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北京交通大学硕士学位论文 数：f 电视条件接收模块研究与实现 摘要 数字电视是未来大众传媒的主流发展方向，条件接收技术是数字电 视的核心技术之一。条件接收技术使得数字电视的内容得以加密传送， 从而提高了信号的安全性。而在节目的接收端，己付费的合法用户在对 信号进行解密处理后，可以正常收看节目内容，对于未付费的用户因加 密而无法收看到电视节目。 由于数字电视在我国起步较晚，因此条件接收技术的研究在我国尚 处于起步阶段。本文概述了数字电视条件接收模块的理论研究成果，对 数字电视传输流帧结构进行了深入探讨，以此为基础，研究了条件接收 模块的解密解扰原理，并结合密码学中的经典算法，完整地展示了解密 解扰流程。 经过与d s p 、m 口s 等方案的比较，本文提出采用大规模可编程逻 辑阵列与嵌入式处理芯片组合的系统实现方案。该方案满足了系统的 功耗和处理能力等方面的需求，并为系统升级换代留下了充裕的空间。 文中提出了数字电视通用接口的实现方案，该方案以d v b c i 协议 为基础，在满足了协议中规定的基本内容的同时，利用大规模可编程 逻辑阵列实现方式灵活等特点，扩展了芯片功能，这减轻了解密解扰 芯片的负荷，提高了系统的工作速率。 通过对数字电视传输流结构的理解和解密解扰流程的认识，本文中 将解密解扰的全流程分为三个部分。每一部分通过接口与其它部分相 连。当采用不同的c a 系统时，只要更换相应模块便可实现，因此增加 了程序的可重复利用特性。 本文研究的条件接收技术可向其它方向拓展。随着信息社会的到 来，会有大量信息采用数字化传输，因此，信息传输的安全性己成为 一个研究热点。条件接收技术的研究己取得一些成果，但还需要做很 多的工作。 关键词：数字电视、条件接收、传输流、d v b c i 北京交通大学硕士学位论文数字电视条件接收模块研究与实现 a b s t r a c t d i 西t a lt vw mb e c o m ed o m i n a l l tf o rp u b l i cm u l t i m e d l ai n n o tf 酊m m r e c o n d l t l o n a la c c e s si so n eo fm ec o r et e c h n o l o g yf o rd i 哥t a lt vw h i c he n c r y p t st v s i g n a ld u 血gi t s 订a n s i n i s s i o na 力d 山e r ef o ri n c r e a s e st l l ei n f o m a 石o ns e c 砸够w h i l ei “ 血eb a c k e n d ，血o s ew h oh a sp a i dc a l ld e s c r a i t l b l em es l g n a la i l dw a t c hm ep r o g r 锄 n o 肌a 1 1 斗o nt h ec o n 廿茁y ，t h o s ew h oh a sn o tw i i i f a i lt od os of o r 也ec o n d i t i o n a l a c c e s sr e a s o n t h er e s e a r c hi nc o n d i t i o n a la c c e s si nc h 矾a1 sa t t h eb e g i r m i i l g n d sp a p e rh a s s u m m a r i z e d 吐l et h e o r e t i c a lp r o f e s st h a th a sm a d ei n 血i sa r e aa 1 1 dm a d ed e 印r e s e a r c h i n 艄m s p o r ts 廿e m 丹眦es 仃u c t l 工r em a ti sr e l a t e dt oc o n d i t i o n a la c c e s s t h e 血e o r yo f d e s c r a m b l i n gp r o c e s sj sa l s or e s e a r c h e db a s e do nt h e es m 】c f u r e ，a n dp l u s 也e c l a s s i c 血e o r yi nc r y p t o l o g y t h ew h o l ec o n d i t i o n a la c c e s si nb a c k _ e n di sp r e s e n ti n 血1 s p 印e c o r n p a r e dw i i l ld s p 、m i p s a 1 1 do t h e rs c e n 撕o s ，m i sp a p e rp r o p o s e s 血es y s t e m r e a l i z a t i o nb yw a y so f 血ec o r