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数! 家庭互动电视系统规范及模型研究摘要 论文题目： 专业： 博士生： 指导教师： 数字家庭互动电视系统规范及模型研究 计算机软件与理论 赵仲明 罗笑南教授，孙玉院士 摘要 随着全国数字电视整体转换工程的推进，数字电视的平板化、大屏化和高清 化，地面数字电视信号的开播、融合芯片的量产，以及日益丰富的高清互动应用， 新型互动数字电视已深入到千家万户，成为集公共传播、信息服务、文化娱乐、 交流互动于一体的数字家庭多媒体信息终端。广东省数字家庭行动计划提出了建 设“以有线电视网络为主通道，数字电视为中心，以互动服务为导向，实现3 c 融合在家庭的战略方针，积极推进数字家庭技术研究和数字家庭产业建设，已 取得丰富的成果。 从技术和产业的发展模式来看，数字家庭可以分为两个阶段，第一阶段即以 互动电视为主设备，通过高清双向有线电视网络为主通道提供互动服务，第二阶 段是以家庭网络为主，以多种业务系统融合共同提供应用服务。从国家数字家庭 应用示范产业基地和试点建设情况分析，目前第一代数字家庭模式已经进入大规 模试点应用阶段，第二代模式已开始启动。本文总结第一代数字家庭建设研究成 果和经验，并对第二代数字家庭模式进行理论和模型上的探讨。 针对上述研究目的，本文从国内外最新研究成果入手，结合国家数字家庭产 业应用示范基地和番禺数字家庭试点的实践工作，按照理论模型、关键技术、标 准规范和应用示范等方面对互动数字电视系统理论模型进行研究讨论，提出了新 的理论和观点，概括起来主要包括如下几点： 第一，数字家庭互动电视系统理论模型研究。总结第一代数字家庭模式研究 成果，在分析i s a 和n g o d 等现有互动电视业务系统架构的基础上，提出了一种 基于前端、区端和终端相结合的三端融合的互动电视系统架构。该模型基于n g o d 规范，设计了一种三端融合的体系模型。在该体系模型中区端作为关键环节，通 过视频切换实现资源的高效利用。 数字家庭互动电视系统规范及模型研究摘要 第二，互动电视数字家庭网络模型研究及标准规范的制订。在数字家庭领域， 国内相关标准建设相对滞后，标准规范研究、制定与应用的深度与广度均不足。 本文通过对数字家庭网络模型和家庭网络设备描述文件的研究，建立数字家庭网 络模型和设备描述模型，该理论模型已转化为两项国家标准。通过标准规范制订 形成自主知识产权体系，为第二代数字家庭模式的相关研究和产品研发、产业应 用提供支撑。 第三，基于互动电视的高清图像优化方法及算法设计。数字电视标清频道向 高清频道切换的过程中产生如主体形变等诸多问题。本文结合国内外最新研究成 果，提出了一种基于图像美感指数和主体显著度的视频优化算法，文章分析构图 美感法则，找出影响图片美感的点和线的规律，并建立可量化的度量模型，从而 实现数字电视中图像及视频的优化。实验表明，采用本算法处理的图像和视频具 有更好的视觉感受。 第四，互动数字高清服务示范及应用。在本文前三部分研究成果的基础上， 结合国家数字家庭产业应用示范基地的研发和试点建设，研究互动电视高清服务 示范及应用。本文采用基于蝶型逆细分和自感应算法的逆过程迭代地进行简化的 方法实现了高清互动电视手语互动服务，采用基于线性约束的网格变形和基于纹 理的三维网格变形的方法，实现高清互动游戏应用。这些高清服务在试点实践中 得到检验，效果良好。本文根据数字家庭试点建设情况，对交互电视十万户试点 建设进行全面总结分析，最后论述了二十万户试点的建设规划方案。 综上，本文将国内外数字家庭互动电视最新理论成果和国家数字家庭应用示 范产业基地的研发实践工作紧密结合，从理论模型、标准规范、核心算法、应用 检验等四个不同的层次对数字家庭互动电视系统展开研究。本文的研究成果，在 国家基地实践和番禺数字家庭试点建设中得到了很好的验证。 关键词：数字家庭、高清互动、家庭网络模型、互动电视模型、视频优化，美感 指数，多重裁剪 数! 声家庭互动l 乜视系统规范及模型研究a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ho nt h em o d e l i n ga n d s t a n d a r do fd i g i t a lh o m e i n t e r a c t i r et v m a j o r ： n a m e ： c o m p u te rs o f t w a r ea n dt h e o r y z h a oz h o n gm i n g s u p e r v is o r ：p r o f l u ox i a o n a n ，p r o f s u ny u a b s t r a c t w i t ht h eo v e r a l lt r a n s f o r m a t i o nt on a t i o n w i d e d i g i t a l t e l e v i s i o n ，d i g i t a lf l a t p a n e l t v t e c h n o l o g y ，l a r g