專利名稱：在準密集點陣上的多維編碼的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行多維編碼的方法和系統(tǒng)隨著全部都通過因特網(wǎng)連接的計算機的普遍存在，信息化時代引起了用戶可用信息的迅速增長。降低存儲數(shù)據(jù)的成本，增加相同小型裝置覆蓋區(qū)(small device footprint)上的存儲容量將是促使這場革命的關鍵。雖然當前的存儲需要已經(jīng)得到滿足，但是為了跟上急速增長的需求，存儲技術(shù)必須繼續(xù)改進。
然而，磁和傳統(tǒng)的光數(shù)據(jù)存儲技術(shù)正接近物理極限，在這些技術(shù)中各個比特作為不同的磁或光變化存儲在記錄介質(zhì)的表面上，超過該極限各個比特就太小而不能存儲或太難存儲。在介質(zhì)的整個體積中存儲信息(而不僅僅在它表面)可以提供吸引人的高容量替換方案。
全息數(shù)據(jù)存儲是一種體積方案(volumetric approach)，它雖然是在幾十年前就有過設想，但是最近才隨著能降低成本的技術(shù)的出現(xiàn)、長時間研究工作的顯著結(jié)果以及在全息記錄材料上的進展開始向?qū)嵱眯赃~進。在全息數(shù)據(jù)存儲中，一次將一整頁信息作為一種光干涉圖案存儲在一個厚而感光的光材料上。這是通過在這種存儲材料內(nèi)使兩個相干激光束交叉來實現(xiàn)的。第一個被稱為目標束，它包含要存儲的信息；第二個稱為參考束，被設計為能簡單重現(xiàn)，例如，一個具有平面波陣面的簡單平行光束。得到的光干涉圖在感光介質(zhì)中引起化學和/或物理變化。干涉圖的復制光柵(replica)被作為在感光介質(zhì)的吸收、折射率或厚度上的變化存儲起來。當所存儲的干涉光柵被記錄期間使用的兩個波中的一個照射時，該入射光中的一些被存儲的光柵以這樣一種方式衍射，即重構(gòu)了另一個波。使用參考波照射存儲的光柵會重構(gòu)目標波，反之亦然。
作為另一種三維或體積方案，也就是多層的概念，熒光卡/盤(FMD/C)是唯一的突破，解決了與當前的CD(致密盤)和DVD(數(shù)字通用光盤)的反射光盤技術(shù)有關的信號降低問題。與CD或DVD一樣，在FMD層上的數(shù)據(jù)在一個襯底上被編碼為一系列的幾何特征或體積標記。每個層可以有4.7千兆字節(jié)的容量(如DVD的情況)。使用FMD/C技術(shù)，每個存儲層覆蓋有一層透明的熒光材料，而不是CD或DVD的反射金屬層。當激光束擊中層上的一個標記時，就會發(fā)射熒光。該發(fā)射光具有不同于入射激光的波長，它稍偏向光譜的紅端，并且與當前光設備中的反射相干光相比，它本質(zhì)上不相干。發(fā)射光不受數(shù)據(jù)標記的影響，因此橫向的相鄰層不受干擾。在驅(qū)動器的讀出系統(tǒng)中激光被過濾出來，以便只檢測承載信息的熒光。這樣就降低了漫射光和干涉的影響。
在上面的和其他的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(如傳統(tǒng)的反射光盤技術(shù))中，編碼和信號處理的目標是把BER(誤比特率)降低到一個足夠低的水平，同時能得到像高密度和高數(shù)據(jù)速率這樣的重要品質(zhì)因數(shù)。這可以通過下面的方式來實現(xiàn)將重點放在無誤差信道方面之外的系統(tǒng)物理部件上，，然后引入調(diào)制編碼和信號處理方案，以便把BER降低到糾錯(ECC)解碼能夠處理的水平，并且進一步降低到用戶可接受的非常低的水平(誤塊率典型地是10-16)。


圖14表示一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的典型編碼和信號處理元件。從輸入DI到輸出DO的用戶數(shù)據(jù)環(huán)路可以包括交織10、糾錯碼(ECC)和調(diào)制編碼20、30、信號預處理40、在記錄介質(zhì)上存儲數(shù)據(jù)50、信號后處理60，二元檢測(binary detection)70、以及對交織后ECC的解碼80，90。ECC編碼器20向數(shù)據(jù)添加冗余，以便提供保護不受各種噪聲源的影響。ECC編碼的數(shù)據(jù)然后被傳遞給調(diào)制編碼器30，調(diào)制編碼器30使該數(shù)據(jù)適合于信道，即它把數(shù)據(jù)變換為這樣一種形式，這種形式可能較少受到信道誤差的破壞，并且會更易于在信道輸出端被檢測到。