CN1106717C

CN1106717C - 数字信息信号的传送与接收的装置和方法

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Publication number: CN1106717C
Application number: CN97191129A
Authority: CN
Inventors: K·A·肖哈梅尔伊明克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2003-04-23
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: US6031871A; DE69715580D1; WO1998001954A3; DE69715580T2; KR19990044357A; KR100464228B1; ATE224615T1; JP3704358B2; WO1998001954A2; EP0853843A2; JPH11512275A; EP0853843B1; CN1199517A; MY130944A

Abstract

本发明揭示了一种用于传送数字信息信号的装置，它包括一个输入端口(1)，用于接收数字信息信号，一个第一信道编码单元(4)，用于对包含在数字信息信号中的一系列连续信息字中的一个信息字执行第一信道编码步骤，以得出一个信道字，一个压缩单元(14)，对信道字执行压缩步骤，以得到一个压缩信道字，一个纠错编码单元(20)，对压缩信道字执行纠错编码，以得到一个奇偶校验字，一个第二信道编码单元(26)，对奇偶校验字执行第二信道编码，以得到一个信道编码奇偶校验字，一个格式化单元(10)，用以将信道字和信道编码奇偶校验字合成为一个适于通过传输介质传输的组合传递信号。利用该装置，可以将很长的信息字转换为信道字，同时又可避免传送过程中严重的错误传播。

Description

数字信息信号的传送与接收的装置和方法

本发明是关于一种用于传送数字信息信号的装置，一种用于接收数字信息信号的装置，及一种传送一个数字信息信号的方法。如前面所定义的装置见于EP671，739A2，相关文献表的文献D1。该装置的形式为一个将数字信息信号记录在记录载体上的装置，如一个磁记录载体，并包括纠错编码装置及信道编码装置。

信道编码的一个简便定义是：在有效利用信道容量的同时，不顾信道的不足而实现高可靠性传送的技术。大体上，信息理论宣称，若将信道的一个固定部分作为冗余度，则一个平稳信道可以达到任意的可靠性。

在传送及记录/复现系统中，源数据通常在两个相继的步骤中被转换：通过(a)，纠错码和(b)，信道(或调制)码，参见相关文献表的文献D4。

纠错控制是通过向被传送消息加入额外符号来实现的。这些额外符号使接收端有可能去检测和/或改正在接收到的信息中可能存在的一些错误。

有几种不同种类的纠错码。在记录应用中最重要的是Reed-Solomon(RS)码族。它们在诸如记录/复现系统中占优胜地位的原因是：它可以消除随机误差和脉冲误差。通过使用出现在恢复后的信号中的冗余位，解码器尽可能准确地复制输入序列。

信道编码器的任务是将任意的用户信息加上误差校验符之后转换成一个遵守给定的信道约束的序列。例如频谱约束或行程(runlength)约束。给定信道输入约束的最大信息率通常被称为输入约束无噪声信道的香农容量。一个好的编码实施例应是采用简单的方法，可以实现一个接近香农容量约束的序列的码率，并可避免解码过程中的差错传播，或者，更实际地，应是一种在这些对立的特性间折衷的编码。

当前的记录码实现通常是按字节的。这类码的效率就在信道容量而言，一般低于95％。俗话说“越大越好”，高的码率只有通过使用典型的长度为500-1000位的长的码字来实现。尽管在理论上我们知道怎样去构成这样高效率的码，但在实际上，接近信道容量的关键障碍在于编码和解码所需的大量硬件，因为所需硬件随所用码字的位数而增加，即随码字长度按指数率增加。

代数编码技术的应用，例如枚举，使得可能实现复杂度随码字长度呈多项式形式增长的代码。代数编码技术使得可能通过实施算法，将源字译为代码字，或反之，将代码字译为源字，而不必利用查询表来实现翻译，在这方面参考了未公开的国际申请第WO 96/00045号，相关文献表的文献D3。

