专利名称：防止非法复制的数据记录装置和方法
技术领域：
本发明涉及防止非法复制记录在记录介质的数据，尤其涉及，通过在合法重放复制品上编码钥匙数据防止记录数据的非法复制。
在近几年，私人拥有磁带录相机是如此广泛以致复制视频节目变得很平常。视频出租商店向顾客出租视频磁带作为家庭娱乐，但是，一些顾客，没有授权就复制记录在出租的视频磁带上的视频节目。专业复制者或盗印者使这个问题更加严重，他们一起非法复制视频节目并发行非法复制品以获取利润。
当采取措施防止从出租的视频磁带非法复制视频节目时，问题并不很严重，因为复制的视频节目具有较差的图像质量。这是因为非法复制的视频节目最初记录为模拟信号，这使得它们不能准确地复制。这种模拟信号的图像质量在复制几次之后，例如，在几代之后，不可避免地要劣化。因此，复制的次数是有限的并且复制模拟视频节目的问题比较容易控制。
然而，随着近来出现的具有高质量复制能力的数字录相机，非法复制的问题变得严重。数字视频，不同于以前的模拟信号，具有高图像质量重放的优点并能复制多次而不劣化。因此，在数字视频录制的情况下非法复制的问题变得更加严重并且防止非法复制对于数字视频工业是相当重要的。
至今，防止非法复制数字视频节目的措施对于阻止非法复制来说是不够的。例如，曾提出在回扫期间在数字视频节目的合法复制品上记录一标记，指示数字录相机该数字视频节目是复制品，不能被非法复制。然而，专业复制者通过构成能忽略回扫期间的特殊的数字电路和软件已经很容易地克服这种反复制技术从而非法复制数字视频节目。因为回扫期间不包含数字视频节目的有效部分，就导致非法复制品具有很高的图像质量并可以复制多次。因此，很显然数字视频工业迫切需要防止非法复制的先进的技术。
因此，本发明的一个目的是提供防止非法复制的数字记录。
本发明的再一目的是提供通过在包含钥匙数据的数据位流中标明第一数据块来防止非法复制的数据记录。
本发明的再一目的是提供通过在数据位流的第二数据块中插入钥匙数据来防止非法复制的数据记录。
本发明的又一目的是提供通过指定钥匙数据处于第二块来防止非法复制的数据记录。
按照上述目的，本发明通过在固定长度代码编码的数据位流中标明数据的第一块和第二块防止非法复制数字视频节目。选择第一块的一部分作为钥匙数据并插入第二块中来指示数字视频节目是一复制品从而防止非法复制。
本发明的上述目的，特点和优点通过下面的结合附图的示意的实施例的详细描述将变得显而易见，其中
图1说明画面组的编码(GOP)；图2描述根据本发明防止非法复制的图1所示的GOP的画面帧中的三个DCT块；图3描述根据本发明防止非法复制的三个DCT块的另一选择；图4描述图1的DCT块的编码DC系数的顺序；图5A描述在亮度DCT块中的DC系数的可变长度编码表；图5B描述在色差分量的DCT块中的可变长度编码DC系数表；图6描述DCT块的DC差分的固定长度编码表；图7描述根据本发明防止非法复制的钥匙数据；图8是根据本发明的编码器的方框图；图9是根据本发明将钥匙数据编码进DCT块以防止非法复制的格式化器的方框图；图10是解释图9所示的格式化器的操作的流程图；图11是续图10的流程图；图12是续图11的流程图；图13描述在图12所示的流程图的步骤S18的说明中的三个DCT块的选择；图14是描述图9所示的判定电路操作的流程图；图15是续图14的流程图；图16是根据本发明的视频重放机的方框图；图17是根据本发明描述防止非法复制的示意图；和图18是根据本发明的可变长度代码和运动代码表。
现在参考附图，其中类似的参考数字表示几个图中的相同或对应的部件，参考图1描述与本发明有关的画面组(GOPN)的编码过程。图1表示编码由顺序显示在视频监视器上的一系列画面帧组成的数字视频节目的MPEG(动态画面专家组)编码过程。根据MPEG标准，该系列中每个画面帧分成构成一画面组(GOP)的图像画面。即，一组画面包括一系列动画图像画面。
MPEG规定组成画面组(GOPN)的图像画面被编码为一I_画面、一P_画面或一B_画面。I_画面仅使用该图像画面内的数据编码，因此，被称为画内帧(或画内场)。另一方面，P_画面使用以前的图像画面数据编码。类似地，B_画面不但使用以前而且使用其后的图像画面编码。P_画面和B_画面的编码技术被认为是预测编码并且这些编码的图像画面被称为画间帧或场，因为它们采用其它图像画面的数据编码。然后，根据下面讨论的离散余弦变换(DCT)处理压缩这些画内和画间帧(或场)(I、P、B)。
图1描述DCT压缩画内画面(I_画面)，其中本发明将钥匙数据较好地插入图1的DCT压缩的画内画面(I_画面)中。因为画内画面未参考其它图像画面编码，将钥匙数据插入画内画面不干扰其它图像画面。否则，将钥匙数据插入画间画面(P_画面或B_画面)将干扰其它的图像画面的编码排列并且编码的画间画面不能被正确地解码。此外，编码的画面组中的第一帧是I_画面帧，因此，从该帧中确定钥匙数据将立刻切断相应动态画面的非法复制。
