CN100431033C - 使用信道代码编码和解码的方法和存储数据的设备 - Google Patents

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CN100431033C CNB038142929A CN03814292A CN100431033C CN 100431033 C CN100431033 C CN 100431033C CN B038142929 A CNB038142929 A CN B038142929A CN 03814292 A CN03814292 A CN 03814292A CN 100431033 C CN100431033 C CN 100431033C
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Abstract

一种编码器，加有预编码的数据，从而可以限制由编码器产生的代码字的运行数字和的绝对值。为此目的，要保证在两个代码字的一个组内第一代码字的运行数字和可以由第二代码字的运行数字和补偿。然后，在第二代码字结束时的运行数字和是0，并且从第一代码字的始端一直到第二代码字的末端的运行数字和的偏差受到限制，因为只有有限的比特数能够对运行数字和的绝对值的增加起作用。这一原理能够很容易地应用到17PP编码器。

Description

使用信道代码编码和解码的方法和存储数据的设备
技术领域
本发明涉及使用信道代码编码输入字流的方法，包括如下步骤：
-将输入字流编码成预编码的输入字流
-将预编码的输入字流编码成N个代码字构成的组流。
本发明还涉及产生记录载体的方法，在所说的记录载体上记录按照以上的方法获得的经过调制的信号。
本发明还涉及用于产生信道代码的编码设备。
本发明还涉及其中使用这种编码设备的记录设备。
本发明还涉及一种信号，包括……
本发明还涉及记录所说信号的记录载体。
本发明还涉及解码设备。
最后，本发明涉及其中使用这种类型记录载体的读出设备。
背景技术
在PHQ98023中公开了这些方法、设备、这种记录载体和这种信号。
当数据通过传输线路传输或者记录到记录介质如磁盘、光盘、或磁光盘上时，要先将数据调制成与传输线路或记录介质匹配的代码而后再进行传输或记录。作为一种调制技术，块编码是公知的。在块编码中，将一个数据串分块成多个单元，每个单元包括m×i比特。所说的每个单元在下面都称之为数据字，然后将每个单元转换成一个代码字，一个代码字包括n×i比特，与合适的编码规则符合。对于i＝1，这个代码字就是一个固定长度的代码。对于i具有多个值的情况，每个值都是从范围1到imax(i的最大值)中选择出来的，最终的代码字是一个可变长度代码。在一般情况下，从块编码中导出的代码都表示为可变长度代码(d，k；m，n；r)。
在这里，i叫做约束长度，r是最大约束长度imax。d是出现在两个相邻的1之间的0的最小数目。d叫做0的最小游程。另一方面，k是出现在两个相邻的1之间的0的最大数目。k叫做0的最大游程。
顺便提一下，在向记录介质如光盘或磁光盘例如向致密盘(CD)或微型盘(MD)记录从上述的块编码获得的可变长度代码的操作中，可变长度代码要经受NRZI(非归零反转)调制，其中的可变长度代码的每个“1”解释为反转，而“0”解释为非反转。然后记录完成了非归零反转调制的可变长度代码。完成非归零反转调制的可变长度代码称之为记录波群。对于符合早期ISO规范的磁光盘，其中规定的记录密度没有那么大，在比特序列没有经受非归零反转调制时记录完成了记录调制的比特序列。
如以上所述，当数据通过传输线路传输或者记录到记录介质上时，要先将数据调制成与传输线路或记录介质匹配的代码，然后再进行传输或记录。如果从调制导出的代码包含直流分量，则各种各样的误差信号，如在控制盘驱动器的伺服机构中产生的跟踪误差，变得容易发生变化，或者容易产生跳动。出于这个理由，期望尽最大的努力来防止经过调制的代码包含直流分量。
为了阻止经过调制的代码包含直流分量，已经提出一个建议：控制RDS(运行数字和)来防止经过调制的代码包含直流分量。RDS是通过将比特序列的数值(数据的符号)相加得到的和，其中数值+1和-1分别指定为序列中的“1”和“0”，并且这个数值+1和-1是从信道比特的一个序列的非归零反转调制(即，电平编码)导出的。RDS是包含在代码序列中直流分量的指示字。通过RDS控制减小RDS的绝对值，等效于抑制包含在代码序列中的直流分量的幅度。
控制RDS的一种方法使用了一个预编码器，预编码器先将RDS控制比特插入数据流中，然后再使数据流进入编码器。
为了实现RDS控制，要在预定的时钟周期的调制后计算编码的比特序列(信道比特的序列)的RDS，并且将预定数目的RDS控制位插入编码的比特序列(信道比特的序列)内。
无论任何速率(rate)，RDS控制比特基本上都是冗余比特。如果将代码转换的效率考虑在内，期望将RDS控制比特的数目减小到最小可能的数值。
