DE3689627T2

DE3689627T2 - Einrahmungswiederherstellung in einem übertragungssystem.

Info

Publication number: DE3689627T2
Application number: DE3689627T
Authority: DE
Inventors: Rassel William Van
Original assignee: Scientific Atlanta LLC
Current assignee: Scientific Atlanta LLC
Priority date: 1985-05-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2006-04-22
Also published as: FI85206C; FI870236A0; AU600899B2; DK169192B1; MX166007B; ZA863231B; FI870236A; CN86103445A; CN1011655B; CA1266520A; EP0221930A1; DE3689627D1; CA1266520C; US4817142A; WO1986007225A1; DK27087A; AU5771586A; EP0221930B1; FI85206B; DK27087D0

Description

Technisches Feld

Die Erfindung betrifft das Erreichen und Aufrechterhalten einer einwandfreien Bildstabilisierung und Synchronisation in einem Kommunikationssystem, insbesondere in einem Sicherheitskommunikationssystem. Eine einwandfreie Bildstabilisierung ist gegeben, wenn die Zwischenräume einer empfangenen Taktsequenz korrekt mit den geeigneten Stellen in der gesendeten Taktsequenz verknüpft sind; eine einwandfreie Synchronisation beinhaltet, daß die Sender- und Empfängertaktgeber gegeneinander verriegelt sind (so daß die Bit-Integrität aufrechterhalten wird).

