解調(diào)器集成CAS的地面數(shù)字電視方案的實(shí)現(xiàn)

蔣小燕，徐大誠(chéng)

（1.常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，江蘇常州 213002;2.蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院，江蘇蘇州 215006）

解調(diào)器集成CAS的地面數(shù)字電視方案的實(shí)現(xiàn)

蔣小燕1，徐大誠(chéng)2

（1.常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，江蘇常州 213002;2.蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院，江蘇蘇州 215006）

針對(duì)非專用數(shù)字電視設(shè)備接收加密數(shù)字電視和產(chǎn)品差異化的需求，設(shè)計(jì)了目前市面上唯一在解調(diào)器端處理CAS的數(shù)字電視接收方案。對(duì)數(shù)字電視的系統(tǒng)架構(gòu)、軟硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法等進(jìn)行了闡述。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室和商用測(cè)試表明，該方案完全符合規(guī)范要求，已被條件接收系統(tǒng)廠商和運(yùn)營(yíng)商采用，并投入市場(chǎng)應(yīng)用。

數(shù)字電視;USB;解調(diào)器;條件接收系統(tǒng)

【本文獻(xiàn)信息】蔣小燕，徐大誠(chéng).解調(diào)器集成CAS的地面數(shù)字電視方案的實(shí)現(xiàn)［J］.電視技術(shù)，2013，37（3）.

隨著電視數(shù)字化的不斷深入，用戶對(duì)于數(shù)字電視產(chǎn)品形態(tài)的需求也在不斷變化。從早期的數(shù)字電視機(jī)頂盒、數(shù)字電視一體機(jī)，再到近年流行的USB電視接收棒、智能終端產(chǎn)品。電視運(yùn)營(yíng)商在給用戶提供豐富的節(jié)目和終端的同時(shí)，對(duì)自身內(nèi)容的保護(hù)也越來越關(guān)注。數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)（Conditional Access System，CAS）是數(shù)字電視廣播實(shí)行收費(fèi)所必須采用的系統(tǒng)，也是數(shù)字電視平臺(tái)不可缺少的部分［1］，保證只有已付費(fèi)的授權(quán)用戶才能收視節(jié)目，從而保護(hù)節(jié)目制作商和廣播運(yùn)營(yíng)商的利益［2］。在傳統(tǒng)方式中，無論是歐洲的DVB－T、日本的ISDB－T、美國(guó)的ATSC，還是國(guó)標(biāo)的DTMB，對(duì)內(nèi)容保護(hù)的模塊往往都集成在解碼芯片中，這就給用PC、平板電腦和智能終端設(shè)備收看帶CAS加密的電視內(nèi)容帶來挑戰(zhàn)。本文給出了一個(gè)先進(jìn)的方案來解決這個(gè)問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。系統(tǒng)由高頻調(diào)諧器與解調(diào)器二合一的前端接收芯片Octopus I/II、USB接口轉(zhuǎn)換芯片DiB0700、一個(gè)8 Mbyte的Flash芯片和一個(gè)智能卡讀卡器接口組成。相對(duì)于傳統(tǒng)的USB電視棒，此設(shè)計(jì)可以對(duì)加密的數(shù)字電視進(jìn)行解密，而且解密是在解調(diào)芯片的CAS模塊中進(jìn)行的，這也是本文最新穎的地方。只需要把不同廠家的CA系統(tǒng)庫(kù)文件移植到這個(gè)芯片的軟件中，把固件燒錄在Flash內(nèi)，再給上層提供CA的調(diào)用接口。這不僅解決了純軟件解密安全性低的問題，而且解決了通用芯片不具有解擾模塊的困擾，為普通終端提供看電視的可能，而不需要專門的機(jī)頂盒。

圖1 系統(tǒng)整體框架

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1.1 Octopus介紹

Octopus芯片是一個(gè)靈活的多標(biāo)準(zhǔn)地面標(biāo)準(zhǔn)的接收芯片，可以支持歐洲D(zhuǎn)VB－T、DVB－H、DVB－SH，日本 ISDB－T（1－Seg，F(xiàn)ull－seg），美國(guó) ATSC，以及國(guó)內(nèi)的 CMMB 和 DTMB。芯片結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，包含射頻調(diào)諧器、數(shù)字濾波器、可編程信號(hào)處理器（避免了不同標(biāo)準(zhǔn)直接堆疊在一起時(shí)的硬件冗余）、信道解碼器、電源管理單元（只需要1路電源輸入，提高了電源管理的效率）、存儲(chǔ)器、一個(gè)非常重要的有創(chuàng)新意義的支持DVB－CA，SDB－T BCAS及CMMB解擾系統(tǒng)的CAS模塊（該模塊支持流行的AES和DES算法）和一個(gè)接口（可以支持傳統(tǒng)MPEG－2 TS接口，以及通用平臺(tái)的SDIO，SPI接口和SRAM接口，為不同終端的應(yīng)用提供了可能性［3－4］）。

