（电路与系统专业论文）基于射频信号的加解扰技术研究.pdf

太原耻1 人学坝i 。学位论文 摘要 本文通过对有线电视的发展的分析，得出了发展有线电视加解扰技术 的必要。并认为丌发低价化的f h 性价比较高的有线电视加解扰产品在我围 当前的经济发展状况之下不仅有一定必要的，并且在一些中小型的有线电 视台会有比较大的市场。本文正是在这样的思想指导之下进行的。 本文首先通过列现有的各种有线电视加解扰技术例如1 模拟基带加解 扰技术、射频信号加解扰技术、模拟信号的数宁处理加解扰技术以及数字 信号加解扰技术等的比较，筛选m 符合本文要求的加解扰技术一一射频行 同步抑制；接着根据课题进行的需要，简单介绍了m c s 5 1 单片机以及i c 卡等的功能；结合这些器件功能，以m c s 5 1 为核心，以通用数字集成器 件为辅助，在不断探索和改进中丌发山符合件价比要求的有线电视加解扰 产品；l 司时通过利用i c 卡的一些特点增加系统的保密件以及系统管理的 科学性；利用对软件的适当处理增加非法解密难度。 本文射频行同步抑制的加解扰方法硬件要求比较低，实现起米比较简 单，并且其加扰隐秘性和图象还原。i d i + h 对比较好，是一种适合中小型有线 电视台选用的性价比较岛的加解扰方法。 关键词：有线电视，加解扰，单片机，一阡价比 太原理丁人学砸i 哮位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rh a sa n a l y s e dt h ed e v e l o p m e n to fc a t va n df o u n di ti s n e c e s s a r yt od e v e l o pt h es c r a m b l i n ga n dd e s c r a m b l i n gt e c h n o l o g i e s o nt h e b a s i so fe c o n o m i cc o n d i t i o no fo u rc o u n t r yw ea l s of o u n di tw a sv e r ya v a i l a b l e t od e v e l o ps o m ec h e a pp r o d u c t sb u ti t sc o s tp e r f o r m a n c eb eh i g h e ra n dt h o s e k i n d so fp r o d u c e sw o u l db e v e r y w e l c o m e d b ys o m em i d d l e s c a l ea n d s m a l l s c a l ec a t vs t a t i o n s t h ea b o v ei d e a sh a v eg i v e nt h eb e g i n n i n go fo u r s t u d y f i r s t l y ，t h i sp a p e rh a sc o m p a r e dt 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 si n c l u d i n gn o n - d i s t u r b i n gf r e q u e n c ym e t h o d ，a n a l o gb a s eb a n d d i s t u r b i n gm e t h o d ，t h er a d i of 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 l d i s t u r b i n gm e t h o df o rt h ea n a l o gs i g n a la n dt h ed i g i t a ls i g n a ld i s t u r b i n g m e t h o da n ds c r e e n e do u tt h e s c r a m b l i n ga n dd e s c r a m b l i n gt e c h n o l o g y t h r o u g hc o m p r e s s i n gt h es y n c h r o n o u st i p so ft h e r fs i g n a la n dw h i c hi s s u i t a b l ef o ro u rs u b j e c t t h e nt h es i n g l ec h i pc o m p u t e rm c s 一51a n di cc a r d a r es i m p l yi n t r o d u c e d w i t ht h e s ed e v i c e sas c r a m b l i n ga n dd e s c r a m b l i n g p r o d u c tw i t hh i g hc o s tp e r f o r m a n c ei sc r e a t e da f t e