JPH11252064A - スクランブル装置及びスクランブル解除装置並びに記録媒体 - Google Patents

スクランブル装置及びスクランブル解除装置並びに記録媒体

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JPH11252064A
JPH11252064A JP10047983A JP4798398A JPH11252064A JP H11252064 A JPH11252064 A JP H11252064A JP 10047983 A JP10047983 A JP 10047983A JP 4798398 A JP4798398 A JP 4798398A JP H11252064 A JPH11252064 A JP H11252064A
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JP10047983A
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Shinichi Nakamura
伸一 中村
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全にスクランブル鍵を埋め込みながら、そ
の埋込／検出に長い時間を要さないスクランブル装置及
びスクランブル解除装置を提供する。 【解決手段】 スクランブル装置１は、所定の複数の疑
似ランダム信号からスクランブル鍵ｎによりＰＮ１n を
選択するＰＮ１n 選択器３、スペクトル整形器５、オー
ディオ信号とスペクトル整形されたＰＮ１n とを加算す
る加算器７、スクランブル鍵ｎにより疑似ランダム信号
ＰＮ２n を発生するＰＮ２n 発生器９、オーディオ信号
をスクランブルするスクランブル回路１１とを備える。
スクランブル解除装置３１は、入力データ信号に埋め込
まれたＰＮ１n を検出してスクランブル鍵ｎを出力する
ＰＮ１n 検出器３３、スクランブル鍵ｎに基づいて疑似
ランダム信号ＰＮ２n を生成するＰＮ２n 発生器３５、
ＰＮ２n に基づいてスクランブルを解除するデスクラン
ブル回路３７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有線／無線の配信
システム、ディスク記録再生システム、ＤＶＤ機器等に
好適なオーディオや映像等のコンテンツの著作権を保護
するスクランブル装置及びスクランブル解除装置並びに
スクランブルされた信号を記録した記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のデジタル技術の進歩によりデジタ
ル放送、オーディオや映像信号を記録したＣＤ、ＤＶＤ
あるいはデジタルＶＴＲ等が広く普及してきた。デジタ
ル伝送及びデジタル記録は、その高品質、誤り訂正が可
能で品質の劣化がない等の特徴の故に、その内容（コン
テンツ）の著作権を保護し、条件を付して開示する事が
望まれている。
【０００３】このような目的で、不正な視聴や不正なデ
ータ利用に対してコンテンツを隠蔽するスクランブル技
術がある。これは、疑似ランダム信号によりオーディオ
信号或いは、映像信号をビット毎、或いはサンプル毎に
入れ替えたり（シャッフル）、疑似ランダム信号を掛け
（スクランブル）たりして、信号を隠蔽、或いはノイズ
信号とするものである。
【０００４】この疑似ランダム信号は、ランダム信号に
似た統計的性質を有する信号であり、スクランブル鍵デ
ータに基づいて数学的又は論理的に再現可能な生成法に
より生成される。そして、スクランブルを解くために、
このスクランブル鍵データはオーディオ或いは映像信号
と共に、伝送、或いは記録フォーマットの中で十分隠蔽
保護されて伝送、記録される。受信側または再生側にお
いては、認証された機器のみがスクランブル鍵を解読で
き、スクランブルを解くことが出来る。
【０００５】もし、認証されていない機器が信号を再生
してもスクランブルを解くことが出来ず、ほとんどノイ
ズ信号となるか、或いは著しく劣化した信号しか得られ
ず、伝送又は記録された信号（コンテンツ）の保護をす
る事が出来る。
【０００６】スクランブル鍵は、スクランブルされたデ
ータとは分離しておく方が安全性の点から好ましいが、
データの伝送経路とは別に鍵のための伝送経路が必要と
なり、システム構成が複雑となる。そのため、一般には
スクランブル鍵とスクランブルされたデータは同時に伝
送或いは記録されるが、その場合出来るだけ鍵は隠蔽す
るため何らかの暗号化がなされる場合もある。
【０００７】ところで、このようにスクランブルされた
データと、そのスクランブルを解く鍵を同時に伝送ある
いは記録した場合、フォーマット上、スクランブルされ
たデータと、スクランブル鍵とは容易に分離でき、鍵を
入手しようとする攻撃には弱いという難点がある。
【０００８】一方、著作権保護のためのコピー保護フラ
グ（ＣＧＭＳ）を信号に埋め込むために用いられるウォ
ーターマーク技術がある。ウォーターマーク技術は電子
透かし技術とも呼ばれ、オーディオ信号にウォーターマ
ーク技術を適用した従来例について図８を参照して説明
する。
【０００９】オーディオ信号中に埋め込む情報は、スペ
クトル拡散拡散器１０１によりオーディオ信号スペクト
ル中に拡散する。聴覚特性を利用するためスペクトル整
