ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 6: Οργάνωση πληροφορίας, και κρυπτογραφία Δρ. Νικόλαος- Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε Κάντε κλικ για να ξεκινήσετε
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Περιεχόμενα 6.1 Οργάνωση Πληροφορίας και Κρυπτογραφία 4
Προσδοκώμενα Αποτελέσματα Στην ενότητα αυτή θα μάθετε για: Οργάνωση της πληροφορίας, MPEG1 System Layer, επικεφαλίδες, περιγραφή bitstream, MPEG2 Transport/Program ροές, Στοιχεία κρυπτογράφησης/πρόσβασης υπό συνθήκες, αρχιτεκτονικές. 5
6.1 Οργάνωση Πληροφορίας και Κρυπτογραφία 6
Αλυσίδα DVB 7
Οργάνωση Πληροφορίας, Παράδειγμα Αρχείου Ήχου (wav) Είναι κατάλληλο για stream?? 8
MPEG Standards MPEG-1 (11/1992) system (ISO/IEC 11172-1): MPEG-1 multiplex MPEG-1 video (ISO/IEC 13818-2) MPEG-1 audio (ISO/IEC 13818-3) Χρήση VCD / υπολογιστών MPEG-2 (11/1994) system (ISO/IEC 13818-1): MPEG-2 multiplex MPEG-2 video (ISO/IEC 13818-2) MPEG-2 audio (ISO/IEC 13818-3) Χρήση σε DVB, DVD 9
Βασικές Έννοιες Έξοδος Κωδικοποιητή Ήχου/Εικόνας Elementary Stream (ES) Access Units (AU) Εncoded Presentation Units (PU) (Αποκωδικοποιημένο σήμα) Δυνατότητα ύπαρξης επιπλέον δεδομένων Private Data Πολύπλεξη (Grouping) audio,video,private System Layer Αποκωδικοποιητής Αποπολύπλεξη, Συγχρονισμός εικόνας/ήχου Επιλογή κομματιού 10
System Layer Δημιουργία πακέτων και συνδυασμός πολλαπλών ροών σε μια ροή (stream). Προσθήκη χρονοσήμανσης (time stamps) για συγχρονισμό αναπαραγωγής. Αρχικοποίηση και διαχείριση ουρών για αποκωδικοποίηση οπτικού και ακουστικού σήματος. Μια συσκευή MPEG κωδικοποίησης θα πρέπει να παρέχει: Κωδικοποίηση ήχου/εικόνας. Πολύπλεξη. Πληροφορία συγχρονισμού. Πόροι αποκωδικοποίησης (μήκος ουρών). Κάθε ES κόβεται σε Packetized elementary stream (PES). 11
Header MPEG-1 12
MPEG-1 Complete Bitstream 13
MPEG2 PES Header Σχήμα από το INTERNATIONAL STANDARD ISO/IEC 13818-1. Second edition 2000-12-01 14
MPEG2 Program / Transport Stream Ένα ή περισσότερα PES. Program stream Μέσο με χαμηλό BER (<10-10 ) Quasi Error Free. DVD/HDD/SD etc. Μεγάλο μέγεθος πακέτου (~2KB). Οργάνωση ανάλογη MPEG-1. Transport Stream Μέσο με υψηλότερο BER (> 10-4 ) Error Prone. Εφαρμογή αλγορίθμων διόρθωσης λαθών. Μικρό μέγεθος πακέτου (188 Bytes). Επίγεια, δορυφορική, καλωδιακή μετάδοση. 15
MPEG-2 Transport/Program Stream 16
Transport Stream 17
Transport Packet 18
Transport Packet Header Field Definition (comment) No. of bits Sync_byte Synchronization byte (10000111 = 47 hex) 8 EI PUSI Transport_error_indicator (indicates error from previous stages) Payload_unit_start_indicator (start of PES in the packet) TPR Transport_priority (priority indicator) 1 PID SCR_flags AF Packet identifier (identifies the content of the packet) Transport_scrambling_flags (transport scrambling type) Adaptation_field_flag (presence of adaptation field in packet) PF Payload_flag (presence of payload data in packet) 1 1 1 13 2 1 CC Continuity_counter (between truncated PES portions) 4 19
