tvos電視操作系統(tǒng)1.0正式發(fā)布，系統(tǒng)新增信息安全模塊，可加強用戶的信息安全保障，同時在市場化還可對電視機上的應(yīng)用進行可管可控，任何應(yīng)用安裝到電視機都可被廣電總局監(jiān)測調(diào)控，往后諸如網(wǎng)絡(luò)直播軟件可能將被直接封殺禁止！

tvos電視操作系統(tǒng)特色：

目前還沒有專門針對電視終端的操作系統(tǒng)，安卓和IOS系統(tǒng)針對電視的優(yōu)化還沒有完成。而在TVOS1.0系統(tǒng)中，增加了信息安全模塊，加強用戶的信息安全保障。

目前，智能電視操作系統(tǒng)90%使用安卓，但更多廠商并不認為安卓為電視而生。

TVOS 1.0天生就內(nèi)置數(shù)字電視基因，并考慮到跨平臺特性。TVOS的軟件架構(gòu)和基于安全芯片自底向上的安全框架，TVOS將支持智能人機交互。

Android和iOS只是在剛開始開發(fā)的時候應(yīng)用在智能終端上，無論哪種操作系統(tǒng)都是十分優(yōu)秀的。NGB TVOS完全兼容Android應(yīng)用，也將致力于建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。

TVOS1.0系統(tǒng)市場化后將對電視機上的應(yīng)用進行可管可控，有終端電視機企業(yè)擔心，未來智能電視靠應(yīng)用發(fā)展的速度將放緩。

NGB TVOS的軟件架構(gòu)及其主要技術(shù)特點：

我國廣播電視在向NGB邁進的征程中，實現(xiàn)接收終端的標準化和智能化是一項重要任務(wù)：只有實現(xiàn)終端的標準化，NGB全國互聯(lián)互通業(yè)務(wù)才能落地；只有實現(xiàn)終端的智能化，才能承載跨屏互動、多屏融合等NGB智能業(yè)務(wù)，滿足“4A”（注：“4A”是指Any Time、Any Where、Any Device、Any Content）需求，即用戶可在任何時間（Any Time）、任何地點（Any Where）、采用任何終端設(shè)備（Any Device）、接受任何內(nèi)容（Any Content）。

　　接收終端所謂的“智能化”，是指接收終端具有全開放式平臺，搭載了操作系統(tǒng)，除欣賞電視節(jié)目外，用戶還可自行安裝和卸載各類應(yīng)用軟件，持續(xù)對功能進行擴充和升級，以此不斷滿足個性化需求。接收終端的形態(tài)可以是一體機，也可以是外置的電視盒（即智能機頂盒），也可以是其它形態(tài)，實現(xiàn)接收終端的標準化和智能化關(guān)鍵不在于硬件平臺的統(tǒng)一和智能，而是其所搭載的核心軟件平臺，即操作系統(tǒng)。實現(xiàn)操作系統(tǒng)的標準化和智能化是解決問題的關(guān)鍵，實現(xiàn)符合NGB業(yè)務(wù)發(fā)展需求的智能電視操作系統(tǒng)（TVOS）對實現(xiàn)NGB具有重要戰(zhàn)略意義。

　　目前在智能電視領(lǐng)域試水的智能操作系統(tǒng)有iOS、Android、MeeGo、Tizen等，競爭力最強的當屬美國Google公司主導的Android操作系統(tǒng)。Android對智能手機領(lǐng)域的壟斷基本成為事實，無論是智能手機終端制造還是智能手機應(yīng)用開發(fā)，參與者眾多，圍繞Android的智能手機生態(tài)鏈逐漸成熟。在智能電視領(lǐng)域，目前已經(jīng)出現(xiàn)了多款基于Android深度定制的智能電視，例如小米電視、樂視互聯(lián)網(wǎng)電視等等。若智能電視被國外非可管可控的操作系統(tǒng)占領(lǐng)，操作系統(tǒng)內(nèi)核的安全無法保證，運行于其上的應(yīng)用不受管控，嚴重威脅國家的文化和信息安全，我國迫切需要自主、安全、可管可控的智能電視操作系統(tǒng)。

　　2012年3月，國家新聞出版廣電總局科技司組織科研院所、設(shè)備開發(fā)商、網(wǎng)絡(luò)運營商等17家單位成立了NGB TVOS合作開發(fā)組，開展NGB TVOS的研發(fā)工作，于2013年7月實現(xiàn)1.0版本的原型系統(tǒng)，目前正在版本穩(wěn)定測試過程中。

