德州数字电视广播系统业务平台的建设(1)
2007-12-13
商明明 王正国 翟希山 王志广
德州有线数字电视服务平台系统建设目标是建立一个数字电视综合业务平台，它基于广电行业有线数字电视传输标准，支持SDTV和HDTV数字电视广播业务，借助于CA系统和用户管理系统对数字电视业务平台的播出业务进行管理和控制，支持现有业务与今后发展开放业务共存，具有向开放型、交互式数字电视业务平台过渡的可扩展能力，最终完成集网络、数字电视、交互电视、电子政务、党政信息专网等多功能为一体的综合信息服务网络和运营平台。
本平台建设技术方案，采用天柏CA或永新同方CA（广电总局采用NDS、爱迪德、天柏、永新同方）系统作条件接收，实用瞬时快速变化的控制字进行干扰加密，是高可靠的条件接收系统、支持银行代理收费，支持机卡配对，同时系统还可通过软件平滑升级。
1、德州数字电视平台一期建设目标
①先期目标是将现模拟网50套节目数字化，再加上10套港台节目和24套节目平台的收费节目，共计84套，16个频点，系统容量10万户。
②利用天柏或永新同方CA系统对每套节目进行加密传送，用户权限采用分组授权的方式管理，结合用户管理系统（如华为SMS），可完成单个家庭用户开户、停机、查询、权限控制、统计，具备用户管理、节目订阅、信息查询、欠费停机等主要功能。
③为达到社会效益和经济效益双丰收，充分调动政府的推动力，一期工程要开通数据广播，开展电子政务、党政信息专网服务，同时为用户提供电子节目指南和软件在线升级等服务。
2、德州有线数字电视平台二期建设目标
二期工程是在一定规模用户基础上重点开展多功能服务，如：股票系统、准视步点播，大大增加有吸收力的节目，大力发展网络用户，数字节目套数达到120套以上，达到25个频点，接近750MHZ，同时CA和SMS升级到30万户的规模。初步完成单向的有线数字多功能服务网的建设。
3、德州有线数字平台三期建设远景目标
在二期工程大力发展用户基础上，数字电视基本覆盖了德城区及下县城区用户（15~30万）全面停播模拟电视，以空余更多频道进行数字节目扩容和双向传输。一方面节目扩容至150~200套，另一方面大力开展双向多功能开发以吸收用户和卫星电视、网络电视展开竞争减少用户流失。此时可开展互动游戏、互动点播、可视电话、互动电视、高速互联网和高清晰数字电视等服务；系统CA和SMS扩容至50~100万户，节目频点增至60个频点以上，750M的有线带宽足以满足需要。至此一个承载多种综合数字业务、宽带、智能、个性的服务网络全部建成。
一、数字电视系统简介
1、数字电视的压缩编码系统
该系统主要是将AV信号进行编码压缩成TS流，并实时传输到处理工作站对节目进行分类处理，然后送入合成工作站对分类处理的节目进行同类复合，再送入视频服务器以满足对用户的广播点点播。
2、数字电视调制传输系统
使数字节目的传输流在现有的各种信道里传输，提高信道的利用率及抗干扰能力，保证节目的音视频质量并为多种附加业务提供可能。
3、数字电视条件接收系统：
在前端对节目或数据进行加密处理，通过授权信息管理实现对用户收视的控制，从而使运营者在运营成本和商业利益之间达到平衡，形成良性循环，对用户播出的视频、音频、数据业务的授权，控制和加密其他增值业务。
4、数字电视用户管理系统
以对用户提供的数字加密电视和各种新的增值服务计费为核心，实现用户管理、系统维护、基础数据维护、授权管理、财务管理等，是一个能够适用于所有增值服务计费的综合计费系统，将使有线网络公司的管理由粗放式管理，走向集约式精细化管理。
5、数字电视用户端接收系统
