JP4842439B2 - 光ディスクからマルチレベル信号を読み書きするための方法および装置 - Google Patents
光ディスクからマルチレベル信号を読み書きするための方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
発明の背景
1. 発明の分野
本発明は、一般的には、光ディスクからマルチレベル信号を読み取り、マルチレベル信号を光ディスクに書き込むための方法および装置に関する。本発明は、最終的に光ディスクとの間で読み書きされる信号を処理するための方法および装置に関する。これらの信号は、反射率と長さの両方が変化するマークを、光ディスク上に生成する。開示されているシステムによれば、データを符号化（エンコード）・復号化（デコード）し、エラーを訂正し、データを同期化し、DC内容（DC content）を制御し、クロック信号を設定・回復し、信号のエンベロープを設定・回復し、信号ひずみを補正する方法が提供されている。
【０００２】
2. 従来技術との関係
光データストレージシステム (optical data storage system) の容量と速度を向上するために、マルチレベル光記録システムが開発されている。なお、本明細書で用いられている「マルチレベル(multilevel)」という用語は、レベルが３以上であることを意味している。従来の光記録システムでは、記録媒体の反射率 (reflectivity) は２つのステート（状態）の間で変調されている。光記録媒体上に記録されるデータの密度は、光記録媒体の反射率を３以上のステートに変調すると向上することができる。
【０００３】
マルチレベル信号の変調に特に適していると思われる光記録媒体の１つとして、相変化光物質 (phase change optical material) がある。相変化物質が書き込みレーザによって加熱されると、相変化物質の反射率が変化することができる。反射率の変化は、物質の加熱量と物質の冷却速度を調整することによって制御されている。このプロセスは、J. H. Coombs他著「GeTeベース合金のレーザ誘起結晶化現象、I. 核生成と成長の特徴(Laser-induced crystallization phenomena in GeTe-based alloys, I. Characterization on nucleation and growth)」(J. Appl. Phys. 78(8), 15 OCT 1995, p. 4906) に詳しく説明されている（以下、「Coombs」と呼ぶことにする）。
【０００４】
相変化光ディスクが書き込まれたあと、ディスクから反射された光ビームの強度が測定され、ディスクに書き込まれたマルチレベルデータが回復されるようにする。「マルチレベル情報を記録・再現するための装置および方法(APPARATUS AND METHOD FOR RECORDING AND REPRODUCING MULTILEVEL INFORMATION)」という名称の米国特許第5,144,615号（Kobayashi、以下「Kobayashi」と呼ぶ）には、そのような光ディスクからマルチレベルデータを回復するためのシステムが開示されている。図１は、Kobayashi特許に開示され、そのようなデータを回復するためのシステムを示すブロック図である。検出器から読み取られたアナログデータは、マーク長検出回路 (mark length detecting circuit) １０１と反射率検出回路 (reflectivity detecting circuit) １０２に入力される。これらの回路の出力はアナログ・ディジタル (A/D)コンバータ１０３に送られる。A/Dコンバータ１０３はn値回路を含み、この回路は、信号をあらかじめ決めた基準電圧と比較することによって、信号が対応付けられている値を決定している。そのあと、ｎ値信号は、バイナリ回路 (binary circuit) ４０５によってバイナリ信号に変換されている。
【０００５】
このシステムには、マルチレベル信号を読み取り、その信号をデジタル信号に変換するという、基本的観念についての概念が開示されているが、光学的に読み取られた信号に含まれていて、実際に発生する傾向のある種々の欠陥を処理するための方法が開示されていない。例えば、マーク長を正確に検出する目的でクロックがどのように回復されるかが明らかでなく、また、光学的に検出された信号とノイズの振幅変調やDCオフセットといったように、実際のシステムに発生する傾向のある問題を処理するための方法が開示されていない。
【０００６】
従来の２レベル光データストレージシステムでは、情報は、マークの長さとマーク間のスペースで格納されている。マークのエッジが検出される精度が、最小許容量だけ長さが変化するマーク間を区別できるだけの精度である限り、このシステムは高信頼に動作可能である。このエッジがある反射率ステートから別の反射率ステートに移ることは、しきい値を設定し、信号がこのしきい値を交差するときの時刻を決定することによって検出可能になっている。このエッジ検出の妨げとなる可能性のある、緩慢な振幅変化は、しきい値検出回路の前に光検出器をAC結合することによって除去されている。マークとスペースの長さは、エッジからエッジへ移るときのクロック周期の数をカウントすることによって測定されている。リーダクロック周期はマーク/スペースのエッジと同期がとられ、各マーク/スペースに整数個のクロック周期が発生するようにしている。
【０００７】
上記とは対照的に、マルチレベル記録システムでは、情報を搬送するのは信号の振幅になっている。リーダはデータ信号を解釈して、ある時刻の信号の振幅を決定しなければならない。従って、リーダクロックはデータストリームと同期がとられて、リーダが正しい時刻の信号を解釈するようにしなければならない。リーダの光学系にはぼかし効果 (blurring effect) があるため、あるレベルから別のレベルに移るとき、シャープなエッジが得られない。従って、リーダクロックとデータストリームとの同期をとることは困難になっている。そのため、読み取られたデータストリームを正確に位置合わせ（アライメント）するための方法が要求されている。さらに、マルチレベルシステムは、データ信号の総エンベロープの変化に影響されやすくなっている。AC結合するだけでは、異なる振幅信号を十分正確に決定するには不十分である。マルチレベル光ディスクシステムで起こっている、もう１つの問題はDC補償 (DC compensation) である。
【０００８】
マルチレベル光読み取りシステムがデータを高信頼に記録し、回復できるようにするためには、光信号を読み取るときの上記エラー発生源を処理するための方法が要求されている。
【０００９】
発明の概要
以上に鑑みて、本発明によれば、マルチレベルマークを光ディスク上に読み書きするためのシステムが開示されている。このシステムはエラー訂正符号化・復号化システム、変調・復調システム、DC制御システム、振幅校正回路、クロック回復回路、書き込み戦略システム (write strategy system)、レーザスポットをディスク表面に集中し、追跡するシステム、ディスクを回転させるシステム、およびコンピュータシステムとのインタフェースを備えている。当然に理解されるように、本発明はさまざまな態様で実現することが可能であり、その中には、プロセス、装置、システム、デバイス、方法、またはコンピュータ読み取り可能媒体が含まれており、媒体には、データのストアと回復を高信頼に行うことを可能にする、ある種のマークが収められている。以下では、本発明のいくつかの実施形態について説明する。
【００１０】
一実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取るための方法が開示されている。この方法によれば、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号 (raw analog data signal) を読み取り、生アナログデータ信号の振幅を調整することが含まれている。タイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号から回復され、生アナログデータ信号とタイミング信号を処理することによって生アナログデータ信号の振幅変調の校正が行われる。
【００１１】
別の実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取り、生アナログデータ信号からタイミング信号を回復することを含んでいる。アナログ信号は、A/Dコンバータを使用してデジタルデータ信号に変換される。生アナログデータ信号の振幅変調はデジタルデータ信号を処理することによって校正され、振幅調整されたデジタルデータ信号が取得される。
【００１２】
別の実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取り、生アナログデータ信号を処理することによって生アナログデータの振幅変調を校正し、振幅調整されたアナログデータ信号を取得することを含んでいる。タイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号から回復され、そのタイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号の振幅変調をさらに校正するために使用される。
【００１３】
別の実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取り、生アナログデータ信号を処理することによって生アナログデータ信号の振幅変調を校正し、振幅調整されたアナログデータ信号を取得することを含んでいる。タイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号から回復される。振幅調整されたアナログデータ信号は、デジタルデータ信号に変換される。このデジタルデータ信号は、分数間隔等化器 (fractionally spaced equalizer) で処理され、等化データ信号が取得される。
【００１４】
別の実施形態では、光ディスクから信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取ることを含んでいる。生アナログデータ信号はアライメント（位置合わせ）シーケンス (alignment sequence) を含んでいる。このアライメントシーケンスは、アライメントシーケンスの自己相関 (autocorrelation) が、単一アライメントポイントでほぼ高い値をもつように選択されている。生アナログデータ信号はデジタルデータ信号に変換される。このデジタルデータ信号は、デジタル化されてストアされたアライメントシーケンスのバージョンと相互相関付け(cross correlate) され、データシーケンスの先頭が決定されるようにする。
【００１５】
別の実施形態では、光ディスクに書き込まれるマルチレベルマークパターンは、プリアンブルとデータブロックを含んでいる。プリアンブルは、タイミング獲得フィールドシーケンス、アライメントシーケンス、較正 (calibration) マークシーケンス、および等化器トレーニングセクションを含んでいる。
【００１６】
別に実施形態では、ECCブロックに編成された光ディスクに書き込まれるマルチレベルマークパターンは、変調符号化マークと物理フォーマットマークを含んでいる。変調符号化マークは、符号化アドレスセクションと符号化データマークを含んでいる。物理フォーマットブロックは、周期ECCデータ同期フィールド、周期タイミングフィールド、周期AGCフィールド、および周期DC制御フィールドを含んでいる。
【００１７】
別の実施形態では、光ディスク上にデータを記録する方法は、所期のデータシーケンスを定義し、書き込みストラテジを使用して所期のデータシーケンスから書き込み信号を取り出すことを含んでいる。光ディスクは書き込み信号を使用して記録され、光ディスクが読み取られて回復されたシーケンスが取得される。この回復シーケンスは所期のデータシーケンスと比較され、書き込みストラテジは、回復シーケンスと所期のデータシーケンスとの比較に基づいて調整され、回復シーケンスが、所期のデータシーケンスに向かって収束する傾向をもつようにされる。
【００１８】