調(diào)制的數(shù)據(jù)然后被輸入到一個記錄裝置(例如一種空間光調(diào)制器等)并且存儲在記錄介質(zhì)50上。在重現(xiàn)端，讀裝置(例如電荷耦合裝置(CCD))返回偽模擬數(shù)據(jù)值，其必須被轉(zhuǎn)換回數(shù)字數(shù)據(jù)(典型地為每像素一比特)。這個過程中的第一個步驟是一個稱為均衡并且仍然是在偽模擬域中進行的后處理步驟60，其力圖消除在記錄過程中產(chǎn)生的失真。然后偽模擬值的陣列經(jīng)檢測器70被轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字數(shù)據(jù)陣列。數(shù)字數(shù)據(jù)陣列然后首先被傳送到調(diào)制解碼器80，調(diào)制解碼器80執(zhí)行調(diào)制編碼的反向操作，該數(shù)字數(shù)據(jù)陣列然后被送到ECC解碼器90。
像素間或符號間的干擾(ISI)是這樣一種現(xiàn)象，即一個特定像素上的強度會損害在附近像素中的數(shù)據(jù)。實際上，這是由(光)信道的頻帶限制引起的，發(fā)源于光衍射或者透鏡系統(tǒng)中的時變像差，例如磁盤傾斜和激光束散焦。一種防止這種干擾的方法是通過調(diào)制編碼來禁止出現(xiàn)一種特定的高空間頻率的圖案。禁止高空間頻率圖案(或更一般地，這樣的快速改變的0和1像素的圖案的集合)的代碼被稱為低通碼并且可以被用于在調(diào)制編碼器30和解碼器80處進行調(diào)制編碼/解碼。這樣的調(diào)制碼限制寫入二維區(qū)域中(像全息照相存儲器的容許頁中)的信息具有有限的高空間頻率內(nèi)容。
對于上述類型的新穎的體積光記錄的方案，具有低通濾波特性的二維碼作為調(diào)制碼是我們所關心的。但是二維(2-D)編碼對于新路線(route)也是一個關鍵問題，該新路線更接近比較常規(guī)類型的光記錄，這種常規(guī)光記錄是例如依據(jù)反射光盤技術(shù)使用在卡或盤的二維區(qū)域上記錄的二維圖案(標記)的相干衍射。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)考慮了在方形點陣上的編碼。特別地，在W.Weeks，R.E.Blahut的文章“The Capacity and Coding Gain of Certain CheckerboardCodes(特定格形碼的容量以及編碼增益)”，IEEE Trans.Inform.Theory，Vol.44，No.3，1998年，第1193-1203頁中已經(jīng)研究了格形碼(checkerboard code)的容量。那里，已經(jīng)考慮了方形點陣上的各種格形約束以便實現(xiàn)低通特性，從而在信道比特的讀取和檢測期間降低了符號間干擾(ISI)的影響。
但是，對于二維編碼來說，就象一維編碼的情況一樣，除了現(xiàn)有技術(shù)中給出的在方形點陣上的編碼之外，不同的編碼約束和編碼幾何結(jié)構(gòu)都可能導致更有效的存儲，從而實現(xiàn)更高的存儲密度。因此，在多維存儲應用中需要繼續(xù)提高編碼效率。
此外，在2-D編碼中具有比特檢測問題，這對于相干信號產(chǎn)生來說是很典型的。從大平面(land)部分(即零水平(zero-level)鏡面部分)反射的信號以及從大坑點(pit)部分(即低于零水平(在深度λ/4，λ表示用于讀取的輻射的波長)的鏡面部分)反射的信號完全一致。因此，這兩個二進制級(binary level)在檢測時不能被區(qū)分開來。在傳統(tǒng)的1-D編碼中，這個問題不會產(chǎn)生，因為光點直徑總是大于坑點(或標記)的徑向?qū)挾炔⑶已苌淇偸窃趶较虬l(fā)生。因此反射光束通過在中心孔之外的衍射會釋放一些強度。與此相對，上述的問題會在2-D編碼中出現(xiàn)，因為對于入射在大坑點區(qū)域或大平面區(qū)域上的其他輻射點或者聚焦激光而言根本就沒有衍射。這兩個區(qū)域都相當于理想的鏡面。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的二維或多維編碼方案，通過它可以降低由于符號間干擾和/或大范圍同類型(雙極性)比特所產(chǎn)生的誤差率。
