專利名稱：視頻信號安全傳輸?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及視頻信號的安全傳輸。本發(fā)明特別與從地面發(fā)射機來的電視信號的安全傳輸有關。
近幾年來付費電視(pay-TV)系統(tǒng)的出現(xiàn)在視頻的擾頻方面已產(chǎn)生了很多興趣。為了成功地操作付費電視系統(tǒng)，發(fā)送的視頻信號必須被擾頻以使沒有安裝適配的解碼器的收視者不能觀看。
目前有許多擾頻的業(yè)務在工作，例如由BSKYB有限公司所用的從愛斯特拉(Astra)衛(wèi)星的廣播。但是，已有的全部業(yè)務或者是數(shù)字廣播衛(wèi)星(DBS)或者是有線業(yè)務。
英國廣播公司已經(jīng)發(fā)射在夜間廣播的收費業(yè)務。該業(yè)務使用現(xiàn)有的地面發(fā)射機。
GB1503051敘述了BSKyB業(yè)務使用的擾頻方法。稱為行切換與旋轉(LCR)的該系統(tǒng)通過由在偽隨機二進制序列發(fā)生器(PRBS)確定的點上切換該行和旋轉該兩半行，以使得該行的后半行先發(fā)送的方法，來對各個視頻行進行擾頻。為了解碼該信號，用戶必須具有提供該切換點序列的適配的解碼器。實際上，使用存貯在用戶付接收費的靈巧的卡中的電鑰在解碼器中再生該序列。
這個擾頻系統(tǒng)對衛(wèi)星和有線業(yè)務工作很好，不過用在地面系統(tǒng)中，在某些情況下，如惡劣的多路徑傳播，行傾斜等，可能發(fā)現(xiàn)LCR是不令人滿意的。
LCR的替代方案是行轉移(LS)，通過轉移該行順序，並保持各行的完整性來對視頻信號擾頻。行轉移系統(tǒng)的例子在ScreenElectronicsLimited公司的EP-A-356200和Teleaselimited公司的GB-A-2086181中公開了。
雖然上述申請人已知道基于行轉移的系統(tǒng)比基于行切換與行旋轉的系統(tǒng)本來是更穩(wěn)定的，但沒有一個LS系統(tǒng)涉及說明如何使用地面發(fā)射機和接收機提供足夠程度的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的是根據(jù)行轉移系統(tǒng)提供一個編碼和解碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)對地面廣播使用是足夠安全和穩(wěn)定的。
本發(fā)明的各個方面在獨立權利要求中確定，應該參見這些獨立權利要求。
在本發(fā)明的最佳實施例中，每場的掃描行被分為整數(shù)信息組(block)和在每信息組內通過轉移該行順序擾頻的信號。最好是每信息組的行數(shù)是一樣的。在一個最佳實施例中，六個47行信息組擾頻312 1/2 行PAL場的282行。一個PAL場有287 1/2 掃描行。剩余的5 1/2 行，四行傳遞數(shù)據(jù)而剩余的1 1/2 行是消隱的。
整個說明書和權利要求書中使用的術語掃描行意味著傳遞圖象信息的行，與包含垂直消隱間隔的行不同。術語有效圖象部分是指傳遞圖象信息掃描行的那些部分，而除去例如行消隱間隔部分。
最佳的擾頻結構有許多優(yōu)點。由于該信息組不跨在場間隔上，所以場間隔失真的影響被減到最小。而且，該信息組的結構被鎖定在該圖象上，減少在解擾圖象時的閃爍，這也意味著擾頻的圖象閃爍較少，因此使人不受光敏“癲癇癥”突發(fā)之苦。
在其信息組內對行進行擾頻時，在該最佳實施例中任一行的位移范圍都是一個信息組-47行。這具有將解擾信號傳輸質量降低的影響減到最小的優(yōu)點。
選擇47行代表一個信息組結構，這是在安全，暗度和透明度(抗傳輸質量降低)之間較好的折衷。其它選擇的結構可能由于要求某些行在其正確的位置被廣播已降低了安全性和暗度，或要求更多消隱的行而降低了透明度。在后一種情況下，黑色邊界將安排在圖象的上部或底部。
使用固定的信息組長度使該系統(tǒng)易于實現(xiàn)，而且整個擾頻格式產(chǎn)生一個提供不可觀看的擾頻圖象良好暗度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一個存貯器管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以清楚的、未擾頻的格式存貯從被擾頻的信息組來的行信息。這具有在解碼器和編碼器更容易進行同步的優(yōu)點和可能改進安全性。
最好是，該存貯器結構包含一對存貯單元，每一個存貯單元可存貯一個信息組的行。在編碼器和解碼器，信息組信息都是從一個存貯單元讀出，而同時下一信息組正寫入另一個存貯器。在編碼器，存貯器讀地址接到PRBS和行變換發(fā)生器的輸出，而在解碼器，以相同的方法控制存貯器的寫地址。
在最佳實施例中，只是視頻掃描行的樣值被轉移。即，有效圖象區(qū)的掃描行的樣值。在PAL信號的最佳實施例中，在以4Fsc示例取樣時，只有955樣值被轉移。最好是，這些是樣值72到1026，不包括切換點，在不同的實施例中可以在樣值61與75和樣值1025到1039之間變化。樣值的數(shù)量不是嚴格的，但是最好不大于1024，以有助于存貯器管理。
