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1、构套数字有线机顶盒软件应用通用平台1 前言构建数字有线机顶盒软件应用通用平台O 深圳赛格集团李飞中国数字电视产业进程的加快，无疑会催生无数巨大的商机。数字有线机顶盒作为数字电视产业链中重要的一环，其研发和应用也成了我们关注的焦点。通过分析中国的数字有线机顶盒市场状况和数字有线机顶盒的组成结构，我们发现在一个机顶盒产品的开发过程当中，软件的工作量占用了绝大部分的时间和成本。原因如下：( 1 ) 中国的市场环境复杂，市场细分成为很多个区域，每个区域的运营商都有自己的特殊要求：比如需求的产品等级不同，采用的c A 不同，提供的增值服务不同等。( 2 ) 提供数字有线机顶盒核心芯片的芯片厂商多：比如S
2、 T ，L S I ，富士通，P H I L I P S 等。 ( 3 ) 芯片的系列多：比如s T 目前提供的就有标清机顶盒芯片系列S T i 5 5 1 8 ，S T i 5 5 1 6 以及高清机顶盒芯片系列S T 7 0 2 0 等。( 4 ) c A 提供商多：比如I r d e t o ，中视联，N D S ，N a g r a v i s i o n ，清华同方等。 ( s ) 中间件提供商多：比如0 p e n T V ，M e d i aH i g h w a y ，A l t i c a s t ，中视联等。在以上这些情况当中，绝大部分的工作量都集中在软件的修改之上。虽然每
3、个机顶盒芯片厂商都会提供一套完整的A P I 和d e m o 软件给机顶盒开发厂商，但是这些软件各不相同，导致机顶盒开发厂商在开发不同芯片的机顶盒软件时不得不分成多个项目组，而且各个项目组的软件应用开发成果大部分都不能互相继承，造成很大的人力和时间的浪费。那么，有没有办法能够缩短软件开发时间呢?我们可以参考一下P C 机的软件开发。p c 机的主机和外部设备比机顶盒的硬件多得多也复杂得多，但 P C 机上面的应用软件却具有广泛的通用性以及设备无关性。这得益于P C 机基础软件( 如操作系统) 良好的分层和架构设计。进而言之，只要我们能构建一个具有良好分层和架构设计的机顶盒基础软件平台，那么在
4、这个基础软件之上的应用开发就能够实现硬件无关性，从而具有广泛的适用性，同时也能够大大减少软件开发和维护的工作量。2 数字有线机顶盒的硬件结构无论是哪家芯片厂商提供的机顶盒方案，硬件总体上具有大致相同的架构，如图1 所示。6 6 第四层全国因特网与音视频广播发展研讨会( N W C 2 0 0 4 ) 2 0 0 4 4构建数字有线机顶盒软件应用通用平台图1一般而言，机顶盒硬件的各个模块的驱动程序由芯片厂商提供的A P I 实现。然而，如果在基础软件内部直接调用这些A P I 函数的话，会造成一些比较严重的问题。例如基础软件的移植性会很差，而且一旦A P I函数有变化，基础软件的维护也是很繁琐的
5、问题。为了避免这些问题，一种方法是对A P I 函数进行简单的封包，但是这种方法还是有许多不便之处。另一种方法就是重新设计一个合理的软件架构，将硬件的驱动程序纳入全局的管理范畴。3 软件应用通用平台的架构规划经过一段时间的探索，我们做了一个初步的架构规划，如图2 。A p p l i c a t i o n，童。“ t ；。， D S A L? 暂iF i 1 7 eS y s t e m +，q 瞩“# x 目r 零该。籀，一；：乏：! 德。l 簿缓擎霪 辚O SD e 、嚏c eD r i v e rH a r d w a r e图23 1 嵌入式操作系统的封装不同的机顶盒芯片方案上运行的
6、是不同的嵌入式多线程操作系统，如o s 2 0 ，V x W o r k s ，p S O S 等等，而这些操作系统所提供的系统函数接口都是不相同的。对这些操作系统的系统函数接口可以按照P O S I X 的标准进行封装，包括：( 1 ) 线程操作接口。( 2 ) 信号量操作接口。( 3 ) 互斥量操作接口。( 4 ) 消息操作接口。2 0 0 4 4 第四届全国因特网与音视频广播发展研讨会( I 州C 2 0 0 4 )6 7构建数字有线机顶盒软件应用通用平台3 2 文件系统与设备驱动在L i n u x 中对于各种设备都是由文件系统来管理，设备驱动可以通过模块加载的方法来实现。这样在应用软
7、件层编写的软件就可以不用了解具体的设备信息，从而实现设备无关性。同样，在机顶盒的软件中，我们也可以建立一个文件系统。文件系统向下定义一系列的标准接口给底层的设备驱动，这一系列标准接口就类似于计算机主板上的P C I 插槽，具体的设备驱动程序就通过这个标准插槽和文件系统相挂接。如果更换机顶盒芯片类型或者更改了驱动程序，只要重新将文件系统中的标准接口挂接新的驱动程序就可以了。同时，文件系统也向上层应用软件提供一组标准接口，上层应用软件只能通过这组接口来控制底层的设备。这样，就实现了上层软件和设备的无关性。例如，上层软件控制机顶 盒中的V i d e o 和A u d i o 设备时软件代码呈现以下
