专利名称：音频数据传输方法及其音频处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及音频数据传输，尤其涉及一种对音频数据进行加密，再透过高清晰度 音频连接传输加密后的音频数据的方法及其装置。
背景技术：
愈来愈多消费者都把计算机移到客厅或起居室，以便在日常生活中、从家里的各 个角落，透过多声道音响系统或大屏幕电视机，享受数字音乐或电影。如此的举动，代表使 用者将连接更高阶的喇叭到他们的计算机上，所以如果计算机的音效子系统(无论是整合 式或外接式)无法达到相同的等级，就可能会影响整体数字媒体播放质量。此外，许多消费 者也开始要求在计算机上同时播放两个音频数据流，例如在书房播放交响乐的同时，也要 在客厅播放电影，如此的期望是以往的音效解决方案无法达到的境界。由Intel所制订的 高清晰度音频规格(High Definition Audio,HD Audio)比过去的音频规格更先进，可以支 持高达8个192kHz/32位音质的声道，而传统的AC97规格至多仅能支持6个48kHz/20位 的声道。因此，透过引入新的高清晰度音效规格，将来人们对更高质量的音响效果，即可得 到满足。然而，不论是使用目前普遍使用的AC97音频规格或是如前所述新开发出来 的高清晰度音频规格，现存的计算机系统或是音响系统均仍是以如PCM(pulSe code modulation)等能够直接译码播放的数据格式来储存以及传输音频数据。以这种方式来储 存及传输音频数据，将会使得音频数据在储存或传输的过程中受到不法使用者(亦即俗称 的黑客)的窃取，如此，则将导致个人隐私及智慧财产权的保护无法周全。
发明内容
本发明的目的之一在于在计算机系统或音响系统中，在储存或是传输音频数据的 过程中，利用加密技术对音频数据进行加密，以确保即使音频数据受到不法使用者的窃取， 亦因数据已经经过加密而无法得知其实际内容。依据本发明的实施例，其披露了一种音频处理系统。该音频处理系统包含有一 主机系统以及一音效装置。该主机系统用来接收一音频数据，依照一加密标准与该音频数 据的一格式对该音频数据进行加密以产生一加密后音频数据。该音效装置是透过一连接规 格连接于该主机系统，用来透过该连接规格接收经过该主机系统所产生的该加密后音频数 据，并对该加密后音频号进行一解密处理，其中该主机系统所产生的该加密后音频数据的 一数据长度取决于该音频数据的格式。依据本发明的实施例，其来披露了一种音频数据传输方法。该音频数据传输方法 包含有依照一加密方法与一音频数据的一格式，对该音频数据进行一加密处理；透过一 连接规格将经过上述该加密后音频数据传送至一音效装置；以及利用该音效装置对经过上 述该加密后音频数据进行一解密处理，其中该加密后音频数据的一数据长度取决于该音频 数据的格式。
图1为本发明一实施例的加密音频数据传输装置的示意图。图2为高清晰度音效架构下的音乐数据的示意图。图3为图1中的加密音频数据传输装置依据第一实施例对具有格式为 48kHZ/2ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。图4为图1中的加密音频数据传输装置依据第一实施例对具有格式为 48kHZ/8ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。图5为图1中的加密音频数据传输装置依据第一实施例对具有格式为 192kHZ/2ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。图6为图1中的加密音频数据传输装置依据第一实施例对具有格式为 192kHZ/8ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。图7为包含多个候选数据长度的表格的示意图。图8为图1中的加密音频数据传输装置依据第二实施例对具有格式为 48kHZ/2ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。图9为图1中的加密音频数据传输装置依据第二实施例对具有格式为 48kHZ/8ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。图10为图1中的加密音频数据传输装置依据第二实施例对具有格式为 192kHZ/2ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。图11为图1中的加密音频数据传输装置依据第二实施例对具有格式为 192kHZ/8ch/24bits的欲传输音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。主要组件符号说明100加密音频数据传输装置110主机系统112中央处理单元114北桥芯片116内存118南桥芯片122应用程序124驱动程序140音频编解码芯片142解密功能
具体实施例方式
