高性能机顶盒

LOGO面向宽带网络的高端IP机顶盒关键技术研究与示范应用上海市科学技术委员会科研计划项目课题编号：07dz15008面向宽带网络的高端IP机顶盒关键技术研究与示范应用课题概述和进展情况考核指标完成情况经费使用情况项目小结和展望课题概述和进展情况123为数字家庭媒体中心及控制平台提供硬件基础，全面推动“三网融合”4变革传统的电视收看方式与盈利模式，促进电视产业的发展。提供终端设备，实现基于高性能宽带信息网络的高附加值互动增值业务通过互动增值业务示范，激发孕育互动业务的大量创意、制造及包装服务产业的兴起和发展本课题针对目前机顶盒普遍存在的问题，结合当前的需求，进行研究：总体目标一个具有视频硬件解码能力和较强计算能力的IP机顶盒硬件系统一个可支持快速启动、能实现对复杂浏览器支持的Linux操作系统一个包含功能强大的浏览器中间件系统，除音视频播放功能之外，还包含自动更新、远程管理、状态监管、智能人机交互等功能一套面向高端IP机顶盒的技术规范，包括硬件设备规范、中间件接口规范、测试规范等一批面向高端IP机顶盒示范应用，包括直播电视、点播电视、时移电视、可视电话、视频短信等业务，面向200个用户提供服务一个高端IP机顶盒的测试系统平台，实现对机顶盒的硬件系统、软件系统以及示范应用的测试完成一个可支持双向、互动新媒体业务功能（可视电话、远程教育、网络游戏）的高端机顶盒系统创新点机顶盒硬件系统不仅提供视频硬件解码能力，还提供一个1.5GHZ的兼容X86的CPU，可实现功能强大的计算，达到高性能机顶盒的功能要求。强大的浏览器中间件平台。对于IPTV机顶盒，除了提供播放器进行视频播放外，还会提供一个浏览器，以显示服务器推送的各种信息，支持双向互动的增值服务。课题概述和进展情况示范应用规范制定项目开发项目设计项目调研各家根据项目设计要求进行开发硬件部分，操作系统，浏览器中间件，测试平台的设计机顶盒硬件、操作系统、浏览器中间件需求调研实现系列的示范应用：•互动电视业务•视频电话业务•视频114业务•……….形成：2项规范文件项目调研--机顶盒硬件一个强大的浏览器中间件平台：基于VIA的X86解决方案1.5G的CPU视频解码芯片具备多类物理接口，即网络接口、音视频接口和红外遥控器接口自定义遥控器一个运算能力强的机顶盒：项目调研--机顶盒操作系统和浏览器中间件机顶盒浏览器中间件机顶盒操作系统具备快速启动，支持高端主流浏览器，文件系统家电化掉电保护等技术特征。操作系统快速启动包括系统底层核心的精简与适配，图形界面的快速启动以及应用软件的快速启动。浏览器的内核需要支持Linux，同时具备文件系统家电化掉电保护。应用系统采用B/S方式构架，开放标准，便于应用移植，减少增值服务提供商的进入技术门槛，同时通过终端系统的管理、安全等技术特色，实现这些应用的可靠商业运营。项目设计--总体架构机顶盒硬件系统系统层操作系统硬件驱动程序中间件层示范应用浏览器视频播放插件Java插件flash插件浏览器管理控制框架远程管理自动更新状态监管人机交互直播电视时移电视视频点播视频电话视频短信其他增值业务视频114项目设计--硬件部分•硬件核心主板的选择（VIAEPIAEX1500G）支持画中画，能实现高清播放•完成一个强大的、稳定的、开放的软件系统•完成机顶盒整体散热设计和遥控器重新设计工作以X86架构为基础，提供硬解码功能核心架构项目设计--操作系统•系统底层核心的精简与适配，图形界面的快速启动以及应用软件的快速启动•考虑浏览器对内核对Linux的支持能力，以及在渲染引擎、CSS、DOM、HTML、XHTML、DHTML、XML、JPG/PNG/GIF、SVG等方面的性能•稳定性：系统中任何操作不会导致文件系统的损坏重启设备可以正常工作。•可用性：各功能模块正常运行，•扩展性：系统可以方便的进行升级。