CN1714391B - 高密存储媒体应用的多维编码 - Google Patents

Abstract

本发明提供了二维地编码随机位流以便存储在存储媒体上的方法。在这种方法中，利用可变孔径编码(VAC)编码随机位流(3310)，以便形成通过只利用包括在预定一组转换宽度中的转换宽度分离的多个脉冲表示随机位流的恒定振幅、可变脉冲宽度VAC编码。

Description

高密存储媒体应用的多维编码

技术领域

本发明一般涉及信号编码，尤其涉及高密存储媒体应用的多维编码。

背景技术

尽管已经是数十亿美元的产业，但由于对更多存储的几乎无法满足的欲望不断增加，预期数字记录产业未来会进一步扩展。正如在，例如，模拟慢转(LP)盘被数字激光唱盘(CD)取代的唱片产业中发生的那样，平稳转变到数字系统对这种增加起几分推波助澜作用。数字盘记录系统包括磁记录和光记录，后者主要用于只读应用。无论是光的还是磁的，正在进行的研究的主要目的之一是增加单位面积上位的面密度。

对于大多数记录系统来说，调制码主要关心的是通过降低码元间干扰(ISI)增加线密度。通过缩短轨道宽度和增加轨道密度有可能使存储密度进一步增加。但是，这样会导致不希望有的轨道间干扰(ITI)和信噪比(SNR)降低。因此，典型磁记录系统只有25比1的线轨密度比(linear-to-trackdensity ratio)。发生在读头和相邻轨道数据之间的头未对准或侧读(串扰)引起ITI。这被大家公认为重要噪声源，在用多轨道头同时读取几个相邻轨道的同时，通过应用复杂的信号处理技术可以减轻这种噪声。并行地读取多个轨道的另外一个优点可以应用二维游程长度受限(d，k)调制码获得。作为通过放宽沿着轨道的定时约束k增加存储容量的手段，近年来这些都引起人们极大关注。然后，根据跨过许多个轨道取得的信息，以联合的方式完成定时恢复。

当前，像，例如，硬盘驱动器(HDD)或光盘驱动器那样的媒体的存储容量受头的工艺、媒体和写技术的现状限制。用最佳成本尺度来衡量，邻连媒体提供了增加存储空间的最好机会。在媒体存储中令人烦恼的问题之一是由于盖写问题磁媒体无力掌控超过500-800Kbpi的转换通量变化。

人们已经提出了降低这种转换的数量的编码和其它方法和设备。但是，所有这样的现有方法都存在一种或多种缺陷。例如，转换检测是通过应用模拟-数字转换器(ADC)的峰值检测方法进行的，从而增加了能耗，这不适合微型驱动器和其它便携式媒体应用。并且，对于当前每次转换1.3个位的容量，存在巨大的提高空间。

多头和多轨道组合，以及新的垂直记录技术已经用于增加存储媒体的容量。由于头数量的增加，以及用在垂直记录系统中的新媒体的特性，这些方法都是高成本的，并且，一般来说都存在可靠性问题。

于是，拥有克服了上述现有技术的缺陷的高密存储媒体应用的编码方法和设备是人们所希望的和非常有利的。

发明内容

如上所述的问题，以及现有技术的其它有关问题都被本发明解决，本发明的目的在于提供高密存储媒体应用的多维编码方法和设备。

根据本发明的一个方面，提供了二维地编码随机位流以便存储在存储媒体上的方法。在这种方法中，利用可变孔径编码(VAC)编码随机位流，以便形成通过只利用包括在预定一组转换宽度中的转换宽度分开的多个脉冲表示随机位流的振幅不变、脉冲宽度可变VAC编码。

根据本发明的另一个方面，提供了将随机位流存储在存储媒体上的方法。在这种方法中，通过具有只利用包括在预定一组转换宽度中的转换宽度分开的多个脉冲的振幅不变、脉冲宽度可变VAC编码表示随机位流。与数据通道一起发送VAC编码，以便存储在存储媒体上。

