（信号与信息处理专业论文）数字电视有条件接收系统的研究与解扰系统的开发.pdf

摘要 数字电视以其明显的技术优势，给广大消费者将带来更多更需要的信息资源， 同时也促使我国电视事业由福利性经营向集约化，产业化方向转变开发具有我国 自主知识产权的有条件接收系统( c o n d i t i o n a la c c e s s ) 是推动，保证这种良好发展的 关键 一 本论文结合市场需要，详细研究探讨了与数字电视有条件接收系统紧密相 关的部分关键技术，包括m p e g - 2 系统层结构分析、m p e g 一2 系统复接技术、m p e g 一2 与d v b 中业务信息表分析、数字电视有条件接收加解扰技术并在密码学知识的 配合下，对数字电视有条件接收系统和相关解扰算法的合理性，安全性进行了探 讨并采用d v b 解扰算法，用f p g a 技术设计了一个实用化的实时解扰系统，阐述了 设计过程，给出了设计结果 y 关键词： m p e g 2d v b 有条件接收安全算法f p g a a b s t r a c t w i t hi t so b v i o u st e c h n i c a ls u p e r i o r i t y ，d i g i t a lt vm a k e si tp o s s i b l e f o rt h ec o n s u m e r st oa c c e s sm o r ei n f o r m a t i o nr e s o u r c e a n da c c e l e r a t et h e t r a n s m i s s i o no fo u rt ve n t e r p r i s ef r o mw e l f a r es t y l et o i n t e n s i v e ， i n d u s t r i a ls t y l e t h ed e v e l o p m e n to fc o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e mw i t ho u r o w ni pi st h ek e ya s p e c tf o rr a p i da c c e p t a n c eo f d i g i t a lt vi no u rc o u n t r y i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ep i v o t a lp o i n t sr e l a t i n gt oc o n d i t i o n a l a c c e s ss y s t e m ，i n c l u d i n gt h ef r a m e w o r ko fm p e g - 2 s y s t e ml a y e r s ，t h e d e m u l t i p l e x i n go fm p e g 一2s y s t e m ，t h es e r v i c ei n f o r m a t i o nt a b l eo f m p e g 一2a n dd v b ，t h ee n c r y p t i o na n dd e c r y p t i o nm e t h o df o rd i g i t a lt v c o n d i t i o n a la c c e s ss y s t e m ，a r ef u l l yd i s c u s s e da c c o r d i n gt ot h em a r k e t r e q u i s i t i o n t h e r ei sa l s oap r o b ei n t ot h ef e a s i b i l i t ya n ds e c u r i t y a s p e c to ft h ec o h e r e n td e s c r a m b l ea l g o r i t h m ar e a l t i m ed e s c r a m b l e s y s t e mw i t hd v bd e c i p h e ra l g o r i t h mi si m p l e m e n t e di nf p g a t h ed e s i g n p r o c e d u r ei sf u l l yi l l u s t r a t e da n dt h er e s u l ti sp r o v i d e d k e yw o r d s ：m p e g 2 d v bc o n d i t i o n a la c c e s s s e c u r i t ya l g o r t i t h mf p g a 独创性声明 本人声盟所呈交鳇学彼论文是本人在导舞播导下进行的珊究工佟 及取得的研究成果。据我所知，除了文咿特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学饿或证书丽使用过的材料。 我一弱互俸的蘑恚黠本研究癀骰熬任嚣赏献均愁在论文中作7 爨穗的 说明并表示谢意 签名；丝蠢蝥。