留法博士 廖洪濤
　　編者按：廖洪濤于1986年到法國留學，1990年獲得博士學位。1995年加盟法國Canal+從事數字電視軟件的研發工作（后轉為Canal+ Technologies）。他是交互性極強的中間件系統Mediahighway的創史人和系統設計師，率先將java應用于數字電視嵌入式環境，并在世界上第一個成功地在數字電視機頂盒中實現了Java虛擬機，在歐洲專利局獲得了10項發明專利。廖洪濤參與了歐洲數字電視標準DVB-MHP標準的制定工作，且主持了MHP在Mediahighway中的實現工作。廖洪濤現已回國，力求與國內數字電視界同行一道開發出具有中國自主知識產權的數字電視系統。

前言

　　建立在MPEG-2傳輸與壓縮標準之上的數字電視從一開始就以其三大特征吸引著人們：高質量和高清楚度的圖象與立體聲的伴音以及各種數據。而數據的傳輸被廣泛利用，成為交互式電視的基礎。自法國在1996年4月率先在歐洲進行商業運營以來，數字電視業務相繼在世界各地象雨后春筍般不斷發展壯大。假如說豐富的內容、優質的聲音圖象是數字電視業務的基礎，那么交互式應用是為這種業務不斷擴展，使老用戶更忠誠、新用戶更踴躍的不可缺少的重要手段。

　　早期的交互式應用以為觀眾提供信息與資料為主，典型的應用為電子節目指南（EPG）。目前數字電視技術已進入了一個新的時代，它使得人們不但從技術上來重新審閱數字電視及其應用，更重要的是從用戶的需求及個性化和嶄新的市場發展角度來重新熟悉、發掘和使用數字電視這一技術。 本文簡單地描述一下數字電視交互式應用的發展及現狀，然后著重介紹以硬盤為基礎的新一代交互式應用的技術特征以及其市場發展前景。

數字電視交互式應用的發展及現狀

　　隨著數字電視技術走進平常百姓家里，它就伴隨著豐富的節目內容和實用而又布滿娛樂的交互式應用。交互式應用為電視用戶發掘節目內容提供了必要的手段。一個典型的交互式應用為電子節目指南（EPG），它能夠提供不同頻道在不同時間段上的節目內容，包括種類、內容簡介、播出時間等信息，還可以提供自動錄入磁帶，待機時自動喚醒等功能。

　　有數字電視節目而不提供準節目點播（NVOD）或付費收視（PPV）是不可想象的。因此每一個數字電視運營商在推出其數字電視業務時總是有NVOD服務的，否則他們寧可晚些時推出其數字電視業務。最好的情況當然是視頻點播服務（VOD），但在廣播（broadcast）的環境中由于帶寬的限制，真正意義上的“點播”是很難實現的。對大部分的電視用戶來說，準節目點播（NVOD）提供的服務已經足夠了。NVOD的特征是采用多個頻道，在定點定時重復播放，如每隔30分鐘播放一次，這就同點播差不多了。

　　交互式應用的最大好處就是為運營商帶來了新的收入增長點，這也是在數字電視運營不斷向前發展走向成熟而逐步熟悉到的。它主要表現在電子商務的概念運用到電視中，形成了沒有泡沫，簡單易行，深受歡迎的電視電子商務，或簡稱“電視商務”。有幾個典型的應用是屬于電視商務的，如電視購物、家庭銀行、股票信息及博彩等。電視購物程序將豐富的商品分類，并有簡易的文字和圖片介紹，觀眾可選擇他們所喜愛的商品，只要在遙控器上按幾下鍵，就可完成選購和交款的工作，且商品會在短時間內送上門來，大大地方便了人們的生活。家庭銀行能夠為觀眾提供銀行帳戶的查詢以及轉帳的工作，無須再到銀行柜臺前去排隊填表了，節省了時間。股票和博彩更是將人們與外面的世界緊密地聯系在一起，通過指頭一點便了解令人激動的股票行情，熱情投入到炒股大軍中，豈不是一大快樂？體育彩票是一項有益的活動，它既為國家創造利潤，也為自己帶來樂趣和收益（在運氣好時）。 一般的交互應用還有很多，如天氣預告、新聞與本地信息、交通狀況通報、與實時節目有關的信息及廣告等，多得不可勝數。總之這些應用都給運營商帶來了良好的品牌形象和較大的經濟效益，同時也大大的吸引新的電視用戶和使老用戶更加忠誠。

