CN1210711C - 将一个模拟信号转换为一个二进制输出信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种方法，用于将一个代表游程长度至少为N的一个游程长度受限二进制数据的模拟信号转化为一个二进制输出信号。该方法包括以下步骤：a)采样模拟信号，b)根据所采样的模拟信号生成一个中间二进制信号，c)识别出中间二进制信号中长度大于2N-1的二进制序列，该序列包含一组具有相同二进制值的连续采样，并以具有相反二进制值的采样为边界，并且每个这种二进制序列都是这样，d)挑选采样模拟输入信号中的一个模拟量序列，该序列与所标识的二进制序列相对应，e)在所选模拟量序列中搜索多个有效局部极值的出现，f)若找到多个有效局部极值，则将所标识二进制序列划分为相应的多个较小游程，包含至少一个长度为N的游程。

Description

将一个模拟信号转换为 一个二进制输出信号的方法

技术领域

本发明有关一种方法，用于将一个代表游程长度至少为N的一个游程长度受限二进制数据的模拟信号转化为一个二进制输出信号。

背景技术

一个d＝1RLL代码的最小允许游程长度是I2(两个相等的连续二进制符号)，转换为一个1/4T的(最高)频率分量，这里，1/T为信道比特率。磁盘上的一个信道比特的物理长度是这样选择的，即，要确保代码所允许的最高频率仍然小于光信道的截止频率(由光传感器的参数决定)。这就确保了在磁盘阅读期间，能够分辨出最小的标记(凹或凸)。不过，为了在DVR中获得所期望的25GB的容量，需要增加记录密度。这就等于需要更小的标记，从而更增加了分辨率方面的难度。在提高写入速度时也会出现同一现象；这会导致磁盘上小游程长度的上升沿和下降沿在相反方向上转换偏移(写入抖动)。这又会缩短小游程长度。

增加密度和写入速度的直接后果是，传统的数据检测技术，例如阈值检测，无法达到所要求的性能。即使更完善的检测技术，例如游程后推(Runlength Pushback)检测(见于EP 948844 AI)，在DVR容量很高时，也会有非常明显的性能损失。这一问题的解决要借助于最大似然序列检测(MLSD)技术，已知该技术在某些情况下能达到最佳性能。MLSD技术确实能胜任这一工作，并能非常好地适应密度增加的情况。不过，其增强的性能源于比特递归操作，在非常高的数据率的情况下，该操作无法实现。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种方法，该方法的性能可以与MLSD方法相比，但可避免比特递归操作。为达到该目的，本发明方法(用于将一个代表游程长度至少为N的一个游程长度受限二进制数据的模拟信号转化为一个二进制输出信号)包括以下步骤：

a.采样模拟信号，

b.根据所采样的模拟信号生成一个中间二进制信号，

c.识别出中间二进制信号中长度大于2N-1的二进制序列，该序列包含一组具有相同二进制值的连续采样，并以具有相反二进制值的采样为边界，每一个这种二进制序列都是这样，

d.挑选采样模拟输入信号中的一个模拟量序列，该序列与所标识的二进制序列相对应，

e.在所选模拟量序列中搜索多个有效局部极值的出现，

f.若找到多个有效局部极值，则将所标识二进制序列划分为相应的多个较小游程，包含至少一个长度为N的游程。

根据本发明的一个具体实施例，N＝2。

根据本发明的一个具体实施例，步骤b包括阈值检测。

根据本发明的一个具体实施例，步骤e包括：e1-为所选模拟序列中的每一个采样分配一个极性，该极性是一个采样值和其一侧的相邻样本之一的采样值之间的差值的极性；e2-标识出所选序列中的一些样本，为这些样本所分配的极性与其另一侧的相邻样本的所分配的极性不同；e3-若标识出了不止一个样本，则从所选模拟序列中的最外面的所标识采样数起，挑选出以偶数编号的所识别的采样，并且，其中，步骤f包括改变所标识二进制序列中有N个连续采样的子集的二进制值，该子集由绝对值小于一个预定值的以偶数编号的所识别的采样组成。

根据本发明的一个具体实施例，步骤e包括：e1-挑选一个所标识二进制序列的子集，其中，所标识二进制序列的最外面的采样除外；e2-将该子集中的模拟采样值序列的绝对信号值排序；e3-若最小绝对信号值小于一个预定阈值，则：e31-标识子集中有M个最小绝对信号值的样本子子集，这里，M小于2N-1，并执行第f步，这里，至少一个有M个二进制样本的序列的二进制值被改变，该序列包含与该子子集相对应的二进制样本。

