CN1120576C - 体全息存储器用调制—阵列码的编、译码方法及编码系统 - Google Patents
体全息存储器用调制—阵列码的编、译码方法及编码系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种体全息存储器用的调制-阵列码的编、译码方法及编码系统属体全息存储领域。本发明的编码方法是将调制编码方法和纠错编码方法结合在一起的一种编码方法。其编码系统主要包括6∶8等重码编码器和系统纠错码编码器。本发明的译码方法是建立在与码元结构相适应的软判决度量算法基础之上，综合调制码探测、软判决、阵列码纠错和Turbo码译码原理，形成的一种迭代译码算法。其译码主要通过计算机软件实现。其译码系统中包含有存储晶体，从存储晶体接收数据的CCD，对CCD的输出进行滤波的滤波器，与滤波器输出端相连的计算机，计算机带有接收和输出数据的数据卡。本发明能适应于信道的信噪比有起伏、噪声参数难以统计的体全息存储系统中。
Description
技术领域
本发明涉及体全息存储技术，设计了一种调制—阵列码的编、译码方法及系统。
背景技术
体全息存储的理论极限为V/λ3(V是记录介质体积，λ是工作波长)，其理论存储密度可达1012bits/cm3数量级；并且由于光束携带图像信息，写入读出均为二维数据页并行处理，能达到极高的数据存储和读取速度。因此体全息存储系统以其鲜明的特点和潜力成为信息存储领域的重要发展方向，并在近些年来取得了一定的成果。然而系统中复杂的噪声干扰一直是其实用化过程中的重要障碍。
体全息存储系统中不但噪声的种类很多，而且对不同的存储介质、系统配置、复用技术和数据存取方案，各种噪声产生的影响不同，最终具有决定影响作用的噪声源也不相同。噪声的这些特点决定了进行简单的阈值判断不能满足用户对误码率的要求。因此，必然要引入纠错编码和调制编码技术，但常用的调制码的编码结构决定了在译码时仅能利用一部分输入信息完成码元的极性判断。因此在译码过程中会丢失大量的信息，不利于提高系统的信息利用率。反映到存储方面就是不利于有效的存储密度的提高。而且传统的纠错码和调制码在使用过程中都是独立的，从而在译码过程中使数据携带的大量信息被调制码译码器所阻断，纠错码译码器不能充分利用接收数据所携带的信息。
通常码元u传统的软判决度量经常用对数似然函数比L(u)来表示： 在得到观测值y的条件下码元u的条件对数似然函数比为：
L(u|y)＝L(y|u)+L(u)＝Lc×y+L(u)
对于相互独立的码元u1和u2有如下运算规则：
L(u1u2)≈sgn(L(u1))×sgn(L(u2))×min(|L(u1)|，|L(u2)|)
其中P表示概率，sgn()是符号函数，min()是取最小值函数，Lc代表信道的各种复杂信息。由于体全息存储系统中噪声参数随空间而变化，所以Lc也是随空间而变化的，从而使L(u|y)难以计算，因此在信道的信噪比有起伏，并且噪声参数难以统计的通信信道中使用效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服前述缺陷，提供一种适用于体全息存储器读写数据处理的新的编码方法、译码方法及其系统，从而能充分利用信号携带的信息量，最终降低用户误码率，提高实际系统存储容量。
本发明总体方案的设计是，提出一种适用于体全息存储器读写数据处理的编码结构，它是一种调制码与纠错码紧密结合的编码技术，它不同于传统的由两种纠错码级联而成的级联码(如图1B所示)。我们称具有这种编码结构的码为调制—阵列码。同时使用了与其相适应的软判决度量方法，在此基础之上综合调制码探测、软判决、阵列码纠错和Turbo码译码原理，形成了一种新的迭代译码算法。本发明的具体技术方案表述如下：
本发明的一种体全息存储器用的调制—阵列码的编码方法，含有调制编码方法和纠错编码方法，其特征在于，它由以下步骤顺次组成：
1)、使存储数据通过等重码编码器进行等重码编码；
2)、以等重码作为输入通过纠错码编码器进行纠错码编码，采用的纠错码是系统码；
3)、编码后的码元结构从左到右依次由调制码部分和校验元部分组成，其中，左边调制码部分为：k×k个码元，从左到右为：{x(1，1)，x(1，2)，…x(1，k)}，…{x(k，1)，x(k，2)，…x(k，k)}是k个n：k调制码码字按顺序排列，右边校验元部分：k×2个码元，其中，h(1)，h(2)，…h(k-1)，h(k)与左边码的关系为：h(i)＝x(1，i)x(2，i)…x(k-1，i)x(k，i)1 i＝1，2，…k-1，k，d(1)，d(2)，…d(k-1)，d(k)，与左边码的关系为：d(i)＝f(1，i)f(2，i)…f(k-1，i)f(k，i)1 i＝1，2，…k-1，k，f(j，i)＝x(j，((i+j-2)mod k)+1) j＝1，2，…k-1，k。