別の実施形態では、光ディスク上にデータを記録する方法は、所期のデータシーケンスを定義し、書き込みストラテジを使用して所期のデータシーケンスから書き込み信号を取り出すことを含んでいる。光ディスクは書き込み信号を使用して記録され、光ディスクが読み取られて回復されたシーケンスが取得される。所期のデータシーケンスは線形的にフィルタリングされる。回復シーケンスは線形的にフィルタリングされた所期のデータシーケンスと比較され、書き込みストラテジは、回復シーケンスと線形的にフィルタリングされた所期のデータシーケンスとの比較に基づいて調整され、回復シーケンスが、線形的にフィルタリングされた所期のデータシーケンスに向かって収束する傾向をもつようにされる。
【００１９】
別の実施形態では、光ディスクに書き込まれるマルチレベルマークパターンは、３以上のデータレベルを含むデータマーク、データマーク間に周期的に現れるタイミングフィールド、およびデータマーク間に周期的に現れる自動利得制御フィールドを含み、そこでは、自動利得フィールドは特定のデータレベルに対応付けられている。
【００２０】
別の実施形態では、光ディスクにマルチレベル信号を書き込む方法は、３レベル以上を含む複数のレベル上にデータをマッピングすることによってデータを符号化（エンコード）し、符号化データに同期フィールドを付加し、符号化データのDCレベルを決定し、符号化データのDCレベルをほぼ一定に保つためにDC制御フィールドを付加することを含んでいる。
【００２１】
別の実施形態では、光ディスクにマルチレベル信号を書き込む方法は、生データシーケンスエレメントをもつ生データシーケンスを決定し、畳み込みコード (convolutional code) を使用して生データシーケンスを符号化し、相関データシーケンス (correlated data sequence) を取得することを含んでいる。相関データシーケンスは、生データシーケンスの、２以上のエレメントの関数である相関データシーケンスエレメントをもっている。相関データシーケンスは光ディスクに書き込まれる。
【００２２】
本発明の上記および他の特徴と利点は、本発明の原理を例示している添付図面を参照して、以下に詳しく説明されている。
【００２３】
好ましい実施形態の詳細説明
以下、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明する。添付図面には、好ましい実施形態の例が示されている。本発明は、この好ましい実施形態と関連付けて説明されているが、本発明が１つの好ましい実施形態に限定されるものでないことはもちろんである。それとは逆に、本発明は、代替実施形態、改良、および等価技術を含むことが可能であり、これらは特許請求の範囲に明確化されている本発明の精神と範囲に属するものである。以下の説明には、本発明の完全な理解を容易にするために、多数の具体的詳細が示されている。本発明は、これらの具体的詳細の一部または全部がなくても、実施可能である。その他の場合には、本発明が不必要に不明確になるのを避けるために、周知プロセスのオペレーションの詳しい説明は省略している。
【００２４】
図２は、光ディスクからマルチレベル信号を読み取るためのシステムを示すブロック図である。ディスク２００はモータ２０２によって回転されている。光ヘッド２０４は、ディスク上のストレージロケーション（記憶位置）に照射するレーザと、そのロケーションからの反射光を検出するマルチエレメント光検出器とを具備している。光ディスクはマルチレベル変調信号を収めている。マルチレベル信号は、いくつかの異なる実施形態においてディスクの反射率を変化させる種々の手法を用いて光ディスクに書き込むことが可能であり、そのような手法としては、ピット深さを変化させる手法、色素（dye）の露出（照射）量を変化させる手法、光相変化物質の位相を変化させる手法などがある。以下に図示の例では、光相変化物質が使用されている。光検出器は光を電気信号に変換し、この電気信号は、前置増幅器２１０によって電流から電圧に変換され、増幅される。前置増幅器２１０の出力はサーボエラー信号カルキュレータ (servo error signal calculator ) ２１２に入力され、そこで、フォーカス、トラッキングおよびデータ解釈システム用に信号の組み合わせが計算される。データ信号はマルチレベル情報を収めているが、上述したような従来のシステムでは、増幅データは、情報をデジタル化する目的でA/Dコンバータに入力されている。以下に開示されている改良システムでは、増幅器とA/Dコンバータの間にも、A/Dコンバータのあとにも、さまざまな信号処理ステージが置かれている。
【００２５】
サーボエラー信号カルキュレータ２１２からの信号は、アナログ・デジタル(A/D)コンバータ２１８に入力される前に信号処理システム２１４に入力される。信号処理システム２１４の詳細は図３に示されている。処理されたデータ信号のほかに、クロック信号が信号処理システム２１４によって生成され、このクロック信号はA/Dコンバータ２１８にも与えられる。A/Dコンバータ２２０からのデジタル化出力信号は、適応分数間隔等化器 (fractionally spaced equalizer FSE) ２３０に入力される。この適応FSEはデータ信号の周波数応答を整形し、ある特定量のシンボル間妨害が、データチャネルからひとまとめにして与えられるようにする。さらに、FSEは適応性があるため、システムはメディアとプレイヤの相互交換とメディアの異質性（不均等性）を受け入れることが可能になっている。適応FSEの出力は、マークハンドラ (mark handler) を備えているヴィテルビ (Viterbi) 復号器（デコーダ）２３４に入力される。
【００２６】
マークハンドラ (mark handler) は、個別タイミング・利得制御フィールド (special timing and gain control fields)と、DC制御フィールドと、および実際にデータを表しているディスク上のストレージロケーションからのデータであってデータを搬送しない他のフィールドとを分離するために使用される。タイミング・利得制御フィールドについては、以下で説明する。DC制御フィールドは、信号の低周波内容(content)が抑止されるようにディスクに書き込まれる平均信号レベルを調整するために、周期的にディスクに書き込まれる。これらのDC制御フィールドは情報を搬送することなく、読み取り信号にDCバイアスが起こるのを防止することをだけを目的としている。
【００２７】
ヴィテルビ復号器は、ディスク上に符号化されたデータのシーケンスを回復する。ヴィテルビ復号器の出力はエラー訂正コード復号器 (error correction code decoder) ２３６に入力され、エラー訂正コード復号器からの出力データは、光ディスクからデータをシステムが読み取れるように役立てられる。
【００２８】
図３Ａは、信号処理システム２１４のコンポーネントに組み入れておくことができるデスネーカ (desnaker) を示すブロック図である。アナログ信号は前置デスネーカ (preliminary desnaker) ３０２に入力され、クロックがとられたデスネーカ (clocked desnaker：クロックドデスネーカ) ３０８にも入力される。デスネーカの目的は、振幅変調が信号に及ぼす影響を除去することである。デスネーカは、光ディスクの特性変化や機械的変化が原因で起こる、信号のエンベロープ（包絡線）に含まれる変調を除去する。例えば、ディスクにゆがみがあると、読み取り信号の振幅変調が記録データから離れる原因になる。また、相変化光物質の堆積量が変化したり、ディスクの表面を被覆しているポリカーボネ−ト物質の屈折率や厚さが変化したりすることもある。このようにデータ信号のエンベロープに変化が含まれていると、データ読み取りエラーの原因にするだけでなく、タイミングエラーの原因にもなる。
【００２９】
図４は、前置デスネーカが振幅変調信号をどのように処理するかを示す図である。所期の信号４０２は、そのエンベロープに変動が含まれていない。生信号４０４は、一般にそのエンベロープになんらかの変化が含まれている。このエンベロープの変動はスネーク（蛇）の形に似ていることから、「デスネ−キング(desnaking)」という用語が用いられている。一実施形態では、エンベロープ変化は、上部と下部のエンベロープ検出回路を使用することによって除去されている。振幅変調信号４０４に適用される上部エンベロープ検出回路の出力は、信号４０６として示されている。信号４０６は生信号のピークに追従している。同様に、下部エンベロープ検出回路の出力は生信号の最小値に追従している。
【００３０】
上部と下部のエンベロープ検出回路の出力は、振幅を正規化 (normalize) するために使用される。振幅変調は、データ信号から下部信号を減算して取り除いたあと、上部から下部を引いた値（top minus bottom）で除算することによって除去される。言い換えれば、オフセットがデータ信号から減算で取り除かれたあと、振幅が正規化される。ピーク検出器の設計は、HorowitzおよびHill著「アートオブエレクトロニクス (The Art of Electronics)」に説明されているが、その内容は、引用によって本明細書の一部に含まれている。
【００３１】
前置デスネーカ３０２の出力は、タイミングフィールドを獲得するためにタイミング回復システム３０６に入力される。タイミング回復回路３０６は、データ信号に含まれているタイミングフィールドとの同期を獲得し、サンプルクロックを生成する。一実施形態では、タイミングフィールドは、特定の値と共に書き込まれた一連のストレージロケーション、つまり、マークを含んでいる。具体的には、タイミングフィールドは、最高位マーク信号レベル（highest mark signal level）で書き込まれた３つのストレージロケーションが先に置かれ、そのあとに続いて最低位マーク信号レベル（lowest mark signal level）で書き込まれた３つのストレージロケーションが置かれるようにすることができる。他の実施形態では、タイミング回復は、特定のタイミングフィールドがデータ信号に組み込まれていなくても、データマークとの同期をとることで達成することもできる。
【００３２】
タイミングフィールドは、最低位レベルで書き込まれた３つのストレージロケーションが先に置かれ、そのあとに続いて最高位レベルで書き込まれた３つのストレージロケーションが置かれるようにすることもできる。高から低へ移るタイミングフィールドと、低から高へ移るタイミングフィールドとの違いは、フィールドを区別するために使用される。さらに、一実施形態では、４番目ごとのタイミングフィールドは、最高位レベルで書き込まれた５つの記憶位置 (storage position) が先に置かれ、そのあとに続いて最低位レベルで書き込まれた５つの記憶位置が置かれているか、あるいは最低位レベルで書き込まれた５つの記憶位置が先に置かれ、そのあとに続いて最高位レベルで書き込まれた５つの記憶位置が置かれている。10個の記憶位置の長さになっている、特大の長さのタイミングフィールドは、振幅自動利得制御フィールドとしても使用されている。自動利得制御フィールドは、データ信号のエンベロープの振幅変調をより正確にデスネーク、つまり、除去するために使用される。
【００３３】
クロック回復回路がタイミングフィールドにロックされると、クロックドデスネーカ (clocked desnaker) は、信号をより正確にデスネークするために使用される。クロックドデスネーカ３０８は、タイミング回復から入力を受け取り、光検出器からも生データ信号を受け取る。クロックドデスネーカ３０８が信号の振幅変調をより正確に除去するのは、クロック回復回路によって回復されたクロック信号を使用して、自動利得制御フィールドの高領域または低領域の中心付近の個所を決定するためである。このような個所が分かると、異なるレベルの近隣マークからのシンブル間妨害が低減または除去されるので、そのロケーションにおけるメディアの全振幅応答を確実に知ることができる。信号の振幅変調は、信号のオフセットを減算で除き、検出された振幅に逆比例する値で信号を乗算することによって再び除去される。振幅変調を校正する他の方法を使用することも可能であるが、その方法では、自動利得制御フィールドから読み取られた信号が使用される。
【００３４】
