專利名稱：傳遞內容信息和與其相關的附加信息的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及傳遞內容信息和與其相關的附加信息的一種方法，在該方法中被傳遞的是表示內容信息和表示附加信息的水印(watermark)模式的編碼信號。
本發明還涉及對內容信息和與其相關的附加信息進行編碼的一種方法，其中編碼信號是把內容信息按照表示附加信息的水印模式經編碼而產生的。
本發明進一步涉及恢復與內容信息相關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容信息和水印模式的編碼信號中恢復的。
本發明還涉及傳遞內容信息和相關的附加信息的系統、產生編碼信號的裝置、處理編碼信號的裝置、編碼信號、控制信號和記錄載體。
背景技術：
這樣的方法和這樣的傳遞系統在專利申請WO 97/13248(PHN15391)即相關文件表中的文件D1中有說明。該文件說明，視頻和音頻內容正越來越多地用數字編碼形式，例如MPEG比特流的形式來發送和記錄。對于傳遞在邏輯上和內容信息相關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容信息的處理的。附加信息應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制是特別有用的。
在音樂出版中復制保護已有長時間的歷史。目前已安裝的設備基礎(包括帶有聲卡的PC機在內)對防止非法復制幾乎沒有提供保護。在防止復制方案中，最困難的問題在于盜版人總是可以試圖重放一張原版盤，他可以把這種盤當作家庭錄制的模擬盤一樣來處理其內容并將它記錄下。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作的材料，但卻禁止錄下有版權的材料。因此，防止復制機制必須能夠在消費者自己的創作和從專業音樂出版人所得來的原版內容之間加以區分。這種設備必須僅僅根據音頻或視頻信號本身來實現這種區別，因為任何打算參考內容的物理來源(例如盤或微音器)以進行區別都是不可靠的。對于數字存儲介質，如DCC，已經規定了“復制比特”，這些比特表示一種版權狀態，例如“不允許復制”、“自由復制”或“允許復制一次”。其余的復制比特可能表明含有信息的介質必須是通過壓制而生產的“專業”介質而不是一張“可錄制”的盤。
給數字內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目材料。在我們的系統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成了防止復制的內容和/或表明內容的出處。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容的質量嚴重變劣。此外，水印模式必須相當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，水印應該能在相對較短的時間內(例如1到10秒內)被檢測到，以便在區分信號時有一個較快的響應。已知的水印都有缺點，即它們只能表示有限數量的附加信息。蓄意地篡改(一部分)水印而對解碼后的內容僅有少量劣化的情況仍是有可能的。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種用于傳遞與內容信息相關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加到控制模式上所產生的結果。按照本發明的編碼方法的特征在于產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加到控制模式上而產生的。用于恢復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明恢復水印模式的信息恢復單元，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單元，用于產生一個經過處理的控制模式，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的性質而導致完全不同的處理后的控制模式。當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，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，由于單向函數的性質，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”計算輸入數據。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，而這將導致重放內容的質量嚴重下降，而且即使少量的水印修改也不能通過計算相應的控制模式來獲得匹配，同時也會被檢測出來。
應該指出，從EP-0545472(文件D2)中已經知道了一種防止記錄信號被復制的系統、信息載體、和讀出設備。該已知系統利用一個表示附加信息的物理標記來控制信息的再生。如果信息被復制到一個可寫入的信息載體上，則這個復制的信息不能再生，因為在寫入過程中記錄下的只是信息而該復制件本身并不包含該物理標記。這種已知系統的問題在于它不可能做到復制一個不能進一步復制的復本。按照本發明的系統的一個實施例中，上述的控制模式具有一個允許復制標記的功能，它是和從原始記錄所再生的信號一起分發的。該實施例的記錄裝置確實要針對該允許復制標記來驗證信號中的水印。如果兩個標記相對應，其內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本，但是允許標記本身是不允轉錄到復本上的。因此，當再生該復本的信號時，它不會再包含允許復制標記。記錄裝置就不會再從第一代復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本。
