JPH01105682A - アナログ入力信号のスクランブル方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、信号がセグメントに分割され、またこのセグ
メントの順序が組直されて新たな順序の信号を形成する
ある周波数スペクトルを有する電気的なアナログ入力を
スクランブルするための方法および装置に関する。

（従来の技術および解決しようとする課題）本発明につ
いては、料金制テレビジョン（ＰａｙＴｅｌｅｖｉｓｉ
ｏｎ）または他の所謂条件付きアクセス・テレビジョン
信号における如きテレビジョン信号の一部をなすアナロ
グ音信号をスクランブルする文節において記述すること
にする。

本発明は、後で再生するためビデオ・テープ・レコーダ
（またはビデオ・カセット・レコーダ）に記録されるテ
レビジョン信号に特に適している。このようなアナログ
音響信号をスクランブルする１つの方法においては、音
響信号がそれぞれ１秒の長さの一部の短いセグメントに
分割される。このセグメントは、各ブロックを形成する
予め定めた数、典型的には４つ以上のセグメントを持つ
ブロックに分類される。

このような信号は、次に、各ブロック内のセグメントの
再オーダーリング　（ｒｅ−ｏｒｄｅｒｉｎｇ）するこ
とによりスクランブルすることができる。

この再オーダーリングを制御するため、擬似ランダム、
即ちチェーン・コード・シーケンスを用いることができ
る。このシーケンスは、暗号化および暗号解読したコー
ド・ワードを用いる等により、受信側において送信側の
シーケンスと同期されねばならない。デスクランブル装
置においては、スクランブルされたセグメントがデスク
ランブルされた音響信号出力を形成するため適正な順序
に戻される。

このようなシステムにおいては、異なるセグメント間の
接続部をマークし、従ってこの接続部を正確に見出す方
法についての問題が生じる。

公知の１つのシステムは、セグメント間に１つの正弦波
の略々６サイクルのバーストを用いることを提起する。

ノしかし、これは、マーカ・バーストのための余地を作
るため、スクランブル装置における特殊な圧縮回路およ
びデスクランブル装置における伸張回路が必要となる短
所を持つ。更に、このマーカ・バーストはまた、信号を
不当にデスクランブルしようとする無法な試みを助長す
るおそれもある。

ヨーロッパ特許出願第０１１２１５８号に記載される別
の公知のシステムは、１つのセグメントの終りと次のセ
グメントの初めとの間の波形の冗長部分に制御信号を挿
入することによりセグメント間の接続部を見出す。この
冗長部分は、波形の時間圧縮により生成される。このた
め、前記制御信号は、テレビジョン信号波形における同
期パルスと同じように時間マーカとして作用する。

音響信号が平均的にある期間にわたって伝送される周波
数レンジにわたる実質的に均一なスペクトルを持ち、こ
れが典型的には　１ｏｏＩｌｚ乃至３ＫＩＩｚに近似化
され得ることが判るであろう。

本発明の方法および装置は、入力信号のスペクトルと略
々類似する周波数スペクトルを持つ定義された２進シー
ケンスがセグメントと同期する再オーダーリングされる
信号に加えられることを特徴とする。

本発明の一実施態様においては、テレビジョン音響信号
はアナログ形態であり、条件アクセス型テレビジョン信
号の一部をなす。この信号は、各々が典型的に８０ミリ
秒の長さであるセグメントに形成され、４つのセグメン
トの各グループが１つのブロックを構成する。この信号
は、擬似ランダム・シーケンス・ゼネレータにより制御
される如き略々ランダムな順序にブロックを再オーダー
リングすることによりスクランブルされる。

セグメント間の接続部は、再オーダーリングされた信号
に、音響信号スペクトルの例えば１００　Ｉｔ　ｚから
３にＩｌｚの範囲の比較的低い部分と比較的高い部分と
の間で略々均一なスペクトルを有する低い振幅の２進シ
ーケンスを重ねることにより識別されることが望ましい
。即ち、加算される２進シーケンスのスペクトルは、（
全振幅ではなく）入力音響信号のそれに近似する。

