CN1407809A - 用于提高码率的块编码/解码方法和设备 - Google Patents
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Abstract
在编码方法中，第(2N－1)个m位初始块被编码为n位A类加权块，而第2N个m位初始块被编码为n位B类加权块。在解码方法中，如果一n位加权块是A类块，则该n位加权块被解码为第(2N－1)个m位初始块，否则，该n位加权块被解码为第2N个m位初始块。
Description
技术领域
本发明涉及一种块编码/解码的方法和设备，特别是涉及一种能够提高码率的块编码/解码方法和设备。
背景技术
众所周知，对光学地存贮大量数据，例如用于电影胶片的数据的要求已在不断地增长。因此为了实现高密度光存储能力，最近开发出了其中包含有存贮媒体的多种类型的海量全息数据存贮系统(VHDS)。
在VHDS系统里，源数据被分割成N个数据位的数据块，该数据位也被称作信息位，每一个数据块可以代表2N个不同信息中的任何一个信息。该VHDS系统中的编码器将每一个N位数据块转换成(N+K)位的较大的块，其被称之为代码位或者是信道标号。由编码器加到每个数据块的K位称为冗余位、奇偶位或较验位，它们不携带任何新信息。该代码被称为(N+K，N)码。在一数据块内，冗余位对数据位的比率，K/N，称为该代码的冗余度，而数据位对所有位的比率，N/(N+K)，称为码率。该码率也可被看作是代码位中构成信息的部分。例如，在1/3码率中，每一个代码位携带1/3位的信息。例如，如果误差控制技术采用1/3码率，则带宽扩展为3。
换句话说，编码器将具有N个信息位(信息矢量)的数据块转换成具有N+K个码字位(代码矢量)的较长的数据块，其由一给定的元素字母表构成。当该字母表由两个元素(0和1)构成时，该码是由二进制数(位)构成的二进制码。除非另有说明，这里所提供的解释将限于二进制码。
N位信息可形成2N个不同的信息序列，该序列被称为N元组(N位序列)。(N+K)位数据块可形成多达2N+K个不同的序列，这些序列被称为(N+K)元组。该编码过程将2N+K个(N+K)元组中的不同的一个元组指定给2N个N元组信息的每一个。一个数据块代码代表一个一对一的指定，由此该2N个N元组信息被唯一映射到一个新的集合，该集合包括2N个(N+K)元组码字；且可通过查询表来实现该映射。
在解码模式中，为了提高码率同时降低误码率，使用了多种解码算法。
在门限译码算法中，可使用一门限，例如为一均值或一预先确定的值，例如为0.5，将“0”或“1”指定给一个受到信道失真干扰的重现的或发送的信号。在传统的VHDS系统中，系统中的激光束的高斯分布特性、透镜畸变、散射和衍射等等可被作为一信道来加以理解。门限译码算法具有较高的码率，但其误码率也较高，尤其是在激光束密度较低的情况下。
可通过使用一局部门限译码算法来实现对误码率的改进。该局部门限译码算法将译码区域分成多个局部区域并对每个局部区域提供不同的门限以便确定是“0”还是“1”。但是，该局部门限译码算法的兼容性较低，因为每一个VHDS系统的固有噪音模式都互不相同。
可通过使用二进制微分编码/解码算法来实现另一种改进。该二进制微分解码算法利用用于代表“1”的信号通常比用于代表其最邻近的“0”的信号大的这一特性。例如，在编码期间，“0”和“1”分别由“01”和“10”代替，而为解码一发射的信号，则使用其逆算法。二进制微分解码算法具有较低的误码率，但其码率也有相当程度(50％)的降低。
通过使用平衡块编码/解码算法，可实现另一种改进。在编码过程中，将输入信息分成多个P元组信息，且使用具有相同位数的“0”和“1”的2Q元组码字来对每个P元组信息进行编码，其中2Q大于P。在解码过程中，将发射的信号分成多个2Q元组码字；所收到的用于每一个2Q元组码字的Q个较小和较大的值分别被重构为“0”和“1”。
