DE4414953C2 - Gerät zur Verarbeitung elektrischer Signale - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Verarbeitung elektrischer Signale, insbesondere in großer Menge angelieferter elektrischer Signale. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar im audio-visuellen Bereich oder im Bereich der Datenverarbeitung. Sie hat zum Ziel, in einem Übertragungskanal von einem Empfänger zu einer Verarbeitungseinrichtung für Signale einen äußeren Schaltkreis einzuschalten, welcher in die Verarbeitung der empfangenen Signale eingreift, oder diese Signale ersetzt.

Die US-A 49 93 066 beschreibt ein Gerät zur Verarbeitung elektrischer Signale, welches einen Empfänger zum Empfang dieser Signale aufweist, eine Verarbeitungsvorrichtung zur bildlichen Darstellung, um die empfangenen Signale zu verarbeiten und eine Übertragungsschnittstelle für große Mengen, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger und der Verarbeitungsvorrichtung angeordnet ist und die in der Lage ist, die Signale vom Empfänger zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen oder diese Signale zu einem äußeren Schaltkreis zu übertragen und/oder ähnliche Signale von diesem äußeren Schaltkreis zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen, um so auf einfache und billige Art und Weise den Empfang von sogenannten Pay-per-access-information-services nur dem berechtigten Personenkreis zu ermöglichen.

Im audio-visuellen Bereich verfügen die herkömmlichen Fernsehgeräte über wenige Schnittstellen mit der Außenwelt. Die meisten besitzen nur einen Hochfrequenzeingang (Antenneneingang) zur Aufnahme eines sichtbar zu machenden Signals. In Europa und insbesondere in Frankreich besitzt ein sogenannter Peritel-Anschluß 21 Kontaktlamellen. Er liefert damit die umfangreichsten Anschlußmöglichkeiten für Eingangs- und Ausgangssignale heutzutage für die analogen Video- und Audio-Eingänge und -Ausgänge mit getrennten Frequenzbändern (codierte Videosignale, SECAM oder PAL oder sogar NTSC). Er ermöglicht außerdem dem Anschluß ein analoges Farbsignal als Hauptsignal oder überlagerbares Signal einzugeben. Einige Hersteller schlagen einen Datenbus mit der Bezeichnung "D2B" vor, zur Übertragung von Steuerbefehlen und Daten für die Schnittstelle Mensch/Maschine. Bestimmte Monitorgeräte außerhalb von Frankreich weisen Video- oder Audio-Eingänge/Ausgänge auf, die äquivalent sind zu den Frequenzbandsignalen des Anschlusses Peritel, jedoch mit der Bezeichnung "RCA".

Bekannte audio-visuelle Systeme mit gesteuertem Zugang, beispielsweise für das Abonnement-Fernsehen, sind in zwei sich wirkungsmäßig grundsätzlich unterscheidende Bereiche unterteilt. Ein erster Bereich betrifft das Problem der Verschlüsselung/Entschlüsselung elektrischer Signale zur Übertragung von Bild und/oder Ton und/oder der zugehörigen Daten (beispielsweise der Teletex-Daten). Der erste Bereich wandelt die Signale dergestalt um, daß sie für die nichtberechtigten Teilnehmer nicht entzifferbar sind. So sind z. B. Systeme bekannt mit einer Verschiebung der Videozeilen, Systeme mit Unterbrechung und Verdrehung (oder auch Verschiebung) der Videozeilen (LCAR) oder auch Systeme zur Umkehr der Audio-Spektren. Die Verschlüsselung erfolgt an der Signalsendequelle. Die Entschlüsselung (symmetrische Funktion der Verschlüsselung) erfolgt beim Empfang der Signale.

Die Verschlüsselung beim Aussenden und die Entschlüsselung beim Empfang werden synchron durchgeführt durch eine bestimmte zeitliche Sequenz. Diese Sequenz kann durch ein eigenständiges Signal dargestellt werden, welches zugleich mit dem verschlüsselten Signal übertragen wird. Ein derartiges Signal stellt die beim Aussenden verschlüsselte Sequenz dar (es dient beispielsweise zur Beschreibung der Anordnung der Unterbrechungspunkte für jede Videozeile in einem System zur Unterbrechung und Verdrehung der Zeilen). Das gleiche Signal wird beim Empfang zur Steuerung beim entschlüsseln verwendet, synchron mit der Verschlüsselung. In den meisten Fällen wird die Synchronisiersequenz durch eine Folge von Steuerworten gebildet, die in regelmäßigen Abständen, beispielsweise alle Sekunden, ausgesandt werden. Jedoch kann die Frequenz erheblich größer sein um sich an die Gewohnheiten der Verbraucher anzupassen, die häufig von einem Sender zum anderen wechseln.

Ein zweiter Bereich des Systems betrifft die Steuerung des Zugangs, bei der das oben beschrieben Synchronisiersignal am Empfänger nur dann zur Verfügung steht, wenn dieser bestimmte Bedingungen erfüllt, wie z. B. das vorherige Bezahlen eines Rechtes. Das System der Zugangssteuerung besteht oftmals aus einem Chiffriergerät im Sender, welches die Synchronisiersequenz unleserlich macht, bevor diese dem Sendekanal zugeführt wird. Beim Empfang überprüft das System der Zugangssteuerung ob die Zugangsbedingungen erfüllt sind (beispielsweise Bezahlung einer Gebühr). Sind diese Bedingungen erfüllt, ermöglicht das System die Entschlüsselung (symmetrische Operation der Verschlüsselung) der Synchronisiersequenz und liefert eine unverschlüsselte Sequenz dem Entschlüsselungssystem.

