數(shù)字電視區(qū)域控制功能模塊的設(shè)計與開發(fā)

劉巧艷，馮燕強，潘　攀

(廣西廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，廣西 南寧 530028)

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數(shù)字電視區(qū)域控制功能模塊的設(shè)計與開發(fā)

劉巧艷，馮燕強，潘攀

(廣西廣播電視信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，廣西 南寧 530028)

根據(jù)廣西有線數(shù)字電視運營的現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，需對用戶實行區(qū)域控制。區(qū)域控制是有線數(shù)字電視運營中防止機(jī)頂盒漫游的一種控制技術(shù)。闡明了區(qū)域控制技術(shù)的概念、基本原理，在桂創(chuàng)無卡CA系統(tǒng)上開發(fā)了區(qū)域控制模塊，有效解決了廣西有線數(shù)字電視運營中對區(qū)域進(jìn)行靈活控制的需求。

數(shù)字電視；無卡CA；區(qū)域控制；區(qū)域碼

廣西桂創(chuàng)無卡CA系統(tǒng)是廣西廣電網(wǎng)絡(luò)公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CA系統(tǒng)。近年來，隨著我國廣播電視行業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)字電視逐漸走進(jìn)了千家萬戶。截止2015年底，廣西有線數(shù)字電視用戶已達(dá)到400萬戶，其中桂創(chuàng)無卡CA系統(tǒng)的數(shù)字電視用戶數(shù)已超過百萬戶。用戶數(shù)量的快速增長給CA系統(tǒng)帶來了授權(quán)數(shù)據(jù)發(fā)送速度慢、系統(tǒng)負(fù)載過高等問題。為提高桂創(chuàng)CA系統(tǒng)授權(quán)數(shù)據(jù)的發(fā)送速度，緩解系統(tǒng)的壓力，廣西廣電網(wǎng)絡(luò)公司于2014年將廣西全區(qū)14個地級市和75個縣劃分為數(shù)個片區(qū)，在每個片區(qū)分別部署了分布式CA系統(tǒng)，每個片區(qū)的CA系統(tǒng)只負(fù)責(zé)本片區(qū)內(nèi)所有縣市無卡機(jī)頂盒EMM數(shù)據(jù)的讀取、打包、生成及發(fā)送。分布式CA系統(tǒng)的搭建有效地緩解了CA系統(tǒng)的壓力，大大提高了系統(tǒng)授權(quán)數(shù)據(jù)的發(fā)送速度以及用戶體驗的滿意度。

在分布式CA系統(tǒng)下，基于系統(tǒng)負(fù)載均衡的考慮，各個片區(qū)的用戶數(shù)量應(yīng)大致相等，相同片區(qū)內(nèi)的各縣市數(shù)字電視運營策略和收費標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)大致一致。在分布式CA系統(tǒng)下，由于同一個片區(qū)內(nèi)的CA系統(tǒng)相同，機(jī)頂盒在同一個片區(qū)內(nèi)能自由流通使用，當(dāng)無卡機(jī)頂盒從某個片區(qū)流通到另外一個片區(qū)使用時，會造成該機(jī)頂盒無法正常接收到授權(quán)指令。為避免機(jī)頂盒在不同片區(qū)間隨意流通而造成的數(shù)字電視收視費流失、機(jī)頂盒無法正常接收到授權(quán)指令等問題，在桂創(chuàng)無卡CA系統(tǒng)上開發(fā)了區(qū)域控制功能模塊，本文對桂創(chuàng)無卡CA系統(tǒng)區(qū)域控制功能模塊的設(shè)計、開發(fā)及驗證進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1　區(qū)域控制的概念

區(qū)域控制的概念是針對分布式數(shù)字電視系統(tǒng)提出的。區(qū)域控制是為了防止在同一個數(shù)字電視前端系統(tǒng)下各區(qū)域間機(jī)頂盒和智能卡漫游，而對機(jī)頂盒和智能卡進(jìn)行區(qū)域間唯一性和合法性的控制[1]。

實現(xiàn)區(qū)域控制的機(jī)頂盒和智能卡只能在唯一的區(qū)域有效地接收數(shù)字電視業(yè)務(wù)。區(qū)域控制可以有效地對各地營銷策略與價格策略進(jìn)行控制，防止機(jī)頂盒和智能卡漫游，最大限度地保障各級運營商的經(jīng)濟(jì)利益。

