DE3822345C1

DE3822345C1 - Method of improving coding security

Info

Publication number: DE3822345C1
Application number: DE3822345A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Strehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-07-01
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1989-10-12

Abstract

The digital image signals (BS) which concern the image content are converted into data signals (DS) by a data reduction procedure, and completed by random information (RI) or control information (KI) of an error-correcting code, after division into data blocks (DB1, DB2, ...) and interleaving. The redundant completed data signal (CDS/EDS) is divided into code blocks, which are scrambled with each other, or submitted to a (simple, for time reasons) coding procedure. <IMAGE>

Description

Bei der digitalen Bildübertragung in Pay-TV-Anlagen, beim Bildfernsprechen oder bei sonstigen postalischen Diensten sind Maßnahmen gegen unbefugtes Mitsehen zu treffen. Der Einsatz von herkömmlichen Schlüsselgeräten ist in der Regel nicht erforderlich, da keine als "geheim" einzustufenden Bilder übertragen werden sollen. Hierzu wäre auch der Einsatz von Schlüsselgeräten mit der erforderlichen Schlüsseltiefe notwendig. Die interne Verarbeitungsgeschwindigkeit eines solchen Schlüsselgerätes entspricht dem Vielfachen der Datenrate und ist deshalb im Echtzeit-Betrieb noch nicht realisierbar. Die Verschlüsselung kann daher nur sehr einfach ausfallen und muß durch weitere Maßnahmen ergänzt werden.In digital image transmission in pay-TV systems, in telephony or with other postal services are measures against unauthorized watching. The use of conventional key devices are usually not required, since no pictures classified as "secret" are transmitted should be. This would include the use of key devices necessary with the required key depth. The internal Processing speed of such a key device corresponds to the multiple of the data rate and is therefore not yet realizable in real-time operation. The encryption can therefore only be very simple and must be replaced by others Measures are supplemented.

Häufig begnügt man sich beim Bildfernsprechen mit der Verschlüsselung der Synchronsignale, wie dies in der Offenlegungsschrift DE 36 38 554 A1 beschrieben ist, und man verschachtelt zusätzlich die Bildsignale miteinander, wie dies in der Offenlegungsschrift DE 37 15 080 A1 angegeben ist. Durch die Kombination beider Maßnahmen ist bereits ein erheblicher Aufwand zum unbefugten Mitsehen notwendig, der im allgemeinen zumindest von Amateuren nicht mehr erbracht wird.Encryption is often enough for telephony of synchronous signals, as in the published patent application DE 36 38 554 A1 is described, and one nests additionally the image signals with each other, as is the case in the published patent application DE 37 15 080 A1 is specified. Through the combination both measures is already a considerable effort unauthorized attendance necessary, which in general at least from Amateurs are no longer provided.

Aus der Patentschrift DE 35 01 178 C2 ist ein Verfahren zur Verschlüsselung von Fernsehsignalen bekannt, bei dem zwischen verschiedenen Verschlüsselungsalgorithmen umgeschaltet wird. Dies geschieht mit Hilfe von Synchronimpulsen, von denen durch einen Verschlüssler einige unterdrückt werden können.From the patent DE 35 01 178 C2 is a method for Encryption of television signals known in which between different encryption algorithms is switched. This is done with the help of sync pulses, one of which is by an encryptor some can be suppressed.

Häufig treten jedoch Anwendungsfälle auf, bei denen sich ein Verschlüsseln oder Unterdrücken der Synchronsignale als ungünstig erweist, beispielsweise wenn alle Synchronsignale für Synchronisierzwecke verwendet werden. In diesen Fällen muß die Schlüsseltiefe durch andere Maßnahmen vergrößert werden.However, there are often use cases that occur Encrypt or suppress the synchronous signals as proves unfavorable, for example if all synchronous signals for Synchronization purposes are used. In these cases the Key depth can be increased by other measures.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Schlüsselsicherheit von digitalen Bildsignalen anzugeben.The object of the invention is a method for improvement the key security of digital image signals.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 oder 2 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the in claims 1 or 2 specified features solved. Advantageous further developments of Invention are specified in the subclaims.

