用中间件开展数字电视业务实践分析

2003-10-14 依马狮网

采用中间件平台开展数字电视交互业务的实践分析

作者：赵季伟 辽宁电视台数字电视频道

编者按：推广有线电视数字化和机顶盒的部署是当前的一项重点工作，然而这项工作的真正收效和成功最终将有赖于交互电视和其他增值业务的开展，而中间件又是交互电视业务全面展开的重要技术手段。为此，本刊特约参与构建辽宁电视台中间件平台全过程的该台数字电视频道总监赵季伟撰写本文，从其本台的实践出发，从理论和应用两个方面来探析这一前沿技术的必要性、可能存在的困难及解决方案，希望引起读者的高度关注，共同推动数字电视的可持续发展。赵季伟先生在本稿编辑过程中高度负责，给予本刊积极主动的支持和合作，特此致谢；而国家数字电视中间件标准研究组组长廖洪涛也拨冗审阅了本文，惠赐宝贵意见并给予颇高评价，也一并表示感谢。

2003年7月3日是中国数字电视（DTV）发展的阶段分水岭。国家广电总局召开全国广电行业电视电话会议，在已经确立的“节目、传输、服务、监管”四大平台的DTV技术体系下，筹建中央节目平台，计划于9月1日正式开播。一时间，全国的节目平台纷纷响应，技术筹备紧锣密鼓，付费电视频道作为“节目为王”的龙头，带动DTV产业开始全面启动。然而，DTV还要走很长的路，中央节目平台播出后的再发展，按常规逻辑技术装备和体系必须先行，如何做到未雨绸缪，是我们从事技术工作的工程师们必须优先想到并研究透彻的。

DTV与传统电视最大的区别在于能够实现交互的业务服务。广电总局对辽宁数字电视节目平台开办视频点播业务的批复中明确指出：节目平台今后的业务方向，应向数字电视交互节目的内容服务发展。而中间件技术是继付费频道的增强型EPG之后，高效制作和播出节目平台交互业务内容的重要技术手段之一，因此，辽宁数字电视节目平台在运用增强型EPG的多种交互功能以后，进一步把研究重点放在中间件交互节目的应用开发上，通过提高服务意识，发展互动业务，创造增值空间。本文就此探讨全面开展付费业务以后，节目平台的运营商如何把握中间件技术，不断制作和创新业务的服务内容。

一 交互节目是数字电视节目独到之本

DTV中间件是多媒体信息处理技术在DTV上的新应用，它是一个完整的端到端系统。这个系统是构筑在DTV前端平台上的内容应用平台，平台可分为3个部分，如图1，一是前端广播服务系统，二是接收端机顶盒软件与硬件系统，三是节目内容的制作工具。如果把机顶盒比作为PC机，那么中间件就相当于PC机上的操作系统。在由广播前端和接收终端构成的系统平台上，中间件的执行功能和控制作用，调动底层软件与硬件资源，以应用程序实现互动节目的内容；而节目内容的制作工具，则是围绕交互功能拓展性和节目多样性进行创作性开发的工具，如果仅为前两者端到端的系统应用，而无开发制作工具包，就无法连续开发新的交互节目，也就是说，每项新的应用都要去买，还不一定符合自身创意的需求。所以，交互电视平台的3个部分是一个整体，缺一不可。

图1 MHP中间件交互平台
中间件技术的应用是紧紧围绕着节目内容的多样化表现形式，而在国内的数字电视试验初期，大多数是由网络公司来经营，还没能认识到“节目为王”的重要性。从国内极少应用中间件的几个播出平台上看，勇于花钱购入中间件的都是直接与节目内容相关的电视台，可见，在中国DTV试验初期的特定环境下，所见所闻95%以上的播出平台曲解了中间件的作用。然而，在今天的“四大平台”体系下，节目平台应该站出来给中间件正名了。

由于中间件表现出电视媒体重要的智能优势，而且能够实现多样化的交互节目内容，因而成为电视媒体与计算机媒体重要的竞争方略。交互节目内容是DTV与传统电视的根本区别，也是感染观众的魅力之所在。经过2年的DTV试验检验，没有采用中间件的DTV数字节目，已经使观众感到DTV与传统电视在节目内容上和表现形式上区别不大，而在传输质量的观感上有所提高，却并非观众和市场的迫切需求，因而，目前试验的DTV模式难以形成新的节目卖点。