通过结合附图对本发明的优选实施例作如下详细描述，本发明的这些和其它方面、特征和优点将更加清楚。

附图说明

图1是例示根据本发明例示性实施例的用于可变孔径编码(VAC)编码的检测器/解码器电路100的方块图；

图2是例示根据本发明例示性实施例的图1的低通滤波器110的特性200的图形；

图3A和3B是分别例示根据本发明例示性实施例的来自硬盘驱动器(HDD)通道的采集3-6-9数据波形300和相应频谱350的图形；

图4A和4B是分别例示根据本发明例示性实施例的图3A的采集3-6-9数据波形300经过滤波之后的滤波形式400和相应频谱450的图形；

图5A和5B是分别例示根据本发明例示性实施例的图4A的滤波信号400的抖动消除和硬限幅形式500和峰值检测信号的抖动消除和硬限幅形式550的图形；

图6A和6B是分别例示根据本发明例示性实施例的峰值检测信号的脉冲成形形式600和解码信号的脉冲成形形式650的图形；

图7A和7B是分别例示根据本发明例示性实施例的采集4-6-8数据波形700和相应频谱750的图形；

图8A和8B是分别例示根据本发明例示性实施例的图7A的采集4-6-8数据波形700的滤波形式800和相应频谱850的图形；

图9A和9B是分别例示根据本发明例示性实施例的图8A的滤波信号800的抖动消除和硬限幅形式900和峰值检测信号的抖动消除和硬限幅形式950的图形；

图10A和10B是分别例示根据本发明例示性实施例的峰值检测信号的脉冲成形形式1000和解码信号的脉冲成形形式1050的图形；

图11A和11B是分别例示根据本发明例示性实施例的采集5-6-7数据波形1100和相应频谱1150的图形；

图12A和12B是分别例示根据本发明例示性实施例的图11A的采集5-6-7数据波形1100的滤波形式1200和相应频谱1250的图形；

图13A和13B是分别例示根据本发明例示性实施例的图12A的滤波信号1200的抖动消除和硬限幅形式1300和峰值检测信号的抖动消除和硬限幅形式1350的图形；

图14A和14B是分别例示根据本发明例示性实施例的峰值检测信号的脉冲成形形式1400和解码信号的脉冲成形形式1450的图形；

图15是例示根据本发明例示性实施例的解码波形3100的曲线图的图形；

图16是例示根据本发明例示性实施例的用于波形3210的各种各样编码组合3200的图形；和

图17是例示根据本发明例示性实施例将随机位流存储在存储媒体上的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的目的在于高密存储媒体应用的多维编码方法和设备。本发明提供了利用多维(宽度)来减少转换通量的编码方法和设备。基于可变孔径编码(VAC)的通道与现有部分响应最大似然(PRML)通道的不同之处在于，进行VAC编码来表示T间距可变的2-8个不同转换点，从而避免码元间干扰(ISI)有关问题。当前每次转换1.3个位的容量可以逐步提高到每次转换4个位，使存储密度得到极大提高。并且，由于通过无需模拟-数字转换器(ADC)的峰值检测方法进行检测，基于VAC的硬盘驱动器(HDD)将具有低的功耗，使它们适用于微型驱动器和其它便携式媒体应用。

应该明白，本发明可以以硬件、软件、固件、专用处理器、或它们的组合等各种各样形式来实现。最好，本发明作为硬件和软件的组合来实现。此外，软件最好作为切实具体化在程序存储设备上的应用程序来实现。应用程序可以被上载到包括任何适当结构的机器和由它来执行。最好，这种机器在含有像一个或多个中央处理单元(CPU)、随机访问存储器(RAM)、和输入/输出(I/O)接口那样的硬件的计算机平台上实现。计算机平台还包括操作系统和微指令代码。这里描述的各种各样进程和函数可以是通过操作系统执行的微指令代码的一部分或应用程序的一部分(或它们的组合)。另外，诸如附加数据存储设备和打印设备之类，各种各样的其它外围设备可以与计算机平台连接。

还应该明白，画在附图中的一些系统组成部件和方法步骤最好用软件来实现，系统部件(或进程步骤)之间的实际连接可以随编程本发明的方式而不同。在这里给出原理的情况下，本领域的普通技术人员能够设想出本发明的这些和类似的实现或配置。

可变孔径编码是对于任何随机数字位流都可以显著降低带宽效率(位/秒/赫兹)的新一类数字双相位编码。如果“R”是信息信号的速率，VAC编码方法与像正交频分多路复用(OFDM)、正交调幅(L-QAM)或多相移相键控(MPSK)那样的大多数更高阶调制方案的情况一样，不降低转换密度，而是将功率谱密度压缩成高度集中在R/9倍于位速率的带宽内。非VAC编码方法要求至少“R”的带宽，以便成功解码信号。由于VAC信号的窄占用带宽，通过引入使容量提高两倍的双位编码VAC和/或在转换之间的间隔中引入正交VAC位流，可以使存储容量提高。为了增加每英寸轨道数，可以将备用轨道用于正交VAC流。由于相邻轨道中信号正交性引起的降低轨道间干扰，以及由于导致较小泄漏到相邻写域的窄功率谱密度(PSD)占面(footprint)，也有可能缩短轨道间距离。由于纵向记录/光记录是2维嵌入过程，和假设主轴速度不变，在没有在空间上或在时间上将附加维加入信号中的情况下，不可能提高容量。垂直记录通过在空间上提供附加维来提高容量，而VAC通过变更时间域来提供附加维。因此，VAC码元在宽度上将发生变化，其又代表原数据流中的各种各样信号转换。