圖2 Octopus芯片結(jié)構(gòu)框圖

1.1.2 USB 接口轉(zhuǎn)換芯片

DiB0700是一個(gè)把電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成USB數(shù)據(jù)的接口芯片。支持全速和高速模式USB2.0接口，可以通過外部E2PROM配置廠商識(shí)別碼和設(shè)備識(shí)別碼，可以支持休眠和遙控喚醒模式，通過GPIO控制紅外接收頭;兩個(gè)視頻接口，支持雙TS輸入;內(nèi)部集成一個(gè)32位的微處理器內(nèi)核，內(nèi)置24 kbyte ROM，40 kbyte RAM，可以通過內(nèi)部RAM支持固件的更新，可調(diào)節(jié)時(shí)鐘輸出，可以通過I2C主控模式配置和檢測(cè)前端調(diào)諧器和解調(diào)器。

1.1.3 SPI Flash

Octopus是一個(gè)可編程的前端產(chǎn)品，在芯片初始化時(shí)會(huì)下載800 kbyte左右的固件，如果使用I2C來下載，通常機(jī)頂盒I2C的速度是80 kbit/s，這樣初始化將會(huì)是10 s左右，這對(duì)用戶來講是一個(gè)夢(mèng)魘。為了解決這個(gè)問題，現(xiàn)使用一個(gè)外置的SPI Flash，這個(gè)Flash外接在 Octpous的GPIO上，模擬成SPI的接口模式，速率為8 Mbit/s，這樣只需要100 ms就可以完成初始化，這將大大改善用戶體驗(yàn)。SPI Flash與Octopus連接圖如圖3所示。

圖3 SPI Flash與Octopus連接圖

1.1.4 智能卡的連接

Octopus可以支持符合ISO7816規(guī)范的SIM卡和智能CA卡，可以直接連在Octopus的GPIO口上，連接圖如圖4所示。數(shù)據(jù)口接GPIO0，復(fù)位信號(hào)接GPIO1，時(shí)鐘信號(hào)接GPIO2，電源接3.3 V，卡的檢測(cè)信號(hào)接GPIO9。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的軟件由符合微軟PC TV規(guī)范的BDA（Broadcast Driver Architecture）驅(qū)動(dòng)，PC端的應(yīng)用軟件媒體播放器和非常重要的CAS集成，如圖5所示。播放器通過調(diào)用微軟定義的唯一調(diào)諧功能模塊，去搜索節(jié)目數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的節(jié)目。視頻控制模塊把復(fù)雜的電視調(diào)諧解調(diào)過程和圖像過濾器集成起來;當(dāng)播放器發(fā)出調(diào)諧請(qǐng)求后，視頻控制器會(huì)把網(wǎng)絡(luò)類型、信道信息傳遞給接收器，同時(shí)創(chuàng)建和設(shè)置圖像過濾器［5］;當(dāng)播放器運(yùn)行時(shí)，視頻控制器將輸出電視節(jié)目。

圖4 SIM卡與Octopus的連接圖

圖5 PC接收和播放電視節(jié)目的過程

1.2.1 Octopus驅(qū)動(dòng)

Octopus啟動(dòng)與搜索一個(gè)頻道的過程如圖6所示。當(dāng)硬件插入U(xiǎn)SB接口后，正確安裝完驅(qū)動(dòng)后，Windows內(nèi)核會(huì)識(shí)別到該器件，首先一個(gè)20 kbyte左右的Loader固件會(huì)下載到芯片內(nèi)，芯片接收到這個(gè)指令后會(huì)從Flash中把MAC的固件通過SPI接口下載到芯片中;打開播放器通過自動(dòng)或手動(dòng)的方式搜索想看的頻道，此時(shí)會(huì)再?gòu)腟PI接口的Flash中調(diào)出所需標(biāo)準(zhǔn)的解調(diào)器的固件到Octopus中，如 DTMB，DVB－T 或 ISDB－T。

圖6 Octopus啟動(dòng)與搜索一個(gè)頻道的流程圖

1.2.2 DiB0700 USB 驅(qū)動(dòng)

USB芯片是PC與Octopus之間的橋梁，通過該芯片控制Octopus的上電、復(fù)位、初始化、設(shè)置頻點(diǎn)和檢測(cè)是否鎖定，把TS數(shù)據(jù)傳送到PC。圖7是調(diào)試時(shí)候的控制臺(tái)的人機(jī)接口圖。

