面向三網(wǎng)融合的智能電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐遙令，侯志龍

（創(chuàng)維集團(tuán)研發(fā)總部，廣東 深圳 518108）

中國(guó)在2001年通過的十五計(jì)劃綱要中首次明確提出促進(jìn)電信、電視、互聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)融合[1]；在2006年通過的十一五規(guī)劃綱要中再度提出三網(wǎng)融合，并積極推進(jìn)三網(wǎng)融合[2]；2009年國(guó)務(wù)院批轉(zhuǎn)發(fā)展改革委《關(guān)于2009年深化經(jīng)濟(jì)體制改革工作意見》中指出：“要落實(shí)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)廣電和電信企業(yè)的雙向進(jìn)入”，三網(wǎng)融合取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展[3]；2010年1月國(guó)務(wù)院總理溫家寶主持召開的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議中明確了三網(wǎng)融合的時(shí)間表，6月第一批三網(wǎng)融合12個(gè)試點(diǎn)城市名單和試點(diǎn)方案正式公布，2011年12月第二批三網(wǎng)融合42個(gè)試點(diǎn)城市名單公布，三網(wǎng)融合進(jìn)入了快速推進(jìn)階段；2010年國(guó)家戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃和廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃均將三網(wǎng)融合產(chǎn)業(yè)布局為十二五期間的重點(diǎn)發(fā)展方向。

國(guó)外也一直在進(jìn)行三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的開展和推進(jìn)，其中美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)和日本比較突出。美國(guó)很早就成立了聯(lián)邦電信委員會(huì)來促進(jìn)三網(wǎng)融合的發(fā)展[4]，并于1996年頒布電信法來促進(jìn)廣播、電話、有線電視、網(wǎng)絡(luò)影視服務(wù)等業(yè)務(wù)互相滲透融合。英國(guó)電信不僅提供互聯(lián)網(wǎng)、電話等通信服務(wù)，也提供網(wǎng)絡(luò)電視頻道；英國(guó)廣播公司（BBC）也提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；在2003年英國(guó)成立的通信業(yè)管理機(jī)構(gòu)Ofcom融合了原有電信、電視、廣播、無線通信等多個(gè)管理機(jī)構(gòu)的職能，極大地促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展。三網(wǎng)融合在法國(guó)發(fā)展最快，預(yù)計(jì)2014年將有50%以上的家庭選擇三網(wǎng)融合的服務(wù)[5]。日本正在著手開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)NGN、以及日本總務(wù)省在2010年向國(guó)會(huì)例會(huì)提交了《信息通信法》草案，以便消除電信、廣電和互聯(lián)網(wǎng)之間的界限，提供自由參與競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境，來實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)的融合和發(fā)展。

因此，網(wǎng)絡(luò)融合是發(fā)展的趨勢(shì)和必然，三網(wǎng)融合將是網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化與服務(wù)化融合發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，將得到快速推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)。在三網(wǎng)融合的大環(huán)境下，電視將是一個(gè)支持多種媒體的信息平臺(tái)，成為三網(wǎng)融合的重要載體。該文提出面向三網(wǎng)融合的智能電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)，建立了廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)之間的互聯(lián)互通技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高清數(shù)字電視、IPTV、網(wǎng)絡(luò)視頻等各種服務(wù)和應(yīng)用，能夠進(jìn)行快速推廣應(yīng)用。

1 實(shí)施方案

首先基于TV SoC單芯片來搭建面向三網(wǎng)融合的智能電視的硬件系統(tǒng)，基于硬件系統(tǒng)、以Android4.X操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)完成軟件系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)以及數(shù)字電視、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等模塊的接口定義。

采用模塊化設(shè)計(jì)的方式分別單獨(dú)完成數(shù)字電視模塊、IPTV模塊、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等模塊的軟件設(shè)計(jì)，以及完成智能電視的交互界面設(shè)計(jì)。

最后基于智能電視的硬件系統(tǒng)和軟件構(gòu)架，通過軟件來集成數(shù)字電視模塊、IPTV模塊、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等模塊，完成模塊與接口的鏈接，完成整個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

智能電視系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。硬件系統(tǒng)基于高集成度的TV SoC單芯片，接口電路包括模擬AV音視頻接口、HDMI接口、USB接口、SD卡接口、有線網(wǎng)絡(luò)和無線WiFi接口、CA小卡接口、Tuner接口，存儲(chǔ)器包括DDR，NAND Flash，SPI Flash，以及電源管理模塊、喇叭功放、IR和LED等。

