Устройство для декодирования информации с исправлением ошибок - SU1505451A3

Чертежи

Описание

1

(21)3874714/24-24

(22)22.03.85

(31)57595/84; 57596/84

(32)24.03.84

(33)JP

(46) 30.08.89, Вюл. № 32

(71)Н.В.Филипс Глоэлампепфабрикен (NL)

(72)Тадао Сузуки, Иоширо Сако, Шунске Фурукава и Тсунео Фуруайа

(JP)

(53) 681.32 (088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 675612, кл. Н 04 L 1/10, 1978.

Патент СССР № 1271382, кл. G 08 С 19/28, 1981.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕКОДИРОВАНИЯ

инФOp tAI ии с ИСПРАВЛЕНИЕМ ОШИБОК

(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в компактдисках для оптического считывания высококачественной звуковой информации или для хранения цифровых данных. Цель изобретения - повьш1ение помехоустойчивости устройства. Устройство для декодирования информации с Исправлением ошибок содержит демодулятор 1, демультиплексор 2, блок 3 задержки, пословньй декодер 4 Рида-Соломона, блок 5 элементов задержки, пословный

11

Lj- Ч

о

ф

(Л

Реферат

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в "Компакт дисках" для оптического считывания высококачественной звуковой информации или для хранения цифровых данных. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства. Устройство для декодирования информации с исправлением ошибок содержит демодулятор 1, демультиплексор 2, блок 3 задержки, пословный декодер 4 Рида-Соломона, блок 5 элементов задержки, пословный декодер 6 Рида-Соломона, блок 7 задержки, пословный блок 8 памяти, декодер 9 Рида-Соломона псевдопроизведения, детектор 10 ошибок, вход 11 устройства, выход 12 управления, выход 13 недостаточной коррекции и информационные выходы 14 устройства. Преимущество изобретения состоит в том, что пара поперечно чередующегося кода Рида-Соломона дополняется кодом дальнейшей защиты от ошибки, при котором вся обработка выполнена в символах относительно малой длительности из 8 бит. 8 ил.

Формула

ййшшатйЖйР

шшшшще

шатйЖйР

СП О СП 4 СП

см

ФиН

31505А51

декодер 6 Рида-Соломона, блок 7 задержки , пословньй блок 8 памяти, декодер 9 Рида-Соломона псевдопроизведения , детектор 10 ошибок, вход 11 устройства, выход 12 управления, вы- ход 13 недостаточной коррекции и информационные выходы 14 устройства.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в компактдисках для оптического считывания высококачественной звуковой информации.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства.

На фиг.1 изображен формат данных на компактном оптическом диске; на фиг.2 - устройство д11я декодирования с исправлением ошибок; на фиг.За - формат смыслового информационного блока для объяснения (де) кодирующей организации; на фиг.Зб - то же, вариант; на фиг.4 - принципиальная схема размещения одного сектора на базе битовых единиц; на фиг.5 - принципиальная схема размещения одного сектора на базе слов; на фиг.6 и 7 - прин- ципиальиые схемы для объяснения зависимости чередований в.одном секторе.

Устройство для декодирования формации с исправлением ошибок содержит демодулятор 1, демультиплексор 2 блок 3 задержки, пословный декодер 4 Рида-Соломона, блок 5 элементов задержки , пословный декодер 6 Рида- Соломона, блок 7 задержки, блок 8 памяти, декодер 9 Рида-Соломона псевдопроизведения , детектор 10 ошибок, вход 11 устройства, выход 12 управления , выход 13 недостаточной коррекции и информационные выходы 14 устройства .

Формат данных можно описать на примере компактдиска. Предлагаемое устройство может быть использовано и при друг их значениях параметров формата, н частности число битов в символе, число символов в секторе или I HKJie или число символов четности , до а11ЛС1 Ных на последовательных стадиях ,ирования, могут быть раз- ;н1чиь ми.

Цикл (фиг.1) содержит 588 записанных и.1Н1 канальных битов. КаждьпЧ пикл

Иреимушество изоГфетения состоит в том, что пара поперечно чередующегося Рида-Соломона дополняется кодом дальнейшей защиты от ошиРки, при котором вся обработка выполнена в символах относительно малой длительности из 8 бит. 7 ил.

