CN111770341A - 基于hdmi数据线的安全传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于HDMI数据线的安全传输系统，包括通讯接口转换器、HDMI数据线A、HDMI数据线B、解码模块、编码模块，干扰模块，上述通讯接口转换器，用于外接信号输出设备和HDMI数据线A、HDMI数据线B，并将信号输出设备的输出信号传递至HDMI数据线A或HDMI数据线B；上述HDMI数据线B，用于输出信号至接收器；上述解码模块通过HDMI数据线A与通讯接口转换器信号连接；上述解码模块分别与干扰模块、编码模块信号连接，上述干扰模块连接编码模块，用于由干扰模块将编码加密重置，用于由编码模块重新编码后输出信号至接收器,以期望在数据传输系统中，除正常传输外，可在必要状态下降低数据传输泄密的可能性。

Description

基于HDMI数据线的安全传输系统
技术领域
本发明涉及HDMI数据传输，具体涉及一种基于HDMI数据线的安全传输系统。
背景技术
计算机使用的通信接口一般分为模拟接口或数字接口，其模拟接口传输速率比较慢，而以 HDMI 为通信接口的输出方式具有兼容性好、传输速度快、影像版权保护、无压缩传输的优势，因此传输系统常用HDMI （High Definition Multimedia Interface）或DVI（Digital Visual Interface）传递数字信号；HDMI 与DVI对比后，HDMI 支持无损未压缩的数字传输，能够保证数字信号的完整性，方便实现更多的功能。
HDMI 信号传递是由一对信号发生源与接收器构成，传输系统中也可以包括多个HDMI 的 I/O 设备，HDMI数字信号传输协议是基于 TMDS （Transition MinimizedDifferential Signaling）编码原理，即转换最小差分信号；HDMI 数据线和接收器包括四个通道，具体为三个 TMDS 数据通道和一个时钟通道。3 个数据信息通道支持视频、音频数据和附加信息，用户数据和附加信息通过三个通道传送到接收器上，而视频的像素时钟则通过时钟通道传送，接收器接受这个频率参数之后对另外三个TMDS 数据通道的信息进行解码。
由于常规的输出体统内部电路中电容、电感达不到绝对理想，因此，在数据传输过程中，不可避免的会存在电流变化，而电流变化即代表产生磁场，会向外辐射电磁波，通常情况下电磁波对于设备的影响可以忽略不计，但是这些辐射波可能存在的数据信息具有被第三方获取可能---TEMPEST 技术，在截获机在截获信号时，总是将接收器的调谐频率调节到和辐射波的一个波瓣的频率相同，然后经过信号采集，处理等就可以截获梯形波的信号成分，窃取辐射波的信息，对信息安全造成一定隐患；因此，现有传输系统如何提高传输信息安全是值得研究的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于HDMI数据线的安全传输系统，以期望在数据传输系统中，除正常传输外，可在必要状态下降低数据传输泄密的可能性。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于HDMI数据线的安全传输系统，包括通讯接口转换器、HDMI数据线A、HDMI数据线B、解码模块、编码模块，干扰模块，上述通讯接口转换器，用于外接信号输出设备和HDMI数据线A、HDMI数据线B，并将信号输出设备的输出信号传递至HDMI数据线A或HDMI数据线B；上述HDMI数据线B，用于输出信号至接收器；上述解码模块通过HDMI数据线A与通讯接口转换器信号连接；上述解码模块分别与干扰模块、编码模块信号连接，上述干扰模块连接编码模块，用于由干扰模块将编码加密重置，用于由编码模块重新编码后输出信号至接收器。
作为优选，安全传输系统还包括MCU控制器，上述MCU控制器通过I2C接口连接编码模块，用于由MCU控制器配置编码模块，上述MCU控制器连接解码模块，用于由用于由MCU控制器配置编码模块的寄存器。
进一步的技术方案是，上述解码模块型号为ADV7612，上述MCU控制器连接解码模块的SDA/SCL接口，以实现解码模块的配置，上述解码模块上还设有DDC Port A 和 DDCPort B接口，用于允许 HDMI主机进入内置的 EDID 和 HDCP 寄存器。
进一步的技术方案是，上述编码模块型号为ADV7511，上述编码模块的SDA/SCL 编程地址是 0x72，其引脚 PD/AD接高电平上。
进一步的技术方案是，上述MCU控制器的单片机型号为MSP430G 系列。