ro u rt i m e so fr e s e a r c ha n d m o d i f i c a t i o n i ta d o p t st h em c s 一51a si t sc e n t r a lc o n t r o l l i n gu n i ta n du s e s s o m eg e n e r a ld i g i t a li n t e g r a t e dd e v i c e sa sp e r i p h e r a lc i r c u i t a tt h es a m et i m e t h es e c u r i t yo ft h es y s t e mi si n c r e a s e da n dt h em a n a g e m e n tb e c o m e sm o r e s c i e n t i f i cb yu s i n gt h ei cc a r d s o m eo t h e rm e t h o d sc a na l s ob et a k e ni nt h e s o f t w a r et oi m p r o v ei t ss e c u r i t y h e r et h i s s c r a m b l i n ga n dd e s c r m n b l i n gt e c h n o l o g yi s c o m p a r a t i v e l y s i m p l et ob ea c h i e v e da n dt h ed e v i c e si tu s e sa r ev e r yc o m m o n i ti sr e l a t i v e l y s e c u r ea n dh a sag o o dd e s c r a m b l i n ge f f e c t s oi ti sv e r ys u i t a b l ef o rb o t ho f t h e m i d d l e s c a l ea n dt h es m a l l s c a l ec a t vs t a t i o n s 1 i 太原理工大学硕士学位论义 k e y w o r d s ：c a t v ，s c r a m b l i n g a n d d e s c r a m b l i n g ，s i n g l ec h i p m i c r o c o m p u t e r ，c o s tp e r f o r m a n c e 太原理_ t 大学颁士学位论文 第一章绪论 1 1中国有线电视业的发展及对加解扰技术的需求 1 1 1 中国有线电视业的发展 中国的有线电视经历了3 0 多年的发展后，有线电视用户总量已经 达到了近9 0 0 0 万，从而超过美国成为世界第一大有线电视用户国。目 前，我国有线电视网络的里程也已超过了2 4 0 万公里。有线电视以其 频带宽的特点被世界各国专家公认为“信息高速公路的最后一公里”， 具有巨大的产业开发价值。当前，中国的有线电视正在向数字化、多功 能化、产业化和全国联网的方向发展。未来的中国有线电视作为新兴 的网络媒体的支柱，必将成为我围社会经济牛活中一个新的经济增长 点。 中国有线电视的发展大致可以分为以下四个阶段。 第一阶段：1 9 6 4 年至1 9 7 4 年，在这十年中，主要进行技术研究和 系统建设的准备。1 9 6 4 年，原中央广播事业局专门立项，研究共享天 线系统，拉开 广中国发展有线电视的序幕。1 9 7 4 年在原中央广播事业 局设计院等单位在北京饭店安装中国第一个共享天线电视系统，标志 着中国有线电视的诞生。 第二阶段：1 9 7 4 年至1 9 8 3 年，随着开路电视节目的增多，共享天 线系统进入了寻常百姓家。这一阶段是有线电视发展的初级阶段一共 享天线阶段。该阶段的技术特点是全频道隔频传输，个共享天线系 统可以传输五六套电视节目。 第三阶段：1 9 8 3 年至1 9 9 0 年，原广播电影电视部地方宣传局于1 9 8 3 年批准北京燕山石化1 万多户的有线电视网络建设，同时以1 9 8 5 年沙市 有线电视网络开通为标志，有线电视跨出了共享天线阶段，步入r 有线 1 太腺理工人学碗上学位论殳 电视的网络发展阶段。由于当时有线电视大多为区域性或企业性的闭路 系统，因此，这一阶段可称为一闭路电视阶段。该阶段发展的技术特点 是以电缆方式为主的企业或城域网络，采用邻频传输方式，传输的节目 套数一般在十套左右。有的地方开始应用光缆作远程传输。 第四阶段：从1 9 9 0 年1 1 月2 日广播电影电视部颁布有线电视管 理暂行办法开始，中国有线电视进入到了规范和法制的发展轨道。随 着1 9 9 1 年广播电影电视部陆续批准建立有线电视台，中国的有线电视真 正走上正轨。目前中国有线电视f 向网络产业化改造的方向发展。 事实上，从1 9 9 5 年以来我圈有线电视网络产业化改造工作进展飞 快。