CN1685416A - 维特比位检测方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种维特比位检测方法，用于沿至少两个位行的N维通道管检测存储在记录载体上的通道数据流的位的位值，其中N至少为二，所述至少两个位行沿第一方向以一维方式展开并且在沿N－1个其它方向中的至少一第二方向上彼此对齐，所述第一方向连同所述N－1个其它方向一起构成位位置的N维点阵，所述方法包括对所述通道管中的每个位行独立地应用基于行的一维维特比位检测方法。为了获得可靠的位检测，使用了多个独立的基于一维行的维特比位检测器，也称作序列检测器，每个维特比位检测器用于通道管中的一个位行：通过计算分支量度(对所考虑的位行)来考虑连续邻近位行之间的干扰，其中使用了在邻近行中的初级邻近位上进行的局部位判决。

Description

维特比位检测方法和设备

技术领域

本发明涉及一种基于行的维特比位检测方法，用于检测在记录载体上存储的通道数据流的各位的位值。此外，本发明涉及一种相应的基于行的维特比位检测器、一种再现用户数据流的方法、一种相应的再现设备和一种用于执行所述方法的计算机程序。更加具体地说，本发明涉及一种对以二维方式写入到记录载体上的信息进行的基于行的维特比位检测方法，所述记录载体例如为光盘或存储卡。本发明还可以看作是涉及部分响应最大似然性(Partial Response Maximum-Likelihood PRML)位检测，即本发明还涉及一种PRML位检测方法和设备。

背景技术

欧洲专利申请01203878.2披露了一种用于将信息多维编码成点阵结构和/或从点阵结构多维解码信息的方法和系统，所述点阵结构代表所述编码的信息在至少二维空间中的通道位位置。编码和/或解码是使用准紧密堆积点阵结构执行的。对于三维编码和/或解码的情况，优选地将使用(准)六方紧密堆积(hcp)点阵结构。三维中的另一种可能性是使用(准)面心立方(fcc)点阵结构。对于二维编码和/或解码的情况，优选的将使用(准)六方点阵结构。二维空间中的另一种可能性可以是使用准方点阵结构。为了更加简单和清楚地说明本发明的目的，对二维情况给予了特别关注。更高维数的情况可以作为二维情况的或多或少的直接延伸而导出。只包括单一行数据位的一维情况的特殊情形归结为PRML位检测的非常传统的情况，其在一维调制和编码的现有技术中是众所周知的，例如在1996年由Kluwer AcademicPublishers出版的《(Digital Baseband Transmission andRecording》中由Jan Bergmans发表的第7章“维特比(Viterbi)检测”所述的。

在光盘上进行一维记录的过程中，通道数据流的通道位沿螺旋轨迹进行记录，该螺旋为一个位宽。对于二维记录，通道数据流的通道位也可以沿螺旋进行记录，即使是宽螺旋，该螺旋由沿径向(也就是在垂直于螺旋方向的方向上)相对于彼此对齐的多个位行。位行的其它对齐方式也可以在不严格垂直于螺旋方向而与螺旋方向呈某一非零角的另外的方向上获得。

WO00/18016中披露了一种用于从输入信息信号获得位序列的PRML位检测仪器。该仪器包括用于接收输入信息信号的输入装置，在采样时刻对所述输入信息信号进行取样以获得在所述采样时刻的输入信息信号的样本的采样装置，用于将所述样本的数组变换成第一或第二二进制值的位数组的变换装置，用于重复地检测所述位数组的n个连续位的后续序列的状态的检测装置，所述后续的序列是通过将n个连续位的时间窗按照时间每次转移一位获得的，用于建立通过所述状态的最佳路径的装置，和用于根据通过所述状态的最佳路径获取位序列的获取装置。在所述仪器中，n大于3，具有相同二进制值的n-1个直接连续位的n个连续位的序列被指以相同的状态。在一特定实施例中，n为大于4的奇数。在所述特定实施例中，具有相同二进制值的n-2个直接连续位的n个连续位的序列(n-2个位处于这个n位序列的中心)被指以相同的状态。这导致PRML检测装置具有减小的复杂性。

用于2D位数组的成熟PRML位检测器将需要一设计用于宽螺旋的整个宽度的格构，其具有庞大状态复杂性的缺点，从而导致完全不切实际的算法，因为它迄今即使是在将来几十年的最快的硬件中也不能得以实现。

2D PRML位检测器在2002-03的IEICE的技术报告的第57-64页的由S.Taira，T.Hoshizawa，T.Fato，Y.Katayama T.NISHIYA，T.Maeda发表的《Study of Recording Methods for Advanced OpticalDisks(高级光盘的记录方法的研究)》中有所披露。其中，描述了一种在方点阵上具有2D调制、在水平和垂直方向具有d＝1RLL约束的光学存储系统。对于该系统，在2002年03月的IEICE的技术报告的第65-70页的由T.Kato，S.Taira，Y.Katayama，T.Nishiya，T.Maeda发表的《Two-Dimensional Partial-Response Equalization andDetection Method with Multi-Track(带有多轨迹的二维部分响应均衡和检测方法)》中披露了一种包括2D均衡器和2D维特比检测器或2D-PRML检测器的接收器。所述2D PRML检测器基于三个连续的位行，但所述维特比算法的典型加-比较-选择操作(ACS)仅使用中心位行的HF样本；其它两个位行用于联合的方式确定参考电平，该参考电平应当减去所接收地HF信号，以便为维特比检测器的格架图中的分支(或转变)得出分支量度。以这样方式，在其输出端，维特比检测器只对中心位行产生位判决。在这种认识下，对于连续的行，PRML已经可进行独立的操作，并且对于整组位行的状态复杂性度已经被降低为只与3行相关联的复杂度。在3行的条带中，已知的位检测器执行一种类型的2D-PRML，但具有1D输出(对于为3行条带的中间行的单一行)。应该注意通道条带被独立地处理，但维特比检测器的状态复杂度仍然是非常高的。