参见图3编码装置的装置图，根据前述的体全息存储器用的调制—阵列码的编码方法，其特征在于：等重码采用6∶8等重码，这种编码器比较常见，是市售的。系统纠错码采用由两个(9，8)奇偶校验码组成的改进型阵列码，这种编码器由于编码结构变动，用DSP芯片按图1C的编码结构设计实现，DSP是通用的。
根据前述的体全息存储器用的调制—阵列码的编码方法而设计的编码系统，其特征在于：它含有向6∶8等重码编码器提供存储数据的数据源，向系统纠错码编码器提供编码数据的6∶8等重码编码器，向空间光调制器提供编码数据的系统纠错码编码器，向存储晶体提供调制后的编码数据的空间光调制器以及存储晶体。
本发明的一种体全息存储器用的调制—阵列码的译码方法，含有软判决度量算法，其特征在于：本译码过程使用了与其编码结构相适应的软判决度量方法，在此基础之上综合调制码探测、软判决、阵列码纠错和Turbo码译码原理，形成了一种新的迭代译码技术，它依次由以下步骤组成：
1)、从存储晶体来的数据读入数据卡；
2)、计算机从数据卡读一个码字；
3)、进入译码子程序；
4)、把码字中的调制码部分的码元以等重码码字为单位按接收到的幅度从大到小排序，统计全局判别阈值；
5)、进入软判决度量计算子程序：首先分成两部分码元分别计算，其中调制码部分码元进入调制码部分软判决度量初步计算子程序，校验元部分码元进入校验元部分软判决度量计算子程序。二者计算结束后进入调制码部分码元软判决度量修正子程序；
6)、5)中所提到的调制码部分软判决度量初步计算子程序，其中初步计算公式为：
S(u|y)＝c×|b+d×y|
式中c代表将码元判决为0或1时的正负极性信息，d和b代表信道的各种复杂信息，
设：接收数据经整理后最大值是Max，最小值是0，则：边界条件为：
判定u＝1时，若y＝0则判定的可信度最小，|S(u|y|＝0，
若y＝Max则判定的可信度最大，|S(u|y)|＝Max，判定u＝0时，若y＝0则判定的可信度最大，|S(u|y)|＝Max，
若y＝Max则判定的可信度最小，|S(u|y)|＝0，得出：
式中c1、c0表示码元取1和0时S(u|y)的极性，其中c1×c0＝-1；
7)、5)所提到的校验元部分软判决度量计算子程序，其中阈值是4)中所提到的全局判决阈值，在调制码部分码元排序过程中，取出每一个等重码码字中的第m1和(m1-1)个码元的幅度值，寻找到令这些码元判别后误码最小的阈值，这就是统计出的调制码部分码元的最佳全局阈值，将其近似成校验元部分码元的判决阈值，于是校验元部分软判决度量计算公式为：
8)、5)中所提到的调制码部分码元软判决度量修正子程序至少分三步进行，其中：
首先进入调制码部分码元的软判决度量第一步修正子程序，依次依据调制码字中排序后的位置进行修正：
其中：
f(y，n)＝y×g(n)n是码元在调制码字中排序后的位置，n＝0，1，2，…，k-1，
接着进入调制码部分码元软判决度量第二步修正子程序，依据码元的误码概率予以修正：
Sm1-1(u|y)＝c1×min(|Sm1-1(u|y)|，|Sm1(u|y)|)
Sm1(u|y)＝c0×|Sm1-1(u|y)|
式中m1表示调制码码字中1的个数，Sn(u|y)代表第n个码元的软判决度量，n是码元在调制码字中排序后的位置，n＝0，1，2，…，k-1，
然后进行调制码部分码元的软判决度量第三步修正子程序，依据码元的接收幅度值给予修正：当第n，n+1，…，n+m个码元的y值相同，而且这m+1个码元极性相同，则：
Sn(u|y)＝...＝Sn+m(u|y)＝sgn(Sn(u|y))×min(|Sn(u|y)|，...，|Sn+m(u|y)|)若：m+1个码元的极性不同，则：
Sn(u|y)＝Sn+1(u|y)＝...＝Sn+m(u|y)＝0从而得到调制码部分码元的条件软判决度量值；
9)、进行码字的迭代译码，其中软判决度量的运算规则如下：
S(u1u2)≈sgn(S(u1|y1))×sgn(S(u2|y2))×min(|S(u1|y1)|，|S(u2|y2)|)式中sgn()是取符号函数，min()是求最小值函数；
10)、依据码元的最终软判决度量进行量化，其极性为c1的码元为1，极性为c0的码元为0，然后再对其进行等重码译码，最后输出译码后的判决结果数据；
11)、判决结束后经数据卡将判决输出，得到存储数据。
其中5)中的软判决度量计算子程序可由图8和图9的程序流程看出：码元的软判决度量计算依据码元的归属分别进行计算，调制码部分的码元进入调制码部分软判决度量初步计算子程序，校验元部分的码元进入校验元部分软判决度量计算子程序，当所有的码元的软判决度量计算结束后，再进行调制码部分码元软判决度量修正子程序。修正至少分三步进行，具体流程参见图12～图15。修正完后我们就得到了所有码元的软判决度量，由图8和图9可知程序返回到迭代译码子程序进行迭代译码。
由前述可见本发明保留了传统调制码易于判断接收码元极性的优点，同时引入纠错编码技术，使它具有纠错能力。译码时可以采用迭代译码算法，大大提高了纠错能力。采用软判决译码时，可以充分利用数据所包含的信息，即通过从调制码获得的信息，调整码元的条件软值，使输出误码率进一步降低。
