CN1849659A - 使用光盘上记录的信息的管理 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理来自光盘(20)的数据的装置，其通过对来自轨道(21)的信息进行解码生成数据信号以及表示径向位置和/或轨道(21)的深度，和/或来自轨道(21)的位信号的边缘位置中的抖动的轨道位置信号。从轨道位置信号中计算出多个特征量的数值从而使得计算出的数值在盘的旋转相位下实际上为恒定，例如通过确定在旋转频率的倍数频率处的傅立叶变换分量的绝对值。根据计算出的特征量的数值控制数据信号的条件使用。在一个实施例中当计算出的数值与盘的预先确定的数值相匹配时准许访问。在另一个实施例中通过在对话开始时将偏心敏感值与确定的值进行比较，确保盘在对话期间内不从装置中移除。

Description

使用光盘上记录的信息的管理
本发明涉及对于使用光盘上记录的信息所进行的管理，包括例如拷贝控制和/或访问控制的管理。
欧洲专利申请No.706174描述了一种用于防止对光盘进行非法拷贝的方法和***。该专利申请描述了使用物理特性区别“合法”盘和“非法”拷贝的盘，所述物理特性例如是数据块在光盘上的角度位置，相对于盘中心的轨道位移的变化以及凹坑深度。合法盘包含具有多个数据块的条目的表，这些条目包括块的地址以及角度位置，所述块所在的轨道部分的轨道位移和/或凹坑深度的数值。保护所述表免于被篡改。基本的思想是，当拷贝该盘的数据块到另一个盘时，不能够保证这些物理特性中的一个或多个对于拷贝的盘上的每个块具有相同的值。
因此，这使得不能够读取和/或拷贝任何其物理特性的实际值与存储在表中的数值不相应的盘。另外也使得不能够使用任何已经向其上拷贝了数据而没有拷贝所述表的盘。
在读取和/或拷贝之前播放器检测多个块的角度位置，轨道位移和/或凹坑深度并将检测结果与存储在表中的数值进行比较。当检测结果不同于对多个有效块的表中的数值时，播放器就阻断读取和/或拷贝。
该公开技术具有某些缺点。首先对具有存储的数值的物理特性的检验需要从开端访问表，这意味着必须要保护所有的计算免于被篡改。使用未被保护的软件执行大量的计算以用于检验是不可能的。检验需要首先从盘中读取的表。表必须具有有效大小。
其次，检验需要组合访问通常在盘播放器中分别处理的信号。例如地址信号和轨道位移信号在现有的集成电路中通常不是同时有效的。结果，必须从根本上修改盘播放器的硬件以确保防止播放非法拷贝。
第三，为了确保出现充分地可识别的物理特性，该公开技术需要制造/记录设备，该设备故意在物理特性中产生有效的变化，例如通过在记录期间内改变角速度或通过在记录期间内摆动轨道位移。这样的设备更为昂贵并且对于这样设备的依赖造成拷贝者获得类似设备的风险，这使他们能够制作难以区分的拷贝。
第四，在可重写盘的情况下在盘上移动已具有地址的块将不能访问。
其中，本发明的一个目的是提供一种使用光盘上记录的信息进行管理的方法，其中该方法不需要从根本上修改播放器的结构。
其中，本发明的一个目的是提供一种使用光盘上记录的信息进行管理的方法，其允许对于不同的盘以同样的方式执行检测所需要的部分计算，而不依赖于盘特有的数据。
其中，本发明的一个目的是提供一种使用光盘上记录的信息进行管理的方法，其中可以实现盘的一个敏感标识而不使用特殊的制造/记录设备。
根据本发明的一个方面计算出多个特征量以获得轨道位置信号的形状，该信号表示轨道的径向位置和/或深度，和/或来自轨道的位信号边缘中的抖动。使用在盘旋转的情况下实际上恒定的特征量，例如在各种频率下的轨道位置信号的傅立叶变换的绝对值。然而，也可以使用其它恒定的量，例如与计算为相对于轨道位置信号的模板转换的函数的模板函数的最大相关性。事实上在任何频率下的傅立叶变换的绝对值是与用作为模板函数的余弦函数的所述最大值的示例。
