专利名称：数字媒体盒系统和方法
发明内容
数字媒体盒包括控制器和存储器，其中存储器以压缩、加密的形式存储视频和声音的数字表示。在一个实施例中，控制器读取数字表示，将其解压缩和解密，转换为模拟视频和音频并输出模拟视频和音频到其中插入了该盒子的主机装置中。该模拟视频和音频输出被显示在主机装置的屏幕上，并且分别由主机装置的扬声器或耳机再现，无需主机装置所必需的视频和音频信号的进一步处理。
该新盒子例如能插入到Game Boy Advance单元，并旁路GameBoy Advance单元中的控制器，以及使用Game Boy Advance单元的显示器和扬声器以显示由盒子输出的视频和音频。数字媒体盒能以任何形状因数制造并带有任何连接器，以允许它们被连接到具有屏幕和扬声器的各种装置，以将这些装置转换成视频重放装置。
数字媒体盒的某些实施例的一个优点在于，由于其包含所有的视频信号创建硬件和软件，新的技术能嵌入到盒子随后的版本中，而不必改变盒子被插入到其中的带有屏幕的装置之上的插槽和/或电路。这样，标准电视可能包括插槽以接收数字媒体盒--该插槽和相关硬件的制造非常便宜。一开始，只有生产存储在这些盒子上的标准清晰度的视频是经济的，但是随着技术的进步，包括改进的压缩技术以及存储器和其它组件成本的下降，生产输出更高清晰度视频的盒子变得经济或生产标准清晰度的视频盒子更加便宜。不必对带有固定插槽的电视做出改变以利用所有包含在盒子中的新技术，只要电视屏幕能够显示与来自数字媒体盒的视频输出一样的分辨率即可。此外，万一加密技术被破解或者被泄密，能够立即生产出使用全新的加密技术的新盒子，以便能够将加密的破解的损失减至最小。另外，可以使用略微不同的加密技术，以便精确的加密技术对包含特定视频程序或电影的盒子是唯一的。这样，如果对一个特定程序或电影的密码泄密了，同样的解密技术就不能用于存储在该盒子上的不同内容。
图1示意了典型的已知手持便携式游戏机。
图2是示例性手持便携式游戏机的方框示意图。
图3是根据本发明的实施例的数字媒体盒的方框示意图。
图4是根据本发明的实施例的数字媒体盒的ASIC芯片的方框示意图。
图5是展示根据本发明的实施例的游戏机和数字媒体盒之间相互作用的过程的流程图。
图6是根据本发明的实施例的数字媒体盒的解密部分的方框示意图。
图7是根据本发明实施例的具有用户输入控制的、带有中间套筒的数字媒体盒的方框示意图。
具体实施例方式
图1示出了本发明的实施例的总体配置。游戏机10是便携式、电池工作的计算机装置，允许用户玩存储在各种不同盒子20上的大量游戏中的任何一个游戏。游戏机10包括插槽30，向其中可插入由用户从任意数量的盒子20a-20中选择的盒子20。游戏机10包括屏幕40，游戏机10在其上显示游戏，并且包括允许用户提供输入到游戏以交互并由此“玩”游戏的键盘50。尽管本发明可以应用到任何便携式游戏机或其它带有屏幕的装置，在优选的实施例中，游戏机10是任天堂GameBoy Advance(GBA)。Game Boy和Nintendo是美国任天堂公司的商标。
图2示出了GBA体系结构更为详细但通用的概述。GBA有CPU100。GBA中的处理器是运行在大约17MHz的ARM处理器。CPU包括LCD控制器105。LCD控制器通过LCD驱动器115连接到LCD屏幕110。在GBA中，LCD屏幕110是具有32,768种可显示色彩的240×160TFT彩色LCD。LCD驱动器从CPU 100接收RGB信号。CPU包括VRAM 120，其是用于存储屏幕的数字表示的视频RAM，基于该屏幕，RGB输出到LCD驱动器。CPU还包括CPU内核125、系统ROM 130、CPU内部WRAM 135、外围电路140、以及预取缓冲器145。外围电路140连接CPU到控制器(键盘)150和声音放大器155，声音放大器反之驱动扬声器160和耳机插孔165。预取缓冲器是一个小存储缓冲器，用于经过总线170转换游戏盒子20与CPU 100之间的数据，总线170包括GBA(未示出)中的多触点插槽与游戏盒子20的直接插入式连接器(card edge connector)(未示出)之间的连接。游戏盒20包括存储器，存储器典型地既包括掩模ROM(不可写)(MROM)也包括闪存。概念上，存储器在通用总线存储空间175和AD总线存储空间180(为了与GBA之前的Game Boy版本一起使用，后来的存储空间不包含在Game Boy盒内)之间分开。