按照本發明來產生和/或處理編碼信號的裝置的一個實施例的特征在于設計了一個單向函數單元，它使控制模式n次經過一個加密的單向函數來產生一個經n次處理的控制模式，這里的n是大于零的整數。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器的控制模式。由控制模式隱含地表示的計數器值是這樣來確定的，即對經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(或者在預定的最大計數范圍內不可能有匹配)。在重放裝置中在把經處理的控制模式輸出到記錄裝置之前，計數器值以加密的方式減少。記錄裝置檢驗計數器，如果計數允許，就再次減少計數值并對包括經處理的控制模式在內進行錄制。這具有下列優點，即可以允許進行有限代數的復制，而且復制控制是在重放裝置和記錄裝置中實現的。這種減少是由加密的單向函數實現的，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器的值實際上是不可能的。一旦計數器的值減少得過多，經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。
本發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表示一種復制控制系統；圖2表示包括兩個部分的復制控制模式的單向處理過程；圖3表示一種單向函數；圖4表示利用介質標記P的復制控制系統；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。
具體實施例方式
本發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以便從控制模式產生水印。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一次從而可以在編輯后區分信號的各個部分，等等。由于水印必須和一個由使用單向函數而產生的經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，而這樣做會導致再生的內容質量嚴重下降。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防止復制的規定而可能受到控制或阻止。最好是所有消費者可用的設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。許多應用可以從這種控制中受益，例如復制控制、版權費支付、音樂和影視的租借等。復制控制可以類似于上述的DCC復制比特。可能要求呈現一個控制模式以允許重放，和/或指明版權狀態，例如允許有一代的復制品等。另外通過在某一日期之后發布不同的控制模式而實現在該日期之后的版本。此外，任何有關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。
本發明的一個實施例是一個允許有一代復本的復制保護系統(這也叫做復制一次)。專業的音頻流(audio stream)中含有內嵌的版權數據，它授權允許作一次復制。這是通過在音頻流中內嵌一個水印Yco而實現的。此外，專業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。在重放期間標記Yco保留在音頻中(可能是內嵌的)。但它被消費者的記錄裝置除去了。由記錄裝置制成的復本因此就不再含有允許標記也就不能再復制。
對于系統的實施例，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系是一個單向函數。單向函數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的乘積(N＝pq)。實際上N可以是內嵌在水印中的數據的一部分，即它是連接到Y上的。另一種可能是Diffie和Hellman 推測的離散對數單向函數(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，并要使P-1具有一個大的質因數。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是相當大的。基于較少比特數的實際系統可以應用一個適當的安全密鑰加密算法，例如DES(數據加密標準)，并使Y＝F(X)＝XDES(X)。這在圖3的線路中作了說明。圖3表示根據安全密鑰加密算法的單向函數發生器的實施方案。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，其結果出現是在輸出端35上的比特模式Y。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定位置檢測預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。我們發現，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十個分貝。對于視頻信號，合適的水印是內嵌在壓縮的MPEG中，例如在圖象類型中(D1中說明的PTY水印)。
本發明的另外一種實施例是允許復制n代的防止復制系統，也叫做具有復制n次的復制控制。這個實施例在防止錄制信號被復制方面允許有限數量的復制。在我們的概念中，專業發布的標題至少包括兩種類型的復制控制標記內嵌于內容中的水印，和附加在內容上但可由記錄裝置去除和修改的復制控制(認證/授權)控制模式。上述控制模式叫做復制控制票證。在數字信號流中的該票證在信號每次通過記錄設備或重放設備時被修改。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系。一個可選的第三種類型的復制控制標記，表示識別介質(盤/帶/等等)的介質標記的載體模式，可以單獨使用或者也可以和同一個水印相關。介質標記可以用例如偏心的槽或凹坑跳動調制來表示，而且最好它是肉眼可見到的。可記錄的介質可能帶一個固定的預先確定的介質標記以識別該介質是可記錄的，或者它是從已知來源得到的專業盤。可以對介質標記單獨進行一次檢查，這個標記可以是一個預定的值或者是通過加密函數而與水印和/或票證相關的一個值。在整體的系統概念中，我們區分·種子U由內容擁有者產生的一個隨機數。
