KR100249656B1 - 저비용의 오디오 스크램블링과 디스크램블링 방법 및 장치(method and apparatus for low cost audio scramvling and descrambling) - Google Patents

Abstract

오디오 신호는 현 스크램블드 오디오의 높은 오디오 신호 위에 가벼운 반송파 주파수를 가지는 변조 반송파와 스크램블드 오디오 신호의 더블 측파대 변조에 의해 디스크램블된다. 원래 스크램블드 신호의 오프셋 스펙트럼과 동일한 첫번째 반송파 신호보다 두번째 반송파 주파수가 낮아서 바꿔말하면 변조되는 저 통과 필터를 통하여 통과하는 더블 측파대 신호를 발생시킨다. 디스크램블러 출력에 알맞은 두 주파수 변조의 상호변조로부터 결과는 첫번째 변조로부터의 어떤 잔류 반송파의 첫번째 저 통과 필터의 널 출력이다. 변조기는 분명히 직선변조기에 사용되는 디스크램블러 신호의 잡음비율에 신호를 발전시키는 스위치형태의 저잡음에 변조기가 사용된다. 스위치 형태의 변조기 사용은 향상되어 수행되는 저비용의 장치로 적용된다. 스크램블링 한쪽 장치의 사용은 보다 적은 비용으로 수행되어 향상되어지는 적용으로 유사한 기술에 사용되어진다.

Description

저비용의 오디오 스크램블링과 디스크램블링 방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR LOW COST AUDIO SCRAMVLING AND DESCRAMBLING)

[도면의 간단한 설명]

제1도는 상기 포브스(Forbes) 종래 기술의 주요요소의 블록도.

제2도는 포브스 종래 기술인 장치의 분광도.

제3도는 콴(Quan) 등에 의한 종래 기술의 주요요소의 블록도.

제4도는 콴 등에 의한 종래 기술의 분광도.

제5도는 본 발명 구체예의 블록도.

제6도는 제5도에서 나타낸 상기 디스크램블러 구체예의 분광도.

제7도는 스위치형 저잡음변조의 블록도.

제8도는 본 발명의 개념을 이용한 제1실시예의 디스크램블러의 블록도.

제9도는 본 발명의 개념을 이용한 제2실시예의 디스크램블러의 블록도.

제10도는 본 발명의 개념을 이용한 제3실시예의 디스크램블러의 블록도.

제11도는 본 발명의 개념을 이용한 스크램블러의 구체예의 블록도.

제12도는 제11도에서 나타낸 상기 디스크램블러의 분광도.

제13도는 본 발명의 제1및 제2저역필터의 구현도.

[발명의 상세한 설명]

[배경]

본 발명은 저비용 오디오 정보신호의 스크램블링과 디스크램블링의 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 종래기술에 비해 성능이 향상된 저비용 HiFi 디스크램블링에 관한 것이다.

오디오 스크램블링과 디스크램블링의 분야에서의 종래 기술은 다양한 주파수이동 기술을 이용하였다. 오디오 디스크램블링에서의 종래 기술은 "백색 잡음"의 형태인 히스잡음과, 보다 중요하게 반송파인 주파수대 영역에서는 두 반송주파수 내의 변조에 의한 "휘슬 잡음"에 의해 손상을 받았다. 종래 기술은 또한 믹서회로용의 밴드패스필터, 소정 크기로 반송주파수를 변화시키기 위한 0도와 90도의 모든 광대역의 패스네트위크와 0도와 90도회로 그리고 측파대 제거를 위해 직각위상 믹서게인의 균형조정용의 소요품과 같은 값비싼 회로를 사용한다. 게다가, 종래 기술에 사용된 믹서는 일반적으로 안정적이지 못하므로, 그들의 드리프트는 반송파 누설의 결과로서 가청 휘슬잡음이 생긴다.

상기 종래 기술은 순수한 사인파변조를 요구하는 믹서가 필요하고, 그러므로 정확한 아날로그 멀티플라이어가 필요하게 된다. 정확한 아날로그 멀티플라이어는 오디오 스크램블링 장치의 신호잡음(SNR)을 줄이는 백색 열과 짧은 잡음요소로 인한 회로조건 때문에 잡음의 문제가 발생하는 경향이 있다.

하나 혹은 그 이상의 확인된 문제점을 가진 종래 기술의 시스템은, 1987년 1월 13일에 포브스(Forbes)에게 허여된 미국 특허 제4,636,853호('853), 동적 오디오 스크램블링 시스템, 1991년 10월 15일에 콴(Quan)에게 허여된 미국 특허 제5,058,159호, 오디오 정보신호를 스크램블링 및 디스크램블링하기 위한 방법 및 장치와, 1992년 10월 27일 콴(Quan) 등에게 허여된 미국 특허 제5,159,631호, 밴드캐리어에 사용하는 오디오 스크램블링 시스템을 포함한다.

상기 본 발명을 완전히 이해하는데 종래 기술을 재검토하는 것은 도움이 될 것이다. 환언하면, 제1도는 종래 기술인 포브스(Forbes)의 '853 발명의 주요요소의 블록도이다. 상기 포브스의 '853 발명의 디스크램블러(10)는 0도 출력(38)과 90도 출력(39)을 포함하는 모든 패스 위상시프터(20)에 접속된 스크램블된 오디오입력(34)을 갖는다. 상기 스크램블된 오디오신호는, 제2도(a)에 나타내듯이, 오프셋 주파수(36) F1-F2를 가진다. 이것은 스크램블링 처리에 의해 결정된 오프셋 주파수에 의해 상기 스크램블된 오디오오프셋을 나타낸다. 위상시프트된 출력은 선형변조기(21),(27)의 제1입력에 연결되어 있다.

