DE4414953C2 - Gerät zur Verarbeitung elektrischer Signale - Google Patents
Gerät zur Verarbeitung elektrischer SignaleInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Verarbeitung
elektrischer Signale, insbesondere in großer Menge
angelieferter elektrischer Signale. Die Erfindung ist
insbesondere anwendbar im audio-visuellen Bereich oder im
Bereich der Datenverarbeitung. Sie hat zum Ziel, in einem
Übertragungskanal von einem Empfänger zu einer
Verarbeitungseinrichtung für Signale einen äußeren Schaltkreis
einzuschalten, welcher in die Verarbeitung der empfangenen
Signale eingreift, oder diese Signale ersetzt.
Die US-A 49 93 066 beschreibt ein Gerät zur Verarbeitung
elektrischer Signale, welches einen Empfänger zum Empfang
dieser Signale aufweist, eine Verarbeitungsvorrichtung zur
bildlichen Darstellung, um die empfangenen Signale zu
verarbeiten und eine Übertragungsschnittstelle für große
Mengen, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger und der
Verarbeitungsvorrichtung angeordnet ist und die in der Lage
ist, die Signale vom Empfänger zur Verarbeitungsvorrichtung zu
übertragen oder diese Signale zu einem äußeren Schaltkreis zu
übertragen und/oder ähnliche Signale von diesem äußeren
Schaltkreis zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen, um so
auf einfache und billige Art und Weise den Empfang von
sogenannten Pay-per-access-information-services nur dem
berechtigten Personenkreis zu ermöglichen.
Im audio-visuellen Bereich verfügen die herkömmlichen
Fernsehgeräte über wenige Schnittstellen mit der Außenwelt.
Die meisten besitzen nur einen Hochfrequenzeingang
(Antenneneingang) zur Aufnahme eines sichtbar zu machenden
Signals. In Europa und insbesondere in Frankreich besitzt
ein sogenannter Peritel-Anschluß 21 Kontaktlamellen. Er
liefert damit die umfangreichsten Anschlußmöglichkeiten für
Eingangs- und Ausgangssignale heutzutage für die analogen
Video- und Audio-Eingänge und -Ausgänge mit getrennten
Frequenzbändern (codierte Videosignale, SECAM oder PAL oder
sogar NTSC). Er ermöglicht außerdem dem Anschluß ein
analoges Farbsignal als Hauptsignal oder überlagerbares
Signal einzugeben. Einige Hersteller schlagen einen
Datenbus mit der Bezeichnung "D2B" vor, zur Übertragung von
Steuerbefehlen und Daten für die Schnittstelle
Mensch/Maschine. Bestimmte Monitorgeräte außerhalb von
Frankreich weisen Video- oder Audio-Eingänge/Ausgänge auf,
die äquivalent sind zu den Frequenzbandsignalen des
Anschlusses Peritel, jedoch mit der Bezeichnung "RCA".
Bekannte audio-visuelle Systeme mit gesteuertem Zugang,
beispielsweise für das Abonnement-Fernsehen, sind in zwei
sich wirkungsmäßig grundsätzlich unterscheidende Bereiche
unterteilt. Ein erster Bereich betrifft das Problem der
Verschlüsselung/Entschlüsselung elektrischer Signale zur
Übertragung von Bild und/oder Ton und/oder der zugehörigen
Daten (beispielsweise der Teletex-Daten). Der erste Bereich
wandelt die Signale dergestalt um, daß sie für die
nichtberechtigten Teilnehmer nicht entzifferbar sind. So
sind z. B. Systeme bekannt mit einer Verschiebung der
Videozeilen, Systeme mit Unterbrechung und Verdrehung (oder
auch Verschiebung) der Videozeilen (LCAR) oder auch Systeme
zur Umkehr der Audio-Spektren. Die Verschlüsselung erfolgt
an der Signalsendequelle. Die Entschlüsselung (symmetrische
Funktion der Verschlüsselung) erfolgt beim Empfang der
Signale.
Die Verschlüsselung beim Aussenden und die Entschlüsselung
beim Empfang werden synchron durchgeführt durch eine
bestimmte zeitliche Sequenz. Diese Sequenz kann durch ein
eigenständiges Signal dargestellt werden, welches zugleich
mit dem verschlüsselten Signal übertragen wird. Ein
derartiges Signal stellt die beim Aussenden verschlüsselte
Sequenz dar (es dient beispielsweise zur Beschreibung der
Anordnung der Unterbrechungspunkte für jede Videozeile in
einem System zur Unterbrechung und Verdrehung der Zeilen).
Das gleiche Signal wird beim Empfang zur Steuerung beim
entschlüsseln verwendet, synchron mit der Verschlüsselung.
In den meisten Fällen wird die Synchronisiersequenz durch
eine Folge von Steuerworten gebildet, die in regelmäßigen
Abständen, beispielsweise alle Sekunden, ausgesandt werden.
Jedoch kann die Frequenz erheblich größer sein um sich an
die Gewohnheiten der Verbraucher anzupassen, die häufig von
einem Sender zum anderen wechseln.
Ein zweiter Bereich des Systems betrifft die Steuerung des
Zugangs, bei der das oben beschrieben Synchronisiersignal
am Empfänger nur dann zur Verfügung steht, wenn dieser
bestimmte Bedingungen erfüllt, wie z. B. das vorherige
Bezahlen eines Rechtes. Das System der Zugangssteuerung
besteht oftmals aus einem Chiffriergerät im Sender, welches
die Synchronisiersequenz unleserlich macht, bevor diese dem
Sendekanal zugeführt wird. Beim Empfang überprüft das
System der Zugangssteuerung ob die Zugangsbedingungen
erfüllt sind (beispielsweise Bezahlung einer Gebühr). Sind
diese Bedingungen erfüllt, ermöglicht das System die
Entschlüsselung (symmetrische Operation der
Verschlüsselung) der Synchronisiersequenz und liefert eine
unverschlüsselte Sequenz dem Entschlüsselungssystem.