2　CA系統(tǒng)前端工作原理

EMMG在CA系統(tǒng)中根據(jù)運營商的指令，生成EMM命令，并將這些命令加密、打包成EMM數(shù)據(jù)，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至機(jī)頂盒，機(jī)頂盒接收到這些命令后完成命令所指定的操作。這些命令可以包括授權(quán)、取消授權(quán)、密鑰更新、指紋顯示、電子錢包、電子郵件、短消息等。

在EMMG的工作流程中，EMMG處于客戶機(jī)角色，EMMG主動去請求與加擾器建立連接，并按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立通道[2]。整個CA系統(tǒng)的EMM數(shù)據(jù)流向如圖1所示。首先通過BOSS系統(tǒng)向用戶發(fā)送某種指令，BOSS通過與CA的接口將指令數(shù)據(jù)傳送到CA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，然后EMMG服務(wù)負(fù)責(zé)不斷地從CA數(shù)據(jù)庫中讀取指令數(shù)據(jù)，并按照約定的格式將指令數(shù)據(jù)加密、打包成EMM數(shù)據(jù)傳遞給復(fù)用加擾器，復(fù)用加擾器對EMM數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾復(fù)用后傳遞給調(diào)制器，調(diào)制器將加擾后的EMM數(shù)據(jù)調(diào)制成射頻信號后通過HFC分配網(wǎng)傳送到機(jī)頂盒。

圖1　CA系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖

將區(qū)域控制功能作為CA系統(tǒng)的基本命令，通過EMMG服務(wù)生成區(qū)域信息廣播命令，并將命令通過傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至機(jī)頂盒，可實現(xiàn)對片區(qū)內(nèi)機(jī)頂盒進(jìn)行區(qū)域控制的目的。

3　區(qū)域控制的基本原理

廣西有線數(shù)字電視HFC網(wǎng)絡(luò)由廣西區(qū)內(nèi)14個市和75個縣有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)組成，不同市、縣HFC網(wǎng)絡(luò)下的無卡機(jī)頂盒在CA系統(tǒng)中通過不同區(qū)域碼來識別。

桂創(chuàng)無卡CA系統(tǒng)區(qū)域控制的基本原理為：新用戶在營業(yè)廳開戶時，CA系統(tǒng)會給新開戶的機(jī)頂盒發(fā)送一條用戶特征信息的指令，指令中包含了該市(縣)的區(qū)域碼信息，機(jī)頂盒收到指令后，將區(qū)域碼保存起來作為機(jī)頂盒自身的區(qū)域碼。在相同市、縣開戶的無卡機(jī)頂盒均擁有相同的區(qū)域碼，在不同市、縣開戶的無卡機(jī)頂盒區(qū)域碼不同。

在每個分布式無卡CA系統(tǒng)的前端廣播該片區(qū)的區(qū)域信息指令，該片區(qū)的機(jī)頂盒收到區(qū)域信息指令后，會將自身的區(qū)域碼與收到的區(qū)域信息指令進(jìn)行比對。如果機(jī)頂盒自身的區(qū)域碼包含在所下發(fā)的區(qū)域信息指令中，則機(jī)頂盒在有授權(quán)的情況下能正常收看節(jié)目，如果機(jī)頂盒自身的區(qū)域碼不包含在所下發(fā)的區(qū)域信息指令中，則該機(jī)頂盒即使有授權(quán)也不能正常收看節(jié)目。實行區(qū)域控制的機(jī)頂盒，可通過CA前端對其發(fā)送修改區(qū)域碼指令，將其自身區(qū)域碼修改為正確的區(qū)域碼。

機(jī)頂盒實現(xiàn)區(qū)域控制的流程圖如圖2所示。

圖2　機(jī)頂盒實現(xiàn)區(qū)域控制流程圖

4　區(qū)域控制功能模塊的實現(xiàn)

區(qū)域控制功能涉及到CA數(shù)據(jù)庫、前端EMMG服務(wù)和終端機(jī)頂盒這3個模塊的開發(fā)。區(qū)域控制功能實現(xiàn)步驟如圖3所示。

圖3　區(qū)域控制功能實現(xiàn)圖

4.1CA數(shù)據(jù)庫

為實現(xiàn)區(qū)域控制功能，需要對CA數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改。數(shù)據(jù)庫的修改細(xì)節(jié)主要包括對Region_Info表的修改，以及在數(shù)據(jù)庫中新增了一個讀取區(qū)域碼信息的存儲過程。

