który musi byæ wyposa¿ony w slot na modu³

PCMCIA (tzw. Common Interface). Rozwi¹-

zanie takie pozwala na wykorzystanie wie-

lu systemów dostêpu warunkowego przy

zastosowaniu tego samego set top boxa, ale

jest znacznie dro¿sze.

Kilka s³ów nale¿y poœwiêciæ kwestii zarz¹-

dzania i nadawania uprawnieñ w ramach sy-

stemu dostêpu warunkowego. Elementy ta-

kie jak SMS, SAS i Billing wspomniane

w poprzednim artykule, s³u¿¹ do obs³ugi

ca³ego procesu rejestracji abonentów, reje-

stracji zamówieñ PPV itp.

q

SAS (Subscriber Autorization System)

jest zwykle dostarczany w ramach systemu

CAS i prowadzi weryfikacjê zamówieñ PPV,

czyli identyfikacjê i autoryzacjê abonentów.

q

SMS (Subscriber Management System)

zarz¹dza baz¹ danych abonentów, prze-

chowuje informacje dotycz¹ce praw dostê-

pu. SMS nie jest w zasadzie elementem

systemu CAS, choæ niektórzy dostawcy

CAS maj¹ w kompleksowej ofercie równie¿

SMS. Czêsto jednak jest to system dostar-

czany przez innego producenta. Dostawca

systemu CAS definiuje zwykle interfejsy te-

go systemu, a szczególnie SAS, do najbar-

q

umo¿liwienie, b¹dŸ uniemo¿liwienie abo-

nentowi zdekodowania sygna³u okreœlone-

go programu czy us³ugi.

Implementacja elementów systemu CAS

odbywa siê zarówno w stacji czo³owej jak

i w STB. System sk³ada siê z odpowiednich

urz¹dzeñ i modu³ów oprogramowania. Na

rys. 1 przedstawiono elementy odpowiada-

j¹ce za kodowanie sygna³ów w stacji czo³o-

wej (na podstawie specyfikacji Simul Crypt).

Z punktu widzenia funkcji dekodowania sygna-

³u, set top box abonenta jest wyposa¿ony w:

q

modu³ oprogramowania obs³uguj¹cy fil-

trowanie komunikatów EMM i ECM

q

kieszeñ na kartê dekoduj¹c¹ oraz sam¹

kartê dekoduj¹c¹ (Smart Card), która zawie-

ra nadane abonentowi uprawnienia oraz

generuje klucze do zdekodowania zaku-

pionych przez abonenta us³ug. Alternatyw-

nym rozwi¹zaniem jest tzw. Modu³ Dostêpu

Warunkowego CAM (Conditional Access

Module). Jest to modu³ w postaci karty

PCMCIA zawieraj¹cy kieszeñ na kartê de-

koduj¹c¹. Wszystkie funkcje obs³ugi dostê-

pu s¹ przeniesione ”na zewn¹trz” set top

boxa i odbywaj¹ siê na bazie komunikacji

modu³u z kart¹ dekoduj¹c¹ set top boxem,

r

TECHNIKA

RTV

System dostêpu

warunkowego i terminale

abonenta

J

ednym z powodów wdra¿ania trans-

misji cyfrowej jest mo¿liwoœæ sku-

tecznego zapewnienia bezpieczeñ-

stwa transmitowanych danych.

W przypadku cyfrowej transmisji TV odebra-

nie i rozkodowanie sygna³u cyfrowego wy-

maga posiadania wspomnianego wczeœniej

dekodera cyfrowego (STB _ set top box),

wyposa¿onego w demodulator QAM oraz

dekoder MPEG-2. Stanowi to samo w sobie

pewien rodzaj ograniczenia dostêpu do

przesy³anego sygna³u przez zapewnienie

mo¿liwoœci odbioru wy³¹cznie posiadaczom

odpowiedniego dekodera.

Systemy warunkowego dostêpu

W dalszych etapach rozwoju, system tele-

wizji cyfrowej musi byæ wyposa¿ony w pod-

system kodowania danych i kontroli dostê-

pu abonentów do okreœlonych us³ug. Stano-

wi to tzw. System Dostêpu Warunkowego

CAS (Conditional Access System).

