从PC的普及,到影音内容数位化及宽频网路的实现,今日的家庭中充斥着各种各样的传播管道、媒体格式以及收播、录制装置。在传播管道上,除了既有的有线及卫星电视外,透过网路传输的IPTV服务也开始兴起了;在媒体内容上更是多样,除了数位、类比电视外,还有数位相机拍的照片、 DV拍的影片、网路下载的MP3、iTune音乐、电影,以及DVD、CD等等,甚至还有线上或机台的3D游戏。
这些涵盖音讯(audio)、视讯(video)、影像(image)和图像(graphic)的多媒体内容,在过去分属于电视、CD/DVD播放器、收音机、音响、游戏机等客听中的机盒式家电,以及卧客中的PC周边,或随身的照相机、录影机、MP3播放器和PDA等。然而,在数位网路化的新环境中,家庭用户开始期待这些装置都可以并存在相同的家庭网路平台上,而各种内容之间也都能够互通传递,并汇聚到客厅的家庭媒体中心( Home Media Center)来播放。
这种汇流的变迁趋势,也意味着庞大的商机开始浮现。有实力角逐这个市场的重量级玩家,主要是既有的影音家电业者,以及来自PC阵营、消费性电子设备商(如游戏机、PVR)及网路设备商(如闸道器、NAS储存器)的挑战。大家除了致力于相容来自其他阵营的媒体格式及介面,以及在功能性与操作性上互别苗头外,也各自有一套媒体中心的建置架构及发展策略。由于PC业者的挑战实力最坚强,本文将着重对家电阵营的盒式(Box-centric)方案与PC-based方案进行比较。
多元的媒体格式与介面
今日家庭媒体中心需克服的一大问题,就是如何整合各种各样的多媒体内容格式,分析如下:
视讯(动态影像)上的主要编解码格式包括MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC、VC-1及中国的AVS等,还有VCD、DVD、DivX等媒体格式。 MPEG-2在电视节目的制播上仍有稳定的市场需求,但随着市场应用上对高画质及频宽效率的要求日益提升,新一代的编解码格式也愈来愈受重视,其中又以H.264最被看重,而VC-1则属于微软阵营的视讯格式,也有相当的市场份量。在影像的解析度上,又可以分为电视萤幕的标准画质电视(SDTV, 720x576)和高画质电视(HDTV, 1920x1080),以及PC萤幕的VGA(640x480)、SVGA(800x600)和UVGA( 1024x768)等。
在音讯部分,也有很复杂的规格。几个重要的音效格式包括AAC/AAC+、AMR-NB/WB、AC3、MP3/MP3Pro、WMA、OGG、MIDI、Dolby等;若要在家中讲VoIP电话,则需用到LPC、CELP与ACELP等语音编码格式。此外,为满足家庭剧院(Home Theater)的逼真音效,还得支援立体多声道的环绕效果。
除了音、视讯格式外,在家庭媒体中心中得处理的内容还包括静态影像(照片)和2D/3D的图像。在格式上,常见的影像处理格式包括BMP、TIF和JPEG等等,目前以JPEG最流行,而下一代的JPEG2000也开始商业化,它能让影像的处理获得更高效率的压缩及多功能的特性。在游戏方面,家庭媒体中心必须支援2D、3D、SVG(Scalable Vector Graphics)的各种规格。
复杂的传输介面
除了以上琳琅满目的各种媒体内容格式外,这些内容的显示及播放,也得透过极多样的介面来传送。在视讯输出方面,包括既有的D-Sub、S-Video、AV端子、三色色差端子,以及高画质电视新主流的DVI、HDMI端子等;在声音的输出上,包括Mic、Line- out、Line-in,并要支援5.1,甚至是7.1声道,此外,要接上家庭剧院的数位扩大机,则会需要S/PDIF光纤输出。
数位内容也可能透过其他的储存媒介传送到家庭媒体中心,因此得支援CF Type I/II、SD、MMC、MS、MS PRO、xD等记忆卡格式,以及常见的USB 2.0及IEEE 1394汇流排,此外,高速的e-SATA也是有可能用得到的介面。在通讯的介面上,则包括有线/无线及区域/广域的Ethernet、xDSL、Cable、Wi-Fi、Bluetooth、UWB等等。请参考(图一)。
PC-based的媒体中心途径
在看了上述媒体内容及传输介面的介绍后,可以理解到家庭媒体中心架构上的复杂度,然而,它的最大挑战正是如何化繁为简,让坐在客厅中的老老少少都能很轻松的取得、操作与享受这些内容。最理想的操作模式,自然还是让用户能舒舒服服地坐在沙发上,用一只摇控器就能很容易地点选自己想看的节目、照片,想听的音乐、广播,想浏览的网站,以及想玩的游戏。
以PC的能耐,本来就可以执行各种的应用功能。除了文件编辑外,PC用户早已习惯利用电脑来播放处理影音内容,只要再插上一片电视卡,就能收看电视节目了。不过,PC从安装到各种应用程式及使用介面的操作,都有不少的学习门槛,并非适合家庭媒体中心的运作模式。为此,PC阵营的领导者积极针对客厅的环境推出了更容易上手的解决方案,包括微软的MCE(Windows XP Media Center Edition)、Intel的Viiv和AMD Live! ,都是诉求结合电脑和多媒体娱乐,将DVD 播放机、数位录放影机(DVR)、CD 播放机、音响以及其他娱乐设备整合为一体,在单一装置上实现遥控操作功能。
