CN101064689A - 包含若干个信息包的传输串流加密/解密方法及相关装置 - Google Patents

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CN101064689A CNA2007101044242A CN200710104424A CN101064689A CN 101064689 A CN101064689 A CN 101064689A CN A2007101044242 A CNA2007101044242 A CN A2007101044242A CN 200710104424 A CN200710104424 A CN 200710104424A CN 101064689 A CN101064689 A CN 101064689A
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Abstract

本发明揭露一种包含若干个信息包的传输串流加密/解密方法及相关装置。该方法包含有下列步骤：提供一组预设数量的密钥；产生密钥指示值；根据该密钥指示值，在该组密钥中选择密钥；根据该被选取的密钥对该传输串流中的信息包的负载数据进行加密，并将该密钥指示值储存于该信息包的同步字段中以产生加密后信息包；以及根据该加密后信息包，产生受到保护的传输串流，其中每一信息包包含有信息包报头及负载数据，而该信息包报头包含有具有预设的同步模式的同步字段。本发明的个人电视录放影系统可提供随意存取功能，使得随意存取不同信息包变得可行。并且，本发明相较于先前技术更快速省时。

Description

包含若干个信息包的传输串流加密/解密方法及相关装置
技术领域
本发明有关于一种个人电视录放影系统，尤指一种个人电视录放影系统中包含若干个信息包的传输串流加密/解密的方法及相关装置。
背景技术
个人电视录放影系统(personal video recorder，PVR)是一种类似于卡匣式录放机(video cassette recorder，VCR)的装置的通称，差别在于个人电视录放影系统是利用数字格式记录电视数据，而卡匣式录放机则是采用模拟格式。个人电视录放影系统也可指硬盘录像机(hard disk recorder，HDR)、数字录放机(digital video recorder，DVR)、个人录像工作站(personal video station，PVS)或个人电视接收器(personal TV receiver，PTR)。有别于卡匣式录放机以模拟磁带纪录及播放电视节目，个人电视录放影系统是将录像的数据以动态视频影像压缩标准(Moving Pictures Expert Group，MPEG)的MPEG-1或MPEG-2等数字方式编码，并将数据储存于数字储存装置内，例如硬盘。个人电视录放影系统不但可提供类似于卡匣式录放机的功能(录像、播放、快转、倒带以及暂停)，更可不需将数据串流快转或倒带而立即跳到电视节目中的任何一段，且个人电视录放影系统更具有另一优点，即这些功能同样可以应用在一个正在接收中的电视节目，因此当使用者正在观赏实况转播的电视节目时，一样可以使用个人电视录放影系统的功能。
个人电视录放影系统基本上由两部分组成：(1)包含硬盘机、电源供应器及总线等硬件组件的装置，以及(2)可存取提供节目信息的在线服务以及可提供对数据串流进行编码与译码的功能的软件。此外，当个人电视录放影系统作为一机顶盒(set-top box)使用时，其输入信号是一传输串流。由于传输串流输入个人电视录放影系统前是先通过某种类型的网络，因此在输入信号中可能会有错误发生，且自传输串流接收的输入信号中的信息包(Packet)可能会不按照顺序抵达，并因网络特性而具有不同的信息包大小，例如无线网络、有线网络、光纤网络以及异步传送模式(asynchronous transfer mode，ATM)网络所定义的信息包大小是互不相同的。
传输信息包化(Packetization)/解信息包化与多任务(Multiplexing)/解多任务(demux)是指将每一个串流分成以“信息包”为单位的信息、独特地辨认出每一个信息包或信息包类型的方法，以及正确地将影像位串流、音频位串流及数据位串流交错(interleaving)或多任务处理成单一传输机制的方法。这些位串流的结构与关系将会被记载在服务信息位串流(service information bitstream)上，以及多任务传送在单一传输机制中。为了拓展此传输机制，地面广播、电缆分布、卫星分布、纪录媒体及计算机接口等数字媒体间的互通性将是首要考虑，例如数字电视(DTV)系统在对影像、音频及数据位串流进行信息包化及多任务时是采用MPEG-2传输串流的规范，其中该规范是应用于信道频宽或纪录媒体的容量有限但传输机制被要求必须要非常有效率。
图1是先前技术中传输端102与接收端104之间进行多任务及解多任务操作的示意图。接收端104是在个人电视录放影系统内进行解多任务的操作。如图1所示，在进行射频传输的调制之前，传输串流106附加上若干额外信息，如负载数据、控制节目相关信息/节目及系统信息协议(Control PSI/PSIP)与频率控制有关的节目频率参考(Clock Control PCR)等，另外传输串流106也可经由网络(图中未显示)传送，并由接收端104接收，即图中所示的传输串流108。在这两种情况中，接收端104的解多任务操作会解出原始信息以及控制信息(节目服务信息/节目及系统信息协议)并减少抖动(jitter)产生。