例如，在6∶8平衡块编码/解码算法中，从28(＝256)个8位码字中选出具有相同个数，即4个“0”位和4个“1”位的26(＝64)个8位码字对64个6元组信息进行编码。例如，从8C4(＝70)个8位码字中选出64个平衡块用于代表64个初始的6元组信息块。
同样，在8∶12平衡块编码/解码算法中，从212(＝4096)个12位码字中选出具有相同个数，即6个“0”位和6个“1”位的28(＝256)个12元组码字对256个8元组信息进行编码。例如，从12C6(＝924)个12元组码字中选出的256个码字中的一个被用于代表一个初始的8位信息块。
由于6∶8平衡块具有6个数据位加2个冗余位，所以6∶8平衡块编码/解码算法的码率为3/4。并且，因为8∶12平衡块具有8个数据位加4个冗余位，所以8∶12平衡块编码算法也具有2/3的码率。与二进制微分编码算法相比，平衡块编码算法的误码率较低且码率较高；然而仍然要求更高的码率以有效的使用有限的信道资源。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种能够在保持低误码率的同时提高码率的块编码/解码方法。
进一步，本发明的另一目的是提供一种能够在保持低误码率的同时提高码率的块编码/解码装置。
根据本发明的一个方面，本发明的一个优选实施例提供了一种编码方法，包括如下步骤：
判断一m位初始块是否为第(2N-1)个m位块，其中，“m”和N均为正整数；并且
如果该m位初始块是第(2N-1)个m位块，则将该m位初始块编码为一个n位A类型加权块，否则的话，将该m位初始块编码为一n位B类型加权块，其中，“n”是一个比“m”大的奇整数。
根据本发明的一个方面，本发明的另一个优选实施例提供了一种解码方法，包括如下步骤：
判断一n位加权块是否是一个n位A类型块，“n”为一奇整数；并且
如果该n位的加权块是n位A类型块，则将该n位A类型块解码为第(2N-1)个m位初始块，否则，将该n位加权块解码为第2N个m位初始块，N为一正整数，且“m”为小于“n”的正整数。
根据本发明的另一个方面，本发明的又一个优选实施例提供了一种编码/解码装置，包括：
第一缓存器，用于输出基于一m位初始块的数字化图像信号，并且当输出该初始块时，产生一个用于通知的时标信号，其中，“m”为一正整数；
第一控制部分，用于基于该时标信号来判断该m位的初始块是否为第(2N-1)个m位初始块，其中，N为一正整数；
编码部分，当该m位初始块是第(2N-1)个m位初始块时，该编码部分将该m位初始块编码为一n位A类型加权块，否则，其将该m位初始块编码为一n位B类型加权块，“n”为大于“m”的正整数；
存储媒体，用于存储该n位编码块；
第二缓存器，用于输出存储在基于n位的存储媒体中的编码块，且当输出该编码块时，产生一个用于通知的第二时标信号；
第二控制部分，用于基于该第二时标信号来判断该n位编码块是否为n位A类型块；
解码部分，如果该n位编码块是n位A类型块，则该解码部分将该n位编码块解码为第(2N-1)个m位初始块，否则其将该n位加权块解码为第2N个m位初始块。
附图说明
从下面结合附图给出的对优选实施例的描述中，本发明的目标和特性将变得更为明显，其中：
图1为示出根据本发明的一平衡块编码系统的方框图；
图2为示出根据本发明的一编码算法的流程图；
图3为示出根据本发明的一平衡块解码系统的方框图；
图4为示出根据本发明的一解码算法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的一种块编码算法使用两个n位加权块，由此来获得一平衡编码块。
例如，在5∶7块编码算法中，一个5位初始块被编码为一7位加权块。该7位加权块或者是具有3个“1”位和4个“0”位的A类加权块，或者是具有4个“1”位和3个“0”位的B类加权块。因为在该加权块中的7位可表示7C4(＝35)或7C3(＝35)个码字(将在后面描述用于计算可能的码字个数的方法)，在初始块中的5位可以表示25(＝32)个信息，因此，可从35个码字中选出32个码字来充分代表32个信息。然而，由于在每个7位码字加权块中，“1”的位数和“0”的位数不会相等，所以每一个加权块不可能形成一个平衡编码块。
