（计算机应用技术专业论文）数字电视家庭支付系统终端的设计与实现.pdf

摘要 随着数字化趋势的到来，有线电视也进入了数字电视时代。目前， 国内一线城市的数字电视整体平移已基本告一段落，各城市网络运营 商已经开始把目光从整体平移转向如何开拓增值业务模式上来。 立足于国内数字电视发展现状，以扩大银联增值业务范围和为人 民群众提供便利为目的，文章提出了新型的基于刷卡遥控器的数字电 视家庭支付系统，用以填补国内数字电视支付领域的空白。该系统包 括自助银行、家庭购物、缴费充值等在内的多项公共事业缴费业务， 使人们通过电视可以进行日常的金融交易。 为了实现真正意义上的家庭支付系统，文章提出开发刷卡遥控器 这个首创产品，通过该类型的遥控器，才可以在家里直接刷卡消费， 实现多样的金融业务。本文主要对数字电视家庭支付系统终端进行了 研究和设计，终端分为两个部分：刷卡遥控器和机顶盒，研究重点集 中在刷卡遥控器上。在刷卡遥控器实现方面，系统使用磁卡读卡器读 取银行卡信息，以现场可编程门阵列( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ， f p g a ) 设计实现加密算法和通用异步收发器( u n i v e r s a la s y n c h r o n o u s r e c e i v e rt r a n s m i t t e r ，u a i 盯) 用于处理信息，以红外作为数据传输介 质的整个系统的设计方案，并采用了对称加密d e s 算法和3 d e s 算 法作为安全加密算法。文章还提出了3 d e s 算法硬件实现上的优化方 案，有效的提高了刷卡遥控器的加密效率，降低了传输出错的概率。 本项目的研究成果已经生产运行，并通过了软硬件测试，各项性 能指标完全合格，事实证明该设计方案是切实可行的。 关键词数字电视，刷卡遥控器，u a r t ，d e s 算法，3 d e s 算法 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ee m e r g e n c eo ft h ed i g i t a le r a ，t h ec a b l et e l e v i s i o n c o m e si n t ot h ed i g i t a lt e l e v i s i o nt i m e a tp r e s e n t ，t h ed o m e s t i cm a j o r c i t y so v e r a l lt r a n s l a t i o no fd i g i t a lt e l e v i s i o nh a sb a s i c a l l yc o m et oa ne n d ， a n dc i t yn e t w o r ko p e r a t o r sh a v ea l r e a d ys t a r t e dt os h i f ta t t e n t i o nf r o mt h e t r a n s l a t i o nt ov a l u e - a d d e db u s i n e s s b a s e do nt h ed o m e s t i cs i t u a t i o no fd i g i t a lt e l e v i s i o n ，i no r d e rt o e x p a n dt h es c o p eo ft h eu n i o n p a y sb u s i n e s sa n dt op r o v i d ec o n v e n i e n c e f o rt h ep e o p l e ，t h i st h e s i sb r i n g so u tt h eh o m e p a ys y s t e mt oc a r r yo u ta m e t h o do ft h ep a y m e n tv i ad i g i t a lt e l e v i s i o nb a s e do nt h ev i s ar e m o t e c o n t r 0 1 w h i c hi n c l u d e ss e v e r a lp u b l i cu t i l i t yb u s i n e s s e ss u c ha s s e l f - s e r v i c eb a n k i n g ，h o m es h o p p i n g ，v o u c h e rp a y m e n t ，a n ds oo n ，m a t l e tp e o p l em a k ed a y - t o - d a yf i n a n c i a lt r a n s a c t i o n se a s i l yv i at e l e v i s i o n s i no r d e rt or e a l i z et h et r u es e n s eo ft h eh o m e p a ys y s t e m , t h et h e s i s d e s i g n st h i sp