DE69807102T2

DE69807102T2 - Verfahren und vorrichtung zum einsetzen eines einmal-kopie-wasserzeichens zur videoaufnahme

Info

Publication number: DE69807102T2
Application number: DE69807102T
Authority: DE
Inventors: J Capitant; L Davidson; R Holzgrafe; J Kurowski; B Mellows; Forrest Rodriguez; O Ryan
Original assignee: Digimarc Corp; Macrovision Corp
Current assignee: Digimarc Corp; Adeia Media LLC
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: JP4263706B2; JP2003533062A; JP4139560B2; AU1068399A; DK1020077T3; CA2305254C; MY123159A; CN1272283A; JP2005354681A; EP1020077A1; ES2181288T3; IL135498A0; DE69807102D1; BR9812908B1; BR9812908A; NZ503280A; MXPA00003337A; KR100374920B1; ATE222040T1; PT1020077E

Description

VERWEISE AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldungen S.N. 60/061,488, eingereicht am 8. Oktober 1997; S.N. 60/076,668, eingereicht am 3. März 1998; S.N. 60/076/777, eingereicht am 4. März 1998 und S.N. 60/076/452 eingereicht am 10. März 1998.

HINTERGRUND

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Kopierschutz von Videomaterial durch Einbetten von stabilen Identifikationskodes (zum Beispiel Wasserzeichen oder Fingerabdrücke) in Videosignale und Verwendung dieser Identifikationscodes für ein "Einmal-Kopier"-Verfahren und eine "Einmal-Kopier"-Vorrichtung.

Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik

Der Kopierschutz von Videomaterial, zum Beispiel von Filmen auf einem Videoband, ist ein bekanntes Problem. Eine Lösung für herkömmliches, analoges Videoband-Material ist das bekannte Macrovision-Verfahren, das dem vertikalen Austast Intervall des Videosignals Impulse hinzufügt (siehe Ryan, US-Patent Nr. 4,631,603 und 4,695,901, die hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird). Diese hinzugefügten Impulse bringen die automatische Verstärkungsregelungsschaltung eines normalen VCR (Videokassettenrekorders) durcheinander und machen daher ein Aufzeichnen des Videosignals durch Zerreißen des Bildes unansehbar.
Beim Digital-Video ist der Kopierschutz ein sogar noch wichtigeres Problem, weil durch ihre Natur eine digitale Aufzeichnung eines Video-Signals eine genaue Kopie des Originals ist und, anders als bei der analogen Aufzeichnung, keine Qualitätsverminderung erfährt. Daher besteht bei der digitalen Videoaufzeichnung ein noch größerer Anreiz für Leute, unberechtigte Kopien von urheberrechtlich geschütztem Videomaterial herzustellen. Das ist ein Haupthindernis für die Einführung von voraufgezeichneten, digitalen Video-Medien und für die kommerzielle Einführung von digitalen Videorekordern gewesen.
Eine bekannte Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von Wasserzeichen. Wasserzeichen sind digitale Codes, die in ein Videosignal eingebettet sind und die durch eine Leseeinrichtung (Detektor) gelesen werden können, die in einen speziell angepassten Videorekorder oder Videoabspielgerät vorhanden ist, wobei das Wasserzeichen selbst das Videosignal nicht sichtbar stört (d. h. es ist keine bedeutende Qualitätsverminderung vorhanden). Das Wasserzeichen wird durch die Detektorschaltung in dem Rekorder oder in dem Abspielgerät gelesen, die den Rekorder oder das Abspielgerät anweist, in Abhängigkeit von dem Wasserzeichen bestimmte Funktionen auszuführen, wie zum Beispiel "Nicht Kopieren" oder "Nur eine Kopie des Materials gestatten". Die Verwendung von Wasserzeichen erfordert eine spezielle Detektorschaltung in einem entsprechenden Rekorder oder Abspielgerät.
Wasserzeichen sind spezielle Signale, die in das Video eingefügt sind, so dass sie nicht daraus entfernt werden können, ohne das Video-Signal wesentlich zu beschädigen; es ist sehr schwierig, ein Wasserzeichen vorsätzlich oder zufällig zu entfernen. Wasserzeichen sind ein sogenanntes bilaterales Kopierschutzschema, das einen speziellen "angepassten" Rekorder oder ein speziell angepasstes Abspielgerät erfordert, der das Wasserzeichen erfassen und darauf reagieren kann. Ein herkömmlicher, nicht speziell angepasster Rekorder ignoriert das Wasserzeichen, und daher hat das Wasserzeichen keine Wirkung. Das steht im Gegensatz zu dem vorher angeführten "einseitigen" Macrovision- Kopierschutz-Verfahren, das jedoch allgemein für das Schützen eines digitalen Signals nicht geeignet ist.
Obwohl solche Wasserzeichen nützlich sind und bereits in begrenztem Maße in kommerzielle Anwendungen eingeführt sind, haben sie jedoch wesentliche Nachteile. Der bedeutendste Nachteil liegt in der Einmal-Kopier-Situation, die normalerweise in der Kabelfernschindustrie mit gebührenpflichtigen Übertragungen (Pay per View) anzutreffen ist, zum Beispiel für Filme. Die Kabelfernschindustrie hat bei ihren Abonnenten die Erwartung geweckt, dass es ihnen gestattet ist, ihre eigenen persönlichen Aufzeichnungen der Kabelübertragung, zum Beispiel eines Films, unter Verwendung eines VCR durchzuführen. Obwohl diese Einmal- Aufzeichnung durch einen Nutzer für seinen persönlichen Gebrauch sowohl von den Inhabern der Urheberrechte als auch von der Kabelfernschindustrie offenbar als akzeptabel angesehen wird, wünschen die Inhaber der Urheberechte (zum Beispiel die Filmstudios) nicht, dass irgendeine Erzeugung von Aufzeichnungen in zweiter Generation gestattet wird. Somit ist es wünschenswert, zum Beispiel eine Einmal-Kopier-Video-Übertragung, zum Beispiel über das Kabelfernsehen, zu gestatten, während jede Erzeugung von Kopien der ersten Kopie in zweiter Generation untersagt ist.
Das Verbot einer solchen Erzeugung von Aufzeichnungen in zweiter Generation ist unter Verwendung der herkömmlichen Wasserzeichen-Technologie möglich. Normalerweise gibt es für diese Situation zwei Klassen von Wasserzeichen: ein Wasserzeichen für "Nicht-Kopieren" und ein Wasserzeichen für "Einmal- Kopieren". Beide müssen durch den angepassten Videorekorder, der das Kopieren ausführt, gelesen werden, was nach dem Aufzeichnen das Einmal-Kopier-Wasserzeichen in ein Nicht-Kopieren-Wasserzeichen verändert. Ein Problem dabei sind die zusätzlichen Kosten für den angepassten Rekorder, der in der Lage sein muss, sowohl die beiden unterschiedlichen Wasserzeichen zu erfassen und auch das Nicht-Kopieren-Wasserzeichen hinzuzufügen (zu schreiben). Ein solches System ist zusätzlich dazu, dass seine Implementierung relativ teuer ist, technisch auch leicht zu überwinden und somit unzureichend.

