FR2735603A1 - Encrypted audio data signal decoder for recording copy protection - Google Patents

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Abstract

The decoder has a sorting circuit (10) which extracts encrypted digital signal data from an incoming data stream. The extracted data is decrypted (11) and delivered to a D/A converter (13,14) to generate an analogue signal from the recorded data. A low-pass filter (15,16) is connected to the output of the D/A converter, and delivers the audio signal in decoded form. The decryption circuit and the D/A converter are fabricated as a single component, making the output of the encryption circuit inaccessible. A digital filter circuit can be integrated with the D/A converter and the decryption circuit.

Description

La présente invention concerne la protection, contre la copie illicite, d'enregistrements numériques d'oeuvres audiophoniques soumises à des droits d'auteur. The present invention relates to the protection against illegal copying of digital recordings of audiophonic works subject to copyright.

Les enregistrements numériques d'oeuvres audiophoniques stéréo se font en clair sur des disques compacts ou bandes magnétiques et sont transmis également sous une forme non cryptée sur liaison série sous un format connu sous la dénomination S/PDIF. Ce format utilise une modulation biphase et une organisation des données selon un motif formé de blocs successifs regroupant chacun 192 trames elles-mêmes constituées de la juxtaposition de 2 sous-trames attribuées l'une au canal gauche, I'autre au canal droit.Chacune des 384 sous-trames d'un bloc renferme un mot binaire de 32 bits avec 4 bits de préambule en infraction avec le code biphase permettant de repérer le type de sous-trame: sous-trame attribuée au canal gauche en tête de bloc, sous-trame attribuée au canal gauche en milieu de bloc et sous-trame attribuée au canal droit, 4 bits de données auxiliaires, 20 bits d'un mot de données audiophoniques, 1 bit de validité, 1 bit utilisateur, 1 bit de sous-code et un bit de parité. Le bit de sous-code est identique pour chaque sous-trame d'une même trame et permet, comme son nom l'indique, de transmettre avec les données audiophoniques numérisées un sous-code de 192 bits répété tous les blocs donnant des informations sur les données audionumériques transmises. Digital recordings of stereo audiophonic works are made in clear on compact disks or magnetic tapes and are also transmitted in an unencrypted form over a serial link in a format known as S / PDIF. This format uses biphase modulation and an organization of the data according to a pattern formed by successive blocks each grouping 192 frames themselves made up of the juxtaposition of 2 sub-frames assigned one to the left channel, the other to the right channel. of the 384 sub-frames of a block contains a 32-bit binary word with 4 preamble bits in violation of the biphase code making it possible to identify the type of sub-frame: sub-frame allocated to the left channel at the head of the block, under -frame allocated to the left channel in the middle of the block and subframe allocated to the right channel, 4 bits of auxiliary data, 20 bits of a word of audio data, 1 bit of validity, 1 user bit, 1 bit of subcode and a parity bit. The sub-code bit is identical for each sub-frame of the same frame and makes it possible, as the name suggests, to transmit with the digital audio data a 192-bit sub-code repeated all the blocks giving information on the digital audio data transmitted.

La protection contre la copie illégale se fait grâce à un bit d'interdiction de recopiefaisant partie du sous-code. Protection against illegal copying is done by a bit of prohibition of recopiefaisant part of the sub-code.

Cette protection se révèle illusoire à l'usage car l'utilisation du bit d'interdiction de recopie est à la discrétion des fabriquants de lecteursreproducteurs d'enregistrements audionumériques. De plus, même avec un appareil tenant compte du bit d'interdiction de recopie, il est facile de passer outre une interdiction de recopie en manipulant le bit de recopie à l'aide d'un circuit électronique spécialisé qui existe dans le commerce. This protection proves to be illusory in use because the use of the copy prohibition bit is at the discretion of the manufacturers of digital audio recording players. In addition, even with a device that takes account of the copy prohibition bit, it is easy to override a copy prohibition by manipulating the copy bit using a specialized electronic circuit which exists in commerce.

Le cryptage n'est pas, à lui seul, une solution si l'enregistrement est disponible en numérique sous forme non cryptée en sortie du décodeur. Encryption is not, in itself, a solution if the recording is available digitally in unencrypted form at the output of the decoder.

