DE1462736B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Codierung und Decodierung eines Videosignals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Codierung und Decodierung eines Videosignals, bei welchem erfindungsgemäß zur Codierung mehrere ausgewählte Frequenzkomponenten des uncodierten Videosignals um jeweils verschiedene Beträge in ihrer Phase verschoben und/ oder in ihrer Amplitude gedämpft werden und zur Decodierung das Videosignal diese ausgewählten Frequenzkomponenten in ihren Phasen- und Amplitudenbeziehungen im wesentlichen in ihren vor der Codierung bestandenen Zustand zurückgeführt werden.

Obwohl jeder beliebige Abschnitt oder Abschnitte des Bildsignalfrequenzspektrums für die Verschlüsselung (Codierung) und Entschlüsselung (Decodierung) verwendet werden können, läßt sich ein Fernsehbildsignal beispielsweise dadurch verschlüsseln, daß ausgewählte Frequenzkomponenten des Bildsignals unterschiedlich abgeschwächt und phasenverschoben werden, beispielsweise einige der ersten Oberwellen eines wiederkehrenden Synchronimpulsabschnittes des Bildsignals, und zwar vorzugsweise des horizontalen Synchronimpulses.

Die Vorteile eines Abonnement-Übertragungssystems gemäß vorliegender Erfindung liegen darin, daß das System sehr einfach und billig ist, besonders hinsichtlich der für die Entschlüsselung am Fernsehempfänger erforderlichen Einrichtungen. Trotzdem bietet das System einen hohen Grad von Sicherheit bezüglich der vorzunehmenden Verschlüsselung. Darüber hinaus erfordert das durch die Erfindung zur

Verfügung gestellte verschlüsselte Bildsignal keinen Hilfsträger oder getrennten Signalkanal; auch wird dabei das übertragene Signal nicht weiter kompliziert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher gut geeignet zur Verwendung als sogenanntes drahtloses System, im Gegensatz zu vielen Abonnement-Fernsehverschlüsselungssystemen, welche eine zusätzliche Bandbreite erfordern oder eine Übertragung des Bildsignals und/oder zugehöriger Komponenten für die Verschlüsselung auf dem Drahtweg benötigen.

Gemäß einer typischen Ausführungsform der Erfindung werden die Oberwellen eines Synchronimpulses des Bildsignals durch eine wahlweise Änderung des Frequenzspektrums verschlüsselt, und zwar insbesondere durch Einführung von unterschiedlichen Phasenverzögerungen und unterschiedlichen Dämpfungen der verschiedenen Oberwellenkomponenten des Impulsfrequenzspektrums, beispielsweise durch eine Phasenverschiebung und Änderung der Amplitude von ausgewählten Signalkomponenten um unterschiedliche Beträge. Durch diese Technik werden ausgewählte Frequenzen des Bildsignals verwischt, und die Arbeitsweise der Synchronimpulse wird ausreichend gestört (d. h. das Bildsignal kann ausreichend verschlüsselt werden), so daß ohne Entschlüsselung keine wirksame Synchronisation im Fernsehempfänger stattfindet. Beispielsweise werden einige wenige, etwa 3 oder 4 Frequenzbänder, welche den Oberwellenkomponenten des Synchronimpulsfrequenzspektrums entsprechen, vollständig, d. h. 180° in ihrer Phase gedreht, während die ursprüngliche Amplitude der Komponenten vollständig oder im wesentlichen beibehalten wird; dabei ist der erhaltene Synchronimpuls ausreichend in seinem Pegel verringert und kann nicht mehr im Fernsehempfänger wirksam werden.

Die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungstechnik gemäß vorliegender Erfindung kann bezüglich aller oder nur einiger Abschnitte des Bildsignalfrequenzspektrums verwendet werden, beispielsweise in Verbindung mit Frequenzbändern, welche den Oberwellenkomponenten des horizontalen Synchronimpulses oder des vertikalen Synchronimpulses des Bildsignals entsprechen. Dabei wird vorzugsweise eine Änderung des Frequenzspektrums gewählt, durch welche zumindestens teilweise der horizontale Synchronimpuls verschlüsselt wird, da ein Verlust der horizontalen Synchronisation in einem Fernsehempfänger eine stärkere Rasterverzerrung und infolgedessen eine bessere Verschlüsselung erzeugt als ein Verlust der vertikalen Synchronisation. Aus diesem Grunde bezieht sich die folgende Beschreibung einiger typischer Ausführungsformen der Erfindung auf die Verschlüsselung und Entschlüsselung eines Fernsehbildsignals mittels einer Veränderung und Wiederherstellung der verschiedenen Frequenzbänder, welche den Oberwellenfrequenzen des horizontalen Synchronimpulses des Bildsignals entsprechen. Es ist jedoch klar, daß das gewählte Änderungsmuster für das Frequenzspektrum, d. h. die Frequenzbänder des Bildsignals, in welchen Frequenzänderungen erzeugt werden, jeden beliebigen Abschnitt bzw. Abschnitte oder auch den gesamten Bereich des Fernsehbildsignals umfassen können.