形器１０５によりスペクトルを整形し、この整形された
信号とオーディオ信号とを加算器１０７により加算す
る。スペクトル拡散するには、簡単には埋込情報にＰＮ
発生器１０３で発生した疑似ランダム信号を掛けること
により広帯域に拡散されたノイズ信号となる。また、オ
ーディオ信号に加算する場合、常にオーディオ信号スペ
クトルの一定レベル以下となるようにする。
【００１０】こうすることで、マスキング効果の働きに
より聴覚上の劣化はほとんどなくなる。埋め込まれた情
報を検出する場合、埋込に使用された疑似ランダム信号
と同じ疑似ランダム信号をＰＮ発生器１１３により発生
し、この疑似ランダム信号と受信信号または再生信号と
の相関係数を相関器１１１により計算し、データ判別器
１１５でデータを判別する。
【００１１】相関係数の計算にあたっては、オーディオ
信号はノイズとして働く。それ故、相関係数が十分な信
頼性を有する程度のＳ／Ｎを確保するには十分な積分時
間が必要である。次の式（１）に相関係数の計算式の例
を示す。
【００１２】
【数１】 ここで、Ｃｏｒ．：相関係数 Ａ（ｎ）：オーディオ信号 Ｐ（ｎ）：疑似ランダム信号 である。
【００１３】例えば、埋め込みレベルがオーディオ信号
に対し−３０ｄＢ、相関係数がＳ／Ｎ＝２０ｄＢが必要
とすると、積分による利得５０ｄＢが必要となり、この
ためには１０００００サンプルのオーディオ信号が必要
となる。
【００１４】 ５０＝１０log10Ｎ → Ｎ＝１０００００
【００１５】疑似ランダム信号が存在するかどうかがフ
ラグ１ビットに相当するので、上記の埋め込み／検出条
件であれば、１ビットの検出にサンプリング周波数を４
８ｋＨｚとすると２秒以上かかることになる。一般的に
ＣＧＭＳとしてコピー可能、不許可等を示す２ビットの
フラグであり、その検出に数十秒かかっても問題ないと
されてる。
【００１６】送信装置または記録装置において、このよ
うにして埋め込まれたＣＧＭＳフラグは、ＣＧＭＳフラ
グを別の手段で伝送する必要がなく、またアナログ信号
になっても残存するので、従来のＣＧＭＳフラグ伝送に
よる制御より遙かに確実である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらスペクト
ル拡散技術で数ビットの鍵情報をデータに埋め込むには
一般に多くの時間がかかる。すなわち、上記のように１
ビットの情報を埋め込む場合であっても数秒かかるとす
れば、ｍビットの鍵データを埋め込むには、そのｍ倍の
時間がかかるという問題点があった。
【００１８】また、複数のビットを同時に埋め込むこと
も考えられるが、同時に埋め込まれる疑似ランダム信号
は、オーディオ信号にとってはノイズであり、音質劣化
の影響は大きくなるという問題点があった。
【００１９】［発明の目的］以上の問題点に鑑み本発明
の目的は、スクランブル鍵をより安全に伝送できるとと
もに、特別なスクランブル鍵伝送路を必要としないスク
ランブル装置及びスクランブル解除装置を提供すること
にある。
【００２０】特に、スクランブル鍵をスペクトル拡散技
術によりデータ中に埋め込み、そのスクランブル鍵によ
りオーディオや映像信号等のコンテンツをスクランブル
するスクランブル装置及びこのスクランブルを解除する
スクランブル解除装置を提供することにある。
【００２１】また本発明の目的は、スクランブル鍵とし
て数ビットを埋め込みながら、その埋込／検出に長い時
間を要さない、スクランブル装置及びスクランブル解除
装置を提供することにある。
【００２２】さらに本発明の目的は、スクランブル鍵を
入手しようとする攻撃に対して強くかつスクランブル鍵
の検出に長時間を要さないスクランブル技術によりオー
ディオや映像信号等のコンテンツをスクランブルした記
録媒体を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、予め決められた複数の疑似ランダム信号か
ら第１の疑似ランダム信号を選択する選択手段と、前記
選択された第１の疑似ランダム信号を入力データ信号に
埋め込む埋込手段と、前記第１の疑似ランダム信号に関
連する情報を鍵データとし、当該鍵データに基づいて第
２の疑似ランダム信号を生成する疑似ランダム信号生成
手段と、前記生成された第２の疑似ランダム信号により
前記入力データ信号をスクランブルするスクランブル手
段と、を備えたことを要旨とするスクランブル装置であ
る。
【００２４】また本発明は、予め決められた複数の疑似
ランダム信号から選択して入力データ信号に埋め込まれ
た第１の疑似ランダム信号を検出する疑似ランダム信号
検出手段と、前記検出された第１の疑似ランダム信号に
関連する情報である鍵データを生成する鍵データ生成手
段と、前記鍵データに基づいて第２の疑似ランダム信号
を生成する疑似ランダム信号生成手段と、前記生成され
た第２の疑似ランダム信号により前記入力データ信号の
スクランブルを解除するデスクランブル手段と、を備え
たことを要旨とするスクランブル解除装置である。
【００２５】また本発明は、予め決められた複数の疑似
ランダム信号から選択された第１の疑似ランダム信号が
データ信号に埋め込まれているとともに、前記第１の疑
似ランダム信号に関連する情報を鍵データとし、当該鍵
データに基づいて生成された第２の疑似ランダム信号に