Bei einem bekannten System der Zugangssteuerung wird der
Empfang durch eine Karte mit einem Mikroschaltkreis
gewährleistet, während die Funktion der Entschlüsselung
beim Empfang durch eine elektronische Schaltung erfolgt,
welche eng mit den anderen Empfangsfunktionen der Signale
verknüpft ist. So sind z. B. die herkömmlichen Funktionen
für einen Fernsehdecodierer mit Gebührenentrichtung
aufgeteilt auf einen Empfangsschaltkreis der mit einem
Entschlüsselungsschaltkreis verbunden ist. Die Schlüssel
für die Entschlüsselung werden durch eine Karte mit einem
Mikroschaltkreis (Chipkarte oder Chiphalterung) zur
Verfügung gestellt. Bei einer derartigen Ausführung erfolgt
die Funktion des Entschlüsselns im inneren eines eigenen
Gerätes, nämlich des Decodierers. Die Karte mit dem
Mikroschaltkreis, die in dieses Gerät eingeschoben wird,
ermöglicht die Zugangsteuerung. Allgemein läßt sich sagen,
daß die Entschlüsselungsfunktion öffentlich sein kann und
kein Geheimnis enthält. Die dieses System schützenden
Geheimnisse liegen in der Karte mit der Mikroschaltung,
welche in Echtzeit und auf Anforderung die
Entschlüsselungsfunktion der Synchronisiersequenz
durchführt.
Die Verbindung der herkömmlichen Systeme der
Zugangssteuerung mit den Fernsehgeräten erfolgt in den
meisten Ländern durch seriellen Anschluß am Antenneneingang
des Fernsehgerätes. In Europa kann dieser Anschluß erfolgen
mittels des Peritel-Anschlusses unter Verwendung codierter
Signale im Frequenzband (PAL/SECAM/NTSC, sowie Farbsignale
für Decodierer, welche Signale vom Typ HDMAC und D2MAC
verarbeiten). Derzeit gibt es für Fernsehgeräte noch keine
Schnittstellen die auf die Funktion des Entschlüsselns und
der Zugangssteuerung abgestellt sind.
Es existieren jedoch Zusatzgeräte für Fernsehgeräte die
örtlich Bilder oder Ton erzeugen können (neben
Videorecordern und Laserscheibengeräten). So seien
insbesondere Spielkonsolen genannt, sowie Vorrichtungen vom
Typ "ANTIOPE" zur Erzeugung von Untertiteln. Derartige
Vorrichtungen erzeugen numerisch ein Bild durch Schaffung
eines Bildspeichers (Bit-Map) welches in einem besonderen
Speicher innerhalb des Gerätes gespeichert wird. Dieses
Gerät wird in ein Videosignal umgewandelt durch Konversion
in ein Farbsignal oder durch Konversion in ein codiertes
Signal des Frequenzbandes (PAL/SECAM/NTSC). Dieses Signal
kann gegebenenfalls sogar mit Hochfrequenz moduliert
werden, für Fernsehgeräte welche nur über einen
Antenneneingang verfügen.
In Frankreich können "ANTIOPE"-Geräte ihre Bilder
überlagern (beispielsweise Untertitel für Schwerhörige)
durch Verwendung der Überlagerungsfunktion, die am Peritel-
Anschluß über die analogen Farbsignale zur Verfügung steht.
In anderen Ländern erfolgt die Umschaltung zwischen dem
erzeugten Signal durch ein derartiges Gerät (beispielsweise
eine Spielkonsole) wobei das Antennensignal nur mittels
eines manuellen mechanischen Umschalters zuführbar ist,
welche die Verbindung des mit der Hochfrequenz modulierten
Signals ermöglicht.
Die bekannten Schnittstellen für Fernsehgeräte zum Empfang
digitaler audio-visueller Signale sind dafür ungeeignet.
Keine der erhältlichen Schnitt stellen für herkömmliche
Fernsehgeräte ist in der Lage, digitale audio-visuelle
Signale zu übertragen. Die Schnittstellenanforderungen für
digitale audio-visuelle Signale sind stark begrenzt durch
die geringe Anzahl von Geräten, die in der Lage sind
derartige digitale Signale zu erzeugen oder zu verarbeiten.
In naher Zukunft jedoch wird mit dem Einsatz digitaler
Fernsehübertragungen sowie dem Einsatz digitaler
Videorecorder die Notwendigkeit vorrangig werden, um nicht
durch überflüssige Umwandlungen digitaler in analoge
Signale die Qualität der von diesen Geräten verarbeiteten
Signale zu beeinträchtigen. Eine digitale Schnittstelle ist
demzufolge notwendig, ebenso wie es der Y/C-Anschluß beim
Erscheinen des S-VHS-Systems war.
Hinsichtlich der aktuellen Systeme des
Abonnementfernsehens, wie es oben erwähnt wurde, weisen die
zwischen der Schnitt stelle und der die Entschlüsselung
vornehmenden Seite ausgetauschten Signale und das System
zur Zugangssteuerung auf:
- - die chiffrierte Synchronisiersequenz der Verschlüsselung, die regelmäßig der Zugangssteuerung zugeschickt wird;
- - dieselbe unverschlüsselte Synchronisiersequenz nach der Entchiffrierung, die zur Zugangssteuerung der Entschlüsselung zurückgeleitet wird.
Dies bedeutet also, daß die Synchronisersequenz der
Entschlüsselung in unverschlüsseltem Zustand an der
Schnittstelle zur Verfügung steht. Sie könnte also
umgelenkt werden, um beispielsweise weiteren Decodierern
zugeführt zu werden, die nicht über ein zugelassenes System
der Zugangssteuerung verfügen.
In einem System der analogen Signalübertragung zwischen dem
Sender und dem Empfänger ist es manchmal für einen Piraten
leichter das übertragene Signal in Angriff zu nehmen, um so
den Verschlüsselungsmechanismus herauszufinden.
