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Die
vorliegende Erfindung betrifft Datenerkennung und im Besonderen
eine Vorrichtung zum Erkennen von lauflängenbegrenzt codierten Daten mit
der Hälfte
der Geschwindigkeit einer Wiedergabegeschwindigkeit und Schätzen von
Daten mit einer hohen Wiedergabegeschwindigkeit unter Verwendung
von Abtastinterpolation, die beim Wiederherstellen eines ursprünglichen
Signals zu verwenden sind.
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Bei
einem Digital-Versatile-Disk-Read-Only-Memory-System (DVD-ROM-System)
von 4,7 Gigabyte (Gbyte), das ein Typ von vermarktetem DVD-System
ist, wird der größte Teil
der Energie des Leistungsspektrums eines Wiedergabesignals in einem
Niederfrequenz-Spektralbereich konzentriert, in dem Daten mit einer
Geschwindigkeit wiedergegeben werden, die ¼ der Wiedergabegeschwindigkeit entspricht
oder geringer ist.
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Mit
Bezugnahme auf 1, die
ein allgemeines DVD-System zeigt, codiert ein Codieren und Modulator
(102) mit Fehlerkorrekturcode Benutzerdaten und moduliert
die mit Fehlerkorrekturcode codierten Daten unter Verwendung eines
vorgegebenen Modulationsschemas, wie zum Beispiel 8-16-Modulation und
stellt lauflängenbegrenzte
codierte Daten ak bereit. Ein Digital-Analog-Wandler
(104) wandelt die lauflängenbegrenzt
codierten Daten, die von dem Codierer und Modulator (102)
ausgegeben wurden, zu Analogdaten um.
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Bei
einem DVD-System, bei dem Lichtleistung einer Laserdiode zum Aufzeichnen
verwendet wird, ist es notwendig, die Schreibleistung optimal einzustellen,
damit sie an ein Aufzeichnungsmedium angepasst ist, um einen Aufzeichnungsbereich
zu optimieren. Zu diesem Zweck erzeugt ein Schreibimpulsgenerator
(106) einen Schreibimpuls entsprechend dem Ausgang des
Digital-Analog-Wandlers (104). Dem erzeugten Schreibimpuls
entsprechende Binärdaten
werden durch einen optischen Plattenkanal (108) auf einer
Platte aufgezeichnet.
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Eine
Folge von Kanalbits {ak}, die in der Platte
gespeichert sind, werden unter Verwendung eines Signals z(t) erkannt,
das während
der Wiedergabe der Platte erzielt wurde. Um die Leistung und Signalgrenze
eines Detektors sicherzustellen, wird ein Digitalsignalverarbeitungsalgorithmus,
wie PRML-Technik (Partial Response Maximum Likelihood), eingesetzt.
Mit anderen Worten, das Wiedergabesignal z(t), das durch den optischen
Plattenkanal (108) von der Platte wiedergegeben wurde, durchläuft ein
Filter (110) mit einer Bandbreite von ½ T, wobei T eine Symbolperiode
ist. Das geschieht deshalb, weil das Wiedergabesignal, das heißt die lauflängenbegrenzt
codierten Daten, in dem Niederfrequenz-Spektralbereich konzentriert
ist.
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Ein
Analog-Digital-Wandler (112) wandelt das Wiedergabesignal
z(t), das das Filter (110) durchlaufen hat, in ein Digitalsignal
synchron mit einem Symboltaktsignal, das eine Symbolperiode von T
aufweist und von einer Symbolsynchronisiereinrichtung (114)
bereitgestellt wird, zum Rückzuführen und
Empfangen des Ausgangs des Analog-Digital-Wandlers (112)
um, um eine Folge von digitalen Abtastwerten {zk}
abzuleiten. Ein Symboldetektor (116) Viterbi decodiert
die digitalen Abtastwerte unter Verwendung eines Maximum-Likelihood-Decodieralgorithmus,
um eine Folge von Kanalbits âk wiederherzustellen, die auf der Platte
aufgezeichnet sind. Ein Decodierer und Demodulator (118)
16-8-demoduliert die wiederhergestellte Folge von Kanaldaten {âk}, die von dem Symboldetektor (116)
bereitgestellt wurde, und decodiert die demodulierten Daten mit
Fehlerkorrekturcode, um abschließende Benutzerdaten bereitzustellen.