Zusammenfassung

Es besteht ein Bedarf für ein Einmal-Kopier-Verfahren auf dem Gebiet des Aufzeichnens von Digital-Videos, das gegenüber dem vorhandenen Stand der Technik eine bessere Wirtschaftlichkeit und Sicherheit gewährleistet. Es besteht weiterhin ein Bedarf für ein Einmal-Kopier-Verfahren, das nur einen Wasserzeichen-Detektor pro angepasster Rekorder- (oder Abspielvorrichtung) erfordert. Ein solches Verfahren erfordert in den angepassten Rekordern keine Einrichtungen zum Hinzufügen oder Verändern von Wasserzeichen. ("Angepasst" bedeutet hier ein ansonsten herkömmliches Gerät, das durch Hinzufügungen einer speziellen Schaltung und/oder Software gemäß der Erfindung modifiziert ist). Die Hersteller von Videoabspielgeräten und Videorekordern werden die Anpassungs-Schaltung und die Anpassungssoftware ihren Produkten hinzufügen, wenn sie diese Erfindung nutzen möchten, und die Lieferer von Videomaterial werden gleichermaßen ihren Programmen die erforderlichen Signale hinzufügen.
Weiterhin sollte ein solches System leicht auszuführen sein, es sollte keine Geheimnis Schutzmaßnahmen erfordern, um seine Sicherheit zu gewährleisten, und es sollte sowohl im analogen als auch im digitalen Bereich betrieben werden können. Eine weitere Forderung ist, dass selbst wenn die erste (erlaubte) Aufzeichnung auf einen herkömmlichen Verbraucher-VCR durchgeführt wird, gleich ob VHS, S-VHS oder 8 mm (von dem normalerweise nicht zu erwarten ist, dass er einem digitalen Einmal- Kopier-Protokoll angepasst ist), ein Kopieren in zweiter Generation durch ein angepasstes Aufzeichnungsgerät verhindert wird.
Daher gibt es gemäß der vorliegenden Erfindung eine einzige Wasserzeichen-Klasse mit zwei Versionen: Nicht-Kopieren und Einmal-Kopieren, die mit Ausnahme eines einzigen Bits identisch sind. Gemäß der Erfindung besteht keine Notwendigkeit, dem Video nach dem Aufzeichnen ein Wasserzeichen hinzuzufügen, weil statt dessen das Einmal-Kopier-Wasserzeichen durch einfache Veränderung eines Bits in ein Nicht-Kopieren-Wasserzeichen umgewandelt wird. ("Wasserzeichen" wie es hier verwendet wird, bedeutet sowohl Wasserzeichen als auch andere Typen von digitalen "Fingerabdrücken"). Die vorliegende Erfindung ist sowohl auf Digital-Video als auch auf Analog-Video anwendbar (zum Beispiel VHS-, S-VHS- oder 8 mm-Video), wie es nachfolgend beschrieben ist. Das vorliegende Wasserzeichen bleibt bei Konversion aus dem analogen in den digitalen Bereich oder von dem digitalen in den . analogen Bereich, bei Kompression und bei Konversion zwischen Fernsehnormen, d. h. PAL zu NTSC oder NTSC zu PAL, wirksam.
Gemäß der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen ausgeführt ist, ist ein Wasserzeichen ein digitales Signal, das in herkömmlicher Weise in ein Videobild eingebettet ist. Eine Untergruppe der Wasserzeichenbits trägt ein digitales Attribut (eine Zahl), das eine numerische Charakteristik des Video-Signals ist, zum Beispiel eine mittlere Amplitude des Video-Signals über einem Video-Halbbild oder einem Video-Vollbild. Das Video-Attribut ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine eindeutige Charakteristik eines Videosignals, die sich maximal von Vollbild zu Vollbild verändert und nicht Gegenstand der typischen Verzerrung ist, die in dem zugehörigen analogen oder digitalen Übertragungskanal vorhanden ist. Das Attribut wird nur für die Einmal-Kopier-Situation verwendet.
Um das Video mit dem Wasserzeichen zusätzlich zum herkömmlichen Einbetten des Wasserzeichens vorzubereiten (zu kodieren), wählt man ebenfalls willkürlich (oder pseudo-willkürlich) ein Vollbild (oder Halbbild) aus, zum Beispiel ein Vollbild pro jede 10 Sekunden des Videos, und berechnet digital die Attribute für dieses Vollbild (oder Halbbild) des Videosignals. Eine "Halbbild-Markierung" ("Marke") wird diesem Vollbild ebenfalls hinzugefügt, um anzugeben, dass es sich um ein ausgewähltes Vollbild handelt. Diese Halbbild-Markierung ist ein spezielles Signal, das sich in dem normalerweise unsichtbaren Bereich des Video-Vollbilds befindet, zum Beispiel in dem Overscan-Bereich.
Das kodierte Video-Signal wird in herkömmlicher Weise, zum Beispiel über Kabelfernsehen oder Satellit, zum Abnehmer übertragen, der versucht, es unter Verwendung seines angepassten, digitalen Video-Rekorders aufzuzeichnen. Der angepasste Digitavideo-Rekorder überprüft vor dem Aufzeichnen das Wasserzeichen, beglaubigt es, erfasst das Einmal-Kopier-Bit in dem Wasserzeichen und extrahiert den zugehörigen Attributwert aus dem Wasserzeichen. Der angepasste Rekorder erfasst auch die Halbbild-Markierung in einem bestimmten, markierten Halbbild, misst das Attribut des bestimmten Halbbilds und vergleicht das gemessene Attribut mit dem extrahierten Attributwert. Wenn diese beiden Attributwerte übereinstimmen, führt der Rekorder das Aufzeichnen durch. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird das Aufzeichnen (Kopieren) nicht ermöglicht.
Gleichzeitig entfernt der Video-Rekorder während des Aufzeichnens die Halbbild-Markierungen von dem Video, um so jedes Kopieren der sich ergebenden Aufzeichnung in zweiter Generation zu verhindern. Das Fehlen der Halbbild-Markierungen verhindert jedes Aufzeichnen eines bestimmten Videosignals in zweiter Generation durch einen angepassten Rekorder.
Daher enthält der angepasste Video-Rekorder eine Wasserzeichen-Leseeinrichtung (Detektor und Prüfeinrichtung), eine Attribut-Messschaltung, eine Einrichtung zum Entfernen der Halbbild-Markierung (Ablöser) und die dazugehörige Intelligenz (Software) in dem Mikroprozessor, der herkömmlich in einem solchen Video-Rekorder angeordnet ist, um die erforderlichen Berechnungen und logischen Funktionen, einschließlich des Attribut-Vergleichs durchzuführen.
Vorteilhafterweise ist die Halbbild-Markierung ein Signal, das durch herkömmliche VRCs nicht erfasst und wiederabgespielt werden kann, da die Halbbild-Markierungen so gewählt sind, dass sie einen Typ darstellen, der durch die Chroma-Filter-Schaltung, die herkömmlich in solchen analogen VCRs vorhanden sind, entfernt wird. Wenn daher das übertragene Original-Video-Signal unter Verwendung eines solchen herkömmlichen analogen Rekorders aufgezeichnet wird, gehen die Halbbild-Markierungen in dem analogen Aufzeichnungsprozess verloren, und es wird dadurch verhindert, dass ein angepasster, digitaler Rekorder eine Kopie in zweiter Generation erzeugen kann.
Die Halbbild-Markierung ist normalerweise in den unsichtbaren Bereich des aktiven Videos eingesetzt, das heißt in Bezug auf Fernsehgeräte in den Overscan-Bereich. Die Halbbild-Markierungen können alternativ in den vertikalen oder horizontalen Austastintervallen angeordnet sein. Die Halbbild-Markierung ist vorzugsweise ein Signal eines Typs, der, wie es vorher beschrieben wurde, automatisch durch ein herkömmliches Aufzeichnungsgerät entfernt wird, wobei das jedoch keine Forderung ist.
Wenn auch eine typische Anwendung des vorliegenden Wasserzeichen-Verfahrens sich auf das vorher beschriebene Kabel-Fernseh- oder Satelliten-Fernseh-Verteilungssystem bezieht, ist das nicht einschränkend. Normalerweise würde natürlich voraufgezeichnetes Video-Material, zum Beispiel auf Band oder DVD (Digital Versatile Disk) nicht Gegenstand dieses Verfahrens sein, da normalerweise solches Material nicht Gegenstand des Einmal-Kopierens ist, sondern des Nicht - Kopierens. Das vorliegende Einmal-Kopier-Wasserzeichen-Verfahren kann jedoch auf vorauf gezeichnetes Video-Material angewendet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Kodiereinrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Rekorders für ein Wasserzeichen/Abspiel-Steuerschema gemäß der Erfindung.
Fig. 3 ist eine Tabelle der Charakteristiken in einem dualen Wasserzeichen-System.
Fig. 4 zeigt eine Überwindungs-Methode bezogen auf das vorliegende Einmal-Kopier-Verfahren.
Fig. 5 zeigt die Überwindungs-Vorrichtung von Fig. 4.
Fig. 6A bis 6D zeigen die Verwendung einer speziellen Video-Marke gemäß der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Basisprozess

Gemäß der Erfindung wird ein Wasserzeichen auf ein Videosignal mit einer "Nutzbarkeit" von zum Beispiel 8 Bits aufgebracht (Nutzbarkeit ist die Anzahl der änderungsfähigen Bits). Die Bits 1 und 2 der acht nutzbaren Bits sind die herkömmlichen Bits (in digitalem Video) des Copy Generation Management Systems (CGMS) (Kopie-Erzeugungs-Verwaltungssystem), und die Bits 3 und 4 sind die Bits des Analog Protection Systems (APS) (Analogschutz-System). Das aktuelle Analog-Schutzsystem ist zum Beispiel der gut bekannte Macrovision-Video-Kopierschutz-Prozess. Diese vier Bits werden herkömmlich verwendet, d. h. sie zeigen an: Einmal-Kopieren/Niemals-Kopieren/Nicht-Mehr-Kopieren, und schalten das Analog-Schutzsystem ein oder aus. (Der Macro visions-Prozess oder andere analoge Kopierschutzprozesse sind auf das digitale Aufzeichnen anwendungsfähig, weil digitale Video-Rekorder die Fähigkeit aufweisen, dass ein analoges Videosignal eingegeben werden kann). Die restlichen vier nutzbaren Bits definieren gemäß der Erfindung ein Bild-Attribut des ausgewählten Vollbilds des darunterliegenden Videosignals. Beispiele davon werden nachfolgend beschrieben.
Für ein "Niemals-Kopieren"-Programm (Video-Signal) werden die Bits 1 und 2 der acht nutzbaren Bits der üblichen Vereinbarung folgend, auf die Werte (1,1) gestellt. Die Bits 5 bis 8 sind dann "uninteressant". Ein angepasstes Aufzeichnungsgerät lehnt es nach dem Erfassen der (1,1)-Bit-Konfiguration ab, eine Aufzeichnung von dem Material durchzuführen.
Für ein "Einmal-Kopier"-Programm werden die Bits 1 und 2, wiederum der üblichen Vereinbarung folgend, auf die Werte (1,0) gestellt, und die Bits 5 bis 8 tragen nun die 4-Bit-Darstellung des Attributs des Programms. "Attribut" bedeutet hier einen numerischen Ausdruck irgendeiner Charakteristik des Video- Materials. Ein Attribut verändert sich maximal von Vollbild zu Vollbild solange wie sich das Bild verändert. Ein Attribut verändert sich vorzugsweise nicht mit erwarteten Verzerrungen in dem Video-Signal infolge einer Verzerrung, wie zum Beispiel Rauschen, Nichtlinearität oder Frequenz verhalten, die durch einen analogen oder digitalen Video-Kanal hervorgerufen wird.
Eine angepasste Video-Aufzeichnungsvorrichtung berechnet nach dem Erfassen der (1,0)- Bit-Einmal-Kopier-Konfiguration dasselbe Attribut aus einem zugehörigen Video-Vollbild und vergleicht es mit dem Wert, der auf den nutzbaren Bits 5 bis 8 getragen wird. Wenn es eine Übereinstimmung gibt, wird die Fortsetzung des Kopierens erlaubt. Wenn keine Übereinstimmung vorhanden ist, wird das Kopieren (Aufzeichnen) beendet. Mit anderen Worten, eine Einmal-Kopier-Anweisung, welche ein nicht übereinstimmendes Attribut erzeugt, stoppt den Aufzeichnungsprozess durch die angepasste Aufzeichnungsvorrichtung. Schließlich wird, wenn das erlaubte Aufzeichnen in erster Generation erfolgt, das Video, welches aufgezeichnet wird, bei dem Aufzeichnen so modifiziert, dass nachfolgende angepasste Aufzeichnungsvorrichtungen den Attributwert, der durch das Wasserzeichen getragen wird, nicht bewerten können, wodurch ein weiteres Kopieren verhindert wird.

Implementierung

Die nachfolgende, ausführlichere Beschreibung einer Ausführung dieses Verfahrens berücksichtigt die Möglichkeit, dass die Wasserzeichen-Lese-Schaltung 10 Sekunden oder länger brauchen kann, um bei Rauschen oder nach Skalierung das Wasserzeichen eindeutig zu erfassen und zu dekodieren. Die angeführten Zeitintervalle sind nur als Beispiel angeführt.

Kodieroperation

1. Das Kodieren bezieht sich auf den Prozess des Schützens des Video-Materials an der "Empfangsstelle". In jedem Intervall des Programms, das zum Beispiel 20 Sekunden beträgt, wählt die Kodiervorrichtung ein Video-Halbbild (oder Vollbild) auf Zufallsbasis innerhalb der ersten fünf Sekunden aus. Das würde eine zuverlässige Messung des Attributs gestatten, selbst dann, nachdem das Video den verschiedenen vorher beschriebenen Verzerrungen ausgesetzt wurde, die in analogen oder digitalen Übertragungssystemen vorhanden sind. Die Kodiervorrichtung misst den Attributswert für das ausgewählte Halbbild oder Vollbild.
2. Nach dem Abwarten eines auf Zufallsbasis gewählten Intervalls (zum Beispiel Null bis 5 Sekunden, um die Sicherheit zu erhöhen), kodiert die Kodiervorrichtung den gemessenen Attributwert des ausgewählten Halbbildes in dem ansonsten meistens her kömmlichen Wasserzeichen als ein digitales 4-Bit-Wort. (Wenn es bevorzugt wird, wird das Wasserzeichen dem Video kontinuierlich mit diesem 4-Bits zugeführt, die auf irgendeinen unerlaubten Wert gestellt sind, zum Beispiel F(hex), bis es angewiesen wird, den Attributwert zu tragen).
3. Die Kodiervorrichtung markiert das in Schritt 1 ausgewählte Halbbild, so dass die angepassten Aufzeichnungsvorrichtungen es zuverlässig lokalisieren können. Die nachfolgenden Ausführungen beschreiben in Form eines Beispiels ein Halbbild- Markierungsverfahren: Austasten der ersten horizontalen Abtastzeile jedes Video-Halbbilds in der ersten Mikrosekunde und, nur im ausgewählten Halbbild, Hinzufügen einer 25 IRE-Amplituden- Erhöhung (Impuls) während dieses eine Mikrosekunde dauernden Intervalls. Ein vielseitigeres Verfahren wird nachfolgend beschrieben.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Kodiervorrichtung, die zum Beispiel an der Empfangsstelle eines Kabelfernsehsystems angeordnet ist. Das Video-Programm wird vor der Kabelübertragung zu den Teilnehmern einem Eingangsanschluß 10 zugeführt. Da es sich um ein digitales Video handelt, ist der Anschluss 10 normalerweise ein Mehr-Leitungsanschlussteil (Bus). Ein Vollbild-Selektor 12 wählt für das Kodieren willkürlich oder pseudo-willkürlich spezielle Halbbilder oder Vollbilder aus, wie es vorher beschrieben ist, und stellt eine Anzeige jedes ausgewählten Halbbilds oder Vollbilds auf der Steuerleitung 14 zur Verfügung. In Reaktion darauf markiert die Halbbild-Markierungs-Schaltung 16 jedes Vollbild, wie es in dem Video angezeigt ist. Die Steuerleitung 14 ist weiterhin mit der Attribut-Mess-Schaltung 18 gekoppelt, welche ebenfalls das ankommende Video empfängt und das Attribut der ausgewählten Halbbilder oder Vollbilder berechnet (misst). Der gemessene digitale Attribut-Wert ist auf der Leitung (den Leitungen). 26 mit der Wasserzeichen-Modifizierungs- Schaltung 32 gekoppelt. Das Element 32 empfängt das herkömmliche Wasserzeichen von einem herkömmlichen Wasserzeichen-Erzeuger 28 und modifiziert es mit dem 4-Bit-Attribut-Wert. Das so modifizierte Wasserzeichen ist mit der Vollbild-Wasserzeichen-Schaltung 38 gekoppelt, welche die modifizierten Wasserzeichen in jedes der Halbbilder oder Vollbilder schreibt, welche die Halbbild-Markierung tragen, die auf der Leitung 22 zugeführt wird. Das Wasserzeichen-Video wird dann an dem Anschluss 40 zum Kabelverteilungsnetz (oder zu einem anderen Verteilungsnetz) ausgegeben. Es ist so zu verstehen, dass einige der Elemente von Fig. 1 (und auch von Fig. 2) Schaltungen sind und andere Schaltungen oder Funktionen sind, die zum Beispiel in einem programmierten Mikroprozessor ausgeführt werden.

