JPH073976B2 - デジタル音声スクランブル装置 - Google Patents

デジタル音声スクランブル装置

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JPH073976B2
JPH073976B2 JP1108608A JP10860889A JPH073976B2 JP H073976 B2 JPH073976 B2 JP H073976B2 JP 1108608 A JP1108608 A JP 1108608A JP 10860889 A JP10860889 A JP 10860889A JP H073976 B2 JPH073976 B2 JP H073976B2
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俊一 根津
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は有線放送などにおけるデジタル音声スクランブ
ル装置に関するものである。
従来の技術 現在わが国で実施されている衛製星放送や近く実施が予
定されている高品位テレビジョン衛星放送では、その音
声の伝送方式として準瞬時圧縮PCM方式、あるいは準瞬
時圧縮差分PCM方式が採用されている。周知のようにこ
れらの方式では、直線量子化されたデジタル音声信号あ
るいは差分量子化されたデジタル音声信号を適当な期間
(1msec程度)ごとに区切ってブロック化し、各ブロッ
クに含まれるデジタル音声信号の最大値に応じてレンジ
符号を定め、このレンジ符号によって対応するブロック
内のデジタル音声信号の一定のビット数で所定の位置の
ビットのみ抽出して圧縮デジタル音声信号を生成し、こ
の圧縮デジタル信号と電気レンジ符号を合わせて出力す
るものである。一方これらの放送の有料化の際には、デ
ジタル音声をPN(擬似ランダム符号)系列の加算によっ
て暗号化(スクランブル)するのが一般的である。PN符
号の加算は、非加入者の受信装置で再生した場合の秘匿
性が高く、またそのPN符号の発生方法を解読される確率
も低いのでデジタル音声のスクランブル方法として優れ
ていると言える。しかしこのPN符号の加算されたデジタ
ル音声を非加入者の受信装置で再生した場合には、最大
音圧の雑音が高い確率で再生されるため、視聴者に心理
的な不快感を与えるだけでなく、甚だしい場合にはスピ
ーカなどの再生装置に損傷を与えるおそれもある。これ
を防止するには例えば送信信号中に有料放送であるか否
かの識別符号を配置し、非加入者の受信装置がこれを検
出したときに音声に再生を停止するといった手法が考え
られる。しかし通常、すでに市場に出た受信装置にはそ
のような対策が施されていないことが多く、また有料放
送の加入促進の観点より、ある程度は聴取できる状態で
スクランブルをかけて放送するという要望も強いので、
上記の再生停止手法は必ずしも適切であるとは言えな
い。そこで提案された従来例は、準瞬時圧縮処理によっ
て出力される圧縮デジタル音声信号にはPN符号加算を行
なうが、レンジ符号には加算を行なわずそのまま送出す
るものである(昭和63年度、有政省電気通信技術審議会
衛星放送部会、諮問第17号「放送衛星によるテレビジョ
ン放送における有料放送に関する技術的条件」、答申
〔別紙〕)。一般に音声(音楽)信号を長時間観察する
と、小振幅領域での発生確率が高く、したがってレンジ
符号も小振幅期間であることを示すレンジの方に発生が
かたよる。この結果レンジ符号もスクランブルした場合
に比べて、非加入受信装置での再生出力の雑音の平均レ
ベルが低下することになる(レンジ符号をスクランブル
すると全てのレンジがほぼ同じ確率で発生することにな
る)。なおこの効果は準瞬時圧縮前のデジタル音声信号
が差分PCMのときも、同様に得られる。第2図に従来例
によるデジタル音声スクランブル装置の構成を示す。ア
ナログ音声信号はAD変換手段1でデジタル音声信号系列
に変換され、準瞬時圧縮手段2によってレンジ符号と圧
縮デジタル音声信号が取り出される。このうち圧縮デジ
タル音声信号は、暗号鍵によって制御されるPN符号系列
発生手段4からのPN符号と、加算手段3において加算さ
れスクランブルされる。このスクランブルされた圧縮デ
ジタル音声信号とレンジ符号を合成手段5で合成して送
出する。なお受信側ではこの図と逆の手順となるので説
明は省略する。ただし受信側では加入者のみが暗号鍵を
入手できるものとする。
発明が解決しようとする課題 上記従来例は確かにレンジ符号もスクランブルした場合
に比べると雑音が軽減されるが、以下の理由で十分な対
策であるとは言えない。第1の理由は、雑音の軽減量が
不十分な点である。レンジ符号はそのまま伝送されるの
で、再生時の各ブロック内での最大値は本来の音声信号
と等しくなるが、最大振幅の等しい雑音と一般の音楽信
号とでは雑音の方が平均エネルギーが大きいので、聴感
上はスクランブルされた場合の方がやはり大きく聴こえ
る。第2の理由は、非加入者の受信装置に対する秘匿性
の低下が挙げられる。レンジ符号が正しく再生されると
原音の強弱の情報が再現されるため、レンジ符号にもス
