（计算机应用技术专业论文）数字电视中间件技术研究与实现.pdf

西北。i i 业大学硕士学位论文 摘要 摘要 数字电视中间件( m i d d l e w a r e ) 是指位于数字电视机项盒内部实时操作系统与应 用程序之间的软件部分。采用中间件系统，可以跨越技术、标准等复杂的内容，用 简单的方法定制其有自己特色的应用软件，并使得产品的开放性和可移植性更强。 目前，数字电视受到越来越多的国内外厂家的关注，国外对数字电视中间件系 统的研究取得了一定的进展，已经分别推出了以j a v a 虚拟机和h t m l 虚拟机为核心的 中间件产品，而国内的研究才刚刚起步。 本文结合8 6 3 软件重大专项课题“面向d t v 的嵌入式平台”，深入研究了数字电 视中间件技术，主要的工作和成果如下： 1 数字电视中间件模型设计。分析了当前世界上流行的数字电视中问件标准， 重点研究了d v b m h p ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g m u l t i m e d i ah o m ep l a t f o r m ) 标准，结合以上分析，参考b i h p 标准，提出了一个基于嵌入式l i n u x 、以k a f f e 虚拟机 为核心的数字电视中间件模型，并给出了该模型的系统架构以及模块划分； 2 媒体呈现中间件的实现。引入构件化思想，采用j n i ( j a v an a t i v ei n t e r f a c e ) 技术调用目标平台提供的a c l ( a t ic o m p o n e n tl i b r a r y ) 库，设计并实现了中间件系 统中的媒体呈现部分，该模块能够根据用户不同的功能需求方便地进行定制； 3 数字电视软件平台的设计与实现。研究了t s ( t r a n s p o r ts t r e a m ) 流在i p 网络 上的传输，设计并实现了基于i p 网络的数字电视软件平台。实验结果表明，使用该 软件平台，能够达到良好的播放效果。 论文中所设计的中间件能够应用于数字电视的接收和播放，具有自主知识产权， 为进一步的研究奠定了良好的基础。 关键词：数字电视，d v b m h p ，中间件，构件 婀北下业大学硕士学位论文 a b s t r a c l a b s t r a c t d t vm i d d l e w a r cr e s i d e sb e t w e e n u n d e r l y i n gr e a l t i m eo p e r a t i o ns y s t e ma n d a p p l i c a t i o n si ns e tt o pb o x b yu s i n gd t vm i d d l e w a r e ，w ec a ng e ta c r o s sd i f f e r e n t t e c h n i q u e sa n ds t a n d a r d s ，c u s t o m i z eo u ro w na p p l i c a t i o n ss i m p l ya n ds t r e n g t h e nt h e o p e n n e s sa n dt r a n s p l a n t a t i o no ft h ep r o d u c t n o w , d t va t t r a c t sm o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni nt h ew o r l d t h er e s e a r c ho nd t v m i d d l e w a r es y s t e ma b r o a dh a sg a i n e ds o m ee v o l v e m e n t ，a n ds o m ep r o d u c t sb a s e do n j a v av i r t u a lm a c h i n e ( v m ) a n dh t m lv mh a v eb e e nd e p l o y e d h o w e v e r , l i t t l eh a sb e e n d o n ei nc h i n a t h i st h e s i ss u p p o r t e db yt h ep r o j e c to fn a t i o n a l8 6 3p r o g r a m ，“d t v - o r i e n t e d e m b e d d e ds o f t w a r ep l a t f o r m ”，s t u d i e sd t vm i d d l e w a r ei nd e p t h m a i ne f f o r t sa n d a c h i e v e m e n t sa r el i s t e da sf o l l o w s ： 1 + s o m ep o p u l a rg l o b a ls t a n d a r d so fd t vm i d d l e w a r ca r ed e e p l ya n a l