數(shù)字家庭標準綜述與應(yīng)用分析

丁森華，李學偉，張乃光，梁晉春

（廣播科學研究院，北京 100866）

數(shù)字家庭概念的起源很早，國外也有稱之為智能家居、E-home、E-house等。數(shù)字家庭涉及多種設(shè)備（自動化設(shè)備、計算機、家用電器、手持音視頻終端、水電氣設(shè)備、安全監(jiān)控設(shè)備等）、多種網(wǎng)絡(luò)（有線電視網(wǎng)、光纖網(wǎng)、3G、無線局域網(wǎng)、以太網(wǎng)、低速控制網(wǎng)絡(luò)等）、多種協(xié)議（DLNA、閃聯(lián)、e家佳、OSGi等），是一個跨領(lǐng)域的融合性產(chǎn)業(yè)。由于設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)標準尚未統(tǒng)一，相關(guān)廠商提供的解決方案和市場的接受能力一直有差距，數(shù)字家庭一直沒有得到廣泛應(yīng)用。

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備制造成本越來越低。與此同時，隨著收入增長，人們的消費能力和生活水平要求越來越高，家庭擁有的各種家電、PC、數(shù)碼設(shè)備等也越來越多。數(shù)字家庭的網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化成為業(yè)內(nèi)的發(fā)展方向，數(shù)字家庭標準之爭也日益激烈。相關(guān)廠家都推出符合相應(yīng)標準的產(chǎn)品或產(chǎn)品線，希望提供給消費者更豐富和舒適的體驗，從而在數(shù)字家庭領(lǐng)域占得先機。

1 數(shù)字家庭發(fā)展歷程

國內(nèi)外數(shù)字家庭的相關(guān)重要事件如下[1]：

20世紀90年代初，美國人第一次提出數(shù)字家庭（智慧屋Smart-Home）。

1999年，比爾·蓋茨在中國舉行“維納斯計劃”發(fā)布會。

1999年3月，Sun Microsystems、IBM、愛立信等成立的開放標準化組織 Connected Alliance，后改名為OSGi Alliance。

2003年6月，由英特爾和微軟等17家公司帶頭發(fā)起成立的DHWG（數(shù)字家庭工作組）后改名為DLNA。

2003年，聯(lián)想、TCL、康佳、海信、長城等國內(nèi)5家企業(yè)發(fā)起的“信息設(shè)備資源共享協(xié)同服務(wù)標準化工作組”，并發(fā)布了“閃聯(lián)”品牌。

2004年，“數(shù)字電視接收設(shè)備與家庭網(wǎng)絡(luò)平臺標準工作組”（簡稱標準工作組）的部分骨干成員單位發(fā)起并成立了“中國家庭網(wǎng)絡(luò)標準產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”——ITopHome（簡稱e家佳）。

2006年1月，Intel推出針對數(shù)字家庭市場的Viiv平臺。同年6月，AMD推出與Intel的Viiv所對應(yīng)的Live平臺。

2008年7月，中國向ISO/IEC JTC1提交的閃聯(lián)（信息設(shè)備資源共享協(xié)同服務(wù)，英文簡稱IGRS）國際標準提案，正式成為ISO/IEC JTC1國際標準。

2010年4月23日，e家佳聯(lián)盟主導(dǎo)提報的國際標準項目《家庭多媒體網(wǎng)關(guān)通用要求》，英文名稱《MULTIMEDIAGATEWAYINHOMENETWORKS——GUIDELINES》，正式成為IEC國際標準。

2 數(shù)字家庭核心內(nèi)涵

目前數(shù)字家庭還沒有通用的定義，但從各方對數(shù)字家庭的描述，以及消費者需求的角度出發(fā)，其至少包含了以下的內(nèi)容：

1）網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)字家庭需要實現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，實現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)與家庭設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和控制。網(wǎng)絡(luò)包括兩個層次：一是家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部平臺，由信息網(wǎng)絡(luò)（數(shù)據(jù)和多媒體等）和控制網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成；二是外部網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)之間的通信、控制和數(shù)據(jù)傳輸。

2）信息化

設(shè)備需要具備一定的信息處理能力，能夠向外提供數(shù)據(jù)和設(shè)備接口。傳統(tǒng)家電和部分數(shù)碼設(shè)備往往不具有該接口，因此需要做一些接口適配器，將這些設(shè)備也納入到管理范圍。

