DE3812665A1

DE3812665A1 - Verfahren zur uebertragung von videosignalen

Info

Publication number: DE3812665A1
Application number: DE3812665A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Strehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Video signalen, bei dem die Bildsignale durch ein Datenreduktionsver fahren in Datensignale umgesetzt werden.

Bei der digitalen Bildübertragung in Pay-TV-Anlagen oder beim Bildfernsprechen sollen Maßnahmen gegen unbefugtes Mitsehen ge troffen werden. Da bei der Bildübertragung die Bitraten um Größenordnungen höher sind als bei der Übertragung von Sprache, ist es noch nicht möglich, die üblichen Verschlüsselungsgeräte einzusetzen. Diese benötigten zur Verschlüsselung intern noch mals wesentlich höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Anderer seits ist auch die bei professionellen Schlüsselgeräten vorhan dene Entschlüsselungssicherheit nicht erforderlich, da keine als geheim einzustufenden Dokumente übertragen werden sollen, sondern nur ein unbefugtes Mitsehen vermieden werden soll.

Man begnügt sich daher beim Einsatz von Pay-TV-Anlagen oder beim Bildfernsprechen beispielsweise mit der Verschlüsselung von Synchronsignalen, wie dies in einer älteren Patentanmeldung: Aktenzeichen P 36 38 554.9 beschrieben ist und verschachtelt zusätzlich die Bildsignale miteinander. Aus einer anderen älte ren Patentanmeldung: Aktenzeichen P = 37 15 080.4 ist bekannt, zunächst die Bildsignale einem Datenreduktionsverfahren zu unterziehen und anschließend Randomsignale mit ihnen zu ver schachteln. Die Datenreduktion ergibt jedoch auch eine höhere Störempfindlichkeit bei Übertragungsfehlern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Störempfindlichkeit gegenüber Übertragungsfehler zu verringern und gleichzeitig die Entschlüs selungssicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü chen angegeben.

Ein fehlerkorrigierender Code verbessert nicht allein die Über tragungsqualität; durch Verschachtelung der Sicherungsbits mit den Datensignalen tritt auch eine zusätzliche Schwierigkeit bei der Entschlüsselung auf. Dies ist besonders dann der Fall, wenn der Verschachtelungsalgorithmus variiert wird. Die in den älteren Anmeldungen beschriebenen Methoden zur Erhöhung der Schlüs seltiefe, wie eine spezielle Verschachtelung des Datensignals oder das Hinzufügen von Randominformation, können natürlich weiterhin erfolgen.

Als besonders effektiv kann die Aufteilung des codierten Daten signals in Datenblöcke gleicher oder unterschiedlicher Länge angesehen werden, die miteinander nach einem vorgegebenen oder auch variierten Schema miteinander verschlüsselt werden. Be reits eine geeignete Verschachtelung nach einem vorgegebenen Schema zerreißt alle Korrelationen, insbesondere dann, wenn eine Lauflängencodierung durchgeführt wurde und dadurch gleich bleibende Bildteile auf ein Datenwort reduziert wurden.

Auch die Synchronsignale können weitestgehend in die Verschlüs selung und Datensicherung des Bildsignals einbezogen werden. Es ist selbstverständlich, daß zu Beginn einer Bildübertragung Sender und Empfänger miteinander synchronisiert werden müssen.

Das Verfahren wird anhand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zur sendeseitigen Durchführung des Verfahrens und

Fig. 2 die jeweilige Anordnung von Daten.

Die sendeseitige Anordnung zum verschlüsselten Aussenden von Daten besteht im wesentlichen aus der Reihenschaltung einer Da tenreduktionseinrichtung DR, eines Speichers SP, einer Multi plexeinrichtung MUX und eines Federsicherungscoders FEC.

Aus Gründen einer einfachen Darstellung wird hier nur die Ver arbeitung eines im Videosignal enthaltenen Bildsignals BS, des eigentlichen Bildanteils, dargestellt. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um ein Luminanzsignal einer Farbfernseh- Videosignals. Dem Eingang E der Datenreduktionseinrichtung BR wird dieses Bildsignal zugeführt. Als Datenreduktionseinrich tung wird beispielsweise ein DPCM-Coder (Differenz-Pulscode modulation) eingesetzt. Dieser setzt ein PCM-codiertes Bild signal in ein DPCM-Signal um, das hier allgemein als Datensi gnal DS bezeichnet wird. Das Datensignal kann beliebig codiert werden. Häufig wird eine Optimalcodierung angewendet, bei der die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Signalwerte berück sichtigt wird, oder eine Lauflängencodierung, bei der die Größe und die Anzahl gleichbleibender Signalwerte angegeben wird oder eine Kombination hiervon. Ebenso sind natürlich auch weitere Codierungsarten anwendbar.

