專利名稱：在準(zhǔn)密集點(diǎn)陣上的多維編碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)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(guò)因特網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)的普遍存在，信息化時(shí)代引起了用戶可用信息的迅速增長(zhǎng)。降低存儲(chǔ)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(chǔ)容量將是促使這場(chǎng)革命的關(guān)鍵。雖然當(dāng)前的存儲(chǔ)需要已經(jīng)得到滿足，但是為了跟上急速增長(zhǎng)的需求，存儲(chǔ)技術(shù)必須繼續(xù)改進(jìn)。
然而，磁和傳統(tǒng)的光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)正接近物理極限，在這些技術(shù)中各個(gè)比特作為不同的磁或光變化存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)的表面上，超過(guò)該極限各個(gè)比特就太小而不能存儲(chǔ)或太難存儲(chǔ)。在介質(zhì)的整個(gè)體積中存儲(chǔ)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(chǔ)是一種體積方案(volumetric approach)，它雖然是在幾十年前就有過(guò)設(shè)想，但是最近才隨著能降低成本的技術(shù)的出現(xiàn)、長(zhǎng)時(shí)間研究工作的顯著結(jié)果以及在全息記錄材料上的進(jìn)展開始向?qū)嵱眯赃~進(jìn)。在全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，一次將一整頁(yè)信息作為一種光干涉圖案存儲(chǔ)在一個(gè)厚而感光的光材料上。這是通過(guò)在這種存儲(chǔ)材料內(nèi)使兩個(gè)相干激光束交叉來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第一個(gè)被稱為目標(biāo)束，它包含要存儲(chǔ)的信息；第二個(gè)稱為參考束，被設(shè)計(jì)為能簡(jiǎn)單重現(xiàn)，例如，一個(gè)具有平面波陣面的簡(jiǎn)單平行光束。得到的光干涉圖在感光介質(zhì)中引起化學(xué)和/或物理變化。干涉圖的復(fù)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(chǔ)起來(lái)。當(dāng)所存儲(chǔ)的干涉光柵被記錄期間使用的兩個(gè)波中的一個(gè)照射時(shí)，該入射光中的一些被存儲(chǔ)的光柵以這樣一種方式衍射，即重構(gòu)了另一個(gè)波。使用參考波照射存儲(chǔ)的光柵會(huì)重構(gòu)目標(biāo)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(dāng)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(guān)的信號(hào)降低問(wèn)題。與CD或DVD一樣，在FMD層上的數(shù)據(jù)在一個(gè)襯底上被編碼為一系列的幾何特征或體積標(biāo)記。每個(gè)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(gè)存儲(chǔ)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(dāng)激光束擊中層上的一個(gè)標(biāo)記時(shí)，就會(huì)發(fā)射熒光。該發(fā)射光具有不同于入射激光的波長(zhǎng)，它稍偏向光譜的紅端，并且與當(dāng)前光設(shè)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(biāo)記的影響，因此橫向的相鄰層不受干擾。在驅(qū)動(dòng)器的讀出系統(tǒng)中激光被過(guò)濾出來(lái)，以便只檢測(cè)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(chǔ)系統(tǒng)(如傳統(tǒng)的反射光盤技術(shù))中，編碼和信號(hào)處理的目標(biāo)是把BER(誤比特率)降低到一個(gè)足夠低的水平，同時(shí)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(guò)下面的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)將重點(diǎn)放在無(wú)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(hào)處理方案，以便把BER降低到糾錯(cuò)(ECC)解碼能夠處理的水平，并且進(jìn)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(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的用戶數(shù)據(jù)環(huán)路可以包括交織10、糾錯(cuò)碼(ECC)和調(diào)制編碼20、30、信號(hào)預(yù)處理40、在記錄介質(zhì)上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)50、信號(hào)后處理60，二元檢測(cè)(binary detection)70、以及對(duì)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(hù)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(huì)更易于在信道輸出端被檢測(cè)到。調(diào)制的數(shù)據(jù)然后被輸入到一個(gè)記錄裝置(例如一種空間光調(diào)制器等)并且存儲(chǔ)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?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(典型地為每像素一比特)。這個(gè)過(guò)程中的第一個(gè)步驟是一個(gè)稱為均衡并且仍然是在偽模擬域中進(jìn)行的后處理步驟60，其力圖消除在記錄過(guò)程中產(chǎn)生的失真。然后偽模擬值的陣列經(jīng)檢測(cè)器70被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)陣列。數(shù)字?jǐn)?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?jǐn)?shù)據(jù)陣列然后被送到ECC解碼器90。