以上のように、振幅変調は前置デスネーカを使用して最初に除去され、前置デスネーカの出力はクロック信号を獲得するために使用される。クロック信号が獲得されると、そのクロック信号は、自動利得制御 (automatic gain control AGC) フィールドを含んでいる、生データ信号の部分を見付けるために使用される。自動利得制御フィールドの個所で読み取られた信号は、ディスク上に発生した振幅変調をより正確に補償するために使用される。より正確な補償はクロックドデスネーカによって行われ、クロックドデスネーカの出力はシステムによって使用される。
【００３５】
クロックドデスネーカは、クロック回復回路によって取得されたタイミング情報を使用し、自動利得制御フィールドが置かれている個所で読み取られた信号に基づいて信号を正確にデスネークする。以上のように、クロック回復を容易にする前置デスネーカと、自動利得制御フィールドから取得された信号を使用する別のデスネーカとからなる構成にすると、特に良好な結果が得られる。他の実施形態では、異なるデスネ−キングシステムが使用されている。
【００３６】
一実施形態では、第１前置デスネーカは、上述した前置デスネーカと類似したものが使用されている。しかし、読み取りアナログ信号 (read analog signal) を第２のクロックドデスネーカで操作する代わりに、読み取りアナログ信号はデジタル化され、デジタルデスネーカがデータを正確にデスネークするために使用されている。このような実施形態では、デジタル化された読み取り信号の解像ビット数は、信号内で符号化されているデータのビット数よりも多くなっている。他の実施形態では、生アナログ信号は、アナログデスネ−キングを行うことなくデジタル化され、すべてのデスネ−キングはデジタルドメインで行われている。
【００３７】
図３Ａに戻って説明すると、クロックドデスネーカからの出力信号は、アンチエイリアジングフィルタ (anti-aliasing filter：折り返し防止フィルタ) ３１０に入力され、アンチエイリアジングフィルタ３１０の出力はアナログ・デジタル(A/D)コンバータ３１２に入力される。タイミング回復システムからのクロック信号も、アナログ・デジタルコンバータに入力される。このクロック信号は、データ信号をいつデジタル化すべきかを決定するためにA/Dコンバータによって使用される。このデジタル化信号は、図２に示すFSE２３０に入力される。デジタル化する前にアナログデスネ−キングを行うと、ケースによってはシステムパフォーマンスが大幅に向上することが分かっている。別の実施形態では、データ信号は、前置デスネ−キングだけを行って、あるいはデスネ−キングをまったく行わずに、A/Dコンバータによってデジタル化されている。この信号は、自動利得制御フィールドの信号レベルの測定に基づく類似のアルゴリズムを使用して、デジタルドメインでデスネーキングされている。
【００３８】
図３Ｂは、代替デスネ−キングアーキテクチャを示すブロック図である。タイミング情報は、タイミング回復システム３５２によって前置デスネーカの出力から取り出され、このタイミング情報はアナログ・デジタルコンバータ３５４に対するクロックを生成するために使用され、そこで読み取り信号がデジタル化される。アナログ・デジタルコンバータ３５４の出力はデジタルデスネーカ３５６に入力され、そこで、デスネ−キングをデジタルドメインで行うように信号が処理される。デスネ−キングは、回復された信号ピーク値を分析し、検出された信号振幅変化を校正するように信号の調整を行うことによってデジタルに実行される。クロックドアナログデスネーカと同じように、自動利得制御マークを使用することが可能である。アナログ・デジタルコンバータ３５４の出力はFSE２３０に入力される。一実施形態では、アナログ・デジタルコンバータは12ビットのアナログ・デジタルコンバータであり、FSEは８レベルのデータを取り出す。
【００３９】
一実施形態では、FSEは、マークごとに２タップ(tap)をもつ有限インパルス応答 (finite impulse response FIR) フィルタである。等化器は、特定の等化ターゲットに対するチャネルの応答を整形する設計になっている。一実施形態では、等化ターゲットは1 + Dターゲット伝達関数をもっている。すなわち、光データチャネルを通り抜け、等化されたあとのターゲット出力信号は、入力信号に時間インターバルだけ遅延された入力信号を加えたものに等しくなっている。分数間隔等化器は、マークごとに間隔をおいて配置された等化器 (once per mark spaced equalizer) に比べて２つの利点をもっている。第一は、ノイズ特性が良好であることと、第二は、FSEがタイミングオフセットを校正できることである。さらに、データブロックの先頭で特定のシーケンス上でトレーニングすることにより、FSEフィルタは、マークを読み書きする個々のレコーダとプレイヤの差異に適応できると共に、ディスク/メディアの変化にも適応できる。また、FSEフィルタは、時間の経過と共に個々のプレイヤに摩耗が起こったとき発生する変化にも適応することができる。別の実施形態では、FSEは、事前補償 (precompensation) を行うと、データ信号のシンボル間妨害を元に戻すことができる。これは、ゼロ強制等化器 (zero forcing equalizer) と呼ばれている。FSEは、Proakis著「デジタルコミュニケーション(digital communications)」第３版(pp. 617-620)（その内容は引用により本明細書の一部になっている）およびLee & Messerschmitt「デジタルコミュニケーション(digital communications)」第２版(pp. 482, 484, 544)（その内容は引用により本明細書の一部になっている）に詳しく説明されている。
【００４０】
図２に戻って説明すると、FSEからの出力信号はヴィテルビ検出器２３４によって解釈（interpret）される。ヴィテルビ検出器は信号レベルを解釈し、最も起こり得るシーケンスを距離(metric)に基づいて決定する。この検出器は、あらゆる経路の組み合わせについてこの距離(metric)を計算し、ある時間のあと、経路距離計算 (path-metric calculation) で算出された最も起こり得る経路を選択する。
【００４１】
ヴィテルビ検出器は、非データマーク(non data mark)がFSEからの等化出力信号に及ぼす影響を除去するマークハンドラを含んでいる。一実施形態では、ヴィテルビ検出器は、非データマークがそこに存在すると分かっているロケーションにあるマークを周期的に無視することによって、これを行う。
【００４２】
ヴィテルビ検出器からの出力信号は、エラー訂正コード (error correction code ECC) 復号器に送られる。このECC復号器はデータを復号化（デコード）し、データにエラーがないかどうかをチェックする。そのようなエラー訂正コードとして一実施形態で使用されているものの１つは、「データを変調符号化してマルチレベル光記録媒体に格納するための方法および装置(Method and Apparatus For Modulation Encoding Data For Storage On A Multi-Level Optical Recording Medium)」(Welch他) という名称の米国特許出願第09/083,699号に記載されているが、その内容は引用により本明細書の一部になっている。
【００４３】
これまでは、自動利得制御フィールドを含むマルチレベルマークを読み取り、これらのマークからデータを復号化（デコード）するためのシステムについて説明してきた。次に、マーク自体とそのようなマークを読み取るためのシステムについて説明する。そのような書き込みシステムによって生成され、上述した読み取りシステムによって読み取られる代表的なマークパターンが示されている。
【００４４】
一実施形態では、開示されているシステムは、データマークをディスクに読み書きするために使用され、そこではデータマークの各々は同じ長さになっている。連続的に書き込まれる同一データマークは最小数でなければならないとする制約もなければ、相互に隣り合うように置くことができる同一データマークの最大数に関する制約もない。また、ゼロ復帰コード (return to zero code) といったように、データマークを周期的にあるレベルに戻さなければならないとする制約もない。他の実施形態では、ランレングス制限付きコード (run length limited code) を使用することも、ゼロ復帰コードを使用することも可能である。データマークのほかに、上述したモジュールのオペレーションを容易にするためにシステムマークが周期的にデータストリームに組み入れられる。一緒になって関数を実行するマークのセットは、フィールドと呼ばれている。システムマークとしては、タイミング、AGCおよびDC制御マークがあり、これらは周期的にデータストリームに組み入れられる。
【００４５】
図５Ａは、一実施形態で使用されるデータブロックフォーマットを示すブロック図である。プリアンブル（これは図５Ｂに詳しく記載されている）には、クロック獲得、レベル較正、等化器トレーニング、アライメント（位置合わせ）、ブロックアドレスに関するセクションがあり、ある実施形態では、データパターンの先頭が収められていることもある。クロック獲得セクションには、タイミングフィールドとAGCフィールドがあり、その間にデータが入っていないので、振幅変調を除去することと、クロックを獲得することが可能になっている。レベル較正パターンは、システムを較正するための、各レベルの長い信号を収めている。アライメントシーケンスは擬似ランダムシーケンスであり、アライメントシーケンスが自己相関付けされたとき、その相関がシャープなピークをもつような応答をもっている。つまり、相関は、正確なアライメントを示しているロケーションにだけほぼ高い値をもつようになっている。等化器トレーニングシーケンスは、読み取られる特定のディスクとプレイヤ組み合わせに合わせて等化器を調整することを可能にする。ブロックアドレスは、システムがディスク上のECCブロックをユニークに特定することを可能にする。ある実施形態では、データパターンシーケンスの先頭は、データパターンの先頭を示している。他の実施形態では、データパターンの先頭は、アライメントブロックからのオフセットによって決定される。
【００４６】
ECCブロックは、変調符号化マークと物理フォーマットマークを含んでいる。変調符号化マークは、その形体が変調コードによって変更されるように変調によって符号化され、物理フォーマットマークは、変調符号化のあと周期的にデータストリームに挿入されるが、その形体は変調コードによって変更されないようになっている。ECCブロック（これは図５Ｃに示されている）には、符号化アドレスセクション、周期ECC−データ同期フィールド、周期タイミングフィールド、周期AGCフィールド、周期DC制御フィールド、符号化データマーク、符号化ECCマーク、および符号化トレリスクリーンアップマーク(encoded trellis clean-up mark)が収められている。物理フォーマットECCブロックマークは、周期ECC−データ同期フィールド、周期タイミングフィールド、周期AGCフィールド、および周期DC制御フィールドを含んでいる。物理フォーマットマークと変調符号化マークが一緒になって、ECCブロックを構成している。
【００４７】
データマーク (g) は、他のフォーマットマークまたはフィールド（マークグループ）の間に散在している。アドレスセクション (a) はECCブロックのアドレスのコピーを収めており、エラー検出コードも収めている。ECC−データ同期 (b) フィールドはECCブロック内のロケーション情報を収め、データ回復を容易化している。上述したように、タイミングフィールド (c) はクロックを回復するために使用され、AGCフィールド (d) はエンベロープ内の低周波数ドリフトを除去するために使用される。DCフィールド (e) は信号のDC内容を制御するために使用される。ECCフィールド (f) は、データストリームに含まれるエラーを見つけ、訂正することを可能にするエラー訂正バイトを収めている。最後に、符号化トレリスクリーンアップマーク(h) は、ECCブロック内の周期的ポイントでトレリス符号化マークを既知状態に戻すために使用される。
【００４８】
