面向OTT業(yè)務(wù)的智能電視系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

馬 驍 ，馬立銘，b，曹三省，b

（中國傳媒大學(xué) a.信息工程學(xué)院 b.新媒體研究院，北京 100024）

1 OTT業(yè)務(wù)簡介

OTT（Over The Top）業(yè)務(wù)最典型的特征是，其運(yùn)營者利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商（ISP）的網(wǎng)絡(luò)開展新媒體業(yè)務(wù)[1]。從世界范圍來看，全球OTT有三種發(fā)展模式：第一種是美國完全以互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)為基礎(chǔ)的開放模式；第二種是歐洲的兼顧傳統(tǒng)廣播電視與OTT業(yè)務(wù)的HbbTV模式；第三種則是中國強(qiáng)調(diào)內(nèi)容監(jiān)管的可管可控模式。

1.1 美國開放模式

美國業(yè)界將數(shù)字電視設(shè)備定義為以開放互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)為核心的終端，依托瀏覽器技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的傳遞與呈現(xiàn)。在該架構(gòu)下，傳統(tǒng)廣電運(yùn)營商、內(nèi)容提供商、電信運(yùn)營商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、硬件設(shè)備商等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均可根據(jù)各自的優(yōu)勢條件，直接參與OTT業(yè)務(wù)的運(yùn)營。因此，這一進(jìn)程推動(dòng)了OTT業(yè)務(wù)向互聯(lián)網(wǎng)電視、藍(lán)光播放器、PC、iPhone、iPad、Android、Xbox、Wii、PS3等多終端的全面覆蓋。美國OTT行業(yè)的代表企業(yè)有谷歌（Google）、蘋果（Apple）、Netflix、Hulu等。

1.2 歐洲HbbTV模式

HbbTV（Hybrid broadcast broadband TV）作為一種混合廣播技術(shù)，其與DVB標(biāo)準(zhǔn)相兼容，除最基本的廣播之外，HbbTV在互動(dòng)媒體服務(wù)方面則有VOD、時(shí)移電視、互動(dòng)廣告、在線購物等應(yīng)用。隨著家庭接入網(wǎng)速度的提高和信號(hào)質(zhì)量的改善，基于互聯(lián)網(wǎng)的寬帶媒體也變得越來越可靠。但是歐洲的數(shù)字電視運(yùn)營商認(rèn)為應(yīng)該以電視服務(wù)為核心，再在此基礎(chǔ)上開展數(shù)字電視增值業(yè)務(wù)，對互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要進(jìn)行有限度的兼容和采取圍墻式的管理。

1.3 中國OTT電視的可管可控模式

中國OTT電視行業(yè)的發(fā)展必須符合中國國情，內(nèi)容的可管可控是必須正視的問題。目前，針對互聯(lián)網(wǎng)電視，國家廣電總局采取牌照制的方式保證了對OTT業(yè)務(wù)的可管可控，由廣電總局認(rèn)可的集成牌照方負(fù)責(zé)提供內(nèi)容播控，且互聯(lián)網(wǎng)電視與牌照方客戶端完全綁定，通過牌照方的集成播控平臺(tái)對客戶端實(shí)行控制和管理。

2 架構(gòu)介紹

本文所提出的面向OTT業(yè)務(wù)的智能電視系統(tǒng)架構(gòu)，從技術(shù)上以嵌入式操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)[2]，通過移植并擴(kuò)展WebKit瀏覽器內(nèi)核以實(shí)現(xiàn)OTT業(yè)務(wù)的傳遞與呈現(xiàn)。同時(shí)，為遵循我國對開展OTT業(yè)務(wù)所制定的相關(guān)政策要求，本架構(gòu)在設(shè)計(jì)上，向互聯(lián)網(wǎng)電視牌照方及電視生產(chǎn)商提供了網(wǎng)絡(luò)管理接口層，支持特定的網(wǎng)絡(luò)接入策略進(jìn)行二次開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)對OTT業(yè)務(wù)的可管可控。

在本架構(gòu)中，基于WebKit瀏覽器內(nèi)核的智能電視應(yīng)用程序基于Web技術(shù)構(gòu)建，利用Web技術(shù)開發(fā)應(yīng)用程序，有著部署成本低、迭代更新快捷、跨平臺(tái)等優(yōu)勢，開發(fā)人員通過編寫HTML、CSS、JavaScript代碼即可實(shí)現(xiàn)功能邏輯的跨平臺(tái)運(yùn)行。在此種架構(gòu)中，瀏覽器內(nèi)核負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信、內(nèi)容渲染和腳本解釋運(yùn)行等內(nèi)部底層工作，并提供人機(jī)界面以呈現(xiàn)頁面及響應(yīng)用戶交互操作。

本架構(gòu)自底向上分別為Linux Core（內(nèi)核）層，Way?land層，Qt Lib層，系統(tǒng)管理層和基于Qt接口的WebKit層，以及JavaScript框架層。圖1展示了本文所提出的系統(tǒng)架構(gòu)。

