CN1485843A - 将一系列数据字转换为调制信号的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将一系列数据字转换为调制信号的方法及装置。完成上述方法的装置包括，把r比特相互不同的数字字附加于要输入的数据字，生成多个选择次序，根据已指定的m/n编码比率，将上述生成的多个选择次序调制为符合已设置的(d，k)条件的次序；上述r和k的值，则选择能使上述已调制的符合(d，k)条件的次序的低频抑制特性为25dB以上，平均编码率为0.53以上的装置，以及测定上述已调制的符合(d，k)条件的次序的非可行性程度，据此，选择一个用于记录于记录媒体的符合(d，k)条件的次序的装置，恰当地选择r和k的调制条件，即可得到最大直流成份抑制和最大编码率。

Description

将一系列数据字转换为调制信号的方法及装置

(1)技术领域

本发明是有关遵守预先设定的(d，k)代码抑制直流成份的数据调制方法。

(2)背景技术

一般地讲，以(d，k)代码表示的运行长度限制代码已广泛成功地运用于磁性及光记录体系。上述代码和为了体现上述代码的方法已经在“codes for massdata storage systems″(ISBN90-74249-23-x，199)一书中，由K.A，schouhamevimmink进行了详细说明。

上述运行长度限制代码是，由于初期NRZ(non return to zero：反向不归零制)代码的延长，以二进制记录的0(zeros)在记录媒体中没有任何(磁束)变化，相反二进制的1(ones)在记录媒体中磁束从某一方向朝相反的方向迁移。

在上述(d，k)代码，除了上述的记录规则以外，必须保证在连续的数据“1”间隔中至少附加有d个‘0’，这里有两个追加条件，一是在连续的数据“1”间隔中，要存在至少d个′0′，二是又不得超过k个。第一个条件是为了清除当一系列“1”连续地记录播放的脉冲群发生的符号间干扰，第二个条件则是通过把PLL(Phase Locked Loop：锁相环)锁定在读取信号的转换，在读取数据中恢复时钟。

若没有“1”，干扰的连续的“0”符号串太长时，则上述时钟读取PLL的同步就被失真。

例如，(1，7)代码是，已记录的‘1’之间至少存在1个‘0’，已记录的‘1’间隔中不得超过7个‘0’。一系列编码位串通过模块2积分操作(modulo-2integration)转换成由具备高或低值的位存储单元(Bit cell)构成的调制信号，上述经转换的调制信号中，比特‘1’从高到低或者由低到高进行变化，比特‘0’并没有调制信号变化。

另外，可以表示为(d+1)T的最小反转时间T_min与记录波形中1比特时间间隔T的2倍，即2T相同，可以表示为(k+1)T的最大反转时间T_max与上述比特时间间隔T的8倍，即8T相同。

由(1，7)代码生成的通道位串，最小反转时间T_min比3T、4T等反转时间更时常出现。许多错误信息以与2T及3T的短间隔出现，在很多情况下有利于时钟信号的发生。

但，随着记录媒体的记录密度的增大，最小反转时间T_min已成为问题之所在，最小长度2T连续地发生在记录波形时，在此波形发生失真的可能性增大。这是因为2T波形的输出大小相对小于另外波形的输出大小，所以容易受到与散焦(defocus)及水平倾斜等要素的影响。

尤其是，在高的线密度，当最小标记(2T)连续地进行记录时，更容易地受到外部干扰，在数据读取时，也就容易产生错误。

在这样的情况下，数据读取的错误模式在很多情况下，最小标记边界的前段或后段会出现移位现象，其结果更增加了比特长度的错误。

数据通过传送线路进行传送，或者记录在记录媒体时，和上述一样，在数据传送或记录之前，转变为适合传送线路或记录媒体的代码次序。。如果直流成份包含在上述已调制的代码次序，和在磁盘驱动的伺服控制所发生的跟踪错误一样的多种多样的错误信号，则容易发生偏移或者颤动(jitter)。

然后，应该要使用无直流成份的信号，这是因为一记录通道一般不与低频成份应答。抑制信号内的低频成份有利于信号从记录在光记录媒体的磁道读出信号时，之所以起很有利的作用，是因为根据记录信号连续的跟踪控制而不受干扰。

