家庭网络和数宇家庭家庭网络和数字家庭中国科学院研究员侯自强随着家庭视听设备和家用电器数字化，产生了通过网络连接实现内容共享，传输和控制的需求，家庭网络应运而生，进一步发展就形成了数字家庭的概念。家用电器分为黑色电器( 视听设备) 和白色家电( 冰箱，洗衣机等) ，前者要求传输和共享内容，后者主要要求控制。在数字家庭中首先必须部署家庭网络，通过家庭网络连接各种家用电器。目前各类设备制造商组成各种论坛和标准化组织，以发展制定各种家用电器互连和内容共享以及家庭网络的标准。一些公 司开始推出数字家庭概念产品，如联想的关联电脑等。预测到2 0 0 8 年数字家庭连网设备市场规模将达到6 0 亿美元。如图1 所示。1 数字家庭图1 数字家庭连接网设备市场规模此前家庭中的各种视听电子设备是通过电缆连接对应端子来传输信号。如A V 端子，Sv i d e o ，U S B ，1 3 9 4 火线等。这些都是一对一的对应端口的连接。要改变功能组合需要重新连线，而端口和电缆种类繁多很复杂。随着多媒体计算机和机顶盒进入家庭，需要互相连接传输共享信息的可能组合就非常多，再加上各种设备分处家庭中不同的房间不可能用电缆来连接，这样就产生了对家庭网络的需求。数字家庭能够通 过家庭网络将p c 等作为媒体中心服务器连接各种家用电器，移动终端等，以实现设备自动发现、动态组网，资源内容共享和协同服务和控制。2 0 0 3 年6 月包括联想在内的1 7 家国际消费电子和计算机大公司发起成立数字家庭工作组D H W G ，发展在家庭环境中个人计算机，家用电器和移动设备之间的有线和无线互联网络，以形成一个无缝环境以共享和发展数字媒体和内容业务。其工作重点是制定一个基于开放工业标准的互操作性设计指导框架，以实现 跨产业的融合。在2 0 0 3 年7 月我国国内5 家企业共同发起建立“信息设备资源共享协同服务标准化工作组”( I G R S 标准组) ，简称“闪联”。该工作组旨在通过开发I G R S 协议( 信息设备资源共享协同服务协议， I C R S ) ，在有限范围网络域( 有线、无线) 内，支持多种信息设备、家用电器、通讯设备之间的设备自动发2 0 0 4 4 第四届全国因特网与音视频广播发展研讨会( N W C 2 0 0 4 )1家庭网络和数宇家庭现、动态组网，资源共享和协同服务，从而提高这些设备间的互操作性及易用性，并创造出新的应用模式和丰富的应用。图2 给出数字家庭工作组D H W G 的数字家庭框架。图2 数字家庭框架数字家庭工作组D H W G 在其数字家庭框架中确定采用一些工业标准作为其各个主要环境的标准。如家庭网络物理网络采用I E E E 的有线以太网8 0 2 3 u 和无线局域网8 0 2 1 l a b g ，设备的发现和控制采用即插即用论坛U p n P 协议，媒体传输采用R T P 协议，媒体格式采用M P 3 ，W M A ，J P E G ，M P E G I 2 4 ，A S F 等。而数字产权管理内容保护由自己制定。目前再在发展的家庭媒体中心服务器有高、中、低三种：P C 媒体中心服务器，机顶盒媒体中心服务器以及媒体适配器。，( 1 ) 拥有P c 的家庭采用P C 媒体中心服务器，它采用标准P C 配置，有以太网和无线局域网端口，和数字及模拟电视接收器。操作系统和中间件采用W i n d o w sX PM e d i a c e n t e re d i t i o n 和U p n PA VM e d i as e r v e rc o n t r o lp o i n t 。主要应用包括：媒体鉴权、媒体播放、电子节目报引导的数字录像机、W e b 业务和消费图形用户界面G U I 。在家庭p c 上配软件就可以实现。( 2 ) 没有P c 的家庭可以采用较简单的机顶盒媒体中心服务器，它采用性能较低的C P U 和有图形功能的可扩展的芯片组，装有硬盘、以太网和无线局域网端口以及数字电视和模拟电视接收器。