JP3699380B2 - ディジタルデータ変調方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルデータの変調方法及びその装置に係るもので、詳しくは、記録媒体にデータを記録するために、ＲＬＬ（Run Length Limited）コードによってコード化されたデジタルデータストリームを迅速かつ正確に決定し得る、デジタルデータの変調方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、データを変調して記録媒体に記録する方法中、逆非ゼロ復帰（Non Return to Zero Inverse、以下、ＮＲＺＩと略称す）コードは、記録媒体から検出された信号が２進数「０」であると、記録媒体の磁束に何ら変化がないことを示し、また、前記記録媒体から検出された信号が２進数「１」であると、記録媒体に記録された磁束方向が反対側に遷移されたことを示すことで、前記記録媒体にデータを記録し、記録された信号を検出または再生するようになっている。
【０００３】
このＮＲＺＩコードの概念を拡大したＲＬＬコードは、８ビット（または１バイト）のデータが１６ビットの特別なコード（コードワード）に変換されるコードであって、その変換されたコードワードが記録媒体に記録される。このとき、コードワードは次の二つの拘束条件を満足しなければならない。
【０００４】
すなわち、第１の拘束条件は、連続して「１」の値を有するビット間に、少なくとも１個の「０」ビットの値を有するビットが包含されなければならない。例えば、一つのデータビットは、特別な条件を定めないで格納するデータよりも記録密度が３倍大きくなり、従って、記録媒体に記録されるデータは高密度になる。この第１の拘束条件は、記録媒体にデータが高密度に記録されても、記録媒体に記録されるデータビットの磁束極性が区分可能な距離（言換えると、一つのビットと他のビットとが隣接するときの許容可能距離）に位置させる。すなわち、第１の拘束条件は、記録媒体に「０」ビットの値を有する各ビットが連続的に記録され、それらの記録されたデータが再生されるとき、各シンボル間に干渉が発生するのを防止するための条件である。
【０００５】
また、第２の拘束条件は、連続して「１」ビットの値を有する各ビット間に「０」ビットの値を有するビットの数をあまり多くないようにする。もし、「０」の値を有するビットが分散されずに一つのストリームを形成すると、位相ロック回路を生成するクロックが同期されない。従って、第２の拘束条件は、再生されたデータの遷移が存在する位置で位相ロック回路をロッキングさせることで、再生されたデータからクロック信号を復旧させる。
【０００６】
しかし、上記した拘束条件を満足して変調されたデータストリームは通常ＤＣ成分を含む。このように、ＤＣ成分が除かれずに含まれ状態でデータストリームが記録媒体に記録されると、データストリームの再生時に、記録媒体にトラッキングエラーのようなエラー信号が発生して再生データを正常に出力することができない。すなわち、ＤＣ成分信号は、記録されたデジタル信号を低周波成分で正常に処理するのを妨害する。低周波成分を除去すると、記録された信号により妨害されずに連続的なトラッキング制御が可能になる。従って、記録媒体に記録されたデータ信号を光記録キャリアで検出するとき、記録されたデータが正常に再生される。すなわち、低周波成分を適切に制御することで、低周波成分に影響されずに記録媒体をトラッキング制御することができる。
【０００７】
従って、近来、変調されたデータにＤＣ成分が含まれる問題点を解決するために、変調されたデータのストリームのデジタル加算値（Digital Sum Value;ＤＳＶ）制御技術が開発された。ここで、ＤＳＶとは、デジタルデータ変調方法、例えば、ＮＲＺＩ変調方法を利用して、ｍ個のソースワードをｎ個のチャネルワードに変調した後、それらチャネルワードのビット値を加算した値を示したもので、ＮＲＺＩ変調方法は、チャネルワードのビットの２進数「０」ビットを「−１」の値に割当て、２進数「１」ビットは「＋１」の値にそれぞれ割当てる方法である。従って、ＤＳＶが小さいデジタルデータストリームは、ＤＣ成分が少なく含まれたデジタルデータストリームとなる。
【０００８】
以下、従来デジタルデータストリームのＤＳＶ制御方法に対し、図面を用いて説明する。
【０００９】
図９（Ａ）（Ｂ）は、従来のデジタルデータストリームの決定方法を説明するための第１及び第２デジタルデータストリームを示したテーブルである。このテーブルには、第１及び第２デジタルデータストリームの各ビットから二極性コードストリーム（bipolar code stream)、それらの二極性コードストリームから求めたＤＳＶ、ＤＳＶから求めたＤＳＶ絶対値及び各ＤＳＶの自乗値がそれぞれ示されている。
【００１０】
（１） ＤＳＶ値を利用する方法
例えば、４バイトに対し、第１及び第２デジタルデータストリームのＤＳＶの値を比較すると、図９（Ａ）に示したように、第１デジタルデータストリームのＤＳＶは４で、図９（Ｂ）に示したように、第２デジタルデータストリームのＤＳＶは０になる。従って、第２デジタルデータストリームは、ＤＳＶが少なくＤＣ成分の少ないデータストリームの条件に適合するため、コードワードとして決定される。
【００１１】
（２） ＤＳＶ絶対値を利用する方法
４バイトに対し、第１及び第２デジタルデータストリームの各ＤＳＶの絶対値を比較すると、図９（Ａ）に示したように、第１デジタルデータストリームのＤＳＶの絶対値は５０（１＋０＋１＋０＋、．．．＋２＋３＋４）で、図９（Ｂ）に示したように、第２デジタルデータストリームのＤＳＶの絶対値は３９（１＋０＋１＋０＋、．．．、＋０＋１＋０）になる。従って、第２デジタルデータストリームは、ＤＳＶが少なくＤＣ成分の少ないデータストリームの条件に適合するため、コードワードとして決定される。
【００１２】
（３） ＤＳＶ自乗値を利用する方法
４バイトに対し、第１及び第２デジタルデータストリームの各ＤＳＶの自乗値を比較すると、図９（Ａ）に示したように、第１デジタルデータストリームのＤＳＶの自乗値は１１８（１＋０＋１＋０＋、．．．＋４＋９＋１６）で、図９（Ｂ）に示したように、第２デジタルデータストリームのＤＳＶの自乗値は９２（１＋０＋１＋０＋、．．．、＋０＋１＋０）になる。従って、第２デジタルデータストリームは、ＤＳＶが少なくＤＣ成分の少ないデータストリームの条件に適合するため、コードワードとして決定される。
【００１３】
（４） ＤＳＶ臨界値を利用する方法（所定臨界値レベル以上（本明細書での以上とは絶対値での以上である）のＤＶＳの数によって、その数の少ないデジタルデータストリームを選択する方法）
【００１４】