日期：捌罗年牵胃砧e t 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电予科技大学有关僳留、使用学位论文 魏燕定，有权傺留并辩鹭家有关部门葳祝橱送交论文的复露伴穰磁盘， 允许论文搜查阻耜借阏。本人授投电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复带手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后痰遵守越烧定) 签名：盘塾盛j 曼王型垫盔堂堡主堕塞 第一章绪言 1 1 数字电视是电视发展的必然趋势 电视发展到今天，它的适用范围早融超越了广播娱乐界，广泛遗扩展到 文让教商、科研管理、工矿企业、医疗卫生、公安交通、军事字航和人们日 常生活的各个领域。随着信息和知识时代的到来、信息和数字技术的飞跃发 展，电视技术自然丽然地进入了从模拟电视到数字电视的一次革命。 数字电视，楚将传统的模拟电视信号经过蠹化和编码转换成二迸制数代 淡的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用 电子计冀机进行照理、髓测和控制。采掰数字技术不仅使各种毫褫设备获得 比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能。 数字电视技术与原蠢盼模拟电视技零稻魄，有如下优点 1 - 采用了先进的图像压缩编码技术，因而每囊节目占用的频骷窄，可以充分 鞫雳频率资源。鬻薅，节疆丈容爨静低淼传输霸广范蘑酶彀褫使掰络运蓍费霞丈 幅度降低。 2 鬻像涛滚凄嵩、密颓效果好、撬予挽戆力强+ 数字宅褪绩警豹信礤毙帮连 续处理的次数无关，在传输过程中，不会降低信噪比。因此，数字电视信号的传 掇过程不会产生噪声戆逐步积曩，不受缝瑾霾素囊孽隈利，足乎霹叛无限扩大覆蔻 面因此，数字电视清晰度高，在接收端看到的电视图像及声音质量非常接近演 援室拳警。 3 伴音质量火幅度提高。目前的模拟电视，伴音是单声道的，而数字电视可 以提供5 + 1 麴嚣绕立体声。 4 数字电视采用大规模集成电路，缔构更加简单，成本迸一步降低，可靠性 纥模拟酝规更赛。 5 易于实现信号的存储，而属存储时间与信弩的特性无关。同时保诚了现有 模拟电视画瑶的穆式，簧通电巍枫翦搬装数字电视枫璜鑫即可接收数字电视节 隧，电视台的电视节目制作设备也可沿用。 6 ，虫子采用数字技术，数字电视有利予实现电视广播与计算机嬲络熬融合， 从而可以大大扩展服务内容，目前数字电视的标准已经考虑了与a t m 的互操作 性。对用户来说，这意昧簧可以从被动地牧看变成主动她准交互( 本地交互) 、 交互地收看。而艇随着节露源的丰富，用户可以获得更多的游戏娱乐节目：获得 锫类针对性的信息资讯，如财经信息等；其它服务，如：付费节蹰、随次诗费节 霞、电影选播系统、歌嚆点播、新闻选取、电视猩线教育、电视购物、数字电予 电子科技火学硕士论文 游戏、詹家锻行及互联网潮览等新颖蔽务。 7 很容易实现加密解密和加扰解扰技术，便于开展各类收费业务。 基于以上的独特优点，数字电视将成为电视发展的必然趋势。 i 2 发展国产c a 系统的意义 数字电视，对于消费嚣丽言，电视图像将更清晰、声音更逼真、屏幕更大及 频道更多，露爨霹集毫援、激臃、毫痿瓣凌糍为一蒋，成为予家万户进入穰塞离 遮公路的便捷通道，由此将产生巨大的市场需求；对于电视节目经营者而言，则通 过设法开办大量丰富多彩，适合用户不同个性需求的电视节目来吸引消费者，并 嚣，遮羞畜线魄撬、卫星毫棱鹣发震，蕈靠广告收入已支撵不了迅速蟥长豹耀终建 设和运营费用。用户付费骶支持了c a t v 和s t v ( 重麓电视) 的财域，反过来又 促进了节日制作的发展，两者相辅相成形成良性循环鼹个既有社会效益又有经 济效益的好方法。让用户壹接为自己想瑟钓电视节目和增值服务投资这种离层次 耩 枣产瑟魏会缓湾费已在强辩上获褥了蠢丈豹离盈藏耱。这一切都黉求广毫裾终 必须从以前的粗放式经营向集约式经营转变，以适应融大的市场变化。 广电网络鼹形成产业，就要考虑到广播电视传输的特点：其一，广电网络的 绥感是疑点( 耱臻) 到嚣( 终壤) 豹传羧，只要用户簿会接竣条转载珂班l | 芟裂巍 前端送来的服务信号；其二，弼络是公阁髂，亦即是毁不安全的，谯都可以对网 络上传输的数据信息进行长期的研究分析。 在这种市场和网络结槐背景下，有条件接收，也就是c a ( c o n d i t i o n a l a c c e s s ) 系统，范成隽傻蕊绞熬广毫网络获福稳健设攮转纯为自多媒体鞭务稳供 设施的关键性设备。 随着m p e g2 编解码标准的制定，在此基础上的数字电视在世界各地有了长 怒魏发展。兔了馒数字电我簸为一个巨大翡产业，各黧纷纷参热了系统标准瓣魏 迩，目前在国际上占主流的象要有以欧洲为根据地的d v b 标准、j b 美国家主推静 a t s c 标准及日本制定的i s d b 标准。 在这三种榕准中对于c a 鄂分都作了簿单豹规定，井提出了三耪不同的加扰 方残。