CN1947191A

CN1947191A - 用于将次要信道的次要信息编码为主要信道的信道数据流的设备和方法

Info

Publication number: CN1947191A
Application number: CNA2005800127707A
Authority: CN
Inventors: W·M·J·M·科恩; A·H·J·英明克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2007-04-11
Also published as: WO2005104120A3; JP2007534103A; EP1743335A2; KR20070007944A; US20070194970A1; WO2005104120A2; TW200615909A

Abstract

本发明涉及用于将次要信道的次要信息(r)编码到主要信道的信道数据流(3)中的相应方法中的设备，所述信道数据流(3)包括至少二个符号行的信道符号，一个在尺寸上沿着第一方向(t)展开并且沿着第二方向(r)相互对准，所述二个方向构成符号位置的二维点阵。为了提供可用于两维存储系统中的用于编码的设备和方法，建议该设备包括：用于将主要信息(1)编码为所述主要信道的所述主要信道数据流(3)的主要编码器(11)；用于将所述次要信息(2)编码为次要信道数据流(6)以便嵌入所述主要信道数据流(3)的记录信号中的次要编码器(12)；和参数调制装置(13)，用于使用变参数(5)围绕平均值(9)根据所述次要信息改变一个或多个符号行的记录参数(7)，所述记录参数(7)用于在记录载体(21)上记录所述主要信道数据流(3)，进行所述改变，以使所述平均值(9)保持为实质上恒定，并且所述调制可以通过解码设备来检测，所述次要信息被编码为所述改变。

Description

用于将次要信道的次要信息编码为主要信道的信道数据流的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于将次要信道的次要信息编码为主要信道的主要信道数据流的设备和相应的方法，所述主要信道数据流包括至少二个符号行的信道符号，一个在尺寸上沿着第一方向(t)展开并且沿着第二方向(r)相互对准，所述二个方向构成符号位置的二维点阵。

本发明进一步涉及用于从主要信道的主要信道数据流中解码次要信道的次要信息的设备和相应的方法。更进一步，本发明涉及记录载体和包含信道数据流的信号。最后，本发明涉及用于执行所述方法的计算机程序。

背景技术

US 2002/0114460A1公开了一种在主要信道的主要信号的一维比特流中嵌入次要信道的次要信号的方法。为了用于可记录或者可重写数据载体的拷贝保护和数字版权管理，要求可以在隐藏侧信道即在次要信道中写入和重写密钥。因此，在这个文献中建议：在输出主要信号的比特流之前，主要信号的比特流被失真，以使次要信号利用预定失真来表示。这个文献进一步公开了一种用于检测嵌入在主要信号的一维比特流中的次要信号的方法、相应的设备和相应的数据载体。

当前，研制了使用多道读出的用于数据存储的光和磁系统。例如，在没有预先公布的欧洲专利申请02292937.6(PHNL 021237)中描述了一种用于二维光存储的新概念，其中在诸如光盘的记录载体上的信息基本上具有二维字符。目的是实现第三代光存储器(具有波长λ＝405nm的Blu-ray Disc，BD，和在数据密度方面具有2因子的数值孔径NA＝0.85，以及在数据速率方面具有10的因子)(对于相同的光学读出系统的物理参数)的增加。在这个概念中，符号(或者比特)被组织在宽阔的螺线中。这样的螺线由在径向上利用固定的相位关系相互堆叠(stack)的许多符号行组成，以使这些符号被安排在2D(二维)点阵上。这些符号的2D封闭压缩(closed-packed)六边形排序是优选的，因为这具有比方形点阵高15％的敛集率。宽螺线的相继旋转是利用由一个空符号行组成的防护频带(保护间隔)隔开的。为了并行读出，可以使用多点光路(multi-spot light-path)，其中每个点具有BD特性。以2D方式，也就是说，共同地对宽螺线内的所有符号行，执行具有均衡、定时恢复和符号检测的信号处理。

发明内容

本发明的一个目的是提供可以在这样的两维存储系统中使用的用于将次要信道的次要信息编码为主要信道的信道数据流中的设备和相应的方法。此外，将提供用于解码的相应设备和方法、记录载体、信号和用于执行所述方法的计算机程序。

