(57)【要約】【課題】  パケット転送モードで動作する、リンク上でのＨＤＣＰのような既存の高品位コピー保護プロトコルとの互換性がある高品位コピー保護をサポートする方法、或いは伝送媒体を提供すること。【解決手段】  以下のステップを含むパケットベースの高帯域幅コピー保護方法が説明される。ソースデバイスにおいて複数のデータパケットを形成するステップ、暗号値のセットに基づいてデータパケットのうちの選択されたものを暗号化するステップ、ソースデバイスから該ソースデバイスに接続されたシンクデバイスへ暗号化されたデータパケットを伝送するステップ、暗号値に部分的に基づいて暗号化されたデータパケットを復号化するステップ、復号化されたデータパケットにシンクデバイスによりアクセスするステップ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケットベースの高帯域幅コピー保護方法であって、
ソースデバイスにおいて複数のデータパケットを形成するステップと、
暗号値のセットに基づいて前記データパケットを暗号化するステップと、
前記ソースデバイスから、該ソースデバイスに接続されたシンクデバイスへ、前記暗号化されたデータパケットを伝送するステップと、
前記暗号値に部分的に基づいて前記暗号化されたデータパケットを復号化するステップと、
前記シンクデバイスにより、前記復号化されたデータパケットにアクセスするステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記ソースデバイスがビデオソースであり、
前記シンクデバイスがビデオディスプレイであり、
前記複数のデータパケットが、いくつかのオーディオデータパケットと、いくつかのビデオデータパケットとを含む、方法。
【請求項３】
暗号化／復号化制御信号が、Ｖｓｙｎｃと、Ｈｓｙｎｃと、ＣＮＴＬ３とを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記データパケットのそれぞれが、特定の制御パケットに関連づけられている、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ＣＮＴＬ３がアクティブである場合に、対応する前記データパケットが暗号化され、逆も同様である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
パケットベースシステムにおいて高帯域幅コピー保護を提供するシステムであって、
複数のデータパケットを提供するように構成されたソースユニットと、
前記ソースユニットに接続され、前記ソースユニットから前記データパケットを受領するように構成されたシンクユニットと、
前記ソースユニットに接続され、前記ソースユニットから前記シンクユニットに送信される前記データパケットのうち選択されたものを暗号化するように構成された暗号化ユニットと、
前記シンクユニットに接続され、前記暗号化されたデータパケットを復号化するように構成された復号化ユニットと、
適切な前記データパケットを暗号化及び復号化するのに使用される暗号／復号値のセットを提供するように構成された暗号／復号値発生器と、
を備えるシステム。
【請求項７】
前記ソースユニットが、オーディオタイプのデータパケットと、ビデオタイプのデータパケットと、の少なくとも一方を提供するように構成されたオーディオ／ビデオユニットである、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記シンクユニットが、前記ビデオデータパケットのうちの処理されたものを表示するように構成されたディスプレイユニットである、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記ディスプレイユニットが、前記オーディオデータパケットのうちの処理されたものに基づいて、オーディオ信号を伝送するように構成された複数のスピーカを含む、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
暗号化／復号化制御信号のセットが、前記ビデオデータパケットに対応するＶｓｙｎｃと、Ｈｓｙｎｃとを含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記暗号化／復号化制御信号のセットが、暗号化された前記データパケットにフラグを立てるためのＣＮＴＬ３を更に含む、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
パケットベースの高帯域幅コピー保護を提供するコンピュータプログラム製品であって、
ソースデバイスにおいて複数のデータパケットを形成するためのコンピュータコードと、
暗号値のセットに基づいて前記データパケットを暗号化するためのコンピュータコードと、
前記ソースデバイスから、該ソースデバイスに接続されたシンクデバイスへ、前記暗号化されたデータパケットを伝送するためのコンピュータコードと、
前記暗号値に部分的に基づいて前記暗号化されたデータパケットを復号化するためのコンピュータコードと、
前記シンクデバイスにより前記復号化されたデータパケットにアクセスするためのコンピュータコードと、
前記コンピュータコードを格納するコンピュータ読み取り可能な媒体と、
を備えるコンピュータプログラム製品。
【請求項１３】
請求項１２記載のコンピュータプログラム製品であって、
前記ソースデバイスがビデオソースであり、
前記シンクデバイスがビデオディスプレイであり、
前記複数のデータパケットが、いくつかのオーディオデータパケットと、いくつかのビデオデータパケットとを含む、コンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
前記暗号化制御信号が、Ｖｓｙｎｃと、Ｈｓｙｎｃと、ＣＮＴＬ３とを含む、請求項１３記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
前記データパケットのそれぞれが、特定の制御値ＣＮＴＬ３に関連づけられている、請求項１４記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１６】
前記ＣＮＴＬ３がアクティブである場合に、対応するデータパケットが暗号化され、逆も同様である、請求項１５記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本特許出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、出典を明記することによりその開示内容全体をあらゆる目的で本願明細書の一部とする２００３年９月２６日提出のコバヤシによる仮特許出願第６０／５０６，１９３号（代理人整理番号ＧＥＮＳＰ０４７Ｐ）「パケットデータストリームにおける高品位コピー保護の提供」に基づく優先権を得る。
【技術分野】
【０００２】
本発明はディスプレイデバイスに関する。詳しくは、本発明は、パケット伝送環境においてオーディオ／ビデオデータの堅牢な暗号化を提供できる方法及び装置を説明する。
【背景技術】
【０００３】
