Способ и устройство для "водяного знака" однократного копирования для видеозаписи

Способ и устройство для "водяного знака" однократного копирования для видеозаписи

Реферат

 

Изобретение относится к защите видеоматериала от копирования посредством введения в видеосигналы устойчивых идентификационных кодов. В способе и устройстве для однократного копирования (К) цифрового видеосигнала (В) используют водяной знак (ВЗ) в В. Встроенный ВЗ имеет два варианта: один обозначает полный запрет К, а второй обозначает разрешение однократного К, причем они отличаются одним битом ВЗ. ВЗ имеет дополнительные биты, отображающие в цифровом виде атрибут (А) (параметры изображения) конкретного телевизионного кадра В, например среднее значение амплитуды поля В, кадр А которого содержится в ВЗ, имеет маркер поля или кадра, который представляет собой специальный сигнал, расположенный в невидимой части кадра. Видеомагнитофон осуществляет проверку ВЗ и бита (48, 54) однократного К, извлекает соответствующий А из ВЗ (56) и сравнивает (68) его с измеренным А (58) из помеченного кадра В. Запись разрешают только в том случае, если извлеченное значение А и измеренное значение А совпадают. В течение процесса записи (70) маркера кадра удаляют (72), что предотвращает создание копий второго поколения с записанного В, а бит однократного К устанавливают соответствующим полному запрету К. Техническим результатом является упрощение защиты видеоматериала от копирования. 7 с. и 38 з.п. ф-лы, 6 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Изобретение относится к защите видеоматериала от копирования посредством введения в видеосигналы устойчивых идентификационных кодов (например, так называемых "водяных знаков" или "характерных отпечатков") и использования этих идентификационных кодов для способа и устройства, обеспечивающего возможность "однократного копирования".

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Проблема защиты видеоматериала, например фильмов на видеомагнитофонной ленте, от копирования хорошо известна. Для видеоматериала, записанного на пленку обычным аналоговым способом, решением является известный процесс "Макровижн" (Macrovision) противодействия копированию, в котором осуществляют добавление импульсов в интервале гашения обратного хода кадровой развертки видеосигнала (см. патенты США 4631603 и 4695901, выданные Райану (Ryan) и включенные сюда (в качестве ссылки). Эти дополнительные импульсы создают помехи для схемы автоматической регулировки усиления обычного КВМ (кассетного видеомагнитофона) (VCR) и таким образом делают невозможным просмотр любого записанного видеосигнала, приводя к нарушению изображения.

Для цифрового видеосигнала защита от копирования является еще более важной проблемой, поскольку по своему характеру цифровая запись видеосигнала является точной копией оригинала, и в отличие от аналоговой записи качество изображения не претерпевает какого-либо ухудшения. Следовательно, в случае цифровой видеозаписи для людей существует еще больше побудительных мотивов к изготовлению нелицензионных копий видеоматериала, защищенного авторским правом. Это является главным препятствием для внедрения носителей цифрового видеосигнала с предварительной записью и для коммерческого введения цифровых видеомагнитофонов.

Одним из известных решений этой проблемы является использование идентификационных знаков ("водяных знаков"). Водяные знаки представляют собой внедренные в видеосигнал цифровые коды, считывание которых может быть осуществлено устройством считывания (детектором), имеющимся в соответствующем изобретению видеомагнитофоне или в устройстве воспроизведения (видеоплеере), причем сам водяной знак не оказывает визуальных помех на видеосигнал (то есть отсутствует какое-либо существенное ухудшение качества изображения). Считывание "водяного знака" в видеомагнитофоне или в видеоплеере осуществляют посредством детекторной схемы, которая в зависимости от водяного знака дает команды видеомагнитофону или видеоплееру выполнить определенные функции, например не осуществлять копирование или разрешить только однократное копирование материала. Для использования водяных знаков необходимо наличие в соответствующем изобретению видеомагнитофоне или видеоплеере специальной детекторной схемы.