像素間或符號(hào)間的干擾(ISI)是這樣一種現(xiàn)象，即一個(gè)特定像素上的強(qiáng)度會(huì)損害在附近像素中的數(shù)據(jù)。實(shí)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(shí)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(guò)調(diào)制編碼來(lái)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(jìn)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(chǔ)器的容許頁(yè)中)的信息具有有限的高空間頻率內(nèi)容。
對(duì)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(guān)心的。但是二維(2-D)編碼對(duì)于新路線(route)也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(biāo)記)的相干衍射。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)考慮了在方形點(diǎn)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(yè)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(diǎn)陣上的各種格形約束以便實(shí)現(xiàn)低通特性，從而在信道比特的讀取和檢測(cè)期間降低了符號(hào)間干擾(ISI)的影響。
但是，對(duì)于二維編碼來(lái)說(shuō)，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(diǎn)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(dǎo)致更有效的存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度。因此，在多維存儲(chǔ)應(yīng)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(cè)問(wèn)題，這對(duì)于相干信號(hào)產(chǎn)生來(lái)說(shuō)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(hào)以及從大坑點(diǎn)(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(zhǎng))的鏡面部分)反射的信號(hào)完全一致。因此，這兩個(gè)二進(jìn)制級(jí)(binary level)在檢測(cè)時(shí)不能被區(qū)分開來(lái)。在傳統(tǒng)的1-D編碼中，這個(gè)問(wèn)題不會(huì)產(chǎn)生，因?yàn)楣恻c(diǎn)直徑總是大于坑點(diǎn)(或標(biāo)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(guò)在中心孔之外的衍射會(huì)釋放一些強(qiáng)度。與此相對(duì)，上述的問(wèn)題會(huì)在2-D編碼中出現(xiàn)，因?yàn)閷?duì)于入射在大坑點(diǎn)區(qū)域或大平面區(qū)域上的其他輻射點(diǎn)或者聚焦激光而言根本就沒(méi)有衍射。這兩個(gè)區(qū)域都相當(dāng)于理想的鏡面。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的二維或多維編碼方案，通過(guò)它可以降低由于符號(hào)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(gè)目的可以通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，一種準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)被用于多維編碼。例如與方形點(diǎn)陣相比，這種準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣的好處可以從編碼效率和次近的相鄰符號(hào)對(duì)符號(hào)間干擾的影響的巧妙組合中得到。準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣意思是指理想情況下按六邊形排列、但與理想點(diǎn)陣相比可能存在小點(diǎn)陣失真的點(diǎn)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(zhǔn)六邊形點(diǎn)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(diǎn)的強(qiáng)度分布。
