简述数字电视条件接收系统原理及实现方式

孙长祥　龚淑艳

【摘 要】将以前使用的模拟电视信号处理、传输和接受系统进行改造，变成传输数字电视的系统，是现代数字电视的实现方式。数字电视的接收端能够通过数字技术来实现付费收看节目的功能，这依靠于数字技术的加扰功能，既能够保证运营商的利益，同时满足不同观众的需求，让数字电视业可以良好的发展。本文对于目前数字电视使用的条件接收系统进行了探讨分析，对比了两种条件接收方式的差异和优劣。

【关键词】数字电视；条件接收系统；原理；实现方式

信源、信道、信宿是数字电视能够实现的主要内容。数字电视的信源有信号采集、加工、发送；数字电视信道包含了传输、存储；数字电视的信宿则是观众的接收端和显示器件。数字电视的主要优势在于，其传输的图像质量高，声音清晰，使用较少的频率资源，可以对频谱进行充分的利用，并且能够具有很强的抗干扰能力，提供更加个性和丰富的电视服务业务，便于电视运营商来进行业务的拓展，提供多种增值服务。数字电视的传输过程包括了一下步骤：首先电视台以信号为载体，将画面和声音进行数字压缩和调制，通过信号来传输，经由信道传送到观众的信宿，信宿进行解调和解压后，将压缩前的画面和声音进行还原处理，这样就可以实现电视的传播。这一过程使用了非常复杂和多样的技术，主要有集成电路技术、计算机技术、通信技术、信号编码解码技术、信道复用和纠错技术、调制解调技术、高清显示技术等等。

1.条件接收系统的应用特点

数字电视是一种端到端的系统，它是将模拟信号抽样、量化、编码后，转变成数字信号，通过各种处理方式来对信号进行管理和控制，以实现电视节目的传输。这种方式的所有过程都是数字化处理，正是因为这样，才能够让数字电视设备的性能比模拟电视设备要高出不少，一些模拟设备无法实现的功能，也得以实现。全数字处理方式能够减少在提升服务质量和安全性能的时候的难度。条件接收条件接收就是对视频、音频和数据等信息加密、传输并为合法用户接收解密的过程。用户在通过授权后才能够使用数字电视系统中的增值服务和有偿服务。采用条件接收广播电视的方式，能够为运营商的权益带来保证，并且让广播电视不在以单纯的广告作为主要收入，提供了多元化的经营模式。

2.条件接收系统的原理

对条件接收系统的了解可以通过其基本技术来达到目的。首先就是CA系统的用户管理系统，它是对用户授权情况进行记录的一个数据库系统；然后就是节目管理、服务加扰和解扰系统，它是对服务授权情况进行控制的数据库系统。像是秘钥管理、传输系统技术、读卡技术等等是CA系统必备的基本技术，也是对信息进行加密、解密和管理的主要核心内容。

常用的CA系统一般有3层加密体制。

首先是对音视频、数据流的加扰，它是扰码序列对信息流进行加密处理的过程。扰码序列是伪随机二进制序列，它具有近似随机序列的功率谱特征，不同的是它具有周期，但周期很长，一般是数小时甚至是数天。 PRBS指扰码序列生成器。生成器的初始条件受控于控制字（CW），在初始条件已知的情况，可以推测出生成的扰码序列。根据这个原理，只要在接收端有一个相同的扰码生成器，同时将CW发送给接收端用于控制它，运用对应的解扰算法就可以对相应的信息流解扰恢复原始信号。在这里CW起到了“种子”的作用，只要获得了CW，系统就被破解了。所以如何将CW安全送到接收端，就成了CA系统的核心。后面的两重加密过程便是为实现CW的安全传送并达到授权控制的目的。

为实现保密，使用授权密钥帕对控制字CW加密形成授权控制信息 （ECM），复用到传送流当中。同时使用分配密钥KD对授权密钥KS加密形成授权管理信息（正MM），也复用到传送流当中。分配密钥KD通常是固化在智能卡中，用户通过购买智能卡方式获得，避免广播方式的信道传送有被窃取的可能。如果将授权密钥KS通过安全通道分配给用户，一样也能起到保护控制字的效果，为什么要再加一层加密操作呢？这种体制是为实现授权控制的目的。