占有デジタルコンテンツの保護は、特に具体的には高品位（ＨＤ）高帯域幅の用途において、重要な考慮事項となっている。ＨＤ高帯域幅の用途にとって特に重要なことに、コンテンツ保護は、デジタル化コンテンツの所有者が占有コンテンツの無許可使用及びコピーから保護される状態を保証する。カリフォルニア州サンタクララのＩｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが開発した、一般にＨＤＣＰと呼ばれる普及度の高い高帯域幅デジタルコンテンツ保護方式は、広く実施されてきた。現在の構成のように、この特定のＨＤＣＰプロトコルは、デジタルビジュアルインタフェース（ＤＶＩ）及び高品位マルチメディアインタフェース（ＨＤＭＩ）に基づく環境での使用のために限定的に設計されている。
【０００４】
一般に、ＨＤＣＰは、ＰＣ、ＤＶＤプレイヤ、又はセットトップボックス等のビデオソース又はトランスミッタと、モニタ、テレビ、又はプロジェクタ等のデジタルディスプレイ又はレシーバとの間でのデジタルコンテンツの伝送を暗号化する。これにより、ＨＤＣＰは、デジタルコンテンツのコピー又は記録を防止し、これにより、伝送中のコンテンツの完全性を保護するように設計される。例えば、説明するＨＤＣＰプロトコルで求められるように、認証段階中、レシーバは、秘密値の計算を通じてトランシーバが検証した認証鍵を知っていることを実証した後でなければ、コンテンツを提供されない。更に、データの盗聴及び盗用を防止するために、トランスミッタ及びレシーバは、伝送の全体を通じて常にチェックされる共有秘密値を生成する。認証が確立されると、トランスミッタは、データを暗号化し、復号化のためにレシーバに送信する。
【０００５】
ＤＶＩ規格の現在の実施では、１０ビット伝送プロトコルに基づく定義済みの文字セットを使用する必要がある。例えば、現在の構成のように、（利用可能な１０２４のうち）４６０文字のみがレシーバによってデータのために使用され、一方、四文字がＨＳＹＮＣ及びＶＳＹＮＣといった明示的な制御信号として使用される。この仕組みにおいて、レシーバがデータを表す所定の文字の一つを受領及び認識した時は常に、受領されたものは、データイネーブル信号（ＤＥ）をアクティブであるものとして黙示的に定義し、これにより、受領済みデータが真のデータであることを示す。しかしながら、四つの制御文字の一つがレシーバに受領された時は常に、データイネーブル（ＤＥ）が非アクティブであるという黙示的な仮定がなされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＨＤＣＰプロトコルは、ＤＥの状態、Ｈsync、Ｖsync、及びＣＮＴＬ３と呼ばれるその他の制御信号を使用して、ステートマシンを進める。ＤＥ、Ｈsync、及びＶsync信号は、「ストリーミング」方式で伝送されるラスタビデオに関連するタイミング信号である。ストリーミング転送において、ピクセルデータは、ピクセルレートで伝送され、ブランキング期間とデータ期間との比率は、維持される。パケット転送の場合、こうしたタイミング信号は、存在しなくてもよい。パケットストリームにおいては、ピクセルデータのみを転送してよいが、タイミング情報は、異なる形で通信される。したがって、必要なものは、パケット転送モードで動作する、リンク上でのＨＤＣＰのような既存の高品位コピー保護プロトコルとの互換性がある高品位コピー保護をサポートする方法、或いは伝送媒体である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、ＨＤＣＰ等、既存の高品位コピー保護プロトコルとの後方互換性がある、高品位コピー保護をサポートするパケットベース・デジタル伝送媒体及びプロトコルが提供される。
【０００８】
本発明の一実施形態では、パケットベースの高帯域幅コピー保護方法が説明され、以下の動作を含む。ソースデバイスにおいて複数のデータパケットを形成すること、暗号値のセットに基づいてデータパケットを暗号化すること、ソースデバイスから、ソースデバイスに接続されたシンクデバイスへ、暗号化されたデータパケットを伝送すること、暗号値に部分的に基づいて暗号化されたデータパケットを復号化すること、シンクデバイスによって復号化データパケットにアクセスすること。
【０００９】
別の実施形態では、データストリームに対してパケットベースの高帯域幅コピー保護を提供するシステムが開示され、複数のデータパケットを提供するように構成されたソースユニットと、ソースユニットからデータパケットを受領するように構成された、ソースユニットに接続されたシンクユニットと、ソースユニットからシンクユニットに送信されるデータパケットを暗号化するように構成された、ソースユニットに接続された暗号化ユニットと、暗号化されたデータパケットを復号化するように構成された、シンクユニットに接続された復号化ユニットと、適切なデータパケットを暗号化及び復号化するのに使用される暗号／復号値のセットを提供するように構成された暗号／復号値発生器と、を含む。
【００１０】
更に別の実施形態では、パケットベースの高帯域幅コピー保護を提供するコンピュータプログラム製品が開示され、ソースデバイスにおいて複数のデータパケットを形成するコンピュータコードと、暗号値のセットに基づいてデータパケットを暗号化するコンピュータコードと、ソースデバイスから、ソースデバイスに接続されたシンクデバイスへ、暗号化されたデータパケットを伝送するコンピュータコードと、暗号値に部分的に基づいて暗号化されたデータパケットを復号化するコンピュータコードと、シンクデバイスによって復号化データパケットにアクセスするコンピュータコードと、コンピュータコードを格納するコンピュータ可読媒体とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、添付図面に例示した本発明の特定の実施形態を詳細に参照する。本発明については特定の実施形態に関連させて説明するが、説明する実施形態に本発明を限定するものではないことは理解されよう。逆に、付記する特許請求の範囲により画定される本発明の趣旨及び範囲内に含まれ得る代替例、変形例、及び等価物は、本発明に包含される。
【００１２】
現在の実施のように、ＨＤＣＰは、ディスプレイデバイスが保護コンテンツの受領をライセンスされていることを検証するために、安全なチャネルを確立し、確立後、保護コンテンツの「盗聴」を防止するために、ホスト側でデータを暗号化し、ディスプレイデバイスで復号化する。加えて、無許可デバイス又は構成デバイスを識別するために、ＨＤＣＰは、認証及び鍵の交換と、コンテンツ暗号化と、デバイスの更新可能性とに依存する。
【００１３】
更に具体的には、ＨＤＣＰは、ビデオソースとデジタルディスプレイ（レシーバ）との間での伝送を暗号化することで、デジタルビデオインタフェース（ＤＶＩ）環境内の著作権のあるデジタル娯楽コンテンツを保護する。ビデオソースは、ＰＣ、セットトップボックス、ＤＶＤプレイヤ、及びその他にしてよく、デジタルディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、テレビ、プラズマパネル、又はプロジェクタにしてよく、許可された全てのデバイスには、一意の秘密デバイス鍵のセットが与えられる。認証プロセス中、レシーバは、保護コンテンツが送信される前に、多数の秘密デバイス鍵を知っていることを実証する必要がある。レシーバが鍵の確認をすると、両デバイス（センダ及びレシーバ）は、盗聴者がコンテンツを盗むのを防止することを目的とした共有秘密値を生成する。認証後、コンテンツは、暗号化され、レシーバに送信され、次にレシーバがコンテンツを復号化する。