隨著科學技術的不斷發展，尤其是永久存儲介質（如硬盤等）價格的下降，在個人電腦PC機習以為常的硬盤正被用于數字電視機頂盒中，這不但為軟硬件的設計與開發提出了新的挑戰，也使得運營商從新的角度來發掘交互式應用的市場。

新一代交互式應用的技術特征

　　存儲設備（包括硬盤、內存等）是一種高技術產品，其容量的增加與價格的減低都是呈指數曲線變化，但這一變化趨勢不象處理器能力的增強和帶寬的增加這兩種數字技術的發展那么引起人們的注重。但它們是同樣重要。它將影響到數字產品的類型、新的服務以及新的商業模式。事實上，已有一些技術公司將高容量數字存儲設備（一般都在30G以上）用于數字電視機頂盒中，正在開發新的應用和服務。在下面的介紹中我們將這種本地數字存儲設備簡稱為硬盤。

　　假如只將高容量的硬盤當作一種簡單的存儲介質（如PC機的硬盤那樣），用作數字錄相機（Digital Recorder）， 那未免就有點目光短淺。基于這種存儲的新服務和業務正給消費者、廣告商、版權所有者、電視運營商及OEM技術供給商等帶來令人激動的機遇和新的收益。實際上，它能如此引起人們的重視，是因為有了它，數字電視機頂盒就變成了一個實實在在的“家庭媒體服務器（Home Media Server）”。


家庭媒體服務器的特征

完備的家庭媒體服務器具有下面的特征：

1. 大容量：它可存儲幾十小時甚至幾天的節目內容。

2. 非線性搜索：它象磁盤而非磁帶那樣能進行非線性搜索，快速尋找已存儲的資料，且能夠同時進行讀和寫，提供一邊觀看一邊錄的功能。

3. 支持“宏數據（Meta Data）”處理。這種數據用來描述一個節目或其中的一段，能夠將節目內容進行“聰明”的治理和分類。

4. 提供相應的用戶界面友好的軟件以便很輕易的找尋和播放已存儲的節目內容。

家庭媒體服務器的工作方式

　　由于能進行大容量的存儲，家庭媒體服務器或帶有硬盤的數字電視機頂盒被用來預先存儲大量的節目，以便電視用戶隨時觀看。

家庭媒體服務器主要有兩種工作方式：

1. 邊錄邊看正在播放的節目，即Time-Shifting功能

2. 定時下載并存儲非正在播放的節目，即Content Push

　　邊錄邊看（Time-Shifting）應該是這種新一代數字電視機頂盒的一項內置基本功能。由于有足夠的存儲空間，在電視用戶觀賞某一節目時，組成該節目的音視頻及數據流（MPEG-2 Streams）也自動地記錄了下來。這樣有兩種用途：

　　暫停觀看而不中斷。如正在觀看某一出色電影，可忽然電話響了，是一好朋友打來的，且長時間沒見面了，那自然要聊上一會兒。這樣可暫停觀看，而該電影從此時刻起所有的內容被自動記錄下來了。15分鐘或半個小時后，你可以從以前中斷的地方接著往下觀看。這樣既沒有耽誤你的電話，又不中斷節目的觀看。

