浅谈开放式有线数字电视系统

浅谈开放式有线数字电视系统 作者：goudan 时间：2005-4-19 来源：Xgo.cN

刘波

　　我国各地HFC网络的物理特性和技术特性差异较大，其业务也因地理环境、经济等因素而不同，尽管如此，在数字化、网络化的浪潮下，都面临着从模拟电视向数字电视过渡而带来的挑战和机遇。技术变革的推动力，数字时代的美好前景，巨大的商业价值，将促进我国数字电视产业链的形成和发展。国家广电总局把2003年定为中国数字电视年，鼓励有条件的地区(市)大力开展数字电视业务，意味着我国数字电视产业将以推广应用为龙头，开始起步、发展和腾飞。把数字电视作为一个发展机遇，建立符合运营需求的有线数字电视系统，及时开展数字电视业务，必将取得良好的社会效益和经济效益。

1开放式有线电视系统的特点

　　我国有线电视网络是以地区性网络运营商为主建设、管理和运营的。数字电视建立在基础网络之上，是更高一层的业务系统，尽管有一定的地域限制，经营相对独立，但业务上与其他同类业务系统的互联互通、共享公共信息资源、与第三方内容提供商的连接、业务形式随发展而变化的市场要求，客观上要求系统是开放的。开放的系统便于容纳新业务，扩展更容易、灵活、方便、经济。因此，建立开放的有线数字电视系统，对于网络运营商、内容提供商、接收机供应商都具有十分重要的意义。

2开放式有线数字电视系统的特点

（1）标准化

　　开放的系统，从传输到业务平台均采用通行的国际、国家标准，便于与符合同一标准的其他系统互联，实现节目交流及信息资源共享。同时，符合标准的设备在竞争激烈的市场环境中其性能价格比会不断提高，运营商在选择设备供应商、服务和系统扩展等方面将处于主动地位，从而形成以运营为主导的业务推广和应用环境。

（2）可靠性和可用性

　　选用成熟可靠的产品与技术，充分考虑系统软、硬件异常时的应急和容错能力，确保系统安全可靠，支持连续不断的商业运行。

（3）灵活性和兼容性

　　选用符合国际通用标准的软件技术，尽量避免采用专有技术，防止运营风险系于一家公司；尽量避免采用知识产权费和版税较高的技术，避免运营成本上升和知识产权纠纷。通用软件技术、通用数据格式及应用程序接口(API)的应用，使得系统具有移植性强、便于扩展等优点，并可及时采用最新技术，共享通信、计算机、网络技术的成果，使系统平滑升级，并为现存不同网络及设备的互联提供保证，便于第三方业务提供商的接入。

（4）实用性和经济性

　　在系统组建中，不仅应满足当前各种业务的要求，而且应充分考虑将来业务种类增长的需求。从实用性、经济性出发，着眼于近期目标并兼顾长远的发展，选用恰当的设备和技术，优化性能组合，以有限的投资构造一个性能最佳的实用系统。

（5）安全性和保密性

　　运营商通过对服务内容的加扰传输、对用户的定向寻址和权限管理等手段，实现业务的推广应用并获得服务回报，因此，必须保证系统和网络的安全。系统必须具备用户权限的口令鉴别、文件存取权限的控制、安全设备的备份和隔离、网络设备及线路和端口的管理、特殊情况下密钥的在线更新和更换等基本功能，以维护合法的商业利益。

（6）可扩展性和开放能力

　　系统应具有良好的扩展性和升级能力，接口协议开放，并支持运营商或第三方的业务设计、开发和实现。

3开放式有线数字电视系统结构

　　开放式有线数字电视系统由基本前端子系统、有条件接收子系统(CAS)、中间件业务平台、空中软件下载升级子系统(Loader)、NVOD子系统、用户管理子系统(SMS)等组成。

3.1基本前端子系统

　　它由数字卫星接收机、编码器、复用器、调制器等设备组成，基本功能是：完成DVB-S到DVB-C的接收转换、模拟音视频信号的MPEG-2编码、单节目流到多节目流的复用、QAM调制、混合等信号变换和处理，同时插入业务信息(SI)和来自CAS的授权管理信息(EMM)、授权控制信息(ECM)等。

