肖红江 秦龙 聂明杰

（国家新闻出版广电总局广播电视规划院）

摘要：本文首先介绍了下一代广播电视网（NGB）融合终端标准化研究的背景和思路。然后，围绕终端的总体架构，研究了对各个层次的配置与要求，包括硬件层、系统软件层、应用软件层、安全层。最后，就如何匹配总体架构与特定应用场景，提出了指导性意见。关键词：下一代广播电视网 融合终端 架构 标准化

1 研究背景

无论是从政策、市场、技术层面看，广播电视与互联网融合已经由最初的争论逐渐成为业界共识。近年来，各地运营商在有线电视网络双向化改造方面取得了显著进步，使之既能承载单向广播业务，又能承载双向数据业务。这为广播电视与互联网融合业务模式奠定了网络基础。但是，广电机顶盒的演进速度却与之并不匹配。现网中的机顶盒多依托封闭化的中间件为用户提供基本数字电视及相关增值服务，缺乏对融合业务和智能应用的支撑，严重限制了广电融合业态的繁荣发展。此外，机顶盒终端的地位也相当特殊，它是运营商接触用户最直接的渠道，是融合业务落地的最终环节，也是用户从广电获取业务及信息的入口。广电运营商必须尽力抢占这个战略制高点。从行业发展来说，良好态势的形成需要配套一些标准来引导产业发展。为此，广播电视规划院受广电总局委托，着手对下一代广播电视网（NGB）智能融合终端的标准化开展了相关研究。

2 研究思路

通常，电视终端的形态多变，应用场景也是多样的。比如说，家庭网关、融合电视盒子、纯IP终端、影视棒以及有线电视一体机等。客观现实造成很难对不同终端采取同样尺度的标准要求。对此，我们确立了如下研究思路：（1）分析融合终端的核心诉求融合终端应搭载智能操作系统，支持应用程序安装和卸载，支持数字广播电视、传统互动电视、受管控的OTT（牌照方）视频业务以及公共互联网业务，支持家庭多终端之间的内容分发、资源共享以及多屏切换等，支持运行独立的应用、与广播节目关联的应用。（2）确立终端架构的设计原则基于融合终端的需求，确立了开放化、模块化、组件化、集成化的设计原则。据此设计融合终端架构、模块及组件，并初步提出相关技术要求。通过这种方式，确保终端标准化取得合理的平衡，既对产业界订立一定程度的规矩以引导产业发展，又给产业界留下创新和竞争的余地。（3）提出个性终端的定制方法基于终端产品研发机理，设计一套按需组装终端的方法论，并以此指导不同终端产品的研发。

3 总体架构

3.1 整体构成如前所述，融合终端是基于开放式架构设计的，有线运营商和相关设备商可以根据终端的特定应用场景对架构模块及具体功能进行裁剪或扩充，以便更好地适应不同的场景需求。终端架构如图1所示，分为硬件层、系统软件层、应用软件层以及安全层。其中，硬件层主要包括智能融合终端的基本硬件模块、硬件接口和外设；系统软件层主要包括硬件驱动、软件系统内核、各种函数库、功能组件、应用程序接口（API）以及硬件抽象层（HAL）；应用软件层主要包含了运行于系统软件层之上的各种本地或Web应用，包括数字电视、终端管理、互联网音视频等各类应用；安全层主要是贯穿硬件层、系统软件层、应用软件层的安全保障功能的集合。应用软件层通过API与系统软件层交互，系统软件层通过HAL控制底层硬件的行为，并与之交互。

