Способ и устройство для "водяного знака" однократного копирования для видеозаписи
Авторы патента:
Изобретение относится к защите видеоматериала от копирования посредством введения в видеосигналы устойчивых идентификационных кодов. В способе и устройстве для однократного копирования (К) цифрового видеосигнала (В) используют водяной знак (ВЗ) в В. Встроенный ВЗ имеет два варианта: один обозначает полный запрет К, а второй обозначает разрешение однократного К, причем они отличаются одним битом ВЗ. ВЗ имеет дополнительные биты, отображающие в цифровом виде атрибут (А) (параметры изображения) конкретного телевизионного кадра В, например среднее значение амплитуды поля В, кадр А которого содержится в ВЗ, имеет маркер поля или кадра, который представляет собой специальный сигнал, расположенный в невидимой части кадра. Видеомагнитофон осуществляет проверку ВЗ и бита (48, 54) однократного К, извлекает соответствующий А из ВЗ (56) и сравнивает (68) его с измеренным А (58) из помеченного кадра В. Запись разрешают только в том случае, если извлеченное значение А и измеренное значение А совпадают. В течение процесса записи (70) маркера кадра удаляют (72), что предотвращает создание копий второго поколения с записанного В, а бит однократного К устанавливают соответствующим полному запрету К. Техническим результатом является упрощение защиты видеоматериала от копирования. 7 с. и 38 з.п. ф-лы, 6 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Изобретение относится к защите видеоматериала от копирования посредством введения в видеосигналы устойчивых идентификационных кодов (например, так называемых "водяных знаков" или "характерных отпечатков") и использования этих идентификационных кодов для способа и устройства, обеспечивающего возможность "однократного копирования".
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Проблема защиты видеоматериала, например фильмов на видеомагнитофонной ленте, от копирования хорошо известна. Для видеоматериала, записанного на пленку обычным аналоговым способом, решением является известный процесс "Макровижн" (Macrovision) противодействия копированию, в котором осуществляют добавление импульсов в интервале гашения обратного хода кадровой развертки видеосигнала (см. патенты США 4631603 и 4695901, выданные Райану (Ryan) и включенные сюда (в качестве ссылки). Эти дополнительные импульсы создают помехи для схемы автоматической регулировки усиления обычного КВМ (кассетного видеомагнитофона) (VCR) и таким образом делают невозможным просмотр любого записанного видеосигнала, приводя к нарушению изображения. Для цифрового видеосигнала защита от копирования является еще более важной проблемой, поскольку по своему характеру цифровая запись видеосигнала является точной копией оригинала, и в отличие от аналоговой записи качество изображения не претерпевает какого-либо ухудшения. Следовательно, в случае цифровой видеозаписи для людей существует еще больше побудительных мотивов к изготовлению нелицензионных копий видеоматериала, защищенного авторским правом. Это является главным препятствием для внедрения носителей цифрового видеосигнала с предварительной записью и для коммерческого введения цифровых видеомагнитофонов. Одним из известных решений этой проблемы является использование идентификационных знаков ("водяных знаков"). Водяные знаки представляют собой внедренные в видеосигнал цифровые коды, считывание которых может быть осуществлено устройством считывания (детектором), имеющимся в соответствующем изобретению видеомагнитофоне или в устройстве воспроизведения (видеоплеере), причем сам водяной знак не оказывает визуальных помех на видеосигнал (то есть отсутствует какое-либо существенное ухудшение качества изображения). Считывание "водяного знака" в видеомагнитофоне или в видеоплеере осуществляют посредством детекторной схемы, которая в зависимости от водяного знака дает команды видеомагнитофону или видеоплееру выполнить определенные функции, например не осуществлять копирование или разрешить только однократное копирование материала. Для использования водяных знаков необходимо наличие в соответствующем изобретению видеомагнитофоне или видеоплеере специальной детекторной схемы. Водяные знаки представляют собой специальные сигналы, которые встроены в видеосигнал таким образом, что они не могут быть удалены без существенного повреждения видеосигнала, а осуществить преднамеренное или случайное удаление водяного знака сложно. Водяные знаки являются так называемой двусторонней схемой защиты от копирования, для которой необходим специально приспособленный ("соответствующий изобретению") видеомагнитофон/видеоплеер, который может обнаруживать водяной знак и реагировать на него. Обычный "не соответствующий изобретению" видеомагнитофон игнорирует водяной знак, и, следовательно, водяной знак не будет оказывать никакого воздействия. Это является отличием от описанного выше "одностороннего" процесса Макровижн для защиты от копирования, который, впрочем, в общем случае не пригоден для защиты цифрового сигнала. Несмотря на то что подобные водяные знаки являются удобными для использования и уже были в ограниченной степени внедрены для промышленного применения, они имеют существенные недостатки. Наиболее важный недостаток возникает в той ситуации, когда предоставлена возможность однократного копирования, что обычно имеет место в индустрии кабельного телевидения при осуществлении трансляции с оплатой за просмотр, например, кинофильмов. Индустрия кабельного телевидения создала среди своих абонентов ожидание того, что им будет разрешено делать их собственные личные записи передач кабельного телевидения, например кинофильма, с использованием КВМ. Несмотря на то что владельцы авторских прав и индустрия кабельного телевидения пришли к заключению об очевидной приемлемости в общем случае такой однократной записи пользователем для его личного применения, владельцы авторских прав (например, киностудии) не желают предоставлять возможность изготовления каких-либо повторных записей (записей второго поколения). Следовательно, желательно разрешить передачу видеосигнала, например, по кабельному телевидению с возможностью только однократного копирования при сохранении запрета на создание любых копий второго поколения с первой копии. Запрет таких повторных записей возможен при использовании общепринятой технологии с применением "водяных знаков". Как правило, в подобной ситуации используют водяные знаки двух типов: водяной знак "полного запрета копирования" и водяной знак "однократного копирования". Оба из них должны быть считаны соответствующим изобретению видеомагнитофоном, осуществляющим копирование, который после записи заменяет водяной знак однократного копирования на водяной знак полного запрета копирования. Из-за этого возникает проблема, связанная с дополнительной стоимостью соответствующего изобретению видеомагнитофона, поскольку он должен быть способен обнаруживать оба из двух различных водяных знаков, а также добавлять (записывать) водяной знак полного запрета копирования. Помимо того, что такая система является весьма дорогостоящей при реализации, также можно легко технически отменить ее действие, и, следовательно, она не отвечает предъявляемым к ней требованиям. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ В области цифровой видеозаписи существует необходимость создания способа обеспечения однократного копирования, в котором предложены усовершенствования с точки зрения экономичности и обеспечения защиты по сравнению с известным уровнем техники. Также существует потребность создания способа однократного копирования, в котором необходим только один водяной знак и, следовательно, только один детектор водяного знака для каждого соответствующего изобретению записывающего (или воспроизводящего) устройства. В этом способе соответствующие изобретению видеомагнитофоны не должны иметь устройств добавления водяного знака или модификаторов. (Здесь термин "соответствующий изобретению") обозначает устройство, отличающееся от обычного, которое видоизменено посредством добавления специальной схемы и/или программного обеспечения в соответствии с изобретением). Если изготовители видеоплееров и видеомагнитофонов пожелают применить изобретение на практике, то они дополнят свои изделия соответствующей изобретению схемой и программным обеспечением, а поставщики видеоматериала подобным же образом добавят в свои программы требуемые сигналы. Кроме того, такая система должна быть простой в исполнении, не требовать необходимости сохранения каких-либо секретов для обеспечения ее защиты и обеспечивать функционирование как в области аналоговых сигналов, так и цифровых. Еще одним требованием является то, что даже если первая (разрешенная) запись на существующем обычном бытовом КВМ, имеющем систему либо VHS (систему домашнего видео), либо S-VHS (усовершенствованную систему домашнего видео), либо 8 мм (для которой обычно не предполагают, что она может соответствовать цифровому протоколу однократного копирования) уже сделана, то запрет на создание копий второго поколения посредством соответствующего изобретению записывающего устройства сохраняется. Поэтому в соответствии с настоящим изобретением предложен единственный тип водяного знака, который имеет два варианта: полный