一般来说，传输串流106、108是用来进行网络间的数据传输，因此为了获得良好的互通性以及网络传输，数据信息会被分段成具有188个字节的信息包，且信息包化基本串流(Packetized Elementary Stream，PES)、节目相关信息(Program Specific Information，PSI)或节目信息(Program Information，SI)上会具有传输报头及调适信息，其中节目相关信息是用在美国数字电视传输规格(ATSC)，而节目信息则是用在数字电视广播规格(DVB)。请注意，信息包化基本串流中的信息包是传输基本串流的单元，其是由MPEG-2编码系统所定义。
包含有电视节目内容的数据串流是由服务提供商所提供，为了要保护这些内容，服务提供商通常会对网络间传输的电视节目数据加密，例如以条件存取方式(condition access，CA)或有线卡(Cable Card)来提供安全防护以保护传输内容的知识产权，其中条件存取的基本概念是在服务提供商与使用者间先交换密钥，再以所述密钥对内容进行搅频(scrambling)。
如上所述，服务提供商为了确保可以收取到适当的服务费用，相当重视电视节目与其它传输内容的安全性，他们希望可以预防及禁止任何不合法的复制、观赏或其它用途。然而若个人电视录放影系统只是简单地将未加密的数据储存在系统内，数据就很有可能被轻易地复制，因此很明显地，服务提供商会选择以更安全及加密过的格式来储存电视节目的内容，然而以加密格式储存数据将会使个人电视录放影系统中一些必要功能(如任意存取节目中不同时间的内容的功能)在操作时变得复杂，例如当使用者想要将节目快转三分钟时，个人电视录放影系统不能从储存媒体中直接跳过一段相当于三分钟长度的加密后信息，因为被跳过的加密信息内可能包含有用来解密的密钥信息，因此个人电视录放影系统将可能无法对数据解密，因为它不知道用来加密数据的密钥的信息。有鉴于此，现有的具有动态数据保护功能的个人电视录放影系统还需要被改进，在提供数据足够保护的同时，应该还要能继续保有如上述的任意存取等必要的功能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种将信息包的负载数据进行加密/解密的方法及相关装置，其中该信息包是储存于一个人电视录放影系统中。因此，本发明可提供动态数据保护功能，增进对内容的保护，并同时保有任意存取的功能。
根据本发明的一实施例，其是揭露一种对包含有若干个信息包的传输串流进行处理以输出一受到保护的传输串流的方法，其中每一信息包包含有一信息包报头及一负载数据，而信息包报头包含有一同步字段，具有一预定同步模式。该方法包含有下列步骤：(a)提供一组预设数量的密钥；(b)产生一密钥指示值；(c)根据该密钥指示值于该组密钥中选择一密钥，得出一被选取的密钥；(d)根据该被选取的密钥对传输串流中的一信息包进行加密，并将该密钥指示值储存于同步字段中，产生一加密过的信息包；以及(e)基于该加密过的信息包，产生一受到保护的传输串流。
根据本发明的另一实施例，其是揭露一种对包含有若干个信息包的受到保护的传输串流进行处理以输出一解密后的传输串流的方法，其中每一信息包包含有一信息包报头及一负载数据，且信息包报头包含有一同步字段。该方法包含有下列步骤：(a)提供一组预设数量的密钥；(b)根据信息包的同步字段，判断该受到保护的传输串流中的一信息包为加密过或未加密的信息包；(c)从加密过的信息包的同步字段中取出密钥指示值；(d)根据取出的密钥指示值于该组密钥中选择一密钥；(e)根据加密过的信息包与选出的密钥，产生一解密后的信息包，此步骤包含有：根据选择的密钥对该加密过的信息包的负载数据进行解密；以及(f)输出解密后的信息包及未加密的信息包(如果有未加密的信息包的话)形成解密后的传输串流。
根据本发明的另一实施例，其是揭露一种对包含有若干个信息包的传输串流进行处理以输出一受到保护的传输串流的装置，其中每一信息包包含有一信息包报头及一负载数据，而信息包报头包含有一同步字段，具有一预定同步模式。该装置包含有一列表，储存有一组预设数量的密钥；一密钥选择模块，用于产生一密钥指示值，并根据该密钥指示值于该组密钥中选择一密钥，以得出一被选取的密钥；一加密模块，用于接收传输串流中的一信息包，并根据该被选取的密钥对信息包的负载数据进行加密，以形成加密后的信息包的负载数据，并将密钥指示值储存于加密后的信息包的同步字段中以产生一加密过的信息包；而每一加密后的信息包输出后形成受到保护的传输串流。
根据本发明的另一实施例，其是揭露一种对包含有若干个信息包的受到保护的传输串流进行处理以输出一未受保护的传输串流的装置，其中每一信息包包含有一信息包报头及一负载数据，且信息包报头包含有一同步字段。该装置包含有一密钥列表，储存有一组预设数量的密钥；一解多任务单元，用于接收受到保护的传输串流，并根据信息包的同步字段，判断该受到保护的传输串流中的一信息包为加密过或未加密的信息包，将加密过的信息包输出以形成一加密过的信息包串流，并将未加密的信息包(如果有未加密的信息包的话)输出来形成一未加密的信息包串流；一密钥取出模块，从加密过的信息包的同步字段中取出密钥指示值，再利用密钥指示值查询密钥列表，以得出一被选择的密钥；一解密模块，用来接收加密过的信息包，并根据该加密过的信息包与被选择的密钥来至少对信息包的负载数据进行解密，以产生解密后的信息包，再输出每一解密后的信息包以形成一解密后的信息包串流；以及一多任务单元，用来将解密后的信息包串流与未加密的信息包串流(如果有未加密的信息包串流的话)多任务形成一未受保护的传输串流。
