（电路与系统专业论文）有线电视射频行同步抑制加解扰技术.pdfVIP

太原理工大学硕士学位论文 摘要 本文综述了目前常用的几种主要的电视信号的加解扰技术，如非扰 频加解扰技术、模拟基带加解扰技术、射频信号加解扰技术、模拟信号 的数字处理加解扰技术以及数字信号加解扰技术等。在对这几项加解扰 技术进行性能上的分析与比较的基础上提出了射频行同步信号抑制的加 解扰技术方案。 、 本方案以单片机m c s 一5 1 作为加解扰系统的核心控制器件，通过将有 线电视射频信号的某些行同步头压缩掉的方式实现对电视信号的加扰。 解扰是加扰的逆过程，它根据加扰端送来的控制信号决定在什么时候对 哪些同步头进行还原。在有线电视系统前端通过微机串行通信可以对加 解扰的实现进行控制。加解扰的控制信息通过f s k 调制后传送到用户端 解扰器。作为一个收费系统，本课题采用了i c 卡对用户进行收费和授权。 射频行同步信号抑制的加解扰技术成本较低，技术比较成熟，电路 实现也较为简单。具有较好的安全性和图像的还原性，是适合我国有线 电视业发展的一种加解扰方式。 关键词：有线电视，p t v ，付费电视，加解扰，单片机 】 太原理i 丁大学硕十学位论文 a b s t r a c t t l l i s p a p e r i n t r o d u c e ss o m eo ft h ew e l l - k n o w n s c r a m b l i n g a n d d e s c r a m b l i n gt e c h n o l o g i e sa n dc o m p a r e st h e i rp r o p e r t i e sw i t i le a c ho t h e r t h es c r a m b l i n ga n dd e s c r a m b l i n g t e c h n o l o g i e s i n c l u d e n o n d i s t u r b i n g f r e q u e n c ym e t h o d ，a n a l o gb a s eb a n dd i s t u r b i n gm e t h o d ，t h er a d k r f r e q u e n c ys i g n a ld i s t u r b i n gm e t h o d ，t h ed i g i t a ld i s t u r b i n gm e t h o df o rt h e a n a l o gs i g n a lm a dt h ed i g i t a ls i g n a ld i s t u r b i n gm e t h o d ，e t c a f t e rt h e i n t r o d u c t i o nap r o j e c tb a s e do nt h ec o m p r e s s i o no ft h er fs y n c h r o n o u s i n f o r m a t i o ni sf o r m u l a t e d t h i sp r o j e c tu s e st h es i n g l ec h i pm a c h i n em c s 一5 1a si t sf u n d a m e n t a l c o n t r o l l i n gu n i ta n da d o p t sm a n yd i g i t a lc h i p s s c r a m b l i n gi sf u l f i l l e db y c o m p r e s s i n gs o m eo ft h es y n c h r o n o u st i p sc a r r i e db yr fs i g n a l a st h e r e v e r s ep r o c e d u r eo fs c r a m b l i n g ，d e s c r a m b l i n gr e s t o r e st h es y n c h r o n o u st i p s t oi t sp r o p e rp l a c ea c c o r d i n gt ot h ec o n t r o l l i n gi n f o r m a t i o nt r a n s m i t t e df r o m t h es c r a m b l i n gc i r c u i t a tt h ef o r ee n dac o m p u t e rc o n t r o l st h es c r a m b l i n g c i r c u i tt h r o u g hs e r i a lc o m m u n i c a t i o n t h ec o n t r o l l i n gi n f o r m a t i o ni ss e n tt o t h ed e s c r a m b l e ra f t e r b e i n gf s km o d u l a t e d a