JP2531612B2 - テレビジョン信号の暗号化方法およびその方法を用いた受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、デジタル形式またはサンプリングしたアナ
ログ形式のテレビジョン信号の送信および受信に関し、
特に、マルチプレクスアナログコンポーネント（MAC）
映像信号の暗号化方法およびその方法を用いた受信装置
に関する。

背景技術 1.発明の分野 デジタル信号またはサンプリングしたアナログ信号の
暗号化方法の数は理論的にはほとんど限界がない。しか
しながら、決められた帯域幅の映像信号では、受信画像
の質が暗号化のために低下しないように注意しなければ
ならない。国際公開番号W083/03942公報として公開され
た我々の係属中の出願には、マルチプレックス・アナロ
グ・コンポーネント（MAC）のテレビジョン信号で、送
信及び認可された受信者だけの受信のために暗号化が行
なわれるもので、暗号化は信号をブロック（複数）、に
カットすなわち分割し、ブロックの順序を改めて、並べ
直してから送信する技術が開示されている。各ブロック
内の信号はもとの配列のままである。MAC信号中に既に
存在しているアナログ信号のブロックを分離しないもの
が最良の配列である。 本発明の暗号化方法はMAC信号
中に既に存在しているブロック構造を使用し、各ライン
中のデジタルブロック、アナログ色信号ブロック及びア
ナログ輝度信号ブロックの順序を単に並べ直すものであ
る。デジタルブロックは２つの部分にカットされ、この
２つの部分の一方の位置が、そのライン期間内で変更さ
れる。

本発明の目的は、マルチプレクスアナログコンポーネ
ントのテレビジョン信号の暗号化方法及びその方法を用
いた受信装置を提供することである。

本発明は、国際公開番号W083/03942公報で開示された
配列の改良または変形であり、もとのアナログブロック
が複数のセクションに分離されること、およびこれらの
セクションの順序、および／または開始するタイミング
が変更されることの一方または両方が含まれている。好
ましくは、色信号を含むブロックだけを分割され、輝度
信号を含むブロックは分割されないが、もとの信号に対
してはライン上の位置が変更される。このため、本発明
では、画像のアクティブ期間を変化させず、CCIR（国際
無線通信諮問委員会）により規定された最小限の規格を
用いることを意図している。本発明では、認可されてい
ない受信者が受信することを以下の２つの点で排除す
る。まず、色信号のコンポーネントが不連続の部分に分
割され分離されることである。次に、輝度信号のコンポ
ーネントがテレビジョンのライン信号内の所定の位置に
存在しないことから、認可されていない受信者は輝度信
号を受信できない。これはMACテレビジョン信号受信器
が信号から情報を抽出するためにタイミングに非常に依
存しているということを利用している。アナログコンポ
ーネントが時分割マルチプレクスで配列され、それぞれ
時間内に圧縮されているので、MACシステムにおいてタ
イミングは特に重要である。更に、MACテレビジョンラ
イン信号の色信号コンポーネントを暗号化中に分割され
る項目として選択できるという利点がある。アナログ信
号のカットにより波形に変換部が生じるが、輝度信号コ
ンポーネントに生じた場合には最終的に表示される画像
において非常に顕著である。デジタルデータ信号をカッ
トし、１つ以上のカットした部分を移動しても、デジタ
ルデータ信号が短い持続時間しかないので輝度信号コン
ポーネントの変換は少ししか発生しない。

図面の簡単な説明 第１図は、MAC映像信号波形のひとつの形態の一ライン
を示す図、 第２図乃至第７図は、それぞれ第１図に示す波形を種々
の暗号化方式により暗号化した波形を示す図、 第８図は、MAC映像信号波形の他の形態の一ラインを示
す図、 第９図乃至第11図は、それぞれ第８図に示す波形を種々
の暗号化方式により暗号化した波形を示す図、 第12図（ａ）および第12図（ｂ）は、それぞれ変換を実
現する２つの方法を示す図、 第13図は、暗号化テレビジョン信号を受信する受信機の
一部を示すブロック図、 第14図は、第13図に示す受信像の一部の詳細を示すブロ
ック図である。

