準密堆積網格上的多維編碼的製作方法
2023-05-10 03:27:51
專利名稱：準密堆積網格上的多維編碼的製作方法
技術領域：
本發明涉及到進行多維編碼的方法和系統。
由於其全部都在通過網際網路連接的計算機的普遍存在，資訊時代已經產生了用戶可用信息爆炸。存儲數據成本的降低，以及同樣小型裝置的佔用空間的存儲容量的增加已經成為這場革命的使能者。在滿足現有存儲需求的同時，必須改進存儲技術以便與快速增長的要求保持同步。
但是，磁或常規光數據存儲技術正在接近其物理限制，超過此限制各單獨位就可能太小或太難以至不能儲存，這裡各單獨位是以不同的磁或光學變化存儲在記錄媒體表面上的。通過媒體的體積—而不僅僅是在其表面上—存儲信息提供了另一種令人感興趣的高容量存儲辦法。
全息數據存儲是一種立體的辦法，這種方法雖然在幾十年前就已經想到了，但還是隨著低廉的使能技術的出現，長期研究努力得到的重要成果，以及全息記錄材料的發展等而取得了最近的朝向實用性的進展。在全息數據存儲中，整頁的信息以光幹涉模式同時地被存入到很厚的光敏光學材料內。通過把兩個相干的微光束在存儲材料內相交叉來實現這點。第一個，稱為目標束的包含有要儲存的信息；第二個，稱為參考束的，要設計成簡單束以再生出例如與平面波前準直的簡單束。合成的光幹涉模式引起了光敏媒體中的化學和/或物理變化。幹涉模式的複製品作為光敏媒體的吸收率，折射率，或厚度中的變化加以儲存。當儲存的幹涉光柵用記錄過程中曾使用過的兩個光波之一照射時，一些入射光受到儲存格柵的衍射使得另一光波得以建立。用參考光波照射儲存光柵重建了目標光波，反之亦然。
作為另一種三維或立體辦法，多層螢光卡/盤(FMD/C)的概念是一種極好的突破，其解決了與CD(光碟)和DVD(數字視頻光碟)當前反射光碟技術相關的信號降級問題。在用CD或DVD時，將FMD層上的數據以一系列幾何特點或體積標記在襯底上編碼。每一層的容量為4.7千兆字節(如在DVD的情況下)。使用FMD/C技術時，每個儲存層都塗以透明的螢光材料，而不是CD或DVD的金屬反射層。當雷射束打到層上的標記時，就發射出螢光。所發射的這種光線，其波長與入射雷射光線的波長不同(略微移向光譜的紅端)在性質上是非相干的，這與當前白光裝置中的反射相干光相反。所發射的光不受數據標記的影響，因此橫向鄰接層不受幹擾。在驅動器的讀出系統中，雷射光線被濾掉。所以只檢測出運載信息的螢光光線。這就減小了雜散雷射和幹涉的影響。
在上述以及其他的數據存儲系統中(如常規的反射光碟技術)，編碼和信號處理的目的是，在獲得諸如高密度和高數據速率等重要品質因數的同時，將BER(位差錯率)減至足夠低的水平。這是通過使系統的物理元件所受應力遠遠超出信道無差錯點，以及引入使BER減至可由糾錯(ECC)解碼技術處理的水平並進而降低至用戶可接受之極低水平(塊差錯率通常為10-16)的調製編碼和信號處理方案來完成的。
圖14示出了數據存儲系統的典型編碼和信號處理元件。從輸入DI到輸出DO的循環可包括隔行掃描10，糾錯代碼(ECC)和調製編碼20，30，信號前處理40，記錄媒體50上的數據存儲，信號後處理60，二進位檢測70，以及隔行掃描ECC的解碼80，90。ECC編碼器20在數據上加上冗餘度以提供保護，使其不受各種噪聲源的影響。然後將ECC編碼的數據傳送至調製編碼器30，其使數據適合於信道，即它把數據處理成不大可能受信道差錯訛誤且更易於在信道輸出端進行檢測的形式。然後將調製的數據輸入到記錄裝置，例如空間光調製器等並存儲到記錄媒體50。在檢索一側，該讀取裝置(例如，電荷耦合器件(CCD))返回偽模擬數據的數值，此數值必須變換回到數字數據(通常每象素1位)。這一過程的第一步為後處理步驟60，稱為均衡，其試圖消除記錄過程中產生的，仍在偽模擬域的畸變。然後，為模擬數據的陣列通過檢測器70轉換成二進位數字數據的陣列。數字數據陣列再首先傳送至調製解碼器80，其進行與調製編碼相反的操作，而後再傳送至ECC解碼器90。
