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IPTV中間件技術(shù)的探討

楊崑 2007/07/26

  摘要:IPTV系統(tǒng)設(shè)備和終端設(shè)備制造商為降低發(fā)展成本都提出了對(duì)中間件技術(shù)的需求,但各廠家的理解差異明顯。本文介紹了中間件技術(shù)的主要關(guān)注點(diǎn),理論上預(yù)計(jì)帶來(lái)的益處,對(duì)中間件定義的探討,以及機(jī)頂盒中間件研討等等。

一、研究背景

  內(nèi)容運(yùn)營(yíng)商和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商在實(shí)際工作過(guò)程中都從不同角度提出了對(duì)中間件技術(shù)的需求;  

  IPTV系統(tǒng)設(shè)備和終端設(shè)備制造商為降低發(fā)展成本都提出了對(duì)中間件技術(shù)的需求,但各廠家的理解差異明顯;

  中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)開(kāi)展IPTV中間件研究報(bào)告已經(jīng)完成初稿,主要針對(duì)中間件的發(fā)展現(xiàn)狀,基本定位和解決思路;中國(guó)代表團(tuán)將向國(guó)際電信聯(lián)盟已提交相應(yīng)的提案,以推動(dòng)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化研究成果走向國(guó)際;

  AVS-IPTV試驗(yàn)出現(xiàn)瓶頸,急需解決不同廠家的終端或系統(tǒng)之間的互通問(wèn)題,目前比較現(xiàn)實(shí)的方法是通過(guò)中間件的方式。

對(duì)中間件技術(shù)的主要關(guān)注點(diǎn)

  不同廠家的IPTV終端和IPTV局端系統(tǒng)需要通過(guò)低成本、易實(shí)現(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通;不同廠家的IPTV局端系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和互操作;

  IPTV業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商需要IPTV系統(tǒng)中不同位置的業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊均可以動(dòng)態(tài)加載,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的平滑升級(jí);希望業(yè)務(wù)開(kāi)展過(guò)程中IPTV終端通過(guò)中間件模塊實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和管理的動(dòng)態(tài)加載;

  IPTV終端廠商能夠?qū)崿F(xiàn)各中間件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的API接口遵循標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的接口規(guī)范,支持自身產(chǎn)品的通用性和從而降低自身產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本

  第三方IPTV應(yīng)用開(kāi)發(fā)商在IPTV系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)各種增值應(yīng)用,并可靈活地修改和添加;

  業(yè)務(wù)平臺(tái)提供商希望通過(guò)統(tǒng)一的中間件平臺(tái)和不同類(lèi)型、不同需求的內(nèi)容提供商快速連接。

理論上預(yù)計(jì)帶來(lái)的益處

  實(shí)現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù)時(shí)可以跨越技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性,使應(yīng)用可以運(yùn)行在多種硬件和OS平臺(tái)之上;

  用簡(jiǎn)單的方法定制具有運(yùn)營(yíng)商特色的應(yīng)用,并且可以提高開(kāi)發(fā)效率,減少開(kāi)發(fā)成本,跟上技術(shù)的發(fā)展;

  使整個(gè)系統(tǒng)中使用量較大產(chǎn)品的開(kāi)放性和可移植性更強(qiáng);

  加快完整IPTV產(chǎn)業(yè)鏈的形成,能夠吸引更多的終端硬件廠商、應(yīng)用開(kāi)發(fā)商和中間件開(kāi)發(fā)商參與進(jìn)來(lái);

  滿足大量新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用開(kāi)發(fā)的需求;

  降低整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成本。

二、對(duì)中間件定義的探討

  IDC給出的定義:中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序,分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源,中間件位于客戶機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上,管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。

  中間件是一類(lèi)軟件,而非一種軟件;

  中間件不僅僅實(shí)現(xiàn)互連,還要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用之間的互操作;

  中間件是基于分布式處理的軟件,最突出特點(diǎn)是其網(wǎng)絡(luò)通信功能。



討論-中間件的演進(jìn)


討論-中間件概念的理解

  IPTV包含了大量計(jì)算機(jī)技術(shù)和概念、但同樣繼承了電信和廣播電視應(yīng)用的特點(diǎn)、因此IPTV系統(tǒng)的中間件將具有特殊性:  討論-中間件的定位 討論-終端側(cè)中間件可以不包含的模塊 討論-系統(tǒng)側(cè)中間件的分析  目前正在討論的階段性定義

