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1、数字机顶盒技术讲座第三讲 中间件技术 刘修文(攸县广播电视局,湖南 攸县412300)中图分类号:TN919.82 文献标识码:E 文章编号:1007-7022(2004)09-0132-04(上接第08期)1 中间件技术概念中间件技术是一个纯软件系统技术,也是一个比较笼统的概念。一般地说,中间件是指位于数字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(API)的形式存在,整个API集合被存储在数字机顶盒的闪存(FLASH)中。图1描述了中间件在数字机顶盒中的位置。图1 中间件在数字机顶盒中的位置2 中间件的作用中间件技术对于数字机顶盒来说,就相当于电脑中的Windows操
2、作系统。其作用是使数字机顶盒的各种功能以API的形式提供给数字机顶盒生产厂家,以实现数字电视交互功能的标准化,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(数字机顶盒)的数据量减到最小。中间件产品一般由非节目提供商和数字机顶盒制造商的第三方提供,对于使节目提供商制作节目和厂家生产数字机顶盒的进一步简化和标准化都是非常有利的。中间件系统包含一系列的功能,如内存管理、通信管理、图形系统管理、SI数据装载、系统资源管理以及与前端系统间的通信及控制等。3 数字机顶盒中间件系统数字机顶盒中间件系统是一种层次型架构,由多个系统模块组成。下面以中视联联合软件有限公司开发的中间件系统为例(参看
3、图2),介绍中间件系统的各模块的主要功用。图2 中视联中间件系统组成机顶盒驱动层(STB Driver Layer)由电视机顶盒制造商根据规范标准负责设计和编制,它提供MPEG-2表格数据提取、条件接收和smart卡控制、信道参数设定、音/视频流控制、Moderm管理、TVVCR控制及其他的功能。核心系统模块(Core System)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、数据下载管理及网络协议管理(TCPZP,PPP,HTTP)等。图像、多媒体模块(Graphics&AV System)与下层平台接口,提供高级的函数用于绘图、多视窗管理及音/视频控制。SI引擎(SI
4、Engine)用于管理SI数据库,它负责提231中国有线电视2004(0910)CHINA CABLE TELEVISION 实用连载取EIT,PMT等常用SI表格数据,并且具有监察功能,它可提供频道搜寻已储存的数据,如频道名称等。Java虚拟机(JVM)用来解译执行Java应用程序,并提供Java Debug等功能。网页浏览器(Web Engine)支持HTML3.2/4.0、XHTML、DOM/CSS等,显示HTML网页,提供上网功能。Java应用程序标准接口(Java APIs)包含有多个Ja2va程序包,用于开发交互式应用软件。它包括一些J2ME的程序包和一系列用于数字电视的专用程序包
5、,如图形显示、多媒体控制、SI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Web浏览器运行Java Applet的程序包。交互式应用程序(Interactive Applications)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,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(ApplicationManager)。4 国内外中间件技术的发展状况(1)欧洲1996年春天以法国的Canal+公司为代表,推出的第一代数字电视机顶盒中就采用了中间件技术,开展了交互式业务。包括电子节目指南(EPG)、按次付费收视(PPV)及电视商务应用等。其
6、中间件产品为Me2dia Highway。其系统结构如图3所示。图3Media Highway系统结构图Canal+的Media2highway的技术特征是:采用标准的Java语言和数据下载协议DSMCC对象轮盘传输,重新制定编程接口并进行系统设计,将Java与DSMCC相结合。Canal+的Media2highway是一种开放式的中间件产品,它可支持多种语言,包括Ja2va、HTML、JavaScript、MHEG-5、Pantalk等;满足多种标准,包括DVB-MHP、OCAP以及中国广电总局拟定的标准;国内外有超过25种数字机顶盒平台与之配套。该系统目前已在国内外几十家运营网络运行,包括
7、国内的北京歌华有线网络。Canal+的Media2highway是比较接近MHP标准的。1998年在DVB的倡导和资肋下,欧洲成立了中间件标准工作组,致力于数字电视通用家庭平台的研究,这就是后来的MHP(多媒体家庭平台)标准。MHP主要定义机顶盒的整体结构、传送协议、内容格式、Java虚拟机和DVB-J平台、安全性、图像参考模型、系统集成和各层的细节。MHP能满足多种形式的格式,如图形格式包括PNG、GIF、JPEG、MPEG-2I(P)帧、MPEG-12音频、DVB字幕、UTF-8;码流格式包括MPEG-2I视频、MPEG-12音频、DVB字幕、DVB图文电视、驻留字符、下载字符、HTML、
