CN1422457A - 把m比特信息字序列变换为已调信号的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字调制方法和用于把一种音频或视频信号、计算机数据等记录在一种记录介质上的装置，此记录介质比如一种光盘或磁－光盘。根据一个转换图表，把m比特数据字转换成n比特码字。码字满足一个(d，k)限制，其中至少d个“0”和不多于k个“0”存在于连续“1”之间。n比特码字与p比特合并字是交替的，这样选择，从而在位于在合并字之后的码字中引导端“1”和位于合并字中的尾端“1”之间至少是d个“0”，并且更进一步，在位于在合并字之前的码字中的尾端“1”和位于合并字中的引导端“1”之间至少是d个“0”。合并字满足所述条件，选择产生最低的在交替码字和合并字的级联经过模2积分之后获得的累积重复信号失衡。然后，已调信号通过经过模2积分的交替码字和合并字的级联而产生，其中一个“1”成为一个跃迁，及一个“0”成为一个不跃迁。周期地插入一个唯一的同步字。

Description

把m比特信息字序列变换为已调信号的方法
把m比特信息字序列变换为已调信号的方法，制造记录载体的方法，编码设备，解码设备，记录设备，信号，以及记录载体。
本发明涉及一种把m比特信息字序列变换为已调信号的方法，m为整数，在该方法中，对于每一接收的信息字均传递一个n比特码字，并且传递的信号与被转换成已调信号的p比特合并字是交替的，其中(n+p)大于m，同时其中信号字序列是根据转换规则转换成码字和合并字交替序列，使得对应的已调信号满足预定的标准。本发明还涉及制造记录载体的方法，在按照所述方法获得的载体上记录了信号。
本发明还涉及一种用于实现如权利要求的方法的编码设备，该设备包括一个用于转换m比特信息字为n比特码字的m比特到n比特的转换器，以及用于选择p比特合并字的装置，和用于转换交替n比特码字和p比特合并码字为已调信号的装置。
本发明还涉及一种记录设备，在其中使用了这种类型的编码设备。
本发明还涉及一种信号。
本发明还涉及一种记录载体，在该载体上记录此信号。
本发明还涉及一种用于制造所述记录载体的装置，包括一个通过一个放射光束来扫描记录载体放射敏感层的光学系统，和一个用于以一定方式调制放射光束的调制单元，其中此方式是通过与应用在调制单元的控制信号相对应的在放射敏感层的放射光束形成的模式。
本发明还涉及用于转换此信号为m比特信息字序列的译码设备，此设备包括转换装置，它用于将信号转换为具有一个低或者高逻辑值的比特串，此比特串包含对应于信息信号部分的n比特码字，并且此设备还包括用于将码字序列转换成信息字序列的，同时将与码字有关的信息字指派给每个将被转换的码字的转换装置。
最后，本发明还涉及一种读出设备，在其中使用了这种类型的译码设备。
此种方法，此种设备，此种记录载体和此种信号是由K.A.Schouhamer Immink发表在《用于数字记录器的编码技术(CodingTechniques for Digital Recorders)》(Chapter 5，Prentice-Hall，1991，ISBN 0-13-140047-9)一书中。在所述篇名中，比如描述了编码器，它用于将m比特信息字序列转换为一比特序列，在此比特序列中，位于两个连续“1”之间“0”的个数位于d和k之间。这些限制也称作d一和k-限制，或者dk-限制。在特定的现有技术方法中，(见所述篇名114-117页)根据转换表，将m比特信息字转换成n比特码字，并且其中p比特合并字被插入到连续码字之间，m、n、p是整数，(n+m)大于m，以及大于或等于d。码字和合并字这样被选择，以便满足级联交替码字和合并字的dk-限制。通过模2积分操作，交替码字和合并字被转换成由具有高或低信号值的比特元形成的对应信号，在被调制信号中，“1”-比特代表从高到低信号值的改变或者相反。“0”比特代表在两个比特元之间跃迁时不出现信号值的改变。已调信号连续跃迁之间的最小距离是d+1比特间隔，并且已调信号连续跃迁之间的最大距离是k+1比特间隔。