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Die Erfindung betrifft ein System zum Versetzen eines Verschlüsselers für
die Übertragung eines verschlüsselten Fernsehsignals.
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In einem System für ein verschlüsseltes Fernsehen erfolgt der Aufbau des
verschlüsselten Bildes im allgemeinen durch einen Bereich, der wenigstens
folgendes enthält:
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- das oder die Studios des Entkontrollraums
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- den Verschlüsseler.
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Das ist der Produktionsbereich.
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Der Bereich für die Ausgabe der Sendung zu den Abonnenten oder die
Übertragung ist im allgemeinen ein getrennter Bereich. Der Punkt der
Sendung, bei dem es sich um die Aussendung über Funk, über Satellit, über
Glasfaser oder über Kabel handelt, ist in Wirklichkeit häufig ein Bereich, der
zu einer Bedienperson für die Telekommunikation gehört. Die
Verbindungsleitung zwischen dem Produktionsbereich und dem
Übertragungsbereich, der digitale Daten überträgt, besteht im allgemeinen
aus optischen Glasfasern, einem Funknetz oder einem Koaxialkabel. Über
diese Verbindung wird das verschlüsselte Signal übertragen.
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Die derzeit angewendeten Verfahren für eine Verschlüsselung sind zum
Beispiel unter den folgenden Bezeichnungen bekannt:
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- das "Diskret", ein Verfahren, das mit einer Verschachtelung oder
Verwürfelung der Zeilen mit pseudo-zufallserzeugten Verzögerungen
arbeitet,
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- das Verwürfeln der Zeile, in der englischen Sprache unter der
Bezeichnung "Line Shuffling" bekannt, das in einer Verwürfelung von
Zeilen innerhalb von Blöcken von Zeilen besteht; ebenfalls in einer
pseudo-zufallsgesteuerten Weise,
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- das Abschneiden und Drehen der Zeile, im englischen mit "Line Cut and
Rotate" bezeichnet. Dieses besteht in einer pseudo-zufallsgesteuerten
Wahl eines Abschneidpunktes auf der Zeile und in der Permutation oder
Vertauschung der so bestimmten Segmente.
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Der Aufbau der Gesamteinrichtung für die Verschlüsselung und Übertragung
mit einem Verschlüsseler im Produktionsbereich gemäß dem Stand der
Technik ist in Fig. 1 dargestellt.
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Im Produktionsbereich 1 liefert die Videoquelle 2 analoge Videosignale zu
einem Verschlüsseler 3. Dieser Verschlüsseler wird von einem Steuersystem
4 gesteuert, dessen Aufgabe unter anderem die Steuerung des
Verschlüsselers und die Erzeugung der Nachrichten für die
Zugriffssteuerung ist, die im allgemeinen in dem Videosignal zu dem
Abonnenten übertragen werden.
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Das Videosignal am Ausgang des Verschlüsselers 3 gelangt zu einem
CODec 5, der außerdem die Toninformation von einer Audioquelle 6
empfängt. Der CODec überträgt diese gemultiplexten Informationen über
eine Videoleitung, indem es diese in bekannter Weise kodiert, das heißt zum
Beispiel durch eine Kodierung MIC oder Impulsmodulation und Kodierung
und durch Strukturierung dieser digitalen Daten, das heißt durch
Hinzufügung von Steuersignalen und anderen Synchronisierwörtern, die für
diese Übertragung benötigt werden. Im Übertragungsbereich 7 und beim
Empfang der Zeile bewirkt ein coDEC 8 die Dekodierung, einen inversen
Vorgang zu der vorangehenden Kodierung, entsprechend der
Wiederherstellung des verschlüsselten analogen Videosignals und
Tonsignals. Diese Signale werden schließlich über eine Antenne 9
ausgestrahlt.
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Diese Vorrichtung benötigt eine Verbindung mit hoher Datenrate zwischen
dem Senderbereich des Videosignals und dem Empfängerbereich.
Tatsächlich zerstört die Verschlüsselung die räumliche Korrelation (von Zeile
zu Zeile) und die zeitliche Korrelation (von Halbbild zu Halbbild) des Bildes.