y z e d ，a n d t h e nd v b m h pi ss t u d i e dd e t a i l e d l y a c c o r d i n gt om h p , ap r o t o t y p es y s t e mo fd t v m i d d l e w a r eb a s e do ne m b e d d e dl i n u xa n dk a f f ev mi sp r e s e n t e d a n dt h e nt h es y s t e m a r c h i t e c t u r ea n dm o d u l ep a r t i t i o no ft h em o d e la r ee x p l a i n e d 2 ac o m p o n e n to fm e d i ap r e s e n t a t i o ni nt h em i d d l e w a r ei s d e s i g n e da n d i m p l e m e n t e db yj n it e c h n o l o g yw h i c hc a l l st h ea t ic o m p o n e n tl i b r a r yp r o v i d e db y h a r d w a r ep l a t f o r m t h em o d u l ec a nb ec u s t o m i z e dc o n v e n i e n t l ya c c o r d i n gt ou s e r s v a r i o u sn e e d s 3 b ys t u d y i n gh o wt ot r a n s m i tt so ni pn e t w o r k ，ad t v s o f t w a r ep l a t f o r mb a s e d o ni pn e t w o r ki sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h et e s tr e s u l ts h o w st h ep l a y i n ge f f e c ti s q u i t en i c e t h ed e s i g n e dm i d d l e w a r ew h i c he a r lb eu s e di nt h ed t vs y s t e m ，h a si n d e p e n d e n t i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y t h ec o n t r i b u t i o n so ft h i st h e s i sf o u n dab a s i sf o rt h ef u r t h e rs t u d y k e y w o r d s ：d i g i t a lt v ，d v b - m h p ，m i d d l e w a r e ，c o m p o n e n t 两北工业人学硕士学位论文 第一章绪 仑 1 1 课题背景 第一章绪论 数字电视( d i g i t a lt v ) 是继黑白模拟电视，彩色模拟电视之后的第三代电视， 是电视技术发展史上的次革命。数字电视是数字技术、微电子技术、网络技术和 软件技术等高新技术的综合应用，在信息化社会中占有重要的位置。 所谓数字电视，是拍摄、编辑、制作、传输、播出、接收电视信号的全过程都 使用数字技术的电视系统。与模拟电视相比，它具有三大优越性“： 1 t 增加节目频道，减少传输成本：由于数字电视是以压缩的方式传播节目内容， 使得其传输所需要的带宽比模拟电视小得多。以前个模拟频道传播所需的带宽可 用来传播6 - - 8 个数字频道，因而在不增加带宽的情况下，用数字电视传输方式可大 大节省因增加电视节目频道而需要的传输成本，提高经济效益。 2 优美的音质和清晰的图像：由于采用数字形式传输和广播，电视的音视频信 息在播发过程中几乎没有损失，且数字传播还可采用超前纠错的方式，接收端收到 的电视图像极为清晰，且电视伴音以立体声或家庭影院环绕立体声的形式与电视图 像一起播出，使得人们可以欣赏到清新悦耳的电视节目，感受到电视节目给娱乐和 消遣带来的美妙享受。 3 节目形式丰富，增加了互动性：由于数据能够与音视频流一起混合传播，这 就为交互电视提供了必要的技术基础，有了增强电视互动性的可能。数据的传输和 应用，使得能在数字电视接收设备上运行很多交互式的应用程序，如电子节目指南 ( e l e c t r o n i cp r o g r a m g u i d e ，e p g ) 、股票信息、游戏等，而且还可以开辟新的节目， 如即时节目点播( v i d e oo nd e m a n d ，r o d ) 或准即时点播( n e a rv i d e oo nd e m a n d ，n v o d ) 等。 要实现数字电视的各种优越性，必须提供数字电视机顶盒对数字信号进行接收、 解码和处理。运行在机顶盒中的软件系统的主要部分中间件系统，便是数字电 视技术中的核心技术之一。