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电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 摘要 随着数字电视技术的日趋成熟，交互式电视已经成为数字电视的发展方向。 为了实现交互式电视提供的服务功能如电视点播、交互式广告、网上浏览、互 动游戏等，必须采用数字电视中间件技术。为了促进我国数字电视技术的发展， 我国制定了自己的数字电视中间件标准，为数字电视机顶盒的生产以及交互电 视应用的开发提供了统一的规范。根据我国制定的中间件标准，开发具有中国 特色的、具有自主知识产权的中间件系统是中国数字电视发展的重点。 本文在深入研究数字电视中间件技术及其相关的j a v a 技术的基础上，根据 我国制定的数字电视中间件标准，借鉴国内外数字电视中间件产品的开发经验， 结合有线数字机顶盒的硬件环境和操作系统等特征，提出了在有线数字机顶盒 环境中实现数字电视中间件的方案。该方案硬件采用以s t i 5 5 1 6 芯片为主的有线 数字电视机顶盒，软件采用j a v a 技术作为核心。将s u n 公司提供的基于l i n u x 系统的c d c ( 连接设备配置) 移植到有线数字机顶盒o s 2 0 操作系统上作为j a v a 平台，使用j 2 m e 程序包中的个人简表和j a v a t v a p i 为j a v a 应用程序提供标准 接口。本文详细叙述了在有线数字机项盒环境中实现该方案的j a v a 平台( c d c ) 部分所作的工作，主要包括修改了c d c 中与s t 2 0 c c 编译器、o s 2 0 操作系统、 s t 2 0 c 2c p u 相关的部分。最后，讲述了对j a v a 平台的实现进行的测试，包括 测试环境的搭建、测试的过程。通过测试结果，得出j a v a 平台运行正常，简单 的j a v a 应用程序能够在机顶盒中运行。 关键词：数字电视中间件机顶盒c d c j a v at v 电子科技夫学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 a b s t r a c t w i t ht h em a t u r ed e v e l o p m e n to fd i g i t a lt e l e v i s i o nt e c h n o l o g y , i n t e r a c t i v et e l e v i s i o nb e c o m e sd e v e l o p i n gd i r e c t i o no fd i g i t a lt e l e v i s i o n f o rr e a l i z i n gi n t e r a c t i v e t e l e v i s i o ns e r v i c e ss u c ha sv i d e oo n d e m a n d ( v o d ) ，i n t e r a c t i v ea d v e r t i s e m e n t ，o n l i n e b r o w s i n g ，i n t e r a c t i v eg a m ee t c ，w em u s ta d o p td i g i t a lt e l e v i s i o nm i d d l e w a r et e c h n o l o g y i no r d et oa d v a n c et h ed e v e l o p m e mo fd i g i t a lt e l e v i s i o nt e c h n o l o g yo fo u r c o u n t r y ，t h ed i g i t a lt e l e v i s i o nm i d d l e w a r es t a n d a r do fc h i n ai si n s t i t u t e d a c c o r d i n g t ot h i s s t a n d a r d d e v e l o p i n gt h em i d d l es y s t e mw i t hc h i n e s ec h a r a c t e r i s t i c s a n d i n d e p e n d e n t i n t e l l e c t u a l p r o p e r t yr i g h t i st h ef o c a l p o i n t t h a tc h i n a l s d i g i t a l t e l e v i s i o nd e v e l o p m e n t t h i sp a p e rs t u d i e sd i g i t a lt e l e v i s i o nm i d d l e w a r e t e c h n o l o g ya n d j a v at e c h n o l o g y a c c o r d i n gt o t h ec h i n e s em i d d l e w a r e s t a n d a r d ，u s i n gt h ee x p e r i e n c eo fo t h e r s m i d d l e w a r ep r o d u c tf o rr e f e r e n c e ，t h i sp a p e rp r o p o s e sar e a l i z i n gs c h e m eo f d i g i t a l t e l e v i s i o nm i d d l e w a r eb a s eo nt h eh a r d w a r ee n v i r o n m e n ta n do p e r a t i n gs y s t e mo f s e t - t o p b o x t h eh a r d w a r ep a r to f t h i ss c h e m ea d o p t ss t i 5 5 1 6c h i p ，t h es o f t w a r ep a r t a d o p t sj a v at e c h n o l o g y t h i ss c h e m er e g a r d sc d c a sj a v ap l a t f o r mw h i c hi sp o r t e d t oo s 2 0 o p e r a t i n gs y s t e m c d c r e f e r e n c ei m p l e m e n ti so f f e r e ds u n c o m p a n yw h i c h i sb a s e do nl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m a n dt h i ss c h e m eu s ep e r s o n a lp r o f i l eo f j 2 m e a n dj a v at va p it oo f f e rs t a n d a r di n t e r f a c ef o ra p p l i c a t i o n p r o g r a m t h e n ，t h i sp a p e r h a sg i v e nt h er e a l i z a t i o no fj a v a p l a t f o r mi nt h es t i 5 5 16s e t t o p 。b o x ，w h i c hi st h ep a r t o ft h es c h e m e t h ew o r kf o r r e a l i z i n gj a v ap l a t f o r mi sm o d i f y i n gt h ep a r to f c o r r e l a t i n gw i t hs t 2 0 c cc o m p i l i n gm a c h i n e ，o s 2 0o p e r a t i n gs y s t e ma n ds t 2 0 一c 2 c p u a tl a s t ，t h i sp a p e rh a st o l dt h et e s tf o rr e a l i z a t i o no fj a v a p l a t f o r m t h r o u g ht h e t e s tr e s u l t ，d r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tj a v ap l a t f o r mn o r m a l l yr u n sa n ds i m p l ej a v a a p p l i c a t i o np r o g r a m s c a l lr u ni nt h es e t t o p b o x k e yw o r d s ：d i g i t a lt e l e v i s i o nm i d d l e w a r e s e t t o p - b o x c d cj a v at v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 州年月卯日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：毯蓬 导师签名： 日期：枷 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 1 1 研究背景 第一章引言 ( 1 ) 交互式电视是数字电视发展的方向 随着数字电视近几年的发展，人们对电视娱乐的要求越来越高，使得交互 式电视受到越来越多的重视。所谓交互式数字电视，就是按照人们的要求在普 通数字电视节目中加入各种各样的增值服务，它融合了数字电视技术、计算机 技术、多媒体技术和网络通信技术。 交互式数字电视系统是在传统电视系统的基础上发展过来的，它仍保持有 原来的电视系统的各种功能，如单向多路视频广播，并且在此基础上增加了许 多传统电视系统所不具备的功能： 收发电子邮件：用户可在交互式数字电视系统上收发e m a i l ，随着技术 的发展甚至可以收发带音视频的电子邮件。 