（计算机科学与技术专业论文）数字电视中间件基础技术研究及其实现.pdf

西北工业大学硕士论文摘要 摘要 在当今信息时代，计算机技术已渗透到社会生活的各个方面。从前以科学计 算为核心的计算技术已经发展到了多媒体计算的时代。及时、迅速的处理工作与 生活中的大量信息，并提供更加方便、丰富的娱乐服务，是计算机应用的新模式。 在这样的背景下，多媒体嵌入式计算已成为支撑信息时代的支柱。 数字技术与多媒体技术的融合，无论是无线网络普及化还是通过宽带设施共 享数字内容都将成为未来几年内信息行业的主题，数字化家庭的时代逐渐到来。 作为数字化家庭的核心，数字电视( d i g i t a lt v ，以下简称d t v ) 已经开始走进 我们的生活。随着三网合一的实现，数字电视的角色已不仅是一个广播接收平台， 它将发展成为整合各种家庭信息资源的多媒体服务平台。 在数字电视系统中，如何解决异构软硬件平台对上层应用的支持问题，是实 现数字电视普及的关键。数字电视中间件作为一种采用构件思想设计的软件平 台，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 得应用程序能在不同厂商开发的数字电视硬件上运行，实现了应用程序“一次编 写，到处运行”的思想，降低了数字电视服务运营的成本，大大推动了数字电视 产业的发展速度。 本文主要研究了面向数字电视领域的实时嵌入式中间件技术。首先，本文论 述了中间件技术、实时嵌入式系统特征及构件化软件设计技术，分析了当今世界 上不同的数字电视标准，重点研究了d v b - m h p 标准，并且依据我们的数字电 视中间件架构，详细阐述了基于m h p 的中间件系统实现；进而，分析了j a v a a 、v t 技术以及k a f f e 虚拟机a w t 技术的特点，并对其进行了面向图形库q t e 的适应 性设计；随后，详细分析了l i n u x 基础图形设备及高级用户图形界面在中间件平 台中的重要作用，并进行了q t e 图形库与本地a c l 图形库的改造集成；在文章 的最后，详细分析了数字电视平台上k a f l e e 虚拟机的多线程原理以及内部机制。 关键词：数字电视，中间件，d v b - m h p ，k a f f e 虚拟机，图形库，多线程 西北工业大学硕士论文a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h ei n f o r m a t i o ne r a , t h ec o m p m e r t e c h n o l o g yh a si n f i l t r a t e di n t om a n ya s p e c t so f o u rd a i l yl i f c i th a sb e e na p p l i e dn o to n l yi ns c i e n t i f i cc o m p u t i n gb u ti nm u l t i m e d i a c o m p u t i n g h o w 协m a n a g ev a s ti n f o r m a t i o nt i m e l ya n dr a p i d l ya n dp r o v i d e i n f o r m a t i o ns e r v i c c se f f e c t i v e l ya n de f f i c i e n t l yt oc u s t o m e r si san e wt a s ko f t h e c o m p u t e r u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，e m b e d d e dm u l t i m e d i ac o m p u t i n gg o m e st ot h ek e y t e c h n o l o g yn o w a d a y s t h ea m a l g a m a t i o no f d i g i t a li n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，n om a t t e rt h ew i r e l e s sn e t w o r k e n t e r i n go u rh o u s eo rs h a r i n gd i g i t a ls e r v i c e st h r o u g hw i d cb a n d w i l lb et h em a i n t o p i co f t h eh i g h t e c hi n d u s t r yi nt h en e x tf e wy e a r s a st h ek e r n e lo f d i g i t a lf a m i l y , d i g i t a lt v t v f o rs h o r t ) i sc o m i n gi n t oo u rl i f e i nt h ef u t u r e ，d t vw i l lb en o to n l y ab r o a d c a s t i n gr e c e i v e rb u tam u l t i