防止未经授权拷贝数字信息的方法和装置 本发明主要涉及消费电子产品领域，尤其是涉及防拷贝内容素材的保护。
一般来讲，光盘和其它数字存储介质由于它们存储和读取信息的性能而在全世界得到了广泛使用。在光盘中，例如致密盘(CD)，数字信息信号记录在一个表面上，并且所记录的信息是使用激光束拾取数字信号而得以再现的。
与CD有关的技术已经延展得覆盖了其它领域，例如存储用于各种目的的数字化音频、视频和文字数字信息，它们符合若干标准，例如数字视频盘(DVD)、CD-ROM(只读存储器)、MP3(运动图像专家组，第三层音频)等。(虽然通常引用CD进行说明，但应该明白所述说明和发明通常适用于任何光盘。)
就MP3而言，用于存储和传递压缩音频文件的MP3格式已经使音频录制品的大规模传播成为可能，因为一首歌曲的30或40兆字节的数字音频录制品能够压缩成3或4兆字节的MP3文件。使用典型的56kbps拨号方式连接到互连网，该MP3文件可在几分钟内下载到用户计算机上。因此，一未授权恶意方可从原始合法的CD读取歌曲，将该歌曲编码为MP3格式，并将该编码MP3的歌曲放在互联网上用于大规模非法传播。另外，该未授权的恶意方可提供用于下载该MP3编码歌曲的直接拨入服务。所述MP3编码歌曲的非法拷贝随后能够由音频播放设备播放，或者，例如，能够对其进行解压缩并存储在可记录CD上用于在常规的CD播放器上播放。
由安全数字音乐倡导(SDMI)的名字命名地组织已经由唱片公司建立，以通过在互联网上提供光盘防盗版技术保护唱片公司的版权。SDMI也是由美国唱片工业协会(RIAA)创办的；该倡导组织得到了多数唱片公司的支持，例如Universal，EMI，Sony和Time Warner。
安全数字音乐倡导(SDMI)和其它组织提倡使用“数字水印”来鉴别授权的内容素材。就像在其纸质水印一样，数字水印被嵌入到所述内容素材中，以使其可检测，却并不显见。包含水印的数字音乐录制品的音频播放，例如基本上无法与不带有水印的相同录制品的播放区分开来。然而，水印检测装置能够根据水印的存在与否来区分这两个录制品。
水印素材的精确复制将使得该水印能够复制到水印素材的拷贝中。然而，水印素材的不准确或有损耗的复制将不能在所述素材的有损拷贝中提供水印的复制。许多保护方案，包括SDMI的方案，已经利用有损复制的这一特性，根据正确的水印存在与否来鉴别合法素材与非法素材。按照所述SDMI的方案，规定了两种类型的水印：“耐用的”水印和“易损的”水印。耐用水印是这样一个水印：其被期望在经过有损复制之后还能继续存在，所述有损复制被设计成用来保留原始内容素材的主要部分，例如音频录制品的MP3编码。也就是，如果所述复制保留有足够的信息来允许原始录制品的合理复制，则所述耐用水印也将被保留。另一方面，易损水印是这样一个水印：期望它通过有损复制或其它违法篡改而被破坏。
按照SDMI的方案，耐用水印的存在表示所述内容素材是防拷贝的，而当耐用水印存在时，对应的易损水印的缺失或损坏表示防拷贝的素材已经以某一方式被篡改。SDMI适用设备被构造得能够拒绝再现带有被损坏的或缺少易损水印的水印素材，除非该损坏被一个“SDMI认证”处理证明是正常的，例如为了在便携式播放器上使用而进行的SDMI压缩。为了便于说明和理解，此处所使用的术语“再现(render)”包括内容素材的任何处理或传送，例如播放、记录、转换、确认、存储、装载等。
SDMI适用设备已经考虑到，根据每次拷贝期间检测的原始CD的耐用和易损水印，允许数字录制品例如CD的所有者仅进行四次数字拷贝。另外，如果当出现耐用水印时存在有易损水印的缺失或损坏，则SDMI适用设备不允许CD拷贝再次进行复制。此外，在对原始CD(或其上包含的歌曲)已经进行了拷贝而得到了四个数字录制品之后，所述SDMI适用设备将允许用户从原始CD上拷贝一部分大约为15秒或更少的轨迹。该15秒部分的轨迹可以被导入、记录在可记录CD上、以MP3文件的形式通过互联网传播，等等。