请参照图1，图1是显示依据本发明一实施例的加密音频数据传输装置100的示 意图。在本实施例中，以一常见的个人计算机系统(例如一桌上型计算机或是一笔记型计 算机)为例来进行说明，但是本领域普通技术人员应可理解，本发明所述的技术并不限于 应用在个人计算机系统上，其它任何有受到不法使用者入侵之虞(例如因为连接到网络系 统的关系)的音频系统，均属于本发明的技术所欲保护的领域。在图1中，加密音频数据 传输装置100是包含有一主机系统110，在本实施例中，主机系统110是由个人计算机的主 要运算机制所构成，在硬件部分，一般包含有一中央处理单元(central processing unit, CPU) 112，一连接于CPU 112、负责与一内存116及其它存取速度较快的组件沟通的北桥芯 片114，一连接于北桥芯片114、负责与主机系统110的其它外围装置沟通的南桥芯片118， 以及其它未显示在图1中的各种常见的组件；而在软件部分，则通常包含有上层的应用程序(application) 122以及下层的驱动程序(driver) 124，其中常见的应用程序122的例子 有如多媒体处理及播放程序、或是其它会对音频数据进行处理的程序，而驱动程序124则 是用来进行软硬件之间的沟通。主机系统110自一音频数据源130接收一音频数据，利用 应用程序122中的加密功能对该音频数据进行加密(encryption)，再将加密过后的音频数 据透过一音频连接150传送至一音频编译码芯片(audio CODEC) 140，再由音频编译码芯片 140对其进行解密(decryption)，以利后续的声音播放。在本实施例中，音频数据源140是一 DVD光盘储存装置，包括次世代DVD规格如 HD-DVD或蓝光DVD(Blu-ray disc)，其中储存了包含影像及声音信息的多媒体数据，然而本 发明并不以此为限，任何储存有或传送有音频数据的装置或信号来源，均属于音频数据源 140的应用。为了配合本发明的实施，音频编译码芯片140具备有针对主机系统110对音频 数据的加密操作进行解密的能力，而此一解密功能142可以用硬件、软件或是同时应用软 硬件的方式实现，是本领域普通技术人员能够完成的内容。至于用来连接主机系统110 (在 本实施例中，南桥芯片118的部分)及音频编译码芯片140的音频连接150，则以具有高传 输频宽的HDA连接(HDAlink)为佳，以配合加密后的音频数据的传输，但是本领域普通技术 人员亦应理解，本发明并不以此为限，其它传统或是创新的音频连接技术，亦可使用于此。在一第一实施例中，主机系统110是使用一加密方法来加密该音乐数据。举例来 说，所使用的该加密方法可为先进加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)。但先 进加密标准仅为本发明用来说明的一个范例，并非用来限制本发明的范围，其它加密方法 亦可应用在本发明上来进行加密。请参照图2所示的表格。在高清晰度音频规格中，其能 够以44. IkHz,88. 2kHz、176. 4kHz、48kHz、96kHz、或192kHz等取样频率来进行取样，并包含 有2个频道(channel)、4个频道、6个频道、8个频道乃至于更多频道的音频数据，其中，对 每个不同组态的组合而言，数据可经由具有相对应数据位(位元)长度的帧(frame)来传 送。本实施例的加密流程，是依据欲处理的音频数据格式(例如取样频率、位数、声道数 等)将上述各种具有不同取样频率、不同频道数的音频数据，均加密成为具有768位的加 密后音频数据。换言之，在此实施例中，不论欲加密的音频数据的格式为何，额定数据长度 (nominal data length)均为一固定的位数(也就是768位)。若是该音频数据加密前的数 据长度较上述的额定位数(768位)来得少(即大多数情形)，则在加密时会先以一垃圾数 据(garbage data)来填塞(padding)该帧以使其数据长度达到额定数据长度，之后始将该 音频数据连同填塞的垃圾数据，依照AES128的加密标准转换成六笔128位(总共768位) 的加密数据。须注意的是，在高清晰度音频的架构下，帧的传送频率为48KHz，因此，必须针对取 样率44. IkHz的音频数据进行额外处理。在本实施例中所采取的处理方式，是使用高清晰 度音频规格书(High Definition Audio Specification, Revision 1.0，April 15，2004， Intel Corporation)第5. 4节(第83-86页)描述的内容，即在进行取样率44. IkHz的音 频数据的传送时，会在每160个帧中以“12-11-11-12-11-11-12-11-11-12-11-11-11-(重 复)”的方式插入节拍(cadence)来传送，其中“_”表示不送数据，也就是说，每160个帧内 会有147个帧有音频数据，而有13个帧没有音频数据。同理，取样率88. 2kHz、176. 4kHz的 音频数据亦可运用相同原理来处理。上述针对取样率44. IkHz的音频数据所进行的处理， 是属本领域普通技术人员在了解上述规格书的披露内容后即可轻易实施的内容，故其详细运作方式将不在此赘述。