專利名稱：準(zhǔn)密堆積網(wǎng)格上的多維編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到進(jìn)行多維編碼的方法和系統(tǒng)。
由于其全部都在通過因特網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)的普遍存在，信息時(shí)代已經(jīng)產(chǎn)生了用戶可用信息爆炸。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)成本的降低，以及同樣小型裝置的占用空間的存儲(chǔ)容量的增加已經(jīng)成為這場(chǎng)革命的使能者。在滿足現(xiàn)有存儲(chǔ)需求的同時(shí)，必須改進(jìn)存儲(chǔ)技術(shù)以便與快速增長(zhǎng)的要求保持同步。
但是，磁或常規(guī)光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)正在接近其物理限制，超過此限制各單獨(dú)位就可能太小或太難以至不能儲(chǔ)存，這里各單獨(dú)位是以不同的磁或光學(xué)變化存儲(chǔ)在記錄媒體表面上的。通過媒體的體積—而不僅僅是在其表面上—存儲(chǔ)信息提供了另一種令人感興趣的高容量存儲(chǔ)辦法。
全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是一種立體的辦法，這種方法雖然在幾十年前就已經(jīng)想到了，但還是隨著低廉的使能技術(shù)的出現(xiàn)，長(zhǎng)期研究努力得到的重要成果，以及全息記錄材料的發(fā)展等而取得了最近的朝向?qū)嵱眯缘倪M(jìn)展。在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，整頁的信息以光干涉模式同時(shí)地被存入到很厚的光敏光學(xué)材料內(nèi)。通過把兩個(gè)相干的微光束在存儲(chǔ)材料內(nèi)相交叉來實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。第一個(gè)，稱為目標(biāo)束的包含有要儲(chǔ)存的信息；第二個(gè)，稱為參考束的，要設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單束以再生出例如與平面波前準(zhǔn)直的簡(jiǎn)單束。合成的光干涉模式引起了光敏媒體中的化學(xué)和/或物理變化。干涉模式的復(fù)制品作為光敏媒體的吸收率，折射率，或厚度中的變化加以儲(chǔ)存。當(dāng)儲(chǔ)存的干涉光柵用記錄過程中曾使用過的兩個(gè)光波之一照射時(shí)，一些入射光受到儲(chǔ)存格柵的衍射使得另一光波得以建立。用參考光波照射儲(chǔ)存光柵重建了目標(biāo)光波，反之亦然。
作為另一種三維或立體辦法，多層熒光卡/盤(FMD/C)的概念是一種極好的突破，其解決了與CD(光盤)和DVD(數(shù)字視頻光盤)當(dāng)前反射光盤技術(shù)相關(guān)的信號(hào)降級(jí)問題。在用CD或DVD時(shí)，將FMD層上的數(shù)據(jù)以一系列幾何特點(diǎn)或體積標(biāo)記在襯底上編碼。每一層的容量為4.7千兆字節(jié)(如在DVD的情況下)。使用FMD/C技術(shù)時(shí)，每個(gè)儲(chǔ)存層都涂以透明的熒光材料，而不是CD或DVD的金屬反射層。當(dāng)激光束打到層上的標(biāo)記時(shí)，就發(fā)射出熒光。所發(fā)射的這種光線，其波長(zhǎng)與入射激光光線的波長(zhǎng)不同(略微移向光譜的紅端)在性質(zhì)上是非相干的，這與當(dāng)前白光裝置中的反射相干光相反。所發(fā)射的光不受數(shù)據(jù)標(biāo)記的影響，因此橫向鄰接層不受干擾。在驅(qū)動(dòng)器的讀出系統(tǒng)中，激光光線被濾掉。所以只檢測(cè)出運(yùn)載信息的熒光光線。這就減小了雜散激光和干涉的影響。
在上述以及其他的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中(如常規(guī)的反射光盤技術(shù))，編碼和信號(hào)處理的目的是，在獲得諸如高密度和高數(shù)據(jù)速率等重要品質(zhì)因數(shù)的同時(shí)，將BER(位差錯(cuò)率)減至足夠低的水平。這是通過使系統(tǒng)的物理元件所受應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出信道無差錯(cuò)點(diǎn)，以及引入使BER減至可由糾錯(cuò)(ECC)解碼技術(shù)處理的水平并進(jìn)而降低至用戶可接受之極低水平(塊差錯(cuò)率通常為10-16)的調(diào)制編碼和信號(hào)處理方案來完成的。


圖14示出了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的典型編碼和信號(hào)處理元件。從輸入DI到輸出DO的循環(huán)可包括隔行掃描10，糾錯(cuò)代碼(ECC)和調(diào)制編碼20，30，信號(hào)前處理40，記錄媒體50上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，信號(hào)后處理60，二進(jìn)制檢測(cè)70，以及隔行掃描ECC的解碼80，90。ECC編碼器20在數(shù)據(jù)上加上冗余度以提供保護(hù)，使其不受各種噪聲源的影響。然后將ECC編碼的數(shù)據(jù)傳送至調(diào)制編碼器30，其使數(shù)據(jù)適合于信道，即它把數(shù)據(jù)處理成不大可能受信道差錯(cuò)訛誤且更易于在信道輸出端進(jìn)行檢測(cè)的形式。然后將調(diào)制的數(shù)據(jù)輸入到記錄裝置，例如空間光調(diào)制器等并存儲(chǔ)到記錄媒體50。在檢索一側(cè)，該讀取裝置(例如，電荷耦合器件(CCD))返回偽模擬數(shù)據(jù)的數(shù)值，此數(shù)值必須變換回到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(通常每象素1位)。這一過程的第一步為后處理步驟60，稱為均衡，其試圖消除記錄過程中產(chǎn)生的，仍在偽模擬域的畸變。然后，為模擬數(shù)據(jù)的陣列通過檢測(cè)器70轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的陣列。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)陣列再首先傳送至調(diào)制解碼器80，其進(jìn)行與調(diào)制編碼相反的操作，而后再傳送至ECC解碼器90。
