數字家庭標準綜述與應用分析

丁森華，李學偉，張乃光，梁晉春

（廣播科學研究院，北京 100866）

數字家庭概念的起源很早，國外也有稱之為智能家居、E-home、E-house等。數字家庭涉及多種設備（自動化設備、計算機、家用電器、手持音視頻終端、水電氣設備、安全監控設備等）、多種網絡（有線電視網、光纖網、3G、無線局域網、以太網、低速控制網絡等）、多種協議（DLNA、閃聯、e家佳、OSGi等），是一個跨領域的融合性產業。由于設備和網絡相關技術標準尚未統一，相關廠商提供的解決方案和市場的接受能力一直有差距，數字家庭一直沒有得到廣泛應用。

近年來，隨著網絡和設備技術的發展，設備制造成本越來越低。與此同時，隨著收入增長，人們的消費能力和生活水平要求越來越高，家庭擁有的各種家電、PC、數碼設備等也越來越多。數字家庭的網絡化、信息化、智能化成為業內的發展方向，數字家庭標準之爭也日益激烈。相關廠家都推出符合相應標準的產品或產品線，希望提供給消費者更豐富和舒適的體驗，從而在數字家庭領域占得先機。

1 數字家庭發展歷程

國內外數字家庭的相關重要事件如下[1]：

20世紀90年代初，美國人第一次提出數字家庭（智慧屋Smart-Home）。

1999年，比爾·蓋茨在中國舉行“維納斯計劃”發布會。

1999年3月，Sun Microsystems、IBM、愛立信等成立的開放標準化組織 Connected Alliance，后改名為OSGi Alliance。

2003年6月，由英特爾和微軟等17家公司帶頭發起成立的DHWG（數字家庭工作組）后改名為DLNA。

2003年，聯想、TCL、康佳、海信、長城等國內5家企業發起的“信息設備資源共享協同服務標準化工作組”，并發布了“閃聯”品牌。

2004年，“數字電視接收設備與家庭網絡平臺標準工作組”（簡稱標準工作組）的部分骨干成員單位發起并成立了“中國家庭網絡標準產業聯盟”——ITopHome（簡稱e家佳）。

2006年1月，Intel推出針對數字家庭市場的Viiv平臺。同年6月，AMD推出與Intel的Viiv所對應的Live平臺。

2008年7月，中國向ISO/IEC JTC1提交的閃聯（信息設備資源共享協同服務，英文簡稱IGRS）國際標準提案，正式成為ISO/IEC JTC1國際標準。

2010年4月23日，e家佳聯盟主導提報的國際標準項目《家庭多媒體網關通用要求》，英文名稱《MULTIMEDIAGATEWAYINHOMENETWORKS——GUIDELINES》，正式成為IEC國際標準。

2 數字家庭核心內涵

目前數字家庭還沒有通用的定義，但從各方對數字家庭的描述，以及消費者需求的角度出發，其至少包含了以下的內容：

1）網絡化

數字家庭需要實現設備之間的互聯互通，實現外部網絡與家庭設備之間的網絡數據傳輸和控制。網絡包括兩個層次：一是家庭網絡內部平臺，由信息網絡（數據和多媒體等）和控制網絡等構成；二是外部網絡和家庭網絡之間的通信、控制和數據傳輸。

2）信息化

設備需要具備一定的信息處理能力，能夠向外提供數據和設備接口。傳統家電和部分數碼設備往往不具有該接口，因此需要做一些接口適配器，將這些設備也納入到管理范圍。

3）智能化/人性化

需要提供友好的人機交互界面，包括智能遙控器和易使用的用戶界面。友好的交互界面讓用戶更快學會數字家庭系統和設備的操控，從而提高對數字家庭的認同和接受。

4）安全性

需要提供身份認證、設備訪問、內容保護功能，以確保用戶和服務提供商的合法權益不受侵犯。

5）一體化服務

需要提供一體化服務的解決方案，為生活提供更多服務和便利。數字家庭一體化服務涵蓋文化娛樂教育、生活服務消費、社會公益事業等方面。

3 數字家庭主要標準介紹

目前主要的數字家庭組織和標準如下所述。

3.1 OSGi

OSGi Alliance（Open Service Gateway Initiative Alliance）是一個由Sun Microsystems、IBM、愛立信等于1999年3月成立的開放的標準化組織，最初名為Connected Alliance。該組織及其標準原本主要目的在于使服務提供商通過住宅網關，為各種家庭智能設備提供各種服務。目前該平臺逐漸成為一個為室內、交通工具、移動電話和其他環境下的所有類型的網絡設備的應用程序和服務進行傳遞和遠程管理的開放式服務平臺[2]。