e s c r e e n a n d h i g h d e f i n i t i o nt e c h n o l o g y ，t e r r e s t r i a ld i g i t a lt vs i g n a l so na i r ， i n t e g r a t e dc h i pp r o d u c t i o n ， a n dt h ep l e n t i f u la p p l i c a t i o n so f h i g h d e f i n i t i o n i n t e r a c t i v e a p p l i c a t i o n s s e r v i c e s t h en e w i n t e r a c t i v e d i g i t a lt vh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di n t of a m i l i e s i th a s b e c o m et h ei n t e g r a t e dd i g i t a lh o m em u l t i m e d i ai n f o r m a t i o nt e r m i n a l c o m p o s e do ft h ep u b li cc o m m u n i c a t i o n ，i n f o r m a t i o ns e r v i c e ，c u l t u r ea n d e n t e r t a i n m e n t t h ed ig it a lh o m ea c t i o np l a no fg u a n g d o n gp r o v i n c ep r o p o s e t oc o n s t r u c ta tt h eg u i d eo ft h ep o l i c yo f c a b l e b a s e da c c e s s ，d i g t a l t v c e n t e r e d ，i n t e r a c t i v es e r v i c e s o r i e n t e dt oa c h i e v et h ef u s i o no f3 c i nf a m i l i y ” f r o mt h ev i e w p o i n t so ft h et e c h n o l o g ya n di n d u s t r y ，t h ed i g i t a l f a m ili yisd e v e l o p e di n t ot w os t a g e s t h ef i r s ti st h ep r o d u c t i o no ft h e i n t e r a c t i v es e r v i c e sb a s e do nt h ei n t e r a c t i v et va n dh i g h _ d e f i n i t i o n t w o w a yc a b l ec h a n n e l t h es e c o n di st h ei n t e g r a t i o no fm u l t i p l eb u s i n e s s s y s t e m sb a s e do nt h eh o m en e t w o r k r e c e n t l y ，f r o mt h ea n a l y s i so ft h es t a t e d ig it a lh o m ea p p lic a ti o na n dd e m o n s t r a ti o ni n d u s t r yb a s e ，t h ef i r s t g e n e r a t i o n o fd i g i t a lh o m e m o d eh a sb e e nw i d l ya p p l i e di n t ot h e d e m o n s t r a t i o n t h es e c o n dg e n e r a t i o nh a sb e e nl a u n c h e d w ec o n c l u d et h e i l l 数家庭互动l 【l 视系统规范及模型研究 a b s t r a c t r e s u l t sa n dt h ee x p e r i e n c e so ft h ef i r s tg e r n e r a t i o na n di n v e s t i g a t et h e t h e o r ya n dm o d e lo ft h es e c o n dg e n e r a t i o n c o m b i n e dr e c e n tr e s e a r c h e sw i t ht h es t a t ed i g i t a lh o m ea p p l