запрет копирования и разрешение однократного копирования, которые являются идентичными за исключением одного бита. Согласно изобретению отсутствует необходимость добавлять водяной знак к видеосигналу после записи, поскольку вместо этого осуществляют преобразование водяного знака однократного копирования в водяной знак полного запрета копирования путем простой замены бита. (Используемый здесь термин "водяной знак" обозначает оба водяных знака и другие типы цифровых "характерных отпечатков"). Как описано ниже, настоящее изобретение может быть использовано и для цифрового видеосигнала и для аналогового видеосигнала (например, для системы VHS, для системы S-VHS или для системы видео 8 мм). Водяной знак согласно настоящему изобретению выдерживает преобразование из аналогового вида в цифровой или из цифрового вида в аналоговый, выдерживает сжатие и выдерживает преобразование из одного телевизионного стандарта в другой, то есть из ПАЛ (PAL) в НТСЦ (NTSC) или из НТСЦ в ПАЛ. В соответствии с изобретением водяной знак, являющийся цифровым сигналом, обычно вводят в видеоизображение. Подмножество битов водяного знака имеет цифровой атрибут (число), который представляет собой числовую характеристику видеосигнала, например среднее значение амплитуды видеосигнала по одному телевизионному полю или кадру. Согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте атрибут видеосигнала представляет собой некоторую однозначно определенную характеристику видеосигнала, изменение которой от кадра к кадру является максимальным, и которая не подвержена типичному искажению, существующему в соответствующем канале аналоговой или цифровой передачи. Атрибут используют только для варианта однократного копирования. Для формирования (кодирования) видеосигнала с водяным знаком в дополнение к обычному введению в него водяного знака также осуществляют случайный (или псевдослучайный) выбор одного кадра (или поля), например одного кадра через каждые 10 секунд видеосигнала, и производят цифровое вычисление атрибута для этого кадра (или поля) видеосигнала. К этому кадру также добавляют "маркер поля" ("метку") для указания того, что он является выбранным кадром. Этот маркер поля представляет собой специальный сигнал, расположенный в обычно невидимой части телевизионного кадра, например в нерабочей части экрана. Передачу закодированного видеосигнала потребителю, который пытается осуществить его запись с использованием своего соответствующего изобретению цифрового видеомагнитофона, обычно осуществляют посредством, например, кабельного телевидения или через спутник. До записи соответствующий изобретению цифровой видеомагнитофон просматривает водяной знак, производит его проверку, регистрирует наличие бита однократного копирования в водяном знаке и извлекает из водяного знака значение соответствующего ему атрибута. Соответствующий изобретению видеомагнитофон также регистрирует наличие маркера поля в конкретном помеченном поле, измеряет атрибут этого конкретного поля и сравнивает измеренный атрибут с извлеченным значением атрибута. Если эти два значения атрибутов совпадают, то видеомагнитофон осуществляет запись. Если они не совпадают, то производят запрет записи (копирования). В это же время видеомагнитофон при выполнении им записи удаляет маркер поля из видеосигнала для предотвращения любого повторного копирования результирующей записи. Отсутствие маркеров поля не позволяет произвести какую-либо повторную запись конкретного видеосигнала посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона. Следовательно, соответствующий изобретению видеомагнитофон включает в себя устройство считывания водяного знака (детектор и верификатор), схему измерения атрибута, устройство удаления маркера поля (устройство удаления) и соответствующие вычислительные средства (программное обеспечение) в микропроцессоре, который обычно находится в подобном видеомагнитофоне, для выполнения необходимых вычислений и логических функций, включающих в себя сравнение атрибутов. В предпочтительном варианте маркер поля представляет собой сигнал, который не может быть обнаружен и воспроизведен посредством обычных аналоговых КВМ, поскольку тип маркеров поля выбирают таким, чтобы схема фильтрации сигнала цветности, обычно имеющаяся в таких аналоговых КВМ, осуществляла их удаление. Следовательно, если запись исходного переданного видеосигнала осуществлена с использованием такого обычного аналогового видеомагнитофона, то в процессе аналоговой записи маркеры поля не сохраняются, что предотвращает создание повторной копии на любом соответствующем изобретению цифровом видеомагнитофоне. Маркер поля обычно вводят в невидимую часть активного видеосигнала, то есть в нерабочую область экрана телевизионных приемников. В альтернативном варианте маркеры поля помещают в интервалы гашения обратного хода кадровой или строчной развертки. В предпочтительном варианте маркер поля представляет собой такой сигнал, удаление которого осуществляют автоматически согласно описанному выше посредством обычного записывающего устройства, но это не является необходимым условием. Несмотря на то что типичным применением настоящего процесса нанесения водяных знаков являются вышеописанные системы кабельного телевидения или спутникового распределения телевизионных программ, это не является ограничивающим признаком. Конечно же для предварительно записанного, например, на ленте или на УЦД (Универсальный цифровой видеодиск (DVD)) видеоматериала этот процесс обычно не осуществляют, поскольку подобный материал обычно не подлежит однократному копированию, а является материалом с "полным запретом копирования". Однако настоящий процесс нанесения водяных знаков, позволяющих осуществлять однократное копирование, может быть использован и для предварительно записанного видеоматериала. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ На Фиг. 1 показана блок-схема устройства кодирования согласно изобретению. На Фиг.2 показана блок-схема видеомагнитофона для схемы управления водяным знаком/воспроизведением в соответствии с изобретением. Фиг.3 представляет собой таблицу характеристик для системы с двумя водяными знаками. На Фиг.4 показан способ отмены действия настоящего процесса однократного копирования. На Фиг.5 показано устройство отмены действия из Фиг.4. На чертежах с Фиг.6А по Фиг.6Г показано использование конкретного маркера видеосигнала согласно изобретению. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОСНОВНОЙ ПРОЦЕСС В соответствии с изобретением водяной знак вводят в видеосигнал (кодируют вместе с ним) с "полезной нагрузкой", например, равной 8-ми битам. (Полезная нагрузка представляет собой количество изменяемых битов). Биты 1 и 2 из восьми битов полезной нагрузки представляют собой обычные (в цифровом видеосигнале) биты системы управления генерацией копий (СУГК) (CGMS), а биты 3 и 4 являются битами аналоговой системы защиты (ACЗ) (APS). В действительности аналоговая система защиты представляет собой, например, известный процесс "Макровижн" противодействия копированию видеосигнала. Поэтому эти четыре бита обычно используют для обозначения однократного копирования/полного запрета копирования/запрета дальнейшего копирования и для включения или выключения аналоговой системы защиты. ("Макровижн" или другие аналоговые процессы противодействия копированию применимы для цифровой записи, поскольку цифровые видеомагнитофоны обычно имеют возможность ввода аналогового видеосигнала). Согласно изобретению остальные четыре бита полезной нагрузки определяют атрибут изображения выбранного кадра основного видеосигнала, примеры которого описаны ниже. Для программы (видеосигнала) с "полным запретом копирования" значения битов 1 и 2 из восьми битов полезной нагрузки по общей договоренности устанавливают равными (1,1). В этом случае состояние битов с 5-го по 8-й "не имеет значения". При обнаружении конфигурации битов (1,1) соответствующее изобретению записывающее устройство отказывается производить какую-либо запись материала. Для программы "однократного копирования" опять по общей договоренности значения битов 1 и 2 устанавливают равными (1,0), а биты с 5-го по 8-й теперь служат носителем 4-битового отображения атрибута программы. Здесь термин "атрибут" означает числовое выражение некоторой характеристики видеоматериала. В предпочтительном варианте изменение атрибута от кадра к кадру является максимальным при условии изменения изображения. В предпочтительном варианте атрибут не изменяется при наличии ожидаемых искажений видеосигнала, вызванных искажениями в канале аналоговой или цифровой передачи, по которому передают видеосигнал, например, шумами, нелинейностью или частотной характеристикой. Соответствующее изобретению устройство видеозаписи при обнаружении конфигурации битов (1,0), обуславливающей однократное копирование, производит вычисление того же самого атрибута соответствующего кадра видеосигнала и его сравнение со значением, которое несут в себе биты полезной нагрузки с 5-го по 8-й. Если они совпадают, то разрешают продолжение копирования. Если они не совпадают, то копирование (запись) прекращают. Другими словами, команда однократного копирования, которая выдает несовпадающий атрибут, останавливает процесс записи, осуществляемый соответствующим изобретению записывающим устройством. В конечном счете, при выполнении разрешенной записи первого поколения записываемый видеосигнал изменяют на записи таким образом, чтобы последующие соответствующие изобретению записывающие устройства не смогли бы производить проверку правильности значения атрибута, содержащегося в водяном знаке, осуществляя таким образом запрет последующего копирования. ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ В приведенном ниже более подробном описании одного варианта осуществления этого способа учтена возможность того, что при наличии шумов или после сжатия схеме устройства считывания водяного знака может потребоваться, например, 10 секунд или более для однозначного обнаружения и декодирования водяного знака. Указанные временные интервалы приведены только в качестве примера. ОПЕРАЦИЯ КОДИРОВАНИЯ. 1. Кодирование относят к процессу защиты видеоматериала "на входе". Через каждый промежуток времени, равный, например, 20 секундам, устройство кодирования в пределах первых пяти секунд случайным образом выбирает из программы одно поле (или кадр) видеосигнала, которые позволяют осуществить надежное измерение атрибута даже после того, как видеосигнал был подвергнут различным вышеописанным искажениям, существующим в системах аналоговой или цифровой передачи. Устройство кодирования измеряет значение атрибута для выбранного поля или кадра. 2. После ожидания в течение случайным образом выбранного промежутка времени (например, от нуля до 5-ти секунд для улучшения защиты) устройство кодирования осуществляет кодирование измеренного значения атрибута выбранного поля в виде представляющего собой 4-х битовое цифровое слово водяного знака, обычно отличающегося от общепринятого. (В предпочтительном варианте водяной знак непрерывно добавляют к видеосигналу, причем эти 4 бита устанавливают равными некоторому запрещенному значению, например, F (в шестнадцатеричной системе счисления) до тех пор, пока не будет дана команда ввести значение атрибута). 3. Устройство кодирования помечает выбранное при выполнении операции 1 поле таким образом, чтобы соответствующие изобретению записывающие устройства могли надежно определить его местоположение. Далее описан пример способа введения маркеров: производят гашение, приблизительно первой микросекунды первой строки строчной развертки для каждого поля видеокадра и только в выбранном поле в течение этого промежутка времени, равного одной микросекунде, увеличивают амплитуду путем добавления 25 единиц ИРИ (Институт радиоинженеров, США) (импульс). Более универсальный способ введения маркеров описан ниже. На Фиг. 1 показан пример устройства кодирования, расположенного, например, "на входе" системы кабельного телевидения. До передачи видеопрограммы по кабелю абонентам ее подают на вход 10. Так как она является цифровым видеосигналом, вход 10 обычно представляет собой многопроводной (шинный) разъем. Как описано выше, устройство 12 выбора кадра осуществляет случайный или псевдослучайный выбор конкретных полей или кадров для кодирования и выдает указатель каждого выбранного поля или кадра на шину 14 управления. В ответ схема 16 маркера поля помечает каждый указанный таким образом кадр видеосигнала. Шина 14 управления также соединена со схемой 18 измерения атрибута, который также осуществляет прием входного видеосигнала и вычисляет (измеряет) атрибут выбранных полей или кадров. Измеренное значение цифрового атрибута вводят посредством шины (шин) 26 в схему 32 модификатора водяного знака. Блок 32 получает обычный водяной знак от генератора 28 обычного водяного знака и видоизменяет его посредством 4-х битового значения атрибута. Модифицированный таким способом водяной знак вводят в схему 38 вставки водяных знаков в кадр, которая производит запись модифицированных водяных знаков в каждое из полей или кадров, имеющих маркер поля, который подают по шине 22. Затем видеосигнал с водяным знаком подают на выход 40, идущий к кабельной (или иной) сети распределения программ. Следует понимать, что некоторые из блоков на Фиг.1 (а также и на Фиг.2) имеют схемное решение, а остальные представляют собой схемы или функции, осуществляемые, например, в программируемом микропроцессоре. ОПЕРАЦИЯ СЧИТЫВАНИЯ В СООТВЕТСТВУЮЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИЮ ВИДЕОМАГНИТОФОНЕ 1. В процессе записи при обнаружении в принятой видеопрограмме маркера поля описанного выше типа соответствующий изобретению видеомагнитофон/видеоплеер измеряет и сохраняет атрибут этого поля или кадра. 2. Видеомагнитофон/видеоплеер сравнивает измеренный атрибут со значением атрибута, который декодирован (извлечен) из водяного знака. Сравнение производят только в том случае, когда детектор водяного знака в видеомагнитофоне/видеоплеере сначала с высокой степенью уверенности решает, что он правильно осуществил декодирование (проверку) водяного знака. 3. Если эти два значения атрибутов совпадают, то разрешают продолжить запись. Для совпадения не требуется, чтобы значения были идентичными, но могут быть учтены некоторые погрешности измерения, то есть наличие некоторого допуска. Если эти два значения атрибутов не совпадают, или если в программе, предназначенной для однократного копирования, отсутствуют периодические маркеры поля, то запись запрещают. 4. Видеомагнитофон в процессе записи удаляет все маркеры поля. В альтернативном варианте в то поле, атрибут которого заметно отличается от атрибута, носителем которого является водяной знак, вводят "ложный" маркер поля, но эта дополнительная операция может не являться необходимой. Достаточно и простого удаления всех маркеров поля. Удаление маркеров поля является предпочтительным вариантом и устраняет необходимость изменения видеосигнала для принудительного измерения другого атрибута при последующей попытке записи. Пример соответствующего изобретению видеомагнитофона изображен на Фиг.2; он дополняет устройство кодирования из Фиг.1. Входной цифровой видеосигнал, имеющий маркеры поля и водяные знаки, подают со входа 46 на детектор 48 маркера поля, который обнаруживает каждый маркер поля и осуществляет вывод указателя помеченных кадров по шине 50 управления на, по существу, обычный детектор/верификатор 54 водяного знака. Верификатор 54 проверяет присутствие бита однократного копирования и обычным образом осуществляет проверку водяного знака. Затем посредством устройства 56 выделения из проверенного водяного знака извлекают 4 бита атрибута и передают их по шине 62 в компаратор 68. Схема 58 измерения атрибута также осуществляет прием входного видеосигнала и в ответ на сигналы на шине 50 измеряет (вычисляет) заранее заданный атрибут помеченных кадров, указанных в шине 50 управления. Измеренное значение атрибута подают на компаратор 68 по шине 64. Схему 70 записи, отличающуюся от общепринятой, включают только тогда, когда компаратор 68 обнаруживает совпадение. (Схема записи представляет собой обычный цифровой видеомагнитофон с записью на ленту или на диск). Со схемой 70 записи соединены схема 72 устройства удаления маркера поля и схема 74 для изменения при записи бита однократного копирования на значение, соответствующее полному запрету копирования. ЗАЩИТА ПРОТОКОЛА Для того чтобы "хакер" (лицо, нарушающее авторское право) смог отменить действие этой системы, то есть изменить легальную видеозапись первого поколения таким образом, чтобы можно было осуществлять ее повторное копирование посредством соответствующих изобретению видеомагнитофонов, он должен сделать следующее (или реализовать адекватный по сложности процесс). Сначала, при воспроизведении первой (легальной) записи он измеряет и сохраняет атрибут каждого поля и декодирует водяной знак. Затем он добавляет маркер поля к тому полю, атрибут которого соответствует имеющемуся в водяном знаке. Для "взлома" необходима задержка видеосигнала, равная многим секундам, при скоростях передачи, соответствующих стандарту Группы экспертов по движущимся изображениям (MPEG-2) (видеосигналу со сжатием), устройство считывания водяного знака и система измерения атрибута. (Копируемый видеосигнал обычно имеет стандарт сжатия MPEG-2). Дополнительные подробности приведены ниже. Следовательно, посредством настоящего процесса может быть легко реализована задача предотвращения "взлома" большинством людей, в особенности учитывая то минимальное вознаграждение, которое будет получено от взлома этой части типичной совокупной системы защиты от копирования. Необходимость того, чтобы схема однократного копирования была настолько же "хорошо защищенной от взлома", как и основной водяной знак, отсутствует, поскольку для владельца авторских прав программы, которые помечены как предназначенные для "однократного копирования", обычно сами по себе являются менее ценными, чем программы с "полным запретом копирования". В любом случае, хакер, желающий получить несколько копий, может просто (и можно считать, что легально) изготовить их параллельно из исходной видеопрограммы, предназначенной для однократного копирования. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АТРИБУТУВ соответствии с изобретением идеальный атрибут изображения:
