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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Aufzeichnungsträger mit einem Muster aus im
Wesentlichen parallelen Spuren zum Speichern von Daten in Form von
Marken, bei dem die Daten mit Hilfe eines Kanalcodes codiert werden
und der Aufzeichnungsträger
ein Wasserzeichen enthält.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Lesen eines
Aufzeichnungsträgers,
ein Verfahren zum Aufbringen eines Wasserzeichens auf den Aufzeichnungsträger und
eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Wasserzeichens auf einen Aufzeichnungsträger.
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Ein
Aufzeichnungsträger
dieser Art ist aus der US-amerikanischen Patentschrift
US 5.608.717 bekannt. In diesem Dokument
wird ein Aufzeichnungsträger
mit einer Aufzeichnungsfläche
und einem Musteranzeigebereich beschrieben. Der Zweck der Aufzeichnungsfläche besteht
darin, Daten in Form von Pitmustern zu speichern, wobei die Daten
mit Hilfe eines Kanalcodes codiert werden. Der Zweck des Musteranzeigebereichs
besteht darin, ein optisch erkennbares Wasserzeichen zu speichern.
Dieses Wasserzeichen wird durch Auswählen gegebener, unterschiedlicher
Pitmuster geschaffen, deren durchschnittlicher optischer Reflexionsgrad
sich voneinander unterscheidet. In diesem Zusammenhang versteht
sich ein Wasserzeichen als eine Marke, die schwer zu reproduzieren
und zu entfernen ist.
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Ein
derartiger Aufzeichnungsträger
hat den Nachteil, dass auf dem Aufzeichnungsträger ein Teil für den Musteranzeigebereich
reserviert werden muss, so dass weniger Daten auf dem Aufzeichnungsträger registriert
werden können.
Genau genommen sind die in dem Musteranzeigebereich platzierten
Muster keine Datenmuster sondern speziell ausgewählte Muster zum Schaffen des
optischen Musters.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufzeichnungsträger zu schaffen,
auf den ein Wasserzeichen aufgebracht ist, ohne dass die verfügbare Datenkapazität des Aufzeichnungsträgers beeinträchtigt wird.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Aufzeichnungsträger gelöst, der dadurch gekennzeichnet
ist, dass ein Parameter des Kanalcodes so gesteuert wird, dass er
eine vorher festgelegte Lauflängenverteilung
in den Marken auf dem Aufzeichnungsträger vorsieht, so dass das Wasserzeichen
auf dem Aufzeichnungsträger
erkennbar ist. Durch die derartige Aufbringung des Wasserzeichens
auf den Aufzeichnungsträger
ist es möglich,
ein Wasserzeichen an derselben Position wie derjenigen der Daten
zu schaffen. Infolgedessen geht dieses Wasserzeichen nicht zu Lasten
der verfügbaren
Datenkapazität
des Aufzeichnungsträgers.
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Die
Erfinder haben unter anderem erkannt, dass es möglich ist, eine vorher festgelegte
Lauflängenverteilung
in den Marken auf dem Aufzeichnungsträger vorzusehen, indem ein Parameter
des Kanalcodes gesteuert wird. Dadurch ergeben sich Unterschiede
in der Helligkeit, was sicherstellt, dass ein Wasserzeichen auf
dem Aufzeichnungsträger
erkennbar ist. Die Unterschiede in der Helligkeit werden durch die
Tatsache bedingt, das Pits mit kurzen Lauflängen Licht unter anderen Winkeln
reflektieren als Pits mit längeren
Lauflängen. Bei
der Schaffung des Wasserzeichens werden die codierten Daten selbst
natürlich
nicht verändert.
Das Wasserzeichen wird gewissermaßen in die codierten Daten
eingewebt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers ist
dadurch gekennzeichnet, dass die vorher festgelegte Lauflängenverteilung
von Spur zu Spur korreliert wird, so dass das Wasserzeichen optisch
erkennbar ist. Es hat sich herausgestellt, dass es durch das Korrelieren
der vorher festgelegten Lauflängenverteilung
von Spur zu Spur möglich
ist, ein optisch erkennbares Wasserzeichen auf einem Aufzeichnungsträger zu schaffen,
d. h. dass es mit bloßem
Auge sichtbar ist. Es ist offensichtlich, dass ein derartiges Wasserzeichen
viel leichter zu detektieren ist als ein nicht optisch erkennbares
Wasserzeichen. Von den Erfindern durchgeführte Versuche haben bewiesen,
dass es wichtig ist, die genaue Position auf dem Aufzeichnungsträger zu kennen,
wenn es überhaupt
möglich
ist, das gewünschte
Bild optisch auf den Aufzeichnungsträger aufzubringen.
