疫情期间数字电影放映设备电池维护详解

许 鹏

（杜比实验室国际技术服务 （上海）有限公司，上海200030）

新冠肺炎疫情爆发以来，从上游的制片公司到下游的电影院，几乎全部处于停摆状态。影院端的数字电影放映设备更是长期处于断电状态，如何定期维护好放映设备，确保影院复工后能正常投入使用是广大放映员所直面的课题。本文主要讨论数字电影放映设备中关键部件的电池工作机制和原理，全面梳理了市场上主流放映设备的电池维护事项，以供行业同仁们参考。

通常情况下，数字电影放映设备每天工作时长为12～15小时，然而在长期不开机的情况下，最大的隐患就是安全处理模块SPB里的电池电量消耗殆尽，造成电影不能正常播放。其他电子电器设备，比如日常使用的手机，当电池电量耗尽时，再次充电就能正常使用，数字电影放映设备却不行，这是因为数字电影有着严苛的安全性标准，目的是为了防止物理入侵放映设备并获取明文内容，从而造成电影节目盗版。根据DCI规范，每个安全处理模块必须拥有唯一的身份信息，即数字证书。这些安全处理模块包括了播放服务器的媒体模块MB，集成媒体模块IMB和放映机的链路解密器LD等。数字证书必须存放于完全密封的安全处理模块里的芯片中，为了在放映设备断电后仍然可以实时监测安全处理模块的安全边界及数字证书，必须使用电池对电路进行不间断供电，并且精确保持安全时间。

因此，当数字放映设备开启后，计时完全由媒体模块来掌控，与主机的系统时间无关，而且不允许用户随意调整安全时间。当安全处理模块中的电池电量耗尽时，根据FIPS 140-2的安全机制要求，安全处理模块应立即启动自毁程序，删除安全硅芯片中的数字证书，同时安全时间也被重置，数字放映设备将不具备播放加密商业电影的资质。根据DCI规范，任何故障安全处理模块都不可以在现场维修，只能替换。

由此可见，当放映设备长期处于断电的情况下，保障安全处理模块电池的有效性尤为重要。因为此时安全模块中电池仍在悄无声息地不间断地工作，释放电池电量来维持数字证书，监测安全边界和保持安全时间。值得注意的是，不同品牌、不同型号的放映设备产品之间存在差异，有的电池可以反复充电使用，有的电池只能一次性使用，那么必须知道电池的类型、截止电压和使用寿命才能正确做好设备维护。此外，安全处理模块的电池不仅在播放服务器的媒体模块中，还广泛存在于放映机的板卡和部分音频处理器的解码板中。虽然目前行业只采取了密钥信息与播放服务器数字证书的单一绑定方式，但是放映机和音频处理器中的相关数字证书丢失，仍然会造成无法放映的局面。

下面笔者将依次介绍数字电影放映机，播放服务器和音频处理器三大放映设备电池维护的注意事项。

1 数字电影放映机

实际上，无论是科视、巴可还是NEC这三家使用DLP技术的放映机生产商，他们的安全处理模块都是由美国德州仪器公司提供的，包括TI Interface板、链路解密板和ICP板。第一代放映机的TI Interface板中文名为TI接口板，主要功能是链路解密和图像处理。对于第二代放映机，链路解密板在巴可和NEC放映机上称为Enigma板，在科视放映机上叫做LD板，实际为同一板卡，其主要功能是处理第二代放映机配合第一代播放服务器共同使用时的链路解密和安全边界监测。这两个安全处理器将电路和电池一同密封起来，所使用的电池是可充电的，在放映机通电且无需开启氙灯的情况下便可充电。对于Enigma或LD板，建议每个月充电12小时，对于TI Interface板，建议每个月充电24小时。此外，有些放映机厂商配备了专用的充电器，搭配不同的转接头，可以同时对5块板卡进行充电。这样无需开启多台放映机进行充电，而是可以把板卡从放映机里拆除，改为集中充电的方式，效率将显著提高。图1为巴可的5V、1.5A专用充电器。

