WO2004073292A2 - Dispositif securise pour la diffusion, l'enregistrement et la visualisation a la demande des oeuvres audiovisuelles au format de type mpeg-2 ts - Google Patents

Dispositif securise pour la diffusion, l'enregistrement et la visualisation a la demande des oeuvres audiovisuelles au format de type mpeg-2 ts Download PDF

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WO2004073292A2 PCT/FR2004/050046 FR2004050046W WO2004073292A2 WO 2004073292 A2 WO2004073292 A2 WO 2004073292A2 FR 2004050046 W FR2004050046 W FR 2004050046W WO 2004073292 A2 WO2004073292 A2 WO 2004073292A2
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Definitions

  • the present invention relates to the processing, broadcasting, recording and secure viewing of audiovisual data and television programs, or more generally any multimedia program or sequence using a nominal stream format of MPEG type, by users. authorized and offers a secure system for processing, broadcasting, delivery, recording, private copying and viewing of interactive programs and video or multimedia sequences.
  • the general problem is to provide a device capable of securely transmitting a set of films or programs of high visual quality in a format of MPEG-2 TS type ("Transport Stream" in English or transport stream), directly to a television screen and / or to be recorded on the hard disk of a box connecting the teletransmission network to the television screen, while preserving the audiovisual quality but avoiding any fraudulent use such as the possibility of making pirated copies of films or audiovisual programs recorded on the hard disk of the set-top box.
  • MPEG-2 TS type in English or transport stream
  • This analysis of the flow mainly consists in marking the TS packets containing essential information for a correct decoding of the video, in the MPEG sense, so that in a second encryption phase, only the useful data of the marked TS packets are encrypted.
  • essential information is not available for unauthorized decoding, and the stream cannot therefore be displayed, while keeping a reasonable calculation time for encryption.
  • this solution does not solve the security problem because the protection of the video stream is based on an encryption system based on digital keys, but for which the video stream transmitted to a receiving device contains, in an encrypted form, all the information originally present in the original video stream.
  • the video stream received by the client equipment already contains all the information initially present in the unencrypted video stream, even if they are stored in a form which does not allow their use.
  • a malicious user can process the encrypted video stream so as to put it back in a form usable by a conventional video decoder and can thus bypass the protection system, because a direct and correct reconstruction of the audiovisual stream from the only encrypted stream is possible.
  • One solution to this problem would be to make it impossible to reconstruct the original video stream from the only protected video stream.
  • the modified packets are detectable so as to be recognized by the decryption module.
  • making encrypted TS packets easily detectable makes it all the more difficult for malicious individuals who wish to circumvent this protection.
  • One solution to this problem would be to not allow the detection of scrambled packets via a simple flow analysis. This prior art therefore does not meet the technical problem and the high security criteria which are the subject of the present invention.
  • Another solution consists in preventing the possibility of viewing or making an uncompressed digital copy of the stream by conditioning the use of the video stream on obtaining protection information from a distributor equipment.
  • the solution proposed by document EP 0 975 165 A2 (Sony Corporation) is known, similar to that of document WO 00/60846 in that it uses encryption based on digital keys.
  • this solution is not sufficient to remedy the technical problem of security, because the information sent from the distributor equipment to the recipient equipment for the use of the video stream is information related to the limited reproduction rights of the video stream. .
  • the video stream received by the client equipment again contains all the information initially present in the unprotected video stream.
  • the invention relates in its most general sense to a method for the distribution of audiovisual sequences according to a nominal stream format complying with the MPEG-2 TS standard, composed of a succession of TS packets, characterized in that one proceeds, before transmission to the client equipment, to an analysis of the flow to generate a first flow conforming to the MPEG-2 TS format, modified in that all or part of the TS packets constituting it have been substituted by packets of the same structure but whose content has been modified, and a second stream of any format, comprising the digital information able to allow the reconstruction of said nominal stream, then to transmit separately the two streams thus generated from the server to the recipient equipment, and in that a summary of a stream in nominal format is calculated on the recipient equipment as a function of said first stream and said second stream.
  • said substituted TS packets contain information relating to one or more video streams included in the TS stream.
  • said substituted TS packets contain information relating to one or more audio streams included in the TS stream.
  • said analysis of the flow includes a step of determining the TS packets to be substituted as a function of their video content.
  • said second stream contains the substituted TS packets originating from the nominal stream.
  • said second stream contains the data necessary to make the substitutions of bytes to be applied in said first stream to obtain said nominal stream.
  • said first stream is modified by modifying the values of all or part of the payload start indicator fields.
  • the second stream respects the MPEG-2 TS format.
  • said first stream has the same size in bytes as the original stream in MPEG-2 TS format.
  • said first stream and said second stream are transmitted to the destination equipment via the same communication network.
  • said second stream is encrypted.
  • said second stream is multiplexed within said first stream.
  • the invention also relates to equipment for manufacturing a video stream for implementing the method, comprising at least one multimedia server containing the original video sequences and characterized in that it comprises a device for analyzing the video stream from said server to generate said two streams.
  • the invention also relates to equipment for operating a video stream for implementing the method, comprising a standard MPEG-2 TS stream player, at least one recording interface [hard disk] intended for storing the content of said first stream and at least one display interface, characterized in that it comprises a means for the recomposition of the original stream from said two streams.
  • the invention relates to a system for the transmission of a video stream comprising equipment for producing a video stream, at least one equipment for operating a video stream and at least one communication network between the production equipment and operating equipment (s).
  • Figure 1 describes the overall architecture of a system for implementing the method according to the invention
  • Figure 2 shows a particular embodiment of the MPEG type flow analysis and synthesis system according to the invention
  • the invention relates to an audiovisual stream in MPEG-2 TS format containing at least one elementary packaged video stream.
  • the format of the packaged video stream used must have the following characteristics:
  • each image I is broken down into macroblocks of a given size, said macroblocks themselves breaking down into blocks of a given size; ° each image I contains correlation coefficients between the different blocks and / or macroblocks of the images I.
  • the example relates to an MPEG-2 TS stream containing an MPEG-2 video stream without this constituting a limitation of the scope of protection.
  • the invention however applies in the same way for MPEG-4 multimedia streams, directly in TS format or multiplexed in an MPEG-2 TS stream.
  • the general principle of a process for securing an audiovisual stream is set out below.
  • the objective is to authorize video-on-demand and pay-per-view services across all broadcast and recording networks room in the user's digital set-top box.
  • the solution consists in permanently keeping a part of the recorded audiovisual program outside the user's home, in fact in the broadcasting and transmission network, this part being essential for viewing said audiovisual program on a screen. television or monitor type, but being of a very low volume compared to the total volume of the digital audiovisual program recorded by the user.
  • the missing part will be transmitted via the broadcasting network (transmission) at the time of viewing of said pre-recorded digital audiovisual program at the user's.
  • first stream Most of the audiovisual stream, called “first stream” will therefore be transmitted via a conventional broadcasting network, while the missing portion called “second stream” will be sent on demand via a narrowband telecommunications network like conventional telephone networks or cellular networks of the GSM, GPRS or UMTS type or using a small part of a DSL or BLR type network, or even using a subset of the shared bandwidth on a cable network.
  • a narrowband telecommunications network like conventional telephone networks or cellular networks of the GSM, GPRS or UMTS type or using a small part of a DSL or BLR type network, or even using a subset of the shared bandwidth on a cable network.
  • FIG. 1 is a block diagram of a distribution system according to the present invention.
  • FIG. 2 represents a particular embodiment of the system for analysis, protection and reconstruction of flows according to the invention.
  • the video interface arrangement (8) is adapted to connect at least one display device, for example a monitor, a video projector or a television screen type device (6), to at least a wide transmission and broadcast network interface band (4) and at least one telecommunication network interface (10).
  • this arrangement is composed of a module (8) mainly comprising, on the one hand, a processing unit suitable for processing, in particular reconstructing the original stream and decoding any MPEG type video stream according to a software program decoding and reconstitution preloaded, so as to display it, in real time or deferred, to store it, to record it and / or to send it on a telecommunications network and, on the other hand, to minus a screen interface (7) and an interface for connection to a local or wide area network (5) and / or (9).
  • the broadband transmission and broadcasting network (4) and the telecommunications network (10) can be combined into a single network.
  • the module's hard disk (8) can be used as a buffer memory to temporarily store at least part of the program or of the video sequence to be displayed, in the event of delayed viewing or of limitation in the bandwidth of the transmission network. Viewing can be delayed or delayed at the request of the user or the portal (12).
  • connection interface (5) is connected to a broadband transmission and broadcasting network (4) such as a modem, a satellite modem, a cable modem, a line interface fiber optic or radio or infrared interface for wireless communication.
  • a broadband transmission and broadcasting network (4) such as a modem, a satellite modem, a cable modem, a line interface fiber optic or radio or infrared interface for wireless communication.
  • this small part of the audiovisual content stored in the portal (12) will also be sent to the module (8) via the telecommunications network (10).