　　軟件架構(gòu)體現(xiàn)了一個軟件系統(tǒng)的設(shè)計思路和技術(shù)路線，撰寫本文對NGB TVOS的軟件架構(gòu)進行分析，對其技術(shù)特點進行總結(jié)，以便讀者能從總體上更好地了解NGB TVOS。

　　NGB TVOS應(yīng)滿足下列最基本的要求：

　　安全、可管可控；

　　標準化：支持NGB中間件標準和可下載CA（DCAS）標準定義的API；

　　開放架構(gòu)與高效應(yīng)用計算；

　　支持多硬件平臺：不同主芯片和外設(shè)芯片組合方案；

　　支持多種終端產(chǎn)品形態(tài)：數(shù)字電視機頂盒和一體機，互聯(lián)網(wǎng)電視機頂盒和一體機，數(shù)字電視+互聯(lián)網(wǎng)電視機頂盒和一體機等；

　　能夠有效利用和整合已有產(chǎn)業(yè)鏈資源：如已有的各種應(yīng)用程序資源，特別是Android下的各種應(yīng)用；

　　自主創(chuàng)新。

　　在此需求的導向下，NGB TVOS軟件架構(gòu)概要設(shè)計如所示。

圖1 NGB TVOS軟件架構(gòu)概要設(shè)計

　　NGB TVOS向上承載Java和HTML應(yīng)用，其軟件架構(gòu)按照功能層次從上到下分為五層：應(yīng)用框架層、執(zhí)行環(huán)境層、功能組件層、硬件抽象層（HAL，Hardware Abstract Layer）和Linux內(nèi)核層。

為了實現(xiàn)對系統(tǒng)稀缺資源的高效管理，NGB TVOS軟件架構(gòu)提出了一種資源管理框架，從上到下實現(xiàn)系統(tǒng)資源的全局高效管理；為了解決系統(tǒng)的安全問題，NGB TVOS軟件架構(gòu)提出了一種安全框架，從上到下實現(xiàn)系統(tǒng)安全的全局防控。

NGB TVOS軟件架構(gòu)詳細設(shè)計見圖2。

圖2  NGB TVOS軟件架構(gòu)詳細設(shè)計

　　本文按層次對NGB TVOS的架構(gòu)進行分析。

?。?）應(yīng)用框架層

　　所謂應(yīng)用框架是指對底層功能組件外露的能力的組合和封裝，簡化應(yīng)用程序?qū)Φ讓庸δ芙M件的調(diào)用，方便應(yīng)用程序開發(fā)。

　　NGB TVOS支持Java和Web應(yīng)用，因此同時提供了Java應(yīng)用框架和Web應(yīng)用框架：Java應(yīng)用框架是指底層功能組件外露的能力在Java空間的組合和封裝，以Java對象的形式存在，應(yīng)用程序通過調(diào)用Java對象的方法實現(xiàn)對底層功能組件的訪問；Web應(yīng)用框架是指底層功能組件外露的能力在Web空間的組合和封裝，以HTML標簽、JS對象等形式存在，應(yīng)用程序通過調(diào)用JS對象的方法實現(xiàn)對底層功能組件的訪問。

　　Java應(yīng)用框架向應(yīng)用程序顯露的API遵循GY/T 267-2012《下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）終端中間件技術(shù)規(guī)范》，簡稱NGB-J API。

　　Web應(yīng)用框架主要包括HTML 5.0標簽、JS 1.5對象和擴展JS對象。擴展JS對象遵循GY/T 267-2012《下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）終端中間件技術(shù)規(guī)范》，簡稱NGB-H JS對象。

　（2）執(zhí)行環(huán)境層

　　所謂執(zhí)行環(huán)境是指軟件代碼被解釋執(zhí)行的實時運行環(huán)境，NGB TVOS提供了Java和Web兩種應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境。

　　Java應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境用以解釋執(zhí)行Java字節(jié)碼，主要包括Java虛擬機和Java核心庫。NGB TVOS選用了開源的Dalvik虛擬機；為支持早期遵循J2ME規(guī)范開發(fā)的數(shù)字電視應(yīng)用，NGB TVOS改造了Java核心庫，實現(xiàn)了CDC 1.1.2（JSR 218）、FP 1.1.2（JSR 219）、PBP 1.1.2（JSR 217）等全部的J2ME庫。此Java應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境稱之為TVM（Television Virtual Machine），意即能支撐數(shù)字電視應(yīng)用的Java虛擬機環(huán)境。

