專利名稱：：編碼和譯碼設(shè)備以及相應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于把用戶數(shù)據(jù)流編碼成信道數(shù)據(jù)流的編碼設(shè)備和方法。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的譯碼設(shè)備和方法，涉及載有按照本發(fā)明編碼的數(shù)據(jù)的記錄載體和信號(hào)，以及涉及用于實(shí)施所述方法的計(jì)算機(jī)程序。在歐洲專利申請(qǐng)EP02076665.5(PHNL020368)中描述了用于二維光學(xué)存儲(chǔ)的系統(tǒng)，具體地，描述了編碼和譯碼二維信道數(shù)據(jù)流的方法。二維光學(xué)存儲(chǔ)的目的是使用相同的物理讀出系統(tǒng)(波長(zhǎng)，數(shù)值孔徑)達(dá)到更高的存儲(chǔ)密度，例如是Blu-Ray盤(BD)的2.0倍。設(shè)想的二維光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)要素是將二維六邊形網(wǎng)格(lattice)用于光學(xué)媒體上的比特(多級(jí)碼元(symbol))單元。因此，每個(gè)比特(碼元)具有六個(gè)最接近的鄰居。在僅僅牽涉到最接近鄰居比特的第一殼近似(shellapproximation)中，當(dāng)讀出的斑點(diǎn)是在具有二維下標(biāo)i的某個(gè)輸入比特xi之上時(shí)信道輸出是這個(gè)輸入比特與等于1的、它的六個(gè)最接近鄰居比特的數(shù)目的函數(shù)。這個(gè)數(shù)目被稱為zi。圖1顯示作為10xi+zi的函數(shù)的、信道輸出的第一殼近似。因此，由六個(gè)零比特包圍一個(gè)零比特的情形相應(yīng)于圖上曲線的最左面的點(diǎn)。同樣地，由六個(gè)一比特包圍一個(gè)一比特的情形相應(yīng)于該曲線的最右面的點(diǎn)。在圖2上，顯示了7比特六邊形群集(cluster)的不同的群集類型。誤碼率(BER)取決于信道輸入x的序列(二維網(wǎng)格)，該序列被稱為信道輸入域(channelinputfield)，并且當(dāng)信道輸入域由全1組成時(shí)是最差的。然后，(平均)誤碼率(BER)比起對(duì)于典型的隨機(jī)輸入消息要差得多。如果使用一個(gè)加性白色高斯噪聲(AWGN)信道模型，則在所有的輸入域上BER的最差情形由兩個(gè)不同的(無(wú)噪聲)信道輸出域之間的最小平方的歐幾里得距離確定。已經(jīng)顯示出，對(duì)于在使用相同的讀出物理過(guò)程時(shí)存儲(chǔ)密度超過(guò)一維光學(xué)存儲(chǔ)的存儲(chǔ)密度的二維光學(xué)存儲(chǔ)，對(duì)于一對(duì)信道輸入域，在不同信道輸出域之間的最小平方歐幾里得距離是出現(xiàn)在其中六個(gè)最接近的鄰居比特是全1、且中心比特是0或1以及所有的向外更遠(yuǎn)的比特是全1的場(chǎng)合。這一事實(shí)可以通過(guò)以下事實(shí)進(jìn)行啟發(fā)式地說(shuō)明，即在圖1的曲線上在第z點(diǎn)與第10+z點(diǎn)之間的垂直距離(的平方)，在z＝6時(shí)是最小的，z＝0，1，...，6。更準(zhǔn)確地說(shuō)，這個(gè)(平方的)差值并沒(méi)有表明所有的情況，因?yàn)椴粏问窃谥行谋忍匚恢?下標(biāo))之上的信道輸出的(平方的)差值(是0或1-這造成差別)，而且在中心比特的最接近鄰居比特之上的信道輸出中的6個(gè)(平方的)差值都對(duì)總的平方的歐幾里得距離有貢獻(xiàn)。例如，對(duì)于z＝6，后6個(gè)較小的貢獻(xiàn)各自相應(yīng)于在圖1曲線上第2點(diǎn)與第3點(diǎn)之間的(平方的)差值。在對(duì)應(yīng)于具有相反中心比特的(信道輸入的)群集的信道輸出域之間的總的平方(歐幾里得)距離是可靠性的測(cè)度，通過(guò)它便可以使用具有加性白色高斯噪聲(AWGN)的信道來(lái)鑒別中心比特。(上述的群集可以在比只是中心比特的更多的下標(biāo)中不同。)對(duì)于具有不同噪聲性狀的信道，可以規(guī)定不同的距離或鑒別測(cè)度。為了防止二維光學(xué)存儲(chǔ)對(duì)于某些信道輸入域可能是不可靠的情形，已經(jīng)考慮使用受約束的編碼，以便禁止圖1曲線的最右面的點(diǎn)(即，圖2中的最右面的群集類型)。受約束的編碼是紀(jì)律的更一般的術(shù)語(yǔ)，其中(d；k)-約束的編碼是一種特殊的情形。例如，可以禁止一個(gè)1比特由六個(gè)1比特包圍的情形。對(duì)于這樣的約束的信息速率損失是可接受的。然而，這樣人們會(huì)面臨在六個(gè)最接近的鄰居比特中五個(gè)是1且中心比特是0或1的情形下的最小距離。這種情形的平方的歐幾里得距離僅僅或多或多地大于我們以前有的最小歐幾里得距離。這將意味著，我們還必須禁止圖1的曲線上次最右面的點(diǎn)(z＝5，x＝1)(即，圖2上次最右面的群集類型)。對(duì)于隨機(jī)輸入消息，最接近鄰居為1的z的出現(xiàn)分?jǐn)?shù)率(fractionofoccurrence)與二項(xiàng)式系數(shù)6z=6!z!(6-z)!]]>成比例。結(jié)果，禁止z＝5，x＝1的花費(fèi)是禁止z＝6，x＝1的65=6]]>倍。這樣，(局部)約束編碼大大地減小了信息速率，但并未以根本的方式解決平均可靠性的數(shù)據(jù)相關(guān)性。關(guān)于脫離局部約束的其它嘗試，應(yīng)當(dāng)指出，還存在有微弱約束的代碼，其中允許某些被禁止的局部圖案以某個(gè)低概率出現(xiàn)。在禁止圖1的曲線上的點(diǎn)(即，圖2所示的不同群集類型的單個(gè)群集類型)之前，應(yīng)當(dāng)看到，對(duì)于典型的隨機(jī)輸入消息確實(shí)會(huì)出現(xiàn)這個(gè)曲線上的所有點(diǎn)。對(duì)于這樣的典型的隨機(jī)消息，有六個(gè)最接近鄰居比特等于1的比特分?jǐn)?shù)率是小的(1/64)。這種更易出錯(cuò)情形的小分?jǐn)?shù)率減輕了它們對(duì)BER的貢獻(xiàn)。當(dāng)這個(gè)分?jǐn)?shù)率不再小時(shí)(例如，是典型分?jǐn)?shù)率的兩倍，即，1/32時(shí))，將出現(xiàn)問(wèn)題。這個(gè)觀察結(jié)果建議對(duì)具有給定z值的群集的出現(xiàn)分?jǐn)?shù)率施加約束。對(duì)于任何允許的輸入消息域，這些分?jǐn)?shù)率不應(yīng)當(dāng)實(shí)質(zhì)上偏離真實(shí)的隨機(jī)情形。對(duì)于在所有允許的輸入消息域上BER基本與隨機(jī)輸入消息上平均的BER相同的最差情形而言，這是一個(gè)充分條件。用來(lái)測(cè)量上述分?jǐn)?shù)率的邏輯流尺寸例如是錯(cuò)誤控制碼(糾錯(cuò)碼、檢錯(cuò)碼)的流尺寸，該錯(cuò)誤控制碼的譯碼器跟隨比特檢測(cè)器。本發(fā)明的目的是提供編碼設(shè)備和方法，其避免了上述的問(wèn)題、改進(jìn)了存儲(chǔ)系統(tǒng)的最差情形下的BER性狀和提高了可靠性，具體地特別是在二維光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)或通信系統(tǒng)中確保了低的BER而沒(méi)有很大地?fù)p失信息速率。而且，應(yīng)提供相應(yīng)的譯碼設(shè)備和方法，以及用于在計(jì)算機(jī)上實(shí)施所述編碼和/或譯碼方法的計(jì)算機(jī)程序。本目的是按照本發(fā)明通過(guò)如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備達(dá)到的，該編碼設(shè)備包括-擴(kuò)展單元，用于把所述用戶數(shù)據(jù)流變換成中間數(shù)據(jù)流(i)，該中間數(shù)據(jù)流至少比所述用戶數(shù)據(jù)流多包括一個(gè)碼元，-處理單元，用于使用所述中間數(shù)據(jù)流、為來(lái)自一個(gè)擾碼的每個(gè)加擾流迭代地確定該加擾流的品質(zhì)因數(shù)的值，一個(gè)加擾流包括與所述中間數(shù)據(jù)流同樣多的碼元，其中所述品質(zhì)因數(shù)是在所述加擾流的區(qū)段群(acollectionofportions)上的總和，所述區(qū)段包括來(lái)自所述加擾流的至少兩個(gè)碼元區(qū)段，該總和的每個(gè)項(xiàng)是使用所述中間流的相應(yīng)區(qū)段的、該加擾流的所述區(qū)段的品質(zhì)因數(shù)，以及在該加擾流的所述區(qū)段的每個(gè)區(qū)段中，碼元的每個(gè)可能組合出現(xiàn)在來(lái)自所述擾碼的同樣多的加擾流中，-選擇單元，用于從所述品質(zhì)值中選擇最佳品質(zhì)值，以及用于選擇其品質(zhì)因數(shù)等于所述最佳品質(zhì)值的最佳加擾流，以及-至少一個(gè)映射單元，用于把所述最佳加擾流的碼元映射到所述中間數(shù)據(jù)流的相應(yīng)碼元上，以便得到用于輸出到信道的所述信道數(shù)據(jù)流。本發(fā)明是基于在編碼過(guò)程中引入局部隨機(jī)化器的概念。導(dǎo)引的加擾(guidedscrambling)是使加到存儲(chǔ)系統(tǒng)的輸入隨機(jī)化而同時(shí)使得某個(gè)目標(biāo)函數(shù)(也稱為品質(zhì)因數(shù))最大化的熟知的技術(shù)。在電信系統(tǒng)中，熟知的實(shí)踐是例如包括加擾或隨機(jī)化，以防止被調(diào)制信號(hào)的病態(tài)譜特性(“太尖峰化的”)，或分散(具有“尖峰的”頻譜)干擾的影響。在光學(xué)記錄領(lǐng)域，這樣的導(dǎo)引的加擾是在K.A.SchouhamerImmink，“CodesforMassDataStorageSystems(用于海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的代碼)，”ShannonFoundation，Rotterdam，1999，chapter13中描述的。然而，它還沒(méi)有付諸實(shí)踐。按照本發(fā)明，平均預(yù)測(cè)的誤碼率可被表示為一個(gè)這樣的目標(biāo)函數(shù)(品質(zhì)因數(shù))，并且利用這個(gè)目標(biāo)函數(shù)的線性度(一個(gè)平均)。已經(jīng)證明，對(duì)于任何輸入序列，在小的擾碼中存在有一個(gè)加擾碼字，對(duì)其的預(yù)測(cè)的誤碼率與對(duì)于隨機(jī)輸入數(shù)據(jù)的一樣好。本發(fā)明同樣可被應(yīng)用來(lái)使得(濾波的)通信系統(tǒng)的最差情形的平均功率不大于(小于)它的隨機(jī)平均。當(dāng)如在二維光學(xué)存儲(chǔ)中比特被存儲(chǔ)在二維六邊形網(wǎng)格上時(shí)，本發(fā)明的加擾方法在它施加到的每個(gè)流上花費(fèi)6個(gè)信息比特。因此，對(duì)于長(zhǎng)的流，速率損失小，但局部地BER仍舊可以較大。按每個(gè)輸入序列(二維網(wǎng)格)，需要評(píng)估對(duì)于僅僅64個(gè)加擾碼字的預(yù)測(cè)的平均誤碼率函數(shù)。本發(fā)明的方法可以有效地進(jìn)行這個(gè)評(píng)估。按照本發(fā)明的譯碼設(shè)備是在權(quán)利要求13中要求的，該譯碼設(shè)備包括-ECC譯碼單元，用于把所述信道數(shù)據(jù)流譯碼成所述糾錯(cuò)碼的信道碼字，-分離單元，用于從所述信道碼字找出一個(gè)中間數(shù)據(jù)流和一個(gè)加擾碼字，使得把所述加擾碼字映射到所述中間數(shù)據(jù)流上會(huì)導(dǎo)致所述信道碼字，以及-解映射(demapping)單元，用于從所述中間數(shù)據(jù)流檢索一個(gè)用戶數(shù)據(jù)流，使得把所述用戶數(shù)據(jù)流擴(kuò)展成至少比所述用戶數(shù)據(jù)流多包括一個(gè)碼元的中間數(shù)據(jù)流會(huì)導(dǎo)致所述中間數(shù)據(jù)流。本發(fā)明還涉及如在權(quán)利要求15中要求的記錄載體，用來(lái)存儲(chǔ)由用戶數(shù)據(jù)流(m)按照如在權(quán)利要求1中要求的編碼方法被編碼成的信道數(shù)據(jù)流(r)。相應(yīng)的編碼和譯碼方法在權(quán)利要求12和14中被限定。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中限定。按照本發(fā)明的編碼方法來(lái)編碼的信號(hào)在權(quán)利要求16中限定。用于實(shí)施所述方法的計(jì)算機(jī)程序在權(quán)利要求17中限定。按照優(yōu)選實(shí)施例，使用了直方圖。直方圖方法的優(yōu)點(diǎn)在于，它避免了必需把中間流映射在所有可能的加擾碼字上，以及對(duì)于所有這些可能的選擇去評(píng)估品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)在擾碼C中總共有數(shù)目|C|個(gè)加擾碼字以及碼字具有等于K的(塊)長(zhǎng)度時(shí)，用于所有可能性的品質(zhì)因數(shù)評(píng)估的總復(fù)雜度等于乘積(|C|K)。