本发明的方法避免了比特递归操作，但能精度较高地检测二进制信号。通过以下观察可以证实这一点。

所提议的检测方案适用于高容量和/或高速度的光记录系统，该系统使用一个d＝1信道代码，例如DVR RW。首先研究这类系统中常遇到的比特误差。在应用了EP 948 844的游程检测器(或其改进版本，该游程检测器只校正违反d＝1约束的错误)之后，对所剩余的比特误差进行分析，发现检测比特流中的一类最重要的误差。对HF信号中I2的误检测会引起这些误差。这些I2游程的样本或者不够高(对I2凸面来说)，或者不够低(对I2凹面来说)以通过检测器的阈值，从而被检测为其周围游程(有相反极性)的一部分。结果是，由于对I2的误检测，I2凸面(凹槽)周围的两个凹槽(凸面)被组合在一起，形成一个较长的组合游程。

随着记录密度和记录速度的提高，误检测I2的问题变得更加严重，并导致误差比例的增加。在实践中发现，若所有的错误I2都能被检测出来并得以校正，就可以达到近似MLSD的性能。因此，只集中在这一类错误上是足够的，至少在比特误差性能方面。

所提议地检测方法特别适用于检测某一类错误，这类错误出现在高密度和/或高写入速度d＝1记录中。最近，引入了其它的次最佳检测器，用于ROM应用。

这些检测器集中在校正类DVD条件下，出现在ROM介质中的错误。由于ROM中的错误源不同于当前所讨论情况(d＝1，类DVR RW条件)下的错误源，所以此处不考虑这些检测器。

在本发明的一个实施例中，第c步的识别步骤包括识别所述一个长度至少为2N的组，并且，若该二进制序列的长度小于一个最小长度3N，则利用相邻采样对该组进行对称的扩展，直到达到该最小长度。

附图说明

参照以下附图，详细介绍本发明的这些和其它方面。

图1概略示出了本发明方法，

图2示出了一个代表一个长度为2的游程的第一模拟信号，它隐藏在一个具有相同极性的10个采样的序列中，

图3示出了一个代表一个长度为2的游程的第二模拟信号，它隐藏在一个具有相同极性的6个采样的序列中，

图4示出了包含本发明第一实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第二密度的一个记录载体的切向倾斜度的函数，

图5示出了包含本发明第一实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第三密度的一个记录载体的切向倾斜度的函数，

图6示出了包含本发明第一实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第一密度的一个记录载体的径向倾斜度的函数，

图7示出了包含本发明第一实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第三密度的一个记录载体的径向倾斜度的函数，

图8示出了包含本发明第二实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第二密度的一个记录载体的切向倾斜度的函数，

图9示出了包含本发明第二实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第三密度的一个记录载体的切向倾斜度的函数，

图10示出了包含本发明第二实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第一密度的一个记录载体的径向倾斜度的函数，

图11示出了包含本发明第二实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第三密度的一个记录载体的径向倾斜度的函数，

图12示出了包含本发明第三实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第二密度的一个记录载体的切向倾斜度的函数，

图13示出了包含本发明第三实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第三密度的一个记录载体的切向倾斜度的函数，

图14示出了包含本发明第三实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第一密度的一个记录载体的径向倾斜度的函数，

图15示出了包含本发明第三实例在内的不同检测方法的比特误差率的对照，它们是有第三密度的一个记录载体的径向倾斜度的函数。

具体实施方式

图1概略示出了用于将一个代表游程长度至少为N的一个游程长度受限二进制数据的模拟信号转化为一个二进制输出信号的一种方法。按本发明的该方法包括以下步骤：

a.采样模拟信号(P1)，

b.根据所采样的模拟信号生成一个中间二进制信号(P2)，

c.识别出中间二进制信号中长度大于2N-1的二进制序列，该序列包含一组具有相同二进制值的连续采样，并以具有相反二进制值的采样为边界，并且每一个二进制序列都是这样(P3)，

d.挑选采样模拟输入信号中的一个模拟量序列，该序列与所标识的二进制序列相对应(P4)，

e.在所选模拟量序列中搜索多个有效局部极值的出现(P5)，

f.若找到多个有效局部极值，则将所标识二进制序列划分为相应的多个较小游程，包含至少一个长度为N的游程(P6)。

本发明的关键在于HF重放信号中的记录域的形状(标记或非标记，凹或凸)。通过一个图例清楚地说明了其原理；图2用圆圈示出了HF重放信号的抽点，用实线相连以模拟潜在的连续时间信号。还示出了相应的实际信道比特(用星号表示)，以表示检测误差的位置。零幅值处的实线对应于限幅电平，点A、B、C和D表示HF信号穿越限幅电平(穿过零点)的位置。对采样进行了编号以供参考。可以看到，样本11和12将被二进制限幅器(错误地)检测为-1，它将第8到第17个样本视为一个长度为10个比特间隔的一个长凹槽。不过，通过观察可以看到，样本11-12对应于一个I2凸区。

