基于FPGA的數字電視CAS系統設計

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。