CN1457488A - 读出和/或写入数据光盘的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到在光盘(1)上读出和/或写入数据的一种方法和装置，数据以连续的螺旋形式(2)存储在光盘上。用N个光点同时在N个轨迹(4－8，12－20)中读出或写入数据，N是大于或等于2的整数。读出和/或写入是通过在读出/写入与激励器跳跃之间进行交替来执行的。为了提高这种多轨迹光盘驱动器的效率，通过实时分析来确定数据读出/写入装置(23)相对于光盘(1)的下一个位置，据此动态计算出下一次跳跃决定。

Description

读出和/或写入数据光盘的方法和装置
本发明涉及到读出和/或写入数据光盘的方法，上述数据以连续的螺旋形式存储在上述数据光盘上，相对于一个读出和/或写入装置旋转上述光盘就能读出和/或写入上述光盘，上述读出和/或写入装置受到一个激励装置的激励，并且用N个光点同时在N个轨迹中读出和/或写入上述数据，N是大于或等于2的整数，读出和/或写入是通过在连续读出和/或写入与激励器跳跃之间进行交替来执行的。
本发明还涉及到读出和/或写入数据光盘的装置，数据以连续的螺旋形式存储在上述光盘上，该装置包括旋转装置，它相对于一个读出和/或写入装置旋转上述光盘以读出和/或写入上述数据，上述读出和/或写入装置包括具有N个光点的读出和/或写入装置，同时在N个轨迹中读出和/或写入上述数据，N是大于或等于2的整数，以及用来激励上述读出和/或写入装置的激励装置，它被设计成在连续读出和/或写入与激励器跳跃之间执行交替。
在光盘的领域中，CD(光盘)和DVD(数字化视频光盘)数据是沿着连续的螺旋布置的。可以由一个单轨只读光盘驱动器用一个激光点读出这种数据，或是由一个多轨只读光盘驱动器用N个光点同时读出N个相邻的轨迹，N是大于或等于2的整数。对于如何执行读出头的跳跃或是激励这一读出头以便完整读出这种螺旋的激励器的激励器跳跃已经提出了若干种方案。可以发现有时必须用小于N个光点读出。这是因为，若在光盘一转中用N个光点同时读出，就必须执行一次小的激励器跳跃以跳到一个新的位置。由于在时间为零时不能执行跳跃，在读出的螺旋扇区中会出现间隙。读出头因此就必须返回并取回这一数据。基本上，有时可以只用一个光点沿着螺旋一圈中一个扇区的一条轨迹读出剩余的数据。尽管在某一点上可以避免只用一个光点读出，对使用多轨只读光盘驱动器的这种限制会导致效率低下的缺点。
本发明的目的就是要提高多轨光盘驱动器的效率。
这一目的是用上述的一种方法实现的，其特征是通过实时分析确定上述读出和/或写入装置相对于上述光盘的下一个位置，据此动态计算出下一次激励器跳跃。
该目的还是用上述的一种装置实现的，其特征是采用一个计算装置，通过实时分析确定上述读出和/或写入装置相对于上述光盘的下一个位置，据此动态计算出下一次激励器跳跃。
本发明能够克服多轨光盘驱动器的已知算法因只能用一个光点读出一部分轨迹造成的限制，采用实时分析来确定读出和/或写入装置的下一个位置，因而就不必对激励器跳跃采用特定的固定模式。这样就能考虑到多种规则为读出和/或写入装置计算出一种最佳的跳跃方案。
另外，本发明还能解决比较低的光盘旋转周期和执行激励器跳跃所需的较长时间之间的冲突，因为本发明的算法是动态计算下一个跳跃位置，与任何时隙无关。因此，这种算法在连续驱动过程中是容易实现的。
最好是在执行一个搜索指令之后读出或写入盘上的一整圈数据。这样的优点是能够立即执行所有N个螺旋圈的链接，而用户仅会注意到因机械搜索的延迟。