クランブルをかけた場合に比べ多少秘匿性が低下する。
例えば原音が、人の会話であるか楽音であるかといった
程度は識別できる場合がおこり得る。本発明は以上の点
に鑑み、非加入の受信装置で再生される雑音レベルを低
減し、かつ秘匿性に優れているデジタル音声スクランブ
ル装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 以上の課題を解決するために本発明は、準瞬時圧縮され
た圧縮デジタル信号は従来通りPN符号系列などによって
スクランブルを施し、さらにレンジ符号は所定の規則で
変形レンジ符号に変換してから送出させるものである。
レンジ符号の変換の規則は次の通りである。レンジ符号
がNビットで構成されているとき、このNビットで表現
可能なレンジ符号の種類数KはK=2Nである。このK種
類のレンジ符号のうち準瞬時圧縮手段で実際に使用して
いるレンジ符号の種類数がLであれば、使用されていな
いレンジ符号の種類数MはM=K−Lである。通常Lは
Kの半分以上を使用するので(もし半分以下しか使用し
ないのであればレンジ符号は(N−1)ビットで済むは
ずになる)、L>Mとなる。このとき、もとのL種類の
レンジ符号を、M種類の不使用レンジ符号で構成される
第1のグループと、もとのK種類のレンジ符号のうちで
最大振幅の小さいブロックであることを示すレンジ符号
の順に並ぶ(L−M)種類のレンジ符号で構成される第
2のグループとの和のグループに含まれるL種類の変形
レンジ符号に変換する。
作用 まずスクランブルされた音声を解除する権利を有する受
信装置、すなわち有料放送における加入者の受信装置で
は、圧縮デジタル音声信号に対するPN符号系列も、レン
ジ符号の変換規則も既知であるので、完全にもとの音声
を復元することができる。一方解除の権利を有さない受
信装置、すなわち非加入者の受信装置では、次のような
現象となる。まず圧縮デジタル音声信号にはPN符号系列
を用いた暗号化が施されているので、これによってほぼ
内容が不明となる。次に平均的音量に影響するレンジ符
号は、本来使用されていないレンジ符号か、小音量であ
ることを示すレンジ符号が受信される。後者の場合には
そのレンジ符号の値に応じて圧縮デジタル音声信号の伸
張が行なわれるが、言うまでもなく比較的小振幅の範囲
にしか伸張されない。また前者の場合には受信装置はレ
ンジ符号に伝送途中でビット誤りがあったと見なすこと
になる。この場合、最も一般的に採られる処置はレンジ
符号の前値補間である。つまり不使用レンジ符号が受信
された場合には、それ以前の一番近い時点で受信された
小振幅ブロックを示すレンズ符号を繰り返して用い、こ
れによって圧縮デジタル音声の伸張を行なうことにな
る。結局、非加入の受信装置で使用されているのは小振
幅ブロックに対応したレンジ符号だけになるので、再生
される音声(実質上は雑音)も十分低い平均音量とな
る。さらにこのようにして使用されるレンジ符号は本来
のレンジ符号とは異なっているので、秘匿性においても
極めて有利となる。
実施例 以下、本発明をわが国の衛星放送に適用した場合の一実
施例について図面を用いて説明する。第3図はわが国の
衛星放送のデジタル音声伝送に用いられている「14/10
準瞬時圧縮」におけるレンジ符号と圧縮デジタル音声信
号との関係を示すビット配置図である。図のようにブロ
ック中に含まれる音声の最大振幅が大きくなるにつれ
て、下位ビットを省略しないレンジから、最大4ビット
省略するレンジまで合計5種類のレンジが用意されてお
り、いずれの場合も圧縮デジタル音声として取り出され
るのは、14ビット中の10ビットである。ここで、レンジ
符号は3ビットで表現されているので、表現可能なレン
ジ符号の種類数Kは23=8である。実際に使用されてい
るレンジ符号の種類数Lは第3図の通り5であり、した
がって不使用レンジ符号の種類数MはM=8−5=3と
なる。すなわち「レンジ0」〜「レンジ4」の5種類が
使用されており、「レンジ5」〜「レンジ7」の3種類
が不使用である。ここで第1図は本発明によるデジタル
音声スクランブル装置の構成を示すブロック図である。
レンジ符号変換手段6が設置された点が第2図の従来例
との相異点である。変換の規則は固定または暗号解によ
って可変となる。今回の実施例では、変換手段6に入力
されるのは本来のレンジ符号の「レンジ0」から「レン
ジ4」の5種類である。これらにそれぞれ対応して取り
出される変換後の変形レンジ符号の候補の一方は、不使
用レンジ符号の「レンジ5」から「レンジ7」の3種類
で、他方は本来のレンジ符号のうち小振幅のブロック
(言い換えれば下位ビットの省略ビット数が少ないブロ
ック)を示す順に並べた2種類(L−M=5−3=2)
のレンジ符号、「レンジ4」と「レンジ3」である。こ
の様子を第4図に示す。結局、本来のレンジ符号の「レ
ンジ0」〜「レンジ4」は変換手段6によって変形レン
ジ符号の「レンジ3」〜「レンジ7」に変換される。こ
の場合、変換の組合せの種類は5!=120通り存在できる
ので、前述したように暗号鍵でその内の一つを指定する
こともできる。レンジ符号変換手段6の最も一般的な実
