DE3119013C2

DE3119013C2 - Verfahren und Einrichtung zum Verschlüsseln von Videosignalen

Info

Publication number: DE3119013C2
Application number: DE3119013A
Authority: DE
Inventors: Pieter J. Papendrecht Fondse; Howard F. Crystal Lake Ill. Jirka; Johannes C. Gorichem Seltenrijch; Graham S. Poway Calif. Stubbs; Pieter den Dordrecht Toonder
Original assignee: Oak Industries Inc
Current assignee: OCI Communcations Inc
Priority date: 1980-05-14
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1984-01-05
Also published as: GB2078052B; NL8102350A; NL189332B; CA1164991A; IL62737A; FR2482814B1; US4340906A; NL189332C; MX150239A; CH655418B; GR74542B; FR2482814A1; GB2078052A; IL62737A0; JPS5717287A; AU7056081A; DE3119013A1; AU528948B2; JPH027555B2; BR8102969A

Abstract

Verfahren und Einrichtung zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Videosignalen durch wiederholte Videosignal-Polaritätsumkehr in Anwendung der Schritte Vergleichen des Helligkeitswertes einer vorbestimmten Periode des Videosignals mit dem Helligkeitswert des Videosignals während der vorangegangenen vorbestimmten Periode. Die Polarität des Videosignals wird invertiert oder umgekehrt, wenn die Differenz im Helligkeitspegel zwischen aufeinanderfolgenden vorbestimmten Perioden einen gegebenen Wert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verschlüsseln von Videosignalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 6. Sie betrifft fernereine Einrichtung zum Entschlüsseln von Videosignalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.

Aus der GB-PS 8 41 627 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verschlüsseln von Videosignalen bekannt, bei dem eine Änderung der Verschlüsselungsart der Helligkeitswerte eines Bildausschnittes mit dem Helligkeitswert des Gesamtbildes oder eines anderen Ausschnittes des gleichen Bildes verglichen wird, wobei bei einer entsprechend großen Differenz ein regelmäßig erscheinendes Steuersignal zur Änderung der Verschlüsselungsart erzeugt wird. Insbesondere muß die Helligkeit des gewählten Ausschnittes größer sein als die Durchschnittshelligkeit des Bildes. Da Helligkeitswerte des gleichen Bildes verglichen werden, kann sich die Bezie-

hung /wischen den beiden Helllgkeltswerten andern, wenn ein Szenenwechsel auftritt, aber auch ohnen einen derartigen Szenenwechsel. Nachteilig dabei Ist, daß die Änderung In der Verschlüsselungsart zwangsläufig für den Zuschauer sichtbar Ist. Es ergibt sich deshalb ein flackerndes Bild, das für einen zahlenden Benutzer unannehmbar Ist.

Beispiele für Verschlüsselungsarten sind bevorzugt die Vldeoslgnal-Polarltatsumkehrung, jedoch auch die Unterdrückung der Horlzontal-Synchronlsatlonslmpulse und Einsetzen von Datenlrnpulsen In die Horlzontal-Austastlntervalle sowie das Aufmodulieren einer Sinusschwingung.

Die DE-OS 24 39 116 befeßt sich mit einem Verfahren zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Videosignalen, bei dem zumindest für einen Teil der Bildzellen abhängig von einem Steuersignal die Polarität des Videosignals umgekehrt Ist. Das Steuersignal wird zusammen mit verschlüsselten Kennzeichen der berechtigten Empfänger sendeseltlg eingesetzt. Empfangsseltlg Ist eine verhältnismäßig komplizierte Zähler und Speicher verwendende Entzerrschaltung vorgesehen. Nachteilig 1st bei /dem bekannten Verfahren der hohe empfangsseltlge Schaltungsaufwand sowie die Tatsache, daß die Aussendung der Steuersignale doch mit einer gewissen Regelmäßigkeit erfolgt und somit ein findiger Nlchtberechtlgter In der Lage sein kann, Entschlüsselungssignale abzuleiten.

Aus der US-PS 40 81 831 ist ein Verfahren zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Videosignalen bekannt, bei dem eine Verschlüsselung durch Umkehr der Polarität des Videosignals unter Steuerung eines Zufallsgenerators vorgenommen wird. Zur Entschlüsselung werden jedoch entsprechende Synchronisationssignale mittels Frequenzumtastung zum Empfänger übertragen, aus derrn ein findiger Nichtberechtigter Entschlüsselungssignale ableiten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verschlüsseln von Videosignalen anzugeben, wobei ein nicht zu häufiger, jedoch unregelmäßiger Wechsel In der Verschlüsselungsart auftritt und wobei eine gute Bildqualität gewährleistet bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 bzw. 6.