象素間或符號(hào)間干擾(ISI)是在一個(gè)具體象素的強(qiáng)度對(duì)附近象素的數(shù)據(jù)造成污染的一種現(xiàn)象。在物理上，這一現(xiàn)象是由于(光)信道的頻帶限制而產(chǎn)生的，其源于光衍射，或透鏡系統(tǒng)中隨時(shí)間變化的象差，像光盤傾斜和激光束散焦?？朔@種干擾的辦法是通過調(diào)制編碼禁用某些模式的高空間頻率。禁用某一模式高空間頻率(或更一般地說，在0和1象素快速變化的這些模式的集合)的代碼稱為低通代碼，其可用于調(diào)制編碼器30和解碼器80的調(diào)制編碼/解碼。這種調(diào)制代碼迫使以二維區(qū)(如以全息存儲(chǔ)的允許頁面)書寫的信息具有有限的高空間頻率內(nèi)容。
具有低通濾波特性的二維代碼像用于上述型式新立體光記錄方案一樣是令人感興趣的。但是，二維(2-D)編碼對(duì)新路由來說也可能是個(gè)關(guān)鍵問題，這些新路由比較接近更常規(guī)型式的光記錄，例如使用記錄在卡片或光盤二維區(qū)上二維模式(標(biāo)記)的相干衍射、基于反射光盤技術(shù)的光記錄技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)考慮了在方形網(wǎng)格上編碼。特別是，在1998年IEEE學(xué)報(bào)，信息理論第44卷第3期1193-1203頁上W.Weeks，R.E.Blakut的“某些棋盤型代碼的容量和編碼增益”一文中已經(jīng)研究了棋盤型代碼的容量。文中，對(duì)方形網(wǎng)格考慮了各種不同的棋盤約束以便在信道位的讀出和檢測(cè)過程中獲得低通特性，從而減小符號(hào)間干擾(ISI)的影響。
但是，對(duì)二維編碼而言，正如同在一維編碼的情況中一樣，不同的編碼約束和編碼幾何條件，其不同于在現(xiàn)有技術(shù)中存在的方形網(wǎng)格上的編碼，它們可能產(chǎn)生更有效的存儲(chǔ)，從而可以獲得更高的存儲(chǔ)密度。所以，在多維存儲(chǔ)應(yīng)用中也需要持續(xù)地提高編碼效率。
另外，在2-D編碼中還存在位檢測(cè)問題，這對(duì)相干信號(hào)的產(chǎn)生是很典型的。來自大凸區(qū)，即零水平鏡象區(qū)的反射信號(hào)與來自大凹區(qū)，即低于零水平鏡象區(qū)(在λ/4深度，這里λ表示用于讀出的輻射波長(zhǎng))的反射信號(hào)是完全一樣的。因而，檢測(cè)中不可能把兩個(gè)二進(jìn)制水平區(qū)分開。在傳統(tǒng)的1-D編碼中，這個(gè)問題沒有出現(xiàn)，因?yàn)辄c(diǎn)的直徑總是大于凹區(qū)(或標(biāo)記)的徑向?qū)挾?，而且衍射也總是在徑向方向上出現(xiàn)。因此，反射光束由于在中心孔外的衍射而釋放出某些強(qiáng)度。與此相對(duì)照，上述問題在2-D編碼中也會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)閷?duì)入射到大凹區(qū)或大凸區(qū)上的聚焦的激光或其他輻射點(diǎn)來說根本就沒有衍射。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的二維或多維編碼方案，利用這一方案能夠減小因符號(hào)間干擾和/或具有同樣(雙極性)位型的大區(qū)而產(chǎn)生的差錯(cuò)率。
通過按權(quán)利要求1中所定義的方法，通過按權(quán)利要求22中所定義的系統(tǒng)，以及通過按權(quán)利要求32中所定義的記錄載體來達(dá)到這一目的。
根據(jù)本發(fā)明，使用準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)用于多維編碼。這種準(zhǔn)六角形網(wǎng)格例如與方形網(wǎng)格相比，其好處源于編碼效率的巧妙組合，還有次最近鄰位對(duì)符號(hào)間干擾的影響。使用準(zhǔn)六角形網(wǎng)格意味著其可能是在理想上按六角形來排列的，但是距理想的網(wǎng)格可能存在小的網(wǎng)格畸變。例如，單位單元各基軸間的角度可能并不嚴(yán)格地等于60度。準(zhǔn)六角形網(wǎng)格產(chǎn)生的位排列更象是讀出期間所用掃描激光點(diǎn)的強(qiáng)度略圖。
較高堆積密度的六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)提供出較高的代碼效率。另外，關(guān)于對(duì)具有與中央位相同位態(tài)的次最近位之預(yù)定數(shù)目的約束，其是用來提供減少代碼頻譜低通特性的干擾的，而關(guān)于對(duì)具有與中央位相反位態(tài)的次最近位之預(yù)定數(shù)目的另一或附加的約束，其是用來提供代碼頻譜高通特性的以避免具有同樣位態(tài)的大區(qū)。因而，兩種約束導(dǎo)致了位差錯(cuò)率的減小。
此外，可以應(yīng)用關(guān)于具有與中央位相同位態(tài)的次最近位之另一種代碼約束，根據(jù)這一約束，預(yù)定數(shù)目的方位角鄰接位被設(shè)定成與中央位具有相同的位態(tài)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)最小的標(biāo)記尺寸以簡(jiǎn)化寫過程。例如，在使用激光束記錄器(LBR)用在只讀(ROM)應(yīng)用中的母盤記錄，而激光束又沒有寫較小標(biāo)記尺寸的足夠分辨率時(shí)，這可能是有利的。
另外，還把讀出物透鏡的視野形狀從普遍的長(zhǎng)方形修改成等邊正六角形也將改善這些存儲(chǔ)媒體的讀出過程。
