处理数字编码音频数据的方法和设备

1.一种在便携式音频数据处理设备(10)中用于处理音频数据文件的方 法，该音频数据处理设备包括一个连接到数字信号处理器(12)的微控制器 (22)，该设备中存储有密钥文件和解密程序，该设备适合于可拆卸地连接到存 储有唯一标识符、音频数据文件和解码器文件的数据存储装置(32)，该方法包 括以下步骤：
响应解密程序，识别(116，118)存储在数字信号处理器中的第一和第二密 钥；
响应用户对音频数据文件的选择，从数据存储装置检索(130，134)音频数 据文件和解码器文件；
响应第一密钥和解密程序，将解码器文件解密(131)；
响应第二密钥和唯一标识符(49)产生最终密钥并响应最终密钥和解密程 序，将音频数据文件解密(132)；
响应解密的解码器文件，将解密的音频数据文件解码(133)；以及
将解密、解码的音频数据文件提供到输出装置。
2.如权利要求1所述的方法，其中识别第一密钥和识别第二密钥的步骤 包括识别(118)存储有第一密钥的第一存储单元和识别存储有第二密钥的第二 存储单元。
3.如权利要求2所述的方法，其中数据存储装置是固态存储装置(32)。
4.如权利要求3所述的方法，其中数据存储装置是紧致闪速存储卡(32)。
5.如权利要求1所述的方法，其中数据存储装置包括多个存储于其中的 音频数据文件和解码器文件，这多个音频数据文件中的每一个与所选的一个 解码器文件相关，所述检索步骤包括识别与音频数据文件相关的所选解码器 文件和响应用户选择检索音频数据文件和所选解码器文件。
6.一种便携式音频数据处理设备(10)，包括：
用户输入装置(26)，用于接收用户输入；
数据输入装置(33，34)，用于接收数字数据；
数据存储装置(32)，其中存储有音频数据文件、解码器文件和唯一标识 符，该数据存储装置适合于可拆卸地连接到数据输入装置；
数字信号处理器(12)；和
微控制器(22)，连接到用户输入装置、数据输入装置和数字信号处理器， 该微控制器响应连接到数据输入装置的数据存储装置将解密程序和密钥文件 传送(108)到数字信号处理器，该数字信号处理器响应解密程序识别(116，118) 存储在数字信号处理器中的第一和第二密钥，微控制器响应用户对音频数据 文件的选择将音频数据文件、解码器文件和唯一标识符从数据存储装置传送 (130，134)到数字信号处理器，数字信号处理器响应第一密钥和解密程序将解 码器文件解密(131)，数字信号处理器响应第二密钥、唯一标识符和解密程序 将音频数据文件解密(132)，数据字信号处理器响应解码器文件将解密的音频 数据文件解码(133)。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述数字信号处理器通过识别存储有 第一密钥和第二密钥的第一存储单元和第二存储单元识别第一和第二密钥。
8.如权利要求6所述的设备，其中所述数据存储装置是一固态存储装置 (32)。
9.如权利要求6所述的方法，其中数据存储装置包括紧致闪速存储卡 (32)。
10.如权利要求6所述的设备，其中数据存储装置(32)包括多个存储于 其中的音频数据文件和解码器文件，这多个音频数据文件中的每一个与所选 的一个解码器文件相关，微控制器(22)响应用户选择将多个音频数据文件中所 选的一个文件和相关的解码器文件传送到数字信号处理器(12)。

