DE2711756C2 - Verfahren und Einrichtung zum Ver- und Entschlüsseln eines zusammengesetzten Fernsehsignals - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ver- und Entschlüsseln eines zusammengesetzten Fernsehsignals gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1,3,5 bzw. 9.

Die DE-OS 25 10 348 beschreibt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei das zusammengesetzte Fernsehsignal einheitlich mit einer Verschlüsselungssinuswelle überlagert wirö. Dabei hat sich gezeigt, daß in dem entschlüsselter, zusammengesetzten Fernsehsignal ein Verschlüsselungsrest enthalten ist, der das Bildsignal störend beeinflußt, so daß sich ein verhältnismäßig schlechtes Bild ergibt

Aus der US-PS 37 29 576 ist eine Einrichtung zum Entschlüsseln bekannt, bei der die Entschlüsselungssinuswelle enipfängerseitig durch eine verhältnismäßig komplizierte Schaltung gebildet wird. Hierbei wird die zur Entschlüsselung verwendende Sinuswelle nicht bei derjenigen Frequenz gebildet, bei der sie Verwendung findet, sondern die Detektion des verschlüsselten Fernsehsignals findet bei einer Zwischenfrequenz von etwa 46 MHz statt. Diesem Zwischenfrequenzsignal muß verarbeitet werden, wonach schließlich eine 15 kHz-Sinuswelle für die Entschlüsselung zur Anwendung kommt. Bei der bekannten Einrichtung ist es ferner erforderlich, ein Vorkorrektursignal mit der zweiten Harmonischen zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein .Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die auszusendenden Signale derart verschlüsselt werden, daß sich nach Entschlüsselung ein störungsfreies Bild ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 bzw. 3 sowie durch eine Einrichtung gemäß dem Kennzeichen der Patentansprüche 5 bzw. 9.

Da der Tonträger stärker mit der Verschlüsselungssinuswelle moduliert ist als der Bildträger ist es möglich, das Verschlüsselungssinussignal vollständig aus dem Bildträger zu entfernen. Der im Tonsignal verbleibende Rest der Verschlüsselungssinuswelle wird von der empfangenden Person praktisch nicht wahrgenommen. Somit hat die stärkere Verschlüsselungsmodulation des Tonträgers absolut keine Auswirkung auf die Qualität des empfangenen Gesamtprogramms.

Bei der Entschlüsselung ist es von besonderem Vorteil, die Entschlüsselungssinuswelle aus dem im entschlüsselten Tonträger noch enthaltenen Sinuswellenrest abzuleiten. Eine Korrektur der zweiten Harmonischen ist dann nicht erforderlich, da die Entschlüsselungssinuswelle direkt von dem entschlüsselten Signal abgenommen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild mit einer Einrichtung zum Entschlüsseln von verschlüsselten Fernsehsignalen;

Fig.2 ein Blockschaltbild einer modifizierten Einrichtung zum Entschlüsseln von verschlüsselten Fernsehsignalen;

F i g. 3 eine Diagrammdarstellung bestimmter Signalformen, die in dem dargestellten und beschriebenen Codierungs- und Decodierungssystem verwendet werden;

Fig.4 ein Signaldiagramm, das die Unterdrückung des Verschlüsselungssignals während eines Teils des vertikalen (Fernsehsignal-)lntervalls veranschaulicht; und

F ί g. 5 eine schematische Veranschaulichung der Einrichtungen, mit denen das Verschlüsselungssignal dem Kopfende des Kabelsystems zugeführt wird.