使用有效编码和调制方法是提高面密度的又一种手段，这是一个还没有被任何一流研究组广泛研究过的领域。尽管扩充部分响应最大似然(EPRML)和它的衍生品已经被HDD产业用作标准，但在功能上，除了减少磁性媒体中的转换次数之外，EPRML只能使转换印刻在可重复占面最小的磁性材料上。但是，利用PRML，在1T的距离上仍然可发生最靠近的转换，并且，这造成了对ISI和ITI有关问题的限制。虽然在纯PRML编码通道上提高了每次转换的位数，但与VAC组合在一起的PRML降低了转换密度。在原有媒体和头技术的现状下，通过为每次转换指定“多位权重”，可以提高容量。

在数字通信应用中VAC最初被设计成使传输带宽最小。本发明的目的是在HDD和其它存储产业中使用VAC来帮助提高存储容量。

将1和0记录在盘上以标记原始数据从一次转换到下一次转换的间隔的方式是在盘上记录转换脉冲。转换之间的距离(由于假设盘以恒定速率旋转，可以转化成时间间隔)是那个位的输入信号间隔。这实实在在是简单和直接的写盘方式。但是，相继转换的间隔差变化如此之大(在随机方式中也是如此)，致使它们会产生码元间干扰，从而使读过程变得不可靠。此外，由于我们提高了压缩密度，这个码元间干扰成为严重问题。因此，几种编码方案用于纠正由码元间干扰引起的读错误和在读操作期间与数据恢复相联系的其它问题。这些编码方案拥有1和0的某种组合(或模式)有助于使码元间干扰最小的基本构思。这个过程基于这样的一些数学公式，对于如此多的位，连续1和0的最大个数必须满足预定模式。在多数情况下，将附加0加入输入序列中以满足这种编码要求。举例来说，输入信号的1000个1和0随着它们被写入到盘上变成1400个1和0。这个40％的额外开销增加实在没有像建立冗余轨道来克服不可靠读操作那么差。

PRML是提高存储容量和读可靠性的另一种改进。但是，它仍然依赖于通道编码方案，并且，虽然PRML的读可靠性比峰值检测方法好得多，但额外开销仍然存在。

现在对与本发明相对应和例示本发明的实验加以描述。实施这些发明以验证在受转换噪声影响的HDD通道上检测VAC信号的可行性。峰值检测用于检测转换。当然，在保持本发明的精神和范围不变的同时，也可以应用其它方法。实验是在50Mbps码元速率(2T)下进行的。进一步实施这些发明以调查在检测VAC信号的时候孔径大小的影响。预计孔径较宽的VAC信号较容易检测。此外，实施这些发明以便在读通道中不用模拟-数字转换器(ADC)进行VAC的峰值检测。

测试分两个主要步骤进行。首先，使用从HDD通道取出的实验数据。数据模式将成为反映VAC编码的孔径变化的“3-6-9”、“4-6-8”、和“5-6-7”。码元速率将是50Mbps。其次，实验数据用作到检测器/解码器的输入，并且，显示VAC信号检测的可行性。

实验数据遵从如下模式：(1)重复发送6T 80次；(2)重复发送所需数据模式(例如，3-6-9，或4-6-8等)200次；和6T具有300MHz时钟脉冲、2Gs/s采集速率、截成27kb大小的数据。

图1是例示根据本发明例示性实施例的用于可变孔径编码(VAC)的检测器/解码器电路100的方块图。检测器/解码器电路100包括低通滤波器110、非线性模块120、峰值检测器130、抖动消除器140、硬限幅器150、和脉冲成形器160。

低通滤波器110为信号重构保留必要信息(例如，数据文件199)，和滤出噪声，尤其来自数据采集的数字噪声。非线性模块120将非线性应用于低通滤波器的输出。所应用的非线性量由模拟结果确定。适当的非线性量应用于使滤波脉冲变细。峰值检测器130检测预处理信号的峰值。抖动消除器140消除所需脉冲之间的抖动以减少错误。硬限幅器150将检测信号转换成“0-1”值脉冲列。脉冲成形器160将脉冲列转换回成宽度可变的原始VAC矩形波。

图2是例示根据本发明例示性实施例的图1的低通滤波器110的特性200的图形。值得注意的是，为了避免混乱，将所有频率转换成-π到π之间的数字频率。为了将它们转换回到模拟频率，有必要知道数据速率、时钟速率、取样速率、和在实验过程中可能引用的任何其它频率转换速率。

