tvos电视操作系统介绍以及下载

tvos电视操作系统1.0正式发布，系统新增信息安全模块，可加强用户的信息安全保障，同时在市场化还可对电视机上的应用进行可管可控，任何应用安装到电视机都可被广电总局监测调控，往后诸如网络直播软件可能将被直接封杀禁止！

目前还没有专门针对电视终端的操作系统，安卓和IOS系统针对电视的优化还没有完成。而在TVOS1.0系统中，增加了信息安全模块，加强用户的信息安全保障。

目前，智能电视操作系统90%使用安卓，但更多厂商并不认为安卓为电视而生。

TVOS 1.0天生就内置数字电视基因，并考虑到跨平台特性。TVOS的软件架构和基于安全芯片自底向上的安全框架，TVOS将支持智能人机交互。

Android和iOS只是在刚开始开发的时候应用在智能终端上，无论哪种操作系统都是十分优秀的。NGB TVOS完全兼容Android应用，也将致力于建设可持续发展的生态系统。

TVOS1.0系统市场化后将对电视机上的应用进行可管可控，有终端电视机企业担心，未来智能电视靠应用发展的速度将放缓。

我国广播电视在向NGB迈进的征程中，实现接收终端的标准化和智能化是一项重要任务：只有实现终端的标准化，NGB全国互联互通业务才能落地；只有实现终端的智能化，才能承载跨屏互动、多屏融合等NGB智能业务，满足“4A”（注：“4A”是指Any Time、Any Where、Any Device、Any Content）需求，即用户可在任何时间（Any Time）、任何地点（Any Where）、采用任何终端设备（Any Device）、接受任何内容（Any Content）。

接收终端所谓的“智能化”，是指接收终端具有全开放式平台，搭载了操作系统，除欣赏电视节目外，用户还可自行安装和卸载各类应用软件，持续对功能进行扩充和升级，以此不断满足个性化需求。接收终端的形态可以是一体机，也可以是外置的电视盒（即智能机顶盒），也可以是其它形态，实现接收终端的标准化和智能化关键不在于硬件平台的统一和智能，而是其所搭载的核心软件平台，即操作系统。实现操作系统的标准化和智能化是解决问题的关键，实现符合NGB业务发展需求的智能电视操作系统（TVOS）对实现NGB具有重要战略意义。

目前在智能电视领域试水的智能操作系统有iOS、Android、MeeGo、Tizen等，竞争力最强的当属美国Google公司主导的Android操作系统。Android对智能手机领域的垄断基本成为事实，无论是智能手机终端制造还是智能手机应用开发，参与者众多，围绕Android的智能手机生态链逐渐成熟。在智能电视领域，目前已经出现了多款基于Android深度定制的智能电视，例如小米电视、乐视互联网电视等等。若智能电视被国外非可管可控的操作系统占领，操作系统内核的安全无法保证，运行于其上的应用不受管控，严重威胁国家的文化和信息安全，我国迫切需要自主、安全、可管可控的智能电视操作系统。

2012年3月，国家新闻出版广电总局科技司组织科研院所、设备开发商、网络运营商等17家单位成立了NGB TVOS合作开发组，开展NGB TVOS的研发工作，于2013年7月实现1.0版本的原型系统，目前正在版本稳定测试过程中。

软件架构体现了一个软件系统的设计思路和技术路线，撰写本文对NGB TVOS的软件架构进行分析，对其技术特点进行总结，以便读者能从总体上更好地了解NGB TVOS。

NGB TVOS应满足下列最基本的要求：

安全、可管可控；

标准化：支持NGB中间件标准和可下载CA（DCAS）标准定义的API；

开放架构与高效应用计算；

支持多硬件平台：不同主芯片和外设芯片组合方案；

支持多种终端产品形态：数字电视机顶盒和一体机，互联网电视机顶盒和一体机，数字电视+互联网电视机顶盒和一体机等；

能够有效利用和整合已有产业链资源：如已有的各种应用程序资源，特别是Android下的各种应用；

自主创新。

在此需求的导向下，NGB TVOS软件架构概要设计如所示。

图1 NGB TVOS软件架构概要设计

NGB TVOS向上承载Java和HTML应用，其软件架构按照功能层次从上到下分为五层：应用框架层、执行环境层、功能组件层、硬件抽象层（HAL，Hardware Abstract Layer）和Linux内核层。

