DE3851724T2

DE3851724T2 - Verfahren und Gerät zum Schutz von Kopiersignalen.

Info

Publication number: DE3851724T2
Application number: DE3851724T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Nagata; Takanori Senou; Kenichi - Enoki-Cho Takahashi; Yutaka Uekawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-07-08
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2008-07-06
Also published as: EP0298691A2; US5073925A; DE3851724D1; EP0298691B1; EP0298691A3; US4979210A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz gegen Signalkopierung, die das unbefugte Kopieren von Musik-Software, wie beispielsweise von Platten, CD's und Musiktonbändern durch Aufnehmen verhindern soll.
In jüngster Zeit ist es durch das Aufkommen von DAT (Digital Audio Tape recorder) möglich geworden, Musik-Software mit hoher Qualität zu kopieren. Andererseits möchten die Hersteller von Musik-Software ein System einführen, das das Kopieren von Musik-Software durch ein Aufnahmegerät verhindert.
Bisher war als eines dieser Systeme ein Kopiercodesystem, das von CBS offenbart wurde, bekannt. Dieses System wird im folgenden beschrieben.
Bei dem Herstellungsverfahren von Musik-Software, d. h. bei dem Verfahren der Aufnahme von Tonsignalen auf ein Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise eine Schallplatte, CD und Musiktonband, werden die auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Tonsignale hinsichtlich des Signalpegels durch ein Sperrfilter in einem bestimmten Frequenzband gedämpft. Die Mittenfrequenz dieses Sperrfilters beträgt 3840 Hz, und das Frequenzband beträgt 250 Hz.
Beim Vorgang der Aufzeichnung durch Wiedergabe dieses Aufzeichnungsmediums wird das Wiedergabesignal jeweils in zwei Bandfilter eingespeist. Die Mittenfrequenz des ersten Bandfilters liegt bei 3840 Hz und die des zweiten Bandfilters in der Nähe von 3840 Hz. Wenn beim Vergleich der Ausgangsamplituden dieser beiden Bandfilter das erste Bandfilter niedriger ist als das zweite Bandfilter, wird festgestellt, daß der Signalpegel eines bestimmten Frequenzbandes zum Zeitpunkt der Herstellung der Software gedämpft wurde, und der Aufnahmevorgang wird unterbrochen. Das heißt, durch Dämpfung des Signals in einem bestimmten Frequenzband zum Zeitpunkt der Herstellung der Musik-Software wird das Kopieren durch Aufnehmen verhindert.
In diesem Zustand ist jedoch ein nicht hörbares Geräusch zur Dämpfung eines speziellen Frequenzbandes von Tonsignalen vorhanden, oder die Tonqualität verändert sich aufgrund großer Schwankung des Phasenverhaltens in der Nähe des Dämpfungsfrequenzbandes des Bandfilters. Oder bei einer Musikquelle, die ursprünglich nur geringe Signalkomponenten von 3840 Hz aufwies, konnte es zu Fehlfunktion kommen. Das herkömmliche Verfahren weist also verschiedene Probleme auf.
Ein weiteres bekanntes Kopierschutzsystem wird in GB-A-2.104.701 offenbart, bei dem das System ein in der zu kopierenden Information enthaltenes Kopierschutzsignal erfaßt und das Kopieren einfach verhindert, wenn das Schutzsignal erfaßt wird. Anspruch 1 ist gegen dieses bekannte System abgegrenzt.
EP-A-0.107.286 offenbart einen Descrambler für ein Fernsehsignal. Der Benutzer kann eine Batterie in den Descrambler stecken, und das Signal wird entwürfelt (descrambled), bis die Batterie leer ist. Die Batterie wird kontinuierlich entladen, wenn sie eingesteckt ist, und zwar unabhängig davon, ob das Fernsehsignal verwürfelt ist oder nicht.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Signalkopierschutzvorrichtung, die das Kopieren von durch einen Schlüssel geschützter Information begrenzt, und die eine Energiequelle, eine Eingangseinrichtung zum Empfang von Eingangsinformation, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Verschlüsselung der Eingangsinformation mit einem Schlüssel, eine Kopierbatterie, die eine begrenzte Menge elektrischer Energie speichert, sowie eine Kopiereinrichtung umfaßt, die die Eingangsinformationen kopiert, wobei die Vorrichtung so konstruiert ist, daß, wenn die Erfassungseinrichtung erfaßt, daß die Eingangsinformation mit einem Schlüssel verschlüsselt ist, die Kopiereinrichtung nur in Betrieb gesetzt wird, wenn elektrische Energie von der Kopierbatterie und von der Energiequelle zugeführt wird, und wobei elektrische Energie proportional zur Menge der kopierten geschützten Information aus der Kopierbatterie entnommen wird.
Fig. 1 ist eine Konstruktionszeichnung einer Signalkopierschutzvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein ausführliches Blockschaltbild eines Detektors in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Amplitudenmodulationswellenform;
Fig. 4 ist eine Konstruktionszeichnung eines Amplitudenmodulators;
Fig. 5 ist eine Konstruktionszeichnung eines Niederfrequenzsperrfilters;
Fig. 6 ist eine Konstruktionszeichnung eines Niederfrequenzsperrfilters;
Fig. 7 ist eine Konstruktionszeichnung eines automatischen Verstärkungsreglers;
Fig. 8 ist eine Konstruktionszeichnung eines Wellendetektors;
Fig. 9 ist eine Konstruktionszeichnung eines Bandfilters;
Fig. 10 ist eine Konstruktionszeichnung eines Amplitudendetektors;
Fig. 11 ist eine Konstruktionszeichnung eines Kopiergerätes;
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild eines Korrelators, der in einer Signalkopierschutzvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 13 ist eine Konstruktionszeichnung einer Signalkopierschutzvorrichtung gemäß einem dritten Beispiel zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ist ein ausführliches Blockschaltbild eines Detektors in Fig. 13;
Fig. 15 ist eine Konstruktionszeichnung eines Bandfilters;
Fig. 16 ist eine Konstruktionszeichnung eines Sperrfilters;
Fig. 17 ist eine Konstruktionszeichnung eines Addierers;
Fig. 18 ist ein Blockschaltbild eines vierten Beispiels zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 ist ein Schaltbild einer Rauscherzeugungseinrichtung und einer Additionseinrichtung;
Fig. 20 ist eine analoge Schaltung einer Signalerzeugungseinrichtung;
Fig. 21 zeigt eine Frequenzkennlinie eines Digitalfilters;
Fig. 22 ist ein Schaltbild einer Erfassungseinrichtung;
Fig. 23 ist ein Diagramm, das die Kreuzkorrelationsfunktion von wiedergegebenem Signal und Rauschsignal darstellt;
Fig. 24 (a) ist eine Konstruktionszeichnung eines Kopiercodecodierers gemäß einem fünften Beispiel zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 24 (b) ist eine Konstruktionszeichnung eines Kopiercodedetektors;
Fig. 25 ist ein Diagramm, das die Art der Normierung der Autokorrelationsfunktion zeigt;
Fig. 26 ist ein konstruktives Beispiel einer normierten Autokorrelationsfunktion-Rechnereinrichtung;
Fig. 27 ist eine Konstruktionszeichnung eines Kopiercodedetektors gemäß einem sechsten Beispiel zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 28 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Art der Normierung der Autokorrelationsfunktion zeigt;
Fig. 29 ist eine konstruktive Zeichnung eines Signalkopierschutzverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 30 ist eine erste Ausführung einer Kopierbatterie;
Fig. 31 ist eine erste Ausführung einer Erfassungseinrichtung;
Fig. 32 ist eine zweite Ausführung einer Kopierbatterie; und
Fig. 33 ist eine zweite Ausführung einer Erfassungseinrichtung.
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer ersten beispielhaften Signalkopierschutzvorrichtung zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung, wobei Bezugszeichen 8 einen Amplitudenmodulator bezeichnet, 4 ein Aufzeichnungsmedium ist, und 9 ein Detektor ist, der eine Kopiervorrichtung steuert.
