專利名稱：新型機(jī)卡分離數(shù)字電視機(jī)頂盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)字電視廣播領(lǐng)域，特別適用于數(shù)字電視中的機(jī)卡分離機(jī)頂盒。
技術(shù)背景數(shù)字電視是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，而目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚不多，其原因之一是全國(guó)沒(méi)有統(tǒng)一模式無(wú)法形成產(chǎn)業(yè)化。特別與數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)相配套的過(guò)渡性產(chǎn)品——數(shù)字電視機(jī)頂盒。
目前國(guó)內(nèi)一般的家用機(jī)頂盒都采用機(jī)卡配對(duì)方式，也就是一機(jī)一卡方式，不能像手機(jī)一樣一張卡可以在不同廠家，不同型號(hào)的手機(jī)上使用。為了打破這種限制，我們?cè)O(shè)計(jì)了這一套系統(tǒng)，可以用8位CPU卡很方便的使機(jī)頂盒實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離。
在國(guó)外最早的方案也是采用機(jī)卡配對(duì)結(jié)構(gòu)，由于這種方式容易產(chǎn)生市場(chǎng)壟斷，使用不方便，廠家產(chǎn)品單一等缺點(diǎn)，所以近幾年國(guó)外開始采用機(jī)卡分離技術(shù)。歐洲的DVB(數(shù)字視頻廣播)組織為此制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，如DVB的通用加擾算法和機(jī)卡分離的通用接口(CI接口也要PCM卡)卡技術(shù)，由于這套技術(shù)的設(shè)計(jì)背景是針對(duì)歐洲當(dāng)時(shí)的數(shù)字廣播情況而定的，所以不完全適合中國(guó)。這種方案的總體思路是在一個(gè)機(jī)頂盒上按PC機(jī)的PCM接口技術(shù)做一個(gè)通用接口，然后機(jī)頂盒把收到的前端設(shè)備(廣播用的機(jī)器設(shè)備)所發(fā)出的各種數(shù)據(jù)全部通過(guò)PCM口傳遞給解擾模塊，模塊中再插入CPU卡，通過(guò)解擾模塊和CPU卡的配對(duì)使用，完成解擾，采用大卡的PCM方式有效的解決了歐洲的各家加擾算法不統(tǒng)一的問(wèn)題(因?yàn)镈VB組織的通用加擾算法標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)時(shí)沒(méi)有出來(lái))，現(xiàn)在既然有了通用算法，所以我們沒(méi)有必要再用PCM大卡方案(歐洲方案)，而按其工作原理設(shè)計(jì)了本方案，同樣可以達(dá)到機(jī)卡分離的目的，但成本降低了很多，適合中國(guó)國(guó)情，便于大量推廣。
在中國(guó)，信息產(chǎn)業(yè)部很早就提出使用機(jī)卡分離技術(shù)，現(xiàn)在研發(fā)的一般可分成三種方案，但都不能很好的解決機(jī)卡分離技術(shù)問(wèn)題，且各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中國(guó)內(nèi)采用的方案之一是和歐洲D(zhuǎn)VB組織基本相同的方案，只是由于PCM通訊協(xié)議復(fù)雜，而一般機(jī)頂盒內(nèi)帶的CPU速度有限，實(shí)現(xiàn)通訊比較復(fù)雜，故不能很好的實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離，而改用USB通訊方式，用專用芯片完成通訊以減輕機(jī)頂盒CPU的壓力。但是采用專用芯片后使此方案的成本比歐洲方案的成本還高，所以難以推廣。
第二種方案是深圳國(guó)微的方案，這家方案最近開始設(shè)計(jì)，它吸取了方案一的教訓(xùn)，基本照搬歐洲的方案，只是利用自己公司設(shè)計(jì)集成電路的優(yōu)勢(shì)，對(duì)解擾模塊內(nèi)的集成塊進(jìn)行了優(yōu)化處理。和歐洲的產(chǎn)品相比，性能上并沒(méi)有增加，只是價(jià)格上有所下降，且同樣對(duì)機(jī)頂盒CPU的壓力很大，速度慢一點(diǎn)的CPU根本工作不起來(lái)。這兩種方案一般可簡(jiǎn)稱為大卡方案。