m e d i as e r v i c ep l a t f o r m i nt h ed t v s y s t e m i ti sak e yp r o b l e mh o w t om a k e a p p l i c a t i o n sr u ni nat r a n s p a r e n t e n v i r o n m e n tw i t h o u tc a r i n ga b o u tt h ed e t a i lo f t h ei n f r a s t r u c t u r e s u c ha sd i f f e r e n t o p e r a t i o ns y s t e m sa n dh a r d w a r e t h er e a l - t i m ee m b e d d e dm i d d l e w a r ec a r ls o l v et h i s k i n do f p r o b l e m i ta l l o w sm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n st or u ni nd i f f e r e n tp l a t f o r ma n d h e l p sa p p l i c a t i o i l st o w r i t eo n c e ，r u ne v e r y w h e r e f u r t h e r m o r e ，i tr e d u c e st h ec o s to f t h em a n a g e m e n to f t h ed i g i t a lb r o a d c a s t i n ga n dl e a d st h ep r o s p e r i t yo f t h ed t v i n d u s t r y t h i st h e s i ss t u d i e st h ed t vo r i e n t e dr e a l t i m ee m b e d d e dm i d d l e w a r e f i r s t l y i t m a i l l l yr e s e a r c h e st h ed v b m l i pa n de x p a t i a t e sa l li m p l e m e n t a t i o no f m h pb a s e do n t h ea n a l y s i so f m i d d l e w a r e ，r e a l - t i m ee m b e d d e ds y s t e m ，c o m p o n e n ts o f t w a r ed e s i g n p a t t e r na n dg e n e r a l 陬，s t a n d a r d si nt h ew o r l dc u r r e n t l y ；t h 锄i ta n a l y z e st h ej a v a a w t t e c h n o l o g ya n ds p e c i f i cc h a r a c t e r so f k a f f ea w tm e a n w h i l ea d j u s t s 胁t o g r a p h i cl i b r a r yq t e ；f u r t h e r m o r e ，i ta n a l y z e st h ei m p o r t a n tr o l et h a tb a s i cl i n u x g r a p h i cd e v i c ea n da d v a n c e du s e rg r a p h i ci n t e r f a c ep l a ya n da d j u s t sq t et on a t i v e g r a p h i cl i b r a r ya c l ；f i n a l l y ，t h i st r e a t i s ea n a l y z e st h ep r i n c i p l ea n di n t e r n a l m e c h a n i s mo f d t vm i d d l e w a r eo r i e n t e dk a 脑v i r t u a lm a c h i n e k e y w o r d ：d t v ，m i d d l e w a r e ，d v b - m h p ，k a f f ev i r t u a lm a c h i n e ，g r a p h i cl i b r a r y ， m u l t i t h r e a d s i i 西北工业大学业 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本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和汇编本学位论文。 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业 大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：! 