直方圖方法具有的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)塊長(zhǎng)度K較大時(shí)計(jì)算復(fù)雜度被進(jìn)一步減小。直方圖方法掃描中間序列一次以產(chǎn)生直方圖。這具有等于K的復(fù)雜度，即，塊長(zhǎng)度一次。應(yīng)當(dāng)指出，操縱直方圖的復(fù)雜度與塊長(zhǎng)度K無(wú)關(guān)，因?yàn)閮H僅牽涉到計(jì)數(shù)(count)。這些計(jì)數(shù)的數(shù)值范圍僅僅與K的對(duì)數(shù)成比例。當(dāng)塊長(zhǎng)度K非常大時(shí)，后者的復(fù)雜度相對(duì)于掃描中間序列i以匯編直方圖的上述復(fù)雜度而言是可以忽略的。通常，需要告知接收機(jī)對(duì)被用于給定消息m的加擾碼字c的選擇，以便檢索該消息(“解擾”)。按照本發(fā)明，這個(gè)選擇藉助于擴(kuò)展單元來(lái)輸送，擴(kuò)展單元把消息變長(zhǎng)到中間流中，因此加上了一種形式的冗余。這種冗余或者可以取如在權(quán)利要求10中要求的已知碼元與消息流級(jí)聯(lián)在一起的形式，或者可以取如在權(quán)利要求11中要求的糾錯(cuò)編碼變換的形式。糾錯(cuò)碼固有地是冗余的。在合成中間流時(shí)將這些或其它形式的冗余度加到消息流，允許接收機(jī)檢測(cè)在編碼操作期間使用哪個(gè)加擾碼字的選擇(不確定性)。例如，在權(quán)利要求10的情形下，在被插入的已知碼元所駐留的碼字內(nèi)位置(下標(biāo))處，人們可以藉助于從上述位置處的碼元值解映射(例如，如在權(quán)利要求3中限定的相減)該已知碼元而檢索該加擾碼字的一個(gè)碼元(例如，一個(gè)字節(jié))。在許多實(shí)際的情形下，信道數(shù)據(jù)流可被噪聲、擦除和其它信道錯(cuò)誤擾動(dòng)。在使用如權(quán)利要求10中要求的實(shí)施例的情形下，如果在已知碼元的位置處接收的信道數(shù)據(jù)流(發(fā)送的信道數(shù)據(jù)流的有噪聲版本)由于信道噪聲的存在而被錯(cuò)誤地接收，則這將使得接收機(jī)決定該加擾碼字的一個(gè)錯(cuò)誤選擇。因此，接收機(jī)將解映射(例如，當(dāng)映射操作是如在權(quán)利要求3中限定的加法時(shí)的相減)接收的信道數(shù)據(jù)流和加擾碼字的這個(gè)錯(cuò)誤選擇，一個(gè)嚴(yán)重的譯碼錯(cuò)誤將產(chǎn)生，這通?？蓪?dǎo)致在被譯碼消息中的多個(gè)碼元錯(cuò)誤。因此，在這種情形下會(huì)觀察到一種錯(cuò)誤傳播效應(yīng)。為了防止碼元錯(cuò)誤的這種爆發(fā)，將要求把加擾碼字的選擇以這樣的方式輸送到接收機(jī)，即通過(guò)錯(cuò)誤控制編碼(糾錯(cuò)編碼)來(lái)保護(hù)。通常，當(dāng)存在信道錯(cuò)誤時(shí)，也必須通過(guò)糾錯(cuò)編碼來(lái)保護(hù)中間碼元流i的其余部分。當(dāng)不同的糾錯(cuò)(控制)方案被使用來(lái)把加擾碼字的選擇可靠地輸送到接收機(jī)和可靠地輸送實(shí)際的有用負(fù)荷(即，除了已知碼元以外的中間碼元流的其余部分)時(shí)，必須有兩個(gè)糾錯(cuò)編碼器和譯碼器。具體地，由于加擾碼字的選擇是小量信息(例如，一字節(jié)，或一個(gè)10比特碼元，或甚至較少的比特)，所以當(dāng)對(duì)這樣的小量信息施加一個(gè)單獨(dú)的糾錯(cuò)編碼時(shí)，這將需要一個(gè)具有小的塊長(zhǎng)度的錯(cuò)誤控制代碼。在如權(quán)利要求11中要求的實(shí)施例的第一優(yōu)點(diǎn)在于，它只需要單個(gè)錯(cuò)誤控制編碼器來(lái)保護(hù)有用負(fù)荷(消息)和從擾碼中的對(duì)加擾碼字的選擇，而不需要兩個(gè)編碼器(在接收機(jī)中每個(gè)還需要分開(kāi)的譯碼器)。而且，通過(guò)使用這個(gè)實(shí)施例，也避免了引入具有小的塊長(zhǎng)度的糾錯(cuò)碼。具有小的塊長(zhǎng)度的糾錯(cuò)碼固有地會(huì)給出對(duì)抗信道錯(cuò)誤的微弱保護(hù)，因?yàn)槔绱嬖谟羞@個(gè)小的代碼中的所有比特(碼元)由于信道錯(cuò)誤而被錯(cuò)誤接收的某種概率。這一影響僅僅能通過(guò)以下方式而有限程度地減輕，即通過(guò)把這樣一個(gè)代碼的比特以某個(gè)相間距離(inter-distance)插入到更大的(信道)流而擴(kuò)展(交織)該比特，或是加上在如權(quán)利要求11中要求的實(shí)施例情形下將需要的大得多的冗余比特或碼元量。而且，一個(gè)整合的糾錯(cuò)碼C’的使用允許接收機(jī)a)通過(guò)來(lái)自C’的被接收碼字駐留于該擾碼的|C’|/|C|個(gè)可能陪集(coset)的哪個(gè)中的選擇而檢索被輸送的中間流，以及b)通過(guò)在給定陪集中|C|個(gè)可能碼字中的哪個(gè)與被譯碼的C’-碼字一致的選擇而檢索在編碼期間被使用的加擾碼字。因此，總的接收信息量由可以可靠地被檢索的兩個(gè)部分組成?，F(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1顯示用于在六邊形網(wǎng)格上的二維代碼的示意信號(hào)圖案，例示不同的光學(xué)信道讀出(HF)信號(hào)水平，圖2顯示用于在六邊形網(wǎng)格上的二維代碼的示意信號(hào)圖案，例示不同的群集類型，圖3顯示編碼系統(tǒng)的總體布局的框圖，圖4顯示表示基于帶條(strip)的二維編碼方案的示意圖，圖5顯示按照本發(fā)明的編碼設(shè)備的總體布局的框圖，圖6顯示圖5所示的編碼設(shè)備的細(xì)節(jié)，圖7顯示按照本發(fā)明的、用于生成加擾碼字的線性反饋移位寄存器，圖8顯示使用直方圖的、按照本發(fā)明的編碼設(shè)備的實(shí)施例的框圖，圖9顯示圖8所示的編碼設(shè)備的細(xì)節(jié)，圖10顯示二維信道數(shù)據(jù)流的一部分，例示把標(biāo)簽指配給信道碼元，圖11顯示把加擾碼字映射到二維信道數(shù)據(jù)流，圖12顯示把加擾碼字映射到一維信道數(shù)據(jù)流，圖13顯示編碼方法的另一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)單的流程圖，圖14顯示譯碼方法的另一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)單的流程圖，圖15顯示譯碼方法的再一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)單的流程圖，圖16顯示說(shuō)明在優(yōu)選實(shí)施例中所謂的λ技巧(lambdatrick)的使用的圖。圖1和2顯示用于在六邊形網(wǎng)格上的二維代碼的示意信號(hào)圖案，例示以上已說(shuō)明的不同的HF信號(hào)水平(圖1)和不同的群集類型(圖2)。它們例示了作為本發(fā)明基礎(chǔ)的問(wèn)題，這些問(wèn)題將通過(guò)應(yīng)用下面更詳細(xì)描述的導(dǎo)引的加擾方法而被避免。圖3顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的典型的編碼和信號(hào)處理單元。從輸入端DI到輸出端DO的用戶數(shù)據(jù)的循環(huán)可包括交織10，錯(cuò)誤控制代碼(ECC)和調(diào)制編碼20，30，信號(hào)處理40，記錄媒體50上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，信號(hào)后處理60，二進(jìn)制檢測(cè)70，以及調(diào)制代碼與交織的ECC的譯碼80，90。ECC編碼器20給數(shù)據(jù)增加冗余度，以便提供對(duì)抗來(lái)自各種噪聲源的錯(cuò)誤的保護(hù)。經(jīng)ECC編碼的數(shù)據(jù)然后被傳送到調(diào)制編碼器30，它使得數(shù)據(jù)適配于信道，即，它將數(shù)據(jù)處理成不大可能受信道錯(cuò)誤破壞和在信道輸出端處更容易被檢測(cè)的形式。經(jīng)調(diào)制的數(shù)據(jù)然后被輸入到記錄裝置，例如空間光調(diào)制器等等，并且被存儲(chǔ)在記錄媒體50中。在檢索端，讀取裝置(例如，光檢測(cè)器裝置或電荷耦合器件(CCD))返還必須被變換回?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的偽模擬數(shù)據(jù)值(對(duì)于二進(jìn)制調(diào)制方案，每個(gè)像素一比特)。在這個(gè)過(guò)程中的第一步驟是后處理步驟60，所謂的均衡，它試圖消除在記錄過(guò)程中產(chǎn)生的失真，這仍舊是在偽模擬域中。然后，偽模擬值的數(shù)組經(jīng)由比特檢測(cè)器70被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)組。該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)組然后首先被傳送到調(diào)制譯碼器80，它執(zhí)行調(diào)制編碼的逆操作，接著被傳送到ECC譯碼器90。作為例子，在下面應(yīng)例示某個(gè)二維六邊形代碼。然而，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的總的思想和所有措施總地可被應(yīng)用到任何二維的、優(yōu)選地是線性碼，具體地是任何二維六邊形或方形網(wǎng)格代碼。最后，該總的思想也可被應(yīng)用到一維或多維代碼，具有或不具有由代碼的一維展開(kāi)所表征的、讀出信道的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。如上所述，在下面應(yīng)考慮二維六邊形代碼。在二維六邊形網(wǎng)格上的比特可以根據(jù)比特群集而被識(shí)別。一個(gè)六邊形群集由在中心網(wǎng)格位置處的、被相鄰網(wǎng)格位置處的六個(gè)最接近鄰居圍繞的比特組成。該代碼沿一維方向展開(kāi)。二維帶條由多個(gè)一維行組成，該一維行在正交于第一方向的第二方向中互相堆疊，并且形成一個(gè)該二維代碼可以在其上展開(kāi)的實(shí)體?；趲l的二維編碼的原理顯示于圖4。連貫地互相堆疊的幾個(gè)帶條形成一個(gè)寬的二維帶，它可以在光盤上盤旋(這樣的帶也被稱為“寬螺旋”)。在寬螺旋的接連的旋轉(zhuǎn)之間，或在相鄰的二維帶之間可以放置例如一個(gè)(空的)比特行(被填充以零比特，和平面標(biāo)記(land-mark))的保護(hù)帶。對(duì)于可能的所有六邊形群集的完整集合，用于在六邊形網(wǎng)格上的二維記錄的信號(hào)水平由HF信號(hào)的振幅值的曲線圖標(biāo)識(shí)。進(jìn)一步利用各向同性的假設(shè)，也就是，假設(shè)信道脈沖響應(yīng)是環(huán)形對(duì)稱的。后一假設(shè)是為了簡(jiǎn)化說(shuō)明而作出的，其對(duì)于本發(fā)明的可應(yīng)用性并不必要。這意味著，為了表征一個(gè)7比特群集，要緊的僅僅是識(shí)別中心比特和在最接近的鄰居比特(6個(gè)鄰居中的0，1，...6可以是“1”比特)中“1”比特(或“0”比特)的數(shù)目?！?”比特在我們的記法中是平面比特。典型的“信號(hào)圖案”顯示于圖1。設(shè)想一個(gè)由11個(gè)平行比特行組成的寬螺旋，在接連的寬螺旋之間有1個(gè)(空的)比特行的保護(hù)帶，則圖1的情形對(duì)應(yīng)于與傳統(tǒng)的一維光學(xué)記錄(正如舉例而言，在Blu-ray盤(BD)格式中使用的(使用405nm波長(zhǎng)的藍(lán)色激光二極管和具有NA＝0.85的數(shù)值孔徑的透鏡))相比的1.7倍的密度增加。雖然上述的專利申請(qǐng)EP02076665.5(PHNL020368)總的例示了二維光學(xué)存儲(chǔ)，但按照本發(fā)明，并未應(yīng)用其中描述的、作為調(diào)制代碼的魚骨代碼的特定實(shí)施例。本發(fā)明優(yōu)選地涉及一種代碼，它是下標(biāo)集合I上的所有二進(jìn)制向量集合的線性(模2)子空間，其應(yīng)被稱為擾碼。按照本發(fā)明，利用了一種導(dǎo)引的加擾方法?！皫缀蹩偸恰被颉皩?shí)際上總是”產(chǎn)生典型的隨機(jī)輸出序列的隨機(jī)化器是容易的。幾乎所有的序列都具有典型的均勻隨機(jī)序列的特性，所以將不需要去做什么。替換地，可以取單個(gè)隨機(jī)的加擾序列，例如，最大長(zhǎng)度移位寄存器序列，且輸入序列可以與加擾序列進(jìn)行模q＝2相加。這樣的加擾系統(tǒng)是熟知的。假設(shè)在諸如二維光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)那樣的存儲(chǔ)系統(tǒng)中利用這樣的加擾系統(tǒng)，則總是有加擾器的輸入序列(的有效部分)等于加擾序列或它的二進(jìn)制補(bǔ)碼的小的概率。