数字电视.ppt

演讲文稿数字电视概念信息革命信息革命21世纪是信息革命的时代21世纪是数字化世纪和网络化世纪信息革命的主要内容是数字化和网络化,而数字化又是网络化的基础数字通信的优点数字通信的优点1、扩展了传输距离，提高了信号质量由于采用判决识别来接收每一个码元，因此在噪声干扰还较小，不造成误判的条件下，经过判决识别再生后，就可以完全把噪声干扰清除掉,再生出”干净”的波形继续传输。因此，可以多次再生中继，不致因传输距离的增加而引起噪声积累，可实现长距离高质量的传输。提高了信号质量。2、数字信号便于处理易于采用数字压缩编码技术，显著降低信号的码率，提高通信的有效性。易于采用数字信道编码技术，进行检错和纠错，显著提高抗干扰能力，提高通信的可靠性。易于加密，提高通信的安全性。3、为三网融合和多媒体通信创造了条件各种信源（声音、图象、计算机数据等）都用统一的数字信号表示，便于在统一的数字通信网络中传输、存储和交换，这为有线电视网、计算机通信网和电信网的三网融合，多媒体通信及交互式业务创造可条件。4、电视系统数字化将使电视制式和业务规格统一（1）全面数字化将使电视制式实现全球统一，不会再有NTSC、PAL和SECAM等不同的电视制式。因此，便利于节目的交换和信息的交流。在数字系统中标准不仅仅对设备外围的接口，而且对数字信号处理的整个流程和细节都作了详细规定。MPEG标准将对数字电视的各种应用和系统层作出详细的规定。DVB则对各种传输媒介，如卫星、电缆和地面传输中的各种处理环节进行了规定。（2）全面数字化的另一个影响是数字电视业务的和分级性带来的各种业务的统一性，不同质量的信源只是占用的比特率不同，而具有相同的格式，如家用质量的电视比特率在1.5Mbps，专业级质量在4-5Mbps，广播级质量在8-9Mbps，但都打成MPEG-2传送包，可以在同一个设备中完成各种不同级别的图象业务。5、易于设备的小型化和升级改造可以采用大规模集成电路，制成的设备体积小、重量轻、功耗小、可靠性高、寿命长，便于大规模生产。数字系统的性能易于通过软件修改得到改进和升级。6、提高了频带利用率和传输效率采用压缩编码技术以后，在相同的频带中数字信号可以比模拟信号传送更多的信息。模拟信号和数字信号的比较模拟信号与数字信号的比较见下表:注:码元脉冲波形允许失真但要求判决无误项目模拟信号数字信号定义信息以波形表示信息包含在码元的组合之中幅度X(t)连续离散时间t连续离散质量判剧波形失真误码率(注)数字电视的主要标准一、数字视频信号压缩编码标准（1）JPEG：用于静止图象压缩。（2）H.261：用于会议电视。（3）MPEG-1：用于活动图象，主要在光盘上使用，如VCD、视频游戏等。（4）MPEG-2：用于活动图象，为目前数字电视普遍使用的所方式，如数字有线电视、数字卫星电视广播、DVD、高清晰度电视等，MPEG-1是MPEG-2的个子集。（5）MPEG-4：基于音频和可视对象的编码。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信提供标准算法和工具。用于实现视听数据的小编码及更为灵活的存取。（6）MPEG-6：用于对日益庞大的图象、声音信息的管理和迅速检索。（7）MPEG-21：为多媒体框架标准，使多媒体资料在异构网络中有效传输，协调不同层次的多媒体技术标准。二、数字音频压缩编码标准1、MPEG-1：不仅有视频压缩部分，也有音频压缩部分以及复用系统。MPEG-1的音频部分只涉及单声道和立体声，定义了：48KHz、44.1KHz、32KHz三种采样频率。MPEG-1的音频Layer简称MP3已得到广泛使用。2、MPEG-2：其音频编码采用MUSICAM标准，即自适应掩蔽型通用子带综合编码和复用。兼容MPEG-1 的音频编码方式。MUSICAM标准可分为三种格式，通常称为第一层，第二层，第三层。第一层：传输速率可在32kb/s和448kb/s之间选择。用于音频录音磁带，第一层称为简化MUSICAM方式。第二层：称为MUSIC方式，压缩比高于第一层。第一层和第二层均采用32个子带编码，在每个子带频率区间内进行PCM编码。第三层：压缩比更高，它不采用子带编码方式而是采用了霍夫曼编码和DCT变换，与视频压缩方式比较接近。MPEG音频压缩方式是向下兼容的。第三层解码器可以解第二层和第一层的音频编码，而第二层解码器也可解第一层的编码。