1、第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 第第7章章 有线数字电视系统中的条件接收技术有线数字电视系统中的条件接收技术 7.1 有线数字电视的有条件接收有线数字电视的有条件接收 7.2 有线数字电视条件接收的基础知识有线数字电视条件接收的基础知识 7.3 有线数字电视广播有线数字电视广播CA系统的结构及原理系统的结构及原理 7.4 国产条件接收系统介绍国产条件接收系统介绍 第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.1 有线数字电视的有条件接收有线数字电视的有条件接收计算机、网络通信和多媒体技术的飞速发展给电视广播带来了新的机遇，在数字广播电视网上，不仅能够实现传统电视广播业务，还可以衍生出
2、多种崭新的增值业务，如高速互联网接入、电视会议、可视电话、视频点播、按次收费、软件下载、网上游戏等。为了确保这些新业务的实现，不仅需要一个安全可控的综合管理业务平台，更重要的是需要一个安全、开放的条件接收系统(简称CA系统)。CA系统是用来控制用户接收电视广播业务的系统，也即用户只能收看经过授权的电视广播业务和节目，如视频点播、电子商务、连接Internet等都要收费。CA系统的基本目的是保障业务提供商、广播者的利益，通过对用户进行授权控制及授权管理，从而达到广播电视系统的有偿服务。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.2 有线数字电视条件接收的基础知识有线数字电视条件接收的基础知识7
3、.2.1 有线数字电视广播条件接收系统的特点及要求有线数字电视广播条件接收系统的特点及要求1.技术全面性技术全面性CA系统包括系统管理、网络技术、加/解扰技术、加/解密技术、复用技术、调制技术、机顶盒技术和智能卡技术，是一个综合的系统；同时，也涉及到用户管理、节目管理、收费管理、数据库等方面的应用技术。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 2.系统安全性系统安全性数字电视广播条件接收系统的传输网络是公开的，基本上是点对面的非对称传输，所以它是不安全网络，任何人都可以从中获得信息来研究它。同时，由于信息是连续不断传输的，可以长期公开、合法地进行分析研究，因此，CA系统一直是受到攻击的目标，而
4、且一旦被攻破，恢复的代价是很昂贵的。尽管至今还没有一个条件接收系统能够提供绝对的安全性，但应该要求其不能轻易被黑客攻破或破坏十分困难或很不经济。如果系统被攻破，则应能完全恢复。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 3.系统开放性系统开放性CA系统还应保持良好的开放性，在有线电视网络实现双向化、数字化的进程中，开放信息是必然的，只有开放信道才可以灵活开展各项业务，提高网络的利用率，开辟多种网络收入来源；同时，用户在一个开放的市场中，可以选择众多相互竞争的厂家生产的机顶盒，也即机顶盒也是一个开放的市场。因此，CA系统需要实现同密运行，使不同厂商的CA可以在同一系统中运行，打破垄断，实现公平竞争
5、，给用户提供良好的服务。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 4.业务多样性业务多样性CA系统的业务多样性是指要求CA系统不仅能控制用户接收视频、音频和辅助数据在内的数字广播业务，也能支持增值数据业务，不仅能支持卫星、有线网络，也能支持包括地面传输系统在内的多种传输方式。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.2.2 CA技术的发展历程技术的发展历程1.模拟电视模拟电视CA系统系统模拟电视CA系统又称第一代CA系统，其加扰原理主要是破坏水平和垂直的同步信号，通常采用视频倒相、水平同步重叠、数字随机视频行抖动等方法，其在我国于20世纪90年代中期曾得到应用。模拟电视CA系统加扰虽能实现
6、信息加密的功能，但缺点之一是会使信号产生损耗，使图像质量下降。模拟电视CA系统的另外一个缺点是，加扰时一套节目占一个频道，接收控制数据可以插在场逆程、行逆程中，或调制在伴音载频上或用专用频道传送，不存在复用的概念，因此具有独占排它性的特点，一个网络不能兼容两种不同的CA系统，这就会产生垄断而造成不公平竞争。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 2.数字嵌入式数字嵌入式CA系统系统数字嵌入式CA系统称为第二代CA系统，这类系统的特点是解密解扰操作控制模块与芯片一起固定在用户的机顶盒上，体现了一体化的设计思想。其缺点是，如果运营商想更换加密算法或者一旦被攻破，就必须将整个用户机顶盒全部收回更换
