支持阅读业务的移动智能终端关键技术

杨子文，严斌峰，张成岩，仇剑书

（中国联合网络通信有限公司研究院 北京 100032）

1 移动阅读行业背景

移动阅读主要是指以移动终端设备为载体，随时随地可以阅读电子版形式数字出版物的一种阅读方式。自2007年亚马逊推出了第一代Amazon Kindle无线电子书阅读器以来，电子书阅读器开始在全球风靡。此后，巴诺、索尼、富士通、三星等公司也相继推出了电子书阅读器产品。在中国，最具代表性的是汉王科技的“电纸书”，此外联想、方正、华为、大唐等多家公司也都推出了各自的电子书阅读器产品。这种电子书阅读器在阅读体验方面更类似于传统的书籍，迅速得到了人们的广泛青睐。随着智能手机和平板电脑的大量普及，移动阅读应用软件开始活跃起来，根据中国互联网络发展状况统计报告显示，截至2014年6月，我国网民规模达6.32亿人，其中手机网民规模达5.27亿人，手机上网的网民比例为83.4%，比2013年年底上升了2.4个百分点，首次超越传统PC（personal computer，个人计算机）整体使用率（80.9%）。在使用手机上网的网民中，手机网络文学的用户规模达22 211万人，网民使用率达42.1%，半年增长率为9.8%，在我国各类手机应用的网民使用率中排名第7位。移动阅读正在占据人们移动生活的重要地位。移动阅读具有便于携带、信息量大、内容丰富、低碳环保等优点，可以使人们充分利用“碎片化的时间”进行阅读。

支持阅读业务的移动智能终端是移动阅读的硬件载体，移动阅读给人们的阅读生活带来的种种便利与移动阅读终端的发展密不可分。然而，不同的终端产品给使用者带来的阅读体验不尽相同，目前市场上主流的移动终端设备主要有手机、平板电脑以及电子书阅读器。其中，手机用户的市场占有率最大，价位覆盖多种层次，加上便于携带、功能丰富等特点，已经成为移动阅读的主流设备。智能手机具有多任务操作系统，人们在打开阅读软件进行阅读的同时，还可以进行播放音乐、收发邮件、接收短信等操作。平板电脑作为移动阅读的终端设备具有功能丰富、存储量大、待机时间长等诸多优点，但体积大、不易携带，和手机一样，长时间阅读容易产生眼睛疲劳。专用的电子书阅读器由于采用电子墨水等技术，可以带给读者类纸化的阅读体验，但其体积较大、不便携带、功能单一，对用户来讲性价比不高。这3种终端设备在支持阅读业务方面各有利弊，难以取舍。在我国，电子书阅读器在最初高速发展的几年之后渐渐出现销量惨淡的局面，而平板电脑和手机作为支持阅读业务的终端已经占领主要市场。本文主要以智能手机和平板电脑这两种终端设备为主进行分析。

移动阅读软件又称移动阅读客户端软件，是安装在移动硬件设备之上的一种提供阅读功能的应用软件。最早的移动阅读（如手机报）是由移动运营商以短信形式推送的。伴随着智能手机的出现，移动阅读软件也随之出现。根据EnfoDesk易观智库发布的 《中国移动阅读市场监测报告2014年第2季度》数据显示，截至2014年第二季度，我国移动阅读客户端按市场份额的排名，占比最大的是iReader阅读软件，之后分别是QQ阅读、塔读文学、和悦读、91熊猫看书、沃阅读、天翼阅读等。