Bei einem bekannten System der Zugangssteuerung wird der Empfang durch eine Karte mit einem Mikroschaltkreis gewährleistet, während die Funktion der Entschlüsselung beim Empfang durch eine elektronische Schaltung erfolgt, welche eng mit den anderen Empfangsfunktionen der Signale verknüpft ist. So sind z. B. die herkömmlichen Funktionen für einen Fernsehdecodierer mit Gebührenentrichtung aufgeteilt auf einen Empfangsschaltkreis der mit einem Entschlüsselungsschaltkreis verbunden ist. Die Schlüssel für die Entschlüsselung werden durch eine Karte mit einem Mikroschaltkreis (Chipkarte oder Chiphalterung) zur Verfügung gestellt. Bei einer derartigen Ausführung erfolgt die Funktion des Entschlüsselns im inneren eines eigenen Gerätes, nämlich des Decodierers. Die Karte mit dem Mikroschaltkreis, die in dieses Gerät eingeschoben wird, ermöglicht die Zugangsteuerung. Allgemein läßt sich sagen, daß die Entschlüsselungsfunktion öffentlich sein kann und kein Geheimnis enthält. Die dieses System schützenden Geheimnisse liegen in der Karte mit der Mikroschaltung, welche in Echtzeit und auf Anforderung die Entschlüsselungsfunktion der Synchronisiersequenz durchführt.

Die Verbindung der herkömmlichen Systeme der Zugangssteuerung mit den Fernsehgeräten erfolgt in den meisten Ländern durch seriellen Anschluß am Antenneneingang des Fernsehgerätes. In Europa kann dieser Anschluß erfolgen mittels des Peritel-Anschlusses unter Verwendung codierter Signale im Frequenzband (PAL/SECAM/NTSC, sowie Farbsignale für Decodierer, welche Signale vom Typ HDMAC und D2MAC verarbeiten). Derzeit gibt es für Fernsehgeräte noch keine Schnittstellen die auf die Funktion des Entschlüsselns und der Zugangssteuerung abgestellt sind.

Es existieren jedoch Zusatzgeräte für Fernsehgeräte die örtlich Bilder oder Ton erzeugen können (neben Videorecordern und Laserscheibengeräten). So seien insbesondere Spielkonsolen genannt, sowie Vorrichtungen vom Typ "ANTIOPE" zur Erzeugung von Untertiteln. Derartige Vorrichtungen erzeugen numerisch ein Bild durch Schaffung eines Bildspeichers (Bit-Map) welches in einem besonderen Speicher innerhalb des Gerätes gespeichert wird. Dieses Gerät wird in ein Videosignal umgewandelt durch Konversion in ein Farbsignal oder durch Konversion in ein codiertes Signal des Frequenzbandes (PAL/SECAM/NTSC). Dieses Signal kann gegebenenfalls sogar mit Hochfrequenz moduliert werden, für Fernsehgeräte welche nur über einen Antenneneingang verfügen.

In Frankreich können "ANTIOPE"-Geräte ihre Bilder überlagern (beispielsweise Untertitel für Schwerhörige) durch Verwendung der Überlagerungsfunktion, die am Peritel- Anschluß über die analogen Farbsignale zur Verfügung steht. In anderen Ländern erfolgt die Umschaltung zwischen dem erzeugten Signal durch ein derartiges Gerät (beispielsweise eine Spielkonsole) wobei das Antennensignal nur mittels eines manuellen mechanischen Umschalters zuführbar ist, welche die Verbindung des mit der Hochfrequenz modulierten Signals ermöglicht.

Die bekannten Schnittstellen für Fernsehgeräte zum Empfang digitaler audio-visueller Signale sind dafür ungeeignet. Keine der erhältlichen Schnitt stellen für herkömmliche Fernsehgeräte ist in der Lage, digitale audio-visuelle Signale zu übertragen. Die Schnittstellenanforderungen für digitale audio-visuelle Signale sind stark begrenzt durch die geringe Anzahl von Geräten, die in der Lage sind derartige digitale Signale zu erzeugen oder zu verarbeiten. In naher Zukunft jedoch wird mit dem Einsatz digitaler Fernsehübertragungen sowie dem Einsatz digitaler Videorecorder die Notwendigkeit vorrangig werden, um nicht durch überflüssige Umwandlungen digitaler in analoge Signale die Qualität der von diesen Geräten verarbeiteten Signale zu beeinträchtigen. Eine digitale Schnittstelle ist demzufolge notwendig, ebenso wie es der Y/C-Anschluß beim Erscheinen des S-VHS-Systems war.

Hinsichtlich der aktuellen Systeme des Abonnementfernsehens, wie es oben erwähnt wurde, weisen die zwischen der Schnitt stelle und der die Entschlüsselung vornehmenden Seite ausgetauschten Signale und das System zur Zugangssteuerung auf:

• - die chiffrierte Synchronisiersequenz der Verschlüsselung, die regelmäßig der Zugangssteuerung zugeschickt wird;
• - dieselbe unverschlüsselte Synchronisiersequenz nach der Entchiffrierung, die zur Zugangssteuerung der Entschlüsselung zurückgeleitet wird.

Dies bedeutet also, daß die Synchronisersequenz der Entschlüsselung in unverschlüsseltem Zustand an der Schnittstelle zur Verfügung steht. Sie könnte also umgelenkt werden, um beispielsweise weiteren Decodierern zugeführt zu werden, die nicht über ein zugelassenes System der Zugangssteuerung verfügen.

In einem System der analogen Signalübertragung zwischen dem Sender und dem Empfänger ist es manchmal für einen Piraten leichter das übertragene Signal in Angriff zu nehmen, um so den Verschlüsselungsmechanismus herauszufinden. Beispielsweise können Auto-Korrelationsverfahren zu diesem Ziel führen. Dies ist leichter als der Versuch die Synchronisiersequenz zu reproduzieren, welche oftmals aus digitalen Binärdaten mit großer Anzahl (beispielsweise 61 Bits und mehr) bestehen und die oftmals aktualisiert werden (alle Sekunde).