Entsprechend Fig. 2 besteht das Bildsignal BS aus PCM-codier ten Abtastwerten (Pulscodemodulation), Y 1, Y 2, Y 3, . . ., die jeweils eine gleichbleibende Anzahl von Bits umfassen. Durch die Datenreduktionseinrichtung DR wird das Bildsignal in ein Datensignal DS umgesetzt, dessen Datenwörter D 1, D 2 . . . jeweils eine geringere Anzahl von Bits aufweisen. Bei Verwendung der Optimal- und Lauflängencodierung ergeben sich Datenwörter D 1, D 2, D 3, D 4, . . ., die eine unterschiedliche Anzahl von Bits umfassen. Dies Datensignal wird in Datenblöcke B 1, B 2, B 3 . . ., die wiederum dieselbe Anzahl von Bits aufweisen, eines Daten blocksignals BL zerlegt und in den Speicher SP eingeschrieben. Ausgelesen werden sie jedoch nicht mehr in derselben Reihen folge, sondern nach einem Verschachtelungsalgorithmus, der fest vorgegeben ist oder auch ständig variiert wird. Für den ersten Fall ergibt am Ausgang A sich ein verschlüsseltes Datensignal NS entsprechend Fig. 2, bei dem jeweils nur die Reihenfolge zweier aufeinanderfolgender Datenblöcke D 1, D 2, D 3, D 4 usw. vertauscht ist.

Durch die Datenreduktion, das Bilden von Datenblöcken und deren Verschachtelung ergibt sich bereits ein Signal, bei dem keine Korrelation mehr zu erkennen ist.

Bei der Datensicherung werden sogenannte Datensicherungsbits FS erzeugt, die in möglichst unüblicherweise mit dem verwürfelten Datensignal VS verschachtelt werden. Auch hierbei können die Positionen für die Datensicherungsbits variiert werden. Durch Einfügen eines Randomsignals, beispielsweise in das verwürfelte Datensignal NS, kann die Schlüsseltiefe noch erhöht werden. Das am Ausgang des Datensicherungscoders FEC abgegebene gesicherte Datensignal GS kann nur mit äußerst aufwendigen Methoden noch entschlüsselt werden. Das Verfahren kann daher beispielsweise auch bei vertraulichen Videokonferenzen angewendet werden. Für die Übertragung von als "geheim" einzustufender Information ist die Verwendung von Bildtelefon in zivilen Übertragungsnetzen ohnehin nicht gedacht.

Selbstverständlich können die Synchronsignale ebenfalls ver schlüsselt werden und weitere Maßnahmen, wie das Verschachteln der Luminanz- und Chrominanzsignale oder das Vertauschen von Fernsehzeilen, durchgeführt werden. Dies würde eine Entschlüs selung nochmals erschweren.

Empfangsseitig wird das gesicherte Datensignal bei vorhandenen Störungen zunächst korrigiert und von den Datensicherungsbits befreit. Anschließend erfolgt ein Rückgängigmachen der Ver schachtelung durch entsprechendes Demultiplexen. In einem De coder wird dann das ursprüngliche Bildsignal BS wiederherge stellt.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung von Videosignalen, bei dem die in dem Videosignalen enthaltenen Bildsignale durch ein Datenreduk tionsverfahren in Datensignale (DS) umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensignale (DS) durch einen fehlerkorrigierenden Code gesichert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Optimalcodierung und Coder Lauflängencodierung der Da tensignale (DS) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensignal (DS) in Datenblöcke (B 1, B 2, B 3, . . .) aufge teilt wird und daß die Datenblöcke miteinander verschachtelt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschachtelungsalgorithmus vorgesehen ist, der variiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensignale (DS) einer jeden Bildzeile mit Pseudo- Randomsignalen ergänzt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den fehlerkorrigierenden Code erzeugte Datensicherungs bits (FS) mit den Informationsbits des Datensignals (DS, VS) verschachtelt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschachtelungsalgorithmus variiert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Videosignal enthaltenen Synchronsignale verschlüs selt übertragen werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronsignale oder die verschlüsselten Synchronsi gnale ebenfalls durch den fehlerkorrigierenden Code gesichert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Synchronsignale in Datenblöcke zerlegt werden, die miteinander und/oder mit den Datenblöcken (B 1, B 2, B 3, . . .) des Bildsignals (BS) verschachtelt werden.