轉移掃描樣值僅僅意味著色同步信號保留未擾頻。這有很多優(yōu)點。首先，發(fā)送的信號包含完整的標準PAL信號，結果傳輸鏈中的數(shù)字設備不可能被干擾，而如果該同步信號被擾頻時則可能被干擾。其次，由于行序列不能從測量連續(xù)行的同步信號相位推斷出，安全性改善了。另一個優(yōu)點是，如果同步信號是未擾頻的，根據(jù)本發(fā)明的第一個目的取樣所要求的同步信號鎖定時鐘是容易實現(xiàn)的。
僅僅通過舉例和參考附圖來說明本發(fā)明各個目的的的實施例，其中

圖1表示行轉移系統(tǒng)的第一個信息組結構;
圖2表示輸入信號，發(fā)送的信號和輸出信號的另一個信息組結構;
圖3是根據(jù)實施本發(fā)明的系統(tǒng)的擾頻信號的定時圖;
圖4說明實施本發(fā)明的目的的一個示例性的編碼器;
圖5以方框圖形式說明產(chǎn)生解碼器的數(shù)字部分;
圖6以方框圖形式表示圖5的解碼器的后肩重新引入電路;
圖7表示56/59行信息組解碼器存貯器的寫地址電路;
圖8表示使用56/59信息組結構的系統(tǒng)存貯器的讀地址電路;
圖9說明通過傳輸信道的變換步驟;
圖10詳細地表示編碼器消隱延遲;
圖11是一個表格，表示圖10的延遲在編碼器中是如何工作的;
圖12表示附加的樣值是如何插入每幅圖象的兩行中的;
圖13是圖5的鎖相環(huán)的方框圖;
圖14a)表示實施本發(fā)明的一個目的的變換發(fā)生器和偽隨機二進制序列發(fā)生器的電路圖;
圖14b)表示圖14a)的發(fā)生器的M方框的電路圖;
圖14c)表示圖14a)的發(fā)生器的E方框的電路圖;
圖15表示變換發(fā)生器的另一個實施例。
將要敘述的系統(tǒng)適用于擾頻PAL視頻信號。其原理同樣適用于其他制式，如NTSC，MAC和SECAM。本發(fā)明不應解釋為對任何一個視頻標準的限制。
圖1和2表示實施本發(fā)明的一個目的行轉移結構的兩個例子，現(xiàn)有技術的行轉移系統(tǒng)或者轉移單個信息組中一場的所有的行或者它們把幀分為許多適當規(guī)模的信息組，例如32行。已經(jīng)證明，沒有一種方法都是滿意的，而且信號應在一場一場的基礎上進行處理，使得每場包括在清晰的和在擾頻的信號中的整數(shù)信息組。包含橫跨或跨在場消隱間隔的信息組結構更易于場頻干擾?；旌厦總€信息組中不同場的行擴大任何場間隔的失真，而且可導致相鄰行之間的差別。擾頻信號的最終行差別太急劇而不能由接收機的AGC校正。這些行對行的變化在已擾頻圖象上產(chǎn)生條狀噪聲。
還有，由于該信息組穿過該圖象，在該信息組中平均圖象電平的失真可在擾頻的圖象上產(chǎn)生閃爍，例如這種失真可能通過多路徑傳播或發(fā)射機損傷產(chǎn)生。
625/50PAL系統(tǒng)是2∶1隔行信號，其中每場包含3121/2行。這些行中的2871/2是圖象掃描行，而剩余的行是垂直消隱期間。
建議的行轉移系統(tǒng)僅僅擾頻圖象掃描行，在圖1中有效圖象分為5信息組，其中第一信息組是59行長，而剩余的是四個56行。從每場剩下的41/2行來的圖象信息被廢除掉。
由于處理全部大小相等的信息組是更簡單的，在圖2中表示的替代方案包含六個信息組，每個信息組47行。由于這樣的結構只包含282行，11/2剩余行被廢除。
這些結構也具有優(yōu)點，擾頻信號的掃描行相對于消隱期間是提前的，它不需要在解碼器中存貯場消隱期間。
圖2中采用的結構要求在輸入和輸出信號之間總的延遲至少125行。第一場開始31行未擾頻的消隱期間，接著六個擾頻的47行的信息組。發(fā)送的信號包括在輸入信號的開始之后傳送的78行(VBI＝31行+信息組0＝47行)的擾頻信息組0。這個信息組接著VBI，然后是擾頻的信息組1至5和相對于消隱期間領先的下一場的擾頻信息組0。輸出也是VBI后接著信息組0-5，但是相對于輸入信號延遲兩個信息組和VBI，總共125行。對于圖1的信息組結構，相應的延遲是148行。
信息組超前不是所用的信息組結構中固有的，但是希望在解碼器中不必存貯行消隱信號。這里使用4Fsc取樣，由于它使存貯的樣值數(shù)量減少到少于1024，因此有助于存貯器的管理和費用。
所述的信息組結構的另一優(yōu)點是任一行從其正確位置位移的范圍僅僅是一個信息組。這使得對解擾圖象的傳輸質量降低的影響減到最小，因為傳輸質量降低是隨位移數(shù)量而增加的。
PAL信號以模擬形式加到編碼器，并在擾頻前進行數(shù)字化?，F(xiàn)有技術的行轉移系統(tǒng)已使用兩倍彩色副載波頻率2Fsc或3Fsc或鎖定在該行的取樣率。
本系統(tǒng)采用4Fsc取樣結構，以17734475MHz取樣并跟蹤PAL彩色副載波的頻率和相位。作為替代方案，可使用4Fsc的任何整數(shù)倍n·4Fsc，例如8Fsc。但是在目前，處理速度和存貯器的費用可能禁止8Fsc和更大的n值。
使用4Fsc取樣提供許多優(yōu)點，使得它的采用是有吸引力的。它產(chǎn)生一個方便的取樣結構，它給出每圖象行的幾乎全部數(shù)目(1135)的樣值，它可被鎖定到彩色副載波的特定相位。更高取樣頻率4Fsc的使用，與2Fsc或3Fsc不同，意味著模-數(shù)變換器(ADC)和數(shù)-模變換器(DAC)的抗折疊濾波器與較低取樣頻率的情況相比將是不太嚴格的。
