JP3928186B2

JP3928186B2 - ディジタル信号記録装置および再生装置

Info

Publication number: JP3928186B2
Application number: JP32380095A
Authority: JP
Inventors: 信裕林; 雅貴内田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2015-11-17
Also published as: JPH09147498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一例としてディジタル磁気記録再生装置に適用することができるディジタル信号記録装置、および再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル磁気記録における信号処理方式として、パーシャル・レスポンスと最尤復号を組み合わせ、変調符号の制約条件を利用して最尤復号を行う、トレリスコーデッドパーシャル・レスポンス（以下、ＴＣＰＲと略す）が提案されている（例えば米国特許第5,095,484 号明細書）。このＴＣＰＲは、高密度記録に有利な方式である。通常用いられるパーシャル・レスポンスクラス４（以下ＰＲ４と略す）は、ダイパルスレスポンスの等化波形が、サンプル点（シンボル存在点）において、１，０，−１となるように等化する方式である。ＰＲ４のシステム多項式は、Ｇ（Ｄ）＝１−Ｄ²で表される（Ｄは１ビット遅延演算子）。
【０００３】
図１に先に提案されているＴＣＰＲチャネルの構成図を示す。２進コードの記録データである、入力が符号化器１に供給される。符号化器１により符号化されたデータが磁気記録チャネル２（これは、記録回路およびヘッド、記録媒体、再生ヘッドおよび回路を統合的に見たもの）を通り、等化器５に供給される。磁気記録チャンネル２は、システム多項式１−Ｄの系３と、ノイズの重畳を表す加算器４とを含む。等化器５は、（１＋Ｄ）のシステム多項式を有する。実際には、再生信号をＡ／Ｄ変換することで生成された多値のサンプルデータをディジタル処理することによってデータ再生を行う。
【０００４】
磁気記録チャネル２を通り、等化器５から出力される再生等化信号は、｛−１，０，＋１｝の３つのレベルをとる。再生等化信号のイメージを図２に示す。この３値の信号を２進データに戻すには、±１を`1' に、０を`0' にデコードすれば良い。そのために、等化器５に対して最尤復号器６が接続される。最尤復号器６の一例がビタビ復号器である。最尤復号器６の復号出力が符号化器１と対応する復号化器７に供給され、復号化器７から出力データが取り出される。
【０００５】
最尤復号（ビタビ復号）は、前後のサンプル点の値も使ってとり得る系列の中でもっとも確からしい系列（パス）を推定していく方法で、高い検出能力を持っている。但し、前述したようにＰＲ４のシステム多項式はＧ（Ｄ）＝１−Ｄ²であるため、２つ前のサンプルとの間で演算を行うことが必要となる。このシステム多項式は、システム多項式１−Ｄが入れ子になっているとみなせる。そこで、図３に示すように、最尤復号器１１をそれぞれが１−Ｄのシステム多項式を有するＰＲ（１，−１）の最尤復号器１２および１３へ分割し、入力系列をスイッチャ１４によって再生信号系列を偶数系列と奇数系列へ分離し、これらの系列をそれぞれ独立な系列とみなして、最尤復号器１２および１３へ供給し、これらの出力をスイッチャ１５により合成する構成が採用される。
【０００６】
最尤復号では、計算により系列が確定したものが出力されるが、チャネル出力信号によっては、系列を確定することができずにメモリにストックされ続ける。従って、未確定系列がメモリ長を越えると、オーバーフローによってエラーを引き起こすおそれがある。
【０００７】
一般には、この問題を解決するために、信号のチャンネル符号化を行う。すなわち、符号化器１によって２進データ（以下、情報語と称する）をある定められた変換規則に従って２進データ（以下、符号語と称する）に変換し、変換後のデータを記録・再生し、最尤復号後のデータを復号化器７によって再び逆変換してもとの情報語を復元するものである。一例として、８ビットの情報語を１０ビットの符号語へ変換する８／１０符号化が使用される。
