JP4756676B2 - 高密度光記録媒体のウォブル復調方法 - Google Patents

Description

本発明は、光記録媒体のウォブル信号のＡＤＩＰデータ復調方法、及び、前記方法を用いた光記録媒体からの読出及び／又は光記録媒体への書込み装置に関する。

例えば、上記方法は、ウォブルトラックを有する光記録媒体からの読出及び／又は光記録媒体への書込み装置において、ウォブルトラックからアドレス情報（ＡＤＩＰ情報、ａｄｄｒｅｓｓ ｉｎ ｐｒｅｇｒｏｏｖｅ）を得るため、または、書込クロックの生成にウォブル周波数を利用するために用いられる。

一般的に、ディスク状で、読出及び／又は書込に適した光記録媒体において、トラックは、インタリーブされたスパイラル状又は同心円として表現される形状を有している。特に、書込に適した光記録媒体において、トラックは、媒体の特定の位置を見つけるために、特定の形状の揺れを付加的に有している。これは、トラックは、ほぼ直線状ではなく、蛇行した線であるということを意味する。例えば、この蛇行した線の形状には、光記録媒体上のある特定の位置を認識するために使用されるアドレス情報が含まれている。符号化には、周波数変調や位相変調のような、種々の方法が用いられる。更に、ウォブル信号は回転速度情報、または、予め決められたデータ書込み速度情報のために使用することも可能である。

高密度光記録媒体に対して、鋸歯状ウォブルとも呼ばれる、ＭＳＫ−ｃｏｓ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ ｃｏｓｉｎｅ ｖａｒｉａｎｔ）と、ＨＭＷ（Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｗａｖｅ）という２つの方法を、混合して用いるウォブル信号の変調が提案されている。ウォブル周期の一部のみが変調される。ウォブル周期の大部分は、図１のａ）に示すモノトーンウォブル（ＭＷ）である。図２のａ）に示すＭＳＫ−ｃｏｓ法は、主に、ＡＤＩＰユニット同期に採用されている。ＭＳＫマークはＡＤＩＰユニットの開始を示すため、または、同期若しくはデータ認識のために用いられる。ＨＭＷ法は、主にＡＤＩＰデータのために用いられる。ウォブルの基本周波数の第２高調波が、低い振幅レベルでウォブルに加えられる。その位相は、ウォブルの基本周波数と直交し、図３及び図４に示すようにＡＤＩＰビットに応じて、２つの位相で変調さる。

提案されている高密度光記録媒体のウォブル信号中には、異なる位相を有する以下の周波数が生じる。
ｆ１（ｔ）＝ｃｏｓ（２・π・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）
ｆ２（ｔ）＝−ｃｏｓ（２・π・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）＝−ｆ１（ｔ）
ｆ３（ｔ）＝ｃｏｓ（２・π・１．５・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）
ｆ４（ｔ）＝−ｃｏｓ（２・π・１．５・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）＝−ｆ３（ｔ）
ｆ５（ｔ）＝ｃｏｓ（２・π・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）＋１／４・ｓiｎ（２・π・２・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）
ｆ６（ｔ）＝ｃｏｓ（２・π・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）−１／４・ｓiｎ（２・π・２・ｆ_ｗｏｂ・ｔ）
上記のリストから明らかなように、ウォブル信号の周波数と位相により、異なるタイプのウォブル周期を、ウォブル信号中に見つけることができる。

上記ウォブル信号の変調は、まったく新しいものなので、信頼できるウォブル復調のための解決方法は、ほとんど知られていない。周波数又は位相復調のために従来から知られている方法を用いることは可能であるが、両方法を適切に組み合わせて適用することは難しい。

非特許文献１において、鋸歯状のウォブルグルーブを用いた光ディスクの新しいアドレスの概念が提案されている。各鋸歯状ウォブルのエラーレートを計算するために、鋸歯上の急激なエッジを微分によりパルス信号に変換している。