型i 。7 年；月，日 指导教师签名 年了月罗日 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成 果，不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名：；姿! i f 0 7 年2 月f 6 日 州 西北工业大学硕士论文第一章绪论 1 1 数字电视行业现状 第一章绪论 电视技术自上世纪4 0 年代问世以来，先后经历了电子管时代、晶体管时代 和集成电路时代。但实际上，上述3 次革新都只是有源电子器件的更新换代。从 信号处理的角度来说还停留在模拟信号处理阶段。 进入二十一世纪后，电视数字化是一个全球的趋势，是继黑白电视到彩色电 视后的又一次革命，数字电视取代模拟电视是电视发展的必然趋势。数字电视并 不是指我们一般人家中的电视机，而是指电视信号的处理、传输、发射和接收过 程中使用数字信号的电视系统或电视设备。具体传输过程是：由电视台送出的图 像及声音信号，经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过卫星、地面 无线广播或有线电缆等方式传送，由数字电视接收后，通过数字解调和数字视音 频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理，因此， 信号损失小，接收效果好。 在数字电视中，采用了双向信息传输技术，增加了交互能力，使人们可以按 照自己的需求获取各种网络服务，包括视频点播、网上购物、远程教学、远程医 疗等新业务，使电视机成为名副其实的信息家电。可以预见，未来电视的发展方 向就是朝着点播模式的方向发展。数字电视还提供了其它服务，包括数据传送、 图文广播、上网服务等。用户能够使用电视现实股票交易、信息查询、网上冲浪 等，使电视被赋予了新的用途，扩展了电视的功能，把电视从单向的接收变成了 交流的桥梁。 与模拟电视相比，数字电视的优点是十分明显的。 ( 1 ) 电视质量提高，电视画面更加清晰，声音更动听，而且数字电视可以传输 立体声信号，而模拟电视多为单声道。 ( 2 ) 频谱利用率高，传输一路模拟电视节目的信道可传输4 8 路数字电视节 目，使电视节目套数大量增加；数字电视不再是传统的“你播我看”模式，而可以 以用户为中心，充分满足特定观众的多样化需求。 ( 3 ) 节目制作可用多种手段，使节目更加丰富多彩，并提高了节目制作效率， 节省了人力。数字电视还可提供各种增值服务，借助数字电视机顶盒，可提供电 子节目指南、天气预报、股市信息、视频点播( v o d ) 、上网、互动游戏等服务。 ( 4 ) 可灵活地组合多种业务传输，既能进行电视广播，也能进行数据广播等多 媒体广播。 西北工业大学硕士论文第一章绪论 ( 5 ) 产生新一代的广播方式，如高清晰度电视、交互电视等。 ( 6 ) 实现条件接收和对用户的授权管理。数字电视频道将不再随意插播商业广 告。数字电视可以采用只有付费用户才能收看的加密频道来播放节目。 ( 7 ) 电视广播系统的全面数字化将成为实施国家信息化基础设施建设的最有 效手段之一并将最终形成电视、电话和计算机三网融合，推动信怠化进程。 在我国，模拟电视数字化整体转换已取得阶段性成果，但是仍然应该看到， 我国的数字电视渗透率远远低于世界水平。展望未来，考虑”十一五”期间将全面 推进数字有线电视，以及2 0 0 8 年奥运会等因素的影响，我国的数字电视产业将 会有一个非常的发展【1 】。 1 2 本课题研究意义 为了实现数字电视的各种交互式功能，目前主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，由于各个机顶盒生产厂商所生产的机顶盒 硬件平台，操作系统和向上层提供的a p i 不同，造成大量相同功能的交互软件 针对不同的软硬件平台重复开发，大大降低了软件的重用率和效率，不利于数字 电视产业的推广和发展。在这种情况下，数字电视中问件作为最好的技术解决方 案浮出水面。 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，采用中间件系统，可以跨越平台技术、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。 考虑到我国广大的模拟电视平台和比较低的数字电视渗透率，中国的数字电 视产业化和推广还有很长的路要走，作为数字电视行业中间的关键技术之一，数 字电视中间件的制定和研究也应得到相应的关注。 本文首先研究了数字电视中间件的关键技术；然后分析了欧洲d v b 组织的 多媒体家庭平台( m h p ) 规范，针对中间件平台对图形库系统和虚拟机的要求， 重点研究了k a t i e 图形技术以及嵌入式图形库在中间件平台上的实现并分析研 究了k a f f e 虚拟机多线程模块。 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。然而我国 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 视中间件关键技术进行研究，不仅具有重要的理论意义，还具有广阔的应用前景。 