DE3714244C2 - Verfahren zum Erfassen und Darstellen von Lesesignalen von Magnetstreifenspuren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen und Darstellen von Lesesignalen von Magnetstreifenspuren über Analog-/Digitalwandler und/oder der Qualität der Beschriftung von Datenbits.

Magnetkarten finden heute in vielen Bereichen des täglichen Lebens Anwendung. Nur als Beispiel sollen Scheckkarten, Bankomat-Karten, Kundenkarten und Zugangskarten zu Sicher­ heitsbereichen erwähnt werden. Die Reihe läßt sich beliebig fortsetzen.

Die Informationen, welche auf dem Magnetstreifen ent­ halten sind, werden mit einem speziellen Magnetkarten­ schreibgerät als Datenbits auf dem Magnetstreifen auf­ gebracht. Fährt ein Magnetkopf dann über den Magnet­ streifen, werden durch die Datenbits Flußwechsel er­ zeugt, die eine Spannung in der Lesespule induzieren. Eine bestimmte Folge von Datenbits bzw. Flußwechseln kann dann digitalisiert und dargestellt sowie in die Information umgesetzt werden.

Es liegt auf der Hand, daß die Qualität eines gesamten Systems, welches mit Magnetkarten arbeitet, im wesent­ lichen von der Qualität der Beschriftung des Magnet­ streifens abhängt. Je schlechter die Beschriftung ist bzw. auch je mehr Beschädigungen der Magnetstreifen aufweist, um so höher ist die Anzahl der Störungen in dem System, welches durch die Magnetkarte in Gang gesetzt wird. Das Suchen der Fehler ist bis heute eine komplizierte Angelegenheit, zeitraubend und kost­ spielig. Um beispielsweise die Qualität einer Beschrif­ tung beurteilen zu können, muß der Abstand der Daten­ bits voneinander ermittelt werden. Ein bestimmter Abstand sowie ein Toleranzbereich für bestimmte Daten­ bits wird von einer ISO-Norm vorgeschrieben. Da die Beschriftung sehr schnell, d. h. im Bereich von Micro­ sekunden erfolgt, können die Abstände der einzelnen Datenbits zueinander schwanken, wodurch das Auslesen der Datenbits erheblich erschwert bzw. gestört wird. Um den Abstand der Datenbits voneinander zu ermitteln, wurde bislang der Null-Durchgang zwischen zwei Fluß­ wechseln ermittelt und der Abstand zweier Null-Durch­ gänge voneinander bestimmt.

Wie insbesondere aus der später beschriebenen Fig. 6 ersichtlich, ist es in vielen Fällen sehr schwierig, die exakte Lage des Null-Durchganges zu bestimmen. Der Jitter, das ist die Zeitabweichung von Flußwechsel zu Flußwechsel, wurde bislang graphisch überhaupt nicht erfaßt, so daß auch keine Aussage über die Qualität einer Karte getroffen werden konnte.

Aus der JP 60-258767 ist ein Verfahren der o. g. Art bekannt, bei dem die Zeit zwischen zwei Flusswechseln ermittelt wird. Aus allen ermittelten Zeiten wird ein Mittelwert gebildet und danach die Abweichungen der einzelnen Werte von diesem Mittelwert in einem Jitter- Diagramm dargestellt.

Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der o. g. Art zu entwickeln, mit welchem eine Karte sowohl auf ihren digitalen Code als auch auf ihre physikalischen Eigenschaften hin untersucht werden kann. In beiden Bereichen soll die Magnetkarte auf die Einhaltung der Grenzwerte, wie sie durch die ISO-Normen vorgegeben sind, überprüft werden. Desweiteren sollen direkt Zeitabweichungen zwischen Flusswechsel dargestellt und die Lage dieser Abweichungen bestimmt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Verfahren entsprechend dem Anspruch 1.

Durch die Detektierung der Datenbits, d. h. den Spitzenwerten, die die Umkehrpunkte der Magnetisierung darstellen, wird eine wesentlich größere Meßgenauigkeit erreicht. Auch bei einer großen Signalabschwächung des Lesesignals, wie dies beispielsweise bei einem schweren Kratzer auf der Magnetkarte zu beobachten ist, verschiebt sich die Umkehrspitze in der x-Richtung nicht. Lediglich die Amplitude, d. h. der Ausschlag in y-Richtung, wird geringer. Diese Art der Detektierung ist somit ein Teil der vorliegenden Erfindung.

