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Die
Erfindung bezieht sich auf ein System zum Kopierschutz von aufgezeichneten
Informationen, das Folgendes umfasst: einen Informationsträger mit
einer ein erstes Bitmuster darstellenden Mediummarkierung, ein Aufnahmegerät zum Aufzeichnen
der Informationen auf dem Informationsträger und ein Wiedergabegerät zum Reproduzieren
der aufgezeichneten Informationen vom Informationsträger.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Aufnahmegerät zum Aufzeichnen
von Informationen auf einem Informationsträger mit einer ein Bitmuster darstellenden
Mediummarkierung.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf einen Informationsträger mit
aufgezeichneten Informationen und einer ein Bitmuster darstellenden
Mediummarkierung.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Wiedergabegerät zum Reproduzieren
von Informationen von einem Informationsträger und mit Mitteln zum Detektieren
einer ein Bitmuster darstellenden Mediummarkierung.
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Kopierschutz
hat eine lange Geschichte in der Veröffentlichung von Tonmaterial.
Die derzeitig installierte Gerätebasis,
einschließlich
PCs mit Soundkarten, bietet wenig Schutz vor unbefugtem Kopieren.
Das schwierigste Problem bei jedem Kopierschutzverfahren besteht
darin, dass ein Raubkopierer jederzeit versuchen kann, ein original
Disk-Medium abzuspielen;
er kann den Inhalt wie eine analoge private Aufnahme behandeln und
dies aufnehmen. Konsumentenaufnahmegeräte sollten in der Lage sein,
Aufnahmen der eigenen kreativen Produktionen des Konsumenten uneingeschränkt aufzunehmen,
das Aufnehmen urheberrechtlich geschützten Materials aber zu verhindern.
Der Kopierschutzmechanismus muss daher zwischen eigenen Kreationen
des Konsumenten und Inhalt, der von professionellen Musikherausgebern
stammt, unterscheiden können.
Die Geräte
müssen
diese Unterscheidung allein auf Basis des Inhalts vornehmen, weil
jeder Verweis auf die physikalische Quelle des Inhalts (z.B. Disk-Medium
oder Mikrofon) unzuverlässig
ist. Bei digitalen Speichermedien wie DCC wurden „Kopierbits" definiert, die einen
Urheberrechtsstatus angeben, wie beispielsweise „Kopieren unzulässig", „Kopieren
zulässig" oder „eine Kopiegeneration
zulässig". Andere Kopierbits
können
angeben, dass das die Informationen speichernde Medium ein durch Pressung
hergestelltes Medium und kein „aufnehmbares" Disk-Medium ist.
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Ein
System zum Kopierschutz von aufgezeichneten Informationen, das ein
Aufnahmegerät, einen
Informationsträger
und ein Wiedergabegerät umfasst,
ist aus der Patentschrift EP-0545472 (D1 auf der Liste der relevanten
Dokumente) bekannt. Der Kopierschutz basiert auf einer so genannten
Mediummarkierung, d.h. einer physikalischen Markierung, die ein
Bitmuster darstellt, das den Zustand des Mediums angibt, beispielsweise
ein Code, der ein durch Pressung hergestelltes „professionelles" Disk-Medium anzeigt.
Eine Mediummarkierung darf nicht mit einem standardmäßigen Aufnahmegerät kopierbar
oder veränderbar
sein und muss daher in einer von der aufgezeichneten Information,
wie beispielsweise Ton oder Bild, abweichenden Weise auf dem Informationsträger gespeichert
werden. Die Mediummarkierung wird vom Abspielgerät erkannt und, falls sie nicht
vorhanden ist oder einen anderen Status (z.B. „aufnehmbares Disk-Medium" auf einer illegalen
Kopie) angibt, wird die Reproduktion blockiert. Der bekannte Informationsträger hat
eine vorgegebene Führungsspur,
eine so genannte Pregroove. In die durch die Führungsspur festgelegte Spur
können
auf vorgegebene Weise Informationen geschrieben werden, die durch
optisch lesbare Muster dargestellt werden, welche durch Veränderung
eines ersten physikalischen Parameters wie der Höhe der abgetasteten Oberfläche gebildet
werden. Die Führungsspur
hat Abweichungen bei einem zweiten physikalischen Parameter, wie
beispielsweise eine Auslenkung in einer querlaufenden Richtung,
auch als Wobble bezeichnet. Die Auslenkung ist frequenzmoduliert
und diese Modulation stellt ein Bitmuster dar, das zur Wiederherstellung
der Information dient, z.B. einen Entwürfelungscode (engl. Descramble
Code), um als verwürfelte
Informationen gespeicherte Informationen wiederherzustellen. Das
genannte Bitmuster stellt eine Mediummarkierung dar, weil die Spurauslenkung
nicht mit einem standardmäßigen Aufnahmegerät auf ein
aufnehmbares Disk-Medium kopiert werden kann. Das bekannte Abspielgerät umfasst
Lesemittel zum Auslesen der optischen Muster und Wiederherstellungsmittel
zum Wiederherstellen des Bitmusters anhand der Mediummarkierung.
Das Abspielgerät
und der Informationsträger
bilden ein System zur kontrollierten Informationsreproduktion. Zu
diesem Zweck umfasst das Abspielgerät Mittel, um die Information
in Abhängigkeit
von der Mediummarkierung zu reproduzieren. Wenn die Information auf
einen beschreibbaren Informationsträger kopiert wird, wird die
Information dieser Kopie nicht von einem Abspielgerät reproduziert,
weil während
des Schreibvorgangs nur die optischen Muster auf die vorgegebene
Weise geschrieben werden und die Kopie selbst keine Mediummarkierung
enthält.
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Ein
Problem bei dem bekannten System besteht darin, dass sich ein Kopieren
der Information nach einer Reproduktion nicht ausreichend kontrollieren
lässt.
Wenn die Information die genannten Kopierbits enthält, können derartige
Bits leicht manipuliert werden, z.B. auf einem PC oder in einer
kleinen elektronischen Schaltung. Die Information mit den manipulierten
Bits kann dann frei kopiert werden. Wenn die Information auf eine
verwürfelte
Weise aufgezeichnet und während
der Reproduktion mit Hilfe des Mediummarkierungs-Bitmusters entwürfelt wird, kann
die Information in ihrem reinen (entwürfelten) Zustand aufgezeichnet
werden und ist in keiner Weise gegen Kopieren geschützt.