第三種方案要求必須采用通用加擾算法，他的整體設(shè)計(jì)思路是把各家CA(條件接收系統(tǒng))的算法全部寫入小卡中，然后在上電復(fù)位后通過(guò)ISO7816-3的通訊協(xié)議寫到機(jī)頂盒內(nèi)，這種方式優(yōu)點(diǎn)是去掉了大卡，減少了成本，但是由于要把各家的算法集成在CPU小卡中，故必須要求CPU卡的ROM區(qū)很大，RAM區(qū)和E2PROM區(qū)也要增大很多，且運(yùn)算速度要求很高，一般需要用16位以上32位的CPU卡，加大了成本。同時(shí)由于在原理上摒棄了歐洲方案的機(jī)卡分離原理，所以在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)保密性很差，加載時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，如果CA越多，加載的時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)機(jī)頂盒的CPU壓力也越大。
發(fā)明目的我們綜合了上述方案的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，根據(jù)機(jī)卡分離原理設(shè)計(jì)了新型機(jī)卡分離機(jī)頂盒，它能較好的解決保密、通訊及減少對(duì)機(jī)頂盒CPU的壓力的問(wèn)題，能完全實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離，且有利降低成本。
要實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離技術(shù)，需解決以下幾個(gè)難題一、對(duì)高速傳輸流(TS流)的解擾問(wèn)題。
二、機(jī)頂盒和CPU卡的通訊問(wèn)題。
三、實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離技術(shù)的CPU卡COS問(wèn)題(COS是芯片操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)寫)四、高速用戶尋址問(wèn)題。
技術(shù)方案本機(jī)卡分離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是根據(jù)目前歐洲機(jī)卡分離原理，讓機(jī)頂盒是一個(gè)透明的傳輸通道，整個(gè)條件接收系統(tǒng)的處理全部放到CPU卡上去處理，這樣只要插上不同的CPU卡就可以完成不同的條件接收功能，也就是說(shuō)接收的節(jié)目和機(jī)頂盒無(wú)關(guān)，只關(guān)系CPU卡，這樣就可以很好的實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離的功能。
下面參照框圖介紹工作過(guò)程
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型工作原理作進(jìn)一步說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖圖2為本實(shí)用新型平面布置圖本實(shí)用新型由機(jī)盒、電源、印制線路板、面板、按鍵、顯示接口等組成；其中，調(diào)諧器、IC卡座接口，電視輸入接口、232接口，視頻輸出接口、主芯片、音視頻輸出接口、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，調(diào)制盒按鍵和LED顯示接口可直接設(shè)計(jì)安裝在印制線路板上。主芯片設(shè)計(jì)有8位CPU、解擾器、圖像與聲音解壓塊、視頻編碼器及按鍵要求和LED功能顯示的CSD模塊。
在機(jī)頂盒中都由機(jī)頂盒內(nèi)部的CPU提取高速數(shù)據(jù)流中的ECM包(包含有加密后的控制字CW)EMM包(包含有用戶的各種信息和加密后的過(guò)程密鑰)然后不加任何處理直接把188字節(jié)的ECM包、188字節(jié)的EMM包傳遞給CPU卡，CPU卡接收到ECM包，根據(jù)自己CA的功能處理后返回CW(控制字)，給機(jī)頂盒用于通用模塊的解擾的工作原理，對(duì)解決高速數(shù)據(jù)的解擾問(wèn)題作了改進(jìn)，但在歐洲的大卡方案中，解擾是放在大卡上的，因?yàn)槲覀冇玫腎SO7816-3通訊協(xié)議只能通訊9600Bit/秒。所以，我們這套方案把通用解擾算法放到了機(jī)頂盒的芯片上，由于高速數(shù)據(jù)流中的ECM、EMM速率很低，所以經(jīng)過(guò)這種方法后可用ISO7816-3協(xié)議解決數(shù)據(jù)流的通訊問(wèn)題。