8、的形式：v i d e o _ f d = o p e n ( V I D E O _ D E V ，) ；a u d i o f d = o p e n A U D l 0 - D E V ，) ；w r i t e ( v i d e o f d ，) ；w r i t e ( a u d i o f d ，) ；i o c t l ( v i d e o _ f d ，) ；从以上代码可以看出，各种I O 设备，通过纳入文件系统的统一管理，可以具有相同的操作形式。其 次，对于上层的应用软件而言，是不需要关心V i d e o 和A u d i o 设备的具体型号的。3 3 图形子系统在通
9、用平台开发当中，图形子系统占有非常重要的位置。目前的主流机顶盒芯片都提供了支持2 D 和 2 5 6 色的图形显示模块，而且将来显然会有更强大的图形显示模块出现。这就为我们开发多彩和生动的图形用户界面提供了良好的硬件基础。在软件方面，如果构造一个良好的嵌入式图形子系统，就可以轻松的为客户提供各种风格的用户界面，也可以按照客户需求的定制不同的图形应用，此外，在和第三方软件( 如 中间件和c A ) 的配合上，也能提供稳定的接口，使得嵌入第三方软件的开发进度加快。我们在S TC t v l 0 0 的数字电视方案上采用P E G 图形子系统，根据客户的定制开发出了非常精致的图形 用户界面，而且开发
10、的速度也是非常迅速的。由于P E G 图形子系统是用c + + 代码编写，所以在目前的机顶盒上执行效率并不是很优秀。因此，我们用C 语言设计了一个自有的图形子系统，其架构如图3 。图形子系统的特点如下：图36 8 第四届全国因特网与音视频广播发展研讨会( N W C 2 0 0 4 ) 2 0 0 4 4构建数字有线机顶盒软件应用通用平台( 1 ) 图形子系统采用类似W i n d o w s 的消息驱动方式工作。( 2 ) 采用面向对象技术，提供可扩展的控件类和控件。 ( 3 ) 提供基于调色板的2 5 6 色颜色控制。( 4 ) 支持多窗口以及窗口之间的剪切。( 5 ) 支持多种字符。 (
11、 6 ) 支持位图显示。( 7 ) 提供类似于W i n d o w sS D K 的A P I 函数，开发者可以在p c 上用W i n d o w sS D K 编写用户界面，稍做修改后就可移植到机顶盒软件当中。 ( 8 ) 图形输出针对电视的显示原理进行优化。所有的图形用户界面应用程序的编写都通过图形子系统提供的A P I 函数来编写。这样，当我们更换机顶盒芯片时，只需要重写底层的图形驱动程序，而上层应用可以直接移植。4 软件应用通用平台和M H P 的关系M H P ( M u l t i m e d i aH o m eP l a t f o r m ) 是数字交互电视系统的新标准，
12、它定义了数字交互应用与运行这 些应用的终端( 如机顶盒) 之间的通用接口。可以说，M H P 的出现，主要的目的是为了增强数字终端产品上软件应用的通用性。因为基于私有中间件的交互电视系统是相对封闭的，这必然会造成一种垄断效应，其一是使网络运营商和消费者每年不得不向中间件厂商缴纳昂贵的费用，更主要的是使数字交互应用的软件开发不具有广泛通用性。M H P 就是为了解决这种想象而出现的。既然M H P 和我们所规划的通用平台的目的都是为了软件应用的通用性，那么，两者之间的关系是否互相冲突的呢?我们可以分析一下M H P 的机顶盒软件结构模型。简单说来，M H P 可以分成三层：资源层，系统软件层，应
13、用层。其中资源层包括机顶盒的硬件( C P U ，M P E G 解码，内存，I O 输入输出设备，图形显示等) ，驱动程序和 操作系统等。上层应用通过调用这些资源得以实现，但是M H P 标准并没有规定如何实现这些硬件和软件资源。而我们的通用平台所要实现的正是管理这些硬件和软件资源。所以通用平台是对M H P 的一种补充。同样，通用平台对于私有中间件也是一种补充。通用平台能够提供给私有中间件一系列的资源接口，能够方便的集成各种私有中间件系统。5 结束语作为一个技术应用方案提供商，我们意识到，随着数字化产业进程的推进，软件在这个产业当中地位会越来越重要。因此，对软件技术的研究和应用，是我们工作中的重点。通过构建稳定的软件平台，提供 完整易用的A P I 接口函数和开发工具，我们也可以让有一定开发能力的客户在我们的软件基础上进行二次开发，从而使客户对于市场的需求变化有更快的反应，开发出更贴近市场需求的产品。同时，我们也期望更多的网络运营商、内容提供商和技术开发商能和我们交流合作，共同探讨机顶盒软件的应用和发展。2 0 0 4 4 第四届全国因特网与音视频广播发展研讨会( N W C 2 0 0 4 )6 9