为了解决这个问题，本发明使用该7位码字A类加权块来代表第(2N-1)个5位信息初始块，并使用该7位码字B类加权块来代表第2N个5位信息初始块，其中N为一正整数。将该A类型加权块和它相应的B类型加权块合并，以形成一个平衡编码块，其中“1”的位数等于“0”的位数。相反，对于本领域技术人员来说，也可用A类型加权块来代表第2N个初始块，B类型加权块来代表第(2N-1)个初始块。
同时，在如上所述过程的逆过程中执行一5∶7块解码算法。在该5：7块编码算法中，假定第(2N-1)个5位信息初始块已被编码为具有3个“1”位和4个“0”位的7位码字A类型加权块，第2N个5位信息初始块已被编码为具有4个“1”位和3个“0”位的7位码字B类型加权块。如果在该5∶7块解码算法中，一个编码块具有3个“1”位和4个“0”位，则该7位编码块被确定为A类型7位码字加权块。由于7位码字A类型加权块代表第(2N-1)个5位信息初始块，因此，该7位编码块被解码为该第(2N-1)个5位信息初始块。相似地，在5∶7块解码算法中，如果一编码块具有4个“1”位和3个“0”位，则该7位编码块可被解码为该第2N个5位信息初始块。
在该5∶7块编码/解码算法中，每一个7位码字加权块由3或4个“1”位以及4或3个“0”位组成。换句话说，在5∶7块编码/解码算法中，仅可选择一种3和4的组合。
当然，本发明也可用于具有多种可选择组合的情形。例如，在8∶11块编码/解码算法中，有两种可选择的组合将一8位信息初始块编码为一11位码字加权块。
在该8∶11块编码算法中，第一种可选择的组合由4和7构成。如果一11位A类加权块具有4个“1”位和7个“0”位(或者7个“1”位或4个“0”位)，则每一个11位加权块可表示为11C4(＝330)个码字中的一个。该8位初始块被表示为28(＝256)个8位信息之一。因此，可以在330个码字中仅选出256个码字来充分地代表256个8位信息。
根据本发明，第(2N-1)个8位信息初始块和第2N个8位信息初始块分别被编码为该11位码字A类加权块和11位码字B类加权块。从而将该A类加权块和B类加权块合并以形成一个平衡编码块，其中，“1”的位数和“0”的位数相等。
在与上述过程相反的过程中也进行具有该第一组合的8∶11块编码算法的相应的解码算法，与单一组合中的情形类似。
这里，假定该第(2N-1)个8位信息初始块已被编码为具有4个“1”位和7个“0”位的11位码字A类型加权块，且该第2N个8位信息初始块已被编码为具有7个“1”位和4个“0”位的11位码字B类型加权块。如果在该8：11块解码算法中，一个编码块具有4个“1”位和7个“0”位，则该11位编码块为一11位码字A类型加权块。由于该11位码字A类型加权块代表第(2N-1)个8位信息初始块，因此，该11位编码块被解码为第(2N-1)个8位信息初始块。类似地，如果在该8∶11块解码算法中，一编码块具有7个“1”位和4个“0”位，则该11位编码块可被解码为第2N个8位信息初始块。
同时，在该8∶11块编码算法中的第二可选择的组合由5和6构成。如果一11位A类型加权块具有5个“1”位和6个“0”位(或者6个“1”位和5个“0”位)，则该11位加权块被表示为11C5(＝462)个码字中的一个。由此可以从462码字中选择出256个码字用于充分代表256个信息。第(2N-1)个8位信息初始块和第2N个8位信息初始块分别被编码为该11位码字A类型加权块和11位码字B类型加权块。从而将该A类型加权块和B类型加权块合并在一起，以形成一平衡编码块，其中“1”的位数等于“0”的位数。
在与上述过程相反的过程中进行具有该第二组合的8∶11块编码算法的相应的解码算法，与单一组合和第一组合的情况类似。
