CN1053983C - 数字重放信号检出装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供数字重放信号检出装置及方法。通过对规定记录载体上重放的信号用相位均衡器的积分器补偿低频段的损失，用两个延时元件把相位均衡器的输出信号延迟为第1和第2信号，第2延时信号和相位均衡器的输出信号差分放大后进行微分，微分后的信号和第1延时信号线信相加。波形整形器中微分器的输出上连接限幅器，数据检出器中缓冲器的输出端连接两个限幅器，用以消除输入信号的畸变和噪声。

Description

数字重放信号检出装置及其方法

本发明涉及重放记录在规定的记录载体上的数字信号的重放系统，特别是涉及一种数字重放信号检出装置及其方法，这种装置可以补充对重放信号的丢失和畸变部分进行补偿的数据检测电路的功能使数据最大限度地复原，从而即使在信噪比低的情况下也能稳定地检出数据。

一般，像D-VCR、DAT之类的录放数字信号的数字磁录放系统中，是把输入的模拟信号以数字信号的方式记录在磁带之类的记录载体上，在重放时先把该重放数字信号复原成记录时的数字信号，再变换成为模拟信号。

不过，它的缺点是重放信号由于定位在磁头和放大器之间的旋转变压器和记录载体特性决定的符号间的干扰、信噪比的劣化而使数据复原时误码率增加，从而使系统的整体性能劣化。

为防止这种缺点，原来是对重放信号进行相位校正和幅度校正之后检出数据。

图1是原来的数字重放信号检出装置的方框图。图1的原来的数字重放信号检出装置具有把通过磁头从记录载体重放出来的数字数据放大到一定大小的重放放大器11，重放放大器11的输出端连接有校正经放大的重放信号的相位的第1均衡器12，第1均衡器12的输出端连接具有横向滤波器结构的第2均衡器13。

更详细地说明的话，就是第2均衡器13是由每一定时间隔T具有分支的两个延时器14、15和合成各分支的输出信号的加法器16构成的三分支均衡器。各分支的输出端和加法器16之间都连接有电位器。

在图1中，记录在磁带之类的规定的记录载体上的数字数据通过重放磁头重放出来，重放信号被输入到重放放大器11并放大成一定大小的信号。被放大了的信号输入到第1均衡器12把其畸变了的相位校正平坦，经相位校正的重放信号送到第2均衡器13的第1延时器14，延迟一定的时间T再输出去。而且，经相位校正的重放信号由电位器的阻值调节增益K₃然后送到加法器16，经第1延时的重放信号输入到第2延时器15延迟一定的时间间隔后输出，经第1延时的重放信号由电位器的电阻值调节增益K₂，然后输出到加法器16。经第2延时的重放信号由电位器的阻值调节增益K₁之后输出到加法器16。即：调节电位器的阻值使各分支的输出信号的增益变化，所以出输信号不受信号间干扰的影响，加法器16把增益调节过的各分支的输出信号合成起来，经改善重放孤立波形非对称及峰值飘移，幅度劣化等之后，输出到数据检出器检出原来的记录数据。

但是，前述的原来的检出装置与幅度校正一起只校正少许非对称的峰值飘移或者与校正非对称一起只进行少许峰值飘移和幅度校正，而不能进行全部的理想的均衡。为了进行理想的均衡，必须无限增大横向滤波器的数目，所以每个分支增益的调整就很困难。而且，引入自动均衡算法的情况成为负担。

另一方面，作为原来的均衡器，掺入微分的3分支余弦均衡器虽然已在日本TV学会杂志(Differentiation-based waveformEQin High Density Digital Magnetic Recording VO1 40.NO.61986)中披露，但是这仍然未包含有为减小误码率的微分和积分功能。

特别是，如果由于数据劣化而使系统的状态不稳定而把重放信号的信噪比降得极低时，不能检出确切的数据。

因此，本发明的目的是为解决上述的问题，而提供在均衡装置内含有积分和微分器来校正重放信号的特性劣化、在数据复原时减低误码率的数字重放信号检出装置及其方法。

本发明的其他目的是提供在把数字重放信号进行均衡及检出时以一定电平作基准来限制经微分均衡的信号的数据检出前的重放信号，从而即使信噪比S/N低也能稳定地检出数据的数字重放信号检出装置及其万法。

