数字电视区域控制功能模块的设计与开发

刘巧艳，冯燕强，潘　攀

(广西广播电视信息网络股份有限公司，广西 南宁 530028)



数字电视区域控制功能模块的设计与开发

刘巧艳，冯燕强，潘攀

(广西广播电视信息网络股份有限公司，广西 南宁 530028)

根据广西有线数字电视运营的现状和业务发展的需要，需对用户实行区域控制。区域控制是有线数字电视运营中防止机顶盒漫游的一种控制技术。阐明了区域控制技术的概念、基本原理，在桂创无卡CA系统上开发了区域控制模块，有效解决了广西有线数字电视运营中对区域进行灵活控制的需求。

数字电视；无卡CA；区域控制；区域码

广西桂创无卡CA系统是广西广电网络公司具有自主知识产权的CA系统。近年来，随着我国广播电视行业的快速发展，数字电视逐渐走进了千家万户。截止2015年底，广西有线数字电视用户已达到400万户，其中桂创无卡CA系统的数字电视用户数已超过百万户。用户数量的快速增长给CA系统带来了授权数据发送速度慢、系统负载过高等问题。为提高桂创CA系统授权数据的发送速度，缓解系统的压力，广西广电网络公司于2014年将广西全区14个地级市和75个县划分为数个片区，在每个片区分别部署了分布式CA系统，每个片区的CA系统只负责本片区内所有县市无卡机顶盒EMM数据的读取、打包、生成及发送。分布式CA系统的搭建有效地缓解了CA系统的压力，大大提高了系统授权数据的发送速度以及用户体验的满意度。

在分布式CA系统下，基于系统负载均衡的考虑，各个片区的用户数量应大致相等，相同片区内的各县市数字电视运营策略和收费标准应大致一致。在分布式CA系统下，由于同一个片区内的CA系统相同，机顶盒在同一个片区内能自由流通使用，当无卡机顶盒从某个片区流通到另外一个片区使用时，会造成该机顶盒无法正常接收到授权指令。为避免机顶盒在不同片区间随意流通而造成的数字电视收视费流失、机顶盒无法正常接收到授权指令等问题，在桂创无卡CA系统上开发了区域控制功能模块，本文对桂创无卡CA系统区域控制功能模块的设计、开发及验证进行了详细阐述。

1　区域控制的概念

区域控制的概念是针对分布式数字电视系统提出的。区域控制是为了防止在同一个数字电视前端系统下各区域间机顶盒和智能卡漫游，而对机顶盒和智能卡进行区域间唯一性和合法性的控制[1]。

实现区域控制的机顶盒和智能卡只能在唯一的区域有效地接收数字电视业务。区域控制可以有效地对各地营销策略与价格策略进行控制，防止机顶盒和智能卡漫游，最大限度地保障各级运营商的经济利益。

2　CA系统前端工作原理

EMMG在CA系统中根据运营商的指令，生成EMM命令，并将这些命令加密、打包成EMM数据，通过传输网络发送至机顶盒，机顶盒接收到这些命令后完成命令所指定的操作。这些命令可以包括授权、取消授权、密钥更新、指纹显示、电子钱包、电子邮件、短消息等。

在EMMG的工作流程中，EMMG处于客户机角色，EMMG主动去请求与加扰器建立连接，并按照标准协议建立通道[2]。整个CA系统的EMM数据流向如图1所示。首先通过BOSS系统向用户发送某种指令，BOSS通过与CA的接口将指令数据传送到CA系统的数据库中，然后EMMG服务负责不断地从CA数据库中读取指令数据，并按照约定的格式将指令数据加密、打包成EMM数据传递给复用加扰器，复用加扰器对EMM数据进行加扰复用后传递给调制器，调制器将加扰后的EMM数据调制成射频信号后通过HFC分配网传送到机顶盒。

图1　CA系统数据流向图

将区域控制功能作为CA系统的基本命令，通过EMMG服务生成区域信息广播命令，并将命令通过传输网络发送至机顶盒，可实现对片区内机顶盒进行区域控制的目的。

3　区域控制的基本原理

广西有线数字电视HFC网络由广西区内14个市和75个县有线数字电视网络组成，不同市、县HFC网络下的无卡机顶盒在CA系统中通过不同区域码来识别。

桂创无卡CA系统区域控制的基本原理为：新用户在营业厅开户时，CA系统会给新开户的机顶盒发送一条用户特征信息的指令，指令中包含了该市(县)的区域码信息，机顶盒收到指令后，将区域码保存起来作为机顶盒自身的区域码。在相同市、县开户的无卡机顶盒均拥有相同的区域码，在不同市、县开户的无卡机顶盒区域码不同。