Lese-Operation in einem angepassten Rekorder

1. Während eines Aufzeichnungsprozesses misst nach dem Erfassen einer Halbbild-Markierung des vorher beschriebenen Typs in dem empfangenen Video-Programm, der angepaßte Rekorder/das angepasste Abspielgerät das Attribut dieses Halbbildes oder Vollbildes und speichert es.
2. Der Rekorder/das Abspielgerät vergleicht das gemessene Attribut mit dem aus dem Wasserzeichen dekodierten (extrahierten) Attribut-Wert. Der Vergleich wird nur durchgeführt, wenn der Wasserzeichen-Detektor in dem Rekorder/Abspielgerät zu Anfang mit hoher Wahrscheinlichkeit die Schlussfolgerung zieht, dass er das Wasserzeichen korrekt dekodiert (extrahiert) hat.
3. Wenn die beiden Attribut-Werte übereinstimmen, wird die Fortführung des Aufzeichnens erlaubt. Eine Übereinstimmung erfordert keine identischen Werte, sondern kann gewissen Messungenauigkeiten zulassen, d. h. es ist eine bestimmte Toleranz vorhanden. Wenn die beiden Attribut-Werte nicht übereinstimmen, oder wenn regelmäßig Halbbild-Markierungen von einem als Einmal- Kopier-Programm gekennzeichneten Programm fehlen, wird das Aufzeichnen gesperrt.
4. Der Rekorder löscht während seines Aufzeichnungsprozesses alle Halbbild-Markierungen. Alternativ wird eine "Köder"-Halbbild-Markierung auf ein Halbbild aufgebracht, dessen Attribut sich deutlich von dem von dem Wasserzeichen getragenen Attribut unterscheidet. Dieser Zusatzschritt ist jedoch nicht erforderlich. Wenn man einfach alle Halbbild-Markierungen löscht, sollte das ausreichen. Das Löschen der Halbbild-Markierungen entbindet vorteilhafterweise von der Notwendigkeit, das Video zu modifizieren, um während eines nachfolgenden Aufzeichnungsversuches eine andere Attribut-Messung zu erzwingen.
Ein Beispiel eines angepassten Rekorders ist in Fig. 2 dargestellt, welcher der in Fig. 1 dargestellten Kodierungsvorrichtung komplementär ist. Das digitale Eingangs-Video, das die Halbbild-Markierungen und die Wasserzeichen trägt, wird am Eingangs anschluss 46 dem Halbbild-Markierungs-Detektor 48 zugeführt, welcher jede Halbbild-Markierung erfasst und eine Anzeige der markierten Vollbilder auf der Steuerleitung 50 zu einer im wesentlichen herkömmlichen Wasserzeichen-Erfassungs-/Prüf-Einrichtung 54 ausgibt. Die Prüfeinrichtung 54 überprüft das Vorliegen eines Einmal-Kopier-Bits und überprüft in herkömmlicher Weise das Wasserzeichen. Die 4 Attribut-Bits werden dann durch die Extrahiereinrichtung 56 aus dem überprüften Wasserzeichen extrahiert und auf der Leitung 62 der Vergleichseinrichtung 68 zugeleitet. Die Attribut-Messschaltung 58 empfängt weiterhin das Eingangs-Video und misst (berechnet) in Reaktion auf die Signale auf der Leitung 50 das vorbestimmte Attribut der markierten Vollbilder, wie es auf der Steuerleitung 50 angezeigt ist. Der gemessene Attribut-Wert ist auf der Leitung 64 mit der Vergleichseinrichtung 68 gekoppelt. Nur wenn die Vergleichseinrichtung 68 Übereinstimmung feststellt, wird die ansonsten herkömmliche Aufzeichnungs-Schaltung 70 freigegeben. (Die Aufzeichnungs-Schaltung ist ein herkömmliches Video-Band oder Platten- Aufzeichnungsgerät). Mit der Aufzeichnungs-Schaltung 70 ist eine Halbbild-Markierungs-Abstreif-Schaltung 72 und eine Schaltung 74 zum Verändern des Einmal-Kopier-Bits in den Niemals-Kopieren- Wert während des Aufzeichnens gekoppelt.

Protokollsicherheit

Um dieses System zu überwinden, d. h. um ein rechtmäßiges Aufzeichnen des Videos in der ersten Generation so zu modifizieren, dass es erneut durch angepasste Rekorder kopiert werden kann, muss ein "Hacker" (Urheberrechtsverletzer) folgendes (oder einen gleichermaßen komplexen Prozess) ausführen. Zuerst misst er während des Wiederabspielens der ersten (rechtmäßigen) Aufzeichnung das Attribut jedes Halbbilds, speichert es und dekodiert das Wasserzeichen. Dann fügt er einem Halbbild, dessen 'Attribut mit dem vom Wasserzeichen getragenen Attribut übereinstimmt, eine Halbbild-Markierung zu.
Dieser "Hack" erfordert viele Sekunden Video-Verzögerung bei MPEG-2-Raten (komprimiertes Video), eine Wasserzeichen- Lese-Einrichtung und ein Attribut-Messsystem. (Das Video, das kopiert wird, befindet sich normalerweise in der MPEG-2-komprimierten Form). Weitere Einzelheiten werden nachfolgend angeführt.
Der vorliegende Prozess erreicht daher leicht das Ziel, ein "Hacken" durch die meisten Leute zu verhindern, insbesondere wenn man den geringen Nutzen berücksichtigt, der sich aus dem Hacken dieses Teils des typischen Gesamt-Kopierschutz-Systems ableitet. Ein Einmal-Kopier-Schema muss nicht so "hack-sicher" sein, wie es das Basis-Wasserzeichen ist, weil Programme, die mit "Einmal-Kopieren" gekennzeichnet sind, normalerweise ihrer Natur nach für den Urheberrechts Inhaber weniger wertvoll sind, als "Niemals-Kopieren"-Programme. In jedem Fall könnte ein Hacker, der mehrere Kopien wünscht, einfach (und rechtlich vertretbar) diese Kopien parallel von dem Einmal-Kopier-Original- Video-Programm herstellen.

Attribut-Anforderungen

Das ideale Bild-Attribut gemäß der Erfindung ist:
1. Messbar in einem digitalen Videorekorder vom Verbrauchertyp mit einer minimalen zugefügten Schaltung.
2. Relativ immun gegenüber den üblichen Video-Pegel-Fehlern: Nichtlinearität, Rauschen, Kippen, Frequenzverzerrung, künstliche Hilfsmittel für die Quantisierung- und das Komprimieren usw., die in verschiedenen analogen und digitalen Übertragungssystemen anzutreffen sind.
3. Ein solches Attribut, das ein Hacker nicht leicht ein Video-Signal modifizieren könnte, um einen bestimmten Attribut- Wert zu erzwingen, ohne den Unterhaltungswert des Programms ernsthaft zu mindern.
Man könnte auf diese dritte Forderung verzichten, da sie im Zusammenhang mit dem vorliegenden Einmal-Kopier-Protokoll die Arbeit des Hackers materiell nicht schwieriger macht.

Beispiele von Attributen

Erstes Beispiel: Die mittleren Gleichstrom-Spannungswerte von separaten Bereichen des ausgewählten Video-Vollbilds werden in einer Art und Weise hinzugefügt und subtrahiert, die es wahrscheinlich macht, einen großen Attribut-Wert für typische Video- Bilder zu erzeugen. Die Größen und die Positionen für die Bildbereiche werden ausgewählt, um die Immunität gegenüber Kippen, Rauschen und Verzerrung zu maximieren. Der sich ergebende Wert wird durch den Wert der mittleren Gleichstromamplitude des Video-Vollbilds dividiert, um Attribut-Messfehler zu eliminieren, die durch Video-Verstärkungsdiskrepanzen in unterstützenden Hardware-Einrichtungen oder im Übertragungsweg verursacht werden könnten.
Zweites Beispiel: Dabei handelt es sich um eine spezifische Implementierung des vorher angeführten ersten Beispiels für ein MPEG-komprimiertes Video. Dabei ist ein 8 · 8 Pixel-MPEG-2- Makro-Blockgitter anzunehmen, das symmetrisch um den Mittelpunkt des Video-Vollbild angeordnet ist. Man kann sich vorstellen, dass jeder Makroblock im traditionellen "Schachbrettmuster" schwarz oder weiß ist. Das Attribut ist gleich [Summe aller Gleichstromglieder der weißen Blöcke minus der Summe aller Gleichstromglieder der schwarzen Blöcke] dividiert durch die Summe der Gleichstromglieder aller Blöcke.