n b i i l a t i o no ff p g aa 1 1 de m b e d d e dp r o c e s s o lw h i c hc a l l w e l ls “s 石e dt 1 1 eh a r d w a r e 卸dp o w e ”e q u i r e m e n t s n e r ei sa l s o 丘e ec a p a b i l i t l e sf o r s y s t e mu p d a t e t h ed e s i g no fd v b c ic 1 1 i pf o rc o n d i 石o n a la c c e s sm o d u l ei sb a s e do nd v b c i p m t o c o i sa n di m p l e m e n t e d 诵t hf p g a t br e d u c e 吐1 eo v e r l o a do f d e s c r a l b l ec l l i p ， s o m ee n h a n c e df e 栅ei sa d d e dt o 廿1 ec h l p t h ed e s c r a m b l ep r o c e s si si i i 【p l e m e n t e dw i ma r mt h es o f t w a r ed e s i 印i s d i v i d e di n t ot h r e em o 血l e s e a c hm o d u l ei si nc h a 唱eo f i n d i 们d u a l 如1 c n o n sa 1 1 dm e r e i si n t e r f a c ec o n n e c h n ga uo fm e mt o g e 廿1 e lt h i sa r c l l i t e c t l l r ee n a b l e st 1 1 em o d u l e e a s l l ya d a p tt oo t h e rc o n d i t i o n a la c c e s s ，t h u sm o s to f 廿1 ew o r kf b rt h ec u r r e n tr r l o d u l e c a nb er e u s e d t b ec o n d l t l o n a la c c e s st e c h n o l o g yc a nb ew j d e 】yu s e dmo t l l e rn e l d s f o r 山e c 唰n go f 吐l ei n f o 肋a t i o ns o c j e 吼s e c 证t yh a sb e c o m et h ep 叩u l a rt o p i c t h o u 9 1 1w e h a v em a d es o m ep r 0 铲e s si nc o n d i t i o n a la c c e s sn e l d ，w es 吐i lh a v el o t so f w o r dt od o k e yw o r d s ：d 硒t a lt 、c o n d i t i o l l a la c c e s s ，t r a n s p o r ts 仃e a l l l ，d v b c i i i 北京交通大学硕士学位论文 数字电视条件接收模块研究与实现 第一章绪论 今天，数字电视时代正在到来。数字电视具有高清晰图像、高质量 音响等突出特征，而且还能够支持家庭信息化、宽频互联网、移动互联 社区服务等功能。条件接收为数字电视的收费系统提供了保障，它是推 动数字电视走向市场成功的重要环节。因此，条件接收技术是数字电视 的核心技术之一 1 1 条件接收技术综述 条件接收( c o n d i t i o n a ia c c e s s ，c a ) 是指允许用户端接收机在满足 一定的接收要求的条件下，接收特定的视频节目。其核心是对特定数据 的加扰和加密。条件接收系统( c o n d i f i o n a la c c e s ss y s t c m ，c a s ) 的基本 处理流程包括四个部分：加扰、加密、解密、解扰。前两个过程在前端 即节目的发送端实现，后两个过程在后端，即用户端实现。条件接收技 术保障节目提供商和网络运营商的利益，使其在节日成本和商、l k 收益之 间取得平衡，从而推动数字电视产业服务质量的提升。 条件接收技术存在两种实现方案：同密和多密。同密情况下前端可 以使用多个c a 系统，每个c a 系统可以使用不同的加密系统加密各自 的控制字( c o n t r 0 1w j r d ，c w ) 、授权控制信息( e n t i t l e dc o n t m lm e s s a g e ) 、 授权管理信息( e n t i t l e dm a j l a g em e s s a g e ) ，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 设备而同时又能接收相同的数字电视节目：多密技术主要是针对接收端 而言的，用户可以采用多密的方式接收不同的加扰加密系统所加密的不 同节目，在接收端完全可以用以d v b c i 协议为基础的条件接收模块完 成对不同节目的解密解扰的处理工作。 