La présente invention a pour but une protection efficace d'un enregistrement audionumérique contre la copie illégale.  The object of the present invention is to provide effective protection of a digital audio recording against illegal copying.

Elle a pour objet un décodeur de signal audionumérique crypté comportant:
- des moyens de tri assurant l'extraction des données audionumériques cryptées du motif d'un signal de transmission de données audionumériques cryptées,
- des moyens de décryptage des données audionumériques cryptées connectés à la suite desdits moyens de tri,
- des moyens de conversion numérique-analogique des données audionumériques décryptées connectés à la suite des moyens de décryptage, et
- des moyens de filtrage passe-bas connectés à la suite des moyens de conversion numérique-analogique délivrant le signal audio en clair sous forme analogique.It relates to an encrypted digital audio signal decoder comprising:
sorting means ensuring the extraction of encrypted digital audio data from the pattern of a signal for transmitting encrypted digital audio data,
means for decrypting encrypted digital audio data connected following said sorting means,
means for digital-analog conversion of the decrypted digital audio data connected following the decryption means, and
- low-pass filtering means connected following the digital-analog conversion means delivering the audio signal in clear in analog form.

Ce décodeur est remarquable en ce que les moyens de décryptage et les moyens de conversion numérique-analogique sont réalisés en un même composant: circuit intégré ou hybride, ne comportant pas de sortie pour les données audionumériques décryptées. This decoder is remarkable in that the decryption means and the digital-analog conversion means are produced in one and the same component: integrated or hybrid circuit, having no output for the decrypted digital audio data.

De lasorte le signal audionumérique n'est accessible en clair, pour l'utilisateur, que sous une forme analogique. L'utilisateur ne peut enregistrer l'information audiophonique que sous forme analogique donc avec une qualité moindre ou sous forme numérique cryptée nécessitant un décodeur pour être utilisable. From the door, the digital audio signal is accessible in clear, for the user, only in analog form. The user can only record audio information in analog form, therefore with lower quality or in encrypted digital form requiring a decoder to be usable.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description below of an embodiment given by way of example.

Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel une figure unique illustre de manière schématique la constitution d'un décodeur selon l'invention.This description will be made with reference to the drawing in which a single figure schematically illustrates the constitution of a decoder according to the invention.

Le décodeur qui va être décrit est prévu pour un signal audionumérique stéréo transmis sous forme d'un signal de format SIPDIF, c'est à dire d'un train numérique codé en biphase et organisé en blocs subdivisés en trames et sous-trames, chaque sous-trame renfermant une donnée audionumérique précédée d'un préambule et accompagnée de données auxiliaires. Ce signal audionumérique est crypté, les données audionumériques véhiculées par les sous-trames étant brouillées à l'aide d'un code pour éviter une libre reproduction.  The decoder which will be described is intended for a stereo digital audio signal transmitted in the form of a signal of SIPDIF format, that is to say of a digital train coded in biphase and organized in blocks subdivided into frames and sub-frames, each subframe containing digital audio data preceded by a preamble and accompanied by auxiliary data. This digital audio signal is encrypted, the digital audio data carried by the subframes being scrambled using a code to avoid free reproduction.

On distingue sur la figure, en entrée du décodeur, un circuit de tri 10 suivi d'un circuit de décryptage 11, d'un filtre numérique à suréchantillonnage 12, de deux convertisseurs numérique-analogique 13, 14 et de deux filtres analogiques passe-bas 15, 16 délivrant en sortie, sous forme analogique, les signaux audio de deux canaux gauche et droit. We can see in the figure, at the input of the decoder, a sorting circuit 10 followed by a decryption circuit 11, a digital oversampling filter 12, two digital-analog converters 13, 14 and two analog pass filters. bottom 15, 16 outputting, in analog form, the audio signals of two left and right channels.

Le circuit de tri 10 récupère le rythme de transmission du train numérique codé en biphase, décode le code biphase, extrait les données audionumériques stéréo du motif du train numérique en reconnaissant leur appartenance au canal gauche ou droit et réalise une détection d'erreur. Ce peut être un circuit spécialisé comme celui référencé YM 3623B par la société Yamaha. The sorting circuit 10 recovers the transmission rate of the digital train coded in biphase, decodes the biphase code, extracts the stereo digital audio data from the pattern of the digital train by recognizing that they belong to the left or right channel and performs error detection. It can be a specialized circuit like that referenced YM 3623B by the Yamaha company.