sat o l ls y s t e m ，f o r a u t h o r i z a t i o n ，i th a st h ei cc a r dp a r t t h et e c h n o l o g yo fc o m p r e s s i o no ft h er fs y n c h r o n o u si n f o r m a t i o ni s c o m p a r a t i v e l yl o wa n ds e c u r e a n di tc a d _ a l s op r o d u c eh i g h q u a l i t y d e s c r a m b l i n gs i g n a l s i ti ss u i t a b l ef o rt h ec a t vd e v e l o p m e n to fc h i n a k e y w o r d s ：c a = ，p t v ，s c r a m b l i n g ，d e s c r a n l b l i n g ，s i n g l ec h i pm a c h i n e ， s e tt o pb o x ；e n c r y p t ，d e c r y p t ，d i s t u r b i n g 太原理工大学硕上学位论文 第一章绪论 第一节有线电视系统及其加解扰技术 有线电视技术的普及与提高，极大地满足了人们文化娱乐生活的需 要。由于它是闭路传输，抗干扰能力强，信号传输质量较高，而且在一 定程度上解决了带宽资源有限的问题，所以是一种很好的电视信号传输 方式。 在有线电视发展的初期，有线电视台正常运营所需经费主要来源于 广告收入，但随着进一步的发展，广告收入已远远不足以维持其运营及 提高。而且，随着我国改革开放的不断深入，国家政策的不断调整，对 国外节目源的不断引进，如科技、体育、音乐、电影、动画等节目，以 加密的方式传输，最大限度地满足各种层次电视观众的收看，进行分级 按需管理，提供不同类型的优质服务，既能丰富广大电视观众的文化生 活，也能增加有线电视的合理收费；同时对我国广播电视网络的数字化、 产业化发展将起到积极的推动作用。加密电视的广泛深入发展将是未来 广播电视发展的必然趋势。 传统的有线电视系统所播出的节目形式比较单一，无法满足观众的 需求。这就需要有线电视经营商不断地扩展系统容量，改善播出质量。 在这种情况下，付费电视应运而生。 有线电视收费在国外已有二、三十年的历史，但在我国却只是在近 几年才开始的。有线电视收费不仅保障了有线电视台的正常运营，而且 也使得传送不同种类的电视节目信号更加容易管理。目前不加扰的有线 电视收费率最多只能达到总户数的7 5 8 0 ，如果有1 0 万用户，就会 有2 2 5 万的用户因各种各样的原因欠缴或不缴收视维护费，给国家造 成了极大的浪费。若全部实行加密传输，就能保证收视维护费的及时、 全面收缴，提高收费工作效率，提高社会经济效益。而且付费电视的用 1 太腺理工大学坝士掌位论文 户可以根据自己的喜好，在向有线电视台交纳一定的费用后，收看自己 喜爱的节目。这种机制的运营所依赖的技术就是加解扰技术。 所谓加扰( s c r a m b l i n g ) ，是指在有线电视节目信号发送之前，对其 某些特性进行更改，使得在接收端没有得到授权的用户无法收看到清晰 的电视图像。所谓解扰( d e s c r a m b l i n g ) 是加扰的逆过程，它将被改变 的电视信号的那些特性重新恢复到原来的状态。要想收看经过加扰处理 后的电视节目，用户必须从电视节目运营商那里购买特定的解扰装置， 并向其支付一定的收视费用。加扰后的电视信号只有经解扰器解扰后， 恢复成原来的标准电视信号，才能被用户正常收视。 第二节国内外加解扰技术的发展状况 在过去的十几年，甚至几十年里，有线电视较发达的国家或地区已 经逐步采用了加解扰系统，各种加解扰技术日趋完善，实行有偿收视作 为一个全新的观念已经被人们普遍接受，而且获得了巨大的商业成功。 在美国，h b o 是最早实行付费电视业务的公司。它在1 9 7 2 年开始运营 时只有3 6 0 个用户，但到1 9 8 2 年其用户数量已发展到1 0 0 0 万用户。如 今，这个全国最大的收费电视网络每个月都要向超过2 0 0 0 万订户提供 9 2 部电影。目前，几乎所有的比较时髦的电视节目均实行了有偿收视。 有8 0 以上的有线电视用户都加入了有偿收视的行列。 早期的加解扰技术主要是模拟加解扰方式，其技术比较简单，容易 实现，且成本较低，但安全性不高，曾有被破解的情况，并且曾造成过 很大的经济损失，其破解机理有的还被公布于媒体。对模拟电视信号进 行数字处理和数字电视信号加解扰技术其安全性较高，不易被破解，但 成本也较高。 我国有线电视加解扰技术起步较晚，所采用的技术也主要是比较容 易实施、成本较低的模拟加解扰方式，也有同时采用几种模拟加解扰方 太原理工a 学醐上学位论文 式组合酶情况。由于我国人口数量大，有线电携用户多，加解扰技术的 发震有罄广阔的应鬻前景。目前，我国采疆两缀翅扰的管理体制，一级 加扰主骤用于由中央、省、自治区和直辖市通过卫星、微波、光纤等方 式向各鸯线毫规台传送搬扰的电视萤匿；二级搬扰主要用于缀授权接收 后的中央和省级热魏魄视节髫或掰予各地有线魄视台自办鹩加虢电视节 目。