EP1388230A2 - Method and device for encrypting a discrete signal and method and device for decrypting the same - Google Patents

Method and device for encrypting a discrete signal and method and device for decrypting the same

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Publication number
EP1388230A2
EP1388230A2 EP02751172A EP02751172A EP1388230A2 EP 1388230 A2 EP1388230 A2 EP 1388230A2 EP 02751172 A EP02751172 A EP 02751172A EP 02751172 A EP02751172 A EP 02751172A EP 1388230 A2 EP1388230 A2 EP 1388230A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data blocks
successive
order
coded data
predetermined
Prior art date
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Granted
Application number
EP02751172A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1388230B1 (en
Inventor
Sascha Disch
Johannes Hilpert
Manfred Lutzky
Marc Gayer
Reinfried BARTHOLOMÄUS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Publication of EP1388230A2 publication Critical patent/EP1388230A2/en
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Publication of EP1388230B1 publication Critical patent/EP1388230B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K1/00—Secret communication
    • H04K1/06—Secret communication by transmitting the information or elements thereof at unnatural speeds or in jumbled order or backwards

Definitions

  • the present invention relates to the encryption of discrete signals, e.g. on the encryption of voice information or the corresponding decryption.
  • the encrypted signals must not cause any damage when listening without decrypting the listening system.
  • the encrypted signals should therefore be encrypted in such a way that they do not produce any crackling, crackling or other extreme dynamic jumps when played without decryption. While it is often sufficient to encrypt the quality of the unauthorized reproduction when encrypting music data, ' with speech content it is particularly required that the reproduction quality of the encrypted data with unauthorized use does not make the speech information understandable, which can be interviews, reports, etc., for example allow more.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for encrypting a discrete signal as well as a method and a device for corresponding decryption, so that the encryption on the one hand is as secure as possible and on the other hand does not produce any errors in unauthorized processing and with previous encodings is tolerated.
  • the present invention is based on the knowledge that a very high level of security of the encryption can be achieved by introducing a temporal discontinuity, and that the occurrence of errors in the case of unauthorized processing of such encrypted signals can thereby be prevented and the compatibility with standard encodings can be ensured in that the change in the temporal order after coding the discrete signal, ie with respect to coded data blocks into which an encoder encodes the discrete signal, is carried out. In this way, on the one hand, it is prevented that a decoder, which receives the encrypted signal, does not get into undefined states, since during the encryption the temporal discontinuity is generated in units of coded data blocks.
  • the successive samples of a discrete signal are divided into successive time blocks, which are then encoded in coded data blocks with a predetermined order.
  • the predetermined sequence of the coded data blocks is then changed in accordance with a predetermined exchange rule.
  • the order of the coded data blocks of an encrypted signal which corresponds to a discrete signal, which consists of successive samples, in encrypted form, is changed according to a predetermined exchange rule or an inverse exchange rule, whereupon the encoded data blocks are changed Order are decoded into successive time blocks with a predetermined order.
  • the successive samples of the discrete signal are generated from the successive time blocks.
  • the change in the predetermined sequence of the encoded data blocks during encryption is achieved by permuting a predetermined number of successive data blocks of the encoded data blocks, a permutation vector being generated as a swapping rule for this purpose.
  • the permutation can be carried out with respect to successive groups of coded data blocks of the same size or length.
  • a different permutation vector can be generated and used for each permutation group.
  • the generation of the permutation vectors takes place in the decoding in a predetermined way, with a correct decryption there by ensuring that corresponding inverse permutation vectors are generated and used in the decryption for the back permutation of the groups of coded data blocks.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an encryption device according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a block diagram of a decryption device according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a schematic sketch showing an exemplary embodiment of encryption.
  • Fig. 4 is a schematic sketch showing an exemplary embodiment of a decryption.
  • 1 shows an encryption device according to an embodiment of the present invention, which converts a discrete time signal or an audio signal into coded data blocks in encrypted form.
  • 1 essentially comprises a psychoacoustic encoder 10 which receives the time signal and converts it into coded data blocks, and a device 12 for changing the order of the coded data blocks.
  • the psychoacoustic encoder 10 comprises a device 14 for dividing the successive discrete samples which make up the time signal into time blocks and a device 16 for coding the time blocks into coded data blocks.
  • the device 12 for changing the sequence comprises a device 18 for generating a permutation vector, a writing device 20, a first buffer 22, a second buffer 24 and a readout device 26.
  • An input of the writing device 20 is connected to an output of the psychoacoustic encoder 10 or Device 16 connected for coding, while two outputs of the same are each connected to an input of the first and second buffers 22 and 24.
  • An output of the device 18 for generating a permutation vector is connected to an input of the readout device 26 in order to output a permutation vector thereon, the readout device having two further inputs which are connected to the outputs of the intermediate memories 22 and 24.
  • the read-out device 26 is connected at an output to an output buffer 28 in order to output coded data blocks to it in encrypted form.
  • the time signal is a discrete audio signal that consists of successive samples.
  • the psychoacoustic encoder 10 is based, for example, on an encoding method of the AAC standard.
  • the device 14 divides the successive samples, for example, into time blocks with a number of successive samples which is equal to a power of 2. To handle aliasing effects, provision can be made for a division into mutually overlapping time blocks, so that each sample value has two time intervals. block is allocated, as is the case with AAC coding, for example.
  • the device 16 for coding the time blocks into coded data blocks receives the time blocks from the device 14 in chronological order and then carries out the coding thereof.
  • the coding of a time block can be carried out either individually or in isolation, time block by time block, or depending on previous and subsequent time blocks, in order, for example, to use psychoacoustic models, e.g. the temporal and spectral concealment to be taken into account.
  • the device 16 for encoding the time blocks outputs the encoded data blocks to the writing device 20 in a predetermined sequence which is dependent on the encoding method.
  • the data blocks can either all have the same length or different lengths, e.g. in the event that the data blocks have an MPEG2 / 4 AAC compliant structure.
  • the writer 20 receives the encoded data blocks and successively writes the encoded data blocks into a current one of the buffers 22 and 24, acting together as a removable buffer, as will be described below.
  • the size of the buffers 22 and 24 is sufficiently large to store N coded data blocks, where N is an integer greater than 1 (N> 1).
  • the writing device 20 writes the current one of the memories 22 and 24 in the order in which the coded data blocks are transmitted by the device 16 until there are N coded data blocks in the current one of the buffers 22 and 24.
  • the read-out device 26 reads out the buffer 22 and 24 just filled, while the write device 20 reads the other of the two buffers 22 and 24 with the coded data blocks from the Device 16 describes in the order of their receipt.
  • the read-out device 26 reads out the buffer memory 22 or 24, which was last completely described, in a different order than the same was described.
  • the read-out device 26 reads out the respective intermediate memory 22 or 24 in a permuted sequence, which is determined by a permutation vector of size N, which is generated and supplied by the device 18 for generating a permutation vector, as will be described below .
  • a permutation vector of size N which is generated and supplied by the device 18 for generating a permutation vector, as will be described below .
  • the coded data blocks read out in permuted order together form a permutation group of coded data blocks which the readout device 26 outputs to the output buffer 28, to which, for example, a computer interface (not shown) is connected.
  • the device 18 generates the permutation vector of size N, which defines the exchange rule, on the basis of which the coded data blocks of a permutation group are permuted, for each permutation group.
  • the generation of a permutation vector is based on N pseudo random numbers that are generated by the pseudo random number generator 30.
  • the pseudo-random number generator 30 generates N pseudo-random numbers in succession for the generation of each permutation vector of length N and outputs them to the sorter 34, the counter 32 incrementing a counter value when each pseudo-random number is output and outputting it to the reorderer 36, the counter 32 having a value starts from 0 to output a value of 1 for the first pseudorandom number.
  • the pseudo-random numbers that are output by the pseudo-random number generator 30 are numbered in parallel with the generation or provided with indices in the order in which they were generated.
  • the pseudo-random numbers generated by the pseudo-random number generator 30 together form a random number vector or a random number array of N pseudo-random numbers, while the numbers generated by the counter 32 form an index vector or an index array which consists of numbers from 1 to N.
  • the sorter 34 receives the random number vector and sorts it using a suitable sorting method, for example in increasing order.
  • the sorter 34 is coupled to the reorder 36 to allow the reorder 36 to reorder the index vector received from the counter 32 in parallel with the sorting of the random number vector.
  • the rearranged or permuted index array generated by the reorderer 36 represents the swapping rule for the N coded data blocks that are read next by the readout device and is output by the reorderer 36 as a permutation vector to the readout device 26, which is the same , as described above, used to define the readout order with respect to the corresponding buffer 22 or 24.
  • the write device 20 and the read-out device 26 change to the respective one other buffers 22 and 24, respectively, the reading process being carried out with respect to the new coded data blocks written in the change buffer, which are then output to the output buffer in permuted order.
  • the output buffer in permuted order.
  • a decryption device according to an exemplary embodiment of the present invention is explained below with reference to FIG. 2.
  • the decryption device of FIG. 2 is provided in order to transmit the encoded data blocks of the encryption device which are output in encrypted form. 1 again in a time signal, depending on the coding used in a lossy or lossless manner.
  • the device of FIG. 2 comprises a device 38 for changing the order of the received coded data blocks, which represent the encrypted signal, and a decoder 40, which is connected to the device 38 and decodes the coded data blocks.
  • the device 38 has an arrangement similar to the device 12 of the encryption device of FIG. 1, and consists of a writing device 42, a buffer 1 44, a buffer 2 46, a read-out device 48 and a device 50 for generating an inverse permutation vector 1, which has a structure similar to the device 18 of the encryption device of FIG. 1 and is therefore not shown in more detail in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the writing device 42 receives the coded data blocks, which are present in the encrypted form, at an input and is connected to an input of the buffer memory 44 or of the buffer memory 46 at two outputs.
  • the readout device comprises three inputs, one of which is connected to an output of the device 50 for generating an inverse permutation vector and the other two are each connected to an output of the buffer memory 44 and 46, respectively.
  • An output of the readout device 48 is connected to the decoder 40 to transmit the decoded data blocks in a predetermined order, i.e. in the order intended for decoding according to the respective coding method.
  • the decoder 40 comprises a device 52 for decoding the coded data blocks which are output by the read-out device 48, and a device 54 following the device 52 for forming the successive samples, the device 54 receiving the time signal. outputs for example to a digital / analog converter (not shown) or the like.
  • the writer 42 receives the encoded data blocks, which are in encrypted form, and outputs them in the order in which they are transmitted to a current one of the buffers 44 and 46 which, like the encryption device of Fig. 1, cooperate as a removable buffer. While the writing device 42 fills one of the two buffers 44 and 46 in succession with N coded data blocks, the reading device 48 reads out the other buffer. While one buffer is being filled with the coded data blocks in the transmission order, the reading of the other buffer is carried out in permuted order, which depends on the inverse permutation vector generated by the device 50.
  • An inverse permutation vector means here that the interchanging rule generated by the inverse permutation vector reverses the interchanges that were made by the decryption device of FIG. 1 on a respective interchanging or permutation group of N-coded data blocks.
  • the device 50 generates the inverse permutation vectors per readout, for example using the same arrangement of devices as is shown for the device 18 in FIG. 1, the device 50, however, from the permutation vector as generated by the device 18 by a suitable device generates an inverse permutation vector, for example by applying the interchange rule defined by the permutation vector to a vector as it is output by the counter (see 32 in FIG. 1), ie a vector of ordered numbers from 1 to N.
