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| DVB条件接收 |
文章出处： 发布时间：2006-02-08 |
| 本文介绍了数字视频广播(DVB)条件接收系统的组成、条件接收原理、数据格式、设备的功能、DVB条件接收技术特点及DVB条件接收的实现等内容。 1 DVB条件接收系统的有关概念 接收控制系统/条件接收系统：该系统的任务是保证DVB业务仅被授权接收的用户所接收，其主要功能是对信号加扰，对用户电子密钥的加密以及建立一个确保被授权的用户能接收到加扰节目的用户管理系统。 条件接收子系统：它是解码器的一部分，其作用是对电子密钥进行解码并恢复出用来控制解扰序列所需的信息。 控制字(CW)：它是用在解扰器中的密钥。 加密：加密是指为了加扰信号而进行的连续不断的改变电子密钥的处理。电子密钥一般通过信道安全地传送给用户。 授权控制信息(ECM)：授权控制信息是一种特殊形式的电子密钥信号和信道寻址信息。它在发送端被加密以后与信号一道传送，在接收端ECM被用来控制解扰器。 授权管理信息(EMM)：授权管理信息是一种授权用户对某个业务进行解扰的信息。它与授权控制信息一样，在发送端被加密以后与信号一道传送，在接收端EMM被用来打开/关闭单个解码器或一组解扰器。 盗收：它是指对控制节目进行非授权的接收。常指使用伪造的智能卡和解扰器，从而绕过整个或部分条件接收系统的不正当接收方法。 加扰：它是指连续不断地改变广播电视信号形式的方法，以使得不用恰当的解码器和电子密钥就不能接收到正确的信号。 解扰：它与加扰相反，是加扰的逆过程。 用户授权系统：它在用户管理系统的指导下，负责对ECM和EMM数据流进行组织，使之序列化并传输到用户管理中心。 用户管理系统：它是向用户发放电子密钥，寄送帐单及收费的商业中心。用户管理中心的主要任务是建立用户信息、解码器序列号以及管理哪种业务被订购、接收的信息数据库。 2 DVB条件接收系统的组成和工作原理 条件接收系统由加扰器、解扰器、加密器、控制字产生器、用户授权系统、用户管理系统和条件接收子系统等部分组成。其工作原理和方框图如图1所示。 在信号的发送端，首先由控制字发生器产生控制字(CW)，将它提供给加扰器和加密器A。控制字的典型字长为60bit，每隔2～10s改变一次。加扰器根据控制字发生器提供的控制字，对来自复用器的MPEG－2传送比特流进行加扰运算。此时，加扰器的输出结果即为经过扰乱了以后的MPEG－2传送比特流，控制字就是加扰器加扰所用的密钥。加密器接收到来自控制字发生器的控制字后，则根据用户授权系统提供的业务密钥对控制字进行加密运算，加密器A的输出结果即为经过加密以后的控制字，它被称为授权控制信息(ECM)。业务密钥在送给加密器A的同时也被提供给了加密器B，加密器B与加密器A稍有不同，它自己能够产生密钥，并可以用此密钥对授权控制系统送来的业务密钥(Service Key)进行加密。加密器B的输出结果为加密后的业务密钥，这被称为授权管理信息(EMM)。经过这样一个过程产生的ECM和EMM信息均被送至MPEG－2复用器，与被送至同一复用器的图像、声音和数据信号比特流一起打包成MPEG－2传送比特流输出。 在此需要指出的是，在MPEG－2系统标准中，对在数据包中放置条件接收控制信息及密钥的位置有规定，所以，ECM和EMM信息均可以打入MPEG－2数据包中。另外，在发送端还有用户管理系统和用户授权系统，用户管理系统是根据用户订购节目和收看节目的情况，一方面向授权控制系统发生指令，决定哪些用户可以被授权看那些节目或接受那些服务；一方面它还可以向用户发送帐单。用户授权控制系统则是根据用户授权管理系统的指令，产生哪些用户该授权哪种收看、哪些信息接收权利的信息 ，即产生出业务密钥。 在信号的接收端，将经过解调后的加扰比特流(控制字还没有恢复出来以前)，通过解扰器而送至解复用器。