宽频计算机技术动向与设计实例

近年来，国内外PC业者陆续推出一系列64位桌上型计算机与笔记型计算机，试图开创另一波计算机更换商机，在激烈的国际竞争环境下，产品功能的差异化成为业者主要诉求，类似内建著作权保护、高辉度高色纯度液晶显示器、1位数字增幅器与低音基准型立体声喇叭、多功能遥控器等规格，结合计算机、数字电视、音响、DVD/硬盘机录放影等功能的宽频个人计算机（BB PC，Broad Band Personal Computer），成为市场关注焦点。

上述BB PC收地表波数字信号时，除了须支持高画质（HD；High Definition）影像处理之外，结构上必需具备小型、省电等基本特性，同时还需符合著作权保护法与电波应用相关法规，本文将以一款内建四种影音功能的笔记型计算机为范例，探讨这类BB PC的技术动向。

硬件特征
表1是内建4合1影音功能宽频笔记型计算机的特征与差异化技术一览；图1是计算机的系统架构。宽频计算机处理高画质影像数据量是传统地表波影像数据的5倍，因此必需具备极高的像素扩充处理功能。

如表1所示，宽频计算机采用Intel Core Duo T2500微处理器，绘图控制器采用NVDIA GeForce Go7600，可同时接收、录像地表波数字与模拟两种节目。

录像地表波数字电视影像时，数据量同样是传统地表波影像的5倍，因此使用2个容量分别是120G byte硬盘机。此外透过RAID（Redundant Array of Independent Disks）的RAID0 / RAID1功能，2个高容量硬盘机可以视为单一驱动无意识自动切换。

为忠实呈现地表波数字电视的高画质影像，宽频计算机采用画素数为1920 × 1200高辉度、高色纯度液晶显示器，喇叭单元则选用1位数字增幅器与低音基准埠（Bass reflection port），藉此提高全音域音质。

表1 4合1影音功能的特徵與差異化技術

差异化技术

■地表波数字电视接收器
笔记型计算机专用的地表波数字电视接收器，外形上必需非常小型、轻巧，图2是地表波数字电视接收器的实际外观。基于某些区域无法接收数字信号，因此本电视接收器同时内建高画质地表波模拟电视接收功能，两接收器独立动作可以分别录制电视节目。

地表波数字播放的高画质影像数据形式，为17M位/秒的MPEG-2 TS（Transport Stream），该影像数据内部包含的动画利用ISO/IEC13818-2 MPEG-2 MP@HL（Main Profile at High Level）编码。

为了将路径（stream）译码显示，并将播放资料的显示加以合成，作业上要求极高的演算、显示处理功能，因此采用NVDIA GeForce Go 7600绘图控制器与Intel Core Duo T2500微处理器，藉此使地表波数字播放相当处理作业更顺畅。

图3是电视接收器的分配器的外观，由图可知两个电视接收器透过分配器（split）连接于天线，分配器内建有增幅器因此分配后的信号不会衰减，而且噪讯强度与传统地表波模拟播放相同，因此不会受到另一端的噪音干扰。

地表波电视接收器并不支持卫星电视信号，因此数字播放用指定收讯方式（MULTI2）的暗号译码作业上要求的B-CAS（Broadcasting satellite Conditional Access Systems）采用地表波数字专用卡片。图4是B-CAS卡片的插入口的实际外观。

虽然本计算机可以忠实录制播放地表波数字影像，不过基于防止非法复制等考量，在PC结构内部包含录像数据与所有Bus，以及内存的数据都设有保密（scrambler）功能，因此无法作画面直接复制。此外，地表波电视接收器动作上会产生高热，这意味着散热非常重要，尤其是散热效率很差时，高转速冷却风扇势必引发噪音问题。

如图5所示，两个地表波电视接收器相互远离设置在低发热区域，设计上尽量避免影响使用者视听。

图6是地表波数字电视接收器收讯后，一直到液晶显示器显示影像的数据流。如图所示，利用天线输入端子收讯的地表波数字播放无线信号波，透过地表波数字电视接收器复调成TS，该路径在著作权保护LSI被内部编码化，接着在传送到微处理器将内部编码化的路径译码，接着将影像、声音、数据播放等路径分离，其中影像路径是以MPEG-2方式登录，因此利用绘图控制器译码。

此外，数据播放的路径编辑方式为BML（Broadcast Markup Language），所以先描绘在复数的绘图面上（graphics plane），接着数据播放的绘图面再与已经译码的影像路径重迭合成，变成影像数据传送到液晶显示器。

■高画质液晶显示器
地表波数字播放的影像为16：9，扫描线为1080条的循序（Interlace）影像。为忠实显示影像，本范例的计算机采用高阶电视常用的高画质（HD）WUXGA等级，分辨率为1920（横）× 1200（纵）画素的液晶显示器。

同时，基于可以将影像输出至电视、监视器等考量，本计算机设有D影像端子，D影像端子的输出可以支持D4的规格。根据ARIB的应用规范，D影像的输出必需利用CGMS-A（Copy Generation Management System for Analog）控制。