此外，如果插入RDS控制比特，则还期望使最小游程d和最大游程k固定不变。这是因为(d，k)的变化将对记录/回放特性产生影响。
PHQ98023/WO99/0948/EP申请99919490.5通过使要执行的RDS控制能产生高效率的控制比特来解决上述的问题。
与常规的方法非常相似，在使用转换表转换数据串之后，在预定的间隔向从转换导出的信道比特序列添加RDS控制比特，从而可执行RDS控制。通过利用数据串和根据转换表从转换导出的代码字串之间的关系，可以执行RDS控制。
在信道比特序列中插入具有表示反转的值“1”和表示不反转的值“0”的RDS控制比特等效于在数据比特序列中插入具有表示反转的值“1”和表示不反转的值“0”的RDS控制比特。
于是，在编码器之前的数据流中插入一些比特就可以控制在编码器之后的代码字流的RDS。
如果减小一部分存储介质中使用的数据速率(rate)，经过调制的数据具有直流分量的可能性更大。减小数据速率的部分存储介质的例子是光盘中的“程序信息和校准”区(PIC带)。这里，例如使用HFM凹坑存储预记录信息。恢复这个区中的数据是因为凹坑是由跟踪系统跟踪的，距凹坑的期望过程的偏差表示在凹坑上调制的数据。重要的是要保证在凹坑上调制的数据中的直流分量的数值最小，从而能够可靠地恢复数据。
在编码器之前在预定的间隔在比特流内插入一些比特的直流分量控制方法的缺点是，在插入的RDS控制比特之间，RDS值可能发生变化，与0的偏差相当大，这样就不能保证跟踪系统在PIC带内要求的最小可能的RDS。还有，因为在PIC带内的数据速率小于在PIC带外的数据速率，在PIC带内的调制数据容易受到直流分量控制的干扰，引起凹坑的跟踪问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供编码器产生的代码字的改进的直流分量控制。
为了实现这个目的，本发明的特征在于：N个代码字的每个组的运行数字和都等于0。
通过预编码使RDS的绝对值对于每N个代码字都归于0，使RDS绝对值的变化范围自动地保持在很小，这是因为只有N个代码字的RDS绝对值能够增加并且与0相差越来越大。
由于RDS的变化范围局部保持得极小，所以RDS的整个变化也保持在极小。由于RDS的局部变化范围很小，并且由于受到N的选择的限制，具有很短的持续时间，所以调制的信号将具有极低的直流分量。对于光和磁的存储介质，这意味着跟踪受到在凹坑上存在调制数据的影响极小。
本发明的另一个实施例的特征在于N＝2。
通过选择N＝2，可以保证RDS绝对值的变化范围极小，因为只有两个代码字，它的RDS绝对值能够增加并且与0偏离地越来越大。再有，N＝2的选择可以保证RDS绝对值的每个偏差的持续时间极短，因此直流充电设备的持续时间极短。
本发明的另一个实施例的特征在于：在将预编码的输入字流编码成N个代码字的组流的步骤之后，该方法还包括如下步骤：在存储介质上使用凹坑位置调制中，存储N个代码字的组。
当使用凹坑位置调制的存储介质上存储信息时，最重要的是在代码字中要存在尽可能小的直流，因为在跟踪存储介质上的凹坑的同时要通过解调制跟踪误差来恢复数据。按照本发明的预编码可能减小代码字流中的直流分量，因此在使用凹坑位置调制时预编码是特别合适的。
本发明的另一个实施例的特征在于：使用奇偶保存编码器来实现编码输入字的预编码流。
本发明的另一个实施例的特征在于：奇偶保存编码器是一个17PP编码器。
17PP编码器通常用于编码PIC带之外的数据并且产生不可接受的受PIC带之内跟踪的干扰。通过本发明提供的直流控制就可以使用17PP编码器既编码PIC带之外的数据又可以编码PIC带之内的数据。这样作的好处是，对于两个区域不再需要两个不同的编码器，这样，使用本发明的方法可减小设备的复杂性。
还有，当解码已检索的数据的时候，不再需要有两个不同的解码器了，因为一个17PP编码器既可以解码PIC带之外的数据又可以解码PIC带之内的数据。
这个实施例的另一个优点是，可以维持代码的d、k和RMTR约束，因为使用标准的17PP编码器来编码预编码的输入字。
本发明的另一个实施例的特征在于：使用以下的表格来预编码M个输入字流：
输入    输出
00      1010
01      0001
10      0111
11      0101
1010    00001000
因为在17PP编码器中字长是变化的，所以保证足够好的直流控制是很困难的。当按照这个表格预编码时，可以保证：当在预编码之后使用17PP编码器时，2个代码字的一个组的运行数字和等于0。以此方式，实现了本发明的目的。
有两种机制可以对直流的减小起作用：
-数据速率加倍，因为预编码器对于它处理的每两个比特将产生4个比特。这样，可使代码字的谱能量从直流区移动到较高的频率。
-预编码器可保证两个代码字的每一组的运行数字和都等于0。可保持RDS的绝对值的变化范围极小，因为只有两个代码字，它的RDS绝对值可能增加并且与0偏差越来越大。再有，这样选择预编码可保证RDS绝对值的每个偏差有极短的持续时间，因此使直流分量有极短的持续时间。
