CN1109440C - 用于改善视频信号的色同步信号修改的效果的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
在已知的用于防止视频信号记录的彩条处理中，修改有效视频每行上呈现的色同步信号，以便任何后续的视频信号的录像带记录产生色彩逼真度的变化，使其出现讨厌的色误差的条或带。本发明通过仅在色同步信号一部分上修改色同步信号的相位的组合来改善这种彩条处理。附加改善可以通过引入朝水平同步的后沿和朝有效视频的起点展宽正常色同步信号包络的技术来得到。这些技术在改善NTSC和PAL彩色制式的彩条处理的性能方面是有用的。然而，附加改善的说明是关于PAL制式的，用来控制相位修改以避免干扰所谓的PAL ID脉冲。这种避免降低PAL ID脉冲质量的做法改善了PAL格式中的彩条信号的播放性能。
Description
技术领域
本发明涉及处理视频信号的方法和设备，特别是用于改善视频信号的色同步信号分量的相位调制效果(用于视频复制保护)。
本申请是1995年5月9日由Roanld Quan和John O.Ryan提出的顺序号为08/438,155的名为“用于消除视频信号的色同步信号修改效果的方法和装置”的部分继续申请。
本申请要求以下美国临时申请的权益：1996年1月16日由WilliamJ.Wrobleski提出的顺序号为60/010,015的名为“用于修改色同步信号以禁止录像带记录的改进设备和方法”的申请；1996年1月29日由WilliamJ.Wrobleski提出的顺序号为60/010,779的名为“用于修改色同步信号以禁止录像带记录的先进色同步信号和设备”的申请；1996年3月26日由WilliamJ.Wrobleski提出的顺序号为60/014,246的名为“使用先进的分离色同步信号系统的用于视频记录的复制保护的系统和方法”的申请；1996年6月28日由William J.Wrobleski提出的顺序号为60/024,393的名为“用于PAL彩色视频信号的复制保护的方法”的申请；1996年7月12日由William J.Wrobleski提出的顺序号为60/021,645的名为“用于PAL彩色视频信号的改进复制保护的方法”的申请。以上待审申请作为参考文件被列出作为参考。
背景技术
目前已经开发了各种复制保护技术，通过修改视频信号来防止复制或者减小复制的盒式录像带的娱乐价值(有效性)，同时使上述信号在电视接收机或监视器上只有最低程度的或没有可视的干扰现象(artifacts)。
视频复制保护被定义为这样一种系统：经复制保护的视频信号能够以最小程度的或没有可视的干扰现象被观看，而这种信号记录的回放是不可能的或者只有明显变差的娱乐价值。复制保护与视频加扰不同。视频加扰是指视频信号是不可观看的。加扰信号可以是可记录的，但除非该信号已经被解扰，否则这种记录的回放仍然是不能观看的。
已知的视频信号复制保护方案是：1986年12月23日授权的美国专利第4,631,603(′603)号(专利权人John O.Ryan把该专利转让给了Macrovision，这里作为参考文件引出)。′603专利的技术方案是：修改模拟视频信号以禁止制作可接受的视频记录。该专利公开了把若干脉冲对加到视频信号垂直消隐间隔的通常不用的行上的技术，其中，每个脉冲对是负脉冲后面紧接正脉冲。其效果是干扰记录这种信号的VCR(盒式录像机)的AGC(自动增益控制电路)，使回放记录信号时呈现过暗图像，从而使记录信号不能观看。
另一种已知的复制保护是：1986年3月18日授权的名为“处理视频信号的方法和设备”的美国专利第4,577,216(′216)号公开文件(专利权人是JohnO.Ryan，这里作为参考文件引出)，该专利公开了修改彩色视频信号以禁止可接受的视频记录的制作的技术方案。传统的电视接收机从修改后信号中产生正常彩色图像。然而，来自后续录像带记录的最后彩色图像则出现作为色误差的条或带出现的色保真度变化。这种变化被俗称为“彩条TM系统”或者“彩条TM处理”。根据该专利原理的商业实施例通常限制每场具有引入的色误差或彩条的视频行的数目。
′603专利的原理可在模拟盒式录像带复制、各种数字传输、和诸如DVD和DVCR的录像机回放系统、利用数字置顶解码器的卫星业务中使用。′603专利的原理依赖于录像机的AGC的操作。盒式录像带复制设备中使用的录像机做了特别修改，以便不依赖该AGC操作就可以工作，因而可以记录复制保护的信号。彩条TM系统依赖于盒式录像机的色时基记录系统。根据′216专利的原理修改记录信号的复制盒式录像机是不经济的。因而，彩条系统主要用于传输系统；用到DVD录像机和回放机的输出；和用到DVCR机的输出。下面详细讨论彩条系统如何应用到这些系统中。
彩色视频信号(NTSC和PAL TV系统中的信号)包括所谓的色同步信号。该彩条系统修改色同步信号。TV发射机的色副载波信号的抑制需要彩色电视接收机包含一个振荡器(在NTSC中，为3.58MHZ振荡器)(在PAL中，为4.43MHZ振荡器)，该振荡器在解调期间使用，用于再插入连续的彩色副载波信号和把彩色信号恢复到其原始形式。对色彩再现来说，这种再插入的副载波信号的频率和相位是非常严格的。因此，必需同步彩色电视机的本地3.58MHZ或4.43MHZ振荡器，使其频率和相位与发射机的副载波信号相一致。
这种同步通过在水平消隐脉冲的后沿时间间隔发送发射机的3.58MHZ和4.43MHZ副载波信号的少量的采样信号来完成。图1A示出了一个NTSC彩色电视信号的水平消隐时间间隔。图1B和图1C详细地示出了视频信号两行上的色同步信号。NTSC的连续两行上的色同步信号相位彼此相差180度。水平同步脉冲、前沿和消隐时间期间与黑白电视机的基本相同。然而，在彩色电视发送期间，将要用作色同步信号的3.58MHZ(在NTSC中)副载波的9个周期被叠加在后沿上。该色同步信号被称作“色同步信号”或“色同步(burst)”。色同步信号峰到峰幅值(所示的用于NTSC为40IRE)通常与水平同步脉冲的幅值相等。
