把m比特信息字序列變換為已調信號的方法
2023-06-05 01:44:26 5
專利名稱：把m比特信息字序列變換為已調信號的方法
把m比特信息字序列變換為已調信號的方法，製造記錄載體的方法，編碼設備，解碼設備，記錄設備，信號，以及記錄載體。
本發明涉及一種把m比特信息字序列變換為已調信號的方法，m為整數，在該方法中，對於每一接收的信息字均傳遞一個n比特碼字，並且傳遞的信號與被轉換成已調信號的p比特合併字是交替的，其中(n+p)大於m，同時其中信號字序列是根據轉換規則轉換成碼字和合併字交替序列，使得對應的已調信號滿足預定的標準。本發明還涉及製造記錄載體的方法，在按照所述方法獲得的載體上記錄了信號。
本發明還涉及一種用於實現如權利要求的方法的編碼設備，該設備包括一個用於轉換m比特信息字為n比特碼字的m比特到n比特的轉換器，以及用於選擇p比特合併字的裝置，和用於轉換交替n比特碼字和p比特合併碼字為已調信號的裝置。
本發明還涉及一種記錄設備，在其中使用了這種類型的編碼設備。
本發明還涉及一種信號。
本發明還涉及一種記錄載體，在該載體上記錄此信號。
本發明還涉及一種用於製造所述記錄載體的裝置，包括一個通過一個放射光束來掃描記錄載體放射敏感層的光學系統，和一個用於以一定方式調製放射光束的調製單元，其中此方式是通過與應用在調製單元的控制信號相對應的在放射敏感層的放射光束形成的模式。
本發明還涉及用於轉換此信號為m比特信息字序列的解碼設備，此設備包括轉換裝置，它用於將信號轉換為具有一個低或者高邏輯值的比特串，此比特串包含對應於信息信號部分的n比特碼字，並且此設備還包括用於將碼字序列轉換成信息字序列的，同時將與碼字有關的信息字指派給每個將被轉換的碼字的轉換裝置。
最後，本發明還涉及一種讀出設備，在其中使用了這種類型的解碼設備。
此種方法，此種設備，此種記錄載體和此種信號是由K.A.Schouhamer Immink發表在《用於數字記錄器的編碼技術(CodingTechniques for Digital Recorders)》(Chapter 5，Prentice-Hall，1991，ISBN 0-13-140047-9)一書中。在所述篇名中，比如描述了編碼器，它用於將m比特信息字序列轉換為一比特序列，在此比特序列中，位於兩個連續「1」之間「0」的個數位於d和k之間。這些限制也稱作d一和k-限制，或者dk-限制。在特定的現有技術方法中，(見所述篇名114-117頁)根據轉換表，將m比特信息字轉換成n比特碼字，並且其中p比特合併字被插入到連續碼字之間，m、n、p是整數，(n+m)大於m，以及大於或等於d。碼字和合併字這樣被選擇，以便滿足級聯交替碼字和合併字的dk-限制。通過模2積分操作，交替碼字和合併字被轉換成由具有高或低信號值的比特元形成的對應信號，在被調製信號中，「1」-比特代表從高到低信號值的改變或者相反。「0」比特代表在兩個比特元之間躍遷時不出現信號值的改變。已調信號連續躍遷之間的最小距離是d+1比特間隔，並且已調信號連續躍遷之間的最大距離是k+1比特間隔。利用dk-限制時，希望系統是自同步，它要求在已調信號中的連續躍遷不要離的太遠，並且更進一步要求已調信號的兩個躍遷不要跟的太接近，以便限制內部符號幹擾。另外，已調信號中的低頻成分要控制在儘可能小。此信號也被稱為無重複信號的信號。使用所述無重複信號的信號的第一個原因是通常記錄信道不響應低頻成分。當信號從在軌跡中錄有信號的光記錄載體上讀出時，信號中低頻成分的抑制也非常有利，因為未被所記錄信號幹擾的連續跟蹤控制是可能的。對低頻成分好的抑制導致尋軌的提高且可聞噪聲幹擾少。