【００１４】
認証は、ディスプレイデバイスが保護コンテンツの受領を許可（又はライセンス）されていることを検証する暗号プロセスである。許可されたホスト及びディスプレイデバイスは、両方とも、４０個の５６ビット秘密デバイス鍵の配列と、対応する４０ビットバイナリ鍵選択ベクトル（ＫＳＶ）とによって構成される秘密鍵のセットの知識を有している。ホストは、鍵選択ベクトルＡＫＳＶを含む開始メッセージと６４ビット値Ａｎとを送信することで、認証を開始する。ディスプレイデバイスは、鍵選択ベクトルＢＫＳＶを含む応答メッセージを送信することで応答する。ホストは、受領したＫＳＶが無効になっていないことを確認する。この時、二つのデバイスは、共有値を計算可能であり、両デバイスが有効な鍵セットを有する場合、共有値は等しくなる。認証が確立しているため、この共有値は、保護コンテンツの暗号化及び復号化で使用されることになる。
【００１５】
再認証は、およそ二秒に一度の割合で継続され、リンクの継続的な安全性を確認する。いかなる時でも、例えば、ディスプレイデバイスの接続解除及び／又は不正な記録デバイスの接続によって、共有値の同一性が失われた場合、ホストは、ＤＶＩリンクが認証されていないものとみなし、保護コンテンツの伝送を終了する。
【００１６】
伝送コンテンツの使用可能な無許可コピーが作成されるのを防止するために、コンテンツは、ソースデバイスで暗号化される。暗号化は、コンテンツを転換させる、暗号（cipher）と呼ばれるアルゴリズムの適用である。コンテンツを復元するために、ディスプレイデバイスは、正しい復号鍵の知識によって、コンテンツを復号化する。ＨＤＣＰ暗号は、ハイブリッド・ブロック／ストリーム暗号である。ブロック暗号は、認証プロトコル中に動作する。コンテンツの暗号化及び復号化のために、ＨＤＣＰは、ストリーム暗号を使用し、ストリーム暗号では、暗号化は、ＨＤＣＰ暗号によって生成されたデータストリームを、ビット毎の排他的論理和演算を通じて、伝送コンテンツと組み合わせることで達成される。これにより、コンテンツは、ピクセル毎に保護される。復号化せずにディスプレイデバイス上に表示された暗号化コンテンツは、ランダムノイズに見え、識別可能なコンテンツは存在しない。上記の通り、現在利用可能なＨＤＣＰプロトコルは、ＤＶＩタイプのコネクタを使用して実施する必要がある。
【００１７】
本発明は、既存の高品位コピー保護プロトコルとの後方互換性がある高品位コピー保護をサポートする堅牢なデジタル著作権保護プロトコルを提供する、パケット伝送媒体での使用に適した高品位高帯域幅コピー保護プロトコルを提供する。本発明の一実施形態において、本発明のＨＤＣＰプロトコルは、ソースデバイスにおいて複数のデータパケットを形成することと、暗号値のセットに基づいてデータパケットの選択されたものを暗号化することと、ソースデバイスから、ソースデバイスに接続されたシンクデバイスへ、暗号化されたデータパケットを伝送することと、暗号値に部分的に基づいて暗号化されたデータパケットを復号化することと、シンクデバイスによって復号化データパケットにアクセスすることとを含む、パケットベースの高帯域幅コピー保護方法として実施される。
【００１８】
特に最適なパケット伝送システムについて、本発明の任意の実施形態で使用するのに適したクロスプラットフォームのパケットデジタルビデオディスプレイインタフェース１００の一般化表現を図示している図１を参照して説明する。インタフェース１００は、物理リンク１０６（パイプとも呼ばれる）を経由して、トランスミッタ１０２をレシーバ１０４に接続する。説明する実施形態では、多数のデータストリーム１０８乃至１１２がトランスミッタ１０２に受領され、トランスミッタ１０２は、必要であれば、それぞれを対応する数のデータパケット１１４にパケット化する。こうしたデータパケットは、その後、対応するデータストリームの形態に変換され、それぞれのデータストリームは、関連する仮想パイプ１１６乃至１２０を経由してレシーバ１０４に渡される。データストリーム１０８乃至１１２は、ビデオ、グラフィック、オーディオ、及びその他といった、任意の数の形態にできることに留意されたい。
【００１９】
通常、ソースがビデオソースである時、データストリーム１０８乃至１１２は、コンポジットビデオ、シリアルデジタル、パラレルデジタル、ＲＧＢ、又は家庭用デジタルビデオといった、任意の数及びタイプの周知の形式を有する可能性がある様々なビデオ信号を含む。例えば、アナログテレビ、スチールカメラ、アナログＶＣＲ、ＤＶＤプレイヤ、ビデオカメラ、レーザディスクプレイヤ、ＴＶチューナ、セットトップボックス（及び衛星ＤＳＳ又はケーブル信号）、及びその他といった何らかの形態のアナログビデオソースをソース１０２が含む場合、ビデオ信号はアナログビデオ信号にできる。ソース１０２は、更に、例えば、デジタルテレビ（ＤＴＶ）、デジタルスチールカメラ、及びその他といったデジタル画像ソースを含むことができる。デジタルビデオ信号は、ＳＭＰＴＥ  ２７４Ｍ−１９９５（解像度１９２０×１０８０、プログレッシブ又はインタレーススキャン）、ＳＭＰＴＥ  ２９６Ｍ−１９９７（解像度１２８０×７２０、プログレッシブスキャン）、及び標準の４８０プログレッシブスキャンビデオといった任意の数及びタイプの周知のデジタル形式にできる。
【００２０】
ソース１０２がアナログ画像信号を提供する場合、アナログ−デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）は、アナログ電圧又は電流信号を別個の一連のデジタルエンコードされた数（信号）に変換し、このプロセスにおいて、デジタル処理に相応しい適切なデジタル画像データワードが形成される。広範なＡ／Ｄコンバータのいずれかを使用できる。一例として、その他のＡ／Ｄコンバータは、例えば、Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅ、Ｂｒｏｏｋｔｒｅｅ、その他が製造したものを含む。
【００２１】
例えば、データストリーム１１０がアナログタイプの信号である場合、トランスミッタ１０２に含まれる又は接続されたアナログ−デジタルコンバータ（図示なし）は、アナログデータをデジタル化し、その後、デジタル化データストリーム１１０を多数のデータパケット１１４にパケット化するパケタイザがパケット化を行い、それぞれのデータパケット１１４は、仮想リンク１１６を経由して、レシーバ１０４に伝送されることになる。レシーバ１０４は、次に、データパケット１１４を再び適切に組み合わせてオリジナルの形式にすることで、データストリーム１１０を再構成する。こうしたデータストリームが、最終的に暗号化され、一組のコピー保護データストリームが形成される。
【００２２】