这里，假定该第(2N-1)个8位信息初始块已被编码为具有5个“1”位和6个“0”位的11位码字A类型加权块，且该第2N个8位信息初始块已被编码为具有6个“1”位和5个“0”位的11位码字B类型加权块。如果在该8∶11块解码算法中，一编码块具有5位“1”和6位“0”，则该11位编码块为一11位码字A类型加权块。由于该11位码字A类型加权块代表该第(2N-1)个8位信息初始块，因此该11位编码块被解码为第(2N-1)个8位信息初始块。类似地，如果在该8∶11块解码算法中，一编码块具有6个“1”位和5个“0”位，则该11位编码块可被解码为第2N个8位信息初始块。
因此，根据本发明，一m位信息初始块可被编码为一n位码字加权块。然而，为执行根据本发明的块编码和解码算法，应确定可能的码字个数。这里，基于这些可选择的组合来确定可能的码字的个数。该可选择的组合根据在该n位加权块中的“1”或“0”的位数来获得。
在一m∶n块编码算法中，n位加权块中的“1”的位数“a”可按下式计算：
2m＜nCa (1)
其中“n”为一大于“m”和“a”的奇整数，且“m”和“a”为正整数。
例如，在该8∶11块编码算法中，“a”应满足256＜11Ca，因此“a”为一介于4和7之间的正整数。
由于“a”与两个加权块之一中的“1”的位数有关，因此在另一个加权块中的“1”的位数“t”可按下式计算：
t＝n-a (2)
以下将介绍本发明的一个优选实施例。
图1为示出根据本发明的一种块编码系统的方框图。该块编码系统包括模/数转换器(ADC)1，缓存装置3，开关4，控制装置5，A类编码装置7和B类编码装置9。
该ADC 1将一输入图像信号数字化并将数字化的图像信号提供给缓存装置3。该缓存装置3输出该基于一m位信息初始块的数字化图像信号，这里，“m”为一正整数，并且当输出该初始块时，产生用于通知的第一或第二时标信号。第一时标信号通知从缓存装置3输出第(2N-1)个初始块的时间，而第二时标信号通知从缓存装置3输出第2N个初始块的时间，其中，N为一正整数。
控制装置5基于从缓存装置3产生的所述时标信号控制开关4，以便可将该初始块从缓存装置3发送到A类编码装置7和/或B类编码装置9。如果从缓存装置3接收到该第一时标信号，则控制装置5控制开关4以便与A类编码装置7连接。同时，如果从缓存装置3接收到第二时标信号，则控制装置5控制开关4以便与B类编码装置9连接。
A类编码装置7将通过开关4从缓存装置3发送来的该第(2N-1)个m位信息初始块编码为A类n位加权块，其中，“n”为大于“m”的奇整数。
B类编码装置9将通过开关4从缓存装置3发送来的该第2N个m位信息初始块编码为B类n位加权块。
图2为示出根据本发明的块编码算法的流程图。以下将参考图1来说明该块编码算法。
在步骤S1，将一m位信息初始块输入到缓存装置3中。
在步骤S3，控制装置5基于从缓存装置3产生的时标信号，判断该输入的初始块是否是第(2N-1)个初始块。如果控制装置5从缓存装置3收到的是第一时标信号，则该输入的初始块被确定为第(2N-1)个初始块，接着，下一步进到步骤S5。如果控制装置5从缓存装置3收到的是第二时标信号，则该输入的初始块被确定为第2N个初始块，接着，下一步进到步骤S7。在步骤S5，该第(2N-1)个初始块被发送到该A类编码装置7，在步骤S7，其被编码为一A类加权块。
在步骤S7，该第2N个初始块被发送到B类编码装置9，在步骤S11其被编码为一B类加权块。
在步骤S13，每个加权块被存储在一存储媒体中，该存储媒体例如为磁记录媒体，全息数据存储媒体等等。
图3为示出根据本发明的一种块解码系统的方框图。该块解码系统包括缓存装置11，开关13，控制装置15，A类解码装置17和B类解码装置19。
缓存装置11输出一加权块，该加权块来自基于n位的存储媒体。且当输出该加权块时，缓存设备11还产生用于通知的第三或第四时标信号。该第三时标通知从缓存装置11输出一A类加权块的时间，而该第四时标信号通知从缓存装置11输出一B类加权块的时间。