酿澜d v b 缝缓撬窭7 一释称之魏逶嗣麓挽棼法( c o m m o ns c r a m b l i n g a l g o r i t h m ) 的加扰方式，由d v b 组织的四家成员公司授权，a t s c 组织使用了通 用的三迭d e s 算法( t r i p l ed e s ) ，而日本使用了松下公司提出的种加扰算法。 对予c 矗系统本龛冬蠡攥涂7 提供一簸基璐豹凝糕终没奏定义秘么逶强瓣簧 求，所以c a 系统本身内部机制的定义往往由具体的c a 设备生产商来完成。这就 使各家的c a 繇统一般是专用的。c a 设备是广电系统作为服务提供商身份出现所 必鬟的设备，怒数字视频广播系统建设豹基础设施。 电子科技犬学硕士论文 国外的电视广播网络成为一个运营良好的产业已多年，有条件接收系统也从 模拟机制发展到现在以m p e g - 2 码流为基础的数字机制。许多缎成功的园外运裁 阏络的背后是一些在这发展过程同样积累了丰富经验的c a 系统设备供应商。 它们现在大部分已进入圜内或贰在进入国内，并有了一烘实验点，对我豳广电嘲 络数字纯和产攮亿在客瓣上起到了推动作用。 我阑付费鼹视还处于刚起步阶段。腿前一些行政区域有线食已开始实施台网 分离的管理体露l ，一些众监有线台也着簪尝试获福和俸秘向有偿服务体制的全舔 过渡，但目前市场上还没有一家闼内厂商可以提供自主知识产权的c a 全套系统， 褥既类产品又蹩涉及国家信怠安全的核心设备。上面毽提到c 纛系统酶安全毪楚 由设备厂商保证，其系统本身悬不开放的。考虑到广电网络作为国家基础设施的 安全往。我餐苓冒髓太藏匿健舔黑藉式瓣蓬多 设备。薮就，c 矗系统健波一个鬻 窳的主权，研究开发具有自主知识产权的的国产c a 系统，以适应数字电视的市 场发震，应对嚣终c 矗系统赛豹魏竣，鬃有重要豹意义秘稳当静綮逵牲。 i 。3 本论文所磅究熬内嚣 中嗣广鼠总局已经选用d v b c 系统为标准，本课蹶将着重研究在鸯线电视 环境下，d v b c a 阊密系统的相关问题。其体包括以下几个方面； i 深入研究d v b 标准，m p e g i i 标臻和数字电视同镪系统的原理。 2 在相关密码学纂础上，分析d v b 标准提供的解扰算法的安全性。 3 完成实时t s 流的p i d 过滤，根搬系统要求提取组节目的p i d 缎，为整 个系统的下一多工作傲好准各。 4 完成实时解扰系统的设计。 3 电子科技大学硕士论文 2 1m p e g - 2 标准概述 第二章m p e g 一2 标准和d v b 标准 m p e g - 2 是由m p e g ( 邀动图像专家组( m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p ) ) 开发 豹第2 个标准。按计划予1 9 9 4 簪1 1 月惩式确定为晷琢标准，辩p 勰一2 怒“运动 图像及其伴音信息的通用编码”( g e n e r i cc o d i n g o fm o v i n gp i c t u r e s a s s o c i a t e da u d i oi n f o r m a t i o n ) 标准。m p e g - 2 标准制定始于1 9 9 0 年7 月。衣 院之前。国际电信联盟电信标准化部门( i t u _ t ) 成立了一个有关a t m 的图像编 码专家缀。从此_ 阡始了j t c l 、i t u t 的合作。从1 9 9 1 每5 月开始征集宥关图像 编码算法( v i d e oc o d i n ga l g o r i t h m s ) 的文件，有3 2 个公司和组织提供了非常 详细的研究结果细d l 格式的编解码图像录像带。1 9 9 1 年1 1 月，在日_ 本的5 v c 研究所进行了对院测试，确定带有运动补偿预测和内插的d c t 簸成熟鞍性能最 好。在1 9 9 2 年1 月的会上又定下了卿e g 一2 是“通用”( g e n e r i c ) 标准。m p e g - 2 静声音和系统部分豹工佟始于1 9 9 2 年7 旁。m p e g 为蒂l 定m p e g - 2 经常岛有关国 际组织，如i s o 、i e c 、i r u - t 、i t u r 等歼会协调，并注意到了与m p e g 一1 的兼容 一致。黧辩电信联盗貔焉线电逶信部门( i t u - r ) 藐r - 撵奄褫方鬻提出翡不同需 求构成了m p e g 一2 的类级( p r o f i l e l e v e l ) 概念的基础。i t u - r 在m p e g - - 2 的 矮鲎检骏、溅试蠢瑟骰了大量王佟。m p e g - 2 翡蚕受会鼙豢l s 影i e cc o1 3 8 1 8 是 1 9 9 3 年1 1 月产嫩的。按计划在1 9 9 4 年1 1 月7 曰至1 1 臼的新加坡会议上，批 准秀国酝糖准i s o i e ci s1 3 8 1 8 。踅嚣还要黠m p e g - - 2 滋蟹扩震。 m p e g 一2 标准是：针对标准数字电视( s d t v ) 和高清晰度电视( h d t v ) 在各 秘痘翅下魏匿缨方案襄系统层黪谬缨蕊逡，编羁璐率获每移3 毙i 黔i o o 楚比 特，标准的正式规范在1 8 0 i e c l 3 8 1 8 中。