计算机技术在数字电视系统中的应用

文章出处：Linux 宝库 作者：未知　发布时间：2006-09-21 收藏到QQ书签

　　计算机技术的快速发展加速实现了软、硬件环境的分离，在即将全面推广的有线数字电视领域，也出现了这种基于硬件和软件功能实现完全分离的技术，而数字电视就是在电视信号产生后的处理、传送、接收、记录等过程都采用数字技术的电视，数字电视系统一般包括电视信号的数字化、数字电视信号的发送、传输、交换、记录、接收等部分，其硬件部分除包括基本的射频处理单元和输入/输出（I/O）接口之外，其余部分则是相当于计算机系统中CPU的高速信号处理器和内存等计算机单元。例如条件接收系统（CA）的加扰器、机顶盒（STB）的MPEG解码等功能均由软件来实现，而机顶盒本身也相当于奔腾Ⅱ水平的电脑。数字信号的高度压缩复用，使模拟时代只对信号电平进行监控的方式已经远远不能满足数字时代的要求，而利ku波段转发器，可以提供一百多套标准清晰度数字电视节目，而且具有很强的国内覆盖特性，用户使用直径0.45 m的接收小站即可接收直播卫星转发的高质量数字电视节目，用户收看时由地面的用户管理和条件接收系统进行授权和计费控制，根据我国经济发展和国民收入增长的速度，预计在2010年左右我国至少有1/3的家庭具备安装卫星接收设备和支付收看费用的能力。卫星直播业务无需敷设线路，只要安装接收小站设备就可以接收，它的普及速度可能会非常惊人，这是直播卫星最大的优势，用户尤其是高端用户的流失是不可避免的。同时由于业务上的相互竞争，收益率也许难以达到垄断经营的水平，因此我们应该正视这种竞争，两种运营商将会长期共存，优势互补，相互竞争，共同发展，我们的网络公司面对这样严峻的形势丝毫不能放慢前进的脚步，数字化建设是目前和今后几年的最为重要的工作，同时要积极树立自己的品牌形象，依托地面网络的优势开展多种增值业务，深化内部管理改革，提高服务质量和技术水平，从而使自己在竞争中处于有利地位。
　　
　　用计算机技术可以对数字电视系统中的前端设备、网络设备、机顶盒等进行更方便快捷的性能管理、故障管理、配置管理、安全管理和计费管理等，下面仅以条件接收系统（CA）为例作重点介绍。
　　
　　条件接收系统的体系结构把条件接收分成几个相对独立的模块，每个独立的功能模块可由不同的厂商提供并能够独立更换，而不影响其他的功能模块。典型的条件接收系统一般由对用户授权、加密运算、CA信息产生、CA信息发布等功能模块构成，完成对合法用户的授权和授权管理两项重要功能，条件接收系统的全部职能都围绕着这两种CA信息进行。从物理设备的分布来看，可大体划分为以下几个部分。
　　
　　（1）安全设备。该设备保存用户原始的认证密钥对，并使用该密钥对初始的用户授权信息进行离散计算，然后交由用户授权系统产生用户授权信息。安全设备相当于一台安全计算器，整个条件接收系统的安全性由此设备保证。
　　
　　（2）用户授权系统和CA信息插入。用户授权系统根据用户信息，产生部分用户授权信息形成所需的信息。在条件接收内部，用户授权信息和授权控制信息通过局域网方式和复用器连接，将CA信息插入到复用的MPEG-2系统码流中，这是条件接收系统的核心部分。
　　
　　（3）信息复用和内容加扰。在复用器中，完成对节目内容的加扰，CA信息的数据打包复接，产生加密的数据流。条件接收系统可分为3个部分：用户管理系统、条件接收设备和复用器，分别由3个不同的系统设备提供商提供。
　　
　　条件接收系统的授权管理信息发生器（EMMG）通过集线器（Hub）连接到复用器的EMMI接口上，授权控制信息发生器（ECMG）通过集线器（Hub）连接到复用器的ECMI接口上。安全设备的主要任务是产生条件接收系统需要的密钥，通过安全的通道给相应的CA模块提供这些密钥。复用器中控制字发生器以随机方式产生加扰控制字CW，按照DVB通用加扰算法的加扰器使用控制字CW对选中的节目进行加扰。当采用同密方式工作时，复用器通过DVB同密标准接口协议与条件接收系统的授权控制信息发生器（ECMG）通信，把控制字CW序列传送给ECMG。通过条件接收系统的ECMG产生相应的ECM流，并经过复用器的ECMI接口把生成的ECM流注入到传输流（TS流）中。
　　
　　用户管理系统（SMS）通过条件接收系统的用户管理系统接口（SMS-I）向CA用户授权系统（SAS）发送授权请求，用户授权系统（SAS）响应请求产生一个用户授权信息EMM，EMM信息包括用户的唯一标识号、智能卡号、用户的授权信息、EMM版本等。用户授权系统（SAS）生成的EMM，通过授权管理信息发生器（EMMG）按照DVB同密标准接口协议把EMM注入到复用器中，复用器把接收到的用户授权信息EMM复用到传输流（TS流）中。在接收端，用户端机顶盒（STB）中的智能卡在接收到用户授权管理信息后，产生授权。智能卡中有了授权后，才能正确地解开授权控制信息ECM中经过加密的控制字CW。接收客户端EMM和ECM的解密都是由智能卡内的处理软件完成。智能卡与用户端机顶盒（STB）之间的通信是加密的，所以机顶盒在接收到通信的数据后，要再次解密才能得到控制字CW。机顶盒把控制字CW写入DVB通用解扰标准的解扰芯片中，就可以还原被加扰的视音频或者数据了。采用DVB通用解扰算法是两个条件接收系统实现同密的要求，在单个条件接收系统运行而不需要考虑同密要求的场合，可以采用条件接收系统提供自己独特的加解扰算法。
　　
　　由此可见，在有线数字电视的条件接收系统中使用计算机技术，不仅可以控制用户的授权，为用户提供一个安全保密的通道，使非授权者不可能窃取或篡改他人传输的信息，而且条件接收系统采用计算机技术还能够控制机顶盒的使用，使其只能接收有线电视运营商从前端传来的合法信息，起到了防止非法信息侵入有线电视网络的作用，因此能够更好地保障国家的信息安全。