CD-ROM格式数据的软解码模块设计

引言

CD-ROM是目前应用非常广泛的大容量、低成本的存储设备。为了减小误码率，原始数据经过格式化编码和信道编码后，才写入CD-ROM盘片中；在读取时，则需经过信道解码和格式化解码后才能得到所需的原始数据。CD-ROM数据的读写过程如图1所示。

在一般的音像设备（如VCD机）和个人电脑中，CD-ROM数据的解码过程是由专用解码芯片来完成的；而CD-ROM不但可以应用在音像设备和个人电脑中，还可以应用到需要读取大量数据的嵌入式系统中。比如在车辆导般系统中，就可使用CD-ROM存放地理信息数据。嵌入式系统中的CD-ROM数据的解码方法比较灵活，可以使用专用解码芯片（暂称硬解码），也可以通过处理器的解码程序来完成（软解码）。相对于硬解码来说，软解码有其独特的优点所在。因为它只需增加一个解码程序模块，就省掉了专用解码芯片电路，简化了系统的硬件电路，降低了系统的成本。如图1所示，CD-ROM数据经过信道解码后，得到的是以扇区结构组织的CD-ROM格式数据，还需进行CD-ROM格式化解码才能得到最终的用户数据。本文介绍的就是嵌入式系统中CD-ROM格式数据软解码模块的设计。

1 CD-ROM格式数据的扇区结构

CD-ROM数据是以扇区为基本单元进行编码处理的。经过信道解码处理后得到的扇区对于不同的数据来源，其结构是不同的。对于CD-DA（双声道的CD音频）数据，由于没有经过格式化编码，可以直接得到用户数据；而CD-ROM数据和VCD数据都经过CD-ROM格式化编码成扇区结构，必须经CD-ROM格式化解码才能得到用户数据。

CD-ROM扇区有两种模式：模式1和模式2。其扇区结构如图2所示。

由图2可知，一个扇区的CD-ROM格式数据总共有2352字节。其中，两种扇区模式都有12字节的同步信息和4字节的时间信息（头信息）。如果是模式1，还有4字节的循环冗检错码，8字节空字节，276字节的纠错码，其中包含172字节的P校验字和104字节的Q校验字，用户数据只有2048字节。如果是模式2，除了同步信息和头信息外，余下的2336字节全部都是用户数据。 （科教作文网http://zw.ΝsΕac.cOM编辑）

实际中，由于盘的制作材料的性能、盘制造生产技术水平的限制、驱动器的性能以及使用不当等诸多原因，从盘上读出的数据不可能完全正确。据统计，一片未使用过的只读光盘，原始误码率约为3×10 -4,沾有指纹的盘约为6×10 -4，有伤痕的盘约为5×10 -3。针对这种情况，光盘存储系统采用了功能强大的错误检测和纠正措施：CIRC、EDC、ECC。数据经信道解码后，由于采用CIRC纠错处理，误码率由10 -4～10 -5降到10 -9以下。对于音频和图像数据来说，这样的误码率已经足够。但要用到计算机文件数据，必须要求误码率为10 -12以下，因此必须采用二次纠错处理。通过EDC和ECC校验，可以达到这个要求。

所以，模式1主要用于存储对错误非常敏感的数据，如计算机程序代码等数据；而模式2则主要用于存储对错误不敏感的数据，如图像、音响等类型的数据。

在模式2的基础上，CD-ROM/XA格式又分为两种形式（FORM）：形式1和形式2。其扇区结构如图3所示。我们常用的VCD就是采用CD-ROM/XA的形式2格式。

由上可知，除了扇区模式2可以直接得到2336字节的用户数据外，CD-ROM格式解码还必须进行EDC检错和ECC纠错处理。下面分别介绍EDC检错和ECC纠错的原理和解码算法。