其他進(jìn)一步的有利擴(kuò)展在相關(guān)的權(quán)利要求中都作了限定。
下面，參照附圖將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案予以更詳細(xì)的說明，附圖中圖1A和1B分別表示方形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)略堆積圖；圖2A至2C分別表示根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案位位置的六角形，大容量群集，以及底部和頂部邊界的群集；圖3示出表示基于條帶的二維編碼方案的簡(jiǎn)圖；圖4示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，二維編碼的可能的狀態(tài)躍遷情況；圖5A和5B示出根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案(用Nnn＝1)，在條帶大容量區(qū)的禁用模式；
圖6A和6B示出根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案(用Nnn＝1)，在條帶邊界區(qū)的禁用模式；圖7示出根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案，表示第一型六角形網(wǎng)格編碼容量上限和下限的曲線圖；圖8示出根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案表示，第二型六角形網(wǎng)格編碼容量上限和下限的曲線圖；圖9示出根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案表示，第三型六角形網(wǎng)格編碼容量上限和下限的曲線圖；圖10A和10B分別示出根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案，表示在第一和第二編碼約束下、在方形和六角形網(wǎng)格編碼中視線高度與用戶位尺寸特性的曲線圖；圖11示出根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案，表示在不同代碼約束下六角形網(wǎng)格編碼的視線高度與用戶位尺寸特性的曲線圖；圖12A和12B分別示出根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施方案、大容量群集和邊界群集的禁用模式；圖13示出根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施方案，表示不同約束時(shí)容量下限的曲線圖；圖14示出一常規(guī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的編碼和處理元件的簡(jiǎn)圖；及圖15A和15B分別示出對(duì)長(zhǎng)方形和等邊六角形情況的撿拾裝置的視野形狀。
現(xiàn)將根據(jù)基于條帶的、使用準(zhǔn)六角形網(wǎng)格的二維編碼方案，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案予以說明。
大家知道，在結(jié)晶學(xué)中六角晶格提供的堆積比最高。例如，它的堆積比是1/cos(30°)＝1.155，好于最近鄰格點(diǎn)間具有同樣距離a的方形網(wǎng)格的堆積比。后者的距離a可以由用來寫入記錄或存儲(chǔ)媒體50之二維信道的二維脈沖響應(yīng)范圍來確定，例如由全息光記錄或熒光光記錄，或由具有二維相干衍射的常規(guī)反射型光記錄來確定。
圖1A和1B分別表示出方形網(wǎng)格和六角形網(wǎng)格的組裝結(jié)構(gòu)。對(duì)每個(gè)格點(diǎn)來說，方形和六角形網(wǎng)格分別需要大小為a2和a2cos(30°)的二維區(qū)，其分別如圖1A和1B所示。最近鄰位的數(shù)目對(duì)六角形網(wǎng)格為b，而對(duì)方形網(wǎng)格來說為4。因此，乍看起來，使用六角形網(wǎng)格似乎沒有好處，因?yàn)榭梢援a(chǎn)生二維符號(hào)間干擾的最近鄰位的數(shù)目較大。但是，六角形網(wǎng)格的好處，例如與方形網(wǎng)格相比，其源于編碼效率和次最近鄰位對(duì)符號(hào)間干擾的影響之綜合考慮。
關(guān)于更大距離的進(jìn)一步的鄰位，六角形網(wǎng)格在距離 (當(dāng)最近鄰位距離為1時(shí))有六個(gè)次最近鄰位，在距離2有六個(gè)次次最近鄰位。對(duì)方形網(wǎng)格來說，在距離 得到四個(gè)次最近鄰位，在距離2得到四個(gè)次次最近鄰位。
在二維編碼情況下，排列在大容量六角形網(wǎng)格中的全尺寸六角形群集有七個(gè)位位置或住址，而一個(gè)中央位和六個(gè)最近鄰位址。為了簡(jiǎn)單起見，在涉及到準(zhǔn)六角形網(wǎng)格上的準(zhǔn)六角形群集位時(shí)，也使用術(shù)語“六角形群集”。不過，在用于基于條帶編碼的二維空間條帶的邊界上，出現(xiàn)的卻是部分大小的或邊界的群集。
圖2A至2C分別表示出大容量群集六角形網(wǎng)格上的位位置群集，底邊界群集和頂邊界群集。處在位位置上的通道位Xi的編號(hào)如下。
在大容量群集中，中央位的編號(hào)i＝0，而六個(gè)最鄰近鄰位按其方位角的次序依次編號(hào)為i＝1…6。在條帶邊緣的不完全或部分尺寸的邊界群集，與大容量群集的七個(gè)位或位位置相比，其只有五個(gè)位或位位置組成。中央位也為編號(hào)i＝0，而四個(gè)方位角上鄰接的最近鄰位依次編號(hào)為i＝1…4。
在下文，定義了用于六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的新的普通代碼約束，其涉及到全或部分尺寸六角形群集中央位置的最近鄰位置。
