DE69320403T2 - Modulationsverfahren - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modulationsverfahren und eine Modulationsvorrichtung, die ausgebildet sind zur Benutzung bei der digitalen Aufzeichnung von Daten auf ein Aufzeichnungsmedium und insbesondere bei der Bestimmung des optimalen Bereiches einer minimalen Lauflänge d (Minimalanzahl von aufeinanderfolgenden gleichen Symbolen) in einem Variabellängen-Code (d, k; m, n; r).
• Bei einem Magnetaufzeichnungssystem, beispielsweise, ist die Signalfrequenz- Charakteristik allgemein differentiell, und es tritt eine Verschlechterung der Charakteristik im höherfrequenten Bereich des Signais auf. Eine solche Verschlechterung wird beispielsweise abgeleitet von verschiedenen Verlusten bezüglich dem Kopfabstand, dem Raum zwischen dem Kopf und einem Aufzeichnungsmedium, der Dicke eines Aufzeichnungsmediums und niedrigfrequenter Verluste aufgrund eines Drehumwandlers. Zusätzlich werden statistische Fehler durch Übersprechrauschen von benachbarten Spuren, Rauschen von einem Aufzeichnungsmedium oder Überschreibrauschen induziert. Zum Erreichen eines exakten Aufzeichnungs- und Wiedergabevorgangs ungeachtet solcher Verluste und solchen Rauschens, ist es bevorzugt, daß die Digitaldaten vor der Aufzeichnung auf ein Medium in einer für das Aufzeichnungssystem adäquaten Art und Weise moduliert werden, wodurch eine größere Menge der Information stabil aufgezeichnet werden kann. Um die obige Anforderung zu erfüllen, ist es allgemein üblich, die-Daten in Übereinstimmung mit festgelegten Regeln kanalzucodieren.
• Ein Blockcode ist in einem solchen Kanalcode enthalten. Der .Blockcode wird verwendet zur Bildung einer Datenfqlge in Blöcke jeweils be£tehend aus r x i Bits, und Umwandlung der Datenworte in einen Aufzeichnungscode v n x ikanälbits in Übereinstimmung mit geeigneten Codierregeln. Wenn i gleich 1 ist, wird es ein Festlängencode, während wenn und die maximale escnränkuslänge r beide größer als 1 sind, wird es ein Variabellängen-Code. Dieser Blockcode wird auch (d, k; m, n; r)-Code genannt, wobei d die Minimalanzahl aufeinanderfolgender gleicher Symbole (beispielsweise 0) bezeichnet; k die Maximalanzahl aufeinanderfolgender gleicher Symböle (0) bezeichnet; m für die Länge eines Basisdatenwortes; und n für die Länge eines Basiscodewortes steht.
• Bei Compact Disks wird beispielsweise ein 8-in- 14-Modulationssystem (EFM) verwendet. Bei dem EFM-Code, wo d gleich 2 ist, ist das minimale Inversionsintervall Tmin gleich 1,41, und die Erfassungs-Fensterbreite Tw ist 0,4.
• Die Aufzeichnungsdichte auf einer Compact Disk kann durch Verringerung der Länge der Pits auf der Platte (Disk) erhöht werden. Wenn jedoch die Pit-Länge so stark verringert wird, daß sie kleiner ist als der Durchmesser eines Erfassungs-Laserstrahls, treten Schwierigkeiten bei der Ausführung einer korrekten Erfassung der Pits auf. Daher muß in dem Fall einer verringerten Pit-Länge die Wellenlänge des Erfassungs-Laserstrahls kleiner sein. Wie in Tabelle 1 aufgelistet ist, ist die Wellenlänge eines roten Laserstrahls 780 nm, während diejenige eines grünen Laserstrahls 532 nm ist. Und wenn ein blauer Laser realisiert wird, ist dessen Wellenlänge 420 nm kurz. Verglichen mit der Referenz- Oberflächendichte bei einem roten Laser kann die Oberflächendichte durch Einsatz eines grünen Lasers bzw. eines blauen Lasers auf das 2, 15-fache bzw. 3 0-fache erhöht werden. Tabelle 1
• Wenn zusätzlich die numerische Apertur NA einer Objektivlinse zur Fokussierung eines Laserstrahls von einem normalen Wert von 0,4 beispielsweise auf 0,6 erhöht wird, wird es möglich, die Oberflächendichte 2,0-, 4,3-, oder 6,0-fach im Vergleich mit dem Wert bei einer NAvon 0,4 bei einem roten, grünen bzw. blauen Laser zu erhöhen.
• Zur Aufzeichnung von Videomformation (Bewegtbilder) mit einer Dichte von 10 Mbps auf eine Platte (Disk) mit einem gleichen Durchmesser (12 cm) wie eine Compact Disk, ist es jedoch notwendig, die Dichte mehr als 6-fach zu erhöhen, da die lineare Dichte bei der herkömmlichen Compact Disk ungefähr 1,5 Mpbs ist. Und es bestehen Schwierigkeiten bei der Realisierung einer solch hohen Dichte auch bei der Verwendung eines grünen Lasers, wie aus der Tabelle 1 offensichtlich ist.
• Aus der US 3,689,899 ist das Prinzip der Variabellängen-RLL-Codes bekannt.
• Die vorliegende Erfindung wurde erreicht angesichts der oben erwähnten Umstände. Und deren Aufgabe liegt darin, ein verbessertes Modulationsverfahren und eine verbesserte Modulationsvorrichtung vorzuschlagen, die in der Lage sind, eine höhere Aufzeichnungsdichte zu erreichen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Modulation von Digitaldaten in einen Code variabler Länge (d, k; m, n; r) zur Aufzeichnung von Information auf und Wiedergabe derselben von einer optischen Platte wie in Anspruch 1 definiert vorgeschlagen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Modulationsvorrichtung gemäß Anspruch 8 geliefert. Die gewünschte Fehlerrate in dem ersten Schritt erreicht ungefähr 10&supmin;&sup8; bis 10&supmin;¹&sup0; und das minimale Signal-Rausch-Verhältnis S/N, das zur Realisierung einer solchen Fehlerrate erforderlich ist, reicht ungefähr von 21 bis 22 dB, und das Signal- Rausch-Verhältnis der Übertragungs-Charakteristik in Abhängigkeit von dem optischen System und der optischen Platte beträgt 32±3 dB.