3）智能化/人性化

需要提供友好的人機交互界面，包括智能遙控器和易使用的用戶界面。友好的交互界面讓用戶更快學會數(shù)字家庭系統(tǒng)和設(shè)備的操控，從而提高對數(shù)字家庭的認同和接受。

4）安全性

需要提供身份認證、設(shè)備訪問、內(nèi)容保護功能，以確保用戶和服務(wù)提供商的合法權(quán)益不受侵犯。

5）一體化服務(wù)

需要提供一體化服務(wù)的解決方案，為生活提供更多服務(wù)和便利。數(shù)字家庭一體化服務(wù)涵蓋文化娛樂教育、生活服務(wù)消費、社會公益事業(yè)等方面。

3 數(shù)字家庭主要標準介紹

目前主要的數(shù)字家庭組織和標準如下所述。

3.1 OSGi

OSGi Alliance（Open Service Gateway Initiative Alliance）是一個由Sun Microsystems、IBM、愛立信等于1999年3月成立的開放的標準化組織，最初名為Connected Alliance。該組織及其標準原本主要目的在于使服務(wù)提供商通過住宅網(wǎng)關(guān)，為各種家庭智能設(shè)備提供各種服務(wù)。目前該平臺逐漸成為一個為室內(nèi)、交通工具、移動電話和其他環(huán)境下的所有類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用程序和服務(wù)進行傳遞和遠程管理的開放式服務(wù)平臺[2]。

OSGi是一個基于Java語言的服務(wù)（業(yè)務(wù)）規(guī)范，核心部分是一個定義了應(yīng)用程序的生命周期模式和服務(wù)注冊的框架，基于這個框架定義了OSGi服務(wù)，包括日志、配置管理、偏好，HTTP、XML分析、設(shè)備訪問、軟件包管理、許可管理、星級、用戶管理、IO連接、連線管理、Jini和UPnP等[2]。

OSGi分層模型如圖1所示。

分層模型具體包含如下內(nèi)容：1）捆綁應(yīng)用（Bundle），該層捆綁了應(yīng)用商開發(fā)的OSGi組件。2）服務(wù)，該層定義了一個集成在生命周期層中的動態(tài)協(xié)作模型，是一個集發(fā)布、動態(tài)尋找、綁定為一體的服務(wù)模型。3）生命周期，該層提供了一組API來控制Bundle應(yīng)用的運行時操作，可以動態(tài)地對Bundle進行安裝、啟動、停止、升級和卸載等操作。4）模塊，該層定義了類的裝載策略。5）安全，該層處理安全方面的問題。6）執(zhí)行環(huán)境。

總而言之，OSGi規(guī)范提供了一個具有非常有效的API的成熟和全面的組件模型。

3.2 DLNA

DLNA的全稱是Digital Living Network Alliance，成立于2003年，成員包括飛利浦、索尼、三星、英特爾、松下、微軟等。DLNA致力于建立不同廠商產(chǎn)品之間連接和適應(yīng)的工業(yè)標準，通過無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)個人計算機、移動終端和消費電器的相互交互和連通，從而實現(xiàn)數(shù)字媒體的共享。DLNA采用了目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)和協(xié)議，以期獲得各廠商的認可和支持。

DLNA技術(shù)組件主要包括如下幾個部分：

1）網(wǎng)絡(luò)與互連

IPv4協(xié)議是家庭網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字家庭連接的基礎(chǔ)，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）也提供了互聯(lián)網(wǎng)上設(shè)備的底層網(wǎng)絡(luò)通信方法。DLNA支持基于IP的技術(shù)，如以太網(wǎng)、WiFi的IEEE 802.11、藍牙、HPNA、MoCA和WiFi直連。互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組目前正積極推行從IPv4到IPv6平滑演進的過渡技術(shù)，這些技術(shù)將適用于家庭設(shè)備和住宅網(wǎng)關(guān)。

2）媒體格式和傳輸模型

DLNA媒體格式模型的目的是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，并鼓勵媒體編解碼的技術(shù)創(chuàng)新。在給定的碼率下，媒體編解碼器的技術(shù)進步能夠?qū)崿F(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率和媒體質(zhì)量。DLNA要求支持媒體內(nèi)容可以基于家庭網(wǎng)絡(luò)從DMS或M-DMS設(shè)備傳輸?shù)紻MP或M-DMP設(shè)備。

3）受保護的流/鏈路保護

DLNA采用基于IP的數(shù)字傳輸內(nèi)容保護協(xié)議（DTCP-IP）對數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備間的商業(yè)內(nèi)容進行保護。受保護的流指定為保護家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個設(shè)備之間的內(nèi)容流，防止商業(yè)內(nèi)容被盜版和非法分配。

