JP4022823B2 - トレリス符号検出器およびトレリス検出方法、復号装置および復号方法、記録媒体、並びに、プログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレリス符号検出器および復号装置に関し、例えば、デジタルビデオテープレコーダ、あるいはコンピュータ用をはじめとするハードディスクドライブなどの磁気記録再生装置、および、光磁気ディスクドライブなどの光磁気記録再生装置などの各種記録再生装置、並びに、各種通信装置において、デジタル伝送信号の誤り率を低減することを目的として用いられるトレリス符号の符号検出時に、使用する符号の最大ランレングスの大幅な低減を可能とする、トレリス符号検出器および復号装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種記録再生装置や通信装置において、デジタル伝送信号の符号誤り率を低減させるための有効な手段のひとつとして、トレリス符号化変調（TCM; Trellis coded modulation）方式に関する研究開発が盛んに行われている。トレリス符号化変調方式では、伝送路の特性を考慮した畳み込み符号法、またはブロック符号法と、例えば、ビタビ復号など、それら符号の状態遷移図に基づいたトレリス線図を利用した復号法とを組み合わせ、符号化規則を符号検出器における尤度計算に利用し、符号検出器に用いられるトレリスの符号系列間の最小ユークリッド距離dminを増加させることによってデジタル伝送信号の誤り率を低減することができる。
【０００３】
図１に、一般的な記録再生装置における、デジタル信号処理回路のブロック図を示す。
【０００４】
符号化部１は、入力されたデータをｍ：ｎの比に符号化する。ここで、ｍは符号化前のデータビット長、ｎは符号化後のデータビット長である。Ｄ／Ａ変換部２は、入力された記録符号をデジタル信号からアナログ信号、すなわち、記録矩形波に変換する。記録再生部３は、例えば、磁気ヘッドや光ピックアップ、およびそれらの駆動を制御するための制御回路などで構成され、Ｄ／Ａ変換部２から入力された記録波を、図示しない記録媒体に記録する。
【０００５】
また、記録再生部３は、記録媒体に記録されている信号を再生して、アナログの再生波を、アナログ等化部４に出力する。アナログ等化部４は、記録再生部３から入力された再生波を所定の目標等化特性に等化する。Ａ／Ｄ変換部５は、入力されたアナログの等化波をデジタル再生信号である等化信号に変換する。符号検出部６には、近年では、一般的に最尤検出器が用いられ、入力されたデジタル再生信号、すなわち、等化信号を符号に変換する。換言すれば、符号検出部６は、符号を検出する。復号部７は、入力された検出符号をｎ：ｍの比で復号し、出力データを生成して出力する。
【０００６】
Ａ／Ｄ変換部５には、位相同期ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）が含まれる。ＰＬＬには、位相誤差検出のみをデジタル部で行うハイブリッドデジタルＰＬＬを用いても良いし、位相誤差検出と信号同期の両方をデジタル部で行うフルデジタルＰＬＬを用いても良い。
【０００７】
また、アナログ等化部４における等化が不十分な場合には、Ａ／Ｄ変換部５と符号検出部６との間にデジタル等化部を設けても良い。
【０００８】
トレリス符号化変調方式を用いて符号検出を実行する場合、符号化部１で用いられる符号化規則が、符号検出部６において用いられる。
【０００９】
近年、磁気記録再生装置用の信号処理方式として、特に、トレリス符号化変調方式とパーシャルレスポンス等化方式とを組み合わせたＴＣＰＲ（Trellis Coded Partial Response）が盛んに検討されている。ＴＣＰＲとは、符号化の方法によって、自由２乗ユークリッド距離を増大させ、結果的にＳ／Ｎ（Signal／Noise：信号対雑音比）を改善して高密度の記録を可能にする技術である。以下、自由２乗ユークリッド距離を、自由距離とも称するものとする。
【００１０】
ここで、自由距離とは、パーシャルレスポンスチャンネルの出力シーケンスを表すトレリス線図上で、ある共通の状態から始まり、ある共通の状態で終わる、２つの異なったパス同士の最小ユークリッド距離のことである。また、トレリス線図は、検出トレリスとも称する。ビタビ検出は、このトレリス線図に基づいて行われる。なお、始まりと終りの状態は同一でなくてもよい。
【００１１】
ＴＣＰＲ変調方式に用いられるトレリス符号のひとつとして、符号系列の累積直流電荷ＲＤＳ（Running Digital Sum）、あるいは、累積交流電荷ＡＤＳ（Alternating Digital Sum）、もしくは、ＲＤＳとＡＤＳの両方を有限値に制限することによって、周波数軸上での符号スペクトルのヌルポイントと、パーシャルレスポンス等化された信号スペクトルのヌルポイントとを一致させるようにしたＭＳＮ（Matched Spectral Null）符号が知られている。
【００１２】
ＭＳＮ符号の特性およびその符号検出方法については、例えば、R.Karabed and P.Siegel, "Matched Spectral-Null Codes for Partial-Response Channels," IEEE Trains. on Info. Theory, vol. 37, No.3, PP.818-855,May 1991の論文などにおいて、詳細に解説されている。
【００１３】
ＲＤＳとは、符号のシンボル「１」または「０」に、それぞれ＋１または−１を割り当てて、符号系列の開始時点、すなわち、始点からのシンボルの総和をとったものである。符号ＲＤＳの振幅ＤＳＶ（Digital Sum Variation）が有限に制限された符号は、符号のパワースペクトラムの直流成分にスペクトラルヌルを有する。
【００１４】
このような符号は、１−Ｄの等化特性を有するダイコードチャネルのＭＳＮ符号として知られている。ここで、Ｄは、周波数軸上で１ビット分の遅延を表す遅延素子である。このように、符号のＤＳＶが有限に制限された符号は、ＭＳＮ符号に限らず、一般的にＤＣフリー符号と称される。ただし、ここで、ＤＳＶは２以上である。
【００１５】
例えば、ダイコードチャネルにおける符号検出トレリスの最小２乗（自乗）ユークリッド距離ｄmin2は２であるが、ＤＳＶの制限規則と１−Ｄの等化特性とを組み合わせた符号検出トレリスを用いることにより、２＜ＤＳＶのとき、式（１）が成立し、２＝ＤＳＶのとき、式（２）が成立する。
【００１６】
【００１７】
ここで、符号化前の符号検出部６の最小ユークリッド距離をｄuncoded、符号化後の符号検出部６の最小ユークリッド距離をｄcodedとすれば、符号検出部６の符号化による利得、すなわち符号化利得は、次の式（３）で示される。
【００１８】
【００１９】
この場合、２＜ＤＳＶが成り立つ場合、３ｄＢとなり、ＤＳＶ＝２が成り立つ場合、６ｄＢとなる。
【００２０】
ただし、１−Ｄの等化方式をそのまま実用化するのは難しい。なぜならば、１−Ｄの等化が、高周波数帯域において非常に大きな雑音増幅を行うため、多くの場合において、良好な信号対雑音比を得ることが困難であるからである。
【００２１】
そして、ＡＤＳとは、ＮＲＺ変調の場合、＋１または０を割り当てた符号系列のシンボルに、１ビットおきに−１を乗じたものをＮＲＺ変調して、その開始時点からのシンボルの総和をとったものであり、ＮＲＺＩ変調の場合、全てのシンボルを全反転したものをＮＲＺＩ変調して、その開始時点からのシンボルの総和をとったものである。符号ＡＤＳの振幅Ａ−ＤＳＶ（Alternating Digital Sum Variation）が有限の範囲に制限された符号は、符号のパワースペクトラムのナイキスト周波数成分にヌルを有している。
【００２２】
このような符号は、（１＋Ｄ）x（ｘは自然数）の等化特性を有するチャネルのＭＳＮ符号として知られている。このように、符号のＡ−ＤＳＶが有限に制限された符号は、ＭＳＮ符号に限らず、一般的にナイキストフリー符号と称される。ただし、ここで、Ａ−ＤＳＶは２以上である。
【００２３】
（１＋Ｄ）xの等化は、再生信号の高周波数帯域の雑音を抑圧するため、記録再生装置において、良好な信号対雑音比を与えることが知られている。ここで、（１＋Ｄ）xの等化において、例えば、ｘ＝１、すなわち、１＋Ｄの等化は、一般的にPR１（Partial Response Class−I）等化と称されている。PR1等化方式は、例えば、３．８mmおよび８ｍｍテープストリーマ磁気記録再生装置などにおいて実用化されている。
【００２４】
このようなパーシャルレスポンス方式のクラス分類は、Kretzmerによるものであり、一般的に、E.R.Kretzmer, "Generation of ａ Technique for Binary Data Communication," IEEE Trans. on com. Tech., pp.67-68, Feb. 1966の論文に記載されている内容に従ったパーシャルレスポンスのクラス分類法が使用されている。
【００２５】
例えば、PR１チャネルにおける符号検出トレリスの最小２乗ユークリッド距離ｄmin2は２であるが、Ａ−ＤＳＶと、PR１の等化特性とを組み合わせた符号検出トレリスを用いることによって、２＜Ａ−ＤＳＶが成立する場合、次の式（４）が成立し、Ａ−ＤＳＶ＝２が成立する場合、次の式（５）が成立する。
【００２６】
【００２７】
ただし、（１＋ｄ）xの等化方式は、DC成分を必要とすることから、DC成分を伝送しない磁気記録再生装置にこの等化方式を用いる場合、系の信号対雑音比の劣化を避けるためには、一般的に、符号のＤＳＶを有限に制限しなくてはならない。また、一般的にDC成分を伝送する光記録再生装置においても、ＰＬＬの安定化やサーボ信号の検出のために、同じく、符号のＤＳＶを有限に制限しなくてはならない。
【００２８】
このように、符号のＤＳＶとＡ−ＤＳＶとの両方が有限に制限された符号は、DCとナイキスト周波数点とのいずれにもスペクトラルヌルを有している。このような符号は、ＭＳＮ符号に限らず、一般的にDC−ナイキストフリー符号と称される。すなわち、（１＋ｄ）xの等化チャネルが用いられる磁気記録再生装置においては、ＭＳＮ符号が用いられる場合には、DC−ナイキストフリー符号が用いられる。
【００２９】
PR１用のＭＳＮ符号は、８mmテープストリーマ磁気記録再生装置の規格であるAIT2（Advanced Intelligent Tape drive II）システムにおいて、既に実用化されている。
【００３０】
また、DC−ナイキストフリー符号は、（１−Ｄ）（１＋Ｄ）xの等化特性をもつチャネルのＭＳＮ符号としても知られている。（１−Ｄ）（１＋Ｄ）xの等化は、再生信号のDCを含む低周波数帯域と高周波数帯域との両方の雑音を抑圧するため、記録再生装置、特にDC成分を伝達しない磁気記録再生装置において、良好な信号対雑音比を与えることが知られている。
【００３１】
（１−Ｄ）（１＋Ｄ）xの等化において、ｘ＝１、すなわち（１−Ｄ）（１＋Ｄ）であるので、１−Ｄ2の等化は、一般的にＰＲ４（Partial Response Class-IV）等化と称される。DCとナイキスト周波数点とのいずれにもスペクトラルヌルを有しているＰＲ４の詳細については、Lyle J.Fredrickson, "On the Shannon Capacity of DC− and Nyquist-Free Code" IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 37, No.3, pp.918-923, May 1991の論文に記載されている。また、ＰＲ４は、ハードディスク装置や、民生用デジタルVCR（Video cassette recorder）装置などにおいて、既に実用化されている。
【００３２】
例えば、PR４チャネルにおける符号検出トレリスの最小２乗ユークリッド距離ｄmin2は２であるが、ＤＳＶおよびＡ−ＤＳＶの制限規則と、ＰＲ４の等化特性とを組み合わせた符号検出トレリスを用いることによって、ダイコードチャネルの場合と同様に、ｄmin2は４あるいは６となる。
【００３３】
ただし、ここで、符号のＤＳＶと、Ａ−ＤＳＶとの両方の制限規則を符号検出トレリスに反映させてしまうと、非常に複雑なトレリス検出器となってしまう。しかしながら、１−Ｄ2の等化特性をもつＰＲ４等化信号は、１ビットおきに観測すると、１−Ｄの等化特性となっているという特徴を有する。このため、ＰＲ４用のＭＳＮ符号は、通常、符号を１ビット毎に区別して検出することを前提とし、ダイコードチャネル用のＭＳＮ符号を１ビット毎にインターリーブすることによって、容易に構成される。
【００３４】
ＤＣフリー符号であるダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を１ビット毎にインターリーブすると、記録符号は、ＤＳＶとＡ−ＤＳＶがいずれも同時に制限されたDC−ナイキストフリー符号となる。この場合、符号スペクトルのヌル点と、ＰＲ４等化スペクトルのヌル点とは、完全に一致し、この符号は、PR４用ＭＳＮ符号となる。
【００３５】
換言すれば、PR４チャネルにおいてＭＳＮ符号を用いる場合、ＤＳＶを有限に制限したダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を１ビット毎にインターリーブして記録媒体に記録し、再生時には、等化信号を１ビットづつデインターリーブして符号検出する方法が一般的に用いられている。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＭＳＮ符号は大きな符号化利得を得ることができるにもかかわらず、従来、実際の装置において、ＰＲ４用の符号は実用化が難しかった。
【００３７】
この理由の一つとして、従来は、その符号化率が、４／５と小さく、高線記録密度での信号対雑音比の劣化が大きかったため、実用に適さないという問題があった。しかしながら、近年、例えば、本願発明者による特開平１１−１８６９１７号公報、および、M.Noda, "High-Rate Matched Spectral Null code," IEEE Trans. on Magn., vol.34, No.4, pp. 1946-1948, July 1998に開示されているように、８／９の高符号化率を有するMSN符号に関する技術により、この問題点は改善されている。
【００３８】
ＰＲ４用のＭＳＮ符号を実用化することが困難となるもう一つの原因として、符号を記録する際の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘが大きくなってしまうことが挙げられる。符号を記録する際の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘは、ＮＲＺＩ記録の場合、データ０の最大連続長（最大ラン長）＋１である。ＰＲ４用のＭＳＮ符号において、最大磁化反転間隔Ｔｍａｘが大きくなってしまうのは、２つの独立したダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を、１ビットずつインターリーブしているためである。すなわち、インターリーブ後の符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘは、インターリーブ前の符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘの２倍となってしまう。
【００３９】
最大磁化反転間隔Ｔｍａｘとは、ＮＲＺＩ記録の場合、データ０の最大連続長、すなわち最大ラン長に１を加えたものであり、ＮＲＺ記録の場合、最大ラン長に等しい。
【００４０】
例えば、磁気再生装置において、符号のＴｍａｘを小さくすることは、再生信号のオーバーライト雑音の低減、ＰＬＬの安定化などに大きな効果がある。具体的に言えば、符号のＴｍａｘが大きい場合、ＰＬＬの同期をとるための情報が少なくなってしまうので、誤動作の原因になる。