这是一个统一的播放器，有统一的图形用户界面( 电视、视频、音乐、照片) 。具有电子节目报引导的数字录像机功能、I PV O D 业务，W e b 业务以及网络的设置和配置。( 3 ) 最简单最便宜的是媒体适配器，它采用嵌入式媒体处理器，具有以太网和无线局域网端口。采 用W i nC E 或L i n u x 操作系统，第三方的中间件U P n P 实施器。其主要功能是网络的设置和配置，应用加载器，远端输入输出。以上方案是以美国为主的D H W G 提出的，在欧洲则制定了家庭多媒体平台M H P 等标准。我国闪联的标准尚在制定中，还没有发布。2 家庭网络D H W G 选择8 0 2 3 u 有线以太网和8 0 2 1 l a b g 无线局域网作为家庭网络的标准，这是明智的选择。因 为以太网和无线局域网不仅技术成熟价格低廉而且已经大量普及，大量P C 以及P D A 等内置W L A N 可以方便 进行连接。采用这种标准的不足之处是W L A N 的速度还不够高。例如8 0 2 1 l a 的速度为l l M b s ，除去各种2第四届全围因特网与音视频广播发展研讨会( N W C 2 0 0 4 )2 0 0 4 4家庭网络和数字家庭内部开销实际媒体数据率只有3 7 M b p s 。只能用M P E G 4 ，H 2 6 4 格式传输一般质量视频，不能充分满足家庭网络的需求。目前一般认为家庭网络的带宽应该达到1 0 0 M b s 以上，无线的8 0 2 1 l b g 速率为5 1 S b s 也还嫌不够高。有线的快速以太网1 0 0 S b s 和吉位以太网I G b s 可以满足速率要求，但是需要专门在家庭中布设5 类线网络不容易推广。为此，正在发展一些新的家庭网络方案。目前在家庭中已经有的有线网络一般有三种：有线电视同轴电缆网、电力线网和电话线网。同轴电缆多媒体联盟M o C A 。利用家庭中已经有的同轴电缆网，在其上用8 0 2 1 l g 的体制建立有线局域网，据称速率可以达到2 7 0 M b s 以上。H o m e p l u g 联盟发展基于家庭电力线的家庭网络，其速率较低只有1 4 M b l s 。H o m e D N A联盟发展基于家庭电话线的家庭网络，其最新的3 0 版速率可以达到1 2 8 M b l s ，附件扩展可以达到2 4 0 M b s 。家庭网络最方便的还是无线家庭网络，目前正在发展的速率超过1 0 0 M b s 的无线家庭网络有两种。一是采用无线个人域网W P A N 8 0 2 1 53 a 超宽带U W B ，在1 0 米距离传输速率可以达到4 0 0 M b s 。另外一个是新一代的无线局域网8 0 2 1 l n ，速率可以达到2 0 0 M b s 以上，目前还没有明确定义。图3 给出不同的无线局域网用做家庭网络的性能和效果。3 特点和前景分析广I 浏览I 1 _ J 广I 视频流l 1 二J图3 各种无线局域网用做家庭网络广 l 多个流l数字家庭和家庭网络与其说是定义了一组产品不如说是定义了概念和一组标准。其硬件设备很大一部分和其他应用设备是共用的，如关键设备媒体中心服务器，可以由家用电脑配置软件构成，也可以是在机顶盒的基础上扩展构成。而无线局域网家庭网络也是计算机网，视听设备和白色家电共用的。在计算市场规模时很容易和其他相关产品产生重复，这点是需要引起注意的。因此发展数字家庭网络最重要的是应用概念的形成完善，市场推广和标准制定。在这个新方向上我国企业起步较早，基本上和国际同步，“闪联”开始了标准制定工作。但是也应该注意到目前在这个领域应用概念和技术还在发展演化中，目前制定标准应该开放些，防止过早局限在某种单一技术上，影响发展。2 0 0 4 4 第四届全国因特网与音视频广播发展研讨会( N W C 2 0 0 4 )3