KR19990072971A - 스크램블장치,스크램블해제장치및기록매체 - Google Patents

스크램블장치,스크램블해제장치및기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안전하게 스크램블 키를 입력하면서, 그 입력/검출에 긴 시간을 요하지 않는 스크램블 장치, 스크램블 해제 장치 및 스크램블된 신호를 기록하는 기록 매체를 제공하는 것을 과제로 한다.
스크램블 장치(1)는 소정의 복수의 유사 랜덤 신호로부터 스크램블 키 n에 의해 PN1n를 선택하는 PN1n선택기(3), 스펙트럼 정형기(5), 오디오 신호와 스펙트럼 정형된 PN1n를 가산하는 가산기(7), 스크램블 키 n에 의해 유사 랜덤 신호 PN2n을 발생하는 PN2n발생기(9), 오디오 신호를 스크램블하는 스크램블 회로(11)를 구비한다.
스크램블 해제 장치(31)는 입력 데이터 신호에 입력된 PN1n을 검출하여 스크램블 키 n을 출력하는 PN1n검출기(33), 스크램블 키 n에 기초하여 유사 랜덤 신호 PN2n을 생성하는 PN2n발생기(35), PN2n에 기초하여 스크램블을 해제하는 디스크램블회로(37)를 구비한다.

Description

스크램블 장치, 스크램블 해제 장치 및 기록 매체{SCRAMBLE DEVICE, SCRAMBLE DISSOLVING DEVICE AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 유선/무선의 배신(配信) 시스템, 디스크 기록 재생 시스템, DVD 기기 등에 적합한 오디오와 영상 등의 내용물의 저작권을 보호하는 스크램블 장치, 스크램블 해제 장치 및 스크램블된 신호를 기록하는 기록 매체에 관한 것이다.
근래의 디지탈 기술의 진보에 의해 디지탈 방송, 오디오나 영상 신호를 기록하는 CD, DVD 또는 디지탈 VTR 등이 널리 보급되었다. 디지탈 전송 및 디지탈 기록은 고품질이고, 에러 정정이 가능하고 품질의 열화가 없는 등의 특징 때문에, 그 내용물의 저작권을 보호하고, 조건을 붙여서 개시하는 일이 요망되고 있다.
이러한 목적으로, 부정한 시청이라든지 부정한 데이터 이용에 대하여 내용물을 은폐하는 스크램블 기술이 있다. 이것은 유사 랜덤 신호에 의해 오디오 신호 혹은 영상 신호를 비트마다 혹은 샘플마다 교체하거나 유사 랜덤 신호를 걸어서(scramble), 신호를 은폐 혹은 노이즈 신호로 하는 것이다.
이 유사 랜덤 신호는 랜덤 신호와 유사한 통계적 성질을 가지는 신호이고, 스크램블 키 데이터에 기초하여 수학적 또는 논리적으로 재현 가능한 생성법에 의해 생성된다. 그리고 스크램블을 풀기 위해서, 이 스크램블 키 데이터는 오디오 혹은 영상 신호와 함께 전송 혹은 기록 포맷의 안에서 충분히 은폐 보호되어 전송, 기록된다. 수신측 또는 재생측에서는 인증된 기기만이 스크램블 키를 해독할 수 있고, 스크램블을 풀 수 있다.
만일, 인증되어 있지 않은 기기가 신호를 재생하더라도 스크램블을 풀 수 없고, 대부분 노이즈 신호가 되거나 혹은 현저히 열화한 신호밖에 얻을 수 없으며, 전송 또는 기록된 신호(내용물)를 보호할 수 있다.
스크램블 키는 스크램블된 데이터와는 분리해 두는 편이 안전성의 점에서 바람직하지만, 데이터의 전송 경로와는 별도로 키를 위한 전송 경로가 필요하게 되어 시스템 구성이 복잡하여진다. 그 때문에, 일반적으로는 스크램블 키와 스크램블된 데이터는 동시에 전송 혹은 기록되지만, 그 경우 가능한 키는 은폐하기 위해서 어떠한 암호화가 이루어지는 경우도 있다.
그런데, 이와 같이 스크램블된 데이터와 그 스크램블을 푸는 키를 동시에 전송 또는 기록한 경우, 포맷되어 스크램블된 데이터와 스크램블 키는 용이하게 분리할 수 있고, 키를 입수하고자 하는 공격에는 약하다고 하는 난점이 있다.
한편, 저작권 보호를 위한 복사 보호 플래그(CGMS)를 신호에 입력하기 위해서 이용되는 워터 마크 기술이 있다. 워터 마크 기술은 전자 식별 기술이라고도 불리어, 오디오 신호에 워터 마크 기술을 적용한 종래예에 관해서 도 8을 참조하여 설명한다.
오디오 신호 중에 입력하는 정보는 스펙트럼 확산기(101)에 의해 오디오 신호 스펙트럼 중에 확산된다. 청각 특성을 이용하기 위해서 스펙트럼 정형기(105)에 의해 스펙트럼을 정형하고, 이 정형된 신호와 오디오 신호를 가산기(107)에 의해 가산한다. 스펙트럼 확산을 위해서는 간단히 입력 정보에 PN 발생기(103)에서 발생한 유사 랜덤 신호를 거는 것으로써 광대역에 확산된 노이즈 신호가 된다. 또한, 오디오 신호에 가산하는 경우, 항상 오디오 신호 스펙트럼의 일정 레벨이하가 되도록 한다.
이렇게 하는 것으로, 마스킹 효과의 동작에 의해 청각상의 열화는 거의 없어진다. 입력된 정보를 검출하는 경우, 입력에 사용된 유사 랜덤 신호와 같은 유사 랜덤 신호를 PN 발생기(113)에 의해 발생하고, 이 유사 랜덤 신호와 수신 신호 또는 재생 신호와의 상관 계수를 상관기(111)에 의해 계산하여, 데이터 판별기(115)에서 데이터를 판별한다.