i o n e e r i n gv i s ar e m o t ec o n t r o l ，p e o p l er e a l i z i n gav a r i e t yo f f i n a n c i a ls e r v i c e sd i r e c t l ya th o m ew i t hs u c hv i s ar e m o t ec o n t r 0 1 t h i s t h e s i si n t r o d u c e s t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no ft h et e r m i n a li n h o m e p a ys y s t e m a n dt h et e r m i n a ls t u d yi sd i v i d e di n t ot w op a r t s ：t h e v i s ar e m o t ec o n t r o la n dt h es e t t o p b o x f o c u s i n go nv i s ar e m o t e c o n t r 0 1 t oa c h i e v et h ev i s ar e m o t ec o n t r o l ，t h es y s t e mu s e sm a g n e t i c c a r dr e a d e rt og e tt h ei n f o r m a t i o no fb a n kc a r d ，f p g at od e s i g n e n c r y p t i o na l g o r i t h ma n du a r t ，a n d i n f r a r e dr a yt ot r a n s m i td a t a ，w i t h t h er e a l i z a t i o no fs e c u r i t yd e p e n d i n go nt h ed e sa l g o r i t h ma n dt h et r i p l e d e sa l g o r i t h m t h i st h e s i sa l s or e s e a r c h e st h eo p t i m i z e dr e a l i z a t i o no f t r i p l ed e s ，w h i c hi m p r o v e se f f i c i e n c yd u r i n ge n c r y p t i n gm e s s a g e sa n d r e d u c e st h ep r o b a b i l i t yo ft r a n s m i s s i o ne r r o r t h i st e r m i n a lh a sa l r e a d yp r o d u c e da n dw o r k e d t h r o u g hd e b u g g i n g a n dt e s t i n g ，t h ep e r f o r m a n c ef u l l yq u a l i f i e da n da l ls y s t e m si n c l u d i n g s o f t w a r ea n dh a r d w a r ea r ea p p l i c a b l e k e yw o r d s d i g i t a lt e l e v i s i o n ，v i s ar e m o t ec o n t r o l ，u a r t ，d e s a l g o r i t h m ，t r i p l ed e sa l g o r i t h m 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：二蠡盛：鱼日期：二竺生年月丝日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：里年上月型日 硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 随着技术的进步和群众消费需求的提高，人们的购物方式以及渠道都有了很 大的改变，诸如电子商务线上支付等方式的应运而生，大大的方便了人们的生活。 在家庭电视方面，人们已经不仅仅满足于以前的被动地收听收看广播电视节目， 而是更希望能够作为积极的参与者，实现人与节目互动，即人们可以通过点播等 方式主动地收看广播电视节目；电子商务、在线支付等在电视上的实现，也渐渐 进入到了人们可以企及的范围之内。 基于我国的实际情况，通过长时间的试点和实践，商家们发现基于电视的数 字电视业务具有很好的发展空间。数字电视的优势主要表现在： ( 1 ) 中国目前拥有4 亿台左右的模拟电视在家庭中使用，当模拟电视完成数 字化转换以后，其市场潜在能力无可估量。 ( 2 ) 在实现基于网络的业务拓展时，数字电视业务操作简单，使用方便。