另外，若充分抑制低频成份，则可完成减少噪声的已改善的跟踪。因以上多个理由，所以要尽可能的使调制的次序不包含直流成份。

作为防止已调制的次序包含直流成分的方法，曾经有过DSV(Digital Sumvalue)控制方法。DSV是在把-1分配给+1、把-1分配给0后加位串值所得的总值就成为显出一个次序串的直流成份的指示器(indicator)。这里所指的位串是通道位串的NRZI调制结果。

计算DSV的值为常数的话，这就意味着低频信号不包含在信号的频率频谱上。DSV控制，一般不适用于以标准(d，k)代码形成的次序，标准(d，k)代码的DSV控制是通过计算在设定时间内调制得到的编码位串的DSV，把事先设定个数的DSV控制位插入于上述编码位串来完成的。此时，为了改善编码效率，其可行性的作法是，使上述DSV控制位“尽可能最少”。

最好让已编码的信号包含q个代码字次序，在上述编码信号的各部分间隔中插入同步信号，但上述同步信号则不应发生在已被编码的信号的次序中。

通常上述同步模式是，要么逻辑‘0‘包含比k大的S个连续的比特，要么两个以逻辑’1‘所区分的k比特长度来构成。即具有2个连续k长度的’0‘次序。

上述同步模式的使用，存在随着信号长度变长其记录效率也就相对变低的缺点，故可行之法是，使用包含两个以上’0‘的次序的短同步模式。

为了记录及读取在光学或光记录媒体，使用此信号的范例：记载在美国专利4,501,000，在上述说明书里详细地阐明了有关在CD或MD内记录信息的EFM(eight to fourteen Modulation)调制方式，上述EFM调制信号是把8比特的信息字调制为14比特的代码字，另外，在连续的代码字间插入3比特的合并字(Merging words)。

每个14比特代码字是，在两个连续的‘1’中间至少有两个‘0’(d＝2)，至多插入10个(k＝10)，为了满足此条件，也要在代码字间隔内使用3比特的合并字。

上述3比特合并字是，在可能的8个(＝2³)的合并字中，只能使用4个3比特合并字，即001，010，000，100，是因为剩余的四个3比特合并字“111”，“011”，“101”，“110”违反d＝2的条件。

在上述四个可使用合并字中，使几个可选择代码字和合并字连接得到的比特串满足(d，k)条件，在与它相应的模块2积分信号中，选择其中一个使DSV的值维持常数，根据上述方式选择合并字时，可以把调制信号的低频成份最小化。

上述3比特合并字的选择是，即使通道信号中不存在直流成分，但根据要满足(d，k)条件这一条件而被选择，上述EFM信号的解码就变得很简单。上述同步模式是在33个17比特串(3比特合并字和14比特编码字)间隔中可作多重化，从而使用在CD格式的27比特同步模式是，以3比特的合并字所附加的连续10个‘0’配置的2个比特串来构成的。

上述合并字的选择是，防止上述同步模式发生在输出次序。上述记录格式中，相对的同步模式频道是在总共588中占27，就是说4.6％，解码器忽视3比特的合并字，利用查找表格(Look-up table)或PLA(programmable Array)，把14比特代码字转换为8比特的信息字节。信息记录需要不断地增加记录速度。但是，为了增加记录速度，需要跟踪机制的高伺服波段幅，即，必须在记录信号中限制低频成份这一更严格的限制条件。

对抑制低频成份的改善由于还具有可以减少跟踪机制的噪声的优点，为了使调制信号不包含低频成份，迫切需要更进一步的研究开发。

(3)发明内容

本发明是关于将数据依照(d，k)代码规则进行记录，其目的在于提供抑制直流成份、记录‘0’的符号串并不长、最小d运行长度不长的次序的数据码的编码系统。

为了实现上述编码系统，提供将使用了适用于增强低频抑制特性和编码率的调制条件的一系列数据字转换成调制信号获得方法及装置。

为了实现上述目的，本发明的将一系数据字转换成调制信号的装置，其特点是：把r比特的相互不同的数字字附加于输入的数据字，生成多个选择次序，将上述生成的多个选择次序，依照指定的m/n编码率转换为符合已设定(d，k)条件的次序，但上述已转化的符合(d，k)条件的次序的低频抑制特性为25dB以上，其平均编码率为0.53以上的r和k值的装置以及测定上述调制的(d，k)条件符合次序的非可行性值、选择随之记录于记录媒体的一个(d，k)条件符合次序的装置。