m p e g - 2 不是m p e g - 1 的简单升级，m p e g 一2 农系统翻传送方嚣终了更杰羹详缨熬援定期避一步熬竞善。m p e g - 2 特裂逶翅子广 播级的数字电视的编码和传送。被认定为s d t v 和h d t v 的编码标准。m p e g 一2 还 专门规定了多路够曩豹复接惩复接方式。她终，m p e g - 2 还兼颗了与a t m 信元匏 适配问题。 m p e g 一2 标准嗣兹分为9 个部分，统称为i s 0 i e c l 3 8 1 8 国骣摭准。各部分鹣 内容简述如下： 第一部分- - i s 0 i e c l 3 8 1 8 一l ，s y s t e m ：系统，播述多令视频、誊频和数据基 本码流合成传输粥流和节目码流的方式。 第二部分- - i s 0 i e c l 3 8 1 8 2 ，v i d e o ：视频，搂述视频编码方法。 第三部分- - i s 0 i e c l 3 8 1 8 3 ，a u d i o ：音频，描述与m p e g l 音频标准反向兼 容的音频编码方法。 4 电子科技大学硕士论文 第四部分一i s 0 i e c l 3 8 1 8 - 4 ，c o m p l i a n c e ：符合测试，描述测试一个编码码 流是否符合m p e g 一2 码流的方法。 第五部分一i s 0 i e c l 3 8 1 8 5 ，s o f t w a r e ：软件，描述了m p e g 一2 标准的第一、 二、三部分的软件实现方法。 第六部分一i s o i e c l 3 8 1 8 6 ，d s m - c c ：数字存储媒体一命令与控制，描述交 互式多媒体网络中服务器与用户间的会话信令集。 以上六个部分均已获得通过，成为正式的国际标准，并在数字电视等领域中 得到了广泛的实际应用。此外，m p e g 一2 标准还有三个部分：第七部分规定不与 m p e g - 1 音频反向兼容的多通道音频编码；第八部分现已停止；第九部分规定了 传送码流的实时接口。 2 1 1 m p e g 一2 的系统复接技术 视频、音频信号经编码后生成了各自的基本业务流( e s ：e l e m e n t a r y s t r e a m ) ，这些e s 流以及辅助数据必须复接在一起才能构成一路实际的电视节目 传送信息流。由于一路节目的传送流的速率是与节目内容密切相关的，因此在电 视节目传输和交换时，将多路节目复接在一起传输，根据节目内容动态分配其传 输带宽，可以大大节省实际所需的传输频带。上述信息复接需要有标准的复接方 式和复接格式，以便在不同地区和不同厂商的设备之间建立一种统一的、开放的 数字电视交换和传输标准，任何符合标准的接收机都能够正确地解复接多路节目 的传送流以及每路节目内不同信息的基本业务e s 流。在m p e g 一2 系统中，信息复 接解复接的过程称为系统复接解复接，由视频、音频的基本业务e s 流和辅助 数据复接生成的用于实际传输的标准信息流称为m p e g - 2 传送流( t s ：t r a n s p o r t s t r e a m ) ，实现复接解复接功能的系统称为传送系统( t r a n s p o r ts y s t e m ) 。图 2 i 描述了传送系统在一个通用的数字电视系统中的功能。 图2 1 二级复接的传送系统 从图2 1 中可以看出，m p e g 一2 系统复接解复接可分两个层次：节目级复接 解复接和系统级复接解复接。节目级复接解复接指从各e s 流到单路节目t s 电孳二科技丈学硕士论文 溅的复接解复接，系统级复接解复接指多路节鞭t s 流阐的复接解复接，这两 缀复接所生成的都是标准的m p e g 一2 的t s 码流。 另外，收发两端的系统同步，条件接收的加密，本呶节目插入，新业务扩展 等功能也楚传送系统所要求提供的功能。 数字电视中的多路e s 流的复接和多路节目传送流的复接均是采用数字通信 系统中静时分复用一t 麟方式，褫频、音频的基本监务e s 流和辅助数獬按所需 频带被分配到复接的高速二元数字比特流的各传输时隙中，构成路t s 流进行 转输，觚辩闯上瑟t s 流巾各路e s 流是努时轮流传输的；多路节瓣酶稿流氇蔽 i 司样方式复接构成更高速率的传输流。在多路数字信号间实现t d m 的过稷称为数 字复接，遂过程称为数字辩复接。 t d m 中一个比特周期称为一个传输时隙，时隙是多路信号间分配频带的最基 本萃位。为了往按浚臻弱解复接器髓够爨确遗获复接傣悫流孛麟复揍密备路蔼 息，以便进行相应的解码处理，要求发送端的复按器按照规定的结构对复接信息 滚进行努仅帮：将鼷亭连续传输豹复接蘩怠滚按一定豹嚣誊蒎长度分羧，每段兹蠢羹 入规定的同步比特信息以及描述段内信息类型和用户类型的标志比特信息，构成 爨窍特定续稳秘懿熬长度熬蒋辕零元，黎乏蔻“黩”，然惹穆这黧包按先蓐矮彦 组成一个涟续的戗序列，实际在媒体中进行传输的信息流( 包括t s 流) 就是这 耪包序列。在一令毽孛，溺步及掇恚穰怠称为“想头( h e a d e r ) ”，菇覆跟涟翁转 送给用户的信息称为“净荷或负载( p a y l o a d ) ”。 m p e g - 2 中将熬个包戆挣萄郝分配绘巢一貉傣怠，不瞬路售患分嚣在琴弱豹 包内，用能头中的标志信息来说明包净荷中的数据属于哪一路信息，每路信息所 占用的包的数量幽其所器的频带决定。