【文章內(nèi)容簡介】 有涉及的技術(shù)都緊密連接起來而成為一個(gè) CA 系統(tǒng)，如圖所示。 常用條件接收系統(tǒng)原理 從 上 圖可以看 出 ，常用的 CA 系統(tǒng)一般有 3 層 的加密體制。 首先是對音視頻、數(shù)據(jù)流的加擾，他是擾碼序列對信息流進(jìn)行加密處理的過程。擾碼序列是偽隨機(jī)二進(jìn)制序列，他具有近似隨機(jī)序列的功率譜特征，不同的是 它 具有周期，但周期很長，一般是數(shù)小時(shí)甚至是數(shù)天。圖中 PRBS 指擾碼序列生成器。生成器的初始條件受控于控制字（ CW），在初始條件已知的情況，可以推測出生成的擾碼序列。根據(jù)這個(gè)原理，只要在接收端有一個(gè)相同的擾碼生成器，同時(shí)將 CW 發(fā)送給接收端用于控制他，運(yùn)用對應(yīng)的解擾算法就可以對相應(yīng)的信息流解擾恢復(fù)原始信號。在這里 CW 起到了 “ 種子 ” 的作用，只要獲得了 CW，系 統(tǒng)就被破解了。所以如何將 CW 安全送到接收端，就成了 CA 系統(tǒng)的核心。后面的兩重加密過程便是為實(shí)現(xiàn) CW 的安全傳送并達(dá)到授權(quán)控制的目的。 為實(shí)現(xiàn)保密，使用授權(quán)密鑰 KS 對控制字 CW 加密形成授權(quán)控制信息（ ECM），復(fù)用到傳送流當(dāng)中。同時(shí)使用分配密鑰 KD 對授權(quán)密鑰 KS 加密形成授權(quán)管理信息（ EMM），也復(fù)用到傳送流當(dāng)中。分配密鑰 KD 通常是固化在智 能卡中，用戶通過購買智能卡方式獲得，避免廣播方式的信道傳送有被竊取的可能。如果將授權(quán)密鑰 KS 通過安全通道分配給用戶，一樣也能起到保護(hù)控制字的效果，為什么要再加一層加密操作呢？這種體制是為實(shí)現(xiàn)授權(quán)控制的目的。例如用戶對某一業(yè)務(wù)授權(quán)期限到了（如沒有按時(shí)繳費(fèi)），系統(tǒng)通過用戶管理系統(tǒng)的確證，將該業(yè)務(wù)的授權(quán)密鑰 KS 修改成 KS1，但對用戶發(fā)送的仍然是 KS 經(jīng) KD 加密而成的授權(quán)管理信息 EMM，用戶雖然可以解密獲得 KS 但還是不能享受該業(yè)務(wù)。 以上的加密過程可以看出一個(gè)已獲得授權(quán)的接收端使用相關(guān)業(yè)務(wù)要依次獲取 EMM， ECM。對 這些信息的提取要依靠節(jié)目管理系統(tǒng)提供的 PSI/SI 信息（特殊節(jié)目信息 /節(jié)目信息）。節(jié)目管理系統(tǒng)將節(jié)目的加密情況（是否加密）、加密系統(tǒng)類型（是何種 CA 系統(tǒng)加密）等信息描述在 PSI/SI 信息中。其中最重要的是 2 種信息表?xiàng)l件接收表（ CAT）和節(jié)目映射表（ PM T）。CAT 表針對具體 CA 系統(tǒng)中的用戶的授權(quán)情況，他含有標(biāo)識具體 CA 系統(tǒng)的 CA_System_ Id 和用于獲取 EMM 信息的索引 EMM_Pid，通過這兩項(xiàng)內(nèi)容就可以獲得用戶所在 CA 系統(tǒng)的 EMM 信息。 PMT 表是針對節(jié)目的加密情況，他也含有 CA_System_Id 信息用于表示節(jié)目是用何種 CA系統(tǒng)加密和 EMM_Pid 用于告知用戶如何搜索 ECM。 