有线数字电视条件接收系统应用研究葛样（太原有线电视网络有限公司，太原市漪汾街2号 030024）摘要：摘要内容（小5号宋体）关键词：CA、条件接收、数字电视1 引言1.1 课题研究背景及意义中国有线电视网络作为国家重要的信息化基础设施和信息传输媒质，经过20多年的建设和发展，已成为世界上用户规模最大的有线电视网络。目前全国拥有1.26亿有线广播电视用户、农村用户约为4600多万户，近 3300个有线电视前端；国家级光缆线路4万公里，省级及地市光缆线路超过10万公里，地市、县分配网近300万公里；百余家电视台开始播出有线数字电视， 2008年有线数字电视用户总量达到4000万户，多个省市完成了数字电视整体转换，为用户提供多种功能的业务服务。作为有线电视运营系统的一个必备子系统，条件接收系统(以下简称CA系统)由前端和终端两部分组成，通过对授权信息进行有效控制管理，实现了用户只能收看经过运营商授权许可的电视广播业务和节目，解决了有线电视多年来的收费难问题，从而保障了业务提供商和广播者的利益。从CA系统的作用和在整个系统中所处的物理位置来看，CA系统是运营数字电视平台的核心组成部分，它能否得到合理科学地应用，对整个系统的运行水平至关重要，但出于对系统安全性和稳定性的考虑，一般运营商都将CA系统采取了封闭式的运行方式，很少对其进行操作，使其工作效率低、一些有益附属功能得不到充分利用，甚至出现故障隐患也不能及时排除。本文将以太原有线数字电视系统4年80万用户的运行经验为例，通过研究总结，从实际应用的角度，对营运商如何灵活、合理地设置CA系统，建立监控体系，启用附属功能展开讨论并提供相关建议，从而为营运商提升系统综合性能、提高工作效率、减少故障发生概率，以及在系统选型方面提供有益帮助。1.2 CA系统概述1.2.1 CA系统的定义CA系统是数字电视系统的一个子系统，通过在数字电视节目传输过程中加密节目和下发授权，实现相应的用户收看相应的节目，使得运营商可以按不同情况对数字电视广播业务按时间、次数对产品进行授权管理和接收控制。通俗来讲，就是通过节目的加密控制，使得只有交费的用户才能够得到授权解密收看。从技术角度看，CA系统是一个综合性的系统。集成了多种先进技术，包括系统调度管理、网络技术、数字压缩编码、加解扰技术、加解密技术、复用器技术、调制解调技术、机顶盒技术、智能卡技术等，同时也涉及到用户管理、节目管理、收费管理等数据库方面的应用技术。CA系统是数字电视实现收费和管理的核心保障体系，通过收费才能使得节目制作商有能力向我们提供更多更好的节目和各种新业务，如视频点播、电子商务、电子游戏，连接internet等。1.2.2 CA系统衡量标准衡量有条件接收系统好坏的重要指标关键有三点：一是系统的安全性，包括加扰加密算法的选用、密钥的生成与管理、相关硬件设备的安全级别；二是系统的稳定性，主要体现在各模块的集成与连接上；三是系统的管理能力。为此我国广电总局早于2001年就颁布了行业标准化指导技术文件数字电视广播条件接收系统规范参考DVB规范对系统进行了详细的规范。1.2.3 CA系统发展过程CA系统经历过模拟和数字两代。模拟第一代特征是以设备为基础，一般用于模拟系统。早在多年前，为了实现有线电视的更有效收费，在头端对模拟信号进行了加扰，使得普通电视机无法收看，只有安装了解扰器的用户才能正常收看。这样的系统可以通过前端的寻址来控制单个用户的解扰器开关。系统可实现全频段加扰和频道加扰，实现方法通常采用视频倒相、水平同步重叠、垂直同步重叠、数字随机视频行抖动等方法，他们通常对信号产生损耗。第二代是随着数字电视的出现而产生的，基本原理采用加扰控制字（CW）加密传输的方法，用户端利用智能卡进行解密。由于采用了数字技术，加解密过程对信号没有损耗，同时系统的保密性能、可靠性均大提高。