根據(jù)第一實(shí)施方案，這些約束有雙重目的。第一，使這些約束適合于實(shí)現(xiàn)代碼頻譜的低通特性，第二，使其適合于實(shí)現(xiàn)減少寫信道要求的最小標(biāo)記尺寸。特別是，通過兩個(gè)參數(shù)來說明這些約束(i)具有與處在中央網(wǎng)格位置的位之相同型式或位態(tài)的最近鄰位(Nnn)的最小數(shù)目；及(ii)方位角上鄰接的最近鄰位(Nac)的最小數(shù)目，其中1≤Nac≤Nnn。
參數(shù)Nnn提供的低通特性有利于減小二維符號(hào)間干擾的影響。這點(diǎn)在下面很容易看到。每一位有六個(gè)最近鄰位。假定二維脈沖響應(yīng)函數(shù)(IRF)在中央位置的數(shù)值為f0，在最近鄰位置的數(shù)值為f1。那么，如果恰好存在具有同樣型式的Nnn(其為最小數(shù)目)最近鄰位時(shí)，就得到了在給定網(wǎng)格位置的波形最小值。這一最小數(shù)值由下式給出
f0-(6-2Nnn)f1(1)考慮到寫信道的最小標(biāo)記尺寸限制，使用參數(shù)Nac。例如，約束Nnn＝2，Nac＝1仍將允許有不在接連方位角上的兩個(gè)最近鄰位。因而，存在一維的2T標(biāo)記(在不同的方位角上，并有一個(gè)信道位共用)，而且書寫是很困難的。但是，當(dāng)Nnn＝2，Nac＝2時(shí)，至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)同一型式方位角上鄰接的最近鄰位，這就意味著一維2T標(biāo)記是禁用的。而在這種情況下最小標(biāo)記為具有同一型式的三角形位。對(duì)二維寫信道來說，與Nac＝1的情況相比，這可能是有利的，不過，由于在后一種情況下約束更嚴(yán)格，必須要面對(duì)相應(yīng)的速率損失問題。
上述約束可以作為全尺寸大容量群集的大容量約束來加以定義。這樣，大容量約束的兩個(gè)條件給出如下|6x0+Σi=16xi|≥2Nnn---(2)]]>∃J∈{0,1,...5}:|x0+Σi=1Nacxi+J|=Nac+1---(3)]]>注意，準(zhǔn)六角形群集邊界上6個(gè)位的下標(biāo)始終在數(shù)值1和6之間；每當(dāng)關(guān)系式(3)中下標(biāo)i+J在這個(gè)范圍之外時(shí)，那么i+J就被減小到1/6，故其在所要求的1到6的范圍之內(nèi)。類似地，上面約束可以作為部分尺寸邊界群集的代碼約束來加以定義。于是，大容量約束的兩個(gè)條件給出如下|6x0+Σi=14xi|≥2(Nnn+1)---(4)]]>∃J∈{0,1,...4-Nac}:|x0+Σi=1Nacxi+J|=Nac+1---(5)]]>因而，群集約束在條帶邊界也得到了滿足，盡管實(shí)際位是在相鄰的編碼條帶中。邊界約束能夠使條帶互相堆疊在彼此的頂上而沒有任何違反約束的情況，因?yàn)檫@些約束對(duì)邊界上的不完全群集已經(jīng)得到滿足。
圖3示出表示基于條帶的二維編碼方案的簡(jiǎn)圖。二維區(qū)被分成為條帶。條帶在水平方向上對(duì)齊，并由數(shù)量為Nr的網(wǎng)格行組成。編碼在水平方向上進(jìn)行，并且實(shí)際上成為一維編碼。代碼字不跨超條帶的邊界。代碼字可以基于由Nr個(gè)行和Nc個(gè)列所組成的二維區(qū)。構(gòu)成條帶時(shí)要使得在豎直方向上條帶的連接不違反上述有關(guān)跨越條帶邊界的約束。
為了推導(dǎo)出容量以及為了設(shè)計(jì)有效代碼，必須推導(dǎo)出作為基礎(chǔ)的有限狀態(tài)機(jī)(FSM)，其驅(qū)動(dòng)二維序列的產(chǎn)生。由于目前提出的所有約束都只涉及到最近位，考慮基于六角形網(wǎng)格上兩個(gè)接連到并覆蓋條帶所有行的狀態(tài)就足夠了。這種狀態(tài)的數(shù)目就是22Nr。通過從給定狀態(tài)到下一狀態(tài)的躍遷，就輸出了一整列的信道位。根據(jù)定義，第一狀態(tài)的最后一列與后繼狀態(tài)的第一列相同。
圖4表示出Nr＝b情況時(shí)的狀態(tài)“i”(409b取1)，以及一個(gè)可能或允許的后繼狀態(tài)“j”。根據(jù)圖4可以推斷，狀態(tài)“i”的最后一列與狀態(tài)“j”的第一列相吻合。此外，在方程(2)至(4)中表示的約束都得到滿足。
在容量推導(dǎo)和二維信道或調(diào)制代碼設(shè)計(jì)中，至關(guān)重要的一點(diǎn)是連接矩陣D，它是一個(gè)大小為22Nr×22Nr的方形矩陣，Nst為可能狀態(tài)的數(shù)目，其以Nst≤22Nr為界限。在狀態(tài)“i”以相應(yīng)的狀態(tài)“j”作為其后繼狀態(tài)時(shí)，連接矩陣D的矩陣元Dij設(shè)置為“1”。對(duì)應(yīng)于非允許后繼狀態(tài)的所有其他矩陣元都置于“0”。這樣，從狀態(tài)“i”到狀態(tài)“j”的躍遷就是允許的，如果下面條件得到滿足的話1)狀態(tài)“i”的最后一列與狀態(tài)“j”的第一列相同；2)狀態(tài)躍遷不會(huì)引起大容量群集的約束違例(大容量約束)。這些約束是在推導(dǎo)容量上限時(shí)唯一要考慮的約束；3)條帶連接不會(huì)在條帶邊界引起約束違例。因此，應(yīng)用邊界約束使得能夠進(jìn)行條帶的堆疊而與相鄰條帶的內(nèi)容無關(guān)。這些約束對(duì)于推導(dǎo)容量的下限是需要的。
圖5A和5B表示出Nnn＝1時(shí)，在條帶大容量區(qū)中禁用或非允許模式的兩個(gè)典型實(shí)例。在這種情況下，當(dāng)從狀態(tài)“i”躍遷至狀態(tài)“j”時(shí)就違反了Nnn＝1的約束。參數(shù)“X”表示不在乎位置，其可置于任意的位數(shù)值。編碼方向是正確的。
圖6A和6B表示出Nnn＝1時(shí)，在條帶邊界區(qū)中禁用或非允許模式的兩個(gè)典型實(shí)例。在這種情況下，當(dāng)從狀態(tài)“i”躍遷至狀態(tài)“j”時(shí)，對(duì)相反的位置來說也違反了Nnn＝1的約束。
圖7至9表示出在條帶寬不同，即行數(shù)不等時(shí)，代碼容量的各種不同計(jì)算結(jié)果。上限由只有大容量約束的容量來限定，這就意味著條帶不能夠自由地連接。下限是對(duì)大容量和邊界約束限定的，即條帶可以自由地連接，但這將需要額外的附加位，其減少了可用的容量。