由于ECM和EMM信号被放置于MPEG－2传送比特流包头的固定位置，因此，解复用器便可很容易地解出ECM和EMM信号。再从解复器出来的ECM和EMM信号，被分别送至智能卡(Smart Card)中的解密器A与解密器B，它们与智能卡中的安全处理器共同工作，从而恢复出控制字(CW)，并将它送至解扰器。恢复控制字的过程十分地短暂，一旦在接收端恢复出正确控制字以后，解扰器便能正常解扰，将加扰比特流恢复成正常比特流。 从上面所述 ，我们可以看出整个DVB条件接收系统的安全性得到了三层保护。第一层保护是用控制字对复用器输出的图像、声音和数据信号比特流进行加扰，扰乱正常的比特流，使得在接收端如不解扰就无法收看、收听到正常的图像、声音及数据信息；第二层是通过对控制字用业务密钥加密，这样即使控制字在传送给用户的过程中被盗，被盗者也无法对加密后的控制字进行解密；第三层保护是对业务密钥的加密，它使得整个系统的安全性更强，使非授权用户在即使得到加密业务密钥的情况下，也不能轻易解密。因为解不出业务密钥就解不出正确的控制字，没有正确的控制字就无法解出并获得正常信号的比特流。 高速数据的条件接收是一个比较复杂的题目，按DVB标准有两种方式，它们的特点如下： a)第一种为“Simulcrypt”，每台接收机只能使用单一的解扰方式，排斥其它的解扰方式。第二种为“Multicrypt”，每台接收机通过定义的公共接口(Common Interface)允许使用多种解扰方式。 b)定义一种公共的加解扰算法，使消费者使用单一的解码器。 c)要求条件接收的供应商提供进入数字解码器的接口方法。 d)公布条件接收公共接口的技术规格。 e)起草反盗版建议。v f)条件接收系统供应商向其它数字电视生产厂商所提供的产品必须是合情合理的产品，并且是禁止排斥公共接口的产品。 g)条件接收系统必须允许节目经营者可实现转移控制，比如卫星条件接收的节目进入有线网后，原有的条件接收系统可以被新的条件接收系统所替换。 3 DVB对条件接收系统的要求 (1)用户的方便性 条件接收系统必须让用户在从订购节目到收看节目的任何阶段承受最小的负担，在尽量减少接收机成本和减小接收机体积的情况下，容易地实现条件接收。理想的情况应该是将整个系统集成到电视机中去，用户可以通过这样的接收机订购任何节目和业务。 (2)安全性 条件接收系统必须能够有效地防止盗收。尽管没有任何条件接收技术能够提供绝对的安全性，但整个系统应能够结合恰当的反盗收立法和防范措施使得盗收足够地困难或不经济，从而使盗收的范围很小。支付卡必须能够防止篡改，特别对于按次付费业务，应有指示剩余钱数的计费机制，并且必须做到未被授权的群体或个人不能重新设转。 (3)接收机的开放市场 用户应该能够在一个开放的市场中，通过对许多相互竞争的厂家生产的接收机进行选择而获益，即接收机市场应该是一个开放的市场。这样的市场要求除条件接收系统以外，整个传输网络系统能够由权威组织(如ETSI或ISO)制订开放式标准，标准中的任何知识产权都必须由相应的标准组织制订规范。 对条件接收系统人们是不期望标准化的，但是可为条件接收系统提供灵活公用接口，以保证在同一个传输通道中，可以同时采用多个不同的条件接收系统。 (4)节目业务的开放市场 授权的节目业务必须能够由提供业务的运营商授权用户并由符合标准的接收机或机上变换器接收。这个开放的市场能够保证所有被批准的业务运营商能够公平地进入合适的传输系统。 (5)低资金投入和运营成本 建立和运营条件接收系统的成本可能较大，但是不能对运营造成抑制性，特别在用户群很小时，它必须能够调节到被允许的较低建立成本。 另外，整个系统应该对最终被寻址的用户数目没有限制，这个数目可以达到上千万户。运营商通过选用恰当而可靠的条件接收系统，应该能够较方便地花费较少的资金对条件接收系统进行升级并在安全性遭到破坏时进行安全性的恢复。 