德州数字电视广播系统业务平台的建设(2)
2007-12-13
安全及防范措施
一个条件接收系统的安全性不仅体现在其采用何种算法和密钥体系；其智能卡的生产过程，密钥的产生和存储等各个环节都有是其安全性的一部分，CA的安全性主要体现在三个方面：智能卡、密钥和算法。
1、智能卡的构成及生产工艺
智能卡除内嵌有CPU和复杂的加密电路外还嵌有三种不同的RSA算法和十几种密钥，应采用一次压膜工艺由专门的工厂完成，避免安全上的隐患。
2、智能卡的多重保护
智能卡应采用多层加密体系保护其系统安全，要想破解卡内密钥是非常困难的，至少需要通过三层安全保护体系才能破解一个用户的卡内密钥，而卡内的密钥有十几种之多，且用户各不相同，即使将卡内密钥尽数破解，也只是妨碍同类卡的安全，而此时对整个系统并没有妨碍，系统可以通过禁止卡的使用或更改用户密码和算法的方法使得非法用户无法使用。
分层密钥结构图
3、密钥的管理
应采用密钥管理系统，密钥随机地产生于用户端，由运营商自行管理，算法和密钥都是定期更换的，最终用户在不知不觉中卡内的算法和密钥就得到了更换，这无疑就限制了非法用户的使用，也增加了黑客攻击的难度。
4、CA的算法
应采用RSA算法对EMM和ECM进行加密，相对DES算法而方，RSA算法是安全的，另外用于更新以及用于授权的信息全部是加密的，在整个密钥产生和处理过程中，没有未加保护的密钥出现在安全系统外。
5、采用一机一卡的工作方式
采用一机一卡的工作方式可以有效地防备对智能卡的破解，通过系统的设定，用户只能在指定的机顶盒上使用特定的卡，即使某个非法用户拥有一张非法的卡，由于没有指定的机顶盒，也无法正常收看。
6、安全防范的综合措施
用户的安全保障是需要多方面的，从前端设备安全管理制度的建立、智能卡的保管、发放以及将来的维护等等都是其安全体制的一部分，另外对机顶盒的严格入网审查以及监督生产也同系统的安全性有着一定的关系，特别是如果利用一机一卡的方法来限制非法使用的可能性时则犹为重要，另外，针对黑客通过扫描机顶盒与智能卡通讯过程以达到突破系统的侦测手段，在机顶盒与智能卡之间的通讯可以做强制性调整与静态密钥的RSA算法认证，更加强化安全性，确保锁定所有敏感的信息。
通过设定，使得用户的密钥定期更新来防备破解，对可能破解的用户或怀疑破解的用户可以通过个别的密钥和算法更新来防范，对已经破解的用户可以通过关断该卡的使用来防止造成更大损失。
选择条件接收系统要注意的问题
1、CA系统开发上技术实力：CA技术是在实践中不断改进的，是随着加密与解密技术之争向前发发展的，所以开发商的技术实力和经验积累非常重要。
2、世界范围内的市场占有率：应用范围越广，一方面说明技术的成熟度越高，但另一方面被解密的可能性也就越大，这就要求开发商能不断地提高加密技术水平。比较成熟的CA系统开发商会不断监测市场上的破解情况，不断改进。
3、CA的功能：选择CA系统时，必须考虑它是否有完善的收费功能，能否满足运营上的所有要求，以及系统的平滑升级能力。
4、被解密后的解决方案：任何一种加密方式终有一天被破解，所以运营上必须考虑CA被破解后的补救方案及方案的可行性以及技术升级。
5、与其它设备及软件的连接：CA系统是否具有成熟开放的标准，是否与主流设备相连接；同时CA系统与其他软件如：用户管理系统、网管系统的连接完好无误，否则系统运营就有危险了。
6、在国内的服务水平：CA系统必须保证正常运营，但是在系统的长期稳定运行中不可能不出现问题，这就要求CA开发商要有足够的技术力量保证CA系统的长期稳定运行。
7、CA的本地化：我国数字电视体系必须使用我国批准的公共密钥，同时CA系统只有得到了国内机顶盒的支持，CA技术才能获得大发展。
8、价格成本：系统价格也是要考虑的重要因素，特别是IC卡价格及版权使用费，都是数字电视运营成本。
所以为了选择适用的CA系统，不仅要考虑技术问题，还要综合考虑其它因素，针对不同情况选择与其保密级别相适应的CA系统，才是正确的做法。