這個目的可以通過權(quán)利要求1或6所限定的方法以及權(quán)利要求14或15限定的系統(tǒng)來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，一種準六邊形點陣結(jié)構(gòu)被用于多維編碼。例如與方形點陣相比，這種準六邊形點陣的好處可以從編碼效率和次近的相鄰符號對符號間干擾的影響的巧妙組合中得到。準六邊形點陣意思是指理想情況下按六邊形排列、但與理想點陣相比可能存在小點陣失真的點陣。例如，在該格子單位的基本軸之間的角度可以不是精確地等于60度。準六邊形點陣產(chǎn)生了一種比特排列，其更類似在讀出期間使用的掃描激光點的強度分布。
六邊形點陣結(jié)構(gòu)的更高的壓縮密度提供了更高的代碼效率。此外，關于具有與中心比特同樣比特狀態(tài)的預定數(shù)量的次近比特的約束打算提供一種干擾，這會降低代碼頻譜的低通特性，同時，關于具有與中心比特相反比特狀態(tài)的預定數(shù)量的次近比特有關的可替換或附加約束打算提供代碼頻率的高通特性，以防止大范圍出現(xiàn)同樣的比特狀態(tài)。這樣，這兩種約束都會導致比特誤碼率的降低。
此外，可以應用另一種代碼約束，該約束和與中心比特具有同樣比特狀態(tài)的預定數(shù)量的次近相鄰比特有關，根據(jù)這種約束，預定數(shù)量的方位鄰近比特可以被設置為與中心比特具有同樣的比特狀態(tài)。因此，可以實現(xiàn)最小標記尺寸，從而簡化了寫過程。這可能在以下情況中有益處，例如使用沒有足夠的分辨率來寫入更小標記尺寸的激光束，激光束記錄器(LBR)被用于在只讀(ROM)應用中記錄主盤。
其他更多的有益進展將在從屬權(quán)利要求中限定。
下面，將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1A和1B分別表示一個方形點陣結(jié)構(gòu)和六邊形點陣結(jié)構(gòu)的示意性壓縮圖；圖2A到2C分別表示根據(jù)該優(yōu)選實施例比特位置的六邊形主體群集(bulk cluster)以及底部和頂部邊界群集。
圖3示出了表示基于帶(strip)的二維編碼方案的示意圖，；圖4表示根據(jù)優(yōu)選實施例用于二維編碼的可能狀態(tài)轉(zhuǎn)換；圖5A和5B表示根據(jù)第一優(yōu)選實施例(Nnm＝1)在帶的主體區(qū)域中的禁止圖案；圖6A和6B表示根據(jù)第一優(yōu)選實施例(Nnm＝1)在帶的邊界區(qū)域中的禁止圖案；圖7表示根據(jù)第一優(yōu)選實施例用于第一種類型的六邊形陣列編碼的上容量邊界和下容量邊界；圖8表示根據(jù)第一優(yōu)選實施例用于第二種類型的六邊形陣列編碼的上容量邊界和下容量邊界；圖9表示根據(jù)第一優(yōu)選實施例用于第三種類型的六邊形陣列編碼的上容量邊界和下容量邊界；圖10A和10B分別表示這樣的曲線圖，它們分別表示根據(jù)第一優(yōu)選實施例以第一和第二編碼約束在方形點陣和六邊形點陣編碼中的眼圖高度與用戶比特大小(user-bit size)特性的對比；圖11表示這樣一個曲線圖，它表示根據(jù)第一優(yōu)選實施例以不同的代碼約束在六邊形點陣編碼中的眼圖高度與用戶比特大小特性的對比；圖12A和12B分別表示根據(jù)第二優(yōu)選實施例的主體群集和邊界群集的禁止圖案；圖13表示這樣一個曲線圖，它表示根據(jù)第二優(yōu)選實施例對于不同約束的下容量邊界；圖14表示傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的編碼和處理元件的示意圖。
現(xiàn)在將在基于帶的二維編碼方案的基礎上描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在該二維編碼方案中使用準六邊形點陣。
在結(jié)晶學中我們知道六邊形點陣能提供最高的斂集率。例如，它的斂集率是1/cos(30°)＝1.155，比在相鄰最近點陣點之間具有同樣距離α的方形點陣的斂集率更好。后者的距離α可以通過寫入記錄或存儲介質(zhì)50的二維信道的二維沖激響應的范圍來確定，該寫入例如通過全息光記錄或熒光光記錄的方式，或者通過以二維方式使用相干衍射的傳統(tǒng)反射型光記錄的方式來實現(xiàn)。
圖1A和1B分別表示方形點陣和六邊形點陣的壓縮結(jié)構(gòu)。分別如圖1A和1B所示，對于每個點陣點，該方形點陣和六邊形點陣分別需要α2和α2cos(30°)大小的二維區(qū)域。最近相鄰點的數(shù)量對于六邊形點陣是六個，而對于方形點陣是四個。因此，初看起來，因為可能導致二維符號間干擾的最近相鄰點的數(shù)量更大，使用六邊形點陣看起來并沒有優(yōu)勢。但是，例如與方形點陣相比，六邊形點陣的好處可以從對編碼效率和次近相鄰點對符號間干擾的影響的綜合考慮中得到。