应用长的代码字的第二个缺点，是有急剧的错误传播的危险。单个的信道位错误可能导致会破坏整个解码字的错误传播，当然是，代码字越长，受影响的符号数越多。

本发明的一个目的是提出一种用于传送一个数字信息信号的装置和一个用于接收该数字信息信号的装置，这样，在传送过程中可以避免严重的错误传播。在发射机中提出的新的信号处理过程及在接收器中提出的相反的信号处理过程，为成功使用有长的(或非常长的)码字的信道代码铺平了道路，这样，实际上获得了高的信道容量。

用于发送数字信息信号的装置，包括

-输入装置(1)，用来接收数字信息信号，

-第一信道编码装置(4)，用于对包含在数字信息信号中的一系列连续信息字中的一个信息字执行第一信道编码步骤，以便得到一个信道字，

-纠错编码装置(20)，执行一个纠错编码，

其特征在于该装置进一步包括

-压缩装置(14)，用于对一个信道字执行压缩步骤以便得到一个压缩信道字，从而通过执行纠错编码，纠错编码装置可以得到一个奇偶校验字，

-第二信道编码装置(26)，用于对奇偶校验字执行第二信道编码步骤，以便得到一个信道编码奇偶校验字，

-格式化装置(10)，用于将信道字及信道编码奇偶校验字组合一个适合于通过传输介质传送的组合传送信号。

用于接受数字信号的装置包括，

-接收装置(40)，用于接收包含信道字及对应的信道编码奇偶校验字的组合传送信号，

-纠错解码装置(58)，用于执行一个纠错步骤，

-输出装置(82)，以一系列信息字的形式提供数字信息信号，

其特征在于该装置进一步包括：

-多路分用器(46)，用来从组合传送信号中恢复信道字及相应的信道编码奇偶校验字，

-压缩装置(52)，对信道字执行压缩步骤以便得到一个压缩信道字，

第一信道解码装置(64)，用于对信道编码奇偶校验字执行信道解码步骤，以便得到一个与所述压缩信道字相对应的奇偶校验字，从而通过使用所述的奇偶校验字，纠错解码装置可以获得一个已校正压缩信道字，

-解压装置(74)，对已校正压缩信道字进行解压步骤，以便得到一个非压缩信道字，

-第二信道解码装置(80)，对非压缩信道字进行信道解码步骤，以便得一个信息字。

传送数字信息信号的方法，包括以下几个步骤：

-接收数字信息信号，

-对包含在数字信息信号中的一系列信息字中的一个信息字执行第一信道编码，以便得到一个信道字，

其特征在于此种方法进一步包括以下步骤：

-对信道字进行压缩，以便得到一个压缩信道字，

-对压缩信道字作纠错编码，以便得到一个奇偶校验字，

-对奇偶校验字进行第二信道编码步骤，以便得到一个信道编码奇偶校验字，

将信道字及信道编码奇偶校验字组合或一个适合于通过传输介质传送的组合传送信号。

本发明基于以下认识：

首先，在此须指出，Bliss，见于相关文献表的文献D5，已建议将纠错编码器和信道编码器的习惯顺序颠倒。在Bliss编码格式中，受约束代码字(信道编码信息字)通常被看作纠错编码器的二进制输入数据。

在基于字节的差错控制编码器中，例如常用的Reed-Solomon编码器，受约束代码字(信道编码信息字)被分组为字节，所生成的奇偶校验字被附加到受约束代码字的末尾(或开始处)。通常，所生成的奇偶校验字不遵守规定的约束条件，且要借助于第二信道编码器来翻译它们。必须有一定的措施来链接这些不同部分。

在“Bliss”方案中，相应的解码是直接明了的。首先利用一个对应的信道码解码器对奇偶校验字解码。我们可以校正在受约束序列(通道编码信息字序列)中的差错，然后，由第二信道解码器发送源序列(信息字序列)。奇偶校验字的信道编码效率可能会远远低于信息字的信道编码效率。不过，因为奇偶校验位的数目通常只是输入位数的一小部分，所以奇偶校验字的信道编码效率对于整体效率的影响较小。用来转换奇偶校验字的信道码的错误传播要被限制在很少的位，在基于字节的系统中最好是单个的位，这是至关重要的。