7、。这样无论对运营商还是用户，都会受到严重的经济损失。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 3.可分离式的可分离式的CA安全系统安全系统加密技术发展到第三阶段，其特点是将安全模块独立出来，做成一个可插拔的独立的加密模块，将接入控制的解密操作与解码器分离，这种加密系统的灵活性和可升级性有了很大改善。但是，这种系统在实现同密及多密工作模式方面有一定困难。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 4.软件软件CA平台平台随着数字技术的飞速发展，CA系统正朝着开放、独立和可升级的方向发展。软件CA系统是CA发展的第四个阶段，软件加密体系抛弃了硬件加密必须的专用加密芯片单元，而把加密体系建立在通用运算
8、平台上，依靠软件可以不断更新的优势，通过网络可对加密算法、密钥进行实时更换。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 软件加密是建立在软件可以不断更新，软件通过网络可以对加密算法、密钥不断地进行实时更换，即在“以万变保不变”的基础之上的，因而避免了硬件加密体系被动挨打的局面，安全性更高，成本更低；同时，软件加密体系可方便实现同密、多密等功能。因此，软件CA系统是一个开放的体系，符合网络技术的发展，是未来数字电视广播CA系统的发展方向。选择适当的条件接入系统对网络运营商至关重要，因为一般CA制造厂商出于保证网络安全及自身商业利益的考虑，往往不公开系统的技术，运营商每做一个改动，都只能通过CA制造
9、商来完成，这样就避免不了受制于CA制造商，这就是垄断的风险。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.3 有线数字电视广播有线数字电视广播CA系统的结构及原理系统的结构及原理7.3.1 有线数字电视有线数字电视 CA系统的结构系统的结构有线数字电视广播中的CA系统结构如图7-1所示。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 图7-1 有线数字电视广播中的CA系统结构框图 第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 1.节目信息管理系统节目信息管理系统节目信息管理系统的主要功能是为即将播出的节目建立节目表，其中包括将要播出的各个节目的CA信息。节目管理信息被SI发生器用来生成SI和PSI信息，
10、被控制系统用来控制节目的播出，被CA系统用来做加扰调度和产生ECM，同时送入用户管理系统。2.用户管理系统用户管理系统用户管理系统的功能主要是对用户和智能卡进行管理，包括管理和编辑用户信息、所有客户端的地址、智能卡号、证书和用户设备信息，同时处理用户的节目预定信息、用户授权信息、财务信息，并将这些信息转成EMM。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 3.加加/解扰器解扰器加扰是CA系统的重要组成部分。所谓加扰，就是在前端CA系统的控制字的控制下，连续不断地对被传送的视频、音频或辅助数据进行有规律地扰乱，如果直接显示将是杂乱无章的画面，只有经过解扰处理后才能恢复原始图像，而未授权的接收者无法
11、进行解扰。数字电视CA系统通常使用伪随机序列(PRBS)对原始序列做运算，得到了加扰的视/音频信号。解扰则是在接收端使用相同的伪随机序列和已经加扰的数据序列做相同的运算，将会恢复原始序列。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 4.控制字控制字(CW)发生器发生器控制字是用于加扰的控制信息，解扰的关键是要掌握伪随机序列发生器的初始条件。初始条件受控于控制字，有了控制字，就可以恢复加扰时使用的伪随机序列，对信号进行解扰。这个控制字可以说是一把钥匙，又称密钥。因此，控制字的安全传送是CA系统的关键，为了保证安全，CW每隔520秒改变一次。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 5.授权控制信息
12、授权控制信息(ECM)发生器发生器ECM是一种专用的条件接收信息，它携带了对控制字的加密编码和接收参数(如节目说明及接收节目所需的条件)等信息。ECM在发端被加密后，与信号一道传送到接收端，用来控制解扰。ECM发生器从节目管理系统获得节目标识信息、节目收视条件、节目加/解扰算法、节目提供商信息等，同时从控制字发生器中获得加扰用控制字。ECM发生器按照一定的数据编码格式将上述信息生成为一个完整的ECM数据包，经过加密后送到复用器中。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 6.授权管理信息授权管理信息(EMM)发生器发生器EMM是一种授权用户对某个业务进行解扰的信息。它携带了用户订购的节目信息，