针对同密接收系统，现存的解决方案是智能卡技术。但智能卡处 理能力有限，信号的解扰工作需要由机顶盒完成，因而最多只可以实 北京交通大学硕t ：学位论文数字电视条件接收模块研究与实现 该方案不仅满足了系统实现的必要条件，而且从全局角度出发，发挥 f p g a 可编程性强的特点，对输入数据进行预处理，从而简化设计，提 高了系统的时钟频率。 经过作者对数字电视传输流相关协议和条件接收理论的研究，文 中总结了数字电视的帧结构，提出了数字电视解密解扰的理论及其具 体流程，并且对整个系统的实现提出规划。同时，考虑到实现过程中 芯片的处理能力以及数据的接口传输能力，文中论述了采用嵌入式处 理芯片删9 的实现方案。 从实际采集到的数字电视传输流试验结果证明，文中提出的系统 实现方案能够对数字电视进行正确的鉴权处理，这证明了条件接收理 论的正确性，并且在处理时间上满足系统提出的实时性要求，能够满 足实际应用中的需要。 1 4 论文安排 本文第一章介绍关于条件接收的概况。包括条件接收的基本概念、 国内外发展趋势，由此引出这一技术在我国未来发展中的重要意义。 最后介绍了本文所做工作和文章安排。 第二章研究了条件接收系统的构成。包括节目的制作、发行部分 一前端系统和节目接收部分一后端系统。通过对这些内容的了解，有 助于对解密解扰原理的研究。同时，对于条件接收模块密切相关的 p c m c i a 协议进行了研究。 第三章以d v b c i 作重点研究对象。研究、分析了d v b c i 系统需 求，并提出基于f p g a 的设计方案。 第四章剖析了数字电视传输流的帧结构。对涉及条件接收的关键 数据帧进行了详细的剖析。同时，以此为基础，探讨、研究了条件接 收原理和具体的处理流程。 第五章介绍解密解扰流程的软件处理方案。该方案使用c 语言实 现，对不同的功能实现了模块划分。不同的功能实现了模块划分，不 同的模块可单独完成功能。 4 北京交通大学硕：t 学位论上数一t 包视条件接收模块研究与实现 第六章讨论了密码学中的经典理论3 d e s 和r s a 算法在条件接收 理论中的应用。并对算法结构进行了分析。 第七章对本文作出了总结并提出了本文的研究发展方向。 北京交通大学硕1 。学位论文数字电说条件接收模块研究与实现 并转化为d v b 的s i 信息，同时按一定的周期发送这些信息给复用器。 图2 1 前端系统构成 ( 5 ) 复用加扰处理系统：定义了s c s 、e m m g 、s i g 的接口，加扰采用了 标准的d v b 加扰算法。 ( 6 ) 加密单元模块：使用单密钥算法，密钥长度为1 2 8 b i t 。需加密的 信息包括e c m 消息、e m m 消息、c w 控制字等。 ( 7 ) 加扰模块：采用统一算法，保证多个c a 系统的同密，便于运营商同 时选用多个c a 系统。需要加扰的信息为视频流、音频流、数据流等， 加扰用的密钥( 即控制字c w ) 通常长度为6 4 比特，控制字生成器一般由 加扰设备自带或者由外接输入。 2 1 2 前端设备工作原理 经过数字化的视音频节目传送到复用加扰器中，为了使c a 系统能 够正常工作，必须在复用加扰器中预先完成各项初始设置，使c a 系统 通过标准接口与复用加扰器建立好通讯连接，并建立相关的p _ t 、c a t 表等。复用加扰器开始加扰时，首先产生加扰控制字c w ，并在使用c w 加扰t s 流之前，先将c w 通过标准接口传送给e c m g ，并等待e c g 返回e c m 消息，此e c m 消息已经将c w 及有关节目属性信息以密文形式封装到数据 包内，复用加扰器接收到e c m 包并通过s c s 同步后，按照特定的时序关 北京交通大学硕士学位论文数字电说条件接收模块研究与实现 系将e c m 插入到t s 流当中，将c w 传送给加扰模块，而加扰模块按照事先 预定好的规则使用c w 加扰相关的视音频节目。同时复用器还可将已经 收到的e m m 消息、s i 信息插入到t s 流中，并将复用好的包含e c m 、e 删和 s i 的t s 流通过a s i 接口传送到调制器中，然后通过c a b l e 传送到用户端， 至此完成了前端的加扰控制工作。 2 2 后端设备及数据处理 2 2 1 数字电视机顶盒 条件接收系统后端由机顶盒和条件接收模块构成，机顶盒负责数字 电视信号的解调和m p e g 一2 译码处理，同时负责同电视用户的交互操作。 每当用户发出新的指令如换台、录像等操作时，都需要首先进行鉴 权操作后方可执行。数字电视机顶盒与条件接收模块的交互操作通过 d v b c i 标准完成。这是一个统一的标准，便于不同厂家的条件接收模块 在相同机顶盒上的使用。 2 2 2 条件接收模块 条件接收模块中保存了与前端一致的加密加扰算法。以及数据鉴 权时所需的密钥。其构成如图2 2 所示。 