よりスクランブルされたデータ信号を記録したことを要
旨とする記録媒体である。
【００２６】さらに本発明においては、スクランブル装
置側で第１の疑似ランダム信号の位相と所定の位相関係
を有する予め決められた第３の疑似ランダム信号をさら
にデータ信号に埋め込むことにより、スクランブル解除
装置側で第３の疑似ランダム信号の位相検出を介して第
１の疑似ランダム信号の検出を高速化することができ
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の原理を説明
するためのスクランブル装置及びスクランブル解除装置
の概略構成を示すブロック図（ａ）および原理説明図
（ｂ）である。スクランブル対象のコンテンツとして
は、デジタルオーディオ信号（以下、単にオーディオ信
号と略す）を例に説明しているが、これに限定されるこ
とはない。
【００２８】図１（ａ）において、スクランブル装置１
は、外部から与えられるスクランブル鍵ｎに従って予め
決められた複数（Ｎ個）の疑似ランダム信号ＰＮ１0 〜
ＰＮ１N-1 の中から一つの第１の疑似ランダム信号ＰＮ
１n を選択して出力するＰＮ１n選択器３、ＰＮ１n の
スペクトルをオーディオ信号のスペクトルに比べて一定
以下に整形するスペクトル整形器５、オーディオ信号に
スペクトル整形器５の出力を加算する加算器７、スクラ
ンブル鍵ｎに基づいて第２の疑似ランダム信号ＰＮ２n
を発生するＰＮ２n 発生器９、及びＰＮ２n に基づいて
オーディオ信号をスクランブルするスクランブル回路１
１を備えている。
【００２９】スクランブル装置１によりＰＮ１n が埋め
込まれ、スクランブルされたオーディオ信号は、符号２
１で示された伝送路又は記録媒体を介して、スクランブ
ル解除装置３１により受信または再生される。
【００３０】この符号２１が示す伝送路または記録媒体
は、有線及び無線の伝送路及び放送系統、ＣＤ，ＤＶ
Ｄ、デジタルビデオテープ等が考えられる。
【００３１】スクランブル解除装置３１は、オーディオ
信号に埋め込まれた疑似ランダム信号ＰＮ１n を検出
し、検出された疑似ランダム信号に対応するスクランブ
ル鍵ｎを出力するＰＮ１n 検出器３３、スクランブル鍵
ｎに基づいて疑似ランダム信号ＰＮ２n を発生するＰＮ
２n 発生器３５、及びＰＮ２n に基づいてオーディオ信
号のスクランブルを解除するデスクランブル回路３７を
備えている。
【００３２】次に、図１（ａ），（ｂ）を参照して、埋
込み及びスクランブルの原理を説明する。まずスクラン
ブル対象のオーディオ信号は、その先頭部の例えば数秒
間の非スクランブル期間と、これ以降のスクランブル期
間に分けられる。非スクランブル期間には、ＰＮ１n 選
択器３で選択されたＰＮ１n をスペクトル整形器５でス
ペクトル整形したものが加算器７によりスペクトル拡散
して埋め込まれる。
【００３３】スクランブル期間のオーディオ信号はスク
ランブル鍵ｎに基づいてＰＮ２n 発生器９で発生された
ＰＮ２n に基づいてスクランブル回路１１によりスクラ
ンブルされる。スクランブル回路１１のスクランブル法
には、従来より知られたスクランブル法、例えば、特に
限定しないが、ビット毎またはサンプル毎にシャッフル
したり、直接疑似ランダム信号を掛けたりする方法が利
用可能である。
【００３４】受信側または再生側に設けられたスクラン
ブル解除装置３１は、まず、オーディオ信号の非スクラ
ンブル期間に埋め込まれたＰＮ１n をＰＮ１n 検出器３
３により検出し、この、ＰＮ１n 検出器３３が出力する
ＰＮ１n に対応するスクランブル鍵ｎに基づいて、ＰＮ
２n 発生器３５によりＰＮ２n を発生する。そしてＰＮ
２n に基づいてデスクランブル回路３７によりスクラン
ブル期間のオーディオ信号のスクランブルを解除する。
【００３５】［第１の実施形態］図２（ａ）は、本発明
に係るスクランブル装置及びスクランブル解除装置の第
１の実施形態を示すブロック図である。図２（ａ）が図
１（ａ）と異なる点は、スクランブル装置１のスペクト
ル整形器５の入力に第３の疑似ランダム信号である固定
疑似ランダム信号が追加されていること、及びスクラン
ブル解除装置３１のＰＮ１ｎ検出器３３がＰＮａ，ＰＮ
１ｎ検出器３９に置き換えられていることであり、その
他の構成は同じである。
【００３６】図２（ｂ）は、第１実施形態のスクランブ
ル鍵埋込及びスクランブルの概念図である。同図に示す
ように、オーディオ信号の先頭部には、非スクランブル
期間が設けられ、この期間に第３の疑似ランダム信号Ｐ
Ｎa と第１の疑似ランダム信号ＰＮ１n が埋め込まれ
る。そして非スクランブル期間に続くスクランブル期間
は、ＰＮ１n が示すスクランブル鍵ｎに基づいてスクラ
ンブルされる。
【００３７】次に、第１の実施形態の動作を説明する。
【００３８】まずスクランブル装置１によりオーディオ
信号にはスペクトル拡散技術を用いて、第３の疑似ラン
ダム信号ＰＮa と第１の疑似ランダム信号ＰＮ１n が埋
め込まれる。
【００３９】第３の疑似ランダム信号ＰＮa は、スクラ
ンブル鍵が埋め込まれているかどうかを示すフラグであ
り、所定の固定疑似ランダム信号である。一方、第１の
疑似ランダム信号ＰＮ１n は複数（Ｎ個）の予め決めら
れた疑似ランダム信号ＰＮ１0 〜ＰＮ１N-1 の中からＰ
Ｎ１n 選択器３により選択された一つの疑似ランダム信