Водяные знаки представляют собой специальные сигналы, которые встроены в видеосигнал таким образом, что они не могут быть удалены без существенного повреждения видеосигнала, а осуществить преднамеренное или случайное удаление водяного знака сложно. Водяные знаки являются так называемой двусторонней схемой защиты от копирования, для которой необходим специально приспособленный ("соответствующий изобретению") видеомагнитофон/видеоплеер, который может обнаруживать водяной знак и реагировать на него. Обычный "не соответствующий изобретению" видеомагнитофон игнорирует водяной знак, и, следовательно, водяной знак не будет оказывать никакого воздействия. Это является отличием от описанного выше "одностороннего" процесса Макровижн для защиты от копирования, который, впрочем, в общем случае не пригоден для защиты цифрового сигнала.

Несмотря на то что подобные водяные знаки являются удобными для использования и уже были в ограниченной степени внедрены для промышленного применения, они имеют существенные недостатки. Наиболее важный недостаток возникает в той ситуации, когда предоставлена возможность однократного копирования, что обычно имеет место в индустрии кабельного телевидения при осуществлении трансляции с оплатой за просмотр, например, кинофильмов. Индустрия кабельного телевидения создала среди своих абонентов ожидание того, что им будет разрешено делать их собственные личные записи передач кабельного телевидения, например кинофильма, с использованием КВМ. Несмотря на то что владельцы авторских прав и индустрия кабельного телевидения пришли к заключению об очевидной приемлемости в общем случае такой однократной записи пользователем для его личного применения, владельцы авторских прав (например, киностудии) не желают предоставлять возможность изготовления каких-либо повторных записей (записей второго поколения). Следовательно, желательно разрешить передачу видеосигнала, например, по кабельному телевидению с возможностью только однократного копирования при сохранении запрета на создание любых копий второго поколения с первой копии.

Запрет таких повторных записей возможен при использовании общепринятой технологии с применением "водяных знаков". Как правило, в подобной ситуации используют водяные знаки двух типов: водяной знак "полного запрета копирования" и водяной знак "однократного копирования". Оба из них должны быть считаны соответствующим изобретению видеомагнитофоном, осуществляющим копирование, который после записи заменяет водяной знак однократного копирования на водяной знак полного запрета копирования. Из-за этого возникает проблема, связанная с дополнительной стоимостью соответствующего изобретению видеомагнитофона, поскольку он должен быть способен обнаруживать оба из двух различных водяных знаков, а также добавлять (записывать) водяной знак полного запрета копирования. Помимо того, что такая система является весьма дорогостоящей при реализации, также можно легко технически отменить ее действие, и, следовательно, она не отвечает предъявляемым к ней требованиям.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ В области цифровой видеозаписи существует необходимость создания способа обеспечения однократного копирования, в котором предложены усовершенствования с точки зрения экономичности и обеспечения защиты по сравнению с известным уровнем техники. Также существует потребность создания способа однократного копирования, в котором необходим только один водяной знак и, следовательно, только один детектор водяного знака для каждого соответствующего изобретению записывающего (или воспроизводящего) устройства. В этом способе соответствующие изобретению видеомагнитофоны не должны иметь устройств добавления водяного знака или модификаторов. (Здесь термин "соответствующий изобретению") обозначает устройство, отличающееся от обычного, которое видоизменено посредством добавления специальной схемы и/или программного обеспечения в соответствии с изобретением). Если изготовители видеоплееров и видеомагнитофонов пожелают применить изобретение на практике, то они дополнят свои изделия соответствующей изобретению схемой и программным обеспечением, а поставщики видеоматериала подобным же образом добавят в свои программы требуемые сигналы.

Кроме того, такая система должна быть простой в исполнении, не требовать необходимости сохранения каких-либо секретов для обеспечения ее защиты и обеспечивать функционирование как в области аналоговых сигналов, так и цифровых. Еще одним требованием является то, что даже если первая (разрешенная) запись на существующем обычном бытовом КВМ, имеющем систему либо VHS (систему домашнего видео), либо S-VHS (усовершенствованную систему домашнего видео), либо 8 мм (для которой обычно не предполагают, что она может соответствовать цифровому протоколу однократного копирования) уже сделана, то запрет на создание копий второго поколения посредством соответствующего изобретению записывающего устройства сохраняется.