优选地，在盘的旋转频率的谐波处大量旋转时的轨道位置信号的傅立叶变换值用作为特征量。更一般地，该特征量优选地从不是来自降低了大量旋转的位置信号的旋转频率的谐波的轨道位置信号中过滤出频率成分，例如降低了十或更多的旋转。因此，特征量选择性地对于盘的二维空间的特性敏感，这些特性在连续旋转中引起反复的作用。人们已经发现这使得通过其数值由制造过程中的偶然故障而不是由故意引入的偏差来确定的特征特性来区别盘成为可能。
优选地，在特征量中抑制了在旋转的基频处的位置信号的频率分量。已经发现盘的偏心率的作用并没有为检验带来重大的影响。优选地，在特征量中抑制了在旋转频率的高阶谐波处的位置信号的频率分量，该频率分量的周期长度相应于盘上并不大大长于划痕厚度的波长。因此，盘的检验并不会由划痕带来重大的影响。
在另一个实施例中，在旋转的基频处的位置信号的频率分量的振幅的数值用于检测盘是否从播放器中取出并被放回。将该检测的结果用于盘的条件使用。因此支持对于盘的使用的单一的对话许可成为可能。
本发明的这些和其它目的以及有利的方面将使用以下附图进行描述。
图1示出了一盘播放器
图2示出了一盘
图3示出了一傅立叶变换的谐波分量
图1示出了一盘播放器。该播放器具有读取单元10，数据处理单元14，反馈控制电路16以及信号计算单元18。读取单元10具有输出端12a、b分别用于数据和位置信息。用于数据的输出端12a与数据处理单元14相连接并且用于位置信息的输出端12b与反馈控制电路16相连接。反馈控制电路16具有一个连接到读取单元10的反馈输入端和信号计算单元18的输入端的输出端。信号计算单元18具有一个连接到数据处理单元14的输出端。
图2图示了在读取单元10中所使用的盘20。盘20具有中心孔21和在连续旋转中围绕中心孔21螺旋旋转的轨道22。轨道22包含可以以光学方式读取的数据，例如以沿轨道具有可变长度的凹坑的形式。
在操作中将盘20***读取单元10。读取单元10使盘20充分地围绕其中心孔21旋转并且使用一读取头(未示出)从盘上的轨道22中读取数据。读取单元10输出这些数据以及位置信息信号，位置信息信号提供关于头在盘的径向方向上和/或在垂直于盘的方向(聚焦方向)上相对于轨道的位置的信息。反馈控制电路16接收位置信息并使用该信息产生反馈信号以使读取头在径向和/或深度方向跟踪轨道。
一般说来，读取头稳定地沿着径向接近或远离中心孔21，与盘20的表面保持不变的距离。另外，然而读取头必须做其它校正动作，其中，其它动作是由播放器的机械干扰，播放器的不完整性以及盘20的无规律性所引起的。
盘20的不规律性部分可能是由于中心孔21相对于轨道旋转的偏心，或是由于在轨道和中心孔21之间的径向距离的故意摆动所引起的。其它不规律性并不直接涉及轨道，这些不规律性包括划痕，覆盖盘20的光学透明层不平坦等等。这些不规律性中的一些出现在盘20的使用过程中，但是其它的自然出现在盘20的制造过程中并且在使用中稳定的保持着。这些稳定的不规律性中许多不止遍布于盘的无用的区域。图2象征性地图示了多种不规律性24，例如，以覆盖盘20的光学透明层不平坦的形式。这些不规律性可以用于检验单个盘的标识符，也就是区别出单个盘与其它盘。
使用这种类型信号的优点是通常可以简单地对其进行访问而不需要实质上的电路修改，因为这种类型的信号必须经过控制电路再到达物理的传感器或物理的传动装置。相似地，来自轨道数据传感器的位信号边缘中的抖动可以被使用(来自所谓的“眼孔图样”)。可以通过对相对于具有稳定频率的本地时钟的这些边缘的定时延迟进行计数来测量该抖动，该稳定的频率平均起来与位信号的频率相同。
