一種適用于衛星電視直播的用戶區域化管理方法*

趙 歡，司華奇，李宗元

（1.東方紅衛星移動通信有限公司，重慶 401120；2.老撾亞太衛星有限公司，老撾 萬象 01000）

0 引言

當前世界上在軌并仍處于商業運營中的絕大部分同步軌道通信衛星往往都搭載了多種類型的電信業務，以追逐轉發器資源的最大化利用及商業利潤為目標。相較于用戶數量與轉發器帶寬資源直接相關，且容量通常有限的VSAT類衛星通信業務，屬于單向廣播、信號開放接收的DTH電視廣播業務在用戶容量上具有無法比擬的優勢。對于衛星運營商而言，DTH廣播業務由于在信號覆蓋范圍內用戶數基本不受任何限制，與營收規模基本固定的衛星轉發器租賃業務相比，DTH業務的開展情況往往是衛星運營成敗的重要標志。

然而另一方面，DTH的上述優勢在特定情況下也會為其業務的拓展帶來不可忽視的挑戰。世界上少數幾個衛星應用行業發達、幅員遼闊的大國（如我國與美國），其人口與市場規模已足夠獨立支撐DTH商業運營，由于國內主流意識形態與文化相對統一，DTH無論節目內容還是用戶服務往往都可采取標準化、大規模的形式，較少考慮地區特色。而在面積狹小，人口較少的國家，尤其是經濟相對落后的廣大第三世界，DTH的商業運營通常會依賴于（甚至高度依賴于）多個國家和地區業務的同時開展。此種情況下，不同國家的DTH受眾對于電視收看“眾口難調”的問題會顯得較為突出（例如，各國受眾往往都希望本國語種的節目排序最前）。此外，由于DTH電視廣播天然具有的文化宣傳作用，各國出于政治等因素考慮還可能對廣電行業作出嚴格限制（如地理位置相鄰但關系緊張的兩國，往往會互相禁止播出對方的電視節目），在DTH信號客觀存在且無法屏蔽的情況下，利用其他技術手段加以限制是實現這一硬性需求，從而保障DTH運營不受非技術性因素干擾的唯一可行解決方案。

此外，近年來由于傳統廣電行業面臨著與互聯網等新興行業的競爭，也提出了若干新的發展構思，如將傳統的電視“受眾”轉變為“用戶”角色，在播出節目的基礎上，推廣各類增值業務，實現精細化運營的目標[1]。DTH廣播雖然受限于衛星信號單向廣播的限制，但仍有部分與商業運營密切相關的增值業務，如ESG廣告推送，OSD信息下發等，同樣可能面臨同樣的區域化管理問題。而最早于20世紀90年代提出的DVB協議棧中對此類應用場景考慮較少，至今尚無較好的解決方案。

本文基于作者所領導的老撾1號衛星DTH運營技術團隊的實踐，提出了一種適用于DTH電視廣播運營的用戶區域化管理規則，較好地解決了DTH用戶區域化管理與差異化服務的問題，并已在老撾1號衛星搭載的DTH運營中得到了實際應用。

1 研究背景

根據公開資料，針對衛星電視（以及涵蓋范圍更廣的數字電視）的用戶區域化管理，早期的DVB標準與近年來發表的若干文獻都有所提及。

1.1 DVB標準定義

DVB協議棧中已定義了邏輯頻道號的功能（Logic Channel Number,LCN），針對歐洲地區的數字電視用戶實現區域化管理功能。

DVB Nordig標準[2]中LCN v1定義為插入在NIT表中的私有描述符，以0x83為標識符（LCN v2改為0x87），生成算法如下：

根據上述定義，LCN描述符規定了業務（以SID業務號為標志）在用戶端是否可見（visible_service_flag標志位為0時不可見），以及呈現的排列順序，邏輯順序號并未嚴格約束為連續數字。LCN v2在此基礎上做了一定修改，增加了運營商與運營國家的對應標準，但主要內容保持一致。