4）媒體管理、分配和控制

媒體管理、分配和控制實現(xiàn)固定的家庭網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備和應(yīng)用之間的識別、管理和分配，以及將其傳輸?shù)揭苿釉O(shè)備。根據(jù)DLNA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互操作性指南,UPnP的音視頻定義了UPnP音視頻設(shè)備和相關(guān)的控制點應(yīng)用之間的互動模式，允許設(shè)備支持任何格式和傳輸協(xié)議的任何娛樂內(nèi)容，并且定義了以下5個由媒體服務(wù)器和媒體渲染的托管服務(wù)，即內(nèi)容目錄服務(wù)、連接管理器服務(wù)、音視頻傳輸服務(wù)、渲染控制服務(wù)和預(yù)定的錄音服務(wù)。

5）可管理性

提供更多管理和支持信息，以幫助消費者維護和使用他們的消費數(shù)碼產(chǎn)品。

3.3 閃聯(lián)（IGRS）

2003年7月，閃聯(lián)標準工作組在信息產(chǎn)業(yè)部支持下，由聯(lián)想、TCL、康佳、海信、創(chuàng)維、長虹、長城、中和威8家大企業(yè)聯(lián)合發(fā)起成立，中文簡稱閃聯(lián)，同年開始制定信息設(shè)備智能互聯(lián)與資源共享協(xié)議（簡稱IGRS）。2005年6月，其標準1.0版本被正式頒布為國家行業(yè)推薦性標準，成為我國3C協(xié)同領(lǐng)域的第一個國家標準[3]。

閃聯(lián)標準以智能互聯(lián)、資源共享和協(xié)同服務(wù)為核心理念，其標準包括3個部分：閃聯(lián)基礎(chǔ)協(xié)議、閃聯(lián)智能應(yīng)用框架和閃聯(lián)基礎(chǔ)應(yīng)用，目前v1.0包括基礎(chǔ)協(xié)議標準和智能應(yīng)用框架標準，其標準體系如圖2所示[3]。

如圖3所示，IGRS層次結(jié)構(gòu)包括：

1）基礎(chǔ)應(yīng)用及擴展應(yīng)用

該部分是用戶開發(fā)的應(yīng)用，通過協(xié)議棧服務(wù)和客戶描述規(guī)范包裝，應(yīng)用可以發(fā)布在閃聯(lián)設(shè)備上，從而成為閃聯(lián)服務(wù)和客戶[4]。

2）設(shè)備協(xié)同服務(wù)平臺

IGRS應(yīng)用框架抽象定義了標準服務(wù)和交互規(guī)則，基于相應(yīng)框架，各IGRS應(yīng)用可進行標準化實現(xiàn)。

3）設(shè)備發(fā)現(xiàn)與資源共享平臺

IGRS基礎(chǔ)協(xié)議規(guī)定了IGRS設(shè)備發(fā)現(xiàn)和資源共享機制，包括設(shè)備相互發(fā)現(xiàn)、設(shè)備間管道創(chuàng)建、服務(wù)發(fā)現(xiàn)制、設(shè)備組管理、會話管理和服務(wù)訪問等方面[4]。

4）設(shè)備交互消息框架

設(shè)備交互消息框架基于HTTP/1.1協(xié)議。

5）傳輸與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

傳輸與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基于TCP/IP協(xié)議

6）設(shè)備連接

IGRS支持各種設(shè)備通過有線局域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)以及藍牙等網(wǎng)絡(luò)連接。

3.4 e家佳

2004年7月26日，家庭網(wǎng)絡(luò)標準產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ITopHome，e家佳）由“數(shù)字電視接收設(shè)備與家庭網(wǎng)絡(luò)平臺標準工作組”的部分骨干成員單位共同發(fā)起成立，目前其成員發(fā)展到200多家，涵蓋家電、IT、通信、儀器、建筑、建材、安防等[5]。

e家佳對家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的定義是：家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)指的是融合家庭控制網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息網(wǎng)絡(luò)于一體的家庭信息化平臺，是在家庭范圍內(nèi)，實現(xiàn)信息設(shè)備、通信設(shè)備、娛樂設(shè)備、家用電器、自動化設(shè)備、照明設(shè)備、保安（監(jiān)控）裝置及水電氣熱表設(shè)備、家庭求助報警等設(shè)備互聯(lián)和管理，以及數(shù)據(jù)和多媒體信息共享的系統(tǒng)[6]。