至于更遠距離的相鄰點，六邊形點陣在距離 處具有六個次近的相鄰點(在距離1處具有最近的相鄰點)，在距離2處具有六個次次近的相鄰點。對于方形點陣，在距離 處得到四個次近相鄰點，在距離2處得到四個次次近的相鄰點。
在二維編碼的情況中，在六邊形點陣的主體中排列的全尺寸六邊形群集具有七個比特位置或點，一個中心點和六個相鄰最近的點。為了簡化的原因，當引用在準六邊形點陣上的準六邊形群集時，也使用術(shù)語“六邊形群集”。但是，在用于基于帶的編碼的二維空間帶的邊界處，出現(xiàn)部分尺寸或邊界群集。
圖2A到2C分別表示對于主體群集以及底部邊界和頂部邊界群集的六邊形陣列上的比特點群集。對位于比特點的信道比特xi的編號如下。
在主體群集中，中心比特編號為i＝0，而六個相鄰最近的比特按照他們方位角的順序依次編號為i＝1...6。與主體群集的七個比特或比特點相比，在帶邊緣的不完全或部分尺寸的邊界群集僅僅由五個比特或比特點組成。中心比特編號也為i＝0，而四個方位角臨近的最近的相鄰比特依次編號為i＝1...4。
下面對六邊形點陣結(jié)構(gòu)定義新的代碼約束，其與全部或部分尺寸的六邊形群集的中心點的相鄰最近點有關。
根據(jù)第一實施例，這些約束具有兩個目標。首先，它們適于實現(xiàn)代碼頻譜的低通特性，其次它們適于實現(xiàn)最小標記的尺寸，這降低了在寫入信道時的要求。特別地，該約束通過兩個參數(shù)描述(i)與位于中心點陣位置的比特具有相同類型或比特狀態(tài)的最小數(shù)量的最近相鄰點(Nnn)；和
(ii)最小數(shù)量的方位角相連的最近相鄰點(Nac)，1≤Nac≤Nnn。
參數(shù)Nnn提供低通特性，這有利于降低二維符號間干擾的影響。這可以在下面很容易地看出。每個比特具有六個相鄰最近的比特。假定二維沖激響應函數(shù)(IRF)在中心點具有值f0，在相鄰最近的點具有值f1。這樣，如果僅有Nnn(它是最小值)個同類型的最近相鄰點，就可以在一個給定的點陣點處得到波形的最小值。該最小值由下式給出f0-(6-2Nnn)f1(1)鑒于寫入信道的最小標記尺寸的限制，在此使用參數(shù)Nac例如，約束Nnn＝2，Nac＝1將仍然容許不在連續(xù)方位角上的兩個最近的相鄰點。這樣就出現(xiàn)了一維2T標記(在不同的方位角，并且具有公共的一個信道比特)，并且可能很難寫入。但是，當Nnn＝2，Nac＝2時，應該至少有兩個同類型的方位角相連的最近相鄰點，這意位著一維2T標記是禁止的。代替地，在這種情況中最小標記是一個同類型比特形成的三角形。對于二維寫入信道，與Nac＝1比較這是有利的，但是，由于在后一種情況中更嚴格的約束，必須面對相應的速率損失。
上述的約束可以被定義為全尺寸主體群集的主體約束。然后，主體約束的兩個條件由下式給出|6x0+Σi=16xi|≥2Nnn---(2)]]>和∃J∈{0,1,...5}:|x0+Σi=1Nacxi+J|=Nac+1---(3)]]>注意，在準六邊形群集的邊界上的6個比特的下標總是在值1和6之間；無論何時，如果關系式(3)中的下標i+J在該范圍之外，那么用6的倍數(shù)來降低i+J，以便使它在期望的范圍1到6內(nèi)。類似地，上述的約束可以定義為部分尺寸的邊界群集的代碼限制。然后，主體約束的兩個條件由下式給出|6x0+Σi=14xi|≥2(Nnn+1)---(4)]]>和∃J∈{0,1,...4-Nac}:|x0+Σi=1Nacxi+J|=Nac+1---(5)]]>這樣，在帶邊界處也滿足群集約束，而不用考慮相鄰的編碼帶中出現(xiàn)的實際比特。邊界約束能使各個帶堆疊在彼此的上面，而不會違反任何約束，因為邊界處的不完全群集已經(jīng)滿足了該約束。
圖3是表示基于帶的二維編碼方案的示意圖。二維區(qū)域被分為多個帶。帶是水平對齊的，并且由Nr個點陣行組成。編碼在水平方向上進行，這實質(zhì)上就成為一維。代碼字不跨越帶的邊界。代碼字可以基于一個由Nr行和Nc列組成的二維區(qū)域。這些帶是以這樣一種方式來構(gòu)建的，即垂直方向上帶的拼接不會導致跨過帶邊界時違反上面的約束。