六邊形點(diǎn)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(guān)于具有與中心比特同樣比特狀態(tài)的預(yù)定數(shù)量的次近比特的約束打算提供一種干擾，這會(huì)降低代碼頻譜的低通特性，同時(shí)，關(guān)于具有與中心比特相反比特狀態(tài)的預(yù)定數(shù)量的次近比特有關(guān)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(huì)導(dǎo)致比特誤碼率的降低。
此外，可以應(yīng)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(yù)定數(shù)量的次近相鄰比特有關(guān)，根據(jù)這種約束，預(yù)定數(shù)量的方位鄰近比特可以被設(shè)置為與中心比特具有同樣的比特狀態(tài)。因此，可以實(shí)現(xiàn)最小標(biāo)記尺寸，從而簡(jiǎn)化了寫過(guò)程。這可能在以下情況中有益處，例如使用沒(méi)有足夠的分辨率來(lái)寫入更小標(biāo)記尺寸的激光束，激光束記錄器(LBR)被用于在只讀(ROM)應(yīng)用中記錄主盤。
其他更多的有益進(jìn)展將在從屬權(quán)利要求中限定。
下面，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1A和1B分別表示一個(gè)方形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和六邊形點(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例以第一和第二編碼約束在方形點(diǎn)陣和六邊形點(diǎn)陣編碼中的眼圖高度與用戶比特大小(user-bit size)特性的對(duì)比；圖11表示這樣一個(gè)曲線圖，它表示根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例以不同的代碼約束在六邊形點(diǎn)陣編碼中的眼圖高度與用戶比特大小特性的對(duì)比；圖12A和12B分別表示根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)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(gè)曲線圖，它表示根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施例對(duì)于不同約束的下容量邊界；圖14表示傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)上描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在該二維編碼方案中使用準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣。
在結(jié)晶學(xué)中我們知道六邊形點(diǎn)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(diǎn)陣點(diǎn)之間具有同樣距離α的方形點(diǎn)陣的斂集率更好。后者的距離α可以通過(guò)寫入記錄或存儲(chǔ)介質(zhì)50的二維信道的二維沖激響應(yīng)的范圍來(lái)確定，該寫入例如通過(guò)全息光記錄或熒光光記錄的方式，或者通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖1A和1B分別表示方形點(diǎn)陣和六邊形點(diǎn)陣的壓縮結(jié)構(gòu)。分別如圖1A和1B所示，對(duì)于每個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)，該方形點(diǎn)陣和六邊形點(diǎn)陣分別需要α2和α2cos(30°)大小的二維區(qū)域。最近相鄰點(diǎn)的數(shù)量對(duì)于六邊形點(diǎn)陣是六個(gè)，而對(duì)于方形點(diǎn)陣是四個(gè)。因此，初看起來(lái)，因?yàn)榭赡軐?dǎo)致二維符號(hào)間干擾的最近相鄰點(diǎn)的數(shù)量更大，使用六邊形點(diǎn)陣看起來(lái)并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。但是，例如與方形點(diǎn)陣相比，六邊形點(diǎn)陣的好處可以從對(duì)編碼效率和次近相鄰點(diǎn)對(duì)符號(hào)間干擾的影響的綜合考慮中得到。
至于更遠(yuǎn)距離的相鄰點(diǎn)，六邊形點(diǎn)陣在距離 處具有六個(gè)次近的相鄰點(diǎn)(在距離1處具有最近的相鄰點(diǎn))，在距離2處具有六個(gè)次次近的相鄰點(diǎn)。對(duì)于方形點(diǎn)陣，在距離 處得到四個(gè)次近相鄰點(diǎn)，在距離2處得到四個(gè)次次近的相鄰點(diǎn)。
在二維編碼的情況中，在六邊形點(diǎn)陣的主體中排列的全尺寸六邊形群集具有七個(gè)比特位置或點(diǎn)，一個(gè)中心點(diǎn)和六個(gè)相鄰最近的點(diǎn)。為了簡(jiǎn)化的原因，當(dāng)引用在準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣上的準(zhǔn)六邊形群集時(shí)，也使用術(shù)語(yǔ)“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(duì)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(diǎn)群集。對(duì)位于比特點(diǎn)的信道比特xi的編號(hào)如下。
在主體群集中，中心比特編號(hào)為i＝0，而六個(gè)相鄰最近的比特按照他們方位角的順序依次編號(hào)為i＝1...6。與主體群集的七個(gè)比特或比特點(diǎn)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(gè)比特或比特點(diǎn)組成。中心比特編號(hào)也為i＝0，而四個(gè)方位角臨近的最近的相鄰比特依次編號(hào)為i＝1...4。
下面對(duì)六邊形點(diǎn)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(diǎn)的相鄰最近點(diǎn)有關(guān)。