利用dk-限制时，希望系统是自同步，它要求在已调信号中的连续跃迁不要离的太远，并且更进一步要求已调信号的两个跃迁不要跟的太接近，以便限制内部符号干扰。另外，已调信号中的低频成分要控制在尽可能小。此信号也被称为无重复信号的信号。使用所述无重复信号的信号的第一个原因是通常记录信道不响应低频成分。当信号从在轨迹中录有信号的光记录载体上读出时，信号中低频成分的抑制也非常有利，因为未被所记录信号干扰的连续跟踪控制是可能的。对低频成分好的抑制导致寻轨的提高且可闻噪声干扰少。
在美国专利说明书4501000中发现了使用此种信号来记录和读取在光学或者磁-光记录载体上的音频信号的例子。说明书描述了EFM调制系统，它用于在压缩盘(CD)或者小型盘(MD)上记录信息。此EFM-已调制信号通过把m(＝8)-比特信息字序列转换成n(＝14)-比特码字序列而获得，并且其中p(＝3)个合并比特被插入到连续码字之间。14比特的各个码字满足的条件是处在连续两个“1”之间的“0”最少个数是d(＝2)和最多个数是k(＝10)。为了满足这样的条件，在码字之间使用3-比特合并字。允许使用8个可能的3-比特合并字中的四个3-比特合并字，即即“001”、“010”、“000”和“100”。当它们违反所规定的d(＝2)-限制时，剩下的可能的3比特合并字，即“111”、“011”、“101”和“110”就不能使用。四个所允许的合并字中的一个这样被选择，以便在串联交替码字和合并字之后所获得的比特串及合并字满足dk-限制，并且对用于模2积分信号，运行数字和的值基本维持常数。在指定瞬间的运行数字和的值，即RDS，被认为是具有高信号值的比特元数与具有低信号值的比特元数之差的平均值，是根据处在此瞬间之前的已调制信号计算出来的。基本上为常数的运行数字和的值意味着信号的频谱未包含低频区域的频率成分。通过根据上述规则决定合并字，能够减少已调制信号中的低频成分。对于3-比特合并字的选择是基于这样的要求，一方面信道信号基本上是无重复信号，并且同时要满足用于信道信号的dk-限制。EFM信号的译码是非常简单的。由译码器跳过3-比特合并字，并且通过使用一个查询表或者PLA等，把14-比特码字转换成信息字节。
由K.A.Schouhamer Immink和U.Gross发表在Radio andElectronic Engineer，vol.53，pp.63-66，1983中的题目为“Optimization of Low-frequency Properties of Eight-to-FourteenModulation(EFM)”文章中描述了一种用于抑制低频成分的改进方法。在所述文章中，作者描述了一种方法，其中p比特合并字的选择不但依靠一个简单的即将出现的码字，而且其中相反地，通过使用q个即将出现地码字来进行选择，其中q是一个大于1的整数。从所引用的文章中能够推断出这种所谓的前查(Look-ahead)策略改进了低频抑制特性。所述策略中的显著缺点是：当运算的数目，诸如加法、比较、缓冲等及包含在所选择操作中码字数目按指数率地增加时，很难实现它。作为一个例子，使用两个码字的前查策略需要4×4＝16加法/比较操作，并且使用三个码字的策略需要4×4×4＝64加法/比较操作等。对于其所选择电路的速度和能量消耗非常需要的许多应用，所述前查策略几乎就不能采用。
发表在IEE Electronics Letters，vol.33，no.23，pp.1943-1944，NOV.1997，作者为K.A.Schouhamer Immink的一篇最近的题目为“Weakly constrained codes”文章中，描述了一种新型限制码，称作弱限制码。当弱限制码产生以(低)概率P违反所规定限制的序列时，弱限制码就不会按照dk-限制。作者主张，如果信道有错误，向信道供给完整的限制序列就没有意义了。违反所规定的dk-限制提供了一个额外的自由度，利用它能够减少低频成分。所知道的是违反d-限制，比如一连串的“0”小于d，容易出现来自内部符号干涉的错误。违反k-限制很容易导致时钟同步的损失，随后，时钟同步的损失会导致错误激发。因此当违反dk-限制的频率必须在它们不可避免地在接收机位置处导致比特检测错误的时候很小时，此方法不是很有效。
