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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zur Messung des
Pegels von Fernsehsignalen, deren neu entwickelte Funktionen eine
Reihe von Vorteilen bieten, die in dieser Dokumentation näher bezeichnet
werden.
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Digitales
Fernsehen baut auf analogen Bild- und Tonsignalen auf, die digital
umgewandelt werden. Die Video- und
Audio-Kompressionsmethoden basieren auf dem Prinzip der Datenreduktion.
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Beispielsweise
werden zwischen einem Bild und dem direkt darauf folgenden nur die
Bereiche übertragen,
die sich unterscheiden. Dementsprechend werden bei komplexen Tonübertragungen
nur diejenigen Frequenzen codiert, die durch ihren höheren Pegel
andere, schwächere
Töne für das Ohr
verbergen.
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Die
so gewonnenen Daten werden in Pakete aus binären Werten (Nullen und Einsen)
und dann in Bytes (acht Bits) gruppiert, welche wiederum in längere Sequenzen
zusammengefasst werden (typ. 204 Bytes). Diese bezeichnet man als "Pakete" und sie enthalten
zusätzliche
Informationen zum Schutz der Daten während der Übertragung des Signals.
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Diese
Informationen in den Datenpaketen ermöglichen die Erkennung von Fehlern
durch Interferenzen oder Rauschen, und in einigen Fällen auch gleich
die Korrektur von Fehlern die beim Datenempfang festgestellt werden.
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Der
Fluss von Datenpaketen wird als "Transport-Stream" (TS) bezeichnet
und enthält
die Informationen, aus denen die verschiedenen übertragenen Services bestehen
(Fernseh- und Radioprogramme sowie dazugehörige Daten).
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Mit
der Weiterentwicklung der verfügbaren Bauteile
und Technologien haben sich auch die Messgeräte für digitale TV-Signale in mehreren
Stufen immer weiter verbessert. Anfangs wurden im HF-Bereich nur
bestimmte Parameter gemessen, die auch bei analogen Signalen Anwendung
fanden (Leistung und C/N Verhältnis).
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Später war
es dann möglich,
im Baseband Signalparameter zu messen, die mit der Signalqualität und der
Möglichkeit
der Fehlerkorrektur in Zusammenhang stehen.
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Schließlich können nun
die originalen Audio- und Videosignale rekonstruiert werden, eine
Bild- und Tonwiedergabe am Messgerät selbst ist möglich. Dieses
spätere
Entwicklungsstadium der Messtechnik für digitale Fernsehsignale führte zu
deutlich komplexeren Messvorgängen,
da es nun wichtig wurde das Ergebnis des Übertragungsprozesses (Bild
und Ton) anzuzeigen und auf diesem Weg eine korrekte Installation
für den
Kunden sicherzustellen.
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Einer
der Nachteile der aktuellen Messgeräte betrifft das Pay-per-View
Empfang, wobei hochentwickelte Codierungsalgorithmen verwendet werden um
bestimmte Services oder Programme zu blockieren. Diese Codierung
wird üblicherweise über Verschlüsselungsmethoden
erreicht, bei denen die Decodierungsschlüssel zusammen mit dem codierten Signal übertragen
werden, um das Signal dann beim Empfänger wieder entschlüsseln zu
können.
Beim Pay-per-View Verfahren schließt dann der Kunde ein Abonnement
ab und mit der entsprechenden Abokarte, die ihn als zahlenden Kunden
ausweist, kann er das verschlüsselte
Signal empfangen. Demnach verhindert die Codierung der digitalen
Fernsehsignale aber auch deren Darstellung auf herkömmlichen Messgeräten, und
dadurch ist es schwierig die Signalqualität einer Anlage zu prüfen und
sicherzustellen. Dieser Nachteil gewinnt angesichts der ständig steigenden Übertragung
von digitalen Fernsehsendungen in codiertem Format immer weiter
an Bedeutung.