最好是根据以下规则作出跳跃决定：a)鼓励采用所有N个光点，b)禁止大于2N个轨迹的轨迹跳跃，c)在长螺旋扇区之前读出和/或写入因内圈半径上的未读出或未写入螺旋扇区产生的读出或写入间隙所产生的短螺旋扇区，d)如果没有需要确定的读出或写入间隙，就特许激励器朝着盘的内圈半径方向跳跃，e)允许激励器朝着盘的内圈或外圈半径方向跳跃，和/或f)如果能在比朝盘的外圈半径方向跳到另一个位置更短的时间内完成，就对短螺旋扇区读出和/或写入两次。这其中的规则a)具有高于规则b)的优先权，规则b)具有高于规则c)的优先权，规则c)具有高于规则d)的优先权，规则d)具有高于规则e)的优先权，并且/或是规则e)具有高于规则f)的优先权。按照这些规则就能以非常有效的方式计算出所有跳跃。这样，一个N光点系统就能相对其当前位置从-2N到+2N轨迹之间的任意一点链接缓冲的数据。
最好是预先对盘的若干转计算读出和/或写入装置的下一个跳跃位置。可以用一种简单的类似于遗传算法来计算最佳选择。然而，主要的制约是在仍然采用所有N个光点的同时首先要沿着盘的螺旋读出剩余间隙以确保连续的数据流。这样才有可能将N个光点定位在一个位置上，而同时又能以连续的数据流产生最大的读出或写入量，这样就能提高系统的效率。
最好是根据用于缓冲数据的数据缓冲器的数据用完之前经历的时间来计算盘的旋转频率。特别是根据这一经历的时间来计算下一个跳跃位置。如果缓冲器的数据快要用完了，系统就能否决最优选的跳跃决定并且/或是稍微降低旋转速度。反之，如果缓冲器中有足够的数据，该算法就会决定进一步读出N个螺旋圈而不是在内侧仅仅完成一个螺旋圈。
从以下参照附图对实施例的描述中就能看出本发明的上述及其它特征，在附图中：
图1到9表示一个光盘的示意图，用来解释按照本发明的最佳实施例用一种读出和/或写入算法读出和/或写入多个轨迹的一种方法；
图10表示的表可用于解释重放和时间间隔以及在输出缓冲器中的的有效数据；以及
图11的方框图表示按照本发明一个实施例的光盘读出和/或写入装置的结构。
图1表示诸如CD或DVD等只读光盘1的示意图。从光盘1的中心区3开始在连续螺旋2上写入数据并且朝光盘1的外圆半径延伸。这样就能从内圆到外圆半径沿着连续的螺旋在光盘1上存储数据。
按照图1，螺旋2被划分成虚构的轨迹4，5，6，7，8，每个轨迹由螺旋的360°扇区构成，即一条虚构径向线9将螺旋2划分成这些轨迹4-8。按照图4-9所示，按同样的方式产生其它的扇区12-20。当然必须注意到数据光盘是由比图中所示多得多的轨迹组成的。然而，为了简化只需要图中所示的这些轨迹就能理解实际的激励器跳跃和/或读出和/或写入步骤。
在图1-9所示的实施例中采用了一个读出和/或写入装置，它能够用N＝3的光点同时读出和/或写入N＝3个轨迹。
以下仅仅参照图1-11解释对只读光盘1的读出。然而在本发明的范围内可以按照类似的方式执行写入。
读出在径向线上用N＝3个光束从位置1a开始。在执行完搜索指令后就立即开始读出。按箭头10所示朝顺时针方向旋转光盘1。或是也可以如箭头11所示朝逆时针方向旋转N＝3个光点。由于光盘1是圆形的，在光盘1旋转的同时应该使N＝3个光点相对于其角度或圆周位置保持固定。这样，产生光点的读出/写入装置就能保持固定角度或圆周位置。另外，N＝3个光点的位置及读出和/或写入装置都不是固定的，而是能在径向上移动。
在图1-9中，重放路径也就是轨迹2的读出螺旋扇区位于分别用“a，，表示的开始位置和“b”表示的结束位置之间。字母前面的数字代表读出螺旋扇区的顺序。
还应该注意到，在某些光盘(例如DVD)上，数据是按决编制的，在执行向另一位置的激励器跳跃之前按整决读出。为了简化，在所有图中做这样的假设，所有局部轨迹都能由一直到同一虚构径向线上的N个光点同时读出。实际上，同时读出的N个螺旋有不同的结束点，按照本发明实施例的算法考虑了这一事实。
在图1中执行光盘1完整的360°一转，按虚线所示同时读出N＝3个轨迹4，5，6的数据。