2 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 1 3 论文章节安排 本文内容共分为五章： 第一章简要介绍了数字电视的行业发展状况以及论文课题的研究意义。 第二章主要论述了数字电视中间件的系统结构，构成特点，介绍了国际上流 行的中间件标准以及发展趋势，并给出了基于m h p 的数字电视中间件体系结构。 第三章深入研究了j a v a a 、w 和事件处理机制，分析了开源j a v a 虚拟机 a 行e ， 对其a w t 模块进行了详细研究，并进行裁减，最后分析了a w t 与j a v a 多线程的 密切联系。 第四章重点研究嵌入式图形库，分析t q v e m b e d d e d 的实现机制，在此基础 上，针对目标硬件平台，提出了嵌入式图形库在数字电视中间件平台上的解决方 案，并进行了实现。最后结合数字电视的业务需求，对嵌入式图形库进行了有效 的裁剪。 第五章分析了k a 行c 虚拟机在数字电视中间件平台中的重要作用，并且研究 了j a v a 多线程的机制，同时详细分析了k a f f e 的p o s e 5 【多线程实现。 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 第二章数字电视中间件 2 ，1 数字电视机顶盒( s t b ) 2 1 1 数字电视机顶盒基本概念 机顶盒的全称叫做“数字电视机顶盒”，英文缩写“s t b ”( s e t - t o pa o x ) 。是一 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，产生模拟的视频和声音信号，通过普通电视显示器和音响 设备给观众提供高质量的电视节目。目前的数字电视机顶盒已成为一种嵌入式计 算设备，具有完善的实时操作系统，提供强大的c p u 计算能力，用来协调控制 机顶盒各部分硬件设施，并提供易操作的图形用户界面，如增强型电视的电子节 目指南，给用户提供图文并茂的节目介绍和背景资料。同时，机顶盒具有“傻瓜 计算机”能力，这样通过内部软件功能和对网络稍加进行双向改造，很容易实现 如因特网浏览、视频点播、家庭电子商务、电话通信等多种服务。 2 1 2 数字电视机顶盒功能 数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，也具有广播和交互式 多媒体应用的功能如： ( 1 ) 电子节目指南( e p g ) 。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 同对接收该软件，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置的调制解调器 方便的实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子 邮件： ( 5 ) 条件接收。条件接收的核心是加扰和加密，机顶盒应具有解扰和解密 的功能。 4 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 2 1 3 数字电视机顶盒主要技术 数字电视机顶盒的技术含量很高，作为一个软实时的嵌入式系统，是嵌入式 技术在信息家电中的一个典型应用。它集中反映了信道解码、信源解码、上行数 据的调制编码、嵌入式c p u 、m p e g 一2 解压缩、机顶盒软件、显示控制和加解 扰技术的最新技术发展水平。当前数字电视机顶盒的主要技术有： ( 1 ) 上行数据的调制编码 开展交互式应用，需要考虑上行数据的调制编码问题。目前普遍采用的有3 种方式，采用电话线传送上行数据，采用以太网卡传送上行数据和通过有线网络 传送上行数据。 ( 2 ) m p e g 一2 解码 m p e g 一2 是数字电视中的关键技术之一，目前实用的视频数字处理技术基 本上是建立在m p e g - - 2 技术基础上，m p e g - - 2 是包括从网络传输到高清晰度 电视的全部规范。m p e g 一2 图像信号处理方法分运动预测、d c t 、量化、可变 长编码4 步完成，电路是由r i s c 处理器为核心的a s i c 电路组成。 ( 3 ) 嵌入式实时处理器 嵌入式c p u 是数字电视机顶盒的心脏，当数据完成信道解码以后，首先要 解复用，把传输流分成视频、音频，使视频、音频和数据分离开，在数字电视机 顶盒专用的典型c p u 中集成了3 2 个以上可编程p i d 滤波器，其中两个用于视频 和音频滤波，其余的用于p s i 、s i 和p r i v a t e 数据滤波。c p u 是嵌入式操作系统 的运行平台，它要和操作系统一起完成网络管理，显示管理、有条件接收管理( i c 卡和s m a r t 卡) 、图文电视解码、数据解码、o s d 、视频信号的上下变换等功能。 为了达到这些功能，必须在普通3 2 6 4 位c p u 上扩展许多新的功能，并不断提 高速度，以适应高速网络和三维游戏的要求。 ( 4 ) 数字电视机顶盒软件 电视数字化后，数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置。