在美國專利說明書4501000中發現了使用此種信號來記錄和讀取在光學或者磁-光記錄載體上的音頻信號的例子。說明書描述了EFM調製系統，它用於在壓縮盤(CD)或者小型盤(MD)上記錄信息。此EFM-已調製信號通過把m(＝8)-比特信息字序列轉換成n(＝14)-比特碼字序列而獲得，並且其中p(＝3)個合併比特被插入到連續碼字之間。14比特的各個碼字滿足的條件是處在連續兩個「1」之間的「0」最少個數是d(＝2)和最多個數是k(＝10)。為了滿足這樣的條件，在碼字之間使用3-比特合併字。允許使用8個可能的3-比特合併字中的四個3-比特合併字，即即「001」、「010」、「000」和「100」。當它們違反所規定的d(＝2)-限制時，剩下的可能的3比特合併字，即「111」、「011」、「101」和「110」就不能使用。四個所允許的合併字中的一個這樣被選擇，以便在串聯交替碼字和合併字之後所獲得的比特串及合併字滿足dk-限制，並且對用於模2積分信號，運行數字和的值基本維持常數。在指定瞬間的運行數字和的值，即RDS，被認為是具有高信號值的比特元數與具有低信號值的比特元數之差的平均值，是根據處在此瞬間之前的已調製信號計算出來的。基本上為常數的運行數字和的值意味著信號的頻譜未包含低頻區域的頻率成分。通過根據上述規則決定合併字，能夠減少已調製信號中的低頻成分。對於3-比特合併字的選擇是基於這樣的要求，一方面信道信號基本上是無重複信號，並且同時要滿足用於信道信號的dk-限制。EFM信號的解碼是非常簡單的。由解碼器跳過3-比特合併字，並且通過使用一個查詢表或者PLA等，把14-比特碼字轉換成信息字節。
由K.A.Schouhamer Immink和U.Gross發表在Radio andElectronic Engineer，vol.53，pp.63-66，1983中的題目為「Optimization of Low-frequency Properties of Eight-to-FourteenModulation(EFM)」文章中描述了一種用於抑制低頻成分的改進方法。在所述文章中，作者描述了一種方法，其中p比特合併字的選擇不但依靠一個簡單的即將出現的碼字，而且其中相反地，通過使用q個即將出現地碼字來進行選擇，其中q是一個大於1的整數。從所引用的文章中能夠推斷出這種所謂的前查(Look-ahead)策略改進了低頻抑制特性。所述策略中的顯著缺點是當運算的數目，諸如加法、比較、緩衝等及包含在所選擇操作中碼字數目按指數率地增加時，很難實現它。作為一個例子，使用兩個碼字的前查策略需要4×4＝16加法/比較操作，並且使用三個碼字的策略需要4×4×4＝64加法/比較操作等。對於其所選擇電路的速度和能量消耗非常需要的許多應用，所述前查策略幾乎就不能採用。
發表在IEE Electronics Letters，vol.33，no.23，pp.1943-1944，NOV.1997，作者為K.A.Schouhamer Immink的一篇最近的題目為「Weakly constrained codes」文章中，描述了一種新型限制碼，稱作弱限制碼。當弱限制碼產生以(低)概率P違反所規定限制的序列時，弱限制碼就不會按照dk-限制。作者主張，如果信道有錯誤，向信道供給完整的限制序列就沒有意義了。違反所規定的dk-限制提供了一個額外的自由度，利用它能夠減少低頻成分。所知道的是違反d-限制，比如一連串的「0」小於d，容易出現來自內部符號幹涉的錯誤。違反k-限制很容易導致時鐘同步的損失，隨後，時鐘同步的損失會導致錯誤激發。因此當違反dk-限制的頻率必須在它們不可避免地在接收機位置處導致比特檢測錯誤的時候很小時，此方法不是很有效。
