Cet appareil permet de coder un signal vidéo-composite, en ayant le choix entre quatre modes de cryptage, ou de décoder une reproduction déjà cryptée par un dispositif analogue. Il est idéal pour rendre incompréhensible aux personnes non autorisées une émission vidéo.
Il trouvera également son utilité dans les installations de télévision en circuit fermé (CCTV).
A plusieurs reprises, nous vous avons proposé de construire de petits émetteurs réalisés spécialement pour envoyer à distance, par voie hertzienne, des films et plus généralement des signaux vidéo-composites provenant de caméscopes, magnétoscopes, lecteurs DVD, etc. Leur diffusion, ainsi que la faveur du public pour ce type d’appareil, sont-telles
qu’on les trouve aujourd’hui dans le commerce à des
prix à la portée de toutes les bourses.
Comme tous ces émetteurs travaillent dans la gamme des 2,4 GHz, il est devenu difficile d’émettre un film ou une séquence vidéo en étant sûr que quelqu’un à qui ils ne sont pas destinés ne les visionnera pas… volontairement ou non !
La seule façon d’empêcher cette “indiscrétion”, volontaire ou involontaire, de la part de tiers, est de coder (ou crypter) l’émission. Les chaînes de télévision à péage font d’ailleurs, et pour les mêmes raisons, exactement la même chose !
Notre réalisation
Cet article vous fera découvrir comment cela peut se faire, pour un coût beaucoup plus modique que celui d’un dispositif du commerce, en se servant d’un codeur/décodeur simple à installer et à utiliser. C’est un appareil compact dont vous pourrez tous profiter, non seulement pour rendre illisibles à des tiers non habilités vos émissions (par exemple, les prises de vue d’une caméra de vidéo-surveillance), mais aussi pour réaliser un système simple de diffusion par câble dans lequel les usagers peuvent visionner des films et autres programmes en insérant l’appareil (utilisé en décodeur) entre le câble coaxial et l’entrée vidéo-composite du téléviseur.
De telles applications et bien d’autres vous seront devenues familières quand vous connaîtrez mieux le dispositif décrit dans cet article.
CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
L’analyse du fonctionnement
Il s’agit d’un circuit réversible pouvant, par conséquent, fonctionner aussi bien comme codeur que comme décodeur : cela dépend du paramétrage des microinterrupteurs.
En effet, la platine dispose de trois groupes de micro-interrupteurs, un de 4 et deux de 8. Le premier permet de paramétrer le mode de fonctionnement choisi et les deuxième et troisième servent à l’usager pour paramétrer le code de sécurité : le cryptage de l’image est opéré non seulement selon un certain format mais encore, à l’intérieur de celui-ci, en fonction d’un code déterminé.
Voilà qui permet une très haute sécurité d’utilisation, étant donné que pour recevoir une émission cryptée (par voie hertzienne ou par câble) on doit, non seulement être en possession d’un dispositif comme le nôtre, mais aussi avoir paramétré le même type de codification et, par-dessus le marché, avoir le même code de cryptage (soit 2 puissance 16 combinaisons).
C’est pour les raisons que nous venons d’énumérer que le système que nous vous proposons ici peut être considéré comme absolument sûr.
Nous disions que le dispositif est réversible : pour le faire fonctionner comme codeur, il faut que le deuxième micro-interrupteur du groupe de 4 soit ouvert (OFF). Toutefois le circuit opère en mode transparent (c’est-à-dire restitue en sortie un signal identique à celui de l’entrée) tant que le premier micro-interrupteur n’est pas sur ON. Dans tous les cas, le signal vidéo-composite est échantillonné par un convertisseur vidéo A/N, élaboré par un puissant microcontrôleur ATMEL MEGA 103. Il est ensuite reconverti par un convertisseur N/A puis envoyé à la prise RCA de sortie.
Quand la codification est active, le programme peut crypter l’image selon quatre modes, que l’usager paramètre facilement au moyen des deux derniers micro-interrupteurs du premier groupe de 4 :
- Le premier (combinaison OFF/ON) est le plus sûr (Hi-Sec) : il prévoit l’élaboration totale de chaque ligne constituant le cadre de chaque photogramme individuel. Sans vouloir trop entrer dans les détails, nous pouvons dire qu’il est obtenu par échantillonnage de chaque ligne, laquelle est ensuite morcelée (ou hachée) puis recomposée en disposant aléatoirement les fragments.
