CN1127078C - 信号记录装置和信号再现装置 - Google Patents

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Abstract

一种使未经许可的解码或拷贝变得困难的信号再现装置。该装置用作从盘形记录介质101再现加密的数据，该记录介质上记录有加密的数据和确定至少一个用于对加密数据解密的密钥信息项的设置位置的密钥存储位置信息。该装置包括一个用于从记录介质101读出加密数据和密钥存储位置信息的再现磁头装置212，一个TOC解码器219，一个CPU 224和一个数字信号处理电路220，以利用被存储于根据密钥存储位置信息指定的位置上的密钥信息对加密数据解码。

Description

信号记录装置和信号再现装置
技术领域
本发明涉及一种防止拷贝或未经许可而使用的信号记录装置和信号再现装置。
背景技术
近来，随着数字记录介质，如光盘容量的增加及其日渐广泛的应用，为保护所记录信号的版权，防止其被复制或未经许可使用已成为义不容辞的事了。这是因为通过拷贝或者复制，可以复制数字音频数据或数字视频数据，而不会损伤它，同时计算机的数据可被复制，以给出与原始数据相同的数据，这样就会因未经许可拷贝而引起纠纷。
为此，将一种用来防止未经许可而拷贝的预置ID(识别)位临时记录在原始信号记录介质上，以制止这种未经许可而进行的拷贝。
例如，在一种被称为旋转磁头数字音频磁带录音机(R-DAT)的数字音频数据记录/再现装置中的防止未经许可拷贝的系统中，将一种制止数字拷贝或世代系列拷贝即用于世代限制的禁止码(系列拷贝管理系统标准或SCMS的禁止码)记录在用于把数字音频信号记录在作为信号记录介质之数字式录音带的主数据区中，以便在由所述数字音频信号记录装置检测到该禁止码的情况下，不让所述数字音频信号复制记录在新的数字式录音带上。
为防止比如被记录在信号记录介质上的数字音频/视频信号的未经许可复制，可将防止未经许可复制(复制生成管理系统或CGMS)的ID位记录在原始信号记录介质上，如同上述R-DAT记录/再现装置中防止未经许可拷贝的系统的情形。
在计算机数据情况下，实际是采用加密密钥信息进行文件内容本身的加密，并且只许已正式注册的用户使用。这种系统属于这样一种系统，在该系统中将其上已记录加密信息的数据记录介质布置成信息循环形式，并且用户可以付费得到他或她需要解密和使用文件内容的那部分内容的密钥信息。
然而，正如日本特许公开JP-A-5-173891(1993)中所揭示的那样，上述普通的禁止码或加密密钥信息被记录在适合于系统的记录介质的特定位置，并由用户来选取。这中间的禁止码或加密密钥信息通常也被加密。
若从一种加密技术到另一种加密技术将禁止码或加密密钥信息固定地安排在一个随意的位置，则存在失去可互换性的风险。另外，如果固定地安排这种禁止码或加密密钥信息，那么加密技术就是固定的，变得缺乏灵活性及可扩展性，同时这种格式本身的使用寿命趋于减少。
还有，用户将这种加密密钥信息或者禁止码置于一个可以取出的位置，以致一个博学的用户可将其解码或进行非法拷贝。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述之不便，提供一种信号记录装置、信号再现装置和信号记录(正记录、可记录或已记录的)介质，其中将一种与加密的输入信号对应的加密信号以及规定加密密钥信息排列位置的密钥存储位置信息记录在该信号记录介质中。
根据本发明的一方面，提供一种将加密信号记录在记录介质上的信号记录装置，它包括：用于生成加密密钥信息的装置；多个信号处理装置，用于处理将被记录在所述记录介质上的输入信号，每一个信号处理装置加密由所述输入信号表示的用户数据，并且至少一个信号处理装置使用所述加密密钥信息加密所述用户数据，以生成表示所述用户数据的所述加密信号；以及用于在所述记录介质上记录所述加密信号和密钥存储信息的装置，所述密钥存储信息包含由所述信号处理装置使用的所述密钥信息的位置信息，所述位置信息指示所述加密密钥信息是否存储在所述记录介质之外的存储装置中，所述密钥存储信息还包含指示哪一个信号处理装置已经加密所述用户数据的属性信息。
根据本发明的另一方面，提供一种信号再现装置，用于从记录介质上解密和再现由包括用于生成加密密钥信息的装置在内的信号记录装置记录到所述记录介质中的加密信号，所述信号记录装置还包括多个信号处理装置，用于处理将被记录在所述记录介质上的输入信号，每一个信号处理装置加密由所述输入信号表示的用户数据，并且至少一个信号处理装置使用所述加密密钥信息加密所述用户数据，以生成表示所述用户数据的所述加密信号；所述信号记录装置还包括用于在所述记录介质上记录所述加密信号和密钥存储信息的装置，所述密钥存储信息包含由所述信号处理装置使用的所述密钥信息的位置信息，所述位置信息指示所述加密密钥信息是否存储在所述记录介质之外的存储装置中，所述密钥存储信息还包含指示哪一个信号处理装置已经加密所述用户数据的属性信息；所述信号再现装置包括：读出装置，用于从所述记录介质读出所述加密信号和所述密钥存储信息；以及用于使用所述加密密钥信息和从所述密钥存储信息中获得的所述属性信息解密所述加密信号的装置。
采用本发明的信号记录装置和信号记录介质，一种加密的输入信号和规定加密密钥信息排列位置的密钥存储位置信息被记录在一种信号记录介质中。
采用本发明的信号再现装置，当从本发明的信号记录介质再现信号时，从该信号记录介质读出加密信号和密钥存储位置信息，并用被存在该密钥存储位置信息所指示的位置上的密钥信息将该被加密的信号解密。
于是，通过将密钥存储位置信息记录在信号记录介质上，以规定所述密钥信息的位置，并于信号再现时根据该密钥存储位置信息取出信号再现用的密钥信息，这种密钥信息的读出具有相当大的难度。
按照本发明，由于是将规定密钥信息位置的密钥存储位置信息记录在信号记录介质上，而且信号再现时是根据该密钥存储位置信息取出该密钥信息的，所以就能禁止未经许可的解码或拷贝。
附图说明
图1是表示本发明信号记录装置实施例的电路方框图；
图2是表示用以在扇区形成电路中实现偶数字节和奇数字节交错存取的实施例方框图；
图3表示偶数和奇数字节的交错存取；
