专利名称：扫描显示图像的信源编码式加扰解扰方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对扫描显示图像进行信息处理的方法和装置。
典型的扫描显示图像是电视图像(也包括计算机显示器的图像显示等)，其基本工作原理是以可控制发光强度的扫描光点在水平方向的逐点移动(称之为行扫描)和垂直方向的逐行移动(称之为场扫描)并配以起始点的场和行同步控制信号而实现一幅(场)图像的扫描显示，在此基础上再快速不断地显示若干上述扫描方式形成的完整图像幅(场)，利用人眼的视觉暂留效应就形成了动态或静态的连续画面。为了某种目的，图像的提供者要控制观众对上述图像画面的正常收看或不能正常收看，即实现条件收视或条件播放，这就带来了向扫描显示的图像中人为引入干扰及解除干扰的信号处理技术问题。
目前对以模拟信号方式存在的扫描显示图像进行加扰的方法主要是利用扫描显示图像信号的一些特性，如扫描光点显示的强度特性、扫描显示行的空间位置特性以及行、场信号的同步特性等，在图像信号传输过程中对其实施扰乱而达到使观众无法正常收看到图像的目的。由此原理形成了对模拟电视节目图像进行诸如同步抑制法、行抖动法、视频极性反转法、干扰波叠加法等多种加扰手段和方法。
在另一方面，对以数字信号方式存在的扫描显示图像进行加扰及解扰的方法则主要是针对信号的传输信道而进行，即对数字图像信号先按约定加扰运算规则进行加扰编码后再经相应的物理传输通道进行传输或传播，在该物理传输通道另一端的接收机在收到此加扰编码数据流后，必须同时先用对应于上述加扰算法规则的反变换运算将此数据流进行译码解扰而恢复出原来的数字图像信号后，才可在接下来的信号处理中恢复出正常的扫描显示图像来。以此原理形成了当今诸如D-MAC制加扰方式，DVB制及ATST制数字电视等多种对数字图像信号进行加扰编码及译码解扰处理的方式和方法。
但上述介绍的各种针对扫描显示图像的加解扰方式和方法都存在一个共同点就是其引入干扰的着眼点主要是针对图像信号传输过程来进行，并不针对扫描显示图像信源信号的每一幅(场)而在更基础的信号层面上进行具体各异地加扰，同时也就没能具体地针对每一幅(场)图像的干扰信息而将其干扰识别代码加入其中，即实现每一幅(场)干扰图像的数据表征化(在此需说明本发明中所指图像的数据表征化不同于图像的数字化，而是指用一组数据编码在相当于OSI模型的“表示层面”上来表征显示图像的信息。)，因此其解扰工作的主要目标是围绕怎样在接收到传输信道传送来加扰图像信号之时，以同步配合的方式用一个事先已约定好的、或简或繁的、相对固定一致的算法规则在完成最终图像显示处理的前期首先完成对整个加扰图像信号的解扰恢复处理。由此可看出，由于前述各种方法没有对图像信源本身在更基础的层面上进行复杂多变的扰乱，因而都无条件更进一步地在接下来的图像信号处理及图像信号保密等问题上有所作为，比如若要支持用户对节目图像的录像功能或其他预下载存储功能，则接收系统只能在接收到加扰图像节目信号并解除干扰后输出，才能向用户提供出可为一般储存记录手段所能记录下来的图像信号，而无法让图像信号继续保持被扰状态的情况下又容易地能为用户现有的储存记录设备所记录，以及提供出配合此记录信号的非实时同步解扰处理装置，这样合法的接收用户很容易在合法解除干扰后对图像节目信号进行复制或拷贝，进而达到非法销售或转让的目的。有鉴于此，前述的各种加扰方法也就更无法考虑对出版发行的音像制品类节目实施以加密及授权解密为特征的条件播放管理了。另一方面由于前述的各种加扰方式方法其加扰和解扰始终采用相对固定一致的算法规则，因而也就留下了被破解的机会和破解后的使用价值。所以从防止图像节目被非法盗版、被非法解除干扰(即破密)的角度看，上述的各种加扰方式方法都存在许多局限和漏洞，随着使用时间的推移和应用面的扩大，都不能在更高水平上提供出安全保证，同时它们也都无法实现跨平台图像信号传送下的统一的条件收视及条件播放等一体化管理服务功能。