号ＰＮ１n である。
【００４０】このとき、ＰＮa とＰＮ１n とは疑似ラン
ダム信号の長さを同じか或いは整数比とする。また埋め
込むに当たってはＰＮa とＰＮ１n の位相もまた同じか
或いは予め決められた位相関係を持つように規定され
る。
【００４１】予め決められたＮ個の疑似ランダム信号Ｐ
Ｎ１0 〜ＰＮ１N-1 のそれぞれに対してＮ個のスクラン
ブル鍵０〜Ｎ−１のそれぞれが１対１対応しており、Ｐ
Ｎ１n に対してはそのうちの１つのスクランブル鍵ｎが
対応している。これにより、Ｎ個の疑似乱数ＰＮ１0〜
ＰＮ１N-1から１つのＰＮ１n を選択して第１の疑似乱
数としてデータに埋め込んで伝送又は記録することは、
ＰＮ１n に対応するスクランブル鍵ｎをデータに埋め込
んで伝送又は記録することとなる。
【００４２】そして、このスクランブル鍵ｎにより埋込
期間以降のオーディオ信号をスクランブルする。スクラ
ンブルの仕方は種々あるが、例えば、スクランブル鍵ｎ
に基づいてＰＮ２n 発生器９により第２の疑似ランダム
信号ＰＮ２n を発生し、その疑似ランダム信号ＰＮ２n
により、オーディオ信号を掻き混ぜたり、疑似ランダム
信号を掛けたりするスクランブル回路１１を用いる。
【００４３】スクランブルによりオーディオ信号はノイ
ズ信号となり、スクランブルを解かない限り聞くことは
困難となる。これにより内容を隠蔽することが可能とな
る。このように、スクランブル鍵が埋め込まれ、スクラ
ンブルされたオーディオ信号は記録媒体に記録、あるい
は伝送路を経由して伝送される。
【００４４】スクランブル解除装置３１においては、ま
ず、オーディオ信号中に埋め込まれたスクランブル鍵ｎ
を検出する。スクランブル鍵ｎの検出には、最初に、ス
クランブル鍵が埋め込まれたかどうかを示す第３の疑似
ランダム信号である固定疑似ランダム信号ＰＮa を検出
する。固定疑似ランダム信号ＰＮa 検出するにはオーデ
ィオ信号とＰＮa との相関をとる。
【００４５】ＰＮa はオーディオ信号より低いレベルで
埋め込まれているので十分な信頼のある検出をするには
十分長い時間にわたって積分する必要がある。通常数秒
の時間が必要となる。また、埋め込まれているＰＮa の
位相も不明なため位相の検出も必要である。このため、
考えられる位相についてすべて相関検出し、相関係数の
最も高い位相をＰＮa の位相として確立する。
【００４６】一旦、ＰＮa の位相が確定すると、ＰＮ１
n の検出を行う。ここで、ＰＮa の位相が分かれば、埋
め込み時の条件によりＰＮ１n の位相も分かる。そのこ
とにより、ＰＮ１n の検出においては位相確定のための
処理は不要であるが、しかしＰＮ１n のｎが不明である
ので可能性のあるＮ個の疑似ランダム信号ＰＮ１0〜Ｐ
Ｎ１N-1のそれぞれについて相関をとる必要がある。し
かしながら、ＰＮ１の長さをＭとした場合、Ｍ≫Ｎであ
れば、ＰＮ１n の検出は、ＰＮa の検出に比べ十分短期
間に検出できることになる。実際、スクランブル鍵を８
ビットとするとＮ＝２５６である。
【００４７】一方、ＰＮa 、ＰＮ１n の長さＭは、埋め
込まれたオーディオ信号から十分な信頼性で分離できる
だけの長さが必要がある。すなわち、誤ってオーディオ
信号をＰＮと判定する誤り確率を充分に下げることがで
きるＭの値を選択すべきであり、長ければ長いほどよい
が、その反面位相の数が増えるため、位相検出時間が延
長することとなる。この誤り確率と位相検出時間との兼
ね合いから、Ｍは少なくとも数千程度とする。
【００４８】それ故、Ｍ≫Ｎは十分満たされる。このよ
うに、ＰＮa はスクランブルがあるかどうかのフラグで
あると共に、スクランブル鍵の同期検出の為に、ＰＮ１
n はスクランブル鍵ｎの情報担体として使用される。
【００４９】図３は、より詳細なスクランブル鍵検出に
ついて説明するためのＰＮａ、ＰＮ１n 検出器３９の詳
細ブロック図である。同図において、ＰＮａ、ＰＮ１n
検出器（以下、ＰＮ検出器と呼ぶ）３９は、長さＭのシ
フトレジスタで構成されたレジスタ５１、入力信号とレ
ジスタ５１の出力とを加算してレジスタ５１へ出力する
加算器５３、ＰＮａおよびＰＮ0 〜ＰＮN-1 を発生する
ＰＮ発生器５５、レジスタ５１の出力とＰＮ発生器５５
の出力との相関係数を計算する相関器５７、ＰＮ検出器
３９の全体の制御およびＰＮ発生器５５が発生するＰＮ
を制御する相関制御部５９を備えている。
【００５０】ところで、伝送または記録された信号に埋
め込まれた疑似ランダム信号の検出のためには、疑似ラ
ンダム信号の位相が分からない場合、すべての可能性の
ある位相について相関を求める必要がある。そのため、
疑似ランダム信号の長さは出来るだけ短い方がよい。一
方、埋め込む疑似ランダム信号は数秒間の長期にわたっ
て相関をとらなければならないため、長くなければなら
ない。そのため、実際には一定の長さ（Ｍ）の疑似ラン
ダム信号を繰り返す。
【００５１】検出に当たっては、この周期性を利用し、
相関検出の前に、一旦、Ｍの長さで信号の畳み込みを行
い、長さＭのレジスタ５１に蓄積する。このとき、周期
性により、埋込み信号はオーディオ信号より相対的にレ
ベルが増強される。相関検出はレジスタ５１に蓄積され
たＭサンプルの信号に対して行われる。レジスタ５１か
らはＭ個のサンプルＡ（ｍ）が順次読み出され、検出し
