Ресиверы, смарт-карты, кодировки, ключи и их замена
В зависимости от набора выполняемых функций современные цифровые спутниковые ресиверы можно условно разбить на четыре группы.
К первой группе относят ресиверы, способные обрабатывать только открытые (бесплатные) теле- и радиоканалы. Их еще называют FTA (Free To Air) ресиверами. Они имеют минимальный набор функций.
Такие ресиверы снабжены индикаторами "Уровень" и "Качество". Индикатор "Уровень" показывает наличие и уровень сигнала со спутника. Индикатор "Качество" отражает уровень сигнала конкретного канала с заданными пользователем параметрами (частота, поляризация, скорость потока, FEC - Forward Error Correction - значение сверточного кода для прямой коррекции ошибок при обработке цифрового сигнала). Показания индикатора должны быть не ниже 90 %, иначе канал не откроется. Это требование связано с наличием в цифровом ресивере порогового устройства. При низком качестве сигнала декодирование невозможно.
Ресиверы обеспечивают автоматический поиск. Настройка на FTA каналы происходит в соответствии с таблицей в транспондере, записанной в память на заводе-изготовителе. В таблицу включены данные об открытых каналах на основных спутниках. Тюнер может настраиваться и по сетевой таблице, передаваемой со спутника в пакетах. При этом будут записаны все открытые теле- и радиоканалы с различной поляризацией и символьной скоростью по всем транспондерам. Недостаток - большое время поиска (до 10... 15 мин).
Имеется и ручной поиск. Настройка на канал - по параметрам, заданным пользователем. Записывается один или несколько каналов, имеющих одинаковые частоту, поляризацию и символьную скорость.
Возможны также "родительский контроль" и блокировка каналов.
В таких ресиверах можно редактировать список каналов и создавать фаво-ритный список.
Число запоминаемых каналов может быть от 1000 до 2000. В некоторых ресиверах есть простые игры.
Ко второй группе относят ресиверы, способные открывать одну из кодировок. Большая их часть работает с кодировкой Viaccess. Это примерно половина всех скремблированных (закрытых) спутниковых каналов. Декодер Viaccess может быть встроен в ресивер или выполнен в виде отдельного блока САМ (Condition Access Module ) - модуля условного допуска. Для подключения модуля ресиверы оборудованы специальным разъемом - портом Cl - Common Interface. В продаже есть САМ-модули на различные кодировки: Irdeto, Viaccess, CryptoWorks.
Кроме декодера, для просмотра закрытого канала еще необходима смарт-карта. Ее вставляют в САМ-модуль. В ресиверах со встроенным декодером имеется слот картоприемника. Информация, записанная в карте, выводится на экран. Для расширения возможностей некоторые ресиверы со встроенным декодером оборудованы дополнительным портом С1.
Ко второй группе относят ресиверы для каналов НТВ+, немецкой компании RTVi и др. В эту же группу входят ресиверы кодировки DRE, применяемые компанией ТРИКОЛОР. Телепрограмму на неделю можно увидеть на экране, используя "электронный гид" программ EPG (Electronic Programme Guides).
При слабом сигнале, когда автоматически или вручную настроиться на канал не удается, применяют настройку по PID (Packet Identificator) - идентификационным номерам. Каждый канал в информационном потоке имеет свой набор PID: Audio PID, Video PID, Sinxro PID, Text PID.
Все ресиверы второй группы снабжены ВЧ модуляторами, которые позволяют подключить дополнительный телевизор по ВЧ, причем сигнал транслируют в диапазоне ДМВ. Ресиверы обеспечивают управление несколькими антенными переключателями и поворотным устройством антенны. Предусмотрена возможность смены программного обеспечения (ПО) через порт RS232. Ввод новых ключей происходит не только через смарт-карты, но и непосредственно с ПДУ, для чего ресиверы оборудованы встроенным эмулятором кодировок. Просматривать некоторые закрытые каналы можно и без ввода новых ключей. На эти каналы в ПО установлен режим автоматического обновления, т. е. ввода ключей со спутника. Ключи поступают в общем потоке с видеосигналом.
К третьей группе относят ресиверы со встроенным мультидекодером, позволяющим декодировать несколько кодировок: Viaccess, Seca, Irdeto, BetaCrypt, Nagravision. Такие ресиверы устанавливают при приеме сигнала с нескольких спутников. Имея мощный процессор, они обладают очень большими возможностями. Их еще называют компьютерами для просмотра спутникового телевидения. Вот некоторые из дополнительных функций.