13、指定了用户对业务的授权等级，用于多种收费业务，如付费电视(PPV)、立即付费电视(IPPV)、影视点播等，因此解密端要对用户在什么时间看、看什么频道进行授权。EMM发生器从用户管理系统中获得的基本用户授权信息包括用户的唯一标识、智能卡号、用户的授权信息等，同时业务密钥(SK)和用户端的公钥也送入EMM发生器，这些信息系统称为授权管理信息。在EMM发生器中，这些信息按照一定的格式编码后生成完整的EMM数据包，经过加密后与信号一道传送到接收端。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.加密器加密器在CA系统中加密器的功能是对授权管理信息和授权控制信息进行加密处理。第7章 有线数字电视系统中的条
14、件接收技术 7.3.2 有线数字电视有线数字电视CA系统的工作原理系统的工作原理CA系统采用多重密钥传送机制将控制字安全地传送到经过授权的客户端。在信号的发送端，首先根据节目播放的授权要求，由控制字发生器通过安全算法产生控制字CW，由它控制加扰器对来自复用器的MPEG-2传送流进行加扰。CW的字长一般为60比特，为了保证安全，CW每隔520秒改变一次，控制字就是加扰所用的密钥。ECM发生器收到来自控制字发生器的控制字后，加密器根据用户授权系统提供的业务密钥SK对控制字和控制参数进行加密运算，其输出即为经过加密以后的控制字和控制参数，称为授权控制信息(ECM)。用户端的解码器只有在得到现行有效的
15、业务密钥后，才能够对ECM解密得到控制字，从而实现对数据的解扰。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 业务密钥在送给ECM发生器的同时也提供给EMM发生器。用户管理系统提供的用户地址信息、用户授权信息等和业务密钥一起被送入EMM发生器，加密器利用分配密钥对这些信息进行加密运算，其输出即为经过加密以后的业务密钥和用户授权信息，称为授权管理信息(EMM)。用户端的解码器只有在得到现行有效的分配密钥后，才能够对EMM解密得到业务密钥，从而实现对控制字的解扰。ECM和EMM信息被送至MPEG-2复用器中，与送入复用器的图像、声音和数据信号比特流一起打包成MPEG-2传送流，加扰器对复用后的MPEG
16、-2传送流进行加扰运算。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 分配密钥的传递一般通过非常安全的渠道传递给用户，其中智能卡是一种方便的方法，将分配密钥固化在智能卡中并以加密的形式存储，用户需提供口令以供解密使用。在接收端，由于ECM和EMM被置于MPEG-2传送流包的固定位置，因此，解复用器便很容易解出ECM和EMM信号。机顶盒首先从解调后得到的传送流中得到ECM和EMM信息，其次在智能卡中完成用分配密钥对EMM解密得到业务密钥SK，然后业务密钥对ECM解密，得到控制字和控制参数，恢复出CW，并将它送至解扰器进行解扰。可见，整个数字电视CA系统的安全性得到了三重保护，如图7-2所示。第7章
17、有线数字电视系统中的条件接收技术 图7-2 CA系统的三重保护 第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 第一重保护：利用控制字对图像、声音和数据进行加扰。对图像、声音和数据进行加扰后，使没有得到授权的用户的接收机无法进行解扰，不能收看正常节目。第二重保护：利用业务密钥对授权控制信息ECM进行加密。控制字的安全传送依靠业务密钥，用户端的机顶盒只有在得到现行有效的业务密钥后，才能对ECM解密，从而获得控制字CW。这样，控制字在传送给用户的过程中即使被盗，盗窃者也无法对加密钥的控制字进行解密。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 第三重保护：利用分配密钥对授权管理信息EMM加密。由于对EMM加
18、密使得整个系统的安全性更强，使非授权用户在即使得到加密的授权管理信息的情况下，由于得不到分配密钥，因而无法对EMM解密，也就得不到业务密钥SK，更无法得到控制字，没有正确的控制字就无法解出并获得正常信号。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.3.3 有线数字电视有线数字电视CA系统实现的关键技术系统实现的关键技术1.加扰、解扰技术加扰、解扰技术在数字电视条件接收中，加扰与解扰技术至关重要。加扰是为了保证传输安全而对业务码流进行的特殊处理，通常在广播前端的条件接收系统控制下改变或控制被传送业务码流的某些特性，使得未经授权的接收者不能得到正确的业务码流。解码则是加扰的逆过程，在用户接收端的
