解調器集成CAS的地面數字電視方案的實現

蔣小燕，徐大誠

（1.常州工學院電子信息與電氣工程學院，江蘇常州 213002;2.蘇州大學電子信息學院，江蘇蘇州 215006）

解調器集成CAS的地面數字電視方案的實現

蔣小燕1，徐大誠2

（1.常州工學院電子信息與電氣工程學院，江蘇常州 213002;2.蘇州大學電子信息學院，江蘇蘇州 215006）

針對非專用數字電視設備接收加密數字電視和產品差異化的需求，設計了目前市面上唯一在解調器端處理CAS的數字電視接收方案。對數字電視的系統架構、軟硬件的設計和實現方法等進行了闡述。經實驗室和商用測試表明，該方案完全符合規范要求，已被條件接收系統廠商和運營商采用，并投入市場應用。

數字電視;USB;解調器;條件接收系統

【本文獻信息】蔣小燕，徐大誠.解調器集成CAS的地面數字電視方案的實現［J］.電視技術，2013，37（3）.

隨著電視數字化的不斷深入，用戶對于數字電視產品形態的需求也在不斷變化。從早期的數字電視機頂盒、數字電視一體機，再到近年流行的USB電視接收棒、智能終端產品。電視運營商在給用戶提供豐富的節目和終端的同時，對自身內容的保護也越來越關注。數字電視條件接收系統（Conditional Access System，CAS）是數字電視廣播實行收費所必須采用的系統，也是數字電視平臺不可缺少的部分［1］，保證只有已付費的授權用戶才能收視節目，從而保護節目制作商和廣播運營商的利益［2］。在傳統方式中，無論是歐洲的DVB－T、日本的ISDB－T、美國的ATSC，還是國標的DTMB，對內容保護的模塊往往都集成在解碼芯片中，這就給用PC、平板電腦和智能終端設備收看帶CAS加密的電視內容帶來挑戰。本文給出了一個先進的方案來解決這個問題。

1 系統設計

本系統的整體框架如圖1所示。系統由高頻調諧器與解調器二合一的前端接收芯片Octopus I/II、USB接口轉換芯片DiB0700、一個8 Mbyte的Flash芯片和一個智能卡讀卡器接口組成。相對于傳統的USB電視棒，此設計可以對加密的數字電視進行解密，而且解密是在解調芯片的CAS模塊中進行的，這也是本文最新穎的地方。只需要把不同廠家的CA系統庫文件移植到這個芯片的軟件中，把固件燒錄在Flash內，再給上層提供CA的調用接口。這不僅解決了純軟件解密安全性低的問題，而且解決了通用芯片不具有解擾模塊的困擾，為普通終端提供看電視的可能，而不需要專門的機頂盒。

圖1 系統整體框架

1.1 系統硬件設計

1.1.1 Octopus介紹

Octopus芯片是一個靈活的多標準地面標準的接收芯片，可以支持歐洲DVB－T、DVB－H、DVB－SH，日本 ISDB－T（1－Seg，Full－seg），美國 ATSC，以及國內的 CMMB 和 DTMB。芯片結構框圖如圖2所示，包含射頻調諧器、數字濾波器、可編程信號處理器（避免了不同標準直接堆疊在一起時的硬件冗余）、信道解碼器、電源管理單元（只需要1路電源輸入，提高了電源管理的效率）、存儲器、一個非常重要的有創新意義的支持DVB－CA，SDB－T BCAS及CMMB解擾系統的CAS模塊（該模塊支持流行的AES和DES算法）和一個接口（可以支持傳統MPEG－2 TS接口，以及通用平臺的SDIO，SPI接口和SRAM接口，為不同終端的應用提供了可能性［3－4］）。

圖2 Octopus芯片結構框圖

1.1.2 USB 接口轉換芯片

DiB0700是一個把電視信號轉換成USB數據的接口芯片。支持全速和高速模式USB2.0接口，可以通過外部E2PROM配置廠商識別碼和設備識別碼，可以支持休眠和遙控喚醒模式，通過GPIO控制紅外接收頭;兩個視頻接口，支持雙TS輸入;內部集成一個32位的微處理器內核，內置24 kbyte ROM，40 kbyte RAM，可以通過內部RAM支持固件的更新，可調節時鐘輸出，可以通過I2C主控模式配置和檢測前端調諧器和解調器。

1.1.3 SPI Flash

Octopus是一個可編程的前端產品，在芯片初始化時會下載800 kbyte左右的固件，如果使用I2C來下載，通常機頂盒I2C的速度是80 kbit/s，這樣初始化將會是10 s左右，這對用戶來講是一個夢魘。為了解決這個問題，現使用一個外置的SPI Flash，這個Flash外接在 Octpous的GPIO上，模擬成SPI的接口模式，速率為8 Mbit/s，這樣只需要100 ms就可以完成初始化，這將大大改善用戶體驗。SPI Flash與Octopus連接圖如圖3所示。

圖3 SPI Flash與Octopus連接圖

1.1.4 智能卡的連接

Octopus可以支持符合ISO7816規范的SIM卡和智能CA卡，可以直接連在Octopus的GPIO口上，連接圖如圖4所示。數據口接GPIO0，復位信號接GPIO1，時鐘信號接GPIO2，電源接3.3 V，卡的檢測信號接GPIO9。