　　Web應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境用以解釋執(zhí)行由HTML標簽、CSS標簽、JS腳本等組成的Web頁面，本質(zhì)上是一個Web瀏覽器。Web應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境的核心能力是由底層組件層WebKit組件提供的，由WebKit實現(xiàn)對標簽的解析，對Web頁面的排版布局，對JS腳本的解釋執(zhí)行等。

?。?）功能組件層

　　所謂功能組件是指功能相對獨立的軟件模塊，以系統(tǒng)后臺服務(wù)或靜態(tài)函數(shù)庫的形式存在。功能組件是NGB TVOS核心能力的實現(xiàn)者，全部以C/C++代碼實現(xiàn)，可以獲得比Java更高的運行效率，對機頂盒這類終端來說尤為重要。功能組件外露的能力通過應(yīng)用框架的組合和封裝暴露給應(yīng)用程序。

　　NGB TVOS提供的系統(tǒng)服務(wù)主要有DTV、DCAS、VOD、AV設(shè)置等與數(shù)字電視相關(guān)的服務(wù)，有窗口管理、事件管理、人機交互等基本GUI服務(wù)，有應(yīng)用管理、安裝包管理、內(nèi)容管理等系統(tǒng)服務(wù)。

　　NGB TVOS提供的靜態(tài)函數(shù)庫主要有SQLite、FreeType、SurfaceManager、WebKit等，均來自于開源項目。

?。?）硬件抽象層（HAL）

　　所謂硬件抽象層（HAL，Hardware Abstract Layer），是指對與硬件平臺相關(guān)部分進行抽象封裝，為上層提供統(tǒng)一的API，下層針對具體的軟硬件平臺進行適配，為TVOS跨平臺移植提供方便，主要對下列硬件部件進行HAL封裝：WiFi、USB、視頻解碼器、音頻解碼器、攝像頭、電源管理器、調(diào)諧解調(diào)器等。

　（5）Linux內(nèi)核層

　　Linux是一個開源開放的操作系統(tǒng)，采用Linux內(nèi)核則是智能電視終端操作系統(tǒng)開放性的基礎(chǔ)。Android基于Linux 2.6.x，其對Linux所做的改進已經(jīng)正式納入Linux的后續(xù)版本。NGB TVOS采用Linux 3.0.31作為基線版本,繼承沿用由Android所貢獻的改進之處，例如Binder機制。

　　NGB TVOS對Linux內(nèi)核進行了功能擴充和安全增強。

?。?）資源管理框架

　　所謂的“框架”是指一種統(tǒng)一的規(guī)則或規(guī)范。NGB TVOS制定了全局的資源管理框架，在每個軟件層都植入了資源管理模塊，任何部件都可按照此框架與資源管理模塊對接，實現(xiàn)系統(tǒng)資源的全局高效管理。

?。?）安全管理框架

　　NGB TVOS制定了全局的安全管理框架，在每個軟件層都植入了安全模塊，任何部件都可按照此框架與安全模塊對接，實現(xiàn)系統(tǒng)安全的全局防控。

　　從軟件架構(gòu)上分析，NGB TVOS與iOS、Android、MeeGo、Tizen等操作系統(tǒng)相比架構(gòu)上基本上趨同，但在具體軟件代碼實現(xiàn)上，NGB TVOS具備自己獨特的技術(shù)特點。

?。?）天生內(nèi)置支撐數(shù)字電視業(yè)務(wù)的“基因”

　　NGB TVOS天生就是為了支撐數(shù)字電視（DTV）業(yè)務(wù)。在如何支撐數(shù)字電視方面，不同的智能操作系統(tǒng)有著不同的做法，絕大多數(shù)都是將數(shù)字電視功能獨立在智能操作系統(tǒng)之外，而NGB TVOS將支撐數(shù)字電視的“基因”內(nèi)置于智能操作系統(tǒng)內(nèi)核中，較好地與智能操作系統(tǒng)融合在一起，成為智能操作系統(tǒng)不可或缺的組件。NGB TVOS的數(shù)字電視功能解決方案見圖3。

