IPTV終端中間件的研究
2007/07/13
摘要本文闡述了IPTV終端中間件的作用和研究IPTV終端中間件的重要意義，然后介紹了IPTV終端“中間件的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展，并提出了IPTV終端中間件的模塊結(jié)構(gòu)，分析了IPTV終端中間件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)。
1、IPTV終端中間件的作用
IPTV中間件是當(dāng)前IPTV業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。業(yè)界對(duì)于中間件沒(méi)有確切的定義，一般認(rèn)為：中間件是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)軟件實(shí)體間互連互通的一類軟件，則IPTV中間件就是實(shí)現(xiàn)IPTV系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間互連互通的一類軟件。IPTV系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)類型眾多，包括終端、EPG（電子節(jié)目指南）服務(wù)器、內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)、DRM（數(shù)字版權(quán)管理）、內(nèi)容管理系統(tǒng)、頭端系統(tǒng)等，除終端外，其他節(jié)點(diǎn)都可以統(tǒng)稱為平臺(tái)側(cè)，因此IPTV中間件也可以分為平臺(tái)中間件和終端中間件兩類。平臺(tái)中間件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)中各個(gè)應(yīng)用服務(wù)器之間的互連互通，終端中間件實(shí)現(xiàn)IPTV終端和系統(tǒng)平臺(tái)之間的互連互通。
IPTV系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)都通過(guò)中間件來(lái)通信，實(shí)現(xiàn)完全的開(kāi)放和互連互通，這固然是一種理想的狀態(tài)，但從產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，目前是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)镮PTV系統(tǒng)中的每個(gè)領(lǐng)域都有專業(yè)的軟件提供商，定義并開(kāi)發(fā)一套完整的中間件。能夠與各個(gè)領(lǐng)域中的各個(gè)專業(yè)廠商的系統(tǒng)對(duì)接，搭建成一套IPTV系統(tǒng)，目前來(lái)說(shuō)難度很大。
具有現(xiàn)實(shí)意義的是終端中間件。IPTV終端的數(shù)量將隨著用戶數(shù)的增長(zhǎng)不斷增長(zhǎng)，同時(shí)，終端的形態(tài)、檔次日趨多樣化，必須引入多家終端廠商，引入多樣化的硬件解決方案和基礎(chǔ)軟件解決方案，才能滿足用戶的個(gè)性化需求以及引入競(jìng)爭(zhēng)，降低終端成本。終端中間件可以屏蔽終端硬件和基礎(chǔ)軟件的差異性。使不同廠商的終端快速地與系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)接，同時(shí)使IPTV增值業(yè)務(wù)可以快速、靈活地在終端上部署，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。
IPTV產(chǎn)業(yè)鏈各方出于各自的利益，對(duì)于終端中間件的訴求也是不同的。應(yīng)用提供商希望通過(guò)中間件降低應(yīng)用開(kāi)發(fā)門(mén)檻；終端廠商希望通過(guò)中間件接入多家系統(tǒng)平臺(tái)，推廣自己的產(chǎn)品；運(yùn)營(yíng)商希望通過(guò)中間件在價(jià)值鏈中更具聚合力，吸引更多SP，引入更多終端廠商，最終將業(yè)務(wù)做大。對(duì)于平臺(tái)設(shè)備廠商，終端中間件的利益則不那么明顯。
電信運(yùn)營(yíng)商希望通過(guò)IPTV終端中間件達(dá)到以下目標(biāo)：
- 實(shí)現(xiàn)IPTV終端與IPTV系統(tǒng)平臺(tái)的互連互通，方便引入多家終端廠商。
- 屏蔽上層應(yīng)用與終端底層硬件和基礎(chǔ)軟件，使得同一應(yīng)用在不同的機(jī)頂盒上提供相同的用戶體驗(yàn)。
- 為應(yīng)用開(kāi)發(fā)商提供一致的API（應(yīng)用程序接口），方便應(yīng)用的移植，縮短各種第三方應(yīng)用推出的時(shí)間周期，減少開(kāi)發(fā)費(fèi)用。
2、IPTV終端中間件的研究及產(chǎn)品現(xiàn)狀
IPTV終端中間件是IPTV中間件的子集，介紹IPTV終端中間件的研究及產(chǎn)品現(xiàn)狀，必須與IPTV中間件的研究及產(chǎn)品現(xiàn)狀緊密結(jié)合。