图1 总体架构

3.2 硬件层如图2所示，硬件层分为4大类：硬件核心、媒体处理、通信处理以及外设接口。由于硬件性能变化很快，只需将硬件功能模块化，建议相关配置、能力、接口。

图 2 硬件层构成

3.3 系统软件层系统软件层分为4层，包含智能操作系统（OS）内核层、组件层、运行环境层、应用框架层。如图3所示。

图3 系统软件层构成

3.3.1 智能OS内核

智能OS内核主要作用是实现与底层硬件进行交互，实现对硬件的编程控制和接口操作，调度访问硬件资源，向应用程序提供一个高级的执行环境和对硬件的虚拟接口。智能OS内核应支持与资源管理相关的功能包括：任务调度、内存管理、消息通信、文件系统、网络通信、中断管理等。智能OS内核应支持与硬件匹配的底层协议及驱动，主要包括：文件系统驱动、音视频驱动、显示驱动、存储器驱动、电源管理、高频头驱动、网卡驱动、WiFi驱动、蓝牙驱动、遥控器驱动、demux驱动、摄像头驱动、鼠标驱动、键盘驱动、游戏手柄驱动、体感设备驱动、前面板驱动、USB驱动、安全芯片驱动等。3.3.2 组件层组件层包含多个功能组件，如数字电视组件、互动点播组件、媒体处理组件、应用信令组件、应用管理组件、网络协议组件、人机交互组件、家庭互联组件、电子支付组件、设备管理组件、安装包管理组件、文件管理组件、窗口管理组件、图形库组件、UI组件、语言管理组件、工具组件等。所提供的功能均通过应用框架层暴露给应用开发者。为了保障终端能够满足多种类型的应用场景和需求，融合终端应提供丰富的功能特性。（1）支持多种类型的媒体（图片、视频、音频）、封装格式以及流模式。（2）支持广播传输协议、宽带传输协议以及家庭互联相关协议。特别地，对于媒体内容互动（主要指图片、视频等媒体文件可在三屏之间传递和调用），建议遵循DLNA协议实现该项功能。对于操控互动（主要指屏幕间的镜像功能，但并不限于此），建议遵循Miracast协议实现控制屏（手机或平板）与融合终端显示屏之间的智能操控。操控功能要求实现全部按键、触屏数据和传感数据的传递。（3）应支持两类应用类型，即广播关联型应用、独立型应用。前者与一个或多个广播业务（事件）关联；后者未与任何广播业务产生联系。应用信令组件主要负责监听并解析运营商前端对终端下发的通知指令，用以控制应用生命周期或应用部署。依据应用类型分为关联应用信令、独立应用信令，具体要求见表1。

表1 应用信令要求

名称	技术要求
关联应用信令	采用二进制编码格式，以MPEG-2 Section语法封装，通过单向广播传送流传送到接收终端。具体信令格式遵循GY/T 267-2012定义。
独立应用信令	采用XML编码格式，以XML文件的形式存在，通过OC或HTTP协议下载到接收终端。

注：建议首选采取HTTP模式下载，OC模式通常只用于特定情况，比如：紧急广播、特定热门应用、无宽带连接等。3.3.3 运行环境运行环境负责为应用和业务提供动态运行的环境，应支持两类运行环境引擎，包括本地应用引擎、浏览器引擎，详见表2。

表2 运行环境

序号	运行环境	技术要求
1	浏览器（Web）引擎	支持运行HTML、XML、JavaScript等应用语言
		支持HTML5标签和CSS3版本
		支持AJAX
		支持NGB-H扩展应用的生成、加载和运行；
2	本地应用引擎	支持基本Java应用，兼容Andorid APK；
		支持NGB-J扩展应用的生成、加载和运行；