【０００８】
符号化器１は、符号語列における０走長に制限を設け、その条件を満足する符号語にコーディングするような符号変換を行う。ＤＳＶ（Digital Sum Variation ）による０走長の制限により、直流成分のない符号化が可能であり、ＴＣＰＲではこのＤＳＶにより符号語が求められる。入力２進データの総ビット数をｎとすると系列ａ＝ａ₁，・・・，ａ_nのＤＳＶは、次式で求まる。
【０００９】
【数１】

【００１０】
例えばＤＳＶの制限が６の場合、図４に示した符号化状態遷移図により０走長が最大５に制限された符号語系列が符号化器１によって生成される。このＤＳＶが６に制限される符号の符号化状態遷移図（図４）を用いて最尤復号器６のトレリスを構成すると、１−Ｄで表される系列と組み合わせて用いるため、符号化状態ｓはそれぞれ、（ｓ．０），（ｓ．１）の二つの状態に分けられる。上記トレリスの基本構造を図５に示した。トレリス遷移は、図５の繰り返しである。このように符号化のための状態遷移よりトレリス遷移を導くため、最尤復号では非符号語に復号されることなく必ず符号語に復号される。
【００１１】
図４の符号化状態遷移図を簡略化した状態遷移図を図６に示す。図６において、状態遷移の矢印に付されている数字は、その遷移で通る状態を示す。 notが付くと、通らないことを示す。例えば（ａ）は、トレリス構造の２から始まって６へ行く１０ビットの符号語（ａ）を表す。
【００１２】
０走長の制限より導き出されたトレリス構造（図５）を持つ最尤復号回路を用いてもオーバフローを回避することはできない。パスメモリ長を制限するために符号語においても状態を定義し、連続する符号語、つまり、最尤復号器６への入力系列を制限し、ある一定数の最尤復号器６への入力によって、最尤系列を確定するようにする。この符号語の状態遷移を符号語状態遷移と呼ぶことにする。例えば、図７のように、符号語状態数を４とし、符号語状態遷移を制限すれば、有限のパスメモリ長で最尤系列を確定することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなパーシャル・レスポンスと最尤復号を組み合わせたチャネルにおいて、最尤復号時に最尤系列を確定し所望の値を得るために、最尤系列確定用の冗長データをこの確定すべき系列の直後に付加する必要がある。ＴＣＰＲにおける問題点として、最尤復号において複雑なトレリス構造を持ち、所望の確定系列を得るには、最大でパスメモリ長の冗長データを必要とすることがある。これを防止するために、最尤系列を確定することのできるデータを選択し、入力することが考えられるが、符号化時の符号語状態遷移により、符号語状態別にこの最尤系列を確定することのできるデータが異なる。このため、ＴＣＰＲチャネル外部で符号化時の符号語状態遷移を知る必要があった。
【００１４】
従って、この発明の目的は、符号語情報遷移を知ることなく、最尤系列を確定することができるディジタル信号記録装置、および再生装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、パーシャル・レスポンスと最尤復号を組み合わせたチャネルを使用するディジタル信号記録装置において、
ＤＳＶ制限を満たす範囲で入力された２進データ列のＮビットの情報語を符号語の符号語状態遷移数が２以上である２進列のＭ（＞Ｎ）ビットの符号語に変換する符号化手段であって、符号語が遷移する全ての符号語状態に属する符号語群から、その符号語入力によって最尤復号時の未確定系列を確定し、符号語より前の入力を確定することができる最尤系列確定用符号語を選択し、最尤系列確定用符号語を各符号語状態の特定の情報語に割り当てられるように、符号語状態のそれぞれにおいて符号化のための変換テーブルを備え、最尤系列確定用符号語を２進データ系列の所定長毎に付加するように符号化処理を行う符号化手段を備え、
符号化手段により符号化されたデータをパーシャル・レスポンス記録チャンネルへ送出するようにしたことを特徴とするディジタル信号記録装置である。
【００１６】
請求項２の発明は、パーシャル・レスポンス記録チャンネルを介されたデータを受信するディジタル信号再生装置であって、