由于解密模块可以轻易地从修改后的同步字节中判断出应使用哪把密钥进行解密，因此本发明的个人电视录放影系统可提供随意存取功能，使得随意存取不同信息包变得可行。此外，本发明的个人电视录放影系统可以使用无限多组密钥，相较于先前技术，本发明的于每一预定数量的信息包提供一新的密钥会比检查储存于个人电视录放影系统中的每一信息包以确认其是否与密钥更新信息相关的现有作法来的快速省时。
附图说明
图1为先前技术中传输端与接收端之间进行多任务与解多任务的示意图。
图2为本发明一个实施例中个人电视录放影系统的加密区块的示意图。
图3为本发明一个实施例中个人电视录放影系统的解密区块的示意图。
图4是显示本发明将信息嵌入一信息包的同步字节的一个实施例的示意图。
图5是显示本发明插入额外信息包的另一个实施例的示意图。
图6是在图2所示的储存装置中储存信息包的数据保护操作的流程图。
图7是描述先前技术中动态视频影像压缩标准MPEG-2的传输信息包语法的列表。
具体实施方式
图2是本发明一个实施例的个人电视录放影系统中加密区块的示意图。如图2所示，该加密区块200包含有信息包识别(PID)滤波器202、解多任务器204、加密模块206、密钥选择模块214、密钥列表216、额外控制信息包产生器218、密钥列表控制单元220、多任务器212以及储存装置224。该加密区块200会对输入的传输串流IN进行处理，产生一个受到保护并储存在储存装置224中的传输串流。输入的传输串流IN包含有若干个信息包，但只有一部分的信息包会被个人电视录放影系统所储存。该信息包识别滤波器202会根据每一信息包的信息包识别码(PID)进行选择，只有信息包识别码显示应该被个人电视录放影系统所储存的传输串流信息包201才能通过该信息包识别滤波器202。
该解多任务器204会根据每一个传输串流信息包201的信息包识别码将通过该信息包识别滤波器202的传输串流信息包201分成不需要被加密的信息包(未加密信息包208)与需要被加密的信息包，并将需要被加密的信息包送往加密模块206。举例来说，电影等需要被加密的信息包，其信息包识别码显示其内容需要保护，故此信息包会被送往加密模块206；而如免费节目等不需要被加密的信息包，其信息包识别码显示其内容不需要保护，故此未加密信息包208则会直接被送往多任务器212。
该加密模块206对信息包进行加密的步骤如下。首先由该密钥列表216提供一组具有预设数量的密钥，在一个实施例中，该密钥列表216包含有16个密钥；接着该密钥选择模块214从该密钥列表216中为每一个需要被加密的信息包选择一个特定的密钥，在实际操作上，选择操作可以由多种方式实现，例如在该密钥列表216中随机选择一个密钥，或采用一个固定的循环顺序，另外该密钥选择模块214也可采用除了随机或固定顺序以外的其它选择方式，即本发明并不限制密钥选择的方式。
从该密钥列表216中选出特定的密钥后，该密钥选择模块214产生一个密钥指示值并将该密钥指示值与该选出的特定密钥传送至该加密模块206，其中该密钥指示值是用来指示用于加密的密钥是该密钥列表216中的哪一把密钥，其可能是一个简单的索引值或是一个较复杂的杂凑值(hash value)；而该加密模块206利用选出的密钥对需要被加密的信息包的负载数据(payload)进行加密，以产生一个加密后的信息包210，且该加密模块206会将密钥指示值储存于加密后信息包210的同步字段(synchronization field)中。如此一来，指示该被选出的密钥的密钥指示值就会被载入在每一个加密后信息包210的同步字段中，而解密区块(在稍后将会详细说明)就可以使用相同的密钥来对每一个加密后的信息包210的负载数据进行解密。将密钥指示值储存在该加密后的信息包210的同步字段中还有另一个好处，它使得个人录放影系统可以任意存取一个播放中的电视节目的不同数据段落，关于任意存取的详细解释以及储存密钥指示值的其它实施例则将会在后续段落进一步说明。由该加密模块206产生的加密后的信息包210会被送往该多任务器212。
为了增加安全性并提供无限多组密钥，该密钥列表控制单元220可产生新的密钥，并以新的密钥来替换该密钥列表216中部分或全部的密钥，以更新该密钥列表216。同时，该额外控制信息包产生器218产生至少一个额外控制信息包222以传递关于由该密钥控制列表220产生并储存在该密钥列表216的新密钥的控制信息，例如控制信息中可能包含对应新密钥的加密过的复制密钥、用来产生新密钥的算法的种子值(seed value)，或是可提供解密区块(在稍后说明)产生新密钥以进行解密的其它信息。包含有关于新密钥的额外控制信息的额外控制信息包222同样会被输入至该多任务器212中，由该多任务器222将未加密信息包208、加密后的信息包210及额外控制信息包222多任务成受到保护并储存在该储存装置224中的单一传输串流。因此，依照上述步骤，任何需要受到保护的内容，例如电影等，可以经由加密过的形式而储存于个人电视录放影系统的储存装置224中。
图3为本发明一个实施例的个人电视录放影系统中解密区块的示意图。如图3所示，该解密区块300包括储存装置302、第一解多任务器310、解密模块312、密钥取出模块314、密钥列表315、第一多任务器318、信息包识别滤波器320、第二解多任务器322、解搅频器(De-scrambler)324、第二多任务器326、第三解多任务器328、影音译码器330、控制模块332以及密钥更新模块334。该译码区块300会对自储存装置302读取的受到保护的传输串流进行处理以产生解密后的传输串流，并由该影音译码器330进行播放。请注意在后续说明中是假设图3的储存装置302即图2中的储存装置224，然而本发明并不限定只有此实施例，在其它实施例中，个人电视录放影系统实际上可具有若干个储存装置，或是使用可移除的抽取式储存装置，这些变化仍然适用于本发明。从储存装置302读取的受到保护的传输串流包含有若干个未加密信息包306、额外控制信息包308以及加密后的信息包304，该第一解多任务器310会取出加密后的信息包304传送至该解密模块312进行解密步骤，并将未加密信息包306及额外控制信息包308直接传送至该多任务器318。