图4是表示密码器的电路图；
图5表示密码器的预定值；
图6表示具有可变生成多项式的密码器；
图7表示扇区格式的一个实例；
图8表示在一个扇区的同步区内的密码的实例；
图9表示在一个扇区中的首标区实例；
图10表示纠错编码电路的一个实例；
图11表示纠错编码电路的另一个实例；
图12表示利用调制电路实行加密的实例；
图13表示附加给调制信号的同步字的一个实例；
图14表示利用同步附加电路加密的实例；
图15表示一种数据记录介质；
图16是表示本发明信号再现装置实施例的电路方框图；
图17是表示图16所示信号再现装置的数字信号处理电路实施例的电路方框图；
图18表示一个密钥存储位置信息表；
图19表示利用解调电路实行加密的实例；
图20表示纠错解码电路的一个实例；
图21表示纠错解码电路的另一个实例；
图22表示解密电路的一个实例；
图23表示解密器的另一个实例；
图24表示图21所示密码器之预定值的一个实例；
图25表示扇区格式的另一个实例；
图26表示图25所示扇区格式中的扇区之首标区的实例；
图27表示纠错编码电路的又一个实例；
图28表示作为纠错码一个实施例的乘积码；
图29表示扇区信号格式的实例；
图30A和30B表示附加给调制信号的同步字的其它实例；
图31表示利用同步附加电路加密的另一个实例；
图32表示纠错解码电路另一个实例的方框图。
具体实施方式
以下将参照各附图，详细说明本发明的优选实施例。
图1以方框图的形式表示本发明信号记录装置的一种优选实施方式。
参照图1，将比如通过A/D转换由模拟音频信号或视频信号转换而成的数据之类的数字数据，或者是计算机数据送到输入端11。输入的数字数据经接口电路12被送到扇区形成电路13，使之形成多个扇区，每个扇区由2048字节构成作为一单元。
形成扇区的数据被送给用以加密编码的加密编码电路14。这里的加密编码意味着输入数据的随机化，以防止连续出现相同的字节模式，也就是除去相同模式，能够适当地进行信号的读写。
将被加密编码或被随机化的数据送到首标附加电路15，在此将首标数据加给各扇区的前端。将结果数据送给纠错编码电路16。
纠错编码电路16进行数据延时和奇偶计算，以附加奇偶数据。
下一级的调制电路17按照预定调制规则将比如8位数据变换为16通道位调制的数据，并将所得调制数据送至同步附加电路18。
同步附加电路18附加以预定数据量为单位附加所谓非规则模式的同步信号，并经驱动电路，即驱动器19将最终数据送至记录磁头20。
记录磁头20起光学记录或磁光记录的作用，并将经调制的记录信号记录到盘形记录(正记录、可记录或已记录的)介质21上。利用主轴电动机22使该盘形记录介质21以转动方式运动。
加密编码电路14并非必不可少，也可将其插在首标附加电路15的下游，以对其上附加有首标的数字数据加密，并将加密的数据送至纠错编码电路16。
扇区形成电路13、加密编码电路14、首标附加电路15、纠错编码电路16、调制电路17和同步附加电路18中的至少一个被构成用来加密输入信号并输出最终加密的信号。最好，以两个以上的电路完成这样的加密。
至少一部分用来加密的密钥信息可采用识别信息，如适合于特定记录介质的产品编号、生产者识别号、销售者识别号、适合于特定记录装置或特定编码器的识别信息、或者适合于生产记录介质的特定装置，如切割机或冲压机的识别信息、或者是从外部送来的识别信息。利用这种密钥信息，在至少一个和必要时两个以上的电路13至18中将输入数据加密。
电路13至18中曾作过加密的那个电路也表示这些选择方案之一，将其考虑为用于在再现过程中产生普通再现信号所需的密钥。这就是说，如果是由这些电路中之一作的加密，就须从六个可选方案中选择一个，反之，如果是由这六个电路中的两个作的加密，就须从三十个可选方案中选择一个。如果有在六个电路13至18中的一到六个电路作加密的可能性，则可选方案的数目进一步增多，以致难于通过试错法找到这样的组合。于是，就能令人满意地达到加密的目的。
还可以预定时序，例如以一个扇区周期变换加密用的密钥信息。如果以这种预定时序变换密钥信息，则实现关于是否变换的信息，多项密钥信息的变换周期或变换顺序也可被用作这种密钥，以进一步提高加密的程度，和增加加密或解密的难度。
上述密钥信息被存储在记录介质的一个由加密密钥存储位置信息规定的位置处，如后面用记录磁头20所说明的。再有，作为另一实施例，利用条形码的摆动线或者紫外线，将上述密钥信息写入记录介质上的一个位置处。另外，作为又一实施例，上述密钥信息被贮存在除记录介质101上各位置之外的一个位置处，而且，所述密钥信息被提供给后面将予说明的再现装置。该密钥存储位置信息是比如从接口电路12经目录(TOC)发生电路23传送给端子2的信息，或者直接从接口电路12送给端子25的信息。利用记录磁头20将这些密钥存储位置信息记录到记录介质101的TOC区或其它预定位置。在以下的说明中，密钥存储位置信息被记录在TOC区中。
下面说明电路13至18的结构及加密操作的示例。
首先，如图2所示，在扇区形成电路13中可实现偶数字节/奇数字节交错存取。这就是说，在图2中，图2中接口电路12的输出被送至二输出转换开关31，其中一个输出经偶/奇交错存取器33被送给扇区形成电路34，另一个输出被直接送给扇区形成电路34。例如，扇区形成电路34在一个扇区中聚集输入数据的2048个字节。扇区形成电路13的转换开关32的变换受作为一变换密钥操作的一位控制信号的控制。偶/奇交错存取器33分配一个扇区的输入数据，其中在图3B所示的偶数据部分37a和奇数据部分37b如图3A所示交替地排列偶数字节36a和奇数字节36b，并输出最终的数据。还可以周密钥信息只指定一个扇区中的一个预定区39，并且只在该区39内的偶数据部分39a和奇数据部分39b分配数据。在后一种情况下，可选择性地设置多个诸如区39这样的区域，以进一步增加密钥信息的可选方案，从而进一步提高加密程度。
