技术领域

本发明涉及用于AV(在本说明书中，音频或视频两者中的一种或音频和 视频两者共同将被称为“AV”)信号的再现设备，更具体地，涉及在从再现设 备输出的AV信号(再现信号)中嵌入指定再现设备的标识码，作为数字水印 (digital watermark)的技术。

本发明还涉及再现设备指定设备，它从AV信号(再现信号)提取数字水 印并指定输出这些AV信号(再现信号)的再现设备。

在本说明书中，“再现设备”不仅仅指仅具有从记录介质再现AV信号的 功能的设备，而且包括指具有再现和在记录介质上记录AV信号两种功能的设 备。

                       背景技术

最近，以各种形式记录和再现AV数据已经变得可能。AV数据可以作为 模拟信号被记录和再现，如VHS(家用录象系统)，或作为数字信号被记录和 再现，如DVD(数字视盘)。

另外，AV数据可以包括仅仅音频信号或视频(不仅包括移动图像，还包 括静止图像)信号并作为模拟信号或数字信号被记录和再现。

本发明可适用于各种上述信号信号形式的AV数据。

特别地，数字内容(数字信号形式的AV数据)最近已经得到了广泛地应 用。

不管作为AV数据被记录和再现的数据呈现模拟还是数字形式，如果该数 据具有作为创作出的作品的所有权，其版权必须被保护。禁止非法复制是尤 其重要的。

尽管具有模拟信号形式的AV数据可以被复制，但当执行复制时质量(声 音质量或图像质量等)的降低不可避免。因此可以说，这种数据的大量复制 不能被轻易地执行。

可是，对于数字内容由于复制而质量下降是根本不会发生的。换句话说， 与原始内容完全一样的复制可以很容易地做到。

由于内容(或源于这些内容并被传播的内容)的复制不能够从它们的原 始内容分辨出来，所以提供证明他们的非法性的证据是困难的。因此就需要 能够使版权得到有效保护的技术方法的建立。

“数字水印”的使用正是作为这种方法被检验。

“数字水印”包括以观看者或聆听者不易察觉的方式嵌入AV数据的数 据，并被设计以便数字水印能够从它所嵌入的AV数据中被提取出来。

版权信息(例如，版权所有者的名称、版权的日期等)作为对版权保护 的水印被嵌入到AV数据中。

通过从被怀疑已经被非法复制的AV数据提取嵌入的数字水印(版权信 息)，该内容的版权所有者等被澄清并且非法复制被暴露。用这种方法，数 字水印可有意被用来阻止非法复制。

用于在AV数据中嵌入水印的特定技术已经在例如“The Fundamentals of Digital Watermarks-A New Protection Technology for Multimedia(数 字水银的基础-新的多媒体的保护技术)”by Kashio Matsui(Morikita Publishing，1998)等中详细描述了。

日本专利公布号No.2982768也公开了通过在AV信号中数字水印的嵌 入，阻止内容的非法复制。

在这些文献描述的技术中，非法复制阻止控制信号是作为数字水印提前 被嵌入在AV信号中的。

然后在AV信号的再现中执行从AV信号对非法复制阻止控制信号的提 取，并且如果已经提取出了非法复制阻止控制信号，则又加入了作为数字水 印的噪声。

因此，当基于上述技术制作的记录介质的非法复制件被观看或聆听时， 噪声被加入到AV信号并且AV信号的质量(视觉质量的声音质量)在该信号 每次被再现或复制时降低。逐渐地，如此大量的噪声被加入到AV信号以至 于观看和聆听成为不可能。结果，非法复制被阻止。

                       发明内容

(1)然而，对于现有技术，不能指定用于复制的再现设备。这是因为， 对于现有技术，嵌入在AV信号中的数字水印是，例如作者的名称、无意义 的随机噪声等，是与再现设备没有关系的信息。即使作者的名字变得清晰， 这也不会有实际的使用意义，除非能够获得执行了非法复制的事实的证据。