然而，即使在达到了录制限制后，通过允许记录这样一个取样部分，开放了避免4次的歌曲-录制的最小限制的潜能。例如，一首歌曲可以以15秒部分输入，每个部分被独立地识别作为一分开的歌曲或轨迹并且包括一TOC(内容表)。然后每个部分作为连续的15秒“歌曲”可被导入和再现，从而拼合成所述原始歌曲。
为了防止将具有一系列轨迹段的歌曲拼凑在一起而重新制作成一首独立的“歌曲”，一个方法是：SDMI适用设备在每首输入歌曲之间插入例如为2秒的间隙。因此，如果从输入的15秒部分拼合所述原始歌曲或轨迹，则在该歌曲的每个15秒中出现一个2秒的间隔。这有效的防止了歌曲的这种非法拷贝。这样一个系统在美国专利申请号第09/747513号(代理人标签US00401)中有所描述。
虽然插入一个2秒的间隙是防止这种非法输入的有效解决方案，但在用户可以进行合法拷贝(例如，进行所述四次允许拷贝之一)的某些情况下存在潜在的缺点。在许多情况下，例如记录在CD上的现场表演，音乐从一个轨迹到下一个轨迹连续播放而没有任何时间空隙。作为一个特定的例子，在由Grateful Dead录制的现场演奏CD上，歌曲“China Cat Sunflower”之后可以无间隔的继续演奏“I KnowYou Rider”，即使它们在CD上被识别为分开的轨迹。然而，正在进行所述CD的一授权录制的用户将在所述两个轨迹之间得到插入的2秒间隙。因此对于所述用户来说，该间隙将改变所述CD的授权时所记录的版本。
因此，还需要这样一种装置和方法，用于防止介质被拷贝一定数量的次数并且不会迫使合法记录轨迹的用户听到介质中的间隙。还要求该装置符合SDMI和类似标准。例如，除了用于防止超过一定数量的录制之外，即使达到了允许拷贝的次数，还要求等于预定数量秒(例如15秒)的介质的片段可被导入、再现和录制。
因此，本发明的一个目的是提供一种系统，用于防止数字音频录制品的未授权导入，而不会在歌曲之间插入时间间隙。
本发明的另一个目的是提供一种方法和系统，其允许导入类似于例如15秒的轨迹片段，即使已经达到了所述介质或轨迹的授权拷贝的数量。
本发明再有的另一个目的是提供一种系统和装置，其执行与SDMI协议相适应的上述方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种如权利要求1所述的方法。对于所述介质或其它原始录制品的每条轨迹或歌曲，所述保留位被并入所述水印中，使得至少一个这种位被标记在所述轨迹的第一片段和所述轨迹的最后片段中。本发明还涉及一种具有记录在其上的水印的记录介质，所述水印包括如此定位的专用位。
本发明还涉及一种系统或设备，其通过这样的步骤来记录或再现发源于一介质或其它原始录制品或一介质或其它原始记录的轨迹的数据：首先确定具有水印的所述轨迹的第一和最后片段位于何处；对来自所述轨迹的水印进行解码；确定至少一个专用位是否标记在每个轨迹的第一和最后片段上；还确定插入到所述轨迹中的序列ID在所述轨迹的第一和最后片段之间是否具有正确的顺序。如果不具有正确的顺序，则录制或再现被拒绝。
所述录制或再现设备或系统允许授权拷贝或再现授权的拷贝，防止使用较小的片段拼凑歌曲，并且不会为了达到这个目的而在轨迹之间插入人造间隙。它还与SDMI协议相容。如果轨迹被授权再现，则在所述轨迹的第一和最后片段中将检测出至少一个专用位并且所述插入的序列ID处于正确位置。因此，再现被允许。
另一方面，如果再现未被授权(例如，已经超过了限制，如通过所述歌曲的多个片段中的易损水印的损坏所表明的)并且用户试图使用伪装为“歌曲”(也就是，每个具有一关联的TOC)的15秒片段录制或再现歌曲，则在所述轨迹或歌曲的第一和最后片段中将不会找出至少一个专用位。也不会找出插入到所述轨迹的第一和最后片段之间的正确的序列ID。因此，不需要在轨迹之间插入2秒的间隙来防止未授权拷贝，因为记录在出现任何导入或记录之前就被拒绝了。
