浅谈互动电视中间件技术及其选择

一 前言
作为宽带内容提供商和宽带网络运营商的广电人，几年来一直都在苦苦探索宽带的生存之道。自“宽带圈地运动”成为又一个泡沫之后，整个业界开始认识到宽带内容对宽带网络发展所起的决定性作用。一年多来，在广电行业，数字电视建设风起云涌，作者亦曾在多本杂志上发表文章，提出过数字电视业务对广电宽带网络的发展、对三网融合将起到的重要作用等。
一年多的时间过去了，根据全国多个省市及地区的数字电视试验发展的经验，同时参照国外数字电视的发展历程，广电人已初步开始认识到，电视不仅仅要数字化，更重要的是要互动。据Datamonitor公司预测，到2006年，互动电视将成为世界上最大的交互式平台，甚至将超过Internet，“内容为王，互动是后”已基本得到当前广电人的认可。
二 互动电视的功能

　相对于传统的电视广播，互动电视最大的特点就是电视的功能增强了。人们可以在看电视的同时收发电子邮件，与朋友、同事在网上进行交流，上网浏览、购物等。在不中断观众观看电视节目的同时，互动电视提供了丰富的图文信息服务，成为了真正的家庭多媒体信息平台，具有广阔的应用前景。因此，互动电视必将成为宽带应用的一个亮点。
　当前互动电视的应用主要在以下几个方面：
　(1)互动电视门户：互动电视门户开启了一个新型交互电视服务的世界，通过中间件的制作，在开机界面上的图形化视频马赛克频道网格中，将收视率最高的12～16套节目播放出来，方便用户开机，无需手持遥控器拼命选台，只需在主界面上选择自己喜爱的节目直接进入即可。
　(2)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。据统计，典型的互动广告每6个用户中将有1个用户回应，回应率与直接营销相仿。
　(3)增强电视广播：这种应用使电视观众成为自己喜爱的体育运动的教练。电视观众可以选择最佳的镜头角度来跟踪运动员的动作，同时对比赛发表自己的评论和意见。屏幕上还能显示出运动员的资料信息和比赛的统计信息。
　(4)互动游戏：通过互动电视门户，用户可以使用各种游戏，观众可以相互挑战，或者向系统挑战。据世界最大的互动电视游戏频道PlayJam统计，每年在该频道玩游戏的玩家高达14亿人次。
　(5)电视商务：股票市场电视商务应用支持用户可以方便地管理他们的认购股票，观众接收定时更新的股票市场信息(包括最新的股票价格和实时的市场新闻)，运营商还可以采用中间件技术来支持在线交易。在法国，甚至有将近20%的数字电视用户在电视上登录银行。
　(6)视频点播(VOD)：作为一种“视频出租”服务，视频点播使用屏幕目录提供全天候的电影服务。作为一种“视频播放器”服务，在用户观看电影时，VOD还提供包括暂停、快进、快倒等控制功能。
　在此引用数字电视专家吕品博士的一句话：“互动电视是数字电视技术发展引发的一场革命，是数字电视发展的方向，现在国际上已形成一个共识：数字电视近期可行的一个落脚点就是互动电视，互动电视将从根本上改变广播电视‘你播我收’的主从关系，形成全新的媒体模式。”
　互动电视的上述功能必需采用中间件技术来实现。
三 中间件技术及其在互动电视中的作用
　中间件系统是一个纯软件系统，是为交互应用提供完整应用编程接口的软件系统。中间件技术是互动电视的核心技术及其应用开发的工具，它处于数字电视的技术平台和互动应用之间，建立在数字电视接收设备驱动层之上，各级网络运营商只需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。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。
　中间件采用虚拟机概念，具有可扩充性、可移植性、可靠性、跨平台等特点，它提供一整套端到端的解决方案，包括节目制作、播出、管理等，可以使得业务功能更强大，内容更丰富多彩。中间件的优点是：本身独立于操作系统和硬件平台，具备内容丰富的应用程序接口；开发应用程序简单，具备功能强大的实用工具库，应用程序可“一次开发、多次使用”。
　如果将数字电视机顶盒比做PC机的话，中间件就好像PC机上的操作系统Windows，Windows的作用和威力是大家有目共睹的，而中间件前端系统即相当于网络的服务器端Windows NT，由此可见中间件技术未来对互动电视所起的作用。下面我们对中间件的两大部分机顶盒端和前端进行介绍：
　1. 机顶盒中间件系统
　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。下面介绍各模块的主要功用：
　(1)系统模块：本身内部又由一系列模块组成，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(TCP/IP、PPP、HTTP等)； 　 (2)SI引擎：用于管理SI数据库，它负责提取EIT、PMT等常用的SI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；
　(3)Java虚拟机：用来解译执行Java应用程序，并提供Java Debug 等功能；
(4)HTML浏览器：支持HTML3.2/4.0、XHTML、DOM/CSS 等，显示HTML网页，提供上网功能；