2 移动阅读软件的业务需求

对移动阅读软件的业务需求包括内容导航、内容搜索、内容阅读、内容管理、用户管理、系统管理以及与移动阅读业务平台进行数据交互几部分。

移动阅读内容丰富，且需要不断地更新，而移动阅读客户端的存储容量是有限的。不仅如此，一个较成功的客户端软件会吸引非常庞大的用户群，对这些用户信息的存储和管理也不可能在客户端实现。因此，需要一个对阅读内容和用户信息进行存储和管理的移动阅读业务平台与客户端软件协同工作，组成移动阅读系统。移动阅读系统的典型业务关系如图1所示，移动阅读业务平台实现管理阅读内容和用户信息、处理搜索业务、向客户端推送内容和根据客户端请求反馈内容等功能。

首先，业务管理平台会向客户端推送一些数字内容的简要信息，当用户打开客户端软件时，这些推送信息将被客户端软件展示在首页上，引导用户阅读。同时，该页还应该具备内容导航功能，帮助用户根据需要选择阅读内容。内容导航功能对于科技类阅读软件是非常重要的。相对于文化、休闲类阅读软件的使用者，科技文献阅读软件的使用者一般只会对其研究领域的阅读内容感兴趣，然而科研领域众多，推送的内容不可能满足所有用户的阅读需求。这就需要内容导航功能将不同需求的用户引导到其感兴趣的内容分类下。

其次，多数客户端软件都会提供内容搜索功能，尤其是科技类阅读软件，客户端需要提供一个搜索界面以采集用户搜索的信息，并对搜索结果进行显示。阅读内容是存储在服务器上的，因此搜索业务一般是由服务端即平台完成的，在服务器端进行搜索后再将搜索结果返回到移动阅读客户端软件。用户根据需求在搜索结果中进行选择，可进行订阅或试读操作。

对阅读内容进行管理也是移动阅读客户端非常重要的业务之一。客户端软件应具有供用户对订阅内容进行添加、删除、排序等操作的业务功能。这种功能一般在移动阅读软件中以“书架”或“书库”等名称出现。有些移动阅读软件具有跨终端信息同步的功能。当用户对订阅内容进行修改后，客户端将修改的结果上传到移动阅读业务平台，当用户再次打开客户端软件时，这些修改将被同步。

对于移动阅读客户端来说，向用户输出阅读内容的阅读器是至关重要的，它一般具有翻页、书签、调整行距、调整字体等功能。更为重要的是，移动阅读软件应该具有文件解析功能，能够支持多种文件格式的阅读。目前，大多数移动阅读软件都支持.txt、.epub、.chm、.html、.pdf、.umd 等多种文件格式。

图1 移动阅读系统的典型业务关系

用户管理包括用户鉴权业务和用户信息管理业务。其中，用户鉴权包括用户的注册、登录和注销业务；用户信息管理业务提供用户对个人信息的管理，例如修改登录密码、找回密码等。

系统管理用来提供用户对客户端软件的设置，例如是否接收系统通知等。

3 支持阅读业务的移动智能终端硬件需求

移动智能终端是指具备开放的操作系统平台（支持应用程序的灵活开发、安装与运行）、PC级的处理能力（支持桌面互联网主流应用的移动化迁移）、高速接入能力和丰富的人机交互界面的移动终端，包括智能手机和平板电脑。广义的移动智能终端还包括电子书阅读器、车载导航仪、手持游戏机等，本文主要讨论智能手机和平板电脑。

能够支持移动阅读功能的移动设备主要有智能手机、平板电脑和电子书阅读器。其中，电子书阅读器是专门为阅读业务设计的，阅读体验更加类纸化，但功能较为单一。对于智能手机和平板电脑来说，移动阅读只是其支持的一种应用，对用户来讲智能手机和平板电脑的功能丰富、性价比更高。基于移动阅读的业务需求，能够支持阅读业务的智能终端必须具备内置移动通信模块，能够随时接入网络与服务器进行数据交互。还应该具有计算处理能力，可在终端上开发阅读软件并实现阅读软件的逻辑功能。此外，输入输出模块也是非常重要的，它用来实现对阅读内容的显示和对用户输入信息的采集。