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Die
Erfindung hat zur Aufgabe, ein System zu schaffen, bei dem ein Kopieren
besser kontrolliert wird und der Kopierschutz nicht durch einfache
Manipulation der Kopierbits umgangen werden kann. Diese Aufgabe
wird durch das im unabhängigen
Anspruch 1 definierte System gelöst.
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Zu
diesem Zweck ist das erfindungsgemäße System dadurch gekennzeichnet,
dass aufgezeichnete Informationen ein Wasserzeichen haben, das ein
zweites Bitmuster mit einer vorgegebenen Beziehung zum ersten Bitmuster
darstellt, und dass das Aufnahmegerät Codiermittel enthält, um das
Wasserzeichen in die Information einzubetten, und Erzeugungsmittel,
um ein zweites Bitmuster gemäß der vorgegebenen
Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bitmuster zu erzeugen,
sowie dadurch, dass das Abspielgerät Überprüfungsmittel umfasst, um die
Beziehung zwischen dem zweiten Bitmuster und dem ersten Bitmuster
zu überprüfen. Das
Wasserzeichen ist ein Hinweis auf den Urheberrechtsstatus der aufgezeichneten
Information. Dies hat den Vorteil, dass ein die Information darstellendes
Signal nach der Reproduktion weiterhin das Wasserzeichen enthält und ein
Aufnahmegerät
Kenntnis vom Urheberrechtsstatus des zum Kopieren angebotenen Signals
haben kann, während
der durch das Wasserzeichen angegebene Urheberrechtsstatus des Signals nicht
ohne Störung
des Signals verändert
oder manipuliert werden kann. Das die Mediummarkierung als Entwürfelungsschlüssel oder
einen festen Code verwendende System nach dem Stand der Technik
ist anfällig
für ein „illegal" aufgezeichnetes
Disk-Medium mit einer festen, falschen Mediummarkierung. Beispielsweise
kann jede Information, die von einem verwürfelten, kopiergeschützten Disk-Medium
gelesen wird, nach dem (Neu)Verwürfeln
mittels des festen, falschen Schlüssels auf einer illegalen Kopie
aufgezeichnet werden. Die Beziehung zwischen dem Wasserzeichen-Bitmuster
und dem Mediummarkierungs-Bitmuster erfordert es, dass das Mediummarkierungsbit
mit der aufge zeichneten Information korreliert. Daher kann beim
erfindungsgemäßen System keine
feste, falsche Mediummarkierung verwendet werden, um illegale Kopien
anzufertigen. Da eine vorgegebene Beziehung zwischen dem ersten
(Medien)Bitmuster und dem zweiten (Wasserzeichen)Bitmuster definiert
ist, wird ein starker Kopierschutz realisiert, weil eine illegale
Kopie die spezielle Mediummarkierung haben muss, die entsprechend
der vorgegebenen Beziehung mit dem Wasserzeichen korreliert, weshalb
die böswillige
Person gezwungen ist, für
eine Manipulation der genannten Beziehung habhaft zu werden. Das
Auswählen
einer geeigneten Beziehung kann eine Barriere gegen eine derartige
Manipulation errichten. Die Detektion des Wasserzeichens im Abspielgerät ist relativ
einfach, und die von dem Informationsträger ausgelesene Information
erfordert keine Verarbeitung, wie beispielsweise eine Entwürfelung.
Die Überprüfung des
Wasserzeichen-Bitmusters im Abspielgerät anhand der Mediummarkierung
stellt einen starken Schutz gegen das Kopieren dar, weil sich keine
der genannten Markierungen leicht manipulieren lässt. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, dass die Überprüfungsfunktion
im Abspielgerät
relativ langsam sein kann, weil die Überprüfung der genannten vorgegebenen
Beziehung nur einmal zu Beginn der Reproduktion der aufgezeichneten
Information durchgeführt
werden muss.
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Es
ist anzumerken, dass die Patentschrift WO 97/13248-A1, die vor dem
Prioritätsdatum
dieser Erfindung (PHN 15.391, Dokument D2) eingereicht, aber erst
danach veröffentlicht
wurde, ein Wasserzeichnungssystem für ein Videosignal beschreibt. Das
mit einem Wasserzeichen versehene Videosignal wird auf einem Disk-Medium
mit einer Mediummarkierung aufgezeichnet. Die Mediummarkierung gibt
jedoch nur die Art des Mediums an und weist keine Korrelation mit
dem Signal oder dem Wasserzeichen auf.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beziehung eine
kryptografische Einwegfunktion umfasst. Die Einwegfunktion verhindert,
dass, wenn das erforderliche Ergebnis (z.B. das Wasserzeichen-Bitmuster)
bekannt ist, die Quelle (z.B. das Mediummarkierungs-Bitmuster) durch „Zurückrechnen" gefunden werden
kann. Dies hat den Vorteil, dass die böswillige Person gezwungen ist,
das Mediummarkierungs-Bitmuster direkt vom Originalmedium zu erlangen.
Das Originalmedium kann für
sie nicht verfügbar sein
oder das Abspielgerät
kann so ausgestattet sein, dass es das Mediummarkierungs-Bitmuster
nicht extern verfügbar
macht. Dadurch wird eine erhebliche Barriere für die böswillige Person geschaffen,
die versucht, mit einer „chinesischen" Kopie der Mediummarkierung
eine illegale Kopie anzufertigen.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen
Ausführungsformen
und werden durch diese sowie die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen
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1 bedingte
Wiedergaberegeln;
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2 ein
Kopierschutzsystem mit einem Abspielgerät, einem Informationsträger und
einem Wiedergabegerät;
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3 eine
Einwegfunktion;
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4 ein
Aufnahmegerät;
und
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5 ein
Wiedergabegerät.
