数字电视多媒体消息业务系统方案
1. 引言
当前，制约数字电视发展的主要因数，除资金不足和用户的认可度不高之外，另一个重要的原因就是内容匮乏。本文所设计的系统可以实现将广播电视网与互联网和电信网互联互通，从而可以将互联网和电信网上大量的内容呈现在电视上。据统计，目前全国大约有2万家SP（Service Provider），他们为电信增值业务提供了大量的内容。同样地，通过本文设计的系统，这些SP可以接入广电网络，并为电视用户提供丰富的内容，从而推动数字电视的发展。 从1992年12月世界上第一条短消息在英国沃达丰公司诞生以来，短信市场得到了迅猛的发展。短消息作为2G和2.5G移动通信的主要数据业务，为网络运营商和众多的SP带来了丰厚的收入。据信息产业部统计，2004年和2005年我国短信发送量分别达2177.6亿条和3046.5亿条。在2.5G和3G系统中，多媒体消息业务MMS（Multimedia Message
Services）将成为主要的数据应用之一。
通过电视多媒体消息业务系统，用户可以接收Internet和手机发送过来的多媒体消息（如电视贺卡、电视邮件、音乐、视频片段等），如果具有回传信道，用户也可以向Internet、手机和电视台发送消息。这样，可以大幅度提高家庭信息化水平，有助于"三网融合"在业务应用上的初步实现。
2.
TVMMS系统网络结构
2.1
MMSE中的TVMMS
图1表示了一个理想的、统一的多媒体消息业务环境(MMSE, Multimedia
Messaging Service Environment)，它包括了电视多媒体消息业务TVMMS系统、移动通信网络MMS系统、固定通信网络（PSTN）MMS系统和Internet等。MMSE提供所有必须的服务功能元素，如递交（Delivery）、存储（Storage）和通知（Notification）等，这些功能元素可以位于同一个MMS系统中，也可能位于不同的MMS系统中，MMSE使得这些位于异构网络中的多媒体消息系统具有互操作性。
图1
各种异构网络中MMS系统组成的MMSE
2.2
TVMMS系统体系结构
TVMMS系统体系结构如图2所示。图中给出了TVMMS系统组成的各个功能设备/模块，以及它们之间的接口.
2.3
TVMMS功能实体与接口
用户代理（
UA, User Agent）
：用户代理是位于机顶盒STB的应用层软件，它提供对TVMMS业务的支持能力。用户通过它，可以接收、观看、制作和发送电视多媒体消息。用户代理的主要功能如下：
²
从TVMMS网关/服务器获取消息，包括多媒体消息和通知消息；
²
向用户呈现（Presentation）消息；
²
TVMMS消息制作；
²
向TVMMS网关/服务器提交消息；
²
对消息进行加密和解密；
²
在STB上存储消息；
²
管理STB上存储的消息。
TVMMS 网关/服务器
：TVMMS网关/服务器负责存储、处理来往的消息，在整个TVMMS系统中，TVMMS网关/服务器处于核心地位。在技术实现上，TVMMS网关和服务器可以集成在一起，也可以分开成两个设备，它们之间用MM2接口进行通信。TVMMS网关/服务器完成以下主要功能：
²
接收、递送、转发TVMMS消息；
²
在TVMMS网关/服务器和外部服务器（如Email服务器）以及其它系统之间进行必要的消息格式转换；
²
通知用户有新消息到达；
²
在不同的TVMMS网关/服务器之间转发多媒体消息；
²
产生或转发各种应答消息；
²
解析消息地址，并按地址信息进行路由转发；
²
临时存储电视多媒体消息；
²
保证消息的可靠传输；
²
支持数字版权管理DRM（Digital Right
Management）；
²
产生计费数据CDR（Charging Data Records）；
²
根据用户信息对消息进行过滤；
²
检测机顶盒状态，如：开关机、是否支持
TVMMS消息、是否有回传信道等。
外部服务器
：外部服务器，如Email服务器等，可以实现"电视邮件"功能，即在互联网上可以将普通的Email发送到指定的电视上。外部服务器不属于TVMMS必须的功能单元。
管理与控制
：管理与控制设备负责TVMMS系统的管理和控制功能，如系统参数的配置修改、寻址、路由、计费参数、用户权限控制以及TVMMS系统的操作、维护。