用用看今日的媒体中心(Media Center)PC,可以发现其操作介面已有大幅的简化改善,也可以用遥控器来执行暂停、倒转电视或广播节目、以数位元元方式录制完整的电视系列或是节目类型、观赏DVD和视讯档案、组织整理并播放音乐选集,以及展示数位相片。此外,此类PC甚至还贴心地设计了快速开关的「Away」模式。
不过,即使一台多媒体PC的外型可以非常类似一般的影音家电,但其壳子里毕竟是PC架构的再包装,仍难脱PC的一些特性。在操作介面上虽已大幅的简化,但买了台多媒体PC回去,仍得进行一堆「正确」的设定;在内部的硬体架构上,尽管双核心的处理器能在高效能的同时缓和高热源的议题,但散热与耗电仍是头痛的问题,伴随而来的风扇噪音也必须得到完善的处理。
此外,身为PC,「当机」仍是随时可能发生的原罪;而一台微软作业系统的PC,还得处处防范「病毒」及「骇客」的攻击。最后,也是最现实的问题,就是一台多媒体PC的价格动辄四、五万元,这或许是合理的PC价格,但在家电的市场,这已足够再添购一台大萤幕的电浆电视了。而与其竞争的一台入门STB,可能不到1000元就可以买得到了。
Box-centric的媒体中心途径
另一个可行的途径,还是采家电的设计架构。此作法往往能满足低价和简易操作性的需求,但想在今日的媒体中心里扮演要角,还得先克服连结性与效能处理的问题。看看今日的影音家电环境,存在着数位电视、STB、PVR、家庭剧院、游戏机、DVD播放器/烧录器、数位摄影机、照相机,以及可携式游戏机、PMP或MP3等。这么多元的家电设备该如何整合在一起呢?
目前最可行的方式是透过USB、Ethernet、HomePlug、Cable(MoCA/HPNA)或无线方式(Wi-Fi)等介面来与STB串连,利用STB来执行影音的解调(demodulation)和解码(decode )等工作,再传送到电视机萤幕播放。在这类架构中,最受注目的是结合网路与电视内容的IPTV服务模式。这是一套整合语音、视讯和数据的Triple Play多重业务模式,在全球市场已开始快速的成长,若从IPTV的服务营收来看,MRG(Multimedia Research Group)预估其营业额会从2004年的6亿3500万美元成长到2008年的720亿美元,年成长率高达102%;用户数则可望从在2004年的190万户,成长到2008年的2530万户。
IP STB无疑是此架构的核心装置,在其开发上有两种策略,一是依个别服务供应商量身订制其需要的IP STB规格,另一个方向则是采开放性的架构,透过通路来销售这样的设备。以前者来说,营运商具有极高的掌控性,能建置较安全及可靠的系统,并透过远端来管理与升级这些设备,但产量受限、产品成本难以降低,设备商的创意也难以发挥。
通路式的IP STB则能开创水平性的商业模式,将市场规模做大,也能在竞争下有效刺激成本。设备商能依其技术能力及行销策略推出高、中、低等级的产品系列,让用户有多元的选择。这当然是相当理想的发展模式,虽然目前IPTV多由大的电信业者所主导,形成垂直性为主的商业型态,但由网路端发起的服务模式,也由微软、Yahoo等大厂开始炒热。因为此类IP STB也能成为家庭媒体中心的主机,正是发展IP媒体中心(IP Media Center)的另一项选择。
Media Center PC vs. IP STB/Media Center
以PC来当做家庭媒体中心主机,虽有价格偏高及操作较复杂的弱势,但对于热衷新产品的早期采用者(early adopter),尤其是一些PC的玩家来说,他们较能接受数万元一台的多媒体PC,也愿意自行手动安装与升级。不过,对于一般的用户来说,他们当然以便宜好用为购买的第一原则,而且会要求产品的稳定性及耐用性。这群人无疑是市场上的多数族群,他们会偏好选择盒式的解决方案。
IP STB是代表性的一项产品,在专属性的设计下,能提供更可靠、安静、省电、更小尺寸,也符合使用者习惯,及满足营运商或通路模式的解决方案。此外,在作业系统上若采用WinCE或Linux的平台,则能进一步提供接近PC的多样化功能,让用户也能透过网路下载内容或应用程式,为STB进行功能的升级和扩充。
系统规划挑战
相较于PC采用通用式的硬体及无所不包的软体,IP STB必须针对特定的规格定义来妥善规划其软、硬体系统。面对庞杂的功能整合需求及愈来愈繁重的处理工作,今日的IP STB得克服极大的设计挑战,包括编解码(Codecs)、安全/内容管理、介面、软体的复杂度、QoS等等。
IP STB有三大任务,一是处理网路资料流,二是处理影音串流,三是进行资料的存取。在三大任务中,影音处理无疑是最繁重的工作,整个工作涵盖了解码、DRM授权、影像后处理,再送到萤幕播放。目前从家庭到行动设备的新兴视讯应用上,都迫使视讯编解码的格式转向新一代的H.264或VC-1视讯格式。