OSGi是一個基于Java語言的服務（業務）規范，核心部分是一個定義了應用程序的生命周期模式和服務注冊的框架，基于這個框架定義了OSGi服務，包括日志、配置管理、偏好，HTTP、XML分析、設備訪問、軟件包管理、許可管理、星級、用戶管理、IO連接、連線管理、Jini和UPnP等[2]。

OSGi分層模型如圖1所示。

分層模型具體包含如下內容：1）捆綁應用（Bundle），該層捆綁了應用商開發的OSGi組件。2）服務，該層定義了一個集成在生命周期層中的動態協作模型，是一個集發布、動態尋找、綁定為一體的服務模型。3）生命周期，該層提供了一組API來控制Bundle應用的運行時操作，可以動態地對Bundle進行安裝、啟動、停止、升級和卸載等操作。4）模塊，該層定義了類的裝載策略。5）安全，該層處理安全方面的問題。6）執行環境。

總而言之，OSGi規范提供了一個具有非常有效的API的成熟和全面的組件模型。

3.2 DLNA

DLNA的全稱是Digital Living Network Alliance，成立于2003年，成員包括飛利浦、索尼、三星、英特爾、松下、微軟等。DLNA致力于建立不同廠商產品之間連接和適應的工業標準，通過無線網絡和有線網絡實現個人計算機、移動終端和消費電器的相互交互和連通，從而實現數字媒體的共享。DLNA采用了目前廣泛應用的技術和協議，以期獲得各廠商的認可和支持。

DLNA技術組件主要包括如下幾個部分：

1）網絡與互連

IPv4協議是家庭網絡和數字家庭連接的基礎，互聯網協議（IP）也提供了互聯網上設備的底層網絡通信方法。DLNA支持基于IP的技術，如以太網、WiFi的IEEE 802.11、藍牙、HPNA、MoCA和WiFi直連。互聯網工程任務組目前正積極推行從IPv4到IPv6平滑演進的過渡技術，這些技術將適用于家庭設備和住宅網關。

2）媒體格式和傳輸模型

DLNA媒體格式模型的目的是實現網絡的互聯互通，并鼓勵媒體編解碼的技術創新。在給定的碼率下，媒體編解碼器的技術進步能夠實現更好的網絡帶寬利用率和媒體質量。DLNA要求支持媒體內容可以基于家庭網絡從DMS或M-DMS設備傳輸到DMP或M-DMP設備。

3）受保護的流/鏈路保護

DLNA采用基于IP的數字傳輸內容保護協議（DTCP-IP）對數字家庭網絡中設備間的商業內容進行保護。受保護的流指定為保護家庭網絡內的兩個設備之間的內容流，防止商業內容被盜版和非法分配。

4）媒體管理、分配和控制

媒體管理、分配和控制實現固定的家庭網絡中設備和應用之間的識別、管理和分配，以及將其傳輸到移動設備。根據DLNA網絡設備互操作性指南,UPnP的音視頻定義了UPnP音視頻設備和相關的控制點應用之間的互動模式，允許設備支持任何格式和傳輸協議的任何娛樂內容，并且定義了以下5個由媒體服務器和媒體渲染的托管服務，即內容目錄服務、連接管理器服務、音視頻傳輸服務、渲染控制服務和預定的錄音服務。

5）可管理性

提供更多管理和支持信息，以幫助消費者維護和使用他們的消費數碼產品。

3.3 閃聯（IGRS）

2003年7月，閃聯標準工作組在信息產業部支持下，由聯想、TCL、康佳、海信、創維、長虹、長城、中和威8家大企業聯合發起成立，中文簡稱閃聯，同年開始制定信息設備智能互聯與資源共享協議（簡稱IGRS）。2005年6月，其標準1.0版本被正式頒布為國家行業推薦性標準，成為我國3C協同領域的第一個國家標準[3]。

