CZ200273A3 - Způsob převádění toku datových bitů binárního informačního signálu na tok datových bitů omezovaného binárního kanálového signálu, zařízení pro kódování signálu, nosič záznamu, způsob dekódování a zařízení pro dekódování - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu převádění toku datových bitů binárního informačního signálu na tok datových bitů omezeného (constrained) binárního kanálového signálu, přičemž tok datových bitů binárního informačního signálu je rozdělen do n-bitových informačních slov, která se převádějí na m-j^-bitová kanálová slova v souladu s kanálovým kódem C·^ nebo m₂-bitová kanálová slova v souladu s kanálovým kódem C₂, kde m-p m₂ a n jsou celá čísla, pro něž platí m₂>m₁>n, přičemž m₂-hitové kanálové slovo se volí z nejméně dvou m₂-bitových kanálových slov, z nichž nejméně dvě mají vzájemně opačné parity, přičemž m^-bitová kanálová slova a m₂-bitová kanálová slova, spolu spojená do řetězce, vyhovují omezení z hlediska délky běhu binárního kanálového signálu, přičemž způsob zahrnuje opakované a/nebo prostřídané kroky: - vybírání m^-bitového kanálového slova z množiny z více množin m^-bitových kanálových slov, přičemž každá množina obsahuje jen m₁-bitová kanálová slova mající začáteční část z podmnožiny začátečních částí -bitových kanálových slov, přičemž každá množina je přiřazena ke kódovému stavu kanálového kódu c_lf přičemž kódový stav se zakládá v závislosti na koncové části předchozího kanálového slova, nebo

-2• · · · • ··· ·· · · · ·

9 9 · · φ · φ

Φ·»· ΦΦ φφ ΦΦΦΦ ΦΦ ΦΦΦΦ

- vybírání m₂-bitového kanálového slova z množiny z více množin m₂-bitových kanálových slov, přičemž každá množina obsahuje jen m₂-bitová kanálová slova mající začáteční část z podmnožiny začátečních částí m₂-bitových kanálových slov náležejících do této množiny, přičemž každá množina je přiřazena ke kódovému stavu kanálového kódu C₂, přičemž kódový stav se zakládá v závislosti na koncové části předchozího kanálového slova, přičemž koncové části m-^-bitových kanálových slov v kódovém stavu kanálového kódu a začáteční části m₂-bitových kanálových slov v množině kanálového kódu C₂ jsou uspořádány tak, že vyhovují uvedenému omezení z hlediska délky běhu. Vynález se také týká zařízeni pro kódování, signálu obsahujícího tok datových bitů omezeného binárního kanálového signálu, nosiče záznamu, a způsobu a zařízení pro dekódování .

Dosavadní stav techniky

Dosud nepředzveřejněná související evropská patentová přihláška EP 00200712.8 (PH-NL000074) popisuje omezený binární kanálový signál, který je konstruovaný opakovaným nebo prostřídaným použitím kanálového kódu a kanálového kódu C₂. Vzhledem ke skutečnosti, že v kanálovém kódu C₂ jsou pro každé informační slovo k dispozici dvě kanálová slova s opačnými paritami, je možné ovlivňovat předem určené vlastnosti omezeného binárního kanálového signálu, například prováděním zaručeného ovládání stejnosměrné proudové složky. Mimo toto zaručené ovládání stejnosměrné proudové složky není prováděno žádné další ovládání stejnosměrné proudové složky. Může být však žádoucí, aby bylo možné pro• 0

000

0»« 0·0 · 0 0 ···» ·0 00 0000 0« 0000

-3vádět přídavné ovládání stejnosměrné proudové složky.

Vynález si klade za úkol dále ovlivňovat předem určené vlastnosti výše uvedeného omezeného binárního kanálového signálu, například pro provádění přídavného ovládání stejnosměrné proudové složky.

Podstata vynálezu

Způsob podle vynálezu zahrnuje krok nahrazování, v závislosti na předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu, kanálového slova náhradním kanálovým slovem tak, aby se ovlivnila hodnota předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu, přičemž nahrazované kanálové slovo a náhradní kanálové slovo zakládají stejný stav.

Tento proces zahrazování kanálových slov může být prováděn je pro omezený počet hodnot (vstupních položek) v kódové tabulce. Nahrazením omezeného počtu kanálových slov náhradními kanálovými slovy je možné provádět stochastické ovládání, například když nahrazování působí obrácení parity. Stochastickým ovládáním se rozumí druh ovládání, při němž konkrétní použití tohoto ovládání pomocí nahrazování závisí na skutečném konkrétním datovém obsahu (informačních slovech), který vstupuje do kodéru. Volba, zda se má vykonávat nahrazování, může být prováděna na základě hodnoty předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu, například na základě kritéria týkajícího se RDS nebo RDS značí Runníng Digital Sum suma. Ovládáním průběžné digiprovádět potlačování nízkofrekkritéria týkajícího se DSV. neboli průběžná digitální tální sumy (RDS) je možné

-4-- ·· ·· ·· ·· • · · «·«· φ · · · ···« · 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 * · • 9 9 9 9 9 9 9 9

9999 99 99 9999 99 9999 vencních složek nebo ovládání stejnosměrných proudových složek. DSV znamená Digital Sum Variation neboli variace digitální sumy, udávající celkový počet hodnot digitální sumy, který u binárního signálu vzniká. Volba, zda vykonávat nahrazování, může být provedena na základě hodnoty jakékoli předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu, která se má ovlivňovat (například generování pilotních sledovacích tónů, viz US 5 136 436 (PHN 12533)).

Vynález je založen na seznání toho, že v řešení kanálového kódu, založeného na související evropské patentové přihlášce EP 00200712.8 (PH-NL000074)), existuje určitý zvláštní prostor pro zavádění stochastického ovládání přídavně k zaručenému ovládání. Tento další prostor je využit tím, že omezený počet kanálových slov je nahrazen jinými náhradními slovy za tím účelem, aby bylo možno ovlivňovat předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu. Nahrazování kanálových slov se také týká nahrazování části kanálového slova. Aby se zaručilo například ovládání stejnosměrné proudové složky s předem určenou úrovní účinnosti v kanálovém kódu, založené na kombinaci dvou kódů C-^ a C₂, musí mít nahrazování, t.j. kombinace nahrazeného kanálového slova a náhradního kanálového slova, tu vlastnost, že jak nahrazené kanálové slovo, tak i náhradní kanálové slovo, zakládají stejný stav.

