DE3119015A1 - Vorrichtung zur verschluesselung und entschluesselung von videosignalen - Google Patents

Description

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Abonnement-Fernsehens und insbesondere eine neuartige Vorrichtung zum Verschlüsseln und Entschlüsseln sowohl von Video- als auch Audiosignalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verschlüsselungs- und Entschlüsselungssystem werden die Horizontal- und Vertikal-Austastintervalle senderseitig unterdrückt und digitale Ton- und Steuerdaten werden in diese Intervalle eingefügt und zwar zur Verwendung als Steuersignale für einen unabhängigen Synchronisierimpulsgenerator, der empfangerseitig angeordnet ist, sowie zur Steuerung d^r Erzeugung eines verschlüsselten Audiosignals, das empfängerseitig wiederhergestellt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verschlüsselungs- und Entschlüsselungssystem können die digitalen Tondaten durch eine Reihe von Tonabtastungen während der Horizontalzeilen des Videosignals abgenommen und derartige Abtastungen in dem Horizontal-Austastintervall der nächsten Zeile eingesetzt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen System werden Taktdaten und Vertikalbezugssignaldaten·zur Steuerung des unabhängigen Synchronisierimpulsgenerators auf der Empfängerseite in den Horizontal- und Vertikal-Austastintervallen des Videosignals übertragen.

Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen System eine Sinusamplitudenmodulation annähernd mit Zeilenfrequenz auf den Tonträger angewandt werden, wodurch verhindert wird, daß mittels des Farbhilfsträgers eine Empfänger-Synchronisation erreicht wird.

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Abonnementfernsehens und insbesondere ein Anordnung zur Verschlüsselung oder Codierung bzw. Verzerrung sowohl des Video- als auch des Audioteiles eines Fernsehsignals, sodaß das Programm keinen Unterhaltungswert besitzt, wenn nicht der Abonnent die geeignete Decodierausrüstung hat. Das bevorzugte Mittel für eine Codierung ist die Unterdrückung aller Synchronisierinformationen sowohl in den vertikalen als auch in den horizontalen Austastintervallen, wie dies in der schwebenden Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 965 940 (USA) beschrieben ist, die an den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde.. Die Ton- oder Audio information wird in digitale Form versetzt und in die horizontalen Austastintervalle anstelle der normalen horizontalen Synchronisations information eingefügt. Die Videoinformation kann invertiert werden und diese Invertierung kann auf der Basis von Programmszenenwechseln stattfinden. Zusätzlich kann die Videoinformation sowohl durch Verschiebung des Spannungspegels der Digitalinformation in dem horizontalen Intervall als auch durch Variieren des Spannungspegels dieses Teiles einer horizontalen Zeile durch Anwendung einer Sinuswelle verzerrt werden, die eine Phasenlage besitzt, daß die Amplitude des horizontalen Austastteils jeder Zeile schwankt. Zur Vermeidung eines unerlaubten Empfangs des Programms, welche etwa durch Verstimmen des Empfängers um annähernd ein MHz in Richtung des Farbhilfsträgers erzielt werden könnte, wird eine Amplitudenmodulation für den Tonträger derart angewandt, daß die Farbhilf sträger-Video-lnformation keine Synchronisierung durchführt.

In der folgenden Beschreibung sind bestimmten Signalen Zeitbeziehungen und Frequenzen zugeordnet. Es ist verständlich, daß die Erfindung nicht auf diese Werte beschränkt ist, sondern daß eine derartige Information lediglich beispielshalber gegeben wird.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch die Codieranordnung während Fig. 8 schematisch den Decodierer zeigt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besitzt ein Eingangsvideoprozessor 10 einen Eingang für das Grundbandvideosignal und Ausgänge für die folgenden Signale: ein gefiltertes Videosignal, ein 4,0909 MHz-Takt, ein Halbbildbezugsimpuls, ein Farbsynchrongattersignal und ein in seinem Spannungswert begrenztes, d.h. geklemmtes (clamped) Videoausgangssignal. Di.e Verwendung dieser verschiedenen Signale wird in Verbindung mit den übrigen Teilen der Schaltung beschrieben.

Ein Eingangsaudioprozessor 12 empfängt ein Eingangsaudiosignal und gibt Ausgangssignale der Audioinformation in digitaler Form ab. Die Audioinformation in digitaler Form wird an einen Audio- und Bezugsdatenprozessor 14 angelegt, dessen Ausgangssignale Daten darstellen, die die Decodierer der Abonnenten aktivieren, sowie Audioinformation in digitaler Form. Der Ausgang des Prozessors 14 ist mit dem Ausgangsvideoprozessor 16 verbunden, wo diese Daten mit dem Videosignal zur nachfolgenden Übertragung auf einem geeigneten Träger kombiniert werden. Ein Horizontalzeitgabegenerator 18 und ein Vertikalzeitgabegenerator 20 geben verschiedene Zeitgabesignale ab, die die Audio- und Videoprozessoren koordinieren, als auch den Betrieb einer Verschlüsselungs-(Erleichterungs)-Anordnung 22 steuern. Ein Szenenwechsel-Detektor 24 empfängt das gefilterte Videosignal und gibt ein Ausgangssignal ab, das zur Steuerung der Invertierung= des Videosignals in dem Ausgangsvideoprozessor 16 gemäß Programmszenenwechseln vorgesehen ist.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Eingangsvideoprozessors, über ein Eingangsdämpfungsglied 28 kann die Videosignalverstärkung manuell eingestellt werden, um die Betriebsbedingungen an verschiedene Videosignalquellen anpassen zu können. Das Dämpfungsglied 28 ist mit einem Verstärker 30 verbunden, der als Trennstufe zwischen der Videosignalquelle und der darauffolgenden Videoverarbeitungsschaltung