図１０及び図１１は、第１及び第２デジタルデータストリームのＤＳＶの大きさをそれぞれ示したグラフであって、ＤＳＶが、例えばＭ＝｜−Ｍ｜＝２に対して、レベル以上のＤＳＶの数は、図１０に示したように、第１デジタルデータストリームは１５で、図１１に示したように、第２デジタルデータストリームは１２である。従って、所定の臨界値レベル以上のＤＳＶの数の少ない第２デジタルデータストリームがコードワードとして選択される。
【００１５】
このような従来の各デジタルデータストリーム変調方法は、ビット単位に計算されたＤＳＶ、ＤＳＶの絶対値及びＤＳＶの自乗値を利用してデジタルデータを決定するが、実質的には、バイト単位またはワード単位で計算した値を利用して、デジタルデータストリームを決定するようになっていた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の各デジタルデータ変調方法においては、コードワードを選択するために複数の乗算器を利用するため、回路が大きくなってハードウェアが複雑になり、回路の大きさに比べて性能が劣るという不都合な点があった。
【００１７】
また、ＤＣ成分のような雑音の影響を減らすために、マージングビット（merging bit)をソースデータストリームに追加してＤＳＶを一定に維持させる変調方法を適用すると、ソースデータストリームの変換効率が低下すると共に記録密度が悪化するという不都合な点があった。
【００１８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、デジタル加算値（ＤＳＶ）が最少になるデジタルデータストリームを迅速かつ正確に決定できるデジタルデータの変調方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１９】
そして、本発明の他の目的は、ＤＳＶ及び予め設定された臨界値に該当する加重値を利用して、ＤＳＶが最小になるデジタルデータストリームを迅速かつ正確に決定できるデジタルデータの変調方法及びその装置を提供しようとする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るデジタルデータ変調方法においては、予め設定された臨界値と所定デジタルデータストリームのデジタル加算値（ＤＳＶ）とを比較する段階と、デジタルデータストリームのＤＳＶが臨界値を越えると、臨界値を超える回数と臨界値に該当する予め設定された加重値とを乗算してデジタルデータストリームのペナルティーを求める段階と、デジタルデータのペナルティーと他のデジタルデータストリームのペナルティーとを比較してペナルティーの小さいデジタルデータストリームを選択する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００２１】
そして、目的を達成するため、本発明に係るデジタルデータ変調装置によれば、入力されるデジタルデータのＤＳＶを計算するＤＳＶ計算部と；このＤＳＶ計算部の出力と予め設定した臨界値に基づいて算出したＤＳＶの加重値を検出する複数のレベル検出器と；このレベル検出器群からの出力を受けて、上記臨界値に該当するＤＳＶの加重値のみを出力する加重値スイッチング部と；この加重値スイッチング部からの加重値を加算する加算部と、この加算部の出力から上記デジタルデータのペナルティーを出力するペナルティーを生成する生成部とから構成されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面を用いて説明する。
本発明に係るデジタルデータストリーム変調装置においては、図１に示したように、デジタルデータストリームの入力を受けてデジタル加算値（ＤＳＶ）を計算するＤＳＶ計算部１と、予め設定された臨界値に基づいて計算されたＤＳＶの加重値を検出する複数のレベル検出器２−１、２−２、．．．、２−ｎと、それらのレベル検出器２−１、２−２、．．．、２−ｎにより検出された各臨界値に該当する加重値だけを出力する加重値スイッチング部３と、現在出力される加重値と以前に出力された加重値とを加算する加重値加算部４と、データブロックフラグ及び加算された加重値の入力を受けてペナルティーを生成するペナルティー生成部５とを備えている。
【００２３】
以下、このように構成された本発明に係るデジタルデータストリーム変調装置の動作及び変調方法に対し、図面を用いて説明する。
【００２４】
本発明に係るデジタルデータストリーム変調方法においては、図２に示したように、先ず、デジタルデータストリームの入力を受けて（ＳＴ１）、例えば、ＮＲＺＩコード化を行い、そのコード化されたデジタルデータストリームのＤＳＶを計算する（ＳＴ２）。
【００２５】
次いで、計算されたＤＳＶに対して予め設定された各段階の臨界値の中から該当の加重値が決定されると（ＳＴ３）、加重値とレベルとを乗算してペナルティーを計算する（ＳＴ４）。
【００２６】
次いで、デジタルデータストリームのペナルティーと他のデジタルデータストリームのペナルティーとを比較し、小さいペナルティーを有するデジタルデータストリームを選択して出力する（ＳＴ５、ＳＴ６）。
【００２７】
このようなデジタルデータストリームを選択する方法についてに説明すると以下の通りである。
【００２８】
（１）一対の臨界値レベル及びそれに該当する加重値を利用したデジタルデータストリーム選択方法
図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係るデジタルデータストリーム決定方法を説明するための第１及び第２デジタルデータストリームを示したテーブルであって、それらの第１及び第２デジタルデータストリームから二極性コードストリームと、その二極性コードストリームから求めたＤＳＶとがそれぞれ表示されている。
【００２９】
また、図４及び図５は、一対の臨界値に対し、第１デジタルデータストリームのＤＳＶの大きさ（図４）及び第２デジタルデータストリームのＤＳＶの大きさ（図５）を示したグラフで、０のＤＳＶを中心に設定した上下一対の臨界値レベル（Ｍ１）に対するデジタルデータストリームのＤＳＶが表示されている。ここで、臨界値レベルの絶対値（例えば、２）よりも小さいＤＳＶは、例えば０の加重値が割当てられ、一方、臨界値レベルの絶対値を超えると２の加重値が割当てられる。従って、複数のデジタルデータストリーム中、ＤＳＶの小さいデジタルデータストリームを、臨界値レベルを外れるビットに対してペナルティーを与えることによって迅速かつ正確に決定することができる。すなわち、一つのデジタルデータストリームのペナルティー（Ｐ）は、次式（１）に示したように、臨界値レベル以上のビットの加重値を加算することによって迅速かつ正確に求めることができる。
【数３】

