DE3882405T2

DE3882405T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines digitalen Audiosignals auf dem Tonträger eines Standardfernsehsignals.

Info

Publication number: DE3882405T2
Application number: DE88103112T
Authority: DE
Inventors: Clyde Robbins
Original assignee: General Instrument Corp
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1987-03-05
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2008-03-03
Also published as: HK59794A; JP2782341B2; EP0284799A2; US4821097A; DE3882405D1; JPS63233681A; CA1328917C; EP0284799B1; EP0284799A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Fernsehübertragung und den Fernsehempfang und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung hochqualitativer digitaler Tonsignale in dem Audioteil eines Standardfernsehsignals.
Neue digitale Techniken zur Tonwiedergabe bieten Leistungen, die analoge Techniken, die in der Vergangenheit eingesetzt wurden, bei weitem übertreffen. Eine solche analoge Technik wird zum Beispiel in EP-A-0149950 beschrieben. Ein Beispiel für die Hi-Fi-Tonwiedergabe unter Verwendung digitaler Techniken ist die Compact Disk-Technologie, die in jüngster Zeit einen großen Erfolg als Alternative zur Schallplatte und zum Tonband erzielt hat. Digitale Aufzeichnungs- und Abspieltechniken bieten eine Musikwiedergabe, die äußerst realistisch und frei von Hintergrundrauschen und Verzerrungen ist, die bei anderen Hi-Fi-Tonwiedergabesystemen, die gegenwärtige in großem Maße Einsatz finden, große Probleme bereitet haben.
Jüngste Fortschritte in der Fernsehtechnologie haben die übertragung eines stereophonen Tons in Verbindung mit einer herkömmlichen Fernsehbildübertragung ermöglicht. Bekannte Systeme verwendeten analoge Techniken in Verbindung mit der stereophonen Tonwiedergabe. Siehe zum Beispiel die gemeinschaftlich übertragene und gleichzeitig anhängige Patentanmeldung Serial No. 06/816.133, eingereicht am 3. Januar 1986, mit dem Titel "Apparatus and Method for Stereo Television Sound".
Eine Schwierigkeit bei der Erzeugung eines digitalen Audios in der Fernsehübertragung war die Eingliederung der digitalen Signale in das Standardfernsehsignal, ohne die Videoteile des Fernsehsignals zu stören oder die Qualität oder Art des Bildes, das durch herkömmliche Videoschaltkreise wiedergegeben wird, nennenswert zu beeinträchtigen. Zusätzlich muß jedes Fernsehverteilersystem, das digitale Audiodaten überträgt (wie ein Kabelfernsehsystem) so beschaffen sein, daß das übertragene Fernsehsignal an den Millionen von bereits bestehenden Fernsehgeräten, die herkömmliche analoge Tonschaltkreise verwenden, empfangen und wiedergegeben werden kann. Somit können Werte wie die Kanalbreite von sechs Megahertz (MHz) für jeden Kanal in dem Fernsehkanalspektrum, das Bildseitenverhältnis von vier zu drei, die Videobandbreite von 4,25 MHz die horizontale und vertikale Abtastrate von 15,734 Kilohertz (KHz) bzw. 60 Hertz (Hz) sowie die Anzahl der Abtastzeilen pro Bild mit 525 aufgrund geringer Toleranzen nicht verändert werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufnahme digitalisierter Audiodaten in den Tonträger eines Standardfernsehsignals in einer Weise, daß das Signal zur Wiedergabe des übertragenen Programms auf bereits bestehenden Schwarz-Weiß- und Farbfernsehgeräten wiedergewonnen werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Übertragung, den Empfang und die Wiedergabe von digitalen Audiosignalen in dem Tonträger eines Standardfernsehsignals geschaffen. Ein Audiosignal wird unter Anwendung von zum Beispiel adaptiven Deltamodulationstechniken digitalisiert. Mehrere Kanäle zur Toninformation, wie der linke und rechte Stereokanal und ein zweiter Audioprogrammkanal ("SAP") können alle digitalisiert werden und auf dem Fernsehsignaltonträger aufgenommen sein. Das digitalisierte Audiosignal wird unter Verwendung einer Multi-Phasen-Modulation auf dem Tonträgerteil eines Fernsehsignals moduliert. Der modulierte Tonträger wird dann in eine Zwischenfrequenz umgesetzt und mit dem AM-modulierten Videoteil des Fernsehsignals, dem das digitalisierte Audiosignal entspricht, summiert, um ein zusammengesetztes IF-Ausgangssignal zu erhalten.
Der Tonträger ist mit einem Pilotsignal zur Verwendung als Phasen- und -Zeitreferenz in einem multi-phasen-modulierten Signal amplitudenmoduliert. Das Pilotsignal kann zum Beispiel einen Impuls umfassen, der dem Tonträger einmal für jede horizontale Zeile, die in dem Fernsehsignal enthalten ist, zugegeben wird. Das Pilotsignal kann einem Teil des Tonträgers zugegeben werden, der dem Ende des aktiven Videos auf jeder horizontalen Zeile entspricht.
Zur Sendung des zusammengesetzten IF-Ausgangssignals kann es in ein RF-Ausgangssignal umgesetzt und auf einem Fernsehsignalkanal übertragen werden. Das RF-Ausgangssignal kann durch Rundfunk, via Satellit, durch ein Kabelfernsehsystem oder jede Kombination davon übertragen werden. Wenn das Fernsehsignal eine Gebührenprogrammierung enthält, wie zum Beispiel das, das auf der Basis einer Zahlung bei Inanspruchnahme über Satellit oder ein Kabelfernsehsystem angeboten wurde, kann der Videoteil des Signals durch Unterdrückung seiner horizontalen Synchronimpulse verschlüsselt sein. Durch diese Verschlüsselung werden die gute Übertragung, der folgende Empfang und die Wiedergabe des digitalen Audiosignals nicht beeinträchtigt. Die digitalen Audiodaten können auch zur Vermeidung einer unberechtigten Wiedergabe des Audioteils eines Fernsehprogramms verschlüsselt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei der adaptiven Deltamodulation, die zur Digitalisierung des Audiosignals eingesetzt wird, eine Audioabtastrate, die ein ganzzahliger Faktor der Tonträgermittenfrequenz ist, verwendet. Ferner ist die Tonträgermittenfrequenz mit einer horizontalen Abtastrate, die zu Wiedergabe des Videoteils des Fernsehsignales verwendet wird, phasenstarr gekoppelt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die horizontale Abtastrate etwa 15,734 KHz und die Tonträgermittenfrequenz 4,5 MHz.
Zur Bereitstellung eines linken Stereo-, rechten Stereo- und zweiten Audioprogramm- ("SAP"-) Tonkanals können diese drei Kanäle auf dem Tonträger des Fernsehsignals durch Zeitaufteilung gemultiplext sein. Die Digitalisierung der drei Audiokanäle kann durch Abtasten des linken und rechten Stereoaudiokanals bei einer adaptiven Deltamodultaionsrate, die das 13-fache der horizontalen Abtastrate beträgt, und durch Abtasten des SAP-Kanals bei einer adaptiven Deltamodulationsrate, die das 11-fache der horizontalen Abtastrate beträgt, erfolgen. Der zusammengesetzte Datenstrom kann aus Sicherheitsgründen seriell verschlüsselt sein.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Empfang des Fernsehsignals mit darin eingegliederten digitalen Audiodaten und für die Wiedergabe des Tons, den die digitalen Signale darstellen. Ein Multi-Phasen- Demodulator demoduliert ein empfangenes Fernsehsignal zum Abrufen der Audiokanaldaten. Die Daten werden an einen adaptiven Deltamodulationsdekodierer geliefert, der herkömmliche Audioausgangssignale für die Eingabe in einen Audioverstärker erzeugt, oder wechselweise an einen Fernsehmodulator, der die Audiosignale (nun in analoger Form) zur Tonwiedergabe in herkömmlicher Weise an ein Fernsehgerät ausgibt.
Figur 1 ist ein Diagramm, das das vollständige Videospektrum einer Standardfarbfernsehübertragung zeigt;
Figur 2 ist eine graphische Darstellung, die die Verschlüsselung der Luminanz- und digitalen Audiosignale mit Farbsignalen in dem Freguenzspektrum eines Fernsehsignals zeigt;
Figur 3 ist ein Blockdiagramm eines Kabelfernsehempfängers, der gemäß der vorliegenden Erfindung Audiosignale moduliert und dem Fernsehsignal beigibt;
Figur 4 ist ein Blockdiagramm eines Multi-Phasen-Modulators zur Modulation der digitalen Audioinformation gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 ist ein Blockdiagramm eines Kabelfernsehumsetzers für den Empfang und die Wiedergabe von Fernsehsignalen mit digitalen Audiodaten gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 ist ein Blockdiagramm eines Multi-Phasen-Demodulators zur Verwendung in dem in Figur 5 dargestellten Umsetzer;
Figur 7 ist ein Polardiagramm, das die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Multi-Phasen-Modulationstechnik zeigt;
Figur 8 zeigt verschiedene Wellenformen von einem Fernsehsignal mit digitalen Audiodaten gemäß der vorliegenden Erfindung, einschließlich des multi-phasen-modulierten Eingangs, der erfaßten Spitzen-AM, der erfaßten höchstwertigen Bit- und der erfaßten niederwertigsten Bit-Information;
Figur 9 ist ein Logikschaltbild einer Datenverschlüsselungs/entschlüsselungsvorrichtung, die zur Kodierung und Dekodierung digitaler Daten dient, die mit einem Fernsehsignal übertragen werden;
Figur 10 ist ein Zeitdiagramm der horizontalen Synchron- und Datenimpulse; und
Figur 11 ist ein Zeitdiagramm von AM-modulierten Daten in einem Teil des Videoübertragungsblocks.
Figur 1 zeigt das vollständige Videospektrum einer Standardfarbfernsehübertragung. Das Luminanzsignal 14 ist in der Graphik 10 und das Farb- oder "Chrominanz-" Signal 20 ist in der Graphik 12 dargestellt. Ein Farbhilfsträger 16 wird bei 3,579545 MHz übertragen, mit Seitenbändern, die sich 0,6 MHz über und 1,5 MHz unter dieser Frequenz erstrecken. Der Tonträger 18 ist bei 4,5 MHz zentriert.
Die Verwendung der spezifischen Frequenz von 3,579545 MHz für den Chrominanzhilfsträger führt zu einer Verschlüsselung der Luminanz- und Chrominanzsignale, die aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Diese Verschlüsselung der Signale ermöglicht die Übertragung sowohl der Luminanz- als auch der Chrominanzsignale in derselben Kanalbreite, die zur Übertragung eines monochromen Fernsehsignals verwendet wird.
Bei einer standardmäßigen monochromen Fernsehsignalübertragung besteht das übertragene Signal aus wiederkehrenden Wellenformen mit Frequenzen, die Harmonische der horizontalen Zeilenabtastfrequenz sind. Somit enthält das Frequenzspektrum eine Energiekonzentration bei jeder Harmonischen, d.h. bei ganzen Vielfachen der horizontalen Zeilenfrequenz. Figur 2 zeigt die Frequenzen, bei welchen solche Energiekonzentrationen eintreten. Eine erste Konzentration erscheint bei der Zeilenfrequenz 29. Folgende Energiekonzentrationen sind um die zweite Harmonische 31, die dritte Harmonische 33 und so weiter, konzentriert, wie bei der 226. Harmonischen 35, 227. Harmonischen 37, 228. Harmonischen 39 und 229. Harmonischen 41 dargestellt ist. Wie in Figur 2 dargestellt, wird nahezu die Hälfte des Videospektrums von dem Luminanzsignal nicht benützt, das Harmonische bei ganzen Vielfachen der Zeilenfrequenz besitzt. Daher ist es bei einer Farbfernsehübertragung möglich, das Chrominanzsignal mit dem Luminanzsignal zu verschachteln, indem die Chrominanzinformation bei ungeraden Vielfachen mit halber Zeilenfrequenz angeordnet wird. Dies war möglich, da die Abtastraten für das Chrominanzsignal und Luminanzsignal gleich sind (etwa 15,734 KHz). Die Verschlüsselung der Chrominanzsignale ist in Figur 2 bei der 453. Harmonischen 36 mit der Hälfte der Zeilenfrequenz 27, wie auch bei der 455. Harmonischen 38, der 457. Harmonischen 40 und der 459. Harmonischen 42 dargestellt. Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß sich die Luminanz- und Chrominanzsignalenergie entlang des Frequenzspektrums bei den Harmonischen über jenen, die in Figur 2 dargestellt sind, fortsetzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines digitalen Audiosignals in dem Tonträger eines Standardfernsehsignals so in einer Weise, daß die Audiosignale die Videoteile des Fernsehsignals nicht stören, wodurch eine Kompatibilität mit den Videoverarbeitungsschritten von Standardfernsehempfängern erhalten wird. Zu diesem Zweck werden die digitalen Audiosignale mit der horizontalen Zeilenfrequenz synchronisiert, so daß die Harmonischen der modulierten Audiosignale deckungsgleich angeordnet mit den Luminanzteilen des Fernsehsignalfrequenzspektrums erscheinen. Somit werden die digitalen Audiosignale mit den Farbsignalen verschachtelt und stören die Farbwiedergabe in einem Videoprogramm nicht.
Zur Erfüllung der Zielsetzungen der vorliegenden Erfindung sind der linke Stereo-, der rechte Stereo- und der SAP-Audiokanal auf dem 4,5 MHz Tonträger eines Standardfernsehsignals zeitgemultiplext, wobei eine kombinierte Multi-Phasen-Modulation und AM-Modulation verwendet werden. Der 4,5 MHz Differenzträger ist zu der horizontalen Videoabtastrate von 15,734 MHz phasenstarr. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Audiosignale unter Verwendung adaptiver Deltamodulations- ("AMD"-) Techniken digitalisiert und insbesondere unter Verwendung des ADM-Systems, das von den Dolby Laboratories in einem Artikel mit dem Titel "Recent Developments in Digital Audio Techniques", K.J. Gundry, D.P. Robinson und C.C. Todd, Dolby Laboratories, San Francisco und London, vorgeschlagen und bei der 1984 NCTA Show vorgestellt wurde, wobei auf diesen Artikel hierin Bezug genommen wird. Ein integrierter Schaltkreis-Chip für die Dolby ADM-Dekodierung ist von Signetics Corporation unter der Modell Nr. NE5240 erhältlich. Ebenso sachdienlich ist der Artikel mit dem Titel "Digital Audio for Cable Television", Clyde Robins, NCTA Technical Papers, 15.- 18. März 1986, auf den hierin ebenso Bezug genommen wird.
Die zur Digitalisierung der Audiodaten in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendete Audioabtastrate der adaptiven Deltamodulation ist ein ganzzahliger Faktor der Zwischenträgerfrequenz. Für jeden digitalisierten Kanal werden in der Dolby ADM-Technik drei digitale Komponenten gebildet. Diese sind Amplitudeninformation, Frequenzkompandierungsdaten und Amplitudenkompandierungsdaten. In dem besten Ausführungsbeispiel wird das digitalisierte Audiosignal durch Multi-Phasen-Modulation auf dem Tonträger übertragen. In jeder horizontalen Zeile werden vierundvierzig Datenbits übertragen. Die ersten vier Bits werden als Präambel zur Bitsynchronisation verwendet. Die Präambel wird mit einer eindeutigen Phase und Amplitude übertragen, die sie als Synchronisationssymbol kennzeichnet.
Wie oben erwähnt, werden vorzugsweise drei Kanäle des digitalen Audios übertragen; nämlich der linke Stereo-, der rechte Stereo- und der zweite Audioprogrammkanal. Linker und rechter Stereokanal benötigen jeweils 13 Bits digitalisierter (ADM) Daten für jede horizontale Bildzeile in dem Fernsehsignal und ein Bit pro Kanal pro Zeile für Frequenz- und Amplitudenkompandierungsdaten. Der SAP-Kanal benötigt 11 Bits digitalisierter Audiodaten pro horizontaler Bildzeile und ein Bit pro Zeile pro Zeile für Frequenz- und Amplitudenkompandierungsdaten. Diese Bitverteilung ist in Tabelle 1 zusammengefaßt. TABELLE 1 AUDIODATENÜBERTRAGUNGSBLOCK Bitanzahl Bit Daten 40 Bit insgesamt linkes Audio linke Audiokompandierung rechtes Audio rechte Audiokompandierung SAP-Audio SAP-Audiokompandierung
Die horizontale Abtastrate ("fH") beträgt in einem herkömmlichen NTSC-Farbfernsehsignal 15,734264 KHz. Der Audiodifferenzträger beträgt das 286-fache der horizontalen Abtastrate oder 4,5000 MHz. Die Faktoren des Audiodifferenzträgers sind 2, 11 und 13 (2 x 11 x 13 = 286). Somit ergeben Audioabtastraten der adaptiven Deltamodulation, wie oben erwähnt, ganzzahlige Faktoren der Zwischenträgerfrequenz.
Die Modulationsfrequenz der multi-phasen-modulierten Audiodaten beträgt 22 x fH, was 22 "Symbolperioden" pro horizontaler Zeile ergibt. Somit gibt es 13 Zwischenträgerzyklen pro Symbolperiode (13 x 22 = 286). Die Multi-Phasen-Modulation erzeugt zwei Datenbits pro Symbol, woraus sich eine Übertragung von 44 Audiodatenbits in jeder horizontalen Zeile ergibt. Dies läßt sich in eine Bitrate von 692,3 Kilobits pro Sekunde ("KBPS") umsetzen. Durch Verwendung der Kodierung ohne Rückkehr nach Null ("NRZ") wird die maximale Symbolübergangsrate die Hälfte der Symbolrate oder 11 fH. Die erforderliche Nyquist-Bandbreite beträgt ± 173,07 KHz.
In Übereinstimmung mit der Bitverteilung für die Audiodaten, wie in Tabelle 1 dargestellt, beträgt die Stereo-Audio-Deltamodulationsabtastrate sowohl für den linken als auch für den rechten Kanal in der bevorzugten Ausführungsform 13 fH. Die Deltamodulationsabtastrate für das zweite Audioprogramm beträgt 11 fH. Die adaptive Kompandierungsabtastrate beträgt schließlich fH/2. In dem Dolby ADM-System werden sowohl die Amplituden- als auch die Frequenzkompandierungsdaten verwendet. In der vorliegenden Ausführung von Dolby ADM wechseln die Kompandierungsbits, die in jeder horizontalen Zeile vorgesehen sind, zwischen den Amplitudendaten und Frequenzdaten. Jede Zeile enthält entweder Amplituden- oder Frequenzkompandierungsdaten und die Inhalte von aufeinanderfolgenden Zeilen wechseln von einer Zeile zu der nächsten. Somit kann die adaptive Kompandierungsabtastrate für jede Art von Kompandierungsdaten die Hälfte der horizontalen Abtastrate betragen.
Die Audiodaten werden durch den Tondifferenzträger eines Fernsehsignals unter Verwendung einer Multi-Phasen-Modulation übertragen. Derselbe Träger verwendet eine AM-Modulation für die vertikale und horizontale Bildeinstellung wie auch den Tonträgerphasenreferenz, und Audiodatenbitzeit- und Rahmenbezug. Wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem Kabelfernsehsystem verwendet wird, werden auch Programmkennzeichnungen und Entschlüsselungsgrundelemente auf dem Tonträger unter Verwendung der AM-Modulation übertragen. Im Bereich des Kabelfernsehens ist es vorteilhaft, die Audiodaten zu verschlüssseln und der zusammengesetzte Datenstrom kann seriell verschlüsselt werden, so daß nur berechtigte Teilnehmer das digitale Audioprogramm rückgewinnen und wiedergeben können.
In einem Kabelfernsehsystem kann das digitale Audio gemäß der vorliegenden Erfindung gemeinsam mit einem Videosignal übertragen werden, das unter Verwendung von beispielsweise herkömmlichen 6/10 db dynamischen Synchronunterdrückungstechniken und/oder Videoumkehr-Verschlüsselungssystemen verschlüsselt wird. Dem Fachmann sind diese und andere Verschlüsselungssysteme bekannt. Bei Verwendung der Synchronunterdrückungsverschlüsselung können die Zeitwiedergewinnungssignale, die als AM auf dem Tonträger gesendet werden, von dem Video zeitversetzt sein, wodurch die Sicherheit des Videosignals erhöht wird, während der Ton von nicht berechtigten Geräten nicht wiedergegeben werden kann.
Die AM-modulierten Daten in dem Signal, das von dem Kabelfernsehempfänger zu den Umsetzern der Teilnehmer übertragen wird, enthält 16 Datenbits für die 6/10 db Synchronunterdrückungsverschlüsselungswahl, Programmspezifische Daten wie Preis, Bewertung und ähnliche Daten, die in der Technik allgemein bekannt sind. Ein Beispiel eines Empfangsstellenreglers nach dem Stand der Technik zur Übertragung solcher Daten ist der Regler Modell AH-4, hergestellt und verkauft von der Jerrold Division of General Instrument Corporation.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden 13 neue Datenbits an die AM-Datenkennung angehängt, die Matrix- und Kodedaten für die Entschlüsselungsvorrichtung, Tätigkeitsschlüsseldaten für den digitalen Audioumsetzer und Zeitverschiebungsentschlüsselungsdaten übertragen. Diese Daten sind notwendig, daß ein berechtigter Digitalaudioumsetzer Ton von den digitalen Audiosignalen, die mit dem Fernsehsignal übertragen werden, empfangen, entschlüsseln und wiedergeben kann. In den Daten kann auch ein Tätigkeitsschlüssel vorgesehen sein, der von nichtdigitalen Audioumsetzern gelesen wird, um diesen die Berechtigung für den Empfang eines Fernsehprogrammkanals, der digitalen Ton überträgt, zu entziehen.
Wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem Kabelfernsehsystem verwendet wird, werden drei Primärkomponenten verwendet. Diese sind der adressierbare Regler (auch "Empfangsstellenregler" genannt), der Empfangsstellenkodierer und der Teilnehmerumsetzer (auch als das "Teilnehmerendgerät" bekannt). Sowohl der adressierbare Regler als auch der Kodierer befinden sich an der Empfangsstelle, von der die Kabelfernsehsignale von dem Kabelsystembetreiber ausgesendet werden. Der adressierbare Regler steuert alle Teilnehmerendgeräte in dem Kabelfernsehsystem, steuert die Kodierer/Dekodierer, die mit den System verbunden sind, gestaltet die Verschlüsselungsmoden, Tätigkeitsschlüssel und Verschlüsselungskode und ordnet die Verbreitung aller Entschlüsselungskodes. Der Kodierer der vorliegenden Erfindung ist eine Empfangsstellenvorrichtung, die aus einer Anzahl von Subkomponenten besteht, umfassend einen Audiodigitalisierer, eine Videoverschlüsselungsvorrichtung, eine Kennungseinfügungslogik, eine Logikschaltung für den adressierbaren Regler und eine Modulatorschaltung. Diese Komponenten werden in der Folge in Verbindung mit der Beschreibung von Figur 3 erklärt.
Der Teilnehmerumsetzer ist eine Vorrichtung, die in der Wohnung des Teilnehmers angeordnet ist und ein RF-Umsetzermodul, einen Demodulator, eine Logikschaltung für den adressierbaren Regler, eine Teilnehmerlogikschaltung, eine Audioentschlüsselungsvorrichtung und einen Digital-Analog- ("D/A"-) Umsetzer, gemeinsam mit einer Videoentschlüsselungsvorrichtung und einem Modulator enthält. Jedes dieser Elemente wird in der Folge in Verbindung mit der Beschreibung von Figur 5 erklärt.
Neben dem AM-Datenweg werden gewisse Daten über einen FM- Datenweg von dem Kabelfernseh-Empfangsstellenregler zu den Teilnehmerumsetzern übertragen. Diese Daten sind üblicherweise unter Verwendung von Frequenzumtastungstechniken ("FSK"), die in der Technik allgemein bekannt sind, moduliert. Der adressierbare Regler Modell AH-4, auf den zuvor Bezug genommen wurde, ist ein Beispiel eines Empfangsstellenreglers nach dem Stand der Technik, der die Daten, die sowohl für bestimmte Kennungsdaten AM-moduliert als auch für Verschlüsselungsdaten FSK-moduliert sind, Berechtigungskodes und ähnliches steuert.
In Tabelle 2 sind verschiedene Begriffe und ihre Definitionen aufgelistet, die hierin in Verbindung mit der Beschreibung der Datenübertragung von dem Empfangsstellenregler zu dem Kodierer und den Teilnehmerumsetzern gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