即时消息通信：用户可在交互式数字电视系统上进行即时消息通信，如 0 0 聊天。 可视电话通信：用户可在交互式数字电视系统上进行实时可视化的视频 流、音频流的交互通信。 互动广告：互动广告服务使电视观众可以使用遥控器对广告做出迅速回 应，请求关于服务或产品的信息，甚至订购特定产品的免费样本。 数据广播：交互式数字电视系统通过数据广播向用户播出大量的图文信 息，用户通过对机顶盒的操作可以浏览互联网站、查询财经信息等等。 - 互动游戏：系统运营商开发基于互动数字电视的游戏并在网络中传输， 让用户在数字电视上实现交互实时游戏。 视频点播( v o d ) ：网络运营商在网络上建立媒体资源存储库，让用户 随意点播视频流。 电视商务：用户可在交互式数字电视系统上进行商业贸易活动，实现电 予支付。电视商务的信用及安全可通过机顶盒及c a 系统来实现。 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 ( 2 ) 数字电视中间件在交互式电视中的作用 为了实现交互式电视的各种功能，需要采用数字电视机顶盒，将数字信号 进行接收、解码和处理。然而，早期的机顶盒依赖特定的硬件环境，所有的应 用程序都是基于嵌入式实时操作系统编制的，只配置电子节目指南等简单的应 用，无法满足人们对互动的要求。因此，现在和将来的机顶盒都采用了数字电 视中间件系统，应用程序都是基于中间件编制的，并且与硬件无关，彼此之间 相互独立，无数量限制的应用程序还可以从网络上下载，这样就可以为用户提 供丰富的互动功能，包括电子节目指南，互动广告，股票信息，互动游戏，电 视商务，视频点播等。 数字电视中间件技术已经成为交互式电视的核心技术，是各种交互式应用 得以运行所不可缺少的条件。各级网络运营商只需要专心开发技术平台上的互 动应用，而无需考虑技术平台和机顶盒的升级换代问题，因而可以保证互动电 视的应用开发可以做到平滑的升级。数字电视中间件使得交互式电视的业务功 能更加强大，内容更加丰富多彩，使得应用程序可以“一次开发，多次使用”。 数字电视中间件技术的发展必定能带动大批企业的发展，包括芯片提供商、 电视机和机顶盒生产商、软件设计与开发商、应用程序提供商、电视运营商等。 ( 3 ) 开发自主知识产权的数字电视中间件的必要性 虽然我国的数字电视技术发展较快，但是与国外的数字电视发展相比，历 史还很短。国外，尤其是欧美，在数字电视标准以及中间件系统的研发上走在 我国的前头。目前国内的数字电视中间件系统大多采用国外的中间件产品。然 而，电视作为大众媒体，涉及面之广大是众所周知的，采用国外的中间件产品 不能对国家舆论和媒体安全作出必要的保证。因此，控制和掌握数字电视中间 件技术，开发具有中国特色的、具有自主知识产权的中间件系统是中国数字电 视开发的战略重点。 我国已经制定了统一的数字电视中间件规范，我们应该借鉴欧美的开发经 验，利用这个规范开发具有自主知识产权的中间件系统，提高软硬件的设计和 开发能力，从而更好地带动一大批数字电视硬件和软件的发展，极大地提高民 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 族企业软件地设计和开发能力，促进我国数字电视产业的发展。 1 。2 研究内容和意义 基于以上的背景，本文主要研究了数字电视中间件技术，熟悉国内外数字 电视中间件标准，特别是我国制定的中间件标准，并了解国内外成熟的中间件 产品。由于j a v a 技术以它的跨平台、安全和开放源代码等特性被电视产业界以 及有关标准化组织接受，我国的中间件标准也将j a v a 技术列入了其中，本文还 仔细研究了j a v a 技术中的j 2 m e 和j a v a t v a p i 部分。另外，对有线数字机顶盒 的硬件环境和实时操作系统做了全面的了解和深入的研究。在此基础之上，本 文根据我国的中间件标准，提出了在有线数字机顶盒环境中实现数字电视中间 件的方案。同时，对该方案中的j a v a 平台在有线数字机顶盒中的实现作了积极 的实践。 本文的研究成果不仅为进一步研究和实现j a v a 应用程序标准接口提供了软 件平台，且提出的数字电视中间件实现方案对开发具有自主知识产权的中间件 产品有着借鉴意义。 1 3 论文组织 本论文包括六章，如下； 第一章：引言，即本章，介绍本文的研究背景、研究内容和意义。 第二章：数字电视中间件，介绍数字电视中间件的概念、标准和国内外中 间件产品。 第三章：数字电视中间件的实现方案，介绍了该方案的技术知识背景，给 出了该方案的详细思路和系统结构。 第四章：数字电视中间件的部分实现，详细叙述了在s t i 5 5 1 6 数字机顶盒环 境中实现中间件系统中的j a v a 平台( c d c ) 的过程。 第五章：数字电视中间件部分实现的测试，详细介绍了测试环境的搭建、 测试的过程，和测试结果。 第六章：结束语。 电子科技大学硕士论文：数字电视中问件技术的研究 第二章数字电视中间件 2 1 数字电视中间件概念 数字电视中间件是指位于数字电视机顶盒内部实时操作系统与应用程序之 间的软件部分，它以应用程序接口( a p i ) 的形式存在，整个a p i 集合被存储在机 顶盒的闪存( f l a s h ) d p 。中间件将应用程序与底层的操作系统、硬件细节隔离开 来，使应用不依赖具体的硬件平台【1 。