MPEG-2除了视、音频压缩标准外，也有复用系统标准。3、AC-3AC-3是DOLBY AC-1的基础上发展起来的，采用自适应增量调制（ADM）。AC-3提供了5个声道的从20Hz到20kHz的全通带频响，即正前方的左（L）、中（C）和右（R），后边的两个独立的环绕声道左后（LS）和右后（RS）。DOLBY AC-3在1993年被定为美国HDTV的音频标准，可用于影碟、CD唱片、DBS（数字广播系统）、CATV（有线电视）和DBS（直播卫星）上。三、DVB系统标准DVB（Digital Video Broadcasting）意为数字视频广播，DVB是欧洲有170多个组织参加的一个项目，他包括了卫星、电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度电视的广播和传输。DVB项目的主要目标是要找到一种对所有传输媒体都使用的数字电视技术和系统，对它的要求是：（1）系统应能灵活传送MPEG-2视频、音频和其他数据信号。（2）系统使用统一的MPEG-2传送比特流复用。（3）系统使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。（4）系统使用统一的一级里得-索罗门前向纠错系统。（5）使用统一的加扰系统但可以有不同的加密方法。（6）选择适于不用传输媒体的调制方法和通道编码方法以及任何必须的附加纠错方法。（7）支持数字系统中的图文电视系统。主要标准有三个：DVB-S、DVB-C和DVB-T。数字压缩编码原理一、数字信号压缩编码的必要性数字压缩编码亦称信源编码。数字信号有很多优点，但当模拟年时秒度数字化后其频带大大加宽，一路6MHz的普通电视信号数字化后，其数码率将高达167Mbps，对存储器容量要求很大，占有的带宽将达80MHz，这样将使数字信号失去实用价值。数字压缩技术很好的解决了上述困难，压缩后信号所占用的频带大大低于原模拟信号的频带。因此说，数字压缩编码技术是使数字信号走向实用化的关键技术之一。二、数字压缩编码的分类：数字压缩技术可分为无损压缩（Lossless compression）和有损（Lossy compression）二大类。数字压缩编码的分类数字压缩技术可分为无损压缩（Lossless compression）和有损（Lossy compression）二大类。前者有称无失真信源编码，适用于离散信源或数字信号。数据压缩的基础在于数据是信息和冗余度的组合，减少或去除冗余度就可以压缩数据。信源不同，其冗余度也不同，相应的压缩编码方法也不同。概括起来，信源编码方法有：（1）统计编码：霍夫曼编码，算术编码，游程编码，LZW编码。（2）预测编码：线形预测（包括DPCM、ADPCM、M等），桢内预测，桢间预测，远东补偿预测。（3）变换编码：KLT，DCT，小波变换等。（4）量化技术：标量量化、固定量化（均匀量化和非均匀量化）自适应量化、矢量量化。（5）分形编码。（6）基于信号模拟参数的编码，分析一合成编码。数字复用为了提高通信线路的利用率,使用多路信号在同一 条通信线路上传输而互不干扰,称为多路复用,根据信号分割技术的不同有多种复用方式:1、频分（信道的分割以频率划分）多路复用（FDM）2、时分（信道的分割以时间划分）多路复用（TDM）（1）同步时分复用（STDM）（2）异步时分复用（ATDM）3、码分（地址码）复用（CDM）4、波分复用（WDM）数字复接在数字通信系统中，为了扩大传输容量，提高传输效率，常常需要将若干个低速数字信号按时分复用方式合并成一个高速数字信号（高次群），然后在高速信道中传输。这种实现数字信号合并的过程叫数字复接。参与复接的信号称为支路信号，复接后的高速信号称为合路信号。从合路信号中分出各支路信号为分接。有二中复接方法：同步复接和异步复接。差错控制原理为了达到系统规定的误码率，提高数字通讯的可靠性，往往要采用信道编码来发现误码（检错码）或发现并纠正错码（纠错码）。信道编码也称为差错控制编码。1，差错的产生：数字信号在传输过程中，会受到各种噪声的干扰，使接收端产生判决错误，造成误码（差错）噪声分随机噪声和突发噪声判决差错的主要指标：误码率=单位时间内接收的错误码元数/单位时间内的码元数差错控制的方式：反馈纠错 前向纠错 混合纠错信源编码，需除去涌余，压缩码元的数量，提高传输的效率，信道编码，是要增加涌余，增加码元的数量，降低传输的效率。增加的为监督码元，以获得传输的可靠性。