08.数字电视业务系统和接收技术开发

数字电视业务系统和接收技术开发北京中视联数字系统有限公司在国家数字电视研究开发及产业化专项中，北京中视联公司承担数字电视业务系统和接收技术开发项目。国家计委于2000年11月10日发文批复（计高技20002076号），同意该项目依托北京中视联公司进行建设，项目建设内容包括以下方面：l 数字电视接收机通用软件平台l 条件接收系统l 数字电视播出系统l 建立交互式数字有线电视试验网作为以研究开发为主的项目，要解决实现数字电视产业化过程中的几个重要环节和核心关键技术，重点体现为开放系统的业务支撑平台和实现商业化保障的条件接收系统，在掌握和解决核心关键技术的基础上，依靠实验网络环境，逐步探索并建立适合运营和国内用户特点的数字电视业务运行模式，形成为支持产业化目标的相应技术体系和技术标准，为推动数字电视产业化构成基础。中视联公司围绕上述目标，以有线电视网络应用的数字电视系统为实验背景，开展对开放型接收业务平台共性化技术研究，建立业务支持的技术体系，项目建设重点考虑以下方面：l 适合数字电视广播业务的系统性解决方案l 构建开放式业务支撑平台l 探讨适合国内特点的数字电视广播业务商业模式l 将研发的技术成果固化，形成接收机通用平台技术规范一、 项目开展情况中视联公司在国家项目投入资金尚未到位的情况下，安排公司自有资金先期投入，通过2000年近一年的努力，目前已建立一套以中间件支持的数字电视播出和接收系统，并完成其产品化。近一两年来，国内各大城市的有线电视台认识到数字电视的发展前景，在电视数字化、开展电视增值业务和有线网络数字化方面进行大量投入和试验，市场需求十分强烈。中视联公司认为，在开发数字电视技术并推向市场的过程中，提供支撑业务平台的整套系统性实施方案尤为关键，特别在目前尚未形成数字电视增强业务固定模式的情况下，提供系统性技术比提供关键技术更为实际。构成较完整的数字电视广播系统，除常规按MPEG-2标准实现的数字音视频广播信源的压缩、节目复用和调制系统外，其它的支撑系统包括条件接收系统、数据广播系统和业务应用系统。在用户终端，需要以中间件支持的用户接收机，构成可用于商业化，带动规模产业化进程的数字电视广播系统。下面根据中视联公司已实现的系统，对构成数字电视业务的前端播出系统和接收机平台，按下图涉及的不同技术和分系统，说明系统构成间的相互联系。图1、数字电视前端播出系统构成图2、接收机业务平台音视频业务包括标准清晰度电视（SDTV）和高清晰度电视（HDTV），节目来源可通过模拟信号的数字压缩编码、卫星接收的数字电视、视频点播系统提供的压缩码流等。单向和双向交互的数据业务和应用主要包括综合信息发布、股票信息发布、电子节目指南、电视银行等应用。这类数据业务由业务应用系统产生，按DVB标准的数据广播协议，由实时播出的数据插入设备送入系统复用器，与压缩的音视频码流复接后播出。音视频和数据业务的节目导视信息均通过电子节目指南/业务信息应用，利用了数字电视的数据搭载能力，向用户提供节目介绍、电视节目单等附加内容，通过人性化的图形界面指引，用户选择节目十分方便。条件接收系统保证运营商与合法用户利益，它对数字节目码流加扰，按不同用户收看需求实现按频道收费、按月收费、按收看次数收费和即时点播付费等多种方式。与条件接收系统连接的用户管理系统实现对收费用户状况的自动管理。接收机平台由硬件平台、嵌入式操作系统、中间件和接收机应用软件分层模块构成。针对国内不同用户群和业务平台支持能力的不同，我们建议的接收机中间件分两种不同层次实现：一种是基于C语言的基本中间件，它适合与进行数字音视频节目接收，支持简单的数据应用，占用较少和廉价的硬件平台资源（支持SDTV的机顶盒价格定位可在1000元以下），构成低成本接收机；另一种是基于Java技术的通用业务中间件，作为高级和交互业务的通用软件平台，支持上网浏览、电子商务、电视购物等增值业务，这类中间件占用较多的硬件资源，接收机成本较高，适合在网络环境好，电视业务多的场合应用。