操作系统快速启动支持复杂浏览器家电化掉电保护项目设计--浏览器中间件Gale浏览器Gale内核多窗口管理推送展现窗口导航菜单窗口浏览器主题窗口配置数据管理事件处理机制插件集系统资源管理JavaScriptAPI组件集采用：MozillaGecko，架构如下项目设计--测试平台机顶盒测试守护模块:通过事先设定的程序，模拟机顶盒用户的功能操作,实时获取运行参数的采样并将获取的运行参数信息，发送给后台的机顶盒测试分析模块。机顶盒测试分析模块:主要接收终端机顶盒测试守护模块发来的运行参数采样数据，并对数据进行统一的分析和分类统计。高性能机顶盒测试平台系统开发14长江集团中标软件宽带中心华师大复旦14机顶盒设备的生产，和测试平台的建设实现的机顶盒专用操作系统具备快速启动，支持现代复杂浏览器，文件系统家电化掉电保护等实现面向高端IP机顶盒的浏览器中间件系统完成机顶盒系统的自动更新、远程管理、机顶盒业务监测完成面向高端机顶盒的智能人机交互技术系统开发--长江集团(机顶盒）芯片组:VIACX700M2；处理器:VIAC71.5GHz；内存：512MDDR1内存硬盘：120G显卡：主板集成VIAUniChromeTMProII3D/2DAGP图形芯片和MPEG-2/4和WMV9视频译码加速器声卡：板载音效芯片VIAVT1708A高清晰频解码器遥控器：定制模具：设计、生产系统开发—长江集团（测试平台）利用研发的机顶盒硬件设备，通过安装操作系统、中间件平台，对机顶盒硬件在整个业务平台中的运行状况进行必要的测试。应用服务系统提供一套完整的业务运行测试环境，该环境中必须包含典型的IPTV应用模型。机顶盒测试系统在应用业务系统以及机顶盒硬件设备的基础上，对机顶盒的业务测试数据进行收集和分析，实现机顶盒业务性能的测试。测试系统主要包括机顶盒测试守护模块和机顶盒测试分析模块。系统开发--长江集团（测试平台）可对CPU、MEM、IO、CORE等指标进行实时监控（单项显示和综合显示），同时检测20台设备，最多显示其中10台设备的曲线系统开发—中标软件机顶盒操作系统系统由fc5迁移至国产中标linux4.0。内核采用2.6.20版本，2.6.20内核配置共分15大部分，根据项目需求，大量无用的硬件驱动代码被删除，硬件探测动作被精简，initrd文件系统被省略，kernel的bootlogo被美化。内核精简与适配重点保留以下模块ATA硬盘支持VIA网卡支持IPv4,IPv6网络支持ACPI支持Ext3,aufs,vfat,ntfs文件系统支持USB摄像头，移动硬盘等支持ALSA声卡支持系统开发—中标软件去除initrd；精简内核，只保留系统必需部分，加速内核启动；驱动模块编译进内核，减少系统搜索模块时间；使用readahead技术提前集中加载系统运行所需库等文件；使用aufs,tmpfs文件系统，使系统加载至内存运行，减少I/O时间；精简init启动脚本，只保留系统必需部分，加速系统进程启动速度；关闭所有系统服务，使用最快速的网络服务等进程启动脚本。系统启动加速定制系统开发—中标软件应用程序加速定制使用strace,ldd等工具分析X程序以及应用程序启动时启动时间瓶颈;分析Xserver，Xorg等启动时配置文件搜索路径,把配置文件等移至最先搜索路径,节省搜索时间;使用ldconfig,readahead等工具读取并保存应用程序启动所需文件路径等信息，方便程序索引；使用fc-cache工具生成字体文件索引,加速Xserver启动速度。经上述定制步骤，系统启动时间由1分钟以上大幅缩减至18秒左右。系统开发—中标软件系统启动部分定制前定制后内核启动10s6sInit启动24s3sX启动16s5s应用程序启动18s4s合计68s18s系统开发—中标软件定制文件系统特点：稳定性：系统中任何操作不会导致文件系统的损坏，特别是非正常断电操作。硬件正常的情况下，重启设备可以正常工作。可用性：系统的大小不受限制，各功能模块正常运行，硬件设备运行良好。