Die Funktion der so aufgebauten Signalkopierschutzvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 11 beschrieben.
Fig. 2 ist ein ausführliches Blockschaltbild eines Detektors 9 in Fig. 1, und Bezugszeichen 901 bezeichnet einen Niederfrequenzsperrfilter, 902 ist ein automatischer Verstärkungsregler, 903 ist ein Wellendetektor, 904 ist ein Bandfilter, und 905 ist ein Amplitudendetektor.
Um das Kopieren zu verhindern, werden, wie in Fig. 3 dargestellt, die Tonsignale Amplitudenmodulation mit einem bestimmten Wert durch einen Amplitudenmodulator 8 unterzogen. Ein praktischer Schaltungsaufbau des Amplitudenmodulators 8 ist in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt. In Fig. 4 sind Bezugszeichen 801 bis 811 Widerstände, 820 bis 822 sind Kondensatoren, 827 bis 834 sind Transistoren, 838 ist ein Regelwiderstand, und 10 ist ein Modulationssignalgenerator, die wie in der Zeichnung dargestellt verbunden sind und einen Vervielfacher bilden.
Das Tonsignal wird in ein Ende des Kondensators 820 eingespeist und mit dem Ausgang des Modulationssignalgenerators 10 kombiniert, um Amplitudenmodulation zu bewirken, so daß es dem Ausgangsende des Kondensators 821 als Modulationsausgang zugeführt wird. Der Grad der Modulation wird durch den Regelwiderstand 838 verstärkt oder verringert.
Der Modulationssignalgenerator ist im einzelnen in Fig. 5 dargestellt, wobei Bezugszeichen 1012 bis 1019 Widerstände sind, 1023 bis 1026 Kondensatoren sind, 1035 ein Feldeffekttransistor ist, 1036 eine Diode ist, und 1037 ein Operationsverstärker ist, die wie dargestellt verbunden sind und einen Oszillator durch Drei-Stufen-Rückkopplung von Widerständen und Kondensatoren bilden. Die Oszillationsfrequenz liegt bei ungefähr 10 Hz und wird vom Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 1037 ausgegeben. Die Modulationsfrequenz hat einen Wert außerhalb des für menschlichen Ohren hörbaren Frequenzbereiches, beispielsweise 10 Hz, und der Grad der Modulation liegt gleichfalls unter dem für Menschen wahrnehmbaren Pegel, beispielsweise bei 2%. Wenn eine derartige Modulation ausgeführt wird, wird keinerlei Veränderung der Tonqualität wahrgenommen. Wenn versucht wird, auf ein Kopiermedium 7, wie beispielsweise ein Band in dem Kopiergerät, zu kopieren, indem Tonsignale von dem Aufzeichnungsmedium oder einem Übertragungsmedium, wie beispielsweise einer CD, einem Band oder einer Rundfunkwelle, die derartige Signale enthalten, wiedergegeben werden, arbeitet der Detektor wie im folgenden beschrieben.
Zunächst werden die Niederfrequenzkomponenten, die ursprünglich in den Wiedergabesignalen enthalten sind, durch das Niederfrequenzsperrfilter 901 entfernt, und Fehlfunktion des Detektors wird verhindert. Fig. 6 zeigt den Aufbau des Niederfrequenzsperrfilters 901, wobei Bezugszeichen 9006 ein Widerstand ist, und 9007 ein Kondensator ist, und ein Primär-Niederfrequenzsperrfilter wie in der Zeichnung dargestellt aufgebaut ist. Die Abschneidefrequenz liegt bei ungefähr 1 kHz. Indem die Amplitude des Wiedergabesignals durch den automatischen Verstärkungsregler 902 konstant gehalten wird, wird die Amplitude des Modulationssignals konstant gehalten und kann leicht erfaßt werden. Der Aufbau des automatischen Verstärkungsreglers 902 ist in Fig. 7 dargestellt, wobei die Bezugszeichen 9011 bis 9020 Widerstände sind, 9021 bis 9025 Kondensatoren sind, 9027 ein Operationsverstärker ist, 9028 eine Diode ist und 9026 ein Verstärker mit automatischer Verstärkungsreglung ist. Die Ansprechfrequenz beträgt 1 Hz, und ist niedriger als die Frequenz des Modulationssignals. Das Niederfrequenzsperrsignal wird in ein Ende von Kondensator 9021 eingespeist, wird auf konstante Verstärkung eingestellt und anschließend vom Ausgangsende des Operationsverstärkers 9027 ausgegeben. Die Ansprechgeschwindigkeit des automatischen Verstärkungsreglers wird, wie nicht erwähnt werden muß, ausreichend niedriger als die Periode der Modulationsfrequenz eingestellt. Anschließend werden bei Erfassung dieses Signals durch den Wellendetektor 903 die Amplitudenänderungskomponenten entfernt. Der Aufbau des Wellendetektors ist in Fig. 8 dargestellt, wobei Bezugszeichen 9031 ein Kondensator ist, 9032 ein Widerstand und 9033 eine Diode ist. Bei diesen Amplitudenänderungskomponenten werden durch das Bandfilter 904 nur die Modulationssignalkomponenten entnommen, da die Möglichkeit des Vorhandenseins von Echo- oder Tremolokomponenten vorliegt, die ursprünglich neben den Modulationssignalen in den Tonsignalen enthalten sind. Der Aufbau von Bandfilter 902 ist in Fig. 9 dargestellt, wobei Bezugszeichen 9041 bis 9045 Widerstände sind, 9046 bis 9049 Kondensatoren sind und 9050 ein Operationsverstärker ist, die zusammengefaßt ein doppeltes T-Bandfilter bilden. Von den Signalen, die einem Ende des Kondensators 9046 zugeführt werden, werden nur die 10-Hz- Komponenten aus dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 9050 abgegeben. Schließlich wird, wenn bei Überprüfung der Amplitude dieses Modulationssignals durch den Amplitudendetektor 905 der Grad der Modulation über einen bestimmten Zeitraum einen bestimmten Wert hat, selbiges als Kopierverbot eingestuft, und das Erfassungssignal wird abgegeben, oder die Funktion des Kopiergerätes wird unterbrochen. Der Aufbau des Amplitudendetektors 905 ist in Fig. 10 dargestellt, wobei Bezugszeichen 9061 bis 9063 Widerstände sind, 9064 ein Regelwiderstand ist, 9065 ein Pegelvergleicher ist, 9066 ein Zähler ist, und 9067 ein Inverter ist, und wenn die Amplitude des dem Eingangsanschluß des Regelwiderstandes 9064 zugeführten Signals außerhalb des Spannungsbereiches liegt, der durch die Widerstände 9061 bis 9063 bestimmt wird, fängt der Zähler 9066 an, den Takt CK zu zählen, der dem Taktanschluß zugeführt wird, und nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeit wird das Erfassungssignal mit hohem Pegel vom Ausgangsanschluß RC0 ausgegeben.
Der Aufbau der Kopiervorrichtung 6 ist in Fig. 11 dargestellt, wobei Bezugszeichen 601 ein Schalter ist, und 602 ein Kopiergerät ist. Wenn das Erfassungssignal, das ein Ausgang des Amplitudendetektors 905 ist, einen hohen Pegel hat, wird verhindert, daß das Musiksignal in das Kopiergerät eingespeist wird.
Damit erfaßt gemäß dem ersten Beispiel, das einen Amplitudenmodulator zum Amplitudenmodulieren des Eingangssignals, ein Aufzeichnungsmedium zum Übertragen des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators, einen Detektor zum Erfassen eines Amplitudenmodulationssignals durch Erfassung des Ausgangssignals des Aufzeichnungsmediums, sowie eine Kopiervorrichtung zum Kopieren des Ausgangssignals des Aufzeichnungsmediums auf ein Kopiermedium umfaßt, der Detektor, daß das Ausgangssignal des Aufzeichnungsmediums auf einen gewünschten Wert amplitudenmoduliert ist und gibt das Erfassungssignal aus oder unterbricht die Funktion der Kopiervorrichtung, wodurch das Verbot des Kopierens je nach dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Amplitudenmodulation vorgegeben wird. Daher kommt es nicht zu einer Verschlechterung des ursprünglichen Tonsignals, und die Amplitudenänderung wird unter dem für den Menschen wahrnehmbaren Grenzwert gehalten, indem der Grad der Amplitudenmodulation ausreichend verringert wird, und irrtümliche Erfassung kann durch richtige Auswahl der Frequenz des Modulationssignals und des Grades der Modulation verhindert werden.