计费系统
：根据TVMMS网关/服务器产生CDR对用户和增值业务提供商（VASP，Value Added Services
Provider）进行计费。
TVMMS消息存储中心
：TVMMS是一个存储转发（Store and Forward）系统。TVMMS网关/服务器收到消息后，首先在本地缓存，然后检查地址信息，如果目的接收者位于其管辖范围内，那么它将该消息送交TVMMS消息存储中心存储，TVMMS消息存储中心返回一个该消息的URI给TVMMS网关/服务器。之后，TVMMS网关/服务器通知接收终端有新的消息到达（该通知中包含如何获取该条TVMMS消息的信息）。用户成功获取该条消息之后，TVMMS消息存储中心删除该条信息（或在一定时段之后删除该条信息），如果用户在规定的时间内，没有下载该条消息，TVMSS消息存储中心也将删除该消息；TVMMS网关/服务器收到消息并检查地址信息，如果发现目的接收者不位于其管辖之内，那么它需要将消息按照路由信息前转到目的接收者位于的TVMMS网关/服务器，待收到接收者正确的应答消息之后，TVMMS网关/服务器删除该消息。
TVMMS 用户数据库
：TVMMS用户数据库完成以下功能：
²
用户定购信息管理；
²
用户接入控制信息管理；
²
维护有关用户消息处理的规则。
TVMMS
VASP：
TVMMS增值业务提供商为TVMMS用户提供增值业务，如音乐、电视贺卡等。TVMMS
VASP通过MM9接口与TVMMS网关/服务器相连。本论文将主要讨论MM9接口的协议和实现。
TVMMS系统的各种接口：
²
MM1：用户代理与TVMMS网关/服务器之间的接口；
²
MM2：TVMMS网关器与服务器之间的接口，在具体实现上，可以将网关器与服务器集成在同一个物理设备中；
²
MM3：TVMMS网关/服务器与外部服务器之间的接口；
²
MM4：TVMMS网关/服务器与管理控制服务器之间的接口；
²
MM5：TVMMS网关/服务器与计费系统之间的接口；
²
MM6：TVMMS网关/服务器与消息存储中心之间的接口；
²
MM7：TVMMS网关/服务器与用户数据库之间的接口；
²
MM8：TVMMS网关/服务器与TVMMS网关/服务器之间的接口；
²
MM9：TVMMS网关/服务器与VASP之间的接口。
3.
TVMMS支持的内容及其编码
TVMMS至少支持以下内容：
²
纯文本信息：
纯文本信息的编码格式支持US-ASCII、ISO-8859-1、UTF-8、UTF-16、GB2312等。
²
语音、音频：
TVMMS语音、音频信息编码支持：MPEG
Layer I and II、MP3、AC3、LPCM、ADPCM、WMA9、HDCD
audio、AAC-LC（MPEG-4 AAC Low
Complexity）和AAC-LTP（MPEG-4 Long Term
Prediction object types）等。
为了与移动通信网络实现互操作性，TVMMS支持3GPP TS 26.140规定的移动MMS语音/音频编码格式：AMR和WB-AMR。其中，WB-AMR在抽样频率超过16kHz时采用。
²
图形、图像：
固定图像（Still Image）支持ISO/IEC JPEG和JFIF文件格式；
位图（Bitmap Graphics）支持GIF87a、GIF89a和PNG文件格式。
²
视频：
TVMMS支持MPEG-2、MPEG-4、H.264（AVC）视频编码格式。
为了与移动通信网络实现互操作性，TVMMS支持3GPP TS 26.140规定的移动MMS视频编码格式H.263（profile 0 level 45）。
TVMMS不但可以支持上述单一媒体内容，还可以支持包含文本、音频、图形图像和视频的多媒体内容，这些内容通过同步多媒体集成语言（SMIL, Synchronized
Multimedia Integration Language）进行编码，形成一个互相关联的或混合的整体，并且，在接收端可以按照制作时设定的顺序和条件进行播放。SMIL语言用于描述TVMM中各媒体元素（文本、图形/图像、语音/音频和视频等）的同步和播放场景（如位置、顺序、定时等）。
4.