Bei den herkömmlichen und auch bei den zukünftigen Systemen, bei denen die Signalübertragung in digitaler Form erfolgt (z. B. beim hochauflösenden Fernsehen oder beim digitalen Rundfunk DAB) ist es für einen Piraten nicht mehr möglich, das übertragene Signal mittels physikalischer Verfahren, wie z. B. die Autokorrelation knacken zu wollen. Derartige Signale entsprechen den Normen MPEG für bewegliche Bilder. In diesem Fall erfolgt die Zusammensetzung der Bilder durch Integration aufeinanderfolgender Bilder übereinander, um so das endgültige Bild zu erhalten. In der Praxis gibt es dabei keine übertragenen Videosignale mehr.

Dies bedeutet, daß Piraten umso eher die Synchronisiersequenz der Entschlüsselungsanlage in Angriff nehmen müssen (oder den Entschlüsseler, selbst wenn dieser nicht öffentlich erhältlich ist). Diese Sequenz weist eine geringere Frequenz als das Signal selbst auf und ist deshalb gegebenenfalls leichter zu verteilen. Das mit einer derartigen Konstruktion eingegangene Risiko hinsichtlich der Funktion der Entschlüsselns ist abschätzbar im Zusammenhang mit einem in einem Fernseher integrierten Entschlüsseler. Wird die Synchronisiersequenz an der Schnittstelle zwischen dem Fernsehgerät und der Karte mit der Mikroschaltung umgeleitet, oder wird das Entschlüsselungsgerät direkt geknackt, wird die Gesamtheit der Fernsehgeräte dieses Typs im Betrieb in Frage gestellt.

Die Erfindung schlägt eine Lösung für das Problem der Schnittstelle vor, für insbesondere audio-visuelle Systeme mit digitaler Übertragung. Die Erfindung besteht beispielsweise darin, für eine derartige Übertragung eine in beide Richtung wirkende voll-duplex-fähige Schnittstelle mit parallelem Bus zu schaffen, die in der Lage ist, digitale ausio-visuelle Signale zwischen einem Fernsehgerät und der Außenwelt hin- und herzuschicken. Diese Schnittstelle ist das digitale Äquivalent eines Peritel- Anschlusses. Das zu regelnde Problem durch eine derartige Schnittstelle besteht darin, sicher zu stellen, daß die informationsmengen, die notwendigerweise sehr groß sind, im digitalen Betrieb korrekt geleitet werden zwischen dem Empfänger und einem äußeren Schaltkreis und danach zwischen dem äußeren Schalkreis und dem Fernsehgerät in Echtzeit. Die Schnittstelle löst zwei Probleme gleichzeitig:

• - sie ermöglicht die Direktverbindung ohne Digital-Analog- Wandlung von Videobildern erzeugenden Geräten wie z. B. Untertitelmaschinen, Spielkonsolen oder PC-Rechnern;
• - sie verlegt die Funktion des Entschlüsselns digitaler Fernsehsignale in ein anschließbares Bauteil.

In diesem anschließbaren Bauteil ist die Funktion des Entschlüsselns direkt der Funktion der Zugangssteuerung zugeordnet. Erfindungsgemäß enthält das ausio-visuelle Gerät mit einer derartigen Schnittstelle kein Geheimnis und ist demzufolge auch nicht angreifbar, wenn es dazu dient ein verschlüsseltes Signal zu speichern oder zu reproduzieren. Wenn das Entschlüsselungssystem zu Schwierigkeiten führen kann, so läßt es sich ersetzen durch auswechseln des lösbaren Moduls, das mit der Schnittstelle verbunden ist, ohne das ausio-visuelle Gerät selbst in Frage zu stellen. Es ist klar, daß dieses audio-visuelle Gerät ein Datenverarbeitungsgerät oder ein anderes Gerät sein kann, welches digitale Daten verarbeitet.

Die Erfindung wird nun in Verbindung mit einer derartigen audio-visuellen Anwendung beschrieben, ohne jedoch auf dieses technische Gebiet beschränkt zu sein.

Die Erfindung bezieht sich also auf ein Gerät zur Verarbeitung elektrischer Signale, insbesondere Bild-, Ton-, Daten- und/oder Steuersignale mit:

• - einem Empfänger zum Empfang dieser Signale
• - einer Verarbeitungsvorrichtung insbesondere der bildlichen Darstellung um die empfangenen Signale zu verarbeiten und
• - einer Übertragungsschnittstelle für große Mengen, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger und der Verarbeitungsvorrichtung angeordnet ist und die in der Lage ist, die Signale vom Empfänger zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen oder diese Signale zu einem äußeren Schaltkreis zu übertragen und/oder ähnliche Signale von diesem äußeren Schaltkreis zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, daß
• - es einen Generator für ein abwechselndes Taktsignal aufweist, das synchron zur großen Menge ist und daß
• - die Schnittstelle einen Auswählschaltkreis aufweist um die Signale vom Empfänger zum äußeren Schalkreis während einer gegebenen Halbperiode des Taktsignals zu übertragen und um die Signale vom äußeren Schaltkreis zur Verarbeitungsvorrichtung während einer anderen gegebenen Halbperiode des Taktsignals zu übertragen.

Die Erfindung wird besser verstanden im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren. In nicht beschränkender Weise zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verarbeitungsgerätes,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Schnittstellensignale,

Fig. 3 ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schnittstelle und die

Fig. 4 und 5 Ausführungsbeispiele der Verarbeitung der Signale in einem äußeren Schalkreis.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät. Dieses weist einen Empfänger 1 zum Empfang der Signale insbesondere Bildsignale, Tonsignale, Datensignale oder Steuersignale auf, die beispielsweise von einer Antenne 2 oder einem Koaxialkabel stammen oder einem anderen Übertragungssystem.