图1B是图1A所示的包含实际色同步信号周期的一部分波形的放大图。在彩色电视机消隐时间期间，该色同步信号紧随每个水平同步脉冲发射。水平消隐时间和色同步信号的类似特征也在PAL信号中出现。下面详细讨论PAL与NTSC间的差别。
色同步信号与NTSC信号的彩色分量的相位关系在图1D中示出。NTSC彩色系统基于R-Y和B-Y或者I和Q系统的正交调制系统工作。为了便于说明，我们将讨论R-Y和B-Y系统。从图1D可以看出：R-Y轴是垂直轴，B-Y轴是水平轴。色同步信号被指定在B-Y轴上，并且位于相对图1D所示的0度点的180度点。色调制解调处理取决于图1D的矢量图中所示的各种彩色分量与色同步信号代表的参考副载波之间的相位关系。′216专利所述的彩条处理和以下说明代表产生复制保护信号的对这种相位关系的修改，该复制保护信号具有使信号记录失去其娱乐价值的效果，同时使该复制保护过的信号可由电视接收机或监视器显示而没有干扰现象(可播放性)。
色同步信号与未修改的PAL信号的彩色分量间的相位关系在图2C中示出。与NTSC类似的PAL彩色系统在基于U轴和V轴的正交调制系统上工作。从图2C可以看出：V轴是垂直轴，U轴是水平轴。NTSC彩色系统与PAL电视系统间的一个主要区别是色同步信号的矢量位置不同。PAL色同步信号被指定处在相对0度点离-U轴的+/-45度上，如图2C所示。在隔行基础上V信号在相位上切换180度。这些V信号的每一个的色同步信号同步切换。在具有+V信号的行上，色同步信号处在相对U轴的+45度上。在具有-V信号的行上，色同步信号处在相对U轴的-45度上。色调制解调处理取决于图2C的矢量图中所示的各种色分量与色同步信号代表的参考副载波之间的相位关系。所谓的摆动色同步脉冲用于生成解调处理中的PAL ID脉冲，以便适当地切换解调处理以响应信号的V部分的逐行变化。由于PAL电视信号的独特的特征，因此有改进′216专利所述的彩条处理的需要，以便改进为产生这样一种复制保护信号，该复制保护信号具有产生失去欣赏价值的信号记录的效果，同时使在电视接收机或监视器的显示不产生干扰现象。对PAL彩色电视机系统的进一步说明参见McGraw HillBook(UK)(Maidenhead，Berkshire，England)有限公司出版的，Geoffrey Hutson，peter Shepherd，和James Brice等人所著的“彩色电视机”。
在彩条处理的实施例中，在垂直消隐时间期间，在具有的色同步信号的视频行中不出现色同步相位(条纹)修改。在NTSC信号中有10至21条行，在PAL信号中有也有相应的行。保持这些修改的行的目的是改进修改后信号的可播放性能。由于这些行在记录回放时是不可视的，因此修改这些行得不到改进的效果。彩条修改(色同步相位的调制)的先前的商业实施例在可观看的TV场的四至五个视频行的带中出现，上述带的后面是没有彩条调制的八至十个视频行的带。所述的带位置在各场间是固定(稳定)的。该彩条处理被认为对有线电视相当有效，特别是在该彩条处理与以上讨论的′603专利的技术相结合时的情况中。
在NTSC TV中，色同步的开始由色同步信号幅值的50％或50％以上的副载波(色同步信号)第一个半周期之前的过零点(正或负斜率)确定。应指出，彩条处理就是移动相对于图1B所示各色同步信号周期标称(正确)位置的各色同步信号周期的相位。相移后的色同步信号在图1D中示出。图1C所示的相移量可以是大至180°(最大可能)。
此处，彩条处理中的相移量可以从例如20°变化到180°；相移越大，则彩色偏移方面的视觉效果就越大。
在任何一个复制保护系统中，需要在使复制变差的复制保护信号的有效性与对复制保护信号可播放性方面的无可视效果的需要之间有适当的平衡。然而，当显示具有′216专利实施例的信号时，某些电视机可能产生轻微的可播放性的问题。尤其是，已经发现电视接收机的彩条在对电视屏幕的某些“画中画”(“p-i-p”)部分是特别明显能看到的。这些系统使用模-数转换和数-模转换技术来实现“p-i-p”性能，这种性能可能对′216实施例的相位错误敏感。因此，本发明的目的是提供一种改进的修改彩色视频信号的方法和设备，以便传统的电视接收机从其修改信号中显示正常彩色图像，包括正常的画中画图像，而从该修改的信号记录的录像带信号则呈现烦人的色彩干扰，从而阻止或禁止该信号的录像带记录。
其它的各种彩条处理也是可能的。
发明内容
本发明提供一种方法和设备，它满足对改进的修改彩色视频信号的方法和设备的需要，使得传统的电视接收机从修改信号中显示包括正常画中画的正常彩色图像，而从修改信号记录的录像带信号则呈现烦人的色彩干扰，从而阻止或禁止该信号的录像带记录。
本发明人已经确定了对上述的美国专利第4,577,216号的技术进行各种改进的可能性，尤其是确定了与电视接收机或监视器的信号可播放性有关的各种改进。
在第一个实施例中，认为完全修改色同步信号是不必要的。对普通的市售电视机和VCR来说，仅部分修改或调制某些色同步信号对形成复制保护信号是非常有效的，而且还改善了电视接收机和监视器的可播放性。
第二实施例通过把色同步信号向前扩展到电视信号的所谓的过渡肩(breezeway)部分来改善修改信号的可播放性。
第三实施例通过把超出正常结束点的色同步信号恰好扩展到有效视频信号之前来改善可播放性。对第二和第三实施例来说，修改或调制过的同步信号与未修改或未调制同步信号的各种组合用来使复制保护的有效性和修改信号的可播放性最佳。
在NTSC彩色系统的第一至第三实施例的每一个中，经修改信号的相位一般离标称色同步位置180度。其它的相位角也可以使用。这三个实施例在PAL彩色系统中也是有用的。
然而，这里还说明了利用PAL系统与NTSC系统的差别的特定实施例。在PAL实施例中，修改的行包括：或者相对正常行色同步信号相位角作+90度的相移或者相对正常行色同步信号相位角作-90度的相移。各种PAL实施例之间的差别是行修改的序列。
当然，在这些实施例的每个中，发现不是必须要修改或调制所有特定彩条色同步脉冲。
