CN1308463A - 使用加密、解密来保护数据流的方法、编码和解码装置 - Google Patents

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Abstract

在本发明中,几种不同的VLC代码表用于编码器和解密器中。在编码器和解码器中,在规则或不规则的时刻同步选择不同的VLC代码表。关于所选择代码表的信息被加密发送。对应的代码表的集合可以存储在解码器中。另外,更新和可能加密的VLC代码表可以从编码器发送到解码器,从而关于所选择的VLC代码表的信息可以在非加密格式中发送。因此,不需要对VLC代码字进行实时加密/解密处理,并且不需要高速复杂的硬件。

Description

使用加密、解密来保护数据流的方法、编码和解码装置
本发明涉及一种方法、编码装置和解码装置，用于在数据编码器中利用加密保护具有代码表的数据流，或者用于在数据解码器中利用相应的解密对具有代码表的被保护数据流解码。
数字视频或音频数据的加密和复制防止是广为讨论的主题。存在类似于DTCP(数字传输内容保护)或者XCA(扩展条件访问)这样的几种方案。这些方案使用已知的数据流加密算法并且需要相当量大的附加硬件用于视频和音频数据的加密和解密。
欧洲专利EP-A-0582122公开的一种特定的加密方法，其中解码被编码的数字视频和音频数据所需的VLC(可变长编码)代码字使用要被发送的VLC代码字的永久加密编码法来加密。加密的代码字在标准的解码器中是不能使用的，因为所发送的加密代码字不能正确地转换，或者所发送的加密代码字不能在存储于接收器的VLC代码本表格中找到。
例如，MPEG-2视频标准包括VLC代码的使用，以产生编码的数据。接收器必须知道已经在编码器中应用的代码表，以便于能够解码可变长编码的数据流。如果不知道编码器VLC代码表，则不能够解码所发送的数据。因此，在编码时使用任何非标准化非公共的VLC代码表，则VLC字是对这种MPEG-2视频数据的强有力的数据内容保护。所需的VLC代码表可以被当作用于访问数据内容的密钥。
在欧洲专利EP-A-0582122中所述的***的缺点在于需要VLC代码字的实时加密/解密处理。但是，视频或音频数据代码字的实时编码和加密以及相应的解码和解密需要高速复杂的硬件。
根据本发明，几种不同的VLC代码表或者VLC代码表的几个不同集合用于编码器和解码器中。在规则或不规则的时刻，不同的VLC代码表或VLC代码表的集合在编码器和解码器中被同步选择。关于所选择的VLC代码表或VLC代码表的集合的信息被使用加密发送。相应的VLC代码表的集合可以存储在解码器中。
作为一种变形或者补充，更新的VLC代码表或者VLC代码表的集合可以从编码器发送到解码器。这提高了***的安全性。
最好，所发送的VLC代码表或者VLC代码表的集合也被加密。在这种情况下，上述关于所选择VLC代码表或者VLC代码表的集合的信息能够以非加密格式发送。
在发射器中的编码器和在接收器中的解码器仅仅需要略微的改动，以利用用户可定义的VLC代码表进行上述VLC编码和VLC解码。几乎不需要附加硬件来实现本发明。
有利的是，可以不需要实时地进行加密和解密。
本发明的一个目的是公开一种不需要实时加密或解密的用于VLC编码数据内容的保护的方法。该目的是通过权利要求1中公开的方法来实现的。
本发明的另一个目的是公开一种利用本发明的方法的编码装置和解码装置。该目的是通过权利要求6和8中公开的装置来实现的。
原则上说，本发明的方法是用于利用在数据解码器中的加密或者在数据解码器中的解密来保护数据流，其中所述数据流的编码和解码所需的代码表在规则或不规则的时刻改变。
本发明方法的优选附加实施例在各个从属权利要求中公开。
原则上，本发明的编码装置适用于利用加密保护要被编码的数据流，其中包括：
用于编码输入信号的装置；
用于进一步利用代码表进行编码的后续装置，其中所述用于进一步编码的装置使用对所述数据流编码所需的代码表，并且其中该代码表在规则或不规则的时刻改变。
原则上，本发明的解码装置适用于利用解密对所保护的数据流进行解码，其中包括：
用于使用代码表进行初始解码的装置；
用于进一步解码或者提供重构数据的后继装置；
用于从所述数据流识别所接收的代码表信息的装置，该装置位于用来初始解码的所述装置的上游；
用于解密和估算所述接收的代码表信息以及用于控制所述初始解码装置以使用正确初始解码所需的代码表的装置，
其中所述初始解码装置使用在规则或不规则时刻改变的代码表。
本发明的优选附加实施例在各个从属权利要求中公开。
参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1为本发明的编码器和解码器的方框图。
在图1中，输入信号IP通过编码器ENC到达VLC编码器VLCE。
