一、手机电视的概念及其发展状况

1.1 手机电视的概念

所谓“手机电视”业务，就是利用移动终端为用户提供视频资讯服务。手机电视业务是利用具有操作系统和视频功能的智能手机观看电视的业务，自2004年以来，中国移动和中国联通先后推出了基于蜂窝移动网络的手机电视业务；从用户的角度来看就是利用手机终端观看包括电视在内的音视频节目的一种业务。

提起手机电视，人们很自然想起备受关注的“3G”—— 3rd Generation的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的传输速度。

手机电视业务有两种实现方式：一种是基于移动运营商的蜂窝无线网络，实现流媒体多点对多点传送，将电视信号压缩成视频流之后，传输到手机上解压缩观看。支持流媒体手机电视的移动网络有 GPRS、EDGE、CDMA 1X以及未来的3G网络；另一种是利用数字广播电视频谱上的数字多媒体广播（DMB），实现点对多点传送，即数字电视多媒体广播与移动通信的有效融合。DMB 技术分为地面DMB和卫星DMB。为了表述方便，笔者将第一种方式称作流媒体手机，第二种方式称作手机电视。

目前，国内运营商推出的电视手机业务基本上采取前一种方式，例如联通所推出的“视讯新干线”，要求必须依托CDMA2000 1X 网络，通过无线数据通道传输流媒体，并通过 CDMA手机观看电视节目。后一种方式相当于将手机和电视的功能合二为一，手机电视能够直接接收无线广播电视信号，并能免费收看电视节目。在国外，手机电视的概念为第二种方式，具有实现简单，价格便宜，图像质量高等特点，很有发展前景。手机电视解决方案的产业链主要包括以下成员：移动网络运营商、广播网络运营商、内容提供商、设备提供商和用户。手机电视业务正处于起步阶段，如果有厂商占领这个先机，首先获得市场，前景不可限量。

1.2 手机电视发展现状

1.2.1 国外发展现状

目前美国的手机电视业务是通过移动通信网络，利用流媒体的方式来实现的。

2003年11月，美国 IDETIC公司推出了MobiTV（移动电视系统）。通过这一系统，用户可以用手机收看包括ABC新闻台、CNBC、探索频道和MSNBC等电视节目。虽然MobiTV（移动电视系统）实现了通过手机看电视的目标，但是效果非常不理想。常规电视机每秒钟可以显示30帧画面，人的眼睛和大脑不会感觉到其中的停顿，但是MobiTV（移动电视系统）只能每秒钟显示1到2帧画面，因而画面不够连贯。2005年，这一系统已经在运营商斯普林特（SPRINT）公司的网络上得到了应用，注册用户可以观看包括三个音乐频道在内的手机电视节目。

2005年4月，美国智能视频技术有限公司（SmartVideo Technologies）利用微软影像压缩技术——Windows Media 9开发了向手机实时发送电视影像的系统。该公司在采用微软 Windows Mobile 操作系统的手机上安装 Windows Media 9 解码软件，即可实现通过手机播放电视节目。据称传送影像时对通信线路的速度要求只有8～12Kbit/秒，帧速率为12～15 帧/秒，这使得画面的连贯性大大提高。

在欧洲，一些运营商也推出了利用手机观看电视节目的业务，但实时性就要差一些。比如，芬兰的Radiolinja公司采用WAP技术，通过建立与Elisa.TV.移动媒体网站的连接，即可收看视频业务，视频内容包括卡拉ok、音乐视频、喜剧片段、脱口秀和卡通节目等等。2003年，波兰的Polska Telefonia Cyfrowa（PTC）公司在波兰推出了“Video Era Omnix”业务，用户通过手机可观看流行的电影和电视节目。欧洲采用的是DVB-H数字手机电视标准。目前正在进行的最大的试验性项目有泛欧的Instinct 计划、法国TDF集团在芬兰进行的Fin Pilot计划，而另一个项目——移动广播整合（BMCO）计划也在柏林进行。颇为引人注目的是，芬兰诺基亚在新加坡举行的“Nokia Connection 2004”上现场演示了DVB-H标准的设备。

在日本，2003年5月，日本第二电报电话国营公司（KDDI）和日本放送协会(NHK)就已经开发了一款数字电视手机，但是该款手机没有配备接收数字广播电视信号的调谐器，而是采用卡式无线LAN模块虚拟接收数字信号，手持终端的外观类似 PDA。2005年5月，KDDI与NHK以已经上市的手机“W11H”为原型，除了安装BML浏览器、具有影像播放功能外，还集成了广播电视信号接收调谐器及 OFDM 解调电路的小型模块。这款手机不但可接受地面数字电视信号，还可以通过网络点击方式选择电视节目。NTT DoCoMo推出OnQ手机终端，并提出了“元数据”的概念，并声称只有这样的手机终端，才是真正的把数字电视和移动通信融合在一起的终端。这种手机终端可以通过下载和描述节目场景的数据（元数据）等方式搜索感兴趣的场景，并对各个场景进行随意切换。另外，NTT DoCoMo还和卫星电视公司——SKY Perfect Communications 公司合作，联合对数字电视手机的性能进行测试。

