專利名稱：傳遞內(nèi)容信息和與其相關(guān)的附加信息的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳遞內(nèi)容信息和與其相關(guān)的附加信息的一種方法，在該方法中被傳遞的是表示內(nèi)容信息和表示附加信息的水印(watermark)模式的編碼信號。
本發(fā)明還涉及對內(nèi)容信息和與其相關(guān)的附加信息進行編碼的一種方法，其中編碼信號是把內(nèi)容信息按照表示附加信息的水印模式經(jīng)編碼而產(chǎn)生的。
本發(fā)明進一步涉及恢復(fù)與內(nèi)容信息相關(guān)的附加信息的一種方法，其中表示附加信息的水印模式是從表示內(nèi)容信息和水印模式的編碼信號中恢復(fù)的。
本發(fā)明還涉及傳遞內(nèi)容信息和相關(guān)的附加信息的系統(tǒng)、產(chǎn)生編碼信號的裝置、處理編碼信號的裝置、編碼信號、控制信號和記錄載體。
這樣的方法和這樣的傳遞系統(tǒng)在專利申請WO 97/13248(PHN15391)即相關(guān)文件表中的文件D1中有說明。該文件說明，視頻和音頻內(nèi)容正越來越多地用數(shù)字編碼形式，例如MPEG比特流的形式來發(fā)送和記錄。對于傳遞在邏輯上和內(nèi)容信息相關(guān)的附加信息存在著日益增長的需求，這種附加信息是用來控制對內(nèi)容信息的處理的。附加信息應(yīng)受保護不被擾動以便它仍然能掌握其控制功能。附加信息對用于防止復(fù)制是特別有用的。
在音樂出版中復(fù)制保護已有長時間的歷史。目前已安裝的設(shè)備基礎(chǔ)(包括帶有聲卡的PC機在內(nèi))對防止非法復(fù)制幾乎沒有提供保護。在防止復(fù)制方案中，最困難的問題在于盜版人總是可以試圖重放一張原版盤，他可以把這種盤當(dāng)作家庭錄制的模擬盤一樣來處理其內(nèi)容并將它記錄下。人們希望做到這樣，即消費者的記錄裝置能夠毫無限制地錄下消費者自己創(chuàng)作的材料，但卻禁止錄下有版權(quán)的材料。因此，防止復(fù)制機制必須能夠在消費者自己的創(chuàng)作和從專業(yè)音樂出版人所得來的原版內(nèi)容之間加以區(qū)分。這種設(shè)備必須僅僅根據(jù)音頻或視頻信號本身來實現(xiàn)這種區(qū)別，因為任何打算參考內(nèi)容的物理來源(例如盤或微音器)以進行區(qū)別都是不可靠的。對于數(shù)字存儲介質(zhì)，如DCC，已經(jīng)規(guī)定了“復(fù)制比特”，這些比特表示一種版權(quán)狀態(tài)，例如“不允許復(fù)制”、“自由復(fù)制”或“允許復(fù)制一次”。其余的復(fù)制比特可能表明含有信息的介質(zhì)必須是通過壓制而生產(chǎn)的“專業(yè)”介質(zhì)而不是一張“可錄制”的盤。
給數(shù)字內(nèi)容信號加標記稱作為加水印，例如在這樣一種編碼信號中插進一個標記以便把該編碼信號歸類為真正的節(jié)目材料。在我們的系統(tǒng)中水印具有多比特水印模式的形式，它表示某種附加信息，例如表明該編碼信號構(gòu)成了防止復(fù)制的內(nèi)容和/或表明內(nèi)容的出處。水印通常具有固定部分以識別該比特模式為有效的水印和/或用來同步恢復(fù)過程，同時也可能包括可變部分以表示上述的附加信息。在D1中公開了一種把水印模式嵌在編碼信號中的方法，從而使它易于檢測，但卻難于擦除或修改，除非在解碼后使音響或視頻內(nèi)容的質(zhì)量嚴重變劣。此外，水印模式必須相當(dāng)長以防止一個未加標記的編碼信號偶而被認為是加了標記的。同時，水印應(yīng)該能在相對較短的時間內(nèi)(例如1到10秒內(nèi))被檢測到，以便在區(qū)分信號時有一個較快的響應(yīng)。已知的水印都有缺點，即它們只能表示有限數(shù)量的附加信息。蓄意地篡改(一部分)水印而對解碼后的內(nèi)容僅有少量劣化的情況仍是有可能的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于傳遞與內(nèi)容信息相關(guān)的附加信息以便更加有效地對抗對該附加信息的改動的裝置。
為此目的，按照本發(fā)明的傳遞方法的特征在于傳遞一個表示控制模式的控制信號，該水印模式和控制模式的組合表示該附加信息，并且水印模式包括把一個單向函數(shù)加到控制模式上所產(chǎn)生的結(jié)果。按照本發(fā)明的編碼方法的特征在于產(chǎn)生一個表示控制模式的控制信號，該水印模式和控制模式的組合表示附加信息，并且水印模式是通過把一個單向函數(shù)加到控制模式上而產(chǎn)生的。用于恢復(fù)信息的方法的特征在于將水印模式和控制模式的組合表示附加信息，并且控制模式由一個單向函數(shù)來處理，同時附加信息是通過把水印模式和處理過的控制模式進行比較而驗證的。為此目的，用于處理表示內(nèi)容信息和表示附加信息的水印模式的編碼信號的裝置包括一個按照本發(fā)明恢復(fù)水印模式的信息恢復(fù)單元，該裝置的特征在于它包括一個控制單元，用于接收表示控制模式的控制信號、表示附加信息的水印模式和控制模式的組合，還包括一個單向函數(shù)單元，用于產(chǎn)生一個經(jīng)過處理的控制模式，并包括一個比較器，用于通過對水印模式和處理后的控制模式進行比較以驗證附加信息。按照本發(fā)明的記錄載體含有編碼信號和/或控制信號作為其記錄下的信息。