2.1IPTV中間件標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀
在中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)的IPTV特別任務(wù)組中，中間件技術(shù)作為非常重要的問(wèn)題受到關(guān)注，但目前對(duì)IPTV中間件的研究還處于起步階段。任務(wù)組認(rèn)為，由于目前各種中間件技術(shù)方案的差異性很大，因此短時(shí)間內(nèi)形成一個(gè)完善的中間件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并不現(xiàn)實(shí)，需要對(duì)目前IPTV系統(tǒng)中所采用的中間件技術(shù)的概念、分類、應(yīng)用現(xiàn)狀，現(xiàn)階段IPTV系統(tǒng)中引入中間件技術(shù)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)所采用的技術(shù)手段進(jìn)行綜合性考慮才能確定標(biāo)準(zhǔn)化工作的步驟。同時(shí)，任務(wù)組也指出，IPTV終端中間件是近期的研究重點(diǎn)。
國(guó)際電聯(lián)已啟動(dòng)了對(duì)IPTV標(biāo)準(zhǔn)的專項(xiàng)研究，成立了IPTV焦點(diǎn)組（ITU-TFGIPTV），于2006年7月10～14日召開(kāi)了第一次會(huì)議。ITU-TFG
IPTV已將中間件和應(yīng)用平臺(tái)明確作為IPTV標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)中的重要組成部分，成立了工作小組WG6（中間件應(yīng)用與內(nèi)容平臺(tái)工作組）。在IPTV終端中間件方面，該工作組提出了“基于中間件的IPTV終端的軟件架構(gòu)”、“IPTV終端中間件模塊的需求”、“終端中間件API的功能和分類”等文稿。
IPTV焦點(diǎn)組WG6工作小組的許多成員來(lái)自DTV（數(shù)字電視）/DVB（數(shù)字視頻廣播）產(chǎn)業(yè)，因此該領(lǐng)域中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)對(duì)IPTV終端中間件的研究產(chǎn)生影響。這些標(biāo)準(zhǔn)有：歐洲D(zhuǎn)VB組織提出的MHP（multimediahomeplatform），美國(guó)的ATSC（advanced
television system committee）提出的ACAP（advanced common application platform），美國(guó)的Cable-Lab提出的OCAP（open
cable application platform）。
2.2IPTV中間件產(chǎn)品現(xiàn)狀
迄今為止在IPTV系統(tǒng)中有實(shí)際應(yīng)用的、具有IPTV中間件功能的產(chǎn)品有：Siemens公司的Myrio、Alcatel公司的OMP、Kasenna公司的LivingRoom、Orca公司的中間件產(chǎn)品等。它們能夠?qū)⒉煌瑥S商的流媒體服務(wù)與分發(fā)系統(tǒng)、頭端系統(tǒng)、認(rèn)證/授權(quán)/計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、EPG導(dǎo)航系統(tǒng)集成在一起，同時(shí)還提供安裝在用戶機(jī)頂盒上的客戶端，從而提供完整的IPTV直播、點(diǎn)播等服務(wù)。但這些產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)之時(shí)都沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到IPTV業(yè)務(wù)的復(fù)雜需求，在業(yè)務(wù)定制方面缺乏靈活性，例如，要為第三方增值業(yè)務(wù)提供商開(kāi)放IPTV系統(tǒng)的音視頻流服務(wù)能力，必須進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)；這些中間件要與運(yùn)營(yíng)商原有的BSS、OSS集成，也要進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)。這就對(duì)中間件產(chǎn)品提供商的開(kāi)發(fā)支撐能力提出了很高要求，否則，運(yùn)營(yíng)商IPTV業(yè)務(wù)的開(kāi)展反而有可能受制于中間件。這也是為什么國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商更多地選擇了端到端的IPTV解決方案，而沒(méi)有選擇基于中間件產(chǎn)品集成的IPTV解決方案。