ようとする疑似ランダム信号Ｐ（ｍ）がＰＮ発生器５５
より順次出力され、次の式（２）で示される相関係数Ｃ
ｏｒ．が計算される。
【００５２】
【数２】 畳み込みが終わると、疑似ランダム信号ＰＮa について
検出を行う。しかし、まだ位相が分からないため、長さ
Ｍに対応したＭ個のすべての位相について相関をとる必
要がある。そのため、Ａ（ｍ）から或いはＰ（ｍ）のい
ずれかの位相をずらした、式（３）を計算する。
【００５３】
【数３】 ここで、Ａ（ｍ＋ｋ）はレジスタ５１の呼び出しをｋサ
ンプルずらして読み出すことを意味する。Ｃｏｒ．
（ｋ）：ｋ＝０〜Ｍ−１についての最も相関係数が高い
Ｃｏｒ．（ｋ）を求め、その相関係数が疑似ランダム信
号が存在するとの十分な信頼を得る相関係数であれば、
求める疑似ランダム信号は存在しかつ、ｋは、その疑似
ランダム信号の位相を表していることになる。かくして
ＰＮa の存在と、その位相ｋが検出される。
【００５４】次に、ＰＮ１n を検出する。レジスタ５１
にはＰＮa と共にＰＮ１n も同時に畳み込みされ蓄積さ
れている。それ故、再びレジスタ５１から呼び出された
信号と、Ｎ個の疑似ランダム信号ＰＮ１ｊ（ｊ＝０〜Ｎ
−１）の相関係数を計算する。ここで、ＰＮa について
の位相ｋが分かっているので、ｋは固定し、ＰＮ発生器
５５はＰＮ１ｊを発生し、次の式（４）により相関係数
を求める。
【００５５】
【数４】 ＰＮ１ｊ：ｊ＝０〜Ｎ−１を順次発生し、それぞれの相
関係数Ｃｏｒ．（ｊ）を求め、相関係数Ｃｏｒ．（ｊ）
が最大となるｊがｎに等しいので、埋め込まれたＰＮ１
n を検出することが出来る。相関係数の判定、ＰＮ発生
器５５の制御、レジスタ５１からの呼び出しはすべて、
相関制御部５９により制御される。
【００５６】これにより、検出結果としてｎを出力す
る。このｎをそのままスクランブル鍵として使うことも
できるし、秘匿性を高めるために、ｎを元に何らかの変
換をし、スクランブル鍵を得ることも出来る。
【００５７】ＰＮ発生器５５はＰＮa 及びＰＮ１０〜Ｐ
Ｎ１Ｎ−１を発生しなければならない。それらをメモリ
ー等に予め記憶して呼び出すこともできるが、ＰＮ系列
は、種となるより短いデータ（例えば、Ｍ系列の初期
値）から演算により発生することが出来るので、一般に
は、より短い種データが必要数だけ保持される。
【００５８】図４は、ＰＮａの位相検出の動作を説明す
るフローチャートである。図４において、まず、非スク
ランブル期間の受信信号または再生信号を長さＭのシフ
トレジスタであるレジスタ５１を巡回シフトさせながら
巡回的に足し込むことにより畳み込みを行う。畳み込み
の結果はレジスタ５１に保持される（ステップＳ１０
１）。
【００５９】次いで、計算のための初期設定を行う。こ
のときレジスタの読出し制御パラメータ（桁）をｍ、Ｐ
Ｎａの位相を求めるための変数をｋ、Ｍ個の相関係数Ｃ
ｏｒ．（ｋ）：ｋ＝０〜Ｍ−１のための記憶領域をＣｏ
ｒ．（ｋ）とし、それぞれ０に初期化する（ステップＳ
１０３）。
【００６０】次いで、レジスタ５１から１サンプルずつ
Ａ（ｍ＋ｋ）を読出し（ステップＳ１０５）、ＰＮ発生
器３９からＰＮａ系列の各要素信号であるＰ（ｍ）を発
生する（ステップＳ１０７）。このステップＳ１０５及
びＳ１０７は、同時でもよいし、順序が入れ換えられて
もよく、次のステップＳ１０９に両者の値が供給できれ
ばよい。
【００６１】次いで、Ｃｏｒ．（ｋ）＋Ａ（ｍ＋ｋ）・
Ｐ（ｍ）を計算して結果をＣｏｒ．（ｋ）に格納し（ス
テップＳ１０９）、レジスタの読出し制御パラメータｍ
を１だけ増加させ（ステップＳ１１１）、最終サンプル
まで読み出したか否かを判定する（ステップＳ１１
３）。ステップＳ１１３の判定でＮＯならば、ステップ
Ｓ１０５から繰り返す。
【００６２】ステップＳ１１３の判定でＹＥＳならば、
位相ｋに対応する相関係数Ｃｏｒ．（ｋ）の計算が終わ
ったので、ｋを１だけ増加させ（ステップＳ１１５）、
ｋがＭに達したか否かを判定する（ステップＳ１１
７）。ｋ≠Ｍならば、まだ計算すべき相関係数があるの
で、ステップＳ１０５へ分岐する。
【００６３】ｋ＝Ｍなら全ての相関係数が求め終わった
ので、Ｃｏｒ．（０）〜Ｃｏｒ．（Ｍ−１）の中から最
大となるＣｏｒ．（ｋ）及びｋの値を求め（ステップＳ
１１９）、Ｃｏｒ．（ｋ）が所定の判別値より大きいか
どうかを判定する（ステップＳ１２１）。Ｃｏｒ．
（ｋ）が所定の判別値を超えなければ、何らかの障害が
考えられるのでＥＲＲＯＲ処理へ分岐する。ＥＲＲＯＲ
処理では、所定回数の再試行を行ってもよい。
【００６４】Ｃｏｒ．（ｋ）が所定の判別値を超えてい
れば、ＰＮａは正しく検出され、その位相はステップＳ
１１９で求めたｋであると確定し（ステップＳ１２
３）、処理を終了する。
【００６５】図５はＰＮ１n の検出の動作を説明するフ
ローチャートである。
【００６６】まず、ＰＮａの位相を示すｋの値、及びレ
ジスタ５１の値は保持された状態で初期設定、ｍ＝０、
Ｃｏｒ．（ｊ）＝０：ｊ＝０〜Ｎ−１、ｊ＝０が行われ
る（ステップＳ２０１）。ここでレジスタ５１の内容
は、畳み込まれた信号が残っている。
【００６７】次いで、レジスタ５１から１サンプルずつ
Ａ（ｍ＋ｋ）を読出し（ステップＳ２０３）、ＰＮ発生
器３９から疑似ランダム信号ＰＮ１j の各要素信号であ
るＰｊ（ｍ）を発生する（ステップＳ２０５）。このス