発明を実施するための最良の形態 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。

暗号化の最良の方法は、回転暗号化（scrambling）と呼
ばれ、アクティブ画像期間は変化することなくそのまま
残される。第１図はひとつのＣ−MAC波形を示す。８つ
のサンプル（400ns）の“f"の部分は、暗号化のために
割り当てられている。これらのサンプルは、使用される
暗号化方法に応じて再分配され、場合によっては分離し
た波形（ｂおよびｈの部分）において波形の分散の間、
変更可能なサンプルと結合される。得られたサンプルは
全て暗号化波形のカットエッジを歪から保護する変換を
行なうために使用される。さらには、ライン時間は、輝
度信号及び色信号の「カット」が暗号化状態で連続的に
行なわれる場合に有効に使用される。通常生じる２つの
変換は一つの外乱に減らすことができ、サンプルの結果
を節約できる。変換のために必要とされる最少サンプル
数を決定するために、２つのステップ関数がソフトウエ
アーシュミレーションされた線形衛星送信チャネルを通
される。入力ステップ関数のエッジは、それぞれ120n
s、200ns、および250nsの２乗余弦エッジに設計され
る。

シュミレーションは以下の通りである。

120nsのエッジが使用される場合は、「カット」変換
時間として490nsが必要とされる。

200nsのエッジが使用される場合は、「カット」に対
応して260nsが必要とされる。

250nsのエッジが使用される場合は、「カット」のた
めに250nsだけが必要とされる。

このことは、最小の５つのサンプルが変換のために使
用されるべきことを示している。補間法は、使用される
暗号化方法に対して最適化なものにすることができる。
最良の補間法は使用できるサンプル数に応じて決めら
れ、次に使用される回転暗号化方法に応じて決められ
る。

第２図乃至第７図はそれぞれMAC信号のシングルまた
はダブル回転暗号化方法の例を示している。クランプ期
間は暗号化処理の一部として移動してもよい。MACデコ
ーダのコストを著しく高くするものではないが、クラン
プ期間はもとの信号のライン上の位置にそのまま置くよ
うにするのがよいと考えられている。カットポイントは
アクティブ映像期間でだけ発生するように制限されねば
ならない。使用できるカットポイントの数は受信機のコ
ストに影響を与えてはならない。保安（セキュリティ）
のために可能な位置の数を最も多くすることが好まし
い。色信号においては256ポイントが使用でき、輝度信
号においては512ポイントが使用できる。カットポイン
トは各成分の略中程の中心でなければならない。高調波
歪により発生する回転暗号化フリッカ雑音は主たる問題
である。テレビラインの直流レベルの変動が１％程度の
わずかでも、重大なフリッカ雑音をひき起こす。暗号化
信号のこのパラメータとして0.3％の仕様が考慮される
必要がある。高調波歪の最大ピーク・ピーク許容振幅が
決定されねばならない。

第８図乃至第11図は第１図乃至第７図に開示されるも
のの変形例に関し、多くの点で相違している。例えば、
「カット」の変換は、分離した信号の変化に応じた波形
のカット部分に結合されない。さらに、輝度信号は、黒
レベルで開始し終了するよりも、第８図に示すように、
非暗号化信号のグレーレベルの真中で開始し終了する。

第９図は「コンポーネント回転」暗号化として知られ
ているMAC映像信号のラインの一つを暗号化する方法を
示すものである。この方法では、非暗号化信号の期間a,
bおよびｃは、期間ｈと同様に変化することなくそのま
まである。色信号および輝度信号のブロックは、それぞ
れカットされ、順に反転される。クロスフェードは、ク
ランプ期間ｃと第１の暗号化色信号ブロックとの間、暗
号化した色信号と輝度信号のブロックの間、および第２
の暗号化輝度信号のブロックとラインの終わりの期間ｈ
との間に与えられる。全てのクロスフェードに対してと
られたサンプルの合成数は12であり、これは要求の最少
数である。図示するように、各クロスフェードは４つの
サンプルを必要とするが、その数は３つのクロスフェー
ドに対して3,6,3のどれかに変更することができる。勿
論、もしアクティブ画像時間を減少できれば、より多く
のサンプルがこれらの変換を含めるように利用できる。
暗号化およびクロスフェードに利用できるビットの数は
以下の方法で増加することができる。回転の後に、２つ
の色信号ブロックU/VIおよびU/VIIの間の接続および２
つの輝度信号ブロックYIおよびYIIの接続はグレーレベ
ルの真中にあるものとして示されていることがわかる。
このために、例えば接続において８つのサンプル期間を
与えることが必要である。もし、クロスフェードが一方
または両方の接続部に用いられたならば、サンプル数
が、少なくてすむ画像のエッジは互いに混合され、はっ
きりわからなくなり、そのためその検出がより困難とな
るので、波形の機密性はこのような方法を用いることに
よって増加する。ひとつのクロスフェードだけが行なわ
れる場合は、第２図に示すように２つの輝度信号のブロ
ックYIおよびYIIの間に配置することが望ましい。クロ
スフェードは、時間領域におけるオーバーシュート、す
なわちチャンネル内のリンギングを防止する関数、例え
ば２乗余弦時間関数、200ns2乗余弦時間関数により実行
される。