为了使单个盘区别于其它盘，信号计算单元18接收反馈信号并使用该反馈信号来检验盘的标识符。信号计算单元18使用检验的结果产生用于数据处理单元14的控制信号，以当检验表示存在标识符错误时禁止某些功能(例如拷贝，再现和/或解码)。
信号计算单元18接收在盘20一连串的连续旋转中，在离盘中心21的预定距离范围内的预定区内跟踪轨道时获得的反馈信号，该盘具有例如至少10或更优选地至少20轨道转数。可以在数据处理单元14处理来自盘20的数据时的正常使用期间读取该区，但是在一个实施例中信号计算单元18控制读取单元10移动到特别地为了检验目的的该区中并且使其跟踪该区中的轨道22，以接收反馈信号。
在第一实施例中信号计算单元18计算所获得信号的傅立叶变换并且确定在盘的旋转频率的非零整数倍对应的多个频率处的傅立叶变换的振幅(绝对值)。原则上，当读取单元10在预定区中跟踪轨道时，信号计算单元18可以从一组作为时间窗内的时间函数的反馈信号的采样中计算傅立叶变换。这可以在盘飞行过程中完成：信号计算单元18可以通过计算每个反馈信号F(t)在对应于一圈旋转或整数圈旋转的时间间隔T上的各自的傅立叶变换来计算傅立叶变换，然后对这些各自的傅立叶变换求和。由于仅仅整数倍的旋转周期需要傅立叶变换，因此在每一个周期涉及相同的变换系数。
由于信号计算单元18仅将傅立叶变换应用于整数倍的旋转周期，因此在盘的连续旋转期间出现在相同角度的反馈信号F(t)可以在盘的多次旋转上求和以形成总和信号S(t)(其中t贯穿于等于一个旋转周期T的间隔0...T)
S(t)＝∑nF(t+nT)
此处n的总和贯穿于多次旋转，T是旋转一圈的持续时间(此处假定转数很小，比方说10，因此T的变化并不明显)。由于与参考振幅的比较是在旋转的倍数处发生，因此信号计算单元18可以为了比较而从总和信号S(t)中计算傅立叶变换。可选择地信号计算单元18可以使用一个加权函数以加权总和不同的不同周期来确定S(t)。
S(t)＝∑nW(t+nT)F(t+nT)
图3在柱状图中示出了从预定区的反馈信号的傅立叶变换的振幅。在一个典型的例子中，反馈信号的光谱密度集中在一个频带宽度为4kHz的低频区中，并且盘的旋转频率可以达到100Hz。在该例中，信号计算单元18可以在比方说是旋转频率的不同非零整数倍的24个频率处获得傅立叶变换的振幅。人们已经发现能够使用该数量的振幅在至少100个不同的光盘之间产生差异。优选地限制用于进行检测的旋转频率倍数的数量以使得盘上的划痕不会给振幅带来重大的影响。因此，例如，旋转频率的24th倍频对应于具有12cm直径的盘的盘***处1.5cm的空间频率。这充分低于由划痕所引起的反馈信号光谱分量的频率。通过使用不高于例如24th的谐波就能够抑制盘上划痕的影响。
在第一实施例中数据处理单元14将计算得出的振幅与保存在存储器中的一组参考振幅进行比较。当接收许可信息时，参考振幅可以例如从盘20或外部的信号源，例如智能卡或互联网载入到存储器中，其中参考振幅优选地以防止篡改的方式存储在盘上，例如以密钥编码。如果计算的振幅和参考振幅之间的差异超过了阈值，则数据处理单元14就禁止某些功能，例如对来自盘20的数据的拷贝或解密操作。可以使用任何方式比较振幅，例如当在计算出的振幅和参考振幅之间的差值至少一个频率超过了该频率的阈值时，或者如果不同频率偏离的总和超过了阈值时，则告知差异太大。