象素間或符號間幹擾(ISI)是在一個具體象素的強度對附近象素的數據造成汙染的一種現象。在物理上，這一現象是由於(光)信道的頻帶限制而產生的，其源於光衍射，或透鏡系統中隨時間變化的象差，像光碟傾斜和雷射束散焦。克服這種幹擾的辦法是通過調製編碼禁用某些模式的高空間頻率。禁用某一模式高空間頻率(或更一般地說，在0和1象素快速變化的這些模式的集合)的代碼稱為低通代碼，其可用於調製編碼器30和解碼器80的調製編碼/解碼。這種調製代碼迫使以二維區(如以全息存儲的允許頁面)書寫的信息具有有限的高空間頻率內容。
具有低通濾波特性的二維代碼像用於上述型式新立體光記錄方案一樣是令人感興趣的。但是，二維(2-D)編碼對新路由來說也可能是個關鍵問題，這些新路由比較接近更常規型式的光記錄，例如使用記錄在卡片或光碟二維區上二維模式(標記)的相干衍射、基於反射光碟技術的光記錄技術。在現有技術中，已經考慮了在方形網格上編碼。特別是，在1998年IEEE學報，信息理論第44卷第3期1193-1203頁上W.Weeks，R.E.Blakut的「某些棋盤型代碼的容量和編碼增益」一文中已經研究了棋盤型代碼的容量。文中，對方形網格考慮了各種不同的棋盤約束以便在信道位的讀出和檢測過程中獲得低通特性，從而減小符號間幹擾(ISI)的影響。
但是，對二維編碼而言，正如同在一維編碼的情況中一樣，不同的編碼約束和編碼幾何條件，其不同於在現有技術中存在的方形網格上的編碼，它們可能產生更有效的存儲，從而可以獲得更高的存儲密度。所以，在多維存儲應用中也需要持續地提高編碼效率。
另外，在2-D編碼中還存在位檢測問題，這對相干信號的產生是很典型的。來自大凸區，即零水平鏡象區的反射信號與來自大凹區，即低於零水平鏡象區(在λ/4深度，這裡λ表示用於讀出的輻射波長)的反射信號是完全一樣的。因而，檢測中不可能把兩個二進位水平區分開。在傳統的1-D編碼中，這個問題沒有出現，因為點的直徑總是大於凹區(或標記)的徑向寬度，而且衍射也總是在徑向方向上出現。因此，反射光束由於在中心孔外的衍射而釋放出某些強度。與此相對照，上述問題在2-D編碼中也會出現，因為對入射到大凹區或大凸區上的聚焦的雷射或其他輻射點來說根本就沒有衍射。
因此，本發明的目的是提供一種改進的二維或多維編碼方案，利用這一方案能夠減小因符號間幹擾和/或具有同樣(雙極性)位型的大區而產生的差錯率。
通過按權利要求1中所定義的方法，通過按權利要求22中所定義的系統，以及通過按權利要求32中所定義的記錄載體來達到這一目的。
根據本發明，使用準六角形網格結構用於多維編碼。這種準六角形網格例如與方形網格相比，其好處源於編碼效率的巧妙組合，還有次最近鄰位對符號間幹擾的影響。使用準六角形網格意味著其可能是在理想上按六角形來排列的，但是距理想的網格可能存在小的網格畸變。例如，單位單元各基軸間的角度可能並不嚴格地等於60度。準六角形網格產生的位排列更象是讀出期間所用掃描雷射點的強度略圖。
較高堆積密度的六角形網格結構提供出較高的代碼效率。另外，關於對具有與中央位相同位態的次最近位之預定數目的約束，其是用來提供減少代碼頻譜低通特性的幹擾的，而關於對具有與中央位相反位態的次最近位之預定數目的另一或附加的約束，其是用來提供代碼頻譜高通特性的以避免具有同樣位態的大區。因而，兩種約束導致了位差錯率的減小。
此外，可以應用關於具有與中央位相同位態的次最近位之另一種代碼約束，根據這一約束，預定數目的方位角鄰接位被設定成與中央位具有相同的位態。因此，能夠實現最小的標記尺寸以簡化寫過程。例如，在使用雷射束記錄器(LBR)用在只讀(ROM)應用中的母盤記錄，而雷射束又沒有寫較小標記尺寸的足夠解析度時，這可能是有利的。
另外，還把讀出物透鏡的視野形狀從普遍的長方形修改成等邊正六角形也將改善這些存儲媒體的讀出過程。