CA數(shù)據(jù)庫中建有一張名為Region_Info的表，用作記錄廣西區(qū)內(nèi)各個市縣對應(yīng)的區(qū)域碼信息，Region_Info表包括RegionID和RegionDesc兩個字段，其中RegionID字段值對應(yīng)廣西區(qū)內(nèi)各縣市的區(qū)域碼，RegionDesc字段值對應(yīng)廣西區(qū)內(nèi)各縣市。分布式CA系統(tǒng)是以片區(qū)為單位進(jìn)行管理的，一個片區(qū)內(nèi)包括若干個地區(qū)(城市)，為方便管理，可在Region_Info表中增加一個字段PregionID，PregionID字段值對應(yīng)廣西區(qū)內(nèi)各縣市所屬的地區(qū)(城市)的區(qū)域碼，其值等于所屬城市的區(qū)域碼。Region_Info表如表1所示。

表1Region_Info表

RegionIDRegionDescPregionID7梧州751蒼梧752蒙山753藤縣754岑溪78賀州855鐘山856昭平857富川8

在CA數(shù)據(jù)庫中新增了一個存儲過程prc_GetRegionInfoList，其僅有一個參數(shù)@pregion_id，@pregion_id值代表要從數(shù)據(jù)庫中讀取的地區(qū)(城市)的區(qū)域碼。EMMG服務(wù)可通過調(diào)用prc_GetRegionInfoList從數(shù)據(jù)庫Region_Info表中讀取該地區(qū)內(nèi)所有縣市的區(qū)域碼數(shù)據(jù)。假如@pregion_id的值為7，則執(zhí)行存儲過程prc_GetRegionInfoList會從CA數(shù)據(jù)庫的Region_Info表中將PregionID字段值為7的所有記錄對應(yīng)的RegionID值(7，51，52，53，54)全部讀取出來。

4.2EMMG服務(wù)

EMMG服務(wù)增加了從CA數(shù)據(jù)庫中讀取該片區(qū)內(nèi)所有縣市的區(qū)域碼數(shù)據(jù)，以及根據(jù)讀取出來的區(qū)域碼數(shù)據(jù)構(gòu)造區(qū)域信息指令的TS包的一系列相關(guān)函數(shù)。

4.2.1區(qū)域碼數(shù)據(jù)的獲取

構(gòu)造GetRegionInfoList(int regioncode)函數(shù)，通過該函數(shù)調(diào)用CA數(shù)據(jù)庫存儲過程從Region_Info表中讀取PregionID值等于regioncode值的記錄所對應(yīng)的RegionID值。GetRegionInfoList(int regioncode)函數(shù)僅有一個形參regioncode，執(zhí)行函數(shù)調(diào)用時通過實參傳遞進(jìn)去的形參值代表要讀取的地區(qū)(城市)區(qū)域碼。

4.2.2構(gòu)造區(qū)域信息指令TS包

構(gòu)造GenRegionData ()函數(shù)，通過該函數(shù)生成區(qū)域信息廣播指令的TS包。其中4 byte TS包包頭根據(jù)TS包包頭標(biāo)準(zhǔn)格式生成，TS包包頭中提供了關(guān)于傳輸方面的信息，包括同步、有無差錯、有無加擾、PCR(節(jié)目參考時鐘)等標(biāo)志。TS包的有效負(fù)載則包含了加密了的區(qū)域信息廣播指令的相關(guān)信息，包括指令類型(Table_ID)、內(nèi)容長度(Content_Length)、要實現(xiàn)區(qū)域控制的用戶群組ID(Group_ID)、命令類型(Command_Type)、命令長度(Command_Length)以及從CA數(shù)據(jù)庫中讀取出來的本片區(qū)要實現(xiàn)區(qū)域控制的全部區(qū)域碼數(shù)據(jù)(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn，其中n為正整數(shù)，n值代表區(qū)域碼的個數(shù))等。區(qū)域信息廣播指令的TS包結(jié)構(gòu)如圖4所示。TS包包頭和有效負(fù)載加起來不足188 byte，后尾字節(jié)均以0XFF進(jìn)行填充[3]。

圖4　廣播區(qū)域信息指令TS包結(jié)構(gòu)圖

EMMG服務(wù)生成的一個個188 byte的TS包經(jīng)過復(fù)用加擾器加擾復(fù)用之后，經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綑C(jī)頂盒終端。