• Der S/N-Verlust aufgrund der Änderung des numerischen Wertes d wird wie folgt berechnet.
• Signal-Rausch(S/N)-Verlust = 20 log&sub1;&sub0; (2/(d+2)), wobei d = 0, 1, 2, 3,...
• Die obigen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das einen exemplarischen Aufbau einer optischen Plattenvorrichtung zeigt, auf welche das erfindungsgemäße Modulationsverfahren angewandt wird;
• Fig. 2 die Beziehung zwischen Fehlerrate und Signal-Rausch-Verhltnis (S/N) graphisch zeigt;
• Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm ist, das die Beziehung zwischen einer minimalen Lauflänge d (Minimalanzahl aufeinanderfolgender gleicher Symbole) und einer Impulsantwort zeigt;
• Fig. 4 graphisch die Beziehung zwischen S/N und der minimalen Lauflänge d zeigt;
• Fig. 5 ein Flußdiagramm einer Routine zur Bestimmung eines optimalen Bereichs der minimalen Lauflänge d ist;
• Fig. 6 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Modulators ist, der in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendet wird;
• Fig. 7. ein Zeitablaufdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Funktion von Fig. 5 ist; und
• Fig. 8 ein Blockdiagramm eines in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten exemplarischen Demodulators ist.
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Konstruktion einer optischen Plattenvorrichtung zeigt, auf welche der durch das erfindungsgemäße Modulations-
• - verfahren erzeugte Code angewandt wird. Wie in diesem Diagramm gezeigt ist, wird ein Videosignal einem A/D-Wandler 11 eingegeben, wo eine Analog-Digital-Umwandlung ausgeführt wird, und das umgewandelte Signal wird einem Komprimierer 12 zur Komprimierung zugeführt. Das Ausgangssignal von dem Komprimierer 12 wird über einen Puffer 13 einem Multiplexer 14 zugeführt. Ähnlich wird ein Audiosignal einem A/D-Wandler 15 eingegeben, wo eine Analog-Digital-Wandlung ausgeführt wird, und dann wird das umgewandelte Signal einem Komprimierer 16 zugeführt, um komprimiert zu werden. Und das Ausgangssignal von dem Komprimierer 16 wird über einen Puffer 17 dem Multiplexer 14 zugeführt. Die Ausgangssignale der Puffer 13 und 17 werden in dem Multiplexer 14 zusammengefügt, dessen Ausgangssignal dann einer Fehlerkorrektureinrichtung 18 zugeführt wird. Ein Fehlererfassungscode und ein Fehlerkorrekturcode werden den Eingangsdaten durch die Fehlerkorrektureinrichtung 18 hinzugefügt, dessen Ausgangssignal einem Modulator 19 zugeführt wird. In dem Modulator 19 werden die von der Fehlerkorrektureinrichtung 18 empfangenen Daten in Übereinstimmung mit einem festgelegten Umwandlungsformat digital moduliert, wie später beschrieben wird. Und das modulierte Signal wird einem optischen Kopf 20 ausgegeben. Dann erzeugt der optische Kopf 20 einen Laserstrahl in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal von dem Modulator 19 und ein Signal wird auf eine optische Platte 21 aufgezeichnet.
• Ein optischer Kopf 31 strahlt einen Laserstrahl auf die optische Platte 21 und gibt aus dem reflektierten Licht das auf die optische Platte 21 aufgezeichnete Signal wieder. Das von dem optischen Kopf 31 ausgegebene wiedergegebene Signal wird über einen Verstärker 32 einem Equalizer (EQ) 33 zugeführt, um auf eine festgelegte Frequenz-Charakteristik abgestimmt zu werden. Das Ausgangssignal von dem Equalizer 33 wird einem Demodulator 34 zugeführt, während dieser auch einer PLL-Schaltung 35 zugeführt wird, die ein Taktungssignal extrahiert, das mit der in dem Eingangssignal enthaltenen Taktkomponente synchronisiert ist, und liefert das Taktungssignal an den Demodulator 34.
• Und das Ausgangssignal von dem Demodulator 34 wird einer Fehlerkorrektureinrichtung 36 zugeführt, die dann einen Fehler in den von dem Demodulator 34 empfangenen Daten korrigiert und die korrigierten Daten über einen Puffer 37 einem Demultiplexer 38 zugeführt. In dem Demultiplexer 38 werden die Videodaten und die Audiodaten von den Ausgangsdaten von dem Puffer 37 separiert und dann den A/D-Wandlern 39 bzw. 40 zugeführt.
• Im folgenden wird die Funktionsweise der obigen Vorrichtung erläutert.
• Nach der Analog-Digital-Umwandlung des Videosignais in dem A/D-Wandler 11 wird das Signal in dem Komprimierer 12 komprimiert. Ähnlich wird das Audiosignal nach Analog- Digital-Wandlung in dem A/D-Wandler 15 in dem Komprimierer 16 komprimiert. Die Puffer 13 und 17 steuern die Zeitsteuerung des Videosignals bzw. des Audiosignais und liefern deren Ausgänge an den Multiplexer 14, wo das Videosignal und das Audiosignal, die über die Puffer 13 und 17 empfangen werden, zusammengefügt und dann der Fehlerkorrektureinrichtung 18 zugeführt werden. Anschließend werden in der Fehlerkorrektureinrichtung 18 Fehlerempfangs- und Fehlerkorrektur-Codes den von dem Multiplexer 14 empfangenen Eingangsdaten hinzugefügt und das so erhaltene Mischsignal wird dem Modulator 19 zugeführt, der die Eingangsdigitaldaten in einen Aufzeichnungscode in Übereinstimmung mit einem festgelegten Umwandlungsformat umwandelt. Und der Aufzeichnungscode wird dem optischen Kopf 20 zugeführt, um zur Modulation des Laserstrahls verwendet zu werden. Daher wird der modulierte Laserstrahl entsprechend dem Aufzeichnungscode auf die optische Platte 21 eingestrahlt, um so Pits zu bilden, die dem Aufzeichnungscode entsprechen.