数字信号的载波调制数字信号的两种传输方式：基带传输和通带传输数字电视的基本调制方式：DVB-C DVB-S DBV-T 和DVB-ABS（中星9号直播卫星）数字信号载波调制的两个重要指标：一是频带利用率-单位频带内所能传输的最大比特率 二是功率利用率-即在误码率到达要求时所需的最小信号与噪声的功率比值移相键控一、绝对相移键控与相对相移键控。相移键控分绝对键控（PSK）和相对键控（DPSK）两种“绝对相移键控”是利用载波的不同相位直接表示数据信息；而“相对相移键控”则利用载波的相对相位值表示数据信息，即利用前后码元载波相位的相对变化来表示数据信息，相对键控又称差分键控。二：QPSK四相绝对移相键控称为4PSK或QPSK。四相调制信号可看成两个正交的2PSK（BPSK二相绝对移相键控）信号的合成。多电平正交幅度调制-QAM调制一、QAM调制的原理多电平正交幅度调制即QAM调制，也称为幅度一相位复合调制（APK）QPSK的调制信号（I、O信号）共有两种电平（1和0）即L=2，如果进一步增加电平的等级数，即二电平进一步发展为多电平，L=4，8，16可获得更高的频带利用率，这就是正交幅度调制（QAM）的出发点。DVB-C标准一、DVB-C标准的产生欧洲的数字视频广播（Digital Video Broadcasting，DVB）计划开始于1993年。当时美国的全数字高清晰度电视计划正在取得成功，成立了数字高清晰度电视“大联盟”（Grand Alliance）而欧洲的HD-MAC方案基本上已经放弃。当时MPEG-2标准正在制定之中,已经显示它在数字电视广播领域有着诱人的应用前景。DVB是由电视工业界中部分国有的和私营的组织发起的一个市场引导的财团。他的目的是建立用于引入基于MPEG-2的数字电视服务的框架。DVB标准可以归纳成以下几个部分：1、基带处理基带处理部分主要包括视、音频信号的压缩处理方法，码流的组成等。鉴于MPEG-2标准的先进性和适应于诸多的应用，DVB-2标准中的系统、视频、音频部分的标准，用于形成DVB中的ES（Elementary Streams）和TS（Transport Streams）。制定MPEG-2时为适应更大的应用范围，规定了不同应用可以采用相应的参数集合和参数取值范围。另外，DVB在TS流中定义了许多辅助的信息，称为服务信息（SI，Service Information），以便于选择节目和了解与节目相关的信息，提供节目之间的相互关系，以及可以携带特定的数据。2、传输传输部分主要规定上述基带信号如何通过各种广播渠道进行发送。这也是DVB的重要组成部分。所规定的主要传输标准有：DVB-S：规定通过卫星进行数字电视广播的方法，它是DVB最先制定的传输标准，主要规定了如何进行信道编码以及调制等方面的技术。其中的部分技术成为以后其他标准的一些基础。DVB-C：描述了数字电视在有线电视系统中广播的编码和调制方法。DVB-T：知识地面广播数字电视的标准，规定了其编码和调制方法。3、条件接收由于许多节目和服务不是免费的，就设计到节目流的加扰和用户的授权解扰。条件接收系统可以认为主要由两大组成部分；一部分是如何对节目流或服务进行加扰（也称SMS，Subscriber Management System），另一部分是如何加密和传送用语解扰的控制字（也称SAS，Subscriber Authorization）DVB不对SMS和SAS进行标准化，DVB成员只开发了一个“公共加扰算法（CAS，Common Scrambling Algorithm）。”另外，为了使接收机能够接收不同服务，规定了接收机的条件接收的统一接口。4、交互操作交互操作是未来叔祖服务的优点和必然趋势。DVB中的交互操作基于MPEG-2中的DSM-CC标准，它还制定了利用不同物理信道（包括PSTN、ISDN、CATV信道，SMATV，VSAT等）作为交互操作的通信信道的方法。5、其他DVB所涉及的其他方面有：数字广播、识字卫星新闻收集、网络传输接口、数字电视测试测量、数字电视综合接收设备等。二、我国数字电视标准GY/T170-2001题为：“有线数字电视广播信道编码与调制规范”是国家广电行业标准。DVB-C标准针对的业务是有线电视（CATV，Cable TV）系统，这规定从基带数字电视信号到CATV信道之间的适配方法，即信道编码及调制方法。他的输入数字电视信号可以是卫星接收的节目，分配链路传来的节目或本地节目。