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Als
optisch erkennbares Wasserzeichen kann ein Wort, beispielsweise
ein Markenname, gewählt
werden. Ein derartiges Wasserzeichen kann beispielsweise dafür verwendet
werden, die Originalität
des Aufzeichnungsträgers
anzugeben. Zusätzlich
ist es möglich,
eine Person, die sowohl die Informationen auf dem Aufzeichnungsträger als
auch das optisch erkennbare Wasserzeichen auf einen anderen Aufzeichnungsträger kopiert,
auf der Grundlage der Verletzung des Urheberrechts gerichtlich zu
belangen. Außerdem
kann ein optisch erkennbares Wasserzeichen auch eine Marketingfunktion
haben, da das Erscheinungsbild eines Aufzeichnungsträgers positiv
beeinflusst wird, indem beispielsweise ein Bild des betreffenden
Künstlers
in dem Wasserzeichen auf einer Musik-CD platziert wird. Ferner kann
die Aufzeichnung eines Wortes auf dem Aufzeichnungsträger das
Bedrucken der Oberseite des Aufzeichnungsträgers überflüssig machen. Dadurch reduzieren sich
die Produktionskosten des Aufzeichnungsträgers.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserzeichen nicht optisch erkennbar
ist. In gewissen Fällen
ist es vorzuziehen, ein nicht optisch erkennbares Wasserzeichen
aufzubringen. Als nicht optisch erkennbares Wasserzeichen versteht
sich ein Wasserzeichen, das nur mit Hilfe optischer Detektoren erkannt
werden kann. Ein derartiges Wasserzeichen birgt den Vorteil, dass
nicht sofort klar ist, dass der Aufzeichnungsträger mit einem Wasserzeichen
versehen ist. Infolgedessen wird es sich ein möglicher Hacker reiflich überlegen,
ob er versucht, das Wasserzeichen auf die eine oder andere Art zu
entfernen.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers, bei
dem der Kanalcode der EFM-Kanalcode (EFM = eight-to-fourteen modulation)
ist, der für
digitale Audio-CDs verwendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Parameter die Auswahl von Koppelbits (engl. merging bits) ist.
In einem durch den Digital-Audio-CD-Aufzeichnungsträger beschriebenen
CD-Standard (bezeichnet als „Red
Book") wird ein
Algorithmus zum Auswählen
von Kombinationen von Koppelbits gegeben. Diese Koppelbits verfolgen einen
doppelten Zweck. Sie werden dazu verwendet, die verschiedenen EFM-Kanalwörter „zusammenzukleben" und den niederfrequenten
Anteil des Signals zu minimieren. Dieser EFM-Kanalcode wird in der
US-amerikanischen Patentschrift
US
4.501.000 beschrieben. Von den Erfindern durchgeführte Versuche
haben bewiesen, dass Abweichungen von diesem Algorithmus nicht unmittelbar
zu einer reduzierten Abspielmöglichkeit
einer CD führen.
Durch das Abweichen von diesem Algorithmus hat es sich als möglich herausgestellt,
lokal Unterschiede in der Lauflängenverteilung
vorzusehen. Daraus ergaben sich Unterschiede in der Helligkeit,
die dazu verwendet werden können,
das Wasserzeichen auf den Aufzeichnungsträger aufzubringen. Ein derartiger
Aufzeichnungsträger
besitzt ferner den bedeutenden Vorteil, dass das Wasserzeichen verloren
geht, wenn die Daten auf dem Aufzeichnungsträger kopiert werden. Genau genommen
ignoriert ein CD-Spieler/Schreiber die
Koppelbits, die zwischen den Daten auf dem Aufzeichnungsträger existieren,
da sie keine Informationen enthalten, die zu den Daten gehören. Auch
wenn eine bitweise Kopie der CD vorgenommen wird, verschwindet das
Wasserzeichen in den meisten Fällen
aufgrund der Unterschiede bei der Herstellung verschiedener Aufzeichnungsträger.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter die Auswahl zwischen
Kanalwörtern
für Informationswörter aus
alternativen Tabellen ist, beispielsweise Informationswörter 1 bis
einschließlich
88 im EFMplus-Kanalcode, wie er bei DVDs eingesetzt wird, oder die
Auswahl zwischen Synchronisationswörtern oder die Auswahl zwischen
Zuständen. Es
hat sich herausgestellt, dass es möglich ist, mit dem EFMplus-Kanalcode
die Lauflängenverteilung
der codierten Daten derart zu verändern, dass ein Wasserzeichen
geschaffen werden kann. Dieser Kanalcode ist in der Europäischen Patentspezifikation
EP 0 745 254 B1 beschrieben.
Es ist beispielsweise möglich,
die Lauflängenverteilung
durch die Wahl des Kanalwortes für
die Informationswörter
1 bis einschließlich
88 zu verändern.
Es ist ebenfalls möglich,
die Lauflängenverteilung
durch die Wahl von Synchronisationswörtern oder Codierzuständen zu
verändern.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter die Auswahl zwischen
Kanalwörtern
für Informationswörter aus
alternativen Tabellen ist, beispielsweise Informationswörter 1 bis
einschließlich
88 im EFMplus-Kanalcode, wie er bei DVDs eingesetzt wird, oder die
Auswahl zwischen Synchronisationswörtern oder die Auswahl zwischen
Zuständen. Ein
derartiges Wasserzeichen kann dazu verwendet werden, das betreffende
Schreibgerät
rückzuverfolgen. Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Aufzeichnungsträger zwei Bereiche enthält, wobei
ein Parameter des Kanalcodes in einem ersten Bereich gesteuert wird,
um eine vorher festgelegte Lauflängenverteilung
in den Marken auf dem Aufzeichnungsträger vorzusehen, so dass das
Wasserzeichen auf dem Aufzeichnungsträger erkennbar ist, während in
einem zweiten Bereich kein Wasserzeichen existiert.