按照本發(fā)明的上述措施具有這樣的效果，即控制模式的小量變動將由于單向函數(shù)的性質(zhì)而導(dǎo)致完全不同的處理后的控制模式。當(dāng)惡意的用戶改動控制模式時，水印就不再和改變了的控制模式相對應(yīng)，或者它需要全部被取代。因此控制模式的改動在記錄或重放裝置中驗證水印時可以很容易地被檢測出來。同樣，由于單向函數(shù)的性質(zhì)，對水印模式的少量改變不能通過也對控制模式進行修改而得以匹配，這就阻止了從一個給定的輸出值“往回”計算輸入數(shù)據(jù)。這樣做的好處在于對控制模式或水印的任何改變都可以被容易地檢測到。如果惡意的用戶想要改動由水印和/或附帶的控制信號所表示的附加信息，他就不得不全部更換水印模式，而這將導(dǎo)致重放內(nèi)容的質(zhì)量嚴重下降，而且即使少量的水印修改也不能通過計算相應(yīng)的控制模式來獲得匹配，同時也會被檢測出來。
應(yīng)該指出，從EP-0545472(文件D2)中已經(jīng)知道了一種防止記錄信號被復(fù)制的系統(tǒng)、信息載體、和讀出設(shè)備。該已知系統(tǒng)利用一個表示附加信息的物理標記來控制信息的再生。如果信息被復(fù)制到一個可寫入的信息載體上，則這個復(fù)制的信息不能再生，因為在寫入過程中記錄下的只是信息而該復(fù)制件本身并不包含該物理標記。這種已知系統(tǒng)的問題在于它不可能做到復(fù)制一個不能進一步復(fù)制的復(fù)本。按照本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例中，上述的控制模式具有一個允許復(fù)制標記的功能，它是和從原始記錄所再生的信號一起分發(fā)的。該實施例的記錄裝置確實要針對該允許復(fù)制標記來驗證信號中的水印。如果兩個標記相對應(yīng)，其內(nèi)容就可錄制在可記錄的記錄載體上，因而可以制成第一代的復(fù)本，但是允許標記本身是不允轉(zhuǎn)錄到復(fù)本上的。因此，當(dāng)再生該復(fù)本的信號時，它不會再包含允許復(fù)制標記。記錄裝置就不會再從第一代復(fù)本上制成另外一個記錄。因此，可以制成一代也僅僅就一代復(fù)本。
按照本發(fā)明來產(chǎn)生和/或處理編碼信號的裝置的一個實施例的特征在于設(shè)計了一個單向函數(shù)單元，它使控制模式n次經(jīng)過一個加密的單向函數(shù)來產(chǎn)生一個經(jīng)n次處理的控制模式，這里的n是大于零的整數(shù)。它具有這樣的效果即編碼信號含有水印模式而控制信號含有作為加密的可控計數(shù)器的控制模式。由控制模式隱含地表示的計數(shù)器值是這樣來確定的，即對經(jīng)n次處理的控制模式和水印模式進行比較，直到找到匹配為止(或者在預(yù)定的最大計數(shù)范圍內(nèi)不可能有匹配)。在重放裝置中在把經(jīng)處理的控制模式輸出到記錄裝置之前，計數(shù)器值以加密的方式減少。記錄裝置檢驗計數(shù)器，如果計數(shù)允許，就再次減少計數(shù)值并對包括經(jīng)處理的控制模式在內(nèi)進行錄制。這具有下列優(yōu)點，即可以允許進行有限代數(shù)的復(fù)制，而且復(fù)制控制是在重放裝置和記錄裝置中實現(xiàn)的。這種減少是由加密的單向函數(shù)實現(xiàn)的，它在沒有巨大而且代價極高的計算努力的情況下是不能逆向進行的，因而要增加上述的計數(shù)器的值實際上是不可能的。一旦計數(shù)器的值減少得過多，經(jīng)處理的控制模式就不能再和水印相匹配。重放裝置和記錄裝置就會阻止再生和/或錄制信息。
更多的優(yōu)點、按照本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置的優(yōu)選實施例在各從屬權(quán)利要求中給出。
本發(fā)明的這些和其它特點可參考在下面的敘述中作為例子而說明的實施例并結(jié)合下列附圖而變得明顯并被進一步闡明，這些附圖是

圖1表示一種復(fù)制控制系統(tǒng)；圖2表示包括兩個部分的復(fù)制控制模式的單向處理過程；圖3表示一種單向函數(shù)；圖4表示利用介質(zhì)標記P的復(fù)制控制系統(tǒng)；圖5表示處理編碼信號的一種裝置；和圖6表示一種記錄裝置。
本發(fā)明的總體概念是給帶水印的編碼信號加上一個控制模式，同時使用一個單向函數(shù)以便從控制模式產(chǎn)生水印。這樣就可以在帶水印信號的最終地點檢查水印和相伴的控制模式的完整性。這有若干種優(yōu)點，例如，水印可以相對比較短而且不需要它本身的完整性校驗比特，它可以在信號中每隔幾秒鐘就重復(fù)一次從而可以在編輯后區(qū)分信號的各個部分，等等。由于水印必須和一個由使用單向函數(shù)而產(chǎn)生的經(jīng)處理的控制模式相匹配，因而就不可能通過計算來從一個水印“反向”算出這個控制模式。篡改控制模式和水印只有在把兩者都被完全取代的情況下才有可能，而這樣做會導(dǎo)致再生的內(nèi)容質(zhì)量嚴重下降。如果得不到有效的控制模式，那么在重放裝置和/或記錄裝置中再生或記錄編碼信號將根據(jù)防止復(fù)制的規(guī)定而可能受到控制或阻止。最好是所有消費者可用的設(shè)備都要檢查水印模式且在沒有控制信號時不接收任何信號。許多應(yīng)用可以從這種控制中受益，例如復(fù)制控制、版權(quán)費支付、音樂和影視的租借等。復(fù)制控制可以類似于上述的DCC復(fù)制比特。可能要求呈現(xiàn)一個控制模式以允許重放，和/或指明版權(quán)狀態(tài)，例如允許有一代的復(fù)制品等。另外通過在某一日期之后發(fā)布不同的控制模式而實現(xiàn)在該日期之后的版本。此外，任何有關(guān)的信息可以被分開地附加進去，例如作者、歌詞、名稱、表演者或使用期限等都可以包含在這個控制模式中。
