Система адресного кодирования "Криптон"

Концепция построения системы В общем случае система адресного кодирования должна соответствовать следующим требованиям: # стоимость оборудования для систем адресного кодирования кабельных и эфирных сетей наземного телевизионного вещания должна быть намного ниже, чем стоимость аналогичного оборудования для сетей спутникового телевизионного вещания, вследствие гораздо меньшего числа потенциальных подписчиков; # исключение несанкционированного просмотра платной телевизионной программы должно достигаться путем ввода искажений в изображение перед трансляцией; # восстановление изображения должно обеспечиваться с максимальным качеством, и субъективно не должно отличаться исходного; # обеспечение высокой криптографической стойкости системы в пределах срока эксплуатации; # обеспечение возможности организации адресного доступа к платным телевизионным каналам. Исходя из этой концепции специалистами НПФ «Криптон» была разработана технология кодирования, объединяющая достоинства недорогих систем кодирования с аналоговой обработкой видеосигнала изображения (технологии Sync Suppression, Chameleon™ и др.) и систем повышенной сложности с цифровой обработкой, в результате которых нарушается временная структура видеосигнала изображения (технологии Line Shearе, Line Cut & Rotate, Line Shuffle и др.). Аналоговая обработка применяется для замещения постоянным уровнем синхронизирующих импульсов исходного видеосигнала в кодере, а также их последующего восстановления декодером, что позволило сделать последнее достаточно простым и недорогим устройством. Высокое качество восстановленного изображения, по сравнению с другими системами с цифровой обработкой видеосигнала изображения, достигается за счет того, что : # ввод искажений не осуществляется перестановкой строк изображения или их фрагментов, поэтому качество восстановленного изображения не зависит от качества переходной характеристики приемно-передающего тракта; # в декодере отсутствуют аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразования видеосигнала, что исключает появление дополнительных шумов дискретизации. При этом введенные искажения достаточны для исключения возможности просмотра телевизионного изображения без его предварительного восстановления. Информация о введенных в изображение искажениях, информация, управляющая включением декодеров, закодирована в цифровых данных, которые вводятся кодером в служебных строках кадровых гасящих интервалов видеосигнала изображения. Основой декодера является однокристальный микроконтроллер с индивидуальным номером, с защищенной от чтения памятью программ, что делает невозможным их тиражирование, и несанкционированное использование. Формат кодирования Принцип кодирования основан на изменении амплитудных и временных параметров стандартного видеосигнала на входе передающего тракта, с последующим восстановлением на входе телевизионного приемника. Закон изменения параметров видеосигнала определяется параметрами скремблирования, которые вводятся в передаваемый видеосигнал, детектируются и анализируются абонентским декодером. Рисунок 1. Вид кодированного и декодированного изображения Стандартный телевизионный видеосигнал модифицируется кодером в три этапа: 1). Видеосигнал на интервале гашения приподнимается до уровня серого (рисунок 2). При этом обеспечивается закрытие телевизионного канала от просмотра, но система не защищается от возможности несанкционированного восстановления видеосигнала. Рис.2. Осциллограмма первого этапа формирования модифицированного видеосигнала изображения. 2).Уровень строчных и кадровых синхронизирующих импульсов совмещается с уровнем приподнятого гасящего интервала - синхроимпульсы как бы «удаляются» из кодированного видеосигнала (рисунок 3.). «Удаление» синхроимпульсов, с последующим неопределенным заполнением гасящих интервалов цветовой поднесущей, делает восстановление кодированного видеосигнала возможным только путем решения задачи непосредственного синтеза синхроимпульсов и синхронизации с опорными сигналами системы. Возможность восстановления синхроимпульсов после этого этапа сильно усложняется, однако, стандартный телевизионный видеосигнал обладает высокой стабильностью временных параметров, что делает возможным восстановление синхроимпульсов по косвенным признакам. Рисунок 3. Осциллограмма второго этапа формирования модифицированного видеосигнала изображения 3). Для исключения из кодированного видеосигнала косвенных признаков, которые можно использовать для восстановления синхроимпульсов, вводится масштабирование длительности строк и полей изображения, по закону, который определяется параметрами скремблирования. Изменение длительности строки достаточно мало, что дает возможность, после восстановления синхроимпульсов декодером, отслеживать эти изменения схемами ФАПЧ телевизионных приемников. Однако изменение длительности поля достаточно, что бы существенно исказить изображение по вертикали кадра, в случае несинхронной работы кодера и декодера. Рис.4. Осциллограмма третьего этапа формирования модифицированного видеосигнала изображения. НПФ "Криптон" Рисунок 1. Подключение кодеров к оборудованию головной станции КСКПТ. После формирования кодером модифицированного видеосигнала