상관 계수의 계산에서는, 오디오 신호는 노이즈로서 작용한다. 그러므로, 상관 계수가 충분한 신뢰성을 가지는 정도의 S/N을 확보하기 위해서는 충분한 적분시간이 필요하다. 다음 수학식 1에 상관 계수의 계산식의 예를 게시한다,
여기서, Cor.: 상관 계수
A(n): 오디오 신호
P(n): 유사 랜덤 신호
예컨대, 입력 레벨이 오디오 신호에 대하여 -30dB, 상관 계수가 S/N=20dB가 필요하면, 적분에 의한 이득 50dB가 필요하게 되어 이 때문에 100000 샘플의 오디오 신호가 필요해진다.
유사 랜덤 신호가 존재하는지 여부가 플래그 1비트에 상당하기 때문에, 상기의 입력/검출 조건이면 1비트의 검출에 샘플링 주파수를 48kHz로 하면 2초 이상걸리게 된다. 일반적으로 CGMS로서 복사 가능하고, 불허가 등을 나타내는 2비트의 플래그이고, 그 검출에 수십초 걸리더라도 문제없이 취급된다.
송신 장치 또는 기록 장치에 있어서, 이렇게하여 입력된 CGMS 플래그는 CGMS 플래그를 별도 수단으로 전송할 필요가 없고, 또한 아날로그 신호로 되어도 잔존하기 때문에 종래의 CGMS 플래그 전송에 의한 제어보다 훨씬 확실하다.
그러나, 스펙트럼 확산 기술로 수비트의 키 정보를 데이터에 입력하기 위해서는 일반적으로 많은 시간이 걸린다. 즉, 상기한 바와 같이 1비트의 정보를 입력하는 경우만으로도 수초가 걸린다고 하면, m비트의 키 데이터를 입력하기 위해서는, 그 m배의 시간이 걸린다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 복수의 비트를 동시에 입력하는 것도 생각할 수 있지만, 동시에 입력되는 유사 랜덤 신호는 오디오 신호에서는 노이즈이고, 음질 열화의 영향은 커진다고 하는 문제점이 있었다.
이상의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 스크램블 키를 보다 안전하게 전송할 수 있는 동시에, 특별한 스크램블 키 전송로를 필요로 하지 않은 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치를 제공하는 것에 있다.
특히, 스크램블 키를 스펙트럼 확산 기술에 의해 데이터 중에 입력, 그 스크램블 키에 의해 오디오나 영상 신호 등의 내용물을 스크램블하는 스크램블 장치 및 이 스크램블을 해제하는 스크램블 해제 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 스크램블 키로서 수비트를 입력하면서 그 입력/검출에 긴 시간을 요하지 않는 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 스크램블 키를 입수하고자 하는 공격에 대하여 강하게, 또한 스크램블 키의 검출에 장시간을 요하지 않고 스크램블 기술에 의해 오디오라든지 영상 신호 등의 내용물을 스크램블하는 기록 매체를 제공하는 것이다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명에 관한 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치의 원리를 나타내는 블록도 및 스크램블 개념도.
도 2의 (a) 및 (b)는 제1 실시예의 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치의 구성을 나타내는 블록도 및 동일 스크램블 장치에서의 입력 및 스크램블의 개념도.
도 3은 제1 실시예의 스크램블 해제 장치의 주요부를 나타내는 상세 블록도.
도 4는 제1 실시예의 스크램블 해제 장치의 동작을 설명하는 흐름도.
도 5는 제1 실시예의 스크램블 해제 장치의 동작을 설명하는 흐름도.
도 6은 제1 실시예의 스크램블 해제 장치의 처리 시간의 흐름을 설명하는 도.
도 7은 제2 실시예의 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치에서의 입력 및 스크램블의 개념도.
도 8은 종래의 워터 마크 기술에서의 입력 및 검출의 개략 설명도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 스크램블 장치
3: PN1n선택기
5: 스펙트럼 정형기
7: 가산기
9: PN2n발생기
11: 스크램블 회로
21: 전송로 또는 기록 매체
31: 스크램블 해제 장치
33: PN1n검출기
35: PN2n발생기
37: 디스크램블 회로.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 제1 유사 랜덤 신호를 선택하는 선택 수단과, 상기 선택된 제1 유사 랜덤 신호를 입력 데이터 신호에 입력하는 입력 수단과, 상기 제1 유사 랜덤 신호에 관련된 정보를 키 데이터로 하고, 해당 키 데이터에 기초하여 제2 유사 랜덤 신호를 생성하는 유사 랜덤 신호 생성 수단과, 상기 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 상기 입력 데이터 신호를 스크램블하는 스크램블 수단을 구비한 것을 요지로 하는 스크램블 장치이다.
또한, 본 발명은 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 선택하여 입력 데이터 신호에 입력된 제1 유사 랜덤 신호를 검출하는 유사 랜덤 신호 검출 수단과, 상기 검출된 제1 유사 랜덤 신호에 관련한 정보인 키 데이터를 생성하는 키 데이터 생성 수단과, 상기 키 데이터에 기초하여 제2 유사 랜덤 신호를 생성하는 유사 랜덤 신호 생성 수단과, 상기 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 상기 입력 데이터 신호의 스크램블을 해제하는 디스크램블 수단을 구비한 것을 요지로 하는 스크램블 해제 장치이다.
