CN106537506A - 通过干涉式指纹识别的光盘验证 - Google Patents

通过干涉式指纹识别的光盘验证 Download PDF

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Abstract

通过使用干涉式验证数据来进行对盘的验证。基于与盘上的材料层的厚度变化相关联的干涉图案来生成数据盘的这种验证数据。干涉图案表示可被用于对各个盘进行验证的唯一指纹。

Description

通过干涉式指纹识别的光盘验证
相关申请的交叉引用
本申请在35U.S.C.119(e)下要求2014年3月7日提交的、序列号为61/949,994、题为“Optical Disc Authentication by Interferometric Fingerprinting”的美国临时专利申请的优先权，其教导在此并入。
技术领域
本发明涉及使用干涉式技术的用于数据盘验证的方法和装置，以及具有存储在其上的干涉式验证数据的数据盘。
背景技术
在预记录式光盘工业中，存在对唯一地识别每个复制盘的需求。例如，每个复制盘的唯一特性或一组唯一特性可被用于盘验证、反盗版、和/或反伪造的目的。传统上，对于相同内容，每个被制造的盘上的数据固有地保持与其他盘一致，这是因为每个盘都是来自同一原版或母盘的模制复制品。目前用于唯一地指纹识别各个盘的方法已涉及通过激光或其他手段物理地标记或损坏该盘。其他方法包括测量在制造期间随机置于光盘上的层的角定向。或者，可以通过确定随机创建的制造缺陷的位置并使用所创建或所确定的信息来进行唯一盘识别而唯一地识别每个盘。然而，这些方法依赖用于验证目的的非常有限量的唯一信息，并且如果这些方法的基本原理为人所知，则它们的效果可能大大降低。
因此，存在对克服现有技术缺点的改进的盘识别技术的需求。
发明内容
根据本原理的一方面，一种用于验证光盘的方法包括：引导光通过盘表面的透光的第一表面朝向至少第一数据层。检测光学干涉图案，所述光学干涉图案由从所述第一数据层反射的光与从所述第一盘表面和第二数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生。基于检测到的光学干涉图案可以对盘进行验证。
根据本原理的另一方面，一种对盘提供验证数据的方法包括：检测光学干涉图案，所述光学干涉图案由从第一数据层反射的光与从盘表面和盘上的第二数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生；从所测量的光学干涉图案导出验证数据；以及将所述验证数据写入盘上。
根据本原理的另一方面，一种数据盘包括：(a)第一盘表面，(b)第一数据层；以及(c)存储在盘上的验证数据，其中，所述验证数据与至少一个光学干涉图案相关，所述至少一个光学干涉图案由从所述第一数据层反射的光与从所述第一盘表面和第二数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生。
根据本原理的另外的实施例，一种装置，包括光电检测器，被配置为用于检测从数据盘反射的光信号；以及至少一个处理器，被配置为处理检测到的光信号并基于光强调制来生成数据，所述光强调制由从第一数据层反射的光与从所述数据盘的读出表面和第二数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生。所述至少一个处理器进行以下的至少一项：存储所生成的数据用作针对所述数据盘的验证数据，以及将所生成的数据与用于验证所述数据盘的预定的验证数据相比较。
附图说明
通过结合附图考虑以下详细描述可以容易地理解本原理的教导，附图中：
图1a图示了应用于双层蓝光盘(BD)的本原理的第一实施例。
图1b图示了从数据盘的两个数据层所反射的光线。
图2图示了应用于双层DVD的本原理的另一实施例。
图3a和图3b分别图示了由光电检测器所检测到的作为双层BD和双层DVD上的间隔层厚度的函数的光强。
图4图示了应用于单层BD的干涉式指纹识别。
图5图示了应用于单层DVD的干涉式指纹识别。
图6a图示了在光盘的一转中获得的读出信号。
图6b图示了通过将低通滤波器应用到图6a的信号所获得的干涉式指纹信号的示例。
图7a图示了通过在沿着盘上的圆形路径的位置监测反射的光强而获得图6a的干涉式信号的示例。
图7b图示了作为盘的角定向的函数的间隔层厚度的示例。
图8图示了针对光盘的整个表面的干涉式指纹图案的表示的另一示例。
图9a图示了用于实现根据本原理的方法的装置的一个示例。
图9b图示了用于实现根据本原理的方法的装置的另一示例。
图10a图示了根据本原理的一个实施例的基于干涉法针对盘生成验证数据的方法。
图10b至图10g图示了在图10的方法的某些阶段的信号的示例；以及
图11图示了根据本原理的实施例的使用数字指纹数据对光盘进行验证的方法。