4.3機(jī)頂盒

機(jī)頂盒端增加了將收到的區(qū)域信息廣播指令TS包按指令格式解析，并將解析出來的全部區(qū)域碼數(shù)據(jù)與機(jī)頂盒本身區(qū)域碼進(jìn)行比對等一系列相關(guān)函數(shù)。

機(jī)頂盒收到通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的TS包后，將一個個188 byte的TS包解復(fù)用解擾解密，根據(jù)TS包的PID、Table_ID和Command_Type字段值過濾出區(qū)域信息廣播指令的TS包，構(gòu)造ParseUserRegionCodeCmd()函數(shù)，根據(jù)區(qū)域信息廣播指令的TS包格式解析出本片區(qū)實現(xiàn)區(qū)域控制的全部區(qū)域碼數(shù)據(jù)(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)，如果機(jī)頂盒本身的區(qū)域碼包含在(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)當(dāng)中，則該機(jī)頂盒在有授權(quán)的情況下在該片區(qū)能正常收看節(jié)目，如果該機(jī)頂盒的區(qū)域碼不包含于(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)中，則給機(jī)頂盒送出錯誤的CW，使機(jī)頂盒停止解擾，機(jī)頂盒即使有授權(quán)在該片區(qū)內(nèi)也收看不了電視節(jié)目。

5　區(qū)域控制功能模塊的測試及驗證

5.1測試環(huán)境的搭建

在搭建的小網(wǎng)模擬環(huán)境中進(jìn)行功能模塊的測試，測試環(huán)境的系統(tǒng)連接圖如圖5所示。

圖5　測試環(huán)境系統(tǒng)連接圖

在用大網(wǎng)信號經(jīng)過碼流分析儀，由碼流分析儀過濾得到指定頻點TS流；指定頻點TS流經(jīng)過調(diào)制器，由調(diào)制器過濾掉大網(wǎng)信號的ECM/EMM、PSI/SI信息，并重新生成小網(wǎng)的PSI/SI信息；CA服務(wù)器生成小網(wǎng)的ECM/EMM信息，并與調(diào)制器輸出的TS流、PSI/SI信息一起送到復(fù)用加擾器進(jìn)行復(fù)用加擾，最后送至調(diào)制器調(diào)制成小網(wǎng)RF信號。

假設(shè)由碼流分析儀過濾得到的指定頻點TS流中包含有CCTV1和CCTV2節(jié)目，出于測試驗證的需要，在機(jī)頂盒的CA庫版本中添加了打印信息。

5.2模塊功能的驗證

在測試環(huán)境中通過CA系統(tǒng)將表1中PregionID值為7的梧州地區(qū)、PregionID值為8的賀州地區(qū)劃分到同一個片區(qū)。通過前端CA系統(tǒng)將CCTV1和CCTV2設(shè)置為非免費節(jié)目。

步驟一：機(jī)頂盒在片區(qū)內(nèi)的梧州市開戶，給機(jī)頂盒發(fā)送CCTV1的節(jié)目授權(quán)，觀察CCTV1和CCTV2的收看情況。

步驟二：通過前端CA系統(tǒng)給機(jī)頂盒發(fā)送區(qū)域碼值為2的用戶特征信息指令，觀察CCTV1和CCTV2的收看情況。

步驟三：通過前端CA系統(tǒng)給機(jī)頂盒發(fā)送區(qū)域碼值為56的用戶特征信息指令，觀察CCTV1和CCTV2的收看情況。

通過前端CA系統(tǒng)將CCTV1和CCTV2設(shè)置為免費節(jié)目。重復(fù)步驟一，步驟二，步驟三操作，觀察CCTV1和CCTV2的收看情況。

上述步驟中所有的操作均可通過串口打印機(jī)頂盒信息的方式得以確認(rèn)。其中步驟一操作為使機(jī)頂盒區(qū)域碼正確，步驟二操作為使機(jī)頂盒區(qū)域碼不正確，步驟三操作為通過發(fā)送修改區(qū)域碼指令將機(jī)頂盒不正確的區(qū)域碼修改為正確的區(qū)域碼。