·介質標記P，它出現在專業發布的盤/存儲介質上；可記錄的介質上帶一個預先確定的值P。
·水印W，它內嵌于內容中。W能夠同時存在于所有以數字表示的格式中(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合。數字的水印則可以在MPEG PTY(圖象類型)序列和可以在象素區域中表示，票證可以存放在GOP(圖象組)標題的用戶數據區中。用戶的家庭錄音(像)(不受版權限制)可通過不存在預先確定的W的值而得到區別。
·復制控制票證T，它起到加密計數器的作用。T是存在于數據標題中的一個小數據區，例如它可以像上面所說的DCC復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，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F。我們的方案發揮本發明的作用，使T可以認為是加密計數器，它可以輕易地增量而不能減量，除非盜版者能夠使F逆轉。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制途徑的長度，例如限制復本的復本的復本的代數，即限制復制的代數。只有在數據流中的水印與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。一般情況下m是奇數。只有在數據流中的水印與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。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相當小的情況下(例如當不論如何最大允許復制的次數是一次的情況下m＜4)由設備來檢查所有的m。可能的加密單向函數的一個例子在上面結合圖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本數。上面的概念被延伸并應用于限制從一個盤所作的并行復本的數量，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制，而且這樣的復本的數量是受限制的。為此我們需要在每個專業發布的標題中有一個小的記錄區域以存放和修改T。基本概念是，每次當重放裝置核準記錄裝置進行一次復制時重放裝置把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時最初要產生一個種子U。根據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制n次的盤，要產生一個水印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)。記錄裝置反復地用F(T)取代T直到W＝F(T)。帶有內嵌W和相應T的內容記錄在盤上。如果記錄裝置讀的是可記錄的盤，則永遠不會把T發布到外面。
公開了一種復制控制概念，它依賴于介質上的物理記錄，隱嵌于內容中的水印和用一個數字量表示的復制控制票證。應該指出，這個概念體現了兩種獨立的機理帶水印的內容和控制票證T及介質標記P兩者相結合。很明顯，利用控制票證和帶水印的信號相結合的概念可以單獨地用于傳遞內容的系統中，例如，在廣播系統中或在因特網上。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器。控制票證概念特別適合于對DSD音頻加水印，如文件D3所述。把數據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結構中。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表示按照本發明的一個復制控制系統。在記錄載體11上的音樂內容用一個水印模式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F(見參考圖3的說明)組成的三個單向函數單元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，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導出的。票證T耦合到單向函數單元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發現兩者相等，則允許重放，但不允許(進一步)復制。如果第二比較器125也發現兩者相等，則允許重放并且可以再進行一次復制。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字接口13的輸出，例如IEC 958和P1394數字接口，以便輸出包括水印W和處理過的票證T′在內的內容信息。記錄裝置14具有接收從該數字接口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單元131，得到處理后的票證T″，該T″耦合到第五個單向函數單元132，其結果T耦合到第三比較單元133。如果第三比較單元133發現T和W之間相等，則允許復制，包括水印W和經兩次處理的票證T″在內的音樂內容被錄制在可錄制的記錄載體15上。這樣，當經過三次處理的控制模式等于W時就允許復制一代。所得到的復本含有經二次處理的控制模式T″，它允許這種第一代復本進行重放，因為重放裝置將首先產生一個處理過一次的模式，即(T″)′，而這和水印W現在是匹配的。對音樂內容的進一步復制則會被記錄裝置阻止，因為經過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，所得到的復本也會含有在記錄裝置上出現經過4次處理的票證T″″。這樣的復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本，記錄裝置和重放裝置都要經過篡改。