在圖7所示Nnn＝1，Nac＝1情況的單行(Nr＝1)情況下，下限的情況相當(dāng)于d＝1游程長(zhǎng)度約束的一維游程長(zhǎng)度限制(RLL)編碼。d＝1 RLL編碼的最小游程長(zhǎng)度(2T)只能在水平方向上得到。從一行移至兩行(Nr＝2)時(shí)(下限)容量的顯著增加是由于，最小游程長(zhǎng)度約束(2T)現(xiàn)在還能夠在與條帶水平軸線成60°和120°角度的傾斜方向上得到。
圖8表示出在Nnn＝2，Nac＝1的情況下容量與條帶寬度特性的關(guān)系，圖1表示出在Nnn＝2，Nac＝2情況下容量與條帶寬度特性的關(guān)系。在這兩種情況下，同一型式或狀態(tài)的最近鄰位的最小數(shù)目等于2。在Nac＝1情況下，同一型式的兩個(gè)最近鄰位不一定處在接連的方位角上。在Nac＝2情況下，同一型式的兩個(gè)最近鄰位處在接連的方位角上。從圖8和9可以推斷，較高的約束引起了上限和下限的降低。
圖10A和10B表示出根據(jù)數(shù)值計(jì)算出的曲線圖，這些曲線圖表示出容量相應(yīng)于圖8和9對(duì)行數(shù)為Nr＝8，基于條帶編碼情況的下限時(shí)，視線高度與用戶的位尺寸特性的關(guān)系。虛線用于六角形網(wǎng)格，實(shí)現(xiàn)用于常規(guī)的方形網(wǎng)格。脈沖響應(yīng)函數(shù)假定為是二維的高斯函數(shù)(在兩個(gè)維度上歸一化的)。作為參數(shù)，二維IRF的中心選定值在圖10A和10B中表示成頂部的恒值水平線。應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際的感興趣范圍包括正的視線高度。因此，二維信道對(duì)零視線以外的高度(類似于一維信道的截止頻率)實(shí)際上是死信道。因而，如所期望的那樣，通過六角形網(wǎng)格上的二維編碼能夠提高視線高度。通過對(duì)同一狀態(tài)方位角上連接的最近鄰位加上約束可以得到進(jìn)一步的提高。
圖11示出了曲線圖，其表示出只對(duì)六角形網(wǎng)格編碼且Nnn＝0，1，2時(shí)視線高度與用戶的位尺寸特性的關(guān)系。按視線高度所得到的編碼增量是增加這種約束的明顯方向。通過提高二維信道代碼的低通特性來實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。
寫信道的限制其特點(diǎn)在于要寫的最小二維標(biāo)記的尺寸。顯然，在這方面，約束Nnn＝和Nac＝2是最令人感興趣的。最小標(biāo)記的形狀對(duì)六角形網(wǎng)格編碼和方形網(wǎng)格編碼是不同的。在這兩種情況下，最小形狀為有3個(gè)信道位的三角形。在前一種情況中，該形狀為等邊等角的正三角形，在后一種情況中，由于其形狀是以半個(gè)方形而得到的三角形，故從寫的方面來看這種形狀是不太有利的。對(duì)同樣約束的最小標(biāo)記之相對(duì)尺寸取決于對(duì)六角形網(wǎng)格和方形網(wǎng)格編碼的各自容量之比。當(dāng)Nnn＝2和Nac＝2時(shí)，這一比率等于1.60，這對(duì)六角形網(wǎng)格是有利的。
在傳統(tǒng)的一維RLL編碼中，讀系統(tǒng)的輻射束的點(diǎn)直徑總是大于光記錄或存儲(chǔ)媒體凹區(qū)的徑向?qū)挾取Ｒ虼?，在徑向方向上得到了衍射，這就在反射束強(qiáng)度中引起了可檢測(cè)到的損失。但是，在根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施方案的上述二維編碼中，可能出現(xiàn)由若干鄰位組成的大凹區(qū)。因而，在大凹區(qū)中沒有衍射發(fā)生，也就不可能檢測(cè)到強(qiáng)度損失。
根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施方案，通過二維信道或調(diào)制代碼附加的或另外的約束避免了同樣型式的大區(qū)域信道位。通過產(chǎn)生二維代碼高通特性的一個(gè)單一參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)這種約束。
特別是，用參數(shù)Mnn來引入高通約束，其表示出最近鄰位的最小數(shù)目，此最近鄰位，與六角形群集中央位置的信道位位數(shù)值相比，其必定具有相反的位型或位態(tài)。
對(duì)于大容量群集，可以把上述的高通約束參數(shù)Mnn與低通約束參數(shù)Nnn在如下給出的單一關(guān)系式中結(jié)合起來2Nnn≤|6x0+Σj=16xj|≥12-2Mnn---(6)]]>對(duì)邊界群集，兩個(gè)約束參數(shù)Mnn和Nnn產(chǎn)生下面給出的兩個(gè)關(guān)系式2Nnn≤|4x0+Σj=14xj|---(7)]]>|8x0+Σj=14xj|≤12-2Mnn---(8)]]>圖12A和12B分別表示出在最近鄰位至少其中之一應(yīng)具有相反型式或狀態(tài)的情況下(Mnn＝1)，大容量群集和底邊界群集之禁用模式的實(shí)例。在中央網(wǎng)格位置的位，其值為x(即“0”或“1”)，所有周邊的位都具有同樣的數(shù)值。因而，上面的高通約束沒有得到滿足。
至于編碼容量，由于額外的高通約束而不得不面對(duì)附加的容量損失。對(duì)約束Nnn＝1，Mnn＝1的情況，這一容量損失對(duì)具有三行的條帶來說，具有映象8-9的代碼是不可能的，而這一映象對(duì)Nnn＝1，Mnn＝0的情況是可能的。
對(duì)每條帶行數(shù)少的二維條帶來說，高通約束在應(yīng)用到大容量群集和邊界群集時(shí)，其結(jié)果是相當(dāng)耗費(fèi)容量的。因此，對(duì)大容量群集和邊界群集選擇不同的約束組合可能是有利的。一方面，高通約束可以只用于大容量群集，而另一方面，高通約束可以用于大容量群集以及或者頂部或者底部邊界群集。
圖13示出的曲線圖表示對(duì)大容量和邊界群集的約束Nnn＝1，以及對(duì)不同情況Mnn＝1時(shí)，容量與條帶寬度特性的關(guān)系，這些不同情況即是，不對(duì)任何群集，只對(duì)大容量群集，對(duì)大容量群集和只對(duì)頂部或底部邊界群集，以及對(duì)大容量群集和兩種型式的邊界群集(按曲線圖中曲線從頂?shù)降壮霈F(xiàn)的順序)。從圖13可以推斷增加高通約束的應(yīng)用使代碼容量降低了。