除了音视频 的解码由硬件实现外，包括电视内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的 实现，直至机顶盒和个人计算机的互联以及和i n t e m e t 的互联都需要由软件来实 现，具体如下： 硬件驱动层软件：驱动程序驱动硬件，如射频解调器、传输解复用器、 a v 解码器、o s d 、视频编码器等。 嵌入式实时多任务操作系统：嵌入式实时操作系统是相对于桌面计算机操 作系统而言的，它系统结构紧凑，功能相对简单，资源开销较小，便于固化在存 储器中。用户通过采用多种方式如：键盘、触摸屏、鼠标、语音、红外，无线等 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 对嵌入式操作系统进行管理，操作系统完成用户下达的指定。 中间件：开放的业务平台上的特点在于产品的开发和生产以一个业务平台 为基础，开放的业务平台为每个环节提供独立的运行模式，每个环节拥有自身的 利润，能产生多个供应商。只有采用开放式业务平台才能保证机顶盒的扩展性， 保证投资的有效回收。 上层应用软件：执行服务商提供的各种应用服务程序，如：电子节目指 南、视频点播、数据广播、股票指导、游戏下载、p 电话和可视电话等。上层 应用软件独立于s t b 的硬件，它可以用于各种s t b 硬件平台，消除异构平台对 应用软件的影响。 2 2 数字电视中间件 2 2 1 数字电视中间件基本概念 中间件是数字电视接收终端系统的软件平台，为数字电视应用提供运行环境 和上层软件接口。中间件作为数字电视机顶盒中的一个独立的软件层，将应用软 件与底层硬件和操作系统隔离开，对操作系统和驱动程序定义了统一接口，同时 对应用程序也定义了统一接口。中间件定义了一组完整而标准的应用程序接口， 使应用程序独立于操作系统和硬件平台，从而将应用的开发变得更加容易，使产 品的开放性和可移植性更强。数字电视中间件平台通常由j a v a 虚拟机、网络浏 览器、图像与多媒体模块，编解码模块等组成，中间件将应用软件与依赖于硬件 的驱动层软件和系统软件分隔开来，使应用软件不依赖于具体的硬件平台，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而统一的开发 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，不必因程序 需要在不同系统上移植而重复编码。 综合来说，考虑到市场上数字电视机顶盒的厂家所采用的硬件平台和实时嵌 入式操作系统不尽相同，中间件的目的是将基本的和通用的数字电视平台功能以 应用程序接c i 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，同时使服务项目( 以应用程序的形式通过传输信道) 下载到用户终端的 数据量减小到最低限度。中间件产品一般由非节目提供商和机顶盒厂家的第三方 组织提供，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。 6 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 2 2 2 数字电视中间件平台 ( 1 ) 数字电视软件模型 中间件技术是一个纯软件系统技术，它也是一个笼统概念。一般地说，数字 电视中间件是位于数字电视接收平台系统软件和设备驱动层之上，为交互应用提 供一个完整的应用编程接口的软件系统。它包含了一系列的功能，如任务调度、 内存管理、通信管理、图形系统管理、s i 数据装载、系统资源管理、编解码以及 与前端系统间的通信及控制等。 遵循国际标准化组织的i s o o s i 开放系统互联的七层参考模型( o s l 瓜m ) 的思路，根据数字电视自身系统的特点，建立层次化的模型结构，数字电视中间 件层次模型从下到上分为四层，分别为数字电视硬件平台层，嵌入式o s 及设备 驱动层，中间件层和上层应用程序层，如下图2 1 。 圉口 图2 1 数字电视中间件系统结构 各层功能分别介绍如下： 硬件层：通常的数字电视机顶盒硬件主要有解调器、解复用器、音视频解码 器、音视频编码器、嵌入式c p u 、遥控器、f l a s h 、内存等部件，为上层软件 提供编解码，图形显示，视频播放，资源管理等所需要硬件资源。 内核层：主要包括嵌入式实时操作系统和相关于数字电视特定用途的外围电 路的硬件驱动。嵌入式操作系统在资源有限的情况下进行系统软硬件资源管理； 而硬件驱动主要是由硬件厂商提供，实现数字电视平台的特定功能。 中间件层：国际上数字电视中间件标准并不统一，因此中间件层的功能并不 完全一致，但是基本都包括：s i 引擎模块，负责t s 流中的s i 信息( 例如p m t 表、e i t 表等等) 的提取和管理：图形与多媒体模块，包括嵌入式图形库以及j m f ， 负责管理本地图形库及硬件驱动，向上层提供通用的图形显示支持以及多媒体播 7 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 放支持；应用程序管理模块，负责协调管理中间件之上应用层的多个应用程序的 并发运行；嵌入式j a v a 虚拟机，屏蔽了底层的硬件系统和操作系统的差异，为 上层用户提供统一而稳定的运行和开发环境；应用软件编程接口，向上层提供统 一的a p i ，方便应用程序员快速可重用的开发数字电视交互式应用程序。 