Пристрій для декодування інформації з виправленням помилок

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в компактдисках для оптического считывания высококачественной звуковой информации или для хранения цифровых данных. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства. Устройство для декодирования информации с исправлением ошибок содержит демодулятор 1, демультиплексор 2t блок 3 задержки, пословный декодер 4 Рида-Соломона, блок 5 элементов задержки, пословный с 11 ІИЧІ Фа* і 3 1505451 декодер 6 Рида-Соломона, блок 7 задержки, пословный блок 8 памяти, декодер 9 Рида-Соломона псевдопроизведения, детектор 10 ошибок, вход 11 устройства, выход 12 управления, в - ы* ход 13 недостаточной коррекции и информационные выходы 14 устройства. Изобретение относится к автоматике 15 и вычислительной технике и может быть использовано в компактдисках для оптического считывания высококачественной звуковой информации. Цель изобретения - повышение по20 мехоустойчивости устройства. На фиг.1 изображен формат данных на компактном оптическом диске; на фиг,2 - устройство для декодирования с исправлением ошибок; на фиг.За 25 формат смыслового информационного блока для объяснения (де) кодирующей организации; па фиг,36 - то же, вариант; на фиг,4 - принципиальная схема размещения одного сектора на базе битовых единиц; на фиг.5 - принципи- 30 альная схема размещения одного сектора на базе слов; на фиг,6 и 7 - принципиальные схемы длч объяснения зависимости чередований в,одном секторе. Устройство для декодирования ин35 формации с исправлением ошибок содержит демодулятор 1, демультиплексор 2, блок 3 задержки, пословный декодер 4 Рида-Соломона, блок 5 элементов за40 держки, пословный декодер 6 РидаСоломона, блок 7 задержки, блок 8 памяти, декодер 9 Рида-Соломона псевдопроизведения , детектор 10 ошибок, вход 11 устройства, выход 12 управления , выход 13 недостаточной коррекции 45 и информационные Е Ы Х О Д Ы 14 устройства. Формат данных можно описать на примере компактдиска. Предлагаемое устройство может быть использовано 50 и при других значениях параметров формата, в частности число битов в символе, число символов в секторе млн цикле ипи число символов четности, добавленных на последовательных 55 стадиях кодирования, могут быть различными , Цикл (фиг.1) содержит 588 записанных или канальных битов. Каждый цикл Преимущество изобретений состоит в том, что пара поперечно чередующегося Рида-Соломона дополняется кодом дальнейшей защиты от ошибки, при котором вся обработка выполнена в символах относительно малой длительности из 8 бит. 7 ил. начинается со структуры синхронизации из 24 битов. Структура синхронизации, а также все дополнительные информационные символы располагаются перед группами из трех так называемых сливающихся битов (затемненных), которые добавляются для уменьшения компоненты постоянного тока записанного сигнала. Информационный симвгл 0 называется подкодирующей группой битов пользователя. Этот подкод можно использовать для управления считыванием с диска для показа информации, относящейся к содержанию, например времени и адресов на видиодисплее, или для других целей. Каждый записанный или канальный символ состоит из четырнадцати канальных битоп, которые при модулировании образуются из кодовых битов, а кодовые биты при демодулировании вновь должны перегруппировываться , Устройство для декодирования по фиг.2, предназначенное для использования с форматом по фиг.1, работает следующим образом. Канальные символы подают на вход 11 в виде последовательных битов, Б