0

0

5

5 5

0 5

начинается со структуры синхронизации из 24 битов. Структура синхронизации, а также все дополнительные информационные символы располагаются перед группами из трех так называемых сливающихся битов (затемненных), которые добавляются ;у1я уменьшения компоненты постоянного тока записанного сигнала. Пнформациоиньп символ О называется иодкодируюшей группой битов пользователя . Этот иодкод можно использо- иать для управления считыванием с диска для показа информации, относящейся к содержанию, например времени и адресов на видиодисплее, или для других целей. Каждый записанный или кана.чьный символ состоит из четырнадцати канальных битов, которые при модулировании образуются из кодовых битов, а кодовые биты при демодулиро- ваиии вновь должны перегруппировываться .

Устройство для декодирования по фиг.2, предназначенное для использования с форматом по фиг.1, работает следующим образом.

Канальные символы подают на вход 11 в виде последовательных битов, В демодуляторе 1 происходит первое последовательно-параллельное преобразование . Затем 24-битовый канальный . символ преобразуют в восьмибитовый кодовьш символ. Восьмибитовый кодовый символ подают на вход демультип- лексора 2. При определенных обстоя-; , тельствах на этот вход может подаваться дополнительная флаговая информация для демонстра1у1и невозможности или сомнительности преобразования. Сливающиеся биты могут приниматься или не приниматься во внимание для определения флаговой информации. Симнол управления может демодулиро- ваться таким же образом, как и другие символы.

515

Блок 3 задержки задерживает символы , поступившие в течение одного рамного интервала. На выходе декодера 4 для каждого из 32 принятых символов имеется группа из 28 выданных символов . При необходимости каждьй символ может быть снабжен собственным флаго или флагами надежности. Блок 5 вводи

9

соответствующие задержки для обеспечения нечередуюшегося режима. Каждый элемент блока вводит задержку, выраженную в ряде интервалов цикла. Пер- вьй элемент вводит задержку в четыре таких интервала, второй - в восемь интервалов и т.д. При импульсной ошибке в среде такой импульс оказывает влияние на протяжении большого временного интервала, в результате чего каждая вновь образованная групп содержит только ограниченное количество ошибок.

Декодер 6 корректирует группу из 28 принятых символов с помощью первого кода Рида-Соломона. Таким образом на выходе декодера 6 для каждой группы из 28 принятых символов имеется группа из 24 выданных символов. При необходимости каждый выданный символ вновь может быть оснащен собственным флагом или флагами надежности. Блок

7вводит соответствующие.задержки для введения режима деперемежения. Задержка происходит на протяжении двух интервалов цикла. В пределах цикла происходит определенная последовательная перегруппировка символов При использовании звуковых устройств режим деперемежения обеспечивает лучши возможности для заглушения эффектов,

.образованных неправильными символами

8этом случае нечетный символ и его четный приемник образуют вместе 16- битовый звуковой образец.

Блок 8 представляет собой запоминающее устройство для исправленных символов вместе с соответствующей флаговой информацией. Эти символы хранятся до тех пор, пока имеется так называемый спектор. Декодер 9 предназначен для декодирования и, если имеется возможность, для корректировки информации сектора. Исправленные символы пользователя затем по- подаются в устройство пользователя.

На фиг.З показана комбинация из 98 последовательных циклов, полученных на входе 11 (фиг.2), где каждый цикл закрывает одну линию. Вследствие

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

комбинированного действия блоков 3, 5 и 7 задержки это не соответствует действительному содержанию сектора. Сливающиеся биты не показаны, так как предполагается, что произошла демодуляция. В первой колонке показано 98 последовательных структур синхронизации FS, во-второй - DB (0) - содержание символа цикла О, в третьей - содержание символов данных 1-12, 17-28 цикла, в четвертой - содержание восьми символов четности RB с каждым циклом. В звуковой системе 24 символа данных каждого цикла образуют шесть стереофонических образцов из 2x16 битов каждый. В нулевом и первом циклах подкодирующий символ (колонка DB (0)) образует структуру синхронизации SYNCPAT, которая имеет заданный формат и используется для выполнения синхронизации для подкода на уровне сектора.

