用于改进的数据存储的系统和方法

专利名称：用于改进的数据存储的系统和方法
技术领域：
本技术大体上涉及逐比特全息数据存储技术。更具体地，该技术涉及用于调制在光盘上存储的比特流的方法和系统。
背景技术：
随着计算能力进步，计算技术已经进入新的应用领域，例如消费视频、数据存档、 文件存储、成像和制作电影以及其他。这些应用提供了对开发增加存储容量的数据存储技术的持续推动。此外，在存储容量上的增加实现并且促进已经远远超出开发者最初期望的技术的发展，例如游戏以及其他。光学存储系统的日益增加地更高的存储容量提供在数据存储技术中的发展的很好的示例。在二十世纪八十年代早期开发的压缩盘或CD格式具有大约650-700MB数据或大约74-80min双声道音频节目的容量。相比之下，在二十世纪九十年代早期开发的数字多功能盘(DVD)格式具有大约4. 7GB (单层)或8. 5GB (双层)的容量。DVD的更高的存储容量足够存储以较旧的视频分辨率(例如，以大约720(h) X 576 (ν)像素的PAL或以大约 720(h) X 480 (ν)像素的NTSC)的全长正片。然而，由于例如高清晰度电视(HDTV)(以1080ρ的大约1920 (h) X 1080 (ν)像素)
的更高分辨率的视频格式已经变得流行，能够保存以这些分辨率录制的全长正片的存储格式已经变成所希望的。这促使高容量记录格式的发展，例如Blu-ray Disc 格式等，其能够在单层盘中保存大约25GB或在双层盘中50GB。随着视频显示器的分辨率和其他技术继续发展，具有越来越高的容量的存储介质将变得更重要。一个可更好满足未来存储业中的容量需求的正开发的存储技术基于全息存储。全息存储是采用全息图的形式的数据的存储，该全息图是通过在光敏存储介质中两束光相交形成的三维干涉图样的图像。已经寻求基于页面的全息技术和逐比特全息技术两者。在基于页面的全息数据存储中，包含数字编码数据的数据束叠加在存储介质的体积内的基准束上，导致化学反应，其例如改变或调制在该体积内的介质的折射率。该调制起记录来自信号的强度和相位信息的作用。每个比特因此一般存储为干涉图样的一部分。全息图后来可以通过将存储介质单独暴露于基准束而被检索，该基准束与存储的全息数据相互作用以产生与用于存储全息图像的最初的信号束成比例的重构信号束。在逐比特全息术或微全息数据存储中，每个比特写为微全息图或布拉格反射光栅，其典型地由两个相反传播聚焦记录束产生。该数据然后通过使用读取束以反射微全息图来重构记录束而被检索。因此，微全息数据存储比逐页面全息存储与当前技术更相似。然而，与可在DVD和Blu-ray Disc 格式中使用的一至若干个层的数据存储相对比，全息盘可具有50或100层数据存储，从而提供可以按兆兆字节(TB)测量的数据存储容量。随着技术的快速进步，正在产生具有增强特征的多媒体要求高存储容量和升级技术驱动器以再现内容。因此，这导致增加的制造成本。此外，在存储行业中在存储容量和数据传送速率方面存的日益增长的需求。因此，需要有改进的存储系统，其可解决前面提到的问题中的一个或多个。

发明内容
根据本发明的实施例，提供在存储介质上存储数据的方法。该方法包括接收调制比特流，其中该调制比特流包括多个比特，其包括1和0的比特状态。该方法还包括二次调制包括1的比特状态的多个比特中的每个以输出多个二次调制比特。该方法进一步包括在存储介质中形成多个标记，该标记指示该多个二次调制比特和在调制比特流中包括0的比特状态的多个比特中的每个。根据本发明的另一个实施例，提供光学存储盘。该光学存储盘包括至少一个记录层，其中该记录层包括光敏介质，其包括多个微全息图，其中该多微全息图中的每个指示多个二次调制比特。根据本发明的另一个实施例，提供存储介质的光学记录系统。该光学记录系统包括配置成调制比特通道以输出调制比特流的处理器，其中该调制比特流包括多个比特，其包括1和0的比特状态。该处理器还配置成二次调制包括1的比特状态的多个比特中的每个以输出多个二次调制比特。