專利名稱：用于進(jìn)行錄像的單次拷貝水印標(biāo)記的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過把可靠標(biāo)識碼(例如水印標(biāo)記(Watermark)或指紋碼)嵌入在視頻信號中、并且使用這些標(biāo)識碼實(shí)現(xiàn)一個＂單次拷貝＂的方法和設(shè)備。
視頻資料，例如錄像帶上的電影的拷貝保護(hù)是一個熟知的問題。一個用于普通的模擬錄象帶資料拷貝保護(hù)的解決方案是熟知的宏視頻防拷貝處理(Macrovision anticopy process)，它把脈沖相加到視頻信號的場消隱期間(參見Ryan的美國專利4,631,603和4,695,901，在此處引作參考)。通過分割圖象，這些相加脈沖攪亂通常的VCR(盒式磁帶錄像機(jī))的自動增益控制電路系統(tǒng)，從而使得任何記錄的視頻信號都不可視。
拷貝保護(hù)(copy protection)是數(shù)字視頻技術(shù)所具有的更重要的問題，不象模擬記錄那樣，視頻信號數(shù)字記錄的一個特性是它們對于原始視頻信號的精確復(fù)制，而沒有質(zhì)量下降。因此，利用數(shù)字錄象更激勵人們進(jìn)行有版權(quán)的視頻資料的未經(jīng)授權(quán)的復(fù)制。這已經(jīng)是預(yù)先錄制的數(shù)字視頻介質(zhì)以及數(shù)字視頻錄像機(jī)推廣的一大障礙。
一個已知的解決方案是使用水印標(biāo)記。水印標(biāo)記是嵌入一個視頻信號中的數(shù)字碼，它能夠被適合的錄像機(jī)或播放器中的一個閱讀器(檢測器)讀出，其中該水印標(biāo)記本身不明顯地妨礙該視頻信號(即沒有顯著質(zhì)量降低)。該水印標(biāo)記由該記錄設(shè)備或播放器中的檢測器電路系統(tǒng)讀出，其指令該錄像機(jī)或播放器執(zhí)行某些功能，例如根據(jù)該水印標(biāo)記不許復(fù)制該資料或僅允許單一復(fù)制該資料。在一個適用的記錄器或播放器中，需要專門的檢測器電路系統(tǒng)來使用水印標(biāo)記。
水印標(biāo)記是建入該視頻信號之內(nèi)的專用信號所以它們不可能在被清除的同時而實(shí)質(zhì)上不損壞該視頻信號；蓄意地或偶然地去除一個水印標(biāo)記是困難的。水印標(biāo)記是一個所謂的雙邊拷貝保護(hù)方案，需要一個能夠檢測和響應(yīng)該水印標(biāo)記的專門適合的(＂適用＂)錄/放機(jī)。普通的非適用記錄器忽略該水印標(biāo)記而因此該水印標(biāo)記不起作用。與上述的處理相反，這是＂單邊的＂宏視頻防拷貝處理，然而總體上是不適合于保護(hù)一個數(shù)字信號的。
雖然這種水印標(biāo)記是有用的并且已經(jīng)在一定有限程度上采用到商業(yè)應(yīng)用中，但是它們具有重大缺點(diǎn)。最重要的缺點(diǎn)是在單次拷貝的情形中，特別出現(xiàn)在節(jié)目付費(fèi)廣播，例如電影的電纜電視產(chǎn)業(yè)中。電纜電視產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在它的用戶當(dāng)中引起一個期望，即允許他們使用一個VCR實(shí)現(xiàn)其個人的記錄，例如一個電纜傳輸?shù)碾娪暗挠涗?。雖然版權(quán)和電纜電視產(chǎn)業(yè)的擁有者都已經(jīng)顯然接受一個用戶從事用于他個人的單次記錄，但是該版權(quán)者(例如電影制片廠)不希望允許任何第二代記錄被實(shí)現(xiàn)。因此希望允許一個單次拷貝視頻傳輸，例如經(jīng)由電纜電視的單次拷貝視頻傳輸，而禁止該第一次復(fù)制的任何第二代復(fù)制。
使用普通的水印標(biāo)記工藝有可能禁止這種第二代記錄。對于這一情形來說，通常有兩類水印標(biāo)記＂絕禁拷貝＂水印標(biāo)記和＂單次拷貝＂水印標(biāo)記。兩者必須由實(shí)行復(fù)制的適用錄像機(jī)讀出，當(dāng)記錄時，該錄像機(jī)把單次拷貝水印標(biāo)記改變成絕禁拷貝水印標(biāo)記。借此的一個問題是該適用記錄設(shè)備的額外費(fèi)用，因?yàn)槠浔仨毮軌驒z測該兩個不同的水印標(biāo)記，并且還追加(寫入)該絕禁拷貝水印標(biāo)記。除了實(shí)現(xiàn)此設(shè)備的相當(dāng)昂貴的費(fèi)用之外，這種系統(tǒng)還容易受技術(shù)失敗的影響，因此是不完備的。
需要在數(shù)字錄象領(lǐng)域中的一種單次拷貝方法，提供在經(jīng)濟(jì)性和安全性上都超過現(xiàn)有的技術(shù)的改進(jìn)。還需要一種僅要求一個水印標(biāo)記的單次拷貝方法，并因此使得每一適用的記錄(或播放)設(shè)備僅需要一個水印標(biāo)記檢測器。這樣的一種方法要求在適用的錄像機(jī)中沒有水印標(biāo)記加法器或修改器。(其中的＂適用＂一詞是指根據(jù)本發(fā)明增加專門的電路系統(tǒng)和/或者軟件而被改進(jìn)的一個原本普通的設(shè)備。)如果視頻播放器和記錄器的生產(chǎn)商希望實(shí)踐本發(fā)明的話，他們即可以把適用的電路系統(tǒng)及軟件追加到其產(chǎn)品，并且視頻資料的供應(yīng)商將同樣地把所需信號追加到其節(jié)目(programs)。
附加這種系統(tǒng)應(yīng)該是容易執(zhí)行的，無需保持什么秘密以確保其安全性，并且在模擬和數(shù)字領(lǐng)域都能運(yùn)行。進(jìn)一步的要求是，即使第一個(允許的)記錄是在一個現(xiàn)有的普通消費(fèi)者VCR上實(shí)現(xiàn)的，不論是VHS、S-VHS或8mm信號的VCR(一般說來不能被期望是滿足數(shù)字單次拷貝協(xié)議的VCR)，通過一個適用記錄裝置(compliant recording device)仍然能防止第二代的復(fù)制。
因此，根據(jù)本發(fā)明的水印標(biāo)記的單一等級(single class)具有兩個版本絕禁拷貝和單次拷貝，除了一個單比特的區(qū)別之外它們是完全相同的。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)進(jìn)行視頻記錄時不需要把一個水印標(biāo)記附加到該視頻信號，因?yàn)橄喾赐ㄟ^一個簡單的一比特改變而把單次拷貝水印標(biāo)記轉(zhuǎn)換為絕禁拷貝水印標(biāo)記。(這里使用的＂水印標(biāo)記＂既是指水印標(biāo)記又是指數(shù)字＂指紋＂的另一類型。)如下面描述的，本發(fā)明既適用于數(shù)字視頻信號又適用于模擬視頻信號(例如VHS、S-VHS或8毫米視頻信號)。本水印標(biāo)記在從模擬域到數(shù)字域或數(shù)字域到模擬域的轉(zhuǎn)換中依然存活，存活壓縮以及存活在電視標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換過程，即PAL到NTSC或NTSC到PAL的轉(zhuǎn)換過程中。
根據(jù)本發(fā)明，一個數(shù)字信號的水印標(biāo)記被照慣例嵌入在一個視頻圖象中。水印標(biāo)記比特的子集帶有一個數(shù)字屬性(一個數(shù))，它是該視頻信號的數(shù)值特征，例如在視頻場或幀之上的視頻信號的平均幅度。根據(jù)本發(fā)明的視頻屬性最好是視頻信號的某些獨(dú)有的特征，隨著幀到幀最大地改變并且不受相關(guān)模擬數(shù)字傳輸信道中出現(xiàn)的通常失真的影響。該屬性僅用于單次拷貝情形。
為了制備(編碼)該視頻具有那水印標(biāo)記，除照慣例嵌入該水印標(biāo)記之外，還隨機(jī)(或偽-隨機(jī))選擇一幀(或場)，例如視頻信號的每10秒一幀，并且數(shù)字地計算該視頻信號的幀(或場)的屬性。還把一個＂場標(biāo)記＂(＂標(biāo)記＂)加到該幀，以便指示該幀是一個所選幀。該場標(biāo)記是定位在該圖像幀的不可見部分，例如過掃描部分部分中的一個專用信號。
編碼的視頻信號照慣例經(jīng)由電纜電視或衛(wèi)星電視傳送到試圖使用他的適用數(shù)字視頻記錄機(jī)記錄該視頻信號的消費(fèi)者。在記錄之前，該適用數(shù)字視頻記錄機(jī)檢查該水印標(biāo)記、核對該水印標(biāo)記，檢測在該水印標(biāo)記中的單次拷貝比特、并且從該水印標(biāo)記抽取相關(guān)的屬性值。該適用記錄設(shè)備還檢測在一個特定標(biāo)記場上的場標(biāo)記、測量特定的場的屬性、并且把測量的屬性與抽取的屬性值比較。如果這兩個屬性值相匹配，則該錄像機(jī)隨后執(zhí)行記錄。如果他們不匹配，則不啟動記錄(復(fù)制)。
