JPH0779426A - スクランブル方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】比較的簡素な構成でデジタル伝送におけるスク
ランブルの効果制御が可能とする。 【構成】量子化器１０４において量子化されたデータ
は、スクランブル回路２２０に入力されてスクランブル
が施された後、可変長符号化器１１１に入力される。ス
クランブル回路２２０は、スクランブル周波数選定回路
２０２、スクランブルブロック選定回路２０１を有し、
任意のデータブロックの任意の周波数領域に対してＰＮ
発生回路２０３からのＰＮを与えることができる。スク
ランブル対象となったブロックデータの情報は、可変長
符号化器１１１に入力されて送信データのヘッダー情報
に含めて伝送される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、テレビジョン放送に
おいて有料放送番組等にスクランブルを施すのに有効な
スクランブル方式に関する。

【０００２】

【従来例】衛星放送、地上波放送、ＣＡＴＶなどの各放
送メディアにおいて有料放送を行う際には、有料となる
番組に対しては映像や音声にスクランブルを施してお
り、視聴者はこれを解くデコーダを有し、さらに受信料
を支払わない限り視聴できない仕組みになっている。ア
ナログ伝送におけるスクランブル方式としては、ＣＡＴ
Ｖシステムで多く採用されている同期部分を圧縮してし
まう方式や、衛星放送で行われている走査線を適当なポ
イントで入れ換えるラインローテーションなど多種多様
な方式がある。

【０００３】しかし、近年デジタル技術の急速な発展に
より単に映像処理だけでなく伝送そのものもデジタルの
まま行おうという動きが活発化してきている。そのよう
な流れの中でデジタル伝送に適合したスクランブル方式
の検討も同時に行われている。このデジタル伝送におけ
るスクランブル方式は大きく２つに分類される。１つは
伝送の段階で一律にスクランブルをかける方式で、主に
疑似ランダム信号を重畳するようなものが主となってい
る。もう一つは映像信号や音声信号を圧縮符号化する段
階でこれらに暗号化を施してしまうというものである。

【０００４】第１図に、後者の方式である映像信号を圧
縮符号化する段階でスクランブルをかける場合の構成例
を示す。ここでは符号化装置はＤＣＴ（離散コサイン変
換）＋動き補償フレーム間符号化の構成になっている。

【０００５】端子１０１には映像信号が入力される。こ
の信号は、本来の走査順序から符号化に適した走査順序
に変換された信号である。これはＤＣＴ処理が、ある特
定のブロック（例えば水平８画素、垂直８ライン）を単
位として行われるからである。このブロックの単位はど
の様にとってもかまわないが一般的には８×８画素や１
６×１６画素の単位が多く使われる。このブロック化さ
れた映像信号がまず減算器１０２に入力される。減算器
１０２においては、フレーム内（イントラフレーム）で
符号化を行うかフレーム間（インターフレーム）で行う
かをの選択切換えを行うインター／イントラ切換え回路
１１０の制御により、入力映像信号からは、前フレーム
の信号もしくは“０”が減算される。この減算器１０２
の出力は次のＤＣＴ器１０３で直交変換が施されて周波
数領域の信号になり、さらに量子化器１０４で所定のビ
ット数に量子化される。量子化器１０４の出力は、逆量
子化器１０５、さらに逆ＤＣＴ器１０６を通ってもとの
時間軸領域の信号に戻され、加算器１０７に入力され
る。加算器１０７の出力は、フレームメモリ１０８に入
力されている。動き補償回路１０９は、入力端子１０１
からの現信号とフレームメモリ１０８からのフレーム前
の信号を比較しフレーム間で動きがある場合その方向と
大きさを示す動きベクトルを算出し、その動きベクトル
を用いて１フレーム前の信号をベクトル方向に補正して
出力するものである。この補正された信号はフレーム間
／フレーム内切換え回路１１０に入力され、さらに加算
器１０７にも入力され、逆量子化器１０６の出力と加算
された後にフレームメモリ１０８に蓄えられる。

