JP2831650B2 - 信号スクランブル伝送方式および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、テレビジョンあるいはハイビジョン（高精
細度テレビジョン）などの信号をスクランブルして伝送
する方式に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、テレビジョンあるいはハイビジョン（高精
細度テレビジョン）などの信号をスクランブルして伝送
し、受信側でデスクランブルを行ない原信号を復元する
スクランブル放送方式において、 スクランブルされた放送信号と同時に送られるデスクラ
ンブルを制御するための鍵情報が伝送状態の悪化のため
に受信できなくなった場合に、その影響を軽減するため
に、 デスクランブルを制御する鍵情報を複数の部分で構成
し、一部分を予め受信機の内部に用意し、残りの部分を
放送信号とともに送ることにより、鍵情報が実時間で受
信できない場合にも、不完全ながら信号が復元されるよ
うにしたものである。

〔従来の技術〕

典型的なスクランブル伝送システムは第２図のような
構成となっている。映像信号や音声信号の原信号１はス
クランブル２でスクランブル処理され、スクランブルさ
れた信号３として伝送され、受信側ではデスクランブラ
４でデスクランブル処理され、復元信号５が得られる。

スクランブル処理としては種々の方式が提案されてい
るが、時間的に固定した方式の場合は、スクランブルさ
れた信号を解析することにより方式が破られ、盗視聴さ
れることが起る。従って、不正な復元を防ぐためにスク
ランブル方式を擬似ランダム（PN）信号６で制御し、こ
のPN信号の発生方法を時間とともに変化させることが行
なわれている。このPN信号はPN信号発生回路８に適当な
初期値を与えて発生させるのが一般的である。この初期
値は図でスクランブル鍵10として示されている。PN信号
発生回路８の出力は周期を持っており、長時間観測する
と内容が知られてしまうので、与える初期値を比較的短
時間に変化させることが必要である。

一方、受信側では正しくデスクランブルを行なうため
に送信側と対応するPN信号７を得る必要がある。このた
めに受信側のPN信号発生回路９に加える初期値を送信側
から伝送している。このスクランブル鍵10は比較的短時
間（例えば１秒〜数秒程度）で変化させるので、その情
報はスクランブルされた信号と同時に実時間で受信側へ
伝送する必要がある。この情報は例えば放送電波の中で
送ると容易に第三者に知られるので、暗号化して送る必
要があり、暗号器11で暗号化が行なわれ、受信側で復号
器12で復号されて使用される。

この暗号化及び復号に使用される鍵はワーク鍵13とし
て図に示されており、別途受信側に伝送される。ワーク
鍵は比較的長い時間（例えば１ヶ月〜数ヶ月）一定であ
るので、実時間で伝送する必要はなく、ICカード等の安
全性の高い媒体で送ることもできる。このワーク鍵を電
波等で受信機に配付する場合には、さらに受信機ごとに
異なるマスタ鍵18で暗号化して伝送される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上に述べた従来の技術においては、スクラ
ンブル鍵10が実時間で正しく受信機へ伝送されていれ
ば、完全にデスクランブルを行なうことができるが、伝
送中に誤りを生じるとデスクランブルができなくなる場
合が生じる。このため、この鍵情報の伝送には強力な誤
り訂正技術を用いて誤りを生じないようにしている。

しかし、例えば放送衛星を用いてテレビジョンやハイ
ビジョンの放送を行なう場合、強い雨が降ったときには
映像信号や音声信号が受信できなくなる場合がある。

放送衛星を用いてスクランブル伝送を行なう場合、ス
クランブル鍵10はディジタル化された音声信号とともに
送られるデータ信号の一部で送るのが適当であるが、こ
の場合音声信号が受信できなくなると、鍵情報が受信で
きなくなる。ところが、映像信号はアナログ信号として
伝送されているので、強い雨で電波が弱くなると、雑音
は極めて多くなるが、内容が全く分らなくなるというこ
とは音声よりも起りにくいことが多い。

この様な状況では、映像をスクランブル伝送している
と、鍵情報が受信されないために、スクランブルを行な
っていない場合には若干内容が分るのにもかかわらず、
全く分らなくなってしまうことが起る。

上に述べた状況は、スクランブル鍵を予め受信側に送
っておき、それを用いてデスクランブルを行なえば避け
ることができる。しかし、スクランブル鍵を長時間固定
すると、スクランブルされた信号を解析してスクランブ
ル方式が破られることが起るのは前に述べた通りであ
る。

よって、本発明の目的は、上述の点に鑑み、鍵情報が
実時間で受信できない場合にも、不完全ながら信号が復
元されるようにした信号スクランブル伝送方式および装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、スクランブルされた放送信号と同時に送
られるデスクランブルを制御するための鍵情報が伝送状
態の悪化のために受信できなくなった場合に、その影響
を軽減するために、デスクランブルを制御する鍵情報を
複数の部分で構成し、一部分を予め受信機の内部に用意
し、残りの部分を放送信号とともに送ることにより、鍵
情報が実時間で受信できない場合にも、不完全ながら信
号が復元されるようにしたものである。

［作用］ 本発明ではスクランブル鍵を複数の部分で構成し、一
部分を予め受信機の内部に用意し、残りの部分を放送信
号とともに送ることにより、鍵情報が実時間で受信でき
ない場合にも、不完全ながら信号が復元されるようにす
る。

このとき、受信機内部の鍵情報が万一知られた場合に
も、その情報を用いて復元した画質は、放送されている
内容はかなり分るが、長時間番組として楽しむことはで
きない程度に設定する。