为了实现对系统稀缺资源的高效管理，NGB TVOS软件架构提出了一种资源管理框架，从上到下实现系统资源的全局高效管理；为了解决系统的安全问题，NGB TVOS软件架构提出了一种安全框架，从上到下实现系统安全的全局防控。

NGB TVOS软件架构详细设计见图2。

图2 NGB TVOS软件架构详细设计

本文按层次对NGB TVOS的架构进行分析。

（1）应用框架层

所谓应用框架是指对底层功能组件外露的能力的组合和封装，简化应用程序对底层功能组件的调用，方便应用程序开发。

NGB TVOS支持Java和Web应用，因此同时提供了Java应用框架和Web应用框架：Java应用框架是指底层功能组件外露的能力在Java空间的组合和封装，以Java对象的形式存在，应用程序通过调用Java对象的方法实现对底层功能组件的访问；Web应用框架是指底层功能组件外露的能力在Web空间的组合和封装，以HTML标签、JS对象等形式存在，应用程序通过调用JS对象的方法实现对底层功能组件的访问。

Java应用框架向应用程序显露的API遵循GY/T 267-2012《下一代广播电视网（NGB）终端中间件技术规范》，简称NGB-J API。

Web应用框架主要包括HTML 5.0标签、JS 1.5对象和扩展JS对象。扩展JS对象遵循GY/T 267-2012《下一代广播电视网（NGB）终端中间件技术规范》，简称NGB-H JS对象。

（2）执行环境层

所谓执行环境是指软件代码被解释执行的实时运行环境，NGB TVOS提供了Java和Web两种应用执行环境。

Java应用执行环境用以解释执行Java字节码，主要包括Java虚拟机和Java核心库。NGB TVOS选用了开源的Dalvik虚拟机；为支持早期遵循J2ME规范开发的数字电视应用，NGB TVOS改造了Java核心库，实现了CDC 1.1.2（JSR 218）、FP 1.1.2（JSR 219）、PBP 1.1.2（JSR 217）等全部的J2ME库。此Java应用执行环境称之为TVM（Television Virtual Machine），意即能支撑数字电视应用的Java虚拟机环境。

Web应用执行环境用以解释执行由HTML标签、CSS标签、JS脚本等组成的Web页面，本质上是一个Web浏览器。Web应用执行环境的核心能力是由底层组件层WebKit组件提供的，由WebKit实现对标签的解析，对Web页面的排版布局，对JS脚本的解释执行等。

（3）功能组件层

所谓功能组件是指功能相对独立的软件模块，以系统后台服务或静态函数库的形式存在。功能组件是NGB TVOS核心能力的实现者，全部以C/C++代码实现，可以获得比Java更高的运行效率，对机顶盒这类终端来说尤为重要。功能组件外露的能力通过应用框架的组合和封装暴露给应用程序。

NGB TVOS提供的系统服务主要有DTV、DCAS、VOD、AV设置等与数字电视相关的服务，有窗口管理、事件管理、人机交互等基本GUI服务，有应用管理、安装包管理、内容管理等系统服务。

NGB TVOS提供的静态函数库主要有SQLite、FreeType、SurfaceManager、WebKit等，均来自于开源项目。

（4）硬件抽象层（HAL）

所谓硬件抽象层（HAL，Hardware Abstract Layer），是指对与硬件平台相关部分进行抽象封装，为上层提供统一的API，下层针对具体的软硬件平台进行适配，为TVOS跨平台移植提供方便，主要对下列硬件部件进行HAL封装：WiFi、USB、视频解码器、音频解码器、摄像头、电源管理器、调谐解调器等。

