CN102227138A - 条件接收模块卡及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种条件接收模块(CAM)卡及其实现方法，该CAM卡包括FPGA，FPGA包括PCMCIA接口模块、解复用模块、解密模块以及解扰模块，其中，PCMCIA接口模块，用于接收来自机顶盒的传送TS流，以及将解扰模块解扰后的数据发送至机顶盒；解复用模块，用于在MCU的控制下对TS流进行解复用，并将解复用后的内容数据发送给解扰模块，将解复用后的信息数据发送给解密模块；解密模块，用于与***CAM卡的CA智能卡进行通信，完成信息数据的CA算法的解密，并获取解密后得到的CW；以及解扰模块，用于根据来自解密模块的CW对解复用后的内容数据进行解扰。通过本发明降低了研发成本，扩大了CAM卡的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种条件接收模块(Conditional Access Module，简称为CAM)卡及其实现方法。
背景技术
欧洲各国为了防止少数机顶盒制造商和电视台垄断行业，抬高服务价格，提出了通用条件接收(Conditional Access，简称为CA)接口(Common Interface，简称为CI)的概念，即，把机顶盒里有关CA(即，只允许被授权的用户使用这一业务，未经授权的用户不能使用这一业务)的硬件和软件集成为一个独立的模块，用一个专用的集成电路和CA智能卡一起独立实现CA的全部功能，机顶盒里不再直接进行CA处理。
这样一来，机顶盒就成了一个通用机，插上CI模块后CA在该模块里运行，再发出指令让机顶盒执行。通用CI模块的做法非常有效，真正做到了机卡分离，厂商不再担心机器做出来给谁用或如何用的问题，只须专心把机顶盒的成本降低，而营运商只要向CA厂家供应这样的CI模块就行了。这种通用CI被称为DVB-CI标准(EN 50221《条件接收***和其他数字视频广播(Digital Video Broadcasting，简称为DVB)解码器应用的通用接口规范》)，是欧洲1995年提出的基于PC机内存卡国际联合会(Personal Computer Memory Card International Association，简称为PCMCIA)TYPE II物理接口的CA机卡分离的标准协议，主要是在主机和模块之间定义的一个标准接口。
目前，我国针对机卡分离所制定的技术方案主要包括：大卡方案、小卡方案。其中，大卡方案包括基于PCMCIA接口的方案，此方案在机卡通信协议上直接借鉴欧洲的DVB-CI标准，在此基础上进行改进并增加一些自定义的扩展内容，即为基于DVB-CI标准的解CA数字电视接收卡，也就是CAM卡。
图1是根据相关技术中的CAM卡的结构示意图，如图1所示，在CAM卡上主要实现的功能有：PCMCIA接口和主机的通信、传送(Transport Stream，简称为TS)流的解复用、在ISO7816接口上与智能卡上进行数据的通信和TS流的解扰。
但是，在相关技术中，CAM卡专用芯片垄断在少数的国际和国内厂家且价格较贵，造成CAM卡的售价比较高，这样不利于CAM卡方案的推行。基于DVB-CI标准的，用于实现数字电视条件接收的功能。由专用的主控芯片加之辅助的***单元组成，
发明内容
本发明的主要目的是提供一种CAM卡的实现方案，以解决相关技术中由于CAM卡芯片被少数厂家垄断、价格较高而导致CAM卡推广受限的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种CAM卡。
根据本发明的CAM卡，包括FPGA，FPGA包括PCMCIA接口模块、解复用模块、解密模块以及解扰模块，其中，PCMCIA接口模块，用于接收来自机顶盒的传送TS流，以及将解扰模块解扰后的数据发送至机顶盒；解复用模块，用于在MCU的控制下对TS流进行解复用，并将解复用后的内容数据发送给解扰模块，将解复用后的信息数据发送给解密模块；解密模块，用于与***CAM卡的CA智能卡进行通信，完成信息数据的CA算法的解密，并获取解密后得到的CW；以及解扰模块，用于根据来自解密模块的CW对解复用后的内容数据进行解扰。