Beim ersten Beispiel wurde ein Signal mit einer singularen Frequenz als Modulationssignal verwendet, es lassen sich jedoch dieselben Wirkungen bei Verwendung von beliebigen Signalen erreichen. In diesem Fall kann als Modulationssignal- Erfassungseinrichtung anstelle des Bandfilters beispielsweise ein Korrelator eingesetzt werden, um die Merkmale des Modulationssignals zu extrahieren.
Ein zweites Beispiel zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild eines Korrelators, der in der zweiten beispielhaften Signalkopierschutzvorrichtung zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei Bezugszeichen 907 ein Multiplizierer ist und 908 ein Modulationssignalgenerator ist. Der Unterschied zum Aufbau in Fig. 1 besteht darin, daß das Bandfilter 904 im Detektor 9 durch den Korrelator 906 in Fig. 12 ersetzt wird. Abgesehen von dieser Korrelation ist der Aufbau mit dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten identisch, und auf die Erläuterung wird verzichtet, und im folgenden lediglich die Funktion des Korrelators beschrieben.
Ein gleiches Signal wie das Modulationssignal, das in dem Amplitudenmodulator 8 verwendet wird, wird durch den Modulationssignalgenerator 908 erzeugt und mit dem Eingangssignal im Multiplizierer 907 kombiniert, und das Produkt wird dem Amplitudendetektor 905 zugeführt. Der Aufbau des Multiplizierers 907 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Aufbau des Modulationssignalgenerators 908 ist der gleiche wie der der Rauscherzeugungseinrichtung in Fig. 19. Bei der zweiten Ausführung wird das durch das Bezugszeichen 908 bezeichnete Bauteil, wie nicht erwähnt werden muß, als der Modulationsgenerator in dem Amplitudenmodulator 8 verwendet. Wenn sich unter den Eingangssignalen des Korrelators 906 eine gleiche Komponente wie das Modulationssignal befindet und ihre Phasen angepaßt sind, hat der Ausgang des Multiplizierers 907 einen hohen Pegel. Daher wird im Korrelator 906 die Phase des Ausgangssignals des Modulationssignalgenerators 908 in jedem angegebenen Zeitraum verschoben, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Korrelation festzustellen.
Wenn der Ausgangssignalpegel des Korrelators 906 über einen bestimmten Zeitraum auf einem bestimmten Pegel gehalten wird, gibt der Amplitudendetektor 905, wie nicht erwähnt werden muß, ein Erfassungssignal aus oder unterbricht die Funktion der Kopiervorrichtung 6.
Dadurch kann durch Verwendung eines Korrelators anstelle des Bandfilters ein willkürliches Signal als Modulationssignal verwendet werden, und irrtümliche Erfassung kann zuverlässiger ausgeschlossen werden.
Beim ersten Beispiel befand sind der automatische Verstärkungsregler 902 hinter dem Tiefpaßfilter 901, er kann sich jedoch auch vor selbigem oder hinter dem Wellendetektor 908 oder dem Bandfilter 904 befinden.
Diese Beispiele dienen also dazu, das Kopieren durch Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Amplitudenmodulationssignals zu verhindern, indem ein Amplitudenmodulator und sein Detektor verwendet werden, und damit kommt es nicht zum Ausfall des ursprünglichen Musiksignals, und die Amplitudenänderung kann unterhalb der Grenze der menschlichen Wahrnehmung gehalten werden, indem der Grad der Amplitudenmodulation ausreichend verringert wird, und irrtümliche Erfassung kann verhindert werden, indem das Amplitudensignal richtig ausgewählt wird.
Fig. 13 zeigt den Aufbau einer dritten beispielhaften Signalkopierschutzvorrichtung zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung, wobei Bezugszeichen 4, 6 bis 9 mit denen des ersten Beispiels identisch sind, die in Fig. 4 bis 11 in Einzelheiten dargestellt sind. Bezugszeichen 11 ist ein Bandfilter, und 12 ist ein Sperrfilter; nachdem die Ausgänge der beiden in einem Addierer 13 addiert worden sind, wird die Summe einem Aufzeichnungsmedium 4 zugeführt.
Die Funktion der so aufgebauten Signalkopierschutzvorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 13 bis 17 beschrieben.
Fig. 14 ist ein ausführliches Blockschaltbild des Detektors 9 in Fig. 13, und der Aufbau ist der gleiche wie beim ersten Beispiel, wobei jedoch das Bezugszeichen 909 ein erstes Bandfilter ist. Das Musiksignal, dessen Kopierung unterbunden werden soll, wird mit einem Signal außerhalb eines bestimmten Frequenzbandes kombiniert, das von dem Sperrfilter 12 herausgenommen wird, nachdem ein bestimmtes Frequenzband, beispielsweise nur die Komponenten um 1 kHz herum, wie in Fig. 3 dargestellt, mittels des Bandfilters 11 herausgenommen wurde und Amplitudenmodulation mit einem bestimmten Wert durch den Amplitudenmodulator 8 ausgeführt wurde. Dadurch wird ein Signal, das nur in einer bestimmten Frequenz amplitudenmoduliert ist, gewonnen.
Ein Aufbau des Bandfilters 11 ist in Fig. 15 im einzelnen dargestellt, wobei die Bezugszeichen 1101 bis 1105 Widerstände sind, 1107 bis 1110 Kondensatoren sind und 1111 ein Operationsverstärker ist, die zu dem gleichen Doppel-T-Bandfilter wie bei der ersten Ausführung, das in Fig. 9 dargestellt ist, kombiniert werden. Der Durchlaßbereich beträgt jedoch 1 kHz.
Ein Aufbau des Sperrfilters 12 ist im einzelnen in Fig. 16 dargestellt, wobei die Bezugszeichen 1201 bis 1205 Widerstände sind, 1206 bis 1208 Kondensatoren sind und 1209 ein Operationsverstärker ist, die zu einem Doppel-T-Sperrfilter kombiniert sind. Das Sperrband (elimination band) beträgt ebenfalls 1 kHz.
Der Aufbau des Addierers 13 ist in Fig. 17 dargestellt, wobei die Bezugszeichen 1301 bis 1303 Widerstände sind, 1304 ein Regelwiderstand ist und 1305 ein Operationsverstärker ist, und ein Eingangssignal wird einem Ende des Regelwiderstandes 1304 und einem Ende des Widerstandes 1301 zugeführt und zum Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 1305 geleitet. Der Additionspegel kann durch den Regelwiderstand 1304 eingestellt werden.
Die Modulationsfrequenz liegt außerhalb des menschlichen Hörbereiches, so beispielsweise bei 10 Hz, und der Grad der Modulation liegt gleichfalls unterhalb des vom Menschen wahrnehmbaren Pegels, beispielsweise bei 2%. Durch diese Modulation kann keinerlei Veränderung der Klangqualität wahrgenommen werden. Wenn versucht wird, von einem Aufzeichnungsmedium oder dem Übertragungsmedium, wie beispielsweise einer Platte, einem Band oder einer Rundfunkwelle, die ein solches Signal enthalten, mit einer Kopiervorrichtung 6 durch Wiedergabe eines Musiksignals auf ein Kopiermedium 7, wie beispielsweise ein Tonband, zu kopieren, arbeitet der Detektor wie im folgenden beschrieben.
Aus dem Musiksignal wird die amplitudenmodulierte Frequenzkomponente durch das erste Bandfilter 909 entnommen und mittels des automatischen Verstärkungsreglers 902 auf eine bestimmte Amplitude eingestellt, so daß die Amplitude des Modulationssignals zur Erleichterung der Erfassung konstant eingestellt ist. Der Aufbau des ersten Bandfilters ist der gleiche wie der in Fig. 15 dargestellte. Die Funktion nach dem automatischen Verstärkungsregler 902 ist die gleiche wie beim ersten Beispiel und wird hier nicht behandelt.