• Der optische Kopf 31 gibt den auf der optischen Platte 21 aufgezeichneten Code wieder und liefert das wiedergegebene Ausgangssignal an den Verstärker 32, wo das Ausgangssignal von dem optischen Kopf 31 verstärkt und dann dem Equalizer 33 zugeführt wird. Anschließend gleicht der Equalizer 33 das eingegebene Wiedergabesignal ab und liefert dasselbe an den Demodulator 34. Währenddessen extrahiert die PLL-Schaltung 35 die Taktkomponente von dem Ausgangssignal von dem Equalizer 33 und liefert das Taktsignal an den Demodulator 34. Anschließend wird in dem Demodulator 34 der von dem Equalizer 33 gelieferte Aufzeichnungscode in die ursprünglichen Digitaldaten auf der Basis des von der PLL-Schaltung 35 erhaltenen Taktsignals demoduliert. Das demodulierte Ausgangssignal wird dann der Fehlerkorrektureinrichtung 36 zugeführt, wo es fehlerkorrigiert wird. Anschließend wird das Ausgangssignal von der Fehlerkorrektureinrichtung 36 über den Puffer 37 dem Demultiplexer 38 zugeführt, um in die Videodaten und die Audiodaten aufgeteilt zu werden. Die Audiodaten werden dem A/D-Wandler 39 für eine Analog-Digital-Umwandlung zugeführt, während die Videodaten dem A/D- Wandler 40 für dieselbe Umwandlung zugeführt werden. Das von dem A/D-Wandler 39 bzw. 40 zugeführte Videosignal bzw. Audiosignal wird einem nicht dargestellten Monitor zugeführt.
• Im folgenden wird eine Beschreibung des in dem Modulator 19 angewandten Modulationsverfahrens angegeben.
• Fig. 2 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Bitfehlerrate und S(p-p) / N(rms) in dem Fall, wenn die Digitaldaten durch das festgelegte Verfahren mit d = 0 einschließlich der Nichtmodulation moduliert und demoduliert wird. Wenn d = 0 ist, bleibt diese Beziehung ungeachtet des Modulationsverfahrens ungeändert. In dem Graph von Fig. 2 ist das Signal-Rausch-Verhältnis S/N und die Fehlerrate entlang der Abszisse bzw. der Ordinate aufgetragen. Es ist aus dem Graphen offensichtlich, daß die Fehlerrate in Übereinstimmung mit einer Zunahme des Signal-Rausch-Verhältnisses abnimmt und auf die Fehlerrate in Übereinstimmung mit einer Zunahme des Signal-Rausch-Verhältnisses zunimmt. Bei dem Aufzeichnungs-/Wiedergabesystem von Fig. 1, wo die Fehlerrate allgemein unterhalb 10&supmin;&sup6; gehalten werden soll, ist es notwendig, die Maximalfehlerrate in einem Bereich von 10&supmin;&sup8; bis 10&supmin;¹² zu unterdrücken. Zur Realisierung einer solchen gewünschten Fehlerrate muß das Signal-Rausch-Verhältnis ungefähr 21 dB bis 22 dB betragen, wie aus Fig. 2 verständlich wird.
• Die Übertragungs-Charakteristik der in Fig. 2 gezeigten optischen Aufzeichnung wird im wesentlichen linear zu der optischen Abschneidefrequenz (NA/) auf der räumlichen Frequenzachse verringert, die durch eine Lichtquelle im Aufzeichnungsabschnitt und im Wiedergabeabschnitt bestimmt ist. Fig. 3 zeigt ein Modell einer solchen Charakteristik. Wenn die minimale Lauflänge d sich von 0 zu 1, 2, 3,... usw. ändert, wird eine solche Impulsantwort wie in Fig. 3 gezeigt erhalten, wobei ein größerer Impuls mit einer Zunahme des numerischen Wertes d erhalten wird. Insbesondere zeigt Fig. 3, daß die Anzahl der zwischen den Symbolen "1" und "1" angeordneten Symbole "0" mit einer Zunahme des numerischen Wertes d zunimmt und (d + 2) Kanaltaktpulse T werden in die Impulsantwort eingefügt.
• In Fig. 3, welche die Impulsantwort zeigt, repräsentiert die Abszisse bzw. die Ordinate die Zeit bzw. die Impulsantwort.
• In Fig. 3 ist das für den (d, k)-Code erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis S/N auf Basis von d = 0 als Referenz gezeigt (0 dB). Mit einer Zunahme des numerischen Wertes d
• ändert sich das Signal-Rausch-Verhältnis, so daß es 2 / (d + 2)-mal das Verhältnis bei d = 0 ist. Die Beziehung betrifft den Fall, wenn die Aufzeichnungsdichte durch Tmin mal dem Modulationscode erhöht wird.
• Relativ zu dem numerischen Wert d kann der S/N-Verlust L (dB) ausgedrückt werden als:
• L = 20 log&sub1;&sub0; (2 / (d + 2))
• Nimmt man nun an, daß das oben beschriebene Signal-Rausch-Verhältnis von 22 dB bei d = 0 (während Nichtmodulation) erhalten wird. Dann ändert sich das Signal-Rausch- Verhältnis wie in Fig. 4 graphisch dargestellt in Übereinstimmung mit Änderungen des Wertes d während der Modulation. Es ist aus diesem Graph offensichtlich, daß das Signal- Rausch-Verhältnis exponential mit einer Zunahme des Wertes d ansteigt und auch, daß entsprechend ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis für die Abschwächung nötig ist. Wenn beispielsweise d = 2 ist, muß das Signal-Rausch-Verhältnis um 6 dB verglichen mit dem Verhältnis bei d = 0 erhöht werden, oder die gleiche Fehlerrate wie bei d = 0 wird nicht erreicht.