已经发现，这两种机制的共同作用的结果是将直流分量减小到对于PIC带中的跟踪机构来说可接受的水平。
本发明的另一个实施例的特征在于：使用以下的表格来预编码M个输入字流：
00    -＞    1010
10    -＞    0001
11    -＞    0111
01    -＞    0101
1111  -＞    00001000
这个实施例的优点与前一个实施例相同，并且表明：当对于相同的编码器预编码时，不同的预编码器可获得类似的效果。
本发明的另一个实施例的特征在于：在使用存储介质上凹坑位置调制存储N个代码字的组的步骤之前，使用一个高通滤波器滤除剩余的直流分量。
因为在前两个实施例中的预编码增加了数据速率，所以在使用凹坑位置调制进行存储之前将代码字的谱内容移动到较高的频率。因此对于调制的代码字应用高通滤波器来进一步减小直流分量是很容易的。
应当说明的是，预编码可能只受编码器产生的数据的影响。如果编码器将另外的元素插入编码的数据流，例如同步字，预编码不可能改变同步图形的运行数字和。
为了克服这一困难问题，如果预编码器知道预编码的数据在编码的数据流中的位置，可以通过紧挨着同步图形后边的数据对于同步图形的运行数字和进行补偿。这将导致数据存储容量的微小损失，但却保证在紧挨着同步图形之后的补偿字结束时运行数字和为0。
附图说明
现在根据附图讨论本发明。
虽然按照凹坑位置调制、PIC带、和光存储介质对于附图进行描述，但本发明同样可应用到其它的调制和应用场合，如数据通信，这里的直流分量是要避免的，以减小对正常的解调和/或跟踪的干扰。
图1表示使用预编码器的系统；
图2表示按照本发明的接收器；
图3表示编码输入字的一个例子；
图4表示按照本发明的一个信号的运行数字和；
图5表示由预编码器使用的用于预编码所说的数据的表格；
图6表示解码器使用的表格；
图7表示当使用17PP编码器时代码字的谱内容；
图8表示当使用17PP编码器编码之前预编码输入字时代码字的谱内容；
图9表示用于在存储介质上存储数据的设备；
图10表示用于从存储介质上检索数据的设备；
图11表示同步图形的运行数字和的补偿。
具体实施方式
图1表示使用预编码器的编码系统。
编码系统1在输入端6接收要编码的数据。输入端6连接到误差校正编码器2的输入端7。为了表示出预编码器3在典型编码系统1中的位置，才将误差校正编码器2包括在内，编码器2在本发明中并不重要。
然后，误差校正编码器2通过它的输出端8向预编码器3的输入端9提供包括误差校正在内的数据。预编码器然后预编码包括误差校正在内的数据，并且经它的输出端10向编码器4的输入端11提供预编码的数据。编码器4编码预编码的数据，并且经它的输出端12向非归零反转编码器15的输入端13提供最终的代码字。非归零反转编码器15经它的输出端14向编码系统1的输出端5提供经过非归零反转的编码的代码字。
预编码器3完成的预编码与编码器4完成的编码密切相关，因为预编码的目的就是得到由编码器4产生的代码字特性。在整个附图的讨论中使用的编码器类型为17PP编码器。
向编码器4提供预编码的数据，以便限制编码器4产生的代码字的运行数字和的绝对值。为此目的，应该保证：在2个代码字的一个组内，第一代码字的运行数字和应由第二代码字的运行数字和补偿。在第二代码字结束时，运行数字和是0，并且，限制了从第一代码字的始端一直到第二代码字的末端的运行数字和的偏差，因为它们只有有限的比特数目能够对运行数字和的绝对值的增加起作用。
编码器4例如可以是17PP编码器。
图2表示用于检索原始数据的解码系统。
解码系统20在它的输入端21接收非归零反转编码的代码字，并且向非归零反转解码器16的输入端17提供接收的非归零反转编码的代码字。非归零反转解码器16清除非归零反转代码并且经它的输出端17a向解码器23的输入端22提供这样获得的代码字。解码器23解码代码字，并且因此可检索包括误差校正的预编码数据，经过它的输出端24将这个数据提供给预编码解码器26的输入端25。预编码解码器26解码从解码器23接收的数据，并且经过它的输出端27将这个预编码解码的数据提供给误差校正解码器29的输入端28。误差校正解码器29从预编码解码的数据中清除误差校正编码，并且进行相关的误差校正。误差校正解码器经过它的输出端19将最终的数据提供给解码系统20的输出端18。最终的数据对应于提供给编码系统1的输入数据。解码器23例如可以是17PP解码器。
图3表示编码输入字的一个例子。
在此例中使用的预编码步骤使用如下的表格：
输入            输出
00              1010
01              0001
10              0111
11              0101
1010            00001000
输入字的流30包括误差校正编码的输入字33、33a、33b。
