CN1933004A - 一种反转级联编/解码方法 - Google Patents

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CN1933004A CN 200610124660 CN200610124660A CN1933004A CN 1933004 A CN1933004 A CN 1933004A CN 200610124660 CN200610124660 CN 200610124660 CN 200610124660 A CN200610124660 A CN 200610124660A CN 1933004 A CN1933004 A CN 1933004A
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周功业
谢长生
陈进才
王海卫
石媛晶
刘春�
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Abstract

本发明公开了一种反转级联编/解码方法。编码包括将用户数据经过HRRLL编码为第一受限序列，再位宽拓展为中间序列，RS纠错码根据中间序列生成校验数据，将校验数据经过LRRLL编码为第二受限序列；第二与第一受限序列码字合并为记录序列。解码方法包括将记录序列码字分解为第二和第一受限序列；第二受限序列经过LRRLL解码出校验数据，而第一受限序列经位宽拓展为中间序列，中间序列与校验数据码字合并后经过RS解码出经校验过的中间序列，中间序列再依次经过位宽压缩和HRRLL解码还原成用户数据。本发明通过交换RS纠错码与RLL在级联编码中的次序来有效地抑制错误传播，从而降低了误码率。同时，进行位宽拓展来减小经RLL编码后的受限序列的长度和突发错误的长度。

Description

一种反转级联编/解码方法
技术领域
本发明属于数据存储与数据通信技术领域，具体涉及一种反转级联编/解码方法，用于抑制错误传播，减小编/解码系统的误码率。
发明背景
编码技术是数字存储系统中的核心技术，存储密度的提高离不开编码技术的改进。由于对诸如光盘和磁盘等提高存储容量的持续要求，使得人们不断寻求可靠及高效的编码方法。
如图1所示，编/解码应用于磁存储时的过程为：在写信息过程中，用户数据按照所选编码方法编码后，经预编码和均衡补偿写电路传送并通过磁头被记录在磁盘上。在读信息过程中，磁头读取记录在磁盘上的磁化翻转信息并将磁化翻转信息转换为电流波形，该电流波形为模拟信号。模拟信号在经过读通道传送时，首先需要经过模拟滤波器滤除噪声，再由A/D转换器转换成数字信号，然后通过自适应滤波器均衡为具有部分响应特性的波形，最后经过Viterbi译码器进行最大似然译码，并将译码结果按照相应的解码方法解码后还原成用户数据。
现有的级联编码方法通过将用户数据依次经过里德-所罗门纠错码(Reed-Solomon，以下简称RS)和游程长度受限码(Run Length Limitedcodes，以下简称RLL)两级转换，然后送入通道写到存储媒介上。里德-所罗门纠错码(Reed-Solomon)能纠正大多数的信道误码，游程长度受限码(Run Length Limited Codes)的限制参数能用来满足自同步时钟的恢复要求和通道传输速率的要求。
关于现有级联方法的叙述记载于Yinyi Lin和Jack K.Wolf的文章(Combined ECC/RLL Codes IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，VOL.24，NO.6，NOVEMBER 1988)。如图2所示，通常，用户数据首先按照RS纠错码的编码规则生成校验数据，然后将用户数据加上冗余的校验数据后的数字序列按照HRRLL编码的编码规则编码成受限序列，最后受限序列通过读/写通道传送并记录在存储介质上。对应的解码过程为被读取的信息经过读/写通道传送给Viterbi译码器进行最大似然译码，译码结果依次经过HRRLL解码和RS解码，最后被还原为用户数据。
