JP2007273016A - Reproduction signal processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PRML(Partial Response Maximum Likelihood)信号処理方式を用いた再生信号処理装置において、再生波形を適応的に等化する適応等化装置および、その復号方式に関するものである。 The present invention relates to an adaptive equalization apparatus that adaptively equalizes a reproduction waveform in a reproduction signal processing apparatus using a PRML (Partial Response Maximum Likelihood) signal processing method, and a decoding method thereof.
近年、情報記録再生用の記録媒体としてCD(Compact Disc)又はDVD(Digital Versatile Disc)が使用されている。それらの記録媒体に記録されている情報を再生する場合において、より読み取る能力の高い再生信号処理装置を要求されている。 In recent years, a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc) is used as a recording medium for recording and reproducing information. When reproducing information recorded on these recording media, a reproduction signal processing apparatus having a higher reading ability is required.
特にDVDは、CDに比べ記録密度が高いため、DVDの再生波形は、符号間干渉の影響を受け、再生波形が歪んでしまう。例えば、DVDは、8ビットの情報を16ビットの符号語に変調するEFM(Eight to Fourteen Modulation)変調を用いているため、基準長をTとしたとき、ピット長は3T〜11T乃至14Tとなっている。ピットの長さが正確に3T〜11T乃至14Tであることが望ましいが、例えば、記録可能なDVDの記録品質が悪い場合、ピット長が正しく形成されていないものや、再生専用のDVDにおいてもピット長が正しく形成されていないものがあるため、再生波形が歪んでしまう。さらに、高倍速でDVDの情報を読み取るために再生信号処理装置は高速にデータ処理を行う必要があるが、アナログ信号処理系である、光ピックアップ46(図11)、FEP(Front End Processor)47(図11)によって再生波形の通過に必要な周波数特性の不足による郡遅延特性の劣化によって再生信号の歪みがさらに増加する現象が発生している。 In particular, since DVD has a higher recording density than CD, the reproduction waveform of DVD is affected by intersymbol interference, and the reproduction waveform is distorted. For example, since DVD uses EFM (Eight to Fourteen Modulation) modulation that modulates 8-bit information into a 16-bit codeword, when the reference length is T, the pit length is 3T to 11T to 14T. ing. Although it is desirable that the pit length is exactly 3T to 11T to 14T, for example, when the recordable quality of a recordable DVD is poor, the pit length is not formed correctly or even on a read-only DVD. Since some of the lengths are not formed correctly, the reproduced waveform is distorted. Further, in order to read information on a DVD at a high speed, the reproduction signal processing apparatus needs to perform data processing at high speed. An optical pickup 46 (FIG. 11), FEP (Front End Processor) 47, which are analog signal processing systems, are used. (FIG. 11) causes a phenomenon in which the distortion of the reproduction signal further increases due to the deterioration of the group delay characteristic due to the lack of the frequency characteristic necessary for passing the reproduction waveform.
それらの再生波形に対して単純に信号振幅のみで二値化することによってディジタルデータの「1」乃至「0」を判定してしまうと、そのピット形成が正しく形成されていない状態や、アナログ信号処理系の周波数通過帯域による郡遅延特性の劣化による再生波形の歪みによってデータの読み取り誤りを生じ、信頼性が著しく損なわれたデータとして読み出してしまい、BER(Bit Error Rate)を悪化してしまいデータの読み出しができなくなってしまう。 If “1” to “0” of the digital data is determined by simply binarizing the reproduced waveform with only the signal amplitude, the pit formation is not correctly formed, or an analog signal Data read error occurs due to distortion of the reproduction waveform due to degradation of the group delay characteristics due to the frequency pass band of the processing system, and the data is read as data whose reliability is significantly impaired, and the BER (Bit Error Rate) is deteriorated. Cannot be read.