为了便于理解，相同的附图标号用以指代不同附图共有的相同的元件。附图不是按比例的，并且为了清楚起见可以扩大或缩小一个或多个特征。
具体实施方式
根据本原理，一种方法和装置使得能够基于盘的唯一物理特性对光盘(诸如预记录式和可记录式蓝光盘(BD)、数字多功能盘(DVD)以及其他可记录式盘)进行验证。在本原理的上下文中，术语盘、光盘或数据盘、以及光学介质被认为是可互换的。在一个实施例中，基于材料层厚度中的变化创建对光盘唯一的指纹，该变化由对双层光学介质(诸如对BD和DVD所指定的那些)的光盘复制处理产生。BD和DVD标准二者在它们的相应规范(BD模制/压纹(embossed)以及DVD模制/模制)中定义了两个数据层或双层的盘。由于需要大的数据存储，所以绝大多数的BD和DVD介质分别根据BD和DVD规范以双层格式生产。
在盘复制处理期间创建的某些随机且唯一的特征可以导致对每个复制盘唯一的一个或多个物理特性。每个盘的该唯一特性可以在复制处理后被读取和捕获，并且可以用来创建唯一地识别唯一盘的唯一数字标识符(例如，指纹)。该唯一数字标识符可被写入到预记录式盘的可记录区域，或者可以使用称为群刻区域(Burst Cutting Area，BCA)的标准激光划片技术而被记录，或者可被写入到辅助数据存储设备。该识别技术展现出非常高程度的鲁棒性以防在管理方面和环境方面所引起的盘的劣化。该技术有利地使得在允许在光盘驱动器或回放系统上回放之前光盘回放设备能够进行光盘验证(基于唯一指纹)。
图1和图2分别图示了应用到双层BD和DVD的干涉式指纹识别(fingerprinting)的原理。图1a描绘了双层BD结构的剖面图，其包括以下的层(以从BD结构的底部到顶部的顺序列出)：盘衬底102、数据层L0的表面104、全反射层106、间隔层108、数据层L1的表面110、部分或半反射层112、覆盖层114、以及读出表面116。读出表面116通常包括形成在覆盖层114之上的硬涂层(大约3μm的UV可固化材料(图1a中未示出))的表面。读出表面与盘表面相对应，激光(对BD通常以405nm的波长)通过其进入以对数据层进行照射，以用于读取数据。
图2描绘了双层DVD结构的剖面图，其包括以下的材料层(以从DVD结构的底部到顶部的顺序列出)：盘衬底202(也被称为层1)、数据层L1的表面204、全反射层206、间隔层208、部分或半反射层210、数据层L0的表面212、盘衬底214、以及读出表面216(其为盘衬底214的暴露表面)。激光(通常以650nm的波长)通过读出表面216进入对盘中的数据层进行照射，以从其中读取数据。数据层L0和L1通常通过注模、冲压或压纹形成在BD或DVD结构的相应的盘衬底或覆盖层上。
在BD或DVD盘的制造处理期间，在层的创建中或者在双层BD或DVD盘的粘合中使用紫外线(UV)可固化树脂。以旋涂处理施加一个或多个UV可固化液态树脂以在BD或DVD的两个数据存储层之间创建间隔层(例如，图1a中的层108以及图2中的层208)，以便两个数据层能够由光盘驱动器通过在回放期间改变光学拾取头的聚焦深度而独立地读取。数据存储层(也分别被称为L0层和L1层)通过冲压、压纹或模制形成在BD或DVD衬底上。对于BD而言，第一数据层(L0)形成在衬底上，而第二数据层(L1)形成在间隔层上。对于DVD而言，UV可固化树脂层(例如，图2中的间隔层208)还用来将两个独立模制的衬底粘合起来以形成双层DVD。通过用UV光照射来进行对UV可固化液态树脂的这些层的固化。
两个光盘层的信息承载表面(例如，分别地，图1a中的表面104和110，以及图2中的表面204和212)分别涂有全反射层和半反射层。全反射层(例如，分别地，图1a中的层106以及图2中的层206)和半反射层(例如，图1a中的层112以及图2中的层210)通常包含用在光盘回放设备中反射激光波长的材料(诸如银、铝、硅等)。如图1a和图2中所示，经引导通过第一盘表面(例如，读出表面116和216)以用于对数据层进行照射的激光由与该相应的数据层相关联的部分或全反射层朝着回放设备的拾取头的检测器(未示出)反射回来。
如相关的光盘标准中定义的以及盘的精确读出所需的那样，UV可固化树脂层具有非常小的厚度(例如，对于BD(例如，图1a中的层108)而言25微米(μm)，而对于DVD(例如，图2中的层208)而言40-70μm)。由于通过对施加到盘的内径处的液态树脂的周向液珠的旋转来进行该UV可固化树脂涂覆处理，所以在旋涂和固化之后得到的层的厚度将具有对每个盘唯一的高度变化性。
当使用相干激光(例如，对于BD而言405nm，而对于DVD而言650nm)来读取双层盘的两个数据层时，由从关联于该两个数据层的反射层所反射回的光线将导致光干涉。取决于该两个反射光线所经过的路径差，将发生相长干涉或者相消干涉，导致在DVD或蓝光播放器中的光学拾取设备的检测器处所检测到的相应的光强调制。