其他進一步的有利擴展在相關的權利要求中都作了限定。
下面，參照附圖將對本發明的優選實施方案予以更詳細的說明，附圖中圖1A和1B分別表示方形網格結構和六角形網格結構的簡略堆積圖；圖2A至2C分別表示根據優選實施方案位位置的六角形，大容量群集，以及底部和頂部邊界的群集；圖3示出表示基於條帶的二維編碼方案的簡圖；圖4示出根據優選實施方案，二維編碼的可能的狀態躍遷情況；圖5A和5B示出根據第一優選實施方案(用Nnn＝1)，在條帶大容量區的禁用模式；
圖6A和6B示出根據第一優選實施方案(用Nnn＝1)，在條帶邊界區的禁用模式；圖7示出根據第一優選實施方案，表示第一型六角形網格編碼容量上限和下限的曲線圖；圖8示出根據第一優選實施方案表示，第二型六角形網格編碼容量上限和下限的曲線圖；圖9示出根據第一優選實施方案表示，第三型六角形網格編碼容量上限和下限的曲線圖；圖10A和10B分別示出根據第一優選實施方案，表示在第一和第二編碼約束下、在方形和六角形網格編碼中視線高度與用戶位尺寸特性的曲線圖；圖11示出根據第一優選實施方案，表示在不同代碼約束下六角形網格編碼的視線高度與用戶位尺寸特性的曲線圖；圖12A和12B分別示出根據第二優選實施方案、大容量群集和邊界群集的禁用模式；圖13示出根據第二優選實施方案，表示不同約束時容量下限的曲線圖；圖14示出一常規數據存儲系統的編碼和處理元件的簡圖；及圖15A和15B分別示出對長方形和等邊六角形情況的撿拾裝置的視野形狀。
現將根據基於條帶的、使用準六角形網格的二維編碼方案，對本發明的優選實施方案予以說明。
大家知道，在結晶學中六角晶格提供的堆積比最高。例如，它的堆積比是1/cos(30°)＝1.155，好於最近鄰格點間具有同樣距離a的方形網格的堆積比。後者的距離a可以由用來寫入記錄或存儲媒體50之二維信道的二維脈衝響應範圍來確定，例如由全息光記錄或螢光光記錄，或由具有二維相干衍射的常規反射型光記錄來確定。
圖1A和1B分別表示出方形網格和六角形網格的組裝結構。對每個格點來說，方形和六角形網格分別需要大小為a2和a2cos(30°)的二維區，其分別如圖1A和1B所示。最近鄰位的數目對六角形網格為b，而對方形網格來說為4。因此，乍看起來，使用六角形網格似乎沒有好處，因為可以產生二維符號間幹擾的最近鄰位的數目較大。但是，六角形網格的好處，例如與方形網格相比，其源於編碼效率和次最近鄰位對符號間幹擾的影響之綜合考慮。
關於更大距離的進一步的鄰位，六角形網格在距離 (當最近鄰位距離為1時)有六個次最近鄰位，在距離2有六個次次最近鄰位。對方形網格來說，在距離 得到四個次最近鄰位，在距離2得到四個次次最近鄰位。
在二維編碼情況下，排列在大容量六角形網格中的全尺寸六角形群集有七個位位置或住址，而一個中央位和六個最近鄰位址。為了簡單起見，在涉及到準六角形網格上的準六角形群集位時，也使用術語「六角形群集」。不過，在用於基於條帶編碼的二維空間條帶的邊界上，出現的卻是部分大小的或邊界的群集。
圖2A至2C分別表示出大容量群集六角形網格上的位位置群集，底邊界群集和頂邊界群集。處在位位置上的通道位Xi的編號如下。
在大容量群集中，中央位的編號i＝0，而六個最鄰近鄰位按其方位角的次序依次編號為i＝1…6。在條帶邊緣的不完全或部分尺寸的邊界群集，與大容量群集的七個位或位位置相比，其只有五個位或位位置組成。中央位也為編號i＝0，而四個方位角上鄰接的最近鄰位依次編號為i＝1…4。
在下文，定義了用於六角形網格結構的新的普通代碼約束，其涉及到全或部分尺寸六角形群集中央位置的最近鄰位置。
根據第一實施方案，這些約束有雙重目的。第一，使這些約束適合於實現代碼頻譜的低通特性，第二，使其適合於實現減少寫信道要求的最小標記尺寸。特別是，通過兩個參數來說明這些約束(i)具有與處在中央網格位置的位之相同型式或位態的最近鄰位(Nnn)的最小數目；及(ii)方位角上鄰接的最近鄰位(Nac)的最小數目，其中1≤Nac≤Nnn。