Damit kommt es, da die Unterbindung des Kopierens durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Amplitudenmodulation vorgegeben wird, indem das Erfassungssignal abgegeben wird oder die Funktion der Kopiervorrichtung unterbrochen wird, wenn der Detektor erfaßt, daß das Ausgangssignal des Aufzeichnungsmediums auf einen bestimmten Wert amplitudenmoduliert ist, bei diesem Beispiel, das ein Bandfilter zum Amplitudenmodulieren lediglich einer speziellen Frequenzkomponente eines Eingangssignals, ein Sperrfilter, einen Amplitudenmodulator, ein Aufzeichnungsmedium zum Übertragen des Ausgangssignals des Amplitudenmodulators, einen Detektor zum Erfassen des Amplitudenmodulationssignals durch Absuchen des Ausgangssignals des Aufzeichnungsmediums sowie eine Kopiervorrichtung zum Kopieren des Ausgangssignals des Aufzeichnungsmediums auf ein Kopiermedium umfaßt, nicht zum Ausfall des ursprünglichen Musiksignals, und die Veränderung der Amplitude kann unter dem vom Menschen wahrnehmbaren Grenzwert gehalten werden, indem der Grad der Amplitudenmodulation ausreichend verringert wird, und des weiteren kann irrtümliche Erfassung verhindert werden, indem die Frequenz des Modulationssignals und der Grad der Modulation richtig ausgewählt werden.
Darüber hinaus kann durch Amplitudenmodulation lediglich der speziellen Frequenzkomponente Verschlechterung der Tonqualität des ursprünglichen Musiksignals auf einem Minimum gehalten werden.
Beim dritten Beispiel wurde übrigens ein Signal mit einer singularen Frequenz als Modulationssignal verwendet, es kann jedoch auch ein beliebiges Signal verwendet werden. In diesem Fall kann anstelle des Bandfilters als Mittel zur Erfassung des Modulationssignals beispielsweise, wie in Fig. 12 dargestellt, ein Korrelator verwendet werden, um die Merkmale des Modulationssignals zu extrahieren.
Indem ein Korrelator anstelle des Bandfilters eingesetzt wird, ist es möglich, ein beliebiges Signal als Modulationssignal zu verwenden, und irrtümliche Erfassung kann zuverlässiger verhindert werden.
Diese Beispiele dienen also dazu, die Unterbindung des Kopierens je nach dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Amplitudenmodulationssignals vorzugeben, indem ein Amplitudenmodulator und sein Detektor eingesetzt werden, und daher kommt es nicht zur Verschlechterung des ursprünglichen Musiksignals, und die Änderung der Amplitude kann unter dem vom Menschen wahrnehmbaren Grenzwert gehalten werden, indem der Grad der Amplitudenmodulation ausreichend verringert wird, und es kann des weiteren irrtümliche Erfassung verhindert werden, indem ein Modulationssignal richtig ausgewählt wird. Darüber hinaus kann durch Amplitudenmodulation lediglich einer bestimmten Frequenzkomponente eine Verschlechterung der Tonqualität des ursprünglichen Musiksignals auf einem Minimum gehalten werden.
Fig. 18 ist ein Blockschaltbild einer vierten beispielhaften Signalkopierschutzvorrichtung zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung, wobei (a) einen Schritt der Aufzeichnung eines Tonsignals auf ein Aufzeichnungsmedium bezeichnet, 1 ein Tonsignal ist, 2 eine Addiereinrichtung ist, 14 eine Rauscherzeugungseinrichtung ist, 3 eine Aufzeichnungseinrichtung des Aufzeichnungsmediums ist, 4 ein Aufzeichnungsmedium ist, (b) einen Schritt der Wiedergabe und des Kopierens des Aufzeichnungsmediums bezeichnet, 5 eine Wiedergabeeinrichtung des Aufzeichnungsmediums ist, 6 eine Kopiereinrichtung ist, 15 eine Erfassungseinrichtung ist und 7 ein Kopiermedium ist.
Die Funktion der so aufgebauten Signalkopierschutzvorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 18 bis 23 beschrieben.
Zunächst wird der Schritt der Herstellung von Musik-Software beschrieben, d. h. der Schritt der Aufzeichnung eines Tonsignals auf ein Aufzeichnungsmedium, wie beispielsweise eine Schallplatte, eine CD und ein Musiktonband. Das Eingangs- Tonsignal wird durch die Additionseinrichtung mit einem Rauschsignal 141 kombiniert. Das Rauschsignal 141 wird durch die Rauscherzeugungseinrichtung 14 erzeugt. Das mit dem Rauschsignal kombinierte Tonsignal wird durch die Aufzeichnungseinrichtung 3 auf das Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet.
Fig. 19 ist ein Schaltbild der Rauscherzeugungseinrichtung 14 und der Additionseinrichtung 2, wobei Bezugszeichen 1401 eine Taktsignalerzeugungsschaltung ist, 1402 ein Zähler ist, 1403 ein ROM ist, 1404 ein D/A-Wandler ist, 1410 bis 1411 Widerstände sind, 1412 bis 1413 Kondensatoren sind, 1414 ein Operationsverstärker ist, 2001 bis 2003 Widerstände sind und 2004 ein Operationsverstärker ist. Die Rauscherzeugungseinrichtung 14 erzeugt ein Rauschsignal, indem die in dem ROM 1403 gespeicherte Rauschwellenform ausgelesen wird. Die Kapazität des ROM 1403 beträgt 2¹²-1 Worte, und die Ausgangsdatenbreite beträgt 12 Bit. Der Zähler 1402 arbeitet auf der Notation 2¹²-1 und zählt die durch die Takterzeugungsschaltung 1401 erzeugten Taktimpulse und erzeugt eine Adresse des ROM 1403. Die von der Takterzeugungsschaltung 1401 abgegebene Frequenz beträgt 44,1 kHz, und dieser Wert wird zur Abtastfrequenz der von dem ROM 1403 abgegebenen Rauschwellenform. Die von dem ROM 1403 abgegebene Rauschwellenform wird durch den 12-Bit-D/A-Wandler 1404 in ein analoges Signal umgewandelt und wird zu einem Rauschsignal 141, nachdem die sich wiederholende Komponente aufgrund des Abtastens durch das Tiefpaßfilter entfernt wird, das von dem Operationsverstärker 1414 gebildet wird. Das Tiefpaßfilter ist vom Sekundär-Butterworth-Typ, und die Abschneidefrequenz beträgt ungefähr 20 kHz. Da das Rauschsignal durch wiederholtes Auslesen der in dem ROM gespeicherten Rauschwellenform erzeugt wird, ist es nicht vollständig zufällig sondern zyklisch. Der Zyklus des Rauschsignals beträgt ungefähr 93 ms, da die Abtastfrequenz 44,1 kHz beträgt, und der Zähler 104 die Notation 2¹²-1 aufweist. Die Kennlinie des Rauschsignals wird durch die in dem ROM 1403 gespeicherten Daten bestimmt. Die analoge Schaltung der Rauscherzeugungseinrichtung 14 ist in Fig. 20 dargestellt, wobei das Bezugszeichen 1420 eine M-Sequenz-Erzeugungsschaltung ist, 1421 bis 1423 D-Flip-Flops sind und 1433 bis 1435 exklusive ODER (EX-ORs) sind. Die gleichzeitig aus den Ausgängen Q von 12 D-Flip-Flops der M-Sequenz-Erzeugungsschaltung 1420 entnommenen Signale besitzen dem weißen Rauschen ähnliche Eigenschaften. Das heißt, das Rauschsignal enthält alle Frequenzkomponenten. Wenn jedoch dieses Rauschsignal zum Tonsignal hinzugefügt wird, ist das Rauschen leicht hörbar, und daher wird das Rauschsignal einmal durch das digitale Filter 1440 geleitet, wodurch es auf ein Frequenzband beschränkt wird, für das das menschliche Ohr geringe Empfindlichkeit besitzt. Die Frequenzkennlinie des digitalen Filters 1440 ist in Fig. 21 dargestellt. Indem das Ausgangssignal der M-Sequenz-Erzeugungsschaltung durch das digitale Filter 1440 geleitet wird, werden die Frequenzkomponenten des Rauschsignals auf 10 kHz bis 20 kHz beschränkt. Das Eingangssignal des digitalen Filters 1440 ist eine sich wiederholende Struktur von 2¹²-1 Daten, und daher ist auch das Ausgangssignal eine sich wiederholende Struktur von 2¹²-1 Daten. Durch Speicherung der Ausgangsstruktur des digitalen Filters 1440 in dem ROM und Auslesen derselben, kann die Schaltung der Rauscherzeugungseinrichtung 14 stark vereinfacht werden. Der ROM 1403 in Fig. 19 ist auf diese Weise konstruiert.
Die Additionseinrichtung 2 besteht aus einem Operationsverstärker 204, und das Rauschsignal 141 sowie das Tonsignal 1 werden addiert, wodurch ein Aufzeichnungssignal 21 erzeugt wird.
Die Aufzeichnungseinrichtung 3 des Aufzeichnungsmediums ist, wenn das Aufzeichnungsmedium beispielsweise eine Schallplatte ist, mit dem Herstellungsprozeß der Schallplatte, d. h. vom Schneiden bis zum Pressen der Schallplatte, verbunden.
