CN1081380C - 数据再现设备 - Google Patents

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Abstract

在一种用于再现多媒体数据，如加密字符、加密图象、加密动画或加密声音的系统中，每当在某种程度上结合数据时都给出一个ID并使该ID和CD-ROM的一个扇区彼此相对应，因此从外部指令该ID就可以执行其中已为编码数据直接指定了一个扇区的存取。

Description

数据再现设备
本发明涉及一种用于某一设备的方法，在该设备中压缩并编码的数据，如移动图象数据由管理中心以CD-ROM格式或通信数据格式分配，而且分配的数据被已收到该数据的使用者再现。
按照一种过程执行随后的步骤，该过程用于压缩并加密移动图象数据，以及将该数据存储在被分配的海量存储媒体，如CD-ROM中。
首先，在移动画面数据的提供侧(编码单元)，一个压缩和编码单元根据如MPEG的标准压缩并编码原始动画。随后，在加密电路中加密该动画以便存储在CD-ROM中。
接着，在终端用户侧(译码单元)，通过使用CD-ROM驱动单元从CD-ROM中读出该数据。随后，读取的数据由包含DES(数据加密标准)的译码单元译码。例如，以“FIP’S PUB 46数据加密标准NIST”作为标准的译码单元可以用作译码单元。
另外，译码数据由展开单元，如MPEG译码器展开，以译码成原始动画。
顺便说一下，在以CD-ROM格式提供数据的情况下，事实是，在CD-ROM驱动单元中以每个扇区来存取CD-ROM。但是，从外部却不容易辨别在每个扇区中分别记录了什么样的数据，因为当被压缩并编码的数据存储在CD-ROM中时，位表(list ofbit)变化了。
在另一方面，严格地说，“扇区”这一概念在由通信线路得到的数据中并不存在。即使已经考虑到在将通信数据存储在光电磁盘等之后才再现它们，但是在这种情况下从外部还是很难辨别在光电磁盘的哪个扇区中记录了什么样的数据。如前所述，当从存储有加密数据的媒体再现数据时，因为数据和扇区之间的对应关系并不明确，所以执行一些特殊的再现，如从用户所希望的随机数据位置开始的再现(随机查找)，高速前向(跳跃查找)或反向再现，是困难的。
在考虑到上述问题的情况下实现了本发明，并且由于设置了用户ID以便通过使用户ID和扇区彼此对应来管理它们，从而本发明可以执行从用户所希望的位置开始的再现(随机存取)，以及与压缩并编码(加密)的数据相关的反向再现和跳跃查找。
另外，日本专利公开No.12785、21760、21761、307592和313826等都介绍了CD-ROM驱动单元的内部结构。
本发明包括用于从外部获取赋给每个块(每个扇区)的ID信息的ID获取装置和用于参照表示ID信息和块号码之间对应关系的对应表来检测对应于ID信息的块号码的ID·块号码对应装置。而且，在本发明中，数据的读出由读出控制装置根据ID·块号码对应装置所获取的块号码来指令，以及读出数据的输出由输出控制装置控制。
也就是说，虽然在实际情况中由硬件逐块(每扇区)地执行对数据的存取，但是只要在每次结合(integrate)多个块(扇区)的时候给出ID并且使ID和块(扇区)彼此相对应，就可能从相对于压缩和编码数据的随机位置执行再现、反向再现等等。
另外，可以对本发明提供许可信息管理装置，以便把用于译码加密数据或压缩和编码数据的密钥(key)信息从外部提供给译码装置并注册已被许可再现的ID信息。
而且，数据被记录在可转换类型的记录媒体，如CD-ROM(小型盘只读存储器)中，并将扇区号码与赋给每一块(例如，帧)的ID信息之间的对应关系也记录在该媒体中。随后，可从该媒体的驱动单元读取出该对应关系，以便根据该对应关系的数据来初始化装在该系统上的ID·块号码对应装置。