在韩国，正在大力推动的手机电视业务，是利用卫星和移动网络向公众传送视频和音频节目的数字多媒体广播业务(DMB)。如果该业务付诸实施，用户可以通过移动终端或者车载终端享受通过卫星提供的多种数字多媒体广播服务。韩国 DMB 业务的主要推动者是韩国 SK 电讯。SK 已经于2005年开始DMB移动广播业务的商业运作，向用户提供个性化的电视节目。2004年6月，三星电子开发出用于数字电视广播的核心芯片，将处理视频的多媒体芯片和收看广播电视节目的芯片合二为一。而在此之前，德州仪器和飞利浦半导体也为优化电视手机，开发出低功耗硅调谐器、低功耗频道解码器和低功率基带解码器等产品。

1.2.2 国外发展现状

2005 年以来，中国移动和中国联通先后推出了基于蜂窝移动网络的手机电视业务，在我国广州、四川、苏州、北京等地逐步推进。国和我国移动运营商推出的手机电视业务主要是依靠现有的移动网络实现的，中国移动基于其GPRS网络，中国联通依靠其CDMA 1X网络。这种手机电视业务实际上是利用流媒体技术，把手机电视作为一种数据业务推出来，需要在手机终端上安装相应的播放软件，而相应的电视节目则由移动通信公司或者相应的 SP 来组织和提供。

2005年11月，上海文广新闻传媒集团与东方明珠投资2亿元成立合资公司运营DMB（数字多媒体广播）手机电视项目，DMB是将实时的电视节目经过压缩编码之后，通过发射网络，把信号以无线的方式传输到用户的手机上。在原有的电视频率上，一个波段经过数字技术处理之后就可以传输5-7套电视节目，10套音频信号。该项目计划采取包月收费模式收取手机电视费用，每月为30元。同时，上海文广还直接与手机终端厂商合作，例如与多普达合作，在多普达手机上可直接收看东方龙移动信息公司集成的所有电视节目。2005年12月，山东移动与山东广播电视总台联手推出了山东省首家手机电视媒体——“广视无限”。山东移动手机客户可以通过手机收看山东电视台、齐鲁频道等6个直播电视节目。2006年12月22日，安徽移动与新华社安徽分社合作开通了“安徽移动新华手机报”，该手机报纸包括了手机电视等形式。江苏移动也借十运会召开的时机推出“江苏视界”，向用户推出了集电视、电台、娱乐及应用监控等在内的流媒体应用。

但是手机电视目前还未商用规模化。尽管目前各地已经争相推广手机电视新业务，但各地对手机电视抱以如此热情其实并不在于要在现阶段吸引多少客户，而是为了进行商业模式的探索，以便在网络和政策条件具备后能率先抢占地盘。传输技术是决定手机电视能否为用户接受的重要因素，手机电视业务目前并不在中国移动本年度的主要业务规划中，这与目前的网络传输速度也不无关系，随着国内网络技术的飞速发展，实现清晰流畅的手机电视指日可待，手机电视的市场也是相当诱人。

二、手机电视的主要技术

目前国际上对手机电视技术业务的研究十分有热情，与之相关的传输技术已有十余种，概括起来可以分为四种类型。

2.1蜂窝网

2.1.1 移动网络

移动流媒体即通过手机上网后收看某些特定服务器上的节目，类似VOD的方式实现的。中国移动基于其GPRS网络，中国联通依靠其CDMA 1X网络。这种手机电视业务实际上是利用流媒体技术，把手机电视作为一种数据业务推出来，需要在手机终端上安装相应的播放软件，而相应的电视节目则由移动通信公司或者相应的SP来组织和提供。

中国移动和中国联通均采用3GPP标准格式作为音视频编码格式，不同网络所支持的传输速率和移动速度有很大差异。GPRS理论传输速率可达115 kbps，实际使用速率约为28k左右；CDMA 1X 理论速率在180 kbps以上，实际速率约为60-70 kbps。受网络带宽的影响，目前此种方式的手机电视无法保证清晰流畅的画质，视频质量比较差，平均每秒只有35帧画面，而要在手机屏幕上展现较好的画质需要128 kbps以上的稳定带宽。随着3G时代的到来，世界各国通信公司相继开通了3G手机电视的试验和运行，作为未来3G技术之一的 CDMA 1X EVDO 峰值速率可达2.4Mbps，平均速率约400-600kbps。

