專利名稱：高清光盤信號質(zhì)量檢測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光盤存儲及其信號檢測技術，特別涉及高清光盤信號質(zhì)量檢測方法及其 設備。
背景技術：
光盤系統(tǒng)是一個復雜的光、機、電一體化系統(tǒng)，激光頭形成的聚焦光斑受到記錄層 信息的調(diào)制后，反射到激光頭中的光電探測器上，通過檢測光電探測器的信號得到光盤 記錄的原始信息。該原始信息經(jīng)過信號處理、時鐘恢復、數(shù)字解調(diào)、數(shù)字解碼、檢糾錯 等一系列處理以后形成適合播放格式要求的音視頻格式數(shù)據(jù)，輸入到電視機接口最終實 現(xiàn)光盤信息的播放。
基于信道特點，光盤采用了游長調(diào)制的存儲技術，在物理表現(xiàn)上，就用不同長度的
記錄符(^c/岸)表征信息。因此在盤片物理面積一定的情況下，要提高光盤的存儲容量， 傳統(tǒng)的方法就是不斷減個記錄符的尺寸。從CD^DVD今HM)VD/Blu-ray，光盤的發(fā)展就是 沿用了這樣一條技術^線，通過縮短半導體、激光器波長，提高聚焦物鏡的數(shù)值孔徑，以 獲得更小的聚焦光斑，用于讀取盤片上不斷縮小的記錄符信息，其中也包括最新提出的 中國藍光高清光盤格式CBHD。
由于受到衍射極限的限制，聚焦光斑的尺寸不能無限制減小，也就意味著盤片記錄 符的尺寸不能無限減小，依靠這種技術路線發(fā)展的皿技術至Blu-ray光盤已經(jīng)發(fā)揮到 了極限。為了突破光盤發(fā)展的限制，國際上也進行了許多擴展技術的研究，如近場光存 儲、全息光存儲、多階技術等。
在播放機工作過程中，激光頭的光電探測器反饋回來的高頻(HF: High Frequency) 信號是對盤片記錄信號的原始反映，光盤系統(tǒng)通過良好的光路、精密的機械結構、可靠 的伺服系統(tǒng)等，最大限度地保證讀出信號的穩(wěn)定性和可靠性。光盤信號的檢測一般采用 兩種方式， 一種為二值化位檢測方式(BT: Bit Detection)，另一種為部分響應最大似 然檢測技術(P亂Partial Response Maximum Likelihood)，其中二值化位檢測3S^ 于傳統(tǒng)的CD、 DVD光盤以及EVD、 FVD、腸等一些中國高清光盤，而對于HIH)VD、 BD以 及中國格式的HRD、 CBHD等高清光盤格式則不再適用，必須采用先進的PRML檢測技術。
光盤信號的評價方式與指標同對應的檢測方式是密切相關的，除了信號幅值，信號 調(diào)制度等一^j言號基本物理量的描述存在共性以外，與光盤數(shù)字信號核心i憤指標原始
i^率(BER: Bit Error Rate)相對應的指標參數(shù)有所區(qū)別。需要強調(diào)的是，這里所說
的信號評價指標是針對于光盤原始高頻HF信號而提出的，但是在實際操作中，人們更希望能夠發(fā)現(xiàn)原始信號的部分參數(shù)與信號恢復的原始誤碼率之間存在的對應關系，也就是 說，希望只需要對原始讀出信號的部分參數(shù)進行測試，就可以判定該信號是否肯雜滿足 實際應用的需要，不必依賴于最終的誤碼，測，這對于規(guī)模量產(chǎn)時產(chǎn)品合格性的驗證 是至關重要的，尤其對于高清光盤來說，檢測方式的改變需要有新型的檢測方法和檢測 設備相鵬。
抖晃是用來i平價二值化位檢測信號的一個關鍵指標。光皿用游長受限調(diào)制編碼技 術，用抖晃來衡量不同長度記錄符讀出信號時間范圍的精度。抖晃包括數(shù)據(jù)抖晃、長度
偏差以及i^對鎖相環(huán)PLL時鐘的抖晃，記為ja。這個參數(shù)表明數(shù)字化高頻信號的下降