另外，虽然在本发明中通过举出CD-ROM、光电磁盘或磁盘作为例子来描述这些数据，但是该数据并不局限于它们，通过通信通路得到的数据可替代它们。另外，任何类型的数据，如移动画面、静止画面、声音以及任何数据形式的程序都可替代它们。
另外，装有红外传输单元的外部遥控器与红外接收器组合在一起的硬件可被用作从外部获取ID的设备。例如，作为本系统的具体使用例子，为每一幅电影画面或每一具体的图象提供了ID，因此用户可以通过摇控来指定ID号码。
译码装置包括译码电路，如DES(数据加密标准)。
在本发明中，用户只需通过从外部对记录在记录媒体，如CD-ROM中的已被压缩并编码的移动画面数据指定一个ID，就可以再现一幅随机画面。当ID通过指定装置输入时，ID·块号码对应装置将ID转换为记录媒体上的扇区号。输出控制装置根据该扇区号来访问CD-ROM上的预定位置以读出数据。然后，数据在译码装置中译码并转换成显示在CRT等上的视频和其它信号。
如前所述，每当与已被记录在CD-ROM上的压缩和编码数据相关地在一定程度上结合该数据时，通过给出并管理ID，就可以根据该ID来实现再现的开始和跳跃查找。
此外，虽然对每一扇区给出ID，但是希望对以固定数目结合的多个扇区也给出ID。另外，赋与一个ID值的多个扇区的数目不必相同，而且在每次结合多个扇区时，对影片的每幅画面给出一个单独的ID。
另外，当通过通信线路获取数据时，可以为与标题(header)有关的每一固定长度的有效负载(payload)赋给ID。在这种情况下，ID的检测可以被认为是同步信号，因为对数据的每一固定长度将记录一个ID。
图1是本发明的概念图。
图2是表示压缩和编码移动画面并译码这些画面的过程的说明图。
图3是表示该实施例中编码系统的方框图。
图4是表示该实施例中编码过程的流程图。
图5是表示该实施例中控制电路初始化过程的流程图。
图6是表示该实施例中数据构成的说明图。
图7是表示该实施例中压缩和编码数据再现设备的构造的方框图。
图8是表示该实施例中DES的构造的方框图。
图9是用于描述该实施例中DES不同模式的图。
图10是表示用于均衡加速该实施例中DES执行单元的构造的方框图。
图11是描述了该实施例中DES执行单元的过程序列的图。
图12是表示该实施例的扇区号PID对应指针表的内容的说明图。
图13是表示该实施例的再现设备的装置构造的说明图。
图14是表示用于该实施例的再现设备的驱动单元的图。
图15是表示该实施例的CD-ROM上对应记录单元的配置状态的图。
将参照图1和图2介绍本发明的概念。
图1在概念上显示了根据本发明的数据再现系统的过程，以及图2通过将该系统分成编码过程和译码过程来表示本系统。
如图2所示，首先在移动画面数据的提供侧(编码单元)，原始移动画面1由压缩和编码单元2根据例如MPEG之类的标准而被压缩并编码。随后，活动画面1在加密电路3中加密以存储于CD-ROM4中。
随后，在终端用户侧(译码单元)，在从CD-ROM驱动单元5中的CD-ROM4读出数据后，由译码单元6，如DES(数据加密标准)译码该数据。以“FIP’S PUB 46数据加密标准NIST”作为标准的DES已被用作译码单元6。
另外，译码的数据由展开单元7，如MPEG译码器展开，从而被复原成原始动画8。
如图1所示，在上述过程的序列中，对本发明提供了指令装置(101)和其中登记了ID和对应ID的数据号码的ID·数据号码对应装置(102)。另外，数据读出装置(104)根据ID·数据号码对应装置(102)所得到的数据号码读出数据，并且该读出的数据在译码装置(105)中被译码。
图3是表示数据提供侧所用的编码设备的电路构造的方框图。
在图3中，预处理单元14具有使原始数据数字化的功能。下一步骤的压缩和编码单元2具有根据MPEG的标准压缩数字化的原始移动画面数据的功能。
