中國首部具有自主知識產權的數字接口內容保護行業(yè)標準—《數字接口內容保護系統(tǒng)技術規(guī)范》(簡稱UCPS標準)，已由國家工業(yè)和信息化部頒布并實施。UCPS標準是中國消費電子行業(yè)第一個自主知識產權的內容保護標準，也是第一個以企業(yè)為主導的自主技術標準。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)的設計與實現。
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通道進行數據交互。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首先與設備接口進行認證，之后是設備接口間的認證，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容。
圖1：UCPS內容流向示意圖。
圖2是UCPS在HDMI系統(tǒng)中的具體通信示意圖。IMU與設備間的通信認證是通過I2C接口，設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通信架構示意圖。
UCPS協(xié)議主要包括以下內容：
1) 設備認證：包括IMU與設備接口間的認證，設備接口間的認證和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) 顯示數據通道(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驗證具體實現方法
圖3所示，發(fā)送端系統(tǒng)工作方法：DVD的視頻數據經HDMI線到達HDMI接收器(無UCPS功能的HDMI接收器)，之后經數據線到達SHC3201。SHC3201在通過UCPS驗證后，將加密視頻數據，并將加密后的數據經過HDMI線發(fā)送出去。
圖3：UCSP驗證系統(tǒng)。
接收端系統(tǒng)工作方法：由于現還沒有UCPS的接收器，所以采用一種組合方式來實現UCPS接收功能。首先由一個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據，再將視頻數據送入FPGA中，FPGA板只做UCPS解密操作，FPGA解密后將視頻數據送入SHC3201(此處shc3201只是一個HDMI發(fā)送器，無UCPS功能)。SHC3201再將數據通過HDMI線送到DTV。整個系統(tǒng)工作結束。
如圖3所示，在進行設備認證的過程中，在發(fā)送端，所有的UCPS認證工作，加密的啟動，都是由SHC3201內部的MCU發(fā)起，固件直接固化到SHC3201內部ROM中。在接收系統(tǒng)中的FPGA板上也有一個MCU。在這兩個MCU將用來完成UCPS的認證消息交互工作，加解密的控制。另外在發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)也各有一個MCU，用來作為整個系統(tǒng)的主控，包括HDMI接收器和SHC3201的初始化，驅動HDMI接收器和SHC3201正常工作。需要說明的是，在此套方案中，發(fā)送端的SHC3201內部MCU通過DDC直接與接收端的FPGA板內的MCU通信。在接收端FPGA板上的RAM掛接在DDC總線上，發(fā)送端SHC3201內部MCU通過DDC訪問它，而接收端FPGA中的MCU通過并行總線直接訪問它。在此RAM中按照UCPS協(xié)議標準定如下寄存器。
在接收端FPGA板上增加兩個寄存器，可命名為：HDMI_TX_STATUS和HDMI_RX_STATUS。增加一個數據緩存器，緩存器大小為32字節(jié)。增加的寄存器和緩存器都要掛接在DDC總線上，讓發(fā)射端SHC3201可以通過DDC進行讀寫操作，同時接收端FPGA內部的MCU也可讀寫即可。
圖4
