專利名稱：擦除解碼糾錯編碼的比特流的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在突發(fā)錯誤環(huán)境中數字數據的糾錯編碼和解碼的技術領域，具體地涉及包括低頻縮減數據的數字數據的擦除解碼(erasure decoding)。
背景技術：
在數字數據存儲中，為了保護有效載荷數據出錯，在記錄側在信道編碼之前應用糾錯編碼，并且相應地在讀出側在信道解碼之后執(zhí)行糾錯解碼。所謂的塊碼(block code) 為一類廣泛使用的糾錯碼。Reed-Solomon碼為塊碼的一個示例。除了隨機錯誤，光存儲信道經常遭受由劃痕、灰塵、指紋、氣泡以及其它缺陷引起的長突發(fā)錯誤。為了應對突發(fā)錯誤，廣泛使用交織的Reed-Solomon碼。通過交織步驟，將困擾一長行相鄰碼元的突發(fā)錯誤轉換成分隔開足夠寬以便可通過隨后的Reed-Solomon碼糾正的單一碼元錯誤。眾所周知，如果已知錯誤碼元的位置，則塊碼的糾錯能力可加倍。從而實際糾錯方案的一個重要的子任務是估計或檢測這些錯誤位置，也稱之為“擦除”(erasure)。針對突發(fā)錯誤環(huán)境中的擦除檢測，在美國專利US 6, 378, 100中提出了所謂的 “警戒碼”(picket code)方案，其中以所謂“突發(fā)指示子碼”或BIS字段有規(guī)律地散布 (intersperse)用戶數據。這種方法假定并且針對包含錯誤突發(fā)的數據序列。從而，只要任何兩個連續(xù)BIS字段被診斷為錯誤的，假定它們之間的用戶數據為擦除。圖1圖示了 BIS 字段和用戶數據的排列。將在每個扇區(qū)(sector)內的BIS字段編組為所謂BIS碼字，其繼而配備有自身非常強的糾錯碼?？梢钥闯鲞@個已知的擦除檢測方案具有以下缺點-不能單獨地檢測到BIS字段的錯誤，它始終是必須被讀取并解碼的完整的BIS碼字。因此，基于BIS字段的擦除檢測方案具有一個扇區(qū)的等待時間或延遲。-插入BIS字段加上它們的錯誤保護造成顯著的冗余開銷。在“高密度光存儲系統(tǒng)的一種新糾錯算法(A New Error Correction Algorithm for High-Density Optical Storage Systems) ”，JJAP-43-4867 中公開了擦除信息生成的另一種方法。在此，將行劃分為塊。向每個塊的i個均勻分布的信息字節(jié)應用只能檢測錯誤而不能糾正錯誤的內部(i+l，i，2)RS碼。向每個塊附加作為結果的RS碼奇偶校驗字節(jié)。 利用校驗子檢驗來檢驗內部RS碼字的完整性。將具有內部RS碼字故障的塊宣稱為被擦除。 該方法丟棄不同行之間的按字方式(wordwise)交織。相反，沿著一行內的對應塊相等地分布每個內部RS碼字的碼元。因為內部RS碼字的物理伸縮(dilation)小，不需要錯誤定位 RS碼。沒有交織減少了等待時間。然而，可看出JJAP-43-4867的方法存在擦除生成需要附加冗余的缺點。從而需要一種改進的擦除檢測方案。 發(fā)明內容
