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！

tvos电视操作系统特色：

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。

ngb tvos的软件架构及其主要技术特点：

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。