本發(fā)明的一個實施例是一個允許有一代復(fù)本的復(fù)制保護系統(tǒng)(這也叫做復(fù)制一次)。專業(yè)的音頻流(audio stream)中含有內(nèi)嵌的版權(quán)數(shù)據(jù)，它授權(quán)允許作一次復(fù)制。這是通過在音頻流中內(nèi)嵌一個水印Yco而實現(xiàn)的。此外，專業(yè)盤片含有一個特殊的允許標記Xco，此外Yco=H(Xco)而H( )是一個加密單向函數(shù)。在重放期間標記Yco保留在音頻中(可能是內(nèi)嵌的)。但它被消費者的記錄裝置除去了。由記錄裝置制成的復(fù)本因此就不再含有允許標記也就不能再復(fù)制。
對于系統(tǒng)的實施例，表示比特圖形Y的水印和控制模式X之間的一個合適的關(guān)系是一個單向函數(shù)。單向函數(shù)的一種實施方案可以是Y=X2modN，此處N是公開模(Public modulus)。這里的N是兩個保密的大素數(shù)的乘積(N=pq)。實際上N可以是內(nèi)嵌在水印中的數(shù)據(jù)的一部分，即它是連接到Y(jié)上的。另一種可能是Diffie和Hellman推測的離散對數(shù)單向函數(shù)(見文件D4)即在GF(P)中F(x)=αx，此處α是GF(P)的一個素元(Primitive element)。這里P是一個大素數(shù)，并要使P-1具有一個大的質(zhì)因數(shù)。上述兩種實施方案具有下述缺點，即自變量的大小或為了安全所需的比特數(shù)是相當(dāng)大的。基于較少比特數(shù)的實際系統(tǒng)可以應(yīng)用一個適當(dāng)?shù)陌踩荑€加密算法，例如DES(數(shù)據(jù)加密標準)，并使Y=F(X)=XDES(X)。這在圖3的線路中作了說明。圖3表示根據(jù)安全密鑰加密算法的單向函數(shù)發(fā)生器的實施方案。在輸入端31加上控制模式X并在加密器32中使用從密鑰輸入端33得到的一個密鑰來加以處理。加密器32的輸出由邏輯單元34與輸入X作按位的異或運算，其結(jié)果出現(xiàn)是在輸出端35上的比特模式Y(jié)。在這個電路中，密鑰可以做成是公開的或包含在水印中，即連接到Y(jié)上。
對于具有DSD格式(見文件D3)的音頻信號用的合適的水印是通過迫使一小部分(0.01％到1％)的比特具有由W確定的特定值而嵌入的。這能使檢測得以簡化，因為重放裝置或記錄裝置只需在預(yù)定位置檢測預(yù)定比特的值就可以了。由那些為了表示水印而被迫形成的比特所引起的人為干擾可通過噪聲整形而被減到最小。我們發(fā)現(xiàn)，對于DSD而言涉及到1％比特的水印在信噪比超過110分貝時信號-噪聲/失真比將減少1分貝。相反，如果盜版人改變這些比特的值，則信噪比將劇烈地變壞數(shù)十個分貝。對于視頻信號，合適的水印是內(nèi)嵌在壓縮的MPEG中，例如在圖象類型中(D1中說明的PTY水印)。
本發(fā)明的另外一種實施例是允許復(fù)制n代的防止復(fù)制系統(tǒng)，也叫做具有復(fù)制n次的復(fù)制控制。這個實施例在防止錄制信號被復(fù)制方面允許有限數(shù)量的復(fù)制。在我們的概念中，專業(yè)發(fā)布的標題至少包括兩種類型的復(fù)制控制標記內(nèi)嵌于內(nèi)容中的水印，和附加在內(nèi)容上但可由記錄裝置去除和修改的復(fù)制控制(認證/授權(quán))控制模式。上述控制模式叫做復(fù)制控制票證。在數(shù)字信號流中的該票證在信號每次通過記錄設(shè)備或重放設(shè)備時被修改。在每次重放和每次記錄期間就驗證水印和票證之間的加密關(guān)系。一個可選的第三種類型的復(fù)制控制標記，表示識別介質(zhì)(盤/帶/等等)的介質(zhì)標記的載體模式，可以單獨使用或者也可以和同一個水印相關(guān)。介質(zhì)標記可以用例如偏心的槽或凹坑跳動調(diào)制來表示，而且最好它是肉眼可見到的?？捎涗浀慕橘|(zhì)可能帶一個固定的預(yù)先確定的介質(zhì)標記以識別該介質(zhì)是可記錄的，或者它是從已知來源得到的專業(yè)盤?？梢詫橘|(zhì)標記單獨進行一次檢查，這個標記可以是一個預(yù)定的值或者是通過加密函數(shù)而與水印和/或票證相關(guān)的一個值。在整體的系統(tǒng)概念中，我們區(qū)分·種子U由內(nèi)容擁有者產(chǎn)生的一個隨機數(shù)。
·介質(zhì)標記P，它出現(xiàn)在專業(yè)發(fā)布的盤/存儲介質(zhì)上；可記錄的介質(zhì)上帶一個預(yù)先確定的值P。
·水印W，它內(nèi)嵌于內(nèi)容中。W能夠同時存在于所有以數(shù)字表示的格式中(音頻中的DSD格式、比特流、PCM，或視頻的MPEG等)以及模擬版本中。如果這種概念用于視頻影像中，模擬的水印可以例如和在垂直消隱間隔中所表示的票證相結(jié)合。數(shù)字的水印則可以在MPEG PTY(圖象類型)序列和可以在象素區(qū)域中表示，票證可以存放在GOP(圖象組)標題的用戶數(shù)據(jù)區(qū)中。用戶的家庭錄音(像)(不受版權(quán)限制)可通過不存在預(yù)先確定的W的值而得到區(qū)別。
·復(fù)制控制票證T，它起到加密計數(shù)器的作用。T是存在于數(shù)據(jù)標題中的一個小數(shù)據(jù)區(qū)，例如它可以像上面所說的DCC復(fù)制控制比特的類似方式加到信號中。T一般包括40到4000個比特。