  • MPEG Since the successive frames of a video sequence contain a large number of identical visual elements, MPEG only records the elements which differ from the successive frames. Thus, by modifying only an entire reference image I and retaining the digital information able to allow its reconstitution in the portal (12), the successive images which depend on this reference image I are also affected by the degradation, and it n There is no need to make any changes since they will cause the displayed stream to diverge due to the disturbances made to the reference I images.
  • the object of the MPEG-2 system part is to allow the combination of one or more elementary streams of video and audio data, as well as other types, to form isolated or multiple streams suitable for recording or recording. transmission.
  • the TS sub-part of the system part of the MPEG-2 standard describes a data stream format for broadcasting audiovisual programs on networks exposed to transmission errors such as cable or satellite.
  • the streams conforming to the TS (“Transport Stream” in English or transport stream) part of MPEG-2, the transport streams, are called MPEG-2 TS streams hereinafter.
  • the operation which consists in forming an MPEG-2 TS stream from one or more elementary streams is called multiplexing, the reverse operation of extracting elementary streams within an MPEG-2 TS stream is called demultiplexing.
  • Each MPEG-2 TS stream consists of a succession of 188 byte packets. The size of these packets (otherwise called TS packets) is fixed.
  • Each packet contains a header allowing in particular to identify its payload (or “payload” in English) as well as other digital data.
  • the payload of TS packets is used to transport the data to be broadcast, such as elementary audio and video streams.
  • the multiplex elementary streams within an MPEG-2 TS stream are previously packaged so as to form packaged elementary streams (or PES for “Packetized Elementary Stream”).
  • PES Packetized Elementary Stream
  • These PES notably contain, in the headers of the packets which form them, information making it possible to synchronize the video and audio streams which make up an audiovisual program.
  • the packets forming a PES vary in size.
  • Certain TS packets contain data making it possible to associate elementary streams so as to generate an audiovisual program, such as for example associating a video track with the appropriate audio track (s). For the sake of simplification, regularly called video stream an elementary packaged video stream, elsewhere in this document.
  • the invention also applies in the same way to an audio stream corresponding to a packaged audio stream
  • the invention consists in substituting certain TS packets of the nominal stream with packets of the same structure and allowing the stream obtained, said first stream, to remain in conformity with the MPEG-2 standard, but the contents of which have been modified so as to alter the display. This substitution is carried out in two stages:
  • the identification of the contents of the TS packets consists in selecting, within the MPEG-2 TS stream, the packets carrying video information. This operation is similar to an operation for demultiplexing an MPEG-2 TS stream, well known to those skilled in the art.
  • the second step is to analyze and modify the MPEG-2 video stream within TS packets of the nominal stream in MPEG-2 TS format.
  • An MPEG-2 digital video stream consists of sequences of images (or planes or frames), grouped into groups of "Group Of Pictures" (GOPs).
  • An image can be of type I (Intra), P (Predicted), B (Bidirectional).
  • the images I are the reference images, they are fully coded and are therefore of large size and do not contain information on the movement.
  • the planes P are planes predicted from previous planes, whether I and / or P by vectors of movement in a single direction, called forward
  • the planes B are said to be bidirectional, they are linked to the planes I and / or P preceding or following them by motion vectors in the two temporal directions (forward and backward or “backward” in English).
  • Motion vectors represent two-dimensional vectors used for motion compensation, which provide the difference in coordinates between a part of the current image and a part of the reference image.
  • An image is organized by slices or slices, comprising macroblocks, themselves made up of blocks, containing elements describing the content of the video stream, for example the DC coefficients from of a frequency transformation and relative to the fundamental, that is to say to the average value of the coefficients of a block, or then the AC coefficients relative to the higher frequencies.
  • the modification made to the video stream consists in using the correlations between the DC coefficients in an image I and the correlations between the images I, B and P, in order to be able to manipulate the appearance and the visual validity of the sequence to which the image I in question.
  • the I images are the main carriers of information in an MPEG video sequence
  • any significant modification affecting these I images will necessarily have an impact on the validity of the sequence.
  • the possibility of obtaining significant degradations of the images I without carrying out complicated manipulations is offered by the correlation between the coefficients DC in this image I.
  • Each macroblock of an image I contains six blocks, each of them starting with a DC coefficient.
  • Four blocks correspond to the luminance (Y), and two to the chrominance (Cb and Cr) of the macroblock.
  • the value written in a file of the MPEG stream representing a DC coefficient is indeed the difference between the true value of this coefficient and that of the corresponding coefficient which precedes and which, for the blocks Y, can be found in the same macroblock or in the previous macroblock, while for the Cb and Cr blocks it is always in the previous macroblock.
  • a modification of one of these differences will automatically cause a modification of information in all the macroblocks which follow.
  • This method is optimal for visual degradation of the MPEG video stream using the DC coefficients of the blocks, but it can also be applied to the AC coefficients. It is also possible to modify some of these AC coefficients randomly.
  • the B and P images of the MPEG stream also contain coefficients AC and DC and are therefore also treated by the invention.
  • the modification of the coefficients AC and DC described above is carried out on the video content of the TS packets to be substituted.
  • substituting one of these coefficients with a similar, but random, coefficient does not guarantee that the resulting MPEG-2 TS stream still meets the standard: the size of the inserted AC and DC coefficients must be the same as the size of the coefficients initial. Otherwise, the multiplexing of the different streams making up the nominal MPEG-2 TS stream may no longer be correct.
  • changing the size of the coefficients could change the bit rate of the MPEG-2 TS stream, which can cause major problems when broadcast over conventional networks such as satellite or cable. This is why the inserted random coefficients must have exactly the same binary size as the original coefficients.
  • Couples for which no variable length code has been provided (because their frequency of appearance is too low) are written to the stream using an "escape code” or escape code.
  • This last technique consists in writing a predefined binary word in the stream, indicating to the decoder that the "run” and the "level” that it is reading are coded in a separate and independent way, on binary words of fixed length (6 bits for the "run” and 12 for the signed "level”) just after the escape code.
  • binary words 0100 and 0101 correspond to two different pairs ("run", "level”).
  • Replacing the AC coefficients of an MPEG-2 video stream with random values therefore consists in choosing an authorized binary word of the same size as the binary word to be modified, and writing it in its place.
  • the MPEG-2 standard defines two possible tables of correspondence between “run”, “level” pairs and binary words (table B-14 and B-15 of the MPEG-2 video standard); to find a couple of the same size as the couple to be substituted, it suffices to browse the adapted table and find an appropriate couple. This is not always possible for the shortest binary words, in this case the couple should be left unchanged. In the case where the couple ("run", "level”) is written using an "escape code” or escape code, we replace the binary words corresponding to "run” and "level” by random values, on the same number of bits.
  • the MPEG-2 TS stream is analyzed so as to be able to identify and process the binary words corresponding to the DC and AC coefficients, contained in the TS packets.
  • One or more video streams are processed.
  • the remainder of the document describes the process used to process a video stream.
  • all the DC and AC coefficients identified are modified by as described above.
  • the method keeps in memory an original copy of the TS packet that it is processing.
  • the system decides either to take the original TS packet (unmodified) and write it to the output stream (otherwise called first stream), or to write the packet that he just got by modifying the original package.
  • Said first stream obtained therefore has TS packets whose contents have been entirely modified, and TS packets whose contents are unchanged.
  • modified TS packets to be written at the output of the analysis and modification module depends on the quantity of modifications to be made to the flow. It also depends on the video content processed. Thus a modification made to a long binary word is more degrading visually than a modification made to a short binary word because in the case of a long binary word, the number of binary words of the same size available is greater. Thus, there is more chance that the inserted value is very far from the original value for a long word than for a short word.
  • the system When deciding whether or not to write the TS packet as output, the system tests the average length of the coefficients which have been modified within the packet, and if this is greater than a threshold, it writes the modified TS packet in output, otherwise, it is the original TS package, unmodified, that it writes at the output of the analysis and modification system.
  • TS packets containing information relating to the I images of the video stream are processed and written in said first stream.
  • the TS packets containing information relating to the I and P or B images of the video stream are processed and written in said first stream.
  • TS packets containing information relating to the beginnings of the “slices” or slices composing the images I of the video stream are processed and written in said first stream.
  • the coefficients AC and DC are not all modified within the video stream processed.
  • the analysis and modification system uses a “switch” for modification or substitution control. When the system starts processing a given TS packet, it decides whether or not to modify it randomly. If he decides to modify it, he places his switch in the “modification” position; in this case, all of the following AC and DC coefficients are modified until the switch returns to the “copy” position. The system goes to the “copy” position when it starts processing a TS packet that it does not wish to modify.
  • the method in addition to the modifications made to the video data contained in the TS packets, the method also modifies the values of all or part of the payload start indicator fields of the processed video stream, said indicator being called "payload_unit_start_indicator" in the MPEG-2 standard.
  • the field "payload_unit_start_indicator” is a binary field of 1 bit, present in the header of each packet TS, used to indicate the presence of a PES header in the packet payload.
  • the modifications made to the audiovisual stream relate to all or part of the audio streams included in the original stream.