中间件技术的应用给运营商提供了一个开放、灵活、易 扩展、可移植的增值服务平台。 数字电视中间件是在应用程序和操作系统之间嵌入的一个中间层软件，它定义 了一组支持数字电视应用功能的标准程序接口，使应用程序与具体的数字电视硬件 平台无关。早期的中间件，立d o p e n t v ，m e d i a h i g h w a y 等提供端到端的系统支持，对 商 t ? l i , j k 大学硕士学位论文 第。一章绪论 推动数字电视系统和产品的发展起了重要的作用。但是由于这些系统之间互相独立， 电视业务互不兼容，阻碍了整个数字电视的推广进程，也制约了f 身技术的发展。 目前，数字电视中间件正逐步向统一平台和统一业务支持的方向发展，符合国际或 工业标准的开放平台逐渐占据了主导地位，因为开放的中间件平台可以保证不同系 统应用间的协调操作。由此可见，发展统一、开放的数字电视中间件技术是市场的 要求，也是国际化的要求。 目前，数字电视中间件技术尚无一个全球统一的标准，主流的标准有：欧洲的 d v b m h p 、美国的o c a p ( o p e n c a b l ea p p l i c a t i o np 1 a t f o r m ) 标准和日本的 a r i b ( a s s o c i a t i o no fr a d i oi n d u s t r i e sa n db u s i n e s s e s ) 标准。其中，得到了广 泛应用的是d v b 组织提出的基于j a v a 虚拟机的d v b m h p 中间件标准。d v b m h p 是d v b 组织在1 9 9 7 年开始的一个项目，它的目标是将家庭平台标准化，使其成为向未来交 互式多媒体应用迈进的重要步骤，它可以用于卫星、有线电视、地面广播、无线微 波( m i c r o w a v e ) 等传输网络上，提供电视广播与互动服务。m h p 是应用程序接口中的 重要元素，可提供来自不同的服务业者、设备供货商、软件厂商开发的各类应用中 一个独立于平台的接口。这个开放的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a n w n i n gi n t e r f a c e ) 将 有利于开发新的服务，因为其接口资料可以提供给所有使用者。应用d v b m h p ，广播 商不必受限于为私有中间件方案而开发的应用，可以为其前端、终端、应用开发等 各自选用不同的提供商而不会被一家“套牢”。 中国政府由原国家计委( 现发展改革委员会) 于2 0 0 2 年设立数字电视标准专项， 牵头与信息产业部、广电总局等成立数字电视标准专家小组，致力于研究和制定符 合数字电视产业实际情况和中国市场特点的具有自主知识产权的数字电视标准。中 国标准也是与国际潮流一致，在m h p 的基础上，吸收t m h p 中的可用之处，除去了 m h p 包中冗余的部分，以j a v a 语言为基础，定义了符合数字电视应用开发的j a v a 功 能包。 1 2 课题来源及研究意义 课题来源于国家8 6 3 重大软件专项“面向d t v 的嵌入式平台”。本课题的 主要目标是研究和丌发面向d t v 的嵌入式软件平台，为新一代d t v 的各类应用系统 的开发建立高效可靠的软件平台，加快d t v 应用系统的研制与普及，形成具有特色 的信息产业。 伴随着通信技术与多媒体技术的突飞猛进，通信网、计算机网及电视网的融台 进程将曰益加快，构筑全球性的信息高速公路已成为信息时代发展的重i ； j 之重。发 两北e 业大学硕士学位论文第章绪论 展数字电视的意义已经不再是单纯地为用户提供高品质的视听服务，迎重要的是它 为电子信息产业提供了一个难得的发展机遇，它通过提供一个综合性的信息服务平 台，有助于促进视听产品制造业与相关产业的战略升级以及广播电视新兴产业的形 成与发展。 我国数字电视的巨大市场需求，已经引起国内外企业的极大兴趣。我国在数字 电视中间件领域的研究明显滞后于欧美等发达国家，为了保护我国的数字电视产业， 就必须加快对数字电视中间件技术的研究和开发。因此，本文对数字电视中间件技 术进行研究，不仅具有重要的理论意义，还具有广阔的应用前景。 本文是在完成上述课题的基础上进行的。首先研究了数字电视系统的关键技术； 其次分析了欧洲d v b 组织的多媒体家庭平台规范，提出了开放的数字电视中间件的 设计方案；然后针对中间件平台对媒体播放的要求，重点研究了基于开发板提供的 a c l 库的面向媒体呈现的中间件的实现；最后，提出了一种基于i p 网络的数字电视接 收方案，实现数字电视节目的接收。 1 3 论文结构 本文的内容共分为五章： 第一章简要介绍了数字电视中间件技术的发展状况，课题来源及研究意义。 第二章主要介绍了数字电视传输系统的整体结构和常用的接入方法、数字电视 机顶盒的功能以及中间件在数字电视软件系统中的作用。 第三章主要研究了国际上流行的数字电视中间件标准，并依据家庭多媒体平台 标准，提出了一个开放的数字电视中间件平台。 第四章深入研究了基于a c l 库的构件化媒体呈现中阋件的设计，针对目标平台给 出了相应的实现方案。 第五章设计并实现了基于i p 网络的数字电视软件平台，对系统性能进行了分析。 