Beispielsweise beträgt das Frequenzband des übertragenen Signals größenordnungsmäßig 6 MHz. Bei Einsatz der heutzutage bekannten Kompressionsanordnungen ist es möglich, in einem derartigen Frequenzband bis zu 32 Megabit pro Sekunde zu übertragen, insbesondere unter Zuhilfenahme von Modulationsverfahren vom Typ QAM oder QPSK.

Das Gerät weist ebenfalls eine Vorrichtung 3 zur Verarbeitung der empfangenen Signale auf. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung 3 zur Verarbeitung aus einer audio-visuellen Kette mit insbesondere einem Bilddecodierer 4 und einer Vorrichtung 5 zur bildlichen Darstellung, insbesondere einem Fernsehgerät. Die übertragenen Signale können Videosignale sein oder auch gemäß der Norm MPEG codierte Signale. In letzterem Fall enthält in an sich bekannter Weise der Codierer einen Bildspeicher oder einen Rasterspeicher 6 der mit der Vorrichtung zur bildlichen Darstellung, d. h. dem Fernsehgerät 5, verbindbar ist.

Das erfindungsgemäße Gerät enthält außerdem eine Schnittstelle 7, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger 1 und der Vorrichtung 3 zur Verarbeitung geschaltet ist. Die Schnittstelle 7 ist in der Lage, die vom Empfänger 1 empfangenen Signale entweder zur Verarbeitungsvorrichtung 3 oder zu einem äußeren Schaltkreis 8 oder, ausgehend vom Schaltkreis 8, zur Verarbeitungsvorrichtung 3 zu übertragen. Diese leistungsstarke Übertragung ist erforderlich, da es sich beispielsweise um eine Datenmenge von 32 Megabit pro Sekunde handelt. Prinzipiell ist ein derartiges System bereits bekannt, wenn der äußere Schaltkreis 8 ein Videorekorder ist und die Schnittstelle 7 Schaltkreise darstellt zur Aufzeichnung einer audio­ visuellen Sequenz eines im Videorekorder enthaltenen Magnetbandes mit späterer Wiedergabe am Fernsehgerät 5.

Eine Besonderheit der Erfindung ist darin zu sehen, daß diese einen Generator aufweist um ein abwechselndes Taktsignal h zu erzeugen, synchron zur großen Menge. Die Schnittstelle weist ferner einen Auswählschaltkreis 9 auf, der im Rhythmus des Taktsignales umgeschaltet wird. Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel erreichen die auf jeder der Leitungen eines Busses 34 anstehenden Datensignale (zeichnerisch dargestellt durch eine mit einem Querstrich versehene einzige Leitung) jeweils einen erfindungsgemäßen Auswählschaltkreis 9.

Jede mit dem Empfänger 1 verbundene Busleitung ist mit einem ersten Anschluß (drain oder source) eines Transistors verbunden, der beispielsweise vom Typ N10 ist. Das Steuergitter 11 dieses Transistors 10 empfängt das Taktsignal h. Ist dabei das Taktsignal h positiv, so wird das am Ausgang des Empfängers 1 anstehende Signal dem Ausgang 12 (source oder drain) des Transistors 10 zugeführt. Der Ausgang 12 ist mit dem äußeren Schaltkreis über ein Verbindungsstück verbunden, welches eine Vielzahl von hervorspringenden Anschlußklemmen 13 bzw. Aufnahmeöffnungen 14 aufweist, die mit der Schnittstelle 7 bzw. dem äußeren Schaltkreis 8 verbunden sind.

Beim Auftreten der folgenden Halbperiode des Signals h wird der Transistor 10 gesperrt und der Empfänger 10 ist nicht mehr mit dem äußeren Schaltkreis 8 verbunden. In diesem Fall ist ein Ausgang 15 des äußeren Schaltkreises 8 mit einem ersten Anschluß eines Transistors 16 verbunden, der ebenfalls vom Typ N sein kann und dessen Steuergitter 17 das zum Signal h komplementäre Signal erhält. Das zum Signal h komplementäre Signal wird beispielsweise erzeugt ausgehend vom Signal h, welches einen Inverter 18 durchläuft. Unter diesen Bedingungen leitet der Transistor 16 und das am Ausgang 15 des Schaltkreises 8 anstehende Signal wird dem Ausgang 19 des Transistors 16 zugeführt. Dieser Ausgang 19 ist mit einer der Leitungen eines Datenbusses 20 verbunden und damit wiederum mit der Verarbeitungsvorrichtung 3. Aufgrund dieser Tatsache werden bei jeder Halbperiode des ersten Typs des Taktsignals die Signale vom Empfänger 1 dem äußeren Schaltkreis 8 zugeführt. Bei den anschließenden Halbperioden werden sie vom Schaltkreis der Vorrichtung 3 zugeführt.

Bei einem verbesserten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der äußere Schaltkreis 8 weggelassen werden kann. Um dies zu ermöglichen, wird der Schalkreis 9 prinzipiell vervollständigt durch Hinzufügung von drei Transistoren 21, 22, 23, von denen im folgenden die Wirkungsweise beschrieben wird. Diese Darstellung ist jedoch ausschließlich als eine Möglichkeit anzusehen. Wie die folgenden Ausführungen zeigen, sind auch andere Verwirklichungen möglich. Der Transistor 21 ist in Reihe geschaltet mit dem Transistor 10, zwischen dessen Ausgang 12 und dem äußeren Schalkreis 8. Der Transistor 22 ist auf die gleiche Art und Weise zwischen dem Ausgang 15 des äußeren Schaltkreises 8 und dem Transistor 16 geschaltet. Der Transistor 23 ist zwischen dem ersten Anschluß des Transistors 10 und dem Ausgang 19 des Transistors 16 geschaltet. Die Transistoren 21 bis 23 erhalten jeweils ein Signal des Zuschaltens oder des Abschaltens des äußeren Schaltkreises 8.