五、 电子节目指南（EPG）系统
电子节目指南（EPG）系统符合DVB标准以及国家关于SI信息的标准草案，提供基于有线电视网络的电子节目指南服务，系统以网络和数据据库为核心，支持网络多用户编辑。EPG是指利用MPEG-2和DVB中定义的用于数字电视接收机自动配置的SI的几种分段：SDT、NIT、EIT，从这些分段中提取出节目提供商播出节目的列表和播出节目的参数，以直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地接收，选择数字电视节目的工具。
通过EPG系统，工作人员可以方便地编辑和播放EPG信息，制定一周内的节目信息，该信息包括：所有频道、节目起止时间、节目内容的描述、是否加密、如何付费等。接收端EPG接收软件平台通过接收、分析、处理系统服务务信息（SI），完成EPG信息接收。用户可以浏览一段时间的节目指南，并切换到自己喜爱的节目，也可以按日期、节目种类等条件从电子节目表中搜索想要看的节目。
EPG系统前端由三部分组成：节目规划系统、节目信息存储管理系统、电子节目指南播出系统。采用企业级客户机/服务器（C/S）方式的数据库支持，能极大地提高节目制作、编排的工作效率，播放系统自动从数据库里取出需要的数据进行处理，制作人员只需要将数据信息存入数据库。见下图：电子节目指南图
1、节目规划系统
节目规划系统遵循DVB、MPEG-2等相关技术标准，支持节目分类、节目描述、节目提供商等节目相关信息动态发布到网络数据库。主要功能为EPG编辑系统，基于网络技术的系统支持多终端同时进行编辑。
2、节目信息存储与管理
其主要完成节目信息的数据库安全存储和管理，是EPG编辑系统和播放系统的数据中枢，数据库选用性能价格比较好的Microsoft SQL Server，系统完成以下主要功能：
①客户端编辑系统与数据库服务器的交互
②EPG播放服务器和EPG数据库服务器的交互
③节目数据库的管理和维护
3、EPG播出系统：
EPG信息发送软件自动提取节目数据库的节目描述信息，并动态生成相关的服务信道，通过节目时钟控制机制可以灵活地播发实时节目信息，发送产生的动态EPG信息到接收端，主要功能如下：
①支持动态EPG生成
②动态输出码率控制
③支持EPG数据接入复用器
六、 用户管理系统（SMS）
用户管理系统为有线电视业务管理和经营模式提供一个完整、有效的管理和支持系统。实现对用户的综合管理，对各种业务服务的统一管理，同时还提供便于节目提供商控制管理的功能。
1、网络运行流程图
网络拓扑：
运行流程：
2、节目管理流程图
3、用户管理流程图
4、用户管理系统功能
①用户管理模块
管理用户信息、用户预定授权和节目编号等，并将数据自动传给CAS。具体功能有用户维护和节目预定功能。
②授权管理模块
市委节目提供商更好的控制和管理用户收视和IC卡的有力工具，具有处理用户信息、节目信息、IC卡信息的功能。
③控制管理模块
为保证系统正常运行必须具备的运行环境和运行控制的功能，具体有：维护节目提供商、节目提供商频道及其间关系、节目提供商的销售单价，管理模块运行所需的基础数据、维护操作人员和部门的功能授权和操作密码。
④环境管理模块
用于管理有关节目分类及其与节目提供商的对应关系。
⑤分类管理模块
在环境管理模块的基础上，实现按节目内容进行分类销售模式。
⑥节目管理模块
电视节目编排在日常节目播出中，每天都要处理的工作，也是保证节目正常勃舒的必要手段，它的实践性要求特高。其功能有：
节目档案管理：通过对节目进行编号、分类、主题等技术手段处理，将节目整理或易于查询、使用、分类统计的数据文件。
节目单制作：通过播出计划生成或节目播出单，要注意对节目重播、节目翌日重播、异日重复播的处理，同时要对各种节目和广告在时间上的连接处理，要给操作者提供方便快捷的使用方法。