                        技术领域\n本发明涉及用于处理数字编码的数据的设备和方法，尤其涉及用于处理 数字编码的音频数据的便携设备和方法，该音频数据已经使用多种编码/解码 格式中所选择的一种而编码。本发明尤其适于手持应用设备。\n                        背景技术\n能够播放数字编码的数据的便携音频设备的使用正在变得平常。特别是， 可以处理存储在固态存储器设备上的数字编码的音频数据的较小的手持设备 正在变得很受欢迎。该便携音频设备包括那些适应于播放已经被编码或压缩 且存储在包括在音频播放机内的存储器芯片上或在较小的可拆卸存储器媒 体、诸如compactflashTM存储卡上的数字数据的设备。基于固态存储器的设备 特别适用于在锻炼或其他体育活动时使用，因为该设备不易于受跳跃和与移 动数据存储媒体(诸如CD)相关的其他类似问题的影响。\n在基于固态存储器的设备中，例如通过从互联网或从另一个数字音频播 放机下载数据，数字音频数据被装载到存储器设备中。该数据通常通过具有 装载到其上的适当软件的个人计算机被压缩和装载到存储器设备上。存储器 设备也可以包括预装载的音频数据。\n根据所选择的编码格式，在装载到存储器设备上之前，数据被压缩，并 在重放的过程中被解压。有多种的用于压缩和解压音频数据的编码格式。在 下文中，术语“编码格式”指任何编码/解码方案，其指明了所压缩的位流的语 法和语义，以及该位流必须被如何解压以用于再现。该编码格式包括但不限 于MP3和Real Networks G2。另外，新的编码格式正在被开发并期望能在将 来使用。\n对数字编码数据的未经授权拷贝和散布是与这种播放机相关的最重要问 题，尤其考虑到这种设备的日益普及和这种数据通过因特网和其他信源被下 载和散布的相对容易。因此希望提供一种用于处理编码音频数据的便携式音 频数据处理设备和方法，防止用户播放未经授权拷贝的数据。此外，最好防 止用户从一个可拆卸的数据存储装置、如compactflashTM存储卡中将音频数据 文件以可多次播放的方式拷贝到一个类似类型的数据存储装置。\nEP-A-0 561 685公开了一种电子数据保护系统，包括连接到数据存储媒 体的用户计算机和销售商计算机。该数据存储媒体包括媒体编号和加密的权 限信息。销售商计算机包括一个产生单元，用于产生基于媒体编号的媒体密 钥、电子数据解密密钥，和一个加密单元，用于根据媒体密钥对电子数据解 密密钥加密，以产生加密的权限信息。用户计算机包括一个个人密钥产生单 元，用于根据媒体编号产生媒体密钥，一个解密单元，用于根据媒体密钥对 权限信息进行解密，以产生电子数据解密密钥，和一个解密单元，用于根据 电子数据解密密钥对加密的电子数据进行解密，以产生明文电子数据。然而， 这种系统要求用户计算机连接到销售商计算机并从销售商计算机接收必要的 信息以执行各种操作。\n                        发明内容\n本发明对于便携式音频播放机、尤其是手持音频播放机达到上述目的， 这是通过提供一种便携式音频重放设备和用于处理编码数据文件的方法，以 防止从一个可拆卸的其中存储有唯一标识符的数据存储装置，以可播放的形 式将音频数据文件拷贝到另一个相似类型的数据存储装置而实现的。具体地， 本发明提供一种便携式音频播放机和用于处理音频数据文件的方法，该方法 响应与可拆卸数据存储装置相关的唯一标识符和存储在便携式音频播放机的 密钥文件中的密钥，将音频数据文件加密。\n在一个方面，本发明是一种在便携式音频数据处理设备中用于处理音频 数据文件的方法，该音频数据处理设备包括一个连接到数字信号处理器的微 控制器，该设备中存储有密钥文件和解密程序，该设备适合于可拆卸地连接 到存储有唯一标识符、音频数据文件和解码器文件的数据存储装置，该方法 包括以下步骤：响应解密程序，识别第一和第二密钥；响应用户对音频数据 文件的选择，从数据存储装置检索音频数据文件和解码器文件；响应第一密 钥和解密程序，将解码器文件解密；响应第二密钥和解码程序，将音频数据 文件解密；响应解密的解码器文件，将解密的音频数据文件解码；以及将解 密、解码的音频数据文件提供到输出装置。有益地，响应与数据存储装置相 关的唯一标识符、最终密钥和解密程序识别第二密钥，其中最终密钥是响应 解密程序识别的。