图2 2 条件接收模块构成 北京交通大学硕七学位论文数字电视条件接收模块研究与实现 条件接收模块由两块核心芯片构成，即数字电视通用接口控制芯片 及条件接收解扰芯片。通用接口控制芯片负责模块系统与外界交换数 据的格式转换、预处理以及与模块自身相关的数据处理。解扰芯片根 据输入数据和智能卡中的密钥进行鉴权，并进行相应的解扰处理，以 便数据能够被机顶盒正确译码。电源控制芯片满足了模块能够适应 3 5 v 和5 v 两种工作电压，这需要在通用接口芯片配合下进行设置。智 能卡中保存了模块的分配密钥，属于绝密数据，不应被任何手段所获 取。 2 3p c m c i a 协议简介 条件接收技术的实现依赖于以p c m c i 协议为依托的物理模块。 p c m c i a(p e r s o n c o m p u t e rm e m o r y c a r d i n t e r n a t i o n a l s s o c i a t i o n ) 是一个有3 0 0 多个成员公司的国际标准组织和贸易联合 会，该组织成立于1 9 8 9 年，目的是建立一项集成电路国际标准 x 北京交通大学硕士学位论文 数字电视条件接收模块研究与实现 在p c m c i a 标准的后续版本中，加入了对d v b 的支持，使得变型后 的p c m c i a 接口在功能上满足了d v b c i 接口的需求。表现在：重新定义 了部分接口信号，并详细阐述了接口信号的含义，明确了接口的功能 需求，并做出明确的功能划分，提出功耗要求，提出级连方式，规定 了c i s 中信息的内容与格式，提出传输流( t r a n s p o r ts t r ea j i l ，t s ) 流入流出接口的时序需求、延迟要求等。 o 北京交通大学硕士学位论文数字电视条件接收模块研究与实观 第三章d v b 通用接口设计与实现 数字电视通用接口( d 硒t a lv i d e oc o m m o ni n t e r f a c e ，简称d v b c i ) 是位于数字电视机顶盒与条件接收模块间的桥梁。通过定义和使用通 用接口，数字电视鉴权装置被集成装在一块可拆卸的模块上并可将此 模块插入数字电视机顶盒插槽中。这样做的好处是使得广播电视运营 者能够根据自身的需要，选择不同的接收机生产厂商和条件接收系统 生产厂商。对于用户来说，只需更换条件接收模块便可收看不同加密 方式的电视节目，不必更换价格昂贵的机顶盒设备。物理上，d v b c i 采用了p c m c n 标准作为原形，并对其部分功能作了修改，使之能够 满足数字电视的传输要求。 3 1d v b c i 协议分析 3 1 1d v b c i 功能及组成 通过d v b c i ，实现了c a m 系统与外界的有效通信，使得数字电视 鉴权系统与信号解码功能分离这样做的好处是能够提供更为强大的 产权保护功能，而且对前端机构一数字电视运营商来说能够选择更 加广泛的数字电视节目内容，对后段一数字电视用户来说，再不必 功能新机顶盒的前提下，能够接收更多的数字电视节目。 d v b c i 由三个逻辑接口组成，分别是传输流接口、命令流接口、属 性数据接口。传输流接口分别传送8 比特m p e g 2 输入数据、8 比特 m p e g 一2 输出数据，及输入、输出数据的控制信息。命令流接口传送主 机与c a m 问的控制信息，以及为了保障控制信息可靠传送的其它附加 信号。控制控制信息将被接口芯片处理后将控制命令传送至解密、解 扰芯片。属性数据接口使得机主机够读取c a m 的结构信息以实现对其 功能进行识别，同时主机对c a m 的配置也是通过属性数据接口实现 的。 北京交通大学硕士学位论文数字电视条件接收模块研究与实现 3 1 2 传输流接口 传输流接口的数据被分为输入输出两组，分别占用不同的通路。 包括主机向c a m 方向传送的传输流数据m d i o m d l 7 ，控制信号 m i s t r l ：m a i ，控制时钟m c l k i 。从c a m 返回主机的传输流输出 数据m d o o m d 0 7 ，控制信号m o s t r l jm o w 山，控制时钟m c l k 0 。 这种结构保持了输入、输出数据的独立性，使得系统可以全双工模式 运转，同时数据采用同步传输，这些为高速数据的传输创造了条件， 同时控制信号为数据的可靠传输提供了保障。控制信号与数据间的时 序关系如图3 1 所示 图3 1 ( a ) 型生堕翌! 兰i 兰堡：兰竺竺丝壅 塑j ：皇! ! ! ! 墨堡堡坚堡垫堕壅兰壅墨 i f e ms v m b o im j nm a i c l o c kp c o d t c u 中 1 1 ln s c l o c k h i g l l 血1 0 t c l k h4 0n s c l o c kl o wt i m et c l 蛐4 0n s i n p u td a t as e 呻 协u1 5n s l n p u td a t ah o l d t h1 0n s o u t p u td a t as e n l p t o s u2 0n s o u t p u td a t ah 0 1 d t o h 1 5n s 翻3 i ( b ) 3 1 3 命令沉接口 命令流接口主要由寄存器组构成，共占用5 字节容量。