또한, 본 발명은 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 선택된 제1 유사 랜덤 신호가 데이터 신호에 입력되어 있음과 함께 상기 제1 유사 랜덤 신호에 관련된 정보를 키 데이터로 하고, 해당 키 데이터에 기초하여 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 스크램블된 데이터 신호를 기록한 것을 요지로 하는 기록 매체이다.
또한, 본 발명에서는 스크램블 장치측에서 제1 유사 랜덤 신호의 위상과 소정의 위상 관계를 가지는 미리 결정된 제3 유사 랜덤 신호를 추가하여 데이터 신호에 입력함으로써, 스크램블 해제 장치측에서 제3 유사 랜덤 신호의 위상 검출을 통해 제1 유사 랜덤 신호의 검출을 고속화할 수 있다.
다음에 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도 및 원리 설명도이다. 스크램블 대상의 내용물로서는 디지탈 오디오 신호(이하, 단지 오디오 신호라 함)를 예에 설명하고 있지만, 이것에 한정되는 일은 없다.
도 1의 (a)에 있어서, 스크램블 장치(1)는 외부에서 부여되는 스크램블 키 n에 따라서 미리 결정된 복수(N개)의 유사 랜덤 신호 PN10∼PN1N-1중에서 하나의 제1 유사 랜덤 신호 PN1n을 선택하여 출력하는 PN1n선택기(3), PN1n의 스펙트럼을 오디오 신호의 스펙트럼에 비하여 일정 이하로 정형하는 스펙트럼 정형기(5), 오디오 신호에 스펙트럼 정형기(5)의 출력을 가산하는 가산기(7), 스크램블 키 n에 기초하여 제2 유사 랜덤 신호 PN2n을 발생시키는 PN2n발생기(9) 및 PN2n에 기초하여 오디오 신호를 스크램블하는 스크램블 회로(11)를 구비하고 있다.
스크램블 장치(1)에 의해 PN1n이 입력되고, 스크램블된 오디오 신호는 부호(21)로 표시된 전송로 또는 기록 매체를 통해 스크램블 해제 장치(31)에 의해 수신또는 재생된다.
이 부호(21)가 도시하는 전송로 또는 기록 매체는 유선 및 무선의 전송로 및 방송 계통, CD, DVD, 디지탈 비디오 테이프 등을 생각할 수 있다.
스크램블 해제 장치(31)는 오디오 신호에 입력된 유사 랜덤 신호 PN1n를 검출하고, 검출된 유사 랜덤 신호에 대응하는 스크램블 키 n을 출력하는 PN1n검출기(33), 스크램블 키 n에 기초하여 유사 랜덤 신호 PN2n을 발생하는 PN2n발생기(35) 및 PN2n에 기초하여 오디오 신호의 스크램블을 해제하는 디스크램블 회로(37)를 구비하고 있다.
다음에, 도 1의 (a) 및 (b)를 참조하여, 입력 및 스크램블의 원리를 설명한다. 우선 스크램블 대상의 오디오 신호는 그 앞 헤드부의 수초간의 비스크램블 기간과 이 이후의 스크램블 기간으로 나누어진다. 비스크램블 기간에는 PN1n선택기(3)에서 선택된 PN1n을 스펙트럼 정형기(5)에서 스펙트럼 정형한 것이 가산기(7)에 의해 스펙트럼 확산하여 입력된다.
스크램블 기간의 오디오 신호는 스크램블 키 n에 기초하여 PN2n발생기(9)에서 발생된 PN2n에 기초하여 스크램블 회로(11)에 의해 스크램블된다. 스크램블 회로(11)의 스크램블법에는 종래부터 알려진 스크램블법, 예컨대 특별히 한정하지 않고 비트별 또는 샘플별로 교체하거나, 직접 유사 랜덤 신호를 걸기도 하는 방법이 이용 가능하다.
수신측 또는 재생측에 설치된 스크램블 해제 장치(31)는 우선 오디오 신호의 비스크램블 기간에 입력된 PN1n을 PN1n검출기(33)에 의해 검출하여, 이 PN1n검출기(33)가 출력하는 PN1n에 대응하는 스크램블 키n에 기초하여 PN2n발생기(35)에 의해 PN2n을 발생한다. 그리고 PN2n에 기초하여 디스크램블 회로(37)에 의해 스크램블 기간의 오디오 신호의 스크램블을 해제한다.
도 2의 (a)는 본 발명에 관한 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치의 제1 실시예를 나타내는 블록도이다. 도 2의 (a)가 도 1의 (a)와 다른 점은 스크램블 장치(1)의 스펙트럼 정형기(5)의 입력에 제3 유사 랜덤 신호인 고정 유사 랜덤 신호가 추가되어 있는 것 및 스크램블 해제 장치(31)의 PN1n검출기(33)가 PNa, PN1n검출기(39)로 대체되고 있는 것으로 기타 구성은 동일하다.
도 2의 (b)는 제1 실시예의 스크램블 키 입력 및 스크램블의 개념도이다. 동일 도면에 도시된 바와 같이, 오디오 신호의 선두부에는 비스크램블 기간이 설치되고, 이 기간에 제3 유사 랜덤 신호 PNa와 제1 유사 랜덤 신호 PN1n이 입력된다. 그리고 비스크램블 기간에 계속되는 스크램블 기간은 PN1n이 나타내는 스크램블 키 n에 기초하여 스크램블된다.
다음에, 제1 실시예의 동작을 설명한다.
우선 스크램블 장치(1)에 의해 오디오 신호에는 스펙트럼 확산 기술을 이용하고, 제3 유사 랜덤 신호 PNa와 제1 유사 랜덤 신호PN1n이 입력된다.
