Устройство для декодирования информации с исправлением ошибок

(088,8)ое свидеН 04 ЕСР М 1279/28, 19 ельство СССР 1/10, 1978.382,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕКОДИРОВАНИЯИНФОРМАЦИИ С ИСПРАВЛЕНИЕМ ОШИБОК(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в компактдискахдля оптического считывания высококачественной звуковой информации илидля хранения цифровых данных, Цельизобретения - повыюение помехоустойчивости устройства. Устройство длядекодирования информации с исправлением онибок содержит демодулятор 1,демультиплексор 2, блок 3 задержки,пословный декодер 4 Рида-Соломона,блок 5 элементов задержки, пословный3 1505451 декодер 6 Рида-Соломона, блок 7 задержки, посланный блок 8 памяти, декодер 9 Рида-Соломона псендопроизведеция, детектор 10 ошибок, нход 11 устройства, выход 12 управления, ны ход 13 недостаточной коррекции и инФормационцые выходы 14 устройства. Преимушество изобретения состоит втом, что пара поперечно чередующегосяРида-Соломона дополняется колом дальнейшей защиты от ошибки, при которомвся обработка выполнена в символахотносительно малой длительности из8 бит, 7 ил25 Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и можетбыть использовано в компактдискахдля оптического считынания высококачественной знуконой информации,Цель изобретения - повышение помехоустойчиности устройства.20На фиг.1 изображен формат данныхцл компактном оптическом диске; цафиг,2 - устройство для декодированияс испрлвпенцем ошибок; ца фиг,3 аформат смыслового информационногоблока дпя объяснения (де) кодирующейорганиэации; ца фиг,3 б - то же, вариант; ца фиг,4 - принципиальная схема размещения одного сектора ца базе30битовьх единиц; на фиг.5 - принципиальная схема размещения одного сектора ца базе слов; ца фиг,6 и 7 - принципиальные схемы для объяснения зависимости чередований в одном секторе,Устройство для декодирования ицформации с исправлением ошибок содержит демодулятор 1, демультиппексор 2,блок 3 задержки, посповцый декодер 4Рида-Соломона, блок 5 элементов задержки, пословцый декодер 6 РидаСоломона, блок 7 задержки, блок 8памяти, декодер 9 Рида-Соломона псевдопроиэведецця, детектор 10 ошибок,вход 11 устройства, выход 12 упранления, выход 13 недостаточной коррекции 45и информационные выходы 14 устрой"ствл,формат данных можно описать цапримере компактдиска, Предлагаемоеустройство может быть использованои при других значениях параметровформата, и лстцости число битов нсимволе, число символов в секторепли цикле ипи число символов четности, Поблнпсццых цл последовательных 55стлпцях копирования, могут быть различными,Ццкп (фиг,1) содержит 588 записанных ипи канальных битов, Каждый цикл начинается со структуры синхронизациииз 24 битов. Структура синхронизации,а также все дополнительные информационные символы располагаются передгруппами из трех тлк называемых слипающихся битон (затемненных), которыедобавляются дпя уменьшения компонентыпостоянного тока записанного сигнала,11 цформациоцый символ 0 называетсяцодкодируюшей группой битов пользователя, Этот цодкод можно использовать дпя управления считыванием сдиска для показа информации, относящейся к содержанию, например времении адресов ца видиодисплее, или длядругих целей, Каждый записанный иликлцлпьцый символ состоит иэ четырнад"цлти канальных битов, которые примодупировации образуются из кодовыхбитов, а кодовые биты при демодулиронации вновь должны перегруппировываться,Устройство дпя декодирования пофиг.2, предназначенное для использования с форматом по фиг,1, работаетследующим образом,Канальные символы подают на вход11 н ниде последовательных битов,В демодуляторе 1 происходит первоепоследовательно-параллельное преобразонлцие, Затей 24-битовый канальныйсимвол преобразуют н восьмибитовыйкодовый символ. Восьмибитовый кодовый символ подают на вход демультиплексора 2, При определенных обстоя-:.