理论上讲，由于3G手机仍为点播的传输方式，用户数量依然受到网络带宽的限制，无法实现真正意义上的实时节目播出，加之3G网络百亿美元数量级的投资，消费者将会因流量计费而难以承受。

2.1.2 MBMS和BCMCS

MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）是3GPP R6中定义的多媒体广播组播功能，是在现有移动通信系统基础上，对原有消息类广播功能进行增强，提供点到多点单向多媒体服务的技术。MBMS是基于现有WCDMA移动网络的增强，可与现有移动网络无缝融合，方便移动运营商对手机电视业务的运营。 MBMS对原有WCDMA网络主要的改动是：增加BM-SC网元，对现有PS域相关网元进行MBMS功能升级，以支持MBMS特有接口功能（如Gmb）、特有信道（如MICH、MTCH/MCCH/MSCH）、特有物理层过程（FACH 信道选择性合并、PTM 与 PTP 切换）和特有业务流程（如订阅）。

BCMCS（BroadCast MultiCast Service）是在3GPP2中定义的基于CDMA2000 EV-DO网络的多播功能。其多播业务分为黄金多播和白金多播。黄金多播基于EV-DO release 0。在每个单载波扇区最大容量为409.6Kbit/s；在相同的1.25MHz 载波中，动态分配单播和多播服务；只有前向链路；适应在任何环境下操作。其标准已经制定完毕。白金多播基于EV-DO release A。在每个单载波扇区最大容量为1.2Mbit/s；OFDM调制技术结合 EV-DO 时分前向链路；只有前向链路；适应在任何环境下操作。其空中接口技术规范已经基本完成。

但仅仅依靠于蜂窝网的广播方式无法大规模拓展手机电视业务，原因一是无法支持多频道多用户，二是无法形成全国性的业务统一频率。

2.2 卫星网

利用手机来接受卫星播发的电视节目信号是近期兴起的新技术，目前韩国和日本已开展了 S-DMB（Satellite-Digital Media Broadcasting：卫星数字媒体广播）业务。2005年3月，日本MBCO公司和韩国TU Media公司耗资3.1亿美元共同发射了名为MBSAT的移动电视专用卫星。该专用卫星面向的接收机包括手机、PDA、专用便携式接收机及车载接收机等，其中手机形式的接收机由三星开发。该移动电视业务的技术体制为System-E，采用的主要技术包括码分复用（CDM，ITU-R BO.1130-4）、交织、前向纠错编码（R-S＋卷积编码）等。

这一类技术的本质就是通过卫星提供下行传输，实现广播方式的手机电视业务，而用户通过在手机终端上集成直接接收卫星信号的模块，就可以实现多媒体数据的接收。韩国 S-DMB 系统的CA系统由爱迪德公司负责提供。经营模式为收取收视费模式，没有广告，月固定费为13美元/月，可接收9个视频节目和15个音频节目，其它视频节目另外付费。目前已经发展了10万多用户，其中92%为手机用户，预计2010年达到660万。据调查，S-DMB系统的收视高峰为上班、下班、午休和晚上四个高峰，与常规的电视收视有所区别。截至2005年，日本S-DMB系统提供了7个视频节目，30个音频节目，已经开通数据广播，用户数为1万多。

基于卫星的实现技术目前在韩国已有商用的案例，此类技术与所要覆盖的范围关系密切。当覆盖范围比较小、用户比较集中时，使用卫星开展移动视频广播业务效率较高，也比较经济。但当覆盖范围较大时则成本较高，特别是在我国，仅靠一颗卫星覆盖全国范围的难度很大。另一方面，由于卫星无法对室内形成覆盖，因此要建设大量的地面直放站，这部分成本也相当可观。从终端角度出发，若使用其他的卫星频段，则要增加一套新的射频，终端成本就会有较大增加。

2.3广播网

此类实现技术主要是针对地面数字广播电视产生的，使用的频率一般为广播电视频段。为适应移动终端的特点，有些技术在原有为地面数字广播电视设计的技术基础上加以改进，成为移动视频广播技术，而另一些技术目前还只是针对地面数字广播电视系统设计的，若要应用到移动视频广播业务中，可能还要作一些改进。此类技术是现在国际上关注较多的一类技术，也是方案最多的一类技术，典型的技术包括欧洲的 DVB－H（手持数字视频广播）、美国高通的 MediaFLO（移动广播视频网络）、韩国的 T－DMB（地面数字多媒体广播）、日本的ISDB－T（综合业务数字广播-地面传输）等。我国清华大学和上海交大也分别在其数字电视标准DMB－T和ADTB－T的基础上研究国内的技术。

