CN1299509A - 数字信息信号的反复制方法及装置 - Google Patents

Abstract

为了保护音频信号不被复制,将音频信号与至少一个非音频干扰信号进行混合。第1干扰信号可以是相加于音频信号的低频干扰信号,而第2干扰信号可以是相乘于音频信号的高频干扰信号。此外,第2干扰信号可以由包含原始信号或反相原始信号、或指出违法复制的语音信号的调制信号来进行调制。或者/另外,数字信息可以通过短暂中断信息写入信息载体的过程来进行复制保护。后者的方法对于进行复制保护软件也是有效的。

Description

数字信息信号的反复制方法及装置

发明背景

本发明涉及一种反复制的方法及装置，它可用于音频以及/或者视频信号，特别是数字音频信号以及软件信息。

如今，数字技术允许对音频信号作完美的复制。例如，光盘(CD)的音频信息能够以数字方式被记录到磁带上或者甚至可以通过所谓CD刻录机(光盘复制机)进行物理性的复制。能够进行数字复制及生产原物的完美复制品，就导致了许多CD的违法复制品。这又导致大量的版权费用的损失。由此，需要保护音频信号不被复制。

以往的技术提出了一些复制保护方法，但它们都有些不足之处。

例如，欧洲专利EP 0 298 691提出通过一个外加的信号来调制音频信号。对于调制的程度，此调制不是音频的。使用探测器来探测调制信号。在这已知的方法中，副本中的复制保护信号并不是音频的，除非使用特殊的设备，否则它的效果将会受到严格的限制。

欧洲专利EP 0 348 570揭示一种复制保护方法，它是将一个音频“干扰信号”外加到原始的音频信号中。这种方法也有不足之处，即最后的音频信号总会失真，甚至在由授权用户播放的时候。

发明概要

本发明的目的是提供一种保护音频信号不被未授权的复制的方法，它不存在以往技术的不足之处。

本发明的另一目的是提供一种保护音频信号的方法，它不会由授权者干扰这些信号的重放。

本发明的另一目的是提供一种在用户方面不需要特殊设备的保护音频信号的方法。

本发明的再一目的是提供一种装置，它用于受保护的录制数据载体，以及复制保护信息载体。

因此，本发明提供一种保护音频信号不被复制的方法，此方法包括将音频信号与至少一个当复制音频信号时变为音频的非音频干扰信号进行混合的步骤。

通过将音频信号与一个非音频干扰信号，它是具有正常音频范围以外频率的外加信号而进行混成，即可以得到一个音频信号，当它重放时没有受干扰。而在进行复制后显示出音频干扰。

有利地，第1干扰信号是与音频信号相加的低频信号。当原始音频信号与此低频第1干扰信号具有可比较的幅度时，所得混合后的输出信号会充分抵抗复制到一个模拟磁带录音机上。本发明的此方式基于的内幕是，缓慢变化的信号使得磁带记录器的磁头有效地擦去被记录的信号，或者至少抑制信号的记录。

最好，低频干扰信号具有近似于2Hz的频率，最好在0.5与3Hz之间，并且具有实际的正弦形。此低频不是音频的，它们也不能由常规的音频装置来重现，并且它们还具有上述的擦去作用。

有利地，第2干扰信号是与音频信号相乘的高频信号。它可以有效地使原始音频信号在较高中断频率处被实际地中断(“截断”)。由于包含的较高(非音频)频率，虽然此常规中断一般不是音频的，而由于复制装置的特性，信号的复制会产生一个合成信号的不完全解调。

最好，高频干扰信号具有近似于20KHz的频率，并且具有实际的正弦形，虽然形状，例如方脉冲也是可以的。

最好，将第1低频干扰信号与第2高频干扰信号都与原始音频信号进行混合，而以产生一个组合的复制-保护音频信号。

有利地，此音频信号是涉及采样频率的数字信号表示，第2干扰信号具有随时间变化的频率，且最好在近似于采样频率的一半到四分之三之间。这样使得第2干扰信号具有变化(最好是增大)的频率以及由于包含了混叠效应而具有变化(最好是增大)的振幅。这样使得在复制后的信号存在明显的音频振幅调制。