这个流30预编码成预编码的输入字34、34a、34b的流31。
预编码的输入字的流31由编码器编码成代码字35、35a、35b的流32。
具有值“00”的输入字33变成具有值“1010”的预编码的输入字34。预编码的输入字34随后由17PP编码器编码成具有值“001 001”的代码字35。
当预编码器碰到在具有数值“1010”的输入字30的流中两个输入字33a的一个序列时，预编码器将这两个输入字33a预编码成具有数值“0000 1000”的两个预编码的输入字34a的一个序列。
编码器随后将这两个预编码的输入字34a的序列编码成具有数值“000 100 100 100”的两个代码字35a的一个序列。
显然，因为17PP编码器处理预编码的输入字，所以最终的输出字总是会符合17PP信道代码有关块大小、同步、和直流控制比特数目的规定。因此可以使用标准的17PP解码器解码最终的代码字，在此之后，只需清除预编码，然后再清除误差校正编码，从而就可以产生原始的输入字，即在输入字的原始流30中存在的原始输入字。
图4表示按照本发明的信号的运行数字和。
这个举例的曲线表示运行数字和相对于代码字42、42a、43、43a、44、44a的关系。
两个代码字的一个组是第一个代码字42和第二个代码字42a。
两个代码字的另一个组是第三个代码字43和第四个代码字43a。可以看出，预编码器能够保证在一个组内的两个代码字42、42a、43、43a、44、44a的总的运行数字和为0。这由代表运行数字和的组40的零交叉42c、43c、44c来表示。
因为运行数字和顶多只能在两个代码字的大部分期间增加，所以在运行数字和的其它部分必须归0的期间，运行数字和的绝对值的最大值也受到了限制。还有，将运行数字和不归0的持续时间限制为两个代码字的最大值。以此方式，使运行数字和的总绝对值保持在严格的控制之下，并且与限制运行数字和的绝对值的直流控制的其他方法相比，在大多数情况下减小了运行数字和的总绝对值。
图5表示预编码器使用的用于预编码数据的表格。
预编码器搜寻误差校正编码的输入字的流以匹配图5中表格的“输入”列中的元素。当找到匹配时，误差校正编码的输入字的流中实现匹配的比特就由图5中表格的“输出”列中的对应的元素的比特代替。
例如，当碰到“00”时，这些比特就由比特“1010”代替。
将代码字的谱内容移动到较高的频率，使比特率有效地加倍，同时“输出”列中的元素是这样的：当用17PP编码器编码时，N个代码字的每个组的运行数字和等于0。
图6表示解码器使用的表格。
从17PP解码的代码字中清除预编码的解码器使用如图6所示的表格。解码器使用图6的表格执行预编码的反向操作。在清除预编码后，最终的流对应于在编码器中误差校正编码的输入字流。
解码器清除预编码的搜寻和替换操作类似于预编码器的搜寻和替换操作，只是使用图6中的表格代替图5中的表格。
图7表示当使用17PP编码器时代码字的功率谱密度。
这个谱具有一定的直流内容，并且从这个电平开始随着频率增加到最大值。功率谱密度的这个曲线是由17PP编码器产生的代码字的特性的直接作用结果。
图8表示当在用17PP编码器编码之前预编码输入字时的代码字的谱内容。
通过保证N个代码字的每个组的运行数字和等于0的预编码，预编码实现了直流内容的明显降低。这就降低了运行数字和的绝对值，结果，还降低了直流内容。进而，因为增加了数据速率，使整个功率谱密度向较高的频率移动。预编码的两种效果单独看都已经降低了直流内容，组合的效果则更是降低了直流内容。
图9表示的是用于在存储介质上存储数据的设备。
用于在存储介质91上存储数据的设备90在它的输入端接收包括输入字流的数据，并且向一个接收部分提供所说的输入字流，在这里执行信号调节，并且可处理输入字流以确定例如存储位置和存储方法。
接收部分93然后向编码器92提供输入字流。编码器92包括误差校正编码器95、预编码器96、和17PP编码器97，它们按照图1所述操作。向比特引擎94提供由17PP编码器97产生的最终的代码字。比特引擎94提供在存储介质91上存储代码字的装置。为清楚起见，在图9中没有表示出任选的高通滤波器，高通滤波器可以插在17PP编码器97的输出端和比特引擎94的输入端之间。
图10表示用于从存储介质上检索数据的设备。
用于从存储介质91上检索数据的设备100包括比特引擎94，用于从存储介质91中检索代码字。比特引擎向解码器101提供代码字。解码器101包括17PP解码器103、预编码解码器104、和误差校正解码器105。解码器101的操作与图2中所述的相同。然后，由解码器101向处理部分102提供最终的数据字流，在处理部分102，对于数据作进一步的处理，然后提供给设备100的输出端。
图11表示同步图形的运行数字和的补偿。
#0直流控制块110包括总是相同的同步体111，接下去是帧同步ID112，帧同步ID112可能有7个不同的值。在正常情况下，帧同步ID112的后边是25比特的数据。为了能够补偿同步体111和帧同步ID112的运行数字和，使用25个数据比特中的8个比特作为帧同步补偿113，以保证在用作帧同步补偿113的8个比特结束时运行数字和是0。