1. Может быть измерен в цифровом видеомагнитофоне бытового типа с минимумом дополнительных схем. 2. Является относительно невосприимчивым к обычным ошибкам на уровне видеосигнала: нелинейности, шумам, наклону, искажению амплитудно-частотной характеристики, искажениям из-за дискретизации и сжатия, и т.д., имеющимся в различных системах аналоговой и цифровой передачи. 3. Является таким, чтобы хакер не мог легко осуществить изменение видеосигнала для принудительного введения конкретного значения атрибута без серьезного снижения зрелищной ценности программы. Без этого третьего требования можно и обойтись, поскольку, применительно к настоящему протоколу однократного копирования, оно не может существенно затруднить работу хакера. ПРИМЕРЫ АТРИБУТОВ
Первый пример: Средние значения постоянного напряжения отдельных областей выбранного видеокадра суммируют и вычитают способом, который применим для генерации общего значения атрибута; для обычных видеоизображений. Размеры и расположение областей изображения выбирают так, чтобы получить максимальную невосприимчивость к наклону, шумам и к искажениям. Чтобы устранить ошибки измерения атрибута, которые могут быть вызваны различиями коэффициента усиления видеосигнала в промежуточных аппаратных средствах или в тракте передачи, результирующее значение делят на среднее значение постоянной составляющей амплитуды видеокадра. Второй Пример: Он представляет собой конкретную реализацию вышеуказанного первого примера для видеосигнала с MPEG сжатием. Рассмотрим макроблок MPEG-2 на сетке 8 х 8 элементов изображения (пикселов), который расположен симметрично относительно центра видеокадра. Предположим, что каждый макроблок имеет черный или белый цвет в виде обычной "шахматной доски". Атрибут равен [сумме всех постоянных составляющих белых блоков за вычетом суммы всех постоянных составляющих черных блоков], деленной на сумму постоянных составляющих всех блоков. ПРИМЕРЫ МАРКЕРОВ ПОЛЯ
Первый пример маркера поля: Уровень серого в видеосигнале в течение первых 1,5 микросекунд первой строки горизонтальной развертки каждого телевизионного поля (или кадра) устанавливают равным 25%. Подобно другим описанным здесь маркерам поля, этот маркер располагают в нерабочей части телевизионного кадра так, чтобы он не был виден на телевизионном экране. (Однако такое расположение не является ограничивающим признаком). Для введения маркера в конкретное поле осуществляют, например, добавление к этому уровню серого синусоидальной волны частотой 2,5 МГц с полным размахом, равным 50 единицам ИРИ. Достоверное обнаружение такого маркера поля может быть осуществлено даже после пропускания через канал кабельного телевидения, имеющий низкое качество. Однако преимуществом является то, что он не сохраняется при пропускании через схему обработки сигнала и записи КВМ (кассетного видеомагнитофона), имеющего систему VHS или 8 мм, но тем не менее он сохраняется при записи в системе S-VHS. Это происходит потому, что в КВМ системы VHS или 8 мм этот маркер поля отфильтровывают гребенчатым фильтром сигнала цветности. Таким образом осуществляют эффективное удаление маркеров поля после записи и воспроизведения посредством КВМ системы VHS или 8 мм, что запрещает создание копий второго поколения посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона. Второй Пример: Этот пример может быть реализован в КВМ, имеющих системы, например, VHS, S-VHS и 8 мм. Уровень серого в течение первых 1,5 микросекунд первых двух строк горизонтальной развертки каждого поля (или кадра) устанавливают равным 25%. Для введения маркера в конкретное поле к этому уровню серого добавляют синусоидальную волну на частоте поднесущей с полным размахом, равным 50 единицам ИРИ, таким образом, что ее фаза относительно синхронизации является одинаковой в обеих строках развертки (в отличие от стандартного сигнала цветности, фазу которого в чередующихся строках развертки изменяют на обратную). Достоверное обнаружение этого маркера поля может быть осуществлено даже после пропускания через канал кабельного телевидения, имеющий низкое качество. Однако он не сохраняется после пропускания через фильтр сигнала цветности любого КВМ бытового типа. При воспроизведении гребенчатый фильтр КВМ уменьшает сигнал цветности в 1-й строке развертки до 25-ти единиц ИРИ, а во 2-й строке развертки - до нуля. Детектор маркера поля в соответствующем изобретению видеомагнитофоне настраивают так, чтобы он обнаруживал этот сигнал только во 2-й строке развертки. Таким образом обеспечивают эффективное удаление маркеров поля после записи и воспроизведения посредством аналогового КВМ, что запрещает последующее копирование видеосигнала посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона. Третий Пример: Этот маркер поля может быть использован в КВМ с системами VHS, S-VHS и 8 мм. Сначала выбирают блок из 24 х 4 элементов изображения в, например, левом нижнем углу телевизионного поля (или кадра). Следующая операция заключается в замене значений цветности в блоке из 24 х 4 элементов изображения на неизменное изображение маркера, например, состоящее из чередующихся значений синего и желтого. Этот маркер должен сохраняться при сжатии по стандарту MPEG, чтобы его можно было надежно обнаружить даже после пропускания через кабельный канал, имеющий низкое качество. Однако он не должен сохраняться при пропускании через любой фильтр сигнала цветности КВМ бытового типа. Детектор маркера поля в соответствующем изобретению видеомагнитофоне настраивают так, чтобы он обнаруживал этот сигнал только во 2-й строке развертки. Таким образом обеспечивают эффективное удаление маркеров поля после записи и воспроизведения посредством аналогового КВМ, что запрещает создание копий второго поколения посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона. Использование стираемых посредством КВМ маркеров оказывается полезным усовершенствованием настоящей системы однократного копирования с точки зрения дополнительной защиты, предоставляемой владельцам авторских прав. Для обеспечения полной совместимости с MPEG-сжатием некоторые из этих принципов введения маркеров могут быть подвергнуты незначительным видоизменениям. Они станут полезным усовершенствованием настоящей системы однократного копирования с точки зрения обеспечения дополнительной защиты видеоматериала. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ: МАРКЕР КАДРА И ВОДЯНОЙ ЗНАК
1. В другом варианте осуществления для кодирования осуществляют псевдослучайным образом добавление маркера кадра (или поля) к конкретному видеокадру, например, в каждом окне длительностью 4 секунды. Маркер кадра автоматически удаляют посредством КВМ (как описано выше). (Примером такого маркера являются фиксированные значения постоянной составляющей сигнала цветности, и Скрасн(Сred), и Ссин(Cblue), в первой строке первого макроблока). Для помеченного кадра производят вычисление и сохранение значения атрибута. 2. В псевдослучайном месте следующего окна длительностью, например, 2 секунды осуществляют изменение 4-х битов атрибута водяного знака таким образом, чтобы он был равен значению атрибута предыдущего помеченного кадра. 3. При кодировании операции 1 и 2 повторяют в течение всей видеопрограммы. 4. При последующей записи программы, для которой согласно описанному выше, разрешено однократное копирование, маркер кадра удаляют. В дополнение к обычным битам водяного знака, которые обычно содержатся в низкочастотных и среднечастотных коэффициентах ДКП (DCT) (дискретного косинусного преобразования) MPEG, и только для однократного копирования в этом варианте осуществления добавлены 4 дополнительных разрешающих бита, которые должны содержаться в некоторых высокочастотных коэффициентах ДКП MPEG. Если исходя из обычных битов водяного знака обнаружено состояние однократного копирования, то видеомагнитофон проверяет наличие 4-х дополнительных битов; если они отсутствуют, то видеомагнитофон не осуществляет копирование. Если они присутствуют, то перед созданием копии соответствующий изобретению видеомагнитофон добавляет достаточный уровень шумов. Это удаляет 4 дополнительных бита и удаляет разрешение на право создания копии. Одно из преимуществ такого подхода состоит в том, что обычные (не соответствующие изобретению) КВМ (не имеющие систем контроля копирования) автоматически удаляют дополнительные разрешающие биты, что приводит к невозможности перезаписи выходного сигнала посредством соответствующих изобретению (цифровых) видеомагнитофонов. В этом варианте осуществления водяной знак включает в себя две отдельные части, именуемые В31 и В32 (WM1 и WM2). В31 (WM1) содержит полезную нагрузку из 8-ми битов и его трудно удалить без ухудшения качества изображения. Биты полезной нагрузки распределены по низкочастотным/среднечастотным/высокочастотным коэффициентам ДКП MPEG в виде макроблоков. В32 представляет собой, например, фиксированный набор из 4-х битов или значение ЦИК (CRC) (циклического избыточного кода) битов полезной нагрузки. Удалить В32 несложно, поскольку биты В32 распределены только по высоким частотам и могут быть стерты низкочастотным или иным фильтром. В32 сохраняется при передаче на частоте 4,2 МГц, но не при записи в системе VHS с частотой 2,5 МГц. Большая часть энергии В32 может быть распределена построчно в макроблоках таким образом, чтобы было несложно и недорого осуществить стирание или сделать его недействительным. Для большей помехоустойчивости дополнительно используют ЦИК (4 бита). Схема "стирания В32" в соответствующем изобретению видеомагнитофоне производит стирание В32 с использованием для видеоинформации низкочастотного фильтра или иного фильтра; таким образом требуется минимум схем. Затраты на добавление схемы обнаружения В32 к схеме обнаружения В3 (WM) очень малы, поскольку в схеме обнаружения В32 повторно используют большинство логических узлов, применяемых для обнаружения В31. На Фиг. 3 показаны режимы для этого варианта осуществления. На Фиг.3 в верхней строке каждого столбца указано содержание каждого поля водяного знака для В31 и В32, а в остальной части столбца указано связанное с ним действие, выполняемое соответствующим изобретению видеомагнитофоном/видеоплеером. Верхняя половина Фиг.3 представляет собой более простое исполнение этого варианта осуществления; а нижняя половина представляет собой более сложное исполнение с использованием ЦИК. В обоих исполнениях копирование разрешено только тогда, когда имеется В31 с установленным битом разрешения однократного копирования, а В32 является действительным (проверен). ПРОЦЕСС И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТМЕНЫ ДЕЙСТВИЯ ПРОЦЕССА