第一缓冲器15存储已由压缩和编码单元2压缩的移动画面数据(压缩和编码数据)。另外，加密电路3具有将压缩和编码数据转换成加密数据的功能。另外，虽然一种只加密移动画面数据的方法和一种既加密画面数据又加密声音数据的方法可作为由加密电路3执行的加密过程而存在，但这两种方法都可由加密电路3执行。
另外，加密过程以被压缩和编码的顺序逐块(逐帧)地执行。
在每次结合固定数目活动画面数据的时候所给出的PID(有效负载ID)存储在PID存储单元19中，而且由PID存储单元19读出的PID信息通过控制电路17传送到第二缓冲器16以作为标题信息的一部分。
第二缓冲器16存储加密帧移动画面，加密画面数据存储电路20具有将加密的帧移动画面数据组合成加密画面数据的功能，即，将标题、帧长度信息和加密/压缩画面数据组合成帧数据的一个单元的功能。
随后，根据图4的流程图介绍本实施例的处理过程。
首先，控制电路17执行初始化过程(步骤401)。如图5的流程图所示，第一缓冲器15和第二缓冲器16的内容相应于初始化步骤得到清除(步骤501)。随后，清除加密电路3并在加密电路3上设一个加密密钥(key)以决定用于加密数据的加密模式的逻辑(步骤504)。
当初始化过程完成时(步骤402)，该过程返回到图4的流程图并起动压缩和编码单元2。
画面数据由压缩和编码单元2压缩并编码以便按顺序存储在第一缓冲器15内(步骤403)。
随后，控制电路17从PID存储单元19读出PID信息并为每帧产生标题信息以将该信息传送给第二缓冲器16(步骤406)。
其次，由第一缓冲器15读出的画面数据由加密电路3按顺序加密(步骤408)，并在完成了一帧的处理过程之后，作为加密数据按顺序写入第二缓冲器步骤(409)。
当上述一帧的加密过程完成时(步骤410)，第二缓冲器16将一帧的加密数据输出到加密画面数据存储电路20。
随后，从第一缓冲器15读出接着这帧加密数据的随后的一帧数据，并重复上述过程。
在上述的加密过程中，一种高速且安全的算法(没有密钥信息，它不能被解密)应当用于加密电路3。比如说，美国标准密码，例如DES(数据加密标准)、FEAL(快速加密算法)和IDEA(国际数据加密算法)可应用于加密电路。但是，在本发明中，如果采用了按块处理数据的加密方法，就有必要采取这样的步骤，即如果要被加密的数据达不到块长度，就不要加密这部分，因为存在着帧长度会按位变化的可能性。
另外，作为一种对没有达到块长度的这部分数据的处理，可以将一种预定的位模式插入到该数据中直到要被加密的数据达到一个块的长度为止。
另外，可以同时使用CBC模式和K位CFB模式(K位意思是剩余加密位)。当采用上述这种方法时，CFB模式的初始向量应当被认为是CBC模式的最终值。
另外，也存在着以64位OFB模式、1位OFB模式或1位CFB模式之一处理数据的方法。
另外，还存在着一种方法，它将帧标题中所包含的时间信息和顺序号码用作CBC模式、OFB模式和CFB模式所需的加密的初始向量。
在本实施例中，图6表示一种桢格式，其中组合(assembling)已由加密画面数据存储电路20完成。
帧格式的一个块的构造包括一个由标题13a、PID 13b和加密标志位组成的ID字段，和一个存储有加密和压缩画面数据13c的数据字段。画面的展开控制信号(同步信号)记录在标题13a中，而记录在数据字段的加密并压缩的画面数据的PID(有效负载ID)记录在PID 13b中。一个表示记录在数据字段的数据是否已被加密的标志位，被记录在加密标志位13d中。上述格式数据以这样一种状态提供给用户，即在CD-ROM中或通过通信电路存储这些数据。
图13是表示本实施例中再现设备构造的说明图。
再现设备机身131装有其上可安装CD-ROM 122的CD驱动单元132和其上可安装SD卡插槽133的SD卡135，其中该SD卡插槽构成随后所述的译码组件，并且在再现设备机身131的内部装有能够存储程序和数据的硬盘单元134。