Hintergrund der Erfindung

Verschiedene Arten von Kommunikationssystemen sind so ausgebildet, daß eine einwandfreie Bildstabilisierung zu ihrem Betrieb notwendig ist. Beispielsweise ist bei einem Zeitmultiplexsenden unabhängiger digitaler Bit-Ströme eine korrekte Interpretation des Wertes des Eingangssignals als ein Element des gesendeten Symbolsatzes, und die Ausrichtung des interpretierten Symbols zum korrekten Empfänger für eine einwandfreie Bildstabilisierung erforderlich. In ähnlicher Weise müssen bei der Fernsehübertragung am Empfänger dargestellte Bildelemente in denselben relativen Positionen sein, wie die, die am Sender erscheinen, und bei einem zeilen- und -feldgerasteten Fernsehsignal (eines, bei dem das Bild in abgetasteten Feldern benachbarter paralleler Zeilen gesendet wird) ist eine einwandfreie Bildstabilisierung notwendig, um dies zu erreichen. Wenn nicht die Datenfelder speziell kurz sind (z. B. individuelle ASCII- Zeichen), so ist eine korrekte Synchronisation erforderlich, um eine einwandfreie Kommunikation während der Zeitabschnitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildstabilisierungssignalen aufrechtzuerhalten.
Bei herkömmlichen (Nicht-Sicherheits-) Kommunikationssystemen nimmt die Bildstabilisierungsinformation oft die Form eines einheitlichen Wortes an, dessen Identifikation durch den Empfänger einen bestimmten Moment sowie eine gegebene Größe einrichtet, von der die Zeitmessungen durchgeführt werden können. Dasselbe Wort erscheint periodisch in demselben Zeitverhältnis zu jedem Datenfeld (beispielsweise ein Fernsehbild oder -feld). Da das Bildstabilisierungswort mit einer konstanten Frequenz erscheint und für jedes Einzelbild identisch ist, ist eine Bildstabilisierung aus dem empfangenen Nachrichtensignal leicht zu bewerkstelligen.
Diese Technik ist jedoch nicht für ein Sicherheitskommunikationssystem geeignet, da ein wichtiges Sicherheitsmerkmal die Verweigerung der Bildstabilisierungsinformation sein kann. Die Verweigerung der Bildstabilisierung kann durch eine zeitliche Variation erfolgen, mit der das Nachrichtensignal im Verhältnis zum Bildstabilisierungswort erscheint (Verwürfelung bzw. Zerhacken); es muß dann jedoch eine Einrichtung gefunden werden, um diese Bildstabilisierungsinformation zum vorgesehenen Empfänger zu senden. Wenn der Adressat den Schlüssel zum Zusammensetzen der Daten besitzt, sollte kein Problem auftreten. Schwierigkeiten entstehen jedoch, wenn die Synchronisationsinformation (wie ein Referenztaktsignalimpuls) zusammen mit dem Nachrichtensignal zerhackt ist. Eine derartige Information ist für den Bildstabilisierungsprozeß notwendig, da sie dafür sorgt, daß der Takt während der relativ langen Perioden zwischen den Bildstabilisierungspulsen nicht zu weit driftet.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einwandfreie Bildstabilisierung in einem Kommunikationssystem zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine einwandfreie Bildstabilisierung in einem Sicherheitskommunikationssystem zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, aus einem zerhackten Nachrichtensignal Bildstabilisierungs- und Synchronisationsinformation wiederzugewinnen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, solche Information von einem Nachrichtensignal zu gewinnen, die in Übereinstimmung mit einem im zerhackten Nachrichtensignal enthaltenen Schlüssel zerhackt ist, wiederzugewinnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erfassen des Verlustes, und zur Wiederherstellung einer einwandfreien Bildstabilisierung in einem Empfänger zum Empfang eines Nachrichtensignals zur Verfügung gestellt, das ein Taktsignal und einen gesendeten Schlüssel umfaßt, der ein vorbestimmtes Zeitverhältnis zum Taktsignal trägt, wobei das Nachrichtensignal in Übereinstimmung mit dem gesendeten Schlüssel zerhackt und so ausgelegt ist, daß eine genaue Bildstabilisierung zum Empfang notwendig ist, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch: einen Bildstabilisierungswortdetektor zum Empfang des zerhackten Nachrichtensignals und zur Beantwortung eines Softlockdetektorausgangssignals durch Ausgabe des empfangenen Taktsignals als Bildeinstellsignal, und der geeignet ist, eine Abwesenheit des Softlockdetektorausgangssignals durch Ausgabe eines lokal erzeugten Bildeinstellsignals als Bildeinstellsignal zu beantworten, wobei das lokal erzeugte Bildeinstellsignal in Übereinstimmung mit dem Taktsignal ist, außer wenn die Bildstabilisierung ungenau ist; einen Schlüssel-Entschlüssler zum Empfang des zerhackten Nachrichtensignals und des Bildeinstellsignals und zur Ausgabe eines ermittelten Schlüsselsignals, welches von dem Teil des zerhackten Nachrichtensignals gewonnen wurde, der das vorbestimmte Zeitverhältnis gegenüber dem Bildeinstellsignal trägt; und einen Softlockdetektor zur Erfassung einer ungenauen Bildstabilisierung aus dem zerhackten Nachrichtensignal, während einer vorgegebenen, vom ermittelten Schlüssel abhängigen Periode, wobei der Softlockdetektor dazu geeignet ist, ein Softlockdetektorausgangssignal zu erzeugen, wenn eine ungenaue Bildstabilisierung erfaßt wird.
Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem ist üblicherweise eines, das Fernsehensendungen überträgt. Um nichtautorisierte Empfänger (z. B. diejenigen, die nicht für die Dienstleistung bezahlt haben) auszuschließen, zerhackt die Sendung die Zeilen des Fernsehbildes, d. h. verändert ihr Erscheinen relativ zueinander oder gegenüber einer regelmäßig erscheinenden Ausgangsgröße, wie einem Taktsignal, das im Empfänger erzeugt wird. Das Zerhacken erfolgt in Übereinstimmung mit einem Schlüssel, und der Schlüssel wird zusammen mit dem zerhackten Bild gesendet. Die Synchronisationspulse, die normalerweise in den Austastlücken gesendet werden, werden (aus Sicherheitsgründen) weggelassen, und diese Austastlücken werden dazu verwendet, den Schlüssel, den Programmton, und das Taktsignal (codiert als einheitliches Wort) zu senden. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, wird der Schlüssel verschlüsselt (unter Verwendung eines Hauptschlüssels, der vorher in den Besitz des Empfängers gestellt wurde). Obwohl das Signal zerhackt wird, wird der gesendete Schlüssel mit einer konstanten Zeitbeziehung zum Taktsignal gesendet; dies ermöglicht es den gesendeten (verschlüsselten) Schlüssel wiederzugewinnen, wenn erst einmal das Taktsignal wiedergewonnen ist.
Der Empfänger für ein derartiges Signal umfaßt eine Anzahl von Komponenten. Eine davon, ein Bildstabilisierungssignal- Generator, erzeugt ein Bildstabilisierungssignal auf der Grundlage des empfangenen Taktsignals oder vorhergehend empfangener Taktsignale (lokal extrapoliert unter Verwendung des Taktgebers des Empfängers). Wenn das erzeugte Bildstabilisierungssignal auf der Grundlage der Extrapolation aus vorhergehend empfangenen Taktsignalen lokal erzeugt wurde, ist es im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem gesendeten Taktsignal (außer natürlich, wenn die Bildstabilisierung verloren worden ist). Wenn das empfangene Taktsignal als das Bildstabilisierungssignal ausgegeben wird, ist keine Extrapolation notwendig.
Eine andere Komponente ist der Schlüssel-Entschlüssler, der in einer vorgegebenen Zeit vor und nach dem Bildstabilisierungssignal auf den gesendeten Schlüssel achtet. Der Schlüssel-Entschlüssler umfaßt auch einen Entschlüsselungsschaltungsaufbau zur Entschlüsselung des erfaßten Schlüssels in Übereinstimmung mit dem vorher eingerichteten Hauptschlüssel.
Eine dritte Komponente umfaßt einen Auftastsignalgenerator und einen zeitgesteuerten Wiederzusammensetzer (descrambler). Diese empfängt das Bildstabilisierungssignal und den entschlüsselten Schlüssel und errechnet vom Schlüssel die geeignete Verzögerung, um jede Zeile des empfangenen Bildes in eine einwandfreie Taktbeziehung zu den anderen zu stellen (um das Bild zusammenzusetzen). Diese Komponente erzeugt auch ein Auftastsignal, das von der phasenstarren Schleife des Empfängers (Taktgeber), wie auch von anderen Komponenten verwendet wird. Das Auftastsignal öffnet die Schleife bei einem geeigneten Takt, um einen kleinen Teil des empfangenen Signals einzulassen, üblicherweise ein Referenztaktgeberimpuls, der während jeder horizontalen Austastlücke erscheint.
Eine wichtige Komponente bildet der Bildstabilisierungs- Verlustdetektor, der ermittelt, ob eine einwandfreie Bildstabilisierung verloren wurde und der dann bestimmte Änderungen in der Betriebsweise der anderen Empfängerkomponenten bewirkt. Der Bildstabilisierungs-Verlustdetektor empfängt dasselbe Auftastsignal, das von der phasenstarren Schleife empfangen wird und er prüft den selben Teil des empfangenen Signals, den Referenztaktgeberimpuls (gleichwohl kann jeder andere geeignete Teil des empfangenen Signals statt dessen überprüft werden). Der Bildstabilisierungs-Verlustdetektor ermittelt dann aus dem überprüften Teil des empfangenen Signals, ob die Bildstabilisierung einwandfrei ist. Wenn dies der Fall ist, finden keine Änderungen in der Betriebsweise des Empfängers statt. Wenn dies nicht der Fall ist, passieren zwei Dinge. Erstens wird die phasenstarre Schleife gegenüber dem gesamten empfangenen Signal geöffnet, so daß der Taktgeber des Empfängers nötigenfalls korrigiert werden kann. (Es ist möglich, daß die Bildstabilisierung aufgrund einer Drift des Taktgebers verlorengegangen ist). Zweitens wird der Bildstabilisierungs- Signalgenerator dazu veranlaßt, Bildstabilisierungssignale zu erzeugen, die nur auf den empfangenen Taktsignalen beruhen und nicht auf vorhergehender Information (d. h. frühere Taktsignale, die unter Verwendung des Taktgebers des Empfängers extrapoliert wurden), die nicht mehr länger gültig sein könnte.
Bei geöffneter phasenstarrer Schleife wird der Taktgeber des Empfängers korrigiert (weil die Taktgeberinformation mit dem Fernsehsignal gesendet wird). Wenn der Bildstabilisierungs-Signalgenerator nur auf die empfangenen Taktsignale und nicht auf seine eigene lokale Extrapolation derselben achtet, wird die Bildstabilisierung des Empfängers in Übereinstimmung mit dem übrigen Signal gebracht.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt drei Zeilen einer Fernsehsendung, die erfindungsgemäß empfangen werden können.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Bildstabilisierungs- und Synchronisationskomponenten eines Fernsehempfängers, der die vorliegende Erfindung verwendet.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm des in Fig. 2 gezeigten Bildstabilisierungs-Wortdetektors.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das die Betriebsweise des Impulsauftaktgenerators und des taktgesteuerten Wiederzusammensetzers nach Fig. 2 veranschaulicht.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm des in Fig. 2 dargestellten Softlockdetektors.
