DE10109441A1 - Verfahren zum Erkennen audio-visueller Daten in Übertragungsnetzen, insbesondere dem Internet - Google Patents

Verfahren zum Erkennen audio-visueller Daten in Übertragungsnetzen, insbesondere dem Internet

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen audio-visueller Daten in Übertragungsnetzen, insbesondere dem Internet. Dabei soll zur Überwachung des Netzes nicht etwa der Inhalt bestimmter Daten überprüft werden, sondern nur deren Format. DOLLAR A Es gibt heute keine Kontrollmöglichkeiten, die es ermöglichen, nicht zulässige audio-visuelle Dateien bzw. Formate am Netz-Übergang, d. h. vom Internet zum Internet-Surfer zu analysieren und die Übertragung ggf. sogar zu stoppen. Damit entgehen den Rechteinhabern, z. B. für Texte, Musik, Film, Produktion us. alle oder Teile ihrer Einnahmen. Es werden Verschlüsselungen eingesetzt, die dies unterbinden sollen, jedoch mit dem Ergebnis, dass entsprechende Entschlüsselungs-Algorithmen entwickelt werden und wiederum die Bezahlung der audiovisuellen Produktion umgangen wird. Aufgabe der Erfindung ist, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen. DOLLAR A Verfahren zum Erkennen eines audio und/oder visuellen Formats in einem digitalen Übertragungsnetz, insbesondere dem Internet, wobei Formate aus einer quasi-kontinuierlichen oder in Pakete aufgeteilten Datensequenz bestehen und alle oder Teile dieser Datensequenz hinsichtlich des Vorhandenseins von einem oder mehreren Bitmuster/n analysiert werden und eine Meldung abgesetzt wird, falls aus einem analysierten Bitmuster auf ein bestimmtes Format geschlossen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen audio-visueller Daten in Über­ tragungsnetzen, insbesondere dem Internet. Dabei soll zur Überwachung des Netzes nicht etwa der Inhalt bestimmter Daten überprüft werden, sondern nur deren Format.
Im Internet werden heute Dateien bereitgestellt, übertragen und/oder herunterge­ laden. Auch werden Daten als sogenannte Live-Streams - dies sind Datenströme, die quasi-kontinuierlich übertragen werden - mit audio-visuellen Inhalten live oder on-demand (auf Anfrage) angeboten. Hier haben sich bestimmte Formate von Microsoft, Real Networks, MPEG und andere durchgesetzt. Aufgrund von besseren Internetzugängen für den Internet-Surfer und einem sehr großen Angebot an Musik hat sich insbesondere der Zugriff auf Musik-Dateien im Format mp3 (MPEG 1, 2 und 2.5 Layer 3) exponentiell erhöht. Dieses Verfahren ist aus den internationalen Standards ISO/IEC 11172-3 und 11318-3 bekannt. Die Urheber- und Verlags­ rechte, ggf. auf weitere Rechte, dieser Musik-Dateien bei den Downloads werden in der Regel durch den Internet-Surfer und auch sehr häufig durch den Anbieter der Musik-Dateien nicht berücksichtigt. Weitere Codierverfahren sind für die Über­ tragung in verschiedenen Netzen zu erwarten, so z. B. MPEG 4 AAC oder MPEG 4 TwinVQ/AAC, mp3pro, AAC Plus oder MPEG 4 Video und auch nicht standardisier­ te proprietäre Verfahren von Firmen, die sich im Markt durchgesetzt haben, soge­ nannte Industriestandards.
In der Regel befinden sich mp3-Dateien auf Web-Servern, die von Browsern, wie beispielsweise Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer oder anderen unter Verwendung einer URL (Unified Resource Location) zu erreichen sind. Falls der Internet-Anwender (auch Surfer genannt) eine Audio- oder Video-Datei auf seinem eigenen Rechner speichern möchte, so erreicht er dies üblicherweise durch Klicken, d. h. die Steuerung von Web-Inhalten über die Maus auf den entsprechenden Namen, der für ein Musikstück, Film, Radio- oder Fernsehprogramm steht. Die Datei wird unter Verwendung eines der Protokolle TCP/IP oder FTP/IP oder UDP/IP Protokolls, letzteres ggf. mit RTP oder RTSP über das Internet zum Anwender übermittelt. Aufgrund der Trennung von Applikation und IP-Protokoll ist die Erken­ nung des bei der Übertragung verwendeten Formates nicht möglich. Dies gilt auch für den letzten Einwahlknoten (Router) des Internet-Surfers.