• Es sei hier angenommen, daß das Signal-Rausch-Verhältnis der durch das optische System (optische Köpfe 20 und 31) und die optische Platte 21 in Fig. 1 bestimmte Übertragungs- Charakteristik 32 ± 3 dB ist. Dann ist der numerische Wert d zur Sicherstellung des Signal- Rausch-Verhältnisses von 32 ± 3 dB in einem Bereich von 2,5 bis 7, wie aus Fig. 4 deutlich wird. Insbesondere wird definiert, daß die Voraussetzung erfillt wird durch Bestimmung der minimalen Lauflänge zu einem Wert größer als 3 und kleiner als 7.
• Dieses oben beschriebene Verfahren wird durch ein Flußdiagramm von Fig. 5 repräsentiert.
• In diesem Diagramm beginnt eine Routine zur Bestimmung des optimalen Bereichs der minimalen Lauflänge d (minimale Anzahl aufeinanderfolgender gleicher Symbole) durch das erfindungsgemäße Modulationsverfahren mit Schritt 51.
• In Schritt 52 wird die Beziehung zwischen dem Signal-Rausch-Verhältnis und der Bitfehlerrate in den nach der Modulation durch das festgelegte Verfahren demodulierten -Digitaldaten berechnet, um die Bedingung d = 0 zu erfüllen. Diese Beziehung ist so wie in Fig. 2 graphisch dargestellt. Anschließend wird in Schritt 53 das Signal-Rausch- Verhältnis zur Realisierung einer gewünschten Fehlerrate berechnet. In dem optischen System beispielsweise, wo die maximale Fehlerrate innerhalb eines Bereiches von 10&supmin;&sup8; bis 10&supmin;¹&sup0; sein soll, kann eine solche Fehlerrate realisiert werden durch Einstellung des Signal- Rausch-Verhältnisses zu ungefähr 21 bis 22 dB, wie aus Fig. 2 hervorgeht.
• Anschließend wird in Schritt 54 die Beziehung zwischen der Änderung des numerischen Wertes d und demjenigen des Signal-Rausch-Verhältnisses berechnet. Insbesondere wird der S/N-Verlust, der im Vergleich mit dem Signal-Rausch-Verhältnis bei d = 0 hervorgerufen wird, wenn sich der Wert von d von 0 auf 1, 2, 3,... usw. ändert, bestimmt. Und ferner wird die Beziehung zwischen dem Wert d und dem S/N auf Basis des in Schritt 53 erhaltenen S/N (beispielsweise 22 dB) berechnet (Fig. 4). Dann wird in Schritt 55 der optimale Bereich des Wertes d auf Basis der in Schritt 54 erhaltenen Verhältnisses zwischen dem Wert d und S/N bestimmt. Insbesondere wird der Bereich des Wertes d bestimmt, der erforderlich ist zur Sicherstellung des S/N (32 13 dB) der Übertragungs Charakteristik in Abhängigkeit von dem System und dem Aufzeichnungsmedium (d.h. den optischen Köpfen und der optischen Platte).
• In dem tatsächlich unter der Bedingung von 3 ( d < 7 erzeugten Code sind geeignete Bereiche des minimalen Inversionsintervalls Tmin (= (m/n) x (d + 1) T) und der Erfassungsfensterbreite Tw (= m/n) x T) wie folgt.
• 1,7 < Tmin < 2,5
• 0,32 < Tw < 0,45
• Tabelle 2 zeigt die Intervalle Tw und die Breiten Tmin, die erhalten werden mit Änderungen des numerischen Wertes d von 3, 4, 5 und 6. Wenn der Wert d in einem Bereich von 3 bis 6 gewählt wird, ist eine Erhöhung der Aufzeichnungsdichte von 30 % bis 75 % oder mehr zu erwarten. Wenn beispielsweise d = 4 ist, ist es möglich, die in Tabelle 3 gezeigten Aufzeichnungsdichten zu realisieren. Tabelle 2 Tabelle 3
• Verglichen mit einem roten Laser mit einer Wellenlänge von 780 nm, der hier als Referenz gewählt wird, nimmt die Oberflächendichte bei Verwendung eines grünen Lasers mit einer Wellenlänge von 532 nm 3-fach zu bzw. bei der Verwendung eines blauen Lasers mit einer Wellenlänge von 420 nm 4,2-fach zu. Wenn die numerische Apertur NA von 0,4 zu 0,6 geändert wird, kann die Kapazität 2,8-fach bei Verwendung eines roten Lasers, 6-fach bei Verwendung des grünen Lasers oder 8,4-fach bei Verwendung des blauen Lasers erhöht werden. So wird es auch bei Verwendung des grünen Lasers möglich, Videomformation (Bewegtbilder) mit 10 Mbps aufzuzeichnen und von der optischen Platte mit ungefähr 12 cm Durchmesser wiederzugeben.
• Nun wird im folgenden ein Code mit variabler Länge mit d = 4 beschrieben.
• In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Datenwort mit einer 2-Bit-Basisdatenlänge in ein Codewort mit einer 5-Bit-Basiscodelänge umgewandelt. Tabelle 4 zeigt sechs Arten von Basiscodes, die für eine solche Umwandlung verwendet werden. Digitaldaten können durch Zusammenfügung von diesen sechs Arten von Basiscodes in Variabellängen- Codeworte umgewandelt werden. Tabelle 4
• Tabelle 5 zeigt die Anzahl von effektiven Codes, die durch die Verwendung solcher Basiscodes erhalten wird. Wie gezeigt ändert sich die Anzahl N von erforderlichen Codewörtern von 4 auf 8, 16, 28, 32 in Übereinstimmung mit der aufeinanderfolgenden Zunahme der Beschränkungslänge r von 1 auf 2, 3, 4, 5, während sich die Anzahl M der tatsächlich
• verwendbaren Codewörter von 2 auf 4, 8, 20, 34 ändert. Somit ändert sich die Differenz D (= N - M) von 2 auf 4, 7, 8, -2. So wird es durch Verwendung der Codewörter, bei denen die Beschränkungslänge r bis zu 5 änderbar ist, möglich, die ursprünglichen Daten ohne Überfluß oder Mangel korrekt in Codewörter umzuwandeln. Tabelle 5
• Die Tabellen 6 und 7 sind spezifische Beispiele zur Umwandlung der Digitaldaten in Codewörter unter Verwendung der Basiscodes von Tabelle 4. Wie in den Tabellen 6 und 7 gezeigt ist, werden Digitaldaten einer 2-Bit-Basisdatenlänge in ein Codewort von 5-Bit- Basiscodelänge umgewandelt. Beispielsweise werden die Daten "11" in einen Code "00000" umgewandelt und die Daten "10" in einen Code "10000". Auf ähnliche Weise werden Daten von 4-, 6-, 8- und 10-Bitlänge jeweils in Codeworte mit einer Codelänge von 10, 15, 20 und 25 Bit umgewandelt. Tabelle 6-1 Tabelle 6-2