本发明的一个实施例包括用于与GBA一起使用的数字媒体盒(DMC)20’。参考图3，DMC 20’的主要部件是ASIC 200。正如在下文中更详细的论述，ASIC(专用集成电路)200是定制的芯片，其尤其包括处理器和存储器。ASIC 200连接到直接插入式连接器205上的多触点。这些触点连接到ASIC的组合地址/数据总线210和控制线215。直接插入式连接器还包含来自GBA的电源连接230。电源通过电源电路220。在一个实施例中，DMC 20’还包括其自身的音频耳机插孔225。
图4示出了ASIC 200的体系结构的一个更详细的框图。不同于传统的游戏盒，ASIC 200包括处理器230。在一个实施例中，处理器230是RISC(精简指令集计算机)处理器。处理器230连接到在处理器230和只读掩模ROM(MROM)240以及可写本地存储器245之间连接的存储控制器235。数字媒体内容存储在MROM 240之上。数字媒体内容能可以任何类型的音频/可视的、文本或图形媒体内容，但在优选的实施例中，数字媒体内容是具有伴音的全动影像。为了能够在相对小的、出于空间和经济的原因典型地出现于游戏盒中的存储器中，存储足够数量的质量充分的视频，音频和视频均以压缩格式数字存储。在一个实施例中，使用了H.264压缩技术。虽然利用软件和通用处理器230实时解压缩使用H.264压缩的视频数据是可能的，但是，与通常经济并大小合理的本发明的游戏盒相比，它通常占用了更多的处理器能力。因此，在另外的实施例中，ASIC 200包括用于实时硬件H.264解码(H.264加速器250)的电路。类似地，在一个实施例中，使用MPEG-4ACC编码来压缩音频，并且在可选实施例中，ASIC包括硬件MPEG-4ACC解码电路255。ACC解码电路连接到通过DAC(数字到模拟的转换器)260驱动耳机270的缓冲区放大器265。DAC260包括音量调节电路，使用DAC 260的音量调节电路而不是主机GBA上的音量控制。在音频和/或视频重放过程中，解压缩的音频/视频数据经过FIFO缓冲区275传送到GBA。然而，在GBA的引导期间，数据从MROM 240递送到GBA。这是因为MROM 240除了存储数字媒体数据之外，还存储运行在GBA处理器之上的引导程序，以允许DMC上的RSIC处理器直接控制GBA的屏幕和音频输出。
在一个实施例中，ASIC包括包含了所有数字音频/视频数据(一体化实施例中)的MROM。
在另一个实施例中，ASIC包含一个更小的MROM，其存储引导程序，而不是数字音频/视频数据。在这个实施例中，除了连接到GBA的连接器之外，DMC有第二个连接器，用于将ASIC 200连接到子盒子中的MROM中的数字媒体数据，其中所述子盒子可从包括处理器(子盒子实施例)的主DMC中移除。在该子盒子实施例的一个实施例中，连接器是连接到MMC接口285的多媒体卡(MMC)插座。或者，该子盒子可以是任何现有形状因数和它们各自的连接器，例如，PCMCIA卡、智能卡、安全数码(SD)、智能媒体、紧致闪存或存储棒。另外，子盒子能以不太通用的或尚未被开发的形状因数和连接器制造。