经授权接收的中央和省级电视节目可以解扰后采用不同于原加扰的 方式进行搬挠，也可以不解撬只甏换管理控制傣怠，向本鸯线电视网络 用户传送。 第三节本禳题的主要任努 一个有线电褪敬爨系统，主要靓话对电视信鸯豹加扰帮解挠两部分。 作为一个收费系统还廊该配有其它的管理控制单元。一种加扰技术首先 要能够保涯趣抗处理瓣懿电视信号在来解拢盼悔况下无法正常收看，当 然也不怒说要一定做到完全无法识别，各电视台可根据自己的情况来定。 其次这种加解扰技术骚能够保证在对加扰后的电视信号解扰后电视信号 鲍质量逶愿性要高，也就是说通窭烟撬和鳃扰的过程并没毒对逛视信号 造成多大的损害，蕊众仍能够躐餐猁足够清晰的电视节日。在用户端并 不需要对原网络做任何改动，只需增加一台专用解扰器即可。在有线电 视裁端，鼯电视台，器能够对拥瓣撬进行适当靛管理帮控制，眈熟可以 改变舶解扰的深度、浚交加解抗的频道等。对溺户的授权可辨有多种方 式，有的加解扰系统采用了可寻址的方式，也就是每个有线电视用户都 有一个憔一躲“地址”，可鼓单独对其进行控制，魄较簿单的系统可殴采 用i c 卡等方式对用户进行授权。商线电视中心机房只需一台计算机对所 有加扰频道和用户的收费情况进行管理。 聪蠢线电视信号实藏热鼹撬的方寨有穰多耱，难易程发鞠效票均不 同。许多加解挽方案郜是从电视信号的接收需与发送同步出发来实施的。 太腺理工人学帧士学位论文 在电视系统中，为了# g 够正确地繁现图像，要求收端与发端阏步扫描。 所谓同步是指收溃与茨端酌扫描点应有一一对应的几挺位嚣，帮牧、发 对应像素应在同一时刻被扫描。实际上，只要捆描频率相同、起始相位 相同，收端就可以重现发端图像，著认为是同步的。当收端、发端频率、 穗位不阐时，图像将被破坏，甚至无法重现。农发送端，当每扫完一彳亍 图像时，加入一个行同步脉冲，每扫完一场图像时加入一个场同步脉冲。 它们与图像信号一起被发送出去。在接收端，行扫描锯齿波魄流只有当 行同步赫冲到达后方开始逆程期，丽场扫描锯齿波电流也只离在场同步 脉冲到达时才开始逆程期。这样，就能保证收、发端扫描电流的频率、 耀位楣燃，保证了隧步。相反，如果接收端无法正确辨认同步脓冲的位 置，那么它就无法显示正常豹图像，这也就是阔步头抑翩嬲解抗技术翁 思路。 加貔端帮解扰端均采用数字电鼹控制，默m c s 一5 l 单片极为核心，决 定对不闷的频道进行翔解挠。加抗精并不需要将掰有的同步躲渖全部辩 制掉，究竟对哪些同步脉冲进行抑制，可以用微机进行控制，微机还将 决定对哪些频道进行加拢，哪些频邀不如扰。艄扰端检测i e 卡，实现对 对用户的授权。 第四麓本文蛉内容简介及安捧 本文酋先介绍了商线电视棚解扰技术酌定义，采用搠解挽的意义及 国内外的发展状况。 第二章分辑了尼秘主要静搬髂貔技术以及慰用户的授投方式，并奔 绍了我阐所采用的两缀加解抗体制。 第三章介绍了评价个加解扰系统优劣的主要技术指标，包括加扰 深度、系绞的安全梭、图像的还联燃等。 第蹰章提出并详细分析了本方案所采用的射频行同步信号撺翻加解 太原理工大学硕士学位论文 扰技术的加扰原理及其电路设计。 第五章介绍了本方案所采用的射频行同步抑制加解扰技术的解扰原 理及其电路。 第六章介绍了对本方案所采用的射频行同步抑制加解扰技术的效果 和评估。 第七章结束语对本文进行了总结，对本方案作了简要评价。 太原理工大学硕士学位论文 第二章加解扰技术及用户授权方式分析 第一节概述 一个有线电视加解扰系统应该能够实现三方面的功能，即电视信号 的加扰、解扰和对用户的授权。其中如何实行加扰是系统的核心，它从 根本上决定了加解扰系统的性能。加扰方式从根本上决定了解扰的过程， 解扰作为加扰的逆过程，是与之相对应的。用户的授权也是加解扰系统 的一个不可缺少的组成部分。用户购买到解扰器后并不就一劳永逸了， 他还必须在经过一定时间或一定数量的收视后，向有线电视台缴纳一定 的费用，也就是说，如果没有有线电视台的授权，即使用户安装了解扰 器，也照样无法清晰收看到加扰后的电视节目。 加解扰有不同的技术方式，各种加解扰技术的出发点不同，其性能 也相差较大。在实际应用时，可根据需要在其中选择一种或几种的组合。 以下首先对目前存在的几种主要的加解扰技术做一简单介绍和比较。 第二节各种加解扰技术分析 对电视信号的加解扰既可以针对视频信号加解扰，也可以针对音频 信号加解扰，还可以对将视频信号和将音频信号调制后的射频信号进行 加解扰。对射频信号的加扰又可以分别对其中的视频信号部分和音频信 号部分加解扰。 有线电视加解扰技术大致可以分为非扰频加解扰技术、模拟基带信 号加解扰技术、射频信号加解扰技术、模拟信号的数字处理加解扰技术 和数字信号加解扰技术等。 非扰频方式不对电视信号作任何处理，而是通过降低其信噪比( c n r ) 甚至使其为零的方式来实现对电视信号加扰的。模拟信号加解扰技术原 理比较简单，国外在加解扰技术发展的早期曾普遍采用该技术，目前还 太原理工大学硕士学位论文 有不少有线电视运营商仍在使用，我国所采用的加解扰技术也大多为模 拟信号加解扰。射频信号加解扰技术是对将基带信号调制所得到的射频 信号进行处理的加解扰技术。模拟信号的数字处理已在国外大量使用， 在我国则较少。