UCPS協(xié)議與HDMI的驗證系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　中國首部具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字接口內(nèi)容保護行業(yè)標準--《數(shù)字接口內(nèi)容保護系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（簡稱UCPS標準），已由國家工業(yè)和信息化部頒布，并于2010年3月1日正式實施。UCPS標準是中國消費電子行業(yè)第一個自主知識產(chǎn)權(quán)的內(nèi)容保護標準，也是第一個以企業(yè)為主導的自主技術(shù)標準。本文介紹全球首款支持UCPS標準、符合HDMI1.3標準的發(fā)送器SHC3201,并探討UCPS協(xié)議與HDMI的驗證系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

　　由于目前還沒有帶UCPS功能的HDMI接收器，為了驗證UCPS標準的可行性，同時驗證SHC3201的UCPS功能，我們通過一種特殊的方法來完成這個實驗。在發(fā)送端采用SHC3201作為UCPS發(fā)送器。而在接收端，采用一個標準的不帶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。其中標準的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板主要實現(xiàn)UCPS實時解密，同時在FPGA內(nèi)部有一個MCU,用來完成與UCPS設(shè)備認證和消息交互；SHC3201用來發(fā)送視頻數(shù)據(jù)到DTV顯示。同時在發(fā)送端和接收端都有一個MCU作為主控，用來控制整個系統(tǒng)的正常工作。

　　UCPS工作原理

　　識別管理單元（簡稱為IMU）為一個獨立的軟件或者是硬件模塊，承擔內(nèi)部認證、IMU間雙向認證、信息收集以及系統(tǒng)完整性維護的功能。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)備接口進行認證，之后是設(shè)備接口間的認證，最后是IMU的之間的認證。以上三種認證通過后，發(fā)送端開始對被保護的內(nèi)容進行加密并發(fā)送，而接收端則開始接收并解密還原被保護內(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)備間的通信認證是通過I2C接口，設(shè)備間的通信認證是通過HDMI接口上DDC總線完成，兩個IMU的通信認證則需要通過I2C和DDC兩個接口完成。

　　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)備認證：包括IMU與設(shè)備接口間的認證，設(shè)備接口間的認證和IMU之間的認證。

　　2） 協(xié)議消息交互機制：整個設(shè)備的認證，通過一套完整的消息機制完成。

　　3） 密鑰機制和安全傳輸：包括密鑰激活和對受保護內(nèi)容加密傳輸。

　　4） 系統(tǒng)信息收集和完整性維護：包括公鑰吊銷，IMU有效性驗證與更新。

　　2SHC3201芯片功能介紹：

　　SHC3201是全球首款支持UCPS標準、符合HDMI1.3標準的發(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時功耗僅100mW左右，非常適用便攜式多媒體終端；

　　4） 待機功耗極低（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。