V jiném způsobu podle vynálezu zahrnuje krok nahrazování kanálového slova náhradním kanálovým slovem různé typy nahrazování.

-5w - ww VV • · · · • · ·· » · » · · · ······ ···· · • · · » · « · · · ··♦· ·· «0 1*4« 00 0000

Prostor, který je k dispozici v koncepci výše uvedeného kanálového kódu, může být využit pro zavádění různých typů nahrazování. Tímto způsobem jsou vytvořena nahrazování pro více informačních slov, čímž se zvýší stochastické ovládání binárního signálu.

Podle jiného způsobu podle vynálezu dochází pro každé informační slovo k maximálně jednomu typu nahrazování.

Je výhodné zavádět pro každé informační slovo maximálně jeden typ nahrazování. Nahrazování, která jsou k dispozici, jsou tak lépe rozprostřena po informačních slovech, čímž se zvyšuje stochastické ovládání binárního kanálového signálu.

V jiném provedení vynálezu náhradní kanálové slovo nenáleží k množinám kanálových slov kanálových kódů nebo

První nahrazování je založeno na skutečnosti, že v tomto kanálovém kódu se určitá konkrétní kanálová slova při normálním použití kanálového kódu v kanálovém bitovém toku nevyskytují. Nahrazením omezeného počtu kanálových slov náhradními kanálovými slovy nepatřícími ke kanálovým slovům přítomným v binárním kanálovém signálu před nahrazováním je možné dosáhnout přídavné stochastické ovládání stejnosměrné proudové složky.

Podle jiného způsobu podle vynálezu je náhradní kanálové slovo vypuštěno z množin kanálových slov kanálových • * -W V» «· «· · • · · · Φ Φ · Φ · · ·

Φ Φ ΦΦ Φ φ φ φ Φ Φ • · Φ ΦΦΦ ΦΦΦ ·♦♦· ΦΦ φφ ΦΦΦΦ ΦΦ ΦΦΦΦ

-6kódů nebo C₂ s ohledem na omezení počtu po sobě jdoucích běhových délek xT v binárním kanálovém signálu. V jednom provedení je x=3. V jiném provedení je počet po sobé jdoucích běhových délek xT 6.

Tento druhý typ nahrazování je založen na skutečnosti, že některá kanálová slova, která byla původně vypuštěna s ohledem na omezení RMTR (omezení na běh opakovaných běhových délek minimální velikosti), mohou být použita jako náhrady za podmínky, že spojení s předchozím kanálovým slovem nevede k porušení tohoto omezení RMTR. RMTR značí Repeated Minimum Transition Runlength. Například omezení RMTR=6 znamená, že počet po sobě jdoucích běhových délek 3T ve sledu kanálových slov je omezen na 6. Více informací o tomto omezení RMTR (Repeated Minimum Transition Runlength) je možné najít ve zveřejněné patentové přihlášce W099/63671-A1 (PHQ 98.023).

V jiném způsobu podle vynálezu je náhradní kanálové slovo zvoleno z jedné množiny z více množin kanálových slov, přičemž soubor je přiřazen ke kódovacímu stavu odlišnému od kódovacího stavu, v němž bylo nahrazené slovo.

Třetí typ nahrazování vyplývá z toho, že vzhledem ke struktuře kanálového kódu je možné provádět výměnu mezi kódovacími stavy podmínečně, což znamená, že výměna může být prováděna pouze pro určitá kanálová slova. Pod výměnou se rozumí, že se náhradní kanálové slovo, použité v binárním kanálovém signálu, zvolí z kódovacího stavu odlišného od kódovacího stavu, v němž je nahrazované slovo.

• ♦ • ·«· ·· ·· • · · ·· ·· • · · • · · · · · • · · · · · · · · ···· ·· ·· · + »· ·« ····

Je-li parita nahrazovaného kanálového slova odlišná od parity náhradního kanálového slova, vytvoří se prostor pro další ovlivňování předem určených vlastností binárního kanálového signálu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.1 příklad způsobu kódovaní podle související evropské patentové přihlášky EP č.00200712.8 (PH-NL000074), obr.2 příklad stavového charakterizování šestistavového konečného stavového stroje (Finite-State-Machine) k použití pro hlavní kód (kanálový kód CjJ, určený pro kanálová omezení d=2, k=10, obr.3 příklad stavového charakterizování šestistavového konečného stavového stroje (Finite-State-Machine) k použití pro duální kód (kanálový kód C₂), určený pro kanálová omezení d=2, k=10, obr.4 kódovou tabulku hlavního kódu C_lf obr.5 příklad, jak se provádí dekódování funkce příštího stavu kanálových slov hlavního kódu, obr.6 strom RDS k použití pro provádění ovládání stejnosměrné proudové složky, obr.7 schéma zařízení pro kódování, obr.8 schéma nosiče záznamu, na který byl zaznamenán signál obsahující tok datových bitů binárního kanálového signálu s omezením, získaného po provádění způsobu podle vynálezu do stopy, obr.9 zvětšený detail nosiče záznamu z obr.8, obr.10 schéma zařízení pro dekódování, obr.11 schéma záznamového zařízení pro zaznamenávání informací a obr.12 schéma čtecího zařízení pro čtení nosiče záznamu.

» ·· ·· «· *· ·· · · · · · I · · · » • · ·· · · · ·« * * · · ♦ · · · · ♦ ···· ·· «· ···· »« ····

-8Příklady provedení vynálezu

Obr.l graficky znázorňuje příklad způsobu kódování. Použitím tohoto způsobu mohou být ovlivňovány předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu, například pro zaručené ovládání stejnosměrné proudové složky střídáním dvou kódů C-j- a C₂ pomocí střídací kombinace, jaká je také známá v dekodéru.