【００４１】
また、Ｔｍａｘが大きい場合、アジマス記録を行った時には、隣接トラックからのクロストークが大きくなり、再生データの質を悪化させる。このように、符号のＴｍａｘを小さくすることは、記録再生装置の性能向上において有益なことは良く知られている。
【００４２】
記録再生装置の中でも、特に、回転ドラムを用いたヘリカルスキャンテープシステムにおいては、ロータリートランスの巻線インダクタンスと、記録ヘッドの巻線直流抵抗とで、ハイパスフィルタが形成されるため、記録電流波形の低周波数成分が遮断されるので、Ｔｍａｘが大きな記録波形信号を磁気テープへ書き込むのは困難となる。
【００４３】
従って、一般的な記録再生装置においては、クロック時間間隔をTとした場合、用いる符号のＴｍａｘを、Ｔｍａｘ≦９T程度に設計するのが一般的である。上述した符号化率８／９のダイコードチャネル用ＭＳＮ符号のTmaxは７Tであるが、それに対して、この符号を１ビットずつインターリーブして用いた場合、そのTmaxは、２倍の１４Tとなってしまう。すなわち、２つの独立したダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を、１ビットずつインターリーブすることにより、そのTmaxが、実用に適さない大きな値になってしまうという問題があった。
【００４４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出法を用いる場合において、ダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を、１ビットずつインターリーブすることなく、ＰＲ４等化を行い、かつ、符号スペクトルの直流成分、あるいはナイキスト成分のいずれか一方の制限規則と、３ビット分の符号間干渉規則との両方の規則を含むトレリス線図を用いて符号検出することができるようにするものである。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
本発明のトレリス符号検出器は、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出部を備えることを特徴とする。
【００４６】
符号検出部には、直流成分のスペクトラルヌルの符号化規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を適応させたトレリス線図を用いて符号検出をおこなわせるようにすることができる。
【００４７】
符号は、非ゼロ復帰逆転変調前の値が1である信号の連続数が有限の値に制限されている符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００４８】
符号は、符号化率が８／９以上である符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００４９】
符号は、インターリーブ処理されていない状態の符号列であるものとすることができる。
【００５０】
符号は、少なくとも符号系列の累積直流電荷の振幅、もしくは、累積交流電荷の振幅のうちのいずれかが所定の値ｎ（ｎは２以上の整数）に制限されているものとすることができ、符号検出部には、２ｎ以上の状態数の遷移状態を形成するために、状態数と同数のＡＣＳ回路を備えさせるようにすることができる。
【００５１】
本発明のトレリス符号検出方法は、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップを含むことを特徴とする。
【００５２】
符号検出ステップの処理では、直流成分のスペクトラルヌルの符号化規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を適応させたトレリス線図を用いて符号検出を行わせるようにすることができる。
【００５３】
符号は、非ゼロ復帰逆転変調前の値が1である信号の連続数が有限の値に制限されている符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００５４】
符号は、符号化率が８／９以上である符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００５５】
符号は、インターリーブ処理されていない状態の符号列であるものとすることができる。
【００５６】
符号は、少なくとも符号系列の累積直流電荷の振幅、もしくは、累積交流電荷の振幅のうちのいずれかが所定の値ｎ（ｎは２以上の整数）に制限されているものとすることができ、符号検出ステップの処理においては、２ｎ以上の状態数の遷移状態を形成するために、状態数と同数の演算ステップを含ませるようにすることができる。
【００５７】
本発明の第１の記録媒体に記録されているプログラムおよび第１のプログラムは、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップを含むことを特徴とする。
【００５８】
本発明の復号装置は、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出部と、符号検出部により検出された符号を復号する復号部とを備えることを特徴とする。
【００５９】
本発明の復号方法、第２の記録媒体に記録されているプログラム、および第２のプログラムは、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップと、符号検出ステップの処理により検出された符号を復号する復号ステップとを含むことを特徴とする。
【００６０】
本発明のトレリス検出器およびトレリス符号検出方法、並びにプログラムにおいては、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則が同時に適応されてトレリス符号が検出される。
【００６１】
本発明の復号装置および復号方法、並びにプログラムにおいては、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則が同時に適応されてトレリス符号が検出され、検出された符号が復号される。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００６３】
図２は、本発明を適応した記録再生装置における、デジタル信号処理回路のブロック図を示す。なお、従来の場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。すなわち、図２の記録再生装置は、符号化部１に代わって符号化部３１が設けられ、符号検出部６に代わって符号検出部３１が設けられている以外は、図１における場合と同様の構成を有している。
【００６４】
図３は、符号化部３１の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００６５】
符号化部３１は、非インターリーブ型で構成されている。ｍビットの入力データは、ｍ／ｎ符号化部４１において、ｎTｓの時間間隔でｎビットの記録符号に変換され、並列／直列変換部４２に入力される。ここで、Tｓはシステムのクロック時間間隔である。並列／直列変換部４２は、入力された記録符号を、Tｓの時間間隔の１ビットの記録符号に変換し、図２のＡ／Ｄ変換部２に出力する。
【００６６】
図３を用いて説明した符号化部３１の構成は、従来のＴＣＰＲ４変調方式以外の、他の変調方式において用いられる、非インターリーブ型の一般的な符号化回路である。すなわち、本発明を適応した記録再生装置においては、ＴＣＰＲ４変調方式において、非インターリーブ型の符号化回路と同様の構成を有する符号化部３１が用いられている点に特徴がある。ＴＣＰＲ４変調方式とは、換言すれば、トレリス符号化変調方式と、（１−Ｄ2）のＩＳＩ規則（符号間干渉規則；Inter-Symbol-Interference Rule）とを組み合わせた変調方式である。
【００６７】
このような非インターリーブ型の符号化部３１から出力された記録符号は、図１を用いて説明した場合と同様にして、Ｄ／Ａ変換部２で記録矩形波に変換され、記録再生部３で、図示しない記録媒体に記録される。
【００６８】
そして、記録再生部３により読み出された、記録媒体に記録されている信号は、図１を用いて説明した場合と同様にして、アナログ等化部４で、所定の目標等化特性に等化され、Ａ／Ｄ変換部５で、ａビットに量子化されたデジタルの等化信号に変換されて、符号検出部３２に出力される。
【００６９】
図４は、符号検出部３２の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００７０】
符号検出部３２は、非デインターリーブ型で構成されている。ａビットに量子化された等化信号は、符号検出部５１において、ｎビット符号に変換される。すなわち符号が検出される。そして、検出符号は、ラッチ５２によって同期されて、復号部7に出力される。
【００７１】
図４に示されるように、本発明を適応した符号検出部３２においては、符号検出部５１は、唯１つだけでよい。このような構成は、図３を用いて説明した符号化部３１と同様に、従来のＴＣＰＲ４変調方式以外の、他の変調方式において用いられる、非デインターリーブ型の一般的な符号検出回路である。すなわち、本発明を適応した記録再生装置においては、ＴＣＰＲ４変調方式において、従来ではＴＣＰＲ４変調方式以外の他の変調方式において用いられていた、非デインターリーブ型の符号検出回路と同様の構成を有する符号検出部３２が用いられている点に特徴がある。
【００７２】
符号検出部３２から出力された検出符号は、図１を用いて説明した場合と同様にして、復号部７で、ｎ：ｍの比で復号され、出力データとして出力される。
【００７３】
図２乃至図４を用いて説明した記録再生装置において用いられる符号のＤＳＶ、あるいはＡ−ＤＳＶは、トレリス符号検出器を簡単にするためには、出来るだけ小さい方が良いが、どのような値でもかまわない。また、この記録再生装置には、ＮＲＺ（Non-return to zero：非ゼロ復帰）変調、およびＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted（Non Return to Zero on one）：非ゼロ復帰逆転）変調の、いずれの変調方式も適応可能である。ここでは、ＤＳＶ＝８のＮＲＺＩ変調用の２４／２７変換符号を用いるものとして説明する。従って、図３および図４におけるｎの値は、ｎ＝２７である。
【００７４】
図５に、符号のＤＳＶを８に制限する、ＮＲＺＩ変調を前提とした符号生成のための８状態の状態遷移図を示す。
【００７５】
符号には、図５に示される状態遷移図において、状態２および３を始点として、状態４および５を終点とする２４／２７変換符号と、状態４および５を始点として、状態２および３を終点とする２４／２７変換符号とを交互に用いた。
【００７６】
この状態遷移図によると、シンボル０が最も続く場合が、状態が７，５，３，１，２，４，６，８と遷移した場合であり、Ｔｍａｘ＝７Ｔである。
【００７７】
この符号化方法は、符号の最尤検出時に推定符号の確定ができない可能性のある符号系列、すなわち、準破壊的符号系列ＱＣＳ（Quasi−catastrophic sequence）を除去すると同時に、高符号化率の２４／２７符号を１２／１３変換符号と１２／１４変換符号とに分割して符号化、および復号することが可能であるため、数千ゲート程度の実用的な回路規模で、符号化部、および復号部を構成することができる。
【００７８】
なお、この符号化方法の詳細は、本願発明者による特開平１１−１８６９１７号公報、および、M.Noda, "High-Rate Matched Spectral Null code," IEEE Trans. on Magn., vol.34, No.4, pp. 1946-1948, July 1998の論文に開示されている。ただし、これらに開示されている技術においては、符号を１ビット毎にインターリーブして使用していたが、本発明を適応した記録再生装置においては、図３を用いて説明したように、この符号をインターリーブせずに用いている。従って、この符号のＴｍａｘは、７Tとすることができる。
【００７９】
図６は、図４を用いて説明した符号検出部３２の符号検出部５１において用いられる、チャネルクロックを基準とした、２時刻分（２Ｔ）の１６状態トレリス線図である。図５を用いて説明した状態遷移図を用いて、符号を１ビット毎にインターリーブして使用する場合、トレリス線図は、後述するように８状態となるが、本発明を適応した記録再生装置においては、インターリーブを行わないので、トレリス線図は、１６状態となる。
【００８０】
図６において、白抜きもしくは黒塗りで示される各状態は、ＮＲＺＩ変調後の記録符号の正負の極性を示し、円形もしくは四角形で示される各状態は、１ビット前のＮＲＺＩ変調後の記録符号の正負の極性を示し、それぞれ、１つのＲＤＳ値に対して、１状態ずつ割り当てられている。また、それぞれの状態から出力される実線および点線は、ＮＲＺＩ変調前の符号が１であったか、０であったかを、それぞれ示している。
【００８１】
図６に示されるトレリス線図は、符号のＤＳＶの制約条件と、３ビット分の符号間干渉とが考慮されたトレリス線図であり、その最小２乗ユークリッド距離は４である。ただし、このトレリス線図は、２時刻分の基本繰り返し単位であり、実際の装置においては、このトレリス線図が繰り返し用いられる。
【００８２】
なお、図６においては、ＱＣＳが除去されている様子が特に示されていないが、実際には、上述した符号の状態遷移規則に従って、その検出時刻に依存して、トレリス線図中の状態の一部が削除されることにより、ＱＣＳが除去される。
【００８３】
図７は、ＤＳＶ＝８のＮＲＺＩ変調用の２４／２７変換符号を用いる場合、すなわち、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図を用いて符号を検出するようになされている、図４を用いて説明した符号検出部３２の符号検出部５１の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００８４】
ａビットに量子化された等化信号は、２系統に分岐され、同期符号検出部６１および遅延部６２に入力される。同期符号検出部６１は、トレリス線図の中で各時点の各状態毎に、メトリック最小のパスを求めて最尤復号を行う、一般的なビタビ検出法を用いて符号検出を行い、同期符号が検出されたか否かを示す１ビットのリセット信号を時刻カウンタ６３に出力する。
【００８５】
時刻カウンタ６３は、同期符号検出部６１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。ただし、時刻カウンタ６３が、符号後のビット数２７に対して、その倍の５４までカウントを実行しているのは、この符号が、上述したように、１符号毎に異なる変換を実行しているためである。
【００８６】
そして、遅延部６２は、ａビットに量子化された等化信号の入力を受け、同期符号検出部６１から出力されるリセット信号との位相が一致するように、等化信号を遅延させ、ａビットの遅延等化信号を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。
【００８７】
１６状態トレリス符号検出部６４は、遅延等化信号および時刻情報の入力を受け、符号検出を実行し、２７ビットの検出符号を出力する。図８は、１６状態トレリス符号検出部６４の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００８８】
時刻カウンタ６３から入力される６ビットの時刻情報は、分配器７１およびバスメモリ７３に入力される。遅延部６２から入力されるａビットの遅延等化情報は、ＡＣＳ（add, compare and select）回路７２−１乃至７２−１６に入力される。
【００８９】