数字信号加解扰是和数字信号的传输相关联的，由于其 成本较高，目前很少使用，但它具有其它加解扰技术无法相比的优点， 所以是加解扰技术发展的方向。 2 2 1 非扰频方式 信噪比( c n r ) 是衡量电视信号传输质量的一个重要参数。它是指有用 的电视射频信号功率与噪声功率之比。信噪比越高，则电视信号的质量 越好。由此，如果设法降低电视信号的信噪比，那么就能使用户收看到 的电视图像质量降低甚至无法正常收看。非扰频方式就是通过降低电视 信号的信噪比( c n r ) ，甚至使之为零来实现对电视信号加扰的。有线电视 前端输出不加干扰的电视信号到终端用户小区或楼房的可联接几十到几 百户室外闭锁装置中，闭锁装置收到指令后对未授权的用户施加干扰或 闭锁相应的通道，使其信噪比降低甚至为零，对授权用户则让信号不加 处理地通过。在这种加解扰方式中，若干用户共用一套公用的具有保密 结构的解密设备，安装在户外，不需要每家配备一个解扰器，因此用户 免去了购买解扰器的费用。该方式对授权用户的电视信号没有任何损伤， 安全性较高，加扰很难被非法破解或信号旁路。这种加解扰方式由于要 使用与加扰电视频道数相等的干扰振荡器，因而显得比较复杂。对干扰 载波的幅度要能够控制调整，频谱要单一，以免干扰其它频道。该加解 扰方式的原理可用如图2 1 所示： 太原理工火学硕士学位论文 图2 1 非扰频方式加解扰原理图 2 2 2 模拟基带信号加解扰技术 模拟基带信号加解扰方式是对模拟基带视频信号的某些特性直接进 行处理的加解扰方式。对电视视频信号的结构进行处理，改变其中的一 些特性，使其不同于标准电视信号，而致使接收端无法正常收看。该加 解扰方式所采用的技术主要有行同步信号和场同步信号压缩技术、行视 频信号伪随机倒相技术、行视频信号伪随机位移技术等。 1 行同步信号和场同步信号压缩技术 在电视系统中，为了能够正确地重现图像，要求接收端与发送端同 步扫描。所谓同步是指接收端与发送端的扫描点应有一一对应的几何位 置，即接收、发送对应像素应在同一时刻被扫描。实际上，只要扫描频 率相同，起始相位相同，接收端就能够重现发送端的图像，并认为是同 步的。当接收端、发送端频率、相位不同时，图像将被破坏，甚至无法 重现。因此，接收端要正确还原图像就必须与发送端的扫描同步。在发 送端图像信号中加入同步信号，也就是同步脉冲，每扫完一行图像时， 加入一个行同步脉冲，每扫完一场图像时加入一个场同步脉冲。它们与 图像信号一起被发送出去。在接收端，行扫描锯齿波电流只有当行同步 _ 8 太原理工大学硕士学位论文 脉冲到达后才开始逆程期，而场扫描锯齿波电流也只有在场同步脉冲到 达时才开始逆程期。这样，就能保证接收端和发送端扫描电流的频率、 相位相同，即保证了同步。 如果将行同步脉冲或场同步脉冲压缩掉，则在电视信号的接收端就 无法得到正确的行信息和场信息，图像难以还原。其原理如图2 2 所示： 原信号 加扰后的信号 图2 2 行同步信号压缩加扰技术 经行同步压缩加扰后的电视信号其图像画面左右严重扭曲，物体的 轮廓无法分辨。在只有一种加解扰方式的加解扰系统中，其加扰效果是 比较好的。 2 行视频信号伪随机倒相技术 行视频信号倒相就是将正常传输的视频信号的极性颠倒，这样就将 白色信号变成黑色信号，黑色信号变成白色信号，彩色信号也作了1 8 0 。倒相，经过倒相处理的信号直接用电视机收看时，因电视机无法分离 出同步信号，而且图像信号也是黑白颠倒，彩色信号反相，所以无法显 示出正常的图像。只有先将倒相后的电视信号重新反相，才能被电视机 正确接收。由于解扰端只需加一个反相器就可将电视信号解扰，故其安 全性很差。对这种技术进行改进，可以采用伪随机行视频信号倒相技术， 它不是将所有的行视频信号都倒相，而是随机的选取其中的某些行进行 倒相，这样，由于不是所有的行都进行了倒相，在加扰端单纯加一个反 9 太原理工大学硕士学位论文 相器则无法解扰信号。伪随机行视频信号倒相的加扰原理如图2 3 所示 八八八小 原信号 以一八一以小 加扰后的悟号 图2 3 行视频信号伪随机倒相加解扰技术 3 行视频信号伪随机位移加解扰技术 行视频信号伪随机位移加解扰技术是依靠伪随机规律，按一个或多 个特定的延时时间，使每一行的行同步头位置相对于有效视频信号进行 伪随机延时；或者同步头的位置不变，而将有效视频信号进行随机移动， 从而使得图像出现错位、扭曲或撕裂，以此来达到破坏图像的目的。该 加解扰技术如图2 4 所示： 原信号 加执后的信号 图2 4 行视频信号伪随机位移加解扰技术 模拟基带加扰方式对基带信号的行同步或场同步信息进行处理，使 信号的接收无法与发送同步，以此达到对电视信号加扰的目的。对行同 步信息的处理主要采用将行同步信号抑制、移去、倒相、置换、移位以 及加入伪行同步信号等。对场同步信号也可以进行类似的处理。解扰时， 需先将已加扰信号进行解调，成为基带信号，然后进行与加扰相反的逆 处理。为了使电视机能够接收需再次调制，再次调制的过程会增加失真 1 0 太腺理i 大学坝士学位论文 干扰，造成图像恶化。因此，模拟基带加扰方式所用器件多，可靠性较 差。在实际的应用系统中，为了提高系统的安全性及加扰深度，常采用 几种基带加扰方式的组合，大多采用2 4 项加解扰技术，并且可以对所 采用的加解扰方式进行随机组合，得到不同的加解扰方式。