在按照图10的表中用行1表示这种状态。按照图1读出N＝3个轨迹4，5，6的会产生连续输出的数据，它对应着相等的数据时间3Trot，而读出这N＝3个轨迹所需的时间Trot可以从图10中的行1中获得。Trot代表光盘旋转一圈也就是360°的光盘旋转周期，它最好是在14到20msec的范围内。
接着按照图2将N＝3个光点从位置1b移到位置2a。这一移动是由激励器向前跳跃N＝3个轨迹执行的，即读出装置的激励器从光盘1的内圈位置向外圈位置跳跃。由于这一跳跃需要时间而光盘1仍在箭头10所指的方向上旋转，位置2a上的下一个起点在径向上相距N＝3个轨迹的距离，并且在圆周方向上该距离对应着图2中用Tact指示的角度。Tact还表示执行一次激励器跳跃所需的时间。Tact的典型范围是3-13msec，特别是8-10msec。
N＝3个轨迹读出的结束位置按照图2是这样计算的，在执行下一个跳跃时可以到达轨迹上的下一个螺旋扇区，以便从位置1b上连续读出轨迹6。这样，按照图2中的虚线为位置2b计算的重放路径的端部就处于一定的角度，该角度对应着位置1b之前的Tact。
按照图10的表中所示，激励器从位置1b到2a的跳跃所需的时间是表中行2表示的Tact。读出图2中虚线所示的重放路径所需的时间按Trot-Tact计算，如图10的表中行3所示。
图3用实线表示目前已经读出并且已经缓存在数据缓冲器中的轨迹或轨迹的扇区。然而，当到达位置2b时，由于激励器从位置1b跳跃到位置2a所留下的间隙，在缓冲器中仍然仅有N＝3个有效的连续数据轨迹。
执行下一次激励器跳跃是从位置2b到位置3a，从而朝着螺旋2的中心3移动一个轨迹。这一激励器跳跃所需的时间仍然是Tact。由于在这一跳跃前执行的计算下一个重放路径是从位置3a开始，因此连续轨迹6是在位置1b。
按照图10所示的表特别是表中的行4，执行激励器跳跃所需的时间是Tact，而按照图3中虚线所示读出位置3a和位置3b之间的螺旋扇区的读出时间是Tact。
在按照图3所示的虚线读出这些螺旋扇区之后，对应着时间Trot-Tact的那一连续螺旋的数据就被加到了图2中用实线指示的3Trot的连续输出数据上。这一连续输出数据在图4中用从中心3开始到轨迹7的位置2b结束而形成螺旋的内部实线表示。
按照图4，朝光盘1的外圆半径跳跃N＝3个轨迹执行下一次轨迹跳跃到达位置4a，它是角度对应于Tact的圆周距离。这样，下一个螺旋扇区就从位置4a开始并计算出结束位置为4b，如图4中用虚线所示。
根据目前读出的轨迹或轨迹的扇区来计算位置4b。为了在位置2b连接轨迹7，8和12而确定的位置2b是处在对应着位置2b之前的Tact的角度。这样就能在朝中心3跳跃N＝3个轨迹到达位置4b之后激励器执行一次跳跃而到达一个起始位置5a(图5)，以便从结束位置2b开始下一个螺旋扇区。按照图5中的虚线，在对应着Tact的时间段读出起始位置5a和结束位置5b之间的其他螺旋扇区。在执行完这一次读出之后，对应着2Trot+Tact的连续输出数据就已被加到目前为止对应着4Trot-Tact的连续输出数据上了。正如图10的表中的行9所示。
从位置5b向前的下一次跳跃可以是朝光盘外圆半径跳跃两个轨迹。然而，需要被读出的3-轨迹螺旋内圈不能完全链接到位置4a的起点。因而建议跳跃2N-1＝5个轨迹并且存储从这一点向前的数据。这可以从图6中看出。必要时可以稍微降低光盘旋转速度或旋转频率。
在第一轨迹的位置1a和结束于位置5b的外圈轨迹12之间，能得到相当于光盘6圈的连续数据，而光盘1仅仅旋转了三次。读出算法的效率是66.7％。
对于从位置5a到位置5b的扇区后面需要读出的下一螺旋扇区，可以考虑两种选择：即图6中用虚线表示的从位置6a到位置6b的螺旋扇区或从位置6a到位置6b’。
无论怎样选择都只有一种最佳延续，也就是在内侧重放N＝3个螺旋扇区并且连接到位置4a。由于光盘1在激励器跳跃的同时在转动，上述两种选择从时间上看是等效的。然而前者要好一点，因为已经用4b结束位置之后的数据充满了缓冲器。