図５Ｄは、ポストアンブルシーケンス (postamble sequence) を示す図である。このシーケンスには、タイミングフィールド (c)、AGCフィールド (d)、フィラデータマーク (g)、およびDC制御フィールド (e) が含まれている。DCフィールドは、データブロック構造の出力DCレベルを低減するために使用される。ある実施形態では、ポストアンブルは、トレリスを既知状態のままにしておくために符号化トレリスクリーンアップマーク (h) を収めておくことも可能である。図６は、マルチレベルマークをディスクに書き込むためのシステムを示すブロック図である。データバッファ６００からのデータはECC符号化ブロック６０１に入力され、そこでECCチェックバイトがデータストリームに付加される。そのあと、このデータはマルチレベル変調ブロック６０２に与えられる。マルチレベル変調ブロック６０２は、畳み込み符号化ブロック６０４とマークブロック６０５を含み、マークブロック６０５には、ECC−データ同期フィールド、DC制御フィールド、およびランレングスリミテッド (run length limited RLL) の制約が実装されていれば、その制約が追加されている。上述したようなタイミング・自動利得制御フィールドはブロック６０６で追加される。そのあと、データストリームは事前補償器 (precompensator) ６０８に送られ、事前補償器の出力はマルチレベルインプリメンタ (multilevel implementer) ６１０に送られ、そこでデータストリームは、記録されるディスクに対して選択されたレーザ書き込みストラテジに従ってビットストリームに変換される。
【００４９】
この実施形態では、ECC符号化データは、畳み込みで符号化される。畳み込み符号化はデータマーク間の相関を追加する。これらの相関と光チャネルのシンボル間妨害に起因する相関を使用すると、どちらも、ヴィテルビ検出器のような最尤検出器 (maximum likelihood detector) はデータシーケンスをより正確に符号化することが可能になる。一実施形態では、M=12レベルのときマーク当たり３ビットのビットレートを達成するために、変調は、６ビットに１パリティビットを加えたものが、２隣接マークからなるシンボルに符号化されるように２次元になっている。７ビットは128シンボルを必要とするので、取り得る12 x 12 =144シンボルのうち16シンボルは使用されない。128相互変調コンステレーション (cross modulation constellation) は下表に示されている。シンボル割り当ては、最初に行を選び、次に、符号化される値の列番号を選ぶと見つかる。例えば、７ビット値が64であれば、これはレベル４と７の２マークとして符号化されることになる。999は、シンボルが無効であることを示している。
【００５０】
【表１】
【００５１】
この畳み込み符号化は、「冗長信号セットによるトレリス符号化変調、第１部(Trellis-Coded Modulation with Redundant Signal Sets, Part 1)」(Gottfried Ungerboeck, IEEE Communications Magazine, February 1987) の表IIIから選択されたものである。この選択は、複雑性と符号化の利点とを調和するために行われている。
【００５２】
マークブロック６０５では、変調コンステレーションに見つからなかった16シンボルから選択されたシンボルで構成されたECC−データ同期パターンが追加される。以下は、一実施形態を示したものである。
【００５３】
【表２】
【００５４】
次に、DC制御フィールドが追加される。データ信号のDC内容は、ランニングデジタル合計 (running digital sum RDS) を使用して測定することができる。12レベルシステムでは、各レベルにはDC内容値が割り当てられている。例えば、レベル0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11には、それぞれDC内容値-11, -9, -7, -5, -3, -1, 1, 3, 5, 7, 9, 11が割り当てられている。RDSは、データレベルが読み取られるときの、DC内容値のランニング合計である。RDSをゼロ付近に保つと、平均データ信号レベルは、信号の振幅範囲の中心近くになる。一実施形態では、DC内容フィールドは、あるDC制御フィールドのあとに見つかったデータが反転しているかどうかを示している。上記の12レベル変調コードでは、反転は、データマークレベルkがデータマークレベル11-kになることを意味している。言い換えれば、レベル11は0になり、レベル3は8になる。反転を行うと、データストリームのDC内容の制御が容易になる。RLLマークは、データストリーム内の特定ロケーションに異なるレベルのマークを挿入することによって、同じレベルでデータのランを終了させることができる。一実施形態では、タイミング、AGC、およびDC制御フィールドは、RLLマークとして作用するだけの頻度になっている。他の実施形態では、別々のRLLマークの追加が必要になることがある。
【００５５】
そのあと、マークは事前補償器に渡され、シンボル間妨害の影響を除去するように近隣マークを考慮に入れて所期のレベルが調整されるか、さもなければ、一定のシンボル間妨害ターゲットが認識されることになる。
【００５６】
シンボル間妨害が特定のターゲットのシンボル間妨害に事前補償されていれば、シンボル間妨害は、データの復号化を向上するためにヴィテルビ検出器によって使用することができる。シンボル間妨害は相関をデータストリームの中に追加するので、ヴィテルビ検出器を使用して行われるのと同じように、最尤検出はデータ信号の解釈を向上することができる。相関は、畳み込みコードを使用して明示的にデータストリームの中に挿入することも可能である。種々の実施形態では、相関は、いくつかの異なる方法またはその組み合わせを使用して挿入されている。例えば、相関は、光システムによって挿入することも、事前補償器を使用して整形することも、畳み込みコードを使用して挿入することも、ISIと畳み込みエンコードの両方を使用して挿入することも可能である。
【００５７】
さらに、ある実施形態では、書き込み較正 (write calibration) がマルチレベルインプリメンタに組み込まれている。この書き込み較正は、老化または摩滅が原因で起こるディスク上のマーク書き込みの変化だけでなく、ディスク特性のばらつきも補償する。書き込み較正手順は3つの繰り返しステップからなっている。1) 既知パターンをディスクに書き込むステップ、2) パターンを読み取るステップ、3) 書き込まれたパターンが読み取られるとき、そのパターンが所期の読み取りパターンとなるように書き込みストラテジ（戦略）を調整するステップである。一実施形態では、読み取りパターンは、書き込まれたパターンを線形的にフィルタリングしたものと比較される。この実施形態では、調整は、システムの非線形的効果が較正によって除去または補償されるように行われる。他の実施形態では、読み書きシステムの線形的効果と非線形的効果は、どちらも、この方法を使用して較正することも、補償することも可能になっている。
【００５８】
この手順によると、ディスク上のデータの読み書きに影響を与える変化が起こったとき、プレイヤとディスクの組み合わせはその変化を調整することができる。この方法を使用して較正で除去できる因子としては、レーザの老化、レーザの温度、レンズまたはディスク上のほこり、ディスク材料のばらつき、などがある。
【００５９】
最後に、調整されたレベルはマルチレベルインプリメンタに送られ、そこで、事前補償器と書き込み較正器 (write calibrator) を使用して決定されたレベルが、特定時刻に特定持続時間をもつ特定レーザパワーのパルス列に変換される。
【００６０】
以上、データをマルチレベルディスクに書き込み、データをマルチレベルディスクから読み取るためのシステムについて説明してきた。読み取りシステムは、読み取り信号に引き起こされたノイズを、適応FSEを使用して補償している。さらに、信号がディスクに書き込まれる前に事前補償が行われている。クロック回復と自動利得補償を容易にするために特殊なフィールドがディスクに書き込まれている。他のフィールドは、ディスクから読み取られた信号のDCバイアスを制御している。
【００６１】
本発明の理解を容易にするために本発明を若干詳細に説明してきたが、当然に理解されるように、本発明は特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱しない限り、種々態様に変更し、改良することが可能である。また、当然に理解されるように、本発明のプロセスおよび装置は、どちらも、種々の態様で実現することも可能である。従って、本発明の実施形態は単なる例示であり、これらに限定されるものではなく、本発明は上述してきた細部に限定されることなく、特許請求の範囲に記載の発明の範囲を逸脱しない限り、等価技術の枠内で変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
以下では、本発明の理解を容易にするために、添付図面を参照して詳しく説明するが、図面において類似の構成エレメントは類似の参照符号を付けて示されている。
【図１】 データを回復するためのKobayashi特許に開示のシステムを示すブロック図である。
【図２】 光ディスクからマルチレベル信号を読み取るためのシステムを示すブロック図である。
【図３Ａ】 信号処理システムのコンポーネントを示すブロック図である。
【図３Ｂ】 代替デスネ−キングアーキテクチャを示すブロック図である。
【図４】 前置デスネーカが振幅変調信号をどのように処理するかを示す図である。
【図５Ａ】 一実施形態で使用されるデータブロックフォーマットを示すブロック図である。
【図５Ｂ】 プリアンブルシーケンスを示す図である。
【図５Ｃ】 ECCブロックを示す図である。
【図５Ｄ】 ポストアンブルシーケンスを示す図である。
【図６】 マルチレベルマークをディスクに書き込むためのシステムを示すブロック図である。
発明の背景
1. 発明の分野
本発明は、一般的には、光ディスクからマルチレベル信号を読み取り、マルチレベル信号を光ディスクに書き込むための方法および装置に関する。本発明は、最終的に光ディスクとの間で読み書きされる信号を処理するための方法および装置に関する。これらの信号は、反射率と長さの両方が変化するマークを、光ディスク上に生成する。開示されているシステムによれば、データを符号化（エンコード）・復号化（デコード）し、エラーを訂正し、データを同期化し、DC内容（DC content）を制御し、クロック信号を設定・回復し、信号のエンベロープを設定・回復し、信号ひずみを補正する方法が提供されている。
【０００２】
2. 従来技術との関係
光データストレージシステム (optical data storage system) の容量と速度を向上するために、マルチレベル光記録システムが開発されている。なお、本明細書で用いられている「マルチレベル(multilevel)」という用語は、レベルが３以上であることを意味している。従来の光記録システムでは、記録媒体の反射率 (reflectivity) は２つのステート（状態）の間で変調されている。光記録媒体上に記録されるデータの密度は、光記録媒体の反射率を３以上のステートに変調すると向上することができる。
【０００３】
マルチレベル信号の変調に特に適していると思われる光記録媒体の１つとして、相変化光物質 (phase change optical material) がある。相変化物質が書き込みレーザによって加熱されると、相変化物質の反射率が変化することができる。反射率の変化は、物質の加熱量と物質の冷却速度を調整することによって制御されている。このプロセスは、J. H. Coombs他著「GeTeベース合金のレーザ誘起結晶化現象、I. 核生成と成長の特徴(Laser-induced crystallization phenomena in GeTe-based alloys, I. Characterization on nucleation and growth)」(J. Appl. Phys. 78(8), 15 OCT 1995, p. 4906) に詳しく説明されている（以下、「Coombs」と呼ぶことにする）。
【０００４】