作为加密编码电路14，可采用图4中作为例子所表示的所谓并行块同步型密码器，它采用15位移位寄存器。按LSB第一顺序给此密码器的数据输入端35输入来自扇区形成电路13的数据，也就是以暂时首先输入最低有效位的顺序。加密编码电路14包括加密编码用的15位移位寄存器14a，利用“异或”电路(ExOR)14b按照生成多项式X15+X+1对其施加反馈。在15位移位寄存器14a中设定如图5所示的预定值或初始值。图5的预定值的选择编号与例如该扇区地址的较低四位有关，以致将在扇区基上变换所述预定值。移位寄存器14a的输出数据和从35端输入的数据被“异或”电路14c进行“异或”操作，将其输出经14d端送至图1的首标附加电路15。
可根据密钥信息，如预定识别号，改变生成多项式及预定值(初始值)。可按照图6所示的配置改变生成多项式，其中将15位移位寄存器14a的位输出分别送至顺次受比如来自控制端14g的4位控制数据控制的转换开关14f的各选择端。将转换开关14f的输出送至“异或”电路14b。通过改变控制端14g的控制数据值，可改变生成多项式X15+Xn+1的n值。为改变预定值，可在图5所示的表中各预定值之间以相应的字节值，如16一字节识别信息进行逻辑运算。该识别信息可包括适合于记录介质的识别信息、生产者识别信息、销售者识别信息，适合于记录装置或编码器的识别信息，或者从外部加给的识别信息，可以只是其中的一种或者其组合。这些信息项还可被用来与其它信息项相结合。可列举的逻辑运算有“异或”、“与”、“或”和移位。用来改变生成多项式的构成并不限于图6的结构。例如，可以任何所需方式改变该移位寄存器的级数或抽头数。
以下说明首标附加电路15。
图7表示扇区格式的一个示例，其中一扇区由2048字节的用户数据区41构成，给此区附加一个4字节的同步区42、一个16字节的首标区43和一个4字节的错误检测码(EDC)区44。错误检测码区44的错误检测码由用户数据区41和首标区43生成的32-位CRC码构成。首标附加电路15中的密码可包括对应同步数据、即数据同步、首标地址和CRC的密码。
作为给数据同步加密的一个实例，如果以图8中的A、B、C、D表示分配给4字节同步区42各字节的字节模式，则可用2-位密钥信息移位或转动该字节内容。具体地说，通过对“0”、“1”、“2”或者“3”的2-位密钥转换成“ABCD”、“BCDA”、“CDBA”或“DABC”，如果没有密钥登记，扇区同步就不能约定，以致不能实现正常的再现。作为字节模式A到D，可采用比如IS0646的符号代码。
在首标区43中，有多个区，如图9所示，比如有为所谓循环码CRC的CRC区45、用于拷贝信息的区46，比如拷贝允许/不允许或拷贝世代管理，一个规定一个多层盘的多层之一的层47，地址区48和备用区49。在这些区中，地址区48可以是位加密的，在这种情况下，可由基位于的转置实现加密。如果在CRC45的生成多项式中采用X16+X15+X2+1，则可以改变相应于X15到X的15位来替代响应该密钥的第二项和第三项X15和X2。另一种选择是，可进行有关CRC45的16位及密钥信息的逻辑运算。
对于密钥信息来说，适合于记录介质的识别信息、生产者识别信息、销售者识别信息，以及适合于记录装置或编码器的识别信息，或者从外部加给的识别信息，可以只用其一或用其组合。这些信息项还可被用于与其它信息项组合。
参照图10，说明一个纠错编码电路16的示例结构。
参照图10，每一帧纠错编码可由148个字节或148个符号构成。来自首标附加电路15的数字数据以148字节为单位组成，并被送给作为第一编码器的C1编码器52。C1编码器52附加8字节P奇偶校验，并且为了交错存取将所得数据经延迟电路53传送给作为第二编码器的C2编码器54。C2编码器54附加14字节的Q奇偶校验，其经延迟电路55回到C1编码器52。从C1编码器52，包括P奇偶校验与Q奇偶校验的170字节的数据被输出，并经具有反相器57a的重排电路57送至图1的调制电路17。
为在纠错编码电路中加密，对重排电路57的反相器57a中的每个字节，就有关是否应响应加密密钥信息插入一个反相器进行选择。这就是说，在这种基本配置中，利用重排电路57的反相器对22字节的P奇偶校验与Q奇偶校验进行反相操作，然而，可将这些反相器中的某些取走，或者在输出数据之前，可将几个反相器插在C1数据侧。
在实现这样的数据转换时，根据与参考结构不同的程度改变错误纠正不可行的概率，使得，若这种差别较小，错误出现的概率只是略高些，而若这种差别较大，则总的来说，错误的纠正被减小，使再现几乎成为不可行。至于C1编码器，作为错误纠正能力指数的位距是9，以致错误检查和纠正直至最大4字节都是可行的，而且应该存在一个擦除点，错误检查和纠正直至最大8字节都是可行的。因此，如果存在5个或更多位距，则错误纠正几乎成为不可行的，或者造成对C1码的错误纠正。如果存在4个位距，会出现一种微妙的情况，即纠正成为不可能，甚至还会出现其它的一字节错误。当这种差别人3经过2减小到1时，错误纠正可行的概率增高。如果利用这一点，在提供音频软件或视频软件的情况下，可确实地形成这样一种重放状态，在这种状态中，再现在一定程度上是可能的，但并非没有缺点，并且偶尔要受到干扰。可将这种重放态用于通知该软件的外线用户。
在这种情况下，有这样一种方法，在这种方法中规定了两个反相器改变的位置，又有这样一种方法，在这种方法中所述变化点响应于所述密钥信息被随机地选择，并将最小次数限制在两次，还有一种方法是由这种方法组合而成的。
反相器插入的位置或者反相器改变的位置并不限于图10中的重排电路57。例如，反相器插入的位置或者反相器改变的位置可在C1编码器52的上游和/或下游。如果有多个这样的位置，也可采用不同的密钥。还可以用位附加或逻辑运算的变化来替代使用反相器。加密技术的改变，如移位存储器或各种函数运算的转换，也可以单独或组合加以应用。
图11表示纠错编码电路16的另一个示例，其中将一组“异或”门61插入重排电路57中反相器57a的下游，而将另一组“异或”门66插入C1编码器52的上游。
具体地说，各“异或”门62通过对从C1编码器52经延迟电路56和重排电路57的反相器57a所取得的170字节数据进行“异或”运算实现数据转换，也就是信息数据C1170n+169至C1170n+22，以及奇偶数据P1170n+21至P1170n+14，和Q1170n+13至Q1170n；而各“异或”门66通过以“异或”变换对148字节输入数据B170n至B148n+147进行“异或”运算实现数据转换。这些组“异或”门61、66中所用的各“异或”门都是用来使单字节或8位输入数据及由一位控制数据确定的预定8位数据进行“异或”运算的8-位“异或”门。将170个和148个这种“异或”门分别用于“异或”门组61和“异或”门组66中。如果预定8位数据都是1，这些“异或”门对应于反相器电路。