第10図は、別の暗号化の方法を示している。この方法
ではテレビジョン画像のラインは、輝度信号ブロックが
二つの部分にカット（分割）され、その順序が反転され
（回転され）、また、カット（分割）されていない色信
号ブロックが回転された部分の間に挿入されている。別
に第11図に示すように、テレビジョン画像のラインは２
つの部分にカットされた色信号ブロックとこれらの回転
部分間に挿入されたカットされない輝度信号ブロックと
から構成できる。第10図および第11図に示した方法は、
「ライン回転」暗号化法と呼ばれている。前述したよう
に、クロスフェードは、信号が中間のグレーレベルに復
帰できることよりも、色信号と輝度信号との間の一方ま
たは両方の接続部に行なわれる。

第９図は第４図と等価のクロスフェード、第11図は第
３図と等価のクロスフェード、第10図は第２図と等価の
フロスフェードである。このため、第５図から第７図も
等価のクロスフェードを有していることも明らかであ
る。

前述したように、12のサンプルがコンポーネントのカ
ットエッジの前および後の変換のために割り当てられて
いる（それらのひとつ、サンプル1292がグレーレベルの
真中として定義されている）。色信号期間と輝度信号期
間の間の領域のオーバーラップ情報を共用することによ
り、４つのサンプルが各変換に割り当て可能となり、ま
たは３つのサンプルが外側に割り当てられ、６つのサン
プルが共用部分に割り当て可能となる。

これら変換を定義できる方法は以下のようである。

（ａ）重み付けした重畳するサンプル この方法ではカットエッジの前後に発生するサンプル
は、映像信号圧縮記憶装置から読み出され、変換を行な
うために１セットの重みWnが乗算される。これは第12図
（ａ）に図示され、サンプルはＸである、この延長とし
て、色信号コンポーネントと、輝度信号コンポーネント
間の共用部の変換は、重畳した色信号のサンプルの重み
付けの減少と重畳した輝度信号のサンプルの重み付けの
増加の単なる重ね合せとして行なうことができる。これ
は基本的にはコンポーネントエッシの間のクロースフェ
ードである。デジタル乗算器は画像の帰線消去エッジを
整形するビデオパスに常に備えられているので、このよ
うな重み付けした変換を実行するに、いかなる困難も存
在しない。

（ｂ）回転したコンポーネントの最初と最後のサンプル
を保持すること 変換は、回転した映像コンポーネントのエッジと波形
の隣設部分との間で変換のどちらかのサンプル値を保持
することにより行なわれる（第12図（ｂ））。重み付け
の手順は、それらの間に一定の波形を発生するために適
用される。しかし、映像信号のサンプルが急激に保持さ
れると、鋭敏なカットエッジによく似た帯域外不連続が
発生する。これはフィルタ処理後に受け入れ難い大きさ
の歪を生じさせる。

（ｃ）補間 補間処理では、中間領域を占める１セットの新たなサ
ンプルを作り出すために変換の前および後のサンプルを
検査することができる。十分な処理によれば、それらの
サンプルは、フィルタ処理後のリンギングのような基準
を最少にするように選択できる。短い時間の多くのサン
プルを補間するために複雑となるので、この方法は魅力
的でない。したがって、他の方法で満足できない場合以
外は、この方法は避けるべきである。これらの全ての方
法では、受信機は単に各コンポーネントをカットし回転
するだけであり、付加的な処理は要求されない。変換を
行なわせるために考えられる最も効果的な方法は、重畳
したサンプルを重み付けし、クロスフェードすることで
ある。