テップＳ２０３及びＳ２０５は、同時でもよいし、順序
が入れ換えられてもよく、次のステップＳ２０７に両者
の値が供給できればよい。
【００６８】次いで、Ｃｏｒ．（ｊ）＋Ａ（ｍ＋ｋ）・
Ｐｊ（ｍ）を計算して結果をＣｏｒ．（ｊ）に格納し
（ステップＳ２０７）、レジスタの読出し制御パラメー
タｍを１だけ増加させ（ステップＳ２０９）、最終サン
プルまで読み出したか否かを判定する（ステップＳ２１
１）。ステップＳ２１１の判定でＮＯならば、ステップ
Ｓ２０３から繰り返す。
【００６９】ステップＳ２１１の判定でＹＥＳならば、
ＰＮ１j に対応する相関係数Ｃｏｒ．（ｊ）の計算が終
わったので、ｊを１だけ増加させ（ステップＳ２１
３）、ｊがＮに達したか否かを判定する（ステップＳ２
１５）。ｊ≠Ｎならば、別の疑似ランダム信号候補に対
する相関係数計算が残っているので、ステップＳ２０３
へ分岐する。
【００７０】ｊ＝Ｎなら全ての疑似ランダム信号の候補
に対する相関係数が求め終わったので、Ｃｏｒ．（０）
〜Ｃｏｒ．（Ｎ−１）の中から最大となるＣｏｒ．
（ｊ）及びｊの値を求め（ステップＳ２１７）、Ｃｏ
ｒ．（ｊ）が所定の判別値より大きいかどうかを判定す
る（ステップＳ２１９）。Ｃｏｒ．（ｊ）が所定の判別
値を超えなければ、何らかの障害が考えられるのでＥＲ
ＲＯＲ処理へ分岐する。ＥＲＲＯＲ処理では、所定回数
の再試行を行ってもよい。
【００７１】Ｃｏｒ．（ｊ）が所定の判別値を超えてい
れば、ＰＮ１j が求める疑似ランダム信号であり、ＰＮ
１ｎ＝ＰＮ１j 、或いはスクランブル鍵ｎ＝ｊであると
確定し（ステップＳ２２１）、処理を終了する。
【００７２】図６は処理の時間の流れを示したものであ
る。まず、疑似ランダム信号の周期性を利用した畳み込
みを行う。これには、埋め込み信号をオーディオ信号か
ら分離できるよう十分な時間、例えば数秒の時間（Ｌサ
ンプル）を要する。次に、ＰＮa の検出と位相の検出す
なわち同期検出が同時に行われる。疑似ランダム信号の
長さがＭであれば、Ｍ回の相関係数の演算が行われる。
ここで、同期が確立し、次にＰＮｎの検出が行われる。
ここではＮ回の相関係数の演算が行われる。一般にＬ≫
Ｍ≫Ｎであり、１ビットの埋め込み信号の検出時間は
（ＰＮ畳み込み＋ＰＮa 位相検出）≒（ＰＮ畳み込み＋
ＰＮa 位相検出＋ＰＮ１n 検出）となるので、従来のス
ペクトル拡散技術により埋め込まれた１ビットの検出時
間と同程度の検出時間でスクランブル鍵ｎ（０≦ｎ≦Ｎ
−１）を検出することができる。
【００７３】以上説明した第１の実施形態においては、
スクランブル装置側で、所定の第３の疑似ランダム信号
ＰＮａと、ＰＮａと一定の位相関係にある予め決められ
た複数の疑似ランダム信号ＰＮ１0 〜ＰＮ１N-1 の中か
ら選択された第１の疑似ランダム信号ＰＮ１n とを同時
並列的に処理対象信号に埋め込んだので、スクランブル
解除装置側で、所定のＰＮａを検出することにより埋め
込まれた疑似ランダム信号の位相を容易に検出すること
ができ、この検出された位相に基づいてＰＮ１n が容易
に検出することができる。従ってスクランブル解除装置
側での疑似ランダム信号検出のための計算量が少なくて
済み、スクランブル鍵を入手するまでの時間を短縮する
ことができる。
【００７４】［第２の実施形態］図７は第２の実施形態
における埋込及びスクランブルの概念を示す図である。
オーディオ信号にはスペクトル拡散技術により、第３の
疑似ランダム信号ＰＮaと第１の疑似ランダム信号ＰＮ
１n が順次埋め込まれる。第１の実施形態との相違は、
第１の実施形態がＰＮa とＰＮ１n とを同時に埋め込ん
でいたのに対して、本実施形態ではＰＮa を埋め込んだ
後に、ＰＮ１n を埋め込んでいる。第２の実施形態のス
クランブル装置及びスクランブル解除装置の構成は、図
２（ａ）に示したブロック図と同様である。
【００７５】第３の疑似ランダム信号ＰＮa は鍵が埋め
込まれているかどうかを示すフラグで固定疑似ランダム
信号である。一方、ＰＮ１n は複数の疑似ランダム信号
ＰＮ0〜ＰＮN-1の中から選択されたＰＮ１n である。
【００７６】このとき、埋め込むに当たってはＰＮa と
ＰＮ１n の位相が同じか或いは予め決められた位相関係
を持つように規定される。ＰＮ0〜ＰＮN-1に対してＮ個
のスクランブル鍵Ｋ0〜ＫN-1が１対１にそれぞれ対応し
ており、ｎに対してはそのうちの１つのスクランブル鍵
ｎ が対応している。
【００７７】そのスクランブル鍵ｎによりオーディオ信
号をスクランブルする。スクランブルの仕方は種々ある
が、例えば、スクランブル鍵ｎを元に第２の疑似ランダ
ム信号ＰＮ２n を発生し、その疑似ランダム信号ＰＮ２
n により、オーディオ信号を掻き混ぜたり、疑似ランダ
ム信号を掛けたりする方法が知られている。スクランブ
ルによりオーディオ信号はノイズ信号となり、スクラン
ブルを解かない限り聞くことは困難となる。これにより
内容を隠蔽することが可能となる。このように、スクラ
ンブル鍵が埋め込まれ、スクランブルされたオーディオ
信号は記録媒体に記録、あるいは伝送路を経由して伝送
される。
【００７８】スクランブル解除装置３１においては、ま
ず、オーディオ信号中に埋め込まれたスクランブル鍵を
検出する。まず、スクランブル鍵が埋め込まれたかどう
