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文檔簡介
1、演講文稿1數(shù)字電視概念信息革命21世紀是信息革命的時代21世紀是數(shù)字化世紀和網(wǎng)絡化世紀信息革命的主要內(nèi)容是數(shù)字化和網(wǎng)絡化,而數(shù)字化又是網(wǎng)絡化的基礎2數(shù)字通信的優(yōu)點1、擴展了傳輸距離,提高了信號質(zhì)量由于采用判決識別來接收每一個碼元,因此在噪聲干擾還較小,不造成誤判的條件下,經(jīng)過判決識別再生后,就可以完全把噪聲干擾清除掉,再生出”干凈”的波形繼續(xù)傳輸。因此,可以多次再生中繼,不致因傳輸距離的增加而引起噪聲積累,可實現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸。提高了信號質(zhì)量。2、數(shù)字信號便于處理易于采用數(shù)字壓縮編碼技術,顯著降低信號的碼率,提高通信的有效性。易于采用數(shù)字信道編碼技術,進行檢錯和糾錯,顯著提高抗干擾能力,提
2、高通信的可靠性。易于加密,提高通信的安全性。3、為三網(wǎng)融合和多媒體通信創(chuàng)造了條件各種信源(聲音、圖象、計算機數(shù)據(jù)等)都用統(tǒng)一的數(shù)字信號表示,便于在統(tǒng)一的數(shù)字通信網(wǎng)絡中傳輸、存儲和交換,這為有線電視網(wǎng)、計算機通信網(wǎng)和電信網(wǎng)的三網(wǎng)融合,多媒體通信及交互式業(yè)務創(chuàng)造可條件。34、電視系統(tǒng)數(shù)字化將使電視制式和業(yè)務規(guī)格統(tǒng)一(1)全面數(shù)字化將使電視制式實現(xiàn)全球統(tǒng)一,不會再有NTSC、PAL和SECAM等不同的電視制式。因此,便利于節(jié)目的交換和信息的交流。在數(shù)字系統(tǒng)中標準不僅僅對設備外圍的接口,而且對數(shù)字信號處理的整個流程和細節(jié)都作了詳細規(guī)定。MPEG標準將對數(shù)字電視的各種應用和系統(tǒng)層作出詳細的規(guī)定。DVB則
3、對各種傳輸媒介,如衛(wèi)星、電纜和地面?zhèn)鬏斨械母鞣N處理環(huán)節(jié)進行了規(guī)定。(2)全面數(shù)字化的另一個影響是數(shù)字電視業(yè)務的和分級性帶來的各種業(yè)務的統(tǒng)一性,不同質(zhì)量的信源只是占用的比特率不同,而具有相同的格式,如家用質(zhì)量的電視比特率在1.5Mbps,專業(yè)級質(zhì)量在4-5Mbps,廣播級質(zhì)量在8-9Mbps,但都打成MPEG-2傳送包,可以在同一個設備中完成各種不同級別的圖象業(yè)務。5、易于設備的小型化和升級改造可以采用大規(guī)模集成電路,制成的設備體積小、重量輕、功耗小、可靠性高、壽命長,便于大規(guī)模生產(chǎn)。數(shù)字系統(tǒng)的性能易于通過軟件修改得到改進和升級。46、提高了頻帶利用率和傳輸效率采用壓縮編碼技術以后,在相同的頻帶
4、中數(shù)字信號可以比模擬信號傳送更多的信息。5模擬信號和數(shù)字信號的比較模擬信號與數(shù)字信號的比較見下表:注:碼元脈沖波形允許失真但要求判決無誤項目模擬信號數(shù)字信號定義信息以波形表示信息包含在碼元的組合之中幅度X(t)連續(xù)離散時間t連續(xù)離散質(zhì)量判劇波形失真誤碼率(注)6數(shù)字電視的主要標準一、數(shù)字視頻信號壓縮編碼標準(1)JPEG:用于靜止圖象壓縮。(2)H.261:用于會議電視。(3)MPEG-1:用于活動圖象,主要在光盤上使用,如VCD、視頻游戲等。(4)MPEG-2:用于活動圖象,為目前數(shù)字電視普遍使用的所方式,如數(shù)字有線電視、數(shù)字衛(wèi)星電視廣播、DVD、高清晰度電視等,MPEG-1是MPEG-2的
5、個子集。(5)MPEG-4:基于音頻和可視對象的編碼。MPEG-4標準將眾多的多媒體應用集成于一個完整的框架內(nèi),旨在為多媒體通信提供標準算法和工具。用于實現(xiàn)視聽數(shù)據(jù)的小編碼及更為靈活的存取。(6)MPEG-6:用于對日益龐大的圖象、聲音信息的管理和迅速檢索。7(7)MPEG-21:為多媒體框架標準,使多媒體資料在異構網(wǎng)絡中有效傳輸,協(xié)調(diào)不同層次的多媒體技術標準。二、數(shù)字音頻壓縮編碼標準1、MPEG-1:不僅有視頻壓縮部分,也有音頻壓縮部分以及復用系統(tǒng)。MPEG-1的音頻部分只涉及單聲道和立體聲,定義了:48KHz、44.1KHz、32KHz三種采樣頻率。MPEG-1的音頻Layer簡稱MP3已