Une ligne échantillonnée par l’A/N est divisée en plusieurs parties, ensuite remises ensemble dans un ordre différent (la première à la place de la cinquième, la deuxième à la place de la troisième, etc.). Ce désordre dans la situation temporelle des fragments crée une image constituée de lignes incompréhensibles.
Le fait que l’inversion temporelle se fasse dans un ordre variable, différent d’une ligne à l’autre, contribue à augmenter la sécurité du cryptage.
- Le deuxième (micro-interrupteur 3 OFF et micro-interrupteur 4 ON) est un peu particulier car il ne crypte que la luminance et laisse telle quelle la chrominance. On obtient ainsi une image cryptée compréhensible mais comme en négatif par rapport à l’image normale.
Vous la choisirez si vous voulez que les images puissent être vues, même si elles le sont difficilement.
Un tel système est utilisé par les TV à péage où l’usager doit pouvoir identifier le programme mais ne doit pas pouvoir supporter longtemps l’émission sans décodeur ou sans validation de sa carte. Cela constitue une bonne incitation commerciale car le téléspectateur se fait une idée de ce qu’il pourrait tranquillement regarder s’il avait acquitté la redevance !*
- Le troisième (micro-interrupteur 3 ON et micro-interrupteur 4 OFF) est appelé “Tremor” (ce qui, en latin, évoque le tremblement) car il modifie le synchronisme de telle manière que le téléviseur ou le magnétoscope auxquels la sortie est reliée, ne puisse rien donner d’autre qu’une image constituée de lignes instables et illogiques, en tout cas illisibles. Il fournit des images ressemblant à celles d’un moniteur d’ordinateur dont le connecteur n’est pas bien enfoncé et dont le signal de synchronisme des lignes horizontales manque.
- Le dernier mode de cryptage est, en revanche, à effet miroir (micro-interrupteurs 3 et 4 tous les deux sur ON), ainsi nommé car dans chaque ligne constituant le cadre, le circuit inverse la position de quelques périodes du signal à partir d’un certain point : cela donne une image normale jusqu’à une limite verticale à partir de laquelle elle devient comme le reflet spéculaire de ce qu’elle devrait être. Ce type de cryptage aussi vise moins l’incompréhensibilité que la sollicitation de la curiosité du téléspectateur. Tout comme le cryptage de la luminance (le deuxième mode décrit), ce mode est à utiliser en CCTV afin de permettre à l’usager de se faire une bonne idée de ce qu’il perd en n’ayant pas encore fait les frais d’un décodeur ou du paiement de l’abonnement.
Quelle que soit l’utilisation envisagée, le système doit utiliser deux dispositifs identiques. Le premier, à placer à l’entrée de l’émetteur et de toute façon à la sortie de la source vidéo, est paramétré comme codeur (micro-interrupteur 2 OFF) ; l’autre, à relier au téléviseur, au moniteur vidéo-composite ou VCR, doit être paramétré comme décodeur (micro-interrupteur 2 ON). Il est bien entendu que l’unité montée en décodeur est en mesure de décrypter les images cryptées par le codeur si, et seulement si, les deux circuits ont leurs micro-interrupteurs des deux groupes de 8 paramétrés du 1 au 16 exactement de la même manière (cela va sans dire mais encore mieux en le disant).
Notez, en outre, que chaque dispositif peut rester connecté même si, momentanément, l’émission (et donc la réception) se fait “en clair”, c’est-à-dire sans aucun cryptage : il suffit alors que le premier micro-interrupteur (n° 1 du premier groupe) soit laissé ouvert (OFF).
Dans ce mode, dit passant ou transparent, le signal vidéo-composite est tout de même élaboré, c’est-à-dire décomposé puis recréé synthétiquement.
Enfin, précisons qu’un signal vidéo crypté ne peut pas être envoyé vers un magnétoscope traditionnel analogique : il ne peut être enregistré sur cassette vidéo qu’à la condition d’utiliser un magnétoscope pourvu d’un TBC (acronyme de Time Base Corrector).
Figure 1 : Organigramme du crypteur/décrypteur vidéo et brochages des convertisseurs A/N et N/A et du microcontrôleur ATMEL MEGA103.
