tvos電視操作系統1.0正式發布，系統新增信息安全模塊，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用進行可管可控，任何應用安裝到電視機都可被廣電總局監測調控，往后諸如網絡直播軟件可能將被直接封殺禁止！

tvos電視操作系統特色：

目前還沒有專門針對電視終端的操作系統，安卓和IOS系統針對電視的優化還沒有完成。而在TVOS1.0系統中，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天生就內置數字電視基因，并考慮到跨平臺特性。TVOS的軟件架構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只是在剛開始開發的時候應用在智能終端上，無論哪種操作系統都是十分優秀的。NGB TVOS完全兼容Android應用，也將致力于建設可持續發展的生態系統。

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

NGB TVOS的軟件架構及其主要技術特點：

我國廣播電視在向NGB邁進的征程中，實現接收終端的標準化和智能化是一項重要任務：只有實現終端的標準化，NGB全國互聯互通業務才能落地；只有實現終端的智能化，才能承載跨屏互動、多屏融合等NGB智能業務，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）、采用任何終端設備（Any Device）、接受任何內容（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，除欣賞電視節目外，用戶還可自行安裝和卸載各類應用軟件，持續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，實現接收終端的標準化和智能化關鍵不在于硬件平臺的統一和智能，而是其所搭載的核心軟件平臺，即操作系統。實現操作系統的標準化和智能化是解決問題的關鍵，實現符合NGB業務發展需求的智能電視操作系統（TVOS）對實現NGB具有重要戰略意義。

　　目前在智能電視領域試水的智能操作系統有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。Android對智能手機領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用開發，參與者眾多，圍繞Android的智能手機生態鏈逐漸成熟。在智能電視領域，目前已經出現了多款基于Android深度定制的智能電視，例如小米電視、樂視互聯網電視等等。若智能電視被國外非可管可控的操作系統占領，操作系統內核的安全無法保證，運行于其上的應用不受管控，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。

　　2012年3月，國家新聞出版廣電總局科技司組織科研院所、設備開發商、網絡運營商等17家單位成立了NGB TVOS合作開發組，開展NGB TVOS的研發工作，于2013年7月實現1.0版本的原型系統，目前正在版本穩定測試過程中。

　　軟件架構體現了一個軟件系統的設計思路和技術路線，撰寫本文對NGB TVOS的軟件架構進行分析，對其技術特點進行總結，以便讀者能從總體上更好地了解NGB TVOS。

　　NGB TVOS應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；

　　開放架構與高效應用計算；

　　支持多硬件平臺：不同主芯片和外設芯片組合方案；

　　支持多種終端產品形態：數字電視機頂盒和一體機，互聯網電視機頂盒和一體機，數字電視+互聯網電視機頂盒和一體機等；

　　能夠有效利用和整合已有產業鏈資源：如已有的各種應用程序資源，特別是Android下的各種應用；

　　自主創新。

　　在此需求的導向下，NGB TVOS軟件架構概要設計如所示。

圖1 NGB TVOS軟件架構概要設計

　　NGB TVOS向上承載Java和HTML應用，其軟件架構按照功能層次從上到下分為五層：應用框架層、執行環境層、功能組件層、硬件抽象層（HAL，Hardware Abstract Layer）和Linux內核層。

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

NGB TVOS軟件架構詳細設計見圖2。

圖2  NGB TVOS軟件架構詳細設計

　　本文按層次對NGB TVOS的架構進行分析。

　（1）應用框架層

　　所謂應用框架是指對底層功能組件外露的能力的組合和封裝，簡化應用程序對底層功能組件的調用，方便應用程序開發。

　　NGB TVOS支持Java和Web應用，因此同時提供了Java應用框架和Web應用框架：Java應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，應用程序通過調用Java對象的方法實現對底層功能組件的訪問；Web應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，應用程序通過調用JS對象的方法實現對底層功能組件的訪問。

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

　　Web應用框架主要包括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（NGB）終端中間件技術規范》，簡稱NGB-H JS對象。

　（2）執行環境層

　　所謂執行環境是指軟件代碼被解釋執行的實時運行環境，NGB TVOS提供了Java和Web兩種應用執行環境。

　　Java應用執行環境用以解釋執行Java字節碼，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規范開發的數字電視應用，NGB TVOS改造了Java核心庫，實現了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應用執行環境稱之為TVM（Television Virtual Machine），意即能支撐數字電視應用的Java虛擬機環境。