Поэтому в соответствии с настоящим изобретением предложен единственный тип водяного знака, который имеет два варианта: полный запрет копирования и разрешение однократного копирования, которые являются идентичными за исключением одного бита. Согласно изобретению отсутствует необходимость добавлять водяной знак к видеосигналу после записи, поскольку вместо этого осуществляют преобразование водяного знака однократного копирования в водяной знак полного запрета копирования путем простой замены бита. (Используемый здесь термин "водяной знак" обозначает оба водяных знака и другие типы цифровых "характерных отпечатков"). Как описано ниже, настоящее изобретение может быть использовано и для цифрового видеосигнала и для аналогового видеосигнала (например, для системы VHS, для системы S-VHS или для системы видео 8 мм). Водяной знак согласно настоящему изобретению выдерживает преобразование из аналогового вида в цифровой или из цифрового вида в аналоговый, выдерживает сжатие и выдерживает преобразование из одного телевизионного стандарта в другой, то есть из ПАЛ (PAL) в НТСЦ (NTSC) или из НТСЦ в ПАЛ.

В соответствии с изобретением водяной знак, являющийся цифровым сигналом, обычно вводят в видеоизображение. Подмножество битов водяного знака имеет цифровой атрибут (число), который представляет собой числовую характеристику видеосигнала, например среднее значение амплитуды видеосигнала по одному телевизионному полю или кадру. Согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте атрибут видеосигнала представляет собой некоторую однозначно определенную характеристику видеосигнала, изменение которой от кадра к кадру является максимальным, и которая не подвержена типичному искажению, существующему в соответствующем канале аналоговой или цифровой передачи. Атрибут используют только для варианта однократного копирования.

Для формирования (кодирования) видеосигнала с водяным знаком в дополнение к обычному введению в него водяного знака также осуществляют случайный (или псевдослучайный) выбор одного кадра (или поля), например одного кадра через каждые 10 секунд видеосигнала, и производят цифровое вычисление атрибута для этого кадра (или поля) видеосигнала. К этому кадру также добавляют "маркер поля" ("метку") для указания того, что он является выбранным кадром. Этот маркер поля представляет собой специальный сигнал, расположенный в обычно невидимой части телевизионного кадра, например в нерабочей части экрана.

Передачу закодированного видеосигнала потребителю, который пытается осуществить его запись с использованием своего соответствующего изобретению цифрового видеомагнитофона, обычно осуществляют посредством, например, кабельного телевидения или через спутник. До записи соответствующий изобретению цифровой видеомагнитофон просматривает водяной знак, производит его проверку, регистрирует наличие бита однократного копирования в водяном знаке и извлекает из водяного знака значение соответствующего ему атрибута. Соответствующий изобретению видеомагнитофон также регистрирует наличие маркера поля в конкретном помеченном поле, измеряет атрибут этого конкретного поля и сравнивает измеренный атрибут с извлеченным значением атрибута. Если эти два значения атрибутов совпадают, то видеомагнитофон осуществляет запись. Если они не совпадают, то производят запрет записи (копирования).

В это же время видеомагнитофон при выполнении им записи удаляет маркер поля из видеосигнала для предотвращения любого повторного копирования результирующей записи. Отсутствие маркеров поля не позволяет произвести какую-либо повторную запись конкретного видеосигнала посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона.

Следовательно, соответствующий изобретению видеомагнитофон включает в себя устройство считывания водяного знака (детектор и верификатор), схему измерения атрибута, устройство удаления маркера поля (устройство удаления) и соответствующие вычислительные средства (программное обеспечение) в микропроцессоре, который обычно находится в подобном видеомагнитофоне, для выполнения необходимых вычислений и логических функций, включающих в себя сравнение атрибутов.

В предпочтительном варианте маркер поля представляет собой сигнал, который не может быть обнаружен и воспроизведен посредством обычных аналоговых КВМ, поскольку тип маркеров поля выбирают таким, чтобы схема фильтрации сигнала цветности, обычно имеющаяся в таких аналоговых КВМ, осуществляла их удаление. Следовательно, если запись исходного переданного видеосигнала осуществлена с использованием такого обычного аналогового видеомагнитофона, то в процессе аналоговой записи маркеры поля не сохраняются, что предотвращает создание повторной копии на любом соответствующем изобретению цифровом видеомагнитофоне.

