JP3202241B2 - 直列接続された高速信号処理用スマートカードによるビデオ信号処理システム - Google Patents

直列接続された高速信号処理用スマートカードによるビデオ信号処理システム

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、信号処理アプリケーション（signal proc
essing application）中の情報へのアクセスを制限す
るための集積回路（IC）カードまたはスマートカードを
含むアクセス制御装置に関するものである。有料テレビ
等のシステムは、ある番組またはチャンネルへのアクセ
スを制限するアクセス制御サブ・システムを有してい
る。資格のある（例えば、料金を支払った）ユーザのみ
が、番組を観ることができる。アクセスを制限するため
の一つの方法は、例えば信号のスクランブルや暗号化に
よって信号を変更するものである。一般に、スクランブ
ルは、同期パルスを除く等の方法によって信号の形態を
変化させるものを含んでいる。暗号化は、特定の暗号化
アルゴリズムに従って、信号に含まれるデータ成分を変
更することを含んでいる。アクセス権を持つ個人のみ
に、デスクランブルまたは解読に必要な「キー」が与え
られる。以下において用いられているスクランブルおよ
びデスクランブルの用語は、暗号化およびスクランブル
を含む一般的なアクセス制御技術を包含するように意図
されている。
アクセス制御システムは、集積回路（IC）カードおよ
びスマートカードの特徴を含んでいる。スマートカード
は、クレジットカードのサイズのプラスチックカードで
あり、プラスチック中に埋め込まれた信号処理ICを有し
ている。スマートカードは、カード・リーダに挿入さ
れ、カード内のICとの間で信号が結合される。国際規格
機構（ISO）の規格7816は、ICカード・インターフェー
スの仕様を規定している。特に、ISO規格7816−２は、
図2Aに示すように、カードに対する電気的なインターフ
ェースはカード面に配置された８つの接点を介して行う
ことを規定している。接点における８つの信号のうちの
６つは、VCC（供給電圧）、RST（リセット信号）、CLK
（クロック信号）、GND（接地）、VPP（カードICにおけ
るプログラミング・メモリのためのプログラミング電
圧）およびI/O（シリアル・データ入／出力）として規
定されている。２つの接点は、将来的な仕様のために確
保されている。信号のスマートカードの各接点への割り
当ては、図2Bに示されている。
スマートカード内のICは、アクセス制御プロトコルの
一部として機密管理情報等のデータを処理する。ICは、
テキサス州オースチンのモトローラ・セミコンダクタ
（Motorola Semiconductor）の6805プロセッサ等の制
御マイクロ・コンピュータ（ROM、EEPROMおよびRAMメモ
リを含む）を含んでいる。プロセッサは、資格管理およ
び信号のスクランブルされたデータ成分をデスクランブ
ルするためのキーの発生を含む種々の機密制御機能を行
う。
資格管理は、カードの所有者の資格（すなわちユーザ
がアクセス資格を持っている番組およびサービス）を特
定するカード内に記憶された情報の変更を含んでいる。
プロセッサは、入力信号に含まれる資格管理メッセージ
（entitlement management messages:EMM）中の資格
情報に応じて資格の追加、削除を行う。一般に、EMMデ
ータは、特定のサービス例えば特定のチャンネル上の全
ての番組に対する資格、または、サービスに提供されて
いる特定の番組、例えば特定のチャンネル上の１本の特
定映画に対する資格を示す。EMMは比較的長い期間の資
格に関しているので、一般にEMMは、低い頻度で信号中
に発生する。
サービスまたは番組に対する資格が与えられると、デ
スクランブル・キーが生成した後であれば、サービスお
よび番組のデスクランブルを行うことができる。入力信
号に含まれる資格制御メッセージ（entitlement contr
ol messages:ECM）に応答してキーが発生される。ECM
は、プロセッサによって実行されるキー生成ルーチンの
ための初期化データを提供する。サービスの提供者がス
クランブル・キーを変更する毎に、アクセス資格を持つ
システムが、対応する新しいデスクランブル・キーを生
成することができるように、ECMデータは信号中に含ま
れている。スクランブルされた信号の資格を持たないも
ののアクセスを防止することを助けるために、キーは、
例えば２秒ごとのように頻繁に変更される。従って、EC
Mデータは、信号中に頻繁に発生する。
EMMおよびECMデータは、処理するために、ISO規格781
6インターフェースの直列のI/O端子を介してスマートカ
ードに転送される。直列のI/O端子は、またビデオ信号
処理チャンネル内のデスクランブル・ユニットに生成さ
れたキーをカードから転送するために用いられる。デス
クランブラ（解読器）は、キーを用いて、データ成分、
例えばビデオおよび音声データをデスクラランブルし
て、デスクランブルされた、または「暗号化されていな
い平常の形態（plain text）」の出力信号を作成す
る。デスクランブルは、例えば同期パルスの再挿入、ま
たは暗号化アルゴリズムを逆に用いてデータを解読す
る、などのスクランブルする処理の実行の逆を行なうこ
とを含んでいる。デスクランブルされた信号は、信号処
理チャンネルによってさらに処理され、キネスコープお
よびスピーカ等のそれぞれの出力装置と結合するのに適
したビデオおよび音声信号を作成する。
ビデオ信号処理チャンネルにデスクランブル機能を付
加するということは、デスクランブル用のハードウエア
をシステムへ追加することを含んでいる。ハードウエア
は、テレビ受像器等の消費者用電子（consumer electr
onics:CE）機器に含まれることもあり、またはケーブル
・ボックス等の独立のデコーダ・ユニットとすることも
できる。CE機器または独立のデコーダ・ユニット内にデ
スクランブル・ハードウエアを含めることは、その装置
を特定のアクセス制御システム専用にしてしまう。例え
ば、ハードウエアは、特定のタイプのスクランブル・ア
ルゴリズムのデスクランブルには適している。サービス
・プロバイダが、例えば機密上の問題により、異なるア
クセス制御システムへの変更を決定した場合、デスクラ
ンブル用ハードウエアの交換を行うためには、CE機器の
修理および／またはデコーダ・ユニットの交換という費
用がかかり困難な作業が含まれている。
さらに、スマートカードによって発生されたデスクラ
ンブル・キーのスマートカード外部のデスクランブラへ
の転送は、機密システムに対して「ハッカー」に攻撃の
機会を与えることとなる。機密管理ICはスマートカード
に埋め込まれ、機密アルゴリズムを破る「ハック」を試
みることの一部として、ハッカーがICに直接アクセスす
ることはできない。ICにアクセスするためにスマートカ
ードの分解を試みた場合、ICは自分自身を破壊する。し
かしながら、カード・インターフェースを介してデスク
ランブラにキーを転送することは、ハッカーがキー転送
プロトコルをモニタしてキーを傍受し、アクセス制御シ
ステムを破る可能性を増大させる。また、既存のスマー
トカードは、特定の信号ソースに関するアクセス制御を
提供しているが、テレビシステムにおけるある種の機能
を実施するためには、複数の信号ソースのアクセス制御
を同時に行う必要がある。例えば、ピクチャ−イン−ピ
クチャ（pix−in−pixまたはPIP）ディスプレイまたは
ピクチャ−アウトサイド−ピクチャ（POP）は、ディス
プレイ装置に供給する画像信号に二以上の異なるソース
からの信号を含めることが必要である。複数の有料TV
（pay TV）ソースからの信号を用いてPIPまたはPOP等
の特徴を与えるためには、有料TVソースのそれぞれにア
クセス制御処理を同時に行う必要がある。
スマートカードを用いた有料TVデコーダの例は、ダニ
ール他（Diehlet al）による欧州特許出願0562295号
「いくつかのスマートカードを制御する方法および装置
（METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING SEVERA
L SMART CARDS）」に記載されており、これは1993年
９月29日にブリテン（公示）93/39で出版されている。
これにより、ユーザが、それぞれが特定の放送専用であ
るいくつかのスマートカードを所有している場合、ユー
ザがあるチャンネルから他のチャンネルに切り替えるご
とに新しいチャンネルをデスクランブルするため、ユー
ザはスマートカードを交換する必要があることが分か
る。このような条件のアクセス・システムの使用を容易
にするため、いくつかのカード・リーダが接続され、単
一のプロセッサにより制御されている。これを行うため
に、プロセッサにより制御された特別の電源供給ユニッ
トが、カード・リーダに適切な電圧を供給している。
本発明は、２以上のビデオ信号が受信され、同時に表
示スクリーン上に表示される（すなわち、PIP、POP等）
ときの情報信号アクセス制御（信号解読）の問題に対す
る解決を提供するものである。
本発明の一つの態様によれば、第一および第二のビデ
オ番組のそれぞれを示す第一および第二の信号成分を含
むビデオ信号は、第一および第二のスマートカードを含
むデータパスを介して処理される。スマートカードによ