另外，在再现设备机身131的前端装有红外信号接收单元(OCR)，从而使用于再现数据的ID可以从图13中未示出的红外摇控器接收到。
另外，再现设备机身131可安装MO驱动器136，用于从CD-ROM 122拷贝加密数据。光电磁盘137和部分IOM盘(其一部分可被重写的ROM媒体)也可安装在MO驱动器136上。
图7是再现设备的功能框图。
硬盘驱动单元(HDD)、光电磁盘驱动单元(MOD)、CD-ROM驱动单元(CD-RD)和调制解调器(MDM)连接到接口131，使作为磁记录媒体、光电磁记录媒体、光记录媒体或通信数据而被加密的压缩并编码了的数据可以输入其中。
在图14中示出了以上述多种数据输入格式使用CD-ROM122的驱动单元111。该驱动单元111具有用于读出记录在CD-ROM 122中的数据的光学拾波器(optical pickup)142，由该光学拾波器142读出的数据被解调电路141解调以作为被加密数据输出到接口131。
于是，压缩并编码(加密)的移动画面数据被记录在本实施例所用的CD-ROM 122中，而且画面数据的PID(例如，为每幅电影画面给出的ID)和对应于画面数据的扇区号作为索引部分被记录在CD-ROM 122的一部分中。也就是说，在普通的再现方法中，不译码并再现所有的数据就不可能辨别在哪个扇区中存储了哪部分数据，因为所有的移动画面数据都被加密了。因此，在本实施例中，如图15所示，CD-ROM的一部分装配了对应记录单元151，使辨认数据的ID与扇区号彼此相对应。在CD-ROM安装于驱动单元111的初始状态下扫描对应记录单元151，使该单元的内容拷贝到随后所述的扇区号PID对应指针表117。
DES 112具有解密功能，即把通过驱动单元111从CD-ROM 122读出的压缩并编码的数据(加密数据)译码的功能。
图8表示DES 112的概略结构。如图8所示，DES包括一个DES执行单元215并具有根据从密钥信息216中得到算法译码输入数据(IN)并将其作为输出数据(OUT)输出的功能。
DES执行单元215包括一个模式识别单元218，该模式识别单元218具有根据数据格式从多种DES模式中选出最佳模式，并将此最佳模式传送给DES执行单元215的功能。
随后，将介绍上述DES模式中的典型的逻辑电路。
图9(d)表示FCB基本模式，它根据DES执行单元215的64位密钥信息，将64位输入数据串加密成64位输出数据串。
图9(b)表示CBC模式，它在通过DES执行单元215中的64位密钥信息216而将64位的输入数据串加密(或编码)之后，将已被加密的输入数据串第二次反馈到DES执行单元215。CBC模式是这样一种方法，它执行反馈直到所有数据都以上述方式被输入，并且该方法适于处理如文件之类的数据。
图9(c)表示OFB模式，它适用于处理易于发生错误的通信数据，以及其中一个错误对其它数据有重大影响的声音数据等等。
图9(d)表示CFB模式，它适于处理自同步类型的数据。
上述模式识别单元218分析数据格式等，以便从存储在模式表220的模式中读出最佳模式，并将该最佳模式输出到DES执行单元215。在DES执行单元215中，根据以上述方式选出的模式执行加密·译码过程。
图10是表示DES执行单元215的硬件结构的方框图。在图10中，八个8位结构的寄存器连接到输入端作为输入缓冲器，即一个64位的移位寄存器(输入寄存器221：寄存器1)布置在输入端，而且多个选择器sel布置在下一级上。选择器sel能够有选择地输入一个来自随后所述的DES处理主电路225的输出或一个来自移位寄存器221的输出。
一个8位结构的寄存器223(寄存器2)布置在选择器sel的下一级上，而且在更下一级上布置有DES处理主电路225。DES处理主电路225可起DES执行单元215的功能。即，图9所述的所有种类的DES模式寄存在作为ROM的DES处理主电路中，而且用来自控制单元113的指令选择出最佳DES模式的逻辑，以执行译码过程。