i c a t i o n d e m o n s t r a t i o ni n d u s t r a yb a s ea n dp a n y ud i g i t a lh o m e ，w ep r o p o s et h e i n t e r a c t i v ed i g i t a lt vs y s t e mm o d e lf r o mt h ea n a l y s i so ft h et h e o r ym o d e l ， k e yt e c h n o l o g y ，s t a n d a r d sa n de n g i n e e r i n gd e s i g n t h em a i nc o n t r i b u t i o n s a r ea st h ef o l l o w i n g s ： f i r s t l y ，t h ed i g i t a lh o m ei n t e r a c t i v et vs y s t e m st h e o r ym o d e li s d i s c u s s e di nt h i sp a p e r a f t e ra n a l y z i n gt h ee x i s t i n gi n t e r a c t i v et v s y s t e m sa r c h i t e c t u r es u c ha si s aa n dn g o d ，w ep r o p o s ean e wi n t e r a c t i v e t vs y s t e mb a s e do nt h et h r e et e r m i n a lf u s i o no ft h ef r o n t ，c e n t r a ls i d e a n de n d - z o n e b a s e do nn g o ds p e c i f i c a t i o n ，at h r e e t e r m i n a lf u s i o no ft h e s y s t e mm o d e li sd e s i g n e d t h ec e n t r a ls i d ei st h ek e yl i n k ，w h i c ht h e r e s o u r c e sc a nb ee f f i c i e n t l yu t i l i z e dw i t ht h eh e l po ft h ev i d e o s w i t c h i n g s e c o n d l y ，i n t e r a c t i v et vd i g i t a lh o m en e t w o r ks y s t e ma r c h i t e c t u r e a n df o r m u l a t i o no f r e l e v a n ts t a n d a r d sa r ep r o p o s e d i nt h ef i e l do f i n t e r a c t i v ed i g i t a lt v 。d o m e s t i cr e l e v a n ts t a n d a r d sl a gb e h i n d ，t h e s t a n d a r d sr e s e a r c h e s ，d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n sa r ei n s u f f i c i e n t f r o mt h er e s e a r c ho ft h ed i g i t a lh o m en e t w o r km o d e l a n di t sd e v i c e d e s c r i p t i o nf i l e ，t h ed i g i t a lh o m en e t w o r km o d e la n dd e v i c ed e s c r i p t i o n m o d e la r ee s t a b lis h e d t h e yh a v e b e e nt r a n s l a t e di n t ot w on a t i o n a l s t a n d a r d s o u rs t a n d a r d ss u p p o r tt h er e s e a r c ha n da p p li c a t i o no ft h e s e c o n d g e n e r a tio ndigit a lh o m em o d e t h i r d l y ，t h eh i g h d e f i n i t i o ni n t e r a c t i v et vd i s p l a yr e t a r g e t i n g a l g o r i t h mi sp r o p