Der Schritt der Wiedergabe und des Kopierens des Aufzeichnungsmediums wird im folgenden beschrieben. Das Wiedergabesignal 51, das von dem Aufzeichnungsmedium 4 durch die Wiedergabeeinrichtung 5 wiedergegeben wird, wird der Kopiereinrichtung 6 und der Erfassungseinrichtung 15 zugeführt. Wenn die Erfassungseinrichtung 15 erfaßt, daß das Rauschsignal 141 in dem Wiedergabesignal enthalten ist, wird das Erfassungssignal 151 auf einen hohen Pegel gesetzt. Die Kopiereinrichtung 6 kopiert das Wiedergabesignal 51 auf das Kopiermedium 7. Dieser Vorgang wird jedoch unterbrochen, wenn das Erfassungssignal 151 einen hohen Pegel hat.
Die Wiedergabeeinrichtung 6 des Aufzeichnungsmediums ist, wenn das Aufzeichnungsmedium beispielsweise eine Schallplatte ist, ein Plattenwiedergabesystem, das aus einem Plattenspieler und einem Tonverstärker besteht.
Fig. 22 ist eine Schaltbild der Erfassungseinrichtung 15, wobei Bezugszeichen 1501 ein Tiefpaßfilter ist, 1502 bis 1503 Widerstände sind, 1504 bis 1505 Kondensatoren sind, 1506 ein Operationsverstärker ist, 1510 eine Abtast-Halte- Schaltung ist, 1501 ein Kondensator ist, 1502 eine Abtast- Halte-IS ist, 1520 ein A/D-Wandler ist, 1530 eine Rauscherzeugungsschaltung ist, 1531 eine Takterzeugungsschaltung ist, 1532 ein Zähler ist, 1533 ein ROM und 1540 ein Mikroprozessor ist.
Die Rauscherzeugungsschaltung 1530 ist die Rauscherzeugungsschaltung 14 ohne D/A-Wandler und Tiefpaßfilter. Die Takterzeugungsschaltung 1531 erzeugt ein Taktsignal CLK von 44,1 kHz. Der Zähler 1532 und ROM 1533 sind jeweils dieselben wie der Zähler 1402 und ROM 1403. Daher weisen die Ausgangsdaten des ROM 1402 und des ROM 1533 gleiche Struktur auf. Die Abtastfrequenz des Rauschsignal 152, das der Ausgang von ROM 1533 ist, beträgt 44,1 kHz. Das der Erfassungseinrichtung 15 zugeführte Wiedergabesignals 51 durchläuft das Tiefpaßfilter 1501 und die Abtast-Halte-Schaltung 1510 und wird in dem 16-Bit-A/D-Wandler 1520 quantisiert. Der Abtastimpuls der Abtast-Halte-Schaltung verwendet das Taktsignal CLK, und die Abtastfrequenz des abgetasteten Wiedergabesignals 153 beträgt 44,1 kHz. Der Mikroprozessor 1540 bestimmt die Kreuzkorrelationsfunktion des Rauschsignals 152 und des abgetasteten Wiedergabesignals 153. Wenn man davon ausgeht, daß das Wiedergabesignal f1(t) ist und das Rauschsignal f2(t) ist, kann die Kreuzkorrelationsfunktion Φ(t) von f1(t) und f2(t) in Gleichung (1) ausgedrückt werden.
Der Mikroprozessor 1540 führt die Berechnung von Gleichung (1) aus. Wenn das Rauschsignal 141 in dem Wiedergabesignal enthalten ist, hat die Kreuzkorrelationsfunktion, wie in Fig. 23 dargestellt, das Maximum in Zyklus Tm·Tm entspricht dem Zyklus der Rauschsignale 141 und 152. Wenn der Mikroprozessor 1540 das Maximum in Fig. 23 in der Kreuzkorrelationsfunktion erfaßt, wird das Erfassungssignal 151 auf den hohen Pegel gesetzt. Diese Erfassungseinrichtung ist in der gleichen Struktur 15 wie die Kopiereinrichtung 6 enthalten.
Die Kopiereinrichtung 6, ist, wenn das Kopiermedium ein digitales Tonband ist, ein digitales Tonbandaufnahmegerät. Das Erfassungssignal 151 wird dem Mikroprozessor zur Steuerung des digitalen Tonbandaufnahmegeräts zugeführt, und wenn dieses Signal einen hohen Pegel erreicht, wird der Aufnahmevorgang unterbrochen.
Daher wird bei dieser Ausführung, da das Rauschsignal zu dem Tonsignal addiert wird, wenn das Tonsignal auf das Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet wird und das Kopieren des Aufzeichnungsmediums unterbunden wird, wenn das Rauschsignal in dem Wiedergabesignal zum Zeitpunkt des Kopierens durch Wiedergabe dieses Aufzeichnungsmediums erfaßt wird, das Aufzeichnungsmedium, dessen Wiedergabe unterbunden wird, gegen das Kopieren durch die Kopiervorrichtung geschützt. Dabei ist das zu dem Tonsignal addierte Rauschsignal nicht vollständig zufällig, sondern hat eine zyklische Wellenform, die die gleiche Struktur wiederholt, und daher kann, wenn das gleiche Rauschsignal durch die Erfassungseinrichtung erzeugt wird, und die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen diesem Rauschsignal und dem Wiedergabesignal bewertet wird, das Vorhandensein des Rauschsignals in dem Wiedergabesignal erfaßt werden. Wenn die Amplitude des zu dem Tonsignal addierten Rauschsignals klein ist, spielt das Rauschen bei der Wiedergabe des aufgezeichneten Signals keine Rolle. Darüber hinaus wird, da das spezielle Frequenzband des Tonsignals nicht gedämpft wird, die Tonqualität nicht beeinflußt.
Fig. 24 (a) zeigt ein Blockschaltbild eines Kopiercodecodierers in einer fünften beispielhaften Signalkopierschutzvorrichtung zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung, wobei Bezugszeichen 16 eine Verzögerungseinrichtung ist, 17 ein Verstärker und 2 ein Addierer ist. Das Tonsignal wird durch die Verzögerungseinrichtung 16 um T Sekunden verzögert. Dieser Ausgang wird durch den Verstärker 17 um das K-fache verstärkt, wobei K ein positiver Wert kleiner als 1 ist. Dieser Ausgang wird in dem Addierer 2 mit dem Tonsignal kombiniert, wodurch der Kopiercode kodiert wird. Dieser Ausgang wird zu einem Aufzeichnungssignal.
Fig. 24 (b) zeigt ein Blockschaltbild eines Kopiercodedetektors in der fünften beispielhaften Signalkopierschutzvorrichtung zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung, wobei Bezugszeichen 18 ein Tiefsperrfilter ist, 19 eine normierte Autokorrelationsfunktions-Recheneinrichtung ist, 20 eine Maximalfunktions-Recheneinrichtung ist, 21 eine Durchschnittsfunktions-Recheneinrichtung und 22 ein Pegeldifferenzdiskriminator ist. Das Tonsignal wird durch das Tiefsperrfilter 18 geleitet. Dadurch soll der von τ=0 verschiedene Teil der Autokorrelationsfunktion R(τ) verringert werden, die in einem späteren Verfahren verwendet wird. Anschließend wird die normierte Autokorrelationsfunktion R(τ) durch die normierte Autokorrelationsfunktions-Recheneinrichtung 19 errechnet. Dieses Rechenverfahren wird im folgenden beschrieben. Es wird angenommen, daß der Ausgang des Filters 18 A(t) beträgt. Es wird angenommen, daß ein Tonsignal ohne Kopiercode a(t) beträgt. Es wird angenommen, daß die Autokorrelationsfunktion von a(t) r(τ) ist. Darüber hinaus wird angenommen, daß t ein diskreter Wert ist.
Damit erhalten wir:
wenn N eine Länge des Intervalls der Autokorrelation ist.
wobei τ ausreichend kleiner ist als N.
Wenn A(t) = a(t), dann gilt
Diese Beziehung ist in Fig. 25 dargestellt, wobei die Ordinatenachse R(τ) bezeichnet, und die Abszissenachse τ darstellt. Die mit durchgehender Linie dargestellte Kurve bezieht sich auf R(τ).
Wenn das Tonsignal den Kopiercode enthält, wird folgende Operation ausgeführt.
Dabei erhalten wir
A (t) = a (t) ÷ k · a (t-T) (5)
Wenn A(t) ergodisch ist, folgt, daß
Der zweite Ausdruck von Gleichung (8) ist der Effekt des Kopiercodes.
Wenn τ=T oder τ=-T, erhalten wir:
Der auf den Kopiercode zurückzuführende Effekt ist durch die gepunktete Linie in Fig. 25 dargestellt. Die Beziehungen sind ΔT&sub1; < ΔT&sub3;, ΔT&sub2; < ΔT&sub4;. Dies sind kleinere Werte als T.
Ein Beispiel des Aufbaus der normierten Autokorrelationsfunktions-Recheneinrichtung 19 ist in Fig. 26 dargestellt, wobei Bezugszeichen 1902 ein Multiplizierer A ist, 1903 ein Multiplizierer B ist, 1904 ein Addierer A ist, 1905 ein Addierer B ist, 1906 ein Zähler A ist, 1907 ein Register A ist, 1908 ein Register B ist, 1909 ein Zähler B ist, 1910 ein Dividierer und 1911 ein Speicher ist. Die Verzögerungseinrichtung 1901 hat eine Verzögerungszeit T. Das Eingangssignal und sein Ausgang nach dem Durchlauf durch die Verzögerungseinrichtung 1901 werden dem Multiplizierer B 1903 zugeführt und das Produkt bestimmt.