6、得到廣泛使用。2、MPEG-2:其音頻編碼采用MUSICAM標準,即自適應掩蔽型通用子帶綜合編碼和復用。兼容MPEG-1 的音頻編碼方式。MUSICAM標準可分為三種格式,通常稱為第一層,第二層,第三層。第一層:傳輸速率可在32kb/s和448kb/s之間選擇。用于音頻錄音磁帶,第一層稱為簡化MUSICAM方式。第二層:稱為MUSIC方式,壓縮比高于第一層。第一層和第二層均采用32個子帶編碼,在每個子帶頻率區(qū)間內(nèi)進行PCM編碼。8第三層:壓縮比更高,它不采用子帶編碼方式而是采用了霍夫曼編碼和DCT變換,與視頻壓縮方式比較接近。MPEG音頻壓縮方式是向下兼容的。第三層解碼器可以解第二層和第一層的
7、音頻編碼,而第二層解碼器也可解第一層的編碼。MPEG-2除了視、音頻壓縮標準外,也有復用系統(tǒng)標準。3、AC-3AC-3是DOLBY AC-1的基礎上發(fā)展起來的,采用自適應增量調(diào)制(ADM)。AC-3提供了5個聲道的從20Hz到20kHz的全通帶頻響,即正前方的左(L)、中(C)和右(R),后邊的兩個獨立的環(huán)繞聲道左后(LS)和右后(RS)。DOLBY AC-3在1993年被定為美國HDTV的音頻標準,可用于影碟、CD唱片、DBS(數(shù)字廣播系統(tǒng))、CATV(有線電視)和DBS(直播衛(wèi)星)上。9三、DVB系統(tǒng)標準DVB(Digital Video Broadcasting)意為數(shù)字視頻廣播,DVB
8、是歐洲有170多個組織參加的一個項目,他包括了衛(wèi)星、電纜電視和地面廣播的普通電視和高清晰度電視的廣播和傳輸。DVB項目的主要目標是要找到一種對所有傳輸媒體都使用的數(shù)字電視技術和系統(tǒng),對它的要求是:(1)系統(tǒng)應能靈活傳送MPEG-2視頻、音頻和其他數(shù)據(jù)信號。(2)系統(tǒng)使用統(tǒng)一的MPEG-2傳送比特流復用。(3)系統(tǒng)使用統(tǒng)一的服務信息系統(tǒng)提供廣播節(jié)目的細節(jié)等信息。(4)系統(tǒng)使用統(tǒng)一的一級里得-索羅門前向糾錯系統(tǒng)。(5)使用統(tǒng)一的加擾系統(tǒng)但可以有不同的加密方法。(6)選擇適于不用傳輸媒體的調(diào)制方法和通道編碼方法以及任何必須的附加糾錯方法。(7)支持數(shù)字系統(tǒng)中的圖文電視系統(tǒng)。主要標準有三個:DVB-S
9、、DVB-C和DVB-T。10數(shù)字壓縮編碼原理一、數(shù)字信號壓縮編碼的必要性數(shù)字壓縮編碼亦稱信源編碼。數(shù)字信號有很多優(yōu)點,但當模擬年時秒度數(shù)字化后其頻帶大大加寬,一路6MHz的普通電視信號數(shù)字化后,其數(shù)碼率將高達167Mbps,對存儲器容量要求很大,占有的帶寬將達80MHz,這樣將使數(shù)字信號失去實用價值。數(shù)字壓縮技術很好的解決了上述困難,壓縮后信號所占用的頻帶大大低于原模擬信號的頻帶。因此說,數(shù)字壓縮編碼技術是使數(shù)字信號走向?qū)嵱没年P鍵技術之一。二、數(shù)字壓縮編碼的分類:數(shù)字壓縮技術可分為無損壓縮(Lossless compression)和有損(Lossy compression)二大類。11數(shù)
10、字壓縮編碼的分類數(shù)字壓縮技術可分為無損壓縮(Lossless compression)和有損(Lossy compression)二大類。前者有稱無失真信源編碼,適用于離散信源或數(shù)字信號。數(shù)據(jù)壓縮的基礎在于數(shù)據(jù)是信息和冗余度的組合,減少或去除冗余度就可以壓縮數(shù)據(jù)。信源不同,其冗余度也不同,相應的壓縮編碼方法也不同。概括起來,信源編碼方法有:(1)統(tǒng)計編碼:霍夫曼編碼,算術編碼,游程編碼,LZW編碼。(2)預測編碼:線形預測(包括DPCM、ADPCM、M等),楨內(nèi)預測,楨間預測,遠東補償預測。(3)變換編碼:KLT,DCT,小波變換等。(4)量化技術:標量量化、固定量化(均勻量化和非均勻量化)自
11、適應量化、矢量量化。(5)分形編碼。12(6)基于信號模擬參數(shù)的編碼,分析一合成編碼。13數(shù)字復用為了提高通信線路的利用率,使用多路信號在同一 條通信線路上傳輸而互不干擾,稱為多路復用,根據(jù)信號分割技術的不同有多種復用方式:1、頻分(信道的分割以頻率劃分)多路復用(FDM)2、時分(信道的分割以時間劃分)多路復用(TDM)(1)同步時分復用(STDM)(2)異步時分復用(ATDM)3、碼分(地址碼)復用(CDM)4、波分復用(WDM)14數(shù)字復接在數(shù)字通信系統(tǒng)中,為了擴大傳輸容量,提高傳輸效率,常常需要將若干個低速數(shù)字信號按時分復用方式合并成一個高速數(shù)字信號(高次群),然后在高速信道中傳輸。這
