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CN1465136A - 将数据字序列转换成调制信号的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将一系列数据字转换成为调制信号的方法和设备。本方法通过将彼此不同的数字字与数据字组合起来，从而为各个数据字生成多个中间序列，对这些中间序列进行加扰，以形成备选序列，将各个备选序列转换成为(d，k)受限序列，对各个(d，k)受限序列，不仅测量其非期望子序列的包含率，而且测量其游程DSV(数字和值)，并且在具有小于一个预设极限的游程DSV最大值的(d，k)受限序列中，选择一个具有较小的包含率的(d，k)受限序列，以在光或者磁光记录介质上进行记录。根据本发明，即使对于相对较长的序列，也能够实现有效的DSV控制。

Description

将数据字序列转换成调制信号的方法
技术领域
本发明涉及将数据字序列调制成(d，k)受限序列，同时较好地抑制直流(DC)成分的方法。
背景技术
当通过传输线路传输数据，或者将数据记录到诸如磁盘、光盘或者磁光盘的记录介质上时，在传输或者解码之前，将数据调制成与传输线路或者记录介质相匹配的编码。
游程长度受限码，通常称为(d，k)编码，已经广泛和成功地应用于现代磁和光记录系统。此类编码和用于实现所述编码的装置，在K.A.Schouhamer Immink所著的“海量数据存储系统的编码(Codes for MassData Storage Systems)”(ISBN 90-74249-23-X)中进行了描述。
游程长度受限码是较早的不归零记录(NRZ)编码的扩展，其中以记录介质上的无(磁通量)变化来表示二进制记录的“0”，而由记录磁通从一个方向转变到另一个方向来表示二进制“1”。
在(d，k)编码中，上述的规则具有另外的限制，即，在连续的数据“1”中，至少记录d个“0”，而在连续的数据“1”中，不记录多于k个的“0”。第一个限制用于避免由于连续地记录一系列“1”时生成的转换脉冲拥挤而导致的码元间干涉。第二个限制通过将锁相环“锁定”在所生成的转换，从而从所生成的数据中恢复时钟。如果有一个太长的不间断的连续“0”字符串，没有散布其中的“1”，则重新生成时钟的锁相环将发生同步丢失。
例如，在(2，7)编码中，在所记录的“1”中有至少两个“0”，在所记录的“1”之间有不超过7个的所记录的连续“0”。通过模2积分运算，将编码比特序列转换为相应的调制信号，其由具有高或低信号值的比特单元组成，在调制信号中，由高信号值到低信号值的转变，或者相反的过程，来表示比特“1”。由调制信号中的无改变表示比特“0”。
如上所述，当通过传输线路传输数据，或者将数据记录到记录介质上时，在传输或者解码之前，将数据调制成为与传输线路或者记录介质相匹配的编码。如果调制获得的编码序列包含直流(DC)成分，则很容易生成多种错误信号，诸如在控制磁碟驱动器的伺服时所生成的跟踪错误导致变化或者抖动。
使用所述无DC信号的第一个原因是记录信道通常不对低频成分起反应。当从在其记录轨上记录了信号的光记录载体上读取信号时，由于此时可以实现不被记录信号干扰的连续跟踪控制，所以抑制信号中的低频成分也是很有利的。
很好地抑制低频成分，可以实现更好的跟踪，更少的干扰可听噪声。因此，进行了很多努力，以尽可能地避免调制序列包含直流成分。
为了避免调制序列包含直流成分，提出了DSV(数字和值)控制，用于避免调制信号包含直流成分。DSV是通过累加比特序列的值而获得的总值，其中，分别将值+1和-1指定给比特序列中的‘1’和‘0’，这是在信道比特序列的NRZI调制之后得到的。DSV是序列中包含的直流成分的指示。
基本上恒定的游程数字和值(DSV)表示信号的频谱不包括低频部分的频率成分。注意，DSV控制通常不会应用于由标准(d，k)编码所生成的序列。通过在调制之后，在预定的时间中对编码比特序列的DSV进行计算，并且将预定数目的DSV控制比特插入到编码比特序列中，从而实现这些标准(d，k)编码的DSV控制。为了提高编码效率，期望将DSV控制比特的数目降低到最小的可能值。