тельствах ца этот вход может подаваться дополнительная флаговая информация для демонстрации невозможностиили сомнительности преобразования,Спивающиеся биты могут приниматьсяипи не приниматься во внимание дляопределения флаговой информации,Символ управления может демодулировлться таким же образом, как и друГие символы,51 5 15054Блок 3 задержки задерживает символы, поступившие в течение одного рамного интервала, На выходе декодера 4для каждого иэ 32 принятых символовимеется группа из 28 выданных симво 5лов, При необходимости каждый символможет быть снабжен собственным флагомили флагами надежности. Блок 5 вводитсоответствующие задержки для обеспечения нечередующегося режима. Каждыйэлемент блока вводит задержку, выраженную в ряде интервалов цикла, Первый элемент вводит задержку в четыретаких интервала, второй - в восемьинтервалов и т,д, При импульснойошибке в среде такой импульс оказывает влияние на протяжении большоговременного интервала, в результатечего каждая вновь обраэованная группа 20содержит только ограниченное количество ошибок.Декодер 6 корректирует группу иэ28 принятых символов с помощью первого кода Рида-Соломона, Таким образом,на выходе декодера 6 для каждой группы из 28 принятых символов имеетсягруппа из 24 выданных символов. Принеобходимости каждый выданный символвновь может быть оснащен собственнымфлагом или флагами надежности, Блоквводит соответствующие задержкидля введения режима деперемежения,Задержка происходит на протяжениидвух интервалов цикла, В пределахцикла происходит определенная поСледовательная перегруппировка символов.При использовании звуковых устройстврежим деперемежения обеспечивает лучшиевозможности для заглушения эффектов,,образованных неправильными символами,В этом случае нечетный символ и егочетный приемник образуют вместе 16 битовый звуковой образец,Блок 8 представляет собой запоминающее устройство для исправленныхсимволов вместе с соответствующейфлаговой информацией. Зти символыхранятся до тех пор, пока имеетсятак называемый спектор. Декодер 9предназначен для декодирования и,если имеется возможность, для корректировки информации сектора. Исправленные символы пользователя затем поподаются в устройство пользователя,На фиг.Э показана комбинация из98 последовательных циклов, полученных на входе 11 (фиг.2), где каждыйцикл закрывает одну линию. Вследствие комбинированного действия блоков Э,и 7 задержки это не соответствует действительному содержанию сектора, Сливаюшиеся биты не показаны, так как предполагается, что произошла демодуляция, В первой колонке показано 98 последовательных структур синхронизации РЯ, во-второй - РВ (О) содержание символа цикла О, в третьей - содержание символов данных 1-12, 17-28 цикла, в четвертой содержание восьми символов четности КВ с каждым циклом. В звуковой системе 24 символа данных каждого цикла образуют шесть стереофонических образцов из 2 х 16 битов каждый, В нулевом и первом циклах подкодирующий символ (колонка ПВ (0 образует структуру синхронизации БУМСРАТ, 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 ( еще больше расширяет возможности управления этого типа, Если информация канала Я 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 И могут содержать закодированную цифрами речь в качестве дополнительной информации для звукового сигнала.В колонке Я первые два бита используют для синхронизации в БУМСРАТ. Следующие четыре бита - в качестве битов управления, следующие четыре бита - в качестве адресных битов, следующие 72 бита - в качестве битов данных. Зти биты могут включать следящий числовой код ТЖ и индексный код Х, Оба кода могут изменяться от десятичного числа 00 до десятичного числа 99. Другие данные включают код индикации времени, определяющий длительность музыкальной программы и .