解密的步骤是说明如下。为了确定每一个加密后的信息包304应该使用密钥列表315中的哪一把密钥进行解密，该密钥取出模块314在检查每一个加密后的信息包304的同步字段后，根据储存在其中的密钥指示值在密钥列表315中选择一个正确的密钥。如同先前所述，密钥指示值是用于指示作为加密的密钥是图2的密钥列表216中的哪一把密钥，由于在任何时候密钥列表315中的密钥都与图2中的密钥列表315中的密钥完全相同(将在稍后说明)，当该加密后信息包304的密钥指示值指示出其在加密过程中是使用图2的密钥列表216中的第三把密钥进行加密时，该信息包可以使用图3的密钥列表315中的第三把密钥进行解密，而我们将在稍后解释密钥列表315与216在两图中是如何做到完全相同的。该密钥取出模块314根据该特定的加密后信息包304的同步字段中的密钥指示值来选出密钥后，便将该被选出的密钥传送至解密模块312，该解密模块312接着对该特定的加密后信息包304的负载数据进行解密，以产生一个解密后的信息包316。上述步骤在下一个加密后信息包304会重复执行，即利用每一个加密后信息包304的同步字段中的密钥指示值于密钥列表315中选择一个正确的密钥，交由解密模块312进行解密。而解密后的信息包316、未加密信息包306以及额外控制信息包308传送至该第一多任务器318经过多任务后形成一个解密后的传输串流319。
该信息包识别滤波器320是用于选择性地过滤解密后的传输串流319，并只允许包含有个人电视录放影系统所要播放的内容的信息包以及额外控制信息包308通过以进行下一阶段的处理。例如，个人电视录放影系统的使用者可能想要观赏一个特定内容的串流，而信息包识别滤波器320就只让信息包识别码为该特定内容串流的信息包以及额外控制信息包308通过并进入该第二解多任务器322，该第二解多任务器322接着根据信息包报头(packetheader)将通过信息包识别滤波器320的信息包分成经过搅频与未经过搅频的信息包，如同先前所述以及一般熟知此项技艺的人士所了解的，信息包报头中的传输搅频控制字段(transport scrambling control field)是显示MPEG-2传输串流信息包的负载数据是否经过搅频，请注意，MPEG-2传输串流信息包报头、非必要的调适字段(optional adaptation field)以及空白的MPEG-2传输串流信息包的负载数据并不会经过搅频，另外关于信息包报头的进一步信息是揭露于图7中。经过搅频的信息包接着被传送到解搅频器324，而未经搅频的信息包则直接传送至第二多任务器326，由于解搅频的步骤及原理已经在先前技术中有相当多的讨论，为了节省篇幅，在此便不再详细说明该解搅频器324的动作。
该第二多任务器326将该解搅频器324输出的解搅频信息包与直接接收自第二解多任务器322的信息包结合成一个单一串流传送至第三解多任务器328，而第三解多任务器328接着将额外控制信息包308传送至控制模块332，并将其它包含有内容信息的信息包传送至影音译码器330以准备播放。
如同先前所提到的，当每个加密后信息包304进行解密时，图3的密钥列表315中的密钥须与图2中加密过程中所使用的密钥列表216中的密钥相同，如此一来，每一加密后信息包304的同步字段中的密钥指示值才能从密钥列表315中正确指示出解密过程中解密模块312应该使用的密钥，而额外控制信息包308与密钥更新模块334即用于达成此目的。额外控制信息包308带有密钥列表216的新密钥的控制信息，而密钥更新模块334便利用这些控制信息产生相同的新密钥，并将其储存于密钥列表315中。例如在一个实施例中，额外控制信息包可包含有对应新密钥的加密过的复制密钥，而该复制密钥对密钥更新模块334来说是可读的(可解密的)，而密钥更新模块334便储存该新密钥以更新密钥列表315。在另一个实施例中，额外控制信息包可包含用来产生新密钥的算法的种子值，而该密钥更新模块334便利用相同的算法与种子值产生新的密钥。其它种类的密钥也可使用于本发明，例如一般熟知此项技艺的人士所熟悉的以一个公开的密钥作为加密的第一密钥，以及以一个相对应的非公开的密钥作为解密时的第二密钥。不论使用的是哪种密钥，密钥更新模块334只需要利用包含在额外控制信息包中的信息来产生新密钥，如此一来，密钥列表315就可以与密钥列表216具有相同的密钥，因此当解密模块312对每一加密后信息包304进行解密时，密钥取出模块314可根据储存于加密后信息包304的同步字段中的密钥指示值来从密钥列表315中选择出正确的密钥。
图7是描述先前技术中动态视频影像压缩标准MPEG-2的传输信息包语法的列表，为了详细解释图2及图3所示的实施例中，个人电视录放影系统的加密区块200与解密区块300的操作流程，动态视频影像压缩标准MPEG-2的某些字段必须被细究。根据“Guide to use of ATSC DTV standard”，动态视频影像压缩标准MPEG-2传输串流信息包结构中前4个字节是传输串流信息包的报头，其余的184个字节可能包含一个非必要的调适字段(AdaptationField)以及最多为184个字节的传输串流信息包负载数据，若信息包设有调适字段，则调适字段是紧接于传输串流信息包报头的最后一个字节之后。由于调适字段并不属于信息包报头，也不属于信息包负载数据，因此当信息包设有调适字段时，传输串流信息包负载数据的大小会等于184字节减去调适字段的长度，请注意关于传输串流信息包负载数据内容的定义可能会随着动态视频影像压缩标准MPEG-2的串流形式以及封装方法(encapsulationmethod)而有所不同。