TABELLE 2

AUDIOENTSCHLÜSSELUNGSKODES

Satz von 8 Vierbitworten, die über den FM- (FSK-) Datenweg zu dem Teilnehmerendgerät (Umsetzer) und Kodierer übertragen werden. Die Vierbitworte werden für die Matrix der Kryptoren in dem Empfangsstellenkodierer und Teilnehmerendgerätdekodierer verwendet. Zu jedem Zeitpunkt sind vier der Vierbitworte in Verwendung. Die unbenutzten Vierbitworte können, während sie unbenutzt sind, verändert werden. Daten, welche die zu verwendenden vier Vierbitworte und die Reihenfolge der Verwendung identifizieren, werden von dem Empfangsstellenregler zu dem Kodierer übertragen und von dem Kodierer zu dem Teilnehmerendgerät als AM-modulierte Kennungsdaten übertragen.

KODEVERWENDUNGSSPEZIFIKATION

Bestimmt, welcher der Audioverschlüsselungskodes an jedem der 4 Vierbitwortplätze der Entschlüsselungsschaltung des Teilnehmerendgeräts verwendet wird. Jeder der 8 Kodes kann einem der vier Plätze zugeordnet werden. Diese Zuordnungsdaten werden in den Bits 16-23 der AM- Kennung gesendet und sind für jedes Fernsehprogramm spezifisch.