В дополнение к вышеописанным вариантам осуществления однократного копирования на Фиг. 4 показан описанный выше способ отмены действия настоящего процесса однократного копирования, где графически изображены как процесс отмены, так и аппаратные средства. "Отмена действия процесса" означает создание записи, которая в свою очередь может быть скопирована, это конечно же нарушает то, для чего предназначена настоящая система однократного копирования. Поэтому производители видеомагнитофонов не допустят, чтобы настоящий способ и устройство отмены действия были доступны для приобретения обычным образом, а их раскрытие приведено здесь для полноты описание. (Использование такого способа или устройства отмены действия обычно влечет за собой нарушение авторского права). На Фиг. 4 показано несколько обычных блоков, которые включают в себя обычную приставку 100 кабельного телевидения к телевизору ("приставка"), которая соединена с кабелем 102 кабельного телевидения и "приставлена" к телевизору (не показан) абонента. В этом случае соответствующий изобретению видеомагнитофон 106, являющийся цифровым видеомагнитофоном, включающим в себя функции из Фиг.2, соединен с приставкой 100. Человек, желающий отменить действие настоящего процесса однократного копирования, подсоединяет "черный ящик" 104, отменяющий действие настоящего процесса, между своей приставкой 100 кабельного телевидения и своим соответствующим изобретению видеомагнитофоном 106. Подробности устройства этого "черного ящика" приведены ниже; в "черном ящике" 104 размещена схема отмены действия. При выполнении операции 1 из Фиг.4 посредством приставки 100 кабельного телевидения осуществляют прием по кабелю 102 видеопрограммы, имеющей защиту, разрешающую однократное копирование, и которая включает в себя маркер поля, и передают ее через "черный ящик" 104 в соответствующий изобретению видеомагнитофон 106. "Черный ящик" 104 включает в себя схему, которая добавляет "метку" (специальный маркер поля) к тому первому кадру видеосигнала, который имеет обнаруженный (исходный) маркер поля. ("Черный ящик" 104 включает в себя свой собственный детектор маркера поля, как и устройство из Фиг.2). Эта метка имеет особенные параметры, которые описаны ниже. Затем "черный ящик" 104 сохраняет в своем внутреннем запоминающем устройстве таблицу временных интервалов между обнаруженными в видеопрограмме маркерами поля. Эта таблица предоставляет информацию о привязке по времени этих исходных маркеров поля. Затем видеосигнал с меткой, добавленной к первому кадру с помеченным полем, подают в соответствующий изобретению видеомагнитофон 106, тип которого соответствует показанному на Фиг.2. Затем соответствующий изобретению видеомагнитофон 106 выполняет запись разрешенной однократной копии на первую ленту (или диск) 110. Как описано выше, при этом соответствующий изобретению видеомагнитофон 106 удаляет все исходные маркеры поля. Однако он не удаляет метку (метки), которая добавлена(ны) "черным ящиком" 104, потому что каждая из этих меток является маркером поля специального типа, который в отличие от исходных маркеров поля не может быть удален посредством схемы устройства удаления в видеомагнитофоне 110. Затем, при выполнении операции 2, которая показана в нижней половине Фиг. 4, осуществляют воспроизведение записанной ленты (или диска) 110 на видеоплеере (или на видеомагнитофоне) 114. Воспроизводимый видеосигнал, конечно же, не включает в себя ни один из исходных маркеров поля. Воспроизведение этого видеосигнала осуществляют через "черный ящик" 104', который перенастроен в режим воспроизведения. (Другим словами, "черный ящик" 104' является тем же самым, что и показанный в верхней половине Фиг.4, но теперь он запрограммирован так, что находится в режиме воспроизведения, а не в режиме записи). "Черный ящик" 104' обнаруживает метку (метки), добавленную(ые) "черным ящиком" 104 при выполнении операции 1 записи, и использует первый помеченный кадр в качестве указателя, а затем повторно вставляет новые маркеры поля того же типа, что и в исходном видеоматериале, согласно указанном в таблице временным интервалам, которые были ранее сохранены (при выполнении операции 1) в "черном ящике" 104'. Следовательно, выходной видеосигнал из "черного ящика" 104' является, по существу, идентичным исходному видеосигналу и включает в себя все повторно вставленные маркеры поля. Затем этот видеосигнал может быть записан посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона 106, осуществляющего вывод видеозаписи второго поколения на вторую ленту или диск 116, которая снова не имеет никаких маркеров поля, но которая еще пригодна для просмотра (но не для копирования). Следовательно, посредством способа из Фиг.4 можно создать видеозапись второго поколения на ленте или диске 116, что аннулирует таким образом действие настоящего процесса защиты путем однократного копирования. Внутренне устройство "черного ящика" 104, 104' показано на Фиг.5. На верхней половине Фиг.5 показана конфигурация "черного ящика" 104 при выполнении им операции 1. Входной видеосигнал от приставки 100 подают на вход 120, а затем подают в детектор 122 маркера кадра, который обнаруживает исходные маркеры кадра (поля). Шина 124 управления подает указатель наличия обнаруженных маркеров кадра в схему 128 записи меток, которая вслед за этим добавляет метку (метки), по меньшей мере, к первому кадру с помеченным полем и осуществляет вывод этого помеченного видеосигнала на выходе 132, который, как и на Фиг.4, соединен с соответствующим изобретению видеомагнитофоном 106. Подобным же образом указатель обнаруженных кадров по шине 124 передают в запоминающее устройство 136, которое включает в себя таблицу для хранения временных интервалов между обнаруженными маркерами кадра. В нижней половине Фиг.5 показана конфигурация "черного ящика" 104' при выполнении им операции 2. Здесь видеосигнал (от устройства воспроизведения 114) подают на вход 120 "черного ящика", который в свою очередь соединен с детектором 140 метки, который обнаруживает метки, вставленные посредством схемы 128 записи меток. На шину 142 управления подают указатель каждой такой обнаруженной метки, который указывает конкретные кадры, имеющие такую метку (метки). Шина 142 осуществляет управление устройством 150 записи маркера кадра, которое добавляет маркеры кадра, соответствующие имеющимся в исходном видеосигнале, с требуемыми временными интервалами. Эти временные интервалы заданы ранее сохраненными в таблице
запоминающего устройства 136 данными, которые в этом случае выводят на шину 146 управления для управления временем фактического добавления маркеров кадра посредством схемы 150 записи маркера кадра. Затем видеосигнал с новыми маркерами кадра, вставка которых осуществлена схемой 150 записи маркера кадра, подают на выход 132 "черного ящика", который в свою очередь соединен (на Фиг.4) со входом соответствующего изобретению видеомагнитофона 106. Этот вариант такого "черного ящика" приведен для наглядности и не является ограничивающим. Устройство такого "черного ящика" хорошо известно в рамках квалификации обычного специалиста в данной области техники с учетом приведенных здесь сведений о свойствах маркеров поля и общих сведений по технике видеозаписи, доступных специалисту. "Черный ящик" представляет собой, по существу, цифровое устройство, которое имеет функции добавления метки к конкретным кадрам видеосигнала, опознавания исходных маркеров поля и записи их в таблицу. Обычно "черный ящик" представляет собой управляемое микропроцессором устройство, включающее в себя запоминающее устройство. Реальная схема "черного ящика" может иметь множество разновидностей, в которых осуществлены вышеописанные функции. НАНЕСЕНИЕ МЕТОК ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ДОСТАВКИ ВИДЕОСИГНАЛА