西北 业大学硕士学位论文 第一章数字电视中间件系统概述 第二章数字电视中间件系统概述 2 1 数字电视系统组成及关键技术 2 1 1 数字电视系统架构 电视广播由节目源、广播和接收三大环节组成，数字电视也不例外。一个完整 的数字电视系统结构如图2 1 所示。数字电视系统主要由信源编解码、节目流与传送 流多路复用解多路复用、信道传输( 主要有有线传输、卫星传输、地面开路广播三 种传输方式) 、信道编解码等设备组成。其中信源编码主要包括视频编码、音频编 码和数据编码，信道编码主要是采用r s 编码、数据交织、t c m 联合编码调制等技术， 调制方案可以采用q p s k 、q a m 、v s b 、c o f d m 等调制技术。在接收端可以采用数字电视 接收机，它应具备解调、解码等功能，能将m p e g 一2 压缩编码后的码流解码还原为数 字视频、音频信号，从而实现数字演播室传送来的图像与伴音节目；也可以利用模 拟电视接收机+ s t b ( s e tt o pb o x ，数字机顶盒) 的方式实现接收，其中数字机顶 盒应具有解调、解码等功能，最后由模拟电视机还原为原始的图像与伴音节目“。 数 字 信 号 源 视额编码器 音额编码器 d数字编码器卜 佶源编码数字源制作 辅 节目 流 复用 嚣 传送流 复用器 r s 编码 交织 t 诩编码 o 州或 q p s k 或 v s b 调制或 c o f 形成 信道编码存储 调 谐 器 解调解扰r s 解码解交织 t c m 解码 解多路复用 m p e g 一2 解码 接收端 图2 1 数字电视系统结构 4 视频d a 音频d a 西- i k a ：业大学硕士学位论文第二章数字电视中间什系统概述 2 1 2 数字电视关键技术 数字电视关键技术的研究重点主要涉及两方面内容：以压缩码率为中心的高效 编码方法和电视演播室及电视接收机中的数字化技术。一个完整的数字电视系统信 号处理流程包括数字电视信号的产生、处理、传输、接收和重现等诸多环节、其关 键技术主要包括信源编解码技术、复用解复用技术、信道编解码技术( 即纠错编解 码技术) 、调制解调技术、加扰解扰技术( 数字电视的条件接收技术) 和数字电视 中间件技术等u “。 1 数字电视信源编解码技术 由于数字电视信号携带的信息是多媒体信息，视频、音频数据信息量非常大， 因此数字电视信号必须进行数据压缩编码才能进行存储或传输。 目前，国际上普遍采用m p e g 一2 标准进行音视频的编码。m p e g 一2 标准，n o l s o i e c 1 3 8 1 8 ，制定于1 9 9 4 年，设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。它 由9 部分组成，即系统、视频、音频、一致性测试、软件、数字存储媒体命令与控制、 多通道音视频编码、i o i ：i 二特视频取样编码、系统解码实时接1 ：3 扩展。l d p e g 一2 支持的 带宽范围从2 m b s 到2 0 m b s 以上，它向后兼容m p e g - i ，支持隔行扫描，并能提供广播 级视像和c d 级音质，具有更大的伸缩性和灵活性，因而广泛应用于d v d 、数字电视、 h d t v ( h i g hd e f i n i t i o nt v ) 中。 2 数字电视复用、解复用技术 在数字电视系统中，复用器把视频、音频、辅助数据等组成的混合码流通过打 包器进行打包处理，然后再复合成单路串行码流，送给信道编码系统及调制系统， 接收端与此过程正好相反。 在数字电视复用传输标准方面，美国、欧洲、f ；= j 本都采用m p e g 一2 标准，标准中 规定数字高清晰度电视数据分组长度为1 8 8 个字节，正好是a t m 信元的整数倍，因此 可以用4 个a t m 信元来完整地传送一个h d t v 数据包，从而可实现h d t v 与a t m 的便利接 口，这为今后实现电信网、电视网、计算机网的三网融合，构建基于a t m 宽带交换以 及大容量光纤传输的多媒体通信网具有重要意义。 3 数字电视信道编解码技术 信道编解码是实现信号可靠传输的重要保证，数字电视信道编解码的目的就是 通过纠错编码、网格编码、均衡等技术来提高信号的抗干扰能力。信道编码后的基 带信号经过调制，可送入各类通道中进行传输。 4 数字电视调制解调技术 西北r 业大学硕士学位论文 第二章数字电视中闻件系统概述 在数字电视系统中，除混合光纤同轴电缆( h f c ) 传输系统中主要采用高速数字 调制技术外，以下五种调制方式应用很广泛： 1 ) 正交幅度调制( q a m ) ：调制速率高，要求传送途径的信嗓比高，适合有线电 视电缆传输； 2 ) 正交相移键控调制( q p s k ) ：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合 卫星广播； 3 ) 残留边带调制( v s b ) ：抗多径传播效应好( 即消除重影效果好) ，适合地面 广播； 4 ) 编码正交频分复用调制( c o f d m ) ：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面 广播和同频网广播； 5 ) 扩频调制：主要是在c d l l i a 移动通信领域应用极为广泛，特别是在w c d m a 、 c d m a - 2 0 0 0 、t b - c d m a 等第三代移动通信中重要性非常突出。 