CN1630203A - 三维纠错编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用三维里德－所罗门码的纠错编码方法。在该纠错编码方法中，若干条输入信息被排列在三维数据块中。对于三维数据块执行三维纠错编码，从而分别在水平、垂直和z轴方向上向该三维数据块中加入水平、垂直和z轴纠错奇偶校验符号。

Description

三维纠错编码方法
技术领域
本发明涉及一种三维纠错编码方法；尤其涉及一种三维纠错编码方法，该方法使用数字信息设备或通信设备中的一维奇偶校验，对于三维数据块执行纠错编码，从而改善纠错性能。
背景技术
用于确定数字通信系统质量的一个参数是“误码率(BER)”。BER是用于确定接收系统的输出中有错误的比特出现概率的参数。诸如磁带、磁盘、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)和条形码的存储设备，诸如蜂窝电话和微波链路的移动通信设备，卫星通信设备和数字电视通常需要BER为10-9或更低。
为了在不增加信噪比(SNR)的条件下增加BER，将纠错码用于编码信息。这时，即使在传输过程中出现一些错误，也可以在接收机中校正错误。众所周知，纠错技术自动校正可能在传输过程中大量出现的错误。一种技术“里德-所罗门纠错码”已经广泛普及。
本领域技术人员都知道，里德-所罗门纠错码适于对将用纠错码处理的数字数据，从而当数字数据用在数字信息设备或通信设备中将发送以记录在存储介质上或将从存储介质再现时减少误差。由里德和所罗门提出的里德-所罗门纠错码是一种能够校正成组错误差的纠错码。特别是，磁带或光盘的损坏表面或上面的灰尘可能引起产生成组误差，因此相当需要里德-所罗门(RS)码。一个RS(204，188)码表示，如果输入数据是188字节并且16字节的纠错码加入到输入数据中并与输入数据一起传输，总共校正8字节误差。进而，使用RS码的良好的成组纠错性能，RS码与卷积码组合，以便能够对偶发误差执行良好的校正性能，从而用在地面广播通信领域，有线通信和加密通信中。因此，组合码用于偶发和成组误差都出现的环境如宇宙通信、卫星通信和卫星广播，因此有效地消除信道误差。而且，一个RS码广泛应用到诸如移动通信系统和扩频系统的通信系统和诸如计算机存储设备、CD和数字音频磁带(DAT)的存储介质中，并采用为设备视频广播(DVB)的传输标准。
对于这样的RS纠错码，通常使用二维RS纠错码，其中用于纠错的水平和垂直奇偶校验符号分别加入倒水平和垂直方向的信息符号。这时，奇偶校验符号二维加入信息符号并连续排列，以便二维RS纠错码展示比奇偶校验符号的一维应用良好的性能。但是，其中存在一个问题，如果存在大量误差，出现饱和，从而在二维中任意方向都不能执行纠错，从而丧失重复纠错能力，而重复纠错能力是二维纠错的最佳特征。
而且，在加入水平和垂直奇偶校验符号的情况下，加入二维奇偶校验符号，即对应于水平奇偶校验符号的垂直奇偶校验符号，从而奇偶校验信息明显增加，因此显著提高了码率。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种三维纠错编码方法，它对于水平、垂直和z轴方向的三维数据块执行三维纠错编码，从而改善纠错性能。
本发明的另一个目的是提供一种三维纠错编码方法，除了改善纠错性能，它还改善码率，同时执行三维纠错编码。
按照本发明，提供一种三维纠错编码方法，包括步骤：
a)把若干条输入信息排列在三维数据块中；
b)对于三维数据块执行三维纠错编码，从而分别在水平、垂直和z轴方向对三维数据块中加入水平、垂直和z轴纠错奇偶校验符号。
附图简述
以下结合附图说明优选实施例，从而使本发明的以上和其他目的和特征变得明显，其中：
图1说明了根据本发明第一实施例的使用三维里德-所罗门码的一种纠错编码方法的码结构的原理图；
图2说明了根据本发明第二实施例的使用三维里德-所罗门码的一种纠错编码方法的码结构的原理图；
图3说明了根据本发明第三实施例的使用三维里德-所罗门码的一种纠错编码方法的码结构的原理图；
图4说明了根据本发明第三实施例的使用三维里德-所罗门码的纠错编码方法的流程图；和
