數字電視區域控制功能模塊的設計與開發

劉巧艷，馮燕強，潘　攀

(廣西廣播電視信息網絡股份有限公司，廣西 南寧 530028)

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數字電視區域控制功能模塊的設計與開發

劉巧艷，馮燕強，潘攀

(廣西廣播電視信息網絡股份有限公司，廣西 南寧 530028)

根據廣西有線數字電視運營的現狀和業務發展的需要，需對用戶實行區域控制。區域控制是有線數字電視運營中防止機頂盒漫游的一種控制技術。闡明了區域控制技術的概念、基本原理，在桂創無卡CA系統上開發了區域控制模塊，有效解決了廣西有線數字電視運營中對區域進行靈活控制的需求。

數字電視；無卡CA；區域控制；區域碼

廣西桂創無卡CA系統是廣西廣電網絡公司具有自主知識產權的CA系統。近年來，隨著我國廣播電視行業的快速發展，數字電視逐漸走進了千家萬戶。截止2015年底，廣西有線數字電視用戶已達到400萬戶，其中桂創無卡CA系統的數字電視用戶數已超過百萬戶。用戶數量的快速增長給CA系統帶來了授權數據發送速度慢、系統負載過高等問題。為提高桂創CA系統授權數據的發送速度，緩解系統的壓力，廣西廣電網絡公司于2014年將廣西全區14個地級市和75個縣劃分為數個片區，在每個片區分別部署了分布式CA系統，每個片區的CA系統只負責本片區內所有縣市無卡機頂盒EMM數據的讀取、打包、生成及發送。分布式CA系統的搭建有效地緩解了CA系統的壓力，大大提高了系統授權數據的發送速度以及用戶體驗的滿意度。

在分布式CA系統下，基于系統負載均衡的考慮，各個片區的用戶數量應大致相等，相同片區內的各縣市數字電視運營策略和收費標準應大致一致。在分布式CA系統下，由于同一個片區內的CA系統相同，機頂盒在同一個片區內能自由流通使用，當無卡機頂盒從某個片區流通到另外一個片區使用時，會造成該機頂盒無法正常接收到授權指令。為避免機頂盒在不同片區間隨意流通而造成的數字電視收視費流失、機頂盒無法正常接收到授權指令等問題，在桂創無卡CA系統上開發了區域控制功能模塊，本文對桂創無卡CA系統區域控制功能模塊的設計、開發及驗證進行了詳細闡述。

1　區域控制的概念

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

實現區域控制的機頂盒和智能卡只能在唯一的區域有效地接收數字電視業務。區域控制可以有效地對各地營銷策略與價格策略進行控制，防止機頂盒和智能卡漫游，最大限度地保障各級運營商的經濟利益。

2　CA系統前端工作原理

EMMG在CA系統中根據運營商的指令，生成EMM命令，并將這些命令加密、打包成EMM數據，通過傳輸網絡發送至機頂盒，機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、取消授權、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處于客戶機角色，EMMG主動去請求與加擾器建立連接，并按照標準協議建立通道[2]。整個CA系統的EMM數據流向如圖1所示。首先通過BOSS系統向用戶發送某種指令，BOSS通過與CA的接口將指令數據傳送到CA系統的數據庫中，然后EMMG服務負責不斷地從CA數據庫中讀取指令數據，并按照約定的格式將指令數據加密、打包成EMM數據傳遞給復用加擾器，復用加擾器對EMM數據進行加擾復用后傳遞給調制器，調制器將加擾后的EMM數據調制成射頻信號后通過HFC分配網傳送到機頂盒。

圖1　CA系統數據流向圖

將區域控制功能作為CA系統的基本命令，通過EMMG服務生成區域信息廣播命令，并將命令通過傳輸網絡發送至機頂盒，可實現對片區內機頂盒進行區域控制的目的。

3　區域控制的基本原理

廣西有線數字電視HFC網絡由廣西區內14個市和75個縣有線數字電視網絡組成，不同市、縣HFC網絡下的無卡機頂盒在CA系統中通過不同區域碼來識別。

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

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

機頂盒實現區域控制的流程圖如圖2所示。

圖2　機頂盒實現區域控制流程圖

4　區域控制功能模塊的實現

區域控制功能涉及到CA數據庫、前端EMMG服務和終端機頂盒這3個模塊的開發。區域控制功能實現步驟如圖3所示。

圖3　區域控制功能實現圖

4.1CA數據庫

為實現區域控制功能，需要對CA數據庫進行修改。數據庫的修改細節主要包括對Region_Info表的修改，以及在數據庫中新增了一個讀取區域碼信息的存儲過程。

CA數據庫中建有一張名為Region_Info的表，用作記錄廣西區內各個市縣對應的區域碼信息，Region_Info表包括RegionID和RegionDesc兩個字段，其中RegionID字段值對應廣西區內各縣市的區域碼，RegionDesc字段值對應廣西區內各縣市。分布式CA系統是以片區為單位進行管理的，一個片區內包括若干個地區(城市)，為方便管理，可在Region_Info表中增加一個字段PregionID，PregionID字段值對應廣西區內各縣市所屬的地區(城市)的區域碼，其值等于所屬城市的區域碼。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數據庫中新增了一個存儲過程prc_GetRegionInfoList，其僅有一個參數@pregion_id，@pregion_id值代表要從數據庫中讀取的地區(城市)的區域碼。EMMG服務可通過調用prc_GetRegionInfoList從數據庫Region_Info表中讀取該地區內所有縣市的區域碼數據。假如@pregion_id的值為7，則執行存儲過程prc_GetRegionInfoList會從CA數據庫的Region_Info表中將PregionID字段值為7的所有記錄對應的RegionID值(7，51，52，53，54)全部讀取出來。

