UTI机卡分离接口芯片UTIi201及其应用

摘要

  UTI机卡分离标准于2007年被国家工业和信息化部（原信息产业部）颁布为行业标准，这是完全拥有自主知识产权的中国数字电视机卡分离标准。本文介绍了数字电视UTI机卡分离接口标准，重点介绍了新一代UTI接口芯片UTIi201的特性及其应用方案。

UTI机卡分离

      相比较于模拟电视，数字电视能够给广大用户带来更加丰富多样的节目和服务。但是在广播电视数字化的过程中，存在着大量的亟待解决的技术问题，其中差异化问题尤为突出。在中国广播电视数字化的过程中，各省市运营商可以自行决定采用何种硬件平台、条件接收系统、电子节目指南、数据广播系统等，这就造成了目前的数字电视接收终端（比如机顶盒）不通用的问题。由于地区的差异化，北京的机顶盒在上海是不能正常使用的，所以目前的机顶盒只能由运营商垂直发售给老百姓。当机顶盒过渡到数字电视一体机的时候，如果不能有效地解决这些差异化的问题，将造成数字电视一体机无法进入水平市场销售，这将严重影响整个数字电视产业的发展。

　　为了有效解决这些差异化问题，由清华大学牵头，国内各大电视机厂家、机顶盒厂家、CA厂家组成了UTI联盟并制定了UTI机卡分离标准。UTI标准规定了数字电视接收设备与条件接收模块的通用传送接口，允许数字电视接收机和多媒体设备通过UTI设备适应不同的广播电视网络，也允许运营商在同一个广播系统中使用不同的UTI设备，实现不同的条件接收解扰认证功能，这样可以增加运营商的选择能力以及开展增值业务的能力。

　　UTI标准以USB作为物理层接口，在物理层之上定义了两个逻辑接口：MPEG-2 传送流接口和命令数据接口。传送流接口用于传输TS流，通过USB将原始TS流送到设备，设备处理完后返回到主机并进行后续处理；命令数据接口用于传送主机和设备之间的控制信息及其它非TS流数据。UTI主机和设备之间的关系如下图所示。

　　其中，MPEG-2 传送流接口包括物理层、链路层和应用层；命令数据接口则是一个五层的接口协议，其层次结构如下图所示。

高性能的UTIi201芯片

　　UTIi201芯片是北京数字太和完全自主研发的UTI接口芯片。UTIi201内部包含USB OTG 控制器、UTMI L3收发器、TS流输入输出处理单元、MPEG Section过滤、DVB-CSA解扰、ISO-7816 智能卡接口等，其功能结构如下图所示。

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UTIi201的主要特点如下：

　　USB接口具有强大的数据传输能力。UTIi201的USB接口完全兼容USB2.0标准和USB2.0 OTG标准，支持USB高速（480Mbps）、全速（12Mbps）、低速（1.5Mbps）传输。UTIi201内部集成了USB OTG控制器和收发器，支持７个USB端点和8K字节的USB FIFO。UTIi201内部的“TS转USB”模块可以自动地将TS报文打包成USB报文，也可以自动从USB报文中提取TS报文并对其重新进行TS报文同步。“TS转USB”模块解决了用突发传输模式的USB总线传输实时、连续的TS数据的问题。此外，由于USB的高带宽特性，使得UTIi201有能力解决目前数字电视应用推广中广泛存在的各种差异化问题。

　　功能丰富的TS处理功能。UTIi201的TSI接口支持各种格式的TS输入：串行、并行、上升沿触发模式、下降沿触发模式等。通过配置，TSI接口可以支持两组串行TS流同时输入。相应地，TSO接口也支持串行、并行、上升沿触发模式、下降沿触发模式等。UTIi201内部集成了32路MPEG2 Section过滤器，可以从TS报文中过滤section数据，并通过外部CPU接口传输给外部CPU。UTIi201内部还集成了DVB-CSA解扰算法。此外，UTIi201还有灵活的TS PID过滤功能。

　　多模式的外部CPU接口。UTIi201与外部CPU连接的ExBus接口支持：16位分离、16位复用、8位分离、8位复用等接口模式，其可以与市面上存在的各种CPU互连。此外，ExBus还支持DMA传输，从而增加了其数据传输能力。