図２は、図１に関して説明したシステム１００で使用するのに適したオーディオ／ビデオコンテンツを暗号化する暗号化システム２００を図示している。図２に図示したように、ビデオソース２０２は、データストリーム１１０及び１１２のような多数のデータストリームを提供するように構成される。多数のデータストリームを利用することで、システム２００は、例えば、多数のビデオ形式のいずれかと同時に一致する状態で、ビデオデータを伝送することができる。例えば、データストリーム１１０は、１０２４×７６８、６０Ｈｚに一致するビデオデータの形態となり、一方、データストリーム１１２は、６４０×４８０、７５Ｈｚに一致するビデオデータの形態となり、以下も同様となる。レシーバ２０４（モニタ等）が適切な形式でビデオを再構築するために、データストリームは、加えて、適切なビデオデータ関連属性データを含み、ビデオデータ関連属性データは、適切な形式でビデオを再構築するためにレシーバによって使用される。
【００２３】
したがって、ビデオソース２０２は、多数のバッファ２０６を含み、バッファ２０６のそれぞれは、ビデオデータストリームの関連する一本をバッファするのに使用される。それぞれのバッファは、次に、パケタイザ２１０への伝送のためにデータストリームの特定の一本を選択するのに使用されるマルチプレクサ２０８に接続される。パケタイザ２１０は、パケットＩＤを組み込み、随意的にエラー補正を実行し、タイムスタンプと、レシーバ４０４によるビデオラスタの正確な再構築にとって重要又は必要であると考えられる任意の属性とを加えることで、入射データストリームを解析し、関連する数のデータパケットにする。暗号化制御ジェネレータユニット２１２は、少なくとも、Ｈsyncと、Ｖsyncと、暗号化されたデータパケット（及び反対に暗号化されていないデータパケット）にフラグを立てるために使用される特定の制御文字ＣＮＴＬ３とのような信号を運ぶ制御パケットを挿入することに基づいて、それぞれのデータパケットに適切な暗号化アルゴリズムを適用する。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、（特定の例がデータストリーム３００として図３に図示された）結果として生じた暗号化データストリーム２１４は、多数のデータパケットの形態となる。データストリーム３００は、場合に応じて暗号化された（或いは暗号化されていない）ビデオデータパケットを示すために使用される多数の制御パケット３０２を含む。各ビデオパケットは、ビデオデータパケット３０６に関連する上記の属性データを一部として含む、関連するヘッダ３０４を有する。例えば、図３に図示したケースにおいて、データストリーム３００は、ビデオソース２０２とレシーバ２０４との間のトラフィックが一定のリンク環境に一致するようにデータストリーム３００に連結された、データストリーム１１０及びデータストリーム１２０のためのデータパケットを含む。
【００２５】
説明する実施形態において、データストリーム３００には時間領域多重化が施されており、データストリーム１００に関連するデータパケットは、データストリーム１１２に関連するものより長い持続時間を有することに留意されたい。こうしたケースでは、レシーバ２０４内の時間基準回復（ＴＢＲ）ユニット２１６が、必要に応じて、メインリンクデータパケットに埋め込まれたタイムスタンプを使用して、ストリームのオリジナルのネイティブレートを再生する。再び図２を参照すると、レシーバ４０４では、デシリアライザユニット２１８が、デコーダユニット２２０及びデパケタイザ２２２への入力を提供する暗号化データストリーム３００を受領する。デコーダ２２０は、制御パケットをデコードし、したがって、Ｈsyncと、Ｖsyncと、以前暗号化のために使用され、復号化エンジン２２８へ提供された特定の制御文字ＣＮＴＬ３とを供給する。
【００２６】
図４は、本発明を実施するのに利用されるシステム４００を例示している。コンピュータシステム４００は、本発明を実施可能なグラフィックスシステムの例に過ぎない。システム４００は、中央処理装置（ＣＰＵ）４１０と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４２０と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）４２５と、一つ以上の周辺機器４３０と、グラフィックスコントローラ４６０と、一次記憶デバイス４４０及び４５０と、デジタルディスプレイユニット４７０とを含む。ＣＰＵ４１０は、更に、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチセンシティブディスプレイ、トランスデューサカードリーダ、磁気又は紙テープリーダ、タブレット、スタイラス、音声又は手書認識器、或いは、当然ながら、他のコンピュータ等、その他の広く知られた入力デバイスといったデバイスを一部として含んでもよい一つ以上の入出力デバイス４９０に接続される。グラフィックスコントローラ４６０は、アナログ画像データと対応する基準信号とを生成し、両方をデジタルディスプレイユニット４７０に提供する。アナログ画像データは、例えば、ＣＰＵ４１０又は外部エンコード（図示なし）から受領したピクセルデータに基づいて生成できる。一実施形態において、アナログ画像データは、ＲＧＢ形式で提供され、基準信号は、この技術で広く知られたＶSYNC及びＨSYNC信号を含む。しかしながら、本発明は、その他の形式のアナログ画像、データ、及び／又は基準信号により実施することも可能であると理解されたい。例えば、アナログ画像データは、対応する時間基準信号を更に備えるビデオ信号データを含むことができる。
【００２７】
以上、本発明の少数の実施形態を説明してきたが、本発明は、本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の多数の特定の形態で実施し得ることは理解されたい。この説明は、限定的ではなく例示的なものと見做されるべきであり、本発明は、本明細書で述べた詳細に限定されず、付記する請求項の範囲内、及び等価物の全範囲内で、変形し得る。
【００２８】
本発明について、好適な実施形態の観点から説明してきたが、本発明の範囲内に含まれる変形例、置換例、及び等価物が存在する。また、本発明のプロセス及び装置の両方を実現する多数の代替方法が存在することにも留意されたい。したがって、本発明は、本発明の本来の趣旨及び範囲内に入るこうした全ての変形例、置換例、及び等価物を含むと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の任意の実施形態で使用するのに適したクロスプラットフォームのパケット・デジタルビデオディスプレイ・インタフェースの一般化表現を示す図
【図２】図１に関して説明したシステムで使用するのに適したオーディオ／ビデオコンテンツを暗号化する暗号化システムを示す図
【図３】本発明の実施形態による代表的な暗号化データストリームを示す図
【図４】本発明を実施するのに利用されるシステムを例示する図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
1. TITLE OF THE INVENTION
Packet Based High Definition High-bandwidth Digital Content Protection
2. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Cross Reference to Related Applications
[0001]  This patent application takes priority under 35 U.S.C. 119(e) to U.S. Provisional Patent Application No.: 60/506,193, filed on September 26, 2003 (Attorney Docket No. GENSP047P) entitled "PROVIDING HIGH DEFINITION COPY PROTECTION IN A PACKET BASED DATA STREAM" by Kobayashi which is incorporated by reference in its entirety for all purposes.
BACKGROUND OF THE INVENTION
Field of the Invention
[0002]  The invention relates to display devices.  More specifically, the invention describes a method and apparatus capable of providing a robust encryption of a audio/video data in a packet based transmission environment.
Overview
[0003]  Protection of proprietary digital content has become an important consideration and more particularly, in high definition (HD), high-bandwidth applications.  Especially important for HD, high-bandwidth applications, content protection provides assurances that owners of digitized content are protected from unauthorized use and copying of their proprietary content.  A popular high-bandwidth digital-content protection scheme developed by Intel Corporation of Santa Clara CA commonly referred to as HDCP has been widely implemented.  As currently configured, this particular HDCP protocol is specifically designed for use in Digital Visual Interface (DVI) and High-Definition Multimedia Interface (HDMI) based environments.  
[0004]  In general, HDCP encrypts the transmission of digital content between the video source, or transmitter -- such as a PC, DVD player or set-top box -- and the digital display, or receiver -- such as a monitor, television or projector.  In this way, HDCP is designed to prevent copying or recording of digital content thereby protecting the integrity of content as it is being transmitted.  For example, as required by the described HDCP protocol, during an authentication phase, the receiver will only be provided with content once it demonstrates knowledge of the authentication keys which the transceiver verifies through computation of a secret value.   Furthermore, to prevent eavesdropping and stealing of the data, the transmitter and receiver will generate a shared secret value that is consistently checked throughout the transmission. Once authentication is established, the transmitter encrypts the data and sends it to the receiver for decryption. 
[0005]  The current implementation of the DVI standard requires the use of a set of defined characters based upon a 10 bit transmission protocol.  For example, as currently configured, only 460 characters (out of a possible 1024 available) are used by the receiver for data while 4 characters are used as explicit control signals such as hsync and vsync.  In this arrangement, any time the receiver receives and recognizes one of the predefined characters representing data, then the received implicitly defines a data enable signal (DE) as being active thereby indicating that the received data is true data.  However, whenever one of the 4 control characters is received by the receiver, then an implicit assumption is made that data enable (DE) is inactive.  
