-
Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zum Verarbeiten von
Fernsehsignalen und insbesondere zum blockweisen Permutieren
von Zeilen; sie hat eine besonders wichtige Anwendung bei den
Systemen zur Verwürfelung von Fernsehsignalen durch
Modifikation der Zeilenreihenfolge, welche dazu bestimmt sind,
den Zugang zu dem Programm nur denjenigen Fernsehzuschauern zu
reservieren, deren Empfänger mit einem entsprechenden
Entwürfelungssystem ausgestattet ist.
-
Es gibt zahlreiche Systeme für bedingten Zugang mit
Verwürfelung der Fernsehsignale. Die Mehrzahl derselben,
welche für die Emissionen an die Öffentlichkeit bestimmt sind,
verwendet eine relative Verschiebung der nutzbaren Zeilen oder
eine Permutation der Abschnitte einer Zeile, die an einer
pseudozufallsartig variierenden Stelle geschnitten ist. Diese
Lösungen bringen räumliche Begrenzungen oder Mängel der
Schnittpunkte mit sich.
-
Die Verwürfelungssysteme mit Zeilenpermutation weisen diesen
Mangel nicht auf und behalten die Entwürfelungsschwierigkeiten
der Schneid- und Permutationssysteme für diejenigen Zuschauer,
die keine Überwindungsmittel des Zugangskontrollverfahrens
haben. Deswegen wurden bereits Verwürfelungssysteme mit
Zeilenpermutation für die Übertragung von Fernsehprogrammen
zwischen Profis vorgeschlagen. Die meisten bekannten Systeme
aber umfassen zwei Speicher, welche alternativ zum Schreiben
gemäß der natürlichen Ankunftsreihenfolge der Zeilen und zum
Auslesen gemäß einer durch eine pseudozufallsartige oder
feste, aber unterschiedliche Sequenz bestimmten Reihenfolge
verwendet werden.
-
Der Artikel von V. Zacharopoulos et al "An analogue scrambling
scheme for television signals" in INTERNATIONAL JOURNAL OF
ELECTRONICS, Band 59 Nr. 4 Oktober 1985, Seiten 501-509,
London, GB, beschreibt darüber hinaus eine Vorrichtung der
Permutation von Fernsehbildsegmenten und der zeitlichen
Inversion jedes Segments mit nicht definierter Breite. Diese
Vorrichtung umfaßt einen einzigen Speicher, dessen
Fassungsvermögen den ganzen Stichproben entspricht, welche die
Gesamtheit der Segmente bilden, zwischen denen die Permutation
durchgeführt wird, und einen reversiblen Zähler, der das
Auslesen-Schreiben in der natürlichen Reihenfolge während des
Zählens und das Auslesen-Schreiben in modifizierter
Reihenfolge wahrend des Herunterzählens auslöst.
-
Die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, eine Vorrichtung
zu schaffen, welche es ermöglicht, die Wiedergabequalität der
bekannten Verfahren der blockweisen Zeilenpermutation
uneingeschränkt zu bewahren und dabei nur ein mittleres
Speichervolumen zu beanspruchen.
-
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur
Permutation der Zeilen eines Fernseheingangssignals in
Echtzeit und blockweise gemäß dem Patentanspruch 1 vor.
-
Sehr häufig wird der Block von der Gesamtheit der nutzbaren
Zeilen eines Halbbilds oder Fernsehbilds gebildet. Die
Erfindung ermöglicht z.B. im Fall eines von dem Fernsehsignal
mit 625 Zeilen transportierten Bildes die Speichergröße auf
diejenige zu reduzieren, die zum Speichern von 574 nutzbaren
Zeilen erforderlich ist. Das Anwachsen der Komplexität des
Logikteils der Vorrichtung ist mit dem Gewinn beim
erforderlichen Speichervolumen nicht zu vergleichen.
-
Die folgende beispielhafte, nicht einschränkende Beschreibung
einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung dient dem
Verständnis der Erfindung. Die Beschreibung bezieht sich auf
die beigefügten Zeichnungen, in denen:
-
Figur 1 ein Schema der Permutationsvorgänge ist;
-
Figur 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Zeilenpermutation ist, wobei die Bauteile in
ihrer Konfiguration im Auslese-Schreibbetrieb dargestellt
sind;
-
Figur 3, welche Figur 1 ähnlich ist, die Konfiguration während
der Halbbildaustastperiode zeigt, d.h. vom Ende der letzten
ganzen aktiven Bildsignalzeile eines Fernsehsignalbilds bis
zum Beginn der ersten ganzen, aktiven Bildsignalszeile des
folgenden Bilds.