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Die
Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zum Lesen eines Aufzeichnungsträgers. Diese
Vorrichtung umfasst einen Lauflängenzähler. Dieser
Lauflängenzähler bietet
die Möglichkeit,
die Lauflängenverteilung der
codierten Daten zu bestimmen. Diese Information kann dazu verwendet
werden, das Wasserzeichen zu erkennen, das auf dem Aufzeichnungsträger existiert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
dieser Vorrichtung umfasst die Vorrichtung Mittel, die das Auslesen
des Aufzeichnungsträgers
in Abhängigkeit
davon zulassen, ob das Wasserzeichen erkannt wird oder nicht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
dieser Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Detektormittel
ferner so ausgelegt sind, dass sie eine Eigenschaft der Lauflängen verteilung
von Marken ermitteln, die nicht gemäß einem Kanalcode codierte
Daten darstellen. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil,
dass sie sowohl die Lauflängenverteilung
von Daten darstellenden Marken als auch die Lauflängenverteilung
von nicht Daten darstellenden Marken ermitteln kann.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Aufbringen eines
Wasserzeichens auf einen Aufzeichnungsträger, das folgende Schritte
umfasst:
- • Empfangen
von uncodierten Daten,
- • Empfangen
von Informationen über
das Wasserzeichen, das in den codierten Daten vorzusehen ist,
- • Codieren
der uncodierten Daten zu codierten Daten mit Hilfe eines Kanalcodes,
wobei ein Parameter des Kanalcodes unter dem Einfluss der Informationen über das
Wasserzeichen gesteuert wird, um eine vorher festgelegte Lauflängenverteilung
in den Marken auf dem Aufzeichnungsträger vorzusehen, so dass das Wasserzeichen
auf dem Aufzeichnungsträger
erkannt werden kann,
- • Speichern
der codierten Daten auf dem Aufzeichnungsträger.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
dieses Verfahrens umfasst das Verfahren ferner folgenden Schritt:
- • Berechnen
der Koppelbits auf der Grundlage der Informationen über das
Wasserzeichen.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Aufbringen
eines Wasserzeichens auf einen Aufzeichnungsträger, wobei die Vorrichtung
Mittel zum Empfangen von uncodierten Daten umfasst, wobei die Empfangsmittel
ferner so ausgelegt sind, dass sie Informationen über das
Wasserzeichen empfangen, das in den codierten Daten vorzusehen ist,
wobei die Vorrichtung ferner Codiermittel zum Codieren der uncodierten Daten
zu codierten Daten mit Hilfe eines Kanalcodes umfasst, wobei ein
Parameter des Kanalcodes unter dem Einfluss der Informationen über das
Wasserzeichen gesteuert wird, um eine vorher festgelegte Lauflängenverteilung
in den Marken auf dem Aufzeichnungsträger vorzusehen, so dass das
Wasserzeichen auf dem Aufzeichnungsträger erkannt werden kann, wobei
die Vorrichtung ferner Mittel zum Speichern der codierten Daten auf
dem Aufzeichnungsträger
umfasst.
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In
dem Dokument WO 98/08180 werden optische Medien beschrieben, auf
denen eine Signatur gespeichert wird, indem Kanaldatensequenzen
genutzt werden, die gegen die Regeln zum Codieren der Kanalbits
verstoßen.
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In
dem Dokument
US 5.608.171 wird
eine CD-ROM beschrieben, auf der ein Bereich zum Erstellen eines
Zeichen/Graphikmusters vorgesehen ist. Das Zeichen/Graphikmuster
wird derart erstellt, dass Daten, die auf der CD-ROM zwei Sorten
von Pitmustern mit durchschnittlichen Reflexionsgraden erzeugen,
die sich sichtbar voneinander unterscheiden, innerhalb bzw. außerhalb
des Zeichen-/Graphikmusters aufgezeichnet werden.
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Diese
und weitere Aspekte der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im Folgenden mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 die
Lichtreflexion durch Pits mit kurzer Lauflänge und Pits mit langer Lauflänge,
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2a ein
Wasserzeichen in den Koordinaten x, y,
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2b ein
Wasserzeichen in den Koordinaten r, φ,
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2c eine
vergrößerte Ansicht
des Wasserzeichens aus 2b,
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3 den Code eines Algorithmus zum Berechnen
der optimalen Auswahl von Koppelbits,
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4 die
Positionierung der Koppelbits zwischen den EFM-Kanalwörtern,
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5 einen
Entscheidungsbaum zum Ermitteln der optimalen Auswahl von Koppelbits,
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6 eine
Graphik, die die Standardlauflängenverteilung
der Audio-CD und die Lauflängenverteilungen
zeigt, die mit Hilfe des Algorithmus verändert werden,
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7 eine
Graphik, die die spektrale Dichte eines Aufzeichnungsträgers mit
und ohne Wasserzeichen zeigt,
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8 eine
vergrößerte Ansicht
der Graphik aus 7,
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9 ein
Beispiel für
ein Wasserzeichen,
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10 das
Beispiel des Wasserzeichens aus 9 auf einem
Aufzeichnungsträger,
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11 eine
Vorrichtung zum Lesen eines Aufzeichnungsträgers.