信息記錄時常需要增加讀取和寫入速度。然而為了增加讀取速度需要較高的跟蹤裝置伺服頻帶寬度，依次地，伺服頻帶寬度對在所記錄信號中低頻成分的抑制上設置更嚴格的限制。改進的低頻成分的抑制對抑制由跟蹤裝置產生的可聞噪聲也是有利的。因為這個原因，最好是通過一些努力來防止信號包括低頻成分。
因此本發明的一個目的是提供一種數字調製方法，能夠高效率的抑制低頻成分，同時以小的計算負擔，比如加法/比較操作來達到此目標。
本發明的再一個目的是提供一種信息記錄介質，比如一種光碟或者磁-光碟，在其上記錄通過本發明操作來調製的數字數據。
對現有技術所固有的問題的一個可能的解決方法是基於這樣的觀察，現有技術方法過渡地限制在合併字的選擇上，並且只有那些合併字被允許，即當交替合併字和碼字被串聯時規定的dk-限制得到滿足。
在本發明的第一個方面中，提供了一種數字調製方法，用於把m比特信息字轉換成n比特碼字，並且其中p比特合併字插入到連續碼字之間，m、n、p是整數，其中(n+p)大於m。碼字在實施中服從d-和k-限制，但是合併字不需要服從所述d-限制。所知道的是一連串的「0」小於d容易出現來自內部符號幹涉的錯誤。然而，當合併字不把信息提供給接收器時，能夠違反在合併字中的d-限制，而不會危害所接收碼字的可靠性。然後，作為來自被選擇合併字中的一組合併字尺寸增加的結果，關於在現有技術方法或裝置的規則下產生的已調信號，已調信號的低頻成分能夠被大大地減少。這個實施例在這樣的方面是有益的，即在已調信號中出現的低頻成分比在現有技術中能夠得到更好的避免。
本發明的再一個實施例的特徵是同步(sync)字插入到碼字序列中，此同步字表示不可能發生在通過交替合併字和碼字的級聯而形成的比特流中的比特模式。選擇電路系統排除了那些p比特合併字，當那些p比特合併字與交替碼字級聯時，將產生同步模式。上述排除的規則把p比特合併字看作所有的「0」字，此p比特合併字在連續「1」之間包含u個「0」，其中u是一個小於d的整數。這個實施例在這樣的方面是有益的，即在讀取裝置可能檢測到短的「0」串長度作為所有的「0」字的情況下，不會產生錯誤的同步模式。
通過本發明最近實施例的以下描述，本發明的這些目的和其它目的、特徵和優點將變得更加清楚，其中
圖1是本發明一個實施例的簡單方框圖；圖2是一個用於解釋已調數據的簡略視圖；圖3是一個用於解釋連續碼字和p比特合併字級聯的圖表；圖4A至4H是一個表示把用於轉換8比特信息字的圖錶轉換成14比特碼字的簡略視圖及反過來的簡略視圖。
在本發明的最佳實施例中，連續n比特碼字與p比特碼字是交替的。在本發明的第一個方面，編碼器產生一組使用者連續碼字之間的所允許的P比特合併字，以便使由交替的碼字和合併字組成的序列滿足位於合併字中的引導端「1」和位於在合併字之前的碼字中的尾端「1」之間的條件，並且位於合併字中的尾端「1」和位於在合併字之後的碼字中引導端「1」至少是d個「0」。在本發明的第二個方面，編碼器從所述所允許的一組合併字中選擇，其中合併字在經過模2積分後的連續碼字和此合併字中產生最接近零的累積重複信號失衡。比如，在d＝2、k＝10、n＝14、m＝8及p＝3的EFM碼中，存在著所允許的8個可能的合併字中的4個3比特合併字，即「001」、「010」、「000」和「100」。在本發明的一個實施例中，允許使用比如剩下的3比特合併字，即「111」、「011」、「101」和「110」。然而，存在三種局限首先，在交替的14比特碼字和3比特合併字串聯中，不會違反所規定的K(＝10)限制；第二，在交替的14比特碼字和3比特合併字串聯中，可能不會產生同步模式；並且第三，為了保證碼字的可靠性，在連接於合併字的兩個碼字的開始或結尾處出現的連續數字「0」將至少是d(＝2)。圖表1用圖解法表示一組所允許合併字的產生過程，相應RDS的計算，和產生最小限度重複信號失衡的合併字選擇。