非特許文献２において、ＭＳＫマークと、ＨＭＷの鋸歯状ウォブルを検出する方法が提案されている。キャリア乗算器からなるヘテロダイン回路と、積分器と、サンプルホールド回路がこのために利用されている。ウォブル信号は、ＭＳＫマークを検出するために、基本周波数のコサイン波で乗算器において乗算される。他方、ウォブル信号は、ＨＭＷの鋸歯状ウォブルを検出するために、第２高調波のサイン波で乗算される。

Minamoto et al, "J.Appl. Phys Vol.41", 2002, p1741-1742 Kobayashi et al, "J.Appl. Phys Vol.42", 2003, p915-p918

従って、本発明は、信頼できるウォブル復調の他の方法を提供することを目的とする。

本発明によると、光記録媒体の、異なるタイプのウォブル周期から成るウォブル信号のＡＤＩＰデータの復調方法は、
−ウォブル信号の周波数及び／又は位相のハーモニックな変動を、振幅変動に変換するステップと、
−振幅変動を検出するステップと、
−検出した振幅変動から現在のウォブル周期のタイプを検出するステップとを有する。

周波数及び／又は位相のハーモニックな変動は、簡単に検出可能な、振幅変動に変換される。ＨＭＷ変調の場合、高調波の加減算が基本ウォブル周波数の期間の変動とはならないため、本発明は、それぞれデータ１とデータ０を表す、ｆ５（ｔ）とｆ６（ｔ）に特に有利である。典型的なウォブル復調は、よって、ｆ５（ｔ）又はｆ６（ｔ）を検出できない。本発明は、低い実装コストと簡易なアルゴリズムによる復調といった利点があり、結果として短期間で実装可能である。本発明の能力と、コヒーレントに基づく復調アルゴリズムの能力を比較することはできないが、本発明の能力は、低コストへの応用には十分なものである。

本方法は、周波数の変動を振幅変動へ変換しているので、本方法は、指紋のような、記録媒体の振幅に対して妨害となるものの影響を受けやすい。しかし、これらの振幅を妨害するものの影響は、自動利得調整（ＡＧＣ）を用いることで減らすことができる。

好ましくは、現在使用されている変調についての情報は、検出されたウォブル周期のタイプから得られる。ウォブル周期のタイプｆ１（ｔ）、・・・ｆ６（ｔ）が、現在使用されている変調についての情報を与える。
・ＭＳＫ（ｍｉｎｉｍｕｍ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）
・ＭＷ（モノトーンウォブル）
・“０”を現す鋸歯状ウォブル（ＨＭＷ＝ｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅ）
・“１”を現す鋸歯状ウォブル（ＨＭＷ＝ｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅ）
・検出できず（エラー）
この情報により、ＡＤＩＰユニットのタイプとＡＤＩＰワード構造が検出され、ＡＤＩＰ符号語が抽出される。

ウォブル信号の周波数及び／又は位相のハーモニックな変動を、振幅変動に変換するステップは、動的な積分機能、つまり信号の積分機能により、ウォブル信号を積分することからなる。これは、周波数変動の振幅変動への変換を、たいへん簡単に、そして効果的に行う。ウォブル信号の周波数及び／又は位相のハーモニックな変動を、振幅変動に変換する他の方法は、微分を計算するようなものも使用できる。一般的に、周波数変動のみが振幅変動に変換でき、位相変動はできない。しかし、高調波が加算又は減算されているといった、この特別な場合には、加算又は減算によって異なる値が得られる。これは、位相変動もまた振幅変動に変換していることを意味する。

好ましくは、本方法は、更に
−ウォブル周期内のウォブルの積分の最大及び／又は最小値を保存するステップと、
−保存された最大値及び／又は最小値を、ウォブル周期タイプの表示として用いるステップとを有する。

連続する最大値及び／又は最小値（最大値のみ、最小値のみ又は両方の組合せ）は、ウォブル周期タイプの直接の表示である。１ウォブル周期の後、最大及び／又は最小値は、好ましくは、クリアされる。つまり、積分関数の０交差点、または、ウォブル入力信号の最大点でクリアされる。