  • the modifications made to the audio stream are of the same type as those described for the video, but adapted to the specificities of the digital audio formats, for example: substitution of spectral coefficients or scaling factors by random values.
  • the original TS packets corresponding to packets modified in the first modified stream, are kept in a second stream of any format in the portal (12) and are not transmitted to the module (8) .
  • said second stream contains only the data necessary to perform the byte substitutions to be applied to said first stream to obtain said nominal stream. Said second stream therefore contains the positions and the original values of the modified bytes. This avoids having to retransmit the entire original TS packet in the event that there are few modifications for the packet concerned.
  • a conventional MPEG decoder When reading the binary sequence, a conventional MPEG decoder identifies the beginning of an encoded image, then image type. To avoid any confusion between a standard set-top box often called “Set Top Box or STB", the standard MPEG decoder will be called “Player”("Player” or “Viewer”) in the rest of the document.
  • This Reader can be produced physically (or “hardware") and / or computerized (“software”).
  • the MPEG player successively decodes each macroblock of the image. The image is reconstructed when all of its macroblocks have been processed. If it is an image I, it constitutes a reference image for the subsequent images and it is stored in place of the oldest reference image. The images are thus available, in digital form, for further processing and display, depending on the application.
  • Certain TS packets of the audiovisual stream are therefore kept in the portal (12).
  • the device according to the invention will insert erroneous TS packets of the same nature and size as the packets removed and stored in the portal (12) so that the standard MPEG player of the module (8) is not disturbed by these modifications which it will ignore and reconstruct as output an MPEG output stream which will not be correct from the visual point of view for a human being but correct from the point of view of MPEG format.
  • the MPEG player in the set-top box (8) is a standard MPEG player and is not in any way modified or affected by the changes made within the MPEG stream.
  • connection interface (9) is connected to an extended telecommunications network (10), directly or by a local network serving as an access network and consists for example of a line interface subscriber (Analog or digital telephone network, DSL, BLR, GSM, GPRS, UMTS, etc.).
  • a line interface subscriber Analog or digital telephone network, DSL, BLR, GSM, GPRS, UMTS, etc.
  • the audiovisual programs are conventionally broadcast in multicast mode ("broadcast") via the broadband transmission network (4) of the radio type, cable, satellite, digital radio, DSL, etc. from the server (1) directly via the link (3bis) or via the portal (12) via the link (2) and (3) to the decoder module (8) through the link (5).
  • Each audiovisual program thus broadcast can be encrypted or not, and, in accordance with the present invention, the MPEG type streams comprise TS packets substituted by packets whose contents have been modified as described above.
  • certain audiovisual programs thus modified and incomplete are recorded in the hard disk of the box (8).
  • said second stream is encrypted before its transmission to the decoder unit (8) according to a standard encryption technique.
  • said second stream containing the information allowing the reconstruction and the visualization of the audiovisual program by the user is structured so that it complies with the MPEG-2 TS standard.
  • the communication networks (4) and (10) are combined.
  • said second stream is multiplexed with the MPEG-2 TS stream containing said first stream.
  • said second stream is declared as data
  • said second stream is encrypted.
  • the present invention is more particularly focused on the video streams included in the MPEG-2 TS streams, it is understood that any interactive multimedia information and any interactive data multiplexed in an MPEG-2 TS stream can be processed by the present arrangement and the present system, the MPEG type video data being the most elaborate.
  • the present invention will be better understood thanks to the following description presenting the physical basis of the present invention and with reference to FIG. 2 of the appended drawing representing a preferred embodiment of the latter as a non-limiting example of particularly good embodiment suitable for cable and satellite networks.
  • the complete MPEG-2 TS stream (101) is analyzed by the analysis device (121) of the portal (12) and will thus be separated into an MPEG-2 TS type stream, said first stream, but some TS packets of which will have have been substituted and which will be sent via the portal outlet (122) to the broadband transmission broadcasting network (4).
  • the other part of the modified MPEG stream, said second stream, will be stored in the buffer memory (123) of the portal (12).
  • the portal (12) will keep the modifications in a buffer memory (123). which have been brought to this MPEG-2 TS stream by the analyzer (121) of the portal (12) as well as the original TS packets. It is specified that, for the same MPEG-2 TS input stream (101), the processing of the stream may be different for each user (8) and / or for each group of users (8).
  • the buffer memory (123) of the portal (12) includes a different memory area for each user.
  • the portal (121) has chosen the MPEG-2 TS stream (101) which it will have to send to the user (8) to be watched on its television screen (6).
  • This user is connected to a digital cable broadcasting network (4) and to an ADSL telecommunications network (10).
  • the analysis system (121) of the portal (12) will therefore read the incoming MPEG-2 TS stream (101) and, each time it detects a TS packet to be modified, it analyzes its content. This analysis allows it to recognize in the code the coefficients DC and AC, and to substitute them by random values without changing their size, within the TS packet, in order to make the images (and consequently the sequence) unacceptable from the point of human visual perception.
  • the real TS packets will be stored in the output buffer (123), which will later allow the reconstitution of the starting sequence in the box (8), following the reverse diagram.
  • the analysis and modification system (121) then writes the real TS packet to the buffer (123).
  • the system analysis (121) continues its analysis until the end of the MPEG input stream.
  • the new modified MPEG stream is then recorded in the output buffer (122) to be broadcast on the broadcast network (4) through the link (3).
  • the substituted TS packets of the incoming MPEG-2 TS stream (101) are stored in the buffer (123) of the portal (12).
  • the modified MPEG-2 TS output stream coming from the output buffer (122) of the portal (12) is broadcast via the broadband network (4) to one or more users ( 8) and stored on the hard disk (85).
  • the phase described above corresponds to the first phase of preparation of the MPEG-2 TS stream by the portal (12), its transmission via the broadband network (4) and its recording in a decoder (8).
  • This decoder can then display this MPEG-2 TS stream recorded on its hard disk (85).
  • the synthesis system (87) of the decoder (8) will read the MPEG-2 TS file from its hard disk (85) and will send it to a conventional MPEG-2 TS player (81). If no additional data is received by the synthesis system (87), then the MPEG-2 TS stream which reaches the player (81) is processed and displayed as it is, which causes significant distortion of the display on the 'display screen (6).
  • the modified TS packets which are processed by the synthesis system (87) do not correspond to the TS packets which are necessary for correct visualization, since certain DC and AC coefficients have been replaced by random coefficients.
  • the player (81) makes no difference and displays the information on the output screen (6) which appear to be data from an MPEG-2 TS video stream but completely incoherent for the human eye looking at the screen (6). Any copy of the MPEG-2 TS stream coming from the hard disk (85) of the box (8) will produce the same visual effect when it is restored by any MPEG player.
  • the user of the decoder (8) wants to view on his screen (6) the audiovisual program recorded on his hard disk (85), he requests it from the synthesis system (87) with his remote control as he would with a VCR or DVD player presenting a menu on its television screen.
  • the synthesis system 87
  • the synthesis system (87) then makes a request to the hard disk (85) and begins to analyze the modified MPEG-2 TS stream coming from the hard disk (85) via the read buffer (83).
  • the synthesis system (87) then establishes a link with the portal (12) via the telecommunications network (10) which is in our example a DSL link. Once this connection has been established, and for the entire duration of viewing the film or audiovisual program, the synthesis system (87) sends the original TS packets and corresponding digital information from the server's buffer memory (123). to the stream recorded on the hard disk (85). This data reaches the synthesis system (87) via the input buffer memory (86) and is temporarily stored in the synthesis system (87).
  • the synthesis system (87) reconstructs the process inversely. analysis described above, the original MPEG-2 TS stream and sends the new MPEG-2 TS stream thus reconstituted to the player (81) to be displayed correctly on the screen (6).
  • the original TS packets coming from the portal (12) via said second stream, and the associated data are erased from the synthesis system (87).
  • the portal (12) before the portal (12) sends the original TS packets and associated data from its buffer (123), the portal (12) has verified that the user of the housing (8) is indeed authorized to receive said second flux.

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon un format de flux nominal respectant la norme MPEG-2 TS, composé d'une succession de paquets TS, caractérisé en ce que l'on procède, avant la transmission à l'équipement client, à une analyse du flux pour générer un premier flux conforme au format MPEG-2 TS, modifié en ce que tout ou partie des paquets TS le constituant ont été substitués par des paquets de même structure mais dont le contenu a été modifié, et un deuxième flux d'un format quelconque, comportant les informations numériques aptes à permettre la reconstruction dudit flux nominal, puis à transmettre séparément les deux flux ainsi générés depuis le serveur vers l'équipement destinataire, et en ce que l'on calcule sur l'équipement destinataire une synthèse d'un flux au format nominal en fonction dudit premier flux et dudit deuxième flux. L'invention se rapporte également à un équipement pour la fabrication d'un flux vidéo, à un équipement pour l'exploitation d'un' flux vidéo et à un système pour la transmission d'un flux vidéo pour la mise en oeuvre du procédé.