19、解扰器中完成。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 下面讨论在数字电视条件接收系统中如何实现加扰，以及解扰是如何恢复加扰前的视频与音频数据的。在发送端，将伪随机发生器产生的伪随机码与原始数据进行异或运算，得到加扰的视频和音频数据。在接收端用相同的伪随机发生器，如果其起始点与发送端一样，则产生的伪随机码也与发送端完全一样，利用这个伪随机码和已经加扰的视频、音频数据同样做异或运算，即可得到与加扰前相同的信号。上述解扰过程表明，解扰的关键是要掌握伪随机码发生器的起始点。由于加、解扰发生器结构相同，因此，只要二者的起始点一样，即初始化一样，产生的伪随机码就相同。这个初始值的作用很关键，称为控制字，
20、未授权者只要掌握这个控制字，同样可以实现解扰。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 2.控制字与授权密钥加密技术控制字与授权密钥加密技术数字电视条件接收技术是现代信息加密技术在数字电视领域的具体应用，一方面实现了节目及业务信息的分类和管理，另一方面也实现了节目的条件接收。控制字加密在实现数字电视条件接收时非常重要，为使未授权者不容易掌握控制字，要使控制字经常变动，而且要变化很快，这样即使破译了个别字，由于控制字变化太快而无法解扰。对于授权用户，可将控制字加密成为ECM(授权控制信息)传送给用户，而且ECM要与已加扰的视、音频信号复用在一起传送到接收端，用户取得ECM后，还必须用与发送端加密
21、时相同的密钥才能解出控制字，这个密钥也由发端传送而来。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 接收端如果是已付费的授权用户，则有权拿到此密钥(又称授权密钥)，可利用此密钥解出ECM，得到控制字。如果是未授权用户或此授权用户本月未付费，则不能得到授权密钥。对授权密钥加密需要用到用户的分配密钥，当用户按月付费或用Smart卡时，可得到分配密钥。条件接收系统发端须用用户的分配密钥对授权密钥进行加密，形成EMM，即授权管理信息，并传给用户，若用户已有分配密钥，就可以用EMM解出授权密钥，随后再利用此授权密钥解出ECM中的控制字。由此可知，数字电视条件接收系统的发送端不仅要传送加扰过的视频、音频信息，
22、还必须将ECM和EMM一起传送到接收端。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 对加密算法有两个最基本的要求：首先是不能被轻易破解；其次是由于控制字变化很快，因而解密算法运行时间不应太长。加密算法主要有秘密密钥算法与公开密钥算法两种。秘密密钥算法的特点是采用秘密信道，在密钥源产生密钥以后，通过秘密信道将秘密密钥(例如授权密钥和控制密钥)传送给授权用户，以防止被窃取。由于该算法的加密、解密均使用同一秘密密钥，因此又称为对称密码体制。公开密钥算法的特点则是采用两个密钥，称为公开密钥和秘密密钥，只有两者搭配使用才能完成加密与解密的全过程，发送者利用公开密钥加密，只有具有秘密密钥的授权用户才能对它解
23、密，因而密钥不需要通过信道传送。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 比较典型的加密算法有DES加密算法和RSA加密算法。DES是秘密密钥体制中的一种，它是美国国家标准的加密算法，已经有多年的历史。ESA加密系统则属于一个公开密钥系统，它有两个Key：一个Key用来对数据加密，是公开的：另一个Key用来对数据解密，是不公开的。通过比较两种加密体制，可知秘密密钥与公开密钥各有优缺点。在秘密密钥体制中，发送者与接收者要使用同一密钥，为此发送者不仅要传送加密后的数据，而且要将密钥传送给接收者，这就必须使密钥在传送过程中不被窃取。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 在公开密钥体制中，各个用户
24、在接收端进行解密所用的密钥不必传输，这样就提高了安全性，从而有可能在公共信道上传送加密信息。这是公开密钥体制优于秘密密钥体制的地方。目前，各种秘密密钥加解密算法的软/硬件实现速度明显优于公开密钥的加解密算法。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 将秘密密钥与公开密钥两种加密体制结合起来，发挥各自的长处，会使数字电视的条件接收机制更加安全、有效。这主要体现在以下几个方面：在数字电视条件接收系统中，加密是有层次性的，很适合于采用两种加密体制结合的方式。在数字电视条件接收系统中，控制字是按秒快速变化的，可采用DES算法对控制字加密。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 在数字电视条件接收系统
25、中，用户授权系统对不同用户授以的授权密钥的有效期是由用户的付款期限所决定的，对于加密算法的运行速度要求不高，但对安全性要求很高。RSA算法对付偷袭者袭击、防止泄密的能力强于DES算法，因此，在利用用户各自的分配密钥对授权密钥进行加密时，宜采用RSA算法。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 3.同密与多密技术同密与多密技术在数字电视加扰、解扰的实现过程中，可采用同密与多密技术。同密(Simulcrypt)技术是通过同一种加扰算法和加扰控制信息，使多个条件接收系统一同工作的技术或方式。其核心是不同设备生产厂家采用一个通用的加扰方式，但对各自的密钥数据则采用各自的加密算法，同时要遵循通用的加扰