Маркер поля обычно вводят в невидимую часть активного видеосигнала, то есть в нерабочую область экрана телевизионных приемников. В альтернативном варианте маркеры поля помещают в интервалы гашения обратного хода кадровой или строчной развертки. В предпочтительном варианте маркер поля представляет собой такой сигнал, удаление которого осуществляют автоматически согласно описанному выше посредством обычного записывающего устройства, но это не является необходимым условием.

Несмотря на то что типичным применением настоящего процесса нанесения водяных знаков являются вышеописанные системы кабельного телевидения или спутникового распределения телевизионных программ, это не является ограничивающим признаком. Конечно же для предварительно записанного, например, на ленте или на УЦД (Универсальный цифровой видеодиск (DVD)) видеоматериала этот процесс обычно не осуществляют, поскольку подобный материал обычно не подлежит однократному копированию, а является материалом с "полным запретом копирования". Однако настоящий процесс нанесения водяных знаков, позволяющих осуществлять однократное копирование, может быть использован и для предварительно записанного видеоматериала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ На Фиг. 1 показана блок-схема устройства кодирования согласно изобретению.

На Фиг.2 показана блок-схема видеомагнитофона для схемы управления водяным знаком/воспроизведением в соответствии с изобретением.

Фиг.3 представляет собой таблицу характеристик для системы с двумя водяными знаками.

На Фиг.4 показан способ отмены действия настоящего процесса однократного копирования.

На Фиг.5 показано устройство отмены действия из Фиг.4.

На чертежах с Фиг.6А по Фиг.6Г показано использование конкретного маркера видеосигнала согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОСНОВНОЙ ПРОЦЕСС В соответствии с изобретением водяной знак вводят в видеосигнал (кодируют вместе с ним) с "полезной нагрузкой", например, равной 8-ми битам. (Полезная нагрузка представляет собой количество изменяемых битов). Биты 1 и 2 из восьми битов полезной нагрузки представляют собой обычные (в цифровом видеосигнале) биты системы управления генерацией копий (СУГК) (CGMS), а биты 3 и 4 являются битами аналоговой системы защиты (ACЗ) (APS). В действительности аналоговая система защиты представляет собой, например, известный процесс "Макровижн" противодействия копированию видеосигнала. Поэтому эти четыре бита обычно используют для обозначения однократного копирования/полного запрета копирования/запрета дальнейшего копирования и для включения или выключения аналоговой системы защиты. ("Макровижн" или другие аналоговые процессы противодействия копированию применимы для цифровой записи, поскольку цифровые видеомагнитофоны обычно имеют возможность ввода аналогового видеосигнала). Согласно изобретению остальные четыре бита полезной нагрузки определяют атрибут изображения выбранного кадра основного видеосигнала, примеры которого описаны ниже.

Для программы (видеосигнала) с "полным запретом копирования" значения битов 1 и 2 из восьми битов полезной нагрузки по общей договоренности устанавливают равными (1,1). В этом случае состояние битов с 5-го по 8-й "не имеет значения". При обнаружении конфигурации битов (1,1) соответствующее изобретению записывающее устройство отказывается производить какую-либо запись материала.

Для программы "однократного копирования" опять по общей договоренности значения битов 1 и 2 устанавливают равными (1,0), а биты с 5-го по 8-й теперь служат носителем 4-битового отображения атрибута программы. Здесь термин "атрибут" означает числовое выражение некоторой характеристики видеоматериала. В предпочтительном варианте изменение атрибута от кадра к кадру является максимальным при условии изменения изображения. В предпочтительном варианте атрибут не изменяется при наличии ожидаемых искажений видеосигнала, вызванных искажениями в канале аналоговой или цифровой передачи, по которому передают видеосигнал, например, шумами, нелинейностью или частотной характеристикой.