⑦统计报表管理
能够根据要求提供统计报表和统计图，以便直观地反映系统的各种参数和节目提供商的运行管理状态，系统同时还提供与节目提供商的财务系统的连接接口，以提高工作效率。
⑧银行信息管理
它是充分利用银行系统的技术和设施进行管理和收费，提供运营商和银行间的数据通讯和处理。具体有：
数据通讯：将用户有关信息完整、安全、正确地传给用户管理系统。
数据处理：将从银行取来的正确数据，转换成用户管理系统使用数据，修改资金帐产生准EMM，同时产生财务上需要的银行对帐表。
5、用户管理系统的功能完善与提高
随着数字电视用户的增加和新的增值业务的开展，用户管理系统需要的进一步完善与提高，以适应新业务的需要，并最终建设成为一套先进、完善、综合的业务管理系统。
七、 数字电视接收系统
接收系统是数字电视中最重要的环节之一，数字电视系统所提供的所有业务最终都需要通过接收系统来体现，目前系统主要提供音视频业务和数据应用，在一段时期以后系统将提供基于MHP的多种应用，所以接收系统的关键是针对系统提供的业务，为用户提供不同档次的接收机以接收不同的业务，而且关键业务必兼容，如付费电视、NVOD、EPG等。
用户接收机一般分为：低档、中档和高档三个档次，下面以中档机为例进行说明：
中档机一般能满足大多数用户要求，具有良好的性能，价格比可以开展基本音视频业务、NVOD、EPG等，其主要功能及特性如下：
八、 数字电视设备的选型
1、前端设备的选型
前端设备一般分为分离器材的前端系统和集成化的前端系统，前端目前应用较广但不符合未来技术的发展主流，价格相对便宜。
设备选取除遵守前述大原则和国家标准外，具体设备还应注意以问题：
①编码器：编码效率，
②解码器：检错和纠错能力
③上交频器：变频指数
④QAM：特别是抗噪能力，EVW带处抑制几项指标得高，QAM的适配能力要强，另外还要看是否具有PID/NIT的处理、PCR校正、中文菜单及符号率设置等重要功能。
⑤复用器：由于复用器是局端网络的核心，是重中之重，首先，要有极高的稳定性，其次就是要有多种接口适配，支持热插拔，可冗余备份，有PID重构、PSI/SI重拍、可复用加密码流、有方便可靠的网管，带码率压缩和统计复用功能等。
⑥加扰器：支持同密功能（多家），要稳定可靠。
以上是数字电视的主要设备的选择要素，而其他如切换矩阵、网管系统（含信号监测系统）、未来扩容、传输系统未来与播控系统的结合也应纳入考虑，做到统筹规划，对于网络系统来说，鉴于过去各个厂家设备互不兼容，统一网管很难，最好在数字电视主流厂家中选一家，便于网管。国内主流厂家有算通、华为、数码视讯，而国外有Bigband、Skystream、TELESTE和SA等，
2、数字电视前端的未来发展方向
目前数字化前端一种是传统的分离器材设备前端（如上所述），另一种是目前较好的集成数字化前端，无论是从设备管理、功能扩展、运营维护、投资成本等方面集成化数字前端是发展方向，其特点有：
①IP/MPEG路由交换
即Video IP路由器，内部处理都是IP，不仅从根本上解决了传统前端的频道分割问题，更彻底解决了冗余备份问题，包括端口备份，省掉了矩阵切换器，同时备份中断信号时间大大缩短。
②采用VBR方案
改变了过去传统前端多个QAM频道只能传6套节目，并且还常面临码率溢出而导致的用户端出现静帧或黑场，严重时还会丢节目的弊端，具有了智能化的统计复用功能，在确保图像质量的前提下，能将单个QAM频道的节目传输容量提升50%之多，大大提高了效率。
③GigE传输和冗余
ATM已逐渐被淘汰，SPH依旧是传输的主干网，昂贵而又缺乏兼容性的DS3适配器只能是过渡产品，采用IP传输将成为今后主流，适合开展IPTV业务。
④附加业务功能多
如节目采集、广告插播、端口冗余、节目备份、IP广播、交互式广播等。