图1b描绘了在盘上的一点处的激光光线的展开图，其中Iin表示入射激光光线，IR1和IR0分别表示从反射表面R1和R0反射的相应光线(分别关联于相应的数据层L1和L0)，并且“d”表示间隔层的厚度。为了清楚起见，将入射和反射光线示为具有与各个表面的垂线不同的角度。在实践中，这些光线以基本垂直于盘的暴露表面的方式射向该盘(并且因此，光线基本垂直于各个盘的层)。在反射光线IR1和IR0之间的路径差(即，沿着路径A-B-C)是间隔层厚度的函数，因而得到的干涉图案也是间隔层厚度的函数。
从全反射和半反射数据层所反射的光之间的相干光干涉导致对由光盘驱动器拾取头检测器所检测到的读出信号的幅度的调制。干涉将导致具有由λ/2n(其中λ是激光的波长，而n是间隔层的折射率)给出的周期性的强度调制。对于BD和DVD而言，读出激光的波长通常分别是405nm和650nm。用于间隔层的UV可固化树脂的折射率通常在1.5至1.6的范围内，但是也可以超出这些值而变化。对于示范性的激光波长和折射率，周期性对于BD而言将是大约130.6纳米(nm)而对于DVD而言将是大约209.7nm。因此，在BD中130.6nm的间隔层厚度差，或者在DVD中209.7nm的间隔层厚度差，通常将引起一个周期的干涉循环。
图3a-图3b分别图示了由光电检测器所检测到的作为双层BD和双层DVD上的间隔层厚度的函数的激光光强的两个示例。所检测到的强度由以下等式给出：
I＝Io+Imodcos(4πdn/λ)，
其中，I是在光电检测器处所检测到的激光强度；
Io是在没有干涉效应的情况下的激光强度；
Imod是强度调制幅度(其取决于检测器大小、光学放大倍率、层间距离、以及其他因素)；
d是用于双层盘的间隔层的厚度；
n是间隔层材料的折射率；并且λ是激光波长。
在图3a-图3b中描绘的示例中，Io＝1，并且Imod＝0.1。强度调制循环的周期由λ/2n给出，其对于BD而言是130.6nm(λ＝405nm，n＝1.55)；而对于DVD而言是209.7nm(λ＝650nm，n＝1.55)。
以上等式还应用于单层盘，除了“d”对于单层BD而言将表示覆盖层的厚度，或者对于单层DVD而言将表示衬底厚度。
图4和5分别描绘了应用于单层BD和DVD的干涉式指纹识别的原理。图4描绘了单层BD结构的剖面图，其包括以下材料层(以从BD结构的底部到顶部的顺序列出)：盘衬底402、数据层L0的表面404、全反射层406、覆盖层414以及读出表面416。读出表面416通常包含形成在覆盖层414之上的硬涂层(大约3μm的UV可固化材料，图4中未示出)的表面。
图5示出了单层DVD结构的剖面图，其包括以下材料层(以从DVD结构的底部到顶部的顺序列出)：盘衬底502(也被称为层1)、间隔层508、全反射层510、数据层L0的表面512、盘衬底514(也被称为层0)、以及读出表面516。
如图4和图5中所描绘的，经引导通过第一盘表面(例如，分别地，读出表面416和516)到数据层上的激光由与该数据层相关联的反射层朝着拾取头的检测器(未示出)反射回来。从全反射L0数据层和读出表面所反射的光之间的相干光干涉导致由光盘驱动器拾取头检测器所检测到的读出信号的幅度中的调制。干涉将导致具有由λ/2n给出的周期性的强度调制。在这种情况下，n对于BD而言是覆盖层414的折射率或对于DVD而言是盘衬底514的折射率，其通常在大约1.5至1.6的范围内，但是也可以超出这些值而变化。按各自的激光波长和折射率，周期性对BD而言是大约130.6纳米(nm)而对DVD而言是大约209.7nm。
在读出光盘期间，将激光聚焦到特定的数据层上，并且用检测器检测从盘反射的光。所检测到的光强包括来自从特定数据层反射的光的贡献(由层的平台和凹坑所调制)，以及由从读出表面和相应的数据层反射的光引起的干涉效应。
对于双层盘而言，主要的干涉贡献来自从两个数据层L0和L1反射的光，其中较弱的(或次要的)贡献来自从两个数据层中的每个和读出表面反射的光之间的干涉。作为示例，来自双层DVD的每个数据层的反射光可以为入射光强的大约20％，相比之下对于双层BD中的每个数据层为大约15％，并且大约4％来自读出表面。对于单层盘而言，由从数据层L0和读出表面所反射的光引起干涉效应。
由从盘上的某个位置处反射的一对光线获得相长还是相消干涉，将取决于激光波长以及在该位置处的相应反射表面之间的距离或分隔。由于跨过盘的间隔层和/或覆盖层中的厚度变化，所以这些距离(即，两个数据层之间的距离，以及在读出表面和每个数据层之间的距离)在盘内不是恒定的。相反，这些距离可以在沿着径向(内周长和外周长之间)的不同位置处、或者(切向地或周向地、或沿着任何其他任意方向)在盘的固定半径处的位置处变化。可以将该变化引入到将增加间隔层厚度或衬底厚度的随机性或变化的制造处理中。这些处理变化可以包括UV树脂注射量、剥离(spin off)加速度或速度、红外线或紫外线照射量、注模参数或者从一个盘到另一个盘增加变化的其他手段。
