物、互动式电视、随选视讯、以及将节目内容储存在硬碟等。

提供数位影片处理功能

在数位电视领域，典型的数位视讯转换器内含一或多组微处理器， 执行作业系统（可能是Linux或Windows）以及分析MPEG传输资料流。视讯转换器亦内建RAM、MPEG解码晶片、以及其它负责音效解码与处理的晶片。

视讯转换器的元件规格与采用的数位电视标准有关；欧规的DVB视讯转换器内含负责COFDM讯号解码的元件，而ATSC相容的视讯转换器则内含VSB讯号解码的元件。视讯转换器提供更高的品质、支援HDTV传输讯号、防止画面上出现 「鬼影」或其他干扰效果，让广播业者在频宽与品质之间取得弹性的平衡点。

MPEG-2 编码器是每部视讯转换器的心脏，它是由许多分离式演算元件所组成：

统计或变动长度的编码（VLC）技术可去除DCT输出讯号中的冗余资料。 MPEG-2演算法运用DCT/IDCT演算。 DCT传回「影像/影音输入」的离散余弦转换的结果（傅立叶函式的偶数部份）并将影像或音效的区块转换成同频率的系数。 IDCT（逆DCT）可以从DCT系数重新建构序列。压缩运算能提升影音传输的流量。影音压缩让多媒体系统更具效率，除了能提供CPU传输频宽外，亦提供更高画质的影片画面以及更高的音效品质，并支援多媒体的互动性。

虽然MPEG-2是视讯转换器最常用的压缩机制，但MPEG-4压缩技术正受到愈来愈多业者的采纳。主要原因是它可满足视讯转换器厂商与半导体业者急于扩增现有产品功能（例如像子母画面）到现有的设计中，从服务供应商的角度来看，MPEG-4适合应用在家庭网路以及内建数位录影机（DVR）的视讯转换器。

MPEG-4将成主流技术

MPEG-4 规格是由卫星供应商负责制定，探索各种方法来降低广播讯号的位元率，参与计画的有线电视业者则希望在其节目扩增物件导向的互动功能。运用MPEG-4中的进阶压缩效率（Advanced Coding Efficiency）设定档，卫星广播的资料流（目前采用2.5至3 Mbps的位元率） 可压低至1.6 Mbps并维持良好的影片品质。此外，有些服务业者亦考虑运用MPEG-4作为节省硬碟空间的技术，搭载在内建DVR功能的视讯转换器中。其它业者则将MPEG-4视为降低即时影片传输频宽的有效技术，以支援各种家庭网路应用。

各种子母分割画面亦需要MPEG-4技术，当全美的球赛转播在主萤幕上播放时，以MPEG-4压缩的影像在当地球赛节目可同时以子母分割画面的模式显示在萤幕上。此外，网际网路的串流内容，以MPEG-4或Windows Media的格式压缩，亦可透过子母分割画面的模式显示在萤幕上。

大多数视讯转换器制造商并没有期待以MPEG-4取代MPEG-2，而是在视讯转换器中搭载一组转码器，将MPEG-2资料流转换成MPEG-4的格式。很明显的多元化的MPEG-4标准正发挥各方面的优势，让视讯转换器提供不同的用途。

整合DVR、VoD、以及Net TV功能

过去数年市面上出现许多数位录影机（DVR），亦称为数位VCR与个人录影​​机（PVR）。 DVR使用内建储存（例如硬碟机）元件让使用者自行控制录影与播放即时录制的数位影片资料。这项功能包括能同时录制与播放影片资料或以即时模式录下或播放同一组资料流中的不同部份。

DVR透过内建的数据机向服务供应商播出电话，并下载节目指南与其它新版软体。尽管业界普遍预测这些DVR的出货量将出现大幅成长，但大多数视讯转换器制造商正努力将硬碟机与DVR功能整合在视讯转换器。这种设计将让视讯转换器能储存高数位品质的即时电视内容、立即存取刚录制的影像、主动且迅速管理电视的播放以及同时使用多组资料流。这类装置亦能下载数位电视服务供应商所提供的软体与其它应用程式。

除了提供即时的电视广播录制功能外，视讯转换器亦让使用者享受随选视讯功能；消费者将能即时订购一部电影，且随着消费者需求提供暂停、快转以及倒转播放等功能，且次数完全不受限制。