为实现上述的本发明的目的，按照本发明的数字重放信号的的检出装置在从记录载体上重放的信号进行均衡和校正而检出数据的数字录放装置中，设置有：补偿和校正前述重放信号的低频段的损失和畸变的相位均衡器，把来自前述相位均衡器的信号各延迟一定时间间隔而产生第1及第2延时信号，然后把相位补偿过的信号和第2延时信号进行线性相加，补偿该相加信号的高频分量，再把经高频补偿过的信号和第1延时信号线性相加后作为均衡过的信号输出的波形整形器；以及用波形整形器的输出信号和把前述输出信号反相过的信号检出原来的记录信号的数据检出器。

为达到上述的发明的目的，在把从记录载体上重放的信号进行均衡和校正后检出数据的数字记录的录放装置的均衡方法中，按照本发明的数字信号检出方法由下述步骤构成：补偿前述重放信号的低频段的损失；校正前述低频补偿后的重放信号的相位畸变；把前述经相位板正的重放信号延时一定时间间隔再输出第1和第2延时信号；把前述经相位校正的重放信号和第2延时信号线性相加后输出；把前述经加法运算的信号微分后补偿该相加信号的高频成分；把前述经高频补偿的重放信号和第1延时信号线性相加后作为均衡过的信号输出。

由于在均衡装置中设有积分装置和微分装置，重放时校正由磁道特性决定的重放信号的低频区和高频段的损失，所以本发明可以把重放波形的非对称改善0.5倍以上，幅度劣化及减少15％，并校正了S/N的劣化等。

以下根据附图详细说明实现本发明的实施例。

图1是原来的数字重放信号检出装置的方框图。

图2根据本发明的数字重放信号检出装置的优选实施例的详细方框图。

图3A-图3F是为说明图2的装置的动作的波形图。

图4是图2的装置的频率特性曲线。

图5是按照本发明的数字重放信号检出装置的其他实施例的详细方框图。

图6A-J是说明图5的装置的动作的波形图。

图2是按照本发明的数字重放信号检出的一个实施例的详细方框图。

图2的装置设有把通过重放磁头在记录载体上重放的数字数据放大成一定大小的信号的重放放大器20，把经放大的重放信号进行积分并进行相位校正的相位均衡器30连接在重放放大器20的输出端。该相位均衡器30由使经放大的重放信号积分的积分器31和校正积分过的重放信号相位的相位校正器35构成。

连接在相位均衡器30输出的波形整形器40把相位均衡器30的输出信号和前述的用N个延时器延时的信号相加后再微分，然后把微分过的信号和经延迟的信号中的M个信号线性相加后再滤波，从而校正了重放信号的非对称、幅度劣化以及峰值飘移。

前述的波形整形器40由用于输入信号衰减的电位器K′₁-K′₃、。分支微分均衡器41、起缓冲作用的多个缓冲器4F-50以及使用3分支微分均衡器41校正过的重放信号低频域通过的低通滤波器51构成。连接在波形器40输出端的数据检出器60用来自波形整形器40的重放校正信号的相位反相过的重放校正信号检出原来的记录数据。

下面把图2所示的数字重放信号检出装置的结构作进一步详细说明。相位均衡器30的积分器31的电阻R₁和电容器C₁并联地连接在重放放大器20的输出端，相位校正器35由放大器36、电感线圈L、电容器C₂和电位器VR构成，放大器36用来把经积分的重放信号放大到一定大小的信号再分别输出同相和反相信号，电感线圈L和电容器C₂串联后接在放大器36的同相输出端，其反向输出端连接电位器VR。

波形整形器40设有具备一定时间间隔分支的两个延时器42，43，它们经过缓冲器47加有相位均衡器30的输出信号，该波形整形器还包含有放大输入到第1延时器42的信号和第2延时器43的输出信号之差信号的第1差分放大器44。第1差分放大器44的输出端连接有缓冲输出信号的缓冲器48，并通过缓冲器48连接微分所加信号的微分器45。缓冲器49也接在第1延时器42的输出端，笫2差分放大器46把通过缓冲器49的所加信号和经微分的重放信号之差信号进行放大。

根据图3和图4对上述构成的数字量放信号检出装置的动作作如下说明。

图3A-图3F是图2的装置的输出波形图。

图3A是如磁带那种规定记录载体上记录的数字数据及其波形图。图3B是重放时通过放大器被放大的信号波形图。

一般说来，通过磁记录载体重放的数字信号在其记录载体的特性上具有近于模拟的性质，即：如图3A和图3B所示，在原来的数字信号翻转部分呈现幅度急剧变化的特性。图3C的“a”是被放大的信号积分后再补偿其直流成分的电平所得到的波形图，“b”是通过一定时间间隔2T的延时器后的波形图。图3D是把图3C所示的“a”和“b”波形的差放大后的波形图，图3E是把图3D的波形微分后的波形图，正对图3A所示的波形的各翻转部分被迫零(Zero-forcing)。图3F是图3E的波形和经一定时间间隔的延时后的波形之差放大后的波形图。