本發(fā)明提出使用在信道編碼數據流中存在的冗余作為擦除檢測的基礎。在根據本發(fā)明的一種方法中，從比特流中包括的冗余導出擦除信息。例如，在某些數據與其他數據的依賴性的意義上，冗余一般與數據的約束性對應。當違反這類依賴性時，允許斷定在讀回一側必定存在數據錯誤，由此可推斷或估計擦除信息，從而使能擦除檢測。在本發(fā)明中，認識到在采用未公開歐洲專利申請EP 07107630的DC控制方法的情況下，在信道編碼數據流中存在特定的冗余，并且可將這個特定的冗余用于擦除檢測目的。EP 07107630的方法采用所謂DC控制比特，其具有一些雖然較小但是眾所周知的冗余。因此，與一些先前的或者隨后的數據比特一起，每個DC控制比特模式可被用作擦除線索(clue)。根據EP 07107630的DC控制比特構成DC控制比特模式的一個實施例。在根據本發(fā)明的一種方法中，當ECC編碼的比特流包括任何這樣的DC控制比特模式時，從在ECC 編碼的比特流中包括的DC控制比特模式導出擦除信息。在本發(fā)明中利用的冗余基于以下事實，并非所有可能的比特組合或二進制字的值都是根據EP 07107630的有效DC控制比特。換言之，假設在數據塊之間插入許多η個控制比特，可將整組2#η個不同字的值概念地細分為-包括逾實構成有效DC控制比特模式的那些字值的第一子集，以及-包括玉構成有效DC控制比特位模式的那些字值的第二補充子集?？蓪⒔邮掌渲礯構成有效DC控制比特模式的二進制字合理地解釋為意味著沒有出現信道錯誤，因此在下文中也將這些值表示為“負線索”。相應地，可將接收其值王構成有效DC控制比特模式的二進制字合理地解釋為意味著出現信道錯誤，因此在下文中也將后面的值表示為“正線索”。全部不同的字值的僅僅真子集構成有效的DC控制比特模式，換言之，第二子集不是空的。這個事實表明專用于DC控制的比特流部分是受約束的；換言之，在這些比特流部分中包含一些冗余。在根據EP 07107630的DC控制方法中，所有不同的字值中超過半數構成有效DC控制比特模式，這與冗余較小相對應。只有少數不同的字值王構成有效的DC控制比特模式。從而，存儲信道中的錯誤經常將負線索修改為其它負線索。換言之不是所有信道錯誤(即便它們影響比特流的DC控制比特部分)都造成正線索出現。這樣從接收正線索檢測到擦除的概率較低并且必須考慮到誤分類。從而，本發(fā)明描述了作為有利的擴展的“橋接策略”，其可被解釋為在被視作比特序列的正/負線索的序列上的非線性中值濾波器類的后處理。本發(fā)明允許在不花費用于錯誤檢測的任何附加冗余的情況下生成擦除信息。通過利用以EP 07107630中提出的方法向RLL調制的比特流周期性地插入的DC控制比特的固有冗余來這樣做?？蓪⒏鶕景l(fā)明生成的擦除信息用在其構成被使用的僅有的擦除信息種類的系統(tǒng)中。以下描述的示范性實施例是這樣的系統(tǒng)。可替換地，可將根據本發(fā)明生成的擦除信息用作從其它源導出的其它種類的擦除信息的補充。具有源自不同源的，或者以不同方式生成的兩種擦除信息提供這樣的優(yōu)點，通過合并兩種擦除信息，例如，通過一些種類的多數表決來結合它們，可潛在地檢測并且消除誤分類。根據本發(fā)明生成的擦除信息尤其適用于作為附加的或補充的擦除信息，這是因為其生成不需要任何冗余插入，換言之，沒有導致率損失。


在附圖中圖示了本發(fā)明示范性實施例，并且在以下描述中對其作更加詳細地闡述。附圖中圖1圖示了現有技術BD警戒碼。其引用自在www.blu-raydisc. com上發(fā)表的技術白皮書“用于BD-R的1.B物理格式規(guī)范(1.B Physical Format specification for BD-R) ”。圖2圖示了根據本發(fā)明的、將同步塊細分至具有間歇擦除線索的信道數據塊序列。表1圖示了當被插入到(1，7)RLL碼時，DC控制比特值對周圍比特值的依賴性。圖3圖示了從2比特尾部數據、2個DC控制比特以及2比特首部數據形成6比特
擦除線索。表2圖示了對于6比特擦除線索存在的64個不同值中的哪些構成有效線索，和哪些構成無效線索。圖4圖示了從4比特尾部數據、2個DC控制比特以及2比特首部數據形成8比特