Beispiele für Halbbild-Markierungen

Erstes Beispiel für die Halbbild-Markierung: Die ersten 1,5 Mikrosekunden der ersten horizontalen Abtastzeile jedes Video- Halbbilds (oder Vollbilds) sind auf 25% des Video-Graupegels eingestellt. Wie auch die anderen hierin beschriebenen Halbbild- Markierungen, befindet sich diese Markierung in dem Overscan- Bereich des Video-Vollbilds, so dass sie auf einem Fernsehgerät nicht sichtbar ist. (Diese Position ist jedoch nicht einschränkend). Um ein bestimmtes Halbbild zu markieren, wird zum Beispiel eine 2,5 MHz-Sinuswelle bei 50 IRE-Einheiten von Spitze zu Spitze dem Graupegel hinzugefügt.
Diese Halbbild-Markierung kann selbst nach dem Durchlaufen eines Kabelfernsehkanals mit schlechter Qualität zuverlässig erfasst werden. Vorteilhafterweise überdauert sie nicht das Durchlaufen der Signalverarbeitung und der Aufzeichnungsschaltung eines VHS- oder 8 mm-VCRs (Video-Kassettenrekorders). Das S-VHS-Aufzeichnen übersteht sie jedoch. Das ist deswegen so, weil diese Halbbild-Markierung durch den Chroma-Kammfilter in dem VHS- oder 8 mm-VCR herausgefiltert wird. Somit sind nach dem Aufzeichnen und Wiederabspielen durch einen VHS- oder 8 mm-VCR die Halbbild-Markierungen wirksam eliminiert und dadurch wird ein Kopieren durch einen angepassten Rekorder in zweiter Generation verhindert.
Zweites Beispiel: Dieses Beispiel ist für VHS-, S-VHS- und 8 mm-VCRs geeignet. Die ersten 1,5 Mikrosekunden der ersten beiden Abtastzeilen jedes Halbbilds (oder Vollbilds) sind auf 25% des Graupegels eingestellt. Um ein bestimmtes Halbbild zu markieren, wird eine Zwischenträgerfrequenz-Sinuswelle bei 50 IRE-Einheiten von Spitze zu Spitze dem Graupegel hinzugefügt, so dass ihre Phase hinsichtlich der Synchronisation auf beiden Abtastzeilen dieselbe ist (anders, als bei einem normalen Chroma-Signal, dessen Phase sich an abwechselnden Abtastzeilen umkehrt).
Diese Markierung kann selbst nach dem Durchlaufen eines Kabelfernsehkanals mit schlechter Qualität zuverlässig erfasst werden. Sie überdauert jedoch nicht das Durchlaufen eines Chroma-Filters irgendeines VCRs vom Verbraucher-Typ. Nach dem Abspielen reduziert der Kammfilter des VCRs das Chroma auf der Abtastzeile 1 auf 25 IRE-Einheiten und auf Abtastzeile 2 auf Null. Der Halbbild-Markierungs-Detektor in einem angepassten Rekorder ist eingestellt, um dieses Signal nur auf der Abtastzeile 2 zu erfassen. Somit gehen nach dem Aufzeichnen und dem Wiederabspielen durch einen analogen VCR die Halbbild-Markierungen wirksam verloren und verhindern dadurch das weitere Kopieren des Videos durch einen angepassten digitalen Rekorder.
Drittes Beispiel: Dieses Beispiel ist für VHS-, S-VHS- und 8 mm-VCRs geeignet. Es beginnt mit der Auswahl eines 24 · 4-Pixelblocks in zum Beispiel der unteren, linken Ecke des Video-Halbbilds (oder Vollbilds). Der nächste Schritt ist, die Farbwerte in dem 24 · 4-Pixelblock durch eine Festmuster-Markierung, zum Beispiel mit abwechselnden Blau- und Gelb-Werten, zu ersetzen. Diese Markierung muss die MPEG-Komprimierung so überdauern, dass sie selbst nach dem Durchlaufen eines Kabelfernsehkanals mit schlechter Qualität zuverlässig erfasst wird. Sie darf jedoch nicht das Durchlaufen eines Chroma-Filters von irgendeinem VCR vom Verbraucher-Typ überstehen. Der Halbbild-Markierungs-Detektor in einem angepassten Rekorder ist eingestellt, dieses Signal nur auf der Abtastzeile 2 zu erfassen. Somit gehen nach dem Aufzeichnen und Wiederabspielen durch einen VCR die Markierungen wirksam verloren und verhindern dadurch das weitere Kopieren des Videos durch einen angepassten digitalen Rekorder in zweiter Generation.
Hinsichtlich des zusätzlichen Schutzes, der den Urheberrechte-Inhabern geboten wird, scheint die Verwendung von durch den VCR löschbaren Markierungen eine lohnende Verbesserung des vorhandenen Einmal-Kopier-Systems zu sein.
Einige dieser Markierungsprinzipien können geringfügig modifiziert werden, damit sie mit der MPEG-Komprimierung vollständig kompatibel sind. Hinsichtlich des dem Video-Material gebotenen Schutzes scheinen sie jedoch eine lohnende Verbesserung des vorhandenen Einmal-Kopier-Systems zu sein.

Zusätzliche Ausführung - Vollbild-Markierung und Wasserzeichen

1. In einer anderen Ausführung wird zum Kodieren eine Vollbild- (oder Halbbild-Markierung in pseudo-willkürlicher Weise einem bestimmten Video-Vollbild hinzugefügt, zum Beispiel alle 4 Sekunden lang in einem Fenster. Die Vollbild-Markierung ist (wie zuvor beschrieben) so gestaltet, dass sie automatisch durch einen VCR entfernt werden kann. (Ein Beispiel einer solchen Markierung sind feste Gleichstrom-Chroma-Werte - sowohl CRot als auch CBlau auf der ersten Zeile des ersten Makro-Blocks). Für das markierte Vollbild wird ein Attribut-Wert berechnet und gesichert.
2. Die 4 Attribut-Bits des Wasserzeichens werden an einer pseudo-willkürlichen Position in dem nachfolgenden, zum Beispiel 2-Sekunden-Fenster modifiziert, um dem Attribut-Wert des vorher markierten Vollbilds zu gleichen.
3. Während der Kodierung werden die Schritte 1 und 2 durch das ganze Video-Programm hindurch wiederholt.
4. Beim späteren Aufzeichnen eines Einmal-Kopier-Programms werden die Vollbild-Markierungen entfernt, wie vorher angeführt. Zusätzlich zu den regulären Wasserzeichen-Bits, die normalerweise in den Nieder- und Mittel-MPEG-DCT-Koeffizienten getragen werden, und nur für einmal Kopieren, fügt die vorliegende Ausführung 4 zusätzliche Autorisierungs-Bits hinzu, die durch einige der Hochfrequenz-MPEG-DCT-Koeffizienten getragen werden. Wenn ein Einmal-Kopier-Zustand von den regulären Wasserzeichen-Bits erfasst wird, überprüft der Rekorder, ob die 4 zusätzlichen Bits vorhanden sind. Wenn sie nicht vorhanden sind, kopiert der Rekorder nicht. Wenn sie vorhanden sind, fügt der angepasste Rekorder vor dem Ausführen des Kopierens ein ausreichendes Rauschen hinzu. Das entfernt die 4 zusätzlichen Bits und entfernt die Kopie-Autorisierung.
Ein Vorteil dieser Methode ist, dass herkömmliche (nicht angepasste) VCRs (die keine Kopie-Kontrollsysteme aufweisen) die zusätzlichen Autorisierungs-Bits automatisch entfernen und die Ausgabe für angepasste (digitale) Rekorder nicht-aufzeichnungsbar machen.
In dieser Ausführung enthält das Wasserzeichen zwei verschiedene Bereiche, die mit WM1 und WM2 bezeichnet sind. WM1 enthält 8 nutzbare Bits und ist ohne Verschlechterung der Bildqualität schwierig zu entfernen. Die nutzbaren Bits sind über die Nieder-, Mittel- und Hoch-MPEG-DCT-Koeffizient-Frequenzen in den Makroblocken verteilt.
WM2 ist zum Beispiel ein festes 4-Bit-Muster oder ein CRC (cyclical redundancy check - zyklische Redundanzprüfungs-)Wert der nutzbaren Bits. Das WM2 ist leicht zu entfernen, weil die WM2-Bits nur über die Hochfrequenzen verteilt sind und mit einem Tiefpassfilter oder mit einem anderen Filter gelöscht werden können. WM2 überdauert die 4,2-MHz-Übertragung, jedoch nicht das 2,5-MHz-Auf zeichnen. WM2 kann den größten Teil seiner Energie horizontal in den Makro-Blöcken verteilt haben, so dass es einfach und billig ist, das Löschen vorzunehmen oder Ungültigkeit zu bewirken. Zwecks größerer Robustheit wird die optionale CRC (4 Bits) verwendet.
Die "WM2-Lösch"-Schattung in dem angepassten Rekorder löscht WM2 unter Verwendung eines Tiefpassfilters oder eines anderen Filters in den Video-Daten. Daher ist die erforderliche Schaltung minimal. Die Kosten des Hinzufügens einer WM2-Erfassungsschaltung zu der WM-Erfassungs-Schaltung sind sehr gering, weil die WM2-Erfassungs-Schaltung den größten Teil der WM1- Erfassungslogik wiederverwendet.
Fig. 3 zeigt die Zustände für diese Ausführung. In Fig. 3 ist der Inhalt jedes Wasserzeichen-Bereichs für WM1 und WM2 entlang der oberen Zeile jeder Spalte angegeben, wobei die von einem angepassten Rekorder/Abspielgerät ausgeführte zugehörige Aktion in dem Rest der Spalte enthalten ist. Die obere Hälfte von Fig. 3 ist die einfachere Version der vorliegenden Ausführung; die untere Hälfte ist die komplexere Version mit der CRC. In beiden Versionen wird das Kopieren nur gestattet, wenn WM1 mit dem Einmal-Kopier-Satz vorhanden und WM2 gültig ist (geprüft).