5 数字电视加扰解扰技术 加扰解扰技术是数字电视收费运营机制的保证。收费电视系统的基本特点是所 提供的业务仅限于授权用户使用，即在节目的供应单位、播出单位和用户之间建立 起一种有偿服务体系。正是基于这种有偿服务体系，使电视节目制作及播出的巨大 投资得以补偿，从而为数字电视产业的发展奠定了良性循环的经济基础。因此，加 扰解扰技术在数字电视系统实现中必不可少，而且意义重大。 6 数字电视中间件技术 中间件是数字电视机顶盒( 机顶盒概念见下文) 的软件平台，为数字电视的应 用提供运行环境和软件接口。数字电视机顶盒不仅要接收数字化传输的视音频节目， 还要接收大量的数据，同时，数字电视还要实现交互功能，这就要求数字电视机顶 盒具有一定的信息处理能力和网络通信能力。面对大量涌现的数据业务和交互业务， 一个通用的软件平台是必须的。 2 。2 数字电视机顶盒 2 2 1 数字电视机顶盒的基本概念 机顶盒是种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备。它对经过数字化压 缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟信号，通过电视屏幕和音响设备传送 给观众。根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒又分为卫星数字电视机顶盒( d v bs ) 、 地面数字电视机顶盒( d v b t ) 和有线数字电视机顶盒( d v b c ) 3 种，目丽应用较为 婀北r 业大学硕士学位论文 第二蕈数字电视中间件系统概述 广泛的是卫星数字电视机顶盒与有线数字电视机顶盒。这两种机顶盒的主要区别在 信道解调，前者采用q p s k 解调，后者采用q a m 解调。 2 2 2 数字电视机顶盒的功能 数字电视机顶盒的基本功能是接收和解码数字电视广播，如图2 2 所示，此外还 具有广播和交互式多媒体应用的功能。 图2 - 2 数字机顶盒的基本功能 围绕数字电视机顼盒的数字视频、数字信息与交互式应用三大核心功能，可以 开发出许多增值服务o “，如： 1 电子节目指南 为终端用户提供一种易用、界面友好、能够快速查找节目的方式，用户可以通 过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道的电视节目； 2 高速数据广播 能给用户提供股市行情、天气预报、票务信息、电子报纸、热门网站等服务； 3 软件在线升级 软件在线升级可以看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器将待升级的软 件广播出去，机顶盒可以识别该软件的版本，在版本不同时接收该软件，并对保存 在存储器的软件进行更新升级； 4 因特网接入和电子邮件 数字电视机顶盒可以通过内嚣的调制解凋器方便的实现因特网接入功能。用户 可以通过机顶盒内景的浏览器上网，发送电子邮件。 西北工业大学硕士学忙论文 第二章数字电视中间竹系统概述 5 条件接收 条件接收的核心是加扰和加密，机项盒应具有解扰和解密的功能。这是数字交 互式电视收费运营机制的保证，通过建立。一种有偿服务体系，从而为数字交互式电 视产业的运营发展奠定良性循环的经济基础。 2 3 数字电视中间件 2 3 1 基本概念 一般地说，数字电视中间件是建立在数字电视接收设备驱动层之上，为交互应 用提供完整的应用编程接口的软件系统。它提供一系列的功能，如内存管理、通信 管理、图形系统管理、s i ( s e r v i c ei n f o r m a t i o n ) 数据装载、系统资源管理以及与 前端系统问的通信及控制等。 电视运营商将各种服务项目以应用程序的形式通过传输信道发布，用户打开电 视机通过机顶盒浏览。用户的需求信息通过上传信道传输到视频服务器，它会根据 用户的请求选择相应的服务项目，以应用程序的形式通过传输信道下载到机顶盒中， 然后执行应用程序，完成用户的请求。应用程序执行时调用机顶盒的中间件提供的 a p i 。 使用中间件的目的是使机顶盒的通用功能以应用程序接h a p i 的形式提供给机 顶盒生产厂家，以实现数字电视交互式功能的标准化。中间件提供了一个以a p i 定 义的软件管理框架，它屏蔽了底层操作系统和硬件的异构性，使程序开发人员面对 一个简单丽统一的开发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的核心 业务上，不必再因程序在不同系统上的移植问题而重复编码。总之，采用中间件不 仅可以降低开发的难度，缩短开发周期，提高软件的可重用性，减少系统维护、管 理的工作量，还能够实现不同硬件和操作系统平台上的数据共享和应用互操作“。 2 3 2 数字电视中间件软件平台 数字电视中间件软件平台可采用分层模型，如图2 3 所示。它由硬件抽象层、内 核层、中间件层和应用层组成。采用分层模型使底层硬件对高层软件透明，增加与 替换硬件时不必修改高层软件，而且高层软件修改时不必了解硬件结构，从而有利 于今后的升级与扩展。其中硬件抽象层和自举程序位于数字电视机顶盒的系统r 咖 中，操作系统和应用程序等则在开机和选用时，从服务器或本地硬盘中下载到系统 r a m 中。“。 