Es gibt heute keine Kontrollmöglichkeiten, die es ermöglichen, nicht zulässige audio-visuelle Dateien bzw. Formate am Netz-Übergang, d. h. vom Internet zum Internet-Surfer zu analysieren und die Übertragung ggf. sogar zu stoppen. Damit entgehen den Rechteinhabern, z. B. für Texte, Musik, Film, Produktion usw. alle oder Teile ihrer Einnahmen. Es werden Verschlüsselungen eingesetzt, die dies unterbinden sollen, jedoch mit dem Ergebnis, dass entsprechende Entschlüssel­ ungs-Algorithmen entwickelt werden und wiederum die Bezahlung der audio­ visuellen Produktion umgangen wird.
Aufgabe der Erfindung ist, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit dem Merkmal nach An­ spurch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen näher erläu­ tert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Besonderheiten eines ersten Ausführungsbeispiels sind hier:
Übertragungsmedium: Local Area Network, LAN
Anwendungsdaten: Datensequenz, bestehend aus:
Vorkenntnisse: Aufeinanderfolgende Rahmen mit 4 bzw. 8 Bit,
11 am Anfang eines 4er-Rahmens bedeutet Kennung "Audio",
0101 am Anfang eines 8er Rahmens bedeutet Kennung "Video",
Anzahl der notw. Erkennung: 3 von 4.
Mit einem Suchalgorithmus, der auf Erkennung der Datenmuster "11" und "0101" voreingestellt ist, werden die Anfänge der 4er und 8er Rahmen gesucht. Die Kenntnis des Abstands von 12 Bit zwischen zwei "11" eines 4er Blocks und zwei "0101" eines 8er Blocks dienen zur Verifizierung und zur Vermeidung einer fal­ schen Interpretation der gefundenen Datenmuster.
Datensignale können gesichert, d. h. mit Fehlerschutz und ungesichert übertragen werden. Im letzten Fall wird durch einen weiteren Parameter, nämlich die Anzahl der Überprüfungen festgelegt, ab wann von einer sicheren Erkennung ausgegangen werden kann. Es wird zusätzlich davon ausgegangen, dass mindestens 3 von 4 Rahmen die entsprechenden Datenmuster aufweisen müssen.
Korrekte Interpretation
Bit Nr. 1 und 2 sowie 13 und 14 sowie 37 und 38 werden als Datenmuster "11" erkannt. Da nur eine Stelle, und zwar Nr. 25 und 26, nicht "11" haben, sondern "10", wird dies vom Algorithmus auf einen Übertragungsfehler zurückgeführt.
Falsche Interpretation
Bit Nr. 2 und 3 sowie 14 und 15 werden als Datenmuster "11" erkannt. Späte­ stens bei Überprüfung von Bit Nr. 26 und 27 sowie 42 und 43, die einmal "01" und einmal "10" tragen, kommt der Algorithmus zu dem Ergebnis, dass es sich nicht um die korrekten Anfänge handelt.
Die Besonderheiten des zweiten Ausführungsbeispiels sind hier:
Übertragungsmedium: Internet
Anwendungsdaten: MPEG 1/2 Layer 3, auch mp3 genannt, mit 128 kBit/s encodiert
Übertragungsprotokoll: TCP/IP
Absendername(-adresse): XAV (123.456.789.12)
Empfängername(-adresse): MAK (987.654.321.98)
Der Aufbau eines mp3-Datenstroms, der sogenannte Audio Frame, sieht gemäß ISO/IEC 11172-3 und 11318-3 folgendermaßen aus:
Abb. 1
Aufbau eines Mp3 Audio Frames mit seinen definierten Feldern
Dabei gliedern sich die vier Datensegmente oder Felder, wie Header, Error, Check, Audio Data und Ancillary Data weiter, wie folgt:
Header, bestehend aus
Syncword, ID, layer, protection_bit, bitrate_index, sampling_frequency, padding_bit, mode, mode_extension, copyright, original/copy, emphasis
Error check, bestehend aus
Crc_check
Audio data, bestehend aus
Bit-allocation, scalefactors, samples
Ancillary data, bestehend aus
Frei vom Anwender zu definierenden Daten.
