CN1732514A - 标记间的附加数据通道 - Google Patents

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Abstract

一种设备，其具有光头，以用于通过辐射光束在记录载体上的轨道中写入标记来记录信息。所述辐射被控制成写入具有主标记强度(44)和在标记长度预定范围内的标记长度的标记(40)。此外，次级标记(41)被记录在轨道的相同部分中。次级标记具有与该主标记强度大不相同的次级标记强度(43)和比该预定范围内的标记长度长很多的长度。此外还描述了一种记录载体、记录方法和读取设备。

Description

标记间的附加数据通道
本发明涉及一种通过辐射光束在记录载体上的轨道中写入标记而记录信息的设备。
本发明进一步涉及一种记录载体、一种写入记录载体的方法和一种读取记录载体的设备。
一种包括记录载体的记录信息的系统、一种记录方法和一种重放设备从US 5,724,327获知。该记录载体包括轨道，其中，信息通过第一物理参数的第一变化的光学可读标记(例如所扫描表面的反射率)以预定的方式表示。轨道进一步具有第二物理参数的第二变化，例如在横向方向上轨道的周期偏移(进一步表示为摆动(wobble))、在标记的深度、形状或宽度上的变化。第二变化被调制，调制模式代表了附加信息，例如用于恢复信息的代码。例如，包括去扰码以恢复作为加扰信息存储的信息。所述重放设备包括读取光学标记的读装置和从第二变化的调制中获取代码的解调装置。播放器包括数据处理装置，用于依照所获取的代码再现信息。已知系统的一个问题是附加信息耦合于标记的存在，特别地，对于未记录的记录载体该方法不可用。
因此，本发明的一个目的是提供一种记录载体、一种设备和一种方法，以便以更通用的方式为用户提供附加信息。
根据本发明的第一方面，利用在开头段落中定义的设备来实现所述目的，该设备包括用于提供光束的光头、用于控制光束以在轨道的所选部分中写入标记的光线控制装置(所述标记具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度)以及用于控制光束以在轨道的相同所选部分写入次级标记的二次辐射控制装置(次级标记具有与主标记强度大不相同的次级标记强度和比预定范围内的标记长度长很多的长度)。
根据本发明的第二方面，利用一种承载信息的记录载体实现所述目的，该信息由轨道中的标记表示，所述标记在轨道的至少一部分中，其具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度，轨道的该相同部分进一步包括次级标记，所述次级标记具有与主标记强度大不相同的次级标记强度和比预定范围内的标记长度长很多的长度。
根据本发明的第三方面，利用一种通过辐射光束在记录载体上的轨道中写入标记而记录信息的方法来实现所述目的，该方法包括以下步骤：控制光束以在轨道的所选部分中写入标记，所述标记具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度；和控制光束以在轨道的相同的所选部分中写入次级标记，所述次级标记具有与主标记强度大不相同的次级标记强度和比预定范围内的标记长度长很多的长度。
根据本发明的第四方面，利用一种通过辐射光束从记录载体上的轨道中读取由标记表示的信息和由次级标记表示的附加信息的设备实现所述目的，所述标记具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度，所述次级标记具有与主标记强度大不相同的次级标记强度和在该标记长度预定范围之外的长度，所述标记和次级标记位于轨道的相同所选部分中，该设备包括提供光束的光头、在所述扫描过程中产生用于检测标记和次级标记的扫描信号的前端单元、从扫描信号中获取信息的读处理单元以及从扫描信号中获取在次级标记中编码的附加信息的次级读单元。
