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MIPS引领智能互联电视技术平台

我爱方案网| MIPS,智能电视,智能互联电视,Android| 2011-06-10
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中心议题:
    *  MIPS的Android系统 SmartCETM 平台关键技术分析


信息时代总是和移动及数字家庭设备上的各种视频、数据和语音服务联系在一起。联网消费的下一步是将完整的互联娱乐体验带到家庭生活中。在 2011 年的国际消费电子展(CES)上,我们看到了与此有关的很多技术进步。新一代电视、机顶盒、蓝光光盘播放器和移动电话不仅能实现联网,还将融入各种功能。融入各种功能之后,根本的转变就是从以设备为中心的世界向内容为中心的世界转变。一般来讲,用户的应用模式、设备的使用方法和用户与设备的互动方式各不相同。手机是用户在任何地点接打电话、发送信息的主要方式,数字电视、机顶盒主要是用于数字家庭,帮助人们体验音乐和视频。而在办公室办环境中的商务和网络应用总是使用电脑的键盘和鼠标。

现在我们常看到 iPhone 这样的设备,消费者用它可以随时随地体验网络、音乐、视频以及新一代网络连接的数字电视。不久的将来,这些移动电话和数字电视设备将无缝互联,并成为体验、存储和共享音乐、视频、基于云计算的应用、社交媒体等平台的工具,进而强化真正的互联娱乐体验。

收看电视节目已经从之前需要时移(通过 DVR 随时收看想看的电视节目)到位移(通过移动视频随地收看节目内容)再到源移(在任意设备上收看需要的内容)。

创建能够真正实现联网消费体验的平台是一项浩大的工程,需要无缝整合多种技术。目前市场上能实现这类智能电视功能的主流可选平台包括:

(1) 在传统Linux系统基础上扩展所需的网络应用程序,如视频网站客户端程序、浏览器、流媒体播放器等;其优点是系统改动小、上手快;缺点是系统封闭,与以后可能流行的跨平台应用兼容性存在问题。不过如果没有另外一个操作系统平台能够统治市场的话,Linux通过中间件的规范化可能还将是主流平台。至少在接下去很长一段时间内在出货量上Linux还会是主流平台。

(2) Android TV,这是目前大家讨论比较多的,指利用成熟稳定的Android版本,进行电视相关的应用程序扩充(这些扩充程序也基本利用Android上面的现成app)。这样能够充分利用Android的开放性和丰富资源,并且拥有很强的系统设计灵活度和差异化能力;将来可以选择转向Google TV,也可以一直坚持独立的Android TV之路。当然其难点是你要有技术能力把Android系统改造成一个电视系统。


图1:CES上展示的由深圳泰捷软件技术有限公司设计的Android TV,已在欧洲市场上市,产品基于Sigma Designs的芯片,MIPS 24K内核

(3) Google TV,也可以理解为Google版的“Android TV”。不过Google TV的代码发布还没有确定的时间表,并且连授权方式也还没有确定;Google TV是否将同Android一般开放尚是一个未知数(非常可能两者会走不一样的授权方式)。而且Google TV的成熟度,包括是否真正切合用户需求,都应该先打一个问号,毕竟Android操作系统的成熟过程和第一版Google TV的一些负面反馈,都给了我们很多经验教训。Google究竟不是一个做产品,尤其是电视机的公司。所以很可能Google TV发布时,还是会跟以前一样,同一家电视品牌合作试水,在他们的平台上进行测试。任何其他电视公司使用Google TV都需要进行一定的移植测试工作;当然Google TV的跨平台特性将会非常好,因为其基于Android,而Android早已被广泛移植。


图2:Sony去年出品的第一款Google TV产品;网络系统采用Intel Atom芯片,视频系统采用NEC基于MIPS内核的SoC。这款电视上市后被很多人评论为“Not a TV”

这样看来,在当下进行智能电视相关的预研时,Android TV会是一个不错的选择。一是因为其对互联网应用的良好支持和本身的日趋成熟化;二是开源和免费的模式已经确立。但是因为Android本身是为手机而设计,把Android移植到电视平台上,还存在诸多的难点。在这一点上,MIPS和其众多芯片客户和软件合作伙伴一起,走在了市场前列,成功地建立了为电视系统而配置优化的Android系统资源,并在很多MIPS芯片平台上进行了实现,已有多款MIPS Android的电视和机顶盒产品上市销售。

