數字高清電視的接收技術研究

張路

摘要：數字廣播電視的高質量節目，頻譜資源的充分利用，新一代高清數字電視和數字音頻廣播的工程應用以及多媒體交互式數據廣播業務的使用都將成為廣播電視發展的必然趨勢。本文主要研究了數字高清電視的接收技術及其軟硬件實現，為相關研究工作提供借鑒經驗。

關鍵字：數字高清電視；條件接收；DVB；CW

引言

社會經濟發展日新月異，并且伴隨而來的就是科技的發展，一方面，傳統電視節目對于廣大消費者的需求滿足已經不再適應時代的需要，另一方面，高清視頻網絡的興起令人們更加對新的網絡電視感興趣，所以需求增加對于網絡電視的推動起到了很大的作用。數字高清電視系統對于實現媒體提供者和媒體消費者互動有著很大的價值，而且還可以配置多種功能來完成用戶的選擇，這些配置可以完成數字電視節目、可視電話、互聯網瀏覽、收發電子郵件等多種功能，并且還可以實現娛樂、教育及商務功能。

1、數字高清電視接收技術

目前在國際上占主流的數字電視廣播標準有歐洲的DVB標準、北美國家的ATSC標準及日本的ISDB標準，中國的有線電視網絡一般采用的是歐洲標準DVB-C。如圖1所示為DVB發射系統信號處理流程圖，為了實現付費用戶更好的收看到高清電視，在發射過程中，對發送的TS流經過了加密系統加密，使得未付費用戶不能接收到有效信號。

條件接收系統CAS（Conditional Access System）是付費數字電視廣播的核心技術，其主要功能是阻止非法入侵數字廣播網絡，并允許被授權的用戶收看特定的節目而使未被授權的用戶無法收看。CAS的主要任務是阻止用戶接收未被授權的節目和如何從用戶處收費的問題，而在廣播電視系統中，在發送端對節目進行加擾（Scrambling）、加密（Encryption），在接收端對用戶進行尋址控制和授權解密、解擾是解決這個兩個問題的基本途徑。

CAS由前端（廣播）和終端（接收）兩個部分組成：前端完成廣播數據的加擾并生成授權信息以及完成解擾密鑰的加密工作，從而將被傳送的節目數據由明碼變為密碼，加擾后的數據對未授權的用戶無用，而向授權用戶提供解擾用的信息，這些信息以加密的形式復用到MPEG-2 的傳送流中，授權用戶對它進行解密后即可得到解擾密鑰（即控制字CW，Control word）并實現對信號的解擾和MPEG-2解碼。 終端由智能卡（或其他CA卡）和解擾器完成解密和解擾。CAS是實現付費電視廣播的技術保障。

2、系統組成及條件接收硬件設計

根據本次研究的實際需要，我們選擇的方案是基于杭州國芯的GX3001解決方案，該方案與其他廠商的解決方案相比具有以下幾個方面的特點：（1）技術較為成熟，該方案的核心芯片為GX3001，最高主頻達到了216MHz，同時該方案也經過了長期的實踐考驗；（2）單芯片解決方案，具有較高的集成度。該方案的核心芯片為GX3001，除此之外，再無任何其他的核心芯片，并且完全又該芯片完成系統控制、解復用、視頻解碼、音頻解碼等功能，開發難度相對較??；（3）外部接口相對完善，該芯片可以提供較多的可編程接口，包括IO口、UART口、智能卡接口、I2C總線、前面板等。杭州國芯生產的GX3001芯片是一款成本相對較低但是性能比較高，具有高性價比的數字機頂盒解碼芯片。該芯片內部集成了高性能的32位RISC CPU、MPEG2解復用器、MPEG2 視音頻解碼器、去隔行及后處理單元、真彩色的OSD及2D圖形加速、電視編碼以及視頻 DAC 等模塊，能夠較好的提供優異的整機功能、性能以及 BOM 成本。

為了實現條件接收功能，需要設計智能卡接口，這也是廣播商保護自己利益的一個非常重要的手段。條件接收的核心就是控制字CW傳輸的控制，在采用MPEG-2標準的數字電視系統中，與節目流主要是通過智能卡接口對加擾或者加密的數據進行解擾和解密。

GX3001提供了的智能卡接口，支持IS07816-3標準中定義的異步智能卡。如圖2所示，VCC5V直接與外部電源相連接；CARD_CLK為GX3001輸出至智能卡的時鐘信號，用于采樣有效數據；CARD_RST為GX3001輸出至智能卡的復位信號，用于對智能卡進行初始復位功能；CARD_IO為GX3001和智能卡之間雙向數據交互；CARD_SW為智能卡輸出至GX3001，用于判斷是否有智能卡有效插入。

3、條件接收軟件設計

對于使用機頂盒的用戶，機頂盒首先經過解復用，得到經過發送端加擾后的音視頻PES流、各種PSI/SI信息表，然后解析CAF和PMT表中的CA描述參數，獲得EMM和ECM的PID值，然后就可以從ts流中過濾得到ECM和EMM；利用智能卡上存儲的用戶私鑰對EMM信息進行解密，得到服務密鑰，再利用服務密鑰對ECM信息解密得到字CW；最后直接就可以通過該密鑰去設置機頂盒的解擾器，使得用戶正常收看此節目。具體實現代碼如下所示：

LIFOInitialize（&SlSubTableLisl）； //始化一個后入先出的列表

// SISubTableList

LIFOlnifializc（&SISectionSmallDataList）； //始化一個列表SISectionSmallDataList

LIFOlnitialize（&SISectionLargeDataList）；//初始化一個列表SISectionLargeDataList

for（i=0；i

{

LIFOPush（&SISubTableList，i）；

}

（下轉第78頁）

（上接第79頁）

for（i=0；i

//為SISectionSmallDataList關聯

//和定義存儲空間。每個存儲空間為

//1024字節，總共20*1024字節。

{

SISectionSmaUData[i].data=SISectionSmallDataBuffers[i]；

LIFOPush（&SlSeetionSmfllDataLisL（UINT32）&SISectionSmallData[i]）；

}

for（i=0；i

//同理為SlSectionLargeDataList關聯和定義

//存儲空間.每個存儲空問為4"1024字節，

//總共10*4*1024字節。

{

SISectionLargeData[i].data=SISectionLargeDataBuffers[i]；

LIFOPush（&SlSeetionLargeDataList，（UnqT32）&SISectionLargeData[i]）；

}

4、結論

在高清數字電視系統中，條件接收時數字電視發展的技術保障。通過設置條件接收系統，有效的保護了節目提供商和電視臺的利益。同時，條件接收系統也是推動數字電視發展的重要環節。只有采用條件接收技術，實施健全的電視收費機制，才能推動高清數字電視的健康發展。

參考文獻

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