CN1573950A - 恢复凸区预制凹坑信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种根据从光记录介质获得的信号来恢复凸区预制凹坑信号的方法。根据本发明,该方法包括以下步骤:为凸区预制凹坑信号提供锁相环路,以精确地测量凸区预制凹坑信号的相位;和生成较正摆动信号,以抑制摆动偏摆。
Description
技术领域
本发明涉及一种从光记录介质恢复凸区预制凹坑信号(land pre-pit)的方法和装置,以及涉及一种利用那种方法或装置从光记录介质读出和/或写入该光记录介质的设备。
背景技术
根据DVD-RW的规格(标准ECMA-338-80mm(1,46G字节/面)和120mm(4,70G字节/面)可重记录型DVD光盘(DVD-RW)),从这种光记录介质获得的推挽信号包括凸区预制凹坑(LPP)信号和摆动信号。LPP信号由连续的波峰组成。摆动信号是正弦信号。与摆动信号的周期相比,LPP信号的波峰十分狭窄,并且叠加在摆动信号之上。每个摆动周期只产生一个波峰,并且它相对于摆动信号的相位为270°,允许偏差为±10°。大多数摆动周期没有波峰。每16个周期中最少只有一个周期存在波峰,最多有三个周期存在波峰。该规则由LPP数据的特有的数据编码规则定义。在每一对同步帧内(16个摆动周期),有一组3个位,它根据开/关调制来确定波峰的存在。这一组或者在第一帧的开始,或者就在第二帧的开始。该组的第一位是帧同步位,所以它总是1。第二位是扇区同步位,所以在扇区(26个帧)的第一对同步帧中,第二位总是1。第三位是数据位,只有在第一对同步帧中,第三位不是数据位,但它涉及所述组的位置,即1对于第一帧,0对于第二帧。
为写入光盘,DVD记录器必须被锁定在摆动信号,并解译LPP数据。不幸的是,以下几个干扰性的扰动使推挽信号的质量下降:
1)跟踪误差信号:该信号位于频谱的较低部分。因此它不会干扰高频的摆动信号。然而它会干扰LPP信号,特别是具有极低频率的扇区同步代码。
2)残留数据信号HF:当用于读取的光束的焦点没有恰好位于轨道上时,用于检测从光盘反射回的光线的光检测器的四个输出电流不能完全平衡。当产生推挽信号时,会通过一部分数据信号HF。该数据信号HF不会干扰频率稍低的摆动信号,但它会干扰LPP信号。
3)光盘速度变化:偏心率、伺服控制环路和恒定角速度(CAV)会引起光盘速度的变化。因此,摆动信号不是纯正弦的,但它是按照光盘速度使用相应的频宽扩展而调频的频率。
4)相邻轨道的干扰:相邻轨道的摆动信号与当前轨道的摆动信号重叠,同时会产生摆动信号的幅度调制,并且违反前述的相位关系。因此实际的允许偏差±10°被显著地增加。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种使用解码器根据从光记录介质获得的信号来恢复凸区预制凹坑信号的方法来克服以上问题。
依据本发明,该方法包括以下步骤:
为凸区预制凹坑信号提供锁相环路,以精确地测量凸区预制凹坑信号的相位;和
生成较正摆动信号,从而抑制摆动偏摆。
本发明为凸区预制凹坑信号提供独立的锁相环路。该锁相环路跟踪凸区预制凹坑信号并且允许生成相位较正。更好的是,为获取较正摆动信号,凸区预制凹坑信号与摆动信号分离。随后用于摆动信号的锁相环路就完全地同步于摆动偏摆,并产生与记录介质的速度同步的时钟信号。
有利的是,生成较正摆动信号的步骤包括提供限幅器,以切除原始摆动信号的波峰。这样可以更好地将凸区预制凹坑信号从摆动信号中分离出来,即提高了摆动信号的质量。更好的是,也将直流分量从摆动信号中消除。
有利的是,生成较正摆动信号的步骤还包括提供相关器以仅使摆动信号频率分量通过。该相关器起到了极窄带陷波滤波器的作用,并且进一步增强凸区预制凹坑信号从摆动信号的分离。
