UCPS协议与HDMI的验证系统设计与实现

　中国首部具有自主知识产权的数字接口内容保护行业标准--《数字接口内容保护系统技术规范》（简称UCPS标准），已由国家工业和信息化部颁布，并于2010年3月1日正式实施。UCPS标准是中国消费电子行业第一个自主知识产权的内容保护标准，也是第一个以企业为主导的自主技术标准。本文介绍全球首款支持UCPS标准、符合HDMI1.3标准的发送器SHC3201,并探讨UCPS协议与HDMI的验证系统的设计与实现。

　　由于目前还没有带UCPS功能的HDMI接收器，为了验证UCPS标准的可行性，同时验证SHC3201的UCPS功能，我们通过一种特殊的方法来完成这个实验。在发送端采用SHC3201作为UCPS发送器。而在接收端，采用一个标准的不带UCPS功能的HDMI接收器和一块FPGA板和一块SHC3201发送器共同完成。其中标准的HDMI接收器用来接收HDMI线上的数据，将HDMI线上高速的TMDS差分信号转换为普通视频数据；FPGA板主要实现UCPS实时解密，同时在FPGA内部有一个MCU,用来完成与UCPS设备认证和消息交互；SHC3201用来发送视频数据到DTV显示。同时在发送端和接收端都有一个MCU作为主控，用来控制整个系统的正常工作。

　　UCPS工作原理

　　识别管理单元（简称为IMU）为一个独立的软件或者是硬件模块，承担内部认证、IMU间双向认证、信息收集以及系统完整性维护的功能。IMU与HDMI硬件接口通过I2C通道连接。发送端IMU与接收端IMU通过HDMI接口的DDC通道进行数据交互。IMU模块由UCPS组织统一开发后提供给接口芯片厂商。

　　图1所示，系统上电后，IMU首先与设备接口进行认证，之后是设备接口间的认证，最后是IMU的之间的认证。以上三种认证通过后，发送端开始对被保护的内容进行加密并发送，而接收端则开始接收并解密还原被保护内容。

　　图1:UCPS内容流向示意图。

　　图2是UCPS在HDMI系统中的具体通信示意图。IMU与设备间的通信认证是通过I2C接口，设备间的通信认证是通过HDMI接口上DDC总线完成，两个IMU的通信认证则需要通过I2C和DDC两个接口完成。

　　图2:UCPS HDMI通信架构示意图。

　　UCPS协议主要包括以下内容：

　　1） 设备认证：包括IMU与设备接口间的认证，设备接口间的认证和IMU之间的认证。

　　2） 协议消息交互机制：整个设备的认证，通过一套完整的消息机制完成。

　　3） 密钥机制和安全传输：包括密钥激活和对受保护内容加密传输。

　　4） 系统信息收集和完整性维护：包括公钥吊销，IMU有效性验证与更新。

　　2SHC3201芯片功能介绍：

　　SHC3201是全球首款支持UCPS标准、符合HDMI1.3标准的发送器。SHC3201HDMI发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）应用；

　　3） 在80MHz时功耗仅100mW左右，非常适用便携式多媒体终端；

　　4） 待机功耗极低（小于30μA）；

　　5） 显示数据通道（DDC）支持；

　　6） 支持S/PDIF和8通道I2S音频记录格式并且以192kHz速率发送立体声或7.1通道环绕声。