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Bei
dem in 1 gezeigten 4,7-Gbyte-DVD-ROM-System
zeigt das Leistungsspektrum des von dem optischen Plattenkanal (108) erhaltenen
Wiedergabesignals z(t), dass der größte Teil des Signalleistungsspektrums
für eine
Maximum-Entropiequelle in dem Niederfrequenz-Spektralbereich konzentriert
ist, in dem das Signal mit einer Geschwindigkeit wiedergegeben wird,
die ¼ der Wiedergabegeschwindigkeit
entspricht oder geringer ist, wie in 2 gezeigt.
Somit ist selbst dann, wenn Analog-Digital-Wandlung (A/D-Wandlung) mit der Hälfte der
Geschwindigkeit der Wiedergabegeschwindigkeit anstatt der Wiedergabegeschwindigkeit,
das heißt
1/T, erfolgt, ein durch A/D-Wandlung verursachter Verlust vernachlässigbar.
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Bestehende
DVD-Systeme oder Digitalempfänger
basieren jedoch nicht auf einer solchen Charakteristik und führen A/D-Wandlung
mit derselben Geschwindigkeit wie die Wiedergabegeschwindigkeit durch,
um Daten zu erkennen. Daher ist die Datenwiedergabegeschwindigkeit
eines herkömmlichen Detektors
bei einer gegebenen maximalen Operationsgeschwindigkeit eines Analog-Digital-Wandlers auf
die maximale Abtastgeschwindigkeit für A/D-Wandlung begrenzt.
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J.
Vesma et al., „Interpolation
filters with arbitrary frequency response for all-digital receivers", IEEE International
Symposium on Circuits and Systems vom 12.05.1996, S. 568–571, XP2126108,
offenbart den Einsatz von Taktanpassung durch Interpolation zum
Synchronisieren des Abtastens eines empfangenen Signals mit eingehenden
Datensymbolen.
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Im
Hinblick auf die Lösung
oder Reduzierung des vorgenannten Problems besteht eine Aufgabe von
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung darin, eine Datenerkennungsvorrichtung
bereitzustellen, die Daten mit einer hohen Geschwindigkeit wiedergeben
kann ohne auf eine Abtastgeschwindigkeit für Analog-Digital-Wandlung (A/D-Wandlung)
begrenzt zu sein.
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Eine
andere Aufgabe von Ausführungen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Datenerkennungsvorrichtung
bereitzustellen, um ein Wiedergabesignal mit einer Geschwindigkeit,
die der Hälfte der
Geschwindigkeit einer Datenwiedergabegeschwindigkeit entspricht,
abzutasten, Daten mit derselben Geschwindigkeit der Wiedergabegeschwindigkeit
unter Verwendung von Abtastinterpolation zu erkennen und ein ursprüngliches
Signal unter Verwendung der erkannten Daten wiederherzustellen.
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Noch
eine andere Aufgabe von Ausführungen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Datenerkennungsverfahren
bereitzustellen, durch das Hochgeschwindigkeitsdatenwiedergabe ermöglicht wird,
wobei die Datenwiedergabegeschwindigkeit nicht auf eine Abtastgeschwindigkeit
für Analog-Digital-Wandlung
(A/D-Wandlung) begrenzt ist.
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Noch
eine andere Aufgabe von Ausführungen
der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Datenerkennungsverfahren
bereitzustellen, um ein Wiedergabesignal mit einer Geschwindigkeit,
die der Hälfte
der Geschwindigkeit einer Datenwiedergabegeschwindig keit entspricht,
abzutasten, Daten mit derselben Geschwindigkeit der Wiedergabegeschwindigkeit
unter Verwendung von Abtastinterpolation zu erkennen und ein ursprüngliches
Signal unter Verwendung der erkannten Daten wiederherzustellen.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt,
wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
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Vorzugsweise
ist der Abtaster ein Analog-Digital-Wandler zum Abtasten der lauflängenbegrenzt codierten
Daten.
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Die
Schätzvorrichtung
kann ein digitales Interpolationsfilter sein, wobei das digitale
Interpolationsfilter Folgendes umfasst:
- – einen
Interpolator zum Interpolieren von Nullen zwischen den abgetasteten
Daten; und
- – ein
Filter mit einer Bandbreite von ¼ T im Bezug auf die Symbolperiode
von T, wobei das Filter zum Tiefpassfiltern des Ausgangs von dem
Interpolator dient.