dient und auch eine geringe Verstärkung (2-fach) für Videosignale mit niedriger Amplitude ermöglicht.

Eine Klemmschaltung 32 ist mit dem Verstärker 30 verbunden und legt das Videosignal auf einen speziellen Pegel fest, wie dies auf dem Fernsehgebiet üblich ist. Das Ausgangssignal von der Klemmschaltung 32 ist das Videosignal, das auf einen geeigneten Pegel geklemmt oder festgelegt ist und das direkt zum Ausgangsvideoprozessor 16 läuft, der später noch im einzelnen beschrieben wird. Ein Filter 34 ist mit dem Verstärker 30 verbunden und stellt ein Tiefpassfilter dar, mit dem alle Farbsignale entfernt werden, die die verschiedenen nachfolgenden-Synchronisationstrennschaltungen beeinträchtigen könnten. Das Ausgangssignal vom Filter 34 ist somit eine monochromes Videosignal mit niedriger Bandbreite, das in dem Szenenwechseldetektor 24 verwendet wird. Der Ausgang des Filters 34 ist auch mit einem zweiten Verstärker 36 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit einer Synchronisationstrennschaltung 38 in Verbindung steht. Ein Ausgang dieser Schaltung ist mit einer Taktschaltung 40 verbunden, die ein 4,0909 MHz-Taktsignal abgibt, das mit der Frequenz der horizontalen Synchronisierimpulse des ankommenden Videosignals synchronisiert ist. Eine Impulsverarbeitungsschaltung 42 ist auch mit der Synchronisiertrennschaltung 38 verbunden und gibt zwei Ausgangssignale ab. Das erste ist ein Bildbezugssignal und zwar ein Impuls, der mit der Anstiegsflanke des ersten Spitzimpulses des Vertikalintervalls unmittelbar vor dem ungeraden Halbbild zusammenfällt, tfieser Impuls wird zur Synchronisation der internen Zeitgabesignale mit dem Eingangsvideosignal benötigt. Ein zweiter Ausgangsimpuls von der Impulsverarbeitungsschaltung 42 ist ein Farbsynchronisationsgattersignal, das mit dem Farbsynchronisationsimpuls jeder Zeile des ankommenden Videosignals zusammenfällt. Dieser Farbsynchronisationgatterimpuls wird während der vertikalen Synchronisationsperiode unterdrückt wenn kein Farbsynchronisationsimpuls· empfangen wird.

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Gemäß Fig. 1 empfängt der horizontale Zeitgabegenerator 18 die Taktsignale und die Bildbezugssignale von dem Videoprozessor 10. Der Zeitgabegenerator gibt eine Anzahl von Signalen ab, die alle durch die beiden Eingangssignale synchronisiert werden. Jede horizontale Zeile ist in 260 Teile von annähernd jeweils 250 NS unterteilt. Die nachfolgende Tabelle gibt die Position der verschiedenen Zeitgabeimpulse in einer horizontalen Zeile an. Neben den in der Tabelle angegebenen Impulsen gibt der Zeitgabegenerator ein Signal von annähernd 50 KHz und ein Signal von 2 MHz zum Betrieb bestimmter noch zu beschreibender Schaltungen ab.

Zeitgabeimpulse Start Stop

SRL Schieberegxsterbelastung

551 Erste Audioabtastung

552 Zweite Audioabtastung HD Horizontaler.· Treiber HB Horizontale Austastung HW Horizontales Fenster

Der vertikale Zeitgabegenerator 20 erzeugt vier Ausgangssignale, von denen das erste das Halbbildindexsignal ist, das ein sehr kurzer Impuls etwa in der Mitte der fünften Zeile des Vertikalintervalls (FI) ist; ein weiteres Signal ist das vertikale Treibersignal, nämlich ein positiver Impuls, der mit der ersten Zeile des ersten Intervalls beginnt und sich bis zur neunten Zeile dieses Intervalls erstreckt (VD). Das dritte Signal ist ein Austastsignal in Form eines positiven Impulses, der mit der Einleitung des vertikalen Intervalls beginnt und sich bis zur Zeile 21 des vertikalen Intervalls erstreckt (VB), während das vierte Signal ein vertikales Fenstersignal ist, dargestellt durch einen positiven Impuls beginnend bei Zeile 46 und sich bis Zeile erstreckend (VW).