參數Nnn提供的低通特性有利於減小二維符號間幹擾的影響。這點在下面很容易看到。每一位有六個最近鄰位。假定二維脈衝響應函數(IRF)在中央位置的數值為f0，在最近鄰位置的數值為f1。那麼，如果恰好存在具有同樣型式的Nnn(其為最小數目)最近鄰位時，就得到了在給定網格位置的波形最小值。這一最小數值由下式給出
f0-(6-2Nnn)f1(1)考慮到寫信道的最小標記尺寸限制，使用參數Nac。例如，約束Nnn＝2，Nac＝1仍將允許有不在接連方位角上的兩個最近鄰位。因而，存在一維的2T標記(在不同的方位角上，並有一個信道位共用)，而且書寫是很困難的。但是，當Nnn＝2，Nac＝2時，至少應當有兩個同一型式方位角上鄰接的最近鄰位，這就意味著一維2T標記是禁用的。而在這種情況下最小標記為具有同一型式的三角形位。對二維寫信道來說，與Nac＝1的情況相比，這可能是有利的，不過，由於在後一種情況下約束更嚴格，必須要面對相應的速率損失問題。
上述約束可以作為全尺寸大容量群集的大容量約束來加以定義。這樣，大容量約束的兩個條件給出如下|6x0+i=16xi|2Nnn---(2)]]>J{0,1,...5}:|x0+i=1Nacxi+J|=Nac+1---(3)]]>注意，準六角形群集邊界上6個位的下標始終在數值1和6之間；每當關係式(3)中下標i+J在這個範圍之外時，那麼i+J就被減小到1/6，故其在所要求的1到6的範圍之內。類似地，上面約束可以作為部分尺寸邊界群集的代碼約束來加以定義。於是，大容量約束的兩個條件給出如下|6x0+i=14xi|2(Nnn+1)---(4)]]>J{0,1,...4-Nac}:|x0+i=1Nacxi+J|=Nac+1---(5)]]>因而，群集約束在條帶邊界也得到了滿足，儘管實際位是在相鄰的編碼條帶中。邊界約束能夠使條帶互相堆疊在彼此的頂上而沒有任何違反約束的情況，因為這些約束對邊界上的不完全群集已經得到滿足。
圖3示出表示基於條帶的二維編碼方案的簡圖。二維區被分成為條帶。條帶在水平方向上對齊，並由數量為Nr的網格行組成。編碼在水平方向上進行，並且實際上成為一維編碼。代碼字不跨超條帶的邊界。代碼字可以基於由Nr個行和Nc個列所組成的二維區。構成條帶時要使得在豎直方向上條帶的連接不違反上述有關跨越條帶邊界的約束。
為了推導出容量以及為了設計有效代碼，必須推導出作為基礎的有限狀態機(FSM)，其驅動二維序列的產生。由於目前提出的所有約束都只涉及到最近位，考慮基於六角形網格上兩個接連到並覆蓋條帶所有行的狀態就足夠了。這種狀態的數目就是22Nr。通過從給定狀態到下一狀態的躍遷，就輸出了一整列的信道位。根據定義，第一狀態的最後一列與後繼狀態的第一列相同。
圖4表示出Nr＝b情況時的狀態「i」(409b取1)，以及一個可能或允許的後繼狀態「j」。根據圖4可以推斷，狀態「i」的最後一列與狀態「j」的第一列相吻合。此外，在方程(2)至(4)中表示的約束都得到滿足。
在容量推導和二維信道或調製代碼設計中，至關重要的一點是連接矩陣D，它是一個大小為22Nr×22Nr的方形矩陣，Nst為可能狀態的數目，其以Nst≤22Nr為界限。在狀態「i」以相應的狀態「j」作為其後繼狀態時，連接矩陣D的矩陣元Dij設置為「1」。對應於非允許後繼狀態的所有其他矩陣元都置於「0」。這樣，從狀態「i」到狀態「j」的躍遷就是允許的，如果下麵條件得到滿足的話1)狀態「i」的最後一列與狀態「j」的第一列相同；2)狀態躍遷不會引起大容量群集的約束違例(大容量約束)。這些約束是在推導容量上限時唯一要考慮的約束；3)條帶連接不會在條帶邊界引起約束違例。因此，應用邊界約束使得能夠進行條帶的堆疊而與相鄰條帶的內容無關。這些約束對於推導容量的下限是需要的。