解炭接器旋找到氢头螽，擞据包头巾的标 志信息将净荷中的数据进行分类，送入褶应的解弼器中。 2 1 2m p e g - 2 传送累统结构 据传输媒谗静质垂不溺，m p e g - 2 孛定义7 嚣耱复接痿惠流；传送滚( 稻) 和节目流( p s z p r o g r a ms t r e a m ) ，其形成过程如图2 2 。 图2 2 传邀流和节目流的形成过程 节磊流是针对错误较少的琢壤设计静，遥餍予蒙交互式多媒体这样的一些涉 及软件处理系统信息的应用，其分组是可变的而且相对较长 6 电子科技大学硕士论文 传送流将有多个独立时间基点的多道程序合成一个单独的数据流，其中属于 同一道程序的原始数据流的p e s 分组具有相同的时间基点它是针对那些很容易 发生错误的环而设计的，传送流的分组长度为1 8 8 字节 由于我们讨论的是在有线电视传送环境下的c a 系统，则只对传送流加以讨 论 2 1 3m p e g - 2 的t s 码流的包格式和功能1 1 1 传送码流t s 的包格式如图2 3 所示。可以看出，它可分为两部分，传送流 分组首部及有效负载。 2 1 3 1 传送流分组首部的各部分含义 ( 1 ) 同步字节，值为0 1 0 00 1 1 l ( 0 x 4 7 ) 的固定8 位字段，它与像p i d 那样按规律产生的字段的值的选择应避免竞争的发生。 图2 3 传送码流t s 包格式图 ( 2 ) 传送错误码指示器，为1 比特标志位。当置为l 时表明在相关的传送 分组中至少有一个不可纠正的错误位。 ( 3 ) 有效负载起始指示器，为1 比特标志位，用来指示传送流分组带有p e s 分组或p s i 数据时的情况。 ( 4 ) 传送优先级，为1 比特指示器。当被置为l 时，表明相关的分组比 其它具有相同p i d 但此位没有被置1 的分组有更高优先级。 ( 5 ) p i d ，1 3 位字段，指示存储于分组有效负载中数据的类型。p i d 值0 x 0 0 0 0 7 电子科技大学硕士论文 为程序关联表保懒，丽o x 0 0 0 1 为条件访润表保鼹。p i d 值o x o o o o - - o x o o o f 保留， o x i f f f f 为空分缀傈留。 ( 6 ) 传送加密控制，2 位字段，用来指示传送流分组有效负载的加密模式。 佟送流分组蓄部谯括适瘟字段，不应禳热密。在空分组时，该字段豹德置为0 0 。 加密控制值如表2 1 所示。 淡2 。1 翔密整露l 毽 取值描述 0 0 来秘密 0 1 用户定义 l e翅户定义 1 l 用户定义 ( 7 ) 适应字羧控鞠，2 往字段。蔼予疆示本传送滚分组蓄帮是否鼹疆有应 用字段和或有效负载。适应字殿控制值如表2 2 所示。系统解粥器将丢弃该字 段篷隽。0 0 懿传送流分毽。空分组蘧字羧秀o o 。 表2 2 适_ 陂字段控制值 取蓬掇述 0 0 为i s o i e c 未来使用保留 0 1 燹逶瘟字段，纹会有效灸载 1 0 仅含适威字段，光有效负载 1 1 滚瘟字段矮茭有效受载 ( 8 ) 连续计数器，4 位字段。随着每一个具有相同p i d 的传送流分组而增 热，当它迭到最大谯后又疆复到0 。如暴逡应字数控制毽为或l o ，虽| j 不应增加。 ( 9 ) 适应字节怒一个可变长的域，它在传送码流t s 包巾的存在爨链接头中豹 适应域控制来标识。 传送流逡应字节约结构如图2 。4 所示。 电子科技大学硕士论戈 踅2 4 绪送滚_ i 嚣瘟字蕊结兹图 适皮字节的主要功能是：视频音频编解码器的同步；压缩比特流随机进入机 镄，适威头孛豹“薅掇访翊摆承器”裁怒表骥疆掘进入惑熬位爨豹；转韵完藏零 地节目插入机制；适应凝还可传输一些辅助信息。 2 1 3 2 有效负载 t s 镪串有效受载( 璁明净藕) 所传送静信意毯括两萃孛类墼；i p e s 分组即： 视频、裔频的p e s 包以殿辅助数据；2 ) p s i 数据即：撒述单路节目复接信息的 繁蘑获射表( p 瓣；p r o g r a m 赫a pt a b l e ) ，播述多路节瓣复接信慧豹节臻关联表 ( p a t ：p r o g r a m a s s o c i a t et a b l e ) ，描述个或多个c a 系统的条件访问浅( c a t ) ， 传递私蠢数撵等。下瑟我嚣1 分别论述它稻蘸传输猿式秘耱痤静劝缝。 ( 1 ) p s i ( 节目特殊信息) 数据 p s i 鼗搀镪蕹爨蠢使簿璐器麓逑霞多爨鼹镶豹l 彳u 一妇e c 。h 2 2 2 0 l i s 0 i e c l 3 8 1 8 1 舰格化数据和私有数据，节目特殊信息不可被加密。 p s i 裘霹被分戚一段凌多羧赣于强分组孛。 节强关联表( 泓 节目关联表提供了一节目号和包含此节目定义的传邀流分组的p i d 值之间 的对应之处，节溪号是岛道节疆穗应的数字标号。这撵就接述了系统级复接中 传送的每路节目节目映射表p m t 的码流的p i d 值。 传送节羁关联表p a t 的璐流豹p i d 毽毅定义必溜定豹数擅“0 ”，鄂 p i d = o x 0 0 0 0 。 其攒述如图2 。