そこで、近年、高い再生能力を有する再生信号処理装置としてPRML検出方式が注目されている。PRML検出方式は、HDD(Hard Disk Drive)、書き換え可能な光ディスク等の高密度記録されている記録媒体に対する信号処理方式として利用されている技術であり、波形等化技術であるパーシャルレスポンス方式と最尤復号法の一つであるビタビ復号法を組み合わせた方式で、S/N(信号対雑音)比の低い再生信号や、非線形歪みの多い再生信号から正しいデータを復号する方式である。
図11は、一般的なPRML検出方式の信号処理を行う情報再生装置の構成を示すブロック図である。記録媒体45に対して光ピックアップ46からレーザーを照射する。その反射光の強弱を検出することによって記録媒体45に記録されているデータを読み取り、アナログ電気信号に変換する。
Therefore, in recent years, the PRML detection method has attracted attention as a reproduction signal processing apparatus having a high reproduction capability. The PRML detection method is a technology used as a signal processing method for high-density recording media such as HDDs (Hard Disk Drives) and rewritable optical discs, and is a partial response method that is a waveform equalization technology. This is a method combining Viterbi decoding, which is one of the likelihood decoding methods, and is a method for decoding correct data from a reproduction signal having a low S / N (signal-to-noise) ratio and a reproduction signal having a lot of nonlinear distortion.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an information reproducing apparatus that performs signal processing of a general PRML detection method. The
FEP47は、読み出された再生信号を増幅し、ゲインを調整し、高域のノイズ成分を除去し、必要な帯域を強調する処理を行う。FEP47からの出力信号は、A/D変換器48により、アナログ信号をディジタル信号に変換される。
そのディジタル信号は、PRML検出装置51におけるトランスバーサルフィルタ、又はFIR(Finite Impulse Response)フィルタにより構成される
PR等化器49に入力される。
The
The digital signal is input to a
その等化装置について、図2に示すようなDVDの光再生特性であるMTF(Mutual Transfer Function)特性からDVDにおける信号帯域は規格化周波数における1/4以下の帯域に集中していることを利用して、図3に示すような1T(T:1チャネルビットあたりの時間)遅延する遅延器42を2つ使い2Tごとに乗算器43を挿入し、その乗算結果を加算する加算器44から構成され、低消費電力化を行っているものがある。
As for the equalizing apparatus, the fact that the signal band in DVD is concentrated in the band of 1/4 or less in the standardized frequency from the MTF (Mutual Transfer Function) characteristic which is the optical reproduction characteristic of DVD as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 3, two
一般に、MTF特性に近い周波数特性を持つPR方式ほど有利なパーシャルレスポンス方式と考えられているが、また、PR長の長いPR方式を用いた場合、ビタビ復号器25の回路規模がPR長とともに回路規模が指数関数的に増加するため、PR長の短いPR方式を用いるといったことを考慮した場合、その両方を満たすPR方式として、PR(1、2、2、1)方式と、PR(3、4、4、3)方式であるPR(a、b、b、c)がそれにあたる。
In general, it is considered that the PR system having a frequency characteristic close to the MTF characteristic is more advantageous as a partial response system. However, when the PR system having a long PR length is used, the circuit scale of the Viterbi
このPR方式に最適なタップ係数を適当等化係数算出装置50(図11)によって求め、PR等化器49(図11)によって、そのタップ係数を用いて波形等化される。
その最適なタップ係数を算出する方式としてLMS(Least Mean Square)アルゴリズムがあり、そのアルゴリズムを用いた適応等化係数算出器50(図11)について説明する。
The tap coefficient optimum for this PR method is obtained by the appropriate equalization coefficient calculation device 50 (FIG. 11), and the waveform is equalized using the tap coefficient by the PR equalizer 49 (FIG. 11).
There is an LMS (Least Mean Square) algorithm as a method for calculating the optimum tap coefficient, and an adaptive equalization coefficient calculator 50 (FIG. 11) using the algorithm will be described.
