[发明专利]时域信号加密与解密的方法与装置

说明书

本发明涉及时域电子信号，例如视频信号的信号处理。本发明特别涉及对这样的信号进行加密与解密以防止对其非法使用的技术。

许多技术已实现了对时域信号的加密与解密。这类技术的目的总是相同的：即防止对信号的非法使用。就视频类型的信号而言，要防止的通常是对有娱乐或教育价值的信息信号的非法观赏。在许多途径中，这样的信号容易通过各种不同的方法被非法使用。例如，如果视频信号在卫星或微波链路上广播，非法使用者则试图截获并收看这些信号而不支付用户服务费。在为挫败非法使用广播视频信号的努力中，成功地使用了一些专门的信号加扰技术。将视频信号从一地传到另一地的另一个方法是通过录像带媒介。例如，电影制片厂将电影的原版录像带散发到世界各地是很普通的。如果录像带在传输中被窃或“丢失”，侵权的机会显然存在。所以需要在将视频信号录到录像带之前对其加扰，使得仅仅拥有解码器和适当编码的用户才可使用此带。这种加扰系统必须具备两个重要特点：它必须非常保险并且必须与所有专业的和消费者的视频录像机的录像/重放电子设备完全兼容。

有许多视频信号加扰的方法。两个简单的技术是同步抑制和同步倒置。然而，每个技术都易于用基本的视频信号处理技术来破坏掉，并且任何情况都不会被记录下来。另一技术是称之为伪随机视频电平倒置，它较难于破坏，但是由于在录像/重放过程中它是非线性的而受到图像质量严重损失的制约。还有一个技术是行顺序交换，也称为行扰乱，其中，扫描图像的光栅中的行顺序被扰乱。例如，不是将行依次地以行1，行2，行3，等等来传送，而是可能将信息以行182，行99，行4，等等来传送。这样的系统可以做得很安全（即难于破坏），但它不能用于采用彩色嵌入（color-under）原理的任何格式的录像带，因为这一原理要依靠行邻接来获得正确色彩的还原再现。

还有一种方法是伪随机行转向，其中，以随机方式选出图像的某些行以反时间顺序（即从右到左）发送，而剩下的以正常形式（即从左到右）发送。还有的技术是称之为随机选择断点的行分段法，其中，每个行被随机地切成两段，然后以先发右边段再发左边段的方式被发送。这两个视频信号加扰方法应用于任何使用彩色嵌入原理的记录格式时，都将导致右边与左边图形的色彩严重失真。

除了上面的缺陷，后三个技术更大的缺点是该处理技术不能与大多数录像机采用的失落补偿信号处理技术兼容，原则上，这三种方法都可以用于不使用彩色嵌入记录格式的视频信号处理，像专业B型和C型的2.54厘米带，它们需要使用特殊的失落补偿电路，其中，失落的传感和校正由解扰系统来控制。这就需要对重放设备进行特别修改，因此会增加不希望的造价并使加密/解密系统复杂化。

上述视频加扰技术都不能完全满足对加扰系统的要求，即：（1）加扰后的视频信号应能够在任何格式的录像带（专业的或消费者的）被记录并重放出来，并且重放的解扰的图像质量损失可以忽略;（2）加扰技术应不被任何非法用户所破坏。

本发明提供一种高度安全的视频信号加密与解密技术的装置和方法，它与所有录像带格式及传输系统相兼容，并能够避免由加扰算法和用于彩色-外差记录的色度连续行平均系统的相互作用所引起的图像不良。

从方法的角度看，本发明的信息信号加密通常被安排成有效信息行的序列，每行有一个行同步部分，该方法包括的基本步骤是至少在某些信号行上相对于行同步部分进行相互独立选定量的时移（time    shifting）并为以后的解密提供在时移步骤中所完成的时移的指示。对于包含行同步信号和彩色基准信号的视频信息信号而言，在各行的这些信号上要禁止时移。同样，信息场或帧的非动态部分，即垂直黑色部分不进行时移。

为了保证加密方法与其它常规信号处理技术之间兼容，特别是与彩色-外差系统的盒式带录像机兼容，相邻行之间的时移量最好被限制在±N个副载波周期内，这里N是整数（0，1，2，等等）。在最佳实施例中，N是0或1。此外，动态视频信号的最大累积时移要受到限制，以使得动态视频信号既不与各自行的色同步信号重迭也不与水平同步基准重迭。

所选的实际时移序列最好是一个伪随机序列，并进行超前或滞后方向的时移，这个序列可以加在奇和偶场的每行上，或以其它顺序使用，加到给定场的序列既可以以时间为函数也可以以加过密的场数为函数进行更换，另外，序列可以加到给定场或帧的所有行上，其后面跟随的下一个连续场或帧，也可多个场或帧的所有行加以不同的时移。