Uvažujme dva kanálové kódy Cj a C₂. Oba kódy jsou aplikovány na n-bitové symboly. Kanálový kód je vysokorychlostní kód s mapováním n-na-m^ a kanálový kód C₂ je nízkorychlostní kód s mapováním n-na-m₂. V tomto příklade má kód při d=2 a k=10 mapování 8-na-15 a kód C₂ mapování 8-na-17 (n=8, m₁=15, m₂=17). Zaručované ovládání stejnosměrné proudové složky, t.j. ovládání stejnosměrné proudové složky pro každou možnou sekvenci informačních slov, se dosahuje, jestliže jsou splněny následující podmínky: pro každý n-bitový symbol má kanálový kód dvě kanálová slova, a to jedno se sudou a druhé s lichou paritou pro ovlivňování RDS-hodnoty binárního kanálového signálu; pro každý n-bitový symbol mají dvě možné kanálové reprezentace kódu C₂ stejný příští stav. Konečné stavové stroje (Finite-State-Machine, FSMs) kódů C-^ a C₂, udávající stavy a stavová charakterizování kanálových kódů Cj a C₂, mají stejný počet stavů, a jsou založeny na stejném přibližném vlastním vektoru (podle Franazekovy definice, viz § 5.3.1 knihy Codes for mass data storage systems, K.A.Schouhamer Immink, listopad 1999, Shannon Foundation Publishers, ISBN-90-74249-23-X), který má za následek, že kanálová slova končící daným počtem nul vykazují určitý ná-9•4 »4

4 4 • 4 • ··· • 4 4 •4*4 ·· ·* 9*

4· 4

4 · · 4 4

4 4 4 4 4

4·44 44 444· sobkovy počet, bez ohledu na skutečnosti, zda jsou částí kanálového slova z hlavního kódu nebo z duálního kódu C₂. Přibližný vlastní vektor v tomto případě s d=2, k=10, který uspokojuje nerovnost přibližného vlastního vektoru je:

^V(d=2,k=10) ⁼ ^²'³'⁴,414,⁴,3,3,3,2,1} .

Charakterizování stavů FSM^ pro C^_ a FSM₂ pro C₂ však mohou být různá. Tato charakterizování stavů jsou zvolena, aby uskutečnila omezení kladená na binární kanálový signál. Tato omezení mohou být například omezení délky běhu (d,k) nebo omezení RMTR. Tímto způsobem jsou uspokojována omezení kladená na binární kanálový signál, tvořený vzájemným spojováním m^-bitových kanálových slov a m₂-bitových kanálových slov do řetězce. Kód budeme nazývat hlavní kód, zatímco kanálový kód C₂ bude označován jako duální kód. Horní část obr.1 znázorňuje n-bitové informační slovo 1, které je převedeno kanálovým kódem na m-^-bitové kanálové slovo 2 nebo kanálovým kódem C₂ na m₂-bitové kanálové slovo 3.

Dvě dostupná m₂-bitová kanálová slova jsou označená na obr.1 odpovídajícími paritami 0 a 1. Šipky v dolní části tohoto obrázku znázorňují tok” kódovými stavy konečných stavových strojů FSM^ a FSM₂, když se převádějí informační slova. Bude patrné, že když se převádí informační slovo na m^-bitové kanálové slovo, ukazuje z kódového stavu kanálového slova ke kódovému stavu příštího kanálového slova pouze jedna šipka, zatímco když se převádí informační slovo na m₂-bitové kanálové slovo, ukazují z kódového stavu *·4

-104«

4·· 444 «44 •44 44 44 «444 ·» MM kanálového slova ke kódovému stavu příštího kanálového slova dvě šipky, čímž je označována volba mezi dvěma dostupnými m₂-bitovými kanálovými slovy.

Dolní část obr.l znázorňuje, že pro každé informační slovo (256 položek neboli hodnot, jestliže informační slova jsou dlouhá 8 bitů, n=8) jsou k dispozici dvě m₂-bitová kanálová slova s opačnými paritami a se stejným příštím stavem. Když se převádí n-bitové informační slovo na m₂-bitové kanálové slovo, může být toto m₂-bitové kanálové slovo zvoleno ze dvou dostupných m₂-bitových kanálových slov. V tomto příkladě je tato volba použita pro vytváření kanálového kódu s vyváženou stejnosměrnou proudovou složkou nebo prostého stejnosměrné proudové složky.

Obr.2 znázorňuje příklad stavového charakterizování pro šestistavový konečný stavový stroj, k použití pro hlavní kód (kanálový kód C·^). V tomto příkladě jsou kanálová omezení, jimž je třeba vyhovět, d=2 a k=10, a kanálový kód má mapování 8-15. Obr.3 znázorňuje příklad stavového charakterizování šestistavového konečného stavového stroje k použití pro duální kód (kanálový kód C₂). V tomto příkladě jsou kanálová omezení, jimž má být vyhověno, d=2 a k=10, a kanálový kód C₂ má mapování 8-17.

V těchto obrázcích udává zápis 10² J ^M, jak je uveden ve sloupci slova IN ve stavu 1 hlavního kódu, všechna kanálová slova se zakončením 100”. Stejným způsobem |010¹⁰l-, jak je uveden ve sloupci slova OUT stavu 2 hlavního kódu, udává všechna kanálová slova se začátkem • 4 »4

4 4

-11«4 44 * * 4

44«

4 •44* 44 *4 • 44 ·«« «4 ·

· 4 «4 4*44

0100000000001.

Konečné stanové stroje (Finite-State-Machines, FSM) kódů a c₂ mají stejný počet stavů, a FSM jsou založené na stejném přibližném vlastním vektoru, což znamená, že kanálová slova končící s daným počtem nul se vyskytují v určitém násobkovém počtu, bez ohledu na to, jsou-li částí kanálového slova z hlavního kanálového kódu nebo z duálního kódu C₂. Ve FSM duálního kódu C₂ odpovídá každá větev, opouštějící stav, dvěma možným kanálovým slovům (dvojici slov) s i) opačnou paritou a ii) stejným příštím stavem. Obr.2 a 3 ukazují, že násobkový počet kteréhokoli kanálového slova v šestistavovém FSM je mezi 1 a 4.