паузы, 11 1 ссд ицдикдц 1 ш нремеци, опреде 1 яю 11(и 11 дбсогцптцую длительность прогсцд от переднего коццд программнойзоны компактдиска, Эти коды индикацииврамеш 1 определяют минуты, секунды5и циклы н десятичьц 1 х циФрах, Однасекуцда разделяется ца 75 циклов,Для доступа к компактдиску цд основеединицы, которая короче муэьпсальцойпрограммы, например н цифровых даццых, укдза 1 шый абсолютцый нремеццойкод используют н качестве адреса,Последние шестнадцать битов кацапаиспользуют для кода обцаружеция ошибок с помощью проверки СКС,Б даццом варианте, когда цифроныедаццые здпись 1 нают в виде данных ПВ,фор:1 дт подксдцрующих каналов Р и Цтакой же, кдк н системе компактдиска.После декодирондция первого и второгокодов Рида-Соломона и деперемежециян блоке 7, ддццые группируют н сектор, Дл 11 нд сектора соответствует ццФормдц 1 ш пользователя из 98 рам, чтосостднтиет 2352 бита. На фиг,За показана Фуцкц 11 я соответствующих злемецтон се 1 стс 1 рд, Сектор содержит сигналс 11 цхрош 1 зации сектора иэ 12 битов,ицформдц 1 цн голонки из 4 битов, 2048битов пользователя, код обцаружеццяошибок ЕПС пз четырех битов, осцондцц 1111 цд прицц 11 пе СКС (его це следус.тпутать с 16-б 11 тоным кодом СКС н канале О, Фиг,З, ицтернд 1 из 8 битовдля дальнейшего расширеция функции, 3517 бцтд четности Р и 104 бита четцости Ц третьего кода Гида-Соломона.Общая ш 1 формдция одного сектора может ныб 11 рдться вместе в декодере,Нд Фцг,4 показацо расположениеодного сектора, Левый и правый каналысоответствуют дец 1 цым образца н левоми прдном кдцалдх стереофоцическихзвуКоных ддцць 1 х, Б каждом кацдле однослоно сос:тоит из 16 битов, 1 - цдимецьший зцдчимый бит, М - цдибольшийэцачимый бцт, Для стереофоцическихзвуковых ддццых бх 2 х 2=24 битов запцсдцы н ицтерндле, который указансц 1 хроццзирушщим сигцдцом цикла ф В 50связи с этим при записи цифровых дяццых н Формдте того же сигцдла (Фцг,1)н ниде стереофоцических звуковых даццых од 1 ш сектор (2352 бита) записывают н 0-97 циклах, так как оци процумеровдцы и соотнетстнгц 1 с содерждццсмподкода (подход-циклы), Таким образом, цифровые данные сектора ПВ имеютдлицу, еоотнстстнующую интервалу межлу дцумя последондтельцыми структурами сицхроциздции нулевого цикла(ВЪЯ:РЛТ) подкодового сигцалд, Чередовация между различцыми секторамице происходитПервый бит цифровых данных сектора имеет нсе биты "0 , следующие 10битов - все биты "1", двенадцатыйбит - нсе биты "0", Этот 12-битовыйинтервал представляет собой сицхроцизирующий сигнал сектора показындю 1 ций эдгланцую часть сектора. После сицхроцизирующего сигнала секторадобавляются заглавные части, относящиеся к минутам М 1 И, секундам БЕС,сектору ВЕСТ и режиму МОП, каждый изкоторых состоит иэ одцого бита, Этизаголовки представляют собой адресаодного сектора и 75 секторон соотнет"стнуют сапой секунде подобно подкодоному циклу, Данные режима покдэынаютнид ддцць 1 х сектора, На фиг,4 П 0001П 2336 представляют собой битовые номера сектора, включая сигнал сицхроцпздции сектора и заголовки, П 0001П 2048 предцазцачецы для даццых пользователя, П 2049 - П 2052 - для кодаобцдружеция ошибок, П 2053 - П 2060 -для интервала, П 2061 - П 2232 - длячетности Р и П 2233 - П 2336 - длячет 11 ости 0.Нд Фиг,5 показацо расположениеодного сектора, выраженное н видеслон; ПООО и П 0001 - для заголовков,П 0002 - П 1025 - для ддццых пользователя, П 1026 и П 1027 - для кода обиаружеция ошибок, П 1023 - П 1031 ; дляинтервала, П 1032 - П 1117 - для четности Р и П 1118 " П 1169 - для четности О, Код обцаружеция ошибок включает заголовок и данные пользователя(ПОООО - П 1027), а также 12 битовсинхронизации, Код обнаружения ошибоквключает заголовок и дациые пользователя (ПОООО - П 1027), а также чет"ность Р и четцость Я, биты СКС и интернал 118, цо це бить 1 синхронизации,Код СКС, который используется вкачестве кода обнаружения ошибок,имеет, например, следующий генерирующий полицом я(х):Р (х) с +х "+х+1) (х +х+х+1),Код СКС представляет собой двоичный код с символами из поля СГ (28).