Da eine Änderung In der Verschlüsselungsart immer nur bei Szenenwechsel erfolgt, tritt keinerlei Flackern auf. Da die Änderung zudem noch während des vertikalen Austastintervalls durchgeführt wird, ergibt sich keine Beeinträchtigung der Bildqualität, da die Änderung in der Verschlüsselungen für den Benutzer praktisch nicht erkennbar !st. Der Szenenwechsel kann durch das erfindungsgemäße Verfahren einwandfrei festgestellt werden, da nicht Helligkeitswerte des gleichen Bildes, sondern Helligkeitswerte entsprechender Teile aufeinanderfolgender Bilder verglichen werden.

Ein Ausführungsbeipiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Flg. 1 eine diagrammartige Darstellung der verschiedenen Funktionseinheiten, welche zusammen das vollständige Audio- und Vldeofernsehcodlerungssystem bilden,

FI g. 2 eine Blockschaltbild des Elngangs-Audloprozessors,

Flg.4 ein Blockschaltbild des Audio- und Bezugsdatenprozessors,

Fig. 5 ein Blockschaltbild des Szenenwechseldetektors,

FI g. 6 ein Blockschaltbild der Verschlüsselungsanordnung,

Flg. 7 ein Blockschaltbild des Ausgangs-Vldeoprozessors und
Flg. 8 ein Blockschaltbild des Decodlerers.

Bsi dem Verschlüsselungsverfahren des Ausführungsbelspiels dienen Unterschiede Im Helllgkeltswert von einer vorbestimmten Perlode zur nächsten, sofern diese einen vorbestimmten Wert überschreiten, dazu, eine Vldeosignal-Polarltiitsumkehrung zu bewirken. Die

ι» Erfindung bringt ein Vldeoslgnal-Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsverfahren, bei dem der augenblickliche Helllgkeltswert eines Videosignals während einer vorbestimmten Perlode abgetastet und mit einem Durchschnittswert des Signals über diese Periode verglichen wird. Das so gebildete Signal, das den Helllgkeltswert des Videosignals für eine vorbestimmte Perlode darstellt, wird verglichen mit gleichen Signalen für die nachfolgenden und vorhergehenden Perloden. Ist die Differenz im Helllgkeltswert zwischen aufeinanderfolgenden Perioden über einem vorbestimmten Wert, so zeigt dies an, daß ein Szenenwechsel In dem Programm aufgetreten Ist, das

- von dem Videosignal dargestellt wird, und es wird eine V Ideoslgna¹ -Polaritätsumkehr bewirkt.

Bei dem Verfahren zum Verschlüsseln von Vldeoslgnalen bestimmt der Bildgehalt, wann die Videosignalpolarität umgekehrt wird. Bei dem beschriebenen erfindungsgemäßen System wird die Vldeoslgnal-Polarltätsumkehr nur während des Vertikalintervalls des Videosignals zugelassen. Auch können Zeltverzögerungsvorrlchtungen vorgesehen sein, die verhindern, daß eine Vldeoslgnal-Polarltätsumkehr stattfindet, wenn nicht eine vorbestimmte Zelt seit dem vorhergehenden Polaritätswechs«M vergangen 1st, so daß fehlerhafte Szenenwechsel-Anzeigen vermieden werden, die beispielsweise bei sich rr.sch bewegenden Objekten auftreten könnten.

Das Ausführungsbeispiel betrifft das Gebiet des Abcnnementfernsehens und Insbesondere eine Anordnung zur Verschlüsselung oder Codierung bzw. Verzerrung sowohl des Video- als auch des Audioteiles eines Fernsehsignals, so daß das Programm keinen Unterhaltungswert besitzt, wenn nicht der Abonnent die geeignete Decordierausrüstung hat. Das bevorzugte Mittel für eine Codierung ist die Unterdrückung aller Synchronisierinformationen sowohl In den vertikalen als auch In den horizontalen

« Austastintervallen. Die Ton- oder Audioinformation wird in digitale Form versetzt und in die horizontalen Austastintervall ansteile der normalen horizontalen Synchronisatlonpinformai.'on eingefügt. Die Videoinfor-

