CN100547671C

CN100547671C - 用于高密度光盘的调制码的编码方法

Info

Publication number: CN100547671C
Application number: CNB2006100196949A
Authority: CN
Inventors: 胡迪青; 谢长生; 刘丹
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Wuhan Guanggu Gaoqing Technology Development Co., Ltd.; Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: CN1889185A

Abstract

一种用于高密度光盘的调制码的编码方法，其特征在于：采用游程长度RLL(1，10)，码率取4/6；在源数据中每隔288字节加入一个P控制位，调制后选择DSV较小的P来实现对DSV的控制，提高控制直流分量的能力；6位码字中满足R11(1，10)要求的码字共有21种，从中挑选出出首尾都不为0的16种作为基本编码码字构成基本编码表，剩余的5种码字中首尾都为0的码字作为连接符，替换表就是基本码字与连接符的组合，替换表长为56；采用前视编码解决码字的级联冲突问题，每次调制时前视4个bit的源数据，若当前数据调制后的码字与前视数据调制后的码字级联有冲突，则用替换表中的码字代替这2组产生冲突的码字；否则，则对当前数据进行调制。具有比DVD高的容量和编码效率，单面双层容量可以达到13G，满足高清视频节目的要求。同时，其直流分量在可接受的范围内，最大DSV为DVD的2倍，码率比DVD提高33.3%，编码效率比DVD高一个百分点。

Description

用于高密度光盘的调制码的编码方法

技术领域

本发明属于光盘存储技术领域，具体涉及光盘调制码的设计，可以在高密度光存储设备中应用。

技术背景

目前，传统的DVD碟片容量已无法满足观看高清晰视频节目的高容量要求，虽然国外已经出了蓝光光盘(其容量单面单层可以达到25G)，但是其昂贵的成本使其在目前的市场中无法推广，因此，开发一种基于红光技术的高容量碟片势在必行。与此同时，我国DVD碟机的生产厂商因为DVD版权专利的问题，其生存受到很大威胁。为了摆脱昂贵的专利费负担，急需设计一种具有自有知识产权的新的多媒体光盘调制码，以使我国的多媒体碟机生产具有较强的市场竞争力。

DVD的光盘调制编码特性如下：

1.编码原理

DVD采用的是EFM-Plus调制码，游程长度为RLL(2，10)，码率为8/16。当d＝2，k＝10时，码的最大容量为0.5418，故码率只能为1/2左右。

EFM-Plus采用的是状态依赖固定长度分组码。在状态依赖码中，与一个固定长度的信源码字相关联的固定长度编码码字被设计为依赖于前一个编码码字。EFM-Plus码有4个状态，每一状态由进入、离开给定状态的码字的类型来划分。规定了划分条件后，可以引入t_i，j表示4*4状态转移矩阵T中离开状态i而进入状态j的码字数。

T = [\begin{matrix} 138 & 96 & 96 & 22 \\ 145 & 90 & 90 & 27 \\ 132 & 102 & 102 & 15 \\ 164 & 113 & 113 & 25 \end{matrix}]

从T的每一行中看出，从每一个状态至少有351个码字输出。编码器把输入的源码字指派给每一状态中的351个输出码字与之对应，超出的码字被删除。设立对应关系后，给出源码字和给定编码器状态，则编码器就可输出相应的通道码字，同时还给出下一状态的信息。由于输入只需容纳256个源码字，故EFM-Plus有2张编码表，一张是256项的主表(见图1)，另一张是87项的备选表(见图2)，这样编码时前87个源码字就有2张表可选，从而达到控制减小低频成分的作用。

2.解码原理

当前的通道码加下一个通道码的X₃位和X₁₅位，即可解出信源码字。

B(t)＝H^-1{X(t)，X₁₅(t+1)，X₃(t+1)}

3.直流控制

EFM-Plus的低频成分抑制或直流控制的方法是控制码字的RDS(Running digitalsum)。多出的88个通道码用来作为源码字0-87个备选通道码，选择备选通道码的原则是使整体通道码的RDS最小。