采用中间件系统，可以跨越技术、标准 等复杂的内容，用简单的方法定制具有自己特色的应用软件，从而在提高开发 效率、减少开发成本的同时能够跟上技术的发展，将应用的开发变得更加简捷， 使产品的开放性和可移植性更强。图2 - 1 描述了数字电视中间件在机顶盒中的 位置。 各种应用程序 中间件 实时操作系统 机顶盒硬件层 图2 1 数字电视中间件在机顶盒中的位置 数字电视中间件所处的地位决定了其软件系统的构成具有如下几个特点： 移植性：要求中间件软件的平台无关性，一方面独立于任何硬件平台， 另一方面它所提供的与d r i v e r 层的接口应该是能够在大多数硬件平台上方 便的使用。 互操作性：要基于开放的标准，如m p e g ，d v b ，j a v a ，h t m l 等现有 开放的国际标准，从而保证应用程序的通用性。 采用通用的a p i ；采用统一的应用程序接口形式，要考虑：支持t s 流的 应用、下载、本地存储等应用；支持业务信息( s i ) 的提取；使广播商和 应用提供商能够自己开发应用程序，允许实现由广播和应用提供商可以方 便把握的人性化交互界面。 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 交互性：支持双向交互和不需要回传的本地交互，这是现代机顶盒的重 要标志，如何在已有的硬件平台和网络基础上最大限度的延展机顶盒的交 互能力，包括频道浏览、网络交互、应用下载等功能，是中间件开发的核 心内容之一。 可塑性和可组合性：根据不同的市场需要和用户的特殊情况，中间件提 供的服务应该是可以组合的，可以制定不同的产品特性来满足不同层次的 需求，这将方便新功能的加入便于用户升级。当然，这一点是建立在中间 件软件系统架构的稳定性之上。 数字电视中间件的应用开放性和平台无关性是其发展的必然方向，所以中 间件通常由虚拟机构成，如j a v as c r i p t 虚拟机、j a v a 虚拟机等。采用虚拟机的概 念，可以避免为一个平台特别重建内容。一个虚拟机也可称作驱动程序，它可 定义为一个独立的工作环境，因此，程序员在开发机顶盒的应用程序时可以不 必关心底层的硬件结构。中间件产品一般由非节目提供商和机顶盒厂家的第三 方提供，这对于节目提供商制作节目和厂家生产机顶盒的进一步简化和标准化 都是非常有利的。目前，国内外有不同的数字电视中间件标准，针对不同的标 准，有不同的中间件产品。 2 2 数字电视中间件标准 不同的中间件系统会提供不同的下层驱动资源模块接口以及上层应用编程 接口，因此不同的系统之间是不能互通的。因而在数字电视业务的不断发展过 程中，人们认识到了制定统一的应用程序接口的重要性。可以说，中间件技术 的发展与中间件标准的制定进程是同步的。目前国际上中间件的标准主要有五 种，包括欧洲的d v b m h p ，日本的a r i b ，美国的a t s c 、a t v e f 和c a b l el a b s 等。国内的中间件标准则是由广电总局提出的数字电视接收设备中间件功能性 能规范。 2 2 1d v b m h p 标准 在欧洲，交互式数字电视的发展领先于世界上其他国家。在这样一个有多 元化国家存在，各个国家既要求相互的独立性，又强调联盟的欧洲大陆，各工 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 业、商业及科研集团之间形成了一种友好的交流协作关系。这就为各种d v b 数 字电视标准，特别是m h p ( 媒体家庭平台) 的产生，创造了一种有利的氛围，同 时欧洲对交互式应用的重视远胜于北美地区。d v b m h p 标准是由欧洲d v b 组 织提出的多媒体家用平台( m u l t i m e d i ah o m ep l a t f o r m ，m h p ) 的概念，其目的是使 许多不同厂家能使用同一平台( 称为水平市场) ，同时系统不同层次的运营商( 称 为垂直市场) 能单独操纵整个运作。 d v b m h p 主要定义了机顶盒的整体架构、传输协议、内容格式、j a v a 虚拟 机和d v b ja p i s 、d v b h t m l 模式、安全性、图像参考模型、系统集成和各 层具体细节等，还定义了应用状态和表现，如应用状态有“已下载”、“暂停的”、 “正运行”、“被破坏”。系统也支持应用的自动启动。水平市场的一个特殊情况是 处理同时运行的应用，这些应用必须共享m h p 的资源。有些资源只能用于一个 应用，如屏幕，有些资源可以共享，如存储器，因此要区分互相协作的应用和 有冲突的应用。除s i 规范以外，m h p 还定义专用的应用信令，提供应用的位置、 相关数据、所需的m h p 层次、所需的资源、自动启动特性和与之有关的协作应 用。为了实现广泛的互操作性，选择一个能用于多种不同内容的格式是至关重 要的。m h p 能满足多种形式的格式，如图形格式包括p n g 、g i f 、j p e g 、m p e g - 2 i ( p ) 帧、m p e g 一1 2 音频、d v b 字幕、u t f - 8 ；码流格式包括m p e g 一2 i 视频、 m p e g 一1 2 音频、d v b 字幕、d v b 图文电视、驻留字符、下载字符、h t m l 、 x m i ，1 1 1 。 