典型的には、略々ランダムな信号が通常の放送資材を用
いてこの機能を達成する。特に、擬似ランダム２進シー
ケンスは加算される信号として使用することができる。

このようなシーケンスの完全な１サイクルは、例えば、
１つのセグメントの長さと対応し得る。デスクランブル
装置においては、相関器がこのシーケンスについて調べ
、このシーケンスの適正な位相を復号した後、セグメン
ト間の接続部の位置を見出すことができる。次いで同じ
シーケンスの再生されるバージョンの波形を持つ信号が
、スクランブルされた信号から差引かれて、加算される
シーケンスからデスクランブルされた出力信号に対する
干渉レベルを低減させるようにする。

所要のスペクトル特性を持つ２進シーケンスが生成でき
る多くの異なる方法がある。システムの保安性を高める
ため、シーケンスは特殊キーまたは主要復号キーの一部
を用いて送信中変更することができる。例えば、ビット
速度が２．５にｂ／秒であるシーケンスが使用でき、も
しセグメントの長さが８０ミリ秒ならば、これは各セグ
メント毎に２００ビット周期を生じる。

時間マーカとしての擬似ランダム・シーケンスを使用す
ることをアナログ音響信号との関連で述べたが、このシ
ステムが他のアナログ信号に対しても適用し得ることは
理解されよう。

本発明について鯰、添付図面に関して事例として更に詳
細に次に述べる。

〔実施例〕　　　　（ 本文に述べるスクランブル・システムは、音響データの
セグメントの時間的な再オーダーリングを含む。これは
、第１図において略図的に示されている。符号器即ちス
クランブル装置１０においては、連続的な入力音響信号
が最初ブロックに分割され、各ブロックは更に等しい長
さの４つのセグメントに分割される。スクランブル操作
は、その各々のブロック内のこれらセグメントを再オー
ダーリングすることにより行なわれる。例えば、１つの
ブロック内の４つのセグメントの２４の可能な構成が存
在し、特定のブロックに対するこの構成は擬似ランダム
・シーケンスによって決定される。デスクランブル装置
２０においては、入力するブロック構造と適正な位相に
ある同じシーケンス・ゼネレータが、元の順序でセグメ
ントをアセンブルし直すために必要である。このゼネレ
ータは、条件的なアクセス・キーを用いて解号されるビ
デオ・データに含まれる暗号化されたディジタル・コー
ドを用いて、伝送されるシーケンスと同期されている。

このような音響スクランブル法を評価するため、スクラ
ンブル装置およびデスクランブル装置の諸機能が実験的
なマイクロコンピュータ支援システムにより実時間処理
でなく行なわれた。サンプリング周波数は、サンプル当
たり１６ビツトの３２に１１Ｚであた。音響ファイルは
、スクランブル装置の機能を実施するため書かれたプロ
グラムにより処理された。結果として得たスクランブル
音響ファイルはが、ディスクからＤＡＣ（ディジタル／
アナログ・コンバータ）を介して再生され、ＶＣＲ３０
のサウンド・トラックに記録された。デスクランブル装
置の機能を実施するため書かれた第２のプログラムは、
このデータを処理して連続的な音響サンプル・ファイル
を生じるため用いられ、このサンプルは次にＤＡＣおよ
びラウドスビー・力を介して再生することができた。

（スクランブル装置） 第２図は、スクランブル装置の種々の機能ブロックを示
す概略ブロック図を示している。

入力１２における信号は、アナログ／ディジタル・コン
バータ１０２および音響データの１ブロツクを保持する
バッファ１０４を介して、ストア１０Ｂに送られる。こ
の実験システムにおいては、この信号は８，１９２のサ
ンプルからなり、約１／４秒の音響と対応するものであ
フた。これは、ブロック長さが増すと増加する遮音性と
、（ブロック長さの２倍に等しい）伝達遅れ量との間の
妥当な妥協点を表わす。

ストアは、書込み操作を制御するため順次アドレス・ゼ
ネレータ１０８を用いて充填される。

−杯になると、このストアの内容は、前記ブロックに対
して必要なスクランブルされたセグメントの順序により
決定されるアドレス指定パターンを用いて読出される。

これは、スクランブル装置のアドレス・ゼネレータｌｌ
Ｏにより供給される。完全に構成されたシステムにおい
ては、スクランブルされたセグメントの順序は、擬似ラ
ンダム・シーケンスの制御下でブロック単位に変更する
ことも可能である。