Der zweite Teil der Erfindung ist in der Darstellung des Jitterdiagrammes zu sehen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zeit gemessen, welche zwischen der Aufnahme der Lesesignale von zwei benachbarten Datenbits besteht.

Als Grenzwerte dienen hier selbstverständlich die oben genannten Spitzenwerte der Datenbits bzw. die Umkehr­ punkte des Flußwechsels. Die Messung erfolgt auf 1 µs genau. Für eine bestimmte Schnelligkeit des Magnet­ kopfes wird in der ISO-Norm ein bestimmter Zeitabstand zwischen einzelnen Bits vorgeschrieben. Bei 80 mm/sec. sollte der Abstand für ein 0-Bit 1511 µs betragen. In dem erfindungsgemäßen Jitterdiagramm wird eine Schwankung des tatsächlichen Abstandes von dieser Normzeit dargestellt. Die Normzeit ist hierbei die x-Achse, die Abweichungen der 1-Bits werden einerseits der x-Achse und die Abweichungen der 0-Bits anderer­ seits der x-Achse dargestellt. Ferner erfolgt sowohl einerseits wie auch andererseits der x-Achse eine getrennte Darstellung der positiven und der negativen Abweichungen. Gleichzeitig wird in dem Diagramm auch eine Grenzwertlinie für die erlaubte Toleranz der Ab­ weichungen gezogen. Somit ist es bei diesem erfindungs­ gemäßen Verfahren durch einen Blick allein auf das Jitterdiagramm möglich, eine Aussage über die Qualität der Kartenbeschriftung, d. h. über die Abweichung der Abstände der einzelnen Datenbits voneinander, zu treffen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden in einem Arbeitsgang sowohl die Analogwerte der Karte erfaßt und mittels eines A-D-Wandlers digitali­ siert. Im gleichen Arbeitsgang erfolgt auch die Zeitmessung der Datenbitabstände. Allerdings kann ein zum Erfassen der Analysedaten vorgesehener Rechner nicht gleichzeitig die digitalisierten Lesesignale und die Bitzeiten empfangen und auswerten. Deshalb werden die Bitzeiten zwischengespeichert und nach Beendigung des Lesens des Magnetstreifens bzw. der Aufnahme der digitalisierten Lesesignale vom Rechner abgerufen.

Im Analyseergebnis können dann die digitalen Werte den ermittelten physikalischen Eigenschaften unmittelbar zugeordnet werden. D. h., es ist möglich, aus der Zeit­ messung der Bitabstände die Datenbits der Karteninfor­ mation zu generieren.

In einer verbesserten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, auch die Analog-/Digitalwerte als Spitzen­ werte in einer sogenannten Hüllkurve darzustellen. Hierdurch ist eine einfache digitale Analyse bzw. Fehlererkennung möglich. Sollte sich beispielsweise ein Kratzer auf dem Magnetstreifen befinden, so wird dieser als Einbruch in der Hüllkurve dargestellt. Erfindungs­ gemäß ist hierzu zur besseren Analyse der Art und des Ausmaßes des Fehlers vorgesehen, die Hüllkurve in x-Achsenrichtung auseinandergezogen in einer sogenannten Lupe darzustellen. Hierbei können detaillierte Aussagen über digitale Fehler getroffen werden.

Ferner ist auch vorgesehen, sowohl bei der Hüllkurve wie bei der Lupe wie auch beim Jitter bestimmte Schwellenwerte vorzusehen, unterhalb deren eine Analyse unterbleibt. Diese Schwellenwerte sollen veränderbar sein.

Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sollte der Magnetkopf, ggfs. über einen Verstärker, mit einem A-D-Wandler verbunden sein und letzterer wiederum an einen Steuerrechner angeschlossen sein. Dieser Steuerrechner hat auch einen Eingang für ein Analysegerät, in welchem die Zeitmessung der Datenbits und deren Zwischenspeicherung erfolgt.

Dieses Analysegerät ist über eine Datenrückgewinnungs­ elektronik mit dem Verstärker bzw. dem Magnetkopf ver­ bunden. Ferner sollte der Steuerrechner auch eine direkte Verknüpfung mit der Datenrückgewinnungs­ elektronik aufweisen, so daß auch die Datenbits direkt ohne die Erfassung des digitalisierten Lesesignales bzw. der Bitzeiten erfolgen kann. Damit ist eine zusätzliche Möglichkeit der gesamten Vorrichtung gegeben.