- matlon kann invertiert werden und diese Invertierung kann auf der Basis von Programmwechselszenen stattfinden. Zusätzlich kann die Videoinformation sowohl durch Verschiebung des Spannungspegels der Dlgltallnformatlon in dem horizontalen Intervall als auch durch Vari-

' leren des Spannungspegels dieses Teiles einer horizontalen Zeile durch Anwendung einer Sinuswelle verzerrt werden, die eine Phasenlage besitzt, daß die Amplitude des horizontalen Austastteils jeder Zelle 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 Faiuhllfsträger-Vldeolnformation keine Synchronisierung durchführt. "

65' FIg. 1 veranschaulicht schematisch die Codleranordnung während FI g. 8 schematisch den Decodierer zeigt. Wie aus Flg. 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 Halbbildbezugsfmpuls, ein Farbsynchrongatterslgnal und ein In seinem Spannungswert begrenztes, d. h. geklemmtes (clamped) Videoausgangssignal. Die Verwendung dieser verschiedenen Signale wird In Verbindung mit den übrigen Teilen der Schaltung beschrieben.

Ein Eingangsaudioprozessor 12 empfängt ein Eingangsaudiosignal und gibt Ausgangssignale der Audlolnformatlon In digitaler Form ab. Die Aüdiolnformation in ^digitaler Form wird an einen Audio- und Bezugsdatenprozessor 14 angelegt, dessen Ausganssignale Daten darstellen, die die Decodierer der Abonnenten aktivleren, 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 Vertikalzeilgabegenerator 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 (2fach) für Videosignale mit niedriger Amplitude ermöglicht.

Eire 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 Synchronisationstrennschaliungen beeinträchtigen könnten Das Ausgiii.gssignal vom Filter 34 Ist somit ein 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 Synchronisationstrennsc'naltung 38 in Verbindung steht. Ein Ausgang dieser Schaltung Ist mit einer Taktschaltung 4» verbunden, die ein 4,0909 MHz-Taktsignal abgibt, das mit der Frequenz der horizontalen Synchronisierimpulse des ankommenden Videosignals synchronisiert Ist. Eine Impulsverarbellungsschaltung 42 Ist auch mit der Synchronisiertrennschaltung 38 verbunden und gibt zwei Ausgangssignale ab. Das erste ist ein Blldbezugsslgnal und zwar ein Impuls, der mit der Anstiegsflanke des ersten Spitzimpulses des Vertikalintervalls unmittelbar vor dem ungeraden Halbbild zusammenfällt. Dieser Impuls wird zur Synchronisation der internen Zeitgabesignale mit dem Eingangsvideosignal benötigt. Ein zweiter Ausgangsimpuls von der Impulsverarbeltungsschallung 42 Ist ein Farbsynchronlsationsgattersl-

Zeitgabelrnpuise	Start	Stop
SRLSchieberegisterbelastung	3	4
SSl Erste Audioabtastung	14	33
SSl Zweite Audioabtastung	144	163
HD Horizontaler Treiber	9	36
HB Horizontale Auslastung	9	59
HW Horizontales Fenster	60	252

gnal, das mit dem Farbsynchronisatlonsimpuls jeder Zelle das ankommenden Videosignals zusammenfällt. Dieser Farbsynchronlsationsgatterlmpuls wird während der vertikalen Synchronisationsperiode unterdrückt wenn kein Farbsynchronisatlonsimpuls empfangen wird.

Gemäß Flg. 1 empfängt der horizontale Zeitabgabegenerator 18 die Taktslgnale 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 Zelle ist in 260 Teile von annähernd jeweils 250 NS unterteilt. Die nachfolgende Tabelle gibt die Position der verschiedenen Zeltabgabeimpulse in einer horizontalen Zeile an. Neben den in der Tabelle angegebenen Impul-"sen gibt der Zeltgabegeneralör ein Signal von annähernd 50 KHz und ein Signal von 2 MHz zum Betrieb bestimmter noch zu beschreibender Schaltungen ab.

Der vertikale Zeitgabegeneralor 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 (H)AsV, 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 Zelle dieses Intervalls erstreckt (H)). 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 238 erstreckend (I W).