目前，e家佳標準體系由如下6個標準構(gòu)成，即《家庭主網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范》、《家庭主網(wǎng)接口一致性測試規(guī)范》、《家庭控制子網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范》、《家庭控制子網(wǎng)接口一致性測試規(guī)范》《家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參考模型》以及《家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備描述文件規(guī)范》。

作為e家佳標準體系的基礎(chǔ)，《家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參考模型》描述了家庭網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范、體系結(jié)構(gòu)和參考模型3個方面的內(nèi)容。根據(jù)標準內(nèi)容，家庭網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及參考模型如圖4所示。

《家庭主網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范》規(guī)定了家庭主網(wǎng)設(shè)備（包括家庭主網(wǎng)關(guān)、信息設(shè)備、娛樂設(shè)備、家庭控制子網(wǎng)關(guān)等）所構(gòu)成的家庭主網(wǎng)的通信協(xié)議規(guī)范。

《家庭控制子網(wǎng)通信協(xié)議規(guī)范》規(guī)定了家庭控制子網(wǎng)設(shè)備（包括家庭控制子網(wǎng)關(guān)、移動控制終端、照明設(shè)備、保安監(jiān)控裝置及水電氣熱表、家庭求助報警和家用電器等）之間運行狀態(tài)和控制數(shù)據(jù)的傳遞和管理技術(shù)規(guī)范。

《家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備描述文件規(guī)范》規(guī)定了家庭控制子網(wǎng)設(shè)備的設(shè)備描述文件格式，在信息一致性、功能和性能、用戶界面等方面提出了技術(shù)要求。

《家庭主網(wǎng)接口一致性測試規(guī)范》和《家庭控制子網(wǎng)通訊協(xié)議一致性測試規(guī)范》規(guī)定了家庭主網(wǎng)和子網(wǎng)接口與通信協(xié)議等一致性測試方法，規(guī)范了主網(wǎng)和子網(wǎng)設(shè)備的相互聯(lián)接測試以及生成和監(jiān)測。

3.5 主要標準比較

由于各標準組織的組織構(gòu)成、目的和定位、標準應(yīng)用場景和技術(shù)特點等有所不同，所形成的標準側(cè)重點也有所不同，表1從多角度對主要標準進行比較。

表1 數(shù)字家庭主要標準比較

4 數(shù)字家庭典型應(yīng)用

目前支持各標準的廠商都推出符合各自標準的設(shè)備和系統(tǒng)，下面列舉了一些典型的設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)用。

4.1 OSGi應(yīng)用

OSGi應(yīng)用具體如下：

1）智能藥盒與服藥提醒系統(tǒng)。智能藥盒與服藥提醒系統(tǒng)可以提供服藥提醒、藥盒監(jiān)控和藥盒定位的功能[7]。

2）智能遙控器。某款智能遙控器，能夠提供一個單一且易于管理的平臺，除了能夠自定義它的用戶界面之外，它主要通過WiFi的無線技術(shù)（IEEE 802.11）與網(wǎng)絡(luò)連接，除了可掌握電視節(jié)目表，還能作為上網(wǎng)瀏覽的一個平臺查看電子新聞或收發(fā)電子郵件[7]。

3）安全守護系統(tǒng)。該安全守護系統(tǒng)主要是通過無線傳感器的方式，測量病人的各種生理特征（如體溫、血壓和心率變化等），通過路由器傳送相關(guān)數(shù)據(jù)給身在遠程的醫(yī)生，讓醫(yī)生實時監(jiān)看居家病人的健康情形并進行雙向聯(lián)系[7]。

4.2 DLNA應(yīng)用

DLNA應(yīng)用具體如下：

1）DLNA電視。索尼某款DLNA電視可以通過綁定網(wǎng)站上所提供的電影、電視及娛樂、新聞等網(wǎng)絡(luò)視頻內(nèi)容免費或收費共享，另外還可以使用電視連接家庭網(wǎng)絡(luò)，享用家庭網(wǎng)絡(luò)上的圖片、音樂、視頻資源等。

2）DLNA手機。目前包括Android等系統(tǒng)的智能手機都可以通過無線網(wǎng)絡(luò)分享和使用家庭網(wǎng)絡(luò)上的媒體資源，比如在支持DLNA計算機或電視上分享圖片和音視頻等，或者在手機上播放計算機上的圖片、視頻、音樂。