Соответствующее изобретению устройство видеозаписи при обнаружении конфигурации битов (1,0), обуславливающей однократное копирование, производит вычисление того же самого атрибута соответствующего кадра видеосигнала и его сравнение со значением, которое несут в себе биты полезной нагрузки с 5-го по 8-й. Если они совпадают, то разрешают продолжение копирования. Если они не совпадают, то копирование (запись) прекращают. Другими словами, команда однократного копирования, которая выдает несовпадающий атрибут, останавливает процесс записи, осуществляемый соответствующим изобретению записывающим устройством. В конечном счете, при выполнении разрешенной записи первого поколения записываемый видеосигнал изменяют на записи таким образом, чтобы последующие соответствующие изобретению записывающие устройства не смогли бы производить проверку правильности значения атрибута, содержащегося в водяном знаке, осуществляя таким образом запрет последующего копирования.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ В приведенном ниже более подробном описании одного варианта осуществления этого способа учтена возможность того, что при наличии шумов или после сжатия схеме устройства считывания водяного знака может потребоваться, например, 10 секунд или более для однозначного обнаружения и декодирования водяного знака. Указанные временные интервалы приведены только в качестве примера.

ОПЕРАЦИЯ КОДИРОВАНИЯ.

1. Кодирование относят к процессу защиты видеоматериала "на входе". Через каждый промежуток времени, равный, например, 20 секундам, устройство кодирования в пределах первых пяти секунд случайным образом выбирает из программы одно поле (или кадр) видеосигнала, которые позволяют осуществить надежное измерение атрибута даже после того, как видеосигнал был подвергнут различным вышеописанным искажениям, существующим в системах аналоговой или цифровой передачи. Устройство кодирования измеряет значение атрибута для выбранного поля или кадра.

2. После ожидания в течение случайным образом выбранного промежутка времени (например, от нуля до 5-ти секунд для улучшения защиты) устройство кодирования осуществляет кодирование измеренного значения атрибута выбранного поля в виде представляющего собой 4-х битовое цифровое слово водяного знака, обычно отличающегося от общепринятого. (В предпочтительном варианте водяной знак непрерывно добавляют к видеосигналу, причем эти 4 бита устанавливают равными некоторому запрещенному значению, например, F (в шестнадцатеричной системе счисления) до тех пор, пока не будет дана команда ввести значение атрибута).

3. Устройство кодирования помечает выбранное при выполнении операции 1 поле таким образом, чтобы соответствующие изобретению записывающие устройства могли надежно определить его местоположение. Далее описан пример способа введения маркеров: производят гашение, приблизительно первой микросекунды первой строки строчной развертки для каждого поля видеокадра и только в выбранном поле в течение этого промежутка времени, равного одной микросекунде, увеличивают амплитуду путем добавления 25 единиц ИРИ (Институт радиоинженеров, США) (импульс). Более универсальный способ введения маркеров описан ниже.

На Фиг. 1 показан пример устройства кодирования, расположенного, например, "на входе" системы кабельного телевидения. До передачи видеопрограммы по кабелю абонентам ее подают на вход 10. Так как она является цифровым видеосигналом, вход 10 обычно представляет собой многопроводной (шинный) разъем. Как описано выше, устройство 12 выбора кадра осуществляет случайный или псевдослучайный выбор конкретных полей или кадров для кодирования и выдает указатель каждого выбранного поля или кадра на шину 14 управления. В ответ схема 16 маркера поля помечает каждый указанный таким образом кадр видеосигнала. Шина 14 управления также соединена со схемой 18 измерения атрибута, который также осуществляет прием входного видеосигнала и вычисляет (измеряет) атрибут выбранных полей или кадров. Измеренное значение цифрового атрибута вводят посредством шины (шин) 26 в схему 32 модификатора водяного знака. Блок 32 получает обычный водяной знак от генератора 28 обычного водяного знака и видоизменяет его посредством 4-х битового значения атрибута. Модифицированный таким способом водяной знак вводят в схему 38 вставки водяных знаков в кадр, которая производит запись модифицированных водяных знаков в каждое из полей или кадров, имеющих маркер поля, который подают по шине 22. Затем видеосигнал с водяным знаком подают на выход 40, идущий к кабельной (или иной) сети распределения программ. Следует понимать, что некоторые из блоков на Фиг.1 (а также и на Фиг.2) имеют схемное решение, а остальные представляют собой схемы или функции, осуществляемые, например, в программируемом микропроцессоре.

ОПЕРАЦИЯ СЧИТЫВАНИЯ В СООТВЕТСТВУЮЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИЮ ВИДЕОМАГНИТОФОНЕ 1. В процессе записи при обнаружении в принятой видеопрограмме маркера поля описанного выше типа соответствующий изобретению видеомагнитофон/видеоплеер измеряет и сохраняет атрибут этого поля или кадра.