擦除線索。表3圖示了對于8比特擦除線索存在的256個不同值中的哪些構成有效線索，和哪些構成無效線索。圖5圖示了接收的線索以及假定的潛在(underlying)錯誤事件的示例序列。圖6圖示了在忽略隔離的正線索以后圖5的線索序列(步驟1)。圖7圖示了在連接非隔離的正線索以后圖6的線索序列(步驟2)。圖8圖示了在擴展正線索序列以后圖7的線索序列(步驟3)。圖9圖示了被標記為擦除的數據的范圍(步驟4)。
具體實施例方式在數字數據存儲器中，使用信道編碼，也稱為信道調制，以便將數字數據轉換成適于存儲信道要求的信號。一種在信道編碼中使用的概念表示為“DC控制”并且包括影響信號頻譜的低頻末端的信號處理步驟。如果寫入存儲介質的信號為“無DC”的，則便于存儲器讀出一側的信號再生，換言之，如果，至少平均來講，在光數據存儲器的情況下這個信號包含與“間隔”差不多的“凹坑”，或在磁數據存儲器的情況下包含與“減”差不多的“加”。通過所謂游程數字和RDS，來測量在那樣的情形下信號的低頻內容。未公開歐洲專利申請EP 07107630描述了在信道編碼數字數據塊序列的同時控制DC內容的方法以及裝置。將數據塊單獨地細分為首部部分、主體部分、以及尾部部分，每個是可變長度。特定的一個數據塊的每個尾部部分、連同一些插入的控制比特以及隨后的一個數據塊的首部部分，編組為所謂的控制塊。根據EP 07107630，以這樣方式動態(tài)地選擇首部部分和尾部部分的尺寸，以便能夠對數據塊的主體部分和控制塊進行獨立的游程長度 (runlength)受限制的編碼。根據EP 07107630的控制比特插入包括在所謂“反轉”控制比特模式以及“保留”控制比特模式之間的選擇，通過該選擇可反轉主體部分的RDS貢獻。EP 07107630描述以這樣的方式執(zhí)行選擇以便最小化DC內容。
眾所周知，如果錯誤碼元的位置已知，則RS碼的糾錯能力實質上可加倍。從而實際糾錯方案的一個重要的子任務是估計也稱之為“擦除”的這些錯誤位置。在已知的藍光盤格式中，針對于此使用了基于US 6，378，100的警戒碼方案，其中以所謂“突發(fā)指示子碼” 或BIS有規(guī)律地散布用戶數據，并且其中將在任何兩個連續(xù)錯誤BIS字段之間的用戶數據假定為擦除。藍光盤使用定位在警戒以內的錯誤碼元的警戒碼方案?？梢阅撤N方式利用此信息以便宣稱錯誤警戒之間的擦除。從而該警戒也通常被稱為突發(fā)指示子碼或BIS。在藍光格式中，每個ECC幀由4個警戒組成，其中第一個警戒由同步字給出。為了利用保護用戶數據的RS[248，216，33]碼的全部擦除糾正能力，使用M個交織的RSW2，30，33]碼字以便以高概率定位在警戒以內的錯誤。這個方案的基本構思源自US 6，378，100。它們也在“數據視頻記錄的光盤系統(tǒng)(Optical Disc System for Digital Video Recording) ” JJAP-39-912 中公開。US 6，378，100將警戒碼字稱為“線索字”，其“通過將數據編碼為第一多碼元糾錯碼的碼字而形成”。將用戶數據RS碼字命名為“目標字”，其“通過編碼為第二多碼元糾錯碼的碼字而形成”。它們一起被稱為劃分“為線索字和目標字”并且“具有按字方式交織以及錯誤保護編碼”的“多字信息”?？梢钥闯鲞@個警戒碼方案具有以下缺點-除非已經收到并解碼了表示單一扇區(qū)的某些數目的行或同步塊，否則不能生成擦除信息。這導致一個扇區(qū)的最小等待時間。-需要附加的冗余用于線索字的高級別錯誤保護。