JP4139560B2 - ビデオ録画の１回限りのコピー許可透かし方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
［関連出願へのクロスリファレンス］
本願は、1997年10月8日に出願された米国仮特許出願S.N.60/061,488、1998年3月3日に出願された米国仮特許出願S.N.60/076,668、1998年3月4日に出願された米国仮特許出願S.N.60/076,777、並びに、1998年3月10日に出願された米国仮特許出願第S.N.60/077,452に基づく優先権を主張する。
【０００２】
［背景］
・発明の分野
本発明は、ロバスト的な識別コード（たとえば、透かし、若しくは、フィンガープリント（識別特徴））をビデオ信号埋め込むことによるビデオ素材のコピー保護と、これらの識別コードを「１回限りのコピー」のため使用する方法及び装置に関係する。
【０００３】
・従来技術の説明
ビデオ素材、たとえば、ビデオテープ上の映画のコピー保護は周知の問題である。従来のアナログビデオテープに記録された素材に対する解決法は、周知のマクロビジョンのコピー防止（アンチコピー）処理方式であり、この方式では、ビデオ信号の垂直ブランキング期間にパルスが加えられる（参考のため引用されるRyanによる米国特許第4,631,603号、並びに、第4,695,901号を参照せよ）。これらの追加されたパルスは、典型的なＶＣＲ（ビデオカセットレコーダ）の自動利得制御回路を妨害し、ピクチャを混乱させることにより、ビデオ信号の記録物を不可視化する。
【０００４】
コピー保護は、デジタルビデオの場合、より一層重要な問題になる。その理由は、デジタルビデオの性質から、ビデオ信号のデジタル記録物は、オリジナルの正確な複製物であり、アナログ記録物とは異なり劣化しないためである。したがって、デジタルビデオ記録物の場合、一般に、著作権保護されたビデオ素材が無許可で複製されやすくなる。このことが、予め記録されたデジタルビデオ媒体の導入、並びに、デジタルビデオレコーダの商業的な導入に対する主な障害であった。
【０００５】
この問題に対する従来の一つの解決法は、透かしを利用することである。（電子）透かしとは、ビデオ信号に埋め込まれたデジタルコードであり、準拠式ビデオレコーダ又はプレーヤに設けられたリーダー（検出器）により読み取ることができ、透かし自体はビデオ信号に視覚的な妨害を加えない（すなわち、有意な劣化が生じない）。透かしは、レコーダ又はプレーヤの検出器回路によって読み取られ、検出器回路は、レコーダまたはプレーヤに対し、透かしに応じてコピー禁止、若しくは、1回限りの素材のコピー許可のようなある種の機能の実行を指示する。透かしを使用するには、準拠式レコーダ若しくはプレーヤに特別の検出器回路が必要とされる。
【０００６】
透かしは、ビデオに組み込まれた特別な信号であるので、実質的にビデオ信号にダメージを与えること無く取り除くことができない。透かしを故意若しくは偶然に除去することは困難である。透かしは、いわゆる「相互的」コピー保護スキームであり、透かしを検出し、応答することができる特別に適合した（準拠した）レコーダ／プレーヤが必要である。従来の非準拠式レコーダは、透かしを無視するので、透かしによる影響がない。これは、一般的に、デジタル信号を保護するため適当ではない上記の「一方的」マクロビジョンコピー防止処理と対照的である。
【０００７】
このような透かしは有効であり、制限された範囲内で商業的なアプリケーションにも導入されているが、重大な欠点がある。最も重大な欠点は、典型的に、たとえば、映画の有料視聴放送を行なうケーブルテレビジョン業界で見られる１回限りのコピーの状況である。ケーブルテレビジョン業者は、たとえば、映画のようなケーブル伝送された番組をＶＣＲを用いて個人的に記録することが許可されるという期待を加入者に抱かせている。このようなユーザによる自分の個人的な用途のための１回限りの記録は、著作権者及びケーブルテレビジョン業者の双方により明らかに一般的に認められるが、著作権者（たとえば、映画会社）は、第２世代の記録物が作製されることを許可しようとしない。したがって、たとえば、第１世代のコピーから第２世代のコピーが作製されることを阻止すると共に、たとえば、ケーブルテレビジョンを介して、１回コピーされたビデオの伝送を許可することが望ましい。
【０００８】
このような第２世代の記録物は、従来の透かし技術を用いて阻止することが可能である。典型的に、この状況に対する透かしには、「絶対コピー禁止」の透かしと、「１回限りのコピー許可」方式の透かしの2種類のクラスがある。いずれの場合も、コピーを行なう準拠式ビデオレコーダによって読み取られる必要があり、１回限りのコピー許可透かしは、記録の際に絶対コピー禁止透かしに変更される。これによる問題は、準拠式レコーダが2種類の透かしを両方とも検出し、絶対コピー禁止透かしを追加（書き込み）できなければならないので、準拠式レコーダに余分のコストがかかる点である。このようなシステムは、実現するためにはかなり費用を要し、技術的な欠陥による影響を受け易いので、適切ではない。
【０００９】
［発明の概要］
従来技術よりも経済性及びセキュリティが改良されたデジタルビデオ記録の分野における１回限りのコピー許可方法が求められる。また、一つの透かしと、準拠式レコーダ（又はプレーヤ）装置毎に１台の透かし検出器だけが必要とされる１回限りのコピー許可方法が求められる。このような方法は、準拠式レコーダに透かし追加器若しくは透かし変更器を設ける必要がない。「準拠式」とは、従来の装置に対し、本発明に従って特別の回路及び／又はソフトウェアを付加することにより変更された装置を表わす。ビデオプレーヤ及びビデオレコーダの製造者は、本発明を実施したい場合、準拠式回路及びソフトウェアを自分の製品に付加し、ビデオ素材の供給者は、自分の番組に必要とされる信号を同様に付加する。
【００１０】
さらに、このようなシステムは、簡単に動かすことができ、セキュリティを保証するため機密が保持される必要が無く、アナログ域でもデジタル域でも動作する。さらなる必要条件は、最初の（許可された）記録が、（デジタル方式の１回限りのコピープロトコルに準拠することが一般的に期待できない）ＶＨＳ方式、Ｓ−ＶＨＳ方式若しくは８ｍｍ方式のいずれであるかとは係わりなく、既存の消費者ＶＣＲで行なわれた場合でも、準拠式記録装置による第２世代の記録は依然として防止される。
【００１１】
したがって、本発明によれば、透かしのクラスは１クラスだけであり、このクラスには、絶対コピー禁止バージョンと、１回限りのコピー許可バージョンの２種類のバージョンが存在し、これらは１ビットを除いて同じである。本発明によれば、１回限りコピー許可透かしは、その１ビットだけを変更することにより絶対コピー禁止透かしに変換されるので、記録の際に透かしをビデオに付加する必要が無い。本明細書の説明において、「透かし」は、透かし、及び、他のタイプの電子「指紋」の両方を意味する。本発明は、以下に説明するように、デジタルビデオと、アナログビデオ（たとえば、VHS、S-VHS、若しくは、8mmビデオ）の両方に適用される。本発明の透かしは、アナログ域からデジタル域への変換、デジタル域からアナログ域への変換、圧縮、並びに、PALからNTSC若しくはNTSCからPALへのテレビジョン標準間の変換を行なっても消えない。
【００１２】
本発明によれば、デジタル信号である透かしは、従来と同様にビデオ画像に埋め込まれる。透かしビットの部分集合は、ビデオ信号の数値特性であるデジタル属性（数値）、たとえば、１ビデオフィールド若しくはフレーム間のビデオ信号の平均振幅を搬送する。本発明によるビデオ属性は、好ましくは、フレームとフレームの間で最も大きく変化するビデオ信号のある固有の特性であり、関連したアナログ若しくはデジタル伝送チャネルに存在する典型的な歪みの影響を受けない。この属性は１回限りのコピー許可の状況だけで使用される。
【００１３】
従来通りに透かしを埋め込むことに加えて、透かしを用いてビデオを整える（符号化する）ため、たとえば、フレーム（若しくはフィールド）が１０秒のビデオ毎に１フレームずつランダム（若しくは、疑似ランダム）に選択され、ビデオ信号のそのフレームに対する属性がデジタル的に計算される。「フィールドマーカー」（タグ）は、選択されたフレームであることを示すためにそのフレームに付加される。このフィールドマーカーは、ビデオフレームの通常の不可視部、たとえば、オーバースキャン部にある特殊な信号である。
【００１４】