這樣，加擾器輸出序列(部分地)將是全0或全1，這幾乎(allbut)典型地是隨機(jī)的。然后，讀出這種病態(tài)序列的可靠性可以大大低于如上所述在“全1”的情形下可接受的可靠性。所以，這種病態(tài)情形的存在是不可接受的。一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)必須對(duì)于所有的輸入序列都滿足它的可靠性要求。這要求提供“有保證的”加擾。按照本發(fā)明，應(yīng)利用通過(guò)使用擾碼C可以得到的某些好處。令I(lǐng)是有限的下標(biāo)集合，例如比特被存儲(chǔ)或被發(fā)送的時(shí)間或空間中的點(diǎn)的集合。這方面的最簡(jiǎn)單例子是整數(shù)(下標(biāo))的序列。這方面的更精巧的例子是在六邊形網(wǎng)格中的多個(gè)(比特)行，每個(gè)比特行被限于某個(gè)長(zhǎng)度。在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“流”被使用來(lái)表示在可以與空間、時(shí)間(或空時(shí))中的點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的I的各個(gè)下標(biāo)處的碼元值。在許多應(yīng)用中，人們可以認(rèn)為這個(gè)流包括碼元的“塊”。當(dāng)術(shù)語(yǔ)“碼字”在下面被使用時(shí)，這樣的“塊”實(shí)際上被稱為“字”。這里提到的是被存儲(chǔ)或被發(fā)送的比特，但建議的方法可同樣好地應(yīng)用于三進(jìn)制的或更高階碼元。假設(shè)在碼元符號(hào)集(symbolalphabet)上規(guī)定由+表示的加法運(yùn)算。在比特的情形下，這將是模2加法。在三進(jìn)制碼元的情形下，這可以是模3加法，或在伽羅瓦(Galois)域或環(huán)中的加法等等。一個(gè)字(word)通過(guò)在由I索引的所有位置處它的碼元值規(guī)定。消息和被加擾的消息都是字的例子。接著，令y＝(y1，y2，...，yd)是d比特的串。令J＝{(j(1)，j(2)，...，j(d)}是下標(biāo)集合I的排序的子集。如果對(duì)于i＝1，2，...，d，yi＝zj(i)成立，則y與字z一致。這樣的子集J規(guī)定流的“一個(gè)區(qū)段”或流的“碼元區(qū)段”(在一個(gè)塊中)。在最典型的實(shí)際情形下，這樣的區(qū)段相應(yīng)于某個(gè)物理“鄰居”。對(duì)于I的子集J的一個(gè)群(collection)X，每個(gè)具有長(zhǎng)度d，字z和串y＝(y1，y2，...，yd)，fx(y|z)被定義為在X中、集合J中的y與z一致的集合J的分?jǐn)?shù)率(fraction)。也就是，fx(y|z)度量在區(qū)段的位置中找到的碼元串匹配于給定串y的那些區(qū)段的分?jǐn)?shù)率?，F(xiàn)在令C為字的集合；C將被稱為擾碼。當(dāng)且僅當(dāng)碼元值的所有組合在碼元位置(下標(biāo))的集合J中以來(lái)自代碼C的同樣多的字出現(xiàn)時(shí)，J是對(duì)于C的平衡的集合(balancedset)。令X是I的尺寸d的平衡子集的群?？梢宰C明，對(duì)于每個(gè)字m和每個(gè)串y，在所有的加擾碼字c上取的fx(y|c+m)的平均等于1/qd，其中q＝2等于碼元符號(hào)集Q的尺寸。結(jié)果，令g為在Qd上定義的實(shí)數(shù)值函數(shù)，以及令G為把字映射到(浮點(diǎn))數(shù)中的函數(shù)，如G(z)＝∑fx(y|z)g(y)，其中求和擴(kuò)展到所有的qd長(zhǎng)度-d串y上。然后，對(duì)于每個(gè)字m，在來(lái)自擾碼C的所有字上G(m+c)的平均等于在所有長(zhǎng)度-d串上g(y)的平均。結(jié)果，存在有一個(gè)加擾碼字，使得G(m+c)至多是這個(gè)平均。以上的非常一般的觀察適用于以下的特殊情形。對(duì)于g(y)，我們?nèi)∫粋€(gè)其鄰居由串y描述的比特的預(yù)測(cè)誤碼率(BER)。對(duì)于X，取所有碼元位置的鄰居的集合。如果擾碼C使得每個(gè)碼元位置的鄰居是對(duì)于C的一個(gè)平衡集合，則對(duì)于每個(gè)輸入消息m，加擾碼字c可被選擇成使得對(duì)于m+c的預(yù)測(cè)BER至多是對(duì)于真正隨機(jī)碼字的預(yù)測(cè)BER。這樣便有可能闡述作為本發(fā)明基礎(chǔ)的主要定理。固定一個(gè)鄰居集合N和在鄰居y中的一組比特(碼元)值，以及假設(shè)對(duì)于每個(gè)中心位置i∈I，鄰居i-N是對(duì)于加擾碼字的集合(擾碼)C的平衡集合，則在擾碼c∈C上f(y|c+m)的平均滿足以下等式(定理)1|C|Σc∈CfX(y/c+m)=q-d.]]>實(shí)際上，對(duì)于全0流m，有Σc∈CfX(y/c)=|C|q-d,]]>成立這是必然的結(jié)果，因?yàn)閒x(y|z)的定義調(diào)用了在c的X中的所有區(qū)段J上的求和。因此，在所有的c∈C上fx(y|z)的和值實(shí)施雙重求和，它計(jì)數(shù)在來(lái)自C的任何加擾碼字c中有多少區(qū)段J匹配于給定的串y，被除以|X|。然而，對(duì)于給定的區(qū)段J，匹配于y的來(lái)自C的加擾碼字c的數(shù)目總是等于|C|q-d，因?yàn)閰^(qū)段J被假設(shè)為C的平衡集合。現(xiàn)在對(duì)于其中m等于全0流的特定情形，在所有J上對(duì)這個(gè)輸出|C|q-d求和且除以|X|便證實(shí)了以上的我們的定理。該定理對(duì)于任意流m都成立。在之前的段落中，如果m可以是任何可能的流，則當(dāng)我們考慮所有的可能和值s＝c+m時(shí)，s的所有值將出現(xiàn)多次(即，|C|次)。因此，在那種情形下，從s的值，我們不能斷定c和m的值。因此，有關(guān)使用哪個(gè)c的選擇必須被披露給接收機(jī)，以便讓m的唯一可譯碼性是可能的。結(jié)果，在之前段落中的所謂的m的角色被稱為中間流i，尤其是在權(quán)利要求中。按照本發(fā)明建議的、把流m變長(zhǎng)為流i，提供了某種程度的冗余，這確保了如果改而使用s’＝c+i，則所有可能的流s’至多出現(xiàn)一次。因此這允許從加擾的(映射的)流s’中唯一地檢索c和i的值。從m到i的擴(kuò)展是擴(kuò)展單元的任務(wù)。圖5上顯示使用導(dǎo)引的加擾的編碼設(shè)備的總體布局的框圖。它包括擴(kuò)展單元150，用于把所述用戶數(shù)據(jù)流m變換成中間數(shù)據(jù)流i，該中間數(shù)據(jù)流至少比所述用戶數(shù)據(jù)流m多包括一個(gè)碼元，以及第一映射單元100，包括多個(gè)映射元件101，用于把擾碼C的不同加擾碼字c映射到所接收的中間數(shù)據(jù)流i上。輸出，即被不同映射的用戶數(shù)據(jù)流m’被輸入到處理單元200，其包括多個(gè)處理元件201，用于確定品質(zhì)因數(shù)(FoM)的品質(zhì)值v。這些品質(zhì)值v被提供到選擇單元300，在其中選擇最佳品質(zhì)值vopt和通過(guò)使用它而選擇最佳加擾碼字copt。在第二映射單元400中，這個(gè)最佳加擾碼字copt被映射到原始的用戶數(shù)據(jù)流m上，以得到最佳映射的用戶數(shù)據(jù)流y，它作為信道數(shù)據(jù)流輸出到信道，例如被存儲(chǔ)在記錄載體50上或在傳輸線上傳送。有關(guān)最佳加擾碼字copt的信息，隨同信道數(shù)據(jù)流y一起(或并入其中)被傳送，以供譯碼器使用。處理單元200的處理元件201的實(shí)施例作為例子被顯示于圖6。它包括多個(gè)并行限制元件202，用于限制到區(qū)段。這樣的限制元件例如匯集在一給定比特的某時(shí)間鄰居的空間內(nèi)被存儲(chǔ)或被傳送的(固定的)數(shù)目的比特，并把其轉(zhuǎn)化到一個(gè)比特(碼元)串或整數(shù)中。以硬件實(shí)施方案來(lái)將一個(gè)區(qū)段內(nèi)的比特(碼元)匯集到一個(gè)整數(shù)中是特別有吸引力的，因?yàn)樗试S使用這樣的整數(shù)作為一個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)的地址，該存儲(chǔ)器包括存儲(chǔ)一個(gè)區(qū)段的所有可能值(即一個(gè)區(qū)段內(nèi)的碼元值)的品質(zhì)因數(shù)的表格。在最一般的情形下，品質(zhì)因數(shù)對(duì)于不同的區(qū)段可以是不同的，因此，圖6顯示多個(gè)表格，其中例如區(qū)段0(例如，在碼元流的開(kāi)始)經(jīng)受與下一個(gè)區(qū)段1(例如，在碼元流內(nèi)時(shí)間上稍后的或空間提前的)等等不同的品質(zhì)因數(shù)。所有區(qū)段的群由X表示，因此，最后的區(qū)段是從0編號(hào)時(shí)的第|X|-1’區(qū)段。這些限制元件的輸出u被提供到表格元件203作為表格元件的地址。這些地址包括一個(gè)區(qū)段的值。表格元件包括這樣一個(gè)區(qū)段的(局部)品質(zhì)因數(shù)。這些表格元件203的所有輸出被提供到平均單元204，其例如用于將各區(qū)段的(局部)品質(zhì)因數(shù)的加權(quán)或凸(convex)平均到每個(gè)流的全局品質(zhì)因數(shù)中。如在權(quán)利要求1中限定的，碼元流(例如，碼元塊)的品質(zhì)因數(shù)是每個(gè)區(qū)段的品質(zhì)因數(shù)的總和。通過(guò)適當(dāng)?shù)臍w一化，這樣的總和變?yōu)槠骄?，如圖6所示。通常，最佳加擾碼字c_opt的選擇不受被除以這樣一個(gè)恒定的歸一化因子的影響，因此這個(gè)歸一化因子是不重要的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)看到，人們可以考慮或多或少脫離取每區(qū)段(即，局部)品質(zhì)因數(shù)值的總和或平均，而仍舊得到我們的發(fā)明的所有優(yōu)點(diǎn)。下面提供使用平方的例子，其中利用平方運(yùn)算是所謂的凸(杯)運(yùn)算的特性。因此，當(dāng)提到求和，或等價(jià)地，提到平均時(shí)，如下面討論的凸平均等等的情形也被包括在內(nèi)。現(xiàn)在將更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。按照本發(fā)明，應(yīng)用滿足如在以上的等式(定理)中設(shè)置的平衡集合條件的代碼C。這個(gè)條件相當(dāng)于對(duì)于每個(gè)位置i∈I，鄰居(i-N)應(yīng)當(dāng)是擾碼C的平衡集合(即，碼字碼元區(qū)段)的要求。下面將說(shuō)明本發(fā)明的一維例子。首先，考慮下標(biāo)集合I，是全整數(shù)0，1，...，K-1的集合，其中K(K＞2)是流的長(zhǎng)度，以及考慮在這個(gè)下標(biāo)集合上的一組比特(m0，m1，...，mN-1)。而且，考慮形式為(i-N)＝{i-1，1，i+1}的I的所有排序的子集J，其中i＝1，2，...，K-2，即，N＝{-1，0，1}。所有這些排序的子集J的群將被稱為X。而且，取表格g，它把3比特的序列映射成整數(shù)、定點(diǎn)或浮點(diǎn)數(shù)(可以取任何表格g)。為了具體起見(jiàn)，g被定義為3抽頭濾波器輸出的冪(即，平方)g(a，b，c)＝(0.1*a+0.7*b+0.2*c)2這樣的表格g的例子可以是abcg(a，b，c)00000010.040100.490110.811000.011010.091100.641111顯然，在表格條目的數(shù)目較大的情形下，替換地，可以計(jì)算g。對(duì)于某個(gè)用戶數(shù)據(jù)流(m0，m1，...，mN-1)，平均功率G被定義為在X上局部品質(zhì)因數(shù)的平均，G(m0,m1,···,mN-1)=1K-2Σi=1i=K-2g(mi-1,mi,mi+1)]]>由于缺乏mi-1和mN的知識(shí)，所以平均功率G不包括在下標(biāo)集合I的端點(diǎn)(即，n0和nKN-1)處的濾波器輸出ni的功率，ni＝0.1*mi-1+0.7*mi+0.2*mi+1現(xiàn)在，定義擾碼。作為第一例，取重復(fù)碼做為C。即，所有的加擾碼字(長(zhǎng)度K-2，它可以不必是3的倍數(shù))應(yīng)具有以下形式c＝(c0，c1，c2，c0，c1，c2，c0，c1，c2，…，c0，c1，c2)然后，總共有23＝8個(gè)加擾碼字，它們中的每一個(gè)都由三比特(c0，c1，c2)的一種組合唯一地規(guī)定?？梢钥吹剑瑢?duì)于X中的任何鄰居(或區(qū)段)J＝(i-N)，被限制于J＝(i-N)的碼字c等于y＝(ci-1，ci，ci+1)以及y是(c0，c1，c2)的某個(gè)置換。因此當(dāng)考慮在C上g的平均時(shí)，在被限制于J的所有碼字上的局部品質(zhì)因數(shù)g的總和正好是在所有長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制序列上的g的平均值，即，0.385，1|C|Σc∈Cg(ci-1,ci,ci+1)=18Σc0=0,1Σc1=0,1Σc2=0,1g(ci-1,ci,ci+1)=18(3.08)=0.385.]]