DE3729696A1 - Verfahren zur verbesserung der verschluesselungssicherheit von digitalen bildsignalen - Google Patents
Verfahren zur verbesserung der verschluesselungssicherheit von digitalen bildsignalenInfo
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Ver
schlüsselungssicherheit von digitalen Bildsignalen nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der digitalen Bildübertragung sollen Maßnahmen gegen unbe
fugtes Mitsehen getroffen werden. Da bei der Bildübertragung
die Bitraten um Größenordnungen höher sind als bei der Übertra
gung von Sprache, ist es noch nicht möglich, die üblichen Ver
schlüsselungsgeräte einzusetzen, da diese aufgrund des verwende
ten Verschlüsselungsverfahrens intern wesentlich höhere Verar
beitungsgeschwindigkeiten erfordern. Man begnügt sich daher
beim Einsatz von Pay-TV-Anlagen oder beim Bildfernsprechen mit
der Verschlüsselung von Synchronsignalen, wie dies in einer äl
teren Patentanmeldung Az: P 36 38 554.9 beschrieben ist oder man
verschachtelt zusätzlich die Bildsignale miteinander, wie in
der älteren Patentanmeldung Az: P 37 15 080.4 angegeben. In beiden
Fällen besteht jedoch die Gefahr einer unbefugten Entschlüsse
lung, wenn ein besonderer Aufwand, der die Speicherung des Si
gnals und systematische Untersuchungen voraussetzt, betrieben
wird und wenn der Bildinhalt die Zeilen- und Bildstruktur erken
nen läßt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung
der Verschlüsselungssicherheit von digitalen Bildsignalen anzu
geben.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran
sprüchen angegeben.
Durch das Auffüllen der Fernsehzeilen mit einem Randomsignal
tritt für den unberechtigten Empfänger des Bildsignals die
Schwierigkeit hinzu, zwischen Daten und Füllsignalen unterschei
den zu müssen. Das Verfahren kann sowohl bei PCM-codierten Si
gnalen (Pulscodemodulation) als auch nach der Anwendung von Da
tenreduktionsverfahren eingesetzt werden. Durch diese Verfahren
werden bereits die statistischen Bindungen zwischen den Bildsi
gnalen aufgelöst, so daß auch bei unverschlüsselten Bildsignalen
das Erkennen der Bildstruktur problematisch ist. Dieser Effekt
wird insbesondere durch die Lauflängencodierung noch verstärkt.
Das Verfahren ist sowohl bei geschlossen codierten als auch bei
komponentencodierten Bildsignalen, z. B. RGB-Bildsignalen, an
wendbar.
Durch das Ergänzen der Bildsignale durch die Randomsignale oder
sogar durch Verschachteln beider Signale wird das ursprüngliche
Bildsignal schwer auffindbar und hierdurch wird eine Rekonstruk
tion des Bildes nochmals erheblich erschwert.
Der Schaltungsaufwand zur Durchführung des Verfahrens ist ge
ring, da sendeseitig nur eine Gatterschaltung zum Einfügen der
Randomsignale vorgesehen werden muß und empfangsseitig diese
Randomsignale wieder eliminiert werden müssen. Auch wenn Random
signale in die Bildsignale eingefügt werden sollen, braucht
nur ein kleiner Zwischenspeicher für maximal eine Bildzeile vor
gesehen werden.
Das Verfahren wird anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Anordnung zur sendeseitigen Durchführung des Verfah
rens und
Fig. 2 bis Fig. 4 Beispiele für die Anordnung von Randomsignalen
innerhalb einer Fernsehzeile.
In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Durchführung des erfinderischen
Verfahrens dargestellt. Ein Bildsignal BS wird dem Eingang 1 ei
ner Codiereinrichtung CE zugeführt. Der Ausgang 2 der Codierein
richtung ist über einen Umschalter US mit dem Eingang einer
Schlüsseleinrichtung SE verbunden. Außerdem ist ein Random-Gene
rator RG vorgesehen, dessen Ausgang 3 ebenfalls an den Eingang
der Schlüsseleinrichtung SE eingeschaltet werden kann. Am Aus
gang 4 der Schlüsseleinrichtung wird das verschlüsselte Bildsi
gnal VBS abgegeben.
