專利名稱：用水印和相關(guān)數(shù)據(jù)提高音頻/視頻服務(wù)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻和視頻以及提高的音頻和視頻服務(wù)，即在例如有線電視系統(tǒng)、直接廣播衛(wèi)星系統(tǒng)或公共計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng))中的付費(fèi)記錄(pay-to-record)或付費(fèi)錄音(pay-to-tape)。
現(xiàn)有技術(shù)的描述用視頻水印控制拷貝或防止連續(xù)拷貝視頻材料的某些方法是依靠記錄設(shè)備在視頻圖象中添加第二水印(watermark)。在數(shù)字視頻領(lǐng)域，水印是為人熟知的。水印是在其它常規(guī)的視頻或音頻信號中被嵌入的信號，從而提供唯一的標(biāo)識符并從而阻止或防止未被授權(quán)的拷貝或使用。在人們觀察加上水印的信號時，水印是不明顯的，但是，適當(dāng)?shù)碾娐房梢院苋菀椎貦z測出水印。
防止或控制拷貝對于防止侵害著作權(quán)和防止未被授權(quán)的拷貝擴(kuò)散是非常有用的。在“代(generational)”控制系統(tǒng)中，具有允許拷貝一次狀態(tài)(one-copy-allowed state)和不再允許拷貝狀態(tài)(no-more-copies-allowed state)，第一和第二水印的組合確定不再允許拷貝狀態(tài)，而原來的(original)水印確定允許拷貝一次狀態(tài)。(舉例來說，這里所說的拷貝是指使用視頻磁帶記錄器或視頻碟片記錄器。)在使用數(shù)字有線電視或直接廣播衛(wèi)星機(jī)頂盒(set top box，STB)的電視系統(tǒng)中，由于在記錄過程中，順從的(compliant)記錄器使得相應(yīng)的狀態(tài)從允許拷貝一次變?yōu)椴辉僭试S拷貝，因此，這種類型的系統(tǒng)可以防止連續(xù)拷貝視頻內(nèi)容。但是，由于記錄一般不向計費(fèi)系統(tǒng)提供用于告知購買選擇的反向信道和通信機(jī)構(gòu)，因此，付費(fèi)記錄功能是不易實(shí)現(xiàn)的。
為了實(shí)現(xiàn)付費(fèi)記錄功能，需要由STB來控制狀態(tài)改變，而不是由記錄器來控制狀態(tài)改變。這樣，根據(jù)觀眾的三種可能的付費(fèi)情況，付費(fèi)記錄功能使得STB在條件訪問控制之下輸出視頻，這三種付費(fèi)情況是不允許用戶(觀眾)觀看或記錄內(nèi)容；一級付費(fèi)，允許用戶觀看內(nèi)容但不允許記錄；特殊(高級)付費(fèi)用戶既可以觀看也可以記錄內(nèi)容。雖然用STB引入第二水印是可能的，但有一個“遺留”問題阻礙了這種系統(tǒng)的廣泛采用。特別是，有大量的已安裝的STB不具有允許添加這種第二水印所要求的功能。假如在STB中引入用這種第二水印來控制拷貝的拷貝控制系統(tǒng)，那么使用沒有這種功能的STB的現(xiàn)有用戶則被剝奪了使用權(quán)；那些用戶將根本不能進(jìn)行拷貝了。
提供這種拷貝控制功能的另一種方法是使用“票(ticket)”。這里的票是一個被載入與視頻相關(guān)的通信信道中的密碼計數(shù)器(數(shù)字，通常是二進(jìn)制形式)。這種票使用單向(one-way)密碼特性來保留播放和記錄的歷史。那些從事密碼技術(shù)領(lǐng)域的人對單向函數(shù)是非常熟悉的，單向函數(shù)包含一級具有這樣特性的變換，即函數(shù)計算相對容易，但反運(yùn)算或逆變換則要困難得多。換句話說，若已知x，則很容易計算出f(x)；但是，若已知f(x)，則很難計算x。
檢測允許拷貝一次狀態(tài)水印的記錄器在允許進(jìn)行記錄之前必須還檢測出正確的票。為了將票從STB傳送給記錄器，視頻信號的垂直消隱間隔(verticalblanking interval-VBI)可以被用做通信信道。但是，這有缺點(diǎn)，即，有些廣播MPEG編碼器(視頻壓縮設(shè)備)不傳送完整的VBI?；蛘?，將票插入活動畫面區(qū)域，這樣票就會在較舊電視的過掃描(overscan)區(qū)域中。但是，這也有缺點(diǎn)，即，該數(shù)據(jù)可能被觀眾在較新的電視(具有較少的過掃描)上看到，并且可以相信，這會引起用戶的反感。
另一種傳送票的方法是通過激活和撤消模擬反拷貝(anti-copying)保護(hù)系統(tǒng)信號的子設(shè)備(subset)來傳送位流。(這里的模擬反拷貝保護(hù)信號是指，例如，麥克羅維西恩公司(Macrovision Corp.)的具有商業(yè)價值的視頻拷貝保護(hù)處理；也可見，例如，Ryan美國專利4,601,603)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)有的數(shù)字記錄器如DVCAM型記錄器自動地刪除這種形式的票，原因是它們不能記錄VBI。但是，為了實(shí)現(xiàn)在STB以外的適當(dāng)控制，需要改變STB的內(nèi)部軟件。在某些情況下，該軟件可以通過無線或電纜下載到現(xiàn)有的STB。以這種方式，生成Macrovision Corp.模擬拷貝保護(hù)脈沖的編碼器IC(IntegratedCircuit，集成電路)能恰當(dāng)?shù)仄鹱饔?。但是，在另一些情況下，內(nèi)部軟件被永久地安裝在STB中并且不能修改。