一方、放送信号とともに送られる鍵情報の部分は、例
えば１秒程度ごとに変化するようにすれば安全性を高く
保つことができる。

なお、受信機の内部に用意される部分の鍵情報は、こ
れを用いると、スクランブルされた画面はほとんど内容
が分らない程度まで秘匿性を高くできるように設定す
る。

〔実施例〕

本発明による信号のスクランブル伝送方式の基本的な
構成を第１図に示す。第２図の構成と基本的に異なる点
は、PN信号発生回路8,9がそれぞれ第１のPN信号発生回
路20,25の出力21,26と第２のPN信号発生回路22,27の出
力23,28とを論理回路24,29で処理した結果となっている
点である。ここで、第１のPN信号発生回路20には第１の
スクランブル鍵30が加わり、第２のPN信号発生回路22に
は第２のスクランブル鍵31が加わっている。

一方、受信側では第１のPN信号発生回路25には第１の
デスクランブル鍵32,第2PN信号発生回路27には第２のデ
スクランブル鍵33が加わる。ここで第２のスクランブル
鍵31は第２図の構成で説明したのと同様な方法で暗号化
して伝送され、受信側で復号されて第２のデスクランブ
ル鍵33となる。このとき、伝送中に誤りを生じない場合
には両者は予め定められた関係（通常は同一）となる。
一方、第１のスクランブル鍵30と第１のデスクランブル
鍵32は本発明で新たに加わったものである。これらは予
め何らかの手段により送受信間で関係づけられているも
のであり、スクランブルされた信号３の伝送に対して実
時間で変化するものではない。

次に、これらのスクランブル鍵，デスクランブル鍵，
論理回路24,29及びそれらの出力のPN信号6,7の関係につ
いて、具体的な例を挙げて述べる。

第１の実施例は、ラインローテーション方式と呼ばれ
る映像スクランブル方式に適用した場合である。ここで
は、数値的にはわが国における標準テレビジョン方式に
適用した場合について述べるが、他の方式においても用
意に拡張が可能である。

ラインローテーション方式は第３図に示すように各走
査線の有効伝送画面の中にカットポイントを設け、この
前後を入れ換えて伝送する方式である。このカットポイ
ントの位置を走査線ごとに擬似ランダムに変えることに
より、スクランブルされた画面の秘匿性を得、また不正
復元に対する安全性を高めている。ここで、このカット
ポイントの位置が第１図のPN信号６によって決定され
る。

一方、受信側では送信側から送られた情報に基づいて
PN信号７を発生させることにより、カットポイントの位
置を知り、その前後を入れ換えることによって原信号を
復元する。これらの処理は、送信側では入力のアナログ
信号を一度A/D変換してディジタル信号で処理を行な
い、D/A変換して再びアナログ信号に戻して伝送し、受
信側では再びA/D変換してディジタル信号で処理した後D
/A変換してアナログ信号を復元するのが一般的である。
このとき、A/D変換の際の標本化周波数を例えば4fsc（f
sc:カラーサブキャリア周波数）とすれば、１走査線内
の有効サンプル数を744とするのが好適である。

このサンプル点を４個で１つのブロックを構成する
と、第３図に示したように、有効伝送画面の中に186の
ブロックが存在することになる。このときカットポイン
トの候補となる位置はこれらブロックの境界とするのが
好ましく、従って、カットポイントの位置の候補の数は
186となる。

いま、これらカットポイントの候補位置を画面の左か
ら０、１、…、185と順序づけるものとしたとき、走査
線ごとにカットポイントの位置を示す数値を０〜185に
ついてランダムに与えると、各走査線ごとに相関がなく
なり、スクランブルされた画面の秘匿性は極めて高いも
のとなる。また、各走査線ごとに０あるいは例えば93を
ランダムに与えると、スクランブルされた画面は横方向
に２分割された画面が重なった様に見え、各走査線ごと
に１からある小さな整数値までをランダムに与えると、
横方向にわずかにシフトした画面が重なった様に見え
る。このように、カットポイントの位置を指定する数値
を制御することによってスクランブルされた画面の見え
方を制御する（効果制御）ことができる。

このようなカットポイントの位置を指定する回路は例
えば第４図のような構成となる。この回路はスクランブ
ル鍵に基づいてPN信号発生回路40で発生されるPN信号41
をカットポイント位置指定データ48（例えば０〜185）
に変換するものである。この場合PN信号は８ビットあれ
ば０〜255の値が発生できるので、十分である。このPN
信号の各ビットに対して効果制御データ42を変換ロジッ
ク43で８ビットの値に変換した値44をビット毎ANDゲー
ト45でビット毎のANDをとると、上に述べた効果制御が
実現できる。

例えば、変換ロジックの出力が〔00000011〕（左:MS
B,右:LSB）であるとすれば、PN信号41が〔00000000〕〜
〔11111111〕のいずれの値をとっても〔00000000〕〜
〔00000011〕の値しかとらず、スクランブルされた画面
は若干のシフトのみに制限される。

なお、第４図において、変換ロジック43は効果制御の
種類が少ない場合に、その種類を指定するための効果制
御データ42（図の例では４ビットであるので、16種類の
効果制御が実現できる）をビット毎ANDゲート45でPN信
号41をマスクするのに使用する８ビットのデータ44に変
換するもので、本発明に直接関係するものではない。

また、カットポイント位置指定変換ロジック47は、ビ
ット毎ANDゲート45の出力46の８ビットのデータ（０〜2
55）をカットポイント位置指定データ48の０〜185の値
に制限するもので、種々の方法があり、例えば、出力46
の値が185を越える場合にはMSBを反転するなどの方法が
とられるが、これも本発明には直接関係しない。