扩展性：系统可以方便的进行升级。易维护：系统方便维护。系统开发—中标软件文件系统掉电保护系统开发—中标软件CompanyLogo系统开发---宽带中心调研开源浏览器内核MozillaGecko√WebKitKHTML…对Gecko内核的优化适应机顶盒环境内存使用优化CPU优化CompanyLogo系统开发---宽带中心利用XulRunner完成浏览器开发XulRunner本身就支持Gecko内核实现浏览器事件处理机制实现错误自恢复机制实现对遥控器的响应实现门户地址设置实现业务跳转机制浏览器插件机制（用JS来控制插件）支持VLC视频播放器支持FLASH9.0支持JAVAappletCompanyLogo基于浏览器中间件的示范应用开发直播电视业务视频点播业务视频电话业务视频短信业务视频导航业务（114）其它SP提供的业务接入虚拟世博卡通部落…系统开发---宽带中心系统开发---华师大利用FTP服务器，实现机顶盒的自动更新机制。机顶盒在启动时，将检查FTP服务器上是否有新的版本存在，如果存在，则从服务器端将新版本下载并对系统进行更新，完成更新后机顶盒将自动启动，启用新的版本版本维护终端版本服务器STB1STB2STB3STBn自动更新系统开发---华师大在机顶盒端植入一个轻量级的Web服务器系统，利用该Web服务器，使得操作员可以利用浏览器远程登录进入机顶盒，对机顶盒的网络连接方式等进行配置，并获取机顶盒当前的状态（内存、CPU、温度、硬盘等）。机顶盒HTTP服务器组件软件信息监测模块硬件信息监测模块动态截图模块IP地址配置模块PPPOE配置模块Web控制台模块远程管理人员Web浏览器远程管理系统开发---华师大机顶盒与服务器端之间的WebService接口，将当前机顶盒中运行的业务状态汇报给服务器，以通知后台，当前机顶盒在运行状态。业务监管系统开发---复旦大学研究目标研究智能语音交互核心技术与算法，研制能走入家庭，具有实用价值的核心算法；在核心算法基础上，在高性能机顶盒上研制智能语音交互子系统，并部署在总课题高性能机顶盒上；系统开发---复旦大学智能语音交互系统架构系统开发---复旦大学系统开发---复旦大学突出特色：能适应各种口音、各种语言：与传统从语音文本决策不同，本算法根据对语音波形完成交互功能；训练过程简单：用户无需专业知识，几秒钟之内就可以完成语音训练过程，使系统更加具有实用性；在线学习功能：算法采用在线增量式学习方式，使学习速度大大加快；规范制定硬件设备技术要求本技术要求就是初步规定了高性能机顶盒的各项技术要求和测试要求，指导生产厂家进行整机研发和测试。本技术要求主要涵盖了以下内容：基本配置要求：如随机存储器，永久存储器（硬盘）的容量及外接设备的规格等；硬件接口要求：如网络接口、音视频接口和红外遥控器接口及辅助接口等；安全/EMC要求：规定高性能机顶盒的各项安全指标和电气性能指标；各项测试的要求和方法。中间件接口规范本规范提供了开发业务相关的接口，用于指导运营商、增值业务提供商等开发互动业务本规范主要涵盖了如下内容：中间件的相关基础信息；浏览器的入口配置方法及菜单制作方法等。业务页面的分辨率大小、色彩选择等；浏览器所支持的字体集，以及推荐字体等。视频播放器的调用方法；FLASH的调用方法。JavaPlugin的调用方法；其他相关调用接口等。示范应用互动电视业务利用高端IP机顶盒，实现了互动电视业务，包括直播电视、高清电视、视频点播、时移电视等基础业务。示范应用视频电话业务用户A向用户B发起通话请求后，服务器查看用户B状态，若用户B在线，系统将请求通话消息推送给用户B。用户B收到通话请求，同意通话，用户A,B,服务器3方连接建立。机顶盒利用摄像头和话筒，实现对视频和音频进行采样和编码，将视频流和音频流发送给服务器。服务器将流转发给正在通话的另一用户，机顶盒将流解码后，显示在终端上。示范应用视频短信业务通过高带宽的区域信息