MIPS 最新发布的集成了基础软件和硬件技术的Android系统 SmartCETM (互联娱乐平台)平台。该平台已在MIPS 授权厂商的 SoC 上进行了演示。SmartCE 平台有利于 MIPS 授权厂商和他们的客户将差异化的互联娱乐解决方案迅速推向市场。其中包括以下特征和功能:

• SmartCE以Android最新版本为基础操作系统,可充分利用Android的应用资源;
• 与电视整合的 Adobe® Flash®平台可让用户访问互联网上丰富的视频内容;
• 集成Home Jinni ConnecTV应用,提供从本地资源和 YouTube、Netflix、Yahoo! Movies 及众多网站搜索、组织并存取音乐、照片和视频内容的能力;
• 通过与 Facebook 的整合提供社交网络功能;
• 通过 Skype 进行双向视频和语音通话功能,使消费者能够轻松和经济高效地利用 HDTV 与家人和朋友进行视频电话;
• 与数字家庭设备和移动电话的无缝整合,帮助消费者转移呼叫,并使用其智能手机、平板电脑或其他移动设备作为 DTV 的遥控器;
• 集成DLNA,能够在多种互联设备之间轻松共享多媒体内容。


图3:MIPS 科技的 SmartCE平台,集成丰富的家庭媒体和通信功能

 


下面我们将详细解释这些关键技术如何帮助实现真正的互联娱乐体验。

1. Android

Android 最初是为手机提供各种应用和功能而设计的,现在它已渗透到其他的消费市场,为数字电视、机顶盒、蓝光播放器等设备带来了丰富的因特网体验。Android 开发框架缩短了软件开发时间,尤其是测试时间。Android 消除了 Linux 开发碎片导致的障碍,并在Linux 之上创建了单一框架,有利于在各种设备上将应用一次写入和运行。而且最吸引人的是 Android 是完全可授权的,且没有版税,这样很多公司都能从中获益。

Android 以一个通用的应用框架和运行在标准 Linux 核上的库提供了完整的软件栈。其中心是 Dalvik 虚拟机,以类似 Java 虚拟机的方式解释字节码应用。由于 Android 应用与设备无关,任何 Android 应用都可以在任意 Android 平台上运行而不做任何修改。

Android 的设计采用了安全模式,任何应用都无权执行严重影响其他应用程序、操作系统或用户的任何操作。此外,Android 以单独的进程运行每项操作(及其相关的 Dalvik VM)。如果一个应用程序有问题,它不会影响到其他的应用程序或操作系统。这确保了消费电子设备的可靠性。

由于 Android 最初是为手机开发的,许多其他的因素必须考虑到,以使其更适合今后的联网数字家庭设备。首先是数字家庭设备有较大的屏幕,需要支持高清分辨率,这和移动电话的小屏幕不尽相同。消费者无法容忍丢帧或视频压缩失真。他们期望在数字家庭设备上实现全面的高清视频质量,如果能够在其手机上浏览低分辨率的 15fps 视频流,移动用户也会很满意。

此外,用户与数字家庭设备的互动方式与他们和手机的互动方式完全不同,在数字家庭中多个用户在同一个房间观看相同的节目,是一对多的体验,而且是通过遥控器实现的。手机是一个“一对一”的用户体验,触摸屏和键盘都是用来使用设备的工具。


图4:电视的遥控器操作方法很重要,左边是LG最新的SmartTV 遥控器;右边是Google TV遥控器,其全键盘设计吓退了很多普通用户

Android 还必须与现有的中间件集成,为视频点播提供客户机/服务器支持,提供条件访问以及针对受保护内容访问的安全性;符合网络接入和内容共享的 DLNA 标准;为远程遥控支持提供可行的“家庭”用户界面、大屏幕用户界面和菜单系统。

在这些为电视类应用进行Android优化的工作中,MIPS平台比其他任何处理器平台都要领先。

2. 针对电视的 Adobe Flash 平台

针对电视的 Adobe Flash 平台增加了动画、视频和针对网页和服务的互动性。现在很多媒体网络内容都采用 Adobe Flash。作为 Adobe 在业界发起的 Open Screen Project倡议的一部分,MIPS 正努力在手机、电视、机顶盒和其他消费设备上通过跨 PC 以外平台的 Adobe Flash 平台实现丰富的因特网体验。随着用户对网络内容和丰富的用户体验更高的要求,产品需要支持用户访问基于 Flash 的内容,可以收看来自主要广播公司和媒体公司的内容,并访问社交网络媒体上的视频。

