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発明の名称 スクランブル装置およびデスクランブル装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−111645
公開日 平成7年(1995)4月25日
出願番号 特願平5−254184
出願日 平成5年(1993)10月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 茨木 晋 / 勝田 昇 / 中村 誠司 / 村上 弘規
要約 目的
本発明は映像信号を変換符号化による圧縮処理を行ってパケット化して伝送するデジタル映像通信システムにおいて、パケットで完結したスクランブル処理を行い、かつ十分な映像の秘匿性を得ることが可能なスクランブル装置およびデスクランブル装置を提供することを目的とする。

構成
暗号化装置においてブロック暗号化方式により暗号化されるデータの位置である被暗号化データ位置34には、必ず直流成分32が含まれるように構成され、暗号化されないデータ位置35は、交流成分33のみから構成される。これにより、再生画像に影響の大きい直流成分が必ず暗号化されるので、再生画像は十分乱れた画像となり、十分な秘匿度が得られる。
特許請求の範囲
【請求項1】変換符号化による圧縮処理が行われた後でパケットに分割されたデジタル映像信号を処理の対象とし、前記パケットを入力データとし、少なくとも前記パケットの中の直流成分をブロック暗号化方式により暗号化することを特徴とするスクランブル装置。
【請求項2】パケットを入力し、前記パケットから被暗号化データを取り出して出力する分割装置と、前記被暗号化データを入力し、ブロック暗号化方式による暗号化処理を行い、その結果を暗号化データとして出力する暗号化装置と、前記暗号化データと前記パケットを入力し、前記パケットの前記被暗号化データを前記暗号化データで置き換える合成装置とを備え、前記分割装置において、前記パケットから取り出される前記被暗号化データは、前記暗号化装置において処理される暗号化ブロックの整数倍の大きさであり、少なくとも映像信号の直流成分を含むことを特徴とする請求項1記載のスクランブル装置。
【請求項3】パケットの中の直流成分および交流成分の低周波成分の一部をブロック暗号化方式により暗号化することを特徴とする請求項1記載のスクランブル装置。
【請求項4】分割装置が、パケットから被暗号化データを取り出す際に、前記被暗号化データが映像信号の直流成分および交流成分の低周波成分の一部を含むことを特徴とする請求項2記載のスクランブル装置。
【請求項5】可変長符号による圧縮処理が行われた後でパケット化されたデジタルデータを処理の対象とし、少なくとも可変長符号の先頭の数ビットをブロック暗号化方式により暗号化することを特徴とするスクランブル装置。
【請求項6】パケットを入力し、前記パケットから被暗号化データを取り出して出力する分割装置と、前記被暗号化データを入力し、ブロック暗号化方式による暗号化処理を行い、その結果を暗号化データとして出力する暗号化装置と、前記暗号化データと前記パケットを入力し、前記パケットの前記被暗号化データを前記暗号化データで置き換える合成装置からなり、前記分割装置において、前記パケットから取り出される前記被暗号化データは、前記暗号化装置において処理される暗号化ブロックの整数倍の大きさであり、少なくとも可変長符号の先頭の数ビットを含むことを特徴とする請求項5記載のスクランブル装置。
【請求項7】請求項1、請求項3、請求項5のいずれかに記載のスクランブル装置でスクランブルされた後のパケットを処理の対象とし、前記スクランブル装置において暗号化された部分に対して、ブロック暗号化方式により前記スクランブル装置で行われた暗号化の逆変換を行うことを特徴とするデスクランブル装置。
【請求項8】請求項2、請求項4、請求項6のいずれかに記載のスクランブル装置でスクランブルされた後のパケットを処理の対象とし、パケットを入力し、前記パケットから被復号化データを取り出して出力する分割装置と、前記被復号化データを入力し、ブロック暗号方式による復号化処理を行い、その結果を復号化データとして出力する復号化装置と、前記復号化データと前記パケットを入力し、前記パケットの前記被復号化データを前記復号化データで置き換える合成装置からなり、前記分割装置において、前記パケットから取り出される前記被復号化データは、前記スクランブル装置における被暗号化データに対応する位置のデータであり、前記復号化装置で行われる復号化処理は、前記スクランブル装置で行われた暗号化処理の逆変換であることを特徴とするデスクランブル装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル映像信号やデジタルデータを、圧縮処理後にパケット化して有線や無線や蓄積メディアにより送受信または記録再生する通信システムにおいて、秘密に通信を行うために用いるスクランブル装置およびそのデスクランブル装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】まず、デジタルデータを暗号化する従来例の暗号化装置を示す。従来例の暗号化装置としては、DESやFEALなどのブロック暗号化方式を用いるものが良く知られている。これらのブロック暗号化方式は、特公昭59ー36463号公報や特開昭63ー204289号公報などに示されている。これらのブロック暗号化方式による暗号化処理では、ある大きさのデータを一つの単位として処理を行う。ここで、この処理が行われる単位を暗号化ブロックと定義する。
