DE3427286A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR ENCRYPTION OR DECREASING TELEVISION SIGNALS - Google Patents
METHOD AND ARRANGEMENT FOR ENCRYPTION OR DECREASING TELEVISION SIGNALSInfo
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EGA 79 972 Ks/Ri
U.S. Serial No. 517
Filed: July 25, 1983EGA 79 972 Ks / Ri
US Serial No. 517
Filed: July 25, 1983
ROA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.ROA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.
Verfahren und Anordnung zum Verschlüsseln bzw. Entschlüsseln von FernsehsignalenMethod and arrangement for encryption or decryption of television signals
Die Erfindung bezieht sich auf Sendung und Empfang von Videosignalen und betrifft insbesondere eine Technik zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Videosignalen, deren Komponenten als Analogsignale im Multiplex verschachtelt sind.The invention relates to the transmission and reception of video signals and, more particularly, relates to a technique for Encryption and decryption of video signals, the components of which are interleaved as analog signals in the multiplex are.
Eine Verschlüsselung von Fernsehsignalen kann wünschenswert sein, um die Übertragung in Fällen wie z.B. Kabelfernsehen, Satellitenübertragung und Abonnenten-Fernsehrundfunk gegen unerlaubten Mitempfang zu sichern. Bekannte Verschlüsselungseinrichtungen sind entweder Amplitudencodierer oder Zeitfolgencodierer, d.h. sie arbeiten entweder mit Veränderung der Amplitude oder mit Veränderung der zeitlichen Folge. Unter den Amplitudencodierern gibt es z.B.Encryption of television signals may be desirable be to broadcast in cases such as cable television, satellite broadcast, and subscriber television broadcasting secure against unauthorized reception. Known encryption devices are either amplitude encoders or time sequence encoders, i.e. they work either with a change in amplitude or with a change in time Episode. Among the amplitude encoders there are e.g.
solche, in denen die Amplitude des Vertikal- oder Horizontal-. synchronimpulses geändert wird oder in denen das Videosignal mit einer verschlüsselnden Wellenform (z.B. einer Sinuswelle) moduliert wird. Derartige Geräte haben den Vorteil, daß der zur Entschlüsselung der Signale benötigte Decoder relativ einfach und billig sein kann. Ein Nachteil der Amplitudencodierung besteht darin, daß die Codes relativ einfach zu erkennen und zu dechiffrieren sind, wodurch die Gefahr einesthose in which the amplitude of the vertical or horizontal. sync pulse is changed or in which the video signal is modulated with an encoding waveform (e.g. a sine wave). Such devices have the advantage that the decoders needed to decode the signals can be relatively simple and inexpensive. A disadvantage of amplitude coding is that the codes are relatively easy to see and decipher, which creates the risk of a
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"schwarzen Marktes" für nielit-autorisierte Decoder besteht. In technischer Hinsicht ist nachteilig, daß die dem Videosignal mitgeteilte Amplitudenverzerrung nicht immer vollständig vom Decoder zum Verschwinden gebracht wird und kritische Decoderjustierungen notwendig sind, um die restliche Verzerrung des decodierten Signals auf ein annehmbares Maß zu reduzieren. V/eitere Probleme, die bei der Verwendung von Amplitudencοdierern auftreten können, sind die Verschlechterung des Rauschabstandes und die Verminderung des Dynamikbereichs. there is a "black market" for nielit-authorized decoders. From a technical point of view, it is disadvantageous that the amplitude distortion imparted to the video signal is not always complete is made to disappear by the decoder and critical decoder adjustments are necessary to correct the remaining Distortion of the decoded signal to an acceptable level to reduce. Another problem that can arise with the use of amplitude encoders is deterioration the signal-to-noise ratio and the reduction in dynamic range.
Zeitfolgecodierer ordnen die Folge des Videosignals um, um eine von der Norm abweichende Signalfolge zu bilden, die wahllos derart geändert werden kann, daß man einen sehr hohen Grad an Sicherheit erhält. Beispiele für solche Codierer sind Einrichtungen, welche die Folge der Bildelemente innerhalb einer Horizontalzeile umkehren, Einrichtungen zum Versetzen oder Vertauschen von Zeilen innerhalb eines Teilbildes und Einrichtungen zum Versetzen oder Umordnen von Abschnitten jeder Zeile des Videosignals, wie es von H.B. Shutterly in der US-Patentschrift 4- 070 693 beschrieben ist, auf deren Offenbarung hier Bezug genommen wird.Time sequence encoders rearrange the sequence of the video signal to form a non-standard signal sequence, the can be changed indiscriminately so as to obtain a very high level of security. Examples of such coders are devices which reverse the sequence of picture elements within a horizontal line, devices for moving or swapping lines within a partial image and devices for moving or rearranging of portions of each line of the video signal as suggested by H.B. Shutterly is described in U.S. Patent No. 4,070,693 the disclosure of which is incorporated herein by reference.
