手机电视终端架构分析

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本文中所讨论的手机电视终端是指基于无线广播方式的手机电视终端。这种终端集GSM/GPRS通信功能、移动电视接收播放功能及交互应用功能于一身，其复杂程度高于普通高端手机或智能手机。
  1 手机电视终端硬件结构
  图 1描述了手机电视终端的硬件结构框架。从图 1可以看到，整个手机电视终端的硬件可以分为3个部分：移动接收子系统、通信子系统和应用子系统。
                                                                                                                                       
图1 手机电视终端硬件结构图

1.1 移动接收子系统：
  移动接收子系统又可分为射频部分和基带部分。移动电视终端的射频部分主要元件为天线和RF Tuner。其中，RF Tuner必须涵盖较广的UHF频率范围，并输出OFDM基频信号。为满足功耗及小尺寸的需求，在设计上，传统的Canned Tuner并不可行，需采用Silicon Tuner或进一步运用直接转换的ZeroIF架构来降低元件数及功耗。基带部分的主要元件为Demodulator，它主要用来执行特定制式的手机电视信号的解调。
  通常移动接收子系统中的调谐和解调有两种实现方案：一种是两者是分离芯片，另一种是单芯片集成。在早期，为了迅速推出方案，抢占市场，一些厂商选择了分离方案。但随着时间推移，但芯片会成为逐步受到厂商青睐。
　　
1.2 通信子系统
  通信子系统主要完成GSM/GPRS通信功能，其硬件主要包括射频芯片、基带芯片、SIM卡、内存等。其结构与常规手机相同，因此不再赘述。
  1.3 应用子系统
  应用子系统主要包括应用处理器、内存、音频编解码器、LCD、图像传感其等部分。其中应用处理器是应用子系统中最核心的部分，音视频流的解码、业务控制等均需通过应用处理器来实现。并且上述的移动接收子系统、通信子系统，最后都得与终端设备中的应用处理平台整合，才能发挥其应有的效果。因此，手机电视终端要求应用处理器具有较强的处理能力。
　　
2 软件架构
  在手机电视终端的整个软件架构中，如果按照对应不同的网络来分类，终端软件可以分为三大部分。
  （1）广播网络部分：主要功能是获得加密码流，并对码流进行解扰解码等处理；
（2）移动网络部分：主要功能包括SG、鉴权、交互等功能；
（3）与网络无关部分：包括软件架构中的OS、总体控制和MMI等部分。
如果对软件从层次结构的角度来划分，手机电视终端软件分为如下层。
（1）应用层：主要包括MMI、节目播放、SG、交互、鉴权及总体控制等模块；
（2）协议层：主要包括各种通信协议：HTTP、TCP/IP、PPP等；
（3）硬件管理层：主要包括对手机电视芯片的驱动、OS中对系统硬件资源的管理以及针对SIM的AT指令扩展。
  以下对手机电视终端软件架构中的各重要组成部分进行介绍。
  操作系统：操作系统位于硬件平台之上，是整个软件系统的基础部分。目前手机电视终端操作系统多采用智能手机操作系统，例如Linux、Win Mobile或Symbian等操作系统。对手机电视芯片的驱动程序位于操作系统中，驱动程序一般随手机电视芯片一同提供。操作系统中还包含了TCP/IP、PPP等网络通信协议栈。
  驱动程序：驱动程序的主要功能是控制芯片手机电视接收芯片的工作，从芯片读取TS流。通常，驱动程序是针对某一款特定的手机电视芯片的，并且一般会在不同操作系统中有不同的版本。这类似于PC上的配件的驱动程序会分为for Linux、for Windows 2000、for Windows XP等不同版本。但通常情况下，驱动程序向上层所提供的接口是一致的。
  手机电视SDK：手机电视SDK是对手机电视芯片驱动所提供的接口和数据的进一步处理，以利于上层软件模块的调用。手机电视SDK的主要功能包括利用驱动提供的接口读取数据流，从驱动读取数据到应用程序的buffer，向上层提供数据访问的接口；转换驱动提供的控制接口，向上层提供控制接口。为了支持不同的硬件驱动，将不同驱动的控制接口转化为统一定义的控制接口，如切换频道，信号强度读取等。
  协议处理模块：协议处理模块主要完成对手机电视数据流的协议处理，分离出视频数据和拼音数据送给上层相应的解码器进行解码。
  视频解码：视频解码部分完成对视频数据的解码。
  音频解码：音频解码部分完成对音频数据的解码。