既要交互就要有下行与上行的交互通道，下行通道为节目内容的广播，上行通道为节目内容的需求、选择、提问及个性化的兴趣表达。广播式的节目传送就是利用下行通道，这是广电行业的老本行，理解程度与技术装备都是熟悉且完善的，而普遍关心尚存不解的是上行通道和方式问题。DTV上行通道有3条，也可称之为3个发展过程。建设初期是虚拟上行，在完善的上行通道尚未建立之前，或通过EPG和中间件完成人机的近端交互，或通过客户统计和身份验证的智能卡完成虚拟的远端交互；中期是外网上行，通过电话网、互联网等多种外网实现上行，这在技术上可行，只是运营模式参与了外网经营，需要研究分成问题并在机顶盒中增加上行通信模块；终期目标是完成HFC双向光纤网络改造，及在互联网上解决入户带宽的普及以后，达到了真正意义上的双向交互。在3种上行通道中，无论何时采用哪种方式，即便是实现了网络双向改造，应用DTV中间件的通用开发平台，都是发展交互节目最经济、最有效、最快捷的途径。

如果采用了DTV中间件的通用平台，就可以定制交互节目，且可通过加密手段进行版权保护，很方便地实现不同内容节目的按质论价。而且，这些节目占用传输带宽极低，所有正常播出节目仍可照常，仅在下行传输空闲的一瞬间，对机顶盒传送某一应用程序和控件，以供机顶盒保存下来后，再与机顶盒中已有系统资源重组，形成图像和画面的新内容，也能直接由机顶盒的应用程序，控制多样化的内容表现形式，并支持人机交互的近端互动。由DTV广播系统中的中间件软件平台前端，按照MPEG-2/DVB标准将不同的应用程序与数据打包发送，再由嵌入接收端机顶盒的驱动程序和上层应用之间的中间件应用程序首尾配合，相互约定实现节目内容的交互。所以，可以说中间件是产生DTV交互节目服务的基本手段，只要掌握了中间件的开发工具，就可以在原有中间件应用的基础上，不断开发和播出多种多样的交互节目业务，从而发挥DTV技术的最大优势，寓互动于内容之中。

二 中间件应用的分析

在国际上，中间件技术的研究已经有10年，而且逐渐趋于成熟，已被广泛应用于媒体和网络。在DTV上的应用国外非常普遍，如法国的Canal＋Satellite数字电视台在1996年播出了数字卫星节目，逐步应用中间件开展交互业务服务，现在已经开办节目预览、付费电视、增强电视、电视商务、HTML浏览、通信、游戏等交互内容的服务业务40多项，截止2002年底，新一代Canal＋MediaHighway中间件已经在全球1600万只机顶盒中运营；又如韩国Alticast 的DVB-MHP在SkyLife卫星广播的应用，于今年5月份开通了采用中间件的游戏、教育、信息、英语学习等14种节目服务业务，并计划明年启动XDSL、CDMA网络连动的无线双向服务业务；其他数字电视台的应用也非常广泛，所见所闻不下500种。

国外的中间件从技术体系上分，应有3大类。

一是以欧洲DVB-MHP为代表的多媒体家庭平台，现已扩大到287个机构参加的国际组织标准。DVB-MHP 标准是第一个国际化的DTV接收机软件平台中间件规范，它的目的在于定义一个通用的技术开发平台，既可在不同的数字电视终端上运行各种内容和应用，又可推动市场向内容服务和客户应用为主发展，为包括运营商和用户终端在内的客户带来更多更大的利益。这个平台是以Java为基础，结合了欧洲DVB 标准和互联网技术，具有良好的内容开放性和网络兼容性，对我国走DVB标准的自主发展道路有利，也对节目平台进一步发展互联网业务有利，但也有它的缺点就是Java虚拟机的开销大，然而恰恰这一点给予开发商们一个很大的发展空间，谁能把机顶盒的资源优化得最好，谁就能获得最大的利益，国内如北京电视台、深圳电视台等的应用，还有像无锡服务平台采用DVB-MHP子集HTML插件局部试验应用的实例。

二是非标准的开放制中间件技术，其中以美国OpenTV为典型代表。OpenTV从1995年开始研究中间件，已经确立了以C语言编程的体系，并与松下公司合作开发支持DVB-MHP的中间件应用，充分表现出独到的交互节目精彩之处，从而使得DVB-MHP的应用环境也相继采用了OpenTV的基本应用库，并保留了现有应用程序的广泛性。正因为OpenTV的独到之处，使得价格高居不下，但从优质优价的角度上看，OpenTV也是个不错的选择，在国内中央电视台、上海文广互动等较高水准的DTV平台都有应用。

