Цифровой канальный декодер для потока dvd/cd данных

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в системах восстановления сигналов данных и синхронизации в устройствах для считывания информации с оптических носителей CD и DVD. Технический результат - расширение функциональных возможностей путем восстановления данных и рабочего диапазона частот, обеспечение плавной перестройки внутри этого диапазона и синхронный с битовым потоком данных режим работы эквалайзера. Для достижения данных результатов в цифровой канальный декодер для потока DVD/CD данных, содержащий аналого-цифровой преобразователь, цифровой эквалайзер, цифровой компаратор, частотный детектор, цифровой фазовый детектор, петлевой фильтр, аналоговый вход RF данных, выход восстановленных данных, выход восстановленных импульсов синхронизации, переключение режима DVD/CD, дополнительно введены цифровой фильтр нижних частот, устройство выделения синхросимволов из потока DVD, устройство выделения синхросимволов из потока CD, переключатель режимов CD/DVD и генератор, управляемый напряжением. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в системах восстановления сигналов данных и синхронизации в устройствах для считывания информации с оптических носителей CD и DVD.

Известно устройство со схемой считывания для проигрывателя дисков (см. патент US №5999511, МКИ⁶: G11В 5/00, опубл. 07.12.1999 г.), согласно которому предусматривается, что схема считывания данных для проигрывателя дисков или подобного устройства способна с высокой точностью восстанавливать данные, при этом достаточно лишь увеличить тактовую частоту. Схема считывания может включать в себя блок формирования сигналов управления (блок восстановления данных), на который поступает ВЧ сигнал с диска и с которого первый и второй управляющие сигналы выводятся на внешнюю схему (сервосистему), а также первый и второй выходные сигналы. Первый выходной сигнал с блока формирования сигналов управления поступает на вход блока компенсации уровня постоянной составляющей входного ВЧ сигнала, с выхода которого управляющий сигнал компенсации возвращается к блоку формирования сигналов управления. Второй выходной сигнал с блока формирования сигналов управления поступает на блок регулировки усиления, с выхода которого к блоку формирования сигналов управления возвращается управляющий сигнал регулировки усиления с целью регулирования коэффициента усиления блока формирования сигналов управления (система АРУ). Второй выходной сигнал с блока формирования сигналов управления поступает на блок временной синхронизации, выходной управляющий сигнал которого затем возвращается в качестве сигнала синхронизации к блоку формирования сигналов управления.

Недостатками данного устройства являются следующие: эквалайзер работает на повышенной тактовой частоте относительно битовой скорости потока, отсутствует функция восстановления сигнала синхронизации данных. Кроме того, в данном устройстве применяется высокочастотная передискретизация сигнала с коэффициентом передискретизации, приблизительно равным 9, что еще больше ограничивает верхний рабочий диапазон устройства.

Известен семплированный канал считывания для обнаружения данных в дисковых системах хранения информации (см. патент US №5835295, МКИ⁶: G11В 5/09, опубл. 10.11.1998 г.), в котором используется метод асинхронной выборки значений аналогового сигнала считывания, исходящего от считывающей головки дискового накопителя. Этот канал включает в себя следующие блоки: дискретизирующее устройство, предназначенное для асинхронного отбора значений аналогового сигнала считывания, которое генерирует асинхронную последовательность выборок сигнала в дискретные моменты времени; интерполятор, генерирующий последовательность синхронных выборочных значений из асинхронных выборочных значений с использованием интервала интерполяции, вычисленного как разница между асинхронными выборочными значениями и синхронными выборочными значениями; схему перезапуска нулевой фазы сигнала, реагирующую на асинхронные выборочные значения для вычисления начального интервала интерполяции в начале режима сбора данных; детектор последовательности дискретных отсчетов времени для определения данных от синхронных выборочных значений. При этом схема перезапуска при нулевой фазе сигнала включает в себя процессор для вычисления смещения фазы дискретных отсчетов посредством предопределенного количества асинхронных выборочных значений и процессор, вычисляющий действительные и мнимые компоненты значений асинхронных отсчетов в частотном представлении.