其中偏移 地址为0 的是数据寄存器，用于缓存流经模块的命令数据。偏移地址 为1 的是命令状态寄存器，从该地址读取数据时，对状态寄存器操作； 向该地址写入数据时对控制寄存器操作。状态命令寄存器实现了数 据的握手通信，保证了数据的可靠传输，避免了由于采用双向端口而 可能产生的“死锁”现象，并且在系统启动过程中发挥重要作用。状 态命令寄存器结构见图3 2 所示。偏移地址为2 和3 的是大小寄存器， 用于存储每次命令传输的字节数。大小寄存器的值将被解密、解扰芯 片读取。以合理的安排缓存的大小。 k 茜工釜区工圭矗工圭区口壹f 旦垒l 堕f 垦f 垦i 垦l 垦【矾，ei 莨订 图3 2 ( a ) 状态寄存器结构 状态寄存器中各位的含义为： d a ：当c 抓4 需要向主机传送数据时，此位置l ，否则为o 。 f r ：当c j m 空闲可以接收主机命令数据时，此位置1 ，否则为o 。 w r ：写数据过程中出现错误时，此位为l ，否则为o 。 r e ：读数据过程中出现错误时，此位为1 ，否则为o 。 r ：保留位，未定义。 韭塞窒塑查兰堕主兰堡堡奎 鏊兰垒堡垒堡堡坚堡堡坚壅! ! ! ! 堡 图3 2 ( b ) 命令寄存器结构 控制寄存器中各位的含义为 r s ：为1 时，d v b c i 被复位，但对c m v i 无影响。 s r ：为l 时，由c a m 提供命令流缓冲区大小。 s w ：为l 时，主机向c a m 提供最终的命令流缓冲区大小。 h c ：为l 时，主机开始向c a m 传送数据。 r ：保留位，未定义。 当c a m 系统初始化或在工作过程中出现差错，则主机需要对c a m 进行复位处理，这是通过向控制寄存器中的r s 位写入“1 ”实现的。 而在初始化结束后，c a m 通过向f r 位写入1 表明初始化过程结束。 初始化结束后，主机通过与c a m 的“缓冲区大小协商协议”获取 模块缓冲i 墨的容量信息，从而确定一次性数据传输的最大字节数，便 于两者之问的块传输。“缓冲区大小协商胁议”的基本过程为：主机首 先向c a m 中控制寄存器的s r 为写入“l ”，等待d a 位被设为l 后， 读取数据寄存器中的信息，这些信息实际上就是大小寄存器中的内容， 由两字节组成，高位在先，表明了模块所采用的数据缓冲区的大小， 因此，缓冲区的最大值被大小寄存器的容量所限制，最大为6 5 5 3 5 字 节。主机读取这些信息后，首先将s r 复位，同时与自身的缓冲区大小 相比较，耿两者间较小者作为最终的缓冲区大小，随后，置位c a m 命 令寄存器的s w 位，等到f r 位为l 后，将缓冲区的大小写入大小寄存 器，最后复位s w 位，结束缓冲区大小协商。 3 1 4 属性数据接口 系统启动时，主机将读取c 加讧中的属性数据，从而确认插入模 块的功能并对模块的工作环境进行正确的配置。 属性数据采用拓扑链的结构被保存在单独的非易失性器件中，这 与p c m c n 协议中信息结构体的存储方式相同，即属性数据由一个或 多个数据块组成的链式结构 4 北京交通大学硕士学位论文数字i 乜观条件接收模块研究与实现 d v b c i 协议中规定了属性数据中必须包含的内容有： 1 c i s t p ld e v i c eo a ：包含了关于模块的一些物理信息。 如模块的尺寸、型号、以及关于属性内存的的地址分配等。 2 c i s t p ld e v i c eo c ：此项是c i s t p ld e v i c eo a 内容的 扩展，用于模块在多种场合的应用，新增加的内容包括模块的 工作电压、等待周期等。 3 c i s t p lv e r s1 ： 包含了模块与低版本p c m c i a 协议问的 兼容信息及模块生产厂商的相关信息。 4 c i s t p lm a n f i d ：包含了模块生产厂商的信息。主要内容 为由国际标准委员会为每个生产厂商分配的肪号。 5 c i s t p lc o n f i g ：用语描述模块可以被配置的特性。如i o 地址空间以及对于电源的一些特殊需求等。此项的另外一些信 息表明了这是一个d v bc i 接口兼容的模块以及模块遵守的规 范版本号。 6 c i s t p lc f t a b l ee n t r y ：指明了模块所有可以配鼹的内 容。如模块的数据通道带宽、电源配罱入口等。 7 s t c ee v ：指明了所有配霹信息的应用环境。 8 s t c ep d ：指明了应用菜利，配黄的物理设备。 9 c i s t p le n d ：值为f f h 。属性数据具有固定的格式，此项 被添加在在每一项末尾表示内容的结束。 3 2 系统设计及实现 3 2 1 系统性能需求 d c i 系统采用x i l i l l ) c 公司s p a r t a n i ix c 2 s 1 5 0 系列f p g a 实 现。该芯片提供1 5 0 万逻辑门单元，最高时钟频率2 0 0 m h z ，包含4 8 k 容量的片上存储空间以及4 条低抖动的全局时钟网线，因此可以很好 的满足系统设计需求。 