在动态视频影像压缩标准MPEG-2的传输信息包语法中，信息包报头中用来从多任务处理后的传输串流中辨认出传输信息包的信息包识别码(PID)是一个13位的二进制值，因此对每一位串流指定一个独特的信息包识别码可形成高达8192(213)个可于MPEG-2传输串流中同时传输又可互相区分出的位串流。
负载数据单元起始指示值(payload_unit_start_indicator)，如图7中设定为‘1’，可用来指示信号解调器在目前的MPEG-2传输串流信息包中找到相关的信息，如新的信息包化基本串流或节目相关信息的起始点。当传输串流信息包的负载数据中包含有信息包化基本串流的信息包数据时，负载数据单元起始指示值具有下列意义：‘1’代表传输串流信息包的负载数据是由一信息包化基本串流信息包的第一个字节开始，而‘0’则代表传输串流信息包的负载数据包含有一跟随着先前起始的信息包化基本串流的具有必要的填充字节的后续部分。当负载数据单元起始指示值设为‘1’时，表示在此传输串流信息包中只有一个信息包化基本串流的信息包的起始点(在单一的传输串流信息包中并不允许存在有两个信息包或两个信息包的一部分)。这种信号形式再加上解调器中硬件滤波功能可以相当有效率地解调出传输串流的内容。
对于作为负载数据的MPEG-2区块(节目相关信息(PSI)及非公开区块(private section))而言，当负载数据单元起始指示值为‘1’时，MPEG-2传输串流信息包负载数据的第一个字节是一指针字段(pointer_field)，用于指示传输串流信息包负载数据的起始点与下一节目相关信息或非公开区块的起始点间的位移量；而当负载数据单元起始指示值为‘0’时，MPEG-2传输串流信息包负载数据的第一个字节就不是指针字段，此时传输串流信息包负载数据包含一个跟随着先前起始的信息包化基本串流的具有必要的填充字节的后续部分。
如同先前所述，传输搅频控制(transport_scrambling_control)字段是用于表示MPEG-2传输串流信息包负载数据是否经过搅频，请注意，MPEG-2传输串流信息包报头、非必要的调适字段以及空白的MPEG-2传输串流信息包的负载数据是不会经过搅频的。另外调适字段控制(adaptation_field_control)的字段是用于标志出调适字段的内容，在其2位的字段中，最重要位(MSB)多半用来显示信息包是否具有调适字段，而最不重要位(LSB)则是用来显示信息包是否具有负载数据。
连续计数器(continuity_counter)字段是一个4位的计数器，用于计数具有相同信息包识别码的MPEG-2传输串流信息包。当连续检测到具有特定信息包识别码的传输串流信息包时，计数器便会逐渐递增1，但不包括调适字段的控制字段显示传输串流信息包只含有一调适字段(即不具有负载数据)或控制字段设为‘保留(reserved)’，抑或是传输串流信息包是一复制数据(这些例外情况称为“不递增的条件”)。当连续计数器在检测到先前具有相同信息包识别码的传输串流信息包而将计数值加1，或“不递增的条件”中有任何一个条件成立时，连续计数器视为“连续的”；反之，当连续计数器在检测到先前具有相同信息包识别码的传输串流信息包而未将计数值加1，或“不增加的条件”中没有任何一个条件成立时，连续计数器视为“不连续的”。除了由不连续指针旗帜(discontinuity_indicator flag)显示连续计数器为“不连续的”的情况(不连续指标旗帜设为‘1’)外，当接收端发现连续计数器为不连续时，表示应该有某些数量的MPEG-2传输串流信息包已经遗失了。
信息包报头中另外两个并不常使用在ATSC传输串流的字段为传输错误指标(transport_error_indicator)以及传输优先权(transport_priority)，其中传输错误指标是用于指示在传输串流信息包中存在有至少一个无法更正的错误位，而传输优先权字段设为‘1’的传输串流信息包较其它具有相同信息包识别码但传输优先权字段不为‘1’的传输串流信息包具有较高优先权。负载数据域位是载有数据内容，其中数据内容可为多种类型中的一种，例如为一MPEG-2信息包化基本串流信息包(其本身可能包含有一基本串流)，或一个或多个节目相关信息或非公开区块。
图4是显示图2中加密模块206将密钥指示值嵌入一信息包的同步字节的示意图。如图4所示，在一个实施例中，加密后信息包210的同步字节中对应47(其是为十六进制数值8’h47)的位是设为‘1’，由于个人电视录放影系统的录像/播放功能只需正确地操作已纪录在个人电视录放影系统中的内容，即个人电视录放影系统是一封闭的系统且188个字节在录像之前已经经过良好的调准，因此只要个人电视录放影系统维持一致的录像/播放规则，就可以重新定义同步字段中位所代表的意义；同步字段中其它非‘1’的位则可用来根据设计时的需求储存特定的密钥信息，例如储存密钥指示值，如此一来，由于正规的同步字节不会包含识别信息47(其是为十六进制数值8’h47)，该识别信息47(其是为十六进制数值8’h47)可用来显示信息包210包含有一密钥指示值。举例来说，定义为47(其是为十六进制数值8’h47)的同步字节最多可提供16个不同的密钥，对应到密钥列表216的16个不同的密钥，这表示在同步字节中剩余的4个不同位X可用来储存总共16个不同的密钥指示值，一般而言，密钥的数量等于2n，其中n为同步字节中没有作为识别旗帜的位数。