根据图1，使用钥匙数据编码的画内画面(I_画面)分成宏块，每个宏块细分成四个DCT块(为简单起见，仅示出四个DCT块)。注意到每个图像画面实际包括两个域，一亮度(Y)场和一色差(Cb，Cr)场。这些域包含亮度(Y)数据和色差(Cb，Cr)数据，在每个域中的比例为4∶2∶2(Y∶Cb∶Cr)。即，亮度(Y)场对于色差场中的每个数据象素场(Cb)和每个数据象素场(Cr)具有四个象素数据。因此，图1所示的亮度(Y)宏块包括四个DCT块，而每个色差(Cb，Cr)宏块包括一单独的DCT块，每个DCT块最好包括8×8矩阵中如图1所列出的64象素。
根据DCT处理，通过DCT压缩将这些象素从时域信号正交变换成具有对应于不同频率的64象素的信号功率的DCT系数的频域信号。这些DCT系数在DCT块以折线所示的频率的增加顺序进行排列，开始在左上方的零频分量(DC)，结束于右下方的最高频率DCT分量。
MPEG还规定每个DCT块以折线所示的顺序进行量化。根据MPEG标准，DCT系数使用由DCT块的DC分量之间的差值确定的平均量化值进行量化。由DCT分量之间的差值确定的平均量化值进行量化。由DCT分量之间的差值确定的次序如图1所示，开始于左上方块，然后转向右上方块，接着左下方块，最后结束于右下方块。按照确定DC分量之间的差值的这种顺序，确定DCT模块中的每个DC分量之间的差值并根据这些差值完成DCT分量的量化。
本发明将钥匙数据插入画内帧或场(I_画面)的DCT块中以防止非法复制。如图2所示，例如，为此目的使用三个DCT块(1，2，3)。从通过上面的处理编码的DCT块中选择第一块(1)并将第一块(1)中的数据选择为钥匙数据。本发明改变第二块(2)中的数据来匹配第一块(1)中选择的钥匙数据以指示相应的视频节目为复制品并且不应该非法复制。第三块包含校正在钥匙数据插入第二块(2)中所引起的DCT块压缩期间产生的异常的校正数据。
本发明选择一个DCT块为第一块(1)并将第一块中的数据选择为钥匙数据。第一块(1)中的钥匙数据被认为是最初的图像数据，因此，此处编码的动态画面不被干扰。本发明在第二块(2)中设置图像数据以匹配第一块(1)所确定的钥匙数据。即，要排除第一和第二块(1，2)之间的图像数据的差值。问题是，从第二块(2)消除的差值干扰DC分量。本发明通过将表示第一和第二块(1，2)之间差值的校正数据插入第三块(3)来解决这个问题。当编码DCT块时，由第二块(2)中的变化所引起的干扰通过包含第一和第二块之间的差值的第三块(3)进行校正。在这种方式中，第三块(3)中的校正数据校正第二块中的钥匙数据所引起的异常。
本发明按DCT处理的顺序排列三个块以保证通过消除第二块(2)中的变化所产生的异常在第二块(2)之后处理第三块(3)。最好是，第三块立即跟着，即如图2和图3所示，毗邻第二块，以便在编码第二块(2)之后立刻校正干扰。
最好从DC差分选择第一块(1)的钥匙数据以便在计算DC差分期间可以执行钥匙数据的插入。通过选择如图3所示的彼此相邻的三个块(1，2，3)，三个块处于如图1所示的DC分量处理的顺序。通过这种DC分量排序，第二块(2)中的数据在第一块(1)之后立刻设置为钥匙数据并通过紧随其后的第三块(3)除去第二块(2)所引起的异常。如参考图1所作的描述，DC分量处理的次序开始于左上方DCT块而结束于或右下方DCT块。
参考亮度(Y)信号的宏块已经描述DC分量的处理顺序。对于每个宏块(Cb，Cr)中的具有单个的DCT块的色差信号，DC分量处理的次序跟随图4所示的色差信号DCT块的顺序。在本发明中最好保留亮度(Y)信号宏块作为钥匙数据，但作为一种替换，色差(Cb，Cr)宏块可以通过类似的方式保留为钥匙数据。
DC分量的差值用DC分量的大小和用对应于DC分量的大小的实际值(DC差)两者来表示。DC分量的大小通过可变长度代码(VLC)来表示。而DC差通过MPEG格式定义的固定长度代码(FLC)来表示。图5A示出亮度信号(Y)的DC分量的大小和图5B示出色差信号(CB，CR)的大小的一个例子。注意DC分量，即在这些图中亮度和色差信号的大小都通过可变长度代码来表示。相对照，如图6所示的DC差分，其中具有三比特大小的DC分量的DC差分由固长度代码来表示。在该例中，DC分量大小为3而实际值为-6，由固定长度代码101001给出该差值，前半部101指示DC分量的大小而后半部001指示实际值-6。
从DC分量的DC差分选择钥匙数据的一个优点是该数据使用如图6所示的在所有DCT块中长度是均匀的固定长度代码编码。第一块的DC差分的最低有效位(LSB)最好选择为钥匙数据以便对DCT压缩干扰最小。这样，本发明在第二块对应该值设置相应的DC差分的最低有效位。如图6所示，例如，第二块的三比特的DC差分具有其最低有效位设置。例如，当图6中具有“000”值的DC差分的最低有效位设置为“1”时，第二块的DC差分转化为如箭头所示的“001”。可以认为第二块的最低有效位导致一个值变化，因此，对于动态画面具有最小的影响。当考虑到第三块将立刻随后除去第二块变化所产生的异常时这种影响可以进一步减小。