Tendencja do zunifikowania istniej¹cych

rozwi¹zañ w zakresie kodowania sygna-

³ów TV doprowadzi³y do opracowania wy-

magañ, jakie powinien spe³niaæ ka¿dy sy-

stem dostêpu warunkowego. Organizacja

DVB (Digital Video Broadcasting) opracowa-

³a w tym zakresie kilka dokumentów standa-

ryzacyjnych. Dotycz¹ one zaleceñ odno-

œnie algorytmu kodowania okreœlanego ja-

ko CSA (Common Scrambling Algorithm),

wspó³pracy elementów systemu CAS z mul-

tiplekserem oraz równoleg³ej implementacji

kilku systemów CAS w ramach jednego

strumienia MPEG-2 (tzw. SimulCrypt). Spo-

sób implementacji oraz niektóre dodatkowe

rozwi¹zania pozostawiono producentom.

Dostêp warunkowy realizuje nastêpuj¹ce

funkcje:

q

kodowanie danych transmitowanych (pro-

gramy TV, Internet, gry, inne serwisy) w stru-

mieniu MPEG-2, z wykorzystaniem specjal-

nych algorytmów oraz kluczy szyfruj¹cych

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2002

MULTIMEDIA W SIECIACH TELEWIZJI KABLOWEJ

TELEWIZJA

CYFROWA

W SIECIACH

CATV

(2)

Rys. 1. Modu³y bior¹ce udzia³ w kodowaniu sygna³ów w ME

Generator s³owa koduj¹cego _ Ÿród³o kluczy koduj¹cych (tzw. Control Words _ CW), Generator ECM _ tworzy

pakiety ECM (Entitlement Control Message) zawieraj¹ce informacje niezbêdne do zakodowania sygna³u, doda-

wane do ka¿dego strumienia audio i wideo, Generator EMM _ pobiera z Systemu Autoryzacji Abonentów (SAS)

dane o uprawnieniach u¿ytkowników do odbioru us³ug i generuje komunikaty EMM (Entitlement Management

Message) nadaj¹ce u¿ytkownikowi te uprawnienia, Synchronizator SimulCrypt _ koordynuje wymianê informacji

miêdzy Generatorem ECM i Generatorem s³owa koduj¹cego, Skrambler _ koduje sygna³ na podstawie otrzyma-

nych komunikatów ECM

Rys. 2.

G³ówne

bloki sprzêtowe

set top boxa

Generator ECM

Generator EMM

Skrambler

Synchronizator

SimulCrypt

Generator s³owa

koduj¹cego

Interfejs

karty

dekoduj¹cej

Modu³

dostêpu

warunkowego

27

28

dziej popularnych, dostêpnych na rynku sy-

stemów SMS.

q

system billingowy nalicza p³atnoœci abo-

nentów na podstawie aktualnych danych

z SMS i generuje faktury.

Zapewnienie dok³adnie zdefiniowanych inter-

fejsów miêdzy tymi elementami systemu

stacji czo³owej jest podstaw¹ niezawodnego

dzia³ania systemu CAS oraz zarz¹dzania

wszystkimi zdarzeniami w ramach oferty

us³ug jednokierunkowych i interaktywnych.

Terminal abonenta _ set top box

(STB)

Terminal ten jest odpowiednikiem tzw. deko-

dera satelitarnego, wykorzystywanego przez

abonentów cyfrowych platform satelitar-

nych. G³ówn¹ cech¹, która odró¿nia deko-

der kablowy od satelitarnego jest interfejs

QAM, w przeciwieñstwie do dekodera sate-

litarnego wykorzystuj¹cego interfejs QPSK.

Poza tym, ich funkcjonalnoϾ jest podobna.

Set top box integruje w sobie czêœæ sprzê-

tow¹ i oprogramowanie. Wybór STB zale¿y

od rodzaju us³ug, jakie chcemy œwiadczyæ.

Do prawid³owego dzia³ania musi on mieæ

wystarczaj¹ce zasoby sprzêtowe oraz odpo-

wiednie oprogramowanie.

Czêœæ sprzêtowa STB

W STB mo¿na wyró¿niæ nastêpuj¹ce g³ów-

ne bloki sprzêtowe (rys. 2):