根据下面结合附图对典型实施例的详细说明，本发明的上面和其它目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1表示根据本发明一个实施例的系统的方框图；
图2表示根据本发明一个实施例的音频录制品的数据部分；和
图3表示根据本发明一个实施例的用于保护音频录制品的处理的流程图。
现在参见附图，其中相同的附图标记在整个几幅图中表示相同的元件，并且一般已知的元件或功能将省略以避免影响理解本发明。
图1表示根据本发明的保护系统100的示例方框图。保护系统100包括用于将内容素材编码到介质130上的编码器110、和用于从所述介质130再现内容素材的解码器120，并且该系统在共同待决的美国申请号第09/536944号中进行了详细讨论。
编码器110从内容源101接收音乐数据给读取器或选择器112。结合器116从阅读器提取内容数据部分并将一水印结合其上。本申请中涉及的术语“水印”被定义为耐用水印、易损水印或通过CD读取器或光盘设备能够再现、存储和记录的任何类型的水印。所述水印与内容数据(在该情况下，为音频信号)进行混合以提供可编码的和可识别的数据结构，如图2所示。提供水印数据，以使它不影响所述内容素材的音频质量。编码器110包括用于将来自读取器112的内容素材和来自结合器116的所述内容素材和水印记录到介质130上的记录器114。
参照图2，对一轨迹进行了图解说明，包含根据本发明所记录的数据结构的描述，例如由图1的记录器114记录到介质130上的数据。数据以轨迹201的形式存储，所述轨迹可代表，例如一首记录在CD上的歌曲。在轨迹201上记录的数据包括水印数据201a和音乐数据201b。虽然在图2中水印数据201a和音乐数据201b是分开表示的，但应该明白这些数据项是以数字格式混合(例如，通过图1的结合器116和记录器114)存储在所述轨迹上的。注意，水印数据201a不会干扰音频播放，并且可从所述轨迹(例如，通过解码器)提取以提供下述的鉴定。本领域技术人员应该意识到除了上述的信息外，所述轨迹可包含更多的信息。
注意，虽然以参考标记201a和201b分开表示，但构成轨迹201的水印数据201a和音乐数据201b被混合并一起记录到所述轨迹上。轨迹201的一放大表示如图2中的轨迹201c所示。如轨迹201c所表示的，该轨迹被分割成一系列的轨迹片段1，2，...，n。(这些轨迹片段也在所述的水印数据201a和音乐数据201b的描述中进行了描绘)
每个轨迹片段为一特定长度的时间，例如，约15秒。因此，如果一条轨迹是一首为3:00分钟的歌曲，则其可以由12个15秒轨迹片段构成。(本领域技术人员应该意识到一条轨迹可以长于或短于3分钟并且所述轨迹片段可以长于或短于15秒。)每个轨迹片段1，2，...，n的大部分是由混合的音乐和水印数据构成的。然而，每个片段还可以包括其它控制和识别数据。具体来说，轨迹1(以及其它轨迹和轨迹片段)的n个片段中的每一个包括三个相关的数据元：1)CDID(光盘标识)或唯一标识符，其对于CD(或唱片)或其它存储介质上的所有片段是相同的，2)轨迹号，和3)片段识别符(序列ID)。这些数据字段在上述共同待决的申请中有更加详细的介绍。因此，轨迹号和用于每个轨迹片段的序列ID的结合将唯一确定所述唱片上的每个片段。
在轨迹201b的每个轨迹片段(具有序列ID 1，2，...，n)上编码的水印具有至少一个保留或专用位。例如，如果在每个轨迹片段的水印中具有50个数据位，则第8位可被保留用于专用位。该专用位标记(例如，给定值“1”)在所述轨迹的第一和最后(第n个)轨迹片段中，而在其它轨迹片段2，...，n-1中未标记(例如，给定值“0”)。如上所述，图2的轨迹由图1中的编码器110的结合器116和记录器114格式化并且记录到介质130上。当然可以记录有相同结构的多条轨迹。本领域技术人员还应该意识到所述轨迹还可以通过除图1所示之外的其它源“烧录”、传送、拷贝或置于一介质上，例如CD。另外，本领域技术人员应该意识到嵌入了专用位、序列ID等的水印可以在处于整个水印的任何部分中，例如CDID或轨迹号。