Beispielsweise können Auto-Korrelationsverfahren zu diesem
Ziel führen. Dies ist leichter als der Versuch die
Synchronisiersequenz zu reproduzieren, welche oftmals aus
digitalen Binärdaten mit großer Anzahl (beispielsweise 61
Bits und mehr) bestehen und die oftmals aktualisiert werden
(alle Sekunde).
Bei den herkömmlichen und auch bei den zukünftigen
Systemen, bei denen die Signalübertragung in digitaler Form
erfolgt (z. B. beim hochauflösenden Fernsehen oder beim
digitalen Rundfunk DAB) ist es für einen Piraten nicht mehr
möglich, das übertragene Signal mittels physikalischer
Verfahren, wie z. B. die Autokorrelation knacken zu wollen.
Derartige Signale entsprechen den Normen MPEG für
bewegliche Bilder. In diesem Fall erfolgt die
Zusammensetzung der Bilder durch Integration
aufeinanderfolgender Bilder übereinander, um so das
endgültige Bild zu erhalten. In der Praxis gibt es dabei
keine übertragenen Videosignale mehr.
Dies bedeutet, daß Piraten umso eher die
Synchronisiersequenz der Entschlüsselungsanlage in Angriff
nehmen müssen (oder den Entschlüsseler, selbst wenn dieser
nicht öffentlich erhältlich ist). Diese Sequenz weist eine
geringere Frequenz als das Signal selbst auf und ist
deshalb gegebenenfalls leichter zu verteilen. Das mit einer
derartigen Konstruktion eingegangene Risiko hinsichtlich
der Funktion der Entschlüsselns ist abschätzbar im
Zusammenhang mit einem in einem Fernseher integrierten
Entschlüsseler. Wird die Synchronisiersequenz an der
Schnittstelle zwischen dem Fernsehgerät und der Karte mit
der Mikroschaltung umgeleitet, oder wird das
Entschlüsselungsgerät direkt geknackt, wird die Gesamtheit
der Fernsehgeräte dieses Typs im Betrieb in Frage gestellt.
Die Erfindung schlägt eine Lösung für das Problem der
Schnittstelle vor, für insbesondere audio-visuelle Systeme
mit digitaler Übertragung. Die Erfindung besteht
beispielsweise darin, für eine derartige Übertragung eine
in beide Richtung wirkende voll-duplex-fähige Schnittstelle
mit parallelem Bus zu schaffen, die in der Lage ist,
digitale ausio-visuelle Signale zwischen einem Fernsehgerät
und der Außenwelt hin- und herzuschicken. Diese
Schnittstelle ist das digitale Äquivalent eines Peritel-
Anschlusses. Das zu regelnde Problem durch eine derartige
Schnittstelle besteht darin, sicher zu stellen, daß die
informationsmengen, die notwendigerweise sehr groß sind, im
digitalen Betrieb korrekt geleitet werden zwischen dem
Empfänger und einem äußeren Schaltkreis und danach zwischen
dem äußeren Schalkreis und dem Fernsehgerät in Echtzeit.
Die Schnittstelle löst zwei Probleme gleichzeitig:
- - sie ermöglicht die Direktverbindung ohne Digital-Analog- Wandlung von Videobildern erzeugenden Geräten wie z. B. Untertitelmaschinen, Spielkonsolen oder PC-Rechnern;
- - sie verlegt die Funktion des Entschlüsselns digitaler Fernsehsignale in ein anschließbares Bauteil.
In diesem anschließbaren Bauteil ist die Funktion des
Entschlüsselns direkt der Funktion der Zugangssteuerung
zugeordnet. Erfindungsgemäß enthält das ausio-visuelle
Gerät mit einer derartigen Schnittstelle kein Geheimnis und
ist demzufolge auch nicht angreifbar, wenn es dazu dient
ein verschlüsseltes Signal zu speichern oder zu
reproduzieren. Wenn das Entschlüsselungssystem zu
Schwierigkeiten führen kann, so läßt es sich ersetzen durch
auswechseln des lösbaren Moduls, das mit der Schnittstelle
verbunden ist, ohne das ausio-visuelle Gerät selbst in
Frage zu stellen. Es ist klar, daß dieses audio-visuelle
Gerät ein Datenverarbeitungsgerät oder ein anderes Gerät
sein kann, welches digitale Daten verarbeitet.
Die Erfindung wird nun in Verbindung mit einer derartigen
audio-visuellen Anwendung beschrieben, ohne jedoch auf
dieses technische Gebiet beschränkt zu sein.
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Gerät zur
Verarbeitung elektrischer Signale, insbesondere Bild-, Ton-,
Daten- und/oder Steuersignale mit:
- - einem Empfänger zum Empfang dieser Signale
- - einer Verarbeitungsvorrichtung insbesondere der bildlichen Darstellung um die empfangenen Signale zu verarbeiten und
- - einer Übertragungsschnittstelle für große Mengen, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger und der Verarbeitungsvorrichtung angeordnet ist und die in der Lage ist, die Signale vom Empfänger zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen oder diese Signale zu einem äußeren Schaltkreis zu übertragen und/oder ähnliche Signale von diesem äußeren Schaltkreis zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, daß
- - es einen Generator für ein abwechselndes Taktsignal aufweist, das synchron zur großen Menge ist und daß
- - die Schnittstelle einen Auswählschaltkreis aufweist um die Signale vom Empfänger zum äußeren Schalkreis während einer gegebenen Halbperiode des Taktsignals zu übertragen und um die Signale vom äußeren Schaltkreis zur Verarbeitungsvorrichtung während einer anderen gegebenen Halbperiode des Taktsignals zu übertragen.