제3 유사 랜덤 신호 PNa는 스크램블 키가 입력되어 있는지 여부를 나타내는 플래그이고, 소정의 고정 유사 랜덤 신호이다. 한편, 제1 유사 랜덤 신호 PN1n은 복수(N개)의 미리 결정된 유사 랜덤 신호 PN10∼PN1N-1중에서 PN1n선택기(3)에 의해 선택된 하나의 유사 랜덤 신호 PN1n이다.
이 때, PNa와 PN1n과는 유사 랜덤 신호의 길이를 동일하거나 또는 정수비로 한다. 또한 입력에 있어서는 PNa와 PN1n의 위상도 또한 동일하거나 혹은 미리 결정된 위상 관계를 가지도록 규정된다.
미리 결정된 N개의 유사 랜덤 신호 PN10∼PN1N-1의 각각 대하여 N 개의 스크램블 0∼N-1의 각각이 1대 1 대응하고 있어, PN1n에 대하여서는 그 속의 1개의 스크램블 키 n이 대응하고 있다. 이로써, N 개의 유사난수 PN10∼PN1N-1으로부터 1개의 PN1n을 선택하여 제1 유사난수로서 데이터에 입력하여 전송 또는 기록하는 것은 PN1n에 대응하는 스크램블 키 n을 데이터에 입력하여 전송 또는 기록하게 된다.
그리고, 이 스크램블 키 n에 의해 입력 기간 이후의 오디오 신호를 스크램블한다. 스크램블의 방법은 여러가지 있지만, 예컨대 스크램블 키 n에 기초하여 PN2n발생기(9)에 의해 제2 유사 랜덤 신호 PN2n을 발생하고, 그 유사 랜덤 신호 PN2n에 의해 오디오 신호를 뒤섞거나, 유사 랜덤 신호를 거는 스크램블 회로(11)를 이용한다.
스크램블에 의해 오디오 신호는 노이즈 신호가 되고 스크램블을 풀지 않은 한 듣는 것은 곤란하다. 이것에 의해 내용을 은폐하는 것이 가능하여진다. 이와 같이 스크램블 키가 입력되지 않고 스크램블된 오디오 신호는 기록 매체에 기록 또는 전송로를 경유하여 전송된다.
스크램블 해제 장치(31)에서는 오디오 신호중에 입력된 스크램블 키 n을 검출한다. 스크램블 키 n의 검출에는 최초에 스크램블 키가 입력되었는지 여부를 나타내는 제3 유사 랜덤 신호인 고정 유사 랜덤 신호 PNa를 검출한다. 고정 유사 랜덤 신호 PNa검출하기 위해서는 오디오 신호와 PNa와의 상관을 취한다.
PNa는 오디오 신호보다 낮은 레벨로 입력되어 있기 때문에 충분한 신뢰가 있는 검출을 하기 위해서는 충분히 긴 시간에 걸쳐서 적분할 필요가 있다. 통상 수초의 시간이 필요하다. 또한, 입력되어 있는 PNa의 위상도 불명확하기 때문에 위상의 검출도 필요하다. 이 때문에, 생각할 수 있는 위상에 관해서 전부 상관 검출하여 상관 계수가 가장 높은 위상을 PNa의 위상으로서 확립한다.
일단, PNa의 위상이 확정되면 PN1n의 검출을 행한다. 여기서, PNa의 위상을 알면 입력 시간의 조건에 의해 PN1n의 위상도 알 수 있다. 이로써, PN1n의 검출에서는 위상 확정을 위한 처리는 불필요하지만, PN1n의 n이 불명이기 때문에 가능성이 있는 N개의 유사 랜덤 신호 PN10∼PNlN-1의 각각 관하여 상관을 취할 필요가 있다. 그러나, PN1의 길이를 M으로 한경우, M>N이면, PN1n의 검출은 PNa의 검출에 비하여 충분히 단기에 검출할 수 있는 것이 된다. 실제로 스크램블 키를 8비트로 하면 N=256 이다.
한편, PNa, PN1n의 길이 M은 입력된 오디오 신호로부터 충분한 신뢰성으로 분리할 수 있는 만큼의 길이가 필요하다. 즉, 잘못하여 오디오 신호를 PN으로 판정하는 에러 확률을 충분히 올릴 수 있는 M의 값을 선택하여야 하며 길면 길수록 좋지만 그 반면 위상의 수가 증가하기 때문에 위상 검출 시간이 연장된다. 이 에러확률과 위상 검출 시간과의 균형으로부터 M은 적어도 수천 정도로 한다.
그러므로, M＞N은 충분히 충족된다. 이와 같이, PNa는 스크램블이 있는지 어떤지의 플래그와 함께 스크램블 키의 동기 검출을 위해서 PN1n은 스크램블 키n의 정보 담체로서 사용된다.
도 3은 보다 상세한 스크램블 키 검출에 관해서 설명하기위한 PNa, PN1n검출기(39)의 상세 블록도이다. 동일 도면에 있어서 PNa, PN1n검출기(이하, PN 검출기라고 칭함)(39)는 길이 M의 시프트레지스터로 구성된 레지스터(51), 입력 신호와 레지스터(51)의 출력을 가산하여 레지스터(51)로 출력하는 가산기(53), PNa및 PN0∼PNn-1를 발생하는 PN 발생기(55), 레지스터(51)의 출력과 PN 발생기(55)의 출력과의 상관 계수를 계산하는 상관기(57), PN 검출기(39)의 전체의 제어 및 PN 발생기(55)가 발생하는 PN을 제어하는 상관 제어부(59)를 구비하고 있다.