还应该注意到，根据输入信号模式调整低通滤波器110。这是因为数据模式不同导致信号中的最高频率不同。低通滤波器110应该被调整成适应频率变化。

现在对与上述实验相对应的测试结果加以描述。

到目前为目，“3-6-9”数据模式、“4-6-8”模式和“5-6-7”模式已经得到成功解码。模拟实验验证了如下结果：(1)在如上所述的条件下，VAC信号是可检测的；和(2)孔径较宽的VAC信号更易于检测。

现在对根据本发明例示性实施例检测3-6-9编码模式加以描述。检测3-6-9编码模式的结果显示在图3-6中和下面参照图3-6描述检测3-6-9编码模式的结果。

图3A和3B是分别例示根据本发明例示性实施例的来自硬盘驱动器(HDD)通道的获得3-6-9数据波形300和相应频谱350的图形。图3A的波形的前半部分示出了6T的重复，和该波形的后半部分示出了“3-6-9”模式。从波形和频谱中可以观察到，信号包含许多数字噪声，如果不作任何滤波，这些数字噪声又使信号难以检测。

图4A和4B是分别例示根据本发明例示性实施例的图3A的采集3-6-9数据波形300经过滤波之后的滤波形式400和相应频谱450的图形。可以看出，滤波信号400更加“干净”和更适合于峰值检测。显示在图4A中的波形400是经过图1的低通滤波器110和非线性模块120处理之后的信号300。

图5A和5B是分别例示根据本发明例示性实施例的图4A的滤波信号400的抖动消除和硬限幅形式500和峰值检测信号的抖动消除和硬限幅形式550的图形。可以看出，显示在图5B中的信号550如实地代表原始信号的峰值。还可以观察到，脉冲之间的宽度是不同的，但距离与“3-6-9”脉冲距离匹配。信号500和550已经经过图1的抖动消除器140和硬限幅器150两者的处理。

图6A和6B是分别例示根据本发明例示性实施例的峰值检测信号的脉冲成形形式600和解码信号的脉冲成形形式650的图形。重构(解码)信号是转换对应于检测脉冲的矩形VAC信号。在重构信号中可以观察到三种不同的宽度。

应该注意到，取决于检测的取样速率，检测窗可以用于将转换“拉到”正确位置。例如，如果取样速率是5个样本/位，那么，可以使用如下检测窗：

(1)如果两个脉冲之间的计数小于25个样本-作出“3T”的判定(注意，3T含有15个样本，为了提高性能，给出10个样本的容限)；

(2)如果两个脉冲之间的计数大于35个样本-作出“9T”的判定(注意，9T含有45个样本，为了提高性能，给出10个样本的容限)；

(3)如果计数在26和34个样本之间-作出“6T”的判定(注意，6T其中含有30个样本)。

根据如上所述的构思进行错误检测。在检测信号中没有发现错误(注意：错误出现在非常前面的位和在序列末端的一些位上)。但是，这些错误是在数据采集过程和滤波过程中引起的，不是由检测方法引起的。

现在对根据本发明例示性实施例检测4-6-8编码模式加以描述。检测4-6-8编码模式的结果显示在图7-10中和下面参照图7-10描述检测4-6-8编码模式的结果。该检测过程与用于3-6-9编码模式的检测过程相同。不同之处在于，使用的滤波器具有更窄的带宽(从图8B，即，信号的滤波频谱可以看出)。这是有道理的，因为这种模式下的最高频率低于3-6-9编码模式下的最高频率。

图7A和7B是分别例示根据本发明例示性实施例的获得4-6-8数据波形700和相应频谱750的图形。在这种4-6-8编码模式下，我们在解码信号中发现3个错误。码元错误率定义如下：

(SER)＝(错误码元个数)/(总码元个数)，

其中，一个码元代表给定模式下的一次转换。这对应于如下的SER：

SER＝3(错误)/650(比较码元)＝4.6*10^-3。

注意，最低错误率是1*10^-3。还注意，一个码元错误引起当前位和相邻位出错。因此，一个位错误转化成至少两个位错误。从此，上面的SER被转换成如下的位错率(BER)：

BER＝[3(码元)*2(错误位/码元)]/(650*6个位)＝1.5*10^-3。

注意，用在所有测试模式中的总码元个数是680个码元。这些码元包括6T的80次重复和某种模式3-6-9、4-6-8、或5-6-7的200次重复。由于数据采集错误和滤波错误(滤波器的边缘)，当计算码元错误时，只有650个码元用于比较。由于平均码元错误是6个位/码元，用在测试模式中的总位数是680*6＝4080个位。此外，用于计算位错误的位数是650*6＝3900个位。