Description

DISPOSITIF SECURISE POUR LA DIFFUSION, L'ENREGISTREMENT ET LA VISUALISATION A LA DEMANDE DES ŒUVRES AUDIOVISUELLES AU
FORMAT DE TYPE MPEG-2 TS
La présente invention concerne le traitement, la diffusion, l'enregistrement et la visualisation sécurisée de données audiovisuelles et de programmes de télévision, ou plus généralement n'importe quel programme ou séquence multimédia utilisant un format de flux nominal de type MPEG, par des utilisateurs autorisés et propose un système sécurisé pour le traitement, la diffusion, la livraison, l'enregistrement, la copie privée et la visualisation de programmes et de séquences vidéo ou multimédia interactifs.
Le problème général est de fournir un dispositif capable de transmettre de façon sécurisée un ensemble de films ou programmes de haute qualité visuelle à un format de type MPEG-2 TS (« Transport Stream » en anglais ou flux de transport) , en direct vers un écran de télévision et/ou pour être enregistré sur le disque dur d'un boîtier reliant le réseau de télétransmission à l'écran de télévision, tout en préservant la qualité audiovisuelle mais en évitant toute utilisation frauduleuse comme la possibilité de faire des copies pirates de films ou de programmes audiovisuels enregistrés sur le disque dur du boîtier décodeur.
Avec les solutions actuelles, il est possible de transmettre des films et des programmes audiovisuels sous forme numérique via des réseaux de diffusion de type hertzien, câble, satellite, etc. ou via des réseaux de télécommunication type DSL (Digital Subscriber Line) ou BLR (Boucle Locale Radio) ou via des réseaux DAB (Digital Audio Broadcasting) . Par ailleurs, pour éviter le piratage des œuvres ainsi diffusées, ces dernières sont souvent cryptées par divers moyens bien connus de l'homme de l'art.
Dans l'état de l'art précédent par rapport à la présente invention, la solution la plus proche de notre invention est décrite par le document WO 00/60846 (Diva Systems Corporation) . Cette invention propose une solution de distribution de Vidéo à la Demande via un système de serveurs répartis. La protection du contenu de la vidéo numérique s'appuie sur un système de cryptage à base de clés numériques. La principale innovation de ce brevet est de permettre un cryptage et un décryptage des flux MPEG-TS, simplifié en ce que l'on procède au préalable à une analyse du flux MPEG afin d' optimiser le cryptage en fonction de la structure du flux. Le temps de calcul est en effet fortement diminué grâce à un cryptage sélectif et optimal du flux MPEG-TS. Cette analyse du flux consiste principalement à marquer les paquets TS contenant une information essentielle pour un décodage correct de la vidéo, au sens MPEG, de façon à ce que dans une deuxième phase de cryptage, seules les données utiles des paquets TS marqués soient cryptées. Ainsi, l'information essentielle n'est pas disponible pour un décodage non autorisé, et le flux ne peut donc pas être affiché, tout en conservant un temps de calcul raisonnable pour le cryptage. Cependant cette solution ne permet pas de résoudre le problème de la sécurité car la protection du flux vidéo repose sur un système de cryptage à base de clés numériques, mais pour lequel le flux vidéo transmis à un équipement récepteur contient, sous une forme cryptée, toutes les informations initialement présentes dans le flux vidéo original. Ainsi, le flux vidéo reçu par l'équipement client contient déjà toutes les informations initialement présentes dans le flux vidéo non crypté, même si elles sont stockées sous une forme qui ne permet pas leur utilisation. Un utilisateur mal intentionné, peut traiter le flux vidéo crypté de façon à le remettre sous une forme utilisable par un décodeur vidéo classique et peut ainsi contourner le système de protection, car une reconstitution directe et correcte du flux audiovisuel à partir du seul flux crypté est possible. Une solution à ce problème consisterait à rendre impossible la reconstitution du flux vidéo original à partir du seul flux vidéo protégé. De plus, dans le cadre de cet art antérieur, les paquets modifiés sont détectables de façon à être reconnus par le module de décryptage. Toutefois rendre facilement détectable les paquets TS cryptés facilite d' autant plus la tâche à des individus mal intentionnés qui souhaiteraient contourner cette protection. Une solution à ce problème consisterait à ne pas permettre la détection des paquets brouillés via une simple analyse du flux. Cet art antérieur ne répond donc pas au problème technique et aux critères de haute sécurité, objet de la présente invention.
Afin d'empêcher l'accès à une copie numérique compressée d'un programme vidéo, une autre solution rencontrée dans l'art antérieur consiste à ajouter la protection sur la vidéo alors qu'elle est encore sous forme analogique, avant la compression numérique. Ainsi, pour retirer la protection associée, il faut traiter le flux vidéo après le décodage MPEG, puisque c'est sous cette forme que la protection a été introduite, ce qui implique que seule une version décompressée du flux non protégé est accessible. Or une version initiale non compressée d'un flux vidéo est difficilement exploitable. Dans cette optique on connaît la solution proposée par le document EP 1 011 269 Al (Mindport) , du même type que celle proposée par le document
WO 00/60846 en ce qu'elle s'appuie également sur un cryptage à base de clés numériques. De plus, cette solution n'est pas suffisante car la vidéo reconstituée n'est pas parfaitement identique à la vidéo originale.
Une autre solution consiste à empêcher la possibilité de visionner ou de faire une copie numérique non compressée du flux en conditionnant l'utilisation du flux vidéo à l'obtention d'informations de protection depuis un équipement distributeur. Dans cette optique, on connaît la solution proposée par le document EP 0 975 165 A2 (Sony Corporation) , similaire à celle du document WO 00/60846 en ce qu'elle utilise un cryptage s' appuyant sur des clés numériques. Cependant cette solution n'est pas suffisante pour remédier au problème technique de la sécurité, car les informations envoyées depuis l'équipement distributeur vers l'équipement destinataire pour l'utilisation du flux vidéo sont des informations liées aux droits de reproduction limités du flux vidéo. Ainsi, le flux vidéo reçu par l'équipement client contient là aussi toutes les informations initialement présentes dans le flux vidéo non protégé .
L'invention concerne dans son acception la plus générale un procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon un format de flux nominal respectant la norme MPEG-2 TS, composé d'une succession de paquets TS, caractérisé en ce que l'on procède, avant la transmission à l'équipement client, à une analyse du flux pour générer un premier flux conforme au format MPEG-2 TS, modifié en ce que tout ou partie des paquets TS le constituant ont été substitués par des paquets de même structure mais dont le contenu a été modifié, et un deuxième flux d'un format quelconque, comportant les informations numériques aptes à permettre la reconstruction dudit flux nominal, puis à transmettre séparément les deux flux ainsi générés depuis le serveur vers l'équipement destinataire, et en ce que l'on calcule sur l'équipement destinataire une synthèse d'un flux au format nominal en fonction dudit premier flux et dudit deuxième flux. De préférence, lesdits paquets TS substitués contiennent des informations relatives à un ou plusieurs flux vidéo inclus dans le flux TS .
De préférence, lesdits paquets TS substitués contiennent des informations relatives à un ou plusieurs flux audio inclus dans le flux TS.
Avantageusement, ladite analyse du flux comporte une étape de détermination des paquets TS à substituer en fonction de leur contenu vidéo.
Avantageusement, seules certaines parties du contenu des paquets substitués sont effectivement modifiées.
Selon une variante, ledit deuxième flux contient les paquets TS substitués issus du flux nominal.
Selon un mode de mise en œuvre particulier, ledit deuxième flux contient les données nécessaires pour effectuer les substitutions d'octets à appliquer dans ledit premier flux pour obtenir ledit flux nominal.
Selon un autre mode de mise en œuvre, ledit premier flux est modifié par la modification des valeurs de tout ou partie des champs d'indicateur de début de charge utile.
Selon une autre variante, le deuxième flux respecte le format MPEG-2 TS . Selon un mode de mise en œuvre particulier, ledit premier flux à la même taille en octets que le flux original en format MPEG-2 TS .
De préférence, ledit premier flux et ledit deuxième flux sont transmis à l'équipement destinataire via le même réseau de communication.
Avantageusement, ledit deuxième flux est crypté.
Avantageusement, ledit deuxième flux est multiplexe au sein dudit premier flux. L'invention concerne également un équipement pour la fabrication d'un flux vidéo pour la mise en œuvre du procédé, comportant au moins un serveur multimédia contenant les séquences vidéos originales et caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'analyse du flux vidéo provenant dudit serveur pour générer lesdits deux flux.
L'invention concerne aussi un équipement pour l'exploitation d'un flux vidéo pour la mise en œuvre du procédé, comprenant un lecteur standard de flux MPEG-2 TS, au moins une interface d'enregistrement [disque dur] destiné à stocker le contenu dudit premier flux et au moins une interface d'affichage, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour la recomposition du flux original à partir desdits deux flux.