3.3.4 应用框架层应用框架层应符合GY/T 267-2012中对NGB中间件的规定。应用程序框架是对功能组件在Java空间或Web空间进行封装，简化了上层应用对底层功能组件的重用机制。其中，Java应用框架主要包括NGB-J定义的框架和操作系统最基础的框架。Web应用框架主要包括HTML 5.0标签，JS 1.5对象以及NGB-H定义的JS对象。3.4 应用软件层应用软件层应支持多类应用。按与广播节目内容的关联关系可分为节目内容关联型应用和独立型应用。按所处的运行环境分，可分为本地应用和Web应用。3.5 安全层3.5.1 嵌入式机制如总体架构所示，安全层是嵌入在硬件层、系统软件层、应用软件层之中的。这三层之间的安全资源和安全机制联合起来确保智能融合终端的整体安全。这里特别指出其中的要求。3.5.2 硬件安全为了加强终端的安全基础，应在硬件层面为上层建立系统级的安全机制、防止非授权软件的安装提供根本依据。3.5.3 系统软件安全为了保证运营商业务前端与融合终端之间的信息交互和传输的安全性，应建立传输安全保障机制。建议融合终端支持传输层安全（TLS）、安全套接层（SSL）等安全传输协议，可选择支持数据加密标准（DES）、Triple-DES（TDES）、高级加密标准（AES）、RSA等加密算法。为了确保传统广播电视业务的安全接收，融合终端应建立基于CA或DCAS的电视内容保护机制。为了保证IP流媒体业务的安全，融合终端应建立对IP流媒体内容的版权与分发保护机制。建议集成数字版权管理（DRM）技术，以DRM保护的方式向家庭域中电脑、平板、手机等终端分发媒体内容。3.5.4 对终端的认证与管理为了确保有线运营商对终端的管控，融合终端应支持前端系统对终端自身的认证与管理。（1）终端认证：通过数字签名、证书或其他方式保证只有通过认证的终端才可以下载运行前端下发的应用。（2）终端网管：网管服务器可通过CWMP协议（DSLForum TR069）或SNMP v2协议(RFC 3411-RFC 3418)与终端进行交互，以支持网管服务器查询终端状态、设置终端参数、控制终端行为，并实现终端主动上报状态等功能。3.5.5 应用软件安全为了确保应用本身及应用分发的安全性，应用软件应通过有线运营商设立的应用商店或运营商授权的其它渠道实现对应用的下载、部署及更新。应用安全性应支持来源、完整性认证以及可管控性。（1）应用来源认证：通过采用数字签名、证书等方式或者其他方式保证终端下载的应用来源合法。（2）应用完整性认证：通过支持数字签名保证终端下载的应用程序、文件经过网络传输没有被更改。（3）应用可管可控：通过支持控制信令或其他方式保证运营商前端有能力对终端运行的应用进行管理和控制。

4 终端与业务适配模式

4.1 基本设定在实际应用场景中，智能融合终端的种类是多种多样的，可能是智能家庭网关，也可能是多功能媒体中心，甚至可能是一个纯OTT终端。在标准化研究中，我们定义了一个开放式的终端架构。通过对架构中模块、组件、功能的裁剪与扩充可以实现终端架构对不同终端需求的适配。这里主要示范如何从总体架构中选取软件组件、硬件模块来组装符合特定需求的终端。研究设定如下：（1）终端设备是由硬件模块、操作系统（软件组件）的有机组合体，终端功能依托顶层应用或驻留在系统软件中的服务来体现，具体由操作系统（软件组件）控制底层硬件模块完成；（2）部分终端模块（或组件）之间存在依赖性，实现目标功能所涉及的直接模块(或组件)以及运行这些直接模块（或组件）所依赖的次级模块（或组件）都必须全部集成到终端之中。（3）总体架构是开放式的。终端模块本身（以及内含子功能）是可扩充或裁剪，也即终端模块选取的软件组件或硬件模块是可以扩充或裁剪的，组件或模块本身功能也是可以扩充或裁剪的。应指出，根据新的功能需求扩充终端的组件与模块时必须首先考虑引入标准化的组件与模块。4.2 适配方法智能终端的功能载体通常表现为两种形态：由外界输入触发启动的应用（APP）、驻留在系统中一直运行的服务（Service）。终端与业务适配的核心思想是由应用和服务需求来驱动终端的定制化设计。一方面，每个应用或服务都有自身必须依赖或关联的软件组件，每个软件组件又有自身必须依赖或关联的底层硬件模块。如图4所示，应用1功能的实现直接依赖于软件组件1与软件组件2，软件组件1又依赖于硬件模块1、硬件模块2，软件组件2依赖于硬件模块3。那么，对于终端运行应用1来说，就必须在终端中集成软件组件1、软件组件2、硬件模块1、硬件模块2以及硬件模块3。同样的道理，如果要在终端中运行内生服务1，那么必须集成软件组件2、软件组件3、硬件模块3以及硬件模块4。另一方面，部分模块（或组件）功能的实现实际上又依赖于其它模块（或组件）。比如，软件组件1依赖于软件组件2、软件组件4。因此，软件组件4也必须一并集成到终端中。通常，一个智能融合终端将面对多样化的用户使用场景。场景多样化决定了终端需要装载多样化的应用和服务，而应用和服务对软硬件的需求决定了终端设备需要集成哪些与之相关联的软件组件、硬件模块。在运行中，应用或服务只需遵循预定的业务逻辑和流程，通过API和HAL接口调用相关软件组件和硬件模块，就可以实现预先设定的相应功能。因此，终端设备集成模块由业务需求与应用场景决定。适配过程中应选用成熟的模块组合方案来组装形成适用于业务和场景的定制化终端，比如家庭网关等。