【０００６】この様な符号化ループで符号化された信号
（つまり量子化器１０４の出力）は、スクランブル回路
１２０でＰＮ（疑似ランダムノイズ）発生回路１２１で
発生した信号と加算器１２２で加算され画面の全部に単
純にスクランブルがかけられる。このスクランブル回路
１２０でスクランブルされた映像信号は、可変長符号化
回路１１１でハフマン符号化が施され、スクランブル回
路１２０から入力されるＰＮの初期値はヘッダー情報と
して符号化される。これらの符号化情報は、出力バッフ
ァ１１２に導かれ、一定の伝送レートで信号を送出し、
端子１１３からＴＶ変調器（図示せず）に導かれ、所定
のＴＶチャンネルに変調されて伝送路に送信される。ま
たこの出力バッファ１１２がオーバーフローもしくはア
ンダーフローを起こさないように自ら量子化器１０４に
制御信号を出し、量子化するビット数を増減して発生情
報量の制御も行う。以上のようにデジタル圧縮符号化装
置においてＤＣＴ係数を量子化したものにＰＮを加算す
ることにより高い隠匿性をもったスクランブルが行え
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、有料放送の場
合ある程度スクランブルの程度を軽くしたり、ある一部
分にのみスクランブルをかけて視聴者の購買意欲を誘う
という様なスクランブルの効果制御がよく行われる。こ
のようなスクランブルの効果制御は上記のような単純に
ＰＮを加算する方法では行うことが困難である。そこで
この発明は、スクランブルの程度を自由に制御すること
ができるスクランブル方式を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明では、入力画像
をブロック毎に分割し、前記ブロックの処理単位内で２
次元離散コサイン変換を施す手段と、その結果に一定の
量子化ステップで量子化を行う量子化手段と、前記量子
化手段の後段にスクランブル手段を備え、前記スクラン
ブル手段は、スクランブル対象となるブロックを選定し
てスクランブルを施すようにしたことを特徴とするもの
である。画面内のどのブロックにスクランブルをかける
かを設定する手段と、ブロック毎にどの周波数成分を暗
号化するかを設定する手段とを設け、これらの制御手段
によりスクランブルをかける範囲、スクランブルの程度
を決定する構成とする。

【０００９】

【作用】比較的簡単な回路構成で任意の部分に任意のレ
ベルでスクランブルをかける効果制御が可能になる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の第１の実施例である。第１図
と同様のものには同一番号が付してあり同一の機能を持
つものとする。

【００１１】即ち、端子１０１には映像信号が入力され
る。この信号は、本来の走査順序から符号化に適した走
査順序に変換されたブロック化信号（例えば水平８画
素、垂直８ライン）である。ブロック化された映像信号
は減算器１０２に入力される。減算器１０２において
は、フレーム内（イントラフレーム）で符号化を行うか
フレーム間（インターフレーム）で行うかをの選択切換
えを行うインター／イントラ切換え回路１１０の制御が
行われ、入力映像信号から、前フレームの信号もしくは
“０”が減算される。この減算器１０２の出力は次のＤ
ＣＴ器１０３で直交変換が施されて周波数領域の信号に
なり、さらに量子化器１０４で所定のビット数に量子化
される。量子化器１０４の出力は、逆量子化器１０５、
さらに逆ＤＣＴ器１０６を通ってもとの時間軸領域の信
号に戻され、加算器１０７に入力される。加算器１０７
の出力は、フレームメモリ１０８に入力されている。動
き補償回路１０９は、入力端子１０１からの現信号とフ
レームメモリ１０８からのフレーム前の信号を比較しフ
レーム間で動きがある場合その方向と大きさを示す動き
ベクトルを算出し、その動きベクトルを用いて１フレー
ム前の信号をベクトル方向に補正して出力するものであ
る。この補正された信号はフレーム間／フレーム内切換
え回路１１０に入力され、さらに加算器１０７にも入力
され、逆量子化器１０６の出力と加算された後にフレー
ムメモリ１０８に蓄えられる。