26、算法来加扰电视节目。对于数字电视条件接收系统，中国已确定采用同密技术，同时正在加快研究和开发具有自主知识产权的条件接收系统，中国远程教育卫星传输系统也已决定采用同密条件接收系统。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 同密技术的条件接收如图7-3所示。在发送端，条件接收器1和2同时对进入复用器的所有节目进行条件接收控制处理，所产生的ECM1、EMM1和ECM2、EMM2信号数据流与节目数据流复合后一同传送给用户。在接收端，接收机A中由于装有条件接收系统1的子系统，能够对条件接收器1产生的ECM1和EMM1信号进行解码，从而接收到此系统授权的节目。若接收机A得到了所有被加扰节目的授权，则它仅用
27、装有条件接收系统1的子系统，就能收看到所有从发送端传来的节目。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 图7-3 同密技术的条件接收 第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 多密技术是指将多个不同条件接收系统的码流复用在一个传送流中进行传送，接收端有条件接收多个不同条件接收系统节目的技术或方式。多密技术要求接收机采用CI技术，实际上釆用多密技术的同一台接收机可以接收不同条件接收系统的加密节目，从用户的角度来看，不会因购买一家条件数字接收机而使服务受到限制，用户还有选择其他条件接收服务的可能性。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 多密技术的条件接收如图7-4所示。在发送端，节目提供商提供
28、的第1套节目由条件接收系统1加扰，经调制后传输，节目提供商提供的第2套节目由条件接收系统2加扰，经调制后传输。在接收端，用户只要在接收机的公共接口上分别插上条件接收系统1和2的子系统模块，就可以利用这个接收机收到第1套和第2套节目。若在接收机上只装有条件接收系统1的子系统，则该接收机只能正确接收第1套节目，即使是在发送端授权该接收机能接收第2套节目，但由于没有安装条件接收系统2的子系统，则还是不能接收到第2套节目。当发送端节目提供商和提供的节目套数多于两个时，可以类推。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 图7-4 多密技术的条件接收 第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 4.智能卡技
29、术智能卡技术智能卡是一张塑料卡，内嵌CPU、ROM(EPROM或E2PROM)和RAM等集成电路，组成一块芯片。智能卡中釆用掩膜过的ROM来存储用户地址解密方法和操作程序，它们不可被读出，如果想用电子显微镜来扫描芯片，则E2PROM中的内容将被擦除；同时，在芯片内部，数据流在存储器之间的流动也不可能被直接检测出来。这就从根本上解决了智能卡的安全问题，而且芯片内部寻址的数据是加密的，存储区域可分成若干独立的子区，每个子区带有自己的保密代码，保密代码可作个人识别号(PIN)使用。智能卡内的数据和位置结构应随卡的不同而不同，否则安全性将大大降低。智能卡通过异步总线连接，芯片内的存储器不能从外部直接访
30、问，因而可以有效地防止非法攻击入侵。目前有线数字电视条件接收系统的机顶盒都采用智能卡技术。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.3.4 有线数字电视条件接收系统的特点有线数字电视条件接收系统的特点在DVB-C信源编码采用的MPEG-2标准中，已经定义了传送及识别条件接收信息的方法，但并未定义条件接收信息及所采用的加扰方法。因此，DVB-C根据条件接收系统的要求和目标，在使用技术上作了相应考虑，归纳起来有以下特点。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 1)DVB-C条件接收系统采用公共的加扰和解扰算法DVB-C通过规定公共的加解扰算法，定义了一个用于DVB-C传输的公共加解扰系统。在
31、一个网络中只采用一种条件接收系统既不符合市场需要，也不能满足并保证广播电视运营商对加扰节目传输的要求。DVB-C赞成并支持广播电视运营商根据需要在一个网络中采用不同的条件接收系统，但是，DVB-C要求各个不同的条件接收机系统必须采用DVB-C规定的相同的加解扰算法，只是各个条件接收系统的加解扰密钥控制字及其产生方法不同，即DVB-C公共加解扰算法规定符合DVB-C标准的各个条件接收系统的对象、声音和数据信息比特流的扰乱方法应当相同，而对各个密钥的保密处理方法则可以各不相同，各家独有。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 2)DVB-C条件接收系统定义了公共接口DVB-C在综合解码接收机(I