假定3抽头(tap)的实际情况在切向做出响应，如在上述的文献中所披露的。对于方点阵，而且在对六方点阵应用该算法时，假定对于两种点阵没有进行调制编码，将会得到由6位各自表征的状态，从而产生2⁶＝64个状态；那么每个状态将具有2³＝8个可能的前身。对于方点阵，假定上述参考值的游程长度调制编码具有2D d＝1的约束条件，状态的数量只比64小一点，因为其中一些状态被禁止，正是由于使用了沿垂直和水平方向的游程长度约束条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够进行高密度记录的维特比位检测方法，尤其是甚至可以使眼孔图样的传统“眼孔”关闭。对于一个位具有值“0”的情况和一个位具有值“1”的情况来说，传统的眼孔图样中的“眼孔高度”与信号电平中的系统最小差相应。“打开的眼孔”意味着对于位“0”和位“1”的(按照平均值，或者没有任何噪音)信号电平能被清楚的鉴别出来：在能够使用具有适当设置的限幅电平的阈值检测过程这样的情况下。“闭合眼孔”的情况相当于这样的情形，即甚至在没有噪音的情况下也不能对某些信号电平清楚地分配位“0”或位“1”。在后者的情况下信号电平存在一个范围，称作擦除区，其中位“0”和位“1”的信号电平重叠。

本发明的另一个目的是获得低的位误差率，尤其是小于10^-2到10^-1，其对于“闭合眼孔”的情况可通过在ECC解码之前应用直接阈值检测来实现。优选地，在字节导向ECC的情况下，例如BD(从前已知为DVR)中使用的前哨(picket)-ECC，“随机”误差(与所谓的“区间误差”相对)的符号或字节错误率(BER)不应大于2*10^-3；对于未编码的通道位流，其与可允许的通道位误差率(bER)2，5*10^-4的上界相对应。

另外，独立维特比检测器的状态复杂性的进一步降低将被获得。

这些目的根据本发明是通过如权利要求1所述的维特比位检测方法实现的，根据该方法，沿至少两个位行的N维通道管将通道数据流存储在记录载体上，其中N至少为二，所述至少两个位行沿第一方向以一维方式展开并且在沿N-1个其它方向中的至少一第二方向上彼此对齐，所述第一方向连同所述N-1个其它方向一起构成位位置的N维点阵，所述方法包括对所述通道管中的每个位行独立地应用基于行的一维维特比位检测方法，其中：

-根据接收的HF信号值相对于参考电平的差，对于基于一维行的维特比检测器的维特比格架中的所有可能的状态转变计算分支量度，所述转变描述了所述位行中的多个后续位，所述位为位的N维点阵簇的中心行上的位，其中所述参考电平取决于所述簇的所有位，所述簇除了中心行的位外，在沿所述中心位行的所述N-1个其它方向的每侧上的多个邻近行的每一个中还包括多个初级邻近位，沿所述方向应用所述一维维特比位检测方法，并且其中对于邻近位行中的初级邻近位所进行的初步位判决被用来确定将用于计算所述分支量度的参考电平，和

-根据计算的分支量度为所述位的N维点阵簇选取与所述接收的HF信号值相应的中心位的位值。

所述这些目的进一步通过如权利要求22所述的基于行的维特比位检测器实现，所述检测器包括一维特比位检测单元，其包括用于计算分支量度的装置和用于选择位值的装置。本发明还涉及一种用于再现用户数据流的方法，所述用户数据流为编码的纠错码和编码成通道数据流的调制码且被存储在一记录载体上，所述方法包括如上所述的用于检测所述通道数据流的各位的位值的维特比位检测方法，一调制码解码方法和一纠错码解码方法。进一步，本发明还涉及一种如权利要求25所述的再现设备和如权利要求26所述的计算机程序。本发明的优选实施例在从属权利要求中定义。

本发明基于这样的思想：通过使用多个独立的1D维特比序列检测器来实现可靠的位检测，通道管中的每个位行一个1D维特比位序列检测器：通过对所考虑的位行计算分支量度来考虑连续邻近位行之间的干扰，其中使用了在邻近位行中的初级邻近位上进行的初步位判决，其在邻近位行中的次级邻近位上可能要求进行局部位判决，所述次级邻近位是所述初级邻近位的邻近位，但不是对1D维特比检测所考虑的中心位行的一部分。

关于PRML位检测装置的中心布局和功能可参照上述的WO00/18016，其中也解释了若干项。该说明和解释通过参考而被并入本文。

用于对初级邻近位确定初步位判决的优选实施例在权利要求2到7中定义。因此，在阈值检测中可使用限幅电平。此外，根据维特比格架中将被考虑的每个特定分支可使用中心行中的各位的特定位值。所述阈值检测是基于在没有考虑在邻近位位置处HF信号样本的情况下对特定位所检测的HF信号值进行的。

根据一优选实施例，对一预定标准进行评估用于确定所述初步位判决，所述标准是通过对所有初级邻近位求和确定的，所述和包括与基于HF信号值和一参考HF信号值的差的子判据相关的项，所述参考HF信号值与每个单一初级邻近位的位簇相应，对对于所述初级邻近位的所有可能值获得的所有可能位单元进行所述评估，且其中对于所述预定评估判据具有最低值的位单元被选择。与所述HF信号值和一与每个单一初级邻近位的位簇相应的参考HF信号值的差的平方值或绝对值相关的优选子判据在权利要求5和6中定义。

除了初级邻近位外，在次级邻近位上进行的初步位判决可用于确定在初级邻近位上进行的初步位判决，如权利要求8所述。在所述次级邻近位上进行的那些初步位判决可例如通过阈值检测获得。