首先，鉴于我国各级有线电视台分散经营的局面，由国家广电总局 规划的全国广电丰干网从1 9 9 5 年开始建设，已于1 9 9 9 年8 月全面竣工， 各省市有线电视网也随之实现全程联网，从而形成拥有近9 0 0 0 万用户的 世界有线电视第一大网，光纤干线也超过2 6 万公里，这进步加强了有 线电视网的用、和网络优势：其次，网通公司( 指j 日的网通) 的成立是 对有线电视网络资源进行的必要整合。该公司首先实施一项名为”中国高 速互联网络示范工程”的重大项目。该项目不仅含有有线电视网的功能， 还能够提供节目点播、上网、电话、图文信息定制、多媒体通信等诸多 服务。网通的成立将扩展有线电视网的业务范围，加强有线电视网的市 场竞争力，是中国有线电视网络发展的新的里程碑。 另外，经过近四十年的努力，中国有线电视已具备相当大的规模。 目前，经国家广播电影电视总局批准的有线电视台将近1 3 0 0 座，各类有 线电视系统4 0 0 0 多个。2 0 0 0 多个县建设了有线电视网络，其中有6 0 0 多个县已实现了光缆到乡镇或到村。有线电视电由最初的共享天线系统， 经过闭路电视系统阶段，再到今天的全新的光纤同轴电缆混合( h f c ) 网络 系统。并以实践证明了h f c 网络系统的技术优势所在。四五年前有不少 通信专家还对t l f c 网的生命力提出质疑，今天这种议论早已消失了。 一? 一 太缘理二【人学坝士学位论文 h f c 网络是在当今的经济技术环境下，能够为有线电视用户提供更好 传输质量和更高可靠性的传输手段。光缆网起到高速连接的作用，电缆 网起到方便和价格低廉的高速连接的作用，两者的有机结合，构成了有 线电视网的基础。h f c 网的存在，数字压缩技术和高效数字调制技术在 h f c 网上的应用，又大大拓展了有线电视网络的技术实力和多功能服务 的能力。例如，在一个常规模拟电视频道中可以传输8 1 0 套数字压缩的 标准电视节目，所以有线电视网络具备了开展三四百套数字电视节目和 开展诸如视频点播( v o d ) 类高级视频业务的能力。同时采用其它先进技 术还可以实现在有线电视网络中传数据、话音和接入因特网服务。h f c 结构的有线电视网能够直接把7 5 0 m h z 甚至1 g h z 的带宽送入用户家中， 提供了开展多种业务的频道资源。由于有线电视网络在h f c 传输体制的 基础上支持数字通信和计算机通信等多种先进的传输体制，使得有线电 视网络可以在开展有线广播和有线电视节目的基础上，提供诸如视频点 播、音乐点播、远程教育、远程医疗、家庭办公、网上商场、网上证券 交易、高速因特网接入、会议电视、物业管理等多种类型的宽带多媒体 业务的前景。其中高速因特网接入、远程教育、数据广播等业务已经到 了大规模商用的阶段。 综上所述，中国有线电视行业经过几十年的发展，已经步入了一个 崭新的时期。产业化改革促进了全国有线电视的联网，h f c 网的建设促 进了节目源的丰富以及服务质量的提高。但是，新事物的出现必将引发 新的问题，在实行行政区域为服务范围的联网过程中，联网后会遇到的 各台利益重新分配等问题；在推j 1 。使用h f c 网机顶盒的问题上，为避免 用户重复投资，有线电视经营者希望能与加解扰问题统一考虑；网络规 模的扩大，使得人工管理收费更加困难，一方面电视台花费较大的资金 为用户提供了更加丰富多彩的电视节目及其它服务，另一方面电视台因 收不上费所造成的经济损失会进一步加大，从而形成恶性循环等等。这 一3 太原理t 大学烦卜学位论文 些问题都在呼唤着有线电视技术加解扰技术的使用和发展。 1 1 2 有线电视加解扰的必要性 有线电视的迅速发展不仅自身产生了对加解扰技术的需求，并且随 着我围经济的稳步高速发展，人民的收入不断增加，有线电视用户的消 费倾向也发生了根本的改变，例如：用户不再是为了看上电视才安装有 线电视，而是为_ ：r 进一步丰富自己的文化生活，进一步提高自身的素质 才收看我们的有线电视节目。所以，用户对有线电视节目的期望也是越 来越高，这与有线电视h f c 网不断丰富的电视节目及其它节目是相适应 的。同时，有 认可。这样， 进步，在全世 和结果发展的 线电视用户经济实力的不断增强，使得对付费电视越来越 “买方与卖方”关系的理顺，大大推动了电视广播技术的 界范围内，付费电视业务已被确认为有线电视发展的动力 方向。 付费电视系统的基本特点是有线电视台所提供的节目只限于授权的 用户观看，即在节目供应商、播出单位和用户之问建立了一种有偿的服 务体系。正是基于这种有偿服务体系，电视节目的制作、播出以及有线 电视网管理的巨大经费得以补偿，从而为有线电视事业的发展奠定了一 个良性循环的经济基础。不过，要真正实现这种良性循环的体系，就需 要建立现代化的有条件接受系统，需要各种先进的加解扰技术系统。 从国外有线电视的发展趋势看，在过去的十几年中，有线电视与直 播卫星( d b s ) 发达的国家和地区已经告别了以商业广告为支撑的黄金 时代，继而各种有条件接受技术手段日臻完善。近七八年以来，亚太地 区自己的付费收视系统也开始日渐繁荣和普及，并在运营中显示出巨大 的商业契机，为运营者赢得了巨大的商业成功。 在国内，由于有线电视在技术特点和运行机制上与无线电视的差异， 决定了它更能适应市场经济的发展，倒而在短短的几年时删中得到了迅 4 太原埋l ：人学硕i j 学位论史 猛的发展与普及。