其效果是，比主标记长很多且强度低很多的次级标记和所述标记一样被记录在轨道的相同部分中。次级标记被独立形成，并不是主标记的附加变化。这具有优势，即除了能够同时记录主标记和次级标记之外，还能够在记录次级标记之前或之后记录所述标记。而且，长度和强度的不同使得所述标记和次级标记能够被独立检测。
在所述设备的一个实施例中，次级辐射控制装置被适配，以控制光束在轨道的所选部分中仅写入次级标记。这具有优势，即次级标记可以在写入主标记之前或之后被写入。
在所述设备的一个实施例中，次级辐射控制装置被适配，以控制光束来产生标记的组合，其中，位于具有次级标记的轨道区域的标记所具有的主标记强度不同于位于没有次级标记的轨道区域的标记的主标记强度，特别是，该差别使得在扫描信号中，标记和中间空间之间的电平差在轨道的两个区域处基本相等。其效果是，主标记强度(例如，通过控制主标记的宽度、深度或黑度)相应于具有次级标记的区域而被适配。这具有优势，即在具有次级标记和没有次级标记的区域之间的标记和中间空间之间的反射差被减小。
在所述记录载体的一个实施例中，所述不同的次级标记强度由比所述标记显著地更为狭窄的次级标记构成。这具有优势，即次级标记的反射辐射的强度不同于所记录标记的反射辐射的强度，并且也不同于未记录区域的反射辐射的强度。
根据本发明的设备、记录载体和方法的其它优选实施例在进一步的权利要求中给出。
参照下面描述中以实例方式描述的实施例和参照附图，本发明的这些和其它方面将更为明显和透彻，附图中：
图1a示出了盘状记录载体；
图1b示出了记录载体的横截面；
图2示出了记录和/或读取标记和次级标记的扫描设备；
图3示出了次级标记和反射电平；
图4示出了标记和次级标记的强度的实际例子；
图5示出了已写入轨道的功率谱；
图6示出了次级标记、经适配的主标记和反射电平；
图7示出了次级标记和经适配的主标记的反射，和
图8示出了写策略。
附图中，与已经描述过的元件对应的元件具有相同的附图标记。
图1a示出了盘状记录载体11，其具有轨道9和中心孔10。轨道9依照多圈螺旋模式(构成信息层上基本平行的轨道)安排。记录载体可以是光盘，其具有可记录类型的信息层。可记录型记录载体的轨道9由在空白记录载体的制造过程中提供的预凹凸的(pre-embossed)轨道结构指示，例如预刻沟槽。所记录的信息通过沿着轨道记录的光学可检测标记在信息层上表示。所述标记由第一物理参数的变化构成，因此具有不同于周围的光学属性，例如，反射中的变化。可记录盘的例子是使用染料材料的CD-R或DVD+R，以及使用相变材料的CD-RW或DVD+RW。在一个实施例中，记录载体是只读类型，其中标记由凹坑(pit)表示，例如通过按压制造。
图1b是可记录型记录载体11沿着b-b线所取的横截面，其中，透明衬底15配备有记录层16和保护层17。轨道结构例如由预刻沟槽14构成，其使读/写头在扫描过程中跟随轨道9。预刻沟槽14可以实现为缺口(indentation)或高地(elevation)，或者可以由具有不同于预刻沟槽材料的光学属性的材料构成。预刻沟槽使读/写头在扫描过程中跟随轨道9。轨道结构还可由规则延伸的子轨道形成，所述子轨道将周期地导致伺服信号发生。记录载体可以记录有由标记表示的主信息，例如像视频或音频信息的实时信息或其它信息(例如计算机数据)。
用于记录在光盘上信息读和写以及格式化、纠错和通道编码规则在本领域中广为人知，例如从CD或VCD系统可知。二进制数据通过游程调制而编码。交替的坑或岸(或非晶标记和晶体空间)的序列表示二进制数据。光束用来读和写数据，衍射限制点尺寸确定位长度，从而确定光盘上的最大可获得数据容量。例如，对于目前的BD(蓝光光盘)系统，如果用12cm的光盘作数据载体，则大约75nm的位长度使得总光盘容量为25G字节。
如下所述，根据本发明，记录载体也通过次级标记记录，次级标记组成附加数据通道以承载辅助信息。次级标记导致HF信号的幅度的不同的强度调制，并且具有与主标记范围不同的频率范围。反射的不同基本不影响HF数据的内容和质量。这样，包含这样的附加数据流的光盘仍然能够在现有系统中读取，尽管没有获取附加数据。在一个实施例中，次级标记的频率范围基本和预刻沟槽的调制(例如常用的摆动调制)的频率范围不重叠。这减少了附加数据通道与摆动调制的干扰。