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1 zeigt
die Lichtreflexion durch Pits mit kurzer Lauflänge und Pits mit langer Lauflänge. Durch
das Vorsehen einer vorher festgelegten Lauflängenverteilung ist es möglich, eine
unterschiedliche Helligkeit auf dem Aufzeichnungsträger zu erzielen.
Wie bereits erwähnt,
wird diese unterschiedliche Helligkeit durch die Tatsache verursacht,
dass Licht von unterschiedlichen Lauflängen unterschiedlich reflektiert
wird. Bei einer Disk mit kurzen Lauflängen (= hohen Frequenzen) wird
das Licht unter einem größeren Winkel
reflektiert als bei einer Disk mit langen Lauflängen (= niedrigen Frequenzen).
Dies ist schematisch in 1 dargestellt. 1 zeigt
einen Aufzeichnungsträger 1,
der Licht von einer Lichtquelle reflektiert. Die Lichtmenge an den
Positionen A und B wird danach überprüft. Der
Effekt am Punkt A ist folgender: eine relativ kleine Lichtmenge kommt
von den Positionen auf der Disk mit kurzen Lauflängen, während eine relativ große Lichtmenge
von den Positionen auf der Disk mit langen Lauflängen kommt. Der Effekt am Punkt
B ist nun folgender: eine relativ kleine Lichtmenge kommt von Positionen
auf der Disk mit langen Lauflängen,
während
eine relativ große
Lichtmenge von Positionen auf der Disk mit kurzen Lauflängen kommt.
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Wenn
für einen
gegebenen Teil des Aufzeichnungsträgers die gleiche Lauflängenverteilung
erzielt werden soll, ergibt sich ein optischer Effekt, ein optisch
erkennbares Wasserzeichen. Bei kleineren Flächen (beispielsweise eine Spur)
ist die Lauflängenverteilung
in situ nicht für
das Auge sichtbar, kann jedoch durch einen Detektor auf der Informationsebene
erkannt werden. Zum Erzeugen eines optisch erkennbaren Wasserzeichens
sollte die Lauflängenverteilung
von Spur zu Spur korreliert werden. Die genaue Position, die in
Koordinaten x, y oder Koordinaten r, φ auf dem Aufzeichnungsträger ausgedrückt wird,
muss daher bekannt sein. 2a zeigt
ein Wasserzeichen in den Koordinaten x, y. 2b zeigt
ein Wasserzeichen 3 in den Koordinaten r, φ. 2c zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des Wasserzeichens 3 aus 2b. Diese
vergrößerte Ansicht
zeigt, dass sich das Wasserzeichen über eine Vielzahl von Spuren 2 erstreckt.
Zum Bestimmen der genauen Position auf dem Aufzeichnungsträger 1 wird
eine gegebene Position (x, y) in dem Wasserzeichen in 2a in
die zugeordnete Position (r, φ)
in dem Wasserzeichen in 2b,c umgewandelt.
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Es
ist als Alternative möglich,
jede Position (x, y) in einen Ausdruck dieser Position in einer
Sinus/Kosinus-Darstellung umzuwandeln. Zur Reduzierung des Zeitaufwandes
für die
Berechnung ist es auch möglich, den
Aufzeichnungsträger
in beispielsweise 1000 konzentrische Kreise aufzuteilen und pro
Kreis zu berechnen, wo das Wasserzeichen zu positionieren ist. Da
eine CD ungefähr
20.000 Spuren hat, bedeutet dies, dass eine Berechnung an einem
gewissen Punkt alle 20 Spuren durchgeführt werden sollte.
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Die
genauen Kanalbits, die einen Teil des zu schaffenden Wasserzeichens
bilden, werden mit Hilfe der Position (r, φ) berechnet. Zur Lokalisierung
dieser Kanalbits muss ferner die Anzahl von Kanalbits pro Umdrehung
bekannt sein. Versuche haben bewiesen, dass die CLV (engl. Constant
Linear Velocity) des Aufzeichnungsträgers, der „Pitch" (der Abstand zwischen aufeinander folgenden
Spuren auf dem Aufzeichnungsträger) und
der Anfangsdurchmesser des Schreibbereichs eines Aufzeichnungsträgers sehr
genau bekannt sein müssen
oder berechnet werden sollten. Es hat sich herausgestellt, dass
(CLV*Pitch) mit einer Genauigkeit von IE-6 und der Anfangs- und
Enddurchmesser mit einer Genauigkeit von 1,6 μm bekannt sein müssen, damit
es möglich
ist, das optisch erkennbare Wasserzeichen auf einer Audio-CD vorzusehen.