第５図は本発明による第１の具体的構成例を示す。第
１のPN信号発生回路20は第１のスクランブル鍵30に基づ
いて、例えば８ビットのPN信号21を発生する。一方、第
２のPN信号発生回路22は第２のスクランブル鍵31に基づ
いて例えば８ビットのPN信号を発生するが、これはマス
クデータ50によりビット毎ANDゲート51で一部のビット
がマスクされる。

上記のビット毎ANDゲート51の出力及び第１のPN信号
発生回路の出力21がビット毎EX−OR（排他的論理和）ゲ
ート52でビット毎にEX−ORされて、第４図で説明したカ
ットポイント位置指定変換ロジックへのデータを得る。
ここで例えばマスクデータ50を〔00000011〕とすれば、
カットポイント位置指定データ48の上位６ビットは第１
のスクランブル鍵30のみで規定され、下位２ビットが第
２のスクランブル鍵31に基づくPN信号で変化することに
なる。

なお、以上の説明は第１図における送信側（スクラン
ブル側）で行なっているが受信側（デスクランブル側）
でも同様である。

ところで第１図に示したように、上記の第２のスクラ
ンブル鍵を実時間で電波で伝送し、第１のスクランブル
鍵を別途送信側及び受信側に用意するものとすれば、第
２のスクランブル鍵の伝送に誤りを生じた場合にも、復
元された画面は横方向の若干のシフトが復元されずに残
るだけで、内容はかなりの部分が分ることになる。ここ
で、画面の秘匿性は第１のスクランブル鍵で維持されて
おり、スクランブルされた画面は全く分らないようにす
ることができ、この部分は鍵の伝送誤りにかかわらず完
全に復元することができる。

上に述べた基本的な方式では、番組の初めまたは途中
などでスクランブルの程度を下げ、例えば加入の促進な
どに利用する効果制御の機能は行ないにくい。その理由
は、実時間で伝送されないスクランブル鍵のみで十分な
秘匿性を得るのが一般的であり、従って、実時間で伝送
されるスクランブル鍵を最も秘匿性の低い状態にしても
内容が分らないためである。

ところで、第５図ではビット毎にEX−ORゲート52を用
いて第１のスクランブル鍵30に基づく第１のPN信号と第
２のスクランブル鍵31に基づく第２のPN信号を混合して
いるが、第６図のような構成としてマスクデータ50の1,
0に基づいて上記の第１のPN信号と第２のPN信号のいず
れのビットを出力するかを決定することによっても実現
できる。この場合には、マスクデータを例えば（00−−
01−−−１）とすることによってPN信号のLSB側が伝送
された第２のスクランブル鍵31に基づくようにすること
ができる。従って、第２のスクランブル鍵31を最も秘匿
度の低い状態にすれば、内容が若干分るようにすること
ができる。

第７図は、本発明の第２の具体的な構成例を示す。本
実施例は第４図と第５図の構成を組み合わせたものであ
る。勿論、第４図と第６図を組み合わせることもできる
が、ここでは省略する。この構成とすることによって、
スクランブルされた画面の秘匿度を制御できることは、
第４図の説明で述べたことから容易に理解できる。

効果制御データ42は番組信号とともに実時間で送られ
るもので、この伝送中に誤りが生じると第１のデスクラ
ンブル鍵32によるデスクランブルもできなくなり、本発
明の効果が得られない。しかし、第２のスクランブル鍵
はシステムの安全性を保つために極めて短時間、例えば
１秒程度ごとに変化し、これを全て確実に受信する必要
があるのに対して、効果制御データは番組中に頻繁に変
える必要はなく、受信できない場合には前に受信された
ものを利用してもほとんど影響はない。ただし、この場
合受信機で受信された効果制御データに誤りがあるか否
かを知る必要がある。これを実現する方法について次に
述べる。

スクランブル鍵や効果制御データは他の番組の属性
（例えば、放送日時，番組コード，試聴料金など）を示
すデータとともに、例えば第８図のような形式のパケッ
トを用いて伝送することができる。ヘッダ部はパケット
の種類を示す部分であり、これを用いて希望のパケット
を捕捉する。

上記スクランブル鍵，効果制御データ，番組の属性を
示すデータなどはデータ部で送られ、さらにこれらのデ
ータの伝送誤りを訂正するためのチェックビットが付加
されている。特にスクランブル鍵，番組の属性を示すデ
ータなどは、これらを利用したり、改ざんすると不正な
受信が可能となるので、これらの部分は暗号化して伝送
される。

暗号化の方法には種々のアルゴリズムがあるが、ここ
では暗号化しようとするデータをある定まった長さ（例
えば、64ビット、32ビットなどが候補となる）で区切っ
て暗号化するブロック暗号方式を考えることにする。た
だし、その具体的なアルゴリズムは本発明には特に関係
なく、入力の平文が１ビットでも異なれば出力の暗号文
で１ブロックのほぼ半分のビットが誤るような性質を持
っているものであれば良い。

この様な暗号化アルゴリズムを用い、入力の平文の中
にある定まった長さ（ｎビットとする）の改ざん検出ビ
ットを含めて暗号して伝送すると、伝送中に誤りを生じ
たり改ざんを受けた場合、受信側で復号された改ざん検
出ビットの部分は送信側とは異なったものになる。この
とき、誤りあるいは改ざんが見逃される確立は2^-nとな
り、ｎの長さを16ビット程度以上に選べば、ほとんど確
実に伝送誤りや改ざんが検出されることになる。従っ
て、前記効果制御データを上記暗号化を行なう領域の中
に含めておけば、改ざん検出ビットが正しく受かった場
合の効果制御データのみを用い、改ざん検出ビットが誤
った場合には前に受信された効果制御データを用いるも
のとすれば、効果制御データの伝送誤りの影響は十分少
なくできる。（これに対し、スクランブル鍵は毎回変化
させるのが安全性を確保する上で必要であるので、この
様な処理は行なえない。） 効果制御データの伝送誤りが問題となるのは、実際に
効果制御データを変化させてスクランブル効果を制御し
ているときであるが、その時に偶然伝送誤りを生じる確
率はほとんど無視してよい。以上の説明により、第７図
の構成により、スクランブル鍵の伝送誤りの影響が少な
く、さらに効果制御が可能なスクランブル方式が実現で
きることが分る。