Die auf eine Fernsehdecodier- oder -entschlüsselungseinrichtung gerichtete Erfindung kann z. B. beim Gebühren- oder Abonnementfernsehen verwendet werden. Insbesondere wird das Fernsehsignal am Kopfende oüer an der Übertragungsstation durch Hinzufügen eines Sinussignals als zusätzliche Modulation zu dem zusammengesetzten Fernsehsignal verschlüsselt. Beispielsweise wird ein sinusförmiges Verschlüsselungssignal mit einer Frequenz von etwa 15,75 kHz unmittelbar dem Fernsehsignal zugefügt. Das Sinussignal besitzt, wie in Fig.3A und 3B gezeigt ist, eine phasenstarre Beziehung zu den horizontalen Synchronisierimpulsen. Die Sinussignalmodulation bewirkt eine Unteidrückung der horizontalen Synchronisierimpuise und verstärkt das Videosignal zwischen den horizontalen Synchronisierimpulsen, da das gesamte Fernsehsignal mit der Sinussignalmodulation beaufschlagt wird, wobei das sinusförmige Verschlüsselungssignal als Amplitudenmodulation auf dem Fernseh-Ton-{trägersignal vorhanden ist. Das sinusförmige Verschlüsfeselungssignal kann den Pegel des Fernsehsignals um ■Setwa 6 dB variieren. In der US-PS 30 81 376 ist eine '-,.Einrichtung zum Hinzufügen eines derartigen sinusförmigen Verschlüsselungssignals zu einem zusammengesetzten Fernsehsignal beschrieben. Demgegenüber 'bezieht sich die Erfindung insbesondere auf eine Einrichtung zum Decodieren oder Entschlüsseln des zusammengesetzten Fernsehsignals. Aus der US-PS '37 29 576 geht ebenfalls ein TV-Abonnementsystem mit Sinuswellenverschlüsselung hervor.
·. In F i g. 5 ist der Video-Signaleingang mit 100 und der Ton-Signaleingang mit 102 bezeichnet. Sowohl da. Video- als auch das Tonsignal gelangen an einen IF-Modulator 104, der ein Video-1F-Ausgangssignal 108 und ein Ton-IF-Ausgangssignal 108 erzeugt. Ein Sinuswellenverschlüsselungsgenerator 110 erzeugt ein ;in seiner Verstärkung gesteuertes Ausgangssignal 112, fdas einen Video-1 F-Signalverstärker 114 steuert. Ein zweites in seiner Verstärkung gesteuertes Ausgangssignal 116 wird an einen Ton-IF-Signalverstärker 118 geführt. Das in seiner Verstärkung gesteuerte Signal 116 weist einen höheren Pegel auf, als das in seiner Verstärkung gesteuerte Signal 112, was dazu führt, daß das Ton-IF-Signal einen höheren Pegel der Verschlüsselungsmodulation aufweist, als das Video-IF-Signal. Das Ton- und Video-IF-Signal werden in einem Mischer 120 vereinigt, dessen Ausgangssignal einem Kanalfrequenzumsetzer 122 zugeführt wird, dessen Ausgangssignai den zusammengesetzten verschlüsselten Ton- und Videoträger aufweist, wie er für die Übertragung über das Kabelsystem beschrieben wird.

In F i g. 1 enthält ein Kabelfernsehkonverter des in der US-PS 33 33 198 dargestellten allgemeinen Typs einen Kabeleingangsanschluß 10, der mit einem ersten Mischer 12 verbunden ist. Ein variabler Oszillator 14 ist mit dem Mischer 12 verbunden, wobei das Ausgangssigna! des Mischers über ein Filter 16 und einen Verstärker 18 zu einem zweiten Filter 20 gelangt. Das Filter 20 ist mit einem zweiten Mischer 22 verbunden, an den ein Oszillator 24 angeschlossen ist, wobei der Ausgang des zweiten Mischers 22 an ein Filter 26 angeschlossen ist. Die insoweit beschriebenen ,Schaltungsbestandteile sind herkömmlich und im wesentlichen in der US-PS 33 33 198 dargestellt. Der Eingangsanschluß 10 empfängt ein breites Spektrum der Kabelkanäle, die in einer Anzahl zwischen 13 und 26 üblicherweise in Kabelfernsehsystemen verwendet werden. Der variable Oszillator 14 dient zur Steuerung des speziellen, selektierten Kanals, wobei der Oszillator 24 den selektierten Kanal in einem bestimmten VHF-Kanal umsetzt, der normalerweise örtlich nicht als SenJskanal verwendet wird, aber mit einem üblichen