子盒子实施例的一个可能优点在于，子盒子的成本可能比包含处理器和带有数字音频/视频数据的存储器的一体化DMC的价格低。另一方面，其中数字音频/视频数据被直接存储在和处理器相同的ASIC上的MROM中的实施例的优点在于，从MROM中没有直接暴露的引线(lead)，该MROM包含可能允许某人更为简单地试图反向工程化该系统，以及试图直接从MROM中复制原始压缩的数字音频/视频数据的数字媒体。此外，其防止使用Game Boy仿真器或其它硬件装置以电子下载存储器中的数据，因为它们必须经过ASIC的处理器以到达存储器，这将阻止此类访问。单芯片ASIC系统的另一个优点在于，与盒子(适配器)和子盒子系统不同，硬件(例如，处理器、音频和/或视频解码器)能在不同版本的芯片之间改变，而不影响生产于本发明之前的DMC的操作。因此，对同样长度的视频需要更少存储器的更好压缩技术可以应用在后来的DMC中，节约了必须包含于ASIC中的MROM尺寸的成本。类似地，新的技术可以变得可用，例如，高清晰度电视，其中对处理器、视频解码器等的改变能用于制造产生更高分辨率的视频的DMC，而不会以任何方式影响现有盒子。
ASIC使用来自主机GBA的系统PLL作为时钟。然而，在GBA初始引导过程中，GBA并不为Game Boy的盒式插槽中的盒子提供此类时钟。因此，ASIC中的存储控制器必须能够在没有外部时钟的情况下通过GBA引导顺序。
图5显示了与GBA交互以完成在GBA的LCD显示屏上显示视频期间DMC所使用的过程。在步骤300中，随着DMC20’连接到GBA中的盒子插槽，GBA加电并且GBA完成其标准引导顺序。这个引导顺序包括在步骤310，进行DMC鉴权以鉴权GBA盒合法。在步骤320，DMC经由总线170将存储在DMC的MROM中的GBA程序装载到GBA的工作存储器中。在步骤330，GBA接着运行来自DMC的上载程序。这个程序促使GBA处理器把总线170上的带有正确指令的数据直接传递到GBA的VRAM 120，而不由GBA处理器作任何处理，由此没有延迟。程序也会促使GBA将任何接收自控制器150的用户输入直接传递到DMC处理器230，而不对用户输入采取任何行动。DMC处理器230接下来处理用户输入，并且执行对于这些用户输入的程控响应，诸如播放、暂停、快进、倒带、菜单、选择和光标控制。
转到图6，在可选的实施例中，使用了加密技术。图6显示了DMC20’、ASIC 200和显示为ASIC 200的一部分的MROM 240的框图。如上所述，尽管MROM 249能在单独的芯片或者甚至是来自ASIC200的单独的子盒子中实现。MROM包括加密的数字媒体数据(加密的内容)400以及装载到GBA并由GBA CPU 100、GBA应用410运行的程序。GBA应用包括解密密钥420。ASIC包括硬件编码的解码处理器430，其中通过运行GBA应用410的GBA CPU 100，向解码处理器430传递解密密钥420。可选地，解码处理器实现为带有运行软件(存储在MROM中)或固件(例如，微码)的RSIC处理器。GBA应用不包含任何关于内嵌在解码处理器430中的解密算法的信息，从而密钥自身在解密加密内容400时对黑客是没有帮助的。可选地，密钥不作为GBA应用的一部分传递给GBA，而是分别存储在ASIC中的MROM 240、固件或硬件中，并且直接提供给解码处理器，而从不暴露给GBA总线170。
在包括同一DMC中的RISC处理器和MROM的一体化实施例中，对于视频内容的每个标题ASIC包含稍微不同的内嵌到解码处理器中的解码算法。这样，即使一个解码处理器被反向工程化，所获取的知识在利用该密钥用于任何其它的标题以解密该标题时是没有用的。此外，随着新的加密技术或方法被开发，这些技术或方法能在将来的标题发布中实现，因为作为一体化的盒子，DMC不必向后兼容任何以前的解码硬件，这与类似DVD的技术不同，其中在DVD技术中，没有提出不能在以前的DVD播放器播放的新的DVD时，解码方案不能被改变。
DMC不局限于输出音频和视频。在可选的实施例中，DMC的MROM包含由RISC处理器230可执行的软件，如游戏。这个实施例是值得期望的一个实例是，如果GBA中的处理器或其它硬件不能完成某些功能，或不是足够地快而不能通过使用GBA的屏幕110和控制键150来运行某一游戏软件。如利用上文描述的音频/视频实施例，DMC通过直接装载数据到GBA VRAM中而取得GBA屏幕的控制，并且被传递了所有GBA控制键按下。