在整體系統(tǒng)概念中，在該流中的票證T在每次記錄或重放操作時被T′=F(T)所取代，這里的F是一個公開而周知的加密單向函數(shù)，這就是說，不論重放裝置或記錄裝置都不是透明地通過T的，而是要把它通過函數(shù)F。我們的方案發(fā)揮本發(fā)明的作用，使T可以認為是加密計數(shù)器，它可以輕易地增量而不能減量，除非盜版者能夠使F逆轉(zhuǎn)。從加密的觀點來看，沒有必要把F對潛在的盜版者保密。這里我們的目標是限制復(fù)制途徑的長度，例如限制復(fù)本的復(fù)本的復(fù)本的代數(shù)，即限制復(fù)制的代數(shù)。只有在數(shù)據(jù)流中的水印與Fm(T)相匹配時重放才被許可，此外m是仍然被允許的順序記錄或重放操作的次數(shù)。一般情況下m是奇數(shù)。只有在數(shù)據(jù)流中的水印與Fm(T)相匹配時記錄才被許可，此處m是仍然被允許的順序記錄或重放操作的次數(shù)。一般情況下m是偶然。在上面的敘述中，m可以是明確地提供的，也可以在m相當(dāng)小的情況下(例如當(dāng)不論如何最大允許復(fù)制的次數(shù)是一次的情況下m＜4)由設(shè)備來檢查所有的m。可能的加密單向函數(shù)的一個例子在上面結(jié)合圖3而作了說明。
在一個實施例中限制了從一個原件所得到的并行的復(fù)本數(shù)。上面的概念被延伸并應(yīng)用于限制從一個盤所作的并行復(fù)本的數(shù)量，例如，顧客被允許只能用他從出版商那里買來的原版盤進行復(fù)制，而且這樣的復(fù)本的數(shù)量是受限制的。為此我們需要在每個專業(yè)發(fā)布的標題中有一個小的記錄區(qū)域以存放和修改T?；靖拍钍?，每次當(dāng)重放裝置核準記錄裝置進行一次復(fù)制時重放裝置把T修改成F(T)。在這種情況下由出版商出售的原始盤在生產(chǎn)時最初要產(chǎn)生一個種子U。根據(jù)這個種子計算下列各變量P=F(U)和T=F(F(U))，后者我們用F2(U)來表示。對于允許讓顧客并行復(fù)制n次的盤，要產(chǎn)生一個水印W，這里W=Fn+1(U)。重放裝置在正常操作時輸出其內(nèi)容，但不輸出T。在記錄時記錄裝置要求重放裝置提供一個票證T使W=F(T)，這個T也要記錄在可錄制的盤上。重放裝置讀出T并用F(T)取代它。如果重放裝置從原始盤讀出，即盤上有一個與T匹配的有效T，則重放裝置只向記錄裝置提供F(T)。記錄裝置反復(fù)地用F(T)取代T直到W=F(T)。帶有內(nèi)嵌W和相應(yīng)T的內(nèi)容記錄在盤上。如果記錄裝置讀的是可記錄的盤，則永遠不會把T發(fā)布到外面。
公開了一種復(fù)制控制概念，它依賴于介質(zhì)上的物理記錄，隱嵌于內(nèi)容中的水印和用一個數(shù)字量表示的復(fù)制控制票證。應(yīng)該指出，這個概念體現(xiàn)了兩種獨立的機理帶水印的內(nèi)容和控制票證T及介質(zhì)標記P兩者相結(jié)合。很明顯，利用控制票證和帶水印的信號相結(jié)合的概念可以單獨地用于傳遞內(nèi)容的系統(tǒng)中，例如，在廣播系統(tǒng)中或在因特網(wǎng)上。從原理上說，控制票證提供一個只能增量但不能減量的計數(shù)器?？刂破弊C概念特別適合于對DSD音頻加水印，如文件D3所述。把數(shù)據(jù)嵌入最低位比特并利用噪聲整形來減少它們的人為因素的概念也能用于脈碼調(diào)制音頻。這個概念也能用于DVD的MPEG視頻存儲。水印可以通過修改PTY序列而存放在GOP結(jié)構(gòu)中。此外，記錄裝置的識別碼可以包括在W中或一個獨立的水印Wi中。最好是每個家用記錄裝置在對未加標記的資料進行錄制時包括這樣一個識別符。這種識別符可以僅僅只是該記錄裝置的制造廠代碼、型號和串號。
圖1表示按照本發(fā)明的一個復(fù)制控制系統(tǒng)。在記錄載體11上的音樂內(nèi)容用一個水印模式W加上水印，同時記錄載體11上還含有一個控制模式，即復(fù)制控制票證T。重放裝置12包括通常的用于從例如已知的CD播放機的記錄載體上再生音樂的部件和驗證裝置，驗證裝置包括由一個單向函數(shù)F(見參考圖3的說明)組成的三個單向函數(shù)單元121、123、124和兩個比較器122、125，它可以由一個單個的計算單元來實現(xiàn)，例如一個微處理器和一個程序。水印W和票證T是從原始的記錄載體11導(dǎo)出的。票證T耦合到單向函數(shù)單元121而得到T′，該T′耦合到第一比較單元122和一個第二單向單元123，它的輸出是T″，T″耦合到第三單向單元而得到T，它耦合到第二比較單元125。兩個比較單元都在其第二輸入端接收水印W以供比較。如果第一比較器122發(fā)現(xiàn)兩者相等，則允許重放，但不允許(進一步)復(fù)制。如果第二比較器125也發(fā)現(xiàn)兩者相等，則允許重放并且可以再進行一次復(fù)制。如果兩個比較器都未找到相等的情況，則不允許重放，重放裝置有一個接到數(shù)字接口13的輸出，例如IEC 958和P1394數(shù)字接口，以便輸出包括水印W和處理過的票證T′在內(nèi)的內(nèi)容信息。記錄裝置14具有接收從該數(shù)字接口13來的上述信號的輸入端。水印W耦合到第三比較單元133。票證T′耦合到第四個單向函數(shù)單元131，得到處理后的票證T″，該T″耦合到第五個單向函數(shù)單元132，其結(jié)果T耦合到第三比較單元133。如果第三比較單元133發(fā)現(xiàn)T和W之間相等，則允許復(fù)制，包括水印W和經(jīng)兩次處理的票證T″在內(nèi)的音樂內(nèi)容被錄制在可錄制的記錄載體15上。這樣，當(dāng)經(jīng)過三次處理的控制模式等于W時就允許復(fù)制一代。所得到的復(fù)本含有經(jīng)二次處理的控制模式T″，它允許這種第一代復(fù)本進行重放，因為重放裝置將首先產(chǎn)生一個處理過一次的模式，即(T″)′，而這和水印W現(xiàn)在是匹配的。對音樂內(nèi)容的進一步復(fù)制則會被記錄裝置阻止，因為經(jīng)過5次處理的票證和水印不再匹配。即使盜版者使用一種篡改過的記錄裝置，所得到的復(fù)本也會含有在記錄裝置上出現(xiàn)經(jīng)過4次處理的票證T″″。這樣的復(fù)本不能在兼容的記錄裝置上重放，因為第一和第二比較器找不到相等性。所以為了要建立和使用非法的復(fù)本，記錄裝置和重放裝置都要經(jīng)過篡改。
