解调器集成CAS的地面数字电视方案的实现

蒋小燕，徐大诚

（1.常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏常州 213002;2.苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215006）

解调器集成CAS的地面数字电视方案的实现

蒋小燕1，徐大诚2

（1.常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏常州 213002;2.苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215006）

针对非专用数字电视设备接收加密数字电视和产品差异化的需求，设计了目前市面上唯一在解调器端处理CAS的数字电视接收方案。对数字电视的系统架构、软硬件的设计和实现方法等进行了阐述。经实验室和商用测试表明，该方案完全符合规范要求，已被条件接收系统厂商和运营商采用，并投入市场应用。

数字电视;USB;解调器;条件接收系统

【本文献信息】蒋小燕，徐大诚.解调器集成CAS的地面数字电视方案的实现［J］.电视技术，2013，37（3）.

随着电视数字化的不断深入，用户对于数字电视产品形态的需求也在不断变化。从早期的数字电视机顶盒、数字电视一体机，再到近年流行的USB电视接收棒、智能终端产品。电视运营商在给用户提供丰富的节目和终端的同时，对自身内容的保护也越来越关注。数字电视条件接收系统（Conditional Access System，CAS）是数字电视广播实行收费所必须采用的系统，也是数字电视平台不可缺少的部分［1］，保证只有已付费的授权用户才能收视节目，从而保护节目制作商和广播运营商的利益［2］。在传统方式中，无论是欧洲的DVB－T、日本的ISDB－T、美国的ATSC，还是国标的DTMB，对内容保护的模块往往都集成在解码芯片中，这就给用PC、平板电脑和智能终端设备收看带CAS加密的电视内容带来挑战。本文给出了一个先进的方案来解决这个问题。

1 系统设计

本系统的整体框架如图1所示。系统由高频调谐器与解调器二合一的前端接收芯片Octopus I/II、USB接口转换芯片DiB0700、一个8 Mbyte的Flash芯片和一个智能卡读卡器接口组成。相对于传统的USB电视棒，此设计可以对加密的数字电视进行解密，而且解密是在解调芯片的CAS模块中进行的，这也是本文最新颖的地方。只需要把不同厂家的CA系统库文件移植到这个芯片的软件中，把固件烧录在Flash内，再给上层提供CA的调用接口。这不仅解决了纯软件解密安全性低的问题，而且解决了通用芯片不具有解扰模块的困扰，为普通终端提供看电视的可能，而不需要专门的机顶盒。

图1 系统整体框架

1.1 系统硬件设计

1.1.1 Octopus介绍

Octopus芯片是一个灵活的多标准地面标准的接收芯片，可以支持欧洲DVB－T、DVB－H、DVB－SH，日本 ISDB－T（1－Seg，Full－seg），美国 ATSC，以及国内的 CMMB 和 DTMB。芯片结构框图如图2所示，包含射频调谐器、数字滤波器、可编程信号处理器（避免了不同标准直接堆叠在一起时的硬件冗余）、信道解码器、电源管理单元（只需要1路电源输入，提高了电源管理的效率）、存储器、一个非常重要的有创新意义的支持DVB－CA，SDB－T BCAS及CMMB解扰系统的CAS模块（该模块支持流行的AES和DES算法）和一个接口（可以支持传统MPEG－2 TS接口，以及通用平台的SDIO，SPI接口和SRAM接口，为不同终端的应用提供了可能性［3－4］）。

图2 Octopus芯片结构框图

1.1.2 USB 接口转换芯片

DiB0700是一个把电视信号转换成USB数据的接口芯片。支持全速和高速模式USB2.0接口，可以通过外部E2PROM配置厂商识别码和设备识别码，可以支持休眠和遥控唤醒模式，通过GPIO控制红外接收头;两个视频接口，支持双TS输入;内部集成一个32位的微处理器内核，内置24 kbyte ROM，40 kbyte RAM，可以通过内部RAM支持固件的更新，可调节时钟输出，可以通过I2C主控模式配置和检测前端调谐器和解调器。

1.1.3 SPI Flash

Octopus是一个可编程的前端产品，在芯片初始化时会下载800 kbyte左右的固件，如果使用I2C来下载，通常机顶盒I2C的速度是80 kbit/s，这样初始化将会是10 s左右，这对用户来讲是一个梦魇。为了解决这个问题，现使用一个外置的SPI Flash，这个Flash外接在 Octpous的GPIO上，模拟成SPI的接口模式，速率为8 Mbit/s，这样只需要100 ms就可以完成初始化，这将大大改善用户体验。SPI Flash与Octopus连接图如图3所示。