Fig. 1 zeigt drei Zeilen einer Fernsehübertragung, die erfindungsgemäß empfangen werden können. Die dargestellten Zeilen sind die Zeilen 1-3 der vertikalen Austastlücke (VBI).
Jede Zeile enthält eine bestimmte Information - hier als "Horizontaldaten" bezeichnet - in seiner horizontalen Austastlücke (HBI), den ersten 10,9 us bei einem NTSC- Signal. Vorzugsweise umfassen die Horizontaldaten für Programm in Digitalform und einem kurzen Impuls - zehn Zyklen
- mit der Frequenz des Referenztaktgebers. Der Taktgeberimpuls erscheint an einem festen Punkt, während der HBI in Zeilen innerhalb der VBI. Die Synchronisation und der Austastpegel, die normalerweise die HBI auffüllen, sind weggelassen.
Während das Videofeld zwischen den VBI's ist, enthalten die HBI's dieselben Horizontaldaten, sie unterscheiden sich jedoch in einer wichtigen Hinsicht von den dargestellten. Während des Videofeldes wird die Länge jeder HBI, und die Position des Referenzimpulses innerhalb desselben um einen pseudozufälligen Betrag gegenüber dem Standard variiert. Dies wird durch Hinzufügen oder Entfernen von digitalen Tonmustern an geeigneten Stellen in der Zeile bewerkstelligt. Um langanhaltende Kürzen oder Längen der gesendeten Information zu vermeiden, die schnell anwachsen können, wird die pseudozufällige Variation von vornherein so eingerichtet, daß sie sich zu Null über jedes Gesamtfeld ausmittelt.
Auch während des Videofeldes sind im aktiven Teil jeder Zeile (der Teil, der nicht von Horizontaldaten belegt ist) die separaten Analogkomponenten (Helligkeit und Farbstärke) der gesendeten Fernsehzeile enthalten.
In der VBI muß natürlich kein Bild gesendet werden; die Bildstabilisierungsinformation kann vorteilhafterweise während des aktiven Teils jeder der VBI-Zeilen gesendet werden. Diese Zeilen (63,56 us im NTSC lang) sind durch eine Anzahl von Digitalsymbolen (455 im NTSC) belegt, die verschiedene Informationsabsätze verkörpern, die zur Erzielung und Aufrechterhaltung einer einwandfreien Bildstabilisierung notwendig sind. Eine einfache Division zeigt, daß für eine Fernsehübertragung mit den obigen Parametern (im Hinblick auf einen NSTC-Empfänger) Symbole mit einer Wiederkehr von 7,16 MHZ, was zweimal der Farbzwischenträgerfrequenz entspricht, auftreten.
Zeile 1 der VBI besteht in seinem aktiven Teil abwechselnd aus Nullen und Einsen, oder Maxima und Minima des gesendeten Symbolsatzes (wenn Mehrpunktsymbole verwendet werden). Aufgrund der Symbolübertragungsrate enthält Zeile 1 daher eine 52,66 us kontinuierliche Welle bei 3,58 MHz, die Farbzwischenträgerfrequenz und, vorzugsweise, eine von dem Taktgeber des Empfängers verfügbare Frequenz. (Wenn der Begriff "Empfänger" verwendet wird, umfaßt dieser nicht nur NTSC, PAL, SECAM oder andere Standardfernsehempfänger, sondern auch, weitergehend, Decoder und andere Bildschirmausrüstung, die notwendig ist, um ein ankommendes Fernsehsignals in eines der Standardformate, wie NTSC umzuwandeln. Der Taktgeber ist daher vorzugsweise ein Teil des Decoderteiles des Empfängers.) Zeile 1 kann in die phasenstarre Schleife des Empfängers eingeblendet werden, um sie in Synchronisation mit dem Taktgeber des Senders zu bringen.
Zeile 2 der VBI besteht in seinem aktiven Teil aus dem Taktsignal, codiert als Wort, zusammen mit anderer Information (der FD-Abschnitt der Zeile), die benötigt wird, um das bestimmte Feld, in dem die Zeile erscheint, zu identifizieren. Beginnend mit dem Symbol 79 wird eine Abfolge erster Codemuster P gesendet. Das erste Codemuster P des bevorzugten Ausführungsbeispieles besteht aus dem folgenden Satz von acht binären Zählern: 11110000. Das erste Codemuster P wird 41-1/2-mal gesendet, um eine Gesamtsumme von 332 Symbolen zu erzielen. Nachdem das erste Codemuster P 41-1/2-mal gesendet worden ist, wird zweimal das zweite Codemuster Q in Phase mit P gesendet. Das zweite Codemuster Q besteht im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus dem Komplement des ersten Codemusters P, das heißt 00001111. Da ein besonderer Halbzyklus von P gesendet worden war, bedeutet das "in Phase" Erfordernis, daß die Übertragungen von Q in der Mitte des zweiten Codemusters Q (d. h. 1111) beginnen. (Wenn eine ganze Zahl von Mustern P gesendet worden ist, beginnt die Q Übertragung mit dem Beginn von Q - d. h., 0000.) Der Taktpuls wird daher als Phasenwiederkehr codiert, die zwischen der letzten Übertragung des ersten Codemusters P und der ersten Übertragung des zweiten Codemusters Q auftritt. Nach der zweiten Übertragung des zweiten Codemusters Q wird eine Feldidentifikation-Wellenform gesendet. Diese Wellenform dient zur Identifikation, welche der 16 Felder gesendet worden sind. (Die kann dazu verwendet werden, Verschlüsselungselemente des Systems zu synchronisieren.)