图11中，将170位密钥信息传送到62端，以便由D-锁存电路63加给“异或”门组61中170个“异或”门中的每个。D锁存电路63响应于送给允许端64的1-位加密控制信号，以便在从62端直接将170位密钥信息送至“异或”门组61和将所有的170位设置为零之间进行转换。从D锁存电路63施加“0”的“异或”门组61的170个“异或”门的各“异或”门直接输出来自重排电路57的反相器57a的数据，而从所述D锁存电路63施加“1”的“异或”门组61的各“异或”门反相来自重排电路57的反相器57a的数据，并输出被反相的数据。在全零的情况下，直接输出来自重排电路57的反相器57a的数据。“异或”门组66除具有149个“异或”门和148位密钥信息之外，与“异或”门组61相似。于是，加给67端的148位密钥信息经一D锁存电路68被送给“异或”门组66中的148个“异或”门，而D锁存电路68由允许端69的加密控制信号在148位密钥信息与全零之间转换。
在图11的实施例中，“异或”门组61通过对作为从C1编码器52经由延迟电路56和反相器57a取出的170字节数据的信息数据C1170n+169至C1170n+22和奇偶校验数据P1170n+21至P1170n+14和Q1170n+13至Q1170n进行“异或”运算实现数据转换。不过，有可能不进行关于奇偶校验数据的数据转换，而对剩余的148字节信息数据C1170n+169到C1170n+22进行响应于148位密钥信息的数据转换。
当然，能够实现与图10电路同样的运算和效果。另一方面，可以只用“异或”门组61和66中之一，或者可选择“异或”门61、66中的一个或两个，作为加密的密钥。
对于密钥信息来说，可以只用适合于记录介质的识别信息、生产者识别信息、销售者识别信息、适合于记录装置或编码器的识别信息、或者是从外部加给的识别信息之一，或者用它们的组合，同时也可如上面所描述的那样，使用这些信息项与其它信息项的组合。
也可以采用“与”、“或”、“与非”、“或非”或者反相器电路代替各组“异或”门作为数据转换装置。另外，也可关于8位信息数据采用8位密钥数据实行逻辑运算，来代替采用1-位密钥信息或密钥数据在8位基上实行逻辑运算。可以选择使用“与”、“或”、“异或”、“与非”、“或非”或者反相器电路分别与对应于信息数据的单个字的8个位组合。在这种情况下，将148个8位密钥数据用为148字节或148个8位数据。如果结合使用“与”、“或”、“异或”、“与非”、“或非”或者反相器电路，则这种组合本身可被用作加密的密钥。除了逻辑运算之外，也可用改变数据值的变换或者数据值替换作为数据转换。再有，可以单独或组合使用多种加密技术，如用移位寄存器或者多种函数运算进行的转换。
参见图12，说明利用图1的调制电路17进行加密操作。图12中，将来自纠错编码电路16的基于8位或1字节的数据加给输入端71，而将基于8位的密钥数据加给输入端72。将这两类8位数据送至作为逻辑电路73的一个实例的“异或”门73，以进行“异或”运算。将“异或”门73的8位输出送至预定调制系统的调制器，如8-16转换电路74，以转换成16通道位数据。8-16转换电路74的一个例子是所谓EFM+调制系统。
在图12的实施例中，虽然是在数据调制之前进行用8位密钥信息加密，但密钥信息的位数并不限于8位。另外，可根据密钥信息改变8-16转换用的转换表的输入/输出对应关系。当然，可将适合于介质的识别信息用作密钥信息。
以下说明同步附加电路18。
对于基于一帧8-16调制为单位的同步，附加电路18采用如图13所示的四种同步字S0至S3。这种8-16调制帧，如FEM+帧由比如1360通道位构成，它们有85个数据符号。每一帧或1360通道位附加32通道位同步字。为了配置，该帧与C1码和C2码联系在一起。另一方面，使C1码系列引导帧的同步字与其它各帧的同步字不同，以便不同地使用四种同步字S0至S3。这些同步字S0至S3各有两个依赖于正好前一字的状态“0”或“1”的同步模式a、b、数字总和值或dc值。
用图14所示例的电路使这四种同步字S0至S3的选择随加密用的2-位密钥信息75而改变。这就是说，指定四种同步字S0至S3的2位数据76的各位，以及2位密钥信息75的各位都被两个“异或”门77、78“异或”为新同步字指定数据79。这改变了上述用来实行加密的帧结构中使用同步字的方式。
与此同时，可使同步字的种类进一步增多，并且能由加密密钥确定从这些增多种类的同步字中取得四种同步字的方式。作为这样的密钥信息，可采用适合于介质的识别信息。
图15示出作为记录介质的一个实例的盘形记录介质101，如光盘。该盘形记录介质101有一中央孔102。从盘形记录介质101的内缘朝外缘看，形成盘的作为节目管理区或TOC区的引入区103、带有被记录的节目数据的节目区104，以及节目结束区，即所谓引出区105。在用来再现音频或视频信号的光盘中，将音频或视频信号记录在节目区104中，而由引入区103管理音频或视频数据的时间信息等。
在记录介质101中，密钥存储位置信息作为部分TOC信息被记录在引入区103中。为了再现，读出密钥存储位置信息，并根据读出的密钥存储位置信息取出加密用的密钥信息。
接下去说明由密钥存储位置信息所确定的密钥信息的存储位置。
参照图16来说明从盘形记录介质101再现数据的再现装置。
图16中，由主轴电动机211使作为记录介质的盘形记录介质101旋转运动，以便由再现磁头装置212，如光学拾音器读出它的记录内容。
由双电平形成电路213将再现磁头212读得的信号转换成双电平数字数据，被送至数字信号记录电路220。在这些由双电平形成电路213转换成双电平数据的数字数据中，从TOC区读出的数据被送往TOC解码器219，用以解码。将最终的解码数据送给CPU 224。