Die Erfindung wird besser verstanden im Zusammenhang mit
der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren. In
nicht beschränkender Weise zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Verarbeitungsgerätes,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Schnittstellensignale,
Fig. 3 ein mögliches Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Schnittstelle und die
Fig. 4 und 5 Ausführungsbeispiele der Verarbeitung der
Signale in einem äußeren Schalkreis.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät. Dieses weist
einen Empfänger 1 zum Empfang der Signale insbesondere
Bildsignale, Tonsignale, Datensignale oder Steuersignale
auf, die beispielsweise von einer Antenne 2 oder einem
Koaxialkabel stammen oder einem anderen Übertragungssystem.
Beispielsweise beträgt das Frequenzband des übertragenen
Signals größenordnungsmäßig 6 MHz. Bei Einsatz der
heutzutage bekannten Kompressionsanordnungen ist es
möglich, in einem derartigen Frequenzband bis zu 32 Megabit
pro Sekunde zu übertragen, insbesondere unter Zuhilfenahme
von Modulationsverfahren vom Typ QAM oder QPSK.
Das Gerät weist ebenfalls eine Vorrichtung 3 zur
Verarbeitung der empfangenen Signale auf. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung 3
zur Verarbeitung aus einer audio-visuellen Kette mit
insbesondere einem Bilddecodierer 4 und einer Vorrichtung 5
zur bildlichen Darstellung, insbesondere einem
Fernsehgerät. Die übertragenen Signale können Videosignale
sein oder auch gemäß der Norm MPEG codierte Signale. In
letzterem Fall enthält in an sich bekannter Weise der
Codierer einen Bildspeicher oder einen Rasterspeicher 6 der
mit der Vorrichtung zur bildlichen Darstellung, d. h. dem
Fernsehgerät 5, verbindbar ist.
Das erfindungsgemäße Gerät enthält außerdem eine
Schnittstelle 7, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger 1
und der Vorrichtung 3 zur Verarbeitung geschaltet ist. Die
Schnittstelle 7 ist in der Lage, die vom Empfänger 1
empfangenen Signale entweder zur Verarbeitungsvorrichtung 3
oder zu einem äußeren Schaltkreis 8 oder, ausgehend vom
Schaltkreis 8, zur Verarbeitungsvorrichtung 3 zu
übertragen. Diese leistungsstarke Übertragung ist
erforderlich, da es sich beispielsweise um eine Datenmenge
von 32 Megabit pro Sekunde handelt. Prinzipiell ist ein
derartiges System bereits bekannt, wenn der äußere
Schaltkreis 8 ein Videorekorder ist und die Schnittstelle 7
Schaltkreise darstellt zur Aufzeichnung einer audio
visuellen Sequenz eines im Videorekorder enthaltenen
Magnetbandes mit späterer Wiedergabe am Fernsehgerät 5.
Eine Besonderheit der Erfindung ist darin zu sehen, daß
diese einen Generator aufweist um ein abwechselndes
Taktsignal h zu erzeugen, synchron zur großen Menge. Die
Schnittstelle weist ferner einen Auswählschaltkreis 9 auf,
der im Rhythmus des Taktsignales umgeschaltet wird. Bei dem
in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
erreichen die auf jeder der Leitungen eines Busses 34
anstehenden Datensignale (zeichnerisch dargestellt durch
eine mit einem Querstrich versehene einzige Leitung)
jeweils einen erfindungsgemäßen Auswählschaltkreis 9.
Jede mit dem Empfänger 1 verbundene Busleitung ist mit
einem ersten Anschluß (drain oder source) eines Transistors
verbunden, der beispielsweise vom Typ N10 ist. Das
Steuergitter 11 dieses Transistors 10 empfängt das
Taktsignal h. Ist dabei das Taktsignal h positiv, so wird
das am Ausgang des Empfängers 1 anstehende Signal dem
Ausgang 12 (source oder drain) des Transistors 10
zugeführt. Der Ausgang 12 ist mit dem äußeren Schaltkreis
über ein Verbindungsstück verbunden, welches eine Vielzahl
von hervorspringenden Anschlußklemmen 13 bzw.
Aufnahmeöffnungen 14 aufweist, die mit der Schnittstelle 7
bzw. dem äußeren Schaltkreis 8 verbunden sind.
Beim Auftreten der folgenden Halbperiode des Signals h wird
der Transistor 10 gesperrt und der Empfänger 10 ist nicht
mehr mit dem äußeren Schaltkreis 8 verbunden. In diesem
Fall ist ein Ausgang 15 des äußeren Schaltkreises 8 mit
einem ersten Anschluß eines Transistors 16 verbunden, der
ebenfalls vom Typ N sein kann und dessen Steuergitter 17
das zum Signal h komplementäre Signal erhält. Das zum
Signal h komplementäre Signal wird beispielsweise erzeugt
ausgehend vom Signal h, welches einen Inverter 18
durchläuft. Unter diesen Bedingungen leitet der Transistor
16 und das am Ausgang 15 des Schaltkreises 8 anstehende
Signal wird dem Ausgang 19 des Transistors 16 zugeführt.
Dieser Ausgang 19 ist mit einer der Leitungen eines
Datenbusses 20 verbunden und damit wiederum mit der
Verarbeitungsvorrichtung 3. Aufgrund dieser Tatsache werden
bei jeder Halbperiode des ersten Typs des Taktsignals die
Signale vom Empfänger 1 dem äußeren Schaltkreis 8
zugeführt. Bei den anschließenden Halbperioden werden sie
vom Schaltkreis der Vorrichtung 3 zugeführt.
Bei einem verbesserten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
daß der äußere Schaltkreis 8 weggelassen werden kann. Um
dies zu ermöglichen, wird der Schalkreis 9 prinzipiell
vervollständigt durch Hinzufügung von drei Transistoren 21,
22, 23, von denen im folgenden die Wirkungsweise
beschrieben wird. Diese Darstellung ist jedoch
ausschließlich als eine Möglichkeit anzusehen. Wie die
folgenden Ausführungen zeigen, sind auch andere
Verwirklichungen möglich. Der Transistor 21 ist in Reihe
geschaltet mit dem Transistor 10, zwischen dessen Ausgang
12 und dem äußeren Schalkreis 8. Der Transistor 22 ist auf
die gleiche Art und Weise zwischen dem Ausgang 15 des
äußeren Schaltkreises 8 und dem Transistor 16 geschaltet.