【００１２】この様な符号化ループで符号化された信号
（つまり量子化器１０４の出力）は、スクランブル回路
２２０の加算器２０４に入力される。このスクランブル
回路３３０にはＰＮ発生回路２０３のほかに画面内のど
のブロックにスクランブルをかけるかを決定するスクラ
ンブルブロック選定回路２０１とスクランブルブロック
選定回路２０１で選択されたブロックの中でどの周波数
成分に対してスクランブルをかけるかを決定するスクラ
ンブル周波数選定回路２０２で構成され、これら２つの
回路の制御によりスクランブル制御を行っており、この
部分がこのシステムの特徴である。

【００１３】スクランブルブロック選定回路２０１は、
画面上でスクランブルをかけたいブロックの符号化出力
がスクランブル回路２２０に入力されたときのみアクテ
ィブになる信号を発生し、そのブロックに対してスクラ
ンブルをオンにする。また、この実施例のようにＤＣＴ
処理を用いた符号化装置の場合、ＤＣＴ処理を行った後
の出力は、図２（Ａ）に示すように左斜め上にＤＣ成
分、そこから水平方向に水平高域成分、垂直方向に垂直
高域成分が現れる。このＤＣＴ処理の変換特性を利用す
ることにより全ての周波数成分にＰＮを加算してスクラ
ンブルをかけなくても高い隠匿性を持ったスクランブル
システムを構築することが可能である。例えば一般的に
映像信号にＤＣＴ処理を施すと周波数の低域成分にエネ
ルギーが集中するのでこの部分にだけＰＮを加算して暗
号化することにより全ての成分に暗号化を施すのとほぼ
同様の隠匿性が得られる。このようにＤＣＴ係数のどの
周波数成分に暗号化を施すかを選定するのがスクランブ
ル周波数選定回路２０２であり、ここで決定された周波
数の成分がスクランブル回路２２０に入力されたときに
のみアクティブになる信号を発生する。これらふたつの
回路がアクティブになったときアンド回路２０４、２０
５がアクティブになりＰＮ発生器２０３で発生するＰＮ
が加算器２０６で加算される。これにより図３に示すよ
うに画面内の特定部分にブロック単位で任意のレベルで
スクランブルをかけることができる。このとき選択され
たブロックとそのブロック内で選択された周波数成分を
示す信号が同時に可変長符号化回路１１１に入力されヘ
ッダー情報として符号化される。

【００１４】可変長符号化回路１１１でハフマン符号化
が施される。これらの符号化情報は、出力バッファ１１
２に導かれ、一定の伝送レートで信号を送出し、端子１
１３からＴＶ変調器（図示せず）に導かれ、所定のＴＶ
チャンネルに変調されて伝送路に送信される。またこの
出力バッファ１１２がオーバーフローもしくはアンダー
フローを起こさないように自ら量子化器１０４に制御信
号を出し、量子化するビット数を増減して発生情報量の
制御も行う。

【００１５】次にこのシステムの特徴であるスクランブ
ルブロック選定回路２０１とスクランブル周波数選定回
路２０２についてさらに詳しく説明する。図２（Ｂ）
は、スクランブルブロック選定回路２０１を詳しく示し
ており、例えばＲＯＭなどの記憶媒体５０１と演算回路
５０２、タイミング回路５０３からなる。例えばＲＯＭ
５０１にはスクランブルをかけるブロックの番号が記録
されており、演算回路５０２はこの番号を読みだし、タ
イミング回路５０３から入力される実際にスクランブル
回路２２０で処理されるブロック番号と比較して番号が
一致していればアクティブな信号を出力するような動作
を行う。