2.1 Linux內(nèi)核

Linux作為開源操作系統(tǒng)內(nèi)核，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)、移動(dòng)終端、服務(wù)器及個(gè)人電腦等領(lǐng)域。選用Linux內(nèi)核作為底層操作系統(tǒng)主要是由于它的開源特性使得系統(tǒng)可以根據(jù)項(xiàng)目的需求進(jìn)行定制。同時(shí)，其在ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)下都有現(xiàn)成的操作系統(tǒng)作為參考借鑒，例如An?droid，WebOS等[2]。

Linux內(nèi)核層為底層硬件加載了操作系統(tǒng)，且為上層的Wayland提供支撐環(huán)境。

2.2 Wayland

Wayland是一個(gè)新興的輕量級窗口管理系統(tǒng)。它的架構(gòu)使得它可以直接繪制和合成窗口，這樣帶來的最為直接的好處就是桌面圖形的渲染效率將會(huì)非常高。這對于智能電視系統(tǒng)架構(gòu)無疑是一種明顯的優(yōu)勢。

同時(shí)在最近的GTK+和Qt 5版本中，已經(jīng)對Wayland提供了相應(yīng)的接口。圖2描述了Wayland的工作模式。

2.3 Qt庫

Qt是一套跨平臺(tái)的GUI程序開發(fā)框架，本架構(gòu)使用Qt的主要原因是Qt對WebKit的內(nèi)核封裝的較為完善，而且其特有的信號(hào)槽技術(shù)使得事件處理得到簡化。

2.4 系統(tǒng)管理器層

該層基于Qt庫，為整個(gè)系統(tǒng)提供內(nèi)容管理、進(jìn)程間的通信、窗口切換等管理功能。其中的網(wǎng)絡(luò)接入管理模塊（Network Acess Manager）通過調(diào)用Qt提供的網(wǎng)絡(luò)管理庫以及相應(yīng)的底層驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)接入的管理。在此模塊的基礎(chǔ)上提供相應(yīng)的接口，牌照商和電視生產(chǎn)商可以利用接口層針對特定的網(wǎng)絡(luò)接入策略進(jìn)行二次開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)對OTT業(yè)務(wù)的可管可控。

2.5 WebKit瀏覽器內(nèi)核

WebKit內(nèi)核引擎包含WebKit，Web內(nèi)核和JavaScript內(nèi)核三大部分。WebKit層為上層應(yīng)用提供了一個(gè)呈現(xiàn)的平臺(tái)。使得應(yīng)用的界面通過簡單的CSS與HTML標(biāo)簽得到呈現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)的GUI編程，這無疑大大簡化了開發(fā)者的工作量。同時(shí)，JavaScript的“無須編譯，解釋執(zhí)行”的特點(diǎn)，縮短了開發(fā)周期。

2.6 JavaScript封裝

JavaScript封裝層的作用類似于Windows操作系統(tǒng)下GUI編程的MFC[3]。通過對WebKit層進(jìn)行內(nèi)核級的C++擴(kuò)展開發(fā)，使得JavaScript具備一些操控底層硬件的功能，并通過封裝，為上層的開發(fā)者提供API接口，使得應(yīng)用程序的開發(fā)者可以更為方便地進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 Qt庫和Wayland窗口系統(tǒng)的連接

Qt庫提供了一個(gè)名為Qt－Lighthouse窗口系統(tǒng)的抽象層，為Qt圖形庫屏蔽了窗口管理系統(tǒng)的異構(gòu)性，這使得Wayland窗口管理系統(tǒng)對于Qt庫是“透明的”。

針對不同的Wayland模塊，Qt庫也提供了與之對應(yīng)的封裝。在Wayland窗口系統(tǒng)中，Compositor模塊向上層提供顯示服務(wù)，對于該模塊，Qt封裝了一層Qt－Compositor作為Qt－Lighthouse訪問Wayland Compositor的接口。顯示 信 息 傳 遞 到 Wayland－client模 塊 ，由 Qt－Lighthouse Wayland Plugin接口獲取，Qt應(yīng)用程序就可以利用Qt－Lighthouse Wayland Plugin的API獲取到顯示信息（如圖3所示）。

3.2 系統(tǒng)管理層（System Manager）的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)管理層的功能是管理運(yùn)行于WebKit環(huán)境之上的多個(gè)應(yīng)用程序及實(shí)現(xiàn)對各種資源的調(diào)度[4]。

應(yīng)用程序運(yùn)行在WebKit平臺(tái)之上，其資源的調(diào)用需要通過系統(tǒng)管理層。舉例來說，應(yīng)用程序需要打開位于硬盤里的某個(gè)文件，則需要向系統(tǒng)管理層發(fā)送請求，由其通知文件管理系統(tǒng)以打開文件。除了文件管理，進(jìn)程的管理、各種應(yīng)用程序間的通信都要通過系統(tǒng)管理層進(jìn)行[5]。系統(tǒng)管理層結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.3 網(wǎng)絡(luò)接入管理

