專利名稱：將數據字序列轉換成調制信號的方法
技術領域：
本發明涉及將數據字序列調制成(d，k)受限序列，同時較好地抑制直流(DC)成分的方法。
游程長度受限碼，通常稱為(d，k)編碼，已經廣泛和成功地應用于現代磁和光記錄系統。此類編碼和用于實現所述編碼的裝置，在K.A.Schouhamer Immink所著的“海量數據存儲系統的編碼(Codes for MassData Storage Systems)”(ISBN 90-74249-23-X)中進行了描述。
游程長度受限碼是較早的不歸零記錄(NRZ)編碼的擴展，其中以記錄介質上的無(磁通量)變化來表示二進制記錄的“0”，而由記錄磁通從一個方向轉變到另一個方向來表示二進制“1”。
在(d，k)編碼中，上述的規則具有另外的限制，即，在連續的數據“1”中，至少記錄d個“0”，而在連續的數據“1”中，不記錄多于k個的“0”。第一個限制用于避免由于連續地記錄一系列“1”時生成的轉換脈沖擁擠而導致的碼元間干涉。第二個限制通過將鎖相環“鎖定”在所生成的轉換，從而從所生成的數據中恢復時鐘。如果有一個太長的不間斷的連續“0”字符串，沒有散布其中的“1”，則重新生成時鐘的鎖相環將發生同步丟失。
例如，在(2，7)編碼中，在所記錄的“1”中有至少兩個“0”，在所記錄的“1”之間有不超過7個的所記錄的連續“0”。通過模2積分運算，將編碼比特序列轉換為相應的調制信號，其由具有高或低信號值的比特單元組成，在調制信號中，由高信號值到低信號值的轉變，或者相反的過程，來表示比特“1”。由調制信號中的無改變表示比特“0”。
如上所述，當通過傳輸線路傳輸數據，或者將數據記錄到記錄介質上時，在傳輸或者解碼之前，將數據調制成為與傳輸線路或者記錄介質相匹配的編碼。如果調制獲得的編碼序列包含直流(DC)成分，則很容易生成多種錯誤信號，諸如在控制磁碟驅動器的伺服時所生成的跟蹤錯誤導致變化或者抖動。
使用所述無DC信號的第一個原因是記錄信道通常不對低頻成分起反應。當從在其記錄軌上記錄了信號的光記錄載體上讀取信號時，由于此時可以實現不被記錄信號干擾的連續跟蹤控制，所以抑制信號中的低頻成分也是很有利的。
很好地抑制低頻成分，可以實現更好的跟蹤，更少的干擾可聽噪聲。因此，進行了很多努力，以盡可能地避免調制序列包含直流成分。
為了避免調制序列包含直流成分，提出了DSV(數字和值)控制，用于避免調制信號包含直流成分。DSV是通過累加比特序列的值而獲得的總值，其中，分別將值+1和-1指定給比特序列中的‘1’和‘0’，這是在信道比特序列的NRZI調制之后得到的。DSV是序列中包含的直流成分的指示。
基本上恒定的游程數字和值(DSV)表示信號的頻譜不包括低頻部分的頻率成分。注意，DSV控制通常不會應用于由標準(d，k)編碼所生成的序列。通過在調制之后，在預定的時間中對編碼比特序列的DSV進行計算，并且將預定數目的DSV控制比特插入到編碼比特序列中，從而實現這些標準(d，k)編碼的DSV控制。為了提高編碼效率，期望將DSV控制比特的數目降低到最小的可能值。
在美國專利說明書4,501,000中，描述了使用調制信號在光或磁光記錄載體上記錄和讀取音頻信號的實例。該說明書中描述了8-14(EFM)調制系統，其用于在光盤(CD)或者小型光盤(MD)上記錄信息。通過將一系列的8位信息字轉換為一系列的14位編碼字，而獲得EFM調制信號，其中在連續的編碼字之間插入3比特的接合字(merging word)。
各個14位的編碼字滿足下面的條件，即，在兩個“1”之間，至少有d＝2和最大k＝10個“0”。為了也在編碼字之間滿足此條件，使用了3位的接合字。允許使用8個3位接合字之中的4個3位接合字，即“001”，“010”，“000”和“100”。不使用其它的3位接合字，即“111”，“011”，“101”和“110”，原因是它們違犯了規定的d＝2約束。
從4個允許的接合字中選擇一個，從而使得在對備選的編碼字和接合字進行串接之后，所獲得的比特串滿足(d，k)約束，并且在相應的模2積分信號中，DSV基本上保持為常數。通過根據上述規則確定接合字，能夠減少調制信號的低頻成分。