かを示す固定疑似ランダム信号ＰＮa を検出する。検出
するにはオーディオ信号とＰＮa との相関をとる。考え
られる位相についてすべて相関検出し、相関係数の最も
高い位相をＰＮa の位相として確立する。一旦、ＰＮa
の位相が確定すると、次にＰＮ１n の検出を行う。ここ
で、ＰＮa の位相が分かれば、埋め込み時の条件により
ＰＮ１n の位相も分かる。そのことにより、ＰＮ１n の
検出においては位相確定のための処理は不要である。し
かしＰＮ１n のｎが不明であるので可能性のあるＮ個の
ＰＮ１0 〜ＰＮ１N-1 について相関をとり、最も確から
しいＰＮ１n を特定する。
【００７９】本実施形態の場合、ＰＮa とＰＮ１n とを
順次埋め込んでいるので、埋め込み期間としては第１実
施形態より長い期間が必要となるが、いずれの時間も１
つの疑似ランダム信号しか埋め込まれておらず、オーデ
ィオ信号への影響は最小に押さえられ、再生時の音質劣
化は、第１の実施形態に比べてさらに小さくなる。
【００８０】［第３の実施形態］第３の実施形態の構成
を示すブロック図は図１と同じである。本実施形態で
は、第１、第２の実施形態で用いた第３の疑似ランダム
信号ＰＮa を用いず、複数の疑似ランダム信号ＰＮ１0
〜ＰＮ１N-1の中から選択されたＰＮ１n のみがオーデ
ィオ信号に埋め込まれる。
【００８１】このとき、Ｎ個の疑似ランダム信号ＰＮ１
0〜ＰＮ１N-1のそれぞれに対してＮ個のスクランブル鍵
０〜Ｎ−１がそれぞれ１対１対応しており、ＰＮ１n に
対してはそのうちの１つのスクランブル鍵ｎが対応して
いる。スクランブル装置１は、そのスクランブル鍵ｎに
よりオーディオ信号をスクランブルする。
【００８２】スクランブルの仕方は種々あるが、例え
ば、スクランブル鍵ｎを元に第２の疑似ランダム信号Ｐ
Ｎ２n を発生し、その疑似ランダム信号により、オーデ
ィオ信号を掻き混ぜたり、疑似ランダム信号を掛けたり
する方法が知られている。スクランブルによりオーディ
オ信号はノイズ信号となり、スクランブルを解かない限
り聞くことは困難となり、またその内容も隠蔽すること
が可能となる。このように、スクランブル鍵が埋め込ま
れ、スクランブルされたオーディオ信号は記録媒体に記
録、あるいは伝送路を経由して伝送される。
【００８３】スクランブル解除装置３１においては、今
度は全てのＰＮ１n の候補について埋め込まれたかどう
かを検出する必要がある。また、位相についても、全て
の候補について調べる必要がある。そのため、第１の実
施形態に比べて、多くの位相検出の計算を行わなければ
ならない。
【００８４】しかしながら、埋め込み疑似ランダム信号
は１つで済み、オーディオ信号の劣化等の影響を低く押
さえることが出来る。また、スクランブル鍵の検出によ
り多くの処理が必要であるにもかかわらず、スクランブ
ル鍵を埋め込む期間は、１つの疑似ランダム信号を検出
するに必要な期間でよく、第１の実施形態と同じであ
る。
【００８５】以上本発明をオーディオ信号に適用した実
施の形態を説明したが、これらは本発明を限定するもの
ではない。例えばコンテンツとして映像信号にも本発明
は適用可能であり、さらにコンテンツが有線／無線の通
信路を介して伝送される場合、及び記録媒体に記録して
流通される場合のいずれにも適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
クランブル鍵をオーディオ信号等のコンテンツに埋め込
むことが出来ると共に、スクランブル鍵を短時間で検出
できるスクランブル装置及びスクランブル解除装置並び
に記録媒体を提供することができる。
【００８７】また本発明によれば、１つまたは２つの疑
似ランダム信号を埋め込めばよく、オーディオ信号等の
コンテンツの品質劣化の影響も小さくてすむという効果
がある。
【００８８】また、一般に、スクランブル鍵を埋め込む
コンテンツの部分には、スクランブルを掛けられない。
そのため、スクランブル鍵は出来る限り短い期間に埋め
込むことが必要である。
【００８９】ところで、本発明によれば、複数ビットの
スクランブル鍵の埋め込みでありながら、従来のスペク
トル拡散技術のよる１ビット相当の埋め込み期間しか必
要とせず、スクランブル鍵埋込に利用される非スクラン
ブル期間を効果的に利用し、非スクランブル期間を短縮
することができる。
【００９０】また、スクランブル鍵を伝送するためのフ
ォーマット上の領域も必要とせず、伝送路もシンプルと
なる。また、スクランブル鍵もコンテンツの信号中に埋
め込まれたことにより、伝送路上にスクランブル鍵が露
出しておらず、秘匿性が高まりより安全となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクランブル装置及びスクランブ
ル解除装置の原理を示すブロック図（ａ）及びスクラン
ブル概念図（ｂ）である。
【図２】第１実施形態のスクランブル装置及びスクラン
ブル解除装置の構成を示すブロック図（ａ）、及び同ス
クランブル装置における埋込及びスクランブルの概念図
（ｂ）である。
【図３】第１実施形態のスクランブル解除装置の要部を
示す詳細ブロック図である。
【図４】第１実施形態のスクランブル解除装置の動作を
説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態のスクランブル解除装置の動作を