应用层：因为数字电视中间件已经将通用的基本功能进行了实现，所以在应 用层，程序开发者所需要做的仅仅是一些界面定制，功能映射方面的工作，程序 员专注于特定应用的用户界面和业务功能，而不用去关心技术实现的细节，这大 大减少了程序复杂度，降低了程序的工作量，提高了程序开发者的工作效率。典 型数字电视交互式应用软件包括e p g ( 电子节目指南) ，天气预报，股票信息交 互，视频播放器，网上购物等等。 ( 2 ) 数字电视中间件特点 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 成具有如下特点： 可升级性 通过软硬件的升级提供对未来产品的支持，这种支持应保证对前一代业务的 向下兼容性，并要保证用户对已开播业务的使用经验能够得到继承。其次，这里 的可升级性也包含着对垃圾的回收机制，要保证在资源有限的情况下可以合理的 进行垃圾的回收和管理，并且保证资源不会短缺。 互操作性 要基于开放的标准，如m p e g - 2 、d v b 、j a v a 、h 刑l 等国际标准，从而 保证应用程序的通用性。 采用通用a p i 采用统一的应用程序接口方式，给上层应用层提供统一的a p i ，方便数字电 视厂商进行应用程序开发和重用。 2 2 3 数字电视中间件主流标准 现今随着数字中间件市场的成熟和逐渐统一，世界上常见的d t v 中间件标准 分为公有和私有两类：公有标准包括欧洲d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gp r o j e e 0 组织所制定的m h p ( m u l t i m e d i ah o m ep l a t f o r m ) 标准【2 】，美国a t s c 组织所制定的 d a s ef d t va r c h i t e c t u r ef o rs o f t w a r ee n v i r o n m e n t ) 标准，a c a p ( a d v a n c e d c o m m o na p p l i c a t i o np l a t f o r m ) 标准，北美的有线电视业者的规格制定组织 c a b l e l a b s 所制定的o c a p ( o p e n c a b l ea p p l i c a t i o np l a t f o r m ) 标准，日本 a r i b ( a s s o c i a t i o no f r a d i oi n d u s t r i e sa n db u s i n e s s e s ) 组织所制定的 s t d - b 2 3 ( a p p l i c a t i o ne x e c u t i o ne n g i n ep l a t f o r mf o rd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 标准，英国 8 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 m h e g ( m u l t i m e d i aa n dh 卿e d i a i n f o r m a t i o nc o d i n ge x p e r tg r o u p ) 组织所制定 的m h e g 5 标准等，都是属于公开的交互数字电视标准。私有的交互数字电视标 准爱包括o p e n t v 公司的中间件解决方案，还有n d s 公司的m e d i a h i g h w a y g o r e 中 间件解决方案等。下面对几种主流成熟标准做简单的论述。 ( 1 ) d v b m 肿 欧洲业者所组成的欧洲广播联盟( e u r o p e a n b r o a d c a s t u n i o n ，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( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n g ，d v b ) ，它把多媒体家庭平台( m u l t i m e d i ah o m ep l a t f o r m ，m h p ) 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。 m h p 主要定义机顶盒的整体结构、传送协议、内容格式、j a v a ) 虚拟机和d v b j a p i s 、安全性和各层的细节定义。为了有广泛的互操作性，选择一个能用于多种 不同内容的格式是非常重要的。m h p 能满足多种形式的格式，如图形格式包括 p n o 、g i f 、j p e g 、m p e g - 2 i ( p ) 帧、m p e g - l ，2 音频、d v b 字幕、u t f 8 ：码 流格式包括m p e g - 2 i 视频、m p e g 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 l 。m h p 的目的是许多不同数字电视平台厂家能使 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。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。