另一方面，這些中間件產(chǎn)品雖然提供了安裝在機(jī)頂盒上的客戶端，但這些客戶端的作用僅限于實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒與IPTV中間件平臺(tái)的連接，并沒(méi)有考慮第三方增值業(yè)務(wù)如何在機(jī)頂盒上實(shí)現(xiàn)，第三方的客戶端軟件如何在機(jī)頂盒上加載，機(jī)頂盒仍然缺乏業(yè)務(wù)提供的靈活性。現(xiàn)有的中間件產(chǎn)品還沒(méi)有達(dá)到電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)終端中間件的期望值。
因此，雖然中間件架構(gòu)是IPTV產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展主流，但目前IPTV中間件架構(gòu)還處于研究階段，真正的中間件產(chǎn)品還沒(méi)有出現(xiàn)。
3、IPTV終端中間件的架構(gòu)
IPTV終端中間件的架構(gòu)要從3方面來(lái)考慮：基于中間件方式的IPTV終端的軟件架構(gòu)，終端中間件的模塊結(jié)構(gòu)，終端中間件與服務(wù)器端的關(guān)系。
3.1基于中間件方式的IPTV終端的軟件架構(gòu)
如圖1所示，基于中間件方式的IPTV終端的軟件架構(gòu)可分為4個(gè)層次，即資源層、終端中間件層、應(yīng)用程序?qū)雍蜆I(yè)務(wù)無(wú)關(guān)程序?qū)印?br />
(點(diǎn)擊看大圖)
圖1 基于中間件方式的IPTV終端軟件架構(gòu)
資源層：包含操作系統(tǒng)和硬件驅(qū)動(dòng)程序。資源層透明地將各種資源提供給終端中間件層。
終端中間件層：終端中間件層是隔離上層應(yīng)用程序與底層操作系統(tǒng)及硬件的軟件適配層，向下有針對(duì)不同操作系統(tǒng)和硬件的接口，即中間件可移植層；向上可提供與底層資源無(wú)關(guān)的支持各種上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的API，即中間件API層。中間件本身的功能由一組中間件核心模塊實(shí)現(xiàn)。對(duì)中間件層的詳細(xì)描述見(jiàn)§3.2。中間件層提供了一個(gè)統(tǒng)一的底層資源層抽象視圖，應(yīng)用程序不直接訪問(wèn)資源，而是通過(guò)中間件層實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的調(diào)用。
應(yīng)用程序?qū)樱簽橛脩籼峁㊣PTV的各種業(yè)務(wù)、基于機(jī)頂盒的各種應(yīng)用。應(yīng)用程序分成3大類：
瀏覽器及B/S方式的各種應(yīng)用。瀏覽器又分兩種情況：通用瀏覽器及定制的瀏覽器。EPG的呈現(xiàn)可以采用通用瀏覽器，也可以采用定制的瀏覽器（如微軟IPTVe的實(shí)現(xiàn)方式）。增值應(yīng)用一般都基于通用瀏覽器，采用B/S方式開(kāi)發(fā)，這是目前實(shí)現(xiàn)IPTV增值業(yè)務(wù)的最主要方式。通過(guò)對(duì)瀏覽器提出要求，如支持JavaScript、Flash插件，能通過(guò)插件方式調(diào)用IPTV系統(tǒng)的音視頻播放能力等，可以豐富B/S方式應(yīng)用的表現(xiàn)能力。但是，B/S方式可實(shí)現(xiàn)的功能有限，請(qǐng)求/應(yīng)答的模式使得交互速度也受到限制，例如，很多游戲都無(wú)法通過(guò)B/S方式實(shí)現(xiàn)。所以，開(kāi)展IPTV增值業(yè)務(wù)必須發(fā)展C/S方式的客戶端程序。
C/S方式的應(yīng)用程序。C/S方式的應(yīng)用程序直接與服務(wù)器端交互，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，適合于實(shí)現(xiàn)無(wú)法通過(guò)B/S方式實(shí)現(xiàn)的游戲、證券等應(yīng)用。這種方式為IPTV增值業(yè)務(wù)及融合業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了無(wú)限的想象空間。但目前受制于機(jī)頂盒的軟硬件能力，以及客戶端程序在機(jī)頂盒上移植的難度，這類應(yīng)用的開(kāi)發(fā)周期很長(zhǎng)，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。
本地應(yīng)用程序。不需與服務(wù)器端交互的本機(jī)應(yīng)用，如：本機(jī)游戲、用戶收藏夾、本地通信錄等。
業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)程序?qū)樱喊ǜ鞣N直接運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，與IPTV業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的程序，如DHCP、PPPoE接入認(rèn)證程序等。程序直接運(yùn)行在OS之上，可以提高運(yùn)行效率。這些程序與終端中間件軟件一樣，在引入新的機(jī)頂盒時(shí)要進(jìn)行移植，但這些程序通常具有業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)性，遵循通用的接口協(xié)議，因此能做到快速移植。