本发明所采用的软判决度量的正负取值是通过充分利用本发明的码字结构：调制码部分码元是由等重码码字组成，从而利用一些边界条件通过简单的计算即可得到码元的软判决度量。可见在计算过程中绕过了信道统计信息的具体计算，但结果又能体现出信道的统计特性，所以相当于能动态的根据实际信道统计参数而自适应的修正计算参数，故本发明所述的软判决度量能在信道的信噪比有起伏，并且噪声参数难以统计的信道中使用，而且比较精确的反映码元的极性和可信度。因此本发明中的新的软判决度量不但适用于体全息存储系统，它还可以在信道的信噪比有起伏，并且能在噪声参数难以统计的通信信道中使用。
附图说明
图1A：根据本发明所提出的编码方法的原理框图，1、存储数据，2、等重码编码器，3、系统纠错码编码器，4、编码数据；
图1B：传统级联码的原理框图，5、第一纠错码编码器，6、第二纠错码编码器；
图1C：根据本发明所提出的编码的码元结构图，7、调制码部分，8、校验元部分；
图2：体全息存储系统方框图，9、数据源，10、空间光调制器，11、存储晶体，12、CCD，13、滤波器，14、输出数据，15、计算机，24、数据卡，A、编码，B、译码；
图3：本发明的编码装置的装置图，16、6∶8等重码编码器，17、缓存，18、(9，8)奇偶校验码编码器，19、改进型阵列码编码器；
图4：本发明的编码过程的精简编码示意图，C、原始数据，D、调制码，E、调制—阵列码；
图5：译码装置原理方框图，20、接收数据，21、软判决度量计算器，22、软判决度量修正器，23、迭代译码及码元判决器；
图6：体全息存储系统中实现译码过程的装置图；
图7：译码的主程序流程图；
图8：译码子程序流程图；
图9：软判决度量计算子程序流程图；
图10：调制码部分软判决度量初步计算子程序流程图；
图11：校验元部分软判决度量计算子程序流程图；
图12：调制码部分码元软判决度量第一步修正子程序流程图；
图13：调制码部分码元软判决度量第二步修正子程序流程图；
图14：调制码部分码元软判决度量第三步修正子程序流程图；
图15：按start，end修正子程序流程图；
图16：迭代译码数据流程图；
图17：初步的实验结果图，G、输入采用全局最佳阈值量化后的原始误码率，F、译码后的输出误码率，R1、采用8×10调制—阵列码的结果，R2、1∶2调制码的结果，R3、6∶8调制码的结果，R4、采用全局最佳阈值所得结果。
表1：原始数据；
表2：6∶8等重码编码后的数据；
表3：表2数据进行纠错编码后数据，也就是表1数据调制—阵列码编码后的数据；
表4：接收数据；
表5：码元排序后数据(码元末尾的数字表示码元在码字中由大到小的顺序，例-0表示最大，-1表示第二大，-7表示最小)；
表6：软判决度量初步计算结果(由表5可得出阈值为134)；
表7：调制码部分码元软判决度量第一步修正后的结果；
表8：调制码部分码元软判决度量第二步修正后的结果；
表9：调制码部分码元软判决度量第三步修正后的结果；
表10：迭代译码后结果；
表11：码元判决输出结果。
具体实施方式
现结合实例对本发明所提出的方法和装置作详尽描绘。
采用前述的本发明的技术方案设计。其中编码装置如图3所示，等重码编码采用通用的6∶8等重码编码器。系统纠错码编码采用由两个(9，8)奇偶校验码组成的改进型阵列码编码器，这种编码器采用DSP芯片按图1C的编码结构设计实现。编码后的数据存储到晶体掺铁铌酸锂中。
译码装置如图6所示。其中CCD采用的是低噪声制冷型CCD(KAF1400型)，连接CCD与计算机的数据卡是CCD自身配套的，计算机用的是PIII800的微型计算机。
编码过程：
本发明的编码过程，首先将待存储的数据经过等重码编码器编码成等重码，然后将等重码阵列再经过并列的两个奇偶检验码编码器编码后，可得最终的编码数据。
本发明编码过程的精简图如图4所示，等重码选择2∶4等重码。奇偶校验码为(5，4)码。将原始数据的第一列{0，0}，经过2∶4等重码编码后为{1，1，0，0}，其余几列也经过类似的等重码编码后，便可得到该图D部分中的数据。然后是进行两次并列的(5，4)奇偶校验码编码，便得到该图E部分后两列的检验元。根据公式：h(i)＝x(1，i)x(2，i)…x(k-1，i)x(k，i) 1 i＝1，2，…k-1，k，可求得该图E部分的数据h(1)即第五列第一个元素为10001＝0，其余的h(i)可同理求出。在求d(1)即第六列的第一个元素时，可根据公式：f(j，i)＝x(j，((i+j-2)mod k)+1) j＝1，2，…k-1，k先求得，f(1，1)＝x(1，1)＝1，f(2，1)＝1，f(3，1)＝1，f(4，1)＝1；再根据：d(i)＝f(1，i)f(2，i)…f(k-1，i)f(k，i)1 i＝1，2，…k-1，k，可求得d(1)为11111＝1，其余的d(i)可同理求出。