Dieses letzterwähnte Prinzip von Shutterly, bei dem jeweils eine Fernsehzeile auf einmal in sich verwürfelt wird (Intrazeilen-Verwürfelung), hat den Vorteil, daß man im Codierer und im Decoder weniger Speicheraufwand benötigt als bei denjenigen Codierern, welche die Zeilenfolge innerhalb Blöcken von Zeilen ändern (Interzeilen-Verwürfelung). Beim Shutterly-System wird, kurz ausgedrückt, jede aktive Zeile des zusammengesetzten Videosignals in der Weise in sich umgeordnet, daß die Segmente beidseitig eines vorbestimmten Punktes gegeneinander vertauscht werden (ein auch als "Rotation" bezeichnetes Vertauschungsprinzip), wobei die Lage dieses "Tauschpunktes" (Weite oder Grad der Rotation) wahllos von Zeit zu Zeit geändert wird. Eine Information über den "Tauschpunkt" wird während einer ausgewählten Zeile desThis last-mentioned principle from Shutterly, in each case a television line is scrambled at once (intra-line scrambling), has the advantage that less memory is required in the encoder and in the decoder than with those coders that change the line sequence within blocks of lines (interline scrambling). At the Shutterly system, in short, every active line of the composite video signal rearranged in such a way that the segments on both sides of a predetermined Points are exchanged for each other (an exchange principle also known as "rotation"), whereby the position this "exchange point" (width or degree of rotation) is changed indiscriminately from time to time. Information about the "exchange point" is used during a selected line of the
Vertikalintervalls übermittelt. Dieser Tauschcode selbst zeigt den Tauschpunkt nicht direkt an, sondern wird nur dazu verwendet, einen Zufallszahlengenerator im Decoder mit einem ähnlichen Zufallszahlengenerator im Codierer zu Synchronisieren, so daß der Tauschpunkt vor Entdeckung geschützt ist.Transmitted at a vertical interval. This exchange code itself does not show the exchange point directly, it just becomes used to match a random number generator in the decoder with a similar random number generator in the encoder Synchronize so that the exchange point is protected from detection.
Die vorliegende Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, daß die Verschlüsselungsmethode der Intrazeilen-Vertauschung von Bildelementen, so wie sie auf Videosignale des herkömmlichen Gemischformates angewendet wird, zu einem recht leicht dechiffrierbaren Code führt, wenn man sie unbesehen auf Videosignale des sogenannten MAC-Formats*) anwendet, bei welchem die Komponenten des Videosignals als Analogsignale im Multiplex verschachtelt sind.The present invention is based in part on the finding that the encryption method of intra-line interchange of picture elements as applied to video signals of the conventional composite format to one has a code that is easy to decipher if you use it without looking at video signals of the so-called MAC format *), in which the components of the video signal are multiplexed as analog signals.
Bei der MAC-Videosignalübertragung wird ein Farbbildsignal über einen Kanal (z.B. einen Satellitentransponder, ein Kabel- oder Rundfunksystem, ein Videobandrecorder, usw.) in Form seriell erscheinender und zeitlich komprimierter Analogsignalkomponenten übertragen. Die serielle Übertragung ist vorzuziehen, weil dabei nur ein Kanal benötigt wird. Die Verwendung zeitlich komprimierter Komponenten zur Darstellung des Farbsignals (z.B. der Komponenten Y, R-Y, B-Y oder Y, U, V oder Y, I, Q oder R, G, B, usw.) führt zu einer wünschenswerten Reduzierung des Übersprechens zwischen Leuchtdichte und Farbart. Vergleiche hierzu die US-Patentschrift 4- 376 957 und die US-Patentanmeldung Rr. 509,786, die am 30. Juni 1983 unter dem Titel "A Worldwide Compatible Synchronizing Signal For Accurate Time Base Correction In An Analog Component Interface Standard" auf den Namen T.M. Gurley eingereicht wurde. Auf diese beiden Literaturstellen sei hier Bezug genommen.In the MAC video signal transmission, a F a rbbildsignal is (a satellite transponder, a cable or broadcasting system, a video tape recorder, for example, etc.) over a channel transmitted serially appearing in shape and time compressed analog signal components. Serial transmission is preferable because only one channel is required. The use of time-compressed components to represent the color signal (e.g. the components Y, RY, BY or Y, U, V or Y, I, Q or R, G, B, etc.) leads to a desirable reduction in crosstalk between luminance and Chromaticity. Compare US Pat. No. 4,376,957 and US Pat. Application No. 509,786, which issued on June 30, 1983 under the title "A Worldwide Compatible Synchronizing Signal For Accurate Time Base Correction In An Analog Component Interface Standard" in the name of TM Gurley was filed. Reference is made here to these two literature references.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorteile der weiter oben beschriebenen Codierungsmethode der Intrazeilen-Vertauschung in einem Video-Übertragungssystem des vorste-An object of the invention is to take advantage of the intra-line interchanging coding method described above in a video transmission system of the
*)Abk.für "Multiplex Amplitude Component Format" "*) Abbreviation for "Multiplex Amplitude Component Format" "
hend beschriebenen MAC-Formats zu nutzen, ohne daß die Sicherheit der Verschlüsselung eine Einbuße erleidet. Erfindungsgemäße Verfahren und Anordnungen zur Lösung dieser Aufgabe sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.using the MAC format described without the Encryption security suffers. Methods and arrangements according to the invention for solving this Task are characterized in the claims.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verschlüsseln eines Fernsehsignals zur Übertragung bedient sich einer Quelle eines zu verschlüsselnden Fernsehsignals, dessen jede Zeile eine Leuchtdichtekomponente und mindestens eine Farbartkomponente enthält. Über einen ersten und einen zweiten Signalweg werden selektiv die Leuchtdichtekomponente bzw. die Farbartkomponente auf eine Ausgangsklemme gekoppelt, und zwar während ausgewählter, sich nicht überlappender Zeitintervalle. Die Leuchtdichtekomponente im ersten Signalweg wird um ein gegebenes Maß zeitlich komprimiert, und die Farbartkomponente im zweiten Signalweg wird um ein höheres Maß zeitlich komprimiert. Die Signalfolge der Leuchtdichtekomponente im ersten Signalweg und die Signalfolge der Farbartkomponente im zweiten Signalweg werden un- abhängig voneinander jeweils in sich getauscht ("rotiert"), um die Leuchtdichte- und Farbartkomponenten zu verschlüsseln, ohne daß deren zeitliche Position in der an der Ausgangsklemme gelieferten verschlüsselten Zeile des Fernsehsignals geändert wird.A method according to the invention for encrypting a television signal for transmission makes use of a source a television signal to be encrypted, each of which Line a luminance component and at least one chrominance component contains. Via a first and a second signal path, the luminance component or the chrominance component coupled to an output terminal while selected, non-overlapping Time intervals. The luminance component in the first signal path is time-compressed by a given amount, and the chrominance component in the second signal path is time compressed to a greater extent. The signal sequence of the Luminance component in the first signal path and the signal sequence of the chrominance component in the second signal path are interchanged ("rotates") depending on each other in order to encode the luminance and chrominance components, without their temporal position in the encrypted line of the television signal supplied to the output terminal will be changed.
Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention is illustrated below using exemplary embodiments explained in more detail by drawings.
Figuren 1Δ und 1B zeigen vereinfachte Wellenformen zur Veranschaulichung der Codierung eines im MAC-Format erscheinenden Videosignals durch Intrazeilen-Umordnung;Figures 1Δ and 1B show simplified waveforms for illustrative purposes the coding of a video signal appearing in MAC format by intra-line rearrangement;
Figuren 2A und 2B sind vereinfachte Wellenformen zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Intrazeilen-Umordnung für die Codierung eines im MAC-Format erscheinenden Videosignals;Figures 2A and 2B are simplified waveforms for illustrative purposes an intra-line rearrangement according to the invention for coding a video signal appearing in MAC format;
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-ιοί Figuren 7jk und 3B sind detailliertere Wellenformen zur ^eranschaulichung des Prinzips der Erfindung bei einer Videoübertragung mit drei Komponenten in jeder Zeile;-ιοί Figures 7 jk and 3B are more detailed waveforms ^ eranschaulichung the principle of the invention in a video transmission with three components in each row;
Pig. 4- ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Codierers;Pig. 4- is a block diagram of one embodiment of a encoder according to the invention;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Decoders.Figure 5 is a block diagram of one embodiment of a decoder according to the invention.
Die -Pig. 1A zeigt in vereinfachter Darstellung eine Zeile eines im MAC-Format mit zwei Komponenten erscheinenden Videosignals (die Synchronsignale und die Zeitsteuersignale für den Empfänger sind nicht dargestellt). Ein Bereich A enthält den Klemmpegel des Videosignals, welcher der Farbartkomponente vorangeht. Bei der hier behandelten Zweikomponenten-Version werden die Farbartkomponenten U und V jeweils abwechselnd in abwechselnden Zeilen übertragen, anders als bei einem "Dreikomponenten-System", wo die Leuchtdicht ekompon en te und beide Farbartkomponenten innerhalb der Dauer jeweils einer Horizontalzeile (etwa 63 MikrοSekunden) übertragen werden. Ein Bereich B entspricht dem Klemmpegelintervall zwischen der Farbartkomponente (U oder V) und der Leuchtdichtekomponente Y.The -Pig. 1A shows a line in a simplified representation a video signal appearing in MAC format with two components (The synchronizing signals and the timing signals for the receiver are not shown). An area A contains the clamp level of the video signal preceding the chrominance component. In the two-component version dealt with here the chrominance components U and V are transmitted alternately in alternating lines, differently than a "three component system" where the luminance ecomponents and both chromaticity components within the duration of one horizontal line each (approx. 63 microseconds) be transmitted. A range B corresponds to the clamp level interval between the chrominance component (U or V) and the Luminance component Y.
Die Fig. 1B zeigt den Effekt einer "Rotation" der Signalkomponenten der Fig. 1A um den Tauschpunkt K. Es ist lehrreich, darauf hinzuweisen, daß durch die Umordnung die Bereiche A und B gegenüber dem Beginn der Zeile (ein willkürlicher Bezugspunkt Ti) verschoben worden sind und daß diese Verschiebung direkt anzeigt, wie die Rotation der Bildelemente der Zeile stattgefunden hat. Der Tauschpunkt K in Fig. 1A ist beidseitig durch Punkte N und 0 im Y-Signal abgegrenzt. Nach der Rotation (Fig. 1B) beginnt die neue Zeile beim Punkt 0 des Y-Signals und schreitet wie dargestellt über die Punkte P, M und N fort, um eine neue, um-Figure 1B shows the effect of "rotating" the signal components 1A around the exchange point K. It is instructive to point out that by rearranging the areas A and B have been shifted from the beginning of the line (an arbitrary reference point Ti) and that this shift directly indicates how the rotation of the picture elements of the line took place. The exchange point K in Fig. 1A is delimited on both sides by points N and 0 in the Y signal. After the rotation (Fig. 1B) the new one begins Line at point 0 of the Y signal and proceeds as shown via points P, M and N to create a new
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- 11 geordnete Signalfolge für die gesendete Zeile zu bilden.- Form 11 ordered signal sequence for the line sent.