此处可以很清楚地看到，不包含判定误差的游程(例如点A和B之间的I6凸区)具有很好的形状，即连接游程中所有样本的连续线具有一个唯一的极值点。反之，有判定误差的游程(例如B和C点间的I10凹槽)有多个(局部)极值点。通常意义上，A和B间的HF信号曲线与直线段AB一起，可以说是构成了一个凸面结构，而I10凹槽和线BC一起构成一个非凸面结构。

作为比较，图3示出了一个隐藏在6个采样序列中的一个I2游程。

正如已提到的，此处所述方法为检测器和检测方法的特定实例留有许多空间。在以下部分，将给出三个实例，并举例说明了它们的性能。它们都属于遵从所提议方法的检测器“家族”。不过，应强调的是，这些实例并非完全的。此处，它们用于参考和性能评估。

在本发明的一个第一实例中，检测器和检测方法通过检测一个长的游程中的局部极值数，来寻找可能的“隐藏”I2(见2.2段)。寻找HF信号中的局部极值的一种实际方法是搜索斜率变化。在实践中，检测器对HF信号的采样操作。在这种情况下，两个连续样本间的线性部分的斜率这样计算：

slope[k]＝x[k]-x[k-1]，这里，x[k]是HF信号的第k个采样。只要sign(slope[k])≠sign(slope[k-1])，就检测到一个斜率改变。注意，这里只使用了斜度的符号。

下面，按照前面部分的方法，逐步介绍检测器的操作。假设已进行了第一步，所以我们从第二步开始。

第二步：

假设已找到一个长度为L的游程。L个HF信号采样对应于这一游程，它们与该游程前和后的两个额外的采样一起，共L+2个采样，存储在缓冲器中以供处理。计算连接各采样的L+1个线段的斜率，并计算斜率改变次数。应指出，由于HF信号的特性(一个上升转换最终跟着一个下降转换，反之亦然)，只可能有奇数次斜率转换。若检测到多于一个斜率转换，则出现一个错误标志。在这种情况下，标记为偶数的斜率转换位置(二，四等等)被标记出来用于误差检测。例如，若sign(slope[k])≠sign(slope[k-1])，并且它是第偶数个斜率转换，则x[k-1]被标记出来用于误差检验。

第三步：

只有在|x[k-1]|＜To时，与样本x[k-1]相应的比特才被翻转，这里，To是由目视图形中的调制所确定的一个阈值。这一约束条件确保了位于一个长的游程中间的斜率改变对应于一个I2，而不是对应于噪声或其它原因(例如均衡器的特性)所引起的扰动。这一扰动的幅值越接近限幅器的阈值，越可能对应于误检测的I2。

第四步：

若与第偶数个斜率转换相对应的比特被翻转，即第k个比特，则其紧邻的一个位(第k-1位或k+1位)也必须被翻转以生成一个有效的I2游程。究竟哪一位应被翻转取决于与K+1位和K-1位相对应的样本的幅值，具有较小绝对幅值的采样相对应的比特应被翻转。不过，有一种情况例外，若将某位在一个方向上翻转生成一个I1，则相反方向上的位被翻转，不管其幅值大小。该规则仍遗留有一种不定的情况，即一个I2-I1-I2的比特模式。在这种情况下，将一个位向任何方向翻转都生成一个I1，即一个无效的游程长度。因此，两个位必须被立即下降。若中间的I1的索引为k，则第(k-3)位和(k-1)位，或第(k+1)位和(k+3)位都必须立即被翻转，以生成一个I2-I2-I2位模式。要被翻转的位是那些与具有较小的幅值绝对值和相对应采样。例如，如果(|x[k-3]|+|x[k-1]|)＜(|x[k+1]|+|x[k+3]|)。则第(k-3)位和(k-1)位被翻转。应指出的是，在I2-I1-I2比特模式下，假设在与该比特模式紧接的左边和右边都没有其它的I2。若存在任何这种I2，则不执行任何操作，留下一个I1。