在上述的“Bliss”方案中，受约束序列是ECC编码器的输入。很明显，受约束序列比源数据长1/R₁倍，其中R₁是第一信道编码器的速率。假设ECC能够校正给定长度的错误脉冲。因为ECC是对信道字操作的，它能校正的相应的用户字节数目就减少了R₁倍。对于记录系统，这意味着以几何单位，例如米，所表示的脉冲纠错能力同样减少倍数为R1。第二，受约束序列的长度，而非用户序列的长度，必须小于现有的由RS码所加的最大长度。上述“Bliss”方案的缺点很严重，以至于即使它有高效的优点，但它在记录系统中的实际应用很受限制，在记录系统中，脉冲错误的校正是首要的要求。

按照本发明，通过重新组合代码及定义一个第三中间编码层，可以克服以上困难。必要的是，受约束序列(即m-位信道字序列)在被向前送到ECC编程器之前，先被压缩为一个第三中间序列(压缩信道字序列)。

按本发明的另一个方面，该压缩是通过将受约束序列分为长度为P位的块来完成的。块长P的选定要使长度为P的单个受约束序列的数目不大于N，N为符号纠错ECC的字段长。这样，可以定义一个在P-tuples和ECC符号间的一对一映像。利用一个小的查询表，或枚举，P-tuples可以被唯一地翻译为一个中间字节序列，即所谓的压缩信道字。这样生成的压缩信道字的位数可能会比原来的信息字的位数稍大一些。然后，中间压缩信道字序列被用作ECC编码器的输入，且按通常方式生成奇偶校验字。要认识到中间序列是不被传送的。奇偶校验字由第二受限码(信道编码器)调制，以得到信道编码奇偶校验字。

级联序列，即后跟受限奇偶校验字的受限序列，被传送或记录。

解码是以下述方式执行的。首先，利用第一信道解码器，对信道编码奇偶校验字执行信道解码步骤，形成奇偶校验字。

信道字按以下方式生成。利用查询表，受限序列(m位信道字序列)被翻译成字节序列。它们可能含有错误，错误可由RS解码器校正。

然后，在ECC解码操作完成后，利用反向查询表，被校正字节被翻译成受限序列，随后，校正后的受限序列由第二信道解码器解码。

借助于图示给出的实施例，可以进一步地解释本发明的这些及其它方面。图示分别表示：

图1示出了发送装置的一个实施例。

图2a到2f示出了在发送装置的不同位置可以得到的不同的字。

图3示出了接收装置的一个实例。

图4示出了图1所示装置中的格式器单元的另一个实例，及

图5示出了图3所示装置的接收单元的另一个实例。

图1示出了按照本发明发送装置的一个实例。该装置包括一个输入终端1，连接到信道编码器电路4的输入2，信道编码电路4的输出6连接到格式器电路10的第一个输入8及压缩电路14的输入12。压缩电路14的输出16连接到纠错编码电路20的输入端18。纠错编码电路20有一个输出22，连接到第二信道编码电路26的输入端24，信道编码电路26的输出28连接到格式器电路10的第二个输入端30。

以下，将参照图2a到2f，解释图1所示实例的功能。采用信道编码器4，将包含在加到输入终端1的数字信息信号的信息流中的n位信息字转换为m位的信道字。图2a用示意图方式示出了加到信道编码器4的输入端2的n位信息字，图2b示出了一个根据n位信息字，加到输出端6的m位信道字。信息字和信道字的长度，与信道编码器的常用惯例相比是相当长的，例如n＝172和m＝312。这样，该信道编码器的速率大约为0.55，信道编码电路4将n位信息字序列转换为满足特定的(d，k)约束的m位信道字序列，例如d＝2和k＝15。