相変化光ディスクが書き込まれたあと、ディスクから反射された光ビームの強度が測定され、ディスクに書き込まれたマルチレベルデータが回復されるようにする。「マルチレベル情報を記録・再現するための装置および方法(APPARATUS AND METHOD FOR RECORDING AND REPRODUCING MULTILEVEL INFORMATION)」という名称の米国特許第5,144,615号（Kobayashi、以下「Kobayashi」と呼ぶ）には、そのような光ディスクからマルチレベルデータを回復するためのシステムが開示されている。図１は、Kobayashi特許に開示され、そのようなデータを回復するためのシステムを示すブロック図である。検出器から読み取られたアナログデータは、マーク長検出回路 (mark length detecting circuit) １０１と反射率検出回路 (reflectivity detecting circuit) １０２に入力される。これらの回路の出力はアナログ・ディジタル (A/D)コンバータ１０３に送られる。A/Dコンバータ１０３はn値回路を含み、この回路は、信号をあらかじめ決めた基準電圧と比較することによって、信号が対応付けられている値を決定している。そのあと、ｎ値信号は、バイナリ回路 (binary circuit) ４０５によってバイナリ信号に変換されている。
【０００５】
このシステムには、マルチレベル信号を読み取り、その信号をデジタル信号に変換するという、基本的観念についての概念が開示されているが、光学的に読み取られた信号に含まれていて、実際に発生する傾向のある種々の欠陥を処理するための方法が開示されていない。例えば、マーク長を正確に検出する目的でクロックがどのように回復されるかが明らかでなく、また、光学的に検出された信号とノイズの振幅変調やDCオフセットといったように、実際のシステムに発生する傾向のある問題を処理するための方法が開示されていない。
【０００６】
従来の２レベル光データストレージシステムでは、情報は、マークの長さとマーク間のスペースで格納されている。マークのエッジが検出される精度が、最小許容量だけ長さが変化するマーク間を区別できるだけの精度である限り、このシステムは高信頼に動作可能である。このエッジがある反射率ステートから別の反射率ステートに移ることは、しきい値を設定し、信号がこのしきい値を交差するときの時刻を決定することによって検出可能になっている。このエッジ検出の妨げとなる可能性のある、緩慢な振幅変化は、しきい値検出回路の前に光検出器をAC結合することによって除去されている。マークとスペースの長さは、エッジからエッジへ移るときのクロック周期の数をカウントすることによって測定されている。リーダクロック周期はマーク/スペースのエッジと同期がとられ、各マーク/スペースに整数個のクロック周期が発生するようにしている。
【０００７】
上記とは対照的に、マルチレベル記録システムでは、情報を搬送するのは信号の振幅になっている。リーダはデータ信号を解釈して、ある時刻の信号の振幅を決定しなければならない。従って、リーダクロックはデータストリームと同期がとられて、リーダが正しい時刻の信号を解釈するようにしなければならない。リーダの光学系にはぼかし効果 (blurring effect) があるため、あるレベルから別のレベルに移るとき、シャープなエッジが得られない。従って、リーダクロックとデータストリームとの同期をとることは困難になっている。そのため、読み取られたデータストリームを正確に位置合わせ（アライメント）するための方法が要求されている。さらに、マルチレベルシステムは、データ信号の総エンベロープの変化に影響されやすくなっている。AC結合するだけでは、異なる振幅信号を十分正確に決定するには不十分である。マルチレベル光ディスクシステムで起こっている、もう１つの問題はDC補償 (DC compensation) である。
【０００８】
マルチレベル光読み取りシステムがデータを高信頼に記録し、回復できるようにするためには、光信号を読み取るときの上記エラー発生源を処理するための方法が要求されている。
【０００９】
発明の概要
以上に鑑みて、本発明によれば、マルチレベルマークを光ディスク上に読み書きするためのシステムが開示されている。このシステムはエラー訂正符号化・復号化システム、変調・復調システム、DC制御システム、振幅校正回路、クロック回復回路、書き込み戦略システム (write strategy system)、レーザスポットをディスク表面に集中し、追跡するシステム、ディスクを回転させるシステム、およびコンピュータシステムとのインタフェースを備えている。当然に理解されるように、本発明はさまざまな態様で実現することが可能であり、その中には、プロセス、装置、システム、デバイス、方法、またはコンピュータ読み取り可能媒体が含まれており、媒体には、データのストアと回復を高信頼に行うことを可能にする、ある種のマークが収められている。以下では、本発明のいくつかの実施形態について説明する。
【００１０】
一実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取るための方法が開示されている。この方法によれば、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号 (raw analog data signal) を読み取り、生アナログデータ信号の振幅を調整することが含まれている。タイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号から回復され、生アナログデータ信号とタイミング信号を処理することによって生アナログデータ信号の振幅変調の校正が行われる。
【００１１】
別の実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取り、生アナログデータ信号からタイミング信号を回復することを含んでいる。アナログ信号は、A/Dコンバータを使用してデジタルデータ信号に変換される。生アナログデータ信号の振幅変調はデジタルデータ信号を処理することによって校正され、振幅調整されたデジタルデータ信号が取得される。
【００１２】
別の実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取り、生アナログデータ信号を処理することによって生アナログデータの振幅変調を校正し、振幅調整されたアナログデータ信号を取得することを含んでいる。タイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号から回復され、そのタイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号の振幅変調をさらに校正するために使用される。
【００１３】
別の実施形態では、光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取り、生アナログデータ信号を処理することによって生アナログデータ信号の振幅変調を校正し、振幅調整されたアナログデータ信号を取得することを含んでいる。タイミング信号は、振幅調整されたアナログデータ信号から回復される。振幅調整されたアナログデータ信号は、デジタルデータ信号に変換される。このデジタルデータ信号は、分数間隔等化器 (fractionally spaced equalizer) で処理され、等化データ信号が取得される。
【００１４】
別の実施形態では、光ディスクから信号を読み取る方法は、光検出器を使用してディスクから生アナログデータ信号を読み取ることを含んでいる。生アナログデータ信号はアライメント（位置合わせ）シーケンス (alignment sequence) を含んでいる。このアライメントシーケンスは、アライメントシーケンスの自己相関 (autocorrelation) が、単一アライメントポイントでほぼ高い値をもつように選択されている。生アナログデータ信号はデジタルデータ信号に変換される。このデジタルデータ信号は、デジタル化されてストアされたアライメントシーケンスのバージョンと相互相関付け(cross correlate) され、データシーケンスの先頭が決定されるようにする。
【００１５】
別の実施形態では、光ディスクに書き込まれるマルチレベルマークパターンは、プリアンブルとデータブロックを含んでいる。プリアンブルは、タイミング獲得フィールドシーケンス、アライメントシーケンス、較正 (calibration) マークシーケンス、および等化器トレーニングセクションを含んでいる。
【００１６】
別に実施形態では、ECCブロックに編成された光ディスクに書き込まれるマルチレベルマークパターンは、変調符号化マークと物理フォーマットマークを含んでいる。変調符号化マークは、符号化アドレスセクションと符号化データマークを含んでいる。物理フォーマットブロックは、周期ECCデータ同期フィールド、周期タイミングフィールド、周期AGCフィールド、および周期DC制御フィールドを含んでいる。
【００１７】
別の実施形態では、光ディスク上にデータを記録する方法は、所期のデータシーケンスを定義し、書き込みストラテジを使用して所期のデータシーケンスから書き込み信号を取り出すことを含んでいる。光ディスクは書き込み信号を使用して記録され、光ディスクが読み取られて回復されたシーケンスが取得される。この回復シーケンスは所期のデータシーケンスと比較され、書き込みストラテジは、回復シーケンスと所期のデータシーケンスとの比較に基づいて調整され、回復シーケンスが、所期のデータシーケンスに向かって収束する傾向をもつようにされる。
【００１８】
別の実施形態では、光ディスク上にデータを記録する方法は、所期のデータシーケンスを定義し、書き込みストラテジを使用して所期のデータシーケンスから書き込み信号を取り出すことを含んでいる。光ディスクは書き込み信号を使用して記録され、光ディスクが読み取られて回復されたシーケンスが取得される。所期のデータシーケンスは線形的にフィルタリングされる。回復シーケンスは線形的にフィルタリングされた所期のデータシーケンスと比較され、書き込みストラテジは、回復シーケンスと線形的にフィルタリングされた所期のデータシーケンスとの比較に基づいて調整され、回復シーケンスが、線形的にフィルタリングされた所期のデータシーケンスに向かって収束する傾向をもつようにされる。
【００１９】
別の実施形態では、光ディスクに書き込まれるマルチレベルマークパターンは、３以上のデータレベルを含むデータマーク、データマーク間に周期的に現れるタイミングフィールド、およびデータマーク間に周期的に現れる自動利得制御フィールドを含み、そこでは、自動利得フィールドは特定のデータレベルに対応付けられている。
【００２０】
別の実施形態では、光ディスクにマルチレベル信号を書き込む方法は、３レベル以上を含む複数のレベル上にデータをマッピングすることによってデータを符号化（エンコード）し、符号化データに同期フィールドを付加し、符号化データのDCレベルを決定し、符号化データのDCレベルをほぼ一定に保つためにDC制御フィールドを付加することを含んでいる。
【００２１】
別の実施形態では、光ディスクにマルチレベル信号を書き込む方法は、生データシーケンスエレメントをもつ生データシーケンスを決定し、畳み込みコード (convolutional code) を使用して生データシーケンスを符号化し、相関データシーケンス (correlated data sequence) を取得することを含んでいる。相関データシーケンスは、生データシーケンスの、２以上のエレメントの関数である相関データシーケンスエレメントをもっている。相関データシーケンスは光ディスクに書き込まれる。
【００２２】
本発明の上記および他の特徴と利点は、本発明の原理を例示している添付図面を参照して、以下に詳しく説明されている。
【００２３】
好ましい実施形態の詳細説明
以下、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明する。添付図面には、好ましい実施形態の例が示されている。本発明は、この好ましい実施形態と関連付けて説明されているが、本発明が１つの好ましい実施形態に限定されるものでないことはもちろんである。それとは逆に、本発明は、代替実施形態、改良、および等価技術を含むことが可能であり、これらは特許請求の範囲に明確化されている本発明の精神と範囲に属するものである。以下の説明には、本発明の完全な理解を容易にするために、多数の具体的詳細が示されている。本発明は、これらの具体的詳細の一部または全部がなくても、実施可能である。その他の場合には、本発明が不必要に不明確になるのを避けるために、周知プロセスのオペレーションの詳しい説明は省略している。