NetTV是一种以电视为中心的消费性装置，提供上网功能并以电视作为主要显示装置。 NetTV最基本的功能提供功能互动有限的电子节目指南或客制化的资讯播报器。先进的NetTV提供全图形化的Web浏览与影音电子邮件等功能。虽然消费者对于上网等服务非常感兴趣，但NetTV装置面临的最大发展障碍就是成本。视讯转换器制造商正努力将NetTV的功能整合至新一代的视讯转换器中。在网际网路主导一切的时代中，视讯转换器实际上就是一部特殊功能的电脑，能与网际网路互动，包括Web浏览器──也就是超文件传输协定（HTTP）客户端这边─ ─与网际网路的主要通讯协定TCP/IP。视讯转换器存取的服务可透过电话线或有线电视厂商的网路进行传输。

支援宽频存取与家庭网路

透过数位相机、MP3播放机、行动电话、以及Web Pad（可上网手写板）等装置传播的数位媒体，正带动市场对于可上网消费性电子装置与PC的需求。这些消费性装置都需要高速上网功能。住家未来将建置单一宽频存取点，让数位媒体不仅能在亲友之间分享，同时也能让家中各种装置一同分享。

未来的视讯转换器将提供各种高速网际网路存取的服务，连结卫星、有线电视、DSL、固定式无线网路、以及各种地面存取技术。虽然一种装置可能仅支援单一存取技术，但一套视讯转换器可能结合多种宽频存取技术。视讯转换器将透过各种家庭网路技术为各种消费性装置提供互连管道：

随着家庭网路愈来愈受欢迎，视讯转换器将从家中支援数位电视播放与频宽存取的装置，演变成一套家用闸道器，能管理与控制家中其它资讯装置。

家用闸道器的类型与演进

目前已安装的视讯转换器可大致区分成以下类别：

《图二 数字视频转换器》

此外中阶数位视讯转换器则内含回传（back）频道，能与伺服器进行通讯。这类视讯转换器提供电子商务、浏览网际网路以及各种多媒体服务。回传频道能针对区域观众提供客制化的广播内容。这类机种具备优于入门型机种的处理效能以及储存功能。

先进数位视讯转换器本身则类似多媒体的桌上型电脑，内含优于所有视讯转换器的处理效能。改良的功能搭配高速的回传频道，能用来存取各种先进的服务，例如视讯会议、家庭网路、IP电信、随选视讯以及高速的网际网路电视服务。此外，它所搭载的强化绘图功能可接收高解析度的电视讯号、将影片储存在硬碟机，并能同时录制与观看影片。这类接收器搭载各种高速介面埠，类似其它家用闸道器。对于有线电视、地面广播电视、以及卫星电视等业者而言，支援各种先进技术的视讯转换器可提供各种服务，为业者创造更多的商机。

家用闸道器是一套将宽频导入住家环境的平台，并能连结或桥接各种家庭网路技术。它能让家中的各种可上网装置相互连结并连上网际网路。各种新型资料广播服务的革命，促使市场需求一套装置能在网际网路与家庭网路之间传递数位内容。未来的闸道器将提供各种整合型服务，例如像远端管理、住家自动化、以及住家保全等。

以视讯转换器做为家用闸道器

闸道器的普遍建置须分三阶段进行；目前的阶段是已被建置在许多家庭的闸道器，大多数美国家庭的安装视讯转换器，可用来接收电视并透过数据机连上网际网路；第二阶段包括扩增各种先进功能，例如像透过家庭闸道器提供的宽频连线、家庭网路介面以及IP电信等方面的功能；第三阶段则是建置功能强大的闸道器，能在家中各角落供应影片、语音以及资料等内容，并提供像是住家自动化、能源管理、安全控制等服务。

由于支援多重技术，让闸道器被淘汰的机率大减。支援模组化设计的闸道器让它能演变成一种应用伺服器，让使用者将宽频服务传送至家中任何角落。闸道器必须具备一套可靠且稳定的硬体平台，同时减低软体出错机率，因为闸道器的用户不像PC使用者一样能容忍重新开机的状况。此外，像是电子商务交易、远端住家控制，以及透过经授权服务供应商进行存取等都是重要的功能，所以支援多重服务以及完整的安全机制是关键的要素。提供服务品质以支援不同厂商提供的各种智慧型装置，也是关键的功能之一。

(图三)显示家用闸道器的元件区块图。闸道器提供一套整合式的平台，满足大多数消费者的需求，并提供资讯娱乐、便利性以及通讯等方面的功能。视讯转换器的成功，加上大量消费者对于PC购买犹疑不决，让视讯转换器成功发展成家用闸道器。视讯转换器将发展成多媒体伺服器，建构出家庭网路的中控平台，和家庭闸道器一样主要提供上网之功能。