■> Fernsehempfänger empfangen werden Jiann, Sämtliche Kanäle des Kabels können daher auf einem speziellen Fernsehempfänger auf einem üblicherweise unbenutzten Kanal, z. B. Kanal »3« gezeigt werden.
Das Ausgangssignai des Filters 25 wird einem

in HF-Verstärker 28 zugeführt. Zwischen <lem Verstärker 28 und dem Filter 26 ist eine SignaIfalie30 angeordnet, die normalerweise zum Aussieben des Bildsignals des nächst-höheren Kanals, z.B. Kanal »4« dient. Ein Dämpfungsglied 36 ist an den Verstärke! 28 angeschlossen, wobei der Ausgang des Dämpfiingsgliedes 36 unmittelbar mit dem Fernsehempfänge; verbunden ist. Wenn der durch den Oszillator 14 gewählte spezielle Kanal ein Nicht-Gebührenkanal ist, als« ein Kanal mit keinem überlagerten Verschlüsselungssignal, wird das Fernsehsignal sofort am Fernsehempfänger auf Kanal |3« sichtbar.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 2Ϊ durchläuft ein Filter 32 für Kanal »3«, wobei das Ausgangssignal des Filters 32 zu einem zweiten HF-Versiarker 34 führt.

Eine automatische Frequenzsteuerung (AFC - Automatic Frequency Control) ist mit Hilfe eines AFC-Diskriminators 38 vorgesehen, der an dei Ausgang des Verstärkers 34 angeschlossen ist und über die Leitung 40 zurück zu dem variablen Oszillator 14flihrt.

Der Decodierteil der Schaltung enthält ein Tonträgerfilter 42 für Kanal »3«, das an d«n Ausgang des Verstärkers 34 angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Filters 42 mit einem HF-Verstärker 44 verbunden ist. Ein zweites Tonträgerfilter 46 für Kanal »3« ist an den Verstärker 44 angeschlossen, während der Ausgang des Filters 46 mit einem Detektor 48 für die Automatik-Verstärkungssteuerung (AGC — Automatic Gain Control) verbunden ist. Ein 15,75 iHz-Filte;· 50 ist (im betrachteten Beispielsfalle) zwischen dem AGC-Detektor48und einem AGC-Verstärker 52angeordnet.

Unter der Annahme, daß der Oszillator 14 auf den Gebührenkanal eingestellt ist, ist im Betrieb das von dem angelegten Sinussignal amplitudenvariierte (-modulierte) Fernsehsignal am Eingang des Verstärkers 28 vorhanden. Die Filter 42 und 46 gewährleisten, daß nur die Tonträgerfrequenz und die zugehörigen Seitenbänder am Eingang des AGC-Detektors 48 vorhanden sind. Da das Verschlüsselungssignal als Amplitudenmodulation auf dem Tonträger vorhanden ist, ist das Verschlüsselungssignal am Ausgang d-s Detektors 48 vorhanden. Ebenso vorhanden ist ein Gleichspannungspegel, der von dem Signa!-Eingangspe£el abhängig ist. Das Ausgangssignal des Detektors 48 wird über das Filter 50 und den Verstärker 52 als Verstärkungssteuersignal dem Verstärker 28 zugeführt. Dieses Verstärkungssteuersignal ist in Gegenphase zu änderungen des Tonträger-Ausgangssignalpegels des Verstärkers 28. Änderungen im Tonträger-Ausgangsiignalpegel des Verstärkers 28 werden daher um einen Faktor verringert, der gleich der Schleifenverstärkung zwischen dem Ausgang des Verstärkers 28 und dem Verstärkungssteuereingang des Verstäikers 28 ist. Das Toi.trägerausgangssignal des Verstärkers 28 enthält deshalb nur ein kleines restliches Verscrilüsselungssignal Das Videoausgangssignal des Verstärkers 28 wird gleichzeitig durch den Verstärkungssteuersignaleingang entschlüsselt. Weil auf den Videoträger das Verschlüsselungssignal mit einem geringeren Pigel angewandt

wird, wird er praktisch nach der Entschlüsselung frei von Verschlüsselungsstörsignalen sein. Das Tonsignal wird einen verbleibenden Rest des Verschlüsselungssignals enthalten.