（5）Linux内核层

Linux是一个开源开放的操作系统，采用Linux内核则是智能电视终端操作系统开放性的基础。Android基于Linux 2.6.x，其对Linux所做的改进已经正式纳入Linux的后续版本。NGB TVOS采用Linux 3.0.31作为基线版本,继承沿用由Android所贡献的改进之处，例如Binder机制。

NGB TVOS对Linux内核进行了功能扩充和安全增强。

（6）资源管理框架

所谓的“框架”是指一种统一的规则或规范。NGB TVOS制定了全局的资源管理框架，在每个软件层都植入了资源管理模块，任何部件都可按照此框架与资源管理模块对接，实现系统资源的全局高效管理。

（7）安全管理框架

NGB TVOS制定了全局的安全管理框架，在每个软件层都植入了安全模块，任何部件都可按照此框架与安全模块对接，实现系统安全的全局防控。

从软件架构上分析，NGB TVOS与iOS、Android、MeeGo、Tizen等操作系统相比架构上基本上趋同，但在具体软件代码实现上，NGB TVOS具备自己独特的技术特点。

（1）天生内置支撑数字电视业务的“基因”

NGB TVOS天生就是为了支撑数字电视（DTV）业务。在如何支撑数字电视方面，不同的智能操作系统有着不同的做法，绝大多数都是将数字电视功能独立在智能操作系统之外，而NGB TVOS将支撑数字电视的“基因”内置于智能操作系统内核中，较好地与智能操作系统融合在一起，成为智能操作系统不可或缺的组件。NGB TVOS的数字电视功能解决方案见图3。

图3 NGB TVOS的数字电视功能解决方案示意图

NGB TVOS在Linux内核层、组件层和应用框架层都植入了支撑数字电视的“基因”，但主要能力是由组件层的DTV组件实现的。DTV组件的核心能力由服务端完成，对外显露的能力通过客户端提供，服务端和客户端通过Linux内核层的Binder驱动通信。DTV服务端通过HAL层访问Linux内核层的高频头和解复用器驱动。为便于Java应用访问DTV组件，在应用框架层实现了DTV Java API，符合GY/T 267-2012标准；为便于Web应用访问DTV组件，在应用框架层实现了DTV JS API，符合GY/T 267-2012标准。

（2）支持DCAS，实现内容保护的水平化

可下载CA系统（DCAS, Downloadable Conditional Access System）是一套完整的端到端业务保护系统，具有传统条件接收系统所有的授权控制和管理功能。接收终端可以通过DCAS用户端软件下载，实现在不同DCAS系统终端间的灵活切换，从而实现终端业务保护水平化。

NGB TVOS从最初的架构设计就将对DCAS的支持考虑在内，实现了CA组件，实现对DCAS和传统CA的支持。

（3）Java生态和Web生态并重的架构设计

Java应用侧重于逻辑运算，Web应用侧重于信息呈现，各有千秋，NGB TVOS提供了支撑这两种应用的执行环境。与Android不同的是，NGB TVOS提供了Java生态和Web生态并重的架构设计，Web执行环境的存在不依赖于Java环境。

Android的Web应用执行环境解决方案如图4所示。在Android中，Web浏览器采用Java语言开发，对WebKit组件的访问通过Java应用框架层的WebKit Java API，Web浏览器的运行依赖于Android的Java环境。

图4 Android的Web执行环境解决方案示意图

NGB TVOS的Web应用执行环境解决方案见图5所示。在NGB TVOS中，Web浏览器直接采用原生C/C++语言开发，对WebKit组件的访问直接通过C/C++接口，Web浏览器的运行与Java毫无关系。

图5 NGB TVOS的Web执行环境解决方案示意图

（4）TVM环境实现对J2ME应用的支撑

NGB TVOS的Java应用执行环境采用了与Android相同的Dalvik Java虚拟机，该虚拟机的实现目前是个开源项目。Dalvik虚拟机的优点就是对Java字节码的解释执行基于寄存器机制，耗内存少，经过优化可在有限的内存空间中同时运行多个虚拟机实例，使得每个Java应用都运行在独立的进程中，Java应用的隔离性比较好，一个Java应用崩溃不影响其它Java应用正常运行。