由于这些变化从一个盘到另一个盘也是唯一的，所以归因于干涉效应的反射光强的具体变化对每个盘都是唯一的，并且可以用作唯一地识别特定盘的指纹。如果在制造处理期间测量干涉指纹，则可以将该指纹的表示以数学形式存储在BCA码中或记录在盘上的可记录区段上，或者存储在被结合或附装到盘的电子存储器中。或者，存储器设备可以与盘物理地分离(例如，外部设备)，但是以操作方式耦合至光盘驱动器或播放器或计算机，以允许访问存储在存储器中的指纹相关信息。多个不同类型的设备适用于该目的，包括例如RFID、USB记忆棒等等。
可以用使用密钥的加密签名来保护指纹信息。在盘制造处理期间，各种数学算法可用来描述、压缩和加密每个盘的指纹信息。在盘回放处理期间，逆(inverse)数学处理可用来区分干涉指纹并对盘进行验证。指纹信息(也被称为验证数据)可以从完整的干涉图案或者干涉图案中的一个或多个部分中导出。这样的数据(无论是否加密)还可以以不同的格式提供，包括例如位图、矩阵、或者干涉图案的压缩图像等等。
写入光盘的BCA区段或其他区段中的BCA码可以遵从BD、DVD或其他光盘标准中的一个或多个，或者可以以定制或专用格式而偏离光盘标准。BD和DVD标准(例如，白皮书蓝光盘格式-1.C BD-ROM的物理格式规范，2010年12月第6版或2012年12月第8版；以及标准ECMA-267，120mm DVD-只读盘，2001年4月第3版)仅允许写入具有贯穿BCA可写区段的仅仅一个带(band)信息的固定量的数据。可能需要比这些标准中指定的数据更多的数据来充分描述本原理的光盘干涉指纹。非标准BCA格式能够允许将增加的数据量写入到这些区段中。这能够通过以下方式来完成：通过写入更小的特征来增加切线方向上的数据密度，或者通过将BCA区段在径向方向上分解成多个带从而使写入这些区段中的数据量增多。可以将BCA数据写入光盘标准中描述的位置中，或者可以写入光盘上的其他位置中，或者替选地可以写入二者中。可以在制造处理的最后阶段确定和表征干涉式指纹。该表征使用光盘驱动器的拾取头来完成。各种方法可被用于指纹表征，诸如随着盘正被主轴电机转动，通过跨过盘的读出表面光盘驱动器拾取头的螺旋扫描或者跨过盘的读出表面光盘驱动器拾取头的同心环扫描，在盘的一个或多个层上的一个或多个扇区位置上、在一个或多个所选半径处读出。在光盘驱动器激光聚焦在任何信息(或数据)层上或之间的情况下，可以进行固定半径、固定扇区编号、螺旋扫描以及同心扫描处理。一般而言，虽然在一些情况下基于操作效率的考虑可能优选某些条件，但是螺旋和同心扫描处理可以以任意间隔或间距执行。在一个示例中，间隔或间距的范围可以从大约0.01毫米(mm)到10.0mm。
表征处理可以在被锁定在信息轨道的同时进行或无需正被锁定至信息轨道而开环进行。另外，角度参考点可用于干涉式指纹的角度对准(register)。对于单层应用而言，如上结合图4-图5分别针对单层BD和单层DVD所讨论的，可能能够使用光盘的反射涂覆信息层和数据读出表面来获得干涉式指纹。
干涉式指纹识别的本原理还可以应用于其他光盘格式，包括例如具有三层或更多层的盘格式、单面或双面盘、以及只读、一次写入或可重写可记录的盘格式。
图6a图示了在光盘的一次旋转(以盘的固定半径“r”)中获得的读出信号，具有与从数据层中的数据产生的信号相对应的高频部分，以及从归因于干涉效应的幅度调制产生的低频部分。图6a的轴以伏特描绘并反映光电检测器的拾取头的输出信号的幅度。通过下部包络线620和上部包络线610来界定完整的读出信号。强度调制(从在盘的读出信号位置处的间隔层厚度变化产生)的循环或周期的示例在图6a中被示为在信号的低频部分中的峰-峰分隔。在实践中，信号处理方法利用低通滤波或上部/下部包络滤波或所有的组合。在无需任何包络滤波器而进行HF信号的低通滤波的情况下，得到的信号将基本等效于上部和下部包络线的组合。
图6b示出了干涉式指纹信号的一个示例，其可以通过将低通滤波器应用到图6a的信号的上部包络线部610来获得。低通滤波在下文所描述的附图10a中的步骤1010期间发生。在图示的实施例中，将滤波应用到重新采样的数据。在图6b中描绘的信号在重新采样或未重新采样的情况下将总是具有相同的外观。只有在想要获得固定数量的值而不管包络信号(其中每转动的值的数量可能取决于测量半径)中的值的数量时，才需要重新采样。由于其提高的信噪比，所以与未经滤波的信号相比，经滤波的信号对于验证目的而言可能是较好的指纹。虽然在图6a中未示出，但是可以从下部包络线620获得相似的干涉图案，尽管与来自上部包络线的干涉图案相比幅度可能较低。
图7a图示了通过在光盘读出表面沿着具有半径“r”的圆形(圆形路径或轨迹)的位置监测反射光强而从光盘(具有内周长702和外周长704)获得图6a的干涉式信号的示例，而图7b是作为盘(在沿着具有固定半径r的圆形路径的位置处)的角定向的函数的间隔层厚度的示例。与图6a-图b中所示出的相似，沿着图7a中的圆形路径的厚度变化可以在相应位置处引起干涉式信号。