同時，錄像機(jī)執(zhí)行該記錄之時，從該視頻信號剝除該場標(biāo)記，以便防止該形成的記錄的任何第二代的復(fù)制。場標(biāo)記的缺乏防止由一個適用錄像機(jī)進(jìn)行特定視頻信號的任何第二代記錄。
因此，該適用錄像機(jī)包括一個水印標(biāo)記閱讀器(檢測器和校驗(yàn)器)，一個屬性測量電路，一個場標(biāo)記清除器(剝離器)以及在微處理器中的相關(guān)的智能信號(軟件)，通常駐留在這樣的錄像機(jī)中以便執(zhí)行包括用于該屬性比較的需要的計算和邏輯功能。
該場標(biāo)記是一個信號，不能由普通的模擬VCRs檢測和播放，因?yàn)樵搱鰳?biāo)記被選擇為能夠由在模擬VCR中通常存在的色度濾波電路系統(tǒng)去除的類型。因此，如果原來傳送的視頻信號是使用一個普通模擬記錄器記錄的，則在該模擬記錄處理中該場標(biāo)記被丟失，因此防止任何適用的數(shù)字記錄器實(shí)現(xiàn)第二代復(fù)制。
場標(biāo)記通常插入在有效視頻信號的不可見的部分，即電視接收機(jī)中的過掃描區(qū)域中。該場標(biāo)記也可以定位在垂直或水平消隱間隔中。如上所述去除該場標(biāo)記最好是由一個普通的記錄裝置自動去除型的一個信號，但是此項(xiàng)不作為一個要求。
雖然該當(dāng)前水印標(biāo)記處理的典型應(yīng)用是在上述的電纜電視或衛(wèi)星分配系統(tǒng)中，但是這不是一個限制。通常，預(yù)先錄制的視頻資料，例如預(yù)先錄制在磁帶或DVD(數(shù)字通用盤)上的視頻資料將不受該處理的影響，因?yàn)橥ǔ＿@樣的資料不是單次拷貝而是＂絕禁拷貝＂。然而，該當(dāng)前單次拷貝水印標(biāo)記處理可以應(yīng)用到預(yù)先錄制的視頻資料。
附圖的簡要描述

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個編碼器的方框圖。
圖2示出用于根據(jù)本發(fā)明的一個水印標(biāo)記/播放控制方案的一個記錄器的方框圖。
圖3是在一種雙水印標(biāo)記系統(tǒng)中的特性表。
圖4示出用于當(dāng)前單次拷貝處理的一個挫敗方法。
圖5示出圖4的挫敗設(shè)備。
圖6A到6D示出根據(jù)本發(fā)明的一個特定視頻標(biāo)記的使用。
詳細(xì)的描述基本處理根據(jù)本發(fā)明，一個水印標(biāo)記被加到(編碼到)一個視頻信號，具有例如8比特的有效載荷(有效載荷是可改變的比特的數(shù)量)。八個有效載荷比特的比特1和比特2是傳統(tǒng)的(在數(shù)字視頻中)拷貝代管理系統(tǒng)(CGMS)比特，而比特3和比特4是模擬保護(hù)系統(tǒng)(APS)比特。實(shí)際的模擬保護(hù)系統(tǒng)是例如公知的宏視頻圖象防拷貝(Anti-copy)處理。因此這四個比特具有普通的用法，用于指示單次拷貝/絕禁拷貝/不再拷貝，并且接通或斷開該模擬保護(hù)系統(tǒng)。(宏視頻或其它模擬防拷貝處理具有對數(shù)字記錄的應(yīng)用性，因?yàn)閿?shù)字視頻記錄器通常具有一個模擬視頻信號輸入能力。)根據(jù)本發(fā)明，其余四個有效載荷的比特定義奠定視頻信號基礎(chǔ)的所選幀的圖象屬性，其實(shí)例下面將被描述。
按照通常的慣例，對于一個＂絕禁拷貝＂節(jié)目(視頻信號)來說，八個有效載荷比特的比特1和比特2設(shè)置為值(1，1)。比特5至比特8則＂不關(guān)心＂。在檢測該(1，1)比特配置時，一個適用的記錄裝置拒絕做任何資料的記錄。
對于一個＂單次拷貝＂節(jié)目，比特1和比特2被設(shè)置為值(1，0)，同樣按照通常的慣例，比特5至比特8現(xiàn)在則以4比特顯示該節(jié)目的屬性。這里的＂屬性＂是指視頻資料的某些特征的數(shù)值表達(dá)式。只要該圖象改變，則一個屬性最好從幀到幀地最大地變化。一個屬性最好不隨著視頻信號中的失真改變，例如噪聲、非線性或頻率響應(yīng)的這種失真是由傳送該視頻信號的模擬或數(shù)字信道引起的。
一個適用的錄像裝置在檢測該(1，0)比特單次拷貝組態(tài)時，從一個相關(guān)的圖像幀計算同一個屬性，并且將其與有效載荷比特5至8上傳送的值比較。如果匹配，則允許拷貝繼續(xù)。如果不匹配，則拷貝(記錄)被終止。換言之，得出一個不匹配的屬性的一個單次拷貝指令將停止由該適用記錄裝置實(shí)現(xiàn)的記錄處理。最終，隨著實(shí)現(xiàn)第一代記錄的允許，該正在記錄的視頻信號在進(jìn)行記錄的同時被修改，以使隨后適用記錄裝置不能確認(rèn)由該水印標(biāo)記傳送的屬性值，從而禁止進(jìn)一步的拷貝。
實(shí)施方案下列對于該方法的一個實(shí)施例的更詳細(xì)的描述考慮到這種可能性，即該水印標(biāo)記閱讀器電路可以使用例如10秒或更長的時間無誤地檢測和解碼在噪聲存在時的水印標(biāo)記，或定標(biāo)之后的水印標(biāo)記。指定時間間隔僅是用于舉例。
編碼操作1.編碼是指保護(hù)該視頻資料的＂前端＂處理。例如，在節(jié)目的每個20秒鐘間隔中，編碼設(shè)備在實(shí)現(xiàn)屬性的可靠測量的第一個五秒鐘之內(nèi)隨機(jī)地選擇一個視頻場(或幀)，甚至在該視頻已經(jīng)受到各種上述的模擬或數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的失真影響之后選擇這樣的一個視頻場(或幀)。該編碼設(shè)備對該選定場或幀的屬性進(jìn)行可靠測量。
2.在等待一個隨機(jī)選擇間隔(例如0至5秒，以便增加安全性)之后，該編碼設(shè)備按照一個4比特數(shù)字碼字把選定場的測量屬性值編碼成傳統(tǒng)的水印標(biāo)記。(如果需要，該水印標(biāo)記連續(xù)地以設(shè)置為某些禁止值，例如F(hex)的4比特組附加到該視頻信號，直到被指令傳送該屬性值為止。)3.編碼設(shè)備標(biāo)明該步驟1所選的場，以使適用記錄裝置能夠可靠地定位該場。下面是對于一個示例場作標(biāo)記的方法消隱每個視頻信號場的第一個水平掃描行的大約第一微秒，并且僅在該選定場上在那一個微秒間隔期間附加一個25 IRE幅度增加。下面將描述更通用的作標(biāo)記方法。
圖1示出處在一個電纜電視系統(tǒng)＂前端＂的示范編碼器設(shè)備。在用電纜傳輸?shù)接脩糁?，視頻節(jié)目被加在輸入端10。因?yàn)槭菙?shù)字視頻，所以終端10通常是一個多線(總線)連接器。如上所述，幀選擇器12隨機(jī)或偽隨機(jī)地選擇特定用于編碼的場或幀，并且在控制線14上提供每一選定場或幀的一個指示。作為響應(yīng)，場標(biāo)記器電路16標(biāo)明在該視頻信號中指示的每一幀?？刂凭€14還耦合到屬性測量電路18，該屬性測量電路18還接收輸入的視頻信號并且計算選定場或幀的(測量)屬性。測量的數(shù)字屬性值在線(S)26上耦合到水印標(biāo)記修改電路32。部件32從傳統(tǒng)的水印標(biāo)記發(fā)生器28接收普通的水印標(biāo)記，并且以該4比特屬性值修改該水印標(biāo)記。如此修改的水印標(biāo)記耦合到幀水印標(biāo)記電路38，把該修改的水印標(biāo)記寫到在線路22上提供的帶有該場標(biāo)記的場或幀的每一個上。該水印標(biāo)記的視頻信號隨后在終端40輸出到電纜線路(或其它線路)的分配網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)該理解的是，圖1(以及圖2)的某些部件是電路，而其它部分表示電路或例如在一個編程微處理器中執(zhí)行的功能。
在適用錄像機(jī)中的讀操作1.在記錄處理期間，當(dāng)檢測到接收視頻節(jié)目中的上述類型的一個場標(biāo)記時，該適用錄/放機(jī)(recorder/player)測量并且存儲該場或幀的屬性。
2.該錄/放機(jī)把測量的屬性與從該水印標(biāo)記解碼(抽取)的屬性值比較。只要在錄/放機(jī)中的該水印標(biāo)記檢測器首先確信其已經(jīng)正確地解碼(校驗(yàn))該水印標(biāo)記，就做出該比較。
3.如果該兩個屬性值匹配，則允許記錄繼續(xù)。匹配并不要求完全相同的值，而可以允許某些測量的不準(zhǔn)確，即具有某些容差。如果兩個屬性值不匹配，或如果周期場標(biāo)記缺少一個單次拷貝指定節(jié)目，則禁止記錄。
4.該記錄器在其記錄處理過程中全部刪除場標(biāo)記。另外，一個＂誘騙＂場標(biāo)記被加到其屬性顯著地不同于由該水印標(biāo)記傳送場標(biāo)記的一個場，但是此附加步驟可以不要。簡單地刪除所有場標(biāo)記應(yīng)該是足夠的了。刪除該場標(biāo)記的好處是避免了對視頻信號的修改的需要，以使強(qiáng)制在隨后記錄嘗試過程中的一個不同屬性的測量。