【００２４】
図２は、光ディスクからマルチレベル信号を読み取るためのシステムを示すブロック図である。ディスク２００はモータ２０２によって回転されている。光ヘッド２０４は、ディスク上のストレージロケーション（記憶位置）に照射するレーザと、そのロケーションからの反射光を検出するマルチエレメント光検出器とを具備している。光ディスクはマルチレベル変調信号を収めている。マルチレベル信号は、いくつかの異なる実施形態においてディスクの反射率を変化させる種々の手法を用いて光ディスクに書き込むことが可能であり、そのような手法としては、ピット深さを変化させる手法、色素（dye）の露出（照射）量を変化させる手法、光相変化物質の位相を変化させる手法などがある。以下に図示の例では、光相変化物質が使用されている。光検出器は光を電気信号に変換し、この電気信号は、前置増幅器２１０によって電流から電圧に変換され、増幅される。前置増幅器２１０の出力はサーボエラー信号カルキュレータ (servo error signal calculator ) ２１２に入力され、そこで、フォーカス、トラッキングおよびデータ解釈システム用に信号の組み合わせが計算される。データ信号はマルチレベル情報を収めているが、上述したような従来のシステムでは、増幅データは、情報をデジタル化する目的でA/Dコンバータに入力されている。以下に開示されている改良システムでは、増幅器とA/Dコンバータの間にも、A/Dコンバータのあとにも、さまざまな信号処理ステージが置かれている。
【００２５】
サーボエラー信号カルキュレータ２１２からの信号は、アナログ・デジタル(A/D)コンバータ２１８に入力される前に信号処理システム２１４に入力される。信号処理システム２１４の詳細は図３に示されている。処理されたデータ信号のほかに、クロック信号が信号処理システム２１４によって生成され、このクロック信号はA/Dコンバータ２１８にも与えられる。A/Dコンバータ２２０からのデジタル化出力信号は、適応分数間隔等化器 (fractionally spaced equalizer FSE) ２３０に入力される。この適応FSEはデータ信号の周波数応答を整形し、ある特定量のシンボル間妨害が、データチャネルからひとまとめにして与えられるようにする。さらに、FSEは適応性があるため、システムはメディアとプレイヤの相互交換とメディアの異質性（不均等性）を受け入れることが可能になっている。適応FSEの出力は、マークハンドラ (mark handler) を備えているヴィテルビ (Viterbi) 復号器（デコーダ）２３４に入力される。
【００２６】
マークハンドラ (mark handler) は、個別タイミング・利得制御フィールド (special timing and gain control fields)と、DC制御フィールドと、および実際にデータを表しているディスク上のストレージロケーションからのデータであってデータを搬送しない他のフィールドとを分離するために使用される。タイミング・利得制御フィールドについては、以下で説明する。DC制御フィールドは、信号の低周波内容(content)が抑止されるようにディスクに書き込まれる平均信号レベルを調整するために、周期的にディスクに書き込まれる。これらのDC制御フィールドは情報を搬送することなく、読み取り信号にDCバイアスが起こるのを防止することをだけを目的としている。
【００２７】
ヴィテルビ復号器は、ディスク上に符号化されたデータのシーケンスを回復する。ヴィテルビ復号器の出力はエラー訂正コード復号器 (error correction code decoder) ２３６に入力され、エラー訂正コード復号器からの出力データは、光ディスクからデータをシステムが読み取れるように役立てられる。
【００２８】
図３Ａは、信号処理システム２１４のコンポーネントに組み入れておくことができるデスネーカ (desnaker) を示すブロック図である。アナログ信号は前置デスネーカ (preliminary desnaker) ３０２に入力され、クロックがとられたデスネーカ (clocked desnaker：クロックドデスネーカ) ３０８にも入力される。デスネーカの目的は、振幅変調が信号に及ぼす影響を除去することである。デスネーカは、光ディスクの特性変化や機械的変化が原因で起こる、信号のエンベロープ（包絡線）に含まれる変調を除去する。例えば、ディスクにゆがみがあると、読み取り信号の振幅変調が記録データから離れる原因になる。また、相変化光物質の堆積量が変化したり、ディスクの表面を被覆しているポリカーボネ−ト物質の屈折率や厚さが変化したりすることもある。このようにデータ信号のエンベロープに変化が含まれていると、データ読み取りエラーの原因にするだけでなく、タイミングエラーの原因にもなる。
【００２９】
図４は、前置デスネーカが振幅変調信号をどのように処理するかを示す図である。所期の信号４０２は、そのエンベロープに変動が含まれていない。生信号４０４は、一般にそのエンベロープになんらかの変化が含まれている。このエンベロープの変動はスネーク（蛇）の形に似ていることから、「デスネ−キング(desnaking)」という用語が用いられている。一実施形態では、エンベロープ変化は、上部と下部のエンベロープ検出回路を使用することによって除去されている。振幅変調信号４０４に適用される上部エンベロープ検出回路の出力は、信号４０６として示されている。信号４０６は生信号のピークに追従している。同様に、下部エンベロープ検出回路の出力は生信号の最小値に追従している。
【００３０】
上部と下部のエンベロープ検出回路の出力は、振幅を正規化 (normalize) するために使用される。振幅変調は、データ信号から下部信号を減算して取り除いたあと、上部から下部を引いた値（top minus bottom）で除算することによって除去される。言い換えれば、オフセットがデータ信号から減算で取り除かれたあと、振幅が正規化される。ピーク検出器の設計は、HorowitzおよびHill著「アートオブエレクトロニクス (The Art of Electronics)」に説明されているが、その内容は、引用によって本明細書の一部に含まれている。
【００３１】
前置デスネーカ３０２の出力は、タイミングフィールドを獲得するためにタイミング回復システム３０６に入力される。タイミング回復回路３０６は、データ信号に含まれているタイミングフィールドとの同期を獲得し、サンプルクロックを生成する。一実施形態では、タイミングフィールドは、特定の値と共に書き込まれた一連のストレージロケーション、つまり、マークを含んでいる。具体的には、タイミングフィールドは、最高位マーク信号レベル（highest mark signal level）で書き込まれた３つのストレージロケーションが先に置かれ、そのあとに続いて最低位マーク信号レベル（lowest mark signal level）で書き込まれた３つのストレージロケーションが置かれるようにすることができる。他の実施形態では、タイミング回復は、特定のタイミングフィールドがデータ信号に組み込まれていなくても、データマークとの同期をとることで達成することもできる。
【００３２】
タイミングフィールドは、最低位レベルで書き込まれた３つのストレージロケーションが先に置かれ、そのあとに続いて最高位レベルで書き込まれた３つのストレージロケーションが置かれるようにすることもできる。高から低へ移るタイミングフィールドと、低から高へ移るタイミングフィールドとの違いは、フィールドを区別するために使用される。さらに、一実施形態では、４番目ごとのタイミングフィールドは、最高位レベルで書き込まれた５つの記憶位置 (storage position) が先に置かれ、そのあとに続いて最低位レベルで書き込まれた５つの記憶位置が置かれているか、あるいは最低位レベルで書き込まれた５つの記憶位置が先に置かれ、そのあとに続いて最高位レベルで書き込まれた５つの記憶位置が置かれている。10個の記憶位置の長さになっている、特大の長さのタイミングフィールドは、振幅自動利得制御フィールドとしても使用されている。自動利得制御フィールドは、データ信号のエンベロープの振幅変調をより正確にデスネーク、つまり、除去するために使用される。
【００３３】
クロック回復回路がタイミングフィールドにロックされると、クロックドデスネーカ (clocked desnaker) は、信号をより正確にデスネークするために使用される。クロックドデスネーカ３０８は、タイミング回復から入力を受け取り、光検出器からも生データ信号を受け取る。クロックドデスネーカ３０８が信号の振幅変調をより正確に除去するのは、クロック回復回路によって回復されたクロック信号を使用して、自動利得制御フィールドの高領域または低領域の中心付近の個所を決定するためである。このような個所が分かると、異なるレベルの近隣マークからのシンブル間妨害が低減または除去されるので、そのロケーションにおけるメディアの全振幅応答を確実に知ることができる。信号の振幅変調は、信号のオフセットを減算で除き、検出された振幅に逆比例する値で信号を乗算することによって再び除去される。振幅変調を校正する他の方法を使用することも可能であるが、その方法では、自動利得制御フィールドから読み取られた信号が使用される。
【００３４】
以上のように、振幅変調は前置デスネーカを使用して最初に除去され、前置デスネーカの出力はクロック信号を獲得するために使用される。クロック信号が獲得されると、そのクロック信号は、自動利得制御 (automatic gain control AGC) フィールドを含んでいる、生データ信号の部分を見付けるために使用される。自動利得制御フィールドの個所で読み取られた信号は、ディスク上に発生した振幅変調をより正確に補償するために使用される。より正確な補償はクロックドデスネーカによって行われ、クロックドデスネーカの出力はシステムによって使用される。
【００３５】
クロックドデスネーカは、クロック回復回路によって取得されたタイミング情報を使用し、自動利得制御フィールドが置かれている個所で読み取られた信号に基づいて信号を正確にデスネークする。以上のように、クロック回復を容易にする前置デスネーカと、自動利得制御フィールドから取得された信号を使用する別のデスネーカとからなる構成にすると、特に良好な結果が得られる。他の実施形態では、異なるデスネ−キングシステムが使用されている。
【００３６】
一実施形態では、第１前置デスネーカは、上述した前置デスネーカと類似したものが使用されている。しかし、読み取りアナログ信号 (read analog signal) を第２のクロックドデスネーカで操作する代わりに、読み取りアナログ信号はデジタル化され、デジタルデスネーカがデータを正確にデスネークするために使用されている。このような実施形態では、デジタル化された読み取り信号の解像ビット数は、信号内で符号化されているデータのビット数よりも多くなっている。他の実施形態では、生アナログ信号は、アナログデスネ−キングを行うことなくデジタル化され、すべてのデスネ−キングはデジタルドメインで行われている。
【００３７】
図３Ａに戻って説明すると、クロックドデスネーカからの出力信号は、アンチエイリアジングフィルタ (anti-aliasing filter：折り返し防止フィルタ) ３１０に入力され、アンチエイリアジングフィルタ３１０の出力はアナログ・デジタル(A/D)コンバータ３１２に入力される。タイミング回復システムからのクロック信号も、アナログ・デジタルコンバータに入力される。このクロック信号は、データ信号をいつデジタル化すべきかを決定するためにA/Dコンバータによって使用される。このデジタル化信号は、図２に示すFSE２３０に入力される。デジタル化する前にアナログデスネ−キングを行うと、ケースによってはシステムパフォーマンスが大幅に向上することが分かっている。別の実施形態では、データ信号は、前置デスネ−キングだけを行って、あるいはデスネ−キングをまったく行わずに、A/Dコンバータによってデジタル化されている。この信号は、自動利得制御フィールドの信号レベルの測定に基づく類似のアルゴリズムを使用して、デジタルドメインでデスネーキングされている。
【００３８】