在一個傳遞系統(tǒng)的實施例中經(jīng)過n次處理的控制模式構(gòu)成了加密保護的計數(shù)器。這個計數(shù)器可以用于對某個編碼信號被允許在例如音頻或視頻租借系統(tǒng)中重放的次數(shù)進行計數(shù)，或者例如對所謂的并行復(fù)本的錄制次數(shù)進行計數(shù)。在這類應(yīng)用中控制信號最好在記錄介質(zhì)本身上面存放或修改。但是也可以另外單獨存放，例如放在重放和/或記錄裝置中或在芯片板卡上。另外還可以存儲若干個控制信號，而且對于每一種要被控制的作用，可通過例如加上或去除在光盤上相應(yīng)區(qū)域上的墨水，從而使控制信號之一被損毀或使之不能讀出。
圖2表示含有兩個部分的對控制模式Tn-1的單向處理。第一部分21是一個種子而第二部分是信息部分，包括附加信息，例如作者名、擁有者、發(fā)布日期等。這兩個部分21、22在組合單元23中被合并，例如通過串接、相加或異或運算，其結(jié)果耦合到第一單向函數(shù)單元24。控制模式Tn也包括兩部分，第一部分25是第一個單向函數(shù)單元24的輸出，而第二部分26是和信息部分22相同的。在下一個單向處理周期中使用了同一個函數(shù)，即另一個組合單元27和另一個單向函數(shù)單元28，結(jié)果得到另外一個含有兩部分的控制模式Tn+1。在經(jīng)過預(yù)定次數(shù)的單向周期之后從單向單元的輸出得來的模式的第一部分和前面所敘述的實施例一樣地和水印相匹配。這具有這樣的優(yōu)點，即每一個控制模式的信息部分22、26是可直接讀出的并且也受到保護而免遭處置修改，因為信息部分的任何一點小修改都會使驗證時在單向單元的輸出端所得的模式被完全改變。在加密的編碼信號的情況下，信息部分可以包含解密密鑰。信息部分22也可能包括一個明顯的計數(shù)器值，在處理以后的(n+1)次經(jīng)處理的控制模式之前該值必須減少。這樣，明顯的計數(shù)器值就表示單向單元的處理周期。這有這樣的優(yōu)點，即只有處理過P次的控制模式需要和水印模式相比較。當(dāng)然，一個預(yù)定的變化，例如包括在信息部分中的明顯的計數(shù)器值在產(chǎn)生和驗證時必須以同樣的方式予以改變。因此對這樣的預(yù)先確定的變化值的篡改可以被有效地防止。
圖4表示利用介質(zhì)標記P的復(fù)制控制系統(tǒng)。介質(zhì)標記允許在得到重放以前對于原盤可以驗證兩種獨立的情況。記錄載體41，例如一張光盤，含有另外的一個物理參數(shù)變化的調(diào)制模式，這個物理參數(shù)表示與水印W相關(guān)的記錄介質(zhì)標記P，這另一個調(diào)制模式是和原調(diào)制模式不同的另一種類型。在D2中可以找到這另一種調(diào)制模式，例如是一條偏心擺動的循跡。按照本發(fā)明，介質(zhì)標記P耦合到一個單向單元421，它的輸出連接到第一比較器423和/或第二比較器424。每個單向單元包括一個加密的單向函數(shù)，例如參照圖3所說明的那樣。第一比較器423還接收水印W，在相等時就檢測到無復(fù)制的原始盤的第一條件。第二比較器接收控制票證T，在相等時就檢測到允許復(fù)制一次的盤的第一條件。票證T同時還耦合到第二單向單元425而得到T′，這個T′耦合到第三比較器426，它同時還接收水印W，在相等時就檢測到無復(fù)制的原始盤的第二條件，或者檢測到合適的第一代復(fù)本(在這種情況下可能不存在介質(zhì)標記P或者它有一個預(yù)先確定的值)。經(jīng)過1次處理的票證T′還耦合到數(shù)字接口43上的記錄裝置的一個輸出端，并接到第三單向單元427，后者再接到第4單向單元428，得到一個經(jīng)過3次處理的票證T，而它又接到第4比較器429，該比較器還接收水印W。在相等時就檢測到允許復(fù)制一次的盤的第二條件。當(dāng)重放的諸條件滿足時，包括水印W在內(nèi)的音樂內(nèi)容就從重放裝置42輸出到數(shù)字接口43?？梢栽跀?shù)字接口43上連接一臺記錄裝置44以便錄制音樂。從接口來的水印W和票證T′是以參考圖1所說明的記錄裝置相同的方式來驗證的。
在一個實施例中重放裝置42和記錄裝置44具有用于家用水印WH的輸入端431、441。在重放裝置中家用水印WH耦合到第五比較器430，它同時還接收水印。在相等時就檢測到家庭個人的創(chuàng)作。輸入431最好經(jīng)過另一個單向單元耦合到上述的第五比較器431，在這種情況下家用的種子值要加到另外一個單向單元的輸入端。家用種子值或水印可以存放在記錄/重放裝置的存儲器內(nèi)，或者在一個單獨的存儲模塊上，例如芯片板卡上，或者可以寫在紙上并由用戶用鍵盤輸入，就像個人身份識別碼(PIN)一樣。另外的方案是消費者個人的音頻創(chuàng)作的記錄可以被認識和區(qū)別，因為他們的水印是一個固定的水印，例如全為零的一個字。
在系統(tǒng)的一個實施例中，編碼信號是加密的，而P則用于解密，表示為連接在讀出信號和帶有包括W和票證T在內(nèi)的明碼內(nèi)容的各信號之間的任選的解密單元422。這對防止盤片免受未加控制的數(shù)據(jù)恢復(fù)或比特到比特的復(fù)制是有利的，例如在計算機上的復(fù)制。載體模式P可以由制造主盤的設(shè)備中的單向函數(shù)來產(chǎn)生，這種主盤是用來復(fù)制盤片的。然后主設(shè)備可以在載體模式上使用一個另外的單向函數(shù)來產(chǎn)生和輸出水印模式。這有這樣的好處，即載體模式P不可能在主設(shè)備之外被利用，而主設(shè)備則不能被控制來產(chǎn)生帶有預(yù)先確定的載體模式的盤片(例如由盜版者從要加以復(fù)制的源盤中取出的模式)。