在本实施例中，密钥列表216在任何时候均储存有16个不同的密钥，用于加密储存于储存装置224中的内容。在进行播放操作的过程中，解密区块300自储存装置302中回复数据，其中加密后信息包304(如同步字节经过修改的信息包)是由解密模块312根据其修改后的同步字节模式(如储存于同步字段的密钥指示值)所指示的密钥进行解密。
实际操作中，该密钥指示值可储存于该同步字段的部分专用位，如同步字段中位值为0的若干个位或同步字段中位值为1的若干个位，或储存于该同步字段的所有位中。
如同先前所述，提供如录像、播放、快转、倒带、暂停以及立即跳至录像节目内容的任何一段的随意存取功能是个人电视录放影系统最令人向往的功能，根据本发明，由于密钥取出模块314可从每一加密后信息包304中修改过的同步字段中轻易判断出解密模块314应使用哪把密钥进行解密，故不同信息包间的随意存取功能是可以达成的。此外，从图7中可以看出，由于传输信息包的同步字段(同步字节)并不是保留字段，因此将数据储存在同步字段中并不用担心数据的功能将来可能被改变，换句话说，同步字节已被清楚定义只会使用在解密区块300外的同步检测，故在一个人电视录放影系统中修改同步字节并不会造成任何问题。
在一个实施例中，当使用者想要快转3分钟时，若密钥列表216及315中的密钥没有改变，则从密钥列表214中指出哪把密钥是信息包加密时所使用的密钥，则个人电视录放影系统可以在储存装置302中直接跳过一段相当于3分钟长度的加密后数据，且还可以立即判断出应该使用密钥列表315中的哪一把密钥对从储存装置302中收到的加密后信息包304进行解密，因此，根据本实施例，本发明的个人电视录放影系统可以同时具有对储存装置302中的数据进行内容保护以及随意存取的功能。
图5是本发明插入额外控制信息包的另一个实施例的示意图。在本实施例中，为了提供动态数据保护功能，图2的密钥列表控制单元220会定期改变储存在密钥列表216中并提供给加密模块206使用的密钥，在这种情况下，如同先前所述，用于解密模块312的密钥列表315必须依据相对应密钥列表216中的新密钥而进行更新。如图5所示，额外控制信息包是依据定时器500产生，而定时器500是用于触发每一预定的时间周期T，以及纪录额外控制信息包的数目并汇报至个人电视录放影系统的中央处理器(CPU)502或其它的控制逻辑电路；也就是说，实际上额外控制信息包222是受中央处理器502或其它控制逻辑电路所设定的定时器500所控制而嵌入至受到保护的传输串流中。中央处理器502或控制逻辑电路会根据每一额外控制信息包的时间与相对的信息包数目形成文件诠释数据(meta-data)的数据库，接着额外控制信息包222被嵌入至传输串流并储存于储存装置224，而额外控制信息包中包含的关于新密钥的信息则被储存至密钥列表216，当进行随意存取，例如执行跳跃快转或跳跃倒带功能时，解密模块只需要检查该文件诠释数据的数据库来决定与欲播放的数据内容起始点最接近的额外控制信息包位置。因此与先前技术中需要检查储存装置302中的每一个信息包是否具有与密钥更新相关的信息相比，本方法的在每个时间周期T提供新的密钥具有快速省时的优点，而且由额外控制信息包222、308进行密钥改变/更新，本发明可提供无限多组的密钥，因此数据内容的安全性会随的提高，且解密模块300仍然可以对储存装置302中的内容进行随意存取。
图6为在个人电视录放影系统中进行动态数据保护操作的一实施例的流程图，其是显示了将一传输串流信息包储存至图2所示的储存装置224时的保护操作步骤。请注意，只要能达到实质相同的结果，流程图中的每一步骤并不一定要与图中所示的顺序相同或是连续地执行，其间也可插入其它步骤。在本实施例中，将传输串流信息包储存至储存装置224时的保护操作包括下列步骤：
步骤600：开始信息包储存操作，其中信息包包含有信息，且储存操作是将信息包储存至储存装置224。
步骤602：提供一组具有预设数量的密钥。该组密钥是用于加密信息包信息，而所述密钥可储存在文件诠释数据的数据库以提供信息包解密时使用。
步骤604：提供信息包储存变量(packets_stored variable)。信息包储存变量是用于表示储存装置224中包含数据的连续信息包的信息包数目，并于产生储存有额外控制信息包222数目的诠释数据时用以追踪储存于个人电视录放影系统中的信息包数目。
步骤606：定时器500的中断信号是否达到预定的时间周期T？若是，则执行步骤608；若否，则执行步骤614。
步骤608：在信息包串流中插入具有新密钥信息的额外控制信息包222。为了使加密过程平顺，密钥可以用奇数与偶数来区分(或编成第1组、第2组、第3组，或...)，且只改变全部的奇数密钥或偶数密钥。
步骤610：根据步骤608中的新密钥信息以新密钥替换旧密钥，以更新密钥列表216中的密钥。请注意密钥列表216中的密钥数量仍维持不变。
步骤612：将信息包储存变量重新设定为1。
步骤614：判断是否需要加密？例如判断信息包的信息包识别码是否指示信息包内含有应受保护的内容？若是，则执行步骤616；若否，则执行步骤622。
步骤616：从该组密钥中选择一个特定的密钥(例如以随机方式选择一密钥)。
步骤618：使用步骤616中选择的特定密钥将欲储存的信息包数据加密。
步骤620：修改欲储存的信息包的同步字节以指示出步骤618中所使用的密钥。
步骤622：将信息包储存在系统内存及硬盘单元228。