为了实现上述功能需求，支持移动阅读业务的移动智能终端需要具有如下硬件平台：用于信息处理的CPU和RAM（random-access memory，随机存取存储器）模块、用于资源存储的存储模块、用于和平台进行数据交互的通信模块、用于用户输入和显示的触摸屏等。

应用处理器（application processor，AP）芯片的功能类似于PC的CPU，是整个智能终端的控制中枢，其上可加载操作系统和应用软件。现阶段智能手机和平板电脑的CPU运算处理能力非常强，不仅从单核处理器发展到多核处理器，应用处理器的主频也已经出现了高达2.5 GHz的频率，这样快的处理速度足以支持阅读业务。

基带芯片是移动终端的通信中枢，与射频芯片共同完成通信功能。现在市场上的智能手机和平板电脑基本都具有支持Wi-Fi和多种模式移动网络的通信功能。

在存储容量方面，现在手机和平板电脑的存储容量最高可达64 GB，足够存储上万本电子图书。凭借现在流行的云存储技术，可以将下载的电子书存储到云端，当阅读时再从云端下载。因此，智能手机和平板电脑的存储能力足以满足阅读业务的存储需求。

屏幕作为最终向用户展示内容的硬件组成，直接影响用户体验。电子书阅读器的显示屏多采用E-Ink（电子墨水）技术，采用这种技术的显示屏具有类纸的阅读效果，常被称为“电子纸”。首先，电子纸更易于阅读，在阳光照射下不反光，在阴暗处和阳光下均可读；其次，电子纸还具有柔软和轻薄的特点；更为重要的是，电子纸显示时没有闪烁、阅读视角大、具有高对比度、可长时间阅读，不会导致眼睛疲劳。此外，E-Ink最大的特点是功耗非常低，用电子墨水显示的图像可保持数周而不需要额外的功率输入，并且改变图像也仅需很少的功率。但这种显示技术的缺点也非常明显，例如刷新时间长、只有黑白两种色彩。

随着技术的发展，出现了两种彩色电子书屏幕解决方案——彩色版的E-Ink技术和mirasol技术。彩色E-Ink技术改进了原来只能实现黑白两色的缺点，由于与E-Ink在技术上并无本质区别，其优缺点与E-Ink技术基本相同。而高通公司开发的mirasol技术是利用虹彩效应来显色，以微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）来实现干测量调节（interferometic modulation，IMOD）技术，显示屏幕不仅功耗低、反射度高，在阳光下也能够看到屏幕上的内容；与彩色E-Ink相比，彩色表现能力更强；显示屏的刷新速度很快，甚至可以播放视频。

智能手机和平板电脑一般采用LCD和OLED显示屏，这种显示屏色彩绚丽、反应速度快，能够满足各种应用需求。针对阅读业务，这种LCD或OLED显示屏虽然可以满足人们浅度阅读时对屏幕的需求，但对于深度阅读的用户群体，较长时间的阅读会产生眼部疲劳。为了不伤眼、更省电，基于E-Ink技术和mirasol技术的屏幕更为适合。考虑到用户对阅读业务的强大需求，不少智能手机生产商纷纷研发出了更易于阅读的智能手机。2013年，Eink公司曾经在世界移动通信大会上展出过一款采用E-Ink屏幕的智能手机。这款手机是基于Android系统深度定制的概念机，虽然具有很多不足，但它的出现给人们提供了智能手机发展的新思路。在今年的CeBIT展上Onyx公司也展出了采用电子墨水屏幕的InkPhone智能手机，并有望投产。与常见的智能机相比，E-Ink屏幕手机具有E-Ink屏幕带来的成本低、电池续航能力强、不伤害眼睛等所有优点，但也同时具备E-Ink屏幕带来的缺点，其中最突出的缺点就是反应时间长，InkPhone在主屏幕上执行页面滑动需要20 s的反应时间。

mirasol技术有效地解决了E-Ink屏幕反应速度慢的问题，但由于生产难度较大，高通公司曾一度宣布停止对该技术的研究和生产。在2013年，高通曾经展示了一块5.1英寸的mirasol屏幕，拥有高达577 PPI的像素密度，很适合智能手机应用，但目前还没有投入生产的消息。