從安全性的觀點看，使用4Fsc取樣具有的優(yōu)點是在擾頻信息組內行的移動沒有留下關于一個特定行離開副載波相位有多遠的附加線索。當然，與Fsc的較低倍數(shù)不同，使用4Fsc取樣的一些缺點是數(shù)字電路必須能在較高的速度工作，并要求更大的視頻存貯器容量。但是，使用4Fsc取樣的方便之處是其優(yōu)點超過任何缺點。
使用鎖定的色度副載波相位和頻率取樣具有的優(yōu)點是時鐘抖動比鎖定行取樣小，因此解擾的信號的色度抖動較小。
實際上，以4Fsc取樣每行的樣值數(shù)是1135.0064。如果認為所有的行都包含1135樣值，每幀將有0.0064×625＝4樣值，這些樣值不屬于任一行。這可通過在每場的一行包括兩個附加樣值而避免，那行有1137樣值。
在實時視頻定時之間需要逐行移動，正如考慮到0.0064象素剩余部分的信號脈沖和象素計數(shù)器所表示的。在Fsc＝4.43361875MHz時，這個移動是0.0064× 1/(4Fsc) ＝0.36ns/每行。
對于47行的信息組，其延時是17ns，而對于59行的信息組，其延時是21ns。在59/56信息組的例子中，該信息組是以相對于消隱期間的這個數(shù)量提前的。這個移動可自動地由解擾過程補償。
正如前面提到的，僅僅是圖象掃描行被擾頻。但是，這些行中僅僅是包含視頻掃描行的樣值被擾頻。這些表示在圖3中。因此樣值1至71未擾頻，樣值72至1026被擾頻(955樣值)，而樣值1027至1135未擾頻。在擾頻之前樣值被數(shù)字化。這個結構的優(yōu)點是每行的色同步信號不被擾頻，使得發(fā)送的信號是一個完全標準的正確PAL信號。如果以色同步信號的擾頻序列出現(xiàn)，在可能被干擾的傳輸鏈中的數(shù)字設備沒有危險。此外，由于連續(xù)行上色同步信號的相位沒有給出行重新安排的線索，系統(tǒng)的安全性增加了。由于時鐘可鎖定到色同步信號、使用未擾頻的色同步信號使得使用鎖相取樣更容易實現(xiàn)。
不同的實施例切換點可能變化。該點可在樣值61到75和樣值1025到1039之間選取。
取樣點是在基準副載波的45°點。即，在理想的色同步信號的峰值和過零點。這使每個樣值要求的編碼范圍減少到最小。
為了解碼器能解擾該信號，傳遞信號信息和解碼指令的視頻加密數(shù)據(jù)必須與信號一起發(fā)送。這可通過指定每場的4行為數(shù)據(jù)載波來進行。該數(shù)據(jù)可在有效圖象中傳送，這增加了與現(xiàn)有傳輸標準和設備的兼容性。在顯示之前解碼器將消隱這些數(shù)據(jù)行。
因此，對47行的信息組，視頻信號的結構如下
行號功能623后半行-23后半行垂直消隱期間311-33523后半行，310，622，623前半行由編碼器消隱24-27，336-339視頻加密數(shù)據(jù)28-209，340-621傳送47行信息組中擾頻的掃描行部分在一個信息組中行的擾頻是通過變換每個信息組中行的傳輸順序來實現(xiàn)的。根據(jù)偽隨機二進制序列發(fā)生器PRBS的輸出，一個信息組一個信息組地改變變換發(fā)生器的控制字。PRBS最好按照20比特種子值(seedvalue)對每個TV圖象初始化一次。因此，每個圖象由PRBS產(chǎn)生12個值，每個信息組一個值。
由于在PAL制式中彩色信息是以色同步信號和有效視頻副載波之間的相位關系發(fā)送的，所以要求一個非常穩(wěn)定的鎖相環(huán)PLL。視頻掃描行通過轉移行被替代，如果存在任何大的誤差則將出現(xiàn)色度噪聲。定時中可允許的誤差小于1.5ns，它相當于約2°的誤差。所要求的精度是借助于只在有色同步信號的那些行(7至309和320至621行)期間測量相位誤差。
鎖相環(huán)將在后面說明書中詳細地敘述。
現(xiàn)在參閱圖4，通過考慮實驗的編碼器，可以更好地了解編解碼器的工作情況，該編碼器是使用一個PRBS和變換發(fā)生器作為存貯控制器，產(chǎn)生所要求的直接的和變換的地址序列。
編碼器和解碼器的結構必須幾乎相同，主要差別是在編碼器中行和場消隱期間是遲延的，而在解碼器中不遲延，雖然下面的敘述是針對編碼器的，但是解碼器是以相同的方式工作的。
為了與常規(guī)的地面?zhèn)鬏敇藴始嫒荩瑪_頻圖象是作為模擬信號發(fā)送的。接收的擾頻信號首先由模-數(shù)變換器20變換為數(shù)字格式。該ADC由時鐘脈沖發(fā)生器CPG22控制，以4Fsc對接收的信號取樣。解碼器中的ADC和DAC使用8比特的視頻樣值。時鐘脈沖發(fā)生器是頻率和相位鎖定在45°點取樣的色同步信號，如前所述。適合的時鐘脈沖發(fā)生器是產(chǎn)生8Fsc信號的壓控晶體振蕩器VCXO和產(chǎn)生1∶1標空比的4Fsc輸出信號的1∶2分頻電路。
ADC可以以TRWTDC1007ADC為基礎，工作頻率高達25MHz。編碼器ADC是10比特ADC，它是專用設備的標準。
與副載波的色同步信號相關的主時鐘信號的頻率及相位的穩(wěn)定是在c.p.g.22內部進行的。同步分離器24產(chǎn)生與視頻波形有關的所需要的定時信號，如混合的同步行脈沖，并識別奇數(shù)及偶數(shù)信息組。