り処理された結果の信号は、それぞれの第一および第二
のビデオ番組に対応した第一および第二の部分を含む表
示画像の生成に適した信号を提供するために、更に処理
される。
本発明の他の態様によれば、ビデオ信号の第一および
第二の信号成分は、それぞれ第一および第二のスマート
カードによりデスクランブルされる第一および第二のス
クランブルされた信号成分を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、第一および第二のビデオ
番組を示す第一および第二の信号成分を含むビデオ信号
は、第一の信号成分を含む第一の信号と第二の信号成分
を含む第二の信号を組み合わせることにより生成され
る。
本発明は、添付図面を参照することにより、よりよく
理解されるであろう。
図１は、資格処理およびデスクランブルの双方を行う
スマートカードを含む信号処理システムを示すブロック
図である。
図2Aは、ISO規格7816−２によりスマートカード表面
の信号接点の位置を示す図である。
図2Bは、ISO規格7816−２による、図2A示す信号接点
に対するスマートカード・インターフェース信号の割り
当てを示す図である。
図３は、図１に示すシステムのよって処理された信号
に含まれるデータのフォーマットを示す図である。
図４は、図１に示すシステムで使用するのに適した、
スマートカードに含まれる信号処理機能の実施例を示す
ブロック図の形態で示している。
図５ないし図８は、図１に示すシステムの動作の種々
のモード中において、図４に示すスマートカードを通る
信号のルーティングを示す図である。
図９は、複数のスマートカードの直列接続を含む信号
処理システムの一部を示す図である。
図10は、図９に示す機能を含むテレビ受像器を示す図
である。
図11、図12は、本発明の原理により構成された信号処
理システムの一部を示すブロック図である。
本発明を含むスマートカード式アクセス制御システム
の実施例を、図１のブロック図に示す例示的なビデオ信
号処理システムを参照しながら説明する。図１に示すシ
ステムは、種々の信号処理システムに見られる信号処理
機能を含んでいる。特定の例は、トムソン・コンスーマ
・エレクトロニクス・インコーポレーテッド（Thomson
Consumer Electronics,Inc.）により開発されたDSS
（登録商標）直接放送衛星テレビジョン・システムであ
る。
スマートカードを用いたアクセス制御システムを含む
有料TVサービスに関して、サービスを受けることを望む
ユーザは、サービス・プロバイダに連絡をとり、サービ
ス使用料を支払い、スマートカードを受け取る。カード
は、カードのEEPROMに初期の資格情報が格納された状態
で、ユーザに発行される。資格情報は、ユーザの確認デ
ータおよび初期のアクセス資格の範囲を特定するデータ
（例えば、期間および／またはユーザが支払った特定の
番組）を含んでいる。さらに、カード・メモリにはアプ
リケーション特定（application−specific）のキー生
成ソフトウエアが格納されている。
カードに格納された資格情報は、信号の一部に挿入さ
れた資格管理メッセージ（entitlement management m
essages:EMM）および資格コントロール・メッセージ（e
ntitlement control messages:ECM）を用いて離れた
位置からサービス・プロバイダが変更することができ
る。EMMは、ユーザが支払った予約（長期間アクセス）
およびペイ・パー・ビュー（pay−per−view:番組単位
有料放送）（一番組アクセス）サービスを示す情報を含
んでいる。EMMは、特定のスマートカードに格納された
識別情報に対応した識別情報をEMMデータに含めること
により、特定のスマートカードあてとすることができ
る。ECMは、デスクランブル・キーの生成に必要な初期
化情報等のデータを含んでいる。従って、特定の番組の
ための信号は、ビデオおよび音声データで構成されるス
クランブルがかけられたデータ成分とEMMおよびECMで構
成される制御情報成分を含んでいる。
ユーザが有料TVサービスにアクセスしたい場合には、
図１のスマートカード180をカード・リーダ190に挿入す
る。カード・リーダ190は、スマートカード180と図１の
ユニット100ないし170で構成される信号処理チャンネル
の信号を結合する。より具体的には、カード・リーダ19
0は、ISO規格7816−２（図２参照）によって特定された
スマートカード180の表面に配置された８つの接点に接
続される。カード・リーダ190によって確立された接続
により、スマートカード180と信号処理チャンネルとの
間のインターフェース187を形成する。後述する本発明
の態様によれば、インターフェース187の８つの信号
は、スマートカード180のための高速データ入／出力（I
/O）ポートに現われる信号184およびISO規格ICカード・
インターフェース信号のサブセットである信号182を含
んでいる。
所望の番組またはサービスは、チューナ100を用いて
適当なチャンネルに受像器を同調させることにより選択
される。チューナ100は、ユーザの入力に応答してマイ
クロ・コントローラ160によって制御される。例えば、
マイクロ・コントローラ160は、ユーザによって操作さ
れたリモート・コントロール（図１には示されていな
い）からのチャンネル選択信号を受ける。チャンネル選
択信号に応答して、マイクロ・コントローラ160は、制
御信号を生成して、チューナ100を選択されたチャンネ
ルに同調させる。
チューナ100の出力は、フォワード・エラー・コレク
タ（foward error corrector:FEC）110に結合され
る。FEC110は、同調された信号中のパリティー・ビット
等の誤り制御情報を監視して誤りを検出し、誤り制御プ
ロトコルに応じて、誤りを修正する。マイクロ・コント
ローラ160は、FEC110に結合され、信号の誤りの発生を
監視し、誤り処理を制御する。FEC110は、アナログ−デ
ィジタル変換（ADC）機能も行い、チューナ100のアナロ
グ出力をFEC110の出力のディジタル信号に変換する。
伝送ユニット120は、FEC110からの信号を処理して、
同調した信号中の種々のタイプのデータを検出して分離
する。信号中のデータは、種々のフォーマットに配置さ
れている。図３は、以下の説明の基礎をなす例示的なデ
ータ・フォーマットを示している。図３に示す信号は、
データ・バイトのパケットに構成されたデータ・ストリ
ーム、すなわち「パケット化（packetized）」データを
示している。各パケットは、同調したチャンネルのデー
タ・ストリーム中の情報の特定のタイプまたはサブ・ス
トリームに関連づけられている。例えば、信号は、番組
ガイド情報のパケット、制御情報（例えば、ECMまたはE
MM）、ビデオ情報および音声情報である。特定のパケッ
トに関連するサブ・ストリームは、各パケットのヘッダ
部分に含まれたデータによって定義される。各パケット
のペイロード部分は、パケット・データを含んでいる。
図３に示す例示的なデータ・フォーマットは、ヘッダ中
の２バイト（16ビット）のデータとペイロード中の186
バイトのデータを含んでいる。
各パケットのヘッダの最初の12ビットは、プログラム
識別（programiddentification:PID）データ・ビットで
ある。PIDデータは、ペイロード・データが関連づけら
れているデータ・サブ・ストリームを識別する。例え
ば、PIDデータにより与えられる情報は以下の通りであ
る。 表１ PID値 ペイロードの内容 1 プログラムガイド情報 4 EMM 10 チャンネル101のビデオ・データ 11 チャンネル101の音声データ 他のPID値は、他のチャンネルのビデオおよび音声デ
ータを識別する。
同調処理の一部として、マイクロ・コントローラ160
は、同調されたチャンネルに関連するPID値を決定する
ために、マイクロ・コントローラのメモリに記憶された
PID「マップ」を参照する。適切なPID値は、伝送ユニッ
ト120中のPIDレジスタにロードされる。例えば、チャン
ネル101が選択されると、マイクロ・コントローラ160
は、格納されたPIDマップをアクセスし、10および11のP
ID値に関連するチャンネル101のためのビデオ・データ
および音声データを決定し、伝送ユニット120の各ビデ
オおよび音声PIDレジスタに値10,11をロードする。到来
するパケットのPIDデータは、PIDレジスタに格納された
PID値と比較され、各パケットのペイロードの内容を決
定する。マイクロ・コントローラ160は、「番組ガイド
・パケット」（PID値１）中のPID−チャンネル対応情報
に応答して、PIDマップ・データを更新することができ
る。
各パケットのヘッダの最後の４ビットは、以下の通り
ペイロードの内容を規定する。
活性（例えば論理値１）のECMフラグは、ペイロード
がキーの生成のための初期化データ等のECMデータを含
んでいることを示す。活性のENCフラグは、ペイロード
が暗号化され、従ってデスクランブルしなければならな
いことを示している。キー・フラグは、キーＡおよびキ
ーＢの２つのキーのどちらがペイロードのデスクランブ
ルに用いるべきかを決定する（例えば、論理値０はキー
Ａを示し、論理値１はキーＢを示す）。キー・フラグの
使用に関しては、図７において後述する。
図１の伝送ユニット120は、図３に示すパケット・ク
ロック信号に応じてヘッダ・データを抽出し、処理す