如果能够指定用于复制的再现设备，可以非常肯定地声称再现设备的所 有者或使用者参与了非法复制。可是这对于现有技术是不可能的。

因此不能通过现有技术有效地限制非法复制。

本发明的第一个目的是提供一种技术，通过该技术，用于复制的再现设 备可以被指定。

(2)通常，在根据上述文献提取嵌入的数字水印中，确定在用于嵌入的 所有噪声信息串和被嵌入数字水印的信号之间的相关值，并作为嵌入的噪声 信息串提取展示最大相关值的噪声信息串。然而，如果随意选择将嵌入的噪 声信息串，可能偶然会有展示高相关值的噪声信息串，在这种情况下，就不 能准确提取嵌入的噪声信息串。

本发明的第二个目的是提供一种技术，通过该技术，可以以高精确度提 取嵌入的数字水印。

(3)在某些情况下，执行非法复制的人故意处理AV信号，以至不能作为 数字水印提取嵌入的信息。例如，信号序列(signal sequences)被交换或 部分信号被删除。当执行这个处理时，不能通过现有技术正确地提取嵌入的 数字水印。

本发明的第三个目的是提供一种技术，通过该技术，甚至当第三方处理 了AV信号时，也能无误地提取数字水印。

(4)另外在某些情况下，执行非法复制的人分析嵌入的信息或嵌入方法 并故意嵌入错误的数字水印。用现有技术，当第三方成功地分析了嵌入的信 息时，版权的保护变得不够充分。

本发明的第四个目的是提供一种在第三方成功地分析了数字水印的情况 下，可以采取对策的技术。

本发明的第一个模式提供了一种再现设备，包括：一个数字水印产生装 置，其作为数字水印产生能够指定再现设备的属性信息；一个数字水印嵌入 装置，产生嵌入水印的AV信号，由数字水印产生装置产生的数字水印被嵌 入在AV信号中；和一个输出装置，将嵌入水印的AV信号输出到外部。

用上述安排，能够利用从非法复制的AV信号提取出的数字水印明确地 确定用于非法复制的再现设备。因此可以声称被指定的再现设备的所有者等 已经涉及了非法复制。因此可以建立一个版权保护系统以阻止非法复制。

用本发明的第二个模式，再现设备标识代码使用再现设备中的对应表被 转变成多个信号序列，并且获得的多个信号序列在再现过程中作为数字水印 被嵌入在AV信号中。利用再现设备指定设备，确定在数字水印被嵌入的AV 信号和包含在对应表中的全部信号序列之间的相关值，并与之前设置的阈值 比较，以确定嵌入的信号序列。使用从时间T或更长时间的固定长度的AV 信号获得的多个信号序列提取再现设备的识别代码。