同国外相比，中国庞火的有线电视网、众多的有线电 视用户以及飞快增长的用户群更需要有条件接收系统来保证有线电视机 制的正常运营。随着市场竞争和节目竞争的进一步激烈，即能满足有线 电视台开展增值业务的需要，又能保证有线电视机制征常运营的付费电 视加解扰系统无疑是我国有线电视事业向高层次发展的方向和必然趋 势。 综上所述，付费电视加解扰系统不仅应用前景广阔，潜力很大，更 是解决1 1 1 节最后所论及的有线电视发展中碰到的问题的好办法。首 先，有了加解扰系统，用户的收看将变成先付费再收看，否则无法正常 收看。这样将基本解决人工管理收费难的问题，从而增加了有线电视运 营商的经济实力，进而促进了有线电视节目的进一步丰富；h f c 网的机 顶盒中同时解决加解扰问题，从而扩大h f c 网的应用范围，加强其竞争 实力；在实行行政区域为服务范围的联网过程中，作为联网后会遇到的 各台之间利益分配的问题，引入加解扰技术不失为一种很好的解决办法。 我国信息产业部在1 9 9 4 年6 月3 日向全国广播电视系统发布了有 线电视加解扰系统通用技术要求，同时为适应发展形式的需求，加快 做好采用加解扰技术的准备工作，与之配套的技术政策和技术选用意见 也相继出台。实际应用方面，1 9 9 4 年5 月1 日香港卫星电视中文台“电 影频道”的加扰播出，对我国观众认识和了解“付费电视”产生了积极 和广泛的影响：1 9 9 5 年1 0 月，中央卫星电视传播中心通过亚洲卫星， 采用数字频道压缩和加扰技术，向全国有线电视台有偿传送加扰节目， 对国内各级地方电视台实行“两级加扰”技术体制，开展付费电视经营， 将起到极大的促进作用。 太原理丁大学倾二l 学位论文 1 _ 2 有线电视系统加解扰技术 1 2 1 有线电视加解扰技术的分类 有线电视加解扰技术有各种各样，常见的有以下几种方式： 1 扰频技术处理方式 即带阻滤波器方式，用带阻滤波器把收费电视频道从全部的电视频 道中滤除，使未授权的用户彳i 能收看。 2 模拟基带电视信号技术处理方式 ( 1 ) 行场同步信弓压缩( 抑制) 的技术方式。 ( 2 ) 行同步信号移去的技术方式。 ( 3 ) 行同步信号宽度改变的技术方式。 ( 4 ) 行同步行视频信号倒相的技术方式。 ( 5 ) 行同步信号移位的技术方式。 ( 6 ) 加入伪行同步信号的技术方式。 ( 7 ) 行视频信号伪随机位移的技术方式。 ( 8 ) 行视频信号非i f 弦调制的技术方式。 3 射频电视信号技术处理方式 ( 1 ) 迭加干扰波的技术处理方式。 ( 2 ) 射频行同步信号抑制的技术方式。 ( 3 ) 射频行同步信号期内视频相位调制的技术方式。 4 频率变换( 频带转移) 技术处理方式 ( 1 ) 转换频带的技术方式。 ( 2 ) 转换为非广播频道，例如增补频道，这样普通电视接收机便无 法收看。由于全频道接收机已普遍使用，这种加扰方式已遭淘汰。 5 模拟电视信号数字处理的技术处理方式 ( 1 ) 全场行顺序搅乱的技术方式。 6 太腺删工人学硕l 学位沦艾 ( 2 ) 一场内分组行顺序搅乱的技术方式。 ( 3 ) 行切割分段交替的技术方式。 ( 4 ) 行位移技术方式。 ( 5 ) 行逆向扫描技术方式。 6 数字电视信号的技术处理方式 ( i ) 数字码率压缩的技术方式。 ( 2 ) 迭加伪随机扰码的技术方式。 ( 3 ) 密码控制的技术方式。 以上各种有线电视加解扰技术方式适用面不同，且各有各的优缺点， 部分常用方案的具体实现方法及比较将在第二章中给以详述。 1 2 2 有线电视用户管理和授权方式的分类 用户的管理和授权系统是加解扰付费电视系统的重要组成部分。一 般是对用户进行寻址、授权、解扰、收费管理。方法是使用数字信息对 用户授权信息和加解扰信息进行编码加密后，插入到电视频道中与加扰 电视节目同传送到用户端，用户可以进行付费收看。 加解扰电视系统对用户的授权方式，常用的有以一卜几种： 1 人【授权。 2 卡式授权。包括磁卡、电子卡、i c 、智能卡等。 3 中心集中寻址授权。用计算机进行寻址授权，不用插卡的授权方 式。 4 智能卡和中心寻址授权共享的授权方式。 1 2 3 各种加解扰系统的比较 接下来先仅就模拟和数字加解扰技术的总体适用面及技术优缺点作 以简单介绍如卜- ： 1 模拟电视信号和音频信号直接进行处理的各种加解扰技术方式。 7 太原理工人学硕士学位埝文 1 2 1 中“2 ”中所谈到的各种对行、场同步信号的处理，对行视频信号 的处理以及用中高频对已调制信号进行的各种处理都是属于这一类型。 早期的加解扰普遍采用这种方式，但是它的缺点是易被破密，所以当前 正在向第二种一一把模拟电视信号进行数字化处理后的加解扰方式过 渡。但是直接进行处理也有一定的优势，例如生产技术比较容易，价格 比较便宜等。如果对这种技术进行适当的技术加强的话，它还是有很好 的应用价值的，尤其是在经济条件不太好的国家和地区。 2 模拟信号进行数字化处理后，再进行加解扰的技术方式。常见的 扫描行顺序扰乱，扫描行切割分段交替位置都是使用这种加解扰技术方 式。这种技术顾名思义即是先对已有的模拟电视信号进行a d 转换，再 进行加扰处理，得到加扰的数字电视信号，然后再进行一次d a 转换， 再把转换后的模拟电视信号传送到用户端，在用户端再进行一次a d 转 换，解扰处理后，再进行一次d a 转换，生成正常的模拟电视信号进行 收看。