图5说明了根据本发明第三实施例的使用三维里德-所罗门码的纠错解码方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明的实施例。
图1说明了根据本发明第一实施例的使用三维(3D)里德-所罗门码的一种纠错编码方法的码结构的原理图。如图1所示，若干条输入信息排列在3D数据块10中，3D数据块10用一个信息符号阵列(k1，k2，k3)实现，其中k1、k2和k3是正整数。换句话说，3D数据块10具有一个(k1，k2，k3)阵列结构，其中k1*k2*k3个信息符号沿着水平、垂直和z轴方向排列。
相对于该3D数据块10执行3D纠错编码，使得水平、垂直和z轴纠错奇偶校验符号分别在水平、垂直和z轴方向加入到3D数据块10。图1中，水平、垂直和z轴方向分布用第一、第二和第三纠错编码轴ECC1、ECC2和ECC3表示。首先，n1-k1纠错奇偶符号在水平方向加入到数目为k2*k3的k1信息符号的每一个中，从而构成(n1-k1)*k2*k3个水平纠错奇偶校验符号RS120。此后，n2-k2纠错奇偶校验符号在垂直方向加入到数目为n1*k3的k2信息符号和/或奇偶校验符号的每一个中，从而构成n1*(n2-k2)*k3个垂直纠错奇偶校验符号RS2 30和50。最后，n3-k3纠错奇偶校验符号在z轴方向上加入到数目为n1*n2的k3信息符号和/或奇偶校验符号的每一个中，从而构成n1*n2*(n3-k3)个z轴纠错奇偶校验符号RS3 40、60、70和80。
为了通过上述方法执行3D纠错编码，应当将若干条输入信息安排在一个3D数据块中，该3D数据块以一个信息符号阵列(k1，k2，k3)实现并存储在存储器中。相对于存储在存储器中的3D数据块10，n1-k1第一级水平纠错奇偶校验符号加入到每k1个信息符号，以便使以这种方式产生的(n1-k1)*k2*k3个第一级水平纠错奇偶符号20存储在存储器中。如果重复上述过程，3D数据块的水平长度从k1增加到n1。
此后，相对于存储在存储器中的3D数据块10，n2-k2第一级垂直纠错奇偶校验符号加入到垂直方向的每k2个信息符号中。进而，相对于(n1-k1)*k2*k3个第一级水平纠错奇偶校验符号10，n2-k2个第二级垂直纠错奇偶校验符号加入到垂直方向的每k2个纠错奇偶校验符号中。因此，已通过上述过程产生的k1*(n2-k2)*k3个第一级垂直纠错奇偶校验符号30和(n1-k1)*(n2-k2)*k3个第二级垂直纠错奇偶校验符号50存储在存储器中。如果重复上述过程，3D数据块的垂直长度从k2增加到n2。
最后，相对于存储在存储器中的3D数据块10，n3-k3个第一级z轴纠错奇偶校验符号加入到z轴方向的每k3个信息符号中；相对于(n1-k1)*k2*k3个第一级水平纠错奇偶校验符号20和k1*(n2-k2)*k3个第一级垂直纠错奇偶校验符号30，第二级z轴纠错奇偶校验符号被加入到z轴方向上每k3个纠错奇偶校验符号上。进而，相对于(n1-k1)*(n2-k2)*k3个第二级垂直纠错奇偶校验符号50，第三级z轴纠错奇偶校验符号加入到z轴方向上每k3个纠错奇偶校验符号上。因此，通过上述过程已产生的k1*k2*(n3-k3)个第一级z轴纠错奇偶校验符号40、(n1-k1)*k2*(n3-k3)和k1*(n2-k2)*(n3-k3)个第二级z轴纠错奇偶校验符号60和70、以及(n1-k1)*(n2-k2)*(n3-k3)个第三级z轴纠错奇偶校验符号80都存储在存储器中。如果重复上述过程，3D数据块的z轴长度从k3增加到n3。
信息符号的(k1，k2，k3)阵列10，(n1-k1)*k2*k3、k1*(n2-k2)*k3和k1*k2*(n3-k3)个第一级纠错奇偶校验符号20、30和40，(n1-k1)*(n2-k2)*k3、(n1-k1)*k2*(n3-k3)和k1*(n2-k2)*(n3-k3)个第二级纠错奇偶校验符号50、60和70，以及(n1-k1)*(n2-k2)*(n3-k3)个第三级纠错奇偶校验符号80被进一步编码，如果需要，接着将其编码结果存储在存储介质中(未示出)，诸如全息存储介质。