同時，信息記錄一直具有提高讀取和寫入速度的需求。但是，提高讀取速度的目標需要跟蹤機構更高的伺服帶寬，這又對抑制記錄信號中的低頻成分施加了更嚴格的約束。
對于抑制由跟蹤機構所生成的可聽噪聲而言，更好地抑制低頻成分也是很有利的。因此，期望作出足夠的努力，以防止信號包含低頻成分。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種編碼系統，其能夠為各個數據字生成相應的序列，其在記錄介質上記錄的(d，k)編碼的規則下，能夠精確地抑制直流成分，并且不包含長串的“0”，以及最小游程長度d的長游程。
根據本發明的把數據字序列轉換為調制信號的方法如下為各個數據字生成多個備選序列將彼此不同的數字字(digital word)與該數據字組合起來；根據預定的編碼率m/n，將各個備選序列轉換成為(d，k)受限序列；對于各個所轉換的(d，k)受限序列，逐位檢測數字和值的變化，并且檢查數字和值的各個變化是否超過了預設的閾值；根據數字和值的各個變化是否超出該預設閾值，對所轉換的(d，k)受限序列進行挑選，并且從挑選出的序列中，選擇一個數字和值具有最小值的(d，k)受限序列，以記錄在可記錄介質上，或者通過信道進行傳輸。
根據本發明，具有上述特征的將一系列數據字轉換成調制信號的方法使得在(d，k)編碼規則下，可以精確地抑制序列的DC成分，以記錄在光盤或磁光盤這樣的可記錄介質上，同時序列不含有同步結構(sync pattern)、長串“0”和最小游程長度d的長游程。
尤其是，對于更長序列的情況，本發明能夠更有效地抑制直流成分。
圖5顯示的是對于9比特序列而逐比特計算的RDS(游程數字和)；圖6顯示的是在多個備選(d，k)受限序列中，基于RDS而選擇一個序列的情況；圖7顯示的是根據本發明，在數據調制過程中，選擇一個對DSV控制有利的序列的過程。
優選實施例詳細說明為了使得本發明能夠被完全理解，下面結合附圖對優選實施例進行描述。
圖1顯示的是根據本發明的編碼系統實施例的框圖。
使用發生器20、選擇器22，編碼系統將用戶數據轉換成為(d，k)受限序列23，其中，很多預定的序列是完全不存在的，或者很少出現的。然后，使用預編碼器24將(d，k)受限序列轉換成為具有抑制了低頻成分的游程長度受限序列25。
如圖1所示，編碼系統包括發生器20，在圖2中顯示了其詳細的框圖。發生器20包括增強器40，其通過將彼此不同的數字字與數據字19進行組合，為各個字生成多個中間序列41。可以由增強器40簡單地通過在數據字19的前面、中間或者尾部放置數字字，從而生成中間序列40。
發生器20還包括加擾器42，其對中間序列41進行逐個加擾，以形成備選序列21的選擇集。在中間序列41中包含彼此不同的數字字具有下面的效果，即，針對各個中間序列41，使用不同的數字字對加擾器42進行初始化，加擾器42優選的為自同步加擾器。從而，備選序列21是數據字19相對較好的隨機化。
優選的，增強器用以通過將r長度的所有可能的數字字與數據字19組合起來，以為各個數據字19生成2r個中間序列41。以此方式，獲得了備選序列21的選擇集，其為最佳隨機化的。
圖2顯示的是選擇器22的詳細框圖。選擇器22包括(d，k)編碼器50，其將各個備選序列21轉換成為(d，k)受限序列51。為此，將備選序列2 1分割為q個m位的字，其中q為整數。在(d，k)編碼器50的規則下，將q個m位的字轉換成為q個n位的字，其中n＞m。(d，k)編碼器50可以是標準型的，具有參數m＝2，n＝3，d＝1，k＝7，或者m＝1，n＝2，d＝2，k＝7。
優選的，為了獲得較高的編碼效率，編碼器50具有參數m＝9，n＝13，和d＝1。在這個方面，參考了未公布的PCT申請PCT/KR00/01292。編碼器50還可以具有參數m＝6，n＝11，d＝2。在這個方面，參考了未公布的PCT申請PCT/KR01/00359。