根據(jù)第一實(shí)施例，這些約束具有兩個(gè)目標(biāo)。首先，它們適于實(shí)現(xiàn)代碼頻譜的低通特性，其次它們適于實(shí)現(xiàn)最小標(biāo)記的尺寸，這降低了在寫入信道時(shí)的要求。特別地，該約束通過(guò)兩個(gè)參數(shù)描述(i)與位于中心點(diǎn)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(diǎn)(Nnn)；和
(ii)最小數(shù)量的方位角相連的最近相鄰點(diǎn)(Nac)，1≤Nac≤Nnn。
參數(shù)Nnn提供低通特性，這有利于降低二維符號(hào)間干擾的影響。這可以在下面很容易地看出。每個(gè)比特具有六個(gè)相鄰最近的比特。假定二維沖激響應(yīng)函數(shù)(IRF)在中心點(diǎn)具有值f0，在相鄰最近的點(diǎn)具有值f1。這樣，如果僅有Nnn(它是最小值)個(gè)同類型的最近相鄰點(diǎn)，就可以在一個(gè)給定的點(diǎn)陣點(diǎn)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(biāo)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(gè)最近的相鄰點(diǎn)。這樣就出現(xiàn)了一維2T標(biāo)記(在不同的方位角，并且具有公共的一個(gè)信道比特)，并且可能很難寫入。但是，當(dāng)Nnn＝2，Nac＝2時(shí)，應(yīng)該至少有兩個(gè)同類型的方位角相連的最近相鄰點(diǎn)，這意位著一維2T標(biāo)記是禁止的。代替地，在這種情況中最小標(biāo)記是一個(gè)同類型比特形成的三角形。對(duì)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(yán)格的約束，必須面對(duì)相應(yīng)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(gè)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(zhǔn)六邊形群集的邊界上的6個(gè)比特的下標(biāo)總是在值1和6之間；無(wú)論何時(shí)，如果關(guān)系式(3)中的下標(biāo)i+J在該范圍之外，那么用6的倍數(shù)來(lái)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(gè)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(shí)際比特。邊界約束能使各個(gè)帶堆疊在彼此的上面，而不會(huì)違反任何約束，因?yàn)檫吔缣幍牟煌耆杭呀?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(gè)帶。帶是水平對(duì)齊的，并且由Nr個(gè)點(diǎn)陣行組成。編碼在水平方向上進(jìn)行，這實(shí)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(gè)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(lái)構(gòu)建的，即垂直方向上帶的拼接不會(huì)導(dǎo)致跨過(guò)帶邊界時(shí)違反上面的約束。
為了導(dǎo)出容量并且為了設(shè)計(jì)有效的代碼，就必須導(dǎo)出作為根本的有限狀態(tài)機(jī)(FSM)，其可以驅(qū)動(dòng)二維序列的產(chǎn)生。由于當(dāng)前提出的所有約束只與最近的相鄰點(diǎn)有關(guān)，因此考慮依據(jù)六邊形點(diǎn)陣上兩個(gè)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(jiǎn)單地是22Nr。通過(guò)從一個(gè)給定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個(gè)狀態(tài)，就輸出信道比特的一個(gè)完整列。通過(guò)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(gè)狀態(tài)“i”(4096個(gè)中的一個(gè))，以及一個(gè)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(yīng)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(dǎo)出和設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是連接矩陣D，它是一個(gè)大小為22Nr×22Nr的方陣，具有Nst個(gè)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(yīng)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(shè)置為“1”。相應(yīng)于不容許的后續(xù)狀態(tài)的所有其他矩陣元素被設(shè)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(huì)導(dǎo)致違反對(duì)主體群集的約束(主體約束)。對(duì)于容量上邊界的導(dǎo)出，只考慮這些約束。
3)帶的拼接不會(huì)導(dǎo)致違反帶邊界處的約束。因此，應(yīng)用邊界約束，以便能夠獨(dú)立于相鄰帶的內(nèi)容完成帶的堆疊。這些約束對(duì)于容量下邊界的導(dǎo)出是必需的。
圖5A和5B示出了對(duì)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(guān)心位置，其可以被設(shè)置為任何比特值。編碼方向是向右。
