Лекции по Теоретическим основам цифровой связи   

8. Канальное кодирование: часть 3

8.3. Кодирование и чередование в системах цифровой записи информации на компакт - дисках

В 1979 году компании Philips Corp. (Нидерланды) и Sony Corp. (Япония) запатентовали стандарт хранения и воспроизведения цифровой записи аудиосигналов, известный как система цифровой записи на компакт-дисках (compact disc digital audio — CD-DA). Эта система стала мировым стандартом, позволяющим достичь безукоризненнбй точности воспроизведения звука, и опередила другие методики. Для хранения оцифрованных аудиосигналов используется пластиковый диск диаметром 120 мм. Сигнал дискретизирован с частотой 44100 фрагментов/с для получения записи в полосе 20 кГц. Каждый аудиофрагмент однозначно квантован на один из 216 уровней (16 бит/фрагмент), что дает в результате динамический диапазон в 96 дБ и нелинейное искажение 0,005%. Отдельный диск (время звучания составляет порядка 70 минут) хранит порядка  бит в виде коротких впадин, которые сканируются лазером.

В данном случае существует несколько источников канальных ошибок: 1) маленькие нежелательные частички или воздушные пузырьки в материале пластика или неточное расположение впадин при изготовлении диска; 2) отпечатки пальцев или царапины, появившиеся при эксплуатации. Трудно предсказать, как в среднем можно поделить крмпакт-диск; но при наличии точной канальной модели можно со всей уверенностью сказать, что канал, в основном, склонен, вносить пакетоподобные ошибки, Поскольку царапины или пятна от пальцев будут вызывать ошибки в нескольких последовательных фрагментах данных. Важным элементом разработки системы получения, высококачественных характеристик является каскадная схема защиты от ошибок, которая называется кодом Рида-Соломона с перекрестным чередованием.(cross-interleave Reed-Solomon code — CIRC). Данные перемешиваются во времени так, что знаки, выходящие из последовательных фрагментов сигнала, оказываются разнесенными во времени. Таким образом, появление ошибок представляется в виде единичных случайных ошибок (см. предыдущий раздел). Цифровая информация, защищена посредством прибавления байтов четности, получаемых в двух кодерах Рида-Соломона. Защита от ошибок, осуществляемая на компакт-дисках, зависит обычно от кодирования Рида-Соломона и алгоритма чередования.

В прикладных задачах передачи цифровой аудиоинформации, невыявляемая ошибка декодирования очень значительна, поскольку является результатом щелчка при воспроизведении, в то время как выявляемые ошибки незначительны, так как их можно скрыть. Схема защиты от ошибок CIRC в системе CD-DA включает в себя и исправление, и маскировку ошибок. Технические характеристики схемы CIRC даются в табл. 8.4. Из данных таблицы должно быть ясно, что компакт-диск может выдержать сильные повреждения (например, 8-миллиметровые отверстия, пробитые в диске) без значительных потерь в качестве звучания.

Таблица 8.4. Спецификация кода Рида-Соломона с перекрестным уродованием, применяемого в аудиокомпакт-дисках

Максимальная длина исправимого пакета

= 4200 бит (2,5 мм длины  дорожки на диске )

Максимальная длина пакета, который можно интерполировать

=12000 бит (8 мм)

Скорость интерполяции фрагмента

фрагмент/10 часов при ;

1000 фрагментов/мин. при    

Необнаруженные фрагменты с ошибками (щелчки) 

Менее чем 1 на 750 часов при

Пренебрежимо малое количество при

Качество нового диска

В системе CIRC защита от ошибок обеспечивается множеством способов.

1. Декодер обеспечивает нужный уровень коррекции ошибок.

2. Если исчерпывается способность к коррекции ошибок, то декодер переходит на  уровень коррекции стираний (см. раздел 6.5.5).

3. Если исчерпывается и эта способность, декодер предпринимает попытки замаскировать ненадежные фрагменты данных путем интерполяции между ближайшими надежными фрагментами.

4. Если исчерпывается способность к интерполяции, декодер выключает или подавляет систему на период ненадежного фрагмента.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.