圖3 NGB TVOS的數(shù)字電視功能解決方案示意圖

　　NGB TVOS在Linux內(nèi)核層、組件層和應(yīng)用框架層都植入了支撐數(shù)字電視的“基因”，但主要能力是由組件層的DTV組件實現(xiàn)的。DTV組件的核心能力由服務(wù)端完成，對外顯露的能力通過客戶端提供，服務(wù)端和客戶端通過Linux內(nèi)核層的Binder驅(qū)動通信。DTV服務(wù)端通過HAL層訪問Linux內(nèi)核層的高頻頭和解復(fù)用器驅(qū)動。為便于Java應(yīng)用訪問DTV組件，在應(yīng)用框架層實現(xiàn)了DTV Java API，符合GY/T 267-2012標準；為便于Web應(yīng)用訪問DTV組件，在應(yīng)用框架層實現(xiàn)了DTV JS API，符合GY/T 267-2012標準。

?。?）支持DCAS，實現(xiàn)內(nèi)容保護的水平化

　　可下載CA系統(tǒng)（DCAS, Downloadable Conditional Access System）是一套完整的端到端業(yè)務(wù)保護系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)條件接收系統(tǒng)所有的授權(quán)控制和管理功能。接收終端可以通過DCAS用戶端軟件下載，實現(xiàn)在不同DCAS系統(tǒng)終端間的靈活切換，從而實現(xiàn)終端業(yè)務(wù)保護水平化。

　　NGB TVOS從最初的架構(gòu)設(shè)計就將對DCAS的支持考慮在內(nèi)，實現(xiàn)了CA組件，實現(xiàn)對DCAS和傳統(tǒng)CA的支持。

　（3）Java生態(tài)和Web生態(tài)并重的架構(gòu)設(shè)計

　　Java應(yīng)用側(cè)重于邏輯運算，Web應(yīng)用側(cè)重于信息呈現(xiàn)，各有千秋，NGB TVOS提供了支撐這兩種應(yīng)用的執(zhí)行環(huán)境。與Android不同的是，NGB TVOS提供了Java生態(tài)和Web生態(tài)并重的架構(gòu)設(shè)計，Web執(zhí)行環(huán)境的存在不依賴于Java環(huán)境。

　　Android的Web應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境解決方案如圖4所示。在Android中，Web瀏覽器采用Java語言開發(fā)，對WebKit組件的訪問通過Java應(yīng)用框架層的WebKit Java API，Web瀏覽器的運行依賴于Android的Java環(huán)境。

圖4 Android的Web執(zhí)行環(huán)境解決方案示意圖

　　NGB TVOS的Web應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境解決方案見圖5所示。在NGB TVOS中，Web瀏覽器直接采用原生C/C++語言開發(fā)，對WebKit組件的訪問直接通過C/C++接口，Web瀏覽器的運行與Java毫無關(guān)系。

圖5 NGB TVOS的Web執(zhí)行環(huán)境解決方案示意圖

　（4）TVM環(huán)境實現(xiàn)對J2ME應(yīng)用的支撐

　　NGB TVOS的Java應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境采用了與Android相同的Dalvik Java虛擬機，該虛擬機的實現(xiàn)目前是個開源項目。Dalvik虛擬機的優(yōu)點就是對Java字節(jié)碼的解釋執(zhí)行基于寄存器機制，耗內(nèi)存少，經(jīng)過優(yōu)化可在有限的內(nèi)存空間中同時運行多個虛擬機實例，使得每個Java應(yīng)用都運行在獨立的進程中，Java應(yīng)用的隔離性比較好，一個Java應(yīng)用崩潰不影響其它Java應(yīng)用正常運行。

　　然而早期廣電運營商部署的很多Java應(yīng)用都基于Sun J2ME規(guī)范，NGB中間件和DCAS標準也基于J2ME規(guī)范。J2ME應(yīng)用的執(zhí)行環(huán)境采用CVM虛擬機，Java字節(jié)碼的解釋執(zhí)行基于堆棧機制，內(nèi)存開銷大，只能運行一個Java虛擬機實例，所有Java應(yīng)用運行在同一個進程中，一個Java應(yīng)用一旦崩潰將導致其它Java應(yīng)用終止執(zhí)行。