折中的方案也是存在的，2013年俄罗斯推出的双屏手机YotaPhone2具有E-Ink和LCD两个屏幕。这款手机由于背部使用了E-Ink屏幕，不仅具有普通智能手机的优势，同时还能满足阅读爱好者的阅读需求。E-Ink屏幕可以作为专门的阅读屏幕使用，用户可以如同使用电子书阅读器一样拥有接近纸质书的阅读体验。

近年来，也有一些针对智能手机阅读业务而产生的终端附加产品出现。例如，2013年阿尔卡特公司和PocketBook公司在柏林消费电子展上展出了带有电子墨水显示屏的手机保护壳，这种保护壳不仅能够保护手机，还能够与原始屏幕相互搭配使用。PocketBook公司CoverReader的电子墨水显示屏在手机保护壳翻盖的里面（如图2所示），它可以套在三星Galaxy S4上面。当用户需要阅读时，可以在CoverReader的E-Ink显示屏上阅读。阿尔卡特公司为OneTouch Hero设计的保护壳电子墨水显示屏在保护壳的外面（如图3所示），除了能当电子书之外，还能够显示状态更新和小插件，用户根本不需要翻开盖子。OAXIS旗下的产品InkCase是一款带有E-Ink显示屏的手机背壳，它是专为三星GALAXY Note2和iPhone 5设计的，通过蓝牙与手机通信，实现在手机背屏显示电子书和图片等内容。

图2 CoverReader手机保护壳

图3 阿尔卡特公司为OneTouch Hero设计的保护壳

由于智能手机和平板电脑电池的续航能力限制，它们在阅读业务方面相比于电子书阅读器就显得有些力不从心。相对来讲，平板电脑的电池续航能力要稍强于手机，但无法与电子书阅读器相媲美。采用电子墨水技术和mirasol技术屏幕的智能手机将有可能扭转智能手机护航能力不足的劣势。

4 支持阅读业务的移动智能终端软件系统分析

智能终端的阅读业务必须基于一定的软件平台进行开发。当前业界主流的移动智能终端操作系统有苹果公司开发的iOS、谷歌公司主导的Android操作系统、微软公司开 发 的 WindowsPhone 以 及 Symbian、BlackBerry OS、WoPhone等。其中，基于iOS和Android操作系统的智能终端在市场上的占有率最高。

目前，几乎所有的移动阅读软件都具有支持不同终端操作系统的软件版本。例如，亚马逊Kindle电子书最早只能在其专用的电子书阅读器Kindle上阅读，现在已经推出Android、iPhone、iPad、PC、Mac版本的阅读软件。并且这些不同终端上的阅读软件可以实现跨平台数据同步，即安装了 Kindle 阅读软件的 iPhone、iPad、iPod Touch、Android 手机与平板电脑、PC、Mac与 Kindle电子书阅读器、Kindle Fire平板电脑之间实现自动同步电子书、电子书的阅读进度、书签、笔记等。再如盛大文学的“云中书城”不仅支持其旗下的Bambook电子书阅读器，也同时支持Android、iOS操作系统。以上两种阅读软件较为特殊，不仅支持特有的电子书阅读器，也支持手机和平板电脑的主流操作系统。然而，更多的移动阅读客户端软件没有自己独有的电子书阅读器，他们或由终端厂商研发（如苹果公司的iBook），或由内容提供商研发（如中国知网的“手机知网”），也有由运营平台进行研发的（如中国联通的“沃阅读”），这些软件几乎都提供Android版和iOS版下载。也有一些移动阅读软件由专业的软件开发及运营公司研发，例如掌阅科技旗下的iReader、百度91无线旗下的熊猫看书以及腾讯旗下的QQ阅读等，这些软件基本都支持Android、iOS和WinPhone这3种移动操作系统。