综上所述，DVB条件接收系统最终要达到的目的是：在妥善兼顾目前市场上已有的条件接收系统的不同目的用途的同时，在技术上找到可行的具有最大共同性的系统，这个“最大共同性”将通过达到以上列出的“DVB对条件接收系统的要求”而实现，理想情况下，应该做到即使不同的节目采用不同的条件接收系统，在用户端也不必使用多个解码器或机上变换器来接收各种节目。 4 DVB条件接收系统的主要技术特点 DVB的信源编码所采用的MPEG－2系统标准虽已经定义了传送、辨别条件接收信息的方法，但没有定义条件接收信息和所采用的加扰方法，因此DVB根据其对条件接收系统的要求和目标，在技术上做了相应的考虑，归纳起来有如下几个技术特点。 (1)公共的加扰和解扰算法 DVB通过规定公共的加解扰算法，定义了一个用于DVB传输的公共加解扰系统。在一个网络中只采用一种条件接收系统是不符合市场需要的，也不能满足并保证广播电视运营者对加扰节目安全传输的要求，DVB赞成和支持广播电视运营者根据需要，在一个网络中采用不同的条件接收系统，但是DVB要求各个不同的条件接收系统必须采用DVB规定的相同的加解扰算法，只是允许各个条件接收系统的加解扰密钥—控制字及其产生的方法——不一样。在本文前面讲过，加扰是对被传送的信息比特流的扰乱处理，加密则是对控制加扰的密钥—控制字以及进行加密的业务密钥的保密处理。DVB的公共加解扰算法规定了符合DVB标准的各个条件接收系统对图像、声音和信号比特流的扰乱方法必须是相同的，而对各个密钥的保密处理方法则可以各不相同，各家独有。 通过采用公共的加扰系统和MPEG－2的复用传送机制，使得在一个传输网络中传送不同节目或不同业务使用多种条件接收系统，或者说在一个接收机中接收多个条件接收节目或业务成为可能。这样做的好处是使整体广播电视系统条件接收的设计具有很大的灵活性，防止了系统提供者垄断的可能性，满足了广播电视运营者的商业需要，同时，也使得各种专利的条件接收技术很容易地与DVB环境相匹配。 总之，在DVB中，条件接收领域受到特别的注意。讨论艰难而又冗长，但是共识已经产生了。DVB条件接收包的中心要素是公共扰码算法。在集成接收解码器(IRD)中，条件接收系统可认为含有两部分：解密系统和解扰码系统。解密系统把IRD接收到的编码密钥翻译成一种解扰码器能够处理的形式。解扰码器使图像和声音清晰。 公共扰码算法设计得尽可能难以被攻破。规范由条件接收专家小组起草。在保密协议上签字之后，由技术细节管理人散发给适当的组织。 (2)公共接口 DVB在集成接收解码器(IRD)和条件接收系统之间定义了一个公共接口，如图2所示。通过定义和使用公共接口，条件接收系统的生产商能够将公共解扰器及专利解密器件集成装在一块可拆卸的模块上并可装入DVB接收机上的插槽中。这样做的好处是可以使DVB接收机的生产和销售与条件接收系统的生产和销售分离，从而使得广播电视运营者能够根据自身的需要，选择不同的接收机生产厂商和条件接收系统生产厂商。 公共接口的物理格式采用了个人计算机的PCMCIA标准，它在DVB接收机和条件接收模块之间有一个68路的连接口，该连接口经过适当的修改之后，十分适用于DVB。该公共接口标准还规定了条件接收模块的形式参数(Form factor)和性能。 公共接口在逻辑上分为两个部分。第一部分将解调以后的MPEG－2比特流送入条件接收模块，条件接收模块根据授权控制系统的授权，对加扰的MPEG－2比特流按业务进行解扰，然后将这样处理后的MPEG－2比特流送回DVB接收机。公共接口的第二部分要稍微复杂些，它是DVB接收机与条件接收模块之间的命令接口，它使条件接收模块能够与DVB接收机中的调制解调器、显示器件等进行通信，而不要求DVB接收机必须理解其细节，换言之，DVB接收机可以标准化、工业化，只有条件接收模块才具有专利。另外，使用这个命令接口还能够将条件接收模块接收的用户信息，通过DVB接收机中的调制解调器回传给中心控制系统和用户管理系统，而DVB接收机并不知道这些回传信息的内容。 公共接口是分层的。