Das digitale Bildsignal wird durch die Codiereinrichtung CE bei
spielsweise in ein optimalcodiertes DPCM-Signal oder in ein
lauflängencodiertes PCM-Signal umgesetzt. Diese Signale werden
hier allgemein als Datensignal DS bezeichnet. Ist das gesamte
digitale Bildsignal codiert worden, so wird die Fernsehzeile
mit einem Randomsignal RS aufgefüllt. Sowohl das Datensignal DS
als auch das Randomsignal RS werden der Schlüsseleinrichtung SE
zugeführt. Je nach Ausführungsform kann diese nur die Bild-
und/oder Zeilensynchronsignale verschlüsseln oder auch zu
sätzlich die einzelnen Datenwörter D 1 bis Dn des Datensignals
nach einem vorgegebenen Algorithmus verscrambeln (natürlich auch
das Randomsignal) oder auch das komplette Datensignal und das
Randomsignal verschlüsseln. Aus technologischen Gründen ist je
doch nur ein einfaches Verschlüsseln möglich.
Die Schlüsseleinrichtung wird den Erfordernissen entsprechend
ausgeführt. Bei Pay-TV-Anlagen (hier bezahlt man für das gewähl
te Fernsehprogramm) wird eine relativ bezahlte Verschlüsselung
ausreichen, um einen unerlaubten Empfang zu verhindern. Hier
dürfte ein Verschlüsseln der Synchronsignale bereits als Schutz
gegen unerlaubten Empfang ausreichen. Bei dem Einsatz von Video-
Konferenzanlagen, beim Bildfernsprechen oder bei der Übertragung
von Dokumenten wird man im allgemeinen höhere Anforderungen an
die Verschlüsselungssicherheit stellen. Hier können beispiels
weise die Datenwörter zusätzlich verscrambelt werden.
In Fig. 2 ist eine Fernsehzeile dargestellt. Sie beginnt mit ei
nem Synchronwort SY, an das sich Datenwörter Dl bis Dn an
schließen. Für dieses und für die folgenden Beispiele wird hier
eine Lauflängencodierung angenommen, bei der die Anzahl der
Bildpunkte angegeben wird, bei denen der Signalwert unverändert
ist. Hierdurch wird die Anzahl der benötigten Datenwörter pro
Fernsehzeile bereits erheblich reduziert; anstelle der ursprüng
lichen Bildzeile BZ reicht jetzt - bei gleichbleibender Übertra
gungsgeschwindigkeit - eine "verkürzte Bildzeile" VBZ zur Über
tragung derselben Information aus. Die verkürzte Bildzeile wird
durch Randomwörter R 1 bis Rm aufgefüllt. Würde anstelle der Ran
domwörter ein gleichbleibender Signalwert übertragen, so wäre
die Feststellung eines neuen Zeilenanfangs aufgrund der "gleich
farbigen" Bildfläche an den Zeilenenden denkbar einfach.
Die verschiedenen Codierverfahren können natürlich auch gemischt
angewendet werden. So ist es beispielsweise möglich, eine Lauf
längencodierung nach vorangegangener DPCM-Codierung nur bei be
stimmten DPCM-Datenwörtern, beispielsweise den Wert 0 repräsen
tierenden Datenwörtern, durchzuführen.
Die Randomwörter können selbstverständlich auch, wie in Fig. 3
dargestellt, am Anfang einer Fernsehzeile eingefügt werden.
Hierbei ist ein größerer Zwischenspeicheraufwand erforderlich.
In Fig. 4 sind die Randomwörter, R 1, R 2, . . . mit den Datenwörtern
D 1, D 2, . . . verschachtelt. Dies erschwert natürlich dem unberech
tigten Teilnehmer eine Rekonstruktion des Fernsehbildes be
trächtlich. Die Anzahl und Position der verschachtelten Random
wörter kann mit der Schlüsselinformation übertragen werden.