В соответствии с форматом компакт- диска канал Р (комбинированньй первый бит последовательных символов подкода от второй до 97-й рамы) образует флаг, различающий музыкальную программу и паузу. Он имеет низкий уровень во время музыкальной программы, высокий уровень во время паузы и переключается на частоту 2 Гц в выводящем секторе. В Связи с этим можно выбирать определенную музыку путем подсчета этого сигнала. Канал Q еще больше расширяет возможности управления этого типа. Если информация канала Q хранится в микрокомпьютере дискового проигрывателя, то переходить с одной м зыкальной програм7 п 1 на другую для выполнения определенной произвольной выборки с точностью 145 с. Каналы Р и W могут содержать закодированную цифрами речь в качестве дополнительной информации для звукового сигнала.

В колонке Q первые два бита используют для синхронизации в SYNCPAT, Следующие четыре бита - в качестве битов управления, следующие четыре бита - в качестве адресных битов, следующие 72 бита - в качестве битов данных. Эти биты могут включать следящий числовой код TNR и индексный код X, Оба кода могут изменяться от десятичного числа 00 до десятичного числа 99. Другие данные включают код индикации времени, определяющий длительность музыкальной программы и

паузы, п кпд ицтщкацич времени, определяющий абсо. тштную дли Т ельность прогона от передне.I D конца программной зоны компактдиска. Эти коды индикации времени определяют минуты, секунды и циклы в десятичных цифрах . Одна секунда разделяется на 75 циклов. Для доступа к компактдиску на основе единицы, которая короче музьжальной программы, например в цифровых данных , указанный абсолютны временной код используют в качестве адреса. Последние шестнадцать битов канала Q используют для кода обнаружения оши- бок с помощью проверки СПС.

В данном варианте, когда цифровые данные записывают в виде данных DB, формат подкодирующих каналов Г и Q такой же, как в системе компактдиска, После декодирования первого и второго кодов Рида-Соломона и деперемежения в блоке 7, данные группируют в сек- тор. Длина сектора соответствует информации пользователя из 98 рам, что составляет 2352 бита. На фиг.За показана функция соответствующих элементов сектора. Сектор содержит сигнал синхронизации сектора из 12 Ситов, информацию из 4 битоп, 2048 битов пол1 зователя, код обнаружения ошибок EDC из четырех битов, основанный на принципе CRC (его не следует путать с 16-битовым кодом CRC в канале Q, фиг.З, интервал из 8 битов дпя дальнейшего расширения функции, 172 бита четности Р и 104 бита четности Q третьего кода Рида-Соломона. Общая инфо1 )маш1я одного сектора может выбираться вместе в декодере.

На фиг.4 показано расположение одного сектора, Левьц и правый каналы соответствуют данным образца в левом и правом каналах стереофонических звуковых дан1и- 1х. В каждом канале одно слово состоит из 16 битов, L - паи- меньший значимый бит, М - наибольший значимый бит. Для стереофонических звуковых данных 6x2x2 24 битов записаны в интервале, который указан синхронизирующим сигналом цикла, В связи с этим при записи цифровых дан- в формате того же сигнала (фпг,1) в виде стереофо1шческих звуковых данных один сектор (2352 бита) записывают в 0-97 циклах, так как они прону- меропаны и соответствии с содержанием подкода (подкод-циклы). Таким образом , цифро1 ые данные сектора DB имеют ДЛШ1У, соответствующую интервалу между днумя последовательными структурами синхронизации нулевого цикла (SYNCPAT) подкодового сигнала, Чере- дова}И1я между различными секторами не происходит.

Первый бит цифровых данных сектора имеет все биты О, следующие 10 битов - все биты 1, двенадцатый бит - все биты О. DTOT 12-битовый интервал представляет собой синхронизирующий сигнал сектора, показы- ваю111Д1й заглавную часть сектора. После синхронизирующего сигнала сектора добавляются заглавные части, относящиеся к минутам MIN, секундам SEC, сектору SECT и режиму MOD, каждый из которых состоит из одного бита. Эти заголовки представляют собой адреса одного сектора и 75 секторов соответствуют одно секунде подобно подкодо вому циклу. Данные режима показывают вид данных сектора. На фиг,4 D0001 - D2336 представляют собой битовые номера сектора, включая сигнал синхронизации сектора и заголовки, D0001 - D2048 предназначены для данных пользователя , D2049 - D2052 - для кода обнаружения ошибок, D2053 - D2060 - для интервала, D2061 - D2232 - для четности Р и D2233 - D2336 - для четности Q,