它 继承了传统电视的操作模式，使用遥控器进行操作，避免了人们不会使用电脑键 盘和鼠标，减少了人们学习w i n d o w s 操作系统的苦恼，大大降低了广大用户的 学习成本。 ( 3 ) 数字技术的运用，为电视广播与计算机网络的融合提供了支持，从而可 以大大扩展服务内容。对用户来说，这意味用户的互动参与性得到加强，用户可 以获得更多的游戏娱乐节目；获得各类针对性的信息咨询，如财经信息等；还可 获得如付费电视、电影选播、歌唱点播、新闻选取、在线教育、电视购物以及居 家银行等新颖服务。使用户从单纯的收视者变为主动的参与者。 ( 4 ) 由于数字电视采用数字编码技术，容易实现加密解密技术，便于开展各 类收费业务；条件接收系统的应用，可实现对用户的良好管理，确保投资的有效 回报【1 1 。 ( 5 ) 尤为重要的是数字电视打开了扇大门，为运营商提供了潜在的新业 务、新收入、新商务模式的机遇，而不仅仅局限于视频广播点播业务。数字电视 实质上是一种多重业务捆绑的新业务形式，作为融合大趋势下的产物，数字电视 不仅能够满足运营商的业务创新需求，而且可以为运营商转变经营思路，实现战 略转型提供切实可行的切入点。 数字电视在我国开始推广之初，不少业内组织及人士对数字电视的市场利润 做出评估。相关预测数据显示，2 0 0 2 年至2 0 1 5 年，我国数字电视市场规模将由 硕士学位论文第一章绪论 4 0 0 亿元扩张到5 0 0 0 亿元，2 0 1 0 年中国数字电视接收机市场规模将达到2 0 5 0 万 台。而整个数字电视业的规模预计将达到1 5 万亿元，市场潜力不可估量 2 1 。另 据调查，2 0 0 5 年我国国内交易总额为5 7 0 0 亿元，其中7 是b 2 c 形式，且只有 3 是通过电子方式支付的。而有3 8 7 亿的b 2 c 的电子商务的支付全都是通过非 电子支付方式完成的。由此可见我国在终端电子支付领域里存在很大的行业空 白。如何弥补这一空白，如何在巨大的社会压力下寻觅新的业务拓展渠道，开辟 新的商机，将成为业内人士今后的工作重点。数字电视的出现和发展为我们在寻 觅新的业务拓展渠道上开辟了一条崭新的道路。 1 2 数字电视的发展状况 1 2 1 数字电视概念 数字电视( d i 西t a lt e l e v i s i o n ，简称d t v t 3 】) 是数字化信息技术革命的产物【4 l 。 数字电视就是在电视信号的发射、传输和接收过程中全部实现数字化的电视系 统，一般来说它要求节目从拍摄、编辑、制作、播出，到传输、接收等全过程都 使用数字技术。数字电视是继黑白电视、彩色电视之后的第三代电视，不仅能提 供高清晰度影像和高保真音响，而且还能提供视频点播、网上购物、网上银行等 多种用途。 1 2 2 数字电视在国外的发展状况 1 9 9 6 年4 月，法国开播了欧洲第一个商业化数字电视广播。此后不久，世 界各地的广播电视机构相继开始了数字电视广播。英国是目前数字电视渗透率最 高的国家，已经达到7 0 ，其次是美国，渗透率为5 5 ，日本的数字电视渗透 率为5 0 ，欧洲的数字电视平均渗透率约为3 0 ，而全球数字电视平均渗透率 已经超过1 6 ，国外的数字电视已经开始进入到成长阶段口i 。 目前，英国付费与免费电视在d t v 市场中的占有率之比约为6 7 ：3 3 。英国政 府最初于1 9 9 9 年宣布将在2 0 0 6 2 0 1 0 年尽早关闭模拟电视广播，尽管数字电视 普及率令人欣喜，但要达到转换的前提条件仍有不少困难，因此，英国政府正在 重新考虑数字转换时间表，一些机构如b b c ( b r i t i s hb r o a d c a s t i n gc o r p o r a t i o n ，英 国广播公司) ，建议2 0 1 2 年可能是完成数字转换的合适时机【6 j 。 美国是世界上较早发展数字电视的国家，已经于1 9 9 6 年1 2 月2 4 同采用 a t s c 作为美国国家数字电视标准，而且已经率先实现了商用播出。a t s c 是目 前世界上数字电视三大标准之一。2 0 0 3 年，美国地面数字电视的覆盖率就已经 2 硕士学位论文第一章绪论 达到4 5 ，充分显示了这业务巨大的发展潜力，数字电视用户在2 0 0 3 年第三季 度也增长了1 5 0 万，全美的用户达到1 3 7 0 万【_ 7 1 。美国原定2 0 0 6 年将关闭所有的 模拟电视，但就结果来看，2 0 0 6 年美国数字电视覆盖率并没有达到8 5 。美联 社2 0 0 5 年1 0 月1 4 日获得的一份建议草案显示，美国众议院建议在2 0 0 8 年1 2 月3 1 日终止模拟信号的传输，并已经得到n a b ( n a t i o n a la s s o c i a t i o no f b r o a d c a s t ， 美国全国广播工作者协会) 和政府的一致认同。 日本通过反复试验制定了符合本国国情的i s d b 数字电视标准，并决心将数 字广播发展成为国家标准，2 0 0 6 年底在全国普及数字电视。为了尽快启动数字 电视系统，日本政府已投资1 6 亿美元，并希望随着数字电视销量的增长、广播 公司对新设备的采购以及新型服务的兴起，日本的总体经济能够在下一个十年中 达到1 8 万亿美元。日本政府计划2 0 1 1 年7 月关闭模拟电视【5 1 。 