一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统的制作方法

专利名称：一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字电视系统中机顶盒中间件的软件开发框架系统，特别涉及机 顶盒条件接收系统。
背景技术：
数字电视机顶盒目前处于蓬勃发展的时期，为了实现数据广播系统的有偿服务和 个性化服务的要求，各运营商利用条件接收系统对用户进行授权控制及授权管理。但在许 多厂家纷纷推出条件接收产品时，由于是基于不同的机顶盒操作系统和硬件模块SDK接 口，不同的厂家对应的不同的实现方案，没有统一的标准，所以差异性很大，移植性很差，这 样就造成了开发人员在开发条件接收系统时，熟悉了一个厂家的开发平台后，再使用另一 家的平台后，又得重新学习，而且由于开发平台的众多，这样给机顶盒开发带来了很大的不 便，严重地阻碍了研发的进度，降低了生产效率；同时由于条件接收框架的不统一，也造成 了用户使用的不便。因此，本文提出了一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统的解决方 案，它通过嵌入式数字电视多硬件兼容驱动，多层密钥保护机制，以及系统抽象和接口抽象 技术，实现嵌入式数字电视操作系统和底层硬件接口在条件接收系统中进行无缝交互。数 字电视条件接收系统是在数字电视接收机的交互应用应用层、中间件适配层嵌入的一个中 间层，定义一组较为完整的、标准的应用程序框架和接口，使数据输入输出程序开发独立于 操作系统和硬件平台，使用统一的格式，从而将应用的开发变得更加简捷，使产品的开放性 和可移植性更强。本发明的条件接收系统支持数字电视应用软件的远程下载、安全验证、动 态集成、电子钱包、以及远程维护。

发明内容
本发明的目的在于解决目前数字电视条件接收系统移植性差的缺点，从而提供一 种通用的数字条件接收系统框架。不同的厂家的接收系统在按照本发明进行统一的框架设 计后，可以实现不同的厂家的条件接收系统的互换。在互换过程中可以保证条件接收系统 软件架构和接口保持基本稳定。本发明尤其针对进行数字电视顶层应用开发的研发人员， 操作十分简单，可迅速掌握整套系统的使用方法，维护方便，同时掌握了一个厂家的中间件 条件接收系统接口，就可以通用到很多厂家。本通用条件接收系统将底层的输入接口和输出接口转换成内部标准接口，包括 接口名称转换、接口参数转换、以及接口逻辑关系转换。其中，接口名称转换用于将中间件 的输入接口和输出接口的名称转换成本地统一的接口名称，接口参数转换用于将中间件的 输入接口和输出接口的参数转换为本地统一的参数，接口逻辑关系转换用于将中间件的输 入接口和输出接口的逻辑关系转换为本地统一的接口调用逻辑。采用本发明的实现方案，机顶盒厂家可以方便的实现与不同厂家条件接收系统的 集成，大大缩短集成的开发周期、节省开发成本；平台厂家提供规范的接收系统接口，可以
3让机顶盒厂家以最短的时间实现与自己系统的接入，展示系统的开放性以及接入的简易 性，提高系统的竞争力。采用本发明的操作系统可不受限制，可以使用linux、0S20/0S21、PSOS、UCOS, Nucleus，主要是因为它对内存管理、任务管理、进程调度、设备管理、中断管理和I/O管理 进行了封装。采用本发明可以实现一个基本的机顶盒系统，它对一些基本的硬件模块进行了接 口封装，从而避免了各种不同厂家硬件SDK的差异性。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中叙述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明地目的和其他优点可通过在所写地说明 书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其它的附图。图1是根据本发明的通用数字电视条件接收系统的框图；图2是本发明实施例的数字电视条件接收实现模型的示意图；图3是本发明实施例的数字电视机顶盒参考实现方案图；图4是本发明实施例应用于电子钱包参考实现方案具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域研发人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施 例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图来详细说明本发明的实施例。如图1所示，根据本发明给出的一种通用数字电视条件接受框图，它主要包括加 扰、解扰、加密、解密、调制、解调、复用、解复用、授权管理系统几大模块。加扰连续不断地改变广播电视信号形式的方法，以使得不用恰当的解码器和电 子密钥就不能接收到正确的信号。解扰加扰的逆过程，在用户接收端的解扰器中完成，使得经授权的接收者能得到 正确的业务码流。加密为了加扰信号而进行的连续不断的改变电子密钥的处理。电子密钥一般通 过信道安全地传送给用户。解密加密的逆过程，为解扰、解复用提供密钥。调制将加扰的数字电视信号与调制信号进行混合，便于发送和接收。解调将加扰的数字电视信号从调制信号中恢复出来。复用将多个频道的电视节目压缩为一个流进行传送。