現法は、あらかじめその変換の規則を書き込んだROMの
使用である。上記の120通りの組合わせを用いる場合のR
OMの使用例を第5図に示す。また変換が固定でよい場合
は第6図の例のように数個の論理ゲート回路だけで実現
できる。非加入の受信装置で受信した場合には、有効な
レンジ符号は「レンジ3」と「レンジ4」だけであり、
それ以外の受信レンジ符号すなわち「レンジ5」〜「レ
ンジ7」は全て不使用のもの(無効)であるから、レン
ジ符号の誤り検出回路によって前値補間処理され、結局
「レンジ3」または「レンジ4」が繰り返して使用され
る。この結果、再生される雑音は本来5種類あるレンジ
の内、振幅の小さい方の2種類のレンジで制限されるた
め、十分小さい音量で再生されることになる。また、レ
ンジが隣り合った2種類の間でしか変化しないため、も
との音声の強弱情報をほとんどマスクされてしまって秘
匿度が向上するという効果もある。なおレンジ符号に誤
り訂正符号を付加して送出する場合には、まずレンジ符
号の変換を行ない、取り出された変形レンジ符号に対し
て誤り補正符号を付加すればよい。前記の国内衛星放送
ではレンジ符号に対し、BCH(7,3)1誤り補正、2誤り
検出符号が用いられており、変形レンジ符号の「レンジ
3」〜「レンジ7」に対してそれぞれ4ビットの訂正符
号が付加される。
発明の効果 以上のように本発明によるデジタル音声スクランブル装
置は、スクランブルの実施時において、非加入の受信装
置で再生される雑音レベルを低減できるとともに、その
秘匿性にも優れるという利点を有する。また本発明の実
施はたかだか数ビットのレンジ符号を変換するだけでよ
く、この変換が固定的であれば数個の論理ゲート回路で
構成でき、また変換が可変であっても小規模のROMだけ
で実現できるので装置内の回路負担も極めて軽微であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における一実施例のデジタル音声スクラ
ンブル装置の構成を示すブロック図、第2図は従来例の
デジタル音声スクランブル装置の構成を示すブロック
図、第3図は準瞬時圧縮におけるレンジと圧縮デジタル
音声信号の関係を示すビット配置図、第4図はレンジ符
号変換の一例を示す説明図、第5図はROMによるレンジ
符号変換手段の構成を示すブロック図、第6図は論理ゲ
ート回路によるレンジ符号変換手段の構成を示すブロッ
ク図である。 1……A/D変換手段、2……準瞬時圧縮手段、4……PN
符号発生手段、5……合成手段、6……レンジ符号変換
手段。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】デジタル音声信号系列を適当な期間ごとに
    区切ってブロック化し、各ブロックに含まれるデジタル
    音声信号の最大値に応じてレンジ符号を定め、このレン
    ジ符号によって対応するブロック内のデジタル音声信号
    の一定のビット数で所定の位置のビットのみ抽出して圧
    縮デジタル音声信号を生成し、この圧縮デジタル音声信
    号と前記レンジ符号を合わせて出力する準瞬時圧縮手段
    の出力信号に対し、前記圧縮デジタル音声信号を擬似ラ
    ンダム符号系列を用いて暗号化する暗号手段と、前記レ
    ンジ符号を変換して変形レンジ符号を生成するレンジ符
    号変換手段を備え、このレンジ符号の変換は、レンジ符
    号を構成するNビット(Nは自然数)で表現可能なK種
    類(K=2N)のレンジのうち前記準瞬時圧縮手段がL種
    類(Lは自然数で、L<K)を使用し、不使用レンジの
    種類数M(Mは自然数でM=K−L)がLより小さい場
    合、もとのL種類のレンジ符号はM種類の不使用レンジ
    符号で構成される第1のグループともとのK種類のレン
    ジ符号のうちで最大振幅の小さいブロックを示すレンジ
    符号の順に並ぶ(L−M)種類のレンジ符号で構成され
    る第2のグループとの和のグループに含まれる合計L種
    類の変形レジ符号に変換されることを特徴とするデジタ
    ル音声スクランブル装置。
  2. 【請求項2】もとのL種類のレンジ符号から同じくL種
    類の変形レンジ符号への変換の組合わせは、前記暗号鍵
    を用いてあるいは他の暗号鍵を用いて定めることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のデジタル音声スクラ
    ンブル装置。
  3. 【請求項3】デジタル音声信号系列は、アナログ音声信
    号を直線量子化して得たものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のデジタル音声スクランブル装
    置。
  4. 【請求項4】デジタル音声信号系列は、アナログ音声を
    隣接標本値間で差分量子化して得たものであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のデジタル音声スク
    ランブル装置。
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