32、RD)和条件接收系统之间定义了一个公共接口，如图7-5所示。通过定义和使用公共接口，条件接收系统的设备生产商能够将公共解扰器及专利解密器集成在一块可拆卸的模块上，并可装入DVB-C接收机的插槽中，这样可以使DVB接收机的生产和销售与条件接收系统的生产和销售相分离，从而使广播电视运营商能够根据自身需要，选择不同的接收机生产厂商及条件接收系统生产厂商。公共接口的物理格式采用了个人计算机的PCMCIA标准，它在DVB-C接收机和条件接收模块之间有个68路的连接口，此连接口经过适当修改后，十分适用于DVB-C。该公共接口标准还规定了条件接收模块的形式参数和性能。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术
33、 公共接口在一个物理接口中包括两个逻辑接口：第一个是MPEG传送数据接口，它将解调以后的MPEG-2比特流送入条件接收模块，条件接收模块则根据授权控制系统的授权，对加扰的MPEG-2比特流按业务进行解扰，然后将处理后的MPEG-2比特流送回DVB-C接收机；第二个是命令接口，包括在组件(插入接口中)和主IRD之间的控制信息，它可以使条件接收模块能够与DVB-C接收机中的调制解调器、显示器件等进行通信，而并不要求DVB-C接收机必须理解其细节。在规定接口时使用了原有标准，连接器选择PCMCIA(个人计算存储卡国际协会)连接器，它广泛用于个人计算机。智能卡系统也可以安装到PCMCIA组件中去，卡片
34、阅读器包含在组件中。命令接口在设计上还可以附加其他功能，如电子节目单等。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 图7-5 条件接收系统的公共接口 第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 3)DVB-C条件接收系统在传输媒介边界处要求能够实现转换控制转换控制是指在不改变加扰信号、不解扰，也不再次加扰的情况下，改变数字电视条件接收系统的过程。由于DV-CB标准规定了公共加扰算法，符合DVB-C标准的各条件接收系统使用的加扰算法具有相同的加扰系统，因此，在两种传输媒介边界处的两边(如卫星传输与有线传输)，便可以使相同的加扰信号变换到不同的条件接收系统中去，即实现转换控制。第7章 有线数字电视系统
35、中的条件接收技术 4)DVB-C条件接收系统采用同密或多密技术DVB中建议了两种加扰方式：同密和多密。同密要求前端可以使用多个CA系统，每个CA系统可以使用不同的加密系统来加密各自的相关信息(CW、ECM、EMM等)，但对节目内容的加扰必须采用同一个加扰算法和加扰控制字，这样可以保证接收端使用不同的接收设备，同时又能接收相同的数字电视节目。由此可知，使用同密技术后，可以方便多级运营商的管理，为多级运营商选择条件接收系统提供了灵活性。我国已决定DVB-C的条件接收系统采用同密技术。与同密方案不同，多密技术主要针对接收端而言，用户可以采用多密接收方式接收不同的加扰/加密系统所加密的不同节目，在接收
36、端完全可以使用公共接口(Common interface)接口协议，采用PCMCIA卡就可以完成对不同节目解密/解扰的处理工作。由于DVB-C中的同密与多密方式都规定了标准接口，因而既方便了多个CA系统的集成，同时也方便了节目接收用户。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 5)有线数字电视条件接收系统的机卡分离技术(1)条件接收系统的机卡分离概念。所谓机卡分离，是指将数字电视终端中的通用部分(硬件)独立出来，做成“机”，而把各地广电运营商的条件接收系统(CA)和电子节目指南(EPG)、中间件、数据广播等诸多增值服务部分做成“卡”，也就是将CA模块与数字电视接收机(或机顶盒)分离。第7章 有
37、线数字电视系统中的条件接收技术(2)条件接收系统机卡方案的实现。目前，机卡分离机顶盒CA系统有三种实现方案：基于自主知识产权原创技术的UTI方案和基于欧洲标准的DVB-CI方案(“大卡”方案)，基于智能卡接口的“小卡”方案。PCMCIA卡(大卡)方案采用了欧洲的多密技术，即用一台机顶盒能够接收不同CAS节目的技术，其基本思想是将解扰、解密等需要保密的专有功能集中在一个可拆卸的CA模块(PC卡)中，而机顶盒的功能趋于通用化，只包含调谐器、解调器、解复用器和MPEG-2解码器等必需的设备，机顶盒与CA模块之间通过一个公共接口(CI)来连接和通信，完成节目解密。其原理框图如图7-6所示。第7章 有线