第2干扰信号也可以通过辅助调制信号来进行频率以及/或者振幅调制，例如来自于原始音频信号的辅助调制信号。

本发明还提供了一种保护音频信号不被复制的装置，包括产生至少一个非音频干扰信号的发生装置、将至少一个干扰信号与音频信号混合的混合装置、输出所得混合后的音频信号的输出装置。

根据本发明的另一方面，本方面提供了一种生产复制一保护数字信息载体的方法，它包括将数字信息录制到载体并在短时间间隔中通过中断录制来体现。

附图简介

参照下述附图来进一步说明本发明。

图1表示本发明方法的可能应用。

图2表示使用在本发明方法中的第1干扰信号。

图3表示图2的第1干扰信号与音频信号的组合信号。

图4表示录制到磁带录音机上的图3的信号。

图5表示在图2中的此低频干扰信号。

图6表示与一个连续的高频干扰信号相乘后的图5的低频干扰信号。

图7表示与一个连续的高频信号相加后的图5的低频信号。

图8表示组合有高频短脉冲串的低频干扰信号。

图9表示图8信号的另一个实施例。

图10表示进行了频率以及/或者振幅调制的干扰信号。

图11表示将图10的干扰信号使用到音频信号后的效果。

图12表示要进行复制保护的原始音频信号。

图13表示与高频干扰信号相乘后的图12的信号。

图14表示增益整制后图13的信号。

图15表示用于补偿增益调整的图14的信号。

图16表示实现本发明方法的一个系统。

图17表示在复制保护方法中将数字数据写到信息载体上的一种装置。

实施形态详述

如图1a及1b所示，(数字)音频信号的复制可以认为包括二种或二组复制操作：

组1：从数字信号到模拟信号，

组2：从数字信号到数字信号。

虽然本发明中所述的一些技术也可以应用于从模拟信号到模拟信号(信号的重现)，下述说明将以数字音频信号的复制为重点，数字音频信号是呈现以表示数字复现中的音频信号(用数字方式1和0表示的音频信号)。

尤其，组2(图1b)导致了涉及版权的问题，这是由于CD刻录机及数字音频磁带录音机能够制造完美的原始信号的复制品(应理解所谓的数字音频磁带录音机是指在磁带上进行数字化录制的磁带/盒式录音机)。

根据本发明的第一方面，将一个低频干扰信号(也可称为第1干扰信号)相加到(原)音频信号上。这样的干扰信号如图2所示。虽然可以使用的频率范围从约1Hz到约10Hz，而该信号的频率近似2Hz。要求第1干扰信号通常不是音频的。第2干扰信号的振幅在数量级上与相加的音频信号相同，并且最好前者为后者的2或3倍。第1干扰信号如后述的第2干扰信号那样，最好数字化地产生。

相加信号的结果如图3所示。混合或组的图3的信号是通过产生原始信号与图2的第1干扰信号的和而得到。当此信号由例如一CD(光盘)而重现，此低频调制并不是音频的。然而当组合的图3信号被复制到磁带上(常规的磁带或盒式磁带)，这种慢速的“移位”导致录制的信号(如图4所示)经常被中断。这是由第1干扰信号的波峰与波谷间的信号振幅的变化所引起，它会导致在在记录器磁头中的擦除效应。显然，图4所得信号声音质量将会很差。这样通过产生严重的信号失真来有效防止在磁带上的图3信号无损失地复制。

根据本发明的第2个方面，将第2高频干扰信号应用于音频信号。最好，如图5-9所示，此调制是通过第1干扰信而应用于原始音频信号，然而地2干扰信号也可以独立于第1干扰信号或者甚至不需要第1干扰信号而应用。

图5再次表示图2的第1干扰信号。此低频信号与最好是一个正弦波的高频第2干扰信号混合。如后所述，第2干扰信号的频率最好近似于20Hz，但也可以是变化的频率。选择频率大小而使得第2干扰信号与第1干扰信号一样，通常是非音频的。