Прежде всего - встроенный модем, который позволяет подсоединить ресивер к сети Интернет. Оперативное подключение к серверу, транслирующему валидные (рабочие) ключи, позволяет просматривать закрытые каналы бег использования официальной смарт-карты. Смену ПО можно сделать с сайта производителя, что дает полную уверенность в качестве прошивки.
Имеется сетевой интерфейс (Ethernet 10/100 MBit, RJ45), который используют для соединения с персональным компьютером по локальной сети. Он обеспечивает полное управление ресивером: изменение, выгрузку- загрузку данных, модернизацию операционной системы, трансляцию видеосигнала в сеть, запись видеосигнала на жесткий диск компьютера и т. д.
Такие ресиверы снабжены портом USB, который предназначен для подключения цифровых устройств, поддерживающих протокол USB 1.2: МРЗ-плей-еры, фотоаппараты, флэш-память и т. д.
Оборудованы оптическим аудиовыходом. Многие спутниковые каналы передают звуковое сопровождение в цифровом формате Dolbi Digital AC3. Для его прослушивания выход соединяют оптическим кабелем (Toslink) с домашним кинотеатром или другим музыкальным центром, поддерживающим этот стандарт.
Возможно логирование (просмотр) цифрового потока, что оказывает большую помощь при изучении кодировок.
Можно дистанционно управлять ресивером через Интернет.
Фирмы-производители постоянно работают над улучшением параметров и расширением функций ресиверов. На сайтах поддержки регулярно появляются обновления ПО, новые эмуляторы кодировок, плагины и т. д. Несомненно, ресиверы этой группы представляют большой интерес для экспериментаторов-радиолюбителей и простых любителей спутникового телевидения.
К четвертой группе относят ресиверы с полным набором возможностей аппаратов третьей группы и встроенным цифровым видеозаписывающим и воспроизводящим устройством. Запись обеспечивается на жесткий диск объемом 80...300 ГБ. Эта функция открывает целый ряд дополнительных возможностей.
Прежде всего - это запись понравившегося фильма с последующим копированием на диск DVD.
Возможна запись и в отсутствие пользователя. Время включения и выключения устанавливают заранее по "электронному гиду" программы передач на неделю. Можно включить запись и дистанционно, используя интернет-соединение. Таким же способом можно включить домашнюю камеру, записать на диск, а запись просмотреть на другом удаленном компьютере.
Рис. 13
Можно также сделать высококачественную цифровую запись музыки в формате МРЗ со спутника. Радиостанции работают круглосуточно. Каждая композиция сопровождается сведениями об исполнителе, названии альбома и годе выпуска. Для желающих пополнить свою музыкальную коллекцию - это хороший выбор. Ресивер включают на запись на несколько часов, затем выбирают понравившееся и переписывают на диск или в компьютер.
Структура ресивера зависит от набора дополнительных функций. Однако основа для большинства ресиверов одинакова, что отражено на структурной схеме, изображенной на рис. 13. Цифровой сигнал со спутника в стандарте DVB-S, принятый антенной, поступает на конвертер, а затем - на тюнер ресивера.
Функции тюнера аналогичны такому же блоку телевизора: перенос спектра сигнала на ПЧ, усиление, настройка на выбранный канал. Задание частоты настройки происходит по цифровой шине с процессора управления - микроконтроллера. С выхода тюнера сигнал приходит на демодулятор, преобразующий спектр сигнала в транспортный поток QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying), который проходит на декодер. Основная задача декодера состоит в извлечении из транспортного потока сигналов MPEG-2.
Что представляет собой транспортный поток и для чего он нужен? Транспортный поток формируют на передающем центре из цифрового потока MPEG-2 с добавлением дополнительных (проверочных) битов. Сами по себе дополнительные биты никакой информации не несут. Они необходимы для восстановления поврежденных битов в приемнике. Причины повреждений могут быть самые различные: помехи, ухудшение прохождения радиоволн, замирания, наличие отраженного сигнала и обыкновенные электронные шумы.
Неприятная особенность сжатого сигнала MPEG-2 заключается в том, что даже малая потеря информации приводит к "рассыпанию" картинки на экране телевизора. Допустимая потеря информации - один бит за час трансляции.