这种现有的级联编码方法能获得希望的差错性能，使误码率(BER)降低到一定程度。但是，此现有的级联编码方法在抑制错误传播方面存在明显的不足。一个比特位的错误在经RLL解码后可能导致多个比特位的错误，而且码字的长度越长，受影响的数据码元的数目就越大，从而可能破坏全部的用户数据。这种错误范围在传播中不断放大延伸的现象就是错误传播。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反转级联编/解码方法，该方法能有效地抑制错误传播，减小经游程长度受限码(Run Length Limited Codes)编码后的受限序列的长度和突发错误的长度。
本发明提供的一种反转级联编码方法，包括以下步骤：
(1)将用户数据{al}经过HRRLL编码生成第一受限序列{bl}；
(2)将第一受限序列{bl}经过中间层位宽拓展生成中间序列{ml}，使长度为x的码元拓展为长度为y比特的码元，y＝L/k，其中，x＞y，L为受限序列{bl}的长度，x为每个码元的长度，单位为比特，k为所选用的RS码的已编码分组的数据码元数目；
(3)将中间序列{ml}根据步骤(2)所选定的RS纠错码的编码规则生成校验数据{cl}；
(4)将校验数据{cl}经过LRRLL编码生成第二受限序列{dl}；
(5)将第二受限序列{dl}通过码字合并直接串联到第一受限序列{bl}的尾部，形成记录序列{el}，将记录序列{el}经过读/写通道传送，并记录在存储介质上，得到所需的编码。
上述反转级联编码的解码方法，包括以下步骤：
(1)将记录序列{êl}进行码字分解，分解为经LRRLL编码后的第二受限序列
Figure A2006101246600005Q2
和经HRRLL编码过的第一受限序列{l}；
(2)第二受限序列
Figure A2006101246600005Q4
经过LRRLL解码出校验数据 同时第一受限序列{l}经位宽拓展为中间序列
Figure A2006101246600005Q7
将长度为y的码元拓展为长度为x比特的码元；
(3)将中间序列
Figure A2006101246600005Q8
与校验数据
Figure A2006101246600005Q9
码字合并，将校验数据
Figure A2006101246600005Q10
直接串联到中间序列 的尾部；
(4)按照RS解码规则，根据校验数据
Figure A2006101246600005Q12
解码出经校验过的中间序列{ml}；
(5)中间序列{ml}位宽压缩还原成第一受限序列{bl}；
(6)第一受限序列{bl}经过HRRLL解码还原成用户数据{al}。
本发明方法能有效地抑制错误传播，从而降低编/解码系统的误码率(Bit-Error Rate)。本发明通过抑制错误传播和减少突发错误的长度来获得更好的差错性能和更低的误码率。下面从编码和解码二方面分别对本发明的技术效果作进一步详细的说明。
与对现有的级联编码方法，本发明的编码过程进行了如下改进：
(a)首先，将现有的级联编码方法中的里德-所罗门纠错码(Reed-Solomon，以下简称RS)和游程长度受限码(Run Length LimitedCodes，以下简称RLL)的顺序反转。在现有的级联编码方法中，一组用户数据先经过ECC编码生成带有校验码元的数据，然后用户数据同校验数据一起再经过高码率的游程长度受限码(High-Rate Run Length LimitedCodes)编码后转换成受限输出序列，最后将受限输出序列存储在存储介质上。在本发明的编码方法中，里德-所罗门纠错码(Reed-Solomon)和高码率的游程长度受限码(High-Rate Run Length Limited Codes，以下简称HRRLL)的次序被反转，用户数据先经HRRLL编码转换为受限码字，受限码字再经过里德-所罗门纠错码(Reed-Solomon)进行纠错编码，校验数据按照选定的RS编码规则生成。