有不同的方法来计算分支量度。两个优选的方式在权利要求9和10中定义。在PRML位检测器中进行的维特比算法搜索“最佳”路径，其是具有最小路径成本的路径。路径成本有时被称作“路径量度”。可将一个路径看作是连续的转变。从一个状态向另一个状态的转变被称作分支。每个转变(或分支)具有与之相关的一确定分支量度(或分支成本)。对于给定路径的路径量度为所述路径的各个分支的成本的和，即路径量度是分支量度的一个选集的和。

通常，本发明可应用于多维编码，其中通道数据流的通道字可在一个以上的方向进行发展，如用于基于卡的系统的情况，也就是其中通道数据流沿具有至少两维的多维通道管被存储在一记录载体上。其中，位行沿其发展的第一方向优选地对于通道管的所有位行都是共用的。第一方向连同N-1个其它方向构成一N维空间和一位位置的N位点阵，位行沿所述N-1个其它方向彼此对齐。所述通道管包括至少两个沿所述第一方向发展的通道位的位行，且所述通道管的集合将填充整个N维空间。

然而，优选的将本发明应用于这样一种通道数据流，其包括一一维发展的位序列或者其包括一由沿第一方向发展并沿一第二方向彼此对齐的至少两个位行构成的通道条带，优选的所述第二方向倾斜甚或垂直于所述第一方向，所述两个方向构成一位位置的二维点阵。这样一个点阵的优选实施例为如权利要求12和13中所定义的正方形或六方的2D点阵。

在六方点阵中，六方簇可总共形成一7位组，包括位于中心位行中的三个位和在两个邻近位行的每一个中的两个初级邻近位。另外的次级邻近位可位于所考虑的中心位行的邻近位行中。本发明的使用六方簇的优选实施例在权利要求14到18中定义。

使用期待值计算分支量度的优选实施例在权利要求19中定义。如权利要求20所述，所述方法还可应用于三维的情况，其中各个位位于三维点阵的各位位置上。

根据本发明的位检测方法还可包括重复使用所述基于行的一维维特比位检测方法：对于位行集合的给定1D部分的1D-维特比检测器的输出在所述方法用于所述行的集合的相同1D部分(沿1D行的相同位)的第二次运行期间可用于在邻近行中进行所需的初级位判决。其目的是使用用于所有位行的1D维特比检测器的第一组的输出作为在用于所有位行的维特比检测器的一可能的第二组的所需的初级位判决的较好位判决。

附图说明

现在将参照附图说明本发明，其中：

图1表示一编码系统的一般布局的方框图；

图2为表示一基于条带的二维编码方案的示意图；

图3表示一关于六方点阵的二维代码的示意信号图样；

图4表示在六方位簇上进行的基于行的2D目标响应的分割；

图5表示用于具有3抽头PRML目标的1D-PRML的有限状态机；

图6表示用于本申请的以枚举方式约定的六方位簇；

图7表示本发明使用了两个初级邻近位的情况；

图8表示本发明使用了三个初级邻近位的情况；

图9表示用于1D-PRML位检测的格架；

图10表示一用于1D-PRML位检测的重复格架；

图11表示一使用图9中所示的格架的特定实施例；

图12表示根据本发明的用于确定路径成本的过程；

图13表示一在每个初级邻近位行中使用两个初级邻近位的情况下的位检测器的方框图；

图14表示在图13所示的位检测器中使用的HF参考信号电平；

图15表示一图13中所示的位检测器的单一位检测单元；

图16表示一用于从位的HF信号获得软判决信息的Fermi-Dirac类S曲线；

图17表示从所述信号图样获得的参考电平；和

图18表示对于一典型密度的作为SNR(关于全反射信号电平所定义的)的函数的误码率。

具体实施方式

图1表示数据存储系统的典型编码和信号处理元件。从输入端DI到输出端DO的用户数据的周期可包括交错10、纠错码(ECC)和调制编码20、30，信号处理40，在记录介质50上的数据存储，信号后处理60，二进制检测70，和调制码以及交错ECC的解码80、90。ECC编码器20将冗余与数据相加以便防止出现由各种噪音源引起的错误。然后将ECC编码的数据传送给调制编码器30，其使数据适合于所述通道，也就是其能将数据处理成不可能被通道错误所讹用并且在通道的输出端能更容易地检测到的形式。然后将调制数据输入到一记录设备中，例如空间光调制器或类似装置，并且将数据存储在记录介质50中。在还原端，读取设备(例如光电检测器件或电荷耦合器件(CCD))返回伪模拟数据值，该值必须转换回数字数据(对于二进制调制方案来说每像素一个位)。该处理中的第一步是后处理步骤60，称作均衡，仍然在所述伪模拟域中，其试图取消在记录处理中产生的失真。然后通过位检测器70将伪模拟值数组转换成二进制数字数据数组。然后首先将所述数字数据数组传送给调制解码器80，其执行与调制编码相反的操作，然后将所述数字数据数组传送给ECC解码器90。

在上面提到的欧洲专利申请EP01203878.2中，描述了根据通道位最邻近的簇对六方点阵进行的2D受限编码。其中，它主要关注优点体现于在通道上能够进行更强的传送的约束条件上，而不是关注这种2D代码的实际构造。后面的主题在欧洲专利申请02076665.5(PHNL020368)中有所陈述，也就是在其中描述了这种2D代码的实现方式和构造。借助例子，将在下面示意说明某种2D六方代码。然而，应该注意本发明的一般思想和所有措施通常可应用于任何2D代码，尤其是任何2D六方或方形点阵代码。最后，所述一般思想还可应用于可能带有各向同性约束的多维代码，其特征在于代码进行一维展开。