Flg. 3 veranschaulicht die Eingangsaudioprozessorschaltung. Das Audiosignal wird an ein Dämpfungsglied 44 angelegt, das in gleicher Weise arbeitet wie das Dämpfungsglied 28 der Ausgang des Dämpfungsgiledes 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 Dlgltalisierungsprozesses hervorrufen. Eine Sample- and Holdschaltung 48 ist mit dem Filter 46 verbunden und wird durch die Tonabtaslgattersignale von dem horizontalen Zeilgabegenerator 18 durchgeschaltet. Die Schaltung 48 tastet den Ton während der Durchschaliperiode ab und hall 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 Horizontalzelle, während die zweite Audioabtastung etwa 35 Mikrosekunden nach Beginn der Horizontaizeile durchgeführt wird. Die Tonabtastungen werden In Digitalform umgewandelt und zwar durch einen Analog/Digltal-Wandler 50, der durch ein 500 KHz-Signal von dem horizontalen Zeltgabegenerator 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 v/erden zu der Audio- und Bezugsdatenverarbeitungsschaltung 14 unter Maßgabe des Zustands einer Flip-Flop-Schallung 56 übertragen. Die Flip-Flop-Schaltung

56 wird durch die Tonabtast- und Horizontaltrelber-(7//)J-Au5gangsslgnale von dem horizontalen Zeltgabegenerator 18 geschaltet. Jede der Tonabtastungen kann beispielsweise ein 8-Blt-Digltalwort 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 FI g. 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) 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 Schlebereglsterladelmpuls von dem horizontalen Zeltgabegenerator 18 durchgeschaltet wurde. Ein zweiter Eingang für das Schieberegister 66 ergibt sich durch das Speicherregister 68, das ein verdrahtetes Vertlkaltreiberbezugsmuster besitzt, dessen Codefolge wiederum In binärer Form von dem Decodierer zur Erkennung des Vorhandenseins eines codierten Videosignals verwendet wird und mit dem die Decodierungszeltfolge rückgestellt wird. Das Halbbildindexsignal vom vertikalen Zeltgabegenerator 20 wird dazu verwendet, das Bezugs ..uster von dem Speicherregister 68 einmal je Halbbild In das Schieberegister 66 zu übertragen. Die Daten Im Schieberegister 66 werden zu der Ausgangsvldeoprozessorschaltung durchgeschaltet und z'-var nach Maßgabe des Vorhandenseins entweder eines Haibblldindexslgnales oder eines Schlebereglsterladesignales am Eingang eines ODER-Gliedes 70, das mit dem Schieberegister 66 verbunden Ist. Die Information wird mittels des Vler-MHz-Elngangstaklslgnals ausgeschoben.

Wie zuvor angegeben, wird zur Verbesserung der Verzerrung oder Verschlüsselung des Videosignals und zur Verhinderung eines unerlaubten Empfangs von Abonnementprograrnmen das Videosigna! 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 ein Zeltperlode, beispielsweise von 3 Bildern. Das Ausgangssignal von dem Vergleicher 42 wird mit einer Geschwindigkeit von 2048 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 Zellen über eine Perlode von 192 Zellen In jedem Feld getastet.

Dieser Abtastprozeß wird durch die horizontalen und vertikalen Zeltgabegeneratoren gesteuert. Eine Elns-zu-Drel-Tellerschaltung 76 wird von dem Horizontaltreiber getaktet und das vertikale Fenstersignal rückgestellt. Das vertikale Fenstersignal gewährleistet außer der Rückstellung der Elns-zu-Drel-Tellerschaltung somit auch den gleichen Startpunkt In jedem Halbbild, er verhindert auch ein Zählen und blockiert den Ausgang dieser Schaltung während des Vertikalintervalls. Somit erzeugt die Elns-zu-Drel-Tellerschaltung 76 einen Impuls während jeder dritten Zelle außer während des Vertikalintervalls.

Ein Eins-zu-Sechs-Teller 78 wird durch ein 4 MHz-Taktsignal getrieben und durch die Elns-zu-Drel-Tellerschaltung 76 und das horizontale Fenster rückgestellt. Die Elns-zu-Sechs-Teilerschaltung 78 erzeugt somit Ausgangslmpulse nur für jede dritte Zelle und nur während des horizontalen Fensters. Da das horizontale Fenster nur 192 Taktimpulse andauert und die Elns-zu-Sechs-Tellerschaltung 78 nur einen Ausgangsimpuls für jeweils sechs Taktimpulse erzeugt, ergeben sich 32 Abtastlm pulse für jede dritte Zelle außer während des vertikalen Intervalls.