Enfin, l'invention porte sur un système pour la transmission d'un flux vidéo comprenant un équipement de production d'un flux vidéo, au moins un équipement d'exploitation d'un flux vidéo et au moins un réseau de communication entre l'équipement de production et le (s) équipement (s) d'exploitation. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, se référant aux dessins annexés où :
• la figure 1 décrit l'architecture d'ensemble d'un système pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention
• la figure 2 représente un mode de réalisation particulier du système d'analyse et de synthèse de flux de type MPEG conforme à l'invention
L'invention concerne un flux audiovisuel au format MPEG-2 TS contenant au moins un flux vidéo élémentaire empaqueté. Le format du flux vidéo empaqueté utilisé doit avoir les caractéristiques suivantes :
•ce format doit décomposer les données en trames [frame] , chaque trame comprenant au moins une image numérique I (Intra) complète ;
• chaque image I se décompose en macroblocs d'une taille donnée, lesdits macroblocs se décomposant eux-mêmes en blocs d'une taille donnée ; ° chaque image I contient des coefficients de corrélation entre les différents blocs et/ou macroblocs des images I .
Dans la description qui suit, l'exemple concerne un flux MPEG-2 TS contenant un flux MPEG-2 vidéo sans que cela ne constitue une limitation de la portée de la protection. L'invention s'applique toutefois de la même façon pour des flux multimédia MPEG-4, directement au format TS ou multiplexes dans un flux MPEG-2 TS .
Le principe général d'un procédé de sécurisation d'un flux audiovisuel est exposé ci-après. L'objectif est d'autoriser les services de vidéo à la demande et à la carte à travers tous les réseaux de diffusion et l'enregistrement local dans le boîtier décodeur numérique de l'usager. La solution consiste à conserver en permanence à l'extérieur de l'habitation de l'usager, en fait dans le réseau de diffusion et de transmission, une partie du programme audiovisuel enregistré, cette partie étant primordiale pour visualiser ledit programme audiovisuel sur un écran de télévision ou de type moniteur, mais étant d'un volume très faible par rapport au volume total du programme audiovisuel numérique enregistré chez l'usager. La partie manquante sera transmise via le réseau de diffusion (transmission) au moment de la visualisation dudit programme audiovisuel numérique préenregistré chez l'usager.
La plus grande partie du flux audiovisuel, appelé « premier flux » sera donc transmise via un réseau de diffusion classique alors que la partie manquante appelée « deuxième flux » sera envoyée à la demande via un réseau de télécommunication bande étroite comme les réseaux téléphoniques classiques ou les réseaux cellulaires de type GSM, GPRS ou UMTS ou en utilisant une petite partie d'un réseau de type DSL ou BLR, ou encore en utilisant un sous- ensemble de la bande passante partagée sur un réseau câblé.
Sur le dessin en annexe, la figure 1 est un schéma de principe d'un système de distribution selon la présente invention. La figure 2 représente un mode de réalisation particulier du système d'analyse, de protection et de reconstitution de flux conforme à l'invention.
Sur la figure 1, l'agencement d' interfaçage vidéo (8) est adapté pour relier au moins un dispositif d'affichage, par exemple un moniteur, un vidéo projecteur ou un dispositif de type écran de télévision (6), à au moins une interface de réseau de transmission et de diffusion large bande (4) et à au moins une interface de réseau de télécommunication (10) . Selon la présente invention, cet agencement est composé d'un module (8) comprenant principalement, d'une part, une unité de traitement adaptée pour traiter, en particulier reconstituer le flux original et décoder tout flux vidéo de type MPEG selon un programme logiciel de décodage et de reconstitution pré-chargé, de manière à l'afficher, en temps réel ou différé, de le stocker, de l'enregistrer et/ou de l'envoyer sur un réseau de télécommunication et, d'autre part, au moins une interface d'écran (7) et une interface de connexion à un réseau local ou étendu (5) et/ou (9) . Le réseau de transmission et de diffusion large bande (4) et le réseau de télécommunication (10) pouvant être confondus en un seul réseau.
Le disque dur du module (8) peut être utilisé comme mémoire tampon pour stocker momentanément au moins une partie du programme ou de la séquence vidéo à afficher, en cas de visualisation différée ou de limitation dans la bande passante du réseau de transmission. La visualisation peut être retardée ou différée à la demande de l'utilisateur ou du portail (12) .
Comme le montre la figure 1, l'interface de connexion (5) est reliée à un réseau de transmission et de diffusion large bande (4) telle qu'un modem, un modem satellite, un modem câblé, d'une interface de ligne à fibre optique ou d'une interface radio ou infrarouge pour la communication sans-fil .
C'est par cette liaison classique de diffusion vidéo que seront transmis les contenus des programmes audiovisuels comme des films. Toutefois, de façon à ne pas laisser faire de copies pirates, avant de transmettre le contenu audiovisuel depuis le serveur (1) ou le portail (12) il est prévu de conserver une petite partie du contenu audiovisuel dans le portail (12) .
En cas de visualisation d'un programme audiovisuel en temps réel, cette petite partie du contenu audiovisuel conservée dans le portail (12) sera également envoyée au module (8) via le réseau de télécommunication (10) .
Comme les images successives d'une séquence vidéo comportent un grand nombre d'éléments visuels identiques, MPEG n'enregistre que les éléments qui diffèrent les images successives. Ainsi, en modifiant uniquement une image entière de référence I et en conservant les informations numériques aptes à permettre sa reconstitution dans le portail (12), les images successives qui dépendent de cette image I de référence sont également affectées par la dégradation, et il n'est pas nécessaire d'y apporter des modifications puisqu'elles feront diverger le flux visualisé en raison des perturbations apportées aux images I de référence. L'objet de la partie système de MPEG-2 est de permettre de combiner un ou plusieurs flux élémentaires de données vidéo et audio, ainsi que d'autres types, pour former des flux isolés ou multiples se prêtant à l'enregistrement ou à la transmission. La sous-partie TS de la partie système de la norme MPEG-2 décrit un format de flux de données permettant de diffuser des programmes audiovisuels sur des réseaux exposés à des erreurs de transmissions comme par exemple le câble ou le satellite. Les flux conformes à la partie TS (« Transport Stream » en anglais ou flux de transport) de MPEG-2, les flux de transport, sont appelés flux MPEG-2 TS dans la suite. L'opération qui consiste à former un flux MPEG-2 TS à partir de un ou plusieurs flux élémentaires s'appelle multiplexage, l'opération inverse d'extraction des flux élémentaires au sein d'un flux MPEG-2 TS s'appelle démultiplexage. Chaque flux MPEG-2 TS est composé d'une succession de paquets de 188 octets. La taille de ces paquets (autrement appelés paquets TS) est fixe. Chaque paquet contient un en-tête permettant notamment d'identifier sa charge utile (ou « payload » en anglais) ainsi que d'autres données numériques. La charge utile des paquets TS est mise à profit pour transporter les données à diffuser, comme par exemple les flux élémentaires audio et vidéo. Les flux élémentaires multiplexes au sein d'un flux MPEG-2 TS sont préalablement empaquetés de façon à former des flux élémentaires empaquetés (ou PES pour « Packetized Elementary Stream » en anglais) . Ces PES contiennent notamment, dans les en-têtes des paquets qui les forment, des informations permettant de synchroniser les flux vidéo et audio qui composent un programme audiovisuel. Les paquets formant un PES sont de taille variable. Certains paquets TS contiennent des données permettant d'associer des flux élémentaires de façon à générer un programme audiovisuel, comme par exemple associer une piste vidéo avec la ou les piste (s) audio appropriée (s) . Par souci de simplification, on appelle régulièrement flux vidéo un flux vidéo élémentaire empaqueté, ailleurs dans ce document. L'invention s'applique également de la même façon à un flux audio correspondant à un flux audio empaqueté.
L'invention consiste à substituer certains paquets TS du flux nominal par des paquets de même structure et permettant au flux obtenu, ledit premier flux, de rester conforme à la norme MPEG-2, mais dont les contenus ont été modifiés de façon à altérer l'affichage. Cette substitution est effectuée en deux étapes :
- identification des paquets TS vidéo à modifier ; - analyse et modification du contenu des paquets TS à modifier.
L'identification du contenu des paquets TS consiste à sélectionner, au sein du flux MPEG-2 TS, les paquets porteurs d'information vidéo. Cette opération est similaire à une opération de démultiplexage de flux MPEG-2 TS, bien connue de l'homme de l'art.
La deuxième étape consiste à analyser et modifier le flux vidéo MPEG-2 au sein des paquets TS du flux nominal au format MPEG-2 TS .
