СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В КАДРЕ СТАНДАРТНОГО ВИДЕОСИГНАЛА
METHOD OF TRANSMITTING DATA IN FRAME OF STANDARD VIDEO SIGNAL

Способ передачи данных в видеосигнале (ПДВ) относится к передаче цифровой информации в кадре стандартного телевизионного видеосигнала и предназначен для расширения функциональных возможностей способа передачи данных в стандартном видеосигнале по сети телевещания.
Известные способы передачи телезрителям различной дополнительной информации одновременно с телевизионным сигналом (например, телетекст и его аналоги) построены на использовании служебных участков видеосигнала, находящихся вне поля изображения. При этом дополнительно введенные сигналы (ДИ) не влияют на прием ТВ сигнала обычными ТВ приемниками.
Из достигнутого уровня техники известен способ кодирования видеосигнала и декодирования видеосигнала, система кодирования и декодирования видеоизображения с несколькими точками съемки (многовидового изображения), устройство для реализации способа и носители информации для программной работы системы. Этот способ и устройство для его реализации предусматривает кодирование видеосигнала, формирование синтетического изображения для камеры, используемой для получения целевого изображения кодирования, с использованием уже кодированного контрольного изображения камеры, имеющего точку съемки, отличную от точки съемки камеры, используемой для получения целевого изображения кодирования (RU 2444856 C2, 27.06.2011). Аналоги: US 2006023782 A1, 02.02.2006. JP 2001285895 А, 12.10.2001. ЕР 1414245 A1, 28.04.2004. US 2005031035 A1, 10.02.2005. WO 2006073116 A1, 13.07.2006. JP 11341521 A, 10.12.1999. JP 10191393 A, 21.07.1998. RU 2237283 C2, 27.09.2004. RU 2168192 C2, 27.05.2001).
Известен способ вещания, приемник-декодер (варианты) и приемник-кодер переводов спутниковых телепрограмм, заключающийся в том, что в центре переводов принимают телеканалы на языках оригиналов, одновременно с приемом формируют сигналы синхронных переводов телеканалов, из них формируют групповой сигнал, передают его на приемные системы абонентов, там его обрабатывают, в процессе обработки группового сигнала выделяют выбранный абонентом сигнал перевода (RU 97114692 А, 20.07.1999).
Известен способ моделирования информации, кодирования видеосигнала для компрессии/декомпрессии информации с использованием энтропийного кодирования для компрессии (сжатия) или декомпрессии (восстановления) информации кодирования. Техническим результатом такого способа является обеспечение моделирования контекста информации кодирования для увеличения коэффициента компрессии данных с использованием контекстно-адаптивного бинарного арифметического кодирования (САВАС), являющегося схемой энтропийного кодирования усовершенствованного видеокодека (AVC), когда масштабируемая схема кодирования объединена с AVC MPEG-4. Способ предназначен для моделирования контекста информации (RU 2371881 C1, 27.10.2009). Аналоги: WO 03017672 A1, 27.02.2003. US 2002118742 A1, 29.08.2002. US 2002021761 A1, 21.02.2002. RU 2128405 C1, 27.03.1999. RU 2201654 C2, 27.03.2003.
Из известных способов передачи данных видеосигнала наиболее близким способом к способу, изложенному в данном описании, является способ передачи данных видеосигнала в кадре стандартного видеосигнала, причем на стороне передатчика в область изображения видеосигнала вносят импульсы передаваемых данных, которые принимают телевизионным приемником, обрабатывают декодером и выделяют из импульсов передаваемые данные, и используют дополнительный канал передачи данных по сети в случае большого объема сигнала цифровых данных и другой дополнительной информации (ГОСТ Р 50861-96, с. 5-18). В этом способе в случае большого объема сигнала цифровых данных допускается использование 16 и 22 строк первого поля кадра, а также использование 318 и 319 строк второго поля кадра, которые на экране ТВ приемника не отображаются.
Известный способ имеет существенные преимущества перед известными способами, однако его применение эффективно лишь в сравнительно ограниченных указанных диапазонах, что отрицательно сказывается на функциональных возможностях передачи данных в стандартном видеосигнале по сети телевещания.
Техническим результатом изобретения, представленного в данном описании, является расширение функциональных возможностей способа передачи данных в стандартном видеосигнале по сети телевещания.
