基於數位訊號處理的數據恢復的製作方法
2023-12-05 08:21:56 1
專利名稱：基於數位訊號處理的數據恢復的製作方法
技術領域：
本發明涉及在數字存儲介質讀出中的數據獲取。
背景技術：
用移動部件從數字存儲介質中讀出信息常常涉及從輸入的時間連續的讀出信號中恢復比特時鐘的工作。只有在用可靠的已知比特時鐘的情況下才可以將讀出的信號轉換為比特序列，以備隨後的時間上離散的完全數字處理。
此外，只要特定的存儲介質格式預見將信息分組為預定義的布局的數據幀(也稱為同步幀)的重複模式，則必須恢復與這個模式相關的數據的對準。也將此稱為同步幀對準恢復。在隨機訪問期間尤其重要的相關任務是從所讀的數據確認現在正在讀哪一個幀，也將其稱為讀出地址恢復。如果例如每個同步幀都以專用的同步模式開始並且這種同步模式還額外地後綴有地址信息，則使得同步幀對準恢復和讀出地址恢復成為可能。經常將同步模式與隨後的地址信息一併稱為同步代碼。對於CD格式的例子，同步模式是11T/11T信號，就它對於標記和空間而超過包含普通數據的凹坑的10T運行長度限制來說其是專用的。其他光學介質格式使用類似的方法。
此外，只要存儲介質讀出設備符合多於一種存儲介質類型或格式，則該設備必須在介質插入之後的較早階段識別介質類型，從而能夠根據介質的特定類型的相關規格來執行任何隨後的數據處理。
發明內容
用於比特時鐘恢復的一種已知方法是鎖相環(PLL)；在例如緻密盤(CD)的數字光學介質的情況中，可以使用數字PLL。PLL的實施通常消耗能量和矽區域；在介質插入後，基於PLL的信號恢復必須等待將PLL鎖定。
因此本發明的目的是提供一種方法和設備，其以完全避免PLL的方式實現比特時鐘恢復、同步幀對準恢復、讀出地址恢復和介質類型識別等所需功能。
根據本發明的設備執行下面功能中的一個或多個-識別正在被訪問的介質的類型，-在數字存儲讀出期間恢復比特時鐘，-恢復數據的同步幀對準，-儘早解碼包含在數據中的地址信息，-使用正確的比特時鐘將讀出的信號轉換為比特序列。
還可以將本發明有利地應用於例如接收數字地傳輸的信號的其他數位技術領域。
根據本發明，順序使用下面步驟來執行數據恢復a)在存儲器中存儲代表從存儲介質讀出的、過採樣(oversample)的信號的模擬到數字轉換的樣本的序列。
b)掃描存儲的樣本序列以找尋一個或多個預定義的同步模式的發生。將存儲所發現的發生位置作為同步位置。實現這種掃描的一種方法是交叉相關算法。
c)測量在連續同步位置之間的距離。
d)根據同步位置的距離和已知幀結構來計算樣本的基頻。根據同步位置和基頻，重新生成比特時鐘。
e)使用重新生成的比特時鐘，將來自儲存器的樣本序列進行採樣速率轉換到新的序列，其表示當以正確的比特時鐘速率採樣時的讀出信號。
這樣就有一個總的優點，即概念上避免了消耗能量和區域的高級和複雜的數字PLL實現。
有利地，根據本發明的數據恢復還包括下面步驟-只要已經發現了同步模式的發生，就由模式識別算法來解碼關聯的同步代碼。
這樣的優點是在信號處理的非常早期就檢測同步代碼並且確定讀出單元的位置。不需要任何PLL。因此在本發明中提出的同步代碼解碼步驟非常快速，其在隨機訪問模式中非常有利。
而且，有利地，根據本發明的數據恢復還可以包括下面步驟-根據連續同步位置之間的距離和關於已經發現了哪種類型的同步模式的認識，識別存儲介質的格式(例如CD，DVD)。
這樣的優點是構成非常可靠的介質識別，這是因為其僅僅根據所固定的物理記錄格式的細節。其不依賴於可能變化的存儲介質材料特性。在光碟的情況中，已知反射率根據介質的品牌甚至是製造批次而變化；因此基於反射率測量的介質識別是易於出錯的。另一個優點是，因為位於信號處理的非常早期，所以所述的介質識別明顯快於基於評估盤反射率和/或聚焦位置的任何方法。
本發明提供了下面優點-即使在操作期間，所提出的從一組樣本中恢復數據的算法可以容易地適用於光介質的類型、所應用的通道調製方法和實際的驅動速度。因此，可能為每種介質而使用不同的算法以減少讀取的通道的比特錯誤率。