\n在另一个方面，本发明是一种便携式音频数据处理设备，包括：用户输 入装置，用于接收用户输入；数据输入装置，用于接收数字数据；数据存储 装置，其中存储有音频数据文件、解码器文件和唯一标识符，该数据存储装 置适合于可拆卸地连接到数据输入装置；数字信号处理器；和微控制器，连 接到用户输入装置、数据输入装置和数字信号处理器，微控制器响应连接到 数据输入装置的数据存储装置将解密程序和密钥文件传送到数字信号处理 器，数字信号处理器响应解密程序识别第一和第二密钥，微控制器响应用户 对音频数据文件的选择将音频数据文件、解码器文件和唯一标识符从数据存 储装置传送到数字信号处理器，数字信号处理器响应第一密钥和解密程序将 解码器文件解密，数字信号处理器响应第二密钥和解密程序将音频数据文件 解密，数据字信号处理器响应解码器文件将解密的音频数据文件解码。有益 地，数字信号处理器响应唯一标识符、最终密钥和解密程序识别第二密钥， 其中最终密钥是响应解密程序识别的。\n                        附图说明\n下面参考附图更详细地描述本发明，附图中：\n图1是根据本发明的便携音频设备的方框图；\n图2A-B示出根据本发明的手持音频装置；\n图3-4是示出使用根据本发明的便携音频设备重放音频轨道的步骤的流 程图；和\n图5是示出被装载到DSP中并在DSP中被处理的各种数据块的存储器 映像的图。\n                        具体实施方式\n图1示出根据本发明的便携音频设备10的方框图。下面描述各种元部件 的布置和操作。然而，音频设备10的各种元器件的细节对本领域的技术人员 而言是公知的，将不在这里讨论。音频设备10包括微控制器22，控制各种 元器件和音频设备10的整个操作，包括从存储卡32到DSP12传送数据。微 控制器22包括合适量的存储器23、在本例中是48KB的ROM，其包括存储 于其上的各种指令组、解密程序、密钥文件和安全代码，用于控制音频播放 机10的操作。合适的微控制器包括但不限于由NEC公司制造的μPC78A4036。\n音频设备10还包括数字信号处理器(“DSP”)12，其可以被编程以便在所 选择的音频数据文件的重放过程中执行多种信号处理功能。在该情况下，DSP 12在播放过程中执行的功能包括但不限于使用安全代码解密解密程序、使用 第一密钥解密带解密程序的解码器文件、使用第二密钥和与存储卡32相关的 惟一的标识符解密带解密程序的音频数据文件、和使用解码器文件解码音频 数据文件。其他功能包括音量控制、数字声音均衡器和采样转换。在这方面， DSP12包括板上存储器11、在该情况下为64KW的RAM，其中在重放的过 程中装载了解密程序、密钥文件、安全代码、解码器文件和音频数据文件， 以及各种其他需要的数据。\n解码器文件包括控制DSP12的解码操作的程序，音频数据文件包括与音 频内容相关的数据。音频数据文件和解码器文件都以加密的形式被存储在存 储卡32中。如下面所述，解码器文件被从存储卡32传送到DSP RAM11并 被解密。合适的DSP单元包括但不限于由得克萨斯的达拉斯的德州仪器公司 制造的TMS320NC5410。\n当所选择的音频数据文件被解码时，DSP12将解码的数据流提供到数模 转换器14。D/A转换器14将DSP12的数字输出转换为模拟信号，并将该模 拟信号提供给耳机放大器16。模拟信号由耳机放大器16放大，并经置于音 频播放机10的壳体上的输出插口被提供给耳机18。\n在优选实施例中，音频播放机10适应于与存储卡32一起工作。存储卡 32是固态数据存储装置，可以被用于存储各种数据文件，包括编码的音频数 据文件和用于控制DSP12的解码操作的解码器文件。存储卡32可以经存储 卡端口38被可拆卸地连接到音频播放机10，大量的数据可以容易地从存储 卡32通过数据总线33被传送到音频播放机10。