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スクランブル伝送装置 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 スクランブル伝送装置
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7−115414
公開日 平成7年(1995)5月2日
出願番号 特願平5−260754
出願日 平成5年(1993)10月19日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 勝田 昇 / 村上 弘規 / 茨木 晋 / 中村 誠司
要約 目的
映像データの伝送に際して、その再生者を限定するためのスクランブル伝送装置に関し、伝送時のビット誤りに強いスクランブル伝送装置を提供する。

構成
撹拌鍵発生装置1は、スライス毎にでるコード検出信号からの撹拌鍵リクエスト信号を受け取る毎にスクランブル鍵Kをもとに乱数を発生させ、それを撹拌鍵とし、乱数発生装置2を初期化し、乱数発生装置2は、コード検出装置3のスクランブル命令出力時のみ乱数を生成し、論理和回路4を介して原信号に乱数を付加し、さらに、スクランブル鍵Kが多重化装置5で多重化されて伝送される信号となる。受信側でも同様に、スクランブル鍵Kをもとに撹拌鍵発生装置6で、撹拌鍵を生成し乱数発生装置7を初期化し再生する。従って、ビット誤りが生じてもスクランブル鍵の更新周期よりも短い時間で再生が復帰できる。
特許請求の範囲
【請求項1】可変長符号を含むディジタルデータをスクランブル鍵に基づきスクランブル処理するスクランブル装置と前記スクランブル鍵に基づき再生処理するデスクランブル装置とスクランブル鍵伝送手段とからなり、前記スクランブル装置は、可変長符号を含むディジタルデータを所定の撹拌鍵によって決定する規約に基づき撹拌処理する撹拌処理手段と前記撹拌処理手段に前記撹拌鍵を与えるスクランブル処理側の撹拌鍵更新手段とからなり、前記撹拌鍵は、前記スクランブル鍵に基づき生成可能であって、前記撹拌鍵更新手段が、入力データ中で再生の同期がとれる最小のデータ単位毎に新たな撹拌鍵を撹拌処理手段に与えるスクランブル装置であり、前記デスクランブル装置は、可変長符号を含むディジタルデータ中のスクランブルされたデータを撹拌鍵によって決定する規約に基づきデスクランブル処理する逆変換処理手段と前記逆変換処理手段に前記撹拌鍵を与えるデスクランブル処理側の撹拌鍵更新手段とからなり、前記撹拌鍵更新手段が伝送されてくるスクランブル鍵をもとに撹拌鍵を生成する撹拌鍵生成手段を有し、生成された撹拌鍵を入力データ中で再生の同期がとれる最小のデータ単位毎に新たな撹拌鍵を逆変換処理手段に与えるデスクランブル装置であることを特徴とするスクランブル伝送装置。
【請求項2】伝送データがMPEG標準に準拠したデータであって、スクランブル鍵更新手段が、グループオブピクチャのユーザデータ領域にスクランブル鍵情報を埋め込む埋め込み手段を有することを特徴とする請求項1記載のスクランブル伝送装置。
【請求項3】可変長符号を含むディジタルデータを所定の撹拌鍵によって決定する規約に基づき撹拌処理する撹拌処理手段と、前記撹拌処理手段に前記撹拌鍵を与える撹拌鍵更新手段からなり、前記撹拌鍵は、スクランブル鍵に基づき生成可能であって、前記撹拌鍵更新手段が、入力データ中で再生の同期がとれる最小のデータ単位毎に新たな撹拌鍵を撹拌処理手段に与えることを特徴とするスクランブル装置。
【請求項4】入力データが、MPEG標準に準拠した映像信号であって、撹拌鍵更新手段が、入力データ中のスライス単位毎に新たな撹拌鍵を撹拌装置に与えることを特徴とする請求項3記載のスクランブル装置。
【請求項5】可変長符号を含むディジタルデータ中のスクランブルされたデータを撹拌鍵によって決定する規約に基づきデスクランブル処理する逆変換処理手段と前記逆変換処理手段に前記撹拌鍵を与える撹拌鍵更新手段からなり、前記撹拌鍵更新手段が伝送されてくるスクランブル鍵をもとに撹拌鍵を生成する撹拌鍵生成手段を有し、生成された撹拌鍵を入力データ中で再生の同期がとれる最小のデータ単位毎に新たな撹拌鍵を逆変換処理手段に与えることを特徴とするデスクランブル装置。