KENNUNGSENTSCHLÜSSELELUNGSKODE

4-Bit Halbbyte, das über den FM-Datenweg von dem Empfangsstellenregler zu dem Teilnehmerendgerät gesendet wird. Dieser Kode wird zur Entschlüsselung des verschlüsselten Tätigkeitsschlüssels und der verschlüsselten Matrix, die in der AM-Kennung übertragen wird, verwendet. Es gibt zwei Kennungsentschlüsselungskode in dem System, aber zu jedem Zeitpunkt wird nur einer verwendet. Ein Kode kann geändert werden, wenn er nicht in Verwendung ist. Der Kode, der zur Entschlüsselung der Kennung verwendet wird, ist in der Kennung spezifiziert.

VIDEOTÄTIGKEITSSCHLÜSSEL

Tätigkeitsschiüssel, der in den Bits 0-7 der AM-Kennung gesendet wird und zur Bestimmung der Berechtigung für den Videoteil des Programms dient. Ein Teilnehmerendgerät, das für diesen Bedienungskode nicht berechtigt ist, sperrt den Videoteil des Programms. Bei einem nichtdigitalen Audioteilnehmerendgerät wird er auch zur Freigabe oder Sperre der Übertragung verwendet (nichtdigitale Audioumsetzer sollten immer für digitale Audioprogramme gesperrt sein).

AUDIOTÄTIGKEITSSCHLÜSSEL

Tätigkeitsschlüssel des Audioteils des Programms, der in verschlüsselter Form gesendet und durch den Kennungsentschlüsselungskode entschlüsselt wird. Der Audiotätigkeitsschlüssel ist eines der Datenfelder, die in den Bits 16-23 der AM-Kennung gesendet werden. Dieser Tätigkeitsschlüssel wird von dem digitalen Audioumsetzer zur Bestimmung der Berechtigung für Stereoaudio verwendet. Wenn die oberen Kennungsbits fehlen, wird der Standardtätigkeitsschlüssel (Bits 0-7) zur Berechtigungsgültigkeitskontrolle verwendet und Audio im Standard-TV-Format übertragen.

ZEITVERSCHIEBUNGSSPEZIFIKATION

Daten, welche die Größe der Zeitverschiebung zwischen den Zeitsteuerimpulsen auf dem Tonträger AM und der Synchronposition in dem Video spezifizieren. Die Zeitverschiebungsspezifikation ist für das Fernsehprogramm spezifisch und wird in den Bits 16-23 der Kennung in einem verschlüsselten Format gesendet, wobei der Kennungsentschlüsselungskode für die Wiedergewinnung verwendet wird. Die Zeitverschiebung der Kennung kann nur in einem statischen Modus verwendet werden und kann nur während Programmänderungen geändert werden (wenn die Änderung stattfindet, kommt es zu einem Audiostörsignal).