圖表1
圖表1詳細表示了在十進位64中8比特信息字「01000000」的轉換，以及隨後的在十進位95中8比特信息字「01011111」的轉換。根據圖4A-4H中所示的轉換圖表，把信息字分別轉換成14比特碼字「01001000100100」和「00100000000100」。為了說明目的，假設在碼字「01001000100100」末端，RDS等於+5。在所遇到的特定情況下，能夠使用所有可能的3比特合併字，而不會違反所規定的限制。圖表1顯示所有可能的3比特合併字，並且顯示在合併字和碼字級聯和模2積分後所得到的RDS。根據本發明，編碼器選擇導致一個最接近零的RDS的特定合併字，比如選擇「101」。因此在串聯合併字「101」和碼字「00100000000100」之後，RDS為0。在這種方式中，已調信號的重複信號標準保持在一個大體上恆定的標準，並且已調信號的頻譜將顯示已壓縮的低頻成分。值得注意的是，合併比特服從所規定(d)-限制的現有編碼器將選擇合併字「000」，即+4，此合併字將導致一個更大的RDS。此例子表示根據所發明方法而獲得的信號顯示了一個比通過現有技術方法所產生信號更恆定的已調信號重複信號標準。
圖表2
作為本發明更進一步的說明，圖表2表示在碼字「01001000100100」和「01000001001001」級聯的情況下，產生所有3比特合併字的操作。當合併字的尾端「1」和碼字「01000001001001」的引導端「1」分別少於d(＝2)個「0」時，不允許合併字「001」、「011」和「111」。如果假設在碼字「01001000100100」末端的RDS等於+5，那麼在一個候選合併字和14比特碼字級聯和模2積分之後，RDS列在圖表2中。根據本發明的一個方面，編碼器選擇碼字導致RDS最接近於零，比如選擇「110」。因此在串聯合併字「110」和碼字「01000001001001」之後，RDS是+2。值得注意的是，合併字服從所規定(d)-限制的現有編碼器將選擇合併字「000」，即+4，此合併字將導致一個更大的RDS。
在前面，解釋了編碼器包括用於產生所有可能的p比特合併字的裝置。編碼器進一步包括用於選擇滿足所給的限制和達到RDS最小絕對值的p比特合併字的裝置。在一組可能的碼字中存在著p比特合併字，此一組可能的碼字將總是導致p比特合併字和n比特碼字級聯中的RDS相同的值，這對於本領域技術人員來說是很明顯的。能夠利用此特性來減少選擇設置，因此就減少了所選擇電路系統的計算負擔和/或硬體需求。很容易就能夠證明，比如當p＝3時，合併字「111」和「010」將總是導致RDS相同的值。一個碼字，比如「111」能夠從選擇設置從排除，從而選擇的尺寸從8個字減小到7個字。基於除了在前面描述的RDS之外的其它要求，能夠選擇p比特合併字，這對於本領域技術人員來說也是很明顯的。
更可取地是，已編碼信號包括一序列q個交替合併字和碼字，其中q是一個整數。在已編碼信號之間插入同步(sync)信號。更可取地是，同步信號不會發生在一序列已編碼信號中。按照慣例，同步模式包括具有一個邏輯「0」的s比特序列，其中s是一個大於k的整數，或者同步模式包括具有一個通過有一個邏輯「1」的一比特分離開的邏輯「0」的兩個k比特序列。從候選合併字中選擇p比特合併字，從而交替合併字和碼字的級聯中不會包括一個等於同步模式的模式。信息存儲在一連續空間標記中，根據一連續碼字，兩個標記的長度和連續標記之間的空間是離散變化的。應該知道，關於讀取點的尺寸，合併字「111」、「011」、「101」和「110」將產生其長度很短的標記或者空間。空間和標記的長度如此小，以致拾取單元不能夠觀察到它們。