一個示范適用記錄設(shè)備在圖2中示出；其與圖1的編碼器相輔相成。
帶有場標(biāo)記和水印標(biāo)記的輸入數(shù)字視頻信號加在輸入端46，到場標(biāo)記檢測器48，它檢測每一個場標(biāo)記并且在控制線50上把該標(biāo)記幀的一個指示輸出到一個實(shí)質(zhì)上是傳統(tǒng)的水印標(biāo)記檢測器/校驗(yàn)器54。校驗(yàn)器54檢查單次拷貝比特的出現(xiàn)并且照慣例校驗(yàn)該水印標(biāo)記。隨后，從提取器56提取的校驗(yàn)水印標(biāo)記取出屬性比特，并且通過線路62傳到比較器68。屬性測量電路58還接收該輸入的視頻信號，并且響應(yīng)線路50上的信號，按照在控制線50上的指示測量(計算)該標(biāo)記幀的預(yù)定的屬性。測量的屬性值被耦合到線路64上的比較器68。如果比較器68發(fā)現(xiàn)一個匹配值，則僅啟動傳統(tǒng)的記錄電路系統(tǒng)70。(記錄電路系統(tǒng)是一個普通的數(shù)字視頻磁帶或光盤記錄器)耦合到記錄電路70的是場標(biāo)記剝離器電路72和一個電路74，該電路在記錄期間把單次拷貝比特改變?yōu)榻^禁拷貝值。
規(guī)程安全性對于一個要挫敗此系統(tǒng)的一個＂盜竊者＂(版權(quán)侵權(quán)者)來說，即對于要把第一代合法錄像做修改以使其能夠由適用記錄器再復(fù)制的一個侵權(quán)者來說，他必須作下列工作(或一個處理的等同合成)。首先，在第一(合法的)記錄的重放期間，測量并且存儲每個場的屬性并且解碼該水印標(biāo)記。隨后，附加一個場標(biāo)記到其屬性與該水印標(biāo)記傳送的屬性符合的一個場。
這種＂盜竊者＂需要許多秒的按MPEG-2(壓縮視頻信號)速度的視頻延遲，需要一個水印標(biāo)記閱讀器和一個屬性測量系統(tǒng)。(視頻通常是以MPEG-2壓縮形式復(fù)制的。)下面進(jìn)一步提供詳述。
因此，本處理容易適合大多數(shù)人防止＂盜竊＂的目標(biāo)，特別是從盜用該標(biāo)準(zhǔn)總體拷貝保護(hù)系統(tǒng)的此部分而得到的極微收益的角度考慮。一個單次拷貝方案不需要象基本的水印標(biāo)記那樣＂防盜竊＂，因?yàn)闃?biāo)以＂單次拷貝＂的節(jié)目通常其性質(zhì)是比擁有＂絕禁拷貝＂版權(quán)的節(jié)目價值小。在任何情況下，想要幾個拷貝的一個盜竊者會容易地(并且可論證合法地)從單次拷貝的原始視頻節(jié)目同時得到它們。
屬性要求根據(jù)本發(fā)明的理想的圖象屬性是1.以最小的附加電路系統(tǒng)加在消費(fèi)者類型數(shù)字視頻記錄器中可以測量。
2.對通常的視頻信號電平誤差應(yīng)相當(dāng)?shù)牟皇苡绊懺撜`差指在各種模擬和數(shù)字傳輸系統(tǒng)中遇到的非線性、噪聲、傾斜、頻率失真、量化以及壓縮人工失真等等。
3.使得盜竊者不能容易地修改一個視頻信號，強(qiáng)制一個特定的屬性值而不嚴(yán)重地?fù)p害節(jié)目的收視價值。
能夠省卻第三個要求，因?yàn)樵诋?dāng)前的單次拷貝協(xié)議的內(nèi)容中，沒有可能使盜竊者的工件實(shí)質(zhì)上變得更困難。
屬性的實(shí)例第一實(shí)例以可能產(chǎn)生對于標(biāo)準(zhǔn)視頻圖象來說是大屬性值(largeattribvte value)的方式加和減所選圖像幀的分離區(qū)域的平均D.C.電壓值。選擇該圖象區(qū)域的大小和位置以便最大化免除傾斜、噪聲和失真。由圖像幀的平均D.C.幅值劃分產(chǎn)生的值，消除在插入硬件裝置或在傳輸路徑中可能由視頻增益差引起的屬性測量誤差。
第二實(shí)例此實(shí)例是上述第一實(shí)例對于MPEG壓縮視頻信號的特定的實(shí)施方案?？紤]一個8×8像素的MPEG-2宏數(shù)據(jù)塊格柵關(guān)于該圖像幀的居中對稱地放置。想象每一宏數(shù)據(jù)塊是以傳統(tǒng)的＂棋盤＂圖案的形式著色為黑或白色。該屬性等于[白色數(shù)據(jù)塊的D.C.項(xiàng)的全部的總數(shù)減去黑色數(shù)據(jù)塊的D.C.項(xiàng)的全部的總數(shù)]除以所有的數(shù)據(jù)塊D.C.項(xiàng)的總數(shù)。
場標(biāo)記實(shí)例第一場標(biāo)記實(shí)例每個視頻場(或幀)的第一水平掃描行的開頭1.5微秒被設(shè)置為視頻灰度級的25％。像這里描述的其它場標(biāo)記一樣，本標(biāo)記處在該圖像幀的過掃描部分，使得不在一個電視接收機(jī)上可見。(然而此位置不局限于此。)為了標(biāo)記一特定的場，例如2.5MHz的一個正弦波以50 IRE單位的峰-峰值加到這一灰度級。
即使在通過一個差質(zhì)量的電纜電視信道之后，這一場標(biāo)記也能夠被可靠地檢測。然而，其有利地是不能通過一個VHS或8mm的VCR(盒式磁帶錄像機(jī))的信號處理和記錄電路系統(tǒng)之后仍然存活，可是其將在S-VHS記錄中存活。這是因?yàn)檫@種場標(biāo)記由在VHS或8mm VCR中的色度梳狀濾波器篩選出來。因此，在由VHS或8mm VCR記錄和重放之后，該場標(biāo)記實(shí)際上被消除，從而禁止由一臺適用錄像機(jī)的第二代復(fù)制。
第二實(shí)例此實(shí)例可操作用于例如VHS、S-VHS和8mm VCR。每個視頻場(或幀)的開頭兩個水平掃描行的第一個1.5微秒被設(shè)置為視頻灰度級的25％。為了標(biāo)記一個特定的場、一個50 IRE單位峰-峰值的副載波頻率的正弦波加到這一灰度級，使得其相對于同步的相位在兩掃描行上相同(不象一個正常色度信號那樣在交替掃描行上反相)。
即使在通過一個差質(zhì)量的電纜電視信道之后，這一場標(biāo)記也能夠被可靠地檢測。然而，通過任何消費(fèi)類型的VCR的色度濾波器其將不存活。重放時，VCR的梳狀濾波器將把掃描行1的該色度降低到25 IRE單位，而在掃描行2上降低到零。在一個適用錄像機(jī)中的場標(biāo)記檢測器被設(shè)置為僅檢測在掃描行2上的這種信號。因此，在由一個模擬VCR記錄和重放之后，該場標(biāo)記實(shí)際上丟失，從而禁止由一臺適用的數(shù)字記錄器的進(jìn)一步的視頻拷貝。
第三實(shí)例此場標(biāo)記可操作用于例如VHS、S-VHS和8mm VCR。首先選擇在例如該視頻場(或幀)的左底角落的一個24×4象素數(shù)據(jù)塊。隨后在該24×4象素數(shù)據(jù)塊中以一個固定的圖案標(biāo)記代替該色度值，例如以交互的藍(lán)和黃色值代替該24×4象素數(shù)據(jù)塊。這一標(biāo)記必須存活MPEG壓縮，以便即使在通過一個差質(zhì)量的電纜管道之后也被可靠地檢測。然而，通過任何消費(fèi)類型的VCR的色度濾波器其決不能存活。在一個適用錄像機(jī)中的場標(biāo)記檢測器被設(shè)置為僅檢測在掃描行2上的這種信號。因此，在由VHS或8mmVCR記錄和重放之后，該場標(biāo)記實(shí)際上被丟失，從而禁止由一臺適用錄像機(jī)的第二代拷貝。
從提供給拷貝權(quán)所有者的附加保護(hù)的觀點(diǎn)，使用VCR可消除標(biāo)記對當(dāng)前單次拷貝系統(tǒng)顯然是一個值得做的改進(jìn)。
一些作標(biāo)記的原理可能做較小的修改就完全兼容MPEG壓縮。從提供給視頻資料附加保護(hù)的觀點(diǎn)，對當(dāng)前單次拷貝系統(tǒng)顯然是一個值得做的改進(jìn)。
附加實(shí)施例-幀標(biāo)記以及水印標(biāo)記1.在另一個實(shí)施例中，為了進(jìn)行編碼，一個幀(或場)標(biāo)記是附加到一個特定圖像幀的偽隨機(jī)標(biāo)記，例如附加在每一4秒長的窗口中。該幀標(biāo)記(如上所述)自動地由一個VCR去除。(這種標(biāo)記的一個實(shí)例是固定的D.C.色飽和度值-在第一宏數(shù)據(jù)塊的首行上的CRed以及CBlue值)。對于該標(biāo)記的幀，計算出一個屬性值并且保存該屬性值。
2.在一個偽隨機(jī)位置的該水印標(biāo)記的4個屬性比特在例如隨后的2秒窗口中被修改成等于早先標(biāo)記幀的屬性值。
3.在編碼過程中，步驟1和2貫穿該視頻節(jié)目重復(fù)。
4.當(dāng)隨后記錄一個單次拷貝節(jié)目時，象上述的幀標(biāo)記被去除。