In F i g. 2 ist das gleiche Decodierprinzip ohne einen herkömmlichen Kabelfernsehkonverter dargestellt. In diesem Beispielsfalle verbinden einpolige Schalter 54 und 56 den Kabeleingang entweder unmittelbar über die Leitung 57 mit dem Empfänger oder mit der beschriebenen Decodiereinrichtung. Die Decodiereinrichtung kann ein Bandpaßfilter aufweisen, das für den als Gebührenkanal gewählten speziellen Kanal durchlässig ist Der Ausgang des Filters 58 ist mit einem Verstärker 60 und dann mit einem zweiten Filter 62 verbunden. Ein Mischer 64 ist mit einem ersten Eingang an das Filter 62 und mit einem zweiten Eingang an den Oszillator 66 angeschlossen. Wenn z. B. der Gebührenkanal ein Buchstabenkanal ist, z. B. Kanal »C«, wird der Oszillator 66 derart eingestellt, daß der Ausgang des Mischers 64 ein normalerweise unbenutzter Kanal des Fernsehgerätes ist, ζ Β. Kanal »3«, wie vorstehend erläutert ist. V/ie in diesem Zusammenhang ohne weiteres ersichtlich ist, ist die Erfindung nicht auf Kanal »3« beschränkt, doch ist dieser ein üblicherweise benutzter Kabelfernseh-Ausgangskanal. Der Ausgang des Mischers 64 führt zu einem Filter 68. Das Filter 68 ist mit einem HF-Verstärker 28 verbunden, wobei die restlichen Teile der Decodierschaltung mit den entsprechenden Teilen von F i g. 1 identisch sind.

Im Betrieb ist die Schaltung nach Fig.2 in ihrer Funktion hinsichtlich der Decodierung des sinusförmigen, verschlüsselten Fernsehsignals identisch mit der Schaltung nach Fig. 1. Der Hauptunterschied besteht darin, daß dort keine Umsetzung sämtlicher Kabelkanäle in einen speziellen, selektierten und normalerweise unbenutzten Kanal des Empfängers erfolgt. Es wird daher nur der Gebührenkanal in den bezeichneten Kanal umgesetzt, wobei die restlichen Kanäle des Kabels unmittelbar zu dem F.mpfänger führen.

;n Fig. 3 sind das sinusförmige Verschlüsselungssignal im oberen Teil der Figur und die horizontalen Synchronisierimpulse des Fernsehsignals unmittelbar darunter kenntlich gemacht. Das sinusförmige Verschlüsselungssignal besitzt die gleiche Frequenz wie die horizontalen Synchronisierimpulse des Fernsehsignals und weist die spezielle, in F ι g. 3 dargestellte Phasenbeziehung auf. Die beschriebene Verschlüsselung führt zu einer Unterdrückung der horizontalen Synchronisierimpulse und zu einer Verstärkung des Videosignals, was eine gewisse Neigung zum Verlust der genauen horizontalen Synchronisierimpulse im Fernsehgerät verursacht.

Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist der Verschlüsselungspegel des Tonträgers höher als der des Videoträgers. Die Entschlüsselungs-Rückkoppelschleife bewirkt, daß der Pegel des Tonsignals nivelliert wird, wodurch der gesamte Kanal nivelliert wird. Wie bereits oben ausgeführt wurde, wird jedoch auf dem Tonsignal stets eine Restverschlüsselung verbleiben, die die Basis für das Entschlüsselungssignal bildet. Weil der Tonträger mit einem höheren Pegel als der Videoträger verschlüsselt ist, wird das Verschlüsselungssignal vom Videosignal praktisch vollständig entfernt und es bleibt nur eine geringe Verschlüsselung auf dem Tonsignal.

Obwohl eine Verschlüsselung des Videosignals von 5% toleriert werden könnte, wird beim vorliegenden System ein sauberes Video-Ausgangssignal erzeugt, was

ίο darauf zurückzuführen ist, daß der Tonträger mit einem höheren Verschlüsselungspegel beaufschlagt wird. Der verbleibende kleine Rest an Verschlüsselung im Tonausgangssignal ist normalerweise in einem Fernsehempfänger leicht tolerierbar.

(5 Obwohl der Videoträger am Empfängereingangsanschluß im wesentlichen sauber ankommt, ist es wichtig, daß man Sorge dafür trifft, daß dieser die Vertikalsynchronisation und die eine automatische Verstärkung bewirkenden Schaltkreise nicht stört. Während eines Teils des vertikalen Intervalls treten Synchronisierimpulse mit der doppelten Frequenz der normalen Horizontalsynchronisierfrequenz auf. Dies findet während des Ausgleichsimpulsintervalls und während des Sägezahn-(VertikaIsynchronisier-)impulsintervalls statt.