このように、スクランブルされるアドレス・ゼネレータ
１１０は、ビデオ信号１１４から同期データを受取るス
クランブル・シーケンス・ゼネレータ１１２により制御
される。しかし、実験システムにおいては、デスクラン
ブル操作を簡単にするため固定されたスクランブル・セ
グメント類が用いられた。

信号がＶＣＲ３０からの再生と同時にデスクランブルさ
れ得る前に、セグメント間の境界の正確な位置を見出さ
なければならない。ビデオ信号からのタイミング情報は
この目的のためには使用できないが、これは再生された
ビデオ信号および音習信号間の相対的なタイミング・ジ
ッタが大き過ぎるためである。従って、フレーム信号形
態のタイミング情報は、音響信号自体に保持されねばな
らない。

（フレーミング・シーケンス） 本発明による実験システムにおいては、フレーム信号は
、低レベル（約−３０ｄ　Ｂ　）のスクランブル音響波
形に加えられた反復２進シーケンスからなっていた。こ
のフレーミング・シーケンス（ＦＳ）は、シミュレート
されるアナログ音響信号のそれと略々類似する周波数ス
ペクトルを持つように選択される。

フレーミング・シーケンスは、相関プロセスを用いて受
信側で検出された。このフレーミング手法は、信号がデ
スクランブルされ得る前にフレーミング・シーケンスが
知られねばならないため、システムに対する別の保安性
要素を提供する。

本システムのブロック図が第３図に示されている。シー
ケンスは、直流成分のない５１２ビツトの゛シーケンス
となるように加えられた余分のビットを持つ５１１ビツ
トのＰＲＢＳＩＪ似ランダムフランダム２進シーケンス
ている。１つのＰＲＢＳは、狭い（１ビツト・セル１１
］）同一位相ピークおよびノイズ様である周波数スペク
トルを持つ全ての位相はずれ値に対しては零に近い自己
相関関数の所要の特性を持つが、ノイズ様信号とは、耳
に感じないものおよび典型的なプログラム資材により最
もよくマスクが可能なものである。

フレーミング・シーケンスは、スクランブルされる音響
セグメントに対し固定された位相関係を持つ８　×ビッ
ト／秒の順次ビット・ストリームとして、ストアの形態
のフレーミング・シーケンス・ゼネレータ１２０から読
出された。記録および再生中、８にｌｌｚ以上のこの信
号中の成分が、おそらくはレコーダの応答制限により影
響を受けることになり、その結果これらの成分は低域フ
ィルタ１２２により除去される。次に、フィルタされた
フレーミング・シーケンスが加算器１２４においてスク
ランブルされた音響信号に加えられ、ディジタル／アナ
ログ・コンバータ１２６に送られて記録のための最終的
な出力を生じる。変動するプログラム・レベルの条件下
のシーケンスの信頼性に富む検出を確保するため、シー
ケンスのレベルは平均プログラム・レベルに従って変更
された。これはまた、信号のない間フレーム信号から如
何なる干渉も低減した。

ＶＣＲ３０からの記録および再生の後、デコーダにおけ
る相関器を用いて、再生された音響データに関するこの
シーケンスの「位相」を見出した。

−旦見出されると、セグメント間の境界の位置が知られ
、信号を復号することができた。

加えられたフレーム信号またはマーカ信号の選択に際し
で考慮されるべき要因は、下記の事柄を含む。即ち、 （ａ）加算された信号は、セグメント整相情報を持たね
ばならず、このため高低の周波数の妥当な混合を必要と
する。例えば、もし周期がセグメント長さと等しい正弦
波が用いられるならば、セグメントのおおよその位置を
同じにさせるが、要求された信号およびノイズが存在す
る時正確な位置を決定することは難しい。もしセグメン
ト周波数の数倍の高さの正弦波が用いられるならば、個
々のサイクル間にはあいまい性が存在しよう。擬似ラン
ダム・シーケンスが平らなスペクトルを持つ時、周波数
範囲に対する要件はこのようなシーケンスの使用により
満たされる。