值得注意的是，辅助信息可以用来控制在扫描设备或主计算机中处理的信息，例如用于访问所记录信息的代码、支持拷贝控制的标识符、反盗版信息和其它访问机制。附加数据通道中的控制信息可以代表唯一的标识码，以防止非法拷贝或水印。在一个实施例中，附加数据通道可以为用户所用。辅助信息可以是软件程序，例如用于处理、解压缩或编辑音频或视频材料，或是软件程序的“免费软件”类型的版本以使用户试用所述软件的功能。在一个实施例中，辅助信息是音频或视频内容信息，例如电影的宣传片或音频MP3。在不能免费获得记录设备的系统中，附加通道可以用来保护数据被拷贝。例如，次级标记可以通过工业型记录系统在记录载体的生产过程中被预记录(例如对于小规模的生产数目)，或者通过掩模或母版制作(mastering)类型的制造工艺来施加。
图2示出了用于记录和/或读取标记和次级标记的扫描设备。该设备配备有用于扫描载体11上的轨道的装置，该装置包括用于旋转记录载体11的驱动单元21、光头22、用于相对于轨道定位光头22的伺服单元25和控制单元20。光头22包括已知类型的光学系统，以用于产生辐射光束24，该光束24被引导通过光学元件并聚焦到记录载体的信息层的轨道上的辐射点23。辐射光束24由辐射源(例如，激光二极管)产生。该光头进一步包括(未示出)沿着所述光束的光轴移动辐射光束24的焦点的聚焦致动器和在轨道中心的径向方向上精细定位点23的定轨致动器。定轨致动器可以包括径向移动光学元件的线圈，或替换地被安排成改变反射元件的角度。聚焦和定轨致动器由从伺服单元25发出的致动器信号驱动。读取时，由信息层反射的辐射被光头22中的常用类型的检测器(例如四象限二极管)检测，以产生耦合到前端单元31的检测信号，以用于产生各种扫描信号，包括主扫描信号33和误差信号35，用于定轨和聚焦。误差信号35耦合到伺服单元25，以控制所述定轨和聚焦致动器。通过常规类型的读处理单元30(包括解调器、反格式化器和输出单元)，主扫描信号33被处理，以从标记中检测主数字信息。
控制单元20控制信息的扫描和获取，并可用于接收来自用户或主计算机的命令。控制单元20通过控制线26(即系统总线)和设备中的其它单元连接。控制单元20包括控制电路，例如微处理器、程序存储器和执行如下所述的程序和功能的接口。控制单元20也可以实现为逻辑电路中的状态机。在一个实施例中，控制单元执行处理用于访问如上所述的主信息的附加信息的功能，和/或如下所述的记录功能。
所述设备包括次级读取单元32，用于如下所述地检测扫描信号中的次级标记。主扫描信号33从前端单元31接收。例如，通过具有低通或带通功能的滤波器单元34，信号33的由主信息的标记引起的分量被去除，由次级标记引起的分量被隔离。用于重建辅助数据信号的数据时钟的定时恢复可以基于摆动频率或次级标记信号分量。在一个实施例中，定时恢复基于从主数据获取的数据时钟。同步检测可以用来检测辅助数据的数据位。在一个实施例中，附加数据通道配备有通道码和/或纠错码，次级读取单元32配备有通道码解调制器和纠错单元。
所述读处理单元包括解调制器电路，例如用于将所读信号解调制成数字比特值的限幅器。需要注意，快速限幅器可以适合于由次级标记导致的变化而不用进一步修改，特别是当次级标记导致相对较小的幅度差(例如15％)时。在一个实施例中，读处理单元30被适配成在存在由次级标记导致的信号分量的情况下检测来自主扫描信号的标记。例如，该单元可以包括滤波器单元，用于基本阻断次级标记信号分量的频率范围。在一个实施例中，读处理单元被耦合到次级读取单元，以接收表示所检测到的次级标记的次级标记信号。次级标记信号和主扫描信号相组合(例如相减)，以基本消除次级标记信号分量。或者，比特检测器的限幅器电平可以被适配成受次级标记影响的所检测到的平均反射电平。
在一个实施例中，前端单元31具有组合电路，其把来自多个检测器的信号相加，以产生表示通过轨道反射的辐射光束的辐射量的镜像信号来作为扫描信号。在一个实施例中，该组合电路组合来自每个可用的检测器部分的信号。这种表示总反射的信号可以单独耦合到次级标记单元32。