该光学记录系统还包括电耦合于该处理器的光学驱动电子单元，其中该光学驱动电子单元配置成从处理器接收一个或多个命令信号。该光学驱动电子单元还配置成致动一个或多个光学部件以在存储介质上形成多个标记，其指示该多个二次调制比特。根据本发明的再另一个实施例，提供存储介质的光学读取器。该光学读取器包括光学驱动电子单元，其配置成检测来自存储介质的反射光束，其中存储介质包括调制比特流中的多个比特，其包括0的比特状态和多个二次调制比特。该光学驱动电子单元还配置成在反射光束中检测以下中任一个在调制比特流中包括0的比特状态的多个比特、或在调制比特流中包括0的比特状态的多个比特以及多个二次调制比特。


当下列详细说明参照附图(其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中图1是根据本发明的实施例的光盘驱动器的框图。图2是由图1中的光盘驱动电子单元和处理器的子系统采用的用于在光盘上记录的步骤的框图表示。图3是根据本发明的实施例的在盘上的示范性光栅的示意表示。图4是映射到图3中的光栅上的符号的示意表示。图5是根据本发明的实施例的映射到相应象限表示上的图4中的符号的示意表示。图6是根据本发明的实施例的映射到相应比特表示上的象限表示的示意表示。图7是表示在根据本发明的实施例的用于在存储系统上记录数据的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
如下文详细论述的，本发明的实施例包括用于改进的数据存储的系统和方法。该系统配置成是向后兼容的。该术语“向后兼容”指系统和方法允许由第一代驱动器以及第二代驱动器读取在例如光盘等存储介质上的数据的能力。如本文使用的，术语“第一代驱动器”指具有读取驱动电子装置以仅检测从盘反射的束的能量的驱动器。如本文使用的术语 “第二代驱动器”指具有检测从盘反射的束的相位和能量的读取驱动电子装置的驱动器。本技术的一个或多个实施例将在下文描述。为了提供这些实施例的简洁说明，并非实际实现的所有特征都在该说明书中描述。应该意识到在任何这样的实际实现的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实现特定的决定以达到开发者的特定目标， 例如遵守系统相关和业务相关的约束等，这样的约束可在实现之间变化。此外，应该意识到这样的开发努力可是复杂并且耗时的，但对于得到该公开的利益的普通技术人员仍将是设计、建造和制造的例行任务。光学存储系统典型地牵涉对要存储的数据比特的两个分开的编码。第一编码一般是前向纠错代码(FEC)，例如在压缩盘(CD)中使用的里德所罗门(RS)基于块的纠错代码等。RS代码可保护k个数据符号，每个包含s个比特，具有为η个符号长的代码字，其中每个编码的符号也包括s个比特。该RS代码能够将具有多达t个破坏的但未识别的符号 (其中2t = n-k)的代码字正确地解码。RS编码还可高效处理擦除，例如那些以某种方式已知为破坏的符号。如果有s个错误和r个擦除，RS代码可将代码字正确解码(只要k+r < 2t)。一般在光学存储系统中使用的第二编码可称为“调制编码”。调制编码是产生于在一组比特序列或符号(选择用以减轻可能与读取过程关联的一些不可取的效应)中的第一 (例如，RS)编码的比特的表示。该符号然后写入光学数据存储单元。对于基于反射表面的高度的变化(例如，凹坑和小岛)的光学系统，例如CD等，符号一般是线性比特序列，其被选择以限制在光学存储盘上的特定数据轨道中连续零或一的数目。这样的技术的示例包括八比十四调制(EFM)，以及EFM+调制和游程长度受限(RLL)(采用NRZI调制编码)。这样的技术在本文中也可称为“一次调制”。本技术介绍了在微反射器(例如但不限于在一次调制的输出中的微全息图等)存在的情况下的二次调制。此外，保留一次调制的RLL性质从而实现向后兼容。在一个实施例中，该二次调制包括记录微全息图所采用的写入束的相位调制。