3.2終端中間件模塊結(jié)構(gòu)
IPTV終端中間件層的軟件又分為以下3部分。
（1）中間件可移植層
可移植層被用來(lái)與第三方機(jī)頂盒集成，任何第三方的機(jī)頂盒，只要實(shí)現(xiàn)了本層軟件，終端中間件和中間件層支持的所有應(yīng)用程序就可以運(yùn)行在該機(jī)頂盒上，不需要對(duì)不同的硬件和操作系統(tǒng)再進(jìn)行適配。
中間件可移植層包括系統(tǒng)抽象層和接口抽象層。系統(tǒng)抽象層負(fù)責(zé)對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行抽象，封裝了所有的通用操作，包括任務(wù)、定時(shí)器、消息隊(duì)列等，以及一些公共的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如隊(duì)列、堆棧等，屏蔽了操作系統(tǒng)。接口抽象層負(fù)責(zé)對(duì)底層硬件平臺(tái)進(jìn)行抽象，封裝了所有底層硬件平臺(tái)和接口設(shè)備的操作和接口，包括Flash、RAM、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、遙控器等，屏蔽了底層硬件。
（2）中間件API層
API層將機(jī)頂盒中間件核心模塊提供的能力封裝成統(tǒng)一的API。開(kāi)放給CP/SP，供CP/SP在開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用時(shí)調(diào)用。CP/SP只需根據(jù)API實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，而不必去考慮機(jī)頂盒具體如何實(shí)現(xiàn)這些API封裝的功能。API層的存在降低了CP/SP開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的門(mén)檻。
中間件API層的API分成兩類：一類API將底層資源所能提供的能力進(jìn)行封裝；另一類API將終端中間件直接與服務(wù)器端交互的能力進(jìn)行封裝。
（3）中間件核心模塊
根據(jù)IPTV業(yè)務(wù)開(kāi)展的實(shí)際需求以及中間件架構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的需求，IPTV終端中間件至少應(yīng)具有以下核心模塊：
- 應(yīng)用程序管理器。負(fù)責(zé)應(yīng)用程序的初始化，啟動(dòng)應(yīng)用程序，管理所有應(yīng)用程序的生命周期，包括彼此之間的相互操作，便于各種應(yīng)用程序能夠協(xié)調(diào)地執(zhí)行。
- 資源管理器。負(fù)責(zé)管理和調(diào)度應(yīng)用程序使用的各種底層資源及它們的狀態(tài)。底層資源包括：如硬盤(pán)、內(nèi)存、外設(shè)等硬件資源，文件系統(tǒng)、定時(shí)器等軟件系統(tǒng)資源。
- 輸入輸出管理：與紅外遙控器、鍵盤(pán)、USB接口、音視頻輸入/輸出接口等有關(guān)的各種輸入輸出事件的管理。
- 基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。調(diào)用操作系統(tǒng)層實(shí)現(xiàn)的各種網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議，控制音視頻數(shù)據(jù)的傳送方式以及收集信息以提供服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證。
圖2 IPTV終端中間件與服務(wù)器端的接口
4、IPTV終端中間件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)
IPTV終端中間件是業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一，終端中間件標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的研究也十分活躍。但是，要使IPTV終端中間件從研究走向真正的應(yīng)用，從標(biāo)準(zhǔn)變?yōu)閷?shí)際的產(chǎn)品，還有很多問(wèn)題有待解決。
從IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展、運(yùn)營(yíng)的角度，IPTV終端中間件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用中應(yīng)關(guān)注以下3點(diǎn)。
4.1終端中間件的開(kāi)發(fā)推廣需要依賴于完善的商業(yè)模式
終端中間件的商業(yè)模式的設(shè)計(jì)側(cè)重于兩方面：
- 通過(guò)合理的商業(yè)模式推動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)商進(jìn)行中間件的開(kāi)發(fā)工作，推動(dòng)平臺(tái)廠商采納中間件方案，配合中間件的開(kāi)發(fā)。