图4应用和服务需求驱动终端的定制化设计

5 标准化特点

本标准化研究具有鲜明特点：（1）强调集成化创新制定终端标准和相对固定的通信协议不一样。终端由于是众多软硬件的集合体，本身演进速度非常快。如果旨在做一套全新的终端标准和协议机制，很可能还未产业化，就已经过时了。因此，在标准化研究过程中，我们特别强调了集成创新，建议终端标准尽可能采取成熟的标准或规范，比如：NGB中间件、TVOS、DVB、W3C、CA、IETF RFC、DLNA、Java等。（2）强调标准开放性我们强调将终端标准做成一个开放而非封闭的系统。开放性主要体现在两个方面：一是顶层架构设计上允许裁剪和扩充，包括硬件模块、软件组件、标准模块；二是以智能操作系统保障应用多样化，支持上层应用和业务的迅捷开发、快速部署。这是传统中间件模式无法企及的。（3）强调支持直播关联性业务直播电视是广电面对用户的入口，是电视用户获取其它互联网信息、应用、服务的“第一界面”。有效运用关联技术可以使电视节目和互联网业务产生有价值的关联，实现直播节目与广电之外行业的跨界对接，商业潜力巨大。因此，我们在标准中特别强调要融入对直播关联性技术的支持，并推荐依托“应用信令”组件模块实现，并为未来的其它实现方式预留接口。（4）强调集成家庭网关功能当前，电脑端、手机端的入口已经是互联网的天下，唯有电视及家庭网络的入口还未有定数。我们在标准中强调集成智能家庭网关功能，主要目的在于从标准的高度为业界树立家庭信息入口战略。面对互联网对家庭网关入口的疯狂进攻，广电要守住家庭信息中心的阵地，必须要通过自己的家庭网关，或者带网关功能的融合终端来占领这一高地。（5）强调集成电子支付功能在生活化服务中，电子商务和金融服务是具有清晰盈利模式的应用。只要广电拟打造以电视为中心的电子商务生态，就必须提供安全便捷的电子支付环境。这与“微信+微信支付”、“淘宝+支付宝”必须成对出现一样。此外，电视观众中占比较大的老年人群体有旺盛的投资理财需求。如果广电能基于机顶盒开发出类似“余额宝”的产品，将是大受欢迎的。这同样也需要电子支付的支持。因此，我们特别强调在融合终端中集成电子支付功能。

6 展望

得益于终端标准的开放性设定，融合终端将存在更多的应用与推广可能。（1）不再局限于扮演简单通信网关在融合设定下的家庭网关将集成智能操作系统，借助智能化将创造更多新业态、新模式。除了常见的多屏分发、多屏镜像、跨屏操控之外，家庭网关还可以安装客户端应用（比如迅雷APP），从而极大地丰富网关功能。甚至还可以尝试在网关上部署服务端业务，开启面向社区或商圈的商业化服务时代。（2）不再局限于家庭娱乐场景当前，机顶盒基本是针对家庭视频观看需求设计的。融合终端可以改善这种狭窄的使用场景。比如，对于家庭用户，可以通过手机APP连接融合终端，对家中的各类智能家居终端进行远程操控。对于实体商户，可以利用融合终端为客户提供免费WiFi接入，并推送广告、收集用户信息，挖掘用户行为数据价值。（3）将不再局限于解调呈现的独角戏在未来，融合终端将与云端、管道深度互动。比如，终端可以收集并上报用户设备、配置、行为等信息，云端利用大数据分析能力为用户提供精准广告投放业务。融合终端如果挂载TB级硬盘，也可以作为内容分发网络（CDN）的延伸，化身为最靠近用户的边缘缓存、P2P加速利器，从而提升服务质量。综上，融合终端在未来将会有较大的演进和升级空间。

参考文献

［1］肖红江，宫良，秦龑龙等.新型广电融合终端需求研究［J］.广播与电视技术,2013；40(z2):64-70 编辑：中国新闻技术工作者联合会