数字电视中间件技术发展浅析

作者：青岛有线电视网络中心 陈焕经 徐朝晖

欢迎访问e展厅 展厅 4 广播影视设备展厅 ... 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API的形式存在，整个API集合被存储在机顶盒的闪存FLASH中。针对机顶盒的应用程序基于API进行开发，能够支持丰富的应用。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。虽然中间件对机顶盒硬件资源的要求较高，但在开发大量应用时成本大大下降。 1　数字电视的中间件技术 中间件技术是一个纯软件系统技术，它也是一个比较笼统的概念。一般地说，它是建立在数字电视接收设备驱动层之上，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。 目前，比较成熟的商用中间件产品有OpenTv的EN2、Liberate的TV Navigator for DTV、Enreach的EnreachTV for DTV、Canal Plus的Mediahighway以及NDS的NDS Core等。目前，在我国已经有一定市场份额的中间件生产厂商主要有Canal Plus、NDS和OpenTv等几家。法国Canal Plus的Mediahighway是欧洲中间件系统的代表，其最早采用的编程语言是一种解释执行的私有语言。后来，Canal Plus采用Java语言和标准的数据下载协议DSMCC Object Carousel(即DSMCC对象轮盘传输)，重新进行系统设计和制定编程接口，成功地将Java 引入数字电视机顶盒中，Canal Plus的中间件产品在欧洲有广阔的市场。英国的NDS的中间件解决方案主要是基于HTML，利用HTML网页浏览器也能实现一定的互动性。目前，NDS也正在研究基于Java的解决方案。OpenTV是国际上极负盛名的中间件生产厂商，它采用的编程语言是C，也是解释执行的。 不同的中间件系统会提供不同的与下层驱动资源模块接口以及与上层应用编程接口，因此不同的系统之间是不能互通的。因而人们在数字电视业务的不断拓展过程中，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。数字电视领域的两大标准化组织欧洲的DVB和美国的ATSC在制订数字电视广播标准、数据广播和交互业务标准之后，开始制定中间件的标准。DVB已经提出了基于Java虚拟机的中间件标准—多媒体家庭平台（MHP），我国的数字电视中间件标准主要参考MHP，目前正在制定之中。ATSC成立了T3/S17技术专家小组委员会，致力于机顶盒软件环境的定义，称之为数字电视应用软件环境（DASE）。下面就对MHP和DASE做简要介绍。 2　欧洲的MHP 由于DVB采取市场驱动的框架，因此初期的工作重点是广播基础设施，在大量的数字广播传输标准取得成功后，DVB的工作重点转移到交互业务这一层次，代表成果是数据广播标准和交互业务标准。由于看到广播、计算机和消费电子在家庭中的聚合，DVB又迈出了第三步，即建立多媒体家庭平台(Multimedia Home Platform，MHP)标准，按照MHP组主席Georg Luetteke博士的说法，MHP所带来的数字电视和相关多媒体业务的融合是WWW出现以来最大的技术奇迹，也是现在能够想象到的广播技术的终极。 MHP有关的工作开始于1997年初，工作模式遵循DVB的工作原则，即先研究市场需求，再进行技术标准开发。MHP作为DVB商业部（CM）的一个工作组，由DVB指导委员会（SB）于1997年12月正式批准成立，其任务是调查多媒体家庭平台的商业需求。其后，在DVB技术部成立了MHP技术面工作组TAM（Technical Aspects of MHP），其任务是编写MHP技术规范。与此同时，MHP组仍在进行MHP商业需求的细化和辨别工作，两个组相互协作，联系密切，共同完成多媒体家庭平台这项牵涉面广的复杂工作。 MHP API的最早竞争者有三个：来自Sun Microsystems和Thomson Multimedia的OpenTV，来自数字视听工业论坛DAVIC(Digital Audio Video Industries Council)的MHEG5/MHEG6 ＋ Java提案和来自法国地面数字电视广播商Canal Plus的Multimedia Highway。不久， Multimedia Highway就提出愿意采取一定策略来容纳MHEG5和Java。 从1998年到现在，DVB内部关于MHP的辩论十分激烈，原因是DVB各成员的想法各不相同，而这样的一个标准涉及到欧洲的情况不同的多个国家。争论的核心主要集中在六个方面：开放标准还是封闭标准；增强电视还是交互电视；Internet的中心地位问题；欧洲和美国的不同；继承还是创新；知识产权问题。其中对增强电视的情有独钟、难以达成一致意见和知识产权问题是阻碍标准制定的三个主要障碍。 尽管争论激烈，甚至有人怀疑MHP这样的统一标准是否必要，即使制定了能否实现，但DVB的MHP项目还是取得了不少成果，目前达成一致的是定义一套兼容Java的应用编程接口（API）。此API以三个类别(profile)的形式定义，或者说三个层次，其中每个上层类别都包含下层类别。第一个类别是增强电视类别（Enhanced TV profile），它是基于Java的，而且其中不包括HTML兼容。