在另一个可选实施例中，DMC的MROM包含游戏系统仿真软件。当这个软件是由RISC处理器230运行时，DMC则表现得完全像另一游戏系统。例如，游戏系统仿真软件能仿真原始的任天堂娱乐系统(NES)，该娱乐系统是1985年初次引进的基于盒子的游戏系统，该游戏系统不是便携式的并且不包含其自己的屏幕，但是连接到电视并使用外部电源供电。当RISC处理器运行NES仿真软件时，利用GBA的屏幕110和控制器250，带有GBA的DMC运行起来与原始NES系统完全一样。MROM也包含一个或多个原始的或新的NES游戏的软件。GBA/DMC于是允许用户如他们能够在NES系统上那样玩真正的NES游戏。
在子盒子可选的实施例中，DMC包括接受其它包含NES系统游戏的盒子的插槽。正如上述与子盒子实施例一同描述的，子盒子可以是任何形状因数并可使用任何类型的连接器，诸如连接到MMC接口285的插槽。另一个子盒子的例子是插槽，由于插槽的尺寸，插槽由电缆或无线链接连接到DMC，并且接受用于由DMC仿真的游戏系统的原始盒子。这样，如果有人仍然拥有原始NES盒，它们可以被连接并在插入到GBA的NES仿真器DMC盒上玩。
虽然上述实施例已经讨论关于便携式游戏机，但是该系统并不受此局限。相反，对于视频内容，系统能应用于已经具有屏幕、用户输入和允许DMC接入到屏幕和用户输入的连接器的任何系统。同样的，对于只是音频内容，系统能应用于已经具有扬声器、用户输入和允许DMC接入到扬声器和用户输入的连接器的任何系统。
例如，使电视机带有插槽是便宜的，通过该插槽DMC能被连接以直接提供视频到电视机的屏幕。典型地，不需要或者需要非常少的附加电路。在这样的系统中，无需DVD播放器或录像带播放器观看预先录制的视频内容。然而，不同于DVD和录像带，当产品第一次上市时DVD和录像带必须与必不可少的技术一同工作，而DMC由于它们包括所有视频发展阶段电子设备，特定DMC的质量和技术水平是基于在DMC被生产的时的可用技术和可得到的经济情况，甚至是在DMC引进的许多年之后。例如，由于存储器成本、压缩技术和其它因素，生产DMC比生产高清晰度(HD)质量视频目前可能并不经济。(高清晰度电视目前是在美国定义的，具有1080条分辨率的垂直线、隔行扫描(1080i)或者具有720条分辨率的垂直线、逐行扫描(720p))。由此，带有插槽以接受DMC的具有HD能力的电视将以由那个特定DMC发行所产生的任何质量(分辨率和帧速率)显示视频。当存储器价格和技术发展到产生输出真正的HD质量视频信号的特定时刻时，同样的具有HD能力的电视将以HD质量显示由新的DMC产生的视频。唯一的限制将是电视能够再现的视频的质量。可选地，DMC插槽能在任何其它的消费者装置中提供，包括但不局限于VCR、DVD播放器、DVD录像机、数字视频录像机或者电缆或卫星机顶盒。
GBA实施例和例如电视实施例之间的一个区别在于由DMC输出的视频格式。如上所述，在GBA实施例中，视频穿过总线170，以数字形式输出到VRAM 120，VRAM 120驱动LCD屏幕110。就电视或类似装置而言，DMC可能包括数模转换器(D/A转换器)(未示出)，用于将由处理器和/或H.264加速器产生的数字视频转换成诸如NTSC基带视频，并通过DMC的连接器输出的模拟视频信号。确实，许多电视和其它家庭娱乐组件包括(大部分是模拟的)装置前端的输入。它是一个还包括插孔的廉价产品，该插孔包括相同的模拟视频连接器以及电源、用户输入通过(passthrough)，在某些实施例中还包括时钟信号。