Mnoho kanálových slov nebo dvojic kanálových slov může být použito více jednou přes rozdílné stavy. Vhodným přiřazováním, t.j. seskupováním stejné kombinace kanálových slov nebo dvojic slov dohromady s příštími stavy k jediné tabulkové položce pro více než jeden stav, může být sníženo šíření chyby, protože přesné rozlišování stavů, vedoucích k danému kanálovému slovu, je pro tato kanálová slova nebo dvojice slov bezpředmětné. Kódy C·^ a C₂ totiž dovolují plné stavově nezávislé dekódování.

Odborník v oboru je obeznámen s kanálovými kódy, obsahujícími různé stavy, které tvoří konečný stavový stroj (Finite-State-Machine). Podrobné informace o stavovém kódování je možné najít v literatuře, například evropském patentovém spisu EP 0 745 254 (PHN 14.746) nebo v knize Codes for mass data storage systems, K.A.Schouhamer Im · • β • · ·* ··· « · · ··· ··*· fcfc ·· ···· ·· ···

-12mink, listopad 1999, Shannon Foundation Publishers (ISBN-90-74249-23-X).

V §5.3 této knihy je vysvětleno, že aby bylo možné konstruovat sled kanálových slov vyhovujících omezením kladeným na kanálový kód, musí vycházet z každého kódovacího stavu nejméně M slov, která končí ve stejném nebo jiném hlavním stavu. Existence více kódovacích stavů je proto potřebnou podmínkou pro existenci kódu pro udaný počet informačních slov (256 v případě 8-bitového informačního slova). Je možné ukázat, že jestliže přibližný vlastní vektor uspokojuje nerovnost přibližného vlastního vektoru, potom může být zjištěn kód pevné délky s předem určenými omezeními a jinými parametry kódu. Další podrobnosti je možné najít v §5.3.1 této knihy a v literatuře, na niž se zde odkazuje.

Způsob kódování ve výše uvedeném příkladě má následující parametry: d=2, k=10, n=8, m₁=15, m₂=17, přičemž odborník v oboru může bez použití tohoto způsobu generovat binární kanálový signál s například d=2, n=7 nebo d=2 nebo n=13. Může například také vytvářet binární kanálový signál s omezením d=l. Obr.4 znázorňuje kódovou tabulku hlavního kódu (kanálový kód C^), d=2, k=10, RMTR=6, se vstupním indexem reprezentujícím index 8-bitového informačního symbolu (0-255). Šest sloupců obrázku znázorňuje šest stavů hlavního kódu. Pro každou položku je uvedeno jedno 15-bitové kanálové slovo s odpovídajícím příštím stavem. Do této kódové tabulky jsou zahrnuty různé typy nahrazování. Tyto různé typy jsou vysvětleny níže.

• 4 • 4·« · · 4 · · 4 · ·

4»·· O II 44·· ·· 4···

-13V příkladné kódovací tabulce z obr.4 má kódová tabulka pro každé informační slovo (označené čísly 0-255) tři řádky. První řádek obsahuje standardní kanálová slova, která se používají, pokud nemohou být provedena žádná nahrazování. Druhý řádek obsahuje přídavná kanálová slova, která jsou možná bez jakýchkoli podmínek. Tato kanálová slova mohou být použita pro nahrazování kanálových slov pro vykonávání nahrazování prvního typu. Třetí řádek obsahuje kanálová slova, která jsou platnými náhradami pouze jestliže podmínka omezení RMTR=6 není po spojení s předchozím kanálovým slovem porušena. Tato kanálová slova mohou být použita pro nahrazování kanálových slov pro vykonávání nahrazování druhého typu.

Kódová konstrukce kanálového kódu (označovaná EFMCC, pro EFM Combi Code) umožňuje přídavné ovlivňování předem určených vlastností binárního kanálového signálu, například pro ovládání stejnosměrné proudové složky stochastické povahy, přídavně k zaručenému ovládání stejnosměrné proudové složky. Jako příklad je možno uvažovat pouze stochastické ovládání stejnosměrné proudové složky (SDCC) pro hlavní kód EFMCC, ale vynález se neomezuje na tento příklad. Je možné rozlišit tři typy SDCC..

První typ se týká přídavných slov hlavního kódu C^, jejichž počet je pro stavy 1 až 6: {15, 3, 5, 6, 0, 5}, t.j. celkem 34 přídavných slov. Tato slova mohou být použita bez podmínek. Tato přídavná slova je možno najít ve druhém řádku kódové tabulky na obr.4. Například pro stav 6 je • 4

4 44 • 44 4 4 4 «44 • 44« 44 44 4444 «· 4444

-14možné najít pět přídavných slov u informačních slov 224,

248, 249, 250 a 251.

Druhý typ SDCC se týká kanálových slov, která byla vypuštěna s ohledem na omezení RMTR=6. Některá z těchto kanálových slov mohou být použita podmínečně jako náhrady, t.j. na podmínky, že spojování s předchozím slovem nevede k porušení podmínky omezení RMTR. V tomto příkladě byla vypuštěna kanálová slova, která by vyžadovala kontrolu z hlediska omezení RMTR při spojování s příštím kanálovým slovem. Počet přídavných slov druhého typu je pro jednotlivé stavy: {9, 0, 0, 0, 4, 6}, t.j. celkem 19 přídavných slov. Tato přídavná slova je možno najít ve třetím řádku kódové tabulky na obr.4. Například pro stav 1 je možno najít 9 přídavných slov u informačních slov 205, 206, 216, 217, 213, 219, 220, 221 a 222.