符号化されたビデオ信号は、準拠式デジタルビデオレコーダを使用して記録しようとする消費者側に、従来通り、たとえば、ケーブルテレビジョン若しくは衛星を介して伝送される。準拠式デジタルビデオレコーダは、記録の前に、透かしを調べ、透かしを検証し、透かしの中の１回限りのコピー許可ビットを検出し、透かしから関連した属性値を抽出する。準拠式レコーダは、特定のマーク付きフィールド上でフィールドマーカーを検出し、その特定のフィールドの属性を測定し、測定された属性値を抽出された属性値と比較する。これらの２個の属性値が一致する場合、レコーダは記録を開始する。一致しない場合、記録（コピー）は許可されない。
【００１５】
ビデオレコーダは、記録を行なうときに同時に、得られた記録物の第２世代のコピーを防止するため、ビデオからフィールドマーカーを取り除く。フィールドマーカーが存在しないことにより、準拠式レコーダを用いる特定のビデオ信号の第２世代の記録が禁止される。
【００１６】
したがって、準拠式ビデオレコーダは、従来のビデオレコーダに搭載されたマイクロプロセッサ内に、透かし読み取り器（検出器及び検証器）と、属性測定回路と、フィールドマーカー除去器（ストリッパー）と、関連した知能（ソフトウェア）とを有し、必要とされる計算及び属性比較を含む論理関数を実行する。
【００１７】
有利的には、フィールドマーカーは、従来のアナログＶＣＲに通常設けられているクロマフィルタリング回路を用いて除去できるタイプになるように選択されているので、フィールドマーカーは従来のアナログＶＣＲによって検出、再生できない信号である。最初に伝送されたビデオ信号がこのような従来のアナログレコーダを用いて記録された場合、フィールドマーカーはアナログ記録処理中に失われ、準拠式デジタルレコーダを用いて第２世代のコピーを作製することが阻止される。
【００１８】
フィールドマーカーは、典型的に、アクティブビデオの不可視部に挿入され、テレビジョンセットに関して言えば、オーバースキャン領域に挿入される。フィールドマーカーは、垂直若しくは水平ブランキング期間に交互に配置される。フィールドマーカーは、好ましくは、上述の通り、従来の記録装置によって自動的に除去されるタイプの信号であるが、このことは必須要件ではない。
【００１９】
本発明の透かし処理の典型的なアプリケーションは、上記のケーブルテレビジョン若しくは衛星配信システムにおいて顕著であるが、このようなアプリケーションに限定されるものではない。勿論、たとえば、テープ若しくはＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）に予め記録されたビデオ素材は、一般的に、１回限りのコピー許可ではなく、絶対コピー禁止として扱われるので、この透かし処理が適用されない。しかし、本発明の１回限りのコピー許可方式透かし処理は、予め記録されたビデオ材料にも適用できる。
【００２０】
［詳細な説明］
・基本処理
本発明によれば、透かしは、たとえば、８ビットのペイロードを用いてビデオ信号に付加、若しくは、ビデオ信号上に符号化される。ペイロードは変更可能なビット数である。８個のペイロードビットの中のビット１及びビット２は、従来のデジタルビデオにおけるコピー世代管理システム（ＣＧＭＳ）ビットであり、ビット３及び４は、アナログ保護システム（ＡＰＳ）ビットである。実際のアナログ保護システムは、たとえば、周知のマクロビジョン・ビデオ・コピー防止処理である。したがって、上記の４ビットは、通常の用法であり、１回限りのコピー許可、絶対コピー禁止、これ以上のコピー禁止を示し、アナログ保護システムのオン・オフを切り換える。マクロビジョン方式若しくはその他のアナログコピー防止処理は、デジタルビデオレコーダが一般的にアナログビデオ信号入力機能を有するので、デジタル記録に適用できる。残りの４個のペイロードビットは、本発明に従って、下側のビデオ信号で選択されたフレームの画像属性を定義し、以下にその例が示される。
【００２１】
「絶対コピー禁止」番組（ビデオ信号）の場合に、８ペイロードビットの中のビット１及び２は、慣例に従って値（１，１）に設定される。ビット５乃至８は「ドントケア」である。準拠式記録装置は、（１，１）ビット構造を検出した後、素材の記録物の作製を拒否する。
【００２２】
「１回限りのコピー許可」番組の場合に、ビット１及び２は、慣例に従って値（１，０）に設定され、ビット５乃至８は、番組の属性を表現する４ビットを搬送する。ここで、「属性」は、ビデオ素材のある特性の数値表現を意味する。属性は、好ましくは、フレームとフレームの間で最大限に変化する。属性は、ノイズ、非線型性若しくは周波数応答のようなビデオ信号を搬送するアナログ若しくはデジタル通信チャネルより誘起される歪みに起因して予測されるビデオ信号の歪みで変化しない方が好ましい。
【００２３】
準拠式ビデオ記録装置は、１回限りのコピー許可の（１，０）ビット構造を検出した後、関連したビデオフレームから同じ属性を計算し、ペイロードビット５乃至８で搬送される値と比較する。両者が一致した場合、コピーを続けることが許可される。一致しない場合、コピー（記録）は終了する。換言すると、一致しない属性を生じさせる１回限りのコピー命令は、準拠式記録装置による記録処理を中止する。最後に、許可された第１世代の記録が行なわれるときに、記録されたビデオは記録物上で変更され、その結果として、次の準拠式記録装置が透かしによって搬送された属性値を許可できず、更なるコピーは禁止される。
【００２４】
・実現法
以下の本発明の一実施例のより詳細な説明は、透かし読み取り器回路が、ノイズの存在する条件で、或いは、スケーリングを行なった後、透かしを曖昧さなく検出、復号化するために、たとえば、１０秒以上必要とする可能性を考慮する。この指定された時間は一例に過ぎない。
【００２５】
・符号化動作
１． 符号化はビデオ素材を保護する「ヘッドエンド」処理である。たとえば、番組の２０秒間隔に、符号化装置は、ビデオがアナログ若しくはデジタル伝送システム内で上記の種々の歪みの影響をうけた後であっても高い信頼性で属性を測定することができる最初の５秒間でランダムに１ビデオフィールド（若しくはフレーム）を選択する。符号化装置は選択されたフィールド若しくはフレームに対する属性値を測定する。
【００２６】
２． ランダムに選択された間隔（たとえば、セキュリティを高めるため０乃至５秒）を待機した後、符号化装置は、他の点では従来の透かしとは殆ど変わらない透かしにおいて選択されたフィールドの測定された属性値を、４ビットデジタル語として符号化する。好ましくは、透かしは、ある許可されていない値、たとえば、属性値を搬送するよう命令されるまで、Ｆ（１６進数）に設定された４ビットを用いてビデオに連続的に付加される。
【００２７】
３． 符号化装置は、準拠式記録装置が高い信頼性で位置を見つけることができるように、ステップ１で選択されたフィールドをマークする。例示的なフィールドマーキング方法は以下の通りである。ビデオフィールド毎の最初の水平走査線の最初の１マイクロ秒を消去し、選択されたフィールドだけに、その１マイクロ秒の間中、２５ＩＲＥ振幅増分量（パルス）を加える。より汎用的なマーキング方法を以下に説明する。
【００２８】
図１は、たとえば、ケーブルテレビジョンシステムのヘッドエンドに設けられた符号化装置の一例を示す図である。ビデオ番組は、加入者にケーブル伝送される前に、入力端子１０に供給される。これはデジタルビデオであるため、端子１０は、典型的にマルチライン（バス）コネクタである。フレームセレクタ１２は、上述の通り、ランダム若しくは擬似乱数的に符号化用の特定のフィールド若しくはフレームを選択し、選択されたフィールド若しくはフレームの標識を制御ライン１４上に発生する。これに応じて、フィールドマーカー回路１６は、ビデオの中で示されるように各フレームにマークを付ける。制御ライン１４は属性測定器１８に接続され、属性測定器１８は、到着したビデオを受信し、選択されたフィールド若しくはフレームの属性を計算（測定）する。測定されたデジタル属性値は、ライン２６上で透かし変更器回路３２に接続される。回路３２は、通常の透かし発生器２８から通常の透かしを受信し、４ビット属性値を用いてその透かしを変更する。変更された透かしはフレーム透かし回路３８に供給され、フレーム透かし回路３８は、この変更された透かしを、ライン２２上で供給されるフィールドマーカーを搬送する各フィールド若しくはフレームに書き込む。透かしビデオは、次に、ケーブル（若しくはその他の）配信ネットワークへの端子４０に出力される。図１（及び図２）の要素の中の一部は回路であり、それ以外は、たとえば、回路、または、プログラミングされたマイクロプロセッサで実行される機能を表現する。