3	4
14	33
144	163
9	36
9	59
60	252

Fig. 3 veranschaulicht die Eingangsaudioprozessorschaltung. Das Audiosignal wird an ein Dämpfungsglied 44 angelegt, das in gleicher Weise arbeitet wie das Dämpfungsglied 28; der Ausgang des Dämpfungsgliedes ist mit einem Tiefpassfilter 46 verbunden, das das Durchlassband bis etwa 12 KHz, nämlich auf den Hörbereich, beschränkt. Höhere Frequenzsignale würden eine Verzerrung des nachfolgenden Digitalisierungsprozesses hervorrufen. Eine Sample- and Holdschaltung 48 ist mit dem Filter 46 verbunden und wird durch die Tonabtastgattersignale von dem horizontalen Zeitgabegenerator 18 durchgeschaltet. Die Schaltung 48 tastet den Ton während der Durchschaltperiode ab und hält oder speichert den Amplitudenwert des Tones bis zur nächsten Tonabtastung. Wie in der vorhergehenden Tabelle angegeben, erfolgt die erste Audioabtastung 3,5 Mikrosekunden nach Beginn der Horizontalzeile, während die zweite Audioabtastung etwa 35 Mikrosekunden nach Beginn der Horizontalzeile durchgeführt wird. Die Tonabtastungen werden in Digitalform umgewandelt und zwar durch einen Analog/Digital-Wandler 50, der durch ein 500 KHz-Signal von dem horizontalen Zeitgabegenerator 18 getaktet wird. Abwechselnde Ausgangssignale vom A/D-Wandler 50 werden in paralleler Form an die Speicherregister 52 und 54 angelegt; die Daten von den Speicherregistern werden zu der Audio- und Bezugsdatenverarbeitungsschaltung 14 unter Maßgabe des Zustands einer Flip-Flop-Schaltung 56 übertragen. Die Flip-Flop-Schaltung 56 wird durch die Tonabtast- und Horizontaltreiber-(HD)-Ausgangssignale von dem horizontalen Zeitgabegenerator 18 geschaltet. Jede der Tonab£astungen kann beispielsweise ein 8-Bit-Digitalwort sein und die Abtastungen können mit einer Rate von etwa 31.500 pro Sekunde erfolgen.

Das digitale Audiosignal wird in paralleler Form dem Audio- und Bezugsdatenprozessor 14 gemäß Fig..4 zugeführt. Ein Speicherregister 58 besitzt drei Abschnitte, nämlich den Abschnitt 60 für ein Tonbyte 1 (erste Tonabtastung), einen zweiten Abschnitt 62 für Tonbyte 2 (die zweite Tonabtastung)

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und einen dritten Abschnitt 64 für ein Digitalempfänger-Taktsynchronisationsmuster. Das Synchronisationsmuster ist
in dem Speicherregister verdrahtet und gibt in binärer Form das Taktsignal für den Decodierer ab. Die parallele Information im Speicherregister 58 wird wiederum parallel in ein Schieberegister 66 eingebracht, nachdem sie durch den
Schieberegisterladeimpuls von dem horizontalen Zeitgabegenerator 18 durchgeschaltet wurde. Ein zweiter Eingang für das Schieberegister 66 ergibt sich durch das Speicherregister 68, das ein verdrahtetes Vertikaltreiberbezugsmuster
besitzt, dessen Codefolge wiederum in binärer Form von dem
Decodierer zur Erkennung des Vorhandenseins eines codierten Videosignals verwendet wird und mit dem die Decodiererzeitfolge rückgestellt wird. Das Halbbildindexsignal vom vertikalen Zeitgabegenerator 20 wird dazu verwendet, das Bezugsmuster von dem Speicherregister 68 einmal je Halbbild in
das Schieberegister 66 zu übertragen. Die Daten im Schieberegister 66 werden zu der Ausgangsvideoprozessorschaltung
durchgeschaltet und zwar nach Maßgabe des Vorhandenseins
entweder eines Halbbildindexsignales oder eines Schieberegisterladesignales am Eingang eines ODER-Gliedes 70, das mit dem Schieberegister 66 verbunden ist. Die Information
wird mittels des Vier-MHz-Eingangstaktsignals ausgeschoben.

Wie zuvor angegeben, wird zur Verbesserung der Verzerrung
oder Verschlüsselung des Videosignals und zur Verhinderung eines unerlaubten Empfangs von Abonnementprogrammen das
Videosignal invertiert oder nicht invertiert, gemäß den Änderungen von Szenen im tatsächlichen Programm. Der Szenenwechseldetektor (Fig. 5) empfängt das monochrome Videosignal mit niedriger Bandbreite von dem Eingangsvideoprozessor und dieses Signal wird an einen Spannungsvergleicher 72 angelegt. Der Analogvergleicher 72 vergleicht die augenblickliche Helligkeit des Videosignals mit der durchschnittlichen Helligkeit über eine Zeitperiode, beispielsweise von 3
Bildern. Das Ausgangssignal von dem Vergleicher 42 wird mit einer Geschwindigkeit von 2.048 Abtastungen pro Halbbild

abgetastet und diese Abtastungen werden in dem Schieberegister 74 gespeichert. Tatsächlich wird das binäre Videosignal am Ausgang des Vergleichers 72 mit einer Geschwindigkeit von 32 Abtastungen in einer von jeweils drei Zeilen über eine Periode von 192 Zeilen in jedem Feld getastet.