주파수생성기(22)는, 모든 고조파를 제거하기 위해 대역통과필터(24)에 공급되므로 순수한 사인파를 발생하는 사각주파수(F1)를 생성한다. 이 F1 사인파는 0도와 90도의 위상기(25)에 접속된다. 상기 위상기(25)의 출력은 교대로 각각 선형변조기(21),(27)의 제2입력에 연결되어 있다. 상기 제1및 제2선형변조기의 출력은 출력신호(37)를 생성하도록 가산기(28)에서 가산된다. 이 출력신호(37)는, 제2도(b)에 나타내듯이, 단지 F1과 고측파대만을 통과시키는 고역필터(29:High pass filter)를 거쳐 제2믹서(30)의 제1입력에 접속된다.

제2사각파 주파수발생기(23)는, 제1도와 제2도(b)에서 나타내듯이, 신호(F2)를 생성한다. 이 사각파는 순수한 사인파신호를 생성하도록 모든 고조파를 제거하는 대역필터(26)에 의해 여과된다. 이 순수한 사인파신호는 제3믹서(30)의 제2입력에 접속되어 있다. 상기 제3믹서(30)의 상기 출력은 디스크램블된 출력신호(35)를 생산하도록 저역필터(31)에 접속되어 있다.

제2도(b)에서의 상기 제2스펙트럴 다이어그램은, 제3믹서(30)로의 상기 입력을 나타낸다. 상기 주파수(F1)는 여기서 믹서(21),(27)로부터 공급되는 잔류반송파를 나타낸다. 제2도(c)는, 제2도(b)에서의 반송파 F1과 F2의 관계와, 제2도(a)에 나타내듯이, 상기 스크램블된 오디오신호를 나타낸다. 제2도(d)는 제2도(a) 내지 (c)에서의 상기 신호의 스펙트럴 특성에 대하여 상기 디스크램블된 신호(35)와 상기 잔류차이 주파수(F1-F2)요소의 상기 스펙트럴 특성의 관계를 나타낸다.

상기 포브스(Forbes)인코더는 그들 반송파에 의해 사인파형 변조기를 사용한다. 본 발명에서 밝힌 바와 같이, 저백색잡음요소를 생성하고, 상기 반송파들을 여과하기 위한 대역필터를 필요로 하지 않는다. 포브스(Forbes)의 제1도에서 44와 62를 보면 알 수 있다.

포브스(Forbes)디코더는, 그들의 믹서나 멀티플라이어에 잡음이나 반송파공급이 없다고 가정한다. 모든 실제의 믹서 또는 멀티플라이어는 무급전 캐패시턴스로부터의 잔류백색랜덤잡음과 반송파 누설과 회로요소사이(예컨대, 트랜지스터 오프셋 전압)의 작은 부정합을 가지고 있다. 포브스(Forbes)는 상기 두 반송주파수의 내부변조와 상기 스크램블된 오디오 신호를 디코딩하여 사용되는 상기 두 반송주파수의 고조파들의 조합에 의해 대역내 영역에서 휘슬 톤을 일으키도록 특히, 제1믹서출력을 통하여 공급되는 상기 잔류반송파를 고려하는 것은 아니다. 가장 먼저, 상기 발명은 고품질(신호 대 잡음 비)디코딩의 문제에 따라 잔류방송파 공급을 고려한다. 우선 상기 제1믹서 또는 멀티플라이어를 거친 상기 반송파의 공급은 특수한 필터가 뒤따르는 것이 이상적이다. 상기 제1믹싱 단계 후에 이 필터는, 본질상 반송파 공급의 필터출력과 휘슬잡음으로부터 벗어난 디코딩된 출력을 하기 위해 실질적으로 상기 반송파와 상기 반송파의 고조파를 통해 여과해야만 한다. 포브스(Forbes)는 이 문제를 알아내지 못했다.

두 번째로, 포브스에서 스위치형 믹서 대 사인파 믹서를 거쳐 랜덤노이즈를 줄일 필요가 있다. 수위치형 믹서는 실질적인 값(예컨대, ＞10db)에 의해 상기 아날로그형을 실행할 수 있다. 포브스는 그들의 멀티플라이어 또는 믹서의 랜덤 백색잡음의 특징을 확인하지 못한다.

제4도는 콴(Quan)의 종래 기술인 디스크램블러(11)의 스크램블된 오디오 입력을 나타낸다. 이것은 최초 스크램블링 처리에 의해 결저되는 오프셋 주파수에 의해 오프셋되는 상기 스크램블된 오디오입력신호(40)를 나타낸다. 상기 스크램블된 오디오입력신호(40)는 제1및 제2믹서(44),(45)의 제1입력에 0도와 90도로 위상시프트된 출력(42),(43)을 제공하는 모든 패스시프터(41)에 접속되어 있다.

반송주파수생성기(46)는 1Khz 또는 2-3Khz의 주파수와 함께 사인파신호 FC(47)를 생성시킨다. 상기 반송주파수(47)는 순수한 사인파(49)를 얻기 위해 모든 고조파를 제거하도록 저역필터(48)에 의해 여과된다. 이 순수한 사인파(49)는 믹서(44),(45)의 제2입력에 교대로 접속되는 0도와 90도 신호(51),(52)를 생산하도록 모든 패스위상기(50)에 접속되어 있다. 상기 믹서(44),(45)의 출력(53),(54)는 디스크램블된 출력(56)을 생산하도록 가산기(55)에 접속되어 있다.

제4도(b)는 스크램블된 오디오 신호에 상기 대역에서의 디스크램블링 반송파(FC)의 관계를 나타낸다. 제4도(c)는 디스크램블된 오디오프로그램 아래 전형적인 -60db인 잔류반송파(FC)와 함께 디스크램블된 오디오스펙트럼을 나타내지만, 오디오프로그램의 무전통과 되는 동안에 여전히 들을 수 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 보다 높은 디스크램블러의 수행을 공급하고 또는 보다 적은 비용으로 스크램블드 오디오 신호를 주파수 이동시키는데 있다. 방법과 장치의 설명은, 1) 0도와 90도를 갖는 위상기회로의 사용을 배제하고, 2) 직각위상믹서 회로의 사용을 배제하고, 3) 변조반송파용 대역필터 또는 저역필터의 필요성을 배제하고, 4) 선형믹서 대신에 스위치형 믹서회로에 사용되는 백색잡음과 비용을 줄이고, 5) 상기 잔류하는 제1반송파 휘슬을 여과하여 대역 내의 들을수 있는 휘슬잡음을 배제하고, 6) 대역 내의 반송파 휘슬잡음을 최소화하기 위한 믹서를 조정할 필요성을 배제하고, 7) 그러므로 상기 SNR은 잡음감소회로의 필요성이 배제되어 향상된다.