同时，同步码的选择也可以帮助控制RDS。EFM-Plus设计了7组同步码(见图3)，一定状态下的同步码可以在主同步码和备选同步码中选择，从而得到较小的DSV(Digital Sum Value)。

另外，88到255的源码字进行编码时，若状态为1或4，则可以在1状态或者4状态中选择一个编码码字，在满足游程长度限制的前提下，选择的标准为DSV越小越好。

该调制码的主要不足为：

容量较小，DVD的调制码取的RLL参数d＝2，码的最大容量为0.5418，故码率只能为1/2左右，这对于新一代高密度红光光盘单面15GB的标准是不够的，编码效率有待提高。

发明内容

本发明的目的是设计一种用于高密度光盘的调制码的编码方法，适合NVD(下一代通用光盘)通道特性的调制编码，该调制码具有更高的编码效率，以使光盘具有较大的有效存储容量，其直流分量控制能力不下降太多。

本发明的技术方案是：一种用于高密度光盘的调制码的编码方法，其特征在于：采用游程长度RLL(1，10)，码率取4/6；在源数据中加DC控制位，提高控制直流分量的能力；

6位码字中满足d-k要求的码字共有21种，从中挑选出16种作为基本编码码字构成基本编码表，剩余的5种码字中首尾都为0的码字作为连接符，替换表就是基本码字与连接符的组合，替换表长为56；

采用前视编码解决码字的级联冲突问题，每次调制时前视4个bit的源数据，若当前数据调制后的码字与前视数据调制后的码字级联有冲突，则用替换表中的码字代替这2组产生冲突的码字；否则，则对当前数据进行调制。

如上所述的用于高密度光盘的调制码的编码方法，其特征在于：在源数据中每隔288字节加入一个P控制位，调制后选择DSV较小的P来实现对DSV的控制。

如上所述的用于高密度光盘的调制码的编码方法，其特征在于：对调制后的数据每108字节加入同步码，同步码有2组，根据当前码字的状态加入。

本发明的基本原理是：

1.较长的通道位长度和较高的码率

(d＝1，k＝10)的限制表明实际记录斑点的游长在2T到11T之间，其中T为通道位长度。理论上(d＝1，k＝10)的码容量为0.6909，设计中取码率为4/6；与此对照，(d＝2，k＝10)的码容量为0.5418，而EFM码的码率为8/17，EFM+的码率为8/16＝1/2。因此本调制码具有较高的效率，增加了记录容量。

RLL调制码有2个重要的性能指标：调制率和密度率。调制率R＝m/n，R越大表明编码的效率越高；密度率DR＝R(1+d)，DR表示的是调制方式对存储密度的提高能力。表4比较了RLL(1，10)码和当前几种流行的RLL调制码的主要性能参数指标。

2.在源数据的比特流中添加DC控制位

与EFM及EFM+中DC控制位添加在通道位码流中不同，(1，10)调制码的DC控制位是添加在源数据的比特流中。举例说明如下：

考虑源数据比特流“P0100110”，其中‘P’为添加的DC控制位(或称合并位)。如果‘P’＝‘1’，那么经过调制后(参考表3)得到“100010 010010”，再经过一次NRZI转换得到“000011 100011”，其数字游程和DSV＝+1；如果‘P’＝‘0’，那么经过调制后得到“001001 010010”，再经过一次NRZI转换得到“110001 100011”，其数字游程和DSV＝0。这样通过选择合适的‘P’的取值，就可以控制DSV的极性，从而控制记录信号的直流成分和低频分量。并且，在源数据中添加DC控制位的开销也比较小，约为0.1494％；与此对照，EFMPlus码在码字流中添加DC控制位，开销约为58％。

3.采用前视编码

根据即将到来的编码码字情况来确定对当前的编码码字是否应该替换为另一种编码码字。

6位码字中满足d-k要求的码字共有21种，以‘1‘结尾和以‘1’开头的码字级联就会产生d的冲突，因此根据尽量减少冲突但又要预留足够连接符的原则，从中挑选出16种作为基本编码码字。