這就意味著通過解碼設備，把合併字「111」、「011」、「101」和「 110」檢測成為「000」，依次地，這就意味著檢測電路系統能夠檢測錯誤同步模式或者有可能導致違反k限制。在一個最佳實施例中，通過在同步模式或者k-限制的計算中把合併字「111」、「011」、「101」和「110」看作「000」，合併字選擇電路系統能夠避免錯誤同步模式和/或錯誤k-限制違反的產生。例如，如果k＝10，那麼選擇電路系統將排除產生序列，比如『00001100000』或者『00010100000』等的合併字，這些序列可能會導致錯誤的k(＝10)-限制違反。如果同步模式是『10000000000100000000001』，那麼選擇電路系統將將排除產生序列，比如『10011000000100000000001』或者『10000000000100010100001』等的合併字，這些序列可能會導致一個錯誤同步模式的產生。
參考圖表，本發明的一個實施例描述如下。
在圖1中，標號1表示一個輸入端，把一個數字數據提供給此輸入端以便記錄在一個記錄介質上，比如光碟或磁-光碟，標號2涉及一個串並行轉換器，用於把輸入數據轉換成為m並行比特數據，及標號3表示一個數據轉換器。向數據轉換器3提供數據比特d1，...，d8，並且把數據比特轉換成17個信道比特c1，...c17。17比特字包括兩個部分，即一個具有信道比特c1，...c14的14比特碼字和一個具有信道比特c15，...，c17的3比特合併字。14比特字是隨著數據轉換器產生的，此數據轉換器由ROM、PLA等組成。數據轉換器以14比特形式把數據比特d1，...，d8轉換成輸出信道比特c1，...，c14。表示在圖4A至圖4H中的碼轉換表按照這樣的規則，通過此調製器獲得的n(＝14)個碼比特(c1至c14)必定在連續「1」之間放置至少k(＝2)個和最多d(＝10)個「0」。時鐘發生器6產生一個用於電路系統的時鐘信號。數據轉換器3具有一個附加的裝置來產生3比特字，c15，...，c17。附加裝置不是能夠由ROM、PLA等組成就是能夠使用計算機來構建，此計算機通過編程來確定3比特字，以便滿足上面所描述的特定說明。
圖2表示一個實施例，用於根據本發明的一個編碼設備，通過此設備能夠執行上面所描述的方法。在圖2中，標號21涉及一個輸入端，把一個數字數據提供給此輸入端以便在記錄在一個記錄介質上之前被轉換，標號22涉及一個串並行轉換器，用於把輸入數據轉換成為8並行比特數據，及標號23表示一個數據轉換器。把以8比特形式的數據比特d1，...，d8提供給數據轉換器23，此數據轉換器由ROM、PLA和其它等等組成，並且以14比特形式提供碼字c1，c2，...，c14。在圖4A至圖4H中能夠發現轉換圖表，此轉換圖表與以前的擬定EFM調製相同。使用轉換器24把14比特數據從一個並行轉換器轉換到一個串行轉換器。耦合比特加法器25產生不同的候選合併字，此合併字滿足規定的dk-限制。一組候選合併字最好是存儲在ROM、PLA和其它等等中。選擇電路26從候選字中選擇一個具有最接近零的RDS的字。選擇電路包括一個算術單元，用於計算每一個通過14比特碼字級聯的可能候選合併字的RDS。信號發生器29產生用於選擇電路系統27定時控制的信號。在交替合併字和碼字級聯的模2積分後所獲得，並從終端29和30取出的調製信號，經過一個記錄放大器發送給一個光拾取頭或者其它記錄裝置，並記錄到一個光學載體中(沒有顯示)比如光碟或磁-光碟或磁帶或者其它記錄介質。
圖3表示兩個m(＝14)比特碼字和p比特合併字的級聯。在最佳實施例中，p的值是3或者2。
圖4A-H表示最佳轉換圖表，用於把8比特數據字d1，...，d8轉換成14比特碼字c1，...，c14。轉換圖表按照這樣的規則，在連續「1」之間總是存在至少兩個和最多十個「0」。所知道的是能夠使用不同於在圖4A-H中顯示的碼轉換圖表。