存储卡32的固态性质使得 大量的数据可以被传送到音频播放机10，而没有跳跃或与需要精确移动部件 的媒体(诸如CD)相关的其他类似弱点。合适的存储卡包括但不限于 CompactFlash Association(CFA)标准(IDE模式)的compactflashTM类型I和II。 而且，也可以使用硬驱动类型的媒体，诸如由纽约Armonk的IBM公司制造 的MicrodriveTM。\n使用本发明，几个解码器文件和较大量的音频数据可以被存储在当前可 用的闪存卡(flash memory card)上。例如，64MB的compactflashTM卡以128Kbps 的MP3位率提供了大约68分钟的音频，其中需要大约60-70KB用于解码器 程序，需要大约1MB用于每分钟的音乐输出。\n使用具有装载到其上的音乐管理软件的PC或其他类似设备，音频数据 文件和相关的解码器文件被装载到存储卡32上。音乐管理软件被设计成将希 望的音频数据文件与相关的解码器文件一起装载到存储卡32上。使用在本领 域公知的编程方法来实现音乐管理软件。或者，需要的数据可以通过其他信 源、例如，通过因特网或另一个播放机被下载，其中下载的数据包括希望的 音频数据文件和它们相关的解码器文件。\n键盘26包括置于音频播放机10的壳体上的多个键，用于允许用户选择 特定音频数据文件用于重放和控制重放设定。LCD显示模块20被耦合到微 控制器22，并提供在存储卡32上可用的选项的列表以及关于音频播放机10 的状态信息。\n图2A-B示出置于音频播放机10的壳体上的显示器和按钮。如图2A所 示，音频播放机10包括显示器21，其显示存储在存储卡32上的音频数据文 件和与音频播放机10相关的各种状态信息。PLAY按钮46使用户可以开始 所选择的数据文件的播放。STOP/OFF按钮42使用户可以停止播放，并关掉 音频播放机10。SKIP/FOR.按钮44和SKIP/REV.按钮43使用户可以在显示在 显示器21上的不同音频数据文件之间滚动。模式按钮45使用户可以选择特 定的播放模式，包括NORMAL(正常)、REPEAT PLAYBACK(反复重放)和 SHUFFLE(随机播放)。DSP按钮40使用户可以选择多个DSP模式之一，包 括FLAT、BASS、BOOST、ROCK、POP、JAZZ和EQ。图2B示出了具有 插入其中的存储卡32的存储卡端口38和用于从存储卡端口38推出存储卡 32的推出器控制杆(ejector lever)47。\n在存储卡32被插入音频播放机10的存储卡端口38后和在开始重放之 前，微控制器22读取存储卡32、具体地说，其中存储的配置文件，以标识 和显示存储在存储卡32上的音频数据文件和它们的相关的编码格式。当用户 选择特定音频数据文件用于重放时，微控制器22将所选择的音频数据文件和 合适的解码器文件装载到DSP RAM11中，其中DSP12解密该数据和解码器 文件，然后使用解码器文件解码所选择的音频数据文件。因此，在存储卡32 上的解码器文件使音频播放机10可以适应于处理与存储在存储卡32上的与 音频数据文件相关的各种编码格式。实际上，当用户选择存储在存储卡32上 的特定音频数据文件时，便携音频播放机10在必要时由存储在存储卡32上 的解码器文件进行软件升级。与使用音频播放机10处理来自存储卡32的选 择的音频数据文件相关的步骤示于图3和4的流程图中，将在下面描述。\n图3和4示出了根据本发明用于处理所选择的音频数据文件的步骤的流 程图。在步骤100加电(power UP)后，在步骤102，音频播放机10的微控制 器22检查在闪速卡端口38中是否存在存储卡32。如果在闪速卡端口38中 没有检测到存储卡32，则在步骤104，将音频播放机10断电(Power DOWN)。 如果检测到存储卡32，则在步骤106，音频播放机10接通到存储卡32的电 源。