2. Видеомагнитофон/видеоплеер сравнивает измеренный атрибут со значением атрибута, который декодирован (извлечен) из водяного знака. Сравнение производят только в том случае, когда детектор водяного знака в видеомагнитофоне/видеоплеере сначала с высокой степенью уверенности решает, что он правильно осуществил декодирование (проверку) водяного знака.

3. Если эти два значения атрибутов совпадают, то разрешают продолжить запись. Для совпадения не требуется, чтобы значения были идентичными, но могут быть учтены некоторые погрешности измерения, то есть наличие некоторого допуска. Если эти два значения атрибутов не совпадают, или если в программе, предназначенной для однократного копирования, отсутствуют периодические маркеры поля, то запись запрещают.

4. Видеомагнитофон в процессе записи удаляет все маркеры поля. В альтернативном варианте в то поле, атрибут которого заметно отличается от атрибута, носителем которого является водяной знак, вводят "ложный" маркер поля, но эта дополнительная операция может не являться необходимой. Достаточно и простого удаления всех маркеров поля. Удаление маркеров поля является предпочтительным вариантом и устраняет необходимость изменения видеосигнала для принудительного измерения другого атрибута при последующей попытке записи.

Пример соответствующего изобретению видеомагнитофона изображен на Фиг.2; он дополняет устройство кодирования из Фиг.1. Входной цифровой видеосигнал, имеющий маркеры поля и водяные знаки, подают со входа 46 на детектор 48 маркера поля, который обнаруживает каждый маркер поля и осуществляет вывод указателя помеченных кадров по шине 50 управления на, по существу, обычный детектор/верификатор 54 водяного знака. Верификатор 54 проверяет присутствие бита однократного копирования и обычным образом осуществляет проверку водяного знака. Затем посредством устройства 56 выделения из проверенного водяного знака извлекают 4 бита атрибута и передают их по шине 62 в компаратор 68. Схема 58 измерения атрибута также осуществляет прием входного видеосигнала и в ответ на сигналы на шине 50 измеряет (вычисляет) заранее заданный атрибут помеченных кадров, указанных в шине 50 управления. Измеренное значение атрибута подают на компаратор 68 по шине 64. Схему 70 записи, отличающуюся от общепринятой, включают только тогда, когда компаратор 68 обнаруживает совпадение. (Схема записи представляет собой обычный цифровой видеомагнитофон с записью на ленту или на диск). Со схемой 70 записи соединены схема 72 устройства удаления маркера поля и схема 74 для изменения при записи бита однократного копирования на значение, соответствующее полному запрету копирования.

ЗАЩИТА ПРОТОКОЛА Для того чтобы "хакер" (лицо, нарушающее авторское право) смог отменить действие этой системы, то есть изменить легальную видеозапись первого поколения таким образом, чтобы можно было осуществлять ее повторное копирование посредством соответствующих изобретению видеомагнитофонов, он должен сделать следующее (или реализовать адекватный по сложности процесс). Сначала, при воспроизведении первой (легальной) записи он измеряет и сохраняет атрибут каждого поля и декодирует водяной знак. Затем он добавляет маркер поля к тому полю, атрибут которого соответствует имеющемуся в водяном знаке.

Для "взлома" необходима задержка видеосигнала, равная многим секундам, при скоростях передачи, соответствующих стандарту Группы экспертов по движущимся изображениям (MPEG-2) (видеосигналу со сжатием), устройство считывания водяного знака и система измерения атрибута. (Копируемый видеосигнал обычно имеет стандарт сжатия MPEG-2). Дополнительные подробности приведены ниже.

Следовательно, посредством настоящего процесса может быть легко реализована задача предотвращения "взлома" большинством людей, в особенности учитывая то минимальное вознаграждение, которое будет получено от взлома этой части типичной совокупной системы защиты от копирования. Необходимость того, чтобы схема однократного копирования была настолько же "хорошо защищенной от взлома", как и основной водяной знак, отсутствует, поскольку для владельца авторских прав программы, которые помечены как предназначенные для "однократного копирования", обычно сами по себе являются менее ценными, чем программы с "полным запретом копирования". В любом случае, хакер, желающий получить несколько копий, может просто (и можно считать, что легально) изготовить их параллельно из исходной видеопрограммы, предназначенной для однократного копирования.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АТРИБУТУ В соответствии с изобретением идеальный атрибут изображения: 1. Может быть измерен в цифровом видеомагнитофоне бытового типа с минимумом дополнительных схем.