Das mit den Figuren 1Δ und 1B veranschaulichte Problem besteht darin, daß man den "Grad der Rotation" der Signalelemente der umgeordneten Zeile leicht ermitteln kann, indem man einfach die Zeit vom letzten Horizontalsynchronimpuls (nicht dargestellt) bis zu einem der leicht erkennbaren Kiemmpegelintervalle A oder B mißt. Infolgedessen läßt sich dieser Verwürfelungscode leicht knacken, was einen schwarzen Markt in "Piraten"-Decοdem in Gang setzen könnte. Dies mag das bisher unerkannte Problem veranschaulichen, daß die Intrazeilen-Umordnung, die sich bei Videosignalgemisch-Übertragungssystemen des von Shutterly beschriebenen Typs sehr effektiv zeigt, bei Videoübertragungen des MAC-Formats nicht wirksam ist.The problem illustrated with Figures 1Δ and 1B exists in that one can easily determine the "degree of rotation" of the signal elements of the rearranged row by one simply counts the time from the last horizontal sync pulse (not shown) to one of the easily recognizable ones Measures terminal level intervals A or B. Consequently is this scrambling code easy to crack, what set in motion a black market in "pirate" decodem could. This may illustrate the hitherto unrecognized problem of intra-line rearrangement that occurs in composite video signal transmission systems of the type described by Shutterly is very effective in video transmissions of the MAC format is not effective.
Die Figuren 2A und 2B haben Ähnlichkeit mit den Figuren 1A und 1B, zeigen jedoch eine Verschlüsselungstechnik unter Anwendung einer Intrazeilen-Umordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie man leicht erkennt, bringen die Klemmpegelintervalle A und B in der unverschlüsselten Zeile (Fig. 2A)und in der verschlüsselten (rotierten) Zeile (Fig. 2B) absolut keine Information über den Grad der Rotation. Das heißt, die Klemmpegelbereich A und B werden durch den Umordnungsprozeß nicht verschoben und auch sonst in keiner Weise verändert. Dieses xuünschenswerte Ergebnis, das ein hohes Maß an Sicherheit für das verschlüsselte Signal bedeutet, wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß jede Komponente einzeln für sich um jeweils einen eigenen Tauschpunkt (K und K1) umgeordnet wird. Eine Weiterführung dieses Prinzips auf ein Dreikomponenten-System bedeutet, daß jede Komponente (z.B. Y, I, Q oder Y, U, V oder Y, R-Y, B-Y, usw.) einzeln um ihren eigenen Tauschpunkt (K, K1 und K") umgeordnet wird.Figures 2A and 2B are similar to Figures 1A and 1B, but show an encryption technique using intra-line shuffling in accordance with the present invention. As can easily be seen, the clamp level intervals A and B in the unencrypted line (FIG. 2A) and in the encrypted (rotated) line (FIG. 2B) bring absolutely no information about the degree of rotation. That is, the clamp level areas A and B are not shifted by the rearrangement process and are not otherwise changed in any way. This undesirable result, which means a high degree of security for the encrypted signal, is achieved according to the invention in that each component is rearranged individually by its own exchange point (K and K 1 ). A continuation of this principle to a three-component system means that each component (e.g. Y, I, Q or Y, U, V or Y, RY, BY, etc.) individually for its own exchange point (K, K 1 and K " ) is rearranged.
Die Figuren 3A und 3B veranschaulichen ausführlich die Prinzipien der Erfindung bei einer Videoübertragung in einemFigures 3A and 3B illustrate the principles in detail of the invention in a video transmission in one
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MC-Format mit'drei Komponenten, wie es z.B. in der oben erwähnten US-Patentanmeldung von T.M. Gurley beschrieben ist. Man erkennt, daß ähnlich, wie beim Beispiel nach den Figuren 2A und 2B die "Marken" des Signals (d.h.. die Klemmpegel) im verwürfelten Signal (Fig. 3B) die gleichen Positionen wie im unverwürfelten Signal (Fig. 3A) haben und daß keine festen, identifizierbaren Muster existieren, anhand derer das Signal entschlüsselt werden kann.MC format with three components, such as in the above U.S. patent application by T.M. Gurley described is. It can be seen that similar to the example according to the Figures 2A and 2B show the "marks" of the signal (i.e. the clamp levels) the same positions in the scrambled signal (Fig. 3B) as in the unscrambled signal (Fig. 3A) and that there are no fixed, identifiable patterns on the basis of which the signal can be deciphered.
Im dargestellten Fall beginnt das "unverwürfelte" (d.h. unverschlüsselte) Signal (Fig. 3A) mit einem Horizontalsynchronimpuls, dessen Amplitude bei -4-0 IRE-Einheiten liegt und dem ein Zeitsteuersignalburst (T) folgt. Der Burst T hat eine von -20 bis +20 IRE-Einheiten gehende Spitze-Spitze-Amplitude und wird in der Empfangs- und Decodiereinrichtung dazu verwendet, eine phasensynchronisierte Schleife (PLL) zu synchronisieren, die Zeitsteuersignale für den Decoder liefert. Der Burst T ist nicht der übliche Farbburst, wie er in einem herkömmlichen Färbferaseh-Signalgemisch verwendet wird.In the case shown, the "unscrambled" (i.e. unencrypted) signal (Fig. 3A) with a horizontal sync pulse, whose amplitude is -4-0 IRE units and is followed by a timing signal burst (T). Of the Burst T has a peak-to-peak amplitude ranging from -20 to +20 IRE units and is used in the receiving and decoding equipment used to synchronize a phase locked loop (PLL), the timing signals for the decoder. The burst T is not the usual color burst, as it is in a conventional composite coloration signal is used.