具体来讲，按照本发明的一个方面，提供了一种禁止视频信号的可接受的视频记录的制作的方法，具有改善的被修改视频信号的可播放性，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和相位的色同步信号，其特征在于，该方法包括以下步骤：修改比每个色同步信号的所述预定持续时间整个部分小的部分的相位，使其不同于所述预定相位，从而禁止所述视频信号的可接受的视频记录的制作。
按照本发明的另一个方面，提供了一种禁止视频信号的可接受的视频记录的制作的方法，具有改善的被修改视频信号的可播放性，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和预定相位的色同步信号，其特征在于，该方法包括以下步骤：扩展所述色同步信号的预定持续时间；以及，修改每个色同步信号扩展的持续时间的一个或多个部分的相位为不同于所述预定相位，从而禁止所述视频信号的可接受的视频记录的制作。
按照本发明的再一个方面，提供了一种禁止PAL视频信号的可接受的视频记录的制作的改进方法，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和预定相位的色同步信号，其特征在于，该方法包括以下步骤：修改所述色同步信号的相位，使具有所述修改信号的相位矢量的所述多个行中的平均值与具有适当色同步信号的相位矢量的多个行中的平均值相差约180°，从而禁止所述视频信号的可接受的视频记录的制作。
按照本发明的再一个方面，提供了一种用于禁止视频信号的可接受的视频记录的制作的修改视频信号设备，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和预定相位的色同步信号，其特征在于包括：色同步门，用于产生送至复制保护插入装置的色同步选通信号；行选择器，用于产生行计数，以对所述复制保护插入装置指示哪些视频信号的行是要修改的；副载波处理器，用于修改所述色同步信号预定持续时间的一部分；以及，接到所述复制保护插入装置的视频输入端子，其中来自所述副载波处理器、色同步门和行选择器的各输入的组合修改所述视频信号以便产生一复制保护视频信号，从而禁止该视频信号的可接受的视频记录的制作。
按照本发明的再一个方面，提供了一种限制对介质上已预记录的数字视频信号进行模拟记录的设备，所述的数字视频信号作为编码模拟视频信号被回放和输出，其特征在于包括：一个集成电路，用来实现：添加复制保护信号，所述复制保护信号的相位被控制，以使原先置在多个行上的适当色同步信号的相位矢量的平均值与用于所述模拟视频信号的多个连续行的具有所述修改的色同步信号相位矢量的所述多个行中的平均值相差约180°。
附图说明
根据下面的说明和附图，将会更好地理解本发明的其它特点、方面、和优点。
图1A至图1C示出了标准的NTSC TV波形；
图1D示出了未修改NTSC信号的矢量图；
图2A示出了标准的PAL TV波形；
图2B和图2C示出了未修改PAL信号的矢量图；
图3A至图3E示出了显示本发明的彩条处理的第一实施例的各种形式的波形；
图4A至图4B示出了显示本发明的彩条处理的第二实施例的各种形式的波形；
图5A至图5E示出了显示本发明的彩条处理的第三实施例的各种形式的波形；
图6A至图6C示出了不使用任何修改的色同步而使用分离色同步概念的实施例的波形。
图7示出了结合图3A至图3C、图4A至图4B和图5A至图5C中所述的实施例的示例性实施例；
图8A至图8D示出了显示本发明的彩条处理的第一PAL实施例的矢量图；
图9示出了显示本发明的彩条处理的第二PAL实施例的系列矢量图；
图10示出了本发明的PAL变形的示例性实施例；
图11示出了显示本发明的彩条处理的第四PAL实施例各种形式的波形；
图12示出了显示根据本发明的彩条处理的摆动色同步信号实施例的波形图；和
图13A和图13B示出了显示覆盖本发明的彩条处理的各种实施例的一般的和示例性的设备实施例方框图。
具体实施方式
下面说明修改彩色视频信号的改进的方法和设备的若干实施例，该方法和设备使传统的电视接收机从修改信号中显示包括正常画中画的正常彩色图像，而从修改信号记录的录像带信号则呈现烦人的色彩干扰，从而阻止或禁止信号的录像带记录。
首先说明所涉及的波形和方法。然后说明各种有关的电路。
下面说明本发明的各种彩条的方法。
每个实施例中的关键的发明构思是：发现不需要修改或调制所有特定彩条色同步脉冲。并发现仅修改或调制彩条色同步的一部分对用于标准VCR的复制保护信号仍然有效。此外，还发现减少调制或修改的色同步信号的一部分能改善电视接收机或监视器的复制保护信号的可播放性。仅修改或调制特定色同步信号一部分被俗称为分离色同步信号。这种分离色同步信号构思的各种变型包含在下述的各种实施例中。
图3A至图3E示出了包含在色同步信号标准位置内的分离色同步信号的各种形式。这种色同步信号的标准位置在图1D(用于NTSC)和图2B和图2C(用于PAL)中示出。
图3A示出了具有完全色同步修改或调制的色同步信号(阴影线指修改的色同步信号)。图3C示出了另一种色同步信号，它具有接近一半未修改的正常色同步信号持续时间的第一部分，正常色同步信号持续时间的其余部分为阴影线所示的修改或调制色同步相位的部分。相位修改量可以是与正常相位最小相差20度到与正常相位最大相差180度。
这种替换可以仅是特定色同步信号的一部分。例如，在NTSC色同步信号的标准的八至十个周期中，可以替换例如前五个周期、后五个周期、或任何其它的组合，例如，四至六个周期。替换的周期不必连续；可以隔一周期进行替换，则彩条周期插入分布在正常色同步信号周期中间。还能够把正确色同步信号周期加到其正常位置之外，并与水平同步脉冲叠加，这是因为VCR将检测它们。当然，只需要对特定色同步脉冲信号的一部分进行替换的本发明人的构思构成了本发明的一部分。此外，部分替换也适用于下述的其它实施例。
图3B示出了分离色同步信号的一种形式，其中修改部分在正常色同步持续时间的第一部分内，未修改部分在正常色同步持续时间的在后部分内。