图2中，用重放磁头从记录在磁带那样的记录载体上的数字数据(图3A所示波形)重放出信号的波形(图3B所示波形)由于磁道的非线性畸变引起的上升和下降曲线的倾斜是非对称的。随扫描宽度不同其峰值的幅度大小也不同，由于符号间的缓冲而产生峰值飘移。该重放信号用重放放大器20放大为一定大小的信号(图3B的波形)。经放大的重放信号(图3B的波形)输入到相位均衡器30的积分器31，按电阻R₁和电容C₁决定的时间常数进行积分，经过积分器31把信号作低频段的损失补偿而接近于原来的信号(图3C的“a”滤形)。相位校正器35的放大器36输入通过积分补偿了低频段的损失之后的重放信号(图3C的“a”波形)，把它放大为一定大小的信号后，分别输出为同相放大信号和反相放大信号。通过连在放大器36的同相放大端的电感圈L和电容器C₁的串连谐振电路和连接在放大器36的反相放大端的电位器VR的电阻值把输入信号的相位畸变校正得与现有磁道的频率特性相适应。通过波形整形器40的缓冲器47把经过相位畸变校正的重放信号输入到3分支微分均衡器41。也就是说，把经过缓冲器47输入的重放信号用电位器的阻值调节增益K′₁后再送到第1延时器42，第1延时器42把输入信号延迟一定时间间隔T再分别输出到第2延时器43和缓冲器49。第2延时器43把来自第1延时器42的信号再延迟一定的时间间隔T，然后输出到第1差分放大器44的负(一)输入端。通过从缓冲器47和第1延时器42之间引出的输出端输出的调节为K₁′增益的重放信号由电位器的阻值调节增益K2′，然后输出到第1差分放大器44的正(+)输入端。第1差分放大器44把经“K₁′”、“K₂′”增益调节的重放信号和延迟一定时间间隔2T的重放信号(图3C的“b”波形)进行线性相加，然后输出到缓冲器48(图3D的波形)。由电容器C₃和电阻R₂并联构成的微分器45把经过缓冲器48加来的重放信号按时间常数值微分并压缩重放信号的脉冲幅度。即：使重放时被衰减的高频成分得到补偿(图3E的波形)。经微分的重放信号由电位器的阻值调节增益K₃′，然后输出到第2差分放大器46的负(一)输入端。第2差分放大器46把经缓冲器49送来的延迟一定时间间隔T的延时信号加到正(+)输入端进行线性相加，然后输出到缓冲器50(图3F的波形)。通过缓冲器50的重放信号由低道滤波器51滤波而除掉在微分和校正过程中产生的高频噪声，从低滤波器51输出的信号输入到数据检出器60。

缓冲器61把输入的重放信号和与前述输入信号相同但相位相反的信号输出到数据检出器62。数据检出器62用两个输入信号的基准电平放大其差并在两个信号相互交叉的位置产生数据的上升沿或下降沿，从而输出与原始的记录数据形状相同的复原检出信号+DATA、DATA。

图4是图2的装置的频率特性曲线，图4的曲线x表示均衡自身的特性，它具有与信道特性正相反的特性。图4的曲线Y是图2装置中的重放信号频率特别增益特性，表示不同频率下的增益特性。图4的曲线Z表示EFM(8到14调制Eight to Fourteen Modula tion)的重放特性。如前述实施例，在均衡装置中设有积分装置和微分装置，重放时校正由于磁信道特性造成的重放信号的低频段和高频段的损失，那么就可以校正重放信号的非对称、幅度劣化、峰值飘移及S/N劣化等。

但是，如果按照上述的实施例，因为在磁头从记录载体上拾取的信号中含有大量的噪声，所以由于波形整形器的加强的高频特性使S/N比进一步劣化。因此，因为产生畸变和重放信号倾斜的拖长会产生时间轴误差和假信号，从而在重放时钟启动产生扫描长度偏差。