Nordig標準定義的LCN是較為成熟的規范，在北歐地區也早已得到應用，但也存在一定局限性。根據其定義，每個實際的網絡中（對應一個NIT表）僅允許使用一次，即在正常情況下，一家運營商只給出一種LCN排序。Nordig標準中考慮了多家運營商信號覆蓋同一區域的情況，并規定了解決辦法：用戶初次安裝終端，可接收的信號中如包含多個Network ID時，必須選擇一個首選網絡及其對應的LCN排序（其后可手動選擇其他網絡）。該方案由于無法實現更復雜的多種不同排序功能。對于同一運營商，多個用戶群體的場景顯然并不適用。此外，標準LCN定義中對隱藏節目的限制不夠嚴格，即使visible_service_flag為0，也僅僅意味著在邏輯排序中不可見，用戶可通過遙控器手動輸入SID業務號或直接關閉LCN功能，仍可查看隱藏節目。最后，LCN僅規定了頻道排序，其他增值業務無法直接利用。

1.2 其他私有協議

根據公開文獻，國內關于數字電視的區域化管理也已有若干嘗試。常見的一種思路是利用CA授權系統的區域劃分功能實現，如劉翔等[3]提出了通過CA系統的區域控制功能，以授權包的形式實現廣告增值業務投放的區域化管理；王寧強等[4]則利用了CA系統的功能提出了簡單的區域碼規則，實現了小范圍的數字電視智能卡區域化管理。梁高華[5]也探討了在地面有線電視網絡中，通過多個網絡ID定義并搭配調制解調器/帶阻濾波器的形式直接過濾特定頻點的物理信號，實現用戶的區域化管理。上述方法的局限性也比較明顯，一是依賴于某個特定的子系統功能（CA分系統），在數字電視運營中存在CA同密時，技術標準難以統一；二是僅適用于地面數字電視的特定應用場合（適用于DVB-C有線電視中過濾射頻信號的方式顯然無法大規模應用于信號開放接收的DTH衛星電視應用場景）；三是僅考慮了部分區域化管理功能，在實際應用中不足以完全滿足運營的要求。

2 區域化管理規則的基礎定義

本文提出的用戶區域化管理規則主要考慮了以下因素：

適用于數字電視運營的各類業務，覆蓋完整性較強；

不依賴物理信道等有明顯限制的指標，可廣泛適用；

復雜度與開銷不超出合理范圍。

2.1 用戶區域定義

本規則在代碼中使用了一個8位變量表征國家與地區，其取值范圍為0x00～0xFF，前4位為國家代碼（0～F），后4位為各國家中對應的地區代碼（0～F），即理論上最多可支持16*16=256個不同的區域定義。根據通信協議中的常見做法，二進制全0與全1的地址往往留作特殊用途，本規則也遵循這一慣例，將國家代碼0與F，以及每個國家下屬的區域代碼0與F留作特殊用途。最終提出的國家與區域代碼如圖1所示：

圖1 國家與區域代碼定義（示例）

因此，最終可使用的區域數量為14*14=196個，用戶端的機頂盒中間件將攜帶對應的區域代碼，數字電視運營中的節目排序、OSD消息下發，廣告增值業務與OTA空中升級都可遵循該區域化管理規則進行。圖2所示為機頂盒終端實際顯示的畫面。

圖2 機頂盒終端區域碼（示例）

2.2 LCN定義的擴展

顯然，節目排序是區域化管理中關注度與實現要求最高的功能。本規則在Nordig LCN v1定義中做了以下擴充：

將標準的LCN由單層for循環擴充為2層。第一層循環為定義區域數量及描述符總長度，region_cnt為目前實際使用（正在播發）的區域數量。由于每個區域下都會定義排序列表，本描述符總長度顯然超出255字節，descriptor_length變量由標準LCN規則的8位擴充至24位，表征本描述符的總長度最多可支持224字節。第二層循環為每個區域下的節目排序，即每個區域下生成一個邏輯排序，基本沿用標準LCN規范，增加1個change_flag標志變量，其用處后面會提到。

