专利名称：光盘信息的存储和检索方法
技术领域：
本发明涉及在光盘上存储数据和从光盘检索数据的方法。本发明还涉及存储数据的光盘、可读取光盘的驱动器、可将数据存储在光盘内的驱动器以及制造光盘的装置。
背景技术：
作为电子数据的存储介质，光盘以数字形式保存信息并且由激光进行读写。这类光盘包括所有各种CD、DVD以及蓝光光盘(Blu-ray Disc)改进型。数据以亮暗区域的形式存储，对于ROM也即所谓的凹坑和岸脊(land)，而对于R或RW也即所谓的标记和空白，这些区域通过光学系统内的激光读取，此外数据被转换为电学信号。
最常见的光学记录系统采用所谓的比特调制编码对存储的数据进行调制，从而使数据与光学记录通道相匹配。大多数的比特调制编码为游程长度受限编码(Run Length Limited(RLL)-编码)。
游程长度受限序列由两个参数d和k表征，它们分别规定了序列内允许的最小和最大游程长度。连续转变间的时间长度称为游程长度，通常以通道比特表示。游程长度约束有助于在一定程度上解决符号间干扰和时钟定时失准的问题。d-约束有助于减少符号间干扰，而k-约束有助于避免时钟定时失准。
提高光盘存储密度是一个非常重要并受到关注的问题。在光学通道特性给定的前提下，为了达到更高的存储密度，目前已知的方法是利用更先进的信号处理方式、不同的调制方案(例如多级技术)或者不同的物理原理(例如超高分辨技术)。这些方法的实例有诸如MAMMOS(磁放大磁光学系统)之类的磁超高分辨技术，它采用特殊的磁光材料扩展读出过程中的比特。选用该技术需要不同于常用光学记录系统的光盘类型和读/写光头。MAMMOS采取双层记录膜，从而确保小了许多的磁力矩也能精确地再现。双层膜由底层的磁“记录”层和顶部的“磁放大”层组成。当再现时，记录层内的小磁畴(所记录的标记)被激光束加热，从而在磁放大层上形成一个具有相同磁取向的磁畴。通过沿着与磁取向一致的方向施加一个外部磁场，使得放大层的磁畴变大，由此确保再现期间信号识别的精确度。MAMMOS技术的缺点是需要记录叠层(stacks)并且在读出时需要精确控制功率；诸如超RENS(超分辨近场结构)之类的光学超分辨技术利用读出层内的非线性光学效应来形成较小的斑点。选用该技术也需要不同于常用光学记录系统的光盘类型；多级记录采用不同于RLL编码的调制方案，即多级编码。该方法的优点是使用常见光盘类型、记录层和读/写光头。缺点是与常用的RLL编码相比，写入功率变化的灵敏度增加和发生交扰删除。交扰删除指的是这样一种现象，不希望写入某条光道内的数据可能由于邻近光道的重复写入而被删除。
发明目标和内容对于常见光学记录系统(例如激光唱盘(CD)、数字通用光盘(DVD)和蓝光光盘(BD))的光学通道而言，借助光斑能够检测到的最高空间频率(截止频率vcut-off)约等于2*NA/λ，这里的λ为激光波长，NA为物镜的数值孔径(参见G.Bouwhuis等人所著《光盘系统原理》(Principles ofOptical Disc System)，Adam Hilger Ltd.出版，1985)。例如对于蓝光光盘，λ＝405nm而NA＝0.85，因此vcut-off＝1/(238nm)。
为了使最终的眼图(eye pattern)保持开启状态，经光学通道传送的光盘数据的空间频率v应当小于截止频率。眼图是一种示波器显示图案，其中接收机上的伪随机数字化数据信号被重复采样并施加到示波器的垂直输入上，而数据率则被用来触发示波器的垂直回扫。开启的眼图对应于最小信号失真。信号波形例如因符号间干扰和噪声而引起的失真表现为眼图的闭合。
当采样带d-约束的RLL编码对光盘数据进行编码时，最小效应的长度为(d+1)*Lcb，这里Lcb为通道比特的长度。在RLL编码中，对最高频率vmax所作的较佳估计是最小效应的载波vmax＝1/(2*(d+1)*Lcb)。