Un flux vidéo numérique de type MPEG-2 est constitué de séquences d'images (ou plans ou frames (trames)), regroupées en groupes d'images « Groups Of Pictures » (GOPs) . Une image peut être de type I (Intra) , P (Prédite) , B (Bidirectionnelle) . Les images I sont les images de référence, elles sont entièrement codées et sont donc de taille élevée et ne contiennent pas d'information sur le mouvement. Les plans P sont des plans prédits à partir de plans précédents, que ce soit I et/ou P par des vecteurs de mouvement dans une seule direction, dite en avant
(« forward » en anglais) . Les plans B sont dits bidirectionnels, ils sont liés aux plans I et/ou P les précédant ou les suivant par des vecteurs de mouvement dans les deux directions temporelles (en avant et en arrière ou « backward » en anglais) . Les vecteurs de mouvement représentent des vecteurs bidimensionnels utilisés pour la compensation de mouvements, qui procurent la différence de coordonnées entre une partie de l'image courante et une partie de l'image de référence. Une image est organisée par slices ou tranches, comportant des macroblocs, eux-mêmes constitués de blocs, contenant des éléments décrivant le contenu du flux vidéo, par exemple les coefficients DC issus d'une transformation fréquentielle et relatifs au fondamental, c'est-à-dire à la valeur moyenne des coefficients d'un bloc, ou alors les coefficients AC relatifs aux fréquences plus élevées. La modification apportée au flux vidéo consiste à utiliser les corrélations entre les coefficients DC dans une image I et les corrélations entre les images I, B et P, afin de pouvoir manipuler l'aspect et la validité visuelle de la séquence à laquelle appartient l'image I en question. En effet, étant donné que les images I sont les porteurs principaux d'information dans une séquence MPEG vidéo, toute modification importante affectant ces images I aura nécessairement un impact sur la validité de la séquence . Ainsi, la possibilité d'obtenir des dégradations importantes des images I sans effectuer de manipulations compliquées est offerte par la corrélation entre les coefficients DC dans cette image I. Ces coefficients, étant fortement dépendants les uns des autres, car codés en différentiel, déterminent dans une grande partie la valeur des coefficients de la même nature qui suivent. C'est ainsi que, en modifiant l'information qui y est contenue, on modifie profondément les images 1 et par conséquent toute la séquence MPEG qui suit cette image I . Chaque macrobloc d'une image I contient six blocs, chacun d'entre eux commençant par un coefficient DC . Quatre blocs correspondent à la luminance (Y) , et deux à la chrominance (Cb et Cr) du macrobloc. La valeur écrite dans un fichier du flux MPEG représentant un coefficient DC est en effet la différence entre la vraie valeur de ce coefficient et celle du coefficient correspondant qui précède et qui, pour les blocs Y, peut se trouver dans le même macrobloc ou dans le macrobloc précédent, tandis que pour les blocs Cb et Cr il se trouve toujours dans le macrobloc précédent. Une modification de l'une de ces différences entraînera automatiquement une modification d'information dans tous les macroblocs qui suivent.
Cette méthode est optimale pour la dégradation visuelle du flux MPEG vidéo en utilisant les coefficients DC des blocs, mais elle peut être appliquée également aux coefficients AC . Il est aussi envisageable de modifier certains de ces coefficients AC de manière aléatoire.
De plus, les images B et P du flux MPEG contiennent également des coefficients AC et DC et sont donc également traitées par l'invention.
La modification des coefficients AC et DC décrite ci- dessus est effectuée sur le contenu vidéo des paquets TS à substituer. Toutefois, substituer un de ces coefficients par un coefficient de même nature, mais aléatoire, ne garantit pas que le flux MPEG-2 TS résultant respecte encore la norme : la taille des coefficients AC et DC insérés doit être la même que la taille des coefficients initiaux. Dans le cas contraire le multiplexage des différents flux composant le flux nominal MPEG-2 TS, risque de ne plus être correct. De plus, changer la taille des coefficients pourrait modifier le débit binaire du flux MPEG-2 TS, ce qui peut poser de gros problèmes lors de sa diffusion sur des réseaux classiques du type satellite ou câble. C'est pourquoi les coefficients aléatoires insérés doivent avoir exactement la même taille binaire que les coefficients d'origine. Dans la suite, nous allons expliquer comment effectuer des modifications de coefficients DC et de coefficients AC, sans changer la taille des mots binaires sur lesquels ils sont codés. Il est toutefois parfaitement possible de modifier un autre champ binaire du flux vidéo de façon complémentaire, de manière à dégrader davantage l'affichage du programme vidéo modifié, ces modifications gardant le flux conforme à la norme. Les coefficients DC sont codés sur deux champs binaires dans MPEG-2 : un champ « dct_dc_size » que nous appellerons « taille », et un champ « dct_dc_differential » que nous appellerons « différentiel ». Le premier champ « taille » permet d'indiquer le nombre de bits sur lequel est codé la valeur « différentiel ». Substituer un coefficient DC par un coefficient aléatoire est donc possible en laissant le champ « taille » inchangé, et en remplaçant le champ « différentiel » par un mot binaire aléatoire de longueur « taille ». Les coefficients AC sont codés sous forme d'une liste de couples (run, level) . Un « run » (série en français) étant le nombre de coefficients AC nuls précédant un coefficient AC de valeur « level » (niveau en français) . Ainsi, la suite de coefficients AC 0, 0, 1, 0, 0, 0, 5 est écrite sous la forme (2,1), (3,5). Ces couples (run, level) sont de plus écrits dans le flux binaire en utilisant une technique de codage à longueur variable : les couples d'occurrence les plus grandes sont codés sur un nombre de bits plus faible que les couples plus rarement rencontrés. Les couples pour lesquels aucun code à longueur variable n'a été prévu (parce que leur fréquence d'apparition est trop faible) sont écrits dans le flux à l'aide d'un « escape code » ou code d'échappement. Cette dernière technique consiste à écrire un mot binaire prédéfini dans le flux, indiquant au décodeur que le « run » et le « level » qu'il est en train de lire sont codés de manière séparée et indépendante, sur des mots binaires à longueur fixe (6 bits pour le « run » et 12 pour le « level » signé) juste après le code d'échappement. Il existe en général plusieurs couples (« run », « level ») possibles pour une longueur binaire donnée. Ainsi, les mots binaires 0100 et 0101 correspondent à deux couples (« run », « level ») différents. Remplacer des coefficients AC d'un flux vidéo MPEG-2 par des valeurs aléatoires consiste donc à choisir un mot binaire autorisé de même taille que le mot binaire à modifier, et l'écrire à sa place. La norme MPEG-2 définit deux tables possibles de correspondance entre des couples « run », « level » et des mots binaires (table B-14 et B-15 de la norme MPEG-2 vidéo) ; pour trouver un couple de même taille que le couple à substituer, il suffit donc de parcourir la table adaptée et de trouver un couple approprié. Ceci n'est pas toujours possible pour les mots binaires les plus courts, dans ce cas il faut laisser le couple inchangé. Dans le cas où le couple (« run », « level ») est écrit à l'aide d'un « escape code » ou code d'échappement, on remplace les mots binaires correspondant au « run » et au « level » par des valeurs aléatoires, sur le même nombre de bits.
Les modifications apportées au flux vidéo élémentaire ne sont apportées qu'au sein de certains paquets TS, choisis en fonction de leurs caractéristiques et de leur contenu. Plusieurs exemples de réalisation sont décrits ci-après.
Dans un premier exemple de réalisation, le flux MPEG-2 TS est analysé de façon à pouvoir identifier et traiter les mots binaires correspondant aux coefficients DC et AC, contenus dans les paquets TS . Un ou plusieurs flux vidéo sont traités. La suite du document décrit le procédé utilisé pour traiter un flux vidéo. Dans cet exemple de réalisation, tous les coefficients DC et AC identifiés sont modifiés de la manière décrite ci-dessus. Le procédé garde en mémoire une copie originale du paquet TS qu' il est en train de traiter. Lorsque le système a fini de traiter un paquet TS donné, il décide soit de reprendre le paquet TS d'origine (non modifié) et de l'écrire dans le flux de sortie (autrement appelé premier flux), soit d'écrire le paquet qu'il vient d'obtenir par modification du paquet original. Ledit premier flux obtenu possède donc des paquets TS dont les contenus ont été entièrement modifiés, et des paquets TS dont les contenus sont inchangés .
Si plusieurs flux vidéo sont traités simultanément, le traitement à réaliser est le même pour chaque flux vidéo, et les différents traitements sont réalisés de manière indépendante . Le choix des paquets TS modifiés à écrire en sortie du module d'analyse et de modification dépend de la quantité de modifications à apporter au flux. Il dépend également du contenu vidéo traité. Ainsi une modification apportée à un mot binaire long est plus dégradante visuellement qu'une modification apportée à un mot binaire court car dans le cas d'un mot binaire long, le nombre de mots binaires de même taille disponibles est plus important. Ainsi, il y a plus de chance que la valeur insérée soit très éloignée de la valeur d'origine pour un mot long que pour un mot court. Lors de la décision d'écrire ou non le paquet TS en sortie, le système teste la longueur moyenne des coefficients qui ont été modifiés au sein du paquet, et si celle-ci est supérieure à un seuil, il écrit le paquet TS modifié en sortie, sinon, c'est le paquet TS d'origine, non modifié, qu'il écrit en sortie du système d'analyse et de modification.
Dans une variante de cet exemple de réalisation, seuls les paquets TS contenant de l'information relative aux images I du flux vidéo sont traités et écrits dans ledit premier flux.
Dans une autre variante de cet exemple de réalisation, les paquets TS contenant de l'information relative aux images I et P ou B du flux vidéo sont traités et écrits dans ledit premier flux.