ラインローテーション方式による映像スクランブル方
式に本発明を適用する場合、対象が標準テレビジョンで
あってもハイビジョンであっても特に変わるところはな
い。ただし、ハイビジョンの放送信号をスクランブルす
る場合には、ハイビジョンを放送衛星の１チャンネルで
伝送するためにMUSE方式と呼ばれる帯域圧縮方式が開発
されているので、このMUSE信号に対してスクランブル処
理を行なうのが適当である。

このMUSE信号では、輝度信号と色差信号が時分割で伝
送されており、ラインローテーション方式としては、 （１）１走査線の映像信号の中にカットポイントを１点
設ける、 （２）カットポイントの位置を輝度信号又は色差信号の
中に限定する、 （３）カットポイントの位置を輝度信号と色差信号の境
界とする（輝度信号と色差信号の順序をランダムに入れ
替え、輝度信号や色差信号の中にはカットポイントを設
けない）、 （４）輝度信号と色差信号の中に各々カットポイントを
設け、輝度信号及び色差信号の各々の中でローテーショ
ンを行なう（カットポイントの位置は輝度信号と色差信
号で対応づける場合と独立とする場合がある） などの種類がある。以上のうち、（１），（２），
（４）については、具体的なカットポイントを指定する
数値は異なるが、本質的には標準方式について説明した
のと同様な方法で本発明を適用することができる。

また、（３）の輝度信号と色差信号をランダムに入れ
替える方式では、50％を入れ替える場合が最も秘匿性が
高くなるが、これでも秘匿性はあまり高くない。そのた
め、本発明を適用する意味は少ないが、次に示すような
方法で適用することができる。すなわち、画面内の全走
査線をある定まった割合で第１のグループと第２のグル
ープに分け、第１のグループの走査線内で輝度信号と色
信号の順序を入れ替えるか否かを第１のPN信号の値が１
か０かで制御し、第２のグループの走査線に対しては第
２のPN信号の値で制御する。この方法で本発明の効果が
実現できることは明らかである。

上記の輝度信号と色差信号を入れ替える方式に対して
適用した方法は、標準テレビジョン，ハイビジョンを問
わず、極性を反転する方式，時間軸をランダムに反転す
る方式，同期信号をランダムに除去または振幅を制御す
る方式などに同様に適用することが可能である。

走査線の順序を入れ替えるラインパーミュテーション
方式については、いくつかの方式があるが、ここでは、
まず非ブロック化ラインパーミュテーション方式と呼ば
れる方式について述べる。これは、受信側にＬライン分
のメモリを持ち、あるラインの内容の読み出したとき、
その時に受信された信号をそのメモリに書き込んで行く
方法でメモリを使用してデスクランブルを行なう方式で
ある。送信側では受信側が上記の動作を行なったとき、
正しい画像が復元されるように予め計算して、走査線の
順序を入れ替えて送出する。

この方式の受信機のメモリ制御アルゴリズムについて
は、色々考えられるがPN信号発生回路で生成されるPN信
号に基づいてメモリアドレスを直接指定する方式が受信
機が最も簡単になる。このメモリのアドレス指定法とし
て、例えば第９図に示すようなものがある。ここで、一
画面を23〜262H又は286〜525Hの240ライン、受信機のメ
モリ容量を64ラインとしているが、この数に限定される
ものではない。この回路を用いて、次の手順でアドレス
の指定を行なうものとする。

最初の63ライン期間においては、アドレス（Ai）を１
ずつ増加させる。

続く240−63ライン期間においては、PN信号によりア
ドレスを擬似ランダム的に増加させる。（このとき、ラ
インの順番を入れ替えて出力しながら、新しいラインの
データを入力する。） 最後の63ライン期間においては、アドレスを１ずつ増
加させ、メモリに残った64ライン分のデータを出力し、
一画面を終了する。

ところで、第９図に示した回路においてPN信号として
加える６ビットの値のうち、例えばLSB側の５ビットを
常に０とすると、MSBのみにPN信号が加わることにな
る。この場合には、画面上で各走査線はランダムに転移
されることはなくなり、32ラインの倍数だけ隔ったライ
ンのみに転移されることになり、画面の内容はほとんど
分るようになる。（ただし、番組として楽しむことはで
きない。） 従って、本発明による第１のスクランブル鍵（受信側
で予め用意する）に基づき生成される第１のPN信号を第
９図のPN信号のLSB側として与え、実時間で伝送される
第２のスクランブル鍵に基づき生成される第２のPN信号
をPN信号60のMSB側として与えれば、本発明の目的とす
る機能が得られることが分る。

ある範囲の走査線の中で、ランダムに走査線の順序を
入れ替えるラインパーミュテーション方式においても、
ある走査線を別な走査線位置へ転移する場合に、その転
移距離を指定する値を下位桁と上位桁に分けて指定する
アリゴリズムとすれば、同様な処理が可能である。

