JP3285428B2 - 符号化方法および装置 - Google Patents

符号化方法および装置

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JP3285428B2 JP20411793A JP20411793A JP3285428B2 JP 3285428 B2 JP3285428 B2 JP 3285428B2 JP 20411793 A JP20411793 A JP 20411793A JP 20411793 A JP20411793 A JP 20411793A JP 3285428 B2 JP3285428 B2 JP 3285428B2
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  • Detection And Correction Of Errors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、広くはBCH符号の符
号化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シンボルの幅は1ビットで、このケース
ではシンボルの部分体はガロア域GF(2)である。そ
のような符号は、光ファイバ通信において起きるような
シングル−ビット誤りに対する誤り保護に優れている。
1ビットシンボルのBCH符号に対する他の選択はマル
チビットシンボルのBCH符号である。一般に、それぞ
れ特別のBCH符号は最大語長を有している。実際の目
的に対しては、短縮符号が使用され、その中ではあらか
じめ定められたシンボルは零値が割り当てられ、そして
それは事実上蓄えられないし、また伝送されないしさも
なければ使われない。以下においては、そのような短縮
符号もまたBCH符号と呼ぶ。フルレングスBCH符号
は巡回的であり、その中でシンボルに関する符号語の巡
回的転置(cyclical transposition)は別の符号語を生
成する。そのような巡回的転置はランダム誤りの訂正能
力を不変に保つが、バースト誤りの訂正能力は、もし短
縮符号が使われるなら影響される。
【0003】マルチビットシンボルBCH符号の下位分
類はReed−Solomon符号であり、それに対し
ては最大符号語長はN=2m-1 で与えられる(ここに、
mはシンボル当りのビット数)。Reed−Solom
on(RS)符号はバースト誤りに対する保護において
優れている。Reed−Solomon符号の使い方に
ついてよく書かれている文書は、EPA 2 156
440である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以下において、実施例
はReed−Solomon符号に対してのみ与えられ
ているが、他のBCH符号に対しても動作は同等にもた
らされる。さて慣習的には、コンシューマ(消費者)の
CD−システムは復号器だけのものである。しかしなが
ら、特にコンパクトディスクの初版や改訂版、そしてま
た他の出願人のものについての序文を考えるに、必要性
はハードウェア的に能率のよい符号器に対して感じられ
る。本発明は、概念的な分類がデータシンボルと冗長や
パリティシンボルとの間に存在するような、シンボルレ
ベルについてシステマテックである符号に限られる。
【0005】さて、本発明の目的は、まず第1に、1ビ
ットまたは複数ビットシンボルに基づいたBCH符号、
特に符号語がフルレングスか短縮のいずれかの符号語で
あるようなReed−Solomon符号を符号化する
ための符号化方法と装置を提供することにある。特に、
本発明は連続するパリティシンボルがデータシンボルの
第1の列と第2の列の間にさしはさまれているような符
号化を考えている。本発明の第2の目的は、本発明のハ
ードウェアについてはパリティシンボルが最後の位置に
ある“標準”符号語に対して使われるハードウェアとほ
とんど同じであるということである。特にCDの環境に
おいては、本発明は同じハードウェアを用いて両方の符
号を符号化することを許すであろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】さて、それに第1の見方
によれば、本発明は、前記連続するパリティシンボルが
高位のデータシンボルの第1の列と低位のデータシンボ
ルの第2の列の間にさしはさまれているようにするため
に、前記第1の高位の列、前記連続するパリティシンボ
ル、および前記第2の低位の列のシーケンスを生成する
べく、前記方法は前記データシンボルに関して前記パリ