Dans une autre variante de cet exemple de réalisation, seuls les paquets TS contenant de l'information relative aux débuts des « slices » ou tranches composant les images I du flux vidéo sont traités et écrits dans ledit premier flux.
Dans un autre exemple de réalisation, les coefficients AC et DC ne sont pas tous modifiés au sein du flux vidéo traité. Le système d'analyse et de modification utilise un « interrupteur » de contrôle de modification ou substitution. Lorsque le système commence à traiter un paquet TS donné, il décide de le modifier ou non de manière aléatoire. S'il décide de le modifier, il place son interrupteur sur la position « modification » ; dans ce cas tous les coefficients AC et DC qui suivent sont modifiés jusqu'à ce que l'interrupteur repasse à la position « recopie ». Le système passe à la position « recopie » lorsqu'il commence le traitement d'un paquet TS qu'il ne souhaite pas modifier.
Dans un variante de cet exemple de réalisation, en plus des modifications apportées aux données vidéos contenues dans les paquets TS, le procédé modifie également les valeurs de tout ou partie des champs d' indicateur de début de charge utile du flux vidéo traité, ledit indicateur étant appelé « payload_unit_start_indicator » dans la norme MPEG- 2. Le champ « payload_unit_start_indicator » est un champ binaire de 1 bit, présent dans l' en-tête de chaque paquet TS, utilisé pour indiquer la présence d'un en-tête PES dans la charge utile du paquet.
Dans un autre exemple de réalisation, les modifications apportées au flux audiovisuel concernent tout ou partie des flux audio inclus dans le flux d'origine. Les modifications apportées au flux audio sont du même type que celles décrites pour la vidéo, mais adaptées aux spécificités des formats numériques audio, par exemple : substitution de coefficients spectraux ou des facteurs d'échelle par des valeurs aléatoires.
Dans tous les exemples de réalisation, les paquets TS d'origine, correspondant à des paquets modifiés dans le premier flux modifié, sont conservés dans un deuxième flux de format quelconque dans le portail (12) et ne sont pas transmis au module (8) .
Dans un autre exemple de réalisation, seules certaines parties du contenu des paquets substitués sont effectivement modifiées. Par exemple, seuls 5 coefficients DC sont modifiés au sein d'un paquet TS, les autres éléments du paquet restent inchangés.
Avantageusement, ledit deuxième flux contient uniquement les données nécessaires pour effectuer les substitutions d'octets à appliquer sur ledit premier flux pour obtenir ledit flux nominal. Ledit deuxième flux contient donc les positions et les valeurs d'origine des octets modifiés. Cela évite d'avoir à retransmettre l'ensemble du paquet TS d'origine dans le cas où les modifications sont peu nombreuses pour le paquet concerné.
Lorsqu'il lit la séquence binaire, un décodeur classique MPEG identifie le début d'une image codée, puis le type de l'image. Pour éviter toute confusion entre un boîtier décodeur standard souvent appelé « Set Top Box ou STB », le décodeur standard MPEG sera appelé « Lecteur » (« Player » ou « Viewer ») dans la suite du document. Ce Lecteur peut être réalisé de manière physique (ou « hardware ») et/ou de manière informatique (« software ») . Le lecteur MPEG décode successivement chaque macrobloc de l'image. L'image est reconstruite quand tous ses macroblocs ont été traités. S'il s'agit d'une image I, elle constitue une image de référence pour les images subséquentes et elle est stockée à la place de l'image de référence la plus ancienne. Les images sont ainsi disponibles, sous forme numérique, pour un traitement ultérieur et affichage, au gré de l'application. Certains paquets TS du flux audiovisuel sont donc conservés dans le portail (12) . Par contre, en lieu et place des paquets TS non transmis, le dispositif conforme à l'invention intercalera des paquets TS erronés de même nature et taille que les paquets enlevés et conservés dans le portail (12) de sorte que le Lecteur standard MPEG du module (8) ne soit pas perturbé par ces modifications qu'il ignorera et reconstituera en sortie un flux de sortie MPEG qui sera non correct du point de vue visuel pour un être humain mais correct du point de vue format MPEG. Le Lecteur MPEG du boîtier décodeur (8) est un Lecteur standard MPEG et n'est en aucune manière modifié ou affecté par les changements apportés au sein du flux MPEG.
Comme le montre la figure 1, l'interface de connexion (9) est reliée à un réseau de télécommunication étendu (10) , directement ou par un réseau local servant de réseau d' accès et est constitué par exemple d'une interface de ligne d'abonné (Réseau téléphonique analogique ou numérique, DSL, BLR, GSM, GPRS, UMTS, etc.).
Ainsi donc, les programmes audiovisuels sont diffusés de façon classique en mode multi-diffusion (« broadcast ») via le réseau de transmission large bande (4) de type hertzien, câble, satellite, numérique hertzien, DSL, etc. depuis le serveur (1) directement via la liaison (3bis) ou via le portail (12) via la liaison (2) et (3) vers le module décodeur (8) à travers la liaison (5) . Chaque programme audiovisuel ainsi diffusé peut être crypté ou non, et, conformément à la présente invention, les flux de type MPEG comportent des paquets TS substitués par des paquets dont les contenus ont été modifiés comme décrit ci-dessus. En fonction des paramètres choisis par l'usager ou des informations transmises par le serveur de diffusion, certains programmes audiovisuels ainsi modifiés et incomplets sont enregistrés dans le disque dur du boîtier (8) .
Lorsque l'usager désire visualiser un programme audiovisuel ainsi enregistré dans le disque dur de son boîtier (8) il en fait la demande de façon classique au moyen d'une télécommande reliée à son boîtier (8) qui se connecte alors automatiquement au portail (12) via la liaison (9) de type réseau local ou accès direct et à travers le réseau de télécommunication (10) lui-même relié au portail (12) via la liaison (11) . Tout au long de la visualisation du programme audiovisuel, les liaisons (9) et
(11) restent établies et permettent au boîtier (8) de recevoir les fonctions et les paramètres de remise en ordre et de restauration des paquets TS modifiés, ainsi que les paquets TS originaux conservés dans le portail (12) . Les paquets TS ainsi transmis ne sont jamais enregistrés dans le disque dur du boîtier (8) car le flux vidéo reconstitué par le module de synthèse est directement affiché sur l'écran de visualisation (6) via la liaison (7) après avoir été traité par le Lecteur du boîtier (8) à partir de sa mémoire locale volatile. Une fois traités et visualisés, les paquets TS originaux venant d'être transmis par le portail (12) sont effacés de la mémoire volatile locale du boîtier (8) .
A chaque fois que l'usager voudra regarder un programme enregistré dans le disque dur du boîtier (8) le boîtier (8) se connectera automatiquement vers le portail (12) . Le reconstitution du flux MPEG d'origine dans l'agencement d' interfaçage vidéo (8) est sans aucune perte.
De même lorsque l'usager fera une pause, la transmission dudit deuxième flux, contenant les paquets TS d'origine, en provenance du portail (12) sera interrompue jusqu'à la reprise de la visualisation, garantissant ainsi que toutes les informations d'un programme audiovisuel ne se retrouvent dans le boîtier (8) à un moment donné et évitant ainsi à une personne mal intentionnée de faire des copies pirates de ces enregistrements.
Avantageusement, ledit deuxième flux est crypté avant sa transmission au boîtier décodeur (8) selon une technique de cryptage standard.
Dans un mode de réalisation particulier, ledit deuxième flux contenant les informations permettant la reconstitution et la visualisation du programme audiovisuel par l'usager est structuré de telle sorte qu'il respecte la norme MPEG-2 TS.
Dans un mode de réalisation particulier, les réseaux de communication (4 ) et (10) sont confondus . Dans une variante de ce mode de réalisation particulier dans lequel ledit deuxième flux est structuré selon le format MPEG-2 TS, ledit deuxième flux est multiplexe avec le flux MPEG-2 TS contenant ledit premier flux. Par exemple, ledit deuxième flux est déclaré en tant que données
« utilisateur privé », au sein du programme contenant ledit premier flux, comme cela est prévu par la norme MPEG-2.
Avantageusement, ledit deuxième flux est crypté.
Bien que la présente invention soit plus particulièrement axée sur les flux vidéo inclus dans les flux MPEG-2 TS, il est entendu que toute information multimédia interactive et toutes données interactives multiplexées dans un flux MPEG-2 TS peuvent être traitées par le présent agencement et le présent système, les données vidéo de type MPEG étant les plus élaborées. La présente invention sera mieux comprise grâce à la description suivante présentant la base physique de la présente invention et en référence à la figure 2 du dessin en annexe représentant un mode de réalisation préféré de cette dernière en tant qu'exemple non limitatif de réalisation particulièrement bien adaptée pour les réseaux câblés et de satellites .
Le flux MPEG-2 TS (101) complet est analysé par le dispositif d'analyse (121) du portail (12) et sera ainsi séparé en un flux de type MPEG-2 TS, ledit premier flux, mais dont certains paquets TS auront été substitués et qui sera envoyé via la sortie (122) du portail vers le réseau de diffusion transmission large bande (4) .