Bei einem einfachen Beispiel wird ein Signal für das Zuschalten oder die Anwesenheit des äußeren Schalkreises 8 in folgender Weise erzeugt. Im inneren der Schnittstelle 7 ist ein Stecker 24 vortgesehen zur Verteilung einer positiven Spannung, ein Stecker 25 für das Massepotential und ein Stecker 26 zur Aufnahme des Signals für die Abschaltung und die Zuschaltung des Schaltkreises 8. im Schaltkreis 8 ist eine Verbindung 27 vorgesehen, zwischen dem Stecker 28 mit den Aufnahmeöffnungen bezüglich dem Stecker 24 mit den Kontaktlamellen sowie ein Stecker 29 mit Aufnahmeöffnungen in Hinsicht auf den Stecker 26 mit Kontaktlamellen. Sowie der Schaltkreis 8 an die Schnittstelle angeschlossen ist, wird das am Stecker 26 anstehende Potential auf ein positives Potential gebracht, beispielsweise von 5 Volt, welches am Stecker 24 ansteht.

Um zu vermeiden, daß das Potential am Stecker 26 bei Fehlen des Schaltkreises 8 schwankt, ist der Stecker 26 außerdem über einen Hochwiderstand 30 mit der Masse verbunden. Ist also der Schaltkreis 8 zugeschaltet, so liegt am Stecker 26 ein Potential von 5 Volt an. Ist der Schaltkreis abgeschaltet, so beträgt das Potential Null. Dieses Signal wird beispielsweise verwendet zur Steuerung der Transistoren 21 und 22 vom Typ N oder des Transistors 23 vom Typ P. in der Praxis sind, wenn der Schaltkreis 8 zugeschaltet ist und das am Stecker 26 anstehende Signal 5 Volt beträgt, die Transistoren 21 und 22 leitend, während der Transistor 23 gesperrt ist. Unter diesen Bedingungen wirkt die Schnittstelle wie oben beschrieben. Bei Abschaltung des Schaltkreises 8 sind die Transistoren 21 und 22 gesperrt und der Transistor 23 leitend: die Schnittstelle verhält sich demzufolge wie ein einfacher Kurzschluß zwischen jedem der Drähte des Busses 34, abgehend vom Empfänger 1 und mündend in der Verarbeitungsvorrichtung 3. Die Transistoren 21 und 22 sind dann nicht erforderlich, wenn die Ausgangsbusleitungen der Schnittstelle in Richtung zum äußeren Schaltkreis 8 und die Eingangsbusleitungen zur Schnittstelle 7 vom äußeren Schaltkreis 8 unterschiedlich sind. Nur wenn ein einziger Bus diese beiden Rollen übernimmt, d. h. sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang zuständig ist, ist die Gegenwart der Transistoren 21 und 22 gerechtfertigt.

Fig. 2 zeigt Zeitdiagramme der die Schnittstelle 7 durchlaufenden Signale. Man erkennt das Taktsignal h von im wesentlichen Rechteckform mit den Anstiegsflanken 31 und den Abstiegsflanken 32. Anstatt die Transistoren 10, 16 bis 21 und 23 mit den Zuständen des Signals h zu steuern, können auch durch Zwischenschaltung von Kippschaltungen des Typs RS oder JK für dieses Signal die Signalübergänge verwendet werden. Die Übergänge 31 und 32 dienen insbesondere dem Übergang 32 zum Auslesen über den Bus 33 des den äußeren Schalkreis 8 darstellenden Signals am Bus 34 des Empfängers 1. Dieses Auslesen wird durch den Zustandsübergang bewirkt nach Stabilisierung der Pufferspeicherausgänge des Busses 34.

Das zweite Diagramm von Fig. 2 zeigt die Ausgangszustände des Busses 34. Der Abgriff am Bus 33 kann bewirkt werden zum Zeitpunkt der Abstiegsflanke 32 des Signals h, wenn der äußere Schaltkreis 8 vom Bus 34 stammende Signale erhält. Anschließend werden diese Signale vom Schalkreis 8 verarbeitet und dem Bus 33 zugeführt zu Zeitpunkten 35, die zwischen den Flanken 31 und 32 liegen, um so am Bus 20 anzustehen, zu Zeitpunkten 31, welche den Zeitpunkten 35 folgen. Im folgenden wird gezeigt, wie diese Verarbeitungen erfolgen. Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden bestimmte Verarbeitungen durch den äußeren Schaltkreis 8 durchgeführt, der leicht abschaltbar und austauschbar ist.

Fig. 3 zeigt u. a. ein besonderes Ausführungsbeispiel zur Erzeugung des Signals h. Der Empfänger 1 weist einen Demodulator 36 auf, der mit einem getrennten Demultiplexer 37 verbunden ist. In Fig. 3 ist das Arbeitsprinzip des Demultiplexers 37 dargestellt. Der Demodulator 36 erzeugt einen Impulszug z. B. mit 32 Megabit pro Sekunde. Dieser Impulszug wird dem Eingang eines Schieberegisters 38 des Demultiplexers 37 zugeführt. Das Schieberegister wird außerdem durch ein Signal H angesteuert, welches von einem Oszillator 39 erzeugt wird, dessen Frequenz durch eine Spannung gesteuert werden kann. Die Frequenz des Oszillators 39 liegt z. B. in der Nähe von 32 MHz.