  • the N coded data blocks read out in a permuted order by the read-out device 48 are fed to the device 52 for decoding the coded data blocks, the same now being present in the predetermined order which is necessary for decoding the coded data blocks in accordance with the coding method on which the decoder 44 is based to get the correct time signal.
  • the read-out device 48 After the read-out device 48 has read out the respective intermediate store or the write device 42 has completely filled the other intermediate store, the read-out device reads out the intermediate store which has just been filled by the write device 42, while the write device 42 describes the intermediate store which has been read out by the read-out device 48 ,
  • the device 52 decodes the encoded data blocks and outputs time blocks in a predetermined order.
  • the device 54 receives the time blocks and uses them to form the successive samples from which the time signal is made, and outputs them, for example, to an analog / digital converter (not shown).
  • FIGS. 3 and 4 After exemplary embodiments for an encryption or decryption device have been described in the foregoing, an explicit embodiment is described below with reference to FIGS. 3 and 4, in which a discrete signal is encrypted by the device of FIG. 1 into an encrypted signal and the latter is decrypted by the device of FIG. 2, with additional reference being made to FIGS. 1 and 2.
  • each sample can be located in one or more of the time blocks 66, or the time blocks can overlap one another in order to eliminate aliasing artifacts.
  • each encoded data block 70 can have an individually different length or size, as illustrated by the different sizes of the blocks.
  • a state is shown at 72 as it arises for the successive coded data blocks 70 during the encryption in the encryption device of FIG. 1.
  • state 72 as in the following states in FIG. 3, in particular the contents of the buffer store 1 (22 in FIG. 1), the buffer store 2 (24 in FIG. 1) and the output buffer (28 in FIG. 1 ) for the respective state.
  • the state is shown for the exemplary case that the exchange group size is set to 5 during encryption or decryption.
  • the state shown at 72 corresponds to the state as it arises in the device of FIG. 1 after the first five A-Es have been written by the data blocks 70 at 68 into the active or current buffer, in this case buffer 1 have been.
  • the values in the buffer 2 and the output buffer may depend on previous coded data blocks, and are therefore shown with dashes. As can be seen, the coded data blocks A-E have been stored in the buffer 1 in their predetermined sequence.
  • the state is shown as it results after five further coded data blocks.
  • the 5 further coded data blocks F - J have been written into the buffer 2, while the coded data blocks stored in the buffer 1 have been read out into the output buffer.
  • the permutation vector, as indicated at 76, has been used for reading out the coded data blocks stored in the buffer 1. (4,3,5,2,1).
  • the permutation vector 76 assigns each coded data block in the buffer 1 a number between 1 to 5 or N which indicates the readout order or the position at which this coded data block is to be written into the output buffer, so that in the Output buffer the encoded data blocks AE are in the order EDBAC.
  • the state is shown after a further 5 coded data blocks.
  • the 5 subsequent coded data blocks K-0 have in turn been written into the buffer 1, while in the meantime the buffer 2 has been read out into the output buffer by means of a permutation vector 80 (5,1,3,2,4) is where the encoded data blocks result in the order GIHJF.
  • the stream or the sequence of coded data blocks is shown in encrypted form, as they are input into or output from the output buffer 28.
  • the coded data blocks are scrambled compared to the predetermined order in which they are usually output by the coding on which the encoder 10 is based, which is why in the event that the audio data carries speech information this speech information is incomprehensible when decoded without decryption according to the present invention. Nevertheless, decoding without decryption prevents the decoder from entering invalid states, since the temporal discontinuity is defined in units of encoded data blocks.
  • IMDCT inverse modified discrete cosine transform
  • the signal 82 is received by a decoder or a decryption device according to FIG. with a corresponding inverse exchange of the input data, decrypted, then the data blocks or the data frames are again in the correct order in the buffer and the subsequent decoding can be carried out in accordance with the standard.
  • This decryption process is explained in more detail with reference to FIG. 4 for the explicit embodiment of FIG. 3.
  • FIG. 4 shows at 84 an example of a sequence of coded data blocks in encrypted form, which in this case corresponds to that of FIG. 3 at 82.
  • Shown at 86 is a state that occurs in the decryption device of FIG. 2 after it has received the first five of the encoded data blocks of 84.
  • the content of the buffer store 1 (44 in FIG. 2)
  • the content of the buffer store 2 (46 in FIG. 2)
  • the sequence of coded ones Blocks of data output from device 38 to encoder 40 are shown.
  • the decoded data blocks are placed in the current buffer, in this case buffer 1, in the order in which they are transmitted.
  • the state is shown at 88 as it arises after five further coded data blocks FGHIJ.
  • the next five coded data blocks have been written into the buffer 2, while by means of an inverse permutation vector 90 the coded data blocks EDBAC are read out from the buffer 1 in order to be transmitted to the decoder 40 in the order ABCDE, whereby the inverse permutation vector results from the permutation vector 76 of FIG. 3, which related to the same permutation group, by applying the latter as a swapping rule to a vector (1,2,3,4,5).
  • the state is shown at 92 as it results from the stream of coded data blocks 84 after reading out a further five coded data blocks.
  • the buffer 1 has again been filled with the following coded data blocks K - 0, while the coded data blocks GHIJF in the buffer 2 have been read out to the decoder and output in a permuted sequence or inversely permuted sequence FGHIJ.
  • the back permutation is based on the inverse permutation vector 94, which results from the permutation vector 80 of FIG. 3 by applying the latter to a vector (1,2,3,4,5).
  • the stream of successive encoded data blocks is shown as it is fed to the decoder.
  • the order in which the encoded data blocks have been output by the encoder of the encryption device is restored, ie ABCDEFGHIJKLMN ..., so that the decoding can be carried out in accordance with the standards.
  • the description provided above with reference to FIGS. 1 to 4 related to encryption which is based on the exchange of data blocks of the time signal within a block group or exchange group.
  • the block swapping in the time domain destroys the temporal modulation of a speech signal in such a way that intelligibility is considerably reduced in the case of a speech signal.
  • An advantage of the above exemplary embodiments is that although a psychoacoustic compression method is used in the preceding exemplary embodiments to encode the time signal, the assumptions on which this psychoacoustic compression method is based, such as, for example, about the temporal and spectral concealment, remain valid since the temporal discontinuity is only is generated after compression, ie the chronological order of the already encoded data frames is exchanged.
  • the exemplary embodiments described above can basically be used for all encoded data streams which are based on a sequential sequence of data frames which are self-contained and overlap after coding.
  • the speech incomprehensibility of the encrypted signal can be improved in that the psychoacoustic encoder 10 or a device between the same and the device for changing the order a frequency range scrambling according to the in the Introduction to the mentioned patent application W099 / 51279.
  • the present invention both in hardware, such as, for example, as an ASIC, an integrated circuit or the like, and in software, such as, for example, as a PC Software that can be implemented.
  • the present invention has been applied to the encryption of audio ten or voice signals has been described, the present invention is generally applicable to all areas in which discrete signals are used and where appropriate coding thereof takes place, such as in image and video processing or data transmission in general.
  • the coding preceding the generation of the temporal discontinuity in the encryption is not limited to a psychoacoustic coding.
  • JPEG encoding is also possible for image or video data.
  • the present invention can be implemented with all coding methods that subdivide successive discrete samples into time blocks and code them into coded data blocks or frames or directly code existing time blocks.
  • the exact implementation of the device for generating a permutation vector can also be implemented differently, such as e.g. especially with regard to the length of the exchange group N or the number and size of the buffers used.
  • the device for generating a permutation vector can be implemented differently than described above.
  • the permutation vector could be the same for all exchange groups, in which case the inverse permutation vector would also be fixed.
  • the principle of permuting successive exchange groups used in the previous exemplary embodiments can be deviated from, and that the order change can also be carried out in other ways, such as e.g. by changing the order with respect to the entire coded data blocks, in which case it would be necessary to temporarily store all the coded data blocks before changing the order in the encryption and to store the entire coded data blocks before changing the order in the decryption.

Abstract

In an inventive method for encrypting a discrete signal consisting of successive samples the successive samples are subdivided into successive time blocks, and the successive time blocks are then encoded into encoded data blocks having a predetermined order. Subsequently, the predetermined order of the encoded data blocks is altered in accordance with a predetermined interchange specification. The underlying findings are that a very high level of security of the encryption may be achieved by introducing temporal discontinuity, and that the occurrence of errors in unauthorized processing of signals encoded in such a manner maybe prevented, and the compatibility with standard codings may be ensured by performing the alteration of the chronological order in accordance with a coding of the discrete signal, i.e. with regard to encoded data blocks into which an encoder encodes the discrete signal.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verschlüsseln eines diskreten Signals sowie Verfahren und Vorrichtung zur EntschlüsselungMethod and device for encrypting a discrete signal and method and device for decoding
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verschlüsselung diskreter Signale, wie z.B. auf die Verschlüsselung von Sprachinformationen, bzw. die entsprechende Entschlüsselung.The present invention relates to the encryption of discrete signals, e.g. on the encryption of voice information or the corresponding decryption.
Bei der Nutzung, Übertragung, Verwaltung und Archivierung von Audiomaterial ist es häufig wünschenswert, die entsprechenden Inhalte vor einem unbefugten Zugriff zu schützen. Besonders im Bereich der Sprachaufzeichnung besteht die Notwendigkeit, daß ein unbefugtes Abspielen oder heimliches Abhören bei der Übertragung verhindert werden kann. Gleichzeitig soll jedoch das verwendete Datenformat weiterhin gültig bleiben, damit die zum Abspielen verwendeten Geräte auch bei einem unberechtigten Zugriff nicht in Fehlerzustände übergehen. Dies gilt insbesondere für komprimierende Datenformate wie z.B. die Datenformate gemäß den Standards MPEG2 Layer 3 und MPEG2/4 AAC (AAC = Advanced Audio Coding = fortgeschrittene Audiokodierung) .When using, transferring, managing and archiving audio material, it is often desirable to protect the relevant content from unauthorized access. Particularly in the field of voice recording, there is a need to prevent unauthorized playback or eavesdropping on the transmission. At the same time, however, the data format used should remain valid so that the devices used for playback do not go into error states even with unauthorized access. This applies in particular to compressing data formats such as the data formats according to the standards MPEG2 Layer 3 and MPEG2 / 4 AAC (AAC = Advanced Audio Coding = advanced audio coding).
Bei den Audioanwendungen kommt hinzu, daß die verschlüsselten Signale beim Abhören ohne Entschlüsselung der Abhöranlage keinen Schaden zufügen dürfen. Die verschlüsselten Signale sollten deshalb derart verschlüsselt sein, daß sie bei Abspielen ohne Entschlüsselung kein Knacksen, Krachen oder andere extreme Dynamiksprünge erzeugen. Während es bei der Verschlüsselung von Musikdaten häufig genügt, die Qualität der unautorisierten Wiedergabe stark einzuschränken, wird ' bei Sprachinhalten insbesondere gefordert, daß bei unauthorisierter Nutzung die Wiedergabequalität der verschlüsselten Daten eine Verständlichkeit der Sprachinformationen, die beispielsweise Interviews, Reportagen usw. sein können, nicht mehr gestatten soll.In the case of audio applications, there is also the fact that the encrypted signals must not cause any damage when listening without decrypting the listening system. The encrypted signals should therefore be encrypted in such a way that they do not produce any crackling, crackling or other extreme dynamic jumps when played without decryption. While it is often sufficient to encrypt the quality of the unauthorized reproduction when encrypting music data, ' with speech content it is particularly required that the reproduction quality of the encrypted data with unauthorized use does not make the speech information understandable, which can be interviews, reports, etc., for example allow more.