国外加解扰 技术发展的早期普遍采用模拟基带方式，我国目前广泛采用的也是该种 方式。 2 2 3 射频信号加解扰技术 基带图像信号经过调制成为射频信号后在信道中进行传输。射频信 号加解扰就是对射频信号进行处理的加解扰技术。主要有正弦波同步抑 制、门脉冲同步抑制、叠加干扰波、陷波器法等。 1 正弦波同步抑制 这是一种较早使用的射频加解扰技术。其原理如图2 5 所示 日眨二二二 ( a ) 、 ( b ) 图2 5 正弦波射频同步抑制示意图 图中( a ) 为正常的视频基带信号；( b ) 为加扰用的正弦波；( c ) 为 太原理工大学硕士学位论文 正弦波与视频基带信号叠加后的波形；( d ) 为射频信号调制后产生的射频 包络波。 由图中可以看到在编码器中产生的正弦波，其频率与行频完全相 同，其峰值部分相对于电视基带信号的行同步信号部分，在正弦波的作 用下使行同步信号被抑制而低于视频信号，结果就会使在电视接收机中， 行同步信号不能被正确检出，同步检出电路所检出的可能是视频信号中 某些较为突出的部分，完全破坏了行同步的时间和频率，造成完全不能 同步的图像画面，而产生了加扰的效果。在解扰器中引入时间、频率和 幅度完全相同但相位却完全相反的正弦波，用于抵消原来加扰的正弦波， 从而实现解扰功能，恢复出原来的图像，完成解扰作用。 2 门脉冲同步抑制加解扰技术 它是正弦波抑制加解扰技术的改进方式，图2 6 示出了视频信号对 射频信号的调制过程和门脉冲的产生隋况。 厂 厂 图2 6 电视信号的调制及门控脉冲 图( a ) 为视频基带信号，图( b ) 为等幅载波信号，图( c ) 为用 视频基带信号对等幅射频信号进行调制后产生的射频已调电视信号，图 太原理i _ 人学硕士学位论文 ( d ) 为从视频基带信号中提取产生的加扰用门控脉冲信号。它的频率等 于行频，宽度与行消隐相同，幅度可以随机选择。 门脉冲对已调信号进行同步抑制的过程和结果如图2 7 所示： 啦碑 - 厂 融啦 【cj 图2 7 相位调制和同步信号抑制波形 图( a ) 为已调制的射频电视信号；图( b ) 为用于同步抑制的门脉 冲；图( c ) 为进行了同步抑制和相位调制后的射频电视信号。 由图可以明显看出，门脉冲作用部分的同步信号幅度已明显低于视 频信号部分的幅度，实现了用门脉冲对射频电视信号的行同步信号幅度 进行抑制，达到了对射频信号进行加扰的目的。图( c ) 还表示出在门控脉 冲作用的时间内，在同步信号被压缩的同时，射频信号的相位已被调制， 完成了倒相过程，把( c ) 中的射频相位与( a ) 中的射频相位进行对应比较， 就可以明显看出，在同步消隐期间两个射频信号的相位正好相关1 8 0 。 解扰时用与原门脉冲极性相反的再生门控脉冲对已加扰射频信号进 行同步抑制和相位调制即可。该过程如图2 8 所示： 太原理工大学硕士学位论文 图2 8 门脉冲同步抑制解扰波形 其中( a ) 为已加扰的调制射频电视信号，( b ) 为解扰用的再生门控脉 冲，( c ) 为解扰后恢复原状的已调制射频电视信号。 这种加解扰方式原理比较简单，实施容易，但其安全性较差，容易 被非法破解。 3 叠加干扰波方式 叠加干扰波方式实质上是在射频信号上叠加一个正弦波或方波，使 正弦波的负峰值或方波的负脉冲正好与同步脉冲峰值对齐，这样就能将 同步脉冲压缩到视频信号的峰值以下，从而使电视机无法得到正常的同 步脉冲，在接收时无法与发送同步。要想在接收端得到正确的同步信息， 必须将加扰端所叠加的正弦波或方波去除，去除的方法是在接收端将所 接收到的已加扰信号上叠加一个与加扰端的正弦波或方波相位相反、幅 度相同的再生正弦波或方波，这样就可抵消掉原来叠加的干扰波。 叠加干扰波的加解扰技术对电视图像质量没有任何损伤，但要防止 该干扰信号的高次谐波可能干扰较高频带内的信号，因此要注意电视频 道的合理配置与干扰信号输出功率的有效控制。 4 陷波器法 一 太腺理丁大学倾十学位论文 陷波器法是射频信号加解扰技术中最常用的一种，它可分为正向陷 波器方式和负向陷波器方式两种。他们滤除的信号不同，所安装的位置 也不同。 正向陷波器法是在有线电视系统前端对加扰频道叠加一个频率比图 像的载频高2 2 5 m l t z 的干扰信号，这样就会对原来的图像载频信号和解 调过程中产生的伴音中频信号都造成干扰，使图像和伴音都产生加扰的 效果。这种加扰的技术方式，在解扰端对已交费用户则安装一个频率比 载频高2 2 5 m i t z 的窄带陷波器，将所叠加的干扰信号滤掉，这样用户就 可以收看到正常的电视节目信号。 负向陷波器法并不在有线电视前端叠加f 扰信号，而是在非授权用 户的线路中加一个陷波器，将收费频道的电视信号全部滤除掉。这样， 非授权用户根本就不可能收看到付费频道的电视信号，而免费频道则丝 毫不受影响。 射频电视信号加解扰的最大优点是电路简单，解扰器成本低，同时， 由于处理环节较少。但要将己叠加的干扰载频信号完全滤除是十分困难 的，因而解扰后的图像质量难以保证；其最大缺点是系统的安全性较差， 容易被非法破解。 2 2 4 模拟信号的敦字处理加解扰技术 模拟信号的数字处理加解扰技术是在有线电视系统前端将电视视频 信号进行a d 转换成数字信号后，对数字信号进行全场行顺序搅乱、一 场内分组行顺序搅乱、行切割分换交替或行逆向扫描等，以此来改变信 号的扫描顺序，实现加扰。