在本发明编码过程中采用的是6∶8等重码编和(9，8)奇偶校验码编码。先将表1所示的待存储6×8数据阵列经过6∶8等重码编码器编码得到的8×8的数据如表2所示；其中表1的第一列数据{1，1，0，0，1，1}等重码编码成表2的第一列数据{1，1，0，0，1，1，0，0}。再将该数据阵列进行相应的(9，8)奇偶校验码编码求得后两列的检验元h(i)和d(i)，便可得到8×10的数据阵列如表3所示，其中第一行第九列的元素，对应图1C中的h(1)，h(1)＝100000001，所以h(1)＝0。其余的检验元h(i)、d(i)都可根据上述简例中的编码规则求出。这样便完成了整个的编码过程。编码后数据存储到掺铁铌酸锂中。
译码过程：
本发明的译码过程如图5所示，从晶体中读出的数据经CCD器件接收，再经数据卡传输给计算机进行译码，译码之后的数据经数据卡传出计算机便可进行应用。具体步骤如下，首先将存储在晶体中的数据用CCD接收如表4所示，其最大值是255，最小值是0。数据通过数据卡输入到计算机，然后进入译码，译码过程如图8所示，可分为：对码元大小调整并判断阈值的子程序，软判决度量计算子程序，迭代译码，码元判决四部分。
第一部分是对接收到的数据阵列以等重码码字为单位将每个等重码中的数据进行从大到小排序，再进行相应的阈值判定。即将表4排序的数据阵列如表5所示，末尾的数字表示码元在该等重码中由大到小的顺序，第一列码元排序后幅度大小依次为162，149，135，107，55，0，0，0，所以表5第一列为{162-0，135-2，0-5，55-4，107-3，149-1，0-6，0-7}；别的列也同理排序。由表5每列的-3和-4元素{(107，55)，(173，162)，(155，79)，(224，52)，(255，88)，(223，55)，(255，77)，(169，66)}可得出阈值为134。
第二部分是进行软判决度量计算的部分。该部分的工作流程如图9所示，它先进行初步的软判决度量计算，接下来对调制码部分码元进行修正。它们的实现过程是：
1.在进行初步的软判决度量计算时，数据阵列中的调制码部分即前8列等重码部分和后两列检验元部分的初步软判决度量计算方法有所不同。等重码部分的算法如图10所示，表5中的第一列的162-0和55-4分别得到表6的162-0和-(255-55)-4。等重码部分的码元同理都可算出。检验元部分的算法如图11所示，表5第九列的83和199分别计算为-(255-83)和199。经此计算可得到表6的后2列。
2.接下来是进行软判决度量的第一步修正，修正算法如图12所示。表6中的162-0的n为0，根据算法修正后为162-0；表6中的-200-4的n为4，其修正后为表7中的-320-4。别的码元可同理进行修正，结果如表7所示。
3.软判决度量第二步修正算法如图13所示。根据算法，可求得表7中第一列的171-3和-320-4绝对值最小值为171，将其修正为表8中第一列的171-3和-171-4。同理可将表7修正，结果如表8所示。
4.软判决度量第三步修正算法如图13、14所示。表8中第一列的-357-5，-306-6和-255-7，由表6可知未修正前5、6、7三位的值都为-255，从理论上讲它们经过前两步修正后也应该相等。这步修正就是针对这种情况进行的，对该列由图14可求得start＝5和end＝7，这两个值结合图15可将它们修正为-255-5，-255-6和-255-7。同理，调制码部分的每一列逐步进行修正，修正结果如表9所示。
第三部分是迭代译码，迭代流程如图16所示，其中S(u|y)为通过上面计算处理得来的表9中所示的条件软值。因为调制码部分的每一个码元u都属于两个纠错码码元H(n)和D(m)，可以利用软判决度量的运算规则：S(u1u2)≈sgn(S(u1|y1))×sgn(S(u2|y2))×min(|S(u1|y1)|，|S(u2|y2)|)式中sgn()是取符号函数，min()是求最小值函数。分别从u所在的含有检验元H(n)和D(m)的奇偶校验码中分别计算码元u的外来信息Sh(u)和Sd(u)，从而不断修正S(u|y)，象译Turbo码那样得到很高的编码增益。S(u|y)的最终估值输出公式：
调制—阵列码码字的具体译码过程如下：
1)计算出的所有码元的条件软值S(u|y)。
2)令调制码部分码元的Sh(u)和Sd(u)初值为0，置迭代次数N＝0。
3)将调制码部分码元的S(u|y)+Sd(u)作为其条件软值译水平奇偶校验码，得到Sh(u)。
4)计算Sh(u)与执行3)前的Sh(u)的误差。当误差小到规定值，执行8)。
5)将调制码部分码元的S(u|y)+Sh(u)作为其条件软值译水平奇偶校验码，得到Sh(u)。
6)N＝N+1，计算Sd(u)与执行5)前的Sd(u)的误差。当误差小到规定值，执行8)。
7)N大于预定值，迭代结束，执行8)。
8)输出调制码码元的最终条件软值S(u|y)+Sh(u)+Sd(u))。
在步骤1)中的条件软值S(u|y)即是经过上述修正处理后的数据，在本实例中即表9中的数据。
步骤2)是先把迭代之前调制码部分每个码元的外来信息Sh(u)和Sd(u)都置为零。