ADC的輸出并行輸入到消隱延遲單元26，該單元延遲消隱期間，并輸入到數(shù)據(jù)插入器28，該數(shù)據(jù)插入器也接收消隱延遲單元26的延遲的輸出。數(shù)據(jù)插入器28有一個輸出，直接輸出給數(shù)-模變換器DAC30，也輸出到47行存貯器A和B32，34。這兩個存貯器由各自的存貯器控制器36，38控制，這兩個控制器由同步發(fā)生器提供的時鐘和同步信號控制。存貯器控制器控制各存貯器的讀數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)并提供擾頻序列。存貯器控制器包括PRBS發(fā)生器和變換發(fā)生器。
圖10更詳細地說明了編碼器的消隱延遲單元26，該延遲單元執(zhí)行兩個功能首先，它對相應于垂直及水平消隱的樣值提供125行延遲;其次，它給包括掃描行的掃描部分的樣值提供可變的延遲。這后一個特性使轉移只要兩個存貯塊的存貯器來進行。圖10表示47行信息組結構是如何使用0，1，31和125行延遲時間的可轉換延遲單元500的。
消隱延遲單元500從ADC接收視頻信號并將它直接傳送或延遲約1，31或125行;要求的準確延遲是1135，35187或141877樣值。
該延遲是根據(jù)下表由兩控制行d1和d0選擇的d1d0延遲000011135103518711141877傳輸線路(pipelining)附加的固定延遲可加到所有的輸出而不出現(xiàn)問題。延遲必須在一個樣值一個樣值的基礎上改變。由于所有的延遲值都是奇數(shù)，通過分離信號為二，加到兩個128K×8靜態(tài)RAM設備可得到該延遲。這樣只要求每個RAM設備在一個時鐘周期讀或寫，有一個相應的張弛時間。
如果每行的樣值編號為0到1134(行312和624除外，它們編號為0至1136)，那么包括同步和色同步波形1117到171的樣值總是取自125行延遲地址。在VBI(行622到27和行310到339)期間，這個延遲也用于樣值172到1116。延遲行的有效樣值172到1116，當所有的其它信息組產(chǎn)生31行延遲時信息組6和7的樣值(行340到386和387到433)產(chǎn)生1行延遲。
圖11表示編碼器中消隱延遲是如何工作以保證VBI周期是正確的行數(shù)30或31。
圖12表示4Fsc樣值在行624和312前后彼此是如何安排的，這兩行是長的1137樣值的行。
擾頻器的編碼器以允許輸入行和場消隱信號直接通過DAC到輸出進行工作。掃描行的剩余有效部分(955樣值)存貯在存貯器32，34。第一信息組，圖1(b)的信息組0存貯在存貯器32，而下一個信息組，信息組1存貯在存貯塊34。注意樣值以清晰的形式存入存貯器中是重要的;即以未擾頻的形式。由于信息組1的行是存貯在存貯器34中，信息組0的行在控制器36的控制下從存貯器32中以擾頻的形式讀出。因此，讀地址是擾頻的，而寫地址是清晰的。當信息組1已寫入存貯器34時，信息組0已從存貯器32中讀出，而當信息組1從存貯器34中讀出時，信息組2再以清晰的形式寫入存貯器32。兩個存貯器的輸出加到DAC30。前面敘述的臨界定時是這樣的，擾頻的掃描行部分以最小的誤差程度再插入未擾頻的消隱期間。
解擾器以互補形式工作，在每一幅圖象期間，輸入已擾頻的視頻的掃描行以使用擾頻器中相同地址序列的解擾順序寫入“A”或“B”存貯器，在編碼器中，行順序是由PRBS和變換發(fā)生器提供的，PRBS和變換發(fā)生器包括存貯器控制器36，38以產(chǎn)生存貯地址和控制信號。這就有效地解擾輸入的視頻信號。同時，在前一信息組期間寫入另一個存貯器的樣值被讀入DAC以產(chǎn)生解擾的輸出信號。兩個RAM存貯器在交替的信息組寫與讀功能之間再次交換。
指出這樣的情況是重要的在編碼器，擾頻的掃描行輸出信號在存貯器上相對于它們自己的行同步及色同步信號延遲了。類似地，在解碼器中，輸出的解擾信號相對于存貯器中已接收的擾頻信號的同步及色同步信號延遲了。同步是通過在編碼器中適當?shù)匮舆t消隱期間達到的。
在編碼器和解碼器中使用的存貯器可適用的分別是10和8比特動態(tài)RAM。也可使用SRAM或VRAM。DAC可以是10比特(編碼器)或8比特(解碼器)設備，例如可以高達20MHz的速度工作的TRWTDC1016J。
現(xiàn)在參閱圖5，說明產(chǎn)生解碼器的數(shù)字部分。相應的編碼器基本上是相同的。
輸入的擾頻視頻信號首先在ADC中數(shù)字化(未示出)，然后送到鎖相環(huán)100，數(shù)據(jù)恢復器110和多路復用與延遲線120。數(shù)據(jù)恢復器110恢復在行24-27和336-339傳送的視頻加密數(shù)據(jù)。要求多路復用與延遲線支持為VRAM的存貯器160?；謴偷臄?shù)據(jù)加到系統(tǒng)CPU130，系統(tǒng)CPU還與控制邏輯140和PRBS150連接。控制邏輯控制除存貯器160和延遲線120以外的全部系統(tǒng)單元的定時。控制邏輯裝有4Fsc的系統(tǒng)時鐘和水平與垂直同步信號HSY和VSY。存貯器160包括兩個47行信息組，它們以在前例中敘述的方法工作。存貯器管理180控制讀與寫尋址，參照圖7和8更詳細地敘述。存貯器管理由變換發(fā)生器190控制，后者在PRBS150的控制下，PRBS和變換發(fā)生器在圖14a)-c)和15中更詳細地表示出來。變換發(fā)生器和PRBS的結構可以是任何希望的形式而且在本技術領域有許多的文件證明。存貯器再次以清晰形式存貯掃描行數(shù)據(jù)，而輸出又被多路復用回到信號的未擾頻部分。在數(shù)-模變換和輸出之前，信號的后肩重新插入在200。在圖6中更詳細地表示出黑電平重新插入電路。