ティシンボルの直列転置を含んでいるようにしたことに
おいて実現される。
【0007】特に、−直列転置(serial transposing)
−なる用語は一般にシフトレジスタタイプの解決法また
はそれのエミュレーションが使用されることを意味する
が、処理環境におけるマトリックス乗算ではない。特に
存在しないデータシンボルや意図したパリティシンボル
についての意図した順番が零や他のダミーシンボルを与
えることで簡単に実現される限りは、それらの組み合わ
された順番に従ってデータシンボルを与えることは非常
にハードウェアの能率がよい。すべてのデータシンボル
が実際に与えられた後に、それらのパリティへの寄与が
十分に知られる。そのとき直列転置のメカニズムは、パ
リティが正しく位置している意図した符号語の構成に達
するようにパリティシンボルの内容を再構成することだ
けが要求される。
【0008】有利なことに、その方法は、前記符号語に
付加的な零データシンボルを詰め込むことおよび交代し
たシーケンスにおいてそうして詰め込まれた符号語のど
んなシンボルをも与えることを含み、それによってどん
なデータシンボルにも続くもっと低位の列のシンボル位
置に前記連続するパリティシンボルを直列転置するよう
にしている。このことは、直列転置はきわめて単純であ
る。さらに、交代の制御を実行するハードウェアを除い
て付加的なハードウェアを必要としないという点で有利
である。この手続きの唯一の欠点は、特に符号語の中間
にパリティの位置を有する組み合わせの場合に生じる極
度に短縮した符号語に対して比較的時間がかかることで
ある。
【0009】有利なことに、その方法は、前記連続する
パリティシンボルの代わりに位置したダミーシンボルを
有する符号語を与え、そしてどんなデータシンボル、し
かしどんなデータシンボルよりもっと低位の位置に位置
しているデータシンボルにも一致しないような転置され
た連続するパリティシンボルを発生させた後に、前記転
置された連続するパリティシンボルのどんなシンボルを
もそれらのダミーシンボルに加算するため前記ダミーシ
ンボルの位の位置に直列逆転置することを含んでいる。
このことは、短縮されない符号語のほぼ半分の長さより
も終りに近いパリティシンボルを有する符号語に対し
て、通常これは従来の構成よりも時間をとらないという
点で有利である。しかしながら逆方向シフトは、高度な
パイプライン構成についてのケースにあるように、シフ
トそれ自体ならびに符号化器の環境の両方に関して付加
的なハードウェアと付加的な制御とを必要とする。
【0010】本発明はまた記述した方法を実行するため
の装置にも関係する。さらに有利な見方が従属クレーム
に記述されている。そのような符号化器はフレキシブル
であり、最小のハードウェアでよいことが分かる。特に
符号化能力に関しては、とりわけ以下の目的とパラメー
タが適切である。
【0011】 ♯1.ほかにおけると同様慣例のコンパクトディスクに
おいても、それらのパリティチェック マトリックスが
互いに密接に類似しているならば、異った符号を実行す
るために同一のハードウェアを使用することが望まし
い。 ♯2.特に、それらの位置が隣接しているという制限の
もとに、パリティシンボルを符号語内の任意の位置に配
置できるようにすることが望ましい。 ♯3.選択されたシンボルの長さにかんがみて符号語の
最大長Nと符号語の実際長nが与えられると、第1の可
変パラメータは短縮していない符号(N−n)に関して
符号語の短縮である。 ♯4.第2のパラメータは、データシンボルが装置の入
力端子に与えられているテンポラルシーケンスである。
【0012】本発明によれば、目的1はパラメータ♯4
の適切な選択を通じて達成される。他方、比較的短い符
号語(パラメータ♯3が大)に対しては動作が遅く、特
に、短縮していないコードワードに対してほど遅い。
【0013】
【実施例】以下に添付図面を参照し実施例により本発明
を詳細に説明する。図1a〜1eは種々の符号や符号化
の構成を示している。図1aは図式的に符号語を示して
いる。一般に、システマティックな符号であるブロック
符号において、パリティシンボルは低次の位置Cj …C
0 (ここにj≪n−1)にある。コンパクトディスクで
は、これはいわゆるC1符号に対して真で、C2符号に
対してそうでない。本発明による規則的でない符号化に
おいては、パリティの位置は低次の位置にはないが、そ
れにもかかわらず符号化は容易かつ簡単であり、特に並
列マトリックス乗算を必要としない。特に後者は必要な
ゲート数で表わされるように複雑で高価であることが分
かってきた。
【0014】図1bは、本発明によって符号化しようと