【００２９】
・準拠式レコーダにおける読み出し動作
１． 記録処理中に、受信ビデオ番組内で上記のタイプのフィールドマーカーを検出した後、準拠式レコーダ／プレーヤは、フィールド若しくはフレームの属性を測定し、記憶する。
【００３０】
２． レコーダ／プレーヤは、測定された属性値を、透かしから復号化（抽出）された属性値と比較する。この比較は、レコーダ／プレーヤ内の透かし検出器が透かしを正確に復号化（検証）したことを高い確度で結論付けた場合に限り行なわれる。
【００３１】
３． ２個の属性値が一致した場合、記録の継続が許可される。属性値の一致は、同一の値を必要とするのではなく、ある程度の測定の不確実さ、すなわち、ある程度の公差が許容される。２個の属性値が一致しない場合、或いは、周期的なフィールドマーカーが１回限りのコピー許可指定された番組に存在しない場合、記録は禁止される。
【００３２】
４． レコーダは記録処理中に全てのフィールドマーカーを削除する。或いは、「おとり」フィールドマーカーが、透かしによって搬送された属性値とは著しく異なる属性値を有するフィールドに付加される。単純にすべてのフィールドマーカーを除去するだけで十分である。フィールドマーカーを除去することにより、次の記録試行中に異なる属性測定値を得るためにビデオを変更する必要が無くなる。
【００３３】
準拠式記録装置の一例が図２に示されている。この記録装置は図１に示された符号化装置に対し相補的である。
【００３４】
フィールドマーカーと透かしを搬送する入力デジタルビデオは、入力端子４６でフィールドマーカー検出器４８に供給され、フィールドマーカー検出器４８は、各フィールドマーカーを検出し、マークされたフレームを制御ライン５０を介して本質的に従来通りの透かし検出器／検証器５４に出力する。検証器５４は、１回限りのコピー許可ビットの存在を検査し、従来通りに透かしを検証する。４個の属性ビットは、抽出器５６によって検証済みの透かしから抽出され、ライン６２上を比較器６８まで伝達される。属性測定回路５８は、入力ビデオを受信し、ライン５０上の信号に応答して、制御ライン５０上に示されたマーク付きのフレームの所定の属性を測定（計算）する。測定された属性値はライン６４上で比較器６８に供給される。比較器６８が一致を検出したときに限り、従来の記録回路７０だけが動作許可される。記録回路は、従来のデジタルビデオテープ若しくはディスク記録装置である。記録回路７０には、記録中に１回限りのコピー許可ビットを絶対コピー禁止値に変更するため、フィールドマーカー取り除き回路７２及び回路７４が接続される。
【００３５】
・プロトコルセキュリティ
ハッカー（著作権侵害者）がこのシステムを打ち破るためには、すなわち、第１世代のビデオ記録物を準拠式記録装置によって再度コピーできるように変更するためには、以下の手続（若しくは、同等に複雑な処理）を行なう必要がある。最初に、第１世代の（正当な）記録物の再生中に、ハッカーは、フィールド毎の属性を測定し、記憶し、透かしを復号化する。次に、ハッカーは、透かしによって伝搬された属性と一致する属性を有するフィールドにフィールドマーカーを付加する。
【００３６】
この「ハック」行為には、ＭＰＥＧ−２（圧縮ビデオレート）での長い秒数のビデオ遅延と、透かし読み取り器と、属性測定システムとが必要である。コピーされるビデオは、典型的に、ＭＰＥＧ−２の圧縮形式である。以下に、より詳しく説明する。
【００３７】
本発明による方法は、典型的なコピー保護システムの全体の中のこの部分をハッキングしても最低限の見返りしか得られないことを考慮すると、殆どの人による「侵害行為」を阻止する目標を容易に達成する。１回限りのコピー許可スキームは、基本的な透かしのようなハック行為に対する防御は不要である。なぜならば、１回限りのコピー許可とラベル付けられた番組は、一般的に、その性質上、絶対コピー禁止の番組よりも著作権者にとって価値が低いからである。いずれにしても、数回のコピーを行なおうとするハッカーは、１回限りのコピー許可されたオリジナルビデオ番組から同時的に簡単に（かつ、おそらく合法的に）コピーを作製することができる。
【００３８】
・属性必要条件
本発明による理想的な画像属性は以下の通りである。
【００３９】
１． 最小限の回路を付加することにより消費者タイプのデジタルビデオレコーダで測定可能であること
２． 種々のアナログ及びデジタル伝送システムにおいて生じる非線形性、ノイズ、チルト、周波数歪み、量子化及び圧縮アーティファクトなどの通常のビデオレベルエラーに比較的反応しないこと
３． ハッカーが番組の娯楽価値を著しく低下させることなく特定の属性値を得るため、ビデオ信号を容易に変更できないようにされること
本発明の１回限りのコピー許可プロトコルの文脈において、ハッカーの仕事が実質的により困難にならないことがあるので、３番目の必要条件は満たされなくてもよい場合がある。
【００４０】
・属性の例
第１例：選択されたビデオフレームの別個の領域の平均直流電圧値は、典型的なビデオ画像に対し大きい属性値を生ずるような形で加算、減算される。画像領域のサイズ及び場所は、チルト、ノイズ、及び、歪みに対する反応が最も小さくなるように選択される。得られた値は、ビデオフレームの平均直流振幅値により除算され、介在するハードウェア装置又は伝送路におけるビデオ利得の不一致によって生ずる属性測定エラーが除去される。
【００４１】
第２例：この例は、ＭＰＥＧ圧縮ビデオに対し上記第１例を適用した具体的な実施例である。ビデオフレームの中心付近に対称的に配置された８×８画素のＭＰＥＧ−２マクロブロックを考える。各マクロブロックは、伝統的なチェッカー盤パターンで黒若しくは白に着色される。属性は、全ての白色ブロックの直流成分項の合計から全ての黒色ブロックの直流成分項の合計を減じた値を、全てのブロックの直流成分項の合計で除算した値である。
【００４２】
・フィールドマーカーの例
フィールドマーカーの第１例：ビデオフィールド（若しくはフレーム）毎に最初の水平走査線の最初の１．５マイクロ秒がビデオグレイレベルの２５％に設定される。他の例のフィールドマーカーと同様に、このマーカーはビデオフレームのオーバースキャン部に設けられているので、テレビジョンセット上では不可視化されている。しかし、マーカーの場所はこの場所に限定されるものではない。特定のフィールドをマークするため、たとえば、５０ＩＲＥ単位ピーク・ツー・ピークの２．５ＭＨｚのサイン波形がこのグレイレベルに加えられる。
【００４３】
このフィールドマーカーは、低品質のケーブルテレビジョンチャネルを通過した後でも高い信頼性で検出され得る。しかし、フィールドマーカーは、Ｓ−ＶＨＳ記録の後まで残るとしても、ＶＨＳ若しくは８ｍｍＶＣＲ（ビデオカセットレコーダ）の信号処理及び記録回路の通過後には残らない方が有利である。その理由は、フィールドマーカーがＶＨＳ若しくは８ｍｍＶＣＲ内のクロマ櫛形フィルタにより除波されるからである。かくして、ＶＨＳ若しくは８ｍｍＶＣＲによる記録及び再生後に、フィールドマーカーは効率的に取り除かれ、準拠式記録装置による第２世代のコピーは阻止される。
【００４４】
第２例：この例は、たとえば、ＶＨＳ、Ｓ−ＶＨＳ及び８ｍｍＶＣＲに対し動作可能である。ビデオフィールド（若しくはフレーム）毎に先頭の２本の水平走査線の最初の１．５マイクロ秒がビデオグレイレベルの２５％に設定される。特定のフィールドをマークするため、５０ＩＲＥ単位ピーク・ツー・ピークの副搬送波周波数のサイン波形が、同期に関して位相が両方の走査線上で同じになるように（交互の走査線上で位相逆転する通常のクロマ信号とは異なる）、このグレイレベルに加えられる。
【００４５】
このマーカーは、低品質のケーブルテレビジョンチャネルを通過した後でも高い信頼性で検出できる。しかし、このマーカーは、消費者タイプのＶＣＲのクロマフィルタを通過した後には残らない。再生時、ＶＣＲの櫛形フィルタは、走査線１のクロマを２５ＩＲＥ単位まで低下させ、走査線２のクロマをゼロまで低下させる。かくして、アナログＶＣＲによる記録及び再生後に、フィールドマーカーは効率的に失われ、準拠式デジタル記録装置によるビデオの更なるコピーが阻止される。
【００４６】