在其他一些地区，韩国在汉城进行地面数字电视试验之后，决定采用美国的 a t s c 标准，并计划在2 0 1 0 年结束模拟信号传输，届时其国内的数字电视普及 率将达到9 5 ；新加坡经过复杂的试验后，选择欧洲d v b 作为标准，并于2 0 0 1 年9 月开始了交互电视的试播；加拿大自从2 0 0 1 年秋季推出5 0 个数字电视频道 之后，收看数字电视频道的观众迅猛发展，到2 0 0 2 年第三季度其数字电视订户 已经激增至2 9 0 万户；南美国家巴西通过对欧洲、美国和日本数字电视标准的测 试，决定采取日本的地面数字电视标准i s d b ：除此之外，中国的台湾、香港地 区以及澳大利亚等国在数字电视方面分别制定了模拟电视转换数字电视的时间 表，对数字电视技术进行了积极的探索。 可以看出，数字化是一场全世界范围的新技术革命，是广播电视发展的必然 趋势，世界各国政府都在根据自身技术水平和市场情况，采取多种产业政策，积 极地推动本国数字电视产业的发展。 1 2 3 数字电视在国内的发展状况 1 9 9 6 年，我国通过卫星传输数字信号，开始了对数字电视的研究工作。当 时，数字电视被列入原国家科委“八五”重大科技产业工程项目，并成立了从事 数字高清晰度电视的总体组。 1 9 9 8 年9 月，我国广播电视行业的一个焦点是我国研制成功了第一套数字 高清晰度电视系统，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰 度电视地面广播传输系统的国家【6 i 。 为了使数字电视产业减少国外专利制约，我国于2 0 0 2 年6 月批准成立了数 字音视频编解码技术标准( a v s ) i 作组，任务是制定自己的信源编码标准。该标 准的视频部分内容已经正式通过国家标准化管理委员会审批，成为推荐性国家标 3 硕士学位论文第一章绪论 准，并于2 0 0 6 年3 月开始实施【引。 2 0 0 3 年，国家广电总局制定全国有线数字电视广播影视业务发展总体方 案明确提出实现有线电视数字化是当前和今后一段时期广电事业发展的关键和 重点工作【7 。8 】。作为对国民经济发展有深远影响的重大高技术项目，广播电视数 字化已被列为国家“十五”计划，并被纳入国家中长期科技发展规划，“加快推 进有线电视数字化进程”被列为国务院2 0 0 4 年工作要点。 2 0 0 5 年，国家广电总局开始大力推广数字电视“整体转换”。所谓整体转换， 是指有线电视网络的整体平移，即把网络中传输的所有模拟信号转换成数字信号 模式进行传输，用户终端电视机只需配一个数字信号转换器( 俗称机顶盒) ，就能 接收到数字电视信号。 截至目前，全国已有2 8 个城市完成了模拟向数字电视的整体转换，7 0 个城 市正在积极转换中。在数字电视发展比较快的城市，如青岛、杭州等，已经率先 开始了数字电视的双向改造。 经过双向化改造的有线电视网能为有线电视用户提供视频、语音、宽带等多 种双向数据服务，真正实现多种业务融合，为数字电视增值业务的发展奠定了坚 实的基础。 1 3 电子支付方式现状探讨 电子支付，指单位或个人通过电子终端，直接或间接向银行业金融机构发出 支付指令，实现货币支付与资金转移的行为。电子支付的业务类型按电子支付指 令发起方式分为网上支付、电话支付、移动支付、销售点终端交易、自动柜员机 交易和其他电子支付【9 j 。 目前主流的电子支付方式是采用第三方转账支付，第三方转账支付的代表就 是支付宝。支付宝是“阿里巴巴”开拓b 2 c 、c 2 c 市场时的一个必然产物，在目 前看来，支付宝在国内b 2 c 、c 2 c 交易过程中已经占据了大部分的支付比例，取 得了占有电子支付市场份额的成功。此类第三方转账支付的模式基本上为，用户 和卖家在同一个平台上，买家通过平台在各个银行的接口，将购买货物的货款转 账到平台的账户上，平台程序在收到银行到款通知后，将信息发送给卖家，卖家 在收到平台发送的确认信息后，按照卖家的地址发货，买家确认货物后发送信息 到平台，平台将买家的货款再转入卖家的账户。此类第三方转账方式，拥有较好 的担保机制从而受到大多数用户的喜爱。研究数据显示，2 0 0 7 年支付宝的交易额 规模高达4 7 6 亿元，排名第一，占整个电子支付市场近5 0 的份额。 通过网上银行直接转账是目前网上另外一种较为流行的方式。用户可以通过 自己所拥有的借记卡、信用卡的银行，申请网上支付，从而可以直接使用网络银 4 硕士学位论文第一章绪论 行。基本的流程为用户通过网站提供的接口，将购买物品的费用直接转入商家的 对应银行的账户，在成功转入银行账户后，将确认信息通过e m a i l 或者电话的方 式与商家取得联系，确认信息正确后，商家将用户购买的商品发送给用户。此类 方式没有担保机制，但如采用信用卡支付，在信用机制内，可对交易进行取消， 适当的保证了用户的权益。 目前电话银行还是采用的1 6 8 等声讯平台的方式。主要的方式是通过拨打声 讯电话选择购买的产品类型，费用在拔打电话的同时扣除，此类方式没有第三方 担保，也没有办法取消交易，安全系数较低。如影视网站通过声讯平台销售点卡 时，在用户听取卡号时，由于卡号数字较多，较容易出错等【l 叭。 研究表明，支付手段多元化已经成为中国电子支付领域的共识。随着电子支 付领域竞争的加剧，终端创新已经成为提高支付企业竞争能力、促进电子支付产 业发展的重要手段。