(b)通常，将RS编码和HRRLL编码反转后，经RS编码生成的校验数据不再遵守HRRLL编码的约束条件，为此需要将校验数据转换成受限数据，由于校验数据的长度一般小于用户数据经HRRLL编码后的数据长度，因此，选用低效率的游程长度受限码(Low-Rate Run Length Limited Codes，以下简称LRRLL)对校验数据进行编码，其编码的效率对于整体效率的影响是很小的。
(c)另一方面，同现有的级联编码方法相比，将RS编码和HRRLL编码反转后，输入RS编码的受限序列的长度和突发错误的长度随着HRRLL编码效率的倒数(＞1)而线性增加。按照RS编码的编码规则，编码后总的码元数目和可纠正的错误数目是受到一定限制的，因此HRRLL编码和RS编码中间增加一个中间层，即位宽拓展，来减小HRRLL编码后的受限序列的长度和突发错误的长度。RS编码按照位宽拓展后的中间序列来生成校验数据。
值得注意的是，经位宽拓展生成的中间序列并没有被传送，而是将经HRRLL编码后的受限序列和按照中间序列生成的校验数据通过码字合并串联后在信道中传送。
与本发明的编码方法相对应，解码过程也做了如下改进：
(a)将RS解码与HRRLL解码的顺序做相应反转。
(b)对经LRRLL编码后的校验数据进行LRRLL解码。
(c)在HRRLL解码和RS解码中间增加位宽压缩。同时，由于编码过程中经位宽拓展生成的中间序列并没有被传送，因此读取装置从存储介质上读取的纪录序列还需要经过码字分解，将分解出来的受限序列经过位宽拓展生成中间序列，而分解出来的LRRLL编码后的校验数据则经过LRRLL解码成校验数据再与中间序列码字合并后送给RS解码。
附图说明
图1为编/解码方法在磁存储领域上的应用流程图；
图2为现有的级联编码流程图；
图3为本发明提出的一种反转级联编/解码流程图；其中图3(a)为编码过程，图3(b)为解码过程。
图4为本发明的一个实施例的编码过程；
图5为本发明的一个实施例的译码过程；
图6为本发明反转级联编码与现有的级联编码流程相比示意图；其中图6(a)为本发明反转级联编码流程，图6(b)为现有的级联编码流程。
具体实施方式
本发明反转级联编码方法将RS纠错码与HRRLL编码的顺序反转，用户数据经过HRRLL编码后再送给RS纠错码生成校验数据，由于生成的校验数据已不再遵守HRRLL编码的约束条件，而且校验数据的长度一般远小于用户数据经HRRLL编码后的数据长度，因此，可以采用相对低码率的游程长度受限码(Low-Rate Run Length Limited Codes)对校验数据进行编码。将经过HRRLL编码后的用户数据和经LRRLL编码后的校验数据串联成记录序列被记录在存储介质上。解码过程则是首先对校验数据进行LRRLL解码，将解码后的校验数据同经HRRLL编码后的用户数据一起通过RS解码，RS纠错码在解码过程中纠正可能出现的错误，被纠正过的数据经过HRRLL解码后还原成正确的用户数据。从图6中可以看出，只要RS纠错码能纠正可能出现的错误，那么HRRLL解码的输入就不会有错误，从而有效地抑制了错误传播。本发明的编/解码过程如图3所示，下面分别加以说明。
如图3(a)所示，编码过程包括以下步骤：
(1)将用户数据{al}经过HRRLL编码生成第一受限序列{bl}；
HRRLL编码可以是目前常用的任何一种高码率游程长度受限码，其编码过程为现有技术。
(2)将第一受限序列{bl}经过中间层位宽拓展生成中间序列{ml}，使长度为x的码元拓展为长度为y比特的码元，y＝L/k，其中，x＞y，L为受限序列{bl}的长度，x为每个码元的长度，单位为比特，k为所选用的RS码的已编码分组的数据码元数目。RS纠错码可以是目前常用的任何一种RS纠错码。
由于将RS编码和HRRLL编码反转后，输入RS编码的受限序列的长度和突发错误的长度随着HRRLL编码效率的倒数(＞1)而线性增加。但按照RS编码的编码规则，编码后总的码元数目和可纠正的错误数目是受到一定限制的，因此HRRLL编码和RS编码中间增加一个中间层，即位宽拓展，来减小HRRLL编码后的受限序列的长度和突发错误的长度。
(3)将中间序列{ml}根据步骤(2)所选定的RS纠错码的编码规则生成校验数据{cl}；