8、XML。MHP可以使不同厂家使用同一平台,同时系统支持多级运营商操纵整个系统的运作。MHP还定义专用的应用信令,提供应用的位置、相关数据、所需的MHP层次、所需的资源、自动启动特性和与之有关的协作应用。MHP数字机顶盒结构模型如图4所示。图4MHP数字机顶盒结构模型MHP标准明确地提出数字电视中间件系统中必须包含一个Java虚拟机,交互式应用使用Java语言进行编程,同时建议采用HTML。MHP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Java规范,因此DVB的专用平台命名为DVB-J。对已经存在的许多不同APIs的DVB系统,DVB-J提供即插接口来实现向上的兼容性。331中国有
9、线电视2004年第0910期 刘修文:第三讲 中间件技术目前MHP把所有的交互应用按不同的应用领域划分为3个层次:增强 广 播 层1(Enhanced Broadcasting Profile 1,EB1),该层次不需要回传信道,仅支持单向广播业务和本地交互业务,包括Java VM、DVB-J APIs和广播传送协议,HTML子集作为即插件。交互广播层2(Interactive Broadcasting Profile 2,IB2),它需要回传信道,支持交互业务,这意味着有相应的硬、软件支持,对EB1的扩展有用于交互应用的DVB-J API和交互传送协议,HTML子集作为选件。互联网接入层3(
10、Internet Access Profile 3,IA3),它增加的API有互联网接入APIs、IP广播传送协议和HTML,ECMA Script等描述协议。其中EB1是整个MHP的基础,第二阶段MHP在基层增强广播层的基础上增加了IB2,而第三阶段的MHP将在第二阶段的基础上加入IA3。飞利浦MHP中间件 Euphoria软件平台包括最新版本的飞利浦MHP中间件堆栈,确保在特别内容安全要求和与其他AV应用的互操作中全面兼容MHP1.0.2规格。其电子服务指南是一套用于安装、配置和管理的家庭应用软件,与遥控操作相结合,为兼容MHP的DVB消费电子产品提供重要功能、独特性能和用户定制特性。(2
11、)美国OpenTV最早是法国的TMM与美国的Sun合资成立的一家公司。早在1995年春天,就开始从事数字电视中间件技术的研究。OpenTV采用的编程语言是C语言,同Java相比,它具有编程难度大,调试难度高等缺点。目前OpenTV系统已在国内外几十家运营网络中运行,但其在国外主要应用于卫星网络中。同时,该系统也是国内目前应用最广的系统之一,包括中国广播卫星公司、上海文广有线、河南有线、江西有线等。但据反映,上海有线采用该系统后的最大问题是到目前为止无法通过该系统实现双向数据通讯。OpenTV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Java的系统。软件业巨头Microsoft从
12、1999年开始至今已推出了一系列的中间件产品,从最早的维纳斯(Venus)、前不久的Ultimate TV到最近的Microsoft TV。Venus和Ultimate TV只是一个HTML浏览器,提供上网功能,但这两个产品并未打响。最近的Microsoft TV是基于Windows95和CE以及Microsoft Media Player技术,将PC机变成机顶盒的一种技术解决方案,对于电视这种大众媒体和家用电器来说,将PC机用作机顶盒,代价比较大。据最新资料显示,Microsoft已开始在国内淡出中间件市场。Liberate是美国的一家数字电视技术供应商,其前身是世界第二大软件公司ORACL
13、E公司的子公司NCI,它的股东包括Oracle、Cisco、Sun、Motorola、Sony等。它是全球第一家在有线网络上应用的中间件厂商,第一个客户是英国大东电报公司,目前它的用户包括美国最大的有线电视网络AT&T宽带、UPC、NT L等,在全球有线网络中,该系统所占份额应是最大的。该产品支持的CA包括国外应用最广的NAGRA和国内市场占有率较高的Irdeto。他们的中间件解决方案是服务器端基于Oracle数据库,客户端基于开放的HTML和Java,另外该系统的最大优点是基于多级运营商管理,有利于对我国目前的省地市多级运营的现状进行多级管理。美国高级电视增强论坛(ATVEF,于1988年成
14、立)已有约60家公司参加,以实施ATVEF的内容规范。AT2VEF是一种旨在将HTML作为数字电视内容的主要格式的标准,它比较简单,与目前的互联网在较大程度上兼容。在创立ATVEF的公司中,有一半以上与电视节目直接有关,如NBC、PBS、华纳兄弟公司等,还有一些重要的传输公司如美国CableLabs、DirecTV与TCI,以及计算机厂商如英特尔、微软与Sony等。ATVEF的目标是:在实现交互电视时有共同的规范,能支持所有的电视环境(模拟或数字、有线、卫星或地面广播),并尽量利用现有的内容格式,主要是互联网。2002年1月3日,美国CableLabs公司宣布完成有线数字电视中间件标准 OCA