后肩必須在解碼器中重新插入，以保證電路順向位移中的箝位有一個清楚的箝位后肩。如果這不是在行轉移系統(tǒng)中進行的，諸如多路徑的傳輸質量的降低可引起箝位過程引入條狀噪聲，色同步信號沒有變化地傳送到接收機中的PAL解碼器，從而使測量色同步信號幅度的自動彩色校正電路正確地工作，而且比產(chǎn)生一個新的色同步信號更容易。
在圖6中后肩重新插入是利用數(shù)字濾波技術進行的。輸入的視頻信號通過色度帶通濾波器400饋入，其輸出在加法器410中加上前面所述的黑電平值64。這個信號在后肩期間由控制信號從同步分離器中選出，該同步分離器控制多路復用器420。多路復用器有其另外的輸入，由補償延遲線430延遲的數(shù)字視頻輸入通過以經(jīng)過濾波器400和加法器410的信號路徑延遲。在多路復用器中延遲的視頻在除了后肩期間外的其他所有時間進行選擇。
圖4和5已參照47行信息組長度進行了說明。參照前面的或任何其它信息組長度對56/59行的例子進行適當?shù)男薷氖潜匾模冶炯夹g領域的技術人員是清楚的。
圖7表示要求以清晰的形式把擾頻的信號寫入存貯器的解碼器的寫地址電路。所示的電路適用于56/59行信息組長度。
圖8表示解碼器的讀地址電路，它從存貯器讀出以提供輸出給圖5中的多路復用器(MUX)120。在這個例子中，該電路適用于56/59行的信息組結構，以說明為適應不同長度信息組所需的附加電路。
參見圖7，20比特的控制字CW從CPU加到PRBS150，PRBS150控制行變換發(fā)生器190的輸出。發(fā)生器190提供6比特的輸出給地址翻譯器210。由于使用不等信息組長度，在解碼器及編碼器中3個信息組重疊。地址翻譯器將重疊部分移到RAM的其它未使用的區(qū)域。信息組計數(shù)器220從0步進到4并產(chǎn)生一個移位輸入到地址翻譯器，以保證在每個47行的信息組之后給另一個信息組提供地址。具有從信息組計數(shù)器來的輸入端的奇/偶計數(shù)器230提供1比特輸出到存貯器存貯塊32，34(圖4)之間的開關，這是需要的，因為每場有不等數(shù)目的信息組。
56/59信息組的例子可以與場存貯器的兩個存貯塊的存貯器一起工作，在這情況下奇/偶計數(shù)器可以從場脈沖定時。當信息組長度改變計數(shù)器220時，計算器220從0步進到4，它必須提供一個信號給發(fā)生器190，第4個信息組的信息組長度增加到59行。
圖8表示在56/59行的例子中奇/偶計數(shù)器230可以如何定時。根據(jù)信息組的長度計數(shù)器340在0-55和0-58之間步進并提供一個輸出到地址單元310。計數(shù)器由來自或門350的高輸出清除，或門350有場脈沖和信息組輸入的結尾，信息組脈沖的結尾是在至與門(AND)360或與門370的6個輸入變高電平時提供，表明數(shù)目已分別達到55或58。
這些輸出提供給或門(OR)380的輸入，其輸出是“信息組結束”脈沖。門380的輸出還用于同步信息組計數(shù)器320，在這個例子中，它在0-4之間步進。電路的剩余部分的工作情況如參照圖7描述的。
在圖13中表示數(shù)字鎖相環(huán)。所涉及的ADC，時鐘發(fā)生器和同步分離器利用與圖4相同的標記。
ADC20的數(shù)字輸出加到倍增器(控制器發(fā)生器)600，和除4邏輯單元610，倍增器600以Fsc接收作為其其它輸入的脈沖串，F(xiàn)sc是從4Fsc時鐘導出，從倍增器來的輸出傳送到32字節(jié)的累加器620，兩行平均器630，限幅器640，脈寬調制器650和環(huán)路濾波器660，該濾波器提供一個控制電壓到時鐘脈沖發(fā)生器22的壓控晶體振蕩器。累加器620和兩行平均器630由同步分離器24來的色同步選通信號控制。
累加器620加或減兩個相連的字節(jié)，計算每個色同步信號的32個樣值，相應于圖3中的樣值11到42。樣值是從色同步信號的中間取出的。
平均器確定PLL的相位誤差，在前兩行上加上累加器輸出并保持一行的信息。累加器640減少信號的動態(tài)范圍，使得量化為8比特是足夠的。脈寬調制器650產(chǎn)生一個二進制序列，其平均值相應于測量的誤差。另一方面PWM650可以是脈沖密度調制器，速率倍增器或DAC。
數(shù)字色同步信號的相位檢測器可以用很多不同的方法實現(xiàn)，而所敘述的實施例僅僅是一個例子。同步分離器可以是模擬的或數(shù)字的或者這兩者的組合。
圖5中的控制邏輯140和圖4中的同步分離器24是以模擬同步分離產(chǎn)生的同步信號為基礎的。它必須保證控制邏輯的再同步只在系統(tǒng)超出輸入行脈沖的容差大于特定的定時范圍時才出現(xiàn)，這是由于經(jīng)常的再同步將不必要地干擾解碼圖象。
兩相鄰場中的各行之間的時間差被監(jiān)視。如果同步分離器來的脈沖在同步窗口期間內晚一場到達，則該系統(tǒng)工作是滿意的，而且不需要再同步。因為每行的樣值不是整數(shù)，兩相鄰行之間的時間差不計算。在視頻加密數(shù)據(jù)率高的時候窗口的尺寸可減少。如果在編碼器中兩個或多個集成電路用于擾頻以得到高的時間精確性，還要求對窗口是打開的時間的類似減少，在解碼器中，窗口的尺寸根據(jù)具有由數(shù)據(jù)接收質量(時間精度要求短的窗口)和再同步，即圖象質量(要求長的窗口)所產(chǎn)生的最低程度干擾的接收質量來進行有利的選擇。