Verfahren und Vorrichtung für die Überwindung

Zusätzlich zu den Einmal-Kopier-Ausführungen, die vorher beschrieben sind, ist ein Verfahren, wie vorher beschrieben, zum Überwinden der vorliegenden Einmal-Kopier-Prozesse in Fig. 4 dargestellt, welche graphisch sowohl den Überwindungs-Prozess als auch die Ausrüstung zeigt. "Überwindung" bedeutet, eine Aufzeichnung zur Verfügung zu stellen, die erneut kopiert werden kann. Natürlich verletzt das den Zweck des vorliegenden Einmal- Kopier-Systems. Daher würde das vorliegende Überwindungsverfahren und die vorliegende Überwindungs-Vorrichtung durch die Hersteller der Rekorder normalerweise nicht kommerziell zur Verfügung gestellt werden. Sie werden hier jedoch aus Vollständigkeitsgründen offenbart. (Die Verwendung eines solchen Überwindungsverfahrens oder einer solchen Überwindungsvorrichtung würde normalerweise eine Schutzrechtsverletzung beinhalten).
In Fig. 4 sind mehrere herkömmliche Elemente dargestellt, welche die herkömmliche Kabel-Set-Top-Vorrichtung ("Box") 100 enthalten, die an ein Kabelfernseh-Kabel 102 angeschlossen ist und die "oben" auf dem Fernsehgerät des Teilnehmers (nicht dargestellt) angeordnet ist. Im vorliegenden Fall ist ein angepasster Rekorder 106, der ein digitaler Video-Rekorder ist, welcher die Merkmale von Fig. 2 auf weist, mit der Set-Top-Vorrichtung verbunden. Eine Person, die den vorliegenden Einmal-Kopier-Prozess überwinden möchte, koppelt eine Überwindungs-"Black-Box" 104 zwischen der Kabel-Set-Top-Vorrichtung 100 und ihren angepassten Rekorder 106. Einzelheiten dieser Black-box 104 sind nachfolgend angeführt. Die Black-Box 104 enthält die Überwindungs-Schaltung.
In Schritt 1 in Fig. 4 wird ein Einmal-Kopier-geschütztes Programm, das Halbbild-Markierungen enthält, über ein Kabel 102 an der Kabel-Set-Top-Vorrichtung 100 empfangen und wird über die Black-Box 104 zu dem angepassten Rekorder 106 übertragen. Die Black-Box 104 weist eine Schaltung auf, die eine "Kennung" (eine spezielle Halbbild-Markierung) dem ersten Video-Vollbild zufügt, das eine erfasste (Original-)Halbbild-Markierung hat. (Die Black-Box 104 hat, wie auch die Vorrichtung in Fig. 2, ihren eigenen Halbbild-Markierungs-Detektor). Diese Kennung hat eine spezielle Charakteristik, die nachfolgend beschrieben wird. Die Black-Box 104 speichert in ihrem inneren Speicher eine Tabelle der Zeitintervalle zwischen den erfassten Halbbild-Markierungen in dem Video-Programm. Diese Tabelle liefert Informationen über die Zeitsteuerung dieser Original-Halbbild-Markierungen. Das Video-Signal mit der Kennung, die dem ersten halbbildmarkierten Vollbild zugefügt ist, wird dann mit dem angepassten Rekorder 106 gekoppelt, der von dem Typ ist, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.
Der angepasste Rekorder 106 führt dann eine erlaubte Einmal- Kopier-Aufzeichnung auf einem ersten Band (oder Platte) 110 durch. Wenn er das in dieser Weise ausführt, trennt der angepasste Rekorder 106 alle Original-Halbbild-Markierungen ab. Er trennt jedoch nicht die Kennung(en) ab, die durch die Black-Box 104 hinzugefügt sind, weil diese Kennungen jeweils eine Halbbild-Markierung eines besonderen Typs darstellen, die anders als die Original-Halbbild-Markierungen, nicht durch die Abtrennschaltung in dem Rekorder 110 entfernt werden.
In Schritt 2, der in der unteren Hälfte von Fig. 4 dargestellt ist, wird das aufgezeichnete Band (oder die aufgezeichnete Platte) 110 auf einem Abspielgerät (oder Rekorder) 114 abgespielt. Natürlich enthält das abgespielte Video keine der Original-Halbbild-Markierungen. Dieses Video wird über die Black-Box 104' abgespielt, die auf ihre Abspiel-Betriebsart neu konfiguriert wurde. (Die Black-Box 104' ist ansonsten dieselbe, wie sie in der oberen Hälfte von Fig. 4 dargestellt ist, ist jedoch nun so programmiert, dass sie sich anstatt in der Aufzeichnungs-Betriebsart in der Abspiel-Betriebstart befindet). Die Black-Box 104' erfasst die Kennung(en), die der Black-Box 104 in dem Aufzeichnungsschritt 1 zugefügt wurden und setzt dann unter Verwendung des ersten gekennzeichneten Vollbilds als Indikator zu den Zeitintervallen, die in der vorher (in Schritt 1) gespeicherten Tabelle in der Black-Box 104' angegeben sind, die neuen Halbbild-Markierungen des Typs, wie sie im Original-Video- Material vorhanden sind, wieder ein.
Somit ist das Ausgangs-Video von der Black-Box 104' im wesentlichen dasselbe, wie das Original-Video, einschließlich aller wiedereingesetzten Halbbild-Markierungen. Dieses Video kann dann durch den angepassten Rekorder 106 aufgezeichnet werden, der eine Videoaufzeichnung der zweiten Generation auf einem zweiten Band oder einer zweiten Platte 116 ausgibt, die wiederum keine Halbbild-Markierungen hat, jedoch anschaubar (jedoch nicht kopierbar) ist. Somit kann man durch das Verfahren von Fig. 4 eine Video-Aufzeichnung der zweiten Generation auf dem Band oder der Platte 116 zur Verfügung stellen und somit den vorliegenden Einmal-Kopieren-Schutzprozess überwinden.
Die innere Struktur der Black-Box 104, 104' ist in Fig. 5 dargestellt. Die obere Hälfte von Fig. 5 zeigt die Black-Box 104 in ihrer Konfiguration für den Schritt 1. Das Eingangs-Video von der Set-Top-Vorrichtung 100 wird auf den Eingangs anschluss 120 gebracht und dann mit dem Vollbild-Markierungs-Detektor 122 gekoppelt, der die Orginal-Vollbild-(Halbbild-)Markierungen erfasst. Die Steuerleitung 124 gibt eine Anzeige des Vorliegens der erfassten Vollbild-Markierungen an eine Kennungs-Schreibschaltung 128, welche darauf die Kennung(en) zumindest zudem ersten halbbildmarkierten Vollbild hinzufügt und dieses gekennzeichnete Video an einem Ausgangsanschluss 132 ausgibt, der in Fig. 4 mit einem angepassten Rekorder 106 gekoppelt ist. Gleichermaßen wird die Anzeige der auf der Leitung 124 erfassten Vollbilder einem Speicher 136 zugeleitet, der eine Tabelle für das Speichern der Zeitintervalle zwischen den erfassten Vollbild-Markierungen enthält.
Die untere Hälfte von Fig. 5 zeigt die Black-Box 104' in ihrer Konfiguration für den Schritt 2. Hierbei ist das Video (von dem Abspielgerät 114) mit dem Eingangsanschluss 120 der Black-Box gekoppelt, welcher wiederum mit Kennung-Detektor 140 gekoppelt ist, der die Kennungen erfasst, die durch die Kennungs-Schreib-Schaltung 128 eingesetzt sind. Eine Anzeige jeder auf diese Weise erfaßten Kennung wird auf der Steuerleitung 142 zur Verfügung gestellt, die die speziellen Vollbilder anzeigt, die solche Kennung (en) tragen. Die Leitung 142 steuert den Vollbild-Markierungs-Schreiber 150, der Vollbild- Markierungen, welche denen des Original-Videos entsprechen, in den gewünschten Zeitintervallen hinzufügt. Diese Zeitintervalle werden durch die vorher in der Speichertabelle 136 gespeicherten Daten bestimmt, die im vorliegenden Fall auf der Steuerleitung 146 ausgelesen werden, um so zu steuern, wann die Vollbild- Markierungs-Schreib-Schaltung 150 tatsächlich die Vollbild- Markierungen hinzufügt.
Darauf wird das Video mit den neuen durch die Vollbild- Schreib-Schaltung 150 eingesetzten Vollbild-Markierungen mit dem Black-Box-Ausgangsanschluss 132 gekoppelt, welcher wiederum (in Fig. 4) mit dem Eingangsanschluss des angepassten Rekorders 106 gekoppelt ist. Es handelt sich hierin um eine erläuternde Version einer solchen Black-Box und sie ist nicht einschränkend.
Die Konstruktion einer solchen Black-Box ist einem Fachmann dieses Gebietes mit üblicher Qualifikation und jemandem, der allgemeine Kenntnisse in der Video-Technik hat, gut bekannt, genauso wie die Natur der Halbbild-Markierungen. Die Black-Box ist im wesentlichen eine digitale Vorrichtung, welche die Funktionen des Hinzufügens der Kennung zu bestimmten Video-Vollbildern, das Erfassen der Original-Halbbild-Markierungen und des Aufzeichnens einer Tabelle derselben ausführt. Normalerweise ist die Black-Box eine mikroprozessorgesteuerte Vorrichtung mit einem Speicher. Die tatsächliche Schaltung in der Black-Box kann viele Formen aufweisen, welche die vorher angeführten Funktionen ausführen.