为防止这个问题的发生，若把重放信号的电平提高，相对的检出点的畸变部分就变大，重放信号的倾斜变陡，没有数据检出时交叉部分的不稳定畸变，就消除了由于噪声产生的交叉部分的不稳定接点状态，从而减少了数据检出差错。实际上，在运用硬件的时候，在系统纠错能力的范围内产生差错是没有问题的，所以重放信号的电平应该限制在最大限度内。但是，如果由于磁带劣化而使系统的状态不稳定的话，重放信号的信噪比进一步降低，用前述的实施例就不能检出确实数据。

因此，在本发明的其他实施例中成对地加入限幅装置，用以把微分均衡过的信号和数据检出前的重放信号限制在规定的电平上，这就减少了由于交叉部分的不稳定接点状态和变缓的倾斜而产生的误差，从而防止了假信号的发生，提高了系统的性能。

图5是按照本发明的数字重放信号检出装置的其他实施例的详细方框图。

图5中，放大用磁头重放的信号的重放放大器20和把放大的信号积分进行相位校正的相位均衡器30的结构和第1实施例(图2)的构成相同。

相位均衡器30的输出端连接的波形整形器70把输入信号和用N个延时元件使输入信号延迟的信号进行线性相加，再微分后限幅，然后把限幅的信号和经延迟的信号中的M个信号线性相加，经滤波来校正重放信号波形的非对称、幅度劣化、峰值飘移以及S/N比劣化。

这样的波形整形器70的构成和第1实施例的构成相同，但是在微分器76和电位器K₃之间又连接了限幅器77，把经微分的信号以规定电平为基准限幅，从而消除了微分信号的畸变以及噪声。

从波形整形器70输出的重放校正信号输入到数据检出80，数据检出器80把该重放校正信号和经反相的重放校正信号限幅在规定的电平后，用被限幅的信号检出原始的记录数据。该数据检出80器的构成与第1实施例的构成相同，只是在缓冲器81和数据检出器84之间又连接了两个限幅器82，83，把缓冲器81的形状相同相位相反的两个输出信号分别限幅来消除两个信号的畸变和噪声。

根据图6的波形图对前述构成的数字重放信号检出装置的动作说明如下。

从记录载体重放的信号由重放放大器20放大后送到相位均衡器30的积分器31，这时，如图3A所示的那样，记录载体上记录的信号由于数字信号的波形及放大后的重放信号的畸变和噪声、干扰等而被重放成图3B所示的形状。该信号由积分器31积分后经过相位校正器35根据记录信道的频率特性校正相位畸变成图3C的信号波形，相位均30的输出信号被加到波形整形器70，由电位器K₁′、K₂′衰减后输入第1差分放大器75。

3分支微分均衡器71把二个延时器73、74的延迟时间固定为T，若设定不被延时的信号(OT信号)的增益为1，电位的K₃′的衰减率设定为1/2的话，那么这个3分支微分均衡器71的输出信号(图6G的波形)特性被确定为传送系数H(W)＝eEXP(-jWT)*(1+wK₃′.K₂′.SinWT)。

对此作进一步的详细说明如下，经2T延时的信号和经电位器K₁′、K₂′的原始信号由第1差分放大器75进行线性相加成为图6D的信号，把该信号送到微分器76，被微分后取除低频成分成为图6E的波形。第1限幅器77以图6E所示的一定的电平为基准把上基准电平以上的信号输出为正极性(+)信号，下基准以下的信号输出为负极性(一)信号，而上下基准之间的信号输出为零(图6F的波形)。这样，经微分的信号(图6E的在形)的A部分中包含的噪信号就被消除掉了。由第1差分放大器77输出的信号通过电位器K₃′送到第2差分放大器78，并和用第1延时器73延迟1T时间的信号相加。

如图6G所示，完成幅度校正和相位校正的重放信号经过低通滤波器72除去以前由于高频段的提升而产生的高频段噪声之后送到缓冲器81。缓冲器81把图6G中用实线表示的输入信号S₁和与前述输入信号形状相同相位相反的用点线表示的信号S₂分别输出到第2和第3限幅器82，83。第2限幅器82输入缓冲器81的输出信号S_i，如图6H所示，它把上基准电平以上的信号输出为正极性(+)信号，而把上基准电平以下的信号输出为零。第3限幅器83输入缓冲器81的输出信号S₂，如图61所示，它把下基准电平以下的信号输出为负极性(一)信号，其上的信号输出为零。这样，如果缓冲器81的输出信号S₁、S₂中包含的畸变和噪声都被除去的话，就把两个限幅器82，83的输出信号送到数据检出器84。数据检出器84的两个输入信号以一个基准电平为中心相互交插时，在前述交叉部分产生数据上升沿或下降沿，如图6J所示的那样，输出确实恢复为原来的记录数据波形的输出信号+DATA、-DATA。