Der Transistor 23 ist zwischen dem ersten Anschluß des
Transistors 10 und dem Ausgang 19 des Transistors 16
geschaltet. Die Transistoren 21 bis 23 erhalten jeweils ein
Signal des Zuschaltens oder des Abschaltens des äußeren
Schaltkreises 8.
Bei einem einfachen Beispiel wird ein Signal für das
Zuschalten oder die Anwesenheit des äußeren Schalkreises 8
in folgender Weise erzeugt. Im inneren der Schnittstelle 7
ist ein Stecker 24 vortgesehen zur Verteilung einer
positiven Spannung, ein Stecker 25 für das Massepotential
und ein Stecker 26 zur Aufnahme des Signals für die
Abschaltung und die Zuschaltung des Schaltkreises 8. im
Schaltkreis 8 ist eine Verbindung 27 vorgesehen, zwischen
dem Stecker 28 mit den Aufnahmeöffnungen bezüglich dem
Stecker 24 mit den Kontaktlamellen sowie ein Stecker 29 mit
Aufnahmeöffnungen in Hinsicht auf den Stecker 26 mit
Kontaktlamellen. Sowie der Schaltkreis 8 an die
Schnittstelle angeschlossen ist, wird das am Stecker 26
anstehende Potential auf ein positives Potential gebracht,
beispielsweise von 5 Volt, welches am Stecker 24 ansteht.
Um zu vermeiden, daß das Potential am Stecker 26 bei Fehlen
des Schaltkreises 8 schwankt, ist der Stecker 26 außerdem
über einen Hochwiderstand 30 mit der Masse verbunden. Ist
also der Schaltkreis 8 zugeschaltet, so liegt am Stecker 26
ein Potential von 5 Volt an. Ist der Schaltkreis
abgeschaltet, so beträgt das Potential Null. Dieses Signal
wird beispielsweise verwendet zur Steuerung der
Transistoren 21 und 22 vom Typ N oder des Transistors 23
vom Typ P. in der Praxis sind, wenn der Schaltkreis 8
zugeschaltet ist und das am Stecker 26 anstehende Signal 5
Volt beträgt, die Transistoren 21 und 22 leitend, während
der Transistor 23 gesperrt ist. Unter diesen Bedingungen
wirkt die Schnittstelle wie oben beschrieben. Bei
Abschaltung des Schaltkreises 8 sind die Transistoren 21
und 22 gesperrt und der Transistor 23 leitend: die
Schnittstelle verhält sich demzufolge wie ein einfacher
Kurzschluß zwischen jedem der Drähte des Busses 34,
abgehend vom Empfänger 1 und mündend in der
Verarbeitungsvorrichtung 3. Die Transistoren 21 und 22 sind
dann nicht erforderlich, wenn die Ausgangsbusleitungen der
Schnittstelle in Richtung zum äußeren Schaltkreis 8 und die
Eingangsbusleitungen zur Schnittstelle 7 vom äußeren
Schaltkreis 8 unterschiedlich sind. Nur wenn ein einziger
Bus diese beiden Rollen übernimmt, d. h. sowohl für den
Eingang als auch für den Ausgang zuständig ist, ist die
Gegenwart der Transistoren 21 und 22 gerechtfertigt.
Fig. 2 zeigt Zeitdiagramme der die Schnittstelle 7
durchlaufenden Signale. Man erkennt das Taktsignal h von im
wesentlichen Rechteckform mit den Anstiegsflanken 31 und
den Abstiegsflanken 32. Anstatt die Transistoren 10, 16 bis
21 und 23 mit den Zuständen des Signals h zu steuern,
können auch durch Zwischenschaltung von Kippschaltungen des
Typs RS oder JK für dieses Signal die Signalübergänge
verwendet werden. Die Übergänge 31 und 32 dienen
insbesondere dem Übergang 32 zum Auslesen über den Bus 33
des den äußeren Schalkreis 8 darstellenden Signals am Bus
34 des Empfängers 1. Dieses Auslesen wird durch den
Zustandsübergang bewirkt nach Stabilisierung der
Pufferspeicherausgänge des Busses 34.
Das zweite Diagramm von Fig. 2 zeigt die Ausgangszustände
des Busses 34. Der Abgriff am Bus 33 kann bewirkt werden
zum Zeitpunkt der Abstiegsflanke 32 des Signals h, wenn der
äußere Schaltkreis 8 vom Bus 34 stammende Signale erhält.
Anschließend werden diese Signale vom Schalkreis 8
verarbeitet und dem Bus 33 zugeführt zu Zeitpunkten 35, die
zwischen den Flanken 31 und 32 liegen, um so am Bus 20
anzustehen, zu Zeitpunkten 31, welche den Zeitpunkten 35
folgen. Im folgenden wird gezeigt, wie diese Verarbeitungen
erfolgen. Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel werden bestimmte Verarbeitungen durch
den äußeren Schaltkreis 8 durchgeführt, der leicht
abschaltbar und austauschbar ist.
Fig. 3 zeigt u. a. ein besonderes Ausführungsbeispiel zur
Erzeugung des Signals h. Der Empfänger 1 weist einen
Demodulator 36 auf, der mit einem getrennten Demultiplexer
37 verbunden ist. In Fig. 3 ist das Arbeitsprinzip des
Demultiplexers 37 dargestellt. Der Demodulator 36 erzeugt
einen Impulszug z. B. mit 32 Megabit pro Sekunde. Dieser
Impulszug wird dem Eingang eines Schieberegisters 38 des
Demultiplexers 37 zugeführt. Das Schieberegister wird
außerdem durch ein Signal H angesteuert, welches von einem
Oszillator 39 erzeugt wird, dessen Frequenz durch eine
Spannung gesteuert werden kann. Die Frequenz des
Oszillators 39 liegt z. B. in der Nähe von 32 MHz.
