DE3715080A1 - Verfahren zur erhoehung der verschluesselungssicherheit von digitalen bildsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Verschlüs­ selungssicherheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei der digitalen Bildübertragung werden häufig Maßnahmen gegen unbefugtes Mitsehen getroffen. Eine Verschlüsselung der Bildin­ formation ist besonders bei der Übertragung von Dokumenten not­ wendig. Aber auch um eine unberechtigte Teilnahme beim Empfang von Fernsehsendungen zu verhindern, ist eine Verschlüsselung des Bildsignals erforderlich. Es ist selbstverständlich, daß natür­ lich ebenfalls eine - im allgemeinen aufwendigere - Verschlüsse­ lung der Sprache vorgenommen wird. Da bei der Bildübertragung die Bitraten um Größenordnungen höher sind als bei der Übertra­ gung von Sprache, ist es nicht möglich, die üblichen für Sprache oder Datensignale vorgesehenen Verschlüsselungsgeräte einzuset­ zen. Man begnügt sich in der Regel mit dem Verscrambeln des Bild­ signals oder mit dem Verschlüsseln der Bild- und/oder Zeilensyn­ chronimpulse.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit geringem Aufwand reali­ sierbares Verfahren zur Erhöhung der Verschlüsselungssicherheit von digitalen Bildsignalen anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Die Variation der Zeilenlänge ist besonders vorteilhaft, da hierdurch das Auffinden der Wortgrenzen sowohl für das Synchron­ wort als auch für die in Datenwörter umgesetzte Abtastwerte er­ schwert wird. Wird hierbei noch die mittlere Zeilenlänge nicht verwendet, so ist auch deren Kenntnis bei der Entschlüsselung nicht von Vorteil. Die Anzahl der Bits, um die die Bildzeilen jeweils verkürzt oder verlängert werden, kann von einem Zufalls­ generator erzeugt werden oder durch ein Schlüsselgerät berechnet werden. Ebenso ist eine Steuerung in Abhängigkeit vom Bildinhalt möglich.

Das Verfahren wird anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Bildzeile und

Fig. 2 ein Prinzip der Entschlüsselungsvorrichtung.

In Fig. 1a ist eine Bildzeile beispielsweise eines Fernsehsi­ gnals dargestellt. Sie beginnt mit dem Synchronwort SYW, dem ein Variationswort VW folgt. An dieses schließen sich Datenwör­ ter DW 1 bis DWp an, die den digitalisierten Abtastwerten des Vi­ deosignals entsprechen. Erfindungsgemäß wird die Länge der Bild­ zeile BZ variiert. Dies geschieht beispielsweise durch Hinzufü­ gen des Variationswortes VW im Anschluß an das Synchronwort SYW oder im Anschluß an das letzte Datenwort DWp. Das Variationswort VW wird von einem Zufallsgenerator erzeugt, seine mittlere Länge umfaßt m Bits, die jeweils um ± n Bits verändert wird. Die Anzahl "n" der Längenänderungsbits der Bildzeile BZ wird als Variations­ wert L übertragen, oder es wird - gleichbedeutend - die Anzahl der Bits k des Variationswortes übertragen. Der Variationswert L und das Variationswort VW können mit dem Synchronwort SYW zusam­ mengefaßt und verschlüsselt werden. Die Längenangabe kann auch in den ersten Bits des Variationswortes enthalten sein oder an einer anderen geeigneten Stelle der Bildzeile übertragen werden. Um ein Entschlüsseln zu erschweren sollte n ≠ 0 sein und k un­ gleich der Länge eines Datenwortes sein. Die Variationswerte werden von einem Zufallsgenerator ermittelt oder von einem zum Verschlüsseln der Synchronwörter gehörenden Algorithmus berech­ net.

Beträgt die Länge eines Datenwortes beispielsweise 8 Bits, so werden für n in einem einfachen Beispiel die Werte -3, -2, -1, +1, +2 und +3 gewählt. der Variationswert kann mit einem fehler­ korrigierenden Code gesichert werden.

Die unterschiedliche Länge der Bildzeilen BZ verhindert sowohl ein Auffinden der Position eines Synchronwortes SYW als auch der Wortgrenzen der Datenwörter DW 1 bis DWn.

Die Länge des Variationswertes kann auch periodisch mit der Zei­ lenzahl variiert werden, dann kann zwar die Angabe des Varia­ tionswertes L entfallen, die an die Bildperiode gekoppelte Peri­ odendauer erleichtert jedoch ein Entschlüsseln. Darüber hinaus können zur Verschlüsselung des Variationswertes bei entsprechen­ dem Aufwand alle bekannten Schlüsselverfahren angewendet werden. Die Variation der Bildzeilenlänge wird bei einer Lauflängen-Co­ dierung oder einer Optimalcodierung sinngemäß durchgeführt.