Ein Digitalvergleich^ 80 Ist mit dem Ausgang des Schieberegisters 74 verbunden und vergleicht die Ausgangsblnürzahl Schieberegister 74 mit der Ausgangsbinär- zahl 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 Digitalverglelchers 80 wird einem getakteten Zähler 82 zugeführt. Der Zähler 82 empfängt Ausgangssignale von den Tellerschaltungen 76 und 78 und wird somit mit der gleichen Impulsrate getaktet wie das Schieberegister 74. Der getaktete Zähler 82 zählt die Impulse bei der beschriebenen Abtastgeschwindigkeit, wenn das Verglelcherausgangssignal von der Schaltung 80 hoch 1st, 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 1st mit einem DlgltalverElelcher 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 Szenen wechseis 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 ejne ausreichende Anzahl von Wechseln In dem HeIlIg keltspegel von einem Halbbild zum nächsten stattge funden hat, um einen Szenenwechsel anzuzeigen. Das Ausgangssignal vom Dlgltalverglelcher 84 Ist ein Impuls der angibt, daß tatsächlich ein Szenenwechsel stattgefunden hat und dieser Impuls wird einer Verzögerungs- schaltung 88 zugefügt. Die Verzogeungsschaltung 88 kann typischerweise eine Verzögerung von 3 Sekungen besitzen, so daß sie einen neuen Szenenwechsel nicht feststellt, bevor nicht drei Sekunden vergangen sind. Auf diese Welse können sich schnell bewegende Gegenstände öder dergleichen keine Polaritätsänderungen hervorrufen. Die Verzögerungsschaltung 88 ist mit einer Halbblldsyn- · chronlslerschaltung 90 verbunden, die durch ein vertikales Treibersignal von dem vertikalen Zeltgabegenerator 20 durchgeschaltet wird. Somit findet ein Szenenwechsel, der eine Invertierung oder einen Wechsel In der Polarität des Videosignals wie beschrieben hervorrufen kann, nur arn Endes 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.

Flg.6 veranschaulicht gewisse Schaltungen, die für eine weitere Verbesserung der Verschlüsselung des

Videosignals verwendet werden können. Ein Datenschwlngungsoszlllator 92 Ist ein 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 22 ist ein Oszillator 94 zur Modulation der Audloamplltude, 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 Farbhllfsträgers, 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 Eingangssignal 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 iuf 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 welterschallel. Die Folge wechselt kontinuierlich mit der vertikalen Treiberrate von 60 Hz.

Flg. 7 veranschaulicht den Ausgangsvideoprozessor. Ein Inverter 98 empfängt ein Eingangssignal vom Szenenwechseldetektor 24 und ein zweites Eingangssignal des genormten geklemmten Videosignals vom Eingangsvldeoprozessor !0. 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 wührend der Perlode des Farbsynchronlsatlonsimpulse, der gesteuert wird durch das Farbsynchronlsatlons-Gatterslgnal vom Eingansvldeopro/essor 10. Somit ist das Ausgangssignal vom Schalter !Oi! der Vldeofarbsynchronisailonsirnpuls. Eine Synchronlsatlonslmpulsvorspannungsschallung 102 empfängt als Eingangssignale das vertikale Treibersignal, das horizontale Treibersignal und das Farbsynchronlsatlonslmpuls-Gatlerslgnal. Die Farbsynchronlsatlonslmpulsvorspannschiiltung gibt, wenn sie vom Farnsynchronlsatlonslmpuls-Gatlerslgnal durchgeschaltct und nicht entweder durch das Vertikaltreiber- oder das Horlzontal-(relberslgnal blockiert wird, einen Gleichvorspannung für den Farbsynchronlsatlonslmpuls ab, die jedoch nicht die Daten sperrt. Die Syncbronlsallonslmpulsvorspannschalturig 102 Ist mit dem Ausgang des Schalters 100 verbunden, so daß sie die Vorspannung für das Farbsynchronisationsslgnal liefert.