12、種實現(xiàn)數(shù)字信號合并的過程叫數(shù)字復接。參與復接的信號稱為支路信號,復接后的高速信號稱為合路信號。從合路信號中分出各支路信號為分接。有二中復接方法:同步復接和異步復接。15差錯控制原理為了達到系統(tǒng)規(guī)定的誤碼率,提高數(shù)字通訊的可靠性,往往要采用信道編碼來發(fā)現(xiàn)誤碼(檢錯碼)或發(fā)現(xiàn)并糾正錯碼(糾錯碼)。信道編碼也稱為差錯控制編碼。1,差錯的產(chǎn)生:數(shù)字信號在傳輸過程中,會受到各種噪聲的干擾,使接收端產(chǎn)生判決錯誤,造成誤碼(差錯)噪聲分隨機噪聲和突發(fā)噪聲判決差錯的主要指標:誤碼率=單位時間內(nèi)接收的錯誤碼元數(shù)/單位時間內(nèi)的碼元數(shù)差錯控制的方式:反饋糾錯 前向糾錯 混合糾錯信源編碼,需除去涌余,壓縮碼元的數(shù)量,
13、提高傳輸?shù)男?,信道編碼,是要增加涌余,增加碼元的數(shù)量,降低傳輸?shù)男省T黾拥臑楸O(jiān)督碼元,以獲得傳輸?shù)目煽啃浴?6數(shù)字信號的載波調(diào)制數(shù)字信號的兩種傳輸方式:基帶傳輸和通帶傳輸數(shù)字電視的基本調(diào)制方式:DVB-C DVB-S DBV-T 和DVB-ABS(中星9號直播衛(wèi)星)數(shù)字信號載波調(diào)制的兩個重要指標: 一是頻帶利用率-單位頻帶內(nèi)所能傳輸?shù)淖畲蟊忍芈?二是功率利用率-即在誤碼率到達要求時所需的最小信號與噪聲的功率比值17移相鍵控一、絕對相移鍵控與相對相移鍵控。相移鍵控分絕對鍵控(PSK)和相對鍵控(DPSK)兩種“絕對相移鍵控”是利用載波的不同相位直接表示數(shù)據(jù)信息;而“相對相移鍵控”則利用載波的
14、相對相位值表示數(shù)據(jù)信息,即利用前后碼元載波相位的相對變化來表示數(shù)據(jù)信息,相對鍵控又稱差分鍵控。二:QPSK四相絕對移相鍵控稱為4PSK或QPSK。四相調(diào)制信號可看成兩個正交的2PSK(BPSK二相絕對移相鍵控)信號的合成。18多電平正交幅度調(diào)制-QAM調(diào)制一、QAM調(diào)制的原理多電平正交幅度調(diào)制即QAM調(diào)制,也稱為幅度一相位復合調(diào)制(APK)QPSK的調(diào)制信號(I、O信號)共有兩種電平(1和0)即L=2,如果進一步增加電平的等級數(shù),即二電平進一步發(fā)展為多電平,L=4,8,16可獲得更高的頻帶利用率,這就是正交幅度調(diào)制(QAM)的出發(fā)點。19DVB-C標準一、DVB-C標準的產(chǎn)生歐洲的數(shù)字視頻廣播
15、(Digital Video Broadcasting,DVB)計劃開始于1993年。當時美國的全數(shù)字高清晰度電視計劃正在取得成功,成立了數(shù)字高清晰度電視“大聯(lián)盟”(Grand Alliance)而歐洲的HD-MAC方案基本上已經(jīng)放棄。當時MPEG-2標準正在制定之中,已經(jīng)顯示它在數(shù)字電視廣播領域有著誘人的應用前景。DVB是由電視工業(yè)界中部分國有的和私營的組織發(fā)起的一個市場引導的財團。他的目的是建立用于引入基于MPEG-2的數(shù)字電視服務的框架。DVB標準可以歸納成以下幾個部分:1、基帶處理基帶處理部分主要包括視、音頻信號的壓縮處理方法,碼流的組成等。鑒于MPEG-2標準的先進性和適應于諸多的應
16、用,DVB-2標準中的系統(tǒng)、視頻、音頻部分的標準,用于形成DVB中的ES(Elementary Streams)和TS(Transport Streams)。制定20MPEG-2時為適應更大的應用范圍,規(guī)定了不同應用可以采用相應的參數(shù)集合和參數(shù)取值范圍。另外,DVB在TS流中定義了許多輔助的信息,稱為服務信息(SI,Service Information),以便于選擇節(jié)目和了解與節(jié)目相關的信息,提供節(jié)目之間的相互關系,以及可以攜帶特定的數(shù)據(jù)。2、傳輸傳輸部分主要規(guī)定上述基帶信號如何通過各種廣播渠道進行發(fā)送。這也是DVB的重要組成部分。所規(guī)定的主要傳輸標準有:DVB-S:規(guī)定通過衛(wèi)星進行數(shù)字電視
17、廣播的方法,它是DVB最先制定的傳輸標準,主要規(guī)定了如何進行信道編碼以及調(diào)制等方面的技術。其中的部分技術成為以后其他標準的一些基礎。DVB-C:描述了數(shù)字電視在有線電視系統(tǒng)中廣播的編碼和調(diào)制方法。DVB-T:知識地面廣播數(shù)字電視的標準,規(guī)定了其編碼和調(diào)制方法。3、條件接收21由于許多節(jié)目和服務不是免費的,就設計到節(jié)目流的加擾和用戶的授權解擾。條件接收系統(tǒng)可以認為主要由兩大組成部分;一部分是如何對節(jié)目流或服務進行加擾(也稱SMS,Subscriber Management System),另一部分是如何加密和傳送用語解擾的控制字(也稱SAS,Subscriber Authorization)DV