LMSアルゴリズムは、PR等化器出力値と、その等化目標値との差である等化誤差信号の二乗値を最小にするPR等化器49(図11)のタップ係数を随時更新学習することによって算出することである。LMSアルゴリズムの一般的なタップ係数の更新式を次式に示す。 The LMS algorithm updates and learns the tap coefficient of the PR equalizer 49 (FIG. 11) that minimizes the square value of the equalization error signal, which is the difference between the PR equalizer output value and the equalization target value. It is to calculate by. A general tap coefficient updating formula of the LMS algorithm is shown in the following formula.
Ci(t+1)=Ci(t)+μ×e(t)×xi(t) 式(1)
(但し、t=0、1、2、3、・・・)
式(1)においてCiは時刻tのi番目のタップ係数、Ci(t+1)は更新されたi番目のタップ係数、μはループゲイン、e(t)は時刻tにおける等化誤差、xi(t)はi番目に対するFIRフィルタの入力値を示していて、i番目に対する等化誤差e(t)とFIRフィルタの入力値xiを積算したものをLMSアルゴリズムにおける相関値という。
Ci (t + 1) = Ci (t) + μ × e (t) × xi (t) Equation (1)
(However, t = 0, 1, 2, 3, ...)
In Equation (1), Ci is the i-th tap coefficient at time t, Ci (t + 1) is the updated i-th tap coefficient, μ is the loop gain, e (t) is the equalization error at time t, and xi (t ) Indicates the input value of the FIR filter for the i-th, and the sum of the equalization error e (t) for the i-th and the input value xi of the FIR filter is called a correlation value in the LMS algorithm.
そのPR等化器49(図11)によって意図的に与えられた波形干渉を利用した復号方式であり、PR方式によって推定される値とビタビ復号器入力信号の差が小さくなるような符号系列を復号していく最尤復号法のひとつであるビタビ復号法を行い記録媒体に記録されているディジタルデータを復号することができる。 This is a decoding scheme that uses the waveform interference intentionally given by the PR equalizer 49 (FIG. 11), and a code sequence that makes the difference between the value estimated by the PR scheme and the Viterbi decoder input signal small. It is possible to decode digital data recorded on a recording medium by performing Viterbi decoding which is one of the maximum likelihood decoding methods.
図6に一般的なビタビ復号器25の構成を示す。ビタビ復号器は、PR等化器出力信号とPR方式から推定される推定値によって尤度情報を算出するブランチメトリック26と、パスメトリック27(ACS:Add Compare Select)によってレジスタ28で保存している一時刻前の尤度情報と前記ブランチメトリックの出力から尤度の高い情報系列を判別していき、その判別された情報から最も尤度情報が高いと考えられるパスを選別するためパスメモリ29と、そのパスメモリの出力結果からさらに尤度の高い情報を選択する出力選択器から構成されている。
FIG. 6 shows a configuration of a general Viterbi
ここで、DVDに用いられているEFM変調方式の特徴である同じ符号が3つ以上連続するといった特徴とPR(a、b、b、a)方式に限定したビタビ復号器について説明す
る。その前記ビタビ復号器における状態遷移を図7に示す。この図において、EFM変調方式の特徴である同じ符号が3つ以上連続することから状態はS0〜S5の6状態に分けることができ、状態Siから状態Sjに遷移するパスを示し、それぞれのパスにおける推定値を次式によって求める。
Here, a feature that three or more of the same codes, which are the features of the EFM modulation method used for DVDs, and a Viterbi decoder limited to the PR (a, b, b, a) method will be described. The state transition in the Viterbi decoder is shown in FIG. In this figure, the state can be divided into six states S0 to S5 because three or more of the same codes that are characteristic of the EFM modulation method are continuous, and the paths that transition from the state Si to the state Sj are shown. The estimated value at is obtained by the following equation.
推定値=a×ck+b×ck−1+b×ck−2+a×ck−3 式(2)
式(2)におけるa、bはPR(a、b、b、a)方式のa、bを示し、ck、ck−1、ck−2、ck−3は時刻k、k−1、k−2、k−3における記録系列cを示している。
Estimated value = a × ck + b × ck−1 + b × ck−2 + a × ck−3 Equation (2)
In Expression (2), a and b indicate a and b in the PR (a, b, b, a) system, and ck, ck-1, ck-2, and ck-3 are times k, k-1, k-. 2 shows a recording sequence c in k-3.