对数字信号的处理可以有不同的方式，模拟 信号数字处理的加解扰的原理总体上可以用图2 9 来表示。加扰后的电 视视频信号经数模转换后调制为射频信号，在模拟信道中进行传输。 行切割方式是将一行信号切割成为两部分或几部分，并改变各部分 太原理工犬掌倾士学位论文 的输出蹶廖；行逆向摆攒是将正常驰扫描颁序变为从右到左，从下到上。 解抗时，孺先把电视镲号进行a d 转换，并将转换后的信号存储起来， 进行解扰，解扰后的数字信号需冀新转换为模拟信号方可供电视接收。 这种加瓣扰方式安全髓好，信号溪爨还原性轰，傣嗓比毫，怒模投信号 向数字信号过渡的最德选择。 视频辕入 褫频输出 潮2 。9 模拟信号数字处理热解撬原理 1 全场行顺序搅乱 在有钱电视系统前端，将电视信号转换成数字信号后进行按顺序存 馕，秀戳夔枫鹣蹶黪扶存德装置中取出，这样黪传输的信号楚嚣蹶穿攫 乱的电褫信号，电视图像在垂直方向上的画面顺序就被搅乱。该加扰方 式对每一行视频信号来说是完整的，只是将扫描行整行的上下位置进行 了睫枧变换。接牧端掰接收到的电筏番号是搅魏了行颇痔救镲号，电视 图像将怒模糊一片。由于行顺序扰乱对行扫描的上下位置变换是随机豹， 所以在解扰端如果不知道其变化规律，是根本无法还原的，丽对这种变 化援譬鲍“破译”是由专曩蛉超犬嫒模集成电路艇捷专露粲成电路襄 条件存敬控制器来承担的，保密性当然很好。解扰器需将接收到的一场 信号进行存储，将打乱的行顺序重新纠正过来，这样电视机就可正常接 收。这耱鸯羹撬方式麴安全牲磐，不荔被菲法玻解。 2 一场内分组顺序搅乱 将模拟信号转换为数字信号后，将一场内的行顺序进行搅乱，可以 终它瘿分成若子缝来送行，激足行为一缝，然嚣据蘸这足缝懿蹶序。每 组内行数越多，行顺序搅乱后的加扰效果就越好，实验表明，分为每组 太腺理工大学硕士学位论文 3 2 行时，加扰效果已十分明显。般采用的分组方式为3 2 行、6 4 行或 1 2 8 行。分组顺序搅乱的方式节省了存储器的容量，从而降低了系统的 成本。 3 行切割分换交替 所谓行切割就是将一行信号切割成为两部分或多部分，交换它们的 位置，然后进行传输。显然，分割的段数越多，其加扰的效果就越好， 安全性也越高，但加扰效果的提高同时增加了解扰的复杂程度，容易使 图像质量劣化。解扰器需要有严格的断点恢复措旋，否则会在断点处留 下痕迹、亮点或黑点。采用失真补偿技术可以减小这种劣化的影晌。 4 行逆向扫描 这种方式是将一个电视行正程进行处理，前后倒置，看起来就好像 屏幕扫描线不是从左到右，而是从右到左，因而称为行逆扫。这样通过 随机地控制每一行的正扫或逆扫就达到了加扰的效果。 行逆向扫描的方式的波形如图2 1 0 所示，从图中可以看到信号经随 机逆扫处理后的变化情况。 原始国像信号 图2 1 0 行逆向扫描加扰方式波形 由于行逆向扫描只是在一行内进行处理，所以比较节约存储器，它 的控制系统比较简单，安全性较高，在模拟信号的数字处理加解扰方式 中行逆向扫描具有较高的性能和较低的成本。 2 2 5 数字信号加解扰方式 数字信号加解扰技术是目前最高级的加解扰技术，对数字信号的处 1 7 太原理1 大学碗士学位论文 理比较灵活，但传输数字信号所占带宽太大。因此，首先需要采用数字 压缩技术，才能在有限的带宽资源下进行传输。数字信号加扰安全性高， 不易被非法破解，图像还原质量也高。 数字信号的加解扰技术主要有以下几种： 1 时基方式 时基方式同上述模拟信号的数字信号加解扰技术中的几种技术相 似，主要是通过改变行的传输顺序等方式进行的。当模拟信号被变为数 字信号后，可将其存贮于一个存贮器中，若改变取出信号的顺序，即可 打乱有序的信号，变成一幅杂乱无章图画，也就达到了加扰的目的。在 接收端，若解扰器按照正常顺序读出存储在其中的信息时，也就恢复了 正常的图像。显然存贮器容量越大，加扰可能性就越多，破译就越困难。 2 叠加模拟随机信号方式 在数字信号中叠加伪随机的模拟信号后，就会改变数字脉冲的幅度， 接收端将无法判断数字脉冲的有无，这样就起到了加扰作用。解扰端只 需将所叠加的模拟信号滤除，就可以恢复正常的脉冲幅度，得到正常的 数字信号。 3 密码方式 由于采用数字信号传输，数字信号易于处理，灵活性较高，可以如 加密电报一样，按密码方式对数字信号进行编码传输，要想正确解码， 就必须知道编码规则，因此这种加解扰方式安全性高。 4 码率压缩方式 电视图像的行与行之间，场与场之涮有大量的冗余，也就是其问有 大量的相同信息。因此，如果在信道中只传输行与行间，或场间的不同 信息，而不重复传输相同的信息，将不仅起到加扰的作用，还能节省带 宽。在接收端，只要利用存储器将上一场、上一行的信息存储起来，将 其加到所接收到的下一行、下一场的那些不同信息上，就可恢复正常的 太原理工大学硕士学位论文 信号。不通过解扰器，用户只能收到一些断断续续的信号，无法形成图 像。只有具有特定解扰器的接收机，才能在正确的地方加进丢失了的正 确信号，恢复正常图像。数字信号加解扰方式无论保密性、质量还原性 还是安全性均是最高的，但其价格也最贵，适用于数字广播电视系统。 第三节对用户的授权及两毁加扰 2 3 1 对用户的授权 对用户的管理和授权是加解扰系统的一个重要组成部分。