基于数字广播网的实现技术多是由地面数字广播电视技术发展而来的，因此在音视频的下行传输方面相对比较完善。目前已有多个国家和地区开始进行实验或试商用，但由于传统的广播电视网络通常都没有上行链路，因此基于数字广播网的实现技术在实现上行传输时一般都考虑依靠移动通信网络的协助来完成。这样才能够提供手机电视业务所需的用户业务认证、用户的管理以及互动应用等能力。

2.3.1 T-DMB

T-DMB（Terrestrial Digital Media Broadcasting：地面数字媒体广播）是由DAB（Digital Audio Broadcasting:数字音频广播）的欧洲Eureka147计划发展而来的传输方式，即在DAB 数字音频广播的基础上进行影像等多媒体业务的传输。

韩国电子与通信研究院（ETRI）在欧洲DAB技术的基础上，推出了T-DMB。推出了 T-DMB。2005年12月，韩国开始T-DMB广播。目前，韩国政府批准了6个运营商开展T-DMB

业务。并在欧洲、泰国等地使用米波和L波段分别进行了 T-DMB 技术的展示。T-DMB地面数字媒体广播采用正交频分复用（OFDM）调制技术，在纠错编码上采用了卷积编码，在进行流式数据（如视频码流）传输时采用了 R-S 编码和长时域交织技术而有效地对抗脉冲干扰，降低误码率。

T-DMB在组网成本以及灵活性方面具有一定的优势，更适合于单频网的建设。在某些国家或地区，由于T-DMB只占用1.7MHz 的带宽，比较容易进行频率规划。在采用DAB广播信号的英国、法国及德国等地区相继进行了T-DMB发送试验。韩国同时发展T-DMB和S-DMB两个系统。T-DMB系统目前有6个视频节目、18个音频节目和12至18个数据服务，计划到2006年底在全国实现T-DMB系统的覆盖。韩国三星电子及LG电子等已提供支持T-DMB标准的手机（SPH-B1200），除可接收L-Band（1.5GHz 频带）数字信号外，还可使用GSM/GPRS 方式移动电话服务。不过，这种手机并不能直接在欧洲使用，因为韩国的T-DMB系统是Band Ⅲ（200MHz 频点），通信方式为CDMA方式而不是GSM方式。与支持欧洲规格的T-DMB手机相比，用于接收数字电视信号的外部天线非常大。

2.3.2 DVB-H

DVB-H（Digital Video Broadcasting-Handheld:手持数字视频广播）标准是2004年由 DVB 组织发布，同年由ETSI批准为欧盟标准。DVB-H系统是在 DVB-T（digital Video Broad-casting-Terrestrial：地面数字视频广播）系统上发展起来的，通过增加一定的附加功能和改进技术使手持终端能够在移动环境和微功耗条件下接收数字电视节目，该标准是 DVB-T 标准面对移动设备的优化版本，目的是解决面向移动式手持终端观看电视节目的问题。

DVB-H可与DVB-T共同组网，也可单独组网，同时可与现有的地面数字电视共用设备和基础设施，如复用器、调制器、发射塔等。从2003年开始，DVB-H在全世界测试和试运营，利用举办世界田径锦标赛的契机，芬兰开通了覆盖赫尔辛基地区的手机电视先导网，范围约188KM2，可以覆盖35万用户。芬兰政府拿出32MHz作为数字电视频段，其中１个8MHz为手机电视专用频段，频点在 610 MHz，另外三个8MHz为DVB-T使用。

DVB-T系统在使用双天线分集接收条件下可以实现高速移动接收。为了使DVB-T 技术能够用于移动接收以及优化接收机，欧盟设立了三个基金用于推进上述工作。以 Nokia 公司为代表的手机厂商开始研究通过DVB-T信道传输多媒体数据用于手机终端。欧洲电信标准协会ETSI公布了DVB-H手持终端接收数字电视广播规范EN 302 304，该规范向前兼容 DVB-T，适用于电池提供支持的小尺寸移动终端在便携、移动和室内环境中接收广播电视节目。

DVB-H 是完全基于DVB-T并针对手持终端所开发的一项技术。DVB-H技术组在2002 年9月正式启动，2004年1月技术标准在技术组内部接受，2004年11月经ETSI批准成为欧洲的移动电视标准，标准的制定组织为DVB（欧洲数字电视广播标准化团体）。和DVB-T 相比，DVB-H终端具有功耗更低、移动接收和抗干扰性能更强的特点。DVB-H是建立在 DVB（数据广播）和DVB-T（传输）两个标准之上的标准，虽然它是一个传输标准，事实上更注重于协议实现。系统前端由DVB-H封装机和DVB-H调制器构成，DVB-H封装机负责将IP数据封装成MPEG-2系统传输流，DVB-H调制器负责信道编码和调制；系统终端由 DVB-H解调器和DVB-H终端构成，DVB-H解调器负责信道解调、解码，DVB-H终端负责相关业务显示、处理。