所述的同步窗口可被關閉，使得每行都出現(xiàn)同步。這可用在編碼器中，其中具有8比特視頻分辨率的兩個視頻加密芯片并行地工作以獲得更寬的數(shù)據(jù)總線，例如對于播音室的質量為10比特。在這種情況下，兩芯片的水平基準是由主芯片產(chǎn)生的，因而兩芯片完全同步地工作。
圖9a)至9c)表示不同的變換步驟是如何進行的。圖9a)表示信息組是如何以清晰的形式寫入編碼器存貯器的。第一信息組以清晰的形式傳送，但是第二信息組在PRBS和變換發(fā)生器的控制下進行第一變換并以擾頻形式傳送。但是，由于參照圖7所敘述的寫地址電路，該信息組以清晰的形式寫入解碼器存貯器中。類似地，后面的信息組進行不同的變換P2，P3等，但是都以清晰的形式寫入解碼器。圖9b)表示從解碼器讀出的情況和輸出信號是相同的，但是信息組0(ALBERT)在時間n輸出，輸入信息組2(MICHEL)的時間說明在47行的例子中延遲兩個信息組。
所述的實施例發(fā)送在每場完全擾頻的圖象。在某些情況下僅希望使用部分擾頻。例如，節(jié)目提供者可能希望通過展示他們的足夠低質量的圖象來吸引非用戶與他們簽約。實施例可能以另外兩種方式中的一種方式工作而達到這個目的，在變換擾頻方式時而不破壞正規(guī)的解碼圖象。
第一個方案是“清晰延遲”方式，在這方式中每個信息組的行不進行擾頻，但是圖象提前一個信息組發(fā)送。這個效果是圖象的下部47行出現(xiàn)在屏幕的上部而且圖象的色彩不真實。雖然使固定的用戶非常煩惱，但是觀看者可以在傳送的節(jié)目中看到足夠的細節(jié)而產(chǎn)生興趣。
第二種方式是“閃爍方式”(flashmode)，其中隔場被擾頻而且插入場以清晰延遲方式傳送。對傳送的信號的影響是獲得具有重疊擾頻圖象的清晰的延遲的圖象。
考慮擾頻過程的特性，在完全清晰和完全擾頻方式之間進行變換而不丟失一個信息組的信息是不可能的。以這兩個半擾頻方式中的一個方式進行傳送，就能使該圖象能夠部分地向非用戶顯示而不破壞解碼的圖象。
現(xiàn)在參見圖14a)-c)和15，更詳細地表示了變換發(fā)生器190和偽隨機二進制序列發(fā)生器PRBS150。
偽隨機發(fā)生器PRBS 150有例如n＝20個二進制輸出BIT0……BIT19。因此，偽隨機發(fā)生器PRBS的可能狀態(tài)數(shù)是220＝1048576。從CPU接口130來的控制字CW經(jīng)過輸入PZG-E加到偽隨機發(fā)生器PRBS，并在每個時刻假定一個預定的狀態(tài)。確定PRBS每個輸出的這個狀態(tài)稱為關鍵字KW。每40ms有一個與前面的和后面的控制字不同的新控制字與電視信號一起傳送，而且每40ms這個控制字的一部分加到偽隨機發(fā)生器。
圖14a)的變換發(fā)生器190有一個清晰的輸入，在變換發(fā)生器的初始化階段，該發(fā)生器190置于零并用于確定電路裝置的電路狀態(tài)。
電路裝置190包括有輸入端A0……A5的六比特加法器192，其值加在輸入端B0……B5的值上，其中的五個輸入端B1-B5提供有偽隨機發(fā)生器150的五個輸出比特0，7，17，12，3。加法器5的第六個輸入端B0固定為5伏，因而處于邏輯值“1”。加法器192有六個輸出端C0……C5，它們接到時鐘緩沖寄存器194的數(shù)據(jù)輸入端。
寄存器194是由例如兩個單獨的緩沖寄存器部件組成的，它可以緩沖六比特。寄存器194的Q輸出端分別接到六個與門196A……196F的一個輸入端，與門的其它輸入端各連接到清除輸入，在正常工作狀態(tài)這個清除輸入是邏輯“1”。與門的輸出分別接到加法器192的輸入端A0……A5。因此加法器192輸出端的值返饋到輸入端。寄存器194的中間緩沖值由時鐘輸入端CK的時鐘信號CLK存入。寄存器194的輸入端CK接到雙輸入端的或門OR198，時鐘信號CLK加在它的一個輸入端，其另一個輸入端接到有三個輸入端的與門AND202的輸出端。其中一個輸入端接到電路裝置190的清除輸入端，第二個輸入端接到啟動(ENABLE)輸入端EN，而第三個輸入端接到地址比較器204的輸出端AK-A。
偽隨機發(fā)生器PRBS150輸出端的比特2，6，15，8，4和13以及寄存器194的Q輸出端都加到第一邏輯電路206，這些信號在該邏輯電路中可以以各種方式組合。第一邏輯電路206有六個輸出，其中兩個輸出直接加到第二邏輯電路208而剩下的四個輸出經(jīng)過四比特的加法器210加到第二邏輯電路208。偽隨機發(fā)生器150的輸出比特10，19，5和14也加到四比特加法器210。偽隨機發(fā)生器150的剩余輸出比特1，16，11，18和9加到第二邏輯電路208。
第一和第二邏輯電路206和208包括E方框電路，M方框電路和/或加法器。M方框電路示于圖14b)，基本上是一個具有下列真值表的倒向開關輸入輸出ME1ME2MBITMA1MA20000000100010010111010010101011101111111E方框電路的詳細電路圖示于圖14c)。E方框包括一個有兩個輸入端的與門和一個異或門，異或門同樣有兩個輸入端。E方框的真值表如下輸入輸出EE1EE2EBITEA1EA20000000100010010110110010101111101111110第二邏輯電路的六個變換地址輸出構成變換發(fā)生器的六個輸出。因此在電路裝置2的這些輸出可以產(chǎn)生26＝64個不同的變換地址PA0……PA63。