上式中、Ｖ_iは臨海値以上のデータの数、Ｗ_iは臨界値に該当する加重値をそれぞれ示したものである。
第１デジタルデータストリームのペナルティーは、臨海値以上の数（Ｖ_i）が１４であるため２８になる。また、第２デジタルデータストリームのペナルティーは、臨海値以上の数（Ｖ_i）が１１であるため２２になる。従って、コードワードとしてＤＳＶの小さい第１デジタルデータストリームが選択される。
【００３０】
（２） 多重臨界値レベル及びそれらに該当する加重値を利用したデジタルデータストリーム選択方法
図６及び図７は、複数の臨界値に対し、第１デジタルデータストリームのＤＳＶの大きさ（図６）及び第２デジタルデータストリームのＤＳＶの大きさ（図７）をそれぞれ示したグラフで、０のＤＳＶを中心に設定した上下多重臨界値レベル（Ｍ１、Ｍ２、．．．；−Ｍ１、−Ｍ２、．．．）に対するデジタルデータストリームのＤＳＶが表示されている。図は臨海値レベルが上下２であるが多数の臨海値レベルを設定しても差し支えない。ここで、各臨界値レベルに対して各加重値（Ｗ１、Ｗ２、．．．）を、例えば、０、１、２、．．．のように割当てることができる。従って、０のＤＳＶから外れた値を有するデジタルデータストリームのペナルティー（Ｐ）は次式（２）により求めることができる。
【００３１】
【数４】