基本编码表中，每个码字本身均符合游程长度的限制，而它们中的部分码字进行级联时则将违反游程长度的限制，如A与I级联则违反d的限制。因此当这样的码字级联时，就用替换表中的码字代替。替换表由基本码字与连接符的组合构成。

且替换时，若原码字以0开头，则替换后的码字也必须以0开头，否则会产生新的冲突。

4.同步码的设计

有2组同步码：“100000000000”和“000000000001”。

对编码后的数据每108字节加入同步码，若当前通道码字状态为0(即‘0’开头)则加入同步码“000000000001”；若当前通道码字状态为1(即‘1’开头)则加入同步码“100000000000”。

本发明的优点和有益效果是：

采用游程长度RLL(1，10)，有较长的通道位长度和较大的码容量；码率取4/6，有较高的编码效率；采用前视(look-ahead)编码，解决码字的级联冲突问题；在源数据中加DC控制位，提高控制直流分量的能力。利用本发明申请提出的调制编码方法，将源数据进行4/6的调制，编码效率比EFM-Plus增加1％，并通过添加DC控制位，大大降低了直流分量，比未添加时降低约90％。

具有比DVD高的容量和编码效率，单面双层容量可以达到13G，满足高清视频节目的要求。同时，其直流分量在可接受的范围内，最大DSV为DVD的2倍，码率比DVD提高33.3％，编码效率比DVD高一个百分点。

附图说明

图1，是表1部分的EFM-Plus编码表主表。

图2，是表2部分的EFM-Plus编码表备选表。

图3，是表3EFM-Plus的同步码。

图4，是表4 RLL调制方式主要性能参数的比较。

图5，是表5本发明实施例的RLL(1，10)调制基本编码表。

图6，是表6针对d＝1限制的替换表。

图7，本发明实施例的多媒体数据调制编码流程图1。

图8，本发明实施例的多媒体数据调制编码流程图2。

图9，本发明实施例的解码流程图。

具体的实施方式

本发明的实施例通过图5(表5)、图6(表6)、图8和图9给予了表述。以下结合附图(表)，做进一步的描述。

1.基本编码表设计

基本编码表见图5，有码字16种。满足d＝1，k＝10的6bit长的码字一共有21种，从中挑选出16种作为基本编码码字。

首先根据基本编码表编码，当当前码字与前视码字调制后的编码码字级联无冲突时，则采用基本编码表中的编码码字。

一般来说，DC控制的方法就是让尽可能多的输入码字经过调制后有2种可选的码字，且这2个码字中“1”的极性不同。由于本设计考虑采用的DC控制方法是在源码中加入DC控制位，所以设计码表时就要使源码中汉明距离为1的源码码字对应的编码码字“1”的极性相反。例如，“0000”对应的编码码字“1”的极性为奇数，则“0001”、“0010”、“0100”和“1000”对应的编码码字“1”的极性就为偶数。

2.替换码表设计

把当前4位码字称为P，把下一个4位码字称为S。针对d＝1限制的替换表见图6。

基本编码表中的16种码字，其中有的码字可以与任何其他的编码码字级联而不会违反d的限制，如000010，像这样的码字就作为“连接符”。

当基本编码表中的码字产生级联冲突时，就用一个基本码字加上一个连接符来代替原来相冲突的2个基本码字，解决级联的冲突。如：0000与1000级联时，查基本编码表(见图5)的码字得到100001.100000，产生了d的冲突，因此查替换表(见图6)，得到替换码字：000001.001010来代替原基本码字，解决了d的冲突。

由于基本编码表中以“1”结尾的码字共有7个，以“1”开头的码字有8个，因此共有56种级联冲突，因此替换表长为56(见图6)。

3.同步码设计

2组同步码：000000000001和100000000000。

当前状态为0(同步码后面的码字首位为‘0’)，选择同步码000000000001；当前状态为1(同步码后面的码字首位为‘1’)，选择同步码100000000000。这样可以保证同步码与数据码字的连接不违反d的规定。由于k＝10，所以当检测到超过11T的信号时，即可判定出现了同步码。

