用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視接收系統(tǒng)論文
時(shí)間:2022-09-27 04:47:00
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[摘要]數(shù)字電視的條件接收系統(tǒng)gAS就是對(duì)視頻、音頻和數(shù)據(jù)等信息加密、傳輸并為合法用戶接收解密的過(guò)程,由加擾器、解擾器、加密器、控制字產(chǎn)生器、用戶授權(quán)系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)和條件接收系統(tǒng)子系統(tǒng)等部分組成。用FPGA實(shí)現(xiàn)方法使條件接收系統(tǒng)不受復(fù)接的約束,實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較靈活,這種結(jié)構(gòu)采用空包替換,容易實(shí)現(xiàn)加解擾的同步。
[關(guān)鍵詞]條件接收信息加密FPGA
一、條件接收系統(tǒng)的工作原理
數(shù)字電視是將傳統(tǒng)的模擬電視信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣、量化和編碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)代表的數(shù)字式信號(hào),然后進(jìn)行各種功能的處理、傳輸、記錄、存儲(chǔ),監(jiān)測(cè)和控制的一種全數(shù)字處理過(guò)程的端到端系統(tǒng)。數(shù)字電視的條件接收系統(tǒng)CAS就是對(duì)視頻、音頻和數(shù)據(jù)等信息加密、傳輸并為合法用戶接收解密的過(guò)程,由加擾器、解擾器、加密器、控制字產(chǎn)生器、用戶授權(quán)系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)和條件接收系統(tǒng)子系統(tǒng)等部分組成。
工作原理:在信號(hào)的發(fā)送端,首先由控制字發(fā)生器產(chǎn)生控制字(CW),將它提供給加擾器和加密器A。加擾器對(duì)來(lái)自復(fù)用器的傳送比特流進(jìn)行加擾運(yùn)算,控制字就是加擾器加擾所用的密鑰。加密器接收到來(lái)自控制字發(fā)生器的控制字后對(duì)控制字進(jìn)行加密運(yùn)算,輸出經(jīng)過(guò)加密以后的控制字。業(yè)務(wù)密鑰在送給加密器A的同時(shí)也被提供給了加密器B,加密器B產(chǎn)生密鑰,并用此密鑰對(duì)業(yè)務(wù)密鑰sK(ServiceKey)進(jìn)行加密,輸出加密后的業(yè)務(wù)密鑰。經(jīng)過(guò)這一個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的信息均被送至復(fù)用器,與被送至同一復(fù)用器的圖像、聲音和數(shù)據(jù)信號(hào)比特流一起打包成傳送比特流輸出。
在信號(hào)的接收端,經(jīng)過(guò)解調(diào)后的加擾比特流通過(guò)解擾器送到解復(fù)用器。從解復(fù)用器出來(lái)的信號(hào),被分別送至智能卡中的解密器A和解密器B,解密器A和解密器B與智能卡中的安全處理器共同工作,從而恢復(fù)出控制字CW,并將它送至解擾器。一旦在接收端恢復(fù)出正確控制字以后,解擾器便能正常解擾,將加擾比特流恢復(fù)成正常比特流。
二、條件接收系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)
FPGA有豐富的觸發(fā)器和I/O口可以滿足完成CAS功能,開(kāi)發(fā)周期短,可以反復(fù)修改,特別適合需不斷完善電路的開(kāi)發(fā)階段。要實(shí)現(xiàn)CAS硬件設(shè)計(jì),首先要理解程序特殊信息PSI。PSI能從多節(jié)目的TS流中找出所需要的節(jié)目碼流和條件接收信息等。PSI必須以一定的頻率不斷發(fā)送,以便新開(kāi)的接收機(jī)能及時(shí)解釋傳送流的性質(zhì)。解擾只是加擾的逆過(guò)程,并且相對(duì)簡(jiǎn)單,所以下面只對(duì)條件接收系統(tǒng)加擾過(guò)程的FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行討論。
(一)加擾器的FPGA實(shí)現(xiàn)
加擾器在條件接收中是一個(gè)關(guān)鍵部分,關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的保密程度,所以需要一個(gè)安全性較高的加擾器。圖1所示加擾器是在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn),它以可預(yù)置線性反饋寄存器(LFSR)為基礎(chǔ),與數(shù)據(jù)選擇器共同形成??偩€是控制碼發(fā)生器產(chǎn)生的選擇器控制碼。有8個(gè)抽頭并行輸出,每2位對(duì)應(yīng)一個(gè)選擇器的選擇端。每個(gè)選擇器的輸出是選出的4個(gè)LFSR反饋之一,作為與之相連的LFSR時(shí)鐘。通過(guò)數(shù)字選擇器選取4個(gè)LSFR輸出的XOR的輸出之一作為加擾。
序列的輸出。選擇碼生成器可由CW產(chǎn)生器代替,CW一部分作為選擇器的選擇碼,一部分寫入4個(gè)可預(yù)置的LFSR。
(二)條件接收發(fā)送端的FPGA實(shí)現(xiàn)
圖2為條件接收發(fā)送端的FPGA實(shí)現(xiàn)。用戶管理信息需要PC機(jī)處理和保存,服務(wù)密鑰SK和控制字CW發(fā)生器初始值可以在PC機(jī)中通過(guò)偽隨機(jī)序列生成程序生成。TS流是連續(xù)不斷的實(shí)時(shí)信號(hào),可以通過(guò)空包替換的方法實(shí)現(xiàn)條件包的加入。CW的加密采用DES算法,DES速度快,加密強(qiáng)度較高,硬件容易實(shí)現(xiàn),適合CW變化較快的要求。SK的加密采用RSA算法可以滿足SK變化頻率低,安全性要求高,使用時(shí)間長(zhǎng)等要求。公務(wù)員之家
三、結(jié)語(yǔ)
本文介紹了條件接收系統(tǒng)的基本原理,并提出一種用FPGA實(shí)現(xiàn)方法。這種方法使條件接收系統(tǒng)不受復(fù)接的約束,實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較靈活。并且這種結(jié)構(gòu)采用空包替換,容易實(shí)現(xiàn)加解擾的同步。