次に、音声をディジタル化して伝送する場合のスクラ
ンブル方式について述べる。衛星放送の標準テレビでは
PCM方式、ハイビジョンではDPCM方式でディジタル符号
化した音声信号が伝送される。ディジタル化された音声
信号をスクランブルするには、擬似ランダム（PN）信号
系列を加算（排他的論理和）するのが一般的である。こ
れは容易に実現でき、スクランブル鍵が正しく受信され
れば復元品質の劣化は全く生じない特長がある。この場
合、映像信号について説明したようなスクランブルの程
度を制御する効果制御を行なうには、次のような方法が
ある。

（１）PN信号系列を加算する音声サンプルの割合（時間
率に相当）を制御する。

（２）各音声サンプルを符号化したビットの一部にPN信
号を加算する。例えば、MSB側のビットにはPN信号系列
を加算せずに残しておくと雑音は増えるが内容はかなり
分る様にできる。

効果制御を段階的に行なう点からは（１）の時間率の
方が実施しやすいが、本発明に適用する場合はいずれも
可能である。

第10図は前記（１）の方式に本発明を適用する場合の
例を説明する図である。すなわち、PCM,DPCM等で符号化
された音声サンプルの一部のサンプルに第１のPN信号発
生回路で発生したPN信号系列を加算（ビット毎排他的論
理和）し、残りのサンプルに第２のPN信号発生回路で発
生したPN信号系列を加算する。図では1/4の時間に第２
のPN信号が加算されているが、この第２のPN信号の発生
を規定する第２のスクランブル鍵を実時間で伝送するも
のとすれば、この鍵の伝送に誤りを生じた場合は、第１
のPN信号が加算されている部分のみが復元されることに
なる。この場合には全体の3/4の時間は正しく復元され
るので、雑音は多いが内容は十分理解できる。勿論、ス
クランブル放送の受信加入を行なっていない第三者は第
１のスクランブル鍵，第２のスクランブル鍵のいずれも
持っていないので、内容は全く理解できない。

第11図は前記（２）の方式に本発明を適用する場合の
例を説明する図である。すなわち、PCM,DPCM等で符号化
された音声サンプルの一部のビット（例えば、図では上
位ビット）に第１のPN信号発生回路で発生したPN信号系
列を加算し、残りのビット（例えば、図では下位ビッ
ト）に第２のPN信号発生回路で発生したPN信号系列を加
算する。この場合の動作や効果は第10図の場合と同様で
あるので、説明は省略する。

ところで、スクランブル放送を行なう場合にはスクラ
ンブルが行なわれていることを示す制御符号が別途設け
られ、デスクランブラを持たない受信機ではこの符号を
検知して音声出力をミューティングすることにより、ス
クランブルされた音声信号をスピーカーから出さないよ
うにすることが想定される。この場合には、音声の効果
制御をスクランブル放送の加入促進等に利用することは
できない。従って、映像信号の場合で説明したような効
果制御を生かす構成法については説明を省略するが、映
像信号と同様に実現できることは明らかである。

以上に説明した本発明の適用例は、映像スクランブル
方式、音声スクランブル方式とも、原則的には１つのス
クランブル方式における制御パラメータを複数のPN信号
で制御しているものである。

しかし、この方法は、映像信号や音声信号に複数のス
クランブル方式を縦続させて適用する場合にも容易に拡
張できる。例えば、テレビジョン信号を放送衛星等を通
じて伝送し、受信後にケーブルで分配するような場合
に、ラインローテーション方式とラインパーミュテーシ
ョン方式を組合せた方式を用いることが考えられる。

これはラインローテーション方式は容易に秘匿性を高
くでき衛星伝送に向いているが、ケーブル伝送を行うと
その伝送特性によって復元画質に劣化を生じる場合があ
る。ケーブル伝送の場合はラインパーミュテーション方
式の方が適しているので、両者の特徴を生かし、両者を
組合せた方式でスクランブルを施して伝送し、衛星を受
信した点でまずラインローテーション方式を復元し、ま
だラインパーミュテーション方式でスクランブルが掛っ
ている状態でケーブル伝送を行い、受信機で最終的に復
元する方式が考えられる。

このような構成の信号スクランブル伝送方式は第12図
のようになる。ここで第１のスクランブル方式は秘匿性
が高いものとし、これをデスクランブルする鍵は、予め
何らかの手段で受信側へ伝送された第１のデスクランブ
ル鍵に基づいて制御されるのが適当である。第２のスク
ランブル方式は秘匿性を低くし、内容は十分分かるが、
番組として楽しむことはできない程度に設定し、これを
デスクランブルする鍵は、スクランブルされた信号とと
もに受信側へ実時間で伝送される第２のデスクランブル
鍵に基づいて制御するのが適当である。具体的なスクラ
ンブル方式については任意であるが、ラインパーミュテ
ーション方式で、処理ライン数を数ライン程度とする方
式などが好適である。

次に、PN信号発生回路とシステムの安全性の関係につ
いて述べる。

PN信号発生回路としては、線形フィードバックシフト
レジスタと非線形論理回路を組合せたものが通常使用さ
れる。いまＮ段の線形フィードバックシフトレジスタを
用いると、最大2^N-1ビットの長さを周期とするPN信号系
列が得られることはよく知られている。

ここで、原信号のディジタル信号系列に、上記のPN信
号系列をビット毎に加算（排他的論理和）してスクラン
ブルされたディジタル信号系列を得る場合を考える。す
なわち、原信号の長さ2^N-1の連続した部分が推定できる
場合があると、作用しているPN信号系列が分り、以後全
てのスクランブルが解けることになる。さらに、PN信号
系列をＮ段の線形フィードバックシフトレジスタのみで
発生させる場合には、長さ2Nのみの原信号が推定できれ
ば、全てのPN信号系列が求まることが知られている。そ
のため線形フィードバックシフトレジスタの出力を非線
形の論理回路を通してその出力を使用することが行なわ
れる。この論理回路により、作用しているPN信号系列が
知られたとしても、基の線形フィードバックシフトレジ
スタの状態は分りにくくなっている。