38、数字电视系统中的条件接收技术 图7-6 PCMCIA卡原理框图 第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 公共接口是PCMCIA卡实现方案的关键，它是在主机和模块之间定义的一个标准接口(符合欧洲EN50221标准)。公共接口在物理上是基于PCMCIA标准稍加修改而成的，而在逻辑上分为传输流接口(TSI)和命令接口(Command Interface)。传输流接口主要承担TS流的传输，而命令接口的结构相对复杂一些，承担建立和维护机卡之间的所有通信连接。在公共接口中，这两个逻辑接口协议的具体实现是分层的。清华大学的UTI标准采用USB 2.0接口，这是全球ICT业界当前最流行的接口标准，截至目前，
39、几乎所有的芯片公司开始内置USB接口，所有数码产品如数码相机、数码摄像机和MP3播放器等均采用USB作为标准接口配置。在PCMCIA组织推出的替代PCMCIAPC卡标准的Express Card内部，也采用了多路USB 2.0作为通信接口标准。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 目前，我国有线数字电视普遍采用64QAM调制方式，一个频点码率为38 Mb/s，双向将占用76 Mb/s带宽。从未来的发展看，电视机需要实现PIP(画中画)或POP(双画面)以及视频电子节目菜单(屏幕上同时显示多幅节目画面，用来选台)等应用，因此要求CA大卡必须能同时支持两个以上频点的双向传输，即要求大卡数据传输
40、速率在152 Mb/s以上。UTI方案采用的USB 2.0接口，可实现高达480 Mb/s的数据传输速率，从而可以支持多路频点的双向流动，保障了上述功能的实现，并对未来高清晰度普及预留了充分的扩展空间。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 使用UTI方案接口的芯片已经内置了DRM，可以保证节目在大卡和机顶盒之间传输的安全性，从而有效地保护节目的版权。在目前正在试验的几种机卡分离方案中，小卡方案的成本最低，其最大特征是保留原有硬件部分不做任何改动，只修正软件体系并加以规范，在不增加硬件成本的情况下，让CA与机顶盒实现分离。目前小卡方案的技术已经实现，网络运营商可以直接从供应商处采购到统一加工
41、的不含CA的机顶盒，再根据运营商选用的CA下载相应的机卡分离软件，将机顶盒与IC卡进行授权配对就可以正常使用了。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 小卡方案机卡分离的实现为机顶盒制造商带来了极大的便利。我国广东佛山是机卡分离小卡方案的第一个大规模实验城市，开拓了机顶盒硬件和软件彻底分离的运营模式。制造商只提供不带任何软件的裸机，机顶盒在经过出厂的常规检测以后被发送到网络公司。运营商则在本地设立软件罐装与CA授权配对的服务中心，无论是来自哪一家制造企业的机顶盒，都在服务中心进行统一的灌装和配对。自2004年下半年大力推广机卡分离技术以来，已经有一大批国内主流的机顶盒制造企业加入了小卡式机卡
42、分离机顶盒的制造行列，包括海尔、海信、TCL、创维、华为、同洲等都与天柏公司签订了机卡分离机顶盒的技术合作协议，制造商生产裸机，天柏向运营商提供应用软件，运营商根据自己的需要选择机顶盒并灌装应用软件。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 2002年11月，全国音视频标委会成立数字电视CA机卡分离标准工作组；2003年5月，数字电视CA机卡分离明确确定为我国的产业政策，并将CA机卡分离标准组升级为信息产业部机卡分离标准工作组。总之，机卡分离的目的是把数字电视接收机顶盒和CA分离。把机顶盒做成如电视机或手机一样统一的设备，可以在市场上自由销售，用户则可以根据不同的接收情况(有线、卫星或地面及不
43、同的CAS)购买不同的卡，这样机顶盒生产企业就不再受CA厂商的约束。随着集成电路的发展，将来中间件也可以做在卡上，很多数字电视的运营、增值服务软件都可以放在卡里。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 同时，网络运营商被解放出来，可以全心全意做好网络运营和增值服务。消费者则拥有了选择机顶盒的权利。机卡分离是我国数字电视产业发展的关键政策，能使企业逐渐形成规模，并将整个产业链的各个环节都充分调动起来，形成良性循环的态势。目前，我国工程技术人员开发出的机卡分离方案主要有PCMCIA大卡方案、USB 2.0大卡方案、ISO7816小卡方案三种。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 7.4 国产