圖5A和5B表示出Nnn＝1時，在條帶大容量區中禁用或非允許模式的兩個典型實例。在這種情況下，當從狀態「i」躍遷至狀態「j」時就違反了Nnn＝1的約束。參數「X」表示不在乎位置，其可置於任意的位數值。編碼方向是正確的。
圖6A和6B表示出Nnn＝1時，在條帶邊界區中禁用或非允許模式的兩個典型實例。在這種情況下，當從狀態「i」躍遷至狀態「j」時，對相反的位置來說也違反了Nnn＝1的約束。
圖7至9表示出在條帶寬不同，即行數不等時，代碼容量的各種不同計算結果。上限由只有大容量約束的容量來限定，這就意味著條帶不能夠自由地連接。下限是對大容量和邊界約束限定的，即條帶可以自由地連接，但這將需要額外的附加位，其減少了可用的容量。
在圖7所示Nnn＝1，Nac＝1情況的單行(Nr＝1)情況下，下限的情況相當於d＝1遊程長度約束的一維遊程長度限制(RLL)編碼。d＝1 RLL編碼的最小遊程長度(2T)只能在水平方向上得到。從一行移至兩行(Nr＝2)時(下限)容量的顯著增加是由於，最小遊程長度約束(2T)現在還能夠在與條帶水平軸線成60°和120°角度的傾斜方向上得到。
圖8表示出在Nnn＝2，Nac＝1的情況下容量與條帶寬度特性的關係，圖1表示出在Nnn＝2，Nac＝2情況下容量與條帶寬度特性的關係。在這兩種情況下，同一型式或狀態的最近鄰位的最小數目等於2。在Nac＝1情況下，同一型式的兩個最近鄰位不一定處在接連的方位角上。在Nac＝2情況下，同一型式的兩個最近鄰位處在接連的方位角上。從圖8和9可以推斷，較高的約束引起了上限和下限的降低。
圖10A和10B表示出根據數值計算出的曲線圖，這些曲線圖表示出容量相應於圖8和9對行數為Nr＝8，基於條帶編碼情況的下限時，視線高度與用戶的位尺寸特性的關係。虛線用於六角形網格，實現用於常規的方形網格。脈衝響應函數假定為是二維的高斯函數(在兩個維度上歸一化的)。作為參數，二維IRF的中心選定值在圖10A和10B中表示成頂部的恆值水平線。應當指出，實際的感興趣範圍包括正的視線高度。因此，二維信道對零視線以外的高度(類似於一維信道的截止頻率)實際上是死信道。因而，如所期望的那樣，通過六角形網格上的二維編碼能夠提高視線高度。通過對同一狀態方位角上連接的最近鄰位加上約束可以得到進一步的提高。
圖11示出了曲線圖，其表示出只對六角形網格編碼且Nnn＝0，1，2時視線高度與用戶的位尺寸特性的關係。按視線高度所得到的編碼增量是增加這種約束的明顯方向。通過提高二維信道代碼的低通特性來實現這點。
寫信道的限制其特點在於要寫的最小二維標記的尺寸。顯然，在這方面，約束Nnn＝和Nac＝2是最令人感興趣的。最小標記的形狀對六角形網格編碼和方形網格編碼是不同的。在這兩種情況下，最小形狀為有3個信道位的三角形。在前一種情況中，該形狀為等邊等角的正三角形，在後一種情況中，由於其形狀是以半個方形而得到的三角形，故從寫的方面來看這種形狀是不太有利的。對同樣約束的最小標記之相對尺寸取決於對六角形網格和方形網格編碼的各自容量之比。當Nnn＝2和Nac＝2時，這一比率等於1.60，這對六角形網格是有利的。
在傳統的一維RLL編碼中，讀系統的輻射束的點直徑總是大於光記錄或存儲媒體凹區的徑向寬度。因此，在徑向方向上得到了衍射，這就在反射束強度中引起了可檢測到的損失。但是，在根據第一優選實施方案的上述二維編碼中，可能出現由若干鄰位組成的大凹區。因而，在大凹區中沒有衍射發生，也就不可能檢測到強度損失。
根據第二優選實施方案，通過二維信道或調製代碼附加的或另外的約束避免了同樣型式的大區域信道位。通過產生二維代碼高通特性的一個單一參數可以實現這種約束。
特別是，用參數Mnn來引入高通約束，其表示出最近鄰位的最小數目，此最近鄰位，與六角形群集中央位置的信道位位數值相比，其必定具有相反的位型或位態。