图7是Full HD液晶显示器与XGA液晶显示器画面的比较，由图可知，Full HD液晶显示器具备高辉度、高色纯度等特性，可以显示非常鲜艳、细腻的高画质影像。

■喇叭音效
分离后的声音路径是以AAC（Advanced Audio Codec）方式编码，因此译码后会被输入至音响电路。音响电路是由Intel HD音响规范建议的电路，与高级音响专用最大输出功率高达4W+4W的高音质1位数字增幅器构成，接着再组合haman / kardon的Bass reflection立体喇叭，图8是喇叭与低音基准埠的外观

本范例计算机利用1位数字增幅器，驱动11MHz高频与4W+4W高输出喇叭，它能够忠实反映管弦乐器特有的急峻声音，形成沙龙音响效果。此外，本计算机还设有光学数字音响端子（S/PDIF），可以与支持AC-3（Advanced Codec 3）的音响设备连接。图9是1位数字增幅器实际外观。

■著作权保护技术
接着介绍利用PC平台进行地表波数字播放收讯时的著作权保护技术。利用PC接收地表波数字讯号时会面临各种技术性课题，例如数字讯号不会劣化，容易引发使用者非法复制、传播影像数据侵犯著作权等纠纷，进而对高画质节目的播放形成障碍。

以往要从电视或是机上盒（set top box）直接撷取数字数据，技术上相当困难，相较之下，个人计算机属于开放结构，资源的存取相对比较容易，这意味着理论上使用者可以轻易读取计算机内部的数字数据。

根据ARIB R-B14第8章，有关地表波数字电视播放运用详细规定如下：

‧ 保护对象的内容（contents）成为使用者进行记录媒体储存，或是内容对使用者进行存取输出时，必需以内部暗码作编码化藉此保护内容。
‧使用内部暗码时，暗码演算（algorithm）与编码化的锁键，必需适度管理防止使用者进行存取。

换言之，所谓使用者存取Bus的保护，是指为了让使用者存取Bus时，能够安全转送内容，特别将内容编码化而言。至于使用者存取Bus，是指使用者可以轻易取出信号的数字连接接口Bus，它的规格使用公开的标准连接器（connector），亦即：

‧PCI（Peripheral Component Interconnect）Bus
‧IDE（Integrated Drive Electronics）Bus
‧SCSI（Small Computer System Interface）Bus
‧ PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association）Bus

由于范例中宽频笔记型计算机的地表波数字电视接收器，使用相当于迷你PCI的Bus插槽（slot）连接，因此终端使用者可以利用简单的工具、方法，从该插槽分析PCI Bus内部交易（transaction）情况。有鉴于此，宽频计算机结构上必需防止使用者擅自读取数据，即使内容储存于硬盘机等记录媒体之前，也需要进行内部编码化，而且储存之前必须首先作内容元转送者（亦即地表波数字电视接收器），与转送去处（亦即应用者）之间的认证，依此建立转送去处的正当性。

著作权保护技术是指将内部（local）编码方法，精确封装成IC半导体的技术，虽然内部编码的强度与使用上管理关键，都必需遵照上述ARIB规定的运用规范，不过实际封装方法却仰赖各PC业者独特的技术。

例如认证上使用的键必需依照各机器分配，使地表波数字电视接收器不会任意连接到其它PC，即使PC或是地表波数字电视接收器故障更换零组件后，依旧能够使用故障前的内容。

由于地表波数字电视接收器连接于PCI Bus，因此内容流入PCI Bus之前必需透过硬件强化保护处理，著作权保护LSI是将上述处理封装在LSI内部，所以可以获得极高的安全强度。著作权保护LSI具备以下功能：

．MULTI2暗号的解碼技术
．I2C（Inter- Integrated Circuit）Bus界面
．PCI Bus界面
．内部（local）编码技术与译码技术
．IC卡（B-CAS）的控制

图10是著作权保护LSI的内部结构，由图可知宽频计算机内部的地表波数字电视接收器一旦开始接收播放内容，从接收器复调器输出的TS，立即被输入到著作权保护LSI的内部，该LSI使用B-CAS卡片，将施加于该路径的MULTI2暗号译码，此时地表波数字电视接收器的控制透过I2C Bus执行，接着将译码后的路径内部编码化，利用Bus master转送功能经过PCI Bus输出。
　

如果内容已经存放在硬盘机的场合，再生时必要的锁键会从著作权保护LSI传送到宽频计算机，计算机使用该锁键使内部暗号译码进行再生处理。

内部暗号解碼时必要的锁键，与锁键生成上必要的数据，则存放在著作权保护LSI内部的内存。至于一连串路径的控制则以内建的微处理器执行，收容微处理器程序的闪存，同样是内建于著作权保护LSI内部。

LSI封装时采取BGA（Ball Grid Array）方式，所有脚架完全没有裸露在电路基板表面，藉此防止使用者擅自读取LSI内部数据。

结语
以上介绍内建4合1影音功能的BB PC技术概要。随着LSI半导体技术与高密度封装技术的进化，一般认为未来BB PC势必整合IP电话等无线通讯技术，进行实时的数据上传、下载作业，届时BB PC将可望大幅拓展应用领域。