如上所述，在下面将考虑2D六方代码。2D六方点阵上的位可根据位簇进行识别。六方簇包括在中心点阵位置上的位，其由在邻近的点阵位置处的六个最邻近的点阵所围绕。所述代码沿一维方向展开。一个2D条带由多个在垂直于第一方向的第二方向上彼此堆叠的1D行构成。基于条带的2D编码的原理在图2中示出。在条带之间或在连续的条带组之间，可定位一保护带，例如一行。

在六方点阵上进行2D记录的信号电平通过整组所有可能的六方簇的幅度值的标绘图来识别。进一步使用各向同性的假设，也就是假定通道脉冲响应是圆形对称的。这意味着为了表征7位的簇，只需要识别中心位，和最邻近的位中间的“1”位(或“0”位)的数量(6个邻近的位中的0，1，……，6可以是“1”位)。“0”位在我们的记数法中为凸区位(land-bit)。典型的“信号模式”在图3中示出。假定一宽螺旋由11个平行的位行构成，在连续的宽螺旋之间有一个1(空)位行的保护带，与传统的1D光记录(如在例如蓝光盘(BD)格式(使用蓝色激光二极管)中所使用的)相比，图3的情形相当于密度以1.7的倍率增加。

根据本发明，宽螺旋(或间位螺旋)由多个位行构成。提议应用基于行的1D PRML，其中维特比格架只与各个位行本身中的位相关。对于沿位行方向的3分支目标响应来说，可获得每个状态由两个位进行定义的多个状态。图4表示关于六方点阵的位簇的2D目标响应。相应的有限状态机(FSM)在图5中示出。FSM揭示了当从一个状态“i”(具有位(b₀ ⁱb₁ ⁱ))朝另一个状态“j”(具有位(b₁ ^jb₀ ^j))变化时的语法。这种在状态“i”和“j”之间进行的转换仅在b₁ ⁱ＝b₀ ^j的条件下才被允许，也就是在第一状态的第二位和第二状态的第一位必须一致的情况下才被允许。应该注意从一个状态“i”到另一个状态“j”的转变通过(b₀ ⁱb₁ ⁱb₁ ^j)完整描绘了中心位行处的7位簇的三个位。在可能的转变中不存在进一步的约束条件，因为在此处给出的实际说明中，不存在对于我们的2D六方点阵调制的情况假设的1D RLL约束条件。

接着，将解释分支量度的计算。图6表示7位的六方簇的列举：x₀，x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，x₆。对于从状态“i”向状态“j”的转变的分支量度由β_ij表示。优选地其通过下面的公式给出：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}={({\mathrm{HF}}_0-R.L.[x_0=b_1^i;x_1=b_1^j;x_2;x_3;x_4=b_0^i;x_5;x_6\left]\right)}^2$

其中HF₀表示(可能是经过量化的)接收的信号在(中心)位x₀处的采样值。R.L.表示参考幅度电平，其取决于7位簇的所有位值。对于给定的转换(“i”到“j”)，中心位行中的位x₀，x₁和x₄的值已经是固定的。仍需要进行确定的其它位出现在由x₂，x₃和x₅，x₆表示的两个位对中。这些对与中心位x₀的最邻近位相对应，其中这些对中的每一个都位于上部邻近的位行，或者位于下部邻近的位行。这两个位对中的位值是需要的以便能够唯一的识别对于在用于所考虑的位行的1D-PRML检测器中进行的转换将在分支量度中使用的参考电平R.L.。这些位将进一步被称作为初级邻近位。因此，关于初级邻近位的这些位判决能被看作为初步位判决，以有助于估计对所考虑的(中心)位行中的位进行位判决所需的分支量度。本发明的一个方面涉及对初级邻近位的那两个位对产生的判决。计算分支量度所(仅仅)需要的这些(暂时需要的)初步位判决的质量对应用1D-PRML的中心行的位的最终位判决的质量产生影响。因此关于初级邻近位的初步位判决根本不会用作邻近位行的真实输出位。

一个相当直接的方法是对由x₂和x₃及x₅和x₆表示的初级邻近位使用阈值检测。然而，阈值检测是高度不可靠的，因为在图3所示的信号模式的信号点评中存在较大的重叠。在性能分析中，将得出：与位检测器对整个准螺旋所应用的阈值检测相比较，对初级邻近位进行阈值检测通过使用1D-PRML不会获得大的性能增益。初级邻近位判决的质量显然不够好。

通过对邻近位行中的最邻近位使用硬判决位检测器而能够在初级邻近位处获得更加可靠的位判决。

图7表示HD-2(HD＝硬判决)位检测器的应用，其对中心位行的每个上部和下部邻近位行中的由两个初级邻近位构成的双位使用初步位判决。如上所述，中心位行中的位的位值对于格架中的给定分支是固定的。邻近位行中的初级邻近位的位值被确定如下，其中由x₂和x₃以及x₅和x₆表示的位对(也称作位单元)被彼此独立地对待：一项判据，优选地为两项的和，对于所述位对中的位的所有两位的组合进行评估，所述每一项为在所述位对的一个位处实际接收的HF样本与所述位对中的初级邻近位的相应参考电平的差的平方。选择对于所述标准具有最小值的位对。这对于中心行中的位x₀处的分支量度就产生了将在参考电平中使用的初步位值。此外对于初级邻近位值，需要指出用于HD-2检测器的标准的参考电平。因此，对于初级邻近位的两个位对的每一个位的所有最邻近位的位值也是需要的。这些邻近位中的一些通过所考虑的分支所固定，其它的为HD-2选择过程的一部分；对于两个位对的每个初级邻近位的所有其它剩余最邻近位都被称作为次级邻近位，其优选地可通过阈值检测(TD)来获得。