支付宝模式告诉我们，在实现终端创新的基础上，如何结合 企业自身的平台，发挥产品的优势，更好的占有市场份额，将成为未来电子支付 市场的发展走向。 1 4 课题研究意义 全球电视广播的数字化己成定局，模拟电视必将被数字电视所取代，数字电 视的增值业务研究也开始走上轨道。在青岛有线电视双向改造完成的基础上，文 章提出对数字电视家庭支付系统终端的研究与实现，其意义主要体现在以下几个 方面： ( 1 ) 在数字电视转换的过程中，各城市提供的数字电视内容差异较大，但是 主要集中在四个方面：数字电视频道、电子节目单、数字广播、点播。数字电视 支付系统终端的出现为数字电视家庭支付系统的实现奠定了基础，是数字电视实 现家庭支付的一个开端，同时为数字电视增值业务的发展提供了一个模板。 ( 2 ) 数字电视家庭支付系统终端的实现，可以使数字电视家庭支付系统的重 要业务得到极大的拓展，如自助金融服务、公共事业缴费、商旅服务、网上购物 等，从而使数字电视支付系统实质上成为一种多重业务捆绑的新业务形式。数字 电视家庭支付系统终端结合数字电视电视支付系统本身提供的增值业务平台，必 将在第三方支付市场中取的优势地位，占有大量的市场份额，从而为运营商提供 潜在的新业务、新收入、新商务模式的机遇。 ( 3 ) 在家庭中目前能够实现支付的方式比较有限，由于安全疑虑和操作便利 性不够，更多的家庭用户仍然选择传统的支付方式。数字电视家庭支付系统终端 的出现，既解决互联互通问题，又能够保证敏感交易的可控性，很好地解决了安 全问题；同时，利用电视机作为增值业务平台的载体，刷卡遥控器作为终端支付 5 硕士学位论文 第一章绪论 的手段，更加贴近人们的生活，无需专业知识就可完成。因此，数字电视家庭支 付系统终端在极大程度上方便了大众，进而对人们的消费观念产生影响。 ( 4 ) 数字电视家庭支付系统终端的关键技术覆盖了加解密算法、通信技术和 网络技术等多个领域，因此对课题的研究也对这些领域的进一步深入研究和领域 拓展打下基础。 在导师谭汉松教授精心安排及悉心指导下，本人有幸成为此课题组的人员之 一，并参与项目的调研、设计与开发。随着数字电视的快速普及，数字电视家庭 支付系统终端的迅猛增加，数字电视家庭支付系统的出现必将成为银联抢占终端 电子支付市场又一支生力军。 1 5 本文的研究内容及组织结构 本文的研究工作主要包括以下几个部分： ( 1 ) 数字电视家庭支付系统的总体设计 对数字电视家庭支付系统做了总体设计，给出了该系统的功能结构，分析了 工作流程，设计出具体的体系结构。 ( 2 ) 数字电视家庭支付系统终端设计实现 对数字电视家庭支付系统终端做了概述，并根据相关原理进行设计开发，实 现系统需求的各项功能。 ( 3 ) 数字电视家庭支付系统终端关键技术的研究 主要对数字电视家庭支付系统终端的传输报文结构进行了分析和设计，对安 全性方面进行了探讨，并对加密算法做了进一步的研究，给出了硬件实现时的优 化方案。 全文共分六个部分，组织如下： 第一章绪论，本章从课题背景入手，针对当前国内外的数字电视发展情况， 结合电子支付方式现状，提出课题的研究意义，最后通过分析提出本文的研究内 容。 第二章数字电视家庭支付系统总体设计，首先介绍了系统的功能需求，然后 根据系统的整体需求提出各模块的流程设计，最后对数字电视家庭支付系统的系 统结构、网络结构、终端等进行了研究与设计。 第三章数字电视家庭支付系统终端的相关技术研究，主要探讨了n e c 红外 遥控工作原理，银行卡工作方式和使用规范，并对加密算法进行了阐述，为终端 设计提供原理与技术支持。 第四章数字电视家庭支付系统终端的设计方案，本章详细介绍了终端的设计 方案，对终端系统的实现分模块来设计，详细给出了实现各个功能模块的具体方 6 硕士学位论文 第一章绪论 案。 第五章数字电视家庭支付系统终端关键技术的研究，首先对报文结构进行设 定和终端安全性进行了分析和实现，接着对d e s 算法进行了详细的研究，并在 最后给出硬件实现时的优化方案，提高3 d e s 加密算法的效率。 第六章对全文进行了总结，并展望了下一步的研究内容和方向。 1 6 本章小结 本章简单阐述数字电视家庭支付系统的提出所处的背景，介绍了国内国外数 字电视的发展状况并对目前的支付方式进行了探讨，同时也表明了课题的来源、 目的和意义，最后介绍了本课题研究的主要内容和设计目标。 7 硕士学位论文第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 数字电视家庭支付系统提供一种新颖的支付解决方案。依托中国银联跨行交 换和清算网络，利用先进的数字电视通讯技术，为企业和个人提供面向家庭应用 诸如各类公用事业费缴纳业务、各类通讯费用缴纳、自助银行服务、基于订单模 式的应用、电视商城等的支付需求的一种自助刷卡支付新业务，从而实现银行卡 在更大范围、更多渠道的推广使用。通过有线电视运营商的双向电视网络，为人 们提供一个全新的电子支付渠道，便利人们的生活。在本章中，主要对数字电视 家庭支付系统进行分析，建立整体结构。 2 1 数字电视家庭支付系统需求分析 未来的信息服务融合是网络信息服务的大趋势：视频、音频和数字的三类通 讯技术在同一网络的融通应用。这种趋势既给运营商带来巨大的机会也提出了众 多的技术和应用挑战。 