-
Vor Beschreibung der Erfindung kann es nützlich sein, eine
Definition der verwendeten Betriffe zu geben.
-
"Aktive Bildsignalzeile" werden die Teile eines Fernsehsignals
genannt, welche den visualisierbaren Zeilen des von diesem
Signal transportierten Bilds entsprechen, d.h. 574 Zeilen im
Fall eines Bildes, welches durch ein der aktuellen
französischen Norm entsprechendes Fernsehsignal mit 125 Zeilen
übertragen wird. Aktive Bildsignalzeilen werden als
aufeinanderfolgend betrachtet, wenn zwischen den zweien keine
aktive Bildsignalzeile ist.
-
Der Block der aktiven Bildsignalzeilen, in dem die Permutation
durchgeführt wird, kann insgesamt N aufeinanderfolgende aktive
Bildsignalzeilen des Fernsehsignals aufweisen, wobei N eine
konstante ganze Zahl und größer als 2 ist. In der Praxis wird
im allgemeinem eine Größe verwendet, die derjenigen eines
Bildes gleich ist; es ist aber nicht notwendig, diese
Bedingung zu erfüllen.
-
Ein in einem Block durchgeführter Permutationsvorgang besteht
also aus einer Transformation:
-
- einer ersten Folge von N aktiven Bildsignalzeilen, welche
von 1 bis N numeriert sind (wobei sich diese Zeilen nicht
notwendigerweise in ihrer Erscheinungsreihenfolge in dem Bild
präsentieren)
-
- in eine zweite Folge von N Zeilen, derart, daß die
Gesamtheit der N Zeilen der transformierten Folge die exakt
gleichen Zeilen der Anfangsfolge umgruppiert, wobei die den
Zeilen zugeordneten Nummern im allgemeinen modifiziert sind.
-
Die einer Zeile in der zweiten Folge zugeordnete neue Nummer
wird die Transformierte der Nummer in der ersten Folge der
betrachteten Permutation genannt.
-
Die Permutation impliziert, daß die Bildsignalzeilen eines
Eingangssignals, in ihrer chronologischen Reihenfolge
genommen, und diejenigen des Ausgangssignals, gleichfalls in
ihrer chronologischen Reihenfolge genommen, durch eine gleiche
Aufeinanderfolge von Blöcken mit N aktiven Bildsignalzeilen
dargestellt werden können, wobei die chronologische
Reihenfolge der Zeilen in den Blöcken des Ausgangssignals im
allgemeinen von derjenigen der Zeilen in den Blöcken des
Eingangssignals verschieden ist.
-
Im allgemeinen sind die auf aufeinanderfolgende Blöcke
angewandten Permutationen nicht identisch, sondern bilden eine
Aufeinanderfolge C, welche auf die Aufeinanderfolge A von
Blöcken von Zeilen des Eingangssignals angewandt wird, um die
Aufeinanderfolge B der Blöcke des Ausgangssignals zu erhalten.
-
Wie bereits im vorhergehenden angeführt, bestehen die
klassischen Lösungen zum Erreichen dieses Resultats darin, daß
zwei Speicher verwendet werden, deren Größe jeweils einem
Block entspricht. Die Zeilen des Eingangssignals werden in
ihrer chronologischen Erscheinungsreihenfolge in die Plätze
mit aufeinanderfolgenden Adressen in dem ersten Speicher
geschrieben. Die Permutation wird derart durchgeführt, daß
anschließend die Speicherplätze in einer durch Anwendung der
erforderlichen Permutation auf die natürliche Reihenfolge
1,2,3 ... N der Adressen erhaltenen Reihenfolge ausgelesen
werden, während der andere Speicher im Schreibbetrieb
arbeitet.
-
Die Erfindung schlägt vor, die Speicherkapazität auf diejenige
zu begrenzen, welche zum Speichern eines vollständigen Blocks
erforderlich ist (d.h. N Speicherplätze einer
Bildsignalszeile), indem jede eingehende Zeile in den Platz
geschrieben wird, der durch das Auslesen einer ausgehenden
Zeile soeben freigeworden ist.