Zeile 3 enthält in ihrem aktiven Teil den Schlüssel (grob fehlerkorrigiert und vorzugsweise verschlüsselt), der notwendig ist, um die pseudozufälligen Variationen in der Position des alle-10-Zyklen während der HBI jeder Zeile des Videofeldes erscheinenden Taktgeberimpulses zusammenzufügen. Der Schlüssel, der einmal in einem Bild erneuert wird, wird als Startvektor für einen Pseudozufallsgenerator-Schaltkreis verwendet.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Bildstabilisierungs- und Synchronisationskomponenten des Empfängers (oder, wie oben erwähnt, des Decoders). Das zerhackte Fernsehsignal, das gemäß dem in Zeile 3 der VBI gesendeten Schlüssel zerhackt ist, kommt in Linie 101 an und wird rum Schlüssel-Entschlüssler 103, zum Bildstabilisierungswort-Detektor 105 und zur phasenstarren Schleife 107 weitergeleitet. Der Detektor 105 empfängt immer das gesamte zusammengesetzte Fernsehsignal, so daß er immer das gesendete Taktsignal erfassen kann, obwohl er normalerweise ein lokal erzeugtes Bildstabilisierungssignal ausgeben wird, anstatt das empfangene Taktsignal als Bildstabilisierungssignal zu verwenden. Die phasenverriegelte Schleife 107 empfängt das zusammengesetzte Fernsehsignal während Zeitabschnitten, die durch den Pulsauftastgenerator 109 ermittelt werden (verändert durch den Softlockdetektor 111). Wenn die Bildstabilisierung und Synchronisation korrekt sind (Hardlock- Bedingung), sind diese Zeitabschnitte die Zeitabschnitte des alle 10-Zyklen wiederkehrenden Referenzimpulses in der HBI jeder Zeile. Der Schlüssel-Entschlüssler 103 empfängt das gesamte zusammengesetzte Fernsehsignal, so daß er den zur Wiederzusammensetzung notwendigen Schlüssel auf Zeile 3 des VBI erfassen kann, indem er den Zeitbetrag ermittelt, der vergeht, nachdem der Bildstabilisierungswort-Detektor 105 das Bildstabilisierungssignal ausgegeben hat. Das Taktgeber-Ausgangssignal wird von der phasenverriegelten Schleife 107, soweit notwendig, den Empfängerkomponenten geliefert.
Der Impulsauftastgenerator 109 erfordert sowohl das Bildstabilisierungssignal (vom Detektor 105) und den entschlüsselten Schlüssel (vom Entschlüssler 103), um die Zeit des Erscheinens des Referenztaktgeberpulses in den HBI's des zusammengesetzten Fernsehsignals zu ermitteln. Die phasenverriegelte Schleife 107 ist normalerweise nur während dieser Zeitabschnitte zur Korrektur des Taktgebers geöffnet. Während dieser Impulsperioden kann auch der Softlockdetektor 111 das zusammengesetzte Fernsehsignal empfangen, um zu ermitteln, ob die Hardlock-Bedingung aufrechterhalten werden soll. Dies wird durch Integrieren des empfangenen Signals bewerkstelligt. Wenn der Taktgeberimpuls aus einer Folge abwechselnder 0- und 1-Symbole besteht, sollte sein Durchschnittswert nach Entfernen der DC-Komponente Null sein. Wenn bei Integration durch den Softlockdetektor 111 der Teil des zusammengesetzten Fernsehsignales, der während des durch den Generator 109 erzeugten Zeitabschnitts des Auftastsignales empfangen wurde, den Wert Null aufweist, ist die Bildstabilisierung einwandfrei. Wenn nicht, ist die Bildstabilisierung nicht einwandfrei; der Softlockdetektor sorgt dafür, daß der Empfänger in die "Softlock"-Bedingung eintritt, indem er ein Softlock-Signal, sowohl zum Bildstabilisierungswort-Detektor 105 und zur phasenverriegelten Schleife 107 ausgibt. Das Softlock-Signal öffnet die Schleife 107, um das gesamte zusammengesetzte Fernsehsignal einschließlich des Taktgebersignals in Zeile 1 der VBI zu empfangen. Es verändert auch den Hysterese- Algorithmus des Detektors 105, so daß lokal erzeugte Bildstabilisierungssignale ignoriert werden, und das Bildstabilisierungs-Ausgangssignal vom Detektor 105 das empfangene Taktsignal bildet.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Bildstabilisierungswort- Detektors 105. Das zusammengesetzte Fernsehsignal (einschl. des codierten Taktpulses) wird durch Radio in analoger Form gesendet, obwohl es von einem digitalen Signal herrührt. Es wird zuerst durch einen Hochpaßfilter 304 gefiltert und durch einen Verstärker 306. Das resultierende Signal wird sodann auf eine Eingangsklemme 300 gelegt.
Der Digitalfilter 308, ein digitaler Bandpaßfilter 8ter- Ordnung, der auf 895 kHz abgestimmt ist, bildet einen rekursiven Filter. (Die Filterfrequenz, 895 kHz, ist die Frequenz, mit der die Codemuster P und Q erscheinen (Symbolfrequenz 7,16 MHz geteilt durch 8 Symbole pro Codemuster)). Die Pole der Filter 308 liegen genau auf dem Einheitskreis in der Z-Ebene, so daß eine extrem schmale Bandbreite, und daher eine exzellente Rauschunterdrückung hervorgerufen wird. Die Filterstabilität wird durch wiederkehrendes Löschen seiner Speicherelemente mittels eines logischen Eingangssteuerschaltkreises 309 aufrechterhalten.