Этот код обнаружения ошибок используют для проверки окончательной цадежцости после исправления ошибок,Эта проверка может выполняться какпо декодированию с помощью кодов пе1505451 рекрестцого чередования Рида-Соломонаи с помощью псевдокода ца основе сек -тора Рида-Соломона, Таким образом,код СРС должен сиг нализировать цеправильное исправление в устройстве5пользователя.Каждое слово ИОООО-И 1169 сектораразделяют на два бита: цаибольшийзначимый и неименьший значимый, Наибольшие значимые 1170 битов сгруппированы во второй плоскости данных,Посекторное выполнение ошибок проводится для каждой из этих плоскостейданных отдельно. Однако декодирование для соответствующих плоскостейданных одинаковое,где 30 Если воспроизведенная серия Япредставляет собой У, то символычетности ЦО=Р(43 х 26 9 Г 1) и (11+43 х Г 1 Я) можно рассчитать как(44 хГ 1+43 хИ).Фиг,7 соответствует фиг.б, Нафиг,б колонка М=1 повернута вверх наодну позицию, для М=2 - на две позыции и т,д.Символы четности 0 показаны в двух дополнительных колонках,Ряды ца фиг.7 образуют собственнуюсерию О,ур = О,На фиг.б показана схема для объяснения кодирования по любой плоскостиданных. Плоскость данных состоит иэ1032 битов, содержащая заголовок иданные пользователя, СВС, данные интервала, Эти 1032 бита по смыслу располагаются подобно матрице иэ 24 хх 43 битов. Для удобства биты обозначены номером соответствующего слова,Эти посекторно организованные битыкодируют в другой группе двух кодовРида-Соломона. Матричное иэображениепоказывает поочередную организациюдвух последних кодов в различных направлениях матрицы,Далее в соответствии с колонкамифиг.б используют следующий код РидаСоломона. Этот код имеет длину кодового слова из 26 символов и так называемый размер из 24 символов. Соответствующие символы четности Р показаны в рядах 24 ц 25, Соответствующее поле Галоиса ЕЕ может генерироваться с помощью примитивного многочлена Р(х) =х +х +х +х + 1,з аСоответствующий примитивный элемент а=00000010, при этом последнийбит является наименьшим значимым, Генератор для кода дается по произведению (х-а )(х-а ). Гатрцца проверкичетности НР для этого кода следующая,1 11 Если принять, что после декодирования серия Р представляет собой УР, то символами четности будут РО = =Р(43 х 24+ИР) и Р 1 ц =(43 х 25+ИР) (ХР= =0,1,24 1,42), которые соответствуют следующему уравнению; Л(43 хО + Г 1 Р);Л(43 х 1 + ИР);Р(43 х 2 + МР);ЪР=Р (43 хГ 1 Р+Г 1 Р),Р(43 х 24+ИР),Л(43 х 25+ЯР),Г 1 Р=042;МР-О 25,Например если И=О, одна воспроизведенная четцость Р генерируется приЛОООО, Р 0043, Р 0086, Р 0129, РО 172,Л 0946, Л 0989, Л 1032 (=РО), Р 1075(=Р 1), которые расположены в первойколонке,Другой код Рида-Соломона используется по диагональному направлению1как показано стрелкой ЯБЕС на фиг.б.Этот код имеет длину кодового слова иэ45 битов или символов и размер из43 символов, Соответствующие символычетности 0 показаны в двух рядахЯРАН, В этом случае имеется 26 х 2символов четности (столько пар,сколько имеется символов пользователя в любой колонке, Полином Р(х)такой же, а матрица проверки. четности следующая:451 1 О 15 20 25 30 35 40 45 111505Каждая колонка образует (поворачиваемая в настоящий момент) серию Рэа исключением колонок ЯО, (1. Всвязи с этим на фиг.7 показано расположение кода кваэипроиэведеция сиспользованием (26,24) кода РидаСоломоца н вертикальном направлениии (45,43) кода Рида-Соломона в горизонтальном направлении.Поскольку каждый из двух кодовРида-Соломона имеет два символа четности даже при отсутствии флага ошибок, в каждой последовательностикода можно корректировать одну ошибку символа, Когда расположение ошиб"ки известно по флагу ошибки, можнокорректировать две ошибки символов.