已经发现反馈信号的傅立叶变换的振幅至少在旋转频率处表现出明显的波峰。因此在一个实施例中信号计算单元18通过在旋转频率的预期范围内选择傅立叶变换振幅中的峰值频率，从傅立叶变换中确定旋转频率的数值。可供选择地，可以为读取单元10提供一个旋转标记输出端，其在每个盘旋转一周的时刻产生旋转信号。在这种情况下信号计算单元18从旋转信号中确定选择旋转频率。
在旋转频率处的傅立叶变换中峰值的振幅非常依赖于盘上中心孔的偏心率以及盘在读取单元10中的装载方式。当信号计算单元18提供信号以检测盘的标识符时，该峰值的振幅因此优选地在与参考振幅的比较中被忽略。
在另一个实施例中，相反地，对于偏心率的依赖用作一种用于确保在对话期间内盘不从读取装置10中移除的方法。该方法可以用于例如在一个对话期间内限制盘的使用，直到将盘从读取单元10中取出。
在这种情况下，例如，在对话开始之后一旦加载了盘，信号计算单元18就计算傅立叶变换的振幅。例如接收到播放盘的许可信息(例如可以以来自许可信息源或来自***播放器的智能卡的互联网信号的形式接收许可信息)则开始对话。
除了通常的对于盘的标识符的检验之外，在对话期间数据处理单元反复使用旋转频率处的傅立叶变换的第一谐波的振幅，以确定盘没有被移除。在对话开始时信号计算单元18从旋转的区的反馈信号中计算第一谐波的振幅。数据处理单元14在对话开始时存储该振幅。随后，信号计算单元18反复地获取反馈信号并计算傅立叶变换的第一谐波的振幅。数据处理单元14将该振幅与存储的振幅进行比较并仅在新的振幅与存储的振幅的差异不大于阈值量时启动数据处理单元14中的某些功能。当然也反复确定其它谐波的振幅。
反馈控制单元16的响应函数可以因不同播放器类型而不同。在一个实施例中，可以采取措施避免这一问题，这使得参考振幅依赖于播放器的类型。在该实施例中在比较之前将反馈信号标准化，以使比较不依赖于播放器的类型。可以通过将测量到的傅立叶变换的振幅或参考振幅的振幅与加权函数相乘来实现标准化，以对特殊播放器的特性进行校正(同时根据在盘上的反馈信号和物理偏差之间的频率关系曲线和比例常数)。可选择地，可以在计算傅立叶变换之前执行标准化，或通过在不同频率处的振幅之间的比率与参考值进行比较来实现振幅的标准化。
在进一步的实施例中，在为检验盘而执行的措施中消除了反馈控制电路16的作用。例如，播放器可以在检验模式和正常模式之间进行切换，将在检验模式下的反馈控制电路16的频带宽度设置得大大低于在正常模式下，降低数值以便反馈控制电路16在检验模式下对在径向位移中和/或在轨道深度上的缓慢的变化进行校正，例如它们是由轨道的螺旋运动引起的，但是不对由盘20中的不规律性引起的较快变化进行校正。既然这样，可以使用读取单元10的轨道位置输出端来获得从中能够确定轨道的相应形状的信号。作为替换可以使用另一个传感器获得轨道的相关信息，但是当然地优选地使用已经可用的读取单元10的输出端。
优选地对特殊盘的数据再现参考振幅被存储在该特殊的盘上。在这种情况下数据处理单元14从特殊的盘接收该数据并将该数据写入到参考存储器中。在一个可选实施例中可以从外部将关于参考振幅的数据提供给播放器，例如通过互联网或通过智能卡，优选地以加密的形式，并且使用经保护的密钥在播放器中解密后输入到参考存储器中。
在一个可选实施例中数据处理单元14使用计算得到的振幅值作为对来自盘的数据进行解密的密钥。因此，不用提供明确的参考值。为了这一目的使用安排的加密/解密方案对数据进行加密以便在该方案中当解密密钥在距指定的解密密钥预定的距离内时解密成功。本发明不是特别针对任何所述加密/解密方案的具体实施方式，但是其可以以一种简单的形式实现，例如，对于使用指定的(全面的)密钥以及在离指定的密钥最大距离范围内的所有的密钥进行的解密，通过围绕计算出的振幅，对数据进行多次加密，并且在解密的过程中进行识别，其中加密数据导致使用计算出的密钥的合适的解密(例如通过检验解密测试数据的值)。
