專利名稱：高密存儲媒體應(yīng)用的多維編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及信號編碼，尤其涉及高密存儲媒體應(yīng)用的多維編碼。
背景技術(shù)：
盡管已經(jīng)是數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，但由于對更多存儲的幾乎無法滿足的欲望不斷增加，預(yù)期數(shù)字記錄產(chǎn)業(yè)未來會進(jìn)一步擴(kuò)展。正如在，例如，模擬慢轉(zhuǎn)(LP)盤被數(shù)字激光唱盤(CD)取代的唱片產(chǎn)業(yè)中發(fā)生的那樣，平穩(wěn)轉(zhuǎn)變到數(shù)字系統(tǒng)對這種增加起幾分推波助瀾作用。數(shù)字盤記錄系統(tǒng)包括磁記錄和光記錄，后者主要用于只讀應(yīng)用。無論是光的還是磁的，正在進(jìn)行的研究的主要目的之一是增加單位面積上位的面密度。
對于大多數(shù)記錄系統(tǒng)來說，調(diào)制碼主要關(guān)心的是通過降低碼元間干擾(ISI)增加線密度。通過縮短軌道寬度和增加軌道密度有可能使存儲密度進(jìn)一步增加。但是，這樣會導(dǎo)致不希望有的軌道間干擾(ITI)和信噪比(SNR)降低。因此，典型磁記錄系統(tǒng)只有25比1的線軌密度比(linear-to-trackdensity ratio)。發(fā)生在讀頭和相鄰軌道數(shù)據(jù)之間的頭未對準(zhǔn)或側(cè)讀(串?dāng)_)引起ITI。這被大家公認(rèn)為重要噪聲源，在用多軌道頭同時讀取幾個相鄰軌道的同時，通過應(yīng)用復(fù)雜的信號處理技術(shù)可以減輕這種噪聲。并行地讀取多個軌道的另外一個優(yōu)點(diǎn)可以應(yīng)用二維游程長度受限(d，k)調(diào)制碼獲得。作為通過放寬沿著軌道的定時約束k增加存儲容量的手段，近年來這些都引起人們極大關(guān)注。然后，根據(jù)跨過許多個軌道取得的信息，以聯(lián)合的方式完成定時恢復(fù)。
當(dāng)前，像，例如，硬盤驅(qū)動器(HDD)或光盤驅(qū)動器那樣的媒體的存儲容量受頭的工藝、媒體和寫技術(shù)的現(xiàn)狀限制。用最佳成本尺度來衡量，鄰連媒體提供了增加存儲空間的最好機(jī)會。在媒體存儲中令人煩惱的問題之一是由于蓋寫問題磁媒體無力掌控超過500-800Kbpi的轉(zhuǎn)移通量變化。
人們已經(jīng)提出了降低這種轉(zhuǎn)移的數(shù)量的編碼和其它方法和設(shè)備。但是，所有這樣的現(xiàn)有方法都存在一種或多種缺陷。例如，移換檢測是通過應(yīng)用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的峰值檢測方法進(jìn)行的，從而增加了能耗，這不適合微型驅(qū)動器和其它便攜式媒體應(yīng)用。并且，對于當(dāng)前每次轉(zhuǎn)換1.3個位的容量，存在巨大的提高空間。
多頭和多軌道組合，以及新的垂直記錄技術(shù)已經(jīng)用于增加存儲媒體的容量。由于頭數(shù)量的增加，以及用在垂直記錄系統(tǒng)中的新媒體的特性，這些方法都是高成本的，并且，一般來說都存在可靠性問題。
于是，擁有克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的高密存儲媒體應(yīng)用的編碼方法和設(shè)備是人們所希望的和非常有利的。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述的問題，以及現(xiàn)有技術(shù)的其它有關(guān)問題都被本發(fā)明解決，本發(fā)明的目的在于提供高密存儲媒體應(yīng)用的多維編碼方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了二維地編碼隨機(jī)位流以便存儲在存儲媒體上的方法。在這種方法中，利用可變孔徑編碼(VAC)編碼隨機(jī)位流，以便形成通過只利用包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度分開的多個脈沖表示隨機(jī)位流的振幅不變、脈沖寬度可變VAC編碼。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了將隨機(jī)位流存儲在存儲媒體上的方法。在這種方法中，通過具有只利用包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度分開的多個脈沖的振幅不變、脈沖寬度可變VAC編碼表示隨機(jī)位流。與數(shù)據(jù)通道一起發(fā)送VAC編碼，以便存儲在存儲媒體上。
通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作如下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚。


圖1是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的用于可變孔徑編碼(VAC)編碼的檢測器/解碼器電路100的方塊圖；圖2是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖1的低通濾波器110的特性200的圖形；圖3A和3B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的來自硬盤驅(qū)動器(HDD)通道的采集3-6-9數(shù)據(jù)波形300和相應(yīng)頻譜350的圖形；圖4A和4B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖3A的采集3-6-9數(shù)據(jù)波形300經(jīng)過濾波之后的濾波形式400和相應(yīng)頻譜450的圖形；圖5A和5B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖4A的濾波信號400