る。パケット・クロック信号は、FEC110により発生し、
データ・ストリームに同期している。パケット・クロッ
ク信号の各変化は、パケットの始点を示している。伝送
ユニット120は、パケットのペイロードの宛先を判定す
るために、各パケット・クロック信号の変化に続く16ビ
ットのヘッダ・データを処理する。例えば、伝送ユニッ
ト120は、EMM（PID値４）とECMを持つペイロートをスマ
ートカード180の機密コントローラ183にマイクロ・コン
トローラ160を介して転送する。ビデオおよび音声デー
タは、デマルチプレクサ／デスクランブラ130に送ら
れ、デスクランブルおよびデマルチプレクサされてビデ
オおよび音声信号となる。番組ガイド・データ（PID値
１）は、PIDマップを更新するためにマイクロ・コント
ローラ160へ送られる。
機密コントローラ183は、EMMおよびECMデータを処理
して、資格管理およびキー生成を含むアクセス制御機能
を行う。機密コントローラ183は、集積回路（IC）18内
に含まれ、モトローラ社の6805プロセッサ等のマイクロ
プロセッサで構成される。資格管理は、EMMデータを処
理して、どのようにしておよび何時IC181に格納されて
いる資格情報を更新するか、即ち追加、削除するかを決
定する。ECMデータは、機密コントローラ183が、デスク
ランブル・キーを発生するために必要とする初期値を供
給する。機密コントローラ183によって生成された後、
キーは、マイクロ・コントローラ160を経てデスクラン
ブラ130に転送され、同調されたチャンネルからの入力
信号のスクランブルされたデータ成分、例えばビデオお
よび音声プログラム・データをデスクランブルする。以
下に説明するように本発明の原理によれば、デスクラン
ブル機能はIC181を含むデスクランブラ185によって提供
される。
デスクランブルされたビデオおよび音声データは、ビ
デオ伸張（圧縮解除）器140および音声伸張（圧縮解
除）器145によって伸張される。プログラム・データ
は、プログラム・ソースにおいて種々の周知のデータ圧
縮アルゴリズムの一つを用いて圧縮される。伸張（圧縮
解除）器140,145は、圧縮アルゴリズムの実行の逆を行
う。
ビデオおよび音声伸張器140および145は、それぞれビ
デオおよび音声信号プロセッサ150および155にそれぞれ
結合される。音声信号プロセッサ155は、ステレオ信号
生成および伸張器145からのディジタル出力信号を、ス
ピーカ（図１には図示せず）と結合可能なプロセッサ15
5のアナログ音声出力信号AOUTに変換するディジタル−
アナログ変換機能を有している。ビデオ信号プロセッサ
150は、ディジタル−アナログ変換能力を有しており、
伸張器140のディジタル出力を、キネスコープ等の表示
装置に表示するのに適したアナログ・ビデオ出力信号VO
UTに変換する。ビデオ・プロセッサ150は、また、信号V
OUT中にOSDプロセッサによって形成されるオンスクリー
ン・ディスプレイ（OSD）を含ませるために必要な信号
切り替え機能を与える。OSD信号は、例えば表示画像中
に含まれるチャンネル番号ディスプレイ等のグラフィッ
ク情報を表わす。ビデオ・プロセッサ150中のビデオ・
スイッチは、所望の表示を形成するために必要に応じて
信号VOUTにOSD信号を多重化する。OSDプロセッサ170の
動作は、マイクロ・コントローラ160によって制御され
る。
図１に示すシステムのアクセス制御の機能に戻って、
スマートカード180の特徴および機能は、図４に示すス
マートカードIC181のブロック図を参照してより良く理
解することができる。図４における参照符号は図１のも
のと同じであり、同一または同様の要素を示している。
図４において、集積回路（IC）181は、中央処理装置（C
PU）421、RAM426、ROM425、EEPROM423およびシリアルI/
Oユニット424で構成された機密コントローラ183を有し
ている。CPU421は、モトローラ社の6805等のプロセッサ
である。キー発生および資格管理ソフトウエアは、ROM4
25およびEEPROM423に格納される。
現在の資格を特定するデータも、EEPROM423に格納さ
れ、受信信号中の資格管理メッセージ（EMM）の情報に
応答して変更される。図１の伝送プロセッサ120によりE
MMパケットが検出されると（パケットPID値４）、図１
のマイクロ・コントローラ160は、パケットのペイロー
ドをシリアルI/Oユニット424を介して機密コントローラ
183に転送する。CPU421は、ペイロード中のEMMデータを
RAM426に転送する。CPU421は、EMMデータを処理して、
それに応じてEEPROM423に格納された資格データを変更
する。
パケットのヘッダのECMフラグが活性（active）であ
ることによって示される、資格制御メッセージ（ECM）
を含むパケットのペイロードは、伝送プロセッサ120か
らマイクロ・コントローラ160およびシリアルI/Oユニッ
ト424を経て機密コントローラ183に転送される。例え
ば、EMM、ビデオ、音声等のいずれのパケットにも、ECM
を含めることができる。ECMデータは、特定のタイプの
データのデスクランブル・キーの生成に用いられる。例
えば、EMMパケット中のECMデータはEMMデスクランブル
・キーの生成に用いられる。機密コントローラ183に転
送されると、ECMデータはCPU421によって処理されるま
でRAM426に格納される。EEPROM423およびROM425に格納
されたキー発生ソフトウエアは、CPU421によってRAM426
に格納されたECMデータを用いて実行され、特定のキー
を発生する。ECMデータは、キー発生アルゴリズムが要
求する初期値等の情報を提供する。得られたキーは、CP
U421によりシリアルI/Oユニット324およびマイクロ・コ
ントローラ160を介してデスクランブラ130に転送される
まで、RAM426に格納されている。
EMMおよびECMデータは、パケットのヘッダ中の暗号化
フラグENCが活性であることを示しているとき、暗号化
されている。暗号化データは、資格管理またはキー生成
処理のために機密コントローラ183に転送される前に、
伝送プロセッサ120からデスクランブラ130に転送され、
デスクランブルされる。
上記に説明したIC181の特徴および動作は、公知のス
マートカード・システムにおいて一般的なものである。
上述のように、デスクランブラ130のようなスマートカ
ード外部のデスクランブル・ユニットを用いることによ
って、システムの機密性を低下させ、デスクランブル用
ハードウエアに望ましくない変更を与えることとなる。
図１および図４に示す装置は、公知のスマートカード・
システムに比べて機密性を大幅に向上する特徴を含んで
いる。特に、スマートカード180のIC181は、デスクラン
ブラ・ユニット185および独立のシリアル・データイン
・ラインとシリアル・データアウト・ラインで構成され
た高いデータ・レート同期インターフェース184を有し
ている。デスクランブラ185とインターフェース184の組
み合わせによって、すべてのアクセス制御処理をスマー
トカード180内で行うことを可能としている。
図１において、カード・リーダ190は、マイクロ・コ
ントローラ160からのISO規格インターフェース信号165
と伝送プロセッサ120からの高速インターフェース信号1
25を、それぞれ182および184で示すスマートカード・イ
ンターフェース187の部分を介してスマートカード180に
結合する。図４は、インターフェース187に含まれた信
号を示している。ISO規格信号182は、図４において電
源、接地、リセットおよびシリアルI/O（図2BのVCC、GN
D、RSTおよびI/Oに対応）を含んでいる。高速インター
フェース信号184は、高速データ・イン、データ・アウ
ト信号、パケット・クロック信号および高周波（例えば
50MHz）クロック信号で構成される。ISO規格信号VPP
（プログラミング電圧）は、高速および低速の両インタ
ーフェースを含むパケット・クロック信号許容インター
フェース187によって置き換えられ、図2Aに示す８接点
のISO規格の配置を用いて実施される。
信号VPPを除いたことは、図１に示すシステムにおい
て、デスクランブラ185および高速データ・インターフ
ェース184を含まない既存のISO規格のスマートカードを
用いた動作を妨げるものではない。既存のスマートカー
ドは、一般的に、別のプログラム電圧を必要としないEE
PROM回路を有している。「チャージポンプ」の機能は、
プログラミングが必要な場合に、カードの供給電圧から
プログラム電圧を生成する。従って、ISO規格のよって
規定されたVPP信号は、ほとんどの既存のISO規格による
スマートカードにおいては、「未使用」の端子である。
既存のスマートカードにより本システムを使用する場合
には、高速インターフェース184およびデスクランブラ1
85を使用しない等、システムの動作の修正が必要とな
る。必要な修正は、コントローラ160の制御ソフトウエ
アのみの修正によって行うことができる。
デスクランブラ185は、高い周波数のクロック信号に
応じて高いデータ・レートで動作し、そして一方、機密
コントローラ183は、より低い周波数のクロックを必要
とする。IC181内の分周器422は50MHzのクロックを分周
して機密コントローラ183に適した周波数のクロック信
号を生成する。従って、単一の高周波クロック信号が、
