UCPS協(xié)議與HDMI的驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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中國首部具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字接口內(nèi)容保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)--《數(shù)字接口內(nèi)容保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（簡稱UCPS標(biāo)準(zhǔn)），已由國家工業(yè)和信息化部頒布，并于2010年3月1日正式實(shí)施。UCPS標(biāo)準(zhǔn)是中國消費(fèi)電子行業(yè)第一個(gè)自主知識產(chǎn)權(quán)的內(nèi)容保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，也是第一個(gè)以企業(yè)為主導(dǎo)的自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹全球首款支持UCPS標(biāo)準(zhǔn)、符合HDMI1.3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送器SHC3201,并探討UCPS協(xié)議與HDMI的驗(yàn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 由于目前還沒有帶UCPS功能的HDMI接收器，為了驗(yàn)證UCPS標(biāo)準(zhǔn)的可行性，同時(shí)驗(yàn)證SHC3201的UCPS功能，我們通過一種特殊的方法來完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。在發(fā)送端采用SHC3201作為UCPS發(fā)送器。而在接收端，采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的不帶UCPS功能的HDMI接收器和一塊FPGA板和一塊SHC3201發(fā)送器共同完成。其中標(biāo)準(zhǔn)的HDMI接收器用來接收HDMI線上的數(shù)據(jù)，將HDMI線上高速的TMDS差分信號轉(zhuǎn)換為普通視頻數(shù)據(jù)；FPGA板主要實(shí)現(xiàn)UCPS實(shí)時(shí)解密，同時(shí)在FPGA內(nèi)部有一個(gè)MCU,用來完成與UCPS設(shè)備認(rèn)證和消息交互；SHC3201用來發(fā)送視頻數(shù)據(jù)到DTV顯示。同時(shí)在發(fā)送端和接收端都有一個(gè)MCU作為主控，用來控制整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。 UCPS工作原理 識別管理單元（簡稱為IMU）為一個(gè)獨(dú)立的軟件或者是硬件模塊，承擔(dān)內(nèi)部認(rèn)證、IMU間雙向認(rèn)證、信息收集以及系統(tǒng)完整性維護(hù)的功能。IMU與HDMI硬件接口通過I2C通道連接。發(fā)送端IMU與接收端IMU通過HDMI接口的DDC通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。IMU模塊由UCPS組織統(tǒng)一開發(fā)后提供給接口芯片廠商。 圖1所示，系統(tǒng)上電后，IMU首先與設(shè)備接口進(jìn)行認(rèn)證，之后是設(shè)備接口間的認(rèn)證，最后是IMU的之間的認(rèn)證。以上三種認(rèn)證通過后，發(fā)送端開始對被保護(hù)的內(nèi)容進(jìn)行加密并發(fā)送，而接收端則開始接收并解密還原被保護(hù)內(nèi)容。 圖1:UCPS內(nèi)容流向示意圖。 圖2是UCPS在HDMI系統(tǒng)中的具體通信示意圖。IMU與設(shè)備間的通信認(rèn)證是通過I2C接口，設(shè)備間的通信認(rèn)證是通過HDMI接口上DDC總線完成，兩個(gè)IMU的通信認(rèn)證則需要通過I2C和DDC兩個(gè)接口完成。 圖2:UCPS HDMI通信架構(gòu)示意圖。 UCPS協(xié)議主要包括以下內(nèi)容： 1） 設(shè)備認(rèn)證：包括IMU與設(shè)備接口間的認(rèn)證，設(shè)備接口間的認(rèn)證和IMU之間的認(rèn)證。 2） 協(xié)議消息交互機(jī)制：整個(gè)設(shè)備的認(rèn)證，通過一套完整的消息機(jī)制完成。 3） 密鑰機(jī)制和安全傳輸：包括密鑰激活和對受保護(hù)內(nèi)容加密傳輸。 4） 系統(tǒng)信息收集和完整性維護(hù)：包括公鑰吊銷，IMU有效性驗(yàn)證與更新。 2SHC3201芯片功能介紹： SHC3201是全球首款支持UCPS標(biāo)準(zhǔn)、符合HDMI1.3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)送器。SHC3201HDMI發(fā)送器主要功能特征包括 1） 支持UCPS1.0和HDCP1.2; 2） 225MHzHDMIv1.3支持36bits深色（DeepColor）應(yīng)用； 3） 在80MHz時(shí)功耗僅100mW左右，非常適用便攜式多媒體終端； 4） 待機(jī)功耗極低（小于30μA）； 5） 顯示數(shù)據(jù)通道（DDC）支持； 6） 支持S/PDIF和8通道I2S音頻記錄格式并且以192kHz速率發(fā)送立體聲或7.1通道環(huán)繞聲。 UCPS驗(yàn)證具體實(shí)現(xiàn)方法 圖3所示，發(fā)送端系統(tǒng)工作方法：DVD的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)HDMI線到達(dá)HDMI接收器（無UCPS功能的HDMI接收器），之后經(jīng)數(shù)據(jù)線到達(dá)SHC3201.SHC3201在通過UCPS驗(yàn)證后，將加密視頻數(shù)據(jù)，并將加密后的數(shù)據(jù)經(jīng)過HDMI線發(fā)送出去。 圖3:UCSP驗(yàn)證系統(tǒng)。 接收端系統(tǒng)工作方法：由于現(xiàn)還沒有UCPS的接收器，所以采用一種組合方式來實(shí)現(xiàn)UCPS接收功能。首先由一個(gè)HDMI接收器（無UCPS功能的HDMI接收器）接收SHC3201發(fā)送過來的加密視頻數(shù)據(jù)，再將視頻數(shù)據(jù)送入FPGA中，F(xiàn)PGA板只做UCPS解密操作，F(xiàn)PGA解密后將視頻數(shù)據(jù)送入SHC3201（此處shc3201只是一個(gè)HDMI發(fā)送器，無UCPS功能）。SHC3201再將數(shù)據(jù)通過HDMI線送到DTV.整個(gè)系統(tǒng)工作結(jié)束。
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