將Nnn和Mnn約束結(jié)合起來的實(shí)際代碼結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了代碼設(shè)計(jì)中復(fù)雜性的增加。作為實(shí)際代碼，在對(duì)大容量和兩個(gè)邊界的約束Nnn＝1，對(duì)大容量和任一個(gè)邊界的約束Mnn＝1時(shí)，對(duì)基于三行的條帶可以生成具有8-9映象的代碼。此外，在對(duì)大量容和兩個(gè)邊界的約束Nnn＝1，只對(duì)大容量不對(duì)任何邊界的約束Mnn＝1時(shí)，對(duì)基于三行的條帶可以生成具有11-12映象的代碼。
在上面的優(yōu)選實(shí)施方案中。對(duì)于位狀態(tài)或型式，例如標(biāo)記和非標(biāo)記或者凹區(qū)和凸區(qū)，已經(jīng)考慮了同樣的約束。但是，依寫信道的特性而定，對(duì)位的兩種型式或狀態(tài)施加非對(duì)稱約束，即不同的約束，可能是有利的。還有，對(duì)不是在單一條帶邊界而是在以某一保護(hù)帶為界的20區(qū)邊界上之邊界群集的情況，在凸區(qū)位比凹區(qū)位上具有較小的約束編碼可能是有效的，因?yàn)闊o論如何保護(hù)區(qū)都包括較大的凸區(qū)。此外，對(duì)二維條帶所選擇的水平方向可以是六角形網(wǎng)格的[100]方向或[110]方向。
在對(duì)域進(jìn)行排序時(shí)，這些域?yàn)檩d有存儲(chǔ)信息例如至少兩個(gè)維度(20記錄)上的凹區(qū)或標(biāo)記的記錄媒體上的區(qū)域，上面已經(jīng)表明，使用像在六角形網(wǎng)格中的準(zhǔn)密堆積網(wǎng)格能夠得到可能的最高區(qū)域存儲(chǔ)密度。此外，這還可以用來提高這種記錄數(shù)據(jù)的讀出，尤其是關(guān)于撿拾裝置安排的記錄數(shù)據(jù)讀出，撿拾裝置可以是一讀出光學(xué)系統(tǒng)，其包括用于使所存數(shù)據(jù)在象平面上成象的物鏡，其中在象平面內(nèi)安排檢測(cè)器裝置對(duì)讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。由于檢測(cè)器裝置只利用了一部分圓形象平面，而使物鏡的圓形視野VF沒有有效地利用。因此，圖15A表示出根據(jù)矩形坐標(biāo)系統(tǒng)在方形網(wǎng)格中對(duì)域進(jìn)行排序時(shí)，用于2D讀出的讀出物鏡的安排，尤其是限定象平面的圓形視野VF的安排情況。在視野VF之內(nèi)，示出了與檢測(cè)器裝置的方形視野VFsq相一致的方形區(qū)，檢測(cè)器裝置的方形視野VFsq由象平面內(nèi)的檢測(cè)器元件確定。
從圖15可以得出，除了區(qū)域存儲(chǔ)密度低以外，檢測(cè)器裝置的方形視野VFsq只利用了物鏡圓形視野VF的2/π，約為64％。然而，如果數(shù)據(jù)域D排列在這里引入的準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的話，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度將增加，但由于檢測(cè)器裝置方形視野VFsq與數(shù)據(jù)域準(zhǔn)六角形網(wǎng)格間的失配，無縫讀出將是不可能的。這就導(dǎo)致了讀出困難并使讀出速率降低。
因此，在圖15B中引入了在物鏡圓形視野VF內(nèi)的檢測(cè)器裝置六角形視野VFhex，在本實(shí)施方案中其為等邊六角形。這就得到了更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度，與方形網(wǎng)格相比，增加了約15％，另外，由于物鏡視野VF的利用效率更高又得到了更高的讀出速率。尤其是，能夠使用視野VF的3cos 30°/π，約83％。這是近于30％的增長(zhǎng)，將兩個(gè)作用，即數(shù)據(jù)域準(zhǔn)六角形格網(wǎng)排列和檢測(cè)器裝置六角形視野VFhex的作用加在一起，總的提高接近50％。此外，還提供了在讀出期間得到這些等邊六角形視野VFhex無縫接合的可能性。
應(yīng)當(dāng)注意，只有讀出在沿著由準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)之[100]，
或[110]網(wǎng)格方向所限定的三個(gè)可能方向中之一個(gè)方向進(jìn)行時(shí)，才能在讀出期間得到最大的數(shù)據(jù)速率。在這些情況下，當(dāng)只由“凹區(qū)”-域(或凸區(qū)-位)填充的一個(gè)網(wǎng)格平面(型式為(100，(010)，或(110)與只由“凸區(qū)”-域(或凸區(qū)-位)填充的一個(gè)網(wǎng)格平面相交錯(cuò)時(shí)，才給出了最高空間頻率。當(dāng)然，這一最高空間頻率必須低于撿拾裝置讀出光學(xué)系統(tǒng)的截止頻率。
在檢測(cè)器裝置視野內(nèi)進(jìn)行2D數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重現(xiàn)的最明顯的辦法是對(duì)含數(shù)據(jù)域的記錄媒體上的適當(dāng)區(qū)域進(jìn)行相干照射。通過選擇，這些區(qū)域可進(jìn)行連續(xù)的掃描或以分步的方式進(jìn)行掃描。在第一種情況下，磁盤象平面內(nèi)的數(shù)據(jù)域通過讀出檢測(cè)器陣列移動(dòng)，這樣，一個(gè)具體域的數(shù)據(jù)必須在不同的時(shí)間間隔由不同的檢測(cè)器段收集，以便從這個(gè)具體域得到足夠的光能。在第二種情況下，數(shù)據(jù)域在一定時(shí)間對(duì)檢測(cè)器陣列是固定不動(dòng)的，在此時(shí)間內(nèi)視野內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)可以分別相加或總合。讀出某一具體視野的數(shù)據(jù)域以后，撿拾裝置必須移動(dòng)至相鄰的視野，等等。