o s e d d u r i n gt h es w i t c h f r o ms t a n d a r dd e f i n i t i o n c h a n n e l st oh i g h d e f i n i t i o nc h a n n e l ，t h e r ew o u l db em a n yp r o b l e m s ，s u c h a st h ed i s t o r t i o no f p r o m i n e n to b j e c t s w ep r o p o s e an o v e lv i d e o 数字家庭互动电视系统规范及模型研究a b s t r a c t r e t a r g e t i n ga p p r o a c hb a s e do na e s t h e t i c sa n dv i s u a ls a l i e n c yo fp r o m i n e n t o b j e c t s w ep r e s e n ta na e s t h e t i cm e a s u r e m e n tc o m p u t a t i o n a lm o d e lt o m e a s u r et h ed e g r e eo fa e s t h e t i cf r o ms u b j e c t i v et oo b j e c t i v eb yd e t e c t i n g t h es a l i e n tr e g i o n sa n d1 i n e s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ep e r f o r m a n c e o fo u ra p p r o a c ha n di t se f f e c t i v e n e s s f o u r t h l y ，t h ei n t e r a c t i v ed e m o n s t r a t i o na n da p p l i c a t i o no fd i g i t a l h i g h d e f i n i t i o ns e r v i c e sa r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h eh i g h d e f i n i t i o n i n t e r a c t i v et e l e v i s i o ns e r v i c e sa n da p p l i c a t i o n sd e m o n s t r a t i o n sa r e a n a l y z e dc o m b i n e d w i t ht h ep r a c t i a la p p l i c a t i o n p a p e rb a s e do nt h e i n v e r s el o o ps u b d i v i s i o ns c h e m et os i m p li f yt h ep r o c e s so fi t e r a t i v e m e t h o d st oa c h i e v eah i g h d e f i n i t i o ni n t e r a c t i v et v ss i g nl a n g u a g e s e r v i c e s a n dp a p e ru s e dt h e1i n e a rc o n s t r a i n t so fg r i d b a s e dd e f o r m a t i o n m e t h o d s ，t oa c h i e v eh i g h d e f i n i t i o ni n t e r a c t i v eg a m i n ga p p l i c a t i o n s w e a c h i e v e g o o d p r a c t i a l r e s u lt s w es u m m a r yt h ee x p e r i e n c eo ft h e i n t e r a c t i v et v1 0 00 0 0p i l o tb u i l d i n g ，a n dt h ec o n s t r u c t i o no f2 0 00 0 0 p i l o tp l a n t h e r e f o r e ，c o m b in e dt h em o s tr e c e n tr e s e a r c hw i t ht h ea p p li c a ti o n o ft h ei n t e r a c t i v et va n dt h es t a t ed i g i t a lh o m ea p p l i c a t i o na n d d e m o n s t r a t i o ni n d u s t r yb a s e 。