控制装置15基于从缓存装置11收到的时标信号控制开关13，使得可将该初始块从缓存装置11发送到A类解码装置17和/或B类解码装置19。如果控制装置15从缓存装置11收到的是第三时标信号，则其控制开关13以便与A类解码装置17连接。同时，如果控制装置15从缓存装置11收到的是第四时标信号，则其控制开关13以便与B类解码装置19连接。
A类解码装置17将通过开关13从缓存装置11发送来的该n位A类加权块解码为第(2N-1)个m位初始块。B类解码装置19将通过开关13从缓存装置11发送来的该n位B类加权块解码为第2N个m位初始块信号。该解码初始块被发送到一显示单元。
图4为示出根据本发明的一种解码算法的流程图。以下将参考图3对该块解码算法进行说明。
在步骤S21，一n位加权块被输入到缓存装置11中。
在步骤S23，控制装置15基于来自缓存装置11的时标信号判断该输入的加权块是否为一A类加权块。如果控制装置15从缓存装置11收到的是第三时标信号，则确定该输入的加权块为A类加权块，且下一步进到步骤S25。如果控制装置15从缓存装置11收到的是第四时标信号，则确定该输入的加权块是B类加权块，且下一步进到步骤S27。
在步骤S25，该A类加权块被发送到该A类解码装置17，且在步骤S29，其被解码为第(2N-1)个初始块。
在步骤S27，该B类加权块被发送到B类解码装置19，且在步骤S31，其被解码为第2N个初始块。
该第(2N-1)和2N个初始块被发送给显示单元，由此完成该解码算法。
虽然关于较佳实施例对本发明进行了展示和描述，但本领域的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以作出不同的变化和改进。
Claims (6)
1、一种块编码方法，包括如下步骤：
判断一m位初始块是否为第(2N-1)个m位块，“m”和N为正整救；且
如果该m位初始块是第(2N-1)个m位块，则将该m位初始块编码为一n位A类加权块，否则将该m位初始块编码为一n位B类加权块，“n”为一大于“m”的奇整数。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，在所述n位A类加权块中的“1”的位数“a”满足关系2m＜nCa，“a”为一正整数，且在所述n位B类加权块中的“1”的位数为“n-a”。
3、一种块解码方法，包括如下步骤：
判断一n位加权块是否为一n位A类块，“n”为一奇整数；
如果该n位加权块是n位A类块，则将该n位A类块解码为第(2N-1)个m位初始块，否则，将该n位加权块解码为一第2N个m位初始块，其中，N为一正整数，且“m”为一比“n”小的正整数。
4、根据权利要求3所述的方法，其中，在所述n位A类加权块中的“1”的位数“a”满足关系2m＜nCa。
5、一种编码/解码装置，包括：
第一缓存器，用于输出基于一m位初始块的一数字化图像信号，且当输出该初始块的时候，产生一个用于通知的时标信号，“m”为一正整数；
第一控制部分，用于基于该时标信号判断该m位初始块是否为第(2N-1)个m位初始块，N为一正整数；
编码部分，如果该m位初始块是第(2N-1)个m位初始块，则该编码部分将该m位初始块编码为一n位A类加权块，否则，其将该m位初始块编码为一n位B类加权块，“n”为一大于“m”的奇整数；
存储媒体，用于存储该n位编码块；
第二缓存器，用于输出存储在基于n位的存储媒体上的该编码块，且当输出该编码块时，产生一用于通知的第二时标信号；
第二控制部分，用于基于该第二时标信号判断该n位编码块是否是n位A类块；和
解码部分，如果该n位编码块是n位A类块，则该解码部分将该n位编码块解码为第(2N-1)个m位初始块，否则，其将该n位加权块解码为第2N个m位初始块。
6、根据权利要求5所述的设备，其中，在所述n位A类加权块中的“1”的位数“a”满足关系2m＜nCa，“a”为一正整数，且在所述n位B类加权块中的“1”的位数为“n-a”。
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