CA_System_Id 可惟一標(biāo)識 CA 系統(tǒng)，分配到用戶的智能卡中含有這項(xiàng)內(nèi)容，用戶端的條件接收過程就是從讀取卡內(nèi)的 CA_System_Id開始的，獲取相應(yīng)的 EMM， ECM 后，解密解擾的工作就按與發(fā)送端相逆的順序開始了。 (2) 同密加擾繞和多密加擾 同密條件接收系統(tǒng) 若發(fā)送端有多個(gè) CA 系統(tǒng)加入，同密方式的做法基于各個(gè)運(yùn)營商之間的商業(yè)協(xié)議，采用相同控制字生成器和擾碼生成器，并使用通用加擾算法對信號加擾。不同系統(tǒng)之間的差別是從對 CW 的加密開始的，各個(gè)系統(tǒng)使用自己的加密算法對 CW 和授權(quán)密鑰 KS 加密。用戶管理系統(tǒng)可以公用也可以分開。節(jié)目管理系統(tǒng)會(huì)將各種 CA 系統(tǒng)的標(biāo)識 CA_System_Id 以及EMM,ECM 索引信息一一對應(yīng)描述在 PSI/SI 信息中，原理圖如圖所示。 同密 CA 系統(tǒng)原理 集成了其中一套 CA 系統(tǒng)的接收解碼器（ STB）從插入的智能卡中讀出對應(yīng) CA_System_I d，根據(jù)這個(gè)標(biāo)識獲取 EMM,ECM 索引信息進(jìn)而濾取出具體信息發(fā)送回智能卡。 智能卡中集成了 2 套私有的解密算 法，對應(yīng)與前端生成 EMM 和 ECM 的加密算法，從而獲得 CW，送到接收解碼器 STB 中， STB 的解碼芯片中有集成了通用解擾算法的解擾器，用這個(gè)解擾器就可以恢復(fù)出原始信號。用戶只要獲得其中一種機(jī)密系統(tǒng)的授權(quán)就可以收看節(jié)目。這種方式下對信號的加解擾是使用通用算法的，所以保證這種方式的通信安全全靠智能卡，兩層私有加密電路是其中的關(guān)鍵。這種做法要求將條件接收系統(tǒng)嵌入接收機(jī)中。 多密條件接收系統(tǒng) 同密 系統(tǒng)和 多密系統(tǒng)不同的 地方在于： 多密系統(tǒng)各種 CA系統(tǒng)運(yùn)營商使用各自不同的 CW，不同的擾碼生成器和加擾算法 ；相同 的是 ： 后面的兩層加密算法也是私有的 。這使接收端不能使用解碼芯片中的公共解擾算法電路，但使用條件接收模塊很好地解決這個(gè)問題。他是將接收端所需的 3 層解密電路都集成到一個(gè)使用通用接口標(biāo)準(zhǔn)的模塊中。模塊中集成了微處理芯片和濾取 CAT， EMM， ECM 所需的硬件電路，主機(jī)需要做的就是濾取出節(jié)目對應(yīng)的 PMT表，獲取 CA 相關(guān)的信息按通用接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)定的格式發(fā)送到模塊就可以了。模塊與主機(jī)間的命令接口提供模塊和主機(jī)部分的通信方法卻不需要主機(jī)了解具體的細(xì)節(jié)操作。這種通用接口的應(yīng)用，使一臺(tái) 機(jī)頂盒 可以使用多個(gè) CA 運(yùn)營商的模塊，也就是可以收看由不同 CA 系統(tǒng)控制的節(jié)目。 同密和多密方式的原理如圖所示。 8 有線數(shù)字電視的性能指標(biāo) （ 1）數(shù)字電視頻道功率 由于數(shù)字電視信號的信號功率相對穩(wěn)定，不隨內(nèi)容的變化而變化，所以數(shù)字電視用信道平均功率來表示本頻道的功率。數(shù)字電視信號的平均功率電平也稱作信道功率，這與模擬電視的電平是完全不同的概念。數(shù)字信號的功率不能用峰值功率測量來完成，因?yàn)樾诺拦β适呛蛶捰嘘P(guān)的 ，帶寬越寬，信道的平均功率越高。數(shù)字信號載波功率是正確接收的關(guān)鍵性因素之一，適當(dāng)提高數(shù)字信號載波電平就可以較大地提高抗干擾的能力。 