沿或上升沿相對于PLL時鐘上升沿的間距值的標準偏差。由于PLL時鐘^M高頻信號中 再生的用以判定信號的長度，所以測量信號中的上升沿和下降沿與PLL時鐘上升沿的時 間間距可有效判定信號的一致性。如圖1所示，高頻信號g光盤原始讀出信號，將高 頻信號進行一個閾值電平切分以后就可以得到二值化的數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)對時鐘抖晃的定 義式為
式中/t是數(shù)據(jù)邊沿(包括上升和下降沿)對于鄰近PLL時鐘上升沿的時間間隔ZU分布
的標準偏差，7v'是pll時鐘的周期。/a是兩個具有相同影ra的量的比值，所以沒有單
位，常用百分比表示。
由于記錄密度的提高和調(diào)制方式改變，使得碼間串擾更加嚴重，該檢測方式在藍光 等高^青光盤中不再適用，而采用了性能更強的PRML檢測技術，相應地，評價參數(shù)也需要 做出調(diào)整。對于PRML檢測技術誤碼的評價， 一般用仿真誤碼率來間接表征實際誤碼率。 令T是正確序列，F(xiàn)是錯誤序歹i」，兩個序列理想響應信號分別是PT和PF。另S為實際信 號，如果S與F之間的歐氏距離小于S與T之間的歐氏距離，就會將S錯誤的判斷成F， 從而產(chǎn)生誤檢。通過大量統(tǒng)iti十算各種序列對應的PT和PF之間的歐氏距離與誤檢發(fā)生 的概率，可以獲得信號質(zhì)量的評價。然而，這種判斷需要對大量的序列進行統(tǒng)計計算， 在線實時性差，而且無法體現(xiàn)不同理想響應之間的歐氏距離對于檢測性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為滿足各種類型的高清光盤格式信號質(zhì)量在線實時檢領啲需要，提 出了一種高清光盤信號質(zhì)量檢測設備，不但實現(xiàn)用部分響應信噪比作為高清光盤信號質(zhì) ii平價的參數(shù)，還可實現(xiàn)光盤讀出信號的抖晃值測試，并且自動識別光盤信號類型，產(chǎn) 生相應的測量參數(shù)，從而使本發(fā)明保皿大的兼容性。
本發(fā)明提出的一種高清光盤信號質(zhì)量檢測設備，其特征在于，該設備分成模擬部分 和全數(shù)字部分兩部分，其中，模擬部他括運算放大器，用脈寬調(diào)制信號作為反饋輸入，將輸出信號幅值穩(wěn)定在指定范圍之間，
用以補償盤片mf率不同以及讀取設備精度不皿成的信號幅值的不一致；
抗混低通濾波器，用于對運算放大器輸出信號進行搶波處理；
模數(shù)轉換器，^im混低通搶波器輸出信號采樣成數(shù)字信號，用于后續(xù)的數(shù)字化處理; 脈寬調(diào)制電路，通過調(diào)^K沖信號的頻率和占空比實現(xiàn)電壓值的調(diào)整，該電壓值作 為運算放大器放大倍數(shù)調(diào)整的反饋輸入信號； ， 全數(shù)字部他括
現(xiàn)場可編程門陣列，用于將模數(shù)轉換器輸出的并行數(shù)字采樣信號，并對該數(shù)字信號 進行處理，得到被檢測光盤的檢測信號；
中央處理器，為設備總控部〗牛，用于實現(xiàn)各種功能的配合和調(diào)度；
各器件的連接關系為運算放大器、抗混低通濾波器和模數(shù)轉換器依次相連，模數(shù) 轉換器的輸出端與FPGA的輸入端相連，脈寬調(diào)制電路連接在運算放大器的輸入端與FPGA 的輸出端之間，F(xiàn)PGA與中央處理器雙向連接；還包括分別與FPGA和中央處理器相連的輔 助部件。
本發(fā)明的特點及效果