对传输流的加扰，DVB已有标准；控制字的加密算法一般采用RSA及3DES算法加密体制，不同厂家的系统方法差别很大，技术大体有两种：一种是以IRDETO系统为代表的密码循环体制，一种是以NDS系统为代表的利用专有算法保护（由于牵涉到系统安全，厂家一般不会公开）。在第一代有条件接收系统中，由于系统的密钥体系依赖于设备以及解扰器，比较容易被破解和复制。第二代中，加密系统及密钥体系和设备是分开的，它依靠智能卡的安全性来保障系统的安全，破解难度大。这二代的有条件接收系统都是通过对传输的加扰来实现防止收费授权的信息扩散，但在计算机和互联网络的环境下，很难防止用户端进行存储复制和非法扩散，需要一种新的体制来对内容的保护。这种机制应该与传输无关，可使用多种形式和层次。这就是所谓的第三代有条件接收系统，它将不考虑传输的通道与形式，对于各种媒体内容、数据如视/音频、多媒体文件、数据等，将实现统一的管理与授权，所有的服务将严格控制在有条件接收系统下。用户对于受保护的服务，必须提供授权的IC卡，才能享受。用户将无法进行无授权复制和观看。同时，可以实现现有的多种费方式。目前，国际上主要的条件接收系统有Canal+的Mediaguard、Irdeto公司的M-Crypt、France Telecom公司的Viaccess、NDS、Nagra等等，在中国，这些CA都有应用，但国产CA系统如永新视博、天柏、数码视讯则更为突出，遍布全国各地。1.2.4 CA系统发展趋势双向CA系统：随着各地有线运营商积极推进双向网络改造，搭建增值业务开展平台，发展双向互动业务，双向CA将被有线运营商逐渐采用，可以利用双向通道提高整体的工作效率，服务于多种增值业务；机卡分离系统：也就是说，用户购买数字电视一体机，这种电视跟以往模拟电视不同的是，它具备一个或者几个扩展插槽，只要插上能够解密数字电视信号的CAM卡，以及用户身份认证的IC卡，就可以收看数字电视，而不再需要机顶盒。用于身份认证的IC卡一般被称为小卡，由广电运营商向其配发，用户持此卡向运营商缴纳收视费；具有解密功能的密匙卡一般被称为大卡，简称CAM卡，现阶段都是作为元器件，配售给数字电视一体机的生产厂商。通过此种技术，可以使得终端（一体机或机顶盒）生产与CA无关，而减少单独定制带来的复杂性，同时也使得终端可以在各种网络环境下使用成为可能。无卡CA系统：将CA系统所有终端部分集成在机顶盒中，市场的发展受运营商影响因素较大，主要是基于安全等级的芯片，支持操作的逻辑简单，但是可能会造成机顶盒成本升高，同时运营商将被动，不能轻易更换CA厂商，如果更换，需配套更换机顶盒。较适用规模小的运营商使用。CA和DRM（Digital Rights Management，数字版权管理 ）功能相结合：随着数字电视的不断发展，CA发展逐渐从运营商的视频业务向各种业务扩展，从支持视频安全到支持内容安全，通过CA能够解决内容及版权问题，既能保证内容的安全性，也能保证有线运营商能够获取应得的利润。1.3 论文的结构和内容论文分为引言、数字电视系统、CA系统结构和功能、太原有线CA系统、CA系统应用和结束语六个部分。其中第一部分引言介绍了课题研究的背景、意义，CA系统的定义、衡量标准、发展历程和发展趋势等；第二部分数字电视系统描述了数字电视系统的定义、优点、标准、组成、发展数字电视的意义等基础性内容；第三部分CA系统原理描述了CA系统的有有关概念、组成、工作原理和关键技术；第四部分介绍了太原网CA系统的建设和使用情况；第五部分从系统安全性、稳定性保障、信息发送策略、多功能应用，以及监控体系、终端认证体系的建立等几个方面介绍了如何将CA系统更加合理充分地利用；最后章节总结全文，希望CA系统在各地电视网络中通过充分、合理、安全、有效地利用，为数字电视更好地服务于用户发挥其应有的作用。2 数字电视系统数字电视的定义数字电视是指在电视节目源的采集、制作、编辑、播出、传输及接收的全过程都采用数字编码与数字传输的技术，是数字技术、微电子技术、网络技术、软件技术、通信技术等高新技术的综合应用，在信息化社会中占有重要的地位。