Die Dateninformation vom Audio- und Bezugsdatenprozessor 14 stellt ein Eingangssignal für einen Verstärker 104 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 mit DatenschWingungsozlllator 92 empfängt. Drei Datenbytes, von denen eines bezüglich der Amplitude erhöht Ist, besitzen Insgesamt einen Vorspannungspegel, der mit dem 15 Hz-Signal vom Oszillator 92 variiert wird. Der Ausgang der Schwingungsschaltung 106 Ist mit einem Schalter 108 verbunden, ebenso wie die Ausgänge vom Schalter 100 und der Synchronlsationsimpulsvorspannschaltung 102. Der Schalter 108 läßt das Videosignal vom Inverter 98 normalerweise durch. Während des horizontalen Austasterintervalls jedoch, das bestimmt wird durch den horizontalen Austaslgatterimpuls an diesem Schalter, läßt der Schalter die Eingangssi- ,. gnale von der Schwingungsschaltung 106 von der Syn- I chronlmpulsvorspannschaltung 102 und dem Schalter 100 durch. Somit besteht das Ausgangssignal von dem Schalter während der Horlzontalaustastperlode aus den drei Datenbytes, die, wie zuvor beschrieben, erhöht wurden und dem Farbsynchronlsatlonslmpuls, und zwar alle mit einem vorbestimmten Vorspannungspegel. Der Ausgang des Schalters 100 Ist mit einem Verstärker 102 verbunden, dessen Ausgang zum Sender führt.

Das Ausgangssignal vom Verstärker 110 ist ein Videosignal, bei dem sämtliche Horizontal- und Vertikalsynchronlsationslnformatlon entfernt wurde und dessen Polarität abhängig von Änderungen In der Szene des tatsächlichen Bildes invertiert wurde oder nicht. Das horizontale Austastintervall wird mit Tondatenbytes und den üblichen Farbsynchronisations- sowie mit dem Empfänger-Taktsynchronifatlonsmuster aufgefüllt, das zur Steueiung des Taktes jedes Decodlerers verwendet wird. Während des vertikalen Austastintervalls wird das vertikale Treiberbezugsmuster eingefüllt, das es den Decodierern eimöglicht, das Vorhandensein eines verschlüsselten Videosignals fef'/usiellen. Die Daten In dem Austastintervall ändern sich wie beschrieben unter dem Einfluß des Datenschwlngungsozlllators und des Zufallsdatenmodulators. Derartige Slgnalünderungen 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 Synehronlsationslnformatlon aus dem Videosignal entfernt, sondern die In dem horizontalen und vertikalen Austastintervall eingesetzten

■ informationen oder Signale verhindern, Jaß 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 Digltalverglelcher 84 verwendete Schalter eingestellt ist.

Der Decodierer ist in Fig. 8 veranschaulicht. Typischerwelse werden Abonnementprogramme entweder von einer UHF- oder VHF-Statlon abgegeben und zwar nur während eines Teiles der Gesamtsendezeit der Station. Der Eingang für den Decodierer wird durch eine UHF- oder VHF-Abstlmmschaltung 120 gebildet, welche ein Ausgangszwischensignal, beispielsweise bei Frequenzen von 41,25 bzw. 45,75 MHz abgibt. Obgleich das Programmaudloslgnal codiert Ist, kann der Tonträger für andere Zwecke, beispielweise einen zusätzlichen Ton oder als ein Spezlalkanal (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 durch einen Schalter 126 direkt zu einem Modu-

lator 128, der ein Ausgangssignal abgibt, das In einem -Fernsehempfänger verwendet werden kann. Das Audloslgnal 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 übll-.cher Welse durch. Der Decodierer hat keinen Einfluß auf die beiden Signale.

Wird nun angenommen, daß ein Programm codiert oder verschlüsselt Ist, dann wird der Ausgang des Video-.detektors 124 mit einer Datentrennschaltung 132 verbunden, die Ausgangssignale mit drei unterschiedlichen -Arten von Informationen abgibt. Tatsächlich erzeugt die !Datentrennschaltung ein Signal, aber das ein Vertlkalbezugsmuster-Detektor 134 das Vorhandensein eines verschlüsselten Videosignals erkennen kann und über das ein Rückstellimpuls für den Synchronisationsgenerator 136 erzeugt wird. Der Synchronisationsgenerator 136 gibt «eine vollständige Folge horizontaler und vertikaler Synchronisationsimpulse ab, die erforderlich für eine ordnungsgemäße Steuerung der Videoinformation sind, so daß diese auf einem Fernsehempfänger erkennbar dargestellt wird. Es werden ein Horizontaltreibersignal, ein Wertikaltrelbcrslgnal, ein zusammengesetztes Synchronisationssigna! und ein zusammengesetztes Austastsignal <erzeugt. Der Synchronlsatinosgenerator 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 Verti- -kalmuster-Erkennungsschaltung.