图2说明了表示根据本发明第二实施例的使用3D里德-所罗门码的一种纠错编码方法的码结构的原理图。
与根据第一实施例的3D里德-所罗门码不同，根据第二实施例的3D里德-所罗门码只对信息符号本身的(k1，k2，k3)阵列执行纠错编码，因此只包括第一级纠错奇偶校验符号，不包括第二级和第三级纠错奇偶校验符号。详细的说，根据第二实施例的3D里德-所罗门码除了信息符号D1到Dk3 100的(k1，k2，k3)阵列，还包括(n1-k1)*k2*k3个第一级水平纠错奇偶校验符号P11到P1k3 200，k1*(n2-k2)*k3个第一级垂直纠错奇偶校验符号P21到P2k3 300，和k1*k2*(n3-k3)个第一级z轴纠错奇偶校验符号P31到P3n3-k3 400。在本发明中，纠错奇偶校验符号按照水平、垂直和z轴方向的顺序连续产生。但是，本发明不限于这种产生纠错奇偶校验符号的顺序。例如，水平、垂直和z轴纠错奇偶校验符号可以按照与第二实施例不同的顺序产生，并且可以同时产生。而不是连续产生。根据本发明的第二实施例，加入的纠错奇偶校验符号的数量最小化，从而在降低码率的同时改善了纠错性能。
图3说明了表示根据本发明的第三实施例的使用3D里德-所罗门码的一种纠错编码方法的码结构的原理图。
与根据第二实施例的3D里德-所罗门码不同，根据第三实施例的3D里德-所罗门码构成的方式使得根据第二实施例产生的第一级纠错奇偶校验符号被重新排列。例如，(n1-k1)*k2*k3个第一级水平纠错奇偶校验符号P11到P1k3 200中的第一级z轴纠错奇偶校验符号P31到P3n3-k3 400，k1*(n2-k2)*k3个第一级垂直纠错奇偶校验符号P21到P2k3 300，和k1*k2*(n3-k3)个第一级z轴纠错奇偶校验符号P31到P3n3-k3 400可以重新排列在图2所示的根据第二实施例的3D里德-所罗门码的第二级垂直纠错奇偶校验符号的位置。如果需要，如图3所示，第一级z轴纠错奇偶校验符号P31到P3n3-k3 400的每个区域均等分为四部分，并且分为四部分后的第一级z轴纠错奇偶校验符号(P31)1，(P31)2，(P31)3，(P31)4，…，(P3n3-k3)1，(P3n3-k3)2，(P3n3-k3)3，(P3n3-k3)4 500被产生，它们可以顺序地重新排列在第二级垂直纠错奇偶校验符号的位置。根据本发明的z轴纠错奇偶校验符号的重新排列只是一个实施例，并且本发明不限于该实施例。因此，所有水平、垂直和z轴纠错奇偶校验符号以及水平和垂直纠错奇偶校验符号都能够重新排列。
图4说明了根据本发明的第三实施例的使用3D里德-所罗门码的纠错编码方法的流程图。
首先，在步骤S300接收若干条输入信息，并且在步骤S302排列在3D数据块中。3D数据块是信息符号的(k1，k2，k3)阵列，其中k1、k2和k3是正整数。
步骤S304、S306、S308同时进行时，纠错编码对于3D数据块在水平、垂直和z轴方向执行，从而分别构成了(n1-k1)*k2*k3个第一级水平纠错奇偶校验符号200，k1*(n2-k2)*k3个第一级垂直纠错奇偶校验符号300和k1*k2*(n3-k3)个第一级z轴纠错奇偶校验符号400。在步骤S310，第一级z轴纠错奇偶校验符号400以预设面积分割并重新排列。重新排列后的第一级z轴纠错奇偶校验符号500排列在对应于图2所示的第二级垂直纠错奇偶校验符号的区域中，即第一级水平纠错奇偶校验符号200的假想延长线与第一级垂直纠错奇偶校验符号300的假想延长线相交的区域中。因此，重新排列后的第一级z轴纠错奇偶校验符号500最好具有(n1-k1)*(n2-k2)*k3的范围。为了满足该范围，可以在必要时删除z轴纠错奇偶校验符号的一部分，或者相反加入伪奇偶校验符号。
在步骤S312，3D数据块100、第一级水平纠错奇偶校验块200、第一级垂直纠错奇偶校验块300和重新排列后的第一级z轴纠错奇偶校验块500合并为一个码块。并且在步骤S314，合并后的码块作为纠错码(ECC)块输出。
图5说明了根据本发明的第三实施例的使用3D里德-所罗门码的一种纠错解码方法的流程图。