d i g i t a lh o m ei n t e r a c t i v et vs y s t e ma r e p r o p o s e d f r o mf o u r l a y e ro ft h et h e o r e t i c a lm o d e l ，s t a n d a r d s ，c o r e t e c h n o l o g y ，e n g i n e e r i n gd e s i g na s p e c t so fi n t e r a c t i v et e l e v i s i o ns y s t e m s t h ep r a c t i a la p p l i c a t i o nr e s u l t sh a v eb e e nw e l lv e r i f i e di nt h en a t i o n a l b a s ea n dp a n y ud i g it a lh o m e k e yw o r d s ：d i g i t a lh o m e ，h i g hd e f i n i t i o ni n t e r a c t i v e ，t h ed i g i t a lh o m e n e t w o r km o d e l ，i n t e r a c t i v et vm o d e l ，v i d e oo p t i m i z a t i o n ，v i s u a ls a l i e n c y ， i m a g ec r o p p in g v 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 j 学位沦文作者签私：懒， 导师签名： 嗍j 秽。f 秒年易月7 i 二1 同期：刎抨 文 喜 f 、 瓦 不同 罗叩 数7 家庭互动i 【i 视系统规范及模型研究 引言 引言 数字家庭是个与时俱进的概念。从狭义上来讲，数字家庭是指各种家用和个 人数字化产品，按照现代家居生活需求组成的集视听、娱乐、信息服务和家居控 制等功能为一体，并通过有线电视、宽带通信、无线通信等，与外界实现交互和 社会化家庭服务的综合职能系统。从广义上来说，数字家庭是家庭生活领域的信 息化，即充分利用信息和网络技术，通过家庭网络实现家庭内部的互联互通，进 而实现家庭与社会的互联互通，使家庭成员通过各种电子终端设备方便获取信息 和社会服务，提升家庭生活品质。中国电子信息产业发展研究院报告认为，数字 化、网络化是数字家庭的主要标志：内容化、服务化是数字家庭的重要特征；产 品多、产业链长是数字家庭产业的一大特色。 笔者及其团队经过数字家庭国家基地建设的多年实践经验，总结认为：数字 家庭可以定义为使用数字技术装备人类的基本活动空间( 家庭) 圆。通过数字家 庭的发展历程来看，数字家庭模式可以分为两个阶段，第一阶段即以互动电视为 主设备，通过高清双向有线电视网络为主通道提供交互服务的数字家庭岭南模 式；第二阶段是以数字家庭网络为主，以多业务系统共同提供服务的模式。就目 前而言，我国的数字家庭研究和应用仍然处于第一阶段。 在第一阶段，交互电视是整个数字家庭交互服务的中心，通过有线电视网络 提供各项互动服务。在i n t e r n e t 时代，个人电脑通过互联网相互连接提供各项 信息服务，创造了互联网时代。和个人电脑相比，电视机是我国千家万户家庭中 最为普及的家庭信息交互终端产品，集公共传播、信息服务、文化娱乐、交流互 动于一体。据统计我国现2 0 0 8 年拥有电视机总量已超过4 亿台，全国约有3 7 8 亿户家庭，几乎每个家庭都有电视机 囝。2 0 0 6 年，i n t e l 公司提出了“欢悦 ( v i i v ) 计划 ，预言未来几年信息互动服务将由“1 英尺( 个人电脑) 向“1 0 英尺 ( 数字互动电视) 的演变。2 0 0 7 年，微软总裁b i l lg a t e s 提出了“数字 回中国电子信息产业发展研究院，广州市数字家庭产业发展规划( 2 0 0 9 年一2 0 1 5 年) 当孙1 三等铺；国家綦地数，家庭。数弘家庭研讨班i ：的总结定义 讳中固投资咨询l 自9 ( 2 0 0 8 年中因数。，il l 视产业分析及投资咨询报告) 娜中国i u 了商会( 2 0 0 8 年中国| ，板il i 视城市消赞者需求状况研究报告) 皂h t t p ：| 们i n t e l c o m p e r s o n a i o u r - t e c h n o l o g y v i i v i n d e x h t m 数，家庭互动乜视系统规范及模型研究引言 电视+ 互联网 的新型数字家庭应用模式，宣称：“互联网电视以及数字电视的 进程非常具有革命性。 ；2 0 0 8 年，微软与北京、上海和广州数字电视运营商 合作，全面进入中国数字电视领域。由此可见，互动电视提供的新型服务应用已 经蓬勃发展，逐渐走向成熟。 在数字家庭模式的第一个发展阶段，我国和广东省针对该阶段的特点，进行 了一系列的工作。