CN100431018C - 处理摆动信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

通过扫描数据载体的摆动轨道而被检测的至少两个基本信号(A，B，C，D)产生摆动信号。本发明提供的解决方法是用来除去摆动信号中不同起源的噪音，显著地除去由于被引进到检波器上的衍射图案中的径向不对称而到摆动信号中高频数据泄漏，而不管何种原因的径向不对称。根据本发明，至少两个基本信号用至少一个自适应滤波器(40)来过滤，和从所述的摆动信号(PP)中减掉(44)所述的被过滤的基本信号，从而产生一个改善的摆动信号。

Description

处理摆动信号的方法和设备

技术领域

本发明涉及一个从数据载体读出数据和/或将数据写到数据载体的设备，所述的数据载体包含摆动轨道，所述的设备具有用于扫描所述的轨道的扫描装置，用于当扫描所述轨道时检测至少两个基本信号的检测装置，和用于从所述的至少两个基本信号中产生摆动信号的摆动恢复装置。

本发明也涉及一个光单元，它具有用于扫描数据载体的摆动轨道的扫描装置，用于当扫描所述轨道时检测至少两个基本信号的检测装置，和用于从所述的至少两个基本信号中产生摆动信号的摆动恢复装置。

本发明也涉及用于处理摆动信号的摆动处理方法，该摆动信号通过扫描数据载体的摆动轨道从被检测的至少两个基本信号中产生。

本发明也涉及一个程序，包括当所述程序由处理器执行时用于实施摆动处理方法的指令。

本发明适合于任何使用摆动轨道的数据载体格式。例如，它适用于其中轨道被摆动的可刻录和再-可刻录的光盘，象DVD+RW，DVD+R，DVD-RW，Blu-Ray..

背景技术

US专利5631892处理了由于检波器位置偏差而导致的摆动/噪声比的恶化。一个被描述的解决方法是取消导致的噪声。它在于校准在两个被检测和对摆动信号有贡献的信号之间的权值比例，以致使得摆动信号的DC分量等于零。这种解决方案是根据这样的假设，就是在摆动信号中噪声分量与检波器位置偏差成比例。

这个假设不能适用于一些类型的脱轨，所述脱轨可在检波器的两半中导致径向不对称，因此导致摆动信号中的数据泄漏。

本发明的目的是提出一个解决方法，用来除去摆动信号中不同起源的噪音、显著地除去由于被引进到检波器上的衍射图案中的径向不对称而到摆动信号中高频数据泄漏，而不管何种原因的径向不对称。

发明内容

这可以通过一种从数据载体读出数据和/或将数据写到数据载体的设备实现，所述的数据载体包含摆动轨道，所述的设备具有用于扫描所述轨道的扫描装置，用于当扫描所述轨道时检测至少两个基本信号的检测装置，耦合到该检测装置用于从所述至少两个基本信号产生数据信号的数据恢复装置，用于从所述的至少两个基本信号产生摆动信号的摆动恢复装置，和用于用至少一个自适应滤波器来过滤所述至少两个基本信号和通过从所述摆动信号减去所述被过滤的基本信号来产生改善的摆动信号用于取消源自写到轨道上的数据的噪声的摆动处理装置。

本发明进一步通过一种光单元得以实现，它具有用于扫描数据载体的摆动轨道的扫描装置，用于当扫描所述的轨道时检测至少两个基本信号的检测装置，耦合到该检测装置用于从所述至少两个基本信号产生数据信号的数据恢复装置，用于从所述的至少两个基本信号产生摆动信号的摆动恢复装置，和用于用至少一个自适应滤波器来过滤所述至少两个基本信号和通过从所述摆动信号中减去所述被过滤的基本信号来产生改善的摆动信号用于取消源自写到轨道上的数据的噪声的摆动处理装置。

本发明进一步通过一种摆动处理方法得以实现，该方法用于处理通过对数据载体的摆动轨道的扫描所检测的至少两个基本信号生成的摆动信号，该方法包括：过滤步骤，用于通过至少一个自适应滤波器过滤所述的至少两个基本信号，和减法步骤，用于从所述摆动信号中减去所述的被过滤的基本信号用于取消源自写到轨道上的数据的噪声，因此生成改善的摆动信号。