图1 Enigma和TI Interface板专用充电器

图2 ICP板卡时钟电池和证书电池

第二代DLP放映机另一个需要维护的关键部件是ICP板卡，中文名为集成影院处理板，它的主要功能是将解密解码后的图像和字幕处理后传输给光学引擎。这块板卡上有两块不可充电的电池，左边为时钟电池，它的主要作用是保持有效精准的安全时间。其电池型号为BR2330，使用寿命为5年。右边为证书电池，它的主要作用是不间断地对安全硅芯片供电。该电池设计使用寿命为10年，不能现场更换。一旦电池到达使用寿命后，ICP板卡里的数字证书将丢失，现场无法修复，必须要更换一块新的ICP板卡。由于这两块电池都是不可充电电池，所以无需特意开启放映机对其充电。图2为ICP电池示意图。

2 播放服务器

播放服务器的安全管理模块通常与音视频解密解码模块在一起，由金属盖板密封起来，确保敏感数据的绝对安全。正如上文所说，目前密钥信息只与播放服务器的数字证书一对一绑定，一旦更换了媒体模块，设备的序列号和数字证书都发生改变，因此密钥也得重新申请。从结构上来说，播放服务器的安全处理模块大致分为两类，一类是MB，即独立的媒体模块，在第一代服务器上使用，比如GDC的DCI卡、Doremi的海豚板 （Dolphin）；第二类是IMB，通常称为集成媒体模块，安装在第二代和第三代放映机上使用。这两种媒体模块上都有电池，其主要作用是维持安全时钟和数字证书，并监测安全边界。在国内市场，随着老牌放映机厂商的介入，主流播放服务器品牌主要有5种，多达十几种型号，现整理归纳为表1并举例说明。

表1 媒体模块的电池类型及更换周期

GDC SX-2000A/T/AR/TR （IMB）Tadiran TL-2450不可充电 无提醒建议每个月开机1小时非开机情况下1.5年更换一次，正常情况下3.5年更换一次GDC SX-3000/SX-4000 Tadiran TL-2451不可充电 无提醒建议每个月开机1小时非开机情况下1.5年更换一次，正常情况下3.5年更换一次GDC SR-1000 Tadiran TL-5934不可充电 无提醒建议每个月开机1小时每4.5年更换一次

（1）巴可的ICMP或ICMP-X播放服务器，所使用的电池型号为CR2477N，是不可充电电池，使用寿命为5年。这意味着理论上，无需开启放映机对媒体模块进行充电，而是要确保在电池寿命结束前及时进行更换。巴可软件会监测电池的使用时间，当触摸屏上显示告警信息10514 WARNING“icmpbattery low warning”时 ，应尽快更换电池避免不必要的故障。ICMP有两个电池插槽，更换时应先把新的电池插入到空槽后，再拔出旧的电池，并在外壳的粘纸上记录维护的日期。更换电池时，应使用绝缘工具，防止发生短路故障。图3为ICMP双电池结构。

图3 ICMP双电池结构

（2）Doremi DP2000/DP2K4是第一代播放服务器，海豚卡属于独立媒体模块MB，上面的电池型号为CR1220，不可充电，寿命为5年或50000个操作小时，该服务器无需开启充电，而是要留意电池剩余的使用时间。图4为海豚板电池。

图4 海豚板电池

图5 操作维护菜单

当电池使用超过4年时，每次播放服务器开机时会弹出通知界面，不断提示用户需要更换电池。更换电池时应注意：（a）不要把海豚板从播放服务器上拆下后更换电池；（b）如播放服务器处于关机状态，应先开机等待半小时充电再换电池；（c）从拆下旧电池到换上新电池的整个过程不应超过3分钟，如果时间过长，会导致数字证书丢失；（d）更换电池后，应在控制面板中的操作维护记录菜单中选择 “安全时钟电池更换”事项并记录维护的日期，这样软件才会将计数器清零，重新开始记录新电池的使用时间。图5为操作维护菜单。