5 9 电子辩技大学硕士论文 憾 分段语浏分段j 传送浏 版本当前下_ 分段最后分n 循环c r c3 2 撂录捌| 长捌号| 号撂忝菇弩段号褊 8 1 1 2 2 5，!，：，：，32、 节霉号l瓣络僖意表p i d 致节蟊映射裘p i d 圈2 5 传送流节嚣关联表结构 节鹜映射袭( 黼) p m t 寝包含了与单路节目复接有关的控制信息。单路节目的t s 流是由具有 穗阉辩藤蒸点懿多鼹e s 滚复接梅残懿，焚鳌菸祷藏包摆l 路褪猿e s 滚、2 - 5 路 音频e s 流、以及i 路或多路辅助数据，在进行t s 流复按时，各路e s 流被分配 了难一p i d ，薹本盈务嚣s 滚专被分配豹p i d 毽鬻静关系构藏了一张表，称为节 目映射表p m t 。p m t 完整地描述了一路节目是由哪些e s 流组成的，它们的p i d 分剃是嚣么等等。 为使解复接器能够根据p i d 恢复各路基本业务e s 流，需要在传送节日前将 p m t 表传送给瓣笺接器。凌转弱一2 薏送簇孛，转送p m t 表静玛滋爨：为按裁耽特 流，它与麒它e s 流一样作为一个独立的码流，被装载在传送码流t s 包的净荷中 遴簿传输，劳且拨分配了个唯一豹p i d 。魏隧2 。7 辑示，承载麓毽映射袭p m t 的传送流t s 包有自己独特的p i d = p i d n 。p m t 表的内容包括表识别号( 以区别于 p a t ) 、表的长度指示、所撼述节联的编号、用于提供本节翘收发燃步参考豹踅r 德所在的e s 流的p i d 值、节目描述信息长度标识及随后的节目描述信息，还有 一个或多个组成该节目的e s 流攒述信息，包含了该e s 流的类型( 妇是视频、音 频还是数攒) 提示、p i d 镳、及暴体的描述信息等。其具体描述如图2 6 ： 图2 6 传送流节目映射袭结构 条件接收表( c a t ) 1 0 电子科技大学硕士论文 条件访问( c a ) 表提供了一个或多个c a 之间的关系，并带有e m m 流和所有特殊 参数 其具体描述如图2 7 憾 分段语浏4 分段l版爿当前下一分段最后分in 循环 c r c3 2 指示司1 长一 号l指示器 号段号d 811 21 21 8518 8 3 2 c a 描述子 j 图2 7 传送流条件接收表结构 条件接收表c a t 的传送也如节目映射表p m t 一样，作为一个独立的码流，被 装载在t s 包的净荷中进行传输，并且被分配了一个唯一的p i d 值。所不同的是， 传送条件接收表c a t 的码流的p i d 值被定义为固定的数值“0 ”，即p i d = o x o i 。 c a 描述子用来描述宽系统条件访问管理信息( 如e 删) 和原始特殊流信息( 如 e c m ) ，它可以被用在t s 程序映射分段和程序流映射中如果任一原始流被加密， 含有此原始流的程序中必有c a 描述予。 当c a 描述子出现在t s p r o g r a m _ m a p s e c t i o n ( t a b l e i d = o x 0 2 ) 中，c a _ p i d 指 向含有和访问控制信息( 如e c m ) 相关的节目分组。 当c a 描述子出现在c a - s e c t i o n ( t a b l e _ i d = o x 0 1 ) 中，c a _ p i d 指向含有 s y s t e m _ w i d e 和或访问控制管理信息( 如e 删) 相关的节目分组。 含有条件访问信息的传送流分组的内容是私有的。 其描述如下： c a _ d e s c r i p t o r ( ) f d e s c r i p t o r t a g d e s c r i p t o r l e n g t h c a _ s y s t e m _ i d r e s e r v e d c a _ p i d f o r ( i = 0 ：i n ：i + + ) p r i v a t e _ d a t a _ b y t e 8u i m s b f 8u i m s b f 1 6u i m s b f 3b s l b f 1 3u i m s b f 各部分解释如下： d e s c r i p t o rt a g 描述每个描述子，在c a _ d e s c r i p 中，d e s c r i p t o r _ t a g = 9 ： d e s c r i p t o r _ l e n g t h 规定在此后的描述子的字节数。 c a _ s y s t e m _ i d 表示适用于相关e c m 和或e 删流的c a 系统类型其编码是私 电子科技大学硕士论文 自定义的。 c ap i d 表示传送流分组的p i d ，此分组中含有由相应的c a s y s t e m _ i d 指明的 c a 系统的e c m 或e m m 信息，由c a _ p i d 指明的分组的内容( e c m 或e m m ) ，由c a p i d 所在的上下文决定，即传送流中的节目映射表或c a 表或节目流中的s t r e a m _ i d 字段。 私用分段 当私有数据在一具有在节目关联表中设计成一个程序映射表p i d 的p i d 值的 传送流分组中发送时，p r i v a t e s e c t i o n 的使用是必须的，此分段使得数据能以 最小结构发送，以便解码器能分析此数据流。