根据该实施例，第二块的DC差分的LSB设置为与第一块的DC差分的LSB相同的值。例如，当第一块的DC差分是010而第二块的DC差分是101时，第二块的DC差分的LSB重写为0以使DC差分是100。作为另一例子，当第一块的DC差分是001而第二块的DC差分是010时，第二块的DC差分的LSB重写为1以使DC差分为011。
这样，根据该实施例，如图6中箭头所示重写第二块的DC差分。例如，当DC差分的值是001而LSB重写为0时，DC差分值重写为000而不是010。作为另一个例子，当DC差分值是010，并且该值的LSB变为“1”，DC差分重写为011。仍如另一例子。当DC差分值是011并且改变LSB时，该值重写为010。在这种方式中，仅重写LSB。可以认识到，当第一和第二块的LSB相同时，不必改变第二块的LSB。
应以注意到，当以这种方式重写第二块的DC差分的LSB(图6中左栏的值)时，DCT系数的实际值(图6右栏的值)增加或减少1。如果左边不校正，DCT系数的这种增加或减少1将引起重放图像的轻微扰动。第三块通过以这种方式改变其DC差分值校正这种轻微扰动来吸收DCT系数的实际值的增加或减小。
特别是，当第二块的DC差分的LSB从0重写为1时，DCT系数的实际值增加1。为抵消这种增加，以使DCT系数减少1的方式重写第三块的DC差分。反之，处于第二块的DC差分的LSB从1重写为0的情况下，DCT系数的值减小1。在这种情况下，以使DCT系数的实际值增加1的方式重写第三块的DC差分抵消这种减小。
假定，例如，第二块的DC差分的010重写为如图6所示的011。这样，DCT系数的实际值增加1，即从-5到-4。例如，如果第三块的DC差分是110，本发明将第三块的DC差分重写为101。由这样做，第三块的DC差分使DCT系数减少1，即从6至5。如另一例子，在第二块的DC差分从011重写为010的情况下，DCT系数的实际值减少1，即从-4到-5。在这种情况下，第三块的DC差分例如可设为110，将重写为111以使DCT系数的实际值增加1，即，从6到7。通过这种方式，第三块抵消DCT系数实际值的增加或减小。
本发明还提供设置多个宏块的钥匙数据。为此目的，从多个第一块中的DC差分的最低有效位所得的(n)钥匙数据位的串插入各个第二块的最低有效位。通过这种排列，专业复制者确定所有第二块并除去钥匙数据以非法复制相应的动态画面实际上是不可能的。尽管钥匙数据模块的多样性，这些多个块可以很快地及高效地解码，因为钥匙数据块以DC分量处理的已知顺序进行排列。
根据本发明将动画从原始信号源编码为记录在母盘或母磁带的数据位流的编码器如图8所示。动画的当前画面帧存储在帧存储器1并且存储在预测存储器10的运动预测图像通过减法器2从其中减出。减出的当前画面帧然后通过DCT电路3进行DCT处理，通过量化电路4进行量化以及通过可变长度编码(VLC)电路5进行压缩成为记录在母盘上的数据位流。通过从运动矢量检测电路11检测的在前帧运动矢量和在前帧的重建模型预测当前帧，在运动补偿电路中产生运动预测图像。通过加法器8产生在前帧的重建模型，该加法器将在前运动预测图像加到由反量化电路6和反离散余弦变换(IDCT)电路7解码的在前图像。
当前帧存储在帧存储器1时，由一时间开始的编码器的操作的实例给出编码器的描述。此时，从在前帧产生的运动预测图像已存储在预测存储器10。该运动预测图像是以运动矢量检测电路11检测的在前帧的运动矢量和在前帧的重建模型为基础的当前帧的预测。当前帧的运动预测图像表示解码器解码的图像。通过从当前帧减出这种表示的解码图像，减法器2产生当前运动矢量和编码的当前帧之间的数据的差值。当前帧的这种差值数据被编码并送到解码器来解码并用于重建当前帧。
现在准备压缩比未减出的当前帧的数据大小小很多的差值数据。DCT电路3通过正交变换将减法器2输出端的数据变换为DCT系数(DCT[u]，[v])的块。这些DCT系数通过量化电路4量化为相应的量化系数[QF[u]，[v]]并通过可变长度编码电路5进行压缩。合成的压缩数据位流记录在诸如磁带或高密度盘这样的母介质12上。
可以认为反量化电路6和IDCT电路7用于在解码一侧仿真解码器(图16)。解码数据包括由DCT电路3和量化电路4偶然产生的编码数据中的错误。这些错误与解码数据一起加到运动预测图像以立刻重建同编码之前的数据。这种重建数据用于产生通过减法器2从当前帧减出的当前帧的运动预测图像。在这种方式中，从当前帧减出编码产生的错误，由此，导致一个更准确的编码处理。
运动补偿电路通过比较在前帧的这种重建图像和在前帧的运动矢量产生运动预测图像。运动矢量指示在前帧的运动。根据该运动矢量，运动补偿电路产生当前帧中的图像排列的预测。这种预测存储在预测存储器10并通过描述的减法器从实际的当前帧中减出。