4.编码流程

编码流程如图7和图8所示。

1)向input缓冲区中输入288个信源码字。

2)将input缓冲区的数据分别复制到p_input[0]和p_input[1]中，且p_input[0][0]＝0，p_input[1][0]＝1。

3)分别对p_input[0]和p_input[1]进行encode()调制，结果保存到p_output[0]和p_output[1]中。

4)分别对p_output[0]和p_output[1]加入同步码，结果存入p_withsyn[0]和p_withsyn[1]中，

5)分别对p_withsyn[0]和p_withsyn[1]计算dsv值，取dsv值小的输出码字作为输出码字保存到outwithsyn缓冲区中。

其中，encode()的过程如下：

1)向编码器中输入4位码字和下一个4位码字；

2)根据RLL(1，10)调制的基本编码表对当前4位输入码字和下一4位码字进行码型变换，得到2个6位的码字P和S；

3)判断码字P和S是否违反d＝1的限制，若是，则按照针对d＝1限制的替换表对P和S进行替换，得到合法的新P和新S，然后进入步骤4)；若否，直接进入步骤5)；

4)在当前时钟输出码字P，进行等待，在下一时钟输出码字S，然后回到步骤1)，循环上述步骤，直到编码完毕；

5)在当前时钟输出码字P，把S赋给P作为新的当前码字；读入下一个4位码字，并根据RLL(1，10)调制的基本编码表对新的4位码字进行码型变换得到新的S，然后回到步骤3)；若已到文件结束没有码字可以读入，则直接在下一时钟输出码字P；循环上述步骤，直到编码完毕。

5.解码流程

编码流程如图9所示。

1)向in_withsyn缓冲区中读入219字节数据(2个同步区间)。

2)去掉in_withsyn中数据的同步码存入de_input中。

3)对de_input数据进行decode()解码。

4)对解码后的数据每隔2305bit去掉一位(P位)，结果输出到de_output中。

其中，decode()的过程如下：

1)向解码器中输入6位码字P和下一码字6位S；

2)判断P和Q是否是为了消除违反d＝1限制而用来替换的特殊码字，若是，则根据编码时采用的针对d＝1限制的替换表对码字P和S进行变换，然后进入步骤3)；若否，则直接进入步骤4)；

3)在当前时钟输出码字P的变换，在下一时钟输出码字S的变换，然后回到步骤1)，直到解码结束；

4)根据编码时采用的RLL(1，10)调制基本编码表对P进行变换，并在当前时钟输出码字P的变换，把S赋给P，并读入新的6位码字S，然后回到步骤2，直到解码结束。

本发明实施方案中，调制编码的评估如下：

根据高密度光盘多媒体应用的特点，对源数据进行了RLL(1，10；4，6)的调制编码。

其容量比DVD的调制码增加了33.3％，编码效率提高了一个百分点。

最大DSV比不加DC控制位时减小了1到2个数量级，但最大值约为DVD的2倍。

因此，该调制码具有应用于高密度光盘提高光盘有效存储容量的可行性。

Claims

1、一种用于高密度光盘的调制码的编码方法，其特征在于：采用游程长度RLL(1，10)，码率取4/6；在源数据中每隔288字节加入一个P控制位，调制后选择DSV较小的P来实现对DSV的控制，提高控制直流分量的能力；

6位码字中满足游程长度RLL(1，10)的d和k要求的码字共有21种，从中挑选出首尾都不为0的16种作为基本编码码字构成基本编码表，剩余的5种码字中首尾都为0的码字作为连接符，替换表就是基本码字与连接符的组合，替换表长为56；

2、如权利要求1所述的用于高密度光盘的调制码的编码方法，其特征在于：对调制后的数据每隔108字节加入同步码；同步码有2组，第1组同步码“000000000001”，第2组同步码“100000000000”，根据当前通道码字状态加入，若当前通道码字状态为0，则加入第1组同步码“000000000001”；若当前通道码字状态为1，则加入第2组同步码“100000000000”。