選擇器22還包括裝置52，如果序列51包含同步結構、長串“0”、或者長串的備選Tmin游程這樣的不期望有的子序列，則該裝置對各個備選(d，k)受限序列51進行確定。如果觀察到了此類的非期望子序列，則判斷電路將計算與該非期望子序列相關的懲罰系數。
選擇器22還包括裝置52，其對于各個備選(d，k)受限序列51，判斷同步結構、長串“0”、或者長串的備選Tmin游程這些非期望子序列的出現次數，以及備選序列21對低頻成分的貢獻。
在懲罰算法的規則下，判斷裝置52對于所期望的序列給出較低的懲罰系數，而對非期望的序列給出較高的懲罰系數，或者從候選序列中去除非期望的序列。選擇器22還包括裝置54，其從候選序列中選擇具有較低懲罰系數的備選(d，k)受限序列51。
圖4顯示的是根據本發明，所使用的用于判斷和選擇具有較低懲罰系數的備選(d，k)受限序列51的常用方法。如圖4所示，判斷裝置52包括多個量度計算器，其同時分別測量“0”游程長度60、預定同步結構62的出現、備選Tmin游程長度64、以及低頻成分66。
“0”游程長度度量用作備選(d，k)受限序列51中的連續“0”(通常稱為“0”游程長度)的測量值。如上所述，如果在序列中“0”游程持續了一段很長的時間，諸如坑點和凸點等的記錄特征就變得非常長，這是有害的，能夠導致更容易發生錯誤跟蹤和錯誤。
量度計算器64對連續Tmin(如果d＝1，則Tmin為“01”，如果d＝2，則Tmin為“001”)游程長度進行測量，以降低具有太多重復的違反MTR(最大轉換游程)約束的‘Tmin’的選擇概率，例如，序列“01010101…”或者“001001001001…”。量度計算器64對那些將要通過選擇裝置54從可選擇的備選序列中排除的序列給出較高的懲罰系數。
同步檢測器62檢測在備選(d，k)受限序列51中是否存在預定的同步結構。實際上，如果檢測到了此類同步結構，則同步檢測器62對這個備選(d，k)受限序列進行標記，否則，該序列保持為未標記。
低頻成分(LFC)計算器66在使用預編碼設備對備選(d，k)受限序列進行調制的同時，對其DSV進行計算。備選(d，k)受限序列的長度可能較長，因此，LFC計算器66對各個序列的游程數字和(RDS)和序列末尾數字和(SEDS)進行計算。
RDS與SEDS不同，它是一個序列的逐比特計算的數字和。圖5顯示的是9位序列的RDS。在圖5中的實例中，在多個比特的末尾，即第9比特處計算的SEDS為‘-1’，然而，RDS為從‘-3’到‘+1’。
圖5中的實例顯示的是，如果序列較長，則即使SEDS具有允許的值，RDS也很可能超出了合理的極限。具有不允許的RDS的序列導致不能對直流成分進行很好的抑制。
由于此原因，LFC計算器66為各個備選(d，k)受限序列計算RDS和SEDS。如果在RDS的計算過程中，某序列的RDS超出了預定的閾值(±Th)，則LFC計算器66為該序列設定RDS溢出標記，否則，其將最大RDS和SEDS的絕對值，即|RDS|max和|SEDS|，發送到選擇裝置54。通過試錯法試驗選擇該閾值(±Th)，以而獲得最佳的直流控制性能。
不同的量度、同步檢測器和RDS溢出標記，以及(d，k)受限序列51，是選擇裝置54的輸入。選擇裝置54最后根據與備選序列有關的不同輸入量度相關的值進行判決，以選擇一個序列進行記錄或者傳輸。在此判決中，排除了具有設定標記的備選(d，k)受限序列。
在排除之后，選擇裝置54檢查是否還有其它的備選(d，k)受限序列。如果還有，則選擇裝置54選擇一個具有最小|RDS|max的(d，k)受限序列，以在記錄介質上進行記錄。如果有至少兩個具有相同最小|RDS|max的序列，則從中選擇具有最低懲罰系數的序列以在記錄介質上進行記錄，該懲罰系數是由量度計算器60和64根據備選Tmin游程長度和“0”游程長度而指定的。還有一種不同的選擇方式，如果還有至少兩個具有相同最小|RDS|max的序列，則從中選擇在比特末尾處具有較小RDS，即較小的SEDS的序列。
圖6顯示的是在多個備選(d，k)受限序列中選擇一個序列的情況。圖6顯示的情況僅適用于19比特長度的序列。