[0006]  HDCP protocol uses the status of DE, Hsync, Vsync and another control signal, called CNTL3, to advance its state machine.  The DE, Hsync, and Vsync signals are timing signals associated with raster video transmitted in a "streaming" manner.  In a streaming transfer, the pixel data is transferred at pixel rate and the ratio of blanking period to data period is preserved.  In case of a packet transfer, these timing signals may not be present. Only the pixel data may be transferred in the packet stream, while timing information is communicated in a different way.  Therefore, what is required is a way to support high-definition copy protection that is compatible with existing high definition copy protection protocols such as HDCP over a link, or a transmission medium, that operates in a packet transfer mode.
SUMMARY OF THE INVENTION
[0007]  What is provided, therefore, is a packet-based digital transmission medium and protocol that supports high definition copy protection that is backwards compatible with existing high definition copy protection protocols such as HDCP.
[0008]  In one embodiment of the invention, a packet based high bandwidth copy protection method is described that includes the following operations.  Forming a number of data packets at a source device, encrypting the data packets based upon a set of encryption values, transmitting the encrypted data packets from the source device to a sink device coupled thereto, decrypting the encrypted data packets based in part upon the encryption values, and accessing the decrypted data packets by the sink device. 
[0009]  In another embodiment, a system for providing  packet based high bandwidth copy protection to a data stream is disclosed that includes  a source unit arranged to provide a number of data packets, a sink unit coupled to the source unit arranged to receive the data packets from the source unit, an encryption unit coupled to the source unit arranged to encrypt the data packets sent from the source unit to the sink unit, a decryption unit coupled to the sink unit arranged to decrypt the encrypted data packets and an encryption/decryption values generator arranged to provide a set of encryption/decryption values used to encrypt and decrypt the appropriate data packets.
[0010]  In yet another embodiment, computer program product for providing a packet based high bandwidth copy protection is disclosed that includes computer code for forming a number of data packets at a source device, computer code for encrypting the data packets based upon a set of encryption values, computer code for transmitting the encrypted data packets from the source device to a sink device coupled thereto, computer code for decrypting the encrypted data packets based in part upon the encryption values, computer code for accessing the decrypted data packets by the sink device, and computer readable medium for storing the computer code.
DETAILED DESCRIPTION OF SELECTED EMBODIMENTS
[0011]  Reference will now be made in detail to a particular embodiment of the invention an example of which is illustrated in the accompanying drawings.  While the invention will be described in conjunction with the particular embodiment, it will be understood that it is not intended to limit the invention to the described embodiment.  To the contrary, it is intended to cover alternatives, modifications, and equivalents as may be included within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. 
[0012]  As currently implemented, HDCP establishes a secure channel in order to verify that the display device is licensed to receive protected content and once established, encrypts the data at the host side and decrypts at the display device in order to prevent 'eavesdropping' of the protected content.  In addition, in order to identify unauthorized or comprised devices, HDCP relies upon? authentication and key exchange, content encryption, and device renewability.
[0013]  More specifically, HDCP protects copyrighted digital entertainment content in a Digital Video Interface (DVI) environment by encrypting its transmission between the video source and the digital display (receiver).  The video source might be a PC, set-top boxes, DVD players and the like), and the digital display might be an liquid crystal display (LCD), television, plasma panel, or projector in which all authorized devices are given a set of unique secret device keys.  During an authentication process, the receiver must demonstrate its knowledge of a number of secret device keys before the protected content is sent.  After the receiver acknowledges the keys, both devices (the sender and receiver) generate a shared secret value that is designed to prevent eavesdroppers from stealing the content.  After authentication, the content is encrypted and sent to the receiver that in turn decrypts it.
[0014]  Authentication is a cryptographic process for verifying that the display device is authorized (or licensed) to receive protected content.  Both the authorized host and the display device have knowledge of a set of secret keys that consist of an array of forty 56-bit secret device keys and a corresponding 40-bit binary Key Selection Vector (KSV).  The host initiates authentication by sending an initiation message containing its Key Selection Vector, AKSV, and a 64-bit value An.  The display device responds by sending a response message containing its Key Selection Vector, BKSV.  The host confirms that the received KSV has not been revoked.  At this point, the two devices can calculate a shared value, which, if both devices have a valid set of keys, will be equal.  This shared value will be used in the encryption and decryption of the protected content since authentication has now been established.
[0015]  Re-authentication continues at a rate of approximately once every two seconds to confirm the continued security of the link.  If, at any time, equality of the shared value is lost, for example by disconnecting the display device and/or connecting an illegal recording device, the host will consider the DVI link to be unauthenticated, and end the transmission of protected content.
[0016]  Content is encrypted at the source device to prevent usable, unauthorized copies of the transmitted content from being made.  Encryption is the application of an algorithm, called a cipher, that transforms the content.  To recover the content, the display device decrypts the content by knowledge of the correct decryption key.  The HDCP cipher is a hybrid block/stream cipher.  The block cipher operates during the authentication protocol.  For content encryption and decryption, HDCP uses a stream cipher where encryption is accomplished by combining a data stream, generated by the HDCP cipher, with the transmitted content, through a bitwise exclusive-OR operation.  In this way the content is protected pixel-by-pixel.  Encrypted content viewed on a display device without decryption is seen as random noise, with no discernable content.  As noted above, currently available HDCP protocols must be implemented using a DVI type connector. 