機密コントローラ183とデスクランブラ185の動作を制御
するタイミング信号として機能する。
デスクランブラ185は、図１の伝送ユニット120の上記
の機能と同様の機能を行うために、伝送デコーダ・ユニ
ット472、PIDとECMフィルタ・ユニット474およびEMMア
ドレス・フィルタ・ユニット476を含んでいる。インタ
ーフェース187の高速データ・インおよびデータ・アウ
ト信号は入力信号の高速データ・ストリームを伝送プロ
セッサ120とデスクランブラ185との間に結合させる。ス
マートカード180内に伝送プロセッサ120の機能を含める
ことによって、スマートカード180に到来する入力信号
のデータ・パケットを高いデータ・レートで処理するこ
とが可能である。データ・インおよびパケット・クロッ
ク信号の両方ともユニット472に結合されている。
パケット・クロック信号の各遷移に応答して、ユニッ
ト472は16ビットのヘッダ・データを処理する。ヘッダ
の最初の12ビットはプログラム識別（PID）データであ
り、PIDおよびECMフィルタ・ユニット474に与えられ
る。ユニット474は、パケットのPIDデータと、同調され
たチャンネルに含まれる各タイプのパケットに対応して
ユニット474に記憶されたPID値とを比較する。上述の伝
送プロセッサ120の動作と同様に（上記の表１および関
連する説明参照）、ユニット474におけるPID比較によ
り、例えば番組ガイド、EMM、ビデオまたは音声等いず
れのタイプのデータがペイロードに含まれているかを判
定する。現在同調されている信号内のパケット・タイプ
を特定するPID値は、ユニット474内のレジスタに格納さ
れる。その登録データは、図１のシステムの上記した同
調プロセスの一部としてロードされている。特に、マイ
クロ・コントローラ160は、上記のように記憶されたPID
「マップ」をアクセスし、現在同調されているチャンネ
ルに関連づけられたPID値をユニット474のレジスタに、
スマートカード180の信号182および機密コントローラ18
3を介して転送する。機密コントローラ183とユニット47
4のようなデスクランブラ185の各機能との間のデータの
転送は、図４には示されていないIC181内部のデータバ
スを介して行われる。
スマートカード180によりペイロード・データがどの
ように扱われるかは、ユニット474におけるPID比較結
果、およびユニット427によって引き出されたパケット
・ヘッダーの13番目ないし16番目のビットの内容の双方
により決定される。上記のチャンネル101に関した例
（表１参照）を用いれば、PIDデータが１（PID＝１）で
あれば、マイクロ・コントローラ160がPIDマップを更新
するために処理する番組ガイド・データであり、PIDデ
ータが４（PID＝４）であれば、機密コントローラ183が
資格を変更するために処理するEMMデータであり、PIDデ
ータが10（PID＝10）であればビデオ・データおよび11
（PID＝11）であれば音声データである。ヘッダ13番目
ないし16番目のビットは、スマートカード180内の機密
関連動作の（上記の表２および関連する説明参照）を制
御する。13番目のビット（ECMフラグ）が活性（actio
n）の場合、ペイロードは、機密コントローラ183による
キー生成処理に必要なECMデータを含んでいる。15番目
のビット（ENCフラグ）が活性の場合は、ペイロードは
暗号化されており、デスクランブル・ユニット478にお
いてデスクランブルされる。16番目のビットは、デスク
ランブルのためにユニット478内においてキーＡおよび
キーＢのいずれを用いるかを決定する。
暗号化状態ビットENCは、ペイロード・データがデス
クランブル・ユニット478によってどのように処理され
るかを決定する。暗号化されていないペイロード・デー
タは、変更されることなくデスクランブル・ユニット47
8を通りスマートカード180の高速データ・イン端子から
高速データ・アウト端子に通過する。暗号化されたデー
タは、ユニット478により所定のデータ・レートでデス
クランブルされる。デスクランブルされたビデオおよび
音声データは、スマートカード180の高速データ・アウ
ト端子を通過する。各デスクランブルされた音声または
ビデオ・パケットにおいて、パケットのヘッダのENCビ
ットは論理値０に設定され、パケットが「クリア」、す
なわちデスクランブルされたことを示す。権限のないユ
ーザによる資格およびキーに関するデータへのアクセス
を確実に防止するために、デスクランブルされたEMMま
たはECMデータは、スマートカード180を通ってデータ・
アウト端子に出力されない。この代わりに、オリジナル
のスクランブルのかかった、ENCビットが論理値１にセ
ットされたEMMまたはECMデータが、スマートカード180
の高速データ・イン端子から高速データ・アウト端子を
通過する。デスクランブル・ユニット478でデスクラン
ブルされたEMMおよびECMは、機密コントローラ183によ
る処理が行われるまで、資格管理およびキー生成のため
に機密コントローラ183内のRAM426に一時的に格納され
る。図１の伝送プロセッサ120は、スマートカード180の
高速データ・アウト端子から（変更されていないかまた
はデスクランブルされた）データを受け取る。各パケッ
トのPID値がチェックされ、ペイロードは、さらに処理
を行うために、図１の適当な機能（例えば、マイクロ・
コントローラ160または伸張器140および145）に転送さ
れる。
スマートカード180の動作は、ISO規格のシリアル・イ
ンターフェースを介して、スマートカード180に伝送さ
れた、図１のマイクロ・コントローラ160からのコマン
ドによって制御される。事実上、マイクロ・コントロー
ラ160はマスター・プロセッサであり、機密コントロー
ラ183はスレーブ・プロセッサである。例えば、マイク
ロ・コントローラ160は、PID情報をスマートカード180
に転送し、カードに指令して、対応するデータ・ストリ
ーム内のデータのデスクランブルを行わせる。機密コン
トローラ183は、資格のチェックによりこれに応答し、
資格処理、キー発生またはデスクランブル等の適当なタ
イプのデータ処理を行うようにスマートカード180をシ
ステム構成する。さらに、マイクロ・コントローラ160
は、デスクランブル中か否かのような状態情報を要求す
る。コマンドは、シリアルI/O端子を介してスマートカ
ード180内の機密コントローラ183に送られる。コマンド
によって要求されるすべての応答は、シリアルI/O端子
を介してマイクロ・コントローラ160に返される。従っ
て、シリアルI/O信号は、システムとスマートカード180
との間の制御信号として機能し、一方、高速データ・イ
ンターフェースは、カードとシステムとの間の高速入力
および出力データ信号を提供する。
マイクロ・コントローラ160とスマートカード180間の
シリアル通信は、ISO規格7816−３によって与えられる
プロトコルに従って行われる。スマートカードは、シス
テムにプロトコル・タイプ番号Ｔを送出することによ
り、使用する特定のプロトコルをシステムに通知する。
さらに、カードがカード・リーダに挿入されると、カー
ド・リーダは、電源をカードに供給して、リセット信号
を活性化させることによりカードをリセットする。カー
ドは、ISO規格7816−３§６に規定されている「リセッ
トに対する応答」データ列によってリセット信号に応答
する。リセットに対する応答は、インターフェース・バ
イトTDiを含んでいる。バイトTDiの最下位４ビットは、
プロトコル・タイプ番号Ｔを規定する（ISO規格7816−
３、§6.1.4.3参照）。
図１に示すシステムに対するプロトコル・タイプは、
タイプＴ＝５である。タイプ５のプロトコルは、ISO規
格においては「未使用（reserved）」（現在規定されて
いない）と分類されている。図１のシステムに関して
は、プロトコル・タイプ５は、シリアルI/Oのボー・レ
ートを決定する要領（方法）を除けば、プロトコル・タ
イプ０（ISO7816−３、§８に規定された非同期半デュ
プレックス（asynchronous half−duplex）・プロトコ
ル）と同一である。カード・インターフェースにおける
シリアルI/Oは、ISO規格7816−３の表６に従って決定さ
れるレートで行われる。ボー・レートの計算は、機密コ
ントローラ183に与えられるクロックのレートに基づい
て行われる。既存のスマートカードに関して、機密コン
トローラ183に与えられるクロック周波数は、カードの
クロック・ピンにおけるクロック周波数fsに等しい。図
４に示すように、スマートカード180は、機密コントロ
ーラ183のためのクロック・レートを確立するために、
高速入力クロックFinの転送レートを係数Ｎにより分周
する（すなわちFin/N）分周器422を有している。従っ
て、タイプ５のプロトコルに関して、ISO規格7816−３
の表６は、fs＝Fin/Nを規定することにより変更され
る。
タイプ０のプロトコルの場合と同様に、タイプ５のプ
ロトコルのすべてのコマンドは、マイクロ・コントロー
ラ160によって発行される。コマンドは、１バイトのコ
マンド・クラスの指定（CLA）、１バイトのコマンド（I
NS）、アドレスのような２バイトのパラメータ（P1,P
2）、およびコマンドの一部でありヘッダに続くデータ
・バイトのバイト数を規定する１バイトの数（P3）、で