• Wenn die Digitaldaten "11" sind, wie in Fig. 6 dargestellt ist, ist deren entsprechendes Codewort "00000". Wenn daher Einsen als Symbole der Digitaldaten in dem Fall aufeinanderfolgen, wenn keine bestimmte Regel beschrieben ist, folgt, daß die Symbole "0" in dem Codewort aufeinanderfolgen. In diesem Fall wird das Codewort (4, ; 2, 5; 5) und die Anzahl N der mit Änderungen der Beschränkungslänge r erhaltenen Codewörter ändert sich wie in Tabelle 7 gezeigt. Wenn jedoch die Symbole "0" unendlich aufeinanderfolgen, wird es schwierig, ein Selbsttaktsignal zu erfassen. Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel daher die Symbole "1" in 6 Bit aufeinanderfolgen, wird der Code umgewandelt in "000010000100000". Tabelle 7
• Relativ zu dem 4Z-Code in Tabelle 8, ist das minimale Inversionsintervall Tmin (= (m/n) (d + 1) T), das maximale Inversionsintervall Tmax (= (m/n) (k + 1) T), die Daten- Erfassungsfensterweite Tw (= (m/n) T), das Produkt von Tmin und Tw und das Tmax-zu- Tmin-Verhältnis des in Fig. 6 gezeigten Codewortes gezeigt, wobei T das Intervall zwischen den Digitaldaten bezeichnet. Zusätzlich zu dem obigen zeigt Tabelle 8 auch die Werte in dem 3Z-Code (d = 3) und diejenigen des EFM-Codes. Wie aus dem Vergleich dieser Werte deutlich wird, ist das minimale Inversionsintervall Tmin in diesem Ausführungsbeispiel 2,0 T, was größer ist als in dem 3Z- und dem EFM-Code. Tabelle 8
• Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konstruktion des in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Modulators 19 zeigt. Digitaldaten werden aufeinanderfolgend
• einem Schieberegister 61 in Synchronisierung mit Datentaktpulsen eingegeben. In diesem Ausführungsbeispiel werden 10-Bit-Digitaldaten in dem Schieberegister 61 gespeichert. Die von dem Schieberegister 61 ausgegebenen Daten werden einem Codierer 62 zugeführt, wo die Beschränkungslänge r bestimmt wird. Die von dem Schieberegister 61 zugeführten Daten werden über den Codierer 62 einer Auswahleinrichtung 63 zugeführt.
• Die Auswahleinrichtung 63 ist so ausgebildet, daß die von dem Schieberegister 61 über den Codierer 62 empfangenen Digitaldaten einem der ROMS 64-1 bis 64-6 in Übereinstimmung mit dem von dem Codierer 62 bezüglich der Beschränkungslänge r erhaltenen Entscheidungsresultat zugeführt werden. In der ROM 64-1 ist eine Tabelle zur Umwandlung von 2-Bit-Daten (in Tabelle 6 dargestellt) in einen 5-Bit-Code gespeichert. Ähnlich sind in den ROMS 64-2 bis 64-5 Tabellen zur Umwandlung von 4-, 6-, 8- und 10- Bit-Digitaldaten in Codeworte einer Länge von 10,15, 20 bzw. 25 Bit gespeichert. Und in der ROM 64-6 ist eine Umwandlungstabelle gespeichert, die verwendet wird, wenn die Symbole der Eingangsdaten von aufeinanderfolgenden 6 Bit Einsen sind.
• Ein Multiplexer 65 fügt die Ausgänge der ROMS 64-1 bis 64-6 zusammen und liefert dieselben einem Puffer 66. Die aus dem Puffer 66 ausgelesenen Daten werden einer Formatiereinrichtung 67 zugeführt. Ein Taktgenerator 68 erzeugt ein mit dem Datentaktsignal synchronisiertes Kanaltaktsignal und liefert das Ausgangssignal an den Puffer 66. Im folgenden wird die Funktionsweise des obigen Modulators 19 erläutert. Der Codierer 62 bestimmt die Beschränkungslänge r der in dem Schieberegister 61 gespeicherten 10-Bit- Daten. Und die Auswahleinrichtung 63 wird in Übereinstimmung mit dem Ergebnis dieser Bestimmung gesteuert, wobei die Eingangsdigitaldaten einer der ROMS 64-1 bis 64-6 zugeführt wird. In dem Fall, wenn das Ergebnis der Entscheidung angibt, daß die Beschränkungslänge r = list, werden die 2-Bit-Daten der ROM 64-1 zugeführt. Diese Daten sind "11" oder "10". Die Digitaldaten "11" werden in einen Code "00000" in Übereinstimmung mit der in der ROM 64-1 gespeicherten Tabelle umgewandelt, während die Digitaldaten ,, 10" in einen Code "10000" umgewandelt werden.
• Wenn die Eingangsdigitaldaten beispielsweise "0111" sind, wird die Beschränkungslänge r zu 2 bestimmt und die Daten werden der ROM 64-2 zugeführt. Dann werden die Daten in einen Code "0100000000" in Übereinstimmung mit der darin gespeicherten Tabelle umgewandelt.
• Anschließend werden die in den Tabellen 6 und 7 gezeigten Digitaldaten jeweils in die entsprechenden Codes durch ein Verfahren ähnlich dem obigen umgewandelt.
• Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer solchen Umwandlung. Es sei nun angenommen, daß die Eingangsdigitaldaten 18D2 (Fig. 7(a)) in Hexidezimalnotation sind. Dann sind deren Binärdaten (Fig. 7(b)) 0001100011010010. Der Codierer 2 bestimmt die Beschränkungslänge r der Eingangsbinärdaten wie folgt. Die Daten entsprechend den ersten 2 Bits "00" sind in Tabelle 6 nicht existent. Daher wird eine Entscheidung ausgeführt, ob die 4-Bit-Daten "0001" einschließlich der folgenden 2-Bit-Daten in Tabelle 6 vorhanden sind. Jedoch sind diese Daten auch in Tabelle 6 nicht vorhanden.