對於大容量群集，可以把上述的高通約束參數Mnn與低通約束參數Nnn在如下給出的單一關係式中結合起來2Nnn|6x0+j=16xj|12-2Mnn---(6)]]>對邊界群集，兩個約束參數Mnn和Nnn產生下面給出的兩個關係式2Nnn|4x0+j=14xj|---(7)]]>|8x0+j=14xj|12-2Mnn---(8)]]>圖12A和12B分別表示出在最近鄰位至少其中之一應具有相反型式或狀態的情況下(Mnn＝1)，大容量群集和底邊界群集之禁用模式的實例。在中央網格位置的位，其值為x(即「0」或「1」)，所有周邊的位都具有同樣的數值。因而，上面的高通約束沒有得到滿足。
至於編碼容量，由於額外的高通約束而不得不面對附加的容量損失。對約束Nnn＝1，Mnn＝1的情況，這一容量損失對具有三行的條帶來說，具有映象8-9的代碼是不可能的，而這一映象對Nnn＝1，Mnn＝0的情況是可能的。
對每條帶行數少的二維條帶來說，高通約束在應用到大容量群集和邊界群集時，其結果是相當耗費容量的。因此，對大容量群集和邊界群集選擇不同的約束組合可能是有利的。一方面，高通約束可以只用於大容量群集，而另一方面，高通約束可以用於大容量群集以及或者頂部或者底部邊界群集。
圖13示出的曲線圖表示對大容量和邊界群集的約束Nnn＝1，以及對不同情況Mnn＝1時，容量與條帶寬度特性的關係，這些不同情況即是，不對任何群集，只對大容量群集，對大容量群集和只對頂部或底部邊界群集，以及對大容量群集和兩種型式的邊界群集(按曲線圖中曲線從頂到底出現的順序)。從圖13可以推斷增加高通約束的應用使代碼容量降低了。
將Nnn和Mnn約束結合起來的實際代碼結構導致了代碼設計中複雜性的增加。作為實際代碼，在對大容量和兩個邊界的約束Nnn＝1，對大容量和任一個邊界的約束Mnn＝1時，對基於三行的條帶可以生成具有8-9映象的代碼。此外，在對大量容和兩個邊界的約束Nnn＝1，只對大容量不對任何邊界的約束Mnn＝1時，對基於三行的條帶可以生成具有11-12映象的代碼。
在上面的優選實施方案中。對於位狀態或型式，例如標記和非標記或者凹區和凸區，已經考慮了同樣的約束。但是，依寫信道的特性而定，對位的兩種型式或狀態施加非對稱約束，即不同的約束，可能是有利的。還有，對不是在單一條帶邊界而是在以某一保護帶為界的20區邊界上之邊界群集的情況，在凸區位比凹區位上具有較小的約束編碼可能是有效的，因為無論如何保護區都包括較大的凸區。此外，對二維條帶所選擇的水平方向可以是六角形網格的[100]方向或[110]方向。
在對域進行排序時，這些域為載有存儲信息例如至少兩個維度(20記錄)上的凹區或標記的記錄媒體上的區域，上面已經表明，使用像在六角形網格中的準密堆積網格能夠得到可能的最高區域存儲密度。此外，這還可以用來提高這種記錄數據的讀出，尤其是關於撿拾裝置安排的記錄數據讀出，撿拾裝置可以是一讀出光學系統，其包括用於使所存數據在象平面上成象的物鏡，其中在象平面內安排檢測器裝置對讀出數據進行檢測。由於檢測器裝置只利用了一部分圓形象平面，而使物鏡的圓形視野VF沒有有效地利用。因此，圖15A表示出根據矩形坐標系統在方形網格中對域進行排序時，用於2D讀出的讀出物鏡的安排，尤其是限定象平面的圓形視野VF的安排情況。在視野VF之內，示出了與檢測器裝置的方形視野VFsq相一致的方形區，檢測器裝置的方形視野VFsq由象平面內的檢測器元件確定。
從圖15可以得出，除了區域存儲密度低以外，檢測器裝置的方形視野VFsq只利用了物鏡圓形視野VF的2/π，約為64％。然而，如果數據域D排列在這裡引入的準六角形網格結構中的話，數據存儲密度將增加，但由於檢測器裝置方形視野VFsq與數據域準六角形網格間的失配，無縫讀出將是不可能的。這就導致了讀出困難並使讀出速率降低。
因此，在圖15B中引入了在物鏡圓形視野VF內的檢測器裝置六角形視野VFhex，在本實施方案中其為等邊六角形。這就得到了更高的數據存儲密度，與方形網格相比，增加了約15％，另外，由於物鏡視野VF的利用效率更高又得到了更高的讀出速率。尤其是，能夠使用視野VF的3cos 30°/π，約83％。這是近於30％的增長，將兩個作用，即數據域準六角形格網排列和檢測器裝置六角形視野VFhex的作用加在一起，總的提高接近50％。此外，還提供了在讀出期間得到這些等邊六角形視野VFhex無縫接合的可能性。