此分段有两种使用方法，如果 s e c t i o n s y n t a x i n d i c a t o r 为1 ，使用所有表通用的整体结构，如果 s e c t i o n s y n t a x _ i n d i c a t o r 为0 ，结构如表2 8 所示 旧 分段语法私有数据 长度字l 懈环j 指示器指示器 8 图2 8 传送流私用分段结构 ( 2 ) 基本业务流的p e s 分组 传送码流t s 包净荷所承载的信息中最主要的就是构成数字电视节目的各种 基本业务e s 流。在系统复接时，视频、音频的e s 流需进行打包，形成视频、音 频的p e s 流，而辅助数据不需要打成p e s 包。视频、音频的p e s 包一般是以一帧 编码图像为单位生成的，因此音频p e s 包是恒定长度的，而视频p e s 包的长度是 可变的。p e s 包的长度通常总是远大于t s 包的长度，一帧图象的p e s 包通常要 由许多个t s 包来传送。m p e g 一2 系统层规定，一个p e s 包必须由整数个t s 包来 传送，如果承载一个p e s 包的最后一个t s 包没能装满，则用填充字节来填满。 p e s 分组如图2 9 所示： 一1 嚣b 币e 送 分组疽 图2 9t s 流中p e s 包的封装示意图 璺三型垫查茎堡主堡塞 2 2 数警视频广播d v b 2 2 1d v b 概述 d v b ( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ) 是欢渊骞2 0 0 个组织参趣夔一个项嚣， 它包括了卫星、宥线电视、地面电视广播、s m a t v 和m v d s 的普通电视和高清晰 电视麴广撵与技羧，其羁坛是要找一秘对获有砖浚媒薅郄逶爱载数字电视技术积 体系。对它的要求是： i 旋戆灵滔传送m p e g - 2 视频、音频粒其他数搀信号。 2 使用统一的m p e g - 2 传送比特流笈用。 3 。使用统一豹服务信息系统提供广揆节目的细节够信息。 4 使用统一的里德一索罗门前向纠错系统。 5 。使用统一的加扰系统，但w 有不阅的加密。 6 选择适予不同传输媒体的调制方法和通道编码力法以及任何必须的附加 纠错方法。 7 鼓励欧洲以外箕他地区僵用d v b 标准，撼动建立墩界范围的数字视频广撩 标准。 8 。支持数字系统中的图文魄祝系统。 d v b 各种系统的信源编码技术是通用的m p e g - 2 视频和音频编码，d v b 对服务 信息翡格式作7 详细静簸定，使褥不同厂家的d v b 设备熊兼容，同样，由予m p e g 一2 朱确定实际的加扰系统和密钥管理系统，d v b 制定了条件接收的公共加扰标准和 解羁器公共接霹标准。 由于m p e g - 2 未涉及信道，d v b 则对各种传输媒介，如，卫星，脊线和地面传输 审熬各秘缝囊臻麓迸器了遴一多矮定。 2 2 2d v b 对加扰系统和密钥管理累统的迸一步规定 豹p 醛濠或舔流避弦实薅羧琵，完裁嬲撬搡佟。 节嗣有条件接收的核心是控制字c w ( c o n t r o lw o r d ) 传输的控制。为保证 潮熬安余，臻鼗努密键s l ( 薅控露l 字遴孬麓密，形残授投控零l 僖患嚣隧。e c m 孛还 包括节日来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息，e c m 信息插入传送流， 大约每凡秒铮在传送渡巾氆现一次。 业务密钥s k 是一个用来变化加密簿法结果的任意数。固定这个密钥是不适 髑豹( 安全性蓑) ，盛当臻交绽密钥，遴过c 矗控裁爨鼷入工懿袋其宅巍然方式 产生新的随机数。在具体应用中，这个密钥可以按网络经嚣商要求经常加以改变， 遴常由服务提供嶷产生月寒控测其提供豹罪务，疑戮把它称为韭务密钥酝 ( s e r v i c ek e y ) 。s k 的使用和厢户付费条件有关，一般情况下用户可以个月 付一次费，s k 也按月变纯，在窍些特定系统孛墩被称为月密甥。业务密锈豹对 限是由服务提供的时限确定的，猩网络运营商提供的特殊服务中，如单次付费收 视p p v ( p a y p e r - v i e w ) 靼即对付费收襁i p p v ( i m p u l s ep p v ) 巾s k 的黠疆裁 可能只是几个小时。 s k 程传送前要经过用户个人分配密钥p d k ( p e r s o n a ld i s t r i b u t ek e y ) 的 加密处理，形成授权管璜信息e m m ，用户管理信息由提供商的用户管理系统形成 l 乍 毫子季萼挂大学鞭士论文 用户管理信息，包括用户名称、地址、镪能卡号、帐单等等。e m m 均每8 。1 0 秒 插入传送流一次。这个加密过程就完全按照各个用户的特征来避行，由予共甭网 络寻址模式中数据包是按用户她址传送的，每个终端设备有一个不重复的唯一的 地址码，用地址粥来对s k 加密安全性商。在实际使用中，终端设备的圭溆址一般 怒公开的，且基本不变，所以往往用和这个地址码相关联的一个数列来进彳亍加密， 戳为这个数列( 密钥) 是由个人特征确定的，往钱称为令入分配密钥( p d k ) 。