图6的信号是将图5的第1干扰信号与第2干扰信号相乘后所得的信号(产生信号振幅的乘积)。图7的信号是将图5的第1干扰信号与第2干扰信号相加后所得的信号(产生信号振幅的和)。

图8的信号包括合与高频第2干扰信号的短脉冲串组合的低频第1干扰信号(短脉冲串如图8及图9的阴影部分所示)。这些短脉冲串的持续时间为50到200ms并且最好产生在第1干扰信号为“零”的点上(平均信号值)。通过使用一个不连续的第2干扰信号，代替图6及图7的连续的第2干扰信号，能够利用更小振幅的第2干扰信息来获得同样的结果。因此，利用一个如短脉冲串的第2干扰信号可以减少第1干扰信号的能量。

如图9所示当高频短脉冲串成对产生时则更加有效。在图9的示例信号中，两高频短脉冲串发生于低频干扰信号刚经过每个“零点”的之前及之后。已经证实使短脉冲串发生于低频干扰信号的波峰及波谷，效率会更低。图9的成对的短脉冲串也可以是一个振幅减小的低频信号。

替代使用短脉冲串，可以断续地运用干扰信号或信号。即，第1以及/或者第2干扰信号可以仅在一定时间例如0.1s或1.0s内与原始音频信号混合。这些时间段之间隔开一定距离，例如也是0.1s或1.0s。所得的音频信号包括交替的处理及未处理的时间段。结果是当信号被复制后最后的干扰会更为明显。

磁带(或者盒式磁带)的磁头一般不会再现频率为20KHz的信号。将图6-9中任意的信号送入磁带录音机的记录磁头，则会引起高频干扰信号的部分解调。此部分解调会导致信号的失真，即可以有效地防止信号复制。

可知，本发明的复制保护不会影响磁带或盒式录音机的偏置频率。反之，由于录音机的特性，要复制的音频信号从先前的非音频干扰变为了音频的。

有利地，高频第2干扰信号通过至少一个调制信号进行频率调制。或者/另外，第2干扰信号通过至少一个调制信号进行振幅调制。这些调制会导致(部分)解调信号的更大程度的失真。

此调制信号可以包括指出违法复制的语音信息，例如“这是违法复制”或“此录音带有复制保护”。此调制信号也可能来自于原始音频信号以及可能包括原始信号本身或它的反相(将原始信号反相后)。最好，此调制信号在每个一定的时间段内，例如30秒，包括语音信息、原始信号及反相原始信号。

为了制造复制一保护录音机，可以同时将调制信号录制到信息载体上(例如CD)或者可以分别通过卫星网络、互联网等来传递调制信号。

上述的干扰信号特别适合复制的防止，而对于模拟录音机(图1中的组1)没有质量上的下降。图10的(第2)干扰信号特别适合复制的防止，而对数字录音机，没有质量上的下降，例如对于所谓的CD刻录机。

图10中干扰信号的频率从20KHz以步进方式上升到30KHz。对于用于CD记录的采样频率约为44KHz，图10的干扰信号的频率从采样频率(Shannon频率)的刚好一半以下增长到采样频率的四分之三。随着频率的增长，信号的振幅下降。在本发明的无损失复制中，这种信号非常有效。当混合着一个音频信号(通过相乘或相加)，产生图11的信号。如图11所示，通过调制信号，所得信号具有渐减的振幅(由线A图示)。在图11的信号中，由频率扫描所引起的振幅变化是很明显能听见。

除频率扫描之外，如运用于图6-9的第2干扰信号，可以使用同样调制信号来调制图10的第2干扰信号。则可以运用语音信息、原始信号以及/或者反相原始信号来进一步调制图10的信号。

图12所示的音频信号的片断具有三个波峰(极大)及三个波谷(极小)。波峰M1与M3分别具有30％及25％的相对(正的)信号振幅。波谷M2与M4分别具备50％及35％的相对(负的)信号振幅。