Для описанной выше системы нанесения меток однократного копирования нужно рассмотреть процесс, включающий в себя подготовку содержания, доставку содержания и просмотр/запись содержания. Ниже приведен анализ процесса с точки зрения различных способов доставки видеосигнала: аналоговой доставки по кабелю и посредством телевизионного вещания; цифровой доставка посредством существующей установленной базовой системы цифровых телевизионных приставок, не имеющих цифрового (обычно обозначаемого как Р1394) выхода; цифровой доставки посредством существующей установленной базовой системы цифровых телевизионных приставок с цифровым выходным сигналом; и цифровой доставки посредством новых цифровых телевизионных приставок. Для аналоговой доставки по кабелю и посредством телевизионного вещания содержание (программы) подготавливают до доставка, а процесс преобразования разрешения однократного копирования в запрет дальнейшего копирования осуществляют в записывающем устройстве, и это может происходить только в области видеосигнала. Для цифровой доставки посредством установленной базовой системы цифровых телевизионных приставок, не имеющих цифрового (Р1394) выхода, содержание в предпочтительном варианте подготавливают до авторизации/МРЕG-кодирования, но оно может также быть подготовлено совместно с авторизацией/MPEG-кодированием. Однако метки однократного копирования должны сохраняться при MPEG-кодировании/декодировании. В этом случае преобразование разрешения однократного копирования в запрет дальнейшего копирования также выполняют в записывающем устройстве, и это может происходить только в области видеосигнала. Цифровая доставка посредством установленной базовой системы цифровых телевизионных приставок с цифровым выходным сигналом является аналогичной, однако преобразование разрешения однократного копирования в запрет дальнейшего копирования происходит в MPEG-области. Наконец для цифровой доставки посредством новых цифровых телевизионных приставок нанесение меток однократного копирования может также быть выполнено в самой телевизионной приставке. Кроме того, в случае выходного сигнала Р1394 преобразование разрешения однократного копирования в запрет дальнейшего копирования может также происходить в телевизионной приставке до тех пор, пока телевизионная приставка осуществляет передачу разрешения на копирование декодирующему устройству. Для аналоговой доставки по кабелю и посредством телевизионного вещания настоящая система включает в себя постоянный водяной знак разрешения однократного копирования/запрета дальнейшего копирования с добавленной меткой кадра или поля, присоединенной к случайным образом выбранным телевизионным кадрам или к последовательности телевизионных кадров, для распознавания материала, для которого разрешено однократное копирование. Преобразование разрешения однократного копирования в запрет дальнейшего копирования выполняют путем удаления или ухудшения качества метки. Кроме того, для обеспечения дополнительной защиты в водяном знаке кодируют атрибут помеченного кадра или последовательности кадров. Для обеспечения еще более высокой степени защиты осуществляют случайную задержку кода атрибута водяного знака. Примеры атрибутов включают в себя отображение характеристик видеосигнала отмеченного кадра (кадров), положение помеченного кадра (кадров) или длину помеченной последовательности (которую выбирают случайным образом для обеспечения защиты). Метки являются такими, которые автоматически удаляют посредством обычных КВМ и даже не соответствующих изобретению устройств MPEG-кодирования. Например, чередующиеся строки дополнительных цветов, имеющие относительно низкие амплитуды (образец метки), могут быть удалены устройствами MPEG-кодирования и системой VHS при преобразовании поля в кадр. Метку, например, располагают в краю нижнего левого угла (площадь метки равна, например, 64 элемента изображения х 4 строки в каждом поле) телевизионного кадра, и она не видна на телевизорах (из-за наличия нерабочей области экрана). Для усовершенствования защиты в процессе нанесения меток сигнал цветности в области метки удаляют во всех телевизионных кадрах, а в отмеченные кадры добавляют образец метки. Удаленные метки выполняют посредством удаления сигнала цветности. В случае цифровой доставки посредством установленной базовой системы цифровых телевизионных приставок, не имеющих цифрового выходного сигнала, система нанесения меток должна сохраняться при MPEG-сжатии/разуплотнении и, насколько это возможно, сохраняться при записи MPEG и на КВМ, кроме того случая, когда нанесение меток выполняют в самом устройстве кодирования или же когда на процесс кодирования наложены ограничения. Для получения максимальной эффективности системы однократного копирования соответствующие изобретению видеомагнитофоны поддерживают два способа нанесения меток. Для аналоговых систем или для совместимых устройств кодирования выбирают "более сильную" метку, которая описана выше. Для несовместимых устройств кодирования выбирают "более слабую" метку, имеющую вид периодической структуры из меняющихся по строке дополнительных цветов с относительно низкими амплитудами. Для цифровой доставки посредством установленной базовой системы цифровых телевизионных приставок с цифровым выходным сигналом в предпочтительном варианте преобразование разрешения однократного копирования в запрет дальнейшего копирования выполняет цифровой видеомагнитофон, обеспечивая минимум затрат. Один из подходов состоит в том, чтобы добавлять и удалять дополнительную метку, помещенную непосредственно в сам поток битов. Однако необходимо, чтобы имеющиеся в видеоинформации водяной знак/метка также поддерживали выходной видеосигнал приставки, а записанная в цифровой форме копия была помечена как запрещенная для дальнейшего копирования в потоке битов и как разрешенная для однократного копирования в видеосигнале. В этом случае для гарантии того, что не будет осуществлено изготовление дальнейших копий, требуется, чтобы в состав каждого видеоплеера входила система синхронизации. Другой, более предпочтительный подход, состоит в том, чтобы минимизировать дополнительные требования для обнаружения метки/удаления метки. Обычными операциями, необходимыми для считывания водяного знака в MPEG-потоке, являются:
- Демультиплексирование транспортирующего потока. - Декодирование потока видеосигнала до 1-кадра. - Декодирование всех слоев в 1-кадре. - Обработка всех макроблоков (МБ). - Обработка всех блоков яркости. Поскольку в этом случае в процессе считывания водяного знака используют только I-кадры (они представляют собой тип кадра в стандарте MPEG), процесс обнаружения/удаления метки должен быть осуществлен с использованием только I-кадров, применяв следующие операции:
- Обработку блоков цветности в области метки для выполнения обнаружения. - Буферизацию потока битов и замещение в макроблоках метки последовательности битов блока "цветности метки" заранее вычисленной последовательностью битов блока "отсутствия цветности" при одновременном обеспечении отсутствия воздействия на размер (бвв) (vbv) буфера верификатора видеоинформации. Поскольку удаление метки осуществляют только в I-кадрах и в макроблоках, то возникают следующие проблемы и требования. Для несовместимых устройств кодирования должна существовать последовательность помеченных кадров, и она должна быть достаточно длинной для гарантии того, что в ее состав будет входить один I-кадр. Она может представлять собой один кадр или же распределение помеченных кадров должно быть таким, чтобы среди них находилось достаточное количество I-кадров. Если используют последовательность помеченных кадров, те атрибуты последовательности должны быть вычтены из атрибутов I-кадра (кадров). Лучшим решением для этого является использование в качестве атрибута местоположения кадра или длины последовательности кадров. В способе с использованием местоположения кадра помеченный кадр имеет особый код водяного знака, а непомеченные кадры - другой. Любое несовпадение между кодом водяного знака и состоянием метки создает запрет дальнейшего копирования. В способе с использованием длины последовательности кадров длину последовательностей кадров случайным образом изменяют от 3xD до 5xD, где D - некоторое число, превышающее наибольший допустимый размер (максГИ) (maxGOР) группы изображений (ГИ) (GOP). В этом способе наличие отдельного имеющего метку I-кадра и последовательности I-кадров, включающей в себя общее количество кадров, меньшее, чем максГИ (maxGOP), указывает запрет дальнейшего копирования. Этот результат получают в случае последовательности I-кадров, включающей в себя общее количество кадров, большее, чем D, и меньшее, чем 3D, сравниваемой с 5xD кодом в водяном знаке, или последовательности I-кадров, включающей в себя общее количество кадров, большее, чем 3D, сравниваемой с 3xD кодом в водяном знаке. Последний способ является предпочтительным. При использовании последовательности меток ни одна из меток кадров, предшествующих первому I-кадру из последовательности, не будет удалена. Это решают посредством описанных выше способов с использованием местоположения и длины последовательности. Удаление метки из I-кадров приводит к необходимости частого удаления меток из других кадров ГИ. Это происходит тогда, когда в области метки отсутствует какое-либо движение, и может быть внесено усовершенствование путем вынужденного обнуления векторов движения в области метки при кодировании. Удаление метки из I-кадров не должно создавать существенные паразитные искажения в других кадрах ГИ. Это может происходить из-за того, что