Le circuit de décryptage 11 décrypte chaque donnée numérique délivrée périodiquement par le circuit de tri 10 grâce à une clef de décryptage qui lui est communiquée au moins en partie par l'utilisateur que ce soit à l'aide d'un clavier 20, d'une carte à puce 21 ou par un canal annexe. II peut être constitué d'un microcontrôleur 8 bits du genre 68HC05 ou 8051 avec une mémoire morte ROM de l'ordre de 16 Koctets et une mémoire vive RAM de l'ordre de 480 octets. II est alors programmé à l'aide d'un programme d'exploitation de base OS (Operating System) qui gère l'algorithme de décryptage, sa mémoire et des ports d'entrée-sortie pour le clavier et éventuellement une carte à puce en respectant alors le protocole de communication de la norme ISO7816. The decryption circuit 11 decrypts each digital data item delivered periodically by the sorting circuit 10 using a decryption key which is communicated to it at least in part by the user, whether using a keyboard 20, or a smart card 21 or by an additional channel. It can consist of an 8-bit microcontroller of the 68HC05 or 8051 type with a ROM read-out memory of the order of 16 Kbytes and a random access memory RAM of the order of 480 bytes. It is then programmed using a basic operating program OS (Operating System) which manages the decryption algorithm, its memory and input-output ports for the keyboard and possibly a smart card in then respecting the communication protocol of ISO7816 standard.

Le filtre numérique à suréchantillonnage 12 placé à la suite du circuit de décryptage 1 1 facilite la réjection de la fréquence d'échantillonnage des données audionumériques stéréo en engendrant des pas supplémentaires d'échantillonnage avec des valeurs numériques intermédiaires. II peut être constitué d'un filtre numérique à octupie suréchantillonnage tel que le filtre référencé DF1700P par la société
Bur Brown.The oversampling digital filter 12 placed after the decryption circuit 1 1 facilitates the rejection of the sampling frequency of the stereo digital audio data by generating additional sampling steps with intermediate digital values. It can consist of a digital filter with oversampling octupia such as the filter referenced DF1700P by the company
Bur Brown.

Les deux convertisseurs numérique-analogique 13 et 14 connectés en parallèle sur la sortie du filtre numérique de suréchantillonnage 12 sélectionnent les données audionumériques stéréo suréchantillonnées disponibles en sortie du filtre numérique à suréchantillonnage 12 en fonction de leur appartenance au canal gauche ou droit déterminée par le circuit de tri 10 et les convertissent en suréchantillons analogiques pour canal gauche ou canal droit. The two digital-analog converters 13 and 14 connected in parallel to the output of the digital oversampling filter 12 select the stereo oversampled digital audio data available at the output of the digital oversampling filter 12 according to their membership in the left or right channel determined by the circuit. sort 10 and convert them to analog oversamples for left channel or right channel.

Les deux filtres analogiques passe-bas 15 et 16 connectés à la sortie analogique de chacun des deux convertisseurs numérique-analogique 13 et 14 étouffent la fréquence de suréchantillonnage. The two low-pass analog filters 15 and 16 connected to the analog output of each of the two digital-analog converters 13 and 14 muffle the oversampling frequency.

Comme on peut le voir sur la figure, le circuit de décryptage 11, le filtre numérique à suréchantillonnage 12 et les deux convertisseurs numérique-analogique 13 et 14 sont réalisés en un même composant: circuit intégré ou hybride 100, ne comportant pas de sortie pour le signal audionumérique décrypté mais seulement deux canaux de sortie analogique droit et gauche. As can be seen in the figure, the decryption circuit 11, the oversampling digital filter 12 and the two digital-analog converters 13 and 14 are produced in one and the same component: integrated or hybrid circuit 100, having no output for decrypted digital audio signal but only two right and left analog output channels.

Avantageusement, le composant 100 est noyé dans un bloc de matière plastique pour éviter toute possibilité de piquage du signal audionumériques décrypté. Advantageously, the component 100 is embedded in a block of plastic material to avoid any possibility of picking up the decrypted digital audio signal.