d v b c i 接口的主要处理数据包括t s 流输入、输出数据，命令流数 北京交通大学硕j j 学位论文数字电视条件接收模块研究与实现 据、及属性内存数据。 如图3 3 所示。 ( 1 ) t s 流上行接口 ( 2 ) t s 流下行接口 ( 3 ) 命令流接口 ( 4 ) 属性内存接口 ( 5 ) 中断管理 ( 6 ) 时钟管理 ( 7 ) c p u 接口 在设计过程中分为如下几部分。系统总体设计 ( 数据流向为：机顶盒一 d c i 解扰芯片) ( 数据流向为：解扰芯片一 d v b c i 一 机顶盒) t s 流接口指标及性能为： 接口时序、电性能、通信功能满足p c m c i a 标准 最大输入输出数据均支持9 m b ”e s 以上。 输入输出的延时变化满足： t m d v m a x = ( n 。t m c l k l ) + ( 2 + t m c l k o ) 其中：l m d v m a = 字节最大延时变化； n ：mj v a l 信号期间( 1 s 包间隙) ，t m c l k i 上升沿个数。 当n = o 时，t m d v m a x 接口时序、电性能、通信功能满足p c m c i a 标准。 最大双向数据流量支持3 5 m b i “s 以上。 完成上电后卡的有效性确认通信( 与机顶盒握手) ；完成c a m 卡 工作过程中与机顶盒之间的控制交互。 3 2 2 传输流上行接口设计 功能需求： ( 1 ) 满足图3 1 所示传输流接口时序关系。 ( 2 ) 记录t s 流包内和包外间隙的相关信息，并滤除。 ( 3 ) 完成t s 流数据格式转换。 ( 4 ) 将数据传送至缓冲区，完成与解密解扰芯片的数 据握手通信。 圈3 4 传输流上行内部结构 电路结构： ( 1 ) t s 流中的间隙，分t s 包内和t s 包间两类。分别采用寄存 器记录其信息。寄存器常使能，但以m i s t n 信号控制输入，即当m i s t n 出现上升沿时，m i v a l 输入问隙寄存器1 ；当m i s t r t 出现下降沿时，m i v a l 输入间隙寄存器2 。 ( 2 ) 格式转换完成t s 流的8 b i t 3 2 b i t 转换，以及9 m h z 一 2 2 5 m h z 的数据流速率转换。转换的启动信号为滤波模块内部存储器的非空指 示信号有效。每次转换完成后，向上行缓冲区发送写申请信号。 ( 3 ) 缓冲区采用先入先出寄存器实现，每当缓冲区中的数据达到 两个t s 流包的数量时，向解扰芯片发送中断申请，等待数据的读取。 北京交通大学硕士学位论文数字屯税条件接收模块研究与实现 3 2 4 命令流接口设计 功能需求： ( 1 ) 满足p c m c i a 命令流接口时序。保证主机与模块的数据通信。 接口时序如图3 6 所示。 ( 2 ) 完成寄存器控组制下的数据通信。 ( 3 ) 完成对寄存器组的自动设置。 ( 4 ) 完成系统启动时的缓冲区大小协商协议。 ( 5 ) 完成数据格式转换。 ) 、h - 。o l ” m d “叫f y 。1l _ 4 m h c 【口 叫， 再 i _ 忡d 呻“、 - 一h a 舯q 、， l w l i 蒯 矧i 图3 6 ( a ) p c m c i a 端口读时序 图3 6 ( b ) p c m c i a 端口写时序 北京交通大学硕士学位论文 数字电视条件接收模块研究与实现 内部命令数据缓冲区的状态，避免由于单缓冲区和双向数据通信可能 造成的“死锁”问题。p c m c n 接口的命令流数据传输设计流程如图 3 8 所示。 图3 8 ( b ) 命令流写入设计流程图 ( 2 ) 上行格式转换完成命令数据的8 b i t - 3 2 b i t 转换。转换完 成后，向( ：mu l f i f o 发送写请求信号。在这一过程中，当剩 余的命令流数据不足3 2 b i t 时，高位应补零。此外当剩余的 命令流数据不足1 2 8 位时，将无法触发中断请求信号，此时， 由格式转换模块在转换完成后设置中断寄存器中的相应比特 位，并触发中断请求信号。 北京交通大学硕士学位论文 数字电视条件接收模块研究与实现 ( 3 ) 下行格式转换完成命令数据的3 2 b i t 一 8 b i t 转换。转换启 动信号为c md l f i f o 的非空信号。 3 2 5 属性内存接口设计 属性内存中保存了系统启动时用到的检测信息和配置信 息，在芯片全局复位结束前，应完成对属性内存中数据的检 索和芯片的配嚣，因此，此部分电路应采用快速复位的方法 实现。同时，为了加速对属性内存数据的读取，应在启动时 a 【2 5 ：0 1 r c e 杠 o e 牟 d 【1 5 ：0 j - 一i j “l - - - “ e g 鼻 l k _ 一t j c ，“- - ；舯t 餐 委0 连| 1 “”罐g 。 孽l 一1 1 0 e ，w - - + t h c 匐 h 7 ，w l o p m- - 一u w t p 二一一”， k ( ( ( ( i- 幽3 9 ( a ) 屈性内存读时序 e g 抖 ) l 町 i 冲-p h e ，峥t e 一t _ a v e - _ - 兰步 l 甜 h 卜- t - _ dw e h h w 一一 ， 。