中视联公司经过近一年努力，按照向计委提交项目建议书的技术路线，完成在有线电视网上开展单向数字电视业务的基本系统包括：l 数字电视音视频节目广播l 广播式视频点播系统（NVOD）l 电子节目指南业务l 综合信息发布业务l 股票信息发布应用l 条件接收系统l 数字电视业务管理和节目信息发布系统l 支持以上业务应用的数字电视机顶盒l 基于C语言的基本中间件软件为支撑上述电视业务的开展，公司在北京经济技术开发区建成单向广播的数字电视前端系统，利用开发区有线台提供的两个模拟电视频道，播出12套加密的数字电视节目，该系统于2001年1月20日开通，完成今后组建双向交互电视试验网的第一步计划。到目前为止，公司已累计投入自有资金近2000万元，购置了相应的项目研发设备和开发工具，组建数字电视实验网，初步形成一个完整的试验环境，为项目开展奠定了较好的基础。二、 项目实施方案根据国家计委批复（计高技20002076号文）的要求，公司对前面提到的四个建设目标的实现方案分别为：1、 数字电视接收机通用软件平台通用软件平台按我们的构想分两种不同实现，其中低成本的基本中间件已经完成，下一步工作是将现有软件模块和结构层次固化，形成相应的技术规范，完成应用程序接口（API）定义，在此基础上推广应用。基于Java技术的开放业务支持软件平台根据国际上接收机软件平台系统的发展情况，消费电子行业几乎无一例外的采用Java软件技术作为嵌入式系统跨平台和多业务支持的核心软件。Java软件平台包括Java语言和Java虚拟机。Java技术最吸引人的特色是与运行环境硬件平台及操作系统无关。通过Java虚拟机，把执行业务功能的应用程序转换成底层硬件处理器可识别并运行的代码，使处理应用程序的软件体在不同处理器上以相同的流程方式完成。这种跨平台的运行能力在当今“普及运算（Pervasive Computing）时代”环境里表现出强大的生命力，而半导体技术和芯片计算能力的大幅度提升又给Java虚拟机奠定了实现基础。同时Java技术在知识产权方面采取开放源代码策略，开发者可以免费获得Java源代码进行评估。因此，大多数消费电子技术联合体都把Java软件平台列入其软件结构的核心。如DVB的MHP ( Multimedia Home Platform )，ATSC的DASE ( DTV Application Software Environment )，ISO/IEC的MHEG-6，支持家庭音视频互联的HAVI等。由此应把Java技术作为开放平台的支持核心成为一种优选技术。支持开放业务的接收机软件平台，如DVB/MHP、ATSC/DASE、OpenCable、MHEG等都处于发展和完善阶段，并未形成稳定的商业版本，并且这种进程将持续两年，这种状况使我们在开放业务平台领域同国外对手处于同一起跑线。面对这种可能形成自主核心关键技术的机遇，公司投入主要研究力量实施开发，从应用需求和已形成的标准文本入手，从头至尾完成开放平台核心软件包的研究，以此在拥有和掌握核心关键技术上实现突破。目前公司和Sun Microsystem公司、Philips公司达成协议，在实现接收机通用软件平台方面合作，利用两公司的成功技术经验，加快开发适合国内需求的软件平台进程。通用软件平台按以下开发步骤进行：l 提出通用软件平台应用需求l 构建通用软件平台标准规范l 利用SUN的标准Java测试集，经扩展形成国内通用软件平台软件规范测试集。l 在SUN JavaTV实现平台的基础上，完成国内通用软件平台在PC环境的标准规范实现验证系统。l 选择一种硬件平台的Personal Java虚拟机l 将通用软件平台实现验证系统移植到公司开发的硬件平台IBM Vesta方案，完成通用软件平台软硬件实现。l 建立开发环境，搭建一套以Java技术为主的业务应用演示系统，包括Java应用业务制作工具、应用程序和数据发布、压缩复用系统、播出网络管理系统和接收终端等。2、 条件接收系统条件接收系统是数字电视商业模式价值链中的重要环节，成为推动数字电视产业化需突破的核心关键技术之一。条件接收系统的研发分两部分入手：一是接收机的条件接收软件模块，这部分工作公司已经完成，形成独立的标准软件模块。今后的工作是向不同的接收机硬件平台移植，形成支持所开发的条件接收系统的接收机制造商群体；另一部分是条件接收前端系统。