Der horizontale Synchronimpuls eines Fernsehbildsignals ist ein kurzer Impuls mit einer Arbeitsphase von 0,08, welcher alle 63,5 Mikrosekunden auftritt,

d. h. mit einer Pulsfolgefrequenz von 15,75 kHz. Bei der Analyse des horizontalen Synchronimpulses zeigt sich, daß dieser wie alle kurzen Impulse ein Spektrum aufweist, welches gemäß der Fourier-Analyse durch die Ausdrücke iüllü usw. dargestellt wird. Die erste

Oberwellenkomponente ist ein Gleichstrom, der dem 0,08fachen Scheitelwert des Impulses entspricht, und da die Funktion für kleine Werte von χ eine X

sich langsam ändernde Funktion darstellt, liegen die erste Oberwellenkomponente mit 15,75 kHz und die zweite Oberwellenkomponente mit 31,5 kHz in der Nähe des 0,08 Amplitudenpegels.

Die behördlichen amerikanischen Vorschriften erfordern, daß der Synchronimpuls eines Fernsehsignals im sogenannten »Schwärzer-als-Schwarz-x-Bereich liegt und daß der Synchronimpuls die obersten 25 % der Scheitelamplitude des Videosignals ausmacht. Die Arbeitsweise des Synchronimpulses kann durch ein Absenken der Impulshöhe zunichte gemacht werden, wodurch der Impuls im Bildpegel oder »weißen Pegel« auftritt und nicht im Synchron- oder »Schwärzer-als-Schwarz«-Pegel.

Um die verschiedenen Verschlüsselungs- und Entschlüsselungstechniken eines Fernsehbildsignals mittels einer unterschiedlichen Phasenverschiebung der Frequenzkomponenten des horizontalen Synchronimpulses zu illustrieren, sind auf den Zeichnungen schematisch einige typische Schaltkreisanordnungen gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verschlüsselungseinrichtung für einen Synchronimpuls, welche in Verbindung mit einem in sonstiger Beziehung üblichen Fernsehbildsender verwendet wird,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Entschlüsselungseinrichtung gemäß vorliegender Erfindung für einen Synchronimpuls, welcher ein verschlüsseltes Fernsehbildsignal, das in der in F i g. 1 gezeigten Verschlüsselungseinrichtung erzeugt wird, entschlüsseln kann, wobei die Entschlüsselungseinrichtung in Verbindung mit einem Fernsehempfänger von in sonstiger Hinsicht üblicher Bauart gezeigt ist, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines vereinfachten Entschlüsselungskreises gemäß vorliegender Erfindung.

Gemäß F i g. 1 erhält die Verschlüsselungseinrichtung als Eingang 10 von einem Sender üblicher Bauart ein normales Videosignal einschließlich nicht verschlüsselter Synchronimpulse. Dieses Videosignal entspricht den amtlichen Vorschriften und wird dazu verwendet, um mittels einer Folge von horizontalen Zeilenabtastungen und vertikalen Rasterabtastungen ein sichtbares Bild zu erzeugen, wobei ein horizontaler Synchronimpuls während der Zeilenrücklaufzeiten und ein vertikaler Synchronimpuls während der Rasterrücklaufzeiten auftritt.

Ein Teil 12 des an der Verschlüsselungseinrichtung eingehenden Bildsignals 10 wird in einer parallelen Reihe von Bandfiltern Fl, F 2, F 3, Fn eingespeist, wobei jedes Bandfilter nur eine Oberwellenfrequenzkomponente des horizontalen Synchronimpulses durchläßt; beispielsweise weist das BandfilterFl eine Mittenfrequenz von 15,75 kHz auf, das zweite Bandfilter F 2 eine Mittenfrequenz von 31,5 kHz, das dritte Bandfilter F 3 eine Mittenfrequenz von 47,5 kHz usw. bis zum höchsten Bandfilter Fn

mit einer Mittenfrequenz von η (15,75 kHz). In einer typischen Anlage beträgt die Bandbreite jedes der Bandfilter etwa 500 Hz. Dabei sind für eine wirkungsvolle Änderung des horizontalen Synchronimpulses mindestens etwa 4 Bandfilter F1 bis Fn vorgesehen und aus Gründen der Einfachheit nicht mehr als etwa 10.