本發(fā)明綜合采用了增益自動控帝U、全數(shù)字邏輯處理、信號自適應判斷和計算機集成 等技術，實現(xiàn)了高清光盤讀出信號的部分響應最大似然檢測，通過計算信號處理中的噪 聲成分，用最可能檢測出錯的路徑之間的歐氏距離與投影噪聲方差之間的比值來表示設 備的信噪比，即部分響應信噪比值作為判別高清光盤信號質(zhì)量的依據(jù)。該發(fā)明基于同樣 的設備架構可以實現(xiàn)普通光盤讀出信號的抖晃值測試，并且自動識別光盤信號類型(高 清光盤、DVD光盤或CD光盤)，產(chǎn)生相應的測量參數(shù)，從而使本發(fā)明保持了最大的兼容 性。


圖1為光盤抖晃信號定義示意圖2為本發(fā)明的高清 信號質(zhì)量檢測實現(xiàn)設備實施結構圖； 圖3為本發(fā)明的高清皿信號質(zhì)量檢測方法流程框具體實施例方式
本發(fā)明提出的高清光盤信號質(zhì)量檢測設備結合附圖及實施例詳細說明如下 本發(fā)明的檢測設備組成結構如圖2所示，分^t莫擬部分和全數(shù)字部分兩部分，其中，
模擬部^^括 一
運算放大器，用脈寬調(diào)制信號作為反饋輸入，將輸出信號幅值穩(wěn)定在指定范圍之間， 用以補{#^片皿率不同以及讀取設備精度不^t成的信號幅值的不一致；.抗混低通澹波器，用于對運算放大器輸出信，斤蹌波處理；
皿轉換器，^m混低5ii^波器輸出信號采樣成數(shù)字信號，用于后續(xù)的數(shù)字化處理.
脈寬調(diào)制電路，通過調(diào)整脈沖信號的頻率和占空比實現(xiàn)電壓值的調(diào)整，該電壓值作 為運算放大器放大倍數(shù)調(diào)整的反饋輸入信號； 全數(shù)字部她括-
現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA: Field Progr細able Gate Array)，用于將沖莫數(shù)轉換器 輸出的并行數(shù)字采樣信號，并對該數(shù)字信號進行處理，得到被檢測她的檢測信號； 中央處理器，為設備總控部件，用于實現(xiàn)各禾中功能的配合和調(diào)度；
各器件的連接關系為運算放大器、抗混低通《慮波器和模數(shù)轉換器依次相連，模數(shù)
轉換器的輸出端與FPGA的輸入端相連，脈寬調(diào)制電路連接在運算放大器的輸入端與FPGA 的輸出端之間，F(xiàn)PGA與中央處理器雙向連接；還包括分別與FPGA和中央處理器相連的輔 助部件。
，輔助部件可包括分別與FPGA相連的時鐘振蕩器和存儲器，分別與中心處理器相 連的擴展接口、信號輸入接口和液晶顯示器，設置在設備面板上的狀態(tài)顯示器、輸入部 件。所述的各輔助部件均為常規(guī)公知產(chǎn)品。
本發(fā)明根據(jù)維特比檢測的原理，不同理想響應之間S^歐氏距離對于檢測性能有著重
要影響。令y g某一給定的均衡信號矢量，b為與;ik應的正確響應矢量，而C為與
B非常接近的另一個理想響應，如果受到噪聲的影響，使Y-B大于Y-C，那么維特比將 輸出與(對應的 序列，從而導致檢測錯誤。將B"C定義為誤差矢量，顯然，誤差矢 離大，維特比檢測出錯的可能性越小。為了分析噪聲N對信號檢測的影響，可以計算 它在誤差矢量上的投影。定義均衡信號與理想響應之間的差值為均衡誤差，那么均衡誤 差即為信號處理中的噪聲成分?？梢杂米羁赡軝z測出錯的路徑之間的歐氏距離與投影噪 聲方差之間的比M^表示PRML系統(tǒng)的信噪比，選擇最可能出錯的幾種序列進行計算，并 選出其中最小的值作為評價光盤讀出信號的評價參數(shù)。部分響應信噪比綜合考慮了不同 理想響應t間的歐氏距離對于檢測性能的影響，而且選取特定序列作為信號質(zhì)量檢測樣 本，可以實現(xiàn)快速準確的測試，適合于在線實時檢測應用。