為了導出容量并且為了設計有效的代碼，就必須導出作為根本的有限狀態(tài)機(FSM)，其可以驅(qū)動二維序列的產(chǎn)生。由于當前提出的所有約束只與最近的相鄰點有關，因此考慮依據(jù)六邊形點陣上兩個連續(xù)列的狀態(tài)并且覆蓋帶的所有行就足夠了。這種狀態(tài)的數(shù)量簡單地是22Nr。通過從一個給定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個狀態(tài)，就輸出信道比特的一個完整列。通過定義，第一狀態(tài)的最后列與后續(xù)狀態(tài)的第一列相一致。
圖4表示情況Nr＝6的一個狀態(tài)“i”(4096個中的一個)，以及一個可能或容許的后續(xù)狀態(tài)“j”。如可以從圖4推斷出的，狀態(tài)“i”的最后列相應于狀態(tài)“j”的第一列。此外，在等式(2)到(4)中列出的約束也全部能得到滿足。
在二維信道或調(diào)制編碼的容量導出和設計中的一個關鍵點是連接矩陣D，它是一個大小為22Nr×22Nr的方陣，具有Nst個可能的狀態(tài)數(shù)，并受到Nst≤22Nr的限制。在狀態(tài)“i”可以具有相應的狀態(tài)“j”作為其后續(xù)狀態(tài)的情況下，連接矩陣D的矩陣元素Dij可以被設置為“1”。相應于不容許的后續(xù)狀態(tài)的所有其他矩陣元素被設置為“0”。這樣，如果滿足下述的條件，就允許從狀態(tài)“i”到狀態(tài)“j”的轉(zhuǎn)換。
1)狀態(tài)“i”的最后列與狀態(tài)“j”的第一列一致；2)狀態(tài)轉(zhuǎn)換不會導致違反對主體群集的約束(主體約束)。對于容量上邊界的導出，只考慮這些約束。
3)帶的拼接不會導致違反帶邊界處的約束。因此，應用邊界約束，以便能夠獨立于相鄰帶的內(nèi)容完成帶的堆疊。這些約束對于容量下邊界的導出是必需的。
圖5A和5B示出了對于Nnn＝1在帶的主體區(qū)域中禁止或不允許圖案的典型例子。在這種情況中，從狀態(tài)“i”到狀態(tài)“j”的轉(zhuǎn)換違反了Nnn＝1的約束。參數(shù)“X”表示不關心位置，其可以被設置為任何比特值。編碼方向是向右。
圖6A和6B示出了對于Nnn＝1在帶的邊界區(qū)域中禁止或不允許圖案的典型例子。在這種情況中，從狀態(tài)“i”轉(zhuǎn)換到狀態(tài)“j”時，由于相反的比特狀態(tài)而違反了Nnn＝1的約束。
圖7到9表示對于不同寬度的帶，即對可變行數(shù)的帶的代碼容量的各種計算。上邊界僅通過主體約束由容量來限定，這意味著這些帶不能自由地拼接。下邊界是為主體和邊界約束而限定，即這些帶可以自由拼接，但是這要求額外的開銷，這會降低可用容量。
在圖7所示Nnn＝1，Nac＝1的單行(Nr＝1)情況中，下邊界的情況相應于具有d＝1的游程長度約束的一維游程長度限制(RLL)編碼。d＝1 RLL編碼(2T)的最小游程長度只能在水平方向?qū)崿F(xiàn)。在從一行移到二行(Nr＝2)時，(下邊界)容量中明顯的增加歸于下面的事實，即最小游程長度約束(2T)現(xiàn)在可以在相對于帶的水平軸傾斜60°和120°角以下的方向?qū)崿F(xiàn)。
圖8示出了對于Nnn＝2，Nac＝1情況下容量與帶的寬度特性的對比，而圖9示出了對于Nnn＝2，Nac＝2情況下容量與帶的寬度特性的對比。在這些情況中，同類型或狀態(tài)的最近相鄰點的最小數(shù)量等于二。在Nac＝1情況中，同類型的兩個最近的相鄰點不必位于連續(xù)的方位角上。在Nac＝2情況中，同類型的兩個最近的相鄰點位于連續(xù)的方位角上?？梢詮膱D8和9中推斷出來，越高的約束會導致上邊界和下邊界降低。
圖10A和10B表示數(shù)字計算出的圖，它表示在具有給定Nr＝8的行數(shù)的基于帶的編碼情況中，對于相應于圖8和9的下邊界容量的眼圖高度與用戶比特大小特性的對比。對六邊形點陣使用虛線，對傳統(tǒng)的方形點陣使用實線。假定沖激響應函數(shù)是一個二維高斯函數(shù)(以二維方式被規(guī)格化)。作為參考，二維IRF的中心抽頭值在圖10A和10B中的每一個中都被表示為在頂點的恒定值。應該注意，所關注的實際范圍將包括正的眼圖高度。因此，二維信道對于零眼圖高度和超出范圍的情況(類似于一維信道的截止頻率)實際上是失效的。因此，按照預期，通過對六邊形點陣的二維編碼能夠改善眼圖高度。更進一步的改善可以通過添加約束來實現(xiàn)，該約束與同一狀態(tài)的方位角相連的最近相鄰點有關。
圖11表示一個曲線圖，它表示對于僅用六邊形點陣編碼以及Nnn＝0，1，2時的眼圖高度與用戶比特大小特性的對比。在眼圖高度方面得到的編碼增益明顯的趨向是增加了該約束。這可以通過增加二維信道代碼的低通性質(zhì)來實現(xiàn)。