그런데, 전송 또는 기록된 신호에 입력된 유사 랜덤 신호의 검출을 위해서는 유사 랜덤 신호의 위상을 모르는 경우, 모든 가능성이 있는 위상에 관해서 상관을 구할 필요가 있다. 그 때문에, 유사 랜덤 신호의 길이는 될 수 있는 한 짧은 편이 좋다. 한편, 입력하는 유사 랜덤 신호는 수초간의 장기에 걸치어 상관을 취하지 않으면 안되기 때문에, 길지 않으면 안된다. 그 때문에, 실제로는 일정한 길이(M)의 유사 랜덤 신호를 반복한다.
검출에 있어서는 이 주기성을 이용하여 상관 검출의 앞에 일단 M의 길이로 신호의 중첩을 행하고, 길이 M의 레지스터(51)에 축적한다. 이 때, 주기성에 의해 입력 신호는 오디오 신호보다 상대적으로 레벨이 증강된다. 상관 검출은 레지스터(51)에 축적된 M 샘플의 신호에 대하여 행하여진다. 레지스터(51)로부터는 M개의 샘플 A(m)이 순차적으로 독출되고, 검출하고자 하는 유사 랜덤 신호 P(m)이 PN 발생기(55)로부터 순차적으로 출력되어, 다음 수학식 3에서 표시되는 상관 계수 Cor.이 계산된다.
중첩이 끝나면, 유사 랜덤 신호 PNa에 관해서 검출을 행한다. 그러나, 아직 위상을 모르기 때문에, 길이 M에 대응한 M개의 모든 위상에 관해서 상관을 취할 필요가 있다. 그 때문에, A(m)으로부터 혹은 P(m)의 어느 한 항에 위상을 어긋나게 한 수학식 4를 계산한다.
여기서, A(m+k)는 레지스터(51)의 호출을 k 샘플 어긋나게 하여 독출하는 것을 의미한다. Cor.(k):k=0∼M-1에 관해서의 가장 상관 계수가 높은 Cor.(k)를 구하여 그 상관 계수가 유사 랜덤 신호가 존재한다는 충분한 신뢰를 얻는 상관 계수이면, 구하는 유사 랜덤 신호는 존재하고, 또한 k는 그 유사 랜덤 신호의 위상을 표시하고 있는 것이 된다. 이리 하여 PNa의 존재와 그 위상 k가 검출된다.
다음에, PN1n을 검출한다. 레지스터(51)에는 PNa와 함께 PN1n도 동시에 중첩되고 축적되어 있다. 그러므로, 다시 레지스터(51)로부터 불러내여진 신호와, N 개의 유사 랜덤 신호 PN1j(j=0∼N-1)의 상관 계수를 계산한다. 여기에서, PNa에 관해서의 위상 k를 알고 있기 때문에, k는 고정하고 PN 발생기(55)는 PN1j를 발생시키고 다음 수학식 5에 의해 상관 계수를 구한다.
PN1j:j=0∼N-1을 순차적으로 발생하고, 각각의 상관 계수 Cor.(j)를 구하고, 상관 계수 Cor.(j)가 최대가 되는 j가 n과 같기 때문에, 입력된 PNln을 검출할 수 있다. 상관 계수의 판정, PN 발생기(55)의 제어, 레지스터(51)로부터의 호출은 전부 상관 제어부(59)에 의해 제어된다.
이로써, 검출 결과로서 n을 출력한다. 이 n을 그대로 스크램블키로서 사용 할 수도 있고, 은닉성을 높이기 위해서 n을 바탕으로 어떠한 변환을 하여 스크램블 키를 얻을 수 있다.
PN 발생기(55)는 PNa및 PN10∼PN1N-1을 발생시키지 않으면 안된다. 이들 메모리 등에 미리 기억시켜 불러낼 수도 있지만, PN 계열은 종(種)이 되는 보다 짧은 데이터(예컨대, M 계열의 초기치)로부터 연산에 의해 발생시킬 수 있기 때문에 일반적으로는 보다 짧은 종 데이터가 필요수만큼 유지된다.
도 4는 PNa의 위상 검출의 동작을 설명하는 흐름도이다. 도 4에 있어서, 비스크램블 기간의 수신 신호 또는 재생 신호를 길이 M의 시프트 레지스터인 레지스터(51)를 순회 시프트시키면서 순회적으로 더해 넣음으로써 중첩을 행한다. 중첩의 결과는 레지스터(51)에 유지된다(단계 S101).
이어서, 계산을 위한 초기 설정을 한다. 이 때 레지스터를 독출하여 제어 파라미터(자릿수)를 m, PNa의 위상을 구하기 위한 변수를 k, M개의 상관 계수 Cor.(k):k=0∼M-1을 위한 기억 영역을 Cor.(k)로 하여, 각각 0으로 초기화한다(단계 S103).
이어서, 레지스터(51)로부터 1 샘플씩 A(m+k)를 독출하고(단계 S105), PN 발생기(39)로부터 PNa계열의 각 요소 신호인 P(m)을 발생한다(단계 S107), 이 단계 S105 및 S107은 동시이면 좋고, 순서가 교체되어도 좋으며 다음 단계 S109에 양쪽의 값이 공급할 수 있으면 좋다.
이어서, Cor.(k)+A(m+k)·P(m)을 계산하고 결과를 Cor.(k)에 격납하여(단계 S109), 레지스터의 독출 제어 파라미터 m을 1만큼 증가시키고(단계 S111), 최종 샘플까지 독출하였는지 여부를 판정한다(단계 S113). 단계 S113의 판정에서 "아니오"이면, 단계 S105로부터 반복한다.