通道比特是光盘上使用的最小长度单位。在容量为23.3GB的蓝光光盘上，通道比特长度Lcb等于80.0nm；在容量为25GB的蓝光光盘上，通道比特长度Lcb等于74.5nm；而在容量为27GB的蓝光光盘上，通道比特长度Lcb等于69.0nm。在容量为4.7GB的DVD上，通道比特长度Lcb等于133.3nm；而在容量为0.7GB的CD上，通道比特长度Lcb等于277.7nm。
例如在蓝光光盘上，RLL编码以d＝1方式使用(因此最小效应的两倍于通道比特的长度)，则意味着为了使眼图保持开启状态，Lcb应当大于59.5nm。
在光学记录领域，已经成为一个考虑重点的方面就是开启眼图(也即在RLL编码下足以经光学通道传送的所有频率)(例如参见上述《光盘系统原理》中的图7.10)。显然，当我们考察已有光盘系统的参数时情况也是如此RLL编码下光学截止频率与最高频率之间的比值总是大于1(参见表1)。
该比值由方程式vcut-off/vmax＝2*(d+1)*Lcb*2*NA/λ给定。
表1由表1可见，光盘系统读取DVD盘的激光束波长比用于标准CD的短，而用于BD的波长比用于DVD的短。而且用于读取DVD盘的光学系统物镜的NA大于用于标准CD的，用于BD的NA大于用于DVD的。再者，由此可见的是，在表1中所有现有技术的情形下，比值vcut- off/vmax都大于1，如上所述，这表明所有情形下光盘数据的空间频率都小于检测系统的截止频率。上述比值的取值都基于一个共同的想法光盘上存储数据的空间频率应当调整为能够为检测系统检测到。再者，光学检测系统的截止频率设定了光盘容量的极限，它是光学系统的激光波长和数值孔径的函数。
RLL编码是一“族”比特调制技术，这里的两个参数定义了RLL工作的方式，因此存在几种不同的变化类型。RLL编码是对频率调制(FM)编码和改进频率调制(MFM)编码的进一步改进。在FM编码中，被编码比特与通量翻转(flux reversal)模式之间存在简单的一一对应关系，因此只需要当前比特的取值。改进频率调制(MFM)通过在数据流内加入时钟跃变提供了更为智能化的控制，从而与FM相比提高了编码效率；为此不仅考虑当前比特而且还考虑之前的一个比特。对于0之前为0的情形和0之前为1的情形，这导致一种不同的通量翻转模式。这种“回溯(looking backwards)”方式通过在决定何时增加时钟跃变时考虑更多的数据，可以使效率得以提高。术语“时钟跃变”旨在论及一种加入编码序列的时钟同步方式，它被用来确定特定比特在光盘上的位置；术语“通量翻转”表示光盘上凹坑与岸脊之间的跃变。某些通量翻转被用来提供时钟同步而无法为数据所用，并且光盘光道上每直线英寸空间仅能存储有限容量的通量翻转，由此构成对记录密度的两个限制条件。相对实际数据所用的通量翻转数量，虽然采用诸如RLL编码之类的增强型编码方法降低了用于时钟的通量翻转数量，但是仍然需要进一步提高存储密度。
因此本发明的一个目标是提供一种增加光盘容量的方法。特别是一种在光学系统激光波长和数值孔径给定情况下增加光盘容量的方法。进一步的目标是在光盘数据按照RLL编码方式编码时的光盘容量。本发明提出了一种在光盘上存储数据和从光盘检索数据的方法。
按照本发明的在光盘上存储数据的方法，其包含下列步骤以游程长度受限(RLL)编码方式对数据进行编码，这里的RLL编码方式具有参数d，其中(d+1)为最小游程长度，参数d与通道比特长度Lcb的组合决定了RLL编码方式的最大频率vmax；利用光学系统存储数据，该光学系统具有数值孔径NA并且包含波长为λlaser的激光束以用于存储数据，波长λlaser与该光学系统的截止频率vcut-off相关，并且特征在于，满足方程式4*(d+1)*Lcb*NA/λlaser＜1。