CPU 224从来自TOC解码器219的数据取出密钥存储位置信息。正如后面将予说明的那样，CPU 224根据密钥存储位置信息取得密钥信息，并将这种密钥信息存入多个加密密钥信息累加电路2221至222N中。
数字信号处理电路220有多个解码器2211至221N，和多个加密密钥信息累加电路2221至222N。解码器2211至221N执行的操作是图1所示的扇区形成电路13到同步附加电路18结构的操作的逆操作。也即，如果在至少一个最好是两个或两个以上的这些电路13至18中实行用密钥信息加密，则数字信号处理电路220利用在加密密钥信息累加电路2221至222N中累加的密钥信息在与从事加密的电路13至18中电路有关的解码器中解密。
具体而言，数字信号处理电路220有与解码器2211至221N相关的图17所示之结构。将双电平形成电路213的输出数据加给图17的113端，其中，同步分离电路114分离图1所示之同步附加电路18中附加的同步信号。来自同步分离电路114的数字信号被送至解调电路115，用以分离图1同步附加电路18中附加的同步信号。来自同步分离电路114的数字信号被送至解调电路115，以实现解调，解调是图1中调制电路17所进行的调制的逆操作。具体地说，解调是一种将16通道位转换成8位数据的操作。来自解调电路115的数字数据被送至纠错解码电路116，以进行解码操作，这是图1的纠错编码电路16编码的逆操作。利用扇区分解电路117使已解码的数据分解为各扇区，并用首标分离电路118分离每个扇区前端的首标。扇区分解电路117和首标分离电路118分别是图1中扇区形成电路13和首标附加电路15的相对装置。由解密电路119使最后的数据被解密。这种解密是图1的加密编码电路14所执行的加密编码的逆操作。最后的输出数据在120端处被输出，从而被加至图16的输出端223。
如果在图1的扇区形成电路13进行记录的过程中实施加密，则扇区分解电路117利用加密用的密钥信息执行解密。类似地，与图1的加密编码电路14所进行的加密相关联地进行由解密电路119所作的解密，而与图1的首标附加电路15所进行的加密相关联地进行由首标分离电路118所作的解密。与图1纠错编码电路16所进行的加密相关联地进行由纠错解码电路116所作的解密，而与图1的调制电路17所进行的加密相关联地进行由解调电路115所作的解密。最后，与图1的同步附力口电路18所进行的加密相关联地进行由同步分离电路114所作的解密。
本发明的CPU 224根据TOC解码器219加给的密钥信息存储位置信息寻找所述密钥信息实际被存储的位置，并取出与密钥存储位置信息相应的位置所存的密钥信息。CPU 224使如此取出的密钥信息在分别与解码器2211至221N相关联的加密密钥信息累加电路2221至222N中累加，并用该累加的密钥信息进行解码。
为此，对于数字信号处理电路220的每个解码器2211至221N而言，密钥存储位置信息KP1至KPN具有图18所示的数据结构。这些密钥存储位置信息KP1至KPN被设置于记录介质101中的TOC区内。
如图18所示，密钥存储位置信息KP1至KPN由扇区地址信息、偏移信息、字节数信息以及属性信息构成。也就是说，密钥存储位置信息KP1至KPN规定，解码器解密所需的加密密钥信息CK被存储在其长度由字节数信息指定的字节中的偏移信息(从引导字节起，由偏移信息指定的字节)所指定的位置。与此同时，属性信息可以是与使用或不使用解码器2211至221N有关的信息或类似的信息。
以下说明图16的再现装置中采用密钥存储位置信息时的解码处理流程。
每次更换盘记录介质101时，图16的再现装置复位全部解码器2211至221N和加密密钥信息累加电路2221至222N，而将盘形记录介质101的所有扇区地址设置为可访问方式。
此外，再现装置从所述盘形记录介质101的TOC区读出密钥存储位置信息KP1至KPN，并判定是否要根据解码器2211至221N入口处所示的属性信息按密钥存储位置信息KP1至KPN的方式使用所述的解码器。若使用该解码器，则读出以扇区地址信息作为密钥存储位置所指定的扇区内容。随后将要说明的是其中写有特定地址的情况。从这一扇区读出偏移信息及字节数信息所示范围的信息，以得出加密密钥信息。再将该加密密钥信息在加密密钥信息累加单元222中累加，并置于解码器221中，以完成解密的准备，这是以简明语言表示。在所有解码器2211至221N中重复上述操作顺序。然后该再现装置转换成用户存取区限制方式。
本再现装置接收用户命令，并因此而读出用户数据，以便根据加密密钥信息累加单元222中累加的加密密钥信息解决用户数据的加密。
以下说明密钥信息、它的存储位置以及密钥存储位置信息。
由于由扇区地址信息所表示的各扇区地址能覆盖盘形记录介质101上的全部扇区，所以若以具有4字节的2的补码形式表示扇区地址信息，并且比如TOC区域的系统中所用的区域为(offffffffh)形式，可将包含在其中并且为其它目的，如为记录生产磁滞而原已写有的识别信息指定为加密密钥信息。例如，若以自扇区前端起的第160字节开始的16字节形式将生产磁滞信息记录在TOC区中，则偏移信息在第160字节，而字节数信息是16字节，因而可确定生产磁滞的识别信息。
若将负值，如(offfffffoh)设定为扇区地址及被写在用户的不可访问区，如引入区内的加密密钥信息，则加密密钥可对用户保密。
如果盘形记录介质101有多个记录层，并将除该盘形记录介质101的数据记录层之外的记录层的扇区地址设定成使之从比如(7fffffffh)减小，则可以通过把(7fffffffh)指定为扇区地址信息而确定除记录介质101上的数据记录层以外的记录层的第一扇区中所含的加密密钥信息。
作为将各特定地址写成扇区地址信息的情况的一个实例，如果将盘形记录介质101上不存在的扇区地址编号，如从(90000000h)到(0effffffh)的各编号分配给后续信息项，则可由扇区地址将各种信息项按统一的表示形式作为加密密钥信息处理。
在这种情况下，不读出通常扇区的密钥信息，但下列信息将被作为识别信号取出，即用条形码、摆动或紫外线写的信息，适合于本记录/再现装置的识别信息，或表示图16所示装置中例如EEPROM225内所记录的航海目标范围的目的信息(地区码)，在连接到或包括在该装置的信息累积单元226比如IC卡或个人计算机卡国际协会(PCMCIA)内所累加的信息，从比如MODEM/LAN这样的通信设备经通信接口227提供的信息，或者由键盘228或由遥控发送装置232经遥控接收单元229提供的、来自外部设备的信息。