首先，在步骤S400，接收通过从一个诸如全息介质的存储介质(未示出)中检索而获得的检索的信息。在步骤S402，检索的信息以预先设置的纠错编码块，例如n1*n2*k3个块，存储在解码缓冲器中。在步骤S404，(n1-k1)*(n2-k2)*k3个重新排列后的z轴纠错奇偶校验符号从存储在解码缓冲器中的纠错编码块中提取。在步骤S406，重新排列后的z轴纠错奇偶校验符号以与编码步骤相反的顺序排列，从而重新构成k1*k2*(n3-k3)个z轴纠错奇偶校验符号。
在步骤S408，重新构成的z轴纠错奇偶校验符号在解码块的z轴方向上连接，从而构成一个(n1，n2，n3)重新排列的纠错编码块，其中纠错奇偶校验符号沿着水平、垂直和z轴方向加入。
在步骤S410、S412和S414，对于上述水平纠错奇偶校验符号200、垂直纠错奇偶校验符号300和z轴纠错奇偶校验符号400，顺序地或同时执行纠错解码。在步骤S416，确定是否已经执行了特定数n次纠错解码迭代。在步骤S418，特定数n次纠错解码迭代后，纠错解码的结果以纠错解码块的形式输出。纠错解码迭代次数可以根据纠错码的奇偶校验符号数和对应信道的噪声检测电平确定。
尽管已经参照优选实施例对本发明进行图示和说明，本领域技术人员应理解的是，在不脱离随后权利要求确定的本发明的精神和范围的情况下能够作出各种改变和修改。

Claims (5)

1、一种三维纠错编码方法，包括步骤：
a)把若干条输入信息排列在三维数据块中；
b)相对于该三维数据块执行三维纠错编码，从而分别在水平、垂直和z轴方向向该三维数据块添加水平、垂直和z轴纠错奇偶校验符号。
2、权利要求1的三维纠错编码方法，其中该三维数据块是一个信息符号(k1，k2，k3)阵列，k1，k2和k3是正整数，并且
步骤b)包括步骤：
b1)在水平方向向该三维数据块的数目为k2*k3的k1信息符号的每个添加n1-k1个纠错奇偶校验符号，从而构成用于k1*k2*k3个信息符号的(n1-k1)*k2*k3个水平纠错奇偶校验符号；
b2)在垂直方向向该三维数据块的数目为k1*k3的k2信息符号添加n2-k2个纠错奇偶校验符号，从而构成用于k1*k2*k3个信息符号的k1*(n2-k2)*k3个垂直纠错奇偶校验符号；
b3)在z轴方向向该三维数据块的数目为k1*k2的k3信息符号的每个添加n3-k3个纠错奇偶校验符号，从而构成用于k1*k2*k3个信息符号的k1*k2*(n3-k3)个z轴纠错奇偶校验符号。
3、权利要求2的三维纠错编码方法，还包括步骤c)：在步骤b3)后，重新排列水平、垂直和z轴纠错奇偶符号。
4、权利要求1的三维纠错编码方法，其中，该三维数据块是一个信息符号(k1，k2，k3)阵列，k1，k2和k3是正整数，并且
步骤b)包括步骤：
b4)在水平方向向该三维数据块的数目为k2*k3的k1信息符号的每个添加n1-k1个纠错奇偶校验符号，从而构成用于k1*k2*k3个信息符号的(n1-k1)*k2*k3水平纠错奇偶校验符号；
b5)在垂直方向向该三维数据块的数目为k1*k3的k2信息符号的每一个和数目为(n1-k1)*k3的k2水平纠错奇偶校验符号的每一个加入n2-k2个纠错奇偶校验符号，从而构成用于k1*k2*k3个信息符号的n1*(n2-k2)*k3个垂直纠错奇偶校验符号和(n-k1)*k2*k3个水平纠错奇偶校验符号；
b3)在z轴方向向该三维数据块的数目为k1*k2的k3信息符号的每个、数目为(n1-k1)*k2的k3水平纠错奇偶校验符号的每一个、以及数目为n1*(n2-k2)和(n1-k1)*(n2-k2)的k3垂直纠错奇偶校验符号添加n3-k3个纠错奇偶校验符号，从而构成用于k1*k2*k3个信息符号的n1*n2*(n3-k3)个z轴纠错奇偶校验符号，(n1-k1)*k2*k3个水平纠错奇偶校验符号和n1*(n2-k2)*k3和(n1-k1)*(n2-k2)*k3个垂直纠错奇偶校验符号。
5、权利要求1的三维纠错编码方法，其中用里德-所罗门码形成水平、垂直和z轴纠错奇偶校验符号。
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