Die Redundanz der übertragenen Informationen aufgrund der Korrelation,
die für Videobilder kennzeichend ist, wird gewöhnlich im Bereich der
Datenkomprimierung ausgewertet, und zwar durch Umsetzung der Signale in
den Frequenzbereich, zum Beispiel durch eine sogenannte diskrete
Cosinustransformation und/oder durch eine Bildvoraussage, zum Beispiel
durch eine Bewegungsschätzung. Aufgrund der Verschlüsselung des
Signals verschwindet diese Redundanz, und jede Komprimierung für das zu
übertragende Signal ist unmöglich, wobei außerdem eine Leitung mit einer
hohen Datenrate benötigt wird. Die Daten werden somit in Kanälen mit 140
MBit/s übertragen.
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Diese Leitungen sind sehr kostenaufwendig, und eine Lösung für diesen
Nachteil, immer gemäß dem Stand der Technik, besteht in einer Versetzung
des Verschlüsselers in den Übertragungsbereich. Der Aufbau ist in Fig. 2
dargestellt, wo für identische Bauteile dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 1
verwendet sind.
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Im Produktionsbereich 1 liefert die Videoquelle 2 die analogen Videosignale
direkt zu einem CODec 10, der außerdem das Tonsignal von der
Audioquelle 6 empfängt. Der CODec hat die Aufgabe, bei einer
Vervollständigung der MIC-Kodierung die digitalen Videodaten zu
komprimieren. Er überträgt die Daten über eine Video+Ton-Verbindung mit
niedriger Datenrate, zum Beispiel mit 8 MBit/s, zu einem coDEC 11 des
Übertragungsbereichs 7. Der coDEC dekomprimiert und dekodiert die
digitalen Daten und überträgt dann das analoge Signal zu einem
Verschlüsseler 3, der die verschlüsselten Video+Ton-Signale an eine
Antenne 9 liefert.
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Das Steuersystem 4 kann nicht auf den Sendebereich versetzt oder
verschoben werden. Tatsächlich enthält aufgrund seiner strategischen
Bedeutung das Steuersystem unter anderem die Schaltungen zur Bildung
der Algorithmen der Verschlüsselung dar Daten für die Zugriffssteuerung. Es
ist notwendig, sie dort zu konservieren, wo auch die Steuerung der
Abonnenten und die Steuerung der zeitlichen Bereiche der Verschlüsselung
erfolgen. Auf diese Weise verbindet eine zusätzliche, spezielle, bidirektionale
Verbindung das Steuersystem 4 des Produktionsbereichs mit dem
Verschlüsseler 3 des Übertragungsbereichs.
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Indessen ist, während die Sicherheit bei dem Steuersystem eigentlich
gewährleistet ist, dieses nicht genauso bei dem Gesamtsystem, da die
empfindlichen Daten auf einer speziellen Verbindung laufen. Diese
Verbindung ist öffentlich und kann daher angezapft, d. h. ausgekundschaftet
oder ausspioniert werden. Andere Nachteile sind auf die Tatsache
zurückzuführen, daß eine zusätzliche Verbindung bei der Videoverbindung
notwendig ist, daß die Übertragung der Daten auf diese
anwendungsspezialisierte Verbindung aufgrund von Störungen von
Telefonleitungen unterbrochen oder fehlerhaft sein kann.
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Das Dokument INTERNATIONAL BROADCASTING CONVENTION, 23.-27.
September 1988 BRIGHTON, UK, Seiten 318-322, S. R. ELY ET AL
"CONDITIONAL ACCESS SCRAMBLING TECHNIQUES FOR
TERRESTRIAL UHF TELEVISION BROADCASTS" beschreibt ein
Übertragungssystem für verschlüsselte Fernsehsignale. Dort wird
empfohlen, einen einzigen Verschlüsseler bei der Signalquelle anzuwenden,
um ein verschlüsseltes Signal auf dem gesamten Netz mit einem einzigen
Verschlüsseler zu erhalten, der nur die "aktiven" Teile des Fernsehsignals
modifiziert und alle Synchronsignale unbeeinflußt oder unbeschädigt läßt.
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Dieses Dokument schlägt als eine andere Alternative vor, einen
Verschlüsseler bei jedem Übertragungsbereich einzusetzen.