第二个实例的思想是，隐藏在一个较长游程中的I2的样本的幅值小于该游程中其它的样本，可能例外的是第一个和最后一个样本。这一论断是直觉的，因为一个“隐藏”I2事实上对应于一对与周围的位相比较而言极性相反的信道比特。假设已执行了第一步，本实例方法按以下步骤执行。

第二步：

对该较长游程中的采样按幅值上升的顺序排序，除了最外面的两个采样，并保留最小的三个。将这些采样记为x0，x1，x2。若幅值最小的采样(x0)小于一个阈值To，则执行第三步，否则返回第一步(2.3段)。

第三步：

考虑以下两种情况：

情况一：若x0，x1，x2是连续采样，则翻转与采样x0对应的位。为生成一个有效的d＝1位流，与这一位紧邻(左或右)的一位也必须被翻转。该方法的最后一步是本发明第一实例中的第四步，以上已经介绍过了。这种情况涵盖了一个长的游程中“隐藏”一个单I2的情况。这样一个I2将证明它自己是它所出现的游程中的一个单凸起。因此，Z0极有可能位于该“凸起”中，是I2的两个采样之一。

情况二：若x0，x1，x2不是连续采样，则翻转与所有这些采样对应的位。这种情况对应于一个长的游程中有两个“隐藏”I2的情况。这三个最小采样极有可能属于这两个I2。由于这两个I2不能是连续的(其中间至少有另一个I2)，所以x0，x1，x2不可能全都是连续的。进一步，很可能x0，x1，x2中有两个属于其中的一个I2，而x0，x1，x2中的另一个属于另一个I2。因此，将所有对应的位都翻转，极有可能校正一个I2中的两位，和另一个I2中的一位。要完全校正第二个I2，需要一个类似于第一个实例中的第四步的步骤。随后，该方法结束。

此处应该指出，包含两个“隐藏”I2的游程并非不普遍，特别是在更高密度和/或更高写入速度的时候。不过，在任何测量中，均未遇到过包含三个“隐藏”I2的情况。

第二个实例远比第一个实例简单，而其性能是相当的。如果我们能接受一些性能损失，则出现前两种实例的一个自然变化，它比前两种都简单。和前面一样，从第二步开始描述第三个实例。

第二步：

确定当前游程长度中幅值不超过一个阈值To的所有采样(最外面的两个除外)。然后翻转与所有这些采样对应的位。阈值To的规则是为了确保只有“隐藏”I2被翻转，而非其它位。To的选择可基于HF信号的目视图形。一个小的To值将会导致丢失一些“隐藏”I2和/或只校正了I2中的一位。相反，一个大的To值将会导致误校正不属于“隐藏”I2的位，除非采取了其它预防措施，而这将会影响该方法的复杂度。假设对To值作保守选择(一个较小的值)，则可能会遗留一些I1。为了校正它们，紧接着执行一步类似于第一实例中的第四步的方法。

在另一个实施例中，步骤e包括：

将模拟采样序列的绝对值与一个预定值比较，该预定值介于模拟信号的一个移动平均值和所述序列中与所述移动平均值偏离最大的样本的绝对值之间，并且，步骤f包括改变至少一个二进制样本序列的二进制值，该序列包括那些相应的绝对值小于预定值的样本。

在前面的所有实施例中，也可以在步骤e中应用游程长度后推检测。

所提议的检测方法，以及一个用于d＝1信道编码的游程后推检测器和一个由5拍目标响应的Viterbi检测器，经过实际提取重放文件来进行性能测试。在三个不同密度下从DVR RW盘获得重放波形。在最佳(没有倾斜)书写条件下，在凸区-凹槽执行记录(先是凸区，后是凹槽)，在凹槽中进行测量。事实上，在写入期间没有热学串话，只有在读出期间有光学串话。在回放端，使用了一个波长为405nm的蓝色激光，以及一个NA＝0.85的镜头。磁道间距为0.3μm。记录密度沿磁道变化，信道比特长度由90降到83.7到81.1nm，使磁盘容量分别为21.4，23.0和23.8GB。为测试检测器在非理想条件下的性能，在改变切向和径向倾斜度的情况下执行重放。