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Wir
schlagen ein Kopierkontrollverfahren für Bitstrom- oder DSD-Signale
(Direct Stream Digital) vor, die auf Speichermedien wie DVD-Audio
(Digital Versatile Disk) gespeichert werden. Das Verfahren beruht
auf einem Wasserzeichnungsverfahren, wie von A. A. M. Bruekers et
al. im Dokument D3 auf der Liste der relevanten Dokumente beschrieben.
Vor kurzem wurde festgestellt, dass man Wasserzeichen oder eine
eingebettete Signalisierung verwenden kann, um Kopierschutzverfahren
widerstandsfähiger gegen
Angriffe zu machen. Die eingebettete Signalisierung oder Wasserzeichnung
ist ein Verfahren, um Informationen im Audioinhalt zu verbergen.
In diesem Text verwenden wir das Wort professionell für jedes
Produkt, das offiziell für
eine vertrauenswürdige Person
registriert ist, die die Interessen der aufnehmenden Industrie und
der Hardwarehersteller wahrnimmt. Jedes andere Produkt bezeichnen
wir als Konsumentenprodukt. Bei Konsumentenprodukten wird vorausgesetzt,
dass sie Urheberrechtrichtlinien befolgen, die entweder durch einen
Lizenzierungsvertrag oder durch Gesetze oder durch beides durchgesetzt
werden.
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Für einen
Kopierschutz ist eine Gesamtlösung
erforderlich. Die Wasserzeichnung ist nicht auf digitale Formate
beschränkt,
sondern kann auch in analogen Signalen eingebettet sein und detektiert werden.
Für das
Einbetten von Wasserzeichen in Audiosignale wird häufig die
Spreizspektrumtechnik vorgeschlagen. Eine technische Schwierigkeit
bei Spreizspektrumverfahren ist, dass das Auffinden oder Detektieren
derart eingebetteter Daten eine umfangreiche Signalverarbeitung
erfordert. Obwohl dies für
professionelle Geräte,
die in juristischen Fällen benutzt
werden, um den Ursprung des Audiomaterials nachzuweisen, kein Problem
darstellt, erscheint der Rechenaufwand weit über das bei Konsumentenelektronikartikeln
Machbare und wirtschaftlich Angemessene hinauszugehen, um einen
Kopierschutz zu unterstützen.
Ein spezielles Problem besteht darin, dass die von der Musikindustrie
festgelegten Audioqualitätsanforderungen
derart große
Spreizgewinne erfordern, dass eine Synchronisierung und Datendetektierung fordern,
dass eine Synchronisierung und Datendetektierung übermäßig lange
Integrationszeiten in Anspruch nähme.
Für die
Speizspektrum-Wasserzeichnung in Betracht gezogene Parameter erfüllen derzeitige
Audioqualitätsanforderungen
vermutlich nicht. Zukünftige
Standards zielen auf eine weitere Verbesserung der Audioqualität ab und
erfordern gleichzeitig den sicheren Schutz gewerblicher Schutzrechte
an Musik. Wir sind der festen Überzeugung,
dass es unwahrscheinlich ist, dass in naher Zukunft tatsächlich zufrieden
stellende Verfahren gefunden werden, um diese beiden Anforderungen
zu annehmbaren Kosten zu kombinieren. Insbesondere das Fehlen von
Schutzmaßnahmen
in der installierten Audiogerätebasis
verursacht ein Problem. Es scheint praktisch unmöglich zu sein, das Kopieren von
Signalen zu verhindern, indem man auf das Analogverfahren zurückgreift.
Darüber
hinaus sind die Konsumentenerwartungen dahingehend, dass private
Bandaufnahmen irgendeiner Art, z.B. um sie im Auto zu hören, möglich sein
sollten. Obendrein sind in einigen Ländern, in denen für Leerbänder zum analogen
Kopieren für
die private Nutzung Gebühren erhoben
werden, bestimmte technische Mittel, um ein analoges Kopieren einzuschränken, gesetzlich nicht
zulässig.
Es scheint eine Möglichkeit
zu bestehen, neue Standards für
die Speicherung und Darstellung digitaler Audiosignale (z.B. DVD)
festzulegen, wobei es jedoch unwahrscheinlich ist, dass eine Technik
zur vollständigen
Lösung
der Kopierschutzfrage (d.h. einschließlich des analogen Kopierens) schon
bald verfügbar
wird. Für
Audiosignale kann eine Nur-Bitstrom-Lösung von Nutzen sein. In Anbetracht
dieser Situation kann es dienlich sein, neue Audiospeichermedien
gegen ein „chinesisches" Kopieren von Disk-Medien
zu schützen,
selbst wenn ein analoges Kopieren weiterhin möglich ist. Zum Kopieren ist
eine Umwandlung in andere Domänen
(z.B. analog) erforderlich, wobei ein gewisser Qualitätsverlust
auftritt. Das hier vorgeschlagene Modell mit Verwendung digitaler
Wasserzeichnung löst
nicht das bestehende Problem des Raubkopierens und exzessiver privater
Bandaufnahmen, bei denen das Audiosignal als Teil des Kopiervorgangs
in ein analoges Signal umgewandelt wird. Sollte die Industrie ein
auf der Wasserzeichnung basierendes Kopierschutzmodell übernehmen,
wird es vermutlich zu einem vielschichtigen Ansatz kommen. Das stabilste
Wasserzeichen muss einer D/A- und A/D-Umsetzung widerstehen, wobei
dies jedoch lange Integrationszeiten für die Detektierung erfordert.
Dies impliziert, dass die Aufnahme- oder Wiedergabesperrentscheidung verzögert wird.
Ein Wasserzeichen im Bitstrom kann innerhalb von Millisekunden detektiert
werden und unverzüglich
Kopierschutzmaßnahmen
auslösen. Eine
derart schnelle Detektierung scheint wesentlich zu sein, wenn Bitstromsignale über offene
Busse (wie beispielsweise P 1394) transportiert werden. Zusammenfassend
hat das in diesem Dokument beschriebene Verfahren folgende Eigenschaften:
- – Bitstrom-
oder DSD-Signale mit Urheberrechtbeschränkungen lassen sich sofort
von Privataufnahmen unterscheiden.
- – Rückverfolgbarkeit
des professionellen Aufnahmegeräts
oder Konsumentenaufnahmegeräts.