在另一实施例中数据处理单元包含一个密钥选择单元，其被设置为根据计算出的特征量的数值从个多可能的密钥中选择密钥，数据处理单元接收选择出的密钥并使用选择的密钥解密至少部分数据。
值得重视的是使用傅立叶变换和该傅立叶变换的振幅来控制盘的条件使用仅仅是本发明的一个实施例。更一般地可以使用任何类型的旋转恒定量。这种量的多种示例是可能的。
例如，取代了傅立叶变换的振幅，傅立叶变换数值的任何旋转恒定的函数都可以用来计算特征值(也就是不使用绝对值)。当傅立叶式写成
f(n)＝∫dt S(t)exp(i2πnt/T)
例如，f(n)N/nf(m)N/m(其中N是n和m的最小公倍数)是所述恒定量并且也可以使用傅立叶变换值f(n)的更多复杂的组合。
本发明也不限制于使用傅立叶变换。例如信号计算单元18可以使用多个量
An(τ)＝∫dt Pn(t+τ)S(t)
(其中贯穿于一个旋转周期的积分可以通过求和来近似)，其中Pn(t)(n＝0，1，...)是差值基准函数。在这种情况下信号计算单元18可以确定在一个旋转周期中对于任何τ值所出现的最大值An(τ)。当在读取反馈信号F(t)时该值不会改变为由旋转所引起的偏移量dt。可以使用基准函数Pn(t)的任何集合，例如一个正交集合(以便当n与m不相等时∫dt Pn(t)Pm(t)为0)。需要注意的是傅立叶变换的振幅是这种恒定量中的一个特别的情形，是对基准函数的一个特别的选择。代替了简单的乘积可以使用任何类型的函数G来确定量：
An(τ)＝∫dt G(Pn(t+τ)，S(t))
(例如 G(x，y)＝-(x-y)2)以及任何其它的恒定的标准(例如两个过零点之间的距离，曲率等等)都可以被用于获得恒定的量。
原则上可以不依靠盘来选择基准函数，从而可以不使用盘的特殊信息来执行恒定量的计算，其使得可以在不需要连接数据流接口的播放器中以低结构水平上执行量的计算。
在另一实施例中，基准函数可能依赖于测得的在盘制造时所决定的反馈信号(这例如可以通过使用该测得的反馈信号作为基准函数，或通过选择与该测得的反馈信号正交的多个基准函数来实现)。
因此必须意识到本发明并不局限于例如傅立叶变换的振幅的任何特殊的旋转恒定的特征量，尽管后者是有利的，因为用于计算这些量的高度优化的硬件和软件都便于得到。所有描述的实施例都可以结合任意特征量而应用。
例如，能够通过首先对反馈信号应用滤波操作来实现对旋转所引起的周期性的第一谐波的抑制。在以上所给出的实施例中，通过使用函数S(t)实现对于非周期性信号的其它信号的抑制，但是当然地也可以直接使用反馈信号F(t)进行计算，例如使用周期性基准函数抑制频率而不是旋转频率的谐波。当计算的量在不同盘之间的变化不是非常小的时候，信号计算单元18甚至不必将其自身限制到周期性分量。
作为另一实施例可以通过下述方法简单地实现在对话期间使用测量的值替代第一谐波：首先检验在抑制了与参考值相匹配的第一谐波后是否从反馈信号中计算出了任意特征量，然后并不抑制第一谐波而从同样的反馈信号中计算出特征量的初始值，随后反复检测反馈信号，从其中计算出特征量的新的值，并将这些新的值与初始值进行比较。
人们将认识到结合对不具有旋转频率或其谐波的频率的反馈信号的分量的抑制，使用大量旋转(例如10或更多或甚至20或更多)所对应的反馈信号，使得其很可能更易于使用不同盘之间的很小的差异，例如是在制造过程中自然产生的而不需要特意操作的差异。即使不使用旋转恒定的特征量，这对其自身也是有益的。与该特征量相结合使用来自成倍的旋转周期的(优选地整数的周期)反馈信号使得其可能更易于在特征量的计算过程中获得加强的盘识别而不必使用特殊盘的相关知识。