L'autre partie du flux MPEG modifié, ledit deuxième flux, sera mémorisée dans la mémoire tampon (123) du portail (12) . Pour chaque flux MPEG ainsi diffusé, le portail (12) conservera dans une mémoire tampon (123) les modifications qui auront été apportées à ce flux MPEG-2 TS par l'analyseur (121) du portail (12) ainsi que les paquets TS originaux. Il est précisé que, pour un même flux d'entrée MPEG-2 TS (101) le traitement du flux peut être différent pour chaque utilisateur (8) et/ou pour chaque groupe d'utilisateurs (8) . Ainsi, la mémoire tampon (123) du portail (12) comprend une zone de mémoire différente pour chaque utilisateur.
Dans l'exemple réalisé qui suit, seuls les paquets TS vidéo contenant le début d'une slice (ou tranche) d'une image I dont le contenu est relatif à une image I, sont modifiés .
Décrivons maintenant en détail les différentes étapes pour un utilisateur.
Le portail (121) a choisi le flux MPEG-2 TS (101) qu'il va devoir envoyer à l'utilisateur (8) pour être regardé sur son écran de télévision (6) . Cet utilisateur est relié à un réseau câblé numérique de diffusion (4) et à un réseau de télécommunication ADSL (10) .
Le système d'analyse (121) du portail (12) va donc lire le flux entrant MPEG-2 TS (101) et, chaque fois qu'il détecte un paquet TS à modifier, il analyse son contenu. Cette analyse lui permet de reconnaître dans le code les coefficients DC et AC, et de les substituer par des valeurs aléatoires sans changer leur taille, au sein du paquet TS, afin de rendre les images (et par conséquent la séquence) non acceptables du point de vue perception visuelles humaines. Les vrais paquets TS seront stockés dans le tampon de sortie (123) , qui permettra plus tard la reconstitution de la séquence de départ dans le boîtier (8), en suivant le schéma inverse.
Le système d'analyse et de modification (121) inscrit alors le vrai paquet TS dans le tampon (123) . Le système d'analyse (121) continue son analyse jusqu'à la fin du flux d'entrée MPEG.
Le nouveau flux MPEG modifié est alors enregistré dans le tampon de sortie (122) pour être diffusé sur le réseau de diffusion (4) à travers la liaison (3) . Les paquets TS substitués du flux MPEG-2 TS entrant (101) sont mémorisés dans le tampon (123) du portail (12) .
Pendant ce temps, et de façon totalement non synchronisée, le flux de sortie MPEG-2 TS modifié en provenance du tampon de sortie (122) du portail (12) est diffusé via le réseau large bande (4) vers un ou plusieurs utilisateurs (8) et stocké sur le disque dur (85) .
La phase décrite ci-dessus correspond à la première phase de préparation du flux MPEG-2 TS par le portail (12) , à sa transmission via le réseau large bande (4) et à son enregistrement dans un décodeur (8) . Ce décodeur peut alors afficher ce flux MPEG-2 TS enregistré dans son disque dur (85) . Pour cela, le système de synthèse (87) du décodeur (8) va lire le fichier MPEG-2 TS depuis son disque dur (85) et va l'envoyer vers un lecteur classique MPEG-2 TS (81) . Si aucune donnée complémentaire n'est reçue par le système de synthèse (87) , alors le flux MPEG-2 TS qui parvient au lecteur (81) est traité et affiché tel quel, ce qui provoque une distorsion importante de l'affichage sur l'écran de visualisation (6) . En effet, les paquets TS modifiés qui sont traités par le système de synthèse (87) ne correspondent pas aux paquets TS qui sont nécessaires pour une visualisation correcte, puisque certains coefficients DC et AC ont été substitués par des coefficients aléatoires. Par contre, comme le flux enregistré est bien un flux de type MPEG-2 TS, le lecteur (81) ne fait aucune différence et affiche les informations sur l'écran de sortie (6) qui apparaissent bien comme des données d'un flux vidéo MPEG-2 TS mais totalement incohérentes pour l'œil de l'être humain qui regarde l'écran (6) . Toute copie du flux MPEG-2 TS en provenance du disque dur (85) du boîtier (8) produira le même effet visuel lors de sa restitution par un lecteur MPEG quelconque. Lorsque l'usager du décodeur (8) veut réellement visualiser sur son écran (6) le programme audiovisuel enregistré sur son disque dur (85) , il en fait la demande au système de synthèse (87) avec sa télécommande comme il le ferait avec un magnétoscope ou un lecteur de DVD présentant un menu sur son écran de télévision. Le système de synthèse
(87) fait alors une requête au disque dur (85) et commence à analyser le flux MPEG-2 TS modifié en provenance du disque dur (85) via le tampon de lecture (83) . Le système de synthèse (87) établit alors une liaison avec le portail (12) via le réseau de télécommunication (10) qui est dans notre exemple une liaison DSL. Une fois cette liaison établie, et pendant toute la durée de visualisation du film ou du programme audiovisuel, le système de synthèse (87) fait parvenir de la mémoire tampon (123) du serveur (12) les paquets TS originaux et des informations numériques correspondant au flux enregistré sur le disque dur (85) . Ces données parviennent au système de synthèse (87) via la mémoire tampon d'entrée (86) et sont stockés temporairement dans le système de synthèse (87) . A partir du flux MPEG-2 TS modifié qui parvient via le tampon (83) et à partir des paquets TS originaux et des données associées qui parviennent via le tampon (86) , le système de synthèse (87) reconstitue de façon inverse au processus d'analyse décrit précédemment, le flux MPEG-2 TS original et envoie le nouveau flux MPEG-2 TS ainsi reconstitué vers le lecteur (81) pour être affiché correctement sur l'écran (6). Avantageusement, dès leur utilisation, les paquets TS originaux provenant du portail (12) via ledit deuxième flux, et les données associées sont effacés du système de synthèse (87) .
Avantageusement, avant que le portail (12) n'envoie les paquets TS originaux et des données associées depuis son tampon (123), le portail (12) a vérifié que l'utilisateur du boîtier (8) était bien autorisé à recevoir ledit deuxième flux.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon un format de flux nominal respectant la norme MPEG-2 TS, composé d'une succession de paquets TS, caractérisé en ce que l'on procède, avant la transmission à l'équipement client, à une analyse du flux pour générer un premier flux conforme au format MPEG-2 TS, modifié en ce que tout ou partie des paquets TS le constituant ont été substitués par des paquets de même structure mais dont le contenu a été modifié, et un deuxième flux d'un format quelconque, comportant les informations numériques aptes à permettre la reconstruction dudit flux nominal, puis à transmettre séparément les deux flux ainsi générés depuis le serveur vers l'équipement destinataire, et en ce que l'on calcule sur l'équipement destinataire une synthèse d'un flux au format nominal en fonction dudit premier flux et dudit deuxième flux.
2 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits paquets TS substitués contiennent des informations relatives à un ou plusieurs flux vidéo inclus dans le flux TS .
3 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon la revendications 1, caractérisé en ce que lesdits paquets TS substitués contiennent des informations relatives à un ou plusieurs flux audio inclus dans le flux TS . 4 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite analyse du flux comporte une étape de détermination des paquets TS à substituer en fonction de leur contenu.
5 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que seules certaines parties du contenu des paquets substitués sont effectivement modifiées.
6 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit deuxième flux contient les paquets TS substitués issus du flux nominal.
7 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit deuxième flux contient les données nécessaires pour effectuer les substitutions d'octets à appliquer dans ledit premier flux pour obtenir ledit flux nominal.
8 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier flux est modifié par la modification des valeurs de tout ou partie des champs d'indicateur de début de charge utile.
9 Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit deuxième flux respecte le format MPEG-2 TS.
10 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier flux a la même taille en octets que le flux original en format MPEG-2 TS .
11 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier flux et ledit deuxième flux sont transmis à l'équipement destinataire via le même réseau de communication.
12 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit deuxième flux est crypté.
13 - Procédé pour la distribution de séquences audiovisuelles selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que ledit deuxième flux est multiplexe au sein dudit premier flux.
14 — Equipement pour la fabrication d'un flux vidéo pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13, comportant au moins un serveur multimédia contenant les séquences vidéos originales et caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'analyse du flux vidéo provenant dudit serveur pour générer lesdits deux flux. 15 - Equipement pour l'exploitation d'un flux vidéo pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant un lecteur standard de flux MPEG-2 TS, au moins une interface d'enregistrement [disque dur] destiné à stocker le contenu dudit premier flux et au moins une interface d'affichage, caractérisé en ce qu' il comporte un moyen pour la recomposition du flux original à partir desdits deux flux.
16 - Système pour la transmission d'un flux vidéo comprenant un équipement de production d'un flux vidéo selon la revendications 14, au moins un équipement d'exploitation d'un flux vidéo selon la revendication 15 et au moins un réseau de communication entre l'équipement de production et le (s) équipement (s) d'exploitation.
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