一個電視場包括例如a＝6個信息組，每個信息組有47行Z0……Z46，即如前所述的282視頻行。在每個這樣的信息組中的行序列由變換發(fā)生器進行變換。
六個輸入端接到電路裝置190的變換地址輸出的地址比較器204，這時檢查變換地址的可允許性。在本例中，因為一個信息組只有47行，故地址PA47……PA63代表不允許的地址。如果產(chǎn)生的變換地址是不允許的，則地址比較器產(chǎn)生一個加到與門AND202的控制信號并產(chǎn)生一個新地址。因而不允許的變換地址自動地被濾除并且不用于轉換電視行的序列。
利用圖14所描述的變換發(fā)生器可以產(chǎn)生大量不同的變換。根據(jù)來自PRBS150的1048576控制字的發(fā)出，可以看出變換發(fā)生器能產(chǎn)生720896個不同的變換。這意味著偽隨機發(fā)生器PRBS的20比特中的720896/log2＝19.46比特是有效地使用的。因此變換發(fā)生器的效率相當于219.46/220×100%＝68.8%。
圖15表示一個變換發(fā)生器的更進一步的、簡化的實施例，該變換發(fā)生器具有一個有n＝16個輸出端的偽隨機發(fā)生器PRBS，一個如圖14a)所示，且其輸出反饋到其輸入的六比特加法器192，一個有六個異或門的異或部件6和有六個變換地址輸出的另一個六比特加法器18。具有少于六十個執(zhí)行門單元的這樣的變換發(fā)生器是經(jīng)濟有效的，小型的結構而仍然提供大量的不同的變換。
圖14a)和圖15中的偽隨機發(fā)生器PRBS150被構成一個反饋移位寄存器或者根據(jù)約翰遜(Johnson)理論產(chǎn)生偽隨機數(shù)的電路。用這樣的發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機數(shù)還用于解決在產(chǎn)生多個變換中的所謂“未排序”(unranking)問題。
對所述的實施例的各種修改是可能的，本領域的技術人員會想到的，例如信息組的長度可以變化。
關于PAL標準的系統(tǒng)已經(jīng)敘述了，而且適用于全部主要的PAL標準，即制式I，B，G，D和H。對于巴西使用的制式MPAL，每場的掃描行數(shù)只有243，而每場轉移行數(shù)可以是240。這可以安排成六個40行的信息組，四個60行的信息組或五個48行的信息組。每行的象素數(shù)只有909，副載波頻率Fsc＝3.57561149MHz。
對于在一些南美國家使用的制式NPAL，該制式與所述的制式IPAL實施例非常相似，除了較低的副載波頻率3.58205625MHz要求較低的每行917.0064樣值的取樣速率。
對于諸如在美國和日本使用的NTSC標準，每場的行數(shù)和信息組安排與上面概述的制式MPAL相同。在這兩種情況下，最希望最小的信息組長度以減小由場失真和交流聲引起的噪聲。副載波頻率越高，為3.579545MHz，因而取樣頻率和每行的樣值數(shù)也越高，分別為14.31818和910。在所概述的兩個系統(tǒng)M和NTSC方案中，在有效視頻中，三個轉移行中包括3個數(shù)據(jù)行。這些行傳遞視頻加密數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)還要求一行的垂直消隱期間。另一方面，可使用數(shù)據(jù)壓縮算法把數(shù)據(jù)壓縮為三行。
如在法國使用的SECAM標準是一個625行制式并使用與所述制式PAL的例子相同的信息組結構。但是，鎖相環(huán)需要修改。這可用兩種方法達到。首先，PPL可以是行鎖定，其次，只可以使用兩個色差副載波中的一個副載波，該制式安排成如PAL的樣子。
在這種情況下，所用的副載波可以是(R-Y)載波，二個載波較高的頻率為4.406250MHz，給出每行1128象素。另一方面，可使用4.250000MHz的副載波，給出17MHz的取樣頻率。
這制式可與其它的標準如MAC系列一起使用并擴展到高清晰度的標準?？梢苑奖愕匕研畔⒔M的數(shù)目增加到12×47行用于未來HDTV廣播的，或者信息組長度增加到94行。這樣的修改都在下面的權利要求書中確定的本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種視頻信號編碼器或解碼器的存貯系統(tǒng)，其中視頻掃描行的信息組被轉移以擾頻該視頻信號，該系統(tǒng)包括第一和第二存貯塊，每個存貯塊有足夠的容量存貯一個信息組的視頻行；尋址存貯塊的裝置把連續(xù)信息組的視頻行隔行寫入第一和第二存貯塊，該尋址裝置在編碼器中，把視頻行以未擾頻序列寫入存貯器和以在解碼器中擾頻序列寫入存貯器；尋址存貯塊的裝置以擾頻序列從編碼器的存貯塊讀出視頻行或以未擾頻序列從解碼器讀出用于顯示；和控制裝置，用于控制讀和寫尋址裝置從一個存貯塊中讀出視頻行并同時寫入視頻行到另一個存貯塊。
2.根據(jù)權利要求1的存貯器系統(tǒng)，其中編碼器的讀尋址裝置和解碼器的寫尋址裝置包括一個偽隨機二進制序列發(fā)生器和一個行轉移變換發(fā)生器，用于擾頻視頻信號的掃描行。