している符号語フォーマットを図式的に示している。m
−ビットシンボルのReed−Solomon符号に対
して、符号語の最大長は2m −1シンボルである。C2
m -2…C0 から番号を付されたシンボルについて、部分
AおよびBはデータシンボルからなり、中間の部分Pは
パリティシンボルからなっている。以下においてA,
P,Bの長さはA+B+P≦2m −1に任意に決められ
る。他の個所で説明したように、短縮されない符号語は
循環的であり、符号語のどんな交代(シンボルベース上
での)も再び符号語を作る。結果として、図1cはその
ような符号語に対する第1の符号化の概略を示し、その
符号語はパリティシンボルPが最後の位置を占めるよう
に交代されている。コンパクトディスクのC2符号で
は、部分BがシンボルC11…C0 を、部分Aがシンボル
27…C16を、部分PがシンボルC15…C12を有してい
る。使われていない部分は255−28=227シンボ
ルを有している。この方法において、符号化は255個
のクロックパルスを必要とするが、しかしハードウェア
は非常に少ししか必要としない。部分Bが与えられた後
に、連続する227個のダミー零が符号化装置に与えら
れる。
【0015】図1dは符号化の問題についての第2の解
(符号化の概略)を図式的に示している。部分Aの前の
シンボルが本質的に零であるから、それらはパリティに
寄与しない。その結果、まず第1に、部分Aが符号化装
置に与えられる。次に、各予定したパリティシンボルに
対して、ダミーシンボル(例えば、零)が符号化装置に
与えられる。次に、部分Bが与えられる。部分Bが与え
られた後、パリティが低次の位置にある規則的な符号化
におけるように、概念的な位置P′のパリティシンボル
Pが与えられることになる。さて、しかしながら、これ
らの位置は予定したパリティの位置に関してオフセット
していて、そのオフセットはすべてのデータシンボルの
位置に関して一定である。例えば、もしパリティシンボ
ルが1シンボル期間遅れて発生したとすると、これはた
だオフセットが1シンボル位置高いことを意味する。さ
て、パリティシンボルの発生は、x-(B+P)mod g
(x)(ここに、B+Pは図中右方向へのオフセット、
g(x)は符号の生成多項式)を乗算することを通して
仮のパリティシンボルを更新し煮詰める。これは、結合
されている部分P′およびBの長さにわたって符号化装
置を後方にシフトさせることによって実行される。コン
パクトディスクにおいて、これは12+4=16シンボ
ル位置にわたる後方シフトを意味する。すなわち、 P=(x-16 i(x)mod g(x))mod g(x) = x-16P′mod g(x) 以下に説明するように、これは2つの方法、すなわち一
つの方法は単純な後方シフト(図5)により、他の一つ
は有限のステートマシン(図6)の使用によってなされ
る。両方の方法はそれらなりの利点をそれぞれ実現す
る。
【0016】ここで理論的背景について説明する。コン
パクトディスク システムは2つの符号C1,C2を有
し、それらはGF(28 )上で両方とも短縮されたRe
ed−Solomon(RS)符号で、またそれらは同
じ生成多項式 g(x)=(x-1)(x-α)(x-α2) (x-α3)=x4+ α75x3+ α249x278x+α6 を有している。原始多項式はp(x)=x8+x4+x3+x2+1 とし
て選ばれ、そしてp(x)のルートとしてのαは原始要
素である。
【0017】両符号は次の構成のパリティチェック マ
トリックスをもっている。 1 1 … 1 1 1 Hn = αn-1 αn-2 … α2 α 1 (α2)n-1 (α2)n-2 … (α2)2 α2 1 (α3)n-1 (α3)n-2 … (α3)2 α3
【0018】ここに、C1に対してn=32、およびC
2に対してn=28である。長さnを有するベクトル
【外1】 は、もしそして唯一もし
【外2】 ならば、符号C1(n=32のとき)または符号C2
(n=28のとき)における符号語である。ベクトル
〔外1〕は、〔外1〕=〔Cn-1n-2 …C21
0 〕(ここにCn-1 は最初に送られ、C0 は最後に送ら
れる)のように順序づけられているコンポーネントから
なっている。この表記法はCDに関する刊行物で慣例的
に使われている表記法と異なっているが、厳密に同じ機
能をカバーしている。さて、両方の符号は最小距離d=
5を有し、そこで符号語は各4個のパリティシンボルを
含んでいる。C1においては、それらは4個の低次のシ
ンボルの符号語C3 ,C2 ,C1 ,C0 である。C2に
おいては、それらは4個の中位の次数のシンボルの符号
