CN1599981A - 简单的解码方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将代码(C)的可能损害的码字(r)解码为包含信息符号(m′₁，m′₂，…，m′_k)的信息字(m)的方法，所述信息字(m))被编码为代码(C)的码字(c)。为了提供一种方法和设备来解码这种代码而不必大大背离用于解码标准里德－所罗门码的标准方法和设备，根据本发明提议了一种解码方法，包含步骤：将所述可能损害的码字(r)解码为码字(r′)，从所述码字(r′)中重建信息符号(m′₁，m′₂，…，m′_k)，比较所述重建信息符号(m′₁，m′₂，…，m′_k)与解码之前先验已知的信息符号(m₁)，和基于所述比较结果验证解码错误。

Description

简单的解码方法和设备

本发明涉及用于将代码可能损害的码字解码为信息字的方法以及相应的设备，还涉及实现所述方法的计算机程序。

在其内容在此引入作为参考的欧洲专利申请EP 01 201 841.2(PHNL 10331)中描述了一种方法，如果解码器已知某些信息符号，则该方法允许增强纠错码(ECC)的纠错能力。一种可能的应用是在光介质的地址检索领域中。光介质的扇区地址(sector address)属于受纠错码保护的标头(header)的一部分。在许多环境下，当前扇区的很多标头信息是能够从先前读取的扇区和目录中推断出来，或者从读出或者写入头大概所处位置的知识中推断。

在其内容也在此引入作为参考的欧洲专利申请EP 01 203 147.2(PHNL 10600)中描述了一种将地址字编码为代码的码字的方法。描述的代码提供了增强的纠错能力，这是因为它允许从读出或者写入头所处地点的大概知识中得益，即使对连续扇区地址的很多乃至全部的比特改变的地方来说也是如此。这是通过如下方式来实现的，即将地址字编码为信息字，以致于含有彼此相近的地址的地址字共享多个信息符号，并且所述信息字接着利用这样选择的生成矩阵编码为码字，该选择使得所述代码的至少一个子码的最小汉明距离大于所述代码的最小汉明距离，并且通过从对应于所述至少一个先验(a priori)的巳知信息符号的所述生成矩阵中省略至少一行，所述子码的子码生成矩阵即从所述代码的所述生成矩阵中导出。

为了解码根据上述专利申请描述的方法编码的码字，不能使用标准的里德-所罗门(Reed-Solomon(RS))解码器，而是必须提供专用解码器，以便使用增强的纠错能力。因此，标准的重放或者记录设备不能使用这样的代码，或者甚至根本不能对其解码。更进一步，必须在新的重放或者记录设备中设计和实现新的解码器。

因此本发明的一个目的是提供解码这种代码的方法和设备，而不必大大背离用于解码标准里德-所罗门码的标准方法和设备。

根据本发明，这个目的是利用这样的方法实现的：将代码可能损害的码字解码为包含信息符号的信息字，所述信息字被编码为所述代码的码字，根据权利要求1，它包含步骤：

-将所述可能损害的码字解码为码字

-从所述码字中重建信息符号，

-比较所述重建的信息符号与解码之前巳知的先验信息符号，和

-基于所述比较结果验证解码误差。

本发明基于的思想是，根据数学的代码属性，通过比较重建的信息符号(即重建的用户信息)与该解码器中可用的先验巳知信息符号，仍然可以在纠错码中识别是否使用标准RS解码器产生了误校正。如果解码器在该代码的纠错能力范围之内出现了校正误差，那么在重建信息符号与先验的巳知信息符号之间出现偏差的概率很高，从而导致负的验证结果。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。优选地，信息符号的重建通过简单的硬件来实现，例如类似于用于校正子形成的硬件。

本发明通常可应用于检测校正误差的任何系统码中。然而，本发明有利地应用于解码如上述欧洲专利申请EP 01 201 841.2(PHNL10331)和EP 01 203 147.2(PHNL 10600)描述的代码，如果某些信息符号对于解码器是先验已知的，则该代码提供额外的汉明距离。然而，假定编码器并不知道哪些符号实际上为解码器所知，如果有的话。

为得到这种增强的有效汉明距离，利用了某个预定义的(先前选取的)生成矩阵。所述预定义生成矩阵接着被用于编码和解码，即它需要作为标准的生成矩阵来使用。换句话说，选择该生成矩阵使得子码的最小汉明距离大于完成编码(complete code)的最小汉明距离。

利用生成矩阵将信息字编码为码字的原理被广泛使用并且是巳知的，例如从Addison Wesley 1984年5月出版的由Richard E.Blahut所著的″Theory and Practice of Error-Control Codes″第3.2节可知。这种生成矩阵特别地在标准中使用和描述，如CD音频标准。