На фиг,5 показано расположение одного сектора, выраженное в виде слов: 1)000 и D0001 - для заголовков, D0002 - D1025 - для данных пользователя , D1026 и D1027 - для кода обнаружения ошибок, D1023 - D1031 .- для интервала, D1032 - D1117 - для четности Р и D1118 - D1169 - для четности Q. Код обнаружения ошибок включает заголовок и данные пользователя (DOOOO - D1027), а также 12 битов синхронизации. Код обнаружения ошибо включает заголовок и данные пользователя (DOOOO - D1027), а также четность Р и четность Q, биты CRC и интервал 118, но не биты синхронизации

Код CRC, который используется в качестве кода обнаружения ошибок, имеет, например, следующий генерирующий полином g(x):

В (х) +1) (х Чх +х+1),

Код CRC представляет собой двоичный код с символами из поля CF (28). Этот код обнаружения ошибок используют для проверки окончательной надежности после исправления ошибок, Эта проверка может выполняться как по декодированию с помощью кодов

рекрсстиого че1- рдования I li/ia-C oJioMOH и с помощью псевдокода на основе сектора Рида-Соломона. Таким оПрязом, код CRC; должен сигнализировять неправильное исправление в устройстве пользователя,

Каждое слово WOOOO-W1169 сектора разделяют на два бита: наиболыпий значимый и неименьшин значимый. Р1аи- большие значимые 1170 битов сгруппированы во второй плоскости данных. Посекторное выполнение ошибок проводится для каждой из этих плоскостей данных отдельно. Однако декодирование для соответствующих плоскостей данных одинаковое.

На фиг,6 показана схема для объяснения кодирования по любой плоскости данных. Плоскость данных состоит из 1032 битов, содержап1ая заголовок и данные пользователя, CRC, данные интервала . Эти 1032 бита по смыслу располагаются подобно матрице из 24х х43 битов. Для удобства биты обозначены номером соответствующего слова. Эти посекторно организованные биты кодируют в другой группе двух кодов Рида-Соломона, Матричное изображение показывает поочередную организацию двух последних кодов в различных направлениях матрицы.

Далее в соответствии с колонками фиг,6 используют следующий код Рида- Соломона, Этот код имеет длину кодового слова из 26 символов и так называемый размер из 24 символов. Соответствующие символы четности Р показаны в рядах 24 и 25, Соответствую- щее поле Галоиса P F может генерироваться с помощью примитивного многочлена Р(х)х х +х +х + 1,

Соответствующий примитивный эле мент а 00000010, при этом последний бит является наименьшим значимым. Генератор для кода дается по произведению (х-а)(х-а ), Матрица проверки четности HP для этого кода следующая 1 11 1 1

НР

, г

,г4

;

Если принять, что после декодирования серия Р представляет собой УР, то символами четности будут D(43x24 + NP) и PUr (3x25+NP) (NP 0,1,2,,..,41,42), которые соответствуют следующему урапнснию:

IIP X УГ О,

5451

К)

где

0

5

0(43x0 + NP);

D(43x1 + NP);

D(43x2 + NP);

(43xMP-t-NP),

D(43x24+NP),

D(43x25+NP), ,,.,.42; ,,,,,25.

Например, если , одна воспроиз- вгденная четность Р генерируется при ЮООО, Ю043, D0086, D0129, D0172,,,,, D0946, D0989, D1032 (РО), D1075 (Р1), которые расположены в первой колонке.

Другой код Рида-Соломона используется по диагональному направлению, как показано стрелкой QSEC на фиг,6. Этот код имеет длину кодового слова из 45 битов или символов и размер из 43 символов. Соответствующие символы четности О показаны в двух рядах QPAR, В этом случае имеется 26x2 символов четности (столько пар, сколько имеется символов пользователя в любой колонке. Полином Р(х) такой же, а матрица проверки, четности следующая:

НР

1

„4

1

1

-15

,42

,1

35

40

45

50

55 Если воспроизведенная серияQ представляет собой YQ, то символы четности (43x26 9NQ) и Q1 D(44x26-t-NQ) отвечают следующему уравнению:

HP X YQ О, где D(44 X О +43 х NQ);