ところで、スクランブル鍵は、基準となる線形フィー
ドバックシフトレジスタの初期値として与えて制御する
のが一般的である。このときスクランブル鍵の長さをＮ
とすると、前に述べたように2^N-1の長さのPN信号系列が
知られるとスクランブルが解かれるので、その周期より
も短い時間でスクランブル鍵を更新して安全性を維持す
ることが必要である。いま、例えばＮ＝16段とすると、
一周期は6.55×10⁴ビットであり、衛星放送のテレビジ
ョン音声信号の符号伝送速度2.048Mb/sのクロック周波
数を想定すると、約0.03秒分のディジタル信号系列が分
ると破られることになる。しかし、Ｎ＝32段とすれば、
一周期は4.3×10⁹ビットと急激に長くなり、約35分のデ
ィジタル信号系列を知ることが必要になり、Ｎ＝48段と
すれば、約4.4年分のデータを知る必要がでる。

以上の考察から分るように、本発明におけるPN信号発
生回路において、短時間で更新する第２のPN信号発生回
路に対する第２のスクランブル鍵は20ビット程度以上の
長さがあればよいが、予め受信機に伝送しておく第１の
スクランブル鍵については少なくとも32ビットは必要で
あり、それ以上が望ましい。

ここで、スクランブルされた信号とともに送られない
方の第１のスクランブル鍵を受信側へ伝える方法につい
て述べておく。前の考察から分るようにDES（Data Encr
yption Standard）暗号方式等で用いられている56ビッ
ト程度の長さの鍵を用いると、システム寿命の間に一周
期が終らないので、受信機に予め組み込んでおくことも
可能である。しかし、この鍵は全ての受信機に共通であ
るので、万一何らかの方法で知られた場合には、全ての
受信機を交換することが必要となる。従って、この鍵も
適当な時間で更新できることが必要である。

その方法としては、第２のスクランブル鍵を受信側へ
伝送する際の暗号化に用いられるワーク鍵と関係を持た
せて生成することが考えられる。ワーク鍵はほぼ１ケ月
より長い間隔で受信側へ配送されるのでこれを用いるの
が適当である。ただし、このとき、スクランブルされた
信号を直接解析することにより、ワーク鍵に関する情報
が得られないように注意する必要がある。そのために
は、ワーク鍵を一方向性関数（出力からは入力の情報が
得にくい関数）に通して得られた鍵を使用する方法など
が考えられる。しかし、その具体的な方法については、
本発明には直接関係しないので説明は省略する。

〔発明の効果〕

本発明を適用することにより、従来、スクランブル伝
送を行ない、（デ）スクランブル用の制御信号（（デ）
スクランブル鍵）を実時間で送る方式では、（デ）スク
ランブル鍵に伝送中に誤りを生じた場合は、原信号が復
元できず、スクランブルされた放送信号がそのまま出力
されたのに対して、かなりの部分が復元され、少なくと
も放送されている内容は十分理解できるようにすること
ができる。

（デ）スクランブル鍵を伝送せずに送信側と受信側で
持てば、鍵の伝送誤りの影響はなくなるが、放送信号の
内容からPN信号（あるいはスクランブル鍵）が知られる
と不正解読が行なわれることになる。そこで、実時間で
鍵の一部を更新することによりシステムの安全性を確保
している。

本発明の方式では、長時間固定されるスクランブル鍵
がスクランブルされた放送信号を観察することにより破
られることも想定される。しかし、実時間で更新される
鍵は分らないので、不正に復元された信号の品質は、内
容は理解できても放送番組として楽しめる程度にするこ
とは出来ない。従って、特に高度の秘密情報を送るわけ
ではない放送用のスクランブル方式として、本発明の効
果は極めて大きい。

テレビジョンやハイビジョン（高精細度テレビジョ
ン）などを放送衛星で放送する場合、また22GHz帯とい
った超高周波帯で地上放送をする場合などでは、強い雨
や雪が降ったときに電波が大きく減衰し、雑音が増えた
り受信できなくなったりすることが起る。この場合に、
スクランブルを行なって放送していると、（デ）スクラ
ンブル鍵が受信できないとスクランブルされた信号のま
まで表示され、スクランブルを行なっていない場合に電
波が弱くなることによって劣化した品質よりも悪くなる
ことが起っていたが、本発明を適用することによりスク
ランブルを行なう場合と行なわない場合の復元品質の差
を少なくすることができる。この差をどの程度許容する
かは、システムの安全性との関係を考慮して、放送事業
者が目的に応じて設定することができる。

