JP2007516546A - Ｄｓｐベースデータリカバリ - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＬＬを全く使用せずに、ビットクロックリカバリ、同期配列リカバリ、読み出しアドレスリカバリ及び媒体タイプ認識に必要な機能を実現する方法及び装置を提供する。
【解決手段】同期フレームを利用するデジタル記憶読み出しのためのビットクロックリカバリ装置であって、オーバーサンプリングされた読み出し信号がメモリに記憶され、同期パターンがＤＳＰ手段を使用する信号に位置決めされ、連続する同期パターン位置の距離が計算され、ビットクロックがこれらの距離及びデータフレーミング構造に関する知識からリカバリされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタル記憶媒体の読み出しにおけるデータの取得に関する。

可動部でのデジタル記憶媒体からの情報の読み出しは、常に、時間連続の入力読み出し信号からビットクロックをリカバリするタスクを含む。信頼できる既知のビットクロックだけで、読み取り信号をビットのシーケンスに変換することができ、従って、次の時間離散で完全にデジタル処理の準備ができる。

さらに、同期フレームとも示される所定のレイアウトの反復パターンデータフレームに、特定の記憶媒体形式がグループ情報を予測するたびに、このパターンに関連するデータの配列がリカバリされなければならない。これはまた、同期フレーム配列リカバリと示される。ランダムアクセス中に特に重要である関連タスクは、どのフレームが現在読み出されているかを読み出しデータから検証することであり、読み出しアドレスリカバリとも示される。例えば、全ての同期フレームが専用の同期パターンで始まり、そしてこの同期パターンにさらにアドレス情報が付け加えられているならば、同期フレーム配列のリカバリ及び読み出しアドレスのリカバリが可能となる。次のアドレス情報に加えて同期パターンは、同期コードと示される。ＣＤ形式の例に関して、同期パターンは１１Ｔ／１１Ｔ信号であり、マーク及びスペースに対して、通常のデータを含むピットの１０Ｔランレングス制限を超える限りはその信号が専用とされる。同じようなアプローチが他の光媒体形式に利用されている。

更に、記憶媒体読み出し装置が、１つ以上の記憶媒体のタイプ又は形式に適合するときには、その特定のタイプの媒体に関連する仕様に従って次のデータ処理を実行するために、装置は、媒体挿入後の早い段階で媒体のタイプを認識しなければならない。

ビットクロックリカバリのための既知のアプローチは、フェーズロックループ（ＰＬＬ）であり、コンパクトディスク（ＣＤ）のようなデジタル光媒体の場合にはデジタルＰＬＬが使用される。ＰＬＬの実施は、常に電力及びシリコン領域を消費し、ＰＬＬベースの信号リカバリは、媒体挿入後にＰＬＬがロックされるのを待たなければならない。

従って、本発明の目的は、ＰＬＬを全く使用せずに、ビットクロックリカバリ、同期配列リカバリ、読み出しアドレスリカバリ及び媒体タイプ認識に必要な機能を実現する方法及び装置を提供することである。

本発明による装置は、１つ以上の以下の機能を実行する。
・アクセスしている媒体のタイプを認識する。
・デジタル記憶読み出し中にビットクロックをリカバリする。
・データの同期フレーム配列をリカバリする。
・データに含まれるアドレス情報をできるだけ早く復号する。
・読み出し信号を正確なビットクロックを使用するビットシーケンスに変換する。

好ましくは、本発明はデジタル送信された信号を受信するようなデジタル技術の他の分野に適合する。

本発明によると、データリカバリは、シーケンスにおいて以下のステップを利用して実行される。
ａ）記憶媒体からオーバーサンプリングされた読み出し信号を表示するＡ−Ｄ変換されたサンプルシーケンスがメモリに記憶される。
ｂ）記憶されたサンプルシーケンスは、１つ以上の所定の同期パターンの発生用にスキャンされる。見つけられた発生位置が同期位置として記憶される。このスキャンニングを実現する１つの方法は、相互相関アルゴリズムである。
ｃ）連続する同期位置間の距離が測定される。
ｄ）同期位置の距離及び既知の同期フレーム構造から、サンプルの基本周波数が計算される。同期位置及び基本周波数から、ビットクロックが再生される。
ｅ）再生されたビットクロックを使用して、メモリからのサンプルシーケンスは、正確なビットクロックレートでサンプリングされると読み出し信号を表示する新しいシーケンスに変換されたサンプルレートとされる。