DES处理主电路225的输出分别输入选择器sel和作为输出缓冲器的输出寄存器224(寄存器3)。另外，输出寄存器224(寄存器3)的输出用作加密数据或译码数据。
图11示出了上述过程的顺序。
在图11中，输入寄存器221的输出在下一周期的第一时钟内作为寄存器223的输出而被进行DES处理。随后，经过DES处理的数据在下一时钟从输出寄存器224输出。在数据从输出寄存器224输出的时候，下一周期的加密数据从输入端的输入寄存器221读出。
如前所述，在本实施例中，加密数据的输入和译码数据的输出可以独立且连续地进行，因为再现设备装有作为输入缓冲器的输入寄存器221和作为输出缓冲器的输出寄存器224。因此，比起按与传统DES相同方式循环地执行输入和输出的情况来，可以高速地执行译码·加密过程。
用户已经以某种预定的方式支付租用费的移动画面数据等的PID以及租用费的余额记录在帐目表114中。
例如，调制的帐目表114和DES112包括在IC卡(SD卡135)等之中，从而使用户不能直接存取SD卡135。当用户希望重写包括在SD卡135中的帐目表114的数据内容时，他就必须将SD卡135带到销售机构等处并支付预定费用。此后，用户可以根据他所付费用来修改余额值，或者通过销售机构所设的重写设备(未示出)而另外注册允许的PID。
外部接口电路120起ID获取装置的功能，更具体地说，键盘(KB)、调制解调器(MDM)、鼠标(MS)和红外接收器(OCR)等连接到外部接口电路120。可以通过红外接收器从外部摇控器(未示出)接收ID。
当从外部接口电路120接收到再现请求PID时，对照扇区号PID对应指针表117以检查对应于该PID的扇区号码。
图12表示扇区号PID对应指针表117的表构造。当CD-ROM 122装在驱动单元111上以读取对应记录单元151时，读出的数据被拷贝到表117以修改读出数据的内容。
有效负载ID和对应于每一个有效负载ID的扇区号记载于表117中。
当根据从外部传输的再现请求PID来访问扇区号PID对应指针表117以便查找扇区号时，控制单元113指令驱动单元111以读取该扇区。
首先，由ID字段分析单元115来分析对应于该被读取扇区的数据的ID字段。
该ID字段分析单元115从读取出的译码数据取出ID字段并从该ID字段取出PID。
比较器116具有将从ID字段分析单元115取出的PID与从帐目表114读出的PID进行比较的功能。也就是说，判定在帐目表114中对于用户来说是许可的PID是否与ID字段分析单元115所取出的PID相一致，而且只有许可的PID与取出的PID相一致的时候，比较器116才向包交换器118输出一个ON信号。
包交换器118具有把输出到数据转换单元121的数据加以转换的功能，在本实施例中，数据可以分别转换成以下的状态，即数据不被输出的状态，输出由DES译码的数据的状态以及输出存储在画面存储器119中的静止画面的状态。
数据转换单元121由数字/模拟转换器(D/A转换器)组成并将从CD-ROM 122读出的数字数据转变成如NTSC信号之类的模拟信号，而且该数据转换单元通过一个显示单元(DSP)、扬声器(SP)或通过接口电路(I/F)连接到打印机和其它设备。
在本设备结构中，首先，如果CD-ROM 122装于驱动单元111，则再现设备将处于引导状态，随后，通过控制单元113的指令读取CD-ROM 122的对应记录单元151，并将对应记录单元151的内容拷贝到扇区号PID对应指针表117。
当再现CD-ROM 122时，已从CD-ROM 122读出的压缩并编码(译码)的数据块按顺序由DES 112译码。