なお、本発明はテレビジョン，ハイビジョンなどの映
像信号や音声信号について説明したが、冗長性のあるア
ナログ信号をディジタル化したようなデータ信号をスク
ランブルして伝送するデータ伝送の場合にも適用が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による信号スクランブル伝送方式の構成
例を示す図、 第２図は従来の信号スクランブル伝送方式の構成例を示
す図、 第３図はラインローテーション方式の映像信号のブロッ
ク構成とカットポイントの位置を示す具体例の図、 第４図はカットポイント位置指定ロジックの例を示す
図、 第５図は本発明の第１の実施例を示す図、 第６図は第１の実施例の別な構成例を示す図、 第７図は本発明の第２の実施例を示す図、 第８図は衛星放送におけるデータ伝送パケットの構成及
び本発明における利用例を示す図、 第９図はメモリアドレス指定ロジックの例を示す図、 第10図は本発明を音声スクランブルに適用する例（１）
を示す図、 第11図は本発明を音声スクランブルに適用する例（２）
を示す図、 第12図は本発明を複数のスクランブル方式に適用した場
合の構成例を示す図である。 ２…スクランブラ、４…デスクランブラ、11,16…暗号
器、12,17…復号器、20,25…第１のPN信号発生回路、2
2,27…第２のPN信号発生回路、24,29…論理回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−16441（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−90547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−134643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−183842（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−242187（ＪＰ，Ａ) Ｒａｌｐｈ Ｃ．Ｍｅｒｋｌｅ，Ｍａ ｒｔｉｎｅ Ｅ．Ｈｅｌｌｍａｎ，“Ｏ ｎ ｔｈｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏ ｎ，”Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＡＣＭ，Ｖｏｌ．24，Ｎｏ．７, （Ｊｕｌｙ 1981），ｐ465−467 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G09C 1/00 - 5/00 H04K 1/00 - 3/00 H04L 9/00 - 9/38