控制模式和票證可以和內(nèi)容信息一起錄制，或者另外的方式是記錄在單獨的地點，對盜版者而言是不可直接訪問的地方，例如位于文件的標題或CD或DVD的導(dǎo)入段。復(fù)制控制票證可以隱藏在MPEG視頻流中。在一個實施例中這一數(shù)據(jù)位于GOP標題中，在擴展和用戶數(shù)據(jù)區(qū)中(見MPEG視頻壓縮標準)。
圖5表示處理編碼信號用的一種裝置。所示的裝置是用于重放光盤51的重放裝置52。重放裝置備有讀出裝置，它包括一個讀出頭和伺服/控制單元58以便從盤51上讀出信息。重放裝置有一個到數(shù)字總線的數(shù)字輸出53用于輸出包括水印W和經(jīng)過處理的控制票證T在內(nèi)的被恢復(fù)的內(nèi)容信號。還可以提供另外一個模擬輸出54以便連接耳機或其它音響設(shè)備以便在經(jīng)過數(shù)/模變換器(任選品，未示出)處理后輸出音樂內(nèi)容。從盤片51讀出的信號由讀出單元55處理，該單元可以具有參考圖4所說明的解密功能。讀出單元55耦合到恢復(fù)單元61以便恢復(fù)水印模式W，還耦合到另一個恢復(fù)單元60以恢復(fù)控制模式T。水印W和控制模式T連接到控制單元62?？刂茊卧?2具有一個包括加密的單向函數(shù)F(上面參考圖3所說明的)的單向單元，該函數(shù)可以應(yīng)用n次以產(chǎn)生一個n次的控制模式Tn，還具有一個比較器單元，用于比較處理過的控制模式Tn和水印。在控制單元62的輸出端57上的經(jīng)過1次處理的控制票證T′和加上水印的內(nèi)容信號一起經(jīng)過開關(guān)56而切換到數(shù)字輸出53上，這個開關(guān)56是由控制單元62根據(jù)驗證過程而操作的。因此，表示內(nèi)容信息的輸出信號只能根據(jù)由水印以及控制票證的組合所代表的附加信息而可以在輸出端53上獲得。在驗證時進行下列檢查W=F(T)或W=F3(T)表示允許重放，或者也有可能進一步重復(fù)測試到W=F2n+1(T)。經(jīng)過n次處理的控制模式，Tm與水印W相等的第一次成功測試表明了控制模式的計數(shù)器值m。計數(shù)器值m可以用來驗證在允許做n代復(fù)本的系統(tǒng)中的復(fù)本的代數(shù)，或者某一被允許進行的動作的作用次數(shù)(例如在軟件程序中每次付費的使用)，或者任何需要一個加密計數(shù)器的應(yīng)用。在重放裝置的一個實施例中提供了一個載體模式讀出單元59，用來從記錄載體上恢復(fù)介質(zhì)標記P，例如在D2中所敘述的從伺服單元58的伺服信號讀出偏心擺動模式。介質(zhì)標記P連接到控制單元62，在其中實施一個進一步的檢查T=F(P)以便驗證控制模式T和物理標記P。介質(zhì)標記P可以耦合到讀出單元55中的一個任選的解密單元。如果對盤片內(nèi)容已作了加密，則重放裝置利用P來對信息流解密。
圖6顯示一個記錄裝置。該裝置是用于對可錄寫盤片66進行錄制的記錄裝置65。該記錄裝置具有從數(shù)字總線來的數(shù)字輸入72以便接收需要錄制的包括水印W和控制票證T在內(nèi)的信號。輸入端72耦合到用于恢復(fù)水印模式W的恢復(fù)單元69，還耦合到另一個用于恢復(fù)控制模式T的恢復(fù)單元70。水印W和控制模式T連接到控制單元71?？刂茊卧?1具有一個包括加密單向函數(shù)F的單向單元(上面參考圖3所作的說明)，該函數(shù)F可以使用n次以產(chǎn)生一個n次的控制模式Tn，并具有一個用來比較處理后的控制模式Tn和水印的比較器單元。在控制單元71的輸出67上的經(jīng)過1次處理的控制票證T′和加上水印的內(nèi)容信號一起經(jīng)過開關(guān)68而切換到記錄裝置73上，該開關(guān)68是由控制單元71根據(jù)驗證過程而操作的。因此表示內(nèi)容信息的記錄裝置的輸出只有在驗證過程表示肯定而且表明可以進行復(fù)制的情況下才可以在可錄制的盤片66上得到它。記錄裝置在把復(fù)制控制票證T傳遞到盤片之前總是把它先通過控制單元71中的單向函數(shù)。如果在信息流中的水印和W=F2(T)相匹配，則允許記錄版權(quán)所有的音頻。在允許更多代數(shù)的復(fù)本的實施例中，要檢查W=F2n(T)。如果盜版者想要修改他的記錄裝置以便即使在不存在相應(yīng)的T的情況下記錄音頻。那么正常的重放裝置會拒絕重放這樣的盤片。在專業(yè)出版時，專業(yè)標題是要在最初產(chǎn)生一個種子U而生產(chǎn)的。根據(jù)這個種子來計算下列變量P=G(U)和T=(F(F(U)))，后者我們用F2(U)來表示。對于允許用戶復(fù)制n次的盤片來說，水印W是按W=F2n+1(T)而產(chǎn)生的。單向函數(shù)G和變量P可以這樣規(guī)定，即P也含有出版人的識別碼或制造主盤的機器的串號。如果盜版的出版商企圖寫一個特定的P以便對一張版權(quán)所有的盤片進行完全按比特的復(fù)制，那么盜版者必須修改他的制造主盤的機器。專業(yè)發(fā)布的盤片含有利用上述加密關(guān)系的P、T、W以及可能還有n。專業(yè)發(fā)布的(版權(quán)所有的)內(nèi)容的合法復(fù)本在可記錄的介質(zhì)上含有水印W和票證T，使得W=Fm(T)，此處m=1,3,5,7…。在m=1的情況下，盤片/介質(zhì)的內(nèi)容不能進一步復(fù)制。送到記錄裝置去的專業(yè)發(fā)布的(版權(quán)所有的)內(nèi)容的數(shù)據(jù)流含有水印W和票證T，使得W=Fm(T)，此處m=2,4,6…。在m=2的情況下，內(nèi)容可以再有一次記錄和重放。
