CN1819047B - 对调制码进行编码和解码的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于对调制码进行编码和解码的方法和设备。该方法包括：将检错比特添加到源信息；通过将可使用检错码检测的误码模式插入到在包括检错比特和源信息的数据流中的不满足用于游长受限(RLL)码的k约束的数据流来执行k约束编码，并将k约束编码之后的数据流记录在记录介质上；以及读取记录在记录介质上的数据流，并确定在数据流中是否存在误码。

Description

对调制码进行编码和解码的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于对调制码进行编码和解码的方法和设备。更具体地说，本发明涉及一种按将被记录在记录介质上的数据流满足游长受限k约束的方式对调制码进行编码和解码的方法和设备。
背景技术
对于调制码来说，游长受限(RLL)码按将被记录在记录介质上的数据流满足特定的游长受限约束的方式而被使用。根据预定的规则执行RLL码的编码和解码。RLL码表示为(d，k)，其中，“d”表示在不归零反转(NRZI)信号中的1和1之间生成的连0的最小数量，用于减少码间干扰，“k”表示在1和1之间生成的连0的最大数量，用于限制最大转移间隔，从而可在预定的时间周期中提取定时信息。(0，k)码指的是在商用硬盘驱动器中作为RLL码被使用的k约束码。
RLL码对系统配置来说是必须的，但根据香农编码定律，其引入了编码率损失。结果，RLL码限制了记录密度，并且由于在解码期间的误码传递而导致系统性能恶化。
发明内容
本发明实施例提供用于对调制码进行编码和解码的方法和设备，根据该方法，可由检错码检测的误码模式可被插入到不满足游长受限约束的数据流中，从而防止编码率损失，通过该方法，可使用纠错机制来纠正由于误码模式插入(即误码翻转(error flip))而导致产生的误码。
根据本发明实施例的一方面，提供用于对调制码进行编码和解码的方法，该方法可包括：将检错比特添加到源信息；通过将可使用检错码检测的误码模式与可包括所述检错比特和源信息并且不满足游长受限(RLL)码的k约束的数据流进行模2加来执行k约束编码；在k约束编码之后，将数据流记录到记录介质上；读取记录在记录介质上的数据流，并确定该数据流中是否存在误码；如果在从记录介质读取的数据流中存在误码，则执行作为k约束编码的逆操作的k约束解码以去除在k约束编码期间有意加入的误码模式；以及使用纠错机制来纠正数据流中存在的所述误码。
根据本发明实施例的另一方面，提供用于对调制码进行编码和解码的设备，该设备包括：检错码编码器，用于将检错比特添加到源信息；k约束编码器，用于通过将可使用检错码检测的误码模式与可包括检错比特和源信息并且不满足游长受限(RLL)码的k约束的数据流进行模2加来执行k约束编码；记录介质，在k约束编码之后，数据流被记录到其上；检错码解码器，用于读取记录在记录介质上的数据流，并确定该数据流中是否存在误码；k约束解码器，用于执行作为k约束编码的逆操作的k约束解码以去除在k约束编码期间有意加入数据流中的误码模式；以及纠错器，用于使用纠错机制来纠正从记录介质读取的数据流中存在的所述误码。
附图说明
通过结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明实施例的对调制码进行编码和解码的方法的流程图；以及
图2是根据本发明实施例的对调制码进行编码和解码的设备的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细说明本发明的实施例，其中相同的标号始终表示相同的部件。
图1是根据本发明实施例的对调制码进行编码和解码的方法的流程图。
在操作10，检错比特可被添加到将被记录在记录介质上的源信息。奇偶校验码(PCC)或循环冗余校验码(CRCC)可用作检错码。
在操作12，通过将可使用检错码检测的误码模式插入到可包括检错比特和源信息并且不满足游长受限(RLL)码的k约束(或最大游长受限约束)的数据流中来执行k约束编码，并且在k约束编码之后将数据流记录在记录介质上。
当RLL码被编码时，需要添加冗余比特。根据预定规则来执行RLL码的编码和解码。然而，在本发明中，可通过翻转码字中的比特来将可使用检错码检测的误码模式有意插入到不满足k约束的码字中，从而对码字进行k约束。结果，不产生编码率损失，并且仅需要用于选择比特翻转位置的规则。然而，不存在理想的解码规则。