按照本发明，该目的利用根据权利要求1的用于编码的设备来实现。

相应的解码设备在权利要求8中进行限定。

相应的方法在权利要求7和9中进行限定。此外，本发明还涉及根据权利要求10的记录载体。最后，本发明涉及根据权利要求11的用于执行所述方法的计算机程序。

假如宽螺线是由N个符号行组成的。假定p_m，n进一步表示可以对于每个行(利用索引n)的信号波形的每个采样(利用索引m)指定的参数(或者特性)。对于这个参数p，其全局(global)平均值可以认为是在某个窗口内，也就是说，在具有例如M个采样长度的宽螺线的段内：

\underset{n}{Σ} \underset{m}{Σ} p_{m, n} = C

当C是非零时，参数p可以被变换成如下限定的参数q：

q_{m, n} = p_{m, n} - \frac{C}{MN}

以致于参数q的全局平均值的确为零。全局平均值基于宽螺线的所有行。参数q的基于行的平均值还可以对于第n个符号行利用由以下给出的参数δ_n来限定：

δ_{n} = \underset{m}{Σ} q_{m, n}

显而易见的选择将是δ_n对于所有的行具有相同的值，也就是说：使得全局平均值的确是零，因为所有的基于行的平均值是零。

n：δ_H＝0

本发明现在基于该想法，对于一些行，但至少对于二个行，考虑在预先确定的数据流的部分上基于行的平均值中的临时非零值(δ_n≠0)，以使得全局平均值(在数据流的所述预先确定部分内的螺线行上进行平均)保持等于零：

< δ_{n} > = \frac{1}{N} \underset{n}{Σ} δ_{n} = 0

由于实际的原因但不限制本发明范围所描述的显而易见的例子如下。考虑在螺线中的N＝2L+1行，从0到2L进行编号。随后，可以考虑L对的符号行，作为一个示例，每个第i对例如由二个符号行L-i和L+i组成，其中利用(除了δ_L＝0之外)：

δ_L+i＝-δ_L-i

使得对于<δ_n>，满足以上等式。对于偶数的符号行，可以建立类似的推理，使得所有的符号行可以具有非零的行平均值。假如M个采样(与符号时钟同步)的段用于计算基于行的平均值。M个采样的每个段，则可以引入行平均值距零的局部偏差(local deviation)。每个行对和每个段的M个采样，为了简单起见，假设三个具有三进制信令的可能结果。这样的侧信道(次要信道)的总容量从而将达到：

\frac{L}{M} \log_{2} (3)

按照在US 2002/0114460A1中公开的方法，在单个符号行的情况下，如在CD、DVD和BD中使用的常规的单道螺线格式的情况下，只能偏离全局平均值，其当然与基于行的平均值(仅仅具有一行)是相同的。为了限制对于控制环路和伺服系统的可能干扰，段的长度必须是相当小的：类似于锁相环的控制环路借助于以下事实工作，即，它们操纵平均参数p(在这种情况下，在判决引导(decision-directed)最大似然定时恢复方案中的相位误差或其等效参数)为零。对于如按照本发明提出的多道系统中，全局平均值保持为零，以致于对于控制环路和伺服系统将实质上没有影响。

也称作调制深度的变参数(variation parameter)表示有关记录参数变化多少的信息。例如，(磁)道(间)距可以改变+/-10％。在那种情况下，变参数达到0.1。这个变参数被以这样的方式预先确定，即，不妨碍主要信道的正常读出。平均值也最好在编码期间例如对主要信道数据流的一部分进行预定或者确定。

本发明的优选实施例在从属权利要求中进行限定。在有利的实施例中，次要编码器用于通过对二个符号行的对进行记录参数的余变分(complementary variation)来将次要信息编码到信道数据流中。以这种方法，可以容易地获得全局的预定记录参数的平均值保持实质上恒定的效果。以这种方法，最好，每对二个符号行，或者更确切地说，对于这样的二个符号行的对的记录参数的余变分用于编码次要信息的单个比特。