在機(jī)頂盒中完成高速數(shù)據(jù)流的解擾和高速尋址用戶的過(guò)濾，在CPU卡中完成ECM、EMM的處理和CW的提取，各種收費(fèi)系統(tǒng)的處理。由于ECM速率很低，ISO7816能對(duì)其很易處理，但在處理EMM時(shí)，由于EMM的速度可達(dá)到400-500K/秒，所以我們采用把用戶進(jìn)行分組的方式進(jìn)行處理，CPU卡上電初始化后，把寫在CPU卡上的用戶分組號(hào)傳給機(jī)頂盒，機(jī)頂盒則根據(jù)分組號(hào)進(jìn)行分組過(guò)濾，只有屬于插在機(jī)頂盒上的卡的分組，EMM包才能發(fā)向CPU卡，不是的則不用發(fā)給CPU卡，這樣可解決EMM的高速用戶尋址問(wèn)題和ISO7816協(xié)議的通訊壓力以及CPU卡用8位機(jī)的壓力。
圖1給出的框圖，其工作原理如下機(jī)頂盒中，CPU設(shè)置調(diào)諧器，選出要接收的頻率，調(diào)諧器再根據(jù)CPU的設(shè)置，恢復(fù)出數(shù)據(jù)流(TS流)，在這一組TS流中包含有ECM信號(hào)(帶有加密后的CW)，EMM信號(hào)(帶有用戶管理信息)，EIT(帶有節(jié)目管理信息)，TDT(帶有時(shí)間、年、月、日等信息)，以及多種PID碼的節(jié)目流、音頻流等。CPU再根據(jù)需要把節(jié)目流和音頻流送到解擾模塊進(jìn)行解擾，能不能解擾又受CW控制(CW為控制字的英文簡(jiǎn)寫)，為了獲得CW值，必須把這一組TS流中所帶的EMM、ECM、EIT、TDT中的一些信息提取出來(lái)解密，并計(jì)算出控制字CW，這一部分工作將由CPU完成。所以本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)就是把ECM包和EMM包或其它一些解密CW字的信息放到CPU卡去解密。不同的加密方法可換不同的卡，主機(jī)(機(jī)頂盒)可通用，這樣就做到了機(jī)卡分離。而且可以用8位CPU卡方便地進(jìn)行機(jī)頂盒實(shí)行機(jī)卡分離，從而可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)?；?，方便客戶使用。
當(dāng)解擾模塊獲得CW字后，把TS解擾成透明的TS流(在發(fā)射端TS流已被加擾，再送到圖像解壓縮，輸出4∶2∶2的數(shù)據(jù)流到視頻編碼器，變換成模擬的視頻信號(hào)。
音頻流送到音頻解壓縮模塊，解壓縮后輸出PCM信號(hào)，經(jīng)外掛的D/A轉(zhuǎn)換電路變換成模擬的音頻信號(hào)。在框圖中有一塊OSD模塊，它是起屏顯作用的，它可把按鍵的要求和功能顯示在屏幕上。
要完成機(jī)卡分離還須設(shè)計(jì)專用的命令結(jié)構(gòu)，如不同命令結(jié)構(gòu)就會(huì)對(duì)機(jī)頂盒的CPU和CPU卡的CPU結(jié)構(gòu)進(jìn)行限制，下面是機(jī)卡分離機(jī)頂盒的命令集。
命令格式(完全滿足ISO7816通訊協(xié)議)復(fù)位響應(yīng) 3B 62 00 03 X1 X2 X3X1，X2為用戶分組號(hào)，X3為用戶狀態(tài)字節(jié)初始化命令 寫用戶信息80 00 00 00 03 X1 X2 Y1X1，X2為用戶分組號(hào)Y1用戶號(hào)碼返回90 00執(zhí)行正確69 02寫E2PROM出錯(cuò)(E2PROM壞了，換卡)初始化命令 寫卡片密碼81 00 00 00 1F X1 X2....X16X1 X2....X16為16字節(jié)的卡片密碼返回90 00執(zhí)行正確69 02寫E2PROM出錯(cuò)(E2PROM壞了，換卡)讀用戶信息命令82 00 00 00 03返回00 X1 X2 Y1 90 00X1，X2為用戶分組號(hào)Y1用戶號(hào)碼驗(yàn)證卡片密鑰83 00 00 00 1F X1 X2...X8 Y1 Y2...Y8X1 X2...X8為原始要加密的數(shù)據(jù)Y1 Y2...Y8為通過(guò)卡片密鑰加密后的結(jié)果返回90 00驗(yàn)證正確69 07驗(yàn)證出錯(cuò)發(fā)EMM包或ECM包