步骤624：递增信息包储存变量。
步骤626：完成信息包储存操作。若有另一信息包待储存，则回到步骤606。
请注意，在上述步骤中，用于加密(步骤618)与解密的密钥并不一定都相同，例如在同一信息包的加密与解密过程使用同一密钥，但根据系统设计需求，在经过一定数目的传输信息包后可更改使用的密钥，由于本发明是于传输串流中嵌入密钥信息以及插入信息包，改变使用的密钥并不会对中央处理器或控制逻辑电路造成太大的干扰。
本发明提供一种于个人电视录放影系统中，在信息包的同步字节中嵌入信息的方法，以提供动态数据保护功能来增进对内容的保护。该方法包含有下列步骤：提供一组预定数量的密钥；产生一密钥指示值；根据该密钥指示值于该组密钥中选择一密钥；根据选择的密钥及传输串流中的一信息包来产生一加密后信息包，其中加密的步骤是根据选择的密钥对信息包负载数据加密，并将密钥指示值储存于同步字段中；以及以加密后信息包为基础产生一受到保护的传输串流。由于解密模块可以轻易地从修改后的同步字节中判断出应使用哪把密钥进行解密，因此本发明的个人电视录放影系统可提供随意存取功能，使得随意存取不同信息包变得可行；此外，由在每一时间周期T插入一额外信息包，本发明的个人电视录放影系统可以使用无限多组密钥，相较于先前技术，本发明的于每一预定数量的信息包提供一新的密钥会比检查储存于个人电视录放影系统中的每一信息包以确认其是否与密钥更新信息相关的现有作法来的快速省时。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，举凡熟悉此项技艺的人士，在依本发明精神架构下所做的等效修饰或变化，都应包含于权利要求范围内。

Claims (28)

1.一种处理包含有若干个信息包的传输串流以输出受到保护的传输串流的方法，其中每一信息包包含有信息包报头及负载数据，该信息包报头包含具有预设同步模式的同步字段，其特征在于，该方法包含有：
(a)提供一组预设数量的密钥；
(b)产生一个密钥指示值；
(c)根据该密钥指示值，在该组密钥中选择密钥，以得出被选取的密钥；
(d)根据该被选取的密钥与该传输串流中的信息包产生加密后信息包，其中该加密步骤是包含有下列步骤：
根据该被选取的密钥对该信息包的该负载数据进行加密；以及
将该密钥指示值储存于该同步字段；以及
(e)根据该加密后信息包，产生该受到保护的传输串流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)是加密该传输串流中的每一信息包以形成若干个加密后信息包，以及该受到保护的传输串流则根据该若干个加密后信息包来产生。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)是加密该传输串流中的一部分信息包以形成若干个加密后信息包，以及该受到保护的传输串流则根据该若干个加密后信息包及该传输串流中的其它信息包来产生。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该密钥指示值是储存于该同步字段的部分专用位中。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该部分专用位是该同步字段中位值为0的若干个位、位值为1的若干个位或是该同步字段的所有位。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该传输串流的结构是符合动态视频影像压缩标准的MPEG-2规格。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该受到保护的传输串流是写入至一储存装置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包含有：
(f)产生若干个新密钥；
(g)将该组的密钥中的部分密钥替换成所述新密钥以更新该组的密钥；以及
(h)产生至少一额外控制信息包以传送与所述新密钥及该被替换的密钥相关的控制信息；
其中该步骤(e)是根据该加密后信息包及该额外控制信息包产生该受到保护的传输串流。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(h)是依据一预定的时间周期产生该额外控制信息包。
10.一种对包含有若干个信息包的受到保护的传输串流进行处理以输出解密后的传输串流的方法，每一信息包包含有信息包报头及负载数据，该信息包报头包含有同步字段，其特征在于，该方法包含有：
(a)提供一组预设数量的密钥；
(b)根据该受到保护的传输串流中一信息包的该同步字段，判断该信息包为一加密后信息包或一未加密信息包；
(c)从该受到保护的传输串流中该加密后信息包的该同步字段中取出一密钥指示值；
(d)根据该取出的密钥指示值于该组密钥中选出一密钥；
(e)根据该加密后信息包及该选出的密钥产生一解密后信息包，此步骤包含有：
根据该选出的密钥对该加密后信息包的该负载数据进行解密；以及
(f)若具有未加密信息包，则输出该解密后信息包及该未加密信息包，以形成该解密后的传输串流；若不具有未加密信息包，则输出该解密后信息包，以形成该解密后的传输串流。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该解密后信息包的该负载数据是经由将该受到保护的传输串流中该加密后信息包的该负载数据解密来产生，而该解密后信息包的该同步字段是设定成一预设模式。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该受到保护的传输串流的每一信息包是符合动态视频影像压缩标准的MPEG-2规格。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该解密后信息包的结构是符合动态视频影像压缩标准的MPEG-2规格。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该解密后的传输串流是包含有至少一嵌入的控制信息包，该嵌入的控制信息包是具有一特定信息包识别码，并载有用于更新该组密钥的控制信息，以及该方法还包含有：