Um die Synchronisierung des Oszillators 39 zu gewährleisten wird eine Schaltung vom Typ PLL verwendet, die durch eine Phasenschleife gesteuert wird. In einer derartigen Schaltung vergleicht ein Vergleicher 40 z. B. eine Exclusiv- Oder-Schaltung, den Impulsausgang des Oszillators 39 mit dem vom Demodulator 36 erzeugten Impulszug. Der Ausgang der Exclusiv-Oder-Schaltung wird in einem Tiefpaßfilter 41 gefiltert, dessen Zeitkonstante z. B. größer ist als zehn mal die Periode des vom Demodulator 36 stammenden Signals.

Der Oszillator 39 liefert also ein Signal H, welches verwendet wird zur Verschiebung der im Schieberegister 38 gespeicherten Bits. Mittels eines durch acht teilenden Teilers 41 läßt sich, ausgehend vom Signal H, ein für die Schnittstelle 7 verwendbares Signal h erzeugen. Dieser durch acht teilende Teiler kann ganz einfach aus dem Ausgang für das vierte Bit eines Zählers entstehen, welcher eine natürliche Binärzählung vornimmt (2⁴ = 16 : 8 Perioden bis Null gefolgt von 8 Perioden bis 1). in diesem Fall wird das Register 38 an sechzehn Perioden im Bus 34 geleert. Der Abgriff am Bus 34 kann höchstens acht Perioden dauern. In entgegengesetzter Richtung wird der Bus 20 vom Bus 15 während höchstens acht Perioden gespeist. In der Praxis dauern die Abgriffe länger. Es sei betont, daß der Bus 34 zweiunddreißig Leitungen anstelle von sechzehn aufweisen kann. In diesem Fall wird der Teiler 41 ein durch sechzehn geteilter Teiler. Ziel kann es sein, die vierundsechzig Anschlußklemmen einer Schnittstelle vom Typ PCMCIA besser verteilt anzuschließen, um so eine mit dem äußeren Schalkreis 8 normierte Verbindung zu schaffen.

Der Schaltkreis 9 in Fig. 1 kann auch durch Eingangspufferspeicher 42 oder Ausgangspufferspeicher 43 des äußeren Schaltkreises 8 ersetzt werden, oder durch eine Eingangspufferschaltung 44 der Verarbeitungsvorrichtung 3, oder auch durch eine nicht dargestellte Ausgangspufferspeicherschaltung des Registers 38. Diese Pufferspeicherschaltungen erhalten das Signal h oder gegebenenfalls dessen Komplementärsignal.

Fig. 3 zeigt insbesondere daß der äußere Schaltkreis 8 einen Eingangsbus aufweisen kann, der im Pufferkreis 42 mündet, sowie einen Ausgangsbus der mit dem Pufferkreis 43 verbunden ist. In diesem Fall weist die Schnittstelle 7 entsprechend getrennte Busse auf, so daß die Transistoren 21 und 22 nicht erforderlich sind und kein Kurzschlußrisiko besteht. Nur im Falle eines einzigen Busses 33 ist ihre Gegenwart erforderlich.

Fig. 4 zeigt die Verarbeitung die für in großen Mengen angelieferte Signale geeignet ist, sofern diese Signale einer verschlüsselten Radio-Fernsehsendung entsprechen, deren Entschlüsselung nur von Abonnenten vorgenommen werden kann, welche regelmäßig für ihre Rechte bezahlen. Der Fernsehsender erzeugt dabei ein unverschlüsseltes Signal, entsprechend der auszustrahlenden Sendung. Dieses unverschlüsselte Signal kann ein klassisches Videosignal sein, oder aber auch ein codiertes Signal gemäß der Norm MPEG, wie bereits weiter oben erwähnt. Dieses Signal wird anschließend in einem Verschlüsseler 45 verschlüsselt, ausgehend von einer Verschlüsselungssequenz, die von einem Verschlüsselungssequenzgenerator 46 erzeugt wird. Das verschlüsselte Signal wird in Richtung Zuschauer ausgesandt und die Verschlüsselungssequenz selbst wird in einem Chiffriergerät 47 chiffriert. Die chiffrierte Verschlüsselungssequenz wird gleichzeitig wie das zu empfangende verschlüsselte Signal ausgesandt. Die Sendung erfolgt gemäß den bekannten Übertragungsnormen, beispielsweise vom Typ HDMAC, D2MAC, DSS oder dgl.

Beim Empfang können die bekannten Demodulatoren 36 oder auch die Demultiplexer 37 aus der Gesamtheit der empfangenen Signale diejenigen heraus filtern, welche den zu entschlüsselnden verschlüsselten Signalen entsprechen und die sich von denjenigen der chiffrierten Verschlüsselungssequenzen unterscheiden. Erfindungsgemäß ist der äußere Schaltkreis 8 in der Lage die chiffrierten Verschlüsselungssequenzen zu empfangen und zu dechiffrieren um eine unverschlüsselte Verschlüsselungssequenz zu erzeugen. Dieser Vorgang erfolgt während eines Schrittes 48 zur Überprüfung ob der Benutzer dieses Recht besitzt und während des Dechiffrierens der chiffrierten Verschlüsselungssequenz. Das Prinzip der Schrittes 48 unterscheidet sich in nichts von dem bekannten Stand der Technik. Außerdem ist der Schaltkreis 8 in der Lage, während eines Entschlüsselungsschrittes 49 das verschlüsselte Signal zu entschlüsseln, welches er ausgehend von der unverschlüsselten Verschlüsselungssequenz erhalten hat, die am Ende des Schrittes 48 zur Verfügung steht. Am Ende des Schrittes 49 erzeugt der Schalkreis 8 ein unverschlüsseltes Signal, welches schließlich über den Bus 20 dem Verarbeitungsschalkreis 3 zugeführt wird. Das Prinzip des Schrittes 49 unterscheidet sich in nichts von dem bekannten Stand der Technik.