Figure 2 : Cryptage et décryptage.
Physiquement, le cryptage et le décryptage des signaux vidéo-composites traversant le circuit sont opérés par une PAL ACEX 1K-30A, une puce très puissante qui, dûment gérée par un microcontrôleur très performant ATMEL MEGA 103, prend les données numériques passant par le convertisseur A/N (signal vidéo d’entrée) puis les décompose et les recompose selon un schéma dicté par le programme du microcontrôleur. Le résultat est envoyé au convertisseur N/A synthétisant la nouvelle composante vidéo, cryptée si le circuit est paramétré en codeur ou décryptée s’il l’est en décodeur.
Pour obtenir le cryptage, le crypteur/décrypteur écrit les données en les subdivisant en deux mémoires internes et, ensuite, il les récupère dans un ordre pseudo-aléatoire.
Figure 3 : Photo d’un des prototypes du crypteur/décrypteur vidéo dont la haute technologie utilise une platine “multilayer” (multicouche) et une série de CMS (Composants à Montage de Surface).
Figure 4 : Le cryptage du signal vidéo.
Ecran d’un oscilloscope montrant le signal de la ligne originale (en haut) et celui de la ligne cryptée (en bas).
Quand il est utilisé comme codeur, le dispositif élabore le signal vidéo-composite, appliqué à la prise d’entrée, selon quatre modalités, chacune étant paramétrable au moyen des micro-interrupteurs 3 et 4 du premier groupe : complète, à luminance cryptée, “Tremor” et à miroir. Toutes comportent la numérisation, la décomposition et la recomposition plus ou moins ordonnée de chaque ligne constituant le cadre de chaque photogramme. Ce qui fait que le signal restitué à la sortie est en retard d’une période plus longue que la durée d’une ligne PAL (64 μs) par rapport à celui de l’entrée.
Le cryptage complexe, garantissant le maximum de sécurité car il rend l’image incompréhensible et difficilement restituable par un dispositif différent de celui utilisé pour le cryptage, est le plus complet car il opère une fragmentation de chaque ligne et la reconstruction, en sortie, d’une ligne dont les fragments seront différemment raboutés. Si nous analysons à l’oscilloscope numérique la composante vidéo sortant du circuit et celle de l’entrée, nous voyons que, pour chaque ligne, la trace de la première est un collage plus ou moins ordonné de la seconde. Afin de rendre encore plus sûr le cryptage, l’ordre du “collage” change d’une ligne à l’autre. Un mécanisme analogue est le principe du codage à miroir, dans lequel on a établi un point précis à partir duquel l’ordre de recomposition doit être inversé : cette fois, l’ordre est le même pour toutes les lignes et comporte un simple renversement temporel des fragments à partir d’un certain moment, ce qui produit une image constituée d’une portion exacte et l’autre spéculaire par rapport à l’original.
Photogramme original.
Photogramme crypté Hi-Sec.
Figure 5 : Fonctions et connexions.
Sur un côté de la platine se trouvent les micro-interrupteurs nécessaires au paramétrage du mode de fonctionnement (transparent/crypté) et du type de codage ainsi que du code de cryptage.
A gauche du premier groupe de micro-interrupteurs se trouve une LED indiquant que le circuit est alimenté et qu’il est en phase d’auto-test. Une autre diode LED délimite, à droite, la file de microinterrupteurs.
Cette dernière s’allume quand le micro-interrupteur 1 du premier groupe est sur ON et le dispositif élabore (crypte ou décrypte) un signal vidéo. La possibilité d’héberger un lecteur de carte SMART est également prévue.
Option que nous réservons à de futurs développements : la carte devra contenir le paramétrage des micro-interrupteurs et pourra servir pour autoriser l’accès au service du CCTV aux clients des hôtels ou des locaux publics.
Côté opposé du circuit imprimé, se situent les deux prises coaxiales RCA, pour l’entrée et la sortie du signal vidéo, ainsi qu’une prise pour alimenter le circuit avec une alimentation fournissant 12 Vcc (positif au centre) pour un courant de 250 mA.
Il trouvera également son utilité dans les installations de télévision en circuit fermé (CCTV).