- 通過(guò)合理的商業(yè)模式引導(dǎo)終端廠商、應(yīng)用開(kāi)發(fā)商使用終端中間件。終端中間件的推廣不能僅提供一個(gè)終端中間件軟件，而是要推廣一系列的軟件、標(biāo)準(zhǔn)、工具。
在推廣方面終端中間件可以參考BREW的推廣策略：
- 為設(shè)備制造商提供中間件客戶端軟件、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)、移植工具、測(cè)試工具、技術(shù)支持、業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)支持以及設(shè)備規(guī)格/產(chǎn)品路標(biāo)的相關(guān)咨詢服務(wù)。
- 為應(yīng)用開(kāi)發(fā)商和內(nèi)容提供商提供SDK和開(kāi)發(fā)工具，以及應(yīng)用程序測(cè)試支持、應(yīng)用程序發(fā)布管理、應(yīng)用程序銷售報(bào)告。
- 為運(yùn)營(yíng)商提供由運(yùn)營(yíng)商控制和管理的應(yīng)用程序下載管理系統(tǒng)。
4.2終端中間件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的分階段實(shí)施步驟
根據(jù)業(yè)務(wù)開(kāi)展的需求，確定中間件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的分階段實(shí)施步驟，其策略是：首先考慮終端對(duì)各個(gè)增值應(yīng)用的支持度。實(shí)現(xiàn)增值應(yīng)用方便地在終端上加載，降低增值應(yīng)用開(kāi)發(fā)商的開(kāi)發(fā)門(mén)檻；再考慮終端與平臺(tái)的兼容性，實(shí)現(xiàn)不同終端與不同平臺(tái)之間的互操作。因此，終端中間件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的分階段實(shí)施步驟可以從兩個(gè)維度考慮：
- 軟件層次維度。首先開(kāi)發(fā)中間件核心模塊和實(shí)現(xiàn)中間件API層，第二階段再實(shí)現(xiàn)中間件可移植層。即：首先保證應(yīng)用程序只開(kāi)發(fā)一次。使應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)商不需考慮終端底層軟件和硬件的差異性。此時(shí)，中間件本身需要有不同的版本，分別針對(duì)不同的終端底層軟件和硬件。
- 功能模塊維度。首先開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序管理器和軟件下載及升級(jí)服務(wù)模塊，以及資源管理器、圖形用戶界面管理等與調(diào)用底層資源密切相關(guān)的模塊，實(shí)現(xiàn)C/S方式客戶端程序的自由加載和運(yùn)行。支撐IPTV增值業(yè)務(wù)的快速開(kāi)發(fā)。
4.3終端中間件實(shí)現(xiàn)技術(shù)的選擇
考察現(xiàn)有的中間件產(chǎn)品，IPTV終端中間件的實(shí)現(xiàn)有兩種主要技術(shù)方式：采用C/C++語(yǔ)言，從底層開(kāi)始開(kāi)發(fā)，提供的中間件API也采用C/C++方式：基于現(xiàn)成的J2ME技術(shù)。
采用J2ME技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于：其本身就是一個(gè)已用于智能手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品化比較完備，提供了一套現(xiàn)成的API（如CLDC（connectedlimiteddeviceconfiguration）和MIDP（mobile
information device profile））。Java語(yǔ)言也比較普及，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的入門(mén)門(mén)檻低。不足在于：對(duì)終端設(shè)備內(nèi)存要求較高，程序運(yùn)行效率受到影響，對(duì)于CLDC和MIDP中未規(guī)定的API，要參照其框架自行規(guī)定。
采用C/C++自行開(kāi)發(fā)方式。實(shí)現(xiàn)較靈活，效率高，但開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員的要求也較高。
因此，需要在對(duì)IPTV終端中間件的研究中進(jìn)一步選擇、確定終端中間件的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
致謝：本文撰寫(xiě)過(guò)程中，研讀了UT斯達(dá)康公司楊景老師和信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院楊崑主任的多篇關(guān)于IPTV中間件的論著，深受啟發(fā)，在此表示感謝。
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