Blok obliczeniowy

Pod tym pojêciem rozumie siê system mikro-

procesorowy zawieraj¹cy g³ównie proce-

sor, pamiêæ, magistrale komunikacyjne i in-

terfejsy cyfrowe. Mózgiem jest procesor,

który musi zapewniæ odpowiedni¹ wydaj-

noœæ obliczeniow¹ okreœlan¹ w milionach

operacji na sekundê (MIPS) oraz obs³ugiwaæ

odpowiednie interfejsy w ca³ym podsystemie

obliczeniowym. Drugim kluczowym elemen-

tem jest pamiêæ. Zwykle STB ma kilka ban-

ków pamiêci:

q

Flash: wykorzystywana do czasowego

przechowywania aplikacji i danych konfi-

guracyjnych. Odœwie¿anie pamiêci mo¿e

odbywaæ siê zdalnie: np. wymiana opro-

gramowania terminala sterowana ze stacji

czo³owej

q

DRAM: niezbêdna do czasowego prze-

chowywania danych w trakcie wszelkich

operacji sterowanych przez procesor

q

Video DRAM: wykorzystywana do prze-

chowywania danych w procesie przetwarza-

nia wideo

q

Pamiêæ nieulotna (ROM lub NVRAM):

wykorzystywana do przechowywania da-

nych, takich jak osobiste ustawienia u¿yt-

kownika oraz ustawienia zachowywane po

wy³¹czeniu zasilania.

Podsystem TV

G³ównym elementem podsystemu TV jest

chip-set MPEG. Jest to uk³ad scalony obs³u-

guj¹cy obróbkê strumienia danych MPEG-2.

Zawiera on nastêpuj¹ce bloki: g³ówny pro-

cesor, blok obs³ugi komunikatów wyœwietla-

nych na ekranie, deskrambler DVB, demul-

tiplekser MPEG-2, dekoder wideo MPEG-2,

dekoder Audio (Musicam lub Dolby Digi-

tal

TM

), koder PAL.

Ponadto podsystem TV powinien zapewniaæ

zabezpieczenie przed kopiowaniem _ unie-

mo¿liwienie nagrywania programów (zaim-

plementowany system Macrovision

TM

) oraz

dostarczaæ odpowiednich interfejsów

WE/WY. Zazwyczaj s¹ to:

q

Audio: MUSICAM (MPEG Audio) i/lub

Dolby Digital (AC-3). Dodatkowo STB mo-

¿e mieæ ró¿ne wyjœcia analogowe.

q

Wideo: Wyjœcia analogowe: PAL, NTSC,

SECAM o profilu SDTV lub HDTV w forma-

cie 4:3 i 16:9

q

Interfejsy TV i VCR _ zale¿ne s¹ od inter-

fejsów magnetowidów i TV. Wyjœcia wideo

i audio s¹ czêœci¹ Chip set MPEG. Korzy-

stne jest posiadanie wyjœæ w paœmie podsta-

wowym: phono, S-video, SCART.

q

Interfejsy danych: RS-232, Ethernet USB,

IEEE 1284, IEEE 1394.

Na rys. 3 przedstawiono strukturê chi-

psetu MPEG-2.

Podsystem dostêpu warunkowego

Rozwi¹zanie systemu dostêpu warunko-

wego mo¿e byæ oparte na oprogramowaniu

STB i slocie na kartê dekoduj¹c¹ (Smart

Card) lub w oparciu o modu³ CAM.

Interfejs karty dekoduj¹cej okreœla standard

ISO-7816, opisuje on z³¹cza i sterowniki

do obs³ugi interfejsu. W STB mog¹ byæ

umieszczone 1 lub 2 takie interfejsy:

q

dla us³ug TV,

q

dla us³ug dodatkowych, np. bankowych.

Modu³ dostêpu warunkowego jest indywidu-

alnym rozwi¹zaniem ka¿dego dostawcy sy-

stemu CAS i jest umieszczany w set top box

na bazie wspó³pracy producentów STB

i CAS. DVB wymaga, aby w STB by³o zaim-

plementowane oprogramowanie obs³uguj¹-

ce funkcje CAS i wspó³pracuj¹ce z deskram-

blerem DVB. Producenci system CAS mo-

g¹ instalowaæ w set top boxach dodatkowe

modu³y sprzêtowe dla zapewnienia dodat-

kowych funkcji bezpieczeñstwa. Jednak

modu³y te musz¹ byæ ”przezroczyste” dla in-

nych systemów CAS.