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Die EP-A-0 489 929 beschreibt andererseits ein System zur Dekodierung
eines von einem Satelliten empfangenen Fernsehsignals für den Einsatz in
einem Kabel-Verteilsystem. Das Signal wird empfangen und dann in
verschlüsselter Form mit einem anderem Fernsehsignal gemischt, das örtlich
erzeugt und nach den Daten für die Verschlüsselung des empfangenen
Signals verschlüsselt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu
vermeiden.
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Die Erfindung betrifft ein System zum Versetzen eines Verschlüsselers für
ein Fernsehsignal von einer Audioquelle und Videoquelle in einem
Produktionsbereich, wobei das verschlüsselte Signal zu dem Abonnenten
von einem Übertragungsbereich übertragen wird, der sich von dem
Produktionsbereich unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß ein örtlicher
Verschlüsseler im Produktionsbereich das Fernsehsignal empfängt und für
die Verschlüsselung benötigte digitale Daten bildet, daß ein Koder eine
digitale und entropische Kodierung des Fernsehsignals bewirkt, daß die
digitalen Daten und das kodierte Fernsehsignal zu dem Sendebereich
übertragen werden und daß ein auf den Übertragungsbereich versetzter
Entschlüsseler das Fernsehsignal verschlüsselt, das aus den digitalen Daten
dekomprimiert wird, die von dem Übertragungsbereich von dem
Produktionsbereich empfangen werden.
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Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser
aus der folgenden Beschreibung anhand eines in den beigefügten Figuren
dargestellten Beispiels. In den Figuren zeigen:
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- Fig. 1 eine Verbindung mit einer hohen Datenrate zwischen einem
Produktionsbereich mit einem Verschlüsseler und einem
Übertragungsbereich gemäß dem Stand der Technik.
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- Fig. 2 eine Verbindung mit einer niedrigen Datenrate zwischen einem
Produktionsbereich und einem Übertragungsbereich mit einem
Verschlüsseler gemäß dem Stand der Technik und
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- Fig. 3 eine Verbindung mit einer niedrigen Datenrate zwischen einem
Produktionsbereich mit einem örtlichen Verschlüsseler und einem
Übertragungsbereich mit einem versetzten Verschlüsseler.
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Die Erfindung besteht darin, daß Verschlüsselungsschaltungen eines
Verschlüsselers des Produktionsbereiches auf den Übertragungsbereich
versetzt werden und daß die Verarbeitungsschaltungen auf den
Produktionsbereich erhalten bleiben, so daß in diesem Bereich die von den
Verschlüsselungsschaltungen benötigten Daten gewonnen werden, um sie
in das kodierte Fernsehsignal einzufügen, das in komprimierter Form zu dem
Übertragungsbereich übertragen wird.
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Die Erfindung ermöglicht somit eine Übertragung des Videosignals zwischen
dem Produktionsbereich und dem Übertragungsbereich über eine
Verbindung mit einer niedrigen Datenrate, wobei gleichzeitig die für das
Verschlüsselungssystem benötigte Zuverlässigkeit und Sicherheit erhalten
bleiben.
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Der Aufbau des erfindungsgemäßen Systems ist in Fig. 3 dargestellt. Die
Bezugsziffern von Fig. 1 werden dabei für die identischen Bauteile wieder
verwendet.
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Die Videoquelle 2 im Produktionsbereich 1 ist gleichzeitig mit einem Koder
mit einer reduzierten Datenrate oder CODec 12 und mit einem
Verschlüsseler 13 verbunden, der als örtlicher Verschlüsseler bezeichnet
wird. Dieser Verschlüsseler ist wie vorher mit einem Steuersystem 4
verbunden und empfängt Steuerdaten für den Abonnenten oder Zugriffs-
Steuerdaten und technische Steuerdaten oder Steuerdaten.
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Die Zugriffs-Steuerdaten betreffen die Berechtigung oder die Untersagung
für den Zugriff des Abonnenten zu einem verschlüsselten Programm, die
Auswahl der bei den Abonnenten berechtigten Programme durch die
Übertragung der Nummern der berechtigten Kanäle usw. Diese werden nicht
direkt durch den Verschlüsseler ausgewertet, der nur eine "Integration" in
das Videosignal bewirkt, damit sie dem Dekoder des Abonnenten zugeführt
werden können. Unter diesen Daten befinden sich die Kryptogramme der
Auslösewörter der Pseudo-Zufallsgeneratoren des Dekoders des
Abonnenten, die im Falle einer Berechtigung durch den letzteren dekodiert
werden.