在DVB-C系统中，采用RS码来进行前向纠错，并采用交织来抗突发误码信道编码的许多部分采用了与DVB-S相同的方法。输入接口部分保证向系统输入的信号格式与MPEG-2传输复用输出的桢结构相同。然后输入的信号要进行随机化处理，再经过RS编码、交织，这些步骤与DVB-S相同，采用的方法也与DVB-S相同，即在经过交织后，这里的信号桢格式与DVB-S的桢格式完全兼容，这一点便于将按DVB-S标准的卫星节目解调和进行内码解码后直接用于CATV广播。CATV的传输环境相对比较可靠，因此，在DVB-C中不再采用内码，以提高传输效率，而且调制方式也该为用正交幅度调制（QAM）。DVB-C与DVB-S和DVB-T的差别一、DVB-C与DVB-S的差别1、DVB-C与DVB-S从随机化到卷积交织以前的部分是相同的2、DVB-S与DVB-C不同之处主要有三点：（1）采用QPSK调制方式而不是QAM调制；（2）信号采用多重编码：除与DVB-C相同的外码（RS码）外还采用了内码卷积收缩码；（3）滚降系数不同。这些差别主要是由于两者的使用环境不同决定的。1、DVB-S。由于卫星传送通过大气，易受干扰，而DVB-C是有线电视光纤等媒介中传输，受干扰的程度优于DVB-S。2、DVB-S的功率受到限制。因此为了能提供较稳的服务，DVB-S必须着重考虑对信号进行抗干扰较强的编码和调制。二、DVB-C与DVB-T的差别DVB-T是DVB的地面广播传输标准。由于地面广播的传输条件较差，存在着较大的多径干扰、同频干扰和邻频干扰。DVB-T采用了更多的抗干扰和防误码措施。1、DVB-T系统中能量扩散、外码编码、外交织与DVB-C和DVB-S相同，内码与DVB-S相同。2、不同的部分主要有：（1）内交织。内交织主要有两步：先做位交织，再做符号交织。（2）采用抗多径回波干扰的OFDM调制方式。2K模式：在8MHz 射频带宽内设置1705个载波。8K模式：在8MHz射频带宽内设置6048个载波。数字电视的条件接收一、条件接收的作用条件接收即Conditional Access，简称CA。1、CA系统是用来控制用户接收电视广播业务的系统。用户只能收看经过授权的电视广播业务和节目。2、条件接收系统是数字电视收费的技术保障。CA系统的基本目的是保障业务提供商、广播经营者的利益，通过对用户进行授权控制及授权管理，从而实现广播电视系统的有偿服务。3、条件接收系统与电视广播系统是相对独立的。模拟电视广播也有条件接收系统，常称为加扰电视，广播电视系统的数字化更有利于条件接收的实现，并且促使条件接收系统更加成熟和多样化。4、条件接收系统是数字电视综合利用不可缺少的部分。如视频点播、电子商务、电子游戏、连接Internet等都要收费。二、加扰和加密加解扰和加解密这两中技术是条件接收系统的重要组成部分，有着密切的联系，也是在条件接收中很容易混淆的两个概念。1、加扰/解扰（Scrambling/Descrambling)。加扰是指在条件接收系统的发送端将信号加以改变，使未授权用户无法获取该信号提供的服务，由加扰器实现。解扰是指授权用户恢复信号的原始状态的过程，解扰由机顶盒完成，恢复被加扰的信号需依靠授权信息。加密是指CA系统发送端将授权信息由明文变成密文的过程，以保证授权信息不被非法截获，保证CA系统的安全性。加密由加扰/加密器实现。解密是指将授权信息由密文解密成明文的过程，使授权信息可用以解扰，解密也由机顶盒来实现。加密/解密部分是为加扰/解扰部分服务的。在CA系统中加扰/解扰方法往往是开放性的。如由DVB标准所规定，而加密/解密的具体方法由供应商决定的，是保密的。CA系统的安全性主要由加密/解密部分决定。机顶盒往往由两部分组成：机顶盒+IC卡插件。机顶盒部分包括射频解调、基带信号的解复用。解压缩及各种功能的处理，是开放性的，不同厂家生产的机顶盒可以互换。智能插卡机（Smart-carda或IC卡）是完成解密操作的主要部件，是CA系统的组成部分，是专用的不能互换，上面所说的解扰/解密过程由机顶盒实现，其实是由机顶盒中的智能卡插件来实现。需说明的是有的CA系统，其机顶盒没有智能卡插件。即数字嵌入式的CA系统，即解密-解扰操作控制模块与芯片固化在一起固定在机顶盒中，但目前智能卡的设计结构的主流方向。