In der Patentanmeldung W099/51279 mit dem Titel „Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines verschlüsselten Audio- und/oder VideostromsΛ, deren Anmelderin ebenfalls die Fraunho- fer-Gesellschaft ist, wird ein Verfahren zur Verwürfelung von kodierten Audiodaten beschrieben, das auf Vertauschungen von Linien im Frequenzbereich basiert. Mit diesem Verfahren gelingt es, Musiksignale weitgehend unkenntlich zu machen. Bei Sprachinhalten jedoch ist die genaue spektrale Zusammensetzung des Signals für die Verständlichkeit von geringem Belang, so daß, obwohl die Stimme eines Sprechers stark verfremdet wird, der Inhalt des Gesprochenen bzw. die Sprachinformationen verständlich bleiben.In patent application W099 / 51279 with the title “Device and method for generating an encrypted audio and / or video stream Λ , the applicant of which is also the Fraunhofer fer-Gesellschaft, a method for scrambling coded audio data is described, which is based on swaps of lines in the frequency domain. With this method it is possible to make music signals largely unrecognizable. With speech content, however, the precise spectral composition of the signal is of little importance for intelligibility, so that although the voice of a speaker is greatly alienated, the content of the speech or the speech information remains understandable.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschlüsseln eines diskreten Signals sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur entsprechenden Entschlüsselung zu schaffen, so daß die Verschlüsselung einerseits möglichst sicher und andererseits keine Fehler bei einer unauthorisierten Verarbeitung hervorruft und mit bisherigen Kodierungen verträglich ist.The object of the present invention is to provide a method and a device for encrypting a discrete signal as well as a method and a device for corresponding decryption, so that the encryption on the one hand is as secure as possible and on the other hand does not produce any errors in unauthorized processing and with previous encodings is tolerated.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 8 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 9 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 or 8 and a device according to claim 2 or 9.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine sehr hohe Sicherheit der Verschlüsselung durch Einführung einer zeitlichen Diskontinuität erzielt werden kann, und daß das Auftreten von Fehlern bei einer unauthorisierten Verarbeitung derartig verschlüsselter Signale dadurch verhindert und die Verträglichkeit mit Standardkodierungen dadurch gewährleistet werden kann, daß die Änderung der zeitlichen Reihenfolge nach einer Kodierung des diskreten Signals , d.h. bezüglich kodierter Datenblöcke, in die ein Kodierer das diskrete Signal kodiert, durchgeführt wird. Auf diese Weise wird einerseits verhindert, daß ein Dekodierer, der das verschlüsselte Signal empfängt, nicht in Undefinierte Zustände gelangt, da bei der Verschlüsselung die zeitliche Diskontinuität in Einheiten von kodierten Datenblöcken erzeugt wird. Andererseits wird verhindert, daß beim Zusammenspiel mit einem beliebigen Kodierverfahren, wie z.B. bei einem komprimierenden Kodierverfahren, die demselben zugrunde liegenden zeitlichen Annahmen, wie z.B. die zeitliche und spektrale Verdeckung in dem Fall von psycho- akustischen Audioverfahren, weiterhin gültig bleiben und somit die erfindungsgemäße Verschlüsselung mit solchen Kodierungen verträglich und die Implementierung der erfindungsgemäßen Verschlüsselung vereinfacht ist.The present invention is based on the knowledge that a very high level of security of the encryption can be achieved by introducing a temporal discontinuity, and that the occurrence of errors in the case of unauthorized processing of such encrypted signals can thereby be prevented and the compatibility with standard encodings can be ensured in that the change in the temporal order after coding the discrete signal, ie with respect to coded data blocks into which an encoder encodes the discrete signal, is carried out. In this way, on the one hand, it is prevented that a decoder, which receives the encrypted signal, does not get into undefined states, since during the encryption the temporal discontinuity is generated in units of coded data blocks. On the other hand, it is prevented that when interacting with any coding method, such as, for example, a compressing coding method, the temporal assumptions underlying it, such as the temporal and spectral masking in the case of psychoacoustic audio methods remain valid and the encryption according to the invention is thus compatible with such codes and the implementation of the encryption according to the invention is simplified.
Bei einer Verschlüsselung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die aufeinanderfolgenden Abtastwerte eines diskreten Signals in aufeinanderfolgende Zeitblöcke eingeteilt, die daraufhin in kodierte Datenblöcke mit einer vorbestimmten Reihenfolge kodiert werden. Anschließend wird die vorbestimmte Reihenfolge der kodierten Datenblöcke gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift geändert .In an encryption according to the present invention, the successive samples of a discrete signal are divided into successive time blocks, which are then encoded in coded data blocks with a predetermined order. The predetermined sequence of the coded data blocks is then changed in accordance with a predetermined exchange rule.
Bei der Entschlüsselung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Reihenfolge der kodierten Datenblöcke eines verschlüsselten Signals, das einem diskreten Signal, das aus aufeinanderfolgenden Abtastwerten besteht, in verschlüsselter Form entspricht, gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift bzw. einer inversen Vertauschungsvorschrift geändert, woraufhin die kodierten Datenblöcke in geänderter Reihenfolge in aufeinanderfolgende Zeitblöcke mit einer vorbestimmten Reihenfolge dekodiert werden. Dadurch werden aus den aufeinanderfolgenden Zeitblöcken die aufeinanderfolgenden Abtastwerte des diskreten Signals erzeugt.In the decryption according to the present invention, the order of the coded data blocks of an encrypted signal, which corresponds to a discrete signal, which consists of successive samples, in encrypted form, is changed according to a predetermined exchange rule or an inverse exchange rule, whereupon the encoded data blocks are changed Order are decoded into successive time blocks with a predetermined order. As a result, the successive samples of the discrete signal are generated from the successive time blocks.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Änderung der vorbestimmten Reihenfolge der kodierten Datenblöcke bei der Verschlüsselung durch Permutieren einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Datenblöcken der kodierten Datenblöcke erreicht, wobei hierzu ein Permutationsvektor als Vertauschungsvorschrift erzeugt wird. Die Permutation kann bezüglich aufeinanderfolgender Gruppen von kodierten Datenblöcken mit gleicher Größe bzw. Länge durchgeführt werden. Für jede Permutationsgruppe kann ein anderer Permutationsvektor erzeugt und verwendet werden. Die Erzeugung der Permutationsvektoren findet bei der Dekodierung auf eine vorbestimmte Weise statt, wobei eine korrekte Entschlüsselung da- durch gewährleistet wird, daß bei der Entschlüsselung zur Rückpermutation der Gruppen von kodierten Datenblöcken entsprechende inverse Permutationsvektoren erzeugt und verwendet werden.According to one exemplary embodiment of the present invention, the change in the predetermined sequence of the encoded data blocks during encryption is achieved by permuting a predetermined number of successive data blocks of the encoded data blocks, a permutation vector being generated as a swapping rule for this purpose. The permutation can be carried out with respect to successive groups of coded data blocks of the same size or length. A different permutation vector can be generated and used for each permutation group. The generation of the permutation vectors takes place in the decoding in a predetermined way, with a correct decryption there by ensuring that corresponding inverse permutation vectors are generated and used in the decryption for the back permutation of the groups of coded data blocks.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;1 shows a block diagram of an encryption device according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Entschlüsselungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;2 shows a block diagram of a decryption device according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine schematische Skizze, die ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Verschlüsselung zeigt; undFig. 3 is a schematic sketch showing an exemplary embodiment of encryption; and
Fig. 4 eine schematische Skizze, die ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Entschlüsselung zeigt.Fig. 4 is a schematic sketch showing an exemplary embodiment of a decryption.
Bevor im folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, daß, obwohl sich die nachfolgende Beschreibung auf die Verschlüsselung von Audiosignalen bezieht, die vorliegende Erfindung ferner auch auf andere diskrete Signale anwendbar ist, wie z.B. auf die Verschlüsselung von Bild- und Videosignalen.Before the present invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 4, it is pointed out that although the following description relates to the encryption of audio signals, the present invention is also applicable to other discrete signals, such as e.g. on the encryption of image and video signals.
In Fig. 1 ist eine Verschlüsselungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, die ein diskretes Zeitsignal bzw. ein Audiosignal in kodierte Datenblöcke in verschlüsselter Form umwandelt. Die Vorrichtung von Fig. 1 umfaßt im wesentlichen einen psychoakustischen Kodierer 10, der das Zeitsignal empfängt und in kodierte Datenblöcke umwandelt bzw. kodiert, und eine Einrichtung 12 zur Änderung der Reihenfolge der kodierten Datenblöcke. Der psychoakustische Kodierer 10 umfaßt eine Einrichtung 14 zur Einteilung der aufeinanderfolgenden diskreten Abtastwerte, aus denen das Zeitsignal besteht, in Zeitblöcke und eine Einrichtung 16 zur Kodierung der Zeitblöcke in kodierte Datenblöcke.1 shows an encryption device according to an embodiment of the present invention, which converts a discrete time signal or an audio signal into coded data blocks in encrypted form. 1 essentially comprises a psychoacoustic encoder 10 which receives the time signal and converts it into coded data blocks, and a device 12 for changing the order of the coded data blocks. The psychoacoustic encoder 10 comprises a device 14 for dividing the successive discrete samples which make up the time signal into time blocks and a device 16 for coding the time blocks into coded data blocks.
Die Einrichtung 12 zur Änderung der Reihenfolge umfaßt eine Einrichtung 18 zur Erzeugung eines Permutationsvektors, eine Schreibeinrichtung 20, einen ersten Zwischenspeicher 22, einen zweiten Zwischenspeicher 24 und eine Ausleseeinrichtung 26. Ein Eingang der Schreibeinrichtung 20 ist mit einem Ausgang des psychoakustischen Kodierers 10 bzw. der Einrichtung 16 zur Kodierung verbunden, während zwei Ausgänge derselben mit jeweils einem Eingang des ersten und zweiten Zwischenspeichers 22 und 24 verbunden sind. Ein Ausgang der Einrichtung 18 zur Erzeugung eines Permutationsvektors ist mit einem Eingang der Ausleseeinrichtung 26 verbunden, um einen Permutationsvektor an dieselbe auszugeben, wobei die Ausleseeinrichtung zwei weitere Eingänge aufweist, die mit den Ausgängen der Zwischenspeicher 22 und 24 verbunden sind. Die Ausleseeinrichtung 26 ist an einem Ausgang mit einem Ausgangspuffer 28 verbunden, um an denselben kodierte Datenblöcke in verschlüsselter Form auszugeben.The device 12 for changing the sequence comprises a device 18 for generating a permutation vector, a writing device 20, a first buffer 22, a second buffer 24 and a readout device 26. An input of the writing device 20 is connected to an output of the psychoacoustic encoder 10 or Device 16 connected for coding, while two outputs of the same are each connected to an input of the first and second buffers 22 and 24. An output of the device 18 for generating a permutation vector is connected to an input of the readout device 26 in order to output a permutation vector thereon, the readout device having two further inputs which are connected to the outputs of the intermediate memories 22 and 24. The read-out device 26 is connected at an output to an output buffer 28 in order to output coded data blocks to it in encrypted form.
Nachdem im vorhergehenden der Aufbau der Verschlüsselungsvorrichtung von Fig. 1 beschrieben worden ist, wird nachfolgend die Funktionsweise desselben beschrieben.After the structure of the encryption device of Fig. 1 has been described above, the operation of the same will be described below.