3）DLNA計算機。安裝Windows系統(tǒng)的計算機可以非常簡單地將圖片、音樂和視頻輸出到家庭網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備，也可播放其他設(shè)備上的媒體資源。

4）其他設(shè)備。其他還有支持DLNA的高清多媒體網(wǎng)絡(luò)存儲器、支持DLNA的無線路由設(shè)備等。

4.3 閃聯(lián)應(yīng)用

閃聯(lián)應(yīng)用具體如下：

1）閃聯(lián)智能高清播放器。閃聯(lián)某款智能高清播放器，采用Android 2.2系統(tǒng)，基于閃聯(lián)VUFS技術(shù)，通過WiFi網(wǎng)絡(luò)，將計算機上共享的文件夾虛擬成U盤，從而讓支持USB播放功能的電視機具備閃聯(lián)DMA功能，可以在電視機上直接欣賞計算機中的電影、圖片、音樂等媒體內(nèi)容。

2）閃聯(lián)電視。目前海信、TCL等公司已經(jīng)推出了支持閃聯(lián)標準的電視，實現(xiàn)電視與家庭網(wǎng)絡(luò)上支持閃聯(lián)標準的設(shè)備互聯(lián)。

3）其他應(yīng)用。相應(yīng)廠家推出了基于閃聯(lián)標準的智能家居產(chǎn)品、電力載波寬帶通信產(chǎn)品等。

4.4 e家佳應(yīng)用

e家佳應(yīng)用具體如下：

1）智能家居系統(tǒng)。海爾推出了基于e家佳聯(lián)盟家庭網(wǎng)絡(luò)標準體系的U-home智能家居，并建立了名為“云社區(qū)”的體驗中心。該智能家居實現(xiàn)了媒體娛樂、可視對講、安防、環(huán)境監(jiān)測、智能燈光等功能。

2）網(wǎng)絡(luò)洗衣機?；趀家佳的某款網(wǎng)絡(luò)洗衣機，采用家電遠程控制系統(tǒng)技術(shù)，通過因特網(wǎng)、短信和電話等網(wǎng)絡(luò)，用戶可以在離家時實現(xiàn)遠程洗衣。

3）高清流媒體播放器。基于e家佳的某款高清流媒體播放器，可以把家庭影院設(shè)備和計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，在家庭影院設(shè)備上顯示計算機中存儲的節(jié)目，其中計算機作為媒體節(jié)目下載存儲設(shè)備，播放器作為解碼設(shè)備，家庭影院作為顯示設(shè)備。

4.5 其他應(yīng)用

除了以上幾種應(yīng)用，還有蘋果的AirPlay應(yīng)用值得關(guān)注。借助 AirPlay，用戶可以將視頻、音樂和照片從iPhone，iPad或iPod touch以無線方式流化到Apple TV，以及將音樂流化到 AirPlay揚聲器或接收器，包括Air-Port Express，也可以將視頻和音樂從計算機以無線方式流化到 Apple TV。通過這種技術(shù)，手機屏幕、PC電腦屏幕以及電視屏幕各種設(shè)備之間將能夠進行智能交互，實現(xiàn)多設(shè)備屏幕的實時共享，實現(xiàn)多人娛樂與協(xié)作。

5 小結(jié)

目前數(shù)字家庭的相關(guān)標準和規(guī)范正在逐步建立，相關(guān)的產(chǎn)品應(yīng)用也在推廣使用中，數(shù)字家庭理念已開始被消費者所接受。業(yè)界仍需在數(shù)字家庭的一體化服務(wù)、標準融合與互通、技術(shù)和業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新等方面做出努力，共同推動數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1]任笑元.“數(shù)字家庭”大事記[EB/OL].[2012-02-06].http://bjyouth.ynet.com/3.1/0312/02/409311.html.

[2]維基百科.OSGi[EB/OL].[2012-02-06].http://zh.wikipedia.org/wiki/OSGi.

[3]閃聯(lián)信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會.閃聯(lián)標準 [EB/OL].[2012-02-06].http://www.igrs.org/.

[4]SJ／T 11310—2005，信息設(shè)備資源共享協(xié)同服務(wù)[S].2005.

[5]e家佳聯(lián)盟.聯(lián)盟介紹[EB/OL].[2012-02-06].http://www.itophome.com/.

[6]SJ／T 11316—2005，家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及參考模型[S].2005.

[7]智慧生活科技.淺談OSGi.[EB/OL].[2012-02-06].http://blog.uns.org.tw.