第３例：このフィールドマーカーは、ＶＨＳ、Ｓ−ＶＨＳ及び８ｍｍＶＣＲに対し動作可能である。まず最初に、２４×４画素のブロックが、たとえば、ビデオフィールド（若しくはフレーム）の左下隅で選択される。次のステップでは、２４×４画素のブロック内のクロミナンス値が固定パターンマーカー、たとえば、交互に代わる青色と黄色の値で置き換えられる。このマーカーは、低品質のケーブルチャネルを通過した後に高い信頼性で検出されるように、ＭＰＥＧ圧縮の後でも残る必要がある。しかし、消費者タイプのＶＣＲのクロマフィルタを通過した後まで残る必要はない。準拠式記録装置内のフィールドマーカー検出器は、走査線２の上だけで信号を検出するように設定される。かくして、ＶＣＲによる記録及び再生後に、マーカーは効率的に失われ、準拠式記録装置による第２世代のコピーが阻止される。
【００４７】
著作権所有者に対する保護を付け加えるため、ＶＣＲで消去可能なマーカーを使用することは、現在の１回限りのコピー許可システムに対する価値ある改良点であると考えられる。
【００４８】
上記のマーキング原理の一部は、ＭＰＥＧ圧縮方式に完全に適合するためには多少の変更が加えられる。ビデオ素材に対する保護の追加に関して、このマーキング原理は、現在の１回限りのコピー許可システムに対する価値ある改良であると考えられる。
【００４９】
・付加的な実施例 フレームマーカー及び透かし
１． 他の実施例では、符号化のため、フレーム（若しくはフィールド）マーカーが、たとえば、４秒の長さの窓で擬似乱数的に特定のビデオフレームに加算される。フレームマーカーは（既に説明したように）ＶＣＲによって自動的に除去されるようなものである。このようなマーカーの一例は、第１のマクロブロックの第１のライン上の固定直流クロマ値CRed及びCBlueである。マークされたフレームに対し、属性値が計算され、記憶される。
【００５０】
２． 透かしの中の４個の属性ビットは、先行のマークされたフレームの属性値と一致させるため、後続のたとえば２秒の窓内の擬似乱数位置で変更される。
【００５１】
３． 符号化中に、ステップ１及びステップ２がビデオ番組を通じて繰り返される。
【００５２】
４． １回限りのコピー許可番組を後で記録するとき、上述の通りフレームマーカーが除去される。
【００５３】
低い方及び中間的なＭＰＥＧのＤＣＴ係数で従来通りに伝搬される規則的な透かしビットの他に、１回限りのコピー許可のためだけに、本実施例は、高周波ＭＰＥＧ ＤＣＴ係数の一部によって伝搬されるべき４個の余分な許可ビットを追加する。１回限りのコピー許可状態が規則的な透かしビットから検出されるとき、記録装置は４個の余分なビットが存在するかどうかを検査し、存在しない場合、記録装置はコピーを行わない。存在する場合、準拠式記録装置はコピーを行う前に十分なノイズを付加する。これにより、４個の余分なビットを除去し、コピー許可が取り除かれる。
【００５４】
この方法の一つの利点は、コピー制御システムをもたない従来の（非準拠）ＶＣＲは、余分な許可ビットを自動的に除去し、準拠式デジタル記録装置が記録できない出力を作製することである。
【００５５】
本実施例の場合に、透かしは、透かしＷＭ１及び透かしＷＭ２の２個の別々の部分を有する。透かしＷＭ１は、８ビットのペイロードを収容し、画質を劣化させることなく取り除くことが難しい。ペイロードビットは、マクロブロック内の低／中／高ＭＰＥＧ ＤＣＴ係数の全域に分布する。
【００５６】
透かしＷＭ２は、たとえば、固定４ビットパターン、若しくは、ペイロードビットのＣＲＣ（巡回冗長検査）値である。透かしＷＭ２は、高周波数成分だけに分布し、ローパスフィルタ若しくはその他のフィルタを用いて消去できるので、容易に除去することができる。透かしＷＭ２は、４．２ＭＨｚの伝送の後まで残るが、２．５ＭＨｚのＶＨＳ録画により消える。透かしＷＭ２は、殆どのエネルギーがマクロブロックの水平方向に分布しているので、容易かつ安価に消去、或いは、無効にすることが可能である。ロバスト性が大きくなると、選択的なＣＲＣ（４ビット）が使用される。
【００５７】
準拠式記録装置内のＷＭ２消去回路は、ビデオデータにローパスフィルタ若しくは他のフィルタを用いて透かしＷＭ２を消去するので、必要とされる回路は最小限にとどめられる。ＷＭ２検出回路はＷＭ１検出論理回路の殆どを再利用するので、ＷＭ２検出回路を透かしWM１検出回路に追加するためのコストは非常に少ない。
【００５８】
図３には、本実施例の状態が示されている。図３において、各透かしフィールドの内容は、各列の最上行によりＷＭ１及びＷＭ２に対し示され、準拠式記録装置（レコーダ）／再生装置（プレーヤ）によって行われる関連した動作は列の残りの部分に示されている。図３の上半分には、本実施例の簡単なバージョンが示され、下半分には、ＣＲＣを含むより複雑なバージョンが示される。両方のバージョンにおいて、コピーは、透かしＷＭ１が１回限りのコピー許可ビットセットと共に存在し、透かしＷＭ２が有効（確認済み）である場合に限り許可される。
【００５９】
・無効方法及び装置
上記の１回限りのコピー許可の実施例の他に、この１回限りのコピー許可処理を無効にする方法が図４に示され、無効方法及び無効装置の両方がグラフィック表示される。「無効」とは、コピーされ得る記録物を提供することを意味し、勿論、本発明の１回限りのコピー許可システムの意図を侵害する。したがって、この無効方法及び装置は、記録装置の製造者によって市販されることはなく、本発明の説明の完全性を期すためにここに開示されている。このような無効方法及び装置を使用することは、著作権侵害の典型である。
【００６０】
図４には、幾つかの従来の構成要素が示され、たとえば、通常のケーブルセットトップ装置（ボックス）１００はケーブルテレビジョンケーブル１０２に切促され、消費者のテレビジョンセット（図示しない）の「オントップ」に設置される。本例の場合に、図２に示された特徴を含むデジタルビデオレコーダである準拠式記録装置１０６はセットトップ装置１００に接続される。本発明の１回限りのコピー許可処理を無効にしようとする人は、無効「ブラックボックス」１０４を自分のケーブルセットトップ装置１００と準拠式記録装置１０６の間に接続する。このブラックボックス１０４の詳細は後述する。ブラックボックス１０４は無効回路を収容する。
【００６１】
図４のステップ１において、フィールドマークを含む１回限りのコピー許可ビデオ番組は、ケーブル１０２を介してセットトップ装置１００で受信され、ブラックボックス１０４を介して準拠式記録装置１０６に送信される。ブラックボックス１０４は、検出された（元の）原フィールドマーカーを有する第１のビデオフレームに「タグ」（特殊フィールドマーカー）を付加する回路を含む。ブラックボックス１０４は、図２に示された装置のような専用のフィールドマーカー検出器を含む。このタグは以下に説明する特定の特性を有する。ブラックボックス１０４は、ビデオ番組上で検出されたフィールドマーカー間の時間間隔のテーブルを内部メモリに記憶する。このテーブルは、原フィールドマーカーのタイミングに関する情報を与える。タグが第１のフィールドマークされたフレームに付加されたビデオ信号は、図２に示されたタイプの準拠式記録装置１０６に供給される。
【００６２】
準拠式記録装置１０６は、次に、許可された１回限りのコピー記録物を第１のテープ（若しくはディスク）１１０に作製する。既に説明したように、このコピー記録物を作製する際に、準拠式記録装置１０６は、全ての元のフィールドマーカーを取り除く。しかし、ブラックボックス１０４によって付加されたタグは特殊タイプのフィールドマーカーであるため、原フィールドマーカーとは異なり、記録装置１０６内の取り除き回路によって除去されない。
【００６３】
図４の下半分に示されたステップ２において、記録済みのテープ（若しくはディスク）１１０は、プレーヤ（若しくはレコーダ）１１４上で再生される。勿論、再生されたビデオには、原フィールドマーカーは含まれない。このビデオは、再生モードに構成されたブラックボックス１０４’を経由して再生される。ブラックボックス１０４’は、記録モードではなく、再生モードにプログラムされている点を除いて図４の上半分に示されたブラックボックス１０４と同じである。ブラックボックス１０４’は、記録ステップ１においてブラックボックス１０４によって付加されたタグを検出し、第１のタグ付きフレームを標識として使用し、元のビデオ素材に存在するタイプと同じタイプの新しいフィールドマーカーを、ブラックボックス１０４’に（ステップ１で）予め記憶されたテーブルによって示された時間間隔に再挿入する。
【００６４】
かくして、ブラックボックス１０４’からの出力ビデオは、本質的に元のビデオと同じであり、再挿入された全てのフィールドマーカーを含む。このビデオは、次に、フィールドマーカーを含まず、可視化される（但し、コピーできない）第２世代のビデオ記録物を第２のテープ若しくはディスク１１６に出力する準拠式記録装置１０６によって記録される。したがって、図４に示された方法を用いることにより、第２世代のビデオ記録物がテープ若しくはディスク１１６に供給され、本発明の１回限りのコピー許可保護処理を打ち破る。