記録時に、ＤＳＶ制限を満たす範囲で入力された２進データ列のＮビットの情報語を符号語の符号語状態遷移数が２以上である２進列のＭ（＞Ｎ）ビットの符号語に変換する符号化がなされ、符号化において、符号語が遷移する全ての符号語状態に属する符号語群から、その符号語入力によって最尤復号時の未確定系列を確定し、符号語より前の入力を確定することができる最尤系列確定用符号語を選択し、最尤系列確定用符号語を各符号語状態の特定の情報語に割り当てられ、最尤系列確定用符号語を２進データ系列の所定長毎に付加されているディジタル信号再生装置において、
記録チャネルを介して得られたデータを最尤復号データに変換する最尤復号化手段と、
最尤復号データを元の２進データ列に復号化する復号化手段と
を有することを特徴とするディジタル信号再生装置である。
【００１７】
符号語が遷移する全ての状態に属する符号語群より、その符号語入力により最尤系列を確定し、その符号語入力以前の入力を確定することができる符号語を選び、各符号語状態に割り当てる。この割り当てはＤＳＶ制限を満たす範囲で行われなければならない。任意のデータを付加し最尤系列を確定する場合、最大でパスメモリ長分の冗長データを必要としたが、この各状態に対応した最尤系列確定符号語を記録／再生データの末尾に付加することで、わずか１バイトの冗長データで最尤系列を確定することが可能となる。
【００１８】
符号語状態遷移により、状態別に最尤系列を確定することのできる符号語は異なる。そこで、最尤系列確定用符号語を、ある特定の情報語に割り当て、符号化時点での各符号語状態において、この情報語が最尤系列確定用符号語に符号化されるように、符号化のための変換テーブルを構成する。
【００１９】
ＴＣＰＲチャネルにおいて、符号化のための変換テーブルを用いた符号化を行うことにより、これまで所望の確定系列を得るために必要であった冗長データが、１バイトの確定用符号語のみとなり、その結果、最尤復号のための冗長度が減少した。また、常にある同一情報語入力により、確定用符号語に符号化するので、符号化時の状態遷移をチャンネル外に伝送する必要がない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を磁気記録再生装置に対して適用した一実施例について、図８を参照して説明する。図８において、２１で示す入力端子からの入力データは、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換器２２に供給され、８ビットパラレルの情報語へ変換される。この情報語が８／１０符号化器２３に供給され、符号化器２３からは、予め定められた変換テーブルに従って１０ビットの符号語が出力される。後述するように、符号化器２３では、確定すべき系列ごとに特定の、例えば０のデータが挿入され、また、情報語を符号語へ変換するテーブルにおいては、各符号語状態毎に０と対応する最尤系列確定用の符号語が規定されている。
【００２１】
符号化器２３の１０ビットパラレルの符号語がパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換器２４を介して、ＰＲ４チャネル２５に送られる。ＰＲ４チャンネル２５には、図１における記録チャンネル２および等化器５に相当する。Ｐ／Ｓ変換器２４は８／１０符号化器２３で処理された１０ビットデータの符号語をシリアルのデータ列に変換し、バイト単位でインターリーブした結果を出力する。
【００２２】
ＰＲ４チャネル２５から出力される信号（再生信号）は、位相検出器２６および最尤復号器（具体的にはビタビ復号器）２７に供給される。ＰＲ４チャネル２５では、ダイパルスレスポンスがＰＲ４基準である（１，０，−１）に合うように等化され、ディジタル信号サンプルとなり、最尤復号器２７および位相検出器２６に供給される。位相検出器２６により検出された同期情報が出力端子３２より同期回路（図示せず）へ出力される。最尤復号器２７は、ＰＲ４チャネル２５からのディジタル信号の奇数系列と偶数系列とについてそれぞれ独立に最尤復号化処理し、この最尤復号データをＳ／Ｐ変換器２８に供給する。
【００２３】