これは、高度で複雑なデジタルＰＬＬの電力及び領域の消費が理論的に避けられるという一般的な利点を有する。

好ましくは、本発明によるデータリカバリは、更に、以下のステップを含む。
・同期パターンの発生を見つけたときに、パターン認識アルゴリズムによって関連する同期コードが復号される。

これは、信号処理の極めて早い段階で、同期コードが検出され、読み出しユニットの位置が決定されるという利点を有する。どんなＰＬＬロックも必要としない。このように、本発明で提供される同期コード復号ステップは極めて速く、ランダムアクセスモード中の利点となる。

また、好ましくは、本発明によるデータリカバリは、更に以下のステップを含む。
・連続する同期位置間の距離及び見つけられた同期パターンタイプに関する知識から、記憶媒体（例えばＣＤ，ＤＶＤ）の形式を認識する。

これは、固定された物理記録形式の詳細に排他的に基づいているので、信頼できる媒体認識を構成するという利点がある。それは変化する記憶媒体材料のプロパティに依存しない。光ディスクの場合、媒体ブランド及び生産ロットによって反射率が変化することが知られており、そのため反射率の測定に基づく媒体認識はエラーを起こしやすい。別の利点は、上述した媒体の認識は、信号処理の極めて早い段階に位置決めされるので、評価ディスク反射率及び／又はフォーカス位置に基づいたどんな方法よりも大幅に速いということである。

本発明は、以下の利点を提供する。
・サンプルのサンプルからデータをリカバリするために提案されるアルゴリズムは、動作中であっても光媒体のタイプ、適用されるチャネルモジュレーション方法及び実際のドライブ速度に簡単に適合できる。従って、読み出しチャネルのビットエラーレートを減らすために、各タイプの媒体に異なるアルゴリズムを利用することが可能である。
・本発明のコンセプトを利用して媒体のタイプを最初に検出することもでき、ビットクロックリカバリ及び／又は同期配列に対して本発明の最適化されたアルゴリズムの１つに切り替えることができる。
・このようにして、本発明は、異なる媒体の処理において改善されたフレキシビリティを提供する。

言い換えると、本発明は、同期フレームを使用するデジタル記憶読み出しのためのデータリカバリ方法及び装置について述べており、オーバーサンプリングされた読み出し信号がメモリに記憶され、ＤＳＰ手段を利用して同期パターンが信号に位置決めされ、連続する同期パターン位置の距離が計算され、ビットクロックがこれらの距離及びデータフレーミング構造に関する知識からリカバリされ、データは、正確なビットクロックでサンプリングされると読み出し信号を表示するビットシーケンスに変換される。

ビットクロックリカバリは、デジタル記憶読み出し装置の取得パスの実施に関する主な問題の１つである。クロックリカバリの主な目的は、サンプリングされた時間連続の読み出し信号から実際のチャネルビットレートを決定することである。媒体（ＣＤ，ＤＶＤ）が異なり及び読み出し速度が異なるため、このクロックリカバリは、広範囲のチャネルビットレートに対応しなければならない。今日では、チャネルビットレートは、４．１２Ｍｂｉｔ／ｓ（ＣＤ １ｘ）から４００Ｍｂｉｔ／ｓ（ＤＶＤ １６ｘ）までを変化する。近い将来は、ＤＶＤ２０ｘに対して５００Ｍｂｉｔ／ｓが期待される。

ほとんどの光ディスクは、線速度一定（ＣＬＶ）方式で記録又は事前記録される。名目上一定のチャネルビットレートに対して、データ領域の内側半径の近くを読み出すときには高い回転速度が求められ、外側半径では低い回転速度が求められ、読み出し半径が変化するたびに回転速度は適合されなければならないということを示している。回転速度の適合は決して完全又は瞬間的ではないので、瞬間のチャネルビットレートは、全ディスクの読み出し中及び１つのセクタから他のセクタにジャンプした後に変化するであろう。