SmartCE 集成支持高码流播放、全高清视频 Adobe Flash 内容,能够处理用户互动 Flash和因特网上常见的动画功能。

3. 数字家庭中的视频会议和社交网络

高速宽带和移动网络提供了更高的带宽,更好的支持消费者的通信和互动。北美地区流行Facebook 、Skype、 fring™ 等视频会议客户端;国内也有诸多流行的客户端即时通信软件。人们可以在家里与家人和朋友进行视频电话会议,这已是一种实现社会互动技术的自然演变。社交“访问”已经成为日常生活密不可分的一部分,只要轻按一下按键就能实现。而手机对于一对一的互动非常有效,电视是群组视频会议的天然平台,有利于用户与朋友和家人进行轻松的交流。


图5:MIPS 科技的 SmartCE集成了Skype视频通话

Android 平台的SmartCE 集成了 Skype 客户端完整的参考端口,有利于实现音频和高清视频会议。这将有助于原始设备制造商将产品迅速推向市场,进而为数以百万计的 Skype 用户提供接入。关于社交网络上的共享内容,针对 Android 平台的SmartCE 还允许用户访问 Facebook、Skype 和 IMS 帐户,为增加原始设备制造商要求的其他社交媒体方案提供一个框架。

 


4. 快速 HTML5 网络体验

除了网络浏览、语音和视频会议功能,针对 Android 的 SmartCE 平台已扩展成为一个完整的 HTML5 应用平台,有利于 Android 应用、HTML5 网络应用和 Javascript widgets 的开发和在平台上的运行。这意味着任何 HTML5 网络应用、widget 和针对 Google 的 GoogleTV 的网页优化都可以在针对 Android 平台的 SmartCE 上浏览。

不管用户采用何种方式访问网络,实现更佳的用户体验的基本技术就是快速的网络浏览体验。Javascript 性能和网络渲染将推动用户认为 “快速”的性能。手机和电脑浏览器给用户制造了某种错觉,让他们感到网页下载非常快。举例来说,移动电话下载的时候,网页顶部将首先加载被用户看到,而在读者阅读最开始下载的内容时,网页的其他部分还在下载。这样就给用户一个印象,这是一个运行很快的浏览器。当在大屏幕全高清电视屏幕上浏览网页的时候,假设会发生改变,而移动“招数”就不能再继续使用了。MIPS 现在推出了高度优化的解决方案,实现了最高质量的大屏幕网络浏览体验。

5. 针对 Android 应用的 SmartCE:整合在一起

应用软件实现了优化的中间件集成,管理底层硬件,为用户提供功能强大的应用扩展集和具有凝聚力的用户界面。它为用户呈现了一个统一的用户界面,可以访问任何来源的内容。有了SmartCE,用户可以输入一个关键词,SmartCE 平台就可从现场直播、在线内容和本地内容中找到结果。平台具有智能,将自动显示梗概、演员、封面等相关信息。用户可以播放任何来源的内容。

6. 在数字家庭中实现 Android 体验

我们知道Android开始的时候是为手机设计的,而手机中的主流应用处理器是ARM架构。曾经有人担心Android的跨平台可移植性是否有预期的好;但是在过去一年多时间里Android在多个应用领域内的蓬勃发展,已经有力地消除了人们的这种顾虑。除了ARM的手机平台之外,Android在x86、SH、PowerPC、ARC和MIPS等多个架构擅长的的领域内都得到了大量应用。尤其以MIPS在数字家庭应用中的工作最为突出。

这首先是因为MIPS架构在数字家庭中的广泛应用为基础。目前大约60%以上的数字电视机顶盒采用基于MIPS架构的SoC而设计。Broadcom、Sigma Designs、ViXS、Trident、Renesas/NEC、东芝、Zoran等国外大厂,以及Mstar、MTK、SiS、RealTek、Ali、海尔、华亚等多数电视/机顶盒芯片公司都采用了MIPS架构进行下一代芯片开发。目前SmartCE已经在众多MIPS硬件平台上实现。