在美国专利说明书4,501,000中，描述了使用调制信号在光或磁光记录载体上记录和读取音频信号的实例。该说明书中描述了8-14(EFM)调制系统，其用于在光盘(CD)或者小型光盘(MD)上记录信息。通过将一系列的8位信息字转换为一系列的14位编码字，而获得EFM调制信号，其中在连续的编码字之间插入3比特的接合字(merging word)。
各个14位的编码字满足下面的条件，即，在两个“1”之间，至少有d＝2和最大k＝10个“0”。为了也在编码字之间满足此条件，使用了3位的接合字。允许使用8个3位接合字之中的4个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”，原因是它们违犯了规定的d＝2约束。
从4个允许的接合字中选择一个，从而使得在对备选的编码字和接合字进行串接之后，所获得的比特串满足(d，k)约束，并且在相应的模2积分信号中，DSV基本上保持为常数。通过根据上述规则确定接合字，能够减少调制信号的低频成分。
同时，信息记录一直具有提高读取和写入速度的需求。但是，提高读取速度的目标需要跟踪机构更高的伺服带宽，这又对抑制记录信号中的低频成分施加了更严格的约束。
对于抑制由跟踪机构所生成的可听噪声而言，更好地抑制低频成分也是很有利的。因此，期望作出足够的努力，以防止信号包含低频成分。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种编码系统，其能够为各个数据字生成相应的序列，其在记录介质上记录的(d，k)编码的规则下，能够精确地抑制直流成分，并且不包含长串的“0”，以及最小游程长度d的长游程。
根据本发明的把数据字序列转换为调制信号的方法如下为各个数据字生成多个备选序列：将彼此不同的数字字(digital word)与该数据字组合起来；根据预定的编码率m/n，将各个备选序列转换成为(d，k)受限序列；对于各个所转换的(d，k)受限序列，逐位检测数字和值的变化，并且检查数字和值的各个变化是否超过了预设的阈值；根据数字和值的各个变化是否超出该预设阈值，对所转换的(d，k)受限序列进行挑选，并且从挑选出的序列中，选择一个数字和值具有最小值的(d，k)受限序列，以记录在可记录介质上，或者通过信道进行传输。
根据本发明，具有上述特征的将一系列数据字转换成调制信号的方法使得在(d，k)编码规则下，可以精确地抑制序列的DC成分，以记录在光盘或磁光盘这样的可记录介质上，同时序列不含有同步结构(sync pattern)、长串“0”和最小游程长度d的长游程。
尤其是，对于更长序列的情况，本发明能够更有效地抑制直流成分。
附图说明
图1显示的是根据本发明的编码系统实施例的框图；
图2显示的是用于对数字字进行增强和加扰的编码方案的实施例一部分的示意图；
图3显示的是根据本发明的编码系统中使用的选择器的框图；
图4显示的用于判断备选序列的普通方法；
图5显示的是对于9比特序列而逐比特计算的RDS(游程数字和)；
图6显示的是在多个备选(d，k)受限序列中，基于RDS而选择一个序列的情况；
图7显示的是根据本发明，在数据调制过程中，选择一个对DSV控制有利的序列的过程。
优选实施例详细说明
为了使得本发明能够被完全理解，下面结合附图对优选实施例进行描述。
图1显示的是根据本发明的编码系统实施例的框图。
使用发生器20、选择器22，编码系统将用户数据转换成为(d，k)受限序列23，其中，很多预定的序列是完全不存在的，或者很少出现的。然后，使用预编码器24将(d，k)受限序列转换成为具有抑制了低频成分的游程长度受限序列25。
如图1所示，编码系统包括发生器20，在图2中显示了其详细的框图。发生器20包括增强器40，其通过将彼此不同的数字字与数据字19进行组合，为各个字生成多个中间序列41。可以由增强器40简单地通过在数据字19的前面、中间或者尾部放置数字字，从而生成中间序列40。
发生器20还包括加扰器42，其对中间序列41进行逐个加扰，以形成备选序列21的选择集。在中间序列41中包含彼此不同的数字字具有下面的效果，即，针对各个中间序列41，使用不同的数字字对加扰器42进行初始化，加扰器42优选的为自同步加扰器。从而，备选序列21是数据字19相对较好的随机化。