此种方式加扰级别较高( 高密方式) ，安全性好，图像质量还原 好。不过其技术含量高，生产的成本也相对较高。 3 数字电视的加解扰技术方式。采用各种数字信号编码及传输技术， 具有高度的保密性，优秀的还原性，适用于刚刚崛起的数字电视节目的 加解扰。 对上述几种控制管理方式进行简单比较。 1 2 2 中的三大类用户授权方式中，人工授权方式，只适用于用户 数目很少的有线电视网络中使用。卡式授权方式相对于人工授权方式就 比较先进了。其授权信息储存在各种卡上，减少了控制信息的传送量。 如果发生破译等问题，可以采用更换卡片的方式来解决，也可以采用定 期更换卡片的方式提高付费系统的安全性。卡式授权比较适合应用于中 小型有线电视网络中。中心集中寻址授权方式的授权信息存储在解扰器 内的大规模集成电路中，使得破译的难度很大。但是一旦被破译，其损 r 太原理_ t _ _ l _ = 学硕l j 学位论文 失也是比较大的。在当前大规模集成电路大幅度降低成本的情况下，经 济损失可能减少一些。采用智能卡和中心寻址授权共享的授权方式当然 的加大了破密的难度，但是其造价也相应的升高。 1 3小结 本章集中叙述了中国有线电视事业的发展历程，可以看出，有线电 视事业过去的大发展以及现在要想进一步的发展自己，都需要加解扰的 参与来提高自己的管理效率，优化自己的运营机制，从而使我国的有线 电视事业向更高层次发展。 本章还简单的介绍了有线电视加解扰技术的分类、用户管理和授权 技术方式的分类并对各种加解扰技术系统做了简单比较。从本章中我们 可以简单了解我国有线电视加解扰技术的发展以及有线电视加解扰技术 的概况。 太原理t ? 大学顺士学位论史 第二章常用有线电视加解扰技术分析 2 1概述 电视信号要实现发送与接受的一致性，最重要的问题就是同步，即 接收端与发送端在信号时i 白j 顺序上的同步。如果不能实现发端与收端的 同步，电视信号是无法正确恢复的。这就是说，在电视信号的传输中， 行、场同步脉冲扮演着极其重要的角色。如果这些同步脉冲丢失、失真 或移位，都会使接收端恢复图像发生困难，甚至完全无法收看。有线电 视加解扰技术正是利用了这个原理，在发端对电视信号进行各种处理， 在接收端进行相应的解扰处理，恢复出正常的电视图像。用户需要购买 解扰器，才可以看到加扰过的电视节目。 事实上，一个完整的电视信号足由图像信号以及行、场同步脉冲和 行、场消隐脉冲等几部分组成。如果在发端使这些脉冲中的任何一种丢 失、失真或移位，都会起到定的加扰效果。 实际应用中，对加解扰技术和设备的首要要求是传输电视信号和伴 音信号的隐蔽性和保密性，是未交费的用户无法收看到正常的电视节目： 其次是解扰后电视节目的还原性要好，使得已交费的用户能够清晰的收 看到想看的电视节目：再次是系统的安全可靠性，对于所采用的加解扰 技术和设备( 尤其是解扰器) ，不易被非法窃取和伪造；最后还要求所 采用的加解扰技术的设备尽量简单，价格低廉，尤其是用户端设备更要 考虑用户的承受能力，尽量的造价低点。另外，在现有的有线电视加解 扰系统中，还应考虑今后功能的扩张，以适应将迅速发展的机顶盒、数 字电视、图文电视和数字立体声调频广播等。 太原删工人学硼学位论文 2 2模拟处理方式 2 2 1 极性反转方式 极性反转方式可以分为视频极性反转方式和射频( 或中频) 处理方 式。 视频极性反转方式又称为视频信号倒相方式或倒极性方式。很明显， 它属于视频加扰方式。它足把f 常传输的视频信号的极性完全颠到过来： 即白色信号变为黑色信号，黑色信号变为白色信号，彩色信号也作1 8 0 。 倒相。这种信号用普通电视机收看时，因电视机的同步分离电路不能分离 出同步信号，且图像信号也是黑白颠倒，即颜色成了补色，图像成了负像， 故不能显示出正常的图像，使收看者无法分辨出图像内容，也就达到了扰 频的目的，但是这种扰频方式的保密性相当差，因为一般的无线电爱好者 都可以在电视机电路前加锻反相器就能够侵权收看。而且在卫星电视 接收系统中视频反相加扰无效( 因卫星接收机设置有视频极性转换开 关) 。这种单。的视频反相加扰技术目前已不在加扰系统中采用，而是与 其它加扰技术结合起来使用，来提高加扰的保密性。例如，采用视频倒相 和同步压缩两种技术结合。其中前者用于全电视信号的视频部分而后者 用于同步部分，这样系统就可能具有四种加扰方式，即视频倒相+ 同步 压缩：视频压缩+ 正常同步；正常视频+ 同步压缩：正常视频+ 正常同 步。系统可以随机或交替使用四种模式，可以大大提高加解扰系统的安 全性。 射频( 或中频) 处理方式是采用了精密匹配的声表面波( s a w ) 滤波 器技术，用于改变已调射频的柏位和幅度。由于射频波的相位变化造成 了色度信号的相位颠倒和伴音信号的失真，这样即增加了这种加扰技术 方式的加扰效果，也增加了安全性，同时又保证了采用这种技术的低成 本。 太原删工大学硕i ：学位论文 2 2 2 干扰波迭加方式 干扰波迭加方式通常与滤波器和陷波器方式配合使用，属于射频加 扰方式。它的原理是在发送端的图像载波和伴音载波之间加入一个或两 个干扰波已调信号。这样的话该频道的电视节目将受到严重的干扰，无 法正常收看。