また、ここで、メトリック計算のためのブランチメトリックのみを予め計算しておき、そのブランチメトリックをＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６に入力するようにしても良い。
【００９０】
分配器７１は、入力された時刻情報と、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図に基づいて、ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６に入力される２つのメトリックの各パスが切れているか否かを示す１６種類の２ビット時変情報を生成するとともに、ｂビットに量子化された１６個の前時刻のメトリックの中から、ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６のそれぞれにつき２つの適切なメトリックを選択し、ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６に出力する。従って、分配器７１は、合計で１６×（２ｂ＋２）ビットの情報を出力する。
【００９１】
ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６は、全て同一の回路構成を有している。ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６は、加算、比較、および選択の各演算処理を行うことにより、現時刻のメトリックを分配器７１に帰還させるとともに、生き残りパスを示す１ビットの状態アドレスとをそれぞれバスメモリ７３に出力する。
【００９２】
１ビットの状態アドレスの入力を受けたバスメモリ７３は、これらのアドレス情報、時刻カウンタ６３から入力された６ビットの時刻情報、および、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図に基づいて、正しいパスを選択し、最も尤度の高い２７ビットの検出符号を出力する。
【００９３】
以上説明したように、図２乃至図８を用いて説明した記録再生装置においては、図６に示される１６状態トレリス線図を用いて、非インターリーブ、および非デインターリーブ型を適応して、ＴＣＰＲ４変調方式を実現することができるので、Ｔｍａｘの値を増やすことがない。
【００９４】
次に、図９のフローチャートを参照して、復号処理について説明する。
【００９５】
ステップＳ１において、同期符号検出部６１および遅延部６２は、ａビットに量子化された等化信号の入力を受ける。
【００９６】
ステップＳ２において、同期符号検出部６１は、トレリス線図の中で各時点の各状態毎に、メトリック最小のパスを求めて最尤復号を行う、一般的なビタビ検出法を用いて符号検出を行い、同期符号が検出されたか否かを示す１ビットのリセット信号を時刻カウンタ６３に出力する。
【００９７】
ステップＳ３において、時刻カウンタ６３は、同期符号検出部６１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。時刻カウンタ６３は、同期符号検出部６１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。ただし、時刻カウンタ６３は、この符号が、１符号毎に異なる変換を実行しているため、符号後のビット数２７に対して、その倍の５４までカウントを実行する。
【００９８】
ステップＳ４において、遅延部６２は、ステップＳ１において入力された、ａビットに量子化された等化信号が、同期符号検出部６１から出力されるリセット信号との位相が一致するように、等化信号を遅延させ、ａビットの遅延等化信号を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。
【００９９】
ステップＳ５において、１６状態トレリス符号検出部６４は、遅延等化信号および時刻情報の入力を受け、図８を用いて説明したように、符号検出を実行し、２７ビットの検出符号を、ラッチ５２に出力する。
【０１００】
ステップＳ６において、ラッチ５２は、入力された検出符号を同期して、復号部７に出力する。
【０１０１】
ステップＳ７において、復号部７は、入力された検出符号をｎ：ｍの比で復号し、出力データを生成して出力し、処理が終了される。
【０１０２】
図２乃至図９を用いて、本発明を適応した、ＴＣＰＲ４用の非インターリーブ、および非デインターリーブ型の記録再生装置について説明したが、続いて、比較例として、ＴＣＰＲ４用インターリーブおよびデインターリーブ型の記録再生装置について説明する。
【０１０３】
図１０は、比較例において、図３を用いて説明した符号化部３１に代わって用いられる、インターリーブ型の符号化部の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０４】
ｍビットの入力データは、ｍ／ｎ符号化部４１に入力されて、ｎTｓの時間間隔でｎビットの記録符号に変換される。ｍ／ｎ符号化部４１から出力されるｎビットの符号は、２系列に分岐され、一方の系列は、ラッチ８１において、ｎＴｓの時間間隔で遅延された後、ラッチ８２において、２ｎＴｓの時間間隔で遅延され、１ビットインターリーバ８４に出力される。そして、他方の系列は、ラッチ８３において、２ｎＴｓの時間間隔で遅延され、１ビットインターリーバ８４に出力される。
【０１０５】
この２系統のｎビットの符号は、１ビットインターリーバ８４に入力され、１ビット毎にインターリーブされた後、図１を用いて説明したＤ／Ａ変換部２に出力される。
【０１０６】
図１０を用いて説明した構成の符号化部は、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合において、一般的に用いられるものである。換言すれば、図１を用いて説明した従来の記録再生装置において、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合の符号化部１は、図１０を用いて説明した構成である。また、その詳細は、例えば、J.W.Rae, et al. , IEEE Trans. on Magn. , vol.31, No.2, pp.1208-1214, Mar. 1995の論文などに開示されている。
【０１０７】
図１１は、比較例において、図４を用いて説明した符号検出部３２に代わって用いられる符号検出部の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０８】
入力されたａビットの等化信号は、ａビットデインターリーバ９１に入力され、デインターリーブされ、２系統に分岐される、２系統のうちの一方は、符号検出部９２−１に入力され、他方は、符号検出部９２−２に入力されて、それぞれ、２ｎＴｓの時間間隔で符号検出される。符号検出部９２−１および符号検出部９２−２で検出されたｎビットの検出符号は、ｎビットインターリーバ９３に入力され、ｎＴｓの時間間隔でｎビットずつインターリーブされて、復号部７に出力される。
【０１０９】
以下、符号検出部９２−１および符号検出部９２−２を個々に区別する必要がない場合、単に符号検出部９２と総称する。
【０１１０】
図１１を用いて説明したように、インターリーブされて生成された符号を検出する場合には、符号検出部９２が２つ必要である。符号検出部９２は、それぞれ、１−Ｄの特性を有するダイコードチャネル用ＭＳＮ符号のためのトレリス検出器である。入力される等化信号が、１ビット毎にデインターリーブされながら符号検出されることにより、図１１に示される符号検出部は、全体として、１−Ｄ2のＰＲ４チャネル用ＭＳＮ符号の検出回路を構成する。
【０１１１】
図１１を用いて説明した構成の符号検出部は、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合において、一般的に用いられるものである。換言すれば、図１を用いて説明した従来の記録再生装置において、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合の符号検出部６は、図１１を用いて説明した構成である。また、その詳細は、図１０を用いて説明した構成の符号化部と同様に、例えば、J.W.Rae, et al. , IEEE Trans. on Magn. , vol.31, No.2, pp.1208-1214, Mar. 1995の論文などに開示されている。
【０１１２】
図１２は、図１１の符号検出部９２において用いられる２時刻分の８状態トレリス線図である。
【０１１３】
図１２において、白抜きもしくは黒塗りで示される各状態は、ＮＲＺＩ変調後の記録符号の正負の極性を示し、１つのＲＤＳ値に対して、それぞれ１状態ずつ割り当てられている。
【０１１４】
図１２に示されるトレリス線図は、符号のＤＳＶの制約条件と、２ビット分の符号間干渉とが考慮されたトレリス線図であり、その最小２乗ユークリッド距離は、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図の場合と同様に４である。ただし、このトレリス線図は、図６を用いて説明した場合と同様に、２時刻分の基本繰り返し単位であり、実際の装置においては、このトレリス線図が繰り返し用いられる。
【０１１５】
なお、図１２においても、ＱＣＳが除去されている様子が特に示されていないが、実際には、上述した符号の状態遷移規則に従って、その検出時刻に依存して、トレリス線図中の状態の一部が削除されることにより、ＱＣＳが除去される。
【０１１６】
図１３は、比較例において、図１２を用いて説明した８状態のトレリス線図を用いて符号を検出するようになされている、図１１を用いて説明した符号検出部の符号検出部９２の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【０１１７】
ａビットに量子化された等化信号は、同期符号検出部１０１および遅延部１０２に入力される。同期符号検出部１０１は、一般的なビタビ検出法を用いて符号検出を行い、同期符号が検出されたか否かを示す１ビットのリセット信号を時刻カウンタ１０３に出力する。
【０１１８】
時刻カウンタ１０３は、同期符号検出部１０１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を８状態トレリス符号検出部１０４に出力する。
【０１１９】
そして、遅延部１０２は、ａビットに量子化された等化信号の入力を受け、同期符号検出部１０１から出力されるリセット信号との位相が一致するように、等化信号を遅延させ、ａビットの遅延等化信号を８状態トレリス符号検出部１０４に出力する。
【０１２０】
８状態トレリス符号検出部１０４は、遅延等化信号および時刻情報の入力を受け、符号検出を実行し、２７ビットの検出符号を出力する。図１４は、８状態トレリス符号検出部１０４の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【０１２１】
時刻カウンタ１０３から入力される６ビットの時刻情報は、分配器１１１およびバスメモリ１１３に入力される。遅延部１０２から入力されるａビットの遅延等化情報は、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に入力される。
【０１２２】
また、ここで、メトリック計算のためのブランチメトリックのみを予め計算しておき、そのブランチメトリックをＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に入力するようにしても良い。
【０１２３】
分配器１１１は、入力された時刻情報と、図１２を用いて説明した８状態のトレリス線図に基づいて、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に入力される２つのメトリックの各パスが切れているか否かを示す８種類の２ビット時変情報を生成するとともに、ｂビットに量子化された８個の前時刻のメトリックの中から、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８のそれぞれにつき２つの適切なメトリックを選択し、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に出力する。従って、分配器１１１は、合計で８×（２ｂ＋２）ビットの情報を出力する。
【０１２４】
ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８は、全て同一の回路構成を有している。ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８は、加算、比較、および選択の各演算処理を行うことにより、現時刻のメトリックを分配器１１１に帰還させるとともに、生き残りパスを示す１ビットの状態アドレスとをそれぞれバスメモリ１１３に出力する。
【０１２５】
１ビットの状態アドレスの入力を受けたバスメモリ１１３は、これらのアドレス情報、時刻カウンタ１０３から入力された６ビットの時刻情報、および、図１２を用いて説明した８状態のトレリス線図に基づいて、正しいパスを選択し、最も尤度の高い２７ビットの検出符号を出力する。
【０１２６】
次に、図２乃至図８を用いて説明した本発明を適応した記録再生装置、および、図１０乃至図１４を用いて説明した比較例の記録再生装置の性能を比較する。
【０１２７】
両方の記録再生装置を用いて、１００万ビットのランダムデータをそれぞれ符号化した。次に、この符号を、本発明を適応した記録再生装置においては、１／（１−Ｄ）処理に相当するＮＲＺＩ変調を行った後、１−Ｄ2のＰＲ４等化処理を行い、比較例の記録再生装置においては、１／（１−Ｄ2）処理に相当するインターリーブドＮＲＺＩ変調を行った後、１−Ｄ2のＰＲ４等化処理を行い、それぞれ白色雑音を付加した。
【０１２８】
そして、それぞれのＰＲ４等化信号について、図４、図７、および図８を用いて説明した本願発明を適応した符号検出部３２と、図１１、図１３、および図１４を用いて説明した符号検出部を用いて、トレリス符号検出を実行し、それぞれのビットエラーレートを測定した。
【０１２９】
図１５を参照して、本発明を適応した記録再生装置、および、比較例の記録再生装置における、信号対雑音比と、ビットエラーレートとの関係について説明する。
【０１３０】
図１５において、縦軸は、対数で表されるビットエラーレートであり、横軸は、信号対雑音比である。図中黒丸でポイントされているグラフが、本発明を適応した記録再生装置の測定結果であり、図中白丸でポイントされているグラフが、比較例の記録再生装置の測定結果である。
【０１３１】
本発明を適応した場合、比較例と比較して、信号対雑音比でわずかに０．１ｄＢ程度劣っている。これは、本発明を適応した場合、比較例と比較して、最小２乗ユークリッド距離はいずれも４で同一であるが、状態数が８から１６に増加しているため、最小２乗ユークリッド距離のエラーが発生する確率が、わずかながら増大しているためであると推定される。しかしながら、このように、本発明を適応した符号検出法のエラーレートの劣化は、ごく僅かであるので、ほぼ同等のエラーレートとみなしても良いため、実使用上問題はない。
【０１３２】
このように、本発明を適応した符号検出方法を用いた場合、従来利用されてきたインターリーブおよびデインターリーブ型を用いる場合と比較して、エラーレートを殆ど劣化させることなく、使用するトレリス符号のＴｍａｘを、２ｘからｘに減少させる、すなわち、従来の１／２にすることができる。本実施の形態においては、ｘ＝７Ｔであったので、使用するトレリス符号のＴｍａｘは、１４Ｔから７Ｔに減少される。
【０１３３】
このため、トレリス検出の状態数は、従来においてｙ状態であった場合、本発明においては２ｙの状態数が必要となり、従来の２倍の状態数となってしまう。しかしながら、トレリス検出部は２個から１個に減少する。そのため、トレリス検出に必要な回路規模は、いずれもおよそ２ｙに比例することになり、殆ど変わらない。すなわち、本発明を適応した記録再生装置の符号検出部３２は、比較例の符号検出部と、ほぼ同等の回路規模で実現することが可能である。本実施の形態においては、ｙ＝８であったので、状態数は、１６状態となるが、トレリス検出に必要な回路規模は、従来における場合と同等である。