3.两种实现方式

根据上文中对于条件接收的原理介绍，我们可以知道，信息保密性是CA系统中最重要特性。现实中的CA系统使用的加密算法都是各个系统运营商自己研发的，是不对外公开的，因此CA系统存在排他性，不具备通用性。欧洲DVB标准组织制定了同密和多密两个条件接收系统，目的就是希望能够解决其不通用性问题。

3.1同密条件接收系统

发送端有多个CA系统的话，使用同密条件接收系统的方式就是，通过对不同运营商之间的商业协议，来使用同样的控制字生成器的扰码生成器，对信号进行加扰。不同系统之间的差别是从对CW的加密开始的，各个系统使用自己的加密算法对CW和授权密钥KS加密。用户管理系统可以公用也可以分开。节目管理系统会将各种CA系统的标识CA_System_Id以及 EMM，ECM索引信息一一对应描述在PSFSI信息中。

智能卡中集成了两套私有的解密算法，对应与前端生成EMM和 ECM的加密算法，从而获得CW，送到接收解码器STB中，STB酌解码芯片中有集成了通用解扰算法的解扰器，通过它就可以将原始信号进行恢复。用户在获取了任何一种机密系统授权后，都能够进行节目的接收。在这样的方式下进行信号加扰和解扰，都是用通用算法，因此，智能卡是此通信方式安全的主要保障，必须要将条件接收系统内嵌于接收机内。

3.2多密条件接收系统

了解了同密的原理，多密系统的原理容易理解了。他们不同的是对于多密系统各种CA系统运营商使用各自不同的CW，不同的扰码生成器和加扰算法，相同的是，后面的两层加密算法也是私有的。这使接收端不能使用解码芯片中的公共解扰算法电路，但使用条件接收模块很好地解决这个问题。他是将接收端所需的3层解密电路都集成到一个使用通用接口标准的模块中。模块中集成了微处理芯片和滤取CAT，EMM，ECM所需的硬件电路，主机需要做的就是滤取出节目对应的PMT表，获取CA相关的信息按通用接口标准协议规定的格式发送到模块就可以了。模块与主机间的命令接口提供模块和主机部分的通信方式却不需要主机了解具体的细节操作。这种通用接口的应用，使一台机盒可以使用多个CA运营商的模块，也就是可以收看由不同CA系统控制的节目。

4.两种方式的比较

4.1通信方式

在同密方式下，TS流中载有所有应用的CA系统的EMM和ECM，增加了发送端复用难度（每个EMM，ECM流都必须分配唯一的PID，还有一些同步要求），同时也增加了通信带宽要求。一个TS流中通常只有一套 CA系统的应用，所以信息量比同密方式小。

4.2机顶盒的通用性

由于同密系统的机顶盒内必须集成特定CA系统软件，而同密方式的接收机将与CA相關的软硬件系统都集成在一张CI模块中，机顶盒可应用任何符合通用接口标准的模块，因此可应用在多种CA系统中。通用性方面多密优于同密。

4.3安全性比较

多密方式的控制字CW形式和3层加密算法都是私有的，若要破解至少需要已知2套加密算法，而同密算法使用的CW编码空间是公开的而且使用的解扰算法是通用的，所以他比多密系统少了一层防破解防线。还有就是，具有同密系统的机顶盒与智能卡的通信接口的开放性比较高，盗密者，能够轻易的通过主机和卡的通信接口来进行信息分析，便可以进行节目盗取，因此同密系统的接口没有多米系统好，大部分的破解系统都是这样的方式进行的。

4.4成本比较

多米系统的优势虽然比较多，但是同样的价格也是比较高的。市场中单个模块普遍的价格为300到400元之间，部分甚至超过千元。多密系统不能够单独的使用一个模块，那样就失去了使用多密的意义。因此多密系统的成本要远远超过机顶盒，而我国的数字电视尚属发展阶段，所以不会使用多密系统，但是未来一定会用多密系统代替同密系统。 [科]