DE3822354A1

DE3822354A1 - Method and arrangement for scrambling image signals

Info

Publication number: DE3822354A1
Application number: DE19883822354
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Strehl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-07-01
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1990-01-04

Abstract

During transmission of image signals, the code words are scrambled with each other. However, the scrambling scheme changes continuously, so that decoding is almost impossible. In a variant of this method, the code words (CW) of the image signal (BS) are first divided into data blocks (DB), which are then scrambled with each other. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwürfelung von Bild signalen und eine hierzu geeignete Anordnung.The invention relates to a method for scrambling images signals and a suitable arrangement.

Bei der digitalen Übertragung von Bildsignalen sollen Maßnahmen gegen unbefugtes Mitsehen getroffen werden. Da bei der Bildüber tragung die Bitraten um Größenordnungen höher sind als bei der Übertragung von Sprache, ist es noch nicht möglich, die übli chen Verschlüsselungsgeräte einzusetzen, da diese aufgrund des verwendeten Verschlüsselungsverfahrens intern nochmals wesent lich höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten erfordern. Anderer seits ist auch die bei professionellen Schlüsselgeräten vor handene Entschlüsselungssicherheit nicht erforderlich, da keine als geheim einzustufenden Dokumente übertragen werden sollen. Man begnügt sich daher beim Einsatz von Pay-TV-Anlagen oder beim Bildfernsprechen beispielsweise mit der Verschlüsselung von Synchronsignalen oder verschachtelt - gegebenenfalls zusätz lich - die Bildsignale miteinander. Es besteht jedoch weiterhin die Gefahr einer unbefugten Entschlüsselung, wenn ein besonderer Aufwand betrieben wird, der die Speicherung des Bildsignals und systematischer Untersuchungen voraussetzt.Measures should be taken when digitally transmitting image signals against unauthorized watching. As for the picture the bit rates are orders of magnitude higher than for the Transmission of speech, it is not yet possible to the übli Chen encryption devices to use, because of the encryption method used internally again essential require higher processing speeds. Other On the other hand, there is also a professional key device existing decryption security is not necessary, since none should be transmitted as classified documents. One is therefore content with the use of pay TV systems or for telephony with encryption, for example of synchronous signals or nested - if necessary, additional Lich - the image signals with each other. However, it still exists the risk of unauthorized decryption if a special one Effort is operated, the storage of the image signal and systematic investigations.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Entschlüsselungssicherheit von digitalen Bildsignalen anzu geben.The object of the invention is a method for improvement the decryption security of digital image signals give.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the specified in claim 1 Features solved.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are in the Unteran sayings.

Außerdem ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.There is also an arrangement for performing the method described.

Vorteilhaft ist, daß das Verwürfelungsschema ständig geändert wird. Bei einem feststehenden Verwürfelungsschema ist es in Ab hängigkeit vom Bildinhalt durchaus möglich, das Verwürfelungs schema zu entdecken, da auch schon eine Annäherung an das rich tige Verwürfelungsschema zu einem verzerrten, aber doch erkenn baren Bild führt.It is advantageous that the scrambling scheme is constantly changing becomes. With a fixed scrambling scheme it is in Ab dependence on the content of the picture is quite possible, the scrambling scheme to discover, as it is already an approximation of the rich scrambling to a distorted, but still recognizable real image.

Werden die Datenwörter eines beispielsweise PCM-codierten oder optimalcodierten Bildsignals in Datenblöcke zerlegt, deren Län ge ungleich der üblichen Länge der Datenwörter ist, und an schließend verwürfelt, so werden hierdurch die statistischen Bindungen zerstört und die Entschlüsselung fällt entsprechend schwerer.For example, if the data words are PCM-encoded or optimally coded image signal broken down into data blocks, the Län ge is not equal to the usual length of the data words, and on finally scrambled, so the statistical Bindings are destroyed and decryption falls accordingly heavier.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere Verschlüsselungssche mata vorgesehen sind, zwischen denen, beispielsweise gesteuert von einem Pseudo-Random-Generator, umgeschaltet wird.It is particularly advantageous if several encryption schemes mata are provided, between which, for example, controlled by a pseudo-random generator.