本发明使用至少一个自适应滤波器来过滤由所述检测装置检测的基本信号，并且通过从所述的摆动信号中减掉所述的被过滤的基本信号来产生改善的摆动信号。

本发明自适应地工作，并且它允许消除任何源于高频数据的噪音，该高频数据在整个带宽上被写入到轨道而不用考虑噪音信号和摆动信号之间的频谱关系。在发明中的仅有的假设是噪音信号是数据信号的被过滤的版本。

在本发明的第一个实施例中，提供恢复装置来从所述的至少两个基本信号中产生数据信号，以及自适应滤波器使用选择的过滤系数以至于最小化在所述的改善的摆动信号和所述数据信号之间的互相关。在这个实施例中自适应由去相关机制来驱动。通过这个实施例，可以从摆动信号中移除任何想要的信号，直到整个摆动信号与这个想要的信号不相关。

在第二个实施例中，自适应滤波器使用选择的过滤系数，以至最小化在改善的摆动信号的被成比例的版本和基于生成的摆动信号而重建的参考摆动信号之间的差异。在这第二个实施例中，即使与摆动信号相关，可以从摆动信号中移除任何不想要的信号。这个实施例更加复杂并且它引入延迟，因为参考摆动信号必须基于自适应启动之前的摆动检测的结果被重建。

附图说明

本发明的这些和其他方面结合下面的附图更进一步地描述；

-图1是具有摆动轨道的数据载体的示意表示，

-图2是一个根据本发明的用于从数据载体读出数据和/或将输入写入数据载体的装置的例子，

-图3是根据本发明的摆动处理电路的第一实施例的方框图，

-图4是根据本发明的摆动处理电路的第二实施例的方框图，

-图5根据本发明的摆动处理电路的例子的详细方框图，和

-图6是根据本发明在处理之前和之后的摆动信号频谱的典型例子。

具体实施方式

图1描述了可刻录数据载体1，图1A是平面图，图1B描述了b-b线上剖面图上的一小部分，和图1C以更大比例图显示数据载体的一个部分。图1的数据载体1是一个盘，它具有形成螺旋线3的各个360度旋转的轨道。各个轨道包括凹槽4和凸起5。为了记录数据，数据载体具有记录层6，它沉积在透明基片7上以及被保护套8所覆盖。数据被记录在凹槽4中。轨道被通过基片7进入数据载体的辐射光束扫描。

如图1C所描述的，轨道对于它们平均中心线具有连续正弦偏差。这正弦偏差被称为摆动。在一些实现中，摆动用于寻轨(保持在轨道上的点)，其作为称为“单点推拉”或“3点推拉”方式的替换。这个不是强制的。在一些标准中，摆动被调制来携带寻址信息。例如在DVD+RW、DVD+R和DVR(蓝光)中，摆动是脉冲调制。在DVD-RW中，它是频率调制。

图2显示了一个用于从数据载体读出数据和/或将输入写入数据载体的装置的例子。图2的装置包括射线源10，例如半导体激光。射线源10产生光束11，通过包括焦点目标12的光系统，光束被指向数据载体1的轨道。光束11在数据载体1上生产小斑点13。为了斑点13扫描轨道，数据载体根据传统的方法由马达15围绕轴14旋转。光束11被数据载体1反射。投射和反射光束由光束分离器16(例如部分透明镜)区别开来。反射辐射光束17被传递到检波器20，它具被输入到被分成四象限Q_A，Q_B，Q_C和Q_D的辐射-敏感表面。

检波器20产生相应于入射到辐射-敏感表面的四个象限中的每一个上的辐射功率的四个光电流A，B，C和D(也称为基本信号)。这四个基本信号A，B，C，D被传递到数据/摆动恢复装置22。它们根据本发明也被传递到摆动处理电路24。数据/摆动恢复装置22产生一数据信号HF＝A+B+C+D，和一差异信号PP＝A+B-C-D。

本发明某一个实施例中，数据信号HF被传递到摆动处理电路24，这通过下面的描述而变得明显。

差异信号PP被传递到低通滤波器25，它阻挡了起因于摆动的信号分量(起因于摆动的信号分量在寻轨带宽之外)。过滤以后，差异信号被供应给用于控制垂直于轨道方向的方向上的斑点13的位置的伺服电路26(伺服电路26控制光学系统的位置或者焦点目标12的位置)。