d v b m h p 标准明确地提出数字电视中间件系统中必须包含一个j a v a 虚拟 机，交互式应用使用j a v a 语言进行编程，同时建议采用h t m l 。目前m h p 使 用s u n 公司的j a v a 虚拟机j v m ，如p e r s o n a l j a v a 等。j a v a 虚拟机基于j a v a 规范 因此d v b 的专用平台命名为d v b j 。j a v a 应用程序必须通过与操作系统直接相 关的j a v a 虚拟机，通过d v b - j 平台的基础，才能实现它的功能。j a v a 虚拟机嵌 入如v x w o r k s 、u c o s 等实时操作系统，为j a v a 程序提供支持环境。建立在d v b j 平台上的数字电视信息，依据实时操作系统，共享j a v a 编程语言开发的应用程 序，借助网络实现双向交互。在较高层次上，由不同厂商提供d v b j 平台上保 证互用性的a p i ，其中主要是由s u n 定义和控制的j a v a a p i s ，包括p e r s o n a lj a v a 、 j a v a 丁v 、和j m f ，另外还有其他公司提供的用于图形的h a v iu i ，以及d a v i c 6 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 a p i s 和由d v b 定义和控制的a p i s1 2 。如图2 - 2 图2 - 2 m h p 中间件的组件 2 2 _ 2 中国的数字电视中间件标准 ( 1 ) 概述 在我国，数字电视较早的引起了政府的高度重视，数字电视新技术的开发 及产业化已被列入“十五计划”中信息建设的十大优先项目。在产业界，数字 电视技术的研究与开发正如火如荼，广电部门也在大力推广数字电视商业运营 的前期工作。为了促进我国数字电视技术的发展，为数字电视接收设备的生产 以及交互电视应用的开发提供统一的规范，我国制定了数字电视接收设备中间 件功能性能规范。该规范的目的是规定数字电视接收设备软件系统各主要层和 模块的功能和性能，为各层功能及系统软件的实现、测试提供参考依据，以便 软件技术供应商能够设计出功能和性能都满足该规范要求的软件系统【3 】。 接收和处理前端播发的数据和运行交互式应用接收设备硬件设计各不相同， 各软件系统架构差别有异。如果没有一个统一的参考性规范，各个供应商提供的 接收设备系统必然在系统架构和性能上有许多差别，在接收设备设计与开发上 面造成不必要的重复与浪费。因此该规范主要规定了三个方面的内容： 数字电视节目以及数据的格式 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 统一的数据传输协议： 应用程序编写所采用的语言及其接口 该规范对接收设备的软件系统提供了一个完整的模型，是一个层次性架构 和模块化设计。它定义数字电视接收设备的平台为交互媒体平台( i m p i n t e r a c t i v em e d i ap l a t f o r m ) ，它包括所有可能的由低端到高端的功能实现，以及 与之相连的外围设备和家庭数字网络。i m p 的各个模块相互联系，具有一定的 独立性，各自提供不同的功能 3 】。 ( 2 ) 中间件系统架构 i m p 的总体结构如图2 - 3 ，其软件组件的组织形式分为三个层次 图2 - 3 i m p 总体结构 ( a ) 接收设备驱动层及系统资源 i m p 开放式媒体平台中的硬件设备包含有许多的功能模块，它们通过软件 和硬件资源来表达和实现。这些资源的组织形式并不固定，不同的设计方案便 有不同的组织形式。抽象的来看，逻辑资源可以映射成个或多个硬件实体i m p 。 一个应用程序应该能够处理所有本地连接的资源，这些资源可以看成一个实体 的组件。 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 ( b ) 中间件系统 应用程序并不直接的调用资源。中间件系统软件给这些资源带来了一个抽 象层，这个中间层隔离了应用程序和硬件平台，实现了应用程序的可移植性和 跨平台可执行性。中间件系统中包含有一个应用程序管理器，它负责启动应用 程序，管理所有应用程序的生命周期，包括彼此之间的相互操作，便于各种应 用程序能够协调地执行。 ( c ) 应用程序 应用程序是指各种在i m p 平台上运行的交互式软件，如电子节目指南，股 票信息，游戏等。 i m p 中间件系统软件具有它自己的设计和资源管理模型，它实现应用程序 接口。它包含以下几个方面： 接收和处理不同来源和传输形式的码流 执行各种命令和传递各种事件 记录数据和读写文件 获取硬件资源 中间件系统的设计应是种层次型架构，由几个系统模块组成如图2 4 ： 图2 4 i m p 中间件系统结构 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 i m p 中间件系统主要模块功用如下 - s t b 驱动层：此层提供m p e g 一2 数据提取，条件接收和s m a r t 卡控制， 信道参数设定，音视频流控制，m o d e m 管理，串口通信，i r 接收控制及 其它的功能。 核心系统模块：它由一系列模块组成，包括内存管理，线程调控，事件 管理，安全性控制，数据下载管理以及网络协议管t 里( t c p i p ，h t t p 等) 。 