-
Das Verfahren umfaßt deshalb eine Sequenz von zwei Serien von
Vorgängen:
-
(1) Während der Empfangsdauer eines Blocks eingehender Zeilen
wird die aktive Bildsignalszeile der Ordnung i der Folge
(entspricht einem Block) von N aufeinanderfolgenden aktiven
Bildsignalzeilen des Ausgangssignals durch Auslesen des
Platzes erhalten, dessen Adresse (die sich im allgemeinen von
i unterscheidet) durch das Element der Ordnung i einer
Adreßtabelle mit N Elementen bezeichnet ist, und die aktive
Bildsignalzeile der Ordnung i der Folge von N
aufeinanderfolgenden aktiven Bildsignalzeilen des
Eingangssignals, welches dem Block entspricht, der dem sich im
Auslesen befindlichen Block chronologisch folgt, wird an den
Platz geschrieben, der soeben ausgelesen wurde.
-
(2) Zwischen dem Ende des Schreibens der letzten Zeile einer
Folge des Eingangssignals und dem Beginn des Schreibens der
ersten Zeile der darauffolgenden Folge des Signals (entspricht
praktisch dem Intervall zwischen dem Ende des Auslesens einer
Folge des Ausgangssignals und dem Beginn des Auslesens der
darauffolgenden Folge des Ausgangssignals) wird die
Adreßtabelle verändert. Für jede zwischen 1 und N enthaltene
ganze Zahl i bezeichnet das Element der Ordnung i der neuen
Tabelle (veränderte Tabelle) den gleichen Platz wie das
Element der Ordnung j der alten Tabelle, wobei j die
Transfomierte von i (im oben definierten Sinne) der
Permutation ist, welche auf die Folge anzuwenden ist, deren
Schreiben soeben durchgeführt wurde, wobei diese Permutation
diejenige ist, die in der Abfolge C zu nehmen ist.
-
Figur 1 zeigt die Vorgänge sehr schematisch, die während der
ersten Serie der Sequenz durchgeführt werden. Die erste
ausgehende Zeile wird im Augenblick t0 aus einem durch die
Adreßtabelle bezeichneten Speicherplatz der Ordnung i
ausgelesen, wobei der einzige Speicher völlig durch N einen
Block darstellende Zeilen belegt ist. Unmittelbar danach wird
im Zeitpunkt t0+dt die erste eingehende Zeile in der
chronologischen Reihenfolge in den Speicherplatz mit der
Adresse i geschrieben. Die Auslese- und Schreibvorgänge des
Platzes der Ordnung k, welcher durch die Adreßtabelle als die
darauffolgende ausgehende Zeile enthaltend bezeichnet wird,
werden zu den Zeitpunkten t1 und t1+dt durchgeführt. Das
gleiche Paar von Vorgängen wird exakt bis zu den Zeitpunkten
tN und tN+dt wiederholt.
-
Die zweite Serie der Vorgänge der Sequenz wird dann
durchgeführt. Sie bestimmt die aufeinanderfolgenden
Auslesespeicherplätze und schreibt sie in die Tabelle der
Adressen, wobei berücksichtigt wird, daß diese
aufeinanderfolgenden eingehenden Zeilen nicht in
Speicherplätze geschrieben wurden, welche aufeinanderfolgende
Adressen in der natürlichen Reihenfolge haben, sondern in
einer anderen Reihenfolge, die in der Form gespeichert wurde;
diese Reihenfolge ist i,k,... in dem in Figur 1 dargestellten
Beispiel.
-
Die Figuren 2 und 3 zeigen einen möglichen Aufbau einer
Permutationsvorrichtung, welche dazu bestimmt ist, in einem
Emitter vor dem Modulator eingebaut zu werden.
-
In Figur 2 sind die bei den Auslese-Schreibvorgängen
unbeteiligten Bauteile der Vorrichtung gestrichelt
dargestellt; in Figur 3 sind die während der Modifikation der
Adreßtabelle unbeteiligten Bauteile und Verbindungen
gleichfalls gestrichelt dargestellt.
-
Für das folgende sei angenommen, daß das zu verarbeitende
Fernsehsignal ein Signal mit 625 Zeilen ist, mit N = 574
aktiven Zeilen, und daß die Stichprobenzahl in jeder Zeile
durch eine 10-Bit-Zahl darstellbar ist.
-
Die Vorrichtung umfaßt einen Bildspeicher 10 dessen Kapazität
ausreicht, um das Abspeichern aller den Stichproben der
aktiven Bildsignalzeilen entsprechenden Datenworte zu
ermöglichen. Es sei beispielsweise angenommen, daß jedes Wort
mit Hilfe von 20 Bit adressierbar ist, wobei 10 der Nummer der
Stichprobe in der aktiven Zeile entsprechen und die anderen 10
eine Zeile identifizieren.