　(5)图形管理模块：提供高级的函数用于绘图，多视窗管理以及音/视频控制；(6)Java程序包：这里面包含多个Java 程序包，用于开发交互式应用软件。它包括一些J2ME的程序包、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、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。
　2. 前端中间件系统
前端系统的主要功能是对电视节目和应用程序的广播实行控制，并在此开发运营商拟推出的新的应用。一般在前端中间件系统的建设中，应建设关系数据库，为电视节目和应用程序储存必要的信息，如EPG、新闻等；同时开发一套标准界面，用于与内容供应商提供接口；另外就是要具备与SMS及SAS等系统之间的接口，方便与SMS及SAS的联结。
四 中间件技术的标准
　目前国际上中间件的标准有五种，包括欧洲的DVB-MHP，日本的ARIB，美国的ATSC、ATVEF和Cable Labs等。中国也正在制订自己的标准，是由广电总局(SARFT)提出的交互式数字电视中间件技术规范——系统，该规范将以DVB-MHP为蓝本，通过部分修改，形成我国自己的标准。
　DVB-MHP是由欧洲DVB组织提出的多媒体家用平台(Multimedia Home Platform，MHP)的概念。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 APIs、安全性和各层的细节。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-1/2音频、DVB字幕、UTF-8；码流格式包括MPEG-2I视频、MPEG-1/2音频、DVB字幕、DVB图文电视、驻留字符、下载字符、HTML、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。
　MHP规定了不同的应用领域和层次，基层是增强广播层1(Enhaced Broadcasting Profile1，EB1)，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1(Interactive Broadcast Profile1， IB1)支持交互业务，这意味其有相应的硬、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。仍在完善中的是互联网接入1(Internet Access 1，IA1)，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IB1，而第三阶段的MHP将在第二阶段的基础上加入IA1。
　美国制定了一系列的中间件标准，如ATVEF、ATSC、Cable Labs等。ATVEF是一种旨在将HTML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。ATSC组织的标准DASE(DTV App Software Environment)主要以Sun公司的JavaTV为基础，力图制定出一个以Java为核心的标准，目前也还没有完全结束。OpenCable是以CableLabs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OCAP(OpenCable Application Platform)。最近他们采用了不少MHP标准中内容作为OCAP标准。
　ARIB标准主要是基于BML(XML的一种形式，作为内容的播发格式)和DSMCC Data Carousel(数据轮盘)，并增加扩展了JavaScript以便更好地编写交互式应用。BML是一种规范的语言，符合未来电子商务的要求；而DSMCC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Access、Pioneer、Fujitsu等都在研发符合ARIB标准，以便解释BML的中间件系统。
五 国内外中间件产品介绍
　不同的中间件系统会提供不同的与下层机顶盒驱动资源模块的接口以及与上层应用编程的接口，因此不同的中间件系统之间是不能互通的。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。下面我们介绍目前国外市场较成熟的几个中间件系统。
　1. Canal+
　Canal+的Media-highway是中间件系统在欧洲的代表，其技术特征是： 采用标准的Java语言，采用标准的数据下载协议DSMCC对象轮盘传输，将Java与DSMCC相结合。Canal+的Media-highway是一种开放式的中间件产品，它可支持多种语言，包括Java、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，包括国内的北京歌华有线网络。Canal+的Media-highway是比较接近MHP标准的。
　2. OpenTV