(g)辨认该解密后的传输串流中一信息包是否为该嵌入的控制信息包；以及
(h)根据该嵌入的控制信息包更新该组密钥。
15.一种对包含有若干个信息包的传输串流进行处理以输出受到保护的传输串流的装置，每一信息包包含有信息包报头及负载数据，该信息包报头包含具有预设同步模式的同步字段，其特征在于，该装置包含有：
列表，储存有一组预设数量的密钥；
密钥选择模块，耦接于该列表，用于产生密钥指示值，并根据该密钥指示值在该组密钥中选择密钥以得出被选取的密钥；以及
加密模块，耦接于该密钥选择模块，用于接收该传输串流中的一信息包，并根据该被选取的密钥对该信息包的负载数据进行加密以形成加密后信息包的负载数据，并将该密钥指示值储存于该加密后信息包的该同步字段中；
其中每一加密后信息包是被输出而形成该受到保护的传输串流。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该加密模块是对该传输串流中的每一信息包进行处理以产生若干个加密后信息包。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包含有：
一解多任务单元，用于接收该传输串流中的每一信息包，以产生需要受到保护的若干个第一信息包以及不需要受到保护的若干个第二信息包；
其中该加密模块对每一第一信息包进行处理以产生若干个该加密后信息包，而每一加密后信息包及每一第二信息包是被输出以形成该受到保护的传输串流。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该密钥指示值是储存于该同步字段的部分专用位中。
19.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该部分专用位是该同步字段中位值为0的若干个位、位值为1的若干个位或该同步字段的所有位。
20.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该传输串流的结构是符合动态视频影像压缩标准的MPEG-2规格。
21.如权利要求15所述的装置，其特征在于，该受到保护的传输串流是写入一储存装置。
22.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包含有：
一密钥列表控制单元，用于产生若干个新密钥，将该组密钥中的部分密钥替换成所述新密钥以更新该组密钥，并产生至少一额外控制信息包以传送与该新密钥及该被替换的密钥相关的控制信息；
其中该至少一额外控制信息包另被输出以形成该受到保护的传输串流。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，该密钥列表控制单元是依据一预定的时间周期产生该额外控制信息包。
24.一种对包含有若干个信息包的受到保护的传输串流进行处理以输出未受保护的传输串流的装置，每一信息包包含有信息包报头及负载数据，该信息包报头包含有同步字段，其特征在于，该装置包含有：
解多任务单元，用于接收该受到保护的传输串流，并根据该受到保护的传输串流中一信息包的同步字段来判断该信息包为一加密后信息包或一未加密信息包，并将该加密后信息包输出以形成一加密后信息包串流；若具有未加密信息包，则将该未加密信息包输出以形成一未加密的信息包串流；
密钥列表，用于储存一组预设数量的密钥；
密钥取出模块，用于从该加密后信息包串流中一加密后信息包的该同步字段中取出一密钥指示值，并利用该密钥指示值查询该密钥列表以得出一被选择的密钥；
解密模块，用于接收该加密后信息包，根据该加密后信息包与该被选择的密钥，至少对该加密后信息包的该负载进行解密以产生一解密后信息包，并输出每一解密后信息包以形成一解密后信息包串流；以及
多任务单元，用于多任务该解密后信息包串流，或多任务该解密后信息包串流与该未加密的信息包串流，以形成该未受保护的传输串流。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，该解密后信息包的该负载数据是经由将该受到保护的传输串流中该加密后信息包的该负载数据解密来产生，而该解密后信息包的该同步字段是设定成一预设模式。
26.如权利要求24所述的装置，其特征在于，该加密后信息包的结构是符合动态视频影像压缩标准的MPEG-2规格。
27.如权利要求24所述的装置，其特征在于，该解密后信息包的结构是符合动态视频影像压缩标准的MPEG-2规格。
28.如权利要求24所述的装置，其特征在于，该受到保护的传输串流是包含有至少一嵌入的控制信息包，该嵌入的控制信息包是具有一特定信息包识别码，并载有用于更新该组密钥的控制信息，该装置更包含有：
一信息包识别滤波器，耦接至该多任务单元，用于从该未受到保护的传输串流中取出该嵌入的控制信息包；以及
一密钥更新模块，耦接至该信息包识别滤波器，用于根据该嵌入的控制信息包更新该组密钥。
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