然而，按照图6的算法是决定读出从位置6a起到位置6b止的螺旋扇区，因此要执行朝外圈半径的2N-1＝5个轨迹的激励器跳跃。
选择位置6b作为结束位置以便在朝光盘1的内圈半径跳跃N＝3个轨迹到结束位置4b的时间Tact之后能够连续。
按照图10，从位置6a开始到位置6b结束读出重放路径所需的时间是Trot-4Tact，如图10的表中行12所示。另外，如图10的表中行11所示，从位置5b到位置6a执行激励器跳跃的时间是Tact。
如图7中用虚线所示，下一次N＝3个轨迹朝光盘1的内圈半径的读出是从位置7a开始，其相对于位置6b的角度对应着Tact。
如图7中虚线所示的重放路径的结尾是这样计算的，下一个重放路径从位置5b后面的一个位置开始，以便连接从中心3开始到轨迹12的位置5b结束的连续路径。
按照图7并且从图10表中的行14可以看出，数据的缓冲相当于Tact。
从位置7b到位置8a的下一次激励器跳跃需要的时间是Tact。如图10表中的行15所示。要读出的下一个螺旋扇区从位置8a开始到对应着位置4a的位置8b结束，也就是如上文参照图4所述从4a到4b的已经读出的螺旋扇区开始。
这样，相当于时间Trot-Tact的进一步连续输出的数据就会在如图6，7和8所示的读出过程中相加，也就是从轨迹12的位置5b开始到轨迹13的位置7b结束。
在按照图8读出过程中缓冲的数据相当于2Tact，如图8中的虚线所示。
按照图9，从位置8b到位置9a执行下一次跳跃，跳跃时间是Tact，朝光盘1的外圈半径跳跃2N＝6个轨迹。然后按相当于Trot-7Tact的时间段读出数据，到结束位置9b结束。这些时间可以从图10所示表中的行17和18获得。
然后从起始位置10a开始下一个要读出的螺旋扇区，以便连续读出螺旋扇区16，17和18，在位置6b结束。从位置10a开始执行重放，其时间段相当于Tact，它可以从图10表中的行20中得到。
从位置11a开始朝光盘1的内圈半径执行N＝3个轨迹的下一次跳跃。结束位置如11b所示。然而应该注意到轨迹13和14在位置8a和11b之间被读出了两次，因为它们在位置8a和8b之间的重放过程中已经被读出了。然而，不必从位置10b跳跃到位置11a，朝外圈半径跳跃2N-1个轨迹也是允许的。可以按输出缓冲器中有效的数据量来决定。
按照图10，在路径11a到11b期间读出的相当于2Tact的数据已经被缓存了。
按图6-9计算从位置5b到11b的圈数，可以从图10表中的行23提取所需的总时间2Trot+Tact。在位置9a和9b，位置10a和10b及位置11a和11b之间读出期间加上的连续输出数据是3Trot-Tact。这样，在图6-9所示的读出期间加上的输出数据总量就是34Trot-2Tact，如图10中表的行23所示。
汇总所有图1-9，总连续输出数据对应着10Trot-2Tact，而所执行的光盘旋转相当于5Trot+Tact。
假设50Hz的转速对应着20msec的旋转周期，按照典型的8msec激励器时间计算出的效率是184/324＝56.7％。
如果采用具有N＝3个以上光点的光盘驱动器，效率还能进一步提高。例如推广到7个光点，具体在一种60Hz的多轨迹32X DVD-ROM驱动器中就能获得83％的效率。
以上的例子是针对具有恒定角速度模式的光盘驱动器而言的，因为这种情况便于用来解释本发明的多轨迹系统的性能。然而，如果光盘是以恒定线速度模式旋转，用Tact表示的角度在整个光盘上都是不同的，这样就会使计算变得极为复杂。然而，在恒定线速度模式下，若对若干轨迹例如是20个执行计算，可以看出恒定角速度模式模型代表着很好的近似性。
然而，所述的算法可以用在仅采用恒定角速度模式的光盘驱动器中或是仅采用恒定线速度模式的光盘驱动器中，或者是用在能同时支持恒定角速度模式和恒定线速度模式的光盘驱动器中。