圖1 智能電視系統(tǒng)硬件框圖

TV SoC的CPU為雙核為ARM cortex-A9，最高為1.5 GHz時(shí)鐘頻率；GPU為四核ARM Mali-400 3D GPU，圖像處理能力達(dá)1 600 Mpixel/s和40 Mtri/s（每秒輸出百萬個(gè)三角形）；幀存貯及數(shù)據(jù)緩存采用1 Gbytes DDR3-1600，程序存儲(chǔ)采用4 Gbyte Nand Flash和16 Mbit SPI Flash；WiFi采 用 2.4 GHz和 5 GHz載 頻 ，支 持IEEE802.11.b/g/n無線協(xié)議、WiFi Display等；有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)MAC和PHY由TV SoC系統(tǒng)集成，簡(jiǎn)化了有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和提升了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

采用數(shù)模一體Tuner實(shí)現(xiàn)了模擬電視、DVB-C和DT?MB數(shù)字電視，模擬電視信號(hào)經(jīng)過Tuner調(diào)諧處理后直接以IF中頻信號(hào)給到TV SoC；DVB-C和DTMB則在調(diào)諧處理并經(jīng)過Demod后輸出TS流信號(hào)給到TV SoC，TV SoC從CA卡中獲得密匙對(duì)TS流進(jìn)行解密、進(jìn)一步進(jìn)行解碼和播放節(jié)目。

NandFlash用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序，SPI Flash用于存儲(chǔ)Uboot程序。系統(tǒng)上電時(shí)，首先運(yùn)行Uboot程序，實(shí)現(xiàn)CPU寄存器、DDR等硬件初始化，建立好內(nèi)存空間映射等操作系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件環(huán)境，然后開始加載NandFlash中的操作系統(tǒng)Kernel、文件系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等，系統(tǒng)上電完畢開始正常運(yùn)行。

3 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

智能電視系統(tǒng)的軟件構(gòu)架如圖2所示。軟件系統(tǒng)基于Android4.X操作系統(tǒng)，并根據(jù)智能電視的特性和需求來進(jìn)行擴(kuò)展后形成。整個(gè)構(gòu)架分為4層：最底層為L(zhǎng)inux內(nèi)核層，然后是Android運(yùn)行庫(kù)和lib層，接著是應(yīng)用程序框架層，最上層是智能TV應(yīng)用程序?qū)印?/p>

1）Linux內(nèi)核層。位于整個(gè)系統(tǒng)的最底層，為整個(gè)系統(tǒng)提供最基本服務(wù)。不僅將底層硬件的驅(qū)動(dòng)包含在其中，而且提供進(jìn)程控制和進(jìn)程調(diào)度。智能電視的硬件驅(qū)動(dòng)包括顯示芯片驅(qū)動(dòng)、WiFi驅(qū)動(dòng)、聲音驅(qū)動(dòng)等都放在這一層。

2）Android運(yùn)行庫(kù)和lib層。Android運(yùn)行庫(kù)層與An?droid lib層，是操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的溝通橋梁，應(yīng)用分為函數(shù)層（Library）和虛擬機(jī)（Virtual Machine）；函數(shù)層為Android原生庫(kù)，包括OpenGL/ES，Webkit等，實(shí)現(xiàn)圖像處理、瀏覽器引擎等；Dalvik虛擬機(jī)可以有多個(gè)實(shí)例（in?stance），每個(gè)Android應(yīng)用程序都用一個(gè)自屬的Dalvik虛擬機(jī)來運(yùn)行，讓系統(tǒng)在運(yùn)行程序時(shí)可達(dá)到優(yōu)化。TV lib是根據(jù)智能電視需要添加的C和JAVA函數(shù)庫(kù)，包括DTV硬件數(shù)據(jù)接口、DTV CORE、DTV CA等。

3）應(yīng)用程序框架層。應(yīng)用程序框架層包括Android應(yīng)用程序框架和智能TV框架層。Android應(yīng)用程序框架是編寫Google發(fā)布的核心應(yīng)用時(shí)所使用的API框架，采用這些框架來開發(fā)應(yīng)用使得程序開發(fā)的架構(gòu)設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。智能TV框架是根據(jù)智能電視的需要添加的額外管理服務(wù)，包括DTV SDK，TV services等。