Dieser Abtastprozess wird durch die horizontalen und vertikalen Zeitgabegeneratoren gesteuert. Eine Eins-zu-Drei-Teilerschaltung 76 wird von dem Horizontaltreiber getaktet und das vertikale Fenstersignal rückgestellt. Das vertikale Fenstersignal gewährleistet außer der Rückstellung der Einszu-Drei-Teilerschaltung somit auch den gleichen Startpunkt in jedem Halbbild, er verhindert auch ein Zählen und -blokkiert den Ausgang dieser Schaltung während des VertikaL-intervalls. Somit erzeugt die Eins-zu-Drei-Teilerschaltung 76 einen Impuls während jeder dritten Zeile außer während des Vertikalintervalls. Ein Eins-zu-Sechs-Teiler 78 wird durch ein 4 MHz-Taktsignal getrieben und durch die Eins-zuDrei-Teilerschaltung 76 und das horizontale Fenster rückgpstellt. Die Eins-zu-Sechs-Teilerschaltung 78 erzeugt somit Ausgangsimpulse nur für jede dritte Zeile und nur während des horizontalen Fensters. Da das horizontale Fenster nur Taktimpulse andauert und die Eins-zu-Sechs-Teilerschaltung 78 nur einen Ausgangsimpuls für jeweils sechs Taktimpulse erzeugt, ergeben sich 32 Abtastimpulse für jede dritte Zeile außer während des vertikalen Intervalls.

Ein Digitalvergl'eicher 80 ist mit dem Ausgang des Schieberegisters 74 verbunden und vergleicht die Ausgangsbinärzahl vom Schieberegister 74 mit der Ausgangsbinärzahl vom Vergleicher 72. Somit wird der Helligkeitspegel eines Halbbildes verglichen mit demjenigen des vorhergehenden Halbbildes an jeweils den gleichen Stellen im Halbbild. Das Ausgangssignal vom Digitalvergleicher 80 wird somit entweder hoch oder niedrig sein, abhängig davon, ob die Helligkeitspegel gleich oder verschieden sind. Das Ausgangssignal des Digitalvergleichers 80 wird einem getakteten Zähler 82 zugeführt.

Der Zähler 82 empfängt Ausgangssignale von den Teilerschaltungen 76 und 78 und wird somit mit der gleichen Impulsrate getaktet wie das Schieberegister 74. Der getaktete Zähler 82 zählt Impulse bei der beschriebenen Abtastgeschwindigkeit, wenn das Verglexcherausgangssignal von Schaltung 80 hoch ist, was ungleiche Eingangssignale anzeigt. Immer dann, wenn somit eine Differenz in den Helligkeitswerten von einem Halbbild zum anderen besteht, wird eine derartige Anzeige in dem Helligkeitswechsel durch den getakteten Zähler 82 registriert. Der Zähler wird durch ein vertikales Treibersignal rückgestellt, sodaß er für jedes Halbbild eine neue Zählung beginnt. Der getaktete Zähler 82 ist mit einem Digitalvergleicher 84 verbunden, der eine voreingestellte Zahl besitzt, die sich aus einer Reihe von Handschaltern ergibt, die schematisch bei 86 angedeutet sind. Somit kann der Schwellenwert für die Erkennung eines Szenenwechsels variiert werden. Die von dem getakteten Zähler 82 abgegebene Zahl zum Zeitpunkt, wenn diese die durch die voreingestellten Schalter 86 erzeugte Zahl überschreitet, gibt einen Szenenwechsel an, da bis dahin eine ausreichende Anzahl von Wechseln in dem Helligkeitspegel von einem Halbbild zum nächsten stattgefunden hat, um einen Szenenwechsel anzuzeigen. Das Ausgangssignal vom Digitalvergleicher 84 ist ein Impuls der angibt, daß tatsächlich ein Szenenwechsel stattgefunden hat und dieser Impuls wird einer Verzögerungsschaltung 88 zugefügt. Die Verzögerungsschaltung 88 kann typischerweise eine Verzögerung von 3 Sekunden besitzen, sodaß sie einen" heuen Szenenwechsel nicht feststellt, bevor nicht drei Sekunden vergangen sind. Auf diese Weise können sich schnell be=wegende Gegenstände oder dergleichen koine Polaritätsänderung hervorrufen. Die Verzögerungsschaltung 88 ist mit einer Halbbildsynchronisierschaltung 90 verbunden, die durch ein vertikales Treibersignal von dem vertikalen Zeitgabegenerator 20 durchgeschaltet wird. Somit findet ein Szenenwechsel, der eine Invertierung oder einen Wechsel in der Polarität des Videosignals wie be-

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schrieben hervorrufen kann, nur am Ende eines Halbbildes statt und eine derartige Invertierung erfolgt nicht mit einer größeren Frequenz als alle drei Sekunden. Der Szenenwechseldetektorausgang der Halbbildsynchronisierschaltung 90 ist mit dem Ausgangsvideoprozessor 16 verbunden.