Ziel dieses Verfahrens ist es, die Korrelationen zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten zu verschleiern. Durch ein Datenreduktionsverfahren werden die statistischen Bindungen aufgerissen. Die Abtastwerte des digitalen Bildsignals werden beispielsweise durch ein Transformationsverfahren in Datensignale umgesetzt, wie nur bei Kenntnis des Transformationsalgorithmus entsprechende Aufschlüsse über das Bildsignal vermitteln. Durch das Ergänzen mit Randomsignalen wird die Entschlüsselung zusätzlich erschwert. Es ist selbstverständlich, daß die Datenwörter, die beispielsweise Koeffizienten von Spektralwerten darstellen, bereits in unüblicher Reihenfolge angeordnet werden, wenn sie lediglich durch Randominformation ergänzt werden.The aim of this procedure is to find the correlations between successive ones To obscure samples. Through a data reduction process the statistical ties are broken. The samples of the digital image signal are, for example through a transformation process into data signals implemented, as only with knowledge of the transformation algorithm provide appropriate information about the image signal. By supplementing with random signals also makes the decryption difficult. It goes without saying that the data words, which represent, for example, coefficients of spectral values, already arranged in an unusual order, if they are only supplemented by random information.

Nach der Anwendung eines Datenreduktionsverfahrens wird das Datensignal bei einer alternativen Lösung Datenwörter oder Codeblöcke miteinander verschachtelt, wobei möglichst die Datenwörter des Datensignals zerlegt werden. Hierdurch werden evtl. noch erkennbare Zusammenhänge zerstört. Durch eine anschließende fehlerkorrigierende Codierung und ein weiteres Verschachteln der Kontrollinformation mit dem Datensignal wird ein unbefugtes Empfangen weiter erschwert.After applying a data reduction process, the data signal in an alternative solution, data words or blocks of code interleaved with one another, where possible the data words of the data signal can be broken down. This may result in still recognizable relationships destroyed. By a subsequent error-correcting coding and another nesting the control information with the data signal becomes an unauthorized person Receiving more difficult.

Außerdem ergibt sich auch der zusätzliche Vorteil einer möglichen Fehlerkorrektur. Das sich ergebende redundante Datensignal wird verschleiert oder verschlüsselt. Das Verschleiern kann durch erneutes Aufteilen in Datenblöcke und deren Verschachtelung miteinander durchgeführt werden.There is also the additional advantage of a possible one Error correction. The resulting redundant data signal is disguised or encrypted. Veiling can by dividing it up again into data blocks and nesting them be carried out together.

Die Wort- oder Blocklängen sollen bei der ersten und der erneuten Verschachtelung unterschiedlich sein. Während die erste Verschachtelung nach einem feststehenden Algorithmus erfolgen kann, sollte der Verschachtelungsmodus für das redundante Datensignal ständig variiert werden.The word or block lengths should be the first and the next Nesting may be different. During the first nesting can be done according to a fixed algorithm, should be the nesting mode for the redundant data signal are constantly varied.

Das Datensignal sollte nach einer möglichst redundanzsparenden Methode codiert sein. Hier bietet sich die Optimalcodierung, eine Lauflängencodierung oder eine Kombination dieser Codierungsarten an.The data signal should be as redundant as possible Method must be coded. Here is the optimal coding, run length coding or a combination of these coding types at.

Weitere Maßnahmen, wie beispielsweise ein Verscrambeln des auszusendenden Signals, können ergänzend angewendet werden.Other measures, such as scrambling the one to be sent Signals can be used in addition.

Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand von Fig. 1 und 2 näher erläutert.Examples of the method according to the invention are explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und Fig. 1 shows an arrangement for performing the method and

Fig. 2 zugehörige Zeitdiagramme. Fig. 2 associated timing diagrams.

Der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird ein komplettes digitalisiertes Videosignal VS zugeführt. Die Synchronimpulse werden abgetrennt und von einem Codierer CO in entsprechende Synchronwörter SYN umgesetzt. Das die Bildinformation beinhaltende Bildsignal BS wird einer Datenreduktionseinrichtung DR zugeführt, beispielsweise einer Transformationseinrichtung oder einem DPCM-Coder (Differenz-Pulscodemodulation), die das Bildsignal BS in ein Datensignal DS umsetzt, welches eine geringere Datenrate aufweist. Das Datensignal kann einer ersten Verschachtelungseinrichtung V 1 zugeführt werden, die eine wortweise, blockweise oder auch bitweise Verwürfelung bewirkt. Das verwürfelte Datensignal VDS wird einem Fehlerkorrektur-Coder zugeführt, der hieraus die Kontrollinformation KI errechnet, die zur Korrektur von Übertragungsfehlern dient. Diese Kontrollinformation wird mit dem Datensignal verschachtelt. Das sich so ergebende redundante Datensignal CDS wird einer Verschachtelungseinrichtung V 2 oder einer Verschlüsselungseinrichtung SE zugeführt und nach der Verschachtelung bzw. Verschlüsselung wieder mit den Synchronwörtern SYN zusammengeführt und ausgesendet.A complete digitized video signal VS is fed to the arrangement shown in FIG . The sync pulses are separated and converted into corresponding sync words SYN by an encoder CO . The image signal BS containing the image information is fed to a data reduction device DR , for example a transformation device or a DPCM coder (differential pulse code modulation), which converts the image signal BS into a data signal DS which has a lower data rate. The data signal can be fed to a first interleaving device V 1 , which effects word-wise, block-wise or bit-wise scrambling. The scrambled data signal VDS is fed to an error correction coder, which uses this to calculate the control information KI , which is used to correct transmission errors. This control information is interleaved with the data signal. The resulting redundant data signal CDS is fed to an interleaving device V 2 or an encryption device SE and, after the interleaving or encryption, merged again with the synchronous words SYN and transmitted.