(4)将校验数据{cl}经过LRRLL编码生成第二受限序列{dl}；
由于经过RS纠错码生成的校验数据{cl}已不在遵守HRRLL编码的长度限制，而且校验数据的长度一般小于用户数据经HRRLL编码后的数据长度，因此，选用LRRLL对校验数据进行编码，其编码的效率对于整体效率的影响是很小的。
LRRLL编码可以是目前常用的任何一种低码率游程长度受限码，其编码过程为现有技术。
(5)将第二受限序列{dl}通过码字合并直接串联到第一受限序列{bl}的尾部，形成记录序列{el}。将记录序列{el}经过读/写通道传送，并记录在存储介质上，即得到所需的编码。
值得注意的是，经过位宽拓展生成的中间序列并没有被传送，而是将经HRRLL编码后的受限序列和按照中间序列生成的校验数据通过码字合并串联后在信道中传送。
通常从存储介质上读取的信息经过读/写通道传送给Viterbi译码器进行最大似然译码，译码后的结果即为记录数据的最大似然值{êl}，解码过程即是以最大似然估计序列{êl}为输入序列的编码过程的逆过程。由于{êl}是对记录序列{el}的一个最大似然估计值，不完全相同于编码过程中的记录序列{el}，故在序列符号上添加＾符号以示区别，在解码过程中凡序列符号上添加＾符号的均用于区别编码过程中的相应序列。
如图3(b)所示，解码过程包括以下步骤：
(1)记录序列{êl}通过码字分解，分解为经LRRLL编码后的第二受限序列
Figure A20061012466000085
和经HRRLL编码过的第一受限序列{l}。
码字分解为码字合并的逆过程，即从合并串联后的码字序列中分别分解出串联前的两个序列。
(2)第二受限序列 经过LRRLL解码出校验数据
Figure A20061012466000092
同时第一受限序列{l}经位宽拓展为中间序列
Figure A20061012466000094
也就是将长度为y的码元拓展为长度为x比特的码元。
由于在编码过程中中间序列{ml}并没有被传送，所以在RS解码前需要先将分解出来的第一受限序列{bl}经位宽拓展压缩为中间序列{ml}。
(3)将中间序列 与校验数据 码字合并，即将校验数据
Figure A20061012466000097
直接串联到中间序列
Figure A20061012466000098
的尾部；
(4)按照RS解码规则，根据校验数据 解码出经校验过的中间序列{ml}；
(5)中间序列{ml}位宽压缩还原成第一受限序列{bl}；
(6)第一受限序列{bl}经过HRRLL解码还原成用户数据{al}。
本发明应用于磁存储时的过程与图1所示相同。在写信息过程中，用户数据按照本发明反转级联编码方法编码后，经预编码和均衡补偿写电路传送并通过磁头被记录在磁盘上，再经过读通道得到最大似然译码，并将译码结果按照本发明反转级联编码的解码方法解码后还原成用户数据。
图4是按照本发明的编码方法对一个扇区的数据进行编码的过程。HRRLL选用128/130的RLL编码，LRRLL选用30/31的RLL编码，在本发明中里德-所罗门纠错码采用现有的编码方法，不是本发明的研究对象。在该例中，RS为(464，416)最多可纠正24个码元的错误。一个扇区的数据共4096比特，首先经过128/130的HRRLL编码为长度为4160比特的受限序列，按8比特一个字节划分，共有520个字节。然后将受限序列经过位宽拓展，压缩为每10比特一个码元的中间序列，即将520个字节映射为416个码元，416个码元的中间序列经过RS纠错码生成64个码元的校验数据，校验数据在经过30/31的LRRLL编码转换为受限数据，并将LRRLL编码后的数据与4160比特的受限序列经过码字合并成记录数据。
图5是对应图4编码过程的解码过程，记录数据首先经过码字分解为4160比特的受限序列和经过LRRLL编码后的数据，将经过LRRLL编码后的数据经过30/31的LRRLL解码为校验数据，同时4160比特的受限序列经过位宽拓展，即将520个字节映射为416个码元，将416个码元的中间序列与LRRLL解码后的校验数据码字合并作为RS解码的输入，经过RS解码后去掉了冗余的校验数据，再将416个码元的中间序列位宽压缩，位宽压缩后的4160比特的受限序列经过128/130HRRLL还原为一个扇区的4096比特数据。
