一种适用于光存储的二维折叠纠错方法、控制器及系统

本发明属于光存储，更具体地，涉及一种适用于光存储的二维折叠纠错方法、控制器及系统。

背景技术：

1、光存储技术以保存寿命长、非接触式读写、安全性高、易于更换盘片、生产成本低及复制发行方便等优点被广泛应用于海量冷数据存储。传统光存储技术基于激光与介质相互作用，导致介质的性质发生变化来存储信息。随着数字时代的到来，信息存储需求不断增长，据预测，到2025年全球生成的数据总量预计达到175泽字节(zb)，为了满足日益增长的存储需求，提高光存储设备的存储容量具有十分重要的意义。传统的光存储技术通过缩小聚焦激光光斑和介质上的记录符大小提升光存储设备的存储容量，但受到光学衍射极限的限制，采用传统光存储技术提高光盘容量愈发困难。

2、在传统的光存储技术中，为了保证信号可靠读出，里德-索罗门纠错码(reed-solomoncodes)得到了广泛的应用，dvd中使用的rs乘积码(rspc，reed-solomonproductcode)由于其二维纠错的特性，实现了较高的纠错性能，但是它只擅长纠正随机错误和突发错误，而难以纠正大的块状错误。以图1所示的4行4列的信息数据块为例，其中每一个元素是长度为8bit、属于伽罗华域gf(28)的符号，使用rspc码对该数据块进行编码的过程如图2所示，对于原始信息数据块的每一行和每一列信息符号，使用rs码编码得到校验符号。以第一行为例，原始信息符号为进行rs编码得到校验符号对于横向编码得到的校验符号，每一列进行rs编码，即作为信息符号进行rs编码得到校验符号作为信息符号进行rs编码得到校验符号编码完成后得到的数据块的结构如图3所示。根据相关知识可以计算出，假设错误只发生在原始信息数据块中，即校验块中不出错，该rspc编码后生成的数据块最多只能纠正2行x列或x行2列的块状错误(1≤x≤4，可依据码率计算)，但是无法纠正3行3列的块状错误。

3、在实际应用中，光盘等光存储介质容易被指纹和灰尘等污染，且所造成的块状错误往往较大，难以被rspc码纠正，导致rspc码在实际应用中存在一定的限制。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种适用于光存储的二维折叠纠错方法、控制器及系统，其目的在于，在校验符号数量不变的情况下，提高对光存储介质中较大块状错误的纠错能力。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于光存储的二维折叠纠错方法，包括：编码步骤；编码步骤包括：

3、对待编码的k1行k2列的数据块d进行二维折叠，得到k1行k2/2列的数据块dr和k1/2行k2列的数据块dl；二维折叠包括横向折叠和纵向折叠，横向折叠包括：将同一行中的每两个符合组合为一个符号对，共得到k1×(k2/2)个符号对，将每一个符号对中的两个符号进行按位异或；纵向折叠包括：将同一列中的每两个符号组合为一个符号对，共得到(k1/2)×k2个符号对，将每一个符号对中的两个符号进行按位异或；横向折叠和纵向折叠得到的k1×(k2/2)+(k1/2)×k2个符号对满足：将具有相同符号的符号对连接后形成一个包含所有符号的环；

4、使用rs码对数据块dr中的每一行符号进行编码，得到pr个校验符号，由此得到k1行pr列的横向校验块pr；使用rs码对数据块dl中的每一列符号进行编码，得到pl个纵向校验符号，由此得到pl行k2列的纵向校验块pl；

5、使用rs码对横向校验块pr和纵向校验块pl中的校验符号进行编码，得到pr*pl个校验符号后，交织为pl行pr列的额外校验块pe；

6、将数据块d、横向校验块pr、纵向校验块pl以及额外校验块pe组织为(k1+pl)行(k2+pr)列的编码块c后，写入光存储介质；

7、其中，k1和k2均为偶数；pr和pl均为正整数。

8、进一步地，本发明提供的适用于光存储的二维折叠纠错方法，还包括：译码步骤；译码步骤包括：

9、从光存储介质读取编码块c′后，从中提取出数据块d′、横向校验块p′r、纵向校验块p′l和额外校验块p′e；

10、对数据块d′进行二维折叠，得到k1行k2/2列的数据块dr′和k1/2行k2列的数据块dl′；

11、利用额外校验块p′e检测横向校验块p′r和纵向校验块p′l中的错误并进行纠正，得到横向校验块p″r和纵向校验块p″l；

12、利用横向校验块p″r中的每一行符号检测数据块dr′中相应行中各符号的错误，并建立相应符号对中两个符号的错误关系，共得到k1×(k2/2)组错误关系；利用纵向校验块p″l中的每一列符号检测数据块dl′中相应列中各符号的错误，并建立相应符号对中两个符号的错误关系，共得到(k1/2)×k2组错误关系；

13、联立k1×(k2/2)+(k1/2)×k2组错误关系，求解数据块d′中各符号中的错误，并与各符号进行按位异或，由此纠正数据块d′中的错误，得到还原后的数据块d。

14、按照本发明的又一个方面，提供了一种适用于光存储的二维折叠纠错方法，包括：编码步骤；编码步骤包括：

15、对待编码的k1行k2列的数据块d进行二维折叠，得到k1行k2/2列的数据块dr和k1/2行k2列的数据块dl；二维折叠包括横向折叠和纵向折叠，横向折叠包括：将同一行中的每两个符合组合为一个符号对，共得到k1×(k2/2)个符号对，将每一个符号对中的两个符号进行按位异或；纵向折叠包括：将同一列中的每两个符号组合为一个符号对，共得到(k1/2)×k2个符号对，将每一个符号对中的两个符号进行按位异或；横向折叠和纵向折叠得到的k1×(k2/2)+(k1/2)×k2个符号对满足：将具有相同符号的符号对连接后形成一个包含所有符号的环；