信息记录时常需要增加读取和写入速度。然而为了增加读取速度需要较高的跟踪装置伺服频带宽度，依次地，伺服频带宽度对在所记录信号中低频成分的抑制上设置更严格的限制。改进的低频成分的抑制对抑制由跟踪装置产生的可闻噪声也是有利的。因为这个原因，最好是通过一些努力来防止信号包括低频成分。
因此本发明的一个目的是提供一种数字调制方法，能够高效率的抑制低频成分，同时以小的计算负担，比如加法/比较操作来达到此目标。
本发明的再一个目的是提供一种信息记录介质，比如一种光盘或者磁-光盘，在其上记录通过本发明操作来调制的数字数据。
对现有技术所固有的问题的一个可能的解决方法是基于这样的观察，现有技术方法过渡地限制在合并字的选择上，并且只有那些合并字被允许，即当交替合并字和码字被串联时规定的dk-限制得到满足。
在本发明的第一个方面中，提供了一种数字调制方法，用于把m比特信息字转换成n比特码字，并且其中p比特合并字插入到连续码字之间，m、n、p是整数，其中(n+p)大于m。码字在实施中服从d-和k-限制，但是合并字不需要服从所述d-限制。所知道的是一连串的“0”小于d容易出现来自内部符号干涉的错误。然而，当合并字不把信息提供给接收器时，能够违反在合并字中的d-限制，而不会危害所接收码字的可靠性。然后，作为来自被选择合并字中的一组合并字尺寸增加的结果，关于在现有技术方法或装置的规则下产生的已调信号，已调信号的低频成分能够被大大地减少。这个实施例在这样的方面是有益的，即在已调信号中出现的低频成分比在现有技术中能够得到更好的避免。
本发明的再一个实施例的特征是同步(sync)字插入到码字序列中，此同步字表示不可能发生在通过交替合并字和码字的级联而形成的比特流中的比特模式。选择电路系统排除了那些p比特合并字，当那些p比特合并字与交替码字级联时，将产生同步模式。上述排除的规则把p比特合并字看作所有的“0”字，此p比特合并字在连续“1”之间包含u个“0”，其中u是一个小于d的整数。这个实施例在这样的方面是有益的，即在读取装置可能检测到短的“0”串长度作为所有的“0”字的情况下，不会产生错误的同步模式。
通过本发明最近实施例的以下描述，本发明的这些目的和其它目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是本发明一个实施例的简单方框图；
图2是一个用于解释已调数据的简略视图；
图3是一个用于解释连续码字和p比特合并字级联的图表；
图4A至4H是一个表示把用于转换8比特信息字的图表转换成14比特码字的简略视图及反过来的简略视图。
在本发明的最佳实施例中，连续n比特码字与p比特码字是交替的。在本发明的第一个方面，编码器产生一组使用者连续码字之间的所允许的P比特合并字，以便使由交替的码字和合并字组成的序列满足位于合并字中的引导端“1”和位于在合并字之前的码字中的尾端“1”之间的条件，并且位于合并字中的尾端“1”和位于在合并字之后的码字中引导端“1”至少是d个“0”。在本发明的第二个方面，编码器从所述所允许的一组合并字中选择，其中合并字在经过模2积分后的连续码字和此合并字中产生最接近零的累积重复信号失衡。比如，在d＝2、k＝10、n＝14、m＝8及p＝3的EFM码中，存在着所允许的8个可能的合并字中的4个3比特合并字，即“001”、“010”、“000”和“100”。在本发明的一个实施例中，允许使用比如剩下的3比特合并字，即“111”、“011”、“101”和“110”。然而，存在三种局限：首先，在交替的14比特码字和3比特合并字串联中，不会违反所规定的K(＝10)限制；第二，在交替的14比特码字和3比特合并字串联中，可能不会产生同步模式；并且第三，为了保证码字的可靠性，在连接于合并字的两个码字的开始或结尾处出现的连续数字“0”将至少是d(＝2)。图表1用图解法表示一组所允许合并字的产生过程，相应RDS的计算，和产生最小限度重复信号失衡的合并字选择。