图象与多媒体模块：此模块与下层平台接口，提供高级的函数用于绘图， 多视窗管理，以及音视频控制。 s i 引擎：此模块用于管理s i 数据库，它负责提取e i t ，p m t 等常用s i 表格数据，并且具有监察功能，它可提供频道搜寻时已储存的数据，如频 道名称等。 j a v a 虚拟机( j v m ) ：这个虚拟机用来解译执行j a v a 应用程序，并提供j a v a d e b u g 等功能。 w e b 引擎：它支持h t m l 3 2 4 0 、x h t m l 、d o m c s s 等，显示h t m l 网页，提供上网功能。 j a v a 应用程序标准接口( j a v a a p i s ) ；这里面包含有多个j a v a 程序包，用 于开发交互式应用软件。它包括一些j 2 m e 的程序包和一系列用于数字电 视的专用程序包，如图形显示、多媒体控制、s i 数据装载和存取，回路控 制及系统资源管理等，此系统还提供控制w e b 浏览器运行j a v aa p p l e t 的 程序包。 交互式应用程序：应用程序并不属于中间件系统，它建立在中间件系统 标准界面之上，但在中间件系统提供给用户的同时，我们也会提供用于协 调各种交互式应用程序的内置应用控制器( a p p l i c a t i o n m a n a g e r ) 。 ( 3 ) m h p 与i m p 比较 d v b - - m h p 在其系统设计上面无疑考虑到了其通用性，但在此标准的实际 制定和审议过程中，由于各个技术提供商在利益上的冲突，编委不得不采取折 中态度，满足各方面的利益，使得现在的m h p 标准是一个包罗万象，结构冗杂 的大系统。其各个程序包之间并不和谐，这不仅使这一系统的实现极为复杂， o 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 也使得应用软件的开发者无所适从。简单地说来，目前的d v b m h p 存在着以 几下方面的问题h ： 1 ) 几种不同类型的程序包交织在一起，是一个混合体，它的主要程序包有： p e r s o n a lj a v a ，d a v i c ，d v b ，j a v a t v ，h a v i 等。p e r s o n a lj a v a 标准包是s u n 公司定义的标准包。d v b 程序包主要是对d a v i c 程序包及一些j a v a 标准包的 补充，如o r g d v b e v e n t ，o r g d v b u s e r p r o f i l e 等。 2 ) 相对于d a v i c d v b 程序包，j a v a t v 程序包的作用并不大。j a v a t v 程序 包是s u n 公司定义的，其内容几乎含盖所有的d a v i c 和d v b 程序包。它并没 有一个明显的资源管理模式。如果几个应用程序同时需要同一个资源时，不同 的实现模型便会有不同的结果。 3 ) h a v i 图形包是由h a v i 组织定义的，而s u n 公司定义的j a v a a p i 中包含j a v a a w l 包，j a v a a w l 包包含许多类和方法，提供对窗口、图像和文本的管理。这样 在m h p 中就有两种图形包共存。 根据我国数字电视领域的技术水平和研发能力，充分考虑我国的经济和文 化现状，我国指定的i m p ，是在参考d v b m h p 基础上的一个简洁实用的标准。 与d v b m h p 相比较，做出的修改主要有以下几点： 1 ) i m p 所定义的程序包主要是j 2 m e 程序包，而不是p e r s o n a lj a v a 程序包。 j 2 m e 是s u n 公司考虑到其p e r s o n a lj a v a 的局限性和数字机顶盒及移动通信的情 况重新定义和分类的产品。 2 ) i m p 只是指定程序包还包括一系列用于数字电视的专用程序包，如图形显 示、多媒体控制、s i 数据装载和存取、回路控制及系统资源管理等。因此，用 户可以选择使用d a v i c d v b 程序包或者j a v a t v 程序包，并且可以在所选的包 的基础上，添加或者修改程序包，充分完善其功能。 3 ) 在数据下载协议方面，i m p 和m h p 一样，将d s m c cd a t ac a r o u s e l 作为下 载标准协议，但是对其大多数描述符作了一定的限制，定义了对事件消息的传 输，使得接收设备与前端服务器形成种互动。 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 4 ) 在网络方面，i m p 还提供控制w 曲浏览器运行j a v aa p p l e t 的程序包，使 得在网页文件中也能调用j a v a 程序，为应用程序设计提供了灵活性。 5 1 在字符显示方面，i m p 要求字库符合g b 2 3 1 2 标准和g b l 3 0 0 0 标准。 2 2 3 其他标准 美国制定了一系列的中间件标准，如a t v e f 、a t s c 、c a b l el a b s 等。