\n在步骤108，微控制器22将存储在微控制器ROM 23中的解密程序传送 到DSP RAM11。在步骤110，微控制器22发出诊断检查命令，以使存储卡 32执行一系列自诊断检查。在步骤112，如果确定存储卡32处于错误状态， 则在步骤114，微控制器22指示错误状态出现，且将存储卡32断电。\n如果存储卡32被确定处于可接受状态，则微控制器22读取嵌入存储卡 32中的惟一的ID号码。在步骤116，微控制器22将存储卡32的惟一的ID 号码和存储在微控制器ROM23中的私人密钥文件和安全代码传送到DSP RAM11。在步骤118，接着该传送，DSP12使用该安全代码将解密程序解密。 在下面说明的随后的解密操作的过程中，解密程序使用指明其中存储了希望 的密钥的DSP RAM11的存储单元的指针，从要使用的密钥文件中指定某些 密钥。\n在步骤120，微控制器22确定是否在存储卡32中出现配置文件。在步 骤122，如果没有找到配置文件，则微控制器22使一错误指示显示在显示器 21上，且将存储卡32断电。在步骤124，如果出现了配置文件，则微控制器 22读取该配置文件，识别对存储在存储卡32上的数据文件而言需要支持的 各种文件格式。配置文件也包括把音频数据文件的文件扩展名与存储在存储 卡32中的特定解码器文件等同的信息。在步骤126，微控制器22读取存储 在存储卡32上的文件属性表，并使显示器21显示存储在存储卡32中的文件 /文件夹。在此时，用户可以选择所显示音频数据文件或音乐轨道中希望的一 个用于重放。\n在步骤128，当音频数据文件被选择用于重放时，微控制器22和DSP11 执行一些步骤，包括几个同时的步骤以提供音频重放。首先，在步骤130， 微控制器22识别并将对应的解码器文件从存储卡32传送到DSP RAM11。 例如，如果用户选择MP3文件，则微控制器22将MP3解码器文件从存储卡 32传送到DSP RAM11。此时，MP3解码器文件被加密且必须被解密之后它 才可以被用于控制DSP12的解码操作。在步骤131，DSP12使用在步骤118 解密的解密程序和由该解密程序指定的密钥文件中的第一密钥，解密在DSP RAM11中装载的解码器文件。\n在步骤134，微控制器22开始从存储卡32向DSP12流出(stream)所选 择的音频数据文件。在步骤132，DSP12使用解密程序以解密流出的音频数 据文件。关于音频数据文件的解密的附加的安全层(security layer)被提供如下。 来自被解密程序指定的私人密钥文件的第二密钥和存储卡32的唯一ID号码 被用于产生最终密钥，其中最终密钥由解密程序用于解密音频数据文件。\n音乐管理软件被设计成当音频数据文件被存储在存储卡32中时，使用存 储卡32的惟一的ID号码以加密音频数据文件。这样，使用存储卡32的惟一 ID号码以产生最终密钥防止了音频播放机10播放从另一个存储卡拷贝的音 频数据文件。在步骤133，DSP12使用所解密的解码器文件以根据适当的编 码格式解码所加密的音频数据文件。所解码的音频数据被提供给D/A转换器 14和耳机放大器16用于再现。\n在步骤136，确定是否在所选择的音频数据文件中的所有数据已经被传 送到DSP RAM11。如果没有，则微控制器22继续从存储卡32向DSP RAM 11流出数据。如果在步骤136确定数据的传送完成，则在步骤140微控制器 22确定是否下一个音频数据文件使用与前一个音频数据文件相同的格式被编 码。如果下一个音频数据文件的编码格式与前一个编码格式相同，则微控制 器22返回步骤134，开始从下一个音频数据文件流出数据，该数据象前面一 样在步骤132和133被顺序解密和解码。\n如果下一个音频数据文件的编码格式与前一个音频数据文件的编码格式 不同，则微控制器22返回步骤130。在这种情况下，与下一个音频数据文件 相关的新解码器文件被传送到DSP RAM11，重复解密解码器文件、流出音 频数据文件、解密数据文件和使用新装载的解码器文件解码该数据文件的步 骤。