CN1933000A - 一种具有保护功能的时序恢复装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有保护功能的时序恢复装置与方法，应用于一光盘读取系统。本发明在时序品质良好时利用频率估计器计算并储存适当的频率估计值作为预存频率估计值，并根据缺陷侦测器来侦测光盘读取系统是否读取到有缺陷的光盘区域。当光盘读取系统侦测到所读取的光盘数据有缺陷时，将所储存的预存频率估计值作为锁频与锁相的基础来产生参考时序。等所读取的光盘数据恢复正常时，再启动正常的锁频机制，此时锁频机制能以较短时间锁住输入信号。因此，本发明不但可以大幅降低因脱锁频率而遗漏掉许多可读数据，也不会有打断锁频机制的正常追踪频率的动作。

Description

一种具有保护功能的时序恢复装置与方法

技术领域

本发明涉及时序恢复(timing recovery)装置，尤指一种应用于光盘(compact disk，CD)读取系统的时序恢复装置与方法。

背景技术

光盘、数字视频光盘(digital video disk，DVD)与高清晰度数字视频光盘(high-definition DVD)等光储存媒体表面经常会有刮伤或污染的缺陷(defect)，甚至是光盘上的指纹、不正常的光盘制作与烧录也有可能影响所读取的输入信号(射频信号，radio frequency signal)的频率与相位(phase)，造成时序恢复装置所产生的参考时序的频率不稳定，使光驱的解码装置会有遗漏掉许多可读数据的可能。

在1993年，Gardner(“Interpolation in Digital Modems-Part I：Fundamentals”，IEEE Trans.on Communications，Vol.41，no.3，March 1993)提出一种时序恢复装置，利用反馈回路(feedback loop)的运作，将输入信号的频率与相位侦测出来，并加以追踪(track)与锁定(lock)，进而读出数据。然而，当光盘有缺陷时，所读取的输入信号的频率与相位遭破坏，会造成回路的不稳定现象，甚至完全错误，而锁频机制也因光盘的缺陷而脱锁。甚至，系统侦测到光盘有缺陷时，锁频机制通常已经从一个适当的频率飘移到另一个不正确的频率，回路必须经过一段时间才能重建适当的频率，而一些可读的数据也因此被遗漏掉。

中国台湾发明第436766号专利提出一种具备在读取有缺陷的光盘媒体时，防止锁相环电路内部基准时序信号混乱的手段的光盘装置。此光盘装置基本上是一个模拟的锁相环(phase-locked loop)电路的结构，同时利用一缺陷检测部来控制保护频率的开关。如同上述的时序恢复装置，当缺陷检测部检测到缺陷时频率可能已经飘移开了。同时，其中的电压保持电路可能会漏电。以上二个原因都可能造成保护频率不准确。

中国台湾发明第543297号专利提出一种数字锁相环装置与信号产生方法。图1A为一种已知的数字锁相环装置的结构方框图。图1B为已知的环路滤波器(loop filter)与锁定控制器(lock controller)的结构方框图。参考图1A、图1B，数字锁相环装置100包含一内插器(interpolator)101、一时序误差侦测器(timing error detector)102、一环路滤波器103以及一锁定控制器104。内插器101接收一输入信号后产生一同步取样信号。时序误差侦测器102接收同步取样信号后产生时序误差。内插器101、时序误差侦测器102的结构与动作是已知技术，不再重复说明。

环路滤波器103包含一相位缓存器1031，一频率缓存器1032，两个乘法器1033、1034，两个加法器1035、1037，以及一多工器1036。乘法器1033将时序误差乘上第一参数K1后，将结果储存在相位缓存器1031。乘法器1034将时序误差乘上第二参数K2。加法器1035将频率缓存器1032的输出值与乘法器1034的输出值相加。多工器1036接收加法器1035的输出值与锁定控制器104的备份值，并根据锁定控制器104的重新读取信号的控制来选择其中的一数据输出至频率缓存器1032。加法器1037将相位缓存器1031与频率缓存器1032的输出值相加后产生内插时序值。

锁定控制器104包含一锁定侦测器1041、缓存器1042以及一多工器1043。锁定侦测器1041是根据同步取样信号的时序品质(timing quality)来设定一重新读取信号或一备份信号。该锁定侦测器1041在时序品质进入不良状态时将重新读取信号使能，而于时序品质进入一良好状态时将备份信号使能。缓存器1042用于储存内插时序值的备份值。而多工器1043是接收内插时序值与缓存器1042的备份值，并在备份信号被使能时将内插时序值储存在缓存器1042。

