Кодирование данных на диске

Как и в компакт-дисках, значения битов не определяется непосредственно парамет­рами впадин и площадок, образующих спиральную дорожку. Для этого используются переходы от впадины к площадке и от площадки к впадине или, иначе говоря, изменение отражательной способности. Дорожка диска разделена на одноразрядные регистры или временные интервалы (T), а длина впадины или площадки, используемой для представ­ления данных, должна составлять не менее 3T и не более 11T интервалов (регистров). Впадина (или площадка) длиной 3T имеет значение 1001, а впадина (или площадка) длиной 11T — 100000000001.

Запись данных выполняется посредством модуляции 8/16, которая является модифи­цированной версией EFM-модуляции (модуляции 8/14), используемой в компакт-дисках. Поэтому метод иногда называется EFM+. Модуляция EFM представляет собой процесс преобразования каждого байта (8 бит) в 16-разрядное значение для снижения плотности впадин на оптическом диске. 16-разрядные коды преобразования разработаны таким об­разом, что не могут содержать менее 2 и более 10 смежных битов, имеющих нулевое значение (0). Эта форма кодирования с ограничением длины поля записи (Run Length Limited — RLL) получила название RLL 2,10 (в общем виде RLL x,y, где x— минималь­ное, а y— максимальное значение поля записи нулевых битов). Такая схема позволяет избежать появления длинных строк нулевых битов (нулей), которые могут быть считаны неправильно, а также ограничить минимальную и максимальную частоту переходов, су­ществующих на носителе записи. В отличие от EFM-модуляции, применяемой при записи компакт-дисков, в этом случае объединяющие биты не используются. 16-разрядные коды модуляции рассчитаны на то, чтобы не нарушать форму RLL 2,10 при отсутствии объеди­няющих битов. Уже упоминалось о том, что EFM-модуляция требует не менее 17 бит для представления каждого байта на компакт-диске (из-за дополнительных объединяющих байтов и байтов синхронизации). Модуляция EFM+ несколько превосходит предыдущий метод, так как для представления каждого кодированного байта требуется только 16 бит.

Несмотря на то, что в модуляции, сгенерированной EFM+, допускается не более 10 смежных нулей, биты синхронизации, добавленные при записи диска, могут содержать до 13 нулей (0). Таким образом, временной период между единицами (1), записанными на диске, может достигать 14T; т. е. длина впадины или площадки в этом случае составляет 14 временных интервалов или одноразрядных регистров.

СИГНАЛЫ ОШИБОК ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СЛЕЖЕНИЯ

Считывание с оптических дисков принципиально невозможно осуществить без систем автоматического управления, которые обеспечивают радиальное и вертикальное слежение за информационной дорожкой. Скорость сканирования высока (от 1,25 до 25 мс ^–1 ), и сканирующее пятно должно поддерживаться в фокусе и на дорожке с субмикронной точностью. Аппаратура должна быть практически нечувствительной к вибрациям и ударам. В ранних экспериментах с видеодисковыми, системами использовали механическую стабилизацию фокуса на пленочном диске с помощью вращения диска в узкой воздушной щели. Отклонение фокуса оптической воспроизводящей системы должно составлять не более 1 мкм; при таком допуске обеспечить фокусировку с помощью пассивной механической стабилизации оказалось весьма непросто. Современные оптические дисковые системы, все без исключения, используют для получения точного сканирования информационной дорожки сервосистемы.

Сервосистемы требуют наличия на входе биполярного сигнала ошибки, несущего информацию о знаке и величине коррекции, которую необходимо произвести. Эти сигналы ошибок в основном получаются оптическими средствами, и было предложено много методов получения сигналов радиальной ошибки и ошибки фокусировки.

СИГНАЛЫ ОШИБКИ РАДИАЛЬНОГО СЛЕЖЕНИЯ

В большинстве случаев при выделении и формировании сигналов ошибок высокочастотные составляющие сигнала детектора интереса не представляют. Сигнал детектора поступает на низкочастотный фильтр, который подавляет высокочастотные колебания, обусловленные питами. Можно сказать, что питы так быстро движутся перед объективом, что «сливаются» в единую дорожку усредненной промежуточной интенсивности, а индивидуальные питы уже не различимы.