本發(fā)明設備的主要組成部件的功倉級采用的實施例分別說明如下 模擬部分主要實現(xiàn)對輸入光盤HF信號的預處理，獲得幅值恒定的采樣信號。本實施 例的運算放大器選用增益可控的運算放大器VCA610，本實施例的抗混低通濾波器采用 OPA680構造，實現(xiàn)tUt頻率為40MHz的二階有源低iKi:波器，截至頻率的選取低于采樣
頻率的1/2。本實施例的脈寬調(diào)制電路，采用頻壓轉換電路，a3i調(diào)整脈沖信號的頻率和
占空比實現(xiàn)電壓值的調(diào)整，該電壓值作為運算放大器放大倍數(shù)調(diào)整的反饋輸入信號 VCA610。經(jīng)過幅值穩(wěn)定控制和濾波后得到的信號幅值穩(wěn)定在1. 0V-2. 0V之間，補償由于 盤片Rlt率差異和激光器功率差異弓l起的信號幅值波動，提高設備的適應能力和穩(wěn)定性。本實施例的模數(shù)轉換器采用高速并行AD (Anolog to Digital)轉換器件，采用采樣頻率為 100MHz的/l位AD采樣芯片ADS930E。
數(shù)字處理部分電路的核心器件由FPGA芯片和中央處理器組成，本實施例采用由 Altera公司的ACEX1K30-208型的FPGA芯片和Atmel公司^=的AT91M40800ARM器4牛中 央處理器；其中FPGA芯片用作高速數(shù)字信號處理，其實現(xiàn)的功能為，將禾纖轉換器輸出 的并行數(shù)字采樣信號，并對該數(shù)字信號進行預處理，經(jīng)過該芯片中的一個無限沖擊響應 數(shù)字搶波器用以消除由于采樣弓l入的高頻噪聲，以及一個數(shù)字增值控制器，對信號幅值 進行調(diào)整，并對信號進行判斷，判定該信號是采用傳統(tǒng)位檢測方式的光盤信號，還是采 用最大似然部分響應PRML序列檢測的高清光盤信號。對于傳統(tǒng)的光盤信號采用抖晃值測 試，計算信號的抖晃值，而對于高清光盤信號，則根據(jù)高清光盤的信道特性實現(xiàn)采樣信 號的時鐘恢復，并根據(jù)高清光盤讀取信道的沖擊響應模型實現(xiàn)信號序列的最大似然 (PRML: Partial Response Maximum Likelihood)檢泖J。根據(jù)采用PRML檢測技術的光 盤信號，采用部分響應信噪比作為信號的評價參數(shù)，將檢測信號的特定序列與參考序列 相比較，計算兩者的歐氏距離與投影噪聲的方差比值。
本實施伊J中的ACEX1K30-208是一款30000典型門的低成本FPGA芯片，1728個邏輯 單元(LE:Logic Element) ， 6個內(nèi)遷陣列豐莫塊(EAB:Embedded Array Block)，總內(nèi)存24576 比特r用戶可用I/0管腳數(shù)171個。由于SRAM的易失性，每次上電都需要對FPGA進行 重新配置。ACEX1K30支持邊界掃描的JTAG接口 ，可以用PC機對FPGA實現(xiàn)禾旨的上電加 載。在本實施例中，給FPGA配置了一個擴展配置設備EPC2，用于程序的動態(tài)加載。EPC2 具有Flash配置存儲器,可用來配置5. 0V、 3. 3V、 2. 5V器件。通過內(nèi)置的IEEE Std. 1149. 1 JTAG接口 ， EPC2可以在5. 0V和3. 3V電壓下進行在系統(tǒng)編程(ISP)。系統(tǒng)編程后，調(diào) 入JTAG配置指令初始化ACEX IK器件。EPC2的ISP能力使ACEX IK器件的初始和更新 更容易。