《图三 住家网关》

可程式化逻辑解决方案支援未来的视讯转换器

家用闸道器要成功发展，须运用可程式化解决方案作为系统的核心。可程式化逻辑元件能解决ASSP彼此无法连结的根本问题，并在各种不同的宽频与家庭网路晶片组之间提供连结介面与通讯协定转译的机制。它们提供大幅缩短产品上市时程的优势，并能迅速升级，这也是产品成功的必要条件。可程式化元件不仅具备让产品率先问市的优势，更能针对已建置在住家中的视讯转换器进行远端升级。

视讯转换器将结合各种元件，例如像数位数据机晶片、家庭网路晶片、处理器、记忆体以及软体。数位数据机晶片能连结不同的宽频网路，家庭网路晶片则让各种设备能进行互连。其它ASSP/ASIC则能处理数位影片与音乐服务。这些ASSP能透过系统机板上的汇流排相互通讯。处理器则负责协调不同元件之间的运作。透过各种额外的功能，视讯转换器将需要更高效能的处理器来支援持续提升的资料流量。然而，所有技术标准以及ASSP采用的不同介面，让不同ASSP、记忆体、以及处理器之间不可能采用无连结电路（glueless）的连结模式。

视讯转换器的软体有三大类：作业系统、中介软体以及应用程式。作业系统负责操作视讯转换器的各部份元件。中介软体是介于互动电视应用与作业系统之间的软体程式，观众可透过应用程式来观看电视节目以及使用各种互动功能。中介软体亦让家中的各种资讯家电与服务能流畅地互动，消弭系统元件之间复杂、分散、以及技术上的差异。对于影片处理而言，传统的DSP（数位讯号处理器）提供一套固定资料宽度且弹性化的架构，它们通常具有1至4组MAC单元，且需要序列型处理机制，导致资料流量有限。这些限制促使系统需要一组高时脉的DSP，进而形成许多系统设计的挑战；因此，产品需要配置多组DSP才能满足频宽的需求，但却也因此衍生功率与机板空间上的问题。

可程式化元件的弹性优势

可程式化逻辑元件具备一套弹性化的架构以及分散式的DSP资源与嵌入型乘数器，这些元件能支援任何层级的平行度或序列处理功能，在最佳化效能/成本之间取得最理想的平衡点。平行处理机制能提高流量，因此在影像处理市场，可程式化逻辑解决方案的需求量超越DSP，提供弹性与高效能。 FPGA是立即可用的元件，提供产品快速问世、快速采纳新标准、最佳化的位元频宽以及即时原型设计等优点，并支援高资料传输率。透过一整套DSP演算法/核心与专为可程式化元件设计的工具，研发时间可缩短数个星期，同时能提高系统的效能。例如，在可程式化逻辑元件中建置DCT/IDCT核心可分担系统处理器的负载，在执行MPEG编码/解码时能获得50倍至200倍的效能提升。

可程式化解决方案亦能连结各种不同的硬碟机以及NAND与NOR型快闪记忆体（视货源状况而定）。它们亦提供各种内容保护功能，运用DES、triple DES、AES、甚至各种专利型加密技术。它们亦提供各种系统介面功能，支援像PCI、USB等介面，让视讯转换器与家用闸道器能连结各种装置。此外，支援此类系统的FPGA为产品提供远端升级功能，让已送交顾客使用的产品仍能透过网际网路进行升级，大幅节省成本。

结论

视讯转换器正将数位革命带入消费者的客厅。使用者只要透过指掌，就可以坐在最心爱的沙发上轻松存取高品质的数位资讯与数位娱乐。视讯转换器提供生动的电视影像与清晰的音效，彻底改变家庭娱乐的面貌，并提供电子邮件、网站浏览以及各种客制化的资讯，例如像股票、天气以及交通等方面的讯息，并让消费者透过传统电视进行线上购物以及享受随选视讯的节目。

视讯转换器将演变成家庭多媒体中心，扮演家庭网路系统的核心，并成为消费者上网的主要存取管道，汇整各种技术后的设备将可透过硬碟机储存电视节目以及提供即时重播的功能。随着视讯转换器不断演进，它亦将提供各种家庭网路功能以及加值型服务，并发展成未来的家用闸道器。

可程式化逻辑解决方案是视讯转换器与家用闸道器发展成功的关键，因为它们提供快速问世以及市场生命周期方面的优势，能连结各种技术、元件以及系统介面。它们亦提供大幅超越数位影片处理器的效能。视讯转换器市场正以极快的速度成长，在面临市场如此热络且未来难以预测的情况下，成功的产品必须缩短上市时程且能迅速升级。

（作者为Xilinx美商智霖策略解决方案行销事业群资深经理）