Um die Synchronisierung des Oszillators 39 zu gewährleisten
wird eine Schaltung vom Typ PLL verwendet, die durch eine
Phasenschleife gesteuert wird. In einer derartigen
Schaltung vergleicht ein Vergleicher 40 z. B. eine Exclusiv-
Oder-Schaltung, den Impulsausgang des Oszillators 39 mit
dem vom Demodulator 36 erzeugten Impulszug. Der Ausgang der
Exclusiv-Oder-Schaltung wird in einem Tiefpaßfilter 41
gefiltert, dessen Zeitkonstante z. B. größer ist als zehn
mal die Periode des vom Demodulator 36 stammenden Signals.
Der Oszillator 39 liefert also ein Signal H, welches
verwendet wird zur Verschiebung der im Schieberegister 38
gespeicherten Bits. Mittels eines durch acht teilenden
Teilers 41 läßt sich, ausgehend vom Signal H, ein für die
Schnittstelle 7 verwendbares Signal h erzeugen. Dieser
durch acht teilende Teiler kann ganz einfach aus dem
Ausgang für das vierte Bit eines Zählers entstehen, welcher
eine natürliche Binärzählung vornimmt (2⁴ = 16 : 8 Perioden
bis Null gefolgt von 8 Perioden bis 1). in diesem Fall wird
das Register 38 an sechzehn Perioden im Bus 34 geleert. Der
Abgriff am Bus 34 kann höchstens acht Perioden dauern. In
entgegengesetzter Richtung wird der Bus 20 vom Bus 15
während höchstens acht Perioden gespeist. In der Praxis
dauern die Abgriffe länger. Es sei betont, daß der Bus 34
zweiunddreißig Leitungen anstelle von sechzehn aufweisen
kann. In diesem Fall wird der Teiler 41 ein durch sechzehn
geteilter Teiler. Ziel kann es sein, die vierundsechzig
Anschlußklemmen einer Schnittstelle vom Typ PCMCIA besser
verteilt anzuschließen, um so eine mit dem äußeren
Schalkreis 8 normierte Verbindung zu schaffen.
Der Schaltkreis 9 in Fig. 1 kann auch durch
Eingangspufferspeicher 42 oder Ausgangspufferspeicher 43
des äußeren Schaltkreises 8 ersetzt werden, oder durch eine
Eingangspufferschaltung 44 der Verarbeitungsvorrichtung 3,
oder auch durch eine nicht dargestellte
Ausgangspufferspeicherschaltung des Registers 38. Diese
Pufferspeicherschaltungen erhalten das Signal h oder
gegebenenfalls dessen Komplementärsignal.
Fig. 3 zeigt insbesondere daß der äußere Schaltkreis 8
einen Eingangsbus aufweisen kann, der im Pufferkreis 42
mündet, sowie einen Ausgangsbus der mit dem Pufferkreis 43
verbunden ist. In diesem Fall weist die Schnittstelle 7
entsprechend getrennte Busse auf, so daß die Transistoren 21
und 22 nicht erforderlich sind und kein Kurzschlußrisiko
besteht. Nur im Falle eines einzigen Busses 33 ist ihre
Gegenwart erforderlich.
Fig. 4 zeigt die Verarbeitung die für in großen Mengen
angelieferte Signale geeignet ist, sofern diese Signale
einer verschlüsselten Radio-Fernsehsendung entsprechen,
deren Entschlüsselung nur von Abonnenten vorgenommen werden
kann, welche regelmäßig für ihre Rechte bezahlen. Der
Fernsehsender erzeugt dabei ein unverschlüsseltes Signal,
entsprechend der auszustrahlenden Sendung. Dieses
unverschlüsselte Signal kann ein klassisches Videosignal
sein, oder aber auch ein codiertes Signal gemäß der Norm
MPEG, wie bereits weiter oben erwähnt. Dieses Signal wird
anschließend in einem Verschlüsseler 45 verschlüsselt,
ausgehend von einer Verschlüsselungssequenz, die von einem
Verschlüsselungssequenzgenerator 46 erzeugt wird. Das
verschlüsselte Signal wird in Richtung Zuschauer ausgesandt
und die Verschlüsselungssequenz selbst wird in einem
Chiffriergerät 47 chiffriert. Die chiffrierte
Verschlüsselungssequenz wird gleichzeitig wie das zu
empfangende verschlüsselte Signal ausgesandt. Die Sendung
erfolgt gemäß den bekannten Übertragungsnormen,
beispielsweise vom Typ HDMAC, D2MAC, DSS oder dgl.
Beim Empfang können die bekannten Demodulatoren 36 oder
auch die Demultiplexer 37 aus der Gesamtheit der
empfangenen Signale diejenigen heraus filtern, welche den zu
entschlüsselnden verschlüsselten Signalen entsprechen und
die sich von denjenigen der chiffrierten
Verschlüsselungssequenzen unterscheiden. Erfindungsgemäß
ist der äußere Schaltkreis 8 in der Lage die chiffrierten
Verschlüsselungssequenzen zu empfangen und zu dechiffrieren
um eine unverschlüsselte Verschlüsselungssequenz zu
erzeugen. Dieser Vorgang erfolgt während eines Schrittes 48
zur Überprüfung ob der Benutzer dieses Recht besitzt und
während des Dechiffrierens der chiffrierten
Verschlüsselungssequenz. Das Prinzip der Schrittes 48
unterscheidet sich in nichts von dem bekannten Stand der
Technik. Außerdem ist der Schaltkreis 8 in der Lage,
während eines Entschlüsselungsschrittes 49 das
verschlüsselte Signal zu entschlüsseln, welches er
ausgehend von der unverschlüsselten Verschlüsselungssequenz
erhalten hat, die am Ende des Schrittes 48 zur Verfügung
steht. Am Ende des Schrittes 49 erzeugt der Schalkreis 8
ein unverschlüsseltes Signal, welches schließlich über den
Bus 20 dem Verarbeitungsschalkreis 3 zugeführt wird. Das
Prinzip des Schrittes 49 unterscheidet sich in nichts von
dem bekannten Stand der Technik.