　　NGB TVOS吸收了Dalvik虛擬機的優(yōu)點，同時為了保護運營商的前期投入，必須要讓Dalvik虛擬機能執(zhí)行基于J2ME規(guī)范的Java應(yīng)用。NGB TVOS實現(xiàn)了TVM（Television Virtual Machine），對Dalvik的核心Java庫進行改造，補充了J2ME PBP/FP/CDC庫；提供了轉(zhuǎn)換工具，可將J2ME .class文件轉(zhuǎn)成Dalvik .dex文件，可將J2ME .jar包轉(zhuǎn)換成.apk包；J2ME應(yīng)用的.jar包可預(yù)先在前端側(cè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換成.apk包，也可在終端側(cè)動態(tài)轉(zhuǎn)換成.apk包，最終dalvik虛擬機執(zhí)行的都是.dex文件。為保證對J2ME的最大的兼容性，建議在前端側(cè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換，待兼容測試通過后再上線部署。

?。?）Java應(yīng)用框架的“墊片”機制

　　為了發(fā)展壯大自己，初期NGB TVOS可利用目前大量存在的Android應(yīng)用，借勢發(fā)展壯大自己。對Android應(yīng)用的兼容是NGB TVOS發(fā)展的一種策略，而不是依賴。

　　NGB TVOS采用了一種“墊片”機制，實現(xiàn)了對Android應(yīng)用的兼容。若將來還需要兼容其它平臺的應(yīng)用，同樣可采用“墊片”機制實現(xiàn)兼容。墊片機制的原理如圖6所示。

圖6 NGB TVOS的“墊片”機制

　　所謂“墊片”是指保持底層功能組件的核心能力不變，為適應(yīng)不同平臺的需要，對功能組件的能力在Java應(yīng)用框架層重新組合和封裝，以實現(xiàn)對其它平臺的兼容支持，其技術(shù)原理可通過下面的例子說明。

　　舉例：NGB TVOS有圖形組件、窗口組件和消息組件等，全部是C/C++實現(xiàn)，為實現(xiàn)對J2ME AWT的支持，可將這些組件的能力按照J2ME規(guī)范封裝出AWT接口；保持這些圖形組件的能力不變，也可根據(jù)Android規(guī)范封裝成Android接口。

?。?）Java服務(wù)代碼采用C++重構(gòu)，提高運行效率

　　在智能電視這種大屏幕應(yīng)用場景中，應(yīng)用的執(zhí)行效率對用戶體驗的影響極大，為此對NGB TVOS新增加的功能組件直接采用C/C++語言實現(xiàn)，對從Android吸收引進過來的功能組件采用C/C++語言重構(gòu)。采用原生C/C++方式實現(xiàn)后臺服務(wù)組件，極大提升了NGB TVOS的運行效率。

　　NGB TVOS與Android等相比，具備Android的基本功能；圍繞TVOS，可以建立與Android一樣的生態(tài)系統(tǒng)；更由于天生就內(nèi)置了數(shù)字電視“基因”，是專門為廣電數(shù)字電視服務(wù)量身定做的一款操作系統(tǒng)，在接收直播數(shù)字電視服務(wù)的用戶體驗方面將會超過Android。

　　安裝NGB TVOS的智能電視接收終端將是現(xiàn)有數(shù)字電視機頂盒的升級替代。截止到2013年2月底，我國數(shù)字電視用戶數(shù)已達到1.4億戶，若逐步替換成安裝NGB TVOS的智能終端，無論是終端制造業(yè)，還是圍繞TVOS衍生的新型智能電視服務(wù)業(yè)，都將獲得巨大發(fā)展，可以有效促進數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的升級換代。

　　NGB TVOS是一款天生內(nèi)置了數(shù)字電視“基因”的操作系統(tǒng)，數(shù)字電視相關(guān)功能組件可與系統(tǒng)其它功能組件緊密耦合、協(xié)同高效工作；提出了“墊片”機制實現(xiàn)對其它平臺應(yīng)用的兼容，在軟件架構(gòu)上具有一定的開放性；提出了TVM這種Java應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境，應(yīng)用框架完整實現(xiàn)GY/T 267-2012《下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）終端中間件技術(shù)規(guī)范》，支持早期基于J2ME和NGB中間件規(guī)范的數(shù)字電視應(yīng)用，保護了運營商已有的業(yè)務(wù)部署和投資；功能組件全部采用C/C++方式實現(xiàn)，運行效率比Java方式高效。

在軟件架構(gòu)方面，NGB TVOS具有一定的創(chuàng)新性，但能否適應(yīng)市場需求頑強地存活下去，除了技術(shù)本身外，外圍生態(tài)圈的建設(shè)也很重要。從最初的方案設(shè)計到最終的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，NGB TVOS還有很長的路要走，期待NGB TVOS 1.0版本的早日發(fā)布。

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