Desgleichen wird ein Quadratprodukt des Eingangssignals im Multiplizierer A 1902 bestimmt. Der Ausgang des Multiplizierers B 1903 ist der a-Eingang des Addierers B 1905. Dieser Ausgang wird dem Register B 1908 zugeführt. Das Register B 1908 wird durch den Zähler B 1909 gesteuert. Das heißt, der Inhalt des Registers B wird zunächst gelöscht. Der Zähler B zählt (N-τ) Male, und er zählt jedesmal, wenn dem Register B ein Abtastwert zugeführt wird, und ermöglicht dessen Speicherung im Register B. Wenn (N-τ) Male gezählt wurde, wird der Zählvorgang beendet, und das Register B 1908 wird nicht aktualisiert. Der b-Eingang des Addierers 1905 ist der Inhalt des Registers B 1908. Auf diese Weise wird die Summe der Abtastwerte von (N-τ) Malen der Ausgänge des Multiplizierers B 1903 am Ausgang des Registers B 1908 bestimmt. Andererseits ist der Ausgang des Multiplizierers A 1902 der a-Eingang des Addierers A 1904. Dieser Ausgang wird dem Register A 1907 zugeführt. Das Register A wird durch den Zähler A 1906 gesteuert. Das heißt, der Inhalt des Registers A wird zunächst gelöscht. Der Zähler A zählt N Male, und er zählt jedes Mal, wenn dem Register ein Abtastwert zugeführt wird, und ermöglicht dessen Speicherung im Register A. Wenn N Male gezählt wurde, wird der Zählvorgang beendet, und das Register A 1907 wird nicht aktualisiert. Der b-Eingang des Addierers A 1904 ist der Inhalt des Registers A 1907. Auf diese Weise wird die Summe von Abtastwerten von N Malen der Ausgänge des Multiplizierers A 1902 am Ausgang des Registers A 1907 bestimmt. Im Dividierer 1910 wird der Inhalt von Register B durch den Inhalt des Registers A dividiert. Dieses Ergebnis wird im Speicher 1911 gespeichert. Danach werden die Inhalte des Zählers A, des Zählers B, des Registers A und des Registers B gelöscht, und der Wert von τ wird geändert, und die gesamte Operation wiederholt. Als Wert von τ wird dabei jeder Wert zwischen T - ΔT&sub3; und T + ΔT&sub4; verwendet.
Die Maximalfunktions-Recheneinrichtung 20 errechnet den Maximalwert von R(T) in der Beziehung T-ΔT&sub1; ≤ τ ≤ T+ΔT&sub2;.
Die Durchschnittsfunktions-Recheneinrichtung 7 errechnet den Mittelwert von R(τ) in den Beziehungen T-ΔT&sub3; ≤ τ ≤ T-ΔT&sub1; und T+ΔT&sub2; ≤ τ ≤ T+ΔT&sub4;.
Der Pegeldifferenz-Diskriminator 22 subtrahiert den Ausgang der Recheneinrichtung 21 vom Ausgang der Recheneinrichtung 20 und überprüft, ob das Ergebnis zwischen k-Δk&sub1; und k+Δk&sub2; liegt, wobei Δk&sub1; und Δk&sub2; kleiner sind als k. Wenn es in diesem Bereich liegt, wird festgestellt, daß der Kopiercode vorhanden ist, und ansonsten wird festgestellt, daß kein Kopiercode vorhanden ist. Dieses Resultat wird ausgegeben.
Gemäß diesem Beispiel kann, wie aus der obenstehenden Beschreibung hervorgeht, eine ernsthafte Verschlechterung der Tonqualität vermieden werden, indem unter Verwendung einer leichten Echokomponente als Kopiercode kodiert wird.
In Fig. 24 (a) werden eine Verzögerungseinrichtung 16 und ein Verstärker 17 verwendet, es können jedoch mehrere Gruppen derselben parallel eingesetzt werden. In diesem Fall müssen auf der Detektorseite mehrere Gruppen von Recheneinrichtung 20, Recheneinrichtung 21 und Diskriminator 22 eingesetzt werden. Das Prinzip ist jedoch genau das gleiche wie bei dem vorliegenden Beispiel.
Darüber hinaus kann ein Äquivalent zu einem Filter 18 in Reihe mit der Verzögerungseinrichtung 16 und Verstärker 17 angeordnet werden. Die Tonqualität kann sich leicht ändern, der Detektorausgang wird jedoch nicht verändert. Als Filter 18 kann ein Bandfilter oder ein Hochpaßfilter eingesetzt werden.
Bei diesem Beispiel kann daher eine Signalkopierschutzvorrichtung mit geringer Verschlechterung der Tonqualität zusammengesetzt werden, indem eine Verzögerungseinrichtung, ein Verstärker und ein Addierer als Kopiercodecodierer eingesetzt werden, und eine normierte Autokorrelationfunktions- Recheneinrichtung als Kopiercodedetektor verwendet wird.
Fig. 27 ist ein Blockschaltbild eines Kopiercodedetektors einer sechsten beispielhaften Signalkopierschutzvorrichtung zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zum fünften Beispiel besteht darin, daß ein fester Schwellenwert th anstelle des Einsatzes des Maximalfunktions-Recheneinrichtung verwendet wird. Der Effekt des Kopiercodes ist durch die unterbrochene Linie in Fig. 28 dargestellt. Bei einem gewöhnlichen Tonsignal ohne Kopiercode ist der Schwellenwert th auf einen Pegel eingestellt, der von R(T) nicht erreicht werden kann. Das heißt,
R (T) = rN (T) < t h
Wenn jedoch ein Kopiercode vorliegt, so daß R(T) th überschreitet, wird der Wert von th in der Beziehung
t h < R (T) rN (T) +K
festgesetzt.
Dabei hat die normierte Autokorrelationsfunktions-Recheneinrichtung 19 den in Fig. 23 dargestellten Aufbau. In dem Pegeldiskriminator 23 werden R(T) und der Schwellenwert th verglichen, und wenn R(T) größer ist als th, wird das Ergebnis des Vorhandenseins eines Kopiercodes ausgegeben, und wenn R(T) kleiner ist als th, wird das Ergebnis des Nichtvorhandenseins eines Kopiercodes ausgegeben.
Bei diesem Beispiel kann damit eine ernsthafte Verschlechterung der Tonqualität durch Kodierung unter Verwendung einer leichten Echokomponente als Kopiercode vermieden werden.
Bei diesem Beispiel kann demzufolge eine Signalkopierschutzvorrichtung mit geringer Verschlechterung der Tonqualität durch Einsatz einer Verzögerungseinrichtung, eines Verstärkers und eines Addierers als Kopiercodecodierer und unter Verwendung der normierten Autokorrelationsfunktions-Recheneinrichtung als Kopiercodedetektor zusammengesetzt werden.
Ein erfindungsgemäßes Signalkopierschutzsystem wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Fig. 29 zeigt den Aufbau eines beispielhaften erfindungsgemäßen Signalkopierschutzsystems, wobei Bezugszeichen 24 eine verschlüsselte Information ist, 25 eine Erfassungseinrichtung ist, 6 eine Kopiereinrichtung ist und 26 eine Kopierbatterie ist, und die Erfassungseinrichtung 25 die Funktion der Kopiereinrichtung über den Zustand der Kopierbatterie 26 steuert.
Die Funktion des so aufgebauten Signalkopierschutzsystems wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 29 bis 32 beschrieben. Fig. 30 ist eine ausführliche Zeichnung der Kopierbatterie.
Zunächst wird die Information, deren Urheberrecht geschützt werden muß, mit einem bestimmten Verfahren mittels eines Schlüssels verschlüsselt. Zur Verschlüsselung mit dem Schlüssel wird der Information ein spezielles Signal hinzugefügt, wie dies beispielsweise in den Verfahren in den Beispielen in Fig. 1, 13, 18, 24 dargestellt ist. Wenn versucht wird, derartige verschlüsselte Informationen auf ein Kopiermedium, wie beispielsweise ein Tonband, mit der Kopiereinrichtung über das Aufzeichnungsmedium oder das Übertragungsmedium, wie beispielsweise eine Platte, ein Tonband und eine Rundfunkwelle, zu kopieren, funktioniert die Erfassungseinrichtung 25 wie folgt.
Zunächst wird, wenn die Erfassungseinrichtung 25 feststellt, daß die Eingangsinformation 24 mit einem Schlüssel verschlüsselt ist, überprüft, ob die Kopierbatterie 26 angeschlossen ist, und nur wenn die elektrische Energie sowohl von der Kopierbatterie 26 als auch von der Energiequelle zugeführt wird, wird die Funktion der Kopiereinrichtung 6 ermöglicht, und die elektrische Energie, die proportional zur kopierten Information ist, wird aus der Kopierbatterie abgezogen.