在另一个实施例中，该二次调制包括微全息图的深度调制。在再另一个实施例中，该二次调制包括微全息图的振幅调制。现在转向附图，图1是可用于从光学存储盘12写入/读取数据的示范性光学记录 /读取器系统10。存储在该光学数据盘12上的数据由一系列光学元件14写入/读取，光学元件14投射至少一条写入/读取束16到该光学数据盘12上。应该注意到尽管仅图示一条读取/写入束16，典型地写入过程(如众所周知的)包括照射在盘12上的两条束。通过根据正记录的编码比特流来调制写入束、在盘12的可记录区中形成对应于调制图样的变化反射率图样来完成写入。当读出时，反射束18由光学元件14从光学数据盘12拾取。 光学元件14可包括许多不同元件，其设计成产生激发束、将该束聚焦于光学数据盘12上并且检测从光学数据盘12回来的反射18。光学元件14通过到光学驱动电子封装件22的耦合器20而被控制。该光学驱动电子单元22可包括例如用于一个或多个激光系统的电源、检测来自检测器的电子信号的检测电子装置、将检测的信号转换成数字信号(以及反过来的情况)的模数转换器等这样的单元，以及例如预测检测器信号什么时候实际寄存存储在光学数据盘12上的比特值的比特预测器等其他单元。光学元件14在光学数据盘12之上的位置由跟踪伺服系统M控制，跟踪伺服系统 24具有配置成在光学数据盘12的表面之上前后移动光学元件的机械致动器26。光学驱动电子单元22和该跟踪伺服系统M由处理器28控制。该处理器28还控制马达控制器30， 其提供电力32给主轴马达34。该主轴马达34耦合于控制光学数据盘12的转速的主轴36。 当光学元件14从光学数据盘12的外边缘移动更靠近主轴36时，光学数据盘的转速可由处理器观增加。这可被执行以保持来自光学数据盘12的数据的数据率在当光学元件14在外边缘时与当光学元件在内边缘时基本相同。盘的最大转速可以是大约每分钟500转(rpm)、 lOOOrpm、1500rpm、3000rpm、5000rpm、10，OOOrpm 或更高。处理器观连接到随机存取存储器或RAM 38和只读存储器或ROM 40。该ROM 40 包含允许处理器28控制跟踪伺服系统对、光学驱动电子装置22和马达控制器30的程序。 此外，该ROM 40还包含允许处理器28除别的之外分析来自光学驱动电子装置22的数据 (其已经存储在RAM 38中)的程序。如本文进一步详细论述的，存储在RAM38中的数据的这样的分析可包括例如调制/解调、编码/解码或将来自光学数据盘12的信息转换成可由其他单元使用的数据流必需的其他功能。应该注意到本发明的实施例不限于用于执行本发明的处理任务的任意特定处理器。术语“处理器”当其在本文使用时，意在指示任意能够执行对于执行本发明的任务必需的计算(computation或calculation)的机器。术语“处理器”意在指示任意能够接受结构化输入并且根据规定的规则处理该输入以产生输出的机器。还应该注意到短语“配置成” 当在本文中使用时意思是处理器装配有用于执行本发明的任务的硬件和软件的组合，如将被本领域内技术人员理解的那样。如果光学读取器系统10是商用单元，例如消费电子装置等，它可具有允许处理器 28由用户访问和控制的控制。这样的控制可采取例如键盘、程序选择开关等面板控制42的形式。此外，处理器观的控制可由远程接收器44执行。该远程接收器44可配置成从远程控制48接收控制信号46。该控制信号46除别的之外可采取红外光束、声信号或无线电信号等的形式。在读取系统的情况下，在处理器观已经分析存储在RAM38中的数据以产生数据流之后，该数据流可由处理器观提供给其他单元。例如，该数据可通过网络接口 50作为数字数据流提供给外部数字单元，例如位于外部网络的计算机或其他装置等。备选地，处理器观可提供数字数据流给消费电子装置数字接口 52，例如高清晰度多媒体接口(HDMI)等，或其他高速接口，例如USB端口等(除别的之外)。处理器观还可具有其他连接的接口单元，例如数模信号处理器讨等。该数模信号处理器M可允许处理器观提供模拟信号以用于输出到其他类型的装置，例如电视上的模拟输入信号或到放大系统的音频信号输入等。在写入系统的情况下，要记录的数据56可通过不同的单元50、52和/或M提供给处理器观。数据存储在RAM38中。处理器观发送适当的命令给光学驱动电子装置22。 因此，光学驱动电子装置22控制光学元件14写入适当的数据到盘12上。由处理器28和光学驱动电子装置22采用的由数字64引用的算法的细节在图2中描述。