>這里，使用這樣的事實(shí)在所有的碼字限制于子集J的情形下，長(zhǎng)度為3的所有可能的二進(jìn)制序列正好出現(xiàn)一次(每個(gè)J是平衡集合)。(如果所有的子序列將出現(xiàn)兩次，則將維持相同的自變數(shù)(argument)，等等。)當(dāng)(用表示)用戶數(shù)據(jù)比特流m被模2相加到c，因此得到被映射的(或加擾的)流時(shí)m′＝mc結(jié)果仍舊是在由J＝i-N所包括的下標(biāo)中所有長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制序列上的總和，這樣，輸出量(在本例中的0.385)不改變。這是正確的，因?yàn)?mi-1，mi，mi+1)的(模2)相加是一個(gè)可逆(invertable)的運(yùn)算。因此，正如已經(jīng)闡述的，結(jié)果是g‾i=1|C|Σc∈Cg(m′i-1,m′i,m′i+1)=0.385]]>這意味著，正如把ci和mi組合到m’i中的映射運(yùn)算那樣，可以采取對(duì)于碼元符號(hào)集的任何可逆運(yùn)算。接著，在所有的加擾碼字c上G(mc)的平均可以被評(píng)估，作為在X中的所有J上、在被限制于某個(gè)子集J＝i-N的所有加擾碼字c上g的平均gi的平均(即，在所有的i上，0＜i＜K-1)。因?yàn)楹愣ㄖ档钠骄彩呛愣ㄖ?，所以結(jié)果是在所有的加擾碼字c上G(mc)的平均也是上述的常數(shù)g＝0.385，其中已使用gi不取決于i的事實(shí)。1|C|Σc∈CG(m⊕c)=1|C||X|Σc∈CΣ(i-N)∈Xg((m⊕c)i-1,(m⊕c)i,(m⊕c)i+1)=0.385.]]>在C上G(m.)的平均等于0.385的事實(shí)，意味著在C上至少有一個(gè)碼字c_opt，對(duì)于它，G(mc_opt)至多是0.385，即，必須有一個(gè)加擾碼字使得被加擾的(映射的)用戶數(shù)據(jù)碼元流的G(濾波器輸出的平均功率)至多是0.385。替換地，可以得出結(jié)論，有至少一個(gè)加擾碼字，對(duì)于它，該加擾碼字的G至少是0.385。可以看到，對(duì)于每個(gè)J，可以允許函數(shù)g是不同的，也即在本例中，高于“gi(.，.，.)”。例如，人們可以把長(zhǎng)度為K的流，K是偶數(shù)，劃分成長(zhǎng)度為K/2的兩個(gè)子流，具有在第一子流中的第一函數(shù)(表格)gA，以及被應(yīng)用于第二子流的第二函數(shù)(表格)gB。然后，在長(zhǎng)度為K的整個(gè)流上的全局品質(zhì)因數(shù)函數(shù)G的平均等于在所有的長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制序列上gA的(均勻的)平均gA與在所有的長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制序列上g2的(均勻的)平均gB的50對(duì)50平均。本例中代碼C的生成器矩陣如下G=100100100010010···010001001001]]>顯然，當(dāng)G被限制于相應(yīng)于一個(gè)鄰居的三列(通常也稱為碼元區(qū)段)時(shí)，任何這樣的三個(gè)相鄰列是線性無(wú)關(guān)的。而且，可以在擾碼的定義中引入非線性，而不影響本發(fā)明的原理，例如，c＝(c0，c0c2c1，c2，c0，c0c2c1，c2，c0，c0c2c1，c2，…，c0，c0c2c1，c2)把獨(dú)立的線性項(xiàng)“c1”加到比特值“c0c2”的乘積仍舊確保如果(c0，c1，c2)在所有可能的8個(gè)組合上變化，那么當(dāng)加擾碼字被限制于一個(gè)鄰居(碼元區(qū)段)時(shí)(在本例中三個(gè)接連的下標(biāo))，所有可能的8個(gè)組合正好出現(xiàn)一次(因此，全部都出現(xiàn)同樣多的次數(shù))。同樣地，可以例如通過(guò)引入多個(gè)任意貢獻(xiàn)(例如，不取決于碼元區(qū)段的貢獻(xiàn)，或幾個(gè)碼元區(qū)段的幾個(gè)貢獻(xiàn)的非線性組合等等)而使品質(zhì)因數(shù)G的線性度失真，該貢獻(xiàn)的數(shù)目相對(duì)于在G中的項(xiàng)總數(shù)(在本例中是K-2)是小的，或者該貢獻(xiàn)的最大值或平均的總幅度使得G失真到這樣的程度，即由這里描述的線性貢獻(xiàn)來(lái)主導(dǎo)G的性狀。如果例如線性平均G由加權(quán)的平均或由凸平均替代的話，仍能維持所建議的方法的好處。例如，平方運(yùn)算是凸函數(shù)，以及當(dāng)它被設(shè)置為G(m0,m1,···,mN-1)=(1K-2Σi==1i=K-2g(mi-1,mi,mi+1))2]]>時(shí)，上述的凸性意味著G(m0,m1,···,mN-1)=1K-2Σi=1i=K-2(g(mi-1,mi,mi+1))2]]>這樣，函數(shù)G具有一個(gè)線性上限，對(duì)于該線性上限，g的平方值可代替原始值g而被存儲(chǔ)在表格中，以及存在這樣一個(gè)加擾碼字，即該加擾碼字導(dǎo)致一個(gè)對(duì)于其的G不大于典型值的被映射用戶數(shù)據(jù)字，是從將本發(fā)明應(yīng)用于該上限(它起到真實(shí)的G的作用，以及本發(fā)明可被應(yīng)用到它)而得出的。很清楚，流的長(zhǎng)度K可被劃分成任何數(shù)目的、具有不一定相等的尺寸的區(qū)段，而本發(fā)明仍適用。作為特殊的情形，函數(shù)(表格)gi對(duì)于所有的下標(biāo)i可以是不同的。而且，還很清楚，如果是非均勻的，即是加權(quán)的平均，則應(yīng)考慮可將加權(quán)函數(shù)包括在函數(shù)gi中。作為擾碼的第二例，考慮將所有可能的序列(長(zhǎng)度K＞3)作為加擾碼字，其由圖7所示的線性反饋移位寄存器生成。移位寄存器的初始3比特內(nèi)容被稱為種子。有23＝8個(gè)可能的(二進(jìn)制的)(長(zhǎng)度為3的)種子向量，被表示為(c0，c1，c2)。圖7所示的移位寄存器的輸出序列可以用線性遞歸等式來(lái)表示(i+3＝3，4，...，N-1)，ci+3＝(ci+ci+1，+ci+2)模2.如果反饋移位寄存器的這樣一個(gè)種子(c0，c1，c2)是在所有可能的長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制序列上變化的，則在任何區(qū)段J＝{i-1，i，i+1}，所有8個(gè)可能的長(zhǎng)度為3的二進(jìn)制串正好出現(xiàn)一次。因此，與對(duì)于重復(fù)擾碼相同的推理得以維持，因?yàn)橥瑯釉谶@種情形下每個(gè)J＝{i-1，i，i+1}，i＝1，2，...，K-2，是平衡的集合。很清楚，可以取任何的表格g。作為以上例子的變例，一個(gè)鄰居N被規(guī)定為不包括iJ＝{i-1，i+1}。在以上的例子中碼字的數(shù)目通過(guò)設(shè)置下式可被減半c0+c1+c2＝0模2，例如，c1＝c0+c2模2.現(xiàn)在考慮函數(shù)g(或更一般地是gi)，其具有2比特輸入，相應(yīng)于位置{i-1，i+1}。例如，可以考慮對(duì)于其信道輸出ri是信道輸入ai(例如，加擾的用戶數(shù)據(jù)流，即，ai＝m’i)和高斯噪聲項(xiàng)“noisei”的總和的加性白色高斯噪聲信道Lri＝ai+noisei這時(shí)信號(hào)噪聲比(SNR)是信道輸入ai的平均平方值與平均平方的“noisei”值的比值，其可以取決于ai-1和ai+1(即，某個(gè)加擾的用戶數(shù)據(jù)碼元m’i-1和m’i+1)。使用熟知的香農(nóng)(Shannon)容量函數(shù)，其表示由信道輸出ri傳送的有關(guān)信道輸入ai的預(yù)期信息量(比特的分?jǐn)?shù))隨信號(hào)噪聲比(SNR)對(duì)數(shù)性地增加Sh(SNR)＝log(1+SNR(ci-1，ci+1))對(duì)于每對(duì)(ci-1，ci+1)和最終得到的SNR(正如被假設(shè)為從信道的特性獲知的)，可以計(jì)算最終得到的香農(nóng)容量Sh(ci-1，ci+1)。然后，可以把g(ci-1，ci+1)設(shè)置為等于Sh(ci-1，ci+1)，并且以上的推理可被應(yīng)用來(lái)顯示總是有一個(gè)加擾碼字c_opt使得G(即在X(N＝{-1，1})中所有鄰居(i-N)上Sh(.，.)的平均)不小于它的、在所有長(zhǎng)度為2的序列上g的均勻平均值，該平均值等于在所有加擾碼字上G的均勻的平均。因此，可以保證每個(gè)流傳送(平均，預(yù)期地)最小的有效數(shù)目的比特。很清楚，同樣是對(duì)于這種情形，可以允許局部的品質(zhì)因數(shù)g是取決于網(wǎng)格I中的下標(biāo)i。在以上的例子中對(duì)于第i個(gè)傳輸(或存儲(chǔ))的信號(hào)噪聲比SNR也取決于不被包括在第i個(gè)鄰居{i-1，i+1}中的ci-2的情形下，(對(duì)于被包括在鄰居(ci-1，ci+1)中的碼元值對(duì)的給定值)信號(hào)噪聲比可以在未包括于鄰居{i-1，i+1}中的碼元值ci-2上被最小化。這個(gè)最小化的結(jié)果然后被用作為局部品質(zhì)因數(shù)g(ci-1，ci+1)。在這樣的情形下，如上關(guān)于G和g的推理會(huì)允許人們保證一個(gè)最差情形可得到的平均香農(nóng)容量。這種情形也說(shuō)明在以下兩者之間的折衷，即隨加擾碼字的數(shù)目|C|增長(zhǎng)的編碼復(fù)雜度，和當(dāng)子集J在尺寸上增加時(shí)被保證的最差情形平均結(jié)果不需要在未包括于原始鄰居J中的附加碼元的影響上最小化的事實(shí)。例如，可以使用J＝(i-N)，有N＝{-2，-1，1}，其把碼字的數(shù)目加倍到8，因?yàn)椴辉倌芗僭O(shè)對(duì)于(c0，c1，c2)有單個(gè)奇偶校驗(yàn)等式成立。為了說(shuō)明作為本發(fā)明的主要主題的導(dǎo)引的加擾技術(shù)與錯(cuò)誤控制編碼的結(jié)合，應(yīng)考慮以下情形。上面示出的具有8個(gè)加擾碼字的重復(fù)碼可被理解為在全1向量的伽羅瓦域GF(23)上的多重(multiple)集合。這里，“全1”的“1”也被理解為GF(23)的元素。存在GF(23)上的糾錯(cuò)碼，對(duì)于該糾錯(cuò)碼，全1向量是一個(gè)碼字。對(duì)于這里的術(shù)語(yǔ)“向量”，不應(yīng)排除下標(biāo)集合I大于一維的情形(于是術(shù)語(yǔ)“數(shù)組”-雖然在錯(cuò)誤控制編碼領(lǐng)域內(nèi)是非常規(guī)的-將是更適當(dāng)?shù)?。在具有碼間干擾的加性白色高斯噪聲信道的情形下，在不同于i的其它位置處的輸出ri’，i’≠i，也可揭示有關(guān)在下標(biāo)i處的輸入ai的信息。信道輸出的采樣?xùn)鸥癫恍枰c信道輸入位置的集合一致。例如，信道輸出可被過(guò)采樣，使得有更多的信道輸出樣本有信道輸入碼元。在信道輸出是二進(jìn)制的情形下，香農(nóng)容量?jī)H僅是熵項(xiàng)的組合。例如，如果輸入是50對(duì)50的0-1分布的，則香農(nóng)容量等于1-h(pE)，其中pE是碼元(即，比特)錯(cuò)誤概率以及h(.)是二進(jìn)制熵函數(shù)h(x)＝-xlog2(x)-(1-x)log2(1-x)。碼元錯(cuò)誤概率pE可以取決于I中點(diǎn)i的某一鄰居i-N。在那種情形下，對(duì)于滿足本發(fā)明的約束條件的擾碼，因而斷定總是存在一個(gè)加擾碼字c_opt，對(duì)于該加擾碼字，錯(cuò)誤概率的平均的按碼元的熵不差于(不大于)在鄰居J＝(i-N)上h(pE)的平均。在對(duì)下標(biāo)i有相關(guān)性的情形下，需要在X中的所有J上進(jìn)一步平均。作為本發(fā)明的最簡(jiǎn)單的實(shí)施例之一，作為局部品質(zhì)因數(shù)g，碼元錯(cuò)誤概率(“比值”)pE本身可被看作為某個(gè)鄰居J＝(i-N)的函數(shù)。對(duì)鄰居的相關(guān)性通過(guò)信道中出現(xiàn)的碼間干擾而引發(fā)，該碼間干擾可以是線性的或非線性的。然后，當(dāng)擾碼C滿足我們的發(fā)明的約束條件時(shí)，保證存在有一個(gè)加擾碼字c_opt，其使得對(duì)于給定的被加擾用戶數(shù)據(jù)碼元流的平均的按碼元的錯(cuò)誤概率不差于在某J中所有子序列上按碼元的錯(cuò)誤概率的均勻平均。再次地，在與哪個(gè)J(例如，在J具有形式i-N的情形下的哪個(gè)i)有相關(guān)性的情形下，另外需要在X中的所有J上進(jìn)行平均。在前面給出的實(shí)施例中，與本實(shí)施例相比較，二進(jìn)制熵函數(shù)h(.)相對(duì)于較大pE的貢獻(xiàn)，放大了對(duì)于較小pE的貢獻(xiàn)。在重復(fù)碼被用作為擾碼的情形下-由于代碼的簡(jiǎn)單性這是有利的，可以使用“著色(coloring)”來(lái)構(gòu)建該代碼。那么必然正確的是被包含在I的某些子集J中的所有下標(biāo)都具有不同的顏色。對(duì)于具有重復(fù)碼的一維的例子，著色是(0，1，2，0，1，2，0，1，2，0，1，2，0，1，2，...)