优选地，解复用模块包括：进入单元，用于将PCMCIA接口模块接收到的TS流以数据包为单位发送给过滤单元进行过滤；过滤单元，用于将接收到的来自进入单元的TS包进行PID字段过滤和节数据首部过滤；以及派送单元，用于将经过过滤单元的TS包的负载写入预设的缓存地址中。
优选地，过滤单元还用于在TS包带有自适应字段时，根据自适应字段首部的控制位提取间断指示和PCR字段。
优选地，解密模块还用于通过ISO 7816接口与CA智能卡进行ECM和EMM的传输，以获取解密后得到的CW。
优选地，MCU包含于一个单片机中，单片机的类型包括以下之一：高级精简指令***处理器ARM、C51、PLD、FPGA。
优选地，MCU处于ARM中，ARM与FPGA之间采用并行总线进行数据通讯。
优选地，MCU包含于FPGA，MCU包括闪存FLASH和静态随机存取存储器SRAM。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，还提供了一种CAM卡的实现方法。
根据本发明的CAM卡的实现方法，包括以下步骤：CAM卡使用FPGA接收来自机顶盒的TS流，并对TS流进行解复用，其中，解复用后的数据包括内容数据和信息数据；FPGA指示CAM卡与***CAM卡的CA智能卡进行通信，完成信息数据的CA算法的解密，并根据解密后得到的CW对解复用后的内容数据进行解扰；以及FPGA将解扰之后的数据发送至机顶盒。
优选地，FPGA对TS流进行解复用包括：FPGA将TS流以数据包为单位，进行PID字段过滤和节数据首部过滤，并将过滤后的TS包的负载写入预设的缓存地址中。
优选地，FPGA指示CAM卡与***CAM卡的条件接收CA智能卡进行通信，完成信息数据的CA算法的解密包括：FPGA通过ISO7816接口与CA智能卡进行授权控制信息ECM和授权管理信息EMM的传输，以获取解密后得到的CW。
根据本发明的技术方案，采用FPGA来实现CAM卡功能的方式，解决了相关技术中由于CAM卡芯片被少数厂家垄断、价格较高而导致CAM卡推广受限的问题，降低了研发成本，扩大了CAM卡的应用范围。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术中的CAM卡的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的CAM卡的结构框图；
图3是根据本发明优选实施例的CAM卡的结构框图；
图4是根据本发明优选实施例的CAM卡与机顶盒和CA智能卡的示意图；
图5是根据本发明优选实施例的CAM卡与机顶盒和CA智能卡的详细示意图；
图6是根据本发明实施例的CAM卡的实现方法的流程图；
图7是根据本发明实施例一的采用FPGA实现CAM卡的示意图；以及
图8是根据本发明实施例二的解复用模块的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明实施例，提供了一种CAM卡。图2是根据本发明实施例的CAM卡的结构框图，如图2所示，该CAM卡20包括现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称为FPGA)，FPGA 22包括PCMCIA接口模块222、解复用模块224、解密模块226以及解扰模块228，其中，PCMCIA接口模块222，连接至解复用模块224和解扰模块228，用于接收来自机顶盒的TS流，以及将解扰模块228解扰后的数据发送至机顶盒；解复用模块224，耦合至解密模块226和解扰模块228，用于在管理控制单元(Management Control Unit，简称为MCU)的控制下对TS流进行解复用，并将解复用后的内容数据发送给解扰模块228，将解复用后的信息数据发送给解密模块226；解密模块226，连接至解扰模块228，用于与***CAM卡20的条件接收(Conditional Access，简称为CA)智能卡进行通信，完成信息数据的CA算法的解密，并获取解密后得到的控制字(Control Word，简称为CW)；以及解扰模块228，用于根据来自解密模块226的CW对解复用后的内容数据进行解扰。