以这种方式，只要与所选择的编码格式相关的解码器文件可用且可以被 下载到DSP RAM11上，音频播放机10就能够重放使用多种编码格式中任何 一种编码的音频数据文件。在本实施例中，必要的解码器文件与音频数据文 件一起被存储在存储卡32中。这样，经过与音频数据文件一起存储在存储卡 32中的解码器文件，通过DSP的软件升级，音频播放机10可以被升级以播 放不同的编码格式。因此，音频播放机10能够重放使用由多种编码格式、包 括在将来变得可用的编码格式所编码的数据文件。\n在本发明中，使用音乐管理软件，音频数据文件被装载到存储卡32上， 该音乐管理软件根据所选择的编码格式、诸如MP3编码音频数据文件，加密 所编码的数据文件，然后存储所加密和编码的数据文件。可以使用对本领域 的技术人员公知的用于使用所选择的密钥产生加密文件然后使用所选择的密 钥解密所加密的文件的各种加密和解密方法。在本发明中，使用第一密钥加 密解码器文件，使用另一个密钥加密音频数据文件，另一个密钥是使用存储 卡32上的惟一的标识符而产生的。音乐管理软件将所加密的音频数据文件和 适当加密的解码器文件存储在存储卡32上。音乐管理软件也产生并在必要时 修改配置文件和文件属性表，以提供关于存储在存储卡32上的各种数据文件 和解码器文件的信息。使用该配置文件和文件属性表，音频播放机10还能够 确定每个内容文件的正确编码格式，在显示器21上显示可用的文件，响应于 用户的选择下载每个内容文件的合适的解码器文件。\n图4是与DSP RAM11相关的存储器映像，图示了传送到DSP RAM11 的各种数据文件和它们之间的相互作用。最初，与存储卡32相关的惟一的ID 号码被存储在存储器部分49中。存储在微控制器ROM23中的安全代码和私 人密钥文件被传送到DSP RAM11和存储在相应的存储器部分50和51中。 而且，解密程序被从微控制器ROM23读入存储器部分52中。与所选择的音 频数据文件相关的解码器文件被存储在存储器部分54中，音频数据文件被存 储在存储器部分56中。应该理解各种数据块的传送和DSP RAM中的数据块 的实际布置可以使用对本领域的技术人员公知的任何一种编程技术，被编程 为希望的情形。\n如上所述，在块50中的安全代码被用于将块52中的解密程序解密。解 密程序被用于将块54中的解码器文件和块56中的音频数据文件解密。解密 程序包括用于指定在解码器文件的解密过程中要使用的第一密钥的指针。而 且，由解密程序指定的第二密钥和在块49中的存储卡32的惟一的ID号码被 用于产生最终密钥，并且该最终密钥由解密程序使用以解密所选择的音频数 据文件。解码器文件然后被用于解码所解密的音频数据文件。可以看出，通 过改变到存储私人密钥文件的存储器位置的指针，或者通过改变存储私人密 钥文件的存储单元，可以在私人密钥文件中选择不同的密钥。\n很明显，对本领域的技术人员而言，尽管已经根据示例实施例描述了本 发明，但是在不脱离本发明的实质的情况下，可以对公开的实施例进行修改 和改变。例如，尽管已经参考适应于被可拆卸地连接到音频播放机10的存储 卡描述了本发明，本发明也可以使用固定地置于音频播放机10内的存储器芯 片来实现，其中通过音乐管理软件将解码器程序和音频数据文件装载到固定 的存储器芯片上。而且，这里应该认识到，在音乐管理软件中可以使用传统 上公知的一些编程方法中的任何一个或编程方法的结合，实现装载合适的解 码器程序和音频数据文件的本特征。而且，尽管上面是参考音频数据播放机 描述的，本发明可以被延伸到任何便携数据处理设备，例如，视频显示设备， 其中数据可以使用多种数据编码格式之一被编码。而且，音频数据文件和解 码器文件可以被存储且从磁或光媒体中读取。因此，应该理解本发明意在覆 盖所附权利要求限定的所有修改。