ENTSCHLÜSSELUNGSMATRIX

8-Bit-Matrix, die in den Bits 6-23 der AM-Kennung gesendet und zur Matrizierung der Audioentschlüsselungsschaltung verwendet werden. Die Matrix ist programmspezifisch und kann sich auf einer dynamischen Basis ändern. Eine neue Matrix wird in Übereinstimmung mit der Zeitsteuerung, die durch Daten in der AM-Kennung festgelegt ist, in Verwendung gebracht. Die Matrix wird in einem verschlüsselten Format gesendet, das den Kennungsentschlüsselungskode zur Wiedergewinnung verwendet.
Daten, die über den FM-Weg zwischen dem Empfangsstellenregler und dem Kodierer übertragen werden, enthalten eine Signatur für den Schutz empfindlicher, über den Weg übertragener Information, Kennungs- und Audioverschlüsselungskodes, Kodegebrauchsbezeichner, Verschlüsselungsmodusdaten einschließlich Synchronunterdrückungsmodus und Zeitverschiebungsspezifikationen, den Video- und Audiotätigkeitsschlüssel und Preis- und Bewertungsdaten. Daten, die zu dem digitalen Audioprogramm gehören und zu dem Teilnehmerendgerät über den FM-Weg gesendet werden, enthalten eine Signatur für den Schutz empfindlicher, über den Weg übertragener Information, Kennungs- und Audioentschlüsselungskodes und Berechtigungsinformation.
Daten, die über den AM-Datenweg von dem Kodierer zu dem Teilnehmerendgerät gesendet werden, enthalten Video- und Audiotätigkeitsschlüssel, Verschlüsselungsmodus und Zeitsteuerinformation (einschließlich Synchronunterdrückungsmodus und Zeitverschiebungsspezifikation), Kodegebrauchsspezifikationen, die Entschlüsselungsmatrix und Preis- und Bewertungsdaten. Daten, die in der AM-Kennung übertragen werden, können in einem verschlüsselten Format gesendet werden, das den richtigen Kennungsentschlüsselungskode in dem Endgerät zur richtigen Interpretation der Daten verlangt.
Mit Bezugnahme auf Figur 3 wird eine Empfangsstelle, die zur Verwendung in der Übertragung von digitalen Audiosignalen über ein Kabelfernsehnetz gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, in Form eines Blockdiagramms gezeigt. Ein Empfangsstellenregler 50, wie der Jerrold AH-4-Regler, sendet verschiedene Daten, einschließlich Steuerdaten, Verschlüsselungskode und Grundelemente zu einem Mikroprozessor 52. Daten, die auf dem FM-Datenweg übertragen werden sollen, werden an der Anschlußeinheit "A" an einen FM-Modulator 104 auf herkömmliche Weise ausgegeben. Der linke, rechte und SAP-Audiokanal werden einem adaptiven Deltamodulator 54 eingegeben, der die eingegebene Audioinformation digitalisiert und sie in parallelem Format an eine Parallel-Serien-Logikschaltung 56 ausgibt. Die Schaltung 56 kann jede der in der Technik allgemein bekannten Parallel-Serien-Datenübersetzungstechniken umfassen. Zum Beispiel können die rechten, linken und SAP-Daten von dem adaptiven Deltamodulator 54 in Schieberegister geladen werden (ein eigenes 13-Bit-Schieberegister für jede der rechten und linken Kanaldaten und ein 11-Bit-Schieberegister für die SAP-Kanaldaten) und dann können die Ausgänge der drei Schieberegister zur Erzeugung eines seriellen Ausganges einem Parallelladeschieberegister eingegeben werden. Die rechten, linken und SAP-Kompandierungsbits von dem Modulator 54 können über einzelne Flip-Flops in das Parallelladeschieberegister geladen werden.
Verschiedene Taktsignale zur Steuerung des adaptiven Deltamodulators 54 und der Parallel-Serien-Logik 56 werden von der Zeitgeberlogik 68 erzeugt. Die Zeitgeberlogik 68 wird von einem 18 MHz spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 70 und den horizontalen Synchronisationsimpulsen von dem Synchronseparator 80 nach einer Phasenverschiebung, die durch die Verzögerungsschaltung 84 erzeugt wird, gesteuert. Die Zeitgeberimpulse bei einer Frequenz von 13 fH (für die Abtastrate des-linken und rechten Kanals) und FH/2 (für die adaptive Kompandierungsabtastrate) werden dem adaptiven Deltamodulator 54 eingegeben. Die Zeilenfrequenz fH wird gemeinsam mit einem Taktsignal bei einer Frequenz von 44 fH, das die gewünschte Bitrate von 44 Bits pro horizontaler Zeile (d.h. 692,3 KBPS) liefert, direkt in die Parallel-Serien-Logik 56 eingegeben. Dasselbe Signal wird auch einer Verschlüsselungsvorrichtung 58 eingegeben, die zur Verschlüsselung der digitalen Audiodaten dient, die von der Parallel-Serien-Logik 56 ausgegeben werden, wie auch der Steuer- und Kennungsdaten, die der Verschlüsselungsvorrichtung 58 von dem Empfangsstellenregler 50 über den Mikroprozessor 52 eingegeben werden.
Die digitalen Audiodaten werden vor der Übertragung durch die Verschlüsselungsvorrichtung 55 unter Verwendung der Hardware, die in Form eines Blockdiagramms in Figur 9 dargestellt ist, verschlüsselt. Dieselbe Hardware wird sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung verwendet.
Mit Bezugnahme auf Figur 9 wird ein 16-Bit-Kode von dem Mikroprozessor über den Datenbus 272 in einen 16-Bit-Kodeauffangspeicher 276 geladen. Der Mikroprozessor 52 verwendet eine Adressendekodierlogik 270 zur Adressierung des Auffangspeichers 276, wie auch verschiedener anderer Auffangspeicher, die in der Kryptorhardware von Figur 9 enthalten sind. Der geladene 16-Bit-Kode wird zur Initialisierung eines Satzes von Schieberegistern 278, 280 und 282 zu Beginn jedes Videofeldes verwendet. Die Schieberegister rotieren auf einer Bittaktbasis, eine Verschiebung pro Bit.
Eine gesonderter 8-Bit-Matrix wird in den AM-Kennungsdaten übertragen, entschlüsselt und über einen Datenbus 272 in einen 8-Bit-Matrixauffangspeicher 274 geladen. Zu Beginn jedes Videofeldes werden die Inhalte des Matrixregisters 274 in ein 8-Bit-"Matrix"-Schieberegister 286 geladen. Ein Bitmischer 284 vereint die Ausgänge der Kodeschieberegister 278, 280 und 282 zur Erzeugung von fünf Steuersignalen für die nichtlineare sequentielle Logikschaltung 288. Diese Logik verarbeitet Daten von dem Bitmischer 284 und dem Matrixschieberegister 286 zur Erzeugung eines einzigen Bitstroms, der durch ein exklusives ODER-Gatter 290 mit dem Austrag des Matrixschieberegisters zur Erzeugung des Schlüsselbitstromes exklusiv ODER-verknüpft ist. Der Schlüsselbitstrom wird in den seriellen Eingang des Matrixschieberegisters 286 zurückverschoben. Ein Datensignal (das entweder verschlüsselt oder freigegeben sein kann) wird bei der Anschlußeinheit 294 eingegeben, wo es an dem Gatter 292 mit dem Schlüsselbitstrom zur Erzeugung eines Datenausgangs (entweder entschlüsselt oder verschlüsselt) bei der Anschlußeinheit 296 exklusiv ODER-verknüpft wird. Somit wird jedes bei der Anschlußeinheit 294 eingegebene Datensignal von verschlüsselt zu freigegeben umgesetzt, oder umgekehrt, und bei der Anschlußeinheit 296 ausgegeben, indem es mit dem Schlüsselbitstrom exklusiv ODER-verknüpft wird.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des digitalen Audiosystems enthält acht Schlüsselkode-Vierbitworte. Jedes Vierbitwort umfaßt vier Bits. Zu jedem Zeitpunkt werden auf jedem der linken, rechten oder SAP-Audiokanäle nur vier Vierbitworte verwendet. Die anderen vier Vierbitworte können geändert werden, während sie nicht in Verwendung sind.
Die Verschlüsselungskodes sind über den FM-Datenweg verteilt. Sie werden in einem kodierten Format übertragen und in dem Teilnehmerendgerät unter Verwendung eines Dekodieralgorithmus dekodiert, der auf der Endgerätsignatur basiert, die bei der Initialisierung des Endgeräts eingelesen wird. Die Kodes werden in einem leistungsunabhängigen Speicher im kodierten Format für einen weiteren Schutz gespeichert. Eine Kodeliste wird periodisch zur Verbreitung wie in der Folge beschrieben über den FM-Datenweg übertragen.
Ein Beschreiber in den AM-Kennungsdaten gibt an, welche vier Kodes in welcher Kombination für die Entschlüsselung der Audiodaten zu verwenden sind. Zwei Datenbytes werden zur Beschreibung des Kodegebrauchs verwendet. Die beiden Bytes werden in vier Vierbitworte unterteilt) von welchen jedes den Kode spezifiziert, der in einem bestimmten Vierbitwort des Koderegisters verwendet wird. So können vier Kode-Vierbitworte in jeder Reihenfolge zur Initialisierung des Koderegisters verwendet werden. Das niederwertigste Vierbitwort des ersten Kodegebrauchsbytes spezifiziert das riähtige Kode-Vierbitwort (0-7), das in den Kodeauffangspeicher-Bits A-D, dargestellt in Figur 9, verwendet wird. Das höchstwertige Vierbitwort des ersten Kodegebrauchsbytes spezifiziert das Kode-Vierbitwort für die Kodeauffangspeicher-Bits E-H. Das niederwertigste Vierbitwort des zweiten Kodegebrauchsbytes spezifiziert das Kode-Vierbitwort für die Kodeauffangspeicher-Bits J-M. Das höchstwertige Vierbitwort des zweiten Kodegebrauchsbytes spezifiziert das Kode-Vierbitwort für die Kodeauffangspeicher-Bits N-R.
Der Verschlüsselungsmatrix ist die zweite Information, die zur Entschlüsselung der Audiodaten benötigt wird. Die Matrix ist ein beliebiges Acht-Bit-Datenbyte, das bei der Kabelfernsehempfangsstelle seinen Ursprung hat und in den AM-Kennungsdaten in einem verschlüsselten Format übertragen wird. Die Matrix wird unter Verwendung des Kennungsentschlüsselungskodes, der in der AM-Kennung spezifiziert ist, entschlüsselt. Die Matrix wird in die Kryptorhardware (Figur 9) geladen und zur Initialisierung der sequentiellen Logik 288 der Kryptorhardware (über die Gatter 287, 289) zu Beginn jedes Audioinformationsfeldes verwendet.
Es müssen zwei Ebenen der Synchronisation zwischen der Verschlüsselungsvorrichtung und der Entschlüsselungsvorrichtung für eine fehlerfreie Datenwiedergabe erreicht werden. Zunächst muß die sequentielle Logik der Ver- und Entschlüsselungsvorrichtung auf die Bitebene heruntersynchronisiert werden. Dann müssen Veränderungen in der Kode- und Matrixinformation auf die Feldebene heruntersynchronisiert werden.
Die Kryptorhardware von Figur 9 wird bei der vorderen Flanke des ersten horizontalen Synchronisationsimpulses initialisiert, der auf der Tonträger-Amplitudenmodulation übertragen wird. Die Initialisierung erfolgt durch Übertragen von Kodedaten von dem Auffangspeicher 276 zu den Schieberegistern 278, 280 und 282, von dem Matrixauffangspeicher 274 zu seinem Schieberegister 286 und durch Initialisierung der sequentiellen Logik 288 in den Anfangszustand, der von dem Kode spezifiziert wird. Anschließende Matrix- und Kodeänderungen erfolgen aufgrund eines Rückwärtszählschemas durch das Audiofeld. Diese Änderungen finden während desselben Feldes wie Synchronunterdrückungsmodusveränderungen statt. Das "Rückwärtszähl"-Feld der AM-Kennung wird in der Folge beschrieben. Matrix und Kode werden in ihre entsprechenden Auffangspeicher 274, 276 bis zu einem Feld vor der Übertragungszeit geladen und die Hardware fährt die Übertragung während der Feldsynchronisation aus.
Eine 13-Bit-Erweiterung zu der Standard-16-Bit-AM-Kennung, die in dem Jerrold AH-4 Empfangsstellenregler verwendet wird, liefert Laufzeitdaten in bezug auf digitales Audio. Die Daten werden amplitudenmoduliert auf dem TV-Tonträger gesendet, vermischt mit der Synchronwiedergabezeitinformation. Die AM-Daten enthalten Zeitsteuerimpulse, die zu den unterdrückten horizontalen Synchronisationsimpulsen des verschlüsselten Videos synchron sind, wie auch Datenimpulse zur Signalkennung und Entschlüsselungsspezifikationen. Die gesamte AM-Impulsreihe kann zu dem zugehörigen Videoprogramm zeitverschoben sein.
Einzelheiten der Zeitsteuerung von Daten in der AM-Impulsreihe sind in Form eines Diagramms in den Figuren 10 und 11 dargestellt. Während des vertikalen intervallteils des Fernsehsignals fehlen Zeitsteuerimpulse und der erste horizontale Synchronisationsimpuls, der auf dem AM-Signal vorhanden ist, entspricht der Zeile 22 des Videofeldes. Horizontale Synchronisationsimpulse 302 sind in dem Impulsstrom 300 von Figur 10 dargestellt. Diese Impulse sind 63 Mikrosekunden voneinander entfernt. Horizontale Zeilen werden in dem Zeitdiagramm 310 von Figur 11 durch volle Linien 316 dargestellt.
Für jede horizontale Zeile gibt es einen Zeitsteuerimpuls. Bei den Zeilen 22-53 können Kennungsdatenimpulse 20 Mikrosekunden nach der horizontalen Sychronzeitreferenz auftreten. Bei Zeile 22 tritt immer ein Datenimpuls ("Startbit") 312 auf, der den Beginn eines Datenübertragungsblocks kennzeichnet. Bei den Zeilen 23-53 stellt das Vorhandensein oder Fehlen eines Impulses 314 eine Eins bzw. Null in den Bits 0-30 der AM-Kennung dar.
Tabelle 3 gliedert die Datenfeldelemente der AM-Kennung auf. TABELLE 3 BITS FELDDEFINITION Videotätigkeitsschlüssel Verschlüsselungsmodusbefehl Verschlüsselungsmodusrückzählung Digitale Audioverschlüsselungsdaten Beschreiber der digitalen Audiodaten Kompandierungsdaten-Identifikator
Die Bits 0 - 15 der AM-Kennungsdaten betreffen die Videoverschlüsselung des Fernsehsignals und ihre Verwendung ist herkömmlich und in der Technik allgemein bekannt. Das Videotätigkeitsschlüsselfeld enthält einen Kode, der zur Bestimmung der Berechtigung für den Videoteil des Kabelfernsehprogramms verwendet wird. Jedem nichtdigitalen Audio-Teilnehmerendgerät (z.B. jene Umsetzer, die bereits im Feld sind) wird die Berechtigung für die digitale Audio-Video-Programmierung entzogen und der Empfang solcher Programme wird aufgrund des Tätigkeitsschlüssels, der in den Bits 0-7 übertragen wird, unterbunden.
Die Bits 28-30 der Kennungsdaten geben an, ob die Zeile 54 des gegenwärtigen Videofeldes Amplituden- dder Frequenzkompandierungsdaten enthält. Dies ist notwendig, da ungerade Felder eine Zeile mehr als gerade Felder enthalten und gemäß der vorliegenden Erfindung die Kompandierungsdaten jedes Feld zwischen Frequenz- und Amplitudendaten wechseln. Somit wechselt ein Kompandierungsbit in einer beliebigen Zeile alle zwei Felder zwischen Amplitude und Frequenz. Der Zustand der Bits 28-30 dient zur Synchronisation des Senders und Empfängers in bezug auf diese beiden Parameter. Drei Bits werden verwendet, um eine Rauschunempfindlichkeit durch Redundanz zu ermöglichen. Wenn zwei oder mehr der drei Bits Null sind, enthält die Zeile 54 Amplitudendaten. Wenn zwei oder mehr der drei Bits gesetzt sind, enthält die Zeile 54 Frequenzkompandierungsdaten. Jede Zeile enthält entweder Amplituden- oder Frequenzkompandierungsdaten und der Inhalt der sequentiellen Zeilen wechselt von einer Zeile zur nächsten.
Die Bits 16-23 der Kennungsdaten übertragen Daten, die zu dem digitalen Audioprogramm gehören und nicht von nichtdigitalen Audio-Teilnehmerendgeräten empfangen werden. Daten in dem digitalen Audiodatenfeld sind multiplex und der Inhalt eines bestimmten Übertragungsblocks wird durch den Wert in dem "digitalen Audiodaten-Beschreiberfeld", das in den Bits 24-27 enthalten ist, spezifiziert. Die Tabelle 4 definiert den Zusammenhang zwischen dem Datenbeschreiberfeld und dem Datenfeld. TABELLE 4 Datenbeschreiber Datenfeld Bits Audiotätigkeitsschlüssel (verschlüsselt) Audioentschlüsselungsmatrix (verschlüsselt) Kodegebrauchsspezifikationsbyte (verschlüsselt) Zeitverschiebungsspezifikation (verschlüsselt) Reserve Prüfbyte (frei; vorangehende 7 Felder) Kennungsentschlüsselungskodespezifikator (frei)
Das Datenbeschreibungsfeld besitzt auch die Funktion der Spezifizierung, wann ein neuer Entschlüsselungskode, eine neue Matrix und Zeitverschiebungsspezifikation in Verwendung genommen werden soll. Datenfelder werden in sequentiell absteigender Reihenfolge gesendet. Wenn das Datenbeschreibungsfeld 0001 erreicht, werden die neuen Werte in die Entschlüsselungsschaltung-Auffangspeicher geladen, d.h. den Matrixauffangspeicher 274 und Kodeauffangspeicher 276 von Figur 9. Wenn das Datenbeschreibungsfeld 0000 erreicht, werden die neu geladenen Werte in Verwendung genommen. Das Rückwärtszählfeld, das zur Videoentschachtelungszeitsteuerung verwendet wird, ist auf dieselbe Weise implementiert und ist so koordiniert, daß Änderungen des Videomodus während desselben Feldes eintreten wie Änderungen der Audioparameter.
Bei der Entschlüsselung der Inhalte des Audiodatenfeldes wird einer von zwei Kennungsentschlüsselungskodes verwendet. Der eine, der tatsächlich verwendet wird, ist jener, der unmittelbar zuvor in der Reihenfolge spezifiziert wurde. Mit anderen Worten, bei Entschlüsselung der Audiodatenfelder 15-11 wird der Kennungsentschlüsselungskode, der in Feld Null spezifiziert wurde, verwendet. Bei Entschlüsselung der Audiodatenfelder 7-2 wird der Kennungsentschlüsselungskode, der in Feld acht spezifiziert wurde, verwendet.
Ein Audio-Kontrollbyte enthält Kontrollparameter, die zur richtigen Dekodierung des digitalen Audioprogramms und zur Wahl der richtigen Kanäle verwendet werden. Dieses Byte wird frei (unverschlüsselt) als Teil der AM-Kennung gesendet und besitzt das in Tabelle 5 dargestellte Format. TABELLE 5 BIT BESCHREIBUNG Kennungskode-Identifikator Kennungsentschlüsselungskode SAP verfügbar 0 = nicht verfügbar 1 = verfügbar Programmaudio auf SAP 0 = Programmaudio auf L&R-Kanälen 1 = Programmaudio auf SAP-Kanal nicht benützt