此电路的缺点是锁定侦测器1041侦测到时序品质不良之处未必是有缺陷的地方。比如在读取数据时，即使光盘没有缺陷，也有可能因为频率的变化而使得锁定侦测器1041判断此时的时序品质不良，而被插入缓存器1042所储存的频率值，造成锁相环的正常追踪频率动作被打断，对锁相环形成多余的控制。再者，当锁相环受外力或电气干扰时，缓存器1042所储存的频率值也会受干扰。上述问题使得数字锁相环不稳定且没有效率。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明主要目的是提供一种具有保护功能的时序恢复装置，应用于一光盘读取系统，通过计算与保护平均频率，使其在读取到有缺陷的光盘区域时，能有效改善系统的时序恢复效率并避免遗漏数据。

为了达到上述目的，本发明的具有保护功能的时序恢复装置应用于一光盘读取系统，包含一内插器、一时序误差侦测器、一缺陷侦测器、一环路滤波器以及一频率估计器。

内插器接收一输入信号与一控制信号进行内插处理，产生一同步取样信号。时序误差侦测器侦测同步取样信号的时序误差。缺陷侦测器则根据输入信号的包络线(envelope)的变化来判断是否读取到有缺陷的光盘区域，并产生一检测信号，且在侦测到有缺陷的光盘区域时将该检测信号使能。环路滤波器用于将时序误差值滤波，并根据检测信号产生一内插时序值与一频率估计值。频率估计器根据输出信号的时序品质与频率估计值，产生一预存频率估计值。其中，当缺陷侦测器的检测信号被使能时，该环路滤波器根据预存频率估计值产生内插时序值。

本发明另一目的是提供一种具有保护功能的时序恢复方法，应用于一光盘读取系统，包含下列步骤：根据控制信号，对输入信号进行内插处理以产生同步取样信号；同时根据该输入信号的包络线的变化来判断是否读取到有缺陷的光盘区域；侦测同步取样信号的时序误差；根据同步取样信号的时序品质与一频率估计值以产生一预存频率估计值；当所读取的光盘数据正常时，将第一相位值与频率估计值相加以得到内插时序值，当读取到有缺陷的光盘区域时，将第一相位值与预存频率估计值相加以得到内插时序值。

综上所述，本发明在时序品质良好时计算并储存频率估计值，当读取到光盘的缺陷区域时，再将此预存的频率估计值作为锁频与锁相的基础来读取数据。等缺陷区域读取完毕后，启动正常的锁频机制，此时又能立即锁住同步取样信号。因此，本发明不但可以大幅降低因脱锁频率而遗漏掉许多可读数据，也不会打断锁相环的正常追踪频率的动作，简单而有效地解决了已知技术的许多问题。

现配合下列附图、实施例的详细说明及权利要求，将上述及本发明的其它目的与优点详述于后。

附图说明

图1A是一已知的数字锁相环装置的结构方框图。

图1B是已知的环路滤波器与锁定控制器的结构方框图。

图2是本发明的具有保护功能的时序恢复装置的硬件结构方框图。

图3是环路滤波器与频率估计器的更详细的硬件结构方框图。

图4是本发明具有保护功能的时序恢复方法的流程图。

图5是图4中产生一频率估计值步骤所采用方法的流程图。

具体实施方式

图2是本发明的具有保护功能的时序恢复装置的硬件结构方框图。具有保护功能的时序恢复装置200应用于一光盘读取系统，包括一内插器101、一时序误差侦测器102、一缺陷侦测器201、一环路滤波器210以及一频率估计器220。

内插器101接收一异步(asynchronous)取样信号与一内插时序值后进行内插处理，产生一同步(synchronous)取样信号。时序误差侦测器102侦测同步取样信号的时序误差。缺陷侦测器201则根据异步取样信号的包络线的变化来判断是否读取到有缺陷的光盘区域，并产生一检测信号，且在侦测到有缺陷的光盘区域时将该检测信号使能。环路滤波器210用于将时序误差值滤波，并根据检测信号，产生一内插时序值与一频率估计值。频率估计器220根据同步取样信号的时序品质与频率估计值，产生一预存频率估计值。

其中，当缺陷侦测器201的检测信号被使能时，环路滤波器210即根据预存频率估计值产生内插时序值。

因为光盘读取系统读取到有缺陷的光盘区域时，其异步取样信号的振幅会远小于读取正常的光盘的异步取样信号的振幅。基于此特性，缺陷侦测器201可利用异步取样信号的包络线的变化来判断是否读取到有缺陷的光盘区域。另外，异步取样信号是由模拟数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)203对一模拟信号取样后所输出。