На передающем центре несколько цифровых потоков программ объединяют мультиплексором в один общий поток. Затем его разбивают на отдельные пакеты одинаковой длины. В них для коррекции одиночных ошибок по методу Рида-Соломона добавляют проверочные биты. Длина пакета равна 204 байта, из которых 188 информационных и 16 проверочных. Этот метод позволяет исправить до восьми поврежденных байтов в пакете. Для защиты от групповых ошибок обеспечивается перемешивание (перемежение) пакетов. В результате в приемнике поврежденные байты распределяются по разным пакетам, что делает возможным их восстановление. Далее сигнал подвергается еще одному виду помехоустойчивого кодирования с использованием сверточных кодов Витерби. Эта операция также требует дополнительных проверочных битов. Вот теперь цифровой поток готов к передаче (транспортировке) по эфиру. Потому его и называют транспортным.
В приемнике обеспечивается обратное преобразование - из транспортного потока вновь выделяют сигналы MPEG-2. Для этого сигнал проходит несколько этапов обработки. Вначале цифровой поток поступает на сверточный декодер Витерби. Он может самостоятельно определять значение сверточного кода FEC цифрового потока (1/2,2/3,3/4,4/5,5/6,7/8) и декодировать его по максимальному подобию. Если FEC известен, можно облегчить декодеру работу и задать значение принудительно. Как было указано выше, в таблицах с транспондерами его публикуют вместе с частотой настройки, скоростью потока и поляризацией.
Затем в блоке депере-межения восстанавливается очередность следования пакетов, нарушенная на передающем центре. Декодер Рида-Соломона корректирует поврежденные байты внутри пакетов.
В блоке синхронизации из цифрового потока выделяются синхрослова.
Цифровой поток стандарта MPEG-2 поступает на демультиплексор. В нем происходит разделение аудио- и видеопотоков. Далее сигналы обрабатываются раздельно. Декодеры MPEG-2 восстанавливают исходную цифровую информацию в аудио- и видеосигналах. Декодированные сигналы записываются в память SDRAM, а затем считывают-ся в аудио- и видеоЦАП. Этим процессом управляет контроллер SDRAM. С выходов ЦАП аудио- и видеосигналы уже в аналоговом виде приходят на НЧ входы телевизора.
Работой всех основных узлов ресивера управляет центральный процессор - микроконтроллер. Команды на него поступают с ПДУ или с передней панели. Еще один декодер совместно со смарт-картой декодируют закрытые каналы.
Рис. 14
Как уже указано, наиболее интересные каналы на спутниках кодированы, и для их просмотра необходимо приобрести смарт-карту условного допуска - Smart-card. Карты выпускают на различные кодировки. Внешний вид некоторых из них показан на рис. 14. В настоящее время применяют более двух десятков разных кодировок. Наиболее популярные из них: Viaccess, Seca, Irdeto, Betacrypt, Nagravision, BISS, Conax, Power Vu, Mediaguard, Videoguard, Cryptoworks, DRE.
Кодирование может быть различным. Один из способов такой: каждую из строк цифрового видеосигнала разрывают на две части, а затем их переставляют местами. Точку разрыва определяет генератор псевдослучайной последовательности чисел. Применяют и другой способ: нарушают порядок следования строк в каждом телевизионном кадре, т. е. передают их в псевдослучайной последовательности. В таком виде цифровой сигнал подают на передатчик. В приемнике происходит обратная операция.
Каждая официальная смарт-карта имеет свой номер. Провайдер присылает индивидуальную информацию каждой из них. Она содержит сведения о сроках подписки, разрешенных для просмотра пакетах каналов и действующие ключи. Информация на карту поступает в кодированном виде в цифровом потоке видеосигнала. Для ее декодирования используют операционный ключ (ОК), записанный в карте. Каждая из них имеет свой индивидуальный ОК.
Раскодированные ключи приходят на декодер, состоящий из смарт-карты и процессора (см. рис. 13). Он и восстанавливает исходный цифровой поток. Дальнейшая обработка потоков с открытых и кодированных каналов проходит одинаково. Обычно каналы транслируют одновременно в нескольких кодировках. Для декодирования достаточно иметь декодер хотя бы на одну из них.