（ｂ）加えられた信号は、以降の抑制プロセスが不完全
である場合には然るべく感じられないことが望ましい。

擬似ランダム・シーケンスのノイズ様特性は、特にこの
観点において適している。

（Ｃ）もし信号の生成が容易であるならば利点となる。

擬似ランダム・シーケンスの生成は簡単である。

（ｄ）正確な時間マスキングは、急激な過渡状態を持つ
波形を必要とし、これが制限されない周波数成分レンジ
を生成する。しかし、帯域が制限される信号チャネルの
場合には、このような信号は歪みを受けることになって
その最も高い周波数成分を失う。−４ｊｐ、域エツジ付
近の利得および位相性能はそれぞれ低めに規定され勝ち
であるため、マーカ信号のスペクトルを不足する信号に
加えられる前にある定められた方法で制限することが望
まビい。このためタイミング情報の基本粒度を低下させ
るが、マーカ信号は略々歪みもなくチャネルに送ること
ができ、また同じ予め定めた方法でフィルタされたマー
カ信号により正確に打消すことができる。

（ｅ）テープ記録の際、再生信号における低いタイミン
グ安定度が、例え１つのセグメントの持続期間中でも位
相の変動を惹起するおそれがある。このような状況下で
は、擬似ランダム・シーケンスの如き多数の過渡状態を
含むマーカ波形は、タイミングの変動の比較的高い周波
数成分を呈することができないセグメント周波数の方形
波またはインパルスの如くこれを含まないものより望ま
しい。

このような観点から、擬似ランダム・シーケンスは非常
に適するものであるが、然るべく同様な特性を有する他
の信号も使用することができる。

（デスクランブル装置） デスクランブル操作は、スクランブル操作（第１図）に
類似する。ＶＣＲ３０から再生されるアナログ音響信号
は元のセグメントに分割され、次に・これらは局所的に
生成された擬似ランダム・シーケンスの制御下で再オー
ダーリングされて、元の音響信号を生じる。このシーケ
ンス・ゼネレータは、ビデオ信号に含まれるデータによ
って初期化される。

この目的のためには、デスクランブル装置２０は、この
デスクランブル装置の入力側と接続されたアナログ／デ
ィジタル・コンバータ２０２と、共にこのＡＤＣの出力
側に接続されたバッファ・ストア２０４とフレーミング
・シーケンス検出回路２０６とを含む。ストア２０８は
、スクランブル装置におけるストア１０６の動作と反対
で、バッファ・ストア２０４から信号を受取る。書込み
は、スクランブルされたアドレス・ゼネレータ２１０に
より制御され、読出しは順次アドレス・ゼネレータ２１
２により制御される。

スクランブルされたアドレス・ゼネレータは、ビデオ信
号からの同期データを受取るスクランブル・シーケンス
・ゼネレータ２１４によりＩ１１御される。両方のアド
レス・ゼネレータは、フレーミング・シーケンス検出器
によってリセットされる。

信号がデスクランブルできる前に、セグメント間の境界
の位置を見出さねばならない。これは、相１’ｌｉｌ器
２２０において、入力信号をシーケンスの全ての５１２
の可能な位相に対して局所的に生成されるフレーミング
・シーケンスと関連付けることにより行なわれる。送信
され局所的に生成されるシーケンスの相対的なビット位
相′は定まらないため、このシーケンスの各相を４つの
可能なビット相毎にテストする。これは、フレーミング
・シーケンスの各ビットが４つのサンプル周期に相当す
るため、入力データの各サンプル相毎に相関を行なうこ
とを含む。これはまた、１サンプルに対するシステムの
タイミング積度を向上させる。次に、相関器からの出力
を高域トランスバーサル・フィルタに送り、この信号と
シーケンスとの間の低い周波数の相関成分を除去する。