图8示出了如在上部包络线中所见的干涉图案的表面表示的示例。该示例是“I8Hs”图形，其表示针对光盘的干涉式指纹图案或干涉图。可以使用经常被用于对复制盘的质量控制的Nok9BD-CATS B210测试系统(从位于瑞典的马尔默的Nok9AB可得)而获得该图形。该系统测量来自播放正被表征的盘(即，指纹数据正被测量或确定的盘)的光学驱动器的电信号。I8Hs图形对上述测试系统是特定的，并且CATS系统仅提供上部包络线图形I8Hs并且另外提供包含上部和下部包络线信息二者的I8Mods。其他合适的系统也可用来生成指纹图案的相似表示。在图8中，跨越盘的表面的所示图案反映了两个数据层之间的间隔层的厚度变化。可以选择该干涉图的一个或多个部分用于盘验证目的。例如，干涉图的多个所选部分(例如，对应于盘上的同心环和/或扇区)可被组合或简化到一个或多个唯一标识符，其然后可以出于盘验证目的而被加密并存储在存储器中。用于存储唯一标识符或指纹相关信息的存储器可以与盘集成或附接至盘(例如，写入盘的一个或多个可记录区、BCA区域、或形成在盘上的RFID)，或者附接至以可操作耦合到合适的光盘驱动器的外部存储器设备，以用于存储或取回信息。
在消费者回放设备中访问盘的内容之前，盘播放器在配备有适当的检测电子器件时还可以从读出信号中测量反射率变化，并将其与制造处理期间存储的指纹信息数据进行比较。如果所测量的反射率变化与指纹信息相匹配，则盘是真品并且盘回放设备可以访问盘的内容。如果所测量的反射率信息与所存储的指纹不匹配，则盘构成非真品复制，并且回放设备将不访问盘的内容。要注意的是，将指纹相关的或验证数据从正版盘复制到任何其他盘的任何尝试都将不成功，这是因为如果将来自一个盘的验证数据重记录到不同的盘，则复制的验证数据将无法与在该其他盘上测量的任何干涉图案(或指纹相关数据)相匹配。指纹信息还可以用作对存储在BCA、可记录区段或存储器设备中的信息进行解密的加密密钥，这对于解密盘的内容是需要的。
光盘回放设备可能需要修改和或附加硬件和/或软件来检测并测量读出信号幅度变化。修改可包括检测器信号处理电子器件(诸如模数转换器)中的修改。附加硬件可包括低通滤波器电路以检测信号调制处理电路，以便检测和调节信号。附加软件将实现低通滤波和幅度测量算法。另外，附加软件将实现进行以下操作所需的算法：分析并表征所检测到的信号并将信号转换为表示干涉式指纹的数字信息。这样的附加软件还将如前所述地通过将从盘中读取的干涉式指纹与写入并存储在盘或其他辅助存储器上的干涉式指纹相比较来对盘进行验证。
上述电子器件和软件也可以用在制造处理中所使用的光盘驱动器中，以在将信息写入盘或辅助设备之前读取和处理干涉式指纹。
因此，作为盘制造处理的一部分，光盘驱动器将读取盘指纹并将可以以加密形式的(与指纹图案相关的)验证数据记录或写入到BCA、可记录区段或数据存储设备。或者，验证数据还可以存储在远离盘的位置处，包括例如用于在线验证的云。
在盘可由终端用户使用之前，光盘播放器将解密(如果需要的话)来自盘的验证数据，测量盘上的干涉指纹，并与在前存储的验证数据相比较，以看出盘是否是真品的。可以使用不同的方法将关于所存储的验证数据的位置和/或用于测量干涉指纹的位置的信息提供给盘播放器，包括例如提供在BCA区域或可记录区段、数据存储设备或盘的其他预记录区等等中。
图9a图示了适于实现根据本原理的方法以生成并处理用于盘验证的光学干涉信号的示范性光盘回放设备900A。光盘回放设备900A包括在标准DVD或BD盘播放器中发现的组件(即，播出盘内容所需的组件)，以及用于实践本原理的组件。在一些实例中，光盘回放设备900A组件中的一些用作如下文中所描述的双重目的。如图9a中所描绘的，光盘回放设备900A包括驱动电机902，用于在具有相关联的控制电路的伺服机构904的控制下转动光盘(诸如DVD或BD)。伺服机构904还对将光学拾取头(PUH)906移动的拾取头电机(未示出)进行控制，该PUH 906使读出激光(未示出)跨越转动的旋转光盘以从盘中读取信息。如本领域技术人员所已知的那样，PUH包括用于检测从光盘反射的光的光电检测器(图9a中未示出)。前置放大器907放大拾取头906的输出信号用以输入到模数(A/D)转换器908。由低级解码器910对从A/D转换器908输出的数字信号进行解码以产生信道码和误差校正数据，用以输入到高级解码器912以产生视频、音频、子画面数据，用以输出到显示设备或计算机等。
在DVD或BD播放器内，使用通常以具有关联存储器的微处理器、或者微计算机或微控制器的形式的中央处理单元(CPU)928来控制盘播放器的操作，包括控制伺服机构904移动拾取头906以取回期望的程序内容，并解码程序内容用以播出。在实践中，CPU 928还链接到光盘回放设备900A的其他元件(未示出)，用于与之交换数据并用于控制其操作。CPU 928还告知其他元件何时数据有效或者元件正在接收扇区编号。