Смарт-карта представляет собой прямоугольную пластину из пластика размерами 85x54 мм и толщиной 1 мм. На карте имеются восемь контактных площадок, через которые она подключается к ресиверу.
Рис. 15
Под площадками находятся две микросхемы: PIC-кон-троллер и память. С площадками соединены выводы контроллера, микросхема памяти соединена только с площадкой общего провода. На рис. 15 представлена схема смарт-карты, а расположение площадок - на рис. 16. Контроллер содержит алгоритм декодирования сигнала, а память - необходимые ключи.
Приобрести смарт-карту можно у провайдера кодированного канала. Карта с оплатой годового просмотра стоит примерно от 200 до 800 долл. США. Некоторые провайдеры, например НТВ+, установили ежемесячную плату за просмотр в размере от 620 до 1750 руб., в зависимости от выбранного пакета.
Рис. 16
Официальные карты поддерживают режим автоматического обновления. Это означает, что если карта проплачена, то смена ключей в ней происходит автоматически. Официальные карты имеют надежную защиту от копирования.
Некоторые провайдеры считают смарт-карту своим имуществом, которым они вправе распоряжаться по своему усмотрению. Если на счет карты деньги не зачислены в течение трех месяцев, провайдер посылает на карту команду, которая блокирует ее работу. Блокировку снимают только после уплаты штрафа и, естественно, при наличии на карте денег. Если деньги не приходят в течение шести месяцев, на карту воздействует команда деактивации, после которой восстановить ее работоспособность уже невозможно. Конечно, команды поступят на карту только в том случае, если она находится во включенном ресивере.
Рис. 17
Помимо официальных карт, существуют и неофициальные. Они аналогичны. Отличие состоит лишь в том, что неофициальные не поддерживают автоматического обновления. При смене ключа провайдером карта перестает работать. Для возобновления просмотра в нее необходимо записать новый валидный ключ. Делают это в специальном устройстве - программаторе. Внешний вид, например, программатора Multi Yo ХР с картой показан на рис. 17.
Рис. 18
Программатор с картой подключают к компьютеру, открывают программу (ее окно видно на рис. 18) и вводят в нее файл с новыми данными EEPROM и PIC-Flash. Затем дают команду на перезапись данных. После перезаписи программатор самостоятельно проверяет отсутствие ошибок. Он сравнивает запись с оригиналом и при положительном результате сообщает об этом. Такой процесс называют верификацией.
Смена прошивки EEPROM имеет особенности. Дело в том, что сигнальные выводы микросхемы памяти, как указано выше, не имеют соединения с контактными площадками карты. Загрузка данных в нее происходит через процессор. Для того чтобы данные проходили через него транзитом, необходимо удалить из него рабочую программу и установить специальную программу-загрузчик. По окончании операции в процессор вновь устанавливают рабочую программу. Ход выполнения операции отражается в окне.
Рис. 19
Наиболее популярны сейчас карты Gold Card (PIC16F84A + 24С16), Silver Card (PIC16F877 + 24C64), Fun Card (AT90S8515 + 24C1024). Объем памяти Gold Card позволяет записать до 16 кодов ключей различных провайдеров в кодировке Viaccess. Просмотреть содержимое прошивки и при необходимости отредактировать его можно специальной программой-редактором. Окно программы представлено на рис. 19. Стандартная программа "Блокнот" для указанной цели не подходит. Дело в том, что при смене числового значения ключа необходимо изменить и так называемую "контрольную сумму" в конце строки, а это связано с дополнительными расчетами.
В Fun Card и некоторых других применяют более мощные контроллеры и "флэшки" с большим объемом памяти. Это позволяет использовать одну карту сразу на несколько кодировок. При наличии Интернета проблем с поиском новых ключей обычно не возникает. На многочисленных спутниковых сайтах они появляются буквально на следующий день после смены провайдером.
В последние годы некоторые фирмы-производители стали выпускать ресиверы со встроенными эмуляторами кодировок. Для просмотра кодированного канала уже не требуется смарт-карта. Декодер встроен в ресивер, а новые ключи можно вводить с ПДУ. Однако даже такие ресиверы бессильны перед кодировкой Viaccess 2.5, которую использует, например, НТВ+. Дело в том, что ключ здесь меняется каждые 15...20 с. Этого времени явно недостаточно для того, чтобы вычислить ключ и поменять его в карте.