4）應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用層的所有應(yīng)用都是針對(duì)智能電視來進(jìn)行專門的開發(fā)和定制，在保證與Android系統(tǒng)API兼容的基礎(chǔ)上對(duì)Android系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)展和修訂，增加了IPTV框架和應(yīng)用程序、數(shù)字電視管理框架和應(yīng)用程序、Web框架和應(yīng)用程序等；以及修改網(wǎng)絡(luò)接口及協(xié)議棧，支持 UPNP，IGRS等。

4 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）智能電視平臺(tái)技術(shù)

面向三網(wǎng)融合的智能電視系統(tǒng)采用軟件共平臺(tái)設(shè)計(jì)，DVB-C、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及本地應(yīng)用等都是智能電視系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用，易于集成和管理。

2）數(shù)字電視接收技術(shù)

智能電視系統(tǒng)整合了DTMB和DVB-C數(shù)字電視解調(diào)解碼技術(shù)；CA通過軟件模塊集成，采用小卡可接收和播放DVB-C數(shù)字電視，并具有電子節(jié)目指南功能（EPG）。由于CA采用了軟件模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)不同CA可進(jìn)行客制化升級(jí)，能夠很好地滿足各地廣電運(yùn)營(yíng)商的定制化需求。

3）IPTV技術(shù)

智能電視系統(tǒng)基于中國(guó)電信IPTV2.2標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)。中國(guó)電信為IPTV內(nèi)容服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支撐，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)平臺(tái)為IPTV提供正版節(jié)目?jī)?nèi)容，智能電視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)IPTV節(jié)目的接收、音視頻解碼與顯示、節(jié)目搜索與節(jié)目管理、電子節(jié)目導(dǎo)航EPG、軟件與數(shù)據(jù)在線升級(jí)等功能與應(yīng)用。

智能電視系統(tǒng)的IPTV是基于Android操作系統(tǒng)的WebView組件，使用WebKit的渲染引擎來加載和顯示網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容，使得顯示的內(nèi)容可通過后臺(tái)服務(wù)器來控制和自動(dòng)更新，避免了電視終端由于頻繁更新內(nèi)容而消耗的資源，而使用者能夠?qū)崟r(shí)享受服務(wù)器端更新的內(nèi)容。

4）超級(jí)瀏覽器技術(shù)

智能電視系統(tǒng)在保證兼容Android4.X所具有的瀏覽器基礎(chǔ)上，對(duì)WebKit、Web框架及一些互聯(lián)網(wǎng)訪問應(yīng)用程序進(jìn)行了修改、優(yōu)化和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)超級(jí)瀏覽器。全網(wǎng)瀏覽器支持Flash 10.1和HTML5，有效提升了CPU的使用效率，能夠直接快速進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)瀏覽、網(wǎng)絡(luò)視頻在線播放、搜索、網(wǎng)絡(luò)微博等功能。

5 應(yīng)用情況

面向三網(wǎng)融合的智能電視系統(tǒng)的應(yīng)用主頁(yè)如圖3所示。主頁(yè)具有數(shù)字電視、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)、本地媒體等用戶交互接口，通過電視遙控器進(jìn)行操作可調(diào)用數(shù)字電視、IPTV等應(yīng)用。

目前采用該系統(tǒng)的多個(gè)智能電視產(chǎn)品已經(jīng)大批量進(jìn)入市場(chǎng)，例如E680系列銷售已經(jīng)近百萬臺(tái)。這些產(chǎn)品只需要一張小卡而無需機(jī)頂盒就能觀看數(shù)字電視，通過IP?TV可以隨時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)直播或點(diǎn)播節(jié)目，采用瀏覽器可進(jìn)行快速上網(wǎng)沖浪等，給用戶帶來了良好的視聽體驗(yàn)，頗受市場(chǎng)好評(píng)。

6 結(jié)束語

本文提出一種基于高集成度TV SoC和Android4.X操作系統(tǒng)的面向三網(wǎng)融合的智能電視系統(tǒng)，詳細(xì)闡述了智能電視的實(shí)施方案、硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。智能電視系統(tǒng)的數(shù)字電視、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及本地應(yīng)用等采用了模塊化設(shè)計(jì)和通過軟件集成，易于移植和推廣應(yīng)用。采用該系統(tǒng)的智能電視產(chǎn)品目前已經(jīng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，帶來了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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