然而除了熒光讀出以外，相干照射有截止頻率，其截止頻率為非相干照射截止頻率的一半。利用非相干照射對(duì)由撿拾裝置照射部分的光柵可以產(chǎn)生的各點(diǎn)組成的陣列沿著六角形結(jié)構(gòu)的邊緣進(jìn)行掃描。應(yīng)當(dāng)指出，相鄰的點(diǎn)可能不重疊。因此，軌道間距將比接連點(diǎn)之間的距離小得多。為了在同一時(shí)間讀出相鄰的軌道，這些點(diǎn)相對(duì)于軌道要傾斜放置。撿拾裝置物鏡視野之內(nèi)的照射點(diǎn)可以以不同的方式進(jìn)行分布。但是，最大密度是用準(zhǔn)六角形網(wǎng)格上的分布而得到的。
注意，上述基于多維編碼的六角形結(jié)構(gòu)可用在任何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，諸如二維光存儲(chǔ)器，或要求高通和/或低通代碼特性的任何其他種類的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，在二維光存儲(chǔ)器中應(yīng)用了全息光記錄，熒光光記錄，頁面型光記錄，常規(guī)的、但以二維編碼的反射型光存儲(chǔ)器，等等。特別是，本發(fā)明還意在涉及用在這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)中的記錄載體，例如光盤，在這些記錄載體上使用上述多維編碼方案來書寫或存儲(chǔ)信息。此外，所述的編碼方案可應(yīng)用于多余兩個(gè)維度的任何多維編碼。例如，在三維維度下可以利用準(zhǔn)密堆積的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在三維情況下，這種密堆積的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以是面心立方晶格，也稱為FCC網(wǎng)格，或其可以是六角密堆晶格，也稱為HCP網(wǎng)格。因此，本發(fā)明是要涉及在所附權(quán)利要求范圍之內(nèi)的任何修改方案。
權(quán)利要求
1.將信息多維地編碼和/或解碼至/自網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方法，此網(wǎng)格結(jié)構(gòu)至少在兩個(gè)維度上表示了所述編碼信息的位位置，所述的方法包括使用準(zhǔn)密堆積網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來進(jìn)行多維編碼和/或解碼的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述的準(zhǔn)密堆積網(wǎng)格結(jié)構(gòu)基于準(zhǔn)六角形網(wǎng)格。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述的方法進(jìn)一步包括的步驟是a)限定由一個(gè)中央位和多個(gè)最近鄰位組成的至少部分準(zhǔn)六角形群集；及b)應(yīng)用第一代碼約束，使得對(duì)每個(gè)所述的至少部分準(zhǔn)六角形群集來說，預(yù)定的最小數(shù)目的最近鄰位具有與中央位相同的位狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述的最近鄰位的預(yù)定最小數(shù)目小于或等于三。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其還包括的步驟是a)限定由一個(gè)中央位和多個(gè)最近鄰位組成的至少部分準(zhǔn)六角形群集；及b)應(yīng)用第一代碼約束，使得對(duì)每個(gè)所述的至少部分準(zhǔn)六角形群集來說，預(yù)定的最小數(shù)目的最近鄰位具有與中央位相反的位狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中最近鄰位的預(yù)定最小數(shù)目為一。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中所述的編碼和/或解碼是基于條帶的二維編碼和/或解碼，而所述的至少部分準(zhǔn)六角形群集包括大容量群集和邊界群集，大容量群集有六個(gè)最近鄰位，邊界群集有四個(gè)最近鄰位并處在進(jìn)行編碼和/或解碼所沿編碼條帶的邊緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中編碼條帶在準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的[100]或[110]方向上定向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中撿拾裝置的視野為六角形。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述的六角形為等邊六角形。
11.根據(jù)權(quán)利要求的9或10的方法，其中使用檢測(cè)器裝置讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，安排檢測(cè)器裝置在檢測(cè)裝置象平面內(nèi)產(chǎn)生與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)相應(yīng)的信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中讀出用撿拾裝置在含有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的網(wǎng)格上的連續(xù)移動(dòng)來進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)通過在不同的時(shí)間間隔收集檢測(cè)器裝置不同段的檢測(cè)信號(hào)來進(jìn)行檢測(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中讀出用撿拾裝置在含有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的網(wǎng)格上的步進(jìn)移動(dòng)來進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)通過在一定時(shí)間對(duì)各檢測(cè)器段的信號(hào)求和來進(jìn)行檢測(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任何一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中撿拾裝置的移動(dòng)沿著含有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的[100]或[110]方向進(jìn)行。