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Durch
das Aufbringen des Wasserzeichens an einer festen Position auf dem
Aufzeichnungsträger kann
verhindert werden, dass das Wasserzeichen durch eine bitweise Kopie
kopiert wird. In einer Vorrichtung zum Lesen des Aufzeichnungsträgers kann
dann beispielsweise mit Hilfe eines Tachosignals erkannt werden, ob
das Wasserzeichen immer an der gleichen Position der Disk gemessen
wird. Tatsächlich
hat sich herausgestellt, dass es im Fall einer bitweisen Kopie im
Wesentlichen unmöglich
ist sicherzustellen, dass ein gegebenes Kanalbit in der Kopie genau
die gleiche Position auf der Disk wie auf dem Master-Exemplar einnimmt.
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Koppelbits
werden unter anderem in dem Kanalcode einer Audio-CD verwendet.
Wie bereits erwähnt erfüllen diese
Koppelbits einen doppelten Zweck. Sie werden zum „Zusammenkleben" der verschiedenen EFM-Kanalwörter und
zum Minimieren des niederfrequenten Anteils des Signals eingesetzt.
Zur Steuerung dieses niederfrequenten Anteils des Signals wird der
Wert der laufenden digitalen Summe (engl. Running Digital Sum, RDS)
in gegebenen Grenzen gehalten. Dies wird hier als Gleichstromsteuerung
bezeichnet. Dieser RDS-Wert gibt an, ob mehr Kanalbits mit dem Wert „0" oder dem Wert „1" in dem Signal auftreten.
Indem man den RDS-Wert weitestgehend um Null hält, wird sichergestellt, dass
der niederfrequente Anteil des Signals klein genug bleibt. Die Wahl
der Koppelbits beeinflusst den RDS-Wert, da es möglich ist, durch eine gegebene Auswahl
der Koppelbits einen zusätzlichen Übergang
in das Signal einzufügen.
Das Red Book schlägt
einen Algorithmus vor, bei dem um ein EFM-Wort vorgegriffen wird,
um den Gleichstromanteil des Signals zu minimieren.
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Die
Erfinder haben festgestellt, dass eine korrekte Wahl der Koppelbits
die Möglichkeit
schafft, ein optisch erkennbares Wasserzeichen auf der Audio-CD
vorzusehen und eine ausreichende Gleichstromsteuerung durchzuführen. Bei
einem ersten Ausführungsbeispiel
erfolgt dies durch den folgenden einfachen Algorithmus: Für Bereiche,
die hell werden sollen, wird eine Kombination von Koppelbits mit
einem Übergang
ausgewählt, und
für Bereiche,
die dunkel werden sollen, wird eine Kombination von Koppelbits ohne
einen Übergang
ausgewählt.
Wenn eine Auswahl für
eine Kombination von Koppelbits mit einem Übergang getroffen wird und
mehrere Möglichkeiten
bestehen, wird die Kombination von Koppelbits ausgewählt, die
den niedrigsten RDS-Wert ergibt. Überschreitet der RDS-Wert zu
einem gegebenen Zeitpunkt ein vorher festgelegtes Maximum, wird
immer die Kombination von Koppelbits ausgewählt, die den niedrigsten RDS-Wert
ergibt, auch wenn es zu Lasten des Kontrastes des optischen Wasserzeichens
geht. Versuche an dem Aufzeichnungsträger mit einem gemäß diesem
Algorithmus geschaffenen Wasserzeichens haben bewiesen, dass die
Abspielmöglichkeit
des Aufzeichnungsträgers
kaum beeinträchtigt
wurde. Der niederfrequente Anteil des Signals (dargestellt durch
die „Einkerbung" im Kanalbitspektrum)
erschien größer als
der niederfrequente Anteil eines Signals auf einer Standard-Audio-CD
gemäß dem Red
Book.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
basiert auf dem „n-Symbol-Vorgriff" (engl. n symbol
look-ahead) und nutzt lineare Programmierverfahren. Dieser Algorithmus
bietet die Möglichkeit,
ein Wasserzeichen sowohl mit einem guten Kontrast als auch mit einem
guten Kanalbitspektrum zu erzeugen. Dieses Spektrum ist vergleichbar
mit dem Spektrum, das durch den Algorithmus „Ein-Symbol-Vorgriff" (engl. one symbol
look-ahead) erzielt wird
und in der EFM-Kanalcodierung gemäß dem Red Book verwendet wird. 3 zeigt den Code eines Algorithmus zum
Berechnen der optimalen Auswahl von Koppelbits. Dieser Code ist
eine einfache Implementierung des Einsatzes von linearen Programmierverfahren
zum Berechnen der korrekten Kombinationen von Koppelbits. Bei jeder
Wiederholung werden alle möglichen
Kombinationen von Koppelbits erzeugt und getestet, woraus ein optimales
Ergebnis resultiert. Mit anderen Worten: alle vier möglichen
Kombinationen von Koppelbits werden ausgewählt, und der DSV-Wert und der
Kontrast des Wasserzeichens werden für jede Kombination berechnet.
