数字高清电视的接收技术研究

张路

摘要：数字广播电视的高质量节目，频谱资源的充分利用，新一代高清数字电视和数字音频广播的工程应用以及多媒体交互式数据广播业务的使用都将成为广播电视发展的必然趋势。本文主要研究了数字高清电视的接收技术及其软硬件实现，为相关研究工作提供借鉴经验。

关键字：数字高清电视；条件接收；DVB；CW

引言

社会经济发展日新月异，并且伴随而来的就是科技的发展，一方面，传统电视节目对于广大消费者的需求满足已经不再适应时代的需要，另一方面，高清视频网络的兴起令人们更加对新的网络电视感兴趣，所以需求增加对于网络电视的推动起到了很大的作用。数字高清电视系统对于实现媒体提供者和媒体消费者互动有着很大的价值，而且还可以配置多种功能来完成用户的选择，这些配置可以完成数字电视节目、可视电话、互联网浏览、收发电子邮件等多种功能，并且还可以实现娱乐、教育及商务功能。

1、数字高清电视接收技术

目前在国际上占主流的数字电视广播标准有欧洲的DVB标准、北美国家的ATSC标准及日本的ISDB标准，中国的有线电视网络一般采用的是欧洲标准DVB-C。如图1所示为DVB发射系统信号处理流程图，为了实现付费用户更好的收看到高清电视，在发射过程中，对发送的TS流经过了加密系统加密，使得未付费用户不能接收到有效信号。

条件接收系统CAS（Conditional Access System）是付费数字电视广播的核心技术，其主要功能是阻止非法入侵数字广播网络，并允许被授权的用户收看特定的节目而使未被授权的用户无法收看。CAS的主要任务是阻止用户接收未被授权的节目和如何从用户处收费的问题，而在广播电视系统中，在发送端对节目进行加扰（Scrambling）、加密（Encryption），在接收端对用户进行寻址控制和授权解密、解扰是解决这个两个问题的基本途径。

CAS由前端（广播）和终端（接收）两个部分组成：前端完成广播数据的加扰并生成授权信息以及完成解扰密钥的加密工作，从而将被传送的节目数据由明码变为密码，加扰后的数据对未授权的用户无用，而向授权用户提供解扰用的信息，这些信息以加密的形式复用到MPEG-2 的传送流中，授权用户对它进行解密后即可得到解扰密钥（即控制字CW，Control word）并实现对信号的解扰和MPEG-2解码。 终端由智能卡（或其他CA卡）和解扰器完成解密和解扰。CAS是实现付费电视广播的技术保障。

2、系统组成及条件接收硬件设计

根据本次研究的实际需要，我们选择的方案是基于杭州国芯的GX3001解决方案，该方案与其他厂商的解决方案相比具有以下几个方面的特点：（1）技术较为成熟，该方案的核心芯片为GX3001，最高主频达到了216MHz，同时该方案也经过了长期的实践考验；（2）单芯片解决方案，具有较高的集成度。该方案的核心芯片为GX3001，除此之外，再无任何其他的核心芯片，并且完全又该芯片完成系统控制、解复用、视频解码、音频解码等功能，开发难度相对较小；（3）外部接口相对完善，该芯片可以提供较多的可编程接口，包括IO口、UART口、智能卡接口、I2C总线、前面板等。杭州国芯生产的GX3001芯片是一款成本相对较低但是性能比较高，具有高性价比的数字机顶盒解码芯片。该芯片内部集成了高性能的32位RISC CPU、MPEG2解复用器、MPEG2 视音频解码器、去隔行及后处理单元、真彩色的OSD及2D图形加速、电视编码以及视频 DAC 等模块，能够较好的提供优异的整机功能、性能以及 BOM 成本。

为了实现条件接收功能，需要设计智能卡接口，这也是广播商保护自己利益的一个非常重要的手段。条件接收的核心就是控制字CW传输的控制，在采用MPEG-2标准的数字电视系统中，与节目流主要是通过智能卡接口对加扰或者加密的数据进行解扰和解密。

GX3001提供了的智能卡接口，支持IS07816-3标准中定义的异步智能卡。如图2所示，VCC5V直接与外部电源相连接；CARD_CLK为GX3001输出至智能卡的时钟信号，用于采样有效数据；CARD_RST为GX3001输出至智能卡的复位信号，用于对智能卡进行初始复位功能；CARD_IO为GX3001和智能卡之间双向数据交互；CARD_SW为智能卡输出至GX3001，用于判断是否有智能卡有效插入。

3、条件接收软件设计

对于使用机顶盒的用户，机顶盒首先经过解复用，得到经过发送端加扰后的音视频PES流、各种PSI/SI信息表，然后解析CAF和PMT表中的CA描述参数，获得EMM和ECM的PID值，然后就可以从ts流中过滤得到ECM和EMM；利用智能卡上存储的用户私钥对EMM信息进行解密，得到服务密钥，再利用服务密钥对ECM信息解密得到字CW；最后直接就可以通过该密钥去设置机顶盒的解扰器，使得用户正常收看此节目。具体实现代码如下所示：

LIFOInitialize（&SlSubTableLisl）； //始化一个后入先出的列表

// SISubTableList

LIFOlnifializc（&SISectionSmallDataList）； //始化一个列表SISectionSmallDataList

LIFOlnitialize（&SISectionLargeDataList）；//初始化一个列表SISectionLargeDataList

for（i=0；i

{

LIFOPush（&SISubTableList，i）；

}

（下转第78页）

（上接第79页）

for（i=0；i

//为SISectionSmallDataList关联

//和定义存储空间。每个存储空间为

//1024字节，总共20*1024字节。

{

SISectionSmaUData[i].data=SISectionSmallDataBuffers[i]；

LIFOPush（&SlSeetionSmfllDataLisL（UINT32）&SISectionSmallData[i]）；

}

for（i=0；i

//同理为SlSectionLargeDataList关联和定义

//存储空间.每个存储空问为4"1024字节，

//总共10*4*1024字节。

{

SISectionLargeData[i].data=SISectionLargeDataBuffers[i]；

LIFOPush（&SlSeetionLargeDataList，（UnqT32）&SISectionLargeData[i]）；

}

4、结论

在高清数字电视系统中，条件接收时数字电视发展的技术保障。通过设置条件接收系统，有效的保护了节目提供商和电视台的利益。同时，条件接收系统也是推动数字电视发展的重要环节。只有采用条件接收技术，实施健全的电视收费机制，才能推动高清数字电视的健康发展。

参考文献

[1] 宋忠慎.数字电视技术的发展与标准[J].广播电视信息.2005，（3）：63-65

[2] 柴勇.QAM信号解调方案原理及实现[J].电视技术.2004，（1）：59～62

[3] 孙学群.数字电视软硬件体系结构分析[J].中国有线电视.2005（1）：13～16