область метки могла быть использована для предсказания какого-либо близлежащего макроблока в последующих Р- и В-кадрах. Это является одной из причин того, почему в одном из вариантов осуществления в метке используют дополнительные цвета. Удаление метки не должно вызывать видимых изменений сигнала цветности. Удаление метки посредством замены вычисленного блока цветности подразумевает либо удаление всего сигнала цветности в области 54 х 16, что создает паразитные искажения, видимые на некоторых телевизионных приемниках, либо введения потока битов в данные пользователя, генерация которых должна быть осуществлена совместимым устройством кодирования. Для совместимых устройств кодирования генерацию метки устройством кодирования выполняют только для I-кадров. В последующих Р- и В-кадрах векторы движения принудительно обнуляют, и в этих кадрах не разрешено какое-либо внутриблочное кодирование. При предсказании движения для блоков, не имеющих метки, принудительно не разрешают использовать блоки метки. Для цифровой доставки посредством цифровых приставок нового поколения нанесение меток кадра осуществляют только в выходном видеосигнале таким же способом, как и генерацию АСР. Метки в содержимое с предварительно нанесенными водяными знаками вводят посредством видеокодера (используя сильную метку) с использованием содержащейся в потоке битов информации о местоположении метки. Что касается вывода Р1394, то приставка разрешает вывод сигнала Р1394 при опознавании соответствующего изобретению видеомагнитофона. Эта система позволяет указать даже то, может ли копия быть независимо выполнена через аналоговый или же цифровой выход. Передачу информации об авторском праве и относящихся к ней данных (положение метки) в потоке битов осуществляют так же, как в настоящее время производят передачу информации АСР. Ниже приведено раскрытие трех возможных систем. Во всех трех системах используют одинаковый видеомагнитофон и они имеют одинаковую структуру. Они не вызывают никаких паразитных искажений (таких, которые не оказывают никакого видимого воздействия на средство просмотра программы) в исходном материале или в видеокопиях (в отличие от MPEG- копий). В случае структуры однократного копирования для совместимых устройств кодирования метки вводят только в I-кадры. Для несовместимых устройств кодирования к видеосигналу случайным образом добавляют последовательности меток длительностью 3 секунды и 5 секунд, а после произвольного времени задержки бит "идентификатора длины метки" в водяном знаке устанавливают равным 0 для 3-секундной последовательности и равным 1 для 5-секундной последовательности. Каждый раз при обращении к новой последовательности меток осуществляют переключение другого бита (бита изменения) (сокращая таким образом количество водяных знаков до 10). В метке используют строчные или кадровые периодические структуры из дополнительных цветов с относительно низкими амплитудами в 8-ми нижних строках четырех нижних левых макроблоков. 11-ый и 12-ый бит используют для различения систем, обозначенных здесь как системы 1, 2 и 3. 1. Система 1 имеет аналоговую доставку и цифровую доставку с совместимым устройством кодирования/авторизацией. В этой системе используют вертикальные периодические структуры, что позволяет осуществлять удаление метки посредством КВМ системы VHS и посредством некоторых не соответствующих изобретению устройств MPEG-кодирования. Удаление метки выполнено путем гашения в видеомагнитофоне восьми нижних строк видеосигнала к шестнадцати нижних строк видеосигнала в MPEG-видеомагнитофонах. Для совместимых устройств кодирования вставку метки осуществляют после преобразования поля в кадр, используют только метки I-кадров, принудительно обнуляют векторы движения для нижних макроблоков, принудительно запрещают использование нижних макроблоков для предсказания движения в других макроблоках и запрещают внутреннее кодирование для макроблоков области метки в Р-/В-кадрах. 2. Система 2 имеет цифровую доставку без совместимого устройства кодирования/авторизации. В этой системе используют строчные периодические структуры. Удаление меток в MPEG-области выполняют путем удаления сигнала цветности в макроблоках метки. На некоторых телевизорах в области метки скопированного в цифровой форме содержания могут быть видны некоторые паразитные искажения. Защита этой системы, обеспечиваемая для MPEG-копий, может оказаться не очень надежной, поскольку "пират" может отреагировать на тот факт, что в помеченных кадрах в области метки отсутствуют 16 строк сигнала цветности, в то время как в непомеченных кадрах отсутствуют только восемь. 3. Система 3 имеет цифровую доставку в новых сетях. Эта система не имеет обратной совместимости с системами 1 или 2. Однако она дает высококачественное и дешевое решение для новых сетей или сетей, требующих использования новых телевизионных приставок для предоставления возможности однократного кодирования. Для того случая, когда входной сигнал представляет собой видеосигнал, при обнаружении водяного знака однократного копирования видеомагнитофон удаляет метку путем удаления сигнала цветности в 8-ми нижних строках кадра в области метки. Для цифрового входного сигнала при обнаружении водяного знака однократного копирования (система 1 или 2) детектор метки определяет то, какую из систем, 1 или 2, используют. Для системы 1 удаление метки выполняют путем замены нижних слоев на предварительно запомненный слой (гашение 16-ти нижних строк видеосигнала) и заполнения их незначащей информацией так, чтобы это не влияло на бвв (vbv). Для системы 2 удаление метки выполняют путем замены нижних блоков меток цветности на предварительно запомненные блоки (удаляя цветность и 4-х макроблоков в левой нижней части). После обнаружения водяного знака однократного копирования системы 3 копирование осуществляют до тех пор, пока идентификационный протокол Р1394 определяет наличие разрешения на однократное копирование. МЕТКА ВИДЕОСИГНАЛА (МАРКЕР КАДРА/ПОЛЯ)
Описанная выше "метка" кадра или маркера поля представляет собой вставленный в поток видеоданных видеосигнал или видоизменение сигнала, которая является, по существу, "прозрачной" для сжатия по стандарту MPEG-2, но подавление которой осуществляет сам (по меньшей мере) стандартный КВМ типа VHS, и которая после этого может быть считана из видеосигнала для осуществления передачи информации. В предпочтительном варианте метка является "прозрачной" для сжатия по стандарту MPEG-2 для того, чтобы ее вставка в видеосигнал могла быть осуществлена до MPEG-кодирования, и, следовательно, для этого не требуется никаких видоизменений устройства MPEG-кодирования. Предназначенная для передачи информация содержит состояние защиты соответствующего видеосигнала от копирования, однако возможны также и другие варианты ее применения, и этот тип метки не ограничен сферой зашиты от копирования. Другими вариантами применения являются аутентификации или передача данных. Moжно использовать метку с обратной цветностью, в которой последовательно выбранные строки имеют введенный или добавленный специальный образец сигнала цветности такого вида, что модулированный сигнал цветности в последовательных строках имеет инвертированную фазу. Цель состоит в том, чтобы гребенчатый фильтр в КВМ осуществлял подавление этого сигнала. Однако обусловленное форматом субдискретизации по кадру сигнала цветности в системе кодирования по стандарту MPEG-2 требует наличия сглаживающей фильтрации по кадру. Одно изображение состоит, по существу, из высокочастотного изменения уровня сигнала относительно кадровой развертки в пространственной области сигнала цветности, а сглаживающий фильтр МPEG-2, по существу, представляет собой фильтр нижних частот для кадровой развертки. (На самом деле конструкция гребенчатого фильтра КВМ идентична по конструкции сглаживающему фильтру MPEG-2, причем сглаживающий фильтр обычно имеет более сложный и более низкочастотный срез, чем гребенчатый фильтр). Подобный сглаживающий фильтр устраняет введенный образец сигнала цветности так же, как и гребенчатый фильтр; таким образом осуществляют устранение введенного нежелательного сигнала во всех представляющих интерес форматах. Ширина полосы модулирующих частот сигнала цветности в системе MPEG-2 равна приблизительно 1,4 МГц, что зависит от варианта реализации. На Фиг.6А показан хорошо известный спектр видеосигнала формата VHS с переносом спектра цветности. Ширина полосы модулирующих частот сигнала цветности стандартного КВМ системы VHS равна приблизительно 300 кГц и снова зависит от варианта реализации. Поэтому в области модулирующих частот сигнала цветности существует зона, простирающаяся от приблизительно 300 кГц до приблизительно 1,4 МГц (ширина полосы частот 1,1 МГц), в которой все же будет осуществлено подавление сигнала, прошедшего через тракт кодирования/декодирования по стандарту MPEG-2, посредством стандартного КВМ (бытового типа) системы VHS (НТСЦ или ПАЛ). Желательно, чтобы вводимый сигнал метки полностью находился в этой зоне и только в ней для того, чтобы никакая из его компонент не прошла через тракт сигнала цветности КВМ шириной 300 кГц. Фильтрация в канале цветности посредством самого КВМ обеспечивает отсутствие появления какой-либо компоненты введенного сигнала метки в тракте яркости