优选的，增强器用以通过将r长度的所有可能的数字字与数据字19组合起来，以为各个数据字19生成2r个中间序列41。以此方式，获得了备选序列21的选择集，其为最佳随机化的。
图2显示的是选择器22的详细框图。选择器22包括(d，k)编码器50，其将各个备选序列21转换成为(d，k)受限序列51。为此，将备选序列2 1分割为q个m位的字，其中q为整数。在(d，k)编码器50的规则下，将q个m位的字转换成为q个n位的字，其中n＞m。(d，k)编码器50可以是标准型的，具有参数m＝2，n＝3，d＝1，k＝7，或者m＝1，n＝2，d＝2，k＝7。
优选的，为了获得较高的编码效率，编码器50具有参数m＝9，n＝13，和d＝1。在这个方面，参考了未公布的PCT申请PCT/KR00/01292。编码器50还可以具有参数m＝6，n＝11，d＝2。在这个方面，参考了未公布的PCT申请PCT/KR01/00359。
选择器22还包括装置52，如果序列51包含同步结构、长串“0”、或者长串的备选Tmin游程这样的不期望有的子序列，则该装置对各个备选(d，k)受限序列51进行确定。如果观察到了此类的非期望子序列，则判断电路将计算与该非期望子序列相关的惩罚系数。
选择器22还包括装置52，其对于各个备选(d，k)受限序列51，判断同步结构、长串“0”、或者长串的备选Tmin游程这些非期望子序列的出现次数，以及备选序列21对低频成分的贡献。
在惩罚算法的规则下，判断装置52对于所期望的序列给出较低的惩罚系数，而对非期望的序列给出较高的惩罚系数，或者从候选序列中去除非期望的序列。选择器22还包括装置54，其从候选序列中选择具有较低惩罚系数的备选(d，k)受限序列51。
图4显示的是根据本发明，所使用的用于判断和选择具有较低惩罚系数的备选(d，k)受限序列51的常用方法。如图4所示，判断装置52包括多个量度计算器，其同时分别测量“0”游程长度60、预定同步结构62的出现、备选Tmin游程长度64、以及低频成分66。
“0”游程长度度量用作备选(d，k)受限序列51中的连续“0”(通常称为“0”游程长度)的测量值。如上所述，如果在序列中“0”游程持续了一段很长的时间，诸如坑点和凸点等的记录特征就变得非常长，这是有害的，能够导致更容易发生错误跟踪和错误。
量度计算器64对连续Tmin(如果d＝1，则Tmin为“01”，如果d＝2，则Tmin为“001”)游程长度进行测量，以降低具有太多重复的违反MTR(最大转换游程)约束的‘Tmin’的选择概率，例如，序列“01010101…”或者“001001001001…”。量度计算器64对那些将要通过选择装置54从可选择的备选序列中排除的序列给出较高的惩罚系数。
同步检测器62检测在备选(d，k)受限序列51中是否存在预定的同步结构。实际上，如果检测到了此类同步结构，则同步检测器62对这个备选(d，k)受限序列进行标记，否则，该序列保持为未标记。
低频成分(LFC)计算器66在使用预编码设备对备选(d，k)受限序列进行调制的同时，对其DSV进行计算。备选(d，k)受限序列的长度可能较长，因此，LFC计算器66对各个序列的游程数字和(RDS)和序列末尾数字和(SEDS)进行计算。
RDS与SEDS不同，它是一个序列的逐比特计算的数字和。图5显示的是9位序列的RDS。在图5中的实例中，在多个比特的末尾，即第9比特处计算的SEDS为‘-1’，然而，RDS为从‘-3’到‘+1’。
图5中的实例显示的是，如果序列较长，则即使SEDS具有允许的值，RDS也很可能超出了合理的极限。具有不允许的RDS的序列导致不能对直流成分进行很好的抑制。
由于此原因，LFC计算器66为各个备选(d，k)受限序列计算RDS和SEDS。如果在RDS的计算过程中，某序列的RDS超出了预定的阈值(±Th)，则LFC计算器66为该序列设定RDS溢出标记，否则，其将最大RDS和SEDS的绝对值，即|RDS|max和|SEDS|，发送到选择装置54。通过试错法试验选择该阈值(±Th)，以而获得最佳的直流控制性能。
不同的量度、同步检测器和RDS溢出标记，以及(d，k)受限序列51，是选择装置54的输入。选择装置54最后根据与备选序列有关的不同输入量度相关的值进行判决，以选择一个序列进行记录或者传输。在此判决中，排除了具有设定标记的备选(d，k)受限序列。