所有這些傳送票的方法要求修改有線電視/衛(wèi)星系統(tǒng)的前端設(shè)備(headend)的控制軟件從而提供將票引入視頻的途徑。對于有線電視或衛(wèi)星系統(tǒng)操作者來說，這種修改可能相當(dāng)昂貴，令人失望。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于用水印結(jié)合在電視(或僅是音頻)STB中用戶可控制的信息提供付費(fèi)錄音(或一般為付費(fèi)記錄)控制。一個實(shí)施例使用現(xiàn)有視頻線21(在NTSC-TV中)擴(kuò)展數(shù)據(jù)服務(wù)或閉路字幕協(xié)議(closed caption protocol)來攜帶票(密碼值)以及視頻水印，從而共同控制拷貝由STB提供的視頻。這樣，即使在使用現(xiàn)有技術(shù)(遺留)STB的系統(tǒng)當(dāng)中，也可以實(shí)現(xiàn)如付費(fèi)錄音或付費(fèi)記錄等額外功能。此外，這種方法具有的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)有有線電視或衛(wèi)星系統(tǒng)的前端設(shè)備的MPEG(壓縮)編碼器已經(jīng)能夠傳送這種類型的信息。因此，對于系統(tǒng)操作者的信息基礎(chǔ)設(shè)施來說，所需要的變化最小。
附圖的簡要說明

圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖1B示出了圖1A的細(xì)節(jié)；圖1C示出了圖1A的另一種形式；圖1D示出了圖1C的另一種形式。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的回放。
圖3示出了用于圖1A系統(tǒng)的視頻記錄器。
圖4示出了另一個系統(tǒng)的框圖。
圖5示出了用于圖4系統(tǒng)的視頻記錄器。
圖6A示出了圖1的系統(tǒng)；圖6B示出了STB和記錄器的組合。
圖7示出了圖4的經(jīng)過修改的用于音頻的系統(tǒng)。
圖8示出了用于圖7系統(tǒng)的音頻記錄器。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本文所公開的內(nèi)容是一個實(shí)施例中的系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用現(xiàn)有信息基礎(chǔ)設(shè)施和視頻線21(在NTSC-TV的VBI中)數(shù)據(jù)提供的合法優(yōu)點(diǎn)，并且將視頻線21數(shù)據(jù)與具有視頻水印的新的可用方面相結(jié)合，通過提供視頻信號的可控拷貝產(chǎn)生收入。根據(jù)兩個重要的標(biāo)準(zhǔn)ANSI/EIA-608和ANSI/EIA-744，視頻線21(在NTSC TV中，NTSC TV是美國電視標(biāo)準(zhǔn))通常被用來攜帶閉路字幕數(shù)據(jù)和原始阻塞(parental blocking)(V-片)數(shù)據(jù)(其它電視標(biāo)準(zhǔn)具有相似的特性并且可以被相似地使用)。特別是，各種美國法律要求在美國出售的電視機(jī)能夠?qū)τ删€21攜帶的數(shù)據(jù)做出反應(yīng)并且要求線21上的數(shù)據(jù)在通過各種途徑傳送期間被保存。此外，源自1996年美國電信法案(Act)的美國FCC(聯(lián)邦通信委員會)的規(guī)則也要求電視接收機(jī)或具有視頻調(diào)諧器卡并且顯示器尺寸大于13英寸的PC(Personal Computers，個人計算機(jī))提供原始阻塞(V-片控制)。
提供原始阻塞的法律要求(至少，在美國)確保PC(個人計算機(jī))，作為一類潛在的儲存/記錄設(shè)備，必須識別視頻線21數(shù)據(jù)。如果沒有這種法律要求，PC就可能將該頻帶/容量用于其它功能。如在EIA-608中所述，半幀1，只允許線21具有閉路字幕或原來的畫面內(nèi)容。(每幀電視畫面有兩個半幀)。該半幀不允許其它數(shù)據(jù)服務(wù)。半幀2，線21可以任意具有閉路字幕、原始阻塞或其它擴(kuò)展數(shù)據(jù)服務(wù)。提供擴(kuò)展數(shù)據(jù)服務(wù)的協(xié)議是足夠靈活的，因而協(xié)議能夠適應(yīng)上述的票(或其它相關(guān)數(shù)據(jù))。
如圖1A所示，為了跟蹤票的路徑，在內(nèi)容提供者10準(zhǔn)備內(nèi)容(節(jié)目)時，種子(seed)發(fā)生器12生成種子(數(shù))S。(例如，這是一個隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。)然后，通過哈希函數(shù)單元(hash function element)16，固定并且安全的單向哈希函數(shù)F對種子S進(jìn)行處理。這是一個在密碼領(lǐng)域廣為人知的典型的單向哈希(壓縮)函數(shù)，用于確定初始的票T。不能可靠地知道系統(tǒng)操作者是否是可信賴的一方(party)；因而，使這個人能夠應(yīng)用種子就會潛在地削弱系統(tǒng)的安全性。因此，在本實(shí)施例中，此項(xiàng)不是由系統(tǒng)操作者，而是由內(nèi)容提供者來做。此外，將種子S提供給水印嵌入器(embedder)20。