Dem Burst T folgen die Leuchtdichtekomponente Y, die Farbdifferenzkomponente R-Y und die Farbdifferenzkomponente B-Y in der genannten Reihenfolge. Die Reihenfolge der Komponenten ist jedoch nicht wesentlich für die Erfindung. Wichtig ist, daß jede einzelne Komponente um ihren eigenen gesonderten Tauschpunkt in sich umgeordnet wird, und zwar die Komponente Y um den Punkt K1, die Komponente R-Y um den Punkt K2 und die Komponente B-Y um den Punkt K3.The burst T is followed by the luminance component Y, the color difference component R-Y and the color difference component B-Y in that order. However, the order of the components is not essential to the invention. It is important that each individual component is rearranged around its own separate exchange point, and the component Y around the point K1, the component R-Y around the point K2 and the component B-Y around the point K3.
Dabei bleiben alle Klemmpegel im verschlüsselten Signal (Fig. 3B) mit den entsprechenden Pegeln im unverschlüsselten Siganl (Fig. 3A) ausgerichtet.All clamping levels remain in the encrypted signal (Fig. 3B) with the corresponding levels in the unencrypted Siganl (Fig. 3A) aligned.
Im einzelnen beginnt die unverschlüsselte Komponente Y am Punkt A, geht über den Tauschpunkt K am Ort B, B1 und endet am Punkt C. Nach ihrer Umordnung (Rotation) um den Tauschpunkt K1 beginnt die Komponente Y mit dem Punkt B', dannIn detail, the unencrypted component Y begins at point A, goes through the exchange point K at location B, B 1 and ends at point C. After its rearrangement (rotation) around the exchange point K1, the component Y begins with point B ', then
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folgt der Abschnitt Bf bis C, dann der Punkt K' und dann der Abschnitt A bis B. Die Komponente Y beginnt also beim hier beschriebenen Beispiel mit dem Abschnitt B' bis C, gefolgt vom Punkt A (dem Anfangspunkt der unverSchlusselten Komponente) und vom Punkt B. Bei dieser "Rotation" werden also die hinteren (d.h. späteren) Signal el em en te der Komponente Y an den Beginn der Komponente Y im verschlüsselten Signal gesetzt, jedoch bleibt die Reihenfolge der Bildelemente innerhalb jedes versetzten Abschnitt unverändert. Jede der Komponenten Y, R-Y und B-Y hat ihren eigenen gesonderten Tausch- oder Rotationspunkt. Es ist zu erkennen, daß die zwischen den Komponenten liegenden Klemmpegel (z.B. 0 IRE und +50 IRE) alle im verschlüsselten Signal exakt die gleiche Position behalten wie beim unverschlüsselten Signal.This is followed by section B f to C, then point K 'and then section A to B. In the example described here, component Y begins with section B' to C, followed by point A (the starting point of the unencrypted component) and from point B. During this "rotation" the rear (ie later) signal elements of component Y are placed at the beginning of component Y in the encrypted signal, but the order of the picture elements within each offset section remains unchanged. Each of the components Y, RY and BY has its own separate exchange or rotation point. It can be seen that the clamping levels between the components (eg 0 IRE and +50 IRE) all keep exactly the same position in the encrypted signal as in the unencrypted signal.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können allgemein bei allen Systemen angewandt werden, die Videosignale im MAC-I1Ormat übertragen. Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen Verschlüsselungstechnik in einem MAC-Sendecodierer, wie er in der weiter oben genannten US-Patentanmeldung von T.M. Gurley beschrieben ist. Es handelt sich hierbei um ein System mit einem einzigen Kanal, über welchen während jedes Zeilenintervalls die Komponenten Y, R-Y und B-Y übertragen werden.The principles of the present invention can generally be applied to any system that transmits video signals in the MAC-I 1 Ormat. FIG. 4 shows an example of the application of the encryption technique according to the invention in a MAC transmission coder, as is described in the above-mentioned US patent application by TM Gurley. This is a system with a single channel over which the components Y, RY and BY are transmitted during each line interval.
Der Codierer nach Mg. 4 enthält eine Videosignalkomponenten-Quelle 4-00, die eine Leuchtdichtekomponente Y an einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 402, eine erste larbdiff er en zkomp on en te R-Y an einen A/D-Wandler 404- und eine zweite Farbdifferenzkomponente B-Y an einen A/D-Wandler 406 liefert. Die Quelle 400 kann z.B. eine Matrizierschaltung sein, welche die Ausgangssignale R, G und B einer Farbfernsehkamera umsetzt, oder irgendeine andere geeignete Quelle für die Komponenten Y, R-Y und B-Y. Die A/D-Wandler 402, 404 und 406 können herkömmliche 8-Bit-Blitzwandler sein. Solche Wandler, die sich zum Betrieb mit der Daten-The encoder of Fig. 4 includes a source of video signal components 4-00, which sends a luminance component Y to an analog / digital converter (A / D converter) 402, a first larbdiff er en zkomp on en te R-Y to an A / D converter 404 and a second color difference component B-Y to an A / D converter 406 supplies. The source 400 may, for example, be a matrix circuit which converts the output signals R, G and B of a color television camera, or any other suitable Source for the components Y, R-Y and B-Y. The A / D converters 402, 404 and 406 can be conventional 8-bit flash converters be. Such converters, which are designed to operate with the data
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geschwindigkeit von Videosignalen eignen, sind allgemein bekannt und im Handel erhältlich.speed of video signals are well known and are commercially available.