除了成本问题，另一个使DMC输出模拟视频而非数字视频的原因是预防盗版。使用现有家庭录制技术，录制模拟信号降低了视频的质量，至少是轻微的和在一些情况下是显著的。DMC输出数字视频冒着被探测到、或在DMC和电视之间的连接中被截取以获得DMC输出的视频的完美复制的危险。此外，现有的VCR和DVD录像机包括这样的电路和/或软件，即所述电路和/或软件能够检测到对于被有意地放在预先录制的录像带、DVD和一些防止视频信号被有效录制的广播电视节目中的模拟视频信号的修改。在一个实施例中，DMC插入这些修改到视频信号中作为D/A处理的一部分。
除了能装备DMC插槽的游戏机和电视之外的其它实施例包括但不局限于诸如掌上或便携式PC操作系统装置的个人数字助手(PDA)、电子图书、移动电话、无线电子邮件装置、桌上型和膝上型电脑、汽车视频系统、投影仪、视频摄录机、数码相机、电视游戏控制台和任何其它包含屏幕和用户输入装置的当前或未来的产品。
当与类似移动电话或其它具有ID号或被连接到广域网的装置一起使用时，解密处理能更健壮。如在图6中所讨论的实施例，密钥被传递给主机装置，例如移动电话，而非GBA。然而，由于移动电话被连接到广域网，执行与网络上的鉴权服务器的鉴权和/或来自鉴权服务器的第二密钥的分发，允许使用许多类型的已知加密，包括但不局限于公共密钥、私有密钥加密方法。在一个备选方案中，DMC的操作或DMC的输出根据主机装置中的ID和/或由网络返回的密钥改变。例如，视频或音频输出能标记上水印。水印能用于确定视频或音频输出是否能被复制、怎样被复制以及复制到什么样的装置上。如果标记了水印的视频或音频被不适当地复制和分发，最初使用的主机装置就能被检测出来。
在可选实施例中，DMC 20’包括MROM 240和闪存(未示出)。这个实施例允许下载和存储(在DMC从主机装置移除之后)已经被描述为存储在MROM 240中的任何数据，例如音频/视频内容、游戏、游戏系统仿真软件、或者其它软件。可以进一步存储对于由RISC处理器230运行的任何操作或系统软件的修补和更新。当使用子盒子实施例时，音频和/或视频内容、游戏或任何其它数据或软件能从子盒子下载到闪存中，在子盒子从DMC中移去后允许享受这个内容。当与其中主机装置连接到广域网的实施例一起使用时，音频和/或视频内容、游戏或任何其它数据或软件能在广域网上下载并存储到闪存中。当与具有诸如USB或者1394端口的输入/输出(I/O)端口的主机装置一起使用时，音频和/或视频内容、游戏或任何其它数据或软件能从连接到主机装置的I/O端口的装置中下载并存入到闪存中。
在可选实施例中，DMC包括它们自己的用户输入装置，如键盘或诸如红外的某些无线输入装置或诸如蓝牙的RF。
转到图7，类似的可选实施例包括具有显示屏510的主机装置500以及包括如上所述能实现为接受DMC 20’的任何装置。主机装置可以是电视机或任何其它具有显示屏的装置，其中该装置不包括适当的用户输入。主机装置500包括接受包括控制键530的用户输入盒520的插槽。用户输入盒520还包括接受DMC 540的插槽。除了提供信号报警DMC 540识别控制键按下，用户输入盒通常无阻碍地在DMC540和主机装置间传递信号。DMC 540通常与DMC 20’相同并且与DMC 20’同样操作。由于有DMC 20’，DMC 540可以存储和输出音频/视频节目，在此情况下，控制键执行诸如播放、暂停、快进和倒带和/或运行视频游戏或仿真游戏系统的功能，在此情况下控制键执行游戏控制器的功能。
仅有音频的DMC可以与例如MP3播放器、盒式磁带录音机、音频CD机、耳机、头戴受话器、音频放大器或装备了DMC插槽的音频接收器一起使用，通过DMC插槽DMC能够直接接入装置的扬声器或头戴受话器。
在另一个可选实施例中，除了如GBA系统使用的物理插槽和直接插入式连接器，DMC和显示器或音频再现装置之间的通信是无线连接，诸如红外、RF、微波或任何其它的无线通信技术。在对这个实施例可选方案中，无线适配器可用于连接基于插槽的带有显示器的DMC，或者装备用于无线接收DMC输出的音频再现装置。