【０１３４】
なお、図５を用いて説明した状態遷移図において、符号の０と１とを全て逆にすると、ＮＲＺＩ変調を前提として、Ａ−ＤＳＶ＝８の制限を与える状態遷移図となる。本発明においては、このような、Ａ−ＤＳＶを有限に制限した符号を用いて、それに対応したトレリス線図を生成することにより、符号検出を行うことも可能である。
【０１３５】
ＤＳＶ、もしくはＡ−ＤＳＶのうち、いずれを有限に制限しても、ＰＲ４等化された信号において符号検出を行うためのトレリス線図における最小２乗ユークリッド距離は４であるため、符号検出部においては、ほぼ同等のビットエラーレートを得ることができる。
【０１３６】
例えば、Ａ−ＤＳＶ＝１０の制限を加え、本実施の形態と同様に、２４／２７変換符号を、１２／１３変換符号と１２／１４変換符号とに分割して構成すると、Ｔｍａｘ＝８Ｔ、かつ、ＮＲＺＩデータ１の最大連続数９のＰＲ４チャネル用トレリス符号を構成することができる。
【０１３７】
すなわち、符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出を実行するにあたって、本発明が適応された場合、再生信号に対してパーシャルレスポンスクラスIV等化が実行され、かつ、符号スペクトルの直流成分、もしくはナイキスト周波数成分の、いずれか一方のスペクトラルヌルの符号化規則と、３ビット分の符号間干渉規則との、両方の規則を含むトレリス線図が用いられて符号検出が行われるものである。
【０１３８】
また、ここでは、符号検出に用いられるトレリス線図が、ＤＳＶ、もしくはＡ−ＤＳＶの制限数に対して２倍の状態数を有する場合について説明したが、状態数は、制限数Ｎに対して、２Ｎ以上のいかなる値をとることも可能である。
【０１３９】
なお、本発明において用いられる符号は、Ａ−ＤＳＶが制限されているよりも、ＤＳＶが制限されている方が望ましい。なぜならば、ＤＳＶを制限することにより、ＤＳＶの値よりも大きなランを発生する符号が除去されるため、Ａ−ＤＳＶを、ＤＳＶと同じ値に制限した符号を用いる場合よりも、符号のTmaxを短くすることが可能であるためである。
【０１４０】
また、DVC（Digital Video Cassette recorder）システムにおいて用いられているような位相同期方法、すなわち、再生信号を一旦積分検出した後にＰＬＬを実行し、その後、１−Ｄ2処理して、ＰＲ４等化信号を再生する方式においても、積分検出信号の高品質化のためには、同様にして、符号のＤＳＶは有限に制限されることが望ましい。
【０１４１】
また、再生信号の０の連続数の最大値が有限に制限されていないと、符号検出部３２において、ＱＣＳを発生してしまうとともに、ＰＬＬにおいて、フェーズロックがかからなくなるなど、ＰＬＬの回路動作が不安定になる恐れがある。
【０１４２】
これに対して、本発明を適応し、インターリーブを行わずに符号を記録する場合、符号において、ＮＲＺＩデータの０および１の最大連続数を、いずれも有限に制限することにより、ＰＲ４等化された再生信号の０の連続数の最大値を有限に制限することができる。
【０１４３】
ＮＲＺＩデータの０の最大連続数を有限に制限することは、Ｔｍａｘを有限とすることと等価である。上述したＤＳＶ＝８に制限した２４／２７変換符号においては、ＮＲＺＩデータの１の最大連続数を１５に制限することが可能である。
【０１４４】
なお、比較例のように符号をインターリーブしている場合においては、インターリーブの前のＮＲＺＩデータの０の最大連続数を制限することにより、再生信号の０の最大連続数を制限することができるので、ＮＲＺＩデータの１の最大連続数を制限する必要はない。
【０１４５】
また、実際に回路化するにあたっては、図８を用いて説明したパスメモリ７３のメモリ長を有限とする際の符号検出利得の劣化を防ぐために、一般的には、ＱＣＳを予め符号から除去しておくようになされる。
【０１４６】
このため、本実施の形態においては、符号検出時のＮＲＺＩデータの１の連続以外のＱＣＳを除去するために、特に特開平１１−１８６９１７号公報、および、M.Noda, "High-Rate Matched Spectral Null code," IEEE Trans. on Magn., vol.34, No.4, pp. 1946-1948, July 1998に開示されているＱＣＳ除去方法を用いたが、本発明において用いられる符号のＱＣＳ削除方法はこの方法に限定されるものではなく、どのような方法を用いて符号のＱＣＳを削除するようにしても良いことはもちろんである。
【０１４７】
符号のＱＣＳを削除する他の具体的方法としては、例えば、L.Fredrickson, et al., "Improved trellis-coding for partial-response channels," IEEE Trans. on Magn., vol. 31, No.2, pp. 1141-1148, Mar.1995の論文などに開示されている。
【０１４８】
ただし、符号化率が低い場合は、ＰＲ４等化による高周波数帯域の雑音強調が大きくなってしまうため、再生信号のエラーレートが劣化してしまう。従って、本願発明を適応する場合のトレリス符号の符号化率は、８／９以上の、できるだけ高い値であることが望ましい。
【０１４９】
上述したように、本発明を適応したパーシャルレスポンスクラスIVチャネル用のトレリス符号検出法を用いた場合、エラーレートと回路規模を、従来における場合とほぼ同様としつつ、利用するトレリス符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘを、従来における場合の１／２にすることが可能となる。符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘが小さくなることにより、実際の記録再生装置においては、信号記録再生時のオーバーライト雑音が低減され、ＰＬＬが安定するので、その工業的価値は非常に大きい。
【０１５０】
上述した一連の処理は、ソフトウェアにより実行することもできる。そのソフトウェアは、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。
【０１５１】
この記録媒体は、図１６に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク１４１、光ディスク１４２、光磁気ディスク１４３、もしくは半導体メモリ１４４などよりなるパッケージメディアなどにより構成される。磁気ディスク１４１は、フレキシブルディスクを含み、光ディスク１４２は、CD-ROM（Compact Disk-Read Only Memory），DVD（Digital Versatile Diskを含み、光磁気ディスク１４３は、ＭＤ(Mini-Disk)（商標）を含む。
【０１５２】
図１６を用いて、パーソナルコンピュータ１２１について説明する。
【０１５３】
CPU（Central Processing Unit）１３１は、入出力インターフェース１３２および内部バス１３３を介して、ユーザが、入力部１３４を用いて入力した各種指令に対応する信号や、ネットワークインターフェース１４０を介して、他のパーソナルコンピュータが送信した制御信号の入力を受け、入力された信号に基づいた各種処理を実行する。ROM（Read Only Memory）１３５は、CPU１３１が使用するプログラムや演算用のパラメータのうちの基本的に固定のデータを格納する。ＲＡＭ（Random Access Memory）１３６は、CPU１３１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータを格納する。CPU１３１、ROM１３５、およびＲＡＭ１３６は、内部バス１３３により相互に接続されている。
【０１５４】
内部バス１３３は、入出力インターフェース１３２とも接続されている。入力部１３４は、例えば、キーボード、タッチパッド、ジョグダイヤル、あるいはマウスなどからなり、ユーザがCPU１３１に各種の指令を入力するとき操作される。表示部１３７は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示装置などからなり、各種情報をテキスト、あるいはイメージなどで表示する。
【０１５５】
ＨＤＤ（hard disk drive）１３８は、ハードディスクを駆動し、それらにCPU１３１によって実行するプログラムや情報を記録または再生させる。ドライブ１３９には、必要に応じて磁気ディスク１４１、光ディスク１４２、光磁気ディスク１４３、および半導体メモリ１４４が装着され、データの授受を行う。
【０１５６】
ネットワークインターフェース１４０は、他のパーソナルコンピュータや、パーソナルコンピュータ以外の各種装置と所定のケーブルを用いて有線で、もしくは無線で接続され、それらの機器との情報の授受を行ったり、インターネットを介してウェブサーバにアクセスし、情報の授受を行う。
【０１５７】
これらの入力部１３４乃至ネットワークインターフェース１４０は、入出力インターフェース１３２および内部バス１３３を介してCPU１３１に接続されている。
【０１５８】
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１５９】
なお、本発明の符号検出方法は、ごく一般的に知られる雑音白色化法、例えば、ノイズプレディクタと組み合わせて用いても良い。
【０１６０】
【発明の効果】
本発明のトレリス検出器およびトレリス符号検出方法、並びにプログラムによれば、符号スペクトルの直流成分もしくはナイキスト成分のいずれか一方がスペクトラルヌルとなる符号化規則、および、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則を適応してトレリス符号を検出するようにしたので、エラーレートと回路規模を、従来における場合とほぼ同様としつつ、利用するトレリス符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘを、従来における場合の１／２にすることができる。
【０１６１】
本発明の復号装置および復号方法、並びにプログラムによれば符号スペクトルの直流成分もしくはナイキスト成分のいずれか一方がスペクトラルヌルとなる符号化規則、および、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則を適応してトレリス符号を検出し、検出された符号を復号するようにしたので、エラーレートと回路規模を、従来における場合とほぼ同様としつつ、利用するトレリス符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘを、従来における場合の１／２にすることができ、信号記録再生時のオーバーライト雑音の低減やＰＬＬの安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的な記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明を適応した記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図３】 図２の符号化部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】 図２の符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明で用いられる８状態の状態遷移図について説明するための図である。
【図６】 本発明で用いられる１６状態のトレリス線図について説明するための図である。
【図７】 図４の符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図８】 図７の１６状態トレリス符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図９】 復号処理について説明するためのフローチャートである。
【図１０】 比較例であるインターリーブ型の符号化部の構成を示すブロック図である。
【図１１】 比較例であるデインターリーブ型の符号検出部の構成を示すブロック図である。
【図１２】 比較例において用いられる８状態のトレリス線図について説明するためのブロック図である。
【図１３】 図１１の符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図１４】 図１３の８状態トレリス符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図１５】 本発明を適応した符号検出部と比較例である符号検出部とにおけるビットエラーレートと信号雑音比との関係について説明するための図である。
【図１６】 パーソナルコンピュータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３１ 符号化部， ３２ 符号検出部， ４１ ｍ／ｎ符号化部， ４２ 並列／直列変換部， ５１ 符号検出部， ５２ ラッチ， ６１ 同期符号検出部， ６２ 遅延部， ６３ 時刻カウンタ， ６４ １６状態トレリス符号検出部， ７１ 分配器， ７２ ＡＣＳ， ７３ バスメモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、トレリス符号検出器および復号装置に関し、例えば、デジタルビデオテープレコーダ、あるいはコンピュータ用をはじめとするハードディスクドライブなどの磁気記録再生装置、および、光磁気ディスクドライブなどの光磁気記録再生装置などの各種記録再生装置、並びに、各種通信装置において、デジタル伝送信号の誤り率を低減することを目的として用いられるトレリス符号の符号検出時に、使用する符号の最大ランレングスの大幅な低減を可能とする、トレリス符号検出器および復号装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種記録再生装置や通信装置において、デジタル伝送信号の符号誤り率を低減させるための有効な手段のひとつとして、トレリス符号化変調（TCM; Trellis coded modulation）方式に関する研究開発が盛んに行われている。トレリス符号化変調方式では、伝送路の特性を考慮した畳み込み符号法、またはブロック符号法と、例えば、ビタビ復号など、それら符号の状態遷移図に基づいたトレリス線図を利用した復号法とを組み合わせ、符号化規則を符号検出器における尤度計算に利用し、符号検出器に用いられるトレリスの符号系列間の最小ユークリッド距離dminを増加させることによってデジタル伝送信号の誤り率を低減することができる。
【０００３】
図１に、一般的な記録再生装置における、デジタル信号処理回路のブロック図を示す。
【０００４】
符号化部１は、入力されたデータをｍ：ｎの比に符号化する。ここで、ｍは符号化前のデータビット長、ｎは符号化後のデータビット長である。Ｄ／Ａ変換部２は、入力された記録符号をデジタル信号からアナログ信号、すなわち、記録矩形波に変換する。記録再生部３は、例えば、磁気ヘッドや光ピックアップ、およびそれらの駆動を制御するための制御回路などで構成され、Ｄ／Ａ変換部２から入力された記録波を、図示しない記録媒体に記録する。
【０００５】
また、記録再生部３は、記録媒体に記録されている信号を再生して、アナログの再生波を、アナログ等化部４に出力する。アナログ等化部４は、記録再生部３から入力された再生波を所定の目標等化特性に等化する。Ａ／Ｄ変換部５は、入力されたアナログの等化波をデジタル再生信号である等化信号に変換する。符号検出部６には、近年では、一般的に最尤検出器が用いられ、入力されたデジタル再生信号、すなわち、等化信号を符号に変換する。換言すれば、符号検出部６は、符号を検出する。復号部７は、入力された検出符号をｎ：ｍの比で復号し、出力データを生成して出力する。