Kennzeichnen für verschiedene Video-Zustellungs-verfahren

Für ein Einmal-Kopier-Kennzeichnungssystem, wie es vorher beschrieben wurde, muss man den Prozess betrachten, einschließlich der Inhaltsvorbereitung, der Inhaltszustellung und des Betrachtens/Aufzeichnens des Inhalts. Nachfolgend wird der Prozess in Form verschiedener Video-Zustellungs-verfahren analysiert: für die analoge Kabel- und Rundfunk-Zustellung; für die digitale Zustellung durch die vorhandene installierte Basis von digitalen Set-Top-Vorrichtungen mit nicht-digitalem Ausgang (herkömmlich mit P1394 bezeichnet); für die digitale Zustellung durch die vorhandene installierte Basis von digitalen Set-Top-Vorrichtungen mit digitalem Ausgang; und für die digitale Zustellung durch neue digitale Set-Top-Vorrichtungen.
Für die analoge Kabel- und Rundfunk-Zustellung wird der Inhalt (die Programme) vor der Zustellung vorbereitet, und der Prozess der Umwandlung von Einmal-Kopieren zu Nicht-Mehr- Kopieren wird in der Aufzeichnungs-Vorrichtung ausgeführt und kann nur im Video-Bereich auftreten.
Für die digitale Zustellung über die installierte Basis der digitalen Set-Top-Vorrichtungen ohne digitalen Ausgang (P1394), ist der Inhalt bevorzugt vor der Berechtigungs-/MPEG-Kodierung vorbereitet. Er kann aber auch in Verbindung mit der Berechtigungs-/MPEG-Kodierung vorbereitet sein. Trotzdem sollte eine Einmal-Kopier-Markierung das MPEG-Kodieren/Dekodieren überstehen. In diesem Fall wird die Umwandlung des Einmal-Kopierens zu Nicht-Mehr-Kopieren ebenfalls in der Aufzeichnungsvorrichtung durchgeführt und kann nur im Video-Bereich auftreten.
Die digitale Zustellung über die installierte Basis der digitalen Set-Top-Vorrichtungen mit digitalem Ausgang ist ähnlich, jedoch erfolgt die Umwandlung des Einmal-Kopierens, zu Nicht-Mehr-Kopieren im MPEG-Bereich.
Schließlich kann für die digitale Zustellung über neue digitale Set-Top-Vorrichtungen das Einmal-Kopieren nur in der Set-Top-Vorrichtung selbst erfolgen. Zusätzlich kann im Fall von einem P1394-Ausgang das Umwandeln des Einmal-Kopierens zu Nicht- Mehr-Kopieren ebenfalls in der Set-Top-Vorrichtung erfolgen, solange eine Kopierberechtigung von der Set-Top-Vorrichtung zu dem Dekoder gesendet wird.
Für die analoge Kabel- und Rundfunk-Zustellung schließt das vorliegende System ein festes Einmal-Kopier-/Nicht-Mehr- Kopieren-Wasserzeichen und die Hinzufügung einer Vollbild- oder Halbbild-Kennung, die an willkürlich ausgewählten Video- Vollbildern oder Folgen von Video-Vollbildern befestigt ist, um Einmal-Kopier-Material zu identifizieren, ein. Die Umwandlung von Einmal-Kopieren in Nicht-Mehr-Kopieren wird durch Entfernen oder Verschlechterung der Kennung durchgeführt. Um zusätzliche Sicherheit zu bieten wird ein Attribut des gekennzeichneten Vollbilds oder der Folge von Vollbildern in dem Wasserzeichen kodiert. Der Wasserzeichen-Attribut-Code wird willkürlich verzögert, um eine noch höhere Sicherheit zu bieten.
Beispiele von Attributen beinhalten die Video-Charakteristiken des gekennzeichneten Vollbildes (der gekennzeichneten Vollbilder), die Position des gekennzeichneten Vollbildes (der gekennzeichneten Vollbilder) oder die Länge der gekennzeichneten Folge (die willkürlich ausgewählt ist, um Sicherheit zu bieten).
Die Kennungen sind von dem Typ, der durch herkömmliche VCRs und selbst von nicht-angepas sten MPEG-Kodiereinrichtungen automatisch entfernt wird. So würden zum Beispiel abwechselnde Zeilen von Komplementärfarben bei relativ geringen Amplituden (das Kennungs-Muster) während der Halbbild- zur Vollbild-Umwandlung durch VHS- und MPEG-Kodiereinrichtungen entfernt werden. Die Kennung ist zum Beispiel in der unteren, linken Ecke (der Kennungs-Bereich hat zum Beispiel 64 Pixel · 4 Zeilen pro Halbbild) des Videos angeordnet und ist auf Fernsehgeräten (infolge des Overscan) unsichtbar. Um die Sicherheit zu erhöhen, entfernt der Kennzeichnungsprozess das Chroma in dem Kennungs-Bereich in allen Video-Vollbildern und fügt das Kennungs-Muster den gekennzeichneten Vollbildern zu. Das Entfernen der Kennung wird durch das Entfernen des Chroma durchgeführt.
Im Fall der digitalen Zustellung über die installierte Basis der Set-Top-Vorrichtungen ohne digitalen Ausgang muss das Kennzeichnungssystem in der Lage sein, die MPEG-Komprimierung/Dekomprimierung zu überstehen und es wird wahrscheinlich die VCR- und MPEG-Aufzeichnung überstehen, es sei denn, dass die Kennzeichnung innerhalb der Kodiereinrichtung selbst durchgeführt wird oder der Kodierprozess eingeschränkt ist.
Um die Effektivität des Einmal-Kopier-Systems zu maximieren, werden zwei Kennzeichnungsverfahren durch die angepassten Rekorder unterstützt. Die "stärkere" Kennung, die vorher definiert wurde, wird für analoge Systeme oder für kompatible Kodiereinrichtungen verwendet. Eine "schwächere" Kennung mit einem Kennungs-Muster von horizontalen Zyklen von Komplementärfarben bei relativ niedrigen Amplituden wird für nicht-kompatible Kodiereinrichtungen gewählt.
Für die digitale Zustellung über die installierte Basis einer Set-Top-Vorrichtung mit digitalem Ausgang führt vorzugsweise ein digitaler Rekorder die Umwandlung von Einmal-Kopieren zu Nicht-Mehr-Kopieren bei minimalen Kosten durch.
Eine Methode ist, eine zusätzlich Kennung, die in dem Bit- Strom selbst angeordnet wird, hinzuzufügen und zu entfernen. Das Wasserzeichen/die Kennung, die in den Videodaten getragen wird, würde ebenfalls erforderlich sein, um den Video-Ausgang der Set- Top-Vorrichtung zu unterstützen und die digital aufgezeichnete Kopie würde eine als Nicht-Mehr-Kopieren gekennzeichnete Kopie in dem Bit-Strom und eine Einmal-Kopier-Kopie in dem Video sein. Das erfordert dann das Einbeziehen eines Synchronisationssystems in jeder Abspieleinrichtung, um zu sichern, dass keine Kopie mehr hergestellt wird.
Ein anderes bevorzugtes Verfahren ist, die hinzugefügte Forderung nach einer Kennungs-Erfassung/Kennungs-Entfernung.
Die herkömmlichen Schritte, die erforderlich sind, um das Wasserzeichen in einem MPEG-Strom zu lesen, sind:
- Entschachteln des Transsportstroms,
- Dekodieren des Video-Stroms herunter zu dem I-Vollbild,
- Dekodieren aller Scheiben in dem I-Vollbild,
- Verarbeiten aller Makro-Blöcke (MB's).
- Verarbeiten aller Luminanzblöcke.
Da im vorliegenden Fall nur die I-Vollbilder (das ist ein Typ eines MPEG-Vollbilds) in dem Wasserzeichen-Leseprozess verwendet werden, sollte der Kennungs-Erfassungs-/Entfernungs- Prozess unter Verwendung der I-Vollbilder nur unter Verwendung der folgenden Schritte ausgeführt werden:
- Verarbeiten der Kennungs-Bereichs-Chroma-Blöcke für die Erfassung.
- Zwischenspeichern des, Bit-Stroms und Ersetzen einer vorher berechneten "Nicht-Chroma"-Block-Bitfolge durch die "Kennungs-Chroma"-Block-Bitfolge in den Kennungs-Makro- Blocks, wobei zu sichern ist, dass die Größe des Videozwischenspeicher-Prüfers (vbv) nicht beeinträchtigt wird.
Da die Entfernung der Kennung nur in den I-Vollbildern und in den Makro-Blocks erfolgt, entstehen die folgenden Probleme und Forderungen.
Für nicht-kompatible Kodiereinrichtungen muss eine Folge von gekennzeichneten Vollbildern vorhanden sein und sie muss lang genug sein, um zu sichern, dass ein I-Vollbild einbezogen ist.
Es könnte ein Vollbild sein oder die Verteilung der gekennzeichneten Vollbilder sollte so sein, dass sich eine ausreichende Anzahl von I-Vollbildern darunter befindet. Wenn eine gekennzeichnete Vollbild-Folge verwendet wird, sollten die Attribute der Folge aus dem (den) I-Vollbild-Attribut(en) herleitbar sein. Das ist besser durch die Verwendung der Vollbild-Position oder der Vollbild-Folgenlänge als ein Attribut gelöst. Bei dem Vollbild-Positionsverfahren würde ein gekennzeichnetes Vollbild einen spezifischen Wasserzeichen-Code tragen und ungekennzeichnete Vollbilder einen anderen. Eine Nichtübereinstimmung zwischen dem Wasserzeichen-Code und dem Kennungsstatus erzeugt ein Nicht-Mehr-Kopieren. Bei dem Vollbild-Folgenlänge-Verfahren wechseln die Längen willkürlich zwischen 3xD und 5xD, wobei D eine bestimmte Zahl ist, die größer ist, als die größte zulässige Gruppe der Bildgröße (GOP) (maxGOP). Bei diesem Verfahren würde das Vorliegen eines einzelnen, gekennzeichneten I-Vollbildes und einer Folge von I-Vollbildern mit weniger als maxGOP Gesamt-Vollbildern ein Nicht-Mehr-Kopieren anzeigen. So würde eine Folge von I-Vollbildern mit mehr als D und kleiner als 3D Gesamt-Vollbildern mit einem 5xD-Kode in dem Wasserzeichen übereinstimmen oder eine Folge von I-Vollbildern mit mehr als 3D Gesamt-Vollbildern würde mit einem 3xD-Kode in dem Wasserzeichen übereinstimmen. Das letztere ist das bevorzugte Verfahren.
Wenn eine Kennungsfolge verwendet wird, wird keine der Kennungen der Vollbilder, die dem ersten I-Vollbild in der Folge vorhergehen, entfernt. Die vorher beschriebenen Positions- und die Folgenlänge-Verfahren lösen das. Die Kennungs-Entfernung von I-Vollbildern muss häufig Kennungen in anderen Vollbildern in der GOP entfernen. Das ist der Fall, wenn keine Bewegung in dem Kennungs-Bereich vorhanden ist und könnte verbessert werden, indem man während des Kodierens die Bewegungsvektoren in dem Kennungs-Bereich zwangsweise auf Null bringt. Das Entfernen von Kennungen von I-Vollbildern darf keine wesentlichen Nebenerscheinungen in anderen Vollbildern in der GOP hervorrufen. Das könnte auftreten, weil der Kennungs-Bereich, verwendet werden könnte, um irgendeinen Makro-Block vorherzusagen, der ihn in den nachfolgenden Vollbildern P und B umgibt. Das ist einer der Gründe, warum die Kennung in einer Ausführung Komplementärfarben verwendet. Das Entfernen der Kennung sollte keine sichtbare Chroma-Veränderung erzeugen. Das Entfernen der Kennung durch Ersetzen eines vorher berechneten Chroma-Blocks bewirkt entweder das Entfernen des gesamten Chromas in einem 54 · 16-Bereich, wobei eine Nebenerscheinung erzeugt wird, die auf einigen Fernsehempfängern sichtbar ist, oder es wird ein Bit-Strom in die Benutzer-Daten getragen, der durch eine kompatible Kodiereinrichtung zu erzeugen wäre.
Für kompatible Kodiereinrichtungen wird die Kennungs- Erzeugung durch die Kodiereinrichtung nur in den I-Vollbilder durchgeführt. Die Bewegungsvektoren in den nachfolgenden P- und B-Vollbildern werden zwangsweise auf Null gebracht, und in diesen Vollbildern wird keine innere Kodierung gestattet. Die Bewegungsvorhersage für Blöcke ohne Kennung wird gezwungen, die gekennzeichneten Blöcke nicht zu verwenden.
Für die digitale Zustellung durch digitale Set-Top-Vorrichtungen der neuen Generation erfolgt das Vollbild-Kennzeichnen nur in dem Video-Ausgang in derselben Art und Weise, wie ACP erzeugt wird. Der vorher mit einem Wasserzeichen versehene Inhalt wird (unter Verwendung der starken Kennung) durch die Video-Kodiereinrichtung unter Verwendung der Kennungs-Positions- Information, die in dem Bit-Strom getragen wird, gekennzeichnet. Auf der P1394-Seite gibt die Set-Top-Vorrichtung den P1394-Ausgang frei, nachdem ein angepasster Rekorder identifiziert wurde. Dieses System gestattet es sogar zu spezifizieren, ob eine Kopie unabhängig über den analogen oder digitalen Ausgang hergestellt werden könnte. Die Urheberrechts-information und die zugehörigen Daten (Kennungs-Position) werden in der gleichen Weise in dem Bit-Strom getragen, wie die ACP-Information.
Nachfolgend werden drei mögliche Systeme offenbart. Alle drei Systeme verwenden einen gemeinsamen Rekorder und eine gemeinsame Architektur. Auf dem Originalmaterial oder auf Video- Kopien werden (im Gegensatz zu MPEG-Kopien) keine Nebenerscheinungen erzeugt (so dass ein Betrachter des Programms keine Effekte bemerkt).
Für eine Einmal-Kopie-Architektur für kompatible Kodiereinrichtungen werden die Kennungen nur in die I-Vollbilder eingesetzt. Für nicht-kompatible Kodiereinrichtungen werden Kennungs-Folgen von 3 und 5 Sekunden willkürlich dem Video hinzugefügt, und nach einer willkürlichen Verzögerungszeit wird ein "Kennungs-Längen-Identifikations"-Bit in dem Wasserzeichen für eine 3-Sekunden-Folge auf 0 und für eine 5-Sekunden-Folge auf 1 gesetzt. Ein anderes Bit (Änderungs-Bit) wird jedesmal dann umgeschaltet, wenn auf eine neue Kennungs-Folge Bezug genommen wird (somit wird die Anzahl der Wasserzeichen auf 10 reduziert). Eine Kennung verwendet horizontale oder vertikale Zyklen von Komplementärfarben bei relativ geringen Amplituden in den 8 unteren Zeilen der unteren, linken vier Makroblöcke. Ein 11. und ein 12. Bit werden verwendet, um zwischen dem zu unterscheiden, was hier als System 1, 2 und 3 bezeichnet ist.
1. System 1 weist eine analoge Zustellung und eine digitale Zustellung mit kompatibler Kodier/Autorisier-Einrichtung auf. In diesem System werden die vertikalen Zyklen verwendet, die ein Entfernen der Kennung durch VHS, VCRs und durch einige nichtangepasste MPEG-Kodiereinrichtungen gestatten. Das Entfernen der Kennung erfolgt durch Austasten der unteren acht Zeilen des Videos auf dem Video-Rekorder und der unteren sechzehn Zeilen des Videos auf MPEG-Rekordern.
Für kompatible Kodereinrichtungen setzt man die Kennung nach der Halbbild-zu-Vollbild-Umwandlung ein, wobei die Kennungen nur in I-Vollbildern verwendet werden, bringt die Bewegungsvektoren für die unteren Makro-Blöcke zwangsweise auf Null, zwingt die Bewegungsvorhersage in den anderen Makro-Blöcken dazu, die unteren Makro-Blöcke nicht zu verwenden, und verbietet das innere .Kodieren für die Kennungs-Bereich-Makroblöcke in den P/B-Vollbildern.
2. Das System 2 weist eine digitale Zustellung ohne kompatible Kodierung/Autorisierung auf. In diesem System werden die horizontalen Zyklen verwendet. Das Entfernen er Kennung in dem MPEG-Bereich erfolgt durch Entfernen des Chroma in den Kennungs- Makro-Blöcken. Einige Nebenerscheinungen können in dem Kennungs- Bereich von digital kopierten Inhalten an bestimmten Fernsehempfängern vorhanden sein. Es kann sein, dass die Sicherheit dieses Systems nicht so hoch ist, wie bei MPEG-Kopien, da ein Pirat auf die Tatsache hingewiesen wird, dass. 16 Zeilen des Chromas in dem Kennungs-Bereich fehlen, während nur acht Zeilen in nicht gekennzeichneten Vollbildern fehlen.
3. Das System 3 hat eine digitale Zustellung in neuen Netzwerken. Dieses System ist nicht rückwärts mit den Systemen 1 oder 2 kompatibel. Es bietet jedoch eine hochqualitative Niedrigkosten-Lösung für neue Netzwerke oder für Netzwerke, für welche die Verwendung neuer Set-Top-Vorrichtungen erforderlich sein würde, um Einmal-Kopieren zu gestatten.
Für den Video-Eingang entfernt der Rekorder nach dem Erfassen des Einmal-Kopier-Wasserzeichens die Kennung durch Entfernen des Chromas in den 8 unteren Zeilen eines Vollbildes in dem Kennungs-Bereich.
Für den digitalen Eingang identifiziert der Kennungs-Detektor nach dem Erfassen eines Einmal-Kopier-Wasserzeichens (System 1 oder 2), ob das System 1 oder zwei verwendet wird. Für das System 1 wird das Entfernen der Kennung durch Ersetzen der unteren Scheiben durch eine vorher gespeicherte Scheibe (Austasten der 16 unteren Videozeilen) und durch ein solches Anpassen, dass die Größe des Zwischenspeicher-Prüfers (vbv) nicht beeinflusst wird, durchgeführt. Für das System 2 erfolgt das Entfernen der Kennung durch Ersetzen der unteren Chroma- Kennungs-Blöcke durch vorher gespeicherte Blöcke (Entfernen des Chromas aus den unteren linken 4 Makro-Blöcken).
Nach Erfassen eines Einmal-Kopier-Wasserzeichens System 3 wird eine Kopie angefertigt, solange das P1394-Authentifizierungs-Protokoll ein Einmal-Kopieren identifiziert.