在一個傳遞系統的實施例中經過n次處理的控制模式構成了加密保護的計數器。這個計數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中重放的次數進行計數，或者例如對所謂的并行復本的錄制次數進行計數。在這類應用中控制信號最好在記錄介質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區域上的墨水，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，其結果耦合到第一單向函數單元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，即另一個組合單元27和另一個單向函數單元28，結果得到另外一個含有兩部分的控制模式Tn+1。在經過預定次數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器值，在處理以后的(n+1)次經處理的控制模式之前該值必須減少。這樣，明顯的計數器值就表示單向單元的處理周期。這有這樣的優點，即只有處理過P次的控制模式需要和水印模式相比較。當然，一個預定的變化，例如包括在信息部分中的明顯的計數器值在產生和驗證時必須以同樣的方式予以改變。因此對這樣的預先確定的變化值的篡改可以被有效地防止。
圖4表示利用介質標記P的復制控制系統。介質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變化的調制模式，這個物理參數表示與水印W相關的記錄介質標記P，這另一個調制模式是和原調制模式不同的另一種類型。在D2中可以找到這另一種調制模式，例如是一條偏心擺動的循跡。按照本發明，介質標記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，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制的原始盤的第二條件，或者檢測到合適的第一代復本(在這種情況下可能不存在介質標記P或者它有一個預先確定的值)。經過1次處理的票證T′還耦合到數字接口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制一次的盤的第二條件。當重放的諸條件滿足時，包括水印W在內的音樂內容就從重放裝置42輸出到數字接口43。可以在數字接口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作。輸入431最好經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，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作的記錄可以被認識和區別，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在內的明碼內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據恢復或比特到比特的復制是有利的，例如在計算機上的復制。載體模式P可以由制造主盤的設備中的單向函數來產生，這種主盤是用來復制盤片的。然后主設備可以在載體模式上使用一個另外的單向函數來產生和輸出水印模式。這有這樣的好處，即載體模式P不可能在主設備之外被利用，而主設備則不能被控制來產生帶有預先確定的載體模式的盤片(例如由盜版者從要加以復制的源盤中取出的模式)。
控制模式和票證可以和內容信息一起錄制，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的導入段。復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據位于GOP標題中，在擴展和用戶數據區中(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字總線的數字輸出53用于輸出包括水印W和經過處理的控制票證T在內的被恢復的內容信號。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備以便在經過數/模變換器(任選品，未示出)處理后輸出音樂內容。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耦合到恢復單元61以便恢復水印模式W，還耦合到另一個恢復單元60以恢復控制模式T。水印W和控制模式T連接到控制單元62。控制單元62具有一個包括加密的單向函數F(上面參考圖3所說明的)的單向單元，該函數可以應用n次以產生一個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上的經過1次處理的控制票證T′和加上水印的內容信號一起經過開關56而切換到數字輸出53上，這個開關56是由控制單元62根據驗證過程而操作的。因此，表示內容信息的輸出信號只能根據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測試到W＝F2n+1(T)。經過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器值m。計數器值m可以用來驗證在允許做n代復本的系統中的復本的代數，或者某一被允許進行的動作的作用次數(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器的應用。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介質標記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字總線來的數字輸入72以便接收需要錄制的包括水印W和控制票證T在內的信號。輸入端72耦合到用于恢復水印模式W的恢復單元69，還耦合到另一個用于恢復控制模式T的恢復單元70。水印W和控制模式T連接到控制單元71。控制單元71具有一個包括加密單向函數F的單向單元(上面參考圖3所作的說明)，該函數F可以使用n次以產生一個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上的經過1次處理的控制票證T′和加上水印的內容信號一起經過開關68而切換到記錄裝置73上，該開關68是由控制單元71根據驗證過程而操作的。