二、数字电视广播CA系统要求和特点（1）技术全面性CA系统包括系统管理、网络技术、加解扰技术、加解密技术、复用技术、调制技术、机顶盒技术、智能卡技术等，是一个综合的系统，同时也涉及用户管理、节目管理、收费管理等数据库方面的应用技术。（2）系统安全性数字电视广播条件接收系统的传输网络是公开的，基本上是点对面的非对称传输，所以是不安全的网络，任何人都可以从中获取信息开研究它，还由于信息是连续不断传输的，可以长期公开合法的对它进行分析研究。因此CA系统一直是受到攻击的目标，而且一旦被攻破，恢复的代价是昂贵的。尽管至今还没有任何条件接收系统能够提供完全安全性，但是应该要求系统不能轻易被黑客攻破或攻破十分困难或很不经济，如果攻破，系统应能尽快恢复。（3）系统开放性CA系统还需要保持良好的开放性，在有线电视网络实现双向化、数字化的进程中，开放信息是必然趋势，只有开放信道才可以灵活开展各项业务，提高网络利用率，开辟多种网络收入来源。同时用户在一个开放的市场中，可以选择众多相互竞争的厂家生产的机顶盒，即机顶盒市场应是一个开放的市场。因此CA系统需要实现同密运行，使不同厂商的CA可以在同一系统中运行，打破垄断，给用户提供良好的服务。（4）业务多样性要求CA系统不仅能靠制用户接收视频、音频和辅助数据在内的数字广播业务，也能支持增值数据业务；不仅能支持卫星、有线网络也能支持包括地面传输系统等在内的多种传输方式。四、CA标准数字电视广播条件接收系统规范GY/Z 175-2001。是国家广电行业标准化指导性技术文件，该文件主要参考了DVB系列规范。该文件由正文和9个附录构成，规定了CA系统的构成及总体要求，并在附录中给出了节目信息管理系统与条件接收系统接口和要求。用户管理系统的要求及其接口，智能卡及其机顶盒的接口要求，条件接收智能卡标识、同密技术、多密技术的使用、业务信息/节目特定信息（SI/PSI）的规定等。数字电视CA系统的工作原理一、节目流的加扰和解扰数字电视广播的信源标准采用MPEG-2的TS流。所谓加扰就是在CA系统发送端，对节目流进行有规律的扰乱。数字电视CA系统的加扰方法，通常使用一个伪随机序列（PRBS）对原始节目流做XOR运算，即异或运算。经过运算偶的节目流当然已经面目全非，用户无法收看。解扰的方法是用同样的PRBS对加扰后的节目流再次做XOR运算，就可恢复原始节目流因为PRBS+PRBS=0，任何相同的两和数字信号做异或运算都将抵消。二、加密与解密1、控制字（Control Word）箭称CW。上面所涉及的解扰过程其中很重要的一个条件是两个PRBS的时间要准确一致。这就是说起始点是一个重要条件，或者说要掌握PRBS发生器的初始条件。因为这个初始化的值就成为关键字，称为控制字，谁掌握了控制字，谁就可以解扰。2、控制字加密为了使黑客不容易掌握控制字，通常将控制字加密成为ECM信息传送给用户。ECM是Entitlement control Messages的缩写，即授权控制信息。并且控制字要经常变动，每隔5-20秒钟就变一次，使黑客来不及破译。ECM和已加扰的节目流复用在一起传送到用户端。3、授权密钥及其加密用户取得了ECM后，如何将控制字解出来？这就要采用授权密钥（Authorization Key）授权密钥亦称为业务密钥SK（Service Key）。SK对控制字和控制参数进行加密运算。ECM包括经SK加密运算后的控制字和控制参数，控制参数为节目有关的信息。SK也由发送端送至用户端。4、用户分配密钥及加密。用户取得了ECM后，能不能解出CW，获得节目，还需要一个重要的条件，这就是要看用户是否交费，交费即与用户地址有关的信息包含分配密钥（DK）中。分配密钥对授权加密形成EMM数据包，复用后一起传送给用户，EMM即授权管理信息（Entitlement Management Message）。分配密钥的传递一般是通过非常安全的渠道传送给用户，智能卡就是一种方便的方法。分配密钥固化在智能卡中并以加密形式存储。三、CA系统的解扰/解密过程在接收端，由于ECM和EMM信号被放置于MPEG-2传送流包的固定位置，因此，解复用器便很容易解出ECM和EMM信号。机顶盒首先从解跳后得到的传送流中取得ECM和EMM信息，其次在只能卡中完成分配密钥对EMM解密得到业务密钥SK，然后用业务密钥对ECM解密，得到控制字和控制参数，恢复出控制字CW，并将它送至解扰器进行解扰。可见，整个数字电视广播CA系统的安全性得到了三重保护如下图：第一重保护：利用控制字对图象、声音和数据进行加扰。