用户通过购买和租借数字电视机顶盒，缴纳一定的收看费用，即可享受到完全不同的视频节目，告别低质量的模拟节目，更重要的是还可以自主选择内容、收看方式，还可以利用机顶盒接收数据，甚至上网、结算、网游等，彻底改变人们过去的生活方式，带来新的享受。
6、数字电视的多功能应用开发系统
①数字电视的准视频点播（NVOD）系统
将经过压缩后编码的海量数字音视频节目存放在以阵列构成的硬盘存储体上，通过视频服务器选取、组合、送出数字视频流，以数字方式在有线网循环广播。根据用户可以在接收端自主选取接收自己喜好的节目，实现准实时方式的视频点播，这种共享信道方式的点播业务，可同时为用户提供大量节目的点播业务，而不受网络带宽及单向传输的限制。
②数据广播系统
数据广播是一个全新的信息传输媒体，采用HTML图文服务子系统，能自动转发互联网或其他服务商内容，可提供新闻、气象、交通、市场招聘、休闲、节目预告和电子杂志等多种应用服务，并可实现通过广播的方式发布政府公告、网上电子政府等功能。
③股票服务系统
是为广大股民提供的家庭大户室。此系统通过卫星接收设备或当地已有的股票信息源，将沪深两地实时股市行情接入前端股票服务器，完成信号格式的转换并把所有股票、信息封装成符合DVB标准的TS流，再经过64QAM调制混频输出到HFC网；在用户端，机顶盒接收到信息并将其转换成适合电视机接收的信号，用户通过遥控器操作机顶盒，可以观看到各支股票的实时行情，并能进行各种技术分析、查询，如果是双向网络，并可在线产易。
二、、拟开展的数字服务业务：
1、数字电视服务
按照DVB-S标准接收国内外卫星数字电视节目，通过其上标准的ASI接口将TS节目流送入处理工作站，处理工作站可按流的标识或时间对节目流进行过滤，通过软件对过滤的节目分类存储或送入合成工作站；广播业务可直接通过卫星接收机的标准ASI接口将TS节目流连接到复用器，复用器具有处理单节目流（SPTS）和多节目流（MPTS）的能力，复用器对多套节目进行复用后通过DS3接口连接到各种网络的接口设备上，然后输出到各种网络中去。（后面以单独章节详细介绍）
2、准视频点播
视频点播服务器可提供100Mbps以太网，作为播控和节目采集之用；采集的节目码流可利用FTP上传入视频点播服务器，系统可提供他3~5路DVB-ASI输出。整个节目的录制、播出和管理均由NVOD控制服务器统一控制。
3、提供电子节目指南（EPG）
用户可以在接收阶段直接在机顶盒了解一周或更长时间的节目信息，包括当前节目和下一个节目的起始时间、终止时间、节目简单描述。（后面以单独章节详细介绍）
4、软件自动更新服务
电视数字化后，其软件实现的功能远远超过硬件设备，硬件设备的生命期相对较长，而软件的更新相对较快。为了让用户能够享受到最新服务，必须对用户系统不断升级，软件自动更新服务可以在有线台和用户足不出户的情况下，实现数字电视机顶盒的远程在线自动升级。
5、家长锁功能
在DVB中定义了16种家长锁级别，使家长可以控制未成年人在机顶盒上的消费操作或是点播含有成年人收看的节目，在机顶盒进行相应设置后，当进行操作时系统会提示输入密码，由此达到对未成年的操作进行控制的目的。当前端产生新的服务时，授权控制信息（ECM）中会携带说明此服务收看级别的信息处理，并相应提示在机顶盒上，级别是由运营商来定的。
6、消息、信息提示功能（OSD）
机顶盒为用户提供即时的消息提示功能，如当用户的消费信用达到所规定的额度时会使用此功能提示用户，让用户向客服中心申请新的消费信用；另外运营商可以使用此功能向用户或用户群发送邮件。
7、数据广播