差异信号PP也用作摆动信号并被传递到摆动处理电路24。摆动处理电路24产生一个改善的摆动信号IPP，从摆动信号IPP移除数据-到-摆动串扰。改善的摆动信号IPP被输入到一用于提取由摆动信号所载的寻址信息的解调电路27。这个寻址信息被传递到一微处理器28。这个寻址信息例如被微处理器28使用，来导出在数据载体1上的斑点13的当前位置。在读、擦除、或写期间，微处理器28可以将斑点13的当前位置与要求的位置相比较，并且为了光学系统跳到要求的位置来判定参数。跳的参数被供应给伺服电路26。

被写在数据载体1上的数据D_IN由调制电路29来调制，并且被供应给微处理器28。微处理器28用由解调电路27产生的寻址信息来同步数据D_IN并且产生传递到源控制单元30的控制信号。源控制单元30控制由辐射源10发射的光束11的光功率，从而控制数据载体1的凹槽中的标志的形成。

图3是根据本发明的摆动处理电路的第一实施例的方框图。图3的摆动处理电路包括四个自适应滤波器FA，FB FC和FD的集合40，系数计算模块42，和减法单元44。基本信号和A，B，C和D分别被供应给自适应滤波器FA，FB，FC和FD。减法单元输出改善的摆动信号IPP：IPP＝PP-[FA*A+FB*B+FC*C+FD*D]。

数据信号HF和改善的摆动信号IPP被供应给系数计算模块42。系数计算模块42用于通过最小化成本函数J计算四个滤波器FA，FB，FC和FD中每一个的系数，价值函数J为：

J(FA，FB，FC，FD)＝{E{IPP×HF}}²

其中E{}是数学期望值。成本函数J给出在改善的摆动信号IPP和数据信号HF之间的互相关。

传统地，成本函数J通过使用梯度算法被最小化：

$\mathrm{FA}(k+1)=\mathrm{FA}\left(k\right)+{\mathrm{\μ}}_A\×{[-\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FA}}]}_{\mathrm{FA}=\mathrm{FA}\left(k\right)}$

$\mathrm{FB}(k+1)=\mathrm{FB}\left(K\right)+{\mathrm{\μ}}_B\×{[-\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FB}}]}_{\mathrm{FB}=\mathrm{FB}\left(k\right)}$

$\mathrm{FC}(k+1)=\mathrm{FC}\left(K\right)+{\mathrm{\μ}}_C\×{[-\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FC}}]}_{\mathrm{FC}=\mathrm{FC}\left(k\right)}$

$\mathrm{FD}(k+1)=\mathrm{FD}\left(K\right)+{\mathrm{\μ}}_D\×{[-\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FD}}]}_{\mathrm{FD}=\mathrm{FD}\left(k\right)}$

其中：

$\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FA}},$ $\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FB}},$ $\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FC}},$ 和 $\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD})}{\∂\mathrm{FD}},$

是J(FA，FB，FC，FD)分别对FA，FB，FC和FD的梯度，

-μ_A，μ_B，μ_C和μ_D是收敛因子，来控制适应的稳定性和比例，

-以及k是时间索引。

实际上，为了执行梯度算法，(IPP×HF)²的瞬间值替代了事先不知的数学期望{E{IPP×HF}}²。

图4是根据本发明的摆动处理电路的第二实施例的方框图。图4的摆动处理电路包括四个自适应滤波器FA，FB，FC和FD的集合50，系数计算模块52，和减法单元54。基本信号A，B，C和D分别被供应给自适应滤波器FA，FB，FC和FD。减法单元输出改善的摆动信号IPP：

IPP＝PP-[FA*A+FB*B+FC*C+FD*D]

改善的摆动信号IPP被供应给系数计算模块52。在这个实施例中，由系数计算模块最小化的成本函数J被描述如下：

J(FA，FB，FC，FD，q)＝E{(q×IPP-PP_REF)²}其中：

-q是由FA，FB，FC和FD通过使用梯度算法一起确定的常数：

$q(k+1)=q\left(k\right)+{\mathrm{\μ}}_q\×{[-\frac{\∂J(\mathrm{FA},\mathrm{FB},\mathrm{FC},\mathrm{FD},q)}{\∂q}]}_{q=q\left(k\right)}$