Wenn die 895 kHz Codemuster in den Digitalfilter 308 eintreten, neigt sein Ausgangssignal dazu, anzuwachsen. Nachdem das erste Codemuster P auf den Digitalfilter 308 für einen Zeitabschnitt zwischen 28 us und 46 us (abhängig vom Rauschniveau) aufgegeben wurde, wird das Ausgangssignal des Filters auf einen Stand angewachsen sein, der hoch genug ist, um den Schwellwertdetektor 310 anzusteuern und den Mustererkennungsschaltkreis 312 zu aktivieren. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Schwelle zur Ermittlung einer "1" am Ausgang des Digitalfilters 308 ein Wert größer oder gleich 25 "1"en. Der Schwellwert für die Ermittlung einer "0" am Ausgang des Digitalfilters 308 besteht aus einem Wert kleiner oder gleich 7. In 28 us wird der Digitalfilter 308 25 erste Codemuster P empfangen haben; daher wird bei Abwesenheit von Rauschen, der akkummulierte Wert für jede der vier "1"-Positionen des ersten Codemusters P den Wert 25 erreicht haben. In 46 us werden alle 41-1/2 Wiederholungen des ersten Codemuster P empfangen worden sein.
Der Mustererkennungsschaltkreis 312 erfüllt zwei Funktionen. Erstens prüft er die Ausgangssignale des Schwellwertdetektors 310, um zu ermitteln, ob sie als Ergebnis des Aufgebens eines 895 kHz-Signals am Eingang des Digitalfilters hergestellt wurden. Dies geschieht einfach dadurch, indem ermittelt wird, ob acht Proben von "größer als"/"kleiner als" Signalen (vom Schwellwertdetektor 310) die folgenden beiden Kriterien erfüllen:
a) es muß genau vier "größer als" und vier "kleiner als" geben; und
b) es muß entweder vier "größer als" in einer Reihe oder vier "kleiner als" in einer Reihe geben.
Wenn einmal ermittelt wurde, daß das 895 kHz-Signal anwesend war, beginnt der Mustererkennungsschaltkreis 312 lokal seine eigene Version des 895 kHz-Signals zu erzeugen, das bedeutet eine Abfolge erster Codemuster P. Diese Muster werden zusammen mit dem von der Eingangsklemme 300 ankommenden Signal auf ein ausschließliches-ODER Gate 314 gegeben, um die Phasenwiederkehr (siehe Fig. 1) im codierten Synchronisationssignal aufzuspüren.
Wenn die Phasenwiederkehr erscheint, wird das Ausgangssignal des ausschließlichen-ODER Gates 314 von "0" nach "1" wechseln. Das Ausgangssignal des auschließlichen-ODER Gates 314 treibt einen seriellen 12-von-16 Abstimmschaltkreis 316, dessen Ausgangssignal aktiv hoch ist, immer wenn 12 der letzten 16 Eingangsproben "1"en waren. Bei Rauschabwesenheit ist der Punkt, bei dem das Ausgangssignal des Abstimmschaltkreises aktiv hoch wird, bezüglich des zusammengesetzten Fernsehsignals festgelegt (wenn das Original-Synchronisationssignal selbst festgelegt ist, wie dies in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fall ist). Aufgrund von Rauschen jedoch, das Fehler im phasenumgekehrten Abschnitt des codierten Taktwortes mit sich bringt, ist der Punkt, bei dem das Ausgangssignal des Abstimmschaltkreises aktiv hoch wird, notwendigerweise nicht festgelegt.
Dieser Situation wird durch Resynchronisation des Ausgangssignals des Abstimmschaltkreises 316 mit dem lokal erzeugten ersten Codemuster P des Codemuster-Erkennungsschaltkreis 312 abgeholfen. Diese Resynchronisation findet im Rückstellschaltkreis 318 statt. (Ohne den Rückstellschaltkreis 318 würde das Ausgangssignal des Abstimmschaltkreises 316 als decodiertes Taktsignal aufgefaßt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das decodierte Taktsignal jedoch vom Ausgang des Rückstellschaltkreises 318 entnommen.) Der Rückstellschaltkreis 318 kombiniert zwei Informationssätze, die notwendig sind, um in genauer Weise das Taktsignal wiederzugewinnen. Vom Mustererkennungsschaltkreis 312 empfängt es den lokal erzeugten Strom erster Codemuster P. Da diese Muster fehlerfrei sind, enthalten sie fehlerfreie Information über den exakten Punkt während jedes Codemusters, an dem das Taktsignal erscheinen könnte (Mustermitte). Die einzig fehlende Information ist irgendeine Identifikation, welches Codemuster das Taktsignal in seinem Zentrum haben wird und dies wird durch den Abstimmschaltkreis 316 zur Verfügung gestellt. Der Mustererkennungschaltkreis 312 stellt daher ein ein-Bit-breites Fenster während jedes Durchlaufes des ersten Codemusters P, während dem das Taktsignal erscheinen kann, zur Verfügung, das den korrekten Zustand des Abstimmschaltkreises 316 angibt. Das Taktsignal wird durch den Rückstellschaltkreis 318 in das eine Fenster ausgegeben, das während eines Codemusters erscheint, wenn das Ausgangssignal des Abstimmschaltkreises hoch wird.
Das beschriebene System wird genau getaktete Taktsignale unter schlechten Signalbedingungen wiedererzeugen. Selbst unter schlechtesten Signalbedingungen kann der Betriebsbereich des Systems durch Hinzufügen eines Erneuerungsschaltkreises erweitert werden, um die Taktsignale, die verlorengegangen oder aufgrund zu starken Rauschens unkorrekt decodiert wurden, zu ersetzen. (Diese Erweiterung kann nur erreicht werden, wenn die gesendeten Taktsignale periodisch sind).