Fig. 6 veranschaulicht gewisse Schaltungen, die für eine weitere Verbesserung der Verschlüsselung des Videosignals verwendet werden können. Ein Datenschwingungsoszillator 92 istein freilaufender Generator, der mit einer Frequenz von beispielsweise etwa 15 Hz schwingt. Dieses veränderbare Signal wird auf die Daten angewandt, um deren Wert am Ausgang des Videoprozessors 16 zu variieren. Die zweite Schaltung in der Verschlüsselungsverbesserungsanordnung ist ein Oszillator 94 zur Modulation der Audioamplitude, der eine Frequenz von etwa 15,75 KHz abgibt, die um etwa 50 bis 30 Hz zu beiden Seiten der Grundfrequenz variiert wird. Eine derartige Schwebefrequenz wird auf den Audioträger am Sender angewandt. Eine derartige Modulation des Tonträgers beeinträchtigt den Empfang des Farbhilfsträgers, sodaß jegliche Information auf diesem verzerrt wird und verhindert wird, daß ein nicht zugelassener Abonnent Farbinformation erhalten kann, die ein brauchbares Bild liefert. Ein drittes Signal in der Verschlüsselungsverbesserungsanordnung 22 wird von einem Zufallsdatenmodulator 96 erzeugt. Dieser empfängt als Eingangssignale das horizontale Treibersignal, das vertikale Treibersignal und das 4 MHz-Taktsignal. Der Modulator 86 besitzt drei Ausgänge,->von denen nur einer während jeder horizontalen Treiberperiode einen hohen Wert annimmt. Das Muster, wie die drei Ausgangssignale auf hohem Wert sind, wird nur nach etwa 65.000 Mustern wiederholt. Der horizontale Treiberimpuls schaltet die Schaltung ein, während der vertikale Treiberimpuls die Folge um einen Schritt weiterschaltet. Die Folge wechselt kontinuierlich mit der vertikalen Treiberrate von 60 Hz.

Fig. 7 veranschaulicht den Ausgangsvideoprozessor. Ein Inverter 98 empfängt ein Eingangssignal vom Szenenwechseldetektor 24 und ein zweites Eingangssignal des genormten geklemmten Videosignals vom Eingangsvideoprozessor 10. Der Inverter 98 kehrt entweder die Polarität des Videosignals um oder nicht, und zwar abhängig vom Ausgangssignal des Szenenwechseldetektors 24. Das Videosignal, das dem Inverter 98 zugeführt wird, gelangt auch an einen Schalter 100, der normalerweise das Videosignal blockiert, außer während der Periode des Farbsynchronisationsimpulses, der gesteuert wird durch das Farbsynchronisations-Gattersignal vom Eingangsvideoprozessor 10. Somit ist das Ausgangssignal vom Schalter 100 der Videofarbsynchronisationsimpuls. Eine Synchronisationsimpulsvor Spannungsschaltung 102 empfängt als Eingangssignale das vertikale Treibersignal, das horizontale Treibersignal und das Farbsynchronisationsimpuls-Gattersignal, Die Synchronisationsimpulsvorspannschaltung gibt, wenn sie vom Farbsynchronisationsimpuls-Gattersignal durchgeschaltet und nicht entweder durch das Vertikaltreiber- oder das Horizontaltreibersignal blockiert wird, eine Gleichvorspannung für den Farbsynchronisationsimpuls ab, die jedoch nicht die Daten sperrt. Die Synchronisationsimpulsvorspannschaltung 102 ist mit dem Ausgang des Schalters 100 verbunden, so daß sie die Vorspannung für das Farbsynchronisationsimpulssignal liefert.

Die Dateninformation vom Audio- und Bezugsdatenprozessor 14 stellt ein Eingangssignal für einen Verstärker J04 dar, dessen Verstärkungsfaktor durch die drei Ausgangssignale von dem Zufallsdatenmodulator 96 geregelt wird. Welches der drei Datenbytes eine erhöhte Amplitude haben wird, wird dadurch bestimmt, welches Ausgangssignal vom Modulator 96 auf einem hohen Wert ist. Der Ausgang des Verstärkers 104 ist mit einer Schwingungsschaltung 106 verbunden, die das Ausgangssignal vom Datenschwingungsoszillator 92 empfängt. Drei Datenbytes, von denen eines bezüglich der Amplitude

erhöht ist_r besitzen insgesamt einen Vorspannungspegel, der mit dem 15 Hz-Signal vom Oszillator 92 variiert wird. Der Ausgang der Schwingungsschaltung 106 ist mit einem Schalter 1o8 verbunden, ebenso wie die Ausgänge vom Schalter 100 und der Synchronisationsimpulsvorspannschaltung 102. Der Schalter 108 läßt das Videosignal vom Inverter 98 normalerweise durch. Während des horizontalen Austastintervalls jedoch, das bestimmt wird durch den horizontalen Austastgatterimpuls an diesem Schalter, läßt der Schalter die Eingangssignale von der Schwingungsschaltung 106 von der Synchronimpulsvorspannschaltung 102 und dem Schalter 100 durch. Somit besteht das Ausgangssignal von dem Schalter während der Horizontalaustastperiode aus den' drei Datenbytes, die, wie zuvor beschrieben, erhöht wurden und dem Farbsynchronisationsimpuls, und zwar alle mit einem vorbestimmten Vorspannung spegel. Der Ausgang des Schalters 108 ist mit einem Verstärker 102 verbunden, dessen Ausgang zum Sender führt.