除了照慣例在低頻媒體MPEG DCT的系數(shù)中帶有的該規(guī)則的、并且僅僅單次拷貝的水印標(biāo)記比特之外，本實(shí)施例追加4個附加授權(quán)比特，由高頻MPEG DCT系數(shù)的某些攜帶。如果從規(guī)則的水印標(biāo)記比特檢測出一個單次拷貝狀態(tài)，則該記錄器檢查該4個附加比特是否存在；如果否，該記錄器將不拷貝。如果存在，則該適用錄像機(jī)在實(shí)現(xiàn)該拷貝之前增加足夠的噪音。這將消除該4個附加比特，消除拷貝授權(quán)。
這一方案的優(yōu)點(diǎn)是，該傳統(tǒng)的(非適用)VCR(沒有拷貝控制系統(tǒng))將自動地消除該附加授權(quán)比特，使由適用(數(shù)字)記錄器的輸出信號不可記錄。
在本實(shí)施例中，水印標(biāo)記包括兩個不同的部分，稱為WM1和WM2。WM1包含一個8比特的有效載荷，而很難在不損害圖像質(zhì)量的情況下消除。有效載荷比特被分布在宏數(shù)據(jù)塊中的底/中/高M(jìn)PEG DCT系數(shù)頻率上。
WM2是例如一個固定的4比特模式，或該有效載荷比特的一個CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))值。WM2容易消除，因?yàn)樵揥M2比特僅分布在高頻上，并且能夠以低通的或其它的濾波器消除。WM2存活在4.2MHz傳輸上，但是不存活在2.5MHz VHS的記錄上。WM2具有的大多數(shù)能量在宏數(shù)據(jù)塊中被水平地擴(kuò)展，以使其消除或提供無效是容易且廉價的。為了更大的堅固性，使用任選的CRC(4比特)。
在適用錄像機(jī)中的＂WM2消除＂電路系統(tǒng)使用關(guān)于視頻數(shù)據(jù)的一個低通濾波器或其它濾波器消除WM2；因此必需的電路是最小的。因?yàn)閃M2檢測電路系統(tǒng)重用WM1檢測邏輯中的大多數(shù)，所以增加WM2檢測電路系統(tǒng)到該WM檢測電路系統(tǒng)的費(fèi)用是很小的。
圖3示出本實(shí)施例的狀態(tài)。在圖3中，每一水印標(biāo)記場的內(nèi)容被指示用于沿著每一列數(shù)的頂行的WM1和WM2，該列的余部中具有由一個適用錄/放機(jī)執(zhí)行的相關(guān)的操作。圖3的上半是本實(shí)施例的較簡單的型式； 該下半是利用CRC的更復(fù)雜的型式。在兩個型式中，只有當(dāng)WM1以單次拷貝比特組存在并且WM2是有效的(被校驗(yàn)的)時才允許復(fù)制。
挫敗處理和設(shè)備除了上述單次拷貝實(shí)施例之外，圖4中示出如上所述的挫敗該當(dāng)前單次拷貝處理一個方法，它圖示地描述了挫敗處理和設(shè)備。＂挫?。?“Defeat”)是指提供一個其又可能被復(fù)制的記錄；當(dāng)然這是違反本發(fā)明單次拷貝系統(tǒng)的目的。因此提出的挫敗方法和設(shè)備通常將不由記錄設(shè)備生產(chǎn)商在商業(yè)上使用，而這里的公開是為了完整性。(這種挫敗方法或設(shè)備的使用通常將包括侵害版權(quán))。
在圖4中示出幾個傳統(tǒng)的部件4包括傳統(tǒng)的電纜線路機(jī)頂裝置(＂盒＂)100，連接到一個有線電視電纜102，并且坐落在消費(fèi)者電視接收機(jī)(沒有示出)的上面。在此情況中，包括圖2特點(diǎn)的數(shù)字視頻錄像機(jī)的一個適用記錄器106被連接到機(jī)頂裝置100。期望挫敗單次拷貝處理的人把一個挫敗“黑盒子”104耦合在他的電纜機(jī)頂裝置100和其適用錄像機(jī)106之間。“黑盒子”104的細(xì)節(jié)下面提供；該“黑盒子”104罩住該挫敗電路系統(tǒng)。
在圖4的步驟1中，包括場標(biāo)記的單次拷貝保護(hù)的一個視頻節(jié)目經(jīng)由電纜102在機(jī)頂裝置100接收并且傳送，經(jīng)由“黑盒子”104傳送到適用記錄器106。該黑盒子104包括電路系統(tǒng)，其追加一個＂標(biāo)記＂(一個專用的場標(biāo)記)到已經(jīng)檢測的(原始)場標(biāo)記的第一圖像幀。(該黑盒子104包括象圖2裝置類似的自己的場標(biāo)記檢測器。)該標(biāo)記具有下面描述的具體特性。該黑盒子104隨后在其內(nèi)部存儲器中存儲一個時間間隔表，該時間間隔是在關(guān)于該視頻節(jié)目的被檢測場標(biāo)記之間的時間間隔。該表提供關(guān)于該些原始場標(biāo)記的定時的信息。具有加到第一場標(biāo)記幀的該標(biāo)記的視頻信號然后被耦合到適用記錄設(shè)備106，它是圖2示出的類型。
該適用記錄設(shè)備106然后使該允許的單次拷貝記錄到第一磁帶(或盤)110。如上所述，如此形成的適用記錄器106去除了全部的原始場標(biāo)記。然而其不能剝?nèi)ビ迷摵诤凶?04追加的該標(biāo)記(S)，因?yàn)檫@些標(biāo)記是每一個專用類型場的標(biāo)記，其不象原始的場標(biāo)記那樣，是不能由該記錄設(shè)備110中的剝離器電路系統(tǒng)所去除的。
在圖4下半部示出的步驟2中，已錄磁帶(或盤)110在一個播放器(或記錄設(shè)備)114上播放。當(dāng)然，播放的視頻信號不包括原始場標(biāo)記。此視頻信號通過該黑盒子104’播放，該黑盒子104’已經(jīng)被重新構(gòu)形為播放模式。(黑盒子104’編程為其播放模式而不是其記錄模式，黑盒子104’與圖4的上半部分所示相同。)黑盒子104’檢測該黑盒子104在記錄步驟中附加的標(biāo)記(S)，并且把第一標(biāo)記的幀用作一個指示符(indicator)，隨后以由先前存儲(步驟1)在該黑盒子104’中的該表指示的時間間隔，重新插入出現(xiàn)在原始的視頻資料中的該類型的新的場標(biāo)記。
因此，從黑盒子104’輸出的視頻信號實(shí)質(zhì)上與原始的視頻信號相同，包括全部的重新插入的場標(biāo)記。因此這一視頻信號能由適用記錄器106記錄，其將在一個第二磁帶或盤116上輸出一個第二代錄像，同樣沒有場標(biāo)記，但是仍然是可觀看(但不可復(fù)制)的。因此通過圖4的方法，可能在磁帶或盤116上提供一個第二代錄像，因此挫敗本發(fā)明的單次拷貝保護(hù)處理。
黑盒子104、104’的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在圖5中示出。圖5的上半部分示出在步驟1配置中的黑盒子104。來自機(jī)頂裝置100的輸入視頻信號被加到輸入端120，然后耦合到幀標(biāo)記檢測器122，檢測原始的幀(場)標(biāo)記。控制線124傳送一個出現(xiàn)檢測幀標(biāo)記的指示到一個標(biāo)記寫電路128，于是其至少把標(biāo)記(S)追加到第一場的標(biāo)記幀，并且在輸出端132輸出這一標(biāo)記的視頻信號，在圖4中該標(biāo)記視頻信號耦合到適用記錄器106。相似地，在線路124上被檢測的幀的指示被傳送到一個存儲器136，其包括用于存儲被檢測幀標(biāo)記之間的時間間隔的一個表。
圖5下半部示出步驟2中黑盒子104’的構(gòu)造。其中視頻信號(來自播放器114)耦合到黑盒子輸入端120，其又耦合到標(biāo)記檢測器140，它檢測由標(biāo)記寫電路128插入的標(biāo)記。對每一這樣的檢測標(biāo)記的指示都被提供在控制線142上，指示攜帶這樣標(biāo)記(S)的特定幀。線路142控制幀標(biāo)記寫電路150，以期望的時間間隔對應(yīng)于原始視頻信號中的那些標(biāo)記附加幀標(biāo)記。由先前存儲在存儲器表136中的數(shù)據(jù)確定的這些時間間隔在此情況中被讀出在控制線146上，以便控制該幀標(biāo)記寫電路150何時加該幀標(biāo)記。
隨后，具有由幀寫電路150插入的新幀標(biāo)記的視頻信號耦合到黑盒子輸出端132，其又耦合到(在圖4中)適用記錄設(shè)備106的輸入端。這是一個黑盒子的說明模型而不是限制。
假定在此處提供的關(guān)于場標(biāo)記的特性的知識和常識是可在視頻技術(shù)中得到的，這種黑盒子的構(gòu)造完全是在本專業(yè)普通技術(shù)的技能之內(nèi)。黑盒子實(shí)質(zhì)上是一個數(shù)字器件，其功能是把標(biāo)記添加到特定的圖像幀、感測該原始場標(biāo)記并且記錄該標(biāo)記的一個表。通常的黑盒子是包括存儲器的一臺微處理器控制的裝置。在該黑盒子中的實(shí)際的電路系統(tǒng)可能選擇執(zhí)行上述的功能的多種形式的電路。
