DVD的数据结构和纠错方式

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更新于2008-02-27 06:06:48

DVD

        DVD （数字通用光盘 Digital Versatile Disc）的数据结构是以扇区（Sector）为基本构成。一个扇区根据其组成方式和所处的信号处理阶段分别叫做用户扇区（User Sector）、数据扇区（Data Sector）、记录扇区（Recording Sector）和物理扇区（Physical Sector）。 

        用户扇区也叫用户数据或主数据（Main Data），由2048个用户字节组成。为形成数据扇区，在用户扇区的开头加上4个字节的上去标识码（Sector Identification Data，简称ID）用于标识扇区格式、轨道方式、反射率、扇区所处区域、数据种类、层数、扇区数等信息，2个字节用于ID误码探测（ ID Error Detection Code，简称IED），6个字节用于拷贝保护信息（Copy Protection information，简称CPR），共12个字节加在扇区开头；而在扇区末尾加上4个字节的误码探测（Error Detection Code，简称EDC）。这2064个字节排列成12行（row）、172列（column），构成12行×172列的阵列结构，形成扰频编码（Scramble）前的数据扇区。将其中的2048字节的主数据进行专门的扰频编码就得到扰频编码后的数据扇区，见图1所示。
        连续16个数据扇区组合在一起，形成一个192×172 的误码校正块（Error Correct Code block）。然后对这16个数据扇区构成的ECC block进行里德所罗门误码校正编码（The reed-solomon error correction code）：对ECC block中172列的每一列，计算出一个16字节的外部奇偶里德所罗门校验码（Outer-parity Reed-Solomon code，简称PO），在ECC block底部形成16行新增PO行；对ECC block块中的208行（192 16）中的每一行，经计算得到一个10个字节的内部奇偶里德所罗门校验码（inner-parity Reed-Solomon code，简称PI），这样得到一个208×182 阵列的ECC block，一个完整的ECC block块如图2所示。对于这样一种阵列行式RS-PC（里德所罗门产品码，The Reed-Solomon Produce Code）结构，可保证我们至少在每行上可纠正5个字节的错误，每列上可纠正8个字节的错误。 
        一个已进行了PI和PO编码的ECC BLOCK形成了一个208×182的阵列。对于该阵列以行为单位进行交叉排列，按顺序每隔12行数据插入一行PO，将16行PO分别插入到数据行中形成16个新的扇区——记录扇区，如图3所示。这样每个记录扇区有13行和182列，包括12行数据和1行PO，182列中包括172列数据和10列PI，形成13×182阵列的结构。这种将PO行分插到各个扇区的方式有利于纠错特征的进一步发挥。 

        物理扇区是指将记录扇区记录到DVD光盘上的数据结构。将13×182 阵列共2366字节的记录扇区从中间分开成两个半帧，在每一行的第0帧和第91列前加入一个同步字（2个字节），如图4所示。然后将数据进行8-16调制变换，将8比特字节变成16位，同步字变成32位同步码，形成具有2个同步帧的物理扇区，如图5所示。每个同步帧的每一行含有一个32位同步码，形成具有 1456位数据的数据块。一个物理扇区共有4836个字节、38688个数据通道位，相当于调制前的2418字节。物理扇区的数据一行接一行变成通道数据输出记录到DVD光盘上，如图4所示。数据记录过程中采用NRZI变换（与CD类似），在DVD光盘上从坑到岛或从岛到坑的变换代表1，不变换代表0。 

        8- 16调制变换依据调制变换阵列表来完成。变换时从阵列表中选择一个16比特码代替8比特字节，这种选择代替要满足一些条件。首先选择的码字必须保证直流分量为最小且必须符合同步和连接特性，必须保证任何两个1之间至少有2个0和最多不超过10个0（同步码除外）。8-16调制有时又叫做加强型EFM PLUS，取这种名称只是因为EFM是代表CD通道数据调制所采用8-14调制（eight-to-fourteen modulation），而PLUS只意味着相对于EFM调制增强了2位。

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