根據本發(fā)明，通過檢驗在信道數據比特塊之間周期性地插入的錯誤定位線索的完整性，來生成在讀出信道數據比特流內的擦除信息。然后宣稱在某一距離內的錯誤指示 (正)線索之間的塊要被擦除。線索由許多信道數據比特或配備有附加冗余的其它子信道數據比特組成?？赏ㄟ^奇偶檢驗、CRC、或任何其它錯誤檢測碼或方法引起冗余。也可將由任何其它方法(如DC控制比特插入)所引起的并非主要意圖在于錯誤檢測的固有冗余用于完整性檢驗。要注意的重點在于根據本發(fā)明，完整性測試，相當于(amount to)錯誤檢測可在每個單獨的線索上執(zhí)行而忽略其它線索，即，沒有多碼元線索字存在。在下文中將以“自身可檢驗線索”表示這個屬性。因為線索是自身可檢驗的并且所引起的冗余通常低，所以錯誤檢測的概率也低。 但是信道故障的長突發(fā)，即，長突發(fā)錯誤，將很有可能破壞許多線索。從而當突發(fā)的長度增加時，檢測到它們中的至少一些的概率將上升。假定由未檢測到的錯誤造成負線索位于兩個靠近在一起的正線索之間，其中認為兩個線索“靠近在一起”的限制距離依賴于錯誤檢測概率以及隨機錯誤概率?；谶@個假定，將在靠近在一起的正線索之間的負線索反轉，從而生成表示長擦除的正線索的連續(xù)序列。突發(fā)越長，擦除信息將越可靠。在該實施例中，假定通過周期性地插入的同步模式將信道數據比特流分離為塊。 進一步假定將很有可能檢測到由錯誤突發(fā)對同步模式的破壞。前述假定將允許獨立地在每個同步塊內宣稱擦除間隔，但是如果任何假定不成立，本發(fā)明原理也將仍然適用。如圖2所示，在該實施例中，通過(n-1)個擦除線索或線索將同步塊分離為η個信道數據塊。通常每個塊的信道數據比特的數目將比線索比特的數目大得多。在圖2中以虛線象征性地對此進行圖示。換言之，線索比特的數目顯著地小于在任何兩個連續(xù)的線索之間信道數據比特的數目。本發(fā)明旨在通過檢驗線索的完整性來辨認錯誤的突發(fā)。使用指示完整性檢驗失敗的正線索來宣稱擦除的間隔。要求線索能夠是自身可檢驗的，即，不需要除了線索本身以外的其它信息來告知該線索是否已經被破壞。這與US6，378，100中描述的從多碼元碼字提取線索的方法相反。US 6，378，100從編碼的線索字導出錯誤位置線索，從而必須涉及一些錯誤定位處理。在本發(fā)明中，因為線索位置已知，所以不需要錯誤定位處理?？赏ㄟ^以下方式構造具有額外錯誤檢測冗余的長度y的自檢驗線索 使用y個預定義的數據比特 以任何(y，y-z)錯誤檢測碼編碼y-ζ個(子)信道數據比特，例如singe奇偶檢驗、CRC、等等。在系統(tǒng)碼的情況下，將為奇偶校驗加前綴或后綴。本發(fā)明使用不同的方法，其中在不使用額外冗余的情況下構造自檢驗線索，而不是使用周期性地插入的子信道或控制結構的固有冗余作為線索。根據本發(fā)明的一個方面， 利用如EP 07107630給出的DC控制比特插入方法所引起的冗余作為自檢驗線索。表1圖示出了根據EP 07107630向(1，7) RLL碼插入DC控制比特。僅僅數據比特的少數特殊組合造成需要花費2個DC控制比特來保證DC控制塊的微分(differential) RDS的反轉或保留。 因而，根據EP 07107630選擇的每兩個DC控制比特包含略微小于一比特的冗余。在表1中作為Ci示出的兩個DC控制比特，至少在某些情況下依賴于它們之前的兩個尾部比特<〗并且依賴于隨后的兩個首部比特乂^。表1未示出的M=的值，或的值， 或二者的那些行構成縮寫符號并且要被解釋為假定空表格單元指明“不關心”。為了能夠評價所描述的依賴性，以這樣的順序連接兩個尾部比特、兩個DC控制比特以及兩個首部比特以便得出6比特線索。