Durch diese Vorrichtung, welche separat betrieben oder auch beispielsweise in einem Personal-Computer inte­ griert sein kann, wird die Möglichkeit geschaffen, auf einfache und sichere Weise sowohl digitale Fehler einer Magnetkarte zu analysieren als auch eine Aussage über die Qualität eines Magnetkartenschreibers zu treffen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Funktionsübersicht für eine Magnetkartenanalyse;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Magnetkartenseite;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Lesesignal;

Fig. 4 eine Darstellung von Spitzenwerten des Lese­ signals;

Fig. 5 eine nähere Erläuterung der Darstellung nach Fig. 4;

Fig. 6 eine lupenartig vergrößerte Darstellung des Lesesignals;

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Darstellung des aufbe­ reiteten Lesesignals;

Fig. 8 eine nähere Erklärung der Darstellung nach Fig. 7;

Fig. 9 eine nähere Erklärung eines weiteren Teils der Darstellung nach Fig. 7;

Fig. 10 eine Darstellung des Lesesignals entsprechend Fig. 4 mit Fehlern im Magnetstreifen;

Fig. 11 eine Darstellung des Lesesignals entsprechend Fig. 6 mit näherer Darstellung nach Fig. 10;

Fig. 12 eine erfindungsgemäße Darstellung der Fehler­ aufbereitung von Fig. 10.

Eine Magnetkarte 1 besteht in der Regel aus einem Kunststoffstreifen 2, auf dessen einer Seite 3 ein Magnetstreifen 4 aufgebracht ist (siehe Fig. 2). Dieser Magnetstreifen 4 enthält eine Vielzahl von Informa­ tionen, welche mit speziellen Geräten geschrieben sind und gelesen werden können. Diese Informationen setzen sich wiederum aus einer Vielzahl von Datenbits zu­ sammen.

Die physikalische Länge der einzelnen Datenbits auf dem Magnetstreifen 4 ist durch ISO-Normen mit entsprechenden Toleranzen definiert. In Fig. 3 sind vier aufeinanderfolgende Bits als Teil eines Lesesignals dargestellt. Die ersten beiden Bits sind 0-Bits, die beiden darauffolgenden Bits sind 1-Bits, wobei die Bits durch Flußwechsel 5 die in einem Magnetkopf induzierte Lesespannung verändern. Ein derartiger Magnetkopf 6, welcher über den Magnetstreifen 4 fährt, ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Die im Magnetkopf 6 durch den Flußwechsel induzierte Lesespannung wird in der Magnetkarten-Schreib-Lese-Einheit durch einen Ver­ stärker 8 verstärkt. Dieses verstärkte Signal wird dann in einem A-D-Wandler 9, gesteuert durch einen Steuer­ rechner 10, digitalisiert.

Eine Datenrückgewinnungselektronik 11 erzeugt aus dem Lesesignal einen seriellen Bitstrom, der dem Digital­ teil eines Analysegerätes 12 zugeführt wird. Gleich­ zeitig werden Impulse für die Zeitmessung erzeugt, wobei im Analysegerät 12 die Erfassung der Zeitmessung und das Zwischenspeichern der Daten erfolgt. Das normale Lesen der Datenbits geschieht über die Verknüpfung 13.

Somit müssen im vorliegenden Fall zwei Grundtätigkeiten unterschieden werden. Mit der Grundfunktion "Karten-Lesen" wird die Magnetkarte 1 ohne Aktivierung der Analogteile, d. h. des A-D-Wandlers 9 und des Analysegerätes 12, gelesen. Der Steuerrechner 10 über­ nimmt die Steuerung der Magnetkarten-Schreib-Lese-Ein­ heit. Die aufbereiteten Datenbits werden über die Ver­ knüpfung 13 empfangen, analysiert und angezeigt. Der gleiche Vorgang wird auch für die Kontrolle von ge­ schriebenen Daten verwendet.

Bei der Durchführung der Kartenanalyse steuert der Rechner die Magnetkarten-Schreib-Lese-Einheit und aktiviert den A-D-Wandler 9. Hierdurch wird das Analog­ signal digitalisiert, welches als digitalisiertes Lese­ signal 14 ansteht.

Das Analysegerät 12 arbeitet dagegen autark und speichert die Zeiten der Bits ab. Letzteres bedeutet, daß die Zeit bestimmt wird, welche der Magnetkopf 6 von einem Bit zum nächsten Bit bei konstanter Lesegeschwin­ digkeit benötigt. Nach dem Lesezyklus holt sich der Steuerrechner 10 die in der Leitung 15 anstehenden Bitzeiten und wertet sie aus.