8MHz 帶寬內(nèi)的總 RF功率，測試點(diǎn)頻率在被測試頻道的中央。其單位為 dBmV 或 dBμV 。 （ 2）誤碼率、 MER 和載噪比 調(diào)制誤差比 (MER) 數(shù)字電視系統(tǒng)中的 MER 類似于模擬系統(tǒng)中的信號噪聲比 (S/N)。 調(diào)制誤差率 MER 是理想符號矢量幅度的平方和除以符號誤差矢量幅度的平方和，用 dB 表示。 MER調(diào)制誤差率是反映數(shù)字信號質(zhì)量非常重要的指標(biāo)， MER 并非意味著此信號已經(jīng)誤碼，而是表征它 在尚未誤碼時(shí)的質(zhì)量。它用來早期檢測非突發(fā)性噪聲（或稱作無用信號）的影響，如各種噪聲、失真（ CSO、CTB）、交調(diào)制產(chǎn)物、干擾，不僅包含幅度噪聲，而且包含相位噪聲。這些噪聲它不像模擬信號那樣直接影響到電視信號而產(chǎn)生雪花，圖像滾動(dòng)等，但它將表征信號質(zhì)量，監(jiān)測系統(tǒng)可依據(jù)此項(xiàng)參數(shù)判定做出預(yù)警，表示信號劣化，反映播出端信號不佳。 比特誤碼率 (BER) 誤碼率 BER是誤碼的比特?cái)?shù)與傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)之比。 通常用于對隨機(jī)噪聲引起的誤碼進(jìn)行的概率統(tǒng)計(jì)。誤碼不僅導(dǎo)致電視圖像出錯(cuò)，而且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成圖像丟失。誤碼的產(chǎn)生在很大 程度上取決于傳輸?shù)沫h(huán)境如心雜比下降、高頻抖動(dòng)、設(shè)備接地問題、設(shè)備鍵連接的電氣特性不好、 電源 紋波、脈沖干擾等。該指標(biāo)是有線數(shù)字電視監(jiān)測中參考的一個(gè)重要指標(biāo)。 數(shù)字電視信號信噪比 信噪比 S/N指傳輸信號的平均功率與噪聲的平均功率之比 。 載噪比 C/N 指已調(diào)制信號的平均功率與噪聲的平均功率之比， 載噪比中的已調(diào)制信號的功率包括了傳輸信號的功率和調(diào)制載波的功率。在調(diào) 制 傳輸系統(tǒng) 中，一般采用載噪比指標(biāo)；而在基帶傳輸系統(tǒng)中，一般采用信噪比指標(biāo)。 數(shù)字調(diào)制信號對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的要求主要反映在載噪比上，載噪比越大，信號質(zhì)量越好，反之信號質(zhì)量就差，模擬電視會(huì)出現(xiàn) “ 雪花干擾 ” ，數(shù)字電視會(huì)出現(xiàn)馬賽克，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成圖像不連續(xù)甚至不能對圖像解碼。此參數(shù)也可以同樣是判定前端播出信號質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。 二 專業(yè)知識 1 有線電視模擬前端系統(tǒng) （ 1）組成結(jié)構(gòu) 有線電視系統(tǒng)主要由 信號源、前端、干線傳輸和用戶分配網(wǎng)絡(luò) 組成。信號源接收部分的主要任務(wù)是向前端提供系統(tǒng)欲傳輸?shù)母鞣N信號。它一般包括開路 電視接收信號、調(diào)頻廣播、地面衛(wèi)星、微波以及有線電視臺(tái)自辦節(jié)目 等信號。 