【０００６】
Ａ／Ｄ変換部５には、位相同期ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）が含まれる。ＰＬＬには、位相誤差検出のみをデジタル部で行うハイブリッドデジタルＰＬＬを用いても良いし、位相誤差検出と信号同期の両方をデジタル部で行うフルデジタルＰＬＬを用いても良い。
【０００７】
また、アナログ等化部４における等化が不十分な場合には、Ａ／Ｄ変換部５と符号検出部６との間にデジタル等化部を設けても良い。
【０００８】
トレリス符号化変調方式を用いて符号検出を実行する場合、符号化部１で用いられる符号化規則が、符号検出部６において用いられる。
【０００９】
近年、磁気記録再生装置用の信号処理方式として、特に、トレリス符号化変調方式とパーシャルレスポンス等化方式とを組み合わせたＴＣＰＲ（Trellis Coded Partial Response）が盛んに検討されている。ＴＣＰＲとは、符号化の方法によって、自由２乗ユークリッド距離を増大させ、結果的にＳ／Ｎ（Signal／Noise：信号対雑音比）を改善して高密度の記録を可能にする技術である。以下、自由２乗ユークリッド距離を、自由距離とも称するものとする。
【００１０】
ここで、自由距離とは、パーシャルレスポンスチャンネルの出力シーケンスを表すトレリス線図上で、ある共通の状態から始まり、ある共通の状態で終わる、２つの異なったパス同士の最小ユークリッド距離のことである。また、トレリス線図は、検出トレリスとも称する。ビタビ検出は、このトレリス線図に基づいて行われる。なお、始まりと終りの状態は同一でなくてもよい。
【００１１】
ＴＣＰＲ変調方式に用いられるトレリス符号のひとつとして、符号系列の累積直流電荷ＲＤＳ（Running Digital Sum）、あるいは、累積交流電荷ＡＤＳ（Alternating Digital Sum）、もしくは、ＲＤＳとＡＤＳの両方を有限値に制限することによって、周波数軸上での符号スペクトルのヌルポイントと、パーシャルレスポンス等化された信号スペクトルのヌルポイントとを一致させるようにしたＭＳＮ（Matched Spectral Null）符号が知られている。
【００１２】
ＭＳＮ符号の特性およびその符号検出方法については、例えば、R.Karabed and P.Siegel, "Matched Spectral-Null Codes for Partial-Response Channels," IEEE Trains. on Info. Theory, vol. 37, No.3, PP.818-855,May 1991の論文などにおいて、詳細に解説されている。
【００１３】
ＲＤＳとは、符号のシンボル「１」または「０」に、それぞれ＋１または−１を割り当てて、符号系列の開始時点、すなわち、始点からのシンボルの総和をとったものである。符号ＲＤＳの振幅ＤＳＶ（Digital Sum Variation）が有限に制限された符号は、符号のパワースペクトラムの直流成分にスペクトラルヌルを有する。
【００１４】
このような符号は、１−Ｄの等化特性を有するダイコードチャネルのＭＳＮ符号として知られている。ここで、Ｄは、周波数軸上で１ビット分の遅延を表す遅延素子である。このように、符号のＤＳＶが有限に制限された符号は、ＭＳＮ符号に限らず、一般的にＤＣフリー符号と称される。ただし、ここで、ＤＳＶは２以上である。
【００１５】
例えば、ダイコードチャネルにおける符号検出トレリスの最小２乗（自乗）ユークリッド距離ｄmin2は２であるが、ＤＳＶの制限規則と１−Ｄの等化特性とを組み合わせた符号検出トレリスを用いることにより、２＜ＤＳＶのとき、式（１）が成立し、２＝ＤＳＶのとき、式（２）が成立する。
【００１６】
ここで、符号化前の符号検出部６の最小ユークリッド距離をｄuncoded、符号化後の符号検出部６の最小ユークリッド距離をｄcodedとすれば、符号検出部６の符号化による利得、すなわち符号化利得は、次の式（３）で示される。
【００１８】
この場合、２＜ＤＳＶが成り立つ場合、３ｄＢとなり、ＤＳＶ＝２が成り立つ場合、６ｄＢとなる。
【００２０】
ただし、１−Ｄの等化方式をそのまま実用化するのは難しい。なぜならば、１−Ｄの等化が、高周波数帯域において非常に大きな雑音増幅を行うため、多くの場合において、良好な信号対雑音比を得ることが困難であるからである。
【００２１】
そして、ＡＤＳとは、ＮＲＺ変調の場合、＋１または０を割り当てた符号系列のシンボルに、１ビットおきに−１を乗じたものをＮＲＺ変調して、その開始時点からのシンボルの総和をとったものであり、ＮＲＺＩ変調の場合、全てのシンボルを全反転したものをＮＲＺＩ変調して、その開始時点からのシンボルの総和をとったものである。符号ＡＤＳの振幅Ａ−ＤＳＶ（Alternating Digital Sum Variation）が有限の範囲に制限された符号は、符号のパワースペクトラムのナイキスト周波数成分にヌルを有している。
【００２２】
このような符号は、（１＋Ｄ）x（ｘは自然数）の等化特性を有するチャネルのＭＳＮ符号として知られている。このように、符号のＡ−ＤＳＶが有限に制限された符号は、ＭＳＮ符号に限らず、一般的にナイキストフリー符号と称される。ただし、ここで、Ａ−ＤＳＶは２以上である。
【００２３】
（１＋Ｄ）xの等化は、再生信号の高周波数帯域の雑音を抑圧するため、記録再生装置において、良好な信号対雑音比を与えることが知られている。ここで、（１＋Ｄ）xの等化において、例えば、ｘ＝１、すなわち、１＋Ｄの等化は、一般的にPR１（Partial Response Class−I）等化と称されている。PR1等化方式は、例えば、３．８mmおよび８ｍｍテープストリーマ磁気記録再生装置などにおいて実用化されている。
【００２４】
このようなパーシャルレスポンス方式のクラス分類は、Kretzmerによるものであり、一般的に、E.R.Kretzmer, "Generation of ａ Technique for Binary Data Communication," IEEE Trans. on com. Tech., pp.67-68, Feb. 1966の論文に記載されている内容に従ったパーシャルレスポンスのクラス分類法が使用されている。
【００２５】
例えば、PR１チャネルにおける符号検出トレリスの最小２乗ユークリッド距離ｄmin2は２であるが、Ａ−ＤＳＶと、PR１の等化特性とを組み合わせた符号検出トレリスを用いることによって、２＜Ａ−ＤＳＶが成立する場合、次の式（４）が成立し、Ａ−ＤＳＶ＝２が成立する場合、次の式（５）が成立する。
【００２６】
ただし、（１＋ｄ）xの等化方式は、DC成分を必要とすることから、DC成分を伝送しない磁気記録再生装置にこの等化方式を用いる場合、系の信号対雑音比の劣化を避けるためには、一般的に、符号のＤＳＶを有限に制限しなくてはならない。また、一般的にDC成分を伝送する光記録再生装置においても、ＰＬＬの安定化やサーボ信号の検出のために、同じく、符号のＤＳＶを有限に制限しなくてはならない。
【００２８】
このように、符号のＤＳＶとＡ−ＤＳＶとの両方が有限に制限された符号は、DCとナイキスト周波数点とのいずれにもスペクトラルヌルを有している。このような符号は、ＭＳＮ符号に限らず、一般的にDC−ナイキストフリー符号と称される。すなわち、（１＋ｄ）xの等化チャネルが用いられる磁気記録再生装置においては、ＭＳＮ符号が用いられる場合には、DC−ナイキストフリー符号が用いられる。
【００２９】
PR１用のＭＳＮ符号は、８mmテープストリーマ磁気記録再生装置の規格であるAIT2（Advanced Intelligent Tape drive II）システムにおいて、既に実用化されている。
【００３０】
また、DC−ナイキストフリー符号は、（１−Ｄ）（１＋Ｄ）xの等化特性をもつチャネルのＭＳＮ符号としても知られている。（１−Ｄ）（１＋Ｄ）xの等化は、再生信号のDCを含む低周波数帯域と高周波数帯域との両方の雑音を抑圧するため、記録再生装置、特にDC成分を伝達しない磁気記録再生装置において、良好な信号対雑音比を与えることが知られている。
【００３１】
（１−Ｄ）（１＋Ｄ）xの等化において、ｘ＝１、すなわち（１−Ｄ）（１＋Ｄ）であるので、１−Ｄ2の等化は、一般的にＰＲ４（Partial Response Class-IV）等化と称される。DCとナイキスト周波数点とのいずれにもスペクトラルヌルを有しているＰＲ４の詳細については、Lyle J.Fredrickson, "On the Shannon Capacity of DC− and Nyquist-Free Code" IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 37, No.3, pp.918-923, May 1991の論文に記載されている。また、ＰＲ４は、ハードディスク装置や、民生用デジタルVCR（Video cassette recorder）装置などにおいて、既に実用化されている。
【００３２】
例えば、PR４チャネルにおける符号検出トレリスの最小２乗ユークリッド距離ｄmin2は２であるが、ＤＳＶおよびＡ−ＤＳＶの制限規則と、ＰＲ４の等化特性とを組み合わせた符号検出トレリスを用いることによって、ダイコードチャネルの場合と同様に、ｄmin2は４あるいは６となる。
【００３３】
ただし、ここで、符号のＤＳＶと、Ａ−ＤＳＶとの両方の制限規則を符号検出トレリスに反映させてしまうと、非常に複雑なトレリス検出器となってしまう。しかしながら、１−Ｄ2の等化特性をもつＰＲ４等化信号は、１ビットおきに観測すると、１−Ｄの等化特性となっているという特徴を有する。このため、ＰＲ４用のＭＳＮ符号は、通常、符号を１ビット毎に区別して検出することを前提とし、ダイコードチャネル用のＭＳＮ符号を１ビット毎にインターリーブすることによって、容易に構成される。
【００３４】
ＤＣフリー符号であるダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を１ビット毎にインターリーブすると、記録符号は、ＤＳＶとＡ−ＤＳＶがいずれも同時に制限されたDC−ナイキストフリー符号となる。この場合、符号スペクトルのヌル点と、ＰＲ４等化スペクトルのヌル点とは、完全に一致し、この符号は、PR４用ＭＳＮ符号となる。
【００３５】
換言すれば、PR４チャネルにおいてＭＳＮ符号を用いる場合、ＤＳＶを有限に制限したダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を１ビット毎にインターリーブして記録媒体に記録し、再生時には、等化信号を１ビットづつデインターリーブして符号検出する方法が一般的に用いられている。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＭＳＮ符号は大きな符号化利得を得ることができるにもかかわらず、従来、実際の装置において、ＰＲ４用の符号は実用化が難しかった。
【００３７】
この理由の一つとして、従来は、その符号化率が、４／５と小さく、高線記録密度での信号対雑音比の劣化が大きかったため、実用に適さないという問題があった。しかしながら、近年、例えば、本願発明者による特開平１１−１８６９１７号公報、および、M.Noda, "High-Rate Matched Spectral Null code," IEEE Trans. on Magn., vol.34, No.4, pp. 1946-1948, July 1998に開示されているように、８／９の高符号化率を有するMSN符号に関する技術により、この問題点は改善されている。
【００３８】
ＰＲ４用のＭＳＮ符号を実用化することが困難となるもう一つの原因として、符号を記録する際の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘが大きくなってしまうことが挙げられる。符号を記録する際の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘは、ＮＲＺＩ記録の場合、データ０の最大連続長（最大ラン長）＋１である。ＰＲ４用のＭＳＮ符号において、最大磁化反転間隔Ｔｍａｘが大きくなってしまうのは、２つの独立したダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を、１ビットずつインターリーブしているためである。すなわち、インターリーブ後の符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘは、インターリーブ前の符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘの２倍となってしまう。
【００３９】
最大磁化反転間隔Ｔｍａｘとは、ＮＲＺＩ記録の場合、データ０の最大連続長、すなわち最大ラン長に１を加えたものであり、ＮＲＺ記録の場合、最大ラン長に等しい。
【００４０】
例えば、磁気再生装置において、符号のＴｍａｘを小さくすることは、再生信号のオーバーライト雑音の低減、ＰＬＬの安定化などに大きな効果がある。具体的に言えば、符号のＴｍａｘが大きい場合、ＰＬＬの同期をとるための情報が少なくなってしまうので、誤動作の原因になる。
【００４１】
また、Ｔｍａｘが大きい場合、アジマス記録を行った時には、隣接トラックからのクロストークが大きくなり、再生データの質を悪化させる。このように、符号のＴｍａｘを小さくすることは、記録再生装置の性能向上において有益なことは良く知られている。
【００４２】
記録再生装置の中でも、特に、回転ドラムを用いたヘリカルスキャンテープシステムにおいては、ロータリートランスの巻線インダクタンスと、記録ヘッドの巻線直流抵抗とで、ハイパスフィルタが形成されるため、記録電流波形の低周波数成分が遮断されるので、Ｔｍａｘが大きな記録波形信号を磁気テープへ書き込むのは困難となる。
【００４３】
従って、一般的な記録再生装置においては、クロック時間間隔をTとした場合、用いる符号のＴｍａｘを、Ｔｍａｘ≦９T程度に設計するのが一般的である。上述した符号化率８／９のダイコードチャネル用ＭＳＮ符号のTmaxは７Tであるが、それに対して、この符号を１ビットずつインターリーブして用いた場合、そのTmaxは、２倍の１４Tとなってしまう。すなわち、２つの独立したダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を、１ビットずつインターリーブすることにより、そのTmaxが、実用に適さない大きな値になってしまうという問題があった。
【００４４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出法を用いる場合において、ダイコードチャネル用ＭＳＮ符号を、１ビットずつインターリーブすることなく、ＰＲ４等化を行い、かつ、符号スペクトルの直流成分、あるいはナイキスト成分のいずれか一方の制限規則と、３ビット分の符号間干渉規則との両方の規則を含むトレリス線図を用いて符号検出することができるようにするものである。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
本発明のトレリス符号検出器は、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出部を備えることを特徴とする。
【００４６】
符号検出部には、直流成分のスペクトラルヌルの符号化規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を適応させたトレリス線図を用いて符号検出をおこなわせるようにすることができる。
【００４７】
符号は、非ゼロ復帰逆転変調前の値が1である信号の連続数が有限の値に制限されている符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００４８】