應當注意，只有讀出在沿著由準六角形網格結構之[100]，
或[110]網格方向所限定的三個可能方向中之一個方向進行時，才能在讀出期間得到最大的數據速率。在這些情況下，當只由「凹區」-域(或凸區-位)填充的一個網格平面(型式為(100，(010)，或(110)與只由「凸區」-域(或凸區-位)填充的一個網格平面相交錯時，才給出了最高空間頻率。當然，這一最高空間頻率必須低於撿拾裝置讀出光學系統的截止頻率。
在檢測器裝置視野內進行2D數據結構重現的最明顯的辦法是對含數據域的記錄媒體上的適當區域進行相干照射。通過選擇，這些區域可進行連續的掃描或以分步的方式進行掃描。在第一種情況下，磁碟象平面內的數據域通過讀出檢測器陣列移動，這樣，一個具體域的數據必須在不同的時間間隔由不同的檢測器段收集，以便從這個具體域得到足夠的光能。在第二種情況下，數據域在一定時間對檢測器陣列是固定不動的，在此時間內視野內的數據信號可以分別相加或總合。讀出某一具體視野的數據域以後，撿拾裝置必須移動至相鄰的視野，等等。
然而除了螢光讀出以外，相干照射有截止頻率，其截止頻率為非相干照射截止頻率的一半。利用非相干照射對由撿拾裝置照射部分的光柵可以產生的各點組成的陣列沿著六角形結構的邊緣進行掃描。應當指出，相鄰的點可能不重疊。因此，軌道間距將比接連點之間的距離小得多。為了在同一時間讀出相鄰的軌道，這些點相對於軌道要傾斜放置。撿拾裝置物鏡視野之內的照射點可以以不同的方式進行分布。但是，最大密度是用準六角形網格上的分布而得到的。
注意，上述基於多維編碼的六角形結構可用在任何數據存儲系統，諸如二維光存儲器，或要求高通和/或低通代碼特性的任何其他種類的存儲器系統，在二維光存儲器中應用了全息光記錄，螢光光記錄，頁面型光記錄，常規的、但以二維編碼的反射型光存儲器，等等。特別是，本發明還意在涉及用在這些數據存儲器系統中的記錄載體，例如光碟，在這些記錄載體上使用上述多維編碼方案來書寫或存儲信息。此外，所述的編碼方案可應用於多餘兩個維度的任何多維編碼。例如，在三維維度下可以利用準密堆積的網格結構。在三維情況下，這種密堆積的網格結構可以是面心立方晶格，也稱為FCC網格，或其可以是六角密堆晶格，也稱為HCP網格。因此，本發明是要涉及在所附權利要求範圍之內的任何修改方案。
權利要求
1.將信息多維地編碼和/或解碼至/自網格結構的方法，此網格結構至少在兩個維度上表示了所述編碼信息的位位置，所述的方法包括使用準密堆積網格結構來進行多維編碼和/或解碼的步驟。
2.根據權利要求1的方法，其中所述的準密堆積網格結構基於準六角形網格。
3.根據權利要求2的方法，其中所述的方法進一步包括的步驟是a)限定由一個中央位和多個最近鄰位組成的至少部分準六角形群集；及b)應用第一代碼約束，使得對每個所述的至少部分準六角形群集來說，預定的最小數目的最近鄰位具有與中央位相同的位狀態。
4.根據權利要求3的方法，其中所述的最近鄰位的預定最小數目小於或等於三。
5.根據權利要求2的方法，其還包括的步驟是a)限定由一個中央位和多個最近鄰位組成的至少部分準六角形群集；及b)應用第一代碼約束，使得對每個所述的至少部分準六角形群集來說，預定的最小數目的最近鄰位具有與中央位相反的位狀態。
6.根據權利要求5的方法，其中最近鄰位的預定最小數目為一。
7.根據權利要求3至6中任何一個權利要求的方法，其中所述的編碼和/或解碼是基於條帶的二維編碼和/或解碼，而所述的至少部分準六角形群集包括大容量群集和邊界群集，大容量群集有六個最近鄰位，邊界群集有四個最近鄰位並處在進行編碼和/或解碼所沿編碼條帶的邊緣。