。在本例中，X中的任何J都具有三種不同的顏色。對(duì)于要被設(shè)計(jì)用于六邊形網(wǎng)格的重復(fù)擾碼的情形，現(xiàn)在給出一個(gè)實(shí)施例?？紤]中心點(diǎn)和它的六個(gè)鄰居，它們一起構(gòu)建一個(gè)七元素的六邊形群集，群集(也稱為用戶碼元區(qū)段)的七個(gè)元素(碼元或比特)中的每個(gè)元素被給予不同的顏色(這等價(jià)于指配不同的標(biāo)簽給七個(gè)元素中的每個(gè)元素)。可以驗(yàn)證，六邊形平面可以被鋪貼(tiling)以這樣一個(gè)集合(即，被劃分成貼片(tile))。其第一實(shí)施例被顯示在以下的表格中01234560123...5601234560123456012345...0123456012345601234560...每個(gè)不同的顏色由這個(gè)表格中不同的數(shù)字(標(biāo)簽)來(lái)符號(hào)化，該數(shù)字(標(biāo)簽)存在許多變例。在著色的這個(gè)具體的實(shí)施例中，如果向下降低兩行，則顏色數(shù)字增加2，模7。應(yīng)當(dāng)指出，與在真實(shí)的六邊形網(wǎng)格中不同，到最接近的鄰居的垂直和水平距離在這個(gè)表格中是不相等的。找出加擾碼字c_opt的直接方式是對(duì)于所有加擾碼字(的子集)評(píng)估按流的品質(zhì)因數(shù)函數(shù)G。然后，計(jì)算復(fù)雜度是與加擾碼字的數(shù)目|C|與流長(zhǎng)度K的乘積成比例的。找出c_opt的備選方式是使用多個(gè)直方圖，每種顏色一個(gè)直方圖，如下所示。然后，計(jì)數(shù)該直方圖的計(jì)算復(fù)雜度是與流長(zhǎng)度成比例。假設(shè)流長(zhǎng)度大(例如，約幾千比特)，則剩余的計(jì)算復(fù)雜度通常是可忽略的。因此，計(jì)算復(fù)雜度被減小了大約|C|(加擾碼字的數(shù)目)倍。使用多個(gè)直方圖的編碼器的總體布局被顯示于圖8。雖然某些部分，具體地是用于選擇最佳品質(zhì)值vopt和生成(或選擇)最佳加擾碼字copt(對(duì)于該加擾碼字，這里提供了單獨(dú)的生成器單元301)的選擇單元300，和用于把最佳加擾碼字copt映射到用戶數(shù)據(jù)流m上的第二映射單元400是與圖5所示的類似或甚至相同，但編碼器的第一部分是不同的。它包括計(jì)數(shù)單元500，其具有用于計(jì)算多個(gè)直方圖H的一個(gè)或多個(gè)計(jì)數(shù)元件，正如下面將說(shuō)明的。這些直方圖H將被提供給具有多個(gè)直方圖變換元件601的直方圖變換單元600。由于在這里所有的加擾碼字是不同的，所以加擾碼字c的每個(gè)可能的選擇都實(shí)施了每個(gè)直方圖的一個(gè)不同變換。因此，有與加擾碼字同樣多的該組直方圖的變換(即|C|，在圖上由n＝|C|表示)。在后面，這藉助于對(duì)包括三個(gè)二進(jìn)制碼元(比特)的區(qū)段的一維情形例子來(lái)說(shuō)明。計(jì)數(shù)單元500的實(shí)施例更詳細(xì)地顯示于圖9。它包括多個(gè)并行限制元件501，用于限制到區(qū)段。這些限制元件501的輸出u被提供到一個(gè)或多個(gè)計(jì)數(shù)元件502，用于計(jì)數(shù)該區(qū)段的值的出現(xiàn)頻率。這些計(jì)數(shù)元件502的輸出是直方圖H。例如，在其中一個(gè)區(qū)段包括來(lái)自一維比特流的三個(gè)相繼比特的例子中，一個(gè)區(qū)段有23＝8種可能的內(nèi)容，即，串000，001，010，...，111。這些串可以用整數(shù)0，1一直到7來(lái)標(biāo)識(shí)。通常，不同的區(qū)段可以重疊(即，具有共同的碼元位置)。所有區(qū)段的群X可被分割成多個(gè)子集-在本例中是3個(gè)子集，使得一個(gè)子集內(nèi)的各區(qū)段不重疊。例如，各區(qū)段的群X的第一子集包括具有形式為{i-1，i，i+1}的下標(biāo)的所有區(qū)段，其中是3的倍數(shù)。群X的第二子集包括其i是3的倍數(shù)加1的、所述形式的所有區(qū)段。該群的第三子集包括其i是3的倍數(shù)加2的所有區(qū)段。顯然，正如對(duì)于一般情形闡述的，同一個(gè)子集內(nèi)的不同區(qū)段沒(méi)有共同的下標(biāo)(即，沒(méi)有共同的碼元)。這通過(guò)圖9來(lái)例示按區(qū)段的群X的每個(gè)子集，直方圖給出在一個(gè)區(qū)段內(nèi)可能的碼元串的出現(xiàn)頻率。這樣的方法不是僅可被使用于一維情形，而是例如也可被使用于后面討論的六邊形網(wǎng)格例子的情形。在那種情形下，該所有區(qū)段的群有A＝7個(gè)不同的子集，其中在單個(gè)子集內(nèi)的區(qū)段沒(méi)有重疊，并且該區(qū)段通過(guò)選擇一個(gè)(二維)重復(fù)碼字而被唯一地變換。現(xiàn)在，在圖8中，我們有A＝3，且產(chǎn)生三個(gè)直方圖。第一直方圖計(jì)數(shù)在群X的第一子集中8個(gè)可能的值000，001，...，111中的每個(gè)值多少時(shí)間出現(xiàn)一次。第二(第三)直方圖給出對(duì)于群X的第二(第三)子集的類似的計(jì)數(shù)。而且，假設(shè)使用重復(fù)碼。通過(guò)使用與重復(fù)碼一樣簡(jiǎn)單的代碼，因而斷定來(lái)自該群的第一、第二和第三子集的三種類型的每種類型區(qū)段以獨(dú)特的方式(即，每個(gè)子集唯一的)受到從該重復(fù)碼選擇一個(gè)特定加擾碼字的影響。對(duì)于該群的每個(gè)子集，加擾碼字的每種選擇意味著在那個(gè)子集中的一個(gè)區(qū)段的值的不同變換。如圖8所示，有與加擾碼字一樣多的、作用在A(本例中是3)個(gè)直方圖的集合上的變換單元，即，n＝|C|。因此，總共有A|C|(本例中是3|C|)個(gè)個(gè)體直方圖被變換。該群的每個(gè)子集的經(jīng)變換的直方圖要被總計(jì)為在整個(gè)群上的一個(gè)被組合的直方圖。因此，一組經(jīng)變換的直方圖提供了足夠的信息來(lái)計(jì)算在碼元序列中各區(qū)段(000，001，...，111)的出現(xiàn)頻率，也就是中間碼元流與特定的加擾碼字的互相映射。這假設(shè)例如藉助于圖6所示的表格實(shí)施的一個(gè)區(qū)段的品質(zhì)因數(shù)對(duì)于所有表格具有相同的表格值(即，品質(zhì)因數(shù)在時(shí)間上或空間上是不變化的)?？梢钥吹?，直方圖(計(jì)數(shù))的定義和就每區(qū)段的品質(zhì)因數(shù)而言的總體品質(zhì)因數(shù)的定義所共同具有的是它們是基于相加(“總和”)。因此，當(dāng)知道所有可能的區(qū)段(000，001，...，111)的品質(zhì)因數(shù)時(shí)可以計(jì)算局部的按每個(gè)區(qū)段的品質(zhì)因數(shù)的總和，以及這些區(qū)段值的每個(gè)區(qū)段值多長(zhǎng)時(shí)間在被映射的碼元流中出現(xiàn)一次由三個(gè)經(jīng)變換的直方圖的總和給出。接著，可以對(duì)加擾碼字的每個(gè)可能的選擇(n＝|C|個(gè)選擇)來(lái)計(jì)算品質(zhì)因數(shù)，以及最佳碼字c_opt可被選擇和被使用于與中間碼元流i的最后的映射(例如，在比特流的情形下模2相加)。圖5的方法具有(|C|K)的復(fù)雜度，而圖8的方法具有僅僅K的復(fù)雜度。例如，對(duì)于如在本例中對(duì)六邊形網(wǎng)格給出的27＝128的|C|的擾碼尺寸，這構(gòu)成顯著的優(yōu)點(diǎn)。在上文中，對(duì)于I的子集J的群X，每個(gè)子集J具有長(zhǎng)度d，字z和串y＝(y1，y2，...，yd)，fx(y|z)被定義為在X中、在集合J中y與z一致的J的分?jǐn)?shù)率。假設(shè)J具有形式(i-N)，即，是被移位到中心下標(biāo)i的某個(gè)鄰居N的版本。現(xiàn)在，對(duì)于l顏色，令fx(y|z，l)是集合J＝i-N在X中的分?jǐn)?shù)率，其中i具有顏色l，對(duì)于其，J中的y與z一致?？梢钥吹剑绻鹒x(y|z，l)在所有的顏色l上被相加，則fx(y|z)被接收。如果應(yīng)評(píng)估G(m0)＝G(m)，即，對(duì)于全0的碼字0，該組直方圖的知識(shí)fx(y|m，l)就夠了，因?yàn)閒x(y|m，l)的知識(shí)意味著fx(y|m)的知識(shí)。然后，可以以與y向量的數(shù)目，即qd成比例的工作量來(lái)計(jì)算G(m)＝∑fx(y|m)g(y)。可以看到，通過(guò)移位不變量(shift-invariant)鄰居概念，即，J＝i-N，如果知道中心下標(biāo)i具有顏色l，則在J中(其它的)下標(biāo)的顏色也是已知的。假設(shè)應(yīng)評(píng)估G(mc)，其中c0＝1，c1＝0，c2＝0，以及顏色l相應(yīng)于在c1的加擾碼字中的一個(gè)比特值(“csub1”)。那么會(huì)知道對(duì)于具有中心顏色l＝0的直方圖，由于將c0＝1加到該中心下標(biāo)處的消息比特，所以中心比特被反轉(zhuǎn)。這個(gè)相加變換了直方圖fx(y|mc，0)＝f(y’|m，0)，這里y’和y在與相應(yīng)于中心比特的比特值中是不同的。然后，知道對(duì)于具有中心顏色l＝1的直方圖，中心比特左面的比特由于將c0＝1加到該左面鄰居處的消息比特而被反轉(zhuǎn)。這個(gè)相加變換了直方圖fx(y|mc，0)＝f(y”|m，0)，這里y”和y在與相應(yīng)于中心比特左面比特(即，在下標(biāo)i’＝i-1處，其中i是中心下標(biāo))的比特值中是不同的。然后，知道對(duì)于具有中心顏色l＝2的直方圖，中心比特右面的比特由于將c0＝1加到該右面鄰居處的消息比特而被反轉(zhuǎn)。這個(gè)相加變換了直方圖fx(y|mc，0)＝f(y|m，0)，這里y和y在與相應(yīng)于中心比特右面比特(即，在下標(biāo)i’＝i+1處，其中i是中心下標(biāo))的比特值中是不同的。這樣，對(duì)于給定的加擾碼字，所有的直方圖fx(.|m，l)可以通過(guò)fx(.|mc，l)的置換來(lái)被計(jì)算。很清楚，這對(duì)于任何加擾碼字c都是成立的，而不僅僅是對(duì)于給出的示例性碼字成立。然后，可以以與y向量的數(shù)目，即qd成比例的工作量來(lái)計(jì)算G(mc)＝∑fx(y|mc)g(y)。按每個(gè)加擾碼字，置換該直方圖的總的工作量(至多)與顏色數(shù)目乘上y向量數(shù)目(即，qd)成比例。當(dāng)后一乘積小于流長(zhǎng)度K時(shí)，后一技術(shù)相對(duì)于G(mc)的直接評(píng)估而言節(jié)省了計(jì)算資源。圖10顯示在六邊形網(wǎng)格上信道數(shù)據(jù)流的一部分，其中不同的顏色(或標(biāo)簽)按照以上的表格被指配給信道碼元。畫截面線的區(qū)域象征第一碼元值(例如，比特值‘1’)，而不畫截面線的區(qū)域象征信道碼元的第二碼元值(例如，比特值‘0’)。這樣的鋪貼把原先在7元集合上規(guī)定的著色擴(kuò)展到整個(gè)六邊形網(wǎng)格。在一個(gè)集合(貼片)中，優(yōu)選地規(guī)定單個(gè)奇偶校驗(yàn)碼(即，6個(gè)信息比特和一個(gè)奇偶性比特)。通過(guò)使用著色，這個(gè)碼對(duì)每個(gè)貼片重復(fù)，且因此創(chuàng)建一個(gè)具有26＝64個(gè)碼字的長(zhǎng)的重復(fù)碼。通過(guò)使用單個(gè)奇偶校驗(yàn)公式，其品質(zhì)因數(shù)(對(duì)于給定消息m)要被評(píng)估的碼字的最大數(shù)目已被從27減小到26，因此減小了編碼的復(fù)雜度。這樣的減小僅僅在以下情況中才是優(yōu)選的，即在給定的輸入位置i處的局部品質(zhì)因數(shù)函數(shù)(g)基本上不依賴于在本身位置i處的信道輸入，而僅僅依賴于在位置(i-N)處它的鄰居時(shí)，這里該組有差異的鄰居下標(biāo)N不包含零向量。應(yīng)當(dāng)驗(yàn)證，對(duì)于這個(gè)重復(fù)碼，任意鄰居(i-N)正好包含六個(gè)不同地著色的比特，且因此是一個(gè)信息集合(即，一個(gè)碼元區(qū)段)。這完成了對(duì)于二維代碼例子的、用于以上定理的一個(gè)代碼的構(gòu)建。以下的段落給出相同的基于直方圖方案的、對(duì)于計(jì)算的更一般處理。下面說(shuō)明評(píng)估f(y|m+c)的備選方法，這需要在I上相加一次(預(yù)處理步驟)和對(duì)于每個(gè)c來(lái)操縱直方圖。應(yīng)該假設(shè)擾碼已經(jīng)根據(jù)如上所述的鋪貼、通過(guò)使用網(wǎng)格著色而被構(gòu)建。顏色(標(biāo)簽)集合應(yīng)該用U表示。然后信道輸入和輸出的網(wǎng)格的下標(biāo)集合I可被劃分成無(wú)交集的子集Iu，u∈U。對(duì)于每個(gè)u∈U，經(jīng)驗(yàn)性的分?jǐn)?shù)率fu(y|s)，s＝m+c，由下式定義fu(y|s)＝1/n|{i∈Iu|對(duì)于所有的j∈N，yj＝si-j}|，其中n是I的尺寸。