　　功能强大的SMC接口。UTIi201的SMC接口完全兼容ISO-7816标准。在数字电视领域，各个条件接收系统厂商的智能卡都是基于ISO-7816标准，但是在此基础上各个厂商往往又有自己的一些特殊规定。UTIi201的SMC可以很好地兼容这些厂商的特殊规定。

　　经济的电源管理。UTIi201芯片内部集成了电源管理单元，支持USB睡眠、唤醒等操作。在睡眠模式下，芯片内部的时钟、锁相环、外部晶振都可以完全停止；发生USB唤醒等事件的时候，芯片可以自动打开晶振、锁相环和内部时钟，使得系统可以延续睡眠前的状态继续工作。芯片内核电压1.8V，I/O接口电压3.3V。

　　UTIi201完全兼容UTI机卡分离标准。UTIi201可以应用在UTI主机端（即数字电视一体机或机顶盒），用于提供UTI主机接口。UTIi201也可以应用在UTI设备端，一方面提供UTI设备接口，另一方面MPEG section过滤、DVB-CSA解扰、智能卡接口等模块可以完成数字电视的条件接收功能，从而实现数字电视的条件接收机卡分离。为了缩短客户的设计时间，增强其产品开发能力，UTIi201提供了完善成熟的驱动程序和应用软件接口，能够快速有效地帮助客户完成整机产品设计开发。

数字电视一体机和机顶盒应用

　　UTIi201在数字电视一体机和机顶盒中的应用方案如下图所示。在这个方案中，UTIi201提供UTI主机接口。加扰的TS流从TSI接口进入UTIi201芯片，接着打包成USB报文通过USB接口传输到UTI设备端；同时在UTI设备端经过处理的TS流也通过USB接口返回到UTI主机端，UTIi201芯片自动从USB报文中提取数据并重新同步还原成TS报文，最后从TSO接口输出给MPEG解码器。

　　因此，只要在数字电视一体机和机顶盒中植入UTIi201芯片，这就成为一款支持UTI机卡分离标准的数字电视接收机。对于在数字电视一体机和机顶盒厂商，数字电视的差异化问题都可以在外接的UTI设备中解决，这就使得在数字电视一体机和机顶盒可以进入水平销售市场。对于运营商来说，就可以通过发行不同的UTI卡来推广各种各样的增值应用。对于最终用户老百姓来说，可以在商场里挑选自己喜欢的数字电视机或机顶盒，还可以根据自己的需要从运营商那里选购自己需要的服务。

数字电视条件接收卡应用

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　　下图是基于UTIi201芯片的UTI条件接收卡应用方案，这是为了解决数字电视条件接收的差异化问题。加扰的TS流通过USB接口进入条件接收卡，在UTIi201中进行解扰，解扰后的数据再通过USB接口传回到UTI主机端。为了解扰TS，必须得到TS的加扰密钥。UTIi201内部的section filter可以从TS报文中过滤出EMM、ECM等信息，接着将这些信息通过SMC接口传给CA厂商提供的智能卡中，然后再从智能卡中读出TS加扰密钥，最后将密钥送给DVB-CSA模块以实现对TS流的解扰。

数字电视接收盒应用

　　下图是基于UTIi201芯片一款数字电视接收盒。图中的高频头可以是任意制式的数字电视高频头。TS流从高频头出来，通过TSI接口进入UTIi201芯片，在芯片中进行解扰，然后通过USB接口传给USB主机。这个应用不仅可以解决数字电视条件接收差异化的问题，还解决了数字电视信道差异化的问题。也就是说，可以通过更新高频头，分别设计出支持DVB-C, DVB-S, DVB-T等不同制式的数字电视接收设备。此外，这款数字电视接收盒还可以与PC连接，为广大PC用户收看数字电视提供了一种经济的解决方案。

小结

　　自主知识产权的UTI标准有效解决了数字电视差异化的问题。自主开发、具有良好性价比的UTIi201接口芯片为UTI标准的产业化奠定了坚实的基础。目前，UTIi201已经批量生产，成功解决了数字电视条件接收、电子节目指南、数据广播等差异化问题。

参考文献

　　数字电视接收设备机卡分离通用传送接口技术规范

　　Universal Special Bus Specification Revision 2.0

　　ITU-T RECOMMENDATION H.222.0 Information Technology-Generic Coding of Moving Picture and Associated Audio Information: System