Die Besonderheit der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die Entschlüsselung im Schritt 49 nunmehr in einem äußeren Schaltkreis 8 durchgeführt wird und nicht mehr wie es bisher üblich war in der Verarbeitungsvorrichtung 3 selbst. in der Praxis liegt damit der Unterschied in der Tatsache, daß die unverschlüsselte Verschlüsselungssequenz nicht mehr in der Schnittstelle zur Verfügung steht zwischen einem äußeren Schaltkreis für das Dechiffrieren und dem Verarbeitungsschaltkreis, welcher die Anordnung enthalten müßte um den Entschlüsselungsschritt 49 vorzunehmen.

Der Schaltkreis 8 enthält zur Durchführung der Schritte 48 und 49 einen Mikroprozessor 50 zusammen mit einem programmierbaren Speicher 51 und einem Arbeitsspeicher 52. Diese Vorgänge bieten also jegliche Sicherheitsgarantien hinsichtlich einer Unverletzlichkeit der Verschlüsselung, wie es von den Chipkarten her bekannt ist. Die Besonderheit der Erfindung ist also in der Tatsache zu sehen, daß das unverschlüsselte Signal, welches am Ausgangsbus 33 des äußeren Schaltkreises 38 ansteht, ein großes Mengensignal ist (üblicherweise eine mehrfache Anzahl von zehn von Megabit pro Sekunde) das auf kurzen Wegen in praktischer Weise nur schwierig zu verteilen ist, beispielsweise in Wohngebäuden.

Eine Datenfolge mit einem neuen 16-Bit-Wort alle 250 Nanosekunden am Ausgang der Schnittstelle 7 (verschachtelt mit einem entsprechenden Signal alle 250 Nanosekunden in Gegenrichtung) ermöglicht den Transport einer Gesamtheit von 32 Megabit pro Sekunde in jeder Richtung. Die Dauer von 250 Nanosekunden reicht gut aus um einen Lesevorgang durchzuführen und bietet noch Zeit für eine Verarbeitung.

Fig. 5 zeigt das Prinzip des Dechiffrierschrittes 48 und des Entschlüsselungsschrittes 49 in schneller Reihenfolge durch den Mikroprozessor 50.

Am Ausgang des Empfängers 1 können Kontrollworte 53 zur Verfügung stehen, welche durch eine einfache elektrische Verbindung in der Schnittstelle 7 entweder dem äußeren Schalkreis 8 oder der Vorrichtung zur Verarbeitung 3 zugeführt werden. Die Erzeugung dieser Steuerworte ist von herkömmlicher Weise und entspricht einem Standard wie z. B. EUROCRYPT, wobei dies im Demodulator 36 oder im Demultiplexer 37 geschehen kann. Die Steuerworte sind normspezifisch und werden im allgemeinen am Kopf eines Impulszuges übertragen und enthalten Daten, Adressen oder andere Informationen. Die Steuerworte werden dem äußeren Schaltkreis 8 über einen Umschalter 54 (Fig. 5) zugeführt.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann eines der Steuerworte dazu dienen, einen Schlüssel K_i festzulegen aus einer Anzahl von festen Schlüsseln K₁ bis K_N (die einer großen Anzahl äußerer Schaltkreise 8 gemeinsam sind) jedoch unbekannt und geheim sind, da sie in nicht entschlüsselbaren Bereichen des äußeren Schaltkreises 8 gespeichert sind (gemäß den bekannten Verfahren auf dem Gebiet der Chip-Karten). Die Auswahl eines Schlüssels aus einer Anzahl ermöglicht demzufolge einen Dechiffrieralgorhythmus vom Typ DES dergestalt zu parametrieren, daß während eines Schrittes 55 der Mikroprozessor 50 das Dechiffrieren der chiffrierten Verschlüsselungssequenz bewirkt. In der Praxis enthält diese chiffrierte Sequenz 61 Bit. Am Ende des Schrittes 55 liefert der Mikroprozessor eine dechiffrierte Sequenz von 61 Bit. Diese 61 Bit werden einem Pseude-Zufallsgenerator 56 zugeführt (PRBS:Pseudo Random Binary Sequence) welcher daraus ein Entschlüsselungswort mit 8, 16 oder 32 Bit je nach den Erfordernissen erzeugt. Jeder der parallelen Ausgänge des Generators 59 ist mit einer entsprechenden Leitung des Busses 33 im Entschlüsselungsschaltkreis 57 verbunden. Der Schaltkreis 75 führt den Schritt 49 durch. In einem einfachen Fall besteht der Schalkreis 57 einfach aus einer Anzahl von Exclusiv-Oder-Torschaltungen. In diesem Fall erfolgt der Schritt 45 ebenfalls als Funktion einer Exclusiv-Oder-Schaltung. Es ist bekannt, daß eine Exclusi-Oder-Torschaltung die Besonderheit aufweist symmetrisch zu sein und daß sie sowohl zu einer Verschlüsselung mit einem Verschlüsselungswort als auch zur Entschlüsselung mit dem selben Verschlüsselungswort dienen kann. In diesem Fall führt der Mikroprozessor 50 die Wirkung des Schalkreises 57 fort. Die Eingänge und Ausgänge des Schalkreises 57 sind mit den entsprechenden Pufferkreisen 42 und 43 verbunden.

