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数字电视CAS发送端FPGA的实现

[日期:2012-10-27] 来源:  作者: [字体: ]

    数字电视的影音效果、抗干扰性等特点是传统模拟电视所不能比拟的,是电视事业将来必然的发展趋势。为了保障并促进数字电视能健康快速的发展,我们必须保障数字电视运营商的利益。数字电视条件接收系统(简称CAS)就是保障运营商利益的技术基石。具体来说CAS是保证只有付费的用户才能正常收看节目的一系列技术。现成的许多CAS都是国外的方案,随着我国数字电视普及的展开,CAS国产化的要求就变得更加迫切了。

 

    数字电视CAS系统的原理

    TS流的加扰和解扰

    现在数字电视大多采用了MPEG2传送流(TS)的方式来进行广播。在广播之前要先将TS按照一定的方法进行加扰,使得没有授权的用户不能收到正确的信号数据。而授权用户在接收到加扰的TS码流之后,他们的接收机能按照一定的方式进行解扰,恢复出正确的数据信号。具体来说加扰就是用一个控制字(CW)来产生一系列的伪随机序列码,用它跟TS中的数据进行异或,打乱原来TS中正确的信号数据。接收机在解扰时再根据相同的CW来产生和加扰时一样的随机序列,并通过异或的方式将被加扰的数据正确地恢复回来。因此解扰的关键就是要获得加扰时用的CW值。

    对CW的加密和解密

    如图1所示,要使得授权用户获得加扰时的CW,就必须在TS流中加载CW进行传输。为了不让未授权的用户也获得正确的CW,因此在广播CW时会用SK(业务密钥)对其进行加密形成ECM(授权控制信息)。同时SK本身也会被PDK(用户分配密钥)加密形成EMM(授权管理信息)之后,再通过TS流进行复用传输。由于PDK是授权用户机器本身的一个编号,它不需要通过TS在公用信道中传输。这样在公用传输信道里传输的ECM、EMM都是加密了的。只有授权用户才有正确的PDK来解密出SK,也只有正确的SK才能解密出正确的CW。而且为了进一步加强信号的安全性,CW一般来说几秒钟就会变化一次,SK也会在一个时间段后产生变化,来避免破解者对密钥进行系统性的搜索。

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    图1

    用FPGA来实现CAS

    在用FPGA设计CAS时,必须要理解PSI(程序特殊信息)。PSI包含了要正常收看节目所需要的绝大部分信息,它由PAT(节目关联表)、PMT(节目映射表)、CAT(条件接收表)、NIT(网络信息表)4个表组成。为了新开机的用户能及时收看节目,PSI必须至少以20次/秒的频率不断发送。和条件接收有关的就只有CAT和PMT。其中CAT中的CA描述子包含了EMM和ECM的信息。表一介绍了CA描述子的语法结构。

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    其中CA-sySTem-ID的最低位为零表示pri-vate-data-byte是EMM数据,否则private-databyte是ECM数据。CA-PID是相应加扰节目的PMT的包识别号(PID)。本方法通过在CA描述子中加入PMT包的PID的方法,来实现多个CA描述子和多个加扰节目之间的一一映射关系。


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