(4)附图说明

图1所示为本发明的有关编码系统实施例的结构框图；

图2所示为执行加密编码(scrambling)和扩增(augmenting)编码构造的一部分实施例的结构框图，

图3所示为本发明的有关用于编码系统的选择器(selector)的结构框图。

图4所示为说明判别可选择次序的方法的构成图；

图5a图5b所示为根据确定扩增位数和最大运行长度并通过实验得到的记录信号的低频抑制特性及编码率曲线图；

图6所示为根据本发明的把已记录的次序以数据字进行反调制的反调制装置的结构框图。

(5)具体实施方式

图1所示为本发明实施例的有关编码系统的结构框图。

上述编码系统是，使用发生器20和选择器22，把使用者数据19以符合于(d，k)条件的次序23进行转换。这时，转换的次序23中事先定义的多个子次序(Sub sequence)或完全被排除，或以低概率存在。上述符合于(d，k)条件的次序通过预置的编码器24转换为低频成份被抑制、运行长度被限制的次序25。

如图1所示，上述编码系统的详细内容如图2所示的发生器20。在上述发生器20中包含有通过各使用者数据19和相互不同的数字字相结合，生成多个中间次序41的扩增器(Augmentor)40。上述中间次序41通过在使用者数据19的前端配置数字字而简单形成。

数字字也可以配置在数据字后端或中间。

另外，在上述发生器20中为了能够生成多种可选择次序21的选择装置(set)，具备有将中间次序41进行轮换频的扰频器42。相互不同的数字字包含在上述中间次序41具有以下效果：自身同步的扰频器42可以通过具备不同数字字的各中间次序41初始化。接着，上述选择次序21变成了具备较之单个数据字19要良好的随机性的数据。

上述扩增器40把长度为r的所有数字字结合在数据字19，发生4r个中间次序41，用这样的方式，选择次序21的选择装置就能够实现最佳的随机化。

图3所示为上述选择器22的详细构成。上述选择器22包含(d，k)编码器50，所述(d，k)编码器50把各选择次序21转换为符合(d，k)条件的次序51。为此，上述选择次序21是以q个m比特长度字被划定，通过上述(d，k)编码器转换为q个n比特长度字。这里n大于m、上述编码器50变准类型参数为m＝2，n＝3，d＝1，k＝7，或者m＝1，n＝2，d＝2，k＝7。

为了提高编码效率，上述编码器50的参数值可以定义为m＝9，n＝13，d＝1，或m＝11，n＝16，d＝1或m＝13，n＝19，d＝1，此内容记载在尚未公开的PCT出版号PCT/KR00/01292(美国号为09/707,947)。或者上述编码器50的参数值定义为m＝6，n＝11，d＝2或m＝11，n＝20，d＝2或m＝7，n＝13，d＝2，有关此内容也记载在尚未公开的PCT/KR01/00359。

有关各可选择的符合(d，k)条件的次序51，在上述选择器22中包含有判断其中是否同步模式，‘0’长的串，和交替(alternate)T_min的运行长的串等不必要的子次序(Sub sequence)的鉴别器52，若上述不必要的子次序被检测出时，就可以在判别回路上计算出与不必要的子次序有联系的罚点，即补偿点。

在上述选择器22中包含有，对于各可选择的(d，k)符合条件的次序51，判断同步模式，‘0’长的串，交替T_min的运行长的串等不必要的子次序的出现频率和有关选择次序21赋予低频成份的程度的鉴别器52。

上述鉴别器52根据罚点规则给必要的次序加较低的罚点，给不必要的次序加较高的罚点。同时，在上述选择器22中包含有用于选择最低罚点的符合(d，k)条件的次序的选择器54。

图4所示为说明本发明中用于判断及选择最低罚点的可选择的符合(d，k)条件的次序51的一般方法的构成图，上述鉴别器52，包含多个计算机，各计算机用于同时测定‘0’运行长度判断60，事先设置的同步模式的发生62，交替T_min运行长度64，以及低频内容66。