图2是在子系统64(图1)中采用的步骤的示意表示。处理器观接收经历一次调制72的输入数据流56以输出一次调制数据74。在非限制性示例中，一次调制包括RLL，例如采用NRZI调制的17pp。处理器观执行决定步骤76，其中在一次调制数据74中的比特中的每个与“ 1”相当，或另外已知为“ 1 ”。如本文使用的，表示“ 1，，意味标记在光学盘12 (图 1)中的存在，并且“0”意味标记不存在。如果比特是“1”，比特经历二次调制82。如上文提到的，该二次调制包括标记的相位调制、深度调制或振幅调制。在示范性实施例中，标记包括微全息图。二次调制输出84进一步记录在盘12上，如由86所指的。如果比特是“0 “， 一次调制输出比特按现在在盘12上的那样来记录，如由数字86所指的。在示范性实施例中，考虑进入处理器观的RLL输入数据流56。处理器观通过 NRZI调制来一次调制该输入数据流56。对该RLLNRZI调制编码比特流(也称为一次调制比特流)检查“1”的存在或换句话说检查标记或微全息图的存在。在“1”的情况下，执行二次调制。在“0”出现的情况下，不执行二次调制。因此，输出二次调制比特流，其记录在光盘12(图1)上。由于仅“1”比特的二次调制，保留RLL性质。这实现向后兼容，其中光盘由现有格式的光学驱动系统读取。在非限制性示例中，不具有提取二次数据的能力的驱动器能够通过仅解码一次数据播放用二次调制比特记录的全息盘。为了更清楚，重新参照图1，光学驱动电子单元22在反射光束18中仅检测一次调制比特，其包括在调制比特流中具有0的比特状态的比特，或检测一次调制比特以及二次调制“1”比特两者。在另一个示例中，盘12包括采用二次调制比特存储的更高分辨率的电影和/或另外的正片，而一次调制比特包括更低分辨率的电影。从而，具有升级技术的光学驱动器即第二代驱动器再现较高分辨率的电影/特殊正片，而具有现有技术的光学驱动器即第一代驱动器仅再现较低分辨率的电影。在全息盘上的微全息图的示例中，条纹通过在盘上分配的两条反向传播的束的干涉来形成。相位调制通过偏移微全息图的条纹执行。在一个实施例中，这样的相位调制通过凭借光学驱动电子单元22调节该两条束的相位实现。在另一个实施例中，聚焦该两条束所采用的透镜离盘的距离可调节以改变条纹的深度并且从而实现相位调制。在特定实施例中，采用连续相位调制。在另一个实施例中，执行分离相位调制。通过示例，二次调制编码根据格子代码(lattice code)方案或凭借前向纠错编码。在另一个示范性实施例中，执行振幅调制，其增加存储介质12(图1)的存储容量。 用于记录微全息图的光的参数可影响折射率调制的大小和/或产生的光栅的尺寸以及因此影响在读出期间衍射光的量。因此，在读出期间到达检测器的从“1”标记反射的信号根据用于写入的条件而变化。应该注意到振幅调制不影响标记的深度位置。在再另一个实施例中，可采用相位调制和振幅调制的组合。非限制性示例包括二维调制方案，例如M-PSK/ N-PAM 等。图3图示在相位或深度调制后的盘中的光栅104。线103中的每个表示全息系统中的条纹。输出102包括由104所指的“光栅”和“无光栅” 106的交替区。“光栅”区104 指示标记或微全息图的存在。如本文图示的，“光栅”区包括峰108和谷110，其中峰108指
示二次调制。图4图示图3中的光栅104的符号表示。符号由标号122、124、126、128和132指示。光栅104由内部比特时钟时间“T”分割，产生8个符号，如图示的那样。