図３Ｂは、代替デスネ−キングアーキテクチャを示すブロック図である。タイミング情報は、タイミング回復システム３５２によって前置デスネーカの出力から取り出され、このタイミング情報はアナログ・デジタルコンバータ３５４に対するクロックを生成するために使用され、そこで読み取り信号がデジタル化される。アナログ・デジタルコンバータ３５４の出力はデジタルデスネーカ３５６に入力され、そこで、デスネ−キングをデジタルドメインで行うように信号が処理される。デスネ−キングは、回復された信号ピーク値を分析し、検出された信号振幅変化を校正するように信号の調整を行うことによってデジタルに実行される。クロックドアナログデスネーカと同じように、自動利得制御マークを使用することが可能である。アナログ・デジタルコンバータ３５４の出力はFSE２３０に入力される。一実施形態では、アナログ・デジタルコンバータは12ビットのアナログ・デジタルコンバータであり、FSEは８レベルのデータを取り出す。
【００３９】
一実施形態では、FSEは、マークごとに２タップ(tap)をもつ有限インパルス応答 (finite impulse response FIR) フィルタである。等化器は、特定の等化ターゲットに対するチャネルの応答を整形する設計になっている。一実施形態では、等化ターゲットは1 + Dターゲット伝達関数をもっている。すなわち、光データチャネルを通り抜け、等化されたあとのターゲット出力信号は、入力信号に時間インターバルだけ遅延された入力信号を加えたものに等しくなっている。分数間隔等化器は、マークごとに間隔をおいて配置された等化器 (once per mark spaced equalizer) に比べて２つの利点をもっている。第一は、ノイズ特性が良好であることと、第二は、FSEがタイミングオフセットを校正できることである。さらに、データブロックの先頭で特定のシーケンス上でトレーニングすることにより、FSEフィルタは、マークを読み書きする個々のレコーダとプレイヤの差異に適応できると共に、ディスク/メディアの変化にも適応できる。また、FSEフィルタは、時間の経過と共に個々のプレイヤに摩耗が起こったとき発生する変化にも適応することができる。別の実施形態では、FSEは、事前補償 (precompensation) を行うと、データ信号のシンボル間妨害を元に戻すことができる。これは、ゼロ強制等化器 (zero forcing equalizer) と呼ばれている。FSEは、Proakis著「デジタルコミュニケーション(digital communications)」第３版(pp. 617-620)（その内容は引用により本明細書の一部になっている）およびLee & Messerschmitt「デジタルコミュニケーション(digital communications)」第２版(pp. 482, 484, 544)（その内容は引用により本明細書の一部になっている）に詳しく説明されている。
【００４０】
図２に戻って説明すると、FSEからの出力信号はヴィテルビ検出器２３４によって解釈（interpret）される。ヴィテルビ検出器は信号レベルを解釈し、最も起こり得るシーケンスを距離(metric)に基づいて決定する。この検出器は、あらゆる経路の組み合わせについてこの距離(metric)を計算し、ある時間のあと、経路距離計算 (path-metric calculation) で算出された最も起こり得る経路を選択する。
【００４１】
ヴィテルビ検出器は、非データマーク(non data mark)がFSEからの等化出力信号に及ぼす影響を除去するマークハンドラを含んでいる。一実施形態では、ヴィテルビ検出器は、非データマークがそこに存在すると分かっているロケーションにあるマークを周期的に無視することによって、これを行う。
【００４２】
ヴィテルビ検出器からの出力信号は、エラー訂正コード (error correction code ECC) 復号器に送られる。このECC復号器はデータを復号化（デコード）し、データにエラーがないかどうかをチェックする。そのようなエラー訂正コードとして一実施形態で使用されているものの１つは、「データを変調符号化してマルチレベル光記録媒体に格納するための方法および装置(Method and Apparatus For Modulation Encoding Data For Storage On A Multi-Level Optical Recording Medium)」(Welch他) という名称の米国特許出願第09/083,699号に記載されているが、その内容は引用により本明細書の一部になっている。
【００４３】
これまでは、自動利得制御フィールドを含むマルチレベルマークを読み取り、これらのマークからデータを復号化（デコード）するためのシステムについて説明してきた。次に、マーク自体とそのようなマークを読み取るためのシステムについて説明する。そのような書き込みシステムによって生成され、上述した読み取りシステムによって読み取られる代表的なマークパターンが示されている。
【００４４】
一実施形態では、開示されているシステムは、データマークをディスクに読み書きするために使用され、そこではデータマークの各々は同じ長さになっている。連続的に書き込まれる同一データマークは最小数でなければならないとする制約もなければ、相互に隣り合うように置くことができる同一データマークの最大数に関する制約もない。また、ゼロ復帰コード (return to zero code) といったように、データマークを周期的にあるレベルに戻さなければならないとする制約もない。他の実施形態では、ランレングス制限付きコード (run length limited code) を使用することも、ゼロ復帰コードを使用することも可能である。データマークのほかに、上述したモジュールのオペレーションを容易にするためにシステムマークが周期的にデータストリームに組み入れられる。一緒になって関数を実行するマークのセットは、フィールドと呼ばれている。システムマークとしては、タイミング、AGCおよびDC制御マークがあり、これらは周期的にデータストリームに組み入れられる。
【００４５】
図５Ａは、一実施形態で使用されるデータブロックフォーマットを示すブロック図である。プリアンブル（これは図５Ｂに詳しく記載されている）には、クロック獲得、レベル較正、等化器トレーニング、アライメント（位置合わせ）、ブロックアドレスに関するセクションがあり、ある実施形態では、データパターンの先頭が収められていることもある。クロック獲得セクションには、タイミングフィールドとAGCフィールドがあり、その間にデータが入っていないので、振幅変調を除去することと、クロックを獲得することが可能になっている。レベル較正パターンは、システムを較正するための、各レベルの長い信号を収めている。アライメントシーケンスは擬似ランダムシーケンスであり、アライメントシーケンスが自己相関付けされたとき、その相関がシャープなピークをもつような応答をもっている。つまり、相関は、正確なアライメントを示しているロケーションにだけほぼ高い値をもつようになっている。等化器トレーニングシーケンスは、読み取られる特定のディスクとプレイヤ組み合わせに合わせて等化器を調整することを可能にする。ブロックアドレスは、システムがディスク上のECCブロックをユニークに特定することを可能にする。ある実施形態では、データパターンシーケンスの先頭は、データパターンの先頭を示している。他の実施形態では、データパターンの先頭は、アライメントブロックからのオフセットによって決定される。
【００４６】
ECCブロックは、変調符号化マークと物理フォーマットマークを含んでいる。変調符号化マークは、その形体が変調コードによって変更されるように変調によって符号化され、物理フォーマットマークは、変調符号化のあと周期的にデータストリームに挿入されるが、その形体は変調コードによって変更されないようになっている。ECCブロック（これは図５Ｃに示されている）には、符号化アドレスセクション、周期ECC−データ同期フィールド、周期タイミングフィールド、周期AGCフィールド、周期DC制御フィールド、符号化データマーク、符号化ECCマーク、および符号化トレリスクリーンアップマーク(encoded trellis clean-up mark)が収められている。物理フォーマットECCブロックマークは、周期ECC−データ同期フィールド、周期タイミングフィールド、周期AGCフィールド、および周期DC制御フィールドを含んでいる。物理フォーマットマークと変調符号化マークが一緒になって、ECCブロックを構成している。
【００４７】
データマーク (g) は、他のフォーマットマークまたはフィールド（マークグループ）の間に散在している。アドレスセクション (a) はECCブロックのアドレスのコピーを収めており、エラー検出コードも収めている。ECC−データ同期 (b) フィールドはECCブロック内のロケーション情報を収め、データ回復を容易化している。上述したように、タイミングフィールド (c) はクロックを回復するために使用され、AGCフィールド (d) はエンベロープ内の低周波数ドリフトを除去するために使用される。DCフィールド (e) は信号のDC内容を制御するために使用される。ECCフィールド (f) は、データストリームに含まれるエラーを見つけ、訂正することを可能にするエラー訂正バイトを収めている。最後に、符号化トレリスクリーンアップマーク(h) は、ECCブロック内の周期的ポイントでトレリス符号化マークを既知状態に戻すために使用される。
【００４８】
図５Ｄは、ポストアンブルシーケンス (postamble sequence) を示す図である。このシーケンスには、タイミングフィールド (c)、AGCフィールド (d)、フィラデータマーク (g)、およびDC制御フィールド (e) が含まれている。DCフィールドは、データブロック構造の出力DCレベルを低減するために使用される。ある実施形態では、ポストアンブルは、トレリスを既知状態のままにしておくために符号化トレリスクリーンアップマーク (h) を収めておくことも可能である。図６は、マルチレベルマークをディスクに書き込むためのシステムを示すブロック図である。データバッファ６００からのデータはECC符号化ブロック６０１に入力され、そこでECCチェックバイトがデータストリームに付加される。そのあと、このデータはマルチレベル変調ブロック６０２に与えられる。マルチレベル変調ブロック６０２は、畳み込み符号化ブロック６０４とマークブロック６０５を含み、マークブロック６０５には、ECC−データ同期フィールド、DC制御フィールド、およびランレングスリミテッド (run length limited RLL) の制約が実装されていれば、その制約が追加されている。上述したようなタイミング・自動利得制御フィールドはブロック６０６で追加される。そのあと、データストリームは事前補償器 (precompensator) ６０８に送られ、事前補償器の出力はマルチレベルインプリメンタ (multilevel implementer) ６１０に送られ、そこでデータストリームは、記録されるディスクに対して選択されたレーザ書き込みストラテジに従ってビットストリームに変換される。
【００４９】
この実施形態では、ECC符号化データは、畳み込みで符号化される。畳み込み符号化はデータマーク間の相関を追加する。これらの相関と光チャネルのシンボル間妨害に起因する相関を使用すると、どちらも、ヴィテルビ検出器のような最尤検出器 (maximum likelihood detector) はデータシーケンスをより正確に符号化することが可能になる。一実施形態では、M=12レベルのときマーク当たり３ビットのビットレートを達成するために、変調は、６ビットに１パリティビットを加えたものが、２隣接マークからなるシンボルに符号化されるように２次元になっている。７ビットは128シンボルを必要とするので、取り得る12 x 12 =144シンボルのうち16シンボルは使用されない。128相互変調コンステレーション (cross modulation constellation) は下表に示されている。シンボル割り当ては、最初に行を選び、次に、符号化される値の列番号を選ぶと見つかる。例えば、７ビット値が64であれば、これはレベル４と７の２マークとして符号化されることになる。999は、シンボルが無効であることを示している。
【００５０】
【表１】