之前定義的經(jīng)驗(yàn)性的分?jǐn)?shù)率可以藉助于在所有顏色上的簡(jiǎn)單求和而從新的經(jīng)驗(yàn)性的分?jǐn)?shù)率來(lái)計(jì)算。f(y|s)＝∑u∈Ufu(y|s).擾碼具有特性對(duì)于任何加擾碼字，相等顏色(即，相等標(biāo)簽)的網(wǎng)格點(diǎn)載有相同的碼字碼元值?，F(xiàn)在，當(dāng)j∈N時(shí)，鋪貼的定義意味著對(duì)于鄰居集合J∈N中的固定下標(biāo)，來(lái)自{i-j/i∈Iu}的所有點(diǎn)具有相等的顏色(標(biāo)簽)。因?yàn)镃在具有相等顏色的點(diǎn)上是恒定的，所以有一個(gè)碼元值z(mì)j(u，c)使得對(duì)于每個(gè)i∈Iu，下式成立ci-Δj＝zj(u，c).作為結(jié)果，下式成立fu(y|m+c)＝1/n|{i∈Iu對(duì)于所有的j∈N，mi-j＝y(tǒng)j-zj(u，c)}|.作為結(jié)果，如果由z(u，c)表示(z1(u，c)，z2(u，c)，...，zn(u，c))，則下式成立fu(y|m+c)＝fu(y-z(u，c)|m)這個(gè)等式可被如下地使用。首先，給定應(yīng)被加擾的消息m，對(duì)于所有顏色u和長(zhǎng)度為a的所有q進(jìn)制向量來(lái)計(jì)算量fu(y|m)。這牽涉到在所有的網(wǎng)格點(diǎn)上求和。隨后，對(duì)于每個(gè)顏色u和每個(gè)代碼c∈C，使用以上的等式來(lái)計(jì)算fu(y|m+c)。應(yīng)當(dāng)指出，zj(u，c)的第j個(gè)條目等于對(duì)于任何i∈Iu的、在位置i-Δj處的c的值。當(dāng)使用重復(fù)構(gòu)建時(shí)，如果使用在GF(27)上的糾錯(cuò)碼，則當(dāng)收集在一個(gè)碼元中具有不同顏色的比特時(shí)，所建議的擾碼將由全1碼字乘以來(lái)自GF(27)的任意因數(shù)而組成。對(duì)于GF(214)，可將兩個(gè)貼片分組到一個(gè)碼元中。在不希望將七和它的倍數(shù)用作為碼元維數(shù)的情形下，在以上的表格中給出的著色的構(gòu)建可以通過(guò)在單個(gè)行上重復(fù)例如從0，1，...，7的數(shù)字和使用GF(28)來(lái)被擴(kuò)展。下面給出8種著色，當(dāng)涉及建議的導(dǎo)引的擾碼技術(shù)與錯(cuò)誤控制碼組合時(shí)，它具有更有利的特性，錯(cuò)誤控制碼作用在8比特字節(jié)上，正如通常的實(shí)踐那樣01234567012...6701234567034567012345...1234567012367012345670...45670123456六邊形網(wǎng)格的這一8種著色具有非常有利的特性，它適合于與錯(cuò)誤控制編碼組合，其將在下面說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于加擾碼字長(zhǎng)度的選擇，最合理的選擇是使得它與在光學(xué)存儲(chǔ)信道后被譯碼的第一糾錯(cuò)碼的流尺寸(近似)重疊。然后，建議的導(dǎo)引的加擾技術(shù)把該流中預(yù)測(cè)數(shù)目的比特錯(cuò)誤限制到對(duì)于“真正”(即，均勻)隨機(jī)的輸入數(shù)據(jù)的“典型的”期望值。不同加擾碼字到用戶數(shù)據(jù)流上的映射顯示于圖11(對(duì)于二維情形)和圖12(對(duì)于一維情形)。在圖11上，顯示用戶數(shù)據(jù)的二維帶條S的一部分，它已經(jīng)被加標(biāo)簽，正如圖10所示。用戶碼元區(qū)段由U表示，在本例中，它包括中心碼元b0和圍繞中心碼元b0的六個(gè)最接近的鄰居碼元b1-b6。在左手邊，給出不同的加擾碼字c的不同碼字碼元區(qū)段cu0-cuN-1，它們現(xiàn)在被映射到加標(biāo)簽的用戶數(shù)據(jù)。加擾碼字c包括多個(gè)相同的碼字碼元區(qū)段cu，每個(gè)碼字碼元區(qū)段具有固定數(shù)目的碼字碼元。為了更詳細(xì)地說(shuō)明映射，應(yīng)該假設(shè)例如中心比特b0被標(biāo)記以第一標(biāo)簽l0，周圍的比特b1-b6被標(biāo)記以標(biāo)簽l1-l6。在映射步驟的第一次迭代中，第一碼字碼元區(qū)段c0應(yīng)被映射到帶條S的所有用戶碼元區(qū)段U上。因此，例如，第一碼字碼元區(qū)段cu0的第一碼字碼元cu00(＝0)被映射到帶條S中存在的所有標(biāo)簽l0上。此后，第一碼字碼元區(qū)段cu0的所有其它的碼字碼元cu01-cu06被映射到帶條S中存在的相應(yīng)標(biāo)簽l1-l6上。在第一次迭代中，比特串“0000000”因此被指配給所有的用戶碼元區(qū)段U。在另外的迭代中，其它的碼字碼元區(qū)段cu1-cuN-1以相同的方式被映射到用戶數(shù)據(jù)流，例如在第二次迭代中，第一碼字碼元cu10(＝1)被映射到所有的標(biāo)簽l0上等等，這樣，比特串“0000001”被指配給所有的用戶碼元區(qū)段U。在每次迭代中，被映射的碼元碼字碼元區(qū)段的碼字碼元然后被加到(在二進(jìn)制情形下是模2；在M進(jìn)制情形下是模M)在下面的用戶碼元值。此后，在每次迭代中，品質(zhì)因數(shù)(FoM)的品質(zhì)值被確定。在圖12上，顯示一維用戶數(shù)據(jù)流的一部分，其中每個(gè)用戶碼元區(qū)段包括5個(gè)相繼的碼元。正如對(duì)于圖11所示的二維情形說(shuō)明的，不同加擾碼字c的不同碼字碼元區(qū)段cu1-cuN-1被分開(kāi)地映射到以前已由5個(gè)不同的標(biāo)簽l0-l4標(biāo)記的用戶數(shù)據(jù)流的所有用戶碼元區(qū)段U。BER僅僅在比特檢測(cè)后才知道，而且不是在編碼器中知道的。因此，當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)“BER”時(shí)，使用某個(gè)信道模型對(duì)BER進(jìn)行預(yù)測(cè)是有意義的。在網(wǎng)格下標(biāo)集合I中位置i處的誤碼事件的這樣一個(gè)預(yù)測(cè)取決于相鄰位置i-N＝{i-n|n∈N}。在計(jì)算位置i處的誤碼概率時(shí)，在i-N之外的位置的碼元值可以被任意地選擇(例如，全0)，或可以在多個(gè)可能的組合上變化，以找出在該模型中未包括的比特位置上這個(gè)被預(yù)測(cè)BER的“最差情形”。導(dǎo)引的加擾器的任務(wù)是找出“良好的”加擾碼字c*，c*＝argminc∈CBER(m+c)。導(dǎo)引的加擾器因此是一個(gè)編碼器，因?yàn)閷⒓訑_碼字c*加到輸入數(shù)組(“消息”或“用戶數(shù)據(jù)流”)可被看作為一種編碼操作。為了完整起見(jiàn)，應(yīng)會(huì)提到，導(dǎo)引的加擾器的輸入數(shù)據(jù)實(shí)際上可以是其它編碼操作的輸出。為了一般性起見(jiàn)，應(yīng)進(jìn)一步提到，需要考慮的碼字?jǐn)?shù)目可被減小到子集SC。1|S|Σc∈SBER(c+m)≤1|S|Σc∈CBER(c+m)=1α1|C|Σc∈CBER(c+m),]]>其中α=|S||C|.]]>所以，存在有碼字c’∈S，使得BER(m+c′)≤1|S|Σc∈SBER(m+c)≤1α1|C|Σc∈CBER(m+c).]]>總之，可以看到，如果僅僅搜索了在子集S上的BER(c+m)的最小值，該子集S包含擾碼C的一個(gè)分?jǐn)?shù)α＜1，則這至多需被保證的預(yù)測(cè)誤碼率增加1/α。結(jié)果，如果m沒(méi)有改變，即，將該搜索限制于僅僅由全0字組成的子集S，則BER至多是在整個(gè)代碼上的平均BER的分?jǐn)?shù)1/α＝64倍。正如已經(jīng)闡述的，導(dǎo)引的加擾搜索的一種直截了當(dāng)?shù)膶?shí)施方案將評(píng)估對(duì)于所有可能的加擾碼字c的BER(m+c)，以及揀選其BER(m+c*)是最小值的碼字c*。對(duì)于候選的加擾碼字c的BER(m+c)的一種直截了當(dāng)?shù)脑u(píng)估需要對(duì)所有y評(píng)估f(y/m+c)。對(duì)于每個(gè)候選的加擾碼字c，牽涉到在整個(gè)網(wǎng)格下標(biāo)集合I上的求和，其具有等于碼字長(zhǎng)度K的尺寸。很清楚，按什么順序去測(cè)試來(lái)自C的碼字的質(zhì)量是沒(méi)有關(guān)系的。人們可以通過(guò)以這樣一種方式對(duì)來(lái)自C的字排序而從中受益，即相對(duì)簡(jiǎn)單地從來(lái)自剛考慮的碼字d的向量z(u，d)得到考慮中的碼字c的向量z(u，c)(一種類似格雷(Gray)碼的方式)。如上所述，通過(guò)對(duì)于每個(gè)可能的信息串選擇適當(dāng)?shù)木幋a替換例，可以使得最差情形的BER不超過(guò)平均情形的BER。下面將說(shuō)明如何把這個(gè)與糾錯(cuò)碼相組合。為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，假設(shè)消息串m根據(jù)一個(gè)糾錯(cuò)碼D而被編碼成字d(m)。把來(lái)自擾碼C的適當(dāng)?shù)淖郑热缯f(shuō)字c(d(m))，加到字d(m)上，這樣，字d(m)+c(d(m))最后將被輸出到信道，例如被寫到媒體上。結(jié)果，如果M表示可被編碼的所有可能的串的集合，則可被記錄的字的集合等于X＝{d(m)+c(d(m))|m∈M}問(wèn)題是X的錯(cuò)誤控制能力可能大大差于D的錯(cuò)誤控制能力。通過(guò)確保C和D被包含在強(qiáng)大的線性糾錯(cuò)碼E中而確保集合X具有良好的錯(cuò)誤控制能力，以及C和D僅僅共同具有全0字。因?yàn)樵谶@種情形下X被包含在E中，所以可以使用用于E的任何譯碼算法來(lái)檢索d(m)+c(d(m))，并且由此可以檢索m。對(duì)于二維代碼的情形，給出一個(gè)或多或少明顯的例子。這個(gè)例子事實(shí)上說(shuō)明了通過(guò)使用如在US5,671,236和US5,845,810中描述的所謂λ技巧的擾碼與糾錯(cuò)的組合。令E是[nk]碼，它的碼元是8比特字節(jié)。也即，來(lái)自E的字由n個(gè)字節(jié)組成，或等價(jià)地，它由8n個(gè)比特組成。假設(shè)E包含僅僅由1組成的字。然后，通過(guò)線性，對(duì)于每個(gè)字節(jié)x，E包含由x的n重(n-fold)重復(fù)組成的字。代碼CE由64個(gè)字組成，每個(gè)字包含n字節(jié)。它被描述如下相同顏色的比特具有相同的值；來(lái)自{0，1，2，3}的、其比特被設(shè)置為“1”的顏色的數(shù)目是偶數(shù)，正如來(lái)自{4，5，6，7}的、其比特被設(shè)置為“1”的顏色數(shù)目那樣。換句話說(shuō)，C由形式為(x，x，...，x)的所有字組成，其中x＝(x0，x1，...，x7)，以使得x0+x1+x2+x3≡0(mod2)，且x4+x5+x6+x7≡0(mod2).現(xiàn)在，應(yīng)考慮以上表格用8種顏色著色六邊形網(wǎng)格。對(duì)于i＝0，1，...，7，用顏色i著色的一個(gè)點(diǎn)的鄰居的顏色為如下(其中顏色下標(biāo)要被模8地讀取)i+2i+3i+7(i)i+1i+5i+6可以看到，每個(gè)鄰居的六個(gè)點(diǎn)用不同的顏色著色。在用i著色的一個(gè)點(diǎn)的鄰居中兩個(gè)丟失的顏色是i和i+4。結(jié)果，來(lái)自任何鄰居的六個(gè)點(diǎn)被用來(lái)自{0，1，2，3}的三種顏色和來(lái)自{4，5，6，7}的三種顏色著色。通過(guò)組合這個(gè)觀察結(jié)果與C的定義，可以看到，在任何鄰居中，26個(gè)可能的比特組合中的每個(gè)比特組合在來(lái)自C的字之中出現(xiàn)一次。為了完整性，應(yīng)當(dāng)提到的是，類似于以上描述的那樣的、對(duì)于x的限制也產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)拇aC。事實(shí)上，對(duì)于任何a∈{0，1}和任何b∈{0，1}，令Ca，b是由形式為(x，x，...，x)的所有字組成的代碼，其中x＝(x0，x1，...，x7)，使得x0+x1+x2+x3≡a(mod2)，且x4+x5+x6+x7≡b(mod2).容易看到，對(duì)于任何a和b，Ca，b是適用于想要的用途的代碼。現(xiàn)在，將通過(guò)使用圖13所示的簡(jiǎn)單流程圖來(lái)描述編碼。令G是在它的頂部行僅僅具有1的、用于E的生成器矩陣。由k-1個(gè)字節(jié)組成的串m將被編碼成n個(gè)字節(jié)的串。編碼由兩個(gè)步驟組成。S11把m編碼成碼字d(m)＝(0，m)GS12對(duì)于適當(dāng)?shù)剡x擇的、其在x0，x1，x2，x3和x4，x5，x6，x7中1的數(shù)目是偶數(shù)的字節(jié)x＝(x0，x1，...，x7)，m被編碼成d(m)+(x，x，...，x)。應(yīng)當(dāng)指出，m被編碼成來(lái)自代碼E的字。在圖14的簡(jiǎn)單流程圖中例示的譯碼可以通過(guò)用于E的譯碼器來(lái)容易地完成。應(yīng)當(dāng)假設(shè)，在ECC譯碼所接收的信道字r(步驟S21)后的字等于w＝(w1，w2，...