第４図はフィルタ操作前の相関器からの出力を示し、第
５図はフィルタ後の出力を有している。このフィルタは
第６図に示され、カスケード状の２つの２サンプル遅延
回路２２４と、遅延回路間の中間タップと接続された乗
算器２２６と、遅延回路の入力および出力信号および乗
算器の出力を加算するよう接続された加算器２２Ｂとか
らな・ワている。フィルタからの最大出力値は、１つの
セグメント長さに相当する２０４８個の異なるサンプル
相に対して見出される。この状態が生じる位相は格納さ
れ、後続のセグメントについて得られる位相と比較され
る。４つのサンプル内の３つの位相値が連続的に生じた
時、システムはその「ロック」モードへ変化する。セグ
メント境界に対するシーケンスの位相を見出した後、セ
グメント境界の位置が知られ、信号をデスクランブルす
ることができる。

記録の後、フレーミング・シーケンスが除去される。フ
レーミング・シーケンス検出器２０６により同期される
フレーミング・シーケンス・ゼネレータ２３０は、スク
ランブル装置に右けるフィルタ１２２と類似するフィル
タ２３２．によりフィルタされ減算器２３４におけるビ
デオ信号から差引かれるシーケンスを供給する。この減
算器の出力は、ディジタル／アナログ・コンバータ２３
６へ与えられる。

一旦システムがロック状態になると、相関器はフレーミ
ング・シーケンスの全ての可能な位相について検査する
必要はない。媒体のタイミングの不安定さに対してのみ
尤度を設けなければならない。典型的には、ＶＣＨのア
ナログ・トラックの場合に、これはセグメント単位に約
４サンプルとなる。相関器フィルタの動作を許容するた
め、前に見出されたサンプル相の−７と＋７のサンプル
との間で相関操作が行なわれた。

レコーダの不規則な遅れおよび振幅周波数応答は、隣接
するシステム間の情報を混合する効果を持つものであっ
た。デスクランブル操作の後、この操作はセグメント境
界における不連続を生じたが、これは「クリック音Ｊと
して聞えた。

これらの音は、主としてレコーダの帯域エツジ効果によ
り生じたものである。高い周波数のロール・オフは、セ
グメント境界のいずれかの側の略々２つまでのサンプル
に情報を分割する効果を持つ。低い周波数の効果は更に
ひどく、略々　２００サンプルに影響を与えた。第７図
は、これら２つのタイプの不連続性、即ち、（ａ）セグ
メント間の低い周波数の干渉により生じた不連続性、お
よび（ｂ）セグメント間の高い周波数の干渉により生じ
た不連続性の事例を示している。これらの劣化をマスク
するため、デスクランブルされたサンプル値をセグメン
トの境界に近くに修正する補間器が考案された。

最初に、セグメント間の低い周波数の不連続性を測定し
て相関信号を得、これを各セグメントの終りに加えてこ
れを次のセグメントの初めと整合させた。次に線形補間
をセグメント境界の２つのサンプル内の点間で行ない、
高い周波数の不連続性を除去した。このプロセスは、不
連続性の高い周波数成分の除去において有効であった。

しかし、低い周波数の効果は尤度のない資材においては
間きとれるものであった。これらの低い周波数の効果は
、スクランブル操作の前に音響信号を高域フィルタする
ことにより更に除去できることが判フた。

本システムは、従来の縦型ＶＣＲのサウンド・トラック
および「ハイ・ファイ」音７号装置を用いてテストされ
た。ハイ・ファイ装置においては、音響は通常の回転ビ
デオ・ヘッドを介してＦＭ信号として記録される。この
システムは、通常のサウンド・トラックより優れたノイ
ズ性能を持ち、その結果あるプロダラム資材においては
、フレーミング・シーケンスが再生信号において聞取れ
るものであった。この効果を除去するため、フレーミン
グ・シーケンスの再生バージョンが出力信号から差引か
れた。

本システムは、話し手の性別および英語が使用言語であ
ることが判らなくなる程不透明ではないが、話しの内容
を判らなくするに充分なものであった。音楽の場合は、
本システムは音の内容の変化が比較的遅いためそれ程不
透明ではなかフだ。セグメントの長さが長くなる程、音
楽信号に対する不透明性が増大する。補間プロセスがセ
グメント境界における擾乱レベルを充分に低下させたが
、尤度の乏しい材料の場合では依然として効果が聞取れ
た。このような効果は、他の劣化が存在しない故に、ハ
イ・ファイ装置の場合には一層大きな擾乱効果となフた
。