　　隨意瀏覽其它頻道。有些人在觀看某個頻道時，其節目內容不錯，但又想知道其它的頻道在放什么。這時，Time-Shifting又可幫上大忙了：它可繼續記錄當前的頻道和播放的內容，而你可調節到其它的頻道上去，看看有什么更出色的節目。這樣可以在又回到原來的頻道上時接著當時暫停的地方繼續看下去。當然這種功能需要有2個調諧器（Tuner）。

　　邊錄邊觀看（Time-Shifting）并不是這種家庭媒體服務器機頂盒最誘人的功能。它最多給電視用戶帶來許多新的方便而已。它并不能帶來什么新的增值服務，就象EPG于第一代機頂盒一樣，為人們查找電視節目帶來方便。但并不是一個能帶來經濟效益的交互應用。

　　自然人們會想到利用新一代機頂盒的存儲功能，給電視用戶“靜靜地”送去許多新的內容。這些內容大致可以分為兩類：

1. 需付費才能收看的：如新電影、文檔資料等

2. 免費資料：這主要是一些廣告等資料

　　這些節目及資料可以通過這些用戶自己選擇， 根據他感愛好的內容在預定的時間， 當不需要看電視時（如深夜），通過網絡（衛星，有線網等）自動下載并存儲到電視用戶的機頂盒中。在用戶想觀看時，他選擇想觀看的內容，自動播放，并且提供（當然地）暫停、回放或快進等功能。這些節目的觀看可以是付費的，每觀看一次要付一定的費用。這樣“家庭媒體服務器”就變成了一種“本地視頻點播器（Local Video On Demand），從另一個角度來完成VOD的功能。

節目內容的存儲

　　可以想象，一旦家中有了一個大容量的數字存儲設備，其容量隨著技術的進步而越來越大，但其價格也越來越低，其可存儲的內容也就會越來越多。它包括加密的用于點播的付費節目（Pay-Per-View），也包括一些來源于某些運營商的節目，它們可能形成一個“虛擬頻道”，即有一個連續結構指向某服務器，而且一個電視用戶還可接收不同的運營商送來的節目，當然電視用戶也可存儲其個人資料，如相片等。當這種存儲的內容達到一定的數量時，那存儲設備就會分成不同的塊，形成一些不完整的部分。如何將這些復雜的內容向用戶展示，提供一個簡單的索引與目錄（Catalogue），是值得研究的。

服務器的技術難點

　　盡管大容量的存儲設備（如硬盤）在PC機環境下使用已經很多年了，但要保證它在數字電視機頂盒的環境下良好運行并不是那么輕易的。這主要的原因有二：

　　1. 機頂盒是一個實時工作環境。數據的讀取與存儲要求能滿足用戶的實時習慣：看電視是實時的，每秒要播放25幅圖像呢。而PC機則不是一個實時工作環境，因而對實時性要求不強。

　　2. 機頂盒的內存是有限的。一般為8M或16M，有些更少。而PC則至少需要64M，甚至128M或256M才能正常工作。

　　帶硬盤的機頂盒的技術難點主要在以下幾個方面：

　　1. 怎樣在存儲設備（硬盤）建立一個有效的、存取輕易的文件系統，以便滿足節目內容存取的實時性要求。　　2. 如何保證服務器能實時地接收從解復用模塊來的數據并把它再合成TS流而存儲到硬盤上。