卜峨o e ) 一k 坩日一 图3 9 ( b ) 属性内存写时序 北京交通大学同l 学位论文 敫字电规条件接收摸块研究与实现 第四章数字电视传输流处理 d v b 标准中规定数字电视节目视频和音频分别采用m p e g 2 和 m p e g 2 层编码，编码后的信息采用“传输流”格式进行传送，传输 流是根据i t u tr e c h2 2 2 or s 0 ，i e c l 3 8 1 8 。3 协议而定义的一种数据 流，具有较强的纠错能力。该数据流具有以下主要特点： 1 传输流采用同步传输。目前为止，时钟频率最高为9 m h z 。 2 每个传输流包由1 8 8 字节组成。每个包的起始字节配有同步信号。 3 一路传输流数据支持多套节目复用。如采用6 4 q a m 对信号进行调 制，在8 m h z 带宽内，比特率为4 1 7 m b i s ，每个频道可传6 8 套节目。 本章将重点对传输流语法结构进行解析，并以此为基础，探讨条件接 收过程的实现。 4 1 传输流帧结构研究 4 1 1 传输流结构解析 在数字电视信息生成的前端部分，缚一套节目的视频和音频及其控 制信息被编码器处理后形成原始流( e 1 e m e n t a r ys l t e a m ，简称e s ) ，原始流 经打包处理生成分组原始流( p a c k e te i e m e n t 3 r ys i r e a r n ，简称p e s ) ，分 组原始流由包头和有效数据构成。根据l t u tr e ch2 2 2 0ji s o 正c 1 3 8 1 8 3 协议，多路分组的原始流经复用后通过一路传输流传送。此外， 为了在接收端实现p e s 数据的解密解扰处理传输流还承载了“节目特 殊信息( p m 笋a r ns p e c 访c a l j o n i n f o n n a t i o n ，简称p s i ) ”，这部分信息由以 下四张表组成 节目相关表( p r o 罩a r na s s o c i a t i o nt a b l e ，简称p a t ) 节目映射表( p r o 掣mm a pt a b 】e ，简称p m t ) 条件接收表( c o n d i t i 蚰a la c c e s st a b i e 简称c a t ) 网络信息表( n e 附o r ki n f o r n l a t i o nt a b i e ，简称n r r ) 网络信息表( n e t 、v o r ki n f o m a l j o nt a b i e ，简称n r r ) 北京交通大学硕士学位论文敛字电说条件接收模块研究与实现 通过引用位于p s i 信息起始位置指针域内的地址链接可以检索每张表的 内容。 传输流中还可能传输空分组，空分组是用来填充传输流。 4 1 2 传输流分组层结构定义 传输流以包的形式组成帧结构，每1 8 8 字节构成一个传输包，每个 包中包含4 字节前缀数据，适应字段和有效数据，有效数据由多路分组 原始流组成。传输流分组层结构如图4 1 所示。 图4 1 传输流分组层结构 s ”cb ”e 为包同步字节，表明每个传输流包的起始位置。其值被固 定为“0 1 0 00 1 1 1 ”( 0 x 4 7 ) 。 t r a l l s p o r te r r o ri n d i c a t o r 错误指示位，为“1 ”时表明在相关的传输 分组中是少有一个不可纠正的错误位。在错误被纠正之前该位不能被 重置为“o ”。 p a y l o a du n i t s t a ni n d i c a t o r 有效负载起始指示位。有效负载为p e s 分组数据时，置“l ”表示当前传输流包中的有效负载将以p e s 分组数 据的第一个字节为起始。置“o ”表示当前有效负载中没有p e s 分组数 据的起始字节。当有效负载为p s i 时，置“l ”表示有效负载为p s i 信息 的指针域，置“o ”表示当前的有效负载中不包含指针域信息。对于空 北京交通大掌硕士学位论文数字电视条件接收模块研究与实现 分组，此位应为o 。 “彻s p o r t j r i o r i t y 传输优先级标志。当此位为1 时表明当前传输流包 比具有相同p d 的传输流包具有较高的优先级。 p d 每一个传输流包通过p i d 进行标示。每个p 的长度为1 3 比特， 它指明了传输流有效负载的数掘类型。如表4 1 所示： p 【d 值数据类型 o x o o o o 程序相关表 o x o 0 0 1 条件接收表 o x 0 0 0 2 0 x o o o f保留 o x 0 0 0 1 0 用户定义 o x l f f e o x l f f f空分组 表4 1p i d 与数据类型 t m s p o n _ s c r a n l b l i n g c o n t r o l 传输加扰控制。长度为2 比特。标示传 输流有效负载数据的加扰类型。对于空分组，此项固定为“0 0 ”。