在步骤3)中求Sh(u)时，调制码第一行码元S(u|y)和其检验元-172组成的检验码为162，-249，-254，-286，-214，-320，-302，-270，-172。将它们先做S(u|y)+Sd(u))的运算，由于在开始情况下，每个码元的Sd(u))都为0，所以相加后它们还是162，-249，-254，-286，-214，-320，-302，-270，-172。在求码元162新的Sh(u)时，要利用上述软判决度量的运算规则，将162依次与别的码元做运算，每次运算的结果保留下来，将其与余下的码元再进行运算，直至除162外别的八个码元都参加了运算为止。也就是，先用162与-249作运算结果为-162，再用-162与-254作运算结果为162，依次与别的码元作运算，最终结果为162。同理，别的码元的Sh(u)也是通过该法求得。
若Sd(u))不为零，在求调制码第一码元162的新Sh(u)时，也是先把162，-249，-254，-286，-214，-320，-302，-270做S(u|y)+Sd(u)的运算，再运算后结果与检验元-172合成九位的奇偶检验码162+Sd(162)，-249+Sd(-249)，-254+Sd(-254)，-286+Sd(-286)，-214+Sd(-214)，-320+Sd(-320)，-302+Sd(-302)，-270+Sd(-270)，-172。然后把162+Sd(162)利用上述软判决度量的运算规则与别的八个码元做运算，求出其新的Sh(u)。其余调制码部分码元的Sh(u)可同理求出。
步骤4)是把调制码部分码元新求出的Sh(u)与执行3)前的Sh(u)作比较，当没有变化时，便可退出迭代，执行步骤8)。
步骤5)中求码元的Sd(u)时，与求Sh(u)同理，先将一个检验码中的码元做S(u|y)+Sh(u)运算。将运算后得到的值再运用上述软判决运算规则求出每个码元的Sd(u)。
步骤6)是把调制码部分码元新求出的Sd(u)与执行5)前的Sd(u)作比较，当没有变化时，便可退出迭代，执行步骤8)。
步骤7)是在迭代不能满足步骤4)、6)的情况下，为退出迭代设定的最大迭代次数。译码迭代最大次数可根据实际应用中误码的情况适当调整。原始误码较高时，迭代的次数适当多些；原始误码较低时，迭代的次数适当少些，在本发明中，选取的最大迭代次数为1000。
由步骤8)可知退出迭代时调制码部分码元的输出由迭代终止前的Sh(u)、Sd(u)和原有的条件软值S(u|y)通过S(u|y)+Sh(u)+Sd(u))计算得出。在本发明中表9中的数据经上述迭代译码得到表10数据。
第四部根据码元符号对码元进行判决，正为1，负为0。接下来将二值数据送入调制码译码器，经过译码得到原始数据的估值。表11中的二值数据即为最终译码数据。整个译码工作完成。
图16是初步的实验结果，可以表明：只要原始误码率(定义为采用全局最佳阈值量化后的误码率)低于4×10-2，8×10调制—阵列码的使用效果就可与1∶2调制码(二者码率相当)的使用效果相当；当原始误码率低于1×10-2后，其使用效果显著优于1∶2调制码。所以本发明
所提出的方法及装置达到了预期目的。
表1：
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
表2：
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
表3：
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
表4：
| 162 | 6 | 43 | 51 | 41 | 55 | 39 | 66 | 83 | 91 |
| 135 | 196 | 217 | 255 | 255 | 255 | 255 | 255 | 199 | 96 |
| 0 | 255 | 27 | 21 | 77 | 41 | 255 | 0 | 255 | 52 |
| 55 | 255 | 79 | 255 | 83 | 223 | 255 | 255 | 55 | 20 |
| 107 | 173 | 243 | 224 | 255 | 255 | 30 | 169 | 49 | 120 |
| 149 | 46 | 51 | 48 | 255 | 26 | 77 | 49 | 181 | 22 |
| 0 | 63 | 255 | 52 | 88 | 255 | 255 | 49 | 38 | 255 |
| 0 | 162 | 155 | 255 | 255 | 0 | 0 | 191 | 242 | 123 |
表5：
| 162-0 | 6-7 | 43-6 | 51-5 | 41-7 | 55-4 | 39-5 | 66-4 | 83 | 91 |
| 135-2 | 196-2 | 217-2 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 199 | 96 |