再参见图1，根据本发明的解码器120包括再现器(render)122和门电路124，该解码器由上述引用的共同待决的美国申请中所讨论的整体检验器126来控制。根据本发明的再现器122包括例如用于检查在适当的部分中是否标记有专用位的软件和其它鉴别检测，如下面进一步讨论的。整体检验器126对CD的一部分进行取样以确定录制品的其它任意部分是否出现并且是否与正被再现的轨迹一致，如果不一致，则拒绝再现。如果被授权，则门电路124输出所述再现信号。
图1中的CD读取器132在下面的说明中用于描述按照SDMI或类似协议用于再现经授权的轨迹的下载。因此，CD读取器132可从CD130下载由图2所示的和上述的轨迹片段1，2，...，n构成的轨迹。CD读取器132还可下载用于再现的如图2所示格式化的多条轨迹。
在用于未授权拷贝的潜在系统的说明中，歌曲提取器142从介质130提取一首歌曲并将它传递给示例CD模拟器144，代表歌曲通过互联网的可能违法下载。CD模拟器144例如代表一软件程序，其用于提供响应常规CD读取命令的信息。可选择地，从歌曲提取器接收的信息可写入到一CD介质上并且提供给所述常规CD读取器132。
为了说明的目的，假设歌曲提取器142包括试图回避SDMI或类似协议的软件。例如，歌曲提取器142可将从介质130下载的轨迹转换为压缩(例如，MP3)文件，这将破坏易损水印。可选择地，所述歌曲提取器142试图回避由所述协议授权的记录的次数(对于SDMI为4)。在这种情况下，所述歌曲提取器142可下载每个轨迹的单独的轨迹片段并且以一关联的TOC将每个单独轨迹片段伪装成独立的轨迹或“歌曲”。如果每个轨迹片段少于15秒，则这种导入是通过SDMI系统授权的。CD模拟器144将伪装成独立轨迹的轨迹片段紧挨着放置以用于再现，从而将原始轨迹拼凑为将伪装的15秒轨迹(也就是轨迹片段)的合辑。
参见图3，其表示由所述软件或再现器122执行的本发明一实施例的流程图，其将防止这种未授权的再现。再现器122从CD读取器132或CD模拟器144接收数据流。在步骤301，如图2所示的第一(1)片段和最后(n)片段在所述数据流中被识别。例如，读取器132利用识别介质130的轨迹的开始和结束(如在CD的TOC区中给出的)的软件处理部分，读取器132选择一个轨迹并将其下载到解码器120。
可使用存在于在每个片段中的序列ID号字段来识别所述轨迹的第一(1)和最后(n)片段，这将如上所述的对片段1和片段n进行识别。在步骤303中，对第一和第n片段的数据进行解码并提取水印数据。在所述轨迹的第一和第n片段中的每一个的水印中保留的专用位被检查以确定它在步骤305中是否被标记(例如，具有逻辑电平“1”)。如果未标记，则拒绝再现(步骤307)。
如下进一步所描述的，所述介质可能不具有带有位于轨迹的第一(1)和最后(n)片段上的至少一个专用位的、标记的耐用或易损水印，因为(例如)一个系统(例如歌曲提取器142和CD模拟器144)已经试图重新安排轨迹数据以超过规定的四次来再生轨迹。
在步骤309中，确定介于所述轨迹的第一(1)和最后(n)片段之间的轨迹片段2，3，...，n-1的序列ID是否存在以及是否以正确的顺序存在。如果介于所述轨迹的第一(1)和最后(n)片段之间的序列ID的正确顺序未被发现，则在步骤307再现被拒绝。如果确定介于所述轨迹的第一和最后片段之间的序列ID是处于正确的顺序，则在步骤311允许再现。如果允许轨迹再现，则所述轨迹可被播放、“烧录”、传送等。
图3的处理可重复用于介质130(例如，整个CD)上提供的随后的轨迹。然而，如果CD的任何特定的轨迹未被授权，则任何进一步的轨迹的再现被拒绝。