图3D和图3E示出了再一种分离同步信号的形式，其中未修改色同步和修改色同步部分以夹层方式设置在正常色同步信号持续时间内。图3E示出的是：未修改部分位于正常色同步持续时间的两端，修改部分处于中部。修改部分与未修改部分的量值根据上述的有效性与可播放性之间的最佳平衡情况调整。
图3D示出了：未修改色同步和修改色同步部分以另一种夹层方式设置在正常色同步信号持续时间内的情况。图3D示出的是：修改或调制部分位于正常色同步持续时间的两端，未修改部分处于中部。修改部分与未修改部分的量值根据上述的有效性与可播放性之间的最佳平衡情况调整。
图4A和图4B示出了俗称为超前分离色同步的彩条处理的形式的实施例。在这些形式中，确定了这样一种情况：通过把存在色同步信号(修改或未修改的)的后沿中的区域提前可以改善可播放性。
图4A示出了超前概念与分离色同步信号的基本结合。在这个特定形式中，色同步包络向前扩展到水平同步的后沿。如图4A所示，色同步信号包括：从水平同步信号的后沿到正常色同步信号持续时间的一部分的修改或调制色同步信号。正常色同步持续时间的其余物具有未修改的色同步部分。
图4B示出了超前分离色同步信号的另一种形式。这里，色同步信号包络开始于水平同步持续时间的期间延续到正常色同步信号持续时间。在前述的超前分离色同步信号的形式中，正常色同步信号持续时间内的其余色同步信号是未修改色同步信号。
NTSC系统中具有超前分离色同步信号的优点之一是：VCR中的色同步信号的检测区域倾向于比电视接收机或监视器中的色同步信号的检测区域更接近水平同步的后沿。因此，在具有超前分离色同步信号的NTSC系统中，VCR倾向于锁定在修改信号上，而电视接收机倾向于锁定在未修改信号上。
图4A和图4B示出了在超前色同步信号的第一部分中具有修改或调制模型的超前分离色同步信号。应该明白的是(下面将进行说明)超前分离色同步信号的组合使用上述的“夹层”方案，它是彩条系统的另一种可能的变形。
图5A至图5E示出了分离色同步信号系统的另一实施例。正如图5A至图5E所示的那样，其优点为具有可以扩展直到水平消隐区域的前沿区域的点的向前扩展的正常色同步包络。还发现具有使超出正常色同步信号持续时间的正常色同步信号包络向有效图像区域扩展的优点。这种正常的扩展只受最大水平消隐区域和有效视频的起点的限制。图5A示出了正常的未修改的色同步信号。图5B示出了带有正常色同步信号端部的标记的扩展色同步信号。扩展时间部分可以有正常色同步信号或者修改或调制的色同步信号。图5C示出了一种色同步信号的例子，在前面部分含有正常色同步信号，在后面部分包含内含修改或调制的色同步信号的扩展部分。图5D示出了相反的情况。修改色同步信号与未修改色同步信号之间转换的点是可变化的，它根据上述的有效性与可播放性之间的最大平衡的实验结果来确定。
图6A至图6C示出了对未修改的色同步的区域的色同步信号进行修改的实施例，然而，当正常色同步信号包络的宽度变窄时，分离色同步的方案占上风。在这个实施例中，色同步信号的周期数被减少。如图6A至图6C所示，在正常色同步信号窗口内改变缩短的色同步信号的位置。在含有这种修改的行上，对彩色逼真度的干扰将在该信号的记录中发生，但保持电视接收机或监视器内的可播放性。
图3A至图3E，图4A至图4B，图5A至图5E和图6A至图6C所述的每个实施例适用于NTSC彩色格式和PAL彩色格式。
图7示出了结合上述实施例要素的NTSC示例性实施例。该NTSC示例性实施例称作超前转换色同步(ASB)，它具有对上述实施例的各种组合编程的能力。色同步包络包括三个区段。区段1(色同步开始)开始于水平同步前沿之后的4.96微秒。区段1在正常色同步开始之后的1.48微秒之后结束。区段2在区段1的终点开始和结束。在这个特定实施例中，没有区段2。区段3开始于区段2点之后并向色同步终点扩展1.48微秒。因此，在这个特定实施例中，色同步信号具有4.96微秒的宽度。区段1区域将包含修改的(反向180°)副载波。正常相位副载波在区段2(零持续时间)和区段3中使用。
如上所述，色同步信号区域中的含有修改或反向副载波的行数被限制为其后面是色同步信号中不含修改或反向副载波的更大组的行的行组。上述的示例性实施例可以在两种基本形式中得到。一种被称作2行形式，第二种称作4行形式。表1a示出了用于NTSC彩条TM测量的示例性实施例。表1b示出了两种行数组合。其它组合也是可能的。该示例性实施例是朝着发现上述的可播放性和有效性的最佳结合进行实验工作的结果。
表1a
525/60/NTSC测量的概述
注1：起点和终点必须是使缺省配置的总色同步持续时间为2.96+0.15/-0.07。
| 参数 | 测量(S) |
| 色同步正常起始点(彩条行) | 5.3±0.15 |
| 色同步超前起始点(彩条行) | 4.96±0.15(注1) |
| 包络上升时间10％-90％ | 0.3+0.1/-0.2 |
| 包同步起点到第一相位转换点 | 1.48±0.07 |
| 第一到第二相位转换点 | 0 |
| 第二相位转换点到色同步的终点 | 1.48±0.15(注1) |
| 包络线下降时间10％-90％ | 0.3+0.1/-0.2 |
表1b
加入超前分离色同步信号波形的行号(NTSC)
| 条纹号12 | 超前分离色同步信号4-行形式(21-行间隔) | 超前分离色同步信号2-行形式(17-行间隔) | ||
| 条纹中第一行 | 条纹中的第一行 | |||
| 场1 | 场2 | 场1 | 场2 | |
| 2445 | 297318 | 3047 | 301318 | |
| 345678910111213 | 6687108129150171192213234 | 339360381402423444465486507 | 648198115132149166183200217234 | 335352369386403420437454471488505 |
如上所述，这些实施例适用于NTSC系统以及PAL系统。然而，由于PAL使用稍微不同于NTSC的色同步信号，因此下面仅说明PAL彩条系统的四个实施例。