本発明によると、最大値及び／又は最小値は、ウォブル周期の異なるタイプについての値の範囲と比較される。ウォブル周期の特定タイプの最大値及び最小値に対応する理論値があるが、実際には、信号にノイズ成分が含まれるため、前記理論値には正確には一致しない。よって、値の範囲が有利に定義される。値の範囲を広くすると、未知の値の検出は妨げられるが、値は不正確に検出されるかもしれない。値の範囲を狭くすると、検出の不正確さは小さくなるが、未知の値がエラーを引き起こすこととなる。好ましい実施形態では、妨害のない値の範囲が使用される。これは、エラーが時々発生する原因となるが、状態遷移のエラー耐性により、ＡＤＩＰ復調には通常影響はない。

好ましくは、ウォブル周期の異なるタイプから少なくとも１のタイプが、ウォブル信号の周波数を測定することで検出される。例えば、ｆ３（ｔ）とｆ４（ｔ）は、簡単な周波数検出によりｆ１（ｔ）、ｆ２（ｔ）、ｆ５（ｔ）及びｆ６（ｔ）と区別される。簡単な周波数検出の例としては、１周期の時間の測定又は０交差点（例えば正から負）間のサンプルを数えることがある。ｆ１（ｔ）、ｆ２（ｔ）、ｆ５（ｔ）及びｆ６（ｔ）は、すべて同じ周期であるため、上記方法でこれらを見分けることはできない。

１周期の最大値と最小値の順序は、ウォブル周期のタイプを検出するために有利に判定される。例えば、ｆ１（ｔ）とｆ３（ｔ）の位相は、ウォブルの積分の最大値／最小値を分析することで検出することはできない。なぜなら、１８０度の位相シフトにより、同じ最大値／最小値となるからである。位相を得るために１ウォブル周期内で、最大値が最小値の前に生じたか否か、または、最小値が最大値の前に生じたか否かが検査される。位相を得ることはは必須ではないが、位相を得ることで能力が向上する。

好ましくは、本方法は、ＭＳＫ（ｍｉｎｉｍｕｍ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）及び／又はＨＭＷ（ｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅ）を用い変調されたウォブル信号に適用される。上記ウォブル変調が、高密度光記録媒体のために提案されているので、この種のウォブル信号を復調できる方法は重要なものとなってきている。

光記録媒体の、異なるタイプのウォブル周期から成るウォブル信号のＡＤＩＰデータを復調するデバイスは、本発明による方法を有利に実行する。

好ましくは、本発明による方法は、ウォブル復調のために、光記録媒体からの読出し及び／又は光記録媒体への書込み装置によって実行される。そのような装置は、低い実装コストで、十分信頼できるウォブル復調を行う。

本発明のより良い理解のために、以下では図面を参照し、最良の実施形態について詳細に説明する。本発明は、この典型的な実施形態のみに限定はされず、特定された特徴は、本発明の範囲から逸脱しない結合及び／又は修正がなされることも可能である。

図１から図４には、関数ｆｉ（ｔ）に代えて、サンプリングされた関数ｆｉ_ｎを表示している。関数は６６ＭＨｚでサンプリングされて、１００の量子化レベルで量子化されている。つまり、入力信号の理論値の範囲は、１００倍され、可能なサンプル値に均一に分配されている。

図１のａ）は、ウォブル信号のモノトーンウォブルｍｗ_ｎを示す。図１のｂ）は、積分されたモノトーンウォブルｉｍｗ_ｎを、モノトーンウォブルｍｗ_ｎとの比較で示し、合わせて対応する最大値ｍａｘ＿ｉｍｗ及び最小値ｍｉｎ＿ｉｍｗを示している。

図２のａ）は、ウォブル信号のＭＳＫマークｍｓｋ_ｎを、ｂ）は、積分されたＭＳＫマークｉｍｓｋ_ｎを、ＭＳＫマークｍｓｋ_ｎとの比較で示し、合わせてそれぞれの最大値ｍａｘ＿ｉｍｓｋ及び最小値ｍｉｎ＿ｉｍｓｋを示している。

図３のａ）は、“１”を表す鋸歯状ウォブルｓｗ１_ｎを示す。図３のｂ）は、対応する積分された鋸歯状ウォブルｉｓｗ１_ｎを、それぞれの最大値ｙｍａｘｉ１＿１及び最小値ｙｍａｘｉ１＿２と共に示している。