Die einzelnen Ausgänge von den Bandfiltern Fl bis Fn werden jeweils an zugehörige regelbare Phasenschiebernetzwerke eingegeben, die in Fig. 1 mit 51, 52, 53 und Sn bezeichnet sind. Die einzelnen Ausgänge der Phasenschiebernetzwerke 51 bis Sn gelangen darauf in regelbare Dämpfungsglieder A 1, A 2, A 3 und An und anschließend in eine Kombinator-Verstärkereinrichtung 14.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, haben die Bandfilter F1 bis Fn Aufgabe, die einzelnen Oberwellenfrequenzkomponenten des horizontalen Synchronimpulses des eingehenden Bildsignals 10 zu isolieren. Jede derartige isolierte Frequenzkomponente wird darauf einer unterschiedlichen und nach Wunsch veränderbaren Phasenverschiebung in den jeweiligen Phasenschiebernetzwerken 51 bis Sn unterzogen; es kann dabei auch lediglich ein Teil der voneinander getrennten Frequenzkomponenten in der Phase verändert werden, je nachdem, welche Verschlüsselung angewendet wird, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Ausgänge von den einzelnen Phasenschiebernetzwerken 51 bis5n gelangen darauf zu den zugehörigen regelbaren Dämpfungsgliedern A1 bis An, durch welche ebenfalls Variationen in der Verschlüsselung ermöglicht werden, wie später im einzelnen erläutert wird. Der Ausgang von den einzelnen Dämpfungsgliedern A 1 bis An gelangt darauf an die Kombinator-Verstärkereinrichtung 14, worin er auf das gewünschte Maß verstärkt und als Eingang 16 in eine Mischvorrichtung 18 eingegeben wird, der ebenso ein Teil 20 des ursprünglichen Fernsehbildeingangs 10 zugeführt wird. Mittels einer regelbaren Phasenschiebereinrichtung 22 wird dabei die Bezugsphase des der Mischvorrichtung 18 zugeführten Signalteils 20 in richtiger Beziehung zur Bezugsphase des von der Kombinator-Verstärkereinrichtung 14 kommenden Eingangs 16 gehalten.

Es ist offensichtlich, daß das verschlüsselte Bildausgangssignal 24 alle Zeilenabtastinformationen sowie den vertikalen Synchronimpuls des unverschlüsselten Bildsignaleingangs 10 zuzüglich der vektoriellen Resultierenden der verschiedenen Oberwellen des horizontalen Synchronimpulses, die in den Eingängen 16 und 20 erscheinen, enthält. Durch geeignete Wahl der Phasenverschiebung und Dämpfung mittels der in den jeweiligen Phasenschiebernetzwerken 51 bis Sn und Dämpfungsgliedern A1 bis An vorgesehenen veränderbaren Einstellung wird der horizontale Synchronimpuls derart verändert, daß er für eine Synchronisation der Zeilenabtastung unbrauchbar wird, wenn er nicht im Fernsehempfänger weiter modifizierbar wird. Es ist offensichtlich, daß die verschiedenen gewählten Einstellungen der Phasenschiebernetzwerke und der Dämpfungsglieder einen Verschlüsselungscode darstellen.

Hinsichtlich des Empfangs des verschlüsselten Bildsignals ist es offensichtlich, daß der in Fig. 2 dargestellte Bildempfänger üblicher Bauart ist, mit Ausnahme eines zusätzlichen Entschlüsselungskreisen. Der Entschlüsselungskreis, welcher in den Fernsehempfänger eines Abonnenten eingebaut oder als Zusatzgerät dazu verwendet wird, arbeitet derart, daß er die Oberwellenkomponenten des verschlüsselten Synchronimpulses im wesentlichen in ihre vor der Verschlüsselung vorliegende Phasen- und Amplitudenbeziehung zurückbringt (d. h. also im wesentlichen auf die vor der Verschlüsselung vorliegende Form des Signals 10 nach Fig. 1), worauf das Bildsignal zusammen mit seinem wiederhergestellten Synchronimpuls im Empfänger eine synchronisierte Bilderzeugung ermöglicht. Es ist offensichtlich, daß mit einem Fernsehempfänger eines Nichtabonnenten, welcher feeine Entschlüsselungsschaltung aufweist, bzw. bei Nichtvorliegen der Kenntnis der besonderen jeweiligen Verschlüsselungseinstellungen und/oder dazu erforderlichen Schaltungen (d. h. des jeweiligen einem Programm zugeordneten Code), eine synchronisierte Bilderzeugung nicht durchgeführt werden kann, da ohne eine geeignete Entschlüsselung der verschlüsselte Synchronimpuls zu einer Erzeugung eines synchronisierten Bildes ungeeignet ist.