依据本发明的一方面,生成较正摆动信号的步骤包括以下步骤:
在解码器没有锁住凸区预制凹坑信号的情况中,从摆动信号中减去相应于摆动信号的直流电平与摆动信号的幅度之和的数值,在摆动周期期间该数值是固定的;
在解码器锁住了凸区预制凹坑信号的情况中,从摆动信号中减去相应于摆动信号的直流电平与修正后的摆动信号(包括摆动偏摆)之和的一个数值。
由于存在跟踪误差信号,推挽信号的电平并不固定,但它从一个摆动周期到另一个摆动周期之间变化。为了检测LPP信号波峰的幅度,对信号箝位,因此摆动保留在正的范围中而波峰保留在负的范围中。如果解码器仍未锁住凸区预制凹坑信号,通过用减法器减去一个数值生成箝位信号,该数值在摆动周期期间是固定的,其大小被估计为信号的直流电平加上摆动信号的幅度之和。如果解码器锁住了凸区预制凹坑信号,纯凸区预制凹坑信号是通过减去直流电平和修正后的摆动信号(包括摆动偏摆)计算得到的。
有利的是,计算摆动信号的直流电平时,积分范围采用的是预测的先前没有凸区预制凹坑信号波峰的摆动周期。用积分和转储装置对信号在一个摆动周期内积分就可以得到直流电平。由于凸区预制凹坑信号会对该计算产生干扰,所以积分范围采用了先前没有凸区预制凹坑信号波峰的摆动周期。
有利的是,生成一个较正摆动信号的步骤,还包括采用由凸区预制凹坑信号的锁相环路确定的相位平移法,生成与轨道同步的修正后的摆动。凸区预制凹坑信号的锁相环路的作用之一是提取凸区预制凹坑信号和摆动信号的相位差。利用该相位差就可以生成一个新的同步的摆动信号。该摆动信号和当前的轨道同步并能反馈到写时钟生成的锁相环路。
有利的是,为凸区预制凹坑信号的锁相环路提供了一个检测器。该低噪声相位检测器用于正确地检测凸区预制凹坑信号和摆动信号的相位差。
有利的是,为凸区预制凹坑信号的锁相环路的低噪声相位检测器提供相关器,以防止在适当的时隙外产生伪凸区预制凹坑信号。更好的是,该相关器包括乘法器、积分和转储器件(integrate&dump)和函数发生器。该相关器保证了低噪声相位检测方法的实现。实际上,由于结果不是基于唯一的采样,而是输入信号的几个采样,所以积分会拒绝部分噪声。
有利的是,为相关器提供的信号发生器生成用于低噪声相位检测器的检测门电路。检测范围定义了相位检测器得到有效结果的相位区域。因为只期望波峰在关于锁定摆动的一个有限相位移动内出现,所以在该检测量程之外检测器的结果强制设为零。进一步地延长检测量程只会使检测器输出信号产生噪声。
有利的是,用凸区预制凹坑信号的锁相环路得到凸区预制凹坑信号与摆动信号之间的相位差。该相位差一方面用于生成较正摆动信号,另一方面它用于改进凸区预制凹坑信号解调器内的凸区预制凹坑信号的相位和幅度检测。
更好的是,为减小噪声,提供了凸区预制凹坑信号滤波器。有利的是,该凸区预制凹坑信号滤波器包括白化滤波器。对于LPP信号的解调,相关法是首选的,因为它较少地受到噪声的影响。用于幅度调制的最好的相关器是匹配滤波器。假设白噪声干扰LPP信号,LPP信号滤波器的脉冲响应更倾向于复制波峰的波形。然而由于残留数据信号HF的频谱不是平直的,所以它不会被认为是白噪声。因此,在与LPP信号波峰相匹配的滤波器之前添加白化滤波器。考虑在白化滤波器是低通滤波器的情况下,通过加大滤波器的脉冲响应来实现解调。有利的是,凸区预制凹坑信号滤波器包括的相关器具有乘法器、函数发生器以及积分和转储器件。
更好的是,函数发生器生成三角形脉冲以便匹配凸区预制凹坑信号的波形。这样就允许平滑有限的、即不完全同步的结果或LPP信号相位的允许偏差(10°)。如果采用三角形脉冲响应滤波器,则脉冲响应的三角关系可以增加到足够大,以获得一个白化滤波器的简单近似。
有利的是,将根据本发明的方法应用于一种根据从光记录介质获得的信号来恢复凸区预制凹坑信号的装置。此外,根据本发明的方法或采用该方法的装置被良好地应用于从记录介质读出和/或写入记录介质的设备。