【請求項6】撹拌鍵更新手段が、生成した撹拌鍵を入力データのスライス単位毎に逆変換処理装置に与えることを特徴とする請求項5記載の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、ディジタル符号化された信号の伝送あるいは保管に際し、信号を撹拌し、復号手順を許可されたものだけに与えることによって、再生できる者を限定する信号撹拌を行うスクランブル装置およびそれを再生するデスクランブル装置に関するものであり、特に、再生するまでに起こる誤りに対して高い再生復帰能力をもつスクランブル伝送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来のスクランブル伝送装置の構成図を示すものである。図3において、11,14は、乱数発生装置、12,15は、排他的論理和回路、13は、多重化装置、16は、多重分離装置である。
【0003】以上のように構成された従来のスクランブル伝送装置について以下その動作を説明する。原信号は、排他的論理和回路12に順に入力される。排他的論理和回路12のもう一方の入力は、乱数発生装置11の出力が与えられる。乱数発生装置11では、スクランブル鍵が更新周期毎に与えられ、スクランブル鍵を用いて初期化し、乱数列を原信号と等しいレートで出力する。従って、原信号には、乱数発生装置11で生成された乱数が排他的論理和演算されて撹拌される。乱数発生装置12に入力されたスクランブル鍵は、多重化装置13において、伝送される信号中に多重化されて送られる。
【0004】受信側では、多重分離装置16で伝送されてきた信号中からスクランブル鍵が分離され、スクランブルされた信号が排他的論理和回路15に入力される。分離されたスクランブルブル鍵は、乱数発生装置14に入力される。乱数発生装置14は、スクランブル鍵を用いて初期化し、送信側で用いた乱数列と同じ乱数を生成し、排他的論理和回路15にスクランブル信号と同じレートで入力する。したがって、スクランブル信号には、送信側と同じ乱数が加えられ、もとの信号に戻り再生信号となる。
【0005】この際、スクランブル鍵は、更に上位の暗号化鍵で暗号化され伝送されることが多く、受信側でそれを解読してスクランブル鍵を得る。乱数発生装置は、スクランブル鍵で初期化されるため、万一送信側受信側の同期がはずれた場合には、次のスクランブル鍵によって乱数発生装置が初期化されるときに同期が復帰することになる。ただし、伝送されてくる信号において単純にビット誤りが生じた場合には、そのビットのみが誤って再生されるだけで、残りのビットは、正しく再生される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のような従来の構成では、原信号が可変長符号を含むような信号で信号の撹拌処理も有料放送におけるスクランブル効果制御といった特定の符号のみを撹拌の対象とすることで音声や画像の聞こえ方、見え方を制御する場合、伝送途中でビット誤りが生じたときその撹拌の対象となるビットやビット数などが受信者側で誤って検出されたり、その位置が決定不能となるため、乱数発生装置の同期がはずれてしまい、次のスクランブル鍵によって初期化されるまで同期が復帰しない。
【0007】そのため、ビット誤りに対する誤り伝搬をスクランブルしない場合と同等にするためには、スクランブル鍵を更新する周期を可変長符号を復号する際の復号の同期に一致させる必要があるが、可変長符号を用いて符号化されているMPEG標準に準拠した映像信号においても、その周期は10msec以下となり、スクランブル鍵を更新する周期としては、従来からあるスクランブルシステムでのスクランブル鍵の更新周期が1秒前後であるのに比べて現実的ではなく、現実的なスクランブル鍵の更新周期では、ビット誤りがあった場合の再生復帰能力が極端に低下してしまうという問題点を有していた。
【0008】本発明はかかる点に鑑み、原信号が可変長符号を含んだ信号であってもビット誤りが生じたとき、再生が復帰するまでの期間が、スクランブル処理をしない場合と同等なスクランブル伝送装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、可変長符号を含むディジタルデータを所定の撹拌鍵によって決定する規約に基づき撹拌処理する撹拌処理手段と前記撹拌処理手段に前記撹拌鍵を与える撹拌鍵更新手段からなり、撹拌鍵は、前記スクランブル鍵に基づき生成可能であって、前記撹拌鍵更新手段が、入力データ中で再生の同期がとれる最小のデータ単位毎に新たな撹拌鍵を撹拌処理手段に与えるスクランブル装置と、可変長符号を含むディジタルデータ中のスクランブルされたデータを撹拌鍵によって決定する規約に基づきデスクランブル処理する逆変換処理手段と、前記逆変換処理手段に前記撹拌鍵を与える撹拌鍵更新手段からなり、撹拌鍵更新手段が伝送されてくるスクランブル鍵をもとに撹拌鍵を生成する撹拌鍵生成手段を有し、生成された撹拌鍵を入力データ中で再生の同期がとれる最小のデータ単位毎に新たな撹拌鍵を逆変換処理手段に与えるデスクランブル装置とを具備した構成である。