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Die Steuerdaten betreffen direkt die Funktion des Verschlüsselers. Das sind
die Steuerdaten, die für die Parametrierung des Verschlüsselungssystems
eigentlich notwendig sind, das heißt notwendig sind für die elektronischen
Schaltungen des Verschlüsselers 13, wie bereits oben erläutert.
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Ein Verschlüsseler kann willkürlich aus zwei deutlich verschiedenen Teilen,
aus Verschlüsselungsschaltungen, die selbständig während der Dauer eines
Bildes arbeiten, und aus Verarbeitungsschaltungen, die die für die
Verschlüsselungsschaltungen für das folgende Bild benötigten Daten
erzeugen, zusammengesetzt sein. Diese Daten sind zum Beispiel die
Auslöseparameter der Pseudo-Zufallsgeneratoren. Die Erzeugung
bestimmter Daten dieser Daten erfolgt aus den mit dem Steuersystem 4
ausgetauschten Informationen. Auf diese Weise wird zum Beispiel eine
Anforderung für die Umschaltung des Modus von dem Steuersystem 4 durch
die Verarbeitungsschaltungen ausgewertet, um die dem Modus
entsprechenden Steuerbefehle für die Verschlüsselung aus einem
bestimmten Bild zu den Verschlüsselungsschaltungen zu übertragen.
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Der örtliche Verschlüsseler 13 ist mit einem CODec 12 nicht mit seinem
verschlüsselten analogen Ausgang, sondern mit seinem seriellen digitalen
Ausgang verbunden, der es ermöglicht, unter anderem die digitalen Signale
aus den von den Verarbeitungsschaltungen kommenden Signalen
herauszulösen. Diese Daten, die synchron sind mit dem am Eingang des
Verschlüsselers empfangenen Videosignal, werden im Bildrythmus einem
Eingang des Koders CODec 12 mit verringerter Datenrate zugeführt, der als
Kanal für Servicedaten bezeichnet wird. Diese Signale betreffen ebenso die
Zugriffs-Steuerdaten wie die Steuerdaten. Tatsächlich werden die Zugriffs-
Steuerdaten genauso wie die Steuerdaten zu den
Verschlüsselungsschaltungen übertragen, jedoch in diesem Fall nicht mit
dem Zweck, ausgewertet zu werden, sondern nur mit dem Zweck, in das
verschlüsselte Videosignal eingefügt zu werden. Sie werden somit formatiert
und im Bildrythmus, im allgemeinen während des Vertikalrücklaufs, zu dem
Dekoder des Abonnenten übertragen. Der CODec 12 empfängt gleichzeitig
die analogen Audiosignale von der Audioquelle 6, das Videosignal von der
Videoquelle 2 und die digitalen Steuer- und Zugriffssteuerung-Daten von
dem örtlichen Verschlüsseler 13. Der verschlüsselte Videoausgang von
diesem Verschlüsseler wird nicht ausgewertet, und die
Verschlüsselungsschaltungen sind bei dieser Anwendung nicht erforderlich.
Die Übertragung der Daten, die zwischen den Verarbeitungsschaltungen und
den Verschlüsselungsschaltungen außerhalb des Verschlüsselers gemäß
einer gegebenen Formatbildung ausgetauscht werden, benötigen indessen
für diese Auswertung spezifische Schaltungen. Die Bezeichnung "örtlicher
Verschlüsseler" ist somit völlig willkürlich, und es handelt sich tatsächlich um
Verarbeitungsschaltungen, die für die Funktion der
Verschlüsselungsschaltungen benötigte Signale liefern.
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Der CODec bewirkt die Kodierung des Audiosignals, die Kodierung und die
Komprimierung des Videosignals und ihr Multiplexing mit den auf dem Kanal
für die Servicedaten ankommenden Daten.
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Das somit am Ausgang des CODec verfügbare kodierte digitale Signal, das
heißt das Videosignal, das Audiosignal und die Daten, wird über eine
Verbindung mit einer niedrigen Datenrate übertragen, die den
Produktionsbereich 1 mit dem Übertragungsbereich 7 verbindet.