在每个分布式无卡CA系统的前端广播该片区的区域信息指令，该片区的机顶盒收到区域信息指令后，会将自身的区域码与收到的区域信息指令进行比对。如果机顶盒自身的区域码包含在所下发的区域信息指令中，则机顶盒在有授权的情况下能正常收看节目，如果机顶盒自身的区域码不包含在所下发的区域信息指令中，则该机顶盒即使有授权也不能正常收看节目。实行区域控制的机顶盒，可通过CA前端对其发送修改区域码指令，将其自身区域码修改为正确的区域码。

机顶盒实现区域控制的流程图如图2所示。

图2　机顶盒实现区域控制流程图

4　区域控制功能模块的实现

区域控制功能涉及到CA数据库、前端EMMG服务和终端机顶盒这3个模块的开发。区域控制功能实现步骤如图3所示。

图3　区域控制功能实现图

4.1CA数据库

为实现区域控制功能，需要对CA数据库进行修改。数据库的修改细节主要包括对Region_Info表的修改，以及在数据库中新增了一个读取区域码信息的存储过程。

CA数据库中建有一张名为Region_Info的表，用作记录广西区内各个市县对应的区域码信息，Region_Info表包括RegionID和RegionDesc两个字段，其中RegionID字段值对应广西区内各县市的区域码，RegionDesc字段值对应广西区内各县市。分布式CA系统是以片区为单位进行管理的，一个片区内包括若干个地区(城市)，为方便管理，可在Region_Info表中增加一个字段PregionID，PregionID字段值对应广西区内各县市所属的地区(城市)的区域码，其值等于所属城市的区域码。Region_Info表如表1所示。

表1Region_Info表

RegionIDRegionDescPregionID7梧州751苍梧752蒙山753藤县754岑溪78贺州855钟山856昭平857富川8

在CA数据库中新增了一个存储过程prc_GetRegionInfoList，其仅有一个参数@pregion_id，@pregion_id值代表要从数据库中读取的地区(城市)的区域码。EMMG服务可通过调用prc_GetRegionInfoList从数据库Region_Info表中读取该地区内所有县市的区域码数据。假如@pregion_id的值为7，则执行存储过程prc_GetRegionInfoList会从CA数据库的Region_Info表中将PregionID字段值为7的所有记录对应的RegionID值(7，51，52，53，54)全部读取出来。

4.2EMMG服务

EMMG服务增加了从CA数据库中读取该片区内所有县市的区域码数据，以及根据读取出来的区域码数据构造区域信息指令的TS包的一系列相关函数。

4.2.1区域码数据的获取

构造GetRegionInfoList(int regioncode)函数，通过该函数调用CA数据库存储过程从Region_Info表中读取PregionID值等于regioncode值的记录所对应的RegionID值。GetRegionInfoList(int regioncode)函数仅有一个形参regioncode，执行函数调用时通过实参传递进去的形参值代表要读取的地区(城市)区域码。

4.2.2构造区域信息指令TS包

构造GenRegionData ()函数，通过该函数生成区域信息广播指令的TS包。其中4 byte TS包包头根据TS包包头标准格式生成，TS包包头中提供了关于传输方面的信息，包括同步、有无差错、有无加扰、PCR(节目参考时钟)等标志。TS包的有效负载则包含了加密了的区域信息广播指令的相关信息，包括指令类型(Table_ID)、内容长度(Content_Length)、要实现区域控制的用户群组ID(Group_ID)、命令类型(Command_Type)、命令长度(Command_Length)以及从CA数据库中读取出来的本片区要实现区域控制的全部区域码数据(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn，其中n为正整数，n值代表区域码的个数)等。区域信息广播指令的TS包结构如图4所示。TS包包头和有效负载加起来不足188 byte，后尾字节均以0XFF进行填充[3]。

图4　广播区域信息指令TS包结构图

EMMG服务生成的一个个188 byte的TS包经过复用加扰器加扰复用之后，经过传输网络传输到机顶盒终端。

4.3机顶盒

机顶盒端增加了将收到的区域信息广播指令TS包按指令格式解析，并将解析出来的全部区域码数据与机顶盒本身区域码进行比对等一系列相关函数。

机顶盒收到通过传输网络传输过来的TS包后，将一个个188 byte的TS包解复用解扰解密，根据TS包的PID、Table_ID和Command_Type字段值过滤出区域信息广播指令的TS包，构造ParseUserRegionCodeCmd()函数，根据区域信息广播指令的TS包格式解析出本片区实现区域控制的全部区域码数据(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)，如果机顶盒本身的区域码包含在(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)当中，则该机顶盒在有授权的情况下在该片区能正常收看节目，如果该机顶盒的区域码不包含于(RegionID 1，RegionID 2，…，RegionIDn)中，则给机顶盒送出错误的CW，使机顶盒停止解扰，机顶盒即使有授权在该片区内也收看不了电视节目。