然而早期广电运营商部署的很多Java应用都基于Sun J2ME规范，NGB中间件和DCAS标准也基于J2ME规范。J2ME应用的执行环境采用CVM虚拟机，Java字节码的解释执行基于堆栈机制，内存开销大，只能运行一个Java虚拟机实例，所有Java应用运行在同一个进程中，一个Java应用一旦崩溃将导致其它Java应用终止执行。

NGB TVOS吸收了Dalvik虚拟机的优点，同时为了保护运营商的前期投入，必须要让Dalvik虚拟机能执行基于J2ME规范的Java应用。NGB TVOS实现了TVM（Television Virtual Machine），对Dalvik的核心Java库进行改造，补充了J2ME PBP/FP/CDC库；提供了转换工具，可将J2ME .class文件转成Dalvik .dex文件，可将J2ME .jar包转换成.apk包；J2ME应用的.jar包可预先在前端侧静态转换成.apk包，也可在终端侧动态转换成.apk包，最终dalvik虚拟机执行的都是.dex文件。为保证对J2ME的最大的兼容性，建议在前端侧静态转换，待兼容测试通过后再上线部署。

（5）Java应用框架的“垫片”机制

为了发展壮大自己，初期NGB TVOS可利用目前大量存在的Android应用，借势发展壮大自己。对Android应用的兼容是NGB TVOS发展的一种策略，而不是依赖。

NGB TVOS采用了一种“垫片”机制，实现了对Android应用的兼容。若将来还需要兼容其它平台的应用，同样可采用“垫片”机制实现兼容。垫片机制的原理如图6所示。

图6 NGB TVOS的“垫片”机制

所谓“垫片”是指保持底层功能组件的核心能力不变，为适应不同平台的需要，对功能组件的能力在Java应用框架层重新组合和封装，以实现对其它平台的兼容支持，其技术原理可通过下面的例子说明。

举例：NGB TVOS有图形组件、窗口组件和消息组件等，全部是C/C++实现，为实现对J2ME AWT的支持，可将这些组件的能力按照J2ME规范封装出AWT接口；保持这些图形组件的能力不变，也可根据Android规范封装成Android接口。

（6）Java服务代码采用C++重构，提高运行效率

在智能电视这种大屏幕应用场景中，应用的执行效率对用户体验的影响极大，为此对NGB TVOS新增加的功能组件直接采用C/C++语言实现，对从Android吸收引进过来的功能组件采用C/C++语言重构。采用原生C/C++方式实现后台服务组件，极大提升了NGB TVOS的运行效率。

NGB TVOS与Android等相比，具备Android的基本功能；围绕TVOS，可以建立与Android一样的生态系统；更由于天生就内置了数字电视“基因”，是专门为广电数字电视服务量身定做的一款操作系统，在接收直播数字电视服务的用户体验方面将会超过Android。

安装NGB TVOS的智能电视接收终端将是现有数字电视机顶盒的升级替代。截止到2013年2月底，我国数字电视用户数已达到1.4亿户，若逐步替换成安装NGB TVOS的智能终端，无论是终端制造业，还是围绕TVOS衍生的新型智能电视服务业，都将获得巨大发展，可以有效促进数字电视产业的升级换代。

NGB TVOS是一款天生内置了数字电视“基因”的操作系统，数字电视相关功能组件可与系统其它功能组件紧密耦合、协同高效工作；提出了“垫片”机制实现对其它平台应用的兼容，在软件架构上具有一定的开放性；提出了TVM这种Java应用执行环境，应用框架完整实现GY/T 267-2012《下一代广播电视网（NGB）终端中间件技术规范》，支持早期基于J2ME和NGB中间件规范的数字电视应用，保护了运营商已有的业务部署和投资；功能组件全部采用C/C++方式实现，运行效率比Java方式高效。

在软件架构方面，NGB TVOS具有一定的创新性，但能否适应市场需求顽强地存活下去，除了技术本身外，外围生态圈的建设也很重要。从最初的方案设计到最终的产业化应用，NGB TVOS还有很长的路要走，期待NGB TVOS 1.0版本的早日发布。

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