3 區域化管理規則的應用

作為面向大規模正式商業應用的排序規則，在實現基礎功能的基礎上，還需要考慮實際應用中出現的各種狀況與約束條件，追求在功能實現與成本代價兩方面達到較好的平衡點。

3.1 基礎應用-節目排序

根據本規則設計的區域碼定義，前端EPG播發的NIT表中將攜帶本描述符，包括播發的排序區域及各區域中對應的節目排序數據；機頂盒終端的中間件內置區域代碼與相應的判定機制，搜索NIT時必須搜索到符合其接收規則的數據后，才能顯示節目。圖3為DTH前端EPG分系統針對不同區域的節目排序編輯界面，圖4為對應區域的機頂盒終端實際接收并顯示的節目排序。

圖3 EPG前端區域化節目排序編輯界面

圖4 不同區域機頂盒顯示的節目排序

3.2 節目排序更新的觸發

在傳統的DTH或其他廣電運營中，前端EPG節目排序數據有所變更后，往往可直接采用NIT版本號+1的方式，直接觸發用戶機頂盒更新節目列表。但在本規則考慮的應用場景中，由于存在多個區域的用戶，若僅僅是部分區域的節目排序有所變化，觸發全網用戶同時更新顯然是不合理的做法，本規則引入change_flag標志位的作用便在于改善這一機制。

change_flag的規則為，EPG前端編輯完節目列表保存時，系統自動校驗所有區域的節目排序數據是否有變化，有則將該區域的標志位置1，機頂盒終端接收EPG數據時則要求雙重校驗，只有當NIT版本號+1與本區域的change_flag為1同時滿足時。才觸發節目列表更新，否則不觸發節目搜索。下一次編輯節目列表并保存時，如某區域的排序數據無變化，則該區域的change_flag恢復置0。

3.3 特殊區域碼與優先級

如上所述，區域定義中保留了不少用作特殊用途的區域，其應用與優先級如下：

區域碼0x00：優先級最高，當EPG播發的數據中含有此區域碼時，網內所有機頂盒終端無法顯示任何節目（無論其他數據是否播發），通常僅用于出現緊急狀況，需要臨時停止全網節目廣播的場景；

每個國家對應的區域0（如國家1對應0x10）：優先級第二，定義與0x00類似，即播發此區域數據時，對應該國家的機頂盒不顯示任何節目，通常用于特殊情況（如商務糾紛或政治事件）下暫停某個國家廣播業務的場景；

常規區域代碼：前述常規運營中應用的區域代碼；

區域廣播代碼（如國家1對應0x1F）：該類區域碼對應的節目排序數據優先級低于常規區域，可用于測試終端產品。如國家1當前在售僅有0x11區域機頂盒，而希望測試0x12區域時，可播發0x1F區域排序，在售的0x11機頂盒由于優先級的關系，仍正常接收并處理0x11的對應數據，而0x12等區域的終端由于未播發對應區域的排序，則使用優先級較低的0x1F數據。此外，區域廣播還可用于OSD消息播發；

區域碼0xFF：對應全網廣播，優先級最低。

3.4 增值業務的區域化管理

本規則由于定義時并未依賴數字電視前端某個具體的分系統實現其功能，因此具有較好的普適性，以下幾種常見的應用都可以直接納入本規則的范疇中。

3.4.1 OSD廣播消息下發

顯然，數字電視OSD消息的下發可直接套用本規則中的區域化機制。在老撾1號衛星電視的運營中，由于不同國家涉及到不同語言OSD消息的編輯與推送，區域化的管理應用意義尤其明顯。當使用上層的BOSS業務支撐系統下發OSD時，考慮底層的CA系統功能設計各不相同，區域化管理的實現方式可考慮以下兩種：CA已自帶區域控制功能的，可與本規則內的區域定義做匹配映射處理，CA執行轉發時直接過濾；如CA未包含此功能，可在BOSS端下發OSD時，約定消息的前若干字符為插入的區域碼（如前3個字符），機頂盒接收并由中間件執行判定后，符合顯示條件者，從第4個字符開始顯示OSD正文。前者對終端基本無改動要求，后者則要求對在網機頂盒進行OTA軟件升級增加此功能。