【００１６】また、スクランブル周波数選定回路２０２
は図２（Ｃ）に示すようにＲＯＭなどの記憶媒体６０
１、演算回路６０２、タイミング回路６０３からなる。
演算回路６０２にはＲＯＭ６０１に記録されたスクラン
ブルをかける周波数のテーブルが読みだされ、タイミン
グ回路６０３より出力される実際にスクランブル回路２
２０で処理される周波数成分を示す信号と比較される。
そしてＲＯＭ６０１から読み出した周波数テーブルと一
致する画素を示すタイミング信号が入力されたときにア
クティブな信号を出力するようなものである。

【００１７】このスクランブル周波数選定回路２０１に
おいてスクランブルをかける周波数の選定パターンは多
数考えられ、次にその実施例を示す。この選定パターン
は、図２（Ｃ）に示すＲＯＭ６０１に格納されている周
波数テーブルに相当し、このパターンを多数持つことに
よりさまざまなスクランブルを行うことが可能である。
このパターンの例を図４に示す。この図４は図２（Ａ）
における８×８のＤＣＴブロックに対応しており、黒く
塗りつぶされている画素がスクランブルをアクティブに
する画素を示している。

【００１８】図４（Ａ）のパターンはＤＣ成分のみにス
クランブルをかける例であり、ブロック全体の輝度値が
変化するだけであるのでとても軽いスクランブルであ
る。図４（Ｂ）のパターンはＤＣ成分を除いて低域の部
分をスクランブルする例でありスクランブルの程度は図
４（Ａ）よりは強い。

【００１９】図４（Ｃ）のパターンはＤＣ成分を含めて
低域成分をスクランブルする例でありとても隠匿性の高
いスクランブルになる。図４（Ｄ）のパターンは高域に
のみスクランブルをかける例であり、本実施例のように
フレーム間符号化を用いた符号化システムではフレーム
間差分をとった信号を符号化したときには高域成分のレ
ベルが大きいのでこの場合に有効である。

【００２０】図４（Ｅ）、図４（Ｆ）のパターンは一定
レベルを越えるエネルギーを持つ周波数成分を検出し、
その検出された周波数成分にスクランブルをかける例で
ある。図４（Ｅ）の方は水平方向に相関性の高い画像の
場合であり、図４（Ｆ）の方は垂直方向に相関性の高い
画像が入力されたときに示されるパターンの一例であ
る。

【００２１】図５にこの様な周波数成分のエネルギーを
検出する回路を付加したスクランブル周波数選定回路の
一例を示す。ここでは図２（Ｃ）のＲＯＭ６０１の代わ
りにレベル検出回路７０１が置かれている。このレベル
検出回路７０１には図１の量子化器１０４の出力が入力
されタイミング発生回路６０３のタイミング信号をもと
に各周波数成分のレベルを検出し、ある一定レベルを越
えるものが存在するときはそれを示す信号を演算回路６
０２に出力する。演算回路６０２ではこの信号をもとに
先に説明したようにスクランブルをオンするための信号
を出力する。

【００２２】以上のようなスクランブルパターンはどれ
かに一意的に決めてしまうよりいくつかのパターンを持
っていた方がスクランブルの安全性の観点からも好まし
い。例えば図４（Ｃ）のパターンでもスクランブルをか
ける数や位置を変えたパターンをいくつか用意しておき
任意に切り替える方法や図１に示すようなフレーム間符
号化を用いた符号化装置ではインター／イントラ切換え
回路１１０の出力により図４（Ｃ）と図４（Ｄ）のパタ
ーンを切り替える方法でもよい。また、図５に示した様
なレベル検出回路７０１を用いている場合はこれのみで
も十分高い安全性が得られる。