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Daher
ist es notwendig, die bisher verwendeten Konfigurationen der Messgeräte an die
neuen Voraussetzungen anzupassen. Konventionelle Geräte sind
so stark an einzelne "Conditional
Access" Arten angepasst,
dass man für
die Karten verschiedener Hersteller auch verschiedene Lesegeräte braucht. Bei
diesen Karten handelt es sich meist um sogenannte "Smart Cards" (Standard ISO/IEC
7816).
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Der
wesentliche Nachteil dieser Lösung
ist natürlich
die Tatsache, dass das Steuerprogramm jedes Receivers speziell auf
die Verschlüsselungsmethode
abgestimmt sein muss, für
die er vorgesehen ist. Aus diesem Grund ist es auch sehr aufwändig, verschlüsselte Programme
verschiedener Anbieter mit dem gleichen Messgerät darzustellen, da eine ganze
Reihe verschiedener Versionen des gleichen Programms zur Verfügung stehen
müssten.
Dazu kommen noch die Genehmigungen und die Lizenzkosten die für jedes
Verschlüsselungssystem
einzeln anfallen würden.
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Auch
in Empfangsanwendungen kommen Conditional Access Systeme vor. Beispielsweise
beschreibt der Patentantrag WO98/43430 eine Vorrichtung zur Erzeugung
und Ausgabe von Signalen, die auf der herkömmlichen digitalen Fernsehtechnik
aufgebaut ist. Sie beinhaltet einen Multiplexer zum Empfang von
mehreren Eingangssignalen, verfügt über einen
oder mehrere Transport Streams und überträgt komprimierte digitale Signale
an einen Transmitter in einem Übertragungszentrum.
Die Signale, die der Receiver empfängt, werden zu einem integrierten Receiver/Decoder
weitergeleitet, der mit dem Fernsehgerät verbunden ist und das komprimierte MPEG-2
Signal in ein Fernsehsignal decodiert. Das Conditional Access System
befindet sich zum Teil im Übertragungszentrum
und zum Teil im Decoder. Mit einer Karte im bereits beschriebenen "Smart Card" Format (die ihm
vom Anbieter zur Verfügung
gestellt wurde) hat der Kunde Zugang zu den Inhalten digitaler Sendungen
von einem oder mehreren Anbietern. Die Karte wird in den Receiver/Decoder
eingesteckt, der dann die Signale eines oder mehrerer Fernsehprogramme
decodiert. Dieses Conditional Access System eignet sich nur und
ausschließlich
für den Fernsehempfang.
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Die
vorliegende Erfindung macht die Conditional Access Technologie nutzbar
für Messgeräte für gebräuchliche
digitale Verschlüsselungs-
und Modulationsarten (DVB-T/S/C). Es ist möglich, Abokarten verschiedener
Anbieter direkt mit dem Messgerät
zu verwenden, um alle Arten von verschlüsselten Kanälen darzustellen und anzuhören.
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Eines
der wesentlichen Ziele der vorliegenden Erfindung, beschrieben in
Antrag 1 ist, dass der Betreiber, Installateur oder zuständige Techniker
die Möglichkeit
bekommt, verschlüsselte
Fernsehprogramme anzuzeigen (vorausgesetzt die passenden Abokarten
sind vorhanden), so dass die Qualität der Installation für den Kunden
zweifelsfrei sichergestellt werden kann.
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Die
Steuerung eines Conditional Access Moduls des Typs "Common Interface" (CI) wird im eingebauten
digitalen Receiver im Messgerät
integriert, entsprechend den Standards EN 50221 (CENELEC), R 206
001 (CENELEC) und TS 101 699 (ETSI). Zu diesem Zweck hat das Gerät Anschlussmöglichkeiten
für das
Conditional Access Modul, wie z. B. einen Steckplatz, Anschlussstecker
oder ähnliches.