当利用所述预定义生成矩阵时，地址信息能够更加可靠地受到保护。如果部分地址信息(例如最高有效比特)已经为解码器所知，如果给出了访问数据载体(例如磁)的某个地址的一个新的命令，那么地址检索更加可靠，这在写入期间尤其重要。解码器因此能有效运用具有递增的最小汉明距离的子码。然而，如果解码器不知道任何先验的信息符号，那么对检索的码字的解码可能照常，根据本发明使用的代码的汉明距离将与巳知代码的汉明距离相同，即在解码期间不能使用具有较大最小汉明距离的子码。

优选地，将地址字编码为信息字，以使得含有彼此相近的地址的地址字共享多个信息符号。优选地，这种地址字为抖动(wobble)地址，例如以被称为抖动信道的安全子信道编码的地址，正如它在数字视频记录(DVR)中被使用一样。

由于在编码期间的地址预处理，如果地址被递增了，那么只有一个信息符号将改变，例如当从盘内跳到盘外时，只有一个信息符号将改变。因此，如果跳跃准确度是如此以至于实际着落位置(landingplace)的地址与目标着落位置的地址最多相差为k，那么对于盘上的每次跳跃，至少k-1个信息符号将会是已知的。

在权利要求8中定义了根据本发明的用于解码可能损害的码字的一个设备。在权利要求9中定义用于实现根据本发明的方法的根据本发明的计算机程序。

优选地，本发明应用于对从存储音频、视频或者软件数据的数据载体中读取的数据解码，该数据载体可以是可记录或者可重写类型的，特别是像CD或者DVD之类的光学记录载体。本发明的特定应用在于光记录领域，特别是如DVR(数字视频记录)标准中提议的，优选地，在DVR中编码抖动地址的领域。

现在将参考附图更详细地解释本发明，其中：

图1示出了码字的常规格式，

图2示出了编码和解码方案的方框图，

图3示出了用于编码信息字的设备的方框图，

图4示出了用于根据本发明解码的设备的方框图，

图5示出了根据本发明的编码和解码方案的另一实施例的方框图。

图1示出了典型的[n，k]分组码的码字c的安排，例如里德-所罗门码。码字包含一个信息字m，含有k个信息符号；和一个奇偶校验字p，含有n-k个奇偶符号，所述奇偶符号是当将所述信息字m编码为码字c时产生的。

图2示出了使用编码和解码的典型系统的方框图。其中，来自数据源1(例如记录在主带或者主盘)的用户数据(例如音频或者视频数据)在它们被存储在数据载体(例如盘)上之前被编码，或者在它们被用于转发到例如用于重放的数据接收器9而再解码之前，通过例如因特网的传输信道进行发送。

正如可以看到的，信源1的用户数据首先通过信源编码器2来编码，然后由ECC编码器3进行纠错编码，此后由例如EFM调制器的调制器4来调制，这是在编码的用户数据(码字)进入信道5之前进行的，在该信道5上，误差可以被引入到码字中。这里信道5应该广义地解释为包括传输信道以及为了以后重放而将编码数据存储在数据载体上。

当打算重放数据时，在这些数据被ECC解码器7纠错解码和被信源解码器8进行信源解码之前，编码数据首先必须由例如EFM解调器之类的解调器6来解调。最后，解码的用户数据能够输入到接收器9，例如用于重放该用户数据的唱机设备。

然而这种一般系统不仅用于编码和解码用户数据，而且也可以用于任何种类的数据，像管理数据，特别是地址数据。这种地址数据被用来查找数据载体上或者用户数据数据流中的某个位置。在可记录或者可重写盘上，在记录任何用户数据之前，这种地址数据通常事先录制在空盘上。

本发明涉及数据的解码。根据优选实施例，使用某个预定的生成矩阵。本发明特定的应用在光学记录载体上使用的地址的地址检索领域。

图3示出了用于编码信息字m的设备的实施例，正如在上述两个欧洲专利申请EP 01 201 841.2(PHNL 10331)和EP 01 203 147.2(PHNL10600)中描述的。其中编码设备10包含编码单元11，用于将含有固定数目的信息符号m₁，m₂…，m_k的信息字m编码为代码C的码字c。为获得提高的纠错能力，使用某个预定义的生成矩阵G来编码信息字m。这个生成矩阵G由选择单元12选择和定义一次，然后提供给或者优选地存储在编码设备10和解码设备中以便连续不断地使用。

通过利用生成矩阵G，信息字m因此由编码单元11编码为码字c。这些码字c能够被提供到写入单元13，写入单元13将码字c记录在光学记录载体14上，例如CD或者DVD。