この畳み込み符号化は、「冗長信号セットによるトレリス符号化変調、第１部(Trellis-Coded Modulation with Redundant Signal Sets, Part 1)」(Gottfried Ungerboeck, IEEE Communications Magazine, February 1987) の表IIIから選択されたものである。この選択は、複雑性と符号化の利点とを調和するために行われている。
【００５２】
マークブロック６０５では、変調コンステレーションに見つからなかった16シンボルから選択されたシンボルで構成されたECC−データ同期パターンが追加される。以下は、一実施形態を示したものである。
【００５３】
【表２】
次に、DC制御フィールドが追加される。データ信号のDC内容は、ランニングデジタル合計 (running digital sum RDS) を使用して測定することができる。12レベルシステムでは、各レベルにはDC内容値が割り当てられている。例えば、レベル0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11には、それぞれDC内容値-11, -9, -7, -5, -3, -1, 1, 3, 5, 7, 9, 11が割り当てられている。RDSは、データレベルが読み取られるときの、DC内容値のランニング合計である。RDSをゼロ付近に保つと、平均データ信号レベルは、信号の振幅範囲の中心近くになる。一実施形態では、DC内容フィールドは、あるDC制御フィールドのあとに見つかったデータが反転しているかどうかを示している。上記の12レベル変調コードでは、反転は、データマークレベルkがデータマークレベル11-kになることを意味している。言い換えれば、レベル11は0になり、レベル3は8になる。反転を行うと、データストリームのDC内容の制御が容易になる。RLLマークは、データストリーム内の特定ロケーションに異なるレベルのマークを挿入することによって、同じレベルでデータのランを終了させることができる。一実施形態では、タイミング、AGC、およびDC制御フィールドは、RLLマークとして作用するだけの頻度になっている。他の実施形態では、別々のRLLマークの追加が必要になることがある。
【００５５】
そのあと、マークは事前補償器に渡され、シンボル間妨害の影響を除去するように近隣マークを考慮に入れて所期のレベルが調整されるか、さもなければ、一定のシンボル間妨害ターゲットが認識されることになる。
【００５６】
シンボル間妨害が特定のターゲットのシンボル間妨害に事前補償されていれば、シンボル間妨害は、データの復号化を向上するためにヴィテルビ検出器によって使用することができる。シンボル間妨害は相関をデータストリームの中に追加するので、ヴィテルビ検出器を使用して行われるのと同じように、最尤検出はデータ信号の解釈を向上することができる。相関は、畳み込みコードを使用して明示的にデータストリームの中に挿入することも可能である。種々の実施形態では、相関は、いくつかの異なる方法またはその組み合わせを使用して挿入されている。例えば、相関は、光システムによって挿入することも、事前補償器を使用して整形することも、畳み込みコードを使用して挿入することも、ISIと畳み込みエンコードの両方を使用して挿入することも可能である。
【００５７】
さらに、ある実施形態では、書き込み較正 (write calibration) がマルチレベルインプリメンタに組み込まれている。この書き込み較正は、老化または摩滅が原因で起こるディスク上のマーク書き込みの変化だけでなく、ディスク特性のばらつきも補償する。書き込み較正手順は3つの繰り返しステップからなっている。1) 既知パターンをディスクに書き込むステップ、2) パターンを読み取るステップ、3) 書き込まれたパターンが読み取られるとき、そのパターンが所期の読み取りパターンとなるように書き込みストラテジ（戦略）を調整するステップである。一実施形態では、読み取りパターンは、書き込まれたパターンを線形的にフィルタリングしたものと比較される。この実施形態では、調整は、システムの非線形的効果が較正によって除去または補償されるように行われる。他の実施形態では、読み書きシステムの線形的効果と非線形的効果は、どちらも、この方法を使用して較正することも、補償することも可能になっている。
【００５８】
この手順によると、ディスク上のデータの読み書きに影響を与える変化が起こったとき、プレイヤとディスクの組み合わせはその変化を調整することができる。この方法を使用して較正で除去できる因子としては、レーザの老化、レーザの温度、レンズまたはディスク上のほこり、ディスク材料のばらつき、などがある。
【００５９】
最後に、調整されたレベルはマルチレベルインプリメンタに送られ、そこで、事前補償器と書き込み較正器 (write calibrator) を使用して決定されたレベルが、特定時刻に特定持続時間をもつ特定レーザパワーのパルス列に変換される。
【００６０】
以上、データをマルチレベルディスクに書き込み、データをマルチレベルディスクから読み取るためのシステムについて説明してきた。読み取りシステムは、読み取り信号に引き起こされたノイズを、適応FSEを使用して補償している。さらに、信号がディスクに書き込まれる前に事前補償が行われている。クロック回復と自動利得補償を容易にするために特殊なフィールドがディスクに書き込まれている。他のフィールドは、ディスクから読み取られた信号のDCバイアスを制御している。
【００６１】
本発明の理解を容易にするために本発明を若干詳細に説明してきたが、当然に理解されるように、本発明は特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱しない限り、種々態様に変更し、改良することが可能である。また、当然に理解されるように、本発明のプロセスおよび装置は、どちらも、種々の態様で実現することも可能である。従って、本発明の実施形態は単なる例示であり、これらに限定されるものではなく、本発明は上述してきた細部に限定されることなく、特許請求の範囲に記載の発明の範囲を逸脱しない限り、等価技術の枠内で変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
以下では、本発明の理解を容易にするために、添付図面を参照して詳しく説明するが、図面において類似の構成エレメントは類似の参照符号を付けて示されている。
【図１】 データを回復するためのKobayashi特許に開示のシステムを示すブロック図である。
【図２】 光ディスクからマルチレベル信号を読み取るためのシステムを示すブロック図である。
【図３Ａ】 信号処理システムのコンポーネントを示すブロック図である。
【図３Ｂ】 代替デスネ−キングアーキテクチャを示すブロック図である。
【図４】 前置デスネーカが振幅変調信号をどのように処理するかを示す図である。
【図５Ａ】 一実施形態で使用されるデータブロックフォーマットを示すブロック図である。
【図５Ｂ】 プリアンブルシーケンスを示す図である。
【図５Ｃ】 ECCブロックを示す図である。
【図５Ｄ】 ポストアンブルシーケンスを示す図である。
【図６】 マルチレベルマークをディスクに書き込むためのシステムを示すブロック図である。
Claims (12)
- 振幅変調校正装置であって、
光ディスクから生アナログデータ信号を読み取る光検出器と、
予備的に校正されたアナログデータ信号を取得するために、前記生アナログデータ信号における振幅変調を予備的に校正する前置デスネーカと、
前記予備的に校正されたアナログデータ信号からタイミング信号を回復するタイミング回復回路と、
前記生アナログデータ信号及び前記タイミング信号を処理することによって、前記生アナログデータ信号の振幅変調の校正を行うクロックドデスネーカと、
からなることを特徴とする振幅変調校正装置。 - 請求項１記載の振幅変調校正装置において、前記クロックドデスネーカは、利得制御フィールドで読み出された信号の強度に基づいて、前記生アナログデータ信号を正規化するよう構成されていることを特徴とする振幅変調校正装置。
- 請求項１記載の振幅変調校正装置において、前記クロックドデスネーカは、利得制御フィールドに対応するように決定された時点で、前記生アナログデータ信号を評価するよう構成されていることを特徴とする振幅変調校正装置。
- 請求項１記載の振幅変調校正装置において、前記前置デスネーカは、エンベロープ検波器を含んでいることを特徴とする振幅変調校正装置。
- 請求項１記載の振幅変調校正装置において、前記クロックドデスネーカは、利得制御フィールドで読み出された信号の強度に基づいて、前記予備的に校正されたアナログデータを正規化するよう構成されていることを特徴とする振幅変調校正装置。
- 請求項１記載の振幅変調校正装置において、前記クロックドデスネーカは、利得制御フィールドに対応するように決定された時点で、前記予備的に校正されたアナログデータ信号を評価するよう構成されていることを特徴とする振幅変調校正装置。
- 光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法であって、
光検出器を使用して光ディスクから生アナログデータ信号を読み取るステップと、
予備的に校正されたアナログデータ信号を取得するために、前記生アナログデータ信号における振幅変調を予備的に校正するステップと、
前記予備的に校正されたアナログデータ信号からタイミング信号を回復するステップと、
前記生アナログデータ信号と前記タイミング信号を処理することによって、前記生アナログデータ信号の振幅変調を校正するステップとを含むことを特徴とする光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法。 - 請求項７に記載の光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法において、前記生アナログデータ信号と前記タイミング信号を処理することによって、前記生アナログデータ信号の振幅変調を校正するステップは、利得制御フィールドに対応するように決定された時点で、前記生アナログデータ信号を評価するステップを含むことを特徴とする光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法。
- 請求項８に記載の光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法において、利得制御フィールドに対応するように決定された時点は、回復された前記タイミング信号を使用して決定されることを特徴とする光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法。
- 請求項７に記載の光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法において、前記生アナログデータ信号と前記タイミング信号を処理することによって、前記生アナログデータ信号の振幅変調を校正するステップは、前記生アナログデータ信号のエンベロープを検出し、前記生アナログデータ信号を正規化するステップを含むことを特徴とする光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法。
- 請求項７に記載の光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法において、前記生アナログデータ信号と前記タイミング信号を処理することによって、前記生アナログデータ信号の振幅変調を校正するステップは、制御利得フィールドの中心近傍の点における信号の強度を検出するステップを含んでおり、該中心近傍の点は、前記タイミング信号を用いて検出されることを特徴とする光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法。
- 請求項７に記載の光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法において、前記生アナログデータ信号と前記タイミング信号を処理することによって、前記生アナログデータ信号の振幅変調を校正するステップはさらに、利得制御フィールドで読み出された信号の強度に基づいて、前記生アナログデータ信号を正規化するステップを含むことを特徴とする光ディスクからマルチレベル信号を読み取る方法。
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