Da der Rechner während der Analogfunktion, d. h. während der Analyse zeitlich limitiert ist, werden die Datenbits aus der Verknüpfung 13 direkt mit der Daten­ rückgewinnungselektronik 11 ignoriert. Wird jedoch auch eine digitale Darstellung gewünscht, so wird aus dem Analysegerät über die Zeitmessung der Bitabstände die entsprechende Information generiert und angezeigt.

Die Darstellung des verstärkten Lesesignals geschieht in einer sogenannten Hüllkurve 16, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. In der Hüllkurve 16 werden nur die Spitzenwerte in ihrer Größe und Position dargestellt. Unterschreitet ein Spitzenwert den vorgegebenen Min­ destpegel, so wird diese Linie hell nachgezeichnet. Der Mindestpegel 17 ist als weiße Linie sichtbar, der Basiswert 18 als durchgezogene Linie.

In Fig. 5 ist zur Erklärung der Hüllkurve diese in Richtung der x-Achse, die gleichzeitig den Basiswert 18 bildet, vergrößert dargestellt. Dabei zeigt die Lage auf der x-Achse die Position des Spitzenwertes, während die y-Achse die Spannung darstellt. Der Abstand von Bildpunkt zu Bildpunkt beträgt ca. 78 mV.

In Fig. 6 ist die sogenannte Lupe 19 dargestellt. D. h., daß hier die Hüllkurve auseinandergezogen ist. So können Stellen, die in der Hüllkurve dunkel erscheinen, näher untersucht werden. Auch Phasensprünge werden in der Lupe 19 eindeutiger.

Wesentlich nach der vorliegenden Erfindung ist die Dar­ stellung des sogenannten Jitterdiagramms 20 gemäß Fig. 7.

Mit diesem Jitterdiagramm kann vor allem die Qualität der Kartenbeschreibung bestimmt werden. Diese Qualität hängt im wesentlichen von dem Abstand der Bits zueinander ab. Bei einer konstanten Bewegung des Magnetkopfes über den Magnetstreifen werden unterschiedliche Bitlängen durch Zeitschwankungen (Jitter) im Lesesignal erkennbar. Die Abstände von Flußwechsel zu Flußwechsel werden von der Zeitmeßeinheit des Analysegerätes 12 mit einer Genauig­ keit von ca. 1 µs gemessen und gespeichert. Die erlaubten Toleranzen sind ebenfalls in ISO-Normen fest­ gelegt. Wird beispielsweise ein Magnetstreifen zu schnell beschrieben, so gibt dies später Probleme beim Lesen der Karte, d. h., die Qualität der Karte läßt zu wünschen übrig. Probleme entstehen auch vor allem dann, wenn die Abstände der einzelnen Bits schwanken, d. h., wenn der Abstand von aufeinanderfolgenden Bits einmal zu kurz und einmal zu lang ist. Damit beginnt der Jitter zu "pumpen" und es kommt zu Gleichlauf­ schwankungen.

Die erlaubten Toleranzen sind im übrigen für 0-Bits und 1-Bits unterschiedlich. Für einen 0-Bit beträgt der Abstand der Flußwechsel 1511 µs (bei 210 BPI), für einen 1-Bit die Hälfte davon bei einer Lesegeschwindigkeit von ca. 80 mm/sec. Die erfindungsgemäße Zeitmessung ist im übrigen 1 µs genau.

In dem Jitterdiagramm 20 wird die Zeitabweichung der einzelnen Bits von ihrem Sollwert dargestellt. Dabei zeigen die Striche oberhalb der x-Achse 21 die Abweichungen der 1-Bits und die Striche unterhalb der x-Achse die Abweichungen der 0-Bits (siehe Fig. 8).

Ein durchgezogener Strich 22 bedeutet eine positive Ab­ weichung einer Hälfte eines 1-Bits. Ein durchgezogener Strich 23 ausgehend von der x-Achse 21 nach unten kenn­ zeichnet die Größe der positiven Abweichung eines 0-Bits. Eine gestrichelte Linie 24 nach oben sowie eine gestrichelte Linie 25 nach unten bedeuten jeweils eine negative Abweichung der Hälfte eines 1-Bits bzw. eines ganzen 0-Bits.

In Fig. 9 sind noch zusätzlich zu den Abweichungen auch die Grenzwertlinien dargestellt, wobei die unterschiedlich punktierten Grenzwertlinien 26 und 27 jeweils eine unterschiedliche prozentuale Abweichung darstellen.