如果ENC是一个视频编码器，则它可能包括众所周知的减法组合器、DCT变换器、量化器、反量化器、反DCT变换器和图块数值预测器组成的环路。预测的和对应运动补偿像素块值被馈送到所述组合器的减法输入端。在帧内或场内编码的情况下，组合器把原始输入的信号像素块数值输出到所述DCT变换器。在帧间或场间编码，即，预测编码的情况下，组合器把原始输入信号像素块数值与相应的重构预测和运动补偿的像素块数值之间的差值输出到所述DCT变换器。量化器的输出信号然后馈送到VLCE，其中通常包括一个缓冲器，该缓冲器的填充程度控制量化器和反量化器的特性。VLCE输出通常可能具有或者可能不具有恒定数据速率的数据流DS。
如果ENC是音频编码器，则它可能包括窗函数、频谱变换器、二次采样器、量化器和比例因子或指数计算器。例如，比例因子或指数和/或量化系数或者尾数和/或它们的字长可以在VLCE中使用VLC代码表或非VLC代码表来编码。VLCE通常使用一个VLC代码表或者不同的VLC代码表用于要被编码的不同类型的数据流的数据。
用于VLCE中的VLC代码表可以从所存储的一个或可以被更新的代码表中选择。它们被从VLC发生器VLCG中取出。VLCG可以存储VLC代码表的选择，或者在更新的情况下可以计算新的VLC代码表。上述加密是使用公共密钥加密***PKES产生的。PKES通过VLC加密控制器VLCECRY控制VLCG和VLCE。加密可以用不同方式执行：
a)在所发送的数据流中，加密信息被发送，该信息关于在VLCE中所使用的VLC代码表，并且关于从所存储的代码表的集合中选择的要用于在接收器解码器中的相应VLC解码器VLCD中的代码表。加密信息描述所存储的VLC代码表被用于VLCE和用于接收器解码器中的时刻。
b)用于VLCE中以及要用在接收器VLCD中的VLC代码表被在发射之前加密。新的加密VLC代码表用于VLCE和用于接收器解码器中的时刻可以与时间标记或者与数据流一同发送的参考时间相联系。该时间标记或参考时间也可以被加密。
c)a)和b)的第一组合，其中当前所需的VLC代码表之外，没有其它这种用于以前或以后使用的VLC代码表被存储在接收器的解码器中。
d)a)和b)的第二组合，其中除了当前所需的VLC代码表之外，其它这种用于以前或以后使用的VLC代码表存储在接收器的解码器中。
e)a)和b)以及最后的c)或d)的第三组合，其中关于在VLCE中所用的VLC代码表的所述信息以及关于要用在接收器的解码器中的相应VLC解码器VLCD的所述信息以非加密格式发送。
f)b)和最后的c)和d)的另一种组合，其中关于在VLCE中所用的VLC代码表的所述信息以及关于要用在接收器的解码器中的相应VLC解码器VLCD的所述信息以非加密格式发送。
接收器的解码器在位于其输入端的VLC信息检测器中识别与数据流一同接收的加密VLC信息。该VLC信息在VLC解密器VLCDCRY中解密，然后当执行VLC解码时用于VLC解码器VLCD中。VLCDCRY由公共密钥解密***PKDS所控制。VLC解码数据字被进一步在提供重构的视频或音频输出数据OP的解码器DEC中处理。VLCD和DEC执行对应于在发射器的编码器中的ENC和VLCE的反向功能。
解密的VLC信息根据上述a)至f)用在VLCD中：
A)根据所发送选择和/或时间信息，使用至少一个存储在VLCD中的VLC代码表。
B)最后在所述时刻使用VLCD中的新加密的VLC代码表。
C)A)和B)的对应第一组合。
D)A)和B)的对应第二组合。
E)A)和B)以及最后的C)或D)的对应第三组合，其中关于要用在VLCD中的VLC代码表的所述信息以非加密格式发送。
F)B)和最后的C)或D)的对应的另一个实施例，其中所述关于要用在VLCD中的VLC代码表的所述信息以非加密格式发送。
对于PKES和PKDS，可以使用例如类似于RSA的公知公共密钥加密算法或者最好使用类似于DES(数据加密标准)的对称加密***。
与实际复制防止方案的实现相比，该方案包括每次当数据流从一个设备发送到另一个设备时对整个MPEG-2数据流进行加密和解密，在接收器中执行的其它步骤需要更少的硬件要求。
有利的是，用非标准化的数据流编码，非公共VLC代码表可以被公布并且复制而不需要进一步的处理-即复制防止-，因为除非解码器知道所需的相应VLC代码表，否则这种数据流不能够被解码或显示或者演示。
有利的是，加密和复制防止问题从实时动态操作转变为不需要实时的加密和解密操作。另外，VLC代码表的加密还允许对数据内容的条件访问，因为它允许选择能够解码VLC代码字和相应数据流。
本发明可以应用于所有基于VLC编码的标准，例如MPEG-1视频和/或音频层3、MPEG-2视频和/或音频层3和AAC、H.261、H.263以及MPEG-4视频和/或音频层3和AAC。
本发明不限于基于VLC的编码标准，而且可以用于需要代码字表格来解码的任何编码/解码***，例如在MPEG-1或MPEG-2音频层1或层2标准中、在AC-3和MD音频编码标准中、以及在DV视频编码标准中。