Das dritte Ausgangssignal von der Datentrennschal- -tung 132 Ist die Toninformation In Form zweier -"Datenbytes. Diese Information läuft zu einem ersten Schieberegister 140 und einem zweiten Schieberegister ;I42, deren Ausgänge beide mit einem Digltal/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 Zeltgabeschaltung 146 gesteuert, die durch den Horizontaltreiberausgang vom Synchronisationsgenerator 136 getaktet wird. Die Zeltgabeschaltung gibt einen intern erzeugten Takt ab, der aus zwei 15,734 K.Hz-Slgnalen 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"-Modulatoril45, zugefügt, der.das übliche >FM-Slgnal»abgibt, dasnormalerw.else.elnemfFernsehpro-,gramm zugeorndet ist.. DerAusgang, desi FM-Modulators ;i45.lst mlt'dem Modulator 128JSOwIe mit.elner.Frequenzvergleichsschaltung-147 verbunden. Die "Basis für einen iErequenzverglelch 1st das-Horizontaltrelberslgnal, welxhes eine sehr spezielle Frequenz vonl 5,734 KHz besitzt.

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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, so daß dieser präzise auf seiner Frequenz steht. . Ein Invertierungsdetektor 148 ist ebenfalls mit dem A.usgang des Videodetektors 124 verbunden; das Vorhandensein eines Invertierten Videosignals kann bei-. Jspielsweise durch den Pegel der Zelle ?3. in dem vertikalen Austastintervall bestimmt werden. Die Art, wie ein

ίο- ^yideolnvertlerungssteuerslgnal an einen Empfänger übertragen wird, kann verschieden sein. Ein derartiges

Signal kann beispielsweise einen Teil einer horizontalen

rZelle In dem vertikalen Intervall einnehmen oder es kann mit einer Adresseninformation in einer Weise über-

)5 iragen werden, wie dies In den US-PS 4145 717 und ^l Ώ *tA gezeigt Ist. Der Ausgang des Invertierungsdetektors 148 Ist diieki u-X< ^c-- Vf/viqlalor 128 verbunden, :wo eine Invertierung des Videosignal üoh^r::.,,'j "?n Invertierungen des Signals am Sender bewirkt wird.

£ Der Schalter 126 empfängt alle erforderlichen Synchro- ^lsatlonslnformationen von dem Synchronisationsgenerator 136. Dieser Schalter läßt das Videosignal durch, außer ^während der Gattertestung, während des x.^uLütA'z- und vertikalen Austastintervalls, während denen nur die -Synchronisationsinformation von dem Synchronisation, •generator 136 durchgelassen wird. Somit wird das vom !Schalter 126 abgegebene Ausgangssignal das Videosignal iin ausgesendeter Form sein mit entsprechend richtig elnjgesetzter Synchronisationsinformation, wobei das Aus- ;gangsslgnal 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 senderseitlg weggelassenen Synchronisationsinformation wieder hergestellt. Das Videosignal .'wird abhängig vom Ausgangssignal des Invertierungsdetektors Invertiert oder nicht. Die Tonlnformalion 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 durch den Daten-

..schwingungsgenerator hervorgerufen wurde und ignoriert

45; in ähnlicher Weise jegliche Erhöhung eines der drei .Datenbytes unter Steuerung durch den Zufallsdatenmodulator. Dies wird durch entsprechende Vorspannungssteuerung in der Datemrennschaltung erreicht. Ein Emp-■fänger ohne einen geeigneten Decoder kann jedoch der-

50· artige Änderungen in dem Signalpegel während der horizontalen Austastintervalle nicht übergehen und Ist somit ' wie beschrieben nicht In der L.age, sich auf Irgendein wiederholendes Signal zu synchronisieren. " Die ■Vertikalbezugsmustcr-Erke.nnungsschaUung Ist

'^55f"vorgesehen, um das binäre Bezugsmuster zu erkennen, das durch das Spejcherreglstert68 In dem Audio-.und - Bezugsdatenprozessor erzeugt .wird. Wie zuvor angegeiben.sbewirkt eine derartige Erkennung, daß der Decodierer In der beschriebenen·Welse arbeiten kann.