84 00 00 00 B8 X1......X184包的具體格式參看13818協(xié)議系統(tǒng)層的私有數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。
取CW的值85 00 00 00 10返回00 X1...X8 90 00X1...X8為CW的值返回的錯(cuò)誤代碼表示如下69 01非法的命令69 02寫EEPROM出錯(cuò)69 03EMM包中沒(méi)有找到和卡片用戶號(hào)一致的信息69 04EMM包中的授權(quán)狀態(tài)位為無(wú)效，即bit0為069 05無(wú)K2，即卡片沒(méi)有收到EMM包，向機(jī)頂盒申請(qǐng)EMM包69 06沒(méi)有取得CW值69 07密鑰驗(yàn)證出錯(cuò)69 08接收命令錯(cuò)誤69 09沒(méi)有權(quán)限修改數(shù)據(jù) 或密碼(為了調(diào)試方便，暫時(shí)還沒(méi)有用這個(gè)功能)圖2是本實(shí)用新型的具體實(shí)施結(jié)構(gòu)形式，圖中(1)調(diào)諧器它的主要功能是完成頻道的選擇和對(duì)本頻道中數(shù)據(jù)流的解調(diào)和數(shù)據(jù)流的提取，并恢復(fù)出位時(shí)鐘信號(hào)。
(2)IC卡座接口用標(biāo)準(zhǔn)的5針單列直插座，用5并排膠線連到ISO標(biāo)準(zhǔn)的IC卡插座的電路板上。
(3)232接口主要用于對(duì)機(jī)頂盒軟件的更新和修改。
(4)閃存是一種電可擦除存儲(chǔ)器，機(jī)頂盒的所有命令字庫(kù)和執(zhí)行程序都保存在里面。
(5)Y、C(Y是視頻亮度信號(hào)的簡(jiǎn)寫，C是視頻色度信號(hào)的簡(jiǎn)寫)輸出接口有些電視為了達(dá)到高清晰的目的，設(shè)置有Y、C輸入口，所以這里需有Y、C輸出口與之配套。
(6)主芯片我們?cè)诖嗽O(shè)計(jì)中采用了湯姆遜公司的機(jī)頂盒專用芯片(STi 5518)，這種芯片的功能框圖如上圖的芯片部分，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器接在STi5518的數(shù)據(jù)總線上，閃存接在STi5518的CPU上。
(7)音視頻輸出接口，總計(jì)6個(gè)插孔用于把解碼器的音視頻信號(hào)輸出機(jī)外，其中左右聲道音頻各兩路，用去4孔，視頻輸出2路，用去2孔。
(8)D/A轉(zhuǎn)換電路也就是把數(shù)字的PCM流轉(zhuǎn)換為模擬的音頻流。
(9)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(4×16M)在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中通過(guò)地址分區(qū)，把此存儲(chǔ)器分成了幾部分，一部分作CPU運(yùn)行程序的內(nèi)存，一部分作音頻解壓縮的伴音緩存，一部分用于視頻解壓縮的幀緩存。
(10)調(diào)制盒為了解決老式電視無(wú)音頻輸入的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了此裝置，它主要是把音視頻的基帶信號(hào)調(diào)制在電視機(jī)能接收的射頻上，便于老電視的收看。
(11)穩(wěn)壓塊由于STi5518的解壓縮內(nèi)核為了降低功耗而采用2.5V供電，且要求波紋系數(shù)很低，所以在此設(shè)計(jì)了2.5V的二次穩(wěn)壓電路。
(12)電視輸入接口由外接開關(guān)源對(duì)機(jī)頂盒主板供電，電源有12V、100ma，3.3V、800ma。
(13)顯示接口為了調(diào)整機(jī)頂盒的參數(shù)和顯示機(jī)頂盒的工作狀態(tài)，在機(jī)殼的前面板上有按鍵和LED顯示部分，此接口的作用是用插座、排線把主板和前面板連接起來(lái)。
(14)穩(wěn)壓塊由于STi5518的解壓縮內(nèi)核為了降低功耗而采用2.5V供電，且要求波紋系數(shù)很低，所以在此設(shè)計(jì)了2.5V的二次穩(wěn)壓電路。
(15)電視輸入接口由外接開關(guān)源對(duì)機(jī)頂盒主板供電，電源有12V、100ma，3.3V、800ma。
(16)顯示接口為了調(diào)整機(jī)頂盒的參數(shù)和顯示機(jī)頂盒的工作狀態(tài)，在機(jī)殼的前面板上有按鍵和LED顯示部分，此接品的作用是用插座、排線把主板和前面板連接起來(lái)。