图表1
 14比特字  合并比特  下一14比特字  RDS
 01001000100100  000  00100000000100  4
 01001000100100  001  00100000000100  10
 01001000100100  010  00100000000100  8
 01001000100100  011  00100000000100  2
 01001000100100  100  00100000000100  6
 01001000100100  101  00100000000100  0
 01001000100100  110  00100000000100  2
 01001000100100  111  00100000000100  8
图表1详细表示了在十进制64中8比特信息字“01000000”的转换，以及随后的在十进制95中8比特信息字“01011111”的转换。根据图4A-4H中所示的转换图表，把信息字分别转换成14比特码字“01001000100100”和“00100000000100”。为了说明目的，假设在码字“01001000100100”末端，RDS等于+5。在所遇到的特定情况下，能够使用所有可能的3比特合并字，而不会违反所规定的限制。图表1显示所有可能的3比特合并字，并且显示在合并字和码字级联和模2积分后所得到的RDS。根据本发明，编码器选择导致一个最接近零的RDS的特定合并字，比如选择“101”。因此在串联合并字“101”和码字“00100000000100”之后，RDS为0。在这种方式中，已调信号的重复信号标准保持在一个大体上恒定的标准，并且已调信号的频谱将显示已压缩的低频成分。值得注意的是，合并比特服从所规定(d)-限制的现有编码器将选择合并字“000”，即+4，此合并字将导致一个更大的RDS。此例子表示根据所发明方法而获得的信号显示了一个比通过现有技术方法所产生信号更恒定的已调信号重复信号标准。
图表2
 14比特字  合并比特  下一14比特字  RDS
 01001000100100  000  01000001001001  4
 01001000100100  001  01000001001001  不允许
 01001000100100  010  00100000000100  8
 01001000100100  011  00100000000100  不允许
 01001000100100  100  00100000000100  6
 01001000100100  101  00100000000100  不允许
 01001000100100  110  00100000000100  2
 01001000100100  111  00100000000100  不允许
作为本发明更进一步的说明，图表2表示在码字“01001000100100”和“01000001001001”级联的情况下，产生所有3比特合并字的操作。当合并字的尾端“1”和码字“01000001001001”的引导端“1”分别少于d(＝2)个“0”时，不允许合并字“001”、“011”和“111”。如果假设在码字“01001000100100”末端的RDS等于+5，那么在一个候选合并字和14比特码字级联和模2积分之后，RDS列在图表2中。根据本发明的一个方面，编码器选择码字导致RDS最接近于零，比如选择“110”。因此在串联合并字“110”和码字“01000001001001”之后，RDS是+2。值得注意的是，合并字服从所规定(d)-限制的现有编码器将选择合并字“000”，即+4，此合并字将导致一个更大的RDS。
