數字電視的影音效果、抗干擾性等特點是傳統模擬電視所不能比擬的，是電視事業將來必然的發展趨勢。為了保障并促進數字電視能健康快速的發展，我們必須保障數字電視運營商的利益。數字電視條件接收系統（簡稱CAS）就是保障運營商利益的技術基石。具體來說CAS是保證只有付費的用戶才能正常收看節目的一系列技術。現成的許多CAS都是國外的方案，隨著我國數字電視普及的展開，CAS國產化的要求就變得更加迫切了。

數字電視CAS系統的原理

TS流的加擾和解擾

現在數字電視大多采用了MPEG2傳送流（TS）的方式來進行廣播。在廣播之前要先將TS按照一定的方法進行加擾，使得沒有授權的用戶不能收到正確的信號數據。而授權用戶在接收到加擾的TS碼流之后，他們的接收機能按照一定的方式進行解擾，恢復出正確的數據信號。具體來說加擾就是用一個控制字（CW）來產生一系列的偽隨機序列碼，用它跟TS中的數據進行異或，打亂原來TS中正確的信號數據。接收機在解擾時再根據相同的CW來產生和加擾時一樣的隨機序列，并通過異或的方式將被加擾的數據正確地恢復回來。因此解擾的關鍵就是要獲得加擾時用的CW值。

對CW的加密和解密

如圖1所示，要使得授權用戶獲得加擾時的CW，就必須在TS流中加載CW進行傳輸。為了不讓未授權的用戶也獲得正確的CW，因此在廣播CW時會用SK（業務密鑰）對其進行加密形成ECM（授權控制信息）。同時SK本身也會被PDK（用戶分配密鑰）加密形成EMM（授權管理信息）之后，再通過TS流進行復用傳輸。由于PDK是授權用戶機器本身的一個編號，它不需要通過TS在公用信道中傳輸。這樣在公用傳輸信道里傳輸的ECM、EMM都是加密了的。只有授權用戶才有正確的PDK來解密出SK，也只有正確的SK才能解密出正確的CW。而且為了進一步加強信號的安全性，CW一般來說幾秒鐘就會變化一次，SK也會在一個時間段后產生變化，來避免破解者對密鑰進行系統性的搜索。

圖1

用FPGA來實現CAS

在用FPGA設計CAS時，必須要理解PSI（程序特殊信息）。PSI包含了要正常收看節目所需要的絕大部分信息，它由PAT（節目關聯表）、PMT（節目映射表）、CAT（條件接收表）、NIT（網絡信息表）4個表組成。為了新開機的用戶能及時收看節目，PSI必須至少以20次/秒的頻率不斷發送。和條件接收有關的就只有CAT和PMT。其中CAT中的CA描述子包含了EMM和ECM的信息。表一介紹了CA描述子的語法結構。

其中CA-system-ID的最低位為零表示pri-vate-data-byte是EMM數據，否則private-databyte是ECM數據。CA-PID是相應加擾節目的PMT的包識別號（PID）。本方法通過在CA描述子中加入PMT包的PID的方法，來實現多個CA描述子和多個加擾節目之間的一一映射關系。

CAS發送端FPGA的實現

CAS發送端FPGA實現的框圖見圖2所示。接收機序號，SK（業務密鑰）和CW（控制字）發生器的初始值由PC機通過單片機來對FPGA芯片進行設定。FPGA芯片先檢測TS流中PMT包的PID值，將這個值與EMM、ECM一起形成CAT包，等待前端的復用器將其插入TS流中。加擾器會每隔幾秒鐘就對CW進行更新，用新的CW來對TS加擾，同時CW發生器又將產生下一個CW，經過密鑰SK對CW進行DES加密后，形成新的ECM。再打包形成CAT，等待前端插入（復用）TS流中。EMM信息的形成與此類似。

圖2

CAS接收端FPGA的實現

CAS接收端FPGA實現的框圖如圖3所示。PDK信息通過智能卡送給FPGA芯片。FPGA芯片先檢測解復用之后的TS流中PMT包的PID值，將其存在寄存器里，然后繼續尋找CAT表，再找到TS中的CAT時，將其中的CA描述子提取出來，再根據描述子中CA-system-ID的值來決定是提取ECM信息還是EMM信息，根據PDK和EMM可以解密出SK，再通過和ECM信息解密出CW。具體是使用當前的CW還是使用下一個CW來解擾，由解擾器根據TS包頭信息來決定。

圖3

結束語

本文介紹了數字電視條件接收的基本原理，并提出了一種只用CAT表來傳送EMM、ECM信息的方法。該方法不但可以對單節目流進行加擾，還能支持多節目流加擾后的復用傳輸。而且相比用CAT、PMT分別傳輸EMM和ECM的方法，該電路更加簡單，用FPGA也更容易實現。

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