图8表示一HD-3位检测器的应用，其对中心行的两个上部和两个下部邻近位行中的三个初级邻近位的三元组使用初步位判决。该过程与上面对HD-2位检测器所介绍的过程非常相似。在由x₂，和x₃，以及x₅，和x₆，表示的两个位对的初级邻近位处需要进行初步位判决。再次对每个位对进行独立的处理。对于每个位对在中心行的第二邻近位行中加入一第三位以便形成位三元组(也称作位单元)。存在8种可能的位三元组。如上所述，对这8个可能性中的每一个评估一项判据，并选择具有最小值的一个。对于HD-3位检测器所使用的判据是三项的和，对于三元组中的每一位一项。每项与三元组中的一位相对应，优选地为在所述位处测量的HF信号和相应的参考电平之差的平方值。后者是通过使用三元组中的各个位的最邻近位的位置确定的；这些最邻近位中的一些通过所考虑的分支所固定，其它的为HD-3选择过程的一部分，而再其它位，即围绕中心位行的邻近位行中的位三元组的6个位优选地可通过阈值检测(TD)确定，所述6个位可进一步被称作为次级邻近位。从所选择的位三元组，只需要底部位三元组的位对x₂和x₃以及顶部位三元组的x₅和x₆的位以便选择在所考虑的位行中的位x₀处计算用于1D-PRML的分支量度所必需使用的参考电平(假定所述位检测器所考虑的符号间干扰可谨慎地存在于包括不多于7位的六方簇中)。然而，在两个3位位单元的每一个中包括额外第三位可极大改善底部位三元组的初级邻近位对x₂和x₃以及顶部位三元组的x₅和x₆的初步位判决的质量。

在切线方向以3分支脉冲响应进行的1D-PRML位检测的格架在图9中示出。可以看出每个状态确切的具有两个前身态。这两个前身态为具有作为最后位的当前(所考虑的)状态的第一位的状态。例如，对于作为下一个状态的状态“10”和“11”只允许从状态“01”进行转变。这些转变分别产生3位序列“010”和“011”。图10表示在切线方向以3分支脉冲响应进行的1D-PRML位检测的重复格架。通过所述格架的所有路径实现了所有可能的位序列。维特比算法(用于最大可能性的序列检测)搜索“最佳”路径，其为具有最小路径成本的路径。路径成本有时称作“路径量度”。一条路经可被看作是转变的顺序性进行。从一个状态向另一个状态(从时刻k朝向时刻k+1)的转变也被称作分支。每个转变(或分支)具有一个与它相关的某一分支量度(或分支成本)。对于给定路径的路径量度为所述路径的各个分支的成本的和，即，所述路径量度为分支量度的和。

对于上面的情况(具有2位状态“00”，“01”，“10”和“11”)，用于从时刻(或时间)k-1到时刻k在状态s0和s1之间进行的转变的分支度量标准为，在时刻k测量的HF样本(由HF_k表示)和与从状态s0向状态s1的转变相关联的参考电平R.L.之间的差的L2范数的平方值(或L1范数的绝对值)。所述参考电平为一种用于所考虑的转变的理想(没有噪音)信号电平。由于强的2D符号间干扰(ISI)，此处的参考电平也取决于邻近位行的位值。在标准1D存储中，邻近位行总是远离的，使得此处不会出现所述问题。现在将参照图11说明所应用的维特比算法。由于计算负担，通过强力(彻底地)搜索找出最佳路径不是受欢迎的。维特比已经引入了具有复杂性的“动态程控”的过程，所述复杂度随将被确定的位序列的长度线性增长。在下面，将假设在状态“01”中到达的时刻k处的最佳路径将被找出。进一步假设用于每个状态的下面两个方面先前在时刻k-1已经被评估：

(a)对于每个状态，在所述状态到达的最佳路径，即具有最小成本的路径的路径量度是已知的；

(b)对于每个状态，在先前时间处的前身状态是已知的；所述前身状态为在先前的时刻存在于最佳路径中的状态。

然后，通过查看状态“01”的两个可能前身就能找出在时刻k于“01”中到达的最佳路径：一个路径以具有路径量度P_00，k-1的状态“00”开始，并且需要分支“00”->“01”以到达具有给定分支量度b_00->01，k的状态“01”。第二路径以具有路径量度P_10，k-1的状态“10”开始，并且需要分支“10”->“01”以到达具有给定分支量度b_10->01，k的状态“01”。最佳路径为实现最小成本的路径：

P_00，k-1+b_00->01，k和P_10，k-1+b_10->01，k中的最小者。

如果后者是最佳路径，那么状态“01”的前身状态为“10”，在其它情况下状态“01”的前身状态为“00”。该过程已知为：加-比较-选择(ACS)：分支量度与先前的路径量度相加以获得当前路径量度的候补值；将两个候补路径量度进行比较，具有最低量度的路径被选择。

对所有状态(在每个时刻)重复该过程。结果，结果就获得了路径量度和每个状态的和每个时刻的前身状态的集合。然后通过所谓的后跟踪操作执行实际位检测：其在时刻k从一最佳状态开始并且在时间k-1返回至其前身状态，并且在时刻k-2返回至那个状态的前身状态，等等。对某一深度K(称作后跟踪深度)进行后跟踪；在时刻k-K处的位值为(例如)在后跟踪操作的末尾获得的最终状态中的第一位的位值。状态“00”和“01”产生位“0”；状态“10”和“11”产生位“1”。

存在四种状态，由“00”、“01”、“10”、“11”表示。对于这些状态中的每一种，那个状态的最佳前身和对于促成那个状态的最低成本的路径的达到所述给定状态的路径成本被评估，如图12所示。对于状态“00”，例如，可能的前身状态为状态“00”和“10”，从而对于由(b4，b0，b1)表示的位三元组将产生位“000”(从状态“00”向状态“00”)和“100”(从状态“10”向状态“00”)，如与状态“00”相关的上部和下部线所示。这些朝向状态“00”的单独转变被称作格架的分支。位b0为三元组的中心位。对于一给定状态，存在由此获得的两个可能分支。对于每个分支，相对于所考虑行的下部行中的位b2和b3以及与相对于所考虑行的上部行中的位b5和b6的最可能的候补值被确定。