このビタビ復号器における状態遷移を図にしたものが、図8に示すトレリス線図となる(特許文献1参照)。
しかしながら、従来のPRML検出装置において、高倍速再生に対応するためには、PR等化器、適応等化係数算出器及びビタビ復号器を高速に動作させる必要がある。
その高速に動作さ対応させるためには、PR等化器、適応等化係数算出器及びビタビ復号器におけるさまざまな演算に対してパイプライン処理や並列処理を行う必要があるが、その処理を行うことによって回路規模が増加し、消費電力も増加してしまう。
さらに、パイプライン処理や並列処理に伴って、光ピックアップから信号を得て、復号結果を求めるまでの時間が増加してしまう。
However, in the conventional PRML detection apparatus, it is necessary to operate the PR equalizer, the adaptive equalization coefficient calculator, and the Viterbi decoder at high speed in order to support high-speed reproduction.
In order to cope with the high speed operation, it is necessary to perform pipeline processing and parallel processing for various operations in the PR equalizer, the adaptive equalization coefficient calculator, and the Viterbi decoder. As a result, the circuit scale increases and the power consumption also increases.
Furthermore, accompanying pipeline processing and parallel processing, the time from obtaining a signal from the optical pickup and obtaining the decoding result increases.
その回路規模を減少させる手法として、図2のMTF特性を考慮したPR等化器(図3)があるが、図2に示すPR(1、2、2、1)方式、又はPR(3、4、4、3)方式は1/4以上の帯域を使用しているのに対して、回路規模を優先してしまい1/4以下の帯域の信号を制御するような構成になっているため等化目標であるPR方式に対して、取り扱う周波数帯域のミスマッチのために、十分な波形等化を行いにくく、そのPR等化器のタップ係数を自動的に学習する適応等化係数算出器50(図11)においても不安定な制御になってしまう。そのため、PRML検出装置が不安定な状態になってしまいPRML検出装置51(図11)の特性劣化を招いている。
As a technique for reducing the circuit scale, there is a PR equalizer (FIG. 3) in consideration of the MTF characteristics of FIG. 2, but the PR (1, 2, 2, 1) system shown in FIG. The 4, 4, 3) method uses a band of 1/4 or more, but has a configuration that gives priority to the circuit scale and controls signals of a band of 1/4 or less. An adaptive
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、記録媒体1(図1)に記録されているディジタルデータを読み取る手段として、回路規模及び消費電力を抑え、かつ、出力遅延を減少させながら再生性能を向上させることが可能となるPRML検出装置5(図1)を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and as a means for reading digital data recorded on the recording medium 1 (FIG. 1), the circuit scale and power consumption are reduced, and An object of the present invention is to provide a PRML detection device 5 (FIG. 1) capable of improving reproduction performance while reducing output delay.
前記課題を解決するために、本発明のPRML検出装置は、同じ符号が3つ以上連続する制約を有する記録符号によりディジタル記録されている記録媒体からディジタルデータを復調する手段として、チャネルビットの規格化周波数の1/3を制御するためのFIR(Finite Impulse Response)フィルタにより構成されるPR等化器と、前記PR等化器のタップ係数を適応的に学習する適応等化係数算出器と、前記PR等化器の出力結果を復号する際に、出力遅延を可変する機能を有するビタビ復号器によって最尤復号を行うことを特徴とするもとのである。 In order to solve the above problems, the PRML detection apparatus of the present invention uses a channel bit standard as a means for demodulating digital data from a recording medium digitally recorded by a recording code having a restriction that three or more of the same codes are continuous. A PR equalizer configured by a FIR (Finite Impulse Response) filter for controlling 1/3 of the equalization frequency, an adaptive equalization coefficient calculator that adaptively learns tap coefficients of the PR equalizer, When decoding the output result of the PR equalizer, maximum likelihood decoding is performed by a Viterbi decoder having a function of varying the output delay.