радиочастотный модулятор видеосигнала формирует модифицированный радиосигнал телевизионного изображения с уровнями, который затем транслируется в КСКПТ. Осциллограммы и уровни исходного и модифицированного радиосигнала ТВ изображения изображены на рисунке 2. и указаны в таблице, соответственно. Уровни радиосигнала ТВ изображения Исходный радиосигнал по ГОСТ 7845 Модифицированный радиосигнал «CryptOn»Синхронизирующие импульсы строк и полей,% 100 45Гасящие импульсы строк и полей, % 75 45Уровень белого, % 15 15Минимальный уровень, % 7 7 Таблица. Номинальные значения уровней исходного и модифицированного радиосигнала ТВ изображения. Рис.2. Осциллограммы исходного и модифицированного радиосигнала ТВ изображения. Восстановление кодированных телевизионных каналов осуществляется абонентскими декодерами серии «Криптон Р». Декодер включается между абонентским отводом КСКПТ и радиочастотным входом телевизионного приемника. Для приема сигналов управления декодер подключается к видеовыходу телевизионного приемника. Питание декодера осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц. Рис.3. Подключение абонентского декодера «Криптон Р» к телевизионному приемнику в КСКПТ. Восстановление синхронизирующих и гасящих импульсов достигается за счет изменения коэффициента передачи высокочастотного тракта декодера. Для восстановления гасящих импульсов коэффициент передачи устанавливается равным: Кг= Кг/Ка=75/45=1,6(6) Для восстановления синхронизирующих импульсов коэффициент передачи устанавливается равным: Кс= Кс/Ка=100/45=2,2(2) Отклонение уровней модифицированного радиосигнала на входе абонентского декодера от номинальных значений приводит к ошибке восстановления уровней синхронизирующих и гасящих импульсов строк, и как следствие к искажениям восстановленного изображения (рисунок 4). Рис.4. Осциллограммы исходного и восстановленного с искажениями радиосигнала телевизионного изображения. а) – уменьшение контрастности изображения из-за ограничения радиосигнала при перегрузке магистральных (домовых) усилителей; б) – уменьшение контрастности изображения из-за малого размаха видеосигнала на входе модулятора; с) – отсутствие градаций яркости на светлых и темных участках изображения, нарушение синхронизации из-за большого размаха видеосигнала модулятора. Искажения уровней модифицированного радиосигнала изображения может быть вызвано нелинейными искажениями усилительного оборудования кабельной сети (рисунок 4а), недостаточным или чрезмерным уровнем размаха видеосигнала на входе радиочастотного модулятора телевизионного изображения (рисунок 4б,4в). Искажения могут быть также вызваны особенностями конструкции модулятора, которые автоматически поддерживают уровни радиосигнала изображения при изменении параметров входного видеосигнала стандартной формы. Для стабилизации уровней гасящих и синхронизирующих импульсов схема восстановления постоянной составляющей (ВПС), для стабилизации уровня белого применяется схема автоматической регулировки уровня (АРУ) входного видеосигнала. При работе с модифицированным видеосигналом неправильная работа этих схем может вызвать искажения видеосигнала, в результате на выходе модулятора сформируется искаженный модифицированный радиосигнал изображения. Работа схемы АРУ также может привести к модуляции уровня видеоданных в зависимости от состава изображения, и как следствие – потерю сигнала опознавания кодированного канала абонентским декодером с последующим выключением режима декодирования. Для исключения влияния этих схем на работу модулятора в конструкцию модулятора вносятся изменения, блокирующие их работу. Исключение влияние ВПС обычно достигается увеличением постоянной времени входных цепей модулятора, или подачей видеосигнала непосредственно на вход модулятора, минуя видеоусилитель. Схема АРУ обычно блокируется фиксацией напряжения обратной связи, например, для м/сx TDA5666-5 делителем фиксируется напряжение на выводе 11 на уровне около 3В. В случае исключения из состава модулятора схемы входного видеоусилителя, в кодерах серии К-303 предусмотрена электронная регулировка размаха и смещения постоянной составляющей видеосигнала на выходе каждого из 4-х каналов, а также введена автоматическая регулировка усиления входного сигнала каждого из 4-х каналов. Контроль уровней модифицированного радиосигнала изображения осуществляется измерением уровней радиосигнала, восстановленного с помощью образцового декодера с поверенными значениями отношений Кг и Кс. Рис.5. Схема контроля параметров модифицированного радиосигнала. Контроль уровней производится при подаче на вход кодера телевизионных испытательных сигналов: # с чередованием белых и черных строк; # с чередованием белого и черного полей; # при смене черного поля на белое и обратно в установившемся режиме работы модулятора. Регулировками уровня видеосигнала на входе модулятора необходимо добиться в восстановленном видеосигнале равенства уровня черного и восстановленного уровня гашения по всему кадру изображения. Для регулировки уровней радиосигнала на выходе модулятора в кодере К-303 предусмотрены электронные регулировки размаха и смещения постоянной составляющей видеосигнала, как в режиме с включенным кодированием, так и с выключенным, на выходе каждого из 4-х каналов.