第二个类别称为带反向通道的交互电视，定义为两种可选格式：一种是“纯Java”方案，源自Sun的PersonalJava规范和/或JavaTV规范，这种方案定义为缺省类别，另一种可选的格式是在缺省类别的基础上增添兼容HTML。第三个类别称为Internet接入，在交互电视类别的基础上增加IP和兼容HTML。 API的目的是通过互操作性提供统一的应用平台，但上述基于Java的API方案并非如此，尤其是在兼容HTML方面模棱两可的规定使得互操作性大打折扣。最热心兼容HTML的是有线电视运营商，他们关心快速Internet接入能够成为自己的一项关键业务，而其竞争对手－卫星运营商和数字地面电视广播公司－对兼容HTML并不热心，因此，MHP交互电视类别的两种选项实际上在有线电视和卫星与地面广播之间埋下了一道潜在裂痕。 欧洲的统一API分三步走，不是技术问题，而是考虑到欧盟成员国在政策方面的差异。而政策差异是其社会文化环境差异的反映，特别在电视广播领域这种差异更加明显，各成员国联系到现有公共广播制度，在国家层面上会采取不同行动。因此，现行的MHP标准是一个结构冗杂的大系统，它在具有先进性和可扩展性的同时，各个程序包之间并不和谐，存在功能上的叠加和重复。 3　美国的DASE 在ATSC 1983年成立伊始，双向增强电视就是构想之一，但直到1996年FCC大部分采纳ATSC标准时，双向交互电视问题都一直悬而未决，没有人能说清楚呈现在观众面前的交互电视到底是什么样。在此期间，时代华纳曾开展交互电视实验，但没取得成功，相反，交互式的Internet异军突起，取得巨大成功。 消费电子制造商（包括数字电视芯片制造商）和内容生产商都迫切需要制定统一的接收机软件平台，这是交互电视取得成功的关键。因此，1997年末，ATSC成立了数字电视应用软件环境（DASE）特别工作组，它源于ATSC T3/S16（交互业务）专家组内的一个小组，后来独立成一个特别工作组，并很快成为T3的直属专家组，编号为T3/S17。S17之下又细分为多个小组：系统业务组、总体组、类别(profile)组、安全组、呈现引擎组，随着工作的深入，小组的划分也有所变化。 作为应用软件环境，DASE包括四个组成部分：应用执行引擎（Application Execution Engine,AEE）、呈现引擎（Presentation Engine,PE）、内容解码器（Content Decoder）和应用程序接口(API)。这四个部分构成一个有机整体，这一体系结构是随着DASE的工作进展而提出并不断完善的。 应用执行引擎AEE直接在接收机的操作系统和库之上实现，以平台无关的方式解释或执行应用代码中的程序部分，为内容解码器和呈现引擎提供插件平台，作为底层软硬件平台的抽象，扮演DASE环境集成者的角色，同时负责管理多个应用可能竞争的资源。 呈现引擎PE的任务是：(1) 执行描述屏幕如何显示的（可能是说明性的）代码; (2) 提供屏幕的空间布局; (3) 提供屏幕上小部件(widget)或对象的时间同步; (4) 允许小部件或对象在屏幕上的合成（透明和半透明等）; (5) 在屏幕上对已知类属的小部件或对象进行实例化。PE必须对用户产生的事件及其手势或动作作出反应。PE可以是平台有关的，即使用接收机操作系统的私有库，如果制造商允许，可以下载平台无关的PE（只依赖于AEE和API），通过注册可以代替制造商的PE。在DASE接收机中，将只有一个PE。推荐的DASE PE为XHTML。 面向系统服务的应用程序接口API是DASE为应用程序提供的接口标准，应用通过它访问下层操作系统和接收机硬件提供的系统服务，是操作系统自有库之上的抽象层，是DASE的核心。 4　对我国中间件发展的思考 首先，从推动我国数字电视进程的角度来讲，尽快制定我国的中间件标准势在必行。因为中间件标准一旦确立，就会有大量的数字电视内容制作、播出服务和应用服务厂商介入到数字电视产业中来，从而实现资源共享，大大降低各个环节的成本。另外，在我国，数字电视市场并没有大规模启动，虽然有几家数字电视厂家在开发自己的中间件，但目前并没有成熟的商业产品，这为我国直接开发符合自己标准的通用中间件提供了契机。 其次，我国在制定中间件标准的过程中，在充分借鉴MHP先进经验的同时，应充分考虑我国数字电视领域的技术水平和研发能力，制定一个简洁实用的标准。同时，从MHP的API对HTML模棱两可的处理方式，可以看出欧洲人对PC和Internet“欲说还休”的暧昧态度和深厚的电视情结。在欧洲，个人电脑和Internet的渗透率相当低，而图文电视作为电视相关活动的一种，已经覆盖了整个欧洲大陆。因此对于欧洲人来说，绝大部分经验和电视机有关，这是欧洲特别强调以电视为中心的根本原因。因此，我国在制定中间件标准时还应考虑我国的经济和文化现状。 最后，值得一提的是，我国PC和Internet的普及率比欧洲更低，人们的电脑经验微乎其微。相比之下，电视在我国的普及程度很高，317亿台电视机和近8000万有线电视用户都是全球第一，特别是电视广播“村村通”工程完成后，广播电视是中国老百姓获取信息的主要来源。因此，面向我国大众的数字电视，特别是数字电视的互动性，不能简单照搬现成的方案，而必须充分考虑我国大众使用家电的经验。对没有电脑使用经验的人来说，和软件打交道并不是一件很容易的事，很容易手足无措，即使是电脑的熟练操作者，接触一个新软件也不轻松，因此我国在尽快制定中间件标准的同时，计算机界、广播电视界和通讯界应通力合作，开发适合我国国情的数字电视应用软件。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/18/2004)