在参照图1，如果CD读取器132支持具有图2所示的格式的轨迹，则所述再现器122将找到标记在所述轨迹的第一和最后(第n)轨迹片段上的专用位(在图3的确定框中为“是”)，并且还将发现轨迹片段2，3，...，n-1的序列ID处于适当的顺序(在确定框309中为“是”)。从而，在步骤311授权再现(至少初步地)。注意所述解码器120仍然可以拒绝再现。例如，如果整体检测器126确定所述水印的片段已经损坏或不存在(例如，因为其是非法的或已经在SDMI定义域内记录了多于四次)，则再现被拒绝。
注意，所述歌曲提取器142和CD模拟器被用于说明图3的处理是如何避免阻挠未授权拷贝的尝试。例如，在SDMI域内，当最多为四次记录已经得到确认时，易损水印将被退化并且将不会通过所述整体检测器。如上所述，歌曲提取器142试图回避由所述协议授权的记录次数(对于SDMI为四次)。在这种情况下，所述歌曲提取器142可下载每个轨迹的单独的轨迹片段(例如图2中的轨迹片段1，2，...，n)并且将每个单独的轨迹片段伪装成关联的TOC中的独立的轨迹或“歌曲”。如果每个轨迹片段少于15秒，则这样的导入另外也被SDMI适用系统授权。一旦处于SDMI域内，任何包括SDMI适用系统的设备将以任何顺序播放所述轨迹。因此，可以将作为独立的轨迹的轨迹片段紧挨着放置以用于再现，并且因此将所述原始轨迹拼凑为这种轨迹片段的合辑。
然而，因为将每个这种轨迹片段伪装成独立的轨迹，所以本发明的再现器122将使用图3的处理方法处理伪装为一个轨迹的轨迹片段。从而，对于每个伪装成一个轨迹的轨迹片段，在步骤305中都将试图找出标记在所述“轨迹”(也就是经伪装的轨迹片段)的第一和第n轨迹片段中的专用位。对于第一轨迹片段，在步骤305将找出一个专用位。一般，作为步骤305和309的特殊情况，所述再现器将允许具有单一轨迹片段和在其中仅具有一位的歌曲被再现，因为可能有非常短的歌曲(例如15秒或更少)的情况。因此，第一轨迹片段将通过步骤305。然而，作为分离轨迹出现的在第一片段之后(且在第n片段之前)的轨迹片段将不会通过步骤305，因为它们不具有标记的专用位。与第一片段相同，第n片段通常也将通过步骤305。
从而，因为伪装成独立轨迹的轨迹片段在被拒绝再现之前不会越过步骤305，所以防止了通过通过伪装成独立轨迹片段而进行的轨迹的未授权导入。至多，只有第一和最后的轨迹片段(也就是歌曲的第一和最后15秒)被再现。对于所有的意图和目的，这样一首拼凑起来的“歌曲”都是无价值的。通过使用这种技术，就不需要在导入的轨迹之间插入时间空隙，如上所述，所述时间空隙是在原始轨迹的授权再现和记录过程中随时插入的不希望的间隙。
注意在上述说明中，所讨论的轨迹的序列ID被编号1，2，...，n。当介质，例如CD包括多条轨迹时，所述序列ID从所述第一轨迹的第一轨迹片段到最后轨迹的最后轨迹片段顺序增加。因此，例如第一轨迹可具有序列ID为1，2，...，n。在这种情况下，第二轨迹将具有n+1，n+2，...，n+m的序列ID，其中m为第二轨迹中的轨迹片段数。同样第三轨迹将具有以n+m+1开始的序列ID，依此类推。
虽然参照附图已经介绍了本发明的示意实施例，但应该理解本发明并不局限于那些具体的实施例。例如，可修改图2的数据格式和图3的处理方法，使得所述专用位只标记在所述轨迹的第一轨迹片段(也就是图2的参考标记为201C的轨迹片段)中。在图3的步骤305，该处理方法仅仅查找将标记在第一轨迹片段上的专用位。尽管与上述的实施例相比这种格式更易受冲击，但它可以提供足够的保护来防止许多类型的未授权导入。可选择地，例如，当所述轨迹的第一和最后片段都使用专用位时，使用多于一位可改善对再现的控制，并且因此降低了未授权拷贝的攻击性。例如，一个轨迹的第一片段可标记有两个专用位，而最后的片段标记有一个专用位。然后该系统在识别未授权拷贝的企图时，将具有额外的数据来识别哪个片段是第一片段和哪个是最后片段。因此，期望本发明的范围完全由后附的权利要求的范围定义。