Třetí typ SDCC se týká dvou stavových výměn, které jsou založeny na struktuře FSM kódu EFMCC. První stavová výměna je možná ze stavu 4 směrem ke stavu 5 pro ty situace, kde předchozí kanálové slovo mělo na konci n nul, 2 < n < 4, a kde dané kanálové slovo má na začátku slova charakteristickou bitovou kombinaci: -10ⁿ|0³10^ml- může být převedeno na -10ⁿ|0^m+4l-2 pro 2 < m < 6-n. Je třeba poznamenat, že okraj kanálového slova je značen |. Pro stavově nezávislé dekódování se musí odpovídající kanálová slova pro stavy 4 a 5 týkat stejné bajtové hodnotě a podle toho byla uspořádána kódová tabulka. Podmínečná stavová výměna ze stavu 4 do stavu 5 je možná v kódovací tabulce hlavního kódu pro 85 položek. Druhá stavová výměna je možná ze * φ « 0 · «

-150 0*00 0 0 0 0 « * 00 «00 0 0Β0 0 0 • ·0 0«0 00· ««00 ·0 00 «000 ·· 0000 stavu 1 směrem ke stavu 4 pro situace, kde předchozí kanálové slovo je zakončeno n nulami, 6 < n < 7, a kde dané kanálové slovo má na začátku slova charakteristickou bitovou kombinaci: -10ⁿ|l0^ml- může být převedeno na -10ⁿ|0^m+1l-2 pro 2 < m < 9-n. Je třeba, aby se odpovídající kanálová slova pro stavy 1 a 4 odvolávala na stejnou bajtovou hodnotu. Podmínečná stavová výměna ze stavu 1 do stavu 4 je v kódovací tabulce hlavního kódu Cy možná pro 192 položek. Příklady první stavové výměny (ze stavu 4 ke stavu 5) je možné najít v kódovací tabulce u informačních slov 0, 1, 2, 3 a 4. Příklady druhé stavové výměny (ze stavu 1 ke stavu 4) je možné najít v kódovací tabulce u informačních slov 4, 5 a 6.

Je třeba poznamenat, že pro všechna náhradní kanálová slova jsou v tomto příkladě splněny následující podmínky: - náhradní kanálové slovo má paritu opačnou vůči paritě nahrazovaného kanálového slova; - jak nahrazované slovo, tak i náhradní slovo mají stejný příští stav v FSM. Vzhledem k tomu, že tyto podmínky jsou splněny, mohou hrát bajty, které je třeba kódovat hlavním kódem Cy, a které umožňují nahrazování stochastického typu (SDCC), přesně stejnou roli jako bajty, které je třeba kódovat pomocí nahrazovacího kódu C₂·

Je třeba také poznamenat, že vliv má nejen povaha kanálových slov pro to, jaké nahrazování může být vhodné, ale také stav kanálového slova. To je možné například vidět u informačních slov 54 a 252. U těchto informačních slov je ve stavu 3 a stavu 6 přítomné stejné kanálové slovo a to

-16• * · 0 0 0 0 · · 0 · • *·· · · Λ 0 4 0

0 0 0 0 0 000 0 · 040 044 «00

40·· 00 0· 000« 00 0000 jednak 010010010010000 a jednak 010010010010001. Vzhledem ke struktuře FSM pro stav 3 tato slova umožňují nahrazování prvního typu, t.j. mohou být použita bezpodmínečně, zatímco tato stejná kanálová slova ve stavu 6 umožňují nahrazování druhého typu, t.j. nemohou být používána bezpodmínečně vzhledem k omezení RMTR a skutečnosti, že slova vstupující do stavu 6 jsou zakončena jednou nulou.

Na obr.5 je znázorněn příklad, jak se provádí dekódování funkce příštího stavu kanálových slov hlavního kódu. Když se dekóduje kanálové slovo, bud z hlavního kódu nebo z duálního kódu C₂, na osmibitové informační slovo, není zapotřebí žádná znalost běžného stavu. Toto dekódování se proto nazývá stavově nezávislé dekódování. Naproti tomu je znalost příštího stavu potřebná, aby bylo možno jedinečně dekódovat kanálová slova v případě vícenásobného výskytu daného kanálového slova. Kódové slovo je totiž jedinečně reprezentováno nejen daným kanálovým slovem, ale kombinací kanálového slova a příštího stavu. Jestliže se objeví jakákoli kombinace kanálového slova a příštího stavu pouze ve třech řádcích pro jednu položku. Pro různé stavy a stejnou položku se může mezi různými řádky vyskytovat stejná kombinace kanálového slova a příštího stavu.

Na obr.4 je možno vidět, že kódovací tabulka obsahuje kanálová slova, která jsou používána více než jednou, ale tato kanálová slova jsou použita u stejného informačního slova pro zaručení stavově nezávislého dekódování. Příklady tohoto druhu je mošno najít v kódovací tabulce u informačních slov 54, 82 a 87.

♦ · 0 0 0 0 • 000 · · ·0· ·

000 ··· 000 0000 00 00 000* 00 0000

-17Na obr.5 je vidět, že pro určování příštího stavu musí být provedeno dekódovací okno s predikcí v dekodéru maximálně 12 bitů do příštího kanálového slova, v případě že příští kanálové slovo je kódováno pomocí hlavního kódu C^. Položka v tabulce z obr.5, kde je zapotřebí tato maximální predikce v dekodéru, je vyznačena šipkou. Tuto predikci v dekodéru nelze zaměňovat za kódování s predikcí pro zlepšené ovládání stejnosměrné proudové složky. Hvězdičky na obr.5 udávají, že jsou dovolené všechny možné kombinace bitů, pokud jsou splněny podmínky požadovaných omezení.

