基于Android的机顶盒CAS系统的开发

摘要：详细阐述了机顶盒CAS终端子系统的设计过程，提出一种CAS子系统软件框架，并介绍了Android系统的NDK环境搭建以及上层应用(JAVA)与底层(C语言)的无缝衔接，并成功地把CAS子系统移植到Android系统中。实验证明，此CAS子系统可以稳定地在华为H3716C平台(Android平台)上运行。
关键词：Android；机顶盒；CAS；NDK

引言
CAS(Conditional Access System，条件接收系统)是一种加密系统方法总称，通过这个系统可以实现网络控制、收费、加密、管理等诸多功能，广泛应用于视频点播、电子银行、网上超市、远程教育等诸多环境。其与数字广播系统独立，但对商业的数字广播系统来说，是其成功运营的基础、增值服务的命脉，CAS系统须保证未授权用户不能收看加密节目，而授权的用户可以收看加密节目，同时可以对单用户进行识别、控制，消除传统网路电视的盲目性，是我国数字网络改造的核心部分。CAS系统由两部分组成：前端加扰管理系统和终端解扰子系统。机顶盒属于终端设备，本文介绍的CAS系统属于终端解扰子系统。
任何一款复杂电子设备，都离不开一款强大的操作系统支持，而 Android系统起初是Google公司为移动设备开发的一套操作系统，但由于其开源、拥有OHA联盟强大的后盾，而且具有独特的系统架构以及Linux内核底层的稳定支撑，很快有许多其他产品厂商都纷纷开发出 And roid平台，使其成为目前在大型嵌入式设备上最流行的操作系统。目前华为、中必等为代表的机顶盒厂商都在纷纷推出基于Android平台的机顶盒。本文详细介绍了机顶盒CAS终端子系统的设计过程和移植到Android平台上的过程。

1 终端解扰子系统解扰过程
数字电视节目都是通过介质(地面、电缆、卫星)以TS流的形式传播的。TS流依据MPEG-2协议被分成长度188字节的ES包，每一个ES包都有自身识别的PID号，根据PID号的不同分成各种功能不同的表，其中对CAS系统有用的是ECM表和EMM表。EMM(Entitle Manager Message)表为授权管理信息表，里面主要包含每个用户授权的节目数和对应的SK(Service Key)业务密钥信息。ECM(Entitle Control Message)表为授权控制信息表，里面含有对解扰最重要的CW(Control Word)控制字，取得对应节目的CW之后，就可以交给安全模块解扰，解扰后的明文CW就可以用来解扰加密节目，整个解密过程也就完成了。
CA解扰的过程如图1所示。

2 终端子系统设计
考虑到应用设计与底层硬件智能卡进行交互，且Android系统提供有NDK套件工具，使得底层的其他语言的API与Android应用层JAVA语言无缝对接，所以可以把CAS以库的形式存放到Android中间层，供Android上层GUI调用。CAS系统的设计用到上述的ECM表和EMM表，但EMM表和ECM表要从PSI中的PMT、CAT表获得其PID号。图2、图3是用专用工具截取的一段PMT和CAT表里面的CA信息。

从图2可以看出此TS流中的CAT表中含有ca_descriptor描述符，并可以得出ECM的ca_pid为0x0562。而从图3中可以看出，PMT表中含有的EMM表的ca_pid为0xoffe。此时就可以设置操作demod来分配filter通道，过滤出EMM、ECM表的section_descriptor_table，来取得CA有关的信息。如果用户要流畅地播放节目，机顶盒(Set_Top Box，STB)就要不断地获得密文CW送入智能卡中，从整个解码过程中可以把整个CAS终端子系统分为3个模块：EMM解析模块、ECM解析模块、智能卡任务模块。Android系统采用的是Linux内核，保留了posix的pthread、message、memory pool等通用的API，所以在设计3个模块时，可以使用pthread_create()创建任务模块；使用msgget()创建消息，实现3个任务模块的通信与同步。
2．1 EMM任务模块
由图1可知，TS流经tuner调谐，把高频载波去掉，再经过demod解调，就可以根据PES包的PID号和TABLEID号设置其里面的filter。一般来说一个demod含有多个filter，在系统启动开始就会分配PAT表的filter，有PAT表的setction descriptor的描述就可以得到PMT表的PID，此时同样分配PMT表的filter。如果此节目是加密节目，在其段描述符中就会含有EMM表的PID号，一旦找到EMM的PID号，就可以为EMM表分配filter。如果EMM里面的CA信息版本号和智能卡存储的CA信息版本号一致，就舍弃此EMM；如果不一致，就重新改写智能卡里面的CA用户的信息。EMM任务模块流程如图4所示。

在EMM任务模块中，通过CAS_EMM_TASK()函数创建任务，在CAS_EMM_TASK()中调用CAS_EMM_ReceiveMessage()函数来接收EMM filter发送过来的CA信息。在没有EMM流时，EMM任务一直挂起，而一旦filter发现EMM表，就会把EMM的CA信息发送到EMM任务中，同时关掉filter，