如表 4 2 所示： 值加扰类型 o o 没有加扰 0 1 用户定义 1 0 用户定义 1 1 用户定义 表4 2 传输流加扰控制位 a d a p t a t i o n - 6 e l d - c o n t r o l 适应字段控制。长度2 比特，这一字段表明 在传输流内是否包含控制字段或有效负载。如表4 3 所示： 值 o o为i s o 正s 保留 0 1只有有效负载，无适应字段 北京交通大学硕上学位论文 数字电桃条件接收模块研究与实现 1 0 只有适应字段，无有效负载 1 l 在适应字段后还有有效负载 表4 3 适应字段控制位 c o n t i n u i t y c o u l l t e r 连续计数器。长度为4 比特。当传输流包具有相 同的p m 值时，采用此计数器的值进行区分。 d a t a - t y p e 如前所述，数据字节由p e s 数据包，p s i 信息或控数据包 组成。 4 1 3 适应字段结构分析 适应字段中包含对传输包数据的填充内容及对m p e g 2 解码时用到 的时问信息等，与解密解扰过程无关。因此，在这里不作为重点的研 究对象进行阐述。 4 2p e s 数据结构 p e s 数掘承载了传输流的核心内容，它由分组复用处理后的音频和 图4 2p e s 数据包帧结构 北京交通大学硕七学位论文数 电桃条件接收模块研究与实现 视频数据构成。并且在数据包的头部加入了与解密解扰相关的控制信 息。以下将对p e s 数据中的重点内容进行阐述。p e s 数据包格式如图4 3 所示。 p a c k e l s t a n - c o d ；_ p r e 血数据包起始前缀。长度2 4 比特，其值固定 为o x o 0 0 0 0 0 1 。与其后的s t r e a m _ i d 值一起标识一个p e s 数据包的开始。 s t r e a i t l j d 该字段表明了p e s 数据中基本流( e 1 e m e n t s t r e 锄) 的类 型。如表4 4 所示。 s t r e a mi d流类型 1 0 1 l1 l o l 填充数据 l l o x x x x x 音频流 i i i o 视频流 1 l l l0 0 0 0e c m 数据流 1 l l l0 0 0 le m m 数据流 l l l l1 0 i 0 保留数据 1 1 1 l1 l l o 表4 4p e s 数据流类型 p e s - p a c k e f - l e n g t h 包长度指示字段。指明了p e s 包中数据所占用 的字节数。当p e s 中的基本流为视频数据时，该位可为“o ”，表明包的 长度未作限定。 p e ss c r 锄b l i n gc o n t r 0 1 加扰控制字段。表明了数据包的加扰方 式，如表4 5 所示。当对p e s 数据进行加扰时，p e s 包的包头部分不会受 到影响，只对数据字节进行处理。 值加扰类型 0 0未加扰 0 l 用户定义 1 0 用户定义 1 l 用户定义 表4 5p e s 数据加扰类型 p e s 数据包的头部还包括可选字段，其内容与m p e g 2 数据的解码相 关，与条件接收无关，因此不作为重点研究对象进行阐述。 北京交通大学碗上学位论文 数字电说条件接收模块研究与实耽 o x f f 禁止 表47 t a b i ei d 字段 v e r s i o nn u m b e r 版本号。用于r 町信息的更新一当即j 信息更新时， 版本号随之进行增“1 ”变化。版本号最高的p s i 信息为最新接收到的信 息。 c u r r e n tn e x ti n d l c a t o r 当前一下一个指示字段。同v e r s i o nn u m b e r 一起完成p a | t 信息的更新确认。当c u r r e n tn e x ti n d i c a t o r 为“1 ”时，将 采用版本号最高的p s i 信息进行解密解扰处理。当c u 玎c n tn e x ti n d i c a t o r 为“o ”时，将使用当前的p s i 信息尽心解密解扰处理一即使此时存在包 含更高版本号的p s i 信息，这些信息将被忽略。 s e c t i on _ n u m b e r 分段号。由于p s i 信息是分段处理的，每一段数据 被拆分在多个传输流包中进行传输。因此，需要为属于一定时间内p s i 数据，但承载在不同传输流包中的每一段内容分配一个序列号。 l a s l - - s e c t i o n _ n u m b e r 指明一定时问内p s l 分段数据的最高分段号， 即指明该时间间隔内p s i 信息的最后一个分段 x 北京交通大学碗 学位论文数字电视备件接收模块研究与实现 图4 4c a t 帧结构 条件接收表的核心内容是条件接收描述字。该描述字包含两个字段 内容。c a s y s t e m - i d 指明了c a 系统的类型，即条件接收厂家的编号， 如c o n a x ，c a n n e l + 等。c a p i d 指明传送与c a 相关的e c m 、e m m 的传送流的p i d 。 4 3 3 ? 日映射表( p m t )