КВМ. Одним из вариантов осуществления сигнала метки (см. Фиг.6Б, на которой изображен спектр вставленной метки согласно настоящему изобретению, при сравнении со спектром в канале цветности с переносом спектра цветности) является сигнал цветности прямоугольной формы с частотой 844 кГц, состоящий из повторяющегося по строкам образца из четырех последовательных выборок сигнала цветности зеленого CCIR-601 4:2:0 по стандарту МККР (Международного консультативного комитета по радиовещанию)), за которыми следуют четыре последовательные выборки сигнала цветности сиреневого. В области видеосигнала он представляет собой сигнал цветности, который через приблизительно каждые два периода сигнала цветности (частотой 3,58 МГц) имеет обращение своей фазы и который можно рассматривать как сигнал с двумя боковыми полосами и подавлением несущей, имеющий только две спектральные компоненты: одну на частоте (3,58 МГц - 844 кГц), а другую на частоте (3,58 МГц + 844 кГц). В частности, в полосе 300 кГц около 3,58 МГц какие-либо спектральные компоненты отсутствуют. На Фиг.6В показан спектр введенной метки относительно группового спектра канала цветности для стандарта MPEG-2, а на Фиг.6Г показана форма модулированного сигнала цветности введенной метки. Возможны и другие варианты осуществления метки. Образец не обязательно должен иметь вид прямоугольного сигнала, хотя прямоугольный сигнал является наиболее простым с точки зрения осуществления его генерации; он может, например, представлять собой синусоидальную волну. Также образец не обязательно должен иметь частоту 844 кГц; подходящей будет любая частота, которая существенно выше приблизительно 300 кГц и ниже приблизительно 1,4 МГц. В альтернативном варианте частота равна 1,125 МГц и состоит из трех выборок зеленого CCIR-601 и трех - сиреневого. Кроме того, образец не обязательно должен быть симметричным, ни даже периодическим - хорошо подходит любой образец или сигнал, первичная энергия которого находится ниже приблизительно 1,4 МГц, но который не имеет никакого содержимого ниже приблизительно 300 кГц; этот выбор сделан для упрощения реализации. Один из способов передачи информации посредством этого сигнала состоит в том, что осуществляют введение меток с несколькими различными длинами таким образом, что они могут быть измерены в единицах I-кадров, а затем в сопутствующий водяной знак видеосигнала помещают информацию, в которой отображена длина метки. В таком случае для системы перед разрешением копирования необходимо, чтобы обе они совпадали. Для уменьшения видимости такого сигнала желательно, чтобы различные его компоненты были бы как можно меньшего размера как по горизонтали, так и по вертикали и имели бы свойство становиться невидимыми. Следовательно, в другом варианте осуществления метка состоит из малых цветных областей, которые чередуются как по горизонтали, так и по вертикали, формируя образец в виде "шахматной доски". В одном варианте осуществления цветами являются зеленый и сиреневый, поскольку они являются дополнительными цветами с очень похожими значениями яркости и глаз стремится осуществить их усреднение по пространству в один полутон; возможны и другие цвета. Цветные области должны быть настолько малыми, насколько это согласуется с характеристиками пространственной разрешающей способности выбранного формата; в случае сжатия по стандарту MPEG-2 ограничение накладывают строчные и кадровые сглаживающие фильтры, предшествующие выполнению обусловленной этим форматом субдискретизации сигнала цветности. Подробности этого варианта осуществления зависят от реализации. Для типичного применения в случае MPEG-2 с использованием цифрового сглаживающего фильтра с коэффициентами [-29, 0, 88, 0, -29] *256 как для строчной, так и для кадровой субдискретизации, один вариант осуществления сигнала метки создают путем подачи в указанные сглаживающие фильтры последовательности из полностью дискретизированных (то есть с частотой 13,5 МГц) элементов изображения, состоящей из элемента изображения зеленого цвета, двух элементов изображения серого цвета, элемента изображения сиреневого цвета и еще двух элементов изображения серого цвета. Для создания желаемого образца в виде "шахматной доски" эту последовательность дублируют как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях и продлевают в обоих направлениях (или "повторяют") настолько, насколько это является желательным и полезным для данной заявки на изобретение. Отдельные элементы изображения зеленого и сиреневого цвета образуют импульсные функции, подаваемые на вход сглаживающих фильтров, а выходной сигнал фильтра представляет собой последовательность элементов изображения, соответствующих коэффициентам фильтра, то есть вывод одного элемента изображения а указанный фильтр приведет к наличию на выходе последовательности элементов изображения с набором амплитуд -29, 0, 88, 138, 88, 0 и -29. Общий выходной сигнал фильтра представляет собой линейную сумму его откликов на каждый из входных элементов изображения. Если в описанном выше варианте осуществления элемент изображения сиреневого цвета закодирован как "-1", элемент изображения серого цвета - как "0", а элемент изображения зеленого цвета - как "+1", то установившийся отклик фильтра на описанную выше последовательность меток будет равен...88, -88, -196, -83, 88, 196, 88, -38, -196, ..., что представляет собой синусоидальный сигнал цветности с частотой 1,125 МГц. Изображение в виде шахматной доски создают путем такого упорядочения входного сигнала, при котором в любой заданной помеченной строке развертки заданный элемент изображения соответствует указанному пространственному изображению, то есть если элемент 20 изображения в строке 460 входного сигнала является зеленым, то элемент 20 изображения в строках 461 и 462 должен быть серым, элемент 20 изображения в строке 463 должен быть сиреневым, а элемент 20 изображения в строках 464 и 465 должен быть серым. Элементы 21 22, 24 и 25 изображения должны быть серыми во всех отмеченных строках, а все элементы изображения в помеченных частях строк 461, 462, 464 и 465 также должны быть серыми. Затем действие сглаживающих фильтров будет вызывать размытие одноцветных элементов изображения в искомые синусоидальные волны как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Это раскрытие существа изобретения является иллюстративными и не является ограничивающим; с учетом изложенного описания изобретения для специалиста в данной области техники очевидны дополнительные видоизменения, подпадающие под объем патентных притязаний приложенной формулы изобретения.
Формула изобретения
08.10.1997 по пп. 1-8, 13-21;
04.03.1998 по пп. 9-12, 22-25;
03.03.1998 по пп. 26-45.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Похожие патенты:
Изобретение относится к методике для отмены, удаления или уменьшения действия сигналов защиты от видеокопирования
Способ и устройство для расширенных услуг аудио/видео со скрытыми знаками и связанными данными // 2219675
Изобретение относится к области аудио и видео с расширенными услугами в системах кабельного телевидения, прямого спутникового широковещания или сети Интернет
Обнаружение скрытого знака // 2222114
Изобретение относится к способу обнаружения скрытого знака в информационном сигнале, который возможно был им помечен с помощью модифицирования значения информационного сигнала в соответствии с соответствующими значениями картины скрытого знака
Изобретение относится к способу и устройству для записи скремблированных данных, например вещательных телепередач
Вставка дополнительных данных в сигнал // 2249308
Изобретение относится к способу и устройству для вставки дополнительных данных в информационный сигнал (видео-, аудиосигнал, мультимедийное содержание).Техническим результатом является возможность размещать мультибитовые коды в одном водяном знаке или только в нескольких различных водяных знаках, что позволяет не только обнаружить вставленный водяной знак, но и без дополнительных вычислений получить относительное положение множества изображений, созданных на основе этого водяного знака
Способ и устройство для передачи команды // 2285352
Изобретение относится к способу и системам передачи команды в управляемое устройство
Изобретение относится к системам телевидения, и в частности, к устройству для обработки потока зашифрованных данных
Изобретение относится к системе цифровой широковещательной передачи видео (DVB) и, в частности, к устройству и способу для передачи и приема преамбул для компонентов кадра в DVB-системе
Изобретение относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение защиты потока незашифрованных изображений. Способ передачи потока незашифрованных изображений включает в себя кодирование потока изображений, а также отправку сжатого потока изображений, по меньшей мере, одному принимающему устройству. При этом перед кодированием преобразуют изображения незашифрованного потока изображений посредством секретного обратимого преобразования для получения преобразованного потока изображений, кодируемого и передаваемого вместо незашифрованного потока изображений. Секретное обратимое преобразование преобразует каждое изображение из последовательности незашифрованных изображений. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