단계 S113의 판정에서 "예"이면 위상 k에 대응하는 상관 계수 Cor.(k)의 계산이 끝났기 때문에, k를 1만큼 증가시키고(단계 S115), k가 M에 도달하였는지 여부를 판정한다(단계 S117). k≠M 이면, 아직 계산하여야 할 상관 계수가 있기 때문에 단계 S105로 분기한다.
k=M 이면 모든 상관 계수를 다 구하였기 때문에, Cor.(0)∼Cor.(M-1) 중에서 최대가 되는 Cor.(k) 및 k의 값을 구하고(단계 S119), Cor.(k)가 소정의 판별치보다 큰지 여부를 판정한다(단계 S121). Cor.(k)가 소정의 판별치를 넘지 않으면 어떠한 장애가 생각되므로 에러 처리로 분기한다. 에러 처리에서는 소정 회수의 재시행을 하여도 좋다.
Cor.(k)가 소정의 판별치를 넘어 있으면, PNa는 정확하게 검출되어, 그 위상은 단계 S119에서 구한 k라고 확정하고(단계 S123), 처리를 종료한다.
도 5는 PN1n의 검출의 동작을 설명하는 흐름도이다.
우선, PNa의 위상을 나타내는 k의 값 및 레지스터(51)의 값은 유지된 상태에서 초기 설정, m=0, Cor.(j)=0:j=0∼N-1, j=0이 된다(단계 S201). 여기서 레지스터(51)의 내용은 중첩되어진 신호가 남아 있다.
이어서, 레지스터(51)로부터 1샘플씩 A(m+k)를 독출하고(단계 S203), PN 발생기(39)로부터 유사 랜덤 신호 PN1j의 각 요소 신호인 Pj(m)을 발생한다(단계 S205). 이 단계 S203 및 S205는 동시이면 좋고 순서가 교체되어도 좋으며, 다음 단계 S207에 양쪽의 값을 공급할 수 있으면 좋다.
이어서, Cor.(j)+A(m+k)· Pj(m)을 계산하여 결과를 Cor·(j)에 격납하고(단계 S207), 레지스터의 독출하여 제어 파라미터 m을 1만큼 증가시켜(단계 S209), 최종 샘플까지 독출하였는지 여부를 판정한다(단계 S211), 단계 S211의 판정에서 "아니오"이면, 단계 S203으로부터 반복한다,
단계 S211의 판정에서 "예"이면, PN1j에 대응하는 상관 계수 Cor.(j)의 계산이 끝났기 때문에, j를 1만큼 증가시키고(단계 S213), j가 N에 도달하였는지 여부를 판정한다(단계 S215). j≠N이면, 별도의 유사 랜덤 신호 후보에 대한 상관 계수 계산이 남아 있기 때문에, 단계 S203으로 분기한다.
j=N이면 모든 유사 랜덤 신호의 후보에 대한 상관 계수를 다 구했기 때문에, Cor.(0)∼Cor.(N-1)중에서 최대가 되는 Cor.(j) 및 j값을 구하고(단계 S217), Cor.(j)가 소정의 판별치보다 큰지 여부를 판정한다(단계 S219). Cor.(j)가 소정의 판별치를 넘지 않으면, 어떠한 장애가 생각되기 때문에 에러 처리로 분기한다. 에러 처리에서는, 소정 회수의 재시행을 하더라도 좋다.
Cor.(j)가 소정의 판별치를 넘어 있으면, PN1j가 구하는 유사 랜덤 신호이고, PN1n=PN1j, 혹은 스크램블 키 n=j 이면 확정되어(단계 S221) 처리를 종료한다.
도 6은 처리의 시간의 흐름을 나타낸 것이다. 우선, 유사 랜덤 신호의 주기성을 이용한 중첩을 한다. 이것에는, 입력 신호를 오디오 신호로부터 분리할 수 있는 충분한 시간, 예컨대 수초의 시간(L 샘플)을 요한다. 다음에, PNa의 검출과 위상의 검출, 즉 동기 검출이 동시에 행하여진다. 유사 랜덤 신호의 길이가 M이면, M회의 상관 계수의 연산이 행하여진다. 여기서, 동기가 확립하여 다음에 PNn의 검출이 행하여진다. 여기서는 N회의 상관 계수의 연산이 행하여진다. 일반적으로 L≫M≫N이고, 1비트의 입력 신호의 검출 시간은 (PN 중첩 + PNa위상 검출)≒(PN 중첩 + PNa위상 검출 + PN1n검출)이 되기 때문에, 종래의 스펙트럼 확산 기술에 의해 입력된 1비트의 검출 시간과 동일 정도의 검출 시간으로 스크램블 키 n(0≤n≤N-1)을 검출할 수 있다.
이상 설명한 제1 실시예에서는, 스크램블 장치측에서 소정의 제3 유사 랜덤 신호 PNa와, PNa와 일정한 위상 관계에 있는 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호 PN10∼PN1N-1중에서 선택된 제1 유사 랜덤 신호 PN1n을 동시 병렬적으로 처리 대상 신호에 입력하였기 때문에, 스크램블 해제 장치측에서 소정의 PNa를 검출함으로써 입력된 유사 랜덤 신호의 위상을 용이하게 검출할 수 있고, 이 검출된 위상에 기초하여 PN1n을 용이하게 검출할 수 있다. 따라서 스크램블 해제 장치측에서의 유사 랜덤 신호 검출을 위한 계산양이 적으면 되고, 스크램블 키를 입수할때까지의 시간을 단축할 수 있다.
도 7은 제2 실시예에 있어서의 입력 및 스크램블의 개념을 나타내는 도면이다. 오디오 신호에는 스펙트럼 확산 기술에 의해, 제3 유사 랜덤 신호 PNa와 제1 유사 랜덤 신호 PN1n이 순차적으로 입력된다. 제1 실시예와의 차이는 제1 실시예가 PNa와 PN1n을 동시에 입력하고 있는데 비하여, 본 실시예에서는 PNa를 입력한 후에, PN1n을 입력하고 있다. 제2 실시예의 스크램블 장치 및 스크램블 해제 장치의 구성은 도 2의 (a)에 도시한 블록도와 같다.