閃聯標準以智能互聯、資源共享和協同服務為核心理念，其標準包括3個部分：閃聯基礎協議、閃聯智能應用框架和閃聯基礎應用，目前v1.0包括基礎協議標準和智能應用框架標準，其標準體系如圖2所示[3]。

如圖3所示，IGRS層次結構包括：

1）基礎應用及擴展應用

該部分是用戶開發的應用，通過協議棧服務和客戶描述規范包裝，應用可以發布在閃聯設備上，從而成為閃聯服務和客戶[4]。

2）設備協同服務平臺

IGRS應用框架抽象定義了標準服務和交互規則，基于相應框架，各IGRS應用可進行標準化實現。

3）設備發現與資源共享平臺

IGRS基礎協議規定了IGRS設備發現和資源共享機制，包括設備相互發現、設備間管道創建、服務發現制、設備組管理、會話管理和服務訪問等方面[4]。

4）設備交互消息框架

設備交互消息框架基于HTTP/1.1協議。

5）傳輸與網絡協議

傳輸與網絡協議基于TCP/IP協議

6）設備連接

IGRS支持各種設備通過有線局域網、無線局域網以及藍牙等網絡連接。

3.4 e家佳

2004年7月26日，家庭網絡標準產業聯盟（ITopHome，e家佳）由“數字電視接收設備與家庭網絡平臺標準工作組”的部分骨干成員單位共同發起成立，目前其成員發展到200多家，涵蓋家電、IT、通信、儀器、建筑、建材、安防等[5]。

e家佳對家庭網絡系統的定義是：家庭網絡系統指的是融合家庭控制網絡和多媒體信息網絡于一體的家庭信息化平臺，是在家庭范圍內，實現信息設備、通信設備、娛樂設備、家用電器、自動化設備、照明設備、保安（監控）裝置及水電氣熱表設備、家庭求助報警等設備互聯和管理，以及數據和多媒體信息共享的系統[6]。

目前，e家佳標準體系由如下6個標準構成，即《家庭主網通信協議規范》、《家庭主網接口一致性測試規范》、《家庭控制子網通信協議規范》、《家庭控制子網接口一致性測試規范》《家庭網絡系統體系結構及參考模型》以及《家庭網絡設備描述文件規范》。

作為e家佳標準體系的基礎，《家庭網絡系統體系結構及參考模型》描述了家庭網絡的網絡規范、體系結構和參考模型3個方面的內容。根據標準內容，家庭網絡體系結構及參考模型如圖4所示。

《家庭主網通信協議規范》規定了家庭主網設備（包括家庭主網關、信息設備、娛樂設備、家庭控制子網關等）所構成的家庭主網的通信協議規范。

《家庭控制子網通信協議規范》規定了家庭控制子網設備（包括家庭控制子網關、移動控制終端、照明設備、保安監控裝置及水電氣熱表、家庭求助報警和家用電器等）之間運行狀態和控制數據的傳遞和管理技術規范。

《家庭網絡設備描述文件規范》規定了家庭控制子網設備的設備描述文件格式，在信息一致性、功能和性能、用戶界面等方面提出了技術要求。

《家庭主網接口一致性測試規范》和《家庭控制子網通訊協議一致性測試規范》規定了家庭主網和子網接口與通信協議等一致性測試方法，規范了主網和子網設備的相互聯接測試以及生成和監測。

3.5 主要標準比較

由于各標準組織的組織構成、目的和定位、標準應用場景和技術特點等有所不同，所形成的標準側重點也有所不同，表1從多角度對主要標準進行比較。

表1 數字家庭主要標準比較

4 數字家庭典型應用

目前支持各標準的廠商都推出符合各自標準的設備和系統，下面列舉了一些典型的設備和系統應用。

4.1 OSGi應用

OSGi應用具體如下：

1）智能藥盒與服藥提醒系統。智能藥盒與服藥提醒系統可以提供服藥提醒、藥盒監控和藥盒定位的功能[7]。

2）智能遙控器。某款智能遙控器，能夠提供一個單一且易于管理的平臺，除了能夠自定義它的用戶界面之外，它主要通過WiFi的無線技術（IEEE 802.11）與網絡連接，除了可掌握電視節目表，還能作為上網瀏覽的一個平臺查看電子新聞或收發電子郵件[7]。