Hierzu 5 Blatt-Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschlüsseln von Videosignalen durch wiederholtes Verändern der Verschlüsselungsart abhängig von Helllgkeltsünderungen Im Fernseh- bild, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Verschlüsselungsart abhängig vom Wechsel der vom Videosignal getragenen Bildszene unter HeI-llgkellsverglelch zumindest entsprechender Teile aufeinanderfolgender Fernsehbilder nur Im Zeltintervall zwischen zwei Halbbildern erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als entsprechende Teile des Fernsehbildes Abschnitte von jeweils weniger als eine Horizontalzelle daraus herausgegriffen, daraus ein Heiligkeilsdurchschnlttswert gebildet, mit dem Helllgkeltsdurchschnlltswort aus vorangehenden Fernsehbildern verglichen und bei einer Helligkeitsänderung großer als ein vorgegebener Wert die Änderung der Verschlüsselungsart vorgenommen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Teile des Fernsehbildes mehrfach abgetastet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Verschlüsselungsari erst nach Verstreichen einer vorbestimmten Zelt nach der letzten Änderung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Verschlüsselungsart durch wiederholte Umkehr der Vldeoslgnalpolarltät erfolgt.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Vorrichtung zum Feststellen von Helllgkeltsänderungen Im Fernsehbild sowie einer Vorrichtung zum Ändern der Verschlüsselungsart bei Helligkeitsänderung um mehr als einen gegebenen Wert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Szenenwechseldetektor (24) vorgesehen Ist, der unter Helllgkeltsverglelch zumindest entsprechender Teile aufeinanderfolgender Fernsehbilder einen Wechsel der vom Videosignal getragenen Blldszene feststellt und bei Auftreten eines HaIbblld-Synchronlsierimpulses ein Steuersignal an die Vorrichtung (16) zum Verändern der Verschlüsselungsart anlegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (16) zum Ändern der Verschlüsselungsart bei Empfang eines Ausgangsslgnals vom Szenenwechseldetektor (24) die Polarität des Videosignals umkehrt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polaritätsumkehr des Videosignals erfolgt, wenn die Differenz der Helligkeitswerte zwlsehen aufeinanderfolgenden vorbestimmten Perloden einen gegebenen Wert überschreitet.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Szenenwechseldetektor eine Vorrichtung zum Vergleichen des augenblicklichen HeI- &o ligkeltswertes bei periodischen Untertellungen der Perlode mil dem Durchschnittshelligkeitswert über die Perlode aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die periodischen Untertellungen gerln- f>5 ger als eine Horizontalzelle sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Szenenwechseldetektor (24) eine Vorrichtung zum mehrfachen Abtasten des augenblicklichen Helllgkeltsweries des Videosignals während weniger als allen Horizontalzellen Jedes Halbbilds aufweist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsrlchtung (88) Im Szenenwechseldetektor (24) vorgesehe.. Ist. die eine Videosignal Polarltätsumkehr erst nach Verstreichen einer vorbestimmten Zelt nach der letzten Vldeoslgnal-Polarltätsumkehr zuläßt.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

12. dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (16) zum Unterdrücken der Synchronisatlonslnformalion während der Horizontal- und Vertlkal-Austastlnlervalle und zum Einfügen digitaler Tondaten und Steuersignalen In die unterdrückten Austastintervalle vorgesehen Ist

14. Einrichtung zum Entschlüsseln von Videosignalen, die durch wiederholte Änderung der Verschlüsselungsart abhängig von Änderungen in der Helligkeit zwischen aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zeltperloden des Videosignals verschlüsselt wurden und bei denen die Synchronisallonslnformatlon während der Vldeo-Horlzontal-Austastlntervalle unterdrückt und in diese Intervalle digitale Tondaten und Taktdaten eingefügt wurden, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (136) zum Erzeugen von Synchronisationsimpulsen, eine Vorrichtung (132, 138) zum Feststellen der Taktdaten und Anlegen derselben zur Steuerung der Synchronisatlonsimpuls-Erzeugungsvorrlchtung (136), um Synchronlsallonslmpulse für die Horizontal-Synchronisation des Videosignals zu erzeugen durch eine Vorrichtung (140,142, 144) zum Wiedergewinnen eines Audiosignals aus den digitalen Tondaten und durch eine Verrichtung (il8) zum Kombinieren des wiederherstellen Audiosignals, der Horlzontal-Synchronisationslmpulse und des Videosignals.

15. Einrichtung nach Anspruch 14 für verschlüsselte Videosignale, bei denen die Synchronisationsinformation während der Vertlkal-Austastintervalle unterdrückt und Vertikal-Bezugssignaldaten dort eingesetzt wurden, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (140, 142, 146) zum Feststellen der Vertikal-Bezugsslgnaldaten und Anlegen derselben an die Synchronisationsimpuls-Erzeugungsvorrichtung (136), um Synchronlsallonslmpulse für die Vertikalsynchronisation des Videosignals zu erzeugen.