語すなわちC15,C14,C13,C12である。以下におい
て、シンボルの次数は短縮されていない符号語における
ランクとして理解されるべきである。他のどんなシーケ
ンスの表示も慣例のメモリアクセス技術によって影響さ
れる。さらに、以下に考えられるすべての方法と装置に
おいて、符号化は主に符号の生成多項式を実行する逆結
合シフトレジスタに基づいている。さらに、種々の異っ
た符号語の構成も可能であり、そこではパリティシンボ
ルは接しているが、ただし低次のシンボルの符号語だけ
は除いている。そのような規則的な符号語は、フルレン
グスまたは短縮したBCH符号他において、Reed−
Solomon符号の場合のようにそれら符号の一部を
形成している。
【0019】以下に好ましい実施例について説明する。
図2は符号化装置の全般的なセットアップを示してい
る。ブロック20は、ゼネラルコントロール デバイス
28(制御接続は簡潔のため示していない)からの要求
に応じてデータシンボルを与えるデータソースを表わし
ている。ブロック22はダミーシンボルのソースであ
り、ゼネラルコントロール デバイス28は、ダミーシ
ンボルについて出現の瞬時と情報内容の両方を知るであ
ろう。特に簡単な解はすべてのダミーシンボルが値零を
有していることであるが、これは厳密な要求ではない。
ブロック24は、受信した各シンボルに対して1ポジシ
ョン進められた逆結合シフトレジスタ26に与えるため
に、デバイス28の制御のもとにソース20または22
からの適切なシンボルを選択する。ある状況のもとに、
受信したシンボルに対して複数のシンボルシフトが作動
され、一方では後述するように後方シフトもまた可能で
あろう。シフトレジスタの出力にランダムアクセス メ
モリ30が接続されていて、そのランダムアクセス メ
モリは書込みのための第1の分離したアドレス メカニ
ズム32と読出しのための第2のそれ34を有してい
る。読出し時に、符号語のシンボルは出力36に現われ
る。同様に、ブロック20はダブル アクセス メモリ
として実行されることも可能であり、外部からの図示さ
れない入力端子を有している。プロダクト符号化および
/またはインターリーブ符号化の場合には、最初の符号
化動作の後に出力36はブロック24に逆結合され、そ
の結果、ブロック20と30が単独のブロックでありう
るという事実において、最終的な符号語を出力するため
の出力端子とブロック24への内部接続だけを備えてい
る。勿論、その場合にもまたブロック22はランダムア
クセス メモリの一部を形成し得る。
【0020】さて、図3はコンパクトディスク標準によ
る上述のC2符号語を符号化し、図1Cに関し議論した
手続を実行するためのシフトレジスタの配置を示してい
る。図示のように、逆結合シフトレジスタは遅延要素お
よびEXORゲート102…116を交互に含んでい
て、EXORゲートはシフトレジスタ内部にある。EX
ORゲートがシフトレジスタの外部にある実施例は後に
示される。入力端子は100である。フィードバックは
図示のようにガロア(Galois)のフィールド乗算
器118…124の手段によってであり、その手段は生
成多項式の各項の係数に等しい乗数を有している。さ
て、C2符号語を符号化するために、システムは回路の
入力端子に各シンボルを、最初にC11,…C0 、次に2
27個の零、そして最後にシンボルC27,…,C16とい
う順序で与える。この与えている間、スイッチ103は
ずっと閉じている。シンボルC16がクロックインした後
にスイッチ103が開かれる。その時点において、シフ
トレジスタは左から右にパリティシンボルC15,…,C
12を容れる。結果として、シフトレジスタの構成要素に
沿ってこれらパリティシンボルをシフトアウトすること
が別の用途のためそれらをして利用できるようにする。
簡単にするためには、クロックとリセットの特徴が省略
できる。符号語において生じている正しいシーケンス
は、図2について説明したように選択的なメモリアクセ
スによって達成される。乗算要素118…124におけ
るαの累乗は符号の生成多項式で発生しているのと正確
に一致している。
【0021】図4は前方向と後方向へのシフトの準備を
有している第2のシフトレジスタの実施例を示してい
る。さらに、実施例はシフトレジスタにとって外部にあ
るEXORゲートを有している。前方向シフトに対し
て、シンボル(8ビット幅の)の移動は示されているよ
うになっている。情報語が入力端子Iに到来すると、残
余を発生させるために、スイッチはそのとき上の位置に
なる。後方向シフトの後、もし正しい残余の値が作られ
