基于FPGA的數字電視CAS系統設計

數字電視的影音效果、抗干擾性等特點(diǎn)是傳統模擬電視所不能比擬的，是電視事業(yè)將來(lái)必然的發(fā)展趨勢。為了保障并促進(jìn)數字電視能健康快速的發(fā)展，我們必須保障數字電視運營(yíng)商的利益。數字電視條件接收系統(簡(jiǎn)稱(chēng)CAS)就是保障運營(yíng)商利益的技術(shù)基石。具體來(lái)說(shuō)CAS是保證只有付費的用戶(hù)才能正常收看節目的一系列技術(shù)?，F成的許多CAS都是國外的方案，隨著(zhù)我國數字電視普及的展開(kāi)，CAS國產(chǎn)化的要求就變得更加迫切了。

數字電視CAS系統的原理

TS流的加擾和解擾

現在數字電視大多采用了MPEG2傳送流(TS)的方式來(lái)進(jìn)行廣播。在廣播之前要先將TS按照一定的方法進(jìn)行加擾，使得沒(méi)有授權的用戶(hù)不能收到正確的信號數據。而授權用戶(hù)在接收到加擾的TS碼流之后，他們的接收機能按照一定的方式進(jìn)行解擾，恢復出正確的數據信號。具體來(lái)說(shuō)加擾就是用一個(gè)控制字(CW)來(lái)產(chǎn)生一系列的偽隨機序列碼，用它跟TS中的數據進(jìn)行異或，打亂原來(lái)TS中正確的信號數據。接收機在解擾時(shí)再根據相同的CW來(lái)產(chǎn)生和加擾時(shí)一樣的隨機序列，并通過(guò)異或的方式將被加擾的數據正確地恢復回來(lái)。因此解擾的關(guān)鍵就是要獲得加擾時(shí)用的CW值。

對CW的加密和解密

如圖1所示，要使得授權用戶(hù)獲得加擾時(shí)的CW，就必須在TS流中加載CW進(jìn)行傳輸。為了不讓未授權的用戶(hù)也獲得正確的CW，因此在廣播CW時(shí)會(huì )用SK(業(yè)務(wù)密鑰)對其進(jìn)行加密形成ECM(授權控制信息)。同時(shí)SK本身也會(huì )被PDK(用戶(hù)分配密鑰)加密形成EMM(授權管理信息)之后，再通過(guò)TS流進(jìn)行復用傳輸。由于PDK是授權用戶(hù)機器本身的一個(gè)編號，它不需要通過(guò)TS在公用信道中傳輸。這樣在公用傳輸信道里傳輸的ECM、EMM都是加密了的。只有授權用戶(hù)才有正確的PDK來(lái)解密出SK，也只有正確的SK才能解密出正確的CW。而且為了進(jìn)一步加強信號的安全性，CW一般來(lái)說(shuō)幾秒鐘就會(huì )變化一次，SK也會(huì )在一個(gè)時(shí)間段后產(chǎn)生變化，來(lái)避免破解者對密鑰進(jìn)行系統性的搜索。

圖1

用FPGA來(lái)實(shí)現CAS

在用FPGA設計CAS時(shí)，必須要理解PSI(程序特殊信息)。PSI包含了要正常收看節目所需要的絕大部分信息，它由PAT(節目關(guān)聯(lián)表)、PMT(節目映射表)、CAT(條件接收表)、NIT(網(wǎng)絡(luò )信息表)4個(gè)表組成。為了新開(kāi)機的用戶(hù)能及時(shí)收看節目，PSI必須至少以20次/秒的頻率不斷發(fā)送。和條件接收有關(guān)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。表一介紹了CA描述子的語(yǔ)法結構。

其中CA-sySTem-ID的最低位為零表示pri-vate-data-byte是EMM數據，否則private-databyte是ECM數據。CA-PID是相應加擾節目的PMT的包識別號(PID)。本方法通過(guò)在CA描述子中加入PMT包的PID的方法，來(lái)實(shí)現多個(gè)CA描述子和多個(gè)加擾節目之間的一一映射關(guān)系。