根据本发明实施例，不遵循规定的规则的解码器可能不正确地执行解码。然而，不正确的解码不影响错误率，并且通过使用纠错机制可纠正有意插入的误码模式。误码模式可以是可使用检错码检测并且可被插入到不满足k约束的数据流的中间部分以得到符合k约束的数据流的模式。
例如，考虑k＝4的不归零(NRZ)信号的数据流01111110。当k＝4时，在该NRZ信号中可用的连0或连1的数量是4。然而，在数据流“01111110”中，数据流部分“111111”具有6个连1，因此不满足k＝4的条件。在本发明实施例中，可使用检错码检测的误码模式可被插入到数据流部分的中间部分以将数据流部分“111111”转换为满足k约束的数据流部分。
例如，当假定误码模式“001100”可使用检错码来检测时，具有插入的误码模式的数据流部分，即k约束编码的数据流，将是“110011”(＝111111+001100)。换句话说，可通过翻转与在误码模式中的比特1的位置对应的数据流中的比特来执行k约束编码，而没有编码率损失。结果，将被记录在记录介质上的数据流可有意地包括该误码模式。
在另一示例中，将对NRZ反转(NRZI)信号来描述根据本发明实施例的k约束编码。假定数据流是NRZI信号中的“010000010”，并且k＝4。当k＝4时，在NRZI信号中1和1之间的可用连0的最大数量是4。然而，在数据流“010000010”中的数据流部分“00000”有5个连0，因此不满足k＝4的条件。当假定可使用检错码来检测误码模式“00110”时，通过将该误码模式插入到数据流部分“00000”的中间部分而得到的数据流部分，即k约束编码的数据流部分，将是“00110”(＝00000+00110)。
如上所述，在根据本发明实施例的k约束编码和数据流记录的过程中，可将误码模式有意地插入到数据流中，并且包括该误码模式的数据流可被记录。通过使用纠错机制，特别是通过使用由于比特翻转而产生的误码事件作为后维特比(post-Viterbi)纠错机制中的滤波器，可纠正由比特翻转而导致的误码。从上述示例可推知，±[2，2]＝[1，1]可以是在后维特比纠错机制中使用以纠正由于有意的比特翻转而导致的误码的误码事件滤波器。
在本发明实施例中，对于k约束，“k”可至少等于2。仿真显示当“k”至少是2时得到的性能几乎与当k＝∞时得到性能相同。
在操作14，可读取记录在记录介质上的数据流，其后，可确定在该数据流中是否存在误码。数据流中的误码可以是在操作12中插入的误码模式，或是在从记录介质读取数据流的同时产生的误码，即由于信道失真而产生的误码。换句话说，在操作14，可检测由于信道失真而产生的误码和由于误码模式插入而导致的误码。
当确定数据流中存在误码时，可在操作16对数据流执行k约束解码。k约束解码可以是将误码模式插入到不满足k约束的数据流中的操作的逆操作。在上述示例中，当k＝4时，不满足k约束的数据流“111111”或“00000”分别被k约束编码成为“110011”或“00110”，在k约束解码中，模式“110011”或“00110”可在数据流中被发现，并分别被转换成为“111111”或“00000”。
由于可基于模式匹配方案来执行k约束解码，所以即使当数据流“110011”或“00110”不是误码模式已被插入的数据流时，也可执行k约束解码。结果，可能执行不正确的解码。由于根据本发明的k约束解码不是基于理想的规则的，所以正确的数据流可能被不正确地解码。然而，因为纠错机制不纠正在k约束解码之后的数据流中的误码，而是纠正从记录介质中读取的数据流中的误码，所以不正确的解码而导致的误码不影响系统的性能。
在操作18，纠错机制可使用k约束解码的数据流来纠正从记录介质读取的数据流中的误码。在从记录介质读取的数据流中的误码可以是在编码期间插入的误码模式，或是在从记录介质读取数据流的同时产生的误码，即由于信道失真而产生的误码。当在步骤14确定从记录介质读取的数据流中存在误码时，可使用纠错机制来纠正数据流中的误码。纠错机制可使用k约束解码的数据流来执行纠错。在本发明实施例中，可使用后维特比纠错机制来作为纠错机制。具体地说，根据本发明的纠错机制可纠正在NRZ信号的数据流中被插入到在1码元之间的一系列连0码元中，或被插入到0码元之间的一系列连1码元中的误码，或者可纠正被插入到在NRZI信号的数据流中的1码元之间的一系列连0码元中的误码。