Das Ausgangssignal vom Verstärker 110 ist ein Videosignal, bei dem sämtliche Horizontal- und Vertikalsynchronisationsinformation enfernt wurde und dessen Polarität abhängig von Änderungen in der Szene des tatäschlichen Bildes invertiert wurde oder nicht. Das horizontale Austastintervall wird mit Tondatenbytes und den üblichen Farbsynchronisationssowie mit dem Empfänger-Taktsynchronisationsmuster aufgefüllt, das zur Steuerung des Taktes jedes Decodierers verwendet wird. Während des vertikalen Austastintervalls wird das vertikale Treiberbezugsmuster eingefüllt, das es den' Decodierern ermöglicht, das Vorhandensein eines verschlüsselten Videosignals festzustellen. Die Daten in dem Austastintervall ändern sich wie beschrieben unter dem Einfluß des Datenschwingungsoszillators und des Zufallsdatenmodulators. Derartige Signaländerungen während des horizontalen Austastintervalls machen es für den Empfänger unmöglich, eine Synchronisation mit sich wiederholenden Signalen in den Austastintervallen herzustellen, so daß verhindert wird.

daß ein brauchbares Bild von einem nicht autorisierten Empfänger empfangen wird. Es wird nicht nur die übliche Synchronisationsinformation aus dem Videosignal entfernt, sondern die in dem horizontalen und vertikalen Austastintervall eingesetzten Informationen oder Signale verhindern, daß der Empfänger irgendeine Synchronisation herstellt. Die Polaritätsumkehr, die durch Szenenwechsel bewirkt wird, kann praktisch von niemandem festgestellt werden, der nicht die Information besitzt, wie der in dem Digitalvergleicher 84 verwendete Schalter eingestellt ist.

Der Decodierer ist in Fig. 8 veranschaulicht. Typischerweise werden Abonnementprogramme entweder von einer UHF-oder VHF-Station abgegeben und zwar nur während eines Teiles der Gesamtsendezeit der Station. Der Eingang für den Decodierer wird durch eine UHF- oder VHF-Abstimmschaltung 120 gebildet, welche ein Ausgangszwischensignal, beispielsweise bei Frequenzen von 41,25 bzw. 45,75 MHz abgibt. Obgleich das Programmaudiosignal codiert ist, kann der Tonträger für andere Zwecke, beispielsweise einen zusätzlichen Ton oder als ein Spezialkanal (barker channel) verwendet werden. Der Ausgang der Abstimmschaltung 120 ist mit einem Zwischenfrequenzverstärker 122 verbunden, dessen Ausgang an einen Videodetektor 124 angeschlossen ist, der das Grundbandvideosignal und einen 4,5 MHz-Tonträger abgibt.

Nimmt man zuerst an, daß ein nicht verschlüsseltes Programm empfangen wird / dann läuft die Videoinformation-v.durch einen Schalter 126 direkt zu einem Modulator 128, der ein Ausgangssignal abgibt, das in einem Fernsehempfänger verwendet werden kann. Das Audiosignal läuft durch ein Filter 129 und einen Verstärker 130, dessen Ausgang ebenso mit dem Modulator 128 verbunden ist. In der kommerziellen Fernsehbetriebsart läuft das gesamte Programm mit Ton und Bild in üblicher Weise durch. Der Decodierer hat keinen Einfluß auf die beiden Signale.

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Wird nun angenommen, daß ein Programm codiert oder verschlüsselt ist, dann wird der Ausgang des Videodetektors 124 mit einer Datentrennschaltung 132 verbunden, die Aus- * gangssignale mit drei unterschiedlichen Arten von Informationen abgibt. Tatsächlich erzeugt die Datentrennschaltung ein Signal, über das ein Vertikalbezugsmuster-Detektor 134 das Vorhandensein eines verschlüsselten Videosignals erkennen kann und über das ein Rückstellimpuls für den Synchroni sationsgenerator 136 erzeugt wird. Der Synchronisationsgenerator 136 gibt eine vollständige Folge horizontaler und vertikaler Synchronisationsimpulse ab, die erforderlich für eine ordnungsgemäße Steuerung der Videoinformation sind, sodaß diese auf einem Fernsehempfänger erkennbar dargestellt wird. Es werden ein Hörizontaltreibersignal, ein Vertikaltreibersignal, ein zusammengesetztes Synchronisationssignal und ein zusammengesetztes Austastsignal erzeugt. Der Synchronisationsgenerator 136 wird durch ein Taktsignal 138 gesteuert, das synchronisiert wird durch das Synchronisationsmuster, das als eines der drei Datenbytes in dem horizontalen Austastintervall übertragen wurde« Dieses Taktsignal steuert die Arbeitsweise des Synchronisationsgenerators in ordnungsgemäßer Weise unter der Gatterdurchschaltung durch die Vertikalmuster-Erkennungsschaltung.