图8A和8B是分别例示根据本发明例示性实施例的图7A的采集4-6-8数据波形700的滤波形式800和相应频谱850的图形。显示在图8A中的波形800是经过图1的低通滤波器110和非线性模块120处理之后的信号700。

图9A和9B是分别例示根据本发明例示性实施例的图8A的滤波信号800的抖动消除和硬限幅形式900和峰值检测信号的抖动消除和硬限幅形式950的图形。信号900和950已经经过图1的抖动消除器140和硬限幅器150两者的处理。

图10A和10B是分别例示根据本发明例示性实施例的峰值检测信号的脉冲成形形式1000和解码信号的脉冲成形形式1050的图形。

现在对根据本发明例示性实施例检测5-6-7编码模式加以描述。检测5-6-7编码模式的结果显示在图11-14中和下面参照图11-14描述检测5-6-7编码模式的结果。5-6-7编码模式的检测过程与上面参照其它模式描述的检测过程相同。

SER＝7(码元错误)/650(码元)＝1.08*10^-2。

BER＝14(错误位)/3900(位)＝3.6*10^-3。

图11A和11B是分别例示根据本发明例示性实施例的采集5-6-7数据波形1100和相应频谱1150的图形。

图12A和12B是分别例示根据本发明例示性实施例的图11A的采集5-6-7数据波形1100的滤波形式1200和相应频谱1250的图形。显示在图12A中的波形1200是经过图1的低通滤波器110和非线性模块120处理之后的信号1100。

图13A和13B是分别例示根据本发明例示性实施例的图12A的滤波信号1200的抖动消除和硬限幅形式1300和峰值检测信号的抖动消除和硬限幅形式1350的图形。信号1300和1350已经经过图1的抖动消除器140和硬限幅器150两者的处理。

图14A和14B是分别例示根据本发明例示性实施例的峰值检测信号的脉冲成形形式1400和解码信号的脉冲成形形式1450的图形。

利用VAC编码，上面的测试建立了在HDD上以50兆码元速率检测三种不同宽度码元的能力。在进行的测试中，给予从低到高的转换“3T”的宽度，给予从高到低的转换“9T”的宽度，并将“6T”宽度指定给没有改变。以300MHz计时数据，以便实现每秒50兆个码元(50Mbps)速率。进一步，存在三种可以用来将数据速率提高到100Mbps和更高的手段。

在第一种手段中，计时速率保持在300MHz上，但像如下那样采用新编码规则。将原始数据分组成两位字节。存在4种可能组合：00、01、10和11。将如下宽度指定给来自最初原始数据流的每个2位字节：

01------“3T”

10------“9T”

“3T”之后的“6T”表示原始数据流中的“11”，和“3T”之后的“5T”表示原始数据流中的“00”。“9T”之后的“6T”表示原始数据流中的“00”，和“9T”之后的“5T”表示原始数据流中的“11”。由此得出，对于300MHz的时钟速率，我们的码元速率将是50兆个码元/每秒。但是，对于检测到的每种宽度，解码原始数据的2个位。由此，总原始数据速率现在是50兆个码元每秒×2个位＝100Mbps。

就转换密度而言，不超过500kbps的当前极限。

就时间间隔(盘上的距离)而言，可以作出如下比较。在VAC具有3-5/6-9方案的情况下“T”的平均码元宽度是(3T+9T)/2＝6T。对于300MHz的计时速率，T＝3.3毫微秒。由此，盘上转换之间的平均时间间隔是6×3.33毫微秒＝19.99毫微秒。由于每个码元代表原始数据的2个位，我们以19.99毫微秒的平均间隔输出原始数据的2个位，这非常接近原始数据的每个位占据10毫微秒的100Mbps的PRML系统。

在将数据速率提高到100Mbps和更高的第二种手段中，计时速率保持在300MHz上，但像如下那样采用新编码规则。用2/3(1，α)代码编码输入原始数据流。在这种编码过程中，存在三种2-位字和4种4-位字。可能字组合和宽度显示在表1中。

数据A	宽度
		00	3T
01	6T
		10	9T
1100	4T

数据A	宽度
		1101	5T
1110	7T
		1111	85

表1

由此得出，对于300MHz的时钟速率，我们的码元速率仍然是50兆个码元每秒。但是，对于检测到的每种宽度，解码原始数据的2-4个位。就转换密度而言，由于在VAC的情况下“T”的平均码元宽度是(3T+9T)/2＝6T，对应于50兆码元速率，所以不超过500kbpi的当前极限。