作为优选，上述干扰模块包括FPGA模组、PROM存储器，用于由FPGA模组读取PROM存储器中的内部算法，上述PROM存储器通过JTAG接口外接计算机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的安全传输系统采用两种通路满足常规使用和加密使用，即通过HDMI数据线A、和HDMI数据线B将数据进行不同路径处理，通过解码模块、干扰模块、编码模块进行，解码模块对于数据进行编码，干扰模块对敏感数据进行置乱，再由编码模块按照需求进行编码或加密，再输出到接收器，以降低数据传输泄密的可能性。
附图说明
图1为本发明模块结构示意图。
图2为常规处理单元数据输出原理示意图。
图3为解码模块电路示意图。
图4为编码模块电路示意图。
图5为干扰模块工作示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1所示，本发明的一个实施例是，一种基于HDMI数据线的安全传输系统，其特征在于：包括通讯接口转换器、HDMI数据线A、HDMI数据线B、解码模块、编码模块，干扰模块；其中通讯接口转换器连接信号输出设备的HDMI高清晰多媒体接口，其通讯接口转换器为现有产品，有一个输入端，两个输出端，上述通讯接口转换器，用于外接信号输出设备和HDMI数据线A、HDMI数据线B，用户根据传输内容的是否具有隐秘需求，选择将信号输出设备的输出信号传递至HDMI数据线A或HDMI数据线B。
参见图2所示，如果是无需加密的数据内容，即可通过上述HDMI数据线B输出信号至常规处理单元，其常规处理单位为由常规处理单元将信号处理后输出到接收器。
如果是需要加密的内容，采用特殊的编码解码方式来处理，以提高数据信号和控制信号传递的安全性和可靠性，上述解码模块通过HDMI数据线A与通讯接口转换器信号连接；上述解码模块分别与干扰模块、编码模块信号连接，上述干扰模块连接编码模块，用于由干扰模块将编码加密重置，用于由编码模块重新编码后输出信号至接收器，通过信号输出设备将数据全部组成数据包后输出，
其原理是，通过 HDMI 接口进入到 TMDS 解码模块中对信号进行数据分离，例如视频和音频分离，分离后的音频数据直接传输给编码模块，而视频信号则要在芯片内进行解码，将原来的 8bit 并行像素信号转换成 10bit 串行像素信号；将数据传递至干扰模块，干扰模块利用时钟信号对像素数据进采样、识别并判断，对需要处理的视频信号进行置乱对需要处理的视频信号进行置乱，再将置乱后的数据信号（含视频信号和时钟信号、使能信号）输出到编码模块，编码模块将数据进行编码后并送入接收器中，进而防止电磁信息被截获后还原出一些机密和重要的内容的风险。
进一步的，为了便于编码和解码控制，其控制安全传输系统还包括MCU控制器，上述MCU控制器通过I2C接口连接编码模块，用于由MCU控制器配置编码模块，上述MCU控制器连接解码模块，用于由用于由MCU控制器配置编码模块的寄存器。
更进一步的，上述解码模块型号为ADV7612，并支持 HDMI 1.4a 标准的 HDMI 接收器，上述MCU控制器连接解码模块的SDA/SCL接口，以实现解码模块的配置，上述解码模块上还设有DDC Port A 和 DDC Port B接口，用于允许 HDMI主机进入解码模块内置的 EDID和 HDCP 寄存器，其中，解码芯片 ADV7612 内部集成了多个功能寄存器，且这部分寄存器一般可以通过 I2C 通信来完成。
具体的，解码芯片ADV7612 有 8 个 256 位寄存器区可以通过主 I2C 接口来访问，包括IO寄存器区、CP寄存器区 、HDMI寄存器区、Repeater寄存器区、EDID寄存器区、InfoFrame寄存器区、CEC寄存器区、DPLL寄存器区，上述寄存器区除IO寄存器区不可便编程外，其余寄存器均可编程，该解码模块主要通过DDC Port A 和 DDC Port B接口允许 HDMI主机进入解码模块内置的 EDID 和 HDCP 寄存器中进行编程，以获得编写解码算法。
参考图3所示，根据解码芯片 ADV7612 的芯片手册对芯片外围的电路进行配置，芯片内部没有集成时钟生成电路，因此需要外部连接一个无源晶振给芯片提供工作时钟供电，经过芯片处理后的视频和音频信号要输送到 FPGA 和编码芯片。