-甚至能夠使用本發明的概念來首先檢測介質的類型，然後切換到本發明的一組優化算法中的一個以進行比特時鐘恢復和/或同步對準。
-以這種方式，本發明提供了提高的靈活性以處理不同介質。
換句話說，本發明描述了用於使用同步幀的數字存儲讀出的數據恢復方法和設備，其中將過採樣的讀出信號存儲在存儲器中，使用DSP(數位訊號處理)裝置將同步模式在信號中進行定位，計算連續同步模式位置的距離，根據這些距離和關於數據成幀(framing)結構的認識來恢復比特時鐘，並且將數據轉換為表示在以正確的比特時鐘採樣時的讀出信號的比特序列。
圖1示出了用於時鐘恢復的已知方法的框圖；圖2示出了根據本發明的時鐘恢復和樣本速率轉換的實現的框圖；圖3示出了用於樣本速率轉換的平行(parallelisation)方法；和圖4示出了實現根據本發明的同步ID解碼所需要的增強的框圖。
具體實施例方式
比特時鐘恢復是實施數字存儲讀出設備的獲取路徑的一個主要問題。時鐘恢復的主要目的是根據所採樣的時間連續的讀信號來確定實際通道比特速率。因為不同的介質(CD，DVD)和不同的讀速度，所以這種時鐘恢復必須處理較寬範圍的通道比特速率。現今，通道比特速率從4.12Mbit/s(CD 1x)到400Mbit/s(DVD 16x)變化。在不遠的將來，應該會有用於DVD 20x的500Mbit/s。
大多數光碟使用恆定線性速度(CLV)模式進行記錄或預記錄。這意味著對於標稱的恆定通道比特速率，當靠近數據區域的內半徑讀取時需要較高的旋轉速度，而在靠近數據區域的外半徑讀取時需要較低的旋轉速度，並且只要讀出半徑變化則旋轉速度就必須進行適應。因為旋轉速度適應從來就不完全理想或即時，所以在讀整個盤期間和在從一個分區跳到另一個之後，瞬間通道比特速率會變化。
圖1示出了用於數據恢復的已知方法。這種方法基於模擬到數字轉換器12、數字PLL 11、採樣速率轉換器13、和通道比特解碼單元14。使用數字PLL 11來從模擬信號的樣本中獲得實際通道比特速率和相位信息。因為這種PLL必須鎖定到較寬範圍的比特時鐘速率和具有用於CD和其他光介質的各種不同調製的各種不同的比特模式，這種PLL的實施非常精細和複雜。用於數字PLL的主輸入信號是來自通道比特解碼單元的相位信息。如果這種信號變為零則數字PLL被鎖定。
SCR 13使用從數字PLL 11來的信號，即頻率和相位信息，來將物理樣本轉換為虛擬樣本，其對應於實際通道比特速率。
圖2示出了根據本發明的時鐘恢復和樣本速率轉換的實施。首先，將來自ADC 21的多個n連續樣本存儲在FIFO 22中。與上述的已知方法相同，ADC 21的採樣速率必須至少等於最大通道比特速率，如香農(Shannon)採樣理論所指出的。FIFO 22的大小應該足夠大以存儲在兩個連續同步模式之間並包括它們的所有樣本。
在由同步模式檢測器25和通道比特速率計算器26組成的分支中，通過測量在兩個連續同步模式之間的距離來確定這組樣本的實際通道比特速率。在一種形式或其他形式中，對於所有光存儲介質存在這種同步模式。因為事先已知用於同步模式的所期望的樣本序列，所以所需要的同步模式檢測25可以基於例如交叉關聯算法的算法。根據連續同步模式之間的距離，通道比特速率計算26計算在FIFO 22中存儲的樣本的實際通道比特速率。在第三個步驟中，例如基於內插算法，由樣本速率轉換單元23將樣本轉換為所計算的通道比特速率。根據這些轉換的樣本，就可以執行通道比特解碼24。
圖3示出了用於樣本速率轉換的平行(parallelisation)方法。如果在集成電路中實現，這就有利地產生高度平行的硬體結構，從而避免高時鐘速率。將來自ADC 301的樣本計時送入與相同數量的SRC單元303、306、309、311連接的多個FIFO 302、305、308、310。因為現在每個SRC單元303、306、309、311都只必須處理每個第n組樣本，所以顯著地緩解了吞吐量限制。這產生了對於SCR單元的較低時鐘速度。因為輸入FIFO處理速度獨立於ADC的樣本速率，所以可以獨立於ACD而對SCR單元計時。如果對於ADC需要上至300MHz的時鐘速率，對於高速驅動來說這是一個優點。如果將通道比特速率計算和樣本速率轉換設計為每個時鐘處理4個樣本，則這些單元所需要的時鐘速度只是75MHz。