权利要求3至5限定多个优选实施例，其中不同的记录参数及其变化(variation)用于将次要信息编码到信道数据流中。这样的变化可以用于引入局部径向轨道偏移，改变坑-孔(pit-hole)尺寸(例如，在写入信息期间改变电流)，和/或在一个或多个符号行的相位中引入局部偏移，在相位中的所述局部偏移是相对于所有符号行的相位的平均值而生成的。在所有的实施例中，可以在相对比例(scale)上跟踪参数变化，即，来自一个或多个符号行的参数可以与来自其他(参考)行的参数相比较，或者可与利用在所有符号行上的平均值形成的基准相比较。

例如，在定时恢复时，磁盘速度的改变或者写入信道频率的改变不妨碍由于小的相位改变而产生的次要信道，因为基准本身在信道数据流中也是可利用的，并且被记录在记录载体上或者在整个信号中被发送，并且被进一步同时地读出。此外，系统的定时恢复或者跟踪某些参数的其他环路不需要受到有意设置在信道数据流中的改变的妨碍，因为它们可以仅仅跟踪在所有符号行上的平均参数变化。

通常，本发明可用于任何种类的两维存储系统中。最好，信道符号被设置在准六边形、准长方形或者准方形点阵的格点上，并且被分别地安排在具有六边形、长方形或者正方形的符号区域内。最好，使用这些符号的二维封闭压缩的六边形排序，因为它具有最高的敛集率。

附图说明

现在将参考附图更详细地解释本发明，其中：

图1示出用于二维光存储器的示意格式；

图2说明在宽螺线的切线方向中使用点阵失真的原理；

图3示出未失真的点阵和失真点阵的一部分，以说明在切线方向中点阵失真的原理；

图4示出若干符号行，以说明使用径向轨道移动的原理；

图5示出具有或相等坑大小或者行方向不等坑大小的宽螺线的一部分，以说明坑大小的行方向(row-wise)变化的原理；

图6示出按照本发明的编码设备的方框图；和

图7示出按照本发明的解码设备的方框图。

具体实施方式

在下面，考虑由许多符号行组成的宽螺线的特殊情况，其中这些符号行相干地相互堆叠(一个堆叠在另一个上)，即，每个符号行通常与在该螺线中的每个其他符号行具有固定的相位关系(除了是本发明主题的小变分之外)。在图1中示出用于这样的二维光存储器的示意格式(为了简单起见，示出了7行宽螺线)。每个六边形对应于在这个例子中可以具有二个不同比特值的符号单元。宽螺线的相继旋转是利用保护间隔隔开的。信道符号沿着切线方向t展开，并且符号行在径向r上相互堆叠。

对于这样的系统，全局定时恢复将利用单个定时参数来执行，该单个定时参数表征在符号(沿着螺线的方向)之间的切向或者横向距离。这个单个参数是数字PLL的数字定时振荡器(DTO)的频率。在这种情况下，待识别的参数p是相位错误_m，n，它利用PLL相对于单个DTO的零交叉为每个行n进行检测。作为侧信道(side-channel)，与螺旋线的全局符号时钟相比，信息可以被编码在每个行(或者更具体地说，对于上述的实际例子应用的每对符号行)的相位错误中的局部偏移中。事实上，在写信道中，这是通过与全局符号时钟相比稍微延迟一个行中的比特来实现的：这是2D符号点阵在切线方向的失真的类型。在图2中大略地示出用于9行宽螺线情况的原理。在这个例子中，行对L+i和L-i具有限定一个三进制符号的相反相移(当相移等于0时为0，当顶行的相移是负时为-1，或者当顶行的相移是正时为+1)。每行的相移是相对于对于整个宽螺线获得的数字定时振荡器进行测量的。编码的符号等于：[-1 0+1+1]。

图3示出在宽螺旋线中行移动的图示描述。图3a示出未失真点阵，图3b示出上阵的点阵。在图3b中示出的实施例对于符号行L+i和L-i具有相等的但是相反的相移，这取决于例如顶行L+i的相移的标记而表示符号+1或者-1。如果相移是零(在图3中未示出)，那么相应的符号等于0。每行的相移是相对于整个宽螺线获得的数字定时振荡器而测量的。由于行“0”是在螺旋线中的底部符号行，所以编码的符号等于：[+1+1-1]。