图3 SPI Flash与Octopus连接图

1.1.4 智能卡的连接

Octopus可以支持符合ISO7816规范的SIM卡和智能CA卡，可以直接连在Octopus的GPIO口上，连接图如图4所示。数据口接GPIO0，复位信号接GPIO1，时钟信号接GPIO2，电源接3.3 V，卡的检测信号接GPIO9。

1.2 系统软件设计

该系统的软件由符合微软PC TV规范的BDA（Broadcast Driver Architecture）驱动，PC端的应用软件媒体播放器和非常重要的CAS集成，如图5所示。播放器通过调用微软定义的唯一调谐功能模块，去搜索节目数据库中存储的节目。视频控制模块把复杂的电视调谐解调过程和图像过滤器集成起来;当播放器发出调谐请求后，视频控制器会把网络类型、信道信息传递给接收器，同时创建和设置图像过滤器［5］;当播放器运行时，视频控制器将输出电视节目。

图4 SIM卡与Octopus的连接图

图5 PC接收和播放电视节目的过程

1.2.1 Octopus驱动

Octopus启动与搜索一个频道的过程如图6所示。当硬件插入USB接口后，正确安装完驱动后，Windows内核会识别到该器件，首先一个20 kbyte左右的Loader固件会下载到芯片内，芯片接收到这个指令后会从Flash中把MAC的固件通过SPI接口下载到芯片中;打开播放器通过自动或手动的方式搜索想看的频道，此时会再从SPI接口的Flash中调出所需标准的解调器的固件到Octopus中，如 DTMB，DVB－T 或 ISDB－T。

图6 Octopus启动与搜索一个频道的流程图

1.2.2 DiB0700 USB 驱动

USB芯片是PC与Octopus之间的桥梁，通过该芯片控制Octopus的上电、复位、初始化、设置频点和检测是否锁定，把TS数据传送到PC。图7是调试时候的控制台的人机接口图。

图7 控制台的人机接口图（截图）

1.2.3 CAS 流程

该系统可以支持ISDB－T BCAS Multi2系统，CMMB Nagra，STV以及支持符合DVB－CA规范的条件接收系统，如国内的永新视博STV、金网通等。CAS授权流程如图8所示。首先接收加密数据流，找到加密信息表和授权管理流的描述表，启动授权管理流的接收，解析节目关联表和所有节目映射表，创建节目信息数据库包括音视频PID和授权控制PID，接收所有节目控制流信息以便得到所有的密钥（Service Key，SK）用于解扰音视频得到清流节目［6］。

图8 CAS授权流程

1.2.4 媒体播放器

媒体播放器发展至今已经相当成熟，国内外市场中有好多款产品可供选择，只要该产品符合微软规范，提供BDA的接口，就可以直接使用。如国内的烈火，就是相当成熟的一款播放器。

2 系统验证

本系统已经成功实现了日本ISDB－T的B－CAS系统、国内CMMB的Nagra和STV系统、国标DTMB金网通的KVCA系统。

图9是接收上海空中实时CMMB信号时Nagra加密卡的读卡信息界面。

图9 Nagra加密卡的读卡信息界面（截图）

图10给出了Linux下测试金网通CA系统KVCA时打印的版本号和智能卡卡号。

图10 KVCA的版本号和智能卡卡号（截图）

3 小结

该系统是目前市面上唯一在解调器端处理CA系统的方案，为PC、智能手机、平板电脑等终端接收数字电视提供了一个最为安全的方案。其第一代DiB10096已经持续被日本市场用户使用;第二代产品DiB30092支持国标DTMB，也已经成熟，正在被国内厂商、内容提供商和广电局采用，为后续推进电视终端产品多元化提供了可能。

:

［1］潘明福，唐凡，陈列.条件接收系统实现方案［J］.广播与电视技术，2010（12）:101－103.

［2］齐志峰，王蜀洪，韩鹏一.关于数字电视CAS系统的安全性研究［J］.广播电视信息，2010（8）:53－55.

［3］陈翔.数字电视条件接收系统的安全性分析［J］.电视技术，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］郑玮，景新幸，李帆.数字电视CAS中授权解码的设计与实现［J］.通信技术，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

蒋小燕（1980— ），硕士，讲师，主研智能信息处理;

徐大诚（1963— ），教授，主研信息获取与处理技术。

责任编辑:薛 京

2012－07－17