附图说明
为了更好地了解本发明,在下文中,将结合附图详细说明示例性实施例。不言自明,该示例性实施例并不是对本发明的限制,而且在不脱离本发明范围的条件下,给定的特性还可以方便地结合和/或修改。附图中:
图1示出了根据本发明的解调器的方框图;
图2示意性示出了摆动偏摆的影响;和
图3示出了LPP解调器和解码器的方框图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的解调器的方框图。为恢复波峰的幅度,解调器搜索波峰出现的时间。由于盘速度的变化,波峰的相位和频率都是不稳定的。波峰的频谱在Fw/16的距离有一些分量,这里Fw是摆动信号频率,并且所有这些分量都受到盘速度变化的影响。试图正好锁住波峰的锁相环路(PLL)1有可能会错误地锁住假的频率分量。因此,解调器同步化的第一步是将摆动信号锁定为纯音(pure tone)。
PLL 1的数控振荡器(DCO)2生成时钟信号T_CLK,该时钟信号和盘速度同步。摆动相位计数器3利用时钟信号T_CLK生成摆动相位信号W_PH,该摆动相位信号是锁定为摆动信号的锯齿形信号。采样速度转换器(SRC)4使信号的数据速度与光盘速度同步。所有的结构块都采用与光盘速度同步运行的时钟信号T_CLK。
摆动PLL的相位检测器是相关器,它包括余弦信号发生器5、乘法器6以及积分和转储器件7。积分和转储器件7在摆动周期内积分信号,并且在周期结束时,用由摆动相位计数器3生成的摆动时钟脉冲W_CLK作为终点计数,进行转储。在转储前的最后一个积分值被保留在寄存器内,该寄存器每一摆动周期更新一次。
包括正弦信号发生器8、乘法器9以及积分和转储器件10的类似相关器也应用于同相路径,以测量摆动信号的幅度,对于LPP信号的提取,该幅度是必需的。然后LPP解调器11利用上述摆动相位信号W_PH,应用适当的滤波器,并且LPP解码器12提取LPP信号数据。
然而,由于摆动偏摆出现了另一个问题。由于来自相邻轨道的干扰,锁定摆动信号的PLL 1有一个小的相位误差。实际上,相邻轨道的干扰给摆动信号叠加了另一个正弦波形,该正弦波形具有一个不相关的相位以及较低的幅度。考虑到相位偏移是随机的,但却是相当稳定并且变化缓慢的,所以合成的波形还具有相同的频率,但相位却修改了。因此,摆动PLL 1可以完全恢复频率,但是它的相位—在PLL 1的输出端的锯齿形信号,还需要校正以获取当前轨道的精确定时。获取该校正后的定时还有其他的原因。记录器的写时钟应该与当前轨道的有效摆动同步。补偿块13使用与记录器同步的较正的相位生成一个补偿摆动信号。利用LPP波峰来实现摆动信号的补偿是可行的,原因如下:
根据DVD-RW的LPP编码规则,相邻轨道的波峰不能与当前轨道的波峰重叠,因为当当前轨道的LPP波峰接近于相邻轨道的LPP波峰时,该编码规则相对于相邻帧而移动LPP一组3位。
相位偏移的变化要比摆动信号相位变化慢得多。因此,由于相位偏置的锁定,对于直接恢复波峰相位不存在上述的问题。
然后,为了恢复波峰幅度和为了相位补偿,准确地恢复LPP信号。
由于存在跟踪误差信号,推挽信号的电平并不固定,但它从一个摆动周期到另一个摆动周期之间变化。为了检测LPP信号波峰的幅度,对信号箝位,因此摆动保留在正的范围中而波峰在负的范围中。
在解码器12锁住LPP信号以将它的摆动及帧计数器30(如图3所示)同步之前,图1所示的两个多路转接器14、15选择它们各自的第一输入(对应于“无LPP信号存在”)。对于LPP信号波峰的解调,通过用减法器18减去一个数值生成箝位信号,该数值在摆动周期内是固定的,其大小被估计为信号的直流电平加上摆动的幅度之和。该方案在LPP信号与摆动信号完全同步的情况下有效。然而,由于摆动偏摆,波峰没有精确地位于摆动的顶部。因此,对于解调重要的波峰幅度以不可预知的方式减小,如图2所示。这一问题并没有过多地限制解码器12的锁定过程,但它影响了数据的解调。