（3）杜比IMS1000/IMS2000/IMS3000播放服务器的媒体模块是IMB类型，该IMS系列所使用是可充电电池，设计使用寿命为10年，不能在现场更换。由于充电电池的耗电量较快，在关机的情况下最多维持9个月的供电，按厂家建议每两个月开启放映机充电24小时最为稳妥。此外，该充电电池的额定电压为3.3V。当电池电压低于2.8V时，已经进入临界状态，需尽快充电60小时至满格电量。用户可进入播放服务器的监控界面来获取当前电池电压的准确信息 “MD RTC battery”，如图6所示。

图6 RTC电池电压

此外，对于早期基于IT架构的播放服务器，例如：杜比DSS200、GDC SA2100等，还需要定期更换主板电池。主板电池的主要作用是在服务器断电的情况下仍可保存COMS芯片中BIOS的信息，并维持准确的系统时间。它的有效寿命一般在4～6年之间，型号通常为CR2032不可充电的纽扣电池。当电池寿命耗尽时，播放服务器将无法正常启动或进入用户界面。此时，需要更换新的电池，开机后进入BIOS界面重新设置系统时间和启动顺序，确保播放服务器从正确的系统盘中引导并启动。

3 音频处理器

在没有引入 “沉浸式”音频概念之前，数字电影音频数据是没有压缩的PCM编码信号，音频处理器可做简单的数模转换处理后，将音频信号输出给后级功放。随着 “沉浸式”音频格式的兴起，特别是杜比全景声格式引入音频对象的概念后，数字电影节目中所包含的声音信息和元数据大幅度增加，后期的声音制作也变得较为复杂，需要专门的编码器对基于对象的声音元素进行编码，并对生成的全景声音轨文件做加密处理。因此在影院回放端，音频处理器必须拥有一块OMB即外置媒体模块，用于解码全景声或开放式标准的沉浸音码流。根据新的DCI《数字影院系统规范》V1.3，OMB也被定义为安全处理模块SPB，与IMB的职责大致相同，即维持安全证书、监测安全处理模块的安全边界及提供稳定的安全时钟。

目前来看，市场上只有杜比的音频处理器CP850拥有标准的安全处理模块。该音频处理器的OMB实为CAT1600板卡，它存储了数字证书，有独立的安全时钟，能接收从播放服务器推送过来的密钥信息，可解密解码全景声码流。CAT1600板卡上的电池是不可充电的，型号为Tadiran TLH-5902，更换的周期为3.5年。图7为CAT1600板卡及电池。

图7 CAT1600板卡及电池

当电池电量较低时，新版CP850软件会提醒用户及时更换电池。特别注意的是，更换电池必须在CP850通电的情况下进行，否则会导致CAT1600板卡数字证书丢失。如果数字证书丢失，安全处理模块进入锁定状态 （FIPS LOCK），此时如播放全景声影片，OMB不能解密杜比全景声码流，CP850只会处理5.1或7.1声道的音频信息，从而降级播放基础的PCM信号。

综上所述，在数字电影设备长期不开机的情况下，影院放映人员除了做好基本的防潮防湿工作，电池的维护及更换才是重中之重。因为一旦安全处理模块的电池电量耗尽，将是较为严重的故障，必须加以重视，为即将到来的影院复工做好充分的技术保障。我们坚信疫情终将过去，大家都在坚守中蓄力，整个电影行业必将涅磐重生，迎来美好的明天。

注释

①安全处理模块被定义成具有规定的物理边界的容器，在这个容器里有一个或者多个安全实体和其它的明文处理功能 （例如：解密器、解码器、取证标记器）。

②链接解密器 （LD）用于在安全链路中解密链接加密器里加密的内容。

③FIPS140-2是NIST所发布的针对密码模块的安全需求（Security requirements for cryptographic modules）标准。

④OMB（Outboard Media Block），外置媒体模块，相对于IMB集成媒体模块，OMB处于数字放映机和播放服务器的外部，目前多用于解密解码沉浸音的音频数据。