  位于IPTV設(shè)備底層系統(tǒng)資源(包括硬件、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源)和應(yīng)用程序之間的獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或通用服務(wù)程序;

  應(yīng)用程序借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源;

  這些和IPTV相關(guān)的服務(wù)程序具有開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)的程序接口,它以應(yīng)用程序接口API的形式存在,能夠適用不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái);

  IPTV中間件可以有多種實(shí)現(xiàn)方式,其核心作用是將應(yīng)用程序和底層系統(tǒng)資源隔離開(kāi)來(lái),任何按照某中間件提供的應(yīng)用程序編程接口實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序可以運(yùn)行在該中間件之上;另一個(gè)重要的作用是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與應(yīng)用之間的交互。

三、IPTV中間件所處位置


四、系統(tǒng)側(cè)中間件的研究

  系統(tǒng)側(cè)中間件的分歧比較大,目前還不存在達(dá)成一致意見(jiàn)的可能性;

  造成分歧的主要原因在于明確系統(tǒng)側(cè)中間件首先需要界定其所處界面和研究出發(fā)的角度,目前包含邏輯模塊、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)、工程需求三種模式,還難以形成共識(shí);

  商業(yè)推廣引入更多的混亂,需著重強(qiáng)調(diào)中間件不是包裝,是一種實(shí)際的技術(shù)解決方式。

五、機(jī)頂盒中間件的研究

  機(jī)頂盒是位于用戶側(cè)的核心設(shè)備,是所有IPTV業(yè)務(wù)和媒體的終點(diǎn)和呈現(xiàn)設(shè)備,可與IPTV系統(tǒng)設(shè)備連接實(shí)現(xiàn)如下功能; 5.1基本要求

  中間件系統(tǒng)應(yīng)該以獨(dú)立的開(kāi)發(fā)平臺(tái)方式提供,具有一個(gè)基本的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境;應(yīng)用開(kāi)發(fā)商可以基于該平臺(tái)靈活方便地進(jìn)行應(yīng)用的開(kāi)發(fā);

  中間件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)應(yīng)該支持標(biāo)準(zhǔn)定義的所有API集合;

  中間件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)應(yīng)該支持以下的操作系統(tǒng):

  VxWorks;

  Linux;

  WinCE;

5.2推薦的機(jī)頂盒中間件層結(jié)構(gòu)


  中間系統(tǒng)層架構(gòu)是一個(gè)基于軟件模塊結(jié)構(gòu)的抽象層次定義;它定義了中間件模塊在機(jī)頂盒中是怎樣被組織的以及在整個(gè)機(jī)頂盒軟件體系結(jié)構(gòu)中處于什么位置;

  整個(gè)機(jī)頂盒軟件模型被考慮分成三層:資源層、系統(tǒng)軟件層、應(yīng)用層,其中中間件模塊位于系統(tǒng)軟件層;

  從應(yīng)用的角度來(lái)看,中間件API位于應(yīng)用層和系統(tǒng)軟件層之間,由系統(tǒng)軟件層提供一套獨(dú)立的API給應(yīng)用層調(diào)用。

5.3資源層

  機(jī)頂盒平臺(tái)中的硬件實(shí)體包含許多功能,主要包括硬件資源和各種接口和設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序,從上層來(lái)看,體現(xiàn)為硬件資源和軟件資源;在整個(gè)機(jī)頂盒平臺(tái)架構(gòu)中,硬件實(shí)體可以是多種多樣的,不同的機(jī)頂盒廠商可以提供不同的硬件平臺(tái);

  從一個(gè)抽象的觀點(diǎn)來(lái)看,如果把平臺(tái)的邏輯資源映射到一個(gè)或者幾個(gè)硬件實(shí)體,那從上層的應(yīng)用來(lái)看,平臺(tái)就是統(tǒng)一的了;借助系統(tǒng)軟件層的可移植層,底層資源能透明地提供給應(yīng)用層使用,任何一個(gè)應(yīng)用可以自由地把底層同類(lèi)的不同的資源看作一個(gè)特定的實(shí)體元素,基于統(tǒng)一的接口,非常方便地去訪問(wèn)這些資源。