Das Zeitsignal ist ein diskretes Audiosignal, das aus aufeinanderfolgenden Abtastwerten besteht. Der psychoakustische Kodierer 10 basiert beispielsweise auf einem Kodierverfahren des AAC-Standards . Die Einrichtung 14 teilt die aufeinanderfolgenden Abtastwerte beispielsweise in Zeitblöcke mit einer Anzahl aufeinanderfolgender Abtastwerte ein, die gleich einer Potenz von 2 ist. Zur Handhabung von Aliasingeffekten kann es vorgesehen sein, eine Einteilung in sich gegenseitig überschneidende Zeitblöcke vorzusehen, so daß jeder Abtastwert zwei Zeit- blocken zugeteilt wird, wie es beispielsweise bei der AAC- Kodierung der Fall ist.The time signal is a discrete audio signal that consists of successive samples. The psychoacoustic encoder 10 is based, for example, on an encoding method of the AAC standard. The device 14 divides the successive samples, for example, into time blocks with a number of successive samples which is equal to a power of 2. To handle aliasing effects, provision can be made for a division into mutually overlapping time blocks, so that each sample value has two time intervals. block is allocated, as is the case with AAC coding, for example.
Die Einrichtung 16 zur Kodierung der Zeitblöcke in kodierte Datenblöcke empfängt die Zeitblöcke von der Einrichtung 14 in zeitlicher Reihenfolge und führt daraufhin die Kodierung derselben durch. Die Kodierung eines Zeitblocks kann entweder einzeln bzw. isoliert Zeitblock für Zeitblock oder abhängig von vorhergehenden und nachfolgenden Zeitblöcken durchgeführt werden, um beispielsweise psychoakustische Modelle, wie z.B. die zeitliche und spektrale Verdeckung, zu berücksichtigen. Die Einrichtung 16 zur Kodierung der Zeitblöcke gibt die kodierten Datenblöcke an die Schreibeinrichung 20 in einer vorbestimmten, von dem Kodierverfahren abhängigen Reihenfolge aus. Die Datenblöcke können entweder alle dieselbe Länge oder unterschiedliche Längen aufweisen, wie z.B. in dem Fall, daß die Datenblöcke einen MPEG2/4 AAC konformen Aufbau aufweisen.The device 16 for coding the time blocks into coded data blocks receives the time blocks from the device 14 in chronological order and then carries out the coding thereof. The coding of a time block can be carried out either individually or in isolation, time block by time block, or depending on previous and subsequent time blocks, in order, for example, to use psychoacoustic models, e.g. the temporal and spectral concealment to be taken into account. The device 16 for encoding the time blocks outputs the encoded data blocks to the writing device 20 in a predetermined sequence which is dependent on the encoding method. The data blocks can either all have the same length or different lengths, e.g. in the event that the data blocks have an MPEG2 / 4 AAC compliant structure.
Die Schreibeinrichtung 20 empfängt die kodierten Datenblöcke und schreibt die kodierten Datenblöcke nacheinander in einen aktuellen der Zwischenspeicher 22 und 24, wobei dieselben zusammen als ein Wechselpuffer wirken, wie es im folgenden beschrieben wird. Die Größe der Zwischenspeicher 22 und 24 ist ausreichend bemessen, um N kodierte Datenblöcke zu speichern, wobei N eine Ganzzahl größer 1 ist (N>1) . Die Schreibeinrichtung 20 beschreibt den aktuellen der Speicher 22 und 24 in der Reihenfolge, in der die kodierten Datenblöcke von der Einrichtung 16 übertragen werden so lange, bis sich N kodierte Datenblöcke in dem aktuellen der Zwischenspeicher 22 und 24 befinden. Wenn der aktuelle der Zwischenspeicher 22 und 24 voll ist, d.h. N gespeicherte kodierte Datenblöcke aufweist, liest die Ausleseeinrichtung 26 den gerade gefüllten Zwischenspeicher 22 und 24 aus, während die Schreibeinrichtung 20 den anderen der beiden Zwischenspeicher 22 bzw. 24 mit den kodierten Datenblöcken von der Einrichtung 16 in der Reihenfolge ihres Empfangs beschreibt. Die Ausleseeinrichtung 26 liest den zuletzt vollständig beschriebenen Zwischenspeicher 22 bzw. 24 in einer anderen Reihenfolge aus, als derselbe beschrieben wurde. Genauer ausgedrückt liest die Ausleseeinrichtung 26 den jeweiligen Zwischenspeicher 22 bzw. 24 in einer permutierten Reihenfolge aus, die durch einen Permutationsvektor der Größe N festgelegt wird, der durch die Einrichtung 18 zur Erzeugung eines Permutationsvektors erzeugt und zugeführt wird, wie es im folgenden beschrieben werden wird. Durch das permutierte Auslesen wird die Reihenfolge der N kodierten Datenblöcke gemäß einer Vertauschungsvorschrift geändert, die durch den Permutationsvektor festgelegt wird. Die in permutierter Reihenfolge ausgelesenen kodierten Datenblöcke bilden zusammen eine Permutationsgruppe von kodierten Datenblöcken, die die Ausleseeinrichtung 26 an den Ausgangspuffer 28 ausgibt, an den sich beispielsweise eine Computerschnittstelle (nicht gezeigt) anschließt.The writer 20 receives the encoded data blocks and successively writes the encoded data blocks into a current one of the buffers 22 and 24, acting together as a removable buffer, as will be described below. The size of the buffers 22 and 24 is sufficiently large to store N coded data blocks, where N is an integer greater than 1 (N> 1). The writing device 20 writes the current one of the memories 22 and 24 in the order in which the coded data blocks are transmitted by the device 16 until there are N coded data blocks in the current one of the buffers 22 and 24. If the current one of the buffers 22 and 24 is full, ie has N stored coded data blocks, the read-out device 26 reads out the buffer 22 and 24 just filled, while the write device 20 reads the other of the two buffers 22 and 24 with the coded data blocks from the Device 16 describes in the order of their receipt. The read-out device 26 reads out the buffer memory 22 or 24, which was last completely described, in a different order than the same was described. More precisely, the read-out device 26 reads out the respective intermediate memory 22 or 24 in a permuted sequence, which is determined by a permutation vector of size N, which is generated and supplied by the device 18 for generating a permutation vector, as will be described below , Through the permuted readout, the order of the N coded data blocks is changed in accordance with an exchange rule, which is determined by the permutation vector. The coded data blocks read out in permuted order together form a permutation group of coded data blocks which the readout device 26 outputs to the output buffer 28, to which, for example, a computer interface (not shown) is connected.
Die Einrichtung 18 erzeugt den Permutationsvektor der Größe N, der die Vertauschungsvorschrift festlegt, basierend auf welcher die kodierten Datenblöcke einer Permutationsgruppe permutiert werden, für jede Permutationsgruppe neu. Die Erzeugung eines Permutationsvektors basiert auf N Pseudozufallszahlen, die durch den Pseudozufallszahlengenerator 30 erzeugt werden. Der Pseudozufallszahlengenerator 30 erzeugt für die Erzeugung jedes Permutationsvektors der Länge N nacheinander N Pseudozufallszahlen und gibt dieselben an den Sortierer 34 aus, wobei der Zähler 32 bei der Ausgabe jeder Pseudozufallszahl einen Zählerwert inkrementiert und an den Umordner 36 ausgibt, wobei der Zähler 32 mit einem Wert von 0 beginnt, um bei der ersten Pseudozufallszahl einen Wert von 1 auszugeben. Auf diese Weise werden die Pseudozufallszahlen, die von dem Pseudozufallszahlengenerator 30 ausgegeben werden, parallel zur Erzeugung num- meriert bzw. mit Indices in der Reihenfolge ihrer Generierung versehen. Die durch den Pseudozufallszahlengenerator 30 erzeugten Pseudozufallszahlen bilden zusammen einen Zufallszahlenvektor bzw. ein Zufallszahlenarray aus N Pseudozufallszahlen, während die durch den Zähler 32 erzeugten Zahlen ein Indexvektor bzw. ein Indexarray bilden, der bzw. das aus anstei- genden Zahlen von 1 bis N besteht. Der Sortierer 34 empfängt den Zufallszahlenvektor und sortiert denselben mit einem geeigneten Sortierverfahren zum Beispiel in ansteigender Reihenfolge. Der Sortierer 34 ist mit dem Umordner 36 gekoppelt, um es zu ermöglichen, daß der Umordner 36 den von dem Zähler 32 empfangenen Indexvektor parallel zu der Sortierung des Zufallszahlenvektors umordnet. Das umgeordnete bzw. permutierte Indexarray, das von dem Umordner 36 erzeugt wird, stellt die Vertauschungsvorschrift für die N kodierten Datenblöcke dar, die von der Ausleseeinrichtung als nächstes gelesen werden, und wird durch den Umordner 36 als Permutationsvektor an die Ausleseeinrichtung 26 ausgegeben, die dasselbe, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, zur Definition der Auslesereihenfolge bezüglich des entsprechenden Zwischenspeichers 22 bzw. 24 verwendet.The device 18 generates the permutation vector of size N, which defines the exchange rule, on the basis of which the coded data blocks of a permutation group are permuted, for each permutation group. The generation of a permutation vector is based on N pseudo random numbers that are generated by the pseudo random number generator 30. The pseudo-random number generator 30 generates N pseudo-random numbers in succession for the generation of each permutation vector of length N and outputs them to the sorter 34, the counter 32 incrementing a counter value when each pseudo-random number is output and outputting it to the reorderer 36, the counter 32 having a value starts from 0 to output a value of 1 for the first pseudorandom number. In this way, the pseudo-random numbers that are output by the pseudo-random number generator 30 are numbered in parallel with the generation or provided with indices in the order in which they were generated. The pseudo-random numbers generated by the pseudo-random number generator 30 together form a random number vector or a random number array of N pseudo-random numbers, while the numbers generated by the counter 32 form an index vector or an index array which consists of numbers from 1 to N. The sorter 34 receives the random number vector and sorts it using a suitable sorting method, for example in increasing order. The sorter 34 is coupled to the reorder 36 to allow the reorder 36 to reorder the index vector received from the counter 32 in parallel with the sorting of the random number vector. The rearranged or permuted index array generated by the reorderer 36 represents the swapping rule for the N coded data blocks that are read next by the readout device and is output by the reorderer 36 as a permutation vector to the readout device 26, which is the same , as described above, used to define the readout order with respect to the corresponding buffer 22 or 24.
Nachdem die Ausleseeinrichtung 26 die N kodierten Datenblöcke aus dem einen Zwischenspeicher 22 bzw. 24 gelesen hat, und gleichzeitig die Schreibeinrichtung den anderen Zwischenspeicher mit den nächsten N kodierten Datenblöcken von dem Kodierer 10 gefüllt hat, wechseln die Schreibeinrichtung 20 und die Ausleseeinrichtung 26 zu dem jeweils anderen Zwischenspeicher 22 bzw. 24, wobei der Auslesevorgang bezüglich der neuen in den Wechselpuffer geschriebenen kodierten Datenblöcken durchgeführt wird, die daraufhin in permutierter Reihenfolge an den Ausgangspuffer ausgegeben werden. Insgesamt ergibt sich am Ein- und Ausgang des Ausgangspuffers somit ein verschlüsseltes Signal aus kodierten Datenblöcken in permutierter Reihenfolge, das bei unauthorisierter Verarbeitung ohne Entschlüsselung und in dem Fall von Sprache eine Verständlichkeit der Sprachinformationen verhindert, wie es in Bezug auf Fig. 3 und 4 näher beschrieben werden wird.After the read-out device 26 has read the N-coded data blocks from one buffer 22 or 24, and at the same time the write device has filled the other buffer with the next N-coded data blocks from the encoder 10, the write device 20 and the read-out device 26 change to the respective one other buffers 22 and 24, respectively, the reading process being carried out with respect to the new coded data blocks written in the change buffer, which are then output to the output buffer in permuted order. Overall, there is an encrypted signal from coded data blocks in permuted order at the input and output of the output buffer, which, in the case of unauthorized processing without decryption and in the case of speech, prevents intelligibility of the speech information, as is explained in more detail in relation to FIGS will be described.