根据本原理，光盘回放设备900A还包括下文中描述的用于处理通过拾取头906的读出激光所获得的信号的各种元件以从由激光从盘的不同层/表面反射所造成光学干涉中导出验证数据。如图9a中所示，由干涉信号处理器920处理从A/D转换器908输出的数字信号，以对数字化的拾取信号的上部包络线进行处理和滤波。来自处理器920的信号传递到用于检测与光盘的位置或扇区相关联的指纹图案的处理器924。指纹数据经历由处理器926进行的处理而变为适于存储在临时存储单元940中的格式。
取决于特定情形或应用需求，指纹数据可被存储用作针对盘的验证数据，或被用于对盘进行验证。例如，当在盘的制造处理期间使用光盘回放设备900A时，即，回放设备可以建立用于存储在临时存储940中的指纹数据。处理器945可以对随后经历存储在存储介质960中的数据进行加密。存储介质960可以通过利用盘上的位置(例如，BCA或其他可记录区段)来记录指纹数据(即，干涉式验证信息)而采取光盘本身的形式。除了光盘、或者代替光盘、或者使用光盘本身作为存储机构，在盘外部的其他存储机构以及甚至盘回放设备也都可以用作该功能。
当使用光盘回放设备900A来进行盘验证时，处理器950将访问存储单元940中的指纹数据，用以与针对盘的预定指纹数据进行比较而确定是否授权访问内容。在所示实施例中，处理器955从存储介质960中取回针对盘的预定指纹数据(即，在盘制造期间确定的)。(要注意的是，由处理器955进行的该功能还可以由处理器945进行，因而免除了对处理器955的需求。)通过将从盘中测量的指纹数据(即，存储在临时存储940中的指纹数据)与从存储单元960中取回的预定指纹数据相比较，处理器950可以建立盘的真品性。如果从待验证的盘中获得的指纹数据与预定数据相匹配，则盘是真品的，并且可以进行盘的回放。如果所测量的指纹数据与预定数据不匹配，则盘不是真品的，并且光盘播放器将拒绝该盘。
图9图示了具有元件930、932、934、936和938协作以生成并处理根据本原理的干涉式验证的另一示范性光盘回放设备900B。图9b的光盘回放设备900B与光盘回放设备900A共同共有多个元件，并且相同的附图标号用来标识相同的元件。图9b的光盘回放设备900B与图9a的光盘回放设备900A的不同之处在于利用上部包络滤波器930来对从A/D转换器908输出的数字信号进行滤波。此外，低通滤波器用来过滤掉高频信号并重新采样1000个采样点。上部包络滤波器与低通滤波器执行不同的功能。上部包络滤波器提供与上部包络线相对应的信号。然后，该信号在被重新采样之前经历低通滤波。在实践中，来自A/D转换器908的输出经历由上部包络滤波器930进行的处理，以提供与上部包络线相对应的信号。此外，对每转固定数量的采样点(例如，1000个)来重新采样该信号，并且随后对该信号进行低通滤波以移除剩余的、不希望的高频信号分量。
将具有等效于大约5度转动的截止点的第二级低通滤波器932应用于重新采样的信号。在这种情况下，将滤波器截止点指定为盘转动的一部分(而不是如通常所进行的指定为频率)，以便其独立于在测量指纹数据期间盘旋转的实际频率。例如，如果盘以10Hz转动，则5度的截止点将对应于360度/5度*10Hz＝720Hz的截止频率。
处理器934通过减去非常低频的分量(通常与四分之一的盘转动(90度)相对应的截止点值)来处理经低通滤波的信号。该扁平化(flattening)与对信号进行高通滤波相对应。然后，处理器936在0级切割(slice)信号以获得与开始或初始扇区编号相对应的指纹的数字表示。换言之，处理器936将信号处理为逻辑“0”或“1”的序列。处理器938例如通过将信号制成表格来以适当的格式布置信号。然后，格式化信号经历存储到存储介质或设备(例如，临时存储940)中。
如果图9b的光盘回放设备900B用来在盘的制造期间确定指纹数据，则一个或多个元件可以处理用于确定干涉式验证数据的信号，诸如元件930、932、934、936和938。该数据通常在被存储到存储介质960之前经历由处理器945进行的加密。如所讨论的那样，存储介质960可以包含盘本身的部分，或者与盘分离的外部存储设备。
如果系统900B被用于在授权用户访问之前针对盘回放来对盘进行验证，则从存储960取回在前存储的验证数据(例如，在盘上或盘外部的存储装置上的位置处)并通过一个或多个处理器955解密。然后，(可以与处理器955相同或不同的)处理器950将出于对盘进行验证的目的而将所取回的验证数据与从被验证的盘中确定的验证数据或干涉式信息进行比较。
如所描述的那样，图9a和图9b的光盘回放设备900A和900B分别包括用于进行各自任务的单独的处理器。一些甚至全部这样的各个处理器的功能可以存在于单个处理器(未示出)中。