在有线电 视系统前端可以采用微机对用户进行寻址、授权、解扰、收费等管理。 对用户的管理和授权信息包括两部分，一是授权信息，二是加解扰的控 制信息。这两种信息都是将数字信号进行编码后传输的，两种控制信息 可以在电视信号的行逆程扫描期间传送，这就不需要占用单独的频带， 节省了带宽，也可以占用一个单独的带宽。但我国有线电视网络采用 加解扰技术的暂行规定指出，一般不允许占用新的频带。 加解扰系统对用户的授权方式主要有以下七种： ( 1 ) 人工授权；( 2 ) 磁卡授权；( 3 ) 电子卡授权；( 4 ) ic 卡授权、( 5 ) 智能卡授权：( 6 ) 中心集中寻址授权；( 7 ) 智能卡和中心寻址共用授权等。 人工授权方式对用户管理存在缺陷，只适用于在用户数很少的有线 电视网络中使用。第( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 、( 5 ) 种授权方式都是卡式授权，授 权信息均储存在磁卡、电子卡、i c 卡或智能卡上，除授权卡外，在解扰 器中还需要设置有读卡机。采用卡式授权的优点在于授权信息储存在卡 片上，减少了控制信息的传送量。但容易被破译和仿制。如果发生破译、 仿制和其它问题，既可以采用更换卡片的办法。也可以采用定期更换卡 片的方法。这样就可提高加解扰付费系统的安全性，减少经济损失。它 主要用于中小型有线电视系统网络。 太腺理1 大学坝十学位论文 中心集中寻址授权是将控制信息通过线路传送到用户解扰器来实现 授权的。解扰器采用大规模集成电路来存贮授权信息，大规模集成电路 的安全性高，不易被人仿制和被非法破解。将授权信息存贮在解扰器的 集成电路中，其弊端也是显而易见的，一旦授权信息被破译，那么就必 须更换解扰器，至少要更换解扰器内的大规模集成电路，造成很大的经 济损失。当然，如果大规模集成电路的生产成本降低，其经济损失就可 能减少许多，在当前电子技术迅速发展的情况下，将会得到逐步解决。 2 3 2 一级加扰和二级加扰 我国利用加解扰技术进行有线电视节目的传输采用两级加扰的管理 体制。一级加扰用于从中央、省、自治区和直辖市通过卫星、微波、光 纤等向地方有线电视台或有线电视用户传送电视信号。一级加扰所传输 的电视节目信号质量要求比较高，它主要是为了给下一级电视台提供一 种质量较高的信号源，以供其加扰后进一步向下传送。因此，一级加扰 为了保证高质量的信号，就需要采用技术指标较高的前端设备，不必过 于考虑其价格因素。一级加扰系统一般采用模拟电视信号数字化处理的 加解扰方式，控制和授权方式也采用前端管理中心用控制信息进行集中 授权和计算机寻址的控制管理方式。二级加扰是指各基层有线电视网或 集体用户，将加扰电视信号直接传送到家庭用户的加解扰系统，其部分 信号源则是由一级加扰系统提供的。二级加扰直接面对广大用户，因此， 其主要应该考虑解扰器的价格低廉，以便于广泛使用。 太原理工大学硕士学位论文 第三章加解扰系统的性能评价及选取原则 第一节加解扰系统的主要技术指标 对加解扰系统的分析有诸多方面，国际无线电咨询委员会( c c i r ) l1 6 6 号文件有条件接收广播系统指出了选择加解扰系统时应考虑 的一些因素和指标。衡量一个加解扰系统的优劣的主要因素有以下几种： 1 加扰深度 所谓加扰深度是指电视信号经过加扰后，不经解扰而直接观看时图 像的分辨能力。不同的加解扰技术其加扰深度差异较大，有的勉强可以 观看，有的则根本无法观看。一般要求加解扰系统应该能够达到使加扰 后图像完全不能理解的程度，但在实际的加扰播出中，为了吸引更多用 户观众，往往把加扰深度降低，使非授权用户勉强可以看懂一点，但看 起来很不舒服，这样就能够促使他们加入到收看付费电视的行列。 2 系统的安全性 有时也称为“破解难度”，主要是指为了达到非法收看的目的，而进 行的技术工作的难度。从技术的角度来讲，没有哪一种加解扰技术是永 不可被破解的，问题的关键是进行破解所要花费工作量的大小和所投入 资金的多少，如果不是为了获取非法的市场经营利益，只是为了满足个 人技术上的兴趣，或只是个人收看，这样的非法收看是可以容忍的。而 这样的加解扰系统可以认为是安全的。如果非法生产的解扰器其成本与 正常渠道购买的解扰器价格相当，那么由于使用非法解扰器的用户，可 以不缴纳收视费，非法解扰器将获得较大的市场，这样的加扰技术系统 则认为是不安全的。作为个收费系统，它必须有较高的安全性，即应 具有不易被非法用户破解的可靠性。但是，对于所采用加解扰系统也没 有必要过于苛求其安全性，因为安全性的提高必然预示着成本的增加。 3 图像的还原质量 太燎理工大学硕士学位论文 它是指经过加扰和解扰后，用户收看到的图像质量是否符合要求。 一般情况下要求经过加扰和解扰过程后对图像的损伤，在主观上不被察 觉。其主观评价者应该是对加解扰技术有较全面了解，对各项技术指标 在画面上的反应和表现有观察经验的技术工作人员。主观评价所用的图 像信号，应该是质量很好的测试信号或测试带。如果测试信号的质量不 好，就很难判断加解扰技术系统是否有问题，图像还原后的质量是否有 损伤。 4 加解扰技术的先进性 目前存在和应用的诸多加解扰技术其先进性程度相差较大，各方面 的性能都有明显的差别，但同时也造成了其价格的较大差异。