-以及P_REF是基于摆动检测的结果(摆动重建结果是用于相位调制摆动的大于零或小于零的值，正值相对于一个周期的正弦波而负值相对于一个周期的反相正弦波；将一个周期的正弦波头尾相连，理想的正弦波就形成了，它可以作为参考信号PP_REF)被重建的参考摆动信号。

实际上，为了执行梯度算法，(q×IPP-PP_REF)²的瞬时值代替了事先不知的数学期望{E{q×IPP-PP_REF}}²。

第一可选实施例使用两个滤波器FAB和FCD来代替上述四个滤波器的集合40，50，以至改善的摆动信号IPP由如下公式来定义：

IPP＝PP-[FAB*(A+B)+FCD*(C+D)]

第二个可选实施例使用单个滤波器F来代替上述四个滤波器集合40，50，以至改善的摆动信号IPP由如下公式来定义：

IPP＝PP-[F*HF]

如果四个基本信号A，B，C和D不是各个可用(例如，如果检波器是二象检波器)，那么这些可选实施例被使用。如果四个基本信号A，B，C和D各个可用，那么仍选择它们以便限制计算。

图5给出了根据本发明的摆动处理电路实现方法，其中单个滤波器F被使用。在图5的实施方法中，梯度算法通过由(IPP×HF)²的瞬时值

$\underset{\‾}{F}(k+1)\≈\underset{\‾}{F}\left(k\right)+\mathrm{\μ}[-\frac{\∂{\left[\mathrm{IPP}\left(k\right)\underset{\‾}{\mathrm{HF}}\right(k\left)\right]}^2}{\∂F}{]}_{F=F\left(k\right)}$

来替换数学期望{E{IPP×HF}}²来执行，这意味着：

(1)

其中：

F(k)＝[F_-N(k)，...，F₀(k)，...，F_N(k)]^T是过滤器F在时间索引k处的系数矢量，

HF(k)＝[HF(k-N)，..，HF(k)，...，HF(k+N)]^T是在时间索引k处的数据矢量，

IPP(k)＝PP(k)-F(k).HF ^T(k)(2)

并且[]^T表示转置运算。

等式(1)可被重新写成：

F(k+1)≈F(k)+2μ.HF²(k).IPP(k).HF(k)(3)

图5是等式(2)和(3)的转换。在图5中描述的摆动处理电路包括：

-用于在最好是低于数据比特速率fb的频率f_c处对输入的摆动信号PP进行取样的取样速率转换器SRC1，

-用于在最好是低于数据比特速率fb的频率f_c处对数据信号HF进行取样的取样速率转换器SRC2，

-用于将数据矢量HF ^T (k)与过滤器系数F(k)的矢量相乘的乘法装置M0，

-用于从输入摆动取样PP(k)中减去由乘法装置M0产生的数，从而产生改善的摆动取样IPP(k)的减法装置SUB，

-加法装置ADD，延迟装置q^-1，用于实现自适应过滤参数的递归运算的乘法装置M1-M2-M3-M4。

有利地，根据本发明的串扰消除工作在低于数据比特速率fb的频率f_c上。只要摆动检测的性能没有降级，取样速率f_c可选择的比fb小。对于摆动信号的采样速率越低，描述filter(s)的系数越少。因此通过减少采样速率，系数的数目可以减少，那导致在实施复杂性和功率消耗两方面的降低。

特别地，处理DVD+RW磁盘格式，输入摆动信号PP和数据信号HF有利地在频率f_c＝fb/4，也就是比数据比特速率fb低四倍的频率上取样。在这个情况里，filter(s)可以仅仅包含三个系数。

优先地，对于DVD+RW格式，图5的实施例将被使用，其中滤波器F仅具有三个系数：F₁(k)，F₀(k)和F₁(k)其中F_-1(k)＝1，F₀(k)＝0和F₁(k)＝-1作为初始值。另外地，更多系数可以被使用，他们中的有一些是非自适应的。定义滤波器F的系数数目根据取样频率和串扰原因而变化。特别地，当取样频率f_c与数据比特速率fb相比降低时，间距N降低。

在图6中，描述了摆动信号PP及它的相应的改善的摆动信号IPP的频谱的通常形式(Y轴指示功率，X轴指示频率)。从这些曲线可以看到在改善的摆动信号的全带宽上噪音显著地减少。