構成される５バイトのヘッダを有している。図１のシス
テムに関して、パラメータP1およびP2は不要であり、従
って、これらのバイトは「無視」する。従って、コマン
ドは CLA|INS|−｜−|P3|データ（P3バイト） の形式を取る。
スマートカード180によって認識されるコマンドは、
状態コマンドおよびPID転送コマンドを含んでいる。ス
マートカード180は、マイクロ・コントローラ160からの
状態コマンドに、例えばカードがキー生成を完了してい
るか否か、またはカードがデータのデスクランブル中か
否か等の、カードの処理状態を送出して応答する。PID
転送コマンドの使用によって、マイクロ・コントローラ
160は、同調されたチャンネルに関連するPID番号を転送
する。EMMおよびECMデータの転送コマンド、キー関連の
コマンド、および「購入申し込み（purchase offe
r）」等の他のコマンドが可能であり、これらについて
は後述する。
スマートカード180の動作、特にデスクランブラ185の
動作について、図５ないし図８を参照しながらより詳細
に説明する。新しいチャンネルが選択されると、図５に
示すように、マイクロ・コントローラ160は新しいチャ
ンネルのPIDをPIDマップからスマートカード180に転送
する。PIDデータの転送は、Ｎ個のPID値（Ｎはコマンド
のヘッダのバイトP3により特定される）を含むPID送り
コマンドを用いて行われる。コマンドおよびPID値は、
スマートカード180のシリアル・データ端子およびシリ
アル入出力ユニット424を介してカードに伝達される。C
PU421は、PIDデータを受け、データをデスクランブラ18
5内のレジスタ474の適切なPIDレジスタにデータを供給
する。
信号がデスクランブルされる前に、ユーザは、アクセ
スする資格を有していなければならず、正しいキーをデ
スクランブラ185にロードしなければならない。PIDデー
タをスマートカード180に転送した後、機密コントロー
ラ183は、PID値をEEPROM423に記憶された資格データと
比較して、ユーザが選択されたチャンネルのアクセス資
格を有しているか否かを判定する。ユーザが資格を有し
ていたとすると、次のステップはキーの生成である。キ
ーの生成は、ECMデータの処理を含んでいる。従って、
音声およびビデオ・データがデスクランブルできる前
に、キーを生成するために、ECMが受け取られ、処理さ
れなければならない。権限の無いキー生成の可能性を減
少させるために、ECMデータは暗号化されている。カー
ドは、カード内のEEPROM423に記憶されている、ECMをデ
スクランブルするためのキーを発行する。図６に示され
るように、ECMキーは、CPU421によって、EEPROM423か
ら、デスクランブル・ユニット478内のECMキーレジスタ
に転送する。
ユーザが選択されたチャンネルをアクセスする資格を
有していない場合、ECMキーはCPU426により、EEPROM423
からデスクランブル・ユニット478内のECMキー・レジス
タに転送されるキー生成およびデスクランブルを行う前
に、資格を得なければならない。資格は、EMMを介して
取得することができる。特定のスマートカードを特定す
る「アドレス」が、カード発行時に、カードのEMMアド
レス・ユニット476に記憶される。EMMにアドレス情報を
含めることによって、サービス・プロバイダは、EMMを
特定のカードに供給することができる。スマートカード
は、EMM内のアドレス情報をユニット476に格納されたカ
ード・アドレスと比較し、カードに与えられたEMM情報
を検出する。ユーザが資格を有していないとき、機密コ
ントローラ183は、EMMデータが受信された場合、図６に
示すようにカードをEMM処理のためにシステム構成す
る。
ECMキーの場合のように、カードは、カード内のEEPRO
M423に格納されているEMMキーを発行する。図６におい
て、EMMキーはCPU421により、EEPROM423からデスクラン
ブル・ユニット478内のEMMキー・レジスタに転送され
る。図１の伝送プロセッサ120からのスクランブルされ
ているEMMデータは、高速データ・イン端子を介してカ
ードに入力される。ユニット476内のEMMアドレス・チェ
ック後に、カードに対するEMMデータは、デスクランブ
ル・ユニット478において解読される。暗号解読されたE
MMデータは、一時的にRAM426に記憶され、EEPROM423に
格納された資格データを更新するためにCPU421により処
理される。
PID値がロードされた後、資格があると、ECMキーがデ
スクランブラ185に置かれ、カードは、ECMデータをデス
クランブル可能な状態とし、音声およびビデオ・キーを
発生する。図７において、信号中のECMデータは、高速
データ・イン端子を経てスマートカード180によって受
信され、伝送デコード・ユニット472によって検出され
る。ECMデータはデスクランブラ478に与えられ、予めロ
ードされたECMキーを用いてECMデータを暗号解読する。
暗号解読されたECMデータは、デスクランブラ478からRA
M424に転送される。暗号解読されたECMが使用可能であ
るとき、CPU421がEEPROM423およびROM425に格納された
キー発生アルゴリズムを実行し、RAM424内の暗号解読さ
れたECMデータを用いてビデオおよび音声キーを発生す
る。発生されたキーは、デスクランブラ478内の適切な
ビデオおよび音声キー・レジスタに転送される。
図７に示すように、デスクランブラ478は、ビデオの
ための２つのキー・レジスタ、ビデオ・キーＡおよびＢ
と、音声のための２つのキー・レジスタ、音声キーＡお
よびＢとを有している。キーＡまたはＢが特定のパケッ
トのデスクランブルに用いられたか否かを、パケットの
ヘッダ（上記の表２参照）内のキー・フラグ・ビットに
よって判定する。「マルチキー（multi−key）」の特徴
は、既存のキーがデータのデスクランブルに使用されて
いる間に、新しいキーの発生を許容するために用いられ
る。新しいキー発生のための機密コントローラ183内のE
CMデータの処理および新しいキーのデスクランブラ478
内のキー・レジスタへの転送は、CPU421における膨大な
インストラクション・サイクルを必要とする。生成中お
よび新しいキーの転送中にデスクランブルが停止する
と、処理の遅れによって、新しいキーがデスクランブラ
478内に格納されるまで、番組を観ている者はスクラン
ブルのかかった画像を見なければならない。キー・レジ
スタＡおよびＢを持つことによって、新しいキーが第二
のキー・レジスタ（例えば、キー・レジスタＢ）によ
り、生成かつロードされている間に、一つのキー・レジ
スタ（例えばキー・レジスタＡ）内のキーを用いてデー
タの暗号解読を可能とする。ECMデータの転送によりキ
ー発生を開始すると、キーＢを用いてパケットを暗号化
する前に、サービス・プロバイダは、新しいキーＢが生
成されデスクランブラ478に確実に与えられる十分な時
間を待つ。キー・フラグは、デスクランブラ185にいつ
から新しいキーの使用を開始するかを通知する。
図５、図６および図７の動作後に、デスクランブラ47
8は、EMM、ECM、ビデオ、音声データを含む、同調チャ
ンネルの暗号化されたデータの処理に必要なすべてのキ
ー情報を使用して初期化される。図８は、データ処理の
ための信号の流れを示している。暗号化されたデータ
は、高速シリアル・データ入力端子を経てスマートカー
ド180に入力される。データは、予めロードされたキー
を用いてデスクランブラ478によって暗号解読される。
例えば、伝送ユニット472が、到来するパケットのヘッ
ダからペイロード・データがビデオ・キーＡに関連づけ
られたビデオ・データであると判定した場合、パケット
のペイロードは、ビデオ・キーＡを用いてデスクランブ
ラ478によって暗号解読される。暗号解読されたデータ
は、スマートカード180から、高速シリアル・データ出
力端子を介して直接出力される。図８にデータ処理は、
デスクランブラ185および機密コントローラ183間の相互
動作を必要とせず、デスクランブラ478の入力信号の高
いデータ・レートでの処理を可能としていることに留意
されたい。
デスクランブル・ユニット478のデスクランブル機能
と機密コントローラ183におけるキーの発生とを組み合
せることにより、スマートカード180は、データ暗号化
規格（DES）アルゴリズム、リベスト−シャミア−アデ
ルマン（Rivest−Shamir−Adelmann:RSA）アルゴリズム
を含む種々のアルゴリズムを用いて暗号化された信号の
処理が完全に可能な状態となる。スマートカード180内
において、すべてのアクセス制御に関する処理を可能と
することにより、キー・データ等の機密性に関するデー
タは、スマートカード180から送出する必要はない。こ
の結果、スマートカードの外部に設けたデスクランブラ
を用いるシステムに比べて、機密性は大幅に向上する。
スマートカード180内のデスクランブラ185の使用は有
利であるが、図１のデスクランブラ130のような外部の
デスクランブラを用いることも可能である。キーをスマ
ートカード180内で発生し、そのキーをデスクランブラ1
30に転送する、既存の有料テレビに対する上記のスマー
トカードの互換性にとっては、外部のデスクランブラが
望ましい。その上また、デスクランブラ185およびデス
クランブラ130の双方を用いることも望ましい。例え