Im folgenden wird bezugnehmend auf Fig. 2 eine Entschlüsselungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Entschlüsselungsvorrichtung von Fig. 2 ist vorgesehen, um die in verschlüsselter Form ausgegebenen kodierten Datenblöcke der Verschlüsselungsvorrich- tung von Fig. 1 wieder in ein Zeitsignal umzuwandeln, und zwar je nach der verwendeten Kodierung auf verlustbehaftete oder verlustlose Weise.A decryption device according to an exemplary embodiment of the present invention is explained below with reference to FIG. 2. The decryption device of FIG. 2 is provided in order to transmit the encoded data blocks of the encryption device which are output in encrypted form. 1 again in a time signal, depending on the coding used in a lossy or lossless manner.
Die Vorrichtung von Fig. 2 umfaßt eine Einrichtung 38 zum Ändern der Reihenfolge der empfangenen kodierten Datenblöcke, die das verschlüsselte Signal darstellen, sowie einen Dekodierer 40, der mit der Einrichtung 38 verbunden ist und die Deko- dierung der kodierten Datenblöcke vornimmt.The device of FIG. 2 comprises a device 38 for changing the order of the received coded data blocks, which represent the encrypted signal, and a decoder 40, which is connected to the device 38 and decodes the coded data blocks.
Die Einrichtung 38 weist eine zu der Einrichtung 12 der Verschlüsselungsvorrichtung von Fig. 1 ähnliche Anordnung auf, und besteht aus einer Schreibeinrichtung 42, einem Zwischenspeicher 1 44, einem Zwischenspeicher 2 46, einer Ausleseeinrichtung 48 und einer Einrichtung 50 zum Erzeugen eines inver- sen Permutationsvektors, die einen zu der Einrichtung 18 der Verschlüsselungsvorrichtung von Fig. 1 ähnlichen Aufbau aufweist und deshalb aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig. 2 nicht detaillierter dargestellt ist. Die Schreibeinrichtung 42 empfängt an einem Eingang die kodierten Datenblöcke, die in der verschlüsselten Form vorliegen, und ist an zwei Ausgängen mit einem Eingang des Zwischenspeichers 44 bzw. des Zwischenspeichers 46 verbunden. Die Ausleseeinrichtung umfaßt drei Eingänge, von denen einer mit einem Ausgang der Einrichtung 50 zum Erzeugen eines inversen Permutationsvektors und die anderen beiden mit jeweils einem Ausgang des Zwischenspeichers 44 bzw. 46 verbunden sind. Ein Ausgang der Ausleseeinrichtung 48 ist mit dem Dekodierer 40 verbunden, um die dekodierten Datenblöcke in vorbestimmter Reihenfolge, d.h. in der für die Deko- dierung nach dem jeweiligen Kodierverfahren vorgesehenen Reihenfolge, auszugeben.The device 38 has an arrangement similar to the device 12 of the encryption device of FIG. 1, and consists of a writing device 42, a buffer 1 44, a buffer 2 46, a read-out device 48 and a device 50 for generating an inverse permutation vector 1, which has a structure similar to the device 18 of the encryption device of FIG. 1 and is therefore not shown in more detail in FIG. 2 for reasons of clarity. The writing device 42 receives the coded data blocks, which are present in the encrypted form, at an input and is connected to an input of the buffer memory 44 or of the buffer memory 46 at two outputs. The readout device comprises three inputs, one of which is connected to an output of the device 50 for generating an inverse permutation vector and the other two are each connected to an output of the buffer memory 44 and 46, respectively. An output of the readout device 48 is connected to the decoder 40 to transmit the decoded data blocks in a predetermined order, i.e. in the order intended for decoding according to the respective coding method.
Der Dekodierer 40 umfaßt eine Einrichtung 52 zum Dekodieren der kodierten Datenblöcke, die von der Ausleseeinrichtung 48 ausgegeben werden, sowie eine sich an die Einrichtung 52 anschließende Einrichtung 54 zum Bilden der aufeinanderfolgenden Abtastwerte, wobei die Einrichtung 54 das Zeitsignal bei- spielsweise an einen Digital/Analog-Wandler (nicht gezeigt) oder dergleichen ausgibt.The decoder 40 comprises a device 52 for decoding the coded data blocks which are output by the read-out device 48, and a device 54 following the device 52 for forming the successive samples, the device 54 receiving the time signal. outputs for example to a digital / analog converter (not shown) or the like.
Nachdem im vorhergehenden der Aufbau der Entschlüsselungsvorrichtung von Fig. 2 beschrieben worden ist, wird im folgenden die Funktionsweise derselben beschrieben.After the structure of the decryption device of Fig. 2 has been described above, the operation of the same will be described below.
Die Schreibeinrichtung 42 empfängt die kodierten Datenblöcke, die in verschlüsselter Form vorliegen, und gibt dieselben in der Reihenfolge, in der sie übertragen werden, an einen aktuellen der Zwischenspeicher 44 und 46 aus, die wie bei der Verschlüsselungsvorrichtung von Fig. 1 als Wechselpuffer zusammenwirken. Während die Schreibeinrichtung 42 einen der beiden Zwischenspeicher 44 und 46 nacheinander mit N kodierten Datenblöcken füllt, liest die Ausleseeinrichtung 48 den anderen Zwischenspeicher aus. Während das Befüllen eines Zwischenspeichers mit den kodierten Datenblöcken in der Übertragungsreihenfolge geschieht, wird das Auslesen des anderen Zwischenspeichers in permutierter Reihenfolge ausgeführt, die von dem inversen Permutationsvektor abhängt, der von der Einrichtung 50 erzeugt wird. Ein inverser Permutationsvektor bedeutet hierin, daß die durch den inversen Permutationsvektor erzeugte Vertauschungsvorschrift die Vertauschungen, die durch die Entschlüsselungsvorrichtung von Fig. 1 an einer jeweiligen Ver- tauschungs- bzw. Permutationsgruppe von N kodierten Datenblök- ken vorgenommen worden sind, wieder rückgängig macht.The writer 42 receives the encoded data blocks, which are in encrypted form, and outputs them in the order in which they are transmitted to a current one of the buffers 44 and 46 which, like the encryption device of Fig. 1, cooperate as a removable buffer. While the writing device 42 fills one of the two buffers 44 and 46 in succession with N coded data blocks, the reading device 48 reads out the other buffer. While one buffer is being filled with the coded data blocks in the transmission order, the reading of the other buffer is carried out in permuted order, which depends on the inverse permutation vector generated by the device 50. An inverse permutation vector means here that the interchanging rule generated by the inverse permutation vector reverses the interchanges that were made by the decryption device of FIG. 1 on a respective interchanging or permutation group of N-coded data blocks.
Die Einrichtung 50 erzeugt die inversen Permutationsvektoren pro Auslesevorgang beispielsweise mittels einer gleichen Anordnung von Einrichtungen, wie sie für die Einrichtung 18 in Fig. 1 dargestellt ist, wobei die Einrichtung 50 jedoch aus dem Permutationsvektor, wie er durch die Einrichtung 18 erzeugt wird, durch eine geeignete Einrichtung einen inversen Permutationsvektor erzeugt, indem beispielsweise die durch den Permutationsvektor festgelegte Vertauschungsvorschrift auf einen Vektor angewendet wird, wie er von dem Zähler (siehe 32 in Fig. 1) ausgegeben wird, d.h. einen Vektor aus geordneten Zahlen von 1 bis N. Die von der Ausleseeinrichtung 48 in permutierter Reihenfolge ausgelesenen N kodierten Datenblöcke werden der Einrichtung 52 zum Dekodieren der kodierten Datenblöcke zugeführt, wobei dieselben nun in der vorbestimmten Reihenfolge vorliegen, die zur Dekodierung der kodierten Datenblöcke gemäß dem dem Dekodierer 44 zugrundeliegenden Kodierverfahren notwendig ist, um ein korrektes Zeitsignal zu erhalten.The device 50 generates the inverse permutation vectors per readout, for example using the same arrangement of devices as is shown for the device 18 in FIG. 1, the device 50, however, from the permutation vector as generated by the device 18 by a suitable device generates an inverse permutation vector, for example by applying the interchange rule defined by the permutation vector to a vector as it is output by the counter (see 32 in FIG. 1), ie a vector of ordered numbers from 1 to N. The N coded data blocks read out in a permuted order by the read-out device 48 are fed to the device 52 for decoding the coded data blocks, the same now being present in the predetermined order which is necessary for decoding the coded data blocks in accordance with the coding method on which the decoder 44 is based to get the correct time signal.
Nachdem die Ausleseeinrichtung 48 den jeweiligen Zwischenspeicher ausgelesen hat bzw. die Schreibeinrichtung 42 den anderen Zwischenspeicher vollständig gefüllt hat, liest die Ausleseeinrichtung den gerade von der Schreibeinrichtung 42 befüllten Zwischenspeicher aus, während die Schreibeinrichtung 42 den Zwischenspeicher beschreibt, der von der Ausleseeinrichtung 48 ausgelesen worden ist.After the read-out device 48 has read out the respective intermediate store or the write device 42 has completely filled the other intermediate store, the read-out device reads out the intermediate store which has just been filled by the write device 42, while the write device 42 describes the intermediate store which has been read out by the read-out device 48 ,
Die Einrichtung 52 dekodiert die kodierten Datenblöcke und gibt Zeitblöcke mit vorbestimmter Reihenfolge aus. Die Einrichtung 54 empfängt die Zeitblöcke und bildet aus denselben die aufeinanderfolgenden Abtastwerte, aus denen das Zeitsignal besteht, und gibt dieselben beispielsweise an einen Ana- log/Digital-Wandler (nicht gezeigt) aus.The device 52 decodes the encoded data blocks and outputs time blocks in a predetermined order. The device 54 receives the time blocks and uses them to form the successive samples from which the time signal is made, and outputs them, for example, to an analog / digital converter (not shown).
Nachdem im vorhergehenden Ausführungsbeispiele für eine Verschlüsselungs- bzw. Entschlüsselungsvorrichtung beschrieben worden sind, wird im folgenden bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 ein explizites Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem ein diskretes Signal durch die Vorrichtung von Fig.l in ein verschlüsseltes Signal verschlüsselt und letztgenanntes durch die Vorrichtung von Fig. 2 entschlüsselt wird, wobei zusätzlich auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird.After exemplary embodiments for an encryption or decryption device have been described in the foregoing, an explicit embodiment is described below with reference to FIGS. 3 and 4, in which a discrete signal is encrypted by the device of FIG. 1 into an encrypted signal and the latter is decrypted by the device of FIG. 2, with additional reference being made to FIGS. 1 and 2.
In den Fig. 3 und 4 sind mit Rechtecken Abtastwerte des Zeitbzw. Audiosignals, Zeitblöcke bzw. Datenblöcke dargestellt, wie es in der Beschreibung angegeben ist. Um die Datenblöcke voneinander unterscheiden zu können, sind die Datenblöcke jeweils mit einem großen Buchstaben A - 0 markiert. Fig. 3 stellt schematisch einen Verschlüsselungsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Bei 60 ist eine Aufeinanderfolge von Abtastwerten 62 gezeigt, die das Zeitsignal bzw. das diskrete Signal bilden, wie es der Verschlüsselungsvorrichtung von Fig. 1 zugeführt wird.3 and 4, samples of the time or. Audio signal, time blocks or data blocks as shown in the description. To distinguish the data blocks from each other, the data blocks are each marked with a capital letter A - 0. 3 schematically illustrates an encryption process according to the present invention. At 60, a succession of samples 62 is shown, which form the time signal or the discrete signal, as it is supplied to the encryption device of FIG. 1.