硬件

  硬件層屬于機(jī)頂盒中的物理層,它包含了CPU和提供不同接入及功能的各種物理接口;包括下列但不限于下列接口應(yīng)被支持:

視頻接口,詳細(xì)的視頻接口要求需要參考機(jī)頂盒規(guī)范;

音頻接口,詳細(xì)的視頻接口要求需要參考機(jī)頂盒規(guī)范;

Flash;

UART

紅外接口;

驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)控制所有硬件資源的操作,機(jī)頂盒中其它模塊只能通過(guò)它去控制和操作硬件資源;

對(duì)于不同的操作系統(tǒng)平臺(tái),驅(qū)動(dòng)有不同的結(jié)構(gòu)和接口,可移植層應(yīng)該屏蔽掉這一層。

5.4系統(tǒng)軟件層

  應(yīng)用層不直接調(diào)用和操作資源,而是由系統(tǒng)軟件層對(duì)資源進(jìn)行抽象和封裝,提供給應(yīng)用層調(diào)用。這個(gè)中間層分離了硬件和應(yīng)用層,使應(yīng)用層具有非常強(qiáng)的可移植性。系統(tǒng)軟件層主要包括中間件核心層模塊和可移植層模塊。

系統(tǒng)軟件層基于抽象模型的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的API:    

可移植層支持中間件軟件層和應(yīng)用層運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)上,例如,針對(duì)一個(gè)特定的應(yīng)用平臺(tái),操作可以是Linux、VxWorks、WinCE等。

5.4.1可移植層

  系統(tǒng)抽象層:系統(tǒng)抽象層(SAL)負(fù)責(zé)對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行抽象,它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;系統(tǒng)抽象層屏蔽了操作系統(tǒng),因此它應(yīng)該能支持多種操作系統(tǒng),如VxWorks、Linux、WinCE等等。通過(guò)使用SAL層接口,應(yīng)用程序和系統(tǒng)軟件層不需要關(guān)心當(dāng)前使用的是哪種操作,而且這些應(yīng)用軟件能非常容易地移植到不同地操作系統(tǒng)平臺(tái)。

  接口抽象層:接口抽象層(IAL)負(fù)責(zé)對(duì)底層硬件平臺(tái)進(jìn)行抽象,它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)、遙控器等等。接口抽象層維護(hù)一個(gè)來(lái)自于各種輸入設(shè)備的鍵值隊(duì)列,并且負(fù)責(zé)把這些鍵值傳送到應(yīng)用層。通過(guò)這種方式,應(yīng)用層不需要關(guān)心當(dāng)前使用的是哪種輸入設(shè)備,而僅僅需要知道當(dāng)前的鍵值以及怎么處理這些鍵值。為了達(dá)到這個(gè)目的,一個(gè)為所有輸入設(shè)備服務(wù)的統(tǒng)一的鍵值映射表應(yīng)該被定義。

5.4.2中間件核心層

  中間件核心層基于模塊化的軟件模型結(jié)構(gòu),通過(guò)可移植層調(diào)用操作系統(tǒng)資源和底層硬件資源實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的中間件功能。中間件核心層模塊通過(guò)中間件為上層應(yīng)用提供各種服務(wù),它包括所有相關(guān)的協(xié)議和各種客戶端操作,如媒體操作、媒體傳輸控制、用戶認(rèn)證、底層資源管理、下載服務(wù)、數(shù)字版權(quán)管理、安全管理等等。雙模機(jī)頂盒應(yīng)該能基于同一個(gè)中間件API提供DVB功能。

啟動(dòng)及初始化模塊

  啟動(dòng)及初始化是機(jī)頂盒開(kāi)始工作的第一步,該模塊主要完成系統(tǒng)初始化工作,準(zhǔn)備運(yùn)行環(huán)境及上下文。啟動(dòng)和初始化模塊主要應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能:

安全及認(rèn)證模塊

  安全及認(rèn)證模塊負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的安全管理和控制,包括網(wǎng)絡(luò)安全、軟件升級(jí)、用戶安全認(rèn)證及業(yè)務(wù)應(yīng)用安全等相關(guān)功能。安全及認(rèn)證模塊具體應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能:

