数字电视有条件系统的研究.doc
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1、数字电视有条件系统的研究 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途目录目录1摘要2Abstract2引言3第一章数字电视发展的历史背景31。1条件接收系统的历史31。1。1条件接收系统经历了模拟和数字两代的发展31.2模拟和数字加扰的技术特点对比31.3衡量 条 件 接收系统好坏的标准41。4世界各国的数字电视接收的现状41.5我国的数字电视的发展5第二章 数字电视接收条件系统的概念及基本原理62.1基本概念及相关介绍62。2基本原理及其组成6第三章 数字电视条件接收系统的现实实现73。1数字电视条件接收系统的主要的加/解扰技术的实现73.1.1RSA 算法的安全性能73。1.2DES算法
2、的安全性能83.2条件接收系统消息加密的构成83.3条件接收系统消息加密的实现方法及系统受到的攻击方式93.3。1对于cw字符段进行攻击93.3。2对于加密算法的攻击93。3.2对于智能卡的攻击9第四章 关于条件接收系统中机顶盒的具体介绍104。1以条件接收系统中及机顶盒的实现方法104。2机顶盒硬件整体结构104.3机项盒中软件的下载与更新11致谢13参考文献13摘要伴随着数字电视的发展迅速,数字广播的条件接收逐渐进入实际应用的阶段。原本功能简单,目标单一的数字电视接收机也变成了图像和声音完美视频设备。数字电视在给予人们多种如高清晰度电视,交互电视,网络接入等完美服务的同时要求条件接收系统的
3、技术的保障,因为没有这项技术的保障电视运营商没有办法在提供服务的同时得到回报,服务也就无从谈起了.数字电视条件接收系统主要实现数字电视广播业务的授权管理和接收控制。主要涉及到管理网络技术加/解扰技术加/解密技术等主要技术.条件接收系统主要有SMS(Subscriber Management System)栏目信息管理系统,加/解扰,加/解密系统,用户授权接收系统等部分组成.主要接收标准有MPEG2及DVB标准中关于条件接收的规定。本文主要介绍了数字电视条件接收系统的发展历史及世界各国条件接收系统的现况,就条件接收系统的基本概念和大体结构入手介绍了条件接收系统中关于加/解扰等关键技术的主要算法及
4、应用。最后介绍了数字电视机顶盒的相关内容.关键词:条件接收 加/解扰技术 数字电视 机顶盒AbstractAccompany with the development of the numerical television quick, the condition of the numerical broadcast receives to turn into an actual and applied stage gradually。The original function is simple, target one of the numerical television receiver
5、 also became the picture harmony sound a perfect video frequency equipments.The numerical television is giving people the variety,such as high and clear degree, television, hand over with each other a television, the network connects in to wait the in the meantime request of the perfect service cond
6、ition to receive the technical guarantee of the system, because of having no this technical guarantee television luck camp a company to have no way at provide a service of in the meantime get repay, serve also have no from talk to have。 The numerical television condition receives the authorization m
7、anagement that the system mainly carries out numerical television broadcast business with receive a control。Mainly involve to the management network technique to add/the solution Interference technique add/decrypt a technique etc。 main technique. The condition receives system to mainly have SMS colu
8、mn eyes information management system, add/the solution Interference, add/decrypt system, the customer authorization receives system etc. the artconstitute.Mainly receive standard to there are the MPEG-2 and the DVB standard to in the provision received concerning the condition。个人收集整理,勿做商业用途个人收集整理,勿