对于某些PLL(基于零交叉)的实施例，复杂的方面可以是：相位误差仅仅在沿着给定符号行的符号流的跃迁时进行确定，并且跃迁的数目从行到行可以是不同的，因此，可能需要点阵失真的某一精细调谐，以使全局相位误差达到零，同时具有在给定行中导致的参数变分的鲁棒检测。

对于判决引导最大似然定时恢复方案，在每个符号采样上获得相位误差的等效参数。类似用于基于行的自适应均衡器的其他控制环路不应该干扰所导致的基于行的点阵失真。这在实践中可能难以实现，因为自适应均衡器必须仍然能够在其抽头系数中引入某一不对称性，例如以补偿由于(激光束相对于记录载体)倾斜而在物理读出中引起的不对称性：阻遏这个问题的一种方式是考虑一种全局自适应均衡器，其被设计成对所有的符号行操作(并因而具有行无关的特性)。此外，甚至在物理侧信道中具有非常小信号的情况下，扩频技术可用于实现可靠的检测。

在本发明的另一个实施例中，建议不影响径向伺服系统或者聚焦伺服系统。可以引入具有小偏移的局部径向轨道移动，使得径向伺服和聚焦伺服系统不受影响。这可以被认为是一种类型的在径向中的局部点阵失真。这必须与伺服系统一起用于衍射光栅(其产生用于并行读出宽螺线的点阵列)的定向。这样的光栅伺服系统可以基于外部符号行的径向位置(如果径向跟踪是借助于人工推挽式方法完成，该方法使用在二维光存储系统中采用的外部行的中央孔径信号的幅度方面的平均差)，二个内部符号行随后可以具有径向偏移，不影响整个控制参数，但是个别的偏移可以从个别的信号中进行测量。

图4示出五个符号行，其中外部二个(光)点S₀和S₄由于人工推挽式方法而正好在轨道上。内部行R1、R2、R3可以具有很小的、局部轨道偏移ΔR，其可用于实现次要信道。

在本发明的另一个实施例中，建议在坑大小方面的改变。在二维光存储器中，每个坑比特被控制为覆盖六边形的比特单元大约50％的(圆形)坑-孔。在宽螺旋线的某个局部区域中，在具有不同大小的不同行中可以控制坑，这将影响每个行的信号波形的DC(直流)电平。假设通常的DC控制用于螺线中的所有符号行，通过改变符号行中的坑-孔大小，DC电平将改变。该想法现在为在宽螺旋线的某个区域中对于至少二个符号行改变坑-孔大小，例如，对于二个符号行的情况，通过使一个行中的坑-孔大小略微地大一些，并且对于另一个行，坑-孔大小略微地小一些，使得对于所有符号行的整个控制参数共同地将不受影响。用于个别行(其中坑-孔大小已改变)的控制信号将表示偏离平均控制参数的偏差，从而允许检测侧面信息(次要信息)。

在图5中示出了利用对于每对符号行L+i和L-I具有一个三进制符号的实施例的坑-孔大小改变的原理。图5a示出具有所有相等坑大小的宽螺旋线的一部分，图5b示出具有不等坑大小的宽螺旋线的一部分，与标称情况相比，行对L+i和L-i具有更小/更大的或者更大/更小的坑大小，或者与标称情况相比，具有相等的坑大小，定义相应的符号+1、-1和0。由于行“0”是在螺旋线中的底部符号行中，所以编码的符号等于：[0+1-1]。

图6作为方框图大略地示出按照本发明的编码设备10。编码设备10包括用于将主要信道的主要信息1编码为信道数据流3的主要编码器11。为了编码次要信息2，提供次要编码器12，利用所述次要编码器12将次要信息2编码为次要信道数据流6，该数据流6通过在记录主要信道数据流3期间改变记录参数被嵌入主要信道数据流的记录信号，即，最后记录在记录载体21上的信号。因此，次要信道数据流6被输入给参数调制单元13，其基于另一参数5(其被称作变参数或者调制深度)在至少一个记录参数7中引入变分(variation)。这些变分偏离用于每个符号行的标称(平均)值9。如在上面解释的，这样的变分是局部径向磁道移动的引入、坑-孔大小的变分或者在相位中局部偏移的引入。这样的变分是以平均值实质上保持不变的方式产生的，以致于主要信息能够从最终的信道数据流中读出和解码而无需任何特定的措施。