中国的有线电视运营商在国家统一规划下，已经全面开始有线电视网络双向 改造，而在先行地区这种改造已经基本完成并投入运营。在基础网络改造建设完 成以后，运营商面临的首要问题就是内容服务平台的建设。对于现代网络增值服 务，一个完整的内容服务平台应该至少包括四个部分：内容聚合和管理系统、内 容提供系统、用户管理和计费系统、支付系统。对于有线电视运营商来说，内容 的组织、管理和播放等内容运营操作系统是非常成熟，在融合语音和数字应用后， 既有的运营体系中急需补充的部分就是计费和支付系统，而这个部分也是双向有 线电视发展成为一个完整的融通应用市场体系必要组成。 北京家富通公司根据自身发展的需要，结合青岛当地的实际情况，依托中国 银联跨行交换和清算网络，利用先进的数字电视通讯技术，为企业和个人提供面 向家庭应用支付需求的一种自助刷卡支付新业务。 它需要具备以下特点： ( 1 ) 在双向有线电视网络系统导入数字电视家庭支付系统服务，为有线电视 服务带来新的增值空间，提供支付服务，解决有线电视在发展增值服务时面对的 支付难题。 ( 2 ) 作为国内银行卡支付网络的一个延伸，数字电视家庭支付系统应该具备 支持国内所有银行卡支付的能力，同时具备比现有银行卡交易终端网络更高的安 全性。 硕士学位论文第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 ( 3 ) 将公共事业等各种与日常生活息息相关的应用内容直接推送到用户的 电视屏幕上，激发消费者使用电视增值服务的热情，提高消费者在电视增值服务 方面的消费频度，从而提高用户价值。 ( 4 ) 在解决支付环节的同时，提供更多的应用内容，为内容提供商进入这个 崭新的交互式销售平台提供相应的接口，进而繁荣有线电视平台的应用服务市 场。 2 2 数字电视家庭支付系统功能设计 系统功能是指系统应该做的事，数字电视家庭支付系统的功能就是指系统应 该完成在需求阶段所要求实现的功能。为了实现需求，在开发过程中所有的模块 将进行并行开发，整个数字电视家庭支付系统的功能进一步细化为四大模块：自 助银行，缴费充值，帐单支付，家庭购物。系统的功能结构如图2 - 1 所示。下面 对这四个模块进行阐述： 系统总功能 自助银行缴费充值帐单支付家庭购物 图2 - 1 系统总功能图 ( 1 ) 自助银行 主要用于处理银行卡余额查询、转帐、还款、历史交易查询等操作。利用电 视终端，来实现银行基本业务功能。根据客户需要，可以在家庭支付系统上部署 p o s 的刷卡支付功能和a t m 终端上提供的所有非现金交易功能；可以随时开通 商业银行愿意向客户开放的任何功能，包括企业金融服务和个人金融服务。 ( 2 ) 缴费充值 主要用于取得以下费用的缴纳和历史缴纳明细的查询，最后完成费用缴纳， 包括以下缴费内容： 公共事业费用缴纳( 水，电，燃气，数字电视等) ； 缴费充值( 手机话费，固话费，小灵通话费等) ； 保险费缴纳； 用户便利金缴纳( 交通罚款等) ： 游戏点卡，q q 点卡，网络电话点卡。 9 硕士学位论文第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 数字电视家庭支付系统还同时具备了对磁条卡和i c 卡的支持，主要采用电 视菜单驱动的方式来完成，即客户根据菜单提示来完成各项缴费操作。 ( 3 ) 帐单支付 作为第三方支付手段，通过与内容提供商的合作，运用该系统，实现家庭支 付账单。客户事先和内容提供商取得统一支付内容，客户无需与供应商面对面或 跑银行，直接在家里使用数字电视家庭支付系统进行支付。主要用于查询用户未 付帐单并通过刷卡遥控器进行支付。 ( 4 ) 家庭购物 利用刷卡遥控器为支付工具，以电视为载体，实现整个商务( 买卖) 过程中的 电子化、数字化和网络化。通过数字电视家庭支付系统，可以浏览琳琅满目的商 品信息，使用完善的物流配送系统和方便安全的资金结算系统进行交易( 买卖) ， 以构成的一个电子商务体系。主要实现用户在家里利用数字电视家庭支付系统进 行购物的功能。 2 3 数字电视家庭支付系统功能模块流程 2 3 1 自助银行流程设计 戤 用户q = 曩= 围哥= 璃 家庭支付系统平台银联公共支付平台 图2 - 2 自助银行流程图 自助银行模块和家庭购物模块在流程上一致，实现银行基本业务和网上商城 的功能，自助银行流程如图2 2 所示。 ( 1 ) 用户在终端上选择自助银行，然后选择需要的服务，刷银行卡，输入金 额和银行卡密码，按支付键； ( 2 ) 终端将信息加密打包送到家庭支付系统平台； ( 3 ) 家庭支付系统平台判断终端送上来的信息的合法性后， 银联报文格式送银联公共支付平台； ( 4 ) 银联公共支付平台通过c u p s ( c h i n au n i o n p a ys y s t e m ， 息中心) 将交易信息转发至相应发卡行； ( 5 ) 发卡行通过c u p s 返回交易结果给银联公共支付平台； 将交易信息按照 中国银联上海信 硕士学位论文第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 ( 6 ) 银联公共支付平台将交易结果返回给家庭支付系统平台； ( 7 ) 家庭支付系统平台将交易结果返回给终端； ( 8 ) 终端显示交易结果信息。 