如果在把密钥存储位置信息读出来时，以扇区地址信息将其指定为上述扇区地址(90000000h)，以使用记录在盘形记录介质101表面上的条形码BC所含的信息，则启动与通常读出装置分开设置的条形码阅读器210，以便利用条形码解码器233对阅读器210的信息解码，并将被解码的信息送至CPU 224，以便像前文所说的那样，在解码器中设置密钥信息。
如果将一个交互式输出装置，比如键盘228、遥控发送器232或遥控接收单元229指定为加密密钥存储位置，则在读出密钥信息的步骤之前，需直接设置一个引导用户利用包含于或连接于本装置的指示电路230和显示器231进入加密密钥的步骤。
如果采用这种特定的扇区地址，则可使与所述信息或装置相适应的含意与字节数信息或密钥存储位置信息的偏移信息一致，以吸收各装置间的差异。如果指定加密密钥信息从调制解调器读出，则可使用偏移信息指定加密密钥信息分配器的电话号码。
作为采用加密密钥信息解密的另一个实例，如果存在一个能从一个扇区到另一个扇区进行解码的解码器A和一个能从一种记录介质到另一种记录介质进行解码的解码器B，则在为了进一步提高解码器B加密密钥的机密性而取出解码器B的加密密钥的操作之前，可以执行在从解码器A读出加密密钥之后在基于扇区的解码器A中设置加密密钥的操作。
在上面的描述中，在记录装置中进行多种加密操作，而且在再现装置内设置多个相关联的解码器。然而，应予说明的是，本发明实质上可被用于具有单独一种加密操作和相关解码器的装置。
采用上面描述的本发明实施例，与该装置的一个或多个解码器相关联地设置一种或多种加密密钥信息的排列位置，并将指示这种排列位置(密钥存储位置信息)的指针记录在记录介质上，以便能使加密密钥信息的排列位置被灵活地指定在记录介质上的可选位置。例如，可以通过指定用户的不可访问位置作为加密密钥存储位置来改善加密密钥信息的机密性。另外，如果指定按物理格式规定的可选识别信息，或者如果指定记录介质的物理性质，比如有多个记录层的记录介质的不同记录层，则可使阻止未经许可复制的能力得到增强。另外，由于使多个加密密钥被聚集在一个扇区中，所以能对大量的加密密钥进行快速访问。
采用由密钥存储信息指定的密钥信息，不仅由通常读出装置读出的记录介质上的数据区，而且用不同记录方法记录在记录介质上的信息均可被指定。另外，由于由密钥存储位置信息所表示的密钥信息可以指定记录介质上的位置，而且多个逻辑装置附属于本记录/再现装置，所以能够指定本记录/再现装置中的内部信息，如识别号，或者解决加密密钥从外部设备的输入。
还有，可将密钥信息组合从记录介质的一个主盘改变到另一个盘，以致可以很容易地根据主盘制作者的意愿制作记录介质。例如，为了利用再现装置各解码器的特点，可以只用一部分密钥信息。
当然，一般说来，可将这种排列方法应用于加密技术中的密钥信息排列。
现在说明图17中各部件的解密操作。
通过检测其中使用多个、如四个不同种类的同步字的方式或在帧结构中使用各种同步字的位置被加密或相反按密钥信息改变的数据，根据结合图13或14说明的密钥信息，来进行图17的同步分离电路114的解密操作。
以把16通道位数据从同步分离电路114送至16-8转换电路131转换成8-位数据，然后再将它送至与图12的“异或”门73相关联的“异或”门132，以便与来自133端的8-位密钥数据“异或”的方式，来进行解调电路115的解密操作。这恢复与送至图12的输入端71的8-位数据相应的数据。然后再把得到的数据送至纠错解码电路116。
纠错解码电路116通过图20所示的配置执行操作，它是图10纠错编码电路的逆操作。
参见图20，将170个字节或170个符号的被解调电路115解调的数据聚集在一起，并经具有反相器172a和延迟电路143的重排电路142送至作为第一解码器C1的解码器144。对于加给C1解码器144的170字节的数据来说，22个字节表示P奇偶数据和Q奇偶数据。C1解码器144进行错误纠正和使用这些奇偶数据的解码。C1解码器144输出170字节数据，它们经延迟电路145被送至C2解码器146，在那里，170字节数据受到错误纠正处理，并在经延迟电路147被送至作为第三解码器的C3解码器148之前受到解码。延迟电路147和C3解码器148与延迟电路143和C1解码器144相类似。也可以设置多组延迟电路和C1解码器。所述C3解码器148进行最后的错误纠正和解码，使除奇偶数据外的148字节的数据被取出。这148字节数据对应于进入图10的C1编码器52的148字节数据。
如果以图10纠错编码电路的重排电路57中的反相器57a执行按该反相器的存在或不存在所作的加密，那就必须利用图20纠错解码电路的重排电路142内的反相器142a进行相应的解密。当然，须将这种解密操作作为与联系图10所说明的加密操作的相对操作。
图21表示一种与图11纠错编码电路相关的纠错解码电路的图解布置。
参见图21，以与图11中重排电路57内的反相器57a的输出侧所插入的那组“异或”门61相关联的方式，在重排电路142的反相器142a的输入侧和延迟电路143的输入侧设置一组“异或”门151。类似地，以与C3解码器148的输入侧所插入的那组“异或”门66相关联的方式，在C3解码器148的输出侧设置一组“异或”门156。
这两组“异或”门151、156分别进行数据转换，以对图1的“异或”门61、66所转换的数据解码，并分别由170个8位“异或”门和148个8位“异或”门构成。当然，如果在图11所示记录侧的那组“异或”门61进行与有关排除奇偶数据的148字节信息数据的密钥信息相对应的数据转换，则“异或”门组151由148个8位“异或”门构成。