利用如EP 07107630規(guī)定以及表1所示出的DC 控制比特的特定依賴性，以及單獨地列出以其“不關心”的單元所概括的情形，結果是在對于6個比特字存在的64個不同的值中，37個為指示有效性的負線索，以及27為指示無效性的正線索。這意味著發(fā)現任何錯誤的概率低。換言之，冗余被遍布在線索上。表2圖示了對于6比特擦除線索存在的64個不同值中的哪些構成有效線索，以及哪些構成無效線索。使用DC控制比特作為擦除線索的優(yōu)點在于，不需要任何附加冗余的插入，因而這個方法不遭受任何比率損失。此外，通過簡單地在表2中查找其值，或任何等效操作，可在接收后即時地檢驗每個線索。此外，必須考慮到DC控制比特進而線索將頻繁地出現在信道數據流內，這部分地補償它們較弱的錯誤檢測能力。如果考慮四個先前的數據比特而不是兩個先前的數據比特，可進一步增加錯誤檢測概率。圖4圖示出擦除線索構造的這一變型。在256個不同的8比特線索值中，133個構成負線索，以及123個構成正線索。表3示出了作為結果的查找表，即，它圖示出對于8 比特擦除線索存在的256個不同值中的哪些構成有效線索，以及哪些構成無效線索。有效， 即，以“ 1”表示負線索，無效，即，以“0”表示正線索。任何時候當來自額外的或者固有的冗余的線索錯誤檢測能力低時，可將橋接(bridging)策略應用于識別歸因于大量未檢測到的線索的擦除間隔。以下的橋接策略利用正線索來識別擦除間隔。同步模式可用作具有高突發(fā)錯誤檢測可能性以及高可靠性的邊界線索。這將允許在與相鄰同步塊中的線索無關的情況下宣稱同步塊內的擦除。否則必須遵循滑動窗口方法。在兩種情況下均可逐步地應用以下策略步驟1 忽略單個，S卩，隔離的正線索。這里，如果一正線索與最近的其他正線索的距離超過某一閾值，則其將被視為隔離的。這些隔離的正線索很有可能由隨機錯誤導致，從而被切換為負。在隨機錯誤環(huán)境下，可能適合應用比實質上無錯誤的環(huán)境下更小的閾值距
1 O步驟2 連接非隔離的正線索。把彼此遠離不超過閾值距離的兩個正線索之間的連續(xù)負線索的序列假定為歸因于未檢測到的突發(fā)錯誤，從而被切換為正。步驟3 把正線索的序列擴展一個余量(margin)把與連續(xù)正線索序列相鄰的某一數量的負線索切換為正。將由誤檢測的與未檢測的線索之間的所需比例來管理這個余量的尺寸。步驟4 標記作為擦除的正線索和在至少一側通過正線索連接的任何信道數據塊。圖5至9圖示了怎樣應用橋接策略的示例。在該示例中，如表示出的假定單個隨機錯誤以及突發(fā)錯誤。假定由于這些錯誤，在信道比特流中已識別了三個正(即，錯誤指示) 線索，在圖5中，在從左邊起第2個、第6個、和第9個線索中以“ + ”示出。假定以上的步驟 1的閾值距離為3個信道數據塊，其間包括2個線索。假定以上步驟3的余量為1個信道數據塊。步驟1 忽略隔離的正線索圖5中表示為“隨機錯誤”的正線索將被宣稱為負，這是因為下一個正線索在4個信道塊以外，其距離超過了閾值距離3。圖5中表示為“突發(fā)錯誤”的兩個正線索將保持不變，因為它們的距離在閾值距離以內。圖6示出應用步驟1的結果已刪除假定源自隨機錯誤的隔離的線索。步驟2 連接非隔離的正線索把在兩個剩余的正線索之間的間隔中的兩個負線索切換為正。圖7示出了應用步驟2的結果此時存在從第6個線索至第9個線索(包括第6個線索和第9個線索)的正線索的單一連續(xù)“行程(rim) ”。步驟3 把正線索序列擴展一余量應用為1的余量尺寸，正行程的左邊和右邊的一個相鄰線索被切換為正。圖8示出了應用步驟3的結果正線索的行程現在從第5個線索擴展至第10個線索(包括第5個線索和第10個線索)。