Die digitalisierten Ausgangssignale der Wandler 402, 404 und 406 werden über drei gesonderte Wege (lieg Nr. 1, Weg Nr. 2 und Weg Nr. 3) auf einen Multiplexer 410 gegeben, der die Wege selektiv mit einer Ausgangsklemme 408 koppelt. Der Multiplexer 410 empfängt an seinen Eingängen die drei Signale Y, R-Y und B-Y über die entsprechenden Wege und liefert ausgewählte Exemplare dieser Signale an die Ausgangsklemme 408, und zwar über einen Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 412 und eine in Serie dazu angeordnete Schaltung 414 zur Einfügung von Zeitsteuer- und Godesignalen.The digitized output signals of the converters 402, 404 and 406 are given to a multiplexer 410 via three separate paths (lying no. 1, path no. 2 and path no. 3), which selectively couples the paths to an output terminal 408. The multiplexer 410 receives the three at its inputs Signals Y, R-Y and B-Y via the corresponding paths and delivers selected copies of these signals to the output terminal 408, via a digital / analog converter (D / A converter) 412 and a circuit 414 arranged in series therewith for inserting timing and code signals.
Eine Zeitsignalquelle 416 liefert Taktsignale an die A/D-Wandler (und außerdem an Umordnungsschaltungen und Kompression sschaltungen, die in den erwähnten Signalwegen enthalten sind und weiter unten noch beschrieben werden). Die Quelle 416 liefert ferner Wählsignale über eine Schiene an den Multiplexer 4iO und Horizontal- und Vertikalsynchronsignale (HS, VS), ein Bezugsfrequenz-Burstsignal und Klemmpegel-Einschaltsignale über eine Schiene 420 an die Einfügungsschaltung 414. Jeder der drei oben erwähnten Signalwege enthält eine Umordnungsscnaltung und eine Zeitkompressionsschaltung (422, 424 im Weg Nr. 1; 426, 428 im Weg Nr. 2; 43O, 432 im Weg Nr. 3), die jeweils in Reihe zueinander angeordnet sind. Digitale und analoge Zeitkompressionsschaltungen sowie Schaltungen zur Umordnung einer Signalfolge sind bekannt (Beispiele hierfür finden sich in den weiter oben erwähnten Patenten und Patentanmeldungen). Die Einfügungsschaltung 414 empfängt ferner Umordnungs-Godesignale K1, K2 und K3, die von einer Codesignalquelle 450 kommen und deren jedes außerdem einen zugeordneten Exemplar der Umordnungsschaltungen 422, 426 und 430 angelegt wird. Die Zeitkompressionsschaltungen 424, 428 und 432 bewirken eine zeitliche Kompression (Raffung) der Videokomponenten in jeweils einem bestimmten Verhältnis. Im einzelnen rafft dieA timing signal source 416 provides clock signals to the A / D converters (and also to shuffling circuits and compression circuits that are included in the mentioned signal paths and are described further below). the Source 416 also provides selection signals over a rail to multiplexer 40 and horizontal and vertical sync signals (HS, VS), a reference frequency burst signal, and clamp level enable signals via rail 420 to insert circuit 414. Any of the three above mentioned signal paths includes a reorder circuit and a time compression circuit (422, 424 in path # 1; 426, 428 in path # 2; 43O, 432 in path no. 3), each arranged in series with one another are. Digital and analog time compression circuits as well as circuits for rearranging a signal sequence are known (examples of this can be found in the patents and patent applications mentioned above). The insertion circuit 414 also receives reorder code signals K1, K2 and K3 which come from a code signal source 450 and each of which also has an associated copy of the reorder circuits 422, 426 and 430 applied. the Time compression circuits 424, 428 and 432 time compression (gathering) of the video components in each a certain ratio. In detail the gathers
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Kompressionsschaltung 424 die Komponente Y im Verhältnis 2:1, die Schaltung 428 rafft die Komponente R-T im Verhältnis 4:1, und die Schaltung 432 rafft die Komponente B-Y im Verhältnis 4:1. Die Zeitsignalquelle 416 "betätigt den Multiplexer 410 derart, daß dieser nacheinander die Ausgangssignale des Weges Nr. 1, des Weges Nr. 2 und des Weges Nr. 3 zur Beaufschlagung des D/A-Wandlers 412 auswählt. Die Einfügungsschaltung 414 fügt die Horizontal- und Vertikalsynchronsignale (HS, VS) und das Bezugsfrequenzsignal ein und sorgt für die Klemmung unter Steuerung durch die Zeitsignalquelle 416.Compression circuit 424 the component Y in proportion 2: 1, circuit 428 gathers component R-T in a ratio of 4: 1, and circuit 432 gathers the component B-Y in a ratio of 4: 1. The time signal source 416 "is actuated the multiplexer 410 in such a way that this successively the output signals of the path no. 1, the path no. 2 and the Path no. 3 to act on the D / A converter 412 selects. The inserting circuit 414 inserts the horizontal and vertical sync signals (HS, VS) and the reference frequency signal and ensures the clamping under control by the Time signal source 416.