变参数5最好被预先确定和给定。它包含记录参数的平均值应变化多少以编码次要信息2的信息(也在编码期间例如通过使用未示出的平均单元来预先确定或者确定)。

记录单元20然后使用记录参数7以在主要信道数据流3中嵌入次要信息的方法将主要信道数据流3记录到记录载体21上。记录载体21例如可以是光盘。

图7作为方框图大略地示出按照本发明的解码设备30。在从记录载体21通过读取单元22读取重放信号40之后，该重放信号40被提供给接收机单元31。接收机单元将该重放信号处理为比特同步采样流49，其被输入给主要检测器33。主要检测器33的输出被提供给主要解码器23，其中主要信道的主要信息41能够已在主要解码器23中被解码。

接收机31进一步提供信息46给参数提取单元36，所述参数提取单元36从中提取每个行感兴趣的记录参数47。在解码设备中，所述信道数据流一部分的全局记录参数是通过平均单元32获得的。所述平均值42以及提取的记录参数47然后被提供给次要检测单元35。在其中与用于一个或多个符号行的所述平均值42相比，检测记录参数的值的变分。所述检测的变分48然后被提供给次要解码器34，其从这样的变分中解码次要信息45。

应当注意到，给定参数的每个变分给出非常小的性能损失。因此，这些变分(由变参数即调制深度确定)应尽可能保持为小，并且在相对长的数据块上求平均值将导致合理准确检测这类侧面信息。在这个上下文中，扩频调制技术可能对于实现非常小幅度信号的非常鲁棒检测是所关心的。

利用具有多道读出的系统(对于二维光学格式，具有由许多符号行组成的宽螺旋线)，参数可以被限定，其对于整个宽螺旋线具有全局(总)值，也就是说，对于螺旋线内所有的符号行进行平均。在宽螺旋线的局部部分中，可以引入相对于同一参数的全局值的同一参数的行方式变分(或偏差)，因此构成具有侧面信息的侧面信道，该侧面信息可以用于拷贝保护。选择行方式变分，以致于不管是否存在行方式变分，该参数的全局值保持相同。

虽然已经参考上述的实施例阐明了本发明，但是很显然，其他的实施例可以选择地用于实现同样的目的。因此，本发明的范围并不局限于上述的那些实施例。

应该进一步注意到，在这个说明书中，包括权利要求书，动词“包括/包含”及其变型的使用被理解为指定所述特征、整数、步骤或者成分的存在，但是并不排除存在或者添加一个或多个其他的特征、整数、步骤、成分或其组合。也应注意到，在权利要求书中，在单元之前的不定冠词“一”或者“一个”并不排除存在多个这样的单元。此外，任何参考标记不限制权利要求的范围，本发明可以利用硬件和软件两者来实现，并且若干“装置”可以由相同的硬件项来表示。此外，本发明在于每一个新颖的特征或者特征的组合。

Claims

1.一种用于将次要信道的次要信息(2)编码为主要信道的主要信道数据流(3)的设备，所述主要信道数据流(3)包括至少二个符号行的信道符号，一个在尺寸上沿着第一方向(t)展开并且沿着第二方向(r)相互对准，所述二个方向构成符号位置的二维点阵，包括：

主要编码器(11)，用于将主要信息(1)编码为所述主要信道的所述主要信道数据流(3)；

次要编码器(12)，用于将所述次要信息(2)编码为次要信道数据流(6)，以便嵌入所述主要信道数据流(3)的记录信号；和

参数调制装置(13)，用于使用变参数(5)，围绕平均值(9)，根据所述次要信息改变一个或多个符号行的记录参数(7)，所述记录参数(7)用于在记录载体(21)上记录所述主要信道数据流(3)，进行所述变化，以使所述平均值(9)保持为实质上恒定，并且所述调制可以通过解码设备来检测，所述次要信息被编码为所述变化。