Недостатком данного устройства является сложность его реализации и неоптимальная работа эквалайзера.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к изобретению - прототипом - является семплированный канал считывания двоичных данных, записанных на оптическом носителе, в котором используется устройство определителя скорости в бодах для цифрового восстановления сигнала синхронизации (см. патент US №6157604, МКИ⁷: Н04N 5/76, опубл. 05.12.2000 г.), содержащий цифровой канальный декодер для потока DVD/CD данных, включающий аналого-цифровой преобразователь, цифровой эквалайзер, цифровой компаратор, частотный детектор, цифровой фазовый детектор, петлевой фильтр, аналоговый вход RF данных, выход восстановленных данных, выход восстановленных импульсов синхронизации, переключение режима DVD/CD, аналоговый вход RF данных соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом цифрового эквалайзера, первый выход частотного детектора соединен с первым входом петлевого фильтра, выход цифрового фазового детектора соединен со вторым входом петлевого фильтра. Семплированный канал считывания двоичных данных, записанных при фиксированной скорости в бодах на носитель - оптический диск, функционирование которого основано на обнаружении предполагаемой двоичной последовательности из исходной последовательности дискретных отсчетов аналогового сигнала, поступающего с выхода оптической головки накопителя, включает в себя следующее: устройство для осуществления асинхронной выборки аналогового сигнала считывания для генерирования последовательности асинхронных выборочных значений; устройство цифрового восстановления сигнала синхронизации из асинхронных выборочных значений; устройство для оценки скорости двоичных данных в бодах в аналоговом сигнале считывания по отношению к периоду синхронизации устройства выборки, причем оценка этой скорости в бодах применяется при инициализации устройства цифрового восстановления сигнала синхронизации; детектор данных для восстановления предполагаемой двоичной последовательности данных.

Поскольку устройство по патенту US №6157604 является дальнейшим развитием устройства, описанного в патенте US №5835295, оба устройства обладают следующими недостатками.

Режим работы эквалайзера в данных устройствах является неоптимальным. Эквалайзер представляет собой трехотводный трансверсальный фильтр, одним из основных элементов которого является элемент задержки. Величина задержки должна составлять два битовых периода скорости входных данных с высокой степенью точности. В данном случае эта величина задержки определяется частотным синтезатором и никак не зависит от действительной скорости входных данных. Теоретически частоты этих двух сигналов могут совпадать, однако на практике этого не происходит вследствие того, что синтезатор работает на фиксированной частоте, а сигнал входных данных может иметь частотную девиацию, вызванную, например, ненулевым эксцентриситетом оптического диска.

Данные устройства работают на фиксированной частоте (или наборе фиксированных частот) входных данных и не имеют возможности восстанавливать данные и сигнал синхронизации в диапазоне частот с плавной перестройкой.

Данные устройства работают в режиме четырехкратной передискретизации, относительно скорости данных, что существенно ограничивает работу устройства на повышенных скоростях.

Все вышеперечисленные недостатки устранены в настоящем изобретении.

Сущность изобретения в следующем. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении функциональности устройства восстановления данных и рабочего диапазона частот, возможности плавной перестройки внутри этого диапазона и в синхронном с битовым потоком данных режиме работы эквалайзера.

Сущность технического решения поясняется графическим материалом, примером конкретного исполнения и описанием.

На чертеже схематично изображен цифровой канальный декодер, где:

1 - аналоговый вход RF данных;

2 - аналого-цифровой преобразователь;

3 - цифровой эквалайзер;

4 - цифровой фильтр нижних частот;

5 - цифровой компаратор;

6 - устройство выделения синхросимволов из потока DVD;

7 - устройство выделения синхросимволов из потока CD;

8 - переключатель режима CD/DVD;

9 - частотный детектор;

10 - цифровой фазовый детектор;

11 - петлевой фильтр;

12 - генератор, управляемый напряжением;

13 - выход восстановленных данных;

14 - выход восстановленных импульсов синхронизации;

15 - переключение режима DVD/CD.