2 3 2 缴费充值流程设计 用户、 心 = = 银联公 图2 - 3 缴费充值流程图 缴费充值模块实现公共事业缴费充值业务，由于涉及公共事业，必须和内容 提供商合作，缴费充值流程如图2 3 所示。 ( 1 ) 用户在终端上选择缴费充值，输入缴费号码、缴费金额，并刷卡后输入 密码，按支付键； ( 2 ) 终端将信息加密打包送到家庭支付系统平台； ( 3 ) 家庭支付系统平台对终端送上来的信息进行合法性校验后，将交易信息 向银联公共支付平台发送缴费请求信息； ( 4 ) 银联公共支付平台将交易信息通过c u p s 送发卡行完成扣款； ( 5 ) 发卡行完成扣款后通过c u p s 返回信息给银联公共支付平台； ( 6 ) 银联公共支付平台通过c u p s 收到发卡行成功信息后( 若内容提供商是 接入银联公共支付平台的，则向内容提供商完成缴费处理) ，将交易结果返回家 庭支付系统平台； ( 7 ) 若内容提供商是接入银联公共支付平台的，则转第9 步，否则家庭支付 系统平台向内容提供商的系统发起缴费交易； ( 8 ) 内容提供商系统返回缴费结果给家庭支付系统平台； ( 9 ) 家庭支付系统平台接收内容提供商系统缴费结果信息，再将信息返回给 终端； ( 1 0 ) 终端显示交易结果信息。 硕士学位论文第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 2 3 3 帐单支付流程设计 擎1 - - = 5 - - 9 用户 “”。 - 刍 卜一 家庭 _ 9 1 台 图2 _ 4 帐单支付流程图 银联公共支付平台 帐单支付模块为内容提供商提供帐单支付业务，账单业务必须和第三方账单 平台之间进行通讯，账单支付流程如图2 4 所示。 ( 1 ) 用户购买内容提供商提供相关信息或服务，并建立购买订单； ( 2 ) 内容提供商发送购买订单到订单家庭支付系统； ( 3 ) 订单系统返回订单接收成功信息发给内容提供商； ( 4 ) 用户从电视上登陆家庭支付系统平台，从订单系统查询用户订单信息； ( 5 ) 用户对订单信息确认后，刷卡并输入密码，提起支付请求； ( 6 ) 终端将信息加密打包后送至家庭支付系统平台： ( 7 ) 家庭支付系统平台将支付信息转送至银联公共支付平台； ( 8 ) 银联公共支付平台通过c u p s 将支付信息转发至相应发卡行； ( 9 ) 发卡行完成扣款并将结果通过c u p s 返回银联公共支付平台； ( 1 0 ) 银联公共支付平台将扣款结果返回给自助系统平台； ( 1 1 ) 自助系统平台将扣款信息返回终端，同时通知内容提供商的系统； ( 1 2 ) 终端显示交易结果信息，内容提供商的系统收到通知后返回确认信息 给家庭支付系统平台。 2 4 数字电视家庭支付系统架构设计 2 4 1 网络系统结构 数字电视家庭支付系统所使用的是以t c p i p 协议为主的网络，包括骨干 城域网络、宽带接入网络和内容分发网络等。网络系统结构如图2 5 所示。 室，圈固 鱼可雷鱼1震 团辎料围一 、，誓i曩曼 硕士学位论文第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 麻用网关服务器 国 睁一 防火墙0 支付网关服务器 应用安全服务器应用服务器 h 1 支付安全服务器支付服务器 百付眦器器 ，囔 数字电视家庭支付系统平台 承 哮- 刷卡遥控器 图2 - 5 网络系统结构图 内容提供商 银联 ( 1 ) 数字电视通道 数字电视通道建立在双向有线电视网络之上。第一种是基于同轴电缆调制的 用户接入技术，如c a b l em o d e m 等就属于这类技术实现方式；第二种是基于以 太网的用户接入技术，主要包括以太网用户接入、b i o c ( b r o a d c a s t i n gi n t e r a c t i v i t y o v e rc a b l e ) 等用户接入技术；第三种是基于家庭网络的用户接入技术，主要包括 h o m e p n a ( p h o n e l i n e n e t w o r k a l l i a n c e ) 、w i f i ( w i r e l e s sf i d e l i t y ) 等用户接入技术。 三种用户接入技术虽然技术原理和实现方式不同，但总体思路普遍都是广播电视 业务通过同轴电缆传输，双向数据业务广泛使用口协议实现。 ( 2 ) 银联支付通道 银联支付通道，采用t c p i p 协议方式的增值业务终端，与公共支付系统建 立一对或多对s o c k e t 端口( 互为客户服务端) ，客户端作为发送数据端口，服 务器端作为接收数据端口，同时支持长连接和短连接。 ( 3 ) 终端通道 遥控器到机顶盒通过红外线建立连接，采用u a r t 协议进行数据处理， 3 d e s 算法保障安全，红外传输信息。 2 4 2 应用系统结构 根据应用的安全级别和工作任务，数字电视家庭支付系统划分为应用、数据 和支付三个子网。主要功能的实现依靠应用子网，数据和支付子网作为以数字电 视方式实现主要功能的重要依靠。 