有线电视的加扰解扰技术

一改无线电视几十年来由政府资助的局面，有线电视从最初兴起就是靠老百姓集资及贷款方式办起来的。为了保护各方面的利益，需要在节目提供者，有线电视运行者和用户之间有一定的经济制约，那就是用户付费看电视，CATV运行者用这笔钱购买节目源，节目提供者用这笔钱制作新节目。国外很多地方都开展了这种有偿电视服务，那么怎样防止未交费的用户非法接收呢，加解扰技术的出现，给我们带来了这种可能。同时，有线电视加解扰技术的应用使得传统的管理模式发生了根本的改变，它不再是似有似无的软件，而是靠一定设备来实现的硬件。因此从一定意义上来说，有线电视应用加扰解扰技术是向着高层次发展的标志。

所谓加扰就是改变广播的图像／声音／数据信号的特性，以防非授权者接收到清晰的信息。这种改变是在加解扰系统控制下的一种规定的处理，而不是在原有信号上叠加了干扰信号。那么，通常的加扰方式是怎样的呢，让我们先来对目前国内外应用较多的几种主要方式进行分类。

1．加扰方式的分类

这些加扰方式各有自己的特点，现把其中牵涉到的几个名词的定义作个说明。

安全性：指非授权者在企图接收加扰电视信号时所碰到的困难程度。

伪随机码：由某种算术运算产生而又接近随机数序列特性的一串数。在加解扰系统中通常采用伪随机二进制数序列。

2．加扰方式的特点

（1）极性反转方式：基带加扰处理方式是将原图像信号的极性和相位进行反转。这种方式安全性不高，相应的解扰方式只需在终端将相位和极性反转回来即可，解扰后的图像无明显劣化。

（2）叠加干扰波方式：射频加扰处理方式。在距图像载波2.25MHz处叠加干扰波，干扰图像、伴音。保密性和安全性不高。相应的解扰是在终端将干扰波滤除，但要做到干净的滤除是较困难的，故解扰后的图像质量有较明显的下降。

（3）乘以正弦波或矩形波方式：基带加扰处理方式。将图像信号乘以与行同步频率同步的正弦波或矩形波以后再发射的方式，在接收端因同步错位达到加扰效果。安全性不高。

（4）抑制同步信号的方式：也是基带加扰处理方式。是将同步脉冲按伪随机码进行压缩，以破坏电视的同步，扰乱图像的稳定。按伪随机码压缩，可以改变压缩的程度以及压缩的时间、周期，由于目前电视机的同步已做得很稳，经常在没有同步时，图像也能稳定，故这种方式安全性不高。解扰后图像质量无明显劣化。

（5）扫描行内信号分段切换方式：选择每个扫描行的伪随机切断点，将其分段并随机调换位置，完全打乱原图像画面。安全性高。解忧后图像质量无明显劣化。

（6）转移扫描行方式：将整行信号按伪随机方式在场内或帧内调换位置，原图像画面出现混乱，无法正常收视。安全性高。解扰后图像质量无明显劣化（因整行交换，无切割点痕迹）。这种方式要求解扰器存储容量大，故价格较高，如果隔几行换一行可少用存储器，使解扰器成本下降。

（7）改变扫描行方式：以伪随机方式控制改变扫描行中图像信号相对于同步信号的位置，因为每行变动的位置都是随机的，故整个画面混乱不可辩认。安全性高。解扰后图像质量无明显劣化。

上面提到的所有方式都是在模拟传输方式下进行的处理，前四种是模拟处理，后三种是数字处理。

（8）叠加伪随机信号方式：模拟信号通过A／D变换成数字信号传送，同时叠加伪随机信号的码序列，在终端解扰后再进行D／A反变换以恢复成原来的电视信号。保密性和安全性都好。

（9）密码方式：把模拟信号数字化后的码序列分割成适当的长度，按照数据加密标准（DES），格式控制符自适应逻辑（FEAL）等密码算法密码化以后传送的方式。保密性、安全性和复原性都比较好。

以上两种方式是在数字传输方式下进行的数字处理。

有线电视加扰技术方式种类繁多，在世界范围内实现的不下几十种，这里只是介绍了使用较多的几种，根据他们的特点，我们做一个总结：模拟传输方式下对幅度处理的几种技术其保密性和安全性都不好，图像信号复原劣化的可能性大，但是电路简单，制作容易，且成本低是它的优点，在国外加解扰付费电视发展过程中，早期曾普遍使用这一类型的技术。模拟传输方式下的时基处理技术，因为是用伪随机信号控制，其保密性和安全性都好，图像信号复原后无明显劣化，但解码器采用大规模集成电路模块组成，目前制作成本较高。对数字信号进行的数字化处理要求现有的电视传输通道首先是数字化，目前在我国实用性不大，因为要更换所有传输系统设备短时期是不可能的。