| 0-5 | 255-0 | 27-7 | 21-7 | 77-6 | 41-5 | 255-1 | 0-7 | 255 | 52 |
| 55-4 | 255-1 | 79-4 | 255-1 | 83-5 | 223-3 | 255-2 | 255-1 | 55 | 20 |
| 107-3 | 173-3 | 243-1 | 224-3 | 255-1 | 255-1 | 30-6 | 169-3 | 49 | 120 |
| 149-1 | 46-6 | 51-5 | 48-6 | 255-2 | 26-6 | 77-4 | 49-5 | 181 | 22 |
| 0-6 | 63-5 | 255-0 | 52-4 | 88-4 | 255-2 | 255-3 | 49-6 | 38 | 255 |
| 0-7 | 162-4 | 155-3 | 255-2 | 255-3 | 0-7 | 0-7 | 191-2 | 242 | 123 |
表6：
| 162-0 | -249-7 | -212-6 | -204-5 | -214-7 | -200-4 | -216-5 | -189-4 | -172 | -164 |
| 135-2 | 196-2 | 217-2 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 199 | -159 |
| -255-5 | 255-0 | -228-7 | -234-7 | -178-6 | -214-5 | 255-1 | -255-7 | 255 | -203 |
| -200-4 | 255-1 | -176-4 | 255-1 | -172-5 | 223-3 | 255-2 | 255-1 | -200 | -235 |
| 107-3 | 173-3 | 243-1 | 224-3 | 255-1 | 255-1 | -225-6 | 169-3 | -206 | -135 |
| 149-1 | -209-6 | -204-5 | -207-6 | 255-2 | -229-6 | -178-4 | -206-5 | 181 | -233 |
| -255-6 | -192-5 | 255-0 | -203-4 | -167-4 | 255-2 | 255-3 | -206-6 | -217 | 255 |
| -255-7 | -93-4 | 155-3 | 255-2 | 255-3 | -255-7 | -255-7 | 191-2 | 242 | -132 |
表7：
| 162-0 | -249-7 | -254-6 | -286-5 | -214-7 | -320-4 | -302-5 | -302-4 | -172 | -164 |
| 189-2 | 274-2 | 304-2 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 199 | -159 |
| -357-5 | 255-0 | -228-7 | -234-7 | -214-6 | -300-5 | 306-1 | -255-7 | 255 | -203 |
| -320-4 | 306-1 | -282-4 | 306-1 | -241-5 | 357-3 | 357-2 | 306-1 | -200 | -235 |
| 171-3 | 277-3 | 292-1 | 358-3 | 306-1 | 306-1 | -270-6 | 270-3 | -206 | -135 |
| 179-1 | -251-6 | -286-5 | -248-6 | 357-2 | -275-6 | -285-4 | -288-5 | 181 | -233 |
| -306-6 | -269-5 | 255-0 | -325-4 | -267-4 | 357-2 | 408-3 | -247-6 | -217 | 255 |
| -255-7 | -149-4 | 248-3 | 357-2 | 408-3 | -255-7 | -255-7 | 267-2 | 242 | -132 |
表8：
| 162-0 | -249-7 | -254-6 | -286-5 | -214-7 | -320-4 | -302-5 | -270-4 | -172 | -164 |
| 189-2 | 274-2 | 304-2 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 199 | -159 |
| -357-5 | 255-0 | -228-7 | -234-7 | -214-6 | -300-5 | 306-1 | -255-7 | 255 | -203 |
| -171-4 | 306-1 | -248-4 | 306-1 | -241-5 | 320-3 | 357-2 | 306-1 | -200 | -235 |