A plusieurs reprises, nous vous avons proposé de construire de petits émetteurs réalisés spécialement pour envoyer à distance, par voie hertzienne, des films et plus généralement des signaux vidéo-composites provenant de caméscopes, magnétoscopes, lecteurs DVD, etc. Leur diffusion, ainsi que la faveur du public pour ce type d’appareil, sont-telles
qu’on les trouve aujourd’hui dans le commerce à des
prix à la portée de toutes les bourses.
Comme tous ces émetteurs travaillent dans la gamme des 2,4 GHz, il est devenu difficile d’émettre un film ou une séquence vidéo en étant sûr que quelqu’un à qui ils ne sont pas destinés ne les visionnera pas… volontairement ou non !
La seule façon d’empêcher cette “indiscrétion”, volontaire ou involontaire, de la part de tiers, est de coder (ou crypter) l’émission. Les chaînes de télévision à péage font d’ailleurs, et pour les mêmes raisons, exactement la même chose !
Notre réalisation
Cet article vous fera découvrir comment cela peut se faire, pour un coût beaucoup plus modique que celui d’un dispositif du commerce, en se servant d’un codeur/décodeur simple à installer et à utiliser. C’est un appareil compact dont vous pourrez tous profiter, non seulement pour rendre illisibles à des tiers non habilités vos émissions (par exemple, les prises de vue d’une caméra de vidéo-surveillance), mais aussi pour réaliser un système simple de diffusion par câble dans lequel les usagers peuvent visionner des films et autres programmes en insérant l’appareil (utilisé en décodeur) entre le câble coaxial et l’entrée vidéo-composite du téléviseur.
De telles applications et bien d’autres vous seront devenues familières quand vous connaîtrez mieux le dispositif décrit dans cet article.
CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
CODEUR/DÉCODEUR
CODIFICATION HI-SEC
CODIFICATION LUMINANCE
CODIFICATION À MIROIR
CODIFICATION “TREMOR”
CLÉ DE CODIFICATION A 16 BITS
ALIMENTATION 12 Vcc
CONSOMMATION 3 W
L’analyse du fonctionnement
Il s’agit d’un circuit réversible pouvant, par conséquent, fonctionner aussi bien comme codeur que comme décodeur : cela dépend du paramétrage des microinterrupteurs.
En effet, la platine dispose de trois groupes de micro-interrupteurs, un de 4 et deux de 8. Le premier permet de paramétrer le mode de fonctionnement choisi et les deuxième et troisième servent à l’usager pour paramétrer le code de sécurité : le cryptage de l’image est opéré non seulement selon un certain format mais encore, à l’intérieur de celui-ci, en fonction d’un code déterminé.
Voilà qui permet une très haute sécurité d’utilisation, étant donné que pour recevoir une émission cryptée (par voie hertzienne ou par câble) on doit, non seulement être en possession d’un dispositif comme le nôtre, mais aussi avoir paramétré le même type de codification et, par-dessus le marché, avoir le même code de cryptage (soit 2 puissance 16 combinaisons).
C’est pour les raisons que nous venons d’énumérer que le système que nous vous proposons ici peut être considéré comme absolument sûr.
Nous disions que le dispositif est réversible : pour le faire fonctionner comme codeur, il faut que le deuxième micro-interrupteur du groupe de 4 soit ouvert (OFF). Toutefois le circuit opère en mode transparent (c’est-à-dire restitue en sortie un signal identique à celui de l’entrée) tant que le premier micro-interrupteur n’est pas sur ON. Dans tous les cas, le signal vidéo-composite est échantillonné par un convertisseur vidéo A/N, élaboré par un puissant microcontrôleur ATMEL MEGA 103. Il est ensuite reconverti par un convertisseur N/A puis envoyé à la prise RCA de sortie.
Quand la codification est active, le programme peut crypter l’image selon quatre modes, que l’usager paramètre facilement au moyen des deux derniers micro-interrupteurs du premier groupe de 4 :
- Le premier (combinaison OFF/ON) est le plus sûr (Hi-Sec) : il prévoit l’élaboration totale de chaque ligne constituant le cadre de chaque photogramme individuel. Sans vouloir trop entrer dans les détails, nous pouvons dire qu’il est obtenu par échantillonnage de chaque ligne, laquelle est ensuite morcelée (ou hachée) puis recomposée en disposant aléatoirement les fragments.