曲北一r 业犬学硕十学位论文第二章数字电视中间件系统概述 1 硬件抽象层 硬件抽象层提供与硬件设备的底层接口，类似于b i o s ，程序员呵通过硬件抽象 层来访问和控制视频、音频、图形、网络等予系统，硬件抽象层将所有的硬件特性 都屏蔽起来，从而使高层软件不必修改即可与新增加的硬件相兼容，但是引入硬件 抽象层降低了系统运行速度，因而在数字电视机顶盒的软件结构中，为提高速度， 操作系统中的某些函数原型并不经过硬件抽象层，丽是直接在硬件中进行处理。 应用层 中问件层 内棱层 硬件抽象层 图2 - 3 数字电视中间件软件平台 2 内核层 内核层是位于硬件抽象层之上的一个小型实时操作系统，用来完成进程创建与 执行、进程问通信、资源分配与管理，由操作系统管理的资源包括内存、信道以及 外围设备的访问权等，d a v i d 、p o w e r t v 、o p e n t v 、p s o s 是实时操作系统的典型代表， 数字电视机顶盒内核层应具有以下功能： 1 ) 支持实时操作能力与多任务控制； 2 ) 为用户提供一个友好界面，为程序开发者提供一个面向对象、事件驱动的环 境； 3 ) 为用于交互的数据链接提供一个综合接口，其中一个可行办法是：操作系统 支持所有的数据通信底层协议，并建立一个数据库对交互数据进行存储与调 度，应用程序通过数据库进行数据输入与输出，而且数据链接的实现与应用 程序无关： 4 ) 提供控制内部与外部视频、音频设备的能力。 3 中间件层 中间件层主要由一些驱动与库函数组成，屏蔽了底层硬件和操作系统的差异， 为各个应用程序提供共同、常用的应用编程接口。它的功能主要包括： 荫北工业人学硕士学位论文 第二章数字电视中间件系统概述 1 ) 与业务相关的网络通信控制； 2 ) 视频控制； 3 ) 导航控制； 4 ) 应用协议处理： 5 ) 用户业务管理； 6 ) 图形显示以及用户界面的编程接口。 4 应用层 应用层位于数字电视机项盒软件结构的最上层，不同的应用程序可以提供不同 类型的数字交互式电视服务，典型的应用程序包括电子节目指南、视频播放器、电 子游戏、家庭购物等。 根据用户的不同要求，数字电视机顶盒软件主要划分为应用软件，中间软件与 基本软件三大类，如表2 1 所示： 表2 - i 数字电视机顶盒软件 应用软件应用处理 中间软件控制功能： 通信控制 视频控制 导航控制 用户界面控制 管理功能： 用户业务管理 用户信息管理 机密管理 费用管理 基本软件要求： 实时 多任务 存储容量小 2 3 3 数字电视中闻件系统的特点 从数字电视中间件系统结构来看，中间件所处的地位决定了其软件系统的构成 具有如f 特点： 1 交互性：支持双向交互和不需回传的本地交互，能支持由低端的基本业务到 高端的交互业务。 2 移植性：就是要求中问件软件具有平台无关性，一方面能够独立运行于任何 1 0 西北l ：业大学硕士学位论文 第二章数字电视中间件系统概述 硬件平台，另一方面它所提供的驱动层的接口能够在大多数硬件平台上使用。 3 稳定性：一个成功的平台在技术和市场上必须具备稳定的生命周期，基本的 业务平台应稳定持续而且具有良好的可扩展能力。 4 采用通用a p i ：采用统一的应用程序接口方式，要支持实时流的应用、下载 和本地存储等；广播商和应用提供商能够自己开发应用；支持业务数据提取；使用 户终端制造商能够以体现自身特点的方式使用。 2 4 小结 本章首先介绍了数字电视系统从信源、信道到接收端的构成以及所涉及到的关 键技术。然后，对接收端的主要设备机顶盒的功能界定作了较为详细的阐述，并按 照分层模型的思想论述了数字电视中间件软件平台结构及其特点。 瞳北工业大学硕士学位论文 第三章数字电视中间件研究与结构设计 第三章数字电视中间件研究与结构设计 本章首先介绍了国际上的三大数字电视中间件标准，然后研究了欧洲的d v b m h p 标准，最后参照m h p ，结合我们的数字电视机顶盒硬件平台，提出并设计了一个数字 电视中间件模型。 3 1 数字电视中间件发展现状及其标准 3 1 1 数字电视中间件发展现状 为解决分布异构问题，人们提出了中间件的概念。中间件是位于平台( 硬件及 操作系统) 和应用之间的通用服务。这些服务具有标准的程序接口和协议。它是基 础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。针对不同的操作系统和硬件平台，它们 可以有符合接口和协议规范的多种实现。 数字电视中间件位于数字机顶盒内部底层软件与高层应用程序之间。它将应用 程序与底层的实时操作系统以及硬件驱动隔离。数字电视中间件作为一种采用组件 思想设计的软件，具有实时嵌入式特性，符合数字电视系统对效率和资源的要求及 限制。它使得多媒体应用能在不同硬件厂商开发的数字电视平台上运行，实现了应 用程序“一次编写，多处运行”的思想，降低了数字广播服务运营的成本，使用户 花更少的费用能享受到更加丰富多彩的数字化服务。 目前数字电视中间件的研究主要集中于j a v a 技术和h t m l 技术这两个方向。下面 从不同的角度对两者作一全面的比较“： 1 从技术的角度来看 j a v a 是一种编程的计算机语言，尤其适合于数字电视这样的分散式和广播式的 应用环境。利用这种技术可以编写各种不同用途和目的的程序，下载到用户终端执 行，且其再执行前需要重新进行装载和连接的特性和方式，使得对要执行的程序的 安全性进行检查的技术能够实现，从而避免了像目前互联网式的病毒传播的可能性。 