在確定同步代碼的長度(以HF樣本的數目測量)和兩個連續同步代碼之間的距離(也以HF樣本的數目來測量)之後，也以HF樣本的方式知道了在HF信號中的通道比特的長度。
圖4示出了讀出地址恢復的方案的框圖。與在通道比特時鐘恢復中相同，在41將讀出信號數位化並且存儲在FIFO 42中，並且在45檢測同步代碼的唯一部分，即同步模式。然後具體地，將從同步模式檢測45來的信息，主要是位置信息，用於同步代碼的非唯一部分的簡單解碼47。這種解碼或者基於HF信號(未示出)，其優點是在處理信號路徑中可以較早獲得這種信號，或者基於重新採樣的信號(48)，其優點是由於重新採樣，所以可以在能夠有助於簡化解碼任務的臨時標準化的形式中獲得同步代碼的非唯一部分。因為對於每種格式只存在有限組的有效同步代碼，所以可以應用最大似然性解碼器。
在有利的擴展中，還可以基於交叉關聯來實現介質識別首先，對於同步代碼的具體類型的檢測來編程交叉關聯器。對於CD的例子這是11T/11T信號。根據驅動器的當前速度和假設的格式而知道同步代碼的長度的可能範圍。然後執行同步代碼的搜索，例如以最大可能同步代碼長度開始並且逐步細化交叉關聯器向下編程到最小可能長度的窮盡搜索。只要檢測到了周期性的同步代碼，即，只要在任何兩個連續同步代碼之間發現了固定的距離，就認為成功地識別了介質。如果在整個搜索期間都沒有檢測到周期性的同步代碼，則該介質不符合所調查的同步代碼的介質類型，則需要對同步代碼的其他類型的檢測重新編程交叉關聯器並且需要重複上述過程。
權利要求
1.一種根據符合一種或多種數位訊號格式的時間連續信號而進行數據恢復的方法，所述數位訊號格式的每一個具有特定的通道比特時鐘和以規律間隔發生的同步模式，所述方法的特徵在於下面步驟-以至少與數位訊號格式的通道比特時鐘的所有頻率中最大頻率同樣高的頻率對時間連續信號進行採樣(21、301、41)；-分析(25、310、45)所採樣的信號以定位一個或多個同步模式的發生，從而使得可以獲知在所採樣的信號中哪個同步模式位於什麼位置來作為分析信息；-根據分析信息計算關於同步模式的連續位置之間的距離的距離信息；-將所採樣的信號轉換(23、26、303、304、306、309、311、43、46)為以通道比特時鐘表示數據的轉換的信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其中轉換步驟還包括下面步驟-根據分析信息和/或距離信息來計算(26，311，46)通道比特速率和/或通道比特時鐘，而且-將所採樣的信號轉換(23，303，306，309，43)為由計算的通道比特速率或比特時鐘所定義的採樣速率。
3.根據權利要求1或2所述的方法，還包括下面步驟-在分析採樣的信號之後，提供同步模式已經定位的位置，用於進一步用作幀對準信息。
4.根據權利要求2所述的方法，還包括下面步驟-在定位同步模式發生之後，根據第二信號解碼(47)包括在其中的地址信息。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括下面步驟-根據所述分析信息和距離信息，識別信號所符合的信號格式。
6.根據權利要求1到5之中任何一項所述的方法，其中分析(25，310，45)步驟使用交叉關聯。
7.根據權利要求5所述的方法，還包括下面步驟的任何一項或多項-在識別了所述信號所符合的格式之後，用取決於所識別的格式的算法分析(25，310，45)所採樣的信號以定位一個或多個預定同步模式的發生，從而使得可以獲得有關在採樣的信號中哪個同步模式位於什麼位置的分析信息；-用取決於所識別的格式的算法，根據所述分析信息計算關於同步模式的連續位置之間的距離的距離信息；-用取決於所識別的格式的算法，根據所述分析信息和/或距離信息來計算(26，311，46)通道比特速率和/或通道比特時鐘；-用取決於所識別的格式的算法，將採樣的信號轉換(23，303，306，309，43)為由所計算的通道比特速率或比特時鐘定義的採樣速率。