请参照图3，图3是显示当所欲传输的音频数据的格式为48kHZ/2ch/24bits时， 也就是说，当音频数据具有取样率48kHz、2声道以及每一声道的每次取样为24位的数 据长度，图1中的加密音频数据传输装置100对音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密 的示意图。由于额定数据长度为768位，但是音频数据只会使用到48位(24位X2声 道XI)的数据长度，因此便会以垃圾数据来填塞所剩余的720位以使其数据长度达到额 定数据长度(亦即768位)，接着，再将上述768位的数据加密以产生六笔128位的加密 数据，并将其储存在一存储装置中，以待后续透过HDA连接150传送至音频编译码芯片 140。同样地，图4、5、6中则分别显示当所欲传输的音频数据的格式为48kHZ/8ch/24bits、 192kHz/2ch/24bits、192kHz/8ch/24bits时，图1中的加密音频数据传输装置100对音频数 据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。对上述的第一实施例来说，不论欲加密的音频数据的格式为何，额定数据长度均 为一固定的位数(也就是768位)。因此，不论音频数据在加密前有多少位数，都会使用垃 圾数据填塞来确保接下来的加密程序(例如AES128)所处理的数据长度均等于一额定数据 长度，也就是768位。于是，每个AES128加密程序皆可得到六笔128位的加密数据。然而， 具有768位数的加密后数据会在主机系统110与音频编译码芯片140间的音频连接150中 占用大量的频宽，并迫使系统增加多余的编译码次数。为了增进频宽的使用效率以及减少 系统的编译码次数，本发明另提供了一第二实施例，其是依据该音频数据的格式而由多个 候选数据长度中选出一额定数据长度来对该音频数据进行加密，其中音频数据的格式包含 有取样频率、位数、声道数中的至少一个。关于此第二实施例的细节说明如下。图7为显示对应AES128加密规格的多个候选数据长度的一表格，其包含有128位 (1X128 位)，256 位(2X128 位)，384位(3 X 128 位)，512 位(4X 128 位)，640 位(5X128 位)，728位(6X128位)。在此第二实施例中，加密程序自候选数据长度中，选出不小于 并最接近音频数据的位数的一候选数据长度，并依据所选取的候选数据长度来加密音频数 据。因此，加密程序依据音频数据的格式，应用不同的位数(128，256，384，512，640，728)来 对具有不同取样频率与不同频道数的音频数据进行加密。同样地，若是音频数据在加密前 的数据长度较所选取的额定候选数据长度来得少(即大多数情形)，则在加密时会先以一 垃圾数据来填塞至帧中以使其数据长度达到所选取的额定候选数据长度。对于本领域普通 技术人员而言，应可在阅读上述段落后轻易了解填塞垃圾数据的运作方式，故相关细节在 此便不再一一赘述。而后，音频数据连同填塞的垃圾数据便依照AES128的加密标准而转换 成多笔128位的加密数据，具体来说，AES128加密标准在所选取的额定候选数据长度为128 位时会产生一笔128位的加密数据、在所选取的额定候选数据长度为256位时会产生两笔 128位的加密数据、在所选取的额定候选数据长度为384位时会产生三笔128位的加密数 据、在所选取的额定候选数据长度为512位时会产生四笔128位的加密数据、在所选取的额 定候选数据长度为640位时会产生五笔128位的加密数据、以及在所选取的额定候选数据 长度为768位时会产生六笔128位的加密数据。请参照图8，图8是显示当所欲传输的音频数据的格式为48kHZ/2ch/24bits时， 也就是说，当音频数据具有取样率48kHz、2声道以及每一声道的每次取样为24位的数据长 度，图1中的加密音频数据传输装置 依据第二实施例对音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。因为音频数据的位数为48 (24位X 2声道XI)，所选取的候选数据长 度，依据一实施态样为最接近音频数据的位数，即为128位。由于所选取的候选数据长度为 128位，但是音频数据只会使用到48位的数据长度，因此便会以垃圾数据来填塞所剩余的 80位以使其数据长度达到额定数据长度(亦即128位)，接着，再将上述128位的数据加密 以产生一笔128位的加密数据，并将其储存在一存储装置中，以待后续透过HDA连接150传 送至音频编译码芯片140。同样地，图9、10、11中则分别显示当所欲传输的音频数据的格式 为 48kHz/8ch/24bits、192kHz/2ch/24bits、192kHz/8ch/24bits 时，图 1 中的加密音频数据 传输装置100依据第二实施例对音频数据进行垃圾数据填塞及进行加密的示意图。概括来说，在此第二实施例中，额定数据长度为一可变的数据长度，并非总是等于 768位，而是取决于音频数据的格式，或者，可由使用者自行设定。因此，填塞入音频数据的 垃圾数据是可弹性调整的，主要取决于所选用的候选数据长度。相较于之前所述的第一实 施例，此第二实施例可更加有效率地减少所填塞的垃圾数据，进而减少音频编译码芯片140 在译码程序的负担并增进HDA连接的频宽使用效率以提高总体的数据吞吐量，而整体的系 统耗电量也可大幅减少。