根据图12中所示的实施例，这是通过对两个位对(b2和b3)和(b5和b6)中的每一个使用HD-2来进行的：各个HD-2检测器在图12中由“HD-2Upp”和“HD-2Low”表示。结果得到的四个位(b2和b3，b5和b6)连同位三元组(b4，b0，b1)中的各位一起定义六方簇的7位：这7位唯一地定义参考电平存储器中的特定参考电平的系数，后者由HF Ref.Lev.Mem.表示。所述两个分支(用于四个状态的每一个)中的每一个的参考电平与对于位b0实际测量的由HF表示的HF信号进行比较。这种比较可通过接收的信号和参考电平的差的L2范数下的平方值(在L1范数情况下为绝对值)：这种差值对于所述格架中的两个转变的每一个产生了实际的分支量度。使用当前分支量度和达到两种可能的先前状态，即在状态“00”的情况下为“00”和“10”的路径量度的标准加-比较-选择(ACS)单元进一步确定当前状态的最佳前身，表示为pre₀₀，和达到当前所考虑的状态“00”的最便宜的路径的路径成本，由paco₀₀表示。对四种可能的状态的每一个单独和独立地进行该过程，因为在用于四种状态的每一个的不同过程之间不需要信息交换。图13表示用于确定上部行位(b5和b6)的HD-2位检测器HD-2Upp。所述HD-2Upp块具有作为输入的邻近位的8个位值，其中三个是通过中心行的格架中的所考虑的分支设定的，所述中心行为正在考虑的行；其它5位被称作为次级邻近位，并且被获得为从相应的位位置处的HF样本导出的简单阈值检测位。所述HD-2Upp块还具有作为位b5和b6的位单元的输入的两个HF样本。

所谓的“分支位”在所考虑的位行的格架中请求三个给定转变的位。类似的示图(未示出)适用于块HD-2Low，从而在由b2和b3表示的位的下部行中产生位判决。

通过HD-2Upp块确定的位被进一步使用，连同借助于块HD-2Low类似获得的下部位b2和b3以从如图12中所示的参考电平存储器获得参考电平。将在HD-2检测器的核心中使用的参考电平在图14中示出。应该注意在图14和15中应用的位编号方式指的是位对中的位的顺序。对于位对中的第一位，即位b₀，参考电平以下划线的第一下标表示；对于位对中的第二位，即位b₁，参考电平以下划线的第二下标表示。

图15表示HD-2位检测器块的基本布局。该块描述了HD-2Upp和HD-2Low块。输入为六方点阵上的8个最邻近位和需要进行更新的位对的两个位的HF样本。输出为两个更新的位值，即HD-2检测位。

对于具有一个中心位和6个邻近位的每个六方簇来说，从一存储器，即从所述HF参考电平存储器可获得一参考信号电平。将要从存储器中取出的参考电平是通过所述位对的两个位和通过所述位对的8个邻近位中的5个来确定的。所述位对的8个邻近位包括中心位行(通过所考虑的实际分支确定)的3个位和5个次级邻近位。

对于所述位对的两个位中的每个位接收的HF信号从相应的参考电平中减掉；这些相应信号差的绝对值(此处所示的；相反它也可以是类似使用平方值的二次范数的任何其它“范数”)对于位对的两个位的四种可能的两位组合中的每一种相加起来。从HD-2位检测器得到的位为导致所述选择判据的上述4个参数或样本的集合的最小值的那些位，每个可能的位对一个样本。这在图15中以简化符号argmin表示：与所述判据处于最小值对应的自变数(位对中的位b₀和b₁)。

根据另一种可选择的实施例，使用了关于位对(由x₂和x₃以及x₅和x₆表示)中的初级邻近位的软判决信息(soft-decision)。从状态“i”到状态“j”的给定转变的分支量度就被计算为期待值，其为取代初级邻近位的两位对中的所有可能位结构的平均值。形式上，可将其表示为(HFk信号中的下标k指的是在六方簇中的第k位处进行的采样)：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}=\underset{b_2=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b_3=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b_5=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b_6=0}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}$

$p(x_2=b_2;x_3=b_3;x_5=b_5;x_6=b_6|x_0=b_1^i;x_1=b_1^j;x_4=b_0^i;{\mathrm{HF}}_2,{\mathrm{HF}}_3,{\mathrm{HF}}_5,{\mathrm{HF}}_6)$

${({\mathrm{HF}}_0-R.L.[x_0=b_1^i;x_1=b_1^j;x_2=b_2;x_3=b_3;x_4=b_0^i;x_5=b_5;x_6=b_6\left]\right)}^2$

应该注意由(b₀ ⁱ，b₁ ⁱ)表示的位值指的是四态位特比格架(图9中所示)中的状态“i”下的两位，类似地可用于状态“j”。上述表达式中的概率因数对于两个独立的位对中的每一个可被分解成单独的因数。对于每个位对，所述因数可被进一步分解成与各个位相关的因数，从而产生：

$p(x_2=b_2;x_3=b_3;x_5=b_5;x_6=b_6|x_0=b_1^i;x_1=b_1^j;x_4=b_0^i;{\mathrm{HF}}_2,{\mathrm{HF}}_3,{\mathrm{HF}}_5,{\mathrm{HF}}_6)=$

正如在HD-2位检测器中，可对图7进行参照，但现在位对的初级邻近位指的是带有软判决信息的位。位对的最邻近位-既不是中心位行的一部分也不是来自于HD-2位单元的那些位被称作为次级邻近位-通过阈值检测来确定。对于位对中的每一位，其所有最邻近位都由此表征的。软判决信息可例如通过“Fermi-Dirac”状的S曲线确定，如图16中所示(给出了最邻近位的结构(“config”)，和HF样本)。其中，示出了用于从位置(k，1)处的位的HF信号获得软判决信息的Fermi-Dirac类S曲线。T₀为当中心位(位于(k，1)处)为零时的参考电平，T₁对于中心位为一的情况适用。不同的曲线涉及不同的噪音方差。参考电平T₀和T₁是从如图17所示的信号模式获得的，其中给出了当六方簇中的两个最邻近位等于“1”的例子。