Für den Austausch des Kennungsentschlüsselungskodes ohne Störung des Systembetriebs gibt es zwei Kodes. Zu jedem Zeitpunkt ist nur ein Kode in Verwendung, während der andere Kode systematisch in allen Teilnehmerendgeräten ausgetauscht wird. Der gegenwärtig in Verwendung befindliche Entschlüsselungskode ist in dem Kennungskode-Identifizierungsfeld spezifiziert. Das verfügbare SAP-Kennzeichen zeigt das Vorhandensein oder Fehlen von SAP-Programmaterial an. Das "Programmaudio auf SAP-Kanal" Kennzeichen spezifiziert, auf welchem Kanal das Programmaudio liegt; d.h. auf dem Monokanal oder auf den Stereokanälen.
Das Audiotätigkeitsschlüssel-Datenfeld gibt die Programmebene an und wird zur Bestimmung des Berechtigungsstatus für den Audioteil eines abgestimmten digitalen Audioprogramms verwendet. Der Audiotätigkeitsschlüssel, der in dem Audiodatenfeld gesendet wird, ist verschlüsselt und muß vor der Auswertung entschlüsselt werden. Der zu verwendende Kennungsentschlüsselungskode ist in dem zugehörigen Feld von Audiodaten durch Verwendung des obenbeschrieben Kennungskode- Identifikators spezifiziert.
Zwei Datenbytes spezifizieren den Kodegebrauch für die Audioentschlüsselung. Diese Felder werden in einem verschlüsselten Format gesendet und müssen unter Verwendung des richtigen Kennungsentschlüsselungskodes vor der Auswertung entschlüsselt werden. Die beiden Bytes werden in vier Vierbitworte gegliedert, von welchen jedes das richtige Kode-Vierbitwort, das in dem zugehörigen Kodeabschnitt verwendet werden soll, spezifiziert. Tabelle 6 zeigt den Zusammenhang zwischen den Kodegebrauch-Identifikations-Vierbitworten und den Kode-Vierbitworten an. TABELLE 6 BYTE BITS ENTSPRECHENDER KODEABSCHNITT Kodeauffangspeicherbits
Dieses Schema ermöglicht, daß jedes Kode-Vierbitwort in jedem Abschnitt des Kodeauffangspeichers verwendet werden kann.
Ein weiteres Datenbyte wird zur Matrixbildung in der Audioentschlüsselungshardware verwendet. Die Audioentschlüsselungsmatrix wird in einem verschlüsselten Format gesendet und wird unter Verwendung des richtigen Kennungsentschlüsselungskodes entschlüsselt. Sie wird in Verwendung genommen, wenn die Rückwärtszählung Null erreicht.
Das Zeitverschiebungsspezifikationsbyte gibt die Vorbereitungszeit zwischen dem AM-horizontalen Synchronisatonsimpuls und dem richtigen Synchronisationseinspeisepunkt in dem Video an. Die Zeitverschiebungsspezifikation ist während eines Fernsehprogramms statisch, kann sich aber bei jeder Programmänderung andern. Eine neue Zeitverschiebungsspezifikation wird wirksam, wenn die Rückwärtszählung Null erreicht. Das Zeitverschiebungsspezifikationsbyte wird in einem verschlüsselten Format gesendet und Verwendung des richtigen Kennungsentschlüsselungskodes entschlüsselt.
Die Zeitverschiebung ist zum Beispiel in Schritten von 1,8 Mikrosekunden geeicht, wobei eine Spezifikation von Null keine Zeitverschiebung darstellt (wie bei allen nichtdigitalen Audiosynchronunterdrückungskanälen) und eine Eins eine Verschiebung von 1,8 Mikrosekunden darstellt, die die erforderliche Verzögerung an der Anschlußeinheit zwischen Empfang der AM-Zeitimpulse und der Einspeisung des Synchronisationsimpulses im Video darstellen. Die höchstzulässige Zeitverschiebung ist 16 Schritte.
Die Prüfbytedaten sind ein Acht-Bitwert, der, wenn er mit den vorangehenden sieben Bytes (die, verschlüsselt oder nicht, über die AM-Kennung gesendet werden) summiert wird (MODULO 256) Null ergibt. Der Summierungsvorgang erfolgt unter Verwendung von Daten, die über die AM-Kennung gesendet werden, vor der Entschlüsselung. Vor der Verwendung irgendwelcher Daten, die in dem Audiodatenfeld gesendet werden, muß ein gültiges Prüfbyte verifiziert werden.
Wie bereits erwähnt, werden gewisse Übertragungsblöcke des Audiodatenfeldes in einem verschlüsselten Format gesendet, wobei ein Kennungsverschlüsselungskode verwendet wird. In dem System gibt es zwei Kennungsverschlüsselungskodes. Zu jedem Zeitpunkt ist nur einer in Verwendung. Der andere Kode kann, während er nicht verwendet wird, an einer Anschlußeinheit durch die Anschlußbasis ausgetauscht werden, wobei spezifische Anschlußeinheiten über den FM-Datenweg angesprochen werden. Der Kode, der zur Entschlüsselung der Kennungsdaten verwendet werden soll, wird durch den Kennungskode-Identifikator wie obenbeschrieben spezifiziert.
Bei der Übertragung eines Kodes zu einer Anschlußeinheit über den FM-Datenweg, kodiert der Empfangsstellenregler den Kode mit der Signatur des Teilnehmerendgeräts. Das Teilnehmerendgerät dekodiert den Kennungsentschlüsselungskode vor der Verwendung, wobei seine Signatur wie in der Folge beschrieben verwendet wird.
Die Verschlüsselung und Entschlüsselung von Kennungsdaten, die über den AM-modulierten Tonträgerdatenweg geliefert werden, wird in der Folge beschrieben. Zur Durchführung der Vergchlüsselung und Entschlüsselung gibt ein Bit, das in dem Entschlüsselungskode gesetzt ist, an, daß die zugehörige Operation durchgeführt werden soll. Ein freies Bit gibt an, daß die Operation übergangen werden soll. Bit Null ist das niederwertigste Bit des Verschlüsselungskodes. Tabelle 7 zeigt die Folge von Operationen, die von der Verschlüsselungsvorrichtung 58 (Figur 3) durchgeführt wird, um ein Datenbyte zur Übertragung über den AM-Weg zu verschlüsseln. TABELLE 7 BIT OPERATION Auslagern der Bits Verschieben des Bytes eine Position nach links ohne Übertrag Verminderung des Bytes um 1 ohne Übertrag
Tabelle 8 zeigt die Folge von Operationen, die zur Entschlüsselung eines Datenbytes durchgeführt werden. TABELLE 8 BIT OPERATION Erhöhung des Bytes um 1 ohne Übertrag Verschieben des Bytes eine Position nach rechts ohne Übertrag Auslagern der Bits
Als zusätzliche Maßnahme zur Videosicherheit für die Synchronisationsunterdrückungsverschlüsselung ermöglicht das digitale Audiosystem der vorliegenden Erfindung eine Zeitverschiebung zwischen den Synchronwiedergewinnungsimpulsen auf dem Tonträger und der tatsächlichen Synchronposition in dem Videosignal. Dieses Schema bewirkt, daß jedes Gerät, das gegenwärtig für Teilnehmer zur Abstellung der Synchronunterdrückung verfügbar ist, ein Fernsehbild mit nicht korrekter horizontaler Deckung erzeugt, was zu einer Zeile unter der Mitte des Fernsehbildes führt. Die Zeit zwischen den Synchronwiedergewinnungsimpulsen, die auf dem Tonträger AM- moduliert sind, und der Videosynchronisation kann von Null bis 28,8 Mikrosekunden in Schritten von 1,8 Mikrosekunden eingestellt werden. Die für die Resynchronisation erforderliche Verzögerung wird zu dem Teilnehmerendgerät in einem verschlüsselten Format über den AM-Datenstrom als multiplexes Feld in dem Audiokennungsbyte gesendet. Die Spezifikation, die in der Kennung gesendet wird, stellt die Anzahl der 1,8 Mikrosekundenschritte zur Verzögerung dar.
Die Zeitverschiebungsspezifikation ist für jedes bestimmte Fernsehprogramm statisch, kann aber zwischen den Programmen verändert werden. Ein Audiostörsignal (Rauschen) tritt auf, wenn die Änderung stattfindet. Eine neue Zeitverschiebungsspezifikation wird in Verwendung genommen, wenn die Rückwärtszählung Null erreicht. Die Kompatibilität mit Standard- Synchronunterdrückungsentwürflern, die nicht in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann durch Verwendung einer Zeitverschiebung von Null hergestellt werden.
Gewisse Daten werden zwischen dem Empfangsstellenregler und dem Kodierer und Teilnehmerendgerät unter Verwendung eines FM- Datenwegs übertragen. Einige der FM-Befehle werden in eine Richtung übertragen (z.B. von der Empfangsstelle zu dem Teilnehmerendgerät), während andere Befehle in zwei Richtungen sind. Die Befehle in eine Richtung sind SET SIGNATURE, CLEAR ENTRY BUFFER und LOAD QUEUE ENTRY X. Die FM-Befehle in zwei Richtungen sind SEND QUEUE ENTRY X, SEND ACK/NAK/STATUS und SEND SIGNATURE. Der SET SIGNATURE-Befehl wird während der Initialisierung zum Einlesen einer Signatur in ein Teilnehmerendgerät verwendet. Die Signatur ist eine 14-Bit-Zahl, die dem Teilnehmerendgerät beliebig zugeteilt wird und in einem leistungsunabhängigen Speicher des Endgerätes und in dem Teilnehmerprotokoll, das von dem Empfangsstellenregler geführt wird, gespeichert wird. Die Signatur wird als Schlüsselkode verwendet, um empfindliche Daten zu dem Teilnehmerendgerät auf sichere Weise zu senden. Der SET SIGNATURE-Befehl ist ein spezifischer Befehl, der zwei Datenbytes enthält.
Zusätzliche FM-Befehle werden zur Steuerung der digitalen Audioendgeräte der Teilnehmer verwendet. Ein SET DIGITAL AUDIO PARAMETERS-Befehl wird zum Einlesen der Audio- und Kennungsentschlüsselungskodes verwendet. Die Audioentschlüsselungskodes sind eine Satz von acht Vierbitworten und die Kennungsentschlüsselungskodes sind ein Satz von zwei Vierbitworten. Ein Datenbyte wird mit dem SET DIGITAL AUDIO PARAMETERS-Befehl übertragen. Dies ermöglicht die Übertragung in das Listenformat mit geringstem Einfluß auf die Systemzykluszeit. Das Byte wird in zwei Felder unterteilt; nämlich in ein Beschreiberfeld (für die höchstwertigen Bits) und ein Datenfeld (für die niederwertigsten Bits). Das Beschreiberfeld kennzeichnet das spezifische Vierbitwort, das eingelesen wird, wie in Tabelle 9 definiert. TABELLE 9 BESCHREIBER DATENFELDINHALT Audioentschlüsselungskode unbenützt Anschlußeinheitsteuerung unzulässig unzulässig
Das Steuer-Vierbitwort für die Anschlußeinheit enthält Information, welche die Berechtigung für spezifische Merkmale des digitalen Audiosystems betrifft. Vier Steuerinformationsbits werden eingelesen, wie in Tabelle 10 dargestellt. TABELLE 10 BIT BESCHREIBUNG SAP Freigabe/Sperre 0 = Sperre 1 = Freigabe Stereo Freigabe/Sperre unbenützt
Es sind zwei Versionen des SET DIGITAL AUDIO PARAMETERS- Befehls erhältlich. Die erste, eine spezifische Version, enthält eine Adresse und wird an ein einzelnes Teilnehmerendgerät gerichtet. Das Datenbyte, das mit diesem spezifischen Befehl übertragen wird, ist kodiert. Die andere Version des SET DIGITAL AUDIO PARAMETERS-Befehls ist ein globaler Befehl, der an alle Teilnehmerendgeräte gerichtet ist. Daten, die in dieser Version übertragen werden, werden frei (d.h. nicht kodiert) gesendet.
Die digitalen Audioparameter werden über den FM-Datenweg in einem kodierten Format unter Verwendung der Endgerätsignatur als Kode gesendet. Die Signatur ist eine 14-Bitzahl, die während der Initialisierung des Endgerätes eingelesen und als zwei Acht-Bit-Bytes gesendet wird. Die Verschlüsselung und Entschlüsselung der digitalen Audioparameter kann unter Verwendung verschiedener Kodiersysteme durchgeführt werden, wie für den Fachmann offensichtlich ist. Ein Beispiel eines solchen Kodiersystems ist jenes, das sich aus dem folgenden Operationsablauf ergibt, der zur Kodierung des Parameterbytes vor der Übertragung verwendet werden kann:
1) Auslagern der Bits 0 und 1 und Bits 4 und 5 und Belassen der Bits 6 und 7 und der Bits 2 und 3 in ihren ursprünglichen Positionen.
Dies kann durch den folgenden Operationsablauf durchgeführt werden:
a) Logische UND-Verknüpfung des Bytes mit einer Maskenstruktur von 00100010 und Verschieben des erhaltenen Bytes eine Position nach rechts. Speichern zur weiteren Verwendung.
b) Logische UND-Verknüpfung des ursprünglichen Datenbytes mit einer Maskenstruktur von 00010001 und Verschieben des Ergebnisses eine Position nach links. Logische ODER-Verknüpfung des Ergebnisses dieser Operation mit dem Ergebnis der obigen Operation a) und Speichern zur weiteren Verwendung.
c) Logische UND-Verknüpfung des ursprünglichen Datenbytes mit einer Maskenstruktur von 11001100 und logische ODER-Verknüpfung des Ergebnisses dieser Operation mit dem Ergebnis der obigen Operation b).
2) Exklusive NOR-Verknüpfung des Ergebnisses aus 1 mit dem Signaturbyte 1.
3) Exklusive ODER-Verknüpfung des Ergebnisses aus 2 mit dem Signaturbyte 2.
4) Freigabe des MSB des Ergebnisses.
Zur Entschlüsselung der kodierten Parameterdaten unter Verwendung der obigen Folge von Operationen wird der folgende Ablauf durchgeführt:
1) Exklusive ODER-Verknüpfung mit dem Signaturbyte 2.
2) Exklusive NOR-Verknüpfung des Ergebnisses aus 1 mit dem Signaturbyte 2.
3) Auslagern der Bits 0 und 1 und der Bits 4 und 5 und Belassen der Bits 2 und 3 und der Bits 6 und 7 in ihren ursprünglichen Positionen. Dies kann unter Verwendung desselben Algorithmus, der in Schritt 1 der Verschlüsselungsfolge beschrieben ist, erfolgen.
4) Freigabe des MSB des Ergebnisses.
Die verschiedenen Informationen und Steuerinformationen, die von dem Empfangsstellenregler zu den Teilnehmerendgeräten geliefert werden, können eine Reihe von Optionen zur Freigabe oder Sperre des Empfangs verschiedener Video- und Audioprogrammsignale bereitstellen, die über das Kabelfernsehnetz übertragen werden. Zum Beispiel zeigt das "Programmaudio auf SAP-Kanal"-Kennungszeichen, das in dem Steuerbyte der Audiokennungserweiterung gesendet wird, an, ob der SAP- oder der linke und rechte Stereokanal als das primäre Audioprogramm anzusehen ist, das für den Teilnehmer verfügbar ist. Wenn das Kennungszeichen gesetzt ist, kann zum Beispiel der SAP-Kanal als primär Audio und der linke und rechte Sterokanal als sekundär betrachtet werden. Wenn das Kennungszeichen freigegeben ist, werden der linke und rechte Sterokanal als primär Audio und der SAP-Kanal als sekundär betrachtet.
In der digitalen Audiokennung werden zwei Tätigkeitsschlüssel übertragen, einer für Video und einer für Audio. Durch die Verwendung des Programmaudio auf SAP-Kanal-Kennungszeichens und der Video- und Audiotätigkeitsschlüssel kann ein Teilnehmerendgerät zur Lieferung eines Videoprogramms berechtigt werden und Audio entweder von den Stereo- oder SAP-Kanälen freigeben, Video sperren, aber Audio von entweder dem SAP- oder den Stereokanälen freigeben, oder Video gemeinsam mit dem Empfang sowohl des SAP- als auch der Stereokanäle freigeben, ganz nach Wunsch des Teilnehmers.
Mit neuerlicher Bezugnahme auf Figur 3 werden alle Audio- und Steuerdaten, die von der Verschlüsselungsvorrichtung 58 verschlüsselt wurden, von der Verschlüsselungsvorrichtung seriell an einen Zwei-Bit-Serien-Parallel-Umsetzer 60 ausgegeben. Die Zeitgeberlogik 68 liefert einen Takt bei 22 FH an den Umsetzer 60, der die Daten in einem Zwei-Bit-Parallelformat an einen Multi-Phasen-Modulator 62 ausgibt. Die Multi-Phasen-Modulation durch den Modulator 62 ist der getasteten Rechtwinkelphasenverschiebungsmodulation ("QPSK") ähnlich, weist aber zusätzlich einen fünften Phasenreferenzpunkt auf. Die Zeitgeberlogik 68 liefert einen Takt bei der horizontalen Zeilenfrequenz FH an den Modulator 62. Der Modulator 62 wird auch mit der 4,5 MHz Tonträgerfrequenz versorgt, auf der die Audiodaten moduliert werden.
Der Multi-Phasen-Modulator 62 wird zur Modulation der digitalen Audiodaten verwendet. Für jede Videozeile wird ein Audiodatenübertragungsblock übertragen. Der Audioübertragungsblock enthält 22 Symbole von jeweils zwei Bits, oder 44 Bits. Die Zeitsteuerung der 22 Symbole auf jeder horizontalen Zeile wird durch das 22 fH-Taktsignal festgelegt, das dem Serien-Parallel-Umsetzer 60 eingegeben wird.
Die ersten vier Bits in dem Audioübertragungsblock werden als Bezug zur Demodulation der verbleibenden Bits verwendet. Der Bezug wird während der ersten zwei Symbolperioden der Zeile mit einer Amplitude, die 6 dB größer als die Amplitude der verbleibenden Bits ist, übertragen. Das Polardiagramm 220 von Figur 7 zeigt die Phase des übertragenen Bezugssignals wie auch die Bitwerte für jeden Phasenquadranten. Wie dargestellt, liegen der übertragene Bezugswert und der wiedergewonnene Bezugswert 90 Grad auseinander. Dies ist der stabile Punkt des Phasenregelkreises ("PLL") (d.h., der Punkt, an dem die PLL verriegelt wird).
Wie in Figur 7 dargestellt, werden die Audiodaten so moduliert, daß jedes Zwei-Bit-Symbol in einem anderen Quadranten erscheint, jeweils 45 Grad von den Achsen des Polardiagramms entfernt. Das ganz rechte Bit in jedem der Zwei-Bit-Symbole wird zunächst aus dem übertragenden Schieberegister und in das aufnehmende Schieberegister geschoben. In dem Polardiagramm 220 werden zehn mögliche Datenpunkte verwendet. Fünf der Datenpunkt erscheinen auf dem Innenkreis 221 (die normale Amplitude des Trägersignals darstellend) und die verbleibenden fünf Datenpunkte sind am Außenkreis 223 dargestellt (AM-modulierte Daten mit einer Amplitude, die 6 dB höher als die normale Trägeramplitude ist, darstellend). Zwei der zehn Datenpunkte entsprechen dem übertragenen Bezugssignal (das auch als Pilotsignal bezeichnet wird) und die verbleibenden acht Datenpunkt entsprechen den multi-phasen-modulierten Audiodaten. In dem Teilnehmerendgerät, das die modulierten Audiodaten empfängt, unterscheidet der AM-Detektor zwischen dem Vorhandensein und Fehlen eines Datenbits, indem erfaßt wird, ob das Signal sich auf der Ebene des Innenkreises 221 (eine binäre Null) oder auf der Ebene des Außenkreises 223 (eine binäre Eins) befindet. Die Phase der Daten ist für den AM-Detektor bedeutungslos.