In diesem Ausführungsbeispiel werden insbesondere die ersten Variablen des Headers zur Analyse verwendet, wie die Felder
Syncword, welches per Definition stets den Inhalt '1111 1111 1111' hat,
ID, die bei Verwendung von MPEG, wie im Beispiel, den Inhalt '1' hat und
Layer, die bei Verwendung von Layer 3, wie im Beispiel, den Inhalt '01' hat und
Bitrate Index, gemäß nachstehender Tabelle, der die verwendete Bitrate und damit auch die Frame-Länge indiziert.
"1111" ist nicht erlaubt, da es in Kollision mit der Erkennung des Syncword mit dem Inhalt '1111 1111 1111' steht.
Es können darüber hinaus weitere Variablen zur Analyse herangezogen werden, z. B. Bit-allocation oder scalefactors.
Bei einer mp3-Encodierung mit 128 kBit/s und einer Frame-Dauer von 24 ms hat ein mp3-Audio Frame die durchschnittliche Länge von 128000 kBit/s.0,024 s = 3072 Bit = 384 Byte.
Die im Internet verwendeten Übertragungsprotokolle richten sich nach dem in Abb. 2 dargestellten OSI-Referenzmodell. Die zur Anwendung gehörenden Daten - hier mp3 - befinden sich in der Layer 1-Schicht. Dies darf nicht mit Layer 1 des ISO/IEC MPEG Standards verwechselt werden.
Abb. 2
Zuordnung von Protokollen innerhalb des OSI-Referenzmodells
Die im Ausführungsbeispiel für das Internet verwendeten und erkannten Protokolle liegen in der Layer 4- und Layer 3-Schicht, hier also TCP und IP. Eine typische Größe der im Internet übertragenen Pakete ist 1,5 kByte, was bedeutet, dass die im Beispiel benutzte Audio Frame-Größe von 384 Byte mehrmals in ein TCP/IP-Paket passt, was sich wie folgt darstellt:
Abb. 3
Zuordnung von Mp3 Audio Frames zu TCP Paketen
Aus Abb. 3 wird der sich daraus ergebende Schluss ersichtlich, dass die in einem Audio Frame enthaltenen markanten Variablen, wie Syncword, ID und layer in jedem TCP Paket mehrmals vorkommen können.
Die im Internet übertragenen TCP Pakete sind auch wiederum durch einen Header gekennzeichnet, der unter anderem sogenannte Portnummern trägt, die die Sender- und Empfängerapplikation identifizieren, sowie eine Sequence Number, die die Stelle des jeweiligen Segmentes im Datenstrom angibt.
Die im Internet übertragenen IP Pakete, hier TCP/IP, können bei Bedarf auch frag­ mentiert, z. B. verkleinert werden, s. Abb. 4.
Abb. 4
Fragmentierung
Bei einer Fragmentierung kann es zu so kleinen TCP/IP Paketen führen, dass ein mp3 Audio Frame nicht mehr vollständig in das TCP/IP Paket passt und somit auch die Wahrscheinlichkeit besteht, dass in einem Paket die Variablen wie syncword, ID und layer nicht mehr enthalten sind.
Letztendlich können sich am Einwahlknoten für einen Internet-Surfer viele ver­ schiedene zu mehreren Anwendungen gehörende Pakete befinden, z. B. wie folgt:
Dabei kennt der am Einwahlknoten befindliche Router die Inhalte nicht. Er stellt nur sicher, dass der sich eingewählte Internet-Surfer die für ihn bestimmten IP Pakete erhält, und zwar unabhängig von deren Herkunft, Applikation, Größe oder ähnl. Der Router ordnet die Pakete auch nicht in die richtige Reihenfolge - dies wird von der Empfängerapplikation beim Internet-Surfer durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren analysiert vor Zustellung der Datei an den Inter­ net-Surfer die IP-Pakete hinsichtlich ihres Inhalts bitgenau, analysiert, dokumentiert Absender und Adressat, unternimmt eine Überprüfung zur Legalität sowie blockiert ggf. die Zustellung.
Die im Beispiel verwendeten MP3-Dateien oder MP3-Live-Streams sind dadurch gekennzeichnet, dass im Layer 1, der Bitübertragungsschicht die Bitsequenz bestehend aus syncword, ID und layer zu folgendem Muster führt.