2. Является относительно невосприимчивым к обычным ошибкам на уровне видеосигнала: нелинейности, шумам, наклону, искажению амплитудно-частотной характеристики, искажениям из-за дискретизации и сжатия, и т.д., имеющимся в различных системах аналоговой и цифровой передачи.

3. Является таким, чтобы хакер не мог легко осуществить изменение видеосигнала для принудительного введения конкретного значения атрибута без серьезного снижения зрелищной ценности программы.

Без этого третьего требования можно и обойтись, поскольку, применительно к настоящему протоколу однократного копирования, оно не может существенно затруднить работу хакера.

ПРИМЕРЫ АТРИБУТОВ Первый пример: Средние значения постоянного напряжения отдельных областей выбранного видеокадра суммируют и вычитают способом, который применим для генерации общего значения атрибута; для обычных видеоизображений. Размеры и расположение областей изображения выбирают так, чтобы получить максимальную невосприимчивость к наклону, шумам и к искажениям. Чтобы устранить ошибки измерения атрибута, которые могут быть вызваны различиями коэффициента усиления видеосигнала в промежуточных аппаратных средствах или в тракте передачи, результирующее значение делят на среднее значение постоянной составляющей амплитуды видеокадра.

Второй Пример: Он представляет собой конкретную реализацию вышеуказанного первого примера для видеосигнала с MPEG сжатием. Рассмотрим макроблок MPEG-2 на сетке 8 х 8 элементов изображения (пикселов), который расположен симметрично относительно центра видеокадра. Предположим, что каждый макроблок имеет черный или белый цвет в виде обычной "шахматной доски". Атрибут равен [сумме всех постоянных составляющих белых блоков за вычетом суммы всех постоянных составляющих черных блоков], деленной на сумму постоянных составляющих всех блоков.

ПРИМЕРЫ МАРКЕРОВ ПОЛЯ Первый пример маркера поля: Уровень серого в видеосигнале в течение первых 1,5 микросекунд первой строки горизонтальной развертки каждого телевизионного поля (или кадра) устанавливают равным 25%. Подобно другим описанным здесь маркерам поля, этот маркер располагают в нерабочей части телевизионного кадра так, чтобы он не был виден на телевизионном экране. (Однако такое расположение не является ограничивающим признаком). Для введения маркера в конкретное поле осуществляют, например, добавление к этому уровню серого синусоидальной волны частотой 2,5 МГц с полным размахом, равным 50 единицам ИРИ.

Достоверное обнаружение такого маркера поля может быть осуществлено даже после пропускания через канал кабельного телевидения, имеющий низкое качество. Однако преимуществом является то, что он не сохраняется при пропускании через схему обработки сигнала и записи КВМ (кассетного видеомагнитофона), имеющего систему VHS или 8 мм, но тем не менее он сохраняется при записи в системе S-VHS. Это происходит потому, что в КВМ системы VHS или 8 мм этот маркер поля отфильтровывают гребенчатым фильтром сигнала цветности. Таким образом осуществляют эффективное удаление маркеров поля после записи и воспроизведения посредством КВМ системы VHS или 8 мм, что запрещает создание копий второго поколения посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона.

Второй Пример: Этот пример может быть реализован в КВМ, имеющих системы, например, VHS, S-VHS и 8 мм. Уровень серого в течение первых 1,5 микросекунд первых двух строк горизонтальной развертки каждого поля (или кадра) устанавливают равным 25%. Для введения маркера в конкретное поле к этому уровню серого добавляют синусоидальную волну на частоте поднесущей с полным размахом, равным 50 единицам ИРИ, таким образом, что ее фаза относительно синхронизации является одинаковой в обеих строках развертки (в отличие от стандартного сигнала цветности, фазу которого в чередующихся строках развертки изменяют на обратную).