通过本发明实施例，采用FPGA来实现CAM卡功能的方式，解决了相关技术中由于CAM卡芯片被少数厂家垄断、价格较高而导致CAM卡推广受限的问题，降低了研发成本，扩大了CAM卡的应用范围。
需要说明的是，解密模块226解出的CW是用于加扰节目的伪随机加扰序列的解扰。
图3是根据本发明优选实施例的CAM卡的结构框图，如图3所示，解复用模块224包括：进入单元2242，连接至PCMCIA接口模块222，用于将PCMCIA接口模块222接收到的TS流以数据包为单位发送给过滤单元2244进行过滤；过滤单元2244，连接至进入单元2242，用于将接收到的来自进入单元2242的TS包进行PID字段过滤和节数据首部过滤；以及派送单元2246，连接至过滤单元2244，用于将经过过滤单元2244的TS包的负载写入预设的缓存地址中。该方法通过过滤单元2244和派送单元2246，实现了对TS流的解复用，提高了***的有效性。
优选地，过滤单元2244还用于在TS包带有自适应字段时，根据自适应字段首部的控制位提取间断指示和节目时钟参考(Program Clock Reference，简称为PCR)字段。该方法可以提高***的处理能力。
优选地，解密模块226还用于通过ISO7816接口与CA智能卡进行授权控制信息(Entitlement Control Message，简称为ECM)和授权管理信息(Entitlement Manage Message，简称为EMM)的传输，以获取解密后得到的CW。该方法实现简单、可操作性强。
优选地，MCU包含于一个单片机中，单片机的类型包括以下之一：高级精简指令***处理器(Advanced RISC Machines，简称为ARM)、C51、PLD、FPGA。该方法实现简单、可操作性强。
优选地，MCU处于ARM中，ARM与FPGA 22之间采用并行总线进行数据通讯。
优选地，MCU包含于FPGA 22，MCU包括闪存(FLASH)和静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称为SRAM)。例如，将MCU内嵌在FPGA22中，这样可以降低成本，提高***的稳定性。
图4是根据本发明优选实施例的CAM卡与机顶盒和CA智能卡的示意图，图5是根据本发明优选实施例的CAM卡与机顶盒和CA智能卡的详细示意图，如图4和5所示，在实施过程中，该机顶盒(即，主机)与CAM卡20和CA智能卡的相互关系可以为：CAM卡20通过DVB-CI标准接口与机顶盒相连，CA智能卡可以通过CAM卡20的ISO7816外部接口***，进行相关的CA算法解密操作。
对应于上述CAM卡，本发明实施例还提供了一种条件接收模块CAM卡的实现方法。图6是根据本发明实施例的CAM卡的实现方法的流程图，如图6所示，该方法包括以下步骤：
步骤S602，CAM卡使用FPGA接收来自机顶盒的TS流，并对TS流进行解复用，其中，解复用后的数据包括内容数据和信息数据(例如，关键字或key)；
步骤S604，FPGA指示CAM卡与***CAM卡的CA智能卡进行通信，完成信息数据的CA算法的解密，并根据解密后得到的CW对解复用后的内容数据进行解扰；以及
步骤S606，FPGA将解扰之后的数据发送至机顶盒。
通过上述步骤，采用FPGA来实现CAM卡功能的方式，解决了相关技术中由于CAM卡芯片被少数厂家垄断、价格较高而导致CAM卡推广受限的问题，降低了研发成本，扩大了CAM卡的应用范围。
优选地，在步骤S602中，FPGA可以将TS流以数据包为单位，进行PID字段过滤和节数据首部过滤，并将过滤后的TS包的负载写入预设的缓存地址中。
优选地，在步骤S604中，FPGA指示CAM卡与***CAM卡的条件接收CA智能卡进行通信，完成信息数据的CA算法的解密包括：FPGA通过ISO7816接口与CA智能卡进行授权控制信息ECM和授权管理信息EMM的传输，以获取解密后得到的CW。