国务院珠江三角洲改革发展规划纲要( 2 0 0 8 - - 2 0 2 0 ) 中明 确指出“在珠江三角洲突破区划、部门、行业界限和体制性障碍，率先推进三 网融合j 大力发展数字家庭产业和现代信息服务业。广东省政府牵头组织 发起“广东省数字家庭行动计划”，制定了广东省数字家庭产业发展“十一 五”规划，并把数字家庭产业的发展列为广东省“十一五 电子信息产业的重 要发展方向。2 0 0 7 年“广东省数字家庭行动计划 升级成为“中国数字家庭行 动计划”。这是我国首个由政府主导、多部门联合推动的数字家庭产业发展计划， 该计划提出了建设“岭南特色 的数字家庭发展模式，“以有线电视网络为主通 道，数字电视为中心”o ，实现3 c 终端的互联互通和媒体信息及服务的互动。2 0 0 8 年1 1 月，广东省政府与工信部共建数字家庭应用示范及产业化基地，2 0 0 9 年3 月，国家数字家庭产业应用示范基地正式挂牌成立。 在广东省数字家庭行动计划推动下，率先启动互动电视系统应用试点示范建 设。在广州市番禺区的试点工程，完成技术集成，完成十万户高清互动电视应用 服务示范，实现“互动高清”和“增值运营”，现已经开通3 8 套电视频道，7 2 小时电视节目回看，3 0 0 0 小时节目点播，初步实现了娱乐电视向信息电视、商 务电视和文化电视的发展转变。同时进行的“1 + n 应用示范模式，以数字家庭 国家基地为中心，逐步向周边云浮市、茂名市、东莞市、中山市、佛山市、韶关 市、湛江市和深圳市等地级市和临近省份输出技术、内容、产品和服务。其中番 禺试点经广电总局批准为信息文化试点，云浮试点经广东省政府批准为三网融合 双向互动数字电视应用示范市。 数字家庭发展模式从第一阶段向第二阶段过渡，数字家庭将以家庭网络为发 展主要内容。目前，家庭网络处于初步阶段，仍有诸多的问题需要研究。首先， 在数字家庭标准建设方面，我国在数字家庭和互动电视系统、网络、设备接口、 啦h t t p ： | 删m i c r o s o f t c o m p r e s s p a s s p r e s s 2 0 0 8 j a n 0 8 o l - 0 6 c e s 0 8 p r m s p x o 广东省数家庭行动计划 2 数，家庭互动电视系统规范及模型研究引言 服务内容等多个方面的相关标准建设相对滞后，标准规范的研究、制定与应用的 深度与广度均不足，产业发展受制于人，严重影响了数字电视产业链的整合和产 业发展。其次，在互动电视系统的关键技术研发方面，总结、提升及理论化工作 仍然欠缺，虽然互动电视系统在北京、上海、杭州和广东都已经开展大规模试点 应用，但在互动电视系统的统一构架模型、接口和服务平台研发方面的工作进展 不大。再次，在数字家庭模型向第二代的以家庭网络为主体的多业务系统平台融 合应用中，缺乏必要的基础理论研究和积累，特别是在家庭网络拓扑体系、理论 模型分析、网络效率分析、网络安全等多个方面需重点突破。最后，在数字家庭 高清交互应用方面，也存在诸如个性化人机交互、高清图像优化、智能普适计算 应用等研究问题。 笔者作为国家数字家庭应用示范产业基地的主要参与人，长期从事数字家庭 互动电视系统规范制订及理论模型的研究。本文的形成，是互动数字电视体系理 论研究和国家基地和产业试点推广实践相结合的结果。本文研究的重点是从第一 代互动电视为中心的数字家庭向第二代家庭网络应用过渡中产生的理论和应用 问题，主要包括第一代数字家庭中的互动电视系统模型研究，第二代数字家庭中 的家庭网络模型研究和标准规范制订，以及在高清互动服务中产生的高清图像优 化方法研究。 本文提出的模型和方法，既是第一代数字家庭模式的理论和经验总结，也是 面向第二代数字家庭模式的理论探讨，起到承上启下的作用。本文的成果在数字 家庭国家基地和番禺试点得到实际应用的检验，效果较好。笔者希望能够通过本 文为广东省数字家庭模式转变、应用服务研发及应用、试点建设和推广提供理论 上的支持。 数字家庭互动电视系统规范及模型研究 第l 章数字家庭互动电视系统综述 第1 章数字家庭互动电视系统综述 数字家庭互动电视系统是家庭网络技术、新型信息技术和新一代互联网络技 术等交叉融合产生的。本章首先界定了数字家庭与数字电视的定义，对以互动电 视为中心的第一代数字家庭模式进行总结，论述了数字家庭网络拓扑和互动电视 网络体系，同时对数字家庭及互动电视标准规范情况进行分析。本章还综合介绍 了互动电视高清图像优化的方法。 1 1 数字家庭互动电视系统综述 数字家庭作为新兴信息技术的重要领域，结合了现代信息技术、新一代互联 网技术、新型信息服务和新型高清平板显示等领域的理论和技术，其概念有狭义 的和广义两个不同的层面。狭义上，数字家庭是指各种家用和个人数字化产品， 按照现代家居生活需求组成的集视听、娱乐、信息服务和家居控制等功能为一体， 并通过有线电视、宽带通信、无线通信等，与外界实现交互和社会化家庭服务的 综合职能系统。从广义上来说，数字家庭是家庭生活领域的信息化，即充分利 用信息和网络技术，通过家庭网络实现家庭内部的互联互通，进而实现家庭与社 会的互联互通，使家庭成员通过各种电子终端设备方便获取信息和社会服务，提 升家庭生活品质。 