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Im
wesentlichen besteht die vorliegende Erfindung aus einem Demodulator
für digitale
Signale, sowie der Möglichkeit
zur Verarbeitung digitaler Signale mit Hilfe eines Conditional Access
Moduls vom Typ CI mit dem die verschlüsselten Signale decodiert werden.
Der Kartenleser ermöglicht
Zugriff auf die verschlüsselten
Signale sobald eine gültige
Abokarte eingesteckt und erkannt ist. Die Messvorrichtung enthält außerdem einen
MPEG-2 Decoder, einen oder mehrere Videosignal-Ausgänge
und normalerweise mindestens einen Audiosignal-Ausgang.
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Während der
grundsätzliche
Aufbau des Messgeräts
eine Verbindungsmöglichkeit
zum Conditional Access Modul beinhaltet (Steckplatz, Anschlussstecker),
ist in einer Modellvariante mindestens ein externes Conditional
Access Modul vorgesehen (inklusive Verarbeitung der verschlüsselten MPEG-2
Daten). Das Gerät
enthält
darüber
hinaus einen MPEG-2 Decoder, eine Steuereinheit zur Steuerung des
Conditional Access Moduls oder der Module und einen Prozessor. Das
Conditional Access Modul ist ausgelegt für Karten des Typs "PC Card" (PCMCIA).
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Durch
die hier beschriebene Konfiguration ist es möglich, mit Hilfe des Common
Interface (CI) Systems die Abokarte des Kunden für jedes Verschlüsselungssystem
zu verwenden. Das CI System ist mit einem intelligenten Modul ausgestattet,
d. h. dem o.g. Conditional Access Modul (CAM) zwischen Messgerät und der
Abokarte des Kunden. Das Conditional Access Modul ermöglicht die
Verarbeitung der verschiedenen Verschlüsselungssysteme und ist durch das
genormte Format problemlos herausnehmbar. Durch das herausnehmbare
Modul ist das gleiche Messgerät,
ausgestattet mit einem Steckplatz für das intelligente CA Modul,
für alle
Verschlüsselungssysteme
verwendbar. Es wird nur das passende CA Modul und eine gültige Abokarte
benötigt.
Die Messvorrichtung dieser Erfindung hat daher einen codierten "Transport Stream" (TS) Ausgang zum
intelligenten CA Modul und einen decodierten "Transport Stream" Eingang. Die Erkennung einer eingelegten
Abokarte, Prüfung
der Gültigkeit
und falls nötig
die Decodierung werden im CA Modul durchgeführt.
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Die
auf Common Interface basierende Messvorrichtung für Fernsehsignale
in der vorliegenden Erfindung hat mehrere Vorteile. Zum Einen bleiben so
der Schaltungsaufbau und die zugeordneten Steuerprogramme unabhängig voneinander,
und zum Anderen liegt die endgültige
Anpassung an das verwendete Verschlüsselungssystem in der Hand des
Kunden, der das passende CA Modul und die Abokarte zur Verfügung stellt.
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Durch
Einstecken eines PCMCIA Moduls ist es möglich, auf mehrere verschiedene
Conditional Access Systeme nacheinander zuzugreifen.
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Es
besteht bei der hier beschriebenen Erfindung außerdem die Möglichkeit,
verschiedene Demodulatoren, einen Multiplexer zur Auswahl des Ausgangssignals
und verschiedene CI Schnittstellen für die jeweiligen CA Module
einzubauen. Alternativ besteht die Signalverarbeitung aus einer
Reihe von MPEG-2 Decodern mit getrennten Video- und Audio-Ausgängen.