18、B不對SMS和SAS進行標準化,DVB成員只開發(fā)了一個“公共加擾算法(CAS,Common Scrambling Algorithm)?!绷硗?,為了使接收機能夠接收不同服務,規(guī)定了接收機的條件接收的統(tǒng)一接口。4、交互操作交互操作是未來叔祖服務的優(yōu)點和必然趨勢。DVB中的交互操作基于MPEG-2中的DSM-CC標準,它還制定了利用不同物理信道(包括PSTN、ISDN、CATV信道,SMATV,VSAT等)作為交互操作的通信信道的方法。5、其他DVB所涉及的其他方面有:數(shù)字廣播、識字衛(wèi)星新聞收集、網(wǎng)絡傳輸接口、數(shù)字電視測試測量、數(shù)字電視綜合接收設備等。22二、我國數(shù)字電視標準GY/T170-200
19、1題為:“有線數(shù)字電視廣播信道編碼與調(diào)制規(guī)范”是國家廣電行業(yè)標準。DVB-C標準針對的業(yè)務是有線電視(CATV,Cable TV)系統(tǒng),這規(guī)定從基帶數(shù)字電視信號到CATV信道之間的適配方法,即信道編碼及調(diào)制方法。他的輸入數(shù)字電視信號可以是衛(wèi)星接收的節(jié)目,分配鏈路傳來的節(jié)目或本地節(jié)目。在DVB-C系統(tǒng)中,采用RS碼來進行前向糾錯,并采用交織來抗突發(fā)誤碼信道編碼的許多部分采用了與DVB-S相同的方法。輸入接口部分保證向系統(tǒng)輸入的信號格式與MPEG-2傳輸復用輸出的楨結構相同。然后輸入的信號要進行隨機化處理,再經(jīng)過RS編碼、交織,這些步驟與DVB-S相同,采用的方法也與DVB-S相同,即在經(jīng)過交織后
20、,這里的信號楨格式與DVB-S的楨格式完全兼容,這一點便于將按DVB-S標準的衛(wèi)星節(jié)目解調(diào)和進行內(nèi)碼解碼后直接用于CATV廣播。CATV的傳輸環(huán)境相對比較可靠,因此,在DVB-C中不再采用內(nèi)碼,以提高傳輸效率,而且調(diào)制方式也該為用正交幅度調(diào)制(QAM)。23DVB-C與DVB-S和DVB-T的差別一、DVB-C與DVB-S的差別1、DVB-C與DVB-S從隨機化到卷積交織以前的部分是相同的2、DVB-S與DVB-C不同之處主要有三點:(1)采用QPSK調(diào)制方式而不是QAM調(diào)制;(2)信號采用多重編碼:除與DVB-C相同的外碼(RS碼)外還采用了內(nèi)碼卷積收縮碼;(3)滾降系數(shù)不同。這些差別主要是
21、由于兩者的使用環(huán)境不同決定的。1、DVB-S。由于衛(wèi)星傳送通過大氣,易受干擾,而DVB-C是有線電視光纖等媒介中傳輸,受干擾的程度優(yōu)于DVB-S。2、DVB-S的功率受到限制。因此為了能提供較穩(wěn)的服務,DVB-S必須著重考慮對信號進行抗干擾較強的編碼和調(diào)制。24二、DVB-C與DVB-T的差別DVB-T是DVB的地面廣播傳輸標準。由于地面廣播的傳輸條件較差,存在著較大的多徑干擾、同頻干擾和鄰頻干擾。DVB-T采用了更多的抗干擾和防誤碼措施。1、DVB-T系統(tǒng)中能量擴散、外碼編碼、外交織與DVB-C和DVB-S相同,內(nèi)碼與DVB-S相同。2、不同的部分主要有:(1)內(nèi)交織。內(nèi)交織主要有兩步:先做
22、位交織,再做符號交織。(2)采用抗多徑回波干擾的OFDM調(diào)制方式。2K模式:在8MHz 射頻帶寬內(nèi)設置1705個載波。8K模式:在8MHz射頻帶寬內(nèi)設置6048個載波。25數(shù)字電視的條件接收一、條件接收的作用條件接收即Conditional Access,簡稱CA。1、CA系統(tǒng)是用來控制用戶接收電視廣播業(yè)務的系統(tǒng)。用戶只能收看經(jīng)過授權的電視廣播業(yè)務和節(jié)目。2、條件接收系統(tǒng)是數(shù)字電視收費的技術保障。CA系統(tǒng)的基本目的是保障業(yè)務提供商、廣播經(jīng)營者的利益,通過對用戶進行授權控制及授權管理,從而實現(xiàn)廣播電視系統(tǒng)的有償服務。3、條件接收系統(tǒng)與電視廣播系統(tǒng)是相對獨立的。模擬電視廣播也有條件接收系統(tǒng),常稱為
23、加擾電視,廣播電視系統(tǒng)的數(shù)字化更有利于條件接收的實現(xiàn),并且促使條件接收系統(tǒng)更加成熟和多樣化。4、條件接收系統(tǒng)是數(shù)字電視綜合利用不可缺少的部分。如視頻點播、電子商務、電子游戲、連接Internet等都要收費。二、加擾和加密26加解擾和加解密這兩中技術是條件接收系統(tǒng)的重要組成部分,有著密切的聯(lián)系,也是在條件接收中很容易混淆的兩個概念。1、加擾/解擾(Scrambling/Descrambling)。加擾是指在條件接收系統(tǒng)的發(fā)送端將信號加以改變,使未授權用戶無法獲取該信號提供的服務,由加擾器實現(xiàn)。解擾是指授權用戶恢復信號的原始狀態(tài)的過程,解擾由機頂盒完成,恢復被加擾的信號需依靠授權信息。加密是指CA