제3 유사 랜덤 신호 PNa는 키가 입력되어 있는지 여부를 나타내는 플래그이고 고정 유사 랜덤 신호이다. 한편, PN1n은 복수의 유사 랜덤 신호 PN0∼PN-1중에서 선택된 PN1n이다.
이 때, 입력에 있어서는 PNa와 PN1n의 위상이 동일하거나 혹은 미리 결정된 위상 관계를 가지도록 규정된다. PN0∼PNN-1에 대하여 N개의 스크램블 키 K0∼KN-1가 1:1로 각각 대응하고, n에 대해서는 그 속의 1개의 스크램블 키 n이 대응하고 있다.
그 스크램블 키 n에 의해 오디오 신호를 스크램블한다. 스크램블의 방법은 여러가지 있지만, 예컨대 스크램블 키 n을 바탕으로 제2 유사 랜덤 신호 PN2n을 발생하고, 그 유사 랜덤 신호 PN2n에 의해, 오디오 신호를 뒤섞거나 유사 랜덤 신호를 걸거나 하는 방법이 알려져 있다. 스크램블에 의해 오디오 신호는 노이즈 신호가 되고, 스크램블을 풀지 않은 한 듣는 것은 곤란하다. 이에 의해 내용을 은폐하는 것이 가능하여진다. 이와 같이, 스크램블 키가 입력되고, 스크램블된 오디오 신호는 기록 매체에 기록 또는 전송로를 경유하여 전송된다.
스크램블 해제 장치(31)에 있어서는 오디오 신호중에 입력된 스크램블 키를 검출한다. 우선, 스크램블 키가 입력되어 있는지를 나타내는 고정 유사 랜덤 신호 PNa를 검출한다. 검출하기 위해서는 오디오 신호와 PNa와의 상관을 취한다. 생각되는 위상에 관해서 전부 상관 검출하고, 상관 계수의 가장 높은 위상을 PNa의 위상으로서 확립한다. 일단, PNa의 위상이 확정되면 다음에 PN1n의 검출을 한다. 여기서, PNa의 위상을 알면 입력시간의 조건에 의해 PN1n의 위상도 안다. 이에 의해, PN1n의 검출에서는 위상 확정을 위한 처리는 불필요하다. 그러나 PN1n의 n이 불명확하기 때문에 가능성이 있는 N개의 PN10∼PN1N-1에 관해서 상관을 취하고, 가장 확실할것 같은 PN1n을 특정한다.
본 실시예의 경우, PNa와 PN1n을 순차적으로 입력하고 있기 때문에 입력 기간에서는 제1 실시예보다 긴 기간이 필요하지만, 어느쪽의 시간이나 1개의 유사 랜덤 신호밖에 입력되어 있지 않아 오디오 신호의 영향은 최소로 억제되고, 재생 시간의 음질 열화는, 제1 실시예에 비하여 더욱 작아진다.
제3 실시예의 구성을 나타내는 블록도는 도 1의 (a) 및 (b)와 동일하다. 본 실시예에서는, 제1 및 제2 실시예에서 사용한 제3 유사 랜덤 신호 PNa를 사용하지 않고, 복수의 유사 랜덤 신호 PN10∼PNlN-1중에서 선택된 PN1n만이 오디오 신호에 입력된다.
이 때, N개의 유사 랜덤 신호 PN10∼PN1N-1의 각각 대하여 N개의 스크램블 키 0∼N-1이 각각 1:1 대응하고 있어, PN1n에 대하여서는 그 속의 1개의 스크램블 키 n이 대응하고 있다. 스크램블 장치(1)는 그 스크램블 키 n에 의해 오디오 신호를 스크램블한다.
스크램블의 방법은 여러가지 있지만, 예컨대 스크램블 키 n을 바탕으로 제2 유사 랜덤 신호 PN2n을 발생하고, 그 유사 랜덤 신호에 의해 오디오 신호를 뒤섞거나, 유사 랜덤 신호를 거는 방법이 알려져 있다. 스크램블에 의해 오디오 신호는 노이즈 신호가 되고, 스크램블을 풀지 않은 한 듣는 것은 곤란하다. 또한 그 내용도 은폐하는 것이 가능하여진다. 이와 같이, 스크램블 키가 입력되고, 스크램블된 오디오 신호는 기록 매체에 기록 또는 전송로를 경유하여 전송된다.
스크램블 해제 장치(31)에서는 모든 PN1n의 후보에 관해서 입력되는지 여부를 검출할 필요가 있다. 또한, 위상에 관해서도 모든 후보에 관해서 조사할 필요가 있다. 그 때문에, 제1 실시예에 비하여 많은 위상 검출의 계산을 하지 않으면 안된다.
그러나, 입력 유사 랜덤 신호는 1개이면 되고 오디오 신호의 열화 등의 영향을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 스크램블 키의 검출에 의해 많은 처리가 필요함에도 불구하고, 스크램블 키를 입력하는 기간은 1개의 유사 랜덤 신호를 검출하는것에 필요한 기간이면 되고 제1 실시예와 동일하다.
이상 본 발명을 오디오 신호에 적용한 실시예를 설명하였지만, 이들은 본 발명을 한정할 만한 것이 아니다. 예컨대 내용물로서 영상 신호에도 본 발명은 적용 가능하고, 또한 내용물이 유선/무선의 통신로를 통해 전송되는 경우 및 기록 매체에 기록하여 유통되는 경우 중 어디에도 적용가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스크램블 키를 오디오 신호 등의 내용물에 입력할 수 있는 동시에, 스크램블 키를 단시간에서 검출할 수 있는 스크램블 장치, 스크램블 해제 장치 및 기록 매체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 1개 또는 2개의 유사 랜덤 신호를 입력하면 좋고, 오디오 신호 등의 내용물의 품질 열화의 영향도 작다고 하는 효과가 있다.