步驟4:如圖9中所表示的，包括間歇的6個正線索的7個數據塊被宣稱要被擦除。 注意最右邊的正線索，即，在余量1延伸的過程中被切換至正的第10個線索，實際上構成誤檢測或虛假的正。沒有線索是未檢測到的，即，沒有虛假的負?？蓪⒈景l(fā)明的總的構思應用于任何傳輸或存儲系統(tǒng)，其中錯誤很可能以長突發(fā) (long bursts)方式出現，和/或其中接收器或讀取路徑可利用低等待時間擦除信息。本發(fā)明的優(yōu)點-來自DC控制比特的提出的線索是可自檢驗的，即，不需要其他信息來檢測線索是否被破壞；
-因而沒有固有等待時間；-比US6，378，100的BIS更經常地將DC控制比特進而基于其上的線索散布到用戶數據流中，這部分地補償它們的較弱的錯誤檢測能力。-本發(fā)明的方法提供擦除檢測，而無需超出DC控制總是需要的開銷的任何冗余開銷。本發(fā)明允許在突發(fā)錯誤環(huán)境內糾錯解碼之前有利地生成低等待時間擦除信息。低等待時間擦除信息對于下列原因或目的可能是有用的 如果與長度小于扇區(qū)的行對齊的隨機糾錯的內部RS或LDPC碼等協(xié)同使用像 Reed-Solomon 一類的外部突發(fā)錯誤糾正碼，因為長突發(fā)錯誤將很有可能超過內部碼的糾錯能力使得解碼無用，所以在內部碼解碼之前具有可用的擦除信息是有利的。另一方面，如果短錯誤突發(fā)被正確地標記為擦除，仍然可通過內部碼來解碼短錯誤突發(fā)。 如果使用作用于同步塊的內插定時恢復，則可通過評價擦除信息來執(zhí)行粗略完整性檢驗。 即便光驅動器讀取路徑內的任何其他任務能夠利用低等待時間擦除信息。本發(fā)明呈現了一種用于從錯誤指示線索生成擦除間隔的策略?？蓹z測到任何長度的錯誤突發(fā)。換言之，如果錯誤的位置已知，則塊碼的糾錯能力將加倍。用于錯誤位置檢測的現有技術方法總是涉及添加專用冗余數據，然后對其進行評價以便得出錯誤位置信息。本發(fā)明提出并描述了怎樣使用在數據流中總是存在的給定的DC控制比特32，以及怎樣從其中導出線索31形式的錯誤位置信息。
權利要求
1.一種用于擦除解碼包括DC控制比特模式的ECC編碼的比特流的方法，其中從所述 DC控制比特模式導出擦除信息。
2.如權利要求1所述的方法，其中從所述比特流中具有特定出現概率的特定碼元的出現，導出擦除概率。
3.如權利要求1所述的方法，其中由所述比特流的DC控制比特連同來自所述比特流的先前的和隨后的數據比特形成所述DC控制比特模式。
4.如以上權利要求中任何一項所述的方法，其中將非線性濾波器應用于從所述比特流提取的擦除信息。
5.如以上權利要求中任何一項所述的方法，其中所述擦除信息在被用于擦除解碼之前與第二擦除信息合并。
6.如權利要求5所述的方法，其中通過在所述擦除信息和所述第二擦除信息的對應比特中進行多數表決來執(zhí)行所述合并。
7.—種配備并且配置為執(zhí)行根據以上權利要求之一的方法的裝置。
全文摘要
如果錯誤的位置已知，則塊碼的糾錯能力將加倍。用于錯誤位置檢測的現有技術方法總是涉及添加專用冗余數據，然后對其進行評價以便得出錯誤位置信息。本發(fā)明提出并描述了如何從數據流中總是存在的給定DC控制比特(32)導出線索(31)形式的錯誤位置信息。
文檔編號G11B20/14GK102203863SQ200980144125
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權日2008年11月5日
發(fā)明者奧利弗·泰斯, 弗雷德里克·蒂莫曼, 陳曉明 申請人:湯姆森特許公司