#0直流控制块的结构是：
同步体    帧同步ID    帧同步补偿    数据    DCC
下面的表格用于17PP编码器：
同步体                       帧同步ID   帧同步补偿
X01010000000010000000010 000 001 $EB
                             010 010    $BA
                             101 000    $BF
                             100 001    $DA
                             000 100    $3A
                             001 001    $BE
                             010 000    $B5
帧同步补偿和其余的数据位114如图3所示进行预编码。
#0直流控制块的最后的比特是DCC比特15，与通常对于直流控制使用的一样。这个DCC比特15还出现在规则的数据块中，但当使用本发明的用于直流控制的方法时，可以在两个规则的数据块中以及在#0直流控制块中忽略DCC比特15，即，将其设置成标准值0。
最终编码的数据流具有低的运行数字和，因此实现了直流控制的改进。

Claims (26)

1.使用信道代码将输入字流编码成N个代码字组的方法，其中N个代码字的每个组的数字和等于0，其特征在于所说的方法包括如下步骤：
-使用预编码表将具有第一频谱频率的输入字流预编码成具有第二频谱频率的预编码的输入字流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：N等于2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在将预编码的输入字流编码成N个代码字的组流的步骤之后，所述的方法还包括如下步骤：在存储介质上使用凹坑位置调制存储N个代码字的组。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：编码预编码的输入字流是使用奇偶保存编码器实现的。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：编码预编码的输入字流是使用奇偶反转编码器实现的。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：奇偶保存编码器是17PP编码器。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：使用下述的表格预编码M个输入字的流：
输入                             输出
00                               1010
01                               0001
10                               0111
11                               0101
1010                             00001000
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：使用下述的表格预编码M个输入字的流：
输入                             输出
00     -＞                       1010
10     -＞                       0001
11     -＞                       0111
01     -＞                       0101
1111   -＞                       00001000
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：在使用凹坑位置调制在存储介质上存储N个代码字的组的步骤之前，使用高通滤波器清除剩余的直流分量。
10.一种用于在记录介质上存储数据的设备，所说的设备包括一个编码器，对于编码器进行安排，以便将预编码的输入字流编码成N个代码字的组的流，其中N个代码字的每个组的数字和等于0，其特征在于所说设备进一步包括：
-预编码器，设置为使用预编码表将具有第一频谱频率的输入字流预编码成具有第二频谱频率的预编码的输入字流。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：N等于2。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于：对于所说的设备进行安排，以便在存储介质上使用凹坑位置调制存储N个代码字的组。