在前面，解释了编码器包括用于产生所有可能的p比特合并字的装置。编码器进一步包括用于选择满足所给的限制和达到RDS最小绝对值的p比特合并字的装置。在一组可能的码字中存在着p比特合并字，此一组可能的码字将总是导致p比特合并字和n比特码字级联中的RDS相同的值，这对于本领域技术人员来说是很明显的。能够利用此特性来减少选择设置，因此就减少了所选择电路系统的计算负担和/或硬件需求。很容易就能够证明，比如当p＝3时，合并字“111”和“010”将总是导致RDS相同的值。一个码字，比如“111”能够从选择设置从排除，从而选择的尺寸从8个字减小到7个字。基于除了在前面描述的RDS之外的其它要求，能够选择p比特合并字，这对于本领域技术人员来说也是很明显的。
更可取地是，已编码信号包括一序列q个交替合并字和码字，其中q是一个整数。在已编码信号之间插入同步(sync)信号。更可取地是，同步信号不会发生在一序列已编码信号中。按照惯例，同步模式包括具有一个逻辑“0”的s比特序列，其中s是一个大于k的整数，或者同步模式包括具有一个通过有一个逻辑“1”的一比特分离开的逻辑“0”的两个k比特序列。从候选合并字中选择p比特合并字，从而交替合并字和码字的级联中不会包括一个等于同步模式的模式。信息存储在一连续空间标记中，根据一连续码字，两个标记的长度和连续标记之间的空间是离散变化的。应该知道，关于读取点的尺寸，合并字“111”、“011”、“101”和“110”将产生其长度很短的标记或者空间。空间和标记的长度如此小，以致拾取单元不能够观察到它们。这就意味着通过解码设备，把合并字“111”、“011”、“101”和“ 110”检测成为“000”，依次地，这就意味着检测电路系统能够检测错误同步模式或者有可能导致违反k限制。在一个最佳实施例中，通过在同步模式或者k-限制的计算中把合并字“111”、“011”、“101”和“110”看作“000”，合并字选择电路系统能够避免错误同步模式和/或错误k-限制违反的产生。例如，如果k＝10，那么选择电路系统将排除产生序列，比如‘00001100000’或者‘00010100000’等的合并字，这些序列可能会导致错误的k(＝10)-限制违反。如果同步模式是‘10000000000100000000001’，那么选择电路系统将将排除产生序列，比如‘10011000000100000000001’或者‘10000000000100010100001’等的合并字，这些序列可能会导致一个错误同步模式的产生。
参考图表，本发明的一个实施例描述如下。
在图1中，标号1表示一个输入端，把一个数字数据提供给此输入端以便记录在一个记录介质上，比如光盘或磁-光盘，标号2涉及一个串并行转换器，用于把输入数据转换成为m并行比特数据，及标号3表示一个数据转换器。向数据转换器3提供数据比特d1，...，d8，并且把数据比特转换成17个信道比特c1，...c17。17比特字包括两个部分，即一个具有信道比特c1，...c14的14比特码字和一个具有信道比特c15，...，c17的3比特合并字。14比特字是随着数据转换器产生的，此数据转换器由ROM、PLA等组成。数据转换器以14比特形式把数据比特d1，...，d8转换成输出信道比特c1，...，c14。表示在图4A至图4H中的码转换表按照这样的规则，通过此调制器获得的n(＝14)个码比特(c1至c14)必定在连续“1”之间放置至少k(＝2)个和最多d(＝10)个“0”。时钟发生器6产生一个用于电路系统的时钟信号。数据转换器3具有一个附加的装置来产生3比特字，c15，...，c17。附加装置不是能够由ROM、PLA等组成就是能够使用计算机来构建，此计算机通过编程来确定3比特字，以便满足上面所描述的特定说明。