Технический результат получен способом передачи данных в кадре стандартного видеосигнала, заключающимся в том, что на стороне передатчика видеосигнал кодируют, а на стороне приемника видеосигнал декодируют, причем на стороне передатчика в область изображения видеосигнала вносят импульсы передаваемых данных, которые принимают телевизионным приемником, обрабатывают декодером и выделяют из импульсов передаваемые данные, при этом при внесении импульсов передаваемых данных выбирают зоны размещения импульсов в исходном телевизионном видеосигнале на участках видеоизображения с амплитудами яркости, лежащими в диапазоне от уровня черного и до уровня, не превышающего уровень черного более чем на 5-7%, и маскируют таким образом импульсы передаваемых данных на фоне указанных участков изображения, причем полученные искажения видеоизображений регулируют снижением уровня яркости зоны закладки импульсов данных до уровня их невидимости при просмотре видеоизображений.
Способ передачи данных в видеосигнале (ПДВ) поясняется прилагаемыми изображениями с принятыми сокращениями: ССИ - строчный синхроимпульс; СГИ - импульс гашения ССИ; ГИ - импульс гашения; Umax - максимальная амплитуда сигнала яркости; ДИ - импульсы данных.
На фиг. 1 показана схема системы передачи импульсов данных в поле изображения видеосигнала, где: а) кадр видеоизображения, серой горизонтальной линией помечена строка с зонами размещения импульсов данных в темных областях изображения; б) развертка отмеченной строки до размещения (закладки) ДИ; в) строчная развертка с вложенными ДИ.
На фиг. 2 представлена схема канала ПДВ.
На фиг. 3 показаны диаграммы сигналов в точках, где: а) исходный ТВ видеосигнал; б) импульсы зон ДИ; в) импульсы данных (ДИ), г) смешанный видеосигнал ТВ и ДИ.
На фиг. 4 представлена схема декодирования данных из видеосигнала.
На фиг. 5 показана схема кодирования видеосигнала с защитой от несанкционированного доступа к видеоинформации.
На фиг. 6 - диаграммы сигналов в точках, где: а) исходный ТВ видеосигнал; б) импульсы зон ДИ; в) смешанный видеосигнал ТВ и импульсы зон ДИ.
На фиг. 7 показана схема декодирования данных в системе защиты от несанкционированного доступа к видеоинформации.
Для раскрытия способа ниже описана система для его реализации и работа системы. В процессе работы система, последовательно сканируя строки видеокадра, анализирует их на предмет выборки места размещения импульсов данных по принципу маскировки импульсов на фоне темных участков изображения. В случае выполнения заданных критериев места закладки ДИ (соответствующая длительность и низкий уровень яркость видеосигнала) производится размещение ДИ. В соответствии с фиг. 1, а) - размещаются импульсы данных ДИ в кадре видеоизображения, на котором серой горизонтальной линией помечена строка с выбранными зонами; на б) - вид строки видеоизображения до размещения ДИ; на в) - вид строки видеоизображения после размещения ДИ.
Исходный ТВ сигнал (фиг. 2) в соответствии с диаграммой а) поступает в кодер, где одновременно подается на вход модуля 1 задержки видеосигнала ЗВ и модуля 2 выборки зон ВЗ закладки ДИ, куда также поступают управляющие сигналы от первого ПЭВМ 3, задающие условия выборки зон ДИ (уровень яркости зоны ДИ). С выхода модуля 1 видеосигнал, задержанный на время, равное длительности строчной развертки, поступает в модуль 4 обработки видеосигнала ОВС, куда одновременно поступают импульсы зон размещения ДИ, в соответствии с диаграммой б), фиг. 3, и импульсы данных, в соответствии с диаграммой в), фиг. 3. На выходе модуля 4 получается смешанный сигнал, включающий в себя исходный видеосигнал и импульсы данных ДИ, в соответствии с диаграммой г), фиг. 3. Далее через ТВ передатчик 5 видеосигнал распространяется через эфирные и/или кабельные сети.
Видеосигнал принимается ТВ приемником 6 пользователя (фиг. 4), при этом декодер 7 данных дешифрирует размещенные в зонах ДИ импульсы и передает данные на второй ПЭВМ 8 пользователя. На экране ТВ приемника 9 отображается исходное видеоизображение. Устройство декодера 7 данных и принцип дешифрирования данных аналогичны системе телетекста, за исключением того, что данные телетекста передаются в служебных строках видеокадра, а данные канала ПДВ передаются в поле видеоизображения.