中央處理器ARM用作設備總控部件，實現(xiàn)各禾中功能的配合和調(diào)度，控制FPGA模土央的 工作流程，接收FPGA的測量結果，同時配合時鐘振蕩器，存儲擴展設備，狀態(tài)顯示，操 作按鍵^ir入，測試結果顯示等模塊，并且擴展USB、 RS485和以太網(wǎng)接口功能，實現(xiàn)與外 部計^t幾的遠程連,制，以及iS31輸出部分接口與外部示波器等測試設備連接。
本實施例采用的AT91M40800雇是Atmel公司推出的AT91 16/32位微控制器系列中 具有很高性價比的一款中央處理器芯片。它基于層7TDMI內(nèi)核，內(nèi)含高性能的32位RISC 處理器、16位高集皿指令集、8KB片上S廳、可編程外部總線接口EBI， 3通道16位 計數(shù)器/定時器、32位可編程I/0口、中斷控制器、2個USART(其中^各帶2個專用外 部,控制器)、可編程看門狗定時器、主時鐘電路和DRAM時,制電路，并配有高級 節(jié)能電路；同時，可支持JTAG調(diào)試，主頻可達到40MHz。 AT91M40800負責與計算機的通信，接受來自計算機的指令，并對指令進行解析執(zhí)行，同時也將設備的狀態(tài)參數(shù)反饋給 計飾，方便設備調(diào)試。
本實施例采用薄膜開關面板實現(xiàn)實時參數(shù)設置盤片信息面探傷檢測開啟功能；信 號上升沿、下降沿及餘抖晃值測試可選；檢測CD (1X ， 2 X)和DVD (1X)信號的抖晃值； 檢測高清光盤的部分響應信噪比值；以"％"和"ns"兩種模式分別顯示測試結果；高分 辨率LCD液晶屏實時顯示測試結果；檢測模式一鍵切換；接SJl位機電腦控制，實現(xiàn)功 能擴展；盤片^1估計和判斷可以用作特定接口的駄式檢測板。
在性能參數(shù)方面輸入信號為未均衡的光盤的模擬讀出信號；信號峰峰值在0.4-2.0 V范圍內(nèi)可滿^:要求；輸出信號均衡后RF信號，同步時鐘信號；^共電電壓AC 220V
(單相)；電壓頻率50Hz;功率大小<10W;夕卜擴接口 USB、 RS485接口、 IEEE 802. 310 BASE—T以太網(wǎng)接口。
采用上述設備的工作過程，如圖3所示，包括以下步驟
從被測皿讀取的原始HF模擬信號1首先aA模擬信號處理環(huán)節(jié)。模擬信號處理部 分主要包括增益自動控制的運算放大電路、抗混低通濾波器和脈寬調(diào)制反饋三部分，其 中增益自動控的運算放大電路采用脈寬調(diào)制信號作為反饋輸入，將輸出信號幅值穩(wěn)定在 指定范圍之間，用以補償盤片發(fā)射率不同以及讀取設備精度不^it成的信號幅值的不一 致，抗混濾波器^一個低通^^波器，用于采樣前的信號預處理，根據(jù)Nyquist定理，低 通濾波器的截止頻率設置為采樣頻率的1/2以下。模擬信號處理得到的信號2采用八位 并行AD轉換器以高采樣頻率實現(xiàn)信號的模數(shù)轉換，得到數(shù)字化信號3，并且信號由皿 入全數(shù)字化處理階段。對于采樣得到的數(shù)字信號3需要進行數(shù)字信號的預處理，用以消 除由于采樣引入的高步頁噪聲，以3D^f言號幅^直進fiH周整，以滿足后續(xù)信號處理得需要。 數(shù)字信號預處理得到的信號4進入信號判斷環(huán)節(jié)，用以判定該信號M用傳統(tǒng)位檢領仿 式的^:信號5(如CD、 DVD等)，還M用最大似然部分響應PRML序列檢測的高清光盤 信號6 (如HRD、 CBHD等)，并由jJtiftA不同的檢測通道。對于傳統(tǒng)的光盤信號5的質(zhì)量 檢測，仍然采用抖晃值測試，計算信號的抖晃值7。而對于高清皿信號6，則根據(jù)高清 光盤的信道特性實5皿樣信號的時鐘恢復，并根據(jù)高清光盤讀取信道的沖擊響應模型實 現(xiàn)信號序列的最大似然檢觀!l。根據(jù)采用P亂檢測技術的光盤信號，采用部分響應信噪比 作為信號的im參數(shù)，將檢測信號的特定序列與參考序列相比較，計算兩者的歐氏距離 與投影噪聲的方差比值8。檢測結果抖晃值7和部分響應信噪比8 ffiiiM示模i央進行結果 顯示。