a t v e f 是一种将h t m l 作为数字电视内容的主要格式的标准，它与目前的互联网在较 大程度上兼容。a t s c 组织的标准d a s e ( d t va p p s o f t w a r ee n v i r o n m e n t ) 主要以 s u n 公司的j a v a t v 为基础，力图制定出一个以j a v a 为核心的标准，目前也还没 有完全结束。o p e n c a b l e 是以c a b l e l a b s 为核心的网络公司组成的一个标准化组 织，旨在制定一个用于网络数字电视的标准o c a p ( o p e n c a b l ea p p l i c a t i o n p l a t f o r m ) 。最近他们采用了不少m h p 标准中内容作为o c a p 标准i 5 。 日本制定的是a r i b 标准。a r i b 标准主要是基于b m l ( x m l 的一种形式， 作为内容的播发格式) 和d s m c cd a t ac a r o u s e l ( 数据轮盘) ，并增加扩展了 j a v a s c r i p t 以便更好地编写交互式应用。b m l 是一种规范的语言，符合未来电子 商务的要求；而d s m c c 数据轮盘是一种数据传输国际标准，因此该标准有一 定的适用性。目前日本的一些软件企业和数字电视机顶盒企业，如a c c e s s 、 p i o n e e r 、f u j i t s u 等都在研发符合a r i b 标准，以便解释b m l 的中间件系统1 5 j 。 2 3 国内外中间件产品 目前国内外已有多种中间件系统，它们在产品性能、应用等方面各有千秋。 国外的主要有：n d s ，o p e n t v ；l i b e r a t e ；m i c r o s o f tt v ；a l f i c a s t ；c a n a l + m e d i a h i g h w a y 。国内的主要有中视联的u p s y s 和上海高青的媒体烽火台。 n d s 中间件 n d sc o r e 是一套应用于机顶盒、可升级的交互数字电视中间件解决方案。 它基于d v b 和i n t e m e t 标准，1 9 9 6 年面世以来，运行于一个实时操作系统，是 个既适用于增强电视、又符合d v b - - m h p 标准的中间件。n d sc o r e 的基本 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 特点包括：提供预定服务功能、三层图像；支持m p e g 2i 帧；可选择支持h t m l 引擎和j a v a 。其应用程序可以用h t m l 、j a v a s c r i p t 和j a v a 等开放的标准语言来 编写。此外，它还可以提供电子节目指南和一些集成的数字电视应用。n d sc o r e 已经完全与n d sv i d e og u a r d 有条件接收系统等集成在一起f 6 】o o p e n t v 中间件 o p e n t v 早在1 9 9 5 年就开始从事数字电视中间件技术的研究。o p e n t v 采 用的编程语言是c 语言，同j a v a 相比，它具有编程难度大，调试难度高等缺点。 o p e n t v 还与松下共同开发了支持d v b m h p 的机顶盒，可以同时支持现有的 o p e n t v 应用和d v b m h p 应用。d v b m h p 应用的运行环境也是基于成熟、稳 定的o p e n t v 基本库，并且保留了现有的o p e n t v 应用程序。但是o p e n t v 存 在很多如双向数据通讯不通等尚未解决的问题，加上o p e n t v 固有的采用c 语 言开发，封闭性较强，应用开发难度远大于基于j a v a 的系统【6 if t 。 l i b e r a t e 中间件 l i b e r a t e 的中间件解决方案是服务器端基于o r a c l e 数据库，客户端基于开放 的h t m l 和j a v a ，主要是支持网上浏览功能。它最大的优点是基于多级运营商 管理，有利于对多级运营的现状进行多级管理 6 1 7 1 。 m i c r o s o f t 中间件 软件业巨头m i c r o s o f t 制订了一系列发展数字电视中间件系统及前端播发系 统的计划，并在过去的三、四年中推出了一些产品，从最早的维纳斯( v e n u s ) 至0 最近的m i c r o s o f tt v 。v e n u s 是一个h t m l 浏览器，提供上网功能。m i c r o s o f tt v 基于w i n d o w s9 5 和c e 及m i c r o s o f tm e d i ap l a y e r 技术，是一种将p c 机变成机 顶盒的技术解决方案。对于电视这种大众媒体来说，将p c 机用作机顶盒，代价 比较大 6 j 0 a l t i c a s t 中间件 a l t i c a s t 是韩国的数字电视中间件系统，它是目前号称第一家进入商业运营 电子科技大学硕士论文：数字电视中间仲技术的研究 的基于m h p 的中间件系统，a l t i c a s t 的主要设计方案是在美国制定、韩国开发 的，是完全基于欧洲d v b m h p 的一种解决方案7 1 。 