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数字光盘的检错与纠错机制

发布时间:2008/6/2 0:00:00 访问次数:1442

1 引 言
光盘是目前应用非常广泛的大容量、低成本存储设备。为了减小误码率,原始数据经过格式化编码和信道编码后,才能写人光盘片;在读取时,则需经过信道解码和格式化解码后,才能得到所需的原始数据。光盘数据的读写过程如图1所示。


2 ci.rc基本原理

功能强大的错误检测和纠正措施:circ纠错码综合了交插、延时交插、交叉交插等技术,不仅能纠正随机错误,而且对纠正突发错误特别有效。

circ是一种前向纠错(fec):发送端发送能纠正错误的编码,接收端根据接收到的编码和编码规则,能自动纠正传输中的错误。其特点是不需要反馈信道且实时性好。交叉交织的基本原理:在数据刻录到光盘之前,先将所要刻录的数据字按已定义的规则扰乱,重放时通过dsp将扰乱的数据字按相反的规则重新排列,使之恢复成原始的次序。

circ的基本纠错是通过"加总"的方式进行。比如有1 6个原始数据,并将他们排成4行4列如图2所示。

行列各进行相加,行的总和与列的总和是相同的。行和与列和,还有总和共9个数据一起刻录在光盘上。当cd'光盘被读取时,数据重新累加并与"校验和"进行比较。假设图2的第3行第3列的数据2误码变成5,如图3所示。这样,总和变成了72,已经不同于刻在光盘上正确的原始数据的总和69,表明cd发生了误码;进一步检查行列值。可发现第3行的和值15、第3列的和值18都不同于刻在光盘上的原始的和值。这样就可以推断出第3行第3列的数据出错了,并可以由总和的差值(72-69)=3,将误码2纠正成5。

以上是单个数据出错的检、纠错原理。当随机错误很多时,可以通过采用上面冗余技术(redundaney)纠正。然而对于由光盘上出现的比较大面积的划伤或脏物而引起的误码,就必须设法把时间连续的帧信息分散到不同的物理帧上去,即把可能出现的错误离散化。这样处理的好处是:在重放光盘时,若读到有大面积的信号失落,经circ的去交叉交织处理后,将不会是某个信息帧的全部信符的损坏。当出现多处错误时,如图4所示:(a)为原始数据,沿对角线从左下角按"z"字形顺序刻录在光盘上;(b),如果光盘上第3行数据全出错;如(c),在检错处理之前,先对这些数据进行交叉编码,成为(d)的形式。这时可以发现原先在同·行出错的数据被重新排列成单个出错数据且位于对角线。这样就把出错数据分离开来,便于进行检错纠错。这就是circ的基本原理。这种纠错技术应用于二进制时,即为偶校验。

3光盘格式数据的扇区结构

circ被广泛地应用在cd和vcd光盘中。cd和vcd的mpeg数据记录格式是相同的,都采用cd-rom的扩展结构,即cd-rom/xa规格。光盘由导入区(1ead-intrack)、导出区(1ead-out track)和用户数据区组成,用户数据的信息光道都要用扇区来构造,而一些物理光道则可以用来把信息区中的信息光道连接起来。由于每秒传送75个扇区,每个扇区由98个帧组成,所以帧传输的频率为7 350 hz,而每帧由同步字、控制字、信号数据和circ纠错码共588个数据组成。故通道位的时钟频率应是7.35 khz×588=4.321 8 mtz。

cd的circ的编码过程如下:

(1)在每帧的时间内,对音频6次采样,每次采样有2个1 6 b的样本,一个来自左声道,一个来自右声道,各有2个字。即每帧包括有24个8 b的数据,称为f1帧(f1一frame)。

(2)用一个称为c:的编码器对这24个字节数据产生4个q校验字节。24个声音数据加上4个q校验符号共28个字节数据,称为f:帧(f:一frame)。

(3)这28个字节数据再经过一个称为c1编码器产生4个p校验字节。共32个字节,称为f3帧(f3-frame)。

经过c2和c1后共有32个字节的数据,这些数据打乱了原来的排列顺序,实现了数据的交叉和交织,解码系统便是在把这个基础上进行纠错和插补的。这些音频数据加上一个控制字(控制通道中的字码信息),先经过efm调制,得到33个14 b的数据字。然后在这些刻录到光盘上的一帧时,数据前面还要加一个24帧同步字。最后,在这34个数据中,还得加34个3 b的连接耦合位。至此,同步位、控制位、音频数字位、纠错位、耦合位等构成一个完整的信息帧,如图5所示。



4纠错的实现与处理

在实际应用中,交叉交织通过一组延时器来实现,延时器的延时量是取样周期的整数倍,由dram构成。延时交插之后还可用交叉技术,称为延时交叉交插技术。cd-

就是说,circ能纠正在2.4 mm光道上连续存放的448个错误字节。
在音视频cd-rom解码过程中,当从光盘中读到的数据发生差错并被识别出来时,有的可以被纠错;而如果被损坏的程度比较严重,被识别出来的差错数据就不能被全部纠错。对这些差错数据有以下几种处理方式:
(1)解码器电路将在出差错的这一点上使扬声器无声,显像管无图,即静噪来解决。应该注意,静噪方式通常是在连续发生差错又无法纠错的情况下采用的。