就具有一定数值孔径NA和激光波长λlaser的给定光学系统而言，其无法区分出作为极限频率的截止频率vcut-off之上的频率，而下列方程式对vcut-off给出了一个较佳的量度方式vcut-off＝2*NA/λlaser。就游程长度受限编码方式而言，对最高频率vmax的较佳估值由vmax＝1/(2*(d+1)*Lcb)给出。这样，在给定的光学系统和RLL编码方式下，方程式“4*(d+1)*Lcb*NA/λlaser＜1”相当于表示vmax大于vcut-off。当检测光学系统截止频率之上的频率成为可能后，以比特调制编码方式编码的数据的空间频率可以提高到已知现有技术之上，由此增加了光盘容量。
按照一个较佳实施例，d满足方程式d≥1。当d≥1时，CD、DVD和BD的情形皆被涵盖，因此这里将数据存储在光盘上的方法可被应用于当前使用的光盘。
在本发明的一个较佳实施例中，λlaser＝405nm+/-40nm。这些波长对应的是对蓝光光盘或蓝光DVD进行读写的光学系统。这类系统的数值孔径可以优选为NA＝0.85或0.65。在还有一个较佳实施例中，λlaser＝650nm+/-65nm。这些波长对应的是对DVD盘进行读写的光学系统。这类系统的数值孔径可以优选为NA＝0.60或NA＝0.65。
在一个进一步的实施例中，RLL编码方式是非对称的。这意味着在光盘的RLL编码方式中，对于标记(d1)和空白(d2)，d-约束是不同的。在该情形下，参数d被解释为d＝(d1+d2)/2，利用下式它给出了最大频率vmax＝1/((d1+d2+1)*Lcb)，并且在该较佳实施例中，关系式2*(d1+d2+2)*Lcb*NA/λlaser＜1得到满足。
本发明还涉及一种检索光盘数据的方法，光盘数据以游程长度受限(RLL)编码方式进行编码，这里的RLL编码方式具有参数d，其中(d+1)为最小游程长度，参数d与通道比特长度Lcb的组合决定了RLL编码方式的最大频率vmax，该方法包含下列步骤利用光学系统读取数据，该光学系统具有数值孔径NA并且包含波长为λlaser的激光束以用于存储数据，波长λlaser与该光学系统的截止频率vcut-off相关；并且该方法的特征在于，满足方程式4*(d+1)*Lcb*NA/λlaser＜1。该方法提供了与上面将数据存储至光盘方法中提及的相同的优点。
此外，从光盘检索数据方法的较佳实施例所具备的优点与将数据存储至光盘方法的较佳实施例的相对应。
最后，本发明还提供了按照本发明在光盘上存储或检索数据的方法的数据存储光盘；能够读取光盘的驱动器，该光盘上数据以按照本发明的光盘数据存储方法存储；能够在光盘上按照本发明的光盘数据存储方法存储数据的驱动器；以及制造光盘的装置。
较佳实施例的描述用于在光盘上存储或检索数据的光学系统具有截止频率vcut-off，该频率之上的频率无法被光学系统识别。该截止频率一般由光学系统的数值孔径NA和其所采用的光学装置(典型的情形为激光器)的波长确定。
本发明基于的出发点是，对于在光盘上存储和/或检索数据的光学系统，数据编码的最大空间频率vmax可以大于光学系统的截止频率vcut-off。
本发明的一个较佳实施例采用带参数d的RLL编码方式，这里的(d+1)为最小游程长度。通道比特的长度Lcb连同参数d一起决定了对数据进行RLL编码的最大频率vmax。如上所述，本发明采用的RLL编码方式具有特定条件vcut-off＜vmax，即vcut-off/vmax＜1。这表示为方程式4*(d+1)*Lcb*NA/λlaser＜1。当传送的并非最短游程长度的载波(空间频率为vmax)时，这在本发明的方法中是可以实现的。当读取这样一种最短游程长度的载波时，与传送不同，该载波将被光学通道平均化，而且通道输出为零。为了区分最短游程长度的载波与最短但为一个游程长度的载波，后者应当通过光学通道传送。这设定了比值vcut-off/vmax的下限。如果RLL编码方式在约束“d”下使用，则意味着最短游程长度为“d+1”，游程长度“d+2”的载波应当具有最大为vcut-off的频率。
游程长度“d+2”的载波频率等于1/(2*(d+2)*Lcb)，因此在RLL编码方式下，比值vcut-off/vmax所能达到的最小值为(d+1)/(d+2)。对于d＝0，该比值等于1/2；对于d＝1，该比值等于2/3。