上式中、Ｖ_th-iはＶ_thの臨界値を越えた回数、Ｗ_th-iはＶ_thの臨界値に割当られた加重値、をそれぞれ示したものである。
【００３２】
第１デジタルデータストリームのペナルティー（Ｐ）は１７（＝１７×０＋１３×１＋２×２）になる。すなわち、０とＭ１間のビットの数は１７で加重値は０、Ｍ１以上Ｍ２未満のビットの数は１３個で加重値は１、Ｍ２以上のビットの数は２で加重値は２である。
【００３３】
また、第２デジタルデータストリームのペナルティー（Ｐ）は１３（＝２０×０＋１１×１＋１×２）になる。すなわち、０とＭ１間のビットの数は２０で加重値は０、Ｍ１以上Ｍ２未満のビットの数は１１で加重値は１、Ｍ２以上のビットの数は１で加重値は２である。
【００３４】
従って、デジタルデータストリームのペナルティー（Ｐ）は、デジタルデータストリームのＤＳＶの大きさを正確に区別するものであるため、コードワードとしてペナルティーの小さい第２デジタルデータストリームが選択される。
【００３５】
一方、臨界値は、０のＤＳＶを基準にして上下対称になるように設定し、図８（Ａ）に示したように、絶対値が同じ臨海値には加重値が同一になるように割当てたが、臨界値を対称にせず、加重値も異なるように設定して、デジタルデータストリームのペナルティーを求めることもできる（図８Ｂ）。すなわち、図８（Ａ）は、０のＤＳＶを中心に上下複数の臨界値に割当られる加重値が各対毎に同じである場合を示したテーブルで、図８（Ｂ）は、０の下方ＤＳＶを中心に０の上方の臨界値に割当られる加重値と、下方側の臨界値に割当られる加重値と、が異なる場合を示したテーブルである。
【００３６】
以上説明した本発明に係るデジタルデータストリーム変調方法及びその装置は、ビット単位で計算されたＤＶＳを利用してデジタルデータストリームを決定すると説明したが、実質的には、バイト単位またはワード単位で計算されたＤＳＶを利用して、デジタルデータストリームを決定する。
【００３７】
また、各レベルに該当する加重値は２の累乗を割当てるようになってあるが、他の累乗を利用して割当てることもできる。
【００３８】
また、ＤＳＶ計算部１は、ＤＳＶのレベルが上下対称である場合は絶対値を利用するため、絶対値処理部を追加的に含む。
【００３９】
また、本発明に係るデジタルデータ変調方法は、ＥＦＭプラス（EFM plus）及びガイドされたスクランブルリング方法（Guided scrambling)に適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るデジタルデータ変調方法及びその装置においては、入力されたデジタルデータストリームに、ＤＳＶ及びそれに該当する加重値を利用してペナルティーを求め、ペナルティーの小さいデジタルデータストリームをコードワードとして選択することによって、複数のデジタルデータストリーム中、変調すべきデジタルデータストリームを正確かつ迅速に選択することが可能で、したがって、回路を簡単に構成し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明実施形態に係るデジタルデータストリーム変調装置を示したブロック図である。
【図２】 本発明実施形態に係るデジタルデータストリーム変調方法を示したフローチャートである。
【図３】 本発明実施形態に係るデジタルデータストリーム決定方法を説明するための第１及び第２デジタルデータストリームを示したテーブルである。
【図４】 本発明実施形態に係る一対の臨界値に対する第１デジタルデータストリームのデジタル加算値の大きさを示したグラフである。
【図５】 本発明に係る一対の臨界値に対する第２デジタルデータストリームのデジタル加算値（ＤＳＶ）の大きさを示したグラフである。
【図６】 本発明に係る複数の臨界値に対する第１デジタルデータストリームのデジタル加算値（ＤＳＶ）の大きさを示したグラフである。
【図７】 本発明に係る複数の臨界値に対する第２デジタルデータストリームのデジタル加算値（ＤＳＶ）の大きさを示したグラフである。
【図８】 （Ａ）は、０のデジタル加算値（ＤＳＶ）を中心に上下複数の臨界値に割当られる加重値が各対毎に同様である場合を示したテーブル、（Ｂ）は、０のデジタル加算値（ＤＳＶ）を中心に上方側の臨界値に割当られる加重値と下方側の臨界値に割当られる加重値とが各対毎に異なる場合を示したテーブル、である。
【図９】 従来デジタルデータストリーム決定方法を説明するための第１及び第２デジタルデータストリームを示したテーブルである。
【図１０】 従来第１デジタルデータストリームのデジタル加算値（ＤＳＶ）の大きさを示したグラフである。
【図１１】 従来第２デジタルデータストリームのデジタル合計値（ＤＳＶ）の大きさを示したグラフである。
【符号の説明】
１：ＤＳＶ計算部
２−１、２−２、．．．、２−ｎ：レベル検出器
３：加重値スイッチング部
４：加重値加算部
５：ペナルティー生成部