三是以微软1996年的维纳斯计划为代表，以及后几年中提出的Ultimate TV和Microsft TV，都是通过PC机的HTML浏览器，提供互联网上的DTV应用，尽管微软的气魄很大，但以PC机作为机顶盒使用，不仅代价太高，而且与我国的实际应用也存在差距。

DTV中间件从节目应用上分可为2类。一类是为了表现节目多样化形式的应用，如多视角切换、多画面(马赛克)领航、节目内容巡航、画中画编辑、虚拟VOD、NVOD、AOD、滚动信息等等；另一类是人机近端交互节目的应用，像天气预报、出行参考、旅游探险、围棋争霸、挑战台球、互动游戏、少儿英语、主妇天地、占星卜卦、商务竞技、电视杂志、网上冲浪、网上购物、交互广告、短信服务、信息服务(彩票、股票等)等等，无数种类的节目内容都可以通过中间件开发制作。

三 国内应用中间件所遇到的困难

我们对全国已经启动的119个DTV广播平台进行了初步调查，中央台、上海台、北京台和深圳台4家电视台采用了中间件，所应用节目量都很少，而网络公司的DTV广播平台上，则没有发现购入中间件技术的。分析其原因，尽管国内研究中间件的起步并不晚，国家广电总局也在积极推进中间件技术的应用，但目前中间件技术在国内的应用还处于推广前期，而且，初期阶段确实遇到了一些现实困难。

1．标准不统一

中间件全球性的国际标准尚无定论，只是在1995年欧洲的DVB组织提出了MHP的接口建议，俗称MHP中间件标准。虽然参加DVB-MHP组织的会员遍布全球，但毕竟还不是国际标准。有消息说，在2001年11月OpenCable已同意利用DVB-MHP作为OCAP的应用标准，而且，DVB-MHP 1.1和有线数字电视中间件标准OCAP 1.0已经作为提案提交国际电信联盟，有望制订统一的国际中间件标准。即使有了国际标准，仍然没有国家标准。中间件的应用与节目内容直接相关，展现在用户端的节目内容和服务业务，无论是语言文化，还是地域文化，以及社会体制和运营机制，都必须符合中国特色交互节目内容和体制的需求，才能通过分类规范API接口，开发本地化的实际应用。而国家的中间件标准迟迟不能出台，直接影响了中间件应用技术在国内的发展。

中国数字电视产业联盟在2000年于国家计委立项，开始研究和开发具有中国特色的"DTV业务与接收技术的产业化"，为制订包括中间件在内的国家DTV标准进行了产业化准备。同年，国家计委在广电标委会与信息产业部音视频标委会立项，正式启动中国数字电视标准体系的制定程序。由于电信行业与广电行业的分餐制，特别是在广播传输协议中的EDC与OC之间出现分歧以后，对中间件标准尽快出台造成延宕。但有来自广电总局2003年初中间件研讨会的消息，将对广电行业介绍MHP为现行行业标准。相信依据DVB-MHP国际标准框架的、拥有自主知识产权的中国中间件标准，有望近期画上句号。

2．本地化应用缺乏人才

对国内来说，中间件是新技术，况且标准不确定，因而基本上没有开发人才和部门。就我们所知国外应用的500余种中，国内应用不超过30种，而这30种应用中，已有应用内容的本地化，国人不为，而在API接口上开发新内容的应用，国人难为；特别是在交互节目制作工具上下功夫的国人微乎其微，据了解前期做了大量基础工作的多家软件开发商，终因市场问题而处于半休眠的跟踪状态，造成人才大量流失。国内中间件的应用在人才与市场两匮乏的情况下，处于两难状况。

3．机顶盒销售成本加大

2年前国内的机顶盒出厂价就要1500元以上，再嵌入中间件，不含应用就要提高成本300～500元，若采用更高要求的中间件，再加上应用的版权费成本还要提高。本来机顶盒的价格就高居不下，再装入还不能让人直接看到赏心悦目节目的中间件，机顶盒就更卖不动了。但是，随着计算机技术的发展，现在机顶盒主要芯片已经降价，完全可以做到不含中间件的整机出厂价在800元（含CA集成）以下，若以支持Java的硬件为前提，嵌入符合MHP 规范的中间件堆栈，增加成本不超过200～300元，整机售价不到1200元，就形成不了对销售的威胁。据目前掌握的最新信息，机顶盒内嵌入MHP中间件的成本已能降到200以下，且仍有厂商的利润空间。