最尤復号器２７の出力は、Ｓ／Ｐ変換器２８、８／１０復号器２９、Ｐ／Ｓ変換器３０を介して、出力端子３１から出力される。Ｓ／Ｐ変換器２８は、最尤復号データを１０ビット毎に区切り、各１０ビットのデータを８／１０復号化器２９に供給する。８／１０復号化器２９は、Ｓ／Ｐ変換器２８からの１０ビットの符号語を復号化処理し、８ビットの情報語として、Ｐ／Ｓ変換器３０に供給する。Ｐ／Ｓ変換器３０は、この８ビット情報語をシリアルのデータ列、すなわち、元の入力データ列に復元し、シリアルデータ列が出力端子３１から外部に出力される。
【００２４】
ここで、８／１０符号化器２３の動作原理を説明する。まず、符号語を選択するために、ＤＳＶの制限を６とし、図４の符号化状態遷移図を用いる。この符号化状態遷移図より求まる符号語を用いて、符号語状態数４の符号語群に分割する。
【００２５】
ある状態からもとの同じ状態に戻ってくる最短状態遷移を単位状態遷移と呼ぶことにすると、単位状態遷移の遷移状態数は最大４である。各状態から始まる単位状態遷移の符号語系列は必ず最尤復号系列を確定することができるように状態分割する。つまり、単位状態遷移の最大遷移状態数４が必要なパスメモリ長である。１０ビット符号化するため、パスメモリ長は４０ビット必要となる。最尤復号においてトレリスのクロス遷移を許す構成としたため、パスメモリ長は６０ビット必要である。
【００２６】
次に、符号語が遷移する全ての状態に対し、１符号語のみで最尤復号における最尤系列を確定することができる符号語を選択する。符号語状態数を４としたため、各符号語状態に対し次の符号語を選択した。符号語の値は、１０ビットのとりうる１０２４個の数値を１０進数で表したものである。
【００２７】
符号語状態０９６３
符号語状態１２４０
符号語状態２６０
符号語状態３７８３
【００２８】
これらの符号語を情報語０に割り当て、いかなる符号語状態遷移における符号語状態においても、同じ情報語０により最尤系列を確定することのできる符号語を生成することが可能である。また、これらの最尤系列確定用符号語は、情報語０に割り当てる必要はなく、任意の情報語に割り当てることも可能である。但し、各符号語状態において同じ情報語に割り当てる必要がある。
【００２９】
８／１０符号化器の符号語状態０〜３のそれぞれで使用される情報語を符号語へ変換するテーブルと、状態遷移表の具体的な一例を図９、図１０、図１１、図１２にそれぞれ示す。図９、図１０、図１１、図１２においては、各符号語状態に対して、２⁸＝２５６個の情報語に対して割り当てられる符号語のテーブル、並びに各符号語状態の符号語の状態遷移表を示した。符号語のテーブルのそれぞれにおいて、最上段の１行は、情報語の０〜９のそれぞれに対応する符号語である。同様に、第２番目の行は、情報語の１０〜１９のそれぞれに対応する符号語である。そして、最後の行は、情報語の２５０〜２５５のそれぞれと対応する符号語である。各変換テーブルにおいて、情報語の０に対して上述したような符号語が割り当てられている。また、状態遷移表は、各符号語状態において、０〜２５５の情報語の次にとる状態を示す。
【００３０】
これらの状態毎の符号語を用い、状態遷移表に従い符号化するように、８／１０符号化器２３を構成する。８／１０符号化器２３により生成される符号語系列は、０走長制限を満たし、６０ビットのパスメモリを用いればオーバーフローすることなく最尤系列を確定することが可能である。また、入力端子２１よりの入力時、確定すべき長さの情報語列の末尾に１バイト、偶奇計２バイトの０データを付加すれば、最尤復号時に未確定の系列を確定することができ、出力端子３１より、入力情報語を得ることができる。
【００３１】
例えば、ハードディスク、光ディスク等のディスク状記録媒体では、８／１０符号化器２３において、各セクタの最後尾に対して情報語０と対応する１０ビットの符号語が挿入される。また、ヘリカルスキャン型の記録／再生装置の場合では、各トラックのデータの最後尾に対して情報語０と対応する符号語が挿入される。このように、最尤系列確定用の符号語は、エラー訂正符号の符号化がなされる一定のデータの長さ毎に付加される。
【００３２】