2.3.4 ISDB-T

ISDB-T（Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial）是日本的地面广播数字电视标准，由日本无线电工商业协会制定，标准的研究起始于1983年，并于1999年春完成。2001 年，该标准正式被ITU接受为世界第3个数字电视传输国际标准。

ISDB-T 标准是在 DVB-T 基础上改进而成的，可适应 6/7/8MHz 带宽，调制方式是基于BTS-OFDM的多载波调制方式，与DVB-T有很多相同之处。不同的是，ISDB-T标准将整个频带划分为相等宽度的13个OFDM子频带，这使调谐器能够在降低的输入带宽下运行，也能够节省功耗。OFDM 技术对移动电视空中接口而言是一个很好的选择，它能提供很好的频谱效率、多通道环境下的抗扰度以及绝佳的移动性能，而且在单频率网络环境（如为移动电视规划的网络）下其运行表现也让人满意。对不同的子频带可采用不同编码类型和调制映射方式，以满足不同业务的需求。各个子频带可以灵活地分配给所要传输的数字视频、数字音频或数据。ISDB-T 以面向室内外固定接收HDTV和移动接收SDTV并支持单频网为基本技术需求，还可以面向扩展的多媒体分层传输服务。

在接收方面，它增加了部分接收和分层传输，其低码率模式也支持移动接收。通过分层传播方式，可以在1信道内同时传输传播特性（调制方式、编码率等）不同的多种类广播。可以实现随时组合多种使用形态的广播，并且可以灵活运用频率带宽。由于采用了适合手持终端及移动接收的调制方式和超强纠错功能等，使手机及移动接收成为可能，同时也可实现窄带接收机的接收功能。

目前仅有日本采用此标准。ISDB-T 利用地面转播中继方式确保覆盖范围，但在日本使用时是以固定终端接收为主进行的线路设计，所以手机终端接收范围未能全部覆盖，可能会存在接收不到的地区，中继连接方式可采用光纤、微波、中频电波或者发射波来进行中继转发。

2.4 综合网

2.4.1 S-DMB

欧洲S-DMB标准是一个卫星与移动网络相融合的系统。卫星提供广播信道，移动网络提供交互通道，完成业务导航、定购及激活。从技术实现看，S-DMB 最大程度地采用了移动技术，利用 3GPP MBMS 已有的网络架构和功能接口，增加了卫星相关的功能模块，同时对 BM-SC 和 UE 有少量的功能增加。因此，S-DMB 可以看作为MBMS 的扩展（也可以称为 S-MBMS），它与 MBMS 同属于一个规范体系。欧洲 S-DMB 兼容现有 3GPP 系统和标准。S-DMB 系统采用的技术是基于 3GPP定义的技术，所以可配合使用现有市场占有率极大的 3G手机终端。同时， S-DMB 系统可与 3GPP 网络（2G/3G）兼容，共同提供业务管理和交互式的广播业务。

2.4.2 MediaFLO

MediaFLO（Forward Link Only）系统是美国高通公司提出的一套有别于传统数字电视系统的移动广播系统，它也是一种 IP 数据广播方式，主要针对手机终端接收电视信号设计。FLO 是在多播技术的基础上，为有专门频谱、法规允许从一个或者少量几个塔架进行高功率传输的市场而设计的单一前向传输链路（Forward Link Only）的传输网络。与其它多播技术（如 DVB-H 等）相比，FLO 技术专门为移动设备而设计，充分考虑了移动设备对低功耗技术的依赖性，在提供了更加广泛的覆盖范围的同时能使移动设备更加节能，从而具有更强的移动性。

MediaFLO网络与其名称一样，以单一前向链路广播的方式向用户提供实时传输视频、音频及其它内容。建成后的网络可以传送每秒30帧的QVGA视频和AC-3立体声音频，所传送内容的质量远远超越目前移动多媒体传送内容的质量。该网络会成为移动网络的重要补充：运营商将通过MediaFLO网络的前向链路向用户提供多媒体内容，然后通过现有3G网络来进行反向链路的传输，从而实现用户互动操作和运营管理，弥补多播技术仅有前向链路的不足。

2.4.3 STiMi

2006年10月24日，国家广电总局正式颁布了中国移动多媒体广播系统（简称CMMB）广播信道行业标准《GY/T 220.1-2006 移动多媒体广播第 1 部分：广播信道帧结构、信道编码和调制》，确定了采用我国自主研发的移动多媒体广播传输技术（该技术简称STiMi）。目前国际上还没有形成统一的移动多媒体广播标准，正处于大规模应用的前期，因此该标准的及时出台，对我国移动多媒体广播和民族工业的发展具有重要意义。