從前面的描述中將知道，本發明提供一種改進了的系統，用於記錄和播放在盤狀記錄介質上的數字信息。信息存儲在一連續的空間標記中，根據一連續碼字，兩個標記的長度和連續標記之間的空間是離散變化的。因此以記錄信號低頻成分的改進抑制對數字信息進行存儲。
雖然根據它的目前最佳實施例對本發明進行了詳細的描述，但應當指出，只要不違背本發明的精神和範圍，本技術領域的普通技術人員可以進行各種更改。因此，本發明並不局限於本專利權利要求。任一參考信號並不局限在權利要求範圍之內。單詞「包括」不排除除了那些在權利要求中所列出的之外的其它元或步驟的存在。在一個元之前使用單詞「一個」不排除有多個這種元的存在。
權利要求
1.一種把一個二進位數據比特序列編碼成一個二進位信道比特序列的方法，其中根據一個轉換圖表把連續和順序的m數據比特塊編碼成順序的n比特碼字，m是一個整數，n是一個大於m的整數，其中碼字滿足一個dk-限制，從而連續的「1」被至少d個和最多k個「0」分離開來，並且在所述連續碼字之間插入一個p比特合併字，p是一個整數，交替的碼字和合併字的級聯滿足位於這樣的條件，即在位於合併字中的引導端「1」和位於在合併字之前的碼字中的尾端「1」之間至少是d個「0」，並且在位於合併字中的尾端「1」和位於在合併字之後的碼字中引導端「1」之間至少是d個「0」，其特徵在於，合併字不需要服從所述d限制。
2.如權利要求1所述的方法，其中p比特合併字用於把在交替的碼字和合併字的級聯中連續「1」之間「0」的個數限制到最大值s，其中s是一個等於或者大於k的整數。
3.如權利要求1和2所述的方法，其中p比特合併字用於減少在交替碼字和合併字的級聯經過模2積分之後產生的累積重複信號失衡。
4.根據權利要求1、2和3的對二進位數位訊號編碼的方法，其中d＝2、k＝10、m＝8、n＝14和p＝3。
5.根據權利要求1、2和3的對二進位數位訊號編碼的方法，其中d＝2、k＝10、m＝8、n＝14和p＝2。
6.一種依照前面任一權利要求1至5中的方法對編碼信號解碼的解碼器。
7.一種信息記錄介質，在其上已經記錄了根據如任一權利要求1至5中所述的編碼方法而形成的信息結構。
8.根據權利要求7的信息記錄介質，其中所述信息記錄介質包括一個光學可讀記錄載體。
9.一種記錄設備，用於執行如任一權利要求1至5中所述的把一個二進位數據比特序列編碼成一個二進位信道比特序列的方法。
全文摘要
本發明涉及一種數字調製方法和用於把一種音頻或視頻信號、計算機數據等記錄在一種記錄介質上的裝置，此記錄介質比如一種光碟或磁－光碟。根據一個轉換圖表，把m比特數據字轉換成n比特碼字。碼字滿足一個(d，k)限制，其中至少d個「0」和不多於k個「0」存在於連續「1」之間。n比特碼字與p比特合併字是交替的，這樣選擇，從而在位於在合併字之後的碼字中引導端「1」和位於合併字中的尾端「1」之間至少是d個「0」，並且更進一步，在位於在合併字之前的碼字中的尾端「1」和位於合併字中的引導端「1」之間至少是d個「0」。合併字滿足所述條件，選擇產生最低的在交替碼字和合併字的級聯經過模2積分之後獲得的累積重複信號失衡。然後，已調信號通過經過模2積分的交替碼字和合併字的級聯而產生，其中一個「1」成為一個躍遷，及一個「0」成為一個不躍遷。周期地插入一個唯一的同步字。
文檔編號G11B5/00GK1422457SQ01807650
公開日2003年6月4日 申請日期2001年2月2日 優先權日2001年2月2日
發明者K·A·索哈默伊明克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司