另外应该注意到，如果缓冲读出数据的输出缓冲器中有足够的数据，并且在特定时刻无法执行最佳的跳跃，在短时间内可以将旋转速度降低例如是25％。为了充满缓冲器这样做是重要的。在恒定线速度模式或恒定角速度模式下都可以降低旋转速度。如果缓冲器的数据用完了，系统就该决定在重放期间稍微提高旋转速度并在必须执行跳跃时作出最佳决定。
图11的方框图表示在由电机22驱动的光盘21上读出和/或写入数据的一种装置的结构。用于读出和/或写入数据的一个头23利用一或多个激光二极管产生5个光点24。利用激励器26可以使头23在箭头25所指的光盘21的径向上移动。被头23读出的数据被存储在缓冲器27例如是一个RAM中。缓冲器27通过电线28连接到头23。另外，激励器26通过电线29连接到用于控制激励器跳跃的微处理器30以激励读出头23。微处理器30还通过电线31连接到存储器32，它用来存储参照图1-9所述的确定重放路径起始和结束位置的规则。微处理器30根据实时分析对激励器跳跃执行动态计算，计算中要考虑头23的当前位置，目前读出的重放路径或螺旋扇区，缓冲器27的状态即缓冲器27的充满状态，以及存储在存储器32中的规则。这样就能实时确定下一次激励器跳跃。
应该注意到对激励器跳跃没有采用特殊的模式，而是用实时分析来确定下一个读出和/或写入位置，这样就能考虑到激励器的跳跃时间。为确定下一个位置而采用了一组规则。该算法还能预测激励器下一个预期要执行的跳跃次序，从而优化重放或记录路径。这样，下一次跳跃始终是在考虑到多种规则的实时分析的基础上动态计算的。
另外用微处理器30控制电机22将转速调整到适合缓冲器27的状态。因此，电机22通过电线33连接到微处理器30。
按照图11的装置可以用来在光盘上读出和/或写入数据。
尽管图1-11的实施例是采用了奇数个光点，光点的数量N同样也可以是偶数。光点之间最好保持固定的距离，并且由读出/写入装置的光-机构造来确定。
总之有以下几方面的新建议：
第一方面是在执行完搜索指令后马上将光盘完整一圈(即N个螺旋扇区)的数据存储在缓冲器中；这样的优点是能够立即执行所有N个螺旋扇区的链接，而用户仅会注意到因机械搜索所产生的延迟。
第二方面是在连续重放过程中作出新的跳跃决定时始终要考虑激励器的跳跃时间。
第三方面是在确定N个光点的位置之前执行计算，它同时给出最大读出量和数据流的连续性。
第四方面是根据以下六个规则作出跳跃决定：(i)鼓励始终采用所有N个光点，并且在决定处理中具有最高优先权；(ii)禁止大于2N个轨迹的轨迹跳跃，(iii)在长螺旋扇区之前读出和/或写入因内圈半径上的未读出或未写入螺旋扇区产生的读出或写入间隙所产生的短螺旋扇区，(iv)如果没有需要确定的间隙，激励器朝内圈跳跃有优先权，(v)允许激励器朝着盘的内圈或外圈半径方向跳跃，并且(vi)如果能在比朝盘的外圈半径方向跳到另一个位置更短的时间内完成，就二次读出和/或写入短螺旋扇区。
建议的重放或记录算法具有以下特征：
没有预定的激励器跳跃长度。相反，是根据作出跳跃决定前现有的若干条件动态计算所有的跳跃。这一特殊性质体现了所建议的重放或记录算法的优越性。这样，一个N光点系统就能从-2N到+2N个轨迹之间的任一点相对于其当前位置来链接缓冲器数据。
所建议的读出方法的另一个特点在于能在光盘的若干转之前执行有关下一个重放位置的计算。可以用一种简单类似于遗传算法计算最佳选择。按照简单类似于遗传算法可以对许多可供选择的可能进行评估，选择最佳方案。然而，主要的制约是在仍然采用所有N个光点的同时首先要沿着盘的螺旋读出剩余间隙以确保连续的数据流。