表2中記錄了上述步驟中有授權(quán)(CCTV1)和無授權(quán)(CCTV2)節(jié)目的收看情況。從表2中可以看出：在區(qū)域碼正確的條件下，節(jié)目為免費節(jié)目，機(jī)頂盒無論有無節(jié)目授權(quán)都可以收看節(jié)目；節(jié)目為非免費節(jié)目，機(jī)頂盒有節(jié)目授權(quán)可以收看節(jié)目，沒有節(jié)目授權(quán)不能收看節(jié)目。在區(qū)域碼不正確的條件下，無論節(jié)目是免費節(jié)目還是非免費節(jié)目，無論機(jī)頂盒有無節(jié)目授權(quán)，機(jī)頂盒都不能正常收看節(jié)目。測試結(jié)果均符合預(yù)期目的。

表2節(jié)目收看情況表

區(qū)域碼情況免費節(jié)目有授權(quán)免費節(jié)目無授權(quán)非免費節(jié)目有授權(quán)非免費節(jié)目無授權(quán)區(qū)域碼正確的情況可正常收看節(jié)目可正常收看節(jié)目可正常收看節(jié)目不能收看節(jié)目,彈出“未授權(quán)”提示框區(qū)域碼不正確的情況不能收看節(jié)目,彈出“區(qū)域禁播”提示框不能收看節(jié)目,彈出“區(qū)域禁播”提示框不能收看節(jié)目,彈出“區(qū)域禁播”提示框不能收看節(jié)目,彈出“區(qū)域禁播”提示框

5.3創(chuàng)新點

桂創(chuàng)分布式CA系統(tǒng)可以通過CA數(shù)據(jù)庫來靈活調(diào)整不同片區(qū)的范圍，現(xiàn)可以將區(qū)域信息細(xì)化到縣，如有需要還可以細(xì)化到街道、組織機(jī)構(gòu)或公司集團(tuán)，為廣西廣電網(wǎng)絡(luò)公司開展業(yè)務(wù)提供了更多的業(yè)務(wù)多樣性和便利性。

6　結(jié)束語

針對廣西有線數(shù)字電視運營的現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，需對用戶實行區(qū)域控制。本文提出了一種實用的數(shù)字電視區(qū)域控制的方法，對桂創(chuàng)無卡CA系統(tǒng)區(qū)域控制功能模塊的設(shè)計、開發(fā)及驗證進(jìn)行了詳細(xì)闡述。在桂創(chuàng)CA系統(tǒng)上開發(fā)區(qū)域控制功能作為對原有系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，有效地解決了機(jī)頂盒跨區(qū)域流通的問題，在運營過程中對整頓規(guī)范市場、約束用戶行為、保障運營商的經(jīng)濟(jì)利益起到了重要作用。

[1]楊超.數(shù)字電視區(qū)域鎖定技術(shù)及其用戶端實現(xiàn)方式[J].東南傳播，2006(9)：62-63.

[2]國家廣播電影電視局. GY/Z 175—2001，字電視廣播條件接收系統(tǒng)規(guī)范[S].北京：國家廣播電影電視總局標(biāo)準(zhǔn)化研究所出版，2001.

[3]唐明光.有線電視系統(tǒng)知識(1)[J].中國有線電視，2015(2)：167-177.

劉巧艷(1982— )，女，工程師，主要從事CA系統(tǒng)的開發(fā)及維護(hù)；

馮燕強(1987— )，工程師，主要從事CA系統(tǒng)的開發(fā)及維護(hù)；

潘攀(1981— )，工程師，主要從事CA系統(tǒng)的開發(fā)及維護(hù)。

責(zé)任編輯：許盈

Design and development of functional module for regional control in digital TV

LIU Qiaoyan, FENG Yanqiang, PAN Pan

(GuangxiRadioandTelevisionInformationNetworkCo.,Ltd.，Nanning530028，China)

Based on the current situation and demands of business development in the operation practice of Guangxi cable digital TV (CATV), regional control on users is needed to be implemented. Regional control is a control technology used in operation of CATV to prevent set-box roaming. The definitions and basic principles in regional control technology are expounded.In addition, the regional control module has been developed based on Guichuang non-card CA system, through which the demand of flecible regional control by Guangxi CATV operators is effectively resolved.

digital television; non-card CA; regional control; regional code

TN949

ADOI：10.16280/j.videoe.2016.10.028

2016-04-12

文獻(xiàn)引用格式：劉巧艷，馮燕強，潘攀. 數(shù)字電視區(qū)域控制功能模塊的設(shè)計與開發(fā)[J].電視技術(shù)，2016，40(10)：142-146.

LIU Q Y，F(xiàn)ENG Y Q，PAN P. Design and development of functional module for regional control in digital TV [J].Video engineering，2016，40(10)：142-146.