数据广播是有线网数字化改造后一项非常重要的业务，把大量的用户喜欢的公共信息，如财经信息、政府政策、公告及新闻、气象、交通、市场、招聘、电子杂志等可传输的大量业务数据和广播信息采用标准的数据广播传输方式推播到用户机顶盒。该系统支持数据管道、数据轮播方式及多协议封装方式传输数据信息。
8、股票系统
就是将沪深两地行情行通过接入前端股票服务器，完成格式转换和信息封装成为DVB标准TS流，通过HFC网传给用户，用户利用DVB-C接收机的专业股票软件，通过遥控器操作，就是对股票进行各种技术分析，并能了解行情、个股信息及在线交易（有回传），成就了用户“家庭大户室”的梦想。
三、德州有线数字电视网前端原理图（见附图）：
前端核心的系统
1、一期业务规划及其实现所需设备
①一期工程要把50套模拟节目数字化，以便实现整体平移，再加上10套香港节目和24套中央、省市付费节目共84套，占用14个频点，数据广播占一个频点，另外软件自动更新系统，独占一个频点，留有余量以备其他节目因占用太宽频带而无法传输，共需占用16个频点，接近680M。其中，本地节目3套，SDH传输7套（非收费）再加上24套省、中央光缆收费节目，其他卫星节目40套，其中中央3、5、6、8、新闻、少儿一个码流下来，中央1、2、7、10、11、12一个码流下来，另外有国外卫视节目10套（TVB8、华娱电视、凤凰资讯、凤凰中文、星空卫视、卫视音乐、阳光卫视、美亚电影、有线卫视新知台、星空体育等）
②实现以上要求所需设备情况：（注：下面所列设备未包含备份部分）
a、编码、复用、调制、适配器部分
编码器：3台对3套本地模拟节目编码
复用器：14台（每台至少8路ASI输入，1路ASI输出）
调制器：16台
适配器：5台
b、数字卫星接收机：
37台（目前已有20台ASI输出数字机）
c、SMS、CAS、EPG、加扰器、软件自动更新（loader）
用户管理系统（SMS）一期管理用户10万户
条件接收系统（CAS）一期管理用户10万户
电子节目指南（EPG）
加扰器：15个（数据广播不需要）
软件自动更新系统一套
d、软件所需服务器：
可与软件捆绑提供：一是满足运营要求，二是要稳定可靠
e、机顶盒：
依用户发展情况而定。
2、二期工程业务规划及其设备情况
①建设二期工程增加节目不要上各省台非收费类节目了，而全部36套为收费类专业化节目，以吸引用户，占6个频点；准视频点播独占3个频点；股票系统和一期工程的软件自动更新系统共用一个频点；这样系统数字电视占用25个频点，已接近750MHz。
②所需设备
A． 股票系统：服务器3台，软件1套
B． 准视频点播：服务器至少3台，磁盘阵列1套，软件1套
C． 卫星接收机：6~36台（视卫星上行打包情况而定）
D． 调制器：9台
E． 加扰器：9台
F． CAS和SMS亦相应升级到30万户规模
G． 复用器：9台
3、有线数字电视节目内容和频道规划配置
以上二期工程所开展业务基本上是现在可以开启的成熟业务，至于三期工程有些业务还不太成熟，随着技术发展，相信最终会走向以双向互动为主的多媒体信息时代，所以三期工程此处不便深入探讨。
四、 条件接收系统（CAS）
数字电视时代不能走模拟电视时代的老路，广播电视也需向电信部门学习，走有偿服务之路。随着计算机技术和数字电视技术的发展，用条件接收系统来解决信号的加密传送是世界各国广电行业的共识，也是保证有线网络公司收益的最佳解决方案，它不同于目前任何一种加扰方式，能满足绝大多数有条件接受系统对服务器的要求，在技术上始终与国内外先进技术保持同步，具有了大面积应用的先进技术。有条件接收系统分为大、小系统，系统设计之初就应考虑从小系统到达系统的平稳升级和功能过渡，要做到完全地平滑升级。