Wird kein fehlerkorrigierender Code verwendet, so kann das Datensignal durch Randominformation RI ergänzt werden. Anschließend werden Datenblöcke des so ergänzten Datensignals EDS miteinander verschachtelt bzw. verschlüsselt.If no error-correcting code is used, the data signal can be supplemented by random information RI . Data blocks of the data signal EDS thus supplemented are then interleaved or encrypted with one another.

Anhand der in Fig. 2 dargestellten Zeitdiagramme wird das Verfahren nochmals näher erläutert. Eine Bildzeile des Videosignales VS besteht aus einem Synchronwort SYN, an das sich die Abtastwerte AW 1, AW 2 usw. anschließen. In der Datenreduktionseinrichtung DR, hier wird beispielsweise ein DPCM-Coder verwendet, werden die Abtastwerte AW 1, AW 2, . . . in kürzere Datenwörter DW 1, DW 2, . . . umgesetzt. Durch Anwendung einer Lauflängencodierung können auch mehrere Abtastwerte, beispielsweise die Abtastwerte AW 3 bis AW 5, zu einem einzigen Datenwort DW 3-5 zusammengefaßt werden. Dies Datensignal wird beispielsweise in gleichlange Datenblöcke DB 1, DB 2, . . . eingeteilt, die miteinander zu einem verschachtelten Datensignal VDS verschachtelt werden. Die Verschachtelung kann beispielsweise nach einem feststehenden Schema erfolgen, die Länge der Datenblöcke sollte von der häufigsten Länge der Datenwörter abweichen, um das Signal möglichst unkenntlich zu machen. Wird nach der Datenreduktion eine erste Verschachtelung durchgeführt und dann eine fehlerkorrigierende Codierung durchgeführt, so ergibt sich das in der folgenden Zeile dargestellte redundante Datensignal CDS. Die Kontrollinformation KI wird hier jeweils nach einem feststehenden Codierungsabschnitt eingefügt, wodurch einige Datenwörter hier DW 3-5 und DW 7 zerteilt werden. Es kann auch auf eine erste Verschachtelung verzichtet werden und anstelle der Kontrollinformation kann Randominformationen RI eingefügt werden, die natürlich auch anderweitig, beispielsweise bitweise mit den Datenwörtern verschachtelt werden kann. Das durch Randominformation ergänzte Datensignal ist mit EDS bezeichnet. The method is explained again in more detail using the time diagrams shown in FIG. 2. One picture line of the video signal VS consists of a synchronous word SYN , to which the sample values AW 1 , AW 2 , etc. follow. In the data reduction device DR , for example a DPCM coder is used here, the sample values AW 1 , AW 2 ,. . . in shorter data words DW 1 , DW 2 ,. . . implemented. By using run length coding, it is also possible to combine a plurality of samples, for example samples AW 3 to AW 5 , into a single data word DW 3-5 . This data signal is, for example, in data blocks DB 1 , DB 2 ,. . . divided, which are interleaved to form an interleaved data signal VDS . The interleaving can take place according to a fixed scheme, for example, the length of the data blocks should differ from the most common length of the data words in order to make the signal as unrecognizable as possible. If a first interleaving is carried out after the data reduction and then an error-correcting coding is carried out, the redundant data signal CDS shown in the following line results. The control information KI is inserted here after a fixed coding section, whereby some data words here DW 3-5 and DW 7 are divided. A first interleaving can also be dispensed with and random information RI can be inserted instead of the control information, which of course can also be interleaved in another way, for example bit by bit, with the data words. The data signal supplemented by random information is designated EDS.