除s i 规范以外，m h p 还要定义专用的应用信令，它能提 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。 m h p 使用虚拟机概念，为不同的硬软件提供公共接口，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 。d v b j a p i 可以分为3 组：由s u n 定义和控制 的j a v aa p i s ，有基本的j a v aa p i s 、表述a p i s 和业务选择a p i s ( j a v at v ) ；由其 他组织定义和控制的a p i s ，表述g u ia p i s ( h a v i ) 和非c a 智能卡a p i s ( o p e nc a r d f o r u m ) 及由d v b 定义和控制的a p i s ，对j a v aa p i s 的扩展和限制，数据存取a p i s ， 业务信息和选择a p i s ，i o 器件a p i s ，公共基础结构a p i s 和其他_ , a p i s ( 定时，用 户设置) 。对已经存在的许多不同a p i s 的d v b 系统。d v b j 提供即插接口来实现 继承的a p i s 。即插功能可以在制造过程中完成，也可以在销售过程中完成，或者 通过智能卡、d v b 公共接口或多媒体卡在以后升级，或由广播业者或网络业者 通过网络下载。安全性方面，在下载和开始下载应用时，必须对内容提供者提供 的源进行授权并检查应用的真实性。有一种技术可以通过存储在m h p 中的确定 信息检查附加的电子签名。这样的确定信性只包括公共密钥，在m h p 中不需要 保密信息。 ( 2 ) a t s c d a s e 3 1 9 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 a t s c - d a s e 是北美地区数字地面广播电视标准( a d v 缸c e dt e l e v i s i o n s y s t e m sc o m m i t t e e ，a t s c ) 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( d t v a p p l i c a t i o ns o r w a r ee n v i r o n m e n t ，d a s e ) 建议书，与d v b m h p 类似， 也选择j a v a v i r t u a lm a c h i n e 作为系统构建的基础平台。该标准现在已经基本没有 市场了。 ( 3 ) a c a p a t s c - a c a p 是北美地区数字地面广播电视标准( a d v a n c e dt e l e v i s i o n s y s t e m sc o m m i t t e e ，a t s c ) 所提出的美国地面数字电视互动应用平台标准。由 于美国有线电视系统根据联邦通讯委员会的要求必须同时传送地面电视系统的 节目，所以两个系统的平台要具有一定的互操作性。因此这里a c a p 是以o c a p 为核心的互动电视标准，而o c a p 侧是建立在g e m ( g l o b a le x e c u t a b l em h p ) 的基础之上。 ( 4 ) c a b l e l a b s - o c a p 【4 】 o c a p 是美国有线数字电视的互动应用平台规范，由北美地区有线电视业者 组成的c a b l c 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( 或称之为p o d 模组) 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，制定了互 动应尉平台o c a p ( o p e n c a b l ea p p l i c a t i o n sp l a t f o r m ) 。 ( 5 ) o p e n t v 5 】 o p e n t v 是数字电视接收机交互式软件中的世界领先者。它为交互式服务的 开发以及通过数字卫星、有线和地面广播的传送提供了完整的端到端的解决方 案，为创作和发送可下载的交互式应用提供了坚实的基础，这些交互式应用包括 电子节目向导( e p g s ) ，家庭购物、家庭银行、股市行情、电子邮件、交互式广告 和游戏。它也提供了用于创建、广播和接受交互式电视业务的端到端的产品系列。 o p e n t v 的软件开发包( s d k ) 是一个强有力的创作工具包，令掌握c 编程的开发人 员可以在n t 或者s o l a r i s 系统下使用包括编译器、流调试器、编辑器在内的一整 套开发工具来开发电子节目单程序或其他的交互电视应用程序。 2 2 4 数字电视中间件核心技术 数字电视中间件作为对上层应用软件的基础平台，从所使用的消除底层平台 差异的核心技术手段上看分为两类：j a v a 技术平台和h t m l 技术平台【6 】 h t m l 用于数字电视最早起源于美国，在j a v a 技术不是非常成熟时，美国的 数字电视标准将h t m l 作为标准的( 如a t v e f ) ，自从m h p 标准颁布后，美国 的c a b l e l a b s 将m h p 的核心部分定为其标准，a t s c 也逐步放弃了h 州l 标准，与 1 0 西北工业大学硕士论文 第二章数字电视中间件 c a b l e l a b s 一起制订了以j a v a 技术为核心的a c a p 标准。