条件接收系统组成、工作原理及特点
1、系统组成（见下图）
一个典型的条件接收系统主要由前端、接收端等部分组成。前端系统包含有节目管理系统、用户管理系统、数据库系统，CA核心系统（包括ECMG、EMMG、EIS、SIG），加密设备或模块，加扰设备（包含复用、加扰、SCS、CWG）等。而接收端主要由二个分离的接收处理设备组成：机顶盒和智能卡。
数字机顶盒软硬件环境
2、各部分功能
①前端系统
a、前端系统节目管理/EPG编辑系统（PMS/EPG）：对节目进行定义、编辑、编排、查询产生节目时间表。
b、用户管理系统（SMS）对用户信息、用户设备信息、节目预定信息、财务信息等进行处理、维护和管理，同进可为其它相关系统提供用户授权管理的基本数据。
c、条件接收系统（CAS）完成用户授权控制信息（ECM）及用户授权管理信息（EMM）的获取、生成、加密、发送等处理。
d、业务信息生成（SIG）系统：自动提取节目数据库中的节目描述信息，并转化为DVB的SI信息，同进按一定的周期发送这些信息给复用器。
e、复用加扰处理系统：定义了SCS、EMMG、SIG的接口，加扰采用了标准的加扰算法。
f、加密单元/模块：使用单密钥算法，密钥长度为128bits。需加密的信息包括ECM信息、EMM信息、CW控制字等。
g、加扰模块：采用DVB统一算法，可以保证多个CA系统的同密，便于运营商同时选用多个CA系统，需加扰的信息为视频流、音频流数据等，加扰用的密钥（控制字CW）通常为64bits长，控制字生成器一般由加扰设备自带或者由外接输入。
②接收端系统（见下图）
a、接收端系统：接收端CA系统可以接收并处理前端CA系统送来的ECM、EMM信息，并通过标准的通讯接口与智能卡进行数据交换，获取解扰控制字，传给解扰器完成解扰工作，同时提供有关CAS的辅助信息给接收设备，供接收设备显示。
b、采用芯片：一般情况下机顶盒的核心包含CPU、解扰、解复用、解码、智能卡I/0等功能，是一个集成多功能于一体的芯片。为了保证机顶盒的互换性，一般采用统一的解码和解扰算法，并与前端系统采用的算法一致，即解码为MPEG-2算法，解扰使用DVB、Commom、Scrambling算法。
c、IC卡认证：可采用单密钥算法，也可以采用公钥算法，但由于卡的计算能力有限，建议采用单密钥算法，认证协议可由CA厂家自定义。
d、加解密算法：应与前端系统采用的加密算法一致，从而保证解密信息的正确。
e、IC接口：由于采用了带CPU的智能卡，其接口可以采用ISO-7816标准进行设计，一般情况下，需满足ISO-7816-1、-2、-3等协议规范，至于其他更高层的协议设计可作为选项，或者由于专门的组织协调并制定可行的规范细则。
3、条件接收系统的工作原理
①前端工作原理：经过数字化的视音频节目通过ASI接口传送到复用/加扰器中，为了使CA系统能够正常工作，必须在复用/加扰器中完成各项初始设置，使CA系统通过标准接口与复用/加扰器建立好通讯连接，并建立相关的PMT、CAT表、等，复用/加扰器开始加扰时，首先产生加扰控制字CW，并在使用CW加扰TS流之前，先将CW通过标准接口传送给ECMG，并等待ECMG返回ECM消息，此ECM消息已经将CW，及有关节目属性信息以密文的形式封装到数据包内，复用/加扰器接收到ECM并通过SCS同步后，按照特定的时序关系将ECM插入到TS流当中，将CW传送给加扰模块，而加扰模块按照事先预定好的规则使用CW加扰相关的视音频节目。同时复用器还可以将已经收到的EMM信息、SI信息插入到TS流中，并将复用好的ECM、EMM和SI的TS流通过ASI接口传送到调制器中，然后通过Cable传送到用户端，至此完成了前端的加扰控制工作。