MPEG-2 Transport Multiplex Δυνατότητα μεταφοράς πολλαπλών ροών Πολλά τηλεοπτικά προγράμματα σε ένα stream. Δημιουργία Πινάκων Program Specific Information (PSI). Program Allocation Table (PAT) (PID 0x0000) Αντιστοίχηση Program Number με PID των PMT. Conditional Access Table (CAT) (PID 0x0001) PID με EMM κρυπτογραφημένων προγραμμάτων. Program Map Table (PMT) Λίστα PID υπηρεσιών (Λίστα προγραμμάτων). Private Data (πχ ECM->Crypto). Transport Stream Description Table (TSDT) Περιεχόμενο multiplex. Private Tables. 20
DVB-SI Επιπλέον πίνακες του MPEG2 για αυτόματη ρύθμιση δέκτη. Network information table (NIT) (PID = 0 0010) Πληροφορίες για προγράμματα σε περισσότερης της μίας συχνότητες. Service description table (SDT) (PID = 0 0011) Ονόματα σχετικά με τις υπηρεσίες. Event information table (EIT), present/following (PID = 0 0012) Πληροφορίες για τα τρέχοντα και επόμενα προγράμματα. Time and date table (TDT). Επιπλέον προαιρετικοί: Bouquet association table (BAT), ομαδοποίηση υπηρεσιών. Κ.α. 21
Πλοήγηση στο MPEG-2 Transport Stream Ανίχνευση υπηρεσιών Λίστα υπηρεσιών μέσω PAT/PMT και προαιρετικά NIT. Δημιουργία Electronic Program Guide EPG Χρήση EIT, δυνατότητα προγράμματος έως μια εβδομάδα. Αποθήκευση PID για κάθε υπηρεσία. «Ανοικτοί» αποκωδικοποιητές Δημιουργία λίστας από το χρήστη. «Κλειστοί» ή Proprietary αποκωδικοποιητές Λίστα από τον πάροχο της υπηρεσίας χρήση προαιρετικού πίνακα BAT. 22
Κρυπτογράφηση και Πρόσβαση υπό Συνθήκες Conditional Access CA : Κρυπτογράφησης υλικού ώστε να μπορεί να αναπαραχθεί μόνο υπό συνθήκες. Προστασία ψηφιακού υλικού από την αντιγραφή. Αυξημένα έσοδα και εργαλεία (πχ πακέτα καναλιών / χρονικοί περιορισμοί). Αναγνώριση χρήστη σε περίπτωση αμφίδρομων υπηρεσιών. 23
Στάδια Εφαρμογής CA 24
Κρυπτογράφηση και Πρόσβαση υπό Συνθήκες (συν.) Πρόβλεψη στο MPEG2 / DVB-SI CAT, PMT πίνακες Κοινά χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι: DVB CSA (Common Scrambling Algoritmh) AES (Advanced Encryption Standard) DES (Data Encryption Standard) Χρήση κλειστών αλγορίθμων από παροχέα Άμεση διαχείριση χρηστών / Aσφάλεια Simulcrypt Χρήση πολλαπλών CA για κάθε υπηρεσία. Mutlicrypt Δύο ή περισσότερες υπηρεσίες σε ένα TS με χρήση διαφορετικού συστήματος CA. 25
Simulcrypt 26
Αρχές Κρυπτογράφησης Χρήση δύο επιπέδων Block Layer Δημιουργία νέων blocks από «στήλες» παλαιών. Stream Layer Σειρά ανάγνωσης blocks, έλεγχος από control words. Μετάδοση control words μέσω Entitlement Control Messages - ECM Εναλλαγή δύο control words. Αλλαγή ανά τακτά διαστήματα (100 msec έως 20sec). 27
Δυνατότητες Κρυπτογράφησης Transport Stream Κρυπτογράφηση μετά την πολύπλεξη περιεχομένου. Χρήση transport_scrambling_flags. Packet Elementary Stream: Κρυπτογράφηση στην πηγή. Χρήση PES_scrambling_control. 28
Μηχανισμοί Ελεγχόμενης Πρόσβασης Μετάδοση conditional access messages (CAM) Entitlement Control Messages (ECM). Entitlement Management Messages (EMM). 29
Διαδικασία Εύρεσης ECM/EMM 30
Κοινά Χρησιμοποιούμενα Συστήματα 31
Αρχιτεκτονικές STB 32
Σε αυτή την ενότητα μιλήσαμε για: 6.1 Οργάνωση Πληροφορίας και Κρυπτογραφία 33
Ολοκλήρωση Μαθήματος Συγχαρητήρια!! Έχετε ολοκληρώσει με επιτυχία το μάθημα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 6: Οργάνωση πληροφορίας και κρυπτογραφία Δρ. Νικόλαος Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα 34