这种加扰方式的加扰深度是受控于加扰信号的强度，一般 干扰载波电平比图像载波信号电平大- - 4 0 d b 以上，就会产生明显的干扰 效果。如果干扰载波信号电平与图像载波电平相当，就无法看清图像了。 在接收端，已付费的用户可以使用相应与干扰载波频率的滤波器或 陷波器将干扰波滤除，即可以恢复t f 常的电视信号。因为滤波器和陷波 器都是窄带型的，虽然在滤除干扰载波的同时，滤除了部分图像信号， 但是由于信息鼍不大，所以恢复后的图像损伤并不是很大。实际应用中， 由于滤波器不可能做的很窄，所以要完全去掉干扰波是很困难的，解扰 后的信号还会受到一点干扰波的影响。解决方法是使用具有预加重，放 大和陷波功能的滤波器，以补偿额外的边带损失。 这种加扰技术方式要求的设备简单，易于被仿造，因而保密性和安 全性不太好。但是因为它的造价低，相对性价比还是比较高的，在一些 小型有线电视台还有应用。 2 2 3 抑制同步头方式 对同步信号可以在视频上处理，也可以放在射频上处理。视频处理 方法常用的有波形迭加法和去同步脉冲法。 波形迭加方式是把频率和行频锁定的正弦波或方波迭加到视频信号 上，使正弦波的负峰值或方波的负脉冲( 其宽度等于消隐脉冲宽度) 正好 与同步脉冲峰值( 同步项) 对齐，就会使同步脉冲压缩到视频信号的峰值 以下，从而使电视机的同步分离电路无法分离出正常的同步信号，造成电 视机屏幕上的图像紊乱，无法正常收视付费电视节目。解扰端解扰处理方 一12 太原理工大学倾：卜学位论文 法是将加扰信号和一个与加扰端的正弦波和方波相位相反、幅度相同的 再生f 弦波或方波混合起来，以抵消原迭加的干扰波，这样即可以恢复正 常的电视信号。从这种加扰方式的机理上可以看出，这种干扰波迭加方法 的安全性低，且图像有明显的劣化，因为它不可避免的对图像信号也实行 了压缩，它属于早期的加扰方式。但是，随着射频压控振荡器能量干扰技 术的出现使得这一方法又重新启用。根据该技术方案，在电视频谱中一个 特定窄带内工作的压控振荡器产生人工干扰信号，振荡器的能量由微处 理器控制，对已付费的用户则使该振荡器不输出能量，反之则使振荡器开 足功率来干扰未被授权的电视频道节目。这种技术适用于可寻址闭锁系 统，还能工作于按扮目付费方式，并且这种技术的应用对电视图像质量没 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。 去同步脉冲加扰法的原理和波行迭加法一样，只是其压缩同步的波 行来自电视信号本身，即把从全电视信号中分离出来的同步信号经放大 倒相获得正极性同步信号，适当控制其能量，把它与全电视信号相加， 即可以完全抵消全电视信号的同步信号。同时在发送前，分别对无同步 的视频信号和正极性同步信号进行调制，然后发送出去。 接收端经选频、放大和变换，分别解调出无同步的视频信号和负极 性的同步信号，只要适当控制它们的电平经加法器后就可以还原出全电 视信号，再经调制器输送到电视接收机的调谐器，在电视上显示出f 常 的电视节目。 无论是采用对同步脉冲进行压缩还是去除，因为都没有破坏图像信 号，所以，解扰后不会对图像质量有明显的影响。但是因为技术不太复 杂，安全性不是很高。 太原理工人学硕l ! 学位沦义 2 3 数字处理方式 2 3 1 行切割旋转方式 行切割旋转( 又称行分段) 是先将行正程内的有效视频信号经a d 转 换后，将模拟电视信号转换成数字电视信号，再将每一行数字电视信号 随机的选取一个或两个切割点，再互换这些段的位置来达到加扰的目的。 分割的段数越多，组合越多，保密性能就越好，但需发送给接收端的解扰 信息也越多，系统就越复杂，且图像质量的劣化也越大。所以通常所说的 行切割旋转加扰都是指选取一个切割点的单切割行旋转技术。随着失真 补偿技术的提高，图像质量劣化的程度得到大大改善，使安全性高、成本 低的行分段法被众多有线电视网所接受。 2 3 2 行移位方式 行移位( 又叫行抖动) 是使每一行的同步脉冲起始点的位置随机的 前后变化，或者足随机地移动行f 程内的有效视频信号的位置，从而破坏 了图像信号和唰步信号之间的相对位置关系，结果造成图像扭曲或不稳 定。这种行位移加扰方式，必需设计精确的p i 。l 电路，保证丰时钟信号 的下降沿与行同步下降沿对齐，才能保证加解扰正确。行抖动方式单独 使用时加扰效果和安全性不如行搅乱和行分段，但若同其它加扰方法( 如 行搅乱、图像极性反转等) 配合使用，加扰效果会大大提高。 2 3 3 行顺序搅乱方式 行顺序扰乱是把电视图像垂直方向的画而搅乱。这种加扰方式对每 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随机变 换。如果接收端的行顺序不和发送端相同，重现的电视图像便是模糊一 片。采用解扰器来重新恢复正确的j 7 j i l 硬序，重现的电视图像才能正常。由 于行顺序扰乱对行扫描的上下位置变换是随机的，所以在解扰端如果不 14 太腺理工人学顿i 学位论史 知道其变化规律，是根本无法还原的。而这种变化规律的“破译”是由专 用的超大规模集成电路解扰专用集成电路和条件存取控制器来承 担的，保密性当然也很好。 行顺序搅乱方式方法是先将模拟视频基带信号通过a d 转换变换成 数字视频基带信号，然后将一场扫描行排列的顺序随机地进行重新排列。 