IP網絡電視條件接收系統的設計與實現

史東凱

摘 要：條件接收系統在數字電視接收控制當中占據重要地位，在多媒體內容數字版權保護中起到積極意義。分析IPTV形式的條件接收系統情況，研究基于IP網絡的條件接收系統設計問題，最后探討基于IP網絡的條件接收系統實現。

關鍵詞：IP網絡；條件接收系統；設計

互聯網技術不斷向前發展，寬帶網絡的普及程度十分廣泛，如何在現有的基礎上，讓網絡運營商獲利的同時，讓用戶使用優惠的寬帶網絡。數字音頻服務是一種十分重要的應用，也就是在網絡的輔助下，提供數字內容的服務。當前通常的做法就是將一些數字性質的內容防止在服務器上，用戶經過IP網絡下載并查閱這些內容，研究這些內容的版權保護意義重大。

1 IPTV形式的條件接收系統

（一）系統框架

透明DVB-TS流達到DVB-IP網關之后，然后讓同處于一個流媒體服務的TS進入同一路IP流當中實現組播。在此過程中，每一個IP組播流都有相對應的“頻道”。與此同時，對TS六中的節目數據提取出來，結合另外的信息在門戶網站上公布出去。

（二）在系統框架中加入IPCAS

數字內容播放過程中，如果這些內容得不到有效保護，那么就會損害運營商的經濟利益，為了實現內容保護的目的，要將條件接收系統應用在系統之中，用戶需要付費才能收到電視節目的觀看，加入IPCSA之后，其控制部分以及加密機都屬于前端部分，使用者智能卡片和終端都被歸入到終端序列之中。

在IPTV的條件下，可對DVB的密鑰管控方式進行參考，加密機將對DVB-IP傳送出的IP包實施加密轉發，在同一時間發授權管控信息ECM以及EMM，在智能卡的輔助下，實現密鑰分發以及授權管控。

（三）IPCAS密鑰層次構成

為了讓其密鑰處于較為安全的狀態，根據其重要逐漸增加的方式分為以下幾個級別：低、次低、中、次高、高。在其中，隨機變換的控制字CW可以歸入低等級密鑰之中，在網絡當中出現的次數比較頻繁，因此CW才會以隨機的方式持續出現改變。4K屬于次低等級，每過一段時間才會出現一次，出現得并不密集，變化進程較為遲緩，因此備用在ECM加密之中。CTL-K與INST-K可以歸入次高等級之中，掌控權在運營商和CA廠商手中。

在這種條件下，UPK、CTL-K與INST-K可以歸入恒值密鑰之中，各個密鑰之間都在生成層次上存在聯系。CTL-K主要來自于INST-K，UPK則是來自于INST-K。

（四）IPCAS密鑰分發

在這個系統之中，AK與CW在隨機發生器的作用下生成，處于持續改變之中。CW則在網絡當中密集出現，AK則處于相反狀態，因此CK的變化程度要AK大得多，這樣的形式就對破解形成了良好的阻礙作用，提升了系統運行的可靠性。控制字CW被用在加擾透明流媒體IP包之中，CW在AK輔助實現加密之后，進過ECM傳遞給終端使用者。AK的加密工作則是通過UPK實現的，通過EMM傳遞給相應的終端使用者。在終端之中，使用可以使用智能卡，利用其中保存的相應的信息解密之后獲得AK，隨后利用其對ECM進行處理，可以獲得AK，隨后利用逐次解密得到的密鑰對CW解擾加擾的IP包獲得相應的透明的同類型數據。

2 基于IP網絡的條件接收系統設計

（一）設計原則

1、安全性

條件接收系統具備的機密性通常包括一般機密性、前向安全性、以及后向安全性。一般機密性主要指的是用戶在沒有經過授權的情況下無法收到網路當中的節目，前向安全性則是指的是有授權的使用者在變成無授權使用者之后，當前的授權就失去作用，也不能再收看節目。由于后向安全性一般在系統之中不發揮作用，因為不能利用已有的緩存功能對收看以前的緩存的節目，系統一般不再此方面進行考慮，通常注重前兩者。