数字电视系统将传统的模拟电视信号编码、压缩转换成由二进制数组成的数字信号进行传输，在接收端对接收到的数字信号进行处理、解码、转换，将音视频节目信号还原成模拟信号，并在电视机上播放视音频信号，显示各种数据。因此，数字电视是一个从前端到终端的全过程。数字电视的优点数字电视给电视节目的播发与接收带来一场技术革命，为改善声音和图像质量提供了新的方式，同时也大大提高了传送信号的频率资源的利用率，总结起来优势如下：1) 采用了先进的图像压缩编码技术，因而每套节目占用的频带窄，可以充分利用频道资源，而以前一个模拟频道传播所需的带宽可用来传播6-8个数字频道。因而在不增加带宽的情况下，用数字电视传输方式可大大节省因增加电视节目频道而需要的传输和广播，提高经济效益。2) 采用数字形式传输和广播，抗干扰能力强，还可采用前向纠错的方式，接收端收到的电视图像便极为清晰。数字电视信号的信噪比与连续处理的次数无关，在传输过程中，不会降低信噪比，这和模拟信号在传输过程中噪声会逐渐积累不同，它不受地理因素的限制，几乎可以无限扩大覆盖面。3) 伴音质量大幅度提高。目前的模拟电视，伴音是单声道的，而数字电视可以提供双声道，甚至是5.1声道的环绕立体声。4) 易于实现信号的存储，而且存储时间与喜好的特征无关。5) 由于采用数字技术，数字电视有利于实现有线电视网与计算机网络的融合，从而可以大大扩展服务内容。6) 很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术，便于开展各类收费业务，可以实现对用户的良好管理，确保了资金的有效回报。7) 具有交互性，数字电视的音频、视频及数据可以在同一个信道内传输并共用一个设备接收，传输方向是双向的。观众由被动接受转为积极参与，收看现场转播时，还可以选择不同的拍摄角度获得的图像。数字电视系统标准众所周知，模拟电视有NTSC、PAL和SECAM三种标准。目前，数字电视也陷入这种局面，美国、欧洲和日本各自形成三种不同的数字电视标准。美国的标准是ATSC（Advanced Television System Committee先进电视制式委员会）；欧洲的标准是DVB（Digital Video Broadcasting 数字视频广播）；日本的标准是ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting 综合业务数字广播）。现在，数字电视尚无统一的国际标准。目前，我国的卫星和有线电视的标准采用的标准是DVB-S和DVB-C。DVB是一种新的广播技术，按字头直译是：数字（Digital）、视频（Video）、广播（broadcast）通俗地讲就是：数字电视广播。以欧洲为主，他们自1993年开始规划“数字视频广播”以来，一直称之为DVB项目。此后，到目前为止已有200多个组织参加，包括欧洲和全世界的一些制造商、研究机构，网络运营者和广播公司等。欧洲提出的DVB是具有自己特色的全数字化的电视（包括高清晰度电视）广播方案。DVB系统包括了卫星（DVB-S）、有线电视（DVB-C）、地面广播（DVB-T）、卫星共用天线系统（SMATV）和数字多点分配系统 （MMDS）。也就是说，它是一个综合利用各种传媒手段进行数字电视广播的完整方案。它采用MPEG-II压缩编码的方法，把数字电视直接传播到千家万户。 DVB标准提供了一套完整的，适用于不同媒介的数字电视广播系统规范，其周全的计划及广范的共识是其成功的关键。从一开始，大家就选定ISO/IEC MPEG-II标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，随后对 MPEG-II码流进行打包形成传输流(TS)，进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。1) DVB标准的核心（音、视频编码等），码流