對于圖6中的情況，序列103具有SEDS為‘-1’的值，相對于序列101和102的‘+3’，其在絕對意義上較小。然而，在各個比特中，序列103具有超過閾值‘5’的‘+7’，從而從可選擇的候選序列中排除此序列103。由于|RDS|max，序列102的3小于序列101的4，所以選擇序列102以在記錄介質上進行記錄。
根據所選擇的序列102，為下一個備選(d，k)受限序列集所計算的數字和值以‘+3’開始，其為所選擇序列102的SEDS值。
作為另外一種不同的序列選擇方式，不必選擇具有最小的|RDS|最大值的序列。取而代之，對由|RDS|max、備選Tmin游程長度和“0”游程長度而指定的各個懲罰系數，給出適當的權重系數，并可以選擇具有最低的懲罰系數總和的序列以在記錄介質上進行記錄，該懲罰系數的各個成分均由相應的因數進行加權。
如果在排除已經標記的序列之后，沒有其它的序列，則選擇裝置54從設置了RDS溢出標記的備選(d，k)受限序列中選擇具有最小|SEDS|的序列，以在記錄介質上進行記錄。
圖7顯示的是根據上述方式的DSV控制的流程圖。由發生器20執行步驟S10，其通過將彼此不同的r位數字字與輸入數據組合起來，并且對其進行加擾，從而形成L(＝2r)個備選序列21。由(d，k)編碼器50執行步驟S11，由LFC計算器66執行步驟S12，其為各個備選(d，k)受限序列計算RDS和SEDS。
檢查是否有|RDS|位于閾值±TH內的序列的步驟S20包含在選擇裝置54的操作中，其在排除標記過的序列之后，在余下的序列中選擇一個標記進行記錄。前面已經對下面的步驟進行了解釋步驟S21和S22，從余下的序列中選擇具有最小的|RDS|max的序列，以及步驟S23和S24，如果沒有余下的序列，則選擇具有最小|SEDS|的序列。
在本發明的上述實施例中，使用了包含至少兩個短于k的“0”游程的同步結構。結果，相對短的同步結構可以獲得更好的編碼效率。
使用NRZI預編碼處理，將選擇器54所選擇的備選(d，k)受限序列51轉換成為調制信號。然后，通過對選擇的(d，k)受限序列51進行模2積分而生成調制信號，其中，‘1’變成“轉變”，而‘0’變成“無轉變”，并傳送給記錄介質。
在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下，本發明可以實施為多種形式，還應該理解，除非另外特別說明，以上實施例不限于上述的任何細節，而應在權利要求所限定的精神和范圍內廣義地解釋，因此，所附的權利要求涵蓋所有落在權利要求的界限或其等同物內的變化和改進。
權利要求
1.一種將一系列數據字轉換成為調制信號的方法，包括如下步驟(a)通過將彼此不同的數字字與數據字組合起來，從而為各個數據字生成多個備選序列；(b)根據預定的編碼率m/n，將各個備選序列轉換成為(d，k)受限序列；(c)對于各個轉換后的(d，k)受限序列，逐比特地檢測其數字和值的變化，以檢測數字和值的變化中的最大值；以及(d)根據各個序列的最大值是否超出一個預設的閾值，挑選轉換后的(d，k)受限序列，并且從挑選出的序列中，選擇一個(d，k)受限序列記錄在可記錄介質上。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，在步驟(c)中所檢測的最大值為絕對值意義上的最大值。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述的步驟(d)從所挑選出的序列中，選擇一個在數字和值的變化中具有最小的最大值的(d，k)受限序列。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于，如果有至少兩個序列的數字和值變化中的最大值最小，則所述的步驟(d)根據各個(d，k)受限序列中包含多少非期望序列，選擇一個(d，k)受限序列進行記錄。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，非期望序列包含連續的長‘0’，和/或重復的Tmin，其中Tmin是在給定的d下，最短的可允許連續“0”。