的抖動消除和硬限幅形式500和峰值檢測信號的抖動消除和硬限幅形式550的圖形；圖6A和6B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的峰值檢測信號的脈沖成形形式600和解碼信號的脈沖成形形式650的圖形；圖7A和7B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的采集4-6-8數(shù)據(jù)波形700和相應(yīng)頻譜750的圖形；圖8A和8B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖7A的采集4-6-8數(shù)據(jù)波形700的濾波形式800和相應(yīng)頻譜850的圖形；圖9A和9B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖8A的濾波信號800的抖動消除和硬限幅形式900和峰值檢測信號的抖動消除和硬限幅形式950的圖形；圖10A和10B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的峰值檢測信號的脈沖成形形式1000和解碼信號的脈沖成形形式1050的圖形；圖11A和11B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的采集5-6-7數(shù)據(jù)波形1100和相應(yīng)頻譜1150的圖形；圖12A和12B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖11A的采集5-6-7數(shù)據(jù)波形1100的濾波形式1200和相應(yīng)頻譜1250的圖形；圖13A和13B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖12A的濾波信號1200的抖動消除和硬限幅形式1300和峰值檢測信號的抖動消除和硬限幅形式1350的圖形；圖14A和14B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的峰值檢測信號的脈沖成形形式1400和解碼信號的脈沖成形形式1450的圖形；圖15是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的解碼波形3100的曲線圖的圖形；圖16是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的用于波形3210的各種各樣編碼組合3200的圖形；和圖17是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例將隨機(jī)位流存儲在存儲媒體上的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的在于高密存儲媒體應(yīng)用的多維編碼方法和設(shè)備。本發(fā)明提供了利用多維(寬度)來減少轉(zhuǎn)移通量的編碼方法和設(shè)備?；诳勺兛讖骄幋a(VAC)的通道與現(xiàn)有部分響應(yīng)最大似然(PRML)通道的不同之處在于，進(jìn)行VAC編碼來表示T間距可變的2-8個不同轉(zhuǎn)移點(diǎn)，從而避免碼元間干擾(ISI)有關(guān)問題。當(dāng)前每次轉(zhuǎn)換1.3個位的容量可以逐步提高到每次轉(zhuǎn)換4個位，使存儲密度得到極大提高。并且，由于通過無需模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的峰值檢測方法進(jìn)行檢測，基于VAC的硬盤驅(qū)動器(HDD)將具有低的功耗，使它們適用于微型驅(qū)動器和其它便攜式媒體應(yīng)用。
應(yīng)該明白，本發(fā)明可以以硬件、軟件、固件、專用處理器、或它們的組合等各種各樣形式來實(shí)現(xiàn)。最好，本發(fā)明作為硬件和軟件的組合來實(shí)現(xiàn)。此外，軟件最好作為切實(shí)具體化在程序存儲設(shè)備上的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序可以被上載到包括任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)的機(jī)器和由它來執(zhí)行。最好，這種機(jī)器在含有像一個或多個中央處理單元(CPU)、隨機(jī)訪問存儲器(RAM)、和輸入/輸出(I/O)接口那樣的硬件的計算機(jī)平臺上實(shí)現(xiàn)。計算機(jī)平臺還包括操作系統(tǒng)和微指令代碼。這里描述的各種各樣進(jìn)程和函數(shù)可以是通過操作系統(tǒng)執(zhí)行的微指令代碼的一部分或應(yīng)用程序的一部分(或它們的組合)。另外，諸如附加數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和打印設(shè)備之類，各種各樣的其它外圍設(shè)備可以與計算機(jī)平臺連接。
還應(yīng)該明白，畫在附圖中的一些系統(tǒng)組成部件和方法步驟最好用軟件來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)部件(或進(jìn)程步驟)之間的實(shí)際連接可以隨編程本發(fā)明的方式而不同。在這里給出原理的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠設(shè)想出本發(fā)明的這些和類似的實(shí)現(xiàn)或配置。