对图象、声音和数据进行加扰使没有得到授权用户的接收机无法进行解扰，不能正常收看节目。第二重保护：利用业务密钥对授权控制信息ECM加密。控制字的安全传送依靠业务密钥，用户端的机顶盒只有在得到现行有效的业务密钥后，才能对ECM解密，从而获得控制字CW。这样控制字在传送给用户的过程中即使被盗，盗窃者也无法对加密的控制字进行解密。第三重保护：利用分配密钥对授权管理信息EMM加密。对EMM加密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的授权管理信息的情况下，由于得不到分配密钥，因而无法对EMM解密，也就得不到业务密钥SK，更无法得到控制字，没有正确的控制字就无法解出并获得正常信号。总结CA系统解扰/解密过程如下：1、节目流的解扰、需获得与加扰相同的PRBS。2、PRBS的初始化是一个关键，初始化由控制字（CW）决定3、CW由业务密钥（SK）进行加密形成ECM数据包只有掌了SK方能解出CW。4、是否允许解出SK取决于分配密钥（DK0，分配密钥加密形成EMM数据包。5、解密-解扰过程如下：由分配密钥解密EMM解密ECM获取（业务密钥）获CW解扰获原始节目流数字电视广播CA系统的结构一、CA系统结构在前端CA系统的主要部分由节目信息管理系统、用户管理系统、控制字发生器、加密解密系统、加扰解扰系统、ECM发生器（ECMG）、EMM发生器（EMMG）、复用器等系统组成。（1）节目信息管理系统节目信息管理系统主要功能是为即将播出的节目建立节目表，其中包括将要播出的各个节目的CA信息。节目管理信息被SI发生器用来生成SI和PSI信息，被控制系统用来控制节目的播出，被CA系统用来做加扰调度和产生ECM，同时送入用户管理系统。（2）用户管理系统主要对用户和智能卡进行管理，包括管理和编辑用户信息，所有客户端的地址号、智能卡号、证书和用户设备信息，同时还处理用户的节目预定信息、用户授权信息、财务信息等，并将这些信息转换成EMM信息。（3）加解扰器加扰（Scramble）是CA系统的重要组成部分。所谓加扰就是在前端CA系统的控制字的控制下，连续不断的对被传送的视频、音频或辅助数据进行有规律的扰乱，如果直接显示将是杂乱无章的画面，至于经过解扰（Descramble）处理后才能正确恢复原始图象、而未授权的接收者无法进行解扰。数字电视CA系统的加扰方法，通常使用伪随机序列（PRBS）对原始序列做运算，得到加扰了的视音频信号。解扰则是在接收端使用相同的伪随机序列和已经加扰的数据序列做相同的运算，将会完全恢复原始序列。（4）控制字CW发生器控制字（Control Word）是用于加扰的控制信息。解扰的关键是掌握伪随机序列发生器的初始条件，初始条件受控于控制字，有了控制字就可以恢复加扰时使用的伪随机序列，对信号进行解扰。这个控制字可以说一把钥匙。因此控制字的安全传递是CA系统的关键。为了保证安全，CW每隔5-20秒就改变一次。（5）授权控制信息ECM发生器ECM（Entitlement Control Message）是一种专用的条件信息，她携带了对控制字的加密编码和接收参数（如节目说明及寄售节目所需的条件）等信息。ECM在发端被加密以后与信号一道传送到接收端。在接收端，ECM被用来控制解扰。ECM发生器从节目管理系统获得节目标识信息、节目收视条件、节目加扰算法、节目提供商信息等，同时从控制字发生器中获得加扰用控制字。ECM发生器按照一定的数据编码格式将上述信息生成一个完整的ECM数据包经过加密后送到复用器中。（6）授权管理信息EMM发生器EMM（Entitlement Management Messages）是一种授权用户对某个业务进行解扰的信息，它携带了用户订购节目信息，指定了用户对业务的授权等级。由于有多种收费业务，如付费电视（PPV）立即付费电视（IPTV）、影视点播（VOD）等，因此解密端要对用户在什么时间看，看什么进行授权。EMM发生器从用户管理系统中获得基本用户授权信息，包括用户的唯一标适号、智能卡号、用户授权信息等，同时业务密钥（SK）和用户端的公钥也送入EMM发生器，这些信息统称为授权管理信息。EMM发生器中，这些信息按照一定的编码格式编码后生成完整的EMM数据包后，经过加密后与信号一道传送到接收端。（7）加密器在CA系统中需要对授权管理信息EMM和对授权控制信息ECM进行加密（Encryption）处理。