本发明的目的就是利用扫描显示图像信号的某一特性或多种特性，针对扫描图像信源每一扫描幅(场)的信号，以特定的编码规则进行加扰，同时还将该特定的编码加扰信息转换成相应的信号代码插入到该幅(场)被扰图像的信号结构中，形成一幅(场)含有自身加扰信息代码并可被独立传送或储存的数据表征化加扰图像，从而在更高级的信息层面上完成对扫描显示图像的加扰和解扰处理。鉴于此，本发明将为有关加密系统在实施“一次一密”及“一机一密”等高可靠复合加密技术上提供出一种新的实现基础，同时也为各类图像信号传输平台(如模拟及数字电视图像信号传输平台、计算机互联网图像信号传输平台等)中以扫描图像为显示手段的图像节目和音像制品出版发行节目在更高级的信息处理层面上实现统一的一体化管理的条件收视及条件播放等服务功能，以及在更高水平上防止非法解密收看、防止非法拷贝盗版等提供出了一个更有效的技术保障和实现途径。
图1为实现本发明方法的一种系统装置构成2为图1所示编码加扰装置的工作原理框3为图1所示译码解扰装置的工作原理框4为由图1所述系统装置对电视图像信源在信号强度特性上进行加扰变换的一种实施例图5为由图1所述系统装置对电视图像信源在信号时空结构特性上进行加扰变换的一种实施例图6为由图1所述系统装置对电视图像信源在信号同步特性上进行加扰变换的一种实施例下面结合图1～图3对本发明方法及系统装置作进一步说明，并对图4--图6的三种实施例作进一步介绍。
如图1所示普通以扫描方式显示图像的信号输入到编码加扰装置[1]后，将在伪随机序列脉冲通过预定加扰算法程序而产生出的控制信号作用下，针对每一幅(场)显示图像信号的某一特性或多种特性进行正向变换，同时还将把该伪随机序列脉冲转换为特定加扰编码，并又将此代表加扰变换信息的特定加扰编码以脉冲代码(还可包括与其相关的其他信息编码脉冲代码)的形式插入到该幅(场)被扰图像信号结构中，最后输出此每一幅(场)都含有自身加扰信息代码并可被独立传送或储存的数据表征化被扰图像信号。被扰图像信号通过传输信道[2](此信道具体可为有线电视网、无线网、计算机互联网、直接进行数据交换的光纤网、以储存的图像节目信号为载体的人工音像制品发行网及相配合的模拟或数字图像播放机等)传送给译码解扰装置[3](此装置可内置于接收机中，如电视之内，也可以机顶盒形式安装其外)，与此同时(或预先)编码加扰装置[1]还将通过在逻辑上独立的双向传输信道[4](此信道具体可为HFC网、电话网、计算机互联网、直接进行数据交换的光纤网、人工传递的IC卡、可移动的数据读写记录盘及记录器等)向译码解扰装置[3]传送去解扰算法函数及其他相关的解扰数据，并在译码解扰装置[3]中一起与分离出的特定加扰编码进行匹配合成运算，以此生成出解扰控制信号来对被扰图像信号进行反向变换处理，从而恢复出原扫描显示图像信号。
如图2所示编码加扰装置[1]的工作原理是普通扫描显示图像信号的一路输入到同步伪随机发生器[1a]，同步伪随机发生器[1a]将在该图像信源的行、场同步脉冲信号的作用下触发产生一组伪随机序列脉冲传送给编码器[1b]；在编码器[1b]中该伪随机序列脉冲将与从加扰算法函数及解扰算法函数题库管理器[1e]中经过人为任意选定而提取出的加扰算法函数Fk一起运算产生出加扰控制信号Q，并送给变换器[1c]，与此同时该伪随机序列脉冲还将转化为代码形式的特定加扰编码T而传送给合成器[1d]；普通扫描显示图像信号的另一路则直接输入到变换器[1c]，在上述加扰控制信号Q的控制作用下进行正向加扰变换后输出给合成器[1d]；合成器[1d]则将该幅(场)的特定加扰编码T(还可包括与其相关的其他信息编码)以脉冲代码的形式插入到该幅(场)被扰图像信号结构中而合成对外输出，至此就完成了一幅(场)含有自身加扰信息代码并可被独立传送或储存的数据表征化加扰图像的生成过程。该过程可以用数学公式表达为Q≡Fk(x)modq(x∈数集A)其中Q——为加扰控制信号，一般可用二进制数表示。
Fk——为加扰算法函数，已预先在加扰算法函数及解扰算法函数题库管理器[1e]中存有许多并可由人工自由选定。
k——为加扰算法函数及相应解扰算法函数的代码。
x——特定加扰编码T的值，一般可用二进制数表示。
q——代表Q及Q的模值。
在一定条件下，加扰算法函数及解扰算法函数题库管理器[1e]还将以预先或实时的方式通过在逻辑上独立的双向传输信道[4]向译码解扰装置[3]传去解扰算法函数Dk及其他相关的解扰数据。