因此表示內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。如果在信息流中的水印和W＝F2(T)相匹配，則允許記錄版權所有的音頻。在允許更多代數的復本的實施例中，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。在專業出版時，專業標題是要在最初產生一個種子U而生產的。根據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。對于允許用戶復制n次的盤片來說，水印W是按W＝F2n+1(T)而產生的。單向函數G和變量P可以這樣規定，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以便對一張版權所有的盤片進行完全按比特的復制，那么盜版者必須修改他的制造主盤的機器。專業發布的盤片含有利用上述加密關系的P、T、W以及可能還有n。專業發布的(版權所有的)內容的合法復本在可記錄的介質上含有水印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/介質的內容不能進一步復制。送到記錄裝置去的專業發布的(版權所有的)內容的數據流含有水印W和票證T，使得W＝Fm(T)，此處m＝2，4，6...。在m＝2的情況下，內容可以再有一次記錄和重放。
雖然本發明是用盤片作為記錄介質的實施例來說明的，但是很清楚，本發明也可以用別的系統來傳遞信息。例如，編碼信號和控制信號可以通過像因特網這樣的數據網絡來傳遞。
盡管本發明是參考它的優選實施例來說明的，但應該理解，這些不是限制性的例子。因此，對那些熟悉本技術的人而言，各種修正可以變得很明顯而不會背離由權利要求所規定的本發明的范圍。例如，編碼信號可以在只讀盤片或磁帶上分發，而控制信號可以分開地分發。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。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備中內藏的密鑰，或者使用一個由目標方利用公開密鑰系統(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字簽名。可以利用一個自由復制票證R，它是在內容和/或水印(或其一部分)上的一個數字簽名。另外，本發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文件中所敘述的內容。
相關文件清單(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。
(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)，IHEE Transaction oninformation theory，vol IT-22，No.6，Nov.1976，P.644-65權利要求
1.一種用于產生編碼信號的裝置中的編碼信號，該裝置包括一個編碼單元，用于根據表示附加信息的水印模式對內容信息進行編碼以產生編碼信號，一個用于產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控制模式產生水印模式的單向函數單元，該編碼信號表示內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處理過的控制模式的結果，該水印模式和控制模式的組合表示附加信息。
2.一種用于產生編碼信號的裝置中的控制信號，該裝置包括一個編碼單元，用于根據表示附加信息的水印模式對內容信息進行編碼以產生編碼信號，一個用于產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控制模式產生水印模式的單向函數單元，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處理過的控制模式的結果。
3.一種在其上載有如權利要求1所要求的編碼信號和/或如權利要求2所要求的控制信號的記錄載體。
4.如權利要求3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n次通過加密單向函數的處理之后對應于該水印，其中n是大于零的整數。
5.如權利要求3或4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處理過的載體模式的結果。
6.如權利要求5所要求的記錄載體，在其中編碼信號是由一個物理參數的變化的調制模式所表示的，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。
7.如權利要求3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方式讀出的類型，該編碼信號是以在循跡上可用光學方式檢測到的標記的調制模式來表示的。
全文摘要
描述了一種用于經過光盤傳遞內容信息和與其相關的附加信息(例如音頻、視頻和附加的作者或復制控制的狀態)的系統。產生一個編碼信號，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容信息的質量的情況下水印模式是不能改變的。按照本發明在對控制模式施加一個單向函數以產生水印時，控制模式也被傳遞。這具有下列優點，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。或者，盜版者將被迫全部替換水印模式，從而極大地影響重放內容的質量。在允許第一代復本(“復制一次”)的復制控制方法中原始的控制模式由單向函數處理3次以產生水印，而每個量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計數器。
文檔編號G11B20/00GK1482542SQ03138609
公開日2004年3月17日 申請日期1998年1月22日 優先權日1997年1月27日
發明者J·P·M·G·林納茨, J P M G 林納茨 申請人:皇家菲利浦電子有限公司