如上所述，在本发明的优选实施例中就采用两个延时器、一个微分器的情况作了说明，但本发明不限于此，本领域的技术人员很清楚一直可以包括使用N个延时器、M个微分器(M、N为自然数，M＜N)的情况，所以省略了对此所作的说明。

如上所述的那样，因均衡装置中设有积分产微分装置，重放时由于磁道特性造成的重放信号的低频段和高频段的损失得以校正，所以可以把波形的非对称改善0.5倍以上，幅度劣化和峰值飘移减少15％，信噪比(S/N)也得到校正。

特别是观察眼图时，达到60％以上的开口率，由于确保了数据检出时极为有利的检出窗宽，所以可以减低误码率。

另外，由于把被微分的信号和数据检出前的重放信号限幅为一定电平，所以，即使由于磁带劣化系统不稳定而使整体S/N低，也能稳定地检出数据，提高系统的整体性能。

Claims (11)

1.一种把从记录载体上重放的信号均衡并校正后检出数据的数字录放装置中的数字重放信号检出装置，其特征在于该装置包括：

补偿并校正前述重放信号的低频段损失及畸变的相位的相位均衡器；

把来自前述相位均衡器的信号进行一定时间间隔的延时以产生第1和第2延时信号，把相位均衡后的信号和第2延时信号线性相加来补偿相加后的信号的高频成分，将经高频补偿后的信号和第1延时信号线性相加后输出到均衡后的信号的波形整形器；

用波形整形器的输出信号和该输出信号的反相信号检出原来的记录数据的数据检出器。

2.根据权利要求1的数字重放信号检出装置，其特征在于前述的相位均衡器具有把前述重放信号积分的积分器和放大前述经积分的重放信号为一定大小的信号再输出为同相放大信号及经反相的反相放大信号的放大器，前述放大器的同相放大端上串连有线圈和电容器，其反相放大信号输出端上连接有电位器。

3.根据权利要求1的数字重放信号检出装置，其特征在于前述波形整形器具备有把前述相位均衡后的信号和第2延时信号线性相加后所得的相加信号微分来补偿该相加信号的高频成分的微分器。

4.根据权利要求3的数字重放信号检出装置，其特征在于还包含有使前述波形整形器均衡后的信号低频段通过的低通滤波器。

5.根据权利要求3或4的数字重放信号检出装置，其特征在于前述波形整形器在微分器的输出端连接有把微分过的相加信号限幅为规定的基准电平来除去微分后信号的畸变和噪声的限幅器。

6.根据权利要求5的数字重放信号检出装置，其特征在于前述限幅器输入经微分的相加信号而把上基准电平上的信号输出为正极性信号，把下基准电平以下的信号输出为负极性信号，把上下基准电平之间的信号输出为零。

7.根据权利要求1的数字重放信号检出装置，其特征在于前述数据检出器具有把波形整形器的输出信号和与其相位相反的信号分别限幅为规定的基准电平以消除两个信号的畸变和噪声的第1限幅器和第2限幅器。

8.根据权利要求7的数字重放信号检出装置，其特征在于前述第1限幅器输入波形整形器的输出信号，把基准电平以上的信号输出为正极性信号，把其以下的信号输出为零。

9.根据权利要求7的数字重放信号检出装置，其特征在于前述第2限幅器输入波形整形器的反相输出信号，把基准电平以下的信号输出为负极性信号，在其以上的信号输出为零。

10.一种把记录载体上重放的信号均衡并校正后检出数据的数字录放的装置的均衡方法中的数字重放信号检出方法，其特征在于包括如下步骤：

补偿前述重放信号的低频段的损失；

校正前述经低频补偿的重放信号相位畸变；

把前述经相位校正的重放信号延迟一定时间间隔后输出第1和第2延时的信号。

把前述经相位校正的重放信号和第2延时信号线性相加后输出；

把前述相加后的信号微分，用来补偿加信号的高频成分；以及

把前述经高频补偿的重放信号和第1延时信号线性相加后作为均衡过的信号输出。

11.根据权利要求10的数字重放信号检出方法，其特征在于还包含使前述均衡信号低频通过的步骤。

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