Une ligne échantillonnée par l’A/N est divisée en plusieurs parties, ensuite remises ensemble dans un ordre différent (la première à la place de la cinquième, la deuxième à la place de la troisième, etc.). Ce désordre dans la situation temporelle des fragments crée une image constituée de lignes incompréhensibles.
Le fait que l’inversion temporelle se fasse dans un ordre variable, différent d’une ligne à l’autre, contribue à augmenter la sécurité du cryptage.
- Le deuxième (micro-interrupteur 3 OFF et micro-interrupteur 4 ON) est un peu particulier car il ne crypte que la luminance et laisse telle quelle la chrominance. On obtient ainsi une image cryptée compréhensible mais comme en négatif par rapport à l’image normale.
Vous la choisirez si vous voulez que les images puissent être vues, même si elles le sont difficilement.
Un tel système est utilisé par les TV à péage où l’usager doit pouvoir identifier le programme mais ne doit pas pouvoir supporter longtemps l’émission sans décodeur ou sans validation de sa carte. Cela constitue une bonne incitation commerciale car le téléspectateur se fait une idée de ce qu’il pourrait tranquillement regarder s’il avait acquitté la redevance !*
- Le troisième (micro-interrupteur 3 ON et micro-interrupteur 4 OFF) est appelé “Tremor” (ce qui, en latin, évoque le tremblement) car il modifie le synchronisme de telle manière que le téléviseur ou le magnétoscope auxquels la sortie est reliée, ne puisse rien donner d’autre qu’une image constituée de lignes instables et illogiques, en tout cas illisibles. Il fournit des images ressemblant à celles d’un moniteur d’ordinateur dont le connecteur n’est pas bien enfoncé et dont le signal de synchronisme des lignes horizontales manque.
- Le dernier mode de cryptage est, en revanche, à effet miroir (micro-interrupteurs 3 et 4 tous les deux sur ON), ainsi nommé car dans chaque ligne constituant le cadre, le circuit inverse la position de quelques périodes du signal à partir d’un certain point : cela donne une image normale jusqu’à une limite verticale à partir de laquelle elle devient comme le reflet spéculaire de ce qu’elle devrait être. Ce type de cryptage aussi vise moins l’incompréhensibilité que la sollicitation de la curiosité du téléspectateur. Tout comme le cryptage de la luminance (le deuxième mode décrit), ce mode est à utiliser en CCTV afin de permettre à l’usager de se faire une bonne idée de ce qu’il perd en n’ayant pas encore fait les frais d’un décodeur ou du paiement de l’abonnement.
Quelle que soit l’utilisation envisagée, le système doit utiliser deux dispositifs identiques. Le premier, à placer à l’entrée de l’émetteur et de toute façon à la sortie de la source vidéo, est paramétré comme codeur (micro-interrupteur 2 OFF) ; l’autre, à relier au téléviseur, au moniteur vidéo-composite ou VCR, doit être paramétré comme décodeur (micro-interrupteur 2 ON). Il est bien entendu que l’unité montée en décodeur est en mesure de décrypter les images cryptées par le codeur si, et seulement si, les deux circuits ont leurs micro-interrupteurs des deux groupes de 8 paramétrés du 1 au 16 exactement de la même manière (cela va sans dire mais encore mieux en le disant).
Notez, en outre, que chaque dispositif peut rester connecté même si, momentanément, l’émission (et donc la réception) se fait “en clair”, c’est-à-dire sans aucun cryptage : il suffit alors que le premier micro-interrupteur (n° 1 du premier groupe) soit laissé ouvert (OFF).
Dans ce mode, dit passant ou transparent, le signal vidéo-composite est tout de même élaboré, c’est-à-dire décomposé puis recréé synthétiquement.
Enfin, précisons qu’un signal vidéo crypté ne peut pas être envoyé vers un magnétoscope traditionnel analogique : il ne peut être enregistré sur cassette vidéo qu’à la condition d’utiliser un magnétoscope pourvu d’un TBC (acronyme de Time Base Corrector).
| *Note : On a dit, autrefois, que les émissions de Canal+ pouvaient avantageusement être décryptées en agitant devant les yeux un égouttoir à légumes, mais cela ne valait tout de même pas un bon décodeur ! |
Figure 1 : Organigramme du crypteur/décrypteur vidéo et brochages des convertisseurs A/N et N/A et du microcontrôleur ATMEL MEGA103.