또한, 일반적으로 스크램블 키를 입력하는 내용물의 부분에는 스크램블을 걸지 않는다. 그 때문에 스크램블 키는 가능한 한 짧은 기간에 입력하는 것이 필요하다.
그런데, 본 발명에 따르면 복수 비트의 스크램블 키를 입력하면서 종래의 스펙트럼 확산 기술에 의한 1비트 상당의 입력 기간밖에 필요로 하지 않고, 스크램블 키 입력에 이용되는 비스크램블 기간을 효과적으로 이용하여, 비스크램블 기간을 단축할 수 있다.
또한, 스크램블 키를 전송하기 위한 포맷상의 영역도 필요로 하지 않고, 전송로도 간단하게 된다. 또한, 스크램블 키도 내용물의 신호중에 입력됨으로써 전송로상에 스크램블 키가 노출되어 있지 않고, 몰래 감출수 있는 특성(秘匿性)이 고조되어 보다 안전하게 되는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 제1 유사 랜덤 신호를 선택하는 선택 수단과;
    상기 선택된 제1 유사 랜덤 신호를 입력 데이터 신호로 입력하는 입력 수단과;
    상기 제1 유사 랜덤 신호에 관련된 정보를 키 데이터로 하여, 이 키 데이터에 기초하여 제2 유사 랜덤 신호를 생성하는 유사 랜덤 신호 생성 수단과;
    상기 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 상기 입력 데이터 신호를 스크램블하는 스크램블 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크램블 장치.
  2. 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 선택하여 입력 데이터 신호로 입력된 제1 유사 랜덤 신호를 검출하는 유사 랜덤 신호 검출 수단과;
    상기 검출된 제1 유사 랜덤 신호에 관련하는 정보인 키 데이터를 생성하는 키 데이터 생성 수단과;
    상기 키 데이터에 기초하여 제2 유사 랜덤 신호를 생성하는 유사 랜덤 신호 생성 수단과;
    상기 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 상기 입력 데이터 신호의 스크램블을 해제하는 디스크램블 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크램블 해제 장치.
  3. 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 선택된 제1 유사 랜덤 신호가 데이터 신호로 입력됨과 동시에, 상기 제1 유사 랜덤 신호에 관련된 정보를 키 데이터로 하여 이 키 데이터에 기초하여 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의하여 스크램블된 데이터 신호를 기록하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  4. 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 제1 유사 랜덤 신호를 선택하는 선택 수단과;
    상기 선택된 제1 유사 랜덤 신호에 관련된 정보를 키 데이터로 하여 이 키 데이터에 기초하여 제2 유사 랜덤 신호를 생성하는 유사 랜덤 신호 생성 수단과;
    상기 제1 유사 랜덤 신호 및 이 제1 유사 랜덤 신호의 위상과 소정의 위상관계를 갖는 미리 결정된 제3 유사 랜덤 신호를 입력 데이터 신호로 입력하는 입력 수단과;
    상기 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 상기 입력 데이터 신호를 스크램블하는 스크램블 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크램블 장치.
  5. 입력 데이터 신호에 입력된 미리 결정된 제3 유사 랜덤 신호 및 그 위상을 검출하는 제1 유사 랜덤 신호 검출 수단과;
    상기 검출된 제3 유사 랜덤 신호의 위상을 기준으로 하여 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 선택된 제1 유사 랜덤 신호를 검출하는 제2 유사 랜덤 신호 검출 수단과;
    상기 검출된 제1 유사 랜덤 신호에 관련한 정보인 키 데이터를 생성하는 키 데이터 생성 수단과;
    상기 키 데이터에 기초하여 제2 유사 랜덤 신호를 생성하는 유사 랜덤 신호 생성 수단과;
    상기 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 상기 입력 데이터 신호의 스크램블을 해제하는 디스크램블 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크램블 해제 장치.
  6. 미리 결정된 복수의 유사 랜덤 신호로부터 선택된 제1 유사 랜덤 신호 및 이 제1 유사 랜덤 신호의 위상과 소정의 위상 관계를 갖는 미리 결정된 제3 유사 랜덤 신호가 데이터 신호로 입력됨과 동시에, 상기 제1 유사 랜덤 신호에 관련한 정보를 키 데이터로 하여 이 키 데이터에 기초하여 생성된 제2 유사 랜덤 신호에 의해 스크램블된 데이터 신호를 기록하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 입력 수단은 스펙트럼 확산에 의해 상기 유사 랜덤 신호를 상기 입력 데이터 신호로 입력하는 것을 특징으로 하는 스크램블 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 입력 수단은 스펙트럼 확산에 의해 상기 유사 랜덤 신호를 상기 입력 데이터 신호로 입력하는 것을 특징으로 하는 스크램블 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 유사 랜덤 신호 검출 수단 또는 상기 제1 및 제2 유사 랜덤 신호 검출 수단은 상기 스크램블 해제 장치 내부에서 발생된 유사 랜덤 신호의 후보와 데이터 신호의 상관 계수 계산에 기초하여 유사 랜덤 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 스크램블 해제 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 유사 랜덤 신호 검출 수단 또는 상기 제1 및 제2 유사 랜덤 신호 검출 수단은 상기 스크램블 해제 장치 내부에서 발생된 유사 랜덤 신호의 후보와 데이터 신호의 상관 계수 계산에 기초하여 유사 랜덤 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 스크램블 해제 장치.
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