同様に、図４のａ）は、“０”を表す鋸歯状ウォブルｓｗ０_ｎを示す。図４のｂ）は、対応する積分された鋸歯状ウォブルｉｓｗ０_ｎを、それぞれの最大値ｙｍａｘｉ０＿１及び最小値ｙｍａｘｉ０＿２と共に示している。

本発明によるウォブル復調器７を図５に示す。ウォブル復調器７は、主に、前処理ブロック４と、積分器１と、最小／最大検出器２と、マルチレベル検出器３と、変調タイプ検出器５と、ＡＤＩＰ復号状態遷移６とを含む。前処理ブロック４及び変調タイプ検出器５は必須ではない。復調器７は、記録媒体（図示せず）から直接、または、前処理ブロック４からウォブル入力信号を受信する。前処理ブロック４は、例えば、利得及びオフセット制御、フィルタ処理、サンプルレート変換といった処理を行う。

第１のステップにおいて、入力信号の積分関数が計算される。これは、例えば、総ての入力信号の値を加算するアキュムレータといった、積分器１により行われる。小さなオフセットや理想的でない入力信号が、積分関数のドリフトを引き起こすので、時々、例えば１又はそれ以上の周期で、積分値をリセットすることは効果がある。入力信号の０交差（例えば正への）で積分値をリセットするとき、適切なリセット値を見つける必要がある。それは、積分値がこの点での固定の値を持っていないからである。これは、ある最大値（又は最小値）から次の最大値（又は最小値）を積分することで、好ましくは回避できる。これは、現在のウォブル周期のタイプに関わらず、積分値は常に最大値（又は最小値）で０である点を利用している。更なる利点は、あるタイプのウォブルから別のタイプのウォブルへの移行が、常に最大値で起こることである。ゆえに、移行の影響を最小とすることができる。問題は、ウォブル周波数に生じるＭＳＫマークの１．５倍の周波数である。つまり、同じ時間間隔中の周期数の増加である。これは、ＭＳＫマークの３ウォブル周期が、４ウォブル周期として検出されることを意味する。ゆえに、理論値は、この実装とは異なる。しかし、一般的に、積分された最大／最小値は、他のウォブル周期とは安全に見分けることを可能とする特性をもっているため、問題とはならない。

最小／最大検出器２は、ウォブル周期内のウォブル信号の積分関数の最小／最大値を見つける。１ウォブル周期、例えば、積分関数の０交差点又は入力ウォブル信号の最大値の後、最小／最大値はクリアされる。

マルチレベル検出器３は、得られた値を予め決められた値と比較し、ウォブル周期タイプ、つまりｆ１（ｔ）〜ｆ６（ｔ）、を出力する。もちろん、本発明は、これらの典型的な関数に制限されるものではない。同様に他の周波数変調にも応用可能である。異なるウォブル周期タイプに対応する典型的な最大値と最小値を、以下のテーブルに要約して示す。値は、８ビットの量子化で表すため１００倍され、６６ＭＨｚでサンプリングされている。

ｆ５（ｔ）とｆ６（ｔ）の値は対称である。つまり、ｆ５（ｔ）の最大値とｆ６（ｔ）の最小値は同じ絶対値であり、同様に、ｆ５（ｔ）の最小値とｆ６（ｔ）の最大値は同じ絶対値である。偏差は、量子化誤差の相互エイリアスの結果である。上述した値は理論値である。一般的に、信号にはノイズ成分が含まれているので、正確に上述した値には達しない。よって、値の範囲が有利に定義される。例えば、ｆ１（ｔ）の最大値として、１０３０から１１７０の間を有効として扱う。値の範囲を広くすると、未知の値の検出は妨げられるが、値の検出は正確ではないかもしれない。値の範囲を狭くすると、検出の不正確さは小さくなるが、未知の値がエラーを引き起こすこととなる。上述したように、好ましい実施形態では、妨害のない値の範囲が使用される。例外は、正負の上限及び下限値である。上の例において、最も小さい正の理論値は７３０である。例えば、６００より小さい正の値は、安全のためエラーとして扱う。同様のルールは、他の値にも適用する。