p 睬 一般由c a 系统设备自动产生并严格控制，在终端设各处该序列数一般由网络运 营商通过c 矗系统疆供的专用设备烧入解挠器的p r o m 中，不能再读出中。为了虢 搬供不同级别、不同类型的各种服务，一套c a 系统往往为每个用户分配好几个 p d k ，来满足丰富的韭务霈求。 可见，该加扰加密系统为三麓加密机制 3 。3 3 接牧臻熬簿撬瘘密 在用户端，当智能卡插入时，机顶盒根据p m t 和c a t 寝中的c a d e s c r i p t o r ， 获褥嘲期e c m 的p i d 馕，然爱扶t s 漉孛过滤出躲疆s 鄹e 删s ，并瀵过s m a r d c a r d 接口送给s m a r tc a r d 。s m a r tc a r d 首先读取用户个人分配密钥( p d k ) ，用p d k 对嬲a 解密，根据解出的嗍信患来确定本智能卡是否被授权收爨该节爨，如果 没有授权将不能进行后续解密，也就不能收看该节目，如果该卡融被授权，则取 出s k ，然后利用s k 对e c m 进行解密，取豳c w ，劳将c w 通过s m a r tc a r d 接口 送给解扰器，解抗器秘用c w 结合解扰算法就可以将加扰的传送流进行解扰。 3 3 4 偶密钥和奇密钥 在耨瓣密鲷黧迭麓瓣，一些授毅震声褥获褥掰密钥，蠢溻寒授投惩产璐是派 来的旧密钥。寻址用户并分发密钥的时间由整个系统的用户数目和系统为此分配 携带宽决定，毽骛定毒一个过渡黪趣，在越麓阉翳令密键庭被用来攘密系统熬羡 总和数据呢? 解决的方法就是给每个用户储存两个密钥，一个巍前使用，一个 “下一次”使用。这嚣令密韬分裂称终“毽密锐”襄“鸯密钥”( 该称孵与密 钥的实际使用没有任何关系，仅鼹一个名称) ，含有识别它为偶或奇的特征比特， 如果当翦使用猖密镯加密，则同对分配耨密钥为努密钥，在系统确定爨寿耀户故 至憾f 密钥厝偶密钥失效，同时新分配的奇密钥就启动来解镪数据，下一次密钥的 分淝就以精的偶密钥开始。为了妓隧孵接入豹用户也能收看到当藏豹节目，系统 一般也会静址播出当前的密钥。解扰器接收到后将偶( 或奇) 密钥艏，存储在适当 位置，根撼需鼹扰的t s 溅躐p e s 流蓠邦的t r a n s p o r t _ s c r a m b l i g _ c o n t r o l 的值， 来读取相应的密钥用于解扰。 3 ，4 溺密袋统稀多密系统 麓惩魏技术分必圈密帮多密技米。 1 8 电子科技大学硕士论义 3 4 1 同密系统 这釉方式允许在d v b 传输的套节躁中携带由不同的c a 系统生成的多个c a 信息给不同c a 系统的机顼盒用户，在同密方式下，c a 系统设计了一个通用加搋 算法( c s a ) 系统供m p e g 复用，所肖c a 厂商可以开发各自不同加密的e c m 和e m m ， 值都要遵循通用加扰算法。信号源可敬由菜一个c a 系统产生的控锖8 字( e w ) t 通 过一个通用的加扰算法系统去控制加扰过程，这个c w 再内不同的c a 厂商的加密 器产生漱授权羧镪信怠e c m ，会简它稍不丽斡e 涨和数箍流一起复焉避t s 流中。 在同密方式中所发送的每项业务均带有适用于稀种不同c a 系统的加密信息，因 魏需要蠢一个闲步器来统一时痔。在接收漆梳硬盒中已集成有c s a 系统，按皎褫 通过i s 0 - 7 8 1 6 标准接口访问c a 厂商提供的智能卡，由智能卡实现解密功能，在 智戆卡巾穰摇授权信惠将e 释解瀣来，褥送国橇璞盒中遴过c s a 解扰数撵。这徉 智能卡中只有控制加密部分，所以成本低。同密系统框圈如图3 2 所示。 圈3 2 网密系统框图 d v b 间密技术的目的建将两寐或两家以上的c a 系统成用于同网络平台中， 从电视台角度实现技术的选择和竞争的环境。这种方案綦子d v b 统一规寇的加解 扰算法和广播运营商与备个c 矗厂商之间关于条件接收静商业协议，适用于c a 软件嵌入到机顶盒中的情况。同密技术标准化了加解扰算法和密钥传递椴架，使 褥不同鹃条件接收系统可以在葙闽静加解挠器纛运行，有乖j 予焚享服务和节目 资源及管理方法，促进了条件接收厂商乏间的合作。但怒由于针对不同c a s ，机 滚鑫孛嚣嵌入不瀚静c 矗欲俘，一款褫磺盒一般必能捆绑接收用菜特定c a s 加密 的节目，对用户和运营商存在更换c a 就嚣更换机顶盒的风险。 1 9 电子科技大学硕士论文 3 4 2 多密系统 d v b 多密技拳兹基本憨想是掇薅扰、c a 以及箕她嚣要绦密躲专有功能集中于 一个可拆卸的模块( p c 卡) 中，机顶盒( 又称主机) 功能可以趋于通用化，其中 只包含调谐器辫调器、m p e g - 2 勰礤器、解复用等必须的设备，典有接收来加扰 或已解扰的m p e 6 - 2 视音频、数据的功能，在主机和模块之间定义一个标准公共 接口( c o m m o ni n t e r f a c e ，c i ) 避霉亍连接髑逶信。这种方案的好处在于，嗣一机 顶盒可按收任意c a 系统加扰控制的节目，当选择更换c a 时只需换用相应的c a 模块，枧顶盒可以保持不变。一般机顶盘扩展鸯多个公共接口，可同时与多个 c a 模块桐连