【００６５】
ブラックボックス１０４、１０４’の内部構造は図５に示される。図５の上半分には、ステップ１におけるブラックボックス１０４の構造が示される。セットトップ装置１００からの入力ビデオは入力端子１２０に供給され、原フレーム（若しくはフィールド）マーカーを検出するフレームマーカー検出器１２２に供給される。制御ライン１２４は、検出されたフレームマーカーが存在する旨の情報をタグ書き込み回路１２８に通知し、タグ書き込み回路１２８は、これに基づいて、少なくとも第１のフィールドマーク付きフレームにタグを追加し、このタグ付きビデオを出力端子１３２に出力する。出力端子１３２は図４では、準拠式記録装置１０６に接続される。同様に、ライン１２４で検出されたフレームの情報がメモリ１３６に通知され、メモリ１３６は検出されたフレームマーカー間の時間間隔を記憶するテーブルを収容する。
【００６６】
図５の下半分には、ステップ２のブラックボックス１０４’の構造が示される。この場合、プレーヤ１１４からのビデオはブラックボックス１０４’の入力端子１２０に供給され、次に、タグ検出器１４０に供給され、タグ書き込み回路１２８によって挿入されたタグが検出される。検出された各タグの情報（標示）は制御ライン１４２に供給され、このタグを搬送する特定のフレームが通知される。ライン１４２は、原ビデオのフレームマーカーに対応したフレームマーカーを望ましい時間間隔で付加するフレームマーカー書き込み器１５０を制御する。これらの時間間隔は、メモリテーブル１３６に予め記憶されたデータによって決められる。本例では、このデータは、フレームマーカー書き込み回路１５０がフレームマーカーを実際に付加するときを制御するため、制御ライン１４６に読み出される。
【００６７】
次に、フレームマーカー書き込み回路１５０によって新しいフレームマーカーが挿入されたビデオは、ブラックボックス出力端子１３２に供給され、次に、（図４に示された）準拠式記録装置１０６の入力端子に供給される。本例は、ブラックボックスの一例に過ぎず、本例に限定されるべきではない。
【００６８】
このようなブラックボックスの構造は、本発明により開示されたフィールドマーカーの性質に関する知識が与えられ、ビデオ技術における一般的な知識を備えている当業者により理解されるであろう。ブラックボックスは、本質的に、タグを特定のビデオフレームに付加し、元のフィールドマーカーを検知し、元のフィールドマーカーのテーブルを記録する機能を有するデジタル装置である。典型的に、ブラックボックスは、メモリを備えたマイクロプロセッサ制御された装置である。ブラックボックス内の実際の回路構成は、上記の機能を実行する多様な形態をとり得る。
【００６９】
・多様なビデオ配信方法のためのタグ付け
上記の１回限りのコピー許可タグ付けシステムの場合に、コンテンツ準備、コンテンツ配信、及び、コンテンツ可視化／記録を含む処理を考慮する必要がある。多様なビデオ配信方法に関する処理を分析すると、アナログケーブル及び放送配信と、（通例的にP1394と示される）デジタル出力を具備しない既存のデジタルセットトップ装置の設備によるデジタル配信、デジタル出力を具備した既存のデジタルセットトップ装置の設備によるデジタル配信、新しいデジタルセットトップ装置によるデジタル配信とに分類される。
【００７０】
アナログケーブル及び放送配信の場合に、コンテンツ（番組）は配信前に準備され、１回限りのコピー許可から（これ以上の）コピー不可への変換の処理が記録装置において行なわれ、この処理はビデオ域で１回だけ行なわれる。
【００７１】
（P1394）デジタル出力を具備しない既存のデジタルセットトップ装置の設備によるデジタル配信の場合に、コンテンツは、好ましくは、オーサリング／ＭＰＥＧ符号化の前に準備されるが、オーサリング／ＭＰＥＧ符号化と同時に準備してもよい。しかし、１回限りのコピー許可マークは、ＭＰＥＧ符号化／復号化の後まで残るべきである。本例の場合に、１回限りのコピー許可から（これ以上の）コピー不可への変換は、記録装置で行なわれ、ビデオ域で１回だけ行なわれる。
【００７２】
デジタル出力を具備した既存のデジタルセットトップ装置の設備によるデジタル配信も同様ではあるが、１回限りのコピー許可から（これ以上の）コピー不可への変換はＭＰＥＧ域で行なわれる。
【００７３】
最後に、新しいデジタルセットトップ装置によるデジタル配信の場合に、１回限りのコピー許可マーキングは、セットトップ装置自体で行なわれる。その上、P1394出力の場合に、１回限りのコピー許可から（これ以上の）コピー不可への変換は、コピー認可がセットトップ装置かデコーダに送信される限り、セットトップ装置で行なわれる。
【００７４】
アナログケーブル及び放送配信の場合に、本発明のシステムは、１回限りのコピー許可素材を識別するため、固定した1回限りのコピー許可／（これ以上の）コピー不可透かしと、ランダムに選択されたビデオフレーム若しくはビデオフレームの系列に付加されたフレーム若しくはフィールドタグとを含む。１回限りのコピー許可から（これ以上の）コピー不可への変換は、タグの除去若しくはタグの劣化によって行なわれる。さらに、セキュリティを高めるため、タグ付きフレーム、若しくは、タグ付きフレームの系列の属性は、透かしに符号化される。透かし属性符号は、より高いセキュリティを得るためランダムに遅延される。
【００７５】
属性の例には、タグ付きフレームのビデオ特性の表現、タグ付きフレームの位置、若しくは、（セキュリティを得るためランダムに選択された）タグ付き系列の長さが含まれる。
【００７６】
タグは、従来のＶＣＲ、並びに、非準拠式ＭＰＥＧエンコーダによって自動的に除去されたタイプのタグである。たとえば、非常に小さい振幅の補色の交互のライン（タグパターン）は、フィールドからフレームへの変換中にＶＨＳ及びＭＰＥＧエンコーダによって除去される。（領域が、たとえば、１フィールド当たりに６４画素×４ラインである）このタグは、たとえば、ビデオの下側左端隅に配置され、テレビジョンセット上ではオーバースキャンに起因して不可視的である。セキュリティを高めるため、タグ付き処理は、全てのビデオフレーム上でタグ領域内のクロマを除去し、タグ付きフレームにタグパターンを付加する。この除去はクロマ除去によって行なわれる。
【００７７】
デジタル出力を具備しない既存のデジタルセットトップ装置の設備によるデジタル配信の場合に、タグ付けシステムは、ＭＰＥＧ圧縮／伸長の後まで残る必要があり、タグ付けがエンコーダ自体の内部で行なわれるか、若しくは、符号化処理が制限されている限りＶＣＲ及びＭＰＥＧ記録の後でも残る。
【００７８】
１回限りのコピー許可システムの有効性を最大限に活かすため、２通りのタグ付け方法が準拠式記録装置によってサポートされる。上記の「強い方の」タグは、アナログシステム若しくは互換性のあるエンコーダに対し選択される。比較的低振幅で補色の水平方向サイクルのタグパターンを有する「弱い方の」タグは、互換性のないエンコーダに対し選択される。
【００７９】
デジタル出力を具備した既存のデジタルセットトップ装置の設備によるデジタル配信の場合に、デジタルレコーダは、好ましくは、１回限りのコピー許可から（これ以上の）コピー不可への変換を最小限のコストで実行する。
【００８０】
一つの解決法は、ビットストリーム自体に配置された付加的なタグを追加並びに除去することである。しかし、ビデオデータで搬送される透かし／タグは、セットトップ装置のビデオ出力をサポートすることが要求され、デジタル記録されたコピーは、ビットストリーム内で（これ以上の）コピー不可としてラベル付けされ、ビデオ内では１回限りのコピー許可としてラベル付けされる。このため、これ以上のコピーが作製されないことを保証するため、各プレーヤに同期システムを設ける必要がある。
【００８１】
別のより好ましい解決法は、タグ検出／タグ除去に対する付加的な必要条件を最小限に抑えることである。従来、ＭＰＥＧストリーム内の透かしを読み取るためには、
−トランスポートストリームを逆多重化（デマルチプレクス）すること
−ビデオストリームをＩフレームに復号化すること
−全てのスライスをＩフレームに復号化すること
−全てのマクロブロック（ＭＢ）を処理すること
−全てのルミナンスブロックを処理すること
が要求された。
【００８２】
本例の場合に、（ＭＰＥＧのフレームタイプを表わす）Ｉフレームだけが透かし読み取り処理に使用されるので、タグ検出／タグ除去処理は、以下のステップを使用してＩフレームだけを用いて行なわれるべきである。これらのステップには、