压缩电路14将每个m位信道字压缩为一个相应的有较低位数的压缩信道字。例如，一个压缩信道字可以为192位长。图2c示出了压缩信道编码信息字。

该压缩步骤可以这样实现，首先，将一个信道编码信息字分为每个为P位的子字。在上例中，m＝312，P可以取为13，这样，每个信道编码信息字可以得到24个子字，然后，压缩电路14将每个P位的子字转换为有更低位数r的子字，例如，r＝8。这意味着，在当前的例子中，压缩器电路包含一个13-到-8位的转换器。其结果是，在上例中，一个压缩信道编码信息字包含一个有24个8位转换子字的序列。

转换为8位长的转换子字的好处是，可以以一种简单的方式对压缩信道编码信息字执行纠错编码。

进一步要说明的是P值的选择问题，作为信道编码信息字的子字的长度，与数r相比，应该有最多2^r个长度为P的不同子字出现在信道编码信息字中，这样，从P位子字到r位转换子字的转换是单值的。可以利用查询表来执行从P位子字到r位转换子字的转换。

纠错编码电路20对每个压缩字执行一个我们所熟知的纠错编码步骤，这样，就得出了一个如图2d所示的奇偶校验字。奇偶校验字可以为许多字节。例如，10个字节长。然后，信道编码电路26将奇偶校验字转换为一个如图2e所示的信道编码奇偶校验字。信道编码电路26可以为8-到-15位转换器的形式。由信道编码器26提供的信道编码奇偶校验字序列应满足与前面对信道编码信息字序列所给出的(d，k)要求同样的要求。

格式器电路10将一个信道编码信息字与一个对应的信道编码奇偶校验字组合为一个连续的数据流。如图2f所示。要搞清楚的是，前面所提的(d，k)约束，在信道编码信息字与其前面的或后面的信道编码奇偶校验字的边界处也应被满足。

组合的顺序数据流可被加到传送介质TRM上，如图1所示，或者可被记录在一个记录载体上，如一个磁记录载体。

图3示出了按照本发明的一个接收装置的实例。该装置包括一个接收单元40，它接收一个通过传送介质TRM传送的被传送信号。接收单元40的一个输出42接到一个多路分用电路46的输出端44。多路分用电路46的第一个输出端48被连到压缩电路52的输入端50，压缩电路52的输出54被连到一个纠错解码电路58的第一个输入56。多路分用器单元46有第二个输出60，它接到一个信道解码器电路64的输入62。信道解码器电路64的输出66被连接到纠错解码器电路58的第二个输入68上，纠错解码器电路58有一个输出70，它被连接到一个解压电路74的输入端72。解压电路74的输出76被连接到第二信道解码电路80的输入端，信道解码器电路80的输出连接到输出终端82。

以下，再利用图2a到图2f，解释图3所示实例的功能。信道编码信息字和信道编码奇偶校验字的数据流，用(f′)表示，被送到接收器单元40，并随后送到多路分用器46。数据流用(f′)表示，参照图2f，其中，重点符号表明接收到并提供给多路分用器46的数据流可能包含错误。接收到的数据流随后在多路分用器单元46中被分离为两个独立的数据流，一个信道编码信息字数据流(b′)，送到输出端48，另一个信道编码奇偶校验字数据流(e′)被加到输出端60。信道编码信息字数据流被送到压缩电路52。在功能方面，压缩电路52和图1中的压缩电路14是完全相同的。这样，压缩电路52将m位信道编码信息字压缩为压缩字，其方式与前面所介绍的压缩电路14的压缩方式相同。信道编码奇偶校验字数据流被加到信道解码电路64上，它将信道编码奇偶校验字重新转换为原始奇偶校验字数据流(d′)。如果如前面所述例子中那样，信道编码电路26是一个8-到-15位的转换器，信道解码器电路64则是一个15-到-8位的转换器。