Video-Kennung (Vollbild-/Halbbild-Markierung)

Die vorher beschriebene Vollbild- oder Halbbild-Markierungs- "Kennung" ist ein Video-Signal oder eine Signalmodifizierung, die in einen Video-Strom eingesetzt ist, das im wesentlichen gegenüber einer MPEG-2-Komprimierung transparent ist, jedoch in Wirklichkeit von (zumindest) einem VCR vom Standard-VHS-Typ zurückgewiesen wird und das danach aus dem Video-Signal ausgelesen werden kann, um Information zu übermitteln. Die Kennung ist vorzugsweise gegenüber der MPEG-2-Komprimierung transparent, so dass sie vor dem MPEG-Kodieren in das Video eingesetzt werden kann, wodurch keine Modifizierung der MPEG-Kodiereinrichtung erforderlich ist. Die Information, die übermittelt werden soll, schließt den Kopierschutzstatus des zugehörigen Videos ein. Es sind jedoch ebenso andere Anwendungen möglich und dieser Typ der Kennung ist nicht auf das Gebiet des Kopierschutzes beschränkt. Andere Anwendungen sind die Authentifizierung oder die Datenübertragung.
Man kann eine Chroma-Inversions-Kennung verwenden, in der aufeinanderfolgende ausgewählte Zeilen ein spezifisches Chroma- Muster auf weisen, das injiziert oder überlagert ist, so dass das modulierte Chroma in den aufeinanderfolgenden Zeilen phaseninvertiert ist. Der Zweck ist, dass ein Kammfilter in dem VCR dieses Signal löscht. Das vom Format geforderte vertikale Sub- Abtasten des Chromas in dem MPEG-2-Kodiersystem erfordert jedoch ein vertikales Anti-Aliasing-Filtern. Ein Muster besteht im wesentlichen aus einem vertikalen Frequenzdurchgang im Chroma- Raumbereich, und der MPEG-2-Anti-Aliasing-Filter ist im wesentlichen ein vertikaler Tiefpassfilter. (Tatsächlich ist die Architektur des Kammfilters des VCRs strukturell mit dem MPEG-2- Anti-Aliasing-Filter identisch, wobei der Anti-Aliasing-Filter normalerweise eine komplexere Nieder-Grenzfrequenz aufweist als der Kammfilter). Als solcher eliminiert der Anti-Aliasing-Filter das eingesetzte Chroma-Muster, genauso wie der Kammfilter. Somit geht das eingesetzte Signal unerwünschterweise in allen interessierenden Formaten verloren.
Die Basisband-Chroma-Bandbreite des MPEG-2-Systems beträgt etwa 1,4 MHz, je nach Implementierung. Fig. 6A zeigt das gut bekannte Spektrum des Fa-Color-Under-VHS-Format-Video-Signals. Die Basisband-Chroma-Bandbreite eines Standard-VHS-VCR beträgt etwa 300 kHz, wiederum je nach Implementierung. Es ist daher in dem Basisband-Chroma-Bereich ein Bereich vorhanden, der sich von etwa 300 kHz bis etwa 1,4 MHz (1/1 MHz Bandbreite) erstreckt, in dem ein Signal, das eine MPEG-2-Kodierungs-/Dekodierungs-Kette durchläuft, immer noch durch einen Standard-VHS-VCR (NTSC oder PAL) (vom Verbraucher-Typ) zurückgewiesen wird.
Es ist wünschenswert, dass das Kennungs-Signal, das zu injizieren ist, vollständig und allein in diesem Bereich vorhanden ist, damit keine Komponente davon den 300-kHz-Chroma-Pfad des VCR durchläuft. Die VCR-eigene Chroma-Kanal-Filterung sichert, dass keine Komponente des eingesetzten Kennungs-Signals in den Luma-Pfad des VCRs eindringt.
Eine Ausführung des Kennungs-Signals (siehe Fig. 6B, welche das Spektrum der vorliegenden eingesetzten Kennung im Vergleich mit der des Color-Under-Chroma-Kanals zeigt, ist eine 844-kHz- Chroma-Rechteckwelle, bestehend aus einem horizontalen Muster von vier aufeinanderfolgenden CCIR-601 4 : 2 : 0-Chroma-Abtastungen von Grün, gefolgt von vier aufeinanderfolgenden Chroma-Abtastun gen von Magenta. In dem Video-Bereich ist das ein Chroma-Signal, welches seine Phase etwa alle zwei Zyklen des Chromas (bei 3,58 MHz) wechselt und das als ein Zweiseitenbandsignal mit unterdrücktem Träger betrachtet werden kann, das nur zwei spektrale Komponenten hat, eine bei (3,58 MHz - 844 kHz) und eine bei (3,58 MHz + 844 kHz). Insbesondere sind keine spektralen Komponenten innerhalb von 300 kHz von 3,58 MHz vorhanden. Fig. 6C zeigt das Spektrum der eingesetzten Kennung im Vergleich zu dem MPEG-2-Basisband-Chroma-Kanal und Fig. 6D zeigt die modulierte Chroma-Wellenform der injizierten Kennung.
Andere Kennungs-Implementationen sind möglich. Das Muster braucht keine Rechteckwelle zu sein, obwohl die Rechteckwelle am leichtesten zu erzeugen ist. Es könnte zum Beispiel eine Sinuswelle sein. Gleichmaßen braucht das Muster nicht bei 844 kHz zu liegen. Jede Frequenz, die ausreichend höher ist als etwa 300 kHz und niedriger als 1,4 MHz, ist geeignet. Eine alternative Frequenz ist 1.125 MHz, die aus drei CCIR 601 Abtastungen von Grün und drei von Magenta besteht. Weiterhin braucht das Muster nicht symmetrisch zu sein. Tatsächlich funktioniert jedes Muster oder Signal, dessen Primärenergie unterhalb etwa 1,4 MHz liegt, jedoch keinen Inhalt unterhalb etwa 300 kHz aufweist, selbst repetierend, gut. Die Auswahl erfolgt mit dem Zweck, die Implementierung zu vereinfachen.
Ein Verfahren der Übermittlung von Information mit diesem Signal ist. Kennungen verschiedener Länge so einzusetzen, dass sie in Anzahlen von I-Vollbildern gemessen werden können und dann in eine beigefügte Video-Wasserzeichen-Information gestellt werden, die die Länge der Kennung darstellt. Das System erfordert dann, das beide übereinstimmen, bevor ein Kopieren ermöglicht wird.
Um die Sichtbarkeit dieses Signals zu minimieren, ist es wünschenswert, seine verschiedenen Elemente, sowohl horizontal als auch vertikal, so klein wie möglich auszulegen und sie so zu gestalten, dass sie visuell verschwinden. Die Kennung in einer anderen Ausführung besteht somit aus farbigen kleinen Bereichen, die sich sowohl horizontal als auch vertikal abwechseln, um ein "Schachbrett-Muster" zu bilden. Die Farben sind in einer Ausführung Grün und Magenta, weil das die Komplementärfarben mit sehr ähnlichen Luminanzwertren sind und das Auge dazu neigt, sie räumlich als Durchschnittwert in einem gleichmäßigen Grau zu sehen. Andere Farben sind möglich. Die farbigen Bereiche sollten so klein sein, dass sie mit den räumlichen Auflösungsmöglichkeiten des gewählten Formats verträglich sind. In dem Fall der MPEG-2-Kompression sind es die der Chroma-Abtastung vorhergehenden horizontalen und vertikalen Anti-Aliasing-Filter, die dieses Format diktiert.
Einzelheiten der vorliegenden Ausführung sind von der Implementierung abhängig. Für eine typische MPEG-2-Anwendung unter Verwendung eines digitalen Anti-Aliasing-Filters mit den Koeffizienten [-29, 0, 88, 0, -29]·256 sowohl für die horizontale als auch die vertikale Subabtastung, wird eine Ausführung des Kennungssignals durch Aufbringen einer Folge von vollständig abgetasteten (d. h. 13,5 MHz) Pixeln, die aus einem grünen Pixel, zwei grauen Pixeln, einem Magenta-Pixel und zwei weiteren grauen Pixeln besteht, auf die angeführten Anti-Aliasing-Filter erzeugt. Diese Folge wird sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung dupliziert, um das gewünschte "Schachbrett- Muster" zu erzeugen und wird in beide Richtungen solange fortgesetzt (oder "wiederholt"), wie es für die vorliegende Anwendung wünschenswert und nützlich ist.
Die einzelnen Grün- und Magenta-Pixel stellen einen Impuls- Funktionen-Eingang zu den Anti-Aliasing-Fittern dar und das Filter-Ausgangs-Signal ist eine Folge von Pixeln, die den Filterkoeffizienten entsprechen, d. h. ein Einzel-Pixel-Ausgang zu dem angeführten Filter ergibt eine Ausgangsfolge von Pixeln mit einem Amplitudenmuster von -29, 0, 88, 138, 88, 0 und -29. Der Gesamt-Ausgang des Filters ist die lineare Summe seiner Reaktionen auf jeden der Eingangs - Pixel. In der vorher beschriebenen Ausführung ist, wenn der Magenta-Pixel mit "-1" kodiert ist, ein Grau-Pixel mit "0" und ein grün-Pixel mit "+1", die statische Reaktion des Filters auf die vorher beschriebene Kennungs-Folge . . . 88, -88, -196, -88, 88, 196, 88, -88, -196, . . ., was eine Sinuswelle bei 1,125 MHz beschreibt.
Das Schachbrett-Muster wird erzeugt, indem das Eingangssignal so angeordnet wird, dass in jeder gegebenen gekennzeichneten Abtastzeile ein gegebener Pixel mit dem angeführten räumlichen Muster übereinstimmt. Das bedeutet, dass, wenn das Pixel 20 in Zeile 460 des Eingangs grün ist, das Pixel 20 in den Zeilen 461 und 462 grau, das Pixel 20 in der Zeile 463 magenta und das Pixel 20 in den Zeilen 464 und 465 grau sein sollte. Die Pixel 21, 22, 24 und 25 würden in allen gekennzeichneten Zeilen grau sein und alle Pixel in den gekennzeichneten Bereichen der Zeilen 461, 462, 464 und 465 würden ebenfalls grau sein. Die Wirkung der Anti-Aliasing-Filter verwischt dann das farbige Einzel-Pixel sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung in die gewünschten Sinuswellen.
Die vorliegende Offenbarung ist erläuternd und nicht einschränkend. Weitere Modifikationen werden einem Fachmann dieses Gebietes aus der vorliegenden Offenbarung deutlich und sind dazu bestimmt, in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche zu fallen.