可變孔徑編碼是對于任何隨機(jī)數(shù)字位流都可以顯著降低帶寬效率(位/秒/赫茲)的新一類數(shù)字雙相位編碼。如果“R”是信息信號的速率，VAC編碼方法與像正交頻分多路復(fù)用(OFDM)、正交調(diào)幅(L-QAM)或多相移相鍵控(MPSK)那樣的大多數(shù)更高階調(diào)制方案的情況一樣，不降低轉(zhuǎn)移密度，而是將功率譜密度壓縮成高度集中在R/9倍于位速率的帶寬內(nèi)。非VAC編碼方法要求至少“R”的帶寬，以便成功解碼信號。由于VAC信號的窄占用帶寬，通過引入使容量提高兩倍的雙位編碼VAC和/或在轉(zhuǎn)移之間的間隔中引入正交VAC位流，可以使存儲容量提高。為了增加每英寸軌道數(shù)，可以將備用軌道用于正交VAC流。由于相鄰軌道中信號正交性引起的降低軌道間干擾，以及由于導(dǎo)致較小泄漏到相鄰寫域的窄功率譜密度(PSD)占面(footprint)，也有可能縮短軌道間距離。由于縱向記錄/光記錄是2維嵌入過程，和假設(shè)主軸速度不變，在沒有在空間上或在時間上將附加維加入信號中的情況下，不可能提高容量。垂直記錄通過在空間上提供附加維來提高容量，而VAC通過變更時間域來提供附加維。因此，VAC碼元在又代表原數(shù)據(jù)流中的各種各樣信號轉(zhuǎn)移的寬度上將發(fā)生變化。
使用有效編碼和調(diào)制方法是提高面密度的又一種手段，這是一個還沒有被任何一流研究組廣泛研究過的領(lǐng)域。盡管擴(kuò)充部分響應(yīng)最大似然(EPRML)和它的衍生品已經(jīng)被HDD產(chǎn)業(yè)用作標(biāo)準(zhǔn)，但在功能上，除了減少磁性媒體中的轉(zhuǎn)移次數(shù)之外，EPRML只能使轉(zhuǎn)移印刻在可重復(fù)占面最小的磁性材料上。但是，利用PRML，在1T的距離上仍然可發(fā)生最靠近的轉(zhuǎn)換，并且，這造成了對ISI和ITI有關(guān)問題的限制。雖然在純PRML編碼通道上提高了每次轉(zhuǎn)移的位數(shù)，但與VAC組合在一起的PRML降低了轉(zhuǎn)移密度。在原有媒體和頭技術(shù)的現(xiàn)狀下，通過為每次轉(zhuǎn)移指定“多位權(quán)重”，可以提高容量。
在數(shù)字通信應(yīng)用中VAC最初被設(shè)計成使傳輸帶寬最小。本發(fā)明的目的是在HDD和其它存儲產(chǎn)業(yè)中使用VAC來幫助提高存儲容量。
將1和0記錄在盤上以標(biāo)記原始數(shù)據(jù)從一次轉(zhuǎn)換到下一次轉(zhuǎn)換的間隔的方式是在盤上記錄轉(zhuǎn)換脈沖。轉(zhuǎn)換之間的距離(由于假設(shè)盤以恒定速率旋轉(zhuǎn)，可以轉(zhuǎn)化成時間間隔)是那個位的輸入信號間隔。這實(shí)實(shí)在在是簡單和直接的寫盤方式。但是，相繼轉(zhuǎn)換的間隔差變化如此之大(在隨機(jī)方式中也是如此)，致使它們會產(chǎn)生碼元間干擾，從而使讀過程變得不可靠。此外，由于我們提高了壓縮密度，這個碼元間干擾成為嚴(yán)重問題。因此，幾種編碼方案用于糾正由碼元間干擾引起的讀錯誤和在讀操作期間與數(shù)據(jù)恢復(fù)相聯(lián)系的其它問題。這些編碼方案擁有1和0的某種組合(或模式)有助于使碼元間干擾最小的基本構(gòu)思。這個過程基于這樣的一些數(shù)學(xué)公式，對于如此多的位，連續(xù)1和0的最大個數(shù)必須滿足預(yù)定模式。在多數(shù)情況下，將附加0加入輸入序列中以滿足這種編碼要求。舉例來說，輸入信號的1000個1和0隨著它們被寫入到盤上變成1400個1和0。這個40％的額外開銷增加實(shí)在沒有像建立冗余軌道來克服不可靠讀操作那么差。
PRML是提高存儲容量和讀可靠性的另一種改進(jìn)。但是，它仍然依賴于通道編碼方案，并且，雖然PRML的讀可靠性比峰值檢測方法好得多，但額外開銷仍然存在。
現(xiàn)在對與本發(fā)明相對應(yīng)和例示本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)加以描述。實(shí)施這些發(fā)明以驗(yàn)證在受轉(zhuǎn)換噪聲影響的HDD通道上檢測VAC信號的可行性。峰值檢測用于檢測轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，在保持本發(fā)明的精神和范圍不變的同時，也可以應(yīng)用其它方法。實(shí)驗(yàn)是在50Mbps碼元速率(2T)下進(jìn)行的。進(jìn)一步實(shí)施這些發(fā)明以調(diào)查在檢測VAC信號的時候孔徑大小的影響。預(yù)計孔徑較寬的VAC信號較容易檢測。此外，實(shí)施這些發(fā)明以便在讀通道中不用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行VAC的峰值檢測。
測試分兩個主要步驟進(jìn)行。首先，使用從HDD通道取出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模式將成為反映VAC編碼的孔徑變化的“3-6-9”、“4-6-8”、和“5-6-7”。碼元速率將是50Mbps。其次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用作到檢測器/解碼器的輸入，并且，顯示VAC信號檢測的可行性。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)遵從如下模式(1)重復(fù)發(fā)送6T 80次；(2)重復(fù)發(fā)送所需數(shù)據(jù)模式(例如，3-6-9，或4-6-8等)200次；和6T具有300MHz時鐘脈沖、2Gs/s采集速率、截成27kb大小的數(shù)據(jù)。
圖1是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的用于可變孔徑編碼(VAC)的檢測器/解碼器電路100的方塊圖。檢測器/解碼器電路100包括低通濾波器110、非線性模塊120、峰值檢測器130、抖動消除器140、硬限幅器150、和脈沖成形器160。
低通濾波器110為信號重構(gòu)保留必要信息(例如，數(shù)據(jù)文件199)，和濾出噪聲，尤其來自數(shù)據(jù)采集的數(shù)字噪聲。非線性模塊120將非線性應(yīng)用于低通濾波器的輸出。所應(yīng)用的非線性量由模擬結(jié)果確定。適當(dāng)?shù)姆蔷€性量應(yīng)用于使濾波脈沖變細(xì)。峰值檢測器130檢測預(yù)處理信號的峰值。抖動消除器140消除所需脈沖之間的抖動以減少錯誤。硬限幅器150將檢測信號轉(zhuǎn)換成“0-1”值脈沖列。脈沖成形器160將脈沖列轉(zhuǎn)換回成寬度可變的原始VAC矩形波。