Um eine typische Entschlüsselungseinrichtung, die sich zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung eignet, zu veranschaulichen, zeigt F i g. 2 ein Blockschaltbild der Anordnung der Komponenten, welche" zur Entschlüsselung eines verschlüsselten Bildsignals erforderlich sind, wobei die Entschlüsselung eine Änderung der sich wiederholenden Synchronimpulse in dem Umfang vorsieht, in welchem einige der Bildsignalfrequenzen, welche die verschiedenen Frequenzkomponenten des sich wiederholenden Synchronimpulses aufweisen, unterschiedlich gedämpft und in der Phase verschoben wurden. Um die sich wiederholenden Synchronimpulse wieder in funktionsfähige Form zu bringen, wird der Gleichrichterausgang 30 des Empfängers (der, falls erwünscht, in einer getrennten Stufe zugeführt wird, so daß der Bildgleichrichter nicht überlastet wird) zum Teil als Eingang 32 an eine parallele Reihe von Bandfiltern F1', F 2', F 3' und Fn' eingegeben, wovon jedes eine geeignete Bandbreite von beispielsweise etwa 500 Hz aufweist und die eine Mittenfrequenz besitzen, die der betreffenden Oberwellenkomponente des horizontalen Synchronimpulses entspricht, d. h. also jeweilige Mittenfrequenzen von 15,75 kHz, 31,5 kHz, 47,25 kHz usw. bis zu η (15,75) kHz, in gleicher Weise wie die jeweiligen Bandfilter Fl bis Fn des Senderverschlüsselungskreises. Die jeweils isolierten Oberwellenfrequenzkomponenten des verschlüsselten Videosignals werden darauf auf jeweilige regelbare Phasenschiebernetzwerke F1', F 2', F 3' und F 4' eingegeben sowie auf zugehörige regelbare Dämpfungsglieder A V, A 2', A 3' und An', wobei die jeweilige Korrektion der Phase und Dämpfung in ihrem Ausmaß im wesentlichen umgekehrt zur jeweiligen Phasenverschiebung und Dämpfung ist, welche die Oberwellenkomponenten im Verschlüsselungskreis des Senders erfuhren. Die regelbaren Einstellungen der Phasenschiebernetzwerke 51'bis Sn' und die regelbaren Einstellungen der Dämpfungsglieder A V bis An' ergeben zusammen eine große Auswahl von Verschlüsselungsmöglichkeiten, so daß es für jemanden, der keine Kenntnis des betreffenden Code besitzt, äußerst schwierig ist, das verschlüsselte Signal durch Ausprobieren eines Code zu entschlüsseln.

Die hinsichtlich ihrer Phase und Dämpfung korrigierten Frequenzkomponenten des horizontalen Synchronimpulses gelangen aus den einzelnen Dämpfungsgliedern A 1' bis/in' in eine Kombinator-Ver-

Stärkereinrichtung 34, in welcher sie im gewünschten Umfang verstärkt und als Eingang 36 einer Mischvorrichtung 38 zugeführt werden, in welche ebenfalls als Eingang 40 ein Teil des verschlüsselten Videosignals 30 eingegeben wird. Dabei ist eine regelbare Phasenschiebereinrichtung 42 vorgesehen, um die Bezugsphase des Eingangssignalteils 40 in der richtigen Beziehung zur Bezugsphase des aus der Kombinator-Verstärkereinrichtung 34 kommenden Eingangs 36 zu halten.

Der aus der Mischvorrichtung 38 kommende entschlüsselte Bildsignalausgang 44 enthält alle Informationen des verschlüsselten Bildsignaleingangs 30 und ferner die verschiedenen, bezüglich ihrer Phase und Dämpfung korrigierten horizontalen Synchronimpulskomponenten aus den Bandfiltern, Phasenschiebereinrichtungen und Dämpfungsgliedern. Die Oberwellenkomponenten des horizontalen Synchronimpulses im entschlüsselten Bildsignalausgang 44 sind daher in jedem Falle die Vektorsumme der Oberwellenkomponenten aus den Eingängen 36 und 40. Durch geeignete Einstellung der Phasen der in den jeweiligen Phasenschiebernetzwerken S 1' bis Sn' und Dämpfungsgliedern A 1' bis An' vorgesehenen Einstellungen werden die Frequenzkomponenten des horizontalen Synchronimpulses im wesentlichen wieder in ihre vor der Verschlüsselung vorliegende Phasen- und Amplitudenbeziehung zurückgeführt. Es 'ist offensichtlich, daß die verschiedenen Einstellungen der Phasenschiebernetzwerke und Dämpfungsglieder im Entschlüsselungskreis des Empfängers, welche dazu dienen, den horizontalen Synchronimpuls des empfangenen Bildsignals wiederherzustellen, einen Entschlüsselungscode bilden. Dabei entspricht jedem gewählten Verschlüsselungscode im Empfänger ein bestimmter Entschlüsselungscode, der dem Bezieher eines Programms im vorhinein mitgeteilt werden kann.