【0010】
【作用】本発明は前記した構成により、撹拌鍵が、信号の最小同期単位で更新されるため、伝送中のビット誤りに対しても、その再生が正しく復帰するまでの期間がスクランブルしない場合と同等になり、また、受信側で伝送するスクランブル鍵から、複数の撹拌鍵を生成できるので、伝送される鍵は、スクランブル鍵でよく撹拌鍵を全て送る必要がないため、現実的な鍵の伝送レートで、ビット誤りに強いスクランブル伝送装置が提供できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施例におけるスクランブル伝送装置の構成を示すものである。
【0012】図1において、1,6は、乱数発生装置からなりスクランブル鍵より乱数を撹拌鍵として生成する撹拌鍵発生装置、2,7は、撹拌鍵をもとに乱数を発生させる乱数発生装置、3,8は、入力信号中のスクランブルの対象となるコードを検出するコード検出装置、4,9は、排他的論理和回路、5は、スクランブル信号にそれを解くためのスクランブル鍵を多重する多重化装置、10は、スクランブル信号から多重されたスクランブル鍵を分離する多重分離装置である。
【0013】以上のように構成されたこの実施例のスクランブル伝送装置において、以下その動作を説明する。原信号は、MPEG(Moving Picture Expert Group:国際標準化機構ISOと国際電気標準会議IECの合同の作業グループ)標準に準拠した映像信号である。MPEG標準については、例えば、ISO/IEC IS 11172(1993),ISO-IEC/JCT1/SC29/WG11 NO328:Test Model3等の規格書およびドラフトがある。以下図2を用いてMPEG標準に準拠した映像信号の概要について説明する。
【0014】図2に示すように、データ構造はシーケンス層(レイヤ)からなり、シーケンス層は一つの動画像シーケンス表わし、ヘッダ部分にはシーケンス開始コードをはじめ、各種パラメータとデータを含み、一つ以上のGOP(グループオブピクチャー(Group of picture))、ピクチャー(画像)群の符号化データを含んでいる。
【0015】また、GOP層は、任意の長さのフレームで構成され、GOPの開始コード(Start-code)を含むヘッダー部分と、一つ以上のピクチャーの符号化データ等を含んでいる。次に、前述のピクチャー層は、ピクチャーの開始コード(Start-code)を含むヘッダー部分と、一つ以上のスライスの符号化データ等を含んでおり、このスライス層は、スライスの開始コード(Start-code)を含んだヘッダー部と、一つ以上のマクロブロックの符号化データを含み、任意のマクロブロックを含むことができる。
【0016】さらにマクロブロックについて説明すると、このマクロブロックは、16×16画素の領域のデータであり、基本符号化処理単位である8×8画素のブロックが輝度4つと、その領域に存在する色差を示すいくつかの8×8画素ブロックからなり、これらの大半は、可変長符号である。したがって、ビット誤りが生じた場合には、それ以降のデータは、読み取り不能となり、再生が復帰するのは、開始コードがある次のスライスの先頭となる。
【0017】原データはスクランブル鍵Kによって撹拌処理される。撹拌鍵発生装置1は、スクランブル鍵Kをもとにコード検出装置3からの撹拌鍵リクエスト信号を受け取る毎に32ビット乱数を発生させ、それを撹拌鍵とし、乱数発生装置2へ送る。コード検出装置3は、原信号の各符号を読み取り、スクランブルの対象となる信号が入力されてきたとき、スクランブル命令を乱数発生装置2へ送る。この際、スライス層の先頭コードを検出したとき、撹拌鍵発生装置1へ、撹拌鍵リクエスト信号を送るとともに、乱数発生装置2へ、初期化命令を送る。
【0018】乱数発生装置2は、コード検出装置3からの初期化命令を受けると撹拌鍵発生装置1からの乱数を撹拌鍵として受け取り、内部状態を初期化する。そして、コード検出装置3からのスクランブル命令が出力されているときだけ、乱数を生成し、それを排他的論理和回路4に出力することによって、原信号に乱数を付加する。なお、スクランブル命令が出力されていないとき、乱数発生装置2は、0を出力する。このようにして、原信号に乱数が付加されてスクランブル信号となり、これに、スクランブル鍵Kが多重化装置5でGOP層のヘッダー部のユーザーデータ領域に多重化されて伝送される信号となる。