图10a以流程图形式图示了根据本原理的一个实施例的针对光盘建立干涉式验证数据的方法1000的步骤。在步骤1002，用于实现方法1000的处理器(例如，主机应用程序或软件算法)确定盘的哪些扇区要基于光学干涉来确定哪些验证数据。例如，特定位置处的扇区的数量“m”可以通过各个扇区标识符Ni(其中，下标i(整数)从1到m)来识别，其中m是正整数。
在步骤1004，读出激光跟随盘的层0上的螺旋信息轨道。在步骤1006，在由扇区Ni(例如，对于第一扇区，i＝1)识别的特定扇区处，由光学拾取头中的光电检测器针对盘的一转来对高频信号进行采样。在步骤1008，高频信号经历上部包络滤波，并且经滤波的信号(即，剩余的低频信号)经历重新采样至1000个采样点。在该上下文中使用的上部包络滤波器在盘的一转被细分为k(r)数量的恒定大小的时间间隔时，将针对每个时间间隔找到最大的HF信号值。在实践中，该时间间隔的数量k>1000并且该数量可以取决于测量半径。在该上下文中使用的重新采样器(经常被称为采样率转换器)将每转采样值的数量k(其中，k可以是测量半径的函数)减小到固定数量l，其中l<k。已知很多用于期望的采样率转换的方法。最简单的方法采取来自最接近目标时间戳的原始采样时间戳的采样值。例如，当k＝10000且l＝1000时，重新采样将采取第1个、第10个、第20个、第30个等的原始值作为重新采样的结果值。
可以在一转中，或者在“N”转中(其中N是大于1的整数)，进行1000个点的重新采样。对于在至少两转(N≥2)中的重新采样，在每个采样点处(与盘上的不同位置相对应)的数据将对从所有N转中针对同一采样点所获得的数据取平均。采取N转(例如，N在2到大约1000的范围中)将降低信号中的噪声。要理解的是，可以针对其他数量的点进行重新采样，而1000仅用于该特定示例中。图10b示出了在高频分量已被滤掉之后的信号的示例，其中具有任意测量单位的纵坐标值与由光学拾取头生成的电压成比例。
返回图10a，在步骤1010期间，重新采样的信号经历具有等效于～5度转动的截止点的第二级低通滤波。如本领域技术人员已知的那样，第二级滤波器比第一级滤波器更急剧地降低较高的频率，例如，相比于第一级滤波器每倍频6dB的衰减，第二级滤波器通常将提供每倍频12dB的衰减。使用第二级滤波器仅是示范性的，并且可以使用任何级的滤波器(例如，高于第二级，或者甚至第一级)。在该步骤中的滤波用以提高信噪比。图10c示出了低通滤波之后的信号的示例。
返回参照图10a，在步骤1012期间，通过减去非常低频的分量而进行信号扁平化。图10d示出了减去低频分量之后的信号的示例。图10e示出了针对0到36度范围中的切向角的信号的展开部分。切向角是指沿着轨道方向盘的转动的角度。
在图10a的步骤1014期间，信号经历在0级的切割以获得与初始扇区编号相对应的指纹或干涉图的数字表示。图10f示出了在0级切割之后的信号的示例，而图10g示出了与具有从0到100的计数指数的比特编号相对应的展开部分。在图10a的步骤1016期间，对需要验证数据的所有其他扇区Ni重复信号处理步骤1006到1014。
在步骤1018期间，数字指纹和相应的扇区编号被组合为存储在盘上或盘外部的其他合适的存储介质上的一组验证数据。在步骤1020，该组验证数据经历加密和存储。
图11图示了根据本原理的一个实施例的基于依据图10a的方法1000所获得的盘指纹数据(即，或者干涉式图案)导出的对光盘进行验证的方法1100。在步骤1102，进行对指纹数据(例如，干涉式验证数据)的取回。如所讨论的那样，这样的数据可以驻留在盘本身上或者在盘外部的存储设备中。根据验证数据来进行关于哪些扇区将用来基于光学干涉而获得验证数据的确定。例如，在盘的特定位置处的扇区的数量“n”可以通过各个扇区标识符Ni(其中，下标i(整数)从1到n)来识别，其中n是正整数。要注意的是，用于盘验证的扇区的数量可以等于或小于验证数据可用的扇区的数量(即，在前确定并存储的)。换言之，在方法1100中的“n”可小于或等于方法1000中的“m”。
在步骤1104期间，读出激光跟随经历验证的盘的层0上的螺旋信息轨道。在步骤1106期间，对于特定扇区Ni，光学拾取头中的光电检测器针对盘的一转对高频信号进行采样。在步骤1108期间，将上部包络滤波器应用于高频信号并重新采样1000个采样点。在步骤1110期间，重新采样的信号经历具有等效于～5度转动的截止点的第二级低通滤波。然后，信号在步骤1112期间通过减去非常低频的分量而经历扁平化。在步骤1114期间，在0级切割信号以获得与初始扇区编号相对应的指纹或干涉图的数字表示。在步骤1116期间，对需要验证数据的所有其他扇区Ni重复信号处理步骤1106到1114。在步骤1118期间，在用户侧从盘中确定的数字指纹数据(即，干涉图的数字表示)与来自从存储装置取回的验证数据的指纹数据之间进行逐比特比较。换言之，来自盘的数字指纹数据的一个或多个比特经历与来自从存储装置所取回的验证数据的数字指纹数据的相应比特的比较。