图5是映射到相应象限表示142、144、146、148和150上的符号122、124、126、128 和132(图4)的示意表示。该象限表示指示符号相对于四个象限的位置。如图示的，符号 142位于第一象限164和第四象限172之间的X轴162上。相似地，符号144在相位上偏移 180度并且位于第二象限166和第三象限168之间的X轴162上。符号146位于在相位上以0度和45度之间的角度偏移的第一象限164中。相似地，符号148在第三象限168中并且符号150在处于0度相位偏移的X轴上。图6是映射到相应比特表示182、184、186、188和190上的象限表示142、144、146、 148和150的示意图示。在特定实施例中，比特表示凭借查找表执行。如本文图示的，位于 0度相位偏移的符号122由“000”表示。相似地，位于180度相位偏移的符号124由“111” 表示。此外，符号126、128和132分别表示为“010”、“101”和“000”。从而，单个符号/微全息图可在二次调制后映射成3个比特，允许盘中增加的数据存储容量和数据传送速率。在特定实施例中，相位调制使用同相和象限零差检测来检测。如本领域内技术人员众所周知的零差检测使用信号和参考束之间的光学干涉，其导致取决于该两条束之间的相对相位差的已检测信号的增强或抑制。信号束与两条参考束(其的相位分开90° )的干涉允许测量同相和异相分量两者。当检测到同相和异相分量两者时，它们可以用于计算信号束的相位，其在该示例中载有二次调制数据流。应该注意相位调制不改变从光盘12(图 1)中的样本标记反射的束18(图1)的强度。图7是表示在用于在存储介质上存储数据的方法200中的步骤的流程图。该方法 200包括在步骤202中接收调制比特流，其中该调制比特流包括多个比特，其包括1和0的比特状态。在特定实施例中，光学信号被一次调制以输出该调制比特流。在另一个实施例中，该光学信号凭借NRZI调制而被一次调制。在步骤204中，包括1的比特状态的多个比特中的每个被二次调制以输出多个二次调制比特。在一个实施例中，包括1的比特状态的多个比特被相位调制。在示范性实施例中，包括1的比特状态的多个比特被分离地相位调制。在非限制性示例中，分离的相位调制表示格子代码。在另一个示例中，分离的相位调制采用前向纠错编码。在另一个实施例中，包括1的比特状态的多个比特被深度调制。在再另一个实施例中，包括1的比特状态的多个比特被振幅调制。在步骤206中，在存储介质中形成多个标记，其中该标记指示多个二次调制比特中的每个。具体地，单个标记从一组可能的标记中选择并且该单个选择的标记以给定时间间隔写入。在特定实施例中，微反射器的阶梯图样沿存储介质的单层的多个轨道形成。在另一个实施例中，微反射器的阶梯图样跨存储介质的多层来形成。上文描述的用于改进的数据存储的系统和方法的各种实施例从而提供生产具有改进的特征并且可以使用设计成用于现有格式(也称为向后兼容)的光学驱动器来播放的盘的方式。该系统和方法实现成本有效和高效制造，同时现有制造工艺可被采用以用于生产包括另外可选的多媒体内容的盘，其包括可由多代装置读取的记录格式。具有升级技术的光学驱动器(第二代驱动器)再现该另外的内容，而具有未升级技术的光学驱动器(第一代驱动器)读取不包括该可选多媒体的内容。随后，这些技术提供成本有效的方式给制造商、经销商和营销链，因为如果另外的盘用于容纳不同的多媒体内容，将要求独立核算、 广告和处理程序。该技术和系统还实现增加的数据存储和数据率。当然，要理解并非一定所有的上文描述的这样的目的或优势根据任意特定实施例实现。从而，例如本领域内技术人员将认识到本文描述的系统和技术可采用如本文教授的实现或优化一个优势或一组优势的方式体现或实施，而不必实现如可在本文中教授或提议其他目的或优势。此外，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的互换性。