将170位密钥信息加给图21的输入端152，这与加给图11的62端的密钥信息相对应。然后将这170位密钥信息经一D锁存电路153加给“异或”门组151内的170个“异或”门中的每一个。D锁存电路153响应加给允许端154的1位加密控制信号，为的是将该170位的密钥信息直接传送给“异或”门组151，或将这170位设定为“0”。“异或”门组156除了具有148个“异或”门外，与“异或”门组151相类似，而那148位密钥数据类似于加给图11的67端的数据。因而，加给157端的148位密钥信息经一D锁存电路158被送给“异或”门组156中的148个“异或”门，而对于该148位密钥信息是否全应被设定为“0”，该D锁存电路158受允许端159处的加密控制信号的控制。
通过采用“异或”门或纠错电路的反相器，可以以简单的方式实现完善的加密。通过控制反相器的数目，就能根据对保密等级的要求而处理绝对不能解密等级的数据或由于错误状态恶化变为不能再现的数据。也就是说，通过控制反相器或“异或”门的数目，就能以这样的方式对控制加以管理，即如果错误状态是好的或不好的，则再现分别成为可行的和不可行的，同时可能产生绝对不能再现的状态，也就是如果只依靠错误的纠正则数据不可能恢复的那种状态。利用大量的位数，就像图中所示的例子那样，比如对每个位置超过一百位，来形成加密密钥，因而改善了数据的安全性。另外，通过以LSI或IC芯片硬件形成纠错编码电路或纠错解码电路，一般说来，这些电路难于为用户所访问，从而再次改善数据的安全性。
扇区分解电路117执行偶/奇去交错，也就是，如果记录时已由扇区形成电路13进行过偶数字节和奇数字节的交错，就像已经结合图2和图3所说明的那样，则它将这种偶数字节和奇数字节的交错还原。
首标分离电路118执行解密，即还原结合图7至9所说的加密，如果记录时由首标附加电路15进行了这种加密，那么这是扇区同步的数据同步字节模式的转置，或者是地址或CRC的改变。
图22表示一种解密电路119结构的图示，来自图17首标分离电路118的数字数据被加给它的161端。来自161端的数字数据被图4例子所示结构的加密编码电路163解密，并在输出端164输出。为实现解密，加密编码电路163的生成多项式165和预定值(初始值)166响应于来自认证机构171的加密密钥信息而改变。认证机构171根据首标信息167、适合于记录介质或再现装置的识别信息172、普通的制造者或销售者识别信息173或者从外面加给的外部识别信息174等的拷贝信息46的内容产生加密密钥信息，以便响应于密钥信息控制生成多项式165或预定值166。
正如前面所说的那样，关于电路114至119的需要解密的信息也构成加密密钥信息。可以预定周期，比如一个扇区的周期，转换加密密钥信息。这种转换/不转换或者转换周期也构成加密密钥，从而增加了加密的困难。
以下说明本发明的第二实施例。
第二实施例表示第一实施例的部分改进，并具有与上面有关图1所说明的类似的整个结构。现在说明图1的电路13至18的变化部分。
可类似于第一实施例的相应电路构成图1的扇区形成电路13。不过可将加密编码电路14构造成如图23所示的样子。
如图23所示，在加密编码电路14中，使来自图1扇区形成电路13的数据按所谓LSB第一顺序进入，也就是按照一种顺序，其中最低有效位(LSB)暂时最先进入。加密编码用的15位移位寄存器14a按生成多项式X15+X4+1与一反馈用的“异或”门14b相关联。将图24所示的预定值或初始值设置于15位移位寄存器14a中。图24的预定值的选择号是与比如扇区地址的较低的四位相关联的，以使各预定值在扇区基上转换。移位寄存器14a的输出数据和从35端输入的数据受到“异或”电路14c的“异或”操作，它的输出经14d端被送至图1的首标附加电路15。
各预定值(初始值)可响应于密钥信息，如预定识别号而变化。例如，可对16字节识别信息的字节值和图24的表的预定值进行预定逻辑运算。识别信息可包括适合于记录介质的识别信息、制造者识别信息、销售者识别信息、适合于记录装置或编码器的识别信息，或者从外部加给的识别信息，可以是单独一种或者它们的组合。
可如图25的示例所示那样构成第二实施例的扇区格式。
参见图25，每扇区由12个172字节的行组成，总共2064字节，其中2048字节表示主数据。在这12行中第一行的前端依序排列着一个4字节的识别(ID)数据、一个2字节的ID错误检测(IED)码和一个6字节的保留(RES)数据。在最后一行的尾端排列着一个4字节的错误检测码(EDC)。
在4字节的ID数据中，如图26所示，靠MSB侧的第一字节(位b31至b24)表示扇区信息，而其余三个字节(位b23至b0)表示扇区号。从MSB侧看，扇区信息由一个1位扇区格式类型、一个1位跟踪方法、一个1位反射、一个1位备份、一个2位区域类型和一个2位层数组成。
图1的首标附加电路15可对ID数据中的24-位扇区号例如根据密钥信息执行转置，这是基于位的加密编码以便进行加密。另一种可供选择的是，对于2字节ID错误检测(IED)马的生成多项式或对于4字节错误检测码(EDC)的生成多项式可按照密钥信息进行修改，或用逻辑运算以密钥信息加以处理以便进行加密。
可将图1的纠错编码电路16构造成图27所示那样。为了编码，采用图28所示的乘积码或块码。
参见图27，将来自图1首标附加电路15的数据加给输入端310，因而也就加给了作为第一编码器的PO编码器311。如图28所示，输入给PO编码器311的数据是172字节乘192行，或者B0，0至B191，171的数据。PO编码器311对172列的每一列附加作为Reed Solomon(RS)码的16字节RS(208，192，17)外部码(PO)，172列的每一列都由192字节的数据组成。PO编码器311的输出数据经加密用的数据转换电路312被送至交错用的交错电路313，并因此被送至PI编码器314。PI编码器314通过由附加PO奇偶数据所产生的208行数据给208行的每一行的172字节的172字节数据附加10字节的RS(182，172，11)的内部码(PI)。于是，PI编码器314输出182字节乘208行数据，它们经数据转换电路315在输出端316处被取出，用以像前面所述那样的加密。
由于PO编码器311给每一列192字节输入数据附加16字节PO奇偶数据，以输出208字节的数据，所以数据转换电路312可对16字节奇偶数据或以208字节数据的整体方式进行上述数据转换，以便进行加密。另外，由于PI编码器314给每一行172字节输入数据附加10字节PI奇偶数据，以输出182字节数据，所以数据转换电路315可对10字节奇偶数据或以208字节数据的整体方式进行上述数据转换，以便进行加密。