13.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于：编码器是奇偶保存编码器。
14.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于：编码器是奇偶反转编码器。
15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：奇偶保存编码器是17PP编码器。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：使用下述的表格操作预编码器以预编码M个输入字的流：
输入                                    输出
00                                      1010
01                                      0001
10                                      0111
11                                      0101
1010                                    00001000
17.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：使用下述的表格操作预编码器来预编码M个输入字的流：
输入                                    输出
00        -＞                           1010
10        -＞                           0001
11            -＞        0111
01            -＞        0101
1111          -＞        00001000
18.根据权利要求16或17所述的设备，其特征在于：操作所说的设备，以便可在使用凹坑位置调制在存储介质上存储N个代码字的组之前，使用高通滤波器清除剩余的直流分量。
19.用于使用信道代码将N个代码字的组解码成输出字的流的方法，其中N个代码字的每个组的数字和等于0，其特征在于所说方法包括如下步骤：
-使用预编码表将具有第二频谱频率的预编码的输入字流后编码成具有第一频谱频率的输入字流。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于N等于2。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于在将N个代码字组流解码成预编码的输入字流的步骤之前，本方法包括取回使用凹坑位置调制在存储介质上存储的N个代码字组的步骤。
22.根据权利要求19、20或21所述的方法，其特征在于使用奇偶保存编码器实现N个代码字的组流的解码。
23.根据权利要求19、20或21所述的方法，其特征在于使用奇偶反转编码器实现N个代码字的组流的解码。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于奇偶保存编码器是17PP编码器。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于使用下述表格对M个输出字的流进行后编码：
输入                            输出
1010                            00
0001                            01
0111                            10
0101                            11
00001000                        1010
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：使用下述的表格后编码M个输出字的流：
输入                                输出
1010                                00
0001                                10
0111                                11
0101                                01
00001000                            1111
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