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解复用解开传送流的结构，将传送流中复用的多个频道的电视节目分离出来，让 用户能够任意的选择不同的电视节目来收看。授权管理系统授权管理系统是一种授权用户对某个业务进行解扰的信息，在发 送端被加密以后与信号一道传送，在接收端被用来控制单个解码器或一组解扰器。如图2所示，根据本发明实施例的数字电视条件接收实现模型的示意图，它包括 条件接收系统的前端和终端两个部分。在条件接收系统的前端，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64bit，每隔一段较小的时间改变一次。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 结果即为经过扰乱了以后的传送比特流，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，这被称为授权管理信息(EMM)。经过这样一 个过程产生的ECM和EMM信息均被送至复用器，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传送比特流输出。在此需要指出的是，在传送比特流系统标准中，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生指令，决定哪些用户可以被授权看那些节目或接受那些服务；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。在条件接收系统的终端，将经过解调后的加扰比特流(控制字还没有恢复出来以 前)，通过解复用器而送至解扰器。由于ECM和EMM信号被放置于传送比特流包头的固定 位置，因此，解复用器便可很容易地解出ECM和EMM信号。再从解复器出来的ECM和EMM信 号，被分别送至智能卡(Smart Card)中的解密器A与解密器B，它们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地短 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。如图3所示，根据本发明给出的一种机顶盒实现方案图。它主要包括数字电视接 收机应用程序层、交互应用表示层、CA插件层、中间件适配层、数字电视操作系统层。数字电视接收机应用程序层根据数字电视条件接受系统提供的API接口，开发 点播服务、网络游戏、网络购物、GPS定位、数据查询等服务，让用户足不出户就可以享受到 数字电视和数字家庭带来的便利性。交互应用表示层包括HTML浏览器、EPG模块、Si、JAVA虚拟机等直接面向互动 应用程序的中间件模块，同时包括HSML语言解析引擎，并提供第三方中间件接口，第三方 开发商通过该接口，可以开发符合本发明的数字电视嵌入式软件标准体系的中间件组件模 块，并应用到其它的数字电视交互应用平台中，很好地增强了系统的可扩展性。通过基于面向终端的内容描述语言及标准规范，对交互应用服务进行原子级的服务发现和提取，在制 定交互应用业务建模规则的基础上，提炼出交互业务用例、交互业务角色和交互业务实体 的模型，并采用原子服务组合模板的方法为运营商提供了数字家庭互动业务可视化的模型 建模平台以及交互应用服务快速开发环境，用于所见即所得的编写和开发符合上述描述标 准规范的数字家庭互动应用业务产品。CA插件层即数字电视条件接收系统，该层位于数字电视中间件平台中的核心 层，包括安全模块、通信模块、CA消息过滤和处理模块、人机接口模块和控制模块，图形界 面模块、DRM模块和智能卡模块这6个基本组件模块。安全模块保护密钥的安全性，实现了条件接收所规定的公共安全机制所涉及的 安全算法，同时为CA插件的其他模块提供数据安全支持。通信模块将所有涉及到通过物理接口和数据安全通道进行数据传输的细节封装 起来，使得CA插件的其他模块可以不必理解这些细节而完成与智能卡的数据交互。同时， 通信模块也将安全模块所提供的安全通道封装起来，使得CA插件的其他模块不必知道安 全通道所使用的具体安全算法和加密密钥，这也同时增强了整个CA插件的系统安全性。CA消息过滤和处理模块负责根据获得的CA消息过滤条件过滤出所需的数据，同 时也负责处理过滤所返回的结果。人机接口模块和控制模块人机接口模块负责处理智能卡与用户之间的交互，如 接收用户的遥控器输入、显示智能卡对用户的提示等。因为CA消息处理的结果与当前节目 的授权状态提示息息相关，所以人机接口模块与CA消息过滤和处理模块的联系比较紧密。 控制模块负责从接收机应用程序接收数据和指令，并负责将CA插件作为一个整体进行工 作状态和流程控制。DRM模块使用技术手段对数字产品的分发、传输和使用等各个环节进行控制，使 得数字产品只能被授权使用的人按照授权的方式在授权使用的期限内使用。