系統(tǒng)的前端部分的主要任務(wù)是將信號源送來的各種信號進(jìn)行 濾波、變頻、放大、調(diào)制、混合 等，使其適用于在干線傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。 系統(tǒng)的干線傳輸部分主要任務(wù)是將系統(tǒng)前端部分所提供的高頻電視信號通過傳輸媒體不失真地傳輸給分配系統(tǒng)。其傳輸方式主要有 光纖、微波和同軸電纜 三種。 用戶分配系統(tǒng)的任務(wù)是 把從前端傳來的信號分配給千家萬戶，它是由 支線放大器、分配器、分支器、用戶終端 以及它們之間的分支線、用戶線組成。 （ 2）設(shè)計(jì)計(jì)算：載噪比、輸出電平、非線性失真 為使有線電視系統(tǒng)傳輸高質(zhì)量的電視節(jié)目，就必須滿足一些系統(tǒng)指標(biāo)的要求：如載噪比（ C/N） ≥43 dB （帶寬為 MHz），交擾調(diào)制 比（ CM） ≥46 dB ，載波互調(diào)比（ IM） ≥54 dB（電視頻道內(nèi)單頻互調(diào)干擾），復(fù)合三次差拍比（ CTB） ≥54 dB ，復(fù)合二次差拍比（ CSO）≥53 dB 。其中對系統(tǒng)影響最大的是載噪比（ C/N）和復(fù)合三次差拍比（ CTB）這兩項(xiàng)指標(biāo)。 2 載噪比和復(fù)合三次差拍比 。 在 CATV 系統(tǒng)中，載噪比指標(biāo)反映了系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲對電視圖像質(zhì)量的影響。系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲主要來源于電阻產(chǎn)生的熱噪聲和放大器中的晶體管等器件產(chǎn)生的噪聲。為了限制噪聲的干擾，保證一定的載噪比，就必須按指標(biāo)要求限制系統(tǒng)內(nèi)部放大器的級聯(lián)數(shù)量，同時(shí)，還 要保證級聯(lián)放大器中第一級放大器的噪聲系數(shù)要小，因?yàn)榈谝患壏糯笃鞯脑肼曄禂?shù)對整個(gè)系統(tǒng)的載噪比影響最大。載噪比的大小直接影響到用戶收看電視節(jié)目的圖像質(zhì)量，載噪比越大，電視圖像的清晰度就越高。按照 CATV 系統(tǒng)載噪比的大小，我國將電視圖像劃分為 5 個(gè)等級，如表 1 所示，并規(guī)定 CATV 系統(tǒng)的圖像質(zhì)量必須達(dá)到 4級以上。 下 表 是 載噪比與電視圖像質(zhì)量等級 ： 載噪比（ C/N） 電視圖像質(zhì)量主觀評價(jià) 電視圖像等級 46 dB 以上 圖像清晰、覺察不到雜波和干擾優(yōu) 5 40～ 46 dB 圖像良好、可覺察到雜波和干擾良 4 37～ 40 dB 圖像一般、雜波和干擾稍令人討厭 中 3 30～ 37 dB 圖像差、雜波和干擾令人討厭 差 2 30 dB 以下 圖像很差、干擾嚴(yán)重、無法收看 劣 1 非線性失真： 復(fù)合三次差拍比 在 CATV 系統(tǒng)中，由于有源設(shè)備的使用和傳輸頻道數(shù)量的增多，產(chǎn)生了非線性失真。盡管在有源設(shè)備中采用線性良好的晶體管和集成電路模塊，但設(shè)備的輸入 — 輸出特性仍不是絕對的直線，因此，非線性失真始終存在于有源設(shè)備中，這種失真影響電視圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量和傳輸?shù)木嚯x。