Wurden anstelle der Datenwörter Datenblöcke miteinander verschachtelt, so ergibt sich das in der folgenden Zeile dargestellte alternative redundante Datensignal CDS. Dies Datensignal wird - hier in gleich große - Codeblöcke CB 1, CB 2, . . . aufgeteilt, die wiederum miteinander zu dem verschlüsselten Datensignal VCS verschachtelt werden. Werden mehrere Verschachtelungen durchgeführt, so sollten die miteinander verschachtelten Blöcke - im Gegensatz zum dargestellten Beispiel - eine unterschiedliche Länge aufweisen. Der Verschachtelungsmodus für das redundante Datensignal CDS oder das ergänzte Datensignal EDS sollte nach Möglichkeit ständig variiert werden. Durch die Datenreduktion, das Hinzufügen weiterer Information und gegebenenfalls mehrfaches Verschachteln von Datenblöcken bzw. Codeblöcken, deren Grenzen mit den Grenzen der Datenwörter häufig nicht übereinstimmen, sind die ursprünglich bestehenden Korrelationen zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten AW 1, AW 2, . . . des Bildsignals BS so stark gestört, daß eine Rekonstruktion äußerst problematisch ist.If data blocks were interleaved with one another instead of the data words, the alternative redundant data signal CDS shown in the following line results. This data signal is - here in equal size - code blocks CB 1 , CB 2 ,. . . divided, which in turn are interleaved to form the encrypted data signal VCS . If several nests are carried out, the blocks nested with one another - in contrast to the example shown - should have a different length. The interleaving mode for the redundant data signal CDS or the supplemented data signal EDS should be varied as far as possible. Due to the data reduction, the addition of further information and possibly multiple interleaving of data blocks or code blocks, the boundaries of which often do not match the boundaries of the data words, the originally existing correlations between successive sample values AW 1 , AW 2 ,. . . of the image signal BS so disturbed that a reconstruction is extremely problematic.

Empfangsseitig werden die beschriebenen Schritte in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt. Zunächst werden Synchronwörter vom verschachtelten redundanten Datensignal getrennt, dann wird eine Fehlerkorrektur durchgeführt, wobei gleichzeitig die Kontrollinformation von Datensignal getrennt wird oder die Randominformation wird eliminiert; gegebenenfalls wird noch die erste Verschachtelung rückgängig gemacht und die geordneten Datenwörter werden in ein Bildsignal mit den ursprünglichen Abtastwerten rückumgesetzt.At the reception end, the steps described are reversed Order performed. First, sync words from then nested redundant data signal is separated an error correction was carried out, while the control information is separated from the data signal or the random information is eliminated; possibly the first one Undo nesting and the ordered data words are converted into an image signal with the original samples implemented.

Claims

1. A method for concealing digital video signals (VS) , characterized in that the synchronous signals (SYN) are transmitted unencrypted,
that the digital image signals (BS) relating to the image content are converted into data signals (DS) by a data reduction method,
that the shortened image lines (BZ) are supplemented with random information (RI) and
that the resulting supplemented data signal (EDS) is masked and / or encrypted.

2. Method for concealing digital video signals (VS) , characterized in that the synchronous signals (SYN) are transmitted unencrypted,
that the digital image signals (BS) relating to the image content are converted into data signals (DS) by a data reduction method,
that the data words ( DW 1 , DW 2 ,...) of the data signal (DS) or the data blocks ( DB 1 , DB 2 ,...) into which the data signal (DS) is divided are interleaved,
that the data signals (DS) are encoded with an error-correcting code, the control information (AI ) being interleaved with the data signals (DS) and
that the resulting redundant data signal (CDS) is masked and / or encrypted.

3. The method according to claim 1, characterized in that data words ( DW 1 , DW 2 ,...) Of the data signal (DS) or data blocks ( DB 1 , DB 2 ,...), Into which the data signal (DS) is divided is to be nested together.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the supplemented data signal (EDS) or the redundant data signal (CDS) is divided into code blocks ( CB 1 , CB 2 , ...), Which are interleaved with each other.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as data reduction a DPCM process, a transformation process or a hybrid method comprising both methods is provided is.

6. The method according to claim 4, characterized in that an optimal coding, a run length coding or a combination of both coding methods is carried out.

7. The method according to claim 3 or 4, characterized in that that the nesting scheme is constant is varied.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the receiving end the measures taken on the transmission side are undone will.