図１は、データリカバリのための既知のアプローチを示している。このアプローチは、アナログデジタル変換器１２、デジタルＰＬＬ１１、サンプルレート変換器１３及びチャネルビット復号ユニット１４に基づいている。デジタルＰＬＬ１１は、アナログ信号のサンプルから、実際のチャネルビットレートと位相情報とを取り出すのに利用される。このＰＬＬは、広範囲のビットクロックレートと、ＣＤ及び他の光媒体用の種々のモジュレーションを有する種々のビットパターンとをロックしなければならないので、このＰＬＬの実施は、非常に高度で複雑なタスクである。デジタルＰＬＬの主な入力信号は、チャネルビット復号ユニットからの位相情報である。この信号がゼロになると、デジタルＰＬＬはロックされる。

ＳＲＣ１３は、デジタルＰＬＬ１１からの信号、すなわち周波数及び位相情報を利用して、物理サンプルを実際のチャネルビットレートに対応するバーチャルなものに変換する。

図２は、本発明によるクロックリカバリ及びサンプルレート変換の実施形態を示している。まず、ＡＤＣ２１からのｎ個の連続するサンプルがＦＩＦＯ２２に記憶される。上述された既知のアプローチと同じで、シャノンのサンプリング定理からわかるように、ＡＤＣ２１のサンプルレートは、少なくとも最大チャネルビットレートに等しくなければならない。ＦＩＦＯ２２の大きさは、２つの連続同期パターン間及びそれを含む全てのサンプルを記憶するのに十分な大きさであるべきである。

同期パターン検出器２５及びチャネルビットレート計算器２６から成るサイドブランチにおいて、このサンプルのセットに対する実際のチャネルビットレートは、２つの連続する同期パターン間の距離を測定することによって決定される。何らかの１つの形式において、全ての光記憶媒体に対しそのような同期パターンが存在する。同期パターンに期待されるサンプルシーケンスは予め分かっているので、必要な同期パターン検出２５は相互相関のようなアルゴリズムに基づくことができる。チャネルビットレート計算２６は、連続する同期パターン間の距離から、ＦＩＦＯ２２に記憶されたサンプルの実際のチャネルビットレートを計算する。第３のステップにおいて、サンプルは、例えば補間アルゴリズムに基づいて、サンプルレート変換ユニット２３によって、計算されたチャネルビットレートに変換される。これらの変換されたサンプルに基づいて、チャネルビット復号２４が実行されることができる。

図３は、サンプルレート変換のための並列化アプローチを示している。集積回路で実施されるとすると、好ましくは、高クロックレートを避けるために高並列化ハードウェア構造となる。ＡＤＣ３０１からのサンプルは、多くのＦＩＦＯユニット３０２、３０５、３０８、３１０にクロックされ、それが同数のＳＲＣユニット３０３、３０６、３０９、３１１に接続されている。全てのＳＲＣユニット３０３、３０６、３０９、３１１は、サンプルのｎ番目のセット毎に処理するので、スループットの制約が十分に緩和される。これにより、ＳＲＣユニットに対するクロック速度は低くなる。入力ＦＩＦＯの速度処理は、ＡＤＣのサンプルレートと無関係であるので、ＳＲＣユニットは、ＡＤＣとは関係なくクロックされることができる。ＡＤＣに対して３００ＭＨｚまでのクロックレートが必要であるとすると、高速ドライブにとってこれは利点である。チャネルビットレートの計算及びサンプルレートの変換が、クロック毎に４つのサンプルを処理するように設計されているならば、これらのユニットに必要なクロック速度は、たった７５ＭＨｚである。

（多数のＨＦサンプルで測定された）同期コードの長さと、（多数のＨＦサンプルで測定された）２つの連続する同期コードの距離とを決定した後、ＨＦ信号におけるチャネルビットの長さもまたＨＦサンプルに関連して分かる。

図４は、読み出しアドレスリカバリのための基本ブロック図を示している。チャネルビットクロックリカバリと同じように、読み出し信号がデジタル化されて（４１）、ＦＩＦＯに記憶され（４２）、そして同期コードつまり同期パターンのユニーク部分が検出される（４５）。それから、同期パターン検出４５からの情報、主として位置情報が、同期コードのユニークでない部分の単純な復号４７に利用される。この復号は、ＨＦ信号（図示なし）又は再サンプリングされた信号（４８）のどちらかに基づいており、ＨＦ信号は、処理パスの早い段階で利用可能であるという利点を有し、再サンプリングされた信号は、再サンプリングのために、同期コードのユニークでない部分が一時的に標準形式を利用可能にし、復号タスクを簡潔にするという利点を有する。各フォーマット毎に同期コードの限定されたセットのみが存在するので、最大尤度デコーダを適用することができる。