用这种安排，可以从非法复制的AV信号提取用于复制过程中的再现设 备的标识代码以能够阻止非法复制。

用本发明的第三个模式，交叉相关值小于之前设置值(交叉相关的阈值) 的信号序列被用作将被嵌入的信号序列。

用这种安排，提高通过再现设备指定设备提取嵌入的信号序列的精度， 和提高提取标识代码的精度。因此能够指定再现设备。

利用本发明的第四个模式，通过再现设备随机嵌入多个信号序列以便它 们在每个固定时间T以相同的比例被嵌入。

用这种安排，甚至在执行非法复制的人以固定的间隔执行部分AV信号 的提取过程的情况下，也能从非法复制的AV信号无误地提取标识代码以能 够指定再现设备。

利用本发明的第五个模式，标识代码被转变为比特(bit)信息串，并 且对应于“1”或“0”的信号序列通过再现设备被嵌入。嵌入的信号序列的 顺序没有意义。

用这种安排，甚至在执行非法复制的人执行改变AV信号的临时序列的 过程的情况下，也能从非法复制的AV信号无误地提取标识代码以能够指定 再现设备。

利用本发明的第六个模式，利用改变信号的对应表，置于再现设备和再 现设备指定设备中的对应表的内容被改变为总是相同。

用这种安排，即使在嵌入的信号序列被泄露给第三方的情况下，也能通 过改变对应表嵌入新的信号序列以能够指定再现设备。

本发明的上述和其它目的、特点和优点，在下面参照附图的说明中将变 得更加明显，其中相同的标号指示相同的元件。

                       附图说明

图1是本发明实施例的再现设备指定系统的方框图。

图2是本发明实施例的再现设备指定系统的再现设备的方框图。

图3是本发明实施例的再现设备指定系统的再现设备指定设备的方框 图。

图4是本发明实施例的再现设备指定系统的再现设备的流程图。

图5是本发明实施例的再现设备指定系统的标识代码产生单元的流程 图。

图6是本发明实施例的再现设备指定系统的标识代码比特位置和信号序 列的对应表的例图。

图7是本发明实施例的再现设备指定系统的标识代码比特位置的解释 图。

图8是本发明实施例的再现设备指定系统的数字水印嵌入单元的流程 图。

图9是显示在视频信号中通过同样的方式嵌入信号序列的例子的解释 图。

图10是本发明实施例的再现设备指定系统的再现设备指定设备的流程 图。

图11是用于本发明实施例的再现设备指定系统的标识代码判断单元的 流程图。

                       具体实施方式

将要参照附图描述本发明的实施例。首先，利用图1概要描述本实施例 的再现设备指定指定系统。

图1是本发明实施例的再现设备指定系统的方框图。

在图1所示的例子中，复制者10利用再现设备3再现原始记录介质1 并用AV信号记录设备4执行复制到复制记录介质2上的非法复制。

复制记录介质2然后作为通过复制者10执行的非法复制的物理证据出 现，并且再现设备指定设备5被用来澄清通过使用再现设备3的复制制作了 复制记录介质2的事实。

可以认为已经预先发现了复制者10不具有记录介质1的版权和复制者 10是再现设备3的所有者或使用者。

这里，在记录介质1和复制记录介质2中的信号的形式是任意的并可以 是模拟信号或数字信号的任意一种。记录介质1和复制记录介质2的记录介 质的形式也是任意的并可以从盘、磁带、硬盘等中自由选择。

这里，可以考虑通常，再现设备3大量的地分布于市场中，而再现设备 指定设备5由管理记录介质1的版权的组织或警方或其它控制版权违法的权 利部门拥有。

尽管由于举例的原因，再现设备3和再现设备指定设备5示于同样的位 置，但是再现设备3和再现设备指定设备5常常位于分开的位置，另外在使 用时间上也有差别。

用本发明的该系统，可以通过下面将要描述的方法证明由复制者10进 行的非法复制。

利用图1中所示的系统，当复制者10执行非法复制时，复制者10在再 现设备3中放置记录介质1，用电缆等连接再现设备3和信号记录设备4， 并在AV信号记录介质4中放置复制记录介质2。

另外复制者10将再现设备3或AV信号记录介质4连接到再现装置6以 监视AV信号。

这里，在AV信号包含声音和图像两者时，电视设备等将被用作再现装 置6。如果AV信号仅包括声音，放大器(amp)和扬声器(或头戴耳机 (headphone))等将被用作再现装置6。

如上所述，AV信号可以是模拟或数字信号的一种，并且可以使用与AV 信号的形式兼容的再现装置6。

或者，如果复制者10考虑不需要监视，可以省略再现装置6。

现在将描述再现设备3。再现设备3的AV信号再现装置31按箭头N1 的方向从放置的记录介质1中读出AV信号。

数字水印产生装置32产生指示能够指定记录设备3的属性信息的数字 水印。产生的方法可以是传统的方法，如在背景技术部分中介绍的书中描述 的方法。重要的是通过这个属性可以指定再现设备3。

来自AV信号再现装置31的AV信号和来自数字水印产生装置32的数字 水印被输入到数字水印嵌入装置33。数字水印嵌入装置3 3产生嵌入水印的 AV信号，数字水印被嵌入到AV信号中。

输出装置34输出通过数字水印嵌入装置33产生的嵌入水印的AV信号 到连接于再现设备3的再现装置6和AV信号记录设备4。

这里，即使复制者10使用再现装置6监视AV信号，由于数字水印包括 用上述不易被观看者或聆听者察觉的方式被嵌入的数据，复制者10正常情 况下将不会注意到数字水印正在被嵌入到被监视的AV信号中。