编码的数据位记录到母介质并且合法复制者使用母介质来制造合法的复制品。不用更多技术，非法复制者将能够从非法母磁盘上非法复制这些复制品。为防止这种非法复制，本发明提供一种能够将钥匙数据插入编码的数据位流的如图9所示的格式化器。作为一种替换，可以认为格式化器能格式化未首先记录到合法的母介质上的从编码器直接输出的编码数据位流。
这样，格式化器从合法的母介质12产生大量的盘(ROM盘)。参考图9，将描述格式化器检测母介质为复制品即母介质的非法重放。在后者的情况下，格式化器防止非法复制并且不能产生大量的盘。
计算电路32读取数据位流直到一预定位置为止并计算将决定钥匙数据的第一块的位置(X)，例如，使用等式(X＝B/K)，其中(B)是从数据位流提取的数据而(K)是存储在存储器31中的预定的钥匙。检测电路33在编码的数据位流的位置(X)上检测第一块并使存储器34从其中提出钥匙数据。钥匙插入电路35将提取的钥匙数据插入第二块，而校正电路36形成校正在第二块插入钥匙数据的异常的校正数据的第三块。判定电路38确定编码的数据位流是从合法的母盘重放还是从诸如出售的盘的母盘复制版和非法母盘重放，并且仅在前者情况下使控制电路允许编码的数据位流通过记录装置37记录下来。否则，编码的数据位流被认为是来自非法母盘的流并且记录装置被禁止非法复制该编码的数据位流。格式化器经显示单元40向操作者显示判定电路的判定。
参考图10-12的流程图将描述图9中的格式化器的操作。格式化器在步骤S1通过使计算电路32连续读取编码的数据位流开始记录操作。根据本发明，钥匙数据插入每个画面组中的第一帧的I画面帧，即动画中的第一帧。这样，通过计算电路首先读出I画面帧比特并在步骤S2从例如对应标题信息的流中的比特序列中提取数据(B)。计算电路通过使用，例如，等式(X＝B/K)，其中值(K)是存储在存储器31中的预定的值，在步骤S3计算第一块的位置(X)。
可以认为等式(X＝B/K)提供防止非法复制的附加保护。例如，通过操作者输入的口令或其他的口令产生装置可以得到存储在存储器31的值(K)。从数据位流的保密区域得到值(B)。值(K)和(B)一起用作双重钥匙，使非法复制者难于解密。
在步骤S4，计算电路从位置(X)确认第一和第二块的位置。例如，(X)是一字节数据，计算电路可以规定字节(X)的四个最高有效位(MSB)作为第一块的位置以及字节(X)的后面的四个最低有效位(LSB)作为第二块的位置。作为一种替换，(X)的六个最高有效位(MSB)表示宏块的位置以及字节(X)的后面的两个最低有效位(LSB)表示第一块和紧跟其后的第二块的位置。的确，包括第一块位置的比特数可以变化选择以进一步防止非法复制者确定第一块的位置。计算电路32产生表示第一和第二块位置的信号。
现在参考图11描述的部分流程图，格式化器的操作进行到步骤S5，其中检测电路33读取数据位流并检测何时达到上一步所确定的数据位流中的第一块的位置。本发明选择第一块中的DC差分的最低有效位作为设置在第二块中防止非法复制的钥匙数据。为检测DC差分，检测电路在询问步骤S7检测块的DC大小。如果DC大小不是零，格式化器的操作进到步骤8并通过检测电路33将存储器34中的寄存器(寄存器_1)设置作为钥匙数据的DC差分的最低有效位。否则，DC大小为零，并且格式化器进到步骤S8，其中寄存器(寄存器_1)通过检测电路33设置为“0”。
然后，格式化器的操作进到步骤S10，其中通过检测电路33继续读取并且检测电路33在读取的数据位流中检测第二块。类似于步骤S6，检测电路在步骤S11读取当前块的DC大小。如果检测电路在询问步骤S12检测出块的DC大小是零，这样，流程进入步骤S26(图12)。否则，如果块的DC大小不是零，格式化器的操作进入步骤S13，其中当前块的DC差分的最低有效位送入存储器34的寄存器(寄存器_2)并在寄存器(寄存器_2)进行设置。
在询问步骤S14，检测电路33检测寄存器_1和寄存器_2中的值是否相同，如果相同，认为第二块中的DC差分的最低有效位已实质地改变。在这种情况下，不必将第一块的DC差分的LSB写入第二块的DC差分的LSB并且流程绕过步骤S15的写步骤进入步骤S26。反之，在寄存器中的值判定为不相同的情况下，认为第二块的DC差分的LSB仍未设置为第一块的DC差分的LSB。在后者情况下，流程进入步骤S15，其中检测电路33产生检测信号给钥匙插入电路35而钥匙插入电路35从寄存器_1读出第一块的DC差分的LSB并将第一块的LSB再次写入第二块的DC差分的LSB以指示编码的数据位流是复制品并且不应该非法复制。
作为设置第二块的LSB的上述的改写操作，初始数据位流与解码图像在每块的DC分量以8比特量化的情况下仅偏差1，在每块的DC分量以9比特量化的情况下偏差0.5，在每块的DC分量以10比特量化的情况下偏差0.25，在每块的DC分量以11比特量化的情况下偏差0.125。然后，执行校正过程以抑制设置第二块的LSB引起的不匹配。