17.將信息多維地編碼和/或解碼至/自網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，此網(wǎng)格結(jié)構(gòu)至少在兩個(gè)維度上表示了所述編碼信息的位位置，所述的裝置包括編碼裝置(30)和/或解碼裝置(80)，安排這些裝置分別進(jìn)行編碼和/或解碼，通過使用準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)限定由一個(gè)中央位和多個(gè)最近鄰位組成的至少部分準(zhǔn)六角形群集，以及應(yīng)用代碼約束使得對(duì)每個(gè)所述的至少部分準(zhǔn)六角形群集來說，預(yù)定的最小數(shù)目的最近鄰位具有與中央位相同的位狀態(tài)。
18.將信息多維地編碼和/或解碼至/自網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，此網(wǎng)格結(jié)構(gòu)至少在兩個(gè)維度上表示了所述編碼信息的位位置，所述的裝置包括編碼器件(30)和/或解碼器件(80)，安排這些器件分別進(jìn)行編碼和/或解碼，通過使用準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)限定由一個(gè)中央位和多個(gè)最近鄰位組成的至少部分準(zhǔn)六角形群集，以及應(yīng)用代碼約束使得對(duì)每個(gè)所述的至少部分準(zhǔn)六角形群集來說，預(yù)定的最小數(shù)目的最近鄰位具有與中央位相反的位狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18的系統(tǒng)，其中所述的系統(tǒng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任何一個(gè)權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中撿拾裝置視野的形狀為六角形。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述的六角形為等邊六角形。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任何一個(gè)權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀出由撿拾裝置象平面內(nèi)的檢測(cè)器平面來進(jìn)行。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任何一個(gè)權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中所述的讀出用撿拾裝置在存儲(chǔ)媒體上的連續(xù)移動(dòng)來進(jìn)行。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過在不同時(shí)間間隔收集不同檢測(cè)器段檢測(cè)到的信號(hào)來讀出。
25.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任何一個(gè)權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中讀出用撿拾裝置的步進(jìn)移動(dòng)來進(jìn)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過在一定時(shí)間對(duì)各檢測(cè)器段的信號(hào)求和來讀出。
全文摘要
本發(fā)明涉及到將信息編碼和/或解碼至/自網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)，此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)至少在二個(gè)維度上表示出所述編碼信息的位位置。編碼和/或解碼使用密堆積的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來完成，最好是準(zhǔn)六角形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來完成。特別是，可以限定由一個(gè)中央位和多個(gè)最近鄰位組成的至少部分準(zhǔn)六角形群集，可以這樣使用代碼約束使得對(duì)每個(gè)所述的至少部分準(zhǔn)六角形群集來說，預(yù)定的最小數(shù)目的最近鄰位具有與中央位相同的位狀態(tài)。由此，在高代碼效率下可以將符號(hào)間干擾減至最小。此外，可以使用另一種以代碼約束，使得對(duì)每個(gè)所述的至少部分準(zhǔn)六角形群集來說，預(yù)定的最小數(shù)目的最近鄰位具有與中央位相反的位狀態(tài)。這一約束提供了避免大區(qū)域同型信道位的有利的高通特性。
文檔編號(hào)G11B7/14GK1568575SQ02820331
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)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), W·G·奧普赫伊 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司