就时间间隔(盘上的距离)而言，可以作出如下比较。对于300MHz的计时速率，T＝3.33毫微秒。假设我们想发送列A中所有22个位的数据。相应宽度总共是42T，和总时间间隔是42×3.3毫微秒＝140毫微秒。100Mbps的基于PRML系统将需要22×10毫微秒＝220毫微秒的时间发送相同22个位信息。基于VAC系统提供是100Mbps的PRML系统的220/140＝1.57倍的改进。

在将数据速率提高到100Mbps和更高的第三种手段中，计时速率增加到600MHz，但像如下那样采用新编码规则。将原始数据分组成4位字节。存在16种可能组合，即，8种唯一模式和8种互补模式。如表2所示，如下宽度被指定给来自最初原始数据流的每个4位字节。

唯一序列A	宽度	互补序列B	宽度
				0000	8T	1111	-8T
0001	9T	1110	-9T
				0010	10T	1101	-10T
0011	11T	1100	-11T
				0100	13T	1011	-13T
0101	14T	1010	-14T
				0110	15T	1001	-15T
0111	16T	1000	-16T

表2

列A或B中任何序列之后的“12T”表示前面4-位块的重复模式。序列可以从列A或B中选择。但是，如果两个或更多个4位字来自同一列A，在同一列中进行第2、第4、第6或第8每一次选择之后，需要在前面加上“1”，并且，需要将一个宽度指定给所得的4位字。加上“1”使4位字从列A移到码元具有负极性的列B。这样做保证了相邻码元之间的交替极性，还保证了适合码元的极性。类似地，如果我们需要在列B中选择相继序列，那么，可替换地，必须将“0”加入同一列中的第2、第4、第6和第8选择中。加上“0”将字放到码元具有正极性的列A中。在数据传输结束时，发送指示附加“1”和“0”的插入位置的查用表，解码器将用它来依次排列位。

就转换密度而言，可以观察到码元速率在500kbpi的当前通量反向极限内。就时间间隔(盘上的距离)而言，可以作出如下比较。在VAC的情况下“T”的平均码元宽度是(8T+16T)/2＝12T。对于600MHz的计时速率，T＝1.6666毫微秒。由此，盘上转换之间的平均时间间隔是12×1.6666毫微秒＝19.999毫微秒。由于每个码元代表原始数据的4个位，我们以19.99毫微秒的平均间隔输出原始数据的4个位，这是100Mbps的PRML系统的速率的2倍。具有上面结构的VAC能够支持200Mbps(50兆个码元/秒×4个位)的数据速率。

序列3-6-9、5-6-7、和4-6-8的成功检测建立了VAC可以在HDD上工作的三种不同方式。3-6-9检测具有最好BER性能。5-6-7序列的检测使我们可以确定对检测没有有害影响地可压缩(pack)的脉冲的最近间距。用不含模拟-数字转换器(ADC)的结构进行VAC信号的后处理使节能检测方案有效。

图15是例示根据本发明例示性实施例的解码波形3100的曲线图的图形。在这个曲线图中，X轴代表经过的时间，和Y轴代表检测波形的振幅。在与曲线图相对应的模拟中，使用了3-6-9波形。标成“D”的部分由所有“6”波形组成。在引入3-6-9波形之前，发送大约500个位的所有“6”，以便稳定DC偏移。3-6-9波形清楚地示出了振幅变化，这是由ISI的破坏性影响造成的。

在检测VAC解调信号中，检测信号经受全波整流，从而折叠了负峰值。C^和A之间(9到3转换)的宽度W1表示W1的宽度。ISI影响对于峰A来说不那么显著，因此，它具有标为A1的振幅。下一个宽度W2是A和B之间(3到6转换)的峰分离。ISI对B的影响使它的振幅小于A1。B的振幅被指定成A2。类似地，B和C之间的转换生成宽度W3。C的振幅小于B的振幅，被指定成A3。

可以容易地作出猜测，通过使用PRML类型的检测器，我们拥有3种振幅和3种宽度的组合来作出正确判定。纠错很容易，因为由于振幅如此小，我们甚至不需要检测指定曲线图中的C。如果没有感测到振幅，可以自动断定是“C”。

该过程使用了振幅和宽度的组合来正确解码码元。你也可以只关注振幅并解码预期宽度。由于在VAC的解调过程中，码元宽度在确定解码数据中起关键作用，可以直接映射振幅信息以给出解调VAC数据流。