符号は、符号化率が８／９以上である符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００４９】
符号は、インターリーブ処理されていない状態の符号列であるものとすることができる。
【００５０】
符号は、少なくとも符号系列の累積直流電荷の振幅、もしくは、累積交流電荷の振幅のうちのいずれかが所定の値ｎ（ｎは２以上の整数）に制限されているものとすることができ、符号検出部には、２ｎ以上の状態数の遷移状態を形成するために、状態数と同数のＡＣＳ回路を備えさせるようにすることができる。
【００５１】
本発明のトレリス符号検出方法は、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップを含むことを特徴とする。
【００５２】
符号検出ステップの処理では、直流成分のスペクトラルヌルの符号化規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を適応させたトレリス線図を用いて符号検出を行わせるようにすることができる。
【００５３】
符号は、非ゼロ復帰逆転変調前の値が1である信号の連続数が有限の値に制限されている符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００５４】
符号は、符号化率が８／９以上である符号の組み合わせであるものとすることができる。
【００５５】
符号は、インターリーブ処理されていない状態の符号列であるものとすることができる。
【００５６】
符号は、少なくとも符号系列の累積直流電荷の振幅、もしくは、累積交流電荷の振幅のうちのいずれかが所定の値ｎ（ｎは２以上の整数）に制限されているものとすることができ、符号検出ステップの処理においては、２ｎ以上の状態数の遷移状態を形成するために、状態数と同数の演算ステップを含ませるようにすることができる。
【００５７】
本発明の第１の記録媒体に記録されているプログラムおよび第１のプログラムは、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップを含むことを特徴とする。
【００５８】
本発明の復号装置は、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出部と、符号検出部により検出された符号を復号する復号部とを備えることを特徴とする。
【００５９】
本発明の復号方法、第２の記録媒体に記録されているプログラム、および第２のプログラムは、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップと、符号検出ステップの処理により検出された符号を復号する復号ステップとを含むことを特徴とする。
【００６０】
本発明のトレリス検出器およびトレリス符号検出方法、並びにプログラムにおいては、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則が同時に適応されてトレリス符号が検出される。
【００６１】
本発明の復号装置および復号方法、並びにプログラムにおいては、符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則が同時に適応されてトレリス符号が検出され、検出された符号が復号される。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００６３】
図２は、本発明を適応した記録再生装置における、デジタル信号処理回路のブロック図を示す。なお、従来の場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。すなわち、図２の記録再生装置は、符号化部１に代わって符号化部３１が設けられ、符号検出部６に代わって符号検出部３１が設けられている以外は、図１における場合と同様の構成を有している。
【００６４】
図３は、符号化部３１の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００６５】
符号化部３１は、非インターリーブ型で構成されている。ｍビットの入力データは、ｍ／ｎ符号化部４１において、ｎTｓの時間間隔でｎビットの記録符号に変換され、並列／直列変換部４２に入力される。ここで、Tｓはシステムのクロック時間間隔である。並列／直列変換部４２は、入力された記録符号を、Tｓの時間間隔の１ビットの記録符号に変換し、図２のＡ／Ｄ変換部２に出力する。
【００６６】
図３を用いて説明した符号化部３１の構成は、従来のＴＣＰＲ４変調方式以外の、他の変調方式において用いられる、非インターリーブ型の一般的な符号化回路である。すなわち、本発明を適応した記録再生装置においては、ＴＣＰＲ４変調方式において、非インターリーブ型の符号化回路と同様の構成を有する符号化部３１が用いられている点に特徴がある。ＴＣＰＲ４変調方式とは、換言すれば、トレリス符号化変調方式と、（１−Ｄ2）のＩＳＩ規則（符号間干渉規則；Inter-Symbol-Interference Rule）とを組み合わせた変調方式である。
【００６７】
このような非インターリーブ型の符号化部３１から出力された記録符号は、図１を用いて説明した場合と同様にして、Ｄ／Ａ変換部２で記録矩形波に変換され、記録再生部３で、図示しない記録媒体に記録される。
【００６８】
そして、記録再生部３により読み出された、記録媒体に記録されている信号は、図１を用いて説明した場合と同様にして、アナログ等化部４で、所定の目標等化特性に等化され、Ａ／Ｄ変換部５で、ａビットに量子化されたデジタルの等化信号に変換されて、符号検出部３２に出力される。
【００６９】
図４は、符号検出部３２の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００７０】
符号検出部３２は、非デインターリーブ型で構成されている。ａビットに量子化された等化信号は、符号検出部５１において、ｎビット符号に変換される。すなわち符号が検出される。そして、検出符号は、ラッチ５２によって同期されて、復号部7に出力される。
【００７１】
図４に示されるように、本発明を適応した符号検出部３２においては、符号検出部５１は、唯１つだけでよい。このような構成は、図３を用いて説明した符号化部３１と同様に、従来のＴＣＰＲ４変調方式以外の、他の変調方式において用いられる、非デインターリーブ型の一般的な符号検出回路である。すなわち、本発明を適応した記録再生装置においては、ＴＣＰＲ４変調方式において、従来ではＴＣＰＲ４変調方式以外の他の変調方式において用いられていた、非デインターリーブ型の符号検出回路と同様の構成を有する符号検出部３２が用いられている点に特徴がある。
【００７２】
符号検出部３２から出力された検出符号は、図１を用いて説明した場合と同様にして、復号部７で、ｎ：ｍの比で復号され、出力データとして出力される。
【００７３】
図２乃至図４を用いて説明した記録再生装置において用いられる符号のＤＳＶ、あるいはＡ−ＤＳＶは、トレリス符号検出器を簡単にするためには、出来るだけ小さい方が良いが、どのような値でもかまわない。また、この記録再生装置には、ＮＲＺ（Non-return to zero：非ゼロ復帰）変調、およびＮＲＺＩ（Non Return to Zero Inverted（Non Return to Zero on one）：非ゼロ復帰逆転）変調の、いずれの変調方式も適応可能である。ここでは、ＤＳＶ＝８のＮＲＺＩ変調用の２４／２７変換符号を用いるものとして説明する。従って、図３および図４におけるｎの値は、ｎ＝２７である。
【００７４】
図５に、符号のＤＳＶを８に制限する、ＮＲＺＩ変調を前提とした符号生成のための８状態の状態遷移図を示す。
【００７５】
符号には、図５に示される状態遷移図において、状態２および３を始点として、状態４および５を終点とする２４／２７変換符号と、状態４および５を始点として、状態２および３を終点とする２４／２７変換符号とを交互に用いた。
【００７６】
この状態遷移図によると、シンボル０が最も続く場合が、状態が７，５，３，１，２，４，６，８と遷移した場合であり、Ｔｍａｘ＝７Ｔである。
【００７７】
この符号化方法は、符号の最尤検出時に推定符号の確定ができない可能性のある符号系列、すなわち、準破壊的符号系列ＱＣＳ（Quasi−catastrophic sequence）を除去すると同時に、高符号化率の２４／２７符号を１２／１３変換符号と１２／１４変換符号とに分割して符号化、および復号することが可能であるため、数千ゲート程度の実用的な回路規模で、符号化部、および復号部を構成することができる。
【００７８】
なお、この符号化方法の詳細は、本願発明者による特開平１１−１８６９１７号公報、および、M.Noda, "High-Rate Matched Spectral Null code," IEEE Trans. on Magn., vol.34, No.4, pp. 1946-1948, July 1998の論文に開示されている。ただし、これらに開示されている技術においては、符号を１ビット毎にインターリーブして使用していたが、本発明を適応した記録再生装置においては、図３を用いて説明したように、この符号をインターリーブせずに用いている。従って、この符号のＴｍａｘは、７Tとすることができる。
【００７９】
図６は、図４を用いて説明した符号検出部３２の符号検出部５１において用いられる、チャネルクロックを基準とした、２時刻分（２Ｔ）の１６状態トレリス線図である。図５を用いて説明した状態遷移図を用いて、符号を１ビット毎にインターリーブして使用する場合、トレリス線図は、後述するように８状態となるが、本発明を適応した記録再生装置においては、インターリーブを行わないので、トレリス線図は、１６状態となる。
【００８０】
図６において、白抜きもしくは黒塗りで示される各状態は、ＮＲＺＩ変調後の記録符号の正負の極性を示し、円形もしくは四角形で示される各状態は、１ビット前のＮＲＺＩ変調後の記録符号の正負の極性を示し、それぞれ、１つのＲＤＳ値に対して、１状態ずつ割り当てられている。また、それぞれの状態から出力される実線および点線は、ＮＲＺＩ変調前の符号が１であったか、０であったかを、それぞれ示している。
【００８１】
図６に示されるトレリス線図は、符号のＤＳＶの制約条件と、３ビット分の符号間干渉とが考慮されたトレリス線図であり、その最小２乗ユークリッド距離は４である。ただし、このトレリス線図は、２時刻分の基本繰り返し単位であり、実際の装置においては、このトレリス線図が繰り返し用いられる。
【００８２】
なお、図６においては、ＱＣＳが除去されている様子が特に示されていないが、実際には、上述した符号の状態遷移規則に従って、その検出時刻に依存して、トレリス線図中の状態の一部が削除されることにより、ＱＣＳが除去される。
【００８３】
図７は、ＤＳＶ＝８のＮＲＺＩ変調用の２４／２７変換符号を用いる場合、すなわち、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図を用いて符号を検出するようになされている、図４を用いて説明した符号検出部３２の符号検出部５１の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００８４】
ａビットに量子化された等化信号は、２系統に分岐され、同期符号検出部６１および遅延部６２に入力される。同期符号検出部６１は、トレリス線図の中で各時点の各状態毎に、メトリック最小のパスを求めて最尤復号を行う、一般的なビタビ検出法を用いて符号検出を行い、同期符号が検出されたか否かを示す１ビットのリセット信号を時刻カウンタ６３に出力する。
【００８５】
時刻カウンタ６３は、同期符号検出部６１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。ただし、時刻カウンタ６３が、符号後のビット数２７に対して、その倍の５４までカウントを実行しているのは、この符号が、上述したように、１符号毎に異なる変換を実行しているためである。
【００８６】
そして、遅延部６２は、ａビットに量子化された等化信号の入力を受け、同期符号検出部６１から出力されるリセット信号との位相が一致するように、等化信号を遅延させ、ａビットの遅延等化信号を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。
【００８７】
１６状態トレリス符号検出部６４は、遅延等化信号および時刻情報の入力を受け、符号検出を実行し、２７ビットの検出符号を出力する。図８は、１６状態トレリス符号検出部６４の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【００８８】
時刻カウンタ６３から入力される６ビットの時刻情報は、分配器７１およびバスメモリ７３に入力される。遅延部６２から入力されるａビットの遅延等化情報は、ＡＣＳ（add, compare and select）回路７２−１乃至７２−１６に入力される。
【００８９】
また、ここで、メトリック計算のためのブランチメトリックのみを予め計算しておき、そのブランチメトリックをＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６に入力するようにしても良い。
【００９０】
分配器７１は、入力された時刻情報と、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図に基づいて、ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６に入力される２つのメトリックの各パスが切れているか否かを示す１６種類の２ビット時変情報を生成するとともに、ｂビットに量子化された１６個の前時刻のメトリックの中から、ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６のそれぞれにつき２つの適切なメトリックを選択し、ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６に出力する。従って、分配器７１は、合計で１６×（２ｂ＋２）ビットの情報を出力する。
【００９１】
ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６は、全て同一の回路構成を有している。ＡＣＳ回路７２−１乃至７２−１６は、加算、比較、および選択の各演算処理を行うことにより、現時刻のメトリックを分配器７１に帰還させるとともに、生き残りパスを示す１ビットの状態アドレスとをそれぞれバスメモリ７３に出力する。
【００９２】
１ビットの状態アドレスの入力を受けたバスメモリ７３は、これらのアドレス情報、時刻カウンタ６３から入力された６ビットの時刻情報、および、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図に基づいて、正しいパスを選択し、最も尤度の高い２７ビットの検出符号を出力する。
【００９３】
以上説明したように、図２乃至図８を用いて説明した記録再生装置においては、図６に示される１６状態トレリス線図を用いて、非インターリーブ、および非デインターリーブ型を適応して、ＴＣＰＲ４変調方式を実現することができるので、Ｔｍａｘの値を増やすことがない。
【００９４】
次に、図９のフローチャートを参照して、復号処理について説明する。
【００９５】
ステップＳ１において、同期符号検出部６１および遅延部６２は、ａビットに量子化された等化信号の入力を受ける。
【００９６】
ステップＳ２において、同期符号検出部６１は、トレリス線図の中で各時点の各状態毎に、メトリック最小のパスを求めて最尤復号を行う、一般的なビタビ検出法を用いて符号検出を行い、同期符号が検出されたか否かを示す１ビットのリセット信号を時刻カウンタ６３に出力する。
【００９７】