因此,在锁定后还需更复杂和更昂贵的方案。纯LPP信号是采用减法器18减去直流电平和修正后的摆动信号(包括摆动偏摆)计算得到的。
使用积分和转储器件16通过对信号在一个摆动周期内积分来计算直流电平。由于LPP波峰会干扰该计算,所以采用没有LPP波峰的先前摆动周期的预测。当波峰是所期望的,图1中标记为en_DC的适当的使能信号被用来禁止使用积分和转储器件16的寄存器。当然,这意味着要预先知道LPP的定时。
因此,当已知具有LPP波峰的摆动周期时,仅在解码器12锁定之后采用这种精确的提取。在解码器锁定前,图1所示的限幅器19会削弱LPP波峰的负影响。采用该方法计算的直流电平包含跟踪误差信号的影响。因此它会在不同周期内有少许变化。
通过生成被锁定为摆动的当地正弦波形来重新产生摆动信号。这是通过使用正弦信号发生器8来完成的。该正弦信号发生器8从摆动PLL 1接收合适的定时信号W_PH。乘法器9将它的输出值乘以一个适当的幅度值。在前摆动周期内将接收到的摆动信号和正弦信号发生器8的正弦信号联系起来就可以估计出该数值。由于乘法器和正弦信号发生器中的硅价格昂贵,所以一个正弦信号发生器8和一个乘法器9最好同时用于以下两个功能,即输入的摆动信号的相关处理,和当地摆动信号的生成。这一方案是可行的,因为重新产生的摆动信号只有在波峰是所需的摆动周期内被计算,而在这些摆动周期内相关器并不用于计算幅度。实际上,波峰会干扰幅度的测量,此时用幅度的一个预测值代替。当没有使用用于测量幅度的相关器的积分和转储器件10时,通过使能信号en_I来禁用它的寄存器,并且它馈入最后一个幅度值。
当LPP波峰是所期望的,则图1中的选择信号sel确定摆动周期。如果解码器12锁定,则在一对帧(16个摆动周期)中对摆动周期计数,当波峰是所期望时,摆动周期标号为1、3、9、11。只有在扇区内的第一对帧内其值不同,标号为1、2、3、9、10。因此,除去第一对帧,考虑到相关器的最后一次测量,幅度值的预测与先前的摆动周期有关。由于摆动幅度变化不大并且相邻轨道的偏摆也很慢,所以这种预测是一种很好的估计。就扇区的第一对帧来说,由于预测也和第二或第三先前的摆动周期有关,所以预测精度要低一些。但是这种预测只用于LPP数据的同步化而不用于数据解码。因此,由于LPP数据的同步化主要依赖于波峰位置的一致性,因此没有重要的结果。小的幅度误差是允许的。
同样的预测对于直流电平的计算同样有效。实际上,即使在出现峰值的情况下,积分器16会测出更多的错误数值。因此,在解码器锁定后,采用类似的预测。在解码器锁住之前,干扰直流电平和幅度测量的LPP波峰被限幅器19抛弃一部分。
位于频谱较低部分的跟踪误差信号的抑制是通过滤波器块20执行的并且被划分为两个阶段。第一阶段是通过在模拟数字转换器(ADC)4之前的一个简单反馈实现的。截止频率是通过衰减器来调节的,该衰减器在低频抑制与LPP信号在Fw/16频率的第一分量的衰减之间搜索一个适当的平衡。该滤波器的主要目的是在ADC 4的动态范围内适当地调整信号。在这一阶段不必完全抑制跟踪误差信号,因为I和Q路径的积分和转储期间7、10无论如何都可以清除它。在第二阶段中,为了正确地提取LPP信号,通过减去在积分和转储器件16中测量的残留直流电平值的预测值来抑制残留跟踪误差信号。
LPP信号的解调需要检测波峰,明确地讲是它们关于恢复的摆动信号的幅度和相位。影响LPP信号的解调的主要问题是残留数据信号HF。因此基于波峰最大值及其相位的测量的简单方法在应用到DVD-RW格式的光盘时具有重要的限制,尽管它可能在应用于DVD-R格式的未记录光盘时是充分的。因此,需要一个更可靠的解调方案。