Bei 64 ist eine Aufeinanderfolge von Zeitblöcken 66 gezeigt, wie sie von der Einrichtung 14 von Fig. 1 erzeugt wird. Wie es bereits erwähnt worden ist, kann sich jeder Abtastwert in einem oder mehreren der Zeitblöcke 66 befinden, bzw. die Zeitblöcke können sich gegenseitig überschneiden, um Aliasingarte- fakte auszumerzen.At 64, a succession of time blocks 66 is shown, as is generated by the device 14 of FIG. 1. As has already been mentioned, each sample can be located in one or more of the time blocks 66, or the time blocks can overlap one another in order to eliminate aliasing artifacts.
Bei 68 ist eine Aufeinanderfolge von kodierten Datenblöcken A - N gezeigt, die in der vorbestimmten Reihenfolge vorliegen, wie sie von der Einrichtung 16 von Fig. 1 ausgegeben werden. Wie es zu sehen ist, kann jeder kodierte Datenblock 70 eine individuell unterschiedliche Länge bzw. Größe aufweisen, wie es durch die unterschiedlichen Größen der Blöcke veranschaulicht ist.At 68, a succession of coded data blocks A-N are shown, which are present in the predetermined order as they are output by the device 16 of FIG. 1. As can be seen, each encoded data block 70 can have an individually different length or size, as illustrated by the different sizes of the blocks.
Bei 72 ist ein Zustand dargestellt, wie er sich für die aufeinanderfolgenden kodierten Datenblöcke 70 während der Verschlüsselung bei der Verschlüsselungsvorrichtung von Fig. 1 ergibt. Bei dem Zustand 72, wie auch bei den folgenden Zuständen der Fig. 3, sind insbesondere die Inhalte des Zwischenspeichers 1 (22 in Fig. 1) , des Zwischenspeichers 2 (24 in Fig. 1) und des Ausgangspuffers (28 in Fig. 1) für den jeweiligen Zustand dargestellt. Bei 72 ist der Zustand für den exemplarischen Fall dargestellt, daß die Vertauschungsgruppen- größe bei der Verschlüsselung bzw. Entschlüsselung auf 5 eingestellt ist. Der bei 72 dargestellte Zustand entspricht dem Zustand, wie er sich bei der Vorrichtung von Fig. 1 einstellt, nachdem von den Datenblöcken 70 bei 68 die ersten fünf A - E in den aktiven bzw. aktuellen Zwischenspeicher, in diesem Fall den Zwischenspeicher 1, geschrieben worden sind. Die Werte in dem Zwischenspeicher 2 und dem Ausgangspuffer, die beispiels- weise dieselbe Länge bzw. Größe wie der Zwischenspeicher 1 aufweisen können, hängen von vorhergehenden kodierten Datenblöcken ab, und sind deshalb mit Bindestrichen dargestellt. Wie es zu sehen ist, sind die kodierten Datenblöcke A - E in ihrer vorbestimmten Reihenfolge in den Zwischenspeicher 1 abgelegt worden.A state is shown at 72 as it arises for the successive coded data blocks 70 during the encryption in the encryption device of FIG. 1. In state 72, as in the following states in FIG. 3, in particular the contents of the buffer store 1 (22 in FIG. 1), the buffer store 2 (24 in FIG. 1) and the output buffer (28 in FIG. 1 ) for the respective state. At 72, the state is shown for the exemplary case that the exchange group size is set to 5 during encryption or decryption. The state shown at 72 corresponds to the state as it arises in the device of FIG. 1 after the first five A-Es have been written by the data blocks 70 at 68 into the active or current buffer, in this case buffer 1 have been. The values in the buffer 2 and the output buffer, the example as the same length or size as the buffer 1 may depend on previous coded data blocks, and are therefore shown with dashes. As can be seen, the coded data blocks A-E have been stored in the buffer 1 in their predetermined sequence.
Bei 74 ist der Zustand dargestellt, wie er sich nach fünf weiteren kodierten Datenblöcken ergibt. Die 5 weiteren kodierten Datenblöcke F - J sind in den Zwischenspeicher 2 geschrieben worden, während die in den Zwischenspeicher 1 abgelegten kodierten Datenblöcke in den Ausgangspuffer ausgelesen worden sind. Zum Auslesen der in den Zwischenspeicher 1 abgelegten kodierten Datenblöcke ist der Permutationsvektor verwendet worden, wie er bei 76 angezeigt ist, d.h. (4,3,5,2,1). Anders ausgedrückt, ordnet der Permutationsvektor 76 jeden kodierten Datenblock in dem Zwischenspeicher 1 eine Zahl zwischen 1 bis 5 bzw. N zu, die die Auslesereihenfolge bzw. die Position angibt, an der dieser kodierte Datenblock in den Ausgangspuffer geschrieben werden soll, so daß in dem Ausgangspuffer die kodierten Datenblöcke A-E in der Reihenfolge EDBAC vorliegen.At 74 the state is shown as it results after five further coded data blocks. The 5 further coded data blocks F - J have been written into the buffer 2, while the coded data blocks stored in the buffer 1 have been read out into the output buffer. The permutation vector, as indicated at 76, has been used for reading out the coded data blocks stored in the buffer 1. (4,3,5,2,1). In other words, the permutation vector 76 assigns each coded data block in the buffer 1 a number between 1 to 5 or N which indicates the readout order or the position at which this coded data block is to be written into the output buffer, so that in the Output buffer the encoded data blocks AE are in the order EDBAC.
Bei 78 ist der Zustand nach weiteren 5 kodierten Datenblöcken dargestellt. Wie es zu sehen ist, sind die 5 nachfolgenden kodierten Datenblöcke K - 0 wiederum in den Zwischenspeicher 1 geschrieben worden, während in der Zwischenzeit der Zwischenspeicher 2 mittels eines Permutationsvektors 80 (5,1,3,2,4) in den Ausgangspuffer ausgelesen worden ist, wo sich die kodierten Datenblöcke in der Reihenfolge GIHJF ergeben.At 78, the state is shown after a further 5 coded data blocks. As can be seen, the 5 subsequent coded data blocks K-0 have in turn been written into the buffer 1, while in the meantime the buffer 2 has been read out into the output buffer by means of a permutation vector 80 (5,1,3,2,4) is where the encoded data blocks result in the order GIHJF.
Bei 82 ist der Strom bzw. die Aufeinanderfolge von kodierten Datenblöcken in verschlüsselter Form dargestellt, wie sie in den Ausgangspuffer 28 eingegeben bzw. von demselben ausgegeben werden. Wie es zu sehen ist, sind die kodierten Datenblöcke gegenüber der vorbestimmten Reihenfolge, in der dieselben durch die dem Kodierer 10 zugrundeliegende Kodierung üblicherweise ausgegeben werden, verwürfelt bzw. gescrambelt, weshalb in dem Fall, daß die Audiodaten Träger von Sprachinformationen sind, diese Sprachinformationen bei Dekodierung ohne Entschlüsselung gemäß der vorliegenden Erfindung unverständlich sind. Dennoch wird bei Dekodierung ohne Entschlüsselung verhindert, daß der Dekodierer in ungültige Zustände gerät, da die zeitliche Diskontinuität in Einheiten von kodierten Datenblöcken definiert ist.At 82, the stream or the sequence of coded data blocks is shown in encrypted form, as they are input into or output from the output buffer 28. As can be seen, the coded data blocks are scrambled compared to the predetermined order in which they are usually output by the coding on which the encoder 10 is based, which is why in the event that the audio data carries speech information this speech information is incomprehensible when decoded without decryption according to the present invention. Nevertheless, decoding without decryption prevents the decoder from entering invalid states, since the temporal discontinuity is defined in units of encoded data blocks.
Ist die dem psychoakustischen Dekodierer zugrunde liegende Kodierung beispielsweise eine nach dem AAC-Standard, tritt, falls das verschlüsselte Signal von einem standardkonformen Dekoder bzw. Dekodierer dekodiert wird, kein Knacksen an den Blockgrenzen auf, sondern vielmehr äußert sich die zeitliche Diskontinuität aufgrund der vertauschten Rahmen bzw. Datenblöcke im Auftreten von Aliasinganteilen, da die Datenblöcke vermittels der inversen modifizierten diskreten Cosinustransformation (IMDCT = inverse modified discrete cosine transform) in den Zeitbereich rücktransformiert werden und an den Überlappungsbereichen der Transformationsfenster keine Aliasing- Auslöschung mehr stattfindet.If the coding on which the psychoacoustic decoder is based is, for example, according to the AAC standard, if the encrypted signal is decoded by a standard-compliant decoder or decoder, there is no crackling at the block boundaries, but rather the temporal discontinuity is expressed due to the interchanged frames or data blocks in the occurrence of aliasing components, since the data blocks are transformed back into the time range by means of the inverse modified discrete cosine transform (IMDCT = inverse modified discrete cosine transform) and there is no longer any aliasing cancellation at the overlapping areas of the transformation windows.
Wird das Signal 82 von einem Decoder bzw. einer Entschlüsselungsvorrichtung gemäß Fig. 2, d.h. mit einer entsprechenden inversen Vertauschung der Eingangsdaten, entschlüsselt, dann liegen in dem Zwischenspeicher wieder die Datenblöcke bzw. die Datenrahmen in der richtigen Reihenfolge vor und die anschließende Dekodierung kann standardkonform erfolgen. Dieser Entschlüsselungsvorgang wird bezugnehmend auf Fig. 4 für das explizite Ausführungsbeispiel von Fig. 3 näher erläutert.If the signal 82 is received by a decoder or a decryption device according to FIG. with a corresponding inverse exchange of the input data, decrypted, then the data blocks or the data frames are again in the correct order in the buffer and the subsequent decoding can be carried out in accordance with the standard. This decryption process is explained in more detail with reference to FIG. 4 for the explicit embodiment of FIG. 3.
Fig. 4 zeigt bei 84 ein Beispiel für eine Folge von kodierten Datenblöcken in verschlüsselter Form, die in diesem Fall derjenigen von Fig. 3 bei 82 entspricht. Bei 86 ist ein Zustand dargestellt, wie er sich bei der Entschlüsselungsvorrichtung von Fig. 2 ergibt, nachdem dieselbe die ersten fünf der kodierten Datenblöcke von 84 empfangen hat. Insbesondere ist bei dem Zustand 84 sowie bei den folgenden Zuständen in Fig. 4 der Inhalt des Zwischenspeichers 1 (44 in Fig. 2) , der Inhalt des Zwischenspeichers 2 (46 in Fig. 2) und die Folge von kodierten Datenblöcken, die von der Einrichtung 38 an den Kodierer 40 ausgegeben wird, gezeigt. Wie es bei 86 zu sehen ist, werden die dekodierten Datenblöcke in den aktuellen Zwischenspeicher, in diesem Fall den Zwischenspeicher 1, in der Reihenfolge abgelegt, in der dieselben übertragen werden.FIG. 4 shows at 84 an example of a sequence of coded data blocks in encrypted form, which in this case corresponds to that of FIG. 3 at 82. Shown at 86 is a state that occurs in the decryption device of FIG. 2 after it has received the first five of the encoded data blocks of 84. In particular, in the state 84 and in the following states in FIG. 4, the content of the buffer store 1 (44 in FIG. 2), the content of the buffer store 2 (46 in FIG. 2) and the sequence of coded ones Blocks of data output from device 38 to encoder 40 are shown. As can be seen at 86, the decoded data blocks are placed in the current buffer, in this case buffer 1, in the order in which they are transmitted.