Gemäß der vorliegenden Erfindung liefert die Codesignalquelle 450 die Umordnungscodes K1, K2 und K3 an die Umordnungsschaltungen 422, 426 und 430, so daß diese Schaltungen unabhängig voneinander die Signal el em en te der Komponente Y im Weg Nr. 1, der Komponente R-Y im Weg Nr. 2 und der Komponente B-Y im Weg Nr. 3 umordnen. Die Folge davon ist, daß die Komponenten oder die Klemmpegel der Koinponentensignale bei der Umordnung ihre relative Lage zueinander nicht ändern, wie es weiter oben in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben worden ist. Infolgedessen gibt die Position der Komponenten in den verschlüsselten Signalen an der Klemme 408 keinerlei Anhaltspunkt zur Entschlüsselung.According to the present invention, the code signal source 450 supplies the rearrangement codes K1, K2 and K3 to the rearrangement circuits 422, 426 and 430, so that these circuits independently of one another the signal el em en te of the component Rearrange Y in path no. 1, component R-Y in path no. 2 and component B-Y in path no. 3. The consequence of this is that the components or the clamp levels of the component signals do not change their relative position to one another during the rearrangement, as described above in connection with FIG. 3 has been. As a result, the position of the components in the encrypted signals at terminal 408 does not give any Clue for decryption.
Die Codesignalquelle 450 liefert die Umordnungscodes K1, K2 und K3 außerdem an die Einfügungsschaltung 414, um die Codes während des Vertikalintervalls des Videoausgangssignals an die Klemme 408 zu übertragen. Die Sicherheit der Umordnungscodes kann durch die weiter oben beschriebene Technik nach Shutterly verbessert werden oder dadurch, daß man diese Codes über andere Einrichtungen übermittelt (z.B. über einen gesonderten Übertragungskanal, einen permanent programmierten Festwertspeicher oder irgendein anderes sicheres Übertragungssystem). Wichtig für die Erfindung ist, wie oben erwähnt, daß jede übertragene Komponente in einer solchen Weise umgeordnet oder sonstwie verschlüsselt wird, daß sie ihre zeitliche Lage nicht ändert. .r- Code signal source 450 also provides reorder codes K1, K2 and K3 to inserter circuit 414 for transferring the codes to terminal 408 during the vertical interval of the video output signal. The security of the rearrangement codes can be improved by the Shutterly technique described above or by transmitting these codes via other devices (e.g. via a separate transmission channel, a permanently programmed read-only memory or some other secure transmission system). As mentioned above, it is important for the invention that each transmitted component is rearranged or otherwise encrypted in such a way that it does not change its position in time. .r-
Das in Pig. 4- dargestellte System zur sicheren Verschlüsselung von Videosignalen im MAC-Format kann über einen Satelliten, eine direkte Kabelverbindung oder irgendeinen anderen Wachrichtenkanal mit einem Decoder gekoppelt werden.That in Pig. 4- illustrated system for secure encryption video signals in MAC format can be transmitted via a Satellites, a direct cable connection, or any coupled with a decoder.
Die Pig. 5 zeigt ein Beispiel für einen Decoder, der sich in Verbindung mit der Codiereinrichtung nach Pig. 4- verwenden läßt.The Pig. 5 shows an example of a decoder that is in connection with the coding device according to Pig. 4- use leaves.
Gemäß der Fig. 5 wird das verschlüsselte Signal auf eine Eingangsklemme 502 gegeben, die mit einem Zeitsignal-Regenerator 504, einem A/D-Wandler 506 und einem Codedetektor 5OS gekoppelt ist. Der Zeitsignal-Regenerator 504· enthält einevphasensynchronisierte Schleife (PLL) und Zähler und spricht auf die Bezugsfrequenz-Komponente des verschlusselten Eingangssignals an, um die Taktsignale für Zeitdehnungsschal tunge, Umordnungsschaltungen und Bigitalwandler im Decoder zu erzeugen. Der Regenerator 504 tastet außerdem den Codedetektor 5O8 während der betreffenden Zeile des Vertikalintervalls, um die Umordnungscodes K1, K2 und KJ zu decodieren.According to FIG. 5, the encrypted signal is applied to an input terminal 502 which is coupled to a time signal regenerator 504, an A / D converter 506 and a code detector 5OS. The timing signal regenerator 504 · includes a v phase-locked loop (PLL) and counters and is responsive to the reference frequency component of the closure-line input signal, tunge to the clock signals for time expansion scarf to generate rearranging circuits and Bigitalwandler in the decoder. The regenerator 504 also samples the code detector 508 during the relevant line of the vertical interval to decode the reorder codes K1, K2 and KJ.
Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 506 wird auf einen Demultiplexer 510 gegeben, der vom Regenerator 504· derart gesteuert wird, daß er das Ausgangssignal des Wandlers 506 selektiv auf die ßignalwege Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 koppelt, und zwar synchron mit der Übertragung der Signalkomponenten I, R-I und B-Y. Der Weg Er. 1 enthält einen ersten D/A-Wandler 514, dessen Ausgang mit einer Y-Ausgangsklemme 508 und dessen Eingang über die Reihenschaltung einer Umordnungsschaltung 516 und einer 1:2-Zeitdehnungsschaltung 518 mit dem Y-Ausgang des Demultiplexers 510 gekoppelt ist. Im Weg Nr. 2 und im Weg Nr. 3 sind in ähnlicher Weise jeweils ein D/A-Wandler 520 bzw. 526, eine Umordnungsschaltung 522 bzw. 528 und eine Zeitdehnungsschaltung 524- bzw. 530 angeordnet. Die Zeitdehnungsschaltungen für die Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y bewirken jedoch eine zeitliche Dehnung im Verhältnis 1:4-, anders als das Dehnungsverhältnis 1:2The output of the A / D converter 506 is sent to a demultiplexer 510 given, that of the regenerator 504 · such is controlled to have the output of transducer 506 selectively couples to signal paths no. 1, no. 2 and no. 3, synchronously with the transmission of the signal components I, R-I and B-Y. The way he. 1 contains a first D / A converter 514, the output of which is connected to a Y output terminal 508 and its input via the series connection of a rearrangement circuit 516 and a 1: 2 time expansion circuit 518 with is coupled to the Y output of the demultiplexer 510. Path No. 2 and Path No. 3 are in a similar fashion, respectively a D / A converter 520 or 526, a shuffling circuit 522 and 528 and time expansion circuits 524 and 530, respectively. The time expansion circuits for the color difference signals However, R-Y and B-Y cause an expansion over time in a ratio of 1: 4, unlike the stretch ratio of 1: 2
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- 17 für die Y-Komponente im Weg Nr. 1.- 17 for the Y component in path no.1.