Abb. 5
Festes Bitmuster am Anfang des Frames bei Verwendung von MP3
Der MP3-Datenstrom wird in Pakete aufgeteilt und mit einem IP-Protokoll versehen, beispielsweise TCP, UDP oder FTP. Die Pakete haben üblicherweise eine Größe von 1500 Byte, also 12000 Bit. Bei oben genannter Frame-Größe kann man davon ausgehen, dass mindestens ein Header in einem IP-Paket enthalten ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren speichert ein oder mehrere Pakete je nach vorhandener Speichergröße im Speicher. Die zur Übertragung verwendeten Proto­ kolle werden analysiert und Absender- und Zieladressen festgestellt und separat gespeichert. Die zur Applikation gehörenden Daten werden hier aus der Bitüber­ tragungsschicht (Layer 1) isoliert und falls notwendig in die für die Applikation korrekte Reihenfolge gebracht. Das in Abb. 5 gezeigte Bitmuster wird in dieser isolierten zur Applikation gehörenden Datensequenz gesucht. Ist die Analyse positiv, so wird sie einige Male wiederholt um sicherzustellen, dass es sich garan­ tiert um das gesuchte Format handelt.
Zur Überprüfung der Legalität der Übertragung können verschiedene Kriterien herangezogen werden. Einerseits kann bereits eine mehr oder weniger regelmäßig abzugleichende Tabelle vorliegen, aus der die Absender-Adressen legaler Anbieter audio-visueller Inhalte mit der Absender-Adresse des aktuellen IP-Paketes ver­ glichen werden. Sollte die Adresse die eines legalen Anbieters sein, so brauchen die Pakete nicht weiter überprüft zu werden. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, in der Applikation vorhandene Verschlüsselungsmechanismen wie Watermarking etc. bei Kenntnis der Verwendung zusätzlich in das erfindungsgemäße Analysever­ fahren mit aufzunehmen.
Um eine genaue Aussage über die Menge der vom Internet-Surfer abgerufenen Daten eines Formates machen zu können, wird die Analyse quasi-kontinuierlich für jedes IP-Paket durchgeführt. Das Ergebnis der Analyse wird in einer Tabelle festge­ halten, die beispielsweise so aussehen kann (s. Abb. 6):
Abb. 6
Übersicht einer möglichen erstellten Ergebnis-Tabelle nach Analyse
Falls die folgenden Daten aus den Applikations-Daten zu analysieren sind, z. B. in dem bei mp3 häufig verwendeten ID-Tag, so sind auch diese optional festzuhalten. Inhalt der mp3-Dateien, ggf. Komponist, Interpret, etc. Solche Daten können sinnvollerweise für die entsprechenden Organisationen (in Deutschland GEMA) aufbereitet und verwendet werden.
Falls es sich um einen mobilen Internet-Surfer (z. B. bei GMS, UMTS, GPRS) han­ delt, so muss sichergestellt werden, dass die Analyse an den entsprechenden sich bei Bewegung von einer in die andere Übertragungszelle des Netzes dann ändern­ den Einwahlknoten durchgeführt wird, sofern es sich nicht doch jeweils um densel­ ben Server handelt. Dazu kann das erfindungsgemäße Verfahren nutzbringend verwendet werden, in dem es an jedem Einwahlknoten, an dem es aktiviert ist eine Information bereitstellt, die Aufschluss über die gerade analysierten Empfänger- Adressen gibt.
Zur Optimierung der Rechenleistung für das erfindungsgemäße Verfahren kann folgende Variante verwendet werden: Falls die positive Analyse sehr häufig, d. h. in jedem zur Anwendung gehörenden IP-Paket festgestellt werden sollte, so kann a) die Analyse nur noch jedes n. te Paket durchgeführt werden oder b) einmalig der sich aus der Bitrate zu errechnende Abstand zwischen zwei Sync-Worten (1111 1111 1111) ermittelt werden und nur in diesen Abständen das Sync-Wort über­ prüft werden.
Die Variante b) dient auch der besseren Identifizierung, da ein kausaler Zusammen­ hang zwischen der im Biraten-Index stehenden Bitrate, der Länge des übertragenen Frames und somit dem Abstand zwischen zwei Sync-Worten "111111111111" gegeben ist. Im Beispiel (bitrate_index = "1001", entspricht 128 kBit/s) ergibt sich ein eindeutiger Abstand zwischen zwei Sync-Worten "111111111111" von 384 Byte = 3072 Bits.