Die Besonderheit der Erfindung liegt in der Tatsache, daß
die Entschlüsselung im Schritt 49 nunmehr in einem äußeren
Schaltkreis 8 durchgeführt wird und nicht mehr wie es
bisher üblich war in der Verarbeitungsvorrichtung 3 selbst.
in der Praxis liegt damit der Unterschied in der Tatsache,
daß die unverschlüsselte Verschlüsselungssequenz nicht mehr
in der Schnittstelle zur Verfügung steht zwischen einem
äußeren Schaltkreis für das Dechiffrieren und dem
Verarbeitungsschaltkreis, welcher die Anordnung enthalten
müßte um den Entschlüsselungsschritt 49 vorzunehmen.
Der Schaltkreis 8 enthält zur Durchführung der Schritte 48
und 49 einen Mikroprozessor 50 zusammen mit einem
programmierbaren Speicher 51 und einem Arbeitsspeicher 52.
Diese Vorgänge bieten also jegliche Sicherheitsgarantien
hinsichtlich einer Unverletzlichkeit der Verschlüsselung,
wie es von den Chipkarten her bekannt ist. Die Besonderheit
der Erfindung ist also in der Tatsache zu sehen, daß das
unverschlüsselte Signal, welches am Ausgangsbus 33 des
äußeren Schaltkreises 38 ansteht, ein großes Mengensignal
ist (üblicherweise eine mehrfache Anzahl von zehn von
Megabit pro Sekunde) das auf kurzen Wegen in praktischer
Weise nur schwierig zu verteilen ist, beispielsweise in
Wohngebäuden.
Eine Datenfolge mit einem neuen 16-Bit-Wort alle 250
Nanosekunden am Ausgang der Schnittstelle 7 (verschachtelt
mit einem entsprechenden Signal alle 250 Nanosekunden in
Gegenrichtung) ermöglicht den Transport einer Gesamtheit
von 32 Megabit pro Sekunde in jeder Richtung. Die Dauer von
250 Nanosekunden reicht gut aus um einen Lesevorgang
durchzuführen und bietet noch Zeit für eine Verarbeitung.
Fig. 5 zeigt das Prinzip des Dechiffrierschrittes 48 und
des Entschlüsselungsschrittes 49 in schneller Reihenfolge
durch den Mikroprozessor 50.
Am Ausgang des Empfängers 1 können Kontrollworte 53 zur
Verfügung stehen, welche durch eine einfache elektrische
Verbindung in der Schnittstelle 7 entweder dem äußeren
Schalkreis 8 oder der Vorrichtung zur Verarbeitung 3
zugeführt werden. Die Erzeugung dieser Steuerworte ist von
herkömmlicher Weise und entspricht einem Standard wie z. B.
EUROCRYPT, wobei dies im Demodulator 36 oder im
Demultiplexer 37 geschehen kann. Die Steuerworte sind
normspezifisch und werden im allgemeinen am Kopf eines
Impulszuges übertragen und enthalten Daten, Adressen oder
andere Informationen. Die Steuerworte werden dem äußeren
Schaltkreis 8 über einen Umschalter 54 (Fig. 5) zugeführt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann eines der Steuerworte
dazu dienen, einen Schlüssel Ki festzulegen aus einer
Anzahl von festen Schlüsseln K₁ bis KN (die einer großen
Anzahl äußerer Schaltkreise 8 gemeinsam sind) jedoch
unbekannt und geheim sind, da sie in nicht
entschlüsselbaren Bereichen des äußeren Schaltkreises 8
gespeichert sind (gemäß den bekannten Verfahren auf dem
Gebiet der Chip-Karten). Die Auswahl eines Schlüssels aus
einer Anzahl ermöglicht demzufolge einen
Dechiffrieralgorhythmus vom Typ DES dergestalt zu
parametrieren, daß während eines Schrittes 55 der
Mikroprozessor 50 das Dechiffrieren der chiffrierten
Verschlüsselungssequenz bewirkt. In der Praxis enthält
diese chiffrierte Sequenz 61 Bit. Am Ende des Schrittes 55
liefert der Mikroprozessor eine dechiffrierte Sequenz von
61 Bit. Diese 61 Bit werden einem Pseude-Zufallsgenerator
56 zugeführt (PRBS:Pseudo Random Binary Sequence) welcher
daraus ein Entschlüsselungswort mit 8, 16 oder 32 Bit je
nach den Erfordernissen erzeugt. Jeder der parallelen
Ausgänge des Generators 59 ist mit einer entsprechenden
Leitung des Busses 33 im Entschlüsselungsschaltkreis 57
verbunden. Der Schaltkreis 75 führt den Schritt 49 durch.
In einem einfachen Fall besteht der Schalkreis 57 einfach
aus einer Anzahl von Exclusiv-Oder-Torschaltungen. In
diesem Fall erfolgt der Schritt 45 ebenfalls als Funktion
einer Exclusiv-Oder-Schaltung. Es ist bekannt, daß eine
Exclusi-Oder-Torschaltung die Besonderheit aufweist
symmetrisch zu sein und daß sie sowohl zu einer
Verschlüsselung mit einem Verschlüsselungswort als auch zur
Entschlüsselung mit dem selben Verschlüsselungswort dienen
kann. In diesem Fall führt der Mikroprozessor 50 die
Wirkung des Schalkreises 57 fort. Die Eingänge und Ausgänge
des Schalkreises 57 sind mit den entsprechenden
Pufferkreisen 42 und 43 verbunden.