雖然本發(fā)明是用盤片作為記錄介質(zhì)的實施例來說明的，但是很清楚，本發(fā)明也可以用別的系統(tǒng)來傳遞信息。例如，編碼信號和控制信號可以通過像因特網(wǎng)這樣的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來傳遞。
盡管本發(fā)明是參考它的優(yōu)選實施例來說明的，但應(yīng)該理解，這些不是限制性的例子。因此，對那些熟悉本技術(shù)的人而言，各種修正可以變得很明顯而不會背離由權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍。例如，編碼信號可以在只讀盤片或磁帶上分發(fā)，而控制信號可以分開地分發(fā)。另外，也可以使用在模擬域中的水印，不過一般說來這樣的水印更難于恢復(fù)。通過使用一個只被目標方所了解的密鑰，例如在特定的再生設(shè)備中內(nèi)藏的密鑰，或者使用一個由目標方利用公開密鑰系統(tǒng)(例如RSA)提供的公開密鑰來對控制信號加密，可以防止無限制地使用控制信號。另外，編碼信號和/或控制信號可以通過擾碼或加密的方法得到外加的保護，或者可以外加一個數(shù)字簽名。可以利用一個自由復(fù)制票證R，它是在內(nèi)容和/或水印(或其一部分)上的一個數(shù)字簽名。另外，本發(fā)明是每個和各個新特征或各特征的組合，包括那些在引用或相關(guān)文件中所敘述的內(nèi)容。
相關(guān)文件清單(D1)WO 97/13248-A1(PHN 15391)水印編碼的信號。
(D2)EP-0545472(PHN 13922)帶有物理拷貝防護的閉合信息系統(tǒng)。
(D3)EP-A 97200197.8，提交日27.01.97(申請人參見PHN 16209)
比特流或DSD信號的水印(A.A.M.Bruekers等人)(D4)加密的新方向(Diffie和Hellman),IEEE Transaction oninformation theory,vol IT-22,No.6,Nov.1976,P.644-65權(quán)利要求
1．一種傳遞內(nèi)容信息和與其相關(guān)的附加信息的方法，其中被傳遞的是表示內(nèi)容信息和表示附加信息的水印模式的編碼信號，其特征在于，傳遞一個表示控制模式的控制信號，該水印模式和控制模式的組合表示該附加信息，并且水印模式包括把一個單向函數(shù)加到控制模式上所產(chǎn)生的結(jié)果。
2．一種對內(nèi)容信息和與其相關(guān)的附加信息進行編碼的方法，在其中通過對內(nèi)容信息按照表示附加信息的水印模式進行編碼來產(chǎn)生一個編碼信號，其特征在于，產(chǎn)生一個表示控制模式的控制信號，該水印模式和控制模式組合起來表示附加信息，并且水印模式是通過把一個單向函數(shù)加到控制模式上而產(chǎn)生的。
3．一種恢復(fù)與內(nèi)容信息相關(guān)的附加信息的方法，其中表示附加信息的水印模式是從一個表示內(nèi)容信息和水印模式的編碼信號中恢復(fù)的，其特征在于，該水印模式和控制模式的組合表示附加信息，并且控制模式由一個單向函數(shù)來處理，同時附加信息是通過把水印模式和處理過的控制模式進行比較而驗證的。
4．一種通過一個包括編碼信號的傳遞信號來傳遞內(nèi)容信息和相關(guān)的附加信息的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個發(fā)送該傳遞信號的發(fā)射機，該發(fā)射機包含一個編碼單元，該編碼單元通過根據(jù)表示附加信息的水印模式對內(nèi)容信息進行編碼來產(chǎn)生編碼信號，該系統(tǒng)還包括一個用于接收該傳遞信號的接收機，該接收機含有一個用于恢復(fù)水印模式的恢復(fù)單元，該系統(tǒng)的特征在于，傳遞信號還包括表示控制模式的控制信號，該水印模式和控制模式的組合表示附加信息，并且該發(fā)射機包含一個用于根據(jù)控制模式產(chǎn)生水印模式的單向函數(shù)單元，并且該接收機包括另外一個用于產(chǎn)生經(jīng)過處理的控制模式的單向函數(shù)單元，并包括一個用于通過比較水印模式和經(jīng)處理的控制模式以驗證該附加信息的比較器。
5．一種用于產(chǎn)生編碼信號的裝置，該裝置包括一個編碼單元，用于根據(jù)表示附加信息的水印模式對內(nèi)容信息進行編碼以產(chǎn)生編碼信號，其特征在于，該裝置包括一個用于產(chǎn)生表示控制模式的控制信號的控制單元，該水印模式和控制模式的組合表示該附加信息，還包括一個用于根據(jù)控制模式產(chǎn)生水印模式的單向函數(shù)單元。
6．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于該裝置包括一個傳遞單元，用于產(chǎn)生一個包括編碼信號和控制信號的傳遞信號。
7．如權(quán)利要求5所要求的裝置，其特征在于該單向函數(shù)單元設(shè)計成可通過把控制模式n次通過一個加密的單向函數(shù)來產(chǎn)生經(jīng)過n次處理的控制模式，其中n是大于零的整數(shù)。
8．如權(quán)利要求7所要求的裝置，其特征在于n=3表明可允許有一代的復(fù)本。
9．如權(quán)利要求5所要求的裝置，其特征在于該裝置包括一個識別單元，用于在附加信息中包含一個記錄裝置識別碼。