為了在允許非線性失真的范圍內(nèi)傳輸電視圖像，國際電工委員會(huì)（ IEC7281公告）和我國國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB6510）對這些非線性失真指標(biāo)作了明確的規(guī)定，譬如：交擾調(diào)制比（ dB） ≥46 （下行）或 ≥66 （上行），載波互調(diào)比（ dB） ≥57 （寬帶系統(tǒng)單頻干擾）或 ≥54（頻道內(nèi)干擾，寬帶系統(tǒng)多頻干擾），信號交流聲比（ dB） ≥46 （下行）或 ≥60 （上行），微分增益（ %） ≤10 （下行）或 ≤5 （上行），微分相位（ 176。 ） ≤10 （下行）或 ≤6 （上行）等等。其中微分增益和微分相位為視頻非線性失真，載波互調(diào)比、交擾調(diào)制比和信號交流聲比是射頻非線性失真。 由非線性失真產(chǎn)生的各種互調(diào)成分會(huì)同時(shí)對一個(gè)有 用頻道信號產(chǎn)生干擾，同時(shí)，互調(diào)成分的數(shù)目隨著頻道數(shù)的增加而迅速增加，這就需要綜合考慮它們對有用信號的影響。這些互調(diào)成分綜合起來稱為復(fù)合差拍。當(dāng) CATV 系統(tǒng)傳輸?shù)念l道數(shù)目超過 16 個(gè)時(shí)，復(fù)合三次差拍將超過交調(diào)成為最主要的非線性失真，其數(shù)值大小成為限制非線性失真的設(shè)計(jì)依據(jù)。美國就此首先提出應(yīng)用復(fù)合三次差拍比來取代交擾調(diào)制比的建議，這一建議很快被世界各國所接受，成為分析 CATV 系統(tǒng)非線性失真的關(guān)鍵指標(biāo)。 CATV 系統(tǒng)傳輸?shù)碾娨曨l道的頻率間隔大多數(shù)是相同的。譬如：我國電視頻道之間的間隔大多數(shù)是 8 MHz，當(dāng)頻道數(shù)量多時(shí)，相互形成的三次差拍成分同時(shí)落入某個(gè)頻率的可能性很大，同時(shí)這些差拍分量還有聚集性，往往集中在圖像載波頻率或頻道內(nèi)某個(gè)頻率附近 177。15 kHz 的頻帶內(nèi)形成簇，在一個(gè)頻道內(nèi)也可能有幾簇，但是在圖像載波頻率上的一簇往往是最大的。測量一個(gè)簇的電平，也就是測量三次差拍成分的總和，這個(gè)電平稱為復(fù)合三次差拍電平。復(fù)合三次差拍電平干擾在電視屏幕上表現(xiàn)為網(wǎng)紋狀。為了定量地描述復(fù)合三次差拍對電視圖像的影響程度， CATV 系統(tǒng)用復(fù)合三次差拍比來衡量， 2 有線數(shù)字前端 （ 1）數(shù)字電視前端的組成和主要設(shè)備 數(shù)字有線前端主要由以下幾個(gè)部分組成： 數(shù)字電視信源系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、存儲(chǔ)播出系統(tǒng)、復(fù)用加擾系統(tǒng)、條件接收系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、編碼調(diào)制系統(tǒng)、回傳處理系統(tǒng)、以及其它輔助系統(tǒng)。 目前的前端系統(tǒng)將接收到的數(shù)字衛(wèi)星節(jié)目信號直接送入復(fù)用器或?qū)⒛M電視信號進(jìn)行相應(yīng)的編碼后也送入復(fù)用器，復(fù)用器完成多套節(jié)目的復(fù)用后通過調(diào)制器，借助光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩艚K端。但是這僅僅是節(jié)目轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的改造，隨著國家廣電總局開展有線數(shù)字電