In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild einer Entschlüsselungsein­ richtung dargestellt. In dem vorliegenden Beispiel wird angenom­ men, daß die Synchronwörter verschlüsselt sind und eine Fig. 1a entsprechende Struktur der Bildzeile vorliegt. Die Entschlüsse­ lungseinrichtung enthält eine Schlüsseleinrichtung SE, deren Eingang 1 das verschlüsselte Bildsignal VVS - strenggenommen sind nur die Synchronwörter und der Variationswert verschlüsselt und die Zeilenlängen variiert - in Form von PCM-codierten Daten­ wörtern zugeführt wird. Der Eingang der Schlüsseleinrichtung SE ist über ein erstes steuerbares Laufzeitglied LZ 1 mit dem Bild­ signalausgang 2 verbunden. Ein erster Ausgang 5 der Schlüssel­ einrichtung SE ist über ein zweites Laufzeitglied LZ 2 mit einem Synchronisierimpulsausgang 3 verbunden. Außerdem ist dieser Aus­ gang sowie ein zweiter Ausgang 6 der Schlüsseleinrichtung SE mit einer Synchronisiersteuerung SYN-ST verbunden, die in einen Taktgenerator TG eingreift. Der Taktgenerator liefert einen Worttakt WT, der über ein drittes Laufzeitglied LZ 3 mit einem Worttaktausgang 4 verbunden ist. Außerdem wird im Taktgenerator ein Empfangsfenstersignal EF gebildet, das der Synchronisierein­ richtung zugeführt wird.

Das im verschlüsselten Bildsignal VVS enthaltene Synchronwort SYW wird in der Schlüsseleinrichtung SE erkannt und über die Synchronisiersteuerung SYN-ST zur Synchronisierung des Taktgene­ rators TG verwendet. Die im entschlüsselten Variationswert L ent­ haltene Längenangabe des Variationswortes VW steuert das Lauf­ zeitglied LZ 1, daß die Datenwörter DW 1, DW 2, . . . dem Wort­ takt WT richtig zugeordnet werden, wodurch diese erst aus dem Bitstrom des Bildsignals richtig zusammengesetzt werden können. Die Schlüsseleinrichtung SE wird im allgemeinen einen Synchron­ impuls DI abgeben, der ebenfalls dem ersten Datenwort DW 1 in ei­ nem gleichbleibenden Abstand zugeordnet wird. Die variable Lauf­ zeit T _v des ersten Laufzeitgliedes ergänzt die Länge k des Va­ riationswortes VW stets auf dessen maximale Länge, die Laufzei­ ten T ₂ und T ₃ der Laufzeitglieder LZ 2 und LZ 3 sind konstant und auf das längste Variationswort ausgerichtet. An den Ausgängen 2 bis 4 liegt daher ein jitterfreies Fernsehbild an, wie dies aus Fig. 1b bis Fig. 1d hervorgeht, in die aus Gründen der Über­ sichtlichkeit nur die zu dieser Bildzeile zugehörigen Signale und Impulse eingezeichnet sind.

Der Taktgenerator weist eine Zähldauer auf, die einer mittleren Bildzeile entspricht. Diese Zähldauer wird um die Längenangabe "±n" des Variationswortes L vergrößert oder verkleinert, so daß das folgende Synchronwort nach Beendigung der gesamten Zählperi­ ode empfangen wird. Ein vom Taktgenerator TG (im synchronisier­ ten Zustand) erzeugtes Empfangsfenstersignal EF dient zur Kenn­ zeichnung des Zeitbereiches, in dem ein Synchronisierwort emp­ fangen und ausgewertet wird.

Das zweite und das dritte Laufzeitglied LZ 2 und LZ 3 können ent­ fallen, wenn der entsprechende Synchronimpuls und der entspre­ chende Worttakt bei entsprechenden Zählstellungen des Taktgene­ rators erzeugt werden. Wird das Variationswort VW am Schluß der Bildzeile angeordnet, kann auch auf das erste Laufzeitglied ver­ zichtet werden.

Die in Fig. 2 angegebene Schaltungsanordnung ist nur schematisch zu verstehen. Für den Fall, daß ein Synchronwort und/oder der Variationswert (trotz Fehlerkorrektur) gestört sind, sollte die Schaltungsanordnung so ausgeführt sein, daß ein konstanter Syn­ chronimpuls SI am Ausgang 3 abgegeben wird; das heißt, der Takt­ generator TG sollte Schwungradeigenschaften aufweisen und der Synchronimpuls sollte daher in der Regel vom Taktgenerator abge­ leitet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erhöhung der Verschlüsselungssicherheit von di­ gitalen Bildsignalen (VS), die als Datenwörter (DW 1, DW 2, . . .) in Bildzeilen angeordnet übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der einer Bildzeile (BZ) zugehörenden Bits jeweils um einen Variationswert (L) von "± n" Bits (n = 0,1, 1, 2, 3, . . .) variiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Variationswort (VW) mit unterschiedlicher Länge (k) vor oder nach den digitalen Bildsignalen einer Bildzeile (BZ) ange­ ordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationswert (L) eine Variation der Länge der zugehö­ rigen Bildzelle um n = 0 Bits bewirkt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Variationswert (L) die Länge (k) des Variationswortes übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Variationswwerte (L) durch einen Pseudo-Zufallsgenerator berechnet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationswert (L) von den digitalen Bildsignalen be­ stimmt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationswert (L) verschlüsselt übertragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Variationswerte (L) durch einem zum Schlüssel gehörigen Algorithmus errechnet werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Variationswert (L) mit einem fehlerkorrigierenden Code gesichert ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination mit anderen Verschlüsselungsverfahren durchgeführt wird.