c a n a l + 中间件 c a n a l + 的m e d i a h i g h w a y 是中间件系统在欧洲的代表，其技术特征是：采用 标准的j a v a 语言，采用标准的数据下载协议d s m c c 对象轮盘传输，将j a v a 与 d s m c c 相结合。1 9 9 9 年，m e d i a h i g h w a y 率先实现了将j a v a 引入d t v 机顶盒。 m e d i a h i g h w a y 可支持多种语言，包括j a v a 、h t m l 、j a v a s c r i p t 、m h e g 一5 、p a n t a l k 等；满足多种标准，包括d v b m h p 、o c a p 。m e d i a - h i g h w a y 中间件提供交互 电视环境所需的所有功能，可以快速地移植到各种操作系统硬件地组合上，并 能够执行任何基于开放或专用技术编写的应用【7 】。 中视联u p s y s 中间件 北京中视联u p s y s 是种开放、嵌入式的机顶盒中间件系统，它既易于移 植，又具有良好的可升级性与扩展性，支持用j a v a h t m l 语言编写的交互式应 用软件。u p s y s 采用国际和国内数字电视标准和协议，给运营商提供了一个开 放、灵活、易扩展、可移植的端到端的增值服务平台。它包括终端机顶盒的中 间件、前端广播服务系统和交互式应用【8 1 。 媒体烽火台中间件 媒体烽火台中间件由英凯软件系统有限公司和上海高清联合开发。该中间 件系统包括一个j a v a 虚拟机和一个网络浏览器，能够支持j a v a 编程和上网。该 系统符合中国数字电视和d v b m h p 标准，支持国际标准d s m c c 数据下载协 议。1 6 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 第三章数字电视中间件的实现方案 3 1 相关知识简介 3 1 1 有线数字机顶盒 数字电视机顶盒是接收数字电视广播节目，使用户能够在现有模拟电视机 上观看数字电视节目，并进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费类 电子产品。目前的数字机顶盒分为卫星数字机顶盒、地面数字机顶盒和有线数 字机顶盒 9 1 。本实现方案中选用的是有线数字机顶盒。 有线数字电视机顶盒，主要由高频调谐器和q a m 解调器、解复用器和 m p e g 一2 解码器、视频解码器和音频d a 变换器、嵌入式c p u 和存储器、外围 接口电路组成。其结构图见图3 - 1 。 图3 - 1 有线数字机顶盒结构图 音频 高频调谐器和q a m 解调器：高频调谐器接收有线网络的射频信号，通过 q a m 解调器完成信道解码，从载波中分离出包含视音频和其他数据信息 的传输流。 解复用器和m p e g 一2 解码器：传送流中一般包含多个音视频流及一些数 电子科技大学硕士论文：数字电视中间件技术的研究 据信息，传输流复用器用来区分不同的节目，提取相应的音视频流和数 据流，送入m p e g 2 解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。 视频编码器，音频d a 变换：m p e g 2 解码器完成对音视频信号的解压 缩，经视频编码器和音频d a 变换，还原出模拟音视频信号，在模拟电 视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。 嵌入式c p u 和存储器：嵌入式c p u 是数字电视机顶盒的心脏，它与存储 器模块用来存储和运行软件系统，并对各个硬件模块进行控制。本实现方 案中选用s t 公司的s t i 5 5 1 6 芯片，该芯片的c p u 为s t 2 0 一c 2 。 外围接口电路：提供丰富的外部接口，可以连接串行r s 2 3 2 接口，i r 接 收器，条件接收器，调制解调器等。 有线数字机顶盒的工作过程大致如下 高频头接收来自有线网的射频信号并变换为中频信号，进行a d 转换为数 字信号，再送入q a m 信道解调器进行q a m 解调，从载波中分离出包含音、视 频和其它数据信息的传送流( t s 流) ，送给解复用器，解复用器从t s 流中提取相 应的音、视频流和数据流，送入m p e g 2 解码器。其中解复用器中包含一个解 扰引擎，可对加扰的数据进行解扰，解复用器输出的是已解扰的视音频流。 m p e g 一2 解码器完成音频、视频信号的解压缩，经视频编码器和音频d a 变换， 还原出模拟音、视频信号，在常规彩色电视机上显示高质量图像，并提供多声 道立体声节目。 3 1 ，2o s 2 0 嵌入式实时操作系统 如前所述，本实现方案中选用s t 公司的s t i 5 5 1 6 芯片，该芯片的c p u 为 s t 2 0 - c 2 。s t 公司为所有s t 2 0 微处理器提供o s 2 0 嵌入式实时操作系统。o s 2 0 是一种高效率的实时多任务操作系统，控制应用程序的执行，是硬件和应用程 序的接口。在o s 2 0 多任务系统中，应用被分成多个独立的任务，任务之间可以 共享系