Anschließend
wird die Kombination gewählt,
die einen DSV-Wert innerhalb der angegebenen Grenzen und einen maximalen
Kontrast des Wasserzeichens garantiert, während die durch den Kanalcode
vorgegebenen Beschränkungen
der Lauflänge
weiter eingehalten werden (im Fall des EFM-Kanalcodes ist dies eine
k-Beschränkung
von 2 und eine d-Beschränkung
von 10).
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Dieser
Algorithmus wird mit Bezug auf die 4 und 5 erläutert. 4 zeigt
die Positionierung der Koppelbits zwischen den EFM-Kanalwörtern. 5 zeigt
einen Entscheidungsbaum zum Bestimmen der optimalen Auswahl von
Koppelbits. In 5 besitzt der Entscheidungsbaum
eine Tiefe von drei, d. h. es wird bei der Bestimmung der optimalen
Kombination von Koppelbits drei EFM-Wörter vorgegriffen, was als „3-Symbol-Vorgriff" (engl. 3 symbol
look-ahead) bezeichnet wird. Infolgedessen gibt es 64 (= 4 × 4 × 4) mögliche Kombinationen
von Koppelbits. Der Algorithmus erzeugt alle 64 Möglichkeiten
und berechnet, welche Möglichkeiten
auf der Grundlage der dem Kanalcode auferlegten Beschränkung zugelassen
sind und anschließend
einen DSV-Wert innerhalb der angegebenen Grenzen und einen maximalen
Kontrast des Wasserzeichens garantieren. In dem Algorithmus wird
eine Vielzahl von Parametern verwendet. Sie haben die folgende Bedeutung:
possible
solution: jegliche mögliche
Kombination von Koppelbits ohne Berücksichtigung der Beschränkungen.
possible
solution is feasible: eine Kombination von Koppelbits, bei der die
dem Kanalcode auferlegten Beschränkungen
eingehalten werden.
t[n]: gibt an, ob ein Übergang oder ein Nichtübergang
gewünscht
wird.
number_of_ones_within: gibt die Anzahl von „Nullen" in einer gegebenen
Kombination von Koppelbits an.
calculate RDS: berechnet den
RDS-Wert basierend auf dem Parameter „start_sign" und den berechneten Kombinationen
von Koppelbits. Das letzte EFM-Wort hat den Index n.
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Die 6, 7 und 8 sind
Graphiken, die die Lauflängenverteilung
und die spektrale Dichte eines gemäß dem oben beschriebenen Algorithmus
berechneten Signals zeigen. 6 ist eine
Graphik, die die Standardlauflängenverteilung
der Audio-CD (normaler Gleichstrom) und Lauflängenverteilungen zeigt, die
mit Hilfe des Algorithmus verändert
wurden. Die Figur zeigt die Lauflängenverteilung ([–10, 10] Übergänge), die mit
Hilfe des Algorithmus verändert
wurde, wobei die veränderte
Lauflängenverteilung
eine größere Anzahl von
kurzen Lauflängen
enthält,
und die Lauflängenverteilung
([–10,
10] Nicht-übergänge), die
mit Hilfe des Algorithmus verändert
wurde, wobei die veränderte
Lauflängenverteilung
eine größere Anzahl
von langen Lauflängen
enthält.
Diese Figur zeigt die Situation, bei der der RDS-Wert innerhalb
des Intervalls [–10,
10] gehalten wurde.
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Im
Fall des „[–10, 10] Übergänge" bedeutet dies, dass
Kombinationen von Koppelbits ausgewählt wurden, die Übergänge (soweit
wie möglich)
vorsehen, so dass mehr kurze als lange Lauflängen vorhanden sein werden.
Besteht die Gefahr, dass der RDS-Wert außerhalb des Intervalls liegt,
wird eine Kombination von Koppelbits ausgewählt, die garantiert, dass der
RDS-Wert innerhalb des Intervalls bleibt. Die Tatsache, dass eine derartige
Auswahl zu einer größeren Anzahl
von kurzen Lauflängen
führt,
ist in 6 dargestellt (insbesondere für die Lauflängen von 3 und 4). Zum Bestimmen
der möglichen
Kombinationen von Koppelbits wurde in diesem Fall 3 EFM-Wörter vorgegriffen
(„3-Symbol-Vorgriff").
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Im
Fall des „[–10, 10]
Nichtübergänge" wird durch das Auswählen von
Nichtübergängen in
zugelassenen Fällen
(in den Fällen,
in denen der RDS-Wert nicht außerhalb
des angegebenen Intervalls fällt)
garantiert, dass eine größere Anzahl
von langen Lauflängen
in diesem Signal auftritt. Die Tatsache, dass eine derartige Auswahl
zu einer größeren Anzahl
von langen Lauflängen
führt,
ist in 6 zu sehen (insbesondere für die Lauflängen von 8, 9, 10 und 11).
Auch in diesem Fall wird der „3-Symbol-Vorgriff" verwendet.