圖6A和6B示出了對(duì)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(shí)，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(duì)于不同寬度的帶，即對(duì)可變行數(shù)的帶的代碼容量的各種計(jì)算。上邊界僅通過(guò)主體約束由容量來(lái)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(huì)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(yīng)于具有d＝1的游程長(zhǎng)度約束的一維游程長(zhǎng)度限制(RLL)編碼。d＝1 RLL編碼(2T)的最小游程長(zhǎng)度只能在水平方向?qū)崿F(xiàn)。在從一行移到二行(Nr＝2)時(shí)，(下邊界)容量中明顯的增加歸于下面的事實(shí)，即最小游程長(zhǎng)度約束(2T)現(xiàn)在可以在相對(duì)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(duì)于Nnn＝2，Nac＝1情況下容量與帶的寬度特性的對(duì)比，而圖9示出了對(duì)于Nnn＝2，Nac＝2情況下容量與帶的寬度特性的對(duì)比。在這些情況中，同類型或狀態(tài)的最近相鄰點(diǎn)的最小數(shù)量等于二。在Nac＝1情況中，同類型的兩個(gè)最近的相鄰點(diǎn)不必位于連續(xù)的方位角上。在Nac＝2情況中，同類型的兩個(gè)最近的相鄰點(diǎn)位于連續(xù)的方位角上。可以從圖8和9中推斷出來(lái)，越高的約束會(huì)導(dǎo)致上邊界和下邊界降低。
圖10A和10B表示數(shù)字計(jì)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(duì)于相應(yīng)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(duì)比。對(duì)六邊形點(diǎn)陣使用虛線，對(duì)傳統(tǒng)的方形點(diǎn)陣使用實(shí)線。假定沖激響應(yīng)函數(shù)是一個(gè)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(gè)中都被表示為在頂點(diǎn)的恒定值。應(yīng)該注意，所關(guān)注的實(shí)際范圍將包括正的眼圖高度。因此，二維信道對(duì)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(shí)際上是失效的。因此，按照預(yù)期，通過(guò)對(duì)六邊形點(diǎn)陣的二維編碼能夠改善眼圖高度。更進(jìn)一步的改善可以通過(guò)添加約束來(lái)實(shí)現(xiàn)，該約束與同一狀態(tài)的方位角相連的最近相鄰點(diǎn)有關(guān)。
圖11表示一個(gè)曲線圖，它表示對(duì)于僅用六邊形點(diǎn)陣編碼以及Nnn＝0，1，2時(shí)的眼圖高度與用戶比特大小特性的對(duì)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(guò)增加二維信道代碼的低通性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
寫入信道的限制通過(guò)要寫入的最小二維標(biāo)記的大小來(lái)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(biāo)記的形狀對(duì)于六邊形點(diǎn)陣和方形點(diǎn)陣編碼是不同的。在這兩種情況中，最小形狀是3個(gè)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(lái)該形狀不太有利。對(duì)于同樣約束，最小標(biāo)記的相對(duì)大小取決于六邊形點(diǎn)陣和方形點(diǎn)陣編碼各自的容量比率。對(duì)于Nnn＝2和Nac＝2，該比率等于1.60，這有利于六邊形點(diǎn)陣。
在傳統(tǒng)的一維RLL編碼中，讀系統(tǒng)輻射束的光點(diǎn)直徑總是大于光記錄或存儲(chǔ)介質(zhì)的坑點(diǎn)區(qū)域的徑向?qū)挾?。因此，在徑向上有衍射，這會(huì)導(dǎo)致反射束強(qiáng)度中可檢測(cè)的損耗。但是，在上面根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例的二維編碼中，會(huì)出現(xiàn)由許多相鄰比特組成的大坑點(diǎn)區(qū)域。這樣，在大坑點(diǎn)區(qū)域中不出現(xiàn)衍射并且不會(huì)檢測(cè)到強(qiáng)度損耗。
根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)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(gè)約束可以通過(guò)導(dǎo)致二維代碼的高通特性的單個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
特別地，通過(guò)參數(shù)Mnn引入一個(gè)高通約束，該參數(shù)表示這樣的最近相鄰點(diǎn)的最小數(shù)量，即，與在六邊形群集中心點(diǎn)處的信道比特的比特值相比，該最近相鄰點(diǎn)必須具有相反的比特類型或比特狀態(tài)。
對(duì)于主體群集，上面的高通約束參數(shù)Mnn在一個(gè)單獨(dú)關(guān)系式中可以與低通約束參數(shù)Nnn結(jié)合，該關(guān)系式通過(guò)下式給出2Nnn≤|6x0+Σj=16xj|≥12-2Mnn---(6)]]>對(duì)于邊界群集，兩個(gè)約束參數(shù)Mnn和Nnn引出兩個(gè)關(guān)系式2Nnn≤|4x0+Σj=14xj|---(7)]]>