用于各種視頻傳遞方法的標(biāo)記對于一個如上所述的單次拷貝標(biāo)記系統(tǒng)來說，必須考慮包括內(nèi)容準(zhǔn)備、內(nèi)容傳遞和內(nèi)容收視/記錄的處理。隨后分析各種視頻傳遞方法的處理模擬電纜和廣播傳遞；通過沒有數(shù)字輸出(照慣例指定P1394)的數(shù)字機(jī)頂裝置的現(xiàn)有安裝基站的數(shù)字的傳遞；通過以數(shù)字輸出的數(shù)字機(jī)頂裝置的現(xiàn)有安裝基站的數(shù)字的傳遞；以及通過新數(shù)字機(jī)頂裝置的數(shù)字傳遞。
對于模擬電纜和廣播傳遞來說，內(nèi)容(節(jié)目)是在傳遞之前制備的，并且單次拷貝到不再復(fù)制的變換處理是在記錄裝置中執(zhí)行，并且可能只出現(xiàn)在視頻信號域中。
對于通過以沒有數(shù)字輸出(P1394)的數(shù)字機(jī)頂裝置的安裝基站的數(shù)字傳遞來說，內(nèi)容最好在程序設(shè)計/MPEG編碼(authoring/MPEG encoding)之前制備，但是也可以結(jié)合程序設(shè)計/MPEG編碼(authoring/MPEG encoding)制備。然而，單次拷貝標(biāo)記的進(jìn)行應(yīng)該存活MPEG編碼/解碼。在此情況中，單次拷貝到不再拷貝的變換也是在該記錄裝置中執(zhí)行，并且可能只出現(xiàn)在該視頻域。
通過具有數(shù)字輸出的數(shù)字機(jī)頂裝置的安裝基站的數(shù)字傳遞是相似的，然而單次拷貝到不再拷貝的變換出現(xiàn)在MPEG域中。
最終，對于通過新數(shù)字機(jī)頂裝置的數(shù)字傳遞來說，單次拷貝標(biāo)記的進(jìn)行也可以出現(xiàn)在機(jī)頂裝置本身中。另外，在P1394輸出的情況下，單次拷貝到不再拷貝的變換也可以出現(xiàn)在該機(jī)頂裝置中，只要從該機(jī)頂裝置發(fā)送一個拷貝授權(quán)到該解碼器。
對于模擬電纜和廣播傳遞來說，本系統(tǒng)包括一個固定的單次拷貝/不再復(fù)制水印標(biāo)記，和附加到隨機(jī)所選圖像幀或順序圖像幀的的一個幀或場標(biāo)記的該添加，以識別單次拷貝資料。從單次拷貝到不再拷貝的變換通過消除或降低該標(biāo)記執(zhí)行。另外，為了提供附加的安全性，標(biāo)記幀或幀序列的一個屬性被編碼在該水印標(biāo)記中。該水印標(biāo)記屬性碼是被隨機(jī)延遲的，以便提供更高的安全性。
屬性的實(shí)例包括顯示標(biāo)記幀(S)的視頻特性、標(biāo)記幀(S)的位置或該標(biāo)記連續(xù)的長度(它將被隨機(jī)選擇，以便提供安全性)。
由普通的VCR和甚至由非適用MPEG編碼器能夠自動地去除該類型的標(biāo)記。例如，以相當(dāng)?shù)头?該標(biāo)記圖案)的互補(bǔ)色的隔行線將通過VHS和MPEG編碼器在場期間去除，以便幀轉(zhuǎn)換。標(biāo)記被定位在例如該視頻信號的左下面角(標(biāo)記面是64像素×4行/每場)，并且(由于過掃描)在電視接收機(jī)上不可見。為了改進(jìn)安全性，該標(biāo)記處理消除在全部圖像幀上的標(biāo)記區(qū)域中的色度，并且附加該標(biāo)記圖案到標(biāo)記幀。通過色度消除執(zhí)行標(biāo)記消除。
在通過沒有數(shù)字輸出的機(jī)頂裝置的安裝基站數(shù)字傳遞的情況下，標(biāo)記系統(tǒng)必須能夠存活MPEG壓縮/解壓縮，并且將可能存活VCR和MPEG記錄，除非標(biāo)記是在編碼器本身內(nèi)執(zhí)行或該編碼處理受限。
為了最大化單次拷貝系統(tǒng)的有效性，用適用記錄設(shè)備(compliantrecorders)支持兩個標(biāo)記方法。上述定義的＂更強(qiáng)壯＂(“stronger”)標(biāo)記被選擇用于模擬系統(tǒng)或用于兼容的編碼器。具有相當(dāng)?shù)头鹊幕パa(bǔ)色的水平周期的一個標(biāo)記圖案的一個＂較弱＂(“weaker”)標(biāo)記被選擇用于不相容的編碼器。
對于通過具有數(shù)字輸出的機(jī)頂裝置的安裝基站的數(shù)字傳遞，數(shù)字記錄器最好以最小的費(fèi)用執(zhí)行單次拷貝到不再拷貝的變換。
一個方案是附加和消除放置在該比特數(shù)據(jù)流本身中的一個附加標(biāo)記。然而在視頻數(shù)據(jù)中攜帶的水印標(biāo)記/標(biāo)記也是必需的，以便支持該機(jī)頂裝置的視頻輸出，并且該數(shù)字記錄的拷貝將被在比特數(shù)據(jù)流中加標(biāo)記不再復(fù)制以及在該視頻信號中單次拷貝。隨后需要一個同步系統(tǒng)包括在每個播放器中，以便確保實(shí)現(xiàn)不再拷貝。
另一更優(yōu)選的方案是最小化用于標(biāo)記檢測/標(biāo)記消除的附加要求。
需要在一個MPEG數(shù)據(jù)流中讀出該水印標(biāo)記的常規(guī)步驟是-多路分解該傳送數(shù)據(jù)流。
-解碼視頻數(shù)據(jù)流到I幀。
-解碼在I幀中的全部數(shù)據(jù)片。
-處理全部宏數(shù)據(jù)塊(MB的)。
-處理全部亮度數(shù)據(jù)塊。
在此情況中，因?yàn)橹挥蠭幀(MPEG幀的一種)使用在該水印標(biāo)記讀出處理中，所以該標(biāo)記檢測/去除處理應(yīng)該是只使用隨后步驟用I幀執(zhí)行-處理用于檢測的標(biāo)記區(qū)域色度數(shù)據(jù)塊。
-緩沖該比特數(shù)據(jù)流并且在該標(biāo)記宏數(shù)據(jù)塊中以預(yù)先計算的＂非色度＂數(shù)據(jù)塊比特序列代替該＂標(biāo)記的色度＂數(shù)據(jù)塊比特序列，同時確保該視頻緩沖校驗(yàn)器尺寸(vbv)不被影響。
由于標(biāo)記消除僅在I幀和在宏數(shù)據(jù)塊上執(zhí)行，所以出現(xiàn)隨后的問題以及要求。
對于非兼容的編碼器來說，必須是一個連續(xù)的標(biāo)記幀，并且其必須是足夠長以便確保包括一個I幀。一個幀或標(biāo)記幀的分配應(yīng)該是使得在它們之中有足夠的I幀的數(shù)目。如果使用一個標(biāo)記幀序列，該序列的屬性應(yīng)該是可以從該I幀(S)屬性推理出。通過使用幀定位或幀序列長度作為一個屬性能夠更好地解決此問題。在幀定位方法中，一個標(biāo)記幀將攜帶特定的水印標(biāo)記碼，而未加標(biāo)記的幀攜帶另外的碼。在水印標(biāo)記碼和標(biāo)記狀態(tài)之間的任何失配都引起不再復(fù)制。在該幀序列長度方法中，幀序列長度在3×D和5×D之間隨機(jī)交替，其中D是某些大于該最大的可允許的圖象組(GOP)尺寸(maxGOP)的數(shù)目。在這種方法中的單一標(biāo)記的I幀和覆蓋小于maxGOP總和幀的I幀序列的出現(xiàn)將表明不再復(fù)制。所以，覆蓋多于D而小于3D總和幀的一個I幀序列將與在該水印標(biāo)記中一個5×D碼匹配，或覆蓋多于3D總和幀的一個I幀序列將與在該水印標(biāo)記中一個3×D碼匹配。該后一種情況是最佳方法。
如果使用一個標(biāo)記序列，在該序列中的第一個I幀前面的幀的標(biāo)記將無一被去除。上述的位置和序列長度方法解決此問題。從I幀中消除標(biāo)記必須時常地消除該GOP中的其它幀中的標(biāo)記。當(dāng)在該標(biāo)記區(qū)域中沒有運(yùn)動出現(xiàn)時將發(fā)生這種情況，并且能夠通過在編碼過程中把在該標(biāo)記區(qū)域中的運(yùn)動矢量強(qiáng)制為零得到改進(jìn)。從I幀消除標(biāo)記決不能在該GOP中的其它幀中引起重大的失真。由于該標(biāo)記區(qū)域可用于預(yù)測在隨后的P和B幀中的任何環(huán)繞該標(biāo)記區(qū)域的宏數(shù)據(jù)塊，所以可能發(fā)生這種失真。這是在一個實(shí)施例中使用互補(bǔ)色的原因之一。標(biāo)記的消除不應(yīng)該產(chǎn)生可見的色度改變。通過一個預(yù)先計算的色度數(shù)據(jù)塊的替換實(shí)現(xiàn)的標(biāo)記消除意味著全部刪除在某些電視機(jī)上產(chǎn)生可見的人工失真的一個54×16區(qū)域中的色度成分，或在必須由一個兼容的編碼器產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)中攜帶一個比特數(shù)據(jù)流。
對于兼容的編碼器來說，標(biāo)記產(chǎn)生僅是由關(guān)于I幀的編碼器執(zhí)行的。在隨后P和B幀上的運(yùn)動矢量是強(qiáng)制為零，并且在這些幀上允許沒有內(nèi)部塊(intra-block)編碼。針對非標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的運(yùn)動預(yù)測被強(qiáng)制不使用該標(biāo)記數(shù)據(jù)塊。