【0019】受信側では、多重分離装置10でGOP層のユーザーデータ領域毎にあるスクランブル鍵Kが分離され、撹拌鍵発生装置6へ入力される。撹拌鍵発生装置6では、スクランブル鍵Kで内部状態を初期化し、コード検出装置8からの撹拌鍵リクエスト信号が入力される毎に乱数を発生し、撹拌鍵として乱数発生装置7へ出力する。コード検出装置8は、スクランブル信号の各符号を読み取り、スクランブルの対象となった信号が入力されてきたとき、スクランブル命令を乱数発生装置7へ送る。
【0020】この際、スライス層の先頭コードを検出したとき、撹拌鍵発生装置6へ、撹拌鍵リクエスト信号を送るとともに、乱数発生装置7へ、初期化命令を送る。乱数発生装置7は、コード検出装置8からの初期化命令を受けると撹拌鍵発生装置6からの乱数を撹拌鍵として受け取り、内部状態を初期化する。そして、コード検出装置8からのスクランブル命令が出力されているときだけ、乱数を生成し、それを排他的論理和回路9に出力することによって、スクランブル信号に乱数発生装置2が原信号に付加したのと同じ乱数を付加し、再生信号をえる。
【0021】以上のような構成において、伝送途中でビット誤りが生じた場合をスクランブルしない場合と比べる。まず、スクランブルしていない場合、伝送されてくる信号は、可変長符号を用いているので、最悪の場合、ビット誤り以降の信号は読み取り不能となり、再生装置は、次の予約語を検出するまで、再生処理不可能となり、次の予約語をもって再生の同期を回復するため、再生は、次のスライスより復帰する。
【0022】一方、スクランブルしている場合、ビット誤りが生じるとコード検出装置10がコード検出不可能となり、その後のスクランブル信号については、そのスクランブルされて位置が検出できず、乱数の同期もはずれてしまい、再生不可能となる。コード検出装置8は、再生装置と同様、次の予約後を検出することで、その後のコード検出処理が可能となり、次のスライスの信号から、スクランブル位置の検出が可能となる。ところで、乱数発生装置7は、次のスライスの先頭で、初期化命令が入力され、撹拌鍵発生装置6からの撹拌鍵で初期化されるため、乱数の同期も同時に回復され、スクランブル処理も次のスライスの先頭から復帰することになり、スクランブルを行わない場合と同等の誤り復帰能力が実現できる。
【0023】以上のようにこの実施例によれば、コード検出装置3で、原信号のスライスの先頭コードを検出し、その信号したがって、乱数発生装置2を初期化することにより、原信号は、スライスの先頭毎に初期化される乱数列でスクランブルされることになり、再生同期の復帰能力の高いスクランブル伝送装置が実現できる。
【0024】なお、本実施例においては、スクランブル鍵から生成する撹拌鍵の生成手段として、乱数発生装置を用いたが、スクランブル鍵から生成可能であって、生成された撹拌鍵からスクランブル鍵を求めることが困難であるようなものであれば、どのような構成をとってもよい。
【0025】また、本実施例では、コード検出装置からの撹拌鍵リクエスト信号にしたがって、撹拌鍵を生成し、乱数発生装置へ与えたが、コード検出装置8が、スライスのアドレス情報も同時に撹拌鍵発生装置6へ伝送すれば、ビット誤りが、複数のスライスにまたがった場合においても、復帰したスライスのアドレス情報に基づいて、復帰出来なかったスライスの撹拌鍵を撹拌鍵発生装置6内で破棄し、乱数発生装置7へ復帰したスライスに対応したスクランブル鍵を与えることが可能となり、より信頼性の高いものとすることができる。
【0026】またスクランブル鍵Kは、通常、さらに上位の暗号化鍵によって暗号化されることが多く、伝送手段も、本実施例のように同じ伝送路を用いて行う以外にも、別の伝送路を用いて、予め共有する手段なども考えられ、スクランブル鍵が受信側が所有できるものであればどのようなものでもよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、スクランブル鍵を用いて、スクランブルを行わない場合に再生の同期がとれる期間毎に更新する撹拌鍵を生成することにより、再生の同期と同等の安定性をもつスクランブル伝送装置が実現でき、その実用的効果は大きい。




 

 


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