标准PAL彩色信号具有与标准NTSC信号明显不同点。这些不同点的一些涉及使用的扫描标准。这些扫描的不同造成需要不同副载波频率。然而，最明显的区别是摆动(swinging)色同步信号和场内的相邻行间的交变相位关系的使用。图2A示出了一种用于PAL彩色电视信号的水平消隐时间。图2B和图2C示出了PAL制式中彩条信号色同步详细的矢量显示。本技术领域的熟练人员会明白在逐行基础上的每个彩色分量的V分量中有180度变化。此外，从图2C可以看出，在逐行基础上的色同步信号中有相应的相位变化。当色同步为相对U轴+45度点时出现的色同步信号分量和彩色分量是所谓的NTSC行。当色同步为相对U轴-45度点时出现的色同步信号分量和彩色分量是所谓的PAL行。
在NTSC制式中，色同步信号的相位是对彩色信号0度相位基准的180度。然而，对PAL信号来说，色同步信号还必需识别传输期间在隔行上作180度转换的副载波相位的V部分。因此色同步相位也在隔行上转换，并且在NTSC行上为135度，在PAL行上是225度。因而接收机的PAL行识别可以通过180+/-45度转换或摆动色同步信号的相位检测来实现。参见图2B，色度信号关于U轴转换，以便例如当色同步信号为135°时蓝色信号以相对0°约为350°在行上出现。当色同步信号处于225°时蓝色信号在行上相对0°约为10°。
本发明的一个实施例利用了上述的四行彩条组。在未修改信号中，该四行组的第一行有图8A所述的135度的所谓的NTSC色同步角。该四行组的第二行有图8B所述的225度的所谓的PAL色同步角。相同的图形在四行图形的第三和第四行中重复。剩余的行采用同样的正常图形。
然而，本发明的实施例具有图8A至图8D虚线所示的修改的四行图形中的相位角。行1和行2的所谓的NTSC色同步角被移动90度到45度角。行3和行4的所谓的PAL色同步角被移动90度到315度角。本发明不局限于四行序列。对2、4、6、8、或更多的行序列也是有效的。
该复制保护方法的优点是：由与U轴相差+/-45度而生成的所谓的PAL ID脉冲图形未被修改。图8A至图8D所示的相对V轴的相位角的变化不影响电视接收机。然而记录VCR中的色时基处理被这种相对标准信号的变化所干扰。只要PAL ID脉冲不被干扰，该实施例的变型可以包括除90度外的各种相位角的变化。
另一实施例在图9的矢量图中示出，在具有正常色同步信号的行间，具有色同步信号的一个行改变。经实验性试验，发现修改信号的可播放性可以通过使用信号修改的一个行形式的变型来改善。作为场的五行部分中的例子，第一行可以是修改的NTSC行，后面依次是未修改的PAL行、修改的NTSC行、未修改的PAL行和最后为另一个修改的NTSC行，该五行序列在图9的最后5个矢量图中示出。该五行序列还可以有带未修改的NTSC行的修改PAL行。该五行序列还可以是较少数量的行或较大数量的行。通过实验发现：对TV监视器可播放性目的来说需要用未修改行的约34行组。
该复制保护方法的优点是：由U轴+/-45度生成的所谓的PAL ID脉冲图形未被改变。图8A至8D所示的相对V轴的相位角的变化不影响电视接收机。然而记录VCR中的色时基处理由这种相对标准信号的变化引起彩色相位误差。只要PAL ID脉冲不被干扰，该实施例的变动可以包括除90度外的各种相位角的变化。
表2a和图10示出了PAL的彩条测量的示例性实施例。表2b示出了两种行号的配置。在表2a中，行号表示第一行和两或三行序列。在两行序列中，有2行包含修改色同步信号，其后是未修改色同步信号的32行。在三行序列中，有三行包含修改的色同步信号，其后是未修改色同步信号的31行的修改色同步信号。其它组合也是可能的。示例性实施例是朝着找到上述的可播放性和有效性的最佳结合进行实验工作的结果。
表2a
625/50/PAL测量的概述
注1：起点和终点必须是使缺省配置的总色同步持续时间为2.25+0.15/-0.07。
| 参数 | 测量(±S) |
| 色同步正常起始点(彩条行) | 5.6±0.15(注1) |
| 色同步超前起始点(彩条行) | 4.96±0.15 |
| 包络上升时间10％-90％ | 0.3+0.1/-0.2 |
| 包同步起点到第一相位转换点 | 1.185±0.07 |
| 第一到第二相位转换点 | 0 |
| 第二相位转换点到色同步的终点 | 1.85±0.15(注1) |
| 包络线下降时间10％-90％ | 0.3+0.1/-0.2 |
表2b
引入彩条短脉冲串波形的行号
注释：
| 彩条色同步2或3-行形式(34-行间距) | ||
| 彩条中的第一行 | ||
| 彩条号12345678 | 偶数场276195129163197231265 | 奇数场356390424458492526560594 |
1.该表使用CCIR625/50/PAL行编号协议。从上述的奇数场行号减去313以获得对“奇数场/L312”格式的“奇数场/L1”中的行号。
2.表中列出的行号是适当的2或3行序列的第一行。
3.上述结构处于Rev6.1程序设计范围内。
图11示出了PAL彩条系统的另一实施例。该实施例包含使用正常色同步信号包络的在后部分中的修改部分的分离-色同步的构思。修改区域的相位是0°或相对于正常PAL色同步相位信号的平均位置的-U。在前面的实施例中，修改的相位角不干扰修改区域中的所谓的PAL ID脉冲。在该实施例中，PAL脉冲在未修改部分中保持，而色副载波脉冲被修改色同步信号干扰，所述的修改色同步信号具有与摆动色同步信号的平均值相差180°的相位角(相反)。该实施例是有效的复制保护系统。
图12示出了用于PAL彩条系统的另一实施例。该实施例包含使用正常色同步信号包络的在后部分中的修改部分的分离-色同步构思。未修改区域的相位角是用于特定行的正常摆动色同步信号相位角。修改部分具有设定为与相反摆动色同步信号角[(ΦB)或(ΦA)]的摆动色同步信号角[(ΦA)或(ΦB)]相差180°的相位角。例如在图11所示的行1中，未修改色同步区域具有正常摆动同步信号角(135°)，和修改的色同步区域具有45°角(与相反行的摆动色同步信号的225°角相差180°)。在序列的行2中，未修改色同步信号处于其正常的225°角。修改部分具有335°的色同步相位角(与相反行的摆动色同步信号的135°相差180°)。