對于通過新產(chǎn)生的數(shù)字機(jī)頂裝置數(shù)字傳遞來說，幀標(biāo)記以產(chǎn)生ACP的相同的方式僅在視頻輸出中出現(xiàn)。視頻編碼器利用在該比特數(shù)據(jù)流中傳送的標(biāo)記位置信息標(biāo)記(使用堅固的標(biāo)記)該預(yù)先作了水印標(biāo)記的內(nèi)容。在P1394一側(cè)，一旦識別一個適用錄像機(jī)，該機(jī)頂裝置就實(shí)現(xiàn)P1394輸出。這一系統(tǒng)甚至允許任何人指定是否通過模擬或數(shù)字輸出裝置獨(dú)立地產(chǎn)生一個拷貝。以與在當(dāng)前傳送的ACP信息的同樣方式在比特數(shù)據(jù)流中傳送版權(quán)信息和相關(guān)數(shù)據(jù)(標(biāo)記位置)。
以下公開三個可能的系統(tǒng)。全部三系統(tǒng)使用一個共同的錄像機(jī)以及一個共同的結(jié)構(gòu)。原始資料沒有人工失真產(chǎn)生(以使節(jié)目的觀眾將看不到任何影響)，也沒有關(guān)于視頻拷貝(如防MPEG拷貝)的人工失真。
對于兼容編碼器的單次拷貝結(jié)構(gòu)來說，標(biāo)記僅是關(guān)于I幀插入。對于非兼容的編碼器，3秒和5的標(biāo)記序列被隨機(jī)加到該視頻信號，并且在一個隨機(jī)遲延時間之后，在該水印標(biāo)記中的一個＂標(biāo)記長度標(biāo)識符＂比特被針對3秒順序設(shè)置為0，針對5秒順序設(shè)置為1。其它比特(變化比特)在每次一個新標(biāo)記序列被參考時切換(因此把水印標(biāo)記的數(shù)量減小到10)。一個標(biāo)記在左下四個宏數(shù)據(jù)塊的8個底線上以相當(dāng)?shù)头仁褂没パa(bǔ)色的水平或垂直周期。第11和第12比特用于區(qū)分其中指定為1、2和3的系統(tǒng)。
1.系統(tǒng)1具有利用兼容的編碼器/程序設(shè)計的模擬傳遞-數(shù)字傳遞。在這一系統(tǒng)中，使用垂直周期，通過VHS VCRs和某些非適用MPEG編碼器實(shí)現(xiàn)標(biāo)記的消除。通過在錄像機(jī)上取消視頻信號的底部八行以及在MPEG錄像機(jī)上取消底部十六行執(zhí)行標(biāo)記消除。
對于兼容的編碼器，在場到幀轉(zhuǎn)換之后插入該標(biāo)記，僅對于I幀使用標(biāo)記，針對底部宏數(shù)據(jù)塊把運(yùn)動矢量強(qiáng)制到零，在其它宏數(shù)據(jù)塊中強(qiáng)制運(yùn)動預(yù)測不使用底部宏數(shù)據(jù)塊并且禁止在P/B幀中針對標(biāo)記區(qū)域宏數(shù)據(jù)塊的幀內(nèi)編碼。
2.系統(tǒng)2具有無兼容的編碼器/程序設(shè)計的數(shù)字傳遞。在此系統(tǒng)中，使用水平周期。通過消除該標(biāo)記宏數(shù)據(jù)塊中的色度而執(zhí)行MPEG域中的標(biāo)記消除。在某些電視機(jī)上可能看得見在數(shù)字拷貝內(nèi)容的標(biāo)記區(qū)域中的某些人工失真。此系統(tǒng)的安全性可能不象MPEG拷貝那樣堅固，因?yàn)榍謾?quán)者可能利用這樣的事實(shí)，即在標(biāo)記幀上的標(biāo)記區(qū)域中缺少色度的16行，而在非標(biāo)記幀上只缺少八行。
3.系統(tǒng)3具有新網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字傳遞。此系統(tǒng)不與系統(tǒng)1或2反向兼容。然而其提供一個高質(zhì)量、低成本解決方案，對于新網(wǎng)絡(luò)或?qū)⑿枰眯聶C(jī)頂裝置的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)單次拷貝。
對于視頻輸入來說，當(dāng)檢測單次拷貝水印標(biāo)記時，該記錄器通過消除該標(biāo)記區(qū)域中的一個幀的底部8行中的色度來消除該標(biāo)記。
對于數(shù)字輸入來說，當(dāng)檢測一個單次拷貝(系統(tǒng)1或2)時，該標(biāo)記檢測器表明系統(tǒng)1或2是否被使用。對于系統(tǒng)1來說，通過以一個預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)片更換該底部數(shù)據(jù)片來執(zhí)行標(biāo)記消除(取消底視頻信號的16行)，并且進(jìn)行填充使得不影響vbv。對于系統(tǒng)2來說，通過以預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)塊更換底部色度標(biāo)記數(shù)據(jù)塊執(zhí)行標(biāo)記消除(從左下4個宏數(shù)據(jù)塊消除該色度信號)。
根據(jù)系統(tǒng)3的一個單次拷貝水印標(biāo)記的檢測，只要該P(yáng)1394驗(yàn)證規(guī)程表明是單次拷貝，就完成一個拷貝。
視頻標(biāo)記(幀/場標(biāo)記)上述的幀或場標(biāo)記＂標(biāo)記＂是插入到一個視頻數(shù)據(jù)流中的一個視頻信號或信號修改，其實(shí)質(zhì)上易于MPEG2壓縮，但是它本質(zhì)上被(至少)一個標(biāo)準(zhǔn)的VHS型VCR拒絕，并且其可能隨后從該視頻信號讀出以便傳輸信息。該標(biāo)記最好是便于MPEG-2壓縮，以使其可能在該MPEG編碼之前插入到該視頻信號，從而無需修改該MPEG編碼器。打算傳輸?shù)男畔ㄏ嚓P(guān)視頻信號的拷貝保護(hù)狀態(tài)；然而，其它應(yīng)用可能也是同樣好的效果，并且標(biāo)記的該類型局限于拷貝保護(hù)場。其它應(yīng)用是驗(yàn)證或數(shù)據(jù)傳送。
可能使用一個色度信號反相標(biāo)記(chroma-inversion tag)，其中連續(xù)的選擇行具有插進(jìn)或重疊的特定的色度信號圖案，使得在連續(xù)的行上的調(diào)制的色度信號被倒相。該目的是在VCR中的梳狀濾波器消去該信號。然而在MPEG-2編碼系統(tǒng)中該格式需要的色度垂直亞取樣(subsampling)要求垂直抗混淆濾波。一個圖案實(shí)質(zhì)上包括在色度信號空間域中的高垂直頻率轉(zhuǎn)變，并且該MPEG-2抗混淆濾波器實(shí)質(zhì)上是一個垂直低通濾波器。(的確，該VCR的梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上與MPEG-2抗混淆濾波器完全一樣，該抗混淆濾波器通常具有比梳狀濾波器更復(fù)雜、更低的截止頻率。)同樣地，該抗混淆濾波器消除插入的色度信號圖案，正象該梳狀濾波器完成的那樣；因此該插入信號在所有感興趣的格式中被不希望丟失。
根據(jù)實(shí)施方案，MPEG-2系統(tǒng)的基帶色度信號頻帶寬度大致是1.4MHz。圖6A示出在VHS格式視頻信號之下的公知彩色頻譜。同樣根據(jù)實(shí)施方案，標(biāo)準(zhǔn)VHS VCR的基帶色度信號頻帶寬度大致是300kHz。因此在該基帶色度信號域中有從大致300kHz延伸到大致1.4MHz的一個區(qū)域(1.1MHz頻帶寬度)，其中的一個信號將經(jīng)過一個MPEG-2編碼/解碼通路，然后將被一個標(biāo)準(zhǔn)(消費(fèi)型)VHS VCR(NTSC或PAL)拒絕。
所希望的是，將要插進(jìn)的標(biāo)記信號完全且單獨(dú)存在于該區(qū)域中，以便使得沒有其分量經(jīng)過該VCR的300kHz色度信號路徑。VCR擁有的色度信號信道濾波確保沒有該插入標(biāo)記信號的分量闖入到該VCR的亮度信號路徑。
標(biāo)記信號的一個實(shí)施例(參見圖6B示出當(dāng)前插入標(biāo)記的頻譜與在色度信道之下彩色信號的頻譜的比較)是一個844kHz的色度信號矩形波，包括四個連續(xù)的CCIR-601 420的綠色色度信號抽樣的重復(fù)水平圖案，跟隨四個連續(xù)的品紅的色度信號抽樣。在該視頻域中，色度信號大致每兩個色度信號周期(在3.58MHz)反向其相位，且可以被認(rèn)為是一個只具有兩個頻譜成分的雙邊帶抑制載波信號一個在(3.58MHz-844kHz)，而一個在(3.58MHz+844kHz)。具體地說，在3.58MHz的300kHz之內(nèi)沒有頻譜成分。圖6C示出插入標(biāo)記的頻譜與該MPEG-2基帶色度信道的頻譜的比較，圖6D示出插進(jìn)標(biāo)記的已調(diào)制的色度信號波形。