下面结合优选实施例和附图对上述实施例的实现过程进行详细说明。
实施例一
本实施例提供了一种基于DVB-CI标准接口的数字电视的接入设备及其实现方法，采用FPGA可编程逻辑芯片，设计实现CAM卡的功能，降低了制造商的研发和生产成本，并且增加了***的灵活性，尤其在功能的升级方面。
图7是根据本发明实施例一的采用FPGA实现CAM卡的示意图，如图7所示，虚线内的部分为FPGA实现，主要包括：解复用模块、解密模块、解扰模块和PCMCIA接口模块。
本实施例遵循DVB-CI接口标准协议，基于FPGA和MCU架构，其中，FPGA用于实现硬件间的接口标准，MCU用于实现一些驱动和软件通信控制。FPGA与MCU之间采用CPU并行总线进行数据通讯，CPU本身外挂一个FLASH存储器(闪存)和SRAM存储器，用于程序的存取和数据的缓存。
例如，在实施过程中，可以采用256K字节的FLASH存储器，进行程序的存储，采用256K字节的SRAM，作为数据暂存的空间。
实施例二
图8是根据本发明实施例二的解复用模块的示意图，如图8所示，解复用模块可以包括如下模块：
进入(Ingress)模块，用于接收外部输入的TS流，将TS包存入它内部的缓存中，接收到一个完整的TS包后，将此包以8位的数据宽度输出给后级的模块作处理；
标识码传输包(Packet identifier，简称为PID)过滤模块，用于根据预先配置好的PID控制寄存器的相应字段对接收到的TS包中的PID字段进行过滤，给出PID过滤的匹配结果；
PID处理状态信息指示模块，用于产生指示当前处理到TS包的某个位置的状态信息，供其它模块根据当前的状态来处理TS包；
节过滤模块，用于对节目特定信息包中的节数据首部进行过滤，通过节数据首部过滤的节数据将被发送到Memory中，否则丢弃此包；
自适应字段处理模块，用于当发现TS包带有自适应字段时，根据自适应字段首部的控制位，提取间断指示和PCR字段；
数据派送(DisPatch)模块，用于根据PID过滤和节目特定信息(Program Specific Information，简称为PSI)过滤的结果，将通过过滤的TS包的负载写入到预先设定的内存缓存(MemoryBuffer)地址中去，供后续的音视频解码器解码或给CPU提取相关的控制信息进行下一步的设定。
实施例三
本实施例提供了一种基于FPGA+MCU的方式来实现CAM卡的方法，即，采用FPGA实现了CAM卡全部功能，这样就可以不再需要CAM卡专用芯片，避免了昂贵的芯片开发费用，降低了CAM卡的成本。同时，也打破了少数厂家对CAM卡产品的垄断限制，使得CAM卡将来的升级具有较高的灵活性。
如图7所示，本实施例中的CAM卡(即，数字电视条件接收卡)可以包括以下模块：
PCMCIA模块：用于完成与主机的数据通讯和命令通讯的功能，包括加扰TS流的输入，解扰后的TS流的输出，还包括一个命令通道，用于CAM卡与主机进行命令的交互；
解复用模块：用于在MCU的控制下对TS流进行解复用；
解密模块：用于使用FPGA逻辑设计ISO7816接口，通过7816接口与智能卡进行通讯，进行ECM、EMM的传输，在智能卡里，使用智能卡的CPU完成CA算法的解密，解出控制字CW，传输给解扰模块；
解扰模块：采用欧洲通用加密算法，用于根据CW的密钥，对加扰的TS流进行解扰，解扰完成后清流传送给PCMCIA接口模块。
需要说明的是，由业务密钥SK加密后的CW控制字包含在ECM中；由用户个人分配密钥PDK加密后的SK包含在EMM中。
优选地，FPGA的驱动与软件通信控制由CPU芯片(即，MCU)来实现，CPU芯片负责完成DVB-CI接口协议，以及各个***的任务的管理和调度。在实施过程中，CPU可以为独立的MCU芯片，例如，在FPGA外挂单独的CPU，但不限于外挂CPU，也可以为嵌入在FPGA内部的CPU。
优选地，可以使用ARM单片机作为CPU，但不限于此类的单片机CPU，也包括其他类型的CPU，例如，PLD，C51等。在实施过程中，可以采用包含ARM7内核的CPU进行软件的运行，以完成对各个其他逻辑模块的控制、数据传输以及任务管理。ARM与FPGA之间可以采用CPU的并行总线进行通讯。