TVMMS编址、寻址方案
4.1用户终端编址
数字电视机顶盒智能卡（IC卡）含有一个8位十进制数编号
[19][24]
，该编号在同一个有线电视运营商内具有唯一性，且SMS（Subscriber
Management System）、CAS（Conditional
Access System）可以依据该编号对STB进行寻址、授权等。TVMMS对用户终端的编号使用智能卡编号。
4.2
TVMMS 网关/服务器编址
所有的TVMMS网关/服务器进行统一编号，号码长度为3位十进制数，从"200"—"999"分配给各运营商的TVMMS网关/服务器，"000"—"199"保留。具体号码分配由国家广播电影电视总局统一分配。这个3位编号与8位智能卡编号一起，作为用户终端的识别号（ID）。在这个识别号中，3位TVMMS网关/服务器编号位于高位（左边），8位智能卡编号位于低位（右边）。如：若某TVMMS网关/服务器编号位"202"，有一用户终端智能卡编号位"12345678"的用户设备与其相连，那么该用户设备的ID为："20212345678"。
4.3
VASP编址
VASP
企业代码：
VASP企业代码，即VASP_ID是企业身份的标识，网络中地址翻译、计费、结算等均以企业代码为依据。VASP_ID也是VASP在根据用户的点播请求在向用户发送、下载等下行类业务时，用户终端中显示的发送方的号码。VASP_ID用数字表示，共6位，从"ABC000"到"ABC999"，其中，"ABC"为各
TVMMS网关/服务器编号。
"ABC"由国家广播电影电视总局统一分配。后3位由各提供接入的运营商分配。
业务代码：
即VAS_ID，它表示业务类别，并区分不同业务的信息服务费。业务代码由字母（不区分大小写）和（或）数字组成，长度不超过8位。为了便于业务统计和分析，对 VAS_ID的编码做如下规定：
第1位："1"表示普通下行业务；"2"表示集团客户应用的业务。其它数字保留备用。
第2、3两
位：表示TVMMS业务一级分类，具体分类这里暂不做规定；
第4、5两
位：表示TVMMS业务二级分类，具体分类这里暂不做规定；
第6—8位由VASP根据业务开展情况，自行编定。
4.4
TVMMS寻址方案
TVMMS系统对用户终端的寻址
对用户终端寻址使用前面章节中规定的编址方案，即11位十进制数地址。首先通过前3位数字确定用户终端所在的TVMMS网关/服务器，再由TVMMS网关/服务器根据后8位数字唯一确定目的终端地址。
在具体实现上，除了使用上述寻址方案外，还可以使用Email地址。运营商可以为每位用户开通一个邮箱，该邮箱地址格式为：xxxxxxxx@DTVOperator.com，其中，xxxxxxxx
为用户机顶盒智能卡的编号，即终端地址的后8位；DTVOperator
为各数字电视运营商的Email邮件服务器名。这样，TVMM按照普通Email寻址方案，被发送到运营商的Email服务器，运营商再发送消息通知用户，有新的消息到达，并告知消息存储地址。之后，用户可以通过数字电视终端或者计算机上网获取该条TVMM消息。
TVMMS系统对TVMMS网关/服务器的寻址
TVMMS网关/服务器的寻址遵循标准的Internet寻址方案，即基于IP地址的寻址路由。如果TVMM消息的发送者和接收者位于不同的TVMMS网关/服务器，那么TVMM消息将通过MM8接口转发。这就要求源TVMMS网关/服务器能够获取目的TVMMS网关/服务器的IP地址，其方法是：源TVMMS网关/服务器根据TVMM消息头部中目的地址（用户终端地址、用户终端对应的Email地址或VASP企业代码），查询地址翻译服务器（类似域名服务器DNS），获取目的TVMMS网关/服务器的IP地址。地址翻译的实现：可以设立一个全国最高的地址翻译服务器，它存储所有TVMMS网关/服务器与其接入的VASP和其管辖的终端之间的地址映射，并对TVMMS网关/服务器提供地址翻译服务。为了提高系统处理速度，各个运营商可以在本地建立一张静态的地址映射表，该表应可以自动或手动与最高地址翻译服务器的地址映射表保持同步。TVMMS网关/服务器在本地静态地址映射表中找不到正确的路由信息时，才向最高地址翻译服务器提起服务请求。
TVMMS系统对VASP的寻址
对VASP的寻址根据VASP企业代码进行。根据VASP企业代码的前3位可以确定该VASP所接入的TVMMS网关/服务器，再根据后3位唯一确定一个VASP。值得说明的是，在网络中，VASP企业代码是不能直接用来寻址的，而是要通过地址翻译，找到该VASP及其所接入的TVMMS网关/服务器的IP地址，然后根据IP地址进行寻址路由。
5
TVMMS业务流程
从业务方式来看，TVMMS业务可以分为下行业务（VASP—>STB）、上行业务（STB—>VASP）和点对点业务（STB—>STB）。
5.1
下行业务（VASP—>STB）
TVMMS下行业务是指VASP根据用户点播、定制的业务，向STB发送TVMM的过程。TVMMS下行业务流程如图3所示.