請注意這是一個數(shù)字-模擬混合電視系統(tǒng)。在STB 34的上游，信號是數(shù)字的；而STB輸出模擬信號或是選擇輸出模擬與數(shù)字兩種形式的視頻信號。通過其它渠道(例如，互聯(lián)網(wǎng))傳送的信號也是一個可采取的方法。
附圖中的每個塊表示常規(guī)的集成電路或是具有商業(yè)價值的組件(電路或軟件)或產(chǎn)品，或是如本文所公開的經(jīng)過修改的常規(guī)元件；借助于本發(fā)明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，如附圖中所示的它們之間的連接特性以及任何必要的修改將變得非常清楚。例如，內(nèi)容提供者模塊10可以用適當(dāng)改進(jìn)的計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，該計算機(jī)通過由計算機(jī)的中央處理單元執(zhí)行的軟件實(shí)現(xiàn)生成種子、票和水印。
水印嵌入器20用函數(shù)F將種子S重復(fù)處理三次，以生成水印W，其細(xì)節(jié)如圖1B所示，然后將W按照慣例添加進(jìn)(嵌入)施加在視頻輸入端口24上的視頻信號V中。如圖1B所示，水印嵌入器20包括三個單向哈希函數(shù)F模塊22a、22b、22c以及元件23，元件23將得到的作為水印的數(shù)據(jù)F[F(F(S))]插入到視頻中。如圖1A所示，嵌入器23的輸出信號在線27上?？梢允褂萌魏慰捎玫乃〖夹g(shù)以線性或非線性的方式添加水印。在某些情況下，為了傳送大量的位，以保證票的適當(dāng)?shù)拿艽a復(fù)雜性，將票作為一系列隨時間變化的字符傳送。這些用于通過n-位寬的接口傳送m-字節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)字通信方法是人們熟知的，可以使用任何可用的協(xié)議，包括，例如，TCP/IP或PPP。
可以獨(dú)立地將具有水印的視頻信號V+W和票T傳送到系統(tǒng)(有線或衛(wèi)星電視)的操作者/前端設(shè)備30，或者，內(nèi)容提供者可以任意地用一個標(biāo)準(zhǔn)閉路字幕編碼器將票T嵌在例如視頻線21上。(此處，內(nèi)容提供者和系統(tǒng)操作者之間沒有明確的區(qū)別而只是用于說明的目的。)將票T獨(dú)立傳送到系統(tǒng)操作者的方法的例子是在軟盤上提供它。然后，系統(tǒng)操作者可以將它作為MPEG用戶數(shù)據(jù)通知系統(tǒng)。
見圖1C，傳送票的線21方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即它允許系統(tǒng)操作者在不改變其現(xiàn)有信息基礎(chǔ)設(shè)施的其余部分的情況下，在其前端設(shè)備30配置水印/票相加系統(tǒng)。(圖1C的其它方面與圖1A相同。)在這個第二種情況下，從視頻信號中提取視頻線21上的(票T)數(shù)據(jù)并將它作為MPEG數(shù)據(jù)由系統(tǒng)的MPEG編碼器發(fā)送。若不這樣，就會象處理視頻那樣處理線21并且會潛在地將線21當(dāng)作普通視頻壓縮的結(jié)果(artifacts)，由于進(jìn)行了象離散余弦轉(zhuǎn)換那樣的轉(zhuǎn)換，進(jìn)行量化并出現(xiàn)比特率下降。這會令人失望地將票破壞。
在圖1C中，當(dāng)具有水印的視頻V+W被作為壓縮畫面數(shù)據(jù)發(fā)送時，來自系統(tǒng)操作者的前端設(shè)備30的票T被作為在MPEG流的視頻初級流中的線21的MPEG數(shù)據(jù)傳送。通過常規(guī)的廣播和接收MPEG數(shù)據(jù)流，將票T提供給所有的STB 34。
必須考慮兩類STB 34遺留(舊)的STB和新(已升級)的STB。遺留的STB不能將其內(nèi)部微控制器的軟件升級。這樣，它們會將線21上的票T作為標(biāo)準(zhǔn)的閉路字幕、圖文電視或擴(kuò)展數(shù)據(jù)來處理。所有這些提供給STB的信息作為線21的數(shù)據(jù)，在模擬視頻信號中被輸出。
使用遺留STB的用戶不會感到不便或不能進(jìn)行記錄。從內(nèi)容提供者的觀點(diǎn)來看，這是一個缺點(diǎn)，因?yàn)榻Y(jié)果是，他實(shí)際上會出現(xiàn)收入減少。但是，電視工業(yè)實(shí)踐隨著時間的發(fā)展(視頻記錄)可以說明這些用戶不應(yīng)該處于不利地位。這樣，這里所描述的系統(tǒng)保證用戶在實(shí)際上不處于不利地位并且遺留STB在它們的視頻輸出上提供票。如圖1A、1C和1D所示，STB 34輸出具有水印和票的視頻V+W+T。在圖1D的情況下，由于STB 34a的“遺留”設(shè)計，對于用戶來說，票T是不可控的。這里用戶可能控制的僅是付費(fèi)并觀看或不付費(fèi)并不觀看。這由圖1D的STB 34a中的開關(guān)41來控制。