更进一步的，上述编码模块型号为ADV7511，上述编码模块的SDA/SCL 编程地址是0x72，其引脚 PD/AD接高电平上。编码芯片ADV7511是ANALOG DEVICES 公司的产品，支持HDMI 1.4a标准，与上述解码芯片 ADV7612类似也具有多个寄存器，该编码芯片的寄存器也是通过I2C 通信接口进行的，由四个I2C 通信接口分别对主寄存器区的 SDA/SCL 进行编程，其余接口对应Packet寄存器区，EDID寄存器区、CEC寄存器区进行编程。
参考图4所示，编码芯片ADV7511可以通过3.3V 和 1.8V 的两种电压供电，且电源引脚相对比较多，因此对电源去耦设计。
更进一步的，上述MCU控制器的单片机型号为MSP430G 系列，由于连接到 I2C 总线的器件之间都可以通过串行数据线和串行时钟线来传递信息、交换数据，MSP430G为主机，解码芯片 ADV7612 和编码芯片 ADV7511 作为从机，其ADV7511芯片与ADV7612芯片的主寄存器的I2C 通信串行总线引脚，并通过上拉电阻连接到电源上，使串行数据线和串行时钟线工作时是双向的。
由此，数据线上既可以发送数据又可以接收数据；电路连接时，两条总线由上拉电阻连接到正电源上，且总线处于空闲状态（无数据传输），也保持高电平。
进一步的，上述干扰模块包括FPGA模组、PROM存储器，用于由FPGA模组读取PROM存储器中的内部算法，上述PROM存储器通过JTAG接口外接计算机，其中FPGA模组具有运行速度快、利于处理复杂系统、内部程序并行的特点。
其FPGA模组市面上有很多型号，用户可以根据需求适应性选择，可以采用XC3S500E型号，其特点是I/O 端口较多，方便用于自行选择分配，采用芯片采用 3.3V、2.5V、1.2V 混合供电电压。
在使用干扰模块时，通过PROM存储器来存储程序，在芯片加电以后FPGA 通过PROM存储器直接读取程序，避免FPGA将EPROM的数据读入到芯片内部编程 RAM 上产生的加载读取时间。同时FPGA通过相应的通信总线读取 PROM 中的数据在装板时，利于减少电路板的使用面积。
参考图5所示，PROM 与其相连的 JTAG 接口和串行通信接口连接，JTAG接口主要接入计算机，通过计算机将程序装载到PROM中，由PROM存储存放程序，然后通过串行通信接口在启动时将程序传输到 FPGA 中实现置乱。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、 “实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (6)

1.一种基于HDMI数据线的安全传输系统，其特征在于：包括通讯接口转换器、HDMI数据线A、HDMI数据线B、解码模块、编码模块，干扰模块；
所述通讯接口转换器，用于外接信号输出设备和HDMI数据线A、HDMI数据线B，并将信号输出设备的输出信号传递至HDMI数据线A或HDMI数据线B；所述HDMI数据线B用于输出信号至常规处理单元，由常规处理单元将信号处理后输出到接收器；
所述解码模块通过HDMI数据线A与通讯接口转换器信号连接；所述解码模块分别与干扰模块、编码模块信号连接，所述干扰模块连接编码模块，用于由干扰模块将编码加密重置，用于由编码模块重新编码后输出信号至接收器。
2.根据权利要求1所述的基于HDMI数据线的安全传输系统，其特征在于：安全传输系统还包括MCU控制器，所述MCU控制器通过I2C接口连接编码模块，用于由MCU控制器配置编码模块，所述MCU控制器连接解码模块，用于由用于由MCU控制器配置编码模块的寄存器。
3.根据权利要求2所述的基于HDMI数据线的安全传输系统，其特征在于：所述解码模块型号为ADV7612，所述MCU控制器连接解码模块的SDA/SCL接口，以实现解码模块的配置，所述解码模块上还设有DDC Port A 和 DDC Port B接口，用于允许 HDMI主机进入解码模块内置的 EDID 和 HDCP 寄存器。
4.根据权利要求2所述的基于HDMI数据线的安全传输系统，其特征在于：所述编码模块型号为ADV7511，所述编码模块的SDA/SCL 编程地址是 0x72，其引脚 PD/AD接高电平上。
5.根据权利要求2所述的基于HDMI数据线的安全传输系统，其特征在于：所述MCU控制器的单片机型号为MSP430G 系列。
6.根据权利要求1所述的基于HDMI数据线的安全传输系统，其特征在于：所述干扰模块包括FPGA模组、PROM存储器，用于由FPGA模组读取PROM存储器中的内部算法，所述PROM存储器通过JTAG接口外接计算机。
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