6.根據權利要求3的方法，其特征在于，如果至少有兩個序列的數字和值變化中的最大值最小，則所述的步驟(d)選擇一個在比特末尾處的數字和值變化比其它的更小的(d，k)受限序列進行記錄。
7.根據權利要求1的方法，其特征在于，如果不存在數字和值變化不超出所述預設閾值的序列，則所述的步驟(d)在所轉換的(d，k)受限序列中，選擇一個比特末尾處的數字和值最小的(d，k)受限序列。
8.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述的步驟(a)還對各個數字字和數據字的組合進行加擾，以形成備選序列。
9.一種將一系列數據字轉換成為調制信號的設備，包括發生器，通過將彼此不同的數字字與數據字組合起來，從而為各個數據字生成多個備選序列；編碼器，根據預定的編碼率m/n，將各個備選序列轉換成為(d，k)受限序列；判斷裝置，對于各個轉換后的(d，k)受限序列，逐比特地檢測其數字和值的變化，以檢測數字和值的變化中的最大值以及比特末尾處的數字和值；以及選擇裝置，用于檢測是否有至少一個(d，k)受限序列的數字和值變化中的最大值低于一個預設閾值，如果有，則基于所檢測的最大值，或者如果沒有，則基于所檢測的比特末尾處的數字和值，在所轉換的(d，k)受限序列中選擇一個(d，k)受限序列以記錄在可記錄介質上。
10.根據權利要求9的設備，其特征在于，由所述判斷裝置檢測的最大值為絕對值意義上的最大值。
11.根據權利要求9的設備，其特征在于，所述的選擇裝置挑選出最大值不大于所述預設閾值的(d，k)受限序列，并在所挑選出的序列中，選擇一個具有最小的最大值的(d，k)受限序列，以記錄在可記錄介質上。
12.根據權利要求11的設備，其特征在于，所述的判斷裝置根據各個(d，k)受限序列中連續“0”的游程長度和連續“Tmin”的游程長度，成比例地為該序列指定懲罰系數，其中Tmin是在給定的d下，最短的可允許連續“0”。
13.根據權利要求12的設備，其特征在于，如果在數字和值變化的最大值中，至少有兩個序列的最大值為最小，則所述的選擇裝置基于由所述判斷裝置指定給各個序列的懲罰系數，選擇一個(d，k)受限序列進行記錄。
14.根據權利要求11的設備，其特征在于，如果在數字和值變化的最大值中，至少有兩個序列的最大值為最小，則所述的選擇裝置選擇一個比特末尾處的數字和值比其它序列小的(d，k)受限序列以進行記錄。
15.根據權利要求9的設備，其特征在于，如果不存在數字和值變化不超出所述預設閾值的序列，則所述的選擇裝置在所轉換的(d，k)受限序列中，選擇一個比特末尾處的數字和值為最小的(d，k)受限序列。
16.根據權利要求9的設備，其特征在于，所述的判斷裝置還檢查各個(d，k)受限序列是否包含同步結構，并且所述的選擇裝置在從轉換后的(d，k)受限序列中排除具有同步結構的序列之后，檢查是否有至少一個數字和值中的變化從不超過所述預設閾值的(d，k)受限序列。
17.根據權利要求9的設備，其特征在于，所述的發生器還對各個數字字和數據字的組合進行加擾，以形成備選序列。
全文摘要
本發明涉及將一系列數據字轉換成為調制信號的方法和設備。本方法通過將彼此不同的數字字與數據字組合起來，從而為各個數據字生成多個中間序列，對這些中間序列進行加擾，以形成備選序列，將各個備選序列轉換成為(d，k)受限序列，對各個(d，k)受限序列，不僅測量其非期望子序列的包含率，而且測量其游程DSV(數字和值)，并且在具有小于一個預設極限的游程DSV最大值的(d，k)受限序列中，選擇一個具有較小的包含率的(d，k)受限序列，以在光或者磁光記錄介質上進行記錄。根據本發明，即使對于相對較長的序列，也能夠實現有效的DSV控制。
文檔編號H03M7/46GK1465136SQ02802300
公開日2003年12月31日 申請日期2002年7月3日 優先權日2001年7月5日
發明者徐相運, 金進鏞, 李載晉, 李朱玄 申請人:Lg電子株式會社