根據(jù)本發(fā)明，新的或升級的STB給用戶提供了另外的控制并且也使系統(tǒng)操作者和許多內(nèi)容提供者的收入得到較大的增長。在這種情況下，用戶可以選擇或者是他要簡單地觀看節(jié)目或者是他要觀看并將節(jié)目記錄/儲存下來。當(dāng)他通過具有屏幕顯示器并能遙控的標(biāo)準(zhǔn)接口做出他的選擇時，STB的條件訪問(CA)子系統(tǒng)36儲存一個用戶選擇的作業(yè)指示—只觀看或觀看并記錄。
通過常規(guī)電纜/衛(wèi)星電視/互聯(lián)網(wǎng)的返回路徑39(圖1A、1C)，該指示被傳送到系統(tǒng)操作者，它們包括，例如，使用電話線的電話調(diào)制解調(diào)器、支持它的那些有線電視系統(tǒng)以及常規(guī)電纜裝置的返回路徑。返回路徑39使系統(tǒng)操作者能夠按照用戶的選擇進(jìn)行收費(fèi)。通過返回路徑39，給常規(guī)系統(tǒng)操作者的記帳系統(tǒng)35做出訪問報告，用于給用戶記帳的目的。
在條件訪問子系統(tǒng)36已經(jīng)儲存了用戶要求的指示之后，將票T加入視頻中。如果只觀看內(nèi)容，則STB 34提供不含票的視頻V+W。如果觀看并記錄內(nèi)容，則STB 34提供含票的視頻V+W+T。目前，將票T加入視頻V包括或是將票數(shù)據(jù)T引入STB 34中的編碼器IC(集成電路)，或是引入位于STB 34中的ATSC RF重復(fù)調(diào)制器(remodulator)的集成電路。根據(jù)輸入的數(shù)字視頻信號，這個編碼器IC向連接到STB 34的相關(guān)電視接收機(jī)(沒有示出)輸出模擬視頻信號。RF重復(fù)調(diào)制器輸出ATSC數(shù)字電視信號。在這種情況下，用戶可以通過他的STB 34控制票T。
在圖1A和1C中，記錄器42接收模擬視頻信號V+W或V+W+T。視頻記錄器42(在圖3中示出了其部分細(xì)節(jié))大體是常規(guī)的，但這里所披露的適用于包含記錄控制功能43。票/線21數(shù)據(jù)提取器48提取票T并將它交給對票T進(jìn)行兩次單向哈希函數(shù)F處理的電路(處理器)54、56。在比較器57，如果54、56哈希處理的結(jié)果與由水印檢測器50檢測出的視頻信號中的水印相匹配，則開關(guān)58閉合并允許記錄器42記錄，即，當(dāng)下列條件邏輯語句返回的結(jié)果為真時，允許記錄W＝F(F[T])如圖所示，由比較器57控制的開關(guān)58(當(dāng)閉合時)將由票/線21檢測電路52提取的V+W信號送到開關(guān)58的輸出端。然后，這個輸出信號V+W被送到記錄器42的實(shí)際記錄部分(沒有示出)，這部分是常規(guī)的。
現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了付費(fèi)記錄功能。如果記錄器42的記錄控制器43沒有檢測到票T，則該語句(比較)返回的結(jié)果為非。如果用戶選擇了只觀看內(nèi)容，就是這種情況。如果伴隨著視頻的票T是錯的，可能由于對視頻信號已經(jīng)進(jìn)行了記錄，則將語句重復(fù)所返回的結(jié)果為錯并且不允許記錄。(注意記錄器42不必是數(shù)字記錄器。)當(dāng)將視頻和票記錄到記錄器媒介46時(如圖1A所示，在這種情況下的媒介為碟片)，將票T再次交給函數(shù)F以生成新版的票T′。在這種情況下，密碼計數(shù)器已經(jīng)被遞增為T′＝F(T)。
此后，如圖2所示，當(dāng)從記錄媒介46回放視頻內(nèi)容時，與在播放器52(例如，DVD播放器)中的驅(qū)動器50相關(guān)的電路再次通過對票T應(yīng)用函數(shù)F將其遞增為T″＝F(T′)。例如，當(dāng)播放器52用作具有軟件或硬件相關(guān)的MPEG解碼器的個人計算機(jī)中的驅(qū)動器時，驅(qū)動器50執(zhí)行所述函數(shù)。(注意，并不要求非是驅(qū)動器和旋轉(zhuǎn)媒介；例如，媒介可以是具有適當(dāng)存取控制電路的半導(dǎo)體存儲器。)在任何情況下，通常有到達(dá)實(shí)際記錄(存儲)媒介的接口(驅(qū)動器或半導(dǎo)體存儲器控制電路)。
然后，驅(qū)動器(或適當(dāng)電路)為了加強(qiáng)保密性使票遞增。(播放器52可以是圖1A的記錄器42或單放設(shè)備。)現(xiàn)在，播放器52中的MPEG解碼器54再次檢測水印W，并將其與目前的票T″進(jìn)行對照檢查。如果發(fā)現(xiàn)是匹配的，則允許播放并實(shí)現(xiàn)播放控制。在這種情況下，下列等式必須成立W＝T″＝F(T′)＝F(F(T))此時，在播放控制(也在圖2中示出)之下的附加可選項(xiàng)為對視頻信號施加可從麥克較維西恩公司得到的那種類型的模擬視頻拷貝保護(hù)，如自動得到控制和/或色條。這具有如下優(yōu)點(diǎn)，即象由具有水印檢測器的設(shè)備處理額外數(shù)字拷貝一樣好地防止了進(jìn)一步的VHS的模擬視頻拷貝(或者至少是使其不可使用)。