对于密度为1.4x的BD密度的各种检测器的性能已经计算了。已经假设点阵参数a＝165nm，纹孔(pit-hole)直径等于120nm(以避免信号重叠)。对所述通道进行AWGN干扰(附加的白高斯噪声)。所述检测器为：

-阈值检测(TD)；

-HD-3硬判决迭代位检测器(HD-3)；

-TD辅助1D-PRML；

-HD-2辅助1D-PRML；

-HD-3辅助1D-PRML；

-SD-1软判决迭代位检测器(SD-1)；

-软判决辅助1D-PRML。

结果在图18中示出。根据作为通道的SNR函数的(通道)位误差率(bER)进行评估。应该注意TD辅助1D-PRML具有高bER，也就是，与TD检测器本身相比，所述版本的1D-PRML检测器只在bER方面提供了边际改进。另一方面，HD-3辅助1D-PRML在性能方面几乎与软判决位检测器SD-1相同，并且略微好于SD辅助1D-PRML：这可能是因为软判决信息仅仅是通过每位(并在其一些邻近位处使用TD判决)获得的这样的事实引起的，于是HD-3辅助1D-PRML检测器在所考虑的轨迹的每一侧处的3位区域中搜索最佳结合(硬)位判决。

本发明提供一种通过使用多个独立1D维特比位检测器(也称为序列检测器)来实现可靠位检测的解决方案，每个维特比检测器对应于通道管中的一个位行：通过计算分支量度(对于所考虑的位行)来考虑连续相邻位行之间的干扰，其中使用了在邻近行中的初级邻近位上进行的局部位判决。因为局部位检测器超过了阈值检测器的性能，所以提出了使用类似硬判决位检测器的HD-2或HD-3。也可以使用其它局部位检测器，只要它们对中心行的维特比格架中的各个分支考虑了特定的位值，所述中心行的维特比格架正用基于一维行的维特比位检测器进行处理以对所考虑的位行的邻近行中的初级邻近位调节初步位检测。

此外，还提议在中心行的邻近行中的各位处使用软判决位检测器的输出，以便计算分支量度。实际上，提议使用能从信号模式(具有2*7的信号电平，集合成7对电平)直接产生的软判决信息。当然，其它的软判决位检测器也可用于相同的目的，类似例如软判决检测器。优选地，二或三维情况是有利的，其中在二或三维格架上布置各个位。

Claims (27)

1.维特比位检测方法，用于沿至少两个位行的N维通道管检测存储在记录载体上的通道数据流的位的位值，其中N至少为二，所述至少两个位行沿第一方向以一维方式展开并且在沿N-1其它方向中的至少一第二方向上彼此对齐，所述第一方向连同所述N-1其它方向一起构成位位置的N维点阵，所述方法包括对所述通道管中的每个位行独立地应用基于行的一维维特比位检测方法，其中：

-根据接收的HF信号值相对于参考电平的差，对于基于一维行的维特比检测器的维特比格架中的所有可能的状态转变计算分支量度，所述转变代表所述位行中的多个后续位，所述位为位的N维点阵簇的中心行位，其中所述参考电平取决于所述簇的所有位，所述簇除了中心行的位外，在沿所述中心位行的所述N-1其它方向沿其应用所述一维维特比位检测方法的每侧上的多个邻近位行的每一个中还包括多个初级邻近位，并且其中对于邻近位行中的初级邻近位所进行的初步位判决被用来确定将用于计算所述分支量度的参考电平，和

-根据计算的分支量度，与所述接收的HF信号值一致，为位的N维点阵的所述簇的中心位选取位值。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

在所述邻近位行的初级邻近位上进行的初步位判决是通过使用限幅电平的阈值检测获得的。

3.如权利要求1所述的方法，其中

构成所述中心行的维特比格架中的每个所述分支的中心行的位值被用于确定在邻近位行中的所述初级邻近位上进行的初步位判决。

4.如权利要求1所述的方法，其中

在初级邻近位上进行的初步位判决是通过评估一预定的判据获得的，所述判据是通过在所有初级邻近位上求和确定的，所述和包括与基于HF信号值和一参考HF信号值的差的子判据相关的项，所述参考HF信号值与每个单一初级邻近位的位簇相应，对对于所述初级邻近位的所有可能值获得的所有可能位单元进行所述评估，且其中具有所述预定评估判据的最低值的位单元被选择。

5.如权利要求4所述的方法，其中

所述子判据与所述HF信号值和一参考HF信号值的差的平方值相关，所述参考HF信号值与每个单一初级邻近位的位簇相应。

6.如权利要求4所述的方法，其中

所述子判据与所述HF信号值和一参考HF信号值的差的绝对值相关，所述参考HF信号值与每个单一初级邻近位的位簇相应。

7.如权利要求1所述的方法，其中

所述在初级邻近位上进行的初步位判决是通过使用软判决信息获得的。

8.如权利要求1所述的方法，其中

使用在次级邻近位上进行的另外的初步位判决来确定在所述初级邻近位上进行的初步位判决，所述次级邻近位是所述初级邻近位的邻近位但不是所述簇的中心位行的一部分。

9.如权利要求1所述的方法，其中

所述分支量度被确定为对于所述簇的中心位的所接收的HF信号值和取决于所述簇的所有位的位值的参考HF信号值之间的平方差。

10.如权利要求1所述的方法，其中

所述分支量度被确定为对于所述簇的中心位的所接收的HF信号值和取决于所述簇的所有位的位值的参考HF信号值之间的差的绝对值。

11.如权利要求1所述的方法，其中

N为2，且其中一通道数据流的各位的位值被沿一由至少两个位行构成的二维通道条带而存储在一数据载体上，所述至少两个位行沿一第一方向以一维方式展开并且在沿一第二方向上彼此对齐，所述两个方向构成位位置的二维点阵。