注意到本发明的摆动处理方法可以在数字信号处理器的硬件或者在软件中实现。

根据描述的处理方法、光单元、和读/写装置，修改或改善可以在不脱离本发明范围的情况下被提出。因此本发明不限于提供的例子。

在参考图2描述的实施例中，摆动是用于携带位置信息而不用于寻轨的调制信号。这不是限制性的。数据-到-摆动串扰起因于被引进到检波器上的衍射图案中的径向不对称。这个不对称与摆动它本身无关。它出现在完整周期的摆动中，也出现在频率或相位调制的摆动中。因此本发明独立地适用于这种摆动信号(完整周期的或调制的摆动信号)和独立地适用于摆动信号被用于读和/或写设备(被用来寻轨和/或携带信息)的方法。

本发明不被限制在上面提到的成本函数。任何指示到摆动信号的数据泄漏的数量的成本函数可以被使用。

图2，3和4的实施例使用四元的光电探测器。这不是限制性的。例如，具有平行于被扫描的轨道方向的分界线的二元光电探测器可以替换四元的光电探测器被使用。

词″包括″不排除罗列在权利要求上以外的其他的单元或步骤的存在。

Claims (11)

1.一种从数据载体读出数据和/或将数据写到数据载体的设备，所述的数据载体包含摆动轨道，所述的设备具有用于扫描所述轨道的扫描装置，用于当扫描所述轨道时检测至少两个基本信号的检测装置，耦合到该检测装置用于从所述至少两个基本信号产生数据信号的数据恢复装置，用于从所述的至少两个基本信号产生摆动信号的摆动恢复装置，和用于用至少一个自适应滤波器来过滤所述至少两个基本信号和通过从所述摆动信号减去所述被过滤的基本信号来产生改善的摆动信号用于取消源自写到轨道上的数据的噪声的摆动处理装置。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述的自适应滤波器使用选择的过滤系数，以致最小化在所述的改善的摆动信号和所述的数据信号之间的互相关。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述的过滤系数通过使用一个用于最小化成本函数的迭代梯度算法被更新，该成本函数具有等于所述的改善的摆动信号和所述的数据信号的平方积的瞬时值的瞬时值。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述的自适应滤波器运用选择的过滤系数，以致最小化在改善的摆动信号的成比例的版本和根据产生的摆动信号重构的参考摆动信号之间的差异。

5.如权利要求1或2所述的设备，包括耦合到该检测装置的取样装置，用于在小于数据比特速率的频率对所述至少两个基本信号进行取样。

6.一种光单元，它具有用于扫描数据载体的摆动轨道的扫描装置，用于当扫描所述的轨道时检测至少两个基本信号的检测装置，耦合到该检测装置用于从所述至少两个基本信号产生数据信号的数据恢复装置，用于从所述的至少两个基本信号产生摆动信号的摆动恢复装置，和用于用至少一个自适应滤波器来过滤所述至少两个基本信号和通过从所述摆动信号中减去所述被过滤的基本信号来产生改善的摆动信号用于取消源自写到轨道上的数据的噪声的摆动处理装置。

7.如权利要求6所述的光单元，其中所述的自适应滤波器使用选择的过滤系数，以致最小化在所述的改善的摆动信号和所述的数据信号之间的互相关。

8.如权利要求6所述的光单元，其中所述的自适应滤波器使用选择的过滤系数，以致最小化在改善的摆动信号的成比例的版本和根据产生的摆动信号重构的参考摆动信号之间的差异。

9.一种摆动处理方法，用于处理通过对数据载体的摆动轨道的扫描所检测的至少两个基本信号生成的摆动信号，该方法包括：过滤步骤，用于通过至少一个自适应滤波器过滤所述的至少两个基本信号，和减法步骤，用于从所述摆动信号中减去所述的被过滤的基本信号用于取消源自写到轨道上的数据的噪声，因此生成改善的摆动信号。

10.如权利要求9所述的摆动处理方法，其中所述的过滤步骤使用选择的过滤系数，以至最小化在所述的改善的摆动信号和从所述的至少两个基本信号产生的数据信号之间的互相关。

11.如权利要求9所述的摆动处理方法，其中所述的过滤步骤使用选择的过滤系数，以至最小化在改善的摆动信号的成比例的版本和基于生成的摆动信号而重建的参考摆动信号之间的差异。

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