ば、２つの異なるキーを用いて、信号を２回暗号化すれ
ば、機密性が向上する。２回暗号化された信号は、図１
に示すシステムを用いて、解読することができる。すな
わち、第一のキーを用いてデスクランブラ185で解読
し、部分的に解読されたデータをデスクランブラ130に
転送し、第二のキーを用いてデスクランブラ130によっ
て解読する。第二のキーは、スマートカード180内で発
生され、デスクランブラに転送される。
デスクランブラ130を含む用途（すなわち、キー・デ
ータがスマートカード180から送出される用途）のため
に、コントローラ160とスマートカード180間のシリアル
I/Oインターフェースを介してキー・データを転送のた
めのコマンドが設けられる。例えば、マイクロ・コント
ローラ160は、ECMデータをあるコマンドによりカードに
送出し、状態コマンドによりキーの発生状態の通知を要
求する。状態データがキー発生の完了を示している場合
には、他のコマンドによりキー・データが要求され、カ
ードはこれに応答してキー・データをコントローラ160
に送出する。続いて、キーは、デスクランブラ130に転
送される。
本発明の原理に基づいて図１のシステムを変更するこ
とによって、カードの高速データパスが直列に接続され
た複数のスマートカードを用いる装置のデータの処理が
可能となる。より具体的には、一つのカードの高速デー
タ・アウト端子は、次のカードの高速データ・イン端子
に接続される。図９ないし図12について説明するよう
に、直列接続されたスマートカードを介してビデオ・デ
ータを処理するシステムは、テレビ受像器のようなビデ
オ装置においてピクチャ−イン−ピクチャ（pix−in−p
ixまたはPIP）およびピクチャ−アウトサイド−ピクチ
ャ（POP）等の機能を与えるために、有料TV信号のよう
にマルチアクセス制御信号を用いることが可能となる。
例えば、PIP要素は、主ビデオ画像と一ないし複数の主
画像中にはめ込まれる小画像の双方を示す信号を発生す
る。テレビ受像器において、主画像は一つのテレビ・チ
ャンネルからの信号に応じて生成され、はめ込まれた画
像は、第二のテレビ・チャンネルからの信号に応じて生
成される。直列接続された二ないしそれ以上のスマート
カードの使用によって、一つのスマートカードが、有料
TVのデスクランブルを行って、主画像を発生し、一ない
し複数の付加されたスマートカードが一ないし複数の他
の有料TV信号等の他の信号を処理して、挿入画像を生成
する。
図９は、上記の直列接続された高速データパスを形成
するスマートカード・リーダに用いるスイッチ装置を示
している。図９において、スイッチ1,2はカード１、２
のカード・リーダへのそれぞれの挿入に応答する。スイ
ッチ1,2は、高速データ・イン（DATAIN）およびデータ
・アウト（DATAOUT）信号の各スマートカードのデスク
ランブラへの信号経路を決定する。各スイッチは、単極
単投（SPST）スイッチであり、対応するカードが挿入さ
れているか否かに応じて２つの状態Ａ、Ｂのうちに一方
の状態となるもので、各カードが挿入されていない時に
は状態Ａとなり、挿入されている場合には状態Ｂとな
る。状態Ａにおいて、スイッチは、入力データ、すなわ
ち信号データ・イン（DATAIN）に対してカードをバイパ
スさせ、状態Ｂにおいては、入力データを挿入されたカ
ードに接続する。
図９において、カード1,2が挿入され、両スイッチ1,2
が状態Ｂとなっている。この結果、高速データは、デー
タ・イン（DATAIN）から直列のカード1,2を通るように
信号経路が設定される。単一のカードのみは使用され、
カード２が挿入されていない場合には、スイッチS2が状
態Ａとなり、高速データはカード２をバイパスする。図
９の装置のためのスイッチの構成は、表３にリストした
通りである。
図９に示す高速データ信号切換装置の動作は、信号S1
CTRL、S2 CTRL、カード１挿入（CARD1 INSERTE
D）、カード２挿入（CARD2 ）INSERTED）の信号を含ん
でいる。スイッチS1およびS2は、それぞれ信号S1 CTRL
およびS2 CTRLで制御される電子スイッチである。ス
イッチ制御信号は、カード・リーダまたはシステム内の
制御プロセッサ（例えば図１におけるマイクロ・コント
ローラ160）によって、信号カード１挿入（CARD1 INSE
RTED）およびカード２挿入（CARD2 INSERTED）に応答
して発生される。信号カード１挿入（CARD1 INSERTE
D）およびカード２挿入（CARD2 INSERTED）は、スイッ
チS3およびS4によって、対応するカードの挿入に応答し
てそれぞれ発生され、それぞれマイクロ・コントローラ
160の割込み入力に結合される。
カード１を挿入する前において、信号S1 CTRLは論理
値０であり、電子スイッチS1を状態Ａとして、信号デー
タ・イン（DATAIN）はカード１をバイパスする。カード
１を挿入すると、カード・リーダがスイッチS3の状態を
Ａの状態（カードが離脱されている）からＢの状態（カ
ードが挿入されている）に変化する。この結果、信号カ
ード１挿入（CARD1 INSERTED）が、論理値１（プラス
の供給電圧）から論理値０（接地）に変化する。マイク
ロ・コントローラ160の割込み処理ルーチンは、信号カ
ード１挿入（CARD1 INSERTED）の状態の変化を検出し
て、信号S1 CTRLのレベルを変化させる。スイッチS1
は、これに応答して状態Ｂに変化し、信号データ・イン
（DATAIN）をカード１に結合させる。スイッチS2および
S4は、カード２の挿入に応答して同様に動作する。
上述のカード・リーダの動作により、カード・リーダ
に挿入された各カードのデスクランブラを通る高速デー
タ信号の経路を決定する。二回以上暗号化された信号を
デスクランブルするために、直列接続された各デスクラ
ンブラが、特定のキーおよびアルゴリズムを用いてデス
クランブルを行う。各カードが特定のサービスに対応し
た複数のカードを直接接続すると、各カードはカードに
関連づけられたサービスのためのデータをデスクランブ
ルし、他のデータを変化させることなく通過させる。各
カードにおける選択的デスクランブルは、各カードにお
けるPID処理によって達成される。各カードのPIDレジス
タにはカードに対応するサービスのためのPID値がロー
ドされる。各カードは、信号中の各パケットのヘッダ中
のPIDデータをチェックする。PIDデータがカードに記憶
されたPIDデータと対応していない場合には、データは
変更されることなくカードを通過する。パケットのペイ
ロードは、カードのPIDデータがパケットのPIDデータと
一致したカード内でのみでデスクランブルされる。
図９に示すようなマルチカードの直列接続「スタッ
ク」の制御は、ISO規格のシリアルI/O信号により行われ
る。図９に示す高速データI/O信号に加えて、「クロッ
ク」、「パケット・クロック」、「電源」および「接
地」のスマートカード・インターフェース信号（図４お
よび関連する説明参照）が、カード・リーダ190に挿入
された各カードに結合される。「シリアルI/O」および
「リセット」のインターフェース信号は、いずれの特定
の時間においても、ただ一つのスマートカードに結合さ
れる。コントローラ160は、信号CARD1 INSERTEDおよび
CARD2 INSERTEDによってカードの挿入を検出し、スイ
ッチS5を制御してシリアルI/Oおよびリセット信号を必
要に応じて挿入されているカードに結合して、カードに
データを転送する。二以上のカードが挿入されている場
合、コントローラ160は、スイッチS5の制御により特定
のカードと通信して、この特定のカードのみにシリアル
I/Oおよびリセット信号を結合させる。直列接続された
カードのスタック中の各カードを通る高速データの流れ
は、スイッチS5の動作に影響されない。
カード・スタックの制御の一つの態様は、高速データ
と特定のカードのスタック内における位置に応じたパケ
ット・クロック信号との間の遅れである。スマートカー
ドの高速データパスは、データ・インからデータ・アウ
トまでのビット遅れを示し、この遅れは、カードに生じ
るデータ処理動作に必要な高速クロックのサイクルの数
に等しい。データ・インからデータ・アウトにデータを
通過させるのみのカードは、データをデスクランブルす
るカードとは異なるビット遅れを生じる。スタック中の
カードの直列接続は、特定のカードに到達する高速デー
タに、スタック中の当該特定のカードより前にあるカー
ドの数および特定のカードより前の各カードにおいて生
じる処理のタイプに対応した、パケット・クロックに対
するビット遅れを生じさせる。
ビット遅れが補正されない場合、スタック中の最初の
カード以外のカードでは、パケット化されたデータ・ス
トリームを不適切に処理することとなる。例えば、パケ
ット・ヘッダーのデータは、パケット・クロックの遷移
の発生に基づいて抽出されている。パケット・クロック
に対するビット遅れは、ヘッダ・データの抽出を不適切
なものとし、従ってペイロード・データの処理を不正確
にする。
ビット遅れの補正は、ビット遅れ情報をコントローラ
160とスタック中の各カードの機密コントローラ183との
間で送受することにより達成される。各カードは、コン
トローラ160からのコマンドに応答して特定のビット遅
れ値をコントローラ160に返す。カードは、現在のビッ
ト遅れを、例えばデスクランブル、通過等の各データ処
理モードに対するビット遅れを特定するカード・メモリ