这样，一场中原来的图像组合打乱，达到图像加扰的目的。然后，再将 数字视频新号进行d a 转换，经过放大、调制后发送出去。 接收端先将一场甚至一帧的图像信号存入存储器，然后进行相反的 a d 转换，再将扰乱的行顺序置换过来，恢复原来的行序，再用d a 转 换还原出模拟视频信号，便可以m 常收看了。 2 4 数字电视加解扰方式 以上介绍的都是模拟电视传输所采用的加解扰方式，如果是数字电视 信号，所采用的加解扰方法就不同了。常用的方法有时基压缩方式、叠加 模拟随机信号方式和密码方式等。 时基压缩时基压缩是将亮度、色度信号分别在时间轴上进行压缩，然后 以时分多工方式传送出去，在接收端再分别将两个信号进行时基扩张。时基 压缩加扰方式都是采用重新编排图像信号时序的方法。 叠加模拟随机方式是在已调的数字化电视信号码列上叠加模拟随机信 号码列后再发送出去。在接收端，把这种模拟随机信号码列去掉，恢复正 常的数字电视信号。 密码方式是把数字化的电视信号的码序列分割成适当的长度，按照数 据加密标准格式控制符白适应逻辑等密码算法密码化后传送出去的方式。 在数字处理的加扰方式中，由于解码算法和密钥可以分开处理，适当 改换密钥就可增加破密难度，提高了安全性。数字传送数字传送加扰方式 属高级加扰技术。由于数字化信号占用频带太宽，只有采用数字压缩技术结 15 太原理工人学顿士学位沈文 合数字电视接收，才有可能在现有传输体制电视中应用。数字传送加扰的发 展余地很大，对其进行破译很困难，授权密码的藏匿性好，所以安全性最高。 2 5各种加解扰技术系统的比较 2 5 1 加解扰技术系统评价指标 对某一种加解扰技术系统的评价和估测，一般从以下几个方面来考 虑： 1 加扰深度。有的场合也称为“图像的隐匿性”，主要是指加扰后 图像可以被收视的程度。一般要求加解扰系统应该有能力做到使图像完 全不能理解的程度。但是为，吸引更多的用户，在实际加解扰应用中， 往往把加扰深度降低，使非授权的有线电视用户多少可以看懂一点，以 至于想看又看不好，促使用户自觉付费收看。 2 系统安全性。有的场合也称为“破解难度”。丰要是指非法用户 为了达到非法收看的目的，而进行的技术工作的难度。从原理上讲任何 形式的加扰技术都是可以破解的，问题的关键是进行破解所要花费工作 量的大小和投入资金的多少。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，这样的非法收看者， 对于收费电视的经营者来说是可以容忍的，这是无关大局的。这样的加 扰技术系统，可以认为是安全的。如果非法牛产的解扰器其成本与正常 的解扰器基本相当，则由于使用非法解扰器的用户，可以在不缴纳收视 费的情况之下收看到电视节目，这样非法解扰器将获得较大的市场，这 种技术系统则认为是不安全的。 3 图像还原质量。是指电视图像经过加扰和解扰后，用户收看到的 质量是否符合技术要求。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。其丰观评价者应该是对加解扰技术有全面 太原理工人学硕上学位论义 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。主观评价所调用图像信号，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 解扰技术方式的先进性。这一点应根据国内外加解扰技术的发 展过程来考虑。一般地讲早期使用的加解扰技术是不够先进的，而在近 期丌发、研制出来的技术是先进的。但是并非唯先进而用，有的技术虽 然先进，但由于价格昂贵不便于推广，我们在选择加解扰系统时，应着 眼于技术先进又方便推广使用的加解扰技术。 5 技术上的可扩展性和技术使用寿命。在当今科学技术飞速发展 的形势下，有些技术可能很快被淘汰，这一点应引起我们的充分重视。 因此，要求选用的加解扰技术系统，能够在今后科技有新的发展时，增 加自身功能的能力和可能，使这种技术的使用寿命相对延长。 6 设备和产品的工艺水平。包括电路板和元器件的插装技术和工 艺水平，所用元器件本身的_ 1 ：艺水平，产品外壳，电路板的工艺水平等， 都应是考察的内容。 7 性能价格比。在本节中所提到的各项性能技术参数，以及“有 线电视加解扰系统通用技术要求”标准中列出的各项技术指标，与设各 的价格之比。以物美价廉的原则为准。 8 设备的可靠性( 无故障运行时问) ，售后服务条件及技术安全 的保证条件等。 9 最大寻址速度。是指使用计算机监视进行中心寻址授权的加解 扰技术系统，进行寻址时的最大速度，一般以每分钟多少万户表示。 l o 控制信息传送位置。是指加解解扰使用的解扰信息，用户授权 信息和其它信息传送时在频道中占用的位置。一般有在场逆程( v b i ) 中 传送，行逆程( l b i ) 中传送，伴音信道中传送，另设专用频道传送等 17 太原理t 人学颂j 学位论文 方式。 1 1 控制码字氏。是指控制信息的编码位数的编码长度，以b i t 表 示。b i t 数多的控制码可以编制的复杂一些，安全性好一些。 1 2 信息码存取速率。是指信息码在前端加扰器中和终端解扰器中， 存入和取出的速度，一般以每秒若干b “来表示。存取速率高的性能好。 