9、做商业用途引言在世界数字电视业务飞速发展,国内电视广播的数字化已经启动研究数字电视的条件接收系统显得特别有意义。本文主要就条件接收系统的发展历史技术特点及相关的加/解扰技术,条件接收系统的组成,技术标准研究现状和实现方案等主要方面进行讨论。内容安排:第一章 主要介绍数字电视发展的历史背景。第二章 介绍数字电视条件接收系统的概念及基本原理。第三章 条件接收系统的组成及其中的加/解扰技术。第四章 条件接收系统的现实意义及实现方法。第一章数字电视发展的历史背景1.1条件接收系统的历史1。1。1 条件接收系统经历了模拟和数字两代的发展第一代条件接收系统的特征是以设备为基础,一般用于模拟系统.在头端将模
10、拟信号进行加扰,使得普通电视机无法收看,通过前端的寻址来控制单个用户的解扰器开关,只有安装了解扰器的用户才能正常收看。第一代条件接收系统可实现全频段加扰和频道加扰,实现方法通常采用视频倒相、水平同步重叠、垂直同步重叠、数字随机视频行抖动等方法,它们通常对信号产生损耗。1995年 ,随着数字电视的出现,产生了第二代条件接收系统即数字条件接收系统,数字条件接收技术的基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法,用户端利用智能卡解密。由于采用的是数字技术,对信号没有损耗,系统的保密性、可靠性均大大提高。对传输流的加扰,DVB已有标准,用加扰序列来控制加扰11.2模拟和数字加扰的技术特点对比加扰方式评价射频
11、加扰方式在射频的某频段内叠加干扰成本低信号损伤保密差无管理已基本淘汰非扰频加扰方式陷波器价格低可安装在室外管理功能差安全保密差模拟传输模拟加扰对视频同步头抑制成本高信号损伤小加寻址保密性不好存在网络兼容问题已由公开去扰电路对视频倒相成本高加扰图像有一定可视性加扰深度不足模拟传输数字加扰行切割旋转成本高保密性好切割点有痕迹补偿复杂行转移(行序扰乱行位移)成本高保密性好开发复杂数字传输数字加扰数字压缩是发展方向高保密度信号无损伤尚待标准化协议兼容性好 表1.1模拟和数字加扰的技术特点对比1.3衡量条件接收系统好坏的标准衡量 条 件 接收系统好坏的重要指标包括:安全性、规模、功能完整性、使用性能等。
12、系统安全性保证系统不被黑客攻破,如果攻破,系统能尽快恢复。个系 统能够管理的用户数量体现了一个系统的能力,通常系统管理的用户数量会对系统运行速度和服务质量产生影响在第 一 代 条件接收系统中,由于系统的密钥体系依赖于设备及解扰器,比较容易被破解和复制。在第二代,由于加密系统、密钥体系与设备是分开的,它依靠智能卡的安全性来保障系统的安全,因此破解难度大。1.4世界各国的数字电视接收的现状根据 Wipr的研究和估计,至2001年底,全球地面数字电视观众从2000年的2000万上升到4000万,其中西欧占62%、北美占18、亚太占10%、拉丁美洲占5;有线数字电视用户从2000年的2。8亿增加到3亿
13、,预计到2005年会达到3。8亿;优先宽带业务用户达到1200万户,比2000年增长71%; Cable Modem的数量已达到1220万、年业务收入达到61亿美元,估计到2005年Cable Modem的数量将达到3300万、年业务收入将达到140亿美元2。在DTV业务中,卫星业务占71,有线占21,地面占5%.估计到2005年全球将有6.25亿观众。根据Ovum的估计,DTV市场将达到1000亿美元,电视收视费、视频游戏和以电视为基础的信息服务的年收入将超过600亿美元,其中电视商务的年收入将达到450亿美元。在发展中,各国政府的政策都将起到关键的作用。在欧洲DTV的发展有两份研究报告,一
14、份是欧洲音视和通信学院(IDATF)的欧盟数字电视的发展,另一份是Ovum和DVB的联合研究报告全球数字电视预测。这两份报告都以精确的数据对欧洲DTV的现况和将来发展进行了分析预测3。还有一份报告来自松下的N.S akamoto先生,对上述报告和美国的情况作了非常重要的补充,当然有关日本这方面的数据就更有权威性了。欧洲 DTV是以1996年4月法国开始第一个欧洲商业DTV广播为标志的,本文为互联网收集,请勿用作商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途但其快速发展是在1998年。1998年10月第一个地面数字电视一BBC的OnDigial在英国开播;同年11月英国的卫星数字电视BskyB开播。
15、在同一时间段,欧洲的有线网也开始向数字化转化。从1996年开始,欧洲的DTV市场有相当高的增长率.1997年底DTV拥护只有200完;,但在许多欧盟成员中,DTV拥护游乐快速发展。在卫星DTV方面,卫星电视广播的数字化已经接近100%。美国DTV起步较早,但市场增长率比欧洲低。1994年6月底,DirectTV和USSB两个卫星业务的开播,把DTV引入美国。在市场稳定后的1999年6月,有960万家庭收订卫星DTV广播;到2001年12月总计有1677万占17左右的家庭接收数字电视节目。到2002年2月6日在美国84地面电视广播城市和地区有244个数字电视台播出。DTV覆盖率已达75%。4 美