在对图3的流程做解释之前，先对消息内容的Content_ID
及其生存时间Live Time做一个阐释：
VASP向TVMMS网关/服务器提起发送消息请求，可以有两种方式：一种是基于"Content_ID
"的发送请求，另一种是基于"Content"的发送请求。一个新的内容（如一首音乐、一张电视贺卡等）第一次被VASP提交给TVMMS网关/服务器时，采用"Content"的发送请求方式，如果该消息被TVMMS网关/服务器正确接收，TVMMS网关/服务器将返回一个应答。如果VASP在发送请求中，将"Content Storage"字段置为"true"，即要求消息被存储，那么TVMMS将在一定时段内（"Live Time"）保存该内容，并为该内容分配一个"Content_ID
"，TVMMS网关/服务器在返回应答时，告知VASP该内容
的"Content_ID
"和生存时间"Live Time"。这样，在下一次VASP向TVMMS网关/服务器提交发送该内容的请求时，如果该内容仍然处于其"Live Time"内，那么VASP只需采用基于"Content_ID
"的方式提交发送请求，而不必将相同的内容再次发送给TVMMS网关/服务器。在TVMMS网关/服务器应答基于"Content_ID
"的发送请求时，会根据该内容被发送的频率、次数和其本身的系统资源生成一个新的"Live Time"给VASP，VASP收到后，更新该内容的"Live Time"。如果某内容的"Live Time"过期，TVMMS网关/服务器将删除该内容，VASP再次发送该内容时必须采用基于"Content"的方式进行发送。此外，如果某内容的"Live Time"没有过期，但由于某些原因，内容被提前删除，VASP再次发送该消息时，它首先使用基于"Content_ID
"的方式提交发送请求（因为它并不知道该内容已被删除），TVMMS网关/服务器在应答消息中给出该消息已被删除的指示，接下来VASP采用"Content"的发送请求方式进行发送。
"Content_ID
"的编码："Content_ID
"采用10位十进制数表示，即"XYZabcdefg
"，其中"XYZ"是"VASP_ID"的低3位（VASP_ID的高3位为其接入的TVMMS网关/服务器编号），它可以用来区别和检索不同VASP提交的内容，"abcdefg
"表示内容编号，从"0000000"到"9999999"，例如：某TVMMS网关/服务器编号为"202"，其接入的某个VASP的企业代码"VASP_ID"为"202888"，该VASP提交并存储的消息内容的"Content_ID
"范围是："8880000000"到"8889999999"。
"Live Time"的编码："Live Time"编码遵循中华人民共和国国家标准《数据元和交换格式
信息交换日期和时间表示法》GB/T 7408－94。"Live Time"可以有两种表示方式：绝对时间和相对时间。绝对时间表示方法为：YYYY-MM-DDThhmmss，其中，YY表示年份，MM表示月份，DD表示天，T为日期和时间的分隔符（根据GB/T 7408－94，在不引起混淆的情况下T可以省略），hh
表示小时，mm表示分，ss
表示秒；相对时间的表示方法为：hhmmss
，其中hh
表示小时，mm表示分，ss
表示秒。
图3中的流程解释如下：
1：VASP根据用户点播、定制的业务，启动下行业务。VASP将"Content_ID
"及其它消息发送参数提交给"源TVMMS网关/服务器"；
2："源TVMMS网关/服务器"根据"Content_ID
"查询本地数据库，看本地数据库中是否存储有该内容，并将查询结果返回VASP。如果本地数据库中有该内容，那么下面的步骤3和步骤4可以省去，否则，步骤3和步骤4是必须的；
3：VASP采用基于"Content"的方式向"源TVMMS网关/服务器"提起发送请求；
4："源TVMMS网关/服务器"返回应答给VASP。如果在步骤3中，消息的"Content Storage"字段被置为"true"，那么"源TVMMS网关/服务器"在应答消息中为该内容分配一个"Content_ID "，以便VASP再次发送该内容时，VASP可以采用基于"Content_ID
"方式进行；