4.2EMMG服務

EMMG服務增加了從CA數據庫中讀取該片區內所有縣市的區域碼數據，以及根據讀取出來的區域碼數據構造區域信息指令的TS包的一系列相關函數。

4.2.1區域碼數據的獲取

構造GetRegionInfoList(int regioncode)函數，通過該函數調用CA數據庫存儲過程從Region_Info表中讀取PregionID值等于regioncode值的記錄所對應的RegionID值。GetRegionInfoList(int regioncode)函數僅有一個形參regioncode，執行函數調用時通過實參傳遞進去的形參值代表要讀取的地區(城市)區域碼。

4.2.2構造區域信息指令TS包

構造GenRegionData ()函數，通過該函數生成區域信息廣播指令的TS包。其中4 byte TS包包頭根據TS包包頭標準格式生成，TS包包頭中提供了關于傳輸方面的信息，包括同步、有無差錯、有無加擾、PCR(節目參考時鐘)等標志。TS包的有效負載則包含了加密了的區域信息廣播指令的相關信息，包括指令類型(Table_ID)、內容長度(Content_Length)、要實現區域控制的用戶群組ID(Group_ID)、命令類型(Command_Type)、命令長度(Command_Length)以及從CA數據庫中讀取出來的本片區要實現區域控制的全部區域碼數據(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn，其中n為正整數，n值代表區域碼的個數)等。區域信息廣播指令的TS包結構如圖4所示。TS包包頭和有效負載加起來不足188 byte，后尾字節均以0XFF進行填充[3]。

圖4　廣播區域信息指令TS包結構圖

EMMG服務生成的一個個188 byte的TS包經過復用加擾器加擾復用之后，經過傳輸網絡傳輸到機頂盒終端。

4.3機頂盒

機頂盒端增加了將收到的區域信息廣播指令TS包按指令格式解析，并將解析出來的全部區域碼數據與機頂盒本身區域碼進行比對等一系列相關函數。

機頂盒收到通過傳輸網絡傳輸過來的TS包后，將一個個188 byte的TS包解復用解擾解密，根據TS包的PID、Table_ID和Command_Type字段值過濾出區域信息廣播指令的TS包，構造ParseUserRegionCodeCmd()函數，根據區域信息廣播指令的TS包格式解析出本片區實現區域控制的全部區域碼數據(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)，如果機頂盒本身的區域碼包含在(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)當中，則該機頂盒在有授權的情況下在該片區能正常收看節目，如果該機頂盒的區域碼不包含于(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)中，則給機頂盒送出錯誤的CW，使機頂盒停止解擾，機頂盒即使有授權在該片區內也收看不了電視節目。

5　區域控制功能模塊的測試及驗證

5.1測試環境的搭建

在搭建的小網模擬環境中進行功能模塊的測試，測試環境的系統連接圖如圖5所示。

圖5　測試環境系統連接圖

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

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

5.2模塊功能的驗證

在測試環境中通過CA系統將表1中PregionID值為7的梧州地區、PregionID值為8的賀州地區劃分到同一個片區。通過前端CA系統將CCTV1和CCTV2設置為非免費節目。

步驟一：機頂盒在片區內的梧州市開戶，給機頂盒發送CCTV1的節目授權，觀察CCTV1和CCTV2的收看情況。

步驟二：通過前端CA系統給機頂盒發送區域碼值為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系統給機頂盒發送區域碼值為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系統將CCTV1和CCTV2設置為免費節目。重復步驟一，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頂盒信息的方式得以確認。其中步驟一操作為使機頂盒區域碼正確，步驟二操作為使機頂盒區域碼不正確，步驟三操作為通過發送修改區域碼指令將機頂盒不正確的區域碼修改為正確的區域碼。

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

表2節目收看情況表

區域碼情況免費節目有授權免費節目無授權非免費節目有授權非免費節目無授權區域碼正確的情況可正常收看節目可正常收看節目可正常收看節目不能收看節目,彈出“未授權”提示框區域碼不正確的情況不能收看節目,彈出“區域禁播”提示框不能收看節目,彈出“區域禁播”提示框不能收看節目,彈出“區域禁播”提示框不能收看節目,彈出“區域禁播”提示框

5.3創新點

桂創分布式CA系統可以通過CA數據庫來靈活調整不同片區的范圍，現可以將區域信息細化到縣，如有需要還可以細化到街道、組織機構或公司集團，為廣西廣電網絡公司開展業務提供了更多的業務多樣性和便利性。

6　結束語

針對廣西有線數字電視運營的現狀和業務發展的需要，需對用戶實行區域控制。本文提出了一種實用的數字電視區域控制的方法，對桂創無卡CA系統區域控制功能模塊的設計、開發及驗證進行了詳細闡述。在桂創CA系統上開發區域控制功能作為對原有系統功能的擴展，有效地解決了機頂盒跨區域流通的問題，在運營過程中對整頓規范市場、約束用戶行為、保障運營商的經濟利益起到了重要作用。

[1]楊超.數字電視區域鎖定技術及其用戶端實現方式[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規范[S].北京：國家廣播電影電視總局標準化研究所出版，2001.

[3]唐明光.有線電視系統知識(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系統的開發及維護；

馮燕強(1987— )，工程師，主要從事CA系統的開發及維護；

潘攀(1981— )，工程師，主要從事CA系統的開發及維護。

責任編輯：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

文獻引用格式：劉巧艷，馮燕強，潘攀. 數字電視區域控制功能模塊的設計與開發[J].電視技術，2016，40(10)：142-146.

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