此处所提议的检测器与一个游程后推检测器(EP 948 844)和PRML检测器进行比较。RPD只检测并校正重放波形中违反d＝1和k＝7RLL代码约束的情况，从而生成一个代码适应比特流。PRML检测器是一个外围状态复杂度降低的5拍Viterbi检测器。它配有固有非线性处理器，见于EP 1 046 165 AI，自适应地确定其用于分支度量计算中的参考电平。

在图4，5，6，和7中，以比特误差率(对数尺度)比切向或径向倾斜角度的形式示出了第一个实例的结果。RPD支持游程后推检测器，SLD支持Slope检测器(第一个实例)，VD支持Viterbi(PRML)检测器。注意，径向倾斜情况(图6和7)下的倾斜范围大约为切线倾斜情况(图4，5)下的两倍。为提供一个可接受性能的绝对界限，设置了一个参考BER水平(1e-4)，高于该界限的检测被认为是失败的。

图8，9，10，11示出了本发明第二实例(SLD-2)的类似的结果组，图12，13和14，15示出了本发明第三实例(SLD-3)的结果。

如以前所提到的，与前两个实例相比，第三个实例的性能退化是由于其降低的复杂度。另两个实例比较类似，第二个实例比第一个实例略微简单一些。不过，这三个实例都比PRML简单，而且，更重要的是，它们都以前馈形式操作，而非比特递归形式。

此处所测试的本发明方法的三个实例都比游程后推检测器性能好，在较高密度时容限变大。更进一步，至少第一和第二实例的性能与PRML检测器一样，而第三个实例性能与其接近。初看上去，这一结果给人印象深刻，不过，由于主要的误差模式可通过2.3段(也见于2.1)中的一般检测方法得以校正，故基于该事实，这一结果是可以预料得到的。另一方面，在最高线性密度测试中，游程后推检测器被证明是不完善的，因为它不能达到参考BER电平。

最后，与MLSD类技术的比特递归操作相反，这类检测器(及此处所描述的三种变化方式)是以前馈方式对重放比特流操作的。因此，实现非常高的比特率是不成问题的。若DVR RW的记录密度必须被提高到24GB或以上，并且，需要低的硬件消耗，同时，又要维持可能的高的写入速度，则这种方法就显得尤为重要。在以上几点上，这类检测器甚至优于最简单的d＝1的PRML检测器(转换检测器，在以前的应用PCT/EP00/06975中有关于该检测器的描述)。另外，由于能达到近似PRML的性能，所以此处所提议的方法是用于DVR可重写中的比特检测的一个好的候选方法。

Claims (5)

1.用于将一个代表游程长度至少为N的一个游程长度受限二进制数据的模拟信号转化为一个二进制输出信号的方法，该方法包括以下步骤：

a.采样模拟信号，

b.根据所采样的模拟信号生成一个中间二进制信号，

c.识别出中间二进制信号中长度大于2N-1的二进制序列，该序列包含一组具有相同二进制值的连续采样，并以具有相反二进制值的采样为边界，并且为每个这样的二进制序列，

d.挑选采样模拟输入信号中的一个模拟量序列，该序列与所标识的二进制序列相对应，

e.在所选模拟量序列中搜索多个有效局部极值的出现，

f.若找到多个有效局部极值，则将所标识二进制序列划分为相应的多个较小游程，包含至少一个长度为N的游程。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，N＝2。

3.如权利要求1的方法，其特征在于，步骤b包括阈值检测。

4.如权利要求1的方法，其特征在于，步骤e包括：

e1-为所选模拟序列中的每一个采样分配一个极性，该极性是一个采样值和其一侧的相邻样本之一的采样值之间的差值的极性，

e2-标识出所选序列中的一些样本，为这些样本所分配的极性与其另一侧的相邻样本的所分配的极性不同，

e3-若标识出了不止一个样本，则从所选模拟序列中的最外面的所标识采样数起，挑选出以偶数编号的所识别的采样，并且，其中，步骤f包括改变所标识二进制序列中有N个连续采样的子集的二进制值，该子集由绝对值小于一个预定值的以偶数编号的所识别的采样组成。

5.如权利要求1的方法，其征点在于，步骤e包括：

e1-挑选一个所标识二进制序列的子集，其中，所标识二进制序列的最外面的采样除外，

e2-将该子集中的模拟采样值序列的绝对信号值排序，

e3-若最小绝对信号值小于一个预定阈值，则：

e31-标识子集中有M个最小绝对信号值的样本子子集，这里，M小于2N-1，并执行第f步，这里，至少一个有M个二进制样本的序列的二进制值被改变，该序列包含与该子子集相对应的二进制样本。

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