上述‘0’运行长度用于测定一个可选择的符合(d，k)条件的次序51中检测出的连续‘0’  (一般称为‘0’运行长度)。如图所述，在长时间内‘0’连续出现在次序中的话，凹面轨道(pit)和凸面轨道(land)等的记录特性就变得更长，从而导致跟踪误差和错误的频繁发生，因此要根据‘0’运行长度的多少赋予罚点。

上述T_min计算机64测定连续的T_min的运行长度值，此T_min计算机64排除最短的T(T_min)(d＝1时′01′，d＝2时′001′)过多反复的次序。例如，在01010101？？或者001001001001？？等次序设置标志，使之在后段的选择器54中排除。对如此反复的T_min次数的限制条件称为MTR(Maximum Transition Run：最大转换运行)条件。

上述同步计算机62，检测既定的同步模式是否存在于可选择的符合(d，k)条件的次序51，实际上同步模式被检测出时，上述同步计算机62就会在其(d，k)条件次序标记识别标志，反之，就不标记特征位(标志)。

上述计算机66测定可选择的(d，k)条件符合次序51的低频内容，在本发明的具体实施例中，上述计算机66利用预置编码(Pre-Coding)设备，将可选择的符合(d，k)条件的次序51进行调制以后，就测定次序的DSV。这时，当次序为超过100比特的较长的次序时，把更适当测定方法的上述DSV的偏差进行测定。

然后，上述已测定的几种测定值和同步检测所标记的标志输入到选择装置54。上述选择手段54根据与上述输入的几种测定值相关的加权决定最后一个被选择要记录的次序。这时，将在前端的判断装置52中设置了标志的次序从选择对象排除，在剩余符合(d，k)条件的次序中只取一个。另外，在本发明的可行性的实施范例，可以使用以比K短的‘0’运行所构成的同步模式。其结果，可得以较短的同步标志引来的编码效率的益处。

上述选择手段54选择的符合(d，k)条件的次序51通过预置编码过程转换为调制信号，上述调制信号是从2积分为在‘1’中迁移而在‘0’没有迁移的模块的、被选择的符合(d，k)条件次序中生成，然后，根据通常的记录方法记录在记录媒体。

以下，将根据本发明在输入数据字附加r比特的数字字，生成符合(d，k)条件的次序装置，选择其中一个并进行记录的方法进行说明，在此方法中，数字字的长度r和最小运行长度d被确定时选定最大运行长度k的值。

图5a是对根据当d＝2时r和k的值得到的低频抑制特性和编码率的模拟结果。从图5a可看到，低频抑制特性值越低，则具备越好的低频特性，低频特性和编码率是成反比。

有关选定普通调制的代码装置(code set)，低频特性需要具有比-25dB更好的特性，编码率越高越有利。这是因分编码率越高就越能够将更多的信息记录在记录媒体。

接着，根据本发明有关在多种的(d，k)条件符合次序中选择一个进行记录的方法，选定-25dB以下和编码率为0.53以上的区域(图5a中的区域(200))中对应的r和k的值。满足于此条件的(k，r)为(10，5)，(10，8)，(11，5)，(11，8)，(12，5)，(12，8)等。

然而，d和k的值确定以后，在此条件下，选定代码装置所能得到的最大低频抑制特性和编码率已被限制。在图5a的曲线中，‘G1’是当k＝12时受限制的最大边界曲线(Shannon′s Capacity boundary)，‘G2’是当k＝10时受限制的边界曲线。

然后，在高编码率和好的低频抑制特性区域里，限定此边界的k值被确定之后，再选定接近于由此确定的最大边界图所具备的r值。观察图5a的模拟结果，则应具备的值为k＝12，r为8，但是，r值越是大，则数字字的种类就越多，与它相应的硬件图像寄存器数也随着增加，硬件的复杂性也随着增大，预先选定的条件，即，在能使得低频抑制特性保持25dB以上、平均编码率保持0.53以上的r值当中，也能选定另外适当的值。

在图5a的曲线中，使用现有的EFMCC编码时，虽然在-25dB的编码率是0.522，但在附加了r-比特的数字字的本发明中，在k＝10，r＝5的实施例中可以得知，能得到约0.532的编码率。这时的编码率是反映附加数字字的编码率，并经过计算得来的平均编码率，因此其容量将比-25dB的EFMCC码增加约2％。