  在目前的很多手机电视终端方案中，由于采用了高性能的应用处理器，并且这些处理器往往针对多媒体处理进行过优化，因此很多终端方案都没有采用硬件协处理器进行音视频的解码，而是通过纯软件方式来实现音视频数据的解码。
  通信子系统软件：通信子系统软件是终端软件架构中相对独立的一部分，由通信子系统中的基带处理器运行，主要包括GSM/GPRS通信协议栈、SIM卡管理模块，以及电信业务管理。
  AT指令扩展模块：AT指令扩展（AT+）的主要功能是提供手机电视业务鉴权、密钥管理所需的SIM卡访问命令。
  SG功能模块：SG功能模块主要负责处理由移动网络下发的业务指南。通过对业务指南进行解析，终端应可以向用户显示有关节目信息，包括显示频道名称、节目名称、内容简介、开始时间、结束时间、付费标准等信息。业务指南基于XML数据格式定义。业务指南中，除了包含可以显示给用户的信息（频道信息、节目介绍、付费信息）以外，还包含了接收频道的方法（频点、频道编号等），以及交互所需要的信息（交互内容、时间提前量以及交互服务器地址）。终端可以方便地向用户展示用户需要的查看的信息，并且在需要播放相关频道和进行交互操作时候提供必要的技术参数。
  交互功能模块：交互模块主要负责手机电视节目中观众与节目的互动。手机电视业务与传统电视业务的最大区别就是可以非常方便地提供交互功能，这也是手机电视业务的亮点之一。交互业务提供与广播节目的相关信息，用户通过交互业务可以获取和节目内容相关的背景介绍信息、资料数据、参与投票、竞猜活动等。
  鉴权与密钥管理模块：鉴权技术是手机电视业务的核心功能之一，掌握鉴权技术也就意味着掌握了手机电视业务的主导权。中国移动通信研究院在结合3GPP相关标准的基础上提出了基于SIM/USIM卡的鉴权方案。鉴权与密钥管理模块的主要功能如下。
  （1）通过底层的通信协议、GPRS连接与核心网业务管理平台进行交互，进行用户鉴权认证并获得密钥信息；
（2）通过AT命令与SIM卡或USIM卡交换鉴权信息及密钥信息。SIM卡或USIM卡则负责完成相关的密钥运算。
  3 手机电视终端客户端的移植性
  手机电视终端上的播放器软件是手机电视业务的最前端，直接面向用户：向用户呈现电视节目、业务导航信息，并提供与用户的互动。在未来的手机电视商用阶段，终端将会由多个厂家提供。因此，不同型号、平台的手机电视终端能否提供风格一致的用户界面和操作流程，以及终端播放器软件能否快速的移植到新的硬件平台上都将影响的业务的推广和用户体验。
　　
以下我们将针对不同的情况来分析终端客户端软件的可移植性及提高可移植性的手段。
  3.1 跨硬件平台的移植性
  当手机电视的移动接收子系统的硬件发生改变时，和芯片相配套的驱动程序必然会发生变化，因此中间层的SDK需要重新开发。为了将底层硬件的变化对上层软件的影响降低到最小，有必要将中间层SDK向上层的接口进行统一和规范。这样当底层的硬件及驱动发生改变时，只需要重新开发SDK，并保持SDK向上层提供的接口不变，就能够最大程度的重用之前的软件模块。
  当手机软件的应用处理器芯片发生变化时，会引起操作系统、驱动程序等一系列的变化。如果只是操作系统版本的变化，则对上层软件的影响不会太大；如果是操作系统种类的变化，则牵扯到下面要讨论的跨操作系统的移植。
  3.2 跨操作系统的移植性
  在不同的操作系统中移植性将面临比较大的工作量，最主要的问题包括进程/线程管理机制、消息机制、开发环境和GUI上的差异。例如在Win Mobile中通常使用EVC作为开发工具，而在Linux中通常是GNU C。虽然同为C/C＋＋语言，但二者在库文件、程序控制机制方面存在较大差异，使得这种跨平台的移植或重用难度较大，很多模块的代码都要重写。再加上不同操作系统的界面风格、GUI资源也存在差别，因此界面部分也很难实现跨操作系统的重用。为了统一终端客户端软件的界面风格、控制流程，使用户能在不同终端上得到统一的用户感受，有必要对手机电视客户端的UI进行规范。
  3.3 AT命令差异
  为了满足鉴权与密钥管理的需要，需要对手机的AT命令集进行扩展。各厂家对AT命令的扩展通常都是在满足上层功能需求的基础上自行定义，虽然都能满足鉴权与密钥管理过程中对SIM卡的访问，但是各厂家对扩展命令集的定义存在差别。为了增强软件的兼容性和可移植性，我们认为有必要对AT命令扩展进行规范，统一各厂家的AT命令扩展。
  4 结束语
  通过本文以上的分析，我们可以看到手机电视终端的软硬件复杂程度高于普通高端手机或智能终端。为了能缩短终端的研发周期，加速业务的推广，并增强用户体验的一致性，有必要在现有规范体系的基础上，深入研究对终端软件架构，并详细规定终端软件的实现方式，并在必要时进行原型产品和验证性产品的开发。