демодуляторе 1 происходит первое последовательно-параллельное преобразование. Затем 24-битовый канальный . символ преобразуют в восьмибитовый • ' кодовый символ. Восьмибитовый кодовый символ подают на вход демультиплексора 2, При определенных обстоя*-тельствах на этот вход может подаваться дополнительная флаговая информация для демонстрации невозможности или сомнительности преобргзования. Сливающиеся биты могут приниматься или не приниматься во внимание для определения флаговой информации. Символ управления может демодулироваться таким же образом, как и другие символы. 1505451 Блок 3 задержки задерживает симвокомбинированного действия блоков 3, лы, поступившие в течение одного рам5 и 7 задержки это "е соответствует ного интервала. На выходе декодера 4 действитепьному содержанию сектора. для каждого из 32 принятых символов Сливающиеся биты не показаны, так имеется группа из 28 выданных симвокак предполагается, что произошла лов . При необходимости каждый символ демодуляция. В первойколонке показаможет быть снабжен собственным флагом но 98 последовательных структур синхили флагами надежности. Блок 5 вводит ронизации FS, во-второй — DB (0) соответствующие задержки для обеспесодержание символа цикла 0, в тре10 чения нечередующегося режима. Каждый тьей - содержание символов данных элемент блока вводит задержку, выра1-12, 17-28 цикла, в четвертой женную в ряде интервалов цикла. Персодержание восьми символов четности вый элемент вводит задержку в четыре RB с каждым циклом. В звуковой систетаких интервала, второй - в восемь ме 24 символа данных каждого цикла 15 интервалов и т.д. При импульсной образуют Ш Р С Т Ь стереофонических обошибке в среде такой импульс оказываразцов из 2x16 битов каждый. В нулеет влияние на протяжении большого вом и первом циклах подкодирующий временного интервала, в результате символ (колонка DB (0)) образует чего каждая вновь образованная группа 20 содержит только ограниченное количество ошибок. Декодер 6 корректирует группу из 28 принятых символов с помощью первого кода Рида-Соломона. Таким образом, 25 на выходе декодера 6 для каждой группы из 28 принятых символов имеется группа из 24 выданных символов. При необходимости каждый выданный символ вновь может быть оснащен собственным 30 флагом или флагами надежности. Блок 7 вводит соответствующие.задержки для введения режима деперемєжения. Задержка происходит на протяжении двух интервалов цикла. В пределах цикла происходит определенная последовательная перегруппировка символов. При использовании звуковых устройств режим деперемєжения обеспечивает лучшие возможности для заглушения эффектов, образованных неправильными символами, 40 8 этом случае нечетный символ и его четный приемник образуют вместе 16битовый звуковой образец. Блок 8 представляет собой запоми45 нающее устройство для исправленных символов вместе с соответствующей флаговой информацией. Эти символы хранятся до тех пор, пока имеется так называемый спектор. Декодер 9 50 предназначен для декодирования и, если имеется возможность, для корректировки информации сектора. Исправленные символы пользователя затем noподаются в устройство пользователя. 55 На фиг.