Die Figur zeigt den Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Internet-User verschiedenster Art können sich hierbei beispielsweise über PSTN (Public Switched Telephone Network) (Modem) oder ISDN bei einem Internet- Service Provider, z. B. t-online oder AOL, einwählen, um im Internet zu surfen und dort Informationen abzurufen oder e-mails zu verschicken. Der Informationsfluss zwischen den verschiedenen Teilnehmern im Internet, also auch den Service Providern und den Internet-Usern, zwischen Internet-Anbietern untereinander sowie zwischen Internet und Internet-Usern wird über einen sogenannten Einwahlknoten, einem Router, abgewickelt. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt dort in Form einer a) Einsteckkarte für den Router oder b) einer auf einem PC laufenden Softwa­ re zum Einsatz und analysiert die dort durchgesetzten Daten. Bei der Analyse werden die Daten nicht etwa decodiert, also z. B. hörbar gemacht, wenn es sich um Musikdaten handelt, sondern es wird lediglich das Format der gesetzten Daten auf bestimmte Bitmuster hin analysiert, damit dann auf ein bestimmtes Format geschlossen werden kann.
Wie dargestellt, wird zur Bitmusteranalyse nicht etwa eine Decodierung der Daten­ ströme vorgenommen, sondern die Bitmuster bzw. Bitströme werden quasi "von außen" her betrachtet und wenn ein entsprechendes Bitmuster analysiert wird, kann dann auch das Format bzw. die Codierung des Bitmusters geschlossen werden, ohne den beispielsweise Musikinhalt des Datenstroms selbst erkennen bzw. hören zu müssen.

Claims (19)

1. Verfahren zum Erkennen eines audio und/oder visuellen Formats in einem digitalen Übertragungsnetz, insbesondere dem Internet, wobei Formate aus einer quasi-kontinuierlichen oder in Pakete aufgeteilten Datensequenz bestehen und alle oder Teile dieser Datensequenz hinsichtlich des Vorhandenseins von einem oder mehreren Bitmustern analysiert werden und eine Meldung abgesetzt wird, falls aus einem analysierten Bitmuster auf ein bestimmtes Format geschlossen werden kann.
2. Verfahren zum Erkennen eines Formats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte Bitmuster bestimmten Anwendungen, z. B. MP3, MPEG 3 Video, zugeordnet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenderadresse des analysierten Datenstroms und die analysierten Datensequenzen gespeichert wird, falls die Datensequenz ein bestimmtes Datenformat aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Absenderadressen in einer ersten Liste gespeichert sind und diese Liste mit einer zweiten Liste verglichen wird, in der die Adressen erlaubter (legaler) Adressen niedergelegt sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Datensequenz unterbrochen wird, falls festgestellt wird, dass die Absender-Adresse nicht in der Liste der erlaubten Adresse vorliegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängeradresse der Datensequenz (Datenströme) gespeichert wird und bevorzugt die Dauer der Übertragung errechnet und gespeichert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu erkennende Format MP3, mp3 pro, AAC, AAC Plus, MPEG 1 oder 2, Layer 2 oder Layer 3 oder MPEG 2.5 Layer 3 ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung eines bestimmten Bitmusters in der Datensequenz durch Analyse eines Synchron-Wortes (Sync-Wort) durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung eines vorbestimmten Bitmusters zusätzlich durch eine Plausibilitätsprüfung aufgrund der Abstände zwischen Sync- Worten, die aufgrund der vorhandenen Rahmen-Länge einer Datensequenz berech­ net wird, durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der übertragene Inhalt und Urheber/Komponist/­ Texter/Autor gespeichert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle gefundenen Daten tabellarisch aufbereitet und gespeichert werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein virtueller Internet-Nutzer (virtueller Empfänger) simuliert wird, der die vollständige Dekodierung der audio-visuellen Daten durch­ führt und abspeichert.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche bekannte Verfahren zur Verschlüsselung der Information vorher zur Entschlüsselung angewendet werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse am Internet-Einwahlknoten durchgeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse am Internet-Einwahlknoten mit einem Personal Computer durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einer Einsteckkarte für den Internet-Router durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Router verschiedener Internet-Einwahlknoten die erstellten Listen ständig miteinander abgeglichen werden und/oder aktualisiert oder getauscht werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse der Bitmuster keine Decodierung durchgeführt wird bzw. kein Decoder zum Einsatz kommt.
19. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung eines bestimmten Bitmusters in der Datensequenz durch Analyse von Header-Informationen, beispielsweise ID, Layer, Protection-Bit, Bitrate-Index usw. durchgeführt wird.
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