由于光驱读取的线速度在光盘缺陷区域的前后是几乎不变的，因此本发明假设频率是不变的。本发明利用频率估计器220，事先在读取正常的光盘区域时计算出正确的频率估计值，并保护和储存此频率估计值作为预存频率估计值。而在稍后读取到有缺陷区域时，即以此预存频率估计值作为锁频与锁相的基础。待缺陷区域读取结束后，频率估计器220又能立即锁住同步取样信号，使光盘读取系统的数据读取正确又有效率，避免遗漏许多可读数据。此外，因为频率几乎不变，频率估计器220所估计出的频率估计值不受噪声干扰。

图3是图2的环路滤波器与频率估计器的更详细的硬件结构方框图。参考图3，频率估计器220包含一第一开关(switch)323、一时序品质侦测器(timing quality detector)321和一平滑滤波器(smoothing filter)322。

根据本发明，同步取样信号在零交越点两侧的两相邻取样值的绝对值的比值非常接近1时，时序品质为良好状态，而当同步取样信号在零交越点两侧的两相邻取样值的绝对值的比值远离1时，时序品质为不良状态。因此，时序品质侦测器321根据该零交越点两侧的两相邻输出信号的绝对值的比值与一门槛值的比较结果，产生一锁定信号。第一开关323再回应锁定信号以开启(on)或关闭(off)开关。

若内插后的同步取样信号品质高，环路的时序品质也是高的，此时，频率几乎是正确的。同时，若此频率通过平滑滤波器322将得到可靠的频率估计值。所以当锁定信号显示时序品质为良好状态时，第一开关323关闭，平滑滤波器322对频率估计值进行频率估计(如，计算平均频率)，将估计结果的数据储存并作为所述预存频率估计值输出。当锁定信号显示时序品质为不良状态时，第一开关开启，平滑滤波器322直接输出储存的频率估计值作为预存频率估计值。值得注意的是，平滑滤波器322所使用的估计方法不会因为频率估计值短期间的变化，而造成预存频率估计值的变化。因此，读取缺陷区域所造成的突然脱锁不会影响平滑滤波器322的输出。

参考图3，环路滤波器210包括一第一乘法器311、一第二乘法器313、一加法器312、一减法器314、一延迟电路316以及一第二开关315。

由于，相位与频率的关系如下：

θ＝2πft，dθ/dt＝2πf

因此，减法器314将前后连续二个相位值相减之后，即产生一频率值。

第一乘法器311将时序误差侦测器203所产生的时序误差值乘上第一增益值Kp之后，产生一第一相位值。第二乘法器313将时序误差值乘上第二增益值Ki之后，产生一第二相位值。延迟电路316将频率估计值延迟一预设时间后输出，产生一频率估计延迟值。减法器314将第二相位值与频率估计延迟值相减以产生数据X。第二开关315的输出是依据检测信号的内容而作切换。也即，若检测信号显示光盘没有缺陷，第二开关315将本身的输出端连接至减法器的输出端314，也就是输出数据X作为频率估计值。若光盘有缺陷，则将本身的输出端连接频率估计器220的输出端，也就是输出预存频率估计值作为频率估计值。加法器312将第一相位值与频率估计值相加以产生内插时序值。

图4是本发明具有保护功能的时序恢复方法的流程图。首先，在步骤S401中，根据一控制信号，对输入信号进行内插处理以得到输出信号，同时根据输入信号的包络线的变化以判断是否读取到有缺陷的光盘区域。接着，在步骤S402中，侦测输出信号的一时序误差值。在步骤S403中，根据输出信号的时序品质与频率估计值以产生一预存频率估计值。在步骤S404中，判断是否读取到有缺陷的光盘区域。当光盘没有缺陷时，在步骤S405中，将第一相位值与频率估计值相加以得到内插时序值。当光盘有缺陷时，在步骤S406中，将第一相位值与预存频率估计值相加以得到内插时序值。

图5是图4中的产生一预存频率估计值步骤所采用方法的流程图。以下根据该图说明产生一预存频率估计值方法的步骤。首先，在步骤S501中，侦测输出信号的时序品质。主要是根据零交越点两侧的两相邻输出信号的绝对值的比值与一门槛值的比较结果。接着，在步骤S502中，判断输出信号的时序品质。当时序品质在良好状态时，在步骤S504中，对频率估计值进行频率估计，输出并储存该频率估计值作为预存频率估计值。反之，当时序品质为不良状态时，在步骤S503中，直接将数据输出作为预存频率估计值。

