數(shù)字高清電視的接收技術(shù)研究

張路

摘要：數(shù)字廣播電視的高質(zhì)量節(jié)目，頻譜資源的充分利用，新一代高清數(shù)字電視和數(shù)字音頻廣播的工程應(yīng)用以及多媒體交互式數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的使用都將成為廣播電視發(fā)展的必然趨勢。本文主要研究了數(shù)字高清電視的接收技術(shù)及其軟硬件實現(xiàn)，為相關(guān)研究工作提供借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵字：數(shù)字高清電視；條件接收；DVB；CW

引言

社會經(jīng)濟發(fā)展日新月異，并且伴隨而來的就是科技的發(fā)展，一方面，傳統(tǒng)電視節(jié)目對于廣大消費者的需求滿足已經(jīng)不再適應(yīng)時代的需要，另一方面，高清視頻網(wǎng)絡(luò)的興起令人們更加對新的網(wǎng)絡(luò)電視感興趣，所以需求增加對于網(wǎng)絡(luò)電視的推動起到了很大的作用。數(shù)字高清電視系統(tǒng)對于實現(xiàn)媒體提供者和媒體消費者互動有著很大的價值，而且還可以配置多種功能來完成用戶的選擇，這些配置可以完成數(shù)字電視節(jié)目、可視電話、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、收發(fā)電子郵件等多種功能，并且還可以實現(xiàn)娛樂、教育及商務(wù)功能。

1、數(shù)字高清電視接收技術(shù)

目前在國際上占主流的數(shù)字電視廣播標準有歐洲的DVB標準、北美國家的ATSC標準及日本的ISDB標準，中國的有線電視網(wǎng)絡(luò)一般采用的是歐洲標準DVB-C。如圖1所示為DVB發(fā)射系統(tǒng)信號處理流程圖，為了實現(xiàn)付費用戶更好的收看到高清電視，在發(fā)射過程中，對發(fā)送的TS流經(jīng)過了加密系統(tǒng)加密，使得未付費用戶不能接收到有效信號。

條件接收系統(tǒng)CAS（Conditional Access System）是付費數(shù)字電視廣播的核心技術(shù)，其主要功能是阻止非法入侵數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)，并允許被授權(quán)的用戶收看特定的節(jié)目而使未被授權(quán)的用戶無法收看。CAS的主要任務(wù)是阻止用戶接收未被授權(quán)的節(jié)目和如何從用戶處收費的問題，而在廣播電視系統(tǒng)中，在發(fā)送端對節(jié)目進行加擾（Scrambling）、加密（Encryption），在接收端對用戶進行尋址控制和授權(quán)解密、解擾是解決這個兩個問題的基本途徑。

CAS由前端（廣播）和終端（接收）兩個部分組成：前端完成廣播數(shù)據(jù)的加擾并生成授權(quán)信息以及完成解擾密鑰的加密工作，從而將被傳送的節(jié)目數(shù)據(jù)由明碼變?yōu)槊艽a，加擾后的數(shù)據(jù)對未授權(quán)的用戶無用，而向授權(quán)用戶提供解擾用的信息，這些信息以加密的形式復(fù)用到MPEG-2 的傳送流中，授權(quán)用戶對它進行解密后即可得到解擾密鑰（即控制字CW，Control word）并實現(xiàn)對信號的解擾和MPEG-2解碼。 終端由智能卡（或其他CA卡）和解擾器完成解密和解擾。CAS是實現(xiàn)付費電視廣播的技術(shù)保障。