参考步骤S16至S25，将描述第三块的处理。尽管第三块可以定位在数据位流中的任意位置，但最好将其设置为紧跟第二块之后，这样，检测电路在第二块之后继续读取编码的数据位流并随后在步骤S16检测第三块。步骤S17中检测电路读取当前块的DC大小并在询问步骤S18确定DC大小是否为零。与询问步骤S7和S12相同，当检测的DC大小不是零时，格式化器的操作进到步骤S19。否则，如果DC大小是零时，格式化器的操作进到步骤S16，与前面的询问步骤不同，在询问步骤S19，当DC大小不是零时检测电路33将第三块的全部DC差分，不仅仅是其LSB，写入存贮器34的第三寄存器(寄存器3)。作为一个例子，通过图6所示的三比特固定长度代码表示DC差分。
在询问步骤S20，检测电路确认存储在寄存器1(寄存器_1)中的值是否为“0”，该值指示第二块从“1”被重写为“0”，并进入询问步骤S21。否则，检测电路判定第二块从“0”写为“1”并进入询问步骤S23。在询问步骤S21和S23，检测电路33确定第三块是否适合校正块。如果认为第三块不适合，数据位流中的下一块选为第三块。如图13所示，其中第三块(3)从，例如紧跟第二块的块变为其后的下一块。
说明一下，在第二块的DC差分的LSB从“1”变为“0”即被减小的情况下认为第三块不合适，原因是此时它已处于极值而极值不能再增加到更大的值。例如，当图6所示的三比特表示的DC差分等于极值111时，不能将该值增加“1”来抵消第二块的LSB的减小。在询问步骤S21，数字表达式2(DC大小)-1和2(DC大-1)-1等于最大正值和负值，即，DC差分的极值，其中DC大小是DC差分中比特的数目。在图6的例子中，三比特的最大正值是2(3)-1＝7(“111”，值7)而最大负值为2(3-1)-1＝3(“011”，值-4)。这样，询问步骤S21确定寄存器3中的值是极值“111”还是“011”，并且如果是这样，认为当前的块不适合。
类似地，当减小第三块以抵消第二块的LSB从“0”到“1”的变化，即增加时，询问步骤S23使允许的最小正值和负值相等。在这种情况下，因为将该值减小为“011”将导致-4而不是3，允许的最小正值是2(3-1)＝4(“100”二进制)。因为它不可能减少“000”，所以另一最小值为0。这样，在询问步骤S23当其包含最小值并被减小时认为第三块是不适合的。
在询问步骤S21中当认为第三块是适合的情况下，检测电路进到步骤S22，其中寄存器3中的第三块的值增加以抵消减小第二块引起的异常。类似地，在询问步骤S23认为第三块是适合的情况下，检测电路进到步骤S24，其中寄存器3中的第三块的值减小以抵消增加第二块引起的异常。然后，检测电路在步骤S25将寄存器3中的校正值送到使用校正值改写第三块的DC差分的校正电路36。
可以认为本发明可以省去第三块而在无校正数据情况下工作。然而在这种情况下，钥匙数据位插入第二块的DC差分的LSB引起的异常将引起解码时动态画面的失真。这种失真较小，因为异常使DC分量仅变化1并在单独一帧的短暂显示中不易察觉。如所述，这种异常可以进一步减小，即通过增加每个DCT块中的比特的数目以减小所述的每比特的表示值。
在步骤S26，计算电路32确定是否有更多的I_画面通过返回起始处将使用钥匙数据编码，或者结束钥匙数据编码过程。在图7，例如，钥匙数据可以是比特串，从不同的第一块选择每比特。在这种情况下，计算电路继续处理数据位流若干次(n)直到图7中的所有钥匙数据位编码进入第二块。通过这种安排，有可能在动画的多个部分编码钥匙数据，因此，大大阻止动画的非法复制。
然后，记录装置37(图9)将带有编码的钥匙数据的数据位流记录到盘上。因为钥匙数据指示相应的动画是来自母盘的复制品，非法复制者不能轻易地从非法母盘上复制动画。制造者可以使用物理地冲压其他盘的压膜机从带有钥匙数据编码的复制品上大量制造经压膜的复制品。因为每个压膜盘带有编码的钥匙数据，每个压模复制品也不能被复制。
参考图14和15的流程图描述格式化器判定编码的数据位流是否从合法的母盘上重放的并且是可复制的判定处理过程。在步骤S40，控制电路39设置表示在图7中的(n)钥匙数据比特串中检查的第N个钥匙数据位的可变(N)计数器。步骤S41至S44与图10中的步骤S1至S4相同并且这些步骤的详细描述参考相应部分。这样，从连续读出的数据位流(步骤S41)提取的值(B)(步骤S42)得到第一块的位置(X)(步骤S43)并且检测电路33(图9)规定字节(X)部分分配给第一块位置和第二块位置(步骤S44)。
检测电路连续读出数据位流直到步骤S46(图15)检测到第一块为止，然后，在步骤S47确定第一块的DC分量(DC大小)的值。当检测电路在询问步骤S48确定DC大小为“1”时，检测电路进到步骤S49并将寄存器1设置为DC差分的LSB。反之，当DC值为“0”时，检测电路进到步骤S50并将寄存器1设置为“0”。