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Die
Vorrichtung kann des Weiteren umfassen:
- – einen
Symboldetektor, um unter Verwendung eines Maximum-Likelihood-Decodieralgorithmus aus
den geschätzten
Abtastwerten ein ursprüngliches
Signal wiederherzustellen; und
wobei das Analogfilter
eine Bandbreite von ¼ T
im Bezug auf die Symbolperiode von T aufweist.
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Die
Vorrichtung kann Teil eines Digital-Versatile-Disk-(DVD-)Systems
sein.
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Die
Vorrichtung kann Teil eines Empfängers zum
Empfangen von lauflängenbegrenzt
codierten Daten sein.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erkennen
von lauflängenbegrenzt
codierten Daten unter Verwendung einer Vorrichtung nach dem ersten
Aspekt der Erfindung bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfasst:
- (a) Abtasten von empfangenen
lauflängenbegrenzt
codierten Daten nach einem Abtasttaktsignal mit der Hälfte der
Geschwindigkeit einer Wiedergabegeschwindigkeit, um abgetastete
Daten bereitzustellen;
- (b) Schätzen
abgetasteter Werte mit der Wiedergabegeschwindigkeit mit den abgetaste
ten Daten unter Verwendung von Abtastinterpolation; und
- (c) Rückführen der
geschätzten
abgetasteten Werte, um das Abtasttaktsignal mit Doppelperiode einer
Symbolperiode bereitzustellen.
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Schritt
(b) kann die folgenden Unterschritte umfassen:
- (b1)
Interpolieren von Nullen zwischen den abgetasteten Daten, um interpolierte
Daten mit der Wiedergabegeschwindigkeit bereitzustellen; und
- (b2) Tiefpassfiltern der interpolierten Daten mit einer Bandbreite
von ¼ T
im Bezug auf die Symbolperiode von T.
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Das
Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen:
- (c)
Tiefpassfiltern der empfangenen lauflängenbegrenzt codierten Daten
mit einer Bandbreite von ¼ T
im Bezug auf die Symbolperiode von T; und
- (d) Wiederherstellen eines ursprünglichen Signals aus den geschätzten Abtastwerten
unter Verwendung eines Maximum-Likelihood-Decodieralgorithmus.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung und um zu zeigen, wie Ausführungen derselben ausgeführt werden
können,
erfolgt nun in beispielhafter Form die Bezugnahme auf die begleitenden
schematischen Zeichnungen, bei denen:
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1 ein Blockdiagramm eines
allgemeinen DVD-Systems ist;
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2 das Leistungsspektrum
eines Maximum-Entropie-Wiedergabesignals zeigt; und
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3 ein Schaltplan einer Datenerkennungsvorrichtung
nach einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung ist.
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Eine
bevorzugte Ausführung
der Datenerkennungsvorrichtung und des -verfahrens unter Verwendung
von Abtastinterpolation nach der vorliegenden Erfindung wird nun
mit Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
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Die
bei der vorliegenden Erfindung vorgelegte Datenerkennungsvorrichtung
umfasst, wie in 3 gezeigt,
ein analoges Tiefpassfilter (202), einen Analog-Digital-Wandler
(204), ein digitales Interpolationsfilter (206),
eine Symbolsynchronisiereinrichtung (212) und einen Symboldetektor
(214). Zuerst wird ein analoges Wiedergabesignal z(t),
das von einer Platte wiedergegeben wurde, zum Durchlaufen eines
Analogfilters mit einer Bandbreite von ¼ T im Bezug auf eine Symbolperiode,
im Besonderen des analogen Tiefpassfilters (202), veranlasst.
Hier ist es möglich
ein analoges Tiefpassfilter mit einer Bandbreite von ¼ T zu
verwenden, da der größte Teil der
Energie des Leistungsspektrums des Wiedergabesignals von lauflängenbegrenzt
codierten Daten in einem Niederfrequenz-Spektralbereich mit weniger als ¼ der Wiedergabegeschwindigkeit
konzentriert wird, wie in 2 gezeigt.