-
Der Bildspeicher ist derart organisiert, daß die der
Gesamtheit der Stichprobenwerte einer aktiven Bildsignalzeile
gemeinsamen 10 Bit die Adresse eines Speicherplatzes geben,
der die Gesamtheit der Zeile enthält.
-
Der Bildspeicher 10 wird hier nicht beschrieben, da er einen
klassischen Aufbau haben kann. Er ist mit einem Eingangsbus 12
und einem Ausgangsbus 14 ausgestattet. Auf den Eingangsbus 12
werden die Datensignale gelegt, welche den
aufeinanderfolgenden Stichprobenwerte der aktiven eingehenden
Bildsignalzeilen 1,..., i,... N entsprechen. Die ausgehenden
Daten erscheinen auf dem Bus 14. Der Bildspeicher umfaßt auch
einen Adressiereingang, der über einen ersten Bus 16 die 10
Bit empfängt, die den Stichprobenwertnummern in der
Bildsignalzeile entsprechen und durch entsprechende Bits den
Zeilennummern.
-
Die Vorrichtung umfaßt auch ein Bauteil zum Verwalten der
Permutationen 20, dessen Aufgabe es ist, die durchzuführende
Zeilenpermutation ausgehend von der Permutation geeigneter
Ordnung in der Abfolge C zu aktualisieren.
-
Das Bauteil 20 ist dazu vorgesehen, auf einem Datenausgang 22
eine die auf das folgende Bild anzuwendende Permutation
beschreibende Folge von 574 Wörtern mit jeweils 10 Bit,
welche, während des das Ende der letzten aktiven
Bildsignalzeile eines Blocks (gebildet durch ein Bild) vom
Beginn der ersten aktiven Bildsignalzeile des folgenden Bilds
trennenden Zeitintervalls zu liefern. Diese Folge wird durch
jeweils einem Stichprobenwert entsprechende Datenworte zur
Speicherverwaltungsvorrichtung 28 transferiert, welche später
beschrieben wird.
-
Das gleichzeitig mit einem auf einem Ausgang 24 emittierten
Freigabesignal auf dem Ausgang 22 emittierte Wort der Ordnung
i (i liegt zwischen 1 und 574) enthält die Nummer der aktiven
Bildsignalzeile des Fernsehausgangssignals, welches von der
aktiven Bildsignalzeile der Ordnung i des
Fernseheingangssignals in den das gleiche Bild darstellenden
ganzen aktiven Bildsignalzeilen gebildet ist.
-
Das Bauteil zum Verwalten der Permutationen kann durch eine
kombinatorische Logik gebildet sein und empfängt auf einem
Eingang 26 die Abfolge der durchzuführenden Permutationen,
welche z.B. durch einen Pseudozufallsgenerator geliefert wird.
-
Die Speicherverwaltungsvorrichtung 28 umfaßt einen Zähler der
Nummern der Zeilen 30, der derart verdrahtet ist, daß auf
seinem Ausgang 32 eine 10 Bitzahl geliefert wird, die in der
folgenden Weise erzeugt wird:
-
- der Zähler wird auf den Wert 1 durch ein Signal
initialisiert, welches auf einen Eingang 34 unmittelbar nach
jedem Auslesen der letzten aktiven ganzen Bildsignalzeile
eines Bilds und vor Auslesen der ersten aktiven
Bildsignalzeile des folgenden Bilds gelegt wird;
-
- der Inhalt des Zählers wird um 1 inkrementiert, wenn er auf
einem Eingang 36 entweder das von dem Ausgang 24 gelieferte
Freigabesignal des Bauteils zur Verwaltung der Permutationen
empfängt, oder ein Signal 38, welches das Ende irgendeiner
aktiven Bildsignalszeile eines Bilds anzeigt.
-
Diese zwei Signale können mittels eines ODER-Gatters 40 auf
den Eingang 36 gelegt werden.
-
Die Vorrichtung zur Verwaltung der Speicher umfaßt noch drei
Lebend- bzw. "RAM"-Speicher 42,44,46, welche jeweils
Permutationsspeicher, Adreßspeicher A und Adreßspeicher B
genannt werden.