In der Entschlüsselungsanordnung des Empfängers nach Fig. 2 würde die beträchtliche Anzahl der Schaltkreiskomponenten notwendigerweise zu einer verhältnismäßig komplizierten und teuren Entschlüsselungseiiirichtung führen. Während die Kostenfrage bei einem Verschlüsselungsschaltkreis für einen Sender keine Rolle spielt, ist eine übermäßig teure Empfänger-Entschlüsselungsschaltung unerwünscht, da jeder Empfänger einen Entschlüsselungsteil benötigt.

Die Kompliziertheit eines Entschlüsselungsschaltkreises kann weitgehend verringert werden. Eine Ausführungsform eines vereinfachten Entschlüsselungsschaltkreises, welcher im wesentlichen die verschiedenen Bandfiltersiebungen, Phasenverschiebungen und Dämpfungen gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 2 vornimmt, ist in Fig. 3 beispielsweise dargestellt. Das verschlüsselte Fernsehbildsignal 30, welches auf gleiche Weise wie nach F i g. 2 erhalten wird, wird zum Teil einer Parallelschaltung von verschiedenen wählbaren Trennwiderständen A1", A 2", A 3" und An" zugeführt und darauf den jeweiligen abgestimmten Kreisen Tl, T 2, Γ3 undTn, wovon jeder auf eine jeweilige Oberwelle des horizontalen Synchronimpulses abgestimmt oder zumindestens näherungsweise abgestimmt ist. Die genaue Frequenz, auf welche jeder abgestimmte Kreis Tl, T 2, Γ 3 und Γη abgestimmt ist, ist einstellbar (beispielsweise durch die in jedem Fall gezeigten regelbaren Kondensatoren), und die jeweiligen abgestimmten Kreise würden entweder jeweils auf ihre Frequenz abgestimmt sein oder von ihr abweichen, nämlich auf die verschiedenen Oberwellenfrequenzen (Vielfache von 15,75 kHz), welche das Frequenzspektrum des horizontalen Synchronimpulses bilden. Bekannterweise stellt ein geringfügig verstimmter

.5 Schaltkreis eine einfache Form eines Phasenschieber- und Dämpfungsnetzwerks dar, und eine Änderung der Abstimmung des abgestimmten Kreises ist ein einfaches Mittel, den Entschlüsselungscode der Entschlüsselungsvorrichtung zu ändern.

ίο Die verstellbare Frequenzabstimmung der jeweiligen abgestimmten Kreise T1 bis Tn kann zwei regelbare Faktoren einführen. Eine derartige Abstimmung kann die Dämpfung der Oberwellenkomponenten (d.h. der Amplitude) korrigieren, indem die Empfindlichkeit des abgestimmten Kreises geändert wird, beispielsweise, indem man mehr oder weniger weit an der Flanke der Empfindlichkeitskurve des Kreises arbeitet. Durch die Abstimmung des Abstimmkreises kann ebenso die Phase der Oberwellenkomponente um einen merklichen Betrag geändert werden, was davon abhängt, wie weit der abgestimmte Kreis gegenüber der Frequenz der Oberwellenkomponente verstimmt ist. Für eine gegebene gewünschte Amplitude bestehen zwei Auswahlmöglichkeiten'der Pha-

a5 senbeziehung, wobei eine Möglichkeit in einer Abstimmung oberhalb der Mittenfrequenz und die andere Möglichkeit in einer Abstimmung unterhalb der Mittenfrequenz des Kreises liegt. Für einen gegebenen Betrag einer Frequenzverstimmung kann eine Abstimmung entweder oberhalb oder unterhalb der Mittenfrequenz das gleiche Ausmaß einer Amplitudendämpfung erzeugen, jedoch wird dabei eine unterschiedliche Phasenverschiebung auftreten, wobei einmal eine Phasenvoreilung und im anderen Falle eine Phasennacheilung auftritt. Durch eine gegebene Anzahl von abgestimmten Kreisen wird also die doppelte Anzahl an Verschlüsselungsmöglichkeiten erhalten, wobei eine Verschlüsselungsmöglichkeit in der relativen Dämpfung der Amplitude liegt und die andere Verschlüsselungsmöglichkeit hinsichtlich der Phasenverschiebung bei dieser Amplitude besteht.

Eine Abstimmung der Abstimmkreise für die Herstellung eines bestimmten Entschlüsselungscodes für ein bestimmtes Fernsehprogramm könnte typischerweise folgende Schritte umfassen: Abstimmung des Abstimmkreises Γ1 auf 15,75 kHz + 100 Hz, Abstimmung des Abstimmkreises T 2 auf 31,5 kHz — 100 Hz, Abstimmung des Abstimmkreises T 3 auf genau 47,25 kHz und Abstimmung des Abstimmkreises Tn auf 53 kHz + 300 Hz. Bezüglich einer Variation des Entschlüsselungscodes muß auch beachtet werden, daß die verschiedenen Trennwiderstände A 1" bis An" jeweils unabhängig voneinander regelbar und auf bestimmte ausgewählte Widerstandswerte einstellbar sind, um die jeweils gewünschten unterschiedlichen Dämpfungen zu erzielen und auf diese Weise ebenfalls zu den verfügbaren Variationsmöglichkeiten für den Verschlüsselungscode beitragen.