在前面的实施例中，修改的相位角不干扰修改区域中的所谓的PAL ID脉冲。在该实施例中，PAL脉冲保持在未修改的部分中，而色副载波脉冲被修改色同步信号(具有与摆动色同步信号平均值相差180°的相位角)干扰。该实施例为有效的复制保护系统。
在上述的包含超前或扩展的色同步信号包络的每个实施例中，带有贯穿色同步信号包络的正常色同步信号的行具有正常色同步宽度。然而，这一公开并不局限于那种条件。可以有这样一些条件：带有色同步信号的行将含有超前和扩展的色同步包络，而不管色同步是否有任何相位修改或调制。
附加的实施例用来修改水平同步宽度和/或位置。一个例子把同步宽度缩小1至2微米，和用扩展的色同步信号填充扩展的消隐区域。另一个例子把水平同步信号加宽1至2微秒，和用扩展色同步信号填充扩展的水平同步。再一个变型是移动水平同步的前沿1-2微秒，然后用修改色同步信号加到扩展后沿。这些附加实施例的每个用于改善可播放性，而对复制保护有效性具有最小的影响。
数字磁带录像机和数字回放装置现在正在成为消费者在商场上可得到的产品。为了保持与模拟视频广播信号和模拟磁带录像机的兼容性，这些用户数字磁带录像机和数字播放装置将是“混合”的数字和模拟系统。这些系统将具有当前模拟盒式磁带录像机的记录和播放模拟信号的能力，另一方面仍然具有等效数字能力。因此，这些新的混合数字磁带录像机将具有在内部把输入模拟信号修改成数字信号的能力，和在磁带或盘上记录作为数字数据流的数字信号。在回放期间，来自磁带或盘的数字数据流将作为用于数字电视机显示的数字信号被得到(目前还做不到)，或作为在混合录像带或磁带录像机内再转换成的传统模拟视频信号(如在美国使用的NTSC信号)而被得到。该系统在内部把接收的模拟信号转换成数字数据流的能力是重要的，这是因为当前没有用户可得到的数字视频节目材料的源(或者磁带或者广播)。
这种混合录像机使用不同于当前专业数字系统标准的“用户”数字记录格式。这种数字录像机将很可能包含传统的“前端”RF调谐器和输出侧上的RF调制器。就像传统的模拟VCR那样。(这里，模拟视频是指NTSC、PAL、SECAM或YC)。用户的数字记录标准基本上是数据结构连同实际磁带标准，所述的数据结构将视频信号表示为(二进制)数据位的流加上合适的误差隐藏编码。数字记录造成的问题
由于数字录像带或盘录像机和数字回放装置能够高保真重现，这将鼓励复制，因此把这种用户用录像机设计成能禁止或妨碍非授权记录是非常重要的。例如，防止使用录像机非法复制有版权的视频材料、和防止这种非授权复制材料的回放是非常重要的。现有的模拟视频复制保护技术在数字领域是无效的。因而需要有供这种混合的数字和模拟磁带录像机使用的新的合适的复制保护系统，在这里磁带上记录的材料是数字数据流。要防止的典型情况是：使用混合磁带录像机来复制传统VHS VCR的输出信号，在这里从VHS VCR播放的磁带具有适用于它的传统复制保护处理。问题是使新的混合数字-模拟磁带录像机不能从这种磁带上复制材料。否则，这种混合录像机的存在会鼓励侵犯版权。
1994年5月24日颁发给Ryan的美国第5,315,448号专利披露了一种混合数字录像机系统(作为参考文件引出)。集成电路的实现
第一设备的实施例包括把彩条技术以及其它复制保护技术置入集成电路中。所述的其它复制保护技术包括分别于1986年12月23日和1989年4月4日颁发给Ryan的美国第4,631,603和4,819,098号专利所述的技术(作为参考文件引出)。集成电路通常包括把数字视频流转换到被编码成NTSC，PAL，或YC格式的模拟视频流的数-模转换器。复制保护技术被加入编码器级中并与编码的输出相结合。集成电路中使用的技术通常是使用多个选通信号来产生所需复制保护输出波形的ASIC(专用集成电路)的变形的技术。
这种引入复制保护技术的集成电路的三个特定用途是：数字视盘放像机和录像机，数字盒式磁带放像机和录像机，和在电缆产业和卫星对家庭产业中使用的数字置顶盒。这些特定用途包含允许波形参数变化的集成电路的可编程性。对传输系统情况来说，用该信号发送改变波形缺省值的各个位。对DVD放像机/录像机和数字盒式磁带放像机/录像机来说，这些位被包含在盘或盒式磁带中。图13A是实现本发明实施例和′606专利的技术的这种集成电路总体方框图。总体电路
图13A示出了实现上述各种实施例的第二设备实施例。一般来说，产生上述各种彩条实施例的设备包括：1)副载波处理器，2)色同步门和3)行选择器。
图13A示出了产生上述各种实施例的彩条信号的示例性电路。
复制保护设备50具有一个未修改视频输入信号52。该信号可以是NTSC或PAL模拟信号或代表要被复制保护的视频信号的数字数据流。该输入信号被输出到复制保护插入器60、副载波处理器54、色同步门56、和行选择器58。副载波处理器54检测视频输入信号52内的色同步信号和生成3.58MHz或4.43MHz的副载波(取决于它正在处理NTSC还是PAL信号)。
色同步门56被编程，以指令复制保护插入器插入正常相位副载波或修改的相位副载波的用于复制保护插入器60的适当的选通信号。
行选择器58被编程以指令色同步门56和复制保护插入器；在色同步门56中若干行要产生修改的色同步信号，在复制保护插入器中则必须再现视频输入信号52上出现的色同步信号。设备50可以与适当的电路结合，以产生′603专利披露的的伪同步AGC脉冲对。示例性电路
图13B示出了实现上述各种实施例的设备。改进的彩条系统在系统10的各个单元中实现。系统中每个单元执行视频工程技术领域中的熟练人员公知的功能。合成视频信号11被输入到输入放大器12。放大器12把视频信号的电平调整到用于彩条系统其余单元的适当电平。