Claims

1. Verfahren zum Kopier-Schützen eines digitalen Video-Signals, mit den Schritten:

Platzieren einer Markierung in ausgewählten Halbbildern oder Vollbildern des Video-Signals;

Messen eines Bild-Attributs von jedem der ausgewählten Vollbilder; und

Markieren des Video-Signals mit einem Signal, das eine nummerische Darstellung von dem gemessenen Attribut enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das markierte Signal ein Wasserzeichen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Attribut aus einer Amplitude von einem vorbestimmten Bereich des ausgewählten Vollbildes berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Signal zumindest ein Bit enthält, das angibt, dass das Kopieren des Video-Signals erlaubt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Markierung in einem Overscan-Bereich des Bildes befindet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Markierung in einem Ausblend-Intervall des Vollbildes befindet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Markierung ein Signal ist, das durch einen herkömmlichen analogen Video-Rekorder herausgefiltert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Signal einen Bereich enthält, der ein Signal ist, das durch einen, herkömmlichen analogen Video-Rekorder herausgefiltert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Markierung eine wiederholte Chroma-Welle ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Markierung eine wiederholte Rechteck-Welle ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Markierung eine Frequenz zwischen etwa 300 KHz und 1,4 MHz hat.

12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Markierung ein Schachbrett-Muster mit zwei komplementären Farben ist.

13. Verfahren zum Abspielen eines geschützten Video-Signals, wobei das geschützte Video-Signal in zumindest einem Vollbild eine Markierung enthält und ein zugehöriges Signal auf weist, das eine nummerische Darstellung von einem Bild- Attribut des Vollbildes mit der Markierung enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Erfassen der Markierung, um ein bestimmtes Vollbild zu identifizieren;

Erfassen des Signals, das dem Vollbild zugehörig ist;

Messen des Bild-Attributs von dem identifizierten Vollbild;

Vergleichen des gemessenen Attributs mit der nummerischen Darstellung von dem Attribut für das identifizierte Vollbild; und

Ermöglichen, dass das Video-Signal nur dann aufgezeichnet wird, wenn der Vergleichs schritt eine Übereinstimmung angibt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Signal ein Wasserzeichen ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Attribut aus einer Amplitude von einem ausgewählten Bereich des Vollbildes berechnet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, das außerdem das Bestimmen umfasst, ob das Signal ein Kopier-Freigabe-Bit enthält, und das Kopieren nur dann möglich ist, wenn das Kopier-Freigabe- Bit vorhanden ist.

17. Verfahren nach Anspruch 13, außerdem mit dem Schritt des Veränderns des Kopier-Freigabe-Bits während des Aufzeichnens des Video-Signals.

18. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem sich die Markierung in einem Overscan-Bereich des Vollbildes befindet.

19. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem sich die Markierung in einem Ausblend-Intervall des Vollbildes befindet.

20. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Markierung ein Signal ist, das durch einen herkömmlichen analogen Video- Rekorder herausgefiltert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Signal einen Bereich enthält, der durch einen herkömmlichen analogen Video-Rekorder herausgefiltert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Markierung eine wiederholte Chroma-Welle ist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Markierung eine wiederholte Rechteck-Welle ist.

24. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Markierung eine Frequenz zwischen etwa 300 KHz und 1,4 MHz hat.

25. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Markierung ein Schachbrett-Muster mit zwei komplementären Farben ist.

26. Digitaler Video-Rekorder, der für ein Einmal-Kopier-Protokoll für ein Video-Signal ausgestaltet ist, wobei der Rekorder aufweist:

eine Video-Aufzeichnungs-Schaltung (70);

einen Eingangsanschluss (46) zum Empfangen des Videosignals;

einen Markierungs-Detektor (48), der eine Markierung in einem Vollbild des empfangenen Video-Signals erfasst;

einen Detektor (54), der ein Signal erfasst, das dem Vollbild zugehörig ist;

eine Attribut-Mess-Schaltung (58), die ein Bild-Attribut von dem Vollbild misst; und

einen Komparator (68), der das gemessene Attribut mit einer nummerischen Darstellung von dem Attribut in dem Signal vergleicht und die Funktion der Video-Aufzeichnungs- Schaltung nur dann freigibt, wenn eine Übereinstimmung vorliegt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der der Detektor außerdem bestimmt, ob ein Kopier-Freigabe-Bit in dem digitalen Signal-Wasserzeichen gesetzt ist, und wobei der Komparator ein Kopieren lediglich dann ermöglicht, wenn das Kopier- Freigabe-Bit gesetzt ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, außerdem mit einer Schaltung zum Verändern des Kopier-Freigabe-Bits während der Aufzeichnung des Video-Signals.

29. Kodier-Vorrichtung zum Kopier-Schützen eines Video-Signals, mit:

einem Anschluss (10) zum Empfangen des Video-Signals; einer Markierungs-Schaltung (16), die eine Markierung in ausgewählten Vollbildern des empfangenen Video-Signals platziert;

einer Mess-Schaltung (18), die ein Bild-Attribut von jedem der ausgewählten Vollbilder misst; und

einer Schaltung (38), die das Video-Signal mit einem Signal markiert, das eine nummerische Darstellung von dem gemessenen Attribut von jedem Vollbild mit einer Markierung enthält.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der sich die Markierung in einem Overscan-Bereich des Vollbildes befindet.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der sich die Markierung in einem Ausblend-Intervall des Vollbildes befindet.

32. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Markierung ein Signal ist, das durch einen herkömmlichen analogen Video- Rekorder herausgefiltert wird.

33. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der das Signal einen Bereich enthält, der ein. Signal ist, das durch einen herkömmlichen analogen Video-Rekorder herausgefiltert wird.

34. Verfahren zum Ermöglichen des Kopierens eines geschützten Video-Signals, das in zumindest einem Vollbild eine Markierung enthält und ein zugehöriges Signal auf weist, das eine nummerische Darstellung eines Bild-Attributs von zumindest einem Vollbild enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Erfassen der Vollbilder, die die Markierung enthalten;

Kennzeichnen eines der erfassten Vollbilder mit einem vorbestimmten Signal;

Speichern von Daten, die eine zeitliche Angabe von jedem der erfassten Vollbilder angeben;

Aufzeichnen des Video-Signals;

Wiederabspielen des aufgezeichneten Video-Signals;

Erfassen des gekennzeichneten Vollbildes während des Wiederabspielens des Video-Signals; und

Einsetzen einer Markierung in das gekennzeichnete Vollbild und in ausgewählte nachfolgende Vollbilder, die der Markierung ähnlich ist, die in dem geschützten Video enthalten ist, wobei das Einsetzen gemäß der gespeicherten Daten erfolgt.

35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das vorbestimmte Signal von den Markierungen verschieden ist.

36. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das vorbestimmte Signal ein Signal ist, das nicht durch einen digitalen Video-Rekorder entfernt wird.

37. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das zugehörige Signal ein Wasserzeichen ist.

38. Vorrichtung zum Ermöglichen des Kopieren eines geschützten Video-Signals, das in zumindest einem Vollbild eine Markierung enthält und ein zugehöriges Signal aufweist, das eine nummerische Darstellung von einem Bild-Attribut des Vollbildes enthält, mit:

einem Eingangsanschluss (120) zum Empfangen des geschützten Video-Signals;

einem ersten Detektor (122), der mit dem Eingangsanschluss gekoppelt ist und der die Vollbild-Markierungen erfasst;

einer mit dem Detektor gekoppelten Schaltung (128), die ein vorbestimmtes Signal in zumindest eines der markierten Vollbilder schreibt;

einem mit dem ersten Detektor gekoppelten Speicher (136), der Daten speichert, die eine zeitliche Angabe von jedem der erfassten markierten Vollbilder angeben;

einem zweiten Detektor (140), der das vorbestimmte Signal erfasst; und

einer Schaltung (150) zum Einsetzen einer Vollbild- Markierung in das Video-Signal, die ähnlich den Markierungen ist, die in dem geschützten Video-Signal vorhanden sind, wobei das Einsetzen gemäß der gespeicherten Daten erfolgt.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der das vorbestimmte Signal von der Vollbild-Markierung verschieden ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der das vorbestimmte Signal ein Signal ist, das nicht durch einen digitalen Video-Rekorder entfernt wird.

41. Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der der das zugehörige Signal ein Wasserzeichen ist.

42. Verfahren zum Verarbeiten eines originalen Video-Signals, um das Kopieren davon zu beschränken, wobei das originale Video-Signal ein Wasserzeichen darin hat, das zugehörigen "Daten eine Kopier-Beschränkung auferlegt, wobei das Verfahren umfasst:

Einsetzen einer Video-Markierung in das originale Video-Signal, wobei die Video-Markierung ein Attribut hat, das in einer vorbestimmten Weise Charakteristiken des originalen Video-Signals entspricht, wobei die Entsprechung angibt, dass das Video-Signal das originale Video-Signal ist;

in Reaktion auf eine Anfrage zum Ausgeben des Videosignals zum Kopieren, Erfassen des Wasserzeichens und Überprüfen, ob das Video-Signal das originale Video-Signal ist, wobei das Überprüfen das Überprüfen der vorbestimmten Entsprechung der Video-Markierung bezüglich des Video-Signals umfasst, und nur dann, wenn das Video-Signal hierdurch als das originale Video-Signal bestätigt ist:

Verarbeiten des originalen Video-Signals, um eine Kopie davon zu erzeugen, wobei die Kopie nicht-identisch mit dem originalen Video-Signal ist, so dass die Video-Markierung nicht länger in der vorbestimmten Weise dazu entspricht;

wobei eine nachfolgende Überprüfung des kopierten Video-Signals angibt, dass das Video-Signal nicht das originale Signal ist, wodurch ein weiteres Kopieren beschränkt werden kann.

43. Verfahren nach Anspruch 42, bei dem das Verarbeiten das Verändern der Video-Markierung umfasst.

44. Verfahren nach Anspruch 43, bei dem das Verarbeiten das Eliminieren der Video-Markierung umfasst.

45. Verfahren nach Anspruch 43, bei dem das Verarbeiten das Konvertieren des originalen Video-Signals aus einer digitalen in eine analoge Form beinhaltet.