然后，检测电路继续到步骤S52连续读出数据位流直到检测到第二块为止。这时，检测电路在询问步骤S53确定第二块的DC大小是否为零。如果DC大小是零，格式化器的操作进到步骤S54；如果DC值不是零，格式化器的操作进到步骤S57。在步骤S54，检测电路将寄存器2设置为第二块的DC差分的LSB，并且在步骤S55，判定电路38(图9)确定第一和第二块的DC差分的LSB是否相等以指示发现第N个钥匙数据比特以及数据位流是从非法母盘或从供出售的盘，不是合法的母盘上重放的。如果未发现钥匙数据比特，即，第一和第二块的DC差分的LSB不相同，在步骤S59认为数据位流从合法母盘重放并允许复制。
如果指示为非法母盘或供出售的盘，即，第一和第二块的DC差分的LSB相同，控制电路进到步骤S56并增加计数器N以便格式化器在图7的串中寻找下一个钥匙数据。然后，控制电路进到步骤S57并且如果要从钥匙数据比特串中发现更多的钥匙数据比特，控制器返回图15中的流程图的步骤S41以在该串中定位下一个钥匙数据比特。否则，因为数据位流从非法母盘或供出售的盘上重放，所以定位完全部钥匙数据比特后控制单元禁止记录装置记录数据位流。
可以认为不了解任何给出的盘是否包括钥匙数据。在优选实施例中，一定要了解钥匙数据的存在，因为在I画面的标题中已指示其位置。另外，可有目的地使位置数据不明确以防止非法复制者从标题信息中发现钥匙数据。在后者情况下，通过检测相应I画面的第一和第二块发现钥匙数据。由于巧合第一和第二块位置的LSB可以相同，所以可以认为不能确切了解任何给出的盘是否使用钥匙数据编码。在这种情况下，控制器在步骤S58根据第一和第二块之间所检测的匹配的数目必须判定所给出的盘是否可能是非法母盘或供出售的盘。当全部钥匙数据比特相匹配时，给出的盘是非法母盘或供出售的盘的概率随着匹配的钥匙数据比特的数(N)而增加并且等于(1-1/2N)。可以认为在如10个钥匙数据比特一样少的情况下此概率增至与百分之百仅差千分之一之内。
然而，本发明不阻止合法的数字盘播放机播放母盘的复制品。图16是表示播放从供出售的盘重放的数据位流的播放机的一部分的方框图。重放的数据位流通过可变长度解码电路(VLD)61解码成量化系数，并且通过反量化电路62被去量化为DCT系数。DCT系数变换为表示动画帧的一部分的象素，这些象素加到存储在预测存储器66的运动预测图像以重新产生全帧。全帧是通过运动补偿电路65运动补偿的并存储在预测存储器66作为运动预测图像用于下一帧。在这种方式，数据位流被解码并再现为作为视频数据输出到监视器和类似设备的用于显示的动画的帧。
当本发明描述为将钥匙数据比特插入亮度(Y)DC分量块时，它同样可将钥匙数据插入色差(Cb Ck)块。由于这个原因，钥匙数据可从块的一个类型例如亮度(Y)块确定，并被插入另一种类型的块，例如色差(Cr Cb)块。
本发明也可以用于作为指示一计算机，例如所述的格式化器，防止非法复制的计算机一可读介质。记录在计算机可读介质上的重放数据位流根据提供记录数据编码为包括画内和画间画面的MPEG标准进行编码。画面通过具有相邻DCT块的DC分量之间差值的DCT块分为DCT系数的DCT块。各个画内画面的第一DCT块确定钥匙数据而各个画内画面的第二DCT块接收指示计算机-可读-介质为复制品的钥匙数据。各个画内画面中的第三DCT块包括校正由第二块钥匙数据的接收所引起的记录期间中引起的异常的数据。
本发明中所确定的钥匙数据的DC差分已经被描述为固定长度编码块。然而，从运动矢量的差值中编码的运动剩余码(FLC)，使用效果相同。根据MPEG设计，参考图8所作的解释，通过运动矢量检测电路11检测P_画面和B_画面的运动矢量，并且这些运动矢量被编码并包含在发送的数据位流中。这些运动矢量通过运动代码表示为图18所示的VLC，并通过运动剩余码表示为固定长度码(FLC)。运动代码表示运动矢量的近似值，运动剩余码表示用于指示准确值的校正值，而f_代码表示运动代码的准确度(倍率)。
例如，在f_代码为1的情况下，运动代码表示准确度为0.5的值。可以这样表示足够准确的值，因此在这种情况下不使用运动剩余码。反之，在f_代码为2的情况下，运动代码表示准确度的整数值，而运动剩余码是准确度为0.5的值。即，通过表示0或0.5的1比特FLC表示运动剩余码。进一步，在f_代码为3的情况下，运动代码表示准确度为2的倍数的值，而运动剩余码提供表示0、0.5、1.0或1.5的2比特FLC。在DC差分的情况下可以认为不存在运动代码为0的运动剩余码。以这种方式，防止非法复制的钥匙数据能记录在如上述的DC差分的情况下构成固定长度码(FLC)的运动剩余码数据中。
可以认为运动-余项不但包括在P_画面而且包括在B画面。然而，由于B画面不用作其他画面的预测，B_画面的运动剩余码的独特用途能防止插入钥匙数据对其他画面的影响。