　　3. 在存儲的同時，服務器如何能保證響應媒體播放器的要求，不斷地讀取數據并把它再送到MPEG-2解碼器，讓內容完整地播放出來，且可能同時有幾個媒體播放器在工作。

　　4. 如何對存儲的內容進行加擾，而在播放時再解擾，而如何保護節目內容供給商的版權以保護他們在新一代的數字電視機頂盒的交互式應用中獲取更多的利益。

　　這些技術難點主要都是在與存儲設備應用有關的軟件系統的設計與開發上。

節目內容版權的保護

　　電視節目和電影等的制作需要投入大量的人力物力。如何保護這些節目內容，使得制作者的權益不受侵犯。這便是硬盤機頂盒和以此為基礎的新一代交互應用是否有市場前景的要害問題。假如節目內容（如電影等）被下載存儲到機頂盒中，電視用戶可隨意觀看而不交任何費用，那內容提供商是不會樂意的，因而也就不會提供好的節目，運營商也就不能從中獲利。假如存儲的新電影每次再看都能收取一定的費用，且別人不可能盜版到其他的地方去，那將會給節目提供商和內容運營商帶來巨大的利益。 TV Anytime 專家組（TV Anytime Forum）對這個問題作了不少研究，提出了版權治理與保護系統的概念（Content Management and PRotection System，簡稱CMPS）。CMPS與數字電視機頂盒中的條件接收（Conditional access）系統緊密聯系，也與“家庭媒體服務器”直接相聯。 CMPS模塊的主要功能如下：


　　1. 當媒體服務器需要向硬盤文件系統寫文件時，它向CMPS模塊發出請求，CMPS獲取Bitstreams中的ECM信息并能通過Smart Card模塊實時地產生EMM。ECM和EMM信息通過再復用模塊與應該存儲的節目內容（如由Video/Audio PID指使的Bitstreams）一起再復用變成TS流，這個TS流就直接以文件的形式存在硬盤的文件系統中。

　　2. 當媒體播放器要播放用戶選擇的節目時，媒體服務器從硬盤文件系統中讀取相應的TS流文件，將TS流傳給解復用模塊，同時媒體服務器將相應的ECM/EMM信息傳給CMPS模塊。根據用戶的權限，CMPS又再將ECM/EMM送給Smart Card模塊。SC模塊將控制字解碼出來，通過服務器送給解擾模塊。這樣用戶就可以觀看播放的節目內容了。

　　根據不同的節目內容和不同的商業運營模式，可以采用不同的收視控制方式，如一個節目（一部電影）可答應觀看3次，還可以象PPV那樣提供一定時間的預覽等。所有這些信息都由CMPS提供治理。

市場需求猜測

　　目前數字家庭媒體服務器機頂盒市場并未大規模啟動。Tivo和Replay TV在美國推出了這一服務，但只用于模擬電視領域。但鑒于這種新一代機頂盒所能帶來的利益，可以認為它是有前途和生命力的。英國的Durlacher公司對帶硬盤的機頂盒將在歐洲市場的情況作了猜測。根據電視用戶對電視節目的喜好、數字電視增長的情況和硬盤存儲設備價格的下降，可以有兩種可能的情況：

　　1. 快速增長的情況

　　2. 慢速增長的情況

　　即使根據這個保守的估計，這種新一代機頂盒和新的交互式服務的市場發展也是令人鼓舞的。

未來展望與結論

　　目前已有一些公司在研究這種帶大容量存儲能力的數字電視機頂盒，Tivo和Replay TV是兩家在這一領域起步較早的公司，且他們已在美國市場上推出了這一服務（目前尚限于模擬電視領域）。

現在已知正在這一領域進行研究的公司有機頂盒的設計和制造商（如TMM、Nokia、PACE、EchoStar, SONY等），有數字電視系統技術開發商（如Canal+ Technologies 、 NDS 、Liberate, EnReach, Metabyte 等），也有一些運營商已推出了服務（如 AOL的AOL TV ），Microsoft 推出了具有PVR功能的UltimateTV。法國電視運營商 Canal+和Canal Satellite 正在集成和測試新一代機頂盒，預計在2002年9月正式推出與硬盤存儲器相關的服務。

　　毫無疑問，帶大容量存儲能力的硬盤數字電視機頂盒是數字電視技術發展的趨勢，它的使用必將給交互式應用無論從形式還是商業模式上都會帶來生氣和新的動力，為運營商和內容提供商帶來新的收入增長點和更大的經濟利益，也為電視用戶帶來豐富的節目內容和更多的娛樂。