二、CA系统的工作原理1、CA系统工作分为三个层次第一层是加扰层，第二层是控制层，第三层是管理层。2、CA系统的基本信息包括：（1）节目流、数字视频、音频及数据，这些是有偿服务的信息（2）服务信息，SI如节目单、节目加扰算法、标识以及接收节目所需要的条件，总之是与节目服务有关的控制信息。服务信息包含在ECM数据包中。（4）加密信息加密信息包括CW、业务密钥和分配密钥。加密信息分别包含在ECM和EMM数据包中。3、CA系统的工作流程（1）发送端CA系统用多重密钥传送机制将控制字安全地传送到经过授权的客户端。在信号的发送端，首先根据节目播放的授权要求，由控制字发生器通过安全算法产生控制字CW，由它来控制加扰器对来自复用器的MPEG-2传送流进行加扰。CW的字长一般为60比特，为了保证安全，CW每隔5-20秒改变一次，控制字就是加扰器所用的密钥。ECM发生器收到来自控制字发生器的控制字后，加密器2根据用户授权系统提供的业务密钥SK（Service Key）对控制字和控制参数进行加密运算，其输出即为经过加密以后的控制字和控制参数，它称为授权控制信息（ECM）。用户端的解码器只有在得到现行有效的业务密钥后，才能够对ECM解密提到控制字，从而实现对数据解扰。业务密钥在送给ECM发生器的同时也提供给EMM发生器。用户管理系统提供的用户的地址信息、用户授权信息等和业务密钥一起被送入EMM发生器，加密器1利用分配密钥对这些信息进行加密运算，其输出即为经过加密以后的业务密钥和用户授权信息，它称为授权控制信息（ECM）。用户端的解码器只有在得到现行有效的分配密钥后，才能够对EMM解密得到业务密钥，从而实现对控制字的解扰。ECM和EMM信息被送至MPEG-2复用器中，与送入复用器的图象、声音和数据信号比特流一起打包成MPEG-2传送流。加扰器对复用后的MPEG-2传送流进行加扰运算。分配密钥的传递一般是通过非常安全的渠道传递给用户，其中智能卡是一种方便的方法。将分配密钥固化在智能卡中，并以加密形式存储，用户需提供口令才能供解密使用。（2）接收端从MPEG-2的传送流包中解复用获得ECM和EMM信号。智能卡完成用分配密钥对EMM解密，获得业务密钥SK。然后用SK对ECM解密，获得控制字CW和控制参数恢复出CW。将CW送至解扰器进行解扰。三、智能卡的结构和作用智能卡与机顶盒相互作用，完成解扰任务，智能卡中包含用户信息。包括用户地址信息、交费情况信息以及通信协议解密算法和信号电压等要求。智能卡要符合ISO-7816协议，其中包括卡的传送协议。当卡插入解码器中时，它重新设置并送一个信息包给解码器，这个信息包叫做“Answer toReset”，这是卡送出的最重要的包，它告诉解码器要采用什么样的通讯协议，以及为了运行需要什么样的信号和电压。智能卡是由节目供应商提供的，不同的节目提供商提供的，不同的节目供应商用不同智能卡。同密和多密模式一、同密和多密模式涉及的任务和目的在数字电视广播条件接收市场中，在网络中采用一种条件接收系统是不符合开放的市场需要的，但是各个厂家都希望保守自己的CA秘密，很难达到一致意见，更难制定统一标准。为了使网络中的CA系统具有良好的开放性，DVB主组制定了两大类CA工作模式：一类是同密（Simulcrypt）工作模式，主要规定了条件接收系统和MPEG-2压缩、复用系统之间的接口规范；另一类是多密（Multicrypt）工作模式，规定了机顶盒与CA模块之间的接口，即通用接口（Common Interface）。通过采用这些方法，使得在一个传输网络中使用多种条件接系统成为可能，也使得在一个机顶盒中接收多个CA系统的节目成为可能。更重要的好处是，使得CA系统具有很大的灵活性，可以防止垄断。二、同密模式（Simulcrypt）由于在一个网络中只采用一种条件接收系统不符合市场需要的广播电视运营商希望一个网络中采用不同的条件接收系统，用户可以用不同CA厂家制造的机顶盒接收同一套节目，同密技术可以满足这种要求。（1）多个CA厂商的CA系统可以对相同的节目或数据进行控制同密技术是指通过使用同一种加扰算法和相同的加扰控制信息（控制字CW），使多个CA系统一同工作的技术。多个CA系统可以在相同的加解扰系统中运行共享节目信息，CA系统的运营商的机顶盒可以接收同一个经过同密处理的数字电视业务。这样在前端就要求复用压缩系统要与不同的CA系统厂家达成共同协议，建立统一的接口，并将不同厂家的用户管理系统和ECM和EMM发生器集成在同一个前端。