−検出のため、タグ領域クロマブロックを処理すること
−ビットストリームを一時記憶し、タグマクロブロック内の「タグクロマ」ブロックビット系列の代わりに予め計算された「非クロマ」ブロックビットシーケンスを使用し、同時に、ビデオバッファ検証器サイズ（ｖｂｖ）が影響されないことを保証する。
【００８３】
タグ除去はＩフレームとマクロブロックだけで行なわれるので、以下の論点及び必要条件が生じる。
【００８４】
非互換性エンコーダの場合、タグ付きフレームの系列が存在し、かつ、その系列は１個のＩフレームが収容されることを保証できる十分な長さであることが必要である。それは１フレームでもよく、或いは、タグ付きフレームの分布は、十分な数のＩフレームが間に存在するようにされるべきである。タグ付きフレーム系列が使用されるとき、系列の属性はＩフレームの属性から導出されるべきである。これは、フレーム位置、若しくは、フレーム系列長を属性として使用することによって巧く解決される。フレーム位置方式の場合、タグ付きフレームは特定の透かしコードを搬送し、タグ無しフレームはそれ以外を搬送する。透かしコードとタグ状態の間の不一致は、これ以上のコピー不可を意味する。フレーム系列長方式の場合、フレーム系列長は、３×Ｄと５×Ｄの間でランダムに交番する。ここで、Ｄは最大許容可能なグループ・オブ・ピクチャ（ＧＯＰ）のサイズ（ｍａｘＧＯＰ）よりも大きい数を表わす。この方式の場合に、単一のタグ付きＩフレーム、及び、ｍａｘＧＯＰ個の総フレーム数未満のＩフレームの系列が存在することは、これ以上のコピー不可であることを示す。したがって、Ｄよりも多く３Ｄ未満の総フレームをカバーするＩフレームの系列は透かし内の５×Ｄのコードと一致し、又は、３Ｄよりも多い総フレームをカバーするＩフレームの系列が透かし内の３×Ｄコードと一致する。後者はより好ましい方式である。
【００８５】
タグ系列が使用される場合、系列内の最初のＩフレームよりも先行するフレームのタグは除去されない。上記の位置方式及び系列長方式はこの問題を解決する。Ｉフレームからのタグの除去は、ＧＯＰ内の他のフレームのタグを頻繁に除去する必要がある。これは、タグ領域に動きが無い場合に行なわれ、符号化中にタグ領域内の動きベクトルを強制的にゼロにすることにより改善することができる。Ｉフレームからのタグ除去は、ＧＯＰ内の他のフレームに重大なアーティファクトを生成してはならない。タグ領域は後続のＰフレーム及びＢフレーム内でそのタグ領域を囲むマクロブロックを予測するため使用できるので、アーティファクトの生成を回避できる。これは、本発明の一実施例においてタグが補色を使用する理由の一つである。タグの除去は可視的なクロマ変化を生成すべきではない。予め計算されたクロマブロックの代用によるタグ除去は、あるテレビジョン上でアーティファクトを可視化する５４×１６の領域中の全てのクロマを除去すること、若しくは、互換性エンコーダで発生されるえきユーザデータ内でビットストリームを搬送することを意味する。
【００８６】
互換性エンコーダの場合に、タグ生成はＩフレームだけに関してエンコーダによって行なわれる。動きベクトルは、次のＰフレーム及びＢフレーム上で強制的にゼロにされ、これらのフレーム上でイントラブロック符号化は許可されない。タグではないブロックに対する動き予測は、タグブロックを使用しないように拘束される。
【００８７】
新世代のデジタルセットトップ装置によるデジタル配信の場合に、フレームタグ付けは、ＡＣＰが生成される方法と同じ方法でビデオ出力だけに行なわれる。予め透かしを入れられたコンテンツは、ビットストリームで搬送されたタグ位置情報を使用するビデオエンコーダによって（強い方のタグを用いて）タグ付けされる。Ｐ１３９４側で、セットトップ装置は、準拠式記録装置が確認された後、Ｐ１３９４出力の動作を許可する。このシステムは、別々にアナログ出力若しくはデジタル出力を介してコピーを作製できるかどうかを指定することができる。著作権情報及び関連したデータ（タグ位置）は、ＡＣＰ情報が現在搬送されているのと同じ方法でビットストリームで搬送される。
【００８８】
以下、実施可能な３通りのシステムについて説明する。３つのシステムは、すべて、共通の記録装置及び共通のアーキテクチャを使用する。元の素材にアーティファクトは生成されないので、番組視聴者には全く影響が見えず、また、ＭＰＥＧコピーの場合に対して、ビデオコピー上にアーティファクトは生成されない。
【００８９】
互換性エンコーダ用の１回限りのコピー許可アーキテクチャの場合に、タグはＩフレームだけに挿入される。非互換性エンコーダの場合に、３秒及び５秒のタグ系列は、ビデオにランダムに付加され、ランダム遅れ時間後に、透かし内の「タグ長さ識別子」ビットが３秒の系列に亘り０に設定され、５秒の系列に亘って１に設定される。別のビット（変更ビット）は、新しいタグ系列が参照される毎にトグル切換され、透かしの数が１０に減少する。タグは、左下の４個のマクロブロックの８本の下部ライン上で比較的低振幅の補色の水平サイクル若しくは垂直サイクルを使用する。１１番目及び１２番目のビットは、システム１、２及び３として指定されたシステムを区別するため使用される。
【００９０】
１． システム１は、互換性エンコーダ／オーサリングを用いたアナログ配信及びデジタル配信を扱う。本システムの場合、垂直サイクルが使用され、ＶＨＳ方式ＶＣＲと、一部の非準拠式ＭＰＥＧエンコーダによるタグの除去が可能である。タグ除去は、ビデオレコーダ上でビデオの下部８本のラインを消去し、ＭＰＥＧレコーダ上でビデオの下部１６本のラインを消去することにより行なわれる。
【００９１】
互換性エンコーダの場合、フィールドからフレームへの変換後にタグが挿入され、Ｉフレームだけでタグを使用し、下部マクロブロックに対し動きベクトルを強制的にゼロにさせ、他のマクロブロックにおける動き予測で下部マクロブロックを使用しないようにさせ、Ｐフレーム／Ｂフレームでのタグ領域マクロブロックに対するイントラ符号化を禁止する。
【００９２】
２． システム２は、互換性エンコーダ／オーサリングを用いないデジタル配信を扱う。本システムの場合に、水平サイクルが使用される。ＭＰＥＧ域でのタグ除去は、タグマクロブロック内のクロマを除去することにより行なわれる。一部のアーティファクトは、あるテレビジョンのデジタルコピーされたコンテンツのタグ領域で可視化される場合がある。本システムのセキュリティは、ＭＰＥＧコピーに関するセキュリティほど強くはない。なぜならば、
侵害行為は、クロマの１６本のラインがタグ付きフレーム上のタグ領域内で失われ、８本のラインだけがタグ無しフレーム上で失われるという事実を手掛かりにするためである。
【００９３】
３． システム３は新しいネットワークにおけるデジタル配信を扱う。このシステムは、システム１又は２に対する後方互換性がない。しかし、本システムは、高品質であり、１回限りのコピー許可を実現するため新しいセットとっぽ装置を使用することを要求する新しいネットワークに対する低コストの解決法である。
【００９４】
ビデオ入力に対し、１回限りのコピー許可透かしの検出後、記録装置は、タグ領域内のフレームの下部８本のライン中のクロマを除去することによりタグを取り除く。
【００９５】
デジタル入力に対し、１回限りのコピー許可の透かしの検出後（システム1又は２）、タグ検出器は、システム１若しくはシステム２のどちらが使用されたかを識別する。システム１の場合、タグ除去は、下部スライスを予め記憶されたスライスで置換し（下部１６本のビデオラインを消去し）、ｖｂｖに影響を与えないようにパディングする。システム２の場合、タグ除去は、下部クロマタグブロックを予め記憶されたブロックで置換すること（左下４個のマクロブロックからクロマを取り除くこと）により行なわれる。
【００９６】
１回限りのコピー許可透かしシステム３の検出後、Ｐ１３９４認定プロトコルが１回限りのコピー許可を識別する限り、コピーが作製される。
【００９７】
・ビデオタグ（フレーム／フィールドマーカー）
上記のフレーム若しくはフィールドマーカー「タグ」は、ビデオストリームに挿入されたビデオ信号又は信号修正であり、基本的にＭＰＥＧ−２圧縮に影響を与えないが、（少なくとも）標準ＶＨＳ方式ＶＣＲにより本質的に拒絶され、情報を伝達するため後でビデオ信号から読み出される場合がある。タグは、好ましくは、ＭＰＥＧ−２圧縮に影響を与えないので、ＭＰＥＧ符号化前にビデオに挿入され、ＭＰＥＧエンコーダの修正を必要としない。伝達されることが意図された情報には、関連したビデオのコピー保護状態が含まれるが、同様に他のアプリケーションも実現可能であり、このタイプのタグはコピー保護分野に制限されない。他のアプリケーションには、認証若しくはデータ伝送が含まれる。