在一个实施例中，所述设备是记录设备，其配备有在一种类型的记录载体(其是可写或可重写的记录载体，例如CD-R或CD-RW，或DVD+R、DVD+RW或BD)上记录信息的装置。该记录设备包括写处理装置和调制器装置，所述写处理装置用于处理输入信息来产生写信号以驱动光头22并且包括输入单元27，所述调制器装置包括格式化器28和调制器29。调制器29耦合到前端单元31，构成用于写信息的辐射控制装置。光束辐射被控制(通常称为记录策略)，以在记录层中产生光学可检测的标记。所述标记可以是任何光学可读形式，例如当在如染料、合金或相变材料中记录时所获得的具有不同于其周围的反射系数的区域的形式，或当在磁光材料中记录时所获得的不同于其周围的极化方向的区域的形式。在一个实施例中，输入单元27包括用于输入信号(例如模拟音频和/或视频，或数字无压缩音频/视频)的压缩装置。合适的压缩装置对于MPEG标准的视频被描述，MPEG-1在ISO/IEC 11172中定义，MPEG-2在ISO/IEC 13818中定义。输入信号或者可以已经根据此类标准被编码。
所述记录设备配备有次级辐射控制装置36，用于通过前端单元31控制光束22来写入次级标记。将要在次级标记中编码的附加信息可以由格式化器28和/或通过控制线26提供。如下所述，次级标记的标记宽度通过控制写入功率来控制。在一个实施例中，辐射光束由快速切换光学元件控制，例如来改变物镜的数值孔径，从而改变辐射方向上的点大小。例如，液晶单元(LC)形式的切换光学元件在“Japan Journalof Applied Physics 36，p.481(1997)”中描述，以用于适配数值孔径(NA)，用于校正象差(aberration)的LC单元在“Japan Journal ofApplied Physics 38，p.1744(1999)”中描述。通常此类元件用于改善扫描点的质量，但是它们可以被切换以产生模糊的点以写入较宽的标记。在一个实施例中，切换光学元件与用于适配辐射光束的激光功率的记录策略相组合。其结果是，次级标记具有与用于代表主信息的主标记的主标记强度大不相同的次级标记强度，参看图3到7。主标记具有由通道码确定的预定范围内的标记长度。例如，在CD中，所述标记具有对应于主数据时钟周期的3到11通道比特的长度。次级标记具有比最长的主标记长度长得多的长度，以在检测期间能够被分离。在起始于大约100通道比特的长度的范围内的次级标记长度使得分离容易。然而，通过在次级读取单元32中使用复杂的信号处理，较短的次级标记可以用来增加附加数据通道的数据容量。需要注意的是，次级标记和主标记记录在轨道的相同部分中。所述标记可以在不同时刻记录。使用写入一次材料(染料类型，例如CD-R)次级标记可以在记录主标记之前、期间和之后记录。在一个可重写材料的实施例中，辐射控制装置29、31配备有特定的不擦除记录策略。在写入相变材料期间，通常擦除功率被施加在记录标记之间以擦除任何先前记录的标记。这样，这种写策略允许一种所谓直接覆写的原则，这意味着先前记录的数据在写入新的数据(标记)期间被擦除。为了能够擦除先前写入的数据，在用于写入标记的脉冲串之间提供擦除功率。该特定的不擦除记录策略被适配成用于在已经包含次级标记的轨道部分中写入标记。这种情况下，例如没有擦除功率被施加在用于写标记的脉冲串之间。在记录载体的一个实施例中，相变材料的结晶属性被专门设计，以获得对写入辐射相对较慢地做出响应的相对较慢的结晶行为。这具有优势，即已经记录的次级标记将不易通过在轨道的相同区域写入另外的标记而被擦除。在一个实施例中，次级辐射控制装置36配备有用于写入相变材料的特定的次级记录策略。该特定的次级记录策略被适配成用于在已经包含主标记的轨道部分中写入次级标记。没有擦除功率被施加在用于写入次级标记的写脉冲串之间。需要注意的是，为写入次级标记，可能需要一个独立的擦除步骤擦除先前记录的任何标记。在另一个实施例中，主标记和次级标记在一个写周期期间同时被写入光盘中。这例如对于相对缓慢相变的材料是可能的，缓慢意味着先前已写入的标记的再结晶(擦除)缓慢地进行。如果光盘以较高记录速度被写入，通过在用于写入主标记的脉冲串之间施加较高擦除功率，有可能与主标记同时写入次级标记。