З показана комбинация из 98 последовательных циклов, полученных на входе 11 (фиі.2), где каждый цикл закрывает оцну линию. Вследствие структуру синхронизации SYNCPAT, которая имеет заданный формат и используется для выполнения синхронизации для подкода на уровне сектора, В соответствии с форматом компактдиска канал Р (комбинированный первый бит последовательных символов подкода от второй до 97-й рамы) образует флаг, различающий музыкальную программу и паузу. Он имеет низкий уровень во время музыкальной программы, высокий уровень во время паузы и переключается на частоту 2 Гц в выводящем секторе, В Связи с этим можно выбирать определенную музыку путем подсчета этого сигнала. Канал Q еще больше расширяет возможности управления этого типа. Если информация канала Q хранится в микрокомпьютере дискового проигрывателя, то можно переходить с одной музыкальной программы на другую для выполнения определенной произвольной выборки с точностью 145 с. Каналы Р и W могут содержать закодированную цифрами речь в качестве дополнительной информации для звукового сигнала. В колонке Q первые два бита используют для синхронизации в SYNCPAT. Следующие четыре бита ~ в качестве битов управления, следующие четыре бита - в качестве адресных битов, следующие 72 бита - в качестве битов данных. Эти биты могут включать следящий числовой код TNR и индексный код X, Оба кода могут изменяться от десятичного числа 00 до десятичного числа 99. Другие данные включают код индикации времени, определяющий длительность музыкальной программы и J 1505451 ДУ двумя последовательными структурапаузы, и код индикации времени, опреми синхронизации нулевого цикла деллющий абсолютную длительность про(SYNCPAT) подкодового сигнала. Черегона от переднего конца программной дования между различными секторами зоны кочпактднска. Эти коды индикации не происходит. времени определяют минуты, секунды и циклы в десятичных цифрах . Одна Первый бит цифровых данных сектосекунда разделяется на 75 циклов. ра имеет все биты "0", следующие 10 следующие Для доступа к компактдиску на основе битов - все биты "1", двенадцатый единицы, которая короче музыкальной ,Q бит - все биты " 0 " , Этот 12-битовый программы, например в цифровых данинтервал представляет собой синхроных, указанный абсолютный временной низирующий сигнал сектораэ показыкод используют в качестве адреса. вающий заглавную часть сектора. ПосПоследние шестнадцать битов канала Q " ле синхронизирующего сигнала сектора используют для кода обнаружения оши- ^5 добавляются заглавные части, относябок с помощью проверки CRC. щиеся к минутам MIN, секундам SEC, В данном варианте, когда цифровые сектору SFXT и режиму MOD, каждый из данные записывают в виде данных DB, которых состоит из одного бита. Эти формат подкодирующих каналов Р и Q заголовки представляют собой адреса такой же, как в системе компактдиска. _„ одного сектора и 75 секторов соответПосле декодирования первого и второго ствуют одной секунде подобно подкодокодов Рида-Соломона и деперекежения вому циклу„ Данные режима показывают в блоке 7, данные группируют в сек- ' вид данных -ектора. На фиг,4 D0001 тор. Длина сектора соответствует инD2336 представляют собой битовые ноформации пользователя из 98 рам, что мера сектора, включая сигнал синхросоставляет 2352 бита. На фиг.За поканизации сектора и заголовки, D0001 зана функция соответствующих элеменD2048 предназначены для данных польтов сектора. Сектор содержит сигнал зователя, D2049 - D2052 - для кода синхронизации сектора из 12 битов, обнаружения ошибок, D2053 - D2060 информацию головки из 4 битов, 2048 для интервала, D2061 - D2232 - для битов пользователя, код обнаружения четности Р и D2233 - D2336 - для ошибок EDC из четырех битов, основан. четности Q. ный па принципе CR.C (его не следует На фиг,5 показано расположение путать с 16-битовым кодом CRC в каодного сектора, выраженное в виде нале Q, фиг.