Claims (10)

1．一种在数据编码器(ENC,VLCE)中使用加密(PKDS)或者在数据解码器(VLCD,DEC)中使用相应的解密(PKDS)的用于保护数据流(DS)的方法，其特征在于，所述数据流的加密和解密所需的代码表(VLCG)在规则或不规则时刻改变。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据编码器或数据解码器分别是视频或音频编码器或者视频或音频解码器。
3．根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述代码表是VLC代码表。
4．根据权利要求1至3中的任何一项所述的方法，其特征在于，在发生改变之间的代码表存储(VLCG)在所述数据编码器或者数据解码器中，并且所要求的改变命令被分别加密(PKES,VLCECRY)或者解密(PKDS,VLCDCRY)。
5．根据权利要求1至4中的任何一项所述的方法，其特征在于，为了改变代码表，分别更新的代码表(VLCG)被以加密(PKES,VLCECRY)格式发送到所述数据解码器，并且在用于解码(VLCD)之前被在所述数据解码器中解密(PKDS,VLCDCRY)，从而所要求的改变命令能够以非加密格式发送。
6．一种用于利用加密(PKES)保护要被编码的数据流(DS)的编码装置，其中包括：
-用于编码输入信号(IP)的装置(ENC)；
-用于进一步利用代码表进行编码的后续装置(VLCE)，
其特征在于，所述用于进一步编码的装置(VLCE)使用对所述数据流编码所需的代码表，并且其中该代码表在规则或不规则的时刻改变。
7．根据权利要求6所述的编码装置，其特征在于所述数据流包含视频和音频数据和/或其中所述代码表是VLC代码表。
8．一种用于利用解密(PKDS)对所保护的数据流(DS)进行解码的解码装置，其中包括：
-用于使用代码表进行初始解码的装置(VLCD)；
-用于进一步解码和提供(OP)重构数据的后继装置(DEC)，
其特征在于：
-用于从所述数据流识别所接收的代码表信息的装置(VLCD)，该装置位于用来初始解码的所述装置的上游；
-用于解密和估算所述接收的代码表信息以及用于控制所述初始解码装置(VLCD)以使用正确初始解码所需的代码表的装置(VLCDCRY,PKDS)，
其中，所述初始解码装置(VLCD)使用在规则或不规则时刻改变的代码表。
9．根据权利要求8所述的解码装置，其中所述数据流包含视频和音频数据和/或其中所述代码表是VLC代码表。
10．根据权利要求6至9中的任何一项所述的装置，其特征在于，在发生改变之间的代码表被存储在所述装置中，并且所要求的改变命令在发送之前或所述解码装置中解密之前分别在所述编码装置中加密，或者为了改变代码表，分别更新的代码表被使用，分别由所述编码装置以加密(PKES,VLCECRY)格式发送，或者在使用之前在所述解码装置中解密(PKDS,VLCDCRY)，从而所要求的改变命令能够以非加密方式发送。
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