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

　（3）功能組件層

　　所謂功能組件是指功能相對獨立的軟件模塊，以系統后臺服務或靜態函數庫的形式存在。功能組件是NGB TVOS核心能力的實現者，全部以C/C++代碼實現，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用框架的組合和封裝暴露給應用程序。

　　NGB TVOS提供的系統服務主要有DTV、DCAS、VOD、AV設置等與數字電視相關的服務，有窗口管理、事件管理、人機交互等基本GUI服務，有應用管理、安裝包管理、內容管理等系統服務。

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

　（4）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部分進行抽象封裝，為上層提供統一的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、調諧解調器等。

　（5）Linux內核層

　　Linux是一個開源開放的操作系統，采用Linux內核則是智能電視終端操作系統開放性的基礎。Android基于Linux 2.6.x，其對Linux所做的改進已經正式納入Linux的后續版本。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內核進行了功能擴充和安全增強。

　（6）資源管理框架

　　所謂的“框架”是指一種統一的規則或規范。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，實現系統資源的全局高效管理。

　（7）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，實現系統安全的全局防控。

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

　（1）天生內置支撐數字電視業務的“基因”

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

圖3 NGB TVOS的數字電視功能解決方案示意圖

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

　（2）支持DCAS，實現內容保護的水平化

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

　　NGB TVOS從最初的架構設計就將對DCAS的支持考慮在內，實現了CA組件，實現對DCAS和傳統CA的支持。

　（3）Java生態和Web生態并重的架構設計

　　Java應用側重于邏輯運算，Web應用側重于信息呈現，各有千秋，NGB TVOS提供了支撐這兩種應用的執行環境。與Android不同的是，NGB TVOS提供了Java生態和Web生態并重的架構設計，Web執行環境的存在不依賴于Java環境。

　　Android的Web應用執行環境解決方案如圖4所示。在Android中，Web瀏覽器采用Java語言開發，對WebKit組件的訪問通過Java應用框架層的WebKit Java API，Web瀏覽器的運行依賴于Android的Java環境。

圖4 Android的Web執行環境解決方案示意圖

　　NGB TVOS的Web應用執行環境解決方案見圖5所示。在NGB TVOS中，Web瀏覽器直接采用原生C/C++語言開發，對WebKit組件的訪問直接通過C/C++接口，Web瀏覽器的運行與Java毫無關系。

圖5 NGB TVOS的Web執行環境解決方案示意圖

　（4）TVM環境實現對J2ME應用的支撐

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

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

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

　（5）Java應用框架的“墊片”機制

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

　　NGB TVOS采用了一種“墊片”機制，實現了對Android應用的兼容。若將來還需要兼容其它平臺的應用，同樣可采用“墊片”機制實現兼容。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，為適應不同平臺的需要，對功能組件的能力在Java應用框架層重新組合和封裝，以實現對其它平臺的兼容支持，其技術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，為實現對J2ME AWT的支持，可將這些組件的能力按照J2ME規范封裝出AWT接口；保持這些圖形組件的能力不變，也可根據Android規范封裝成Android接口。

　（6）Java服務代碼采用C++重構，提高運行效率

　　在智能電視這種大屏幕應用場景中，應用的執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，對從Android吸收引進過來的功能組件采用C/C++語言重構。采用原生C/C++方式實現后臺服務組件，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一樣的生態系統；更由于天生就內置了數字電視“基因”，是專門為廣電數字電視服務量身定做的一款操作系統，在接收直播數字電視服務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有數字電視機頂盒的升級替代。截止到2013年2月底，我國數字電視用戶數已達到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，還是圍繞TVOS衍生的新型智能電視服務業，都將獲得巨大發展，可以有效促進數字電視產業的升級換代。

　　NGB TVOS是一款天生內置了數字電視“基因”的操作系統，數字電視相關功能組件可與系統其它功能組件緊密耦合、協同高效工作；提出了“墊片”機制實現對其它平臺應用的兼容，在軟件架構上具有一定的開放性；提出了TVM這種Java應用執行環境，應用框架完整實現GY/T 267-2012《下一代廣播電視網（NGB）終端中間件技術規范》，支持早期基于J2ME和NGB中間件規范的數字電視應用，保護了運營商已有的業務部署和投資；功能組件全部采用C/C++方式實現，運行效率比Java方式高效。

在軟件架構方面，NGB TVOS具有一定的創新性，但能否適應市場需求頑強地存活下去，除了技術本身外，外圍生態圈的建設也很重要。從最初的方案設計到最終的產業化應用，NGB TVOS還有很長的路要走，期待NGB TVOS 1.0版本的早日發布。