CMMB系统是利用大功率S波段卫星信号覆盖全国范围、利用地面增补转发器同频同时同内容转发卫星信号，补点覆盖卫星信号盲区、利用无线移动通信网络构建回传通道，组成单向广播和双向交互相结合的移动多媒体广播网络。STiMi技术充分考虑到移动多媒体广播业务的特点，针对手持设备接收灵敏度要求高，移动性和电池供电的特点，采用信道纠错编码和OFDM调制技术。

三、手机电视中的CAS系统

手机电视的整体运营模式如图1所示：

图1 手机电视整体运营系统

手机电视中的关键技术很多，如多媒体编解码技术，带宽适配和拥塞控制，差错控制，终端适配，移动流媒体内容分发网络（CDN网络和P2P网络），流媒体传输协议（RSVP，RTP，RTCP，RTSP，移动IP协议，SIP），DRM等等技术。

其中关键技术之一是手机电视的版权保护技术（DRM），同数字电视一样，手机电视同样存在着拷贝简单，容易被盗版的问题，和数字电视不同的是，手机电视的传输信道带宽更窄，所需要传输的信息量更大，实时性更高，移动通信误码率更高，移动终端处理能力低，并且需要在信息交互中进行用户身份的安全认证。这里主要就手机电视中的条件接受系统进行讨论。

3.1 CAS技术

CAS（条件接收系统）就是采用有效手段对各种服务业务实施不同的保护，对购买相应授权的用户进行控制，包括加解密技术、加解扰技术、编码技术、复用技术、智能卡技术、网络技术、接收技术，此外还涉及用户管理、节目管理、收费管理等信息管理技术，我国手机电视还处于起步阶段，CA技术发展主要经历了以下几个阶段：

3.1.1 信道加扰的CAS

信道加扰（Channel Scrambing）是在前端将传输信道加扰或加密，使普通移动终端无法收看，只有安装解扰器的终端才能正常收看，这是最早的CAS，信道加扰的CAS可以通过前端的寻址来控制单个用户的解扰器开关，实现全频段加扰和频道加扰，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。

该方法的缺点和局限性相当明显：

(1)服务形式和控制的局限性

信道加扰方式限制了服务的类型，CATV服务提供商不能灵活地改变服务的形式。对用户来说，信道加扰方式也只对有限的几种服务起作用，如在美国使用信道加密的CAS，用户只订阅一个频道的节目却可以通过破解其他频道的密钥来享用更多的服务，严重损害服务供应商的利益。

(2)电视信号的损耗和系统的易破解性

采用信道加扰技术的CAS需要对视频信号进行处理，因此会对电视信号产生损耗，导致画面和音频质量损伤，并且信道加扰的密码也容易破解和复制。

(3)消耗成本过高

CAS的消耗成本是指CA厂商向CATV运营商收取的年费及更新费用，年费包括系统费用、运营许可费用及智能卡硬件费用，更新费用包括STB和前端系统更新两部分耗费，信道加扰技术使CA运营商投入的硬件消耗和加密成本较高，而且每次更新系统都需要更换所有硬件设备，因此信道加扰方式的CAS的硬件成本很高。

(4)容易形成系统提供商的垄断

采用信道加扰方式更换CA硬件很不容易，因此便可能形成某一CA提供商的垄断，这样便控制了新服务的提出，不利于CATV向数字化、多元化的服务方向发展。

3.1.2 内容加密的CAS

基于内容加密（Content Encryption）的CAS是内容加密与用户授权分立的一种安全协议，其实现方法是在前端采用CW（ContentWord：控制字，指在数据流中传送的秘钥）对不同的数字电视节目加扰，用加密传输的方法把CW传送到客户端，客户端利用智能卡解密。这种CAS在世界范围的CATV 宽带网络及卫星电视中广泛应用，目前世界上流行的数字CAS如DVB同密（Simul Crypt）就是这类CAS中较为简单的一种。DVB同密采用标准规定的通用加扰算法和固定的解扰芯片，其优点是多家CAS在理论上可以共存于一个运营系统中，但其缺点也很明显，即STB与CA供应商绑定在一起，而且加扰算法不可更换，一旦解扰芯片被攻破，就必须换掉整个系统，此外这种系统对节目内容的管理是通过数据PID（Packet Identifier：包标识符）来进行的，但PID号的数量和容量是有限的，不适应未来的进一步发展。

3.1.3 多密算法的CAS

多密算法（MultiEncryption）的基本原理是在加密前端和STB上提前置入多种算法， CAS在运行过程中动态地同步更换密钥，也可以根据需要动态地同步更换算法，如采用加密强度高的算法来加密更有价值的服务，它的优点是提高了加密系统的灵活性，增加了运营商对服务控制方式的选择，但是解扰模块与STB置于一起，也没能解决STB与CAS的绑定问题。