2.根据权利要求1的设备，其中所述次要编码器(12)用于通过对二个符号行的对进行所述记录参数的余变分来将所述次要信息(2)编码为所述主要信道数据流(3)。

3.根据权利要求1的设备，其中所述次要编码器(12)用于对一个或多个符号行引入局部径向轨道移动。

4.根据权利要求1的设备，其中所述次要编码器(12)用于对于一个或多个符号行改变坑-孔尺寸。

5.根据权利要求1的设备，其中所述次要编码器(12)用于相对于所有符号行的相位平均值在一个或多个符号行的相位中引入局部偏移。

6.根据权利要求1的设备，其中所述信道符号被设置在准六边形、准长方形或者准方形点阵的格点上，并且被分别地安排在具有六边形、长方形或者正方形的符号区域内。

7.一种用于将次要信道的次要信息(2)编码为主要信道的主要信道数据流(3)的方法，所述主要信道数据流(3)包括至少二个符号行的信道符号，一个在尺寸上沿着第一方向(t)展开并且沿着第二方向(r)相互对准，所述二个方向构成符号位置的二维点阵，该方法包括以下步骤：

将主要信息编码为所述主要信道的所述主要信道数据流(3)，

将所述次要信息(2)编码为次要信道数据流(6)，以便嵌入所述主要信道数据流(3)的记录信号中；和

使用变参数(5)，围绕平均值(9)，根据所述次要信息，改变一个或多个符号行的记录参数(7)，所述记录参数(7)用于在记录载体(21)上记录所述主要信道数据流(3)，进行所述变化，以使所述平均值(9)保持为实质上恒定，并且这样的变化可以通过解码设备来检测，所述次要信息被编码为所述变化。

8.一种用于从接收的主要信道的主要信道数据流(43)的重放信号(40)中解码次要信道的次要信息(45)的设备，所述主要信道数据流(43)包括至少二个符号行的信道符号，一个在尺寸上沿着第一方向(t)展开并且沿着第二方向(r)相互对准，所述二个方向构成符号位置的二维点阵，包括：

参数提取装置(36)，用于从所述接收的重放信号(40)中提取有关为了将所述次要信息编码为所述主要信道数据流(43)而已改变的记录参数的参数信息，

平均装置(32)，用于确定所述重放信号(40)的一部分的全局记录参数的平均值，所述记录参数利用所述参数信息来识别，

检测装置(35)，用于相比于一个或多个符号行的所述平均值(42)从所述提取的记录参数(47)的变分中检测次要信道信息(48)，和

次要解码器(34)，用于从检测的所述记录参数的变分中解码所述次要信息。

9.一种用于从主要信道的主要信道数据流(43)的重放信号(40)中解码次要信道的次要信息(45)的方法，所述主要信道数据流(43)包括至少二个符号行的信道符号，一个在尺寸上沿着第一方向(t)展开并且沿着第二方向(r)相互对准，所述二个方向构成符号位置的二维点阵，该方法包括以下步骤：

从所述接收的重放信号(40)中，提取有关为了将所述次要信息编码为所述主要信道数据流(43)而已改变的记录参数的参数信息，

确定所述重放信号(40)的一部分的全局记录参数的平均值，所述记录参数利用所述参数信息来识别，

相比于一个或多个符号行的所述平均值(42)，从所述提取的记录参数(47)的变分中，检测次要信道信息(48)，和

根据检测的所述记录参数的变分，解码所述次要信息。

10.一种记录载体(21)，在其上面已记录主要信道数据流(43)，主要信道数据流(43)携带主要信道的主要信息(1)，次要信道的次要信息被编码为主要信道的主要信息，所述主要信道数据流(43)包括至少二个符号行的信道符号，一个在尺寸上沿着第一方向(t)展开并且沿着第二方向(r)相互对准，所述二个方向构成符号位置的二维点阵，其中使用记录参数(7)已记录一个或多个符号行，其中使用变参数(5)，围绕平均值(9)，根据所述次要信息(2)，已改变记录参数，以使所述平均值(9)在所述主要信道数据流的一部分上保持不变，所述改变可利用解码设备来检测。

11.一种包括程序代码装置的计算机程序，用于在所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行根据权利要求7和9的方法。