具体地说，可将反相器设置在预定位置处，有如联系图10和图11所表示和说明的那样，可利用各组“异或”门，或可用于数据转换的“与”门、“或”门、“与非”门或者“或非”门，根据密钥信息选择性地进行数据转换。代替以1位密钥信息或密钥数据对基于8位的数据进行逻辑运算，可对8位信息数据和8位密钥数据进行逻辑运算。可使8位信息数据字的每一位与“与”、“或”、“异或”、“与非”、“或非”或反相器电路相联系。如果以组合方式使用“与”、“或”、“异或”、“与非”、“或非”或反相器电路，则可将组合本身周作加密的密钥。当然，也可单独地或以组合的方式采用多种加密技术，如用移位寄存器转换或函数运算。
使182字节乘208行错误纠正和编码数据按行交错，并分成16组，每组由13行组成，每组与一记录扇区相联系。每个扇区由182字节乘13行，总共2366字节组成，它们受到调制，并将每行2个同步码SY附加给受到调制的数据，如图29所示。为了调制，像前面所说的第一实施例那样，采用8-16转换。每一行被分成2个同步帧，每个同步帧由一个32通道位同步码SY和一个1456通道位数据部分组成。图29表示一个由调制和同步附加产生的1扇区结构。图29所示的1扇区的38688通道位对应于调制前的2418字节。
图29的调制输出信号使用8种同步码SY0至SY7。根据上述8至16转换的各种状态，这些同步码SY0至SY7对于状态1和2假设为图30A的同步模式，而对于状态3和4假设为图30B的同步模式。
为了进行加密，可以根据3位密钥信息，采用图31所示例的电路来改变这8种同步码SY0至SY7的选择。也就是，确定上述8种同步码SY0至SY7的3位中的每一位由三个“异或”门323、324、325与3位密钥信息322的每一位进行“异或”操作，以提供一种新同步码表示的数据326。这改变了在上述帧结构中使用同步码的方式，或者帧结构中各种同步码的使用位置，以便进行加密。当然，可以根据密钥信息调换或替换所述的3位数据。还可以利用移位寄存器或函数实现转换。
本发明第二实施例的效果与上述第一实施例的效果类似。
对于上述本发明的第二实施例的记录侧的结构而言，再现侧的基本结构有如联系图17所说明的那样。这就是，进行结合第二实施例所示的改变点作出修改的逆操作。例如，可以利用图32所示的纠错解码电路来实现图27所示错纠编码电路的逆操作。
将与图27输出端316的输出相对应的图28的182字节乘208行乘积码的数据加给图32的输入端330。进入输入端330的数据被送至逆数据转换电路331，在这里进行的操作是由图27的数据转换电路315所作操作的逆操作。逆数据转换电路331输出数据被送至PI(内部码)解码器332，在这里进行解码操作，它是由图27的PI编码器314所作操作，即采用PI码的纠错编码的逆操作，以给出如图28所示的172字节乘208行数据。将PI解码器332的输出数据送至去交错电路333，在这里进行的操作是由交错电路313进行的交错的逆操作。将去交错的数据送至逆数据转换电路334，在这里进行的操作是由图27的数据转换电路312所作操作的逆操作。将得到的数据送至PO(外部码)解码器335，在这里进行解码操作，它是由PO编码器311所作操作，即采用PO码的纠错编码的逆操作。得到的数据，即初始的172字节乘192行数据在输出端336取得。如果密钥信息用于图27数据转换电路312、315的数据转换，则可将加给318、319端密钥信息传送给逆数据转换电路334、331的339、338端，以根据这种密钥信息进行逆数据转换。
本发明第二实施例的效果与上述第一实施例的效果是一样的。
本发明并不仅限于上述各实施例。如可通过位的附加进行数据转换，或者通过改变逻辑运算进行数据转换，以此来代替上面所述的利用反相器或“异或”门的操作。也可采用各种加密技术，如利用移位寄存器或者通过各种函数处理进行数据代换、转置或变换，来响应于加密密钥信息；可单独采用或者以组合的方式采用。

Claims (4)

1、一种将加密信号记录在记录介质上的信号记录装置，它包括：
用于生成加密密钥信息的装置；
多个信号处理装置，用于处理将被记录在所述记录介质上的输入信号，每一个信号处理装置加密由所述输入信号表示的用户数据，并且至少一个信号处理装置使用所述加密密钥信息加密所述用户数据，以生成表示所述用户数据的所述加密信号；以及
用于在所述记录介质上记录所述加密信号和密钥存储信息的装置，所述密钥存储信息包含由所述信号处理装置使用的所述密钥信息的位置信息，所述位置信息指示所述加密密钥信息是否存储在所述记录介质之外的存储装置中，所述密钥存储信息还包含指示哪一个信号处理装置已经加密所述用户数据的属性信息。
2、一种如权利要求1所述的信号记录装置，其特征在于，所述密钥存储信息被记录在所述记录介质的用户不可访问位置中。
3、一种信号再现装置，用于从记录介质上解密和再现由包括用于生成加密密钥信息的装置在内的信号记录装置记录到所述记录介质中的加密信号，所述信号记录装置还包括多个信号处理装置，用于处理将被记录在所述记录介质上的输入信号，每一个信号处理装置加密由所述输入信号表示的用户数据，并且至少一个信号处理装置使用所述加密密钥信息加密所述用户数据，以生成表示所述用户数据的所述加密信号；所述信号记录装置还包括用于在所述记录介质上记录所述加密信号和密钥存储信息的装置，所述密钥存储信息包含由所述信号处理装置使用的所述密钥信息的位置信息，所述位置信息指示所述加密密钥信息是否存储在所述记录介质之外的存储装置中，所述密钥存储信息还包含指示哪一个信号处理装置已经加密所述用户数据的属性信息；所述信号再现装置包括：
读出装置，用于从所述记录介质读出所述加密信号和所述密钥存储信息；以及
用于使用所述加密密钥信息和从所述密钥存储信息中获得的所述属性信息解密所述加密信号的装置。
4、一种如权利要求3所述的信号再现装置，其特征在于，所述读出装置从所述记录介质的用户不可访问位置中读出所述密钥存储信息。
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