在排除之后，选择装置54检查是否还有其它的备选(d，k)受限序列。如果还有，则选择装置54选择一个具有最小|RDS|max的(d，k)受限序列，以在记录介质上进行记录。如果有至少两个具有相同最小|RDS|max的序列，则从中选择具有最低惩罚系数的序列以在记录介质上进行记录，该惩罚系数是由量度计算器60和64根据备选Tmin游程长度和“0”游程长度而指定的。还有一种不同的选择方式，如果还有至少两个具有相同最小|RDS|max的序列，则从中选择在比特末尾处具有较小RDS，即较小的SEDS的序列。
图6显示的是在多个备选(d，k)受限序列中选择一个序列的情况。图6显示的情况仅适用于19比特长度的序列。
对于图6中的情况，序列103具有SEDS为‘-1’的值，相对于序列101和102的‘+3’，其在绝对意义上较小。然而，在各个比特中，序列103具有超过阈值‘5’的‘+7’，从而从可选择的候选序列中排除此序列103。由于|RDS|max，序列102的3小于序列101的4，所以选择序列102以在记录介质上进行记录。
根据所选择的序列102，为下一个备选(d，k)受限序列集所计算的数字和值以‘+3’开始，其为所选择序列102的SEDS值。
作为另外一种不同的序列选择方式，不必选择具有最小的|RDS|最大值的序列。取而代之，对由|RDS|max、备选Tmin游程长度和“0”游程长度而指定的各个惩罚系数，给出适当的权重系数，并可以选择具有最低的惩罚系数总和的序列以在记录介质上进行记录，该惩罚系数的各个成分均由相应的因数进行加权。
如果在排除已经标记的序列之后，没有其它的序列，则选择装置54从设置了RDS溢出标记的备选(d，k)受限序列中选择具有最小|SEDS|的序列，以在记录介质上进行记录。
图7显示的是根据上述方式的DSV控制的流程图。由发生器20执行步骤S10，其通过将彼此不同的r位数字字与输入数据组合起来，并且对其进行加扰，从而形成L(＝2r)个备选序列21。由(d，k)编码器50执行步骤S11，由LFC计算器66执行步骤S12，其为各个备选(d，k)受限序列计算RDS和SEDS。
检查是否有|RDS|位于阈值±TH内的序列的步骤S20包含在选择装置54的操作中，其在排除标记过的序列之后，在余下的序列中选择一个标记进行记录。前面已经对下面的步骤进行了解释：步骤S21和S22，从余下的序列中选择具有最小的|RDS|max的序列，以及步骤S23和S24，如果没有余下的序列，则选择具有最小|SEDS|的序列。
在本发明的上述实施例中，使用了包含至少两个短于k的“0”游程的同步结构。结果，相对短的同步结构可以获得更好的编码效率。
使用NRZI预编码处理，将选择器54所选择的备选(d，k)受限序列51转换成为调制信号。然后，通过对选择的(d，k)受限序列51进行模2积分而生成调制信号，其中，‘1’变成“转变”，而‘0’变成“无转变”，并传送给记录介质。
在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以实施为多种形式，还应该理解，除非另外特别说明，以上实施例不限于上述的任何细节，而应在权利要求所限定的精神和范围内广义地解释，因此，所附的权利要求涵盖所有落在权利要求的界限或其等同物内的变化和改进。

Claims (17)

1.一种将一系列数据字转换成为调制信号的方法，包括如下步骤：
(a)通过将彼此不同的数字字与数据字组合起来，从而为各个数据字生成多个备选序列；
(b)根据预定的编码率m/n，将各个备选序列转换成为(d，k)受限序列；
(c)对于各个转换后的(d，k)受限序列，逐比特地检测其数字和值的变化，以检测数字和值的变化中的最大值；以及