②接收端工作原理：接收端使用机顶盒接收加扰节目，机顶盒通Cable接收到已经加扰的TS流后，按照智能卡提供的参数过滤出ECM、EMM信息，并按照一定的规则要求将ECM、EMM信息传送给智能卡。智能卡接收到ECM、EMM消息后，分别对其进行相关的处理，将授权写入智能卡的用户授权数据后，并根据授权条件及指定的密钥解出加扰控制字CW，同时将CW送给机顶盒。机顶盒接收到CW后，将其传送给解扰器，如果解扰控制字CW正确，则可以解出加扰节目，否则收不看到节目。
4、条件接收系统特点：
①含有完整的有条件接收系统的控制字系统。
②系统可以支持百万级用户。
③不需要重复授权收费。
④最佳价格/性能比
⑤安全性：采用严控安全管理制度，严格遵守安全服务协议。
⑥灵活性：多种硬件配置方案，多种系统备份方案，可空中升级授权。
⑦独立性：不被服务运行商所独有。
条件接收系统的功能
1、用户管理
管理用户信息在综合计费系统中的注册、修改和注销，具体包括用户ID、姓名、年龄、地址、账号等。用户资源的管理包括分配用户IC卡号和机顶盒号，处理用户的定购业务，即执行用户预定、更改和撤消节目的功能，受理用户的交费等。对用户的资料采用严格完善的保密机制，对用户资料修改必须经用户授权并核对密码，正确后才能修改。（后面以单独章节详细介绍）
2、系统维护
系统维护主要是管理系统操作员的权限、维护系统正常运行的参数设置、数据库的备份、角色权限管理、安全日志的管理、参数的设置、版本的控制及摘要的设置等。
3、基础数据的维护
维护系统运行所需的基础数据，如产品的定义、产品包的定义、地区代码的维护、收费银行的设置、IC卡的导入、机顶盒的导入等；对于IC卡和机顶盒的管理，系统提供灵活的导入方式，可以支持手工或从文件导入。
4、授权管理：
授权管理负责有关授权处理操作，主要包括用户信用度的确认、用户业务与IC卡有效性确认、发送信息的设置等。
具体功能包含：
①产品的授权
②集中授权处理
③产品授权、删除产品授权、产品订购授权错误处理
④信息设置，包括IRD信息设置、卡查询信息设置、授权查询信息、最大预览次数等
⑤策略集的定义
⑥信息设置返回结果的查询
5、账务的管理及统计报表
它的主要功能是对收费的管理、计费的管理、财务的日结、交费报表的管理，对应收和实收的关系进行管理，且包括对财务清算和财务报表的管理。
提供务类报表，包括用户报表、财务报表，以及为运营商提供决策支持的各种统计报表。
6、CA接口
它是联系用户管理系统和CA系统的纽带，可靠的运行保证了用户管理系统中产品、用户、资源等信息及时传送给CA系统，同时将实时接收到的CA系统的应答信息及时反馈给用户管理系统。
系统支持同密处理技术
在系统结构上，DVB-C标准中设计了同密加扰系统结构模型，在此结构上，不同的CA系统都在同一个前端，使用同一个控制字，而不同的CA系统则对控制字CW进行不同的加密，所以不同的CA厂商的用户应用其相对应的机顶盒，这样一方面机顶盒市场适度竞争有利降低费用，二是可以避免因CA厂家破产导致的系统性风险。
由复用器产生的控制字CW通过通用加扰算法去控制加扰过程，这个控制字CW再由所用CA和另处一方CA分别加密产生出ECM，再会同它们不同的EMM和数据流一起复用进行TS流中。
来源：德州广电有线传输有限公司
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