Bei 88 ist der Zustand dargestellt, wie er sich nach fünf weiteren kodierten Datenblöcken FGHIJ einstellt. Wie es zu sehen ist, sind die nächsten fünf kodierten Datenblöcke in den Zwischenspeicher 2 geschrieben worden, während mittels eines inversen Permutationsvektors 90 die kodierten Datenblöcke EDBAC aus dem Zwischenspeicher 1 ausgelesen werden, um zu dem Dekodierer 40 in der Reihenfolge ABCDE übertragen zu werden, wobei sich der inverse Permutationsvektor aus dem Permutationsvektor 76 von Fig. 3, der sich auf dieselbe Permutationsgruppe bezog, durch Anwenden des letztgenannten als Vertauschungsvorschrift auf einen Vektor (1,2,3,4,5) ergibt.The state is shown at 88 as it arises after five further coded data blocks FGHIJ. As can be seen, the next five coded data blocks have been written into the buffer 2, while by means of an inverse permutation vector 90 the coded data blocks EDBAC are read out from the buffer 1 in order to be transmitted to the decoder 40 in the order ABCDE, whereby the inverse permutation vector results from the permutation vector 76 of FIG. 3, which related to the same permutation group, by applying the latter as a swapping rule to a vector (1,2,3,4,5).
Bei 92 ist der Zustand dargestellt, wie er sich nach dem Auslesen weiterer fünf kodierter Datenblöcke aus dem Strom von kodierten Datenblöcken 84 ergibt. Wie es zu sehen ist, ist wieder der Zwischenspeicher 1 mit den nachfolgenden kodierten Datenblöcken K - 0 befüllt worden, während zu dem Dekodierer die kodierten Datenblöcke GHIJF in dem Zwischenspeicher 2 ausgelesen und in permutierter Reihenfolge bzw. invers permutierter Reihenfolge FGHIJ ausgegeben worden sind. Der Rückpermutation liegt der inverse Permutationsvektor 94 zugrunde, der sich aus dem Permutationsvektor 80 von Fig. 3 durch Anwenden des letztgenannten auf einen Vektor (1,2,3,4,5) ergibt.The state is shown at 92 as it results from the stream of coded data blocks 84 after reading out a further five coded data blocks. As can be seen, the buffer 1 has again been filled with the following coded data blocks K - 0, while the coded data blocks GHIJF in the buffer 2 have been read out to the decoder and output in a permuted sequence or inversely permuted sequence FGHIJ. The back permutation is based on the inverse permutation vector 94, which results from the permutation vector 80 of FIG. 3 by applying the latter to a vector (1,2,3,4,5).
Bei 96 ist schließlich der Strom von aufeinanderfolgenden kodierten Datenblöcken gezeigt, wie er dem Dekodierer zugeführt wird. Wie es zu sehen ist, ist die Reihenfolge wieder hergestellt, in der die kodierten Datenblöcke von dem Kodierer der Verschlüsselungsvorrichtung ausgegeben worden sind, d.h. ABCDEFGHIJKLMN... , so daß die Dekodierung standardkonform erfolgen kann. Die im vorhergehenden bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 4 gelieferte Beschreibung bezog sich auf eine Verschlüsselung, die auf der Vertauschung von Datenblöcken des Zeitsignals innerhalb einer Blockgruppe bzw. Vertauschungsgruppe basiert. Die Blockvertauschung im Zeitbereich zerstört die zeitliche Modulation eines Sprachsignals derart, daß in dem Fall eines Sprachsignals die Verständlichkeit erheblich reduziert wird. Ein Vorteil der obigen Ausführungsbeispiele besteht darin, daß, obwohl bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zur Kodierung des Zeitsignals ein psychoakustisches Kompressionsverfahren verwendet wird, die diesem psychoakustischen Kompressionsverfahren zugrundeliegenden Annahmen, wie z.B. über die zeitliche und spektrale Verdeckung, weiterhin gültig bleiben, da die zeitliche Diskontinuität erst nach der Komprimierung erzeugt wird, d.h. die zeitliche Reihenfolge der bereits kodierten Datenrahmen vertauscht wird. Die im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind grundsätzlich für alle kodierten Datenströme anwendbar, die auf einer sequentiellen Folge in sich abgeschlossener und nach Kodierung sich überlappender Datenrahmen basieren.Finally, at 96, the stream of successive encoded data blocks is shown as it is fed to the decoder. As can be seen, the order in which the encoded data blocks have been output by the encoder of the encryption device is restored, ie ABCDEFGHIJKLMN ..., so that the decoding can be carried out in accordance with the standards. The description provided above with reference to FIGS. 1 to 4 related to encryption, which is based on the exchange of data blocks of the time signal within a block group or exchange group. The block swapping in the time domain destroys the temporal modulation of a speech signal in such a way that intelligibility is considerably reduced in the case of a speech signal. An advantage of the above exemplary embodiments is that although a psychoacoustic compression method is used in the preceding exemplary embodiments to encode the time signal, the assumptions on which this psychoacoustic compression method is based, such as, for example, about the temporal and spectral concealment, remain valid since the temporal discontinuity is only is generated after compression, ie the chronological order of the already encoded data frames is exchanged. The exemplary embodiments described above can basically be used for all encoded data streams which are based on a sequential sequence of data frames which are self-contained and overlap after coding.
In Bezug auf die im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele wird insbesondere darauf hingewiesen, daß die Spra- chunverständlichkeit des verschlüsselten Signals dadurch verbessert werden kann, daß der psychoakustische Kodierer 10 bzw. eine Einrichtung zwischen demselben und der Einrichtung zur Änderung der Reihenfolge eine Frequenzbereichsverwürfelung gemäß der in der Beschreibungseinleitung erwähnten Patentanmeldung W099/51279 durchführt.With regard to the exemplary embodiments described above, it is pointed out in particular that the speech incomprehensibility of the encrypted signal can be improved in that the psychoacoustic encoder 10 or a device between the same and the device for changing the order a frequency range scrambling according to the in the Introduction to the mentioned patent application W099 / 51279.
Nachdem im vorhergehenden die vorliegende Erfindung anhand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung sowohl in Hardware, wie z.B. als eine ASIC, eine integrierte Schaltung oder dergleichen, als auch in Software, wie z.B. als eine auf einem PC lauffähige Software, implementierbar ist. Ferner wird darauf hingewiesen, daß, obwohl im vorhergehenden die vorliegende Erfindung in Bezug auf die Verschlüsselung von Audioda- ten bzw. Sprachsignalen beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung allgemein auf alle Gebiete anwendbar ist, bei denen diskrete Signale verwendet werden und gegebenenfalls eine Kodierung derselben stattfindet, wie z.B. bei der Bild- und Videoverarbeitung oder der Datenübertragung im allgemeinen. Dementsprechend ist die der Erzeugung der zeitlichen Diskontinuität bei der Verschlüsselung vorangehende Kodierung nicht auf eine psychoakustische Kodierung begrenzt. Beispielsweise ist auch eine JPEG-Kodierung bei Bild- oder Videodaten möglich. Allgemein ist die vorliegende Erfindung mit allen Kodierverfahren implementierbar, die aufeinanderfolgende diskrete Abtastwerte in Zeitblöcke unterteilen und diese in kodierte Datenblöcke bzw. -rahmen kodieren oder direkt bereits existierende Zeitblöcke kodieren.After the present invention has been described above with reference to specific exemplary embodiments, it is pointed out that the present invention both in hardware, such as, for example, as an ASIC, an integrated circuit or the like, and in software, such as, for example, as a PC Software that can be implemented. It is also noted that, although in the foregoing the present invention has been applied to the encryption of audio ten or voice signals has been described, the present invention is generally applicable to all areas in which discrete signals are used and where appropriate coding thereof takes place, such as in image and video processing or data transmission in general. Accordingly, the coding preceding the generation of the temporal discontinuity in the encryption is not limited to a psychoacoustic coding. For example, JPEG encoding is also possible for image or video data. In general, the present invention can be implemented with all coding methods that subdivide successive discrete samples into time blocks and code them into coded data blocks or frames or directly code existing time blocks.
Ferner wird darauf hingewiesen, daß die genaue Implementierung der Einrichtung zur Erzeugung eines Permutationsvektors eine Einrichtung zur Erzeugung der Reihenfolge der kodierten Datenblöcke auch anders implementiert sein kann, wie z.B. insbesondere im Hinblick auf die Länge der Vertauschungsgruppe N oder der Anzahl und Größe der verwendeten Zwischenspeicher.It is further pointed out that the exact implementation of the device for generating a permutation vector can also be implemented differently, such as e.g. especially with regard to the length of the exchange group N or the number and size of the buffers used.
Ferner kann die Einrichtung zur Erzeugung eines Permutationsvektors anders implementiert sein als im vorhergehenden beschrieben. Der Permutationsvektor könnte beispielsweise für alle Vertauschungsgruppen gleich sein, in welchem Fall der inverse Permutationsvektor ebenfalls fest wäre. Allgemein wird darauf hingewiesen, daß von dem in dem vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendeten Prinzip der Permutierung aufeinanderfolgender Vertauschungsgruppen abgewichen werden kann, und daß die Änderung der Reihenfolge auch auf andere Weisen durchgeführt werden kann, wie z.B. durch eine Änderung der Reihenfolge bezüglich der gesamten kodierten Datenblöcke, in welchem Fall eine Zwischenspeicherung aller kodierten Datenblöcke vor der Änderung der Reihenfolge bei der Verschlüsselung sowie eine Speicherung der gesamten kodierten Datenblöcke vor der Änderung der Reihenfolge bei der Entschlüsselung erforderlich wäre. Furthermore, the device for generating a permutation vector can be implemented differently than described above. For example, the permutation vector could be the same for all exchange groups, in which case the inverse permutation vector would also be fixed. In general, it is pointed out that the principle of permuting successive exchange groups used in the previous exemplary embodiments can be deviated from, and that the order change can also be carried out in other ways, such as e.g. by changing the order with respect to the entire coded data blocks, in which case it would be necessary to temporarily store all the coded data blocks before changing the order in the encryption and to store the entire coded data blocks before changing the order in the decryption.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Verschlüsseln eines diskreten Signals, das aus aufeinanderfolgenden Abtastwerten (62) besteht, mit folgenden Schritten:1. A method for encoding a discrete signal consisting of successive samples (62), comprising the following steps:
Einteilen der aufeinanderfolgenden Abtastwerte (62) in aufeinanderfolgende Zeitblöcke (66);Dividing the successive samples (62) into successive time blocks (66);
Kodieren der aufeinanderfolgenden Zeitblöcke (66) in kodierte Datenblöcke (70) mit einer vorbestimmten Reihenfolge ; undEncoding the successive time blocks (66) into encoded data blocks (70) in a predetermined order; and
Ändern der vorbestimmten Reihenfolge der kodierten Datenblöcke (70) gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift (76, 80) .Changing the predetermined sequence of the coded data blocks (70) according to a predetermined exchange rule (76, 80).