【0003】例として、64ビットの大きさの暗号化ブロックを用いるブロック暗号化方式によりデータを暗号化する暗号化装置の動作を示す。暗号化処理では、64ビットのデータが入力されると、暗号化処理された結果の64ビットデータが出力される。また、復号化処理では、暗号化処理された結果の64ビットデータが入力され、暗号化処理の逆変換である復号化処理された結果の64ビットデータが出力される。
【0004】次に、従来例のデジタル映像通信システムを示す。従来例のデジタル映像通信システムでは、圧縮符号化されたデジタル映像信号をパケット単位で伝送することがある。このようなデジタル通信システムの例は、特開平5ー49002号公報などに示されている。以下に、従来例のデジタル映像通信システムにおける処理を説明する。説明の順番としては、まず圧縮符号化処理について説明し、次にパケットの構造の例を示す。
【0005】まず、圧縮符号化について説明する。圧縮符号化とは、デジタル映像信号を伝送する場合に、信号中の相関を減らすように符号化する事により、伝送量を減らす処理である。この圧縮符号化の代表的なものにはDCT(離散コサイン変換)を利用した方法に代表される変換符号化と、ハフマン符号化に代表される可変長符号化がある。変換符号化は、複数画素からなる画像ブロックを周波数成分に分割し、直流成分や低周波成分には多くのビットを与えるが、交流成分の高周波成分には与えるビットを減らすことにより圧縮を実現する。また可変長符号化は、出現確率の高いデータには小さいビットの符号を割当て、出現確率の低いデータには大きいビットの符号を割り当てることにより圧縮を実現する。
【0006】次に、図を用いて、従来例のデジタル映像通信システムにおいて圧縮符号化の後でパケット化されたパケットの構造の例を示す。ここで図8では変換符号化を、図9では可変長符号化を、それぞれ圧縮符号化として用いた場合を示している。
【0007】図8は、変換符号化の後でパケット化されたパケットの構造の例を示しており、81は制御データ、82は直流成分、83は交流成分を示している。以下に、図8のパケットが生成される動作を説明する。
【0008】まず、複数の画素からなる画像ブロックが、変換符号化によって、周波数成分に分割され、各成分ごとに量子化されて符号となり、直流成分82と交流成分83が作られる。次にこれらの成分が、通信の制御のために用いられる制御データ81と共にパケット化され、図8に示したパケットが生成される。
【0009】図9は、可変長符号化の後でパケット化されたパケットの構造の例を示しており、91は制御データ、92は固定長データ、93は可変長データを示す。以下に、図9のパケットが生成される動作を説明する。
【0010】まず、処理の対象となるデータが、固定長データ92と、可変長符号化される部分のデータに分けられ、可変長符号化される部分のデータが可変長符号化によって圧縮符号化され、可変長データ91が作られる。次に、固定長データ92および可変長データ93が、通信の制御ために用いられる制御データ91と共にパケット化され、図9に示したパケットが生成される。ここで、システムによっては固定長データ91がない場合もある。
【0011】最後に、従来のデジタル映像通信システムにおいて圧縮符号化後にパケット化されて伝送されるデータを、従来の暗号装置を用いて暗号化するような従来のスクランブル装置について示す。ここで、従来例のデジタル映像通信システムのパケットのデータの中で、通信の制御のために用いる制御データなどの暗号化を行うことが禁止されているデータ部分を除いた、暗号化の対象となるデータ部分を暗号化対象データと定義する。以下に、従来のスクランブル装置の動作について説明する。
【0012】従来のスクランブル装置では、誤りが異なるパケット間にまたがることを防ぐ目的や、従来例のデジタル映像通信システムにおいて行われるパケット単位での処理に整合をとるために、パケット間に処理がまたがらず、パケット内で完結するようにスクランブル処理を行う。すなわち、従来のスクランブル装置は、従来のデジタル映像伝送システムで伝送されるパケットを入力し、入力したパケットの暗号化対象データを、従来の暗号化装置によってブロック暗号化方式で暗号化し、その結果を暗号化しないデータと合成し、スクランブル後のパケットとして出力する。