2、系統(tǒng)組成及條件接收硬件設(shè)計

根據(jù)本次研究的實際需要，我們選擇的方案是基于杭州國芯的GX3001解決方案，該方案與其他廠商的解決方案相比具有以下幾個方面的特點：（1）技術(shù)較為成熟，該方案的核心芯片為GX3001，最高主頻達到了216MHz，同時該方案也經(jīng)過了長期的實踐考驗；（2）單芯片解決方案，具有較高的集成度。該方案的核心芯片為GX3001，除此之外，再無任何其他的核心芯片，并且完全又該芯片完成系統(tǒng)控制、解復(fù)用、視頻解碼、音頻解碼等功能，開發(fā)難度相對較??；（3）外部接口相對完善，該芯片可以提供較多的可編程接口，包括IO口、UART口、智能卡接口、I2C總線、前面板等。杭州國芯生產(chǎn)的GX3001芯片是一款成本相對較低但是性能比較高，具有高性價比的數(shù)字機頂盒解碼芯片。該芯片內(nèi)部集成了高性能的32位RISC CPU、MPEG2解復(fù)用器、MPEG2 視音頻解碼器、去隔行及后處理單元、真彩色的OSD及2D圖形加速、電視編碼以及視頻 DAC 等模塊，能夠較好的提供優(yōu)異的整機功能、性能以及 BOM 成本。

為了實現(xiàn)條件接收功能，需要設(shè)計智能卡接口，這也是廣播商保護自己利益的一個非常重要的手段。條件接收的核心就是控制字CW傳輸?shù)目刂?，在采用MPEG-2標準的數(shù)字電視系統(tǒng)中，與節(jié)目流主要是通過智能卡接口對加擾或者加密的數(shù)據(jù)進行解擾和解密。

GX3001提供了的智能卡接口，支持IS07816-3標準中定義的異步智能卡。如圖2所示，VCC5V直接與外部電源相連接；CARD_CLK為GX3001輸出至智能卡的時鐘信號，用于采樣有效數(shù)據(jù)；CARD_RST為GX3001輸出至智能卡的復(fù)位信號，用于對智能卡進行初始復(fù)位功能；CARD_IO為GX3001和智能卡之間雙向數(shù)據(jù)交互；CARD_SW為智能卡輸出至GX3001，用于判斷是否有智能卡有效插入。

3、條件接收軟件設(shè)計

對于使用機頂盒的用戶，機頂盒首先經(jīng)過解復(fù)用，得到經(jīng)過發(fā)送端加擾后的音視頻PES流、各種PSI/SI信息表，然后解析CAF和PMT表中的CA描述參數(shù)，獲得EMM和ECM的PID值，然后就可以從ts流中過濾得到ECM和EMM；利用智能卡上存儲的用戶私鑰對EMM信息進行解密，得到服務(wù)密鑰，再利用服務(wù)密鑰對ECM信息解密得到字CW；最后直接就可以通過該密鑰去設(shè)置機頂盒的解擾器，使得用戶正常收看此節(jié)目。具體實現(xiàn)代碼如下所示：

LIFOInitialize（&SlSubTableLisl）； //始化一個后入先出的列表

// SISubTableList

LIFOlnifializc（&SISectionSmallDataList）； //始化一個列表SISectionSmallDataList

LIFOlnitialize（&SISectionLargeDataList）；//初始化一個列表SISectionLargeDataList

for（i=0；i

{

LIFOPush（&SISubTableList，i）；

}

（下轉(zhuǎn)第78頁）

（上接第79頁）

for（i=0；i

//為SISectionSmallDataList關(guān)聯(lián)

//和定義存儲空間。每個存儲空間為

//1024字節(jié)，總共20*1024字節(jié)。

{

SISectionSmaUData[i].data=SISectionSmallDataBuffers[i]；

LIFOPush（&SlSeetionSmfllDataLisL（UINT32）&SISectionSmallData[i]）；

}

for（i=0；i

//同理為SlSectionLargeDataList關(guān)聯(lián)和定義

//存儲空間.每個存儲空問為4"1024字節(jié)，

//總共10*4*1024字節(jié)。

{

SISectionLargeData[i].data=SISectionLargeDataBuffers[i]；

LIFOPush（&SlSeetionLargeDataList，（UnqT32）&SISectionLargeData[i]）；

}

4、結(jié)論

在高清數(shù)字電視系統(tǒng)中，條件接收時數(shù)字電視發(fā)展的技術(shù)保障。通過設(shè)置條件接收系統(tǒng)，有效的保護了節(jié)目提供商和電視臺的利益。同時，條件接收系統(tǒng)也是推動數(shù)字電視發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。只有采用條件接收技術(shù)，實施健全的電視收費機制，才能推動高清數(shù)字電視的健康發(fā)展。

參考文獻

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