公共接口允许DVB接收机与多个条件接收模块建立联系，并能够识别出与之相连的多个条件接收模块中的哪个模块提供哪些业务的加扰。公共接口的分层性还使条件接收模块很容易升级，增加新的功能扩展新的业务。 总之DVB包的另一个核心要素是公共接口(DVB－CI)，这是一个专门为了条件接口而设计的MPEG传送数据流接口。它在其他领域也可能是有用的。 接口位于未扰码数字广播所要求的DVB解码器和条件接收组件之间，它可以解扰码和解密。接收到的全部广播数据都转移到该组件，在此对数据进行解扰码并把形成的数据送回到主解码器。附加组件的设计者能够以他们希望的任何方式建立条件接收单元。 上面已说了，公共接口在一个物理接口中包括两个逻辑接口。第一个是MPEG传送数据流接口，第二个是命令接口，含有在组件(插入到接口中)和主IRD之间的控制信息。在规定接口时，使用了原有的标准。连接器是PCMCIA Ⅱ(个人计算存储卡国际协会)连接器，它广泛地应用于个人计算机。智能卡系统也可以安装到PCMCIA Ⅱ组件中去。卡片阅读器包含在组件中。接口在设计上使之可以附加其它功能，例如电子节目单。 (3)在传输媒介边界处的转移控制 转移控制(Trans control)是指在不改变加扰信号、不解扰、也不再次加扰的情况下，改换条件接收系统的过程。由于DVB标准规定了公共加扰的算法，符合DVB标准各条件接收系统使用加扰算法具有相同的加扰系统，因此，在两种传输媒介边界处的两边(如卫星和有线电缆)，便可以实现相同加扰信号变换到不同的条件接收系统中去，即实现转移控制。 DVB对转移控制的使用意见和要求是： 在欧洲市场内运行的条件接收系统，在传输媒介的边界必须要有技术能力来提供经济有效的转移控制，以使得在本地区或某区域范围内，对使用条件接收系统的业务能够进行全面控制。目前，由于系统与系统之间的同步问题，实现这一要求的转移控制技术停留在原则上，更具体的标准还没有。 (4)Simulcrypt和Multicrypt Simulcrypt方式为用户提供了只使用一个接收机或变换器，便可以接收到该传输信道传输的各个被授权接收的节目，而不管那个节目是哪个节目提供商提供的。其传输方式如图3所示。 在发送端，条件接收器A和B同时对进入复用器的所有节目进行条件接收控制处理，所产生的ECM1、EMM1和ECM2、EMM2信号数据流与节目数据流复合后一同传送给用户。在接收端，在机上变换器A中由于装有条件接收系统1的子系统，它能够对条件接收器A产生的ECM1和EMM1信号进行解码，接收到A授权的节目；若机上变换器A得到了所有被加扰节目的授权，则它仅用装有条件接收系统1的子系统，便能收看到所有从发送端传来的节目。Multicrypt方式的条件接收系统，其传输方式如图4所示。 在发送端，节目提供商提供的第1套节目由条件接收系统1加扰，经调制后传输，节目提供商提供的第2套节目由条件接收系统2加扰，经调制后传输。在接收端，用户只要在其机上变换器的公用接口上分别插上条件接收系统1和2的子系统模块，就可以用这个机上变换器接收第1套和第2套节目；若在机上变换器中只装有条件接收系统1的子系统，则机上变换器只能正确接收第1套节目，即便是在发送端授权其机上变换器接收第2套节目，其机上变换器也不能接收到第2套节目。当发送端节目提供商数和提供的节目数多于两个时，可以类推。Multicrypt与Simulcrypt方式的相同点是在用户接收端只使用一个接收机或机上变换器便可以接收到该传输信道传输的各个被授权接收的节目。而Simulcrypt的不同点是在接收用户必须在机上变换器的公共接口插上相应的条件接收子系统模块，才能接收到相应的节目。不难看出，Multicrypt方式与Simulcrypt方式的整体布局是不同的。由于它们在发送端的不同的结构，导致了它们对接收机的要求的不同。在同样授权的情况下，Multicrypt方式要具有多个子模块才能接收到多个不同的授权节目，Simulcrypt方式只要一个子模块便可接收多个授权节目。 |