对于LPP信号的解调,类似于摆动信号的解调,相关法是首选的,因为它较少地受到噪声的影响。当然,匹配滤波器对于幅度的调制是最好的相关器。假设白噪声干扰LPP信号,LPP信号滤波器的脉冲响应更倾向于复制波峰的波形,该波峰近似地具有三角形形状。然而由于残留HF信号的频谱不是平直的,并且它不会被认为是白噪声。因此,在匹配LPP信号波峰的滤波器之前加一个白化滤波器。考虑到既然白化滤波器是低通滤波器,所以通过加大滤波器的脉冲响应来实现解调。如果采用三角形脉冲响应滤波器,脉冲响应的三角关系可以增加到足够大,以获得一个白化滤波器的简单近似。
在得到了与LPP信号同步的修正的相位的情况下,幅度解调器11b的相关器最好由乘法器31、同步于修正相位的函数发生器32,、以及积分和转储器件33组成,如图3底部所示。所生成的脉冲宽度W1有利地匹配LPP信号的输入波峰。此外,还增长W1以包括白化滤波器的影响。如果解码器锁定了,但由摆动偏摆引起的相位误差还没有被修正(LPP没有锁定),为LPP滤波器选用一个更长的宽度W2,该LPP滤波器位于相关器的函数发生器内。
由相位检测器完成的相位检测,对于低噪声方法来说是重要的。如图3上部所示,相关器包括乘法器34、积分和转储器尖35、以及信号发生器36,该相关器允许实现那样的低噪声方法。实际上,由于结果不是基于唯一的采样,而是基于输入信号的几个采样,所以积分会拒绝部分噪声。
相位相关器的当地波形是具有限幅范围R的对称的斜波。相关器的输出正比于:
当地生成的斜波与输入端处的波峰的相位差;
波峰的能量。
斜波的斜度确定了相位检测器的增益。范围R确定了相位检测器11a生成有效值的相位区域。因为只期望波峰在关于锁定摆动的一个有限相位移动内出现,所以在该范围之外的检测器的结果强制设为零。进一步地扩大范围只会在检测器的输出端产生噪声。因此,如果波峰是狭窄的,则最好将范围限制为最大相位移动。如果波峰宽一些,则最好将范围增大到涵盖整个波峰,从而对于波峰的整个采样值来计算积分。进一步增加范围有利于考虑其它因素,如摆动信号PLL 1的抖动。
相位相关器的范围R是以上所有上述因素之和:R=2S+P+E,这里,S是相位移动的最大绝对偏差,P是波峰宽度,E是由于诸如抖动等其它因素引起的误差。如果使用了远大于P值的R值,相位检测器输出端处的噪声增大,其原因是较多不包含有用波峰信号的噪声采样通过了积分器35。
为了补偿由摆动偏摆引起的相位误差,采用上述的相位检测器而不是直接测量相位误差,采用具有较小范围R的同样的检测器的PLL 11a减小修正后相位的噪声。相位检测器输出端处的测量相位由环路滤波器37低通滤波,以获取相位偏置。随后,相位偏置被用作相位修正,通过加法器38,该相位偏置被加到由第一PLL 1生成的相位上。
考虑到LPP信号波峰不是在每个摆动周期重复出现,并且帧同步位在每一对帧重复出现一次,当同步位被解码器12检测到时,对于每一对帧而仅激活依次LPP PLL 11a的环路。为此,LPP解码器12最好向PLL环路滤波器37发送一个合适的使能信号en_LPP以指定同步位的定时,它可能在第一帧或在第二帧内。因此,相位检测器测量LPP相位和修正的LPP相位之间的相位差,该修正相位在环路的输出端被计算。当PLL 11a锁定时,该相位差很小,并且可以在PLL 11a的输出端获得修正后的相位,从而斜波以该LPP相位为中心,并且检测器以最小范围R进行操作。因为相位偏置可以表示为:
R2=2S+P+E在PLL锁定之前,在一个较大的范围内搜索波峰,即采用一个较大的R值。当锁定LLP信号PLL 11a时,最好减小范围,以更好地抑制噪声,即抑制那些不属于波峰的采样。此时可采用一个较小的值R:
R1=P+E考虑到LPP信号PLL 11a是低带宽的,假设抖动的作用E限制了摆动PLL 1的抖动,并且忽略LPP信号PLL 11a的抖动。