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Durch
Anpassen der Größe des RDS-Wertes
ist es möglich,
das gewünschte
Gleichgewicht zwischen der Gleichstromsteuerung und dem Kontrast
des Wasserzeichens zu finden. Im Fall eines Intervalls [–5, 5] wird der
niederfrequente Signalanteil der resultierenden Signale kleiner
(verbesserte Gleichstromsteuerung), der Kontrast des Wasserzeichens
wird jedoch auch reduziert, da in der größeren Zahl der Fälle keine
Kombination von Koppelbits gewählt
wird, die einen starken Kontrast garantiert, sondern eine Kombination
von Koppelbits, die garantiert, dass der RDS-Wert innerhalb des
vorgegebenen Intervalls bleibt. Es hat sich herausgestellt, dass
die „spektrale
Einkerbung" breiter
wird, wenn das Intervall reduziert wird.
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Anstelle
zum Berechnen der resultierenden RDS für jegliche mögliche Kombination
von Koppelbits eine Anzahl von EFM-Wörter vorzugreifen ist es alternativ
möglich,
eine große
Anzahl von EFM-Wörter
vorzugreifen und die entsprechende spektrale Dichte zum Bestimmen
der am besten geeigneten Kombinationen von Koppelbits zu berechnen.
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7 zeigt
eine Graphik, die die spektrale Dichte eines Aufzeichnungsträgers mit
und ohne Wasserzeichen darstellt. 8 ist eine
vergrößerte Ansicht
der Graphik aus 7 und zeigt die spektrale Dichte
in dB. In diesem Fall wird das Wasserzeichen auf den Aufzeichnungsträger aufgebracht,
indem Übergänge und Nichtübergänge genutzt
werden, wobei der RDS-Wert innerhalb eines Intervalls von [–5, 5] bleiben
musste. Dies bedeu tet, dass die Anzahl kurzer Lauflängen so
gewählt
wird, dass sie beispielsweise an den Positionen, an denen ein Wasserzeichen
vorzusehen ist, größer ist,
während
die Anzahl langer Lauflängen
an den Positionen zunimmt, an denen kein Wasserzeichen vorzusehen
ist. Dies steht im Gegensatz zur Situation in 6, in
der die Auswahl so vorgenommen wurde, dass die Lauflängenverteilung
an Positionen, an denen ein Wasserzeichen vorzusehen ist, verändert wird,
während
die Lauflängenverteilung
an Positionen, an denen kein Wasserzeichen vorzusehen ist, nicht
verändert
wird. Auf diese Weise ist es möglich,
den Kontrast des vorzusehenden Wasserzeichens zu erhöhen.
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Aus 7 ist
ersichtlich, dass das Spektrum des Signals auf dem Aufzeichnungsträger mit
einem Wasserzeichen im Wesentlichen dem Spektrum des Signals auf
dem Aufzeichnungsträger
ohne Wasserzeichen entspricht. Dies trifft insbesondere auf das
Spektrum bei niedrigen Frequenzen zu, wie es in 8 zu sehen
ist.
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9 zeigt
ein Beispiel eines Wasserzeichens, und 10 zeigt
dieses Beispiel eines Wasserzeichens auf einem Aufzeichnungsträger. Die
Erfinder haben dieses Wasserzeichen erfolgreich auf eine CD aufgebracht,
wobei als RDS-Intervall [–5,
5] gewählt
wurde.
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Die
Erfindung betrifft nicht nur einen Aufzeichnungsträger mit
einem Wasserzeichen und ein Verfahren zum Aufbringen eines Wasserzeichens,
sondern auch eine Vorrichtung zum Lesen eines Aufzeichnungsträgers mit
einem Wasserzeichen. 11 zeigt eine derartige Vorrichtung.
Die Vorrichtung ist mit Antriebsmitteln 26 zum Drehen des
Aufzeichnungsträgers 1 und
einem Lesekopf 27 zum Lesen der Spuren auf dem Aufzeichnungsträger ausgestattet.
Der Lesekopf 27 umfasst ein optisches System einer bekannten
Art, das dazu bestimmt ist, einen Lichtfleck 28 zu erzeugen,
der mit Hilfe eines Lichtbündels 29,
das durch optische Bauteile, wie eine Kollimatorlinse 39 zum
Kollimieren des Lichtbündels
und eine Objektivlinse 40 zum Fokussieren des Lichtstrahls
auf eine Spur des Aufzeichnungsträgers fokussiert wird. Das Lichtbündel 29 wird
durch eine Strahlungsquelle 41, beispielsweise eine Infrarot-Laserdiode
mit einer Wellenlänge
von 780 nm und einer optischen Leistung von 3 mW, erzeugt. Der Lesekopf 27 umfasst
ferner ein Stellglied, das dazu dient, das Lichtbündel 29 auf
den Aufzeichnungsträger
zu fokussieren, und ein Spurnachführungs-Stellglied 30 zum
Feinpositionieren des Lichtflecks 28 in radialer Richtung
in der Mitte der Spur. Die Spur kann auch von einem Laserstrahlenbündel verfolgt
werden, indem die Position der Objektivlinse 40 verändert wird.