Метод двух пятен. Постоянная составляющая (ПС) сигнала детектора содержит информацию о положении сканирующего пятна относительно информационной дорожки, причем величина ПС будет минимальной, если пятно находится на дорожке (см. рис.).

Рис. Изменения постоянной составляющей сигнала детектора в зависимости от радиального положения сканирующего пятна. При u=nq предполагается, что центр пятна совмещен с центральной линией дорожки (q - расстояние между дорожками)

Для получения адекватного сигнала ошибки применяются два дополнительных сканирующих пятна, которые проецируются на диск со смещением v₀ относительно оси дорожки. Аппроксимируем вариации ПС функцией косинуса в соответствии с равенством

(2.90)

Тогда два пятна-спутника, детектируемые двумя раздельными детекторами, дадут следующие сигналы:

(2.91)

где q - расстояние между дорожками (шаг), а v - положение основного сканирующего пятна.

Разностный сигнал S₁ и S₂

(2.92)

Он является уже нечетной функцией радиального положения v₀. Амплитуда и наклон S_рад(v₀) максимальны, если или v₀^’=q/4.

На рис. изображена оптическая схема, в которой пятна-спутники получаются с помощью (фазовой) дифракционной решетки, размещенной в диафрагме объектива. Смещение пятен-спутников в радиальном направлении составляет q/4, в направлении дорожки – гораздо больше (обычно 20 мкм). Изменением углового положения решетки можно изменять смещение v’₀ и тем самым оптимизировать сигнал ошибки радиального слежения S_рад. Такая система достаточно проста и очень стабильна.

Рис. Получение двух вспомогательных пятен-спутников с помощью дифракциониой решетки

Радиальный пушпульный (двухтактный) метод. В методе двух пятен измеряется полная световая мощность пятна в плоскости, сопряженной с поверхностью диска, где пятна снова хорошо разделяются. При этом любое изменение интенсивности света в поперечном сечении отраженных лучей не играет роли. В пушпульном методе слежения, наоборот, эти изменения специально регистрируются, для того чтобы непосредственно из них получить сигнал радиальной ошибки слежения путем разделения потока света, проходящего через зрачок объектива, на две части. На рис. 2.49 показано распределение света в зрачке, состоящее из нулевого и первых порядков дифракции, обусловленных наличием дорожки на диске.

Рис. Картина дифракции на детекторе, обусловленная периодической структурой на диске (период равен q). Флуктуации интенсивности из-за смещения сканирующего пятна относительно дорожки наблюдаются в областях перекрытия нулевого и первых порядков (y₀=λ/qNA)

Пушпульный метод получения сигнала ошибки радиального слежения очень просто осуществляется оптическими средствами. Погрешности сигнала радиальной ошибки, обусловленные отклонениями уровней ПС между двумя детекторами, могут быть скомпенсированы посредством постоянной проверки качества считывания по уровню высокочастотного сигнала.

Метод радиальной вобуляции. Если придать сканирующему пятну дополнительное движение относительно дорожки, то появляется возможность выделения сигнала радиальной ошибки из вариаций интенсивности света на детекторе, вызванных этим дополнительным движением.

При введении в уравнение (2.90) для уровня ПС на детекторе дополнительного синусоидального перемещения – вобуляции wsin(2πυ_оt), накладываемой на ошибку смещения v₀, получим

(2.94)

Предположим, что изменение во времени ошибки слежения гораздо медленнее, чем частоты v₀ вобуляции. Фаза детектируемого сигнала на частоте v₀ является функцией ошибки радиального слежения υ₀ (см. рис.) и изменяется на π радиан при пересечении дорожки.

С помощью синхронного детектирования сигнала оптического датчика и самого сигнала вобуляции (снимаемого, например, с катушки привода поворотного зеркала, обеспечивающего вобуляционное движение пятна) можно выделить эти фазовые изменения и получить сигнал радиальной ошибки.

Вместо вобуляции пятна с таким же успехом можно использовать вобуляцию дорожки записи на самом диске. Хотя это решение довольно привлекательно, однако оно неприемлемо по существующим стандартам.