15、P 1.0。OCAP 1.0很大程度上是基于MHP标准,这为全球性交换应用和内容互操作性的实现提供了基础。OCAP的特点是基于Java技术的驱动引擎。OCAP是一个应用界面标准,包括所有应用程序接口(API)、内容和数据格式、应用层面的各种协议等,在其上开发的应用可以在符合OpenCable的主机上运行。据悉,OCAP 1.0和DVB-MHP 1.01(9)均已提交国际电信联盟,作为制定数字机顶盒中间件标准的提案,希望能共同制定一个统一的中间件标准。我国广电总局已经选用DVB-C作为行业标准,但是MHP是否会成为我国的中间件规范,还是一个未知数。(3)韩国Alticast中间件Alticast
16、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的基于MHP的中间件系统,Al2ticast的主要设计方案是在美国制定、韩国开发的,是完431刘修文:第三讲 中间件技术 中国有线电视2004年第0910期全基于欧洲DVB-MHP的一种解决方案。Alticast的中间件产品有ALTISY NCHRO、ALTICAPTOR、ALTICOMPOS2ER、ALTIFUSION和ALTIWORK。深圳有线电视网络已选用它。但该系统如同Canal+的Media2Highway一样,由于涵盖内容丰富,因此对机顶盒硬件配置要求较高,同样对运营商而言运营成本较高。(4)国内目前国内研制开发的中间层软件
17、主要有中视联中间件与媒体烽火台系统。中视联联合软件有限公司开发的中间件系统是一种层次型架构,由几个系统模块组成,如图2所示。图中显示出中间件系统的层次型和模块型架构。英凯软件系统有限公司和上海高清通力合作,开发了具有中国自主知识产权的数字电视中间件 媒体烽火台(Media Beacon T ower)。媒体烽火台接收端中间件系统是层次化的,采用模块化结构,包括一个Java虚拟机和一个网络浏览器,其系统组成类似中视联的中间件系统。媒体烽火台在未来交互应用中能够支持Java编程和上网。该系统符合中国数字电视和DVB-MHP标准,支持国际标准DSMCC数据下载协议。媒体烽火台系统是一个独立的综合平台
18、,集多媒体、数码家庭娱乐和电子商务于一体,它独立于硬件平台,可移植、升级、扩展。作为一种嵌入式软件技术,可以广泛应用于数字机顶盒终端及其他嵌入式数字通信设备。媒体烽火台终端系统(数字机顶盒的中间件)的主要优点是:开放性与标准化:系统设计基于数字电视(DTV)通用标准;内置Java虚拟机,可使用Java语言编制应用程序;支持HTML和XMLDOMCSS,可利用机顶盒上网;采用DSMCC下载协议和数据轮盘(Data Carou2sel),使得标准DTV平台能够执行不同节目供应商提供的应用程序,也使得同一个节目供应商能够在不同硬件平台上使用相同的应用程序。优化的图形功能:充分利用平台下层的功能,通过
19、图形系统可增强多媒体和交互式应用软件运行的效能。字库管理:应用矢量字库,提供多样化的字体显示;字库管理模块还能处理压缩的字库文件,并减少字形显示闪烁。JavaHTML之间的平滑导航:提供一种机制,使得Java程序能够启动HTML浏览器,而在一个网页文件中也能调动Java程序,为应用程序设计提供了灵活性。独立性:系统建立在标准和公用的移植接口规范之上(System Porting Interface),只要在机顶盒硬件平台上移植了该接口,系统就能够在此平台很好地运行,完全与下层的硬件设计及软件无关。可塑性与可组合性:系统具有模块化结构,可根据需要提供不同档次的产品,并可增加新的功能。5 数字机顶
20、盒中间件的选择建议中间件的选择是决定数字电视(互动电视)业务成败的关键,因而各级网络运营商应非常慎重。在选择中间件时首先应保证其具有一定的先进性,以MHP为标准,采用Java和HTML技术;其次是实用性,易于开发,运营商能较快地推出新的应用,特别是能方便省、地市级网络运营商的应用开发;再次是要能适应我国目前广电网络的现状,方便多级管理。所以在选择中间件时,一般应考虑以下几点:(1)中间件系统应具有一个层次化、模块化的架构,使得它能够更好地扩展,更方便地增加新的功能;同时朝MHP标准靠拢,以满足数字多媒体的要求,能够将未来家庭娱乐设施联系在一起,起着联结纽带的作用,成为家庭多媒体娱乐中心。(2)
21、中间件系统必须提供一个高级应用编程接口(API),使得各种应用的开发变得十分便利。在现代计算机编程技术中,Java是面向对象的编程语言,因其具有“开发一次,到处运行”的超越平台限制的特性,是数字电视应用开发的理想工具。当然,系统中必须有一个Java虚拟机,并采用J2ME。(3)HTML语言在互联网上大量应用,能支持HTMLXML语言和提供网页浏览是数字机顶盒中间件不可或缺的功能。另外HTML应用应与Java程序之间进行平滑过渡,同时应能够与目前互联网页数据之间兼容。(4)中间件应支持一个标准的应用程序和数据下载协议,使得网络运营商能够将其应用和数据播放到不同的硬件平台上。建议将DSMCC Data Carousel作为下载标准协议,并根据需要加上流和流事件的传输与利用,构成一个完整有效的数据下载协议。(5)在图形显示及字体、字符的处理方面,要求其功能强大、图形界面通用且丰富,能够高效地处理中文字体、字符集。(未完待续)收稿日期:2004201206531中国有线电视2004年第0910期 刘修文:第三讲 中间件技术