ウォブル周期のタイプｆ１（ｔ）、…ｆ６（ｔ）は、現在使用されている変調についての情報を与える。
・ＭＳＫ（ｍｉｎｉｍｕｍ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）
・ＭＷ（モノトーンウォブル）
・“０”を現す鋸歯状ウォブル（ＨＭＷ＝ｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅ）
・“１”を現す鋸歯状ウォブル（ＨＭＷ＝ｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｗａｖｅ）
・検出できず（エラー）
この情報により、ＡＤＩＰユニットのタイプとＡＤＩＰワード構造が、例えばＡＤＩＰ復号状態遷移６により検出され、ＡＤＩＰ符号語が抽出される。ＡＤＩＰ復号状態遷移６は好ましくはエラーに対する耐性を有する。例えば、ＭＳＫマークはデータストリームの特定の位置にのみ見つけられる。もしＭＳＫマークが異なる位置に検出されたなら、無視すべきである。もし期待されるＭＳＫマークが欠落していたら、加えるべきである。もちろん、たくさんのエラーが生じた場合、ＡＤＩＰ復号状態遷移６は、結局は同期はずれとなる。この場合は、データストリーム中に更なる同期マークを見つけるまで、待つ必要がある。

復調器７に適切なタイミングを供給するために、入力ウォブルの最大値が検出される。値の立上りから、値の立下りの変化が、例えば、この目的のために使用される。ウォブルにロックしたＰＬＬからのタイミング情報が利用可能であれば、それも使用可能である。

ａ）ウォブル信号のモノトーンウォブルと、ｂ）積分されたモノトーンウォブルを示す図である。 ａ）ウォブル信号のＭＳＫマークと、ｂ）積分されたＭＳＫマークを示す図である。 ａ）“１”を表す鋸歯状ウォブルと、ｂ）対応する積分された鋸歯状ウォブルを示す図である。 ａ）“０”を表す鋸歯状ウォブルと、ｂ）対応する積分された鋸歯状ウォブルを示す図である。 本発明によるウォブル復調を表す図である。

符号の説明

１ 積分器
２ 最小／最大検出器
３ マルチレベル検出器
４ 前処理ブロック
５ 変調タイプ検出器
６ ＡＤＩＰ復号状態遷移
７ ウォブル復調器

Claims (10)

1. 光記録媒体の、異なるタイプのウォブル周期を有するウォブル信号のＡＤＩＰデータの復調方法であって、
   ウォブル信号の周波数及び／又は位相のハーモニックな変動を、振幅変動に変換するステップと、
   振幅変動を検出するステップと、
   検出した振幅変動から現在のウォブル周期のタイプを検出するステップとを有する復調方法。
2. 現在使用されている変調についての情報を、検出したウォブル周期のタイプから得る、更なるステップを有する請求項１に記載の方法。
3. ウォブル信号の周波数及び／又は位相のハーモニックな変動を、振幅変動に変換するステップは、動的な積分機能により、ウォブル信号を積分することを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 更に、ウォブル周期内のウォブルの積分の最大値及び／又は最小値を保存するステップと、
   保存された最大値及び／又は最小値を、ウォブル周期タイプの表示として用いるステップとを有する請求項３に記載の方法。
5. 最大値及び／又は最小値を、ウォブル周期の異なるタイプについての値の範囲と比較する更なるステップを有する請求項４に記載の方法。
6. ウォブル周期のタイプを検出するために、最大値と最小値の順序を判定する更なるステップを有する請求項４又は５に記載の方法。
7. ウォブル周期の異なるタイプから少なくとも１のタイプを、ウォブル信号の周波数を測定することにより検出する更なるステップを有する請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. ＭＳＫ及びＨＭＷを用い変調されたウォブル信号に適用されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 光記録媒体の、異なるタイプのウォブル周期を有するウォブル信号のＡＤＩＰデータを復調するデバイスにおいて、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の方法を実行することを特徴とするデバイス。
10. 記録媒体からの読出し及び／又は記録媒体への書込み装置において、
    ウォブル復調のために、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法を使用、または、請求項９に記載のデバイスを有することを特徴とする装置。
    

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