44、条件接收系统介绍国产条件接收系统介绍7.4.1 中视联条件接收系统中视联条件接收系统中视联数字系统有限公司由我国十几家信息产业骨干企业发起，于1998年11月正式成立，目前已有成员30多家。2001年3月，中视联与飞利浦公司合作，成立了北京中视联条件接收系统有限公司，引进了飞利浦公司在世界范围内享有盛誉、已经非常成熟的CryptoWorks条件接收技术，自主开发接收机软件模块，更换国内自主的密钥与算法，最终形成拥有中国自主知识产权的整套本地化的ChinaCrypt条件接收系统。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 1.ChinaCrypt可提供多种灵活的授权方式可提供多种灵活的授权方式Ch
45、inaCrypt的授权方式主要如下：1)节目定期预定方式定期预定的服务通常用于收看一个特定的加密电视频道，有一定期限的授权，期限从一周到一年。它可以细分为分类分级方式和节目组合方式。分类分级方式用户购买节目时指定想要收看的类和级，由节目提供商添加相应的授权，通过EMM发送到用户的智能卡中，智能卡存储该授权，收看时只要节目的类和卡中授权的类相同，且小于等于卡中授权的级，用户就可以收看该节目。节目组合方式是由节目提供商把节目分成不同的节目列表供用户选择。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 2)按次付费(PPV)方式按次付费也称节目分次预定，节目提供商为每个将要播出的节目定义一个节目事件号，在
46、节目播出前，节目提供商通过EMM消息或其他的方式通知用户将要播出的节目及播出时间，用户可通过打电话来点播想要收看的节目，节目提供商添加对应的节目事件授权，通过EMM授权发送出去。用户接收到EMM后，把授权存入卡中，到节目播出时，只要用户卡中存储的事件号和节目的事件号相同，用户即可收看。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 3)即时按次付费(IPPV)方式即时按次付费也称为节目即时购买或立即付费电视，数据可以经电话或电缆回传。即时按次付费是最灵活的收看方式，节目购买完全是本地互动，无需提前打电话预定节目。节目播出前，用户均可以收看该节目的片段，预览结束后，在屏幕上显示该节目的费用，并询问用户
47、是否收看该节目。如果用户选择收看并输入正确的用户密码，就完成了节目的购买。以上的三种基本形式可以进行任意组合，从而为不同爱好的观众提供最合适的个性化服务。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术 2.ChinaCrypt条件接收系统的基本性能(1)支持多种硬件配置方案，采用模块化设计，适用于各种规模的收费电视运营，支持从几千到一千万的用户授权管理。CNCrytpt支持2.5万用户，DtviaCrypt支持35万用户，SinoCrypt支持1000万以下用户，系统之间可以平滑升级。(2)支持多种系统备份(热插拔和双机热备份)和用户数据库备份方案(磁盘列阵、磁带机等)。第7章 有线数字电视系统中的
48、条件接收技术(3)采用RSA算法处理用户的授权，密钥长度为5122048比特。采用专业加密机TRD(Tamper Resistant Device)作为前端系统的核心，采用协处理器和专用算法电路的双CUP智能卡作为接收机CA系统的核心。可以动态地更新系统的密钥与算法，可经广播寻址发送电子邮件(E-mail)和短信息，支持软件的空中下载和机顶盒软件的更新(Code Loader)。(4)每个智能卡中有多个算法和十多种密钥用于各种条件下的用户授权和密钥管理，多个节目供应商或运营商可以共享一张智能卡。支持多种节目打包的工作方式以及灵活的收费方式，支持多达256种用户身份识别功能。第7章 有线数字电视
49、系统中的条件接收技术(5)支持DVB通用接口，支持同密和多密工作方式，支持多种授权方式(全局、按组、单一)的授权管理，提高了寻址效率和安全保障；支持多种方式的预授权和任意设置的节目预览，可用日期开启/关闭授权。(6)支持一机一卡的配对工作方式，并支持单个的配对和解除，支持区域性限播和区域“点亮”，支持“家长控制”功能，支持“指纹技术”及防止非法复制功能。支持统一管理，智能卡全国统一编号，分级授权的管理模式，支持四级用户授权。(7)支持多种货币的结算，支持“电子钱包”、IPPV节目的本地交换和信用消费的功能。第7章 有线数字电视系统中的条件接收技术(8)支持多种前端编码设备，支持多种中间件，包括
50、MHP(Media Home Platform，媒体家庭平台)，支持简单网关协议(SNMP，Simple Network Management Protocol)，支持EPG和节目管理系统，具有可扩展的IP加密模块，包括安全网关SGW和加密编排器Scheduler。(9)可管理的节目数达16 M，可管理的模拟频道数为40200个，可管理的产品数为25016 000个，SMS请求处理速度为90 000720 000个/小时，EMM刷新速度为20 000 000个/小时，批量冗余处理PPV授权数量可达40 000 000个。(10)对200万用户进行唯一寻址的循环时间仅为415 s，带宽仅需2.7