[개요]

본 발명은 상술한 필요성을 만족시키는 시프트되고 스크램블된 오디오신호의 주파수를 디스크램블하기 위한 방법과 장치를 나타낸다. 본 발명은 시프트되고 스크램블된 오디오신호들의 주파수를 디스크램블하기 위한 방법과 장치로 이루어져 있다.

설명된 상기 디스크램블링 장치는 최초 오디오신호에서의 가장 큰 주파수보다 더 큰 주파수를 가지는 제1변조반송파신호를 처음으로 발생시키는 것에 의해 대략 50Hz 내지 약 15Khz의 스크램블된 오디오신호의 최초 주파수분광영역 외측의 주파수에서 변조반송파신호를 생성하는 것에 의해 오디오정보신호가 변화된 스크램블된 주파수를 디스크램블하는 것이다. 이 제1변조반송파는 상기 스크램블된 오디오신호를 제1변조주파수, 제1고측파대신호와 제1저측파대신호로 변조하는 양 측파대용으로 사용된다. 이 신호세트는, 상기 양 측파대신호로부터 상기 제1변조주파수와 그것의 모든 고조파 및 상기 양 측파대신호와 그것의 모든 고조파를 여과하고 상기 제1저측파대신호만을 통과시킨다.

상기 제1변조주파수보다 작은 주파수를 갖는 제2변조반송주파수가 생성된다. 이 제2변조주파수는 제2변조주파수, 제2고측파대신호와 제2저측파대신호를 생성하기 위해 상기 제2변조반송주파수로 상기 제1저측파대신호를 변조하는 양 측파대용의 제2변조수단에 접속되어 있다.

제2필터는 디스크램블된 오디오신호를 생산하기 위해 상기 저측파대신호를 통과시킨다.

상기에 사용된 선형 변조기는 종래에 사용된 변조기보다 상기 디스크램블된 신호내에 잡음비에 대하여 상기 신호를 향상시키는 저잡음 스위치형 변조기이다. 상기 스위치형 변조기의 사용은 향상된 성능과 함께 저비용장치로 공급된다.

상응하는 스크램블링장치는 저비용으로 향상된 성능을 제공하도록 유사한 기술을 사용한다. 대략 50Hz 내지 약 15Khz의 최초 오디오신호의 스크램블링 방법은 다음의 단계로 이루어진다: 상기 최초 오디오신호에서 가장 큰 주파수보다 큰 주파수를 가진 제1변조 캐리어신호를 생성하는 단계; 제1측파대신호로 상기 최초 오디오신호를 직각변조하는 단계; 제1변조주파수와 그것의 모든 고조파들, 상기 변조된 신호로부터의 상기 고측파대의 적어도 한 부분과 그것의 모든 고조파들을 여과하고, 그리고 상기 저측파대 신호를 통과시키는 단계; 상기 제1변조주파수보다 큰 주파수를 갖는 제2변조캐리어주파수를 생성하는 단계; 제2변조주파수, 제2고측파대신호와 제2저측파대신호를 생성하도록 상기 제1저측파대신호를 상기 제2변조캐리어주파수로 변조하는 단계; 스크램블된 오디오신호를 생성하는 상기 제2저측파대신호를 통과시키기 위해 상기 제2변조주파수, 상기 제2고측파대신호의 일부와 상기 제2저측파대신호를 여과하는 단계로 이루어져 있다.

방법의 관점에서, 상기 발명은 폭넓게 상기 오디오정보신호들의 주파수분광영역 외측에 있는 주파수를 가진 변조캐리어신호를 생성하는 것에 의해 스크램블된 오디오정보신호를 생성하도록 오디오정보신호의 상기 최초 스펙트럼을 전송하는 주파수와 주어진 방향에서 상기 최초 오디오정보신호의 상기 주파수를 변조하도록 상기 최초 정보신호를 상기 변조캐리어신호로 변조하는 양 측파대에 뒤이은 제1단일측파대로 구성된다. 바람직하게, 상기 변조캐리어신호의 상기 주파수는 의사랜덤패션에서 생성하는 동안, 특히 특정된 범위 내에서 상기 변조캐리어신호의 상기 주파수를 스위핑하는 것에 의해 다양해진다. 상기 변조캐리어신호의 상기 주파수를 변화시키는 단계는 제2제어신호에 의해 결정된 비율로 제1제어신호에 따라 작동을 변화시키는 주파수를 일으키는 단계를 포함한다.

본 발명의 특성과 이점의 전체적인 이해를 위해, 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명한다.

제5도는, 블록도를 나타내고, 제6도는, 본 발명에 관한 바람직한 실시예의 분광도를 나타낸다. 제6(a)도는, 상기 바람직한 실시예의 상기 스크램블된 오디오입력의 분광특성을 나타낸다. 이것은 상기 스크램블링 과정에 의해 결정된 오프셋 주파수에 의한 상기 스크램블된 오디오 오프셋을 나타낸다. 제6(b)도는, 상기 제1믹서의 캐리어와 상기 제1믹서의 출력의 관계를 나타낸다. 상기 양 고저측파대와 이들의 모든 고조파를 합친 잔류캐리어(FA)는 상기 제1믹서 출력에 존재한다. 제6(c)도는 상기 제1믹서의 출력에 따른 제1LPF의 필터특성을 나타낸다. 이 제1LPF가 상기 잔류캐리어와 그것의 고측파대 고조파들을 여과하는 것이 중요하다. 제6(d)는 상기 제1믹서의 출력에 따른 상기 제1LPF의 상기 출력의 분광특성의 출력이다.