網(wǎng)絡(luò)接入管理由位于系統(tǒng)管理層的Network Acess Manager模塊實(shí)現(xiàn)，其主要目的是為硬件廠商和內(nèi)容的提供方提供一個(gè)可以操作網(wǎng)絡(luò)接入方式的有效途徑。Net?work Acess Manager模塊將提供一個(gè)編程接口（SDK包），這樣，便可以通過二次開發(fā)，定義網(wǎng)絡(luò)接入方式、控制網(wǎng)絡(luò)訪問策略，從而對OTT業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)接入層面進(jìn)行管理。

在本文提出的架構(gòu)中，將提供一個(gè)Network Acess In?terface抽象類，提供了包括HTTP協(xié)議的get請求、post請求、是否接入網(wǎng)絡(luò)（Network Accessibility）等在內(nèi)的純虛函數(shù)。內(nèi)容提供方可以通過繼承此抽象類、重寫純虛函數(shù)的方法，按照自己的需求定制網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)的具體邏輯。而Network Acess Manager模塊提供的只是一種如何與本架構(gòu)進(jìn)行交互的“規(guī)范”。

3.4 對WebKit的擴(kuò)展

原生的WebKit內(nèi)核主要針對標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器進(jìn)行頁面解析及渲染，而針對在智能電視終端上開展的OTT業(yè)務(wù)，需要在其支持標(biāo)準(zhǔn)的HTML，CSS和JavaScirpt基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的擴(kuò)展開發(fā)[6]。

對WebKit的擴(kuò)展主要有兩個(gè)方面，一是擴(kuò)展WebKit從而形成針對智能電視的插件體系，二是擴(kuò)展JavaScript的執(zhí)行上下文（Execution Contexts）。插件的目的在于使WebKit的功能得以擴(kuò)充，完成對智能電視底層資源的調(diào)用。而對JavaScript執(zhí)行上下文的擴(kuò)展是實(shí)現(xiàn)JavaScript Encapsulation層的基礎(chǔ)[7]。

利用QwebPluginfactory類，可以定制開發(fā)構(gòu)建出基于QtWebKit的插件體系。通過這種方式，可以在WebKit內(nèi)核中嵌入用C++擴(kuò)展的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)本地應(yīng)用程序與基于Web的應(yīng)用程序交互。例如：可以用C++編寫存儲(chǔ)介質(zhì)中音視頻文件檢索及訪問的擴(kuò)展，通過插件的方式嵌入到智能電視內(nèi)核中，并通過JavaScript腳本與之進(jìn)行互操作，完成具體業(yè)務(wù)邏輯。以上思路的實(shí)現(xiàn)方法是，在QtWebKit提供的API中，向?yàn)g覽器對象模型（BOM）的根節(jié)點(diǎn)window添加擴(kuò)展對象，以該對象為橋梁，即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的C++模塊與JavaScript之間的互操作，流程如圖5所示。

4 結(jié)論

在三網(wǎng)融合及新媒體終端不斷涌現(xiàn)等多種因素的帶動(dòng)下，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)而形成的OTT業(yè)務(wù)以其形式多樣、內(nèi)容豐富、交互性強(qiáng)的特點(diǎn)，將成為下一代電視的發(fā)展方向。本文提出的以Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以WebKit內(nèi)核為核心，通過適當(dāng)擴(kuò)展而形成的智能電視架構(gòu)，因其開放性和可擴(kuò)展性，為OTT業(yè)務(wù)的開展提供了技術(shù)支撐。

與此同時(shí)，在本架構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮到了對內(nèi)容可管可控的要求，在網(wǎng)絡(luò)接入管理層提供了二次開發(fā)接口，以支持特定的網(wǎng)絡(luò)接入策略，保證內(nèi)容提供方在獲得監(jiān)管部門許可的情況下向用戶推送OTT業(yè)務(wù)。

希望中國OTT業(yè)務(wù)的開展與相關(guān)技術(shù)體系的發(fā)展能夠相互促進(jìn)，為推動(dòng)三網(wǎng)融合起到正向牽引作用。

[1]BERTIN E，CRESPI N，L’HOSTIS M.A few myths about Telco and OTT models[C]//Proc.the 15th International Conference on Intelli?gence in Next Generation Networks，2011.[S.l.]：IEEE Press，2011：6－10.

[2]Apple IOS、Android、WebOS系統(tǒng)體系架構(gòu)對比[EB/OL].[2012－03－03].http://my.oschina.net/zjhe223/blog/13070.

[3]HE Xiangzhen，WU Zhiqiang，MENG Xianghe，et al.Research into mobile learning based on WebOS[C]//Proc.2011 International Con?ference on Internet Technology and Applications（iTAP）.[S.l.]：IEEE Press，2011：1－3.

[4]VAHDAT A，ANDERSON T，DAHLIN M，et al.WebOS：operating system services for wide area applications[EB/OL].[2012－01－03].http://www.cs.berkeley.edu/～culler/papers/hpdc98.pdf.

[5]李陽，黃文明.IPTV中EPG模塊的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].電視技術(shù)，2011，35（21）：73－76.

[6]蔣章概，陳榕.基于CAR構(gòu)件的WebKit本地?cái)U(kuò)展策略[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，29（S2）:195－197.

[7]劉小衛(wèi)，何海洋.基于WebKit的數(shù)字電視終端軟件[J].中國數(shù)字電視，2011（9）：68－69.