下一步，纠错解码电路58根据加到输入端68的对应的奇偶校验字，对加到其输入端56的压缩字执行一个纠错解码步骤。其结果是，解码电路58的输出端70出现已校正误差的压缩字数据流(c)。已校正误差的压缩字被送到解压电路74。解压电路74对已校正误差的m-位压缩字执行m-到-n位的变换，以得到一个已校正误差的n-位信息字序列。若如前面所述例子中的那样，当图1中的信道编码电路是一个172-到-312位转换器时，则信道解码电路80为一个312-到-172位的转换器。

这样，一个已校正误差的信息字数据流出现在输出终端82，它是送到发射机的输入端1的数据流的拷贝。

图4示出了图1装置中的格式化单元的另一个实例。图4中的格式化单元10′包括一个多路复用器单元84，用于将送到输入端8和30的两个数据流多路复用为一个串行数据流，该数据流在前置放大器86中前置放大后，送到书写单元88，书写单元包括至少一个写入头90，用于将信道编码串行数据流写到记录载体92上，记录载体为诸如磁或光学的记录载体。

图5示出了图3装置中接收单元40的另一个实例。这里，在图5中借助于参考数字40′来代表接收单元，它包括一个读单元96，用于从记录载体92上读串行数据流，该数据流经放大器98放大，被输送到输出端42。

借助于其最佳实施例，已对本发明做了描述，不过，应该认识到，这些并不是限定的例子。这样，对熟悉本技术领域的人们来说，显而易见，在不脱离如权利要求中所定义的本发明的范围内，可能会有不同的变形。

另外，本发明在于其每一个并且是所有的新颖的特点及这些特点的组合。

权利要求中所用的参考符号是为了更好地理解本发明，不应该将其限制在该范围中。

Claims

1.用于发送数字信息信号的装置，包括

-输入装置(1)，用来接收数字信息信号，

-纠错编码装置(20)，执行一个纠错编码，

其特征在于该装置进一步包括

2.如权利要求1中所述装置，其中，第一信道编码装置(4)，将n-位信息字转换为m-位信道字，其中n和m为正整数，且m大于n。

3.如权利要求1中所述装置，其中，第二信道编码装置，将r-位奇偶校验字转换为S-位信道编码奇偶校验字，其中r和s为正整数，且s大于r。

4.如权利要求1中所述装置，其中，格式化装置还包括书写装置，用于将合成传送信号写到记录载体的磁道上。

5.用于接受数字信号的装置包括，

-纠错解码装置(58)，用于执行一个纠错步骤，

-输出装置(82)，以一系列信息字的形式提供数字信息信号，

其特征在于该装置进一步包括：

6.如权利要求5中所述装置，其中，第二信道解码装置(80)，将m-位非压缩信道字转换为n-位信息字，其中，n和m为正整数值，且m大于n。

7.如权利要求5中所述装置，其中，采用第一信道解码装置，将S-位信道编码奇偶校验字转换为r-位奇偶校验字，其中r和s为正整数值，且s大于r。

8.如权利要求5中所述装置，接收装置还包含读出装置，用于从一个记录载体的磁道上读取组合传送信号。

9.如权利要求1或5所述的装置，其中n和m均大于100。

10.如权利要求1或5所述的装置，其中，压缩装置包括：

-分块装置，用于将m-位信道字划分为每一个为P位的m/p个子字，

-转换装置，将P-位子字转换为r-位转换子字，m/p个转换子字形成压缩信道字，其中p和r为整数，且p大于r。

11.如权利要求10中所述装置，其中，P的选取是这样的，m-位信道字序列中可以出现的不同P-位子字的最大数目最多等于2r。

12.传送数字信息信号的方法，包括以下几个步骤：

-接收数字信息信号，

其特征在于此种方法进一步包括以下步骤：

-对信道字进行压缩，以便得到一个压缩信道字，

-对压缩信道字作纠错编码，以便得到一个奇偶校验字，

将信道字及信道编码奇偶校验字组合成一个适合于通过传输介质传送的组合传送信号。

13.如权利要求12所述的方法，其中，组合步骤还包括将组合传送信号写到记录载体的磁道上的子步骤。