Nach der Reflexion durch den Aufzeichnungsträger wird das Lichtbündel 29 von
einem Detektor 42 einer bekannten Art, bei spielsweise einen Quadrantendetektor,
detektiert, und erzeugt Detektorsignale 31, nämlich ein
Lesesignal, ein Spurnachführungsfehlersignal,
ein Fokussierfehlersignal, ein Synchronisationssignal und ein Lock-In-Signal.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Strahlteilerwürfel 43,
ein polarisierender Strahlteilerwürfel, eine Membran oder ein
Verzögerer
verwendet werden. Die Vorrichtung ist mit Spurnachführungsmitteln 32 ausgerüstet, die
mit dem Lesekopf 27 verbunden sind, um das Spurnachführungsfehlersignal
vom Lesekopf 27 zu empfangen und das Spurnachführungsstellglied 30 zu
steuern. Die Detektorsignale 31 werden den Detektormitteln 34 zum
Detektieren eines Wasserzeichens zugeführt, das eventuell auf dem
zu lesenden Aufzeichnungsträger
existiert. Die Detektormittel 34 können beispielsweise als Lauflängenzähler zum
Bestimmen der Lauflängenverteilung der
Daten ausgeführt
werden. Das Wasserzeichen kann auf der Grundlage dieser Verteilung
detektiert werden.
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Bei
einem einfachen Ausführungsbeispiel
eines Lauflängenzählers zählt der
Lauflängenzähler die
Anzahl der Lauflängen
mit der Länge
I3. Durch das Einfügen
einer anderen Anzahl von Lauflängen
mit der Länge I3
für verschiedene
Teile auf dem Aufzeichnungsträger
(durch die geeignete Wahl der Kombinationen von Koppelbits) ist
es möglich,
einen Schlüssel
auf dem Aufzeichnungsträger
vorzusehen. Die Vorrichtung kann diesen Schlüssel detektieren, indem sie
das Auftreten der Anzahl von Lauflängen mit der Länge I3 an
verschiedenen Positionen vergleicht.
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Nach
dem eventuellen Detektieren des Wasserzeichens wird das Lesesignal
Mitteln 40 zugeführt,
die so ausgelegt sind, dass sie das Auslesen des Aufzeichnungsträgers in
Abhängigkeit
davon zulassen, ob das Wasserzeichen detektiert wird oder nicht.
Nach diesen Mitteln 40 wird das Lesesignal in Ausgangsinformationen 39 umgewandelt,
wenn der Aufzeichnungsträger
gelesen werden kann. Die Vorrichtung ist mit einem Adressendetektor 35 zum
Detektieren von Adresseninformationen und Positioniermitteln 36 zum
groben Positionieren des Lesekopfes 27 in radialer Richtung
der Spur ausgerüstet.
Die Vorrichtung ist ferner mit einer Systemsteuereinheit 37 zum
Empfangen von Befehlen von einem Steuercomputersystem oder von einem
Benutzer und zum Steuern der Vorrichtung mit Hilfe von Steuerleitungen 38,
beispielsweise einem mit den Antriebsmitteln 26, den Positioniermitteln 36,
dem Adressendetektor 35, den Spurnachführungsmitteln 32 und
den Detektormitteln 34 verbundenen Systembus, versehen.
Zu diesem Zweck umfasst die Systemsteuereinheit 37 eine
Steuerschaltung, beispielsweise einen Mikroprozessor, einen Programmspeicher
und Steuerports zum Durchführen
der Prozeduren, wie unten beschrieben.
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Die
Systemsteuereinheit 37 kann auch in einer Zustandsmaschine
in logischen Schaltungen ausgeführt
werden.
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Die
Erfindung wurde zwar mit Bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschrieben, es ist jedoch offensichtlich, dass andere Ausführungsformen
als Alternative verwendet werden können, um dasselbe Ziel zu erreichen.
Jeglicher Parameter des Kanalcodes, der die Möglichkeit bietet, die Lauflängenverteilung
zu ändern,
kann dazu verwendet werden, erfindungsgemäß ein Wasserzeichen auf einen
Aufzeichnungsträger
aufzubringen. Die Erfindung ist nicht auf CDs beschränkt, auf
die ein Wasserzeichen aufgebracht wurde, sondern kann auch auf CD-Rs,
CD-RWs oder DVDs und jeglichem anderen optischen Aufzeichnungsträger eingesetzt
werden, bei dem ein Parameter des Kanalcodes für die Schaffung eines Wasserzeichens
genutzt werden kann. Ferner ist die Erfindung so anzusehen, dass
sie jeglichem neuen charakteristischen Merkmal bzw. jeglicher neuen
Kombination von charakteristischen Merkmalen innewohnt. Text
in den Figuren Figur
2a
| Bitmap | Bitmap |
| Pattern | Muster |
Figur
5
| Possible
solutions | Mögliche Lösungen |
Figur
6
| Percentage | Prozent |
| Runlength | Lauflänge |
| Transitions | Übergänge |
| Normal
DC | normaler
Gleichstrom |
| Non
transitions | Nichtübergänge |
Figur
7
| Watermark | Wasserzeichen |
| Red
Book | Red
Book |