Fig. 31 zeigt ausführlich den Aufbau der Erfassungseinrichtung, wobei die Bezugszeichen 2501 bis 2503 Widerstände sind, 2504 ein Schalter ist, 2505 ein Pegelkomparator und 2506 ein Detektor ist. Der Aufbau des Detektors 2506 ist der gleiche wie der der in der Ausführung in Fig. 2, 14, 22, 24 und 27 erläuterte.
Die Verschlüsselung der Information mit einem Schlüssel wird durch den Detektor 2506 erfaßt, und das Erfassungssignal mit hohem Pegel schließt den Schalter 2504, der mit der Kopierbatterie 2601 verbunden ist. Dadurch wird die elektrische Energie der Batterie 2601 durch den Widerstand 2506 verbraucht, und da ihre Spannung höher ist als der durch die Widerstände 2501 und 2502 festgelegte Wert, behält das Ausgangssignal des Pegelkomparators 2505 einen niedrigen Pegel bei, und der Schalter 601 in der Kopiereinrichtung 6, der ausführlich in Fig. 11 dargestellt ist, wird geschlossen, und die Information wird der Kopiereinrichtung 602 zugeführt.
Da die Kopierbatterie 2601 eine Zelle ist, die eine beschränkte elektrische Energie enthält, kann, wenn ihre elektrische Energie verbraucht ist, die Energie nicht mehr zugeführt werden, wodurch das Kopieren unterbrochen wird.
Darüber hinaus kann die Kopierbatterie eine virtuelle Zelle sein, die die anfängliche elektrische Energiemenge, die proportional zur Urheberrechtsgebühr ist, die zum Zeitpunkt des Erwerbs gezahlt wird, in Form von Information speichert.
Der Aufbau einer virtuellen Zelle ist ausführlich in Fig. 32 dargestellt, wobei Bezugszeichen 2602 ein Festwertspeicher (EEPROM) ist, der elektrisch überschrieben werden kann, und 2603 ein Mikrocomputer ist.
Auch in diesem Fall funktioniert die Kopiereinrichtung 6 nicht, wenn sie nicht verwendet wird. Wenn die virtuelle Zelle verwendet wird, gibt der Mikrocomputer 2603 ein Kopiererlaubnissignal als elektrische Energie nach außen ab, und die Menge der kopierten Information wird aus der Zeitdauer des hohen Pegels des Erfassungssignals errechnet, und der Rest der Menge an elektrischer Energie, von der ihr proportionaler Wert abgezogen wird, wird wiederum in dem EEPROM 2602 gespeichert. Wenn der gespeicherte Wert Null ist, beendet der Mikrocomputer 2603 die Zufuhr von elektrischer Energie nach außen. Das heißt, die Ausgabe des Kopiererlaubnissignals wird beendet. Daher beendet die Erfassungseinrichtung 25 die Funktion der Kopiereinrichtung 6.
Dadurch kann, gemäß dieser Erfindung, die die verschlüsselte Information, die Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Verschlüsselung der Information mit einem Schlüssel, die Kopierbatterie zur Speicherung einer begrenzten elektrischen Energie sowie die Kopiereinrichtung zum Kopieren der Information auf eine Weise, bei der die Kopiereinrichtung in Abhängigkeit von dem Zustand der Batterie von dem Detektor gesteuert wird, umfaßt, selbst die verschlüsselte Information nur kopiert werden, wenn die Kopierbatterie zur Verfügung steht, so daß die weitverbreitete Nutzung der nützlichen Information in der Gesellschaft gefördert wird, wobei sowohl der Inhaber des Urheberrechts als auch der Nutzer Vorteile genießen. Darüber hinaus wird, wenn die unverschlüsselte Information aufgrund von Fehlfunktion als verschlüsselte Information mißverstanden wird, nur die in der Kopierbatterie gespeicherte elektrische Energie verbraucht und das Kopieren dieser Information wird nicht unterbunden.
Bei der beschriebenen Ausführung wird davon ausgegangen, daß die Kopierbatterie eine virtuelle Zelle ist, die die ursprüngliche elektrische Energie, die der Urheberrechtsgebühr proportional ist, die zum Zeitpunkt des Kaufs gezahlt wurde, in Form von Information speichert, dies stellt jedoch keine Einschränkung dar, und sie kann aus einer begrenzten Anzahl von nichtlöschbaren Speichern bestehen, wie dies im folgenden beschrieben wird. In diesem Fall wird anstelle des elektrisch löschbaren Speichers 2602, der in Fig. 32 dargestellt ist, ein nichtlöschbarer Speicher (FROM) verwendet, und wenn der Mikrocomputer 2603 in der virtuellen Zelle 26 einen bestimmten Wert in den Speicher 2602 mit der Anzahl von Malen einschreibt, die der Menge der kopierten Information proportional ist, und ermittelt, daß der spezielle Wert in alle Speicherbereiche eingeschrieben ist, wird der Erfassungseinrichtung 25 ein Kopiererlaubnissignal mit niedrigem Pegel zugeleitet. Die Erfassungseinrichtung 25, die es empfängt, sendet ein Kopierverbotssignal mit hohem Pegel an die Kopiereinrichtung 6, und die Kopiereinrichtung 6 unterbricht den Kopiervorgang.
Fig. 33 zeigt ausführlich den Aufbau einer Erfassungseinrichtung in einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei Bezugszeichen 2506 ein Detektor ist, der in den Ausführungen in Fig. 2, 14, 19, 24 und 27 dargestellt ist, 2507 ein Inverter ist, und 2508 eine UND-Schaltung ist. Wenn der Schlüssel durch den Detektor 2506 erfaßt wird, führt der Detektor 2506-der UND-Schaltung 2508 und dem Mikrocomputer 2603 in der Kopierbatterie 26 ein Erfassungssignal mit hohem Pegel zu. Wenn dem Inverter 2507 von dem Mikrocomputer 2603 ein Kopiererlaubnissignal mit hohem Pegel zugeführt wird, hat der Ausgang des Inverters 2507 einen niedrigen Pegel, und daher führt der Ausgang der UND-Schaltung 2508 das Kopierverbotssignal mit niedrigem Pegel dem Schalter 601 in der Kopiereinrichtung 6 zu, so daß Kopieren ausgeführt wird.
Wenn das Kopiererlaubnissignal einen niedrigen Pegel hat, hat der Ausgang des Inverters 2507 einen hohen Pegel, und wenn der Detektor 2506 den Schlüssel erfaßt und das Erfassungssignal mit hohem Pegel abgibt, hat der Ausgang der UND-Schaltung 2508, d. h. das Kopierverbotssignal, einen hohen Pegel, und die Kopiereinrichtung 6 beendet das Kopieren.
Darüber hinaus kann die Kopierbatterie ein Terminal-Gerät eines Bank-Online-Systems sein, und der der Menge der kopierten Information proportionale Betrag kann automatisch vom Konto des Benutzers abgebucht werden, um ihn dem Inhaber des Urheberrechts zu zahlen.
In diesem Fall ist der in Fig. 32 dargestellte Mikrocomputer 2603 das Online-Terminal, und der Speicher 2602 ist der Wirtscomputer, in dem das Konto registriert ist, und der obenbeschriebene Vorgang wird ausgeführt.
Dementsprechend wird bei dieser Erfindung, die die verschlüsselte Information, die Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Verschlüsselung der Information mit einem Schlüssel, die Kopierbatterie zum Speichern einer begrenzten elektrischen Energie sowie die Kopiereinrichtung zum Kopieren der Information, wenn die Erfassungseinrichtung erfaßt, daß die Eingangsinformation in der Kopiereinrichtung mit einem Schlüssel verschlüsselt ist, umfaßt, die Funktion der Kopiereinrichtung nur ermöglicht, wenn die elektrische Energie sowohl von der Kopierbatterie als auch von der Energiequelle zugeführt wird, und die elektrische Energie, die der Menge kopierter Information proportional ist, wird aus der Kopierbatterie abgezogen, wodurch die Information, wenn sie mit einem Schlüssel verschlüsselt ist, kopiert werden kann, wenn die Kopierbatterie zur Verfügung steht, so daß die weitverbreitete Nutzung nützlicher Information in der Gesellschaft gefördert wird, wobei sowohl der Inhaber des Urheberrechts als auch der Nutzer Vorteile genießen. Darüber hinaus wird, auch wenn eine unverschlüsselte Information aufgrund fehlerhafter Funktion als verschlüsselte Information mißverstanden wird, nur die in der Kopierbatterie gespeicherte elektrische Leistung verbraucht, das Kopieren der Information wird jedoch nicht unterbunden.