Этот флаг ошибки можно получать путемдекодирования первого и второго кодовРида-Соломона. Путем поочередногодекодирования кода Рида-Соломона ввертикальном направлении (как декодиф.рование Р) и декодирования кода РидаСоломона в горизонтальном направлении (декодировацие Ц), например, путем выполцециЪ декодировании Ц, декодирования Р, декодирования Ц могутбыть исправлены все структуры ошибок,которые имеют максимум два обозначенных флагами символа ошибок по любой серии Р или серии Я, которые эасчет начальной обработки могут бытьсокращень 1. Самая простая структуракоторую нельзя исправить, имеет трисерии Р с тремя символами ошибок вкаждой, при этом символы ошибоквстречаются ЗхЗ только в третьейсерии Ц, Дополнительные ошибки ещебольше ухудшают ситуацию,Кодирование выполняют для двухплоскостей данных (содержащих наибольший значимый и наименьший значимый биты соответственно) аналогично.Кодирование осуществляют при 1118слонах заголовка и данных пользователя, битах контроля СКС, битах интервала одного сектора,После кодирования соответствующие плоскости данных синтезируют и сигнал синхронизации сектора добавляют таким образом, что получается расположение одного сектора, показанное ца фиг,4 и 7, Этот сектор подается для декодирования С 1 КС компактдиска, Формула и э о б р е т е н и я Устройство для декодирования информации с исправлением ошибок, содержащее первый блок задержки, выходыкоторого подключены к одноименнымвходам первого пословного декодераРида-Соломона, выходы первого пословного декодера Рида-Соломона через соответствующие элементы второго блоказадержки подключены к одноименнымвходам второго пословного декодераРида-Соломона, первые и вторье выходыкоторого подключены к одноименнымвходам третьего блока задержки, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, чего, сцелью повышения помехоустойчивостиустройства, в него введены блок памяти, третий декодер Рида-Соломонапсевдопроизведения, детектор ошибок,демультиплексор и демодулятор, первые выходы которого соединены с входами демультиплексора, выходы которого подключены к одноименнь 1 м входампервого блока задержки, первые и вторые выходы третьего блока задержкиподключены к одноименным входам блока памяти, первые и вторые входы-выходы блока памяти подключены к одноименным выходам-входам третьего декодера Рида-Соломона псевдопроиэведеция, выходы которого являются инфор-.мационными выходами устройства, входи второй выход демодулятора являютсясоответственно входом и управляющимвыходом устройства, третий выход блока памяти подключен к входу детектораошибок, выход которого является выходом недостаточной коррекции устройства,1 505." зфткр юваоИ(ЧИ л п 61 йй- -- ицкимпввп офюл - РфИ дцЯМОВ ВО РЯй дот ои сив лис Фиг.1И 1.18,17 ИРй(0) ЧОЕСЮ ОИ ГЯЮ УзР ОЮ 2 а ИЮ Зги ои 71 ГЮ1 бхба ХФи,дР 0009Ра 01 г 01 З О 1 Ю а ао 1 з а ао Р 001 В ООЮ оа 0 ОО Я 0024 Р В пав В Овгз 007 027 Р ааю 1 Р 00 а Оо РОО РОО ООО Р 0034 р лг 7 732 б гю Р гюго гло 2 И ае,4 ХВ 50 Игюго + пп гюл я Ю 1.Я И тк111 1 1 и ЗЛ 11 11 1 111 0111 1111 1 1111111 во а 00 0 о оОг И 04 0047 0090БЕО а 95 а оиз ОЗ 6 079 1065 О 76 24 2627 1121 1147 Га 46 1116 1 11 144 114 40 41 42 оа О О 1 Зг а 75 а 216 Огб Оз 04 ее е е ее еаоо0047 оаЯО 01 ЗЗ 004еюг ооа оаа ооаг ООЦ ООаф ООА 5 0066 0067 аоа 01 г 9 оиа 01 з017 г 017 З 0174 0946 0947 094 аяв 9 0990 099 азг 10 зз 1 аз 4 075 1076 077 0000 0044 00 В 004 з 0067 а 1 з Оаб 6 0150 017 01 гд О 7 З 021 0172 0216 агбе0946 ОИР 09 ац 1 азз 1 азг 1076 075 0001 ааоз 0046 0069 01 З 017 10 76 0003 0046 0069 01760219огаг ",. "0305аз 46 0642 абдб 07 ЛО аию а 729 а 77 л 072 В 0772 аа 16 0771 0615 ОВЯ Оаж аазв Одаг0470 0519 05560515 0557 О б а 1 0556 0600 0644 05 УЯ 064 З 0667