16、使用rs码对数据块dr中的每一行符号进行编码，得到pr个校验符号，由此得到k1行pr列的横向校验块pr；使用rs码对数据块dl中的每一列符号进行编码，得到pl个纵向校验符号，由此得到pl行k2列的纵向校验块pl；

17、使用rs码对纵向校验块pl中的校验符号进行编码，得到pr*pl个校验符号后，交织为pl行pr列的额外校验块pe；

18、将数据块d、横向校验块pr、纵向校验块pl以及额外校验块pe组织为(k1+pl)行(k2+pr)列的编码块c后，写入光存储介质；

19、其中，k1和k2均为偶数；pr和pl均为正整数。

20、进一步地，本发明提供的适用于光存储的二维折叠纠错方法，还包括：译码步骤；译码步骤包括：

21、从光存储介质读取编码块c′后，从中提取出数据块d′、横向校验块p′r、纵向校验块′l和额外校验块p′e；

22、对数据块d′进行二维折叠，得到k1行k2/2列的数据块dr′和k1/2行k2列的数据块dl′；

23、利用额外校验块p′e检测纵向校验块p′l中的错误并进行纠正，得到纵向校验块p″l；

24、利用横向校验块p′r中的每一行符号检测数据块dr′中相应行中各符号的错误，并建立相应符号对中两个符号的错误关系，共得到k1×(k2/2)组错误关系；利用纵向校验块p″l中的每一列符号检测数据块dl′中相应列中各符号的错误，并建立相应符号对中两个符号的错误关系，共得到(k1/2)×k2组错误关系；

25、联立k1×(k2/2)+(k1/2)×k2组错误关系，求解数据块d′中各符号中的错误，并与各符号进行按位异或，由此纠正数据块d′中的错误，得到还原后的数据块d。

26、按照本发明的又一个方面，提供了一种适用于光存储的二维折叠纠错方法，包括：编码步骤；编码步骤包括：

27、对待编码的k1行k2列的数据块d进行二维折叠，得到k1行k2/2列的数据块dr和k1/2行k2列的数据块dl；二维折叠包括横向折叠和纵向折叠，横向折叠包括：将同一行中的每两个符合组合为一个符号对，共得到k1×(k2/2)个符号对，将每一个符号对中的两个符号进行按位异或；纵向折叠包括：将同一列中的每两个符号组合为一个符号对，共得到(k1/2)×k2个符号对，将每一个符号对中的两个符号进行按位异或；横向折叠和纵向折叠得到的k1×(k2/2)+(k1/2)×k2个符号对满足：将具有相同符号的符号对连接后形成一个包含所有符号的环；

28、使用rs码对数据块dr中的每一行符号进行编码，得到pr个校验符号，由此得到k1行pr列的横向校验块pr；使用rs码对数据块dl中的每一列符号进行编码，得到pl个纵向校验符号，由此得到pl行k2列的纵向校验块pl；

29、使用rs码对横向校验块pr中的校验符号进行编码，得到pr*pl个校验符号后，交织为pl行pr列的额外校验块pe；

30、将数据块d、横向校验块pr、纵向校验块pl以及额外校验块pe组织为(k1+pl)行(k2+pr)列的编码块c后，写入光存储介质；

31、其中，k1和k2均为偶数；pr和pl均为正整数。

32、进一步地，本发明提供的适用于光存储的二维折叠纠错方法，还包括：译码步骤；译码步骤包括：

33、从光存储介质读取编码块c′后，从中提取出数据块d′、横向校验块p′r、纵向校验块p′l和额外校验块p′e；

34、对数据块p′进行二维折叠，得到k1行k2/2列的数据块dr′和k1/2行k2列的数据块dl′；

35、利用额外校验块p′e检测横向校验块p′r中的错误并进行纠正，得到横向校验块p″r；

36、利用横向校验块p″r中的每一行符号检测数据块dr′中相应行中各符号的错误，并建立相应符号对中两个符号的错误关系，共得到k1×(k2/2)组错误关系；利用纵向校验块pl′中的每一列符号检测数据块dl′中相应列中各符号的错误，并建立相应符号对中两个符号的错误关系，共得到(k1/2)×k2组错误关系；

37、联立k1×(k2/2)+(k1/2)×k2组错误关系，求解数据块d′中各符号中的错误，并与各符号进行按位异或，由此纠正数据块d′中的错误，得到还原后的数据块d。

38、按照本发明的又一个方面，提供了一种光存储控制器，包括：

39、计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；

40、以及处理器，用于读取计算机可读存储介质中存储的计算机程序，执行本发明提供的上述任一一种适用于光存储的二维折叠纠错方法。

41、按照本发明的又一个方面，提供了一种光存储系统，包括：光存储介质，以及本发明提供的上述光存储控制器。

42、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

43、(1)本发明通过对数据块进行二维折叠，缩小了数据块中可能存在的块状错误，对折叠后的数据块进行编码，相比于传统的rspc码，在校验符号不变的情况下，有效扩大了所能纠正的块状错误的最大面积，因此，本发明能够在校验符号数量不变的情况下，提高对光存储介质中较大块状错误的纠错能力。

44、(2)在本发明的一些优选方案中，对折叠后的数据块进行横向编码和纵向编码后，同时对横向编码块和纵向编码块进行rs编码，由此能够在译码过程中对横向编码块和纵向编码块中可能存在的错误均进行纠正，提高数据的可靠性。