本发明由于利用数字水印而不象在上述专利公布文件中描述的现有技术 一样降低AV信号的质量。因此，如果复制者10仅仅监视记录在记录介质1 中的AV数据，而不执行非法复制，AV信号可以如它原来一样好的质量被监 视。

本发明因此在这点上(如果仅仅执行合法监视，可以维持好质量)也胜 过上述专利公布文件中的技术。

现在将描述再现设备指定设备5。再现设备指定设备5的AV信号再现 装置51从放置的复制记录介质2(这里，关于再现设备3的属性信息作为 数字水印被嵌入在其中的嵌入水印的AV信号被读出)中读出AV信号。

数字水印提取装置52从通过AV信号再现装置51读出的AV信号(嵌入 水印的AV信号)中提取数字水印。这个提取是通过与由数字水印嵌入装置 33执行的过程相反的过程执行的。

包括打印机等的打印装置53用于将通过数字水印提取装置52提取的数 字水印打印到纸上。不用说，由于对于人来讲足够以明确地理解数字水印， 所以显示设备等可以用来替换打印机等。

可以容易地理解，在从复制记录介质2提取的数字水印指明再现设备3 的属性信息已经清晰的情况下，对复制者10，即再现设备3的所有者等涉 及了复制记录介质2的非法制作的怀疑变得更加可靠。

因此利用本发明，通过在再现的AV信号中作为数字水印嵌入特定于再 现设备3的属性信息，可以有效地保护记录介质1的版权。

从复制者10的角度，由于即使他/她利用再现装置6监视AV信号，复 制者10在正常情况下也不会注意到正在嵌入数字水印，非法复制的证据在 复制者10不知道的情况下将被记在复制记录介质2中。

知道这些情况的复制者10由于忧惧于非法行为的暴露而因此失去不注 意地执行非法复制的勇气。

本发明因此可以限制非法复制。

编码的AV信号的代表形式将被作为记录在记录介质1中的AV信号的例 子，并将详细描述这种类型的AV信号的最佳实施例。

图2和3是本发明实施例的再现设备和再现设备指定设备的方框图。

图2是显示在AV信号中嵌入作为数字水印的标识代码的再现设备的基 本配置的方框图。图3显示了从AV信号中提取标识代码的再现设备指定设 备，标识代码作为数字水印被嵌入在该AV信号中。

在图2中，再生设备装备有编码信号输入单元101、解码单元102、标 识代码产生单元103、数字水印嵌入单元104和输出单元105。

对于本例，编码信号输入单元101和解码单元102对应于图1中的AV 信号再现装置31。另外，标识代码产生单元103对应于数字水印产生装置32， 数字水印嵌入单元104对应于数字水印嵌入装置33，和输出单元105对应 于输出装置34。

在图3中，再现设备指定设备装备有输入单元201、信号序列记录单元 202、相关值计算单元203、阈值设置单元204、比较单元205、标识代码判 断单元206和标识代码输出单元207。

对于本例，输入单元201对应于图1中AV信号再现装置51，信号序列 记录单元202、相关值计算单元203、阈值设置单元204、比较单元205和 标识代码判断单元206对应于数字水印提取装置52，和标识代码输出单元207 对应于打印装置53。

相关值计算单元203按如下定义确定相关值S(k)：

S(k)＝∑(Xi×M(k))    (i＝1，2，...，I)

其中X：被输入的AV信号序列

N：在对应表中的全部信号序列；例如N(k)k＝1，2，...，m

M：在对应表中的信号序列号码

现在将利用图4描述再现方法，标识代码通过该方法作为数字水印被嵌 入在AV信号中。图4是显示通过作为数字水印嵌入标识代码的图2中的再 现设备执行的步骤的流程图。

编码信号输入单元101通过从记录介质(例如，DVD(数字视盘)、DV(数 字视频)、HDD(硬盘驱动器)等)读出、接收广播、或从网络(例如，互联 网)下载来获得编码AV信号，并发送该编码AV信号到解码单元102(步骤 301)。解码单元102然后根据压缩规则、传输协议等解码该编码AV信号， 并产生基带AV信号(步骤302)。