这样，当从光盘检索数据时，最短游程长度的载波经光学通道平均化，从而使得光学通道的输出为零，而最短但为一个游程长度的载波未被平均化，因此光学通道的零输出仅在多个游程长度时才产生。当通道的输出某个时刻为零时(一行内有多个通道比特)，最短游程长度的载波得以填充入内。这样，虽然载波未经通道传送，但是也可以检测到。
对光盘上数据的解码部分就是对光盘上岸脊和凹坑的检测。对于检测，可采用所谓的最大可能性序列检测器(MLSD)。丢失频率不会妨碍这种检测器的运行。它采用一种光学通道模型，检测从光盘上读取的波形，并确定对应该波形的最相似的光盘图案。MLSD的一个实际方案是所谓的维特比检测器(例如如《数字基带传输和记录》(DigitalBaseband Transmission and Recording)一书第七章所述，Jan W.M.Bergmans著，荷兰Dordrecht的Kluer Academic Publisher出版，1996)。
上述描述应用于采用RLL编码方式的任何类型的光盘。这些光盘的实例有激光唱盘(CD)、数字通用光盘(DVD)和蓝光光盘(BD)。
在本发明的一个较佳实施例中，d≥1。当d≥1时，CD、DVD和BD的情形皆被涵盖，因此这里将数据存储在光盘上的方法可被应用于当前使用的光盘。
按照一个较佳实施例，d≥1。对于d＝1，vcut-off/vmax＝(d+1)/(d+2)＝2/3。约束d＝1的取值常用于蓝光光盘的RLL编码方式。对于d＝2，vcut-off/vmax＝(d+1)/(d+2)＝3/4。约束d＝2的取值常用于激光唱盘和数字通用光盘的RLL编码方式。但是如上所述，d＝0的取值也是可行的。
在一个较佳实施例中，采用的光学系统配置为405nm蓝紫光半导体激光器、0.85NA的物镜和0.1mm光学透射保护盘层结构。这对应于蓝光光盘。如果d＝1，则也对应于BD编码。本发明有助于使光盘容量超过现有蓝光光盘的27GB/层数据容量。显然，当λlaser＝405nm时，NA＝0.65。
所有CD和DVD的基本结构都包括一块聚炭酸酯基片、薄的反射金属层和保护外层。在一个较佳实施例中，采用的光学系统配置为650nm红光激光器、0.60NA或0.65NA的物镜和0.6mm基片。这对应于DVD技术。d＝2也对应于DVD编码。本发明有助于使光盘容量超过现有DVD的4.7GB/层数据容量。
本发明的方法还可应用于CD。在这种情形下，当λlaser＝780nm，NA＝0.45，并且d＝2。本发明有助于使光盘容量超过现有普通CD的存储容量。
在一个较佳实施例中，RLL编码方式可包括非对称RLL码，即对于凹坑和岸脊，d约束是不同的。非对称RLL编码方式包括利用约束形式为M/N(d，k)的RLL编码对数据比特进行编码，这里的M为输入数据比特的数量，N为有关的输出比特的数量，d为输出数据串内相邻的取值为1的数据比特之间0比特的最小数量，k为相邻的取值为1的数据比特之间取值为0的比特的最大数量。在编码期间，根据检测到的取值为1的数据比特数量是偶数还是奇数对d和k的取值进行调整。即，对于相邻的取值为1的数据比特之间的间隔，每出现另外一个取值为1的数据比特即改变编码约束，并设定一对不同的(dx，ky)型约束，其方式为使d和k交替取值于两组值。其含义为，编码假定首先取值为(d1，k1)，然后为(d2，k2)。于是通过在(d1，k1)与(d2，k2)之间交替取值对其余输入数据串进行编码。编码约束既可以是k1＝k2也可以是k1≠k2，而且d1、d2、k1和k2可以取分数值。这样就改变了分配给取值为1的数据比特之间所记录的0比特的空间大小，从而使得编码在岸脊区域内有一个编码值，并且相邻岸脊区域之间编码值的最小0计数(the minimum 0count of the coding value)得以减小。因此新的约束使得非岸脊区域可以比岸脊区域少占用面积，由此使得与传统的RLL编码方式相比，提高了光学方式存储数据的线记录密度和容量。由此，本发明在已经增加的基础上进一步提高了容量。