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原信号に対して擬似ランダム（PN）信号を
   作用させることによりスクランブルを施して伝送し、受
   信側で対応するPN信号を受信された信号に作用させてデ
   スクランブルを施す信号スクランブル伝送方式におい
   て、 第１のスクランブル鍵および第２のスクランブル鍵に基
   づいて発生した第１および第２のPN信号をそれぞれ個別
   に作用させて、スクランブルならびにデスクルランブル
   を施すにあたり、第１のスクランブル鍵によるスクラン
   ブルの秘匿性を第２のスクランブル鍵によるスクランブ
   ルの秘匿性より高くするとともに、 第１のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
   めの第１のスクランブル鍵は予め受信側へ伝送してお
   き、第２のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御す
   るための第２のスクランブル鍵を時間の経過と共に変化
   させ、スクランブルされた信号とともに受信側へ伝送す
   ることを特徴とする信号スクランブル伝送方式。
2. 【請求項２】映像信号の各走査線の有効画面の中に１点
   カットポイントを設け、その前後の有効画面内の部分を
   入れ替えて伝送し、受信側で逆に入れ替えて復元するス
   クランブル方式であって、 当該カットポイントの位置を指示する擬似ランダムな値
   における上位桁を第１のスクランブル鍵に基づき発生し
   た第１のPN信号より与え、下位桁を第２のスクランブル
   鍵に基づき発生した第２のPN信号より与えることを特徴
   とする請求項１に記載の信号スクランブル伝送方式。
3. 【請求項３】映像信号の各走査線内に輝度信号成分と色
   信号成分が時分割多重化されて伝送されるとともに、輝
   度信号成分の中あるいは色信号成分の中に１点カットポ
   イントを設け、輝度信号成分と色信号成分部分を連続し
   た部分内において、上記カットポイントの前後の部分を
   入れ替えて伝送し、受信側で逆に入れ替えて復元するス
   クランブル方式であって、 当該カットポイントの位置を指示する擬似ランダムな値
   における上位桁を第１のスクランブル鍵に基づき発生し
   た第１のPN信号より与え、下位桁を第２のスクランブル
   鍵に基づき発生した第２のPN信号より与えることを特徴
   とする請求項１に記載の信号スクランブル伝送方式。
4. 【請求項４】映像信号の各走査線内に輝度信号成分と色
   信号成分が時分割多重化されて伝送されるとともに、輝
   度信号成分あるいは色信号成分の少なくともいずれか１
   つ以上の成分の中にそれぞれ１点ずつカットポイントを
   設け、当該カットポイントを有する全ての成分におい
   て、それぞれの成分の中の当該カットポイントの前後の
   部分を入れ替えて伝送し、受信側で逆に入れ替えて復元
   するスクランブル方式であって、 それぞれの成分の中で当該カットポイントの位置を指示
   する擬似ランダムな値における上位桁を第１のスクラン
   ブル鍵に基づき発生した第１のPN信号より与え、下位桁
   を第２のスクランブル鍵に基づき発生した第２のPN信号
   より与えることを特徴とする請求項１に記載の信号スク
   ランブル伝送方式。
5. 【請求項５】映像信号の各走査線において、有効画面内
   のある固定した位置にカットポイントを設けその前後の
   有効画面内の部分を入れ替えるか否か、あるいは、各走
   査線内の有効画面部分の極性を反転するか否か、あるい
   は、各走査線内の有効画面内の走査方向を逆転するか否
   か、各走査線の同期信号を抑圧するか否かを、走査線ご
   とに擬似ランダムに指定することによりスクランブルを
   行なって伝送し、受信側でそれぞれ逆の操作を行なって
   復元するスクランブル方式であって、 画面内の全走査線をある定まった割合で２つのグループ
   に分け、第１のグループにおける前記擬似ランダムな指
   定を前記第１のPN信号で指定し、第２のグループにおけ
   る前記擬似ランダムな指定を前記第２のPN信号で指定す
   ることを特徴とする請求項１に記載の信号スクランブル
   伝送方式。
6. 【請求項６】映像信号の走査線の順序を入れ替えて伝送
   し、受信側で元の順序に戻すスクランブル方式であっ
   て、 受信した走査線を書き込むメモリのアドレスを指定する
   値、あるいは、走査線の転移距離を指定する値につい
   て、下位桁と上位桁に分けて使用し、それぞれを別個の
   スクランブル鍵に基づいて生成されるPN信号を用いて指
   定することを特徴とする請求項１に記載の信号スクラン
   ブル伝送方式。
7. 【請求項７】音声信号をディジタル化して、ディジタル
   化された音声サンプルに、PN信号系列を加算（排他的論
   理和）して伝送し、受信側で対応するPN信号を加算して
   復元するスクランブル方式であって、 ディジタル化された音声サンプルを一定の時間的割合い
   で２つの部分に分割し、それぞれの部分に別個のスクラ
   ンブル鍵に基づいて生成されるPN信号系列を加算するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の信号スクランブル伝送
   方式。
8. 【請求項８】音声信号をディジタル化して、ディジタル
   化された音声サンプルに、PN信号系列を加算（排他的論
   理和）して伝送し、受信側で対応するPN信号を加算して
   復元するスクランブル方式であって、 ディジタル化された各音声サンプルのビット配列におい
   て、これをそれぞれ２つの部分に分割し、それぞれの部
   分に別個のスクランブル鍵に基づいて生成されるPN信号
   系列を加算することを特徴とする請求項１に記載の信号
   スクランブル伝送方式。
9. 【請求項９】原信号に対して擬似ランダム（PN）信号を
   作用させることによりスクランブルを施して伝送し、受
   信側で対応するPN信号を受信された信号に作用させてデ
   スクランブルを施す信号スクランブル伝送方式に用いる
   送信装置において、 第１のスクランブル鍵および第２のスクランブル鍵に基
   づいて発生した第１および第２のPN信号をそれぞれ個別
   に作用させてスクランブルを施すにあたり、第１のスク
   ランブル鍵によるスクランブルの秘匿性を第２のスクラ
   ンブル鍵によるスクランブルの秘匿性より高くするスク
   ランブル手段と、 第１のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
   めの第１のスクランブル鍵を予め受信側へ伝送する第１
   手段と、 第２のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
   めの第２のスクランブル鍵を時間の経過とともに変化さ
   せ、スクランブルされた信号とともに受信側へ伝送する
   第２手段と を具備したことを特徴とする信号スクランブル伝送用送
   信装置。
10. 【請求項１０】原信号に対して擬似ランダム（PN）信号
    を作用させることによりスクランブルを施して伝送し、
    受信側で対応するPN信号を受信された信号に作用させて
    デスクランブルを施す信号スクランブル伝送方式に用い
    る受信装置において、 第１のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
    めの秘匿性のより高いスクランブルに係る第１のスクラ
    ンブル鍵を予め受信する第１手段と、 第２のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
    めの秘匿性のより低いスクランブルに係る第２のスクラ
    ンブル鍵を時間の経過とともに変化させ、スクランブル
    された信号とともに伝送された第２のスクランブル鍵を
    受信する第２手段と、 受信された第１および第２のスクランブル鍵に基づいて
    それぞれ発生したPN信号をそれぞれ個別に作用させてデ
    スクランブルを施す手段を具備したことを特徴とする信
    号スクランブル伝送用受信装置。
11. 【請求項１１】原信号に対して擬似ランダム（PN）信号
    を作用させることによりスクランブルを施して伝送し、
    受信側で対応するPN信号を受信された信号に作用させて
    デスクランブルを施す信号スクランブル伝送方式におい
    て、 第１のスクランブル鍵および第２のスクランブル鍵に基
    づいて発生した第１および第２のPN信号をそれぞれ順次
    に作用させて、スクランブルならびにデスクルランブル
    を施すにあたり、第１のスクランブル鍵によるスクラン
    ブルの秘匿性を第２のスクランブル鍵によるスクランブ
    ルの秘匿性より高くするとともに、 第１のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
    めの第１のスクランブル鍵は予め受信側へ伝送してお
    き、第２のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御す
    るための第２のスクランブル鍵を時間の経過と共に変化
    させ、スクランブルされた信号とともに受信側へ伝送す
    ることを特徴とする信号スクランブル伝送方式。
12. 【請求項１２】原信号に対して擬似ランダム（PN）信号
    を作用させることによりスクランブルを施して伝送し、
    受信側で対応するPN信号を受信された信号に作用させて
    デスクランブルを施す信号スクランブル伝送方式に用い
    る送信装置において、 第１のスクランブル鍵および第２のスクランブル鍵に基
    づいて発生した第１および第２のPN信号をそれぞれ順次
    に作用させてスクランブルを施すにあたり、第１のスク
    ランブル鍵によるスクランブルの秘匿性を第２のスクラ
    ンブル鍵によるスクランブルの秘匿性より高くするスク
    ランブル手段と、 第１のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
    めの第１のスクランブル鍵を予め受信側へ伝送する第１
    手段と、 第２のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
    めの第２のスクランブル鍵を時間の経過とともに変化さ
    せ、スクランブルされた信号とともに受信側へ伝送する
    第２手段と を具備したことを特徴とする信号スクランブル伝送用送
    信装置。
13. 【請求項１３】原信号に対して擬似ランダム（PN）信号
    を作用させることによりスクランブルを施して伝送し、
    受信側で対応するPN信号を受信された信号に作用させて
    デスクランブルを施す信号スクランブル伝送方式に用い
    る受信装置において、 第１のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
    めの秘匿性のより高いスクランブルに係る第１のスクラ
    ンブル鍵を予め受信する第１手段と、 第２のPN信号を発生させるPN信号発生回路を制御するた
    めの秘匿性のより低いスクランブルに係る第２のスクラ
    ンブル鍵を時間の経過とともに変化させ、スクランブル
    された信号とともに伝送された第２のスクランブル鍵を
    受信する第２手段と、 受信された第１および第２のスクランブル鍵に基づいて
    それぞれ発生したPN信号をそれぞれ順次に作用させてデ
    スクランブルを施す手段を具備したことを特徴とする信
    号スクランブル伝送用受信装置。