本實(shí)用新型公開了一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視/數(shù)字電視機(jī)頂盒機(jī)卡分離結(jié)構(gòu)。它是依據(jù)機(jī)卡分離原理，讓機(jī)頂盒是一個(gè)透明的傳輸通道，整個(gè)條件接收系統(tǒng)的處理全部放到CPU卡上去處理，卡只要插上不同的CPU卡就可以完成不同的條件接收功能，也就是說(shuō)接收的節(jié)目和機(jī)頂盒無(wú)關(guān)，只關(guān)系CPU卡，所以可用8位CPU卡即很好實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離，這樣既大大降低成本，又便于大量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種由機(jī)盒、電源、印制線路板、面板、按鍵、顯示接口及CPU卡等組成的機(jī)卡分離數(shù)字電視機(jī)頂盒，其特征在于印制線路板上直接安裝有調(diào)諧器、IC卡插座接口，電視輸入接口音頻輸出接口、232接口、主芯片、調(diào)制盒、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器、閃存及視頻輸出接口、按鍵和LED顯示接口、7816通訊模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)卡分離數(shù)字電視機(jī)頂盒，其特征在于主芯片上設(shè)計(jì)有8位CPU、通用解擾器、解擾寄存器、圖像解壓模塊、聲音解壓模塊、視頻編碼器及按鍵要求和功能顯示的CSD模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的機(jī)卡分離數(shù)字電視機(jī)頂盒，其特征在于機(jī)頂盒內(nèi)的CPU提取的高速數(shù)據(jù)流中的ECM包和EMM包并直接將這兩種188字節(jié)ECM包和188字節(jié)的EMM包經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳遞CPU卡，CPU卡進(jìn)行CA處理返回CW連接到解擾模塊，經(jīng)數(shù)據(jù)總線與圖像和聲音解壓模塊相連后，經(jīng)視頻編碼器輸出視頻信號(hào)，或經(jīng)接口接D/A轉(zhuǎn)換輸出音頻信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的機(jī)卡分離數(shù)字電視機(jī)頂盒，其特征在于CPU卡中設(shè)計(jì)有CPU、7816通訊塊、解密算法模塊、ROM、RAM和E2PROM模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3，4所述的機(jī)卡分離數(shù)字電視機(jī)頂盒，其特征在于CPU卡、通過(guò)卡插座接口經(jīng)7816通訊塊與機(jī)頂盒主芯片中CPU的7816通訊塊相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視/數(shù)字電視機(jī)頂盒機(jī)卡分離結(jié)構(gòu)，這種機(jī)卡分離讓機(jī)頂盒由機(jī)盒、電源、印制線路板、面板、按鍵、顯示接口及CPU卡等組成，它是設(shè)計(jì)為一個(gè)透明傳輸通道，整個(gè)條件接收系統(tǒng)的處理放在CPU卡上處理，插上不同的CPU卡，可完成不同的條件接收功能，即接收節(jié)目與機(jī)頂盒無(wú)關(guān)。電機(jī)頂盒內(nèi)部的CPU提取高速數(shù)據(jù)流的ECM包、EMM包并直接把這二種188字節(jié)的ECM包和188字節(jié)的EMM包經(jīng)總線傳遞CPU卡，經(jīng)CPU卡進(jìn)行CA處理后返回控制字CW，再連接解擾模塊解擾。用ISO7816－3協(xié)議解決數(shù)據(jù)流通訊及CPU卡8位機(jī)的壓力，實(shí)現(xiàn)機(jī)卡分離，降低成本和規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號(hào)H04N5/44GK2722532SQ20042006108
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者劉仕軍 申請(qǐng)人:成都天奧電子有限公司