【0013】図10および図11は、従来例のスクランブル装置において、図8および図9に示した従来のデジタル映像通信システムで伝送されるパケットの中をスクランブルする場合に、暗号化する位置を示しており、101は暗号化を行わないデータ位置、102は暗号化ブロックを示している。ここで、暗号化ブロック102の一つのブロックは、暗号化ブロックに相当している。図に示したように、暗号化対象データの大きさが、暗号化ブロックの大きさの整数倍になる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来のスクランブル装置では、暗号化対象データの大きさが用いる暗号化装置の暗号化ブロックの大きさの整数倍となっている。しかしながら、デジタル映像通信システムにおける暗号化対象データの大きさや、暗号化装置における暗号化ブロックの大きさは、それぞれ単独で必要な機能、性能、コストなどを実現するのに最適になるように決定するのが望ましく、暗号化対象データの大きさが暗号化ブロックの大きさの整数倍になるように設計すれば、機能、性能、コストなどが損なわれる場合がある。
【0015】また、1つの映像通信システムにおいて、暗号化対象データの大きさが一定でなく、異なる大きさの暗号化対象データが混在する場合には、暗号化対象データの大きさと用いる暗号化装置の暗号化ブロックの大きさの整数倍とを一致させることは、特定のパケットでは実現できても全てのパケットにおいて実現できるとは限らない。
【0016】これらの理由により、暗号化対象データの大きさが暗号化ブロックの大きさの整数倍にならない場合がある。この場合に、単に暗号化対象データを暗号化ブロックに分割して、同一の暗号化装置でスクランブルした場合、暗号化対象データの中で、暗号化できない部分が残り、その暗号化できない部分に映像を特徴づける重要なデータが含まれていれば、スクランブル後の映像からある程度内容が特定でき、十分な秘匿度が得られないことになる。
【0017】そこで、本発明では、デジタル映像信号に対して圧縮処理を行ってパケット化して伝送するデジタル映像通信システムにおいて、パケットで完結したスクランブル処理をブロック暗号化方式により暗号化を行う暗号化装置を用いて行う場合に、パケット中の暗号化対象データの大きさが暗号化装置の暗号化ブロックの大きさの整数倍になっていないとしても、十分な映像の秘匿性を得ることが可能なスクランブル装置およびデスクランブル装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、周波数変換に基づく圧縮処理が行われた後でパケットに分割されたデジタル映像信号を処理の対象とし、前記パケットを入力データとし、少なくとも前記パケットの中の直流成分をブロック暗号化方式により暗号化することを特徴とするスクランブル装置である。
【0019】第2の発明は、可変長符号による圧縮処理が行われた後でパケット化されたデジタルデータを処理の対象とし、少なくとも可変長符号の先頭の数ビットをブロック暗号化方式により暗号化することを特徴とするスクランブル装置である。
【0020】第3の発明は、第1の発明または第2の発明のスクランブル装置でスクランブルされた後のパケットを処理の対象とし、前記スクランブル装置において暗号化された部分に対して、ブロック暗号化方式により復号化することを特徴とするデスクランブル装置である。
【0021】
【作用】第1の発明は前記した構成により、周波数成分に分割された映像信号のうち、再生画像に影響の大きい直流成分には必ず暗号化処理を施し、乱数化するので、交流成分がたとえ正しかったとしても、再生画像は十分に乱れた画像となる。したがって、スクランブル画像からその原画像を推測することは困難となり、十分な秘匿度を得ることができる。
【0022】第2の発明は前記した構成により、可変長符号の先頭には必ず暗号化処理を施す。可変長符号化されたデータ中に1ビットでも誤りがあれば、その誤りは最悪の場合、リフレッシュされるまで伝搬されるので、可変長符号の後半に暗号化されない部分が存在したとしても、その部分が誤った符号として判断される可能性が高い。これにより、実際に暗号化処理により乱数化された以上の効果を持つことになり、より高い秘匿性が得られる。
【0023】第3の発明は前記した構成により、第1の発明または第2の発明のスクランブル装置によりスクランブルされた後のパケットに対して、前記スクランブル装置において暗号化された部分に対してのみ復号化処理を行うので、正しく復号することが可能である。
【0024】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例におけるスクランブル装置の構成図を示すものである。図1において、11は分割装置、12は暗号化装置、13は合成装置である。以下に図を用いて、本発明の第1の実施例のスクランブル装置の動作を説明する。