特别有意义的是通过在发射机上操纵编码数据流在接收机上合成可变振幅的能力。当应用于光记录媒体时，通过改变激光辐射设备的强度，可以使宽度W1、W2和W3具有各种各样的坑深。假设坑深被指定成D1、D2和D3。我们现在拥有9种组合：具有D1、D2和D3的W1；具有D1、D2和D3的W2；和具有D1、D2和D3的W3。这些组合显示在图16中，图16是例示根据本发明例示性实施例的用于波形3210的各种各样编码组合3200的图形。因此，通过选择W和D的组合，我们可以以3个位/码元编码输入数据流。外推这个结果，我们可以使用这种方法将15Gb信息存储在一般只能保存4.7Gb的标准DVD盘上，而无需转到蓝色激光。通过包括更多的宽度和深度，可以获得更高的带宽效率。

为了满足HDTV的存储容量要求，一些人提出了光盘两面上的双层存储。但是，这样的策略将使制造成本显著增加，而一点也不支持数据传输速率。

本发明提供了甚至在使用红色激光技术时也仅在盘的一面上使用单层记录来支持HDTV的、这里称为坑-深度调制的新式光编码技术。此外，传输速率与存储容量成正比，和相当有意义的是，新编码技术可以容易地合并到现有CD/DVD生产线中。

未来DVD系统的许多建议把蓝色激光看作使高密成为可能的技术。但是，120-mm DVD盘的制造公差已经到了极限。蓝色激光必定需要复合一些材料和可能需要新原版盘制作和复制设备来满足可接受质量标准。甚至这种新投资也有可能不足以满足HDTV性能和容量要求。

DVD驱动器的容量增加与激光斑大小的减小成比例的倍数。因此，使用具有410nm短波长的长期探索蓝色激光有希望将存储容量提高到是应用635nm波长红色激光的相似DVD驱动器的2.4倍(635nm/410nm)，这意味着即使DVD驱动器内部装有蓝色激光器，也不能满足HDTV(至少不带单面单层盘)的存储要求。假设蓝色激光器当前可获得，根据目前DVD规范，需要两层来满足HDTV要求；并且，要求使用普通红色激光和双面四层盘。这两种解决方案对终端用户和制造者来说都有缺点。必须将双面盘翻过来以接纳正片(feature film)。双层编码要求附加处理步骤，显著地延长了制造周期。

当前只读光系统的局限性是将数据流压入长度可变和深度固定的“坑”中的坑-长度编码方法造成的结果。数据是利用光电元件读取的，光电元件检测“坑”或“平台”区的二进制输出。与此不同，坑-深度调制基本上是三维数据流记录手段：数据坑的深度可变，而长度固定。光电元件检测可变坑深和生成分级的、而不是二进制的输出。应用坑-深度调制的光驱动器在满足像在HDTV的大联盟建议中定义的那样的19兆位/秒的数据传输要求的同时，可以支持两个多小时的高清晰度图像，或者至少15GB的数据。

此外，使用当前红色激光(635nm/650nm)二极管也可以满足这个规范。当然，波长较短的激光将提供额外的好处，但它们不是生产应用这种编码技术的HDTV现成驱动器的先决条件。尤其对于已经在DVD生产设备方面作了投资的制造者，重要的一点是新编码技术只要求对原版盘制作工作台作相应小改变。此外，现有复制传动装置可以用于在可接受周期内生产新媒体。

根据当前DVD驱动器的激光和轨道间距规范，使用长度固定、深度可变数据坑的光驱动器可以容易地满足HDTV要求。通过更精细地调制坑深度和缩短各个坑的长度，可以进一步提高数据容量和传输速度。前者可以通过改善原版盘制作过程来实现。

在传统光系统中，以长度可变、深度固定坑(上面)的形式将数据流压在盘上。在根据本发明的方法中，在固定坑长内坑深是可变的。

当前CD和DVD播放器不能区分比四分之一波长更深的坑，因为阅读器响应具有正弦性质；随着坑深从零增加到四分之一波长，从盘反射的光从最大下降到最小。因此，需要一种在坑深超过四分之一波长时不会触底的替代读出方法。

通常将坑缩短来提高性能。但是，如果坑太短，来自相邻坑的信号将相互干扰。在原版盘制作过程中通过对坑深稍作调整，可以预先补偿这个码元间干扰。码元间干扰来源于比激光读斑小的坑：当激光斑集中在坑上时，衍射光不仅受感兴趣坑影响，而且还受相邻的坑影响。通过根据它的标称深度上下稍微调整每个坑(数量和方向依赖于相邻坑的深度)，可以使阅读器对与相邻坑无关的特定深度坑生成相同的电响应。实际上，每种阅读器头设计随它的激光斑而稍有不同，因此，需要在原版盘制作和读出两个阶段对码元间干扰加以补偿(即，预补偿和后补偿)。后补偿可以在盘阅读器中利用数字信号处理技术根据来自可变坑深的码元间干扰的知识适当地滤波或均衡数据信号来完成。