此外，主机系统110的直接内存存取(Direct MemoryAccess，DMA) 缓冲区的使用效率也可大为提高。另外，由于额定数据长度不是一固定值，所传送的音频数 据的加密效果以及安全性也因而进一步地提高了。而且，因为音频数据格式是非固定的，所 以传输过程中并不需要针对取样率44. IKHz,88. 2KHz和176. 4KHz的原始信号插入额外的 节拍，故可减轻主机系统110与音频编译码芯片140的负载，如此一来，便可更进一步地降 低整体耗电量。上述关于本发明在进行加密时所使用的AES加密标准，其详细运作方式是AES 加密技术领域技术人员在了解本发明的披露内容之后，即可轻易实施的内容，故将不在此 一一赘述。而加密技术领域技术人员亦应理解，本发明的加密音频数据传输装置100及其 所使用的加密方法，并不仅限于使用AES加密标准来实现，其它任何能够达到音频数据的 储存及传输时的信息安全目的的加密方式，均可应用于本发明之中。又虽然本发明并不以 使用HDA连接为限，但是由于在进行AES128或是其它加密标准进行音频数据的加密时，会 引进大量的非音频数据(如上述用来填塞的垃圾数据)以提升加密的安全性，故用来传输 数据的连接自然以具有高传输频宽的HDA连接或是其它序列连接(serial link)为佳。再 者，主机系统110自音频数据源130所接收下来的音频数据，其数据格式可以是具有其它 标准化(standardized)或是自行制订(proprietary)的加密规格，此时主机系统110中 的软件部份(即应用程序122及驱动程序124)只要具有对此属于音频数据源的加密规格 进行解密，再将解密后的音频数据以本发明为储存及/或传输的用所设计的加密规格(如 AES128)进行加密，仍无碍于本发明的实施。综上所述，本发明利用软件来进行加密以保护音频数据，以避免在储存及/或传 送过程被不法使用者所窃取，而当用来处理并播放声音的音效装置，如音频编译码芯片140 接收到加密后的音频数据之后，便可利用解密的技术来还原得到原始的音频数据，藉此方 法达到保护的效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
一种音频处理系统，包含有一主机系统，用来接收一音频数据，并依据一加密方法与所述音频数据的一格式对所述音频数据加密以产生一加密后音频数据；以及一音效装置，透过一接口连接于所述主机系统，用来透过所述接口接收所述加密后音频数据，并对所述加密后音频数据进行一解密处理；其中，所述主机系统所产生的所述加密后音频数据的一数据长度取决于所述音频数据的所述格式。
2.根据权利要求1所述的音频处理系统，其中，所述音频数据的所述格式包含有取样 频率、位数、声道数中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的音频处理系统，其中，所述主机系统依据所述音频数据的所 述格式由多个候选数据长度选出一数据长度，并依据所述加密方法与所选取的所述数据长 度来对所述音频数据加密。
4.根据权利要求3所述的音频处理系统，其中，所述主机系统选出的所述数据长度是 所述多个候选数据长度中最接近所述音频数据的数据长度。
5.根据权利要求4所述的音频处理系统，其中，所述主机系统还包含有一应用程序，用 来执行所述加密处理。
6.一种音频数据传输方法，包含有依照一加密方法与一音频数据的一格式对所述音频数据进行一加密处理来产生一加 密后音频数据；依据一连接规格将所述加密后音频数据传送至一音效装置；以及利用所述音效装置对所述加密后音频数据进行一解密处理；其中，所述加密后音频数据的一数据长度为一可变的数据长度。
7.根据权利要求6所述的音频数据传输方法，其中，所述加密后音频数据的所述数据 长度取决于所述音频数据的所述格式。
8.根据权利要求7所述的音频数据传输方法，其中，所述音频数据的所述格式包含有 取样频率、位数、声道数中的至少一个。
9.根据权利要求7所述的音频数据传输方法，其中，对所述音频数据进行所述加密处 理的步骤包含有依据所述音频数据的所述格式从多个候选数据长度选出一数据长度；以及依据所述加密方法与所选取的所述数据长度来对所述音频数据加密。
10.根据权利要求6所述的音频数据传输方法，其中，所述加密后音频数据的所述数据 长度取决于一使用者的设定。
全文摘要
本发明披露了一种传送加密音频数据的音频数据传输方法及其音频处理系统与计算机系统。该音频数据传输方法包含有提供一音频数据；依照一加密标准与该音频数据的一格式对该音频数据进行一加密处理；透过一连接规格将经过上述加密处理的该音频数据传送至一音效装置；以及利用该音效装置对经过上述加密处理的该音频数据进行一解密处理。
文档编号H04L9/00GK101902322SQ20101019515
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月25日 优先权日2009年5月26日
发明者叶宗立, 洪家裕, 邱舒业, 郭荣文 申请人:瑞昱半导体股份有限公司