图2表示一个实施例，用于根据本发明的一个编码设备，通过此设备能够执行上面所描述的方法。在图2中，标号21涉及一个输入端，把一个数字数据提供给此输入端以便在记录在一个记录介质上之前被转换，标号22涉及一个串并行转换器，用于把输入数据转换成为8并行比特数据，及标号23表示一个数据转换器。把以8比特形式的数据比特d1，...，d8提供给数据转换器23，此数据转换器由ROM、PLA和其它等等组成，并且以14比特形式提供码字c1，c2，...，c14。在图4A至图4H中能够发现转换图表，此转换图表与以前的拟定EFM调制相同。使用转换器24把14比特数据从一个并行转换器转换到一个串行转换器。耦合比特加法器25产生不同的候选合并字，此合并字满足规定的dk-限制。一组候选合并字最好是存储在ROM、PLA和其它等等中。选择电路26从候选字中选择一个具有最接近零的RDS的字。选择电路包括一个算术单元，用于计算每一个通过14比特码字级联的可能候选合并字的RDS。信号发生器29产生用于选择电路系统27定时控制的信号。在交替合并字和码字级联的模2积分后所获得，并从终端29和30取出的调制信号，经过一个记录放大器发送给一个光拾取头或者其它记录装置，并记录到一个光学载体中(没有显示)比如光盘或磁-光盘或磁带或者其它记录介质。
图3表示两个m(＝14)比特码字和p比特合并字的级联。在最佳实施例中，p的值是3或者2。
图4A-H表示最佳转换图表，用于把8比特数据字d1，...，d8转换成14比特码字c1，...，c14。转换图表按照这样的规则，在连续“1”之间总是存在至少两个和最多十个“0”。所知道的是能够使用不同于在图4A-H中显示的码转换图表。
从前面的描述中将知道，本发明提供一种改进了的系统，用于记录和播放在盘状记录介质上的数字信息。信息存储在一连续的空间标记中，根据一连续码字，两个标记的长度和连续标记之间的空间是离散变化的。因此以记录信号低频成分的改进抑制对数字信息进行存储。
虽然根据它的目前最佳实施例对本发明进行了详细的描述，但应当指出，只要不违背本发明的精神和范围，本技术领域的普通技术人员可以进行各种更改。因此，本发明并不局限于本专利权利要求。任一参考信号并不局限在权利要求范围之内。单词“包括”不排除除了那些在权利要求中所列出的之外的其它元或步骤的存在。在一个元之前使用单词“一个”不排除有多个这种元的存在。

Claims (9)

1.一种把一个二进制数据比特序列编码成一个二进制信道比特序列的方法，其中根据一个转换图表把连续和顺序的m数据比特块编码成顺序的n比特码字，m是一个整数，n是一个大于m的整数，其中码字满足一个dk-限制，从而连续的“1”被至少d个和最多k个“0”分离开来，并且在所述连续码字之间插入一个p比特合并字，p是一个整数，交替的码字和合并字的级联满足位于这样的条件，即在位于合并字中的引导端“1”和位于在合并字之前的码字中的尾端“1”之间至少是d个“0”，并且在位于合并字中的尾端“1”和位于在合并字之后的码字中引导端“1”之间至少是d个“0”，其特征在于，合并字不需要服从所述d限制。
2.如权利要求1所述的方法，其中p比特合并字用于把在交替的码字和合并字的级联中连续“1”之间“0”的个数限制到最大值s，其中s是一个等于或者大于k的整数。
3.如权利要求1和2所述的方法，其中p比特合并字用于减少在交替码字和合并字的级联经过模2积分之后产生的累积重复信号失衡。
4.根据权利要求1、2和3的对二进制数字信号编码的方法，其中d＝2、k＝10、m＝8、n＝14和p＝3。
5.根据权利要求1、2和3的对二进制数字信号编码的方法，其中d＝2、k＝10、m＝8、n＝14和p＝2。
6.一种依照前面任一权利要求1至5中的方法对编码信号解码的解码器。
7.一种信息记录介质，在其上已经记录了根据如任一权利要求1至5中所述的编码方法而形成的信息结构。
8.根据权利要求7的信息记录介质，其中所述信息记录介质包括一个光学可读记录载体。
9.一种记录设备，用于执行如任一权利要求1至5中所述的把一个二进制数据比特序列编码成一个二进制信道比特序列的方法。
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