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Es
wurden Prototypen entsprechend der vorliegenden Erfindung gebaut
und getestet. Dabei konnte bestätigt
werden, dass mit einer relativ einfachen Konfiguration der Anwender
jeden gewünschten
Signaltyp sehen und hören
kann, verschlüsselt oder
frei, unabhängig
vom Anbieter, mit dem gleichen Messgerät, bei Verwendung verschiedener
Abokarten. Auf diese Weise ist es möglich, die Signalqualität der Installation
für den
Kunden zu garantieren.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung ein neues Messgerät für digitale Fernsehsignale beschreibt,
besteht ausdrücklich
die Möglichkeit
das Gerät
zusätzlich
für die
Messung von analogen Signalen anzupassen. In diesem Fall wird es
neben dem beschriebenen digitalen Demodulator (DVB-T/S/C) und dem
beschriebenen MPEG-2 Decoder zusätzlich
mit einem PAL/SECAM/NTSC Demodulator und einem Video/Audio Prozessor
ausgestattet. Der Anwender hat dann die Möglichkeit, sowohl digitale
als auch analoge Signale zu messen. Es besteht darüber hinaus
die Möglichkeit,
dem Gerät
weitere Bestandteile wie Empfänger
für Radiosignale,
Druckerausgänge, Fernsteuerung
usw. hinzuzufügen.
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Weitere
Einzelheiten und Funktionen der vorliegenden Messvorrichtung werden
in der nachfolgenden Beschreibung aufgeführt. Diese Beschreibung bezieht
sich auf das beigefügte
Blockdiagramm, das die verschiedenen elektronischen Module des Gerätes in der
hier beschriebenen Ausführung darstellt.
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Nachfolgend
sind die verschiedenen Bestandteile detailliert aufgelistet, die
in dieser Beschreibung bezeichnet sind, um die bevorzugte Ausführung der
vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
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- 1
- DVB-T/C/S
Signaldemodulator
- 2
- HF-Teil
(Radiofrequenz)
- 3
- Vorrichtung
zur Signalverarbeitung
- 4
- Speicher
- 5
- Karte
des Typs "Smart
Card"
- 6
- MPEG-2
Decoder
- 7
- Video-Signal
- 8
- Audio-Signal
- 9
- Mess-
und Steuereinheit
- 10
- Anzeigesystem
- 11
- Conditional
Access Module (CAM) im Format "PC
CARD"
- 12
- Steuereinheit "Common Interface" (CI) und
- 13
- Prozessor
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Es
wird hier ein Beispiel eines Messgerätes für Fernsehsignale nach Vorgaben
der Erfindung beschrieben, in Verbindung mit dem beigefügten Diagramm
auf dem das Zusammenwirken der einzelnen physischen Bestandteile
(nicht die elektrischen Schaltungen) der Erfindung mit Hilfe von
Pfeilen dargestellt ist.
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Es
handelt sich um ein multifunktionales Gerät zur Prüfung der Empfangsqualität von Fernsehsignalen.
Mögliche
Anwendungsbereiche sind Installationsarbeiten, Prüfung und
Wartung von SAT- und Kabelfernsehanlagen, und terrestrische Daten
um die Qualität
von analogen und digitalen Übertragungssystemen
sicherzustellen. Zu diesen Zweck kann das hier beschriebene Gerät verschiedene
Parameter analysieren wie Kanalleistung, die Träger-/Rauschabstandsmessung
(C/N), Synchronisation, BER, MER usw.
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Die
Ausführung
der bevorzugten Umsetzung des Gerätes zur Messung digitaler Fernsehsignale entsprechend
der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen digitalen Signaldemodulator
(1) mit dem es möglich
ist, durch Erzeugen eines Transport Streams terrestrische Kabel-DVB
oder SAT-Signale zu empfangen. Das Signal kommt von einer HF-Einheit
(RF) (2) die das Signal von der Antenne einspeist, die
verschiedenen Frequenzbänder
verarbeitet die dem TV-Bereich zugeordnet sind und eine Frequenzumwandlung
zum Demodulator Eingangsband durchführt. Die HF-Einheit (2)
passt außerdem
den Empfangspegel an den optimalen Wert für den Demodulator an, und wählt die
Empfangsfrequenz. Die Informationen, d. h. die Daten die das empfangene
Signal enthält,
gelangen zum Signaldemodulator (1), dieser erkennt eventuelle
Fehler, die während
der Übertragung
entstanden sind, und korrigiert sie wenn möglich.