Das dritte Ausgangssignal von der Datentrennschaltung 132 ist die Toninformation in Form zweier Datenbytes. Diese Information läuft zu einem ersten Schieberegister 140 und einem zweiten Schieberegister 142, deren Ausgänge beide mit einem Digital/Analog-Wandler 144 verbunden sind") dessen Ausgangssignal die Toninformation in analoger, d.h. üblicher Tonform, darstellt. Der Betrieb der Schieberegister wird durch den Taktgeber 138 und eine Zeitgabeschaltung 146 gesteuert, die durch den Horizontaltreiberausgang vom Synchronisationsgenerator 136 getaktet wird. Die Zeitgabeschaltung gibt einen intern erzeugten Takt ab, der aus zwei 15,734 KHz-Signalen mit entgegengesetzter Phase besteht, welche

abwechselnd die Schieberegister aktivieren; der Takt wird wie beschrieben gesteuert durch das Horizontaltreibersignal. Die Daten gehen in-die beiden Schieberegister in serieller Form und verlassen diese in Parallelform, in der sie durch den Digitalanalogwandler in die übliche Toninformation umgewandelt werden.

Das Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers 144 wird dem FM-Modulator 145 zugefügt, der das übliche FM-Signal abgibt, das normalerweise einem Fernsehprogramm zugeordnet ist. Der Ausgang des FM-Modulators 145 ist mit dem Modulator 128 sowie mit einer Frequenzvergleichsschaltung 147 verbunden. Die Basis für einen Frequenzvergleich ist das Horizontaltreibersignal, welches eine sehr spezielle Frequenz von 15,734 KHz besitzt. Dieses wird mit dem FM-Träger von 4,5 MHz dividiert durch 286 verglichen und eine etwa auftretende Differenz wird zur Regelung des FM-Modulators verwendet, sodaß dieser präzise auf seiner Frequenz steht.

Ein Invertierungsdetektor 148 ist ebenfalls mit dem Ausgang des Videodetektors 124 verbunden; das Vorhandensein eines invertierten Videosignals kann beispielsweise durch den Pegel der Zeile 23 in dem vertikalen Austastintervall bestimmt werden. Die Art, wie ein Videoinvertierungssteuersignal an einen Empfänger übertragen wird, kann verschieden sein. Ein derartiges Signal kann beispielsweise einen Teil einer horizontalen Zeile in dem vertikalen Intervall einnehmen oder es kann mit einer Adresseninformation in einer Weise übertragen werden, wie dies in den tJS-PSen 4 145 717 und 4 112 464 gezeigt ist. Der Ausgang des Invertierungsdetektors 148 ist direkt mit dem Modulator 128 verbunden, wo eine Invertierung des Videosignals abhängig von Invertierungen des Signals am Sender bewirkt wird.

Der Schalter 126 empfängt alle erforderlichen Synchronisationsinformationen von dem Synchronisationsgenerator 136. Dieser Schalter läßt das Videosignal durch, außer während

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der Gattertastung, während des horizontalen und vertikalen Austastintervall, während denen nur die Synchronisationsinformation von dem Synchronisationsgenerator 136 durchgelassen wird. Somit wird das vom Schalter 126 abgegebene Ausgangssignal das Videosignal in ausgesendeter Form sein mit entsprechend richtig eingesetzter^:Synchronisationsinformation, wobei das Ausgangssignal nachfolgend entweder invertiert wird oder nicht, abhängig von dem Zustand des Invertierungsdetektors 148. Im Falle einer Signalinvertierung muß auch die Synchronisation invertiert werden, welche Funktion ebenfalls durch den Schalter 126 übernommen wird.

Wie zuvor angegeben, wurde das Videosignal durch Hinzufügen der senderseitig weggelassenen Synchronisationsinformation wieder hergestellt. Das Videosignal wird abhängig vom Ausgangssignal des Invertierungsdetektors invertiert oder nicht. Die Toninformation wird festgestellt, in Analogform umgewandelt und auf einen geregelten FM-Träger aufgesetzt. Der Decodierer bzw. die Datentrennschaltung ignoriert den wechselnden Pegel der drei Datenbytes, wie er d'jrch den Datenschwingungsgenerator hervorgerufen wurde und ignoriert in ähnlicher Weise jegliche Erhöhung eines der drei Datenbytes unter Steuerung durch den Zufallsdatenmodulator. Dies wird durch entsprechende Vorspannungssteuerung in der Datentrennschaltung erreicht. Ein· Empfänger ohne einen geeigneten Decoder kann jedoch derartige Änderungen in dem Signalpegel während der horizontalen Austastintervalle nicht übergehen und ist somit wie beschrieben nicht in der Lage, sich auf irgendein wiederholendes Signal zu synchronisieren.