　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，但其在国外主要在卫星网络中应用。同时，该系统也是国内目前应用最广的系统之一，包括国内中国广播卫星公司、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。可见，OpenTV系统虽然在国内签定的网络合同最多，但仍存在很多如双向数据通讯不通等尚未解决的问题，加上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，最终中间件市场份额谁能领先，现在看来为时尚早。
　3. Microsoft TV
　Microsoft从1999年开始至今推出了一系列的产品，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，代价是大了点。据最新资料显示，Microsoft 已开始在国内淡出中间件市场。
　4. Alticast
　Alticast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，Alticast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DVB-MHP的一种解决方案。
　5. Liberate
　Liberate是美国的一家数字电视技术供应商，它的前身是世界第二大软件公司ORACLE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，它的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、NTL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，有利于对我们中国目前的省地市多级运营的现状进行多级管理。
六 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，因而各级运营商应非常慎重，下面对中间件的选择做一个简单介绍：在选择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；第三是要能适应我国目前广电网络的现状，方便多级管理。具体标准如下： 　 (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)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，支持HTML/XML语言和提供网页浏览是这一平台不可或缺的功能。另外HTML应用应与Java程序之间进行平滑过渡，同时将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。
　根据以上标准，从目前国内外市场上的几家主要的中间件产品如OpenTV、Liberate、Canal+、Alticast和中视联等的性能及应用进行重点比较，可以看到：
　OpenTV是目前国内外市场占有率最高的，但其在国外主要以卫星广播为主，另外，该产品的核心是采用C++开发，系统调试、升级较难，特别是相对基于Java的系统而言应用开发难度较大。因此，该系统适用于应用开发力量较强的中央或省级网络公司，以及卫星网络。
　Liberate是目前国外有线电视市场占有率较高的产品，由于该产品基于Java和HTML技术，开放性较好，二次开发门槛较低。特别是该系统支持多级运营管理，因此适用于省、地市各级运营商的多级管理运营，是一个国内各省、地市网络公司较实用的系统。但该系统也有其致命的弱点，那就是进入中国市场较晚，对于中文应用、机顶盒的配套等不如OpenTV。
　Canal+的Media-Highway是基于Java的，开放性较好、技术较先进的中间件品牌，在国际卫星和有线电视市场上均有较高的占有率，国内有线网络的领头羊——北京歌华有线已选用了该系统。该系统由于技术较先进，涵盖内容丰富，因此对机顶盒硬件配置要求较高，适用于省级以及较大城市的有线网络。
　Alticast据称是第一家已投入运营的符合MHP标准的中间件系统，该系统完全符合DVB-MHP标准，国内有线网络的技术先行者——深圳有线之所以选用它就是一个明证。但该系统如同Canal+的Media-Highway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。
　中视联系统是国内中间件系统的老大，但由于起步较晚，产品尚未成熟。但相信不久的将来，它们一定能做出令我们网络运营商满意且具有我国自主知识产权的中间件产品。
七 结束语
　中间件是数字电视系统中的一个关键的组成部分，目前国内按广电总局要求先期进行数字电视试验的各大省市已开始了选型工作，有些已在上述产品中选定，下一步余下的各省市及各地市网络将开始选型工作。因此选定对自己实用的中间件系统是各级网络公司目前的当务之急。作者作为地市级网络公司的技术人员，建议各位同行在选型时一定要注意产品的易二次开发性，同时又能接近MHP标准、具有一定先进性、方便多级管理等本文上述提出的建议。只有这样，才能保证我们的数字电视事业健康、快速的发展。