- – Es
kann neben anderen Verfahren bestehen, die auch vor anderen Formen
des Kopierens (z.B. analog) schützen.
Insbesondere scheint es interessant zu sein, mit Hilfe des hier
vorgeschlagenen Verfahrens eine bedingte Wiedergabe zu einem bedingten
Aufnahmeverfahren hinzuzufügen,
das auch auf Spreizspektrum-Wasserzeichen prüft.
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In
der Erfindung schlagen wir ein Modell vor, das vor einem direkten
(bitweisen) Kopieren hochqualitativer digitaler DSD-Ströme schützt. Das
Verfahren schützt
nicht technisch vor einer Umwandlung von DSD nach PCM oder analog.
Es wird jedoch in der Hinsicht ein gewisser Schutz vor solchen Angriffen
geboten, dass, wenn ein Bitstrom/DSD-Signal zurück in DSD umgewandelt wird,
es per Wasserzeichnung mit der Seriennummer des DSD-Codierers des Konsumenten
versehen werden kann. Das Verfahren beruht auf einem Wasserzeichnungsverfahren,
wie beispielsweise dem von A. A. M. Bruekers et al. vorgeschlagenen.
Unser Verfahren kann neben zahlreichen anderen Formen von Kopierschutz
bestehen, einschließlich
serieller Kopierverwaltungsbits und der eingebetteten Signalisierung
der Spreizspektrumwasserzeichnung. Die zusätzliche Hardware im Konsumentengerät erscheint
sehr klein. Ein weiteres in der Ausführungsform des Systems verwendetes Hilfsmittel
ist eine Mediummarkierung, d.h. ein Verfahren, um ein professionell
gemastertes Disk-Medium von einem aufnehmbaren zu unterschieden.
Implementierungen eines derartigen Hilfsmittels können ein „Wobble-Schlüssel" (von D1 her bekannt),
die Modulation von Kanalcodefehlern (z.B. EFM) oder die beabsichtigte
Modulation der Schwankung von Vertiefungen („Pits and Lands") eines Disk-Mediums, oder
das Einbetten eines Chips in das Disk-Medium, oder einfach in den
Einführungsbereich
(Lead In Area; LIA) geschriebene Daten sein, auf die Konsumentenaufnahmegeräte nicht
zugreifen können.
Diese beiden Hilfsmittel (Wasserzeichen und Mediummarkierung) werden
verwendet, um folgende Funktionen (beide oder nur eine) zu unterstützen:
- – Bedingtes
Aufnehmen ist das bekannteste übliche
Verfahren für
einen Kopierschutz. Ein Konsumentenaufnahmegerät nimmt Material nur dann auf,
wenn sichergestellt ist, dass das Material tatsächlich legal kopiert werden
kann.
- – Eine
bedingte Wiedergabe lässt
es auf der anderen Seite zu, dass einige Personen in der Lage sein
werden, die Bits einer urheberrechtlich geschützten DSD irgendwie auf ein
raubkopiertes Medium zu bekommen.
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Eine
bedingte Wiedergabe stellt sicher, dass ein solches raubkopiertes
Medium nicht auf Konsumentenwiedergabegeräten wiedergegeben werden kann.
Das heißt,
Raubkopierer können
keine illegalen Kopien kommerziell vertreiben. Bei der bedingten Wiedergabe
spielt ein Konsumenten-DVD-Audiowiedergabegerät nur Audio-Disk-Medien ab,
wenn bestimmte Urheberrechtsbedingungen erfüllt sind. Das Wiedergabegerät identifiziert
den Audioinhalt entweder als eine Konsumentenaufnahme oder als einen professionell
veröffentlichten
Audioinhalt, indem es ein Wasserzeichen im Audiostrom detektiert
oder ihn darauf überprüft. In letzterem
Fall (durch Urheberrecht geschützter
professioneller Inhalt) überprüft das Wiedergabegerät, ob das
physikalische Disk-Medium original und professionell gemastert ist und
nicht eine Kopie auf einem Konsumentenaufnahmegerät oder eine
Konsumenten-Disk-Pressung ist. Hierzu ist sowohl ein Markierungsverfahren
für den Inhalt
(Wasserzeichnung) als auch ein Verfahren zum Markieren des physikalischen
Speichermediums erforderlich, das nur durch einen professionellen Aufnahme-
oder Druckapparat bewirkt werden kann.
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1 zeigt
schematisch die in einem Konsumentenwiedergabegerät eingebetteten
bedingten Wiedergaberegeln, die angewandt werden, nachdem ein Wasserzeichen
detektiert wurde. Als eine erste Überprüfung 11 wird das Vorhandensein
der Mediummarkierung, üblicherweise
eine physikalische Markierung, mit Hilfe des Lesekopfes in einer
Weise detektiert, die sich vom Lesen aufgezeichneter Informationen
unterscheidet, z.B. durch Demodulation des genannten Wobble. Wenn
die Mediummarkierung vorhanden ist, wird in einer zweiten Überprüfung 16 verifiziert,
ob es sich um eine gültige,
professionelle Disk-Mediummarkierung handelt, und, wenn ja, die Wiedergabe 17 ermöglicht,
sofern das Wasserzeichen und die Mediummarkierung entsprechend einer vorgegebenen
Beziehung miteinander korrelieren. Wenn die Mediummarkierung nicht
vorhanden ist oder ein vom Konsumenten aufgenommenes Disk-Medium
angibt (bei einer dritten Überprüfung 12 geprüft), wird
das Wasserzeichen im Decodierer 13 decodiert. Das Wasserzeichen
kann auf kopierzulässige
(Audio)Informationen hinweisen, woraufhin die Wiedergabe 14 des
Disk-Mediums ermöglicht wird. Wenn
das Wasserzeichen auf kopiergeschützte Informationen hinweist,
wird die Wiedergabe im Zustand 15 blockiert.