在考虑采 用一种加解扰技术时，不仅要考虑其技术的先进性，更要从实际出发， 采用先进的技术在有的情况下也可能会成为一种浪费。国外加解扰技术 发展的早期以及目前我国所普遍采用的加解扰技术都不是最先进的，但 由于其技术简单，成本低而被广泛应用。 5 技术的可扩展性和技术的使用寿命 当今，科学技术飞速发展，新的技术层出不穷，技术更新逐渐加快， 因此，在采用种加解扰技术时必须充分考虑其技术寿命。加解扰技术的 采用涉及到大量的用户，不仅要考虑有线电视前端设备的费用，而且还 要考虑用户所用解扰器的成本。加解扰技术的可扩展性是和其寿命相关 联的，客观上讲，很难找到一种技术是永远也不会过时的。随着技术更 新，加解扰系统必须有定的可扩展能力。 6 设备和产品的工艺水平 作为一个系统，其设备和产品的工艺水平也是必须考虑的，它包括 电路板和所使用元器件的插装技术和工艺水平，所用元器件本身的工艺 水平，产品的外壳以及面板的工艺水平等。 7 性能价格比 太棘理工大学硕士学位论文 性能价格比应该说是一个综合指标。一项技术应该保证有较高的性 能价格比，在不提高成本的基础上尽可能的挖掘现有技术的潜力，最大 限度的发挥各器件的作用。所生产的设备要尽量满足人性化的要求，使 用户使用起来感到方便、舒适。 8 设备的可靠性 作为一个有线电视网，拥有大量的用户，一旦出现故障，必将产生 很大的不良影响。因此，所采用的设备要有足够的可靠性，要有预防措 旌和后备设施，如停电保护设施等。 9 最大寻址速度 指使用前端计算机管理进行中心寻址授权的加解扰系统，其进行寻 址时的最大速度，一般以每分钟多少万户来表示。 1 0 控制信息传送方式 加解扰所用的控制信息，如对哪些频道进行加扰、如何加扰等信息 可以采用不同的方式向解扰端进行传输。有线电视台可以利用行逆程和 场逆程传输多种控制信息，加解扰的控制信息也可以采用这种方式，也 可以在伴音通道中传输。由于频带资源有限，我国规定的加解扰技术所 用的控制信息传输方式中不允许另设专用的传输信道，要开设专用传输 信道必须向有关部门申请。 1 1 控制码字长 它是指控制信息的编码位数的长度，以b i t 为单位进行表示。b i t 数 多的控制码可以编制得复杂一些、安全性好一些。 1 2 信息码存取速度 指信息码在前端加扰器中和终端解扰器中，存入和取出信息码的速 率，一般以每秒若干比特来表示，存取速率高则性能好。 i3 解扰码的更换速率 是指向用户传送的解扰用的信息，每隔多长时间更换一次，一般以时 太腺理i t 大学坝士学位论卫 间短、更换速率快为好。 1 4 信息码传送误码率 信息码传送中的误码率与有线电视网络的技术质量密切相关。但是加 解扰系统本身所能允许的误码率，应该是这个技术系统的重要技术参数。 误码率是指数字信息在传送中出现的差错的比特数与所传输的总比特数 之比，般以1 0 1 表示，加解扰系统允许的误码率越大，则对有线电视 系统技术质量的要求就越低。反之，对有线电视系统的技术质量要求就 越高。 1 5 同时可以加扰的频道数 指该加解扰系统，同时可用于对多少个频道进行加扰，同时可加扰 的频道数越多就越好。 1 6 对用户的授权方式 在第二章谈到的七种授权管理方式中，其排列顺序为从简单到复杂， 排在后面的其安全性相对高一些，同时技术也较复杂一些，成本高一些， 可根据实际情况进行选择。 第二节加解扰方案的选取原则 评估一个加解扰技术及其系统的性能优劣有诸多方面，必须结合实 际情况综合考虑。因此，在制定电视信号加解扰的方案时，应该综合考 虑各方面的因素，权衡不同方案的优缺点，兼顾技术的先进性与系统的 成本，根据我国经济发展的现状，做出最佳选择。 1 根据我国经济发展的现状选择有效、实用的加解扰系统 我国人口众多，经济实力相对薄弱，公民收入差距较大，文化水平 和观念也相距甚远。国内对付费电视的需求是多方面、多层次的。因此， 在不同地区运营有线电视付费系统，都要“因地制宜”，选取与具体情况 相吻合的加解扰系统。由于加扰方式与运营形式有密切关系，不同的付 太原理工大学硕士学位论文 费要求、不同的用户、不同的广播系统、不同的出发点都会带来不同的 技术水平要求。我国实际采取的加解扰系统和加解扰产品将会呈现出多 层次并存的局面。 我国发展有线电视付费技术相对较晚，而国外已有近3 0 年的经验， 我们在制订运营规划、选取加解扰技术方案时，应尽可能地借鉴这些成 功的经验。重新研制一套新的加解扰技术毕竟需要大量的经济和时间上 的投入，并且一种新的技术理论要经过一定时间的实践才能走向成熟， 这不符合我国经济快速增长的需要。 一个加解扰系统最基本的功能就是实现对电视信号的干扰和解扰， 但从功能上却可以进行扩展，比如可以将解扰器做得更加人性化，配上 遥控、频道显示等诸多功能。在选取和确定系统的功能时，特别应充分 考虑我国广大电视用户目前的经济承受能力。由于我国的付费电视尚在 起步阶段，因此，用户解密器的成本能否为大众所接受，是我国付费电 视事业发展的一个关键。虽然数字加扰方案具有加扰深度强、保密性好、 安全度高等突出特点，但其实用系统在国内的普及还有待解扰器成本的 大幅度下降。 任何实用加扰系统的安全性都是相对的，没有一种加扰的实用技术能 被认为是绝对安全的，只要有足够的时间和金钱的投入都是可以解扰的。 无疑，安