【００９８】
連続的な選択ラインに特定のクロマパターンが注入若しくは重畳されたクロマ反転タグを使用してもよく、連続ライン上で変調されたクロマは位相反転している。これは、ＶＣＲ内の櫛形フィルタが信号を取り消すことを意図している。しかし、ＭＰＥＧ−２符号化システム内のフォーマットが要求されるクロマの垂直サブサンプリングは、垂直アンチ・エイリアシングフィルタリングを必要とする。１個のパターンは、基本的にクロマ空間域に高い垂直周波数変化を含み、ＭＰＥＧ−２アンチ・エイリアシングフィルタは、基本的に垂直ローパスフィルタである。実際上、ＶＣＲの櫛形フィルタのアーキテクチャは、ＭＰＥＧ−２のアンチエイリアシングフィルタと構造的に同一であり、典型的にアンチエイリアシングフィルタは、櫛形フィルタよりも複雑であり、カットオフ周波数が低い。このように、アンチエイリアシングフィルタは、櫛形フィルタと同様に、挿入されたクロマパターンを除去し、挿入された信号は着目している全てのフォーマットで失われる点が望ましくない。
【００９９】
ＭＰＥＧ−２システムのベースバンドクロマ帯域幅は、実施形態に依存して約１．４ＭＨｚである。図６Ａには、カラーアンダーＶＨＳフォーマットビデオ信号の周知のスペクトルが示されている。標準ＶＨＳ方式ＶＣＲのベースバンドクロマ帯域幅は約３００ｋＨｚであり、実施形態に依存する。したがって、約３００ｋＨｚから約１．４ＭＨｚまで広がるベースバンドクロマ域（１．１ＭＨｚ帯域幅）には領域が存在し、その領域で信号はＭＰＥＧ−２符号／復号回路を通過し、標準的な（消費者タイプ）のＶＨＳ方式ＶＣＲ（ＮＴＳＣ若しくはＰＡＬ）によって拒絶される。
【０１００】
タグ信号の成分がＶＣＲの３００ＫＨｚのクロマ経路を通過しないように、挿入されるべきタグ信号が上記領域に完全に、かつ、単独で存在することが望ましい。ＶＣＲの専用のクロマチャネルフィルタリングは、挿入されたタグ信号の成分がＶＣＲのルマ経路に侵入しないことを保証する。
【０１０１】
図６Ｂは、タグ信号の一実施例に従って挿入されたタグのスペクトルを、カラーアンダークロマチャネルのスペクトルと対比して示す図であり、本例のタグ信号は、８４４ｋＨｚのクロマ矩形波であり、緑色の４個の連続したＣＣＩＲ−６０１ ４：２：０クロマサンプルと、後続のマゼンタの４個の連続したクロマサンプルの繰り返し水平パターンを含む。ビデオ域において、これはクロマ信号であり、このクロマ信号は、クロマの略２サイクル毎に（１サイクルは３．５８ＭＨｚ）位相を反転し、３．５８ＭＨｚ−８４４ｋＨｚの一方のスペクトルと、３．５８ＭＨｚ＋８４４ｋＨｚの他方のスペクトルの２個のスペクトル成分だけを有する両側波帯抑制搬送波信号であると考えられる。特に、３．５８ＭＨｚから３００ｋＨｚの範囲内にスペクトル成分が存在しない。図６Ｃには、挿入されたタグのスペクトルがＭＰＥＧ−２ベースバンドクロマチャネルと対比して示され、図６Ｄには、注入されたタグの変調クロマ波形が示される。
【０１０２】
この他のタグの実施形態が可能である。矩形波は最も容易に生成できるが、パターンは矩形でなくてもよく、たとえば、正弦波でも構わない。同様に、パターンは８４４ｋＨｚである必要はなく、約３００ｋＨｚよりも十分に高く、約１．４ＭＨｚよりも十分に低い周波数であれば、どのような周波数でも構わない。代替的な周波数は、１．１２５ＭＨｚであり、緑色の３個のＣＣＩＲ−６０１サンプルと、マゼンタの３個のサンプルとが含まれる。また、パターンは対称性が無くてもよく、反復性が無くてもよい。また、パターンは、１次エネルギーが約１．４ＭＨｚ未満であるパターン若しくは信号であり、約３００ｋＨｚ以下で巧く作用するコンテンツが含まれず、実施形態を簡単にするための選択が行なわれる。
【０１０３】
この信号に関する情報を伝達する一つの方法は、Ｉフレームの数で測定できるように数種類の長さの異なるタグを挿入し、タグの長さを表現する付随したビデオ透かし情報を加えることである。したがって、このシステムは、コピーを許可する前に２度の一致を要求する。
【０１０４】
このような信号の可視性を最小限に抑えるため、種々の要素を水平方向及び垂直方向にできる限り小さくし、視覚的に消失しやすい性質を与えることが望ましい。別の実施例におけるタグは、チェッカー盤パターンを形成するため水平方向及び垂直方向に交互に現れる着色された小さい領域により構成される。一実施例における色は、非常に類似したルミナンス値を有する補色関係の緑色とマゼンタであり、人間の視覚はこれらを均一なグレイに空間的に平均化する。勿論、他の色を使用しても構わない。着色された領域は、選択されたフォーマットの空間解像能力と適合させてできる限り小さくするべきであり、ＭＰＥＧ−２圧縮の場合に、フォーマットが記述するクロマサブサンプリングに先行する水平及び垂直アンチエイリアシングフィルタは制限される。
【０１０５】
本実施例の細部は実施形態に依存する。典型的なＭＰＥＧ−２アプリケーションの場合に、水平及び垂直のサブサンプリングの両方に対し係数[-29,0,88,0,-29]を備えたデジタルアンチエイリアシングフィルタを使用することにより、タグ信号の一実施例は、緑色画素と、2個のグレイ画素と、マゼンタ画素と、2個の更なるグレイ画素とを含む完全にサンプリングされた画素の系列を、指定されたアンチエイリアシングフィルタに適用することによって作成される。この系列は、望ましい「チェッカー盤」パターンを作成するため、水平及び垂直の両方向に２倍され、考慮中のアプリケーションに望ましく、かつ、有効な限り、両方向に続けられる（繰り返される）。
【０１０６】
緑及びマゼンタの個々の画素は、アンチエイリアシングフィルタへのインパルス関数入力を構成し、フィルタ出力信号は、フィルタ係数に対応した画素の系列であり、換言すると、指定されたフィルタへの単一の画素出力は、-29,0,88,138,88,0,-29の振幅パターンを有する画素の出力系列を生じる。フィルタの総出力は、各入力画素に対する応答の線形和である。上記実施例の場合に、マゼンタ画素が”−１”で符号化され、グレイ画素が”０”で符号化され、緑色画素が”＋１”で符号化されるとき、上記のタグ系列に対するフィルタの定常状態応答は、…88,-88,-196,-88,88,196,88,-88,-196,…であり、１．１２５ＭＨｚでのクロマ正弦波形を表わす。
【０１０７】
チェッカー盤パターンは、所与のタグ付き走査ラインにおいて、所定の画素が指定された空間パターンに従うように入力信号を配置することにより作成される。すなわち、入力のライン４６０の画素２０が緑色である場合に、ライン４６１及び４６２の画素２０はグレイであり、ライン４６３の画素２０はマゼンタであり、ライン４６４及び４６５の画素２０はグレイである。画素２１、２２、２４及び２５は、全てのタグ付きラインでグレイであり、ライン４６１、４６２、４６４及び４６５のタグ付き部分内の全ての画素もグレイである。アンチエイリアシングフィルタの挙動は、単一の着色画素を水平及び垂直の両方向で所望の正弦波形に滲ませる。
【０１０８】
上記の本発明の実施例の説明は、例示であり、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。上記実施例の種々の変形は、上記の説明に基づいて当業者には明らかであり、特許請求の範囲に記載された事項に包摂される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるエンコーダのブロック図である。
【図２】 本発明による透かし／再生制御スキーム用の記録装置のブロック図である。
【図３】 ２重透かしシステムにおける特性の図表である。
【図４】 本発明の１回限りのコピー許可処理を無効にする方法の説明図である。
【図５】 図４の無効装置のブロック図である。
【図６】 ６Ａ乃至６Ｄは、本発明による特定のビデオタグの用法を説明する図である

Claims (45)

1. ビデオ信号の選択されたフィールド若しくはフレームにマーカーを配置するステップと、
   上記マークされたフィールド若しくはフレーム毎に画像属性を測定するステップと、
   上記測定された属性の数値表現を含む信号を上記ビデオ信号に埋め込むステップとを含む、デジタルビデオ信号のコピー保護方法。
2. 上記埋め込まれた信号は透かしである請求項１記載のコピー保護方法。
3. 上記属性は上記選択されたフレームの所定の部分の振幅から計算される請求項１記載のコピー保護方法。