根據(jù)相關(guān)水印系統(tǒng)的性能，這里所描述的水印可以由很多不同的方式實(shí)現(xiàn)。例如，如果可用的水印系統(tǒng)能夠在單個半幀里攜帶足夠的數(shù)據(jù)，則由于這樣可以攜帶足夠大量的數(shù)據(jù)，因而不需要應(yīng)用時變機(jī)制(time varyingmechanisms)。在某些實(shí)施例中，水印系統(tǒng)每幀攜帶8位(8-bits)；可是，由于需要4位用于其它用途，可用于哈希種子目的的只有4位。從安全起見，理想的是用64位的種子和64位的票。這樣，根據(jù)所使用的基于數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計的傳輸協(xié)議，這些實(shí)施例最少需要16個具有實(shí)際幀數(shù)的幀。這樣，一個實(shí)施例需要典型的通信協(xié)議，如使用開始和停止特性的PPP。由于視頻通信信道的性質(zhì)，理想的是使用某些形式的前向誤差校正。Reed-Solomon(里德-索羅門)編碼是一個通常用于這個目的的前向誤差校正碼的例子。
當(dāng)線21上攜帶票時，某些實(shí)施例也使用每半幀16位。這樣，票的處理和水印的處理都需要用于存儲的緩沖器，由此，當(dāng)全部數(shù)據(jù)值可用時，會出現(xiàn)判定被延時和計時。根據(jù)本文所公開內(nèi)容的教導(dǎo)，那些從事視頻和數(shù)字通信領(lǐng)域的人員很清楚這些類型的緩沖器的設(shè)計。
雖然以上披露的是用模擬視頻線21在STB和記錄器之間傳遞票從而實(shí)現(xiàn)付費(fèi)記錄的方法，但是，水印與STB中的用戶可控信息的任何組合都是可用的。這種方法也不受任何特殊電視標(biāo)準(zhǔn)的限制。特別是，只要其它視頻線具有以這樣的方式向STB傳送的理想特性，即用戶可以能夠通過STB控制他們，他們就可以用來攜帶票。
此外，如果通過數(shù)字接口從STB向具有儲存性能的設(shè)備(記錄器)傳輸視頻，如IEEE-1394(“火線(firewire)”)或ATSC(高清晰度電視)8-VSB信號，則仍可以在STB中控制票。在這種情況下，完成傳輸或沒有傳輸正確的票并且水印/票的組合仍確定拷貝狀態(tài)。在這些情形中，可以使用MPEG用戶數(shù)據(jù)描述符傳輸票。在某些情況下，想要得到的可能是根本不傳輸任何票，在其它情況下，想要得到的可能是傳輸錯誤的票。
還有其它情形可以用視頻傳輸票；但是，仍在STB中控制票。STB提供了保證內(nèi)容所有者收到付款的途徑，無論付款僅是為了觀看還是為了觀看并記錄。這樣，在以這種方法使用的STB中，用戶控制的是水印及相關(guān)數(shù)據(jù)。
另一實(shí)施例(見圖4)用位于STB 34中的第二水印嵌入器作為水印注釋器(remarker)60。(此處不用票。)在這種建立視頻并記錄或僅觀看視頻的方法中使用第二水印W2。(圖4示出了與圖1A中使用的元件相同或相似的元件，并且因此具有添加字母a的與圖1A相似的標(biāo)號。)在圖4的系統(tǒng)中，當(dāng)用戶選擇61是觀看(但不記錄)時，從STB 34a輸出的模擬視頻信號是不再拷貝V+W1+W2。當(dāng)用戶選擇61是觀看并記錄時，從STB 34a輸出的模擬視頻信號是拷貝一次V+W1。在這些情況下，相關(guān)記錄器42a的記錄控制部分64按照圖5所示的細(xì)節(jié)操作。(記錄器42a的其余部分是常規(guī)的。)水印W1檢測器66首先檢測水印W1。如果沒發(fā)現(xiàn)水印W1，由于這被認(rèn)為是可以免費(fèi)拷貝或內(nèi)容沒有版權(quán)限制，因而允許記錄(拷貝)。如果在68檢測到水印W1，則水印W2檢測器72檢測水印W2。如果沒檢測到W2，由于這被定義為允許拷貝一次狀態(tài)，因此允許記錄。由于允許記錄，系統(tǒng)的“安全性失效(fails safe)”。請注意，W通常是一些有效視頻信號的預(yù)定函數(shù)。安全性失效的規(guī)定使用戶不會由于由假的正水印檢測而造成不必要的不便。一般來說，水印是被“編織進(jìn)視頻圖象的組織里”。要在不損害基本的有效視頻內(nèi)容的情況下去除水印是非常困難的。
如果隨同W1一起，在檢測器72檢測到W2，由于這被定義為不再拷貝狀態(tài)，因此不允許記錄。這些通過控制開關(guān)76完成，在這種情況下(來自比較器70的結(jié)果為是)，開關(guān)76是斷開的。反之(允許記錄)，開關(guān)76閉合并且來自W2嵌入器74的視頻信號V+W1+W2從開關(guān)76輸出，由記錄器42a的其它常規(guī)部分(沒有示出)記錄。如果輸入到記錄器42a的視頻信號具有W1但沒有W2并且要被記錄在媒介46a上，則在在媒介46a上記錄之前，將水印W2嵌入視頻信號。