Fig. 10 zeigt nun ein Beispiel einer Hüllkurve 16a, welche zwei gravierende Fehlerbereiche 28 und 29 aufweist. Hier ist mit einem spitzen Gegenstand über den Magnetstreifen 4 gekratzt worden.

In Fig. 11 erkennt man den Fehlerbereich 28 in der Lupe 19a. In Fig. 12 sind schließlich auch die durch die Fehlerbereiche 28 und 29 erzeugten Abweichungen im Jitterdiagramm 20 sichtbar gemacht.

Um den Jitter zu detektieren wird im übrigen eine soge­ nannte Peak-to-Peak-Detektierung gewählt. D. h., daß nur die Scheitelwerte 30 (siehe Fig. 6) bzw. die Umkehr­ punkte des Flusses detektiert werden. Diese Methode hat sich deshalb als wesentlich günstiger erwiesen, weil die übliche Detektierung der Lage des Null-Durchgangs sehr unsichere Ergebnisse bringt. Insbesondere ist dies aus Fig. 6 ersichtlich, wo der Null-Durchgang 31 erheb­ lich streuen kann.

Die Umkehrspitze verschiebt sich dagegen auch bei einer großen Signalabschwächung nicht, während der Null-Durchgang 31 sehr vom Rauschen bzw. von der Amplitude abhängt. Beispielsweise bei einem Hüllkurven- Einbruch, wie er als Fehlerbereich 28 oder 29 in Fig. 10 gezeigt ist, bleibt der Spitzenwert 30 in der x-Richtung gleich, er verschiebt sich lediglich in der y-Koordinate.

Wie oben bereits erwähnt, kann der Steuerrechner 10 aus technischen Gründen nicht gleichzeitig vom Analysegerät 12 und über die Verknüpfung 13 direkt mit der Karten­ information gefüttert werden. Deshalb werden die Jitterdaten zusammen mit der Zeitmessung im Analyse­ gerät zwischengespeichert und später abgerufen. Die Karteninformation kann wiederum aus den Zeitdaten der Bits generiert und dem Digitalteil des Analysegeräts 12 zur Verfügung gestellt werden. D. h. in der Regel werden die A-D-Werte einer Kartenspur über des A-D-Wandler 9 und die Zeitwerte, d. h. die Qualität der Kartenbeschreibung, über das Analysegerät 12 ermittelt, während die Digitaldaten, d. h. die Karteninformation, aus den Zeitdaten des Analysegerätes 12 generiert werden. Allerdings ist an eine Erweiterung der Geräte insoweit gedacht, als zwei Spuren auf der Magnetkarte gleichzeitig gelesen werden sollen. Daraus resultiert dann eine kürzere Zeit für den Steuerrechner.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erfassen und Darstellen von Lesesignalen von Magnetstreifenspuren und/oder der Qualität der Aufzeichnung von Datenbits, wobei die Zeit zwischen benachbarten Datenbits durch Abtasten mit vorbestimmter Geschwindigkeit ermittelt, die örtliche Position von den Umkehrpunkte der Magnetisierung berechnet und die Abweichungen von einer durch die vorbekannte Norm der zu untersuchenden Magnetstreifen gegebenen Soll-Position als Funktion des Abtastortes in einem Diagramm (Jitterdiagramm) dargestellt werden und wobei die Abweichun­ gen der 1-Bits von der Soll-Position einerseits der x-Achse und die Abweichungen der 0-Bits von der Sollposition andererseits der x-Achse dargestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl einerseits wie andererseits der x-Achse eine getrennte Darstellung der positiven und der negativen Abweichungen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits der x-Achse Grenzwertlinien gezogen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Arbeitsgang über einen A-D- Wandler die Lesesignale digitalisiert und einem Steuerrechner zugeführt sowie die Zeitmessung zwischen den Datenbits in einem Analysegerät zwischengespeichert und nach Beendigung des Lesens des Magnetstreifens vom Rechner abgerufen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Zeitmessung der Bitabstände die Datenbits der Karteninformation generiert werden.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die A-D-Werte als Spitzenwerte in einer Hüllkurve dargestellt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenwerte aus der Hüllkurve in x-Achsenrichtung auseinandergezogen in einer Lupe dargestellt werden.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwerte für die Darstellung des Jitters und/oder der Hüllkuve und/oder der Lupe veränderbar sind.