优选地，ISO 7816接口也可以在FPGA上实现。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于FPGA实现CAM卡功能的方法，可以应用于数字电视条件接收***中进行解密解扰的接收卡，可以避免专用CAM卡芯片的使用，从而降低了CAM卡的价格，并且在可升级方面有较高的灵活性。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种条件接收模块CAM卡，其特征在于，包括现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA包括PCMCIA接口模块、解复用模块、解密模块以及解扰模块，其中，
所述PCMCIA接口模块，用于接收来自机顶盒的传送TS流，以及将所述解扰模块解扰后的数据发送至所述机顶盒；
所述解复用模块，用于在管理控制单元MCU的控制下对所述TS流进行解复用，并将解复用后的内容数据发送给所述解扰模块，将解复用后的信息数据发送给所述解密模块；
所述解密模块，用于与***所述CAM卡的条件接收CA智能卡进行通信，完成所述信息数据的CA算法的解密，并获取解密后得到的控制字CW；以及
所述解扰模块，用于根据来自所述解密模块的所述CW对解复用后的所述内容数据进行解扰。
2.根据权利要求1所述的CAM卡，其特征在于，所述解复用模块包括：
进入单元，用于将所述PCMCIA接口模块接收到的所述TS流以数据包为单位发送给过滤单元进行过滤；
所述过滤单元，用于将接收到的来自所述进入单元的TS包进行PID字段过滤和节数据首部过滤；以及
派送单元，用于将经过所述过滤单元的所述TS包的负载写入预设的缓存地址中。
3.根据权利要求2所述的CAM卡，其特征在于，所述过滤单元还用于在所述TS包带有自适应字段时，根据所述自适应字段首部的控制位提取间断指示和节目时钟参考PCR字段。
4.根据权利要求1所述的CAM卡，其特征在于，所述解密模块还用于通过ISO 7816接口与所述CA智能卡进行授权控制信息ECM和授权管理信息EMM的传输，以获取解密后得到的所述CW。
5.根据权利要求1所述的CAM卡，其特征在于，所述MCU包含于一个单片机中，所述单片机的类型包括以下之一：高级精简指令***处理器ARM、C51、PLD、FPGA。
6.根据权利要求1所述的CAM卡，其特征在于，所述MCU处于ARM中，所述ARM与所述FPGA之间采用并行总线进行数据通讯。
7.根据权利要求1所述的CAM卡，其特征在于，所述MCU包含于所述FPGA，所述MCU包括闪存FLASH和静态随机存取存储器SRAM。
8.一种条件接收模块CAM卡的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述CAM卡使用现场可编程门阵列FPGA接收来自机顶盒的传送TS流，并对所述TS流进行解复用，其中，所述解复用后的数据包括内容数据和信息数据；
所述FPGA指示所述CAM卡与***所述CAM卡的条件接收CA智能卡进行通信，完成所述信息数据的CA算法的解密，并根据解密后得到的控制字CW对解复用后的内容数据进行解扰；以及
所述FPGA将解扰之后的数据发送至所述机顶盒。
9.根据权利要求8所述的实现方法，其特征在于，所述FPGA对所述TS流进行解复用包括：
所述FPGA将所述TS流以数据包为单位，进行PID字段过滤和节数据首部过滤，并将过滤后的TS包的负载写入预设的缓存地址中。
10.根据权利要求8所述的实现方法，其特征在于，所述FPGA指示所述CAM卡与***所述CAM卡的条件接收CA智能卡进行通信，完成所述信息数据的CA算法的解密包括：
所述FPGA通过ISO7816接口与所述CA智能卡进行授权控制信息ECM和授权管理信息EMM的传输，以获取解密后得到的所述CW。
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