其它標(biāo)記實(shí)施方案是可能的。圖案不需要是矩形波，雖然該矩形波容易產(chǎn)生；例如可能是一個正弦波。相似地，圖案不需要是在844kHz；高于大致300kHz和低于大致1.4MHz的任何頻率都行。交變頻率是1.125MHz，它包括CCIR601三個綠色抽樣以及三個品紅抽樣。而且，圖案不需要是對稱的，甚至不需要是重復(fù)的，其基本能量在大致1.4MHz以下而其沒有在大致300kHz以下的內(nèi)容的任何圖案或信號都行；實(shí)現(xiàn)該選擇將簡化實(shí)施方案。
利用此信號傳輸信息的一個方法是插入幾個不同長度的標(biāo)記，使得他們能夠以I幀的編號而被測量，然后插入一個表示該標(biāo)記長度的伴隨的視頻水印標(biāo)記信息。在使實(shí)現(xiàn)一個復(fù)制之前該系統(tǒng)則要求兩個匹配。
為了最小化一個此類信號的能見度，希望使其各種成份盡可能小，既水平和垂直成份都小，而且希望在視覺上趨向消失的一種性質(zhì)。因此，在另一個實(shí)施例中的標(biāo)記包括染色的小區(qū)域，水平和垂直都隔行，以便形式一個＂棋盤＂圖案。在一個實(shí)施例中的顏色是綠色和品紅，因?yàn)樗鼈兪蔷哂蟹浅Ｏ嗨屏炼戎档幕パa(bǔ)色，并且眼睛傾向把它們空間地取平均值成一個均勻的灰色；其它顏色是可能的。染色的區(qū)域應(yīng)該是與選擇格式的空間分辨能力一致地一樣小。在MPEG-2壓縮的情況下，水平和垂直的抗混淆濾波器是一個限制，它是在格式指示的色度亞取樣之前。
本實(shí)施例的細(xì)節(jié)隨實(shí)施方案而不同。對于一個標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2應(yīng)用，使用具有系數(shù)[-29，0，88，0，-29]*256的一個數(shù)字抗混淆濾波器用于水平和垂直亞取樣，產(chǎn)生的該標(biāo)記信號的實(shí)施例把包括一個綠色像素、兩個灰色像素、一個紫色像素和再兩個灰色像素的一個完全抽樣(即13.5MHz)像素的順序應(yīng)用到該標(biāo)明的抗混淆濾波器。此序列在水平和垂直方向重復(fù)以便產(chǎn)生期望是＂棋盤＂圖案，并且在兩方向繼續(xù)(即＂重復(fù)＂)所希望的距離并且有益于隨時的使用。
這種分別的綠色以及紫色像素構(gòu)成對該抗混淆濾波器的脈沖函數(shù)輸入，并且該濾波器輸出信號是對應(yīng)于該濾波器系數(shù)的一個像素序列，即單一的像素輸出到該表明的濾波器將導(dǎo)致具有[-29，0，88，138，88，0，-29]的一個幅度圖案的像素輸出序列。濾波器的總輸出是其響應(yīng)輸入像素每一個的線性的和。在上述實(shí)施例中，如果品紅像素被編碼為＂-1＂、灰色像素被編碼為＂0＂并且綠色像素被編碼為＂+1＂，則濾波器對于上述標(biāo)記序列的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)將是…88，-88，-196，-88，88，196，88，-88，-196，…，其描述在1.125MHz的色度正弦波。
通過排列該輸入信號產(chǎn)生棋盤圖形使得在任何給定的標(biāo)記的掃描行中的一個給定像素符合指示的空間圖案。即，如果輸入的行460中的像素20是綠色，則在行461和462中的像素20應(yīng)該是灰色，在行463中的像素20應(yīng)該是品紅，而在行464和465中的像素20應(yīng)該是灰色。在全部標(biāo)記行中的像素21，22，24和25將是灰色，而在行461、462、464和465的標(biāo)記部分中的全部像素也是灰色。該抗混淆濾波器的作用將在水平和垂直的方向中把單著色的像素涂抹成期望的正弦波。
此公開內(nèi)容是為了說明而非限制；對本專業(yè)技術(shù)人員來說根據(jù)公開內(nèi)容而作的進(jìn)一步修改將落入本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字視頻信號的拷貝保護(hù)方法其特征是包括步驟在視頻信號的選定場或幀上放置一個標(biāo)記；測量每一所選幀的圖象屬性；和利用包括測量屬性的數(shù)值表示的一個信號標(biāo)記該視頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該標(biāo)記信號是一個水印標(biāo)記。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該屬性是從該所選幀的一個預(yù)定的部分的幅度計算出的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該信號包括至少一個比特用于表明該視頻信號是允許拷貝的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該標(biāo)記被定位在該幀的一個過掃描部分中。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該標(biāo)記被定位在該幀的一個消隱期中。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該標(biāo)記是由普通的模擬錄像機(jī)濾出的一個信號。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該信號包括一個部分，該部分是由普通的模擬錄像機(jī)濾出的一個信號。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該標(biāo)記是一個重復(fù)的色度信號波。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是該標(biāo)記是一個重復(fù)的矩形波。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是該標(biāo)記具有在大致300KHz和1.4MHz之間的一個頻率。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征是該標(biāo)記是包括兩個互補(bǔ)色的一個棋盤圖形。
13.一種播放被保護(hù)的視頻信號的方法，該被保護(hù)的視頻信號包括至少一個幀標(biāo)記，并且具有一個相關(guān)信號，該相關(guān)信號包括具有該標(biāo)記的幀的圖象屬性的一個數(shù)值表示，其特征是該方法包括步驟檢測該標(biāo)記以便識別一個特定幀；檢測與該幀相關(guān)的信號；測量該被識別幀的圖象屬性；把該測量的屬性與用于該識別幀的屬性的數(shù)值表示相比較；和只要該比較步驟指示一個匹配結(jié)果，則起動該視頻信號的記錄。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該信號是一個水印標(biāo)記。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該屬性是從該選幀的一個選擇部分的幅度計算出的。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是進(jìn)一步包括步驟確定是否該信號包括一個拷貝允許比特，并且只有該拷貝允許比特出現(xiàn)時才起動拷貝。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是進(jìn)一步包括步驟在視頻信號的記錄過程中改變該拷貝允許比特。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該標(biāo)記被定位在該幀的一個過掃描部分中。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該標(biāo)記被定位在該幀的一個消隱期中。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該標(biāo)記是由普通的模擬錄像機(jī)濾出的一個信號。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該信號包括一個部分，該部分是由普通的模擬錄像機(jī)濾出的。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該標(biāo)記是一個重復(fù)的色度信號波。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征是該標(biāo)記是一個重復(fù)的矩形波。