，Wn)。然后，譯碼的消息m通過(guò)一個(gè)分離步驟(S22)和一個(gè)解映射步驟(S23)從以下公式得到w＝(w1，w1，...，w1)+(0，m)G如果G包含一個(gè)單位矩陣，正如通常的情形那樣，則m就簡(jiǎn)單地等于在相應(yīng)于單位矩陣的位置中的字節(jié)系列。圖15顯示按照本發(fā)明的譯碼器的框圖。這個(gè)圖也例示對(duì)于(n，k+1)ECC代碼(碼字長(zhǎng)度n，維數(shù)k+1)的情形的分離和解映射步驟，該代碼在它的最左面的k+1個(gè)位置處是系統(tǒng)的(systematic)。加擾碼字的選擇是通過(guò)最左面的信息碼元顯現(xiàn)的。消息m由相繼的k個(gè)信息碼元組成。分離單元800的一個(gè)輸出，即(w1，w1，...，w1)，代表加擾碼字(來(lái)自一個(gè)重復(fù)碼C)。分離單元800的其它輸出是中間序列i，即，(0，w2-w1，...，Wn-W1)，以及是通過(guò)從ECC譯碼器700的輸出(w1，w2，...，wn)中減去加擾碼字(w1，w1，...，w1)而得到的。最后，解映射單元900僅僅去除來(lái)自中間序列i的最左面的碼元以及ECC奇偶性碼元，以便得到長(zhǎng)度為k的消息碼元序列m。為了能應(yīng)用此方法，需要代碼E包含全1字。如果E是在長(zhǎng)度為K＝q-1的Fq上的里德-所羅門(Reed-Solomon)碼，則這是正確的，但對(duì)于長(zhǎng)度K小于q-1的里德-所羅門碼，這是不正確的。通過(guò)最小的修改，一個(gè)[n，k]縮短的里德-所羅門碼E可被變換成包含全1字的代碼。事實(shí)上，令a＝(a1，a2，...，an)是來(lái)自E的字，使得對(duì)于i＝1，2，...，n，ai≠0，這總是存在的。現(xiàn)在，通用化的里德-所羅門碼Ea應(yīng)由Ea＝{(c1/a1，c2/a2，...，cn/an)/(c1，c2，...，cn)∈E}表示。因?yàn)镋包含a，所以全1字是在Ea中。對(duì)于將信息字節(jié)串編碼成Ea中的字，存在有兩種相當(dāng)明顯的方法，假設(shè)安排了一個(gè)用于E的編碼器Ψ。第一備選方案是把信息串饋送到Ψ，隨后把第i個(gè)碼元除以ai。對(duì)于第二備選方案，假設(shè)Ψ是一個(gè)系統(tǒng)編碼器。相應(yīng)于位置i的信息碼元可被乘以ai，然后經(jīng)修改的信息流可被饋送到Ψ。對(duì)于適當(dāng)?shù)膉的值，由Ψ生成的奇偶性碼元被除以aj；而信息碼元被不更改地寫下，即，沒(méi)有乘以ai。顯然，編碼的方式對(duì)于譯碼器必須是知道的。譯碼到Ea可以通過(guò)首先把接收的字的第i個(gè)碼元乘以ai，且隨后為E應(yīng)用一個(gè)譯碼器而完成。通過(guò)把來(lái)自E的得到的字的第i個(gè)碼元除以ai，得到Ea中的相應(yīng)的字。如果人們僅僅對(duì)信息碼元感興趣，且是以系統(tǒng)的方式進(jìn)行編碼，則不需要進(jìn)行除法。如果中心比特也應(yīng)當(dāng)被包括在鄰居中，則可以使用從上述方法的結(jié)果的一個(gè)簡(jiǎn)單修改。建議使用形式為(x，x，...，x)的所有字的集合作為擾碼，這里x＝(x0，x1，...，x7)包含偶數(shù)個(gè)被設(shè)置為“1”的比特。因?yàn)樵赱8，7，2]代碼中的任何7個(gè)位置形成一個(gè)平衡集合，且在鄰居中的所有比特(包括中心比特)具有不同的顏色，所以仍舊可以應(yīng)用以上的定理。應(yīng)當(dāng)指出，在這種情形下，C由27＝128個(gè)字組成。通過(guò)使用在US5,671,236和US5,854,810中描述的Denissen和Tolhuizen的這個(gè)所謂的λ技巧，加擾方法可以有效地與包含全1字的、面向字節(jié)的糾錯(cuò)碼組合。建議了里德-所羅門碼的一種簡(jiǎn)單修改，其迫使全1字是在被修改的代碼中。本發(fā)明的建議的擾碼可被看作為一個(gè)全1碼字的復(fù)接(multiple)的事實(shí)可以便于“λ技巧”的使用。關(guān)于這個(gè)“λ技巧”的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以參考上述的美國(guó)專利US5,671,236和US5,854,810，這兩個(gè)專利在此引用以供參考。通過(guò)使用圖16，可以說(shuō)明λ技巧的使用?？紤]一個(gè)將擾碼C作為子代碼的錯(cuò)誤控制碼C’；即，C的每個(gè)字是來(lái)自C’的字。代碼C’被劃分成m＝|C’|/|C|個(gè)集合，比如說(shuō)A1，A2，...，Am，每個(gè)包含|C|個(gè)字(這里，|A|表示集合A的元素?cái)?shù))。在圖16上，每個(gè)這樣的集合被描繪為|C|個(gè)行的塊?？杀痪幋a的消息的數(shù)目等于m。對(duì)于每個(gè)消息，有一個(gè)下標(biāo)j，使得編碼器把這個(gè)消息編碼成來(lái)自Aj的字，即，該消息由它的編碼版本所駐留的塊來(lái)確定。編碼器選擇在Aj中揀選哪個(gè)碼字，以便優(yōu)化一個(gè)目標(biāo)函數(shù)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯，當(dāng)C是C’的子代碼的任意陪集時(shí)，相同的原理是適用的。譯碼器首先把接收的字譯碼成來(lái)自C’的碼字c。它然后找出下標(biāo)j，使得c是處在Aj中。在“解映射”步驟中，從j來(lái)檢索所傳送的消息。在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)Aj是C的陪集。也即，對(duì)于每個(gè)j，存在有一個(gè)碼字cj，使得來(lái)自Aj的每個(gè)字具有來(lái)自某加擾字c的形式cj+c，換句話說(shuō)，Aj＝{cj+c|c∈C}。這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例允許編碼器有效地確定相應(yīng)于給定消息(如上所述)的陪集。它也允許譯碼器以簡(jiǎn)單的方式把碼字解映射為編碼的消息。如上所述，建議C’具有C作為子代碼。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，選擇用于C的重復(fù)碼。然而，不是每個(gè)里德-所羅門碼C’都包含重復(fù)碼。(如上所述的)傳統(tǒng)的里德-所羅門碼的最小修改導(dǎo)致代碼C”，其享有里德-所羅門碼的所有優(yōu)點(diǎn)(相同的糾錯(cuò)能力，近乎相同的編碼和譯碼操作)，但確實(shí)包含重復(fù)碼。作為結(jié)論，所建議的本發(fā)明假設(shè)在給定的點(diǎn)(在時(shí)間和/或空間中)存儲(chǔ)或傳輸信道的誤碼概率可被表示為在給定點(diǎn)的鄰居處的信道輸入和在該點(diǎn)本身的信道輸入的函數(shù)。而且，假設(shè)在給定流中的所有信道輸出上的期望誤碼率可被表示為在該流上給定函數(shù)的平均。所建議的加擾方法牽涉到從小的擾碼C適當(dāng)選擇的加擾碼字的模q(二進(jìn)制q＝2)加法，這也被稱為導(dǎo)引的加擾。正如已經(jīng)闡述的，代替(預(yù)測(cè)的)誤碼率(對(duì)于碼元的預(yù)測(cè)的誤碼概率的平均)，本發(fā)明同樣可應(yīng)用到可被表示為或近似為局部函數(shù)的平均的其它函數(shù)，這里這些局部函數(shù)僅僅取決于給定網(wǎng)格位置的鄰居位置。這樣一個(gè)備選的品質(zhì)因數(shù)的例子將是在一個(gè)簡(jiǎn)單的線性濾波操作后的乘冪(即，平方值)，即濾波器的輸出功率。按照本發(fā)明，有關(guān)擾碼C的充分條件被提供，使得總是存在一個(gè)加擾碼字c*，使得通過(guò)把c*加到消息，則對(duì)于均勻隨機(jī)的輸入，預(yù)測(cè)的誤碼率將決不超過(guò)它的期望值。通過(guò)使用信道數(shù)據(jù)流的建議的鋪貼，可以為二維光學(xué)存儲(chǔ)中使用的二維信道構(gòu)建滿足上述條件的擾碼C，它只有較小數(shù)目的碼字要搜索。已經(jīng)指明了多種方式去組合建議的導(dǎo)引的加擾方法與糾錯(cuò)碼。在所表明的可能性中，λ技巧的使用是一種優(yōu)選的方案。按照本發(fā)明的編碼方法的使用也是從記錄載體上記錄或經(jīng)由傳輸線作為信號(hào)被傳送的信道數(shù)據(jù)流的輸出信號(hào)而可檢測(cè)的。對(duì)于一個(gè)正常的記錄載體，信道數(shù)據(jù)流的第一碼元匹配于編碼器輸出的概率是有的，但概率較小。實(shí)際上，一個(gè)流由幾千或幾百萬(wàn)個(gè)接連的塊組成，每個(gè)塊包括一個(gè)碼字。對(duì)于例如這些塊的99％的百分率(由于在記錄媒體上的信道錯(cuò)誤，決不會(huì)是100％)或更多，在記錄媒體上找到的碼字(或通常，在來(lái)自C的所有可能的加擾碼字中選擇c_opt)的第一碼元的值匹配于由按照本發(fā)明的編碼器產(chǎn)生的無(wú)噪聲碼字的第一碼元的概率變?yōu)榱悖?，不能有一致性，因?yàn)樵谌魏斡涗洃?yīng)用中典型地會(huì)找到很大數(shù)目的塊。典型的塊長(zhǎng)度(即，碼字長(zhǎng)度)約為“幾千字節(jié)”的數(shù)量級(jí)。典型的記錄媒體包含幾千兆字節(jié)或更多。總之，對(duì)于不符合本發(fā)明的記錄媒體，將不可能解釋本發(fā)明中的編碼器，這樣使得當(dāng)該編碼器被饋送給被存儲(chǔ)在記錄媒體上的用戶數(shù)據(jù)流時(shí)，對(duì)于加擾碼字的相應(yīng)選擇將以超過(guò)偶然性(chance)的可能性匹配在記錄媒體上可以被檢測(cè)的加擾碼字的選擇。因此，為了檢測(cè)按照本發(fā)明的編碼方法的使用，可以應(yīng)用以下的步驟(1)檢索編碼的數(shù)據(jù)流(每盤幾千個(gè)塊)，和(2)按照本發(fā)明的方法再編碼該數(shù)據(jù)流。如果這些再編碼的數(shù)據(jù)流“經(jīng)常”與被記錄在盤上的流一致，則已使用所依據(jù)的編碼方法的可能性幾乎是1。接著是本發(fā)明的一系列另外的實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，擴(kuò)展單元已被平凡化(trivalize)為缺少它的一個(gè)點(diǎn)，以及使用哪個(gè)加擾碼字的選擇必須通過(guò)單獨(dú)的裝置來(lái)傳送到接收機(jī)。在藉助于加擾碼字碼元流(c)的集合C，用于把用戶數(shù)據(jù)碼元流(m)編碼成信道碼元數(shù)據(jù)流(b)的編碼設(shè)備的實(shí)施例中，其中碼元流是在碼元輸入位置I的集合上規(guī)定的碼元值的排序的集合，使用I的子集J的群X，和一個(gè)，即按流的(全局)品質(zhì)因數(shù)函數(shù)(G)-至少一個(gè)碼字包含至少兩個(gè)不同的碼元值，-子集J是C的平衡子集，-按流的品質(zhì)因數(shù)函數(shù)G是在(來(lái)自X)的所有子集J上評(píng)估的碼元值的局部品質(zhì)因數(shù)函數(shù)(表格)g的值的線性組合，所述編碼設(shè)備包括-處理單元，用于確定把碼字(c’)映射到所述用戶數(shù)據(jù)碼元流(m)上的輸出結(jié)果的按流的品質(zhì)因數(shù)函數(shù)(G)的值(v)，-選擇單元，用于從碼字(c’)到用戶數(shù)據(jù)流(m’)上的所述映射的所述按流的品質(zhì)值(v)中選擇最佳的按流的品質(zhì)值(v_opt)，以及使用所述最佳品質(zhì)值(v_opt)來(lái)選擇相應(yīng)的最佳加擾碼字(c_opt)，-映射單元(即，加擾單元)，用于得到一個(gè)經(jīng)映射的用戶數(shù)據(jù)流(m’_opt)，以用作為到(有噪聲的)信道(L)的輸入碼元流(b)，該經(jīng)映射的用戶數(shù)據(jù)流是從把最佳碼字(c_opt)映射到用戶數(shù)據(jù)流(m)上而產(chǎn)生的。本實(shí)施例還可被進(jìn)一步改進(jìn)，因?yàn)?輸入位置(I)的集合具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，-群(X)是所有輸入位置的集合的(子集的)(I中的i)鄰居位置(i-N)的排序集合的群，-代碼(C)是線性碼的陪集，-代碼(C)的尺寸至少是4。另一個(gè)實(shí)施例被改進(jìn)，因?yàn)閿_碼(C)在至少一維上是循環(huán)的。編碼設(shè)備還被改進(jìn)，因?yàn)閿_碼(C)是有某個(gè)維數(shù)(k)的重復(fù)碼，-下標(biāo)集合(I)被劃分成多個(gè)(U)子集(Iu)，其中代碼的維數(shù)(k)至多等于子集的數(shù)目(U)，-對(duì)于群(X)中的所有子集(J)，在集合(J)中的不同下標(biāo)都被包含在I的不同子集(Iu’)中。來(lái)自用于非空代碼(C)的下標(biāo)集合(I)的、具有一定尺寸(j)的輸入位置的平衡子集(J)可被使用于編碼設(shè)備，其中將來(lái)自擾碼(C)的加擾碼字(c)限制到下標(biāo)的子集(J)，所有可能的序列具有等于平衡子集(J)的尺寸的長(zhǎng)度(j)，出現(xiàn)同樣多次。