Im Gegensatz dazu berücksichtigt der Phasendetektor, der die digitalen Audiosignale wiedergewinnt, die Amplitude des Signals nicht, sondern erfaßt vielmehr dessen Phase zur Bestimmung der tatsächlichen Daten, die in jedem der Zwei-Bit- Symbole enthalten sind (d.h., entweder 00, 01, 10 oder 11, abhängig von dem Quadranten, in dem die Daten erscheinen). Die multi-phasen-modulierten digitalen Audiodaten erscheinen üblicherweise im Innenkreis 221 während jeder horizontalen Zeile. Die einzige Ausnahme ist unmittelbar nach dem vertikalen Intervall, wo die Daten auf dem Außenkreis 223 erscheinen. Das Pilotsignal (übertragener Bezug) besteht aus AM-modulierten Daten, die am Außenkreis 223 erscheinen. Die üblicherweise auftretenden Datenpunkt in Figur 7 sind durch volle Kreise dargestellt und die seltenen Datenpunkte (die während des vertikalen Intervalls erscheinen) sind durch strichlierte Kreise dargestellt.
Sobald die digitalen Audiodaten multi-phasen-moduliert sind, werden sie von dem Multi-Phasen-Modulator 62 an einen AM-Modulator 64 ausgegeben, wo sie auf dem 4,5 MHz Tonträger des Fernsehsignals remoduliert werden. Daten von dem Empfangsstellenregler 50, die von der Verschlüsselungsvorrichtung 58 nicht kodiert werden, werden von dem Mikroprozessor 52 direkt an den AM-Modulator 64 zur Modulation auf dem Tonträger geliefert. Somit wird die digitale Audioinformation auf dem Tonträger unter Verwendung der Multi-Phasen-Modulation übertragen, während die vertikale und horizontale Videobildeinstellung, wie auch das Tonträger-Phasenreferenzpilotsignal, der Audiodaten-Bittakt- und -blockbezug, die Programmidentifikationen und Entschlüsselungsgrundelemente auf dem Tonträger unter Verwendung der AM-Modulation übertragen werden. Der AM- Modulator 64 empfängt die horizontale Abtastfrequenz fH von der Zeitgeberlogik 68 zur üblichen Verwendung. Die Video- und horizontale Einstellungsinformation wird dem AM-Modulator 64 von einem Standard-Synchronseparator 80 eingegeben, wobei sie durch eine Verzögerungsschaltung 84 verzögert wurde, die zur Synchronisation des Videosignals mit dem Tonträger-Phasenpilotsignal dient. Da unterschiedliche Videoüberträger an sich unterschiedliche Verzögerungen aufweisen, wird bevorzugt, daß die Verzögerungsschaltung 84 eine in der Technik allgemein bekannte, variable Verzögerungsschaltung ist, so daß die erzeugte Verzögerung für die richtige Synchronisation der Audio- und Videosignale eingestellt werden kann. Die kombinierten multi-phasen- und AM-modulierten digitalen Audiodaten ersetzen die FM-modulierten Audiodaten, die normalerweise auf dem 4,5 MHz Tonträger eines Fernsehsignals geliefert werden.
Ein Phasenvergleicher 76, ein Tiefpaßfilter 78 und ein spannungsgesteuerter Oszillator 70 bilden gemeinsam einen Phasenregelkreis zur Aufrechterhaltung der richtigen horizontalen Frequenz. Der spannungsgesteuerte Oszillator 70 läuft bei 18 MHz und sein Ausgang wird durch einen Faktor 4 an einem ersten Teiler 72 geteilt, um die 4,5 MHz-Frequenz zu erhalten, bei der der Tonträger zentriert ist, und neuerlich durch einen Faktor 286 bei Teiler 74, um die horizontale Frequenz fH zu erhalten. Der 18 MHz-Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 70 wird auch der Zeitgeberlogik 68 eingegeben, so daß die verschiedenen, zur horizontalen Frequenz gehörigen Taktsignale erzeugt werden können.
Ein standardmäßiger 4,1 MHz Tiefpaßfilter 82, Videomodulator und Verwürfler 86 und Restseitenbandfilter 88 sind zur herkömmlichen Modulation und Verschlüsselung des Videosignals vorgesehen. Ein 45,75 MHz Oszillator 90 erzeugt die Standard- Zwischenfrequenz (IF) für die Videomodulationsschaltung.
Die IF-Frequenz wird bei Mischer 92 mit den modulierten Audio- und Kontrollsignalen vermischt, die von dem AM-Modulator 64 ausgegeben werden, nachdem sie von einem 4,5 MHz-Bandpaßfilter 66 gefiltert wurden. Dadurch wird ein Tonträger bei der Standard-Zwischenfrequenz von 41,25 MHz erzeugt. Ein 41,25 MHz Bandpaßfilter 94 filtert den Tonträger, der in der Folge bei einem Kombinator 96 mit dem modulierten Videosignal von dem Restseitenbandfilter 88 summiert wird. Das zusammengesetzte IF-Signal wird durch einen Verstärker 98 verstärkt und einem herkömmlichen Kanalaufwärtsumsetzer 100 zur Umsetzung in ein RF-Signal eingegeben. Der RF-Ausgang des Kanalaufwärtsumsetzers 100 wird einem Standard-Empfangsstellenkombinierer 102 eingegeben, wo es mit ähnlichen RF-Signalen auf Eingängen 103 von anderen Fernsehkanälen für die Übertragung durch die Empfangsstelle und mit dem FM-Datenausgang vom FM-Modulator 104 vereint wird. Der Ausgang des Empfangsstellenkombinierers, bei Anschlußeinheit 105, ist das Kabelausgangssignal, das über das Kabelsystem den einzelnen Teilnehmerendgeräten zugesendet wird. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß das RF-Ausgangssignal bei Anschlußeinheit 105 auch über eine Antenne oder ein anderes in der Technik bekanntes Mittel für den Empfang durch ein Teilnehmerendgerät übertragen werden kann.
Der Multi-Phasen-Modulator 62 von Figur 3 ist in Figur 4 genauer dargestellt. Der 4,5 MHz Signalausgang vom Teiler 72 (Figur 3) ist um 45 Grad durch einen herkömmlichen Phasenschieber 106 (Figur 4) phasenverschoben und wird einem Mischer 112 zur Modulierung des höchstwertigen Bits der digitalen Zwei-Bit Audiodaten, die bei Anschlußeinheit 111 eingegeben werden, eingegeben. Das 4,5 MHz Signal wird auch bei dem herkömmlichen Phasenschieber 108 zur Modulierung bei dem Gegentaktmodulator 110 weitere 90 Grad verschoben, wobei das niederwertigste Bit der digitalen Audiodaten bei Anschlußeinheit 109 eingegeben wird.
Das 4,5 MHz Signal wird auch direkt einem Gegentaktmodulator 114 eingegeben, wo es mit dem Phasen- und Taktbezugspilotsignal moduliert wird, das bei der Anschlußeinheit 114 eingegeben wird.
Die Ausgangssignale von jedem der Modulatoren 110 (LSB-Daten), 112 (MSB-Daten) und 114 (Phasen- und Taktbezugssteuerung) werden alle zur Erzeugung des Tonträgers bei Anschlußeinheit 118 in einer herkömmlichen Summierschaltung 116 summiert.
Figur 5 ist ein Blockdiagramm eines digitalen Audioumsetzers (der in einem Teilnehmerendgerät enthalten ist), der zum Empfang eines Fernsehsignals, das mit digitalem Ton gemäß der vorliegenden Erfindung moduliert ist, und zur Erzeugung der Audioausgangssignale von dem Fernsehsignal verwendet wird. Das Fernsehsignal, das durch übliche Radiofrequenz (RF) - Techniken übertragen wird, wie über ein Kabelfernsehsystem, wird bei Anschlußeinheit 120 eingegeben. Alle FM-Steuersignale (z.B. Teilnehmerendgerät-Adreßsignale, Endgerätsignatur, Verschlüsselungskodes und Spezifikatoren, Steuerparameter, Audio- und Videotätigkeitsschlüssel und Programmberechtigungsdaten) werden von dem FSK-Empfänger 154 empfangen und an den Mikroprozessor 156 ausgegeben, der die Steuersignale auf übliche Weise verarbeitet. Der Mikroprozessor 156 wird auch zur Abstimmung eines Zweifachüberlagerungstuners 122 verwendet, der auf bestimmte Fernsehprogramme abgestimmt wird, die in dem Breitband-FR-Signal übertragen werden, das bei Anschlußeinheit 120 eingegeben wird. Die Konstruktion und Verwendung von Zweifachüberlagerungstunern in der Fernsehindustrie ist allgemein bekannt.
Der Zweifachüberlagerungstuner 122 gibt ein zusammengesetztes IF-Fernsehsignal für jeden Fernsehkanal, der abgestimmt wird, aus. Die zusammengesetzten IF-Ausgänge entsprechen jenen, die an der digitalen Audioempfangsstelle erzeugt werden, wie in Figur 3 dargestellt. Der Videoteil eines zusammengesetzten IF- Signals wird bei einem herkömmlichen Entwürfler 124 entschlüsselt und durch einen herkömmlichen Nyquist-Bandpaßfilter 126 mit einem Paßband von 42-46 MHz gefiltert. Das gefilterte Signal von Bandpaßfilter 126 wird durch eine standardmäßige Demodulatorschaltung 130 demoduliert, die einen Videodemodulator 132 und einen Phasenregelkreis 134 enthält, um bei der Anschlußeinheit 168 ein Videoausgangssignal auf herkömmliche Weise zu erzeugen. Die Schaltung 130 kann zum Beispiel einen integrierten Schaltungschip umfassen, hergestellt von Mitäubishi, Inc., und als Modell Nr. M51365SP bezeichnet. Ein Schalter 166, der von Mikroprozessor 156 über eine Zeitgeber- und Entschlüsselungslogikschaltung 152 gesteuert wird, verhindert, daß ein Teilnehmer ein Videoprogamm empfängt, für das er keine Berechtigung besitzt. In einem solchen Fall wird der Videoausgangsanschluß 168 durch den Schalter 166 geerdet, so daß kein Videosignal an ein unberechtigtes Teilnehmerfernsehgerät ausgegeben wird. Ein Fernsehmodulator 164 moduliert das Videoausgangssignal, das bei der Anschlußeinheit 168 vorhanden ist, um ein RF-Ausgangssignal bei der Anschlußeinheit 170 zu erzeugen, falls an das Teilnehmerfernsehgerät keine Eingabe erfolgt, um das Videoausgangssignal direkt von der Anschlußeinheit 168 zu empfangen.
Es wird nun die Verarbeitung des Audioteils des Fernsehsignals beschrieben. Ein Fernseh-IF-Ausgangssignal von dem Zweifachüberlagerungstuner 122 wird einem 41,25 MHz IF-Bandpaßfilter 142 eingegeben. Der Ausgang dieses Filters wird in einem Zwischenträgermischer 136 mit dem Ausgangssignal von dem Phasenregelkreis 134 gemischt. Dadurch wird der 4,5 MHz Tonträger wiedergewonnen, der durch einen 4,5 MHz Bandpaßfilter 144 gefiltert wird. Der Ausgang von Filter 144 wird einem AM- Spitzendetektor 146 eingegeben, der das Phasen- und Zeitgeberbezugspilotsignal wiedergewinnt, das zur Demodulation der multi-phasen-modulierten digitalen Tondaten erforderlich ist. Das Pilotsignal, das durch den AM-Spitzendetektor 146 erfaßt wird, wird der Zeitgeber- und Entschlüsselungslogikanordnung 152 eingegeben, die Taktsignale an den Multi-Phasen-Demodulator 150 liefert.
Der Tonträger von Bandpaßfilter 144 wird auch einem digitalen Begrenzer 138 eingegeben, der in der Demodulationsschaltung 130 enthalten ist und die Amplitude des eingegebenen Signals begrenzt, wodurch die AM-modulierten Komponenten entfernt werden. Der Ausgang des Begrenzers 138 wird einem Quadraturdetektor 140 eingegeben, der in der Demodulatorschaltung 130 enthalten ist und das Audiosignal erfaßt und an einen Multi- Phasen-Demodulator 150 ausgibt. Der Detektor 140 erfaßt auch ein Standard-FM-Audiosignal, wenn es bei dem RF-Eingangsanschluß 120 des Teilnehmerendgerätes eingegeben wird, so daß das Teilnehmerendgerät mit Fernsehsignalen ohne digitalen Ton arbeitet. In einem solchen Fall wird der Schalter 162 zur Koppelung des FM-Audioausgangssignals mit dem TV-Modulator 164 betätigt, wo das herkömmliche Audiosignal gemeinsam mit dem Videosignal zur Ausgabe an einen Fernseher bei Anschlußeinheit 170 moduliert wird. Eine 90 Grad-Phasenschieberschaltung 148 (üblicherweise ein L-C Oszillationsschwingkreis) ist extern für eine Demodulationsschaltung 130 vorgesehen und ist für den Betrieb des Quadraturdetektors 140 notwendig.
Wenn das Teilnehmerendgerät von Figur 5 für den Empfang eines Fernsehsignals verwendet wird, das digitale Audiosignale gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, wird das erfaßte Audiosignal vor der 90-Grad-Phasenschieberschaltung 148 für die Eingabe in einen Multi-Phasen-Modulator 150 abgegriffen. Der Multi-Phasen-Modulator 150 gewinnt die digitalen Daten von dem modulierten Tonträger. Die wiedergewonnenen Daten werden der Zeitgeber- und Entschlüsselungslogikanordnung 152 eingegeben, die sie an den adaptiven Deltamodulationsdekoder 158 zur Wiederherstellung der ursprünglichen analogen Tonkanäle ausgibt. Der linke und rechte Stereotonkanal erscheinen bei Anschlußeinheit 172 bzw. 174. Der SAP-Tonkanal erscheint bei Anschlußeinheit 176. Zur Anpassung von Teilnehmerfernsehgeräten, die keine getrennten Tonkanaleingänge besitzen, werden die Signale des linken und rechten Stereokanals durch eine herkömmliche Summierschaltung 160 summiert und an den TV-Modulator 164 für die Eingabe in RF-Form an das Teilnehmerfernsehgerät über Anschlußeinheit 170 gekoppelt. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß das SAP-Ausgangssignal auf der Anschlußeinheit 176 ebenso über den Modulator 164 zu einem Teilnehmerfernsehgerät gekoppelt werden kann.
Der Multi-Phasen-Demodulator 150 ist in dem Blockdiagramm von Figur 6 genauer dargestellt. Durch Teilung des Ausgangs eines 18 MHz spannungsgesteuerten Oszillators 180 durch vier bei Teiler 182 wird ein 4,5 MHz Signal erzeugt. Das 4,5 MHz Signal wird einem ersten Phasenvergleicher (exklusives ODER-Gatter) 186 direkt und einem zweiten Phasenvergleicher 188 nach einer Verschiebung um 90 Grad durch eine herkömmliche Phasenschieberschaltung 184 eingegeben. Die anderen Eingänge von jedem der Phasenvergleicher 186 und 188 sind an den 4,5 MHz modulierten Tonträger gekoppelt, der durch den Multi-Phasen- Demodulator demoduliert werden soll. Der Phasenvergleicher 186 demoduliert das höchstwertige Bit jedes Symbols der digitalen Audiodaten und der Phasenvergleicher 188 demoduliert das niederwertigste Bit jedes Symbols, das 90 Grad außerhalb der Phase mit dem höchstwertigen Bit ist. Ein Tiefpaßfilter 190 filtert den Ausgang des Phasenvergleichers 186. Gleichfalls filtert ein Tiefpaßfilter 192 den Ausgang des Phasenvergleichers 188. Die gefilterten Ausgänge der Tiefpaßfilter 190, 192 werden von den Abtast- und Haltekreisen 191 bzw. 193 abgetastet und gehalten. Diese Signale werden in Synchronisation mit dem Phasen- und Zeitgeberbezugspilotsignal abgetastet. Die abgetasteten Signale werden von den Abtast- und Haltekreisen an einen Spannungsvergleicher 196 zur Auflösung des höchstwertigen Bits und an den Spannungsvergleicher 198 zur Auflösung des niederwertigsten Bits ausgegeben. Die Abtast- und Haltekreise 191 und 193 sind allgemein bekannt und können beispielsweise einen Kondensator enthalten, der während der Abtastzeit zur Erstellung eines Bildsignal-Mittelwerts geladen wird, auf den ein FET-Rechenverstärker folgt. Der Vergleicher 196 vergleicht den Ausgang des Tiefpaßfilters 190 mit dem Bildsignal-Mittelwert, der durch den Abtast- und Haltekreis 191 erstellt wurde, und gibt das höchstwertige Bit an der Anschlußeinheit 208 aus. Gleichfalls vergleicht der Vergleicher 198 den Ausgang des Tiefpaßfilters 192 mit dem Bildsignal-Mittelwert, der durch den Abtast- und Haltekreis 193 erstellt wurde, und gibt das niederwertigste Bit an der Anschlußeinheit 210 aus.
Ein Inverter 200 ist an den Ausgang des Phasenvergleichers 186 gekoppelt und wird über einen Schalter 202 und einen Tiefpaßfilter 206 an einen spannungsgesteuerten Oszillator 180 zurückgeführt. Der Schalter 202 wird als Reaktion auf das Phasen- und Zeitgeberbezugspilotsignal geschlossen, wodurch das Phasenregelpilotsignal an den spannungsgesteuerten Oszillator 180 geliefert wird.
Der Ausgang des Multi-Phasen-Demodulators 150 (Figur 5) wird der Zeitgeber- und Entschlüsselungslogikanordnung 152 eingegeben, die die Daten in Übereinstimmung mit den zuvor dargelegten Verfahren entschlüsselt und die Daten in sechs serielle Bitströme für die Eingabe in einen adaptiven Deltamodulationsdekoder 158 trennt. Die sechs seriellen Ströme entsprechen den zuvor in Tabelle 1 dargestellten. Vier der 44 in jeder horizontalen Zeile durch den Multi-Phasen-Demodulator gewonnenen Bits werden von dem adaptiven Deltamodulationsdekoder 158 nicht benützt. Diese vier Bits sind jene, welche die zuvor beschriebenen Phasenregel- und Zeitgeberfunktionen betreffen.
Figur 8 zeigt die Wellenformen in dem Zeitbereich der multi- phasen-modulierten und erfaßten Signale. Wellenform 230 ist das 4,5 MHz multi-phasen-modulierte Eingangssignal. Träger 232 ist der Tonträger mit einer Mittenfrequenz von 4,5 MHz. Dieser Träger ist mit dem Phasen- und Zeitgeberbezugspilotsignal AM- moduliert, wie bei 234 dargestellt, wobei die Spitzen AM- Amplitude 6 dB über der Standard-AM-Modulation, bei 236 dargestellt, liegt. Die Multi-Phasen-Modulation des Tonträgers 232 wird bei 237 angegeben und enthält die digitalen Audiodaten. Wellenform 238 zeigt die erfaßte Spitzen-AM-Modulation, die das Phasen- und Zeitgeberbezugspilotsignal erzeugt. Wellenform 242 zeigt die erfaßten höchstwertigen Bitdaten. Ein hoher Bitwert (z.B. "1") ist bei 244 dargestellt und ein niederer Bitwert (z.B. "0") ist bei 246 dargestellt.
Die erfaßten niederwertigsten Bitdaten sind in Wellenform 248 dargestellt. Ein hohes Bit ist bei 252 dargestellt und mehrere niedere Bits sind bei 254 dargestellt.
Der Abstand zwischen den Punkten "X" und "Y" in Achse 250 stellt eine horizontale Zeile des Fernsehsignals dar. Zweiundzwanzig Perioden (44 Bits von multi-phasen-modulierten Daten) sind in jeder horizontalen Zeile enthalten.
Es sollte nun offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung ein Fernsehübertragungssystem zur Herstellung eines digitalen Tons schafft, das in Verbindung mit einem Kabelfernsehnetz verwendet werden kann, in dem das Videosignal verschlüsselt ist. Drei digitale Audiokanäle sind auf dem Audioträger durch Zeitaufteilung zeitgemultiplext, bei Verwendung kombinierter Multi-Phasen- und AM-Modulation. Die analogen Audiosignale werden in der bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung der adaptiven Deltamodulation digitalisiert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Fernsehsignals, wobei das Fernsehsignal einen Standardvideoteil und einen Audioteil innerhalb seiner Standardbandbreite umfaßt und der Audioteil einen Standardtonträger aufweist,