제6(e)도는 상기 마지막 스크램블링 단계에서 상기 제2캐리어와 상기 제1LPF의 출력의 관계를 나타낸다. 제6(f)도는 FB를 여과하도록 12Khz 컷오프를 실시하는 제2LPF를 통과한 디스크램블된 오디오와 휘슬주파수요소(FA-FB)는 결손으로 FB보다 높은 그것의 고측파대와의 관계를 나타낸다. 상기 휘슬주파수요소(FA-FB)는 일반적으로 상기 디스크램블된 오디오에서 -85db이하이다.

이 실시예에서, FA는 대략 19Khz이고, FB는 대략 16.4Khz이다. 이들 주파수에 따라 상기 제1LPF는 저렴하게 제작될 수 있으므로, 이러한 선택은 매우 경제적이다. 만약, 더 많은 비용으로 향상된 실행을 원한다면, 상기 캐리어주파수는 상기 제1믹서의 상기 저측파대 출력을 간섭하지 않도록 상기 스크램블된 오디오입력으로부터 구성요소들의 손실을 최소화하기 위해 더 크게 할 수 있다. 제6(a)도와 제6(b)도에서 상기 저측파대 주파수의 분광과 상기 스크램블된 오디오 주파수의 중복부를 유념하라. 만약, 상기 제1믹서가 상기 스크램블된 오디오를 충분히 공급한다면, 상기 디스크램블된 출력에서 일그러짐이 일어날 것이다. 예컨대, FA = 39Khz, FB = 36.4Khz로 상기 캐리어 주파수를 설정하는 것에 의해, 통과하는 입력리크는 2.6Khz 내지 14.6Khz의 상기 스크램블된 입력에 대하여 예컨대 36.4Khz 내지 24Khz인 제1믹서의 상기 저측파대가 서로 중첩하지 않으므로 상기 디스크램블된 출력에서 찌그러짐을 일으키지 않을 것이다. 그러나, 두 폴드(fold) FA와 FB를 높이면, 대략 두 폴드에 대하여 증가하도록 상기 제1LPF의 가파름을 야기한다. 이것은 10극 타원형 저역통과필터와 같이 더 높은 오더필터를 필요로 한다.

더 짧고 낮은 노이즈를 가진 최소의 캐리어 리키지와 스크램블된 오디오 리키지는 74HCT4053이나 그것과 동등한 예컨대 350mv p-p이상의 캐리어 입력을 갖는 MC1496 스위칭형 믹서와 같은 더블스로우 싱글폴 아날로그스위치를 사용하는 것에 의해 이루어진다.

예를 들면, CD4053 아날로그 스위치에 의하면, "온(ON)" 저항은 400Ω의 잡음저항(/4kTBr = V_N= 2.5nv//Hz, B=1Hz, T=298°켈빈, K=볼츠만상수, R=잡음저항)으로 변환되는 2.5nv//Hz의 측정잡음을 초래함이 판명되었다. CD4053의 "온(ON)" 저항은 440Ω으로 측정되었다. 아날로그 스위치(예, 4053)의 "온(ON)" 저항은 동일한 저항의 저항부품에 따라 동일한 양의 잡음을 발생시킨다는 것이 실험적으로 판명되었다. 따라서, CD 4053에 있어서의 440Ω의 "온(ON)" 저항은 440Ω 저항기와 본질적으로 동일한 잡음을 갖는다.

AD534 등의 선형변조기는 10Khz 대역폭에 대해 0.6mV RMS 또는 0.6mV//10Khz =60nv//Hz의 잡음밀도를 발생시킨다. 그러므로 AD534 선형변조기는 CD4053 스위치 보다 대략 60/2.5 이상의 잡음을 발생시킨다. 이것은 선형변조기에 대해 CD4053을 사용할때의 27db 향상과 등가이다.

이 장치의 반송파 입력이 차동쌍을 온(ON), 오프(OFF)로 개폐할 때에, 1496 또는 1495 같은 길버트(Gilbert)변조기는 저잡음(예를 들면 5nv//Hz 보다 작은 값)을 발생시킬 것이다. 반송파 입력을 큰 사인파(＞ 1v pp) 또는 사각형파(＞ =/-200mv)로 사각형파 반송파 입력을 오버라이딩(overriding)함에 의해 이 동작이 이루어진다. 선형변조를 발생시킬 때 1495같은 사인 곡선형 변조기가 반송파 입력을 가지지 못하면, 잡음은 결과적으로 스위치 모드의 1496 변조기보다 커진다. 이것은 2개의 차동쌍 트랜지스터가 그들의 잡음을 증폭시키기 때문이다. 각각의 트랜지스터의 내부 베이스저항은 보통 약 50Ω 내지 200Ω 이다.

하나의 출력을 위한 1㏀ 부하와 1495에 직렬인 2개의 트랜지스터 차동쌍들상의 100Ω 직렬 내부 베이스 저항을 가정하고, 이 트랜지스터들 각각은 1ma 컬렉터전류의 억압(quiescent) 베이스를 갖는다고 가정하면, 출력잡음은 Ic=1ma에 대해 1/2*1000(gm)Vnr=Vo noise, gm=38ma/V이다. 그러므로 1495변조기로부터 Vnr=/400Ω*4kT=2.5nv/Hz, Vo noise=19*2.5nv//Hz=47.5nv/Hz이다. 440Ω의 "온(on)"저항을 갖는 CD4053 보다 25db가 큰 잡음 또는 19배의 잡음이다. 반송파 입력이 증가됨에 따라 1495 또는 1496 변조기 내의 출력잡음은 감소된다.