DVB对此规定了通用的加扰算法。所以实现同密的CA厂家可以开发各自不同加密的ECM和EMM，但都要遵循通用加扰算法。在同密情况下，用相同的控制字驱动加扰过程，而这个控制字可以通过不同的CA系统经加密后传输给带有不同CA子系统的解码器，这样在一套节目信号中可带有不同CA系统的ECM和EMM等加密信息，传送不同的CA系统的机顶盒用户群。因此，同密方案是同时传输多种授权信息。（2）在客户端机顶盒上可嵌入多个CA厂家的CA控制在接收端，机顶盒必须遵循通用解扰算法实现对节目和数据的解扰。此外，机顶盒可以嵌入多个CA厂家的CA控制模块。如果用户的机顶盒中装有CA系统1的子系统，并且得到授权，则可以对ECM1和EMM1信号进行解密，从而接收到CA系统1授权的节目。如果机顶盒还有得到CA系统2的加扰节目的授权，则它仅有CA系统1的子系统，也能对ECM2和EMM2信号进行解密，从而接收到CA系统2授权的节目。通过采用同密规范，使一个传输网络中传送不同节目使用多种CA系统 成为可能，或者说，在一个接收机中接收多个CA节目或业务成为可能。这样做的好处是使整个广播电视系统CA的设计具有很大的灵活性，防止垄断，满足了广播电视运营者的商业要求。在未来的交互电视业务中，同密将很有前途。两个CA系统要能在真实环境中同密运行，其管理系统在设计时要考虑如何同时管理两个CA系统。由于每个运营商的运营模式和管理方法都有区别，所以同密在实际系统中有不同的表示形式。总之，同密模式的主要目的是希望引入公平竞争，使不同的CA厂商按照同密规范可以在同一系统中运行，通用加/解扰算法也使得机顶盒的生产厂家可以生产独立于CA厂商的加解扰器。二、多密模式多密是指使用一台机顶盒能对多个不同CA系统的节目进行接收的技术。多密方案的基本思想是将解扰、解密等需要保密的功能集中于一个具有通用接口的插入式CA模块中。而机顶盒中只包含MPEG解调器、解码器以及其他必要设备。机顶盒和CA系统之间定义一个通用接口（Common Interface），CA模块与主机之间通过通用接口相接及通讯。多密的主要特点是从功能上简化机顶盒的设计，机顶盒不需包含解扰和解密控制模块，只需要设计符合多密规范的通用接口，即可选择任意CA厂商的多密CA模块。当CA系统需要更新时，只需要更换CA模块，不需要更换机顶盒。数字电视广播中传送条件接收信息的规定数字电视广播的信源标准采用MPEG-2，条件接收系统的授权管理信息（EMM）、授权控制信息（ECM）都按MPEG-2TS码流打包，然后和各种业务信息一起复用进TS包中传输。在MPEG-2的系统规定中，TS包头中有两比特的传送加扰控制字段即transport-scrambling-control。一般当码流被加扰时，解码器需要一个控制字来解扰，同时还要解出下一个控制字。这就是说，每个解码器在每个时间间隙中必须完成两项任务，第一是根据当前所拥有的控制字对码流进行解扰，得到可供MPEG解码器解码的视音频码流，第二是对ECM进行解密，解得下一个时隙所用的控制字，为下一段的解扰做好准备。为了正确安排好次序，使控制字和需要用它解扰的码流时间上对准，不至于搞错，所以将两个顺序的控制字规定为奇数位和偶数位，即偶密钥加扰和奇密钥加扰。控制字的传输比使用前提前到达，留出足够的时间对它进行解密。数字机顶盒机顶盒的基本概念和分类机顶盒，英文名称为Set Top Box，简称STB，其含义是置于电视机顶上的盒子。机顶盒目前没有标准的定义，凡是与电视机相连接，以电视机作为显示设备的网络终端设备均可称作STB，由于“机顶盒”这个概念有些含糊不清，所以机顶盒的种类是五花八门。在模拟电视时期有：增补频道机顶盒；图文电视机顶盒；付费电视机顶盒。在数字电视时期有三大类机顶盒。1、网络电视（Web TV）机顶盒。2、多媒体机顶盒。3、数字电视机顶盒，数字电视STB又分为：（1）数字卫星STB（DVB-S）（2）地面数字电视STB（DVB-T）（3）有线电视STB（DVB-C）此外，STB还有许多派生分类方法：例如：1、按输出数字信号分有：（1）载波调制的数字信号，如有线电视STB输入是QAM调制信号。（2）基带数字信号，如以太网的IP信号，广电以太网可以通过IP机顶盒用电视机观看图象。2、按回传通道分：（1）电话线回传通道的STB。（2）同轴电缆回传通道的STB，例如通过CM经双向HFC的有线电视回传通道。（3）以双绞线作为回传通道的STB，如IP机顶盒。