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Diese Verbindung kann als sicher oder zuverlässig angesehen werden. Die
CODec-Schaltungen, zum Beispiel mit 34 MBit/s, enthalten im allgemeinen
Funktionen für eine Verschlüsselung der über die Verbindung gesendeten
Daten, eine parametrable Verschlüsselung. Die Komprimieralgorithmen für
das Signal, die Formatierung der Daten und die Kryptographie oder
Geheimschrift der übertragenen Nachrichten innerhalb der Verbindung
können mit der gewünschten Sicherheit durchgeführt werden. Da diese
Algorithmen nicht vorgeschrieben sind, können sie sich mit der Zeit ändern.
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Die Verbindung ist auf der Seite des Übertragungsbereichs an den Eingang
eines Dekoders mit reduzierter Datenrate, coDEC 14, angeschlossen, der
die inversen Vorgänge zu denen des CODec 12 durchführt. Die
empfangenen Daten, die für die Übertragung über die Verbindung mit der
geringen Datenrate verschlüsselt wurden, werden entschlüsselt, das
Videosignal wird dekomprimiert und dekodiert, und die Zugriffs-Steuerdaten
und die Steuerdaten werden aus dem empfangenen digitalen Signal
extrahiert.
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Die durch den coDEC wiederhergestellten Audio- und Videosignale werden
dann dem Eingang eines Verschlüsselers 15 zugeführt, der als "versetzter
Verschlüsseler" bezeichnet wird. Die Steuer- und Service-Daten, die an
einem speziellen Ausgang des als Kanal für Servicedaten bezeichneten
coDEC verfügbar sind, werden über einen digitalen Serieneingang, der dem
digitalen Ausgang des örtlichen Verschlüsselers 13 entspricht, dem
Verschlüsseler 15 zugeführt. Auf diese Weise entstehen die Signale am
Eingang und gelangen zu den Verschlüsselungsschaltungen. Für diese
Auswertung spezifische Schaltungen werden hier ebenso benötigt, um diese
seriellen Daten zu berücksichtigen und sie zu den
Verschlüsselungsschaltungen entsprechend den Modalitäten für den
Datenaustausch zu übertragen, die zwischen den bekannten
Entschlüsselungsschaltungen und den Verarbeitungsschaltungen benötigt
werden. Die Daten werden im Bildrythmus zurückgewonnen und dann für die
Verschlüsselung des folgenden Bildes ausgewertet. Es handelt sich um
Steuerdaten. Die Zugriffs-Steuerdaten werden ebenfalls im Bildrythmus
empfangen, jedoch nur deshalb, um mit diesem Rhythmus zusammen mit
dem verschlüsselten Videosignal übertragen zu werden. Somit bewirkt der
versetzte Verschlüsseler keine Auswertung der Daten der
Verarbeitungsschaltungen, die hier nicht benötigt werden, sondern
derjenigen Daten, die von den Verarbeitungsschaltungen des örtlichen
Verschlüsselers stammen, um die empfangenen Videosignale zu
verschlüsseln und sie zu der Antenne 9 zu übertragen.
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Die Schaltungen zur Korrektur und zur Fehlerermittlung der coDECs
betreffen im allgemeinen nur die übertragenen digitalen Videosignale. Die
somit über den Kanal für die Servicedaten übertragenen Daten sind nicht
betroffen. Wenn eine gestörte Übertragung im allgemeinen keine Wirkung
auf das empfangene Audiosignal und Videosignal hat, kann sie somit einen
Informationsverlust bei den über den Kanal übertragenen Daten bewirken.
Aus diesem Grund erfolgt eine Fehlerermittlung bei den Daten bei dem
versetzten Verschlüsseler, und die Datenblöcke werden mit einer
sogenannten Fehlerkodierung übertragen. Bei einer Fehlerermittlung werden
die empfangenen Daten unterdrückt oder verworfen und die vorher
empfangenen Daten ausgewertet. Der versetzte Verschlüsseler ist somit
ebenso für Speicherschaltungen und für Verarbeitungsschaltungen für die
Steuerung dieser Daten im Fehlerfall vorgesehen. Die gespeicherten Daten
ermöglichen eine Ableitung der Parameterwerte, die zu berücksichtigen, zu
unterdrücken oder zu verwerfen sind, um eine Wirkungsweise des
Verschlüsselers ohne Diskontinuität, das heißt eine ständige Sichtbarkeit der
zu dem Abonnenten übertragenen Bilder, zu gewährleisten.