如图3所示译码解扰装置[3]的工作原理是含有特定加扰编码T的被扰图像信号一路输入到分离器[3a]，由其分离出特定加扰编码T并送给译码器[3b]；译码器[3b]则将此特定加扰编码T与在解扰数据缓存器[3d]中提取出的从逻辑上独立的双向传输信道[4]获得的解扰算法函数Dk及其他相关的解扰数据进行匹配合成运算，由此生成出解扰控制信号Q去控制反变换器[3c]工作；被扰图像信号的另一路则直接传送到反变换器[3c]，并在解扰控制信号Q的控制作用下完成反向变换，从而输出恢复原样的原扫描显示图像信号。此过程以数学公式表达为Q≡Dk(x)modq(x∈数集A)其中Q——为解扰控制信号，一般可用二进制数表示。
Dk——为解扰算法函数，Dk(x)≡Fk(x)modq(二进制表达)，即Dk(x)为Fk(x)在二进制数表达时的逻辑非。
需说明的是(1)上述从逻辑上独立的双向传输信道[4]传送解扰算法函数Dk及其他相关的解扰数据给译码解扰装置[3]分为三种情况①实时传送，即Dk及其他相关的解扰数据与特定加扰编码T分别经不同的信道但同时传送到译码解扰装置[3]而完成解扰；②半预先半实时传送，即预先通过逻辑上独立的双向传输信道[4]向译码解扰装置[3]传去所有的Dk及其他相关的解扰数据，但在译码解扰装置[3]接收特定加扰编码T的同时再传去代表相应匹配解扰算法函数的代码k，使译码解扰装置[3]通过k调出相应的Dk及其他相关的解扰数据再与特定加扰编码T进行匹配运算而产生出相应的控制信号去控制完成解扰工作；③预先传送，即将Dk及其他相关的解扰数据预先传送到译码解扰装置[3]，而后译码解扰装置[3]在接收到特定加扰编码T及其他相关的解扰数据时，再进行自动匹配而完成解扰工作。(2)上述编码加扰装置[1]及译码解扰装置[3]的具体实施方法除可以按功能框图的划分用电子线路的硬件方式来实现外，还可以通过编写程序以软件的形式在单片机或DSP中实现。(3)反变换器[3c]在整个接收图像信号处理流程中的位置越靠近最终图像显示作业步骤，则对图像信号的保护程度越高，由于本发明是对图像信源本身在更基础的层面上实施加扰，因此本发明中的反变换器[3c]及其部分功能能够较容易与最终的显示环节显像管集成在一起，以此将可提供出对扫描显示图像信号更高安全程度的保护。
由图4可见此实施例是利用电视图像亮度信号的强度特性，通过对亮度Y信号的极性按特定加扰编码T的规定进行正负相的变换，从而扰乱原图像的显示。在被扰图像信号的每场消隐期第n行信号中插入特定加扰编码脉冲(也可在不严重影响观看的情况下插入到场显示期的前段或后段的行扫描信号中)，根据该特定加扰编码T在加扰算法程序作用下运算处理的结果，确定亮度Y信号在该场显示期第m+1行、第m+4行为负极性行，第m+2行、第m+3行为反相后的正极性行(一般只在行的显示期内进行)。以此方式对更多的行亮度Y信号进行极性变换，则显示出的图像将是一幅(场)在亮度及色彩上非常混乱且不稳定的图像。
由图5可见此实施例是利用电视图像亮度信号的时空显示结构特性，通过对亮度Y信号扫描显示行按特定加扰编码T所规定的信息在时间上打乱各行的扫描先后顺序，从而达到在空间上扰乱图像显示的目的。在被扰图像信号的每场消隐期第n行信号中插入特定加扰编码脉冲(也可在不严重影响观看的情况下插入到场显示期的前段或后段的行扫描信号中)，根据该特定加扰编码T在加扰算法程序作用下运算处理的结果，确定亮度Y信号在该场显示期第m+3行、第m+4行、第m+1行对比原信号在扫描时间先后顺序上发生了变化，因而它们在屏幕显示上的空间位置也将发生变化。以此方式对更多的行进行扰乱，则其输出显示的被扰图像将无法辨认。需要说明的是若要实现此方式的加扰及解扰变换，编码加扰装置[1]中的变换器[1c]以及译码解扰装置[2]中的反变换器[3c]还需具有幅(场)图像信号的存储能力，才能对原扫描显示图像信号进行准实时同步的加扰及解扰变换处理。同时作为对图像信号在时空显示结构上的扰乱，除可进行上述行间的扰乱外，还可更进一步地对每行内的亮度扫描信号进行分段切割后，再在时间上打乱其各段的扫描时间先后顺序，从而达到在空间显示上更高水平的扰乱效果。