h t h l 是一种描述性的语言，它用来描述文字和图片的信息，尤其适合像互联网 这样的环境，大部分的信息都是一种描述性的信息。 2 从性能和效率的角度来看 由于技术上的差别，如果要用这两种不同的技术实现同一个应用的话，如股票 信息、e p g 等，通过j a v a 实现性能要比用h t m l 高得多。因为通过i i t , l l 来实现的话，有 萌北1 业大学硕士学位论文 第一二章数字电视中间件研究与结构设计 关的图必须由前端生成，然后广播。j a v a 程序是通过二进制的形式下载的，而且可 以压缩；h t m l 应用是通过文本文件的形式传输和f 载的。同样内容的应用，用h t m l 要比用j a v a 来实现数据量要大，因此需要占用更多的带宽，传输效率也必然低下。 3 从数字电视业务需要的角度来看 推广和普及数字电视的目的是为了开展增值的数据业务，这需要一个复杂的、 多样性的和功能强大的业务平台来支撑各种可能的综合业务。h t m l 可以用来作一些 信息发布式的应用，如天气预报等，但如果需要做一些互动的业务，如游戏、电子 商务等，则用h t m l 是完全不可能的，而采用j a v a 技术则可以很方便地实现这些必不 可少的数据增值业务。 由以上分析可以看出，j a v a 技术会越来越普遍地应用于数字电视中间件系统。 目前，数字电视中问件方顽的技术厂商主要来自国外，推出比较成熟的商用中 间件产品的公司有a l t i c a s t ( 韩国) 、c a n a l + t e c h n o l o g i e s ( 法国，现已并入n d s 公司) 、o p e n t v ( 美国) 、l i b e r a t e ( 美国) 、n d s ( 英国) 等。 a l t i c a s t 公司是一家从事数字电视软件开发的专业公司，主要从事基于d v b m h p 和0 c a p 标准的整套系统方案的研究与开发。其产品已在韩国的s k y l i f e 、意大利的 m e d i a s e t 进行了大规模商业运营。 法国c a n a l + 的m e d i ah i g h w a y 中间件是欧洲中间件系统的代表，其技术特征是： 支持j a v a 虚拟机，采用平台独立的j a v a 语言编写交互式应用，采用标准的数据下载 协议d s m c co b j e c tc a r o u s e l ( & p d s m c c 对象轮盘传输) 。m e d i ah i g h w a y 中间件产品在 欧洲有广阔的市场。 o p e n t v 是解释执行的，基础的编程语言是c 语言，同时也提供了基于 x m l v b s c r i p t 和h t m l j a v a s c r i p t 等丌发方式的支持。o p e n t v 的解决方案是目前国际 上市场占有率最高的中间件方案。 虽然目前中间件产品比较多，但由于各商用中间件产品相互独立、互不兼容， 形成分割的垄断市场，因此许多国际标准组织开始着手建立公开的中间件标准。 3 1 2 数字电视中间件标准 目前，数字电视中间件有以下标准：欧洲的d v b m t l p ，美国的a t s c a i 、v e f ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e a d v a n c e dt e l e v i s i o ne n h a n c e m e n t f o r u m ) 、d a s e ( d t va p p l i c a t i o ns o f t w a r ee n v i r o n m e n t ) 、c a b l e l a b s o c a p $ 口i _ = _ | 本的a r i b 。下面对这几种标准做一简单的介绍“”： 1 d v b m h p 睡北一l ：业大学硕士学位论文 第i 章数字电视中间件研究与结构设计 欧洲业者所组成的欧洲广播联盟( e u r o p e a nb r o a d c a s tu n i 0 1 3 ，e b u ) 制定了一 系列的标准，包括卫星、有线、地面广播等一系列数字视频广播，它把多媒体家庭 平台作为交互数字电视应用的规范，为交互电视提供了一个通用的软件平台框架。 d v b m h p 规范采用j a v av i r t u a lm a c h i n e 为基础平台，所有符合j a v a 语言规范开发的 应用程序，都可以在基于d v b m h p 规范的中间件系统上运行。d v b _ p 规范1 o 版已 经公布并且获得欧洲通讯标准组织( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e ，e t s i ) 的认可。d v b m h p 规范1 1 版也已经发布，这两个标准已经公布在 m h p 的官方网站( w w w m h p o r g ) 上，可以下载。由于该标准发布较早并且完整，为 交互电视发展较好的欧洲业者所接收，因此取得了很大的市场优势，已经有很多厂 家宣布支持该标准，并根据该标准开发相关数字电视应用产品。 