从数字家庭互动电视的定义可以发现，所谓的数字家庭就是基于家庭网络将 家庭范畴罩的信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、水电气暖计量表、健 康保健设备、照明系统和安全系统等连接在一起组成的一种局域网，各种终端设 备通过家庭网络实现网络化，实现各种网络化的管理和服务以及资源和服务的共 享，同时也能访问和使用城市医疗系统、家电售后服务系统、教育网站和社区安 保系统等外部服务和应用圆。 随着产业边界的r 益融合，数字家庭产业作为未来推动信息产业发展的新的 i d c 定义 。固家数宁家庭产业j 邂用，j 范慕地经验总结 4 数字家庭互动电视系统规范及模型研究 第1 章数字家庭互动电视系统综述 引擎，得到全球各国的重视，并不断加大扶持力度，从而使得数字家庭的市场规 模得到了快速增长。2 0 0 6 - 2 0 0 8 年全球数字家庭市场规模增长率持续升高，2 0 0 8 年全球数字家庭市场规模达到6 5 3 7 3 亿美元，同比增长1 1 2 。目前数字家庭 在全球的普及率仍然较低，数字家庭市场存在很大的发展空间。预计未来3 年全 球数字家庭市场仍将保持1 0 以上的复合增长率，2 0 11 年市场规模将突破万亿美 元大关。 目前，多个国家和地区都在积极部署和实施包含数字家庭与数字电视产业和 现代信息服务业的发展计划，都把数字家庭产业作为未来信息产业发展的重要领 域 9 3 ，1 1 7 。美国基本上实现了有线数字电视的数字化，并借助数字家庭实现传 统电信业务向家庭内部的延伸和拓展，发起成立“数字生活网络联盟 ( d i g i t a l l i v - i n gn e t w o r ka 1 l i a n c e ，简称d l n a ) ，相继开发出不同版本的数字家庭设备 接入标准，为各个厂商的不同产品提供统一的数字家庭环境操作平台。在欧洲， 数字家庭网络的核心是姗p ( 多媒体家庭平台) ，m h p 是指以电视为中心构筑数字 网络，使用一台机顶盒实现对来自卫星、无线电和有线信号的交互式操作，完成 电子商务、银行转账等服务，数字播放形式的m h p 在欧洲已进入实用化 8 4 ，8 6 。 日本成立了e c h o n e t 协会和u o p f 协会，同时还提出了u j a p a n 计划，从标准 制定和政策服务等若干方面支持本国的数字家庭产业。韩国将数字家庭网络纳入 了国家的战略规划，并成立了“数字化家庭政策促进委员会 ：从2 0 0 4 年开始， 韩国政府开始将家庭网络视为其技术增长战略的关键部分和主要的经济增长点； 作为“i t 8 3 9 战略规划 的重点项目，韩国政府准备为家庭网络项目投资1 8 亿 美元，信息通信部选定k i 联盟和s k i 联盟作为其数码家庭的示范业者，计划通 过产、官、学、研的通力合作，到2 0 0 7 年在1 0 0 0 万韩国家庭部署先进的家庭网 络系统( 占家庭总数的6 0 9 6 ) ，并制定了要在家庭网络技术领域占领全球1 1 市场 份额的宏伟目标。各国都在不断加快数字家庭产业布局的步伐，试图抢占数字家 庭产业的制高点。 在数字家庭建设的初期，国内业界分别提出了以电视机、计算机和消费类电 子设备为中心的三种数字家庭模式。因为数字电视巨大的覆盖率和相对个人电脑 的便利性，使得以数字电视为中心的数字家庭发展模式逐渐成为最适合我国实现 2 0 0 9 年6 月赛迪报告数据 5 鼓字家庭互动电视系统规范艟模型研究第l 章撤字家庭动电税系统综述 数字家庭的一种途径。在三网融合的产业发展趋势下，有线数字电视最终的发展 方向将是结合数字家庭服务平台，通过数字电视提供全面的服务。传统的模拟有 线电视用户市场在我国已进入成熟期。用户数量增长速度逐渐放缓，促进中国有 线电视营收的增长就只有通过提高“用户月均消费额”( a p p u ) 来获得 9 0 。2 0 0 5 年广东省政府牵头组织发起的“广东省数字家庭行动计划”，制订了毗数字电视 为中心的数字家庭应用模式，提出了。以有线电视网络为主通道，数字电视为中 心，以互动服务为导向实现3 c 融合在家庭”的蓝图，充分体现了互动数字电 视在数字家庭中的核心作用。这就是广东省第一代数字家庭产业( 互动电视产业) 的开始，大概也就是我国第一代数字家庭产业( 互动电视产业) 的开始。 。，9隰一 回熙：烈 【2 避曼】。 舞要划， # t i 自m * = f 晏仨。 t m ” 冶 。! ：_ j i 恩稳 图1 1 以互动电视为中心的第一代数字家庭模式 1 o 骢孽 通过近五年的研究和建设，第一代数字家庭取得丰富成果。2 0 1 0 年三月国 家工信部在番禺基地主持召开的全国数字家庭产业研讨会总结表明。，作为数字 家庭的第一代产业的“互动电视”产业已经接近成熟，作为数字家庭的第二代产 业的“家庭网络”方向已经明确。 国家基地在考虑第二代数字家庭产业的发展方向问题时，曾经提出两种发展 思路：其一是高清互动电视试点；其二是家庭网络和多业务平台试点。出于历史 原因，数字家庭从互动电视产业开始，现在换代的时机己开始显现。