1.2 系統軟件設計

該系統的軟件由符合微軟PC TV規范的BDA（Broadcast Driver Architecture）驅動，PC端的應用軟件媒體播放器和非常重要的CAS集成，如圖5所示。播放器通過調用微軟定義的唯一調諧功能模塊，去搜索節目數據庫中存儲的節目。視頻控制模塊把復雜的電視調諧解調過程和圖像過濾器集成起來;當播放器發出調諧請求后，視頻控制器會把網絡類型、信道信息傳遞給接收器，同時創建和設置圖像過濾器［5］;當播放器運行時，視頻控制器將輸出電視節目。

圖4 SIM卡與Octopus的連接圖

圖5 PC接收和播放電視節目的過程

1.2.1 Octopus驅動

Octopus啟動與搜索一個頻道的過程如圖6所示。當硬件插入USB接口后，正確安裝完驅動后，Windows內核會識別到該器件，首先一個20 kbyte左右的Loader固件會下載到芯片內，芯片接收到這個指令后會從Flash中把MAC的固件通過SPI接口下載到芯片中;打開播放器通過自動或手動的方式搜索想看的頻道，此時會再從SPI接口的Flash中調出所需標準的解調器的固件到Octopus中，如 DTMB，DVB－T 或 ISDB－T。

圖6 Octopus啟動與搜索一個頻道的流程圖

1.2.2 DiB0700 USB 驅動

USB芯片是PC與Octopus之間的橋梁，通過該芯片控制Octopus的上電、復位、初始化、設置頻點和檢測是否鎖定，把TS數據傳送到PC。圖7是調試時候的控制臺的人機接口圖。

圖7 控制臺的人機接口圖（截圖）

1.2.3 CAS 流程

該系統可以支持ISDB－T BCAS Multi2系統，CMMB Nagra，STV以及支持符合DVB－CA規范的條件接收系統，如國內的永新視博STV、金網通等。CAS授權流程如圖8所示。首先接收加密數據流，找到加密信息表和授權管理流的描述表，啟動授權管理流的接收，解析節目關聯表和所有節目映射表，創建節目信息數據庫包括音視頻PID和授權控制PID，接收所有節目控制流信息以便得到所有的密鑰（Service Key，SK）用于解擾音視頻得到清流節目［6］。

圖8 CAS授權流程

1.2.4 媒體播放器

媒體播放器發展至今已經相當成熟，國內外市場中有好多款產品可供選擇，只要該產品符合微軟規范，提供BDA的接口，就可以直接使用。如國內的烈火，就是相當成熟的一款播放器。

2 系統驗證

本系統已經成功實現了日本ISDB－T的B－CAS系統、國內CMMB的Nagra和STV系統、國標DTMB金網通的KVCA系統。

圖9是接收上?？罩袑崟rCMMB信號時Nagra加密卡的讀卡信息界面。

圖9 Nagra加密卡的讀卡信息界面（截圖）

圖10給出了Linux下測試金網通CA系統KVCA時打印的版本號和智能卡卡號。

圖10 KVCA的版本號和智能卡卡號（截圖）

3 小結

該系統是目前市面上唯一在解調器端處理CA系統的方案，為PC、智能手機、平板電腦等終端接收數字電視提供了一個最為安全的方案。其第一代DiB10096已經持續被日本市場用戶使用;第二代產品DiB30092支持國標DTMB，也已經成熟，正在被國內廠商、內容提供商和廣電局采用，為后續推進電視終端產品多元化提供了可能。

:

［1］潘明福，唐凡，陳列.條件接收系統實現方案［J］.廣播與電視技術，2010（12）:101－103.

［2］齊志峰，王蜀洪，韓鵬一.關于數字電視CAS系統的安全性研究［J］.廣播電視信息，2010（8）:53－55.

［3］陳翔.數字電視條件接收系統的安全性分析［J］.電視技術，2010，34（2）:43－45.

［4］DiBcom.Programmable technology［EB/OL］.［2012－07－16］.http://www.dibcom.com/Website/site/eng_accueil_technology_dibcomtechnology_databroadcasting.htm.

［5］Microsoft Ltd.DirectX 9.0 programmer’s reference［EB/OL］.［2012－07－16］.http://www.uplook.cn/biancheng/172/1721298/ .

［6］鄭瑋，景新幸，李帆.數字電視CAS中授權解碼的設計與實現［J］.通信技術，2009，42（9）:97－99.

Implementation of Terrestrial DTV Solution with CAS in Demodulator

JIANG Xiaoyan1，XU Dacheng2

（1.School of Electronic Information＆Electric Engineering，Changzhou Institute of Technology，Jiangsu Changzhou 213002，China;2.School of Electronic and Information Engineering，Soochow University，Jiangsu Suzhou 215006，China）

In order to receive encrypted digital TV with non－dedicated DTV receiver and make differential products，a DTV solution with the only demodulator in the market which integrates CAS module is designed.This system structure，software and hardware design and implementation are described in this paper.The test results and commercial trail prove that this solution complaint with standard is adopted and launched by CAS providers and broadcasting operators in the market.

digital TV;USB;demodulator;CAS

TN943

A

蔣小燕（1980— ），碩士，講師，主研智能信息處理;

徐大誠（1963— ），教授，主研信息獲取與處理技術。

責任編輯:薛 京

2012－07－17