-
Jeder dieser Speicher hat eine Kapazität, die ausreicht, um
mehr als 574 Worte von jeweils 10 binären Elementen (z.B. 1024
Worte) zu speichern. Jeder Speicherplatz ist durch ein
10-Bit-Adreßsignal adressierbar.
-
Die Adressierungseingänge des Permutationsspeichers 42 und des
Adreßspeichers B 46 empfangen das Ausgangssignal des zur
Auswahl der Ausgangszeile bestimmten Zeilennummernzählers 30.
Der Adressierungseingang des Adreßspeichers A 44 ist durch ein
Bauteil 48 derart schaltbar, daß er empfängt:
-
- während der Auslese/Schreibperioden das
Identifikationssignal des Platzes der durch den
Permutationsspeicher 42 gelieferten Ausgangsdaten;
-
- während der Permutationsaktualisierungsperioden, d.h.
während der Halbbildaustastungen, die von dem
Zeilennummernzähler 30 gelieferten Daten, welche gleichfalls
auf die Adressierungseingänge der Speicher 42 und 46 gelegt
werden.
-
Die im vorhergehenden beschriebene Vorrichtung arbeitet also
wie folgt:
-
(1) Während der Auslese/Schreibperioden, d.h. vom Beginn der
ersten ganzen aktiven Bildsignalzeile bis zum Ende der letzten
ganzen aktiven Bildsignalzeile eines Bilds:
-
- ist der Permutationsspeicher 42 im Auslesemodus, der
Adreßspeicher B ist Schreibmodus und der Adreßspeicher A im
Auslesemodus (das Umschalten von einem Modus zum anderen wird
durch einen nicht dargestellten Folgeschalter sichergestellt);
-
- wird jedes auf dem Ausgang des Permutationsspeichers 42
erscheinende 10-Bit-Datenwort auf den Adressierungseingang des
Adressierungsspeichers A 44 gelegt;
-
- bildet jedes von dem Datenausgang des Adreßspeichers 44
gelieferte 10-Bit-Wort die 10 werthohen Bits eines
Adressierungssignals des Bildspeichers 10 und bildet
gleichfalls ein auf den Dateneingang des Adreßspeichers B
gelegtes 10 Bit Wort; diese Speicherung erlaubt es zu
berücksichtigen, daß die Ausgangszeile, welche z.B. der ersten
Eingangszeile des Blocks entsprechen sollte, nicht bei der
Adresse 1, sondern bei einer anderen Adresse ausgelesen werden
muß.
-
(2) Vor jeder Halbbildaustastperiode wechselt der
Folgeschalter die Verbindungen der Figur 1 in jene der Figur
2. Diese letzteren Verbindungen bleiben vom Ende der letzten
ganzen aktiven Bildsignalzeile eines Bilds bis zum Beginn der
ersten ganzen aktiven Bildsignalzeile des folgenden Bilds
bestehen.
-
Der Permutationsspeicher 42, Adreßspeicher A 44 und
Adreßspeicher B 46 ist also jeweils im Schreibmodus, im
Schreibmodus und im Auslesemodus.
-
Die 10 Bit des das Bauteil zur Verwaltung der Permutationen 20
verlassenden Datensignals werden über den Bus 22 auf den
Dateneingang des Permutationsspeichers 42 gelegt. Das
Umschaltbauteil 48 verbindet den Datenausgang des
Permutationsspeichers 42 mit dem Adressierungseingang des
Adreßspeichers 44. Die am Ausgang des Adreßspeichers B 46
abgenommenen (Adressen repräsentierenden) Daten werden zum
Adreßspeicher A transferiert.
-
Die Vorrichtung muß durch einen Taktgeber umfassende Mittel
klassischer Art ( nicht dargestellt) der Initialisierung und
der Sequenzierung vervollständigt werden. Die Initialisierung
ist dazu vorgesehen, daß vor Erscheinen der ersten ganzen
aktiven Bildsignalzeile des ersten verarbeiteten Bilds sowohl
der Adreßspeicher A als auch B bei den Adressen 1,2,... i,...,
574 Worte enthalten, welche die aufeinanderfolgenden Zahlen
von 1 bis 574 repräsentieren.
-
Die verdrahteten Bauteile können durch einen programmierten
Prozessor ersetzt werden, um die Adreßtabelle zu berechnen,
welche zur Erzeugung der Adreßsignale des Bildspeichers
während des zwei aufeinanderfolgende Bilder trennenden
Halbbildaustastintervalls zu verwenden ist.