Das Verschlüsselungsschema kann hardwaremäßig vorgegeben sein, es kann aber auch mittels einer Magnetkarte oder eines einzuge benden geheimen Schlüsselwortes generiert werden oder auch vor Beginn der Übertragung von der Sendeeinrichtung zur Empfangs einrichtung in verschlüsselter Form übertragen werden. Ebenso ist es denkbar, daß mittels spezieller Codewörter die Kennzif fern der unterschiedlichen Verwürfelungsschemata übertragen werden.The encryption scheme can be specified in hardware, but it can also be by means of a magnetic card or one the secret keyword generated or before Start of transmission from the transmitter to the receiver facility in encrypted form. As well it is conceivable that the code transmitted far from the different scrambling schemes will.

Natürlich können auch weitere übliche Maßnahmen, wie das zu sätzliche Verscrambeln des Ausgangssignals und das Verschlüsseln der Synchronwörter durchgeführt werden.Of course, other common measures, such as that too additional scrambling of the output signal and encryption of the synchronous words are carried out.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher er läutert. The invention is based on exemplary embodiments, he purifies.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Verwürfelungsschema, Fig. 1 is a scrambling scheme,

Fig. 2 ein weiteres Verwürfelungsschema und Fig. 2 shows another scrambling scheme and

Fig. 3 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Fig. 3 shows an arrangement for performing the method.

Das in Fig. 1 dargestellte Bildsignal BS besteht aus optimal codierten Codewörtern, von denen hier nur die Codewörter CW 1 bis CW 5 dargestellt sind. Diese Codewörter werden nach einem sich ständig ändernden Verwürfelungsschema miteinander ver schachtelt. Hierzu müssen sie zunächst einmal, beispielsweise für die Dauer einer Bildzeile, zwischengespeichert werden. An schließend werden sie in einer durch das Verwürfelungsschema ausgegebenen Reihenfolge ausgelesen. Das ausgelesene Signal ist mit DS bezeichnet. Dieses Signal wird übertragen und emp fangsseitig in einen Speicher eingeschrieben. Hieraus werden die Codewörter in der richtigen Reihenfolge wieder ausgelesen, wodurch sich das ursprüngliche Bildsignal BS ergibt.The image signal BS shown in FIG. 1 consists of optimally coded code words, of which only the code words CW 1 to CW 5 are shown here. These code words are interleaved together according to a constantly changing scrambling scheme. To do this, they must first be stored temporarily, for example for the duration of an image line. They are then read out in an order given by the scrambling scheme. The signal read out is designated DS . This signal is transmitted and written into a memory at the receiving end. From this, the code words are read out again in the correct order, resulting in the original picture signal BS .

Entsprechend Fig. 2 können die Codewörter des Bildsignals BS zunächst in Datenblöcke DB 1, DB 2, ... aufgeteilt werden, wo bei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Codewortgrenzen und Datenblockgrenzen nicht (oder nur selten) aufeinanderfallen und hierdurch die Codewörter zertrennt werden. Die Datenblöcke wer den dann wiederum nach einem sich ständig ändernden Verwürfe lungsschema miteinander verwürfelt. Das Fehlen der Wortgrenzen erschwert eine Entschlüsselung außerordentlich.According to Fig. 2, the code words of the image signal BS can first be divided into data blocks DB 1 , DB 2 , ..., where it is particularly advantageous if the code word limits and data block limits do not (or only rarely) coincide and the code words are thereby separated . The data blocks are then in turn scrambled according to a constantly changing scrambling scheme. The lack of word boundaries makes deciphering extremely difficult.

Das Bildsignal kann sowohl einem Luminanzsignal, einem Chromi nanzsignal oder miteinander bereits verschachtelten Komponenten eines Farbsignals entsprechen.The image signal can be a luminance signal, a Chromi signal or components that are already nested correspond to a color signal.

In Fig. 3 ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Sie enthält einen Speicher 1, in dem sendeseitig das Bildsignal BS eingeschrieben und das verwürfelte Datensi gnal DS ausgegeben wird. Eine Schlüsseleinrichtung 4 mit mehre ren Pseudo Random-Generatoren 41, 42 und 43 erzeugt mehrere Ver würfelungsschemata. Die Pseudo-Random-Generatoren können hierbei ein gemeinsames Schieberegister 44 verwenden. Die von den Pseu do-Random-Generatoren abgegebenen Verwürfelungssignale VS 1 bis VS 3 gelangen über eine Auswahleinrichtung 3 zur Speichersteue rung 2, deren Aufgabe es ist, die Datenblöcke DB des Datensi gnals in der gewünschten Reihenfolge auszulesen. Die Auswahlein richtung wird über die Schlüsseleingabe mit dem geeigneten sich ständig ändernden Auswahlschema versehen.In Fig. 3 illustrates an arrangement for implementing the method. It contains a memory 1 in which the image signal BS is written on the transmission side and the scrambled data signal DS is output. A key device 4 with a plurality of pseudo random generators 41 , 42 and 43 generates a plurality of dicing schemes. The pseudo-random generators can use a common shift register 44 . The scrambling signals VS 1 to VS 3 emitted by the pseu do random generators pass through a selection device 3 to the memory controller 2 , the task of which is to read out the data blocks DB of the data signal in the desired order. The selection device is provided with the appropriate, constantly changing selection scheme via the key input.