바람직한 실시예의 핵심은, 첫 번째 믹서로부터 잔류 반송파를 제거하고, 반송파의 조파와 반송파의 조파에 관계하는 모든 측파대를 제거하는, 첫 번째 믹서 후에 저통과필터(LPF)의 사용이다. 이것이 이루어지지 않으면, 즉 휘슬러 주파수(3Fa-3Fb),(5Fa-5Fb) 등이 조파되면, 들을 수 있는 방식의 디스크램블링 출력이 나타날 것이다. 이 첫번째 LPF는 일반적으로 첫번째 믹서의 반송주파수(FA)를 제거하도록 조정되는, 적어도 한 개의 제로(zero)를 갖는 7개의 폴(pole) 이상의 타원형의 필터이다. 실제적으로 일반적인 임피던스 컨버터를 가진 9폴 능동필터는 가장 좋은 선택으로 안정되고 정확한 필터이다. 바람직한 실시예에서, 첫번째 저통과필터의 3db 컷오프(cut off) 지점은 약 17khz로 적어도 19khz에서 40db 저하된다.

제5도를 참조하여 아래에 설명한 바와 같이 좀더 구체적으로 상세하게 설명한다. 디스크램블링 장치(12)는 스크램블드 오디오 신호 입력(60)을 갖고 바람직한 실시예의 디스크램블링 처리를 포함한다. 스크램블드 오디오(60)는 첫번째 믹서(63)의 첫번째 입력내로 입력된다. 첫번째 믹서의 두번째 입력은 대략 19khz인 주파수 생성기 A(61)에 의해 생성되는 첫번째 반송파 신호(FA)이다. 첫번째 믹서(63)의 출력은 FA를 통하여 공급되는 반송파와 이 모든 측파대 요소와 조파를 포함한다. 믹서(63)의 출력은 첫번째 반송파, 상위 측파대 및 신호(60)로부터의 모든 조파를 여과하는 저통과필터(65)에 공급된다. 저통과필터(65)의 출력 즉, 신호(66)는 두번째 믹서의 첫번째 입력으로 공급된다. 두번째 믹서의 두번째 입력은 주파수 생성기(B)에 의해 생성된 두번째 반송파 신호(FB)이고, 이것은 보안상의 이유로 임의로 쉬프트되는 16.4Khz+/-100Hz의 16.4Khz가 될 수 있다. 미국 특허 5,095,279호는 보다 보안처리에 대한 설명을 한다. 두번째 믹서(70)의 출력은 베이스주파수대 디스크램블드 오디오, 잔류 두번째 반송파 및 FB의 주파수의 고측파대 요소를 포함한다. 두번째 저통과필터(71)는 12Khz이상의 모든 것을 제거하는 대략 12Khz의 컷오프(cut-off)주파수를 갖지만, 출력선(23)에 디스크램블드 오디오가 통과한다.

위의 바람직한 실시예에서, 제7도에서 나타나는 바와 같이 믹서는 스위치 형태의 로우샷(low shot) 또는 열잡음 변조기 역할을 한다. 이 믹서의 작동은 첫번째 믹서에 관계하여 설명되어질 것이다. 두번째 믹서의 작동은 동일한 원리이다. 스크램블드 오디오(60)는 단위 이득 증폭기(73)의 +입력에 공급된다. 증폭기(73)의 출력은, Vin(74)선상에서, 하나의 아날로그 스위치(32)를 통하여 2폴 1스로우(throw)의 아날로그 스위치(32)에 하나의 입력으로 공급된다. 증폭기(73)의 출력은 또한 R2a, R2b, 그리고 증폭기(65)로 이루어진 단위이득 반전증폭기의 입력에 공급된다. 증폭기(65)의 출력은 스위치(32)의 두번째 입력에 공급되는 -Vin(75)이다. 첫번째 반송파 주파수(FA)는 2폴 1스로우의 스위치(32)의 스위칭제어 입력으로 공급된다. 사용된 2폴 1스로우 스위치는 74HCT4053의 1/3 또는 이와 동등의 것이고 증폭기 A220에 공급된다. A220은 믹서의 출력이다. 믹서(65) 출력의 반송파 누설을 최소화하기 위해, 스위치(32)의 두 입력의, Vin과 -Vin인 스위치(32)의 두 입력의 DC 0인 신호 전압은 정확히 같아야 즉, 0v여야 한다. 부가적으로 반전 증폭기(73)는 자신을 통하여 공급되는 (Vin)내의 스크램블드 오디오를 최소한으로 하기위해 -1의 단위이득이여야 한다. 따라서 광대역 연산증폭기(65)에 대해 1%이내에서 R2a=R2b 또는 그 보다 양호함이 요구된다(즉, NE5532).

제13(a)도에서는 디스크램블러 첫번째 저통과필터로 사용되기 위한 제로들을 가진 통상적인 RLC 저통과필터를 나타낸다. 왜냐하면 인덕터(L1에서 L3까지)들은 저비용을 이루기 위해 2밀리-헨리에서 20밀리-헨리까지의 크기를 가지기 때문에, 이 저비용 인덕터들은 단지 오디오 주파수에만 적당한 Q값으로 만족해야 한다. 높은 Q값들을 갖는 좀더 값비싼 인덕터는 보다 좋은 저통과필터를 보다 제공할 것이지만, 저비용의 디스크램블링 장치의 예산을 넘어서게 될것이다.

제13(b)도에서는 많은 다른 능동필터보다 부분 오차에 민감하지 않는 능동 9폴 타원형 저통과필터를 나타낸다. 첫번째 반송파주파수(FA)는 적어도 -40db 감소만큼 여과되어야 하므로 이것은 중요하다. 제13(b)도는 저비용으로 높은 여과수행능력을 제공하는 제너럴 임피던스 컨버터(GIC) 능동 저통과필터이다. 이 캐패시터는 마일라 필름캐패시터보다 5% 값이 싸다. 저항은 1% 값이 싸고, 연산증폭기는 TL082, NE5532 등처럼 공통 방식으로 할 수 있다.