Když se dekódují kanálová slova na informační slova, může být použita tak zvaná hashovací technika, jak bude vysvětleno níže. Použití této techniky má za následek sníženou složitost hardwaru, t.j. menší počet hradel, potřebných pro vykonávání algoritmu dekodéru. Popíšeme podrobněji jedno konkrétní provedení. Dekódování kanálových slov hlavního kódu se při použití hashovací techniky provádí následovně. Enurnerativním dekódováním pro d=2 se 15-bitové kanálové slovo převádí na devítibitové slovo mapováním 15-na-9. Enumerativní dekódování je dekódování, jímž se kanálová slova, která se mají dekódovat, vypočítávají algoritmickým postupem založeným na omezení d=2 místo ukládání všech kanálových slov do tabulky (pro více informací o enumerativním dekódování se odvoláváme na kapitolu 6 knihy Codes for mass data storage systems, K.A.Schouhamer Immink, listopad 1999, Shannon Foundation Publishers, ISBN-90-74249-23-X). Číslo příštího stavu se dekóduje 2-bitovým kódováním ve dvou bitech, protože maximální ná• φφφ φφφφφφ · « * · · φφφφφ* φφφ «φφ* ·Φ φφ φφφφ ·· «φφφ

-18sobkový počet kanálových slov je rovný 4. 9-bitové slovo a 2-bitové stavové slovo má za následek 11-bitový index. Tento 11-bitový index ne převádí na 8-bitové informační slovo hashovací tabulkou (hashing table) pro hlavní kód, tvořenou tabulkou s maximálně 2048 hodnotami (=2¹¹) (stavově nezávislé dekódování).

Obr.6 znázorňuje RDS strom k použití pro provádění ovládání stejnosměrné proudové složky. RDS znační Running Digital Sum (průběžnou digitální sumu), která je mírou stejnosměrného proudového obsahu v binárním kanálovém signálu, Jak bylo uvedeno výše, je možné provádět pro každé m₂-bitové kanálové slevo, které se má kódovat, zaručené ovládání stejnosměrné proudové složky. Pro provedení nejúčinnéjšího ovládání stejnosměrné proudové složky je žádoucí se dívat dopředu (predikovat) za účelem zjištění, která volba m₂-bitového kanálového slova z uvedených dvou dostupných m₂-bitových kanálových slov vede k nejlepší hodnotě průběžné digitální sumy. Jak je patrné z obr.6, je pro to, aby bylo možné predikovat N rozhodnutí, musí být vypočítáno 2^N možných cest RDS-stromu. Pro N=2 je nutno vypočítat čtyři možné cesty.

Obr.6 znázorňuje rozhodovací strom s hloubkou N, jak platí obecně, t.j. jak pro kódování podél odlišných drah a pro hodnotící kritérium.

V rozhodovacím stromu pro predikční rozhodování je možné rozlišit zaručené uzly (použití C₂) a stochastické uzly (použití se stochastickým ovládáním stejnosměrné

-19-- * w v « φ » » * • Μ· * » φ φ · « • · · V·· φφφ ···· Φ· *· Φ··φ ·· ···· proudové složky podle jednoho z typů nahrazování, jak bylo vysvětleno s odvoláním na obr.4). V tomto provedení je predikční strom založen pouze na zaručených uzlech. Pro stochastické uzly se provádí bezprostřední rozhodování (pro které slovo zvolit náhradní nebo nahrazované slovo) na základě nej lepší cesty v RDS-stromu. Délka predikčních kódovacích cest v RDS-stromu je tak vždy pevná, což je výhodné pro kodér pracující v reálném čase. Na obr.6 jsou znázorněny tři po sobě jdoucí stupně predikčního rozhodovacího stromu. První stupeň má strom bez jakéhokoli stochastického uzlu. V následujícím stupni se strom dostává do nového segmentu ovládání stejnosměrné složky s jedním bajtem, který vytváří stochastický uzel. Tento bajt je označen X. Je třeba si povšimnout, že může být povoleno, aby byly pro bajt X provedeny různé volby v závislosti na větvích 0 a I”, vztahujících se k volbě v duálním kódu C₂· Použití přídavného stochastického ovládání stejnosměrné proudové složky neovlivňuje vlastnost stavové nezávislého dekódování kanálového kódu s kanálovým kódem C-^ a C₂ a šíření chyb zůstává na úrovni maximálně jednoho bajtu.

Obr.7 znázorňuje zařízení pro kódování podle vynálezu. V tomto kódovacím zařízení 100 se tok datových bitů binárního informačního signálu 101 převádí na tok datových bitů omezeného binárního kanálového signálu 103. Kódovací zařízení 100 obsahuje převodník 102 pro převádění n-bitových informačních slov na m^-bitových kanálových slov na m₂-bitová kanálová slova, podle navrženého způsobu kódování, například podle kódové tabulky hlavního kódu (znázorněné na obr.4) a duálního kódu C₂. Kódovací zařízení

-20Φ ·* ··«· • · • Φ ··♦

100 dále obsahuje prostředky 104 pro zakládání kódového stavu m^-bitových kanálových slov a m₂-bitových kanálových slov. Použitím tohoto kódového stavu může převodník 102 převádět příští n-bitové informační slovo. Aby bylo možné ovlivňovat předem určené vlastnosti binárního kanálu, převodník 102 obsahuje nahrazovací prostředky pro možnost nahrazování omezeného počtu kanálových slov náhradními kanálovými slovy nebo kombinacemi.

Obr.8 znázorňuje formou příkladu nosič 110 záznamu, na němž je ve stope zaznamenán signál obsahující tok datových bitů omezeného (constrained) binárního kanálového signálu, získaný způsobem podle vynálezu. Obr.9 znázorňuje zvětšenou část nosiče záznamu z obr.8. Znázorněný nosič záznamu je nosič opticky detekovatelného typu. Nosič záznamu může být také odlišného typu, například magneticky snímatelného typu. Nosič záznamu obsahuje informační kombinace uspořádané ve stopách 111.

Obr.9 znázorňuje zvětšenou část 112 jedné ze stop

111. Informační kombinace v části 112 stopy, znázorněné na obr.9, obsahuje první sekce 113. například ve formě opticky detekovatelných značek a druhé sekce 114, například ve formě mezilehlých ploch ležících mezi značkami. První a druhé sekce se střídají ve směru stopy 115. První sekce 113 reprezentují bitové buňky 116 modulovaného binárního signálu S majícího jednu signálovou úroveň, například nízkou signálovou úroveň L. Druhé sekce 114 reprezentují bitové buňky 117 mající druhou signálovou úroveň, například vysokou signálovou úroveň H. Nosič 11Q může být získán tím, že se nej• » · · · • 4 » ··· «· · 4 4 * «••4·» 4 * · » • 4 · · 4 · «··

4·4· 44 4« ·««· 44 4444

-21prve generuje modulovaný binární kanálový signál, a po té se vytvoří nosič záznamu s informační kombinací. Jestliže je nosič záznamu opticky detekovatelného typu, může být potom nosič záznamu získán postupy zahrnující mastering a výrobu kopií (replik), jaké jsou známé odborníkovi v oboru.