圖2是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖1的低通濾波器110的特性200的圖形。值得注意的是，為了避免混亂，將所有頻率轉(zhuǎn)換成-π到π之間的數(shù)字頻率。為了將它們轉(zhuǎn)換回到模擬頻率，有必要知道數(shù)據(jù)速率、時鐘速率、取樣速率、和在實(shí)驗(yàn)過程中可能引用的任何其它頻率轉(zhuǎn)換速率。
還應(yīng)該注意到，根據(jù)輸入信號模式調(diào)整低通濾波器110。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)模式不同導(dǎo)致信號中的最高頻率不同。低通濾波器110應(yīng)該被調(diào)整成適應(yīng)頻率變化。
現(xiàn)在對與上述實(shí)驗(yàn)相對應(yīng)的測試結(jié)果加以描述。
到目前為目，“3-6-9”數(shù)據(jù)模式、“4-6-8”模式和“5-6-7”模式已經(jīng)得到成功解碼。模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了如下結(jié)果(1)在如上所述的條件下，VAC信號是可檢測的；和(2)孔徑較寬的VAC信號更易于檢測。
現(xiàn)在對根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例檢測3-6-9編碼模式加以描述。檢測3-6-9編碼模式的結(jié)果顯示在圖3-6中和下面參照圖3-6描述檢測3-6-9編碼模式的結(jié)果。
圖3A和3B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的來自硬盤驅(qū)動器(HDD)通道的獲得3-6-9數(shù)據(jù)波形300和相應(yīng)頻譜350的圖形。圖3A的波形的前半部分示出了6T的重復(fù)，和該波形的后半部分示出了“3-6-9”模式。從波形和頻譜中可以觀察到，信號包含許多數(shù)字噪聲，如果不作任何濾波，這些數(shù)字噪聲又使信號難以檢測。
圖4A和4B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖3A的采集3-6-9數(shù)據(jù)波形300經(jīng)過濾波之后的濾波形式400和相應(yīng)頻譜450的圖形?？梢钥闯?，濾波信號400更加“干凈”和更適合于峰值檢測。顯示在圖4A中的波形400是經(jīng)過圖1的低通濾波器110和非線性模塊120處理之后的信號300。
圖5A和5B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖4A的濾波信號400的抖動消除和硬限幅形式500和峰值檢測信號的抖動消除和硬限幅形式550的圖形?？梢钥闯?，顯示在圖5B中的信號550如實(shí)地代表原始信號的峰值。還可以觀察到，脈沖之間的寬度是不同的，但距離與“3-6-9”脈沖距離匹配。信號500和550已經(jīng)經(jīng)過圖1的抖動消除器140和硬限幅器150兩者的處理。
圖6A和6B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的峰值檢測信號的脈沖成形形式600和解碼信號的脈沖成形形式650的圖形。重構(gòu)(解碼)信號是轉(zhuǎn)換對應(yīng)于檢測脈沖的矩形VAC信號。在重構(gòu)信號中可以觀察到三種不同的寬度。
應(yīng)該注意到，取決于檢測的取樣速率，檢測窗可以用于將轉(zhuǎn)移“拉到”正確位置。例如，如果取樣速率是5個樣本/位，那么，可以使用如下檢測窗(1)如果兩個脈沖之間的計數(shù)小于25個樣本-作出“3T”的判定(注意，3T含有15個樣本，為了提高性能，給出10個樣本的容限)；(2)如果兩個脈沖之間的計數(shù)大于35個樣本-作出“9T”的判定(注意，9T含有45個樣本，為了提高性能，給出10個樣本的容限)；(3)如果計數(shù)在26和34個樣本之間-作出“6T”的判定(注意，6T其中含有30個樣本)。
根據(jù)如上所述的構(gòu)思進(jìn)行錯誤檢測。在檢測信號中沒有發(fā)現(xiàn)錯誤(注意錯誤出現(xiàn)在非常前面的位和在序列末端的一些位上)。但是，這些錯誤是在數(shù)據(jù)采集過程和濾波過程中引起的，不是由檢測方法引起的。
現(xiàn)在對根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例檢測4-6-8編碼模式加以描述。檢測4-6-8編碼模式的結(jié)果顯示在圖7-10中和下面參照圖7-10描述檢測4-6-8編碼模式的結(jié)果。該檢測過程與用于3-6-9編碼模式的檢測過程相同。不同之處在于，使用的濾波器具有更窄的帶寬(從圖8B，即，信號的濾波頻譜可以看出)。這是有道理的，因?yàn)檫@種模式下的最高頻率低于3-6-9編碼模式下的最高頻率。
圖7A和7B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的獲得4-6-8數(shù)據(jù)波形700和相應(yīng)頻譜750的圖形。在這種4-6-8編碼模式下，我們在解碼信號中發(fā)現(xiàn)3個錯誤。碼元錯誤率定義如下(SER)＝(錯誤碼元個數(shù))/(總碼元個數(shù))，其中，一個碼元代表給定模式下的一次轉(zhuǎn)移。這對應(yīng)于如下的SERSER＝3(個錯誤)/650(個比較碼元)＝4.6*10-3。
注意，最低錯誤率是1*10-3。還注意，一個碼元錯誤引起當(dāng)前位和相鄰位出錯。因此，一個位錯誤轉(zhuǎn)化成至少兩個位錯誤。從此，上面的SER被轉(zhuǎn)換成如下的位錯率(BER)BER＝[3(個碼元)*2(個錯誤位/碼元)]/(650*6個位)＝1.5*10-3。