虽然本发明已经参照优选实施例而具体说明而示出，本领域的技术人员应当理解可以在不脱离所附的权利要求书中所限定的本发明的精神和范围的情况下在形式和细节上进行各种改变。
图6为本发明反转级联编码与现有的级联编码流程相比示意图；其中图6(a)为本发明反转级联编码流程，图6(b)为现有的级联编码流程。从图6(a)上可以看出，在现有的级联编码过程中，用户数据依次经过RS编码和HRRLL编码后转换成记录序列被记录在存储介质上。解码过程则是读取被记录的序列，并将记录序列经通道传送和Viterbi译码器译码，由于在通道传送和Viterbi译码器译码的过程中，记录序列可能发生错误，错误的记录序列在经过HRRLL解码后导致错误传播，即原来一个比特位的错误在经过HRRLL解码后可能导致多个比特位的错误，错误传播使得错误数目超出RS编码所能纠正的范围，从而无法正确解码出用户数据。
与现有的级联编码过程相比，本发明反转级联编码方法将RS纠错码与HRRLL编码的顺序反转。从图6(b)中可以看出，只要RS纠错码能纠正可能出现的错误，那么HRRLL解码的输入就不会有错误，从而有效地抑制了错误传播。

Claims (2)

1、一种反转级联编码方法，包括以下步骤：
(1)将用户数据{a1}经过HRRLL编码生成第一受限序列{b1}；
(2)将第一受限序列{b1}经过中间层位宽拓展生成中间序列{m1}，使长度为x的码元拓展为长度为y比特的码元，y＝L/k，其中，x＞y，L为受限序列{b1}的长度，x为每个码元的长度，单位为比特，k为所选用的RS码的已编码分组的数据码元数目；
(3)将中间序列{m1}根据步骤(2)所选定的RS纠错码的编码规则生成校验数据{c1}；
(4)将校验数据{c1}经过LRRLL编码生成第二受限序列{d1}；
(5)将第二受限序列{d1}通过码字合并直接串联到第一受限序列{b1}的尾部，形成记录序列{e1}，将记录序列{e1}经过读/写通道传送，并记录在存储介质上，得到所需的编码。
2、一种反转级联解码方法，包括以下步骤：
(1)将记录序列 进行码字分解，分解为经LRRLL编码后的第二受限序列
Figure A2006101246600002C2
和经HRRLL编码过的第一受限序列
Figure A2006101246600002C3
(2)第二受限序列
Figure A2006101246600002C4
经过LRRLL解码出校验数据 同时第一受限序列
Figure A2006101246600002C6
经位宽拓展为中间序列
Figure A2006101246600002C7
将长度为y的码元拓展为长度为x比特的码元；
(3)将中间序列
Figure A2006101246600002C8
与校验数据
Figure A2006101246600002C9
码字合并，将校验数据
Figure A2006101246600002C10
直接串联到中间序列
Figure A2006101246600002C11
的尾部；
(4)按照RS解码规则，根据校验数据
Figure A2006101246600002C12
解码出经校验过的中间序列{m1}；
(5)中间序列{m1}位宽压缩还原成第一受限序列{b1}；
(6)第一受限序列{b1}经过HRRLL解码还原成用户数据{a1}。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101567938B (zh) * 2008-04-23 2012-06-27 索尼株式会社 信息处理设备和信号传输方法
CN101640948B (zh) * 2008-07-31 2012-10-03 索尼株式会社 信息处理设备和双向传输方法

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