　　基本前端子系统的核心设备是复用器，其他设备基本上只完成信号处理与变换的单一功能。在一个8 MHz的物理频道中，如果采用6.875 Mb/s符号率下典型的64 QAM调制方式，其信道传输速率为41.25 Mb/s，复用器最大输出码率可达38 Mb/s。这个速率(或带宽)的分配非常重要。首先，需要考虑网络运营商预期的数字电视用户总数(m)，以及定义的服务产品数量(p)、每个EMM的长度(n字节)和授权/取消授权信息到达用户端(机顶盒)的最长容忍时限(s)等参数，由这些参数确定分配给EMM和ECM的带宽。其次，要考虑分配给PSI和SI的带宽，通常PSI和SI中NIT,SDT占用的带宽不大，但在开放的系统中EIT需要传送大量的EPG等信息，占用的带宽与系统传输的节目总数、接收端实现的应用、服务质量(QoS)等密切相关，需要在经济性和效率之间权衡。最后，要考虑剩余的带宽分配给来自数字卫星接收机和编码器(或NVOD系统、或其他数据应用)的MPEG-2 TS使用。如果在一个8 MHz物理频道传输6套节目，则复用器须具备至少8个TS输入接口，并有足够的总线带宽。

　　复用器必须按照ISO-13818.1或GB/T 17975.1产生或分配PSI，同时具备重置PCR和重新分配组件(视频、音频、数据)PID等功能，使得系统在接收和重复用来自卫星及其他传输链路的MPEG-2 TS时，不会因外部PID值发生变化而影响机顶盒正常接收节目，从而隔离外界参数的变化，另外，也便于运营商统一分配、管理与业务关联的组件的PID参数。

3.2有条件接收子系统 　

　　CAS产生的EMM和ECM注入复用器，实现对业务内容的加扰及对用户的收看权限进行管理，从而实现对业务的控制和管理，保护合法用户的权利和运营商的商业利益。它是开放式系统中的安全子系统，对外界必须是封闭的、专有的。

　　由于CAS是安全产品，CAS提供商很少提供有关CAS的详细技术资料，它像一个“黑匣子”，很难以科学的方法进行评价。不过，可以从某一CAS的市场占有率、最大实际运行规模(单一运营网络的最大用户数)、系统造价、运营成本(如年维护费、智能卡、License费等)、防破译技术手段和成本、安全措施和安全服务、性能参数和功能、机顶盒移植的入门费、机顶盒厂家的支持度等方面综合考虑，从而作出选择。

3.3中间件业务平台

　　在开放的数字电视系统中，如果要支持除基本音视频业务之外的数字电视增值业务，则必需中间件业务平台，否则，可以暂不考虑中间件业务平台。但是，为保证数字电视系统各项应用的可行性、灵活性、兼容性，以及机顶盒选型自由、系统应用升级简便、降低运营成本，与应用有关的SI应由中间件业务平台的SI发生器(SIG)产生，系统的SDT,NIT,EIT等通过分配器注入每个复用器的TS中，便于实现不同的应用，同时保持系统的开放性。

　　在中间件业务平台中，SIG与系统的开放性有关。如系统不支持数据业务，SIG可以作为一个系统组件单独存在；若要支持数据业务和应用，SIG和应用软件平台(即中间件)结合较好。无论采取何种构建方式，SIG应符合(或兼容)DVB-SI或《数字电视广播业务信息规范》。DVB-SI提供与现行复用流和其他复用流的业务和事件相关的识别信息，并扩展ISO-13818.1中PSI定义的NIT，提供更多有关物理网络的信息，因而SIG将产生包括NIT在内的10个表，并通过业务信息段的TS包的PID参数标识。为了快速切换频道、搜索节目(调台)、跟踪频道或节目的变化及应用其他基于底层的信息，整个系统的NIT,SDT和部分EIT应在每个TS中传送。各种基于底层的描述符(Descriptor)的定义和使用，将有助于按标准标识业务类型、流内容和组件类型、数据类型、应用类别、节目类型及应用信息链接等，便于实现端到端的透明业务。即使运营商或第三方按DVB-SI定义私有数据或描述符，只要公开规范，开放给接收机制造商，同样可以满足互操作的要求。