注意，用在所有測試模式中的總碼元個數(shù)是680個碼元。這些碼元包括6T的80次重復(fù)和某種模式3-6-9、4-6-8、或5-6-7的200次重復(fù)。由于數(shù)據(jù)采集錯誤和濾波錯誤(濾波器的邊緣)，當(dāng)計算碼元錯誤時，只有650個碼元用于比較。由于平均碼元錯誤是6個位/碼元，用在測試模式中的總位數(shù)是680*6＝4080個位。此外，用于計算位錯誤的位數(shù)是650*6＝3900個位。
圖8A和8B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖7A的采集4-6-8數(shù)據(jù)波形700的濾波形式800和相應(yīng)頻譜850的圖形。顯示在圖8A中的波形800是經(jīng)過圖1的低通濾波器110和非線性模塊120處理之后的信號700。
圖9A和9B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖8A的濾波信號800的抖動消除和硬限幅形式900和峰值檢測信號的抖動消除和硬限幅形式950的圖形。信號900和950已經(jīng)經(jīng)過圖1的抖動消除器140和硬限幅器150兩者的處理。
圖10A和10B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的峰值檢測信號的脈沖成形形式1000和解碼信號的脈沖成形形式1050的圖形。
現(xiàn)在對根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例檢測5-6-7編碼模式加以描述。檢測5-6-7編碼模式的結(jié)果顯示在圖11-14中和下面參照圖11-14描述檢測5-6-7編碼模式的結(jié)果。5-6-7編碼模式的檢測過程與上面參照其它模式描述的檢測過程相同。
SER＝7(個碼元錯誤)/650(個碼元)＝1.08*10-2。
BER＝14(個錯誤位)/3900(個位)＝3.6*10-3。
圖11A和11B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的采集5-6-7數(shù)據(jù)波形1100和相應(yīng)頻譜1150的圖形。
圖12A和12B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖11A的采集5-6-7數(shù)據(jù)波形1100的濾波形式1200和相應(yīng)頻譜1250的圖形。顯示在圖12A中的波形1200是經(jīng)過圖1的低通濾波器110和非線性模塊120處理之后的信號1100。
圖13A和13B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的圖12A的濾波信號1200的抖動消除和硬限幅形式1300和峰值檢測信號的抖動消除和硬限幅形式1350的圖形。信號1300和1350已經(jīng)經(jīng)過圖1的抖動消除器140和硬限幅器150兩者的處理。
圖14A和14B是分別例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的峰值檢測信號的脈沖成形形式1400和解碼信號的脈沖成形形式1450的圖形。
利用VAC編碼，上面的測試建立了在HDD上以50兆碼元速率檢測三種不同寬度碼元的能力。在進(jìn)行的測試中，給予從低到高的轉(zhuǎn)移“3T”的寬度，給予從高到低的轉(zhuǎn)移“9T”的寬度，并將“6T”寬度指定給沒有改變。以300MHz計時數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)每秒50兆個碼元(50Mbps)速率。進(jìn)一步，存在三種可以用來將數(shù)據(jù)速率提高到100Mbps和更高的手段。
在第一種手段中，計時速率保持在300MHz上，但像如下那樣采用新編碼規(guī)則。將原始數(shù)據(jù)分組成兩位字節(jié)。存在4種可能組合00、01、10和11。將如下寬度指定給來自最初原始數(shù)據(jù)流的每個2位字節(jié)01------“3T”10------“9T”“3T”之后的“6T”表示原始數(shù)據(jù)流中的“11”，和“3T”之后的“5T”表示原始數(shù)據(jù)流中的“00”。“9T”之后的“6T”表示原始數(shù)據(jù)流中的“00”，和“9T”之后的“5T”表示原始數(shù)據(jù)流中的“11”。由此得出，對于300MHz的時鐘速率，我們的碼元速率將是50兆個碼元/每秒。但是，對于檢測到的每種寬度，解碼原始數(shù)據(jù)的2個位。由此，總原始數(shù)據(jù)速率現(xiàn)在是50兆個碼元每秒×2個位＝100Mbps。
就轉(zhuǎn)移密度而言，不超過500kbps的當(dāng)前極限。
就時間間隔(盤上的距離)而言，可以作出如下比較。在VAC具有3-5/6-9方案的情況下“T”的平均碼元寬度是(3T+9T)/2＝6T。對于300MHz的計時速率，T＝3.3毫微秒。由此，盤上轉(zhuǎn)移之間的平均時間間隔是6×3.33毫微秒＝19.99毫微秒。由于每個碼元代表原始數(shù)據(jù)的2個位，我們以19.99毫微秒的平均間隔輸出原始數(shù)據(jù)的2個位，這非常接近原始數(shù)據(jù)的每個位占據(jù)10毫微秒的100Mbps的PRML系統(tǒng)。
在將數(shù)據(jù)速率提高到100Mbps和更高的第二種手段中，計時速率保持在300MHz上，但像如下那樣采用新編碼規(guī)則。用2/3(1，α)代碼編碼輸入原始數(shù)據(jù)流。在這種編碼過程中，存在三種2-位字和4種4-位字?？赡茏纸M合和寬度顯示在表1中。

表1由此得出，對于300MHz的時鐘速率，我們的碼元速率仍然是50兆個碼元每秒。但是，對于檢測到的每種寬度，解碼原始數(shù)據(jù)的2-4個位。就轉(zhuǎn)換密度而言，由于在VAC的情況下“T”的平均碼元寬度是(3T+9T)/2＝6T，對應(yīng)于50兆碼元速率，所以不超過500kbpi的當(dāng)前極限。