24、系統(tǒng)發(fā)送端將授權信息由明文變成密文的過程,以保證授權信息不被非法截獲,保證CA系統(tǒng)的安全性。加密由加擾/加密器實現(xiàn)。解密是指將授權信息由密文解密成明文的過程,使授權信息可用以解擾,解密也由機頂盒來實現(xiàn)。加密/解密部分是為加擾/解擾部分服務的。在CA系統(tǒng)中加擾/解擾方法往往是開放性的。如由DVB標準所規(guī)定,而加密/解密的具體方法由供應商決定的,是保密的。CA系統(tǒng)的安全性主要由加密/解密部分決定。27機頂盒往往由兩部分組成:機頂盒+IC卡插件。機頂盒部分包括射頻解調(diào)、基帶信號的解復用。解壓縮及各種功能的處理,是開放性的,不同廠家生產(chǎn)的機頂盒可以互換。智能插卡機(Smart-carda或IC卡)是完
25、成解密操作的主要部件,是CA系統(tǒng)的組成部分,是專用的不能互換,上面所說的解擾/解密過程由機頂盒實現(xiàn),其實是由機頂盒中的智能卡插件來實現(xiàn)。需說明的是有的CA系統(tǒng),其機頂盒沒有智能卡插件。即數(shù)字嵌入式的CA系統(tǒng),即解密-解擾操作控制模塊與芯片固化在一起固定在機頂盒中,但目前智能卡的設計結構的主流方向。二、數(shù)字電視廣播CA系統(tǒng)要求和特點(1)技術全面性CA系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡技術、加解擾技術、加解密技術、復用技術、調(diào)制技術、機頂盒技術、智能卡技術等,是一個綜合的系統(tǒng),同時也涉及用戶管理、節(jié)目管理、收費管理等數(shù)據(jù)庫方面的應用技術。28(2)系統(tǒng)安全性數(shù)字電視廣播條件接收系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡是公開的,基本上
26、是點對面的非對稱傳輸,所以是不安全的網(wǎng)絡,任何人都可以從中獲取信息開研究它,還由于信息是連續(xù)不斷傳輸?shù)?,可以長期公開合法的對它進行分析研究。因此CA系統(tǒng)一直是受到攻擊的目標,而且一旦被攻破,恢復的代價是昂貴的。盡管至今還沒有任何條件接收系統(tǒng)能夠提供完全安全性,但是應該要求系統(tǒng)不能輕易被黑客攻破或攻破十分困難或很不經(jīng)濟,如果攻破,系統(tǒng)應能盡快恢復。(3)系統(tǒng)開放性CA系統(tǒng)還需要保持良好的開放性,在有線電視網(wǎng)絡實現(xiàn)雙向化、數(shù)字化的進程中,開放信息是必然趨勢,只有開放信道才可以靈活開展各項業(yè)務,提高網(wǎng)絡利用率,開辟多種網(wǎng)絡收入來源。同時用戶在一個開放的市場中,可以選擇眾多相互競爭的廠家生產(chǎn)的機頂盒,
27、即機頂盒市場應是一個開放的市場。因此CA系統(tǒng)需要實現(xiàn)同密運行,使不同廠商的CA可以在同一系統(tǒng)中運行,打破壟斷,給用戶提供良好的服務。29(4)業(yè)務多樣性要求CA系統(tǒng)不僅能靠制用戶接收視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)字廣播業(yè)務,也能支持增值數(shù)據(jù)業(yè)務;不僅能支持衛(wèi)星、有線網(wǎng)絡也能支持包括地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)等在內(nèi)的多種傳輸方式。四、CA標準數(shù)字電視廣播條件接收系統(tǒng)規(guī)范GY/Z 175-2001。是國家廣電行業(yè)標準化指導性技術文件,該文件主要參考了DVB系列規(guī)范。該文件由正文和9個附錄構成,規(guī)定了CA系統(tǒng)的構成及總體要求,并在附錄中給出了節(jié)目信息管理系統(tǒng)與條件接收系統(tǒng)接口和要求。用戶管理系統(tǒng)的要求及其接口,智能
28、卡及其機頂盒的接口要求,條件接收智能卡標識、同密技術、多密技術的使用、業(yè)務信息/節(jié)目特定信息(SI/PSI)的規(guī)定等。30數(shù)字電視CA系統(tǒng)的工作原理一、節(jié)目流的加擾和解擾數(shù)字電視廣播的信源標準采用MPEG-2的TS流。所謂加擾就是在CA系統(tǒng)發(fā)送端,對節(jié)目流進行有規(guī)律的擾亂。數(shù)字電視CA系統(tǒng)的加擾方法,通常使用一個偽隨機序列(PRBS)對原始節(jié)目流做XOR運算,即異或運算。經(jīng)過運算偶的節(jié)目流當然已經(jīng)面目全非,用戶無法收看。解擾的方法是用同樣的PRBS對加擾后的節(jié)目流再次做XOR運算,就可恢復原始節(jié)目流因為PRBS+PRBS=0,任何相同的兩和數(shù)字信號做異或運算都將抵消。二、加密與解密1、控制字(