将通过举例的方式更详细地解释生成矩阵G的优选选择。该例子基于通过g(x)＝x³+x+1产生的[7，4，3]二进制汉明码C。首先解释该代码的巳知的“正常”使用，此后将解释根据本发明的代码的使用。

通常，代码C以系统形式使用，它对应于具有4行(一般而言为k)7列(一般而言为n)生成矩阵：

$G_{\mathrm{sys}}=\left[\begin{array}{ccccccc}1& 0& 0& 0& 1& 0& 1\\ 0& 1& 0& 0& 1& 1& 1\\ 0& 0& 1& 0& 1& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 1& 1\end{array}\right]$

信息字m＝(m₁，m₂，m₃，m₄)被映射到码字c＝m·G_sys。如果解码器在解码之前已经知道第i个信息符号m_i，那么解码器就能够在解码之前，对接收字r减去m_i的基值(contribution)。这意味着解码器将残余的接收字r-m_i·G_sys ⁱ解码为从生成矩阵G_sys中去掉第i行的一个代码，其中G_sys ⁱ指示G_sys的第i行。由于通过删除G_sys的最多三行获得的代码C的几乎所有的子码C′仍然具有汉明距离三，知道多至任何三个信息比特不能显著地改变未知信息比特的校正能力。只有当信息比特m₁，m₃，和m₄是已知时，用于检索m₂的汉明距离被增至到四。

根据本发明，可以给出相同代码C的另一生成矩阵G_id，为：

$G_{\mathrm{id}}=\left[\begin{array}{ccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 0& 1& 0& 0& 1& 1& 1\\ 1& 1& 0& 1& 0& 0& 1\\ 1& 1& 1& 0& 1& 0& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{g}_1\\ g_2\\ g_3\\ g_4\end{array}\right]$

如果(非系统)生成矩阵G_id用来对代码C编码，一个如EP 01 201841.2(PHNL 10331)和EP 01 203 147.2(PHNL 10600)描述的已被告知的解码器能够解码为代码C更良好的子码C′，如果某些信息比特或者信息符号(可以包含多于一个比特)是已知的话。例如，如果解码器知道第一个信息比特m₁，那么它能够使用由对应于[7，3，4]单工代码的G_id的最后三行g₂，g₃，g₄产生的子码C′。作为另一例子，如果最后三个比特m₂，m₃，m₄为解码器所知，那么它能够采用通过对应于[7，1，7]重复码的G_id的第一行产生的子码，因此使解码器能够可靠地恢复m₁，即使出现三个误码也是如此。

图4示出了用于解码读出的可能损害的码字r的设备。其中解码设备接收该可能损害的码字r。假定例如已经从数据载体中读出的包含符号r₀，r₁…，r₁₁的接收字r(x)是可能损害的码字，即包括码字c加噪声n。校正子S_j根据巳知的方法在校正子形成单元30中从接收字r计算出来，其中保持S_j＝c(α^j)+n(α^j)＝n(α^j)，0≤j≤4和S_j＝n(α^j)+m_j，5≤j≤10。校正子S以及接收的码字r接着被输入到巳知类型的差错模式计算单元31，用于计算错误位置和误差值，以便获得码字r的系数r′₀，r′₁，…r′₁₁。在实际实现中，所述差错模式计算单元31可以包含用于求解关键方程的一个单元和用于实现Chien搜索和Forney算法的一个单元。单元30和31一起形成了标准的RS解码器。

获得的码字系数r′₀，r′₁，…r′₁₁然后在重建单元32中被用于提取全部的信息符号m′₁，，m′₂，…，m′_k，例如通过使用用于重建的简单硬件，优选地，类似于用于校正子形成的单元30。

此后，所获信息符号m′₁，m′₂，…，m′_k的一部分通过比较器33与先验巳知的信息符号相比较，在这个例子中，是与信息符号m₁相比较，即获得的信息符号m’₁与先验巳知的信息符号m₁相比较。这种比较允许在单元34中验证在解码期间是否已经出现任何误差，因为如果解码错误产生，那么在重建信息符号和先验巳知的信息符号之间出现偏差的概率很高。

如果该验证导致肯定的结果(36)，那么输出重建的信息符号m′₁，m′₂，…，m′_k，然而在否定情况下(35)，能够重复进行纠错，或可替换地，考虑到如EP 01 201 841.2(PHNL10331)和EP 01 203 147.2(PHNL 10600)中描述的先验巳知的信息符号，能够利用专用的已被告知的解码器37来执行增强的纠错，从而最后产生正确的信息符号m′₁，m′₂，…，m′_k。