Однако способ просмотра указанной кодировки все же существует. Называют его картшаринг. Не вдаваясь в технические подробности, кратко опишем суть способа. Есть ресивер с официальной картой. Карта, как и положено, декодирует посланные ей ключи и передает их в ресивер для декодирования сигнала. По пути их перехватывают "хитрые" программы и направляют в другие ресиверы, которые официальной карты не имеют.
Способ доставки ключей к ресиверу может быть любой: по проводам, по эфиру, по ИК каналу и т. д. Наиболее распространенный способ - через Интернет. В случае отсутствия проводного Интернета вполне пригодна система GPRS через модем мооильного телефона. Разумеется, во время просмотра телефон должен быть постоянно включен и поддерживать связь с сервером, транслирующим ключи. Объем принятой и отправленной информации небольшой, поэтому стоимость пересылки не превышает 60 коп. за час просмотра. Правда, для такого просмотра необходим ресивер, имеющий возможность самостоятельно выходить в Интернет: Dreambox DM 500, 7000, 7020, 7025, Openbox 100, 300, 600, 800, Gl, GS, Metabox 4, Samsung 9500, Golden Interstar, GS, Globo, Lumax, Topfield и др.
Провайдеры для защиты от несанкционированного просмотра постоянно вносят изменения в кодировку. Например, популярный французский пакет TPS со спутника Hot Bird в течение последних двух лет уже трижды изменял параметры кодировки. Вначале ключи меняли сравнительно редко, примерно два-три раза в год. Новый ключ вписывали в программаторе в карту Gold Card или в ресиверах с эмулятором устанавливали с ПДУ.
Затем частота смены ключа резко возросла до тридцати раз в месяц. Практически его меняли каждый день. Времени на определение было мало, и обновления ключей на спутниковых сайтах часто запаздывали. Однако вскоре было установлено, что ключи повторяются с некоторым циклом. Имея полный список ключей и зная период их повторения, можно сказать, какой ключ будет завтра, послезавтра и т. д. Вскоре эту рутинную работу передали ресиверу. Появились программы Auto Roll, обеспечивающие перебор ключей в автоматическом режиме: при смене ключа автоматически включалась такая программа и спустя 3...5 с появлялась картинка.
И наконец, сейчас провайдер меняет значение ключа по случайному закону, а "время жизни" ключа сократилось до 10 ч. С такой же цикличностью стали выходить обновления ключей и на спутниковых сайтах. Появились программы, которые при смене ключей автоматически выходят в Интернет, считывают с сайта ключи и затем записывают их в память ресивера.
Необходимо отметить, что владельцы официальных карт TPS никаких изменений не почувствовали. Все изменения ПО карт происходили по эфиру, трансляция ни на секунду не прерывалась.
Способ обновления без замены официальных карт применяют провайдеры не всегда. Например, в 2004 г. компания НТВ+ при переходе с кодировки Viaccess 2.1 на Viaccess 2.5 полностью заменила смарт-карты. Безусловно, это более радикальный способ борьбы с несанкционированным просмотром.
Однако некоторые европейские провайдеры поступают наоборот: годами не меняют кодировок и ключей каналов. Ключи на них "пылятся" на многих сайтах. Это можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, неофициальные карты на Западе найти довольно сложно, стоят они недешево и материальной выгоды от их использования практически нет. Во-вторых, необходимо учитывать менталитет западных пользователей. В отличие от россиян, они считают вполне нормальным оплату просмотра спутниковых каналов в размере 25...30 евро в месяц. И никому в голову не приходит мысль смотреть "на халяву". В-третьих, провайдеры получают деньги за большой объем рекламы, а рекламодатели как раз и заинтересованы в большой аудитории. То, что эти каналы до сих пор не FTA, тоже можно считать своеобразным рекламным ходом.
В заключение следует отметить, что спутниковое телевидение - очень увлекательное занятие, объединяющее многих радиолюбителей в мире. В сети Интернет существуют множество спутниковых сайтов и форумов, в том числе русскоязычных. На них любители обмениваются опытом, учатся друг у друга, просто общаются. Большинство сайтов не преследуют какую-нибудь коммерческую выгоду, информация, выложенная для скачивания, бесплатна. Пропаганда "пиратства" и публикация валидных ключей на форумах запрещена.