好ましい発展において、媒体認識もまた、相互相関に基づいて成し遂げられ、まず、相互相関器が特定タイプの同期コードの検出用にプログラムされる。これは、例えばＣＤに対しては１１Ｔ／１１Ｔ信号である。同期コードの可能な範囲の長さは、ドライブの現速度と想定された形式とから分かる。例えば、最大可能な同期コードの長さで始まり、最小可能な長さまでプログラミングする相互相関器を段階的に洗練する全数検索のような同期コードの検索が実行される。媒体認識は、周期的な同期コードが検出されるとすぐに、すなわち固定距離がいずれかの２つの連続する同期コード間で見つけられるとすぐに成功であると考えられる。完全検索で周期的な同期コードが検出されないならば、媒体は、調査中の同期コードの媒体タイプに適合せず、相互相関器は、他のタイプの同期コードの検出のためにリプログラミングされ、上記手順が繰り返されなければならない。

クロックリカバリに対する既知のアプローチをブロック図で示している。 本発明によるクロックリカバリ及びサンプルレート変換の実施形態を示している。 サンプルレート変換の並列化アプローチを示している。 本発明による同期ＩＤ復号を実施するために必要な改良をブロック図で示している。

符号の説明

１１ デジタルフェーズロックループ
１２，２１，３０１，４１ アナログデジタル変換器
１３，２３，３０３，３０６，３０９，３１１，４３ サンプルレート変換器
１４，２４，３０７，４４ チャネルビット復号ユニット
２２，３０２，３０５，３０８，４２ ＦＩＦＯ
２５，３１０，４５ 同期パターン検出器
２６，３１１，４６ チャネルビットレート計算器
４７ 同期ＩＤ復号器

Claims (17)