图5b为当d＝1时，将r的值设定为5，根据k取值的不同得出的有关低频抑制特性和编码率的模拟结果曲线图。

当k为8，9，10、还有11时，曲线图通过了0.53的编码率和比25dB好的低频抑制特性区域200。接着，(k，r)条件(8，5)，(9，5)，(10，5)，还有(11，5)可使用在本发明之有关数据调制的方法中。

当把低频抑制特性定为26dB时，现有的(1，7)PP方式是，其编码率为约0.659，相反地作为本发明的方法(k，r)＝(8，5)约为0.673，可使容量增加2.1％，当(k，r)＝(11，5)时，可几乎使容量增加4％，这从图5b的实验结果可以看到。

另外，如前所述经调制记录的数据，逆向执行前述方法，即，通过依次执行解码、去除扰频(de-scrambling)，去除r比特的数据字的装置复原为原来的输入数据字。

如上述图6所示的结构框图中，同步检测器101检测附加于记录媒体中读取次序(帧(frame)大小：(A+r)×m/n比特数+Sync比特数)的同步信号，把剩余的符合(d，k)条件的读取次序23(帧大小：(A+r)×m/n比特数)引入解码器102。上述解码器102逆向执行的m/n调制，即执行n/m解调，输出(A+r)比特的帧。去扰频器103是，把(A+r)比特的帧复原为被扰频前的次序。扩增清除器104是把插入于已加密编码的次序前段、后段或中段的r比特数字字进行清除，输出记录前的原来的数据字19(A比特)。

如上所述，本发明的将一系列数据字转换为调制信号的方法及装置，能够使遵守定义的(d，k)编码规则，将‘0’的串并不长、最小d运行长度并不长的次序的数据码记录在光学的或者光磁的磁盘等信息记录媒体时，得到最大的直流成份抑制和最大的编码率。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变形都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于包括以下阶段：

第一阶段，把相互不同的数字字附加于要输入的数据字，生成多个选择次序；

第二阶段，根据既定的m/n编码率，把上述多个选择次序转换为符合于已设定的(d，k)条件的次序；以及

第三阶段，包含测定上述调制的(d，k)条件符合次序的非可行性程度，根据它选择用于进行对记录媒体记录，并一个符合(d，k)条件的次序。上述数字字的比特数r和上述最大运行长度条件k则定为使得上述被调制的符合(d，k)条件次序的低频抑制特性被保持25dB以上、平均编码率保持0.53以上。

2.如权利要求1所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于上述确定条件k为10以上，r为5以上

3.如权利要求2所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝2，k＝10，r＝5。

4.如权利要求2所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝2，k＝10，r＝8。

5.如权利要求2所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝2，k＝11，r＝5。

6.如权利要求2所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝2，k＝11，r＝8。

7.如权利要求2所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征为d＝2，k＝12，r＝5。

8.如权利要求2所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝2，k＝11，r＝8。

9.如权利要求1所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于上述特定的条件是k为8以上，r为5以上。

10.如权利要求9所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝1，k＝8，r＝5。

11.如权利要求9所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝1，k＝9，r＝5。

12.如权利要求9所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝1，k＝10，r＝5。

13.如权利要求9所述的将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于d＝1，k＝11，r＝5。

14.一种将要记录在记录媒体的数据字转换为调制数据的装置，即将一系列数据字转换为调制信号的方法，其特征在于包括；

把r比特的相互不同的数字字附加于要输入的数据字，生成多个选择次序，根据已指定的m/n编码率，把上述生成的多个选择次序，调制为符合于已设定的(d，k)条件的次序，上述r和k的值则选择能使上述调制的符合(d，k)条件的次序的低频抑制特性保持25dB以上，平均编码率保持0.53以上的装置，及

测定上述调制的符合(d，k)条件次序的非可行性程度，据此，选择一个用于记录于记录媒体的符合(d，k)条件的次序的装置。

15.如权利要求14所述的将一系列数据字转换为调制信号的装置，其特征在于上述特定的条件是d＝2，k为10以上，r为5以上。

16.如权利要求14所述的将一系列数据字转换为调制信号的装置，其特征在于上述特定的条件是d＝1，k为8以上，r为5以上。

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