根据本发明，图12的信号组合(相乘)有高频干扰信号。所得的组合信号如图13所示。由于干扰信号，音频信号被截去。结果是组合信号的能量仅为原始信号的一半。当重现这样的一个信号，则音量(声级)也仅为原始信号的一半。为了补偿这点，如图14所示，可以加倍信号的振幅。此加倍的信号具有与原始信号相同的能量，因此，当重现时会产生相同大小的音量。

为了获得更好的复制保护，“截去”信号部分的最大振幅不仅是加倍，而可以提高到几乎最高的水平。这样，在一定信号部分的所有抽样信号(例如部分S1)与因子k相乘，选择因子k使得最大振幅(M1)为最高可能信号水平(100％也是有可能的，但恐怕会引起非可逆的信号失真)的90％或95％。可知，对于每个信号部分应用一个不同的因子k。最好，k大于或等于1。

由于用因子k乘以信号样本而引起的信号失真，通过引入具有反极性信号振幅的样本来补偿失真。这样，由于乘以k得到信号振幅为k·v，v为原始振幅，振幅为v’=-(k-1)·v附加样本在回放时产生不变的信号振幅。但是，由于改变的信号结构，对这样的处理后信号的复制会产生失真。

图16所示的系统100是根据本发明而设计用于复制保护音频信号。系统包括信号源101-105、模拟-数字转换器106、信号处理单元(计算机)107以及信号目的地108-112。模拟信号的信号源101-104通过A/D(模拟-数字)转换器106与信号处理单元107相连，而数字信号源105(例如CD播放机)直接与信号处理单元107相连。

第1(信号)源101是用于产生第1及/或第2干扰信号的可编程波形发生器。第2及第3源102及103分别是可编程FM及AM调制器。第4源104是模拟音频信号源，例如用于产生语音信息。源101-104可以由软件，最好是单独软件构成。这样，所有的信号处理发生在数字领域。

利用系统100，可以容易地应用本发明的方法。

根据本发明，组合干扰信号的音频信号可以是存储在商业上可得的信息载体上，例如带有磁性记录媒体的软盘或者带有光学记录媒体的CD。

根据本发明的另一发明，通过信号在数字信息载体上记录的数字信息而来获得附加的或另外一种复制保护形式。至于CD，通过利用激光光束(所谓的CD刻录机)在表面上形成小孔的轨道而将数字信息记录在CD上。可知，短暂地中断激光光束会引起还有许多小孔没有制成，而提供了有效的复制保护。即，受保护的CD可以正常播放，不会引起一点失真，并且提供了在轨道中的中断足够小。然而，当CD的内容(信号)被复制到例如硬盘上，所得的数字信息被损坏而达到变为无用的程度。

录音的中断或音频CD的“刻录”处理可以通过一些方法实现：

-在CD的前部以及/或者后部，以及/或者

两段音乐之间，当暂停时的短暂中断；

-在音频信号越过零点时的短暂中断；

-极短暂中断，例如，约1μs或者甚至为1ns

(纳秒)，具有在音频范围以上的重复频率，或

者甚至大于使用的采样率。

在录象中，短暂中断可能会发生在视频图像的边缘，即在视频图像的外部。短暂中断也可以用于复制保护记录在例如CD-ROM(光盘只读存储器)上的软件程序。在后者的情况下，停顿(中断)会产生在软件程序中以用来产生“空白点”。这样，使得难以控制的数字信息当复制到例如硬盘以及/或者CD(“浮动工作”)后，插入了原始的软件信息中。在这种情况下，中断频率可位于音频范围内。

图17的装置包括一个激光部分201、电源202以CD录音机的数据电路203。数据电路203提供了表示数据而被记录的数字数据流，当在CD210上进行刻录时(制成小孔)，激光部分201的激光由数据流来调制。在刻录过程中，CD由旋转装置(没有图示)来旋转。电源202连续地向激光部分201提供电能。