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In
einer ersten Ausführungsform
des Systems tragen professionell gemaster te Audio-Disk-Medien einen
für den
Herausgeber eindeutigen Identifikator, der nicht kopiert werden
kann. Dieser Identifikator kann beispielsweise eine Reihe von Bits
sein, die in einen für
Aufnahmegeräte
nicht zugänglichen
Bereich geschrieben sind, es kann ein Wobble-Schlüssel oder
ein spezielles Muster in der laufenden DC-Komponente des bei einer
DVD verwendeten EFMplus-Kanalcodes sein. Das DVD-Audio-Wiedergabegerät führt eine Überprüfung auf
diese Markierung durch. Wenn diese Markierung nicht verfügbar ist
oder einen speziellen, für
private Disk-Aufnahmegeräte
reservierten Code enthält, wird
der DSD-Strom nur dann wiedergegeben, wenn ein spezielles Wasserzeichen
gefunden wird, das den DSD-Codierer identifiziert. Wird dieses Wasserzeichen
nicht gefunden, was der Fall wäre,
wenn ein professionell veröffentlichter
Audiostrom illegal auf ein aufnehmbares Disk-Medium kopiert ist,
wird überhaupt
kein Audiosignal wiedergegeben. Um jede Qualitätsminderung bei professionellen
DSD-Veröffentlichungen
zu vermeiden, erfordert dieses Szenario nicht, dass der Audioinhalt
professionell veröffentlichter
Audiotitel mit einem Wasserzeichen versehen ist, sondern es erfordert,
dass im Konsumentengerät das
Wasserzeicheneinbettungsverfahren verwendet wird. Neben einem häufig wiederholten
Kopierkontrollbit wird durch alle DSD-Codierer/Aufnahmegeräte auf dem
Konsumentenmarkt eine eindeutige Seriennummer in den Audiostrom
eingebettet. Die Schaltung zum Einbetten dieser Nummer erscheint
einfach. Der Konsument kann professionelles DSD-Audiomaterial nicht direkt auf ein DVD-Audio-Disk-Medium
kopieren, weil es (wegen des nicht vorhandenen Wasserzeichens) nicht
abgespielt wird. Wenn er das Signal in ein analoges, PCM- oder ein
anderes Format konvertiert und anschließend die DSD neu erzeugt, kann
das betreffende DSD-Aufnahmegerät zurückverfolgt
werden. Darüber
hinaus kann das Modell derart definiert werden, dass private Aufnahmen einen
kleinen Dynamikbereich haben. Eine weitere Stärkung wird erzielt, wenn jedes
Wiedergabegerät nicht
nur prüft,
ob ein Wasserzeichen auf dem Konsumenten-Disk-Medium vorhanden ist,
sondern auch, ob eine gültige
Seriennummer eingebettet ist. Für
Integritätsprüfungen können bekannte
kryptografische Verfahren verwendet werden, wie beispielsweise das
Verknüpfen
einer digitalen Signatur mit der Seriennummer. Dies verhindert,
dass sich ein Raubkopierer an den Seriennummern zu schaffen macht.
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Eine
zweite Ausführungsform
gleicht der ersten, wobei aber der Bitstrom professionell veröffentlichten
Audiomaterials auch ein Wasserzeichen enthält. Dieses Wasserzeichen dient
dazu, die Mediummarkierung auf kryptografische Weise zu verifizieren. Die
Mediummarkierung unterscheidet sich nun von Titel zu Titel. Die
Beziehung zwischen dem vom Wasserzeichen dargestellten Bitmuster
und dem von der Mediummarkierung dargestellten Bitmuster kann nicht
ohne weiteres manipuliert werden. Vorzugsweise wird die kryptografische
Beziehung wie folgt gewählt.
Angenommen, y = F(x) und x = G(u) sind zwei kryptografische Einwegfunktionen,
d.h. ihre Umkehrfunktion ist rechnerisch undurchführbar, um
mit endlichen arithmetischen Ressourcen berechnet zu werden. Dieses
Szenario verwendet einen Startwert u, um x und y zu erzeugen, entsprechend
x = G(u) und y = F(x) = F(G(u)). Bei diesem Ausdruck können G und
F dieselbe Funktion sein, wobei dies aber nicht notwendig ist. Bei
einem professionell gemasterten Disk-Medium enthält das eingebettete Wasserzeichen
y, und die Mediummarkierung trägt
x. Professionelle Aufnahmegeräte
führen
immer die G-Funktion aus, bevor eine Mediummarkierung geschrieben wird.
Das heißt,
sie betten eine Mediummarkierung x ein, die intern von der Benutzereingabe
u erzeugt wird. Alle (Konsumenten) Wiedergabegeräte führen F aus, um die Mediummarkierung
zu verifizieren, falls ein Wasserzeichen gefunden wird, welches
darauf hinweist, dass der Inhalt kopiergeschützt ist. Von Konsumentenaufnahmegeräten wird
angenommen, dass sie überhaupt
keine Mediummarkierung schreiben können. Mit Hilfe des Systems
kann der Urheberrechtsinhaber selbst entscheiden, ob der Startwert
u, der das Kopieren erlaubt, veröffentlicht
wird oder nicht. Bei der professionellen Musikveröffentlichung kann
es erforderlich sein, ein Masterband des Musiktitels zu erstellen.
Das Audiomaterial wird dann mit dem eingebetteten Wasserzeichen
y vorcodiert. Während
des Produktionsvorgangs akzeptiert das professionelle Aufnahmegerät (Disk-Master-Erzeugergerät) direkt
die mit dem Wasserzeichen versehene DSD 30 und führt dies
nach dem DSD-Codierer/Wasserzeichengenerator 23 aus 2 ein.
Während
dieses Vorgangs wird auch der Startwert u 22 eingefügt. Dies
bietet zudem einen gewissen Schutz, falls das Masterband gestohlen
wird, u aber nicht gefährdet
ist. Vorzugsweise überprüft das Aufnahmegerät das Wasserzeichen
anhand u und x (wie bei 4, bedingtes Aufnehmen, beschrieben).
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2 zeigt
ein Kopierschutzsystem mit einem Aufnahmegerät, einem Informationsträger und einem
Wiedergabegerät.