日本的前一个中间件标准 ( a p a b ) 是以h t m l ( 准确的说是b m l ) 为基础的，近来日本有关标准化组织明确地 全部采纳j a v a 技术为其中问件标准的核心而放弃了其早先的选择( h t m l ，b m l ) 。 同h t m l 相比，j a v a 技术在技术基础上，数字电视运营商的需求上，性能效 率上以及实际发展状况上看，都有不小的优势。因此，h 刑l 逐渐被市场淘汰， 而j a v a 技术为基础的中间件标准和产品逐渐占据主流并且开始流行。 我国数字电视中闻件标准在m h p 的基础上，吸收了m h p 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。2 0 0 5 年9 月，s u n 公司与中国电子技术标准化研究所达成一项谅解备忘录， 内容是有关中国数字电视中间件标准将采纳j a v a 技术，s u n 公司将协助中国数字 电视中间件标准应用的推广和中国数字电视标准符合性测试能力的建设，并根据 中国国情确定知识产权使用费，这一举措也充分表明，中国的数字电视标准将会 以j a v a 技术为平台进行制定。 2 3 多媒体家庭平台( m h p ) 2 。3 。1m h p 的发展历史 m f 【p ( m u l d m e d i a h o m e p l a t f o r m ) 是由d v b 联盟制定的一种标准。作为d v b 的一个工作项目，它开始于1 9 9 7 年。d v b m h p 的工作不仅覆盖应用程序接口 a p i ，而且还包括家庭数字网络( i h d n ) 和本地集群，其目的是标准化家庭平 台，这对于未来成功应用交互式多媒体是很关键的。它同时也可以看作是d v b 纯广播工作到交互式t v 应用的自然升级，推动了电视业务从模拟电视到数字化 电视的过渡。 多媒体家庭平台( m h p ) 是由名为u n i t e l 的欧洲组织提出的，其目标是开 发一个可接入多种数字多媒体服务的通用平台。早在1 9 9 3 年，m h p 就被提出用 于数字电视交互式平台；经过几年的发展，到1 9 9 7 年，d v b 正式接收m h p 作为 其一个工作项目；1 9 9 8 年，j a v a 技术被引入到m h p 内核中；2 0 0 0 年，m h p i 0 成 为e t s i ( 欧洲电信标准协会) 标准系列中的t s l 0 18 1 2 ；2 0 0 2 年，1 1 月e i g t 指导 委员会通过根据c a b l e l a b s o c a p 而制订的g e m ( g l o b a l l ye x e c u t a b l em h p ) 第一 个版本；2 0 0 3 年1 月，e t s i 发布g e m 为标准t s l 0 28 1 9 ：2 0 0 3 年4 月，d v b 批准 m h p l 0 3 ，m h p i 1 1 ，并递交给e t s i ，分别进行作为标准t s l 0 18 1 2 v 1 3 1 和标准 t s l 0 28 1 2 v i 2 1 标准化工作，自此，m h p 标准基本成形并推广开来。 m h p 规范的提出对数字电视的发展具有深远的意义和重要的影响，它将促 西北工业大学硕士论文第二章数字电视中间件 进广播、电信和计算机技术的融合。在m h p 规范产生之前，由不同的内容提供 商基于不同的中间件所提供的应用和机顶盒一般是不兼容的，也就是说如果用户 想要使用所有数字电视提供商提供的数字电视业务，他不得不购买多个机项盒， 这就给消费者带来混乱并造成消费者对未来数字电视业务丧失信心。m h p 作为 一个开放的中间件标准，它的目标就是要解决这些问题，使软件开发者不需做任 何的移植工作就可以为所有符合m h p 规范的机顶盒开发应用。 2 3 2m h p 的系统结构 ( 1 ) m h p 的应用层次结构 m h p 规范从推出到正式确定，经历了近十年，在这个过程中，m h p 标准不 断完善不断升级，因此，m h p 标准采用p r o f i l e ( 层次) 结构，m h p 把所有的交互 作用按照应用领域划分成三个层次： 增强广播 该层次的应用不需要回传信道，只需下载应用后，在本地与视音频实现交互； 交互广播 该层次是增强广播的超集，应用需要回传信道，能够实现真正的交互； i n t e m e t 访问 该层次是交互广播的超集，它提供了互联网服务( e m a i l ，w e b 浏览和c h a t 等) 。 增强广播和交互广播在m h p l 0 规范中进行了定义，2 0 0 1 年7 月d v b 指导 委员会通过的m h p l 1 中给出了对因特网访问的定义。这个完整的层次定义已经 提交e t s i 进行标准化。 ( 2 ) m h p 的体系结构 m h p 主要定义了机顶盒中间件的整体结构、传送协议、内容格式、j a v a ) 虚拟 机和d v b - ja p i s 、安全性