[0017]  The present invention provides a high definition high bandwidth copy protection protocol suitable for use in a packet based transmission medium that provides a robust digital copyright protection protocol that supports high definition copy protection that is backwards compatible with existing high definition copy protection protocols.  In one embodiment of the invention the inventive HDCP protocol is carried out as a packet based high bandwidth copy protection method that includes forming a number of data packets at a source device, encrypting selected ones of the data packets based upon a set of encryption values, transmitting the encrypted data packets from the source device to a sink device coupled thereto, decrypting the encrypted data packets based in part upon the encryption values, and accessing the decrypted data packets by the sink device. 
[0018]  A particularly well suited packet based transmission system is described with reference to Fig. 1 that shows a generalized representation of a cross platform packet based digital video display interface 100 suitable for use with any embodiment of the invention.  The interface 100 connects a transmitter 102 to a receiver 104 by way of a physical link 106 (also referred to as a pipe).  In the described embodiment, a number of data streams 108 - 112 are received at the transmitter 102 that, if necessary, packetizes each into a corresponding number of data packets 114.  These data packets are then formed into corresponding data streams each of which are passed by way of an associated virtual pipe 116 - 120 to the receiver 104.  It should be noted that the data streams 108 - 112 can take any number of forms such as video, graphic, audio, etc.  
[0019]  Typically, when the source is a video source, the data streams 108 - 112 include various video signals that can have any number and type of well-known formats, such as composite video, serial digital, parallel digital, RGB, or consumer digital video.  The video signal can be an analog video signal provided the source 102 includes some form of an analog video source such as for example, an analog television, still camera, analog VCR, DVD player, camcorder, laser disk player, TV tuner, set top box (with satellite DSS or cable signal) and the like.  The source 102 can also include a digital image source such as for example a digital television (DTV), digital still camera, and the like.  The digital video signal can be any number and type of well known digital formats such as, SMPTE 274M-1995 (1920 x 1080 resolution, progressive or interlaced scan), SMPTE 296M-1997 (1280 x 720 resolution, progressive scan), as well as standard 480 progressive scan video.  
[0020]  In the case where the source 102 provides an analog image signal, an analog-to-digital converter (A/D) converts an analog voltage or current signal into a discrete series of digitally encoded numbers (signal) forming in the process an appropriate digital image data word suitable for digital processing.  Any of a wide variety of A/D converters can be used.  By way of example, other A/D converters include, for example those manufactured by: Philips, Texas Instrument, Analog Devices, Brooktree, and others.
[0021]  For example, if the data stream 110 is an analog type signal, the an analog to digital converter (not shown) included in or coupled to the transmitter 102 will digitize the analog data which is then packetize by a packetizer that converts the digitized data stream 110 into a number of data packets 114 each of which will be transmitted to the receiver 104 by way of the virtual link 116.  The receiver 104 will then reconstitute the data stream 110 by appropriately recombining the data packets 114 into their original format.  It is these data streams that are ultimately encrypted for form a set of copy protected data streams.
[0022]  Fig. 2 shows an encryption system 200 for encrypting audio/video content suitable for use with the system 100 described with respect to Fig. 1.  As shown in Fig. 2, a video source 202 is arranged to provide a number of data streams such as the datastreams 110 and 112.  By utilizing a number of data streams, the system 200 is capable of transmitting video data, for example, consistent with any of a number of video formats concurrently.  For example, the data stream 110 is formed of video data consistent with 1024 x 768 at 60 Hz whereas the datastream 112 is formed of video data consistent with 640 x 480 at 75Hz, and so on.  In order for a receiver 204 (such as a monitor) to reconstruct the video in the appropriate format, the datastreams include in addition the appropriate video data associated attribute data that is used by the receiver to reconstruct the video in the appropriate format.  
[0023]  Accordingly, the video source 202 includes a number of buffers 206 each of which is used to buffer an associated one of the video datastreams.  Each of the buffers is, in turn, coupled to a multiplexer 208 that is used to select a particular one of the data streams for transmission to a packetizer 210.  The packetizer 210 parses the incident data stream into an associated number of data packets by incorporating a packet ID, optionally performing error correction, and attaching a time stamp and any of the attributes deemed important or necessary for the correct reconstruction of the video raster by the receiver 404.  An encryption control generator unit 212 applies an appropriate encryption algorithm to each of the data packets based at least by inserting a control packet that conveys signals such as Hsync, Vsync, and a particular control character CNTL3 used to flag those data packets that are encrypted (and conversely those data packets that are not encrypted).
[0024]  In accordance with an embodiment of the invention, the resulting encrypted data stream 214 (a particular example of which is shown in Fig. 3 as a datastream 300) is formed of a number of data packets.  The data stream 300 includes a number of control packets 302 used to mark those video data packets that are encrypted (or not encrypted) as the case may be.  Each video packet has an associated header 304 that includes, in part, the attribute data described above associated with the video data packet 306.  For example, in the case shown in Fig. 3, the data stream 300 includes data packets for the datastream 110 and the datastream 112 conjoined into the data stream 300 such that the traffic between the video source 202 and the receiver 204 is consistent with a constant link environment.
[0025]  It should be noted that in the described embodiment, the data stream 300 is time domain multiplexed, those data packets associated with the datastream 110 have a longer duration than those associated with the data stream 112.  In these cases, a time-base recovery (TBR) unit 216 within the receiver 204 regenerates the stream's original native rate using time stamps embedded in the main link data packets, if necessary.  Referring back to Fig. 2, at the receiver 404, a deserializer unit 218 receives the encrypted datastream 300 that provides input to a decoder unit 220 and a depacketizer 222.  The decoder 220 decodes the control packet, thus feeding Hsync, Vsync, and a particular control character CNTL3provided to a decryption engine 228 that was previously used to for encryption.  