29、Control Word)箭稱CW。上面所涉及的解擾過程其中很重要的一個條件是兩個PRBS的時間要準確一致。這就是說起始點是一個重要條件,或者說要掌握PRBS發(fā)生器的初始條件。因為這個初始化的值就成為關鍵字,稱為控制字,誰掌握了控制字,誰就可以解擾。312、控制字加密為了使黑客不容易掌握控制字,通常將控制字加密成為ECM信息傳送給用戶。ECM是Entitlement control Messages的縮寫,即授權控制信息。并且控制字要經(jīng)常變動,每隔5-20秒鐘就變一次,使黑客來不及破譯。ECM和已加擾的節(jié)目流復用在一起傳送到用戶端。3、授權密鑰及其加密用戶取得了ECM后,如何將控制字解出來?這
30、就要采用授權密鑰(Authorization Key)授權密鑰亦稱為業(yè)務密鑰SK(Service Key)。SK對控制字和控制參數(shù)進行加密運算。ECM包括經(jīng)SK加密運算后的控制字和控制參數(shù),控制參數(shù)為節(jié)目有關的信息。SK也由發(fā)送端送至用戶端。4、用戶分配密鑰及加密。用戶取得了ECM后,能不能解出CW,獲得節(jié)目,還需要一個重要的條件,這就是要看用戶是否交費,交費即與用戶地址有32關的信息包含分配密鑰(DK)中。分配密鑰對授權加密形成EMM數(shù)據(jù)包,復用后一起傳送給用戶,EMM即授權管理信息(Entitlement Management Message)。分配密鑰的傳遞一般是通過非常安全的渠道傳送給
31、用戶,智能卡就是一種方便的方法。分配密鑰固化在智能卡中并以加密形式存儲。三、CA系統(tǒng)的解擾/解密過程在接收端,由于ECM和EMM信號被放置于MPEG-2傳送流包的固定位置,因此,解復用器便很容易解出ECM和EMM信號。機頂盒首先從解跳后得到的傳送流中取得ECM和EMM信息,其次在只能卡中完成分配密鑰對EMM解密得到業(yè)務密鑰SK,然后用業(yè)務密鑰對ECM解密,得到控制字和控制參數(shù),恢復出控制字CW,并將它送至解擾器進行解擾。可見,整個數(shù)字電視廣播CA系統(tǒng)的安全性得到了三重保護如下圖:33第一重保護:利用控制字對圖象、聲音和數(shù)據(jù)進行加擾。對圖象、聲音和數(shù)據(jù)進行加擾使沒有得到授權用戶的接收機無法進行解
32、擾,不能正常收看節(jié)目。第二重保護:利用業(yè)務密鑰對授權控制信息ECM加密??刂谱值陌踩珎魉鸵揽繕I(yè)務密鑰,用戶端的機頂盒只有在得到現(xiàn)行有效的業(yè)務密鑰后,才能對ECM解密,從而獲得控制字CW。這樣控制字在傳送給用戶的過程中即使被盜,盜竊者也無法對加密的控制字進行解密。第三重保護:利用分配密鑰對授權管理信息EMM加密。對EMM加密使得整個系統(tǒng)的安全性更強,使非授權用戶在即使得到加密的授權管理信息的情況下,由于得不到分配密鑰,因而無法對EMM解密,也就得不到業(yè)務密鑰SK,更無法得到控制字,沒有正確的控制字就無法解出并獲得正常信號。34總結CA系統(tǒng)解擾/解密過程如下:1、節(jié)目流的解擾、需獲得與加擾相同的P
33、RBS。2、PRBS的初始化是一個關鍵,初始化由控制字(CW)決定3、CW由業(yè)務密鑰(SK)進行加密形成ECM數(shù)據(jù)包只有掌了SK方能解出CW。4、是否允許解出SK取決于分配密鑰(DK0,分配密鑰加密形成EMM數(shù)據(jù)包。5、解密-解擾過程如下:由分配密鑰解密EMM解密ECM獲?。I(yè)務密鑰)獲CW解擾獲原始節(jié)目流35數(shù)字電視廣播CA系統(tǒng)的結構一、CA系統(tǒng)結構在前端CA系統(tǒng)的主要部分由節(jié)目信息管理系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、控制字發(fā)生器、加密解密系統(tǒng)、加擾解擾系統(tǒng)、ECM發(fā)生器(ECMG)、EMM發(fā)生器(EMMG)、復用器等系統(tǒng)組成。(1)節(jié)目信息管理系統(tǒng)節(jié)目信息管理系統(tǒng)主要功能是為即將播出的節(jié)目建立節(jié)目表,
34、其中包括將要播出的各個節(jié)目的CA信息。節(jié)目管理信息被SI發(fā)生器用來生成SI和PSI信息,被控制系統(tǒng)用來控制節(jié)目的播出,被CA系統(tǒng)用來做加擾調(diào)度和產(chǎn)生ECM,同時送入用戶管理系統(tǒng)。(2)用戶管理系統(tǒng)主要對用戶和智能卡進行管理,包括管理和編輯用戶信息,所有客戶端的地址號、智能卡號、證書和用戶設備信息,同時還處理用戶的節(jié)目預定信息、用戶授權信息、財務信息等,并將這些信息轉(zhuǎn)換成EMM信息。36(3)加解擾器加擾(Scramble)是CA系統(tǒng)的重要組成部分。所謂加擾就是在前端CA系統(tǒng)的控制字的控制下,連續(xù)不斷的對被傳送的視頻、音頻或輔助數(shù)據(jù)進行有規(guī)律的擾亂,如果直接顯示將是雜亂無章的畫面,至于經(jīng)過解擾(