4．对中间件新应用看不到前景

面对中间件在国内的少量应用，大家既看不到本地化应用的大量新产品，又怕买早了跟不上潮流，还怕一旦标准不符，烫手的山芋“烂”在手里。而且，在没有认识到中间件的交互优势和价格趋势前，运营商理解价格不便宜，提供商又不肯价格放水，从而陷入“用得越少，批量效应越小，价格越降不了”的商家大忌。所以，难以预料的发展前景使推广中间件技术陷入僵局。

总之，理智地对待中国中间件的发展过程完全符合客观规律，而今再谈中间件的应用现实，就是客观规律推动下的局部难题化解。

四 中间件技术标准的组成

DTV中间件总体技术标准很复杂，但成为DVB-MHP标准的中间件就相对简单，它包括多种核心元素的技术群组。如图2所示，它首先表达了一个通用的体系结构，通过DVB-J的应用平台，以开放的一套API和Java虚拟机(Java VM)，定义系统配置，并在保证系统安全的前提下，规范传输协议和内容格式，同时对系统的控制信令和应用生存期进行定义。其中许多标准组件都直接从DVB 规范中提取，另有一些组件，特别是针对DVB-J平台的组件是专门为MHP定义的。

图2 DVB-MHP 1.1内容配置

DVB-MHP所选择的核心技术是Sun公司开发的新一代Java编程语言。Java应用程序必须通过与操作系统直接相关的Java虚拟机，通过MHP DVB-J平台的基础，才能实现它的功能。Java虚拟机嵌入如VXWORKS、PSOS、HOEPN等的实时操作系统，为Java程序提供支持环境。建立在MHP DVB-J平台上的DTV信息，依据实时操作系统，共享Java编程语言开发的应用程序，借助网络实现双向交互。通过MHP DVB-J平台所提供的一整套DVB-J API，为客户与二次开发商运用Java语言开发多种交互功能应用和业务创造了条件。DVB-J 平台是从Sun公司新一代编程语言Java中获得应用规范。在较高层次上，由不同厂商提供DVB-J 平台上保证互用性的API，其中主要是Sun公司所提供的Java API，包括Personal Java、Java TV、和JMF，另外还有其他公司提供的用于图形的HAVI UI ，以及DAVIC APIs和DVB APIs等4类。详见图3。

图3 MHP中间件的组件

第1类是Sun公司提供的 Java API从Personal Java(Lang、Util……)获得的系统基本API；其次是由JMF进行描述的媒体框架；还有是由Java TV提供基本家庭信息服务选择。

第2类是由HAVI UI提供HAVI 图形用户界面API，以编辑生成用户端图形和简单图像的节目内容。

第3类是DAVIC APIs提供CA条件接收和接收调谐等系统的API。

第4 类是由DVB APIs提供较为广泛的DTV应用接口，如服务选择、用户参数、数据存取、安全设置、拓展工具等应用的API，其中以服务选择API直接服务于节目内容，比如用于E-mail和浏览器、用于数字音频广播DAB和游戏节目、用于电子购物、电子商务、用于电子银行、用于多媒体数据广播、用于VOD、NVOD和AOD等等。

在系统终端，应用管理器与中间件API并行，通过传输协议，实现对DVB SI的导航功能。在实际应用中，各种任务的实现都是以Java应用程序调用API，而Java的应用程序下载到系统程序是在RAM中执行运行。

DVB-MHP制作工具可分为2类，一类是经典的Java 开发工具包，它是面向熟练的Java 开发人员。许多MHP 解决方案的提供商还提供他们自己的开发工具箱，这些开发工具箱通常以经典的Java工具箱为基础，但是提供一些额外的插件，用于开发专门针对数字电视的应用。另一类是内容制作工具包。主要是针对多媒体设计团体，“面向图形”的设计。由于具有所见即所得(WYSIWYG)特性，它们非常易于使用，可以快速开发图形用户界面(GUI)。 但是这些工具的主要问题是产生的代码规模较大。