2. Vorrichtung zum Verschlüsseln eines diskreten Signals, das aus aufeinanderfolgenden Abtastwerten (62) besteht, mit2. Device for encoding a discrete signal consisting of successive samples (62) with
einer Einrichtung (14) zum Einteilen der aufeinanderfolgenden Abtastwerte (62) in aufeinanderfolgende Zeitblöcke (66);means (14) for dividing the successive samples (62) into successive time blocks (66);
einer Einrichtung (16) zum Kodieren der aufeinanderfolgenden Zeitblöcke (66) in kodierte Datenblöcke (70) mit einer vorbestimmten Reihenfolge; undmeans (16) for encoding the successive time blocks (66) into encoded data blocks (70) in a predetermined order; and
einer Einrichtung (12) zum Ändern der vorbestimmten Reihenfolge der kodierten Datenblöcke (70) gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift (76, 80).' means (12) for changing the predetermined sequence of the coded data blocks (70) according to a predetermined exchange rule (76, 80). '
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das diskrete Signal ein Audiosignal ist, und die Einrichtung (16) zum Kodieren angepaßt ist, um eine psychoakustische Kodierung durchzu¬ führen. 3. Feed apparatus according to claim 2, wherein the discrete signal is an audio signal, and the means (16) is adapted for coding, a psychoacoustic coding durchzu ¬.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Einrichtung (12) zum Ändern der vorbestimmten Reihenfolge der kodierten Datenblöcke (70) gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift (76, 80) ferner folgendes Merkmal aufweist : Apparatus according to claim 2 or 3, wherein the means (12) for changing the predetermined order of the coded data blocks (70) according to a predetermined exchange rule (76, 80) further comprises:
eine Einrichtung (12) zum Permutieren einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden dekodierten Datenblöcke (70) gemäß der vorbestimmten Vertauschungsvorschrift (76, 80) .means (12) for permuting a predetermined number of successive decoded data blocks (70) according to the predetermined exchange rule (76, 80).
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die vorbestimmte Vertauschungsvorschrift ein Permutationsvektor (76, 80) der Länge N ist, wobei N der vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden der kodierten Datenblöcke (70) entspricht, wobei die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist :The device of claim 4, wherein the predetermined swapping rule is a permutation vector (76, 80) of length N, where N is the predetermined number of successive ones of the encoded data blocks (70), the device further comprising:
eine Einrichtung (18) zum Erzeugen des Permutationsvektors mitmeans (18) for generating the permutation vector with
einer Einrichtung (30) zum aufeinanderfolgenden Erzeugen von N Pseudozufallszahlen;means (30) for sequentially generating N pseudo-random numbers;
einer Einrichtung (32) zum Zuordnen jeder der N Pseudozufallszahlen eine Zahl zwischen 1 und N gemäß der Reihenfolge der Erzeugung der N Pseudozufallszahlen;means (32) for assigning each of the N pseudorandom numbers a number between 1 and N according to the order of generation of the N pseudorandom numbers;
einer Einrichtung (34) zum Sortieren der N Pseudozufallszahlen; undmeans (34) for sorting the N pseudo-random numbers; and
einer Einrichtung (36) zum Umordnen der N zugeordneten Zahlen parallel zu der Sortierung der N Pseudozufallszahlen, um den Permutationsvektor (76, 80) zu erhalten. means (36) for rearranging the N assigned numbers in parallel with the sorting of the N pseudo random numbers to obtain the permutation vector (76, 80).
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, bei der die Einrichtung (12) zum Permutieren angepaßt ist, um mehrere aufeinanderfolgende Gruppen von aufeinanderfolgenden kodierten Datenblöcken (70) zu permutieren, und die ferner folgende Merkmale aufweist:6. Apparatus according to claim 4 or 5, wherein the means (12) for permuting is adapted to permute a plurality of successive groups of successive coded data blocks (70), and further comprising:
einen Ausgangspuffer (28);an output buffer (28);
einen ersten und einen zweiten Zwischenspeicher (22, 24);first and second buffers (22, 24);
eine Einrichtung (20) zum abwechselnden Speichern der aufeinanderfolgenden Gruppen von aufeinanderfolgenden kodierten Datenblöcken (70) in einen des ersten beziehungsweise zweiten Zwischenspeichers (22, 24); undmeans (20) for alternately storing the successive groups of successive coded data blocks (70) in one of the first and second buffers (22, 24); and
eine Einrichtung (26) zum Auslesen des Speicherinhalts des anderen des ersten beziehungsweise zweiten Zwischenspeichers (22, 24), in dem die abwechselnde Speicherung nicht erfolgt, während der abwechselnden Speicherung in den einen des ersten beziehungsweise zweiten Zwischenspeichers (22, 24) und Ausgeben des Speicherinhalts an den Ausgangspuffer (28) gemäß einer der Vertauschungsvorschrift entsprechenden Reihenfolge.a device (26) for reading out the memory content of the other of the first or second buffer (22, 24), in which the alternate storage does not take place, during the alternating storage in one of the first or second buffer (22, 24) and outputting the Memory contents to the output buffer (28) according to an order corresponding to the exchange rule.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die Vertauschungsvorschrift für zumindest zwei der Gruppen einen unterschiedlichen Permutationsvektor aufweist.7. The device according to claim 6, wherein the exchange rule for at least two of the groups has a different permutation vector.
8. Verfahren zum Entschlüsseln eines verschlüsselten Signals, das eine Mehrzahl von kodierten Datenblöcken in einer Reihenfolge aufweist und einem diskreten Signal, das aus aufeinanderfolgenden Abtastwerten besteht, in verschlüsselter Form entspricht, mit folgenden Schritten:8. A method for decrypting an encrypted signal which has a plurality of coded data blocks in an order and which corresponds in an encrypted form to a discrete signal which consists of successive samples, with the following steps:
Ändern der Reihenfolge der kodierten Datenblöcke gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift (90, 94); Dekodieren der kodierten Datenblöcke in der geänderten Reihenfolge in aufeinanderfolgende Zeitblöcke mit vorbestimmter Reihenfolge; undChanging the order of the coded data blocks according to a predetermined exchange rule (90, 94); Decoding the coded data blocks in the changed order into successive time blocks with a predetermined order; and
Bilden der aufeinanderfolgenden Abtastwerte aus den aufeinanderfolgenden Zeitblöcken.Form the successive samples from the successive time blocks.
9. Vorrichtung zum Entschlüsseln eines verschlüsselten Signals, das eine Mehrzahl von kodierten Datenblöcken in einer Reihenfolge aufweist und einem diskreten Signal, das aus aufeinanderfolgenden Abtastwerten besteht, in verschlüsselter Form entspricht, mit9. Device for decrypting an encrypted signal which has a plurality of coded data blocks in an order and which corresponds in an encrypted form to a discrete signal which consists of successive samples
einer Einrichtung (38) zum Ändern der Reihenfolge der kodierten Datenblöcke gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift (90, 94);means (38) for changing the order of the encoded data blocks according to a predetermined exchange rule (90, 94);
einer Einrichtung (52) zum Dekodieren der kodierten Datenblöcke in der geänderten Reihenfolge in aufeinanderfolgende Zeitblöcke mit vorbestimmter Reihenfolge; undmeans (52) for decoding the coded data blocks in the changed order into successive time blocks with a predetermined order; and
einer Einrichtung (54) zum Bilden der aufeinanderfolgenden Abtastwerte aus den aufeinanderfolgenden Zeitblöcken.means (54) for forming the successive samples from the successive time blocks.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der das diskrete Signal ein Audiosignal ist, und die Einrichtung (52) zum Dekodieren angepaßt ist, um eine inverse modifizierte diskrete Cosinustransformation durchzuführen .10. The apparatus of claim 9, wherein the discrete signal is an audio signal and the means (52) for decoding is adapted to perform an inverse modified discrete cosine transform.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der die Einrichtung (38) zum Ändern der Reihenfolge der kodierten Datenblöcke gemäß einer vorbestimmten Vertauschungsvorschrift ferner folgendes Merkmal aufweist:11. The apparatus of claim 9 or 10, wherein the means (38) for changing the order of the encoded data blocks according to a predetermined exchange rule further comprises:
eine Einrichtung (38) zum Permutieren einer ersten vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden kodierten Datenblöcken gemäß der vorbestimmten Vertauschungsvorschrift. means (38) for permuting a first predetermined number of successive encoded data blocks in accordance with the predetermined exchange rule.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die vorbestimmte Vertauschungsvorschrift ein Permutationsvektor (76, 80) der Länge N ist, wobei N der vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden der kodierten Datenblöcke (70) entspricht, wobei die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist :12. The apparatus of claim 11, wherein the predetermined swapping rule is a permutation vector (76, 80) of length N, where N is the predetermined number of successive ones of the encoded data blocks (70), the apparatus further comprising:
eine Einrichtung (50) zum Erzeugen des Permutationsvektors mitmeans (50) for generating the permutation vector with
einer Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Erzeugen von N Pseudozufallszahlen;means for sequentially generating N pseudorandom numbers;
einer Einrichtung zum Zuordnen jeder der N Pseudozufallszahlen eine Zahl zwischen 1 und N gemäß der Reihenfolge der Erzeugung der N Pseudozufallszahlen;means for assigning each of the N pseudorandom numbers a number between 1 and N according to the order of generation of the N pseudorandom numbers;
einer Einrichtung zum Sortieren der N Pseudozufallszahlen;means for sorting the N pseudo-random numbers;
einer Einrichtung zum Umordnen der N zugeordneten Zahlen parallel zu der Sortierung der N Pseudozufallszahlen, um einen permutierten Vektor zu erhalten; undmeans for rearranging the N assigned numbers in parallel with the sorting of the N pseudo random numbers to obtain a permuted vector; and
einer Einrichtung zum Anwenden des permutierten Vektors als eine Permutationsvorschrift auf einen geordneten Vektor von Zahlen von 1 bis N, um den Permutationsvektor zu erhalten.means for applying the permuted vector as a permutation rule to an ordered vector of numbers from 1 to N to obtain the permuted vector.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, bei der die Einrichtung (38) zum Permutieren angepaßt ist, um mehrere aufeinanderfolgende Gruppen von aufeinanderfolgenden von kodierten Datenblöcken (70) zu permutieren, und die ferner folgende Merkmale aufweist:13. The apparatus of claim 11 or 12, wherein the means (38) for permuting is adapted to permute a plurality of successive groups of successive of coded data blocks (70), and further comprising:
einen ersten und einen zweiten Zwischenspeicher (44, 46); eine Einrichtung (42) zum abwechselnden Speichern der Gruppen von aufeinanderfolgenden kodierten Datenblöckenfirst and second buffers (44, 46); means (42) for alternately storing the groups of successive coded data blocks
(70) in einen des ersten und zweiten Zwischenspeichers(70) into one of the first and second buffers
(44, 46); und(44, 46); and
eine Einrichtung (48) zum Auslesen des Speicherinhalts des anderen des ersten und zweiten Zwischenspeichers (44, 46), in dem die abwechselnde Speicherung nicht erfolgt, während der abwechselnden Speicherung in den anderen in des ersten und zweiten Zwischenspeichers (44, 46) und Ausgeben des Speicherinhalts an die Einrichtung (52) zum Dekodieren gemäß einer der Vertauschungsvorschrift entsprechenden Reihenfolge .means (48) for reading out the memory content of the other of the first and second buffers (44, 46), in which the alternate storage is not carried out, during the alternate storage in the other of the first and second buffers (44, 46) and outputting them of the memory content to the device (52) for decoding according to an order corresponding to the swapping rule.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der die Vertauschungsvorschrift für zumindest zwei der Gruppen einen unterschiedlichen Permutationsvektor aufweist.14. The apparatus of claim 13, wherein the swapping rule has a different permutation vector for at least two of the groups.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 13, bei dem das Audiosignal Sprachinformationen enthält. 15. The apparatus of claim 9 or 13, wherein the audio signal contains speech information.
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