| 171-3 | 149-3 | 292-1 | 325-3 | 306-1 | 306-1 | -270-6 | 270-3 | -206 | -135 |
| 179-1 | -251-6 | -286-5 | -248-6 | 357-2 | -275-6 | -285-4 | -288-5 | 181 | -233 |
| -306-6 | -269-5 | 255-0 | -325-4 | -267-4 | 357-2 | 285-3 | -247-6 | -217 | 255 |
| -255-7 | -149-4 | 248-3 | 357-2 | 267-3 | -255-7 | -255-7 | 267-2 | 242 | -132 |
表9：
| 162-0 | -249-7 | -254-6 | -286-5 | -214-7 | -320-4 | -302-5 | -270-4 | -172 | -164 |
| 189-2 | 274-2 | 304-2 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 255-0 | 199 | -159 |
| -255-5 | 255-0 | -228-7 | -234-7 | -214-6 | -300-5 | 255-1 | -255-7 | 255 | -203 |
| -171-4 | 255-1 | -248-4 | 255-1 | -241-5 | 320-3 | 255-2 | 255-1 | -200 | -235 |
| 171-3 | 149-3 | 292-1 | 325-3 | 255-1 | 255-1 | -270-6 | 270-3 | -206 | -135 |
| 179-1 | -251-6 | -286-5 | -248-6 | 255-2 | -275-6 | -285-4 | -247-5 | 181 | -233 |
| -255-6 | -269-5 | 255-0 | -325-4 | -267-4 | 255-2 | 255-3 | -247-6 | -217 | 255 |
| -255-7 | -149-4 | 248-3 | 255-2 | 255-3 | -255-7 | -255-7 | 267-2 | 242 | -132 |
表10：
| 77 | -115 | -503 | -516 | -77 | -502 | -503 | -427 | -172 | -164 |
| 458 | 230 | 281 | 616 | 598 | 230 | 549 | 568 | 199 | -159 |
| -522 | 478 | -166 | -166 | -528 | -596 | 184 | -503 | 255 | -203 |
| -446 | 549 | -498 | 199 | -199 | 662 | 579 | 211 | -200 | -235 |
| 127 | 419 | 530 | 519 | 127 | 159 | -557 | 539 | -206 | -135 |
| 521 | -225 | -579 | -561 | 524 | -225 | -262 | -608 | 181 | -233 |
| -597 | -592 | 211 | -599 | -561 | 505 | 206 | -206 | -217 | 255 |
| -226 | -503 | 584 | 223 | 542 | -561 | -517 | 223 | 242 | -132 |
表11：
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
Claims (5)
1、一种体全息存储器用的调制—阵列码的编码方法，含有调制编码方法和纠错编码方法，其特征在于，它由以下步骤顺次组成：
1)使存储数据通过等重码编码器进行等重码编码；
2)以等重码作为输入通过纠错码编码器进行纠错码编码，采用的纠错码是系统码；
3)编码后的码元结构从左到右依次由调制码部分和校验元部分组成，其中，左边调制码部分为：k×k个码元，从左到右为：{x(1，1)，x(1，2)，...x(1，k)}，...{x(k，1)，x(k，2)，...x(k，k)}是k个n：k调制码码字按顺序排列。右边校验元部分：k×2个码元，其中h(1)，h(2)，...h(k-1)，h(k)与左边码的关系为：h(i)＝x(1，i)x(2，i)...x(k-1，i)x(k，i)1 i＝1，2，...k-1，k，d(1)，d(2)，...d(k-1)，d(k)，与左边码的关系为：d(i)＝f(1，i)f(2，i)...f(k-1，i)f(k，i)1 i＝1，2，...k-1，k，f(j，i)＝x(j，((i+j-2)mod k)+1) j＝1，2，...k-1，k。