5："源TVMMS网关/服务器"检查消息的目的地址，如果目的接收者属于其管辖范围，那么"源TVMMS网关/服务器"同时也是"目的TVMMS网关/服务器"，操作可以跳到第9步；如果目的接收者不属于"源TVMMS网关/服务器"管辖范围，那么它需要将消息前转（Forward）到目的接收者属于的"TVMMS网关/服务器"。第5步就是"源TVMMS网关/服务器"查询"地址翻译服务器"，以便获得"目的TVMMS网关/服务器"的IP地址（如果"源TVMMS网关/服务器"配置有静态地址翻译表，则首先查找该静态表，在查不到需要的信息的情况下，再向"地址翻译服务器"查询）；
6："地址翻译服务器"返回查询结果给"源TVMMS网关/服务器"；
7："源TVMMS网关/服务器"将消息前转到"目的TVMMS网关/服务器"；
8："目的TVMMS网关/服务器"返回应答给"源TVMMS网关/服务器"；
9："目的TVMMS网关/服务器"收到消息后，将消息存入"TVMMS消息存储中心"；
10："TVMMS消息存储中心"返回应答给"目的TVMMS网关/服务器"，此应答消息中包含该条消息的存储信息（如存储位置URI等）；
11："目的TVMMS网关/服务器"通知"STB-UA（机顶盒用户代理）"，有新消息到达。在该通知中，包含有如何获取该条消息的信息，以及消息过期期限（超过该期限，消息将会被删除）；
12："STB-UA"返回应答给"目的TVMMS网关/服务器"；
13："STB-UA"向"TVMMS消息存储中心"发起下载消息的请求；
14："TVMMS消息存储中心"向用户推送该条消息。
用户（接收者STB-UA）在接收到有新消息到达的通知之后，将会对消息做出一定的处理（立即下载阅读、推迟下载阅读或者拒绝接收该条消息），"目的TVMMS网关/服务器"可以通过"源TVMMS网关/服务器"将用户做出的处理报告给VASP。
收到新消息到达通知后，用户也可以通过计算机上网到"TVMMS消息存储中心"下载消息。
5.2
上行业务（STB—>VASP）
TVMMS上行业务，是指STB-UA发送消息（如定购信息、点播指令等）到VASP。这要求HFC网络具有上行传输能力（即双向HFC）。此外，用户的点播、定制也可以通过计算机上网连接VASP的主页进行，还可以通过手机发送短信的方式进行点播、定制TVMMS业务。TVMMS上行业务流程如图4所示。
图中的业务流程解释如下：
1："STB-UA"将消息提交给"源TVMMS网关/服务器"；
2："源TVMMS网关/服务器"返回应答给"STB-UA"；
3："源TVMMS网关/服务器"检查消息的目的地址，如果目的接收者位于其管辖范围之内，那么流程直接跳到第7步。否则，"源TVMMS网关/服务器"需要将消息前转。步骤3为"源TVMMS网关/服务器"查询"地址翻译服务器"，以便获取转发路径；
4："地址翻译服务器"返回应答给"源TVMMS网关/服务器"；
5："源TVMMS网关/服务器"将消息转发给"目的TVMMS网关/服务器"；
6："目的TVMMS网关/服务器"返回应答给"源TVMMS网关/服务器"；
7："目的TVMMS网关/服务器"将消息发送给VASP；
8：VASP返回应答给"目的TVMMS网关/服务器"。
5.3点对点业务（ STB—>STB）
TVMMS的点对点业务，是指STB-UA发送消息到其他的STB-UA，完成机顶盒到机顶盒的信息交换。这同样要求HFC网络具有上行传输能力（即双向HFC）。
TVMMS点对点业务流程如图5所示。
图中的业务流程解释如下：
1："STB-UA"将消息提交给"源TVMMS网关/服务器"；
2："源TVMMS网关/服务器"返回应答给"STB-UA"；
3："源TVMMS网关/服务器"检查消息的目的地址，如果目的接收者位于其管辖范围之内，那么流程直接跳到第7步。否则，"源TVMMS网关/服务器"需要将消息前转。步骤3为"源TVMMS网关/服务器"查询"地址翻译服务器"，以便获取转发路径；
4："地址翻译服务器"返回应答给"源TVMMS网关/服务器"；
5："源TVMMS网关/服务器"将消息转发给"目的TVMMS网关/服务器"；
6："目的TVMMS网关/服务器"返回应答给"源TVMMS网关/服务器"；
7："目的TVMMS网关/服务器"将消息发送给目的机顶盒用户代理；
8：目的机顶盒用户代理返回应答给"目的TVMMS网关/服务器"。
6 结语
数字电视的发展和传输网络的双向化改造是广播电视系统的重大变革，它将在一定程度上改变人们的生活方式。本文所讨论的数字电视多媒体消息业务系统的成功研发和商用，将大大提高家庭信息化水平，丰富数字电视的业务应用，有利于数字电视终端发展成为家庭信息化的中心，为真正意义的"三网融合"提供了初步的业务应用上的解决方案。