输入放大器12的第一输出与同步分离器14连接。同步分离器14从进一步供改进的彩条系统之用的复合视频信号中除去水平和垂直同步信号。同步分离器14的输出与色同步选通脉冲(burst gate)生成器16和行计数器18的输入连接。色同步选通脉冲生成器16使用来自同步分离器14的水平和垂直同步脉冲，以产生色同步选通信号。在NTSC格式中，正常色同步选通信号在水平同步前沿之后的约5.3微秒和副载波等效于9个周期之后的终点(2.52微秒)开始。色同步选通脉冲生成器16被编程，以在这些行上产生展宽的色同步选通脉冲；这里，超前和/或扩展的色同步选通脉冲是所希望的。行计数器18使用来自同步分离器14的水平和垂直同步脉冲并被编程，以便确定哪些行将含有彩条信息。同步分离器14的输出与色同步选通脉冲生成器16连接，以指令色同步选通脉冲生成器16哪些行需要展宽的色同步选通脉冲。在一个实施例中，具有彩条信号的行对不具有彩条信号的行的比例是4/16。即每个场的20行中的4行具有彩条信号。此外，设置行记数使得每个场中的可比较的行含有彩条信号。这种彩条部分的成对在记录信号的回放中增加了彩条的可视程度。
色同步选通脉冲生成器16的第一输出与反向门(Inversion Gate)20连接。反向门20确定色同步选通信号的哪些部分将含有反相的色同步信号。反向门20可以被编程为在以上各个实施例所示的一个或多个色同步信号部分中提供反向的色同步信号相位。
输入放大器12的第二输出与色度分离器24连接。色度分离器24的输出包括视频信号中的色度信息和高频亮度信息。由于在色同步信号部分期间没有亮度信息，因此在色度分离器24的输出的色同步部分期间只有色度信息。色度分离器24的输出与色同步分离器26连接。色同步信号分离器26还具有来自色同步选通脉冲生成器16的色同步选通脉冲输入。色同步分离器26的输出信号只包含：经色度分离器24和色同步分离器26从输入信号11提取的色同步信号。
来自色同步分离器26的色同步信号接入副载波振荡器40，以产生与输入的色同步信号同步的副载波信号(NTSC中为3.58MHz，PAL中为4.43MHz)。副载波振荡器40的输出与色同步信号生成器42连接。色同步信号生成器42还从色同步选通脉冲生成器16接收色同步选通信号。色同步信号生成器42生成的色同步信号的宽度由色同步选通脉冲生成器确定。色同步信号宽度可以通过这样的方式来改变：把一种宽度的具有未修改的行上的色同步选通脉冲与具有不同宽度的色同步信号修改的行上的色同步选通脉冲相组合。这些变化通过色同步选通脉冲生成器16和行计数器18的结合来确定。
色同步信号生成器42的输出与移相器28和开关30的第一输入连接。在NTSC系统中，相位修改通常为180°。在PAL格式中，反相器可以有来自行计数器18的输入信号，以指令反相器在上述的不同行上产生不同的相位修改。一般来说，PAL中的相位修改在一些行上为+90°，在另一些行上为-90°。移相器28的输出与开关30的第二输入连接。反向门20和行计数器18连接到产生控制信号21的与门22。当与门22产生表示没有色同步相位修改要求的信号时，控制信号21使开关30处于让正常色同步信号通过的位置。当与门22产生表示需要色同步信号相位修改的信号时，控制信号21使开关30让反相色同步信号通过。开关30的输出连接到色同步插入器34作为第一输入，但是，如下所述，该输出最好通过色同步包络整形器38被提供给色同步插入器34。
含有被处理的输入信号的输入放大器12的第三输出与色同步消隐器32的输入连接。色同步选通脉冲生成器16的另一个输出与色同步消隐器32连接。色同步消隐器32使用来自色同步选通脉冲生成器16的色同步选通信号消隐视频信号13中的所有色同步信号信息。含有视频信号15的色同步消隐器32的输出送入色同步插入器34作为第二输入。上述的视频信号15没有色同步信号信息。开关30的输出含有由单元24、26、28、12、14、16、18、20、22和30的组合生成的彩条色同步信号。
修改信号的有效性和可播放性受色同步波形的形状影响这一情况已经在试验中确定。因此，开关30的输出与控制色同步信号波形的上升和下降时间的色同步包络整形器连接。色同步包络整形器38的输出与色同步插入器34连接。色同步插入器34用不包含色同步信号信息的视频信号15插入彩条色同步信号，以产生含有改进的彩条色同步信号的复合视频信号和与其相关的复合视频信息。
色同步插入器34的输出与输出放大器36连接。输出放大器36提供适当的信号处理，以产生具有校正电平的复合视频信号和产生供视频系统使用的输出阻抗。
上述的说明是示意性的而不是限定性的。本技术领域的熟练人员能作出本发明的各种变形，所有这些变形将落入所附权利要求书的范围。
Claims (29)
1.一种禁止视频信号的可接受的视频记录的制作的方法，具有改善的被修改视频信号的可播放性，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和相位的色同步信号，其特征在于，该方法包括以下步骤：
修改比每个色同步信号的所述预定持续时间整个部分小的部分的相位，使其不同于所述预定相位，从而禁止所述视频信号的可接受的视频记录的制作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改步骤包含将预定相位移相180°的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改步骤包含将预定相位至少移相20°的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述色同步信号的预定持续时间的至少60％被修改。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述色同步信号的预定持续时间是色副载波信号的八至十个周期，并且所述修改步骤包含修改四个以上的所述周期。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在每个视频场中，视频行的至少一个带受到所述修改一部分色同步信号的步骤的处理，其后的视频行的带不经受所述修改一部分色同步信号的步骤的处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述色同步信号的修改部分处于色同步信号的未修改部分之前。