3.1.4 可更换算法的CAS

可更换算法（Algorithm Renewable）的CAS采用的安全协议是在物理上将CA模块与STB独立开来，目前DVB的多密标准（MultiCrypt）和Open Cable 的POD（Point of Deploy：配置点）技术均属于这种技术模式，这种发展模式用多密技术和多密模块取代同密标准，解决了STB与CAS的绑定问题，大大提高了运营商对服务控制的灵活性，目前国际上的研究正在朝这个方向发展，这对我国CAS的发展具有借鉴作用，但还需要对成本较高的POD和CA进行适当的改进，使其能够成为我国CATV用户的家用平台。

3.1.5 平台化的CAS

计算机技术的发展加速实现了软硬件环境的分离， CATV领域也出现了SBA（Software Defined Broadband Access：软件定义宽带接收）技术，这种技术的基本特点是硬件和功能完全分离，其硬件部分包括基本的射频处理单元和I/O（输入/输出）接口，其余部分是DSP（高速数字信号处理器，相当于计算机系统中的CPU）和内存等计算机单元，而CA加解扰器、CM（CableModem:电缆调制解调器）、Modem（电话调制解调器）、MPEG解码器等功能全部由软件来实现，CA平台是开放的平台，可以支持多种安全模式和标准，具有强大的兼容性，再加上POD可以更换，其灵活性更强。在现阶段，CAS平台可以支持现有的CA标准以及加解扰算法，将来还可以灵活地支持新的标准和新的应用，甚至可以根据用户的个性化需求订制应用，给用户带来更大的选择性。在平台（Platform）化的CAS中，硬件加密CA中的很多功能都能由软件来完成，因而极大地节省了运营商和系统开发商的成本，此外，基于软件技术的CA平台能够采用多个CA软件开发商提供的CAS并实现软件升级，大大节省系统更新成本。

3.2 CA系统的安全机制

一个条件接收系统涉及两个加密系统，一个是节目加密系统，对播出的节目内容进行加密，习惯上称为加扰，它的作用是扰乱节目信号，使未经授权的用户不能收看加密节目;另一个加密系统是分层密钥加密系统，如图2所示，其目的是使用一环紧扣一环的层次加密，保护控制字的安全。

图2 分层密钥加密系统

在信号的发送端，首先由控制字发生器产生控制字（CW），将它提供给加扰器和加密器A，控制字的典型字长为60bit,每隔2-10s改变一次。加扰器根据控制字发生器提供的控制字，对来自复用器的MPEG-2传送比特流进行加扰运算，此时，加扰器的输出结果即为经过加扰乱了以后的MPEG-2传送比特流，控制字就是加扰器加扰所用的密钥。加密器接收到来自控制字发生器的控制字后，则根据用户授权系统提供的业务密钥对控制字进行加密运算，加密器A的输出结果即为经过加密以后的控制字，它被称为授权控制信息（ECM）。业务密钥在送给加密器A的同时也被提供给了加密器B，加密器B与加密器A稍有不同，它自己能够产生密钥，并可以用此密钥对授权控制系统送来的业务密钥（Service Key）进行加密，加密器B的输出结果为加密后的业务密钥，这称为授权管理信息（EMM）。CW虽已由ECM加密生成ECM，但如果这个密钥可以让任何人读取，那就意味着特定服务的定购者和非定购者享有同等权利，网络运营商还是难以控制到特定的用户，因此必须对ECM再进行加密保护，这个加密过程完全按照各个用户的特征来进行。在共用网络寻址模式中数据包是按用户地址传送的，每个终端设备有一个不重复的唯一的地址码，这就给出了一个解决方法，就是用地址码来对ECM加密。在实际使用中，终端设备的地址一般是公开的且基本不变，所以往往用与这个地址码相关联的一个数列来进行加密，因为这个数列(密钥)是由个人特征确定的，往往称为个人分配密钥( PDK) 。PDK一般由CA系统设备自动产生并严格控制，在终端设备处该序列数一般由网络运营商通过CA系统提供的专用设备烧入解扰器的PROM中，不能再读出。为了提供不同级别不s同类型的各种服务，一套CA系统往往为每个用户分配好几个PDK来满足丰富的业务需求。经过这一个过程产生的ECM和EMM信息均被送至MPEG-2复用器，与被送至同一复用器的图像、声音和数据信号比特流一起打包成MPEG-2传送比特流而输出。