内のルックアップ・テーブルを参照して決定する。コン
トローラ160は、スタック中の各カードに対するビット
遅れを得て、各カードに情報を送る。この情報には、ス
タック中のカード数、カード中のカードの位置（例え
ば、カード２）および特定のカードより前にあるスタッ
ク中の全てのカードに対応するビット遅れが含まれる。
複数のスマートカードを読むための図９に示す装置
は、テレビ受像器中に含めることができる。例えば、図
10に示すテレビ受像器1000は、２つのスマートカードを
同時に読み込むことができるように構成されている。二
枚のカードはそれぞれスロット1010および1020に挿入さ
れる。図９の示したものと同様のカード・リーダ回路を
受像器1000に含めることが可能であり、上述した２つの
カードの接続を形成する。図11および図12を参照してさ
らに説明するように、第一および第二のスマートカード
は、図10中のスロット1010および1020に挿入され、主画
像1030と挿入画像1040を発生するPIP機能を与えるため
に有料TV信号を処理する。
図11は、図９について説明したような直列接続された
スマートカード180および1805を介してビデオ信号を処
理するシステムの一部を示している。各スマートカード
は、図１および図４ないし図８に関して説明した特徴を
有している。図11中において使用されている参照符号
は、図１に現われている同一または同様の要素を特定す
る。図１および図11に共通な要素は、図１の説明におい
て詳細に説明した。図11および図12はテレビ信号の処理
の内容を説明しているが、他のビデオ信号に関しても同
様に処理することができる。
図１に関して上述したように、図11における、チュー
ナ100、フォワード・エラー・コレクタ（forward erro
r corrector:FEC）110および伝送ユニット（TRANSP）1
20は、入力信号SINをコントローラ（μＣ）160の制御の
もとで処理して、所望のテレビ番組を示すデータを含む
伝送ユニット120からの出力信号TROを生成する。異なる
テレビ番組に対応する主画像と小画像があるPIPまたはP
OP等のマルチ画像ディスプレイ機能を提供するために、
伝送ユニット120からの信号TROは、各番組に対応した信
号成分を有している。例えば、上述のパケット化された
信号フォーマットを用いることにより、信号TROの第一
の成分は、第一のテレビ番組に対応する第一のPID値を
示すデータ・パケットの第一のデータ・パケット群を含
んでいる。信号TROの第二の成分は、第二のテレビ番組
に対応する第二のPID値を示すデータ・パケットの第二
のデータ・パケット群を含んでいる。信号TROの２つの
成分の各々は、スクランブルされている。
信号TROは、第一のスマートカード180の高速データ入
力DI1にカード・リーダ190を介して結合される。スマー
トカード180は、信号TROの２つの成分のうちの最初の成
分、例えば主画像中の番組を示す成分を処理する。スマ
ートカード180内における処理は、データがスクランブ
ルされている場合には、成分中のデータのデスクランブ
ルを含んでいる。第一のスマートカード180の高速デー
タ出力信号DO1は、処理された（例えばデスクランブ
ル）第一の成分と処理されていない第二の成分を含んで
いる。図９に関連して上述したように、カード・リーダ
190は、第一のスマートカード180のデータ出力DO1と第
二のスマートカードのデータ入力DI2とを結合すること
により、スマートカード180の高速データパスと第二の
スマートカード1805の高速データパスとを直列に接続す
る。スマートカード1805は、信号の第二の成分に対して
必要に応じてデスクランブルを含む処理を行い、高速デ
ータ出力信号DO2を形成する。信号DO2は、処理された第
一の成分と処理された第二の成分を含んでいる。信号TR
Oの両成分がスクランブルされている場合には、信号DO2
は、オリジナルのスクランブルされた成分に対応する第
一および第二のデスクランブルされた成分を含むことと
なる。
信号DO2は、カード・リーダ190を介してシステムの他
の機能への送りだし（ルーティング）のために伝送ユニ
ット120に戻される。例えば、PIPディスプレイを形成す
る場合、信号DO2はデマルチプレクサ（DEMUX）130にル
ーティングされ、ここでコントローラ160の制御のもと
で、第一および第二の処理された成分を分離する。第一
および第二の処理された信号の成分は、それぞれ伸張器
140および1405中において伸張される。伸張されたデー
タはさらに処理されるために信号処理装置150および150
5に送られる。PIP又はPOPディスプレイの小画像を生成
する場合、処理装置150および1505のうちの小画像信号
処理を行う方の処理装置は、小画像に対応するアクセス
・データを格納するビデオ・メモリを有することができ
る。処理装置150および1505による信号出力は、マルチ
プレクサ（MUX）またはスイッチ1506により結合され、
画像の所望の部分に小画像を含む所望の画像を形成する
信号を提供する。コントローラ160は、MUX1506のタイミ
ングを制御して適切な時間に小画像を対応する信号成分
を挿入する。出力プロセッサ1507は、画像信号をキネス
コープ1508等のディスプレイ装置に結合させる。コント
ラスト制御、輝度制御およびキネスコープ・ドライバ増
幅等の機能は、出力プロセッサ1507により行われる。
図11に示すシステムは、第一のカード180のデータ入
力における信号DI1が、上述の第一および第二のテレビ
番組を表す第一および第二の信号成分を含むときに、所
望のマルチ画像機能を提供する。こうした場合は、チュ
ーナ100により同調された信号が両成分を含んでいる
か、または例えば、信号DI1が図11に示されているチュ
ーナ、FECおよび伝送ユニット以外の信号ソースから、
両成分を含む信号が供給される。
信号が，上述のDSS（登録商標）信号等の信号が衛星
より直接受信される場合は、図11の信号SINは衛星の種
々のトランスポンダで形成された種々の周波数の信号を
含んでいる。チューナ100は、一時にはただ一つのトラ
ンスポンダの信号に同調する。各選択されたトランスポ
ンダの信号は複数のテレビ番組に対応する信号成分を含
んでいるが、マルチ画面ディスプレイ（例えば、ユーザ
によって選択された主画像および小画像のチャンネル）
を生成するために必要な信号成分は、異なるトランスポ
ンダより受けることも可能である。その場合、チューナ
100により選択された信号（および信号TROおよびDI1）
は、所望のマルチ画面を生成するために必要な信号成分
のうちの一つの成分のみを含んでいる。この状態は、図
12に示すシステムによって取り扱われる。
図12において、チューナ101、FEC111、伝送ユニット1
21およびマルチプレクサ（MUX）127が、図11に示すシス
テムに追加されている。チューナ100、FEC110および伝
送ユニット120は、一つのトランスポンダからの信号を
選択し、マルチ画面ディスプレイを生成するのに必要な
信号成分のうちの一つを含む信号TRO1を生成する。チュ
ーナ101、FEC111および伝送ユニット121は、第二のトラ
ンスポンダからの信号を選択し、マルチ画面ディスプレ
イを生成するのに必要な信号成分のうちの一つを含む信
号TRO2を生成する。MUX127は、コントローラ160の制御
のもとでTRO1およびTRO2を組み合せて、MUX127の出力に
必要な両信号成分を含む信号を発生する。MUXの出力信
号は、カード・リーダ190を介して第一のスマートカー
ドに結合され、図11に関連して上述したように処理され
て、所望のマルチ画面ディスプレイを生成する。
上記の実施例に関して種々の変更が可能である。本発
明が、図３、図11および図12に示されたものの他のビデ
オシステムおよびビデオ信号プロトコルにも適用可能で
あることは、当業者において容易に理解される。他のシ
ステムの例は、上記のDSS（登録商標）衛星システムお
よびハイ−ディフィニション・テレビジョン（HDTV）で
ある。また、図９ないし図12に示す装置は、三つ以上の
スマートカードを収容できるように拡張することもでき
る。例えば、図９において、スイッチとカード検出能力
（すなわちCARD INSERTED信号の生成）を各追加のカー
ドごとに追加する。スマートカードを追加することによ
って、三つ以上の信号成分をデスクランブルすることが
可能となり、各デスクランブルされた信号成分に対応す
る画像部分を含むディスプレイを生成することができ
る。さらに、図９のスイッチ装置は、マイクロ・コント
ローラ160による制御に連動するのではなく、カードの
挿入に直接応答する制御スイッチS1およびS2に変更する
ことができる。例えば、スイッチS3を機械的又は電気的
に直接スイッチS1に結合させ、挿入されたカード１がス
イッチS1にカード１を通る信号経路を形成させる。ま
た、上述の実施例は、スマートカード180に結合された
ディジタルI/O信号に関するものとなっているが、スマ
ートカード180は、アナログ信号を処理することもでき
る。例えば、スマートカード180は、アナログ−ディジ
タル変換器（ADC）を高速データ入力に設け、ディジタ
ル−アナログ変換器（DCA）を高速データ出力に設ける
ことができる。ADCおよびDCAは、図１のIC181に配置す
ることができる。また、IC181はハイブリッド装置に置