从家庭媒体中心来看,高画质电视(HDTV)已形成强烈的市场需求,储存媒介的容量也不断提升(如HD-DVD、BD),但不论是从地面、卫星、缆线或网际网路来传输内容,其可用频宽都十分有限,若想流畅的传送高画质的节目,就得更有效率的运用有限的频宽及频谱。
新一代的H.264或VC-1便是极佳的选择。以H.264来说,它能提供远高于MPEG-2或MPEG-4的压缩率,但仍能保持视讯的品质。试验显示,在相同视讯品质情况下,与MPEG-4 Advanced Simple Profile压缩协议相较,H.264可以把位元率降低35%~50%,而与MPEG-2相较可降低40%~65 %;与MPEG-4 Simple Profile压缩协议相较,H.264 Baseline Profile还可以在广泛的位元率范围内将峰值讯息噪音比降低50%以上。
不过,由于H.264的演算技术更为复杂,在编解码上需采用更高阶的处理架构。以运算记忆体来说,若要执行HDTV的解码,MPEG-2只需要用到9MB的记忆体空间,H.264则需要超过15MB的空间;以记忆体频宽来说,HDTV的H.264解码器也会需要比MPEG-2大两倍的频宽才跑得动。不过,随着SDRAM在密度及频率上的提升,这些问题已获得很大的改善。
在处理效率上,同样采软体方式设计的H.264解码器,会占用比MPEG-2大六倍以上的运算资源。因此,以纯粹软体方式来设计H.264解码器并非理想的作法,采用硬体方式虽会增加一些元件成本,但能够大幅提升处理效能,对系统的整体效益是很明显的。
不过,即使支援了新一代的编解码格式,IP STB仍得广泛支援市场上存在的多重格式,而且针对同一种格式中的不同类型(profile),也要有支援能力。尤其是采通路式市场的IP STB,支援多重格式才能应付各种可能的编解码需求。此外,由于IP STB是多种媒体汇流的中心(Hub),它也得具备从低阶QCIF到高阶1080i的多重解析度,甚至具有编码转换(transcoding)及速率转换(transrating)的技术能力。最后,在后制处理(post processing)的阶段,还要求以不同解析度来提供子母画面(Picture in picture;PIP)、频道浏览(Channel browsing)和多重播放(Multi-play)等加值应用功能。请参考(图二)。
软体开发
为满足多样化的功能,IP STB在软体开发上的复杂性也不断在提升,其设计考量的层次必须涵盖硬体层、驱动程式、作业系统、中介软体和应用软体,而整个产业链中的参与业者众多。在这些软体层次中,作业系统的选择无疑是个关键,它将决定整个开发工作的难易度,以及未来的升级能力。
在嵌入式的系统中,通常会采用即时作业系统(RTOS)或高阶作业系统(High level OS;HLOS),后者又以WinCE和Linux为大宗。采用RTOS能让系统获得最佳化的设计,但需投入较长的研发时间;相较之下,HLOS则提供了更完善的各种功能套件,让开发工作能顺利许多。
目前Linux以其开放性条件,在嵌入式系统中取得一席之地,但针对如IP STB/Media Center的复杂性设计,Linux设计师必须具有强大的技术能力,才能顺利将来自不同来源的连结协定及功能套件整合在一起,并获得理想的工作表现。相较之下,WinCE已将多数常用的连结性协定整合在其中,例如WMDRM-ND、WMC、P4S、TCP/IP等等,设计者不需再为此伤脑筋,而且提供了方便的建置平台,协助设计者进行开发、除错或调校系统。当然,微软方面会负责产品的升级开发,持续推出新的升级版本。请参考(图三)。
硬体架构
硬体架构架构上,盒式的IP STB/Media Center设备业者会希望在一个完整性的平台上进行系统规划。这个平台必须能提供接收卫星、数位地面电视及播放DVD/HD-DVD的媒体介面,以及宽频的网路介面,并对多重影音格式进行解码及输出。要达成这样的平台,必须掌握一些关键性的技术,包括影音编解码、家庭网路协定、支援多重谐调器(tuner)、提供数位录影功能,以及安全性的技术(CA/DRM),并能满足低成本和省电的要求。请参考(图四)。
![《图四 IP Media Center平台的关键技术》](/art/2006/10/021348348496/p4.gif)
《图四 IP Media Center平台的关键技术》 |
|
结论
何种解决方案最终将在家庭媒体中心的战场中胜出,目前仍然言之过早。不过,就短期的战线来看,家电式的IP STB/Media Center具备了较明显的优势,也就是能以客制化的系统架构来提供低价、易操作及性能稳定的使用经验,若采用WinCE等作业系统,还能提供接近PC的多元功能。当然,PC阵营也非省油的灯,这场战役才刚刚开打而已。
(作者为ST大中华区消费与显示部门桌上盒竞争力中心经理)