3.根據(jù)權利要求2的存貯器系統(tǒng)，包括從視頻信號的圖象掃描行的數(shù)字化視頻信號掃描部分分離的裝置，其中寫尋址裝置把分離的圖象掃描行部分寫入第一和第二存貯裝置。
4.根據(jù)權利要求3的存貯器系統(tǒng)，其中行轉移變換發(fā)生器包括第一邏輯功能，工作在由偽隨機二進制序列發(fā)生器(PRBS)輸出的控制字的第一組多個比特;第二邏輯功能，工作在第一邏輯功能的輸出和PRBS輸出的控制字的第二組多個比特以及第三邏輯功能，工作在第二邏輯功能的輸出和來自PRBS控制字的第三組多個比特以提供變換地址。
5.根據(jù)權利要求4的存貯器系統(tǒng)，其中第一邏輯功能包括一個加法器裝置，它把控制字的第一組多個比特加到該加法器的輸出。
6.根據(jù)權利要求4的存貯器系統(tǒng)，其中第二和第三邏輯功能之一包括一個異或功能。
7.根據(jù)權利要求4的存貯器系統(tǒng)，其中第二和第三邏輯功能之一包括另一個加法器裝置，用于加上從第一或第二邏輯功能輸出的各個第二或第三組多個控制字比特。
8.根據(jù)權利要求4的存貯器系統(tǒng)，其中第二和第三邏輯功能的每一個包括一個倒向開關，用于響應一個控制比特有選擇地倒換兩個輸出比特的狀態(tài);和另一個邏輯電路，包括一個與門，作為一個輸入端接收前面的邏輯功能的輸出，并作為另一個輸入端接收另一個控制比特;和一個異或門，作為一個輸入端接收前面的邏輯功能的輸出，并作為另一個輸入端接收與門的輸出，另一個邏輯電路有一對輸出端，由異或門來的輸出和從前面邏輯功能來的一個比特輸出提供。
9.一種視頻信號編碼器的可調節(jié)延遲，該編碼器通過把每場的圖象掃描行分為信息組并轉移每個信息組中行的順序從清晰的輸入信號產(chǎn)生擾頻的輸出信號，有轉移裝置的編碼器包括第一和第二存貯器，每個存貯器存貯行的信息組，并被安排為在另一個存貯器寫入行的擾頻信息組以構成輸出信號時，一個存貯器讀掃描行信息組，可調節(jié)延遲接到第一和第二存貯器，并被控制以在有效圖象期間把預定的延遲加到被讀入第一和第二存貯器的視頻行的信息組，以及在視頻消隱期間把延遲加到編碼器的輸出。
10.根據(jù)權利要求9的可調節(jié)延遲，其中加到視頻掃描行的延遲與加到消隱期間的延遲是不同的。
11.根據(jù)權利要求9的可調節(jié)延遲，其中根據(jù)存貯器讀出的視頻掃描行的信息組的情況而定，給存貯器加上不同的延遲。
12.一種用于擾頻模擬輸入信號的視頻信號編碼器，包括數(shù)字化該輸入信號的裝置，把輸入信號分為若干信息組行的裝置，其特征在于轉移每個信息組內的掃描行部分，以產(chǎn)生一個擾頻的信號，圖象行的掃描行部分的開始點和結束點是可變的。
13.根據(jù)權利要求12的視頻信號編碼器，其中每個圖象行包括1135個樣值，確定掃描行部分的開始點和結束點的各個切換點是在樣值61至75和樣值1025及1039之間。
14.一種視頻信號解碼器，用于從擾頻的輸入提供用于顯示的清晰的視頻信號，包括用于數(shù)字化所接收的模擬擾頻的視頻信號，其特征在于用于把數(shù)字化的信號分為若干個行信息組以及按照與用于擾頻該信號相同的轉移算法進行轉移每個信息組內的圖象掃描行部分的裝置，轉移圖象掃描行部分，圖象行的掃描行部分的開始點及結束點是可變的。
15.根據(jù)權利要求14的視頻信號解碼器，其中每個圖象行包括1135樣值，確定掃描行部分的開始點和結束點的各個切換點是在樣值61和75與樣值1025和1039之間。
16.一種視頻信號發(fā)射和接收系統(tǒng)，用于以擾頻的形式發(fā)送視頻信號和以清晰的形式顯示或記錄接收的信號，該系統(tǒng)包括在發(fā)射機一個用于擾頻模擬輸入信號的視頻信號編碼器，包括數(shù)字化輸入信號的裝置，把輸入信號分為若干個行信息組的裝置和轉移每個信息組內的掃描行部分的裝置;以模擬擾頻的形式發(fā)送擾頻信號的裝置;在接收機一個用于提供顯示或記錄的清晰的視頻信號的視頻信號解碼器，包括用于接收和解調由發(fā)射機發(fā)送的擾頻模擬信號的裝置，數(shù)字化接收信號的裝置，把數(shù)字化的信號分為若干個行信息組(信息組長度與該信號在發(fā)射機被分為的信息組的長度相等)并按照在發(fā)射機所用的擾頻該信號的轉移算法轉移每個信息組內圖象掃描行部分的裝置，和用于顯示或記錄該信號的裝置，其中在發(fā)射機和接收機轉移的圖象行的掃描部分的開始點和結束點是可變的。
全文摘要
視頻信號以鎖定到副載波相位和頻率的4Fsc進行取樣。每場的掃描行被分為六個47行的信息組，而這些掃描行部分以行轉移在一個信息組一個信息組的基礎上進行擾頻。轉移算法是由一個PRBS發(fā)生器(控制器36，38)驅動的行轉移變換器產(chǎn)生的。一個信息組的掃描行樣值以未擾頻的形式寫入第一存儲塊32，而從前一個信息組來的樣值以擾頻形式從第二存貯塊34讀出供傳輸。互補過程在解碼器中進行。
文檔編號H04N7/173GK1071797SQ9211200
公開日1993年5月5日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權日1991年9月30日
發(fā)明者克瑞斯托福·肯斯·皮瑞克拉克, 安楚·瓊·保爾, 阿楚岸·保拉·羅賓森, 伊特安·庫淳, 阿爾伯特·杜納, 大衛(wèi)·納查遲, 米查爾·包維特 申請人:英國廣播公司, 湯姆森電子用品公司