35、Descramble)處理后才能正確恢復原始圖象、而未授權的接收者無法進行解擾。數(shù)字電視CA系統(tǒng)的加擾方法,通常使用偽隨機序列(PRBS)對原始序列做運算,得到加擾了的視音頻信號。解擾則是在接收端使用相同的偽隨機序列和已經(jīng)加擾的數(shù)據(jù)序列做相同的運算,將會完全恢復原始序列。(4)控制字CW發(fā)生器控制字(Control Word)是用于加擾的控制信息。解擾的關鍵是掌握偽隨機序列發(fā)生器的初始條件,初始條件受控于控制字,有了控制字就可以恢復加擾時使用的偽隨機序列,對信號進行解擾。這個控制字可以說一把鑰匙。因此控制字的安全傳遞是CA系統(tǒng)的關鍵。為了保證安全,CW每隔5-20秒就改變一次。37(5)授權控
36、制信息ECM發(fā)生器ECM(Entitlement Control Message)是一種專用的條件信息,她攜帶了對控制字的加密編碼和接收參數(shù)(如節(jié)目說明及寄售節(jié)目所需的條件)等信息。ECM在發(fā)端被加密以后與信號一道傳送到接收端。在接收端,ECM被用來控制解擾。ECM發(fā)生器從節(jié)目管理系統(tǒng)獲得節(jié)目標識信息、節(jié)目收視條件、節(jié)目加擾算法、節(jié)目提供商信息等,同時從控制字發(fā)生器中獲得加擾用控制字。ECM發(fā)生器按照一定的數(shù)據(jù)編碼格式將上述信息生成一個完整的ECM數(shù)據(jù)包經(jīng)過加密后送到復用器中。(6)授權管理信息EMM發(fā)生器EMM(Entitlement Management Messages)是一種授權用戶對
37、某個業(yè)務進行解擾的信息,它攜帶了用戶訂購節(jié)目信息,指定了用戶對業(yè)務的授權等級。由于有多種收費業(yè)務,如付費電視(PPV)立即付費電視(IPTV)、影視點播(VOD)等,因此解密端要對用戶在什么時間看,看什么進行授權。38EMM發(fā)生器從用戶管理系統(tǒng)中獲得基本用戶授權信息,包括用戶的唯一標適號、智能卡號、用戶授權信息等,同時業(yè)務密鑰(SK)和用戶端的公鑰也送入EMM發(fā)生器,這些信息統(tǒng)稱為授權管理信息。EMM發(fā)生器中,這些信息按照一定的編碼格式編碼后生成完整的EMM數(shù)據(jù)包后,經(jīng)過加密后與信號一道傳送到接收端。(7)加密器在CA系統(tǒng)中需要對授權管理信息EMM和對授權控制信息ECM進行加密(Encrypt
38、ion)處理。二、CA系統(tǒng)的工作原理1、CA系統(tǒng)工作分為三個層次第一層是加擾層,第二層是控制層,第三層是管理層。2、CA系統(tǒng)的基本信息包括:(1)節(jié)目流、數(shù)字視頻、音頻及數(shù)據(jù),這些是有償服務的信息(2)服務信息,SI如節(jié)目單、節(jié)目加擾算法、標識以及接收節(jié)目所需要的條件,總之是與節(jié)目服務有關的控制信息。服務信息包含在ECM數(shù)據(jù)包中。39(4)加密信息加密信息包括CW、業(yè)務密鑰和分配密鑰。加密信息分別包含在ECM和EMM數(shù)據(jù)包中。3、CA系統(tǒng)的工作流程(1)發(fā)送端CA系統(tǒng)用多重密鑰傳送機制將控制字安全地傳送到經(jīng)過授權的客戶端。在信號的發(fā)送端,首先根據(jù)節(jié)目播放的授權要求,由控制字發(fā)生器通過安全算法產(chǎn)
39、生控制字CW,由它來控制加擾器對來自復用器的MPEG-2傳送流進行加擾。CW的字長一般為60比特,為了保證安全,CW每隔5-20秒改變一次,控制字就是加擾器所用的密鑰。ECM發(fā)生器收到來自控制字發(fā)生器的控制字后,加密器2根據(jù)用戶授權系統(tǒng)提供的業(yè)務密鑰SK(Service Key)對控制字和控制參數(shù)進行加密運算,其輸出即為經(jīng)過加密以后的控制字和控制參數(shù),它稱為授權控制信息(ECM)。用戶端的解碼器只有在得到現(xiàn)行有效的業(yè)務密鑰后,才能夠?qū)CM解密提到控制字,從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)解擾。40業(yè)務密鑰在送給ECM發(fā)生器的同時也提供給EMM發(fā)生器。用戶管理系統(tǒng)提供的用戶的地址信息、用戶授權信息等和業(yè)務密鑰一起