(2)cd-rom重放机内部有大量的存储器,用于处理音视频数据,能对

1 引 言
光盘是目前应用非常广泛的大容量、低成本存储设备。为了减小误码率,原始数据经过格式化编码和信道编码后,才能写人光盘片;在读取时,则需经过信道解码和格式化解码后,才能得到所需的原始数据。光盘数据的读写过程如图1所示。


2 ci.rc基本原理

功能强大的错误检测和纠正措施:circ纠错码综合了交插、延时交插、交叉交插等技术,不仅能纠正随机错误,而且对纠正突发错误特别有效。

circ是一种前向纠错(fec):发送端发送能纠正错误的编码,接收端根据接收到的编码和编码规则,能自动纠正传输中的错误。其特点是不需要反馈信道且实时性好。交叉交织的基本原理:在数据刻录到光盘之前,先将所要刻录的数据字按已定义的规则扰乱,重放时通过dsp将扰乱的数据字按相反的规则重新排列,使之恢复成原始的次序。

circ的基本纠错是通过"加总"的方式进行。比如有1 6个原始数据,并将他们排成4行4列如图2所示。

行列各进行相加,行的总和与列的总和是相同的。行和与列和,还有总和共9个数据一起刻录在光盘上。当cd'光盘被读取时,数据重新累加并与"校验和"进行比较。假设图2的第3行第3列的数据2误码变成5,如图3所示。这样,总和变成了72,已经不同于刻在光盘上正确的原始数据的总和69,表明cd发生了误码;进一步检查行列值。可发现第3行的和值15、第3列的和值18都不同于刻在光盘上的原始的和值。这样就可以推断出第3行第3列的数据出错了,并可以由总和的差值(72-69)=3,将误码2纠正成5。

以上是单个数据出错的检、纠错原理。当随机错误很多时,可以通过采用上面冗余技术(redundaney)纠正。然而对于由光盘上出现的比较大面积的划伤或脏物而引起的误码,就必须设法把时间连续的帧信息分散到不同的物理帧上去,即把可能出现的错误离散化。这样处理的好处是:在重放光盘时,若读到有大面积的信号失落,经circ的去交叉交织处理后,将不会是某个信息帧的全部信符的损坏。当出现多处错误时,如图4所示:(a)为原始数据,沿对角线从左下角按"z"字形顺序刻录在光盘上;(b),如果光盘上第3行数据全出错;如(c),在检错处理之前,先对这些数据进行交叉编码,成为(d)的形式。这时可以发现原先在同·行出错的数据被重新排列成单个出错数据且位于对角线。这样就把出错数据分离开来,便于进行检错纠错。这就是circ的基本原理。这种纠错技术应用于二进制时,即为偶校验。

3光盘格式数据的扇区结构

circ被广泛地应用在cd和vcd光盘中。cd和vcd的mpeg数据记录格式是相同的,都采用cd-rom的扩展结构,即cd-rom/xa规格。光盘由导入区(1ead-intrack)、导出区(1ead-out track)和用户数据区组成,用户数据的信息光道都要用扇区来构造,而一些物理光道则可以用来把信息区中的信息光道连接起来。由于每秒传送75个扇区,每个扇区由98个帧组成,所以帧传输的频率为7 350 hz,而每帧由同步字、控制字、信号数据和circ纠错码共588个数据组成。故通道位的时钟频率应是7.35 khz×588=4.321 8 mtz。

cd的circ的编码过程如下:

(1)在每帧的时间内,对音频6次采样,每次采样有2个1 6 b的样本,一个来自左声道,一个来自右声道,各有2个字。即每帧包括有24个8 b的数据,称为f1帧(f1一frame)。

(2)用一个称为c:的编码器对这24个字节数据产生4个q校验字节。24个声音数据加上4个q校验符号共28个字节数据,称为f:帧(f:一frame)。

(3)这28个字节数据再经过一个称为c1编码器产生4个p校验字节。共32个字节,称为f3帧(f3-frame)。

经过c2和c1后共有32个字节的数据,这些数据打乱了原来的排列顺序,实现了数据的交叉和交织,解码系统便是在把这个基础上进行纠错和插补的。这些音频数据加上一个控制字(控制通道中的字码信息),先经过efm调制,得到33个14 b的数据字。然后在这些刻录到光盘上的一帧时,数据前面还要加一个24帧同步字。最后,在这34个数据中,还得加34个3 b的连接耦合位。至此,同步位、控制位、音频数字位、纠错位、耦合位等构成一个完整的信息帧,如图5所示。



4纠错的实现与处理

在实际应用中,交叉交织通过一组延时器来实现,延时器的延时量是取样周期的整数倍,由dram构成。延时交插之后还可用交叉技术,称为延时交叉交插技术。cd-

就是说,circ能纠正在2.4 mm光道上连续存放的448个错误字节。
在音视频cd-rom解码过程中,当从光盘中读到的数据发生差错并被识别出来时,有的可以被纠错;而如果被损坏的程度比较严重,被识别出来的差错数据就不能被全部纠错。对这些差错数据有以下几种处理方式:
(1)解码器电路将在出差错的这一点上使扬声器无声,显像管无图,即静噪来解决。应该注意,静噪方式通常是在连续发生差错又无法纠错的情况下采用的。

(2)cd-rom重放机内部有大量的存储器,用于处理音视频数据,能对

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