此外，在圖5中還應(yīng)該理解的是，雖然示出的是用于W1和W2的單獨(dú)的檢測器66、72，但實(shí)際上他們可以用為了能夠區(qū)別W1和W2而在內(nèi)部重新配置的相同的基礎(chǔ)硬件(或軟件)來實(shí)現(xiàn)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這是很容易多到的。用本實(shí)施例進(jìn)行的媒介重放比較簡單，但由于不檢查或檢測水印，因此安全性較低。另外，在很多情況下，順從的記錄器將與播放器連接并將由此防止后續(xù)的拷貝發(fā)生。不是這樣連接的系統(tǒng)仍具有價值，這是由于即使沒有播放控制的附加價值，記錄控制仍可以提供一些價值。
盡管上面描述的系統(tǒng)是在用于機(jī)頂盒(STB)的單獨(dú)系統(tǒng)環(huán)境中公開的，并不妨礙將這些設(shè)備的功能集成在單一的裝置中。圖6A使用相同標(biāo)號示出了上述的系統(tǒng)，還示出了順從的播放器80，如圖所示，當(dāng)播放媒介46時，該播放器輸出具有水印和票的視頻(V+W+T″)。
圖6B示出了將STB 34和記錄器42組合在同一個裝置84中的相關(guān)系統(tǒng)。如圖所示，如果W＝F(F(T))，從記錄器/播放器42輸出的信號流被施加到記錄器88。類似地，如圖所示，在播放器86上可以播放媒介46，輸出視頻信號流，該視頻信號流是具有水印和票的視頻(V+W+T″)，或是僅具有水印的視頻(V+W)。
很明顯，圖6A和6B所示的系統(tǒng)可以被使用在使用上述第一水印和第二水印的方法來控制記錄的上述系統(tǒng)中。
雖然上面公開的內(nèi)容是針對視頻信號的，但是相似的、使用第一水印和第二水印的方法可以應(yīng)用于控制音頻信號的記錄。因此，圖7示出了在許多方面與圖4相似，但適用于提供具有付費(fèi)記錄可能性的增強(qiáng)的音頻傳播系統(tǒng)。在圖7中，與圖4中標(biāo)記相同的結(jié)構(gòu)僅僅是系統(tǒng)操作者的前端設(shè)備30。雖然有幾分相似，但是其它結(jié)構(gòu)部分已經(jīng)被重新標(biāo)示，從而表示這種情況適用于音頻目的。
因此，作為音頻材料來源的內(nèi)容提供者90生成施加到水印嵌入器92的輸入端的拷貝控制信息CGMS，正常的音頻輸入信號A施加到水印嵌入器92的另一端。所得到的具有水印的輸出音頻信號A+W1通過常規(guī)信道傳送到系統(tǒng)操作者的前端設(shè)備30。由此，音頻信號A+W1通過，例如，衛(wèi)星或有線電視傳播系統(tǒng)被傳送到STB 96。STB 96含有條件訪問系統(tǒng)98，在線100上向條件訪問系統(tǒng)98輸入用戶的選擇。
STB 96還包含一個水印注釋器102，在條件訪問系統(tǒng)98的控制之下，水印注釋器102添加水印W2。然后，水印注釋器102以下列兩種形式之一輸出添加了水印的音頻信號流。一種形式是拷貝一次，另一種形式是不再拷貝。換句話說，這兩種形式為A+W1或A+W1+W2，模擬音頻A具有或沒有水印W2，但是總包含水印W1。相關(guān)的順從記錄器106接收這個模擬音頻信號，并且在其記錄控制器108的控制之下如果出現(xiàn)W1和W2，則記錄器106不記錄；如果記錄器106處在記錄模式并且沒有出現(xiàn)W2，則將W2添加到音頻信號中，由此，輸出在相關(guān)媒介上記錄的音頻信號流A+W1+W2。
圖8示出了具有更多細(xì)節(jié)的記錄器106的框圖，這些細(xì)節(jié)示出了音頻記錄器106的記錄控制部分108是如何包含水印W1檢測器114、水印W2檢測器116和水印W2嵌入器118的。從水印W1檢測器114輸出的信號說明水印W1出現(xiàn)在122。它在124與表示水印W2是否出現(xiàn)的信號進(jìn)行邏輯組合。僅在兩個水印都出現(xiàn)時，開關(guān)128斷開，因此禁止記錄；否則，開關(guān)128閉合，將輸入的音頻信號和添加的水印A+W1+W2傳送到記錄控制部分108的輸出端130上。應(yīng)該理解的是，圖8僅示出了記錄器106的記錄控制部分108，沒有示出的其它部分是常規(guī)的記錄部分。
本文公開的內(nèi)容是起說明作用的而不是起限制作用的；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，更多的修改是很明顯的，并且這些修改都應(yīng)該落在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。例如，本系統(tǒng)和方法可以很容易地應(yīng)用到遵循各種標(biāo)準(zhǔn)的電視和視頻中。
權(quán)利要求
1.一種控制視頻信號的拷貝的方法，包含如下步驟提供視頻信號；在視頻信號中嵌入水??；并且在視頻信號的預(yù)定位置提供相關(guān)數(shù)據(jù)，該相關(guān)數(shù)據(jù)以預(yù)定方式與所述水印相關(guān)聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)是密碼值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述密碼值是種子的哈希函數(shù)，并且，所述水印是該種子的哈希函數(shù)的哈希函數(shù)的哈希函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對于NTSC電視，所述預(yù)定位置是視頻線21。