Claims (15)

1. 予め設定された臨界値と所定デジタルデータストリームのデジタル加算値（ＤＳＶ）とを比較する段階と、
   前記デジタルデータストリームのＤＳＶの前記臨界値以上の数と前記臨界値に対応して予め設定された加重値とを乗算して前記デジタルデータストリームのペナルティーを求める段階と、
   前記デジタルデータのペナルティーと他のデジタルデータストリームのペナルティーとを比較してペナルティーの小さいデジタルデータストリームを選択する段階と
   を含むことを特徴とするデジタルデータ変調方法。
2. 前記予め設定された臨界値は、複数であることを特徴とする請求項１記載のデジタルデータ変調方法。
3. 前記複数の臨界値には、相互に異なる加重値が割当られることを特徴とする請求項２記載のデジタルデータ変調方法。
4. 前記各加重値は、前記各臨界値の増加に比例して増加することを特徴とする請求項１乃至３中何れか一つに記載のデジタルデータ変調方法。
5. 前記各加重値は、前記各臨界値に対応して２の累乗で増加することを特徴とする請求項１乃至３中何れか一つに記載のデジタルデータ変調方法。
6. 前記予め設定された臨界値は、相互に異なる極性を有することを特徴とする請求項１記載のデジタルデータ変調方法。
7. 前記ＤＳＶを比較する段階は、前記デジタルデータストリームに包含されたビット単位またはバイト単位若しくはワード単位で行われることを特徴とする請求項１記載のデジタルデータ変調方法。
8. 前記ペナルティーは、次の式により求められ、
   

   

   上式中、Ｖ_iは臨界値以上のデータの数、Ｗ_iは前記臨界値に該当する加重値をそれぞれ表示するものであることを特徴とする請求項１記載のデジタルデータ変調方法。
9. 前記予め設定された臨界値は、相互に異なる絶対値及び相互異なる極性を有することを特徴とする請求項１乃至８中何れか一つに記載のデジタルデータ変調方法。
10. 前記予め設定された臨界値は、相互に同じ絶対値と相互に異なる極性とが１つの対として設定されることを特徴とする請求項１乃至８中何れか一つに記載のデジタルデータ変調方法。
11. 前記ペナルティーは、次の式により求められ、
    

    

    上式中、Ｖ_th-iはＶ_thの臨界値以上の数、Ｗ_th-iは前記臨界値に割当られた加重値、をそれぞれ表示することを特徴とする請求項１記載のデジタルデータ変調方法。
12. 前記予め設定された臨界値は、相互に異なる絶対値及び相互に異なる極性を有することを特徴とする請求項１１記載のデジタルデータ変調方法。
13. 前記予め設定された臨界値は、相互同様の絶対値と相互異なる極性とが１つの対として設定されることを特徴とする請求項１１記載のデジタルデータ変調方法。
14. 入力されるデジタルデータのＤＳＶを計算するＤＳＶ計算部と；こ のＤＳＶ計算部の出力と予め設定した臨界値に基づいて算出したＤＳＶの加重値を検出する複数のレベル検出器と；このレベル検出器群からの出力を受けて、上記臨界値に該当するＤＳＶの加重値のみを出力する加重値スイッチング部と；この加重値スイッチング部からの加重値を加算する加算部と、この加算部の出力から上記デジタルデータのペナルティーを出力するペナルティーを生成する生成部とから構成されることを特徴とするデジタルデータ変調装置。
15. 前記ペナルティー生成部は、前記臨界値以上のＤＳＶの回数と前記加重値とを乗算することを特徴とする請求項１４記載のデジタルデータ変調装置。

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