例如，关于一个实施例描述的包括不同分辨率的电影的盘可以适应于与关于另一个描述的作为二次调制的振幅调制比特流一起使用。相似地，描述的各种特征以及每个特征的其他已知的等同物可以由本领域内技术人员中之一混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。尽管本文仅图示和描述本发明的某些特征，本领域内技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解附上的权利要求意在涵盖所有这样的修改和改变，它们落入本发明的真正精神内。部件列表
权利要求
1.一种在存储介质上存储数据的方法000)，所述方法包括接收(202)调制比特流，其中所述调制比特流包括多个比特，其包括1和0的比特状态；二次调制(204)包括1的比特状态的多个比特中的每个以输出多个二次调制比特；以及在所述存储介质中形成(206)多个标记，所述标记指示所述多个二次调制比特和在所述调制比特流中包括0的比特状态的多个比特中的每个。
2.如权利要求1所述的方法000)，包括一次调制光学信号以输出调制比特流。
3.如权利要求1所述的方法000)，其中所述二次调制包括相位调制所述调制比特流。
4.如权利要求3所述的方法000)，其中所述相位调制包括分离地相位调制所述调制比特流。
5.如权利要求1所述的方法000)，其中所述形成所述多个标记包括沿所述存储介质的单层的多个轨道形成微反射器的阶梯图样。
6.一种光学存储盘(12)，其包括至少一个记录层，其中所述记录层包括光敏介质，其包括多个微全息图(86)，其中 所述多微全息图(86)中的每个指示多个二次调制比特。
7.如权利要求6所述的光学存储盘(12)，其中所述光敏介质包括热调节密度材料、铬材料或两者。
8.一种用于存储介质(12)的光学记录系统(10)，其包括 处理器( )，其配置成调制比特通道以输出调制比特流，其中所述调制比特流包括多个比特，其包括1和0的比特状态；以及二次调制包括1的比特状态的所述多个比特中的每个以输出多个二次调制比特；以及电耦合于所述处理器08)的光学驱动电子单元(22)，所述光学驱动电子单元02)配置成从所述处理器08)接收一个或多个命令信号；以及致动一个或多个光学部件(14)以在所述存储介质上形成多个标记，其指示所述多个二次调制比特。
9.如权利要求8所述的光学记录系统(10)，其中所述二次调制比特(84)包括多个相位调制比特、深度调制比特、振幅调制比特或其组合中的至少一个。
10.一种用于存储介质(1 的光学读取器(10)，其包括 光学驱动电子单元(22)，其配置成检测来自所述存储介质(1 的反射光束(18)，其中所述存储介质(1 包括调制比特流中的包括O的比特状态的多个比特，和多个二次调制比特(86)；以及在反射光束中检测下列中的任一个 在所述调制比特流中包括O的比特状态的多个比特；或在所述调制比特流中包括O的比特状态的所述多个比特和所述多个二次调制比特 (86)。
全文摘要
提供用于在存储介质上存储数据的方法(200)。该方法(200)包括接收(202)调制比特流，其中该调制的比特流包括多个比特，其包括1和0的比特状态。该方法(200)还包括二次调制(204)包括1的比特状态的该多个比特中的每个以输出多个二次调制比特。该方法(200)进一步包括在该存储介质中形成(206)多个标记，该标记指示该多个二次调制比特和在该调制比特流中包括0的比特状态的该多个比特中的每个。
文档编号G11B7/006GK102270465SQ20111012704
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月6日 优先权日2010年5月7日
发明者B·L·劳伦斯, J·A·F·罗斯, J·E·赫尔希, K·B·威尔斯二世, M·托多罗维克, V·P·奥斯特罗弗霍夫 申请人:通用电气公司