所建议的读出方法的另一个特点是确定在光盘旋转频率和数据缓冲器的数据用完之前经历的时间之间的关系。如果缓冲器的数据快要用完了，系统就能否决最优选的跳跃决定并且/或是稍微降低光盘旋转速度。反之，如果缓冲器中有足够的数据，该算法就会决定进一步读出N个螺旋圈而不是仅仅完成在内侧的一个螺旋圈。
由于避免了采用特定的激励器跳跃模式，本发明能够明显提高多轨迹光盘驱动器的效率。

Claims (11)

1.读出和/或写入数据光盘(1)的一种方法，上述数据以连续的螺旋形式存储在上述光盘(1)上，所述方法包括
a)相对于一个读出和/或写入装置(23)旋转上述光盘(1)，以便读出和/或写入上述数据，
b)上述读出和/或写入装置(23)受到一个激励装置的激励，并且
c)利用N个光点(24)同时在N个轨迹(4-8，12-20)中读出和/或写入上述数据，N是大于或等于2的整数，
d)上述读出和/或写入是通过在连续读出和/或写入与激励器跳跃之间互相交替来执行的，其特征是
e)通过实时分析以确定上述读出和/或写入装置(23)相对于上述光盘(1)的下一个位置，据此动态计算出下一次激励器跳跃。
2.按照权利要求1的方法，其特征是在执行一个搜索指令之后读出或写入盘(1)上的一整圈数据。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征是根据以下规则计算下一次跳跃：
a)鼓励采用所有N个光点(24)，
b)禁止大于2N个轨迹(4-8，12-20)的轨迹跳跃，
c)在较长的螺旋扇区之前读出和/或写入因内圈半径上的未读出或未写入螺旋扇区产生的读出或写入间隙所产生的较短的螺旋扇区，
d)如果没有需要确定的读出或写入间隙，就特许激励器朝着盘的内圈半径方向跳跃，
e)允许激励器朝着盘的内圈或外圈半径方向跳跃，和/或
f)如果能在比朝盘的外圈半径方向跳到另一个位置更短的时间内完成，就对较短的螺旋扇区读出和/或写入两次。
4.按照权利要求3的方法，其特征是规则a)具有高于规则b)的优先权，规则b)具有高于规则c)的优先权，规则c)具有高于规则d)的优先权，规则d)具有高于规则e)的优先权，并且/或是规则e)具有高于规则f)的优先权。
5.按照权利要求1或2的方法，其特征是预先为盘的若干圈计算下一个跳跃位置。
6.按照权利要求1或2的方法，其特征是根据用于对数据进行缓冲的数据缓冲器(27)的数据用完之前所经历的时间来计算盘的旋转频率。
7.按照权利要求1或6的方法，其特征是根据上述数据缓冲器(27)的数据用完之前所经历的时间来计算下一个跳跃位置。
8.按照权利要求1或2的方法，其特征是在计算下一个跳跃位置时考虑到执行轨迹跳跃所需的跳跃时间。
9.读出和/或写入数据光盘(1)的一种装置，该数据以连续的螺旋形式存储在上述光盘(1)上，该装置包括：
a)旋转装置，它使上述光盘相对于一个读出和/或写入装置(23)旋转以读出和/或写入上述数据，
b)上述读出和/或写入装置包括具有N个光点的读出和/或写入装置，以便同时在N个轨迹中读出和/或写入上述数据，N是大于或等于2的整数，
c)用来激励上述读/写头(23)的激励装置(26)，它被设计成使连续读出和/或写入与激励器跳跃两者交替执行，
其特征是
d)计算装置(30)，该计算装置(30)通过实时分析以确定上述读出和/或写入装置(23)相对于上述光盘(1)的下一个位置，据此动态计算出下一次激励器跳跃。
10.按照权利要求9的装置，其特征是用于存储用来确定上述下一个位置的一组规则的存储装置(32)。
11.按照权利要求10的装置，其特征是具有用来执行权利要求1到8之一的方法的装置。
CNB028004493A 2001-02-28 2002-01-25 读出和/或写入数据光盘的方法和装置 Expired - Fee Related CN1327424C (zh)

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