Das professionelle Aufnahmegerät
umfasst einen Audioeingang 21 zu einem DSD-Codierer 23,
der auch das Wasserzeichen-Bitmuster y in den auf das Master-Disk-Medium 26 aufzunehmenden
Bitstrom 30 einbettet. Das genannte Wasserzeichen-Bitmuster
y ist am Ausgang des Generators 25 verfügbar, an dessen Eingang das
von der Mediummarkierung 20 darzustellende Bitmuster x
ansteht. Die Mediummarkierung 20 wird auf dem Master-Disk-Medium 26 erzeugt.
Vorzugsweise wird das Bitmuster x von einem Generator 24 aus
dem Startwert u am Eingang 22 erzeugt. Das Mas ter-Disk-Medium 26 wird
mit Hilfe der üblichen
Herstellungsverfahren auf kopiergeschützten Informationsträgern 27 vervielfältigt, die
auf dem Konsumentenwiedergabegerät 28 abgespielt
werden sollen. Das Konsumentenwiedergabegerät umfasst einen Prüfer 29,
der das detektierte Wasserzeichen-Bitmuster y mit einem berechneten
Wert y' vergleicht, der
auf dem bei der Mediummarkierung detektierten Bitmuster x basiert.
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Bei
diesem Szenario muss ein Raubkopierer Zugriff auf ein gefährdetes
professionelles Aufnahmegerät
haben, um auf einem raubkopierten Disk-Medium Mediummarkierungen
zu erzeugen. Ein Raubkopierer kann den Audioinhalt zwar kopieren
und y wiederherstellen, aber er kann x nicht berechnen. Dieses System
fügt Sicherheit
zum Kopierschutzmodell hinzu, insbesondere, wenn wir sicherstellen
können,
dass x nicht ohne weiteres vom Disk-Medium ausgelesen werden kann,
d.h. innerhalb des ersten Chips im Basisgerät verbleibt (das x benutzen
muss, um das Wasserzeichen y zu verifizieren). Darüber hinaus
muss der Raubkopierer, selbst wenn er x lesen kann, u finden, um
es in das Aufnahmegerät
einzugeben und x als Mediummarkierung zu schreiben. Kein Aufnahmegerät wird x
direkt akzeptieren und auf das Disk-Medium schreiben. Bei diesem
Szenario muss ein Raubkopierer sowohl sein (offiziell registriertes
Master) Aufnahmegerät (um
die G-Funktion zu umgehen) als auch sein Wiedergabegerät physikalisch
modifizieren (um x zu extrahieren).
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann ein Kopierschutz für
Konsumentenaufnahmen geschaffen werden. Man kann sich ausmalen,
dass Konsumenten in kleinem Umfang ihre selbst aufgenommenen Audioerzeugnisse
veröffentlichen
oder verteilen wollen. Wir beschreiben nun, wie Konsumentenaufnahmegeräte einige
der Elemente des oben beschriebenen Modells implementieren können. Dies bietet
Konsumenten die Möglichkeit,
Disk-Medien zu erstellen, die nur dann direkt (Bit für Bit) kopiert
werden können,
wenn der Empfänger
auch den Startwert u kennt. Ein Teil der Mediummarkierung muss vom Empfänger aufnehmbar
sein. Eine mögliche
Ausführungsform
besteht darin, x in zwei Bestandteile aufzuteilen, wobei x = x1 || x2, so dass
y = F(x1 || x2).
Dann fungiert x1 als eine Mediummarkierung, ähnlich wie im
oben beschriebenen Szenario, und x2 wird
als separate Datei auf das Disk-Medium geschrieben. Professionelle
Aufnahmegeräte
können
sowohl als x1 als auch als x2 schreiben.
Konsumentenaufnahmegeräte können x2 nur auf aufnehmbare Disk-Medien schreiben,
wobei x1 einen auf das Disk-Medium vorgepressten
Standardwert x1 = x_c hat. Das Konsumentenaufnahmegerät bettet
ein Wasserzeichen y = F(x_c || x2) ein,
wobei x2 von einem Startwert u erzeugt wird,
d.h. indem ein Teil der Bits von G(u) genommen wird. Der Eigentümer kann
seine eigenen Erzeugnisse kopieren, weil er u kennt. In Wiedergabegeräten verlässt weder
x1 noch x2 das Basisgerät, so dass
es für
den Benutzer verborgen bleibt.
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Für die oben
beschriebenen Ausführungsformen
ist eine Einwegfunktion eine geeignete Beziehung zwischen dem Wasserzeichen-Bitmuster
und dem Mediummarkierungs-Bitmuster. Eine Implementierung der Einwegfunktion
kann y = x2 mod N sein, wobei N ein öffentlicher
Modulus ist. N ist hier das Produkt aus zwei geheimen großen Primzahlen
(N = p q). Tatsächlich
kann N Bestandteil der Daten sein, die in das Wasserzeichen eingebettet,
d.h. mit y verknüpft
sind. Eine weitere Möglichkeit
ist die von Diffie und Hellman [1976] (= Dokument D6) vermutete
Einwegfunktion mit diskretem Logarithmus: F(x) = αx in GF(p),
wobei α ein
primitives Element von GF(p) ist. Hier ist p eine große Primzahl,
so dass p – 1
einen großen
Primfaktor hat. Die beiden obigen Implementierungen haben den Nachteil,
dass die Größe des Arguments,
d.h. die Anzahl der erforderlichen Bits, um sicher zu gehen, ziemlich
groß ist.
Ein praktisches, auf weniger Bits basierendes System kann darin
bestehen, einen geeigneten Geheimschlüssel-Chiffrieralgorithmus anzuwenden,
z.B. das DES, wobei y = F(x) = x ⊗ DES(x) ist. Dies wird in 3 veranschaulicht. 3 zeigt
eine Implementierung eines Einwegfunktionsgenerators basierend auf
einem Geheimschlüssel-Chiffrieralgorithmus.
Am Eingang 31 wird das Mediummarkierungs-Bitmuster x zugeführt und
im Chiffrierer 32 verarbeitet, indem ein Schlüssel von
einem Schlüsseleingang 33 verwendet wird.
Der Ausgang des Chiffrierers 32 wird durch eine Logikeinheit 34 bitweise
einer EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung
mit dem zugeführten
x unterzogen, was am Ausgang 35 zu einem Bitmuster y führt. Bei
dieser Schaltung kann der Schlüssel öffentlich
gemacht werden oder im Wasserzeichen enthalten, d.h. mit y verknüpft sein.