Die Wirkung des restlichen Verschlüsselungssignals auf das vertikale Intervall besteht in der Erzeugung eines höheren Spitzenpegels als zu irgendeinem Zeitpunkt während eines Fernsehbildrahmens. Da sowohl die Synchronisier- als auch die Automatik-Verstärkungssteuerschaitungen eines Fernsehgerätes von den Spitzensignalpegeln betrieben werden, kann diese Änderung des Spitzenpegeis während eines kleinen Teils des Bildrahmens die Synchronisier- und Automatik-Verstärkungssteuerschaltungen durcheinander bringen. Die Wirkung des restlichen Verschlüsselungssignals kann an dem kopfseitigen Verschlüssler dadurch beseitigt werden, daß das Verschlüsselungssignal während zumindest des in Fig.3C dargestellten Neunerzeilenintervalls unterdrückt wird.

F i g. 4 zeigt das Einhüllende des Verschlüsselungssignals, das während eines Teils des vertikalen Intervalls in geeigneter Weise unterdrückt v/urde. Zu beachten ist daß die unterdrückung stufenweise angelegt und stufenweise entfernt wird und nur für einen Teil des vertikalen Intervalls vorgesehen ist, obwohl bei einigen Anwendungsformen eine Unterdrückung während der gesamten Psriode vorgesehen werden kann. In bevorzugter Weise erfolgt die Unterdrückung nur für denjenigen Teil des vertikalen Intervalls, in dem die

Ausgleichimpulse und vertikalen Synchronisierimpulse übertragen werden.

Die Erfindung ist weder auf eine spezielle Frequenz noch auf eine Einrichtung zum Anlegen eines Sinussignals beschränkt, in bevorzugter Weise wird das

Verschlüsselungssigriäl dem zusammengesetzten Fernsehsignal in der zentralen Fernsehstation hinzugefügt, wenn das Signal auf das Kabel übertragen wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschlüsseln eines aus einem Bildträgersignal und einem Tonträgersignal zusammengesetzten Fernsehsignals, das mit einer Ver- s schlüsselungssinusweile mit im wesentlichen konstanter Frequenz überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonträgersignal mit einer größeren Amplitude der Verschlüsselungssinuswelle beaufschlagt wird als das Bildträgersignal.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlüsselungssinuswelle während wenigstens eines Teils des Fernsehsignal-Vertikalintervalls unterdrückt wird.

3. Verfahren zum Entschlüsseln eines nach Anspruch 1 oder 2 verschlüsselten Fernsehsignals unter Verwendung eines aus dem empfangenen zusammengesetzten Fernsehsignal abgeleiteten Sinussignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinus-

Γ signal aus dem Tonsignal des empfangenen zusam- -20 "mengesetzten Fernsehsignals abgeleitet wird.
*^;

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeleitete Sinussignal vor seiner Anwendung auf das zusammengesetzte Fernsehsignal verstärkt wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

. nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein das verschlüsselte Fernsehsignal empfangen-

' der HF-Verstärker (28) mit einem Sinuswellenentschlüsselungssignal beaufschlagt wird, das aus dem am Ausgang des Verstärkers (28) mit einem Sinuswellenrest schwankenden entschlüsselten Fernsehsignal abgeleitet wird.

. j.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des HF-Verstärkers (28) ein Detektor (48) zum Feststellen des Sinuswellenrestss über ein Filter (42) angeschlossen ist und daß zwischen dem Detektor (48) und dem Steuereingang des H F-Verstärkers (28) ein Verstärker (52) vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung auf die Verschlüsselung des Tonträgersignals anspricht.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der HF-Verstärker zwei Verstärkerstufen (28, 34) mit zwischengeschaltetem Bandpaßfilter (32) zum Unterdrücken aller TV-Kanäle bis auf einen aufweist.

9. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenfrequenzmodulator vorgesehen ist, dem das Bildträgersignal und das Tonträgersignal zugeführt werden und der ein Videozwischenfrequenzsignal und ein Tonzwischenfrequenzsignal abgibt, die je einem steuerbaren Verstärker (114, 118) zugeführt werden, daß ein Sinusweilen-Verschlüsselungsgenerator (IiO) vorgesehen ist, der den Verstärker (118) für das Tonzwischenfrequenzsignal stärker aussteuert als den Verstärker (114) für das Videozwischensignal und daß das verstärkte Zwischenfrequenzsigna! und das Tonzwischenfrequenzsignal in einem Mischer (120) zusammengeführt sind.