Obr.10 znázorňuje zařízení pro dekódování. V tomto dekódovacím zařízení 132 se převádí tok datových bitů omezeného (constrained) binárního kanálového signálu 131 na tok datových bitů binárního informačního signálu. Dekódování může být například prováděno použitím hashovací techniky, jak je popsáno s odvoláním na obr.5. Když se dekóduje binární kanálový signál 131, je zapotřebí informace o příštím kanálovém slovu, které se má dekódovat, jak je vysvětleno v popisu obr.5 a v souvislosti s ním. Tato informace 133 se vede do dekódovacího zařízení 132 před dekódováním daného kanálového slova.

Obr.11 znázorňuje záznamové zařízení pro záznam informace. Obrázek znázorňuje záznamové zařízení pro záznam informace, v němž je použito kódovací zařízení, například zařízení 100 pro kódování znázorněné na obr.7. Po signálovém vedení 141 jsou přiváděna informační slova, která se mají kódovat v kódovacím zařízení 100. V záznamovém zařízení je signálové vedení 142 pro vydávání modulovaného binárního kanálového signálu připojeno k řídicímu obvodu 143 pro zápisovou hlavu 144, vůči níž se nosič 145 záznamu popisovatelného typu pohybuje. Zápisová hlava 144 je obvyklého typu, schopného vytvářet značky, vykazující detekovatelné změny, na nosiči 145 záznamu. Řídicí obvod 143 může být ob* * » I » « « φ Φ · φ • φφφ φ φ φφφ φ • φφ φφφ φφφ ·*·· φφ φφ φφφφ φφ φφφφ

-22vyklého typu, generující řídicí signál pro zápisovou hlavu v odezvě na modulovaný signál přiváděný do řídicího obvodu

143, takže zápisová hlava 144 vytváří strukturovou kombinaci (pattern) značek, která odpovídá modulovanému signálu.

Obr.12 znázorňuje snímací zařízení pro čtení nosiče záznamu. Tento obrázek znázorňuje čtecí zařízení, v němž se použije dekódovací zařízení, například dekódovací zařízení 132 znázorněné na obr.10. Čtecí zařízení obsahuje čtecí hlavu 152 obvyklého typu pro čtení nosiče 151 záznamu podle vynálezu, který nese informační strukturovou kombinaci, odpovídající modulovanému binárnímu kanálovému signálu podle vynálezu, čtecí hlava 152 potom vytváří analogový čtený signál, modulovaný podle informační kombinace čtené čtecí hlavou 152. Detekční obvod 153 převádí čtený signál obvyklým způsobem na binární signál, který se vede do dekódovacího obvodu 132.

I když vynález byl popsán s odvoláním na jeho přednostní provedení, rozumí se, že tato provedení nejsou omezujícími příklady. Odborníkům tak budou zřejmé různé obměny, aniž by se opustil rámec vynálezu, jak je definován patentovými nároky.

Například není rozsah vynálezu omezen na binární kód. Aniž by se opustil předmět vynálezu, může být vynález aplikován na mnohoúrovňové kódy, ternární kódy nebo jiné M-nární kódy (M-ary codes). Počet rozdílných m₂~bitových kanálových slov pro každé n-bitové informační slovo musí být alespoň dvě a ve výhodné situaci je tento počet rovný * · φ

-23: ι· :

• Φ V • φ φ «φ ··♦· ι· :

Φ φ φ φ • «φφ počtu hodnot mnohahodnotového paritního parametru, přičemž parity kanálových slov musí alespoň pokrývat všechny rozdílné hodnoty nejméně jednou. V případě ternárního kódu (s hodnotami -1,0 a 1) to znamená, že v kanálovém kódu C₂ musí být přítomná nejméně tři rozdílná m₂-bitová kanálová slova s paritami -1,0 a 1 (se stejným příštím stavem).

Vynález dále zahrnuje různé nové prvky a znaky řešení, a to jak jednotlivě, tak i v jejich kombinacích.

Claims (15)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob převádění toku datových bitů binárního informačního signálu na tok datových bitů omezeného binárního kanálového signálu, přičemž tok datových bitů binárního informačního signálu je rozdělen do n-bitových informačních slov (1), která se převádějí na m-^-bitová kanálová slova (2) v souladu s kanálovým kódem nebo m₂-bitová kanálová slova (3) v souladu s kanálovým kódem C₂, kde m_lř m₂ a n jsou celá čísla, pro něž platí m₂>m₁>n, přičemž m₂~bitové kanálové slovo se volí z nejméně dvou m₂-bitových kanálových slov, z nichž nejméně dvě mají vzájemně opačné parity, přičemž m-L-bitová kanálová slova a m₂-bitová kanálová slova, spolu spojená do řetězce, vyhovují omezení z hlediska délky běhu v binárním kanálovém signálu, přičemž způsob zahrnuje opakované a/nebo prostřídané kroky:

   - vybírání m^-bitového kanálového slova z množiny z více množin mj-bitových kanálových slov, přičemž každá množina obsahuje jen m^-bitová kanálová slova mající začáteční část z podmnožiny začátečních částí mj-bitových kanálových slov, přičemž každá množina je přiřazena ke kódovému stavu kanálového kódu C_lf přičemž kódový stav se zakládá v závislosti na koncové části předchozího kanálového slova, nebo

   - vybírání m₂-bitového kanálového slova z množiny z více množin m₂-bitových kanálových slov, přičemž každá množina obsahuje jen m₂-bitová kanálová slova mající začáteční část z podmnožiny začátečních částí m₂-bitových kanálových slov