次に、上述の種々の方法を実行する装置について説明
する。送信側の装置は前述のW083/03942公報の第４図に
関して述べたものと同様であるので詳細には述べない。
カットポイントは擬似乱数発生器の出力によって決定さ
れる。擬似乱数発生器の暗号化キーを含む内容は送信さ
れるかまたは既に提案された多数の装置のうちの１つの
都合の良い方法によって受信機に利用できる。第13図を
参照して、暗号化信号を受信する装置について詳細に述
べる。暗号化信号はIF増幅器10で受信され、２つのバン
ドパスフィルタ11,12へ供給される。バンドパスフィル
タ11はデジタル出力を２−4PSK（フェイズシフトキーイ
ング）デモジュレータ13へ供給する。クロック信号はブ
ロックリカバー回路14によりデモジュレータ13の出力か
ら再現される。デモジュレータ13の出力は、クロックリ
カバリー回路14からのクロック信号で制御されるライン
同期検出器15にも供給される。ライン同期が検出される
と、デジタル出力からのデータはデモジュレータ13から
デジタルサウンドデマルチプレクサ16に供給され、デジ
タル−アナログ変換器17を経てサウンドチャネルに供給
される。バンドパスフィルタ12からの出力はFMモジュレ
ータ20を介してデエンファシス回路21に供給され、さら
にローパスフィルタ22およびクランプ回路23を介して記
録装置に供給される。もし記憶装置がデジタルなものな
らば、得られた信号を記憶装置26に格納する前にMAC信
号が各アナログサンプルを使用するので、アナログ−デ
ジタル変換器25で各アナログサンプルをデジタル値に変
換することが必要とされる。しかしながら、別に、アナ
ログ−デジタル変換器の必要性をなくしたCCD（電荷結
合素子）のようなアナログ記憶装置を用いることができ
る。同様に、もし信号がデジタルで発生するならば、デ
ジタル記憶装置が使用でき、アナログ−デジタル変換器
は必要とされない。デジタル化したデータの記憶装置26
への書込みおよびそこからの読み出しは信号を解読する
ために使用され、もし必要ならば映像情報を伸張するこ
ともできる。書込みおよび読出し動作は、記憶制御回路
27で制御される。この制御回路27は、もとの信号の暗号
化に用いるキーに関する情報を受信する擬似乱数発生器
を含むカットポイント発生回路28で制御される。記憶装
置からデータが読出された後、正しい順序に戻された輝
度信号が記憶装置26からD/Aコンバータおよびポストフ
ィルタ回路30を介してY,U,V/R,G,B変換マトリクス31に
対して供給され、このR,G,B出力が表示器へ供給され
る。同様に正しい順序に戻された色信号は、記憶装置26
からクロマポストフィルタおよびデマルチルプレクサ29
およびD/Aコンバータおよびポストフィルタ回路30を介
して変換マトリクス31に供給される。第14図を参照し
て、記憶装置26および記憶制御回路27の動作について説
明する。第14図は映像信号のコンポーネントを解読する
方法の１つを示している。基本的には、コンポーネント
の時間伸張によってMACビジョンの送信フォーマットを
デコードする場合には、各成分毎に先入先出記憶装置
（FIFO）が用いられる。しかしながら、読出し／書込み
動作に高速装置が必要なためこの方法は適当でない。適
当な装置では各コンポーネント毎に２つの記憶装置か用
いられる。一方の記憶装置が入力される圧縮されたコン
ポーネントを高速のサンプリング装置（20.25MHz）で取
込み、他方の記憶装置は先行ラインからのコンポーネン
トを低い速度で同時に出力する。これにより時間伸張が
実行される。各ラインの終端で、双方の記憶装置は役割
を切換える。この方法は、ランダムアクセス記憶装置ま
たはシリアルアクセス記憶装置を用いて処理を行なう場
合に適している。第14図はコンポーネントの解読が、周
期的性質を利用して、このデコードプロセスに少しの変
更を行なって実行できることを示すものである。