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die decodierten Taktsignale des Rückstellschaltkreises 318 indirekt dazu verwendet, die Systemzähler, wie in Fig. 3 gezeigt, zurückzustellen. Die Systemzähler 322 arbeiten kontinuierlich und stellen automatisch wiederkehrend auf "0" zurück, wobei die Periode nominal dieselbe ist, wie die Periode der gesendeten Taktsignale. Wenn die Systemzähler auf "0" zurückgestellt sind, entwickeln sie ein lokal erzeugtes Bildstabilisierungssignal auf der Linie 324, das mit dem decodierten Taktsignal in Linie 326 verglichen wird. Der Vergleich findet in einem Hysterese-Schaltkreis 320 statt, der die Anzahl der Ereignisse zählt, wenn ein lokales Bildstabilisierungssignal und das decodierte Taktsignal nicht übereinstimmen. Wenn der Zähler einen vorgegebenen Wert (5 im bevorzugten Ausführungsbeispiel) erreicht, wird das nächste decodierte Taktsignal dazu verwendet, die Systemzähler zurückzustellen. Wenn der Zähler unterhalb des vorgegebenen Wertes ist, wird das decodierte Taktsignal nicht dazu verwendet, die Systemzähler zurückzustellen; sie können sich automatisch zurückstellen. Diese Anordnung bewirkt, daß unerkannte Taktsignale durch die Systemzähler wieder hergestellt werden, und sie bewirkt, daß Taktsignale, die gelegentlich unkorrekt ermittelt werden (d. h. sie werden ermittelt, wenn kein Taktwort gesendet worden ist), ignoriert werden.
Der Schlüssel-Entschlüssler kann jeden Algorithmus verwenden, der in seiner Struktur ähnlich zu dem ist, der in der Data Encryption Standard (FIPS Publication 46) des National Bureau of Standards offenbart ist, dessen Veröffentlichung hiermit durch Zitat in diese Anmeldung aufgenommen worden ist. Der in der DES offenbarte Algorithmus ist, vom Sicherheitsstandpunkt her vorzuziehen. Wenn einmal ein Bildstabilisierungssignal vom Detektor 105 empfangen worden ist, errechnet der Entschlüssler 103 den Takt, bei dem der aktive Teil der Zeile 3 der VBI erscheint. Er achtet dann auf die Information, die im ankommenden Signal während des berechneten Zeitabschnitts erscheint und behandelt diese Information als den verschlüsselten Schlüssel, und entschlüsselt ihn in Übereinstimmung mit der DES (und dem vorher in den Empfänger eingegebenen Hauptschlüssel). Wenn die Bildstabilisierung einwandfrei ist, ist diese Information wirklich der Schlüssel, und das Fernsehsignal kann wiederzusammengefügt werden. Wenn die Bildstabilisierung verloren worden ist, wird der Teil des gesendeten Signals, der als Schlüssel behandelt worden ist, nicht die Information zur Verfügung stellen, die erforderlich ist, um das Bild einwandfrei zusammenzusetzen.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Betriebsweise des Impulsauftastgenerators und des zeitgesteuerten Wiederzusammensetzers 109. Der Wiederzusammensetzungsschlüssel vom Entschlüssler 103 wird als Anfangsvektor für den Pseudozufallszahlen-Generatorschaltkreis 401 verwendet. Der Schaltkreis 401 erzeugt (im NTSC-Fall) eine Abfolge von 525 Zufallszahlen auf der Grundlage des Schlüssels. Diese Zufallszahlen werden dann im Zeilenartenauswahlschaltkreis 405 mit Informationen kombiniert, die vom Zeilenzähler 403, der einmal pro Zeile anwächst, gewonnen worden sind. Dieser Schaltkreis wählt aus, welcher Zeilentyp (d. h. um einen Standardbetrag gekürzt, um einen zweifachen Standardbetrag gelängt, zu beiden Seiten um einen Betrag gelängt oder unverändert) als nächstes erscheint, und diese Information wird dem Zeilenlängenkontroller 407 zugeführt, der die Abweichung im Zuwachs der Zeilenlängen im Bezug zum Beginn des anliegenden Feldes überwacht und sicherstellt, daß die beiden folgenden Bedingungen erfüllt sind:
1. die Zuwachsabweichung überschreitet zu keiner Zeit +/- 9 us; und
2. die Zuwachsabweichung am Ende des Feldes muß 0 sein.
Der Zeilenlängenkontroller versorgt den Horizontalzähler und Decoder 409 mit Information, so daß der Zähler/Decoder 409 ein korrektes Zeilenspeicherkontrollsignal für die laufende Zeile erzeugen kann und die örtliche Festlegung des Referenztaktgeberimpulses in jeder HBI und das Ausgangssignal der Impulsgates zu geeigneten Zeiten berechnet werden können.
Fig. 5 zeigt in einem Blockdiagramm Details des Softlockdetektors 111. Der Bildstabilisierungspuls des Bildstabilisierungswort-Detektors 105 trifft auf die Linie 501 und wird dazu verwendet, sowohl den lokalen Zwischenträger-Regenerator 503 als auch die Zähler im Zähler/Decoder Schaltkreis 505 zurückzustellen. Der Schaltkreis 505 erzeugt ein Ausgangssignal, das während der Zeilen 22 bis 42 jedes Feldes aktiv ist. Dieses Ausgangssignal wird mit dem Impulsgate-Signal, das auf Linie 507 ankommt, in das AND-Gate 509 eingeblendet, um einen Puls zu erzeugen, der nur während des Impulses bei den Feldzeilen 22 bis 42 aktiv ist. Dieses Signal wird dann dazu verwendet, den Verlustzähler 511 immer dann zu aktivieren, wenn der lokal erzeugte Hilfsträger (vom Generator 503) nicht mit dem zusammengesetzten Fernsehsignal, das auf Linie 513 ankommt, übereinstimmt. Wenn das Ausgangssignal des Verlustzählers 511 eine voreingestellte Schwelle überschreitet, wird der Ausgang des Schwellwertdetektors 515 aktiv und sendet ein Softlock-Signal zum Bildstabilisierungswort-Detektor 105 und zur phasenverriegelten Schleife 107.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen des Verlustes und zur Wiederherstellung einer einwandfreien Bildstabilisierung in einem Empfänger zum Empfang eines Nachrichtensignals, das ein Taktsignal und einen übertragenen Schlüssel umfaßt, der ein vorbestimmtes Zeitverhältnis zum Taktsignal trägt, wobei das Nachrichtensignal in Übereinstimmung mit dem übertragenen Schlüssel zerhackt und so ausgelegt ist, daß eine genaue Bildstabilisierung zum Empfang notwendig ist, wobei die Vorrichtung