4. 上記信号は上記ビデオ信号のコピーが許可されていることを示す少なくとも１ビットを含む請求項１記載のコピー保護方法。
5. 上記マーカーは上記フレームのオーバースキャン部分に設けられる請求項１記載のコピー保護方法。
6. 上記マーカーは上記フレームのブランキング期間に設けられる請求項１記載のコピー保護方法。
7. 上記マーカーは通常のアナログビデオレコーダで除波される信号である請求項１記載のコピー保護方法。
8. 上記信号は通常のアナログビデオレコーダにより除波される信号である部分を含む請求項１記載のコピー保護方法。
9. 上記マーカーは繰り返されるクロマ波形である請求項１記載のコピー保護方法。
10. 上記マーカーは繰り返される矩形波である請求項９記載のコピー保護方法。
11. 上記マーカーは約３００ＫＨｚ乃至約１．４ＭＨｚの周波数を有する請求項１記載のコピー保護方法。
12. 上記マーカーは２個の補色を含むチェッカー盤パターンである請求項１０記載のコピー保護方法。
13. 少なくとも１個のフレームにマーカーが設けられ、上記マーカーが付けられたフレームの画像属性の数値表現を含む関連した信号を有する保護されたビデオ信号の再生方法であって、
    特定のフレームを識別するため上記マーカーを検出するステップと、
    上記フレームと関連した上記信号を検出するステップと、
    上記識別されたフレームの画像属性を測定するステップと、
    上記測定された属性を上記識別されたフレームに対する上記属性の数値表現と比較するステップと、
    上記比較するステップにおいて一致していると判定された場合に限り上記ビデオ信号の記録を許可するステップとを含む再生方法。
14. 上記信号は透かしである請求項１３記載の再生方法。
15. 上記属性は上記フレームの選択された部分の振幅から計算される請求項１３記載の再生方法。
16. 上記信号がコピー許可ビットを含むかどうかを判定するステップと、
    上記コピー許可ビットが存在する場合に限り、コピーを許可するステップとを更に有する請求項１３記載の再生方法。
17. 上記ビデオ信号の記録中にコピー許可ビットを変更するステップを更に有する請求項１３記載の再生方法。
18. 上記マーカーは上記フレームのオーバースキャン部分に設けられる請求項１３記載の再生方法。
19. 上記マーカーは上記フレームのブランキング期間に設けられる請求項１３記載の再生方法。
20. 上記マーカーは通常のアナログビデオレコーダで除波される信号である請求項１３記載の再生方法。
21. 上記信号は通常のアナログビデオレコーダにより除波される信号である部分を含む請求項１３記載の再生方法。
22. 上記マーカーは繰り返されるクロマ波形である請求項１３記載の再生方法。
23. 上記マーカーは繰り返される矩形波である請求項２２記載の再生方法。
24. 上記マーカーは約３００ＫＨｚ乃至約１．４ＭＨｚの周波数を有する請求項１３記載の再生方法。
25. 上記マーカーは２個の補色を含むチェッカー盤パターンである請求項２２記載の再生方法。
26. ビデオ信号のコピー保護に適合したデジタルビデオレコーダであって、
    ビデオ記録回路と、
    上記ビデオ信号を受信する入力端子と、
    上記受信されたビデオ信号のフレーム中のマーカーを検出するマーカー検出器と、
    上記フレームと関連した信号を検出する検出器と、
    上記フレームの画像属性を測定する属性測定回路と、
    上記測定された属性を上記信号の属性の数値表現と比較し、両者が一致した場合に、上記ビデオ記録回路の動作を許可する比較器とを有するデジタルビデオレコーダ。
27. 上記検出器は、デジタルビデオ信号透かしにコピー許可ビットが設定されているかどうかを判定し、
    上記比較器は上記コピー許可ビットが設定されている場合に限りコピーを許可する請求項２６記載のデジタルビデオレコーダ。
28. 上記ビデオ信号の記録中に上記コピー許可ビットを変更する回路を更に有する請求項２７記載のデジタルビデオレコーダ。
29. ビデオ信号を受信する端子と、
    上記受信されたビデオ信号の選択されたフレームにマーカーを配置するマーカー回路と、
    上記マークされたフレーム毎に画像属性を測定する測定回路と、
    マーカーを有するフレーム毎に測定された属性の数値表現を含む信号を上記ビデオ信号に埋め込む回路とを有する、ビデオ信号を保護する符号化装置。
30. 上記マーカーは上記フレームのオーバースキャン部分に設けられる請求項２９記載の符号化装置。
31. 上記マーカーは上記フレームのブランキング期間に設けられる請求項２９記載の符号化装置。
32. 上記マーカーは通常のアナログビデオレコーダで除波される信号である請求項２９記載の符号化装置。
33. 上記信号は通常のアナログビデオレコーダにより除波される信号である部分を含む請求項２９記載の符号化装置。
34. 少なくとも１個のフレームに第１のマーカーが設けられ、少なくとも１個のフレームの画像属性の数値表現を含む関連した信号を有する保護されたビデオ信号のコピー許可方法であって、
    上記マーカーを搬送するフレームを検出するステップと、
    所定の信号を用いて上記検出されたフレームの中の１個のフレームにタグを付けるステップと、
    上記検出された各フレームのタイミングを表わすデータを記憶するステップと、
    ビデオを記録するステップと、
    記録されたビデオを再生するステップと、
    上記ビデオを再生する間に、上記タグを付けられたフレームを検出するステップと、
    上記タグを付けられたフレーム及び選択された後続のフレームに第２のマーカーを、上記記憶されたデータに従って挿入するステップとを有するコピー許可方法。
35. 上記所定の信号は上記第１および第２のマーカーとは異なる請求項３４記載のコピー許可方法。
36. 上記所定の信号はデジタルビデオレコーダによって除去される信号である請求項３４記載のコピー許可方法。
37. 上記関連した信号は透かしである請求項３４記載のコピー許可方法。
38. 少なくとも１個のフレームにマーカーが設けられ、上記フレームの画像属性の数値表現を含む関連した信号を有する保護されたビデオ信号のコピー許可装置であって、
    上記保護されたビデオ信号を受信する入力端子と、
    上記入力端子に接続され、上記フレームマーカーを検出する第１の検出器と、
    上記第１の検出器に接続され、上記マーク付けされたフレームの中から少なくとも１個のフレームに所定の信号を書き込む回路と、
    上記第１の検出器に接続され、上記検出されたマーク付けされたフレーム毎のタイミングを表わすデータを記憶するメモリと、
    上記所定の信号を検出する第２の検出器と、
    他のフレームマーカーを上記記憶されたデータに応じて上記ビデオ信号に挿入する回路とを有するコピー許可装置。
39. 上記所定の信号は上記フレームマーカーとは異なる請求項３８記載のコピー許可装置。
40. 上記所定の信号はデジタルビデオレコーダによって除去される信号である請求項３８記載のコピー許可装置。
41. 上記関連した信号は透かしである請求項３８記載のコピー許可装置。
42. コピーを制限するため、コピー制限に関連したデータを搬送する透かしが設けられた原ビデオ信号を処理する方法であって、
    所定の方式で上記原ビデオ信号の特性に対応した属性を有し、ビデオ信号が原ビデオ信号である対応関係を示すビデオマーカーを上記原ビデオ信号に挿入するステップと、
    コピーのため上記ビデオ信号を出力する要求に応じて、上記透かしを検出し、上記ビデオマーカーの上記ビデオ信号に対する所定の対応関係を検査することにより上記ビデオ信号が原ビデオ信号であるかどうかを検査するステップと、
    上記ビデオ信号が原ビデオ信号であると確認された場合に限り、上記原ビデオ信号と同一ではないため、上記ビデオマーカーが上記所定の方式で対応しなくなる上記原ビデオ信号のコピー物を作製するため上記原ビデオ信号を処理するステップとを有し、
    上記コピーされたビデオ信号を次に検査するときに、上記ビデオ信号は原ビデオ信号ではないことが示され、更なるコピーが制限される方法。
43. 上記ビデオマーカーを変更するステップを含む請求項４２記載の方法。
44. 上記ビデオマーカーを除去するステップを含む請求項４３記載の方法。
45. 上記原ビデオ信号をデジタル形式からアナログ形式に変換するステップを含む請求項４３記載の方法。

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