(d)根据各个序列的最大值是否超出一个预设的阈值，挑选转换后的(d，k)受限序列，并且从挑选出的序列中，选择一个(d，k)受限序列记录在可记录介质上。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(c)中所检测的最大值为绝对值意义上的最大值。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的步骤(d)从所挑选出的序列中，选择一个在数字和值的变化中具有最小的最大值的(d，k)受限序列。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，如果有至少两个序列的数字和值变化中的最大值最小，则所述的步骤(d)根据各个(d，k)受限序列中包含多少非期望序列，选择一个(d，k)受限序列进行记录。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，非期望序列包含连续的长‘0’，和/或重复的Tmin，其中Tmin是在给定的d下，最短的可允许连续“0”。
6.根据权利要求3的方法，其特征在于，如果至少有两个序列的数字和值变化中的最大值最小，则所述的步骤(d)选择一个在比特末尾处的数字和值变化比其它的更小的(d，k)受限序列进行记录。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，如果不存在数字和值变化不超出所述预设阈值的序列，则所述的步骤(d)在所转换的(d，k)受限序列中，选择一个比特末尾处的数字和值最小的(d，k)受限序列。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的步骤(a)还对各个数字字和数据字的组合进行加扰，以形成备选序列。
9.一种将一系列数据字转换成为调制信号的设备，包括：
发生器，通过将彼此不同的数字字与数据字组合起来，从而为各个数据字生成多个备选序列；
编码器，根据预定的编码率m/n，将各个备选序列转换成为(d，k)受限序列；
判断装置，对于各个转换后的(d，k)受限序列，逐比特地检测其数字和值的变化，以检测数字和值的变化中的最大值以及比特末尾处的数字和值；以及
选择装置，用于检测是否有至少一个(d，k)受限序列的数字和值变化中的最大值低于一个预设阈值，如果有，则基于所检测的最大值，或者如果没有，则基于所检测的比特末尾处的数字和值，在所转换的(d，k)受限序列中选择一个(d，k)受限序列以记录在可记录介质上。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于，由所述判断装置检测的最大值为绝对值意义上的最大值。
11.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述的选择装置挑选出最大值不大于所述预设阈值的(d，k)受限序列，并在所挑选出的序列中，选择一个具有最小的最大值的(d，k)受限序列，以记录在可记录介质上。
12.根据权利要求11的设备，其特征在于，所述的判断装置根据各个(d，k)受限序列中连续“0”的游程长度和连续“Tmin”的游程长度，成比例地为该序列指定惩罚系数，其中Tmin是在给定的d下，最短的可允许连续“0”。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，如果在数字和值变化的最大值中，至少有两个序列的最大值为最小，则所述的选择装置基于由所述判断装置指定给各个序列的惩罚系数，选择一个(d，k)受限序列进行记录。
14.根据权利要求11的设备，其特征在于，如果在数字和值变化的最大值中，至少有两个序列的最大值为最小，则所述的选择装置选择一个比特末尾处的数字和值比其它序列小的(d，k)受限序列以进行记录。
15.根据权利要求9的设备，其特征在于，如果不存在数字和值变化不超出所述预设阈值的序列，则所述的选择装置在所转换的(d，k)受限序列中，选择一个比特末尾处的数字和值为最小的(d，k)受限序列。
16.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述的判断装置还检查各个(d，k)受限序列是否包含同步结构，并且所述的选择装置在从转换后的(d，k)受限序列中排除具有同步结构的序列之后，检查是否有至少一个数字和值中的变化从不超过所述预设阈值的(d，k)受限序列。
17.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述的发生器还对各个数字字和数据字的组合进行加扰，以形成备选序列。
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