本发明尤其适合于希望保护他们的数字视频节目免于非法复制的制造者。例如，如图17所示，制作者从原始源，例如，真正的母盘或母磁带整体复制一动画。由于原始源不包括钥匙数据，格式化器不检测钥匙数据并允许动画记录到供出售所获得的对象上，如在指定为格式化器的块上的圆圈所标注的盘复制品。为防止非法复制，格式化器从已存在于动画中的第一块检测钥匙数据并将钥匙数据插入相应的第二块。如所述供出售的对象可以通过图16的播放机合法地播放，但不能通过格式化器复制。这样，因为格式化器将检测如标注在格式化器上的“X”指示为复制品的钥匙数据，非法复制者不能从供出售的对象或非法母盘上制造复制品。此外，因为所得的母盘也将包括防止复制的钥匙数据，非法复制者不能从供出售的对象或非法母盘上制造非法母盘或母磁带。所以，本发明肯定可以防止非法复制数字视频节目，因此，可以大大降低大量非法制造复制品的危险。
尽管以优选实施例形式详细描述了本发明，应该认为本发明不限于此，本领域的技术人员对此可以作出的各种变化和改进均未离开所附权利要求书所定义的范围。
权利要求
1.一种防止从记录介质未经许可复制连续重放为数据位流的编码数据的数据记录装置，所述的装置包括指定装置，用于从所述数据位流指定第一数据块和第二数据块；和插入装置，用于将包括在所述第一数据块作为钥匙数据的数据的至少一部分插入到指示所述记录介质上的记录数据为复制品并且不应该被复制的第二数据块。
2.根据权利要求1的装置，还包括用于将包含所述的钥匙数据的编码数据记录到所述的记录介质的记录装置。
3.根据权利要求2的装置，其中所述的记录装置包括用于在编码之前将所述的数据位流变换为正交变换系数的正交变换装置。
4.根据权利要求3的装置，其中所述的记录数据是编码为DCT系数块构成的画内编码和画间编码画面的视频数据，每块具有表示相邻块中的DCDCT系数之间差值的DC差分分量；其中通过所述指定装置指定的所述第一数据块是画内编码画面中的第一DCT系数块；以及其中通过所述的指定装置指定的所述第二数据块是同一画内编码画面中的第二DCT系数块。
5.根据权利要求4的装置，其中所述的插入装置通过将所述第一块中的第一DC差分分量的最低有效位写为所述第二块中的第二DC差分分量的最低有效位将所述的钥匙数据插入所述的第二数据块。
6.根据权利要求3的装置，其中所述的指定装置在所述的数据位流中还指定第三数据块；并且所述的装置还包括用于校正在记录期间由所述的钥匙数据插入所述的第二数据块引起的异常的校正装置。
7.根据权利要求6的装置，其中所述的记录数据是编码为DCT系数块构成画内编码和画间编码画面的视频数据，每块具有表示相邻块中的DCDCT系数之间差值的DC差分分量；其中由所述的指定装置指定的所述第一数据块是画内编码画面中的第一DCT系数块；其中通过所述指定装置指定的所述第二数据块是同一画内编码画面中的第二DCT系数块；以及由所述的指定装置指定的所述第三数据块是所述的同一画内编码画面中的第三DCT系数块。
8.根据权利要求7的装置，其中所述的插入装置通过将所述第一数据块中的第一DC差分分量的最低有效位写为所述的第二数据块中的第二DC差分分量的最低有效位将所述的钥匙数据插入所述的第二数据块；和所述的校正装置通过将所述第二DC差分分量的最低有效位插入到包括在所述第三数据块中的第三DC差分分量的最低有效位来校正所述的异常，由此抑制由所述的钥匙数据插入所述第二数据块所引起的所述异常。
9.根据权利要求4的装置，其中所述的DCT系数块分组为按预定次序编码的宏块并且所述的第二数据块是所述预定次序中的最后一块。
10.根据权利要求1的装置，其中所述的记录数据是视频数据而所述的数据位流是包括表示运动矢量的固定长度码的MPEG编码数据位流。
11.根据权利要求10的装置，其中所述的MPEG编码数据位流由包括B_画面帧的预定编码画面帧组成，并且所述的指定装置指定在B_画面帧的运动矢量中的第一和第二数据块。
12.一种防止从记录介质未经许可复制连续重放为比行流数据的数据记录方法，所述方法包括步骤从所述数据位流中指定第一数据块和第二数据块；和将包括在所述第一数据块中作为钥匙数据的数据的至少一部分插入到指示所述记录介质上的记录数据是复制品并且不应该被复制的所述第二数据块。
13.根据权利要求12的方法，还包括将包含所述钥匙数据的编码数据记录到所述记录介质的步骤。
14.根据权利要求13的方法，还包括在编码之前将所述数据位流变换为正交变换系数的步骤。
15.根据权利要求14的方法，其中所述的记录数据是编码为DCT系数块构成的画内编码和画间编码画面的视频数据，每块具有表示相邻块的DCDCT系数之间差值的DC差分分量；其中所述的指定步骤指定画内编码画面中的DCT系数的第一数据块；以及其中所述的指定步骤指定同一画内编码画面中的DCT系数的第二数据块。
16.根据权利要求15的方法，其中所述的插入步骤通过将所述第一块中的第一DC差分分量的最低有效位写为所述第二块中的第二DC差分分量的最低有效位将所述的钥匙数据插入所述的第二数据块。