1. 特定のチャネルビットクロック及び一定の間隔で発生する同期パターンをそれぞれが有する１つ以上のデジタル信号形式に適合する時間連続信号から、データをリカバリする方法において、
   前記デジタル信号形式の前記チャネルビットクロックの少なくとも全周波数の最高周波数と同じ周波数で時間連続信号をサンプリングする（２１，３０１，４１）ステップと、
   １つ以上の前記同期パターンの発生を位置決めするために、前記サンプリングされた信号を分析し（２５，３１０，４５）、それによって、前記サンプリングされた信号のどの場所でどの同期パターンが位置決めされているかを分析情報として提供するステップと、
   前記分析情報から同期パターンの連続する位置間の距離についての距離情報を計算するステップと、
   前記サンプリングされた信号を、前記チャネルビットクロックでデータを表示する変換された信号に変換する（２３，２６，３０３，３０４，３０６，３０９，３１１，４３，４６）ステップと
   を有することを特徴とするデータリカバリ方法。
2. 前記変換ステップは、
   前記分析情報及び／又は前記距離情報から、チャネルビットレート及び／又は前記チャネルビットクロックを計算する（２６，３１１，４６）ステップと、
   前記サンプリングされた信号を、前記計算されたチャネルビットレート又はビットクロックによって決定されたサンプリングレートに変換する（２３，３０３，３０６，３０９，４３）ステップと
   を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記サンプリングされた信号を分析した後に、フレーム配列情報として更に利用するために、同期パターンが位置決めされた場所を提供するステップを更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 同期パターンの発生を位置決めした後、第２信号からそれに含まれるアドレス情報を復号する（４７）ステップを更に有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記分析情報及び前記距離情報から、前記信号が適合する前記信号形式を認識するステップを更に有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記分析ステップ（２５，３１０，４５）は、相互相関を利用することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記信号が適合する形式を認識した後に、前記認識された形式によるアルゴリズムで、１つ以上の所定の同期パターンの発生を位置決めするために、サンプリングされた信号を分析し（２５，３１０，４５）、それによって、前記サンプリングされた信号のどの場所でどの前記同期パターンが位置決めされているかの分析情報を提供するステップと、
   認識された形式によるアルゴリズムで、前記分析情報から、同期パターンの連続する位置間の前記距離についての距離情報を計算するステップと、
   前記認識された形式によるアルゴリズムで、前記分析情報及び／又は前記距離情報から、チャネルビットレート及び／又は前記チャネルビットクロックを計算する（２６，３１１，４６）ステップと、
   前記認識された形式によるアルゴリズムで、前記サンプリングされた信号を、前記計算されたチャネルビットレートまたはビットクロックによって定義された前記サンプリングレートに変換する（２３，３０３，３０６，３０９，４３）ステップとのうちの１つ以上のステップを更に有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記サンプリングされた信号又はサンプリングされた信号が変換されたサンプルレートが、第２信号として利用されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
9. 最大尤度検出器は、前記復号（４７）ステップに適応することを特徴とする請求項４に記載の方法。
10. 前記分析（２５，３１０，４５）ステップは、
    ａ）現同期パターンとして、異なる同期パターンの限られたセットから、第１の同期パターンを設定するサブステップと、
    ｂ）前記現同期パターンの位置を見つけるために前記サンプリングされた信号を分析するサブステップと、
    ｃ）位置が見つからないで前記セットにおける最後の同期パターンに達するならば、前記セットから次の同期パターンを前記現同期パターンとして設定し、サブステップｂ）に折り返すサブステップと
    を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
11. 前記分析サブステップｂ）は、
    ｂ１）前記現同期パターンの異なってストレッチされたバージョンの限られたセットから、第１ストレッチバージョンを現同期パターンバージョンとして設定するサブステップと、
    ｂ２）前記現同期パターンバージョンの位置を見つけるために、前記サンプリングされた信号を分析するサブステップと、
    ｂ３）位置が見つからないで最後の現同期パターンバージョンに達するならば、前記セットから次の同期パターンバージョンを前記現同期パターンバージョンとして設定し、サブステップｂ２）に折り返すサブステップと
    を有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 時間連続信号からチャネルビットクロックをリカバリするための装置は、通常の間隔で発生する同期パターンを含む特定のチャネルビットクロック及び特定のフレーミング構造をそれぞれが有する１つ以上のデジタル信号形式に対応し、前記装置は、
    前記時間連続信号からサンプリングされた信号を生成するサンプリング手段（２１，３０１，４１）と、
    前記サンプリング手段（２１，３０１，４１）に接続されるアナログデジタル変換手段（２１，３０１，４１）と、
    サンプルレート変換手段（２３，３０３，３０６，３０９，４３）と
    を有する装置において、
    １つ以上の前記同期パターンの発生を位置決めするために前記サンプリングされた信号を分析するのに適合する分析器（２５，３１０，４５）と、
    同期パターンが位置する場所から、チャネルビットレート及び／又は前記チャネルビットクロックを計算するのに適合する計算器（２６，３１１，４６）とを特徴とし、
    前記サンプルレート変換手段（２３，３０３，３０６，３０９，４３）は、その入力データを、前記計算器によって計算された通りの前記チャネルビットレート又はビットクロックに等しい出力サンプルレートに従う出力データに変換することを特徴とする装置。
13. 前記サンプルレート変換手段は、並列に動作する２つ以上のユニット（３０２，３０３，３０５，３０６，３０８，３０９）を有し、それぞれが記憶手段（３０２，３０５，３０８）と関連補間手段（３０３，３０６，３０９）とから成ることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 同期パターンの発生を位置決めした前記分析器（４５）によってトリガされる同期ＩＤ復号器（４７）を有し、該同期ＩＤ復号器（４７）がデジタル信号に変換された前記サンプルレートから前記同期ＩＤｓを復号することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 前記分析器（２５，３１０，４５）は、異なる同期パターンの限られたセットから１つの同期パターンを現同期パターンとして選択するための同期パターン選択器と、現同期パターンに対して、発生が見つからないときに、分析ステップに折り返すためのループバックコントローラとを有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
16. 前記時間連続信号は、デジタル記憶媒体からの読み出し信号であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法又は請求項１２から１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記時間連続信号は、デジタル送信からの受信信号であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法又は請求項１２から１５のいずれか１項に記載の装置。
    

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