寫入信道的限制通過要寫入的最小二維標記的大小來表示。非常清楚，約束Nnn＝2，Nac＝2在這方面是我們最感興趣的。最小標記的形狀對于六邊形點陣和方形點陣編碼是不同的。在這兩種情況中，最小形狀是3個信道比特的三角形。在前一種情況中，該形狀是具有等邊和等角的正三角形，在后一種情況中，由于所得到的三角為矩形的一半，因此就寫入看來該形狀不太有利。對于同樣約束，最小標記的相對大小取決于六邊形點陣和方形點陣編碼各自的容量比率。對于Nnn＝2和Nac＝2，該比率等于1.60，這有利于六邊形點陣。
在傳統(tǒng)的一維RLL編碼中，讀系統(tǒng)輻射束的光點直徑總是大于光記錄或存儲介質(zhì)的坑點區(qū)域的徑向?qū)挾?。因此，在徑向上有衍射，這會導致反射束強度中可檢測的損耗。但是，在上面根據(jù)第一優(yōu)選實施例的二維編碼中，會出現(xiàn)由許多相鄰比特組成的大坑點區(qū)域。這樣，在大坑點區(qū)域中不出現(xiàn)衍射并且不會檢測到強度損耗。
根據(jù)第二優(yōu)選實施例，通過二維信道或調(diào)制碼的附加或可替換約束可以避免大范圍的同類型信道比特。這個約束可以通過導致二維代碼的高通特性的單個參數(shù)來實現(xiàn)。
特別地，通過參數(shù)Mnn引入一個高通約束，該參數(shù)表示這樣的最近相鄰點的最小數(shù)量，即，與在六邊形群集中心點處的信道比特的比特值相比，該最近相鄰點必須具有相反的比特類型或比特狀態(tài)。
對于主體群集，上面的高通約束參數(shù)Mnn在一個單獨關系式中可以與低通約束參數(shù)Nnn結(jié)合，該關系式通過下式給出2Nnn≤|6x0+Σj=16xj|≥12-2Mnn---(6)]]>對于邊界群集，兩個約束參數(shù)Mnn和Nnn引出兩個關系式2Nnn≤|4x0+Σj=14xj|---(7)]]>
和|8x0+Σj=14xj|≥12-2Mnn---(8)]]>圖12A和12B分別示出了對于至少一個最近相鄰比特應該具有相反類型或狀態(tài)的情況下(Mnn＝1)，主體群集和低部邊界群集的禁止圖案的例子。在中心點陣點的比特具有值x(即“0”或“1”)，而所有周圍的比特具有相同的值。因此，不能滿足上面的高通約束。
至于編碼容量，額外的高通約束必須面對額外的容量損耗。對于約束Nnn＝1，Mnn＝1，這個容量損耗是這樣的，即對于三行的帶，不可能具有8到9映射的代碼，而這種映射對于Nnn＝1，Mnn＝0的情況是可能的。
對于每個帶具有少數(shù)行的二維帶，當把高通約束都應用到主體群集和邊界群集時，可以看出高通約束是非常消耗容量的。因此，為主體群集和邊界群集選擇不同的約束組合是有利的。一方面，高通約束僅僅可以用于主題群集，而在另一方面，可以對主體群集和頂部或底部邊界群集使用高通約束。
圖13表示一個曲線圖，它表示在對主體和邊界群集的約束為Nnn＝1以及對不同情形的約束為Mnn＝1時容量與帶的寬度特性的對比，該不同情形即指不對任何群集、只對主體群集、對主體群集和頂部或底部邊界群集、對主體群集和兩類邊界群集(以圖中從頂部到底部曲線出現(xiàn)的順序)使用約束。從圖13可以推斷出，增加使用高通約束會導致代碼容量的減小。
組合Nnn和Mnn約束的實際代碼構(gòu)造會導致增加代碼設計中的復雜性。作為實際代碼，對于基于三行的帶可能產(chǎn)生具有8到9映射的代碼，其中這個帶對于主體和兩個邊界具有約束Nnn＝1，對于主體和僅僅一個邊界具有約束Mnn＝1。此外，對于基于三行的帶可能產(chǎn)生具有11到12映射的代碼，其中這個帶對于主體和兩個邊界具有約束Nnn＝1，僅僅對主體而不對任何邊界具有約束Mnn＝1。
在前面的優(yōu)選實施例中，已經(jīng)對諸如標記和非標記或坑點和平面之類的兩個比特狀態(tài)或類型考慮了同樣的約束。但是，根據(jù)寫入信道的特性，利用不對稱約束可能是有利的，即對比特的兩種類型或狀態(tài)使用不同的約束。此外，對于一個不是在單個帶的邊界、而是在2D區(qū)域中用一些防護帶劃界的邊界處的邊界群集的情況，對平面比特的編碼約束低于對坑點比特的編碼約束將是很有效的，因為防護區(qū)無論如何都會包括一個更大的平面區(qū)域。此外，對于二維帶所選擇的水平方向可能是六邊形點陣的[100]方向或[110]方向。