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4 zeigt
ein Aufnahmegerät
für Konsumenten.
Das Aufnahmegerät
hat einen analogen Audioeingang 41, der für eine DSD-
oder PCM-Audiocodierung mit einem Codierer 42 verbunden
ist, welcher am Ausgang einen auf einem aufnehmbaren Disk-Medium 48 aufzunehmenden
Bistrom 47 erzeugt. Der Codierer 42 bettet in
den Bitstrom 47 ein Wasserzeichen-Bitmuster y ein. Das
Bitmuster y wird von einem Generator 43 anhand eines Bitmusters
x erzeugt, während
x von einer Mediummarkierung 46 darzustellen ist und eine
Anzahl von Bits umfassen kann, die von einer vorgepressten physikalischen Markierung
auf dem aufnehmbaren Disk-Medium 48 abgeleitet wurde. Das
Aufnahmegerät
hat einen Startwerteingang 45 für einen Startwert u, der zur
Erzeugung des Bitmusters x mit einem Generator 44 verbunden
ist. Das Aufnahmegerät
hat einen zweiten Eingang 40 für ein Audiosignal, der mit
einem Wasserzeichenprüfer 49 verbunden
ist. Der Prüfer 49 ist auch
mit dem Generator 43 verbunden, um ein Bitmuster y zu empfangen,
und verifiziert das Vorhandensein eines Wasserzeichens. Die grundlegende Aufnahmekontrollfunktion
des Prüfers
besteht darin, eine Aufnahme zu blockieren, wenn ein professionelles
Wasserzeichen „Nicht
kopieren" detektiert
wird. Vorzugsweise wird ein Wasserzeichen eingebettet, wenn im digitalen
Eingangssignal kein Wasserzeichen detektiert wird. Falls ein Wasserzeichen
vorhanden ist, das auf einen kopierfähigen Inhalt hinweist, kann
eine Aufnahme nur dann vorgenommen werden, wenn der zugehörige Startwert
u dem Startwerteingang 45 zugeführt wird. Bei einer anderen Ausführungsform
hat das Konsumentenaufnahmegerät
nur den digitalen Eingang 40 und den Wasserzeichenprüfer 49,
während
der analoge Eingang und der Wasserzeichencodierer nicht vorhanden
sind. Weitere Ausführungsformen
des Aufnahmegeräts gleichen
der oben beschriebenen Ausführungsform, verfügen jedoch
nicht über
einen externen Eingang 45, sondern haben einen internen
Generator für
u, z.B. einen Zufallsgenerator. In diesem Fall kann auch der Generator 44 nicht
vorhanden sein.
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In
seiner reinen Form werden bei einem bedingten Aufnahmeszenario keine
Prüfungen
während
der Wiedergabe durchgeführt.
Bei einer anderen Ausführungsform
akzeptiert das Konsumenten-DSD-Aufnahmegerät ein analoges Signal, unter Umständen bedingt
hinsichtlich einer gewissen analogen Kopierinformationsprüfung. Der
integrierte DSD-Codierer bettet ein Wasserzeichen in den Strom ein.
Diese Markierung besteht aus zwei Teilen: Kopierschutzdaten und
einer seriellen Kennnummer des Aufnahmegeräts. Das Konsumenten-DSD-Aufnahmegerät akzeptiert
einen digitalen DSD-Strom nur dann, wenn es gültige Kopierkontrolldaten erkennen
kann. Diese Kopierkontrolldaten müssen aussagen, dass dieses
Material legal auf ein Disk-Medium kopiert werden darf. Ein derartiges
Aufnahmegerät gleicht
dem in 4 gezeigten Aufnahmegerät, verfügt jedoch nicht über den
Startwerteingang 45 und den Generator 44.
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Das
Konsumenten-DSD-Aufnahmegerät
akzeptiert keinen DSD-Strom, der Kopierkontrollmarkierungen enthält, die
ein Aufnehmen verbieten. In einer Ausführungsform der starken Form
wird das Nichtvorhandensein der Kopierkontrollinformation als „keine
Kopie erlaubt" interpretiert.
In einer abgeschwächten
Form werden Signale ohne Kopierkontrollinformation automatisch neu
abgetastet und mit einem Wasserzeichen versehen. Dies schwächt zwar den
Kopierschutz, führt
aber zu einer gewissen Qualitätsminderung.
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Eine
weitere Ausführungsform
umfasst eine Einmalkopierfunktion. Ein professioneller DSD-Strom enthält eingebettete
Urheberrechtsdaten, die die Erlaubnis zum einmaligen Kopieren gewähren. Dies kann
durch Einbetten eines weiteren Wasserzeichens yco (zusätzlich zu
der oben beschriebenen Markierung) realisiert werden. Darüber hinaus
enthält
das professionelle Disk-Medium eine spezielle Erlaubnismarkierung
xco, wobei yco =
H(xco) und H() eine kryptografische Einwegfunktion
ist. Die Markierung yco verbleibt während der
Wiedergabe beim Audiosignal (möglicherweise
eingebettet), wird jedoch vom Konsumentenaufnahmegerät entfernt.
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5 zeigt
ein Wiedergabegerät 52 zum
Reproduzieren von Informationen auf einem kopiergeschützten Informationsträger 51.
Das Wiedergabegerät
verfügt über einen
Lesekopf 58 und Lesesignalverarbeitungsmittel eines üblichen
Typs, wie beispielsweise einen optischen Kopf, einen Detektor, einen
Kanaldecodierer und einen Fehlerdecodierer eines optischen CD- oder
DVD-Wiedergabegeräts. Das
Wiedergabegerät
umfasst Wasserzeichenlesemittel 55 zum Detektieren eines
Bitmusters y, das vom Wasserzeichen in den aufgezeichneten Informationen
auf dem Informationsträger 51 dargestellt wird.