就時間間隔(盤上的距離)而言，可以作出如下比較。對于300MHz的計時速率，T＝3.33毫微秒。假設(shè)我們想發(fā)送列A中所有22個位的數(shù)據(jù)。相應(yīng)寬度總共是42T，和總時間間隔是42×3.3毫微秒＝140毫微秒。100Mbps的基于PRML系統(tǒng)將需要22×10毫微秒＝220毫微秒的時間發(fā)送相同22個位信息?；赩AC系統(tǒng)提供是100Mbps的PRML系統(tǒng)的220/140＝1.57倍的改進(jìn)。
在將數(shù)據(jù)速率提高到100Mbps和更高的第三種手段中，計時速率增加到600MHz，但像如下那樣采用新編碼規(guī)則。將原始數(shù)據(jù)分組成4位字節(jié)。存在16種可能組合，即，8種唯一模式和8種互補(bǔ)模式。如表2所示，如下寬度被指定給來自最初原始數(shù)據(jù)流的每個4位字節(jié)。

表2列A或B中任何序列之后的“12T”表示前面4-位塊的重復(fù)模式。序列可以從列A或B中選擇。但是，如果兩個或更多個4位字來自同一列A，在同一列中進(jìn)行第2、第4、第6或第8每一次選擇之后，需要在前面加上“1”，并且，需要將一個寬度指定給所得的4位字。加上“1”使4位字從列A移到碼元具有負(fù)極性的列B。這樣做保證了相鄰碼元之間的交替極性，還保證了適合碼元的極性。類似地，如果我們需要在列B中選擇相繼序列，那么，可替換地，必須將“0”加入同一列中的第2、第4、第6和第8選擇中。加上“0”將字放到碼元具有正極性的列A中。在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時，發(fā)送指示附加“1”和“0”的插入位置的查用表，解碼器將用它來依次排列位。
就轉(zhuǎn)移密度而言，可以觀察到碼元速率在500kbpi的當(dāng)前通量反向極限內(nèi)。就時間間隔(盤上的距離)而言，可以作出如下比較。在VAC的情況下“T”的平均碼元寬度是(8T+16T)/2＝12T。對于600MHz的計時速率，T＝1.6666毫微秒。由此，盤上轉(zhuǎn)移之間的平均時間間隔是12×1.6666毫微秒＝19.999毫微秒。由于每個碼元代表原始數(shù)據(jù)的4個位，我們以19.99毫微秒的平均間隔輸出原始數(shù)據(jù)的4個位，這是100Mbps的PRML系統(tǒng)的速率的2倍。具有上面結(jié)構(gòu)的VAC能夠支持200Mbps(50兆個碼元/秒×4個位)的數(shù)據(jù)速率。
序列3-6-9、5-6-7、和4-6-8的成功檢測建立了VAC可以在HDD上工作的三種不同方式。3-6-9檢測具有最好BER性能。5-6-7序列的檢測使我們可以確定對檢測沒有有害影響地可壓縮(pack)的脈沖的最近間距。用不含模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行VAC信號的后處理使節(jié)能檢測方案有效。
圖15是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的解碼波形3100的曲線圖的圖形。在這個曲線圖中，X軸代表經(jīng)過的時間，和Y軸代表檢測波形的振幅。在與曲線圖相對應(yīng)的模擬中，使用了3-6-9波形。標(biāo)成“D”的部分由所有“6”波形組成。在引入3-6-9波形之前，發(fā)送大約500個位的所有“6”，以便穩(wěn)定DC偏移。3-6-9波形清楚地示出了振幅變化，這是由ISI的破壞性影響造成的。
在檢測VAC解調(diào)信號中，檢測信號經(jīng)受全波整流，從而折疊了負(fù)峰值。C^和A之間(9到3轉(zhuǎn)移)的寬度W1表示W(wǎng)1的寬度。ISI影響對于峰A來說不那么顯著，因此，它具有標(biāo)為A1的振幅。下一個寬度W2是A和B之間(3到6轉(zhuǎn)移)的峰分離。ISI對B的影響使它的振幅小于A1。B的振幅被指定成A2。類似地，B和C之間的轉(zhuǎn)移生成寬度W3。C的振幅小于B的振幅，被指定成A3。
可以容易地作出猜測，通過使用PRML類型的檢測器，我們擁有3種振幅和3種寬度的組合來作出正確判定。糾錯很容易，因?yàn)橛捎谡穹绱诵。覀兩踔敛恍枰獧z測指定曲線圖中的C。如果沒有感測到振幅，可以自動斷定是“C”。
該過程使用了振幅和寬度的組合來正確解碼碼元。你也可以只關(guān)注振幅并解碼預(yù)期寬度。由于在VAC的解調(diào)過程中，碼元寬度在確定解碼數(shù)據(jù)中起關(guān)鍵作用，可以直接映射振幅信息以給出解調(diào)VAC數(shù)據(jù)流。
特別有意義的是通過在發(fā)射機(jī)上操縱編碼數(shù)據(jù)流在接收機(jī)上合成可變振幅的能力。當(dāng)應(yīng)用于光記錄媒體時，通過改變激光輻射設(shè)備的強(qiáng)度，可以使寬度W1、W2和W3具有各種各樣的坑深。假設(shè)坑深被指定成D1、D2和D3。我們現(xiàn)在擁有9種組合具有D1、D2和D3的W1；具有D1、D2和D3的W2；和具有D1、D2和D3的W3。這些組合顯示在圖16中，圖16是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的用于波形3210的各種各樣編碼組合3200的圖形。因此，通過選擇W和D的組合，我們可以以3個位/碼元編碼輸入數(shù)據(jù)流。外推這個結(jié)果，我們可以使用這種方法將15Gb信息存儲在一般只能保存4.7Gb的標(biāo)準(zhǔn)DVD盤上，而無需轉(zhuǎn)到藍(lán)色激光。通過包括更多的寬度和深度，可以獲得更高的帶寬效率。
為了滿足HDTV的存儲容量要求，一些人提出了光盤兩面上的雙層存儲。但是，這樣的策略將使制造成本顯著增加，而一點(diǎn)也不支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率。
本發(fā)明提供了甚至在使用紅色激光技術(shù)時也僅在盤的一面上使用單層記錄來支持HDTV的、這里稱為坑-深度調(diào)制的新式光編碼技術(shù)。此外，傳輸速率與存儲容量成正比，和相當(dāng)有意義的是，新編碼技術(shù)可以容易地合并到現(xiàn)有CD/DVD生產(chǎn)線中。