wobei dieses Verfahren die Schritte

der Modulation eines Audiosignals auf dem Standardtonträgerteil des Fernsehsignals, der Umsetzung des modulierten Tonträgers auf eine Zwischenfrequenz und der Summierung des umgesetzten, modulierten Tonträgers mit dem Videoteil zur Herstellung eines zusammengesetzten Ausgangssignals umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung digitaler Audiosignale auf dem Standardträger ein Audiosignal digitalisiert wird und das digitalisierte Audiosignal auf dem Standardtonträger unter Verwendung der Multi-Phasen-Modulation moduliert wird, um eine Bandbreite des Audioteils zu erhalten, die innerhalb der Bandbreite des Standardfernsehkanals liegt und den Standardvideoteil nicht stört.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt der Amplitudenmodulation des Tonträgers mit einem Pilotsignal zur Verwendung als Phasenreferenz in dem multi-phasen-modulierten Signal umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Pilotsignal einen Impuls umfaßt, der dem Tonträger einmal für jede horizontale Zeile, die in einem Fernsehsignal enthalten ist, beigegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Pilotsignal einem Teil des Tonträgers beigegeben wird, der dem Ende des aktiven Videos auf jeder horizontalen Zeile entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Impuls einen Teil des Tonträgers umfaßt, der bei etwa der zweifachen Amplitude des übrigen Tonträgers moduliert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zusammengesetzte Ausgangssignal bei einer Zwischenfrequenz vorgesehen wird und der Übertragungsschritt den Schritt umfaßt:

Umsetzung des zuammengesetzten Zwischenfrequenz-Ausgangssignals zu einem RF-Fernsehsignal und Übertragung des RF- Ausgangssignals auf einem Fernsehsignalkanal.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei:

das Videosignal einen Luminanzteil enthält;

eine ganze Zahl von Datenbits in dem modulierten Tonträger pro horizontaler Videoabtastung übertragen werden; und

die Modulation mit einer horizontalen Videoabtastrate synchronisiert ist, so daß ein Frequenzspektrum des modulierten Tonträgers mit einem Frequenzspektrum des Luminanzteils deckend ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Videosignal auch einen Standardchrominanzteil mit einem Frequenzspektrum aufweist, das mit dem Frequenzspektrum des Luminanzteils verschachtelt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Audiosignal unter Verwendung der adaptiven Deltamodulation moduliert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Audiosignal unter Verwendung der Multi-Phasen-AM-Modulation moduliert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Tonträger eine Mittenfrequenz besitzt, die mit der horizontalen Abtastrate phasenstarr gekoppelt ist, um die Mittenfrequenz auf einem Wert zu halten, der das Produkt der horizontalen Abtastrate und eines ganzzahligen Wertes ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die adaptive Deltamodulation eine Audioabtastrate verwendet, die das Produkt der horizontalen Abtastrate mit einem ganzzahligen Faktor des ganzzahligen Wertes ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die horizontale Abtastrate etwa 15,734 Kilohertz beträgt, die Tonträger-Mittenfrequenz etwa 4,50 Megahertz beträgt und das Videosignal eine Bandbreite von etwa 4,25 MHz aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abtastrate der adaptiven Deltamodulation das Dreizehnfache der horizontalen Abtastrate beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das digitalisierte Audiosignal drei zeitmultiplexe Audiokanäle umfaßt und der Digitalisierungsschritt folgende Schritte umfaßt:

Abtasten des ersten und zweiten der Audiokanäle bei einer adaptiven Deltamodulationsrate, die das Dreizehnfache der horizontalen Abtastrate beträgt; und

Abtasten des dritten der Audiokanäle bei einer adaptiven Deltamodulationsrate, die das Elffache der horizontalen Abtastrate beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, welches ferner folgende Schritte umfaßt:

abwechselnde Abtastung der Frequenz- und Amplitudenkompandierungsdaten in jedem der ersten, zweiten und dritten Audiokanäle bei einer Abtastrate, die die Hälfte der horizontalen Abtastrate beträgt.

17. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die multi-phasen- modulierten digitalen Audiodaten vier Symbolperioden mit Phasenwinkeln zu der Phasenreferenz von etwa 45 Grad, 135 Grad, 225 Grad bzw. 315 Grad aufweisen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei zwei Bits der Daten in jeder Symbolperiode vorgesehen sind.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei jede horizontale Zeile in einem Fernsehsignal mit 22 Zwei-Bit-Symbolen von multi-phasen-modulierten Audiodaten versehen ist, die den drei getrennten Audiokanälen entsprechen.

20. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt der seriellen Verschlüsselung des digitalisierten Audiosignals zur Verhinderung eines unberechtigten Empfangs und einer Wiedergewinnung eines Audioprogramms daraus umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, welches ferner folgenden Schritt umfaßt:

Amplitudenmodulation des Tonträgers durch vertikale und horizontale Videosynchronisierinformation, ein Pilotsignal zur Verwendung als Phasenreferenz in dem multi-phasen-modulierten Signal, Fernsehprogrammidentifikationsdaten und Entschlüsselungsgrundelemente.

22. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erzeugte digitalisierte Audiosignal ein Hi-Fi-Signal ist.

23. Empfangsstellenvorrichtung zur Erzeugung eines Fernsehkanalsignals,

wobei das Fernsehkanalsignal einen Standardvideoteil und einen Audioteil in seiner Standardbandbreite umfaßt, wobei der Audioteil einen Standardtonträger enthält, bestehend aus Mitteln, die für den Empfang eines Audiosignals zur Modulation des Audiosignals auf dem Standardtonträger oder des ansonsten staüdardisierten Fernsehsignals gekoppelt sind,

Mitteln, die für den Empfang des modulierten Tonträgers zur Umsetzung des modulierten Tonträgers in eine Zwischenfrequenz gekoppelt sind, und Mitteln, die für den Empfang des umgesetzten modulierten Tonträgers von den Umsetzungsmitteln und für den Empfang eines Videosignals von einem Videosignalweg zur Summierung des umgesetzten modulierten Tonträgersignals mit dem Videosignal gekoppelt sind, wodurch ein zusammengesetztes Ausgangssignal zur Übertragung an eine Teilnehmerendvorrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von digitalen Audiosignalen auf dem Standardtonträger

Mittel zur Digitalisierung eines analogen Audiosignals vorgesehen sind,

und die Mittel zur Modulation des Standardtonträgers für den Empfang des digitalen Audiosignals von den Digitalisierungsmitteln gekoppelt sind und zur Modulation des digitalen Audiosignals auf dem Standardtonträger ausgebildet sind, wobei anstelle eines FM-modulierten analogen Audiosignals eine Multi-Phasen-Modulation zur Erzielung einer Bandbreite des Audioteils verwendet wird, die innerhalb der Bandbreite des Standardfernsehkanals liegt und den Standardvideoteil nicht stört.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, welche ferner folgendes umfaßt:

Mittel zur Erzeugung eines Pilotsignals zur Verwendung als Zeit- und Phasenreferenz für das multi-phasen-modulierte Signal; und

Mittel zur Amplitudenmodulation des Pilotsignals auf dem Tonträger.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Pilotsignal auf dem Tonträger einmal für jede horizontale Zeile, die in einem Fernsehsignal enthalten ist, moduliert wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das Pilotsignal einem Teil des Tonträgers beigegeben wird, der dem Ende des aktiven Videos auf jeder horizontalen Zeile entspricht.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Pilotsignal auf dem Tonträger bei einer Amplitude von etwa dem Zweifachen der Amplitude des übrigen Tonträgers moduliert wird.

28. Vorrichtung nach Anspruch 23, welche ferner folgendes umfaßt:

Mittel zur Verschlüsselung des Videoteils des Fernsehsignals durch Unterdrücken der horizontalen Synchronisationsimpulse im Videoteil.

29. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das Audiosignal unter Anwendung der adaptiven Deltamodulation digitalisiert wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, welche ferner folgendes umfaßt:

Mittel zur phasenstarren Kopplung der Mittenfrequenz des Tonträgers mit einer horizontalen Abtastrate, die bei der Wiedergabe des Videoteils des Fernsehsignals verwendet wird, um die Mittenfrequenz auf einem Wert zu halten, der ein Produkt der horizontalen Abtastrate und eines ganzzahligen Wertes ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei das Digitalisierungsmittel eine adaptive Deltamodulations-Abtastrate verwendet, die das Produkt der horizontalen Abtastrate mit einem ganzzahligen Faktor des ganzzahligen Wertes ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die horizontale Abtastrate etwa 15,734 Kilohertz beträgt und die Tonträger- Mittenfrequenz etwa 4,50 Megahertz beträgt.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das Digitalisierungsmittel eine Abtastrate der adaptiven Deltamodulation verwendet, die das Dreizehnfache der horizontalen Abtastrate beträgt.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei das digitale Audiosignal drei zeitgemultiplexte Audiokanäle umfaßt und das Mittel zur Erzeugung des digitalen Signals folgendes umfaßt:

Mittel zum Abtasten des ersten und zweiten der Audiokanäle bei einer Rate der adaptiven Deltamodulation, die das Dreizehnfache der horizontalen Abtastrate beträgt; und

Mittel zum Abtasten des dritten der Audiokanäle bei einer Rate der adaptiven Deltamodulation, die das Elffache der horizontalen Abtastrate beträgt.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei das Mittel zur Erzeugung des digitalen Signals ferner folgendes umfaßt:

Mittel zum abwechselnden Abtasten der Frequenz- und Amplitudenkompandierungsdaten in jedem der ersten, zweiten und dritten Audiokanäle bei einer Abtastrate, die die Hälfte der horizontalen Abtastrate beträgt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 23, welche ferner folgendes umfaßt:

Mittel, die für den Empfang des digitalen Audiosignals von dem Mittel zu Erzeugung des Audiosignals gekoppelt sind, um das Signal in einen Zwei-Bit-Parallel-Ausgangsdatenstrom für die Eingabe in das Modulationsmittel umzusetzen.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, welche ferner folgendes umfaßt:

Mittel, die mit dem Mittel zur Erzeugung des digitalen Signals für die serielle Verschlüsselung des digitalen Audiosignals zur Verhinderung eines unberechtigten Empfangs und einer Wiedergewinnung eines Audioprogramms daraus gekoppelt sind.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, welche ferner folgendes umfaßt:

Mittel zur Amplitudenmodulation des Tonträgers durch vertikale und horizontale Videosynchronisierinformation, ein Pilotsignal zur Verwendung als Phasenreferenz in dem multi-phasen-modulierten Signal, Fernsehprogramidentifikationsdaten und Entschlüsselungsgrundelemente.

39. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei:

das Videosignal ein Luminanzsignal enthält;

eine Gesamtheit einer Zahl modulierter digitaler Audiosignalbits pro horizontaler Videoabtastung übertragen wird; und die Modulationsmittel die Modulation des Tonträgers mit einer horizontalen Abtastrate des Videosignals synchronisieren, so daß ein Frequenzspektrum des modulierten Tonträgers mit einem Frequenzspektrum des Luminanzsignals deckungsgleich angeordnet ist.

40. Umsetzer zur

Wiedergabe eines Fernsehkanalsignals, das über ein Kabelfernsehsystem oder ähnliches übertragen wird,

wobei das Fernsehkanalsignal einen Standardvideoteil mit einer Standardvideobandbreite und einen digitalisierten Audioteil in einer Standardaudiobandbreite umfaßt, wobei der Audioteil einen Standardtonträger hat, der die Audiosignale in digitalem Format trägt, wobei die Audiosignale auf dem Standardtonträger unter Anwendung der Multi-Phasen-Modulation moduliert sind, wobei der Umsetzer einen Tuner für den Empfang der Fernsehkanalsignale,

Detektormittel, die an einen Ausgang des Tuners gekoppelt sind, zur Erfassung des Audioteils des Fernsehkanalsignals mit dem Standardaudioträger, der mit den Audiosignalen im digitalen Format moduliert ist,

einen Multi-Phasen-Demodulator, der für den Empfang des erfaßten Audiosignals gekoppelt ist, zur Demodulation des erfaßten Audiosignals zur Herstellung digitaler Audiodaten, Dekodiermittel zur Umsetzung der demodulierten digitalen Audiodaten in ein analoges Audiosignal und Mittel zur Ausgabe des analogen Audiosignals an ein Fernsehgerät umfaßt.

41. Umsetzer nach Anspruch 40, wobei das Dekodiermittel einen adaptiven Deltamodulationsdekoder umfaßt, der linke und rechte Stereoaudioausgangssignale liefert.

42. Umsetzer nach Anspruch 41, welcher ferner folgendes umfaßt:

Mittel zur Summierung der linken und rechten Stereoaudioausgangssignale von dem adaptiven Deltamodulationsdekoder; Mittel, die für den Empfang der summierten linken und rechten Stereoaudioausgangssignale und eines Videosignals gekoppelt sind, zur Verbindung der Audio- und Videosignale; und Mittel zur RF-Modulation der zusammengesetzten Video- und Audiosignale zur Eingabe an das Fernsehgerät.

43. Umsetzer nach Anspruch 40, wobei:

das Detektormittel ein erfaßtes analoges Audiosignal, das auf einem Fernsehsignal vorhanden ist, auf das der Tuner abgestimmt ist, ausgeben kann, und

der ferner Schaltermittel umfaßt, die für den Empfang entweder eines analogen Audiosignals von dem Detektormittel oder eines analogen Audiosignals von dem Dekodiermittel gekoppelt sind, zur wahlweisen Ausgabe eines der analogen Audiosignale an das Fernsehgerät.

44. Umsetzer nach Anspruch 40, welcher ferner folgendes umfaßt:

FM-Empfangsmittel, die für den Empfang übertragener Datensignale gekoppelt sind, zur Wiedergewinnung der Daten, die für die Entschlüsselung der digitalen Audiosignale erforderlich sind, und

Entschlüsselungsmittel, die für den Empfang der Entschlüsselungsdaten von den FM-Empfangsmitteln gekoppelt sind, zur Entschlüsselung der digitalen Audiodaten, die von dem Multi- Phasen-Demodulationsmittel wiedergewonnen werden.

45. Umsetzer nach Anspruch 40, welcher ferner folgendes umfaßt:

AM-Spitzendetektormittel zur Wiedergewinnung eines Pilotsignals von dem Tonträgerteil eines Fernsehsignals, das von dem Tuner abgestimmt ist; und

Mittel zur Kopplung des erfaßten Pilotsignals an das Multi- Phasen-Demodulationsmittel zur Verwendung als Demodulatorphasen- und -Zeitreferenz.

46. Umsetzer nach Anspruch 40, wobei das Demodulationsmittel mit einer horizontalen Videoabtastrate synchronisiert ist und das Dekodiermittel zur Dekodierung einer gesamten Zahl von digitalen Audiosignalbits pro horizontaler Videoabtastung angepaßt ist.

47. Umsetzer nach Anspruch 40, wobei das Videosignal eine Bandbreite von etwa 4,25 MHz aufweist und das Detektormittel ein digitales Audiosignal erfaßt, das auf einem etwa 4,5 MHz Tonträger moduliert ist.