Цифровой канальный декодер для потока DVD/CD данных содержит аналоговый вход RF данных 1, соединенный с первым входом аналого-цифрового преобразователя 2, выход которого соединен с первым входом цифрового эквалайзера 3, выход которого соединен с первым входом цифрового фильтра нижних частот 4, выход которого соединен с первым входом цифрового компаратора 5 и с первым входом цифрового фазового детектора 10. Выход цифрового компаратора соединен с первым входом устройства выделения синхросимволов из потока DVD 6, с первым входом устройства выделения синхросимволов из потока CD 7 и с выходом восстановления данных 13. Выход устройства выделения синхросимволов из потока DVD 6 соединен с первым входом переключателя режима CD/DVD 8, выход которого соединен с первьм входом частотного детектора 9, а выход устройства выделения синхросимволов из потока CD 7 соединен со вторым входом переключателя режима CD/DVD 8, на третий вход которого поступает управляющий сигнал переключения режимов DVD/CD 15. Первый выход частотного детектора 9 соединен с первым входом петлевого фильтра 11, а второй выход частотного детектора 9 соединен с третьим входом фазового детектора 10, выход которого соединен со вторым входом петлевого фильтра 11. Выход петлевого фильтра 11 соединен с входом генератора, управляемого напряжением 12. Выход генератора, управляемого напряжением 12, соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 2, со вторым входом цифрового эквалайзера 3, со вторым входом цифрового фильтра нижних частот 4, со вторым входом цифрового компаратора 5, со вторым входом устройства выделения синхросимволов из потока DVD 6, со вторым входом устройства выделения синхросимволов из потока CD 7, со вторым входом частотного детектора 9, со вторым входом цифрового фазового детектора 10 и с выходом восстановления импульсов синхронизации 14.

Цифровой канальный декодер для потока DVD/CD данных работает следующим образом.

Аналоговый сигнал, считанный оптической головкой с DVD/CD диска, поступает на аналоговый вход данных 1 аналого-цифрового преобразователя 2, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровую форму с частотой семплирования, определяемой генератором, управляемым напряжением 12. Выход генератора, управляемого напряжением 12, является одновременно выходом восстановленных импульсов синхронизации 14 устройства. С выхода аналого-цифрового преобразователя 2 сигнал поступает на вход цифрового эквалайзера 3, где происходит его коррекция с целью уменьшения искажений, вызванных межсимвольной интерференцией. После коррекции сигнал проходит через цифровой фильтр нижних частот 4 и подается на вход цифрового компаратора 5, на выходе которого образуется двоичный поток восстановленных данных 13.

Для оптимальной работы цифрового эквалайзера необходимо обеспечить его тактирование с частотой, равной скорости битового потока, а для синхронизации данных тактовый сигнал должен находиться в определенных фазовых соотношениях с сигналом восстановленных данных. Для обеспечения этого режима предназначен канал фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Работа канала разбивается на два этапа:

- захват потока данных по частоте (частотная синхронизация);

- захват потока по фазе и сопровождение (фазовая синхронизация).

На этапе частотной синхронизации из потока восстановленных данных устройства выделения синхросимволов из потока DVD 6 или устройства выделения синхросимволов из потока CD 7 (в зависимости от типа потока: DVD или CD) выделяются синхросимволы (сигналы с уникальными параметрами). Поток синхросимволов, несущий в себе информацию о частоте сигнала данных, через переключатель режима CD/DVD 8 подается на частотный детектор 9. Частотный детектор 9 производит сравнение частоты синхросимволов с частотой тактового сигнала, производимого генератором, управляемым напряжением 12, а результат сравнения (разница частот) через петлевой фильтр 11 подается на управляющий вход генератора, управляемого напряжением 12. Таким образом, происходит выравнивание частот потока данных и тактового сигнала.