Система передачи видеосигнала путем его кодирования и декодирования, содержащая кодер 10 (фиг. 5), удаляет кадровые синхроимпульсы видеосигнала до ТВ передатчика 11. Данные действия кодер осуществляет работой модуля 12 задержки видеосигнала, соединенным с ним модулем 13 обработки видеосигнала и модулем 14 выборки зон ДИ, а также связями между ними. При этом другое устройство - ТВ приемник 15 пользователя (фиг. 7), в котором имеется декодер 16, восстанавливает удаленные синхроимпульсы кадровой развертки видеосигнала. При работе системы установленный на стороне ТВ приемника 15 модуль 17 принимает ТВ сигнал. При этом декодер 16, содержащий генератор 18 КСИ и смеситель 19 ТВ сигнала и КСИ (на схеме смеситель ТВ+КСИ), встраивается в состав ТВ приемника и сигнал с выхода смесителя 19 (ТВ+КСИ) поступает на экран ТВ приемника.
При работе системы исходный ТВ сигнал, в соответствии с диаграммой а), фиг. 6, поступает в кодер 10 (фиг. 5) на модуль 12 задержки видеосигнала и модуль 14 выборки зон ДИ. На стороне передатчика в область изображения видеосигнала вносят импульсы передаваемых данных, которые принимают телевизионным приемником, обрабатывают декодером и выделяют из импульсов передаваемые данные. При внесении импульсов передаваемых данных выбирают зоны размещения импульсов в исходном телевизионном видеосигнале на участках видеоизображения с амплитудами яркости от темных до черных участков, в частности, на участках видеоизображения с амплитудами яркости, лежащими в диапазоне от уровня черного и до уровня, не превышающего уровень черного более чем на 5-7%, и маскируют таким образом импульсы передаваемых данных на фоне указанных участков изображения. Полученные искажения видеоизображений регулируют снижением уровня яркости зоны закладки импульсов данных до уровня их невидимости при просмотре видеоизображений.
Для осуществления этого процесса сигналы с выхода модуля 12 и модуля 14, в соответствии с диаграммой б), фиг. 6, поступают в модуль 13 обработки видеосигнала. В модуле 13 происходит процедура удаления импульсов КСИ, за исключением n-ого КСИ, и размещение импульсов зон ДИ в ТВ сигнале. С выхода модуля 13 ТВ сигнал, в соответствии с диаграммой в), фиг. 6, поступает на ТВ передатчик 11, с которого передается в телеэфир.
На случай санкционированного доступа, в ТВ приемнике 15 (фиг. 7) пользователя установлен декодер 16. На стороне пользователя ТВ сигнал принимается ТВ приемником 15 и с модуля 17 поступает в декодер 16 одновременно на модуль генератора 18 КСИ и смеситель 19 ТВ+КСИ. Генератор 18 КСИ синхронизируется по n-ому КСИ, присутствующему во входном ТВ сигнале, и генерирует недостающие КСИ, которые поступают на вход смесителя 19 КСИ+ТВ, где происходит восстановление недостающих во входном ТВ сигнале кадровых синхроимпульсов. Тем самым работа системы синхронизации ТВ приемника 15 не нарушается, и пользователь просматривает видеопоток в нормальном режиме.
Способ ПДВ может быть использован в качестве дополнительного защитного фактора в системах видеонаблюдения и/или ТВ сетях, защищенных от несанкционированного подключения к просмотру и действующих по принципу удаления кадровых синхроимпульсов (КСИ) из исходного видеосигнала. При снабжении декодера 7 уникальным аппаратным идентификатором (аналогичным МАС-адресу узла вычислительной сети) появляется возможность адресной передачи данных по сети телевещания конкретному пользователю, что расширяет функциональные возможности способа ПДВ.
В случае попытки несанкционированного доступа к видеопотоку (когда ТВ приемник пользователя не оснащен декодером) происходит нарушение работы системы синхронизации кадров ТВ приемника пользователя вследствие отсутствия во входящем ТВ сигнале импульсов КСИ. Однако у некоторых ТВ приемников системы синхронизации устойчивы к отсутствию части импульсов КСИ и обеспечивают режим нормального просмотра видеопотока. В этом случае, способ ПДВ дополняет и повышает эффективность системы пассивной защиты от несанкционированного доступа к видеопотоку вследствие того, что ТВ приемник ошибочно принимает импульсы зон ДИ, внедренные в исходный ТВ сигнал, за истинные импульсы КСИ, что приводит к принудительному срыву кадровой синхронизации видеопотока и, соответственно этому, просмотр становится невозможным, что повышает защищенность системы, а также существенно расширяет функциональные возможности способа передачи данных в стандартном видеосигнале по сети телевещания.