Outre la clef de décryptage introduite par le clavier ou la carte à puce, un complément de clef de décryptage peut être transmis par les données auxiliaires du motif du train numérique acheminant le signal audionumérique-crypté, ou par un support dynamique autre que celui du signal de transmission de données audionumériques cryptées, par exemple une voie de transmission de service doublant la voie de transmission acheminant le signal audionumérique crypté. In addition to the decryption key introduced by the keyboard or the smart card, an additional decryption key can be transmitted by the auxiliary data of the pattern of the digital train carrying the digital-encrypted audio signal, or by a dynamic medium other than that of the signal. for transmitting encrypted digital audio data, for example a service transmission channel duplicating the transmission channel carrying the encrypted digital audio signal.

Dans le cas de l'utilisation d'une carte à puce, on peut envisager que celle-ci apporte au lieu d'une clef de décryptage toute une algorithmie de décryptage avec un transfert d'informations entre la carte à puce et le décodeur crypté de manière à être sécurisé. De plus, il peut être prévu une procédure d'authentifications réciproques entre la carte à puce et le décodeur. Une procédure simple est envisageable:
- Lors de l'achat, le décodeur n'est pas personnalisé.In the case of the use of a smart card, it can be envisaged that this brings instead of a decryption key a whole decryption algorithm with a transfer of information between the smart card and the encrypted decoder so as to be secure. In addition, a reciprocal authentication procedure can be provided between the smart card and the decoder. A simple procedure is possible:
- When purchasing, the decoder is not personalized.

- A la première utilisation, lors de l'introduction de la carte à puce dans le décodeur, il est demandé au nouveau propriétaire de proposer un code secret à l'aide du clavier du décodeur. - At the first use, during the introduction of the smart card in the decoder, the new owner is asked to propose a secret code using the keyboard of the decoder.

- Le système carte à puce-décodeur engendre alors des clefs d'authentification qu'il se répartit entre la carte à puce et le décodeur. - The smart card-decoder system then generates authentication keys which are distributed between the smart card and the decoder.

- A partir de ce moment, le décodeur devient inutilisable sans la carte à puce personnalisée de son propriétaire.  - From this moment, the decoder becomes unusable without the personalized smart card of its owner.

Le mode de réalisation qui vient d'être décrit n'est qu'un exemple parmi d'autres. En effet, on peut éventuellement, lorsque l'on cherche à simplifier la structure du décodeur, supprimer le filtre numérique à suréchantillonnage ou faire réaliser les fonctions du circuit de tri et du circuit de décryptage, et éventuellement de filtrage numérique à suréchantillonnage, par un même circuit numérique DSP (Digital Signal
Processing) à base de microcontrôleur. Dans le premier cas, le composant: circuit intégré ou hybride 100 réalisant le traitement du signal audionumériques décrypté, ne réunit plus qu'un circuit de décryptage et deux convertisseurs numérique-analogique tandis que dans le second cas, il se compose d'un microcontrôleur spécialisé équipé en sortie de convertisseurs numérique-analogique.The embodiment which has just been described is only one example among others. In fact, when it is sought to simplify the structure of the decoder, it is possible to remove the oversampling digital filter or have the functions of the sorting circuit and of the decryption circuit, and possibly of oversampling digital filtering, carried out by a same digital circuit DSP (Digital Signal
Processing) based on microcontroller. In the first case, the component: integrated or hybrid circuit 100 carrying out the processing of the decrypted digital audio signal, now combines only one decryption circuit and two digital-analog converters, while in the second case, it consists of a microcontroller specialist equipped with digital-analog converters output.