现在将利用图5描述标识代码产生单元103的过程(步骤303)。图5 是显示通过标识代码产生单元103执行的过程的流程图。

作为特定于再现设备的属性信息，标识代码产生单元103准备来自或通 过结合再现设备的设备ID(标识代码)、连接于再现设备的IC(集成电路) 卡的卡ID、用户的用户ID、AV信号的原始素材ID、存储AV信号的记录介 质的介质ID、和再现日期和时间(步骤401)。

例如，再现设备的设备ID被设置为“152”并被用作标识代码。

然后这个标识代码被转变为包括多个“0”和“1”的二进制比特串。当 设备代码“152”被转变成比特串时，它变为“10011000”。

从先前制作的对应表搜索对应于比特值是1的转变为比特的标识代码的 比特位置的信号序列(步骤403)。

图6显示了标识代码比特位置和信号序列的对应表。图7显示了标识代 码比特位置。

利用转变为比特串的标识代码，“10011000”，由于从LSB(最低有效位) 起的第四位、第五位和第八位取值为“1”，通过对应表的使用发现三个信号 序列(N4，N5，N8}对应于带有值“1”的比特位置。标识代码产生单元103 发送这些信号序列到数字水印嵌入单元104(步骤404)。

尽管标识代码在转变标识代码为比特串中被转变为二进制的形式，但是 转变为比特串的方法不限制于此。例如，ASCII码等的代码表可以用来替代。

另外，尽管由在从对应表搜索信号序列中值“1”的比特位置制作了信 号序列，也可以从值“0”的比特位置制作信号序列以替代。

现在将利用图8描述数字水印嵌入单元104(步骤304)的过程。图8 是显示数字水印嵌入单元104的过程流程的流程图。

数字水印嵌入单元104在每个固定时间T以相同的比例嵌入多个从标识 代码产生单元输入的信号序列。

这样做是因为当固定时间T的AV信号被取出时，该信号序列随后可被 方便地按固定比例取出。

即设置次数EMAX，每个信号序列通过该EMAX以固定时间T被嵌入(步 骤701)并且每个信号序列的嵌入次数被清为0(步骤702)。

然后从各信号序列中随机选择一个单序列，对于该各信号序列，嵌入次 数不是EMAX，并且递增那个信号序列的嵌入次数(步骤703)。

然后选定的信号序列通过先前使用的方法作为数字水印被嵌入到从解码 单元102输入的AV信号的预定单元中(步骤704)。

然后重复从步骤703的信号序列的选择的过程直到对于所有信号序列嵌 入次数成为EMAX，并然后进入下一过程(步骤705)。

如果步骤703到步骤705的嵌入过程被进一步重复，从步骤702的嵌入 次数清零开始重复该过程，否则嵌入过程结束(步骤706)。

输出单元105然后输出AV信号，其中标识代码已经通过数字水印嵌入 单元104作为数字水印嵌入到监视器、扬声器、记录设备、网络等(步骤305)。

图9显示了信号序列已经被嵌入在视频信号中的例子。利用这个例子， 嵌入的信号序列是{N4，N5，N8}，一个信号序列被嵌入其中的视频信号的单 元(上述预定的单元)是1字段，其中各自信号序列的比例被作成相同的固 定时间T被设置为9个字段，并且每个信号序列在9个字段中被嵌入三次。

尽管在这个例子中一个信号序列用一个作为预定单元的字段嵌入，预定 单元可以设置为1帧或预定单元可以设置为几个字段或几帧。

现在将参照图10描述再现设备指定方法，通过该方法从AV信号提取标 识代码，该标识代码作为数字水印被嵌入到该AV信号中，并通过该方法指 定再现设备。图10是显示通过图3的再现设备指定设备执行的过程的流程 图。

输入单元201发送输入的AV信号到相关值计算单元203，将该信号分 割进各预定单元，在每个预定单元中嵌有一个信号序列(步骤901)。信号 序列记录单元202已经记录了与用于再现设备的对应表内容相同的标识代码 比特位置和信号序列的对应表。

相关值计算单元203确定从输入单元201输入的AV信号和所有的信号 序列的相关值并从这些相关值中确定最大相关值(步骤902)。最大相关值 和对应于被提取的最大相关值的各信号序列的比特位置然后被发送到比较单 元205。