2 a t s c - d a s e a t s c d a s e 是北美地区数字地面广播电视标准下设的t 3 s 1 7 工作组所提出的数 字电视应用软件环境建议书，与d v b - m h p 类似，也选择j a v av i r t u a lm a c h i n e 作为系 统构建的基础平台。 3 a t v e f 这是一个由i n t e l 、m i c r o s o f t 等资讯业者，和c n n 、d i r e c t t v 、d i s c o v e r y 、s o n y 、 t i m ew a r n e r 、n b c 、p b c 等电视广播商与节目提供商所支持的高级电视论坛，主要是 从内容制作角度出发，定义一个以h t m l 语言为基础的通用平台，希望能实现网络信 息互动，以降低节目制作成本。提高节目内容的丰富性和互动性。 4 c a b l e l a b s o c a p 由北美地区有线电视业者组成的c a b l e l a b s 虽然早在2 0 0 0 年6 月就先行完成了数 字电视接收机硬件规格的制定，为设备供应商提供可移动式安全机制的设计参考， 但在软件标准方面，则推迟至u 2 0 0 0 年底才参考d v b m h p 标准，制定互动应用平台o c a p ， 经过一年多的努力，c a b l e l a b s 于2 0 0 2 年2 月正式对外宣布第一版的o c a p i 0 标准， c a b l e l a b s 在第二个版本o c a p 2 o 标准中，增加了展示引擎( p r e s e n t a t i o ne n g i n e ， p e ) 。不过由于o c a p 发展较晚，且与d v b - 般p 规格大致相仿，因此目前在市场上处于 弱势。 5 a r i b 同本的a r i b 标准主要是基于b m l ( x m l 的一种形式，作为内容的播发形式) 丰h d s m c c d a t ac a r o u s e l ，并增加扩展t j a v a s c r i p t 以便更好地编写交互式应用。f 1 本的一些 软件企业和数字电视机顶盒企业都在研发符合门本标准a r i b ，能够解释b m i ，的中间件 系统。 蹦北1 ：业大学硕十学位论文 第三章数字电视中间件研究与结构设计 d v b m h p 的特点是采用了虚拟机( j a v a 及h t m l ) ，同时也支持t c p i p 上下行传输 通道开发，在安全方面也作了详细的规定。目前m h p 的核心是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，进一步将向s u n 公司的j 2 m e 平台靠拢，使用新型j a v a 虚拟 机c v m 。此外p 还采用了j a v a t v 、h a v i 和m h e g 等内容，定义了接收设备和其所连接 的网络之间的接口，包括业务信息，对白字幕，通用接口和数据广播等，所以m h p 在国际上的应用最为广泛。 随着我国数字电视产业的稳步发展，我国的数字电视行业标准也在不断的完善 中。目前，卫星数字电视和有线电视的标准已经确定，基本上采用欧洲的d v b 标准， 包括数字电视中间件在内的其他一些相关标准正在制定当中。 从国际上的相关标准来看，欧洲的d v b 建立了m h p 规范，c a b l e l a b s 提出了互动应 用平台o c a p ，a t s c 的t 3 s 1 7 专家组提出了d t v 应用软件环境。这些标准无一例外的采 用j a v a 技术作为嵌入式系统跨平台和多业务支持的核心软件。我国的有线数字电视 采用d v b c ，业务定义和网络环境都与欧洲的d v b 系统比较一致。所以，欧洲d v b 组织 的m h p 规范是我国制订中间件标准的重要参考。 我们应该抛弃m h p 中不合理的成分，加入符合中国文字和文化特征的东西，制定 符合数字电视产业实际情况和中国市场特点的中间件标准“。 3 2 1i i h p 应用层次结构 d v b 广泛的应用类型决定了m t t p 标准的功能要求。这些功能要求分为3 个层次：增 强型广播，可交互式广播和互联网访问。1 ( 如图3 1 所示) 。 第一层是增强型广播层( e n h a n c e db r o a d c a s t i n gp r o f i l e ，e b p ) ，这一层支 持单向广播业务和本地交互业务，包括j a v av m 、d v b ja p i s 和广播传送协议，h t m l 子集作为插件。第二层是交互式广播层( i n t e r a c t i v eb r o a d c a s tp r o f i l e ，i b p ) ， 它除了具有增强广播提供的特征外，还支持交互业务，有用于交互应用的d v b ja p i 和交互传送协议，h t m l 子集作为选件。第三层是互联网接入层( i n t e r n e ta c c e s s p r o f i l e ，i a p ) ，在这一层中增加了互联网接入a p i s 、i p 广播传送协议和h t m l 、e c m a 脚本等描述协议，目前这一层的具体详细定义还在完善中。 西北_