图3示出了次级标记和反射电平。图的底部示出了主标记40和次级标记41。图的顶部给出了最终的反射。第一反射电平42是对应于轨道的未记录部分的最高电平。第二电平43较低，对应于仅具有次级标记41的轨道部分。第三电平44最低，对应于具有主标记40的轨道部分。通过将记录辐射光束的写入功率控制在适当的功率电平，获得不同的反射电平。
图4示出了所述标记和次级标记的强度的一个实例。所述标记和次级标记在蓝光光盘记录条件下被写入蓝光光盘。在第一写入周期中，长而窄的I100次级标记以5.28m/s的记录速度记录，I100标记为1920ns长，其对应于大约10000nm的标记长度。次级标记被以低写入功率(1.5mW)写入光盘。在第二写入周期中，短的I8主标记以高得多的写入功率(5.5mW)被写入到相同的轨道中，其对应于图3所示的模式。最终得到的数据模式的反射轨迹在图4的左边轨迹50中被示出。低频调制被以块模式写入，导致轨道反射的突变。在写策略的一个实施例中，通过逐渐改变写入功率，施加一个更为渐变的反射过渡。其结果在图4的右边轨迹51中示出。
图5示出了已写轨道的功率谱。对应于轨道中的I100-I8模式的所测量的轨道反射的第一轨迹52在上面的图4中描述。在260kHz和4.125MHz处的两个主峰值现在分别对应于I100和I8载波(更高的谐波也可见)。而且，在第二轨迹53中，在次级标记中编码的随机数据的频谱如图所示。数据在I100标记上叠加，I100频率(和更高的谐波)再次从频谱上清楚地识别。该例子说明有可能从高频主数据中分离出由次级标记引起的低频分量。
图6示出了次级标记、经适配的主标记和反射电平。图中底部示出了在没有次级标记的轨道部分中的主标记40和在有次级标记41的轨道部分中的经适配的主标记45。图的顶部给出了最终得到的反射。第一反射电平42是最高水平，对应于轨道的未记录部分。第二电平46较低，对应于仅具有次级标记41的轨道部分。第三电平44更低，对应于仅具有主标记40的轨道部分。第四电平47最低，对应于具有经适配的主标记45的轨道部分。主标记被适配成在也具有次级标记的轨道部分中较宽。
图7示出了次级标记和经适配的主标记的反射。反射轨迹71具有较好的信号对称性，即峰值和均值之差大为减小。所测量的轨道反射轨迹71对应于上面图6中描述的轨道中的模式。在这种情况下，在经适配的主标记(6.2mW的写入功率)之间，次级标记构成在主标记间的“灰色”空间，并且以1.5mW的功率被写入。在常规标记40(5.5mW的写入功率)之间，“常规”白空间被写入(偏置电平功率)。
图8示出了一个写策略。写策略81的示意布局具有用于写入主标记(HF)和次级标记(LF)的组合的功率电平。最终得到的数据信号82具有由次级标记引起的LF调制和由HF主数据引起的调制。为记录没有次级标记的轨道部分，P1电平83是用于记录常规主标记的标称功率电平，P2电平84是用于记录常规空间的功率电平(偏置电平)。P3电平85是用于在具有次级标记的轨道部分中记录较宽的主标记的功率电平，P4电平86是用于在主标记之间记录次级标记的功率电平。一般而言，功率电平的关系如下：P2电平＜P4电平＜P1电平＜P3电平。在一个实施例中，各个功率电平被调谐成使两个区域(P1电平，P2电平)和(P3电平，P4电平)中的HF信号的非对称性最小。该写策略的结果在上面的图7中示出。在一个实施例中，从(P1，P2)到(P3，P4)的电平设置的改变是逐渐的。这具有减小边界处的比特误差的效果。
尽管本发明主要通过使用相变类型的光盘的实施例来解释，本发明也适用于其它记录载体，例如矩形光学卡、磁-光光盘或任何其它类型的在轨道中写入标记的信息存储系统。需要注意，本文献中的动词“包括”不排除所列之外的其它元件和步骤的存在，元件之前的单词“一个”不排除多个这样的元件的存在，任何附图标记不限制权利要求的范围，本发明可以通过硬件和软件来实现，几个“装置”和“单元”可以由同一硬件或软件项表示。而且，本发明的范围不限于各实施例，本发明在于上述的每个新颖特征或特征组合。