【0025】処理の対象としては、圧縮処理の後でパケット化されたデジタル映像信号を入力データとし、前記パケットごとに処理するものとする。まず、分割装置11は、入力データから暗号化を行う位置のデータを被暗号化データとして取り出して出力する。ここで、被暗号化データの大きさは暗号化装置12における暗号化ブロックの大きさと等しい。分割装置11は、1つの被暗号化データが複数のパケット間にまたがらないように、入力データの1つのパケットから1個または複数個の被暗号化データを取り出す。
【0026】次に暗号化装置12は、鍵および分割装置11より出力された被暗号化データを入力し、入力した鍵の制御の元にブロック暗号化方式により暗号化を行い、暗号化データとして出力する。次に合成装置13は、入力データと、暗号化装置12より出力された暗号化データを入力し、それらを合成して出力映像信号として出力する。この時、合成装置13は、入力データの分割装置11において被暗号化データが取りだされた位置に、暗号化データを合成する。
【0027】以下に図を用いて第1の実施例のスクランブル装置の動作をさらに詳しく説明する。
【0028】図3は、第1の実施例におけるスクランブル装置の入力データのパケットの中で暗号化する部分を示す説明図である。図3(a)は、変換符号化により圧縮が行われた後でパケット化された入力データのパケットを示し、31は通信の制御に用いられる制御データ、32は直流成分、33は交流成分である。ここで、交流成分33は左側が低周波成分であり、右に行くほど高周波成分になるように並んでいるものとする。また、図3(b)は、暗号化処理位置を示し、34は暗号化を行わないデータ位置、35は被暗号化データ位置をそれぞれ示すブロックである。
【0029】図3に示すように、被暗号化データ位置35は直流成分32の全ての部分と、交流成分33の一部分を含んでおり、分割装置11では、入力データから被暗号化データ位置35のデータを分割して被暗号化データとして出力する。
【0030】以上のように第1の実施例によれば、映像の直流成分には必ず暗号化処理が施されるので、直流成分は乱数化され、暗号化されない部分が存在したとしても、それは交流成分のみである。周波数成分に分割されたデータから画像を形成する場合には、直流成分を基準として交流成分を用いて画像を形成するのだが、この場合は基準となる直流成分が乱数化されているので、交流成分がたとえ正しかったとしても、形成された画像は乱れた画像となる。
【0031】また、ブロック暗号化方式により暗号化を行っており、暗号化された部分の秘匿度は十分である。したがって、スクランブル画像からその原画像を推測することは困難となり、十分な秘匿度を得ることができるスクランブル装置を実現することができる。
【0032】なお、第1の実施例におけるスクランブル装置においては、図3(a)に示したように直流成分32と交流成分33が並んでいるパケットデータに対して処理を行う場合について示しているが、直流成分の全てと交流成分の一部を暗号化するような構成であれば、直流成分32と交流成分33の並び方はどのような並び方であっても良く、同様の効果が得られることは言うまでもない。直流成分32と交流成分33が異なる並び方であるような場合の被暗号化データ位置35を示す例を図4および図5に示す。
【0033】また、第1の実施例におけるスクランブル装置において、図3(b)に示したように被暗号化データ位置35を選んでいるが、直流成分32の全てと交流成分33の一部を選ぶように構成にすれば、図6(b)に示すように他の位置を選んでも良く、同様の効果が得られる。
【0034】なお、第1の実施例におけるスクランブル装置において、直流成分の全てと交流成分の一部を暗号化するとしているが、直流成分の全てのみを暗号化するような構成にしても、直流成分が再生画像の特徴の大部分を支配するので、同様の効果が得られる。
【0035】なお、第1の実施例におけるスクランブル装置において、直流成分の全てを暗号化するとしているが、下位数ビットを暗号化しなかったとしても、残りの上位ビットを暗号化すれば、少し絵の撹拌性が劣るが、ほぼ同様の効果が得られる。
【0036】次に本発明の第2の実施例について、図を用いて説明する。なお、第2の実施例のついて、スクランブル装置の構成については、図1に示した第1の実施例と同じ構成であるので詳細な説明は省略するが、入力データと、分割装置11における動作が第1の実施例とは異なるので、この点について図を用いて詳しく説明する。
【0037】図7は、第2の実施例におけるスクランブル装置の入力データのパケットの中で暗号化する部分を示す図である。図7(a)は、可変長符号化により圧縮が行われた後でパケット化された入力データのパケットを示し、71は通信の制御に用いられる制御データ、72は固定長データ、73は可変長データである。ここで、可変長データ73は左側が先頭ビットであるものとする。
【0038】また、図7(b)は、暗号化処理位置を示し、74は暗号化を行わないデータ位置、75は被暗号化データ位置をそれぞれ示すブロックである。図7に示すように、被暗号化データ位置75は固定長データ72の全体および可変長データ73の先頭を含んでおり、分割装置11では、入力データから被暗号化データ位置75のデータを分割して被暗号化データとして出力する。