З, интервал из 8 битов слов: D000 и D0001 - для заголовков, для дальнейшего расширении функции, 35 D0002 - D1O25 - для данных пользова172 бита четности Р и 104 бита четнотеля, D1026 и D1O27 - для кода обнасти Q третьего кода Рида-Соломона, ружения ошибок, D1023 - D1031 . для Общая информация одного сектора моинтервала, D1032 - D1117 - для четжет выбираться вместе в декодере. ности Р и D1118 - D1169 - для четноНа фиг.4 показано расположение 40 сти Q. Код обнаружения ошибок вклюодного сектора. Левый ї правый каналы ї чает заголовок и данные пользователя соответствуют данным образца в левом (D0000 - D1027), а также 12 битов и правом к-їііалах стереофонических синхронизации. Код обнаружения ошибок звуковых данных, Б каждом канале одно включает заголовок и данные пользоваслово состоит из 16 битов, L ~ наи45 теля (D0000 - D1O27), а также четменьший значимый бит, М - наибольший ность Р и четность Q, биты CRC и инзначимый бит. Для стереофонических тервал 118, но не биты синхронизации. звуковых данных 6x2x2=24 битов запиКод CRC, который используется в саны п интервале, который указан качестве кода обнаружения ошибок, синхронизирующим сигналом цикла, В 50 имеет, например, следующий генерируюсвязи с этим при записи цифровых данщий полином g(x): ных в формате того же сигнала (фиг.1) g (х) =&16+х15+х2 +1) (x'Vx2 +х+1) . в виде стереофонических звуковых данКод СКС представляет собой двоичных один сектор (2352 бита) записываный код с символами из поля CF (28), ют в 0-97 циклах, так как они проиумерованы в соответствии с содержанием 55 Этот код обнаружения ошибок используют для проверки окончательной наподкода (подкод-циклы). Таким обрадежности после исправления ошибок. зом, цифровые данные сектора DB имеют Эта проверка может выполняться как ( длину, соответствующую интервалу межпо декодированию с помощью кодов пе зо 9 0 і 15054 ; рекрестноі о чередования Гида-Сопомоиа и с помощью псевдокода на основе сектора Рида-Соломона. Таким образом, код CRC должен сигнализировать неправильное исправление в устройстве пользователя. Каждое слово W00O0-W1169 сектора разделяют на два бита: наибольший значимый и неименыпий значимый. Наи- jn большие значимые 1170 битов сгруппированы во второй плоскости данных. Посекторное выполнение ошибок проводится для каждой из этих плоскостей данных отдельно. Однако декодирова15 ние для соответствующих плоскостей данных одинаковое. где D(43xO + NP); D(43x1 + N P ) ; * D(43x2 + NP); YP=D(43xMP+NP), D(43x24+NP), D(43x25+NP), NP=O,...,42; MP=0,...,25. Например, если N=0, одна воспроизведенная четность Р генерируется при DOOO0, DOO43, D0086, D0129, D0172,..., DO946, D098P, D1032 (=Р0) f D1O75 (=Р1), которые расположены в первой колонке. Другой код Рида-Соломона используется по диагональному направлению, "На фиг.6 показана схема для объяскак показано стрелкой QSEC на фиг,6, нения кодирования по любой плоскости -п Этот код имеет длину кодового слова из > данных. Плоскость данных состоит из 45 битов или символов и размер из 1032 битов, содержащая заголовок и 43 символов. Соответствующие символы данные пользователя, CRC, данные инчетности 0 показаны в двух рядах тервала. Эти 1032 бита по смыслу расQPAR, В этом случае имеется 26x2 полагаются подобно матрице из 24х 25 символов четности (столько пар, х43 битов. Для удобства биты обознасколько имеется символов пользоватечены номером соответствующего слова. ля в любой колонке. Полином 5?