Figure 2 : Cryptage et décryptage.Physiquement, le cryptage et le décryptage des signaux vidéo-composites traversant le circuit sont opérés par une PAL ACEX 1K-30A, une puce très puissante qui, dûment gérée par un microcontrôleur très performant ATMEL MEGA 103, prend les données numériques passant par le convertisseur A/N (signal vidéo d’entrée) puis les décompose et les recompose selon un schéma dicté par le programme du microcontrôleur. Le résultat est envoyé au convertisseur N/A synthétisant la nouvelle composante vidéo, cryptée si le circuit est paramétré en codeur ou décryptée s’il l’est en décodeur.
Pour obtenir le cryptage, le crypteur/décrypteur écrit les données en les subdivisant en deux mémoires internes et, ensuite, il les récupère dans un ordre pseudo-aléatoire.
Figure 3 : Photo d’un des prototypes du crypteur/décrypteur vidéo dont la haute technologie utilise une platine “multilayer” (multicouche) et une série de CMS (Composants à Montage de Surface).Figure 4 : Le cryptage du signal vidéo.
Ecran d’un oscilloscope montrant le signal de la ligne originale (en haut) et celui de la ligne cryptée (en bas).Quand il est utilisé comme codeur, le dispositif élabore le signal vidéo-composite, appliqué à la prise d’entrée, selon quatre modalités, chacune étant paramétrable au moyen des micro-interrupteurs 3 et 4 du premier groupe : complète, à luminance cryptée, “Tremor” et à miroir. Toutes comportent la numérisation, la décomposition et la recomposition plus ou moins ordonnée de chaque ligne constituant le cadre de chaque photogramme. Ce qui fait que le signal restitué à la sortie est en retard d’une période plus longue que la durée d’une ligne PAL (64 μs) par rapport à celui de l’entrée.
Le cryptage complexe, garantissant le maximum de sécurité car il rend l’image incompréhensible et difficilement restituable par un dispositif différent de celui utilisé pour le cryptage, est le plus complet car il opère une fragmentation de chaque ligne et la reconstruction, en sortie, d’une ligne dont les fragments seront différemment raboutés. Si nous analysons à l’oscilloscope numérique la composante vidéo sortant du circuit et celle de l’entrée, nous voyons que, pour chaque ligne, la trace de la première est un collage plus ou moins ordonné de la seconde. Afin de rendre encore plus sûr le cryptage, l’ordre du “collage” change d’une ligne à l’autre. Un mécanisme analogue est le principe du codage à miroir, dans lequel on a établi un point précis à partir duquel l’ordre de recomposition doit être inversé : cette fois, l’ordre est le même pour toutes les lignes et comporte un simple renversement temporel des fragments à partir d’un certain moment, ce qui produit une image constituée d’une portion exacte et l’autre spéculaire par rapport à l’original.
Photogramme original.
Photogramme crypté Hi-Sec.
Figure 5 : Fonctions et connexions.Sur un côté de la platine se trouvent les micro-interrupteurs nécessaires au paramétrage du mode de fonctionnement (transparent/crypté) et du type de codage ainsi que du code de cryptage.
A gauche du premier groupe de micro-interrupteurs se trouve une LED indiquant que le circuit est alimenté et qu’il est en phase d’auto-test. Une autre diode LED délimite, à droite, la file de microinterrupteurs.
Cette dernière s’allume quand le micro-interrupteur 1 du premier groupe est sur ON et le dispositif élabore (crypte ou décrypte) un signal vidéo. La possibilité d’héberger un lecteur de carte SMART est également prévue.
Option que nous réservons à de futurs développements : la carte devra contenir le paramétrage des micro-interrupteurs et pourra servir pour autoriser l’accès au service du CCTV aux clients des hôtels ou des locaux publics.
Côté opposé du circuit imprimé, se situent les deux prises coaxiales RCA, pour l’entrée et la sortie du signal vidéo, ainsi qu’une prise pour alimenter le circuit avec une alimentation fournissant 12 Vcc (positif au centre) pour un courant de 250 mA.
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