제13(c)도는 능동 7폴 저통과필터로서 두번째 필터의 예를 나타낸다. 증폭기 A1000, A2000 그리고 A3000은 단일 트랜지스터 에미터 팔로어(follower) 또는 공통 연산증폭기의 단순한 전압 팔로어일 수 있다. 디스크램블러내의 두번째 필터는 두번째 반송파 톤의 상위 특파대 같은 측정가능한 아티펙트(artifact) 및/또는 오디오 아티펙트 없이, 디스크램블드 오디오 신호를 제공하기 위한 충분한 정지대역 감쇄를 갖는 수동 또는 능동필터로서 어떤 필터라도 좋다.

제8도 내지 제11도에서는 발명의 개념에 사용되는 다양한 구현을 나타낸다.

상술한 디스크램블링 시스템에 부가적으로, 많은 동일한 소자들이 상술한 디스크램블러내에 달성된 많은 동일한 이점을 이루기 위해 디스크램블러 내에 사용될 수 있다. 즉, Forbes('853)같은 기존 기술보다 낮은 샷잡음을 출력하고, 필터를 덜 요구한다. 제11도는 블록 다이어그램이고, 제12도는 실시예의 스크램블러의 분광도를 일렬로 나타낸다.

약 30Hz 내지 15Khz의 스펙트럼 응답성을 갖는 오디오 신호(91)는 15Khz를 넘는 원하지 않는 신호를 제거하는 저통과필터(92)내에 공급된다. 저통과필터의 출력(92, 93)은 0도와 90도에 연결되어 있고, 모두는 위상 쉬프터(94, 95)를 통과한다. 위상 쉬프터(94, 95)의 출력은 스위치형태의 저잡음변조기(96, 97)의 첫번째 입력에 교대로 연결된다.

신호 생성기(98)는 변조기(96, 97)의 두번째 입력에 연결되는 0도와 90도의 출력으로 대략 16.4khz의 사각형파를 생성시킨다. 변조기(96, 97)의 출력은 생산신호(103), 저 측파대에 잔류 16.4khz 반송파를 일으키는 쿼드러쳐(quadrature) 변조된 신호에 합쳐진다. 제12도는 원래 오디오 신호(91)의 쿼드러처 변조되는 오디오 요소의 관계를 나타낸다.

이 쿼드러처 변조신호는 저통과 필터(104)를 통하여 신호(105)로서 공급되고, 본질적으로 위에서 설명한 디스크램블러의 첫번째 필터에 따라 동일한 필터이다. 이 신호는 세 번째 변조기(106)의 첫번째 입력에 연결된다. 변조기(106)는 제7도에 나타나듯이 위에서 설명한 바와 같이 스위치 형태의 저열잡음 또는 저샷잡음 변조기이다. 두번째 반송파주파수는 제12(e)도에서도 나타나듯이 대략 19khz의 주파수 생성의 오실레이터(99)의 사각형파에 의해 생성된다. 변조기(106)의 출력은 19khz의 반송파와 상위 및 하위 측파대를 포함한다. 이 신호는 대략 2.6khz의 오프셋을 가진 스크램블드 오디오 신호를 생성시키기 위해, 저통과필터(107)에 의해 여과된다.

이론상, 스크램블러와 디스크램블러 모두의 16.4khz 반송파의 빠른 단계 주파수 변화에 의해 야기된 동적인 아티펙트를 줄이기위해, 스크램블러와 디스크램블러 각각 모두의 첫번째 쿼드러처 믹서 다음의 저통과필터는 그룹 지연특성이 매우 근접하게 동일해야 한다(과도응답). 스크램블러 내의 저통과필터의 과도응답특성이 디스크램블러의 과도 특성과 다르다면, 16.4khz반송파의 단계 변화는 최소 디스크램블링 아티펙트를 이루기 위해 느리게 된다. 보안용 반송파(16khz+/-100hz)내에서 더 빠른 단계로 변화되는 것과 디스크램블러인 첫번째 저통과필터가 제11도에 나타난 스크램블러인 필터(104)의 동일한 특징을 갖는 것은 바람직하다. 부가적으로, 디스크램블러내의 두번째 저통과필터는 제11도에 나타난 스크램블러내의 필터(107)와 동일한 특징을 가지고 있다. 이것은 16Khz의 단계편향을 트래킹하는 스크램블러와 디스크램블러사이의 시간지연 왜곡에 의해 유발된 아티펙트없이 디스크램블러내에 빨리 트래킹되는 것을 허용한다. 디스크램블러와 스크램블러를 위한 본 발명의 모든 믹서용의 모든 반송파는 바람직하게 최소 아티펙트의 사각형파신호이어야 할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 당업자에게는 이에 대한 여러가지 변형 및 개조가 가능하다. 따라서, 상기 설명 및 예시는 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 본 발명은 특허청구의 범위에 의해 정의되는 것이다.

Claims (50)