12.如权利要求11所述的方法，其中

所述位的2D点阵是正方形的。

13.如权利要求11所述的方法，其中

所述位的2D点阵是六方型的。

14.如权利要求13所述的方法，其中

所述通道条带包括至少三个位行，且其中所述六方簇包括七位，其中三位位于所述中心位行，二位分别位于上部和下部初级邻近位行。

15.如权利要求13和14所述的方法，其中

其中使用在次级邻近位上进行的初步位判决来确定在每个初级邻近位行中的所述两个邻近初级位上进行的初步位判决。

16.如权利要求15所述的方法，其中

分别位于上部和下部初级邻近位行中的六方簇的两个邻近位被分组成初级邻近位单元，每个位单元由八个邻近位包围，其中五个是次级邻近位，三个是所述六方簇的中心行位，所述三位通过构成将在基于一维行的维特比位检测器的维特比格架中被考虑的每个分支的两个状态的位进行设定。

17.如权利要求15所述的方法，其中

分别位于上部和下部初级邻近位行中的六方簇的两个邻近位连同构成一包括3位的位单元的下一个邻近位行的一个位一起被组成一初级邻近位单元，每个位单元由九个邻近位包围，其中六个是次级邻近位，三个是所述六方簇的中心行位，所述三位通过构成将在基于一维行的维特比位检测器的维特比格架中被考虑的每个分支的两个状态的位进行设定。

18.如权利要求16或17所述的方法，其中

是所述初级邻近位的邻近位但不属于所述六方簇的中心行的次级邻近位的位值通过使用一限幅电平的阈值检测来确定。

19.如权利要求8所述的方法，其中

所述分支量度被计算为一期待值，尤其是使用对于所述次级邻近位可获得的软判决信息对所述次级邻近位，平均值取代所有可能位值。

20.如权利要求1所述的方法，其中

N为3，从而产生三维的位点阵。

21.如权利要求1所述的方法，其中

所述基于行的一维维特比位检测方法被重复地应用，并且其中从所述基于行的一维维特比位检测方法的输出以一先前迭代的方式获得在初级邻近位上进行的初步位判决。

22.维特比位检测器，用于沿至少两个位行的N维通道管检测存储在记录载体上的通道数据流的位的位值，其中N至少为二，所述至少两个位行沿第一方向以一维方式展开并且在沿N-1其它方向中的至少一第二方向彼此对齐，所述第一方向连同所述N-1其它方向一起构成位位置的N维点阵，所述检测器包括维特比位检测单元，用于对所述通道管中的每个位行独立地应用基于行的一维维特比位检测方法，包括：

-用于对基于一维行的维特比检测器的维特比格架中的所有可能的状态转变计算分支量度的装置，所述转变代表所述位行中的多个后续位，所述位为位的N维点阵簇的中心行位，所述计算是根据接收的HF信号值相对于参考电平的差进行的，其中所述参考电平取决于所述簇的所有位，所述簇除了中心行位外，在沿所述中心位行的所述N-1其它方向沿其应用所述一维维特比位检测方法的每侧上的多个邻近行的每一个中还包括多个初级邻近位，并且其中对于邻近位行中的初级邻近位所进行的初步位判决被用来确定将用于计算所述分支量度的参考电平，和

-一装置，用于根据计算的分支量度，与所述接收的HF信号值一致，为所述位的N维点阵簇的中心位选取位值。

23.如权利要求22所述的位检测器，其中

所述选择装置包括加-比较-选择单元和后跟踪单元。

24.再现用户数据流的方法，所述用户数据流为纠错码和编码成通道数据流且被存储在记录载体上的调制码，所述方法包括如权利要求1所述的用于检测所述通道数据流的各位的位值的位检测方法，调制码解码方法和纠错码解码方法。

25.用于再现用户数据流的再现设备，所述用户数据流为纠错码和编码成通道数据流且被存储在一记录载体上的调制码，所述设备包括如权利要求22所述的用于检测所述通道数据流的各位的位值的位检测器，调制码解码器和纠错码解码器。

26.计算机程序，包括当在计算机上执行所述计算机程序时，用于使计算机执行如权利要求1或24所述的方法的步骤的程序代码装置。

27.光学记录器，包括维特比位检测器，用于沿至少两个位行的N维通道管检测存储在记录载体上的通道数据流的位的位值，其中N至少为二，所述至少两个位行沿第一方向以一维方式展开并且在沿N-1其它方向中的至少一第二方向彼此对齐，所述第一方向连同所述N-1其它方向一起构成位位置的N维点阵，所述检测器包括维特比位检测单元，用于对所述通道管中的每个位行独立地应用基于行的一维维特比位检测方法，包括：

-用于对基于一维行的维特比检测器的维特比格架中的所有可能的状态转变计算分支量度的装置，所述转变代表所述位行中的多个后续位，所述位为位的N维点阵簇的中心行位，所述计算是根据接收的HF信号值相对于参考电平的差进行的，其中所述参考电平取决于所述簇的所有位，所述簇除了中心行的位外，在沿所述中心位行的所述N-1其它方向沿其应用所述一维维特比位检测方法的每侧上的多个邻近行的每一个中还包括多个初级邻近位，并且其中对于邻近位行中的初级邻近位所进行的初步位判决被用来确定将用于计算所述分支量度的参考电平，和

-用于根据计算的分支量度，与所述接收的HF信号值一致，为所述位的N维点阵簇的中心位选取位值。

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