需要注意的是，所描述的基于六邊形點陣的多維編碼可以在任何數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中使用，例如其中應用全息光記錄、熒光光記錄、面向頁的光記錄、傳統(tǒng)反射類型的但是以二維編碼的光存儲器等等的二維光存儲器，或其中期望具有高通和/或低通代碼特性的任何其他類型的存儲系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明還打算覆蓋在這種數(shù)據(jù)系統(tǒng)中使用的記錄載體，例如光盤，信息通過使用所描述的多維編碼方案被寫入或存儲在該記錄載體上。此外，對于以多于二維的任何多維編碼都可以應用所描述的編碼方案。例如在三維中可以使用準密集點陣結(jié)構(gòu)。在三維中，這種密集點陣結(jié)構(gòu)可以是面心立方形點陣，也稱為FCC點陣，或者可以是一種六邊形密集點陣，也稱為HCP點陣。本發(fā)明打算覆蓋隨后所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的任何修改。
權(quán)利要求
1.一種用于將信息多維地編碼為點陣結(jié)構(gòu)和/或從點陣結(jié)構(gòu)解碼信息的方法，該點陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來表示所述已編碼信息的比特位置，所述方法包括步驟對所述多維編碼和/或解碼使用準密集點陣結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述準密集點陣結(jié)構(gòu)基于準六邊形點陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述方法進一步包括以下步驟a)定義至少部分準六邊形的群集，該群集由一個中心比特和多個最近的相鄰比特組成；以及b)應用第一代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個來說，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特與所述中心比特的比特狀態(tài)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述最近相鄰比特的所述預定最小數(shù)量小于或等于三。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，進一步包括步驟應用第二代碼約束，使得所述最近相鄰比特中預定最小數(shù)量的方位角相連的最近相鄰比特與所述中心比特的比特狀態(tài)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，所述方位角相連的最近相鄰比特的所述預定數(shù)量小于或等于所述第一代碼約束的預定最小數(shù)量的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任何一個的方法，進一步包括步驟應用第三代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個來說，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特與所述中心比特的比特狀態(tài)相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進一步包括以下步驟a)定義至少部分準六邊形的群集，該群集由一個中心比特和多個最近的相鄰比特組成；以及b)應用第一代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個來說，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特與所述中心比特的比特狀態(tài)相反。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述最近相鄰比特的預定最小數(shù)量是一。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，進一步包括步驟應用第二代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特與所述中心比特的比特狀態(tài)相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求3到10中任何一個的方法，其中，所述編碼和/或解碼是基于帶的二維編碼和/或解碼，并且所述至少部分準六邊形的群集包括主體群集和邊界群集，該主體群集具有六個最近的相鄰比特，該邊界群集具有四個最近的相鄰比特并且位于編碼帶的邊緣，所述編碼和/或解碼沿著所述編碼帶來執(zhí)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中任何一個的方法，其中，所述編碼帶被定向在所述準六邊形點陣結(jié)構(gòu)的[100]或[110]方向上。