【図面の簡単な説明】

第１図はセグメントの再オーダーリングによる音響のス
クランブル操作の原理を示す図、第２図は音響スクラン
ブル装置およびデスクランブル装置を示す概略ブロック
図、第３図は本発明によるセグメント再オーダーリング
・スクランブル・システムの同期動作を示す概略図、第
４図はフィルタ操作部の相関器出力の波形を示す図、第
５図はフィルタ操作後の波形を示す対応図、第６図は相
関器フィルタのブロック回路図、および第７図はデスク
ランブルされた信号におけるセグメントの境界における
２つの不連続部を示す図である。 １０・・・スクランブル装置、Ｉ２・・・音響信号入力
、２０・・・デスクランブル装置、３０・・・ビデオ・
テープ・レコーダＶＴＲ（またはビデオ・カセット・レ
コーダＣＶ　Ｒ）　、＋０２−７ナログ／デイジタル・
コンバータ、１０４・・・バッファ、１０６−・・スト
ア、＋０８・・・順次アドレス・ゼネレータ、１１０−
・・スクランブルされたアドレス・ゼネレータ、１１２
・・・スクランブル・シーケンス・ゼネレータ、１１４
・・・ビデオ信号、１２０・・・フレーミング・シーケ
ンス・ゼネレータ、１２２−・・低域フィルタ、１２４
・・・加算器、＋２６−・・ディジタル／アナログ・コ
ンバータ、２０２−・・アナログ／ディジタル・コンバ
ータ、２０４・・・バッファ・ストア、２０６・・・フ
レーミング・シーケンス検出回路、２０８・・・ストア
、２１０・・・スクランブルされたアドレス・ゼネレー
タ、２１２−・・順次アドレス・ゼネレータ、２１４・
・・スクランブル・シーケン′ス・ゼネレータ、２２０
・・・相関器、２２２−・・相関フィルタ、２２４−・
・２サンプル遅延回路、２２６・・・乗算器、２２８−
・・加算器、２３０・・・フレーミング・シーケンス・
ゼネレータ、２３２・・・フィルタ、２３４−・・減算
器、２３６・・・ディジタル／アナログ・コンバータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号がセグメントに分割され、該セグ メントが並べ変えられて並べ変えた信号を 形成するある周波数スペクトルを持つアナログ電気入力
   信号をスクランブルする方法において、 前記入力信号の前記スペクトルと実質的に 類似する周波数スペクトルを有する定義された２進シー
   ケンスが、前記セグメントと同期して前記の並べ変えた
   信号に加算されることを特徴とする方法。 ２、前記シーケンスが擬似ランダム２進シーケンスであ
   ることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、前記信号に加算された前記２進シーケンスを検出し
   て、該信号のセグメントを定義し、該セグメントを前記
   の検出された２進信号と同期して並べ変えるステップか
   らなることを特徴とする請求項１記載の方法により生成
   されるアナログ電気入力信号をデスクランブルする方法
   。 ４、前記アナログ信号が音響信号である ことを特徴とする請求項１、２または３記載の方法。 ５、アナログ電気入力信号をセグメントに 分割し、並べ変えられた信号を形成するため該セグメン
   トを並べ変えるための手段（１０６）を含むある周波数
   スペクトルを有するアナログ電気入力信号をスクランブ
   ルする装置において、 前記の並べ変えた信号に、前記セグメントと同期して前
   記入力信号の前記スペクトルと実質的に類似する周波数
   スペクトルを持つ定義された２進シーケンスを加算する
   手段（１１２）を含むことを特徴とする装置。 ６、受取ったアナログ信号に加算される２進シーケンス
   を検出して該信号におけるセグメントを定義する手段（
   ２０６）と、該検出された２進信号と同期して前記セグ
   メントを並べ変える手段（２０８）とを設けることを特
   徴とする請求項６の装置を用いて生成されるアナログ電
   気信号をデスクランブルする装置。