由图6可见此实施例是利用扫描电视图像信号的同步特性，通过按特定加扰编码T规定的信息对图像扫描信号的行同步头脉冲进行抑制，使之无法进行正常的行同步工作，从而扰乱其图像的显示。在被扰图像信号的每场消隐期第n行信号中插入特定加扰编码脉冲(也可在不严重影响观看的情况下插入到场显示期的前段或后段的行扫描信号中)，根据该特定加扰编码T在加扰算法程序作用下运算处理的结果，确定该场显示期第m+2行、第m+3行的行同步头脉冲被抑制掉。以此方式对更多行的行同步头脉冲进行抑制，则其显示出的被扰图像将是非常扭曲和不稳定的。要说明的是此方式比较容易通过其他办法来恢复被抑制的行同步头脉冲，因而保密性较差，一般可将该方法与前述两种方法或其他的加扰方法进行复合应用从而达到增强其整体加扰效果的目的。
权利要求
1.一种对扫描显示图像进行加扰及解扰的方法，在于采用编码加扰装置[1]和译码解扰装置[3]针对图像信源的信号特性进行正反向运算变换间的相互配合工作，其特征是加扰工作过程由同步伪随机发生器[1a]产生的伪随机序列脉冲同加扰算法函数及解扰算法函数题库管理器[1e]中人为任意选定而提取出的加扰算法函数Fk，通过在编码器[1b]中按预定的加扰算法程序进行合成运算处理而生成加扰控制信号，再以此信号去控制变换器[1c]对输入进来的普通扫描显示图像信号在其每一幅(场)信号的某一特性或几种特性上进行正向变换，并在合成器[1d]中将由伪随机序列脉冲转化来的代表该加扰控制信息的特定加扰编码(还可包括与其相关的其他信息编码)又以脉冲代码的形式插入到该已被正向变换了的图像信号结构中，从而合成一幅(场)含自身加扰信息代码并可被独立传送或储存的数据表征化被扰图像信号输出；解扰工作过程则是被扰图像信号送达译码解扰装置[3]后，通过分离器[3a]从其每一幅(场)信号中分离出该幅(场)的特定加扰编码并送给译码器[3b]，译码器[3b]则根据该特定加扰编码信息在解扰数据缓存器[3d]中提取出由编码加扰装置[1]预先(或同时)从逻辑上独立的双向传输信道[4]传来的解扰算法函数Dk及其他相关的解扰数据，而将它们与该特定加扰编码一起按预定解扰算法程序进行匹配合成运算，由此产生出解扰控制信号去控制反变换器[3c]对该幅(场)数据表征化被扰图像信号进行反向变换，从而恢复出原扫描显示图像信号。
2.根据权利要求1所述特定加扰编码，其特征是一组或多组随机产生的脉冲信号，以其不同脉冲串的组合来代表不同的加扰控制信息，并与该被扰图像信号编织在一起形成独立含有表征数据信息代码的被扰图像信号，以此再被传送出去或被存储下来。
3.根据权利要求1及权利要求2所述本发明中被扰扫描显示图像信号，其特征在于被扰图像信号通过反变换器[3c]之后才被解扰，因此在反变换器[3c]之前的被扰图像信号始终是以被扰态而存在，且能够为一般储存记录方法所保存下来，以待适当时机再被解扰恢复出正常的显示图像来。
4.根据权利要求1所述加扰算法函数Fk以及与之成逆变换关系的解扰算法函数Dk，其特征在于它们均包含有一部分对图像信号进行加扰或解扰处理的信息，但又不随该被扰图像信号一起传送，而是以另外在逻辑上与被扰图像信号的传输信道[2]相独立的双向信息传输信道[4]传递给译码解扰装置[3]，以此再进行匹配合成运算，从而形成一个完整且必备的解扰控制信息，才可实现对该被扰图像信号的解扰处理。
全文摘要
本发明在于通过编码加扰装置[1]对扫描显示图像信源进行加扰变换,生成一幅(场)含有自身加扰信息代码并可被独立传送或储存的数据表征化被扰图像信号输出;译码解扰装置[3]则通过传输信道[2]接收该被扰图像信号,并与从信道[4]获取的另一部分解扰信息的结合生成反变换信号去控制完成对被扰图像的解扰复原。利用本发明装置可对各类信号传输平台中的图像节目和音像出版发行节目在更高级的信息处理层面上统一实现一体化的条件收视及条件播放管理。
文档编号G09G1/06GK1305180SQ00120
公开日2001年7月25日 申请日期2000年12月22日 优先权日2000年12月22日
发明者周学军 申请人:周学军