• Anschließend wird eine weitere Bestimmung gemacht, ob die 6-Bit-Daten "000110" einschließlich weiterer 2 Bits in Tabelle 6 vorhanden sind oder nicht. Da diese Daten auch nicht in Tabelle 6 vorhanden sind, werden weitere 2-Bit-Daten hinzugefügt. Die so erhaltenen 8-Bit-Daten "00011000" sind in dem Inhalt von Tabelle 6 vorhanden, wobei die Beschränkungslänge r = 4 ist, so daß die Länge zu r = 4 bestimmt wird. Dann liefert die Auswahleinrichtung 3 die Daten "00011000" der ROM 64-4. Diese Digitaldaten werden in ein Codewort ,01000010000000100000" in Übereinstimmung mit der in ROM 64-4 gespeicherten Tabelle umgewandelt (Fig. 7(c)).
• Da für die nchsten 2-Bit-Daten "11" entschieden wird, daß die Daten eine Beschränkungslänge r = 1 haben, wie in Tabelle 6 gezeigt ist, werden diese der ROM 64-1 zugeführt und in das Codewort "00000" umgewandelt (Fig. 7(c)).
• Die folgenden 2-Bit-Daten "01" sind in dem Inhalt der Tabelle 6 nicht vorhanden, so daß die nächsten 2-Bit-Daten hinzugefügt werden. Die so erhaltenen Daten "0100" werden als Daten der Beschränkungslänge r = 2 in Tabelle 6 erfaßt und dann der ROM 64-2 zugeführt. Und anschließend werden sie in ein Codewort "0000100000" umgewandelt (Fig. 7(c)).
• Da die folgenden Daten "10" als Daten einer Beschränkungslänge r = 1 erfaßt werden, werden sie der ROM 64-1 zugeführt und in ein Codewort "1000" umgewandelt (Fig. 7(c)).
• Die so durch die ROMS 64-1 bis 64-6 umgewandelten Codewörter werden dem Multiplexer 5 zugeführt und miteinander kombiniert, um ein Codewort aufeinanderfolgender Bits zu bilden. Wie erwähnt sind die Abgrenzungen dieses Codeworts bei den ersten 20 Bit, den nächsten 5 Bit, den folgenden 10 Bit und den anschließenden 5 Bit angeordnet (Fig. 7(d)).
• Der durch den Multiplexer 65 zusammengefügte Mischcode wird dem Puffer 66 in Synchronisierung mit dem Kanaltaktsignal (Fig. 7(f)) zugeführt und darin gespeichert. Anschließend wird das Codewort ausgelesen und der Formatiereinrichtung 67 zugeführt, wo ein Synchronisierungssignal dem von dem Puffer 66 zugeführten Codewort hinzugefügt wird, um einen Code zu bilden, der mit einem festgelegten Format übereinstimmt. Der so erhaltene Code wird dann dem optischen Kopf zugeführt, wobei ein Aufzeichnungssignal erzeugt wird (Fig. 7(e)), dessen Pegel infolge jeder Erzeugung eines Symbols "1" invertiert wird. Ein solches Signal wird auf der optischen Platte 21 aufgezeichnet.
• Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konstruktion des in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Demodulators 34 zeigt. Das von der optischen Platte 21 wiedergegebene Codewort wird einer Auswahleinrichtung 82 zugeführt. Ein Umwandlungslängendetektor 81 erfaßt die Umwandlungslänge des Codeworts, um die Auswahleinrichtung 82 zu steuern. Dann liefert die Auswahleinrichtung 2 das Eingangscodewort einer der ROMS 83-1 bis 83-6, die eine ROM 83 bilden, in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Umwandlungslängendetektors 81. Der inverse Inhalt zu demjenigen der Tabellen 6 und 7 ist in den ROMS 83-1 bis 83-6 gespeichert. Insbesondere sind dort Umwandlungstabellen zur Decodierung der Codeworte gespeichert, die in den Tabellen 6 und 7 gezeigt sind, um die ursprünglichen Digitaldaten wiederzugewinnen.
• Ein Multiplexer 84 fügt die aus den ROMS 83-1 bis 83-6 ausgelesenen Daten zusammen und liefert das Mischsignal einem Puffer 85. Anschließend werden die aus dem Puffer 85 ausgelesenen Daten einer Deformatierungseinrichtung 86 zugeführt und die von dieser deformatierten Daten werden einer Fehlerkorrekturvorrichtung 86 zugeführt.
• Ein Referenztaktgenerator 87 erzeugt ein Referenztaktsignal, das mit dem Eingangscodewort synchronisiert ist, und liefert das Taktsignal sowohl dem Puffer 85 als auch dem Synchronisierungsdetektor 88. Dann erfaßt der Synchronisierungsdetektor 88 die Synchronisierungssignalposition des Codeworts auf Basis des diesem zugeführten Referenztaktsignals von dem Referenztaktgenerator 87. Und das erfaßte Signal wird der ROM 83 zugeführt.
• Nun wird die Funktionsweise des Demodulators 34 beschrieben. Der Umwandlungslängendetektor 81 erfaßt die Umwandlungslänge des Eingangscodewortes und steuert die Auswahleinrichtung 82 in Übereinstimmung mit dem Ergebnis dieser Erfassung, wobei das Codewort mit einer 5-Bit-Basiscodelänge der ROM 83-1 zugeführt wird, während das Codewort mit einer 10-Bit-Basiscodelänge der ROM 83-2 zugeführt wird. Ähnlich werden Codeworte mit 15 Bit, 20 Bit bzw. 25 Bit Codewortlängen den jeweiligen ROMS 83-3 bis 83-5 zugeführt. Wenn das Eingangscodewort eine Länge von 15 Bit hat wie "000010000100000", wird es der ROM 83-6 zugeführt.
• Die den ROMS 83-1 bis 83-6 eingegebenen Codeworte werden decodiert, um in Übereinstimmung mit den jeweils darin gespeicherten Tabellen die Originaldaten zu werden. Die mittels der ROMS 83-1 bis 83-6 decodierten Digitaldaten werden durch den Multiplexer 24 miteinander kombiniert und die Mischdaten werden in den Puffer 85 geschrieben.
• Anschließend werden die aus dem Puffer 85 ausgelesenen Daten der Deformatiereinrichtung 86 zugeführt und nach dem Prozeß der Abtrennung des Synchronisierungssignais usw. werden die Daten der Fehlerkorrekturvorrichtung 36 zugeführt.
• Es sei festgehalten, daß die vorliegende Erfindung auf eine Vielzahl von Aufzeichnungsmedien einschließlich magnetooptischer Platte, optischer Platte, Magnetplatte oder Magnetband anwendbar ist.