条件接收前端系统包括用户授权系统、抗破坏设备（TRD，用于密钥生成和ECM、EMM信息发布）、ECM和EMM信息注入系统、码流加扰设备以及条件接收系统的网络管理部分。针对这一复杂的广播加密系统，公司研发的策略是，利用国际上已经成熟的商业化加密广播体系和硬件平台，研制密钥分配的机制和涉及网络安全的加密算法，采用国内自主研制的密钥分配机制和加密算法，对条件接收系统参考原型样机的相关部分实行置换，这里包括对接收机IC卡内部加密算法的置换。由此保证我们业务系统的安全，实现自主掌握和控制，构造本地化的条件接收系统，所开展的工作集中在： l 掌握条件接收系统各构成模块间的体系结构、接口信息、广播信息流程（指ECM，EMM的生成和注入机制）。l 根据条件接收系统参考原型样机提供的功能，参照Philips、Irdeto、NDS等已进入商业运营的条件接收系统模式，构成适合国内情况的收费机制。l 实现国内开发的用户管理系统与本地化条件接收系统的接口和系统集成。l 与国内从事信息安全的专业单位合作，开发加密算法，更换条件接收系统参照原型样机的密钥生成与分配机制。l 接收机IC卡信息交换安全机制在接收机顶盒与智能卡交换信息时采用一套安全的操作认证算法，保证存放在智能卡中的用户信息不被非法截获。研发工作以密钥的产生、算法实现、密钥的发布和传输为主线，打通条件接收广播前端系统各个软件组件和硬件设备间的相互功能关系，以控制核心关键技术为目标，逐步置换的方式实现本地化条件接收系统。3、 数字电视播出系统数字电视前端播出系统中，音视频压缩、码流复用、信道调制等设备是标准设备，采用系统集成方式实现。支持开放业务的应用系统、数据广播协议、数据广播播出系统则根据实际业务应用情况进行开放和系统集成。我们的重点是支持以增强电视业务为主线的应用，如电视银行、电视购物、节目导视等，这类数据协议多采用MPEG-2中的DSM-CC协议，已成为数据广播协议的主体标准，研究工作围绕这方面内容进行。4、 数字有线电视实验网实验网利用北京经济技术开发区的有线网建设。目前开发区还是单向网，公司已开通单向广播的系统，随着开发区有线网络的双向化改造，用两年时间，逐步增加支持双向交互的播放设备，形成小规模的交互业务实验网。由于开发区的特殊地位，在节目播出政策方面较为宽松的环境，且用户群规模适中（建成后达3万户），是一个比较理想的试验网络环境。目前除已开通的两个模拟频道数字广播外，公司另外获得使用两个模拟频道进行业务试验的许可。5、 其它开发项目为支持通用业务平台系统建设，公司同时安排以下项目的研发：l HDTV接收机顶盒开发，支持有线网和地面广播两种传输方式。l 双向电缆回传的接收机顶盒开发，包括HDTV和SDTV两种方式。三、 项目实施进度安排项目名称完成时间2001年2002年6月12月6月8月10月12月基于C语言的基本中间件（固化成果，形成API规范）基于Java技术的通用软件平台开发硬件平台开发Java核心模块移植通用平台软件内核通用平台支持库业务应用制作工具条件接收系统加密算法和密钥分配机制研究密钥产生机制更换IC卡加密算法完成本地化CA系统用户管理系统研制试验网络建设完善单向播出系统，增加HDTV业务和增强数据业务建成交互有线实验网四、 对项目开展的建议l 加大项目投入力度，促进项目的全面开展。l 呼吁数字电视运营业和制造业支持开放业务系统平台技术。由于开放平台系统获得最广泛社会资源的支持，体现多个供应商竞争格局，能有效保障运营商和消费者利益，成为投资安全的技术保障机制。l 政府有关部门加强数字电视标准化协调工作，支持以国内自主开发成果为核心构成我国数字电视的相关标准。通过自主研发形成标准，构筑一定的技术性壁垒，形成有效的技术手段，以适应我国加入WTO以后面临市场开放形势，对发展民族产业有积极促进作用。由此保证我们在核心关键技术领域掌握主动权和控制权，改变我国电视制造业长期处于整机装配业的不利局面，以支持国内公共软件业形成核心竞争能力，成为数字电视产业链上的共生群体。支持数字电视业务的公共软件行业兴起，将对整个数字电视产业群起重要的推动作用。软件业的发展将支持我国制造业在数字电视产业化过程中，降低国外知识产权价格构成比重，节省数亿美元的知识产权向国外企业输出，在数字电视的国内外竞争中实现国家和产业利益的最大化。