編碼設(shè)備還可被進(jìn)一步精細(xì)化，因?yàn)樵谧蛹?i-N)上的碼元值(y)的排序子集的局部品質(zhì)因數(shù)函數(shù)(g)是由信道(L)顯現(xiàn)的、有關(guān)通過(guò)信道輸入碼元(y)的上述排序子集的、在下標(biāo)(i)處的信道輸入的被估計(jì)信息量(P)的函數(shù)，且其中所述最佳品質(zhì)值(v_opt)是最大品質(zhì)值。另外的改進(jìn)是由信道顯現(xiàn)的估計(jì)的信息量(P)是在下標(biāo)(i)處的期望誤碼元率。另外的改進(jìn)可以達(dá)到，因?yàn)榫植科焚|(zhì)因數(shù)函數(shù)(g)是給定在鄰居(i-N)中的濾波器輸入碼元的排序子集的情況下，在輸出下標(biāo)(i)處濾波器的輸出功率。為了改進(jìn)編碼器，由信道(L)顯現(xiàn)的、關(guān)于通過(guò)在子集(i-N)上的信道輸入碼元(y)的排序子集的、在下標(biāo)(i)處的信道輸入的被估計(jì)信息量(P)，是在下標(biāo)(i’)處的碼元值上，而不是在子集(i-N)上被最小化。為了改進(jìn)編碼器，用于確定碼字(c’)到所述用戶數(shù)據(jù)碼元流(m)上的映射的輸出結(jié)果的、按流的品質(zhì)因數(shù)函數(shù)(G)的值(v)的處理單元使用一組直方圖。為了改進(jìn)編碼器，擾碼(C)是錯(cuò)誤控制碼(C’)的子代碼，通過(guò)該錯(cuò)誤控制碼來(lái)編碼用戶數(shù)據(jù)碼元流(m)。權(quán)利要求1.用于把用戶數(shù)據(jù)流(m)編碼成信道數(shù)據(jù)流(y)的編碼設(shè)備，包括擴(kuò)展單元(150)，用于把所述用戶數(shù)據(jù)流(m)變換成中間數(shù)據(jù)流(i)，該中間數(shù)據(jù)流至少比所述用戶數(shù)據(jù)流(m)多包括一個(gè)碼元，處理單元(100，200，500，600)，用于使用所述中間數(shù)據(jù)流(i)、為來(lái)自一個(gè)擾碼(C)的每個(gè)加擾流(c)迭代地確定該加擾流(c)的品質(zhì)因數(shù)的值(v)，一個(gè)加擾流(c)包括與所述中間數(shù)據(jù)流(i)同樣多的碼元，其中所述品質(zhì)因數(shù)是在所述加擾流(c)的區(qū)段群上的總和，所述區(qū)段包括來(lái)自所述加擾流的至少兩個(gè)碼元區(qū)段，該總和的每個(gè)項(xiàng)是對(duì)于使用所述中間流(i)的相應(yīng)區(qū)段的、該加擾流(c)的所述區(qū)段的品質(zhì)因數(shù)，以及在該加擾流(c)的所述區(qū)段的每個(gè)區(qū)段中，碼元的每個(gè)可能組合出現(xiàn)在來(lái)自所述擾碼(C)的同樣多的加擾流(c)中，-選擇單元(300)，用于從所述品質(zhì)值(v)中選擇最佳品質(zhì)值(v_opt)以及用于選擇其品質(zhì)因數(shù)等于所述最佳品質(zhì)值(v_opt)的一個(gè)最佳加擾流(c_opt)，以及-至少一個(gè)映射單元(400)，用于把所述最佳加擾流(c_opt)的碼元映射到所述中間數(shù)據(jù)流(i)的相應(yīng)碼元上，以便得到用于輸出到一信道的所述信道數(shù)據(jù)流(y)。2.如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備，其中所述至少一個(gè)映射單元(400)用來(lái)把一加擾流(c)的碼元映射到所述中間數(shù)據(jù)流(i)的相應(yīng)碼元上，以及其中所述處理單元通過(guò)使用從把所述加擾流(c)的碼元映射到所述中間數(shù)據(jù)流(i)的相應(yīng)碼元上而得到的結(jié)果，來(lái)為每個(gè)加擾流(c)確定所述品質(zhì)因數(shù)的品質(zhì)值(v)。3.如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備，其中所述至少一個(gè)映射單元(400)包括用于通過(guò)把一個(gè)加擾流(c)的碼元加到該中間數(shù)據(jù)流(i)的相應(yīng)碼元而把所述加擾流(c)的所述碼元映射到該中間數(shù)據(jù)流(i)的相應(yīng)碼元上的裝置。4.如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備，其中所述擾碼(C)是一個(gè)重復(fù)碼。5.如在權(quán)利要求4中要求的編碼設(shè)備，其中所述處理裝置(600)用來(lái)從至少兩個(gè)直方圖(H)來(lái)確定對(duì)于信道數(shù)據(jù)流的各區(qū)段的品質(zhì)值(v)的總和，其中每個(gè)直方圖存儲(chǔ)在所述中間數(shù)據(jù)流(i)的多個(gè)所述區(qū)段中碼元組合的出現(xiàn)頻率。6.如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備，其中所述信道數(shù)據(jù)流是一維數(shù)據(jù)流，以及所述區(qū)段各自包括固定數(shù)目的相繼碼元，具體地是在從3到8比特的范圍內(nèi)。7.如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備，其中所述信道數(shù)據(jù)流是二維數(shù)據(jù)流，所述信道數(shù)據(jù)在沿二維網(wǎng)格的無(wú)限延伸帶條的第一方向中展開(kāi)和沿有限延伸的帶條在基本上正交于所述第一方向的第二方向中展開(kāi)，所述帶條包括沿所述第二方向互相堆疊的多個(gè)碼元行，以及其中所述區(qū)段各自包括固定數(shù)目的碼元。8.如在權(quán)利要求7中要求的編碼設(shè)備，其中所述碼元被排列在準(zhǔn)方形網(wǎng)格、準(zhǔn)矩形或六邊形網(wǎng)格的網(wǎng)格點(diǎn)上。9.如在權(quán)利要求8中要求的編碼設(shè)備，其中所述區(qū)段各自包括被排列在六邊形網(wǎng)格的網(wǎng)格點(diǎn)上的七個(gè)碼元，每個(gè)用戶區(qū)段包括中心用戶碼元和六個(gè)最接近的相鄰碼元。10.如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備，其中所述擴(kuò)展單元用來(lái)通過(guò)把至少一個(gè)碼元附加到所述用戶數(shù)據(jù)流(m)而把所述用戶數(shù)據(jù)流(m)變換成所述中間數(shù)據(jù)流(i)，其中所述至少一個(gè)碼元的值對(duì)于編碼器和譯碼器是已知的，它對(duì)于所有可能的用戶數(shù)據(jù)流是相同的。11.如在權(quán)利要求1中要求的編碼設(shè)備，其中所述擴(kuò)展單元用來(lái)把所述用戶數(shù)據(jù)流(m)變換成作為來(lái)自糾錯(cuò)碼(C’)的一個(gè)字的中間數(shù)據(jù)流(i)，該擾碼(C)是所述糾錯(cuò)碼(C’)的子代碼的陪集，以及把來(lái)自所述擾碼(C’)的加擾流(c)映射到所述中間流(i)上的結(jié)果是一個(gè)來(lái)自所述糾錯(cuò)碼(C’)的字。12.用于把用戶數(shù)據(jù)流(m)編碼成信道數(shù)據(jù)流(y)的編碼方法，包括以下步驟-把所述用戶數(shù)據(jù)流(m)變換成中間數(shù)據(jù)流(i)，該中間數(shù)據(jù)流至少比所述用戶數(shù)據(jù)流(m)多包括一個(gè)碼元，-通過(guò)使用所述中間數(shù)據(jù)流(i)而為來(lái)自一個(gè)擾碼(C)的每個(gè)加擾流(c)迭代地確定該加擾流(c)的品質(zhì)因數(shù)的值(v)，一個(gè)加擾流(c)包括與所述中間數(shù)據(jù)流(i)同樣多的碼元，其中所述品質(zhì)因數(shù)是在所述加擾流(c)的區(qū)段群上的總和，所述區(qū)段包括來(lái)自所述加擾流的至少兩個(gè)碼元區(qū)段，該總和的每個(gè)項(xiàng)是對(duì)于使用所述中間流(i)的相應(yīng)區(qū)段的、該加擾流(c)的所述區(qū)段的品質(zhì)因數(shù)，以及在該加擾流(c)的所述區(qū)段的每個(gè)區(qū)段中，碼元的每個(gè)可能組合出現(xiàn)在來(lái)自所述擾碼(C)的同樣多的加擾流(c)中，-從所述品質(zhì)值(v)中選擇一個(gè)最佳品質(zhì)值(v_opt)和其品質(zhì)因數(shù)等于所述最佳品質(zhì)值(v_opt)的一個(gè)最佳加擾流(c_opt)，以及-把所述最佳加擾流(c_opt)的碼元映射到所述中間數(shù)據(jù)流(i)的相應(yīng)碼元上，以便得到用于輸出到信道的所述信道數(shù)據(jù)流(y)。13.用于譯碼用戶數(shù)據(jù)流(m)被按照權(quán)利要求11的方法編碼成的信道數(shù)據(jù)流(r)的譯碼設(shè)備，包括-ECC譯碼單元(700)，用于把所述信道數(shù)據(jù)流(r)譯碼成所述糾錯(cuò)碼(C’)的信道碼字(y)，-分離單元(800)，用于從所述信道碼字(y)找出一個(gè)中間數(shù)據(jù)流(i)和一個(gè)加擾碼字(c)，使得把所述加擾碼字(c)映射到所述中間數(shù)據(jù)流(i)上會(huì)導(dǎo)致所述信道碼字(y)，以及-解映射單元(900)，用于從所述中間數(shù)據(jù)流(i)檢索一個(gè)用戶數(shù)據(jù)流(m)，使得把所述用戶數(shù)據(jù)流(m)擴(kuò)展成至少比所述用戶數(shù)據(jù)流(m)多包括一個(gè)碼元的中間數(shù)據(jù)流會(huì)導(dǎo)致所述中間數(shù)據(jù)流(i)。14.用于譯碼用戶數(shù)據(jù)流(m)被按照權(quán)利要求11的方法編碼成的信道數(shù)據(jù)流(r)的譯碼方法，包括以下步驟-把所述信道數(shù)據(jù)流(r)譯碼成所述糾錯(cuò)碼(C’)的信道碼字(y)，-從所述信道碼字(y)找出一個(gè)中間數(shù)據(jù)流(i)和一個(gè)加擾碼字(c)，使得把所述加擾碼字(c)映射到所述中間數(shù)據(jù)流(i)上會(huì)導(dǎo)致所述信道碼字(y)，以及-從所述中間數(shù)據(jù)流(i)檢索一個(gè)用戶數(shù)據(jù)流(m)，使得把所述用戶數(shù)據(jù)流(m)擴(kuò)展成至少比所述用戶數(shù)據(jù)流(m)多包括一個(gè)碼元的中間數(shù)據(jù)流會(huì)導(dǎo)致所述中間數(shù)據(jù)流(i)。15.存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)流(m)按照如在權(quán)利要求1中要求的編碼方法被編碼成的信道數(shù)據(jù)流(r)的記錄載體。16.載送用戶數(shù)據(jù)流(m)按照如在權(quán)利要求1中要求的編碼方法被編碼成的信道數(shù)據(jù)流(r)的信號(hào)。17.包括程序代碼裝置的計(jì)算機(jī)程序，用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)使得該計(jì)算機(jī)實(shí)行如在權(quán)利要求12或14中要求的方法步驟。全文摘要本發(fā)明涉及用于把用戶數(shù)據(jù)流(m)編碼成信道數(shù)據(jù)流(y)的編碼設(shè)備和方法，以及涉及相應(yīng)的譯碼設(shè)備和方法。為了改進(jìn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的最差情形下的BER性能和提高可靠性，具體地特別是在二維光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)或通信系統(tǒng)中確保低的BER而沒(méi)有很大地?fù)p失信息速率，提出了按照本發(fā)明的編碼設(shè)備，該編碼設(shè)備包括擴(kuò)展單元，用于把所述用戶數(shù)據(jù)流(m)變換成一個(gè)中間數(shù)據(jù)流(i)，該中間數(shù)據(jù)流至少比所述用戶數(shù)據(jù)流(m)多包括一個(gè)碼元；處理單元(100，200，500，600)，用于通過(guò)使用所述中間數(shù)據(jù)流(i)而為來(lái)自擾碼(C)的每個(gè)加擾流(c)迭代地確定該加擾流(c)的品質(zhì)因數(shù)的值(v)；選擇單元(300)，用于從所述品質(zhì)值(v)中選擇最佳品質(zhì)值(v_opt)以及用于選擇一個(gè)其品質(zhì)因數(shù)等于所述最佳品質(zhì)值(v_opt)的最佳加擾流(c_opt)，以及至少一個(gè)映射單元(400)，用于把所述最佳加擾流(c_opt)的碼元映射到所述中間數(shù)據(jù)流(i)的相應(yīng)碼元上，以便得到用于輸出到信道的所述信道數(shù)據(jù)流(y)。文檔編號(hào)G11B20/00GK1993758SQ200580026144公開(kāi)日2007年7月4日申請(qǐng)日期2005年5月26日優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日發(fā)明者A·P·赫克斯特拉,L·M·G·M·托爾休詹申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司