总之数字电视的发展在我国处于启动阶段，数字电视的设备、技术也在不断发展中，数字电视设备的选择宜慎重，特别是要对自己近几年开展的业务要有针对性，即要考虑目前数字化形势的严峻性，又要考虑到未来的发展，争取多考察、多比较。做到少走弯路，少付出学费，建设好德州有线数字电视平台，促进德州的数字化工作，为人民服好务。
九、 数字电视的监视系统
由于数字电视的节目多达100~200套，系统的监视系统不可能像以往一样依赖人工监视图像的办法，为提高对用户的服务质量，实时监视网络的运行状况，做到及时发现问题并及时处理问题，必须有一套数字电视实时监测系统。
数字电视系统通常需监测的指标
①码流层的监测带宽、PCR抖动、包间隔的抖动、TR101.290、SI信息、EPG信息、OCV传输码流的验证（先由机器自动捕捉正确播出的传输流，其特性包括TS流、ID、服务层数量、服务商名称、复用器最大最小带宽、CA状态，所有的PID信息和服务种类等基本信息存储做参考，再与实时码流进行比较判别，发现问题报警并记录）。
②QAM物理量的监测：MER、BER、EVM、星座图、场强功率、接收电平、频率漂移。
我市数字电视前端的监测
系统组成为：DVSTATION REMOTE一台，QAM110A射频及码流分析模块1块，相应软件系统。
我们从RF混合器中提取1路从46~860MHZ的混频后的信号，接入QAM110A的RF输入口，并在DVS210主机上通过软件设置将公司网的16个频点设置到DVS REMOTE主机上进行码流监测。
1、安全监测
安全监测的对象是码流通过临测示意图可以清楚地看出复用码流的情况：
①码流复用带宽的监测：当节目源丢失，占用带宽溢出系统报警并记录。
②PCR抖动漂移信息的监测：PCR丢失或PCR抖动漂移超出范围就报警记录。
③PID包间隔抖动信息监测：当包间隔的抖动值过小，图像质量会变化，超出范围报警、记录。
④OCV传输码流验证，是DVSTATION的独特功能，可防止非法信号的入侵，具体先由机器自动捕捉正确播出的传输流，其物性包含TS流ID、服务层数量、服务商名称、复用器最大最小带宽、CA状态、所有PID信息和服务种类基本信息，把这些信息作为参考，与正在播出的码流进行比较，有不一致就报警并记录。
⑤TR101.290的监测报警：对码流的监测还有其他很多方面，通过以上项目监测有助于掌握码流的变化情况，保证安全播出。
2、质量监测
主要考虑传输的质量，QAM调制后技术参数的监测，从监测结构图中可以看出，具体监测项目：
①MER（数量监测）
②BER（数字量监测）
③星座图（数字量监测）
④载噪比（模拟量监测）
⑤接收电平（模拟量监测）
⑥中心频率漂移（模拟量监测）
通过监测可以发现重大停播事故和播出质量，并作好记录。
3、内容监测
一是传输码流的内容，二是节目图像内容，前者在安全监测中已作为目标，关于图像内容主要是：
①对非加密的图像进行监测
②配合机顶盒对出问题报警的图像，通过机顶盒进行观看。
4、数据及报警平台
①报警平台：监测系统所有报警数据是通过SNMP的方式，由监测中心的SNMP网管服务器直接进行编译。
②DVSTATION设备拥有SNMP报警功能和多用户功能，将DVS210连接至以太网上，通过以太网口提供给监控室PC作状态显示，并输出TV信号至电视墙。
十、德州有线数字电视服务平台系统的调试与验收
德州有线数字电视服务平台系统硬件部分﹙信号编码、复用、调制﹚及用户管理系统主要采用华为公司产品，CA、EPG采用永新同方产品。06年3月设备陆续到达安装，试运行三个月后，和两家技术人员根据ITU-T建议、国标和部标的相关标准进行了测试、验收。对硬件设备进行了技术指标测试，对CA、EPG、SMS进行了功能测试，通过调整、改进，06年10月通过合格验收，06年11月德州有线数字电视服务平台正式运营。
来源：德州广电有线传输有限公司
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