In dem in F i g. 3 dargestellten Schaltkreis ist hinsichtlich der Phasenverschiebung eine weitere Verschlüsselungsvariable verfügbar, nämlich durch die verschiedenen einzeln betätigbaren Schalter Sl", S2", SZ" und Sn", wovon jeder verschwenkt werden kann, um dadurch die Phase des Ausgangssignals zu verändern, welches in den induktiv angekoppelten Ausgangsspulen 50, 52, 54 oder 56 der jeweiligen abgestimmten Kreise Tl, T2, Γ3 und Tn

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auftritt. Die jeweiligen Ausgangsspulen 50, 52, 54 und 56, welche in der Figur mit einer Mittelanzapfung versehen sind, brauchen selbstverständlich keine derartige Mittelanzapfung aufzuweisen, um die gewünschte Phasenumkehr zu ermöglichen. Es ist offensichtlich, daß die Betätigung eines jeden der Schalter 51" bis Sn" eine Phasenumkehr des Ausgangs der zugehörigen abgestimmten Kreises hervorruft und damit eine weitere Variation bezüglich der Phasenkorrekturen und den Entschlüsselungscodes liefert.

Die jeweiligen Ausgänge der Phasenschieberschalter Sl" bis Sn" werden auf den Kombinator-Verstärker 34 eingegeben und der davon abgenommene Ausgang 36 wird in einer Mischervorrichtung 38 mit dem Eingang 40 eines Phasenschiebernetzwerks 42 vereinigt, wobei ein entschlüsselter Videosignalausgang 44 in gleicher Weise wie in der Anordnung der F i g. 2 erhalten wird.

Jeder der vorausgehend beschriebenen Entschlüsselungsschaltkreise ermöglicht grundsätzlich eine Rückgängigmachung der Änderung des Frequenzspektrums des empfangenen Bildsignals, wobei diese Wirkung durch Trennung der Oberwellenkomponenten des Synchronimpulses, korrektive Phasenverschiebung, korrektive Dämpfung und Rekombination mit dem verschlüsselten Bildsignal erzielt wird, um dabei ein entschlüsseltes im wesentlichen unverzerrtes Bildsignal zur Erzeugung eines synchronisierten Bildes im Fernsehempfänger zu erhalten. Allgemeiner ausgedrückt, wird bei der Signalentschlüsselung gemäß vorliegender Erfindung im wesentlichen das unverschlüsselte Eingangsbildsignalfrequenzspektrum erhalten, indem jene Frequenzbänder des Bildfrequenzspektrums, die während des Verschlüsselungsvorgangs verändert wurden, einer korrektiven Phasenverschiebung und Dämpfung unterzogen werden. Im Einklang mit dem Grundgedanken der Erfindung, d. h. einer Änderung und Wiederherstellung von ausgewählten Frequenzen des Bildsignalspektrums mittels ausgewählter regelbarer Phasenverschiebungen und Dämpfungen, ist zu beachten, daß die ausgewählten Frequenzen, welche dabei verschlüsselt oder entschlüsselt werden, einem bestimmten Frequenzmuster (z.B. den Oberwellen des Synchronimpulses) folgen können oder ein breites Frequenzband (beispielsweise einen wesentlichen Teil des Bildsignalspektrums, wie etwa alle Frequenzen unter 200 kHz) umfassen, oder selbst das ganze Bildfrequenzspektrum, solange die Entschlüsselungsschaltung derart ausgebildet ist, daß die im wesentlichen die Phasen- und Amplitudenbeziehung der verschiedenen ausgewählten Frequenzen wieder auf die im unverschlüsselten Bildsignal bestehende ursprüngliche Beziehung zurückführt. So können ein oder mehrere komplexe Tiefpaß- oder Allpaßnetzwerke mit einer Vielfalt von Komponenteneinstellungen (beispielsweise 10) zur Verschlüsselung und Entschlüsselung verwendet werden, wobei jeweils unterschiedliche Verzögerungen, d. h. Phasenverschiebungen und unterschiedliche Dämpfungen bei verschiedenen Frequenzen vorgesehen sind, falls dies erwünscht ist. Die Verwendung eines passiven Netzwerkes für die Entschlüsselung ermöglicht dabei die Anwendung eines im wesentlichen einfachen und verhältnismäßig billigen Entschlüsselungszubehörteils für den Empfänger.