10．一種用于處理表示內(nèi)容信息和表示附加信息的水印模式的編碼信號的裝置，該裝置包括一個用于恢復(fù)水印模式的恢復(fù)單元，其特征在于，該裝置包括一個用于接收表示控制模式的控制信號的控制單元，該水印模式和控制模式的組合表示附加信息，還包括用于產(chǎn)生經(jīng)過處理的控制模式的單向函數(shù)單元，和用于通過比較水印模式和經(jīng)過處理的控制模式以驗證附加信息的比較器。
11．如權(quán)利要求10所要求的裝置，其特征在于，該單向函數(shù)單元設(shè)計成可通過把控制模式n次通過一個加密的單向函數(shù)而產(chǎn)生經(jīng)過n次處理的控制模式，其中n是大于零的整數(shù)。
12．如權(quán)利要求11所要求的裝置，其特征在于，控制模式包括第一部分和第二部分，并且該裝置包括一個組合單元，用于把經(jīng)n次處理的控制模式和經(jīng)(n-1)次處理的控制模式的第二部分組合起來，該組合單元的輸出則耦合到單向單元的輸入。
13．如權(quán)利要求11所要求的裝置，其特征在于，該裝置包括一個控制單元，用于輸出另外一個表示經(jīng)n次處理的控制模式的控制信號，其中n等于1。
14．如權(quán)利要求11所要求的裝置，其特征在于該比較器設(shè)計用來確定一個m值，即先在n=1時首先比較水印模式和經(jīng)n次處理的控制模式、然后在n＞1時再至少比較一次水印模式和經(jīng)n次處理的控制模式，其中m是得到一個成功的比較時的n值。
15．如權(quán)利要求10所要求的裝置，其特征在于，該裝置包括一個輸出單元，用于輸出表示與附加信息有關(guān)的內(nèi)容信息的輸出信號。
16．如權(quán)利要求15所要求的裝置，其特征在于，該輸出單元是記錄單元，用于把輸出信號記錄在記錄載體上。
17．如權(quán)利要求13和16所要求的裝置，其特征在于，該記錄單元設(shè)計成用于記錄另外的控制信號。
18．如權(quán)利要求14和15所要求的裝置，其特征在于該輸出單元設(shè)計成當(dāng)m=1或m=3時則輸出輸出信號。
19．如權(quán)利要求14和16所要求的裝置，其特征在于，該記錄單元設(shè)計成當(dāng)m=2時則進行記錄。
20．如權(quán)利要求10所要求的裝置，其特征在于，該裝置包括一個重放單元，用于從記錄載體輸入編碼信號。
21．如權(quán)利要求10所要求的裝置，其特征在于該裝置包括一個載體模式讀出單元，用于從記錄載體恢復(fù)載體模式，還包括一個用于產(chǎn)生經(jīng)處理的載體模式的單向函數(shù)單元，和一個用于比較水印模式和經(jīng)處理的載體模式的比較器。
22．一種用于權(quán)利要求5的系統(tǒng)中的編碼信號，該編碼信號表示內(nèi)容信息和一個表示附加信息的水印模式，其特征在于，該水印模式包括由單向函數(shù)處理過的控制模式的結(jié)果，該水印模式和控制模式的組合表示附加信息。
23．用于權(quán)利要求5的系統(tǒng)中的控制信號，其特征在于，該控制信號表示一個控制模式，該模式用于控制一個表示內(nèi)容信息和水印模式的編碼信號，該控制模式和水印模式的組合表示附加信息，該水印模式包含由單向函數(shù)處理過的控制模式的結(jié)果。
24．一種在其上載有如權(quán)利要求22所要求的編碼信號和/或如權(quán)利要求23所要求的控制信號的記錄載體。
25．如權(quán)利要求24所要求的記錄載體，其特征在于，該水印是n次控制模式的指示，該n次控制在經(jīng)n次通過加密單向函數(shù)的處理之后對應(yīng)于該水印，其中n是大于零的整數(shù)。
26．如權(quán)利要求24或25所要求的記錄載體，其特征在于，該記錄載體包括一個載體模式，該水印模式含有由單向函數(shù)處理過的載體模式的結(jié)果。
27．如權(quán)利要求26所要求的記錄載體，在其中編碼信號是由一個物理參數(shù)的變化的調(diào)制模式所表示的，其特征在于，該記錄載體包括另外一個物理參數(shù)變化的另外一種模式，它以表示編碼信號的另外一種不同方式來表示該載體模式。
28．如權(quán)利要求24所要求的記錄載體，其特征在于上述的記錄載體是一種可用光學(xué)方式讀出的類型，該編碼信號是以在循跡上可用光學(xué)方式檢測到的標記的調(diào)制模式來表示的。
全文摘要
描述了一種用于經(jīng)過光盤傳遞內(nèi)容信息和與其相關(guān)的附加信息(例如音頻、視頻和附加的作者或復(fù)制控制的狀態(tài))的系統(tǒng)。產(chǎn)生一個編碼信號,它包括表示附加信息的水印模式。除非在嚴重影響重放后的內(nèi)容信息的質(zhì)量的情況下水印模式是不能改變的。按照本發(fā)明在對控制模式施加一個單向函數(shù)以產(chǎn)生水印時,控制模式也被傳遞。這具有下列優(yōu)點,即可以很容易檢測出對水印或控制模式的任何改變,因為從計算角度上是不可能對改變了的水印計算出新的控制模式的。因此附加信息受到良好保護而免遭篡改?；蛘?盜版者將被迫全部替換水印模式,從而極大地影響重放內(nèi)容的質(zhì)量。在允許第一代復(fù)本(“復(fù)制一次”)的復(fù)制控制方法中原始的控制模式由單向函數(shù)處理3次以產(chǎn)生水印,而每個重放或記錄裝置則在輸出/記錄它之前對控制模式處理一次,從而形成加密保護的減數(shù)計數(shù)器。
文檔編號G11B20/00GK1220805SQ98800368
公開日1999年6月23日 申請日期1998年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月27日
發(fā)明者J·P·M·G·林納茨 申請人:皇家菲利浦電子有限公司