Claims (14)

1. Verfahren zur Modulation von Digitaldaten in einen Code variabler Länge (d, k; m, n; r) zur Aufzeichnung von Information auf und Wiedergabe derselben von einem Aufzeichnungsmedium (21), wobei der optimale Bereich eines numerischen Wertes d, der eine Minimalanzahl aufeinanderfolgender gleicher Symbole (minimale Lauflänge) repräsentiert, bestimmt ist durch:

einen ersten Schritt (52) zur Bestimmung der Beziehung zwischen einer Bitfehlerrate und einem Signal-Rausch-Verhältnis in den nach Modulation für einen gegebenen Wert von d demodulierten Digitaldaten;

einen zweiten Schritt (53) zur Bestimmung des zum Erreichen einer gewünschten Fehlerrate erforderlichen minimalen Signal-Rausch-Verhältnisses aus der Beziehung; einen dritten Schritt (54) zur Berechnung der Beziehung zwischen einer Änderung des numerischen Wertes d und des zum Erreichen der gewünschten Fehlerrate erforderlichen minimalen Signal-Rausch-Verhältnisses; und

einen vierten Schritt (55) zur Bestimmung des Bereichs des Wertes d entsprechend dem in den Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltungen realisierbaren Signal-Rausch-Verhältnis aus der Beziehung zwischen dem numerischen Wert d und dem zum Erreichen der gewünschten Fehlerrate erforderlichen minimalen Signal-Rausch-Verhältnis.

2. Modulationsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Beziehung zwischen der Bitfehlerrate und dem Signal-Rausch-Verhältnis in dem ersten Schritt (52, 53) dasjenige ist, das erhalten wird, wenn der numerische Wert d null ist.

3. Modulationsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in dem zweiten Schritt (54) die Beziehung zwischen einer Änderung des numerischen Wertes d und dem Signal-Rausch-Verhältnis durch Berechnung auf Basis des in dem ersten Schritt (52, 53) erhaltenen erforderlichen minimalen Signal-Rausch- Verhältnisses, des durch die Änderung des numerischen Wertes d hervorgerufenen Signal- Rausch-Verlustes berechnet wird.

4. Modulationsverfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Signal-Rausch-Verlust wie folgt berechnet wird:

S/N-Verlust = 20 log&sub1;&sub0; (2/(d ± 2)) wobei d = 0, 1, 2, 3,...

5. Modulationsverfahren gemäß Anspruch 2, wobei die gewünschte Fehlerrate in dem ersten Schritt im Bereich von 108 bis 10-10 ist und das erforderliche minimale Signal-Rausch-Verhältnis zur Realisierung solcher Fehlerraten im Bereich von 21 bis 22 dB ist.

6. Modulationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der numerische Wert d in dem Code variabler Länge im Bereich von 3 bis 7 ist, das minimale Inversionsintervall Tmin im Bereich von 1,7 bis 2,5 ist; und die Erfassungsfensterweite Tw im Bereich von 0,32 bis 0,45 ist.

7. Verfahren zur Modulation von Digitaldaten in einem Code variabler Länge (d, k; m, n; r) gemäß Ansprüchen 1 bis 5 zur Aufzeichnung von Information auf und Wiedergabe derselben von einer optischen Platte (21), wobei das Signal-Rausch-Verhältnis der Übertragungscharakteristik vom optischen System abhängig ist und für die optische Platte (21) ungefähr 32 ± 3 dB beträgt.

8. Vorrichtung zur Modulation von Digitaldaten in einen Code variabler Länge (d, k; m, n; r) zur Aufzeichnung von Information auf und Wiedergabe derselben von einem Aufzeichnungsmedium (21), wobei eine Einrichtung zur Bestimmung des optimalen Bereichs eines numerischen Wertes d vorgesehen ist, der eine minimale Anzahl aufeinanderfolgender gleicher Symbole (minimale Lauflänge) repräsentiert, wobei die Bestimmungseinrichtung aufweist:

eine erste Einrichtung (52) zur Bestimmung der Beziehung zwischen einer Bitfehlerrate und einem Signal-Rausch-Verhältnis in den nach Modulation demodulierten Digitaldaten für einen gegebenen Wert von d;

eine zweite Einrichtung (53) zur Bestimmung des zum Erreichen einer gewünschten Fehlerrate erforderlichen minimalen Signal-Rausch-Verhältnisses aus der Beziehung; eine dritte Einrichtung (54) zur Berechnung der Beziehung zwischen einer Änderung des numerischen Wertes d und dem zum Erreichen der gewünschten Fehlerrate erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis; und

eine vierte Einrichtung (55) zur Bestimmung des Bereichs des Wertes d entsprechend dem in den Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltungen realisierbaren Signal-Rausch-Verhältnis aus der Beziehung zwischen dem numerischen Wert d und dem zum Erreichen der gewünschten Fehlerrate erforderlichen minimalen Signal-Rausch-Verhältnis.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Beziehung zwischen der Bitfehlerrate und dem Signal-Rausch-Verhältnis der ersten Einrichtung (52, 53) diejenige ist, die erhalten wird, wenn der numerische Wert d null ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Beziehung zwischen einer Änderung des numerischen Wertes d und dem Signal- Rausch-Verhältnis durch Berechnung auf Basis des in dem ersten Schritt (52, 53) erhaltenen erforderlichen minimalen Signal-Rausch-Verhältnisses, des durch die Änderung des numerischen Wertes d hervorgerufenen Signal-Rausch-Verlustes berechnet wird.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Signal-Rausch-Verlust wie folgt berechnet wird:

S/N-Verlust = 20 log&sub1;&sub0; (2/(d + 2)) wobei d = 0, 1, 2, 3,...

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die gewünschte Fehlerrate der ersten Vorrichtung im Bereich von 10&supmin;&sup8; bis 10&supmin;¹&sup0; ist und das erforderliche minimale Signal-Rausch-Verhältnis zur Realisierung solcher Fehlerraten im Bereich von 21 bis 22 dB ist.

13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der numerische Wert d in dem Code variabler Länge im Bereich von 3 bis 7 ist, das minimale Inversionsintervall Tmin im Bereich von 1,7 bis 2,5 ist; und die Erfassungsfensterweite Tw im Bereich von 0,32 bis 0,45 ist.

14. Vorrichtung zur Modulation von Digitaldaten in einen Code variabler Länge (d, k; m, n; r) gemäß Ansprüchen 8 bis 13 zur Aufzeichnung von Information auf und Wiedergabe derselben von einer optischen Platte (21), wobei das Signal-Rausch-Verhältnis der Übertragungscharakteristik vom optischen System abhängig ist und für die optische Platte (21) ungefähr 32 ± 3 dB beträgt.