随着人们对移动阅读业务的需求量越来越大，不断有移动阅读软件涌现出来。由于强大的竞争压力，现在的移动阅读软件不仅内容越来越丰富，软件版本也在不断升级以满足用户的阅读需求。书签、百分比跳转、亮度调节、阅读背景更换等功能已经成为移动阅读软件所必须具备的基本功能。图文智能排版技术能够大幅度减少乱码的出现，并呈现给用户更加生动、立体的阅读体验。听书功能也已经被大多数阅读软件所采用，虽然该功能目前并不能支持全部书籍，但这无疑给用户带来了更大的方便。高仿真的手势翻页效果给移动阅读用户带来了更加亲切的类似纸质图书的阅读感受。字体大小、行间距调节、屏幕旋转功能也已经在阅读软件中普及，甚至有些软件已经支持字体的转换功能。

近年来，电子书版权问题越来越受到人们的重视。DRM（digital rights management，数字版权管理）技术能以软件或硬件的方式限制用户对数字内容的权限 （如复制、下载次数、打印、修改、传输次数、限定的拨放器、设定使用期限等)，并追踪使用行为，藉此避免数字内容遭侵权行为，达到保护数字内容的目的。由于电子书阅读器一般都采用专用的文件格式，因此在版权管理方面，电子书阅读器比较容易实现。例如，Amazon发售的电子书采用其专属格式（.awz格式），最早这种格式仅能在Kindle电子书阅读器上使用，后来发展到可以在Android系统和iOS的Kindle软件上阅读，这样可以有效防止用户复制和转售数字内容，并且需要在Amazon上注册账号进行验证才能使用。具有内建的DRM机制，可以有效地对数字出版物的版权进行管理。此外，汉王科技也为了保护知识产权，设计了.htxt电子书格式，这种格式是汉王特有的加密格式。人们通过iBookstone购买的在iPad、iPhone或iPod上阅读的电子书只能在这些iOS设备上阅读，因为通过iBookstore销售的一切东西都受到Fair Play DRM的软件保护。Android平台提供一个通用的、可扩展的DRM框架，不同的DRM解决方案可通过plugin的方式集成到Android系统中。该框架可以让应用程序根据许可，管理版权保护相关内容。Android DRM框架支持很多DRM方案，由实现者来决定该设备支持哪种DRM方案。WindowsPhone移动操作系统也提供了相应的DRM解决方案。

5 结束语

从硬件方面来看，目前市场上主流的智能手机和平板电脑在处理能力和存储容量方面，基本都具有足够支持阅读业务所需的硬件条件。但在显示技术方面，普通的智能手机和平板电脑由于采用了LCD和OLED显示屏，容易产生眼部疲劳。而且由于屏幕技术的瓶颈，智能手机和平板电脑在电池续航能力方面稍有欠缺。因此，智能手机和平板电脑可以很好地支持用户进行浅度阅读，而在深度阅读的用户面前则略显不足。但是，业界也就此做出了相应的尝试，如双屏手机和嵌有电子墨水屏幕的手机套，甚至有一些电子墨水屏幕手机出现，未来将会有对移动阅读业务支持更加完美的智能终端设备出现。

在软件方面，主流操作系统技术成熟，完全可以支持客户端软件基本功能需求的开发实现。现存的移动阅读客户端软件基本都具有支持Android系统和iOS的软件版本。随着移动终端操作系统的市场格局变化，将会产生支持更多操作系统平台版本的移动阅读客户端软件。移动阅读软件的版本不断升级，功能更加多样，正在给用户带来更加丰富、便捷的阅读体验。在数字内容的版权保护方面，各阅读软件开发者或采用自己独有的加密格式，或采用终端操作系统提供的DRM架构。

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