Fig. 5 zeigt, daß der Eingang des Schaltkreises 54 mit dem Ausgang des Schaltkreises 57 verbunden ist. Dies macht in der Praxis nur dann Sinn, wenn die chiffrierte Verschlüsselungssequenz selbst durch den Verschlüsseler 45 verschlüsselt worden ist bevor sie ausgesandt wurde. Ist dies nicht der Fall, d. h. wird die chiffrierte Verschlüsselungssequenz ausgesandt wie sie ist, so ist der Eingang des Schaltkreises 54 direkt mit dem Bus 33 verbunden (gestrichelte Leitung).

Wenn der äußere Schaltkreis 8, der mit der Schnittstelle 7 verbunden ist, keine Anordnung zum Dechiffrieren oder zum Entschlüsseln ist, sondern beispielsweise eine Spielkonsole darstellt, so ist die Wirkungsweise geringfügig unterschiedlich. In diesem Fall erzeugt ein Steuerbus 58 (Fig. 1) des Mikroprozessors 50 ein logisches Niveau, welches das Signal h in einen Zustand überführt, dergestalt, daß die Schnittstelle nicht mehr abwechselnd als Eingang oder Ausgang funktioniert, sondern permanent nur noch in eine Richtung arbeitet. Eine der Leitungen des Steuerbusses ist z. B. elektrisch mit einem Anschluß verbunden, der das Signal h überträgt.

Zusätzlich kann eine Fernsteuerung 59 die Steuerworte 53 in einen besonderen Zustand bringen, in dem im äußeren Schaltkreis 8 oder sogar in der Verarbeitungsvorrichtung 3 eine besondere Wirkung hervorgerufen wird. Hier sei insbesondere an die Speicherung einer besonderen audio­ visuellen Sequenz gedacht. Ein oder zwei Bilder können dabei im Speicher 52 oder in einem anderen zusätzlichen Speicher gespeichert werden. In diesem Fall ist der ansteuerbare Zufallsspeicher 52 vorteilhaferweise ein datengesicherter RAM-Speicher.

Claims (9)

1. Gerät zur Verarbeitung elektrischer Signale, insbesondere Bild-, Ton-, Daten- und/oder Steuersignale, mit:

• - einem Empfänger (1) zum Empfang dieser Signale,
• - einer Verarbeitungsvorrichtung (3), insbesondere zur bildlichen Darstellung (5), um die empfangenen Signa­ le zu verarbeiten und
• - einer Übertragungsschnittstelle (7) für große Mengen, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger und der Ver­ arbeitungsvorrichtung angeordnet ist und die in der Lage ist, die Signale vom Empfänger zur Verarbei­ tungsvorrichtung zu übertragen oder diese Signale zu einem äußeren Schaltkreis (8) zu übertragen und/oder ähnliche Signale von diesem äußeren Schalkreis zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen dadurch gekennzeichnet, daß
• - es einen Generator (39) für ein abwechselndes Takt­ signal aufweist, das synchron (40) zur großen Menge ist und daß
• - die Schnittstelle einen Auswählschaltkreis (10, 16, 21 bis 23) aufweist um die Signale vom Empfänger zum äußeren Schaltkreis während einer gegebenen Halb­ periode (32) des Taktsignals zu übertragen und um die Signale vom äußeren Schaltkreis zur Verarbeitungsvor­ richtung während einer anderen gegebenen Halbperiode (31) des Taktsignals zu übertragen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswählschaltkreis aufweist

• - einen ersten Unterbrecherschaltkreis (10) zur Schaf­ fung eines ersten Übertragungskanals zwischen dem Empfänger und dem äußeren Schaltkreis für eine erste Halbperiode des Taktsignals,
• - einen zweiten Unterbrecherschaltkreis (16) zur Schaf­ fung eines zweiten Übertragungskanals zwischen dem äußeren Schalkreis und der Verarbeitungsvorrichtung für eine zweite Halbperiode des Taktsignals und
• - einen dritten Unterbrecherschaltkreis (23) zur Schaf­ fung eines dritten Übertragungskanals zwischen dem Empfänger und der Verarbeitungsvorrichtung, wenn kein äußerer Schaltkreis mit der Schnittstelle verbunden ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle aufweist

• - einen Schaltkreis (30) zur Feststellung des Anschal­ tens oder des Abschaltens eines äußeren Schaltkreises an die Schnitt stelle und um den dritten Unterbrecher­ schaltkreis zu öffnen und zu schließen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle aufweist

• - einen Datenbus (20, 33, 34) mit wenigstens 16 Leitun­ gen in beide Richtungen
• - wenigstens einen Steuerbus (53) zur Feststellung der im Datenbus übertragenen Signalarten und
• - wenigstens zwei elektrische Versorgungsleitungen (24, 25) zur Versorgung des äußeren Schaltkreises.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Empfänger einen Schaltkreis (39) aufweist zur Erzeugung des Taktsignals und um dieses mit den emp­ fangenen Signalen zu synchronisieren (40), wenn der­ artige Signale empfangen werden.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Empfänger eine Anordnung aufweist um die Frequenz des Taktsignals um einen Betrag zu teilen, der zweimal geringer ist als die Anzahl der Leitun­ gen in einem Datenaustauschbus in der Schnittstelle.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der äußere Schaltkreis einen Mikroprozessor (50) auf­ weist zur Durchführung eines Dechiffrierschrittes (48) einer Verschlüsselungssequenz und eines Ent­ schlüsselungsschrittes (49) der empfangenen Signale unter Verwendung der dechiffrierten Verschlüsselungs­ sequenz.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der äußere Schaltkreis einen Mikroprozessor aufweist zur Durchführung eines Schrittes (48) der Überprü­ fung der Zugangsberechtigung eines Benutzers der Verarbeitungsvorrichtung.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der äußere Schaltkreis eine Exclusive-Oder-Schaltung (57) aufweist zur Entschlüsselung der verschlüsselten Signale.