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述色同步信号的未修改部分处于色同步信号的修改部分之前。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述色同步信号的第一未修改部分处于色同步信号的修改部分之前，色同步信号的第二未修改部分在色同步信号的修改部分之后。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述色同步信号的第一修改部分处于色同步信号的未修改部分之前，色同步信号的第二修改部分在色同步信号的未修改部分之后。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述视频信号是NTSC视频信号。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述视频信号是PAL视频信号。
13.一种禁止视频信号的可接受的视频记录的制作的方法，具有改善的被修改视频信号的可播放性，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和预定相位的色同步信号，其特征在于，该方法包括以下步骤：
扩展所述色同步信号的预定持续时间；和
修改每个色同步信号扩展的持续时间的一个或多个部分的相位为不同于所述预定相位，从而禁止所述视频信号的可接受的视频记录的制作。
14.根据权利要求13所述的方法，其中扩展所述色同步信号的持续时间的步骤包括：
增加所述色同步信号的持续时间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述增加色同步信号的持续时间的步骤包括：
所述色同步信号持续时间开始于正常持续时间之前。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述增加色同步信号持续时间的步骤包括：所述色同步信号持续时间在正常持续时间之后结束。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述增加色同步信号持续时间的步骤包括：所述色同步信号持续时间开始于正常持续时间之前，所述色同步信号持续时间在正常持续时间之后结束。
18.根据权利要求14所述的方法，其中修改的色同步信号持续时间在水平同步的后沿上开始。
19.根据权利要求14所述的方法，其中修改的色同步信号持续时间在水平同步的前沿与水平同步的后沿之间开始。
20.根据权利要求14所述的方法，其中修改的色同步持续时间的结束位于有效视频的起点。
21.根据权利要求13所述的方法，其中所述色同步信号持续时间的修改的步骤包括：
通过在色同步信号正常持续时间的开始与水平同步后沿之间对色同步信号持续时间进行延展而形成第一延展时间部分，以增加所述色同步信号持续时间；
通过在紧随色同步信号正常持续时间之后对色同步信号持续时间进一步延展以形成第二延展时间部分，直至在有效视频起点之前结束。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述相位修改的步骤包括：
修改被修改的色同步信号持续时间中所述的第一延展时间部分的相位；和
保持被修改的色同步信号持续时间中所述的第二延展时间部分中的正常色同步相位不变。
23.根据权利要求14所述的方法，其中所述视频信号是NTSC视频信号。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述视频信号是PAL视频信号。
25.一种禁止PAL视频信号的可接受的视频记录的制作的改进方法，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和预定相位的色同步信号，其特征在于，该方法包括以下步骤：
修改所述色同步信号的相位，使具有所述修改信号的相位矢量的所述多个行中的平均值与具有适当色同步信号的相位矢量的多个行中的平均值相差约180°，从而禁止所述视频信号的可接受的视频记录的制作。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述修改色同步相位的步骤进一步包括步骤：
修改所述的PAL视频信号的PAL色同步，使其移相-90°。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述修改色同步信号相位的步骤包括：
修改所述的PAL视频信号PAL色同步，使其移相+90°。
28.一种用于禁止视频信号的可接受的视频记录的制作的修改视频信号设备，所述的视频信号含有多个视频行，每个视频行包含具有预定持续时间和预定相位的色同步信号，其特征在于包括：
色同步门(56)，用于产生送至复制保护插入装置(60)的色同步选通信号；
行选择器(58)，用于产生行计数，以对所述复制保护插入装置(60)指示哪些视频信号的行是要修改的；
副载波处理器(54)，用于修改所述色同步信号预定持续时间的一部分；以及
接到所述复制保护插入装置的视频输入端子(52)，其中来自所述副载波处理器(54)、色同步门(56)和行选择器(58)的各输入的组合修改所述视频信号以便产生一复制保护视频信号，从而禁止该视频信号的可接受的视频记录的制作。
29.一种限制对介质上已预记录的数字视频信号进行模拟记录的设备，所述的数字视频信号作为编码模拟视频信号被回放和输出，其特征在于包括：
一个集成电路，用来实现：添加复制保护信号，所述复制保护信号的相位被控制，以使原先置在多个行上的适当色同步信号的相位矢量的平均值与用于所述模拟视频信号的多个连续行的具有所述修改的色同步信号相位矢量的所述多个行中的平均值相差约180°。
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