Достоверное обнаружение этого маркера поля может быть осуществлено даже после пропускания через канал кабельного телевидения, имеющий низкое качество. Однако он не сохраняется после пропускания через фильтр сигнала цветности любого КВМ бытового типа. При воспроизведении гребенчатый фильтр КВМ уменьшает сигнал цветности в 1-й строке развертки до 25-ти единиц ИРИ, а во 2-й строке развертки - до нуля. Детектор маркера поля в соответствующем изобретению видеомагнитофоне настраивают так, чтобы он обнаруживал этот сигнал только во 2-й строке развертки. Таким образом обеспечивают эффективное удаление маркеров поля после записи и воспроизведения посредством аналогового КВМ, что запрещает последующее копирование видеосигнала посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона.

Третий Пример: Этот маркер поля может быть использован в КВМ с системами VHS, S-VHS и 8 мм. Сначала выбирают блок из 24 х 4 элементов изображения в, например, левом нижнем углу телевизионного поля (или кадра). Следующая операция заключается в замене значений цветности в блоке из 24 х 4 элементов изображения на неизменное изображение маркера, например, состоящее из чередующихся значений синего и желтого. Этот маркер должен сохраняться при сжатии по стандарту MPEG, чтобы его можно было надежно обнаружить даже после пропускания через кабельный канал, имеющий низкое качество. Однако он не должен сохраняться при пропускании через любой фильтр сигнала цветности КВМ бытового типа. Детектор маркера поля в соответствующем изобретению видеомагнитофоне настраивают так, чтобы он обнаруживал этот сигнал только во 2-й строке развертки. Таким образом обеспечивают эффективное удаление маркеров поля после записи и воспроизведения посредством аналогового КВМ, что запрещает создание копий второго поколения посредством соответствующего изобретению видеомагнитофона.

Использование стираемых посредством КВМ маркеров оказывается полезным усовершенствованием настоящей системы однократного копирования с точки зрения дополнительной защиты, предоставляемой владельцам авторских прав.

Для обеспечения полной совместимости с MPEG-сжатием некоторые из этих принципов введения маркеров могут быть подвергнуты незначительным видоизменениям. Они станут полезным усовершенствованием настоящей системы однократного копирования с точки зрения обеспечения дополнительной защиты видеоматериала.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ: МАРКЕР КАДРА И ВОДЯНОЙ ЗНАК 1. В другом варианте осуществления для кодирования осуществляют псевдослучайным образом добавление маркера кадра (или поля) к конкретному видеокадру, например, в каждом окне длительностью 4 секунды. Маркер кадра автоматически удаляют посредством КВМ (как описано выше). (Примером такого маркера являются фиксированные значения постоянной составляющей сигнала цветности, и С_красн(С_red), и С_син(C_blue), в первой строке первого макроблока). Для помеченного кадра производят вычисление и сохранение значения атрибута.

2. В псевдослучайном месте следующего окна длительностью, например, 2 секунды осуществляют изменение 4-х битов атрибута водяного знака таким образом, чтобы он был равен значению атрибута предыдущего помеченного кадра.

3. При кодировании операции 1 и 2 повторяют в течение всей видеопрограммы.

4. При последующей записи программы, для которой согласно описанному выше, разрешено однократное копирование, маркер кадра удаляют.

В дополнение к обычным битам водяного знака, которые обычно содержатся в низкочастотных и среднечастотных коэффициентах ДКП (DCT) (дискретного косинусного преобразования) MPEG, и только для однократного копирования в этом варианте осуществления добавлены 4 дополнительных разрешающих бита, которые должны содержаться в некоторых высокочастотных коэффициентах ДКП MPEG. Если исходя из обычных битов водяного знака обнаружено состояние однократного копирования, то видеомагнитофон проверяет наличие 4-х дополнительных битов; если они отсутствуют, то видеомагнитофон не осуществляет копирование. Если они присутствуют, то перед созданием копии соответствующий изобретению видеомагнитофон добавляет достаточный уровень шумов. Это удаляет 4 дополнительных бита и удаляет разрешение на право создания копии.

Одно из преимуществ такого подхода состоит в том, что обычные (не соответствующие изобретению) КВМ (не имеющие систе