たならば、スイッチSは下の位置にある。EXORゲー
トの乗算器および遅延器は図3におけるように描かれて
いる。後方シフト期間中は、セットアップは図5に示さ
れるようになっている。さて、両方の図は全く似ている
(乗数goがgo-1に置き換えられていることを別とし
て)けれども、上の3個のEXORゲートおよびすべて
の4個の遅延段は動作方向を逆転している。それ故、図
6はハードウエアを少ししか必要としない一層直接的な
解を示している。ここでは、EXORゲートと遅延段の
両方が一方向に動作する。前方向シフトの場合はすべて
の乗算器を左側の位置に置くことによってなされる。後
方向シフトの場合は4個のすべての乗算器を右側の位置
に置く。スイッチSの動作は図3,4におけると同じで
ある。3個の乗算器は唯一回のみ生じ、g1 ,g3 につ
いての乗算器のみが2度準備されなければならない。
【0022】図7は、図1dに示される手順を実現する
ための特別のシーケンサ タイプへのアプローチにおけ
る、別のシフトレジスタの実施例を示している。このセ
ットアップは、3つのバスA(190)、B(192)
およびC(194)、4つの8ビット3−状態レジスタ
160−166、1つの8ビット幅EXORゲート19
8、図示のような乗数を有する4つの乗算器170−1
76、外部入力196を有する1つの8ビット幅の5対
1マルチプレクサ180、1つの8ビットの2対1のマ
ルチプレクサまたはスイッチ202および1つの別の乗
算器200を有している。前述例のように、制御線また
は同期用の線は示されていない。セットアップは、事
実、図4,5と同じ乗算係数で動作する。もしスイッチ
202が下の位置にあれば、下のバス192の段r0
3 から受信したシンボルはEXORゲート198によ
って加算され、そしてバス194を通してその前段の蓄
積位置に直接に送り返される。もしスイッチ202が上
の位置にあれば、付加的な乗算係数g0 が導入される。
EXORゲート198への上の入力はマルチプレクサ1
80から生じている。これは受信した信号に係数g
0 -1,g10 -1,g20 -1,g30 -1のいずれか
を選択的に乗ずるようにしている。乗算器200との組
合せはそれぞれ乗算係数1,g1 ,g2 ,g3 を生じ
る。適切な蓄積要素(3−状態レジスタ)160…16
6の選択とともに、マルチプレクサ180とスイッチ2
02の適切な制御を通して、図4〜6に対応するすべて
の動作が実行される。必要事項として装置の入力はBに
あり、装置の出力はCにある。簡単のために、マルチプ
レクサ(またはスイッチ)202は、制御信号Sでもっ
て非常に概念的に書かれているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 A〜Eは与えられた語フォーマットの符号化
の基礎をなす原理を説明している。
【図2】 符号化装置の全般的なセットアップを示して
いる。
【図3】 符号化用シフトレジスタの実施例を示してい
る。
【図4】 シフトレジスタの第2の実施例を示してい
る。
【図5】 シフトレジスタの第3の実施例を示してい
る。
【図6】 シフトレジスタの第4の実施例を示してい
る。
【図7】 シーケンサー タイプの実施例を示してい
る。
【符号の説明】
20 データソース 22 ダミーシンボルのソース 24 セレクタ 26 逆結合シフトレジスタ 28 ゼネラルコントロール デバイス 30 ランダムアクセス メモリ 32 書込み用アドレス メカニズム 34 読出し用アドレス メカニズム 36 出力 100 入力端子 102,106,110,114 EXORゲート 103 スイッチ 104,108,112,116 蓄積要素 118,120,122,124 ガロアのフィールド
乗算器 160,162,164,166 3−状態レジスタ 170,172,174,176 乗算器 180 5対1マルチプレクサ 190,192,194 バス 196 外部入力端子 198 EXORゲート 200 乗算器 202 2対1マルチプレクサまたはスイッチ A 部分Aのシンボル B 部分Bのシンボル P パリティシンボル P′ 概念的な位置のパリティシンボル α 原始要素 I 入力端子 S スイッチ(接点) R 接点 g 乗数
フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, T he Netherlands (72)発明者 エリック ウィレム ハル オランダ国 5621 ベーアー アインド ーフェン フルーネヴァウツウェッハ1 (56)参考文献 特開 昭62−114160(JP,A) 特開 昭61−270922(JP,A) 特開 昭61−15238(JP,A) 特開 平1−162273(JP,A) 特開 平1−256833(JP,A) 欧州特許584864(EP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 13/00 G06F 11/10 330 G11B 20/00 H04L 1/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続するクロックサイクルの中にあっ
    て、クロックサイクルと組み合わされ降順に符号語のす
    べてのデータシンボルを与え、かつ各クロックサイクル
    中に、連続するパリティシンボルのうちの各パリティシ
    ンボルへのどんなデータシンボルの寄与をも計算するよ
    うな規則的なBCH符号語を符号化する方法において、 前記連続するパリティシンボルが高位のデータシンボル
    の第1の列低位のデータシンボルの第2の列の間にさ
    しはさまれているようにするために、前記第1の高位の
    列、前記連続するパリティシンボル、および前記第2の
    低位の列のシーケンスを生成するべく、前記方法は前記
    データシンボルに関して前記パリティシンボルの直列転
    置を含んでいることを特徴とする符号化方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法において、前記符号
    語に付加的な零データシンボルを詰め込むことおよび交
    代したシーケンスにおいてそうして詰め込まれた符号語
    のどんなシンボルをも与えることを含み、それによって
    どんなデータシンボルに続くもっと低位の列のシンボ
    ル位置に前記連続するパリティシンボルを直列転置す
    るようにしたことを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の方法において、前記連続
    するパリティシンボルの代わりに位置したダミーシンボ
    ルを有する符号語を与え、そしてどんなデータシンボ
    ル、しかしどんなデータシンボルよりもっと低位の位置
    に位置しているデータシンボルにも一致しないような転
    置された連続するパリティシンボルを発生させた後に、
    前記転置された連続するパリティシンボルのどんなシン
    ボルをもそれらのダミーシンボルに加算するため前記ダ
    ミーシンボルの位の位置に直列逆転置することを含んで
    いることを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の方法において、1つの
    別のシンボル期間にわたっての前記直列逆転置は、生成
    多項式の逆数になる割り算のシンボルワイズエミュレー
    ションによって実行されることを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】 連続するクロックサイクルの中にあっ
    て、クロックサイクルと組 み合わされ降順に符号語のす
    べてのデータシンボルを受信するための入力手段、およ
    び各クロックサイクル中に、連続するパリティシンボル
    のうちの各パリティシンボルへのどんなデータシンボル
    の寄与をも計算する計算手段と、部分的に進んだ前記パ
    リティシンボルを過渡的に記憶する記憶手段と、それら
    の全部が終わった後に前記パリティシンボルを出力する
    ために前記記憶手段によって供給される出力手段を具え
    た規則的なBCH符号語を符号化するための符号化装置
    において、 前記連続するパリティシンボルが高位のデータシンボル
    の第1の列と低位のデータシンボルの第2の列の間にさ
    しはさまれているようにするために、前記第1の高位の
    列、前記連続するパリティシンボル、および前記第2の
    低位の列のシーケンスを生成するべく、前記装置は前記
    データシンボルに関して前記パリティシンボルを直列転
    置するための転置手段を具えている ことを特徴とする符
    号化装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の装置において、固定係数
    による排他的乗算手段、排他的論理和手段(EXORゲ
    ート)およびシンボル記憶手段で構成されていることを
    特徴とする装置。
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