Ebenso können bestimmt Kombinationen gewählt werden, beispiels
weise eine Lauflängencodierung mit dem Wert 0, durch die er
kenntlich wird, daß es sich um ein bei der Rekonstruktion des
Bildes nicht zu berücksichtigende Randomwörter handelt.
Durch die Ergänzung mit Randomsignalen entsteht ein ununterbro
chener Datenstrom, bei dem der Unbefugte weder die Bildstruktur
erkennt noch eine Trennung zwischen Bildsignalen und Randomsi
gnalen vornehmen kann. Um den Effekt der redundanzverringernden
Verfahren nicht aufzuheben, reicht es aus, nur eine bestimmte
Anzahl von Randomwörtern zu den Datenwörtern einer Zeile hinzu
zufügen. Bei allen redundanzverringernden Verfahren wird bei na
türlich unruhigen Bildinhalten nur eine geringe Datenreduktion
erreicht, die durch Randomwörter ersetzt wird. Dieselbe Anzahl
von Randomwörtern kann auch bei allen übrigen Fernsehzeilen hin
zugefügt werden, so daß sich Fernsehzeilen unterschiedlicher
Länge ergeben. Hierdurch wird eine unbefugte Rekonstruktion
nochmals erschwert und außerdem eine Datenreduktion erreicht,
die zu einer Reduktion der Übertragungsbitrate oder zur Er
zielung einer besseren Bildqualität verwendet werden kann.
Eine Empfangseinrichtung wird sich zunächst die Synchronsignale
entschlüsseln und sich auf diese synchronisieren, die Random
wörter eliminieren und die codierten Datenwörter wieder in das
digitale Bildsignal (Abtastwerte) umsetzen. Diese werden im all
gemeinen zwischengespeichert und als Echzeit-Bildsignal auf ei
nem Bildschirm dargestellt.
Claims (10)
1. Verfahren zur Verbesserung der Verschlüsselungssicherheit
von digitalen Bildsignalen (BS), bei denen die Synchronsignale
(SY) verschlüsselt übertragen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die digitalen Bildsignale (BS) durch ein Datenreduktionsver
fahren in Datensignale (DS) umgesetzt werden
und daß die so verkürzten Bildzeilen (VBZ) mit Randomsignalen
(RS) aufgefüllt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Datenreduktionsverfahren ein DPCM-Verfahren oder ein
Transformationsverfahren durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Optimalcodierung der zu übertragenden Datensignale
(DS) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Lauflängencodierung des zu übertragenden Datensignals
(DS) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Randomsignale (RS) am Anfang oder am Ende der Bildzeilen
eingefügt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Datenwörter (D 1, D 2, . . .) des Datensignals (DS) mit Random
wörtern verschachtelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit den Datenwörtern (D 1, D 2, . . .) spezielle Randomwörter
(R 1, R 2, . . .) verschachtelt werden, die aufgrund ihrer Struktur
als Randomwörter erkenntlich wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verkürzten Bildzeilen (VBZ) nur teilweise durch Random
signale (RS) aufgefüllt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Datensignal (DS) und das Randomsignal (RS) gemeinsam
verschlüsselt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß empfangsseitig vor der Rekonstruktion des digitalen Bild
signals (BS) das Randomsignal (RS) eliminiert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873729696 DE3729696A1 (de) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Verfahren zur verbesserung der verschluesselungssicherheit von digitalen bildsignalen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873729696 DE3729696A1 (de) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Verfahren zur verbesserung der verschluesselungssicherheit von digitalen bildsignalen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3729696A1 true DE3729696A1 (de) | 1989-03-23 |
DE3729696C2 DE3729696C2 (de) | 1989-08-10 |
Family
ID=6335286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873729696 Granted DE3729696A1 (de) | 1987-09-04 | 1987-09-04 | Verfahren zur verbesserung der verschluesselungssicherheit von digitalen bildsignalen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3729696A1 (de) |
Cited By (1)
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- 1987-09-04 DE DE19873729696 patent/DE3729696A1/de active Granted
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Also Published As
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DE3729696C2 (de) | 1989-08-10 |
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