(х) Эти посекторно организованные биты такой же, а матрица проверки четнокодируют в другой группе двух кодов сти следующая: Рида-Соломона. Матричное изображение 30 показывает поочередную организацию 1 1 НР= двух последних кодов в различных нап-4Ї .42 равлениях матрицы, ^ Если воспроизведенная серияQ представляет собой YQ, то символы Далее в соответствии с колонками фиг,6 используют следующий код Рида- 35 четности Q0=D(43x26 9NQ) и Q1 = =D(44x26+NQ) отвечают следующему Соломона, Этот код имеет длину кодоуравнению; вого слова из 26 символов и так называемый размер из 24 символов. СоотHP х YQ = 0, ветствующие символы четности Р покаіде D(44 x 0 +43 х N Q ) ; заны в рядах 24 и 25. Соответствуют40 D(44 x 1 +43 x N Q ) ; щее поле Галоиса FF может генерироD(44 x 2 + 43 x N Q ) ; ваться с помощью примитивного многоYQ=D(44 x MQ+43 x N Q ) . члена Р(х)=х +х +х 3 +х 2 +1, D(44 x 40 + 43x NQ); D(44x41 + 43 x N Q ) ; Соответст вугапшй примитивный эле*D(44 x 42 + 43 + N Q ) ; мент а=00000010, при этом последний 45 D(44 x 26 + N Q ) ; бит является наименьшим значимым. ГеD(44 x 26 + NQ). нератор для кода дается по произведе0 Р Если принять, что (NQ=O,1f2,3,,.., нию (х-а )(х-а ). Матрица проверки 24,25) и (MQ=0,1,2,3 ,41,42), и четности HP для этого кода следующая. если (44 x MQ+43 x NQ) 1117, (44xMQ+ , 1 1 1 50 НР= +43 x NQ) можно рассчитать как а (44xM+43xN-1118). Если принять, что после декодироФиг,7 соответствует фиг.6, На вания серия Р представляет собой УР, фиг,6 колонка У=1 повернута вверх на то символами четности будут Р 0 н р = одну позицию, для N=2 - на две пози=D(43x24+NP) и P1N(>=(43x25+NP) (NP= 55 ции и т.д.Символы четности 0 показа=0,1,2,.,.,41,42), которые соответстны в двух дополнительных колонках. вуют следующему сравнению: Ряды на фиг.7 образуют собственную серию 0. HP х УР = 0, ї ї 150545 Каждая колонка образует (поворачиваемая в настоящий момент) серию Р за исключением колонок QO, Q1, В связи с этим на фиг,7 показано расположение кода квазипроиэведения с использованием (26,24) кода РидаСоломона в вертикальном направлении и (45,43) кода Рида-Соломона в горизонтальном направлении. .л Поскольку каждый из двух кодов Рида-Соломона имеет два символа четности даже при отсутствии флага ошибок, в каждой последовательности кода можно корректировать одну ошибк ку символа. Когда расположение ошибки известно по флагу ошибки, можно корректировать две ошибки символов. Этот флаг ошибки можно получать путем декодирования первого и второго кодов 20 Рида-Соломона, Путем поочередного декодирования кода Рида-Соломона в вертикальном направлении (как декоди*роваиие Р) и декодирования кода РидаСоломона в горизонтальном направле?5 нни (декодирование Q ) , например, путем выполнений декодирования Q, декодирования Р, декодирования Q могут быть исправлены все структуры ошибок, которые имеют максимум два обозна™ ченных флагами символа ошибок по любой серии Р или серии Q, которые за счет начальной обработки могут быть сокращены. Самая простая структура, которую нельзя исправить, имеет три серии Р с тремя символами ошибок в ^ каждой, при этом символы ошибок встречаются 3x3 только в третьей серии Q, Дополнительные ошибки еще больше ухудшают ситуацию. Кодирование выполняют для двух плоскостей данных (содержащих наибольший значимый и наименьший значимый биты соответственно) аналогично. Кодирование осуществляют при 1118 словах заголовка и данных пользователя, битах контроля CRC, битах интервала одного сектора. После кодирования соответствующие плоскости данных гимтезируют и сигнал синхронизации сектора добавляют таким образом, что получается расположение одного сектора, показанное на фиг,4 и 7. Этот сектор подается для декодирования CIRC компактдиска. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для декодирования информации с исправлением -ошибок, содержащее первый блок задержки, выходы которого подключены к одноименным входам первого пословного декодера Рида-Соломона, выходы первого пословного декодера Рида-Соломона через соответствующие элементы второго блока задержки подключены к одноименным входам второго пословного декодера Рида-Соломона, первые и вторые выходы которого подключены к одноименным входам трет-ьего блока задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, ч*го, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введены блок памяти, третий декодер Рида-Соломона . псевдопроизведения, детектор ошибок, демультиплексор и демодулятор, первые выходы которого соединены с входами декультиплексора, выходы которого подключены к одноименным входам первого блока задержки, первые и вторые выходы третьего блока задержки подключены к одноименным входам блока памяти, первые и вторые входы-выходы блока памяти подключены к одноименным выходам-входам третьего декодера Рида-Соломона псевдопроизведения, выходы которого являются инфор*мационными выходами устройства, вход ^0 и второй выход демодулятора являются соответственно входом и управляющим выходом устройства, третий выход блока памяти подключен к входу детектора ошибок, выход которого является вы45 ходом недостаточной коррекции устройства. 50545 15LCK oth mi 1st WC PAT SYMC PAT fffff COB [6SMPLX2 СШИ) COB (8 SrfPL XZ СМИ) COS Jrrf COS (6 MPLXZCHAN) FS •сит TfthPRH FS /4Й d&T 2848 bgt £SC 4 T50545T ~L-chr 1 JHJLQJ1AJ U ' M I U I U ±UXUX'JlXU-iXLl LL±Ll±ijlLU±llU і 1XIXLX ULiXLLXU 1111111 Plf 1 11 1 if 2 З 4 5 6 1 1 1 1 1 В 0001 Д 0005 7 8 I Тишз I 10 "Р Q017 'В 0021 в от 9 0Ш JM1L JJWJS JJlilL JJ023__ JJUI11 J? oo/a d0022 11 12 13 JJ±_ 586 537 I f f \ O d O O Q O O Q В 0035 232S ~_X_ и BODZQ -[ ЇЇІЦ: see 0004 D 000Э д 2335 Д ffflJ6 В 2336 Фиг А Q,., ft rh _ ft 6 fi n L L 0 0 0 0 0 00 0 111111 1 J]1 1 1 / /111111 1111 / 1111 '11111111 11111 1 І 11 T і 1 і111111 1 110 00 0 11111111 11 Г7 / / 1 1LJ. JJLHJw OOQQ ooot W O0Q2 w 0003 IV 000й ~ w_~Q005 иг" 0006 " VV 0007 W OQOfl w 'QQ09 W com w 0011 IV 00 Ї2 w" 00 ЇЗ ^ VV 00ft w' 0015 W 00Г6 w 00)7 w_ flpta _w QQ]l I ЧГ 1 1 " 1 1 г 3 4 5 6 7 д Q 10 11 12 13 • Г и** . _ : • — • # ™ 587 588 ^ W W TiW VBS me zzz І1І5 w I . ._ w 1187 1169 1505451 0 1 0QUO 0001 0002 0003 000k 0 0 4 0 0 4 4 0045 0046 0047 QQB6 ВВВГ^ООВВ 0089 0090 0129 Of JO 0131^0132 0133 0І72 0173 от 0175*^0178 4 49 0040 0083 0126 0169 0212 О f г з 5 6 7 б 8 Ц 4 Ш / 0QU2 0(734 0085 0127 0128 0170 0171 0213 021k НШЇ ів іі 12 Р SEQ 21 0946 0347 дШ 0949 Q35Q 23 E1 LJIIUMJLJ9JI-JLLUL 24 1033 1031* J035 1036 3 JJU 25 SULWL.ШЛWL.и:-__ 26 1119 1120 ті 1172 П 11U \\Ь5 11kb M47 1MB 0886 0887 0988 •-•-_•'•• 1028 1030 103І 1Q72 1073 1Q7& PPAR ^.'^_и иіз тв ні? 1143 1169 QPAR Фиг 6 0 1 Q0GO 0044 00U3 0087 0086 0130 0129 0173 0216 22 25 2k 25 2 0176 0219 0262 0305 Q642 06В5 0726 0771 001k 40 4/ 0686 0729 0772 0815 0858 42 0730 0775 8616 0855 QQ02 01 №k 1119 f f « «20 1148 f!2f Ї Ш 1/22 0946 0590 Ш 4 1078 0004 0470 0513 0556 0599 05 Н> 0557 0600 ОШ 055В 06Q1 01544 0687 1140 116В №1 1167 ті 1168 1Ш 1169 ОШ 1032 1075 0098 0131 От 0217 п2Ь0 0132 0J75 0218 0181 1033 1077 0003 00U7 7070 0002 QOUB 0090 0001 0045 0089 0133 Фиг.7 00 lite 1505451 Редактор А.Огар Составитель О.Тюрина Техред А.Кравчук Корректор С,Черни Заказ 5274/59 Тираж 884 Подписное ВНПИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101