Claims

1. Signalkopierschutzvorrichtung, die das Kopieren von durch einen Schlüssel geschützter Information begrenzt, und die eine Energiequelle, eine Eingangseinrichtung zum Empfang von Eingangsinformation, eine Erfassungseinrichtung (25) zum Erfassen der Verschlüsselung der Eingangsinformation mit einem Schlüssel sowie eine Kopiereinrichtung (6) umfaßt, die die Eingangsinformation kopiert, gekennzeichnet durch eine Kopierbatterie (26), die eine begrenzte Menge elektrischer Energie speichert, und dadurch, daß die Vorrichtung so konstruiert ist, daß, wenn die Erfassungseinrichtung (25) erfaßt, daß die Eingangsinformation mit einem Schlüssel verschlüsselt ist, die Kopiereinrichtung (6) nur in Betrieb gesetzt wird, wenn elektrische Energie von der Kopierbatterie (26) und von der Energiequelle zugeführt wird, und wobei elektrische Energie proportional zur Menge der kopierten geschützten Information aus der Kopierbatterie (26) entnommen wird.

2. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kopierbatterie (26) eine virtuelle Zelle (2602, 2603) ist, die eine anfängliche Menge elektrischer Energie speichert, die einer anfänglichen Urheberrechtsgebühr proportional ist, die entsprechend einer festgelegten Menge an Information gezahlt wird, und die in Funktion ein Kopiererlaubnissignal als elektrische Energie zuführt und einen Wert proportional zur Menge der kopierten Information von der gespeicherten elektrischen Energie abzieht und wenn der gespeicherte Wert Null wird, den Ausgang des Kopiererlaubnissignals unterbricht.

3. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kopierbatterie aus einer begrenzten Anzahl nichtlöschbarer Speichereinrichtungen (2602) besteht, und die Erfassungseinrichtung mehrere Male entsprechend der Menge der kopierten Information einen festgelegten Wert in die Speichereinrichtungen schreibt, und die Funktion der Kopiereinrichtung unterbrochen wird, wenn erfaßt wird, daß ein festgelegter Wert in alle Speichereinrichtungen eingeschrieben worden ist.

4. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kopierbatterie ein Terminal-Gerät eines Bank-Online-Systems ist, und eine Summe, die der Menge kopierter Information proportional ist, automatisch vom Konto des Benutzers abgezogen wird, der kopiert hat, um sie dem Inhaber des Urheberrechts zu zahlen.

5. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung und die Kopiereinrichtung als Einkörper-Konstruktion gebaut sind.

6. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch einen Schlüssel geschützte Information von einem Aufzeichnungsmedium wiedergegebene Information ist, wobei im Verlauf der Aufzeichnung des Tonsignals auf ein Aufzeichnungsmedium dem Tonsignal zusätzliche Information hinzugefügt wird; wobei die Erfassungseinrichtung das Vorhandensein der zusätzlichen Information in dem wiedergegebenen Signal erfaßt.

7. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch einen Schlüssel geschützte Information Information ist, die Amplitudenmodulation unterzogen und von einem Aufzeichnungsmedium wiedergegeben worden ist; wobei die Erfassungseinrichtung das amplitudenmodulierte Signal in einem Ausgangssignal von dem Aufzeichnungsmedium erfaßt.

8. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Erfassungseinrichtung ein Niederfrequenzsperrfilter (901) umfaßt, das die Niederfrequenzkomponenten in dem Ausgangssignal von dem Aufzeichnungsmedium entfernt, einen automatischen Verstärkungsregler (902), der die Amplitude des Ausgangssignals des Niederfrequenzsperrfilters auf einen festgelegten Wert einstellt, einen Wellendetektor (903), der das auf die festgelegte Amplitude eingestellte Ausgangssignal erfaßt, ein Bandfilter (904), das ein festgelegtes amplitudenmoduliertes Signal aus dem Ausgang des Wellendetektors entnimmt, sowie einen Amplitudendetektor (905), der das Anhalten des amplitudenmodulierten Signals über einen festgelegten Zeitraum bei einer festgelegten Amplitude erfaßt.

9. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Erfassungseinrichtung ein Niederfrequenzsperrfilter (901) umfaßt, das die Niederfrequenzkomponente in dem Ausgangssignal von dem Aufzeichnungsmedium entfernt, einen automatischen Verstärkungsregler (902), der die Amplitude des Ausgangssignals des Niederfrequenzsperrfilters auf einen festgelegten Wert einstellt, einen Wellendetektor (903), der das auf die festgelegte Amplitude eingestellte Ausgangssignal gleichrichtet, einen Korrelator, der ein festgelegtes amplitudenmoduliertes Signal aus dem Ausgang des Wellendetektors erfaßt, sowie einen Amplitudendetektor (905), der das Anhalten des Ausgangssignals des Korrelators über einen festgelegten Zeitraum erfaßt.

10. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die durch einen Schlüssel geschützte Information geschützt wird, indem sie durch eine Vorrichtung geleitet wird, die ein Bandfilter (11) umfaßt, das lediglich Signale eines festgelegten Frequenzbandes aus den Eingangssignalen desselben entnimmt, einen Amplitudenmodulator (8), der das Ausgangssignal des Bandfilters amplitudenmoduliert, ein Sperrfilter (12), das nur ein Signal des festgelegten Frequenzbandes entfernt und parallel zu dem Bandfilter und dem Amplitudenmodulator geschaltet ist, eine Ausgabeeinrichtung (13), die ein Summensignal ausgibt, das die Summe des Ausgangs des Amplitudenmodulators und des Ausgangs des Sperrfilters ist.

11. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch einen Schlüssel geschützte Information Information ist, die durch eine Vorrichtung geleitet worden ist, die eine Signalerzeugungseinrichtung (14) umfaßt, die Scheinrauschen mit einer Periodizität erzeugt, eine Additionseinrichtung (2), die das Scheinrauschen zu einem Eingangssignal addiert, sowie eine Ausgabeeinrichtung, die die Summe des Scheinrauschens und des Eingangssignals ausgibt, wobei die Erfassungseinrichtung das Scheinrauschen erfaßt.

12. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Scheinrauschen mit einer maximalen Sequenz erzeugt wird.

13. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Scheinsignal durch Begrenzung des Bandes eines mit einer maximalen Sequenz erzeugten Signals erzielt wird.

14. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch einen Schlüssel geschützte Information durch einen Kopiercodecodierer erzeugt wird, der eine Echosignal-Erzeugungseinrichtung umfaßt, die aus einer Verzögerungseinrichtung (16) zur Verzögerung eines Tonausgangssignals sowie aus einem Verstärker (17) und einem Addierer (2) besteht, der einen Ausgang der Signalerzeugungseinrichtung und das Ausgangstonsignal addiert.

15. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Erfassungseinrichtung ein Niederfrequenzsperrfilter

(18) umfaßt, das das Eingangssignal empfängt, eine normierte Autokorrelationsfunktions-Recheneinrichtung (19), die dessen Ausgang empfängt, eine Maximalfunktions-Recheneinrichtung (20) sowie eine Durchschnittsfunktions-Recheneinrichtung (21), die deren Ausgang empfangen, und einen Pegeldifferenz-Diskriminator (22), der eine Pegeldifferenz zwischen dem Ausgang der Maximalfunktions-Recheneinrichtung und dem Ausgang der Durchschnittsfunktions-Recheneinrichtung erkennt.

16. Signalkopierschutzvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Erfassungseinrichtung ein Niederfrequenzkomponenten-Entfernungsfilter (18) umfaßt, das das Eingangssignal empfängt, eine normierte Autokorrelationsfunktions-Recheneinrichtung (19), die dessen Ausgang empfängt, sowie einen Pegeldiskriminator (23), der deren Ausgang und einen Schwellenwert empfängt.