智能卡模块提供智能卡的接口，实现电子钱包控制、管理和维护的模块。中间件适配层包括操作系统适配层和硬件设备适配层。操作系统适配层主要完 成屏蔽操作系统特性差异，实现操作系统无关性；可支持Linux、uC0S、pS0S、Nucleus、0S20 等多种不同操作系统，兼容POSIX标准；主要封装线程、内存、互斥锁和信号量、文件系统、 网络协议等接口 ；硬件设备适配层对所有的硬件设备提供统一访问接口，提供对板级设备 驱动(BSP)和硬件SDK的封装；可广泛的支持各种不同的硬件方案，如凌汛、ST、Br0adC0m、 Sigma Design、Conexant 禾中芯片 ο数字电视操作系统层由厂家平台搭建的嵌入式操作系统，可以linUX、UC0S、 PS0S、0S20/0S21等。这些操作系统提供嵌入式片上器件以及片外器件的驱动程序，同时实 现用于系统自启动和程序装载及数字家庭网关终端设备高清视频驱动优化技术，以支持数 字电视高清互动应用服务。如图4所示，为本条件接收系统在电子钱包的参考实施例，电子钱包模块(EPM)是 实现移动多媒体广播业务保护的重要组成部分，是实现电子钱包控制、管理和维护的模块。 它包括电子钱包前端模块(EPM-S)和电子钱包终端模块(EPM-C)两部分。EPM-S是EPM的前端子模块，维护和管理每个终端电子钱包的状态和相关密钥，保 证电子钱包相关信令和交易数据的安全性和完整性；建立与EPM-C之间的回传通道，回传
6交易记录。EPM-C是终端上基于智能卡或安全芯片的安全特性，支持圈存、在线或离线增值、 消费和查询余额等交易的应用和数据结构。在EPM-C应用环境下，仅运行EPM-C和EAM-C两种应用；EPM-C应用环境应保证 EPM-C和EAM-C的安全下载以及EPM-C和EAM-C的安全共存；应用环境应为应用安全下载 提供安全认证机制；应用环境应保证应用下载操作只在满足安全机制要求的前提下进行； 并保证应用下载过程中数据或代码的安全性和完整性；应用环境应保证EPM-C和EAM-C的 安全共存，防止EPM-C和EAM-C之间的非法调用和越界访问。EPM-C安全机制应保证所有密钥和密码的安全存储，在任何情况下所有密钥和 密码不被泄漏，在没有授权的情况下，所有密钥和密码不被访问、调用和修改；EPM-C安全 机制应保证一种特定应用使用的密钥不被其它应用使用；EPM安全机制应使用安全报文 传送保证数据的可靠性、完整性和对发送方的认证；安全报文传送机制应使用消息认证码 (MAC)保证数据完整性和对发送方的认证，应使用数据域加密保证数据的可靠性。EPM-S功能EPM-S具有电子钱包帐户管理、密钥管理功能，具有对EPM-C控制和管 理的功能，具有生成和发送电子钱包信令的功能，具有对EPM-C实现圈存、具有接收EPM-C 回传交易记录、对回传交易记录的对帐管理功能。EPM-S还可将所有充值的记录提交给 EAM-S0 EPM-S可将所有EPM-C回传的交易失败记录提交给EAM-S。EPM-S可具有对EPM-C 实现圈存和帐户管理并与银联支付网关联网的功能。EPM-C功能EPM-C通过与EPM-S互操作，实现其增值、消费、控制管理和记录回传 等功能。EPM-C还可以与EPM-S发行的授权载体进行数据交互，实现离线充值。EPM-C与EPM 发行的授权载体离线充值交易时应与授权载体进行安全认证和数据交互，以保证离线充值 交易的完整性和安全性。EPM-C与EAM-C在安全环境下共存。EPM-C具有唯一标识。EPM-C 可具有一个能够与外界进行数据交互的直接接口。EPM-C可支持EAM-C对EPM-C的状态查 询、交易记录查询。EPM-C还可具备符合人民银行规定的借记卡/贷记卡片磁条相关信息或 IC卡信息安全录入、保存、调用等功能。本发明的通用条件接收系统最终将实现数字电视、视频点播、IP电话、可视电话、 短信、网络游戏等众多业务；在编解码方面，支持MPEG1、MPEG2、MPEG4、H263、H264、JVT, Media9、AVS等现在获得广泛应用的主流编解码标准。并具有以下特点1)强韧的容错机制与可靠性从设计上充分考虑了针对非佳外部环境下运行的 强韧容错机制，并利用软件实现的可伸缩性的特点加入特殊环境的处理机制，确保终端可 靠运行，同时还可以针对不同运营商的环境特点，通过软件升级实现各种新型容错机制。2)开放性本发明的通用条件系统框架可独立于外界网络环境与通信传输格式， 这一特性，可以为不同网络运营商和用户提供基于其自身已有系统和环境进行二次开发与 应用的充足空间。由于本发明的实现符合一个通用模型，数字电视条件接受编程接口就是基于本发 明所制定的框架所提出来的，该编程接口包括外壳层API、应用程序逻辑API和核心逻辑 API三个部分。本发明在不同厂家的中间件接口变化定义不同的情况下，做一次接口转换， 转换成与应用实现层接口匹配的接口，达到应用实现层接口稳定的目的。数字电视条件接 受接口将开放给互动应用服务开发商和运营商，供其在开发互动应用业务时调用。开发商和运营商只需根据程序接口实现应用，而不必去考虑数字电视和服务器端具体如何实现这 些API封装的功能，降低了互动应用业务开发的门槛，提高开发效率。