在MPEG-2系统标准中，对在数据包中放置条件接收控制信息及密钥的位置有规定，所以ECM和EMM信息均可以打入MPEG-2数据包中。另外，在发送端还有用户管理系统和用户授权系统，用户管理系统是根据用户订购节目和收看节目的情况，一方面向授权控制系统发出指令，决定哪些用户可以被授权收看哪些节目或接收哪些服务；另一方面它还可以向用户发送帐单。用户授权控制系统则是根据用户授权管理系统的指令，产生哪些用户该授权哪种收看、哪些信息接收权利的信息，即产生出业务密钥。

在信号的接收端，经过解调后的加扰比特流，在最开始的瞬间，控制字还没有恢复出来以前，该加扰比特流在没有解扰的情况下，通过解扰器而送至解复用器，由于ECM和EMM信号被放置于MPEG-2传送比特流包头的固定位置，因此，解复用器便很容易地解出ECM和EMM信号。从解复用器出来的ECM和EMM信号，被分别送至智能卡（Smart Card）中的解密器A和解密器B，解密器A和解密器B与智能卡中的安全处理器共同工作，从而恢复出控制字（CW），并将它送至解扰器。恢复控制字的过程十分短暂。一旦在接收端恢复出正确控制字以后，解扰器便能正常解扰，将加扰比特流恢复成正常比特流。

从上面所述，整个条件接收系统的安全性得到了三层保护。第一层保护是用控制字对复用器输出的图像、声音和数据信号比特流进行加扰，扰乱正常比特流，使其在接收端不解扰就收看、收听不到正常的图像、声音及数据信息；第二层保护是通过对控制字用业务密钥加密，从而使控制字在传送给用户的过程中即使被盗，被盗者也无法对加密后的控制字进行解密；第三层保护是对业务密钥的加密，它使得整个系统的安全性更强，使非授权用户在即使得到加密业务密钥的情况下，也不能轻易解密。因为解不出业务密钥就解不出正确的控制字，没有正确的控制字就无法解出并获得正常信号的比特流。

3.3 条件接收系统的工作原理

条件接收系统主要由以下几个部分组成:集成管理系统( IMS) 、节目管理系统( PMS) 、用户管理系统( SMS) 、前端条件接收系统(CAS) 、电子节目指南系统(EPG) 、复用加扰处理系统、接收端CA系统、智能卡发行与管理系统，系统结构如图3所示。

图3 CA系统结构

3.3.1 前端工作原理

数字化的视音频节目通过ASI接口传送到复用/加扰器中，为了使CA系统正常工作，必须在复用/加扰器中预先完成各项初始设置，使CA系统通过标准接口与复用/加扰器建立好通信连接，并建立相关的PMT、CAT表等。复用/加扰器开始加扰时，首先产生加扰控制字CW，并在使用CW加扰TS流之前，先将CW通过标准接口传送给ECMG，并等待ECMG返回ECM消息，此ECM消息已经将CW 及有关节目属性信息以密文形式封装到数据包内，复用/加扰器接收到ECM包并通过SCS同步后，按照特定的时序关系将ECM插入到TS流中，将CW传送给加扰模块，而加扰模块按照事先预定好的规则使用CW加扰相关的视音频节目。同时复用器还可将收到的EMM消息、SI信息插入到TS流中，并将复用好的包含ECM、EMM和SI的TS流通过ASI接口传送到调制器中，然后通过有线电视网络传送到用户端，至此完成前端的加扰控制。

3.3.2 接收端工作原理

接收端使用机顶盒接收加扰节目，机顶盒通过传输网络接收到加扰的TS流后，按照智能卡提供的参数过滤出ECM、EMM 消息，并按照一定的规则要求将ECM、EMM消息传送给智能卡。智能卡接收到ECM、EMM消息后，分别对其进行相关的处理，将授权写入智能卡的用户授权数据区，并根据授权条件及指定的密钥解出加扰控制字CW，同时将CW传送给机顶盒。机顶盒接收到CW将其传送给解扰器，如果解扰控制字CW正确，就可解出加扰节目，否则收看不到节目。

对于机卡接口完全保密，将导致出现技术门槛，限制有能力的厂家进入市场，提高成本，而完全的开放性接口，要求有很高的安全性，目前通信领域3GPP和3GPP2都采用了完全开放接口的安全措施，通过强有力的算法和系统安全性来防止对机卡接口的攻击。

由于广播网络缺乏回馈信道，运营商对于安全性有更高的要求，这里机卡接口规范应部分开放，如在接口基本指令上完全开放，参考3GPP USIM卡手机电视接口规范，同时对于密钥管理和算法进行保密，核心技术由国家相关部门控制。通用模块完全开放，成为所有厂家都能够得到的行业标准，专有模块由专门机构统一控制授权，通过安全下载或专有硬件芯片的方式集成到CA智能卡和手机模块，实现安全性和开放性的平衡。

通过将CA的模块部分开放，将应用逻辑和安全控制部分分离，可以将整个CA系统安全方案简化为控制一个独立的安全模块。

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