升級(jí)和下載模塊

  升級(jí)和下載模塊負(fù)責(zé)底層平臺(tái)、系統(tǒng)軟件包括中間件、上層應(yīng)用及一些應(yīng)用需要的特殊數(shù)據(jù)如EPG數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)升級(jí)和下載。升級(jí)和下載模塊具體應(yīng)該支持以下功能:

媒體播放和控制模塊

媒體播放和控制模塊向上層應(yīng)用提供音頻視頻媒體播放的核心控制功能,它是流業(yè)務(wù)的控制臺(tái),負(fù)責(zé)流業(yè)務(wù)操作控制,如播放、停止、暫停、快進(jìn)、快退等。


數(shù)字版權(quán)管理模塊

  數(shù)字版權(quán)管理模塊為上層應(yīng)用提供一個(gè)獨(dú)立的接口,提供給應(yīng)用程序一個(gè)高級(jí)接口來(lái)訪問(wèn)條件接入系統(tǒng),而底層的條件接入系統(tǒng)在處理例如權(quán)利控制消息和權(quán)利管理消息時(shí),并沒(méi)有暴露給上一層的應(yīng)用程序。數(shù)字版權(quán)管理模塊屏蔽了不同的數(shù)字版權(quán)系統(tǒng)之間的差異性。

  數(shù)字版權(quán)管理模塊具體應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能: License管理和密鑰管理;

  和媒體控制模塊結(jié)合,可以完成媒體流和數(shù)據(jù)流的解擾;

終端管理模塊

  終端管理模塊負(fù)責(zé)機(jī)頂盒的管理和配置功能,包括本地配置、遠(yuǎn)程管理、日子管理、版本升級(jí)、異常管理、安全管理、QoS策略管理等等。終端管理模塊具體應(yīng)該支持以下功能:    資源管理模塊

  資源管理模塊負(fù)責(zé)管理和調(diào)度應(yīng)用程序使用的各種資源及他們的狀態(tài)。任何具有有限資源的系統(tǒng)都需要某種方式管理這些有限的資源,并且保證任何資源的爭(zhēng)用的公平的分配和應(yīng)用程序的穩(wěn)定性。所有的應(yīng)用程序都需要注冊(cè)資源的使用狀態(tài),如果資源管理器發(fā)現(xiàn)多個(gè)應(yīng)用程序有資源使用的沖突,它將通過(guò)既定的規(guī)則進(jìn)行資源調(diào)度。

5.5應(yīng)用層

  應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)各種交互式的業(yè)務(wù),它可以運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)不同的硬件平臺(tái)上。在應(yīng)用層和系統(tǒng)軟件層之間,中間起著一個(gè)非常重要的接口的作用,從應(yīng)用層看來(lái),它屬于系統(tǒng)軟件層的頂層。

  中間件層負(fù)責(zé)來(lái)自于交互應(yīng)用的操作控制。通過(guò)中間件軟件層,我們能靈活地開(kāi)發(fā)各種不同的應(yīng)用,不需要關(guān)心不同的硬件接口,不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)。

六、ITU-TFGIPTV中間件標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展介紹

  國(guó)際電聯(lián)IPTV焦點(diǎn)組(ITU-TFGIPTV)第二次標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議于2006年10月16-20日在韓國(guó)釜山進(jìn)行的

  第六組(中間件應(yīng)用與內(nèi)容平臺(tái)工作組)關(guān)于中間件的主要結(jié)論是:

  輸出文檔中關(guān)于中間件定義:
  Middleware:AsystemsoftwarefacilitatinginteractionbetweenasubscriberandtheMediaDelivery.

  在WG6的輸出文檔中專門(mén)設(shè)立一章來(lái)討論IPTV終端中間件,主要結(jié)構(gòu)包括:

  ScopeofFunctionality

  API

  確定了中間件的編輯

  Mr.QuanWang,UTStarcom

  Mr.DamienAlliez,NDS

  在輸出文檔中確定了中間件API的部分需求

  DTV/DVB對(duì)ITU中間件標(biāo)準(zhǔn)的影響

  WG6的許多成員來(lái)自DTV/DVB的產(chǎn)業(yè),因此歐洲的MPH(DVB)與北美ACAP(ATSC)和OCAP(Cable-Lab)將對(duì)未來(lái)的中間件產(chǎn)生影響。2006年11月23日

  WG5輸出文檔中IPTV終端的軟件架構(gòu)

通信世界網(wǎng)(www.cww.net.cn)



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