Der Decoder nach. Pig. 5 arbeitet in wesentlichen Teilen so, wie es in der oben erwähnten US-Patentanmeldung von Gurley beschrieben ist, nur daß im vorliegenden EaIl der Codedetektor 508 und die einzeln vorgesehenen Umordnungsschaltungen 516» 522 und 528 mitspielen. Die drei Uinordnungscodes, die während des Vertikalintervalls des an der Klemme 502 zugeführten Eingangssignals übermittelt werden, werden vom Godedetektor 508 erfaßt und zu den drei in den Wegen Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 3 vorgesehenen Umordnungsschaltungen 516, 522 und 528 geschleust, welche die jeweiligen Signalelemente innerhalb der Komponente T, der Komponente E-Y und der Komponente B-Y in einem Sinne umordnen, der entgegengesetzt zu der im Codierer stattgefundenen Umordnung ist. Hierdurch werden die einzelnen Komponenten Y, R-Y und B-Y entschlüsselt.The decoder after. Pig. 5 works in essential parts as described in the aforementioned U.S. patent application by Gurley is described, only that in the present EaIl the Code detector 508 and the individual rearrangement circuits provided 516 »522 and 528 play along. The three order codes, which are transmitted during the vertical interval of the input signal fed to terminal 502, are detected by the god detector 508 and sent to the three in the Due to No. 1, No. 2 and No. 3 provided rearrangement circuits 516, 522 and 528, which the respective Signal elements within the component T, the component Rearrange E-Y and component B-Y in a sense opposite to that which occurred in the encoder is. This decodes the individual components Y, R-Y and B-Y.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auf das mit den drei Komponenten Y, R-Y und B-Y arbeitende System nach Gurley ist nur ein Beispiel. Eine individuelle Umordnung der Farbart- und Leuchtdichtekomponenten in Übertragungssystemen, die analoge Videosignale im Multipler übertragen (MAV-Systeme), bringt die gleiche Vereinfachung wie die Intrazeilen-Verwürfelung bei Komponenten-Übertragungssystemen, vermeidet jedoch das weiter oben erwähnte Problem, daß die Komponenten in Proportion zur Intrazeilen-Umordnung zeitlich verschoben werden und damit einen Hinweis darauf geben, wie die zeitliche Verschiebung oder Umordnung zur Decodierung vorzunehmen wäre. Die vorliegende Erfindung bringt also die Technik der sequentiellen Komponentenübertragung auf den gleichen Sicherheitsstand wie die herkömmliche Technik der Signalgemisehübertragung mit Intrazeilen-Umordnung. Die Prinzipien der Erfindung sind allgemein nutzbar und können auf Übertragungssysteme angewandt werden, die mit zwei oder drei Komoponenten arbeiten (wie vorstehend beschrieben), wobei es sich um die Komponenten Y, I und QThe application of the principle of the invention to the with Gurley's system using the three components Y, R-Y and B-Y is only one example. An individual rearrangement the chrominance and luminance components in transmission systems that carry analog video signals in multipliers (MAV systems), brings the same simplification as that Intra-line scrambling in component transmission systems, however, avoids the above-mentioned problem that the components are in proportion to the intra-row rearrangement can be shifted in time and thus give an indication of how the time shift or rearrangement is to be Would be decoding. Thus, the present invention brings the technique of component sequential transfer to the same level of security as the conventional technology of mixed signal transmission with intra-line rearrangement. The principles of the invention are generally applicable and can be applied to transmission systems that use work with two or three components (as described above), which are components Y, I and Q
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oder um die Komponenten Y, U und V oder aber um die in dem vorstehend beschriebenen Beispiel verwendeten Komponenten I, R-I und B-I handeln kann.or the components Y, U and V or the in Components I, R-I and B-I used in the example described above.
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Claims (6)
New York, N.Y., V.St.v.A.RCA Corporation
New York, NY, V.St.vA
d) daß die Signalfolge der Leuchtdichtekomponente im ersten Signalweg und die Signalfolge der oder jeder Farbartkomponente in dem oder jedem weiteren Signalweg jeweils für sich und unabhängig voneinander zeitlich, insbesondere gemäß einer Rotations-Vertauschung, umgeordnet werden (422, 4-26, 4-30, 4-50), so daß die Leuchtdichte- undeach further signal path is temporally compressed by a higher predetermined amount (4-28, 4-32);
d) that the signal sequence of the luminance component in the first signal path and the signal sequence of the or each chrominance component in the or each further signal path are rearranged in time individually and independently of one another, in particular according to a rotation reversal (422, 4-26, 4-30 , 4-50) so that the luminance and
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