第14図のRAM40を用いた輝度信号のコンポーネントの
解読についてまず説明する。取込みプロセスでは、アド
レスカウンタ41はゼロ状態にクリアーされ、そして20.2
5MHzで増分可能とされ、回転された入力コンポーネント
のＬ個のサンプルRAM40内の連続した記憶位置に入力さ
れる。次の映像ライン中に発生する出力プロセスでは、
真のラインスタートの位置を示す擬似乱数Ｐ（プラスオ
フセットＴ）がアドレスカウンタ40をプリセットする。
このカウンタ40は、低い速度（13.5MHz）でさらにＬ回
以上増分され、モジュロ（modulo）Ｌカウントによっ
て、RAM40からサンプルの非暗号化シーケンスの検索を
行なう。色信号のコンポーネントの解読も同様に行なわ
れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランニガン，ベリー・アーサー イギリス国 エス・オー24，１ビー・ジ エイ，ハンプシヤイアー，アルレスフオ ード，ポンド・ヒル 44 フラツト１

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テレビジョン信号の各ラインが実質的にデ
   ジタルセクション、色信号セクション及び輝度信号セク
   ションの時間多重であるようなテレビジョン信号のライ
   ンを暗号化するテレビジョン信号の暗号化方法におい
   て、 前記色信号セクションを複数のブロックに分割する段階
   と； 第１の順序で前記ブロック、前記デジタルセクション及
   び前記輝度信号セクションを記憶する段階と；及び 前記ブロック、前記デジタルセクション及び前記輝度信
   号セクションを読出すのに、少くとも一つの前記ブロッ
   クが前記輝度信号セクションの前に読出され、残りの前
   記ブロックが前記輝度信号セクションの後に来る第２の
   順序で読出されるようにして暗号化されたラインを作る
   ようにし、暗号化されたラインの中での輝度信号セクシ
   ョンの位置がもとの暗号化されていないラインの輝度信
   号セクションの位置からはシフトしているように読出す
   段階と； で構成されるテレビジョン信号の暗号化方法。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の暗号化方法におい
   て、前記分割する段階が、前記色信号セクションを２つ
   のブロックに分割することから成り、前記読出し段階に
   おいて、前記ブロックの一方が輝度信号セクションの前
   に読出され、前記ブロックの他方が輝度信号セクション
   の後に読出されるテレビジョン信号の暗号化方法。
3. 【請求項３】請求の範囲第２項記載の暗号化方法におい
   て、各ブロックがカットエッジ及びアンカットエッジを
   有し、更に、前記ブロックの前記カットエッジ及びアン
   カットエッジにクロスフェードを与える段階を有するテ
   レビジョン信号の暗号化方法。
4. 【請求項４】請求の範囲第２項記載の暗号化方法におい
   て、各ブロックがカットエッジ及びアンカットエッジを
   有し、更に、前記ブロックの前記カットエッジにクロス
   フェードを与える段階を有するテレビジョン信号の暗号
   化方法。
5. 【請求項５】請求の範囲第３項記載の暗号化方法におい
   て、前記クロスフェードが２乗余弦時間関数で実行され
   るテレビジョン信号の暗号化方法。
6. 【請求項６】請求の範囲第４項の暗号化方法において、
   前記クロスフェードが２乗余弦時間関数で実行されるテ
   レビジョン信号の暗号化方法。
7. 【請求項７】マルチプレックスアナログコンポーネント
   （MAC）テレビジョン信号の暗号化されたライン、すな
   わち、色信号セクションが複数に分割されたもの、デジ
   タルセクション、及び輝度信号セクションで成り、か
   つ、色信号セクションの少くとも一つのブロックは輝度
   信号セクションよりも早くライン上に生じ、かつ暗号化
   されたラインにおける輝度信号セクションの位置はもと
   の暗号化されていないラインにおける輝度セクションの
   位置に対してシフトしている暗号化されたラインを受信
   するテレビジョン信号の受信装置であって、 暗号化された信号を受信するための手段と； 受信した信号を情報のセクションに分けるための手段
   と； 記憶部に情報のセクションまたはブロックを書込み、か
   つ記憶部からの情報のセクション又はブロックを読出す
   ための手段と； 色信号セクションが複数のブロックに分割された点を識
   別する少くとも一つの分割された位置を判断するための
   手段（28）と、該位置を判断するための手段で判断され
   た位置に従って、MACテレビジョン信号のもとの暗号化
   されていないライン内の情報の順序を構築するように情
   報の読出し及び書込みを制御するための手段（27）とで
   構成される制御手段と； を具備することを特徴とするテレビジョン信号の受信装
   置。