13.根據(jù)權(quán)利要求3到12中任何一個的方法，其中，根據(jù)所考慮的準六邊形的部分群集的中心比特的比特狀態(tài)來施加不同的代碼約束。
14.一種用于將信息多維地編碼為點陣結(jié)構(gòu)和/或從點陣結(jié)構(gòu)解碼信息的系統(tǒng)，該點陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來表示所述已編碼信息的比特位置，所述設備包括編碼裝置(30)和/或解碼裝置(80)，它們分別被安排用來通過使用準六邊形點陣結(jié)構(gòu)來執(zhí)行編碼和/或解碼，定義由一個中心比特和多個最近的相鄰比特組成的至少部分準六邊形的群集，以及應用一個代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個來說，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特與所述中心比特的比特狀態(tài)相同。
15.一種用于將信息多維地編碼為點陣結(jié)構(gòu)和/或從點陣結(jié)構(gòu)解碼信息的系統(tǒng)，該點陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來表示所述已編碼信息的比特位置，所述設備包括編碼裝置(30)和/或解碼裝置(80)，它們分別被安排用來通過使用準六邊形點陣結(jié)構(gòu)來執(zhí)行編碼和/或解碼，定義由一個中心比特和多個最近的相鄰比特組成的至少部分準六邊形的群集，應用代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個來說，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特與所述中心比特的比特狀態(tài)相反。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。
17.一種具有信息寫入其上的記錄載體，其中，所述信息是通過如權(quán)利要求1到13中任何一個限定的多維編碼方法來編碼的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的記錄載體，其中，所述記錄載體是光盤(50)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將信息多維地編碼為點陣結(jié)構(gòu)和/或從點陣結(jié)構(gòu)解碼信息的方法和系統(tǒng)，該點陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來表示所述已編碼信息的比特位置。編碼和/或解碼通過使用一種密集點陣來執(zhí)行，優(yōu)選地通過使用準六邊形點陣結(jié)構(gòu)。特別地，可以定義由一個中心比特和多個最近的相鄰比特組成的至少部分準六邊形的群集，并且可以應用一個代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個來說，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特和所述中心比特的比特狀態(tài)相同。因此，可以以高代碼效率來最小化符號間干擾。此外，可以應用另一個代碼約束，使得對于所述至少部分準六邊形的群集中的每一個來說，預定最小數(shù)量的所述最近相鄰比特和所述中心比特的比特狀態(tài)相反。該約束提供了優(yōu)化的高通特性，從而避免出現(xiàn)大區(qū)域相同類型的信道比特。
文檔編號G11B7/013GK1568576SQ02820334
公開日2005年1月19日 申請日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月15日
發(fā)明者W·M·J·M·科內(nèi) 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司