其次是MIPS架构本身的技术优势,充分满足和发挥了Android系统的性能需求。虽然因为MIPS没有做手机的历史原因,Android的初始版本不是基于MIPS平台的,但是作为最优雅的现代CPU架构,同Android这样的先进软件系统框架的结合是非常完美的,共同组成了一个高效高性能的计算机结构体系。MIPS同Android的技术匹配在以下两个特点中得到了充分体现:

(1) 内核寄存器数目:CPU内核中的通用寄存器是运算单元直接调用的硬件资源;MIPS架构拥有32个通用寄存器数目(作为比较,ARM在运行模式下的可用寄存器数目少于16个)。当运行小程序时这不会造成太大差别;但是在Android系统里面的Dalvik虚拟机,由于采用了register based的机制,同样的软件优化条件下寄存器资源的优势为MIPS架构带来了至少20%以上的性能优势。Dalvik的性能优势直接体现为Android应用程序的性能表现。

(2) 多核和多线程技术结合的并行多处理技术。多核技术因为其直观简单现在已经比较普及了,但是消费电子的多核应用到现在为止多是2核(很长时间内不会超过4核)。其实就每个CPU核心而言,还可以利用多线程技术提高其计算并行度,从而增加性能带宽。多线程因为其设计复杂性,在经典的CPU架构中是一项标准特性(MIPS、PowerPC、x86等),但是在ARM这样的便携式架构中并没有实现。多线程技术的优势需要通过提高软件并行度来发挥,当软件系统比较小的场合其优势便不明显。而Android系统恰恰又非常适合多线程处理器的发挥,当然多核多线程相结合的处理器就更理想了(如MIPS 1004K处理器)。Android的并行处理器需求来自两个方面,一是采用Java作为标准应用开发语言,Java的一个很大特点是直接定义了线程概念以支持任务并行化;第二方面是Android系统会为每个应用程序的运行都例化一个Dalvik虚拟机,这样的话当打开多个应用程序的时候,整个系统处于高度并行化状态。因此,像MIPS这种拥有良好并行处理器技术的CPU特别适合Android这样的系统高效运行。

当Android本身的发展趋于成熟稳定之后,可以预见Google将很快把多平台(MIPS和其他更多架构)以及跨领域(手机、电视、车载等)支持纳入其Android体系之中。

第三点需要说明的是,Android作为一个操作系统,提供的只是一个应用框架,离具体一个产品设计还有很大的区别。比如把一个Android手机系统直接转接到电视机上面,是根本行不通的。这个问题,恰恰就是MIPS和其合作伙伴最擅长的地方。前面所述的SmartCE就是一个很好的例子,其基于Android,但是已经为电视应用做了很多的裁剪和优化工作。另外一个例子是Android的快速启动方案。目前通常的Android系统其启动时间在30秒钟以上,这对于手机和平板电脑来说是可以接受的,而对于电视而言,恐怕就比较勉强了。MIPS集成了来自于Lineo的技术,在MIPS 34K处理器平台上,仅用4秒钟就能够完成Android 2.2的启动过程。这对于电视应用来说是一项非常实用的技术。

小结

对于智能互联电视平台来说,今年将是非常关键的一年。很多先行一步的Smart TV将开始上市,Google TV的成败将在今年初露端倪;各种软件、硬件平台的大战也会烽烟四起。不过,在热闹的背后,我们也应该有一些冷静的思考:

(1) 不管智能互联电视将来的渗透率有多高,这只是替代传统电视的一个存量市场,而不像平板电脑一样像个新增市场。并且电视的替换周期较长,所以对整个行业的拉动作用需要保守估计。

(2) 目前关于Smart TV的讨论,更多的是一种“技术驱动型”,即半导体和软件公司表现最为激进,系统厂商次之,运营商很沉默,而来自用户对新型电视的期望和使用习惯方面的声音很少。单纯凭借技术引爆市场的成功率是不高的;即便智能互联的趋势很确定,过程可能也会比预期的长。个人意见认为智能互联电视的普及需要系统厂商和运营商的全力参与,并且需要真正考虑“电视机”使用习惯;这一课我们还没补上。

(3) 智能互联之外,我们同样需要大力关注“电视机”的基础特征,即图像质量和清晰度,比如新一代平板技术和Super HD的发展等。图像和显示方面的进步,同样会为半导体行业带来大机遇。我们应该全面把握电视发展的各个方向。

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