1. 50Hz에서 15Khz의 주파수범위를 갖는 스크램블된 오디오입력신호, 최초의 오디오신호에서의 가장 큰 주파수보다 큰 주파수를 갖는 제1변조반송파신호를 생산하기 위한 수단, 상기 스크램블된 오디오신호를 제1변조주파수와 제1고측파대신호 및 제1저측파대신호로 변조하는 양 측파대용의 제1변조수단, 상기 양 측파대 신호로부터 상기 제1변조주파수, 그것의 모든 고조파들, 상기 고측파대신호 및 그것의 고조파들을 여과하고, 상기 제1저측파대신호를 통과시키는 제1여과수단, 상기 제1변조주파수보다 작은 주파수를 갖는 제2변조반송주파수를 생산하기 위한 수단, 제2변조주파수와 제2고측파대신호 및 제2저측파대신호를 생산하기 위해 상기 제1저측파대신호를 상기 제2변조반송주파수로 변조하는 양 측파대용의 제2변조수단과, 디스크램블된 오디오신호를 생산하기 위해 상기 제2저측파대신호가 통과하도록 여과하기 위한 수단을 구비하고, 상기 제1및 제2변조반송파신호, 상기 제1및 제2변조수단 및 상기 제1및 제2필터수단을 각각 선택적으로 이용하여 실질적으로 들을 수 없는 휘슬성분을 포함하는 디스크램블된 신호를 생산하는 것을 특징으로 하는 오디오신호가 변환된 스크램블드 주파수를 약 50Hz 내지 15Khz의 최초 오디오신호의 스펙트럴 영역으로 재생산할 수 있는 디스크램블링장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1및 제2변조반송파신호를 생성시키기 위한 수단이, 사각파생성기인 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1변조수단과 제2변조수단은, 스위치 형태의 저잡음변조기인 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1필터수단은, 상기 제1반송주파수를 노치하도록 적어도 7개의 전극과 영점을 포함하는 타원필터인 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1필터수단은, 범용임피던스 컨버터들로 이루어진 적어도 7개의 전극을 포함하는 능동필터인 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2필터수단은, 7개 혹은 그 이상의 전극을 가진 필터인 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1변조캐리어는, 적어도 19Khz의 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제2변조반송파는, 상기 제1변조주파수의 상기 주파수보다 적어도 500Hz 낮은 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제2변조반송파는, 대략 ± 100Hz에서 랜덤하게 변화하는 의사(pseudo)인 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
10. 제3항에 있어서, 상기 제1과 제2의 스위치형 저잡음 변조기는, MC1496 변조기인 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
11. 제3항에 있어서, 상기 제1스위치형 저잡음 변조기는, 상기 스크램블된 오디오 입력신호의 반전극성들에 접속된 아날로그 스위치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
12. 제3항에 있어서, 상기 제2스위치형 저잡음 변조기는, 상기 제1저측파대신호의 포지티브 극성과 네거티브 극성에 접속된 아날로그 스위치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크램블링장치.
13. 스크램블된 주파수 측파대신호의 오디오입력신호를 입력하는 단계, 상기 오디오입력신호에서 가장 큰 주파수보다 큰 주파수를 가진 제1변조반송파신호를 생성하는 단계, 양 측파대가 상기 스크램블된 오디오신호를 상기 제1변조주파수, 제1고측파 대신호, 그리고, 제1저측파 대신호로 변조하는 단계, 상기 양 측파대신호로부터 상기 제1변조주파수, 그것의 모든 고조파들, 상기 고측파대신호, 그것의 모든 고조파들, 그리고 상기 저측파대신호의 모든 고조파들을 여과하고, 상기 저측파대신호를 통과시키는 단계, 상기 제1변조주파수보다 작은 주파수를 가진 제2변조반송주파수를 생성하는 단계, 제2변조주파수, 제2고측파대신호와 그리고 제2저측파대신호를 생산하기 위해 양 측파대가 상기 제1저측파대신호를 상기 제2변조반송주파수로 변조하는 단계, 그리고, 상기 제2저측파대신호를 통과시키고, 디스크램블된 오디오신호를 생산하도록 상기 제2변조주파수, 제2고측파대신호를 여과하는 단계로 이루어지고, 상기 제1및 제2변조신호, 상기 제1및 제2변조수단 및 상기 제1및 제2 필터수단을 각각 선택적으로 이용하여 실질적으로 들을 수 없는 휘슬성분을 포함하는 디스크램블된 신호를 생산하는 것을 특징으로 하는 단일측파대 오디오정보신호들이 변환된 스크램블된 주파수 스펙트럼을 약 50Hz 내지 15Khz의 주파수 영역을 가진 최초 오디오신호로 재생산할 수 있는 디스크램블링방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1및 제2변조반송파를 생성시키기 위한 수단은, 사각파생성기인 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 양 측파대변조기는 스위치형 저잡음변조기인 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 양 측파대신호로부터 상기 제1변조주파수와 그것의 모든 고조파들, 상기 고측파대신호와 그것의 모든 고조파들을 여과하는 단계와, 상기 제1반송주파수를 노치하도록 적어도 7개의 전극과 영점을 포함하는 타원필터를 사용하여 상기 저측파대신호를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 양 측파대신호로부터 상기 제1변조주파수와 그것의 모든 고조파들, 상기 고측파대신호와 그것의 모든 고조파들을 여과하는 단계와 7개의 전극을 포함하는 범용임피던스컨버터인 능동필터를 사용하여 상기 저측파대신호를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
18. 제13항에 있어서, 7개 혹은 그 이상의 전극들로 구성되는 상기 제2변조주파수, 제2고측파대신호와 제2저측파대신호의 상기 제2여과단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
19. 제13항에 있어서, 상기 제1변조반송파는 적어도 19Khz의 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
20. 제13항에 있어서, 상기 제2변조반송파는 상기 제1변조반송파보도 적어도 500Hz만큼 작은 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
21. 제13항에 있어서, 상기 제2변조반송파는 상기 제1변조반송파보다 대략 2.6Khz 작은 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
22. 제13항에 있어서, 상기 제2변조반송파는 랜덤하게 변화되는 의사인 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
23. 제15항에 있어서, 상기 제1및 제2스위치형 저잡음변조기는 스위치된 길버트 멀티플라이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
24. 제15항에 있어서, 상기 제1스위치형 저잡음변조기는 상기 스크램블된 오디오입력신호의 포지티브극성과 네거티브극성에 접속된 아날로그스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
25. 제15항에 있어서, 상기 제2스위치형 저잡음변조기는 상기 제1저측파대신호의 포지티브극성과 접속된 아날로그스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
26. 제15항에 있어서, 상기 제1스위치형 저잡음변조기는 쵸퍼스위치변조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
27. 제16항에 있어서, 상기 제2스위치형 저잡음변조기는 쵸퍼스위치변조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크램블링방법.
28. 50Hz 내지 15Khz의 주파수영역을 가진 오디오입력신호, 최초의 오디오신호에서 가장 큰 주파수보다 큰 주파수를 가진 제1변조반송파신호를 생성하기 위한 수단, 제1저측파대신호로 상기 최초의 오디오신호를 직교측파대변조하기 위한 제1변조수단, 상기 직교신호로부터 상기 제1변조주파수와 적어도 그것의 고조파의 대부분과 상기 고측파대신호와 그것의 고조파를 여과하고, 상기 제1저측파대신호를 통과시키는 제1필터수단, 상기 제1변조주파수보다 큰 주파수를 가진 제2변조반송주파수를 생성하기 위한 수단, 제2변조주파수, 제2고측파대신호와 제2저측파대신호를 생성하기 위해 상기 제1저측파대신호를 상기 제2변조반송주파수로 양 측파대를 변조하기 위한 제2변조수단, 스크램블된 오디오신호를 생성하기 위해 상기 제2저측파대신호를 통과하도록 여과하기 위한 수단을 구비하여 이루어지며, 상기 제1및 제2변조반송파신호, 상기 제1및 제2변조수단, 그리고, 상기 제1및 제2필터수단 각각을 선택적으로 사용하여 저잡음레벨과 더 적은 성분들로 스크램블된 오디오신호를 생산하는 것을 특징으로 하는 대략 50Hz 내지 15Khz범위의 최초 오디오신호의 스크램블링장치.
29. 제28항에 있어서, 상기 제1및 제2변조반송파를 생성하기 위한 상기 수단은 사각파생성기로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
30. 제28항에 있어서, 상기 제2변조수단은, 스위치형 저잡음변조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
31. 제28항에 있어서, 상기 제1필터수단은, 적어도 7개 전극을 포함하는 타원필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
32. 제28항에 있어서, 상기 제1필터수단은, 상기 제1주파수의 잡음을 없애는 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
33. 제28항에 있어서, 상기 제1필터수단은, 적어도 7개의 전극을 포함하는 범용임피던스컨버터를 포함하는 능동필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
34. 제28항에 있어서, 상기 제2필터수단은 7개 혹은 그 이상의 전극으로 된 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
35. 제28항에 있어서, 상기 제1