上面介紹的具體實施例，僅用以幫助,本發(fā)明的內(nèi)容和精神。本實施例所采用的 器件并不能用以限定本發(fā)明的保護內(nèi)容。對本實施例中內(nèi)容所作出的任何變化構成的設 備，即所有用到本發(fā)明內(nèi)容和精神的具體實施例，都包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍 內(nèi)。
權利要求
1、一種高清光盤信號質(zhì)量檢測設備，其特征在于，該設備分成模擬部分和全數(shù)字部分兩部分，其中，模擬部分包括運算放大器，用脈寬調(diào)制信號作為反饋輸入，將輸出信號幅值穩(wěn)定在指定范圍之間，用以補償盤片發(fā)射率不同以及讀取設備精度不足造成的信號幅值的不一致；抗混低通濾波器，用于對運算放大器輸出信號進行濾波處理；模數(shù)轉換器，將抗混低通濾波器輸出信號采樣成數(shù)字信號，用于后續(xù)的數(shù)字化處理；脈寬調(diào)制電路，通過調(diào)整脈沖信號的頻率和占空比實現(xiàn)電壓值的調(diào)整，該電壓值作為運算放大器放大倍數(shù)調(diào)整的反饋輸入信號；全數(shù)字部分包括現(xiàn)場可編程門陣列，用于將模數(shù)轉換器輸出的并行數(shù)字采樣信號，并對該數(shù)字信號進行處理，得到被檢測光盤的檢測信號；中央處理器，為設備總控部件，用于實現(xiàn)各種功能的配合和調(diào)度；各器件的連接關系為運算放大器、抗混低通濾波器和模數(shù)轉換器依次相連，模數(shù)轉換器的輸出端與FPGA的輸入端相連，脈寬調(diào)制電路連接在運算放大器的輸入端與FPGA的輸出端之間，F(xiàn)PGA與中央處理器雙向連接；還包括分別與FPGA和中央處理器相連的輔助部件。
2、 如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述輔助部件包括分別與FPGA相連的 時鐘振蕩器和存儲器，分別與中心處理器相連的擴展接口、信號輸入接口和液晶顯示器， 設置在設備面板上的狀態(tài)顯示器、輸入部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及高清光盤信號質(zhì)量檢測設備，屬于光盤存儲及其信號檢測技術，包括運算放大器，抗混低通濾波器，模數(shù)轉換器，脈寬調(diào)制電路，現(xiàn)場可編程門陣列，中央處理器；其中，運算放大器、抗混低通濾波器和模數(shù)轉換器依次相連，模數(shù)轉換器的輸出端與FPGA的輸入端相連，脈寬調(diào)制電路連接在運算放大器的輸入端與FPGA的輸出端之間，F(xiàn)PGA與中央處理器雙向連接；還包括分別與FPGA和中央處理器相連的輔助部件。本發(fā)明不但實現(xiàn)用部分響應信噪比作為高清光盤信號質(zhì)量評價的參數(shù)，還可實現(xiàn)光盤讀出信號的抖晃值測試，并且自動識別光盤信號類型，產(chǎn)生相應的測量參數(shù)，從而使本發(fā)明保持最大的兼容性。
文檔編號G11B19/12GK101308691SQ200810115110
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權日2008年6月18日
發(fā)明者嚴明銘, 沈全洪, 耿俊清 申請人:北京博創(chuàng)漢威科技有限責任公司