図１３には、実際に使用した最尤復号器のトレリス構造を示した。最尤復号器は２ビット単位で処理するため、図１３の各矢印は、最尤復号器に対する２ビットの入力単位でのトレリス遷移を示している。２ビット単位で３０段、合計６０ビットのパスメモリを用いた。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、符号化過程での状態遷移を全く知る必要がなく、ある特定の同じ情報語を入力することにより、再生時最尤復号における最尤系列を確定することが可能となる。従って、内部状態を外部へ出力する必要がなく、そのための冗長ビットを付加する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＴＣＰＲチャネルの一例を示すブロック図である。
【図２】従来のＴＣＰＲチャネルで処理される再生等化信号のイメージを示す略線図である。
【図３】従来のＴＣＰＲチャネルで使用されるＰＲ４系列とその偶奇系列を示すブロック図である。
【図４】従来のＴＣＰＲチャネルで使用されるＤＳＶ制限の状態遷移図である。
【図５】従来のＴＣＰＲチャネルで使用される最尤復号器のトレリス構造を示す図である。
【図６】図４の状態遷移図を簡略化した状態遷移図である。
【図７】従来のＴＣＰＲチャネルで使用される符号化器の状態遷移表である。
【図８】この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図９】この一実施例にて用いられる符号化器の状態０での符号語の集合と状態遷移を示す略線図である。
【図１０】この一実施例にて用いられる符号化器の状態１での符号語の集合と状態遷移を示す略線図である。
【図１１】この一実施例にて用いられる符号化器の状態２での符号語の集合と状態遷移を示す略線図である。
【図１２】この一実施例にて用いられる符号化器の状態３での符号語の集合と状態遷移を示す略線図である。
【図１３】この実施例にて用いられる最尤復号器のトレリス構造を示す図である。
【符号の説明】
２１入力端子
２３８／１０符号化器
２５ＰＲ４チャネル
２７最尤復号器
２９８／１０復号器
３１出力端子

Claims

パーシャル・レスポンスと最尤復号を組み合わせたチャネルを使用するディジタル信号記録装置において、
ＤＳＶ制限を満たす範囲で入力された２進データ列のＮビットの情報語を符号語の符号語状態遷移数が２以上である２進列のＭ（＞Ｎ）ビットの符号語に変換する符号化手段であって、符号語が遷移する全ての符号語状態に属する符号語群から、その符号語入力によって最尤復号時の未確定系列を確定し、上記符号語より前の入力を確定することができる最尤系列確定用符号語を選択し、上記最尤系列確定用符号語を各符号語状態の特定の上記情報語に割り当てられるように、上記符号語状態のそれぞれにおいて符号化のための変換テーブルを備え、上記最尤系列確定用符号語を上記２進データ系列の所定長毎に付加するように符号化処理を行う符号化手段を備え、
上記符号化手段により符号化されたデータをパーシャル・レスポンス記録チャンネルへ送出するようにしたことを特徴とするディジタル信号記録装置。
パーシャル・レスポンス記録チャンネルを介されたデータを受信するディジタル信号再生装置であって、
記録時に、ＤＳＶ制限を満たす範囲で入力された２進データ列のＮビットの情報語を符号語の符号語状態遷移数が２以上である２進列のＭ（＞Ｎ）ビットの符号語に変換する符号化がなされ、上記符号化において、符号語が遷移する全ての符号語状態に属する符号語群から、その符号語入力によって最尤復号時の未確定系列を確定し、上記符号語より前の入力を確定することができる最尤系列確定用符号語を選択し、上記最尤系列確定用符号語を各符号語状態の特定の上記情報語に割り当てられ、上記最尤系列確定用符号語を上記２進データ系列の所定長毎に付加されているディジタル信号再生装置において、
上記記録チャネルを介して得られたデータを最尤復号データに変換する最尤復号化手段と、
上記最尤復号データを元の２進データ列に復号化する復号化手段と
を有することを特徴とするディジタル信号再生装置。
請求項１または２に記載の装置において、
上記符号化手段は、（Ｎ＝８ビット）の入力２進データ上記情報語を（Ｍ＝１０ビット）の上記符号語に変換し、上記復号化手段は、１０ビットの符号語を８ビットの入力２進データに変換することを特徴とする装置。
請求項１または２に記載の装置において、
上記データ伝送系が磁気記録再生系であることを特徴とする装置。