5.一種用于處理輸入視頻信號從而控制對該信號的后續(xù)拷貝的裝置，包括一個種子發(fā)生器；一個哈希函數(shù)發(fā)生器，被連接為接收來自所述種子發(fā)生器的種子，并且輸出得到的數(shù)據(jù)；一個水印發(fā)生器，被連接為接收所述種子并由該種子生成水印，并且在所述輸入視頻信號的畫面部分嵌入該水印；并且一個傳輸信道，被連接為向接收器傳輸所述得到的數(shù)據(jù)和所述加入水印的視頻，被傳輸?shù)乃龅玫降臄?shù)據(jù)不在視頻的畫面部分。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述水印是所述種子的哈希函數(shù)的哈希函數(shù)的哈希函數(shù)。
7.一種控制拷貝嵌入水印的視頻信號和相關(guān)數(shù)據(jù)的方法，包括如下步驟確定是否允許記錄所述視頻；并且僅當(dāng)允許記錄時，傳送所述視頻信號和所述相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，所述水印與相關(guān)數(shù)據(jù)具有預(yù)定關(guān)系。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)是密碼值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述密碼值是所述種子的哈希函數(shù)，并且，所述水印是所述種子的哈希函數(shù)的哈希函數(shù)的哈希函數(shù)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括下列步驟確定是否允許記錄；報告允許記錄；并且對于允許的記錄進(jìn)行收費(fèi)。
11.一種用于連接到電視接收機(jī)的機(jī)頂盒，包括一個輸入端，適用于接收包含水印的視頻信號和接收相關(guān)數(shù)據(jù)；一個條件訪問控制器，具有接收用戶選擇的控制端，用于允許所述視頻信號的記錄；以及一個組合器，具有一連接到所述條件訪問控制器的輸出端并且接收來自所述輸入端的視頻信號的控制端，并且具有一輸出端，其中，響應(yīng)于所述條件訪問控制器，該組合器輸出具有或不具有相關(guān)數(shù)據(jù)的視頻信號。
12.如權(quán)利要求11所述的機(jī)頂盒，還包括一個到向上鏈路的連接部分，其中，所述條件訪問控制器向所述向上鏈路傳輸用戶選擇的指示。
13.如權(quán)利要求11所述的機(jī)頂盒，其中，所述相關(guān)數(shù)據(jù)是密碼值。
14.如權(quán)利要求11所述的機(jī)頂盒，其中，還包括一個視頻信號記錄器，被連接為記錄輸出的視頻信號。
15.一種操作視頻記錄器的方法，包括如下步驟接收具有水印的輸入視頻信號；檢測所述水??；檢測與所述視頻信號相關(guān)的數(shù)據(jù)；用預(yù)定壓縮函數(shù)對所述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；并且僅當(dāng)檢測到的水印與壓縮函數(shù)的結(jié)果相匹配時，允許記錄所述輸入視頻信號。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述壓縮函數(shù)是一個多重哈希函數(shù)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)是在視頻信號的垂直消隱間隔中的預(yù)定視頻線上。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)是密碼值。
19.一種視頻記錄器，包括一個到記錄媒介的接口；一個輸入端口，用于接收要被記錄在所述媒介上的視頻信號；一個水印檢測器，連接到所述輸入端口；一個數(shù)據(jù)檢測器，被連接到所述輸入端口，用于檢測在所述視頻信號中的預(yù)定位置上的數(shù)據(jù)；以及一個處理器，被連接為對檢測到的水印和數(shù)據(jù)的壓縮函數(shù)進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果是匹配的，則允許將視頻信號記錄在所述媒介上。
20.如權(quán)利要求19所述的視頻記錄器，其中，所述壓縮函數(shù)是所述數(shù)據(jù)的哈希函數(shù)的哈希函數(shù)。
21.如權(quán)利要求19所述的視頻記錄器，其中，所述數(shù)據(jù)是密碼值。
22.一種控制播放記錄在媒介上的視頻信號的方法，包括如下步驟播放來自所述媒介的視頻信號；檢測所述視頻信號中的水印；檢測與所述視頻信號相關(guān)的數(shù)據(jù)；用壓縮函數(shù)對所述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；并且僅當(dāng)所述水印與所述數(shù)據(jù)的壓縮函數(shù)相匹配時，才允許進(jìn)一步播放視頻信號。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括向被播放的視頻施加模擬拷貝保護(hù)信號的步驟。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述壓縮函數(shù)是哈希函數(shù)。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)是密碼值。