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Der
Analog-Digital-Wandler (204) tastet das Wiedergabesignal
z(t), das das analoge Tiefpassfilter (202) durchlaufen
hat, nach einem Symboltaktsignal, das eine Periode von 2 T aufweist
und in der Symbolsynchronisiereinrichtung (212) synchron
mit dem Ausgang des digitalen Interpolationsfilters (206)
erzeugt wird, ab, um eine Folge von abgetasteten Symbolen {xk} herzustellen. Ein Interpolator (208)
des digitalen Interpolationsfilters (206) interpoliert
Nullen zwischen die Folge von Symbolen {xk},
die in einer Periode von 2 T abgetastet und von dem Analog-Digital-Wandler
(204) bereitgestellt werden, und dann wird der Ausgang
des Interpolators (208) zum Durchlaufen eines digitalen
Filters mit einer Bandbreite von ¼ T, im Besonderen eines digitalen
Tiefpassfilters (210), veranlasst, um eine Folge von geschätzten Abtastwerten
{ẑk} mit einer Geschwindigkeit
von 1/T herzustellen. Die geschätzte
Folge von Abtastwerten {ẑk} von
{zk}, abgeleitet durch Abtasten mit einer
Geschwindigkeit von 1/T, wird unter Verwendung von Interpolation
erzielt. Das digitale Interpolationsfilter (206) kann unter
Verwendung eines Parks-McClellan-Algorithmus
oder Least-Squares-Algorithmus konstruiert werden, offenbart in
einer Druckschrift von Andrea Antoniou mit dem Titel „Digital
Filters", Analysis,
Design and Applications, McGraw-Hill, 1993.
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Die
so erzielte Folge von geschätzten
Abtastwerten {ẑk} mit einer Geschwindigkeit
von 1/T wird für
den Symboldetektor (214) bereitgestellt. Dann stellt der
Symboldetektor (214) eine Folge von Kanalbits {âk}, die in der Platte gespeichert sind, unter
Verwendung eines Maximum-Likelihood-Decodieralgorithmus wieder her.
Die Datenerkennungsvorrichtung nach den Ausführungen der vorliegenden Erfindung
ist dieselbe wie die herkömmliche,
außer, dass
die Bandbreite des analogen Tiefpassfilters (203) ¼ T beträgt, was
der Hälfte
von der des herkömmlichen
analogen Tiefpassfilters entspricht, des Weiteren das digitale Interpolationsfilter
(206) bereitgestellt wird und eine Symbolsynchronisierschleife mit
einer leichten Zeitverzögerung
getroffen wird.
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Nach
den Lehren der vorliegenden Erfindung kann, da Daten mit der doppelten
Geschwindigkeit der herkömmlichen
Wiedergabegeschwindigkeit unter Verwendung eines herkömmlichen
Analog-Digital-Wandlers wiedergegeben werden, die vorliegende Erfindung
auf vorteilhafte Weise zur Implementierung eines Hochgeschwindigkeitsdigitalempfängers angewendet
werden. Im Besonderen ist bei einem High-Density-DVD-System, da
der größte Teil
der Energie eines Wiedergabesignals in einem Niederfrequenz-Spektralbereich mit
weniger oder gleich ¼ T
konzentriert wird, die Datenerkennungsvorrichtung nach der Erfindung
für solche
High-Density-DVD-Systeme nützlich.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem zusätzlich zu DVD-Systemen auf
Digitalempfänger
zum Empfangen von lauflängenverkürzt codierten
Daten und Erkennen derselben angewendet werden.
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Wie
oben beschrieben, wird nach der vorliegenden Erfindung ein lauflängenverkürzt codiertes Wiedergabesignal
mit der Hälfte
der Geschwindigkeit der Datenwiedergabegeschwindigkeit abgetastet, werden
Abtastwerte mit der Datenwiedergabegeschwindigkeit unter Verwendung
von Interpolation im Bezug auf die Abtastwerte, die auf die Hälfte reduziert
sind, geschätzt
und werden die auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Daten
aus den geschätzten
Abtastwerten wiederhergestellt. Somit ist, da Daten mit dem Doppelten
der Geschwindigkeit der herkömmlichen
Wiedergabegeschwindigkeit wiedergegeben werden können, die vorliegende Erfindung
für Hochgeschwindigkeitsdatenwiedergabe nützlich.