根据本发明，还提供了一个短暂中断激光的附加电路204，例如，它通过短暂地中断供给激光的电源。因此，中断电路204可以由编程来使得在规则的基础上或在时间上在预订的时刻产生中断。或者/另外，产生于电路203的数据流可以输向中断电路204来产生数据相关中断。后者的选项使得例如在停顿、音频或视频信号经过零点时产生中断。因此，可以附加一个有效的补偿复制保护，它也可以不需将原始信号与非音频干扰信号组合。

除了使用附加的中断电路204，可以调制数据电路203的硬件以及/或者软件而使得在激光光束中产生中断。

虽然，参考音频信号对本发明进行了大致的描述，可知，通过混合通常不可知觉的干扰信号与原始信号，此原则也可以应用于其它信号，例如视频信号。

技术人员可知本发明不仅限于上述的实施例并且不离开本发明的范围可以进行许多补充及修改。

Claims (21)

1．一种保护音频信号不被复制的方法，其特征在于，包括步骤：

将音频信号与至少一个当复制音频信号时变为音频的非音频干扰信号进行混合。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，

与音频信号相加的所述第1干扰信号是低频信号，所述低频干扰信号最好具有近似于2Hz的频率。

3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

与音频信号相乘的所述第2干扰信号是高频信号，所述高频干扰信号最好具有近似于20kHz的频率。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述音频信号是包含采样频率的数字信号重现，并且所述第2干扰信号具有随时间变化的频率，并且最好在近似于采样频率的一半到四分之三之间。

5．如权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述第2干扰信号通过调制信号进行调制，所述调制信号包括下述之一或者它们的组合：

语音信息，

原始音频信号，

反相原始音频信号。

6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述第2干扰信号通过调制信号进行频率调制。

7．如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述第2干扰信号通过调制信号进行振幅调制。

8．一种信息载体，其特征在于，包括：

一个存储音频信号的记录媒体，所述音频信号在存储之前通过将音频信号与至少一个非音频干扰信号混合来进行复制保护，当复制该音频信号时所述非音频信号则变为音频。

9．一种保护音频信号不被复制的装置，其特征在于，包括：

产生至少一个非音频干扰信号的信号发生装置，

将至少一个干扰信号与音频信号混合的混合装置，

输出所得混合后音频信号的输出装置。

10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述混合装置包括相加装置。

11．如权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述混合装置包括相乘装置。

12．如权利要求9所述的装置，其特征在于，

信号发生装置用于产生相加到音频信号的第1低频干扰信号，所述低频干扰信号最好具有近似于2Hz的频率。

13．如权利要求9所述的装置，其特征在于，

信号发生装置用于产生与音频信号相乘的第2高频干扰信号，所述高频干扰信号最好具有近似于20kHz的频率。

14．如权利要求13所述的装置，其特征在于，

所述装置是用于对音频信号进行复制保护，所述音频信号是包含采样频率的数字信号的重现，并且所述信号发生装置是用于产生第2干扰信号，所述第2干扰信号具有随时间变化的频率，并且最好在近似于采样频率的一半到四分之三之间。

15．如权利要求13所述的装置，其特征在于，

所述混合装置用于通过一个调制信号来调制第2干扰信号，所述调制信号包括下述之一或者它们的组合：

语音信息，

原始音频信号，

反相原始音频信号。

16．如权利要求15所述的装置，其特征在于，

所述混合装置是用于通过调制信号对所述第2干扰信进行频率调制。

17．如权利要求15所述的装置，其特征在于，

所述混合装置是用于通过调制信号对所述第2干扰信号进行振幅调制。

18．一种制造复制一保护的数字信息的载体，包括将数字信息录制到载体(210)上的步骤，其特征在于，

表现为在短时间间隔中中断记录。

19．一种装置，其特征在于，

应用了权利要求18所述的方法。

20．一种信息载体，其特征在于，

具有表示数字信息标记的轨道，所述轨道在短距离中被中断而来提供复制保护。

21．如权利要求20所述的信息载体，其特征在于，

所述短距离对应于播放时间，并且在100μs与1ns之间。

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