其中，输入信号为一异步取样信号，输出信号为一同步取样信号。

综上所述，本发明在时序品质良好时利用频率估计器计算并储存频率估计值作为预存频率估计值，并根据缺陷侦测器201的输出作判断是否读取到光盘的缺陷区域。当读取到光盘的缺陷区域时，再将此预存频率估计值作为锁频与锁相的基础来读取数据。等缺陷区域读取完毕时，再将频率放开，并启动正常的锁频机制，此时频率估计器220又能立即锁住同步取样信号。因此，本发明不但可以大幅降低因脱锁频率而遗漏掉许多可读数据，也不会打断锁相环的正常追踪频率的动作，简单而有效地解决了上述已知技术的诸多问题。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，本领域技术人员可进行各种变形或变更。

Claims (11)

1、一种具有保护功能的时序恢复装置，应用于一光盘读取系统，包括：

一内插器，接收一输入信号与一内插时序值进行内插处理，产生一同步取样信号作为输出信号；

一时序误差侦测器，侦测出该同步取样信号的一时序误差值；

一缺陷侦测器，根据该输入信号的包络线的变化判断是否读取到有缺陷的光盘区域，并产生一检测信号，且该检测信号在读取到有缺陷的光盘区域时被使能；

一环路滤波器，用以将该时序误差值滤波，并根据该检测信号和一预存频率估计值来产生所述内插时序值和一频率估计值；以及

一频率估计器，根据所述输出信号的时序品质与所述频率估计值，产生所述预存频率估计值；

其中，当所述缺陷侦测器的检测信号被使能时，所述环路滤波器是根据所述预存频率估计值产生所述内插时序值。

2、如权利要求1所述的具有保护功能的时序恢复装置，其中所述频率估计器包含：

一第一开关；

一时序品质侦测器，根据零交越点两侧的两相邻输出信号的绝对值的比值与一门槛值的比较结果，以开启或关闭该第一开关；以及

一平滑滤波器，当该第一开关关闭时，对该频率估计值进行频率估计，将估计结果的数据储存并作为所述预存频率估计值输出，当该第一开关开启时，则直接输出存储的所述结果数据。

3、如权利要求1所述的具有保护功能的时序恢复装置，其中所述环路滤波器包含：

一第一乘法器，将该时序误差值乘上一第一增益值，产生一第一相位值；

一第二乘法器，将该时序误差值乘上一第二增益值，产生一第二相位值；

一延迟电路，将该频率估计值延迟一预设时间后输出，产生一频率估计延迟值；

一减法器，将该第二相位值与该频率估计延迟值相减；

一第二开关，是接收减法器的输出信号与所述频率估计器的预存频率估计值，若该光盘无缺陷，该检测信号未被使能时，则该第二开关输出减法器的输出信号作为所述频率估计值，若该光盘有缺陷，该检测信号被使能时，该第二开关输出所述预存频率估计值作为所述频率估计值；以及

一加法器，将该第一相位值与该频率估计值相加以产生所述内插时序值。

4、如权利要求1所述的具有保护功能的时序恢复装置，其中该输入信号是由一模拟数字转换器所输出。

5、如权利要求4所述的具有保护功能的时序恢复装置，其中该模拟数字转换器是取样一模拟信号而产生该输入信号。

6、如权利要求1所述的具有保护功能的时序恢复装置，其中该输入信号为一异步取样信号。

7、一种具有保护功能的时序恢复方法，应用于一光盘读取系统，包括下列步骤：

根据一内插时序值对一输入信号进行内插处理以得到一同步取样信号作为输出信号；同时根据该输入信号的包络线的变化判断是否读取到有缺陷的光盘区域；

侦测出该同步取样信号的时序误差值；

根据该同步取样信号的时序品质与一频率估计值以产生一预存频率估计值；以及

产生内插时序值，当读取到正常的光盘区域时，将一第一相位值与所述频率估计值相加以得到该内插时序值，当读取到有缺陷的光盘区域时，将该第一相位值与所述预存频率估计值相加以得到该内插时序值。

8、如权利要求7所述的具有保护功能的时序恢复方法，其中所述产生该预存频率估计值的步骤，包括以下子步骤：

侦测该输出信号的时序品质；以及

当该输出信号的时序品质在良好状态时，对该频率估计值进行频率估计，将估计结果的数据储存并作为所述预存频率估计值输出，当该输出信号的时序品质为不良状态时，直接将储存的所述结果数据输出以作为所述预存频率估计值。

9、如权利要求8所述的具有保护功能的时序恢复方法，其中所述侦测该输出信号的时序品质的方法，是利用零交越点两侧的两相邻输出信号的绝对值的比值与一门槛值的比较结果。

10、如权利要求7所述的具有保护功能的时序恢复方法，其中该输入信号是取样一模拟信号而得到的。

11、如权利要求7所述的具有保护功能的时序恢复方法，其中该输入信号为一异步取样信号。

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