Ein Verschachtelungsabschnitt kann beispielsweise eine Bild zeile umfassen. Die Codewörter für eine Bildzeile werden zu nächst in den Speicher 1 eingeschrieben. Durch die Schlüssel eingabe 5 wird ein Verwürfelungsschema ausgewählt, und die entsprechenden Codewörter oder Datenblöcke werden in der ge wünschten Reihenfolge ausgelesen. Wird außerdem gleichzeitig eine Umwandlung in Datenblöcke vorgenommen, so wird erforderli chenfalls die Bildzeile um einige Leerbits, die wiederum einer Pseudo-Random-Folge entsprechen können, ergänzt. Am Ende einer Bildzeile wird auf ein anderes Verwürfelungsschema umgeschaltet. Ein Verwürfelungsabschnitt kann jedoch auch mehrere Bildzeilen oder nur Teile einer Bildzeile umfassen. Das Verwürfelungsschema kann auch während einer Übertragung durch die Übertragung von Schlüsselcodewörtern von der Sendestation aus gesteuert werden.A nesting section can, for example, comprise an image line. The code words for a picture line are first written into the memory 1 . A scrambling scheme is selected by the key input 5 , and the corresponding code words or data blocks are read out in the desired order. If a conversion to data blocks is also carried out at the same time, the image line is supplemented, if necessary, by a few empty bits, which in turn can correspond to a pseudo-random sequence. At the end of a picture line, a different scrambling scheme is used. However, a scrambling section can also comprise several image lines or only parts of an image line. The scrambling scheme can also be controlled during a transmission by the transmission of key words from the transmitting station.

Empfangsseitig wird das verwürfelte Datensignal DS in den Spei cher 1 eingeschrieben und - gesteuert von der Schlüsseleinrich tung 4 der Auswahleinrichtung 3 und der Speichersteuerung 2 - werden die Datenblöcke DB bzw. Codewörter CW des Bildsignals in der richtigen Reihenfolge ausgelesen. Die Verwendung von Daten blöcken gleicher Länge vereinfacht die Speichersteuerung.On the reception side, the scrambled data signal DS is written into the memory 1 and - controlled by the key device 4 of the selection device 3 and the memory controller 2 - the data blocks DB or code words CW of the image signal are read out in the correct order. The use of data blocks of the same length simplifies memory control.

Claims

1. A method for scrambling an image signal ( BS ), characterized in that code words (CW 1 , CW 2 , ...) or in code blocks (DB 1 , DB 2 , ...) converted code words (CW 1 , CW 2 , ...) of the image signal (BS) are scrambled together by means of a constantly changing scrambling scheme.

2. The method according to claim 1, characterized in that the code words (CW 1 , CW 2 , ...) existing image signal (BS) is converted into data blocks (DB 1 , DB 2 , ...) whose bits are wide differs from the bit width of the code words (CW 1 , CW 2 , ...).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that several different scrambling schemes were applied their order and / or duration are continuously changed becomes.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the scrambling schemes on the sending and receiving sides be saved.

5. The method according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized, that the scrambling schemes by pseudo-random generators be generated.

6. The method according to any one of the preceding claims 3 to 5, characterized in that key code words are stored in a key input ( 5 ) before the start of the transmission, which define the scrambling schemes and / or the sequence of the scrambling schemes during the transmission.

7. The method according to claim 6, characterized in that key code words with the image signal (BS) are transmitted, which determine the scrambling schemes and / or the selection of each of the scrambling schemes used.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that there is an additional exchange of picture lines.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal components of a colored image signal form the image signal (BS) .

10. Arrangement for performing the method according to claim 3, characterized in that a memory ( 1 ) is provided, in the transmission side, the image signal (BS) or the receiving side, the data signal (DS) is written,
that a key device ( 4 ) is provided, which accordingly generates several scrambling schemes, several scrambling schemes,
that a selection device ( 3 ) is provided for each scrambling signal (VS 1 , VS 2 ...)
that a memory controller ( 2 ) is provided and each controls a scrambling signal reading from the memory ( 1 ).