Die Vertialbezugsmuster-Erkennungsschaltung ist vorgesehen, um das binäre Bezugsmuster zu erkennen, das durch das Speicherregister 68 in dem Audio- und Bezugsdatenprozessor erzeugt wird. Wie zuvor angegeben, bewirkt eine derartige Erkennung, daß der Decodierer in der beschriebenen Weise arbeiten kann.

Claims (9)

P 16/262 Patentansprüche

1. Einrichtung zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Video- und Audiosignalen, ge kennzeichnet durch

a) beim Sender

(1) eine Vorrichtung (10) zum Ableiten von Takt- und internen Zeitgabesignalen aus dem Videosignal,

(2) eine Vorrichtung (12), die von den internen Zeitgabesignalen gesteuert wird und digitale Audiodaten während horizontaler Zeilen des Videosignals erzeugt,

(3) eine Vorrichtung zur Erzeugung von ein Entschlüsslertaktsignal darstellenden Daten,

(4) eine Vorrichtung (38) zum Unterdrücken des Videosignals während Horizontal-Austastintervallen,

(5) eine Vorrichtuncr (16) zum Einfügen der digitalen Audiodaten und der Entschlüssler-Taktsignaldaten in unterdrückte Hörizontal-Austastintervalle,

b) beim Empfänger:

(1) eine Vorrichtung (136) zur unabhängigen Erzeugung von Horizontal-Synchronisationsimpulsen,

(2) eine Vorrichtung (132) zur Feststellung der Entschlüssler-Taktsignaldaten und zur Verwendung dieser Daten zur-Steuerung des Synchronisationsimpulsgenerators (136) ,

(3) eine Vorrichtung (140 - 146) zur Feststellung der digitalen Audiodaten und zur Erzeugung eines wiederhergestellten Audiosignals,

(4) und eine Vorrichtung (128) zum Kombinieren des übertragenen Videosignals, des wiederhergestellten Audiosignals und der Horizontal-Synchronisierimpulse zu Video- und Audiosignalen, die in einem Fernseh-

empfänger anwendbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beim Sender eine Vorrichtung (14) zur Erzeugung von Vertikal-Bezugssignaldaten,und eine Vorrichtung (102) zum Unterdrücken des Videosignals während Vertikal-Austastintervallen und zum Einfügen der Vertikal-Bezugssignaldaten in die unterdrückten Vertikal-Austastintervalle vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß beim Empfänger eine Vorrichtung (134) zur Feststellung der Vertikal-Bezugssignaldaten und eine Vorrichtung zum Anlegen der festgestellten Vertikal-Bezugssignaldaten an den Synchronisationsimpulsgenerator (136) vorgesehen sind, um dessen Arbeitsweise bei der Erzeugung sowohl von Horizontalals auch Vertikal-Synchronisationsimpulsen zu steuern.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (12) zur Erzeugung digitaler Audiodaten zwei Tonabtastungen pro Horizontalzeile durchführen.

5. Einrichtung zur Entschlüsselung von Fernsehsignalen, bei der die Synchronisierungsinformation während der Video-Horizontal- und Vertikal-Austastintervalle unterdrückt und digitale Tondaten und Taktdaten in horizontale Austastintervalle und vertikale' Bezugssignaldaten in Vertikal-Austastintervalle eingesetzt wurden, gekennzeichnet durch

a) einen Synchronimpulsgenerator (136),

b) eine Vorrichtung (132) zur Feststellung der Taktdaten und der Vertikal-Bezugssignaldaten und zum

Anlegen derselben zur Steuerung des Synchronimpulsgenerators (136), damit Synchronisationsimpulse zur horizontalen und vertikalen Synchronisierung eines Videosignals erzeugt werden,

c) eine Vorrichtung (140 - 146) zur Wiederherstellung eines verwendbaren Audiosignals aus den digitalen Tondaten und

d) eine Vorrichtung (128) zum Kombinieren des wiederhergestellten Audiosignals,der Horizontal- und Vertikal-Synchronisationsimpulse und des Videosignals zu einem Fernsehsignal, das in- einem üblichen Fernsehempfänger verwendbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Taktdaten in dem Videosignal-Horizontal-Austastintervall in binärer Form übertragen werden.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Vertikal-Bezugssignaldaten in dem Videosignal-Vertikal-Austastintervall in binärer Form übertragen werden.

8. Einrichtung zur Verschlüsselung von Video- und Audiosignalen, gekennzeichnet durch

a) eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Synchronisierinformationen während Video-Horizontal-Austastintervallen,

b) eine Vorrichtung zum Einfügen digitaler Tondaten und Entschlüsslertaktdaten in die unterdrückten Horizontal-Austastintervalle und

c) eine Vorrichtung zum Anlegen einer Sinusamplitudenmodulation mit annähernder Zeilenfrequenz an den Tonträger, um zu verhindern, daß der Farbhilfsträger für

eine Empfängersynchronisation verwendbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinusamplitudenmodulation eine Mittenfrequenz von 15,75 KHz und eine Frequenzschwankung in der Größenordnung von ± 30 Hz hat.