8.根據權利要求7中任何一個權利要求的方法，其中編碼條帶在準六角形網格結構的[100]或[110]方向上定向。
9.根據權利要求1至8中任何一個權利要求的方法，其中撿拾裝置的視野為六角形。
10.根據權利要求9的方法，其中所述的六角形為等邊六角形。
11.根據權利要求的9或10的方法，其中使用檢測器裝置讀取存儲數據，安排檢測器裝置在檢測裝置象平面內產生與存儲數據相應的信號。
12.根據權利要求11的方法，其中讀出用撿拾裝置在含有存儲數據的網格上的連續移動來進行。
13.根據權利要求12的方法，其中所述存儲數據通過在不同的時間間隔收集檢測器裝置不同段的檢測信號來進行檢測。
14.根據權利要求9或10的方法，其中讀出用撿拾裝置在含有存儲數據的網格上的步進移動來進行。
15.根據權利要求14的方法，其中所述存儲數據通過在一定時間對各檢測器段的信號求和來進行檢測。
16.根據權利要求12至15中任何一個權利要求的方法，其中撿拾裝置的移動沿著含有存儲數據的準六角形網格結構的[100]或[110]方向進行。
17.將信息多維地編碼和/或解碼至/自網格結構的系統，此網格結構至少在兩個維度上表示了所述編碼信息的位位置，所述的裝置包括編碼裝置(30)和/或解碼裝置(80)，安排這些裝置分別進行編碼和/或解碼，通過使用準六角形網格結構限定由一個中央位和多個最近鄰位組成的至少部分準六角形群集，以及應用代碼約束使得對每個所述的至少部分準六角形群集來說，預定的最小數目的最近鄰位具有與中央位相同的位狀態。
18.將信息多維地編碼和/或解碼至/自網格結構的系統，此網格結構至少在兩個維度上表示了所述編碼信息的位位置，所述的裝置包括編碼器件(30)和/或解碼器件(80)，安排這些器件分別進行編碼和/或解碼，通過使用準六角形網格結構限定由一個中央位和多個最近鄰位組成的至少部分準六角形群集，以及應用代碼約束使得對每個所述的至少部分準六角形群集來說，預定的最小數目的最近鄰位具有與中央位相反的位狀態。
19.根據權利要求17或18的系統，其中所述的系統為數據存儲系統。
20.根據權利要求17至19中任何一個權利要求的系統，其中撿拾裝置視野的形狀為六角形。
21.根據權利要求20的系統，其中所述的六角形為等邊六角形。
22.根據權利要求17至21中任何一個權利要求的系統，其中存儲數據的讀出由撿拾裝置象平面內的檢測器平面來進行。
23.根據權利要求17至22中任何一個權利要求的系統，其中所述的讀出用撿拾裝置在存儲媒體上的連續移動來進行。
24.根據權利要求23的系統，其中存儲的數據通過在不同時間間隔收集不同檢測器段檢測到的信號來讀出。
25.根據權利要求17至22中任何一個權利要求的系統，其中讀出用撿拾裝置的步進移動來進行。
26.根據權利要求25的系統，其中存儲的數據通過在一定時間對各檢測器段的信號求和來讀出。
全文摘要
本發明涉及到將信息編碼和/或解碼至/自網格結構的方法和系統，此網絡結構至少在二個維度上表示出所述編碼信息的位位置。編碼和/或解碼使用密堆積的網格結構來完成，最好是準六角形網格結構來完成。特別是，可以限定由一個中央位和多個最近鄰位組成的至少部分準六角形群集，可以這樣使用代碼約束使得對每個所述的至少部分準六角形群集來說，預定的最小數目的最近鄰位具有與中央位相同的位狀態。由此，在高代碼效率下可以將符號間幹擾減至最小。此外，可以使用另一種以代碼約束，使得對每個所述的至少部分準六角形群集來說，預定的最小數目的最近鄰位具有與中央位相反的位狀態。這一約束提供了避免大區域同型信道位的有利的高通特性。
文檔編號G11B7/14GK1568575SQ02820331
公開日2005年1月19日 申請日期2002年10月14日 優先權日2001年10月15日
發明者W·M·J·M·科內, W·G·奧普赫伊 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司