Fig. 5 zeigt, daß der Eingang des Schaltkreises 54 mit dem
Ausgang des Schaltkreises 57 verbunden ist. Dies macht in
der Praxis nur dann Sinn, wenn die chiffrierte
Verschlüsselungssequenz selbst durch den Verschlüsseler 45
verschlüsselt worden ist bevor sie ausgesandt wurde. Ist
dies nicht der Fall, d. h. wird die chiffrierte
Verschlüsselungssequenz ausgesandt wie sie ist, so ist der
Eingang des Schaltkreises 54 direkt mit dem Bus 33
verbunden (gestrichelte Leitung).
Wenn der äußere Schaltkreis 8, der mit der Schnittstelle 7
verbunden ist, keine Anordnung zum Dechiffrieren oder zum
Entschlüsseln ist, sondern beispielsweise eine Spielkonsole
darstellt, so ist die Wirkungsweise geringfügig
unterschiedlich. In diesem Fall erzeugt ein Steuerbus 58
(Fig. 1) des Mikroprozessors 50 ein logisches Niveau,
welches das Signal h in einen Zustand überführt,
dergestalt, daß die Schnittstelle nicht mehr abwechselnd
als Eingang oder Ausgang funktioniert, sondern permanent
nur noch in eine Richtung arbeitet. Eine der Leitungen des
Steuerbusses ist z. B. elektrisch mit einem Anschluß
verbunden, der das Signal h überträgt.
Zusätzlich kann eine Fernsteuerung 59 die Steuerworte 53 in
einen besonderen Zustand bringen, in dem im äußeren
Schaltkreis 8 oder sogar in der Verarbeitungsvorrichtung 3
eine besondere Wirkung hervorgerufen wird. Hier sei
insbesondere an die Speicherung einer besonderen audio
visuellen Sequenz gedacht. Ein oder zwei Bilder können
dabei im Speicher 52 oder in einem anderen zusätzlichen
Speicher gespeichert werden. In diesem Fall ist der
ansteuerbare Zufallsspeicher 52 vorteilhaferweise ein
datengesicherter RAM-Speicher.
Claims (9)
1. Gerät zur Verarbeitung elektrischer Signale,
insbesondere Bild-, Ton-, Daten- und/oder
Steuersignale, mit:
- - einem Empfänger (1) zum Empfang dieser Signale,
- - einer Verarbeitungsvorrichtung (3), insbesondere zur bildlichen Darstellung (5), um die empfangenen Signa le zu verarbeiten und
- - einer Übertragungsschnittstelle (7) für große Mengen, die wirkungsmäßig zwischen dem Empfänger und der Ver arbeitungsvorrichtung angeordnet ist und die in der Lage ist, die Signale vom Empfänger zur Verarbei tungsvorrichtung zu übertragen oder diese Signale zu einem äußeren Schaltkreis (8) zu übertragen und/oder ähnliche Signale von diesem äußeren Schalkreis zur Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen dadurch gekennzeichnet, daß
- - es einen Generator (39) für ein abwechselndes Takt signal aufweist, das synchron (40) zur großen Menge ist und daß
- - die Schnittstelle einen Auswählschaltkreis (10, 16, 21 bis 23) aufweist um die Signale vom Empfänger zum äußeren Schaltkreis während einer gegebenen Halb periode (32) des Taktsignals zu übertragen und um die Signale vom äußeren Schaltkreis zur Verarbeitungsvor richtung während einer anderen gegebenen Halbperiode (31) des Taktsignals zu übertragen.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Auswählschaltkreis aufweist
- - einen ersten Unterbrecherschaltkreis (10) zur Schaf fung eines ersten Übertragungskanals zwischen dem Empfänger und dem äußeren Schaltkreis für eine erste Halbperiode des Taktsignals,
- - einen zweiten Unterbrecherschaltkreis (16) zur Schaf fung eines zweiten Übertragungskanals zwischen dem äußeren Schalkreis und der Verarbeitungsvorrichtung für eine zweite Halbperiode des Taktsignals und
- - einen dritten Unterbrecherschaltkreis (23) zur Schaf fung eines dritten Übertragungskanals zwischen dem Empfänger und der Verarbeitungsvorrichtung, wenn kein äußerer Schaltkreis mit der Schnittstelle verbunden ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schnittstelle aufweist
- - einen Schaltkreis (30) zur Feststellung des Anschal tens oder des Abschaltens eines äußeren Schaltkreises an die Schnitt stelle und um den dritten Unterbrecher schaltkreis zu öffnen und zu schließen.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schnittstelle aufweist
- - einen Datenbus (20, 33, 34) mit wenigstens 16 Leitun gen in beide Richtungen
- - wenigstens einen Steuerbus (53) zur Feststellung der im Datenbus übertragenen Signalarten und
- - wenigstens zwei elektrische Versorgungsleitungen (24, 25) zur Versorgung des äußeren Schaltkreises.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - der Empfänger einen Schaltkreis (39) aufweist zur Erzeugung des Taktsignals und um dieses mit den emp fangenen Signalen zu synchronisieren (40), wenn der artige Signale empfangen werden.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Empfänger eine Anordnung aufweist um die Frequenz des Taktsignals um einen Betrag zu teilen, der zweimal geringer ist als die Anzahl der Leitun gen in einem Datenaustauschbus in der Schnittstelle.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - der äußere Schaltkreis einen Mikroprozessor (50) auf weist zur Durchführung eines Dechiffrierschrittes (48) einer Verschlüsselungssequenz und eines Ent schlüsselungsschrittes (49) der empfangenen Signale unter Verwendung der dechiffrierten Verschlüsselungs sequenz.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - der äußere Schaltkreis einen Mikroprozessor aufweist zur Durchführung eines Schrittes (48) der Überprü fung der Zugangsberechtigung eines Benutzers der Verarbeitungsvorrichtung.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß
- - der äußere Schaltkreis eine Exclusive-Oder-Schaltung (57) aufweist zur Entschlüsselung der verschlüsselten Signale.
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