26.一種視頻播放器，包括一個接口，面向輸出視頻信號的記錄媒介；一個水印檢測器，被連接為接收所述視頻信號；一個數(shù)據(jù)檢測器，被連接為檢測與所述視頻信號相關(guān)的數(shù)據(jù)；一個處理器，被連接到所述水印檢測器和所述數(shù)據(jù)檢測器，它將檢測到的數(shù)據(jù)用壓縮函數(shù)進(jìn)行處理并將數(shù)據(jù)的壓縮函數(shù)與水印進(jìn)行比較，僅當(dāng)比較結(jié)果相匹配時，才允許進(jìn)一步的播放。
27.如權(quán)利要求26所述的視頻播放器，其中，所述壓縮函數(shù)是哈希函數(shù)的哈希函數(shù)。
28.如權(quán)利要求26所述的視頻播放器，其中，所述數(shù)據(jù)是密碼值。
29.一種控制拷貝音頻或視頻信號的方法，包括如下步驟提供音頻或視頻信號；在音頻或視頻中嵌入第一水??；向用戶傳送視頻或音頻信號；并且響應(yīng)于用戶的操作，在視頻或音頻信號中嵌入第二水印。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，用戶的操作是與付費(fèi)有關(guān)的指示。
31.一種控制拷貝具有嵌入水印的視頻或音頻信號的方法，包括如下步驟確定是否禁止記錄所述視頻或音頻信號；如果禁止記錄，則添加第二水??；并且傳送具有第一和第二水印的視頻或音頻信號。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括如下步驟確定是否不禁止記錄；報告記錄沒有被禁止；并且對沒有被禁止的記錄進(jìn)行收費(fèi)。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括如下步驟如果允許記錄，則記錄音頻或視頻信號；并且給被記錄的音頻或視頻信號添加第二水印。
34.一種用于連接到相關(guān)接收器的視頻或音頻機(jī)頂盒，包括一個輸入端，適用于接收視頻或音頻信號；一個條件訪問控制器，具有用于接收允許記錄所述視頻或音頻信號的選擇的控制端；一個水印嵌入器，用于嵌入第二水印，具有一連接到所述條件訪問控制器的輸出端、接收來自所述輸入端的視頻或音頻信號的控制端，并且具有一輸出端，其中，所述視頻或音頻信號包含第一水??；其中，所述水印嵌入器響應(yīng)于所述條件訪問控制器，輸出具有第一和第二水印的視頻或音頻信號。
35.如權(quán)利要求34所述的機(jī)頂盒，還包括一個到上行鏈路或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接部分，其中，所述條件訪問控制器在上行鏈路/網(wǎng)絡(luò)上傳輸選擇的指示。
36.一種操作視頻或音頻記錄器的方法，包括如下步驟接收輸入的具有第一或第二水印的音頻或視頻信號；檢測水??；如果所述第一和第二水印都被檢測到，則禁止記錄所述輸入的視頻或音頻信號。
37.一種視頻或音頻記錄器，包括一個到記錄媒介的接口；一個輸入端口，用于接收要記錄的視頻或音頻信號；一個水印檢測器，連接輸入端口；以及一個處理器，被連接為接收檢測到水印的指示，如果檢測到兩個預(yù)定水印，則禁止在媒介上記錄所述視頻或音頻信號。
38.如權(quán)利要求37所述的視頻或音頻記錄器，還包括與所述處理器可操作地連接的水印嵌入器。
39.一種控制播放記錄在媒介上的視頻或音頻信號的方法，包括如下步驟播放來自所述媒介的視頻或音頻信號；在所述視頻或音頻信號中檢測任何水印；并且如果檢測到的水印分別與兩個預(yù)定水印相匹配，則禁止進(jìn)一步播放所述視頻或音頻信號。
49.如權(quán)利要求39所述的方法，還包括將模擬拷貝保護(hù)信號施加到被播放的視頻或音頻信號中的步驟。
全文摘要
公開了用于控制拷貝通過有線電視或直接衛(wèi)星廣播或互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)囊纛l或視頻信號的方法和裝置。通過將在前端設(shè)備嵌入視頻或音頻信號中的水印與插入音頻或視頻信號中的附加拷貝保護(hù)數(shù)據(jù)(或者是票或者是第二水印)相結(jié)合,防止了具有版權(quán)(或其它)的音頻或視頻材料被非法拷貝(記錄)。用于NTSC TV的垂直消隱間隔中的線21被用來攜帶票(密碼計數(shù)器)。音頻或視頻水印被嵌入音頻或視頻信號的有效部分。僅當(dāng)用戶愿意付費(fèi)時,才將具有水印和票的視頻信號傳送到用戶的記錄設(shè)備,該設(shè)備將水印與票的數(shù)學(xué)函數(shù)相比,并且僅當(dāng)它們匹配時,才允許記錄。反之,該用戶的控制可以影響音頻或視頻中的第二水印。相應(yīng)的回放設(shè)備輸出沒有票的音頻或視頻信號并由此不再允許繼續(xù)拷貝。這樣就實(shí)現(xiàn)允許在付費(fèi)的情況下進(jìn)行一次拷貝。
文檔編號H04N7/173GK1355991SQ00804347
公開日2002年6月26日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月25日
發(fā)明者馬克·A·霍拉, 彼得·萬弗 申請人:麥克羅維西恩公司