24.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征是該標(biāo)記具有在大致300KHz和13.4MHz之間的一個頻率。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征是該標(biāo)記是包括兩個互補(bǔ)色的一個棋盤圖形。
26.一種數(shù)字視頻記錄器，適合于一個針對視頻信號的單次拷貝協(xié)議其特征是該記錄器包括視頻記錄電路；用于接收該視頻信號的輸入端；檢測在已收視頻信號的一個幀中的標(biāo)記的標(biāo)記檢測器；檢測與該幀相關(guān)的一個信號的檢測器；測量該幀的圖象屬性的屬性測量電路；和比較器，其把該測量的屬性與該信號中的該屬性的一數(shù)值表示相比較，并且只有當(dāng)匹配時才起動該視頻記錄電路的操作。
27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征是該檢測器還確定是否一個拷貝允許比特被設(shè)置在該數(shù)字信號水印標(biāo)記中，并且其中如果該拷貝允許比特被設(shè)置，該比較器才允許拷貝。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征是進(jìn)一步包括一個電路用于在視頻信號的記錄過程中改變該拷貝允許比特。
29.用于保護(hù)一個視頻信號的一個編碼設(shè)備，其特征是該設(shè)備包括用于接收該視頻信號的一個終端；在已收視頻信號的選擇幀上設(shè)置一個標(biāo)記的一個標(biāo)記電路；測量每一個所選幀的圖象屬性的一個測量電路； 和以一個信號標(biāo)記該視頻信號的一個電路，該信號包括具有一個標(biāo)記的每一幀的測量屬性的一個數(shù)值表示。
30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征是該標(biāo)記被定位在該幀的一個過掃描部分中。
31.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征是該標(biāo)記被定位在該幀的一個消隱期中。
32.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征是該標(biāo)記是由普通的模擬錄像機(jī)濾出的一個信號。
33.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征是該信號包括一個部分，該部分是由普通的模擬錄像機(jī)濾出的一個信號。
34.用于允許拷貝一個被保護(hù)的視頻信號的方法，該被保護(hù)的視頻信號包括至少一個幀標(biāo)記，并且具有一個相關(guān)信號，該相關(guān)信號包括具有該至少一個幀的圖象屬性的一個數(shù)值表示，其特征是該方法包括步驟檢測攜帶該標(biāo)記的幀；標(biāo)記具有一個預(yù)定信號的被檢測幀之一；存儲表明每一個被檢測幀的一個定時的數(shù)據(jù)；記錄該視頻信號；重放該錄像機(jī)視頻信號；重放該視頻信號的同時，檢測該被標(biāo)記的幀；和在該標(biāo)記幀和選擇的隨后幀中插入一個與該被保護(hù)視頻信號中包括的標(biāo)記相似的一個標(biāo)記，該插入是根據(jù)該存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行的。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征是該預(yù)定的信號不同于該標(biāo)記。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征是該預(yù)定的信號是一個不能由數(shù)字視頻記錄器去除的一個信號。
37.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征是該相關(guān)的信號是一個水印標(biāo)記。
38.用于允許拷貝一個被保護(hù)的視頻信號的設(shè)備，該被保護(hù)的視頻信號包括至少一個幀標(biāo)記，并且具有一個相關(guān)信號，該相關(guān)信號包括具有該幀的一個圖象屬性的一個數(shù)值表示，其特征是該設(shè)備包括用于接收該被保護(hù)的視頻信號的輸入端；耦合到該輸入端并且檢測該幀標(biāo)記的第一檢測器；耦合到該檢測器的電路，在至少一個標(biāo)記的幀中寫入一個預(yù)定的信號；耦合到該第一檢測器的存儲器，用于存儲表明被檢測標(biāo)記的幀的每一個的定時的數(shù)據(jù)；檢測該預(yù)定的信號的第二檢測器；以及用于把一個幀標(biāo)記插入該視頻信號的電路，該幀標(biāo)記類似于在被保護(hù)的視頻信號中出現(xiàn)的標(biāo)記，該插入是根據(jù)該存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行的。
39.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其特征是該預(yù)定的信號不同于該幀標(biāo)記。
40.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其特征是該預(yù)定的信號是一個不能由數(shù)字視頻記錄器去除的一個信號。
41.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其特征是該該相關(guān)的信號是一個水印標(biāo)記。
42.一種用于處理一個原始視頻信號以便限制拷貝該原始視頻信號的方法，該原始的視頻信號具有一個水印標(biāo)記，在其中輸送與拷貝限制有關(guān)的數(shù)據(jù)，其特征是該方法包括在該原始視頻信號中插入一個視頻標(biāo)記，該視頻標(biāo)記具有一個以預(yù)定方式對應(yīng)于該原始視頻信號的特征的一個屬性，其中該對應(yīng)表明該視頻信號是原始視頻信號；響應(yīng)一個輸出該視頻信號用于拷貝的請求，檢測該水印標(biāo)記以及校驗(yàn)該視頻信號是該原始視頻信號，該校驗(yàn)包括校驗(yàn)與該視頻信號的該視頻標(biāo)記的預(yù)定的對應(yīng)關(guān)系，并且從而只有在視頻信號被證實(shí)是該原始的視頻信號時，則處理該原始的視頻信號，以便產(chǎn)生它的一個拷貝，該拷貝與該原始的視頻信號不完全一樣，以使該視頻標(biāo)記不再以所說的預(yù)定方式對應(yīng)該原始的視頻信號；其中隨后對該拷貝的視頻信號的校驗(yàn)表明，該視頻信號不是原始信號，從而能夠限制進(jìn)一步拷貝。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征是該處理包括視頻標(biāo)記的改變。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征是該處理包括視頻標(biāo)記的消除。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征是該處理包括該原始視頻信號從數(shù)字到模擬方式的轉(zhuǎn)換。
全文摘要
使用在視頻信號中的一個水印標(biāo)記“單次拷貝”一個數(shù)字視頻信號的方法和設(shè)備。嵌入的水印標(biāo)記具有兩種型式:一種表明絕對禁止拷貝而另一種表明單次拷貝,該區(qū)別在于一單個的水印標(biāo)記比特。該水印標(biāo)記攜帶附加位,用于表示該視頻信號的一個具體圖像幀的數(shù)字化屬性(圖像特征),例如一個視頻信號場的幅度的平均值。其屬性在該水印標(biāo)記中被攜帶的幀具有一個場(或幀)標(biāo)記,它是被定位在該幀的過掃描部分中的一個專門的信號。一個適用的錄像機(jī)校驗(yàn)該水印標(biāo)記以及該單次拷貝比特(48,54),根據(jù)該水印標(biāo)記(56)抽取相關(guān)的屬性,并且把該尾性與該標(biāo)記的圖像幀的屬性(58)相比較(68)。只有抽取的屬性值和測量的屬性值匹配時才啟動記錄。在記錄處理(70)過程中,幀標(biāo)記被除去(72),防止該記錄的視頻信號的第二代拷貝,并且該單次拷貝比特被設(shè)置為絕對禁止拷貝。
文檔編號G11B20/10GK1272283SQ98809610
公開日2000年11月1日 申請日期1998年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月8日
發(fā)明者約翰·O·瑞安, 帕特里斯·J·卡皮坦特, 克萊頓·L·戴維森, 詹姆斯·R·霍爾茨格拉夫, 科戴安·J·柯羅斯基, 安德魯·B·梅洛斯, 托尼·F·羅德里格斯 申請人:麥克羅維西恩公司, 迪吉馬克公司