　　因为SI把数字电视系统的业务和应用通过标准协议的方式串联起来，所以SI及PSI是数字电视系统的核心，是开放式系统的灵魂。 随着时间的推移，有线数字电视系统的节目和传输会不断变化，为了最大限度地保持服务质量，减小因节目、频道的变化而给用户带来的不利影响，降低运营成本，当SI的NIT、SDT改变时，接收机应以适当的方式跟踪，从而自动刷新客户的节目表。

3.4空中软件下载升级子系统

　　基于底层而不是基于应用的空中软件下载，可根据运营商的需求，通过定义SI中描述符的私有数据、Loader数据结构、与执行机制相关的命令包和数据包规范(协议)及其他相关的辅助数据，可以形成以数字电视业务运营为中心的统一的Loader规范。在商业运营的环境中，灵活的空中软件下载升级功能通过HFC网络执行。

(1)在线升级机顶盒的软件。商业应用中的机顶盒，如需解决软件中存在的Bug，提高机顶盒运行性能，修改某项业务或应用等，都要对软件进行升级。如没有在线升级机制，当需要对机顶盒进行软件升级时，运营商的服务成本、效率、市场形象等就会受到严重影响。由于实际中多厂家、多个机顶盒软硬件版本共存，Loader协议必须支持实际运营环境的需求，通过在线升级，尽量延长机顶盒的使用寿命和支持新业务的能力。

(2)确保商业运行的安全性。在系统中，针对维护商业利益的CAS，防破译和反破译始终是业界关心的重要问题。通过Loader，可适时更新CA的密钥，在线升级CA，确保CAS始终具有最新软件版本，保证最新加密技术成果应用于每一台机顶盒，从而保证运营的安全性。 Loader规范应由运营商掌握，并根据运营需要提供给机顶盒生产厂家。Loader数据应由机顶盒厂家单独加扰保护，防止第三方非法侵入，保证下载数据或程序的安全。Loader数据应被封装成TS，通过一个默认的频点传输到HFC网络中。

3.5NVOD子系统

　　在一个开放的有线数字电视系统中，可根据市场和业务的需求建立NVOD子系统。该子系统主要由视频服务器、硬盘阵列和节目压缩编码器及相应软件、节目上传服务器和播控服务器及相应软件等组成。

　　NVOD子系统中，与系统开放性有关的主要是节目制作与播出、节目预览、节目介绍及播放列表与SIG及CAS的相互关系。和节目预览有关的功能需要CAS的支持。和节目介绍和播放列表相关的信息最好统一到SIG中，与广播功能整合，并以SIG为中心，建立支持数字电视业务的后台数据处理中心，完成所有和节目有关的信息的输入、审核、编辑、播出。专有的节目介绍和播放列表播出机制，需要接收机移植专有的相关软件，不利于市场化操作接收机。

3.6用户管理子系统

　　数字电视商业运行必需SMS系统，通过该系统实现运营商的市场策略、市场调查、用户管理和服务，以及何时以何种价格推广业务和应用等一系列商业服务行为。

　　SMS是数字电视运营商和用户之间的桥梁，它通过营业厅柜台、Internet、Call Center、自助终端等手段获取用户的个人资料及业务需求等信息，建立在大型通用数据库技术基础上，这些信息可以增加、更改、删除并与产品(音视频节目及其他数字电视业务)定义、费率、银行自动交易系统实时关联，使运营商的市场策略和用户需求能及时更新、及时申请、及时生效，大大提高服务质量和水平。

　　SMS应结合国际上流行的业务管理和服务经验，以通用的数据库、网络、操作系统和浏览器等技术为基础，采用B/S或(和)C/S结构，以用户数据库安全和灵活操作为出发点，面向对象设计，建立开放式的信息管理系统。通过代理服务器，从物理上有效隔离SMS和CAS，防止SMS网络内任何终端非法侵入CAS，保证涉及CAS的安全信息不流入SMS网络，最大限度地保证CAS的安全。同时，必须保证SMS透明地通过CAS/SMS代理实现CAS的所有功能。 构建可扩展的SMS可适应市场和用户需求的变化，同时，稳定性、可靠性和易操作性也是商业运行的基本要求。