以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统主要包含加扰/解扰，调制/解调，加密/解密，复用/解复用模块，其特征在于，是对信号加扰，对用户电子密钥的加密以及建立一个确保被授权的用户能接收到加扰节目的用户管理系统。
2.一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统包含条件接收前端系统和条 件接收终端系统，其特征在于，前端系统将数字电视信号进行复用、加密、加扰、调制和发 送，使信号在传送过程中不被破坏和解密，保证了信号传送的安全性和可达性；终端系统将 数字电视信号进行接收、解复用、解密、解扰和解调，使得通过授权的用户可以收看节目，未 通过授权的用户收看不到节目，保证了授权用户和业务部门的权益。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，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 常的比特流，使得在接收端如不解扰就无法收看、收听到正常的图像、声音及数据信息并且 控制字在一定周期内就要变化一次；第二层是通过对控制字用业务密钥加密，这样即使控 制字在传送给用户的过程中被盗，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。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，可以屏蔽凌汛、ST、Broadcom, SigmaDesignXonexant的硬件平台差异，提供了对板级设备驱动(BSP)和硬件SDK的封装， 为基于机顶盒的硬件设备提供统一访问接口，使得机顶盒的应用开发人员不必过多关注底 层硬件，而只需了解上层接口就可以进行开发。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，可以屏蔽Linux、uCOS、pSOS、 Nucleus, 0S20操作系统特性差异，实现操作系统无关性，为软件平台提供封装后的统一接 口，使得可以在不同的软件平台和操作系统下进行应用开发。
6.据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，支持集中与分级授权控制和管理，支持 单向授权和终端本地自授权，也可支持双向授权。
7.据权利要求1或2所述的一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统，其 特征在于，支持大规模用户，支持通过升级扩充管理用户数量，电子钱包是通过移动多媒体 接收终端与前端系统之间的双向网络实现。
8.据权利要求1或2所述的一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统，其 特征在于，所述条件接收系统接口将底层硬件和系统的输入接口和输出接口转换成内部标 准接口，包括接口名称转换、接口参数转换、以及接口逻辑关系转换。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述接口名称转换用于将所述条件接收 的输入接口和输出接口的名称转换成本地统一的接口名称。
10.据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述接口参数转换用于将所述条件接收的 输入接口和输出接口的参数转换为本地统一的参数。
11.据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述接口逻辑关系转换用于将所述条件接 收的输入接口和输出接口的逻辑关系转换为本地统一的接口调用逻辑。
全文摘要
本发明公开了一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统。该系统主要包括条件接收前端子系统和条件接收终端子系统，又可分为加扰/解扰、调制/解调、加密/解密、复用/解复用、发送/接收、授权管理系统模块。各大数字电视厂商为了保证DVB业务仅被授权接收的用户所接收，纷纷推出了条件接收系统，但由于条件接收制定的框架和接口不统一，造成了一个厂家的条件接收系统不能使用在另一个厂家的中间件上，系统移植性差。本文提出了一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统，定义了通用的框架和接口，根据此发明制定的条件接收系统可以在不同的厂家的中间件上使用。一种基于中间件适配层的通用数字电视条件接收系统框图如下。
文档编号H04N7/16GK101924909SQ201010232020
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者徐佳宏, 徐武强, 王秋生, 赵炳勇 申请人:深圳市茁壮网络股份有限公司;中山大学深圳研究院