事实上，在 互动电视试点后期已经发现，仅仅基于电视机的互动电视业务平台，已经出现明 显的局限性，电视机已经难以承受支持几十种服务的重负，而且电视机已经不能 。孙玉尊，数字骞庭总体报告 鲨 商 数：家庭互动电视系统规范及模型研究第1 章数字家庭互动电视系统综述 支持某些服务。第二代数字家庭产业将基于家庭网络之上，构建( 电视机、计算 机、电话机、移动手机和各种家用电器等) 多种业务平台，以支持更为广泛的服 务系统。 1 2 数字家庭网络综述 数字家庭网络是融合控制网络、通信网络、多媒体与数据网络等多种功能网 络于一体的家庭局域网络信息化平台。数字家庭互动电视网络通过家庭网络设 备，主要是数字家庭智能网关进行设备之间的联接，实现家庭内部设备互联互通， 并通过外部网关和电信网、移动网、广电网连结，实现三网融合，为家庭用户展 开应用服务。 1 2 1 家庭网络内部网络 家庭网络采用分层次的网络拓扑结构，分为两个网段：家庭主网和家庭子网。 其中，家庭主网通过家庭网络内部互联主网关与外部网络相连接，家庭子网通过 家庭网络内部互联子网关与家庭主网相连接。家庭主网中的设备可以互相通信， 并通过家庭网络内部互联主网关访问外部网络。家庭子网中的设备通过家庭网络 内部互联子网关、家庭网络内部互联主网关与外部网络通信 9 2 。 ( 1 ) 有中心控制节点的网络形式 有中心控制节点的网络形式如图( 图1 - 2 ，图1 - 3 ，图1 - 4 ，图1 - 5 ) 所示， 在家庭网络有一个中心控制节点来进行相关的网络管理和设备管理，无论家庭网 络采用星形网络、总线型网络、还是其它网络拓扑形式，在家庭网络内部所有的 通信都建立在一个中心控制节点和多个节点之间。 中心控制节点能够初始、终止或者路由网络中的通信，是家庭网络中的主要 控制中心，节点在家庭网络中有独一无二的网络地址。中心控制节点第一次启动 后，就建立自己的网络成为家庭网络中心节点。 国家数字家庭戍用示范产业幕地2 0 1 0 年建设规划 啷国家标准：数字家庭 。4 络体系结构和参考模型 数字家庭互动电视系统规范及模型研究 第1 章数字家庭互动h 三视系统综述 中心节点 i 家庭网络 节点1节点2节点1 1 图卜2 家庭网络结构 数字家庭互动网络拓扑包含星形拓扑、总线拓扑和树形拓扑三种主要的网络 拓扑形式，星形家庭网络拓扑基本结构如图1 - 3 所示，各节点以星形拓扑形式连 接到中心节点。 中心节点 络。 节点 节点2 节点3节点n 图卜3 星形家庭网络结构 总线形家庭网络拓扑基本结构如图所示，各节点以总线拓扑形式组成家庭网 中心节点 节点1节点2 节点n 图卜4 总线型家庭网络结构 8 敏字家赶互动电视幕统规蓖厦模璺昕究第1 章数字家庭互动电视系统综述 树簇结构型家庭网络拓扑结构如图所示，对于树簇结构网络节点类型根据 功能划分为： 协调节点，在树簇结构网络中作为一个中心节点协调路由结点之间的相互通 信i 路由节点，对信息进行转发，具备数据中继功能，可以接受终端节点的注册； 终端节点，完成特定功能的结点，可通过网络注册到路由器或者协调器。 一 lj协调节点 踏自点 终端节点0 图1 5 树簇结构型家庭网络拓扑结构 ( 2 ) 无中心控制节点的网络形式 无中心控制节点的网络形式如图卜6 所示，在家庭网络中没有一个中心控制 节点来进行相关的同络管理，家庭网络中任意两个节点之间能够通信任意两个 节点之间是对等的。 对等布局可以产生更复杂的网络形式，例如网孔拓扑等。对等拓扑可以特设、 白组织和自恢复，它也支持多跳跃实现信息从个设备到另一个设备的路由。 0 节点1 节点2 节点4 节点3 圈1 6 无中心控制节点的网络形式 9 l o 数7 家庭互动i 乜视系统规范及模型研究第1 章数字家庭互动电视系统综述 ( 3 ) 不同类型网络在家庭网络中的联结 在家庭网络中允许有多种网络类型存在，家庭网络可以分为主网和多个子 网，各种不同的网络通过内部互联子网关连接到家庭网络主网中，如图1 - 7 所 示。 家庭网络内部互联主网关 家庭嘲络主网 j 66 。 6 。 1 节点1节点2 节点n 嘎爹子网关1 透多子网关2 运子网乡 1 l 家庭网络子网1 家庭刚络子嘲2家庭网络子n n 节点1l节点1 2节点l n 节点2 1节点2 2 节点2 n 节点n l节点1 1 2节点姐 图1 - 7 不同类型的网络在家庭网络中的联结 ( 4 ) 家庭网络内部互联子网关的层次结构模型 图卜7 为家庭网络内部互联子网关的层次结构模型，家庭网络内部互联子网 关必须具备主网和子网的网络协议以及物理传输媒体，通过家庭网络内部互联子 网关将子网连接到家庭网络主网上。家庭网络内部互联子网关的层次结构参考模 型如图卜8 所示。 1 0 数字家庭互动电视系统规范及模型研究第l 章数字家庭互动电视系统综述 图卜8 家庭网络内部互联子网关的层次结构参考模型 ( 5 ) 家庭网络和其它网络之间的连接 家庭网络和其它网络之间的连接通过家庭网络内部互联主网关来实现，如图 1 - 9 所示。家庭网络可以通过家庭网络内部互联主网关连接到多种形式的外部网 络上。本文下一节将详细介绍家庭外网的双向传输技术。 l 其它网络系统1 卜一 戳 阕 圈 祷 l 其训络系缎卜一 盈 家庭刚络系统 凿 舜 时 i 其它网络系统n 卜