圖5為DTH前端BOSS分系統的OSD消息編輯頁面，常規的單用戶OSD下發（根據卡號識別）不受此規則約束，當選擇“Group OSD”下發時，則需要選擇下發的區域代碼。

圖5 BOSS前端區域化OSD消息編輯頁面

3.4.2 廣告增值業務

同上，廣告增值業務（無論是依賴于EPG的廣告系統或獨立的廣告推送系統）也可以使用此功能，區域定義、判定與優先級可直接沿用。

3.4.3 OTA空中升級

機頂盒的中間件OTA升級也同樣可以使用本區域碼定義，以第四優先級的區域廣播代碼應用較多（由于不同國家的機頂盒軟件涉及不同的語言和字符集定制，難以推出全網統一的公版，0xFF很少用到）。實踐中還可作簡化處理，直接為每個區域指定一個固定PID表征對應的OTA升級數據流。

4 區域化管理規則的優缺點分析

本文提出的規則在作者領導的老撾1號衛星DTH運營工作經過多輪測試與試運行后，目前已正式投入使用。根據收集的用戶反饋，區域化管理功能的實現基本符合設計預期，本規則的優缺點也在實踐中得到了總結。

4.1 本規則的優勢分析

作者在設計階段已充分考慮了前期運營反饋的問題與改進需求，設計的出發點便是提出一套完整的DTH數字電視運營支撐規則，因此，本規則的應用范圍涵蓋了數字電視所有常用的業務與功能需求。此外，本規則不依賴于具體的設備或軟件系統，對用戶端的影響也較小，在作者領導團隊的實踐中，僅需要對前期已發售的在網機頂盒做一次性的OTA軟件升級；而后期升級擴容時（如引入新的CA供應商或與其他數字電視運營商開展合作），也可直接沿用本規則，對在網用戶無影響。

4.2 局限性與不足

本規則在應用中發現的主要問題是節目排序的數據量過大，由于直接沿用了Nordig版本的LCN定義，節目排序數據長度是固定值。此種做法的好處是便于終端接收和判定數據的完整性，但播發數據量與節目和區域數量都將呈線性增長關系。例如，老撾1號衛星當前的DTH直播節目數已超過200，根據節目排序定義，每個節目在每個區域內需4字節的邏輯排序數據，即單個區域的節目排序數據量已超過1 KB，極限情況下，196個區域的節目排序總數據量將大于200 KB，遠遠超出單個業務網絡NIT的常規數據量。在地面環路測試中，觀察到機頂盒完整接收196個區域所有數據并完成檢索排序的單次時間在10分鐘以上，在實際運營中面對信道環境較差的衛星鏈路，耗時可能進一步增加，對用戶而言是不可接受的，部分硬件配置較低或中間件開發不夠完善的終端，搜索節目時還會出現死機等現象。此問題的改進思路一是在數據定義中參考DVB協議棧中另一分支NDS Group的做法，隱藏節目的數據定義直接省略，但此方法由于存在數據丟包的可能，在衛星電視應用中有一定風險；二是可考慮改進機頂盒終端的判定機制，如已接收完本區域可接收的最高優先級數據后，即停止后續其他數據的接收和解析。

5 結語

隨著消費者需求水平的提升以及運營環境的變化，數字電視的區域化、精細化運營管理將是未來主要發展趨勢。本文提出的數字電視用戶區域化管理規則基于DVB協議棧中較為成熟的協議，并針對東南亞地區地緣政治與用戶群體都較為復雜的應用場景提出修改，其功能較為完整，應用實踐也表明其達到了設計預期目標，在其他國家和區域存在類似的應用場景時同樣適用，同時還可為我國的廣電行業工作者提供一定參考。