Die Benachrichtigung des Programm-Abonnenten hinsichtlich des richtigen Entschlüsselungscodes für ein gegebenes Programm kann vorher in irgendeiner geeigneten Weise erfolgen. Eine äußerst einfache Möglichkeit, die Verschlüsselungseinrichtung derart aufzubauen, daß der Programmabnehmer seinen ihm zugeteilten Entschlüsselungscode einstellen kann, liegt in der Anordnung einer Reihe von Umschaltern, beispielsweise zehn, am Entschlüsselungszubehörteil, der in Verbindung mit dem Fernsehempfänger verwendet wird oder einen Teil des Empfängers darstellt. Dabei wird jeder Schalter entweder nach oben oder nach unten gestellt, entsprechend der zugeteilten Folge des Codes. Eine andere Möglichkeit, in welcher das Verschlüsselungsmuster dem Bezieher des Programms mitgeteilt werden kann, besteht darin, das Verschlüsselungsmuster in der Form einer Lochkarte od. dgl. zu speichern, die einfach in den Verschlüsselungszubehörteil eingegeben wird und dabei die geeigneten, für den jeweiligen Entschlüsselungscode erforderlichen Schaltungen herstellt, beispielsweise mit Hilfe von auf der Lochkarte vorgesehenen gedruckten Schaltkreisen oder mittels einer Anzeige, durch welche in geeigneter Weise Schalter im Zubehörteil geschlossen werden, durch welche die gewünschten Verschlüsselungskreise, erhalten werden. Um die Verschlüsselung zu ändern, wäre es am einfachsten, die Werte der Widerstände oder Kapazi-' täten zu ändern. In einem Verschlüsselungs- und Entschlüsselungssystem mit Änderung der Synchronimpulse ist es ebenfalls möglich, die Verschlüsselung und Entschlüsselung durch Änderung und Wiederherstellung der Frequenzbänder zu erzielen, welche den Oberwellen der vertikalen Synchronimpulse des Bildsignals entsprechen, anstelle der Oberwellen des horizontalen Synchronimpulses. Es ist jedoch unpraktisch, sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Synchronimpulse zu verschlüsseln, es sei denn, der Bau der Sender wird modifiziert, da die gegenwärtigen Fernsehsendersysteme auf einer Aufrechterhaltung des Gleichstrompegels basieren, um den Synchronimpulspegel konstant zu halten. Bei der Verschlüsselung werden die Änderungen im wesentlichen am vertikalen Synchronimpuls vorgenommen, wobei die gleiche Art einer Oberwellenveränderung und Wiederherstellung derselben in ihren ursprünglichen Zustand verwendet wird wie beim horizontalen Synchronimpuls; lediglich die verschiedenen voneinander getrennten und modifizierten Frequenzkomponenten werden als Vielfache niedriger Ordnung der Grundwelle (60 Hz) ausgewählt. Eine Verschlüsselung der Oberwellenfrequenzen der vertikalen Synchronimpulse wird als erheblich weniger wünschenswert angesehen, da der Verlust der vertikalen Synchronisierung bei der Erzeugung des Fernsehbilds Iediglich ein Rollen des Rasters nach oben oder nach unten hervorruft, und die erzeugte Bildänderung ist wesentlich geringer als in jenem Fall, wo ein horizontaler Synchronimpuls des Bildsignals unwirksam wird. Eine geringere Bildänderung bei der Verwendung einer Verschlüsselung eines vertikalen Synchronimpulses entsteht auch dadurch, daß die Folgefrequenz des vertikalen Synchronimpulses so niedrig liegt, daß alle wirksamen Oberwellen des vertikalen Synchronimpulses eine derart niedrige relative Frequenz aufweisen, daß sie im Bildinformationsspektrum keine merkliche Bedeutung haben.

Die Bandfilter, Abstimmkreise und andere Schaltkreise zur Isolation der einzelnen Frequenzkompo-

nenten, welche sowohl im Sender als auch im Empfänger verwendet werden, können nicht zu eng bemessen werden. Ist Q zu hoch, so erhöhen sich die Kosten des Schaltkreises, und die Empfindlichkeit gegenüber einem Abstimmfehler steigt an. Ein Schaltkreis mit äußerst hohem Q, beispielsweise mit einem Q von 200, unterliegt einer Verstimmung bereits bei einer geringen Abweichung oder Änderung der Kapazität. Darüber hinaus kann eine sehr hohes Q Verwendungsschwierigkeiten erzeugen, da Veränderliche wie die Temperatur und das Altern von Einzelteilen eine Änderung von Q und eine unerwünschte Verstimmung erzeugen zu können. Andererseits muß der Schaltkreis für die Behandlung der Frequenz-

komponenten ausreichend selektiv sein, um eine ausreichende Phasenverschiebung und Amplitudenveränderung zu ermöglichen. Im allgemeinen wird ein Wert von Q für den Schaltkreis, welcher zwischen etwa 5 und 50 liegt, als zweckmäßig angesehen, wobei ein Q von etwa 10 bevorzugt wird.