D(44 X 1 +43 X NQ);

D(44 X 2 + 43 X NQ); (44 X MQ+43 x NQ),

D(44 X 40 + 43x NQ);

D(44x41 + 43 X NQ);

D(44 X 42 + 43 + NQ);

D(44 X 26 + NQ);

D(44 X 26 + NQ),

Если принять, что (,1,2,3,,. ,, 24,25) и (,1,2,3,,,,,41,42), и если (44 X MQ+43 x NQ) 1117, (A4xMQ+ +43 X NQ) можно рассчитать как (44xM+43xN-1118),

Фиг,7 соответствует фиг,6, На фиг,6 колонка повернута вверх на одну позицию, для - на две позиции и т.д,Симвслы четности О показаны в двух дополнительных колонках. Ряды на фиг,7 образуют собственную серию О,

15

Каждая колонка образует (поворачиваемая в настоящий момент) серию Р за исключением колонок QO, Q1. В связи с этим на фиг,7 показано расположение кода квазипроизведения с использованием (26,24) кода Рида- Соломона в вертикальном направлении и (45,43) кода Рида-Соломона в горизонтальном направлении,

Поскольку каждый из двух кодов Рида-Соломона имеет два символа четности даже при отсутствии флага ошибок , в каждой последовательности кода можно корректировать одну ошиб- ку символа. Когда расположение ошибки известно по флагу ошибки, можно корректировать две ошибки символов. Этот флаг ошибки можно получать путе декодирования первого и второго кодо Рида-Соломона. Путем поочередного декодирования кода Рида-Соломона в вертикальном направлении (как декоди рование Р) и декодирования кода Рида Соломона в горизонтальном напровле- НИИ (декодирование Q), например, путем выполнений декодирования Q, декодирования Р, декодирования Q могут быть исправлены все структуры ошибок которые имеют максимум два обозна- ченных флагами символа ошибок по любой серии Р или серии Q, которые за счет начальной обработки могут быть сокращены. Самая простая структура, которую нельзя исправить, имеет три серии Р с тремя символами ошибок в каждой, при этом символы ошибок встречаются 3x3 только в третьей серии Q. Дополнительные ошибки еще больше ухудшают ситуацию.

Кодирование выполняют для двух

плоскостей данных (содержащих наибольший значимый и наименьший значимый биты соответственно) аналогично. Кодирование осуществляют при lltB словах заголовка и данных пользова- теля, битах контроля CRC, битах интервала одного сектора.

Q

0 5 Q

5

0

5

12

После кодирования соответствующие плоскости данных синтезируют и сигнал синхронизации сектора добавляют таким образом, что получается расположение одного сектора, показанное на фиг,4 и 7, Этот сектор подается для декодирования CIRC компактдиска. Формула изобретения

Устройство для декодирования информации с исправлением-ошибок, содержащее первый блок задержки, выходы которого подключены к одноименным входам первого пословного декодера Рида-Соломона, выходы первого пословного декодера Рида-Соломона че-рез соответствующие элементы второго блока задержки подключены к одноименным входам второго пословного декодера Рида-Соломона, первые и вторые выходы которого подключены к одноименным входам третььего блока задержки, отличающееся тем, ч«-о, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введены блок памяти , третий декодер Рида-Соломона псевдопроизведения, детектор ошибок, демультиплексор и демодулятор, первые выходы которого соединены с входами демультиплексора, выходы которого подключены к одноименным входам первого блока задержки, первые и вторые выходы третьего блока заде.ржки подключены к одноименным входам блока памяти, первые и вторые входы-выходы блока памяти подключены к одноименным выходам-входам третьего декодера Рида-Соломона псевдопроизведения , выходы которого являются инфор - мационными выходами устройства, вход и второй выход демодулятора являются соответственно входом и управляющим выходом устройства, третий выход блока памяти подключен к входу детектора ошибок, выход которого яйляется выходом недостаточной коррекции устройства .

««м

рд, fjp

PURЛт DAT

CDifl.l

a 0(0)

fftl

FRH

/44

S6

Фчг.Зб

PAR

SB U2,17..2e

ISxSxlb

Фие. За

1

2

3

4

5

6

8

10

II

П

/J

586 597 Ш

1

г

3

4

5

б

7

S

10

П

12

13

5В6 5В7 S88