16、国DTV接收机的增长趋势1.5我国的数字电视的发展我国在国庆50周年庆典上,在北京试播了(HDTV)高清晰度数字电视.使用的是我国独创的64QAM调制方案,这种制式原是DVB体系用于数字有线电视的,这次经过我国改造后,尝试用于地面开路播出(HDTV)并进行了对比试播获得了预期效果5。第二章 数字电视接收条件系统的概念及基本原理2。1基本概念及相关介绍数字电视和音频业务势不可挡的增长以及新的多媒体广播业务的发展,给内容的接入控制带来了重大问题。主要由于经济上的原因,心得数字业务都要求拥护获得接入权限,在这会真纳感强大的商业趋势下,需发展和实施具体。有力的技术保证这类商业控制的可靠性和安全性。整个
17、技术环境包括:运营管理中心。广播基础设施和大量的接收机。 当运营者希望一个节目进行接入控制时,他必须通过广播信号变成不可识别的东西方法来阻止自由接入这个节目.没有适合的终端,不可能观看节目.有专用终端和从提供者那里获得了具体权限的用户才被允许接入解码.从而观看自己喜欢的电视节目。 所以在必须在广播前对节目进行加扰。加扰改变了音频信号的内容使之不能自由解码,在接受端实施解码把信号恢复为初始内容从而实现数字电视的条件接收.加/解扰的成对算法的取决于:1算法应该足够安全强大,保证电视信号不能被自由解码。加扰信号应该支持改变的灵活性,防止通过对解扰方法的系统性研究,从而找到解码方法。运算应符合加扰信号
18、的参考时钟,和避免要求终端具备太复杂的计算能力和过分的成本. MPEG2标准中没有具体的加扰算法,但是世界范围的主要数字电视规划已经规定了或推荐了一些有效的算法。2。2基本原理及其组成一个 典 型 的条件接收系统由用户管理系统、节目信息管理系统、加密/解密系统和加扰/解扰系统等构成。其中系统各部件之间通过相关接口进行通信和数据传输,主要包括:节目信息管理系统接1-1、用户管理系统接口、复用器接日、智能卡接口等。用户管理系统SMS(Subscriber Management System):用户管理中心的主要任务是建立用户信息、解码器序列号以及何种业务被订购或接收的信息的数据库。节 目信 息 管
19、理系统为即将播出的节日建立节目表,节目表包括频道、日期和时间安排,还包括播出的各个节目的CA(Conditional Access)信息.节目管理发生器用来生成业务信息SI(Service Information)、节目特定信息PSI(Program Specific Information),被播控系统用来控制节目的播出,被条件接收统用来做加扰调度和产生授权控制信息ECM(Entitlement Control Message),同时送入用户管理系统SMS。加扰 是 为 了保证传输安全而对业务码流进行加密。通常在广一播前端的条件接收系统控制下改变或控制被传送业务的某些特性,使得未经授权的接收
20、者不能得到正确的业务码流.解扰是加扰的逆过程。在用户接收端的解扰器中完成. 条件接收系统的组成2.1第三章 数字电视条件接收系统的现实实现3。1数字电视条件接收系统的主要的加/解扰技术的实现目前, 数字电视的发展与应用越来越广泛由于数字节目制作的成本很高,付费电视的推行是不可避免的有条件接收技术要保护数字电视广播运营商和节目提供商的利益,真正地做到只有用户付费,才能够收看电视节目但有条件接收系统在国际上并没有统一的标准,也不可能标准化加密算法在有条件接收系统中占有重要的地位,如果没有防御性很好的加密算法,就没有成功的有条件接收系统目前一般系统采用的加密算法有秘密密钥密码体制中的DES 算法,公
21、开密钥密码体制中的RSA算法以及它们的各种改进算法。3。1。1RSA 算法的安全性能RSA算法从提出到现在己经有20多年的时间了,广泛的应用证明RSA体制的安全性是相当可靠的。但是在特定的条件下,RSA的实现细节的漏洞会导致对RSA算法的攻击。但是,通过精心考虑RSA体制实现的细节是可以避免这些安全,险缺陷的。RSA 体制的安全性是基于这样一个简单的数论事实将两个大素数相乘很容易但反过来将它们的乘积进行分解则非常困难从以下讨论中可以看出破译RSA 的明显方法至少和因子分解问题一样困难。系 统 产 生两个大素数P Q(保密);令 随 机 选取整数e作为公钥(加密密钥),满足gcd(e, (n )
22、)=1(公开);计 算私钥d(解密密钥),满足ed二1(mod(p (n)),也就是说e=d(mod (n);销 毁 p ,q及(n).得出所需要的公开密钥和秘密密钥公开密钥EK=e, n);秘密密钥DK=d, n;63。1.2DES算法的安全性能DES算法DES 综合运用了置换替代代数多重密码技术是一种乘积码在算法结构上采用迭代从而结构紧凑条理清楚而且算法为对合运算便于实现效率高。DES 总的来说是非常成功的但同时也不可避免存在一些弱点密钥较短是DES的一个主要缺陷DES 的实际密钥长度为56 位就目前计算机的计算能力而言DES无法抵抗对密钥的穷举搜索攻击 1999 年1 月某金会仅用22
23、小时15 分就成功的破解了DES 目前美国已经正式公布实施高级加密标准AES 来取代DES。7EDS算法框图在密匙控制下16轮迭代的乘积变换64bits明文数据初试置换IP逆初始置换IP-164bits密文数据3。2条件接收系统消息加密的构成在条 件 接 收系统中存在两种类型的加密单元,用途如下:(I)对授权管理信息EMM进行加密处理,然后以单独授权或分组授权的方式发送到用户接收终端的相应处理装置。(2)对授权控制信息ECM 进行加密处理,其中ECM 信息中包含了对业务的访问准则信息以及用于解扰的信息.解密操作在接收机进行,通常为了安全性,解密操作和接收机分离,在一个可分离的模块中运行,如智能
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