有关导致提供增强纠错能力的不同代码的不同编码方法的进一步细节可参考EP 01 201 841.2(PHNL 10331)和EP 01 203 147.2(PHNL10600)。此发明适用于对所有这些代码的解码。

图5示出了根据本发明编码和解码方案的另一实施例的方框图。其中地址字a包含k个地址符号a₀，a₁，...，a_k-1，该地址字被馈送给编码器60，编码器60包含地址预处理单元61和RS编码器62。通过地址预处理单元61，地址字a被编码为信息字m，信息字m包含k个信息符号m₀，m₁，...，m_k-1，使得当地址递增时，只有一个信息符号改变。这是通过利用格雷码来实现的，优选地，当前一符号a_i-1的最低有效比特的比特值为1时，通过反转信息符号a_i来实现。此后，信息字m由RS编码单元62编码为码字c。

当前ECC方案的解码方法几乎类似于使用通常(系统的)的RS码的情况。如果可能损害的码字r从数据载体63中读出(或者经由传输线接收到)，那么首先由标准RS解码器64解码。在这种特定的解码方式中，关于某些信息符号的知识只不过(隐含地)用作解码之后的另外的检验。也有可能通过设法校正比不知道上述情况所能够校正更多的误差来使用到这些知识。

然后，获得的中间码字r′被输入到后处理单元65，后处理单元65包含RS后处理单元66和地址后处理单元67。在RS后处理单元66中，通过评价对应于信息符号为零的中间码字r′，能够获得信息符号m′_i，即通过校正子计算来获得。在地址后处理单元67中，能够从信息符号m′中获得地址字a。后处理单元67对应于图4所示设备的元件32到37。

利用所述ECC方案的优势是当在解码之前已知部分地址时，能够增加代码间距。然而实际上使用在先知识是一种推进选择。如果不知道该知识，则可以跳过此步骤，这给出了具有某些后处理以便从中间码字计算该地址的普通解码过程。本发明特别可应用于将码字解码为被编码的地址，优选地为如数字视频记录(DVR)中使用的抖动地址。其中优选地使用[15，9，7]RS码。有关某些应用更多的细节，可参考EP 01 203 147.2(PHNL 10600)。

Claims (9)

1.一种将代码(C)的可能损害的码字(r)解码为包含信息符号(m′₁，m′₂，...，m′_k)的信息字(m′)的方法，所述信息字(m))被编码为所述代码(C)的码字(c)，所述方法包含步骤：

将所述可能损害的码字(r)解码为码字(r′)，

从所述码字(r′)中重建信息符号(m′₁，m′₂，...，m′_k)，

比较所述重建信息符号(m′₁，m′₂，...，m′_k)与解码之前先验已知的信息符号(m₁)，以及

基于所述比较结果验证解码错误。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信息符号通过校正子形成来重建。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，利用生成矩阵(G)将所述信息字(m)编码为所述码字(c)，如果在解码之前先验已知至少一个信息符号(m′₁)，则该生成矩阵(G)提供增强的纠错能力。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述生成矩阵(G)这样选择，使得所述代码(C)的至少一个子码(C′)的最小汉明距离大于所述代码(C)的最小汉明距离，并且通过省略对应于所述至少一个先验已知的信息符号(m′₁，)的所述生成矩阵(G)的至少一行，所述子码(C′)的子码生成矩阵(G′)从所述代码(C)的生成矩阵(G)中导出。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，包括在所述可能损害的码字(r)内的所述至少一个先验已知的信息符号(m₁)的基值被考虑用于以增强的纠错能力来解码所述可能损害的码字(r)。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，地址字(a)被编码为所述信息符号(m)，使得包含彼此靠近的地址的地址字(a1)共享多个信息符号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法被用于编码数字视频记录(DVR)中使用的地址字，特别是用于编码抖动地址的地址字。

8.一种用于将代码(C)的可能损害的码字(r)解码为包含信息符号(m′₁，m′₂，...，m′_k)的信息字(m′)的设备，所述信息字(m)被编码为所述代码(C)的码字(c)，所述设备包含：

用于将所述可能损害的码字(r)解码为码字(r’)的装置，

用于从所述码字(r′)中重建信息符号(m′₁，m′₂，...，m′_k)的装置，

用于比较所述重建信息符号(m′₁，m′₂，...，m′_k)与解码之前先验已知的信息符号(m₁)的装置，和

用于基于所述比较结果来验证解码错误的装置。

9.包含程序代码装置的计算机程序，当所述计算机程序在计算机中运行时，该程序代码装置用于使计算机执行权利要求1所述方法的步骤。

Images