17.根据权利要求14的方法，其中所述的指定步骤还指定所述数据位流中的第三数据块，所述方法还包括校正在记录期间由所述钥匙数据插入所述第二数据块所引起的异常的步骤。
18.根据权利要求17的方法，其中所述的记录数据是编码为DCT系数块构成的画内编码和画间编码画面的视频数据，每块具有表示相邻DCT块中DC DCT系数之间差值的DC差分分量；其中所述的指定步骤指定画内编码画面中的DCT系数的第一数据块；其中所述的指定步骤指定同一画内编码画面中的DCT系数的第二数据块；和其中所述的指定步骤指定同一画内编码画面中的DCT系数的第三数据块。
19.根据权利要求18的方法，其中所述的插入步骤通过将所述第一数据块中的第一DC差分分量的最低有效位写为所述的第二数据块中的第二差分分量的最低有效位将所述的钥匙数据插入所述的第二数据块；以及所述的校正步骤通过将所述第二DC差分分量的最低有效位插入到包括在所述第三数据块中的第三DC差分分量的最低有效位来校正所述的异常，因此抑制所述钥匙数据插入所述第二数据块所引起的所述异常。
20.根据权利要求15的方法，其中所述的DCT系数块分组为以预定次序编码的宏块并且所述的指定的第二数据块是所述的预定次序中的最后一块。
21.根据权利要求12的方法，其中所述的记录数据是视频数据并且所述的数据位流是包括表示运动矢量的固长度代码的MPEG编码数据位流。
22.根据权利要求21的方法，还包括将记录数据编码为包括B_画面帧表示预定编码画面的MPEG编码数据位流的步骤，并且所述的指定步骤还指定B_画面帧的运动矢量中的所述第一和第二数据块。
23.一种防止未经许可复制记录数据的装置，包括检测装置，用于检测从所述记录数据重放的数据位流数据中的第一数据块和第二数据块；比较装置，用于将在所述第一数据块中作为钥匙数据的预定数据与第二数据块中的所述数据比较；和控制装置，用于响应于所述的比较装置，如果所述的钥匙数据与所述的第二数据块中的所述数据相匹配，就禁止复制从所述记录数据重放的数据。
24.根据权利要求23的装置，还包括用于显示所述比较装置结果的显示装置。
25.根据权利要求24的装置，其中所述的记录数据是编码为DCT系数块构成的画内编码和画间编码画面的视频数据，每块具有表示相邻块中的DC DCT系数之间差值的DC差分分量；其中通过所述检测装置检测的所述第一数据块是画内编码画面中的第一DCT系数块；和其中通过所述检测装置检测的所述第二数据块是在同一画内编码画面中的第二DCT系数块。
26.一种防止未经许可复制记录数据的方法，包括步骤检测从所述记录数据重放的数据位流中的第一数据块和第二数据块；将所述第一数据块中作为钥匙数据的预定数据与所述第二数据块的数据比较；和如果所述的钥匙数据和所述的第二数据块中的所述数据相匹配，有选择地禁止复制从所述的记录数据重放的数据。
27.根据权利要求26的方法，还包括显示所述比较结果的步骤。
28.根据权利要求27的方法，其中所述的记录数据是编码为DCT系数块构成的画内编码和画间编码的视频数据，每块具有表示相邻块中的DCDCT系数之间差值的DC差分分量；所述检测的第一数据块是画内编码画面中的第一DCT系数块；和所述检测的第二数据块是同一画内编码画面中的第二DCT系数块。
29.一种指示处理器防止未经许可复制记录在所述介质并编码为DCT系数的DCT块构成的画内编码和画间编码画面的重放数据位流的处理器可读介质，每个DCT块具有表示相邻DCT块的DC分量之间的差值的DC差分分量，其中在画内编码画面中的第一DCT块中的预定数据是钥匙数据；如果所述第二DCT块中的所述预定数据等于所述的钥匙数据，在同一画内编码画面中的第二DCT块中的预定第二数据指示所述的介质为复制品。
30.根据权利要求29的介质，其中如果所述的第二DCT块中的所述预定数据等于所述的钥匙数据，所述的同一画内编码画面中的第三DCT块包括校正引起的异常的数据。
31.根据权利要求30的介质，其中所述的第二DCT块中的所述的预定数据是所述的第一DCT块中第一DC差分分量的最低有效位并且是在所述第二DCT块中第二DC差分分量的最低有效位。
32.根据权利要求31的介质，其中包括在所述的第三DCT块中的所述的数据在所述的钥匙数据插入到所述的第二块之前设置为所述的第二DC差分分量的最低有效位。
33.根据权利要求32的介质，其中所述的DCT块分组为宏块，每个宏块的所述DCT块按预定次序编码并且所述的第二DCT块是所述预定次序中的最后一个DCT块。
全文摘要
通过在固定长度代码编码的数据位流中指定数据的第一块和第二块来防止未经许可复制数字视频节目。第一块的一部分被选择为钥匙数据并被插入到第二块以指示数字视频节目是复制品并防止非法复制。
文档编号G11B20/10GK1155738SQ9612272
公开日1997年7月30日 申请日期1996年9月1日 优先权日1996年9月1日
发明者矢崎阳一, 小柳秀树, 田原胜己, 藤波靖 申请人:索尼公司