【0039】以上のように第2の実施例によれば、固定長データの全ておよび可変長データの先頭には必ず暗号化処理を施す。可変長符号化されたデータはその中に1ビットでも誤りがあれば、その誤りを含む符号以降、最悪の場合、リフレッシュされるまで誤りが伝搬される。可変長符号の暗号化された部分は、可変長符号の規定外のでたらめな値に変換されるので、誤った符号と同様に扱われる。したがって、可変長符号の後半に暗号化されない部分が存在したとしても、その部分も誤った符号として判断される可能性が高く、これにより、実際に暗号化処理により乱数化された以上の効果を持つことになり、より高い秘匿性を得ることができるスクランブル装置を構成することができる。
【0040】なお、第2の実施例のスクランブル装置においては、固定長データの全てと可変長データの先頭に暗号化する構成としているが、処理の対象となるパケット内に固定長データが存在しない場合には、可変長データの先頭に必ず暗号化するような構成にすれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【0041】なお、第1の実施例および第2の実施例のスクランブル装置においては、分割装置11と合成装置13を別の装置で設けているが、一度に転送される入力データが、暗号化装置12における暗号化ブロックの大きさよりも小さい場合は、分割装置11および合成装置13には遅延装置が必要となる。この時、分割装置と合成装置を1つの装置で構成すれば、遅延装置が共用化でき、さらに同様の効果が得られる。
【0042】なお、第1の実施例および第2の実施例のスクランブル装置においては、制御データを暗号化しないような構成にしているが、スクランブル装置とデスクランブル装置の間にある通信路で用いないデータであれば、暗号化しても良く、同様の効果が得られ、さらに秘匿度が増すという効果が得られる。
【0043】図2は本発明の第3の実施例のデスクランブル装置の構成を示すものである。図2において、21は分割装置、22は復号化装置、23は合成装置である。以下に図を用いて、第3の実施例におけるデスクランブル装置の動作を説明する。
【0044】処理の対象としては、圧縮処理の後で、パケット化されたデジタル映像信号を、第1の実施例または第2の実施例のスクランブル装置でスクランブルした後のデータを処理の対象とし、前記パケットごとに処理するものとする。
【0045】まず、分割装置21は、入力映像信号から復号化を行う位置のデータを被復号化データとして抽出し、出力する。この時、分割装置21は、図1に示したスクランブル装置における合成装置13における暗号化データを被復号化データとする。次に復号化装置22は、鍵および分割装置21より出力された被復号化データを入力し、鍵の制御の元にブロック暗号化方式による復号化処理を行い、復号化データとして出力する。
【0046】この時、復号化装置22に入力される鍵は、処理の対象となるデータがスクランブルされたときにスクランブル装置の暗号化装置12で用いられた鍵と同じものであり、復号化装置22で行われる復号化処理は、被復号化データに施された暗号化処理の逆変換である。次に合成装置23は、入力データと、分割装置21より出力された非暗号化データを入力し、入力データと復号化データを合成して出力映像信号として出力する。この時、合成装置23は、入力データの分割装置21において被復号化データが取りだされた位置に、復号化データを合成する。
【0047】以上のように第3の実施例によれば、第1の実施例または第2の実施例のスクランブル装置によりスクランブルされたパケットに対して、前記スクランブル装置において暗号化された部分に対してのみ復号化処理を行うので、正しく復号することが可能である。
【0048】なお、第3の実施例のデスクランブル装置においては、分割装置21および合成装置23を別の装置で設けているが、一つの装置で構成すれば、遅延装置の共用化ができ、さらに同様の効果が得られる。
【0049】
【発明の効果】以上のように、第1の発明によれば、変換符号化による圧縮処理の後でパケット化されたデジタル映像信号を処理の対象とし、パケット内でのブロック暗号処理の適用において、十分な秘匿性が得られるスクランブル装置を構成することができ、その実用的効果は大きい。
【0050】また、第2の発明によれば、可変長符号化による圧縮処理の後でパケット化されたデジタルデータを処理の対象とし、パケット内でのブロック暗号処理の適用において、十分な秘匿性の得られるスクランブル装置を構成することができる。
【0051】さらに、第3の発明によれば、第1の発明および第2の発明のスクランブル装置でスクランブルされたデジタル映像信号を、正しく復号できるデスクランブル装置を構成することができる。




 

 


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