Bien entendu, le signal audionumérique crypté peut n'être qu'une partie d'un signal numérique, par exemple vidéo-numérique, dont les autres éléments ne sont pas cryptés.  Of course, the encrypted digital audio signal may be only part of a digital signal, for example video-digital, the other elements of which are not encrypted.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1. Décodeur de signal audionumériques crypté comportant: 1. Encrypted digital audio signal decoder comprising: - des moyens de tri (10) assurant l'extraction des données audionumériques cryptées du motif d'un signal de transmission de données audionumériques cryptées, sorting means (10) ensuring the extraction of the encrypted digital audio data from the pattern of a signal for transmitting encrypted digital audio data, - des moyens de décryptage (11) des données audionumériques cryptées connectés à la suite desdits moyens de tri (10), - decryption means (11) of the encrypted digital audio data connected following said sorting means (10), - des moyens de conversion numérique-analogique (13, 14) des données audionumériques décryptées connectés à la suite des moyens de décryptage (11), et means for digital-analog conversion (13, 14) of the decrypted digital audio data connected following the decryption means (11), and - des moyens de filtrage passe-bas (15, 16) connectés à la suite des moyens de conversion numérique-analogique (13, 14) délivrant le signal audio en clair sous forme analogique caractérisé en ce que lesdits moyens de décryptage (11) et lesdits moyens de conversion numérique-analogique (13, 14) sont réalisés en un même composant (100), ne comportant pas de sortie pour les données audionumériques décryptées. - low-pass filtering means (15, 16) connected following the digital-analog conversion means (13, 14) delivering the clear audio signal in analog form characterized in that said decryption means (11) and said digital-analog conversion means (13, 14) are made of the same component (100), having no output for the decrypted digital audio data. 2. Décodeur selon la revendication 1, comportant en outre des moyens de filtrage numérique à suréchantillonnage (12) intercalés entre lesdits moyens de décryptage (11) et lesdits moyens de conversion numérique-analogique (13, 14), caractérisé en ce que lesdits moyens de décryptage (11), lesdits moyens de filtrage numérique à suréchantillonnage (12) et lesdits moyens de conversion numérique-analogique (13, 14) sont réalisés en un même composant (100) ne comportant pas de sortie pour les données audionumériques décryptées. 2. Decoder according to claim 1, further comprising oversampling digital filtering means (12) interposed between said decryption means (11) and said digital-analog conversion means (13, 14), characterized in that said means decryption (11), said oversampling digital filtering means (12) and said digital-analog conversion means (13, 14) are made of the same component (100) having no output for the decrypted digital audio data. 3. Décodeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit composant (100) est un circuit intégré. 3. Decoder according to claim 1 or claim 2, characterized in that said component (100) is an integrated circuit. 4. Décodeur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que ledit composant (100) est un circuit hybride.  4. Decoder according to claim 1 or claim 2 characterized in that said component (100) is a hybrid circuit. 5. Décodeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit composant (100) est noyé dans un bloc de matière plastique. 5. Decoder according to claim 1 or claim 2, characterized in that said component (100) is embedded in a block of plastic. 6. Décodeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un clavier (20) connecté auxdits moyens de décryptage (11) afin de permettre l'introduction d'un code de décryptage. 6. Decoder according to claim 1 or claim 2, characterized in that it further comprises a keyboard (20) connected to said decryption means (11) in order to allow the introduction of a decryption code. 7. Décodeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une carte à puce (21) permettant l'introduction d'un code de décryptage dans lesdits moyens de décryptage (11). 7. Decoder according to claim 1 or claim 2, characterized in that it further comprises a smart card (21) allowing the introduction of a decryption code into said decryption means (11). 8. Décodeur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de décryptage (11) reçoivent un complément de clef de décryptage transmis par des données auxiliaires du motif du signal de transmission de données audionumériques cryptées. 8. Decoder according to claim 1 or claim 2 characterized in that said decryption means (11) receive an additional decryption key transmitted by auxiliary data of the signal pattern of encrypted audio data transmission signal. 9. Décodeur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, avec la carte à puce (21) , des moyens d'authentifications réciproques. 9. Decoder according to claim 7, characterized in that it comprises, with the chip card (21), means of reciprocal authentication. 10. Décodeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de décryptage (11) reçoivent un complément de clef de décryptage transmis par un support dynamique différent de celui du signal de transmission de données audionumériques cryptées. 10. Decoder according to claim 1 or claim 2, characterized in that said decryption means (11) receive an additional decryption key transmitted by a dynamic medium different from that of the signal for transmitting encrypted digital audio data. 11. Décodeur selon les revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le signal de transmission de données audionumériques cryptées constitue une partie d'un signal vidéonumérique.  11. Decoder according to claims 1 to 10, characterized in that the transmission signal of encrypted digital audio data constitutes part of a digital video signal.
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