和|8x0+Σj=14xj|≥12-2Mnn---(8)]]>圖12A和12B分別示出了對(duì)于至少一個(gè)最近相鄰比特應(yīng)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(diǎn)陣點(diǎn)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(duì)額外的容量損耗。對(duì)于約束Nnn＝1，Mnn＝1，這個(gè)容量損耗是這樣的，即對(duì)于三行的帶，不可能具有8到9映射的代碼，而這種映射對(duì)于Nnn＝1，Mnn＝0的情況是可能的。
對(duì)于每個(gè)帶具有少數(shù)行的二維帶，當(dāng)把高通約束都應(yīng)用到主體群集和邊界群集時(shí)，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(duì)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(gè)曲線圖，它表示在對(duì)主體和邊界群集的約束為Nnn＝1以及對(duì)不同情形的約束為Mnn＝1時(shí)容量與帶的寬度特性的對(duì)比，該不同情形即指不對(duì)任何群集、只對(duì)主體群集、對(duì)主體群集和頂部或底部邊界群集、對(duì)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(huì)導(dǎo)致代碼容量的減小。
組合Nnn和Mnn約束的實(shí)際代碼構(gòu)造會(huì)導(dǎo)致增加代碼設(shè)計(jì)中的復(fù)雜性。作為實(shí)際代碼，對(duì)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(gè)帶對(duì)于主體和兩個(gè)邊界具有約束Nnn＝1，對(duì)于主體和僅僅一個(gè)邊界具有約束Mnn＝1。此外，對(duì)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(gè)帶對(duì)于主體和兩個(gè)邊界具有約束Nnn＝1，僅僅對(duì)主體而不對(duì)任何邊界具有約束Mnn＝1。
在前面的優(yōu)選實(shí)施例中，已經(jīng)對(duì)諸如標(biāo)記和非標(biāo)記或坑點(diǎn)和平面之類的兩個(gè)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(duì)稱約束可能是有利的，即對(duì)比特的兩種類型或狀態(tài)使用不同的約束。此外，對(duì)于一個(gè)不是在單個(gè)帶的邊界、而是在2D區(qū)域中用一些防護(hù)帶劃界的邊界處的邊界群集的情況，對(duì)平面比特的編碼約束低于對(duì)坑點(diǎn)比特的編碼約束將是很有效的，因?yàn)榉雷o(hù)區(qū)無(wú)論如何都會(huì)包括一個(gè)更大的平面區(qū)域。此外，對(duì)于二維帶所選擇的水平方向可能是六邊形點(diǎn)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(diǎn)陣的多維編碼可以在任何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用，例如其中應(yīng)用全息光記錄、熒光光記錄、面向頁(yè)的光記錄、傳統(tǒng)反射類型的但是以二維編碼的光存儲(chǔ)器等等的二維光存儲(chǔ)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(chǔ)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(guò)使用所描述的多維編碼方案被寫入或存儲(chǔ)在該記錄載體上。此外，對(duì)于以多于二維的任何多維編碼都可以應(yīng)用所描述的編碼方案。例如在三維中可以使用準(zhǔn)密集點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。在三維中，這種密集點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以是面心立方形點(diǎn)陣，也稱為FCC點(diǎn)陣，或者可以是一種六邊形密集點(diǎn)陣，也稱為HCP點(diǎn)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(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和/或從點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)解碼信息的方法，該點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來(lái)表示所述已編碼信息的比特位置，所述方法包括步驟對(duì)所述多維編碼和/或解碼使用準(zhǔn)密集點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述準(zhǔn)密集點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基于準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟a)定義至少部分準(zhǔn)六邊形的群集，該群集由一個(gè)中心比特和多個(gè)最近的相鄰比特組成；以及b)應(yīng)用第一代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，預(yù)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(yù)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(jìn)一步包括步驟應(yīng)用第二代碼約束，使得所述最近相鄰比特中預(yù)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(yù)定數(shù)量小于或等于所述第一代碼約束的預(yù)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(gè)的方法，進(jìn)一步包括步驟應(yīng)用第三代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，預(yù)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(jìn)一步包括以下步驟a)定義至少部分準(zhǔn)六邊形的群集，該群集由一個(gè)中心比特和多個(gè)最近的相鄰比特組成；以及b)應(yīng)用第一代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，預(yù)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(yù)定最小數(shù)量是一。