5　区域控制功能模块的测试及验证

5.1测试环境的搭建

在搭建的小网模拟环境中进行功能模块的测试，测试环境的系统连接图如图5所示。

图5　测试环境系统连接图

在用大网信号经过码流分析仪，由码流分析仪过滤得到指定频点TS流；指定频点TS流经过调制器，由调制器过滤掉大网信号的ECM/EMM、PSI/SI信息，并重新生成小网的PSI/SI信息；CA服务器生成小网的ECM/EMM信息，并与调制器输出的TS流、PSI/SI信息一起送到复用加扰器进行复用加扰，最后送至调制器调制成小网RF信号。

假设由码流分析仪过滤得到的指定频点TS流中包含有CCTV1和CCTV2节目，出于测试验证的需要，在机顶盒的CA库版本中添加了打印信息。

5.2模块功能的验证

在测试环境中通过CA系统将表1中PregionID值为7的梧州地区、PregionID值为8的贺州地区划分到同一个片区。通过前端CA系统将CCTV1和CCTV2设置为非免费节目。

步骤一：机顶盒在片区内的梧州市开户，给机顶盒发送CCTV1的节目授权，观察CCTV1和CCTV2的收看情况。

步骤二：通过前端CA系统给机顶盒发送区域码值为2的用户特征信息指令，观察CCTV1和CCTV2的收看情况。

步骤三：通过前端CA系统给机顶盒发送区域码值为56的用户特征信息指令，观察CCTV1和CCTV2的收看情况。

通过前端CA系统将CCTV1和CCTV2设置为免费节目。重复步骤一，步骤二，步骤三操作，观察CCTV1和CCTV2的收看情况。

上述步骤中所有的操作均可通过串口打印机顶盒信息的方式得以确认。其中步骤一操作为使机顶盒区域码正确，步骤二操作为使机顶盒区域码不正确，步骤三操作为通过发送修改区域码指令将机顶盒不正确的区域码修改为正确的区域码。

表2中记录了上述步骤中有授权(CCTV1)和无授权(CCTV2)节目的收看情况。从表2中可以看出：在区域码正确的条件下，节目为免费节目，机顶盒无论有无节目授权都可以收看节目；节目为非免费节目，机顶盒有节目授权可以收看节目，没有节目授权不能收看节目。在区域码不正确的条件下，无论节目是免费节目还是非免费节目，无论机顶盒有无节目授权，机顶盒都不能正常收看节目。测试结果均符合预期目的。

表2节目收看情况表

区域码情况免费节目有授权免费节目无授权非免费节目有授权非免费节目无授权区域码正确的情况可正常收看节目可正常收看节目可正常收看节目不能收看节目,弹出“未授权”提示框区域码不正确的情况不能收看节目,弹出“区域禁播”提示框不能收看节目,弹出“区域禁播”提示框不能收看节目,弹出“区域禁播”提示框不能收看节目,弹出“区域禁播”提示框

5.3创新点

桂创分布式CA系统可以通过CA数据库来灵活调整不同片区的范围，现可以将区域信息细化到县，如有需要还可以细化到街道、组织机构或公司集团，为广西广电网络公司开展业务提供了更多的业务多样性和便利性。

6　结束语

针对广西有线数字电视运营的现状和业务发展的需要，需对用户实行区域控制。本文提出了一种实用的数字电视区域控制的方法，对桂创无卡CA系统区域控制功能模块的设计、开发及验证进行了详细阐述。在桂创CA系统上开发区域控制功能作为对原有系统功能的扩展，有效地解决了机顶盒跨区域流通的问题，在运营过程中对整顿规范市场、约束用户行为、保障运营商的经济利益起到了重要作用。

[1]杨超.数字电视区域锁定技术及其用户端实现方式[J].东南传播，2006(9)：62-63.

[2]国家广播电影电视局. GY/Z 175—2001，字电视广播条件接收系统规范[S].北京：国家广播电影电视总局标准化研究所出版，2001.

[3]唐明光.有线电视系统知识(1)[J].中国有线电视，2015(2)：167-177.

刘巧艳(1982— )，女，工程师，主要从事CA系统的开发及维护；

冯燕强(1987— )，工程师，主要从事CA系统的开发及维护；

潘攀(1981— )，工程师，主要从事CA系统的开发及维护。

责任编辑：许盈

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

文献引用格式：刘巧艳，冯燕强，潘攀. 数字电视区域控制功能模块的设计与开发[J].电视技术，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.