Bezüglich des Ausmaßes der Veränderung des ursprünglichen Synchronimpulses, welche erwünscht ist, um den Synchronimpuls nicht mehr verwendungsfähig zu machen, gelten etwa 8 bis 10 db als ausreichende Impulsschwächung. Hinsichtlich der Wiederherstellung des Impulses sollte diese den Impuls bis auf einen Bereich innerhalb von 1 db des ursprünglichen Impulspegels wiederherstellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Codierung und Decodierung eines Videosignals, dadurch gekennzeichnet, daß zur Codierung mehrere ausgewählte Frequenzkomponenten des uncodierten Videosignals um jeweils verschiedene Beträge in ihrer Phase verschoben und/oder in ihrer Amplitude gedämpft werden und daß zur Decodierung des Videosignals diese ausgewählten Frequenzkomponenten in ihren Phasen- und Amplitudenbeziehungen im wesentlichen in ihren vor der Codierung bestandenen Zustand zurückgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches zur Erzeugung eines visuellen Bildes durch Aufeinanderfolge von horizontalen Zeilenabtastungen und vertikalen Rasterabtastungen dient, wobei ein horizontaler Synchronimpuls während der Zeilenrücklaufabschnitte und ein vertikaler Synchronimpuls während der Rasterrücklaufabschnitte auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die dabei entstehenden unterschiedlich in der Phase verschobenen und abgeschwächten Frequenzkomponenten mit dem nicht codierten Videosignal vereinigt werden, um dieses Videosignal zu codieren.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Frequenzkomponenten mehrere Oberwellen eines sich wiederholenden Synchronimpulses des uncodierten Videosignals sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich wiederholende Synchronimpuls des Videosignals der horizontale Synchronimpuls des uncodierten Videosignals ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 3 bis 10 Oberwellen des horizontalen Synchronimpulses codiert und decodiert werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Sender, der eine Einrichtung (F 1 bis Fn) zur Auswahl verschiedener Oberwellenfrequenzkomponenten des unverschlüsselten Bildsignals einschließlich der Frequenzkomponenten dessen Synchronimpulses aufweist, sowie eine Einrichtung (51 bis Sn) zum unterschiedlichen Verschieben der Phasen dieser Frequenzkomponenten, eine Einrichtung (A 1 bis An) zur unterschiedlichen Dämpfung der Amplituden dieser Frequenzkomponenten und eine Einrichtung (18) zur Wiedervereinigung der resultierenden, unterschiedlich phasenverschobenen und gedämpften Frequenzkomponenten mit dem uncodierten Videosignal, und einen Empfänger, der eine Einrichtung (Fl' bis Fn', SV bis Sn', Al' bis An', 34, 38, 42) enthält, um die genannten Frequenzkomponenten derart unterschiedlich in der Phase zu verschieben und zu dämpfen, daß im wesentlichen die vor der Verschlüsselung bestehende Phasen- und Amplitudenbeziehung wiederhergestellt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Sender, der eine parallele Reihe von Bandfiltern (Fl bis Fn) aufweist, durch <?5 welche bestimmte Oberwellenfrequenzkomponenten des Videosignals einschließlich der Oberwellenfrequenzkomponenten eines Synchronimpulses des unverschlüsselten Videosignals voneinander getrennt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Empfänger, der Bandpaßfilter (Fl' bis Fn') zum Trennen der Oberwellenfrequenzkomponenten des abgeänderten Videosignals und getrennt abstimmbare Einrichtungen (SΓ bis Sn', AV bis An') zur Ableitung phasen- und amplitudenkorrigierter Frequenzkomponenten des Videosignals mittels getrennter Phasenverschiebung und Dämpfung der verschlüsselten Frequenzkomponenten in der Weise, daß bei Wiedervereinigung dieser Komponenten mit dem verschlüsselten Videosignal das resultierende Videosignal die Frequenzkomponenten im wesentlichen in ihrer vor der Verschlüsselung vorliegenden Phasen- und Amplitudenbeziehung besitzt, aufweist, sowie eine Einrichtung (38) zur Wiedervereinigung der auf diese Weise phasen- und amplitudenkorrigierten Oberwellenfrequenzkomponenten mit dem nicht verschlüsselten Videosignal, derart, daß ein entschlüsseltes Videosignal erhalten wird.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bandfilter eine Mittenfrequenz aufweist, die ein ganzzahliges Vielfaches von 15,75 kHz ist und eine Bandbreite in der Größenordnung von 500 Hz.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandfilter und die getrennt abstimmbaren Einrichtungen regelbare, abgestimmte Schaltkreise (Γ1 bis Tn) aufweisen, die durch ein gewähltes Ausmaß einer Verstimmung sowohl eine Phasenverschiebung als auch eine Amplitudendämpfung der Oberwellenfrequenzkomponenten bewirken können.