围国 硕士学位论文 第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 应用子网包括应用网关、应用服务器和安全服务器三个系统组件，每个组件 可以由一台或者多台服务器构成。 数据子网只有一个系统组件，即数据库服务器。该组件可以由一台或者多台 服务器运行，集中负责整个系统的交易数据存储和访问控制，同时向应用服务器 提供数据管理和挖掘的基础服务。 支付子网包括支付网关、支付服务器和安全服务器三个系统组件。每个组件 可以由一台或者多台服务器运行。应用系统结构如图2 - 6 所示。 支付网关支付服务器 加密机1 0 二爿银联通讯接口 j 上 w 曲s e r v i c e 际剖交易处理系统 介t 丁 u 户弋、 系统钝i 耋主船。删e 数据库 介7 几 u上上 w 曲s e 州c e 芯剖 应用服务系统 彳 i 斟商户接口 y 应用网关应用服务器 图2 - 6 应用系统结构图 主要系统组件作用如下： ( 1 ) 应用网关 负责建立数字电视家庭支付系统到数字电视系统( 该项目为青岛广电数字电 视运营系统】的应用连接，完成数字电视系统到数字电视家庭支付系统的应用通 信服务。 ( 2 ) 支付网关 负责建立数字电视家庭支付系统到银联的支付连接，完成遥控器到系统的支 付通信服务。 ( 3 ) 安全服务器 1 4 硕士学位论文 第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 负责控制数字电视家庭支付系统的应用和支付的通信和交易安全。安全服务 器负责对支付和应用通信的密钥管理、认证和加解密工作。 ( 4 ) 支付服务器 接收遥控器发送来的支付请求，并根据支付请求的具体内容，提交给银联公 共支付平台处理。支付处理结束后，将处理结果通知遥控器和应用服务器。 ( 5 ) 应用服务器 负责数字电视家庭支付系统的应用管理、控制和完成交易流程；从服务提供 商获得应用的内容和流程，将应用内容和客户端操作流程作为电子节目内容发送 到数字电视系统，在接收到数字电视系统的订单信息后将支付信息送给支付服务 器，等待支付服务器的支付处理结果，并将该结果发回到服务提供商。 数字电视家庭支付系统是一个严格按照金融标准构建的集中式应用交易处 理平台。它具有强大的处理能力、严密的安全控制体系和金融级的系统可靠性。 系统支持集中式客户端应用管理和部署机制，也就是所有的客户端应用管理和控 制操作集中在服务器端完成。同时，所有的刷卡遥控器的安全也是集中部署和控 制的。这样各种应用的添加就毋需修改终端程序，从而保证数字电视家庭支付系 统可以快速的部署应用。 2 4 3 系统终端结构 数字电视家庭支付系统终端主要包括遥控器、数据传送通道、机顶盒接收这 三个方面，终端结构如图2 7 所示。 遥控器 n e c 红外遥控编码标准 u a r t 红外传输标准 图2 7 终端结构图 机顶盒 ( 1 ) 遥控器模块 主要完成按键遥控功能和刷卡功能。红外传输距离在l o 米左右，采用3 8 k h z 1 5 硕士学位论文第二章数字电视家庭支付系统的总体设计 的载波频率。 ( 2 ) 数据传送通道 主要完成数据传送功能。采用两种协议标准：n e c 红外遥控编码标准和 u 刖玎串行数据传输协议。在普通模式下，使用n e c 红外遥控编码标准；在刷 卡模式下，使用u a r t 串行数据传输协议标准。 ( 3 ) 机顶盒接收模块 主要完成数据接收功能。能够解调3 8 k h z 频率的红外载波信号。能够兼容 n e c 红外遥控器编码协议标准和u a r t 串行数据传输协议；能够将所接收到的 数据包向上层应用提交。 2 5 本章小结 本章从数字电视家庭支付系统的需求出发，对系统的整体功能以及各功能模 块的流程进行了详细的设计，主要包括自助银行、缴费充值和账单支付模块。最 后对系统的网络系统结构、应用系统结构和终端结构进行了阐述。 1 6 硕士学位论文 第三章数字电视家庭支付系统终端的相关技术研究 第三章数字电视家庭支付系统终端的相关技术研究 3 1n e c 红外遥控工作原理探讨 遥控发射器专用芯片很多，数字电视家庭支付系统终端的刷卡遥控器在普通 模式下( 另外一种是刷卡模式) 调用的是日本n e c 公司出品的u p d 6 1 2 1 g 芯片进 行信息处理传送，本节对其工作原理进行探讨。 3 1 1 红外遥控系统 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。应用编解码专用集成电路 芯片来进行控制操作，红外遥控系统结构如图3 1 所示。发射部分包括键盘矩阵、 编码调制、l e d 红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电 路【1 1 1 。 3 1 2 遥控发射器及其编码 图3 - 1 红外遥控系统结构图 o 5 6 m s 卜i 磊i 叫 图3 2 遥控码的o ”乖“1 ”图 当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这 种遥控编码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0 5 6 5 m s 、间隔 0 5 6 m s 、周期为1 1 2 5 m s 的组合表示二进制的“0 ”；以脉宽为0 5 6 5 m