   -25• » » φφφ* «φφφ φ φφφ φ φ φφφ · φφ* φφφ φφ* ·· φφ φφ φφφφ φ* φφφφ náležejících do této množiny, přičemž každá množina je přiřazena ke kódovému stavu kanálového kódu C₂, přičemž kódový stav se zakládá v závislosti na koncové části předchozího kanálového slova, přičemž koncové části m^-bitových kanálových slov v kódovém stavu kanálového kódu C-^ a začáteční částí m₂-bitových kanálových slov v množině kanálového kódu C₂ jsou uspořádány tak, že vyhovuji uvedenému omezení z hlediska délky běhu, přičemž způsob dále zahrnuje krok nahrazování, v závislosti na předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu, kanálového slova náhradním kanálovým slovem tak, aby se ovlivnila hodnota předem určené vlastnosti binárního kanálového signálu, přičemž nahrazované kanálové slovo a náhradní kanálové slovo zakládají stejný stav.
2. 2. Způsob podle nároku l, vyznačený tím, že krok nahrazování kanálového slova náhradním kanálovým slovem zahrnuje různé typy nahrazování.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že pro každé informační slovo dochází k maximálně jednomu typu nahrazování .
4. 4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že náhradní kanálové slovo nenáleží k množinám kanálových slov kanálových kódů C-]_ nebo C₂.
5. 5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že náhradní kanálové slovo je vypuštěno z množin kanálových slov kanálových kódů nebo C₂ s ohledem na * > 0 04*0 »444 44« 4 4 «44 4 * · ♦ · « 0 «4«

   4444 00 44 0·00 *0 044«

   -26omezení počtu po sobě následujících běhových délek xT v binárním kanálovém signálu.
6. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že x=3.
7. 7. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že počet po sobě následujících běhů xT je 6.
8. 8. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačený tím, že náhradní kanálové slovo je zvoleno z jedné množiny z více množin kanálových slov, přičemž množina je přiřazena kódovému stavu odlišnému od kódového stavu, v němž bylo nahrazované kanálové slovo.
9. 9. Zařízení (100) pro kódování toku datových bitů binárního informačního signálu (101) na tok datových bitů omezeného binárního kanálového signálu (103), pro provádění jednoho ze způsobů podle kteréhokoli z nároků l až 8, přičemž zařízení obsahuje n-na-m^-bitový převodník (102) pro převádění n-bitových informačních slov na m₁~bitová kanálová slova, n-na-m₂~bitový převodník (102) pro převádění n-bitových informačních slov na m₂-bitová kanálová slova, prostředky (104) pro zakládání kódového stavu m-^-bitových kanálových slov a m₂-bitových kanálových slov, přičemž uvedený převodník n-na-n^ je dále uzpůsoben pro vybírání m^-bitového kanálového slova v závislosti na koncové části předchozího kanálového slova, přičemž uvedený n-na-m₂ bitový převodník je dále uzpůsoben pro vybírání m₂-bitového kanálového slova v závislosti na koncové části předchozího kanálového slova, * · · • 44«

   4 4

   -274 4 4

   4444 44 •44 4· ·4·4 • · · 4

   4 4 *

   4 4 4

   44 4444 přičemž n-na-m₁-bitový převodník a/nebo n-na-m₂-bitový převodník obsahují nahrazovací prostředky pro nahrazování omezeného počtu kanálových slov náhradními kanálovými slovy za účelem ovlivňování předem určených vlastností binárního kanálového signálu, přičemž nahrazené kanálové slovo a náhradní kanálové slovo zakládají stejný stav.
10. 10. Zařízení pro kódování podle nároku 9, vyznačené tím, že dále obsahuje zápisové prostředky (143, 144) pro zápis informační strukturové kombinace na nosič záznamu.
11. 11. Signál, obsahující tok datových bitů omezeného binárního kanálového signálu, získaný po provedení jednoho ze způsobů podle kteréhokoli z nároků 1 až 8.
12. 12. Nosič (110) záznamu, na němž je zaznamenán ve stopě (111), v níž informační strukturové kombinace představují signálové části, přičemž informační strukturové kombinace obsahují první části (113) a druhé části (114), střídající se ve směru stopy, přičemž první části představují detekovatelné vlastnosti a druhé části představují detekovatelné vlastnosti, rozlišovatelné od prvních vlastností, přičemž části mající první vlastnosti reprezentují bitové buňky (116), mající první logickou hodnotu, a části mající druhé vlastnosti reprezentují bitové buňky (117) mající druhou logickou hodnotu.
13. 13. Způsob dekódování toku datových bitů omezeného binárního kanálu na tok datových bitů binárního informačního signálu, přičemž způsob zahrnuje krok převádění signálu * · • »♦· » « «

    -28• « ···· «· • · * •4 ···» • 4 0

    44 »440 podle nároku 11 na bitový řetězec bitů, mající první a druhou hodnotu, přičemž signál obsahuje m^-bitová kanálová slova a m₂-bitová kanálová slova, přičemž bitový řetězec obsahuje n-bitová informační slova, přičemž jedno n-bitové informační slovo je přiřazeno jednomu kanálovému slovu nebo jednomu náhradnímu kanálovému slovu.
14. 14. Zařízení (132) pro dekódování toku datových bitů omezeného binárního kanálového signálu (131) do toku datových bitů binárního informačního signálu (134), přičemž zařízení obsahuje převáděcí prostředky pro převádění signálu do bitového řetězce bitů, majících první nebo druhou hodnotu, přičemž signál obsahuje m-^-bitová kanálová slova a m₂~bitová kanálová slova, přičemž bitový řetězec obsahuje n-bitová informační slova, a přičemž jedno n-bitové informační slovo je přiřazeno jednomu kanálovému slovu nebo jednomu náhradnímu kanálovému slovu.
15. 15. Zařízení podle nároku 14, vyznačené tím, že dále obsahuje čtecí prostředky (152) pro čtení informační strukturové kombinace z nosiče záznamu.