图17是例示根据本发明例示性实施例将随机位流存储在存储媒体上的方法的流程图。

根据在从存储媒体中读取VAC编码的读操作期间降低码元间干扰(ISI)和/或轨道间干扰(ITI)的能力，选择包括在预定一组转换宽度中的转换宽度(步骤3305)，以便增加存储媒体上的给定存储区中每次转换的位数，和/或在对VAC编码进行的峰值检测操作期间降低VAC编码的位错率(BER)。

随机位流通过具有只利用包括在预定一组转换宽度中的转换宽度分开的多个脉冲的振幅不变、脉冲宽度可变VAC编码表示(步骤3310)。

沿数据通道发送VAC编码，以便存储在存储媒体上(步骤3320)。应该认识到，步骤3320可以包括在VAC编码的脉冲内间隔内沿数据通道发送其它VAC编码，以便存储在存储媒体上的步骤(步骤3325)。

尽管这里参照附图描述了例示性实施例，但应该明白，本发明不局限于那些确切的实施例，本领域的普通技术人员可以作出各种各样的改变和改进，而不偏离本发明的范围或精神。所有这样的改变和改进都在所附权利要求书限定的本发明的范围之内。

Claims (16)

1.一种二维地编码随机位流以便将所述位流存储在存储媒体上的方法，该方法包括如下步骤：

利用可变孔径编码VAC对随机位流编码，以便形成具有恒定振幅、可变脉冲宽度的VAC编码，该编码由仅利用包括在预定的一组转换宽度中的转换宽度进行分离的多个脉冲表示随机位流，

其中，每一个所述转换宽度代表两个不同的位组合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，预定的一组转换宽度中的每一个转换宽度在相邻转换之间指定不同个数的零。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，预定的一组转换宽度中的转换宽度由转换宽度的第一组、第二组、和第三组之一组成，第一组由三个零、六个零、和九个零组成，第二组由五个零、六个零、和七个零组成，和第三组由四个零、六个零、和八个零组成。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：

沿数据通道发送第一VAC码元，以便将所述位流存储在存储媒体上；和

在所述第一VAC码元的脉冲间的间隔内沿数据通道发送第二VAC码元，以便将所述位流存储在存储媒体上，

其中所述VAC码元是处于发送或接收状态的VAC编码。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一VAC码元和所述第二VAC码元相互正交。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：选择包括在预定一组转换宽度中的转换宽度，以在从存储媒体中读取VAC码元的读操作期间降低码元间干扰ISI和轨道间干扰ITI中的至少一个，

其中所述VAC码元是处于发送或接收状态的VAC编码。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：选择包括在预定的一组转换宽度中的转换宽度，以便增加存储媒体上的给定存储区中每次转换的位数。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：选择包括在预定的一组转换宽度中的转换宽度，以便在对所述VAC编码进行的峰值检测操作期间降低所述VAC编码的位错率BER。

9.一种将随机位流存储在存储媒体上的方法，包括如下步骤：

由具有恒定振幅、可变脉冲宽度的VAC编码表示随机位流，该VAC编码具有仅仅由包括在预定的一组转换宽度中的转换宽度所分离的多个脉冲，

其中，每一个所述转换宽度代表两个不同的位组合；和

沿数据通道发送第一VAC码元，以便将所述位流存储在存储媒体上，其中所述VAC码元是处于发送或接收状态的VAC编码。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，预定的一组转换宽度中的每一个转换宽度在相邻转换之间指定不同个数的零。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，预定的一组转换宽度中的转换宽度由转换宽度的第一组、第二组、和第三组之一组成，第一组由三个零、六个零、和九个零组成，第二组由五个零、六个零、和七个零组成，和第三组由四个零、六个零、和八个零组成。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括如下步骤：在所述第一VAC码元的脉冲间的间隔内沿数据通道发送第二VAC码元，以便将所述位流存储在存储媒体上。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一VAC码元和所述第二VAC码元相互正交。

14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括如下步骤：选择包括在预定一组转换宽度中的转换宽度，以在从存储媒体中读取VAC码元的读操作期间降低码元间干扰ISI和轨道间干扰ITI中的至少一个。

15.根据权利要求9所述的方法，进一步包括如下步骤：选择包括在预定一组转换宽度中的转换宽度，以便增加存储媒体上的给定存储区中每次转换的位数。

16.根据权利要求9所述的方法，进一步包括如下步骤：选择包括在预定一组转换宽度中的转换宽度，以便在对所述VAC编码进行的峰值检测操作期间降低所述VAC编码的位错率BER。

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