用ＦＰＧＡ實現數字電視條件接收系統

[摘要] 數字電視的條件接收系統gAS就是對視頻、音頻和數據等信息加密、傳輸并為合法用戶接收解密的過程，由加擾器、解擾器、加密器、控制字產生器、用戶授權系統、用戶管理系統和條件接收系統子系統等部分組成。用FPGA實現方法使條件接收系統不受復接的約束，實現起來比較靈活，這種結構采用空包替換，容易實現加解擾的同步。

[關鍵詞] 條件接收 信息加密 FPGA 控制字

一、條件接收系統的工作原理

數字電視是將傳統的模擬電視信號經過抽樣、量化和編碼轉換成二進制數代表的數字式信號，然后進行各種功能的處理、傳輸、記錄、存儲，監測和控制的一種全數字處理過程的端到端系統。數字電視的條件接收系統CAS就是對視頻、音頻和數據等信息加密、傳輸并為合法用戶接收解密的過程，由加擾器、解擾器、加密器、控制字產生器、用戶授權系統、用戶管理系統和條件接收系統子系統等部分組成。

工作原理：在信號的發送端，首先由控制字發生器產生控制字(CW)，將它提供給加擾器和加密器A。加擾器對來自復用器的傳送比特流進行加擾運算，控制字就是加擾器加擾所用的密鑰。加密器接收到來自控制字發生器的控制字后對控制字進行加密運算，輸出經過加密以后的控制字。業務密鑰在送給加密器A的同時也被提供給了加密器B，加密器B產生密鑰，并用此密鑰對業務密鑰sK(Service Key)進行加密，輸出加密后的業務密鑰。經過這一個過程產生的信息均被送至復用器，與被送至同一復用器的圖像、聲音和數據信號比特流一起打包成傳送比特流輸出。

在信號的接收端，經過解調后的加擾比特流通過解擾器送到解復用器。從解復用器出來的信號，被分別送至智能卡中的解密器A和解密器B，解密器A和解密器B與智能卡中的安全處理器共同工作，從而恢復出控制字CW，并將它送至解擾器。一旦在接收端恢復出正確控制字以后，解擾器便能正常解擾，將加擾比特流恢復成正常比特流。

二、條件接收系統的FPGA實現

FPGA有豐富的觸發器和I/O口可以滿足完成CAS功能，開發周期短，可以反復修改，特別適合需不斷完善電路的開發階段。要實現CAS硬件設計，首先要理解程序特殊信息PSI。PSI能從多節目的TS流中找出所需要的節目碼流和條件接收信息等。PSI必須以一定的頻率不斷發送，以便新開的接收機能及時解釋傳送流的性質。解擾只是加擾的逆過程，并且相對簡單，所以下面只對條件接收系統加擾過程的FPGA實現進行討論。

(一)加擾器的FPGA實現

加擾器在條件接收中是一個關鍵部分，關系到整個系統的保密程度，所以需要一個安全性較高的加擾器。圖1所示加擾器是在FPGA內部實現，它以可預置線性反饋寄存器(LFSR)為基礎，與數據選擇器共同形成。總線是控制碼發生器產生的選擇器控制碼。有8個抽頭并行輸出，每2位對應一個選擇器的選擇端。每個選擇器的輸出是選出的4個LFSR反饋之一，作為與之相連的LFSR時鐘。通過數字選擇器選取4個LSFR輸出的XOR的輸出之一作為加擾。

序列的輸出。選擇碼生成器可由CW產生器代替，CW一部分作為選擇器的選擇碼，一部分寫入4個可預置的LFSR。

(二)條件接收發送端的FPGA實現

圖2為條件接收發送端的FPGA實現。用戶管理信息需要PC機處理和保存，服務密鑰SK和控制字CW發生器初始值可以在PC機中通過偽隨機序列生成程序生成。TS流是連續不斷的實時信號，可以通過空包替換的方法實現條件包的加入。CW的加密采用DES算法，DES

速度快，加密強度較高，硬件容易實現，適合CW變化較快的要求。SK的加密采用RSA算法可以滿足SK變化頻率低，安全性要求高，使用時間長等要求。

三、結語

本文介紹了條件接收系統的基本原理，并提出一種用FPGA實現方法。這種方法使條件接收系統不受復接的約束，實現起來比較靈活。并且這種結構采用空包替換，容易實現加解擾的同步。