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Das
hier beschriebene Messgerät
enthält darüber hinaus
Vorrichtungen zur Signalverarbeitung (3). Diese Vorrichtungen
(3) sind mit einem Interface des Typs CI verbunden, um
die verschlüsselten
Signale zu decodieren. Dieses Conditional Access Interface ermöglicht den
Zugriff auf verschlüsselte
Signale, sobald eine gültige
Abokarte (5) eingelegt und erkannt wurde.
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Zusätzlich steht
ein Decoder im MPEG-2 Format zur Verfügung (6), der einen
Datenstrom empfängt,
aus dem die Video- und Audio-Daten des ausgewählten Programms entnommen werden,
d. h. das digitale Signal wird in ein Video- und Audio-Signal umgewandelt.
Der MPEG-2 Decoder (6) verarbeitet auch weitere notwendige
Servicedaten zur Identifizierung, Lokalisierung und Synchronisation
von Programmen. Es soll noch erwähnt
werden, dass der MPEG-2 Decoder (6) einen eigenen Speicher
enthalten kann, um diese Decodierungsaufgaben auszuführen.
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Schließlich umfasst
die Erfindung noch einen oder mehrere decodierte Video-Signalausgänge (7) die
auf einem Anzeigebildschirm in der Messvorrichtung dargestellt werden.
Es ist auch möglich,
das besagte Ausgangssignal (7) über einen geeigneten Anschluss
an einen externen Monitor zu übertragen.
Es stehen außerdem
einer oder mehrere decodierte Audio-Signalausgänge (8) zur Verfügung, die über einen
Lautsprecher in der Messvorrichtung ausgegeben werden. Es ist die
Möglichkeit
vorgesehen, das besagte Signal (8) über einen geeigneten Anschluss an
ein externes Gerät
zu übertragen.
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Die
hier beschriebene Messvorrichtung enthält eine Mess- und Steuereinheit
(9), die entsprechend den Eingaben des Benutzers die Funktionen der
beschriebenen Module steuert und koordiniert. Die Mess- und Steuereinheit
(9) konfiguriert jeden Bestandteil der Messvorrichtung
so dass die angeforderten Messungen ausgeführt und in einer für den Benutzer
geeigneten Weise auf dem Anzeigesystem (10) dargestellt
werden. Diese Informationen können auf
unterschiedliche Weise dargestellt werden, beispielsweise in Form
einer grafischen Anzeige, Textanzeige, mit Hilfe von Tönen, Lichtanzeigen,
usw. abhängig
von den Eigenschaften und Funktionen der Messvorrichtung und den
Anforderungen des Benutzers. Das Anzeigesystem (10) der
hier beschriebenen Erfindung ist speziell angepasst, um die Ergebnisse
der Berechnungen der Messvorrichtung anzuzeigen (Messergebnisse,
Service- oder Fehlermeldungen, usw.). Es ist außerdem möglich, diese Informationen
an ein externes System zu übertragen
um sie weiter zu verarbeiten oder zu speichern.
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Die
Vorrichtungen zur Signalverarbeitung (3) bestehen aus einem
oder mehreren Conditional Access (CA) Interfaces nach dem "Common Interface" Standard (11),
in Form von Modulen des Typs "PC Karte". In jedes dieser
CA Module kann eine Abokarte (5) nach "Smart Card" Standard eingelegt werden. Die Baugruppe
enthält
damit alle notwendigen Komponenten um einen bestimmten digitalen
TV-Signaltyp zu decodieren.