未來DVD系統(tǒng)的許多建議把藍(lán)色激光看作使高密成為可能的技術(shù)。但是，120-mm DVD盤的制造公差已經(jīng)到了極限。藍(lán)色激光必定需要復(fù)合一些材料和可能需要新原版盤制作和復(fù)制設(shè)備來滿足可接受質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。甚至這種新投資也有可能不足以滿足HDTV性能和容量要求。
DVD驅(qū)動器的容量增加與激光斑大小的減小成比例的倍數(shù)。因此，使用具有410nm短波長的長期探索藍(lán)色激光有希望將存儲容量提高到是應(yīng)用635nm波長紅色激光的相似DVD驅(qū)動器的2.4倍(635nm/410nm)，這意味著即使DVD驅(qū)動器內(nèi)部裝有藍(lán)色激光器，也不能滿足HDTV(至少不帶單面單層盤)的存儲要求。假設(shè)藍(lán)色激光器當(dāng)前可獲得，根據(jù)目前DVD規(guī)范，需要兩層來滿足HDTV要求；并且，要求使用普通紅色激光和雙面四層盤。這兩種解決方案對終端用戶和制造者來說都有缺點(diǎn)。必須將雙面盤翻過來以接納正片(feature film)。雙層編碼要求附加處理步驟，顯著地延長了制造周期。
當(dāng)前只讀光系統(tǒng)的局限性是將數(shù)據(jù)流壓入長度可變和深度固定的“坑”中的坑-長度編碼方法造成的結(jié)果。數(shù)據(jù)是利用光電元件讀取的，光電元件檢測“坑”或“平臺”區(qū)的二進(jìn)制輸出。與此不同，坑-深度調(diào)制基本上是三維數(shù)據(jù)流記錄手段數(shù)據(jù)坑的深度可變，而長度固定。光電元件檢測可變坑深和生成分級的、而不是二進(jìn)制的輸出。應(yīng)用坑-深度調(diào)制的光驅(qū)動器在滿足像在HDTV的大聯(lián)盟建議中定義的那樣的19兆位/秒的數(shù)據(jù)傳輸要求的同時，可以支持兩個多小時的高清晰度圖像，或者至少15GB的數(shù)據(jù)。
此外，使用當(dāng)前紅色激光(635nm/650nm)二極管也可以滿足這個規(guī)范。當(dāng)然，波長較短的激光將提供額外的好處，但它們不是生產(chǎn)應(yīng)用這種編碼技術(shù)的HDTV現(xiàn)成驅(qū)動器的先決條件。尤其對于已經(jīng)在DVD生產(chǎn)設(shè)備方面作了投資的制造者，重要的一點(diǎn)是新編碼技術(shù)只要求對原版盤制作工作臺作相應(yīng)小改變。此外，現(xiàn)有復(fù)制傳動裝置可以用于在可接受周期內(nèi)生產(chǎn)新媒體。
根據(jù)當(dāng)前DVD驅(qū)動器的激光和軌道間距規(guī)范，使用長度固定、深度可變數(shù)據(jù)坑的光驅(qū)動器可以容易地滿足HDTV要求。通過更精細(xì)地調(diào)制坑深度和縮短各個坑的長度，可以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)容量和傳輸速度。前者可以通過改善原版盤制作過程來實(shí)現(xiàn)。
在傳統(tǒng)光系統(tǒng)中，以長度可變、深度固定坑(上面)的形式將數(shù)據(jù)流壓在盤上。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在固定坑長內(nèi)坑深是可變的。
當(dāng)前CD和DVD播放器不能區(qū)分比四分之一波長更深的坑，因?yàn)殚喿x器響應(yīng)具有正弦性質(zhì)；隨著坑深從零增加到四分之一波長，從盤反射的光從最大下降到最小。因此，需要一種在坑深超過四分之一波長時不會觸底的替代讀出方法。
通常將坑縮短來提高性能。但是，如果坑太短，來自相鄰坑的信號將相互干擾。在原版盤制作過程中通過對坑深稍作調(diào)整，可以預(yù)先補(bǔ)償這個碼元間干擾。碼元間干擾來源于比激光讀斑小的坑當(dāng)激光斑集中在坑上時，衍射光不僅受感興趣坑影響，而且還受相鄰的坑影響。通過根據(jù)它的標(biāo)稱深度上下稍微調(diào)整每個坑(數(shù)量和方向依賴于相鄰坑的深度)，可以使閱讀器對與相鄰坑無關(guān)的特定深度坑生成相同的電響應(yīng)。實(shí)際上，每種閱讀器頭設(shè)計隨它的激光斑而稍有不同，因此，需要在原版盤制作和讀出兩個階段對碼元間干擾加以補(bǔ)償(即，預(yù)補(bǔ)償和后補(bǔ)償)。后補(bǔ)償可以在盤閱讀器中利用數(shù)字信號處理技術(shù)根據(jù)來自可變坑深的碼元間干擾的知識適當(dāng)?shù)貫V波或均衡數(shù)據(jù)信號來完成。
圖17是例示根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例將隨機(jī)位流存儲在存儲媒體上的方法的流程圖。
根據(jù)在從存儲媒體中讀取VAC編碼的讀操作期間降低碼元間干擾(ISI)和/或軌道間干擾(ITI)的能力，選擇包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)換寬度中的轉(zhuǎn)換寬度(步驟3305)，以便增加存儲媒體上的給定存儲區(qū)中每次轉(zhuǎn)換的位數(shù)，和/或在對VAC編碼進(jìn)行的峰值檢測操作期間降低VAC編碼的位錯率(BER)。
隨機(jī)位流通過具有只利用包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)換寬度中的轉(zhuǎn)換寬度分開的多個脈沖的振幅不變、脈沖寬度可變VAC編碼表示(步驟3310)。
沿數(shù)據(jù)通道發(fā)送VAC編碼，以便存儲在存儲媒體上(步驟3320)。應(yīng)該認(rèn)識到，步驟3320可以包括在VAC編碼的脈沖內(nèi)間隔內(nèi)沿數(shù)據(jù)通道發(fā)送其它VAC編碼，以便存儲在存儲媒體上的步驟(步驟3325)。