在ID字段分析单元115中，读出的数据被分析以使取出PID13b，而且将该PID通知给比较器116。与此过程并行，帐目表114将被允许再现的数据的PID也通知给比较器116。
在比较器116中，只有当编码数据的PID与帐目表114中所允许的PID相一致时，才打开包交换器118。通过这些动作，已从数据字段读出的将由DES 112译码的数据，得以通过显示单元(DSP)输出。
在另一方面，当比较器116的比较结果并未一致时，包交换器将处于OFF状态，并且因为该数据是不许再现的数据，所以存储在画面存储器119的静止画面，例如提请用户注意的画面数据将通过显示单元(DSP)而输出。
另外，当外部接口电路120通过红外遥控器(未示出)来指令帧前进而增加PID等的时候，那么，例如每10个扇区地增加扇区号以指令驱动单元111执行读出。通过这些动作，可以实现借助帧前进的高速前向移动画面。
另外，可以反方向再现移动画面并根据PID从随机位置再现移动画面。
根据本实施例，数据由PID来管理，在记录有压缩和编码(加密)数据的CD-ROM 122上安装了其中记录有PID和扇区号之间对应关系的索引单元，而且能够按照原样拷贝索引单元的表装在了再现设备端，使得当存取数据时可通过参照该表来从PID查寻扇区号。通过这些动作，即使所有数据都被压缩并编码，仍可能执行将PID视为识别标准的随机查找和特殊再现。

Claims (9)

1.一种数据再现系统，用于再现已被赋给块号码的数据，包括：
ID获取装置，用于从外部获取ID信息，所述ID信息用于标识由一块或多块组成的数据线；
ID块号码对应装置，基于指出了ID信息和块号码之间对应关系的对应信息，检测出对应于由ID获取装置赋给的ID信息的数据线的块号码；
读取控制装置，用于根据所述ID块号码对应装置所得到的块号码来指令数据的读取；以及
输出控制装置，用于控制所述读取控制装置所指令的读出数据的输出。
2.根据权利要求1所述的数据再现系统，还包括：
译码装置，用于根据密钥信息将已被加密或者压缩并编码的输入数据译码。
3.根据权利要求1所述的数据再现系统，还包括：
许可信息管理装置，其中注册已由密钥信息允许再现的一帧数据的注册ID信息。
4.根据权利要求3所述的数据再现系统，还包括：
比较装置，用于将所述许可信息管理装置所注册的ID信息与读出数据的ID信息进行比较，
其中所述输出控制装置根据相互一致的信息从所述比较装置输出读出的数据。
5.根据权利要求2所述的数据再现系统，还包括：
用于存储密钥的密钥存储装置，
其中所述译码装置从所述密钥存储装置获取密钥信息。
6.根据权利要求3所述的数据再现系统，还包括：
帐目处理装置，用于在输出读出的数据时进行记帐，
其中在所述许可信息管理装置中控制帐目信息。
7.根据权利要求1所述的数据再现系统，还包括：
一个驱动单元，用于从拆卸型的记录媒体读出表示扇区号与ID信息之间对应关系的对应关系信息，其中可以通过已分配给各扇区的扇区号访问所述可拆卸型记录媒体中的数据，将ID信息分配给至少由一个以上扇区组成的帧，并且注册指示扇区号和ID信息之间对应关系的对应关系信息；以及
初始化装置，用于登记从所述ID块号码对应装置中的可拆卸型记录媒体读出的对应关系信息。
8.一种数据再现方法，用于再现已被赋给块号的数据，包括以下步骤：
获取用于标识由一块或多块组成的每一帧的ID信息；
从表示ID信息和块号码之间的对应关系的对应信息中检测对应于从外部指定的ID信息的块号码；
根据从对应信息得到的块号码来读出数据；
检测读出数据的ID信息是否就是已经得到读出许可的ID信息；以及
当ID信息是许可的ID信息时，将数据输出到数据输出装置。
9.根据权利要求8所述的数据再现方法，还包括以下步骤：
当读出的数据读出到数据输出装置时，更新帐目信息。
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