在步骤1120期间，基于步骤1118的比较结果进行对盘真品性的确定。例如，比特的阈值数量(“X”)可以用作用于确定真品性的准则，以便在逐比特比较示出具有正确匹配指纹的比特数超出阈值的情况下，认为盘是真品的。否则，如果验证失败，则禁止对盘的访问。
尽管以上提出了针对双层和单层预记录BD和DVD的特定示例，但是本原理的验证技术可以容易地应用于其他多层数据盘格式，包括例如具有三个或更多数据层的盘格式，以及应用于一次写入或可重写可记录的盘格式。
虽然前述针对本发明的各种实施例，但是可以在不脱离其基本范围的情况下作出本发明的其他和另外的实施例。同样地，要根据随附的权利要求书来确定本发明的适当范围。

Claims (17)

1.一种用于盘验证的方法，包括：
引导光通过透光的第一盘表面而朝向至少第一数据层；
检测光学干涉图案，所述光学干涉图案由从一个数据层反射的光与从所述第一盘表面和另一数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生；以及
基于检测到的光学干涉图案对盘进行验证。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过将从检测到的光学干涉图案所获得的信息与关联于所述盘的验证数据相比较，来进行对所述盘的验证。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述验证数据随着所述盘上的层或衬底之一的厚度变化而变化。
4.如权利要求1所述的方法，其中，将所述验证数据存储在以下的至少一个中：所述盘的群刻区域，所述盘的可记录区，附接到所述盘的存储器设备，所述盘外部的数据存储设备，以及远离所述盘的存储位置处。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述群刻区域符合蓝光盘或数字视频盘之一的群刻区域。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述群刻区域具有定制大小。
7.如权利要求4所述的方法，其中，所述群刻区域具有非标准位置。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述盘具有至少第一数据层和第二数据层，并且检测到的光学干涉图案包括由从至少第一数据层和第二数据层反射的光之间的干涉所产生的强度调制。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述盘具有第一数据层，并且检测到的光学干涉图案包括由从所述第一数据层和所述第一盘表面反射的光之间的干涉所产生的强度调制。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一盘表面包括所述盘的读出表面。
11.一种对盘提供验证数据的方法，包括：
检测光学干涉图案，所述光学干涉图案由从一个数据层反射的光与从盘表面和盘上的另一数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生；
从所测量的光学干涉图案导出验证数据；以及
将所述验证数据写入存储器。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述光学干涉图案与所述数据盘的层或衬底之一的厚度变化相关联。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述厚度变化与单层盘的覆盖层、单层盘的盘衬底、以及双层盘的间隔层中的至少一个相关联。
14.一种光盘，包括：
第一盘表面和第一数据层；以及
存储在盘上的验证数据，其中，所述验证数据与至少一个光学干涉图案相关，所述至少一个光学干涉图案由从一个数据层反射的光与从所述第一盘表面和另一数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生。
15.如权利要求15所述的光盘，其中，所述至少一个光学干涉图案与所述光学数据盘的层或衬底层之一的厚度变化相关联。
16.如权利要求16所述的数据盘，其中，所述厚度变化与单层盘的覆盖层、单层盘的盘衬底、以及双层盘的间隔层中的至少一个相关联。
17.一种装置，包括：
光电检测器，被配置为检测从数据盘反射的光信号；以及
至少一个处理器，被配置为基于光强调制来处理检测到的光信号并生成数据，所述光强调制由从第一数据层反射的光与从所述数据盘的读出表面和第二数据层中的至少一个反射的光相干涉而产生；
其中，所述至少一个处理器还被配置为进行以下操作的至少一个：(1)存储所生成的数据用作针对所述数据盘的验证数据，以及(2)将所生成的数据与用于验证所述数据盘的预定验证数据相比较。
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