【００２３】次にこれらのスクランブルパターンを用い
てスクランブルをかけた信号を受信してこの信号をデス
クランブルするデコーダのブロック図を図６に示す。ま
ずデコーダには選局装置（図なし）で選局された映像信
号が端子９０１より入力される。この端子９０１より入
力された信号は入力バッファ９０２に一次的に蓄えら
れ、可変長復号化回路９０３に順次読み出される。可変
長復号化回路９０３ではハフマン符号化された信号を復
号しデスクランブル回路９２０内の減算器９０４に出力
する。更にヘッダー部分はスクランブル制御データ抽出
回路９０７に入力され、スクランブルに関する情報がこ
こで抽出される。ここで抽出されたデータをもとにＰＮ
発生回路９０６の制御、さらにはアンド回路９０５を制
御して信号に加算されているＰＮを減算してもとの信号
にもどす動作が行われる。こうしてデスクランブルされ
た信号は逆量子化回路９０８、逆ＤＣＴ回路９０９を介
して時間軸領域の信号に戻り、さらにインターフレーム
で符号化されているときはフレームメモリ９１１に蓄え
られている１フレーム前の信号と加算器９１０で加算さ
れて端子９１２よりモニターに出力される。

【００２４】図７はこの発明の第２の実施例を示してい
る。ここで図１と同じものには同一の番号が付してあり
同様の動作を行うものとする。スクランブルを施すため
の制御回路も図１の構成と同じであるので説明は省略す
る。本実施例は量子化器１０４の出力をセレクタ１００
７に入力しスクランブル制御回路の制御によりある特定
の周波数を“０”に置き換えてしまうのが特徴である。
以下この動作について説明する。

【００２５】スクランブル周波数選定回路２０２、スク
ランブルブロック選定回路２０１による制御は第１の実
施例と同様なのでここでは省略する。第１の実施例と同
様にスクランブルをかけるブロックのうちスクランブル
をかける周波数成分がセレクタ１００７に入力されたと
きにセレクタの制御信号がアクティブ（“Ｈ”）にな
り、可変長符号化回路１１１には“０”が出力される。
逆にセレクタ１００８は量子化回路１０４の出力を選択
する。この選択出力は、加算器１００６に入力され、こ
こでアンド回路２０５からのＰＮが加算され、これがヘ
ッダー情報として可変長符号化回路１１１に入力され
る。

【００２６】また、このときに用いるスクランブル周波
数選定パターンは図４（Ｇ）や図４（Ｈ）のように斜め
にスクランブルをかける画素を選択すると良い。これは
可変長符号化回路１１１でハフマン符号化を施す際に信
号の走査順序を斜めに変換するからである。つまりＤＣ
Ｔ処理した映像信号は低域成分に集中し高域成分はほと
んど“０”になることが多いというＤＣＴ処理後の特性
と、ハフマン符号化は“０”の部分が連続すればするほ
ど高い圧縮率で符号化できるという特性を圧縮符号化に
利用しているからである。そのため図４（Ｇ）や図４
（Ｈ）のように斜めにスクランブルをかけるとこの部分
に“０”が連続するので圧縮率が上がり、この部分の情
報をヘッダー部分で別に送る分の情報量の増加の分を相
殺することが可能になる。

【００２７】このような構成にするとスクランブルのか
かった映像は、ある特定の周波数成分が欠如することに
なるのでブロック毎に歪が生じるような映像になる。映
像の隠匿性は第１の実施例より低いが安全性については
同程度であり、特に効果制御を行う際にはこのような映
像の方が効果が上がる可能性が高い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によると、
比較的簡素な構成でデジタル伝送におけるスクランブル
の効果制御が可能になり、衛星放送、ＣＡＴＶへの加入
促進、さらに有料番組の購買促進に有効となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例におけるエンコーダ側を示
す図。