在另一个可选实施例中，DMC的形状因数是不同的。DMC适用于打包成任何现有形状因数和它们各自的连接器，如PCMCIA卡、智能卡、多媒体卡(MMC)、安全数码(SD)、智能媒体、紧致闪存或记忆棒，而不是使用GBA盒子格式和直接插入式连接器接口。因此，DMC可以实现为更为不通用或尚未开发过的形状因数和连接器。当利用DMC与GBA一起使用时，以任何这些形状因数实现的DMC可以是包括解压缩和解密处理器的一体化盒子或者盒子和子盒子的联合，在盒子和子盒子的联合中，盒子包括处理器，子盒子包括压缩后的数字音频/视频数据。在一个盒子-子盒子实现中，盒子嵌入套筒形式以便一端适合用于特定形状因数的插槽，另一端包括用于接受同一形状因数的子盒子的插槽。在一个实施例中，子盒子可能是所选的具有以标准方式存储在其上的压缩、加密的数字视频数据的形状因数的标准、现成的存储器卡。在另一个实施例中，形状因数DMC包括小的音频输出插孔，优选在一端或在一端附近远离盒子的连接器。可选地，DMC具有无线发射机(例如，红外或RF)，以分别将DMC产生的音频信号和/或DMC产生的视频信号发送到无线装备的显示器和/或扬声器/耳机。
已经描述了各种可选实施例以及所结合的特定可选方案的例子。然而，应认识到的是，每个可选的实施例几乎完全可能与一个或多个其它实施例结合，并且即使没有特别地讨论大量结合的每一个，所有这些结合都是期望和想要的。本发明已经描述并且示意了有关于其的实施例，应该理解的是这并不是如此受限，因为在其中所作的改变和修改都在如下文的权利要求书的本发明所有预期的范围内。
权利要求
1.一种用于与主机显示装置一起使用的盒子，所述主机显示装置包括视频显示器以及连接到所述视频显示器的外部电连接，所述盒子包括电连接到外部的连接器；存储视频信号的经加密压缩的数字表示以及将由所述主机显示装置执行的计算机代码的存储器；连接到所述存储器的解压缩处理器；连接到所述存储器的解密处理器；以及连接到所述存储器、所述解压缩处理器、所述解密处理器和所述连接器的接口处理器；其中所述接口处理器上载所述计算机代码到所述主机显示装置，以指示所述主机显示装置经由所述连接器，传递视频信号输出到所述视频显示器；以及其中所述解压缩处理器、解密处理器和所述接口处理器将所述视频信号的经加密压缩的数字表示转换为经由所述连接器输出到所述主机显示装置的视频信号。
2.根据权利要求1所述的盒子，其中单个集成电路包括所述解压缩处理器、所述解密处理器和所述接口处理器。
3.根据权利要求1所述的盒子，其中单个集成电路包括所述存储器、所述解压缩处理器、所述解密处理器和所述接口处理器。
4.根据权利要求1所述的盒子，其中所述存储器存储所述解密处理器对视频信号的经加密压缩的数字表示进行解密时所使用的加密密钥。
5.根据权利要求4所述的盒子，其中所述解密处理器至少包括解密算法的一部分。
6.根据权利要求5所述的盒子，其中所述加密密钥只有在与包含在所述解密处理器中的所述部分的解密算法一起使用时才有效。
7.根据权利要求1所述的盒子，其中单个处理器包括所述解密处理器、解压缩处理器和所述接口处理器中的两个或多个。
8.根据权利要求1所述的盒子，其中由所述主机显示装置接收的用户输入是由所述接口处理器经过所述连接器接收的。
9.根据权利要求1所述的盒子，还包括连接到所述存储器和所述解密和解压缩处理器以及连接到音频输出插孔的音频解码器。
全文摘要
本发明公开了一种包括控制器和存储器的数字媒体盒，其中所述存储器以压缩、加密的形式存储视频和声音的数字表示。在一个实施例中，所述控制器读取数字表示，将其解压缩和解密，转换成模拟视频和音频并输出模拟视频和音频到其中插入了盒子的主机装置中。该模拟视频和音频输出被显示在所述主机装置的屏幕上，并且分别由主机装置的扬声器或耳机再现，无需主机装置所必需的视频和音频信号的进一步处理。除了视频和音频之外，数字媒体盒还能存储和执行使用用户输入和主机装置的显示屏的游戏。
文档编号G06F12/14GK1856774SQ200480027405
公开日2006年11月1日 申请日期2004年7月23日 优先权日2003年7月23日
发明者熊秉纲 申请人:熊秉纲