После того как произошло выравнивание частот потока данных и тактового сигнала, происходит переход к этапу фазовой синхронизации. С этой целью частотный детектор 9 передает управление цифровому фазовому детектору 10. Цифровой фазовый детектор 10 вычисляет разницу фаз между цифровым потоком данных и тактовым сигналом и через свою секцию петлевого фильтра 11 подает сигнал управления на управляющий вход генератора, управляемого напряжением 12. В результате этого процесса осуществляется фазовая синхронизация потока данных тактовым сигналом.

В режиме фазовой синхронизации происходит автоматическое отключение контура частотной синхронизации, поскольку при нулевой разнице частот выходной сигнал частотного детектора 9 также равен нулю.

Таким образом, заявляемый цифровой канальный декодер для потока DVD/CD данных имеет следующие преимущества:

- обработка сигнала данных производится на минимально возможной частоте битовой скорости, что дает возможность устройству работать на более высоких частотах, ограниченных лишь конструкцией или используемой технологией;

- на вход эквалайзера поступают синхронные отсчеты данных, что позволяет реализовать требуемую передаточную функцию эквалайзера наиболее корректным образом;

- синхронность отсчетов сигнала и тактовой частоты, на которой работает цифровой эквалайзер, делает независимой передаточную функцию эквалайзера от действительного значения битовой скорости потока данных и не требует перезагрузки коэффициентов фильтрации при переключении на другое значение битовой скорости;

- постоянный фазовый контроль сигнала данных позволяет сопровождать (восстанавливать данные и синхронизацию) в режиме плавной перестройки в диапазоне, ограниченном лишь диапазоном перестройки генератора, управляемого напряжением (ГУН).

Цифровой канальный декодер для потока DVD/CD данных, содержащий аналого-цифровой преобразователь, цифровой эквалайзер, цифровой компаратор, частотный детектор, цифровой фазовый детектор, петлевой фильтр, аналоговый вход RF данных, выход восстановленных данных, выход восстановленных импульсов синхронизации, переключение режима DVD/CD, аналоговый вход RF данных соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом цифрового эквалайзера, первый выход частотного детектора соединен с первым входом петлевого фильтра, выход цифрового фазового детектора соединен со вторым входом петлевого фильтра, отличающийся тем, что в него дополнительно введены цифровой фильтр нижних частот, устройство выделения синхросимволов из потока DVD, устройство выделения синхросимволов из потока CD, переключатель режимов CD/DVD и генератор, управляемый напряжением, выход петлевого фильтра соединен с входом генератора, управляемого напряжением, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, со вторым входом цифрового эквалайзера, со вторым входом цифрового фильтра нижних частот, со вторым входом цифрового компаратора, со вторым входом устройства выделения синхросимволов из потока DVD, со вторым входом устройства выделения синхросимволов из потока CD, со вторым входом частотного детектора, со вторым входом цифрового фазового детектора и с выходом восстановления импульсов синхронизации, а выход цифрового эквалайзера соединен с первым входом цифрового фильтра нижних частот, выход которого соединен с первым входом цифрового компаратора и с первым входом цифрового фазового детектора, причем выход цифрового компаратора соединен с первым входом устройства выделения синхросимволов из потока DVD, с первым входом устройства выделения синхросимволов из потока CD и с выходом восстановления данных, при этом выход устройства выделения синхросимволов из потока DVD соединен с первым входом переключателя режима CD/DVD, выход устройства выделения синхросимволов из потока CD соединен со вторым входом переключателя режима CD/DVD, третий вход которого соединен с переключением режима DVD/CD, а выход переключателя режима CD/DVD соединен с первым входом частотного детектора, второй выход которого соединен с третьим входом цифрового фазового детектора.