8.根據權利要求4所述的方法，其中將採樣信號或採樣速率轉換後的採樣信號用作第二信號。
9.根據權利要求4所述的方法，其中將最大似然性解碼器應用於所述解碼(47)步驟。
10.根據權利要求5所述的方法，其中分析(25，310，45)步驟涉及下面子步驟a)將來自有限組的不同同步模式中的第一同步模式設置作為當前同步模式，b)分析所採樣的信號以找到當前同步模式的位置，c)如果現在沒有找到位置並且還沒有到達在組中的最後的同步模式，則將來自該組的隨後同步模式設置為當前同步模式並且返回子步驟b)
11.根據權利要求10所述的方法，其中分析子步驟b)涉及下面子步驟b1)將來自當前同步模式的有限組不同伸展的版本的第一伸展的版本設置為當前同步模式，b2)分析採樣的信號以找到當前同步模式版本的位置，b3)如果現在沒有找到位置並且還沒有到達最後當前同步模式版本，則將來自該組的隨後同步模式版本設置為當前同步模式版本並且返回子步驟b2)。
12.一種根據符合一種或多種數位訊號格式的時間連續信號來恢復通道比特時鐘的設備，所述數位訊號格式的每一個具有特定的通道比特時鐘和包括以規律間隔發生的同步模式的特定成幀結構，所述設備包括-採樣裝置(21、301、41)，其根據時間連續的信號而產生採樣的信號，-模擬到數字轉換裝置(21、301、41)，其連接到採樣裝置(21、301、41)，和-採樣速率轉換裝置(23、303、306、309、43)；所述設備的特徵在於-分析器(25、310、45)，適配用於分析所採樣的信號以定位一個或多個同步模式的發生，-計算器(26、311、46)，適配用於根據同步模式所處於的位置來計算通道比特速率和/或通道比特時鐘，其中所述採樣速率轉換裝置(23、303、306、309、43)將其輸入數據轉換為輸出數據，所述輸出數據遵從與由計算器計算的通道比特速率或比特時鐘相等的輸出採樣速率。
13.根據權利要求12所述的設備，其中所述採樣速率轉換裝置包括並行工作的兩個或多個單元(302，303，305，306，308，309)，每個包括存儲裝置(302，305，308)和相關聯的內插裝置(303，306，309)。
14.根據權利要求12或13所述的設備，還包括由已經定位同步模式發生的分析器(45)觸發的同步ID解碼器(47)，所述同步ID解碼器(47)根據採樣速率轉換後的數位化信號來解碼同步ID。
15.根據權利要求12或13所述的設備，其中所述分析器(25，310，45)包括同步模式選擇器和環回控制器，所述同步模式選擇器用於從有限組的不同同步模式中選擇一個同步模式作為當前同步模式，所述環回控制器用於當還沒有發現特定當前同步模式的發生時返回到分析步驟。
16.根據權利要求1到11的任何一項所述的方法或根據權利要求12到15的任何一項所述的設備，其中所述時間連續信號是來自數字存儲介質的讀出信號。
17.根據權利要求1到11的任何一項所述的方法或根據權利要求12到15的任何一項所述的設備，其中所述時間連續信號是來自數字傳輸的接收的信號。
全文摘要
一種用於使用同步幀的數字存儲讀出的比特時鐘恢復設備，其中將過採樣的讀出信號存儲在存儲器中，使用DSP裝置在信號中定位同步模式，計算連續同步模式位置的距離，並且根據這些距離和關於數據成幀(framing)結構的認識來恢復比特時鐘。
文檔編號G11B20/10GK1784744SQ200480012315
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月27日 優先權日2003年5月16日
發明者克勞斯·蓋德克, 弗裡德裡克·蒂默曼, 阿克塞爾·科查爾, 拉爾夫－德特萊夫·謝弗, 赫伯特·舒策, 馬滕·凱布茨 申請人:湯姆森特許公司