盡管這里參照附圖描述了例示性實(shí)施例，但應(yīng)該明白，本發(fā)明不局限于那些確切的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以作出各種各樣的改變和改進(jìn)，而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。所有這樣的改變和改進(jìn)都在所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種二維地編碼隨機(jī)位流以便存儲在存儲媒體上的方法，該方法包括如下步驟利用可變孔徑編碼(VAC)對隨機(jī)位流編碼(3310)，以便形成恒定振幅、可變脈沖寬度的VAC編碼，該編碼由僅僅利用包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度分離的多個脈沖來表示隨機(jī)位流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，預(yù)定一組中的每一個轉(zhuǎn)移寬度在相鄰轉(zhuǎn)移之間指定不同個數(shù)的零。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，預(yù)定一組中的轉(zhuǎn)移寬度由轉(zhuǎn)移寬度的第一組、第二組、和第三組之一組成，第一組由三個零、六個零、和九個零組成，第二組由五個零、六個零、和七個零組成，和第三組由四個零、六個零、和八個零組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟沿數(shù)據(jù)通道發(fā)送VAC編碼(3320)，以便存儲在存儲媒體上；和在VAC編碼的脈沖內(nèi)間隔內(nèi)沿數(shù)據(jù)通道發(fā)送其它VAC編碼(3325)，以便存儲在存儲媒體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，VAC編碼和其它VAC編碼相互正交。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟根據(jù)在從存儲媒體中讀取VAC編碼的讀操作期間降低碼元間干擾(ISI)和軌道間干擾(ITI)的至少一個的能力，選擇包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬(3305)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟選擇包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度(3305)，以便增加存儲媒體上的給定存儲區(qū)中每次轉(zhuǎn)移的位數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟選擇包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度(3305)，以便在對VAC編碼進(jìn)行的峰值檢測操作期間降低VAC編碼的位錯率(BER)。
9.一種將隨機(jī)位流存儲在存儲媒體上的方法，包括如下步驟通過由恒定振幅、可變脈沖寬度VAC編碼表示隨機(jī)位流(3310)，該VAC編碼具有僅僅利用包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度分離的多個脈沖；和沿數(shù)據(jù)通道發(fā)送VAC編碼(3320)，以便存儲在存儲媒體上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，預(yù)定一組中的每一個轉(zhuǎn)移寬度在相鄰轉(zhuǎn)移之間指定不同個數(shù)的零。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，預(yù)定一組中的轉(zhuǎn)移寬度由轉(zhuǎn)移寬度的第一組、第二組、和第三組之一組成，第一組由三個零、六個零、和九個零組成，第二組由五個零、六個零、和七個零組成，和第三組由四個零、六個零、和八個零組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟在VAC編碼的脈沖內(nèi)間隔內(nèi)沿數(shù)據(jù)通道發(fā)送其它VAC編碼(3325)，以便存儲在存儲媒體上。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，VAC編碼和其它VAC編碼相互正交。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟根據(jù)在從存儲媒體中讀取VAC編碼的讀操作期間降低碼元間干擾(ISI)和軌道間干擾(ITI)的至少一個的能力，選擇包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度(3305)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟選擇包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度(3305)，以便增加存儲媒體上的給定存儲區(qū)中每次轉(zhuǎn)換的位數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟選擇包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度(3305)，以便在對VAC編碼進(jìn)行的峰值檢測操作期間降低VAC編碼的位錯率(BER)。
全文摘要
本發(fā)明提供了二維地編碼隨機(jī)位流以便存儲在存儲媒體上的方法。在這種方法中，利用可變孔徑編碼(VAC)編碼隨機(jī)位流(3310)，以便形成通過只利用包括在預(yù)定一組轉(zhuǎn)移寬度中的轉(zhuǎn)移寬度分離的多個脈沖表示隨機(jī)位流的恒定振幅、可變脈沖寬度VAC編碼。
文檔編號G11B7/013GK1714391SQ200380103836
公開日2005年12月28日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者錢德拉·莫漢, 詹姆斯·Z·張 申請人:湯姆森特許公司