在操作18，可执行k约束解码的数据流与部分响应多项式的卷积，执行卷积结果与均衡器的输出之间的减法，对减法的结果执行匹配滤波，使用匹配滤波的结果对从记录介质读取的数据流中的误码进行纠正。这里，与被插入到读取的数据流中的误码模式相应的匹配滤波器可用于匹配滤波。
以下，将参照附图描述根据本发明实施例的用于对调制码进行编码和解码的设备。
图2是根据本发明实施例的用于对调制码进行编码和解码的设备的框图。该设备包括：检错码编码器100、k约束编码器110、记录介质120、均衡器130、数据流估计器140、检错码解码器150、k约束解码器160、部分响应多项式计算器170、匹配滤波器单元180、以及纠错器190。
检错码编码器100可将检错比特添加到将被记录在记录介质120上的源信息，并可将具有检错比特的数据流输出到k约束编码器110。检错码编码器100可使用PCC或CRCC来作为检错码。
k约束编码器110可将可使用检错码检测的误码模式插入到可包括所述检错比特和源信息并且不满足用于RLL码的k约束(或最大游长受限约束)的数据流中。这个将误码模式插入到不满足k约束的数据流中的过程被称为k约束编码。
由于k约束编码器110可通过对不满足k约束的数据流中的一些比特进行翻转来执行k约束编码，所以没有编码率损失。k约束编码器110可插入可使用由检错码编码器100使用的检错码检测的误码模式。k约束编码器110可将误码模式插入到不满足k约束的数据流的中间部分以产生符合k约束的结果的数据流。k约束编码器110可将误码模式插入到在NRZ或NRZI信号中不满足k约束的数据流中。因为在执行纠错之后，当“k”至少是2时得到的错误率与当k＝∞时得到的性能几乎相同，所以k约束编码器110可将k约束的“k”设置为至少是2。
从k约束编码器110输出的数据流可被记录在记录介质120上。记录介质可以是在记录系统中使用的任何类型的记录介质。
均衡器130可对从记录介质120读取的信号去除码间干扰，并将信道的频率特性转换为与部分响应多项式的频率特性相似。
数据流估计器140可基于均衡器130的输出信号对记录在记录介质120上的数据流进行估计。被估计的数据流可包括由于信道失真而导致产生的误码和由有意插入误码模式而导致的误码。
检错码解码器150可检测在由数据流估计器140估计的数据流中的误码。如果由检错码解码器150检测到误码，则可运行形成纠错机制的k约束解码器160、部分响应多项式计算器170、匹配滤波器单元180、以及纠错器190来纠正数据流中的误码。具体的说，纠错机制可实施为后维特比纠错机制。
可根据由检错码解码器150执行的检测的结果来确定k约束解码器的运行。k约束解码器160可按照与由k约束编码器110执行的k约束编码相反的方式来对由数据流估计器140估计的数据流进行k约束解码。
由于k约束解码器160没有基于理想的规则来执行解码操作，所以即使当在由数据流估计器140估计的数据流中没有误码时也可能执行不正确的解码。这里，理想的规则表示当在由k约束编码器110编码的数据流中没有误码时，k约束解码器160无误码地恢复k约束编码器110的输入。然而，在本发明实施例中，因为纠错器190基于k约束解码器160的输出来纠正在由数据流估计器140估计的数据流中的误码，所以即使k约束解码器160执行不正确的解码，也不会影响系统性能，即错误率。
部分响应多项式计算器170可使用由k约束解码器160解码的数据流来估计均衡器130的输出。均衡器130的输出可包括与部分响应多项式相关的理想的部分响应信号。
匹配滤波器单元180可包括多个匹配滤波器，使用部分响应多项式以及可使用检错码检测的误码事件来配置每一匹配滤波器。误码事件可以是记录系统的主要误码事件。可通过对误码事件与部分响应多项式执行卷积并且其后执行时间反转来实现与误码事件相应的匹配滤波器。匹配滤波器单元180可包括与和在k约束编码期间有意插入误码模式相关的误码事件相应的匹配滤波器。匹配滤波器单元180的输入可以是均衡器130的输出与通过执行k约束解码器160的输出信号与部分响应多项式的卷积而生成的信号的差信号。
纠错器190可检测在由数据流估计器140估计的数据流中的误码的位置以及误码事件的类型，并纠正误码。纠错器190可使用后维特比纠错机制来纠正在由数据流估计器140估计的数据流中的误码。
如上所述，本发明实施例可实现高记录密度而没有编码率损失。此外，根据本发明实施例，在解码期间不发生误码传递，并且编码和解码的复杂性被降低。此外，可实现传统的k约束，从而本发明提供可靠的定时恢复。