有线电视加扰解扰系统框图如图1所示。

从图1可以看出整个系统是由加扰器、用户管理、授权控制、有线电视前端、传输分配网络及解扰器组成，假设系统采用的是模拟传输方式下时基处理的加扰技术，那么，加、解扰系统的具体构成如图2所示。

图2（a）中用户管理中心用一台计算机对用户进行商业管理，把用户的地址、用户订购的节目类别、时间、用户的付费情况等作为授权密钥送入加密器，在分配密钥的作用下通过加密器编制输出一个授权管理信息，对用户终端的解码器进行授权，对用户应收看的节目进行授权或给予免费收视权和解除钥匙的使用权等，另外由一台定时操作系统给出多种控制参数，在授权密钥的作用下经加密器编制输出一个授权控制信息（实际上是加密的控制字），包括对电视信号进行加扰的多种参数的密码、解扰的密码等。加密器输出的这两种授权信息都是与解扰相关的信息，以密码方式传送目的是防止非授权者直接利用该信息进行解扰。加密器输出的控制字是任意选定的数值，且可随时变更，控制字与起始变址码组成起始字以确定伪随机信号产生的开始时间，这里起始变址码是在信号中人为加进去作为信号的一部分被播送出去的，对每个加扰信息单元采用不同的起始变址码，目的在于可采用足够短的加扰指令序列，以确保安全性。最后加扰器完成对电视信号的加扰，并把授权控制信息与授权管理信息插入到电视信号中去，它的输出是一个包括了加扰电视信号和多种加扰控制信息的复合信号，再通过传输和分配系统送给付费电视系统的各用户终端，在加扰过程中，先要把电视信号通过A／D变换成数字信号，加扰后再进行D／A变换，以便于在现有的模拟通道中传输。

接收端的解扰过程是一个与加扰相类似的过程，其组成如图2（b），用户接收装置中的解密器收到以特定的加密方式的控制参数（含在授权控制信息中）当与授权参数极限值相比较吻合后（即用户已符合接收业务所需条件），解密器提供一个逆算法，再生控制字，当然这是在用专门给接收机的分配密钥作用下才能实现，这个控制字与发送端的控制字是同步的，解密器可以是“埋置”式的装于解扰器中或移动式的IC卡或智慧卡中。在接收端控制字的作用是和与信号一起多工传送的起始变地址码组合产生起始字，表明解扰伪随机序列产生的开始时间，一旦有解扰随机序列送到一个解扰器的输入端，则该解扰器的输出就可得到复原的图像信号，也就是拥有该解扰器的用户即可收到其点播付费的节目了。解扰器也是要经过A／D→解扰→D／A的转换过程。在整个过程中可以频繁地更换控制字以提高加扰深度，增加系统的安全性。

随着我国有线电视及卫星事业的发展，开展付费电视业务已成为必然趋势，因此一些单位也在开发研制加解扰设备。纵观国内外发展情况，可以概括如下：国外在早期曾普遍使用模拟传输方式下模拟处理的加解扰技术，在使用过程中不断有破译情况发生，目前正在向数字处理方式过渡。我国研制的产品多数属于前者，而且是单一方式，因此极易破译，但这种方式的解扰器造价低，易为我国广大用户所接受，不过如果系统中使用这种安全性不高的加解扰设备，一旦被破译，就要更换全套设备，则用户家中的解扰器也需更换，频繁地更换解扰器的投资，用户同样支付不起。前面我们谈到模拟传输方式下数字处理的优点和不足，相对来说它的高安全性及复原好的图像质量更具吸引力，同时它的生产成本高的缺点可以随着大规模集成电路的发展和引进技术在国内组织生产的方式大幅度降低，基本上能为我国广大用户所接受，从性能价格比上来说是优选的技术方式，这也正是北欧、西欧大多数的有线电视网正在推广的方式。

我国的有线电视起步较晚，近几年发展非常迅速，但由于地域辽阔，受各地经济条件的制约，网络的档次差别很大，如果要求所有网络采用一种加解扰系统是不现实和不必要的。对于中央到地方采用加解扰系统目的是把质量良好的节目以信号源的方式送到网络里，要求技术指标高，所以应采用高档的模拟传输方式下数字处理及前端用控制信息授权和计算机寻址的控制管理方式的加解扰系统。各地自己的网络可视情况采用与上面相同或不同的方式，这时一定要首先考虑解扰器的价格是否能为广大用户所接受，也就是性能/价格比是否合适。

目前我国的有线电视网的运营还只限于用每月交纳有限的收视费来维持，这需要相当长的时间才能收回系统的建设投资，同时购买节目源的资金也受到了限制。充分挖掘系统的潜力，开展多种服务业务，是有线电视自我发展的必经之路，相信加扰解扰技术在我国的应用前景是很乐观的。(何谨)