3）安全守護系統。該安全守護系統主要是通過無線傳感器的方式，測量病人的各種生理特征（如體溫、血壓和心率變化等），通過路由器傳送相關數據給身在遠程的醫生，讓醫生實時監看居家病人的健康情形并進行雙向聯系[7]。

4.2 DLNA應用

DLNA應用具體如下：

1）DLNA電視。索尼某款DLNA電視可以通過綁定網站上所提供的電影、電視及娛樂、新聞等網絡視頻內容免費或收費共享，另外還可以使用電視連接家庭網絡，享用家庭網絡上的圖片、音樂、視頻資源等。

2）DLNA手機。目前包括Android等系統的智能手機都可以通過無線網絡分享和使用家庭網絡上的媒體資源，比如在支持DLNA計算機或電視上分享圖片和音視頻等，或者在手機上播放計算機上的圖片、視頻、音樂。

3）DLNA計算機。安裝Windows系統的計算機可以非常簡單地將圖片、音樂和視頻輸出到家庭網絡上的所有設備，也可播放其他設備上的媒體資源。

4）其他設備。其他還有支持DLNA的高清多媒體網絡存儲器、支持DLNA的無線路由設備等。

4.3 閃聯應用

閃聯應用具體如下：

1）閃聯智能高清播放器。閃聯某款智能高清播放器，采用Android 2.2系統，基于閃聯VUFS技術，通過WiFi網絡，將計算機上共享的文件夾虛擬成U盤，從而讓支持USB播放功能的電視機具備閃聯DMA功能，可以在電視機上直接欣賞計算機中的電影、圖片、音樂等媒體內容。

2）閃聯電視。目前海信、TCL等公司已經推出了支持閃聯標準的電視，實現電視與家庭網絡上支持閃聯標準的設備互聯。

3）其他應用。相應廠家推出了基于閃聯標準的智能家居產品、電力載波寬帶通信產品等。

4.4 e家佳應用

e家佳應用具體如下：

1）智能家居系統。海爾推出了基于e家佳聯盟家庭網絡標準體系的U-home智能家居，并建立了名為“云社區”的體驗中心。該智能家居實現了媒體娛樂、可視對講、安防、環境監測、智能燈光等功能。

2）網絡洗衣機。基于e家佳的某款網絡洗衣機，采用家電遠程控制系統技術，通過因特網、短信和電話等網絡，用戶可以在離家時實現遠程洗衣。

3）高清流媒體播放器。基于e家佳的某款高清流媒體播放器，可以把家庭影院設備和計算機通過網絡連接起來，在家庭影院設備上顯示計算機中存儲的節目，其中計算機作為媒體節目下載存儲設備，播放器作為解碼設備，家庭影院作為顯示設備。

4.5 其他應用

除了以上幾種應用，還有蘋果的AirPlay應用值得關注。借助 AirPlay，用戶可以將視頻、音樂和照片從iPhone，iPad或iPod touch以無線方式流化到Apple TV，以及將音樂流化到 AirPlay揚聲器或接收器，包括Air-Port Express，也可以將視頻和音樂從計算機以無線方式流化到 Apple TV。通過這種技術，手機屏幕、PC電腦屏幕以及電視屏幕各種設備之間將能夠進行智能交互，實現多設備屏幕的實時共享，實現多人娛樂與協作。

5 小結

目前數字家庭的相關標準和規范正在逐步建立，相關的產品應用也在推廣使用中，數字家庭理念已開始被消費者所接受。業界仍需在數字家庭的一體化服務、標準融合與互通、技術和業務模式創新等方面做出努力，共同推動數字家庭產業的發展。

[1]任笑元.“數字家庭”大事記[EB/OL].[2012-02-06].http://bjyouth.ynet.com/3.1/0312/02/409311.html.

[2]維基百科.OSGi[EB/OL].[2012-02-06].http://zh.wikipedia.org/wiki/OSGi.

[3]閃聯信息產業協會.閃聯標準 [EB/OL].[2012-02-06].http://www.igrs.org/.

[4]SJ／T 11310—2005，信息設備資源共享協同服務[S].2005.

[5]e家佳聯盟.聯盟介紹[EB/OL].[2012-02-06].http://www.itophome.com/.

[6]SJ／T 11316—2005，家庭網絡系統體系結構及參考模型[S].2005.

[7]智慧生活科技.淺談OSGi.[EB/OL].[2012-02-06].http://blog.uns.org.tw.