き換えること、すなわち単なるIC181だけではなく、ADC
およびDAC回路とIC181のすべてを搭載し、すべてが単一
の基板上で相互接続することも可能である。アナログ信
号を処理するスマートカードのためのカード・リーダ
は、アナログ信号をスマートカードに結合させる。これ
らおよび他の変更も本発明の以下の請求の範囲に包含す
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−175025（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−150333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−183888（ＪＰ，Ａ) 米国特許4993066（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開562295（ＥＰ，Ａ １) 英国特許出願公開2261580（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/10 H04N 7/14 - 7/173 H04N 7/20 - 7/22

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれ第一および第二のビデオ番組を表
    す第一および第二の信号成分を含むビデオ信号の供給ソ
    ースであって、前記第一および第二の信号成分は、前記
    個別のそれぞれのビデオ番組を識別し、前記番組にアク
    セスを可能にするための制御情報を含む供給ソースと、 前記ビデオ信号を第一のスマートカードの入力に結合さ
    せ、前記第１のスマートカードにより発生された出力信
    号を第二のスマートカードの入力に結合させ、前記第二
    のスマートカードによって形成された出力信号を受ける
    結合手段であって、前記第一のスマートカードからの前
    記出力信号は前記ビデオ信号に応答して形成され、前記
    第二のスマートカードからの前記出力信号は前記第一の
    スマートカードからの前記出力信号に応答して形成され
    ている、結合手段と、 前記第二のスマートカードからの前記出力信号に応答し
    て、画像ディスプレイ装置と結合するのに適した信号を
    供給し、前記第一のビデオ番組を表す第一の画像部分と
    前記第二のビデオ番組を表す第二の画像部分とを含む画
    像を形成する手段と を備えることを特徴とするビデオ信号処理システム。
  2. 【請求項２】前記ビデオ信号の前記第一および第二の信
    号成分はそれぞれ第一および第二のスクランブルされた
    信号成分を備え、 前記第一のスマートカードからの出力信号は、前記第一
    のビデオ番組を表す第一のデスクランブルされた信号成
    分を含み、かつ前記第二のスクランブルされた信号成分
    を含んでおり、 前記第二のスマートカードからの前記出力信号は、前記
    第一のデスクランブルされた信号成分を含み、かつ前記
    第二のビデオ番組を表す第二のデスクランブルされた信
    号成分を含んでいる ことを特徴とする前記第一および第二のスマートカード
    を含む請求項１に記載のビデオ信号処理システム。
  3. 【請求項３】各前記第一および第二のスマートカード
    は、 複数の信号を処理するための前記スマートカードに搭載
    されたICに含まれる信号プロセッサと、 前記スマートカードの表面に配置され、前記ICに前記複
    数の信号を結合させる複数の端子と、 入力データ信号と、前記入力データ信号とは別の方向に
    進む出力データ信号と、および制御信号とを含む前記複
    数の信号を備え、 前記複数のそれぞれの信号は、前記複数の端子のそれぞ
    れ１つに結合されており、 前記IC中に含まれた前記信号プロセッサは前記入力デー
    タ信号を前記制御信号に含まれる制御情報に応答して処
    理し、前記出力データ信号を発生する ことを特徴とする請求項２に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  4. 【請求項４】前記複数の信号はさらにタイミング信号を
    備え、 前記ICに含まれた前記信号プロセッサは、前記タイミン
    グ信号に応答して前記入力データ信号を第一のデータレ
    ートで処理して、第一のデータレートで出力データ信号
    を形成する ことを特徴とする請求項３に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  5. 【請求項５】前記第一のデータレートは10メガヘルツよ
    りも大きい ことを特徴とする請求項４に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  6. 【請求項６】前記制御信号は双方向信号であり、 前記入力データ信号および前記出力データ信号は一方向
    信号である ことを特徴とする請求項５に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  7. 【請求項７】前記複数の端子は、 ISO規格7816−２に従って前記スマートカードの前記表
    面に配置される ことを特徴とする請求項６に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  8. 【請求項８】前記スマートカードは、 ISO規格7816−１によるメカニカル特性を示す ことを特徴とする請求項７に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  9. 【請求項９】前記ICに含まれた前記信号プロセッサは、 前記タイミング信号に応答して前記制御信号を第二のデ
    ータレートで処理し、 前記入力データ信号の処理を制御する ことを特徴とする請求項８に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  10. 【請求項１０】前記第一のデータレートは、 前記第二のデータレートよりも大きい ことを特徴とする請求項９に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  11. 【請求項１１】前記ICは、 前記タイミング信号を受けるように結合され、 第一のデータレートに関連した第一の周波数で、前記信
    号プロセッサによる前記入力データ信号の処理を制御す
    る第一の信号を生成し、 前記第二のデータレートに関連した第二の周波数で、前
    記信号プロセッサによる前記制御信号の処理を制御する
    第二の信号を生成する 分周器を含むことを特徴とする請求項10に記載のビデオ
    信号処理システム。
  12. 【請求項１２】前記ビデオ信号の前記供給ソースは、 複数のビデオ信号から前記ビデオ信号に同調させるチュ
    ーナを備える ことを特徴とする請求項１に記載のビデオ信号処理シス
    テム。
  13. 【請求項１３】前記ビデオ信号の前記供給ソースは、 前記第一のビデオ番組を表すとともに、前記第一の信号
    成分を含む第一の信号を形成する手段と、 前記第二のビデオ番組を表すとともに、前記第二の信号
    成分を含む第二の信号を形成する手段と、 前記第一および第二のビデオ番組を表す前記第一および
    第二の信号を組み合わせて、前記第一および第二の信号
    成分を有する前記ビデオ信号を発生する手段と を備えることを特徴とする請求項１に記載のビデオ信号
    処理システム。
  14. 【請求項１４】第一のスマートカード内でビデオ信号を
    処理して第一の処理された信号を形成するステップであ
    って、前記ビデオ信号は、前記個別のそれぞれのビデオ
    番組を識別し、前記番組にアクセスを可能にするための
    制御情報を含む第一と第二の信号成分を含んでいるステ
    ップと、 前記第一の処理された信号を第二のスマートカード内で
    処理して第二の処理された信号を形成するステップと、 前記第二の処理された信号を処理して、前記第一のビデ
    オ番組を表す第一の画像部分と前記第二のビデオ番組を
    表す第二の画像部分を含む画像を生成するために、画像
    ディスプレイ装置に結合するのに適した画像信号を発生
    するステップと を備えることを特徴とする画像ディスプレイ装置に結合
    するのに適した信号を形成する方法。
  15. 【請求項１５】前記第一のスマートカード内でビデオ信
    号を処理するステップは、 前記ビデオ信号の前記第一の信号成分中に含まれる第一
    のスクランブルされた信号成分をデスクランブルするス
    テップ で構成されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記第二のスマートカード内で第一の処
    理された信号を処理するステップは、 前記ビデオ信号の前記第二の信号成分中に含まれる第二
    のスクランブルされた信号成分をデスクランブルするス
    テップ で構成されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
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