1 3 解扰码的更换速率。是指向用户传送的解扰用信息，多长时间 更换一次。一般以时削短、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。误码率是指数宁信息在传送中出现的差错 的比特数与所传输的比特数之比。系统之内允许的误码率大，则对有线 电视系统技术质量的要求就低。反之，对有线电视系统的技术质量要求 就高。 1 5 同时u j 以加扰的频道数。是指该加解扰系统技术的系统，同时 可用于多少个频道。一般应以频道数多为好。 1 6 用户的授权方式。前文谈到的共有七种授权管理方式，排列的 顺序也以从简单的复杂为准，排在后面的其安全性就相对高一些。 以上谈到的。卜六种加解扰系统技术性能指标决大部分是针对所有的 有线电视加解扰系统，例如加扰深度、性价比等，只有最大寻址速度是 针对专门的加解扰系统。我们在评价一个加解扰系统的优良性和实用性 时，应当综合考虑这些指标，并有一定的侧重点，以发现和选用对自己 真正“最佳的”加解扰系统。 2 5 2 各种加解扰系统简单评价 我们可以用以上的评价标准对2 2 、2 3 中谈到的各种模拟及数字加 解扰技术分别进行评价如下： 1 r 太原理工人学颂i j 学位论文 先对模拟信号加解扰技术方式进行评价。 1 行场同步信号移位技术方式。这种加扰方式的加扰效果是电视图 像被撕裂如锯齿般，但是还是有较大的可视性；它的系统安全性也不是 很高，比较容易被破译；图像的还原质量一般，可以人为的觉察到一点； 这种系统的技术卜- 的可扩展性也不好：系统解扰器性价比比较差。 2 行同步信号抑制( 压缩) 技术方式。这种加扰方式的加扰效果要 优于行场同步信号移位方式。它加扰后使得电视图像发生扭曲变形，虽 可以了解部分图像信息，但是不具有可视性；它的系统安全性一般，虽 相对于行场同步信号移位技术方式要好些，但是也存在着较容易被破译 的缺点；它的图像还原质量较好，损伤基本不可阻被觉察到；这种加解 扰方式只适用于模拟信号处理，一切的可扩展性只限于模拟信号范围； 系统的解扰器性价比一般。 3 同步信号抑制加视频倒相技术方式。这种加扰方式是两种加扰方 式的结合，效果又较前两个好，加扰效果是图像扭曲，彩色信号反向， 无法收看；它的被破泽难度也有所提高；图像还原质量和行场同步信号 抑制( 压缩) 技术方式效果相当，损伤基本不可觉察；这种加解扰方式 也是只适用于模拟的信号处理范围；它的解扰器性价比比较好。 4 视频信号倒相技术方式。这种加扰方式的加扰深度不太好，加 扰后电视信号有一定的可视性：系统的安全性还可以，比较难以被破译； 解扰的效果与行场同步信号抑制( 压缩) 技术方式相当，损伤基本不可 觉察；这种加解扰系统技术上的可扩展性也是只局限于模拟的信号处理 方式中；其解扰器的性价比较好。 下面对数字信号加解扰技术方式进行评价。 1 行切割分段交替技术方式。这种加扰方式的加扰深度比较深， 加扰后完全看不出图像；系统的安全性也较高，很难被破译：解扰端的 图像还原好；技术上的可扩展性强，可以向全数字化的方向发展；解扰 g 太娘删工犬学倾士学位论义 器的性价比也比较高。 2 行顺序搅乱技术方式。这种加扰方式的加扰深度与行切割分段 交替技术方式相当，也是基本看不出图像；系统安全性也高，难以被破 译；图像还原性也好，基本没有失真现象；系统的技术可扩展性也好， 可向全数字化方向发展：解扰器的性价比也高。 3 行切割分段交替加行顺序搅乱技术方式。这又是两种优秀的加解 扰方式的结合，强强联合，功能当然好了。加扰后的效果是完全看不出 图像；系统的安全性很高，很难被破译；解扰后图像的还原质量也好： 技术上的日 向全数字化方向发展：解扰器的性价比也高。 从以上的叙述可知，采用数字信号进行加解扰处理的方式不论是从 加扰深度、破译难度还是图像的还原质量、技术叫扩展性及解扰器的性 价比等方面都优于采用模拟信号技术进行的加解扰处理方式。但是这不 等于说，我们所有的加解扰系统都应当采用数字信号进行加解扰处理。 任何事物的存在都有其必然性，模拟信号加解扰处理技术虽然落后，但 是在许许多多的对破密难度和可扩展性等指标要求不高的情况之下，由 于它的造价低廉，技术要求低等优点，使模拟信号加解扰技术仍然获得 了广泛的应用。 2 6加解扰系统的选型 任何加解扰系统的选型，都不应当只是求新求全，而应当综合经济、 技术等各方面的因素，这样爿信b 真正选择出适合自己开发的加解扰系统。 首先，加解扰系统在造价方面应该是比较合理的，这种合理性建立 在用户的经济承受能力以及丌发商的经济实力上，如果用户的经济承受 能力有限的话，造价太高的加解扰系统推广起来是有困难的，如果开发 商例如有线电视台的经济实力有限，选择造价太高的系统将是不现实的； 其次，加解扰系统技术难度的选择也应当是多方考虑的。这种考虑包括 n 瓜腺璀工人学坝_ 上学位论义 开发者的技术实力以及系统使用者例如有线电视台所提供节目的规 格。一般来说，性能指标比较好的，技术难度相对比较高，开发难度 就比较大；并且如果系统使用者所提供的节目规格只是面向普通用户 提供普通电视节目，那幺技术难度就没有必要人为增大；再者，考虑 系统的可扩容性也是很有必要的，因为j “品较好的可扩展性等于延伸 了产品的生命。 总之，加解扰系统选型应当是在充分