ステップＳ３において、時刻カウンタ６３は、同期符号検出部６１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。時刻カウンタ６３は、同期符号検出部６１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。ただし、時刻カウンタ６３は、この符号が、１符号毎に異なる変換を実行しているため、符号後のビット数２７に対して、その倍の５４までカウントを実行する。
【００９８】
ステップＳ４において、遅延部６２は、ステップＳ１において入力された、ａビットに量子化された等化信号が、同期符号検出部６１から出力されるリセット信号との位相が一致するように、等化信号を遅延させ、ａビットの遅延等化信号を１６状態トレリス符号検出部６４に出力する。
【００９９】
ステップＳ５において、１６状態トレリス符号検出部６４は、遅延等化信号および時刻情報の入力を受け、図８を用いて説明したように、符号検出を実行し、２７ビットの検出符号を、ラッチ５２に出力する。
【０１００】
ステップＳ６において、ラッチ５２は、入力された検出符号を同期して、復号部７に出力する。
【０１０１】
ステップＳ７において、復号部７は、入力された検出符号をｎ：ｍの比で復号し、出力データを生成して出力し、処理が終了される。
【０１０２】
図２乃至図９を用いて、本発明を適応した、ＴＣＰＲ４用の非インターリーブ、および非デインターリーブ型の記録再生装置について説明したが、続いて、比較例として、ＴＣＰＲ４用インターリーブおよびデインターリーブ型の記録再生装置について説明する。
【０１０３】
図１０は、比較例において、図３を用いて説明した符号化部３１に代わって用いられる、インターリーブ型の符号化部の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０４】
ｍビットの入力データは、ｍ／ｎ符号化部４１に入力されて、ｎTｓの時間間隔でｎビットの記録符号に変換される。ｍ／ｎ符号化部４１から出力されるｎビットの符号は、２系列に分岐され、一方の系列は、ラッチ８１において、ｎＴｓの時間間隔で遅延された後、ラッチ８２において、２ｎＴｓの時間間隔で遅延され、１ビットインターリーバ８４に出力される。そして、他方の系列は、ラッチ８３において、２ｎＴｓの時間間隔で遅延され、１ビットインターリーバ８４に出力される。
【０１０５】
この２系統のｎビットの符号は、１ビットインターリーバ８４に入力され、１ビット毎にインターリーブされた後、図１を用いて説明したＤ／Ａ変換部２に出力される。
【０１０６】
図１０を用いて説明した構成の符号化部は、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合において、一般的に用いられるものである。換言すれば、図１を用いて説明した従来の記録再生装置において、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合の符号化部１は、図１０を用いて説明した構成である。また、その詳細は、例えば、J.W.Rae, et al. , IEEE Trans. on Magn. , vol.31, No.2, pp.1208-1214, Mar. 1995の論文などに開示されている。
【０１０７】
図１１は、比較例において、図４を用いて説明した符号検出部３２に代わって用いられる符号検出部の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０８】
入力されたａビットの等化信号は、ａビットデインターリーバ９１に入力され、デインターリーブされ、２系統に分岐される、２系統のうちの一方は、符号検出部９２−１に入力され、他方は、符号検出部９２−２に入力されて、それぞれ、２ｎＴｓの時間間隔で符号検出される。符号検出部９２−１および符号検出部９２−２で検出されたｎビットの検出符号は、ｎビットインターリーバ９３に入力され、ｎＴｓの時間間隔でｎビットずつインターリーブされて、復号部７に出力される。
【０１０９】
以下、符号検出部９２−１および符号検出部９２−２を個々に区別する必要がない場合、単に符号検出部９２と総称する。
【０１１０】
図１１を用いて説明したように、インターリーブされて生成された符号を検出する場合には、符号検出部９２が２つ必要である。符号検出部９２は、それぞれ、１−Ｄの特性を有するダイコードチャネル用ＭＳＮ符号のためのトレリス検出器である。入力される等化信号が、１ビット毎にデインターリーブされながら符号検出されることにより、図１１に示される符号検出部は、全体として、１−Ｄ2のＰＲ４チャネル用ＭＳＮ符号の検出回路を構成する。
【０１１１】
図１１を用いて説明した構成の符号検出部は、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合において、一般的に用いられるものである。換言すれば、図１を用いて説明した従来の記録再生装置において、ＴＣＰＲ４変調方式を用いる場合の符号検出部６は、図１１を用いて説明した構成である。また、その詳細は、図１０を用いて説明した構成の符号化部と同様に、例えば、J.W.Rae, et al. , IEEE Trans. on Magn. , vol.31, No.2, pp.1208-1214, Mar. 1995の論文などに開示されている。
【０１１２】
図１２は、図１１の符号検出部９２において用いられる２時刻分の８状態トレリス線図である。
【０１１３】
図１２において、白抜きもしくは黒塗りで示される各状態は、ＮＲＺＩ変調後の記録符号の正負の極性を示し、１つのＲＤＳ値に対して、それぞれ１状態ずつ割り当てられている。
【０１１４】
図１２に示されるトレリス線図は、符号のＤＳＶの制約条件と、２ビット分の符号間干渉とが考慮されたトレリス線図であり、その最小２乗ユークリッド距離は、図６を用いて説明した１６状態のトレリス線図の場合と同様に４である。ただし、このトレリス線図は、図６を用いて説明した場合と同様に、２時刻分の基本繰り返し単位であり、実際の装置においては、このトレリス線図が繰り返し用いられる。
【０１１５】
なお、図１２においても、ＱＣＳが除去されている様子が特に示されていないが、実際には、上述した符号の状態遷移規則に従って、その検出時刻に依存して、トレリス線図中の状態の一部が削除されることにより、ＱＣＳが除去される。
【０１１６】
図１３は、比較例において、図１２を用いて説明した８状態のトレリス線図を用いて符号を検出するようになされている、図１１を用いて説明した符号検出部の符号検出部９２の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【０１１７】
ａビットに量子化された等化信号は、同期符号検出部１０１および遅延部１０２に入力される。同期符号検出部１０１は、一般的なビタビ検出法を用いて符号検出を行い、同期符号が検出されたか否かを示す１ビットのリセット信号を時刻カウンタ１０３に出力する。
【０１１８】
時刻カウンタ１０３は、同期符号検出部１０１から入力されるリセット信号に従ってリセットされる１乃至５４の６ビット時刻情報を８状態トレリス符号検出部１０４に出力する。
【０１１９】
そして、遅延部１０２は、ａビットに量子化された等化信号の入力を受け、同期符号検出部１０１から出力されるリセット信号との位相が一致するように、等化信号を遅延させ、ａビットの遅延等化信号を８状態トレリス符号検出部１０４に出力する。
【０１２０】
８状態トレリス符号検出部１０４は、遅延等化信号および時刻情報の入力を受け、符号検出を実行し、２７ビットの検出符号を出力する。図１４は、８状態トレリス符号検出部１０４の更に詳細な構成の一例を示すブロック図である。
【０１２１】
時刻カウンタ１０３から入力される６ビットの時刻情報は、分配器１１１およびバスメモリ１１３に入力される。遅延部１０２から入力されるａビットの遅延等化情報は、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に入力される。
【０１２２】
また、ここで、メトリック計算のためのブランチメトリックのみを予め計算しておき、そのブランチメトリックをＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に入力するようにしても良い。
【０１２３】
分配器１１１は、入力された時刻情報と、図１２を用いて説明した８状態のトレリス線図に基づいて、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に入力される２つのメトリックの各パスが切れているか否かを示す８種類の２ビット時変情報を生成するとともに、ｂビットに量子化された８個の前時刻のメトリックの中から、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８のそれぞれにつき２つの適切なメトリックを選択し、ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８に出力する。従って、分配器１１１は、合計で８×（２ｂ＋２）ビットの情報を出力する。
【０１２４】
ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８は、全て同一の回路構成を有している。ＡＣＳ回路１１２−１乃至１１２−８は、加算、比較、および選択の各演算処理を行うことにより、現時刻のメトリックを分配器１１１に帰還させるとともに、生き残りパスを示す１ビットの状態アドレスとをそれぞれバスメモリ１１３に出力する。
【０１２５】
１ビットの状態アドレスの入力を受けたバスメモリ１１３は、これらのアドレス情報、時刻カウンタ１０３から入力された６ビットの時刻情報、および、図１２を用いて説明した８状態のトレリス線図に基づいて、正しいパスを選択し、最も尤度の高い２７ビットの検出符号を出力する。
【０１２６】
次に、図２乃至図８を用いて説明した本発明を適応した記録再生装置、および、図１０乃至図１４を用いて説明した比較例の記録再生装置の性能を比較する。
【０１２７】
両方の記録再生装置を用いて、１００万ビットのランダムデータをそれぞれ符号化した。次に、この符号を、本発明を適応した記録再生装置においては、１／（１−Ｄ）処理に相当するＮＲＺＩ変調を行った後、１−Ｄ2のＰＲ４等化処理を行い、比較例の記録再生装置においては、１／（１−Ｄ2）処理に相当するインターリーブドＮＲＺＩ変調を行った後、１−Ｄ2のＰＲ４等化処理を行い、それぞれ白色雑音を付加した。
【０１２８】
そして、それぞれのＰＲ４等化信号について、図４、図７、および図８を用いて説明した本願発明を適応した符号検出部３２と、図１１、図１３、および図１４を用いて説明した符号検出部を用いて、トレリス符号検出を実行し、それぞれのビットエラーレートを測定した。
【０１２９】
図１５を参照して、本発明を適応した記録再生装置、および、比較例の記録再生装置における、信号対雑音比と、ビットエラーレートとの関係について説明する。
【０１３０】
図１５において、縦軸は、対数で表されるビットエラーレートであり、横軸は、信号対雑音比である。図中黒丸でポイントされているグラフが、本発明を適応した記録再生装置の測定結果であり、図中白丸でポイントされているグラフが、比較例の記録再生装置の測定結果である。
【０１３１】
本発明を適応した場合、比較例と比較して、信号対雑音比でわずかに０．１ｄＢ程度劣っている。これは、本発明を適応した場合、比較例と比較して、最小２乗ユークリッド距離はいずれも４で同一であるが、状態数が８から１６に増加しているため、最小２乗ユークリッド距離のエラーが発生する確率が、わずかながら増大しているためであると推定される。しかしながら、このように、本発明を適応した符号検出法のエラーレートの劣化は、ごく僅かであるので、ほぼ同等のエラーレートとみなしても良いため、実使用上問題はない。
【０１３２】
このように、本発明を適応した符号検出方法を用いた場合、従来利用されてきたインターリーブおよびデインターリーブ型を用いる場合と比較して、エラーレートを殆ど劣化させることなく、使用するトレリス符号のＴｍａｘを、２ｘからｘに減少させる、すなわち、従来の１／２にすることができる。本実施の形態においては、ｘ＝７Ｔであったので、使用するトレリス符号のＴｍａｘは、１４Ｔから７Ｔに減少される。
【０１３３】
このため、トレリス検出の状態数は、従来においてｙ状態であった場合、本発明においては２ｙの状態数が必要となり、従来の２倍の状態数となってしまう。しかしながら、トレリス検出部は２個から１個に減少する。そのため、トレリス検出に必要な回路規模は、いずれもおよそ２ｙに比例することになり、殆ど変わらない。すなわち、本発明を適応した記録再生装置の符号検出部３２は、比較例の符号検出部と、ほぼ同等の回路規模で実現することが可能である。本実施の形態においては、ｙ＝８であったので、状態数は、１６状態となるが、トレリス検出に必要な回路規模は、従来における場合と同等である。
【０１３４】
なお、図５を用いて説明した状態遷移図において、符号の０と１とを全て逆にすると、ＮＲＺＩ変調を前提として、Ａ−ＤＳＶ＝８の制限を与える状態遷移図となる。本発明においては、このような、Ａ−ＤＳＶを有限に制限した符号を用いて、それに対応したトレリス線図を生成することにより、符号検出を行うことも可能である。
【０１３５】
ＤＳＶ、もしくはＡ−ＤＳＶのうち、いずれを有限に制限しても、ＰＲ４等化された信号において符号検出を行うためのトレリス線図における最小２乗ユークリッド距離は４であるため、符号検出部においては、ほぼ同等のビットエラーレートを得ることができる。
【０１３６】
例えば、Ａ−ＤＳＶ＝１０の制限を加え、本実施の形態と同様に、２４／２７変換符号を、１２／１３変換符号と１２／１４変換符号とに分割して構成すると、Ｔｍａｘ＝８Ｔ、かつ、ＮＲＺＩデータ１の最大連続数９のＰＲ４チャネル用トレリス符号を構成することができる。
【０１３７】
すなわち、符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出を実行するにあたって、本発明が適応された場合、再生信号に対してパーシャルレスポンスクラスIV等化が実行され、かつ、符号スペクトルの直流成分、もしくはナイキスト周波数成分の、いずれか一方のスペクトラルヌルの符号化規則と、３ビット分の符号間干渉規則との、両方の規則を含むトレリス線図が用いられて符号検出が行われるものである。
【０１３８】
また、ここでは、符号検出に用いられるトレリス線図が、ＤＳＶ、もしくはＡ−ＤＳＶの制限数に対して２倍の状態数を有する場合について説明したが、状態数は、制限数Ｎに対して、２Ｎ以上のいかなる値をとることも可能である。
【０１３９】
なお、本発明において用いられる符号は、Ａ−ＤＳＶが制限されているよりも、ＤＳＶが制限されている方が望ましい。なぜならば、ＤＳＶを制限することにより、ＤＳＶの値よりも大きなランを発生する符号が除去されるため、Ａ−ＤＳＶを、ＤＳＶと同じ値に制限した符号を用いる場合よりも、符号のTmaxを短くすることが可能であるためである。
【０１４０】
また、DVC（Digital Video Cassette recorder）システムにおいて用いられているような位相同期方法、すなわち、再生信号を一旦積分検出した後にＰＬＬを実行し、その後、１−Ｄ2処理して、ＰＲ４等化信号を再生する方式においても、積分検出信号の高品質化のためには、同様にして、符号のＤＳＶは有限に制限されることが望ましい。
【０１４１】
また、再生信号の０の連続数の最大値が有限に制限されていないと、符号検出部３２において、ＱＣＳを発生してしまうとともに、ＰＬＬにおいて、フェーズロックがかからなくなるなど、ＰＬＬの回路動作が不安定になる恐れがある。
【０１４２】
これに対して、本発明を適応し、インターリーブを行わずに符号を記録する場合、符号において、ＮＲＺＩデータの０および１の最大連続数を、いずれも有限に制限することにより、ＰＲ４等化された再生信号の０の連続数の最大値を有限に制限することができる。
【０１４３】