2、實時性

系統應盡將授權周期以及更新周期控制在較短的范圍之內，讓用戶在訂閱之后就在較短時間內就可以順利實現對節目的收看。

3、存儲消費數據

系統中的前端以及接收端都要存儲某種程度數量的用戶個人密鑰，前端在服務器的控制下發揮作用，因此可以保存的數據較多，但是接收端則是在智能卡的輔助下發揮作用，因此，利用保存數據應該將存儲量盡量控制在較小的范圍內。

4、可拓展性

系統應用之后接受的使用者會越來越多，面對這種情況，系統要具備升級的空間，可以在很多用戶融入之后仍然發揮作用。

（二）系統的設計

使用者管理模塊對節目數據和信息進行管控，同時也對使用者信息實施管理，向密鑰管理模塊發送指令，達到授權的目的，而且也對系統的各種參數設定發揮作用。密鑰管理模塊主要發揮各種類型密鑰的生成功能，包括ECM、EMM以及CW。節目管理模塊則在系統運行中產生較多的TS流。對復用和加擾模塊而言，會對其進行改造，合并到一路當中，同時使用CW實施干擾。網絡傳輸模塊可對前端節目數據施加影響，然后將這些數據傳送到接收端，接收子模塊會在個人密鑰的幫助下，對EMM以及ECM施加影響，進而從中讓CW再次出現。解復用和解擾模塊對TS流施加影響，實現解復用的目的，同時對CW施加解擾。播放模塊則根據自身具備的功能將TS流轉化成使用者可以收看的形式。

3 基于IP網絡的條件接收系統實現

（一）組密鑰管控

為了達到全部使用者能收看節目的目的，前端需密集按時地將EMM進行傳送，這些EM之中，有所有的授權數據。一些使用會在系統在節目正在播出時提前退出觀看，為了確保前向安全性，要對密鑰進行更新，然后將相應的EMM發送出去。為此，當CA使用群體非常龐大且節目發送規模較大時，EMM信息將會對帶寬和系統形成很大壓力。此時可以使用分組的方式對EMM信息的占用量進行減輕。在每個組別當中，都有相應的組密鑰，任何用戶都可以同時在幾個組別之中。前端對授權使用者的覆蓋盡量處于較低水準，同時讓這些組別中的密鑰發揮作用，用于生成EMM。接收端涵蓋了所有組別中的組密鑰，因此能夠對其中任一EMM進行破解而獲得業務密鑰。

（二）IP網路分析

節目的信息在發送過程中通常使用單向的方式進行，但為了確保安全可靠以及其他方面業務的考量，要在接收端和前端兩者中間實現上傳功能。這個上傳渠道通常被設定為調制解調器、電話線路或者電視網絡等，但是，這些方式操作不具備便利的特點，在這個過程中難以發揮實際作用。

IP網絡在發揮作用的過程中，可以支持單播、組播和廣播等三種方式，能在使用過程具備較強的靈活性，還可以實現雙向方式的數據傳遞，因而在交互式當時使用非常適合。

（三）SMS

也就是用戶管理系統，存放著很多節目訂閱信息，在節目信息出現變動之后，或者訂閱信息變動時，系統將對密鑰管控模塊發出指令，對EMM和ECM數據進行變更。

（四）節目播放和接收

為了實現控制成本和靈活度，取消原本的硬件復用，改用軟件的形式達到目的。從那會在復用的節目TS流包含的PTM表數據，獲得整體TS流的PATY表格，隨后根據事先設定好的參數將TS流送入每個緩沖區域之中，然后輪詢各個緩沖區域，將信息傳遞出去。播放器在PSI信息的輔助下，可以讓使用者按照自身需求選擇收看的節目，然后使用者輸入解開密鑰的指令，EMM與ECM的加密被解開，節目解擾后傳遞到解碼其開始播放。

總結：互聯技術的出現對社會和人們的生活產生重大影響，寬帶事業也處于不斷進步之中，人們從網上獲得音頻視頻信息的傾向更加明顯。因此，將數字電視網絡當中的眾多媒體資源引進到IP網絡之中意義重大，讓網絡上的業務更具備多樣性，在促使IP發展的同時，也可以實現控制成本的目的。

參考文獻

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