例如，在使用图5的对应表的情况下，相关值计算单元203确定m个信 号序列{N1，N2，...，Nm}和AV信号的相关值并从这些相关值中确定最大相关 值。如果已经取得对与信号序列{N4}相关的最大相关值SMAX，这个最大相 关值SMAX和与信号序列{N4}对应的比特位置{4}被发送到比较单元205。

阈值设置单元204然后为比较单元205的相关值设置阈值(步骤903)。 比较单元205将最大相关值与阈值进行比较(步骤904)并且如果相关值比 较大，则发送对应于这个相关值被提取出的信号序列的比特位置到标识代码 判断单元206。如果最大相关值小于或等于阈值，则不执行这个过程。

当由于非法复制等发生干扰时，根本不可能存在一个大于阈值的相关 值，而可能存在多个大于阈值的相关值。在这种情况下，比较单元205可以 不比较阈值和相关值而仅在最大相关值S1满足与其它相关值Sn有关的特定 条件(例如，条件S1＞Sn)的情况下，作为例外过程执行带有最大相关值S1 的信号序列的比特位置的提取。

现在将利用图11描述标识代码判断单元206的过程(步骤905)。图11 是显示标识代码判断单元206的过程流程的流程图。

标识代码判断单元206拥有多个通过确定与使用至少一个再现设备从固 定时间T或更多的AV信号获得的多个信号序列的相关获得的比特位置(步 骤1001)。然后从多个比特位置产生标识代码比特串(步骤1002)并从该比 特串产生标识代码(步骤1003)。

不需再说，比特串的制作和标识代码的产生的解释和方法与用于再现设 备的相同。例如，如果从固定时间T的AV信号获得的多个比特位置是{4，5， 8}，由于信号序列通过再现设备被嵌入在对应于标识代码比特串中的各“1” 的位置的比特位置，所以将获得比特串“10011000”。

另外，由于在再现设备的比特串的产生中使用十进制到二进制的转换， 将从比特串“10011000”中获得标识代码“152”。

标识代码输出部分207然后输出通过标识代码判断单元206提取的标识 代码(步骤906)。

另外根据对应表变换信号，再现设备的标识代码产生单元103和再现设 备指定设备的信号序列记录单元202改变所拥有的对应表的内容。对应表的 这些改变可通过任何方法完成。在每个标识代码产生单元103和信号序列记 录单元202中可能预先拥有几个对应表，并且这些可以互换，或可以从外部 输入新的对应表。

标识代码产生单元103和信号序列记录单元202中的对应表的改变同时 完成以便保持相同的内容。

因此甚至对于相同的标识代码，不同的信号序列可以作为数字水印被嵌 入在再现设备的AV信号中，并因此可以使再现设备指定设备正确地提取嵌 入的标识代码。  

另外，作为用于再现设备的标识代码产生单元103和再现设备指定设备 的信号序列记录单元202中的对应表中的多个信号序列，可以使用与其相关 值小于之前设置值(交叉相关的阈值)的信号序列。通过选择与其相关值较 小的信号序列，可以提高嵌入的信号序列的提取精度并提高标识代码的提取 精度。最好是使用PN代码、M-序列、或Gold代码。

如上所述，用本实施例的再现设备，执行编码的AV信号的解码，使用 对应表将标识代码转变为多个信号序列，并将因此获得的多个信号序列作为 数字水印在每个固定时间T以相同的比例嵌入。

同时，利用再现设备指定设备，确定数字水印被嵌入其中的AV信号与 包含在对应表中的信号序列的相关值，并与之前设置阈值进行比较以确定嵌 入的信号序列。

然后从由固定时间T或更多的AV信号获得的信号序列提取再现设备的 标识代码。

此外，同时改变再现设备和再现设备指定设备中的对应表以维持内容相 同。甚至对于相同的标识代码也可以改变将被嵌入的信号序列。

已经参照附图描述了本发明的最佳实施例，可以理解本发明不限于那些 精确的实施例，本领域的技术人员在不脱离后附的权利要求书中所限定的范 围和精神的情况下可以实现各种变化和修改。