在多数情况下，由于这些纯图形化的制作工具不是100%支持平台的技术特性，例如调谐或服务选择，因此必须由Java 开发工具辅助，以支持纯粹的Java编程。

五 运用中间件的策略性方案

辽宁的DTV节目平台为了表现内容的多样性，确定了必须采用中间件技术。那么，在中间件选型时，优先考虑的是努力向国际和国家标准靠拢，在国际标准和国家标准没有正式颁布之前，选择国际主流和国标草案为参照，确定优先选用DVB-MHP中间件平台作为启动模式，其次，在应用DVB-MHP中间件的业务中，采取可供连续发展的策略性方案。众所周知，即使是采用DVB-MHP的中间件应用平台，不同开发商的业务应用也不尽相同。分析其原因，除了开发商的商务利益外，就是运营商们的利益需求也不尽相同。节目运营商业务需求和利益目标的不同，明显地提高了中间件应用二次开发商在中间件推广中的地位，围绕节目内容的本地化二次开发，以及对不同DVB-MHP中间件平台的兼容性应用，历史地落在了中间件二次开发商的肩上。因此，启动中间件市场的前提条件，除了要有一个明确标准外，应用平台开发商、业务应用二次开发商、节目运营商三位一体的开发模式是最佳交互业务的推动组合。

比较现阶段国内中间件应用的成功案例，结合辽宁节目平台的应用实践，有2 个可供选择的策略性方案：

1．购置现成的本地化节目

按照北京电视台、深圳电视台的模式，选择法国Canal＋Technologies和韩国Alticast的中间件本地化技术方案，在马赛克导航、多画面领航、天气预报、股票信息、出行参考、分类广告、互动游戏等的应用需求中，择取国外现成的中间件应用，进行本地化应用的采购，其优点是技术成熟，成功经验借鉴，并立等可取，缺点是国外对国内节目内容的理解深度十分有限，因而表现出内容有限，新颖性不高，特别是连续开发交互节目本地化应用的后劲不足
。
2．三位一体共同开发本地化新应用

无论Canal＋Technologies，还是Alticast，也包括OpenTV，只要能够在DVB-MHP中间件的兼容平台上，开发适合东方文化背景的本地化交互应用，就能共同走上组合开发之路。当然，这条路同样充满了风险，但是，当我们把这条路规划为3个阶段以后，无论哪一方，都看到了合作的曙光。这3个阶段是：合作开发阶段、市场推动阶段、成熟发展阶段。

在第一阶段里，节目运营方以购买合作开发中间件的应用为前提，以组织者身份指导联合开发，并要求二次开发商实现本地化应用的开发以后，连续进行二次再开发，以保证大量的节目应用源源不断地供应。因此，第一阶段的决定性因素不是中间件平台的提供商，而是交互业务应用的二次开发商。这是因为在市场统一化的条件下，提供商们与节目运营商们所遇到的困难是相同的，要走出困境就必然表现出同样的热情和积极性，就像政府招标工作一样，是需方选择供方的问题。所以，合作阶段首要问题是选择二次开发商的合作伙伴。沈阳市的上市公司东软集团软件开发实力很强，且有与日本东芝公司合作多媒体节目制作软件的开发经验，并且，我们出于对其实力考核，前期在基于网络流媒体文件交互节目的联合开发中，取得了有RTX和无RTX的InfoTV、InfoNET等交互信息节目和交互新闻节目的阶段性成果，并引导他们完成了对DVB-MHP应用开发的前期准备，在与相关中间件提供商签属双边保密和产品国产化协议后，既能拿到现成应用的本地化成果，又能做到做好本地化的软件技术支持与维护，还可以在应用目标的引导下，进一步开发中间件的自主知识产权新产品。

在第二阶段里，三位一体，分工协作，同共推动，并借助必然出现的中间件标准化的开创性局面，打开中间件应用的中国市场。这里的细节自不便多说，但此举乃为多家中间件提供商所梦寐以求，因此，又成为节目运营方在第一阶段中取得大大低于招标标的投入的回报。

在第三阶段里，对可能出现的市场新机遇和新危机，进行战略性技术调整，一方面强调产品的成熟，另一方面强调产品的换代。那时候的中间件市场，将出现新的格局和新的资产重组。

辽宁的节目平台果断地选择了后者。在与东软的合作中，辽宁节目平台占居了合作的优势，比如东软集团就在沈阳当地，软件维护方便，小动小改随时可做，还可带动我台自有人才，向独立开发中间件，进而不断生产新节目过渡。我们还看到，东软集团在借助我台对数字电视节目的理解理念，掌握了DVB-MHP以后，双方利用经典Java工具箱及面向图形的插件，快速开发图形用户界面(GUI)，即可不断地推出最新最好的交互节目，不但拥有了自主知识产权，还能降低的投入成本，并可再出售中间件节目的新应用而赢利。

从辽宁节目平台中间件应用的实践中可以看出，中间件技术在中国DTV应用初期所遇到的4大难题，基本上得到了解决。