ＮＲＺＩデータの０の最大連続数を有限に制限することは、Ｔｍａｘを有限とすることと等価である。上述したＤＳＶ＝８に制限した２４／２７変換符号においては、ＮＲＺＩデータの１の最大連続数を１５に制限することが可能である。
【０１４４】
なお、比較例のように符号をインターリーブしている場合においては、インターリーブの前のＮＲＺＩデータの０の最大連続数を制限することにより、再生信号の０の最大連続数を制限することができるので、ＮＲＺＩデータの１の最大連続数を制限する必要はない。
【０１４５】
また、実際に回路化するにあたっては、図８を用いて説明したパスメモリ７３のメモリ長を有限とする際の符号検出利得の劣化を防ぐために、一般的には、ＱＣＳを予め符号から除去しておくようになされる。
【０１４６】
このため、本実施の形態においては、符号検出時のＮＲＺＩデータの１の連続以外のＱＣＳを除去するために、特に特開平１１−１８６９１７号公報、および、M.Noda, "High-Rate Matched Spectral Null code," IEEE Trans. on Magn., vol.34, No.4, pp. 1946-1948, July 1998に開示されているＱＣＳ除去方法を用いたが、本発明において用いられる符号のＱＣＳ削除方法はこの方法に限定されるものではなく、どのような方法を用いて符号のＱＣＳを削除するようにしても良いことはもちろんである。
【０１４７】
符号のＱＣＳを削除する他の具体的方法としては、例えば、L.Fredrickson, et al., "Improved trellis-coding for partial-response channels," IEEE Trans. on Magn., vol. 31, No.2, pp. 1141-1148, Mar.1995の論文などに開示されている。
【０１４８】
ただし、符号化率が低い場合は、ＰＲ４等化による高周波数帯域の雑音強調が大きくなってしまうため、再生信号のエラーレートが劣化してしまう。従って、本願発明を適応する場合のトレリス符号の符号化率は、８／９以上の、できるだけ高い値であることが望ましい。
【０１４９】
上述したように、本発明を適応したパーシャルレスポンスクラスIVチャネル用のトレリス符号検出法を用いた場合、エラーレートと回路規模を、従来における場合とほぼ同様としつつ、利用するトレリス符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘを、従来における場合の１／２にすることが可能となる。符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘが小さくなることにより、実際の記録再生装置においては、信号記録再生時のオーバーライト雑音が低減され、ＰＬＬが安定するので、その工業的価値は非常に大きい。
【０１５０】
上述した一連の処理は、ソフトウェアにより実行することもできる。そのソフトウェアは、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。
【０１５１】
この記録媒体は、図１６に示すように、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク１４１、光ディスク１４２、光磁気ディスク１４３、もしくは半導体メモリ１４４などよりなるパッケージメディアなどにより構成される。磁気ディスク１４１は、フレキシブルディスクを含み、光ディスク１４２は、CD-ROM（Compact Disk-Read Only Memory），DVD（Digital Versatile Diskを含み、光磁気ディスク１４３は、ＭＤ(Mini-Disk)（商標）を含む。
【０１５２】
図１６を用いて、パーソナルコンピュータ１２１について説明する。
【０１５３】
CPU（Central Processing Unit）１３１は、入出力インターフェース１３２および内部バス１３３を介して、ユーザが、入力部１３４を用いて入力した各種指令に対応する信号や、ネットワークインターフェース１４０を介して、他のパーソナルコンピュータが送信した制御信号の入力を受け、入力された信号に基づいた各種処理を実行する。ROM（Read Only Memory）１３５は、CPU１３１が使用するプログラムや演算用のパラメータのうちの基本的に固定のデータを格納する。ＲＡＭ（Random Access Memory）１３６は、CPU１３１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータを格納する。CPU１３１、ROM１３５、およびＲＡＭ１３６は、内部バス１３３により相互に接続されている。
【０１５４】
内部バス１３３は、入出力インターフェース１３２とも接続されている。入力部１３４は、例えば、キーボード、タッチパッド、ジョグダイヤル、あるいはマウスなどからなり、ユーザがCPU１３１に各種の指令を入力するとき操作される。表示部１３７は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶表示装置などからなり、各種情報をテキスト、あるいはイメージなどで表示する。
【０１５５】
ＨＤＤ（hard disk drive）１３８は、ハードディスクを駆動し、それらにCPU１３１によって実行するプログラムや情報を記録または再生させる。ドライブ１３９には、必要に応じて磁気ディスク１４１、光ディスク１４２、光磁気ディスク１４３、および半導体メモリ１４４が装着され、データの授受を行う。
【０１５６】
ネットワークインターフェース１４０は、他のパーソナルコンピュータや、パーソナルコンピュータ以外の各種装置と所定のケーブルを用いて有線で、もしくは無線で接続され、それらの機器との情報の授受を行ったり、インターネットを介してウェブサーバにアクセスし、情報の授受を行う。
【０１５７】
これらの入力部１３４乃至ネットワークインターフェース１４０は、入出力インターフェース１３２および内部バス１３３を介してCPU１３１に接続されている。
【０１５８】
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１５９】
なお、本発明の符号検出方法は、ごく一般的に知られる雑音白色化法、例えば、ノイズプレディクタと組み合わせて用いても良い。
【０１６０】
【発明の効果】
本発明のトレリス検出器およびトレリス符号検出方法、並びにプログラムによれば、符号スペクトルの直流成分もしくはナイキスト成分のいずれか一方がスペクトラルヌルとなる符号化規則、および、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則を適応してトレリス符号を検出するようにしたので、エラーレートと回路規模を、従来における場合とほぼ同様としつつ、利用するトレリス符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘを、従来における場合の１／２にすることができる。
【０１６１】
本発明の復号装置および復号方法、並びにプログラムによれば符号スペクトルの直流成分もしくはナイキスト成分のいずれか一方がスペクトラルヌルとなる符号化規則、および、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則を適応してトレリス符号を検出し、検出された符号を復号するようにしたので、エラーレートと回路規模を、従来における場合とほぼ同様としつつ、利用するトレリス符号の最大磁化反転間隔Ｔｍａｘを、従来における場合の１／２にすることができ、信号記録再生時のオーバーライト雑音の低減やＰＬＬの安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的な記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明を適応した記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図３】 図２の符号化部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】 図２の符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明で用いられる８状態の状態遷移図について説明するための図である。
【図６】 本発明で用いられる１６状態のトレリス線図について説明するための図である。
【図７】 図４の符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図８】 図７の１６状態トレリス符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図９】 復号処理について説明するためのフローチャートである。
【図１０】 比較例であるインターリーブ型の符号化部の構成を示すブロック図である。
【図１１】 比較例であるデインターリーブ型の符号検出部の構成を示すブロック図である。
【図１２】 比較例において用いられる８状態のトレリス線図について説明するためのブロック図である。
【図１３】 図１１の符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図１４】 図１３の８状態トレリス符号検出部の更に詳細な構成を示すブロック図である。
【図１５】 本発明を適応した符号検出部と比較例である符号検出部とにおけるビットエラーレートと信号雑音比との関係について説明するための図である。
【図１６】 パーソナルコンピュータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３１ 符号化部， ３２ 符号検出部， ４１ ｍ／ｎ符号化部， ４２ 並列／直列変換部， ５１ 符号検出部， ５２ ラッチ， ６１ 同期符号検出部， ６２ 遅延部， ６３ 時刻カウンタ， ６４ １６状態トレリス符号検出部， ７１ 分配器， ７２ ＡＣＳ， ７３ バスメモリ
Claims (18)
- 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出器において、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出部
を備えることを特徴とするトレリス符号検出器。 - 前記符号検出部は、前記直流成分のスペクトラルヌルの符号化規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を適応させたトレリス線図を用いて符号検出を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のトレリス検出器。 - 前記符号は、非ゼロ復帰逆転変調前の値が1である前記信号の連続数が有限の値に制限されている符号の組み合わせである
ことを特徴とする請求項１に記載のトレリス検出器。 - 前記符号は、符号化率が８／９以上である符号の組み合わせである
ことを特徴とする請求項１に記載のトレリス検出器。 - 前記符号は、インターリーブ処理されていない状態の符号列である
ことを特徴とする請求項１に記載のトレリス検出器。 - 前記符号は、少なくとも符号系列の累積直流電荷の振幅、もしくは、累積交流電荷の振幅のうちのいずれかが所定の値ｎ（ｎは２以上の整数）に制限されており、
前記符号検出部は、２ｎ以上の状態数を有し、２ｎ以上の状態数の遷移状態を形成するために、前記状態数と同数のＡＣＳ回路を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のトレリス検出器。 - 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出方法において、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップ
を含むことを特徴とするトレリス符号検出方法。 - 前記符号検出ステップの処理では、前記直流成分のスペクトラルヌルの符号化規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を適応させたトレリス線図を用いて符号検出を行う
ことを特徴とする請求項７に記載のトレリス検出方法。 - 前記符号は、非ゼロ復帰逆転変調前の値が1である前記信号の連続数が有限の値に制限されている符号の組み合わせである
ことを特徴とする請求項７に記載のトレリス検出方法。 - 前記符号は、符号化率が８／９以上である符号の組み合わせである
ことを特徴とする請求項７に記載のトレリス検出方法。 - 前記符号は、インターリーブ処理されていない状態の符号列である
ことを特徴とする請求項７に記載のトレリス検出方法。 - 前記符号は、少なくとも符号系列の累積直流電荷の振幅、
もしくは、累積交流電荷の振幅のうちのいずれかが所定の値ｎ（ｎは２以上の整数）に制限されており、
前記符号検出ステップの処理では、２ｎ以上の状態数の遷移状態を形成するために、前記状態数と同数の演算ステップを含む
ことを特徴とする請求項７に記載のトレリス検出方法。 - 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出器用のプログラムであって、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則、および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップ
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。 - 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行うトレリス符号検出器を制御するコンピュータが実行可能なプログラムであって、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップ
を含むことを特徴とするプログラム。 - 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行う復号装置において、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出部と、
前記符号検出部により検出された前記符号を復号する復号部と
を備えることを特徴とする復号装置。 - 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行う復号装置の復号方法において、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップと、
前記符号検出ステップの処理により検出された前記符号を復号する復号ステップと
を含むことを特徴とする復号方法。 - 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行う復号装置用のプログラムであって、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップと、
前記符号検出ステップの処理により検出された前記符号を復号する復号ステップと
を含むことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。 - 符号化規則を尤度計算に利用して符号検出を行う復号装置を制御するコンピュータが実行可能なプログラムであって、
符号スペクトルの直流成分またはナイキスト成分のいずれか一方のみがスペクトラルヌルとなる符号化規則、パーシャルレスポンスクラスIVの符号間干渉規則および、受信信号をデインターリーブした場合と比較して２倍の状態数となる少なくとも３ビット分の符号間干渉規則を同時に適応してトレリス符号検出を行う符号検出ステップと、
前記符号検出ステップの処理により検出された前記符号を復号する復号ステップと
を含むことを特徴とするプログラム。
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