gekennzeichnet ist durch

- einen Bildstabilisierungswortdetektor (105) zum Empfang des zerhackten Nachrichtensignals und zur Beantwortung eines Softlockdetektorausgangssignals (soft lock detector output) durch Ausgabe des empfangenen Taktsignals als Bildeinstellsignal, und der dazu geeignet ist, eine Abwesenheit des Softlockdetektorausgangssignals durch Ausgabe eines lokal erzeugten Bildeinstellsignals als Bildeinstellsignal zu beantworten, wobei das lokal erzeugte Bildeinstellsignal in Übereinstimmung mit dem Taktsignal ist, außer wenn die Bildstabilisierung ungenau ist;

- einen Schlüssel-Entschlüssler (key decryptor) (103) zum Empfang des zerhackten Nachrichtensignals und des Bildeinstellsignals und zur Ausgabe eines ermittelten Schlüsselsignals, welches von dem Teil des zerhackten Nachrichtensignales gewonnen wurde, der das vorbestimmte Zeitverhältnis gegenüber dem Bildeinstellsignal trägt; und

- einen Softlockdetektor (111) zur Erfassung einer ungenauen Bildstabilisierung aus dem zerhackten Nachrichtensignal während einer vorgegebenen, vom ermittelten Schlüssel abhängigen Periode, wobei der Softlockdetektor dazu geeignet ist, ein Softlockdetektorausgangssignal zu erzeugen, wenn eine ungenaue Bildstabilisierung erfaßt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, desweiteren umfassend einen Auftastsignalgenerator (109) zum Empfang des Bildeinstellsignals und des ermittelten Schlüssels zur Erzeugung eines Auftastsignales während der vorbestimmten Periode, wobei der Softlockdetektor (111) das Auftastsignal empfängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren umfassend einen Taktgeber (107) zur Erzeugung eines Taktsignals in Phase mit einem Eingangssignal, wobei der Taktgeber (107) auf das Softlockausgangssignal antwortet, um, wie das Eingangssignal, das gesamte zerhackte Nachrichtensignal zu empfangen, und wobei er auf die Abwesenheit des Softlockausgangssignals antwortet, um, wie das Eingangssignal, das zerhackte Nachrichtensignal nur während der vorbestimmten Periode zu empfangen, wobei das Taktsignal durch den Bildstabilisierungswortdetektor (105), den Schlüssel- Entschlüssler (103) und den Softlockdetektor (111) empfangen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der übertragene Schlüssel verschlüsselt ist, und der Schlüssel-Entschlüssler (103) einen Entschlüssler zum Entschlüsseln des Teiles des zerhackten Nachrichtensignales umfaßt, der das vorbestimmte Zeitverhältnis zum Bildeinstellsignal trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bildstabilisierungswortdetektor (105) einen Hystereseschaltkreis (32) umfaßt, um das empfangene Taktsignal als Bildeinstellsignal in Antwort auf das Softlockausgangssignal nur dann auszugeben, wenn eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender lokal erzeugter Bildeinstellsignale nicht in Übereinstimmung mit den empfangenen Taktsignalen sind.

6. Verfahren zur Erfassung des Verlustes und zur Wiederherstellung einer genauen Bildstabilisierung in einem Empfänger zum Empfang eines Nachrichtensignals, das ein Taktsignal und einen übertragenen Schlüssel umfaßt, der ein vorbestimmtes Zeitverhältis zum Taktsignal trägt, wobei das Nachrichtensignal in Überstimmung mit dem übertragenen Schlüssel zerhackt und so ausgelegt ist, daß eine genaue Bildstabilisierung zum Empfang notwendig ist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

- Empfangen des zerhackten Nachrichtensignals;

- Ermitteln, ob die Bildstabilisierung genau ist, indem ein vorbestimmter Abschnitt des zerhackten Nachrichtensignals geprüft wird;

- Identifizierung des vorbestimmten Abschnitts in Bezug zu einem ermittelten Schlüssel;

- Gewinnen des ermittelten Schlüssels von dem Teil des zerhackten Nachrichtensignals, welcher das vorbestimmte Zeitverhältnis zu einem gewählten Bildeinstellsignal trägt; und

- Auswählen des Bildeinstellsignals auf der Grundlage der Ermittlung, ob das Bildeinstellsignal genau ist, derart, daß

i. wenn die Bildstabilisierung genau ist, das gewählte Bildeinstellsignal ein lokal erzeugtes Bildeinstellsignal in Übereinstimmung mit dem empfangenen Taktsignal ist; und

ii. anderenfalls das empfangene Taktsignal das gewählte Bildeinstellsignal ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Empfangens des zerhackten Nachrichtensignals den Schritt des Erzeugens eines Taktsignals mit einer Frequenz umfaßt, die durch ein gewähltes Referenzsignal nach dem Empfang des zerhackten Nachrichtensignals ermittelt wird, und wobei bei dem Ermittlungsschritt der vorbestimmte Abschnitt zu einem vorbestimmten Teil einer horizontalen Austastlücke korrespondiert, wenn die Bildstabilisierung genau ist; desweiteren umfassend den Schritt:

- Auswählen des Referenzsignals auf der Grundlage der Ermittlung, ob die Bildstabilisierung genau ist, derart, daß

i. wenn die Bildstabilisierung genau ist, das gewählte Referenzsignal das zerhackte Nachrichtensignal nur während der vorgegebenen Periode ist; und

ii. anderenfalls das gewählte Referenzsignal das gesamte zerhackte Nachrichtensignal ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der übertragene Schlüssel verschlüsselt ist, und der Schritt des Gewinnens des ermittelten Schlüssels das Entschlüsseln des Teils des zerhackten Nachrichtensignales umfaßt, der das vorbestimmte Zeitverhältnis zum gewählten Bildeinstellsignal trägt.