【図２】図１の回路で用いられるＤＣＴ変換係数の例と
スクランブルブロック選定回路及びスクランブル周波数
選定回路の図。

【図３】スクランブルが施された画像の例を示す図。

【図４】スクランブル周波数選定回路における選定パタ
ーンの例を示す説明図。

【図５】スクランブル周波数選定回路の他の例を示す
図。

【図６】この発明の一実施例におけるデコーダ側を示す
図。

【図７】この発明の他の実施例におけるエンコーダ側を
示す図。

【図８】従来のスクランブル方式を示す図。

【符号の説明】

１０２…減算器、１０３…ＤＣＴ器、１０４…量子化
器、１０５…逆量子化器、１０６…逆ＤＣＴ器、１０７
…加算器、１０８…フレームメモリ、１０９…動き補償
器、１１１…可変長符号化器、１１２…出力バッファ、
２２０…スクランブル回路、２０１…スクランブルブロ
ック選定回路、２０２…スクランブル周波数選定回路、
２０３…ＰＮ発生回路、２０４、２０５…アンド回路、
２０６…加算器、９０２…入力バッファ、９０３…可変
長復号化器、９０４…減算器、９０５…アンド回路、９
０６…ＰＮ発生回路、９０７…スクランブル制御データ
抽出回路、９０８…逆量子化器、９０９…逆ＤＣＴ器、
９１０…加算器、９１１…フレームメモリ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力画像をブロック毎に分割し、前記ブロ
   ックの処理単位内で２次元離散コサイン変換を施す手段
   と、その結果に一定の量子化ステップで量子化を行う量
   子化手段と、前記量子化手段の後段にスクランブル手段
   を備え、前記スクランブル手段は、スクランブル対象と
   なるブロックを選定してスクランブルを施すようにした
   ことを特徴とするスクランブル方式。
2. 【請求項２】前記ブロックを選定する場合に、画面内の
   スクランブル対象となる任意の領域を決定する第１の制
   御手段を有し、この第１の制御手段により選定された領
   域のブロックにスクランブルを施すようにしたことを特
   徴とする請求項１記載のスクランブル方式。
3. 【請求項３】前記ブロックを選定した場合、そのブロッ
   ク内のどの成分にスクランブルをかけるかを決定する第
   ２の制御手段を有し、この第２の制御手段により指定さ
   れる成分にスクランブルを施すようにしたことを特徴と
   する請求項１記載のスクランブル方式。
4. 【請求項４】前記ブロックを選定する場合に、画面内の
   スクランブル対象となる任意の領域を決定する第１の制
   御手段を有し、前記ブロックを選定した場合、そのブロ
   ック内のどの成分にスクランブルをかけるかを決定する
   第２の制御手段を有し、前記第１と第２の制御手段によ
   り選定されたブロックであって、かつ第２の制御手段に
   より選定された成分にスクランブルを施すようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載のスクランブル方式。
5. 【請求項５】前記スクランブル手段は疑似ランダムノイ
   ズを前記量子化手段の量子化出力に加算もしくは減算す
   ることを特徴とする請求項１記載のスクランブル方式。
6. 【請求項６】前記スクランブル手段は、前記量子化手段
   の量子化出力のある特定の成分を“０”に置き換えて、
   次段の可変長符号化器に送り、前記ある特定の成分は、
   本来とは別のヘッダー情報として伝送することを特徴と
   する請求項１記載のスクランブル方式。
7. 【請求項７】前記第２の制御手段は複数の制御パターン
   を備え、これらパターンを任意に切換えられることを特
   徴とする請求項２又は４記載のスクランブル方式。
8. 【請求項８】前記第２の制御手段は入力される信号のレ
   ベルを検出するレベル検出手段を備え、前記レベル検出
   手段で所定のレベル以上と判定された部分にのみスクラ
   ンブルをかけるようにしたことを特徴とする請求項３又
   は４記載のスクランブル方式。
9. 【請求項９】入力画像がブロック毎に分割され、前記ブ
   ロックの処理単位内で２次元離散コサイン変換が施さ
   れ、その結果が量子化され、この量子化された出力のう
   ちスクランブル対象ブロックに対してスクランブルが施
   されており、前記スクランブルが施された信号と、前記
   対象ブロックを認識させるための制御情報を含む信号を
   受信する受信手段と、前記受信受信手段の受信出力から
   前記制御情報を得る制御情報抽出手段と、前記制御情報
   抽出手段から得られた制御情報をもとに前記受信出力の
   デスクランブルを行うデスクランブル手段とを具備した
   ことを特徴とする画像復号化装置。