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Besonders
zu betonen ist noch dass die Vorrichtungen zur Signalverarbeitung
(3), wie im Diagramm dargestellt, sowohl den MPEG-2 Decoder
(6) als auch eine "Common
Interface" (CI)
Steuereinheit (12) umfasst. Diese "Common Interface" (CI) Steuereinheit (12) ist
ein Decodierungssystem nach DVB Vorschrift, das zur Steuerung des
bzw. der Conditional Access Module angepasst wurde. Der Prozessor (13)
läuft mit
einem speziellen Steuerprogramm, dieses ist in einem RAM/ROM Speicher
(4) abgelegt der sowohl das Programm als auch die notwendigen
Daten zur Ausführung
des Programms enthält.
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Durch
das Zusammenwirken von Prozessor (13) und "Common Interface" Steuereinheit (12) über das
o.g. Steuerprogramm ist es möglich,
zu erkennen dass ein CA Modul (11) vorhanden ist und ob
eine gültige
Abokarte (5) eingelegt ist. Darüber hinaus ist es mit dem Steuerprogramm
möglich,
den Transport Stream intern/extern zu schalten, je nachdem ob das Signal
verschlüsselt
oder unverschlüsselt
ist. Bei interner Schaltung (nicht verschlüsseltes Signal) wird der TS
direkt vom Demodulator (1) zum MPEG-2 Decoder (6) übertragen.
Ist das Signal verschlüsselt, wird
der TS vom Demodulator (1) zur Steuereinheit des CA Moduls
(12) übertragen
und nach der Entschlüsselung
vom CA Modul (11) zum Decoder (6).
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Die
Vorrichtungen zur Signalverarbeitung (3) umfassen eine
Schaltung, der ein passendes Programm in der Messvorrichtung zugeordnet
ist. Wir weisen ausdrücklich
darauf hin, dass innerhalb der beschriebenen Erfindung unterschiedliche Integrationsgrade
der verschiedenen beschriebenen Module möglich sind
Variante 1
der Messvorrichtung, die Gegenstand dieser Erfindung ist, verfügt über mehrere
Interfaces im Format CI (12) für externe CA Module (11),
das heisst, es stehen mehrere Steckplätze für verschiedene CA Module (11)
zur Verfügung,
so dass eine größere Vielseitigkeit
beim Zugriff auf Signale von verschiedenen Anbietern erreicht wird.
In diesem Fall ist nur ein TS vorhanden, daher ist der Zugriff auf
die Signale nacheinander und nicht gleichzeitig möglich.
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Variante
2 der Messvorrichtung, die Gegenstand dieser Erfindung ist, verfügt über mehrere DVB-T/S/C
Demodulatoren (1) mit einem Multiplexer zur Auswahl des
Ausgangs.
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Variante
3 der Messvorrichtung, die Gegenstand dieser Erfindung ist, sieht
mehrere MPEG-2 Decoder (6) mit separaten Video- und Audio-Ausgängen vor.
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Es
können
weitere mögliche
Varianten ausgeführt
werden, die einige oder alle der zuvor beschriebenen Eigenschaften
beinhalten.
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Während dies
in der Grafik aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt ist, kann eine detaillierte Ausführung der
beschriebenen Messvorrichtung weitere Elemente enthalten, wie TS
Umschalter, einen Anschluss nach "PC Card" Standard, eine "PC Card" Steuerung. Das externe CA Modul (11)
enthält einen
Prozess zur Entschlüsselung
des TS, eine "Smart
Card" Steuereinheit,
sowie einen Anschluss für
eine Abokarte des Typs "Smart
Card" (ISO/IEC 7816).
Es ist sind außerdem
Erweiterungsmöglichkeiten
für weitere Zusatzelemente
wie Radio-Signalempfänger,
Druckerausgänge,
Fernsteuerung, usw. vorgesehen.
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Nach
ausreichender Beschreibung der Messvorrichtung für Fernsehsignale, die Gegenstand dieser
Erfindung ist, weisen wir ausdrücklich
darauf hin, dass kleine technische Änderungen vorgenommen werden
können
wenn es angebracht erscheint, soweit sie nicht den Rahmen der Erfindung
wie in der beigefügten
Beschreibung dargestellt verlassen.