40、被送入EMM發(fā)生器,加密器1利用分配密鑰對這些信息進行加密運算,其輸出即為經(jīng)過加密以后的業(yè)務密鑰和用戶授權信息,它稱為授權控制信息(ECM)。用戶端的解碼器只有在得到現(xiàn)行有效的分配密鑰后,才能夠?qū)MM解密得到業(yè)務密鑰,從而實現(xiàn)對控制字的解擾。ECM和EMM信息被送至MPEG-2復用器中,與送入復用器的圖象、聲音和數(shù)據(jù)信號比特流一起打包成MPEG-2傳送流。加擾器對復用后的MPEG-2傳送流進行加擾運算。分配密鑰的傳遞一般是通過非常安全的渠道傳遞給用戶,其中智能卡是一種方便的方法。將分配密鑰固化在智能卡中,并以加密形式存儲,用戶需提供口令才能供解密使用。(2)接收端從MPEG-2的傳送流包中解
41、復用獲得ECM和EMM信號。智能卡完成用分配密鑰對EMM解密,獲得業(yè)務密鑰SK。然后用SK對ECM解密,獲得控制字CW和控制參數(shù)恢復出CW。將CW送至解擾器進行解擾。41三、智能卡的結構和作用智能卡與機頂盒相互作用,完成解擾任務,智能卡中包含用戶信息。包括用戶地址信息、交費情況信息以及通信協(xié)議解密算法和信號電壓等要求。智能卡要符合ISO-7816協(xié)議,其中包括卡的傳送協(xié)議。當卡插入解碼器中時,它重新設置并送一個信息包給解碼器,這個信息包叫做“Answer toReset”,這是卡送出的最重要的包,它告訴解碼器要采用什么樣的通訊協(xié)議,以及為了運行需要什么樣的信號和電壓。智能卡是由節(jié)目供應商提供的
42、,不同的節(jié)目提供商提供的,不同的節(jié)目供應商用不同智能卡。42同密和多密模式一、同密和多密模式涉及的任務和目的在數(shù)字電視廣播條件接收市場中,在網(wǎng)絡中采用一種條件接收系統(tǒng)是不符合開放的市場需要的,但是各個廠家都希望保守自己的CA秘密,很難達到一致意見,更難制定統(tǒng)一標準。為了使網(wǎng)絡中的CA系統(tǒng)具有良好的開放性,DVB主組制定了兩大類CA工作模式:一類是同密(Simulcrypt)工作模式,主要規(guī)定了條件接收系統(tǒng)和MPEG-2壓縮、復用系統(tǒng)之間的接口規(guī)范;另一類是多密(Multicrypt)工作模式,規(guī)定了機頂盒與CA模塊之間的接口,即通用接口(Common Interface)。通過采用這些方法,使
43、得在一個傳輸網(wǎng)絡中使用多種條件接系統(tǒng)成為可能,也使得在一個機頂盒中接收多個CA系統(tǒng)的節(jié)目成為可能。更重要的好處是,使得CA系統(tǒng)具有很大的靈活性,可以防止壟斷。二、同密模式(Simulcrypt)由于在一個網(wǎng)絡中只采用一種條件接收系統(tǒng)不符合市場需要的43廣播電視運營商希望一個網(wǎng)絡中采用不同的條件接收系統(tǒng),用戶可以用不同CA廠家制造的機頂盒接收同一套節(jié)目,同密技術可以滿足這種要求。(1)多個CA廠商的CA系統(tǒng)可以對相同的節(jié)目或數(shù)據(jù)進行控制同密技術是指通過使用同一種加擾算法和相同的加擾控制信息(控制字CW),使多個CA系統(tǒng)一同工作的技術。多個CA系統(tǒng)可以在相同的加解擾系統(tǒng)中運行共享節(jié)目信息,CA系統(tǒng)
44、的運營商的機頂盒可以接收同一個經(jīng)過同密處理的數(shù)字電視業(yè)務。這樣在前端就要求復用壓縮系統(tǒng)要與不同的CA系統(tǒng)廠家達成共同協(xié)議,建立統(tǒng)一的接口,并將不同廠家的用戶管理系統(tǒng)和ECM和EMM發(fā)生器集成在同一個前端。DVB對此規(guī)定了通用的加擾算法。所以實現(xiàn)同密的CA廠家可以開發(fā)各自不同加密的ECM和EMM,但都要遵循通用加擾算法。在同密情況下,用相同的控制字驅(qū)動加擾過程,而這個控制字可以通過不同的CA系統(tǒng)經(jīng)加密后傳輸給帶有不同CA子系統(tǒng)的解碼器,這樣在一套節(jié)目信號中可帶有不同CA系統(tǒng)的ECM和EMM等加密信息,傳送不同的CA系統(tǒng)的機頂盒用戶群。因此,同密方案是同時傳輸多種授權信息。44(2)在客戶端機頂盒上可嵌入多個CA廠家的CA控制在接收端,機頂盒必須遵循通用解擾算法實現(xiàn)對節(jié)目和數(shù)據(jù)的解擾。此外,機頂盒可以嵌入多個CA廠家的CA控制模塊。如果用戶的機頂盒中裝有CA系統(tǒng)1的子系統(tǒng),并且得到授權,則可以對ECM1和EMM1信號進行解密,從而接收到CA系統(tǒng)1授權的節(jié)目。如果機頂盒還有得到CA系統(tǒng)2的加擾節(jié)目的授權,則它僅有CA系統(tǒng)1的子系統(tǒng),也能對ECM2和EMM2信號進行解密,從而接收
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