[0026]  Fig. 4 illustrates a system 400 employed to implement the invention.  Computer system 400 is only an example of a graphics system in which the present invention can be implemented.  System 400 includes central processing unit (CPU) 410, random access memory (RAM) 420, read only memory (ROM) 425, one or more peripherals 430, graphics controller 460, primary storage devices 440 and 450, and digital display unit 470.  CPUs 410 are also coupled to one or more input/output devices 490 that may include, but are not limited to, devices such as, track balls, mice, keyboards, microphones, touch-sensitive displays, transducer card readers, magnetic or paper tape readers, tablets, styluses, voice or handwriting recognizers, or other well-known input devices such as, of course, other computers.  Graphics controller 460 generates analog image data and a corresponding reference signal, and provides both to digital display unit 470.  The analog image data can be generated, for example, based on pixel data received from CPU 410 or from an external encode (not shown).  In one embodiment, the analog image data is provided in RGB format and the reference signal includes the VSYNC and HSYNC signals well known in the art.  However, it should be understood that the present invention can be implemented with analog image, data and/or reference signals in other formats.  For example, analog image data can include video signal data also with a corresponding time reference signal.
[0027]  Although only a few embodiments of the present invention have been described, it should be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or the scope of the present invention.  The present examples are to be considered as illustrative and not restrictive, and the invention is not to be limited to the details given herein, but may be modified within the scope of the appended claims along with their full scope of equivalents.
[0028]  While this invention has been described in terms of a preferred embodiment, there are alterations, permutations, and equivalents that fall within the scope of this invention.  It should also be noted that there are many alternative ways of implementing both the process and apparatus of the present invention.  It is therefore intended that the invention be interpreted as including all such alterations, permutations, and equivalents as fall within the true spirit and scope of the present invention.
3. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0029]  Fig. 1 shows a generalized representation of a cross platform packet based digital video display interface suitable for use with any embodiment of the invention.
[0030]  Fig. 2 shows an encryption system for encrypting audio/video content suitable for use with the system described with respect to Fig. 1.
[0031]  Fig. 3 shows a representative encrypted data stream in accordance with an embodiment of the invention.
[0032]  Fig. 4 illustrates a system employed to implement the invention.  
1.  A packet based high bandwidth copy protection method comprising:
forming a number of data packets at a source device;
encrypting the data packets based upon a set of encryption values;
transmitting the encrypted data packets from the source device to a sink device coupled thereto;
decrypting the encrypted data packets based in part upon the encryption values; and
accessing the decrypted data packets by the sink device.
2.  A method as recited in claim 1, wherein the source device is a video source and wherein the sink device is a video display and wherein the number of data packets include some audio data packets and some video data packets.
3.  A method as recited in claim 2, wherein the encryption/decryption control signals include a Vsync, an Hsync, and a CNTL3.
4.  A method as recited in claim 3, wherein each of the data packets is associated with an particular control packet.
5.  A method as recited in claim 4, wherein when the CNTL3 is  active, then the corresponding data packet is encrypted and vice-versa.
6.  A system for providing high bandwidth copy protection in a packet based system, comprising:
a source unit arranged to provide a number of data packets;
a sink unit coupled to the source unit arranged to receive the data packets from the source unit;
an encryption unit coupled to the source unit arranged to encrypt selected ones of the data packets sent from the source unit to the sink unit;
a decryption unit coupled to the sink unit arranged to decrypt the encrypted data packets; and
an encryption/decryption values generator arranged to provide a set of encryption/decryption values used to encrypt and decrypt the appropriate data packets.
7.  A system as recited in claim 6, wherein the source unit is an audio/video unit arranged to provide audio type data packets and/or video type data packets.
8.  A system as recited in claim 7, wherein the sink unit is a display unit arranged to display processed ones of the video data packets.
9.  A system as recited in claim 8, wherein the display unit includes a number of speakers arranged to transmit audio signals based upon processed ones of the audio data packets.   
10.  A system as recited in claim 9, wherein the set of encryption/decryption control signals include Vsynch, Hsynch corresponding to the video data packets.
11.  A system as recited in claim 10, wherein the set of encryption/decryption control signal further includes CNTL3 to flag those data packets that are encrypted.
12.  Computer program product for providing a packet based high bandwidth copy protection, comprising:
computer code for forming a number of data packets at a source device;
computer code for encrypting the data packets based upon a set of encryption values;
computer code for transmitting the encrypted data packets from the source device to a sink device coupled thereto;
computer code for decrypting the encrypted data packets based in part upon the encryption values; 
computer code for accessing the decrypted data packets by the sink device; and
computer readable medium for storing the computer code.
13.  Computer program product as recited in claim 12, wherein the source device is a video source and wherein the sink device is a video display and wherein the number of data packets include some audio data packets and some video data packets.
14.  Computer program product as recited in claim 13, wherein the encryption control signals include a Vsync, an Hsync, and a CNTL3.
15.  Computer program product as recited in claim 14, wherein each of the data packets is associated with an particular control value CNTL3.
16.  Computer program product as recited in claim 15, wherein when the CNTL3 is active, then the corresponding data packet is encrypted and vice-versa.
1. ABSTRACT
A packet based high bandwidth copy protection method is described that includes the following operations.  Forming a number of data packets at a source device, encrypting selected ones of the data packets based upon a set of encryption values, transmitting the encrypted data packets from the source device to a sink device coupled thereto, decrypting the encrypted data packets based in part upon the encryption values, and accessing the decrypted data packets by the sink device.
2. REPRESENTATIVE DRAWING
Fig. 1
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