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法，進(jìn)一步包括步驟應(yīng)用第二代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)，預(yù)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(gè)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(zhǔn)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(gè)最近的相鄰比特，該邊界群集具有四個(gè)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(lái)執(zhí)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中任何一個(gè)的方法，其中，所述編碼帶被定向在所述準(zhǔn)六邊形點(diǎn)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(gè)的方法，其中，根據(jù)所考慮的準(zhǔn)六邊形的部分群集的中心比特的比特狀態(tài)來(lái)施加不同的代碼約束。
14.一種用于將信息多維地編碼為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和/或從點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)解碼信息的系統(tǒng)，該點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來(lái)表示所述已編碼信息的比特位置，所述設(shè)備包括編碼裝置(30)和/或解碼裝置(80)，它們分別被安排用來(lái)通過(guò)使用準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行編碼和/或解碼，定義由一個(gè)中心比特和多個(gè)最近的相鄰比特組成的至少部分準(zhǔn)六邊形的群集，以及應(yīng)用一個(gè)代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，預(yù)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(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和/或從點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)解碼信息的系統(tǒng)，該點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來(lái)表示所述已編碼信息的比特位置，所述設(shè)備包括編碼裝置(30)和/或解碼裝置(80)，它們分別被安排用來(lái)通過(guò)使用準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行編碼和/或解碼，定義由一個(gè)中心比特和多個(gè)最近的相鄰比特組成的至少部分準(zhǔn)六邊形的群集，應(yīng)用代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，預(yù)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(chǔ)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(guò)如權(quán)利要求1到13中任何一個(gè)限定的多維編碼方法來(lái)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(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和/或從點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)解碼信息的方法和系統(tǒng)，該點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)至少以兩維來(lái)表示所述已編碼信息的比特位置。編碼和/或解碼通過(guò)使用一種密集點(diǎn)陣來(lái)執(zhí)行，優(yōu)選地通過(guò)使用準(zhǔn)六邊形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。特別地，可以定義由一個(gè)中心比特和多個(gè)最近的相鄰比特組成的至少部分準(zhǔn)六邊形的群集，并且可以應(yīng)用一個(gè)代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，預(yù)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(lái)最小化符號(hào)間干擾。此外，可以應(yīng)用另一個(gè)代碼約束，使得對(duì)于所述至少部分準(zhǔn)六邊形的群集中的每一個(gè)來(lái)說(shuō)，預(yù)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(hào)G11B7/013GK1568576SQ02820334
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
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