2、根据权利要求1所述的体全息存储器用的调制—阵列码的编码方法，其特征在于：在常规的编码器中所述的等重码采用6∶8等重码。
3、根据权利要求1所述的体全息存储器用的调制—阵列码的编码方法，其特征在于：采用了DSP芯片设计成本发明所述编码结构编码器，所述的纠错码采用由两个(9，8)奇偶校验码组成的改进型阵列码。
4、根据权利要求1所述的体全息存储器用的调制—阵列码的编码方法而设计的编码系统，其特征在于：它含有向6∶8等重码编码器提供存储数据的数据源，向系统纠错码编码器提供编码数据的6∶8等重码编码器，向空间光调制器提供编码数据的系统纠错码编码器，向存储晶体提供调制后的编码数据的空间光调制器以及存储晶体。
5、一种体全息存储器用的调制—阵列码的译码方法，含有软判决度量算法，其特征在于：它由以下步骤依次构成：
1)从存储晶体来的数据读入数据卡；
2)计算机从数据卡读一个码字；
3)进入译码子程序；
4)把码字中的调制码部分的码元以等重码码字为单位按接受到的幅度从大到小排序，统计全局判别阈值；
5)进入软判决度量计算子程序：首先分成两部分码元分别计算，其中调制码部分码元进入调制码部分软判决度量初步计算子程序，校验元部分码元进入校验元部分软判决度量计算子程序，二者计算结束后进入调制码部分码元软判决度量修正子程序；
6)5)中所提到的调制码部分软判决度量初步计算子程序，其中初步计算公式为：
S(u|y)＝c×|b+d×y|
式中c代表将码元判决为0或1时的正负极性信息，d和b代表信道的各种复杂信息，
设：接收数据经整理后最大值是Max，最小值是0，
则：边界条件为：
判定u＝1时，若y＝0则判定的可信度最小，|S(u|y)|＝0，
若y＝Max则判定的可信度最大，|S(u|y)|＝Max，
判定u＝0时，若y＝0则判定的可信度最大，|S(u|y)|＝Max，
若y＝Max则判定的可信度最小，|S(u|y)|＝0，得出：
式中C1、C0表示码元取1和0时S(u|y)的极性，其中c1×c0＝-1；7)5)所提到的校验元部分软判决度量计算子程序，其中阈值是4)中所提到的全局判决阈值，在调制码部分码元排序过程中，取出每一个等重码码字中的第m1和(m1-1)个码元的幅度值，寻找到令这些码元判别后误码最小的阈值，这就是统计出的调制码部分码元的最佳全局阈值，将其近似成校验元部分码元的判决阈值，于是校验元部分软判决度量计算公式为：
8)5)中所提到的调制码部分码元软判决度量修正子程序至少分三步进行，其中：首先进入调制码部分码元的软判决度量第一步修正子程序，依次依据调制码字中排序后的位置进行修正：
其中：
f(y，n)＝y×g(n)n是码元在调制码字中排序后的位置，n＝0，1，2，...，k-1，接着进入调制码部分码元软判决度量第二步修正子程序，依据码元的误码概率予以修正：
Sm1-1(u|y)＝c1×min(|Sm1-1(u|y)|，|Sm1(u|y)|)
Sm1(u|y)＝c0×|Sm1-1(u|y)|
式中m1表示调制码码字中1的个数，Sn(u|y)代表第n个码元的软判决度量，n是码元在调制码字中排序后的位置，n＝0，1，2，...，k-1，然后进行调制码部分码元的软判决度量第三步修正子程序，依据码元的接收幅度值给予修正：当第n，n+1，...，n+m个码元的y值相同，而且这m+1个码元极性相同，则：
Sn(u|y)＝...＝Sn+m(u|y)＝sgn(Sn(u|y))×min(|Sn(u|y)|，...，|Sn+m(u|y)|)若：m+1个码元的极性不同，则：
Sn(u|y)＝Sn+1(u|y)＝...＝Sn+m(u|y)＝0
从而得到调制码部分码元的条件软判决度量值；9)进行码字的迭代译码，其中软判决度量的运算规则如下：
S(u1u2)≈sgn(S(u1|y1))×sgn(S(u2|y2))×min(|S(u1|y1)|，|S(u2|y2)|)
式中sgn()是取符号函数，min()是求最小值函数；10)依据码元的最终软判决度量进行量化，其极性为c1的码元为1，极性为c0的码元为0，然后再对其进行等重码译码，最后输出译码后的判决结果数据；11)判决结束后经数据卡将判决输出，得到存储数据。
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- 2001-11-29 CN CN 01139741 patent/CN1120576C/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN100447686C (zh) * | 2005-04-11 | 2008-12-31 | 索尼株式会社 | 光记录介质、再现装置和再现方法 |
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| CN1356778A (zh) | 2002-07-03 |
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