Claims (11)

1.用于通过辐射光束在记录载体上的轨道中写入标记来记录信息的设备，该设备包括：
-提供光束的光头，
-辐射控制装置，用于控制光束以在轨道的所选部分中写入标记，所述标记具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度，和
-次级辐射控制装置，用于控制光束以在轨道的相同所选部分中写入次级标记，所述次级标记具有与该主标记强度大不相同的次级标记强度和比该预定范围内的标记长度长很多的长度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述次级辐射控制装置被适配成用于控制光束以在轨道的所选部分中仅写入次级标记。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述次级辐射控制装置被适配成用于控制光束以在所述信息记录期间写入所述标记和次级标记的组合。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述次级辐射控制装置被适配成用于控制光束以产生标记的组合，其中，位于具有次级标记的轨道区域处的标记所具有的主标记强度不同于位于没有次级标记的轨道区域处的标记的主标记强度，特别是，该差别使得在扫描信号中的标记和中间空间之间的电平差在轨道的两个区域处基本相等。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述次级辐射控制装置被安排成通过将光束辐射的写入功率控制到次级电平来写入次级标记，该次级电平远低于用于写入所述标记的写入功率。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述次级辐射控制装置被安排成通过控制光束形状来写入次级标记，特别是通过可调节的光学元件来控制光束形状。
7.承载由轨道中的标记表示的信息的记录载体，在该轨道中的至少一部分中的标记具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度，该轨道的相同部分进一步包括次级标记，所述次级标记具有与该主标记强度大不相同的次级标记强度和比该预定范围内的标记长度长很多的长度。
8.根据权利要求7所述的记录载体，其中，所述不同的次级标记强度由比所述标记显著地更为狭窄的次级标记构成。
9.用于通过辐射光束在记录载体上的轨道中写入标记来记录信息的方法，该方法包括以下步骤：
-控制光束以在轨道的所选部分中写入标记，所述标记具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度，和
-控制光束以在轨道的相同所选部分中写入次级标记，所述次级标记具有与该主标记强度大不相同的次级标记强度和比该预定范围内的标记长度长很多的长度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在对轨道的所选部分的两次独立的扫描期间，在第一时刻执行对于写入所述标记的所述控制，在一个不同时刻执行写入所述次级标记。
11.用于通过辐射光束从记录载体上的轨道中读取由标记表示的信息和由次级标记表示的附加信息的设备，所述标记具有主标记强度和在标记长度预定范围内的标记长度，所述次级标记具有与该主标记强度大不相同的次级标记强度和在该标记长度预定范围之外的长度，并且所述标记和次级标记位于轨道的相同所选部分中，该设备包括：
-用于提供光束的光头，
-前端单元，用于产生扫描信号以在所述扫描期间检测所述标记和次级标记，
-读处理单元，用于从扫描信号中获取信息，和
-次级读取单元，用于从扫描信号中获取在次级标记中编码的附加信息。
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