虽然已参照其示例性实施例具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上做出各种改变。

Claims (20)

1.一种对调制码进行编码和解码的方法，该方法包括：
(a)形成包括至少一个检错比特和源信息的数据流；
(b)如果数据流不满足用于游长受限码的k约束，则通过将可使用检错码检测的误码模式与数据流进行模2加来执行k约束编码，并将k约束编码之后的数据流记录在记录介质上；
(c)读取记录在记录介质上的数据流，并确定在从记录介质读取的数据流中是否存在误码；
(d)如果在从记录介质读取的数据流中存在误码，则执行作为k约束编码的逆操作的k约束解码以去除在k约束编码期间有意加入的误码模式；以及
(e)使用纠错机制来纠正数据流中存在的所述误码。
2.如权利要求1所述的方法，其中，检错码是奇偶校验码和循环冗余校验码中的一种。
3.如权利要求1所述的方法，其中，(b)还包括：将误码模式与不满足k约束的数据流的中间部分进行模2加。
4.如权利要求1所述的方法，其中，(b)还包括：将误码模式与在NRZ信号和NRZI信号之一中的不满足k约束的数据流进行模2加。
5.如权利要求1所述的方法，其中，k约束至少是2。
6.如权利要求1所述的方法，其中，(e)还包括：纠正加入NRZ信号中的数据流中1码元之间的一系列连0码元和0码元之间的一系列连1码元之一中的所述误码。
7.如权利要求1所述的方法，其中，后维特比纠错机制被用于纠正在从记录介质读取的数据流中存在的所述误码。
8.如权利要求7所述的方法，其中，(e)还包括：
(e1)将k约束解码的数据流和部分响应多项式的卷积结果与均衡器的输出进行相减，并对相减的结果进行匹配滤波；以及
(e2)使用匹配滤波的结果纠正在从记录介质读取的数据流中存在的所述误码。
9.如权利要求8所述的方法，其中，(e1)还包括：使用与被加入数据流中的误码模式相应的匹配滤波器来进行匹配滤波。
10.如权利要求1所述的方法，其中，(e)还包括：纠正被加入NRZI信号中的数据流中的1码元之间的一系列连0码元中的所述误码。
11.一种用于对调制码进行编码和解码的设备，该设备包括：
检错码编码器，用于将至少一个检错比特与源信息组合；
k约束编码器，用于在包括所述至少一个检错比特和源信息的数据流中通过将可使用检错码检测的误码模式与不满足用于游长受限码的k约束的数据流进行模2加来执行k约束编码；
记录介质，用于将k约束编码之后的数据流记录在其上；
检错码解码器，用于读取记录在记录介质上的数据流，并确定该数据流中是否存在误码；
k约束解码器，用于执行作为k约束编码的逆操作的k约束解码以去除在k约束编码期间有意加入数据流中的误码模式；以及
纠错器，用于使用纠错机制来纠正从记录介质读取的数据流中存在的所述误码。
12.如权利要求11所述的设备，其中，检错码编码器使用奇偶校验码和循环冗余校验码之一作为检错码。
13.如权利要求11所述的设备，其中，k约束编码器将误码模式与不满足k约束的数据流的中间部分进行模2加。
14.如权利要求11所述的设备，其中，k约束编码器将误码模式与在NRZ信号和NRZI信号之一中的不满足k约束的数据流进行模2加。
15.如权利要求11所述的设备，其中，k约束编码器使用至少是2的k约束。
16.如权利要求11所述的设备，其中，纠错器纠正加入NRZ信号中的数据流中的1码元之间的一系列连0码元和0码元之间的一系列连1码元之一中的所述误码。
17.如权利要求11所述的设备，其中，纠错器使用后维特比纠错机制以纠正在从记录介质读取的数据流中存在的所述误码。
18.如权利要求17所述的设备，还包括：匹配滤波器单元，用于对k约束解码的数据流和部分响应多项式的卷积与去除来自从记录介质读取的数据流的码间干扰的均衡器的输出进行相减，并对相减的结果执行匹配滤波，
其中，纠错器使用匹配滤波的结果来纠正在从记录介质读取的数据流中存在的所述误码。
19.如权利要求18所述的设备，其中，匹配滤波器单元包括与被加入数据流的误码模式相应的匹配滤波器，并使用所述相应的匹配滤波器来执行匹配滤波。
20.如权利要求11所述的设备，其中，纠错器纠正被加入NRZI信号中的数据流中的1码元之间的一系列连0码元中的所述误码。
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