类似的自适应方法也应用于幅度相关器。在锁定处理之后,由于相位误差较小,当地波形的宽度W变小。另一方面,锁定过程期间,要提供一个较宽的波形来捕获波峰。此外,由于存在使当地波形偏移出LPP波峰的初始相位,LPP幅度被显著地减小,这样做可能会导致不成功的锁定处理。
与直接测量LPP相位相比,采用PLL 11a测量LPP相位的另一个优点涉及到相位检测器对波峰幅度的灵敏度。采用相位检测器的相位的直接测量会受到幅度变化的影响。相反,采用PLL 11a的方案较好地包容幅度变化,该幅度变化可能会影响PLL的锁定时间。这些影响对残留误差的影响较低。
Claims (15)
1.一种使用解码器(12)根据从具有轨道的光记录介质获得的摆动信号来恢复凸区预制凹坑信号的方法,所述方法包括以下步骤:
为凸区预制凹坑信号提供锁相环路(11a),以精确地测量凸区预制凹坑信号的相位;以及
生成较正摆动信号,以抑制摆动偏摆。
2.根据权利要求1的方法,其中生成较正摆动信号的步骤包括提供限幅器(19),以切除原始摆动信号中的波峰。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中生成较正摆动信号的步骤包括提供相关器(5,6,7),以仅使摆动信号频率分量通过。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法,其中生成较正摆动信号的步骤包括以下步骤:
在解码器(12)没有锁住凸区预制凹坑信号的情况中,从摆动信号中减去相应于摆动信号的直流电平与摆动信号的幅度之和的数值,在摆动周期期间该数值是固定的;以及
在解码器(12)锁住了凸区预制凹坑信号的情况中,从摆动信号中减去相应于摆动信号的直流电平与包括摆动偏摆的修正后的摆动信号之和的数值。
5.根据权利要求4的方法,其中通过先前没有凸区预制凹坑信号波峰的摆动周期的预测来计算摆动信号的直流电平。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法,其中生成较正摆动信号的步骤包括利用由对于凸区预制凹坑信号的锁相环路(11a)而确定的相位偏置来生成与轨道同步的较正摆动信号。
7.根据权利要求1至6中任一项的方法,还包括为锁相环路(11a)提供低噪声相位检测器的步骤。
8.根据权利要求7的方法,还包括为锁相环路(11a)的低噪声相位检测器提供相关器(34,35,36)以防止在适当的时隙之外产生伪凸区预制凹坑信号的步骤。
9.根据权利要求8的方法,还包括为相关器(34,35,36)提供函数发生器(36)以便为低噪声相位检测器生成检测门电路的步骤。
10.根据权利要求1至9中任一项的方法,还包括利用凸区预制凹坑信号的锁相环路(11a)以便获得凸区预制凹坑信号与摆动信号之间的相位差的步骤。
11.根据权利要求1至10中任一项的方法,还包括提供凸区预制凹坑信号滤波器(11b)以减小噪声的步骤,所述凸区预制凹坑信号滤波器(11b)包括白化滤波器。
12.根据权利要求11的方法,其中所述凸区预制凹坑信号滤波器(11b)包括具有乘法器(31)、函数发生器(32)、以及积分和转储器件(33)的相关器。
13.根据权利要求12的方法,其中所述函数发生器(32)生成用于匹配凸区预制凹坑信号的波形的三角形脉冲。
14.一种根据从具有轨道的光记录介质获得的信号来恢复凸区预制凹坑信号的装置,其特征在于所述装置执行根据权利要求1至13中任一项的方法来恢复凸区预制凹坑信号。
15.用于从记录介质读出和/或写入记录介质的设备,其特征在于所述设备利用根据权利要求1至13中任一项的方法或者包括根据权利要求14的装置根据从光记录介质获得的信号来恢复凸区预制凹坑信号。
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