Das Bitmuster y wird einer Logikeinheit 54 zugeführt, die
den Aktivierungsschalter 56 betätigt. Die Logikfunktion der
Einheit 54 ist in Bezug auf 1 und die
bedingten Wiedergaberegeln erörtert
worden. Das Wiedergabegerät
verfügt über Mittel 50,
um die Mediummarkierung zu detektieren und von der Mediummarkierung
das Bitmuster x abzuleiten, z.B. durch Demodulieren der Wobble-Modulation,
wie von D1 bekannt. Das Wiedergabegerät verfügt über Überprüfungsmittel, um eine vorgegebene
Beziehung zwischen dem Bitmuster x und dem Bitmuster y zu überprüfen. Das
Bitmuster x wird einer Funktionseinheit 53 zugeführt, um
eine vorgegebene Funktion F(x) auszuführen, z.B. eine Einwegfunktion.
Die Ausgabe y' der
Funktionseinheit 53 wird der Logikeinheit 54 zugeführt und
mit y verglichen. Falls die Bitmuster x und y die genannte vorgegebene
Beziehung aufweisen, leitet der Aktivierungsschalter 56 das
wiederhergestellte Audiosignal zum Ausgang 57 weiter.
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Es
ist bekannt, dass Hybridlösungen,
die bedingtes Aufnehmen und bedingtes Wiedergeben verwenden, nebeneinander
existieren können.
Besonders interessant ist ein Szenario, bei dem (trotz in der Einführung beschriebener
technischer Schwierigkeiten) eine Wasserzeichenprüfung im
analogen Bereich durch Aufnahmegeräte durchzuführen ist. Wenn es einem Raubkopierer
gelingt, sein Aufnahmegerät
zu modifizieren, um diese bedingte Aufnahmeprüfung zu umgehen, und irgendwie
professionelle DSD auf ein Disk-Medium
bringt, können
die hier beschriebenen Kopierschutzmodelle eine Wiedergabe auf marktüblichen
Wiedergabegeräten
verhindern.
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Obwohl
die Erfindung überwiegend
durch Ausführungsformen
beschrieben wurde, die DSD-Audio verwenden, können verschiedene Ausführungsformen
der Wasserzeichnung von Audio- und/oder Videosignalen benutzt werden.
Auch bei PCM-Audio ist eine Wasserzeichnung möglich. Ein Beispiel ist das
Verbergen von Daten in den niedrigstwertigen Bits (Least Significant
Bits, LSB), unter Umständen
einschließlich
einer Spektralformung ihrer Auswirkung. Eine Implementierung eines
derartigen eingebetteten Modells wurde von Oomen et al. 1994 (Dokument
D4) präsentiert.
Bei unserer Anwendung würden
wir vorzugsweise nur Daten in eine begrenzte Anzahl zuvor ausgewählter Abtastwerte,
mit einem Bit pro ausgewählten
Abtastwert, einbetten. Ein derartiges Einbettungsmodell kann innerhalb
derselben Vorrichtung implementiert werden, das professionelle (24
Bit) Audiosignale in eine geringere Auflösung (z.B. 16 Bits) konvertiert.
Das zuvor für
einen DSD-Wasserzeichnung (in D3) erwähnte Verfahren kann auch verwendet
werden, um Daten in PCM (Pulse Code Modulation) einzubetten. Eine
weitere Option ist die Verwendung der verlustlosen Codierung für eine eingebettete
Signalisierung. Ein Verfahren zur verlustlosen Codierung wurde von
Bruekers et al. (beschrieben im Dokument D5) vorgeschlagen. Ein
mögliches
Verfahren zum Einbetten von Daten besteht im Auswählen der
Eigenschaften oder Parameter des Vorhersagefilters (10,
Element 152 in D5) gemäß den Wasserzeichnungsrichtlinien.
Beispielsweise kann ein digitales Wasserzeichen „1" dargestellt werden, indem man eine
gerade Zahl von Filterabgriffen wählt, und eine „0" wird durch eine
ungerade Anzahl von Abgriffen dargestellt. Bei einer anderen Implementierung
werden die Filterkoeffizienten entsprechend einer ähnlichen
Regel quantisiert. Darüber
hinaus kann der Entropiecodierer Daten einbetten, indem ihre Parameter
angepasst werden. Derartige in das PCM-Signal eingebettete Signale können verwendet
werden, um ein Kopierschutzmodell zu erstellen, das auf einem der
zuvor genannten Konzepte basiert. Ein Raubkopierer kann die komprimierte
PCM nicht mehr Bit für
Bit auf ein Disk-Medium kopieren, das er kommerziell vertreiben
kann. Er muss den Vorgang des Dekomprimierens und Komprimierens
durchlaufen. Obwohl dies nicht zu einer Qualitätsminderung führt (weil
die Codierung verlustlos ist), ergibt es ein unterschiedliches digitales
Signal, die resultierende Datei enthält mehr Bits, falls Konsumentenaufnahmegeräte weniger
effizient komprimieren können,
und die resultierende Datei enthält Informationen über die
Seriennummer des Aufnahmegeräts.
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In
den Ausführungsformen
wurde ein Disk-Medium als Informationsträger beschrieben, wobei aber
jeder andere Träger
in der Erfindung benutzt werden kann, wie beispielsweise ein Band
oder Rundfunk, solange die Mediummarkierung auf eine Weise bereitgestellt
wird, die sich nicht leicht kopieren lässt.
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Liste zugehöriger Dokumente
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- (D1) EP-0545472 (PHN 13.922)
Geschlossenes Informationssystem
mit physikalischem Kopierschutz
- (D2) WO 97/13248-A1 (PHN 15.391)
Wasserzeichen-codierte
Signale
- (D3) EP-A 97200197.8 Anmeldedatum 27.01.97 (PHN 16.209)
Wasserzeichnung
bei Bitstream- oder DSD-Signalen (A. A. M. Bruekers et al.)
- (D4) US-amerikanische Patenschrift 5.649.054 (PHN 14.700)
Verdeckter
Datenkanal
- (D5) WO IB97/01156 (PHN 16.452)
Verlustlose Codierung für DVD-Audio
(A. A. M. Bruekers et al.)
- (D6) New Directions in Cryptography (Diffie und Hellman), IEEE
Transactions in information theory, Bd. IT-22, Nr. 6, November 1976,
S. 644–654