圖7 控制臺(tái)的人機(jī)接口圖（截圖）

1.2.3 CAS 流程

該系統(tǒng)可以支持ISDB－T BCAS Multi2系統(tǒng)，CMMB Nagra，STV以及支持符合DVB－CA規(guī)范的條件接收系統(tǒng)，如國(guó)內(nèi)的永新視博STV、金網(wǎng)通等。CAS授權(quán)流程如圖8所示。首先接收加密數(shù)據(jù)流，找到加密信息表和授權(quán)管理流的描述表，啟動(dòng)授權(quán)管理流的接收，解析節(jié)目關(guān)聯(lián)表和所有節(jié)目映射表，創(chuàng)建節(jié)目信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括音視頻PID和授權(quán)控制PID，接收所有節(jié)目控制流信息以便得到所有的密鑰（Service Key，SK）用于解擾音視頻得到清流節(jié)目［6］。

圖8 CAS授權(quán)流程

1.2.4 媒體播放器

媒體播放器發(fā)展至今已經(jīng)相當(dāng)成熟，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中有好多款產(chǎn)品可供選擇，只要該產(chǎn)品符合微軟規(guī)范，提供BDA的接口，就可以直接使用。如國(guó)內(nèi)的烈火，就是相當(dāng)成熟的一款播放器。

2 系統(tǒng)驗(yàn)證

本系統(tǒng)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了日本ISDB－T的B－CAS系統(tǒng)、國(guó)內(nèi)CMMB的Nagra和STV系統(tǒng)、國(guó)標(biāo)DTMB金網(wǎng)通的KVCA系統(tǒng)。

圖9是接收上?？罩袑?shí)時(shí)CMMB信號(hào)時(shí)Nagra加密卡的讀卡信息界面。

圖9 Nagra加密卡的讀卡信息界面（截圖）

圖10給出了Linux下測(cè)試金網(wǎng)通CA系統(tǒng)KVCA時(shí)打印的版本號(hào)和智能卡卡號(hào)。

圖10 KVCA的版本號(hào)和智能卡卡號(hào)（截圖）

3 小結(jié)

該系統(tǒng)是目前市面上唯一在解調(diào)器端處理CA系統(tǒng)的方案，為PC、智能手機(jī)、平板電腦等終端接收數(shù)字電視提供了一個(gè)最為安全的方案。其第一代DiB10096已經(jīng)持續(xù)被日本市場(chǎng)用戶使用;第二代產(chǎn)品DiB30092支持國(guó)標(biāo)DTMB，也已經(jīng)成熟，正在被國(guó)內(nèi)廠商、內(nèi)容提供商和廣電局采用，為后續(xù)推進(jìn)電視終端產(chǎn)品多元化提供了可能。

:

［1］潘明福，唐凡，陳列.條件接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案［J］.廣播與電視技術(shù)，2010（12）:101－103.

［2］齊志峰，王蜀洪，韓鵬一.關(guān)于數(shù)字電視CAS系統(tǒng)的安全性研究［J］.廣播電視信息，2010（8）:53－55.

［3］陳翔.數(shù)字電視條件接收系統(tǒng)的安全性分析［J］.電視技術(shù)，2010，34（2）:43－45.

［4］DiBcom.Programmable technology［EB/OL］.［2012－07－16］.http://www.dibcom.com/Website/site/eng_accueil_technology_dibcomtechnology_databroadcasting.htm.

［5］Microsoft Ltd.DirectX 9.0 programmer’s reference［EB/OL］.［2012－07－16］.http://www.uplook.cn/biancheng/172/1721298/ .

［6］鄭瑋，景新幸，李帆.數(shù)字電視CAS中授權(quán)解碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，2009，42（9）:97－99.

Implementation of Terrestrial DTV Solution with CAS in Demodulator

JIANG Xiaoyan1，XU Dacheng2

（1.School of Electronic Information＆Electric Engineering，Changzhou Institute of Technology，Jiangsu Changzhou 213002，China;2.School of Electronic and Information Engineering，Soochow University，Jiangsu Suzhou 215006，China）

In order to receive encrypted digital TV with non－dedicated DTV receiver and make differential products，a DTV solution with the only demodulator in the market which integrates CAS module is designed.This system structure，software and hardware design and implementation are described in this paper.The test results and commercial trail prove that this solution complaint with standard is adopted and launched by CAS providers and broadcasting operators in the market.

digital TV;USB;demodulator;CAS

TN943

A

蔣小燕（1980— ），碩士，講師，主研智能信息處理;

徐大誠(chéng)（1963— ），教授，主研信息獲取與處理技術(shù)。

責(zé)任編輯:薛 京

2012－07－17