在上面的描述中，为了同时涵盖在光盘上存储和检索数据的情形，因此对数据存储至光盘和从光盘检索数据未加区分。
权利要求
1.一种在光盘上存储数据的方法，其包含下列步骤以游程长度受限(RLL)编码方式对数据进行编码，这里的RLL编码方式具有参数d，其中(d+1)为最小游程长度，参数d与通道比特长度Lcb的组合决定了RLL编码方式的最大频率vmax；利用光学系统存储数据，该光学系统具有数值孔径NA并且包含波长为λlaser的激光束以用于存储数据，波长λlaser与该光学系统的截止频率vcut-off相关，该方法的特征在于，满足方程式4*(d+1)*Lcb*NA/λlaser＜1。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，d≥1。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，λlaser＝405nm+/-40nm。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，λlaser＝650nm+/-65nm。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，RLL编码是非对称的，带两个参数d1和d2，并且参数d被解释为d＝(d1+d2)/2，从而使得方程式2*(d1+d2+2)*Lcb*NA/λlaser＜1得到满足。
6.一种检索光盘数据的方法，光盘数据以游程长度受限(RLL)编码方式进行编码，这里的RLL编码方式具有参数d，其中(d+1)为最小游程长度，参数d与通道比特长度Lcb的组合决定了RLL编码方式的最大频率vmax，该方法包含下列步骤利用光学系统读取数据，该光学系统具有数值孔径NA并且包含波长为λlaser的激光束以用于存储数据，波长λlaser与该光学系统的截止频率vcut-off相关；对数据进行解码，该方法的特征在于，满足方程式4*(d+1)*Lcb*NA/λlaser＜1。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，d≥1。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，λlaser＝405nm+/-40nm。
9.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，λlaser＝650nm+/-65nm。
10.如权利要求6-9中任意一项所述的方法，其特征在于，RLL编码是非对称的，带两个参数d1和d2，并且参数d被解释为d＝(d1+d2)/2，从而使得方程式2*(d1+d2+2)*Lcb*NA/λlaser＜1得到满足。
11.一种光盘，其特征在于，按照如权利要求1-10中任意一项所述的方法存储数据。
12.一种驱动器，其特征在于，能够按照如权利要求1-5中任意一项所述的方法将数据存储至光盘。
13.一种驱动器，其特征在于，能够按照如权利要求6-10中任意一项所述的方法从光盘检索数据。
14.一种装置，其特征在于，制造如权利要求1-10中所述的光盘。
全文摘要
被公开的是一种利用光学系统存储/检索光盘信息的方法，该光学系统具有截止频率v
文档编号G11B7/00GK1791929SQ200480013828
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月13日 优先权日2003年5月21日
发明者T·P·H·G·詹森, C·M·舍普, A·斯特克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司