説明するフローチャートである。
【図６】第１実施形態のスクランブル解除装置の処理時
間の流れを説明する図である。
【図７】第２実施形態のスクランブル装置及びスクラン
ブル解除装置における埋込及びスクランブルの概念図で
ある。
【図８】従来のウォーターマーク技術における埋込及び
検出の概略説明図である。
【符号の説明】
１…スクランブル装置、３…ＰＮ１n 選択器、５…スペ
クトル整形器、７…加算器、９…ＰＮ２n 発生器、１１
…スクランブル回路、２１…伝送路又は記録媒体、３１
…スクランブル解除装置、３３…ＰＮ１n 検出器、３５
…ＰＮ２n 発生器、３７…デスクランブル回路。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予め決められた複数の疑似ランダム信号
    から第１の疑似ランダム信号を選択する選択手段と、 前記選択された第１の疑似ランダム信号を入力データ信
    号に埋め込む埋込手段と、 前記第１の疑似ランダム信号に関連する情報を鍵データ
    とし、当該鍵データに基づいて第２の疑似ランダム信号
    を生成する疑似ランダム信号生成手段と、 前記生成された第２の疑似ランダム信号により前記入力
    データ信号をスクランブルするスクランブル手段と、 を備えたことを特徴とするスクランブル装置。
  2. 【請求項２】 予め決められた複数の疑似ランダム信号
    から選択して入力データ信号に埋め込まれた第１の疑似
    ランダム信号を検出する疑似ランダム信号検出手段と、 前記検出された第１の疑似ランダム信号に関連する情報
    である鍵データを生成する鍵データ生成手段と、 前記鍵データに基づいて第２の疑似ランダム信号を生成
    する疑似ランダム信号生成手段と、 前記生成された第２の疑似ランダム信号により前記入力
    データ信号のスクランブルを解除するデスクランブル手
    段と、 を備えたことを特徴とするスクランブル解除装置。
  3. 【請求項３】 予め決められた複数の疑似ランダム信号
    から選択された第１の疑似ランダム信号がデータ信号に
    埋め込まれているとともに、前記第１の疑似ランダム信
    号に関連する情報を鍵データとし、当該鍵データに基づ
    いて生成された第２の疑似ランダム信号によりスクラン
    ブルされたデータ信号を記録したことを特徴とする記録
    媒体。
  4. 【請求項４】 予め決められた複数の疑似ランダム信号
    から第１の疑似ランダム信号を選択する選択手段と、 前記選択された第１の疑似ランダム信号に関連する情報
    を鍵データとし、当該鍵データに基づいて第２の疑似ラ
    ンダム信号を生成する疑似ランダム信号生成手段と、 前記第１の疑似ランダム信号及び当該第１の疑似ランダ
    ム信号の位相と所定の位相関係を有する予め決められた
    第３の疑似ランダム信号を入力データ信号に埋め込む埋
    込手段と、 前記生成された第２の疑似ランダム信号により前記入力
    データ信号をスクランブルするスクランブル手段と、 を備えたことを特徴とするスクランブル装置。
  5. 【請求項５】 入力データ信号に埋め込まれた予め決め
    られた第３の疑似ランダム信号及びその位相を検出する
    第１の疑似ランダム信号検出手段と、 前記検出された第３の疑似ランダム信号の位相を基準と
    して、予め決められた複数の疑似ランダム信号から選択
    された第１の疑似ランダム信号を検出する第２の疑似ラ
    ンダム信号検出手段と、 前記検出された第１の疑似ランダム信号に関連する情報
    である鍵データを生成する鍵データ生成手段と、 前記鍵データに基づいて第２の疑似ランダム信号を生成
    する疑似ランダム信号生成手段と、 前記生成された第２の疑似ランダム信号により前記入力
    データ信号のスクランブルを解除するデスクランブル手
    段と、 を備えたことを特徴とするスクランブル解除装置。
  6. 【請求項６】 予め決められた複数の疑似ランダム信号
    から選択された第１の疑似ランダム信号及び当該第１の
    疑似ランダム信号の位相と所定の位相関係を有する予め
    決められた第３の疑似ランダム信号がデータ信号に埋め
    込まれているとともに、前記第１の疑似ランダム信号に
    関連する情報を鍵データとし、当該鍵データに基づいて
    生成された第２の疑似ランダム信号によりスクランブル
    されたデータ信号を記録したことを特徴とする記録媒
    体。
  7. 【請求項７】 前記埋込手段は、スペクトル拡散により
    前記疑似ランダム信号を前記入力データ信号に埋め込む
    ことを特徴とする請求項１または請求項４記載のスクラ
    ンブル装置。
  8. 【請求項８】 前記疑似ランダム信号検出手段、または
    前記第１及び第２の疑似ランダム信号検出手段は、前記
    スクランブル解除装置内部で発生された疑似ランダム信
    号の候補とデータ信号との相関係数計算に基づいて疑似
    ランダム信号を検出することを特徴とする請求項２また
    は請求項５記載のスクランブル解除装置。
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