Oprogramowanie set top

boxa (STB)

Oprogramowanie rezyduj¹ce w STB mo¿na,

ze wzglêdu na jego funkcje, podzieliæ na

nastêpuj¹ce grupy:

q

sterowniki sprzêtowe zapewniaj¹ce

wspó³pracê oprogramowania ze sprzêtem,

na bazie standardowych interfejsów sprzê-

towych okreœlanych czasami jako HDI (Har-

dware Driver Interface) lub DLI (Device La-

yer Interface),

q

system operacyjny zapewniaj¹cy ogóln¹

komunikacjê w systemie, obs³ugê aplika-

cji, grafiki, pamiêci itd. oraz interfejs u¿ytkow-

nika. System musi pracowaæ w czasie rze-

czywistym i w trybie wielozadaniowym,

q

system obs³ugi strumienia TV, którego za-

daniem jest przetwarzanie danych niesio-

nych w strumieniu MPEG-2, akwizycjê da-

nych na ekranie telewizora itp.,

q

oprogramowanie systemu dostêpu warun-

kowego CAS _ przechowuje dane na temat

uprawnieñ abonenta, pobrane z systemu za-

rz¹dzania abonentami (SMS), mo¿e równie¿

realizowaæ przydzia³ uprawnieñ na podstawie

indywidualnego zakupu przez abonenta

za pomoc¹ aplikacji obs³ugi zakupów w EPG

(Electronic Programme Guide). Ponadto, ob-

s³uguje interfejs karty dekoduj¹cej oraz czêœæ

funkcji sesji transmisji zwrotnej,

q

oprogramowanie Middleware _ stwarza

warunki do dzia³ania ró¿nych aplikacji nie-

zale¿nie od typu set top boxa. Daje dostêp

do wszystkich funkcji STB niezale¿nie od

hardwaru. Odpowiada za wspó³pracê apli-

kacji z platform¹ sprzêtow¹ STB, syste-

mem operacyjnym oraz modu³em CAS.

Czasami Middleware jest oferowane razem

z systemem operacyjnym lub oprogramowa-

niem szkieletowym TV. Kluczowym elemen-

tem w przypadku Middleware s¹ tzw. inter-

fejsy aplikacyjne (API _ Aplication Data In-

terface). Jest to zestaw standardowych pro-

cedur zapewniaj¹cych komunikacjê miê-

dzy Middleware (a za jego poœrednictwem

z reszt¹ systemu) i aplikacjami uruchamia-

nymi na danym STB.

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2002

Rys. 3. Chip Set MPEG-2 bez CPU

Dekoder

strumienia

i deskrambler

Demultiplekser

audio

i wideo

Dekoder

wideo

MPEG2

Dekoder

audio

MPEG2

Korekcja

b³êdów

Korekcja

b³êdów

Filtracja

i skalowanie

Koder

PAL

Efekty

audio

Obecnie istnieje kilka standardów okreœlaj¹cych szczególnie interfej-

sy API oraz inne funkcje oprogramowania. Middleware jest zwykle

zgodne z takimi standardami jak:

q

Java API

q

ATVEF: HTML

q

DASE (dla standardu ATSC)

q

OpenCable: Java, WinCE

q

DVB MPE: IP wewn¹trz strumienia DVB.

D¹¿y siê do wspólnego standardu, jakim ma byæ DVB-MHP obej-

muj¹cy wymagania w zakresie interfejsów API oraz (w pewnym za-

kresie) wymagania sprzêtowe STB i strukturalne dla ca³ego

systemu.

Wœród dostêpnych na rynku komercyjnych rozwi¹zañ w zakresie

oprogramowania Middleware, mo¿na wyró¿niæ kilka najbardziej po-

pularnych produktów. S¹ to Java TV (podstawa DVB-MHP),

MediaHighway (C + Technologies), Microsoft TV (Microsoft), NDS

Core (NDS), Open TV (Open TV), Power TV (Scientific Atlanta).

q

aplikacje _ zapewniaj¹ mo¿liwoœæ œwiadczenia ró¿norodnych

us³ug; mog¹ rezydowaæ na sta³e w pamiêci STB lub byæ transfe-

rowane zdalnie ze stacji czo³owej. Do najczêœciej wykorzysty-

wanych aplikacji nale¿¹: EPG, obs³uga PPV i VoD, gry, przegl¹-

darka www, aplikacje interaktywne umo¿liwiaj¹ce obs³ugê zaku-

pów przez TV (home shopping), dokonywanie operacji bankowych

(home banking), udzia³ w quizach i wiele innych.

Strukturê oprogramowania set top boxa przedstawiono na

rys. 4.

n

Andrzej Janczewski

Krzysztof Zaborowski

29

Rys. 4. Struktura oprogramowania set top boxa

Oprogramowanie to jest bardzo wa¿nym elementem ca³ego syste-

mu STB. Jego mo¿liwoœci decyduj¹ o funkcjonalnoœci STB i mo¿-

liwoœciach w zakresie uruchomienia aplikacji interaktywnych.