应当意识到，尽管本发明使得使用在盘的制造过程中自然产生的变化来识别特殊盘的条件使用成为可能，当然也可以使用故意产生的变型。在一个实施例中，由制造者所引起的变化可以应用于由同一制造者所制造的所有盘的条件使用。在这种情况下用于比较(或围绕)的阈值可以优选地设置为足够高以至于来自同一制造者的光盘个体之间的差异不会影响使用。在进一步的实施例中，可以提供两种等级的条件使用，一种具有匹配更宽大的阈值(以检验制造者)的条件，以及一种具有匹配较不宽大的阈值(以识别个体盘)的条件。

Claims (9)

1、一种用于处理来自光盘(20)的数据的装置，其中光盘包括围绕盘(20)的中心(21)进行大量旋转的轨道(22)，该装置包括：
-读取单元(10)，设置为通过对来自轨道(21)的信息进行解码而产生数据信号，以及表示轨道(21)的径向位置和/或深度，和/或自轨道(21)的位信号边缘位置中的抖动的轨道位置信号；
-信号计算单元(18)，与读取(10)单元相连，用于接收轨道位置信号，并设置为从轨道位置信号中计算多个特征量的值，以使得计算得出的值在盘的旋转相位下基本上为恒定；
-数据处理单元(14)，与读取单元(10)相连，用于接收数据信号，并连接到信号计算单元(18)，该数据处理单元设置为根据计算出的特征量的值控制数据信号的条件使用。
2、如权利要求1所述的装置，其中信号计算单元(18)设置为，使用在盘(20)的多个转上延伸的间隔中的轨道位置信号执行特征量的数值计算，抑制性地过滤出不具有与盘的旋转频率或其谐波相应的频率的轨道位置信号的频率分量。
3、如权利要求1所述的装置，其中所述多个转包含至少10转。
4、如权利要求2所述的装置，其中信号计算单元(18)设置为在是对应于盘的旋转频率的整数倍频率的多个频率处，计算轨道位置信号的傅立叶变换的振幅，数据处理单元根据计算出的振幅控制使用数据信号。
5、如权利要求2所述的装置，其中信号计算单元(18)设置为执行特征量的计算，抑制性地过滤出在对应于盘的旋转频率的基频处的轨道位置信号的频率分量。
6、如权利要求2所述的装置，其中数据处理单元(14)设置为在对话中控制数据信号的条件使用，信号计算单元(18)设置为执行至少一次对在与盘(20)的旋转频率相应的基频处的轨道位置信号的频率分量的振幅敏感的特征量的计算，数据处理单元在对话中对盘(20)进行条件使用，在对话开始时使至少一个特征量和一个从轨道位置信号中确定的参考值之间相匹配。
7、如权利要求1所述的装置，其中数据处理单元(14)使用计算出的特征值的数值作为用于解密至少部分数据的密钥。
8、如权利要求1所述的装置，其中数据处理单元(14)设置为根据计算出的特征量的值禁止或启动数据信号的拷贝。
9、一种用于处理来自光盘(20)的数据的装置，其中光盘(20)包括围绕盘(20)的中心(21)进行大量旋转的轨道(22)，该装置包括：
-读取单元(10)，设置为通过对来自轨道(21)的信息进行解码而产生数据信号，以及表示轨道(21)的径向位置和/或深度，和/或自轨道(21)的位信号边缘位置中的抖动的轨道位置信号；
-信号计算单元(18)与读取单元(10)相连，用于接收轨道位置信号，并设置为确定多个特征量，抑制性地过滤出不具有与盘(20)的旋转频率或其谐波相应的频率的轨道位置信号的频率分量；
-数据处理单元(14)，与读取单元相连，用于接收数据信号，并连接到信号计算单元(18)，该数据处理单元(14)设置为根据计算出的特征量的值控制数据信号的条件使用。
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