    변조반송파는, 적어도 16.4Khz의 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
36. 제28항에 있어서, 상기 제2변조반송파는, 상지 제1변조반송파보다 적어도 500Hz 큰 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
37. 제28항에 있어서, 상기 제2변조반송파는, 대략 ± 100Hz의 변위로 랜덤하게 변화되는 의사인 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
38. 제28항에 있어서, 상기 스위치형 저잡음변조기는 차등쌍이 균형을 이루는 멀티플라이어형 변조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
39. 제28항에 있어서, 상기 제2스위치형 저잡음변조기는 제1고측파대신호의 반전극성에 접속된 아날로그스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링장치.
40. 50Hz 내지 15Khz의 주파수영역으로 오디오신호를 입력하는 단계, 최초의 오디오신호에서 가장 큰 주파수보다 큰 주파수를 가진 제1변조반송파신호를 생성시키는 단계, 제1저측파대신호로 상기 최초의 오디오신호를 직교변조하는 단계, 상기 변조된 신호로부터 상기 제1변조주파수와 그것의 모든 고조파들, 상기 고측파대신호와 그것의 모든 고조파를 여과하고 제1저측파대신호를 통과시키는 단계, 상기 제1변조주파수보다 큰 주파수를 가진 제2변조반송주파수를 생성하는 단계, 제2변조주파수, 제2고측파대신호와 제2저측파대신호를 생성하기 위해 상기 제1저측파대신호를 상기 제2변조반송주파수로 양 측파대를 변조하는 단계, 상기 제1및 제2변조신호, 상기 제1및 제2변조수단, 그리고, 상기 제1및 제2필터수단 각각을 선택적으로 이용하여 저잡음레벨과 더 작은 성분들로 디스크램블된 오디오신호를 생산하는 것을 특징으로 하는 대략 50Hz 내지 15Khz의 최초 오디오신호의 스크램블링방법.
41. 제40항에 있어서, 상기 제1및 제2 변조반송파생성기는 사각파생성기로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
42. 제40항에 있어서, 상기 양 측파대 변조기는 스위치형 저잡음변조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
43. 제40항에 있어서, 상기 양 측파대신호로부터 상기 제1변조주파수와 그것의 모든 고조파들, 상기 고측파대신호와 그것의 모든 고조파들을 여과하는 단계와, 상기 제1반송주파수를 노치하도록 적어도 7개의 전극과 영점을 포함하는 타원필터를 사용하여 상기 저측파대신호를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
44. 제40항에 있어서, 상기 양 측파대신호로부터 상기 제1변조주파수와 그것의 모든 고조파들, 상기 고측파대신호와 그것의 모든 고조파들을 여과하는 단계와 적어도 7개의 전극을 포함하는 범용임피던스컨버터인 능동필터를 사용하여 상기 저측파대신호를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
45. 제40항에 있어서, 상기 제2변조주파수, 제2고측파대신호와 제2저측파대신호의 제2필터수단은 7개 혹은 그 이상의 전극을 가진 필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
46. 제40항에 있어서, 상기 제1변조반송파는, 적어도 16.4Khz의 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
47. 제40항에 있어서, 상기 제2변조반송파는, 상지 제1변조반송주파수보다 50Hz 큰 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
48. 제40항에 있어서, 상기 제2변조반송파는, 실질적으로 19Khz인 주파수에 대하여 랜덤하게 변화되는 의사인 주파수를 생성하는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
49. 제40항에 있어서, 상기 스위치형 저잡음변조기는, 차동쌍이 균형을 이루는 멀티플라이어형 변조기로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.
50. 제40항에 있어서, 상기 스위치형 저잡음변조기는, 상기 고측파대신호의 포지티브전극과 네거티브전극에 접속된 아날로그스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크램블링방법.