さらに、入力信号を1T(T:1チャネルビットあたりの時間)遅延する遅延素子を2個ずつ直列に接続されたN個の遅延器と、入力信号に対して1/2位相が遅れた信号を1T遅延する遅延素子を2個ずつ直列に接続されたM個の遅延器と、N個の第一の遅延器とM
個の第二の遅延器に2Tごとに乗算器を有し外部から入力可能な複数のタップ係数と乗算を行い、前記乗算器の出力を加算する加算器から構成されることを特徴とするものである。
Furthermore, N delay devices in which two delay elements that delay the input signal by 1T (T: time per channel bit) are connected in series, and a signal whose phase is delayed by ½ phase with respect to the input signal. M delay devices in which two delay elements each delaying by 1T are connected in series, N first delay devices and M
The second delay unit includes a multiplier every 2T, and is configured by an adder that performs multiplication with a plurality of tap coefficients that can be input from the outside and adds the outputs of the multipliers It is.
さらに、A/D変換器においてチャネルレートによるサンプリングさせたデータおいて1/2位相が後れた信号を生成する補間器を有し、前記補間器の出力を、前記1/2位相が遅れた信号を1T遅延する遅延素子を2個ずつ直列に接続されたM個の遅延器に入力することを特徴とするものである。 Further, the A / D converter has an interpolator that generates a signal that is half phase out of the data sampled at the channel rate, and the output of the interpolator is delayed by the half phase. Two delay elements that delay the signal by 1T are input to M delay devices connected in series two by two.
さらに、PRML検出装置におけるPR等化器において、A/D変換器においてチャネルレートの2倍のクロックでサンプリングされたデータにおいて、1/2位相が遅れた信号を、前記1/2位相が遅れた信号を1Tずつ遅延する遅延素子に入力することを特徴とするものである。 Further, in the PR equalizer in the PRML detection apparatus, in the data sampled with a clock twice the channel rate in the A / D converter, a signal whose 1/2 phase is delayed is delayed by the 1/2 phase. The signal is input to a delay element that delays the signal by 1T.
さらに、前記PR等化器において、PR等化器において、A/D変換器においてチャネルレートの2倍のクロックでサンプリングされたデータにおいて、1/2位相が遅れた信号を、前記1/2位相が遅れた信号を1Tずつ遅延する遅延素子に入力することを特徴とするものである。 Further, in the PR equalizer, in the PR equalizer, in the data sampled with a clock twice the channel rate in the A / D converter, a signal delayed by 1/2 phase is converted into the 1/2 phase. A signal delayed by 1 is input to a delay element that delays by 1T.
さらに、PRML検出装置における補間器において、A/D変換器において、サンプリングされたデータと、その1T前にサンプリングされたデータから直線補間することで1/2位相が遅れた信号を生成することを特徴とするものである。 Further, in the interpolator in the PRML detection apparatus, the A / D converter generates a signal delayed in 1/2 phase by linear interpolation from the sampled data and the data sampled 1T before the sampled data. It is a feature.
さらに、PRML検出装置におけるPR等化器において、前記補間器から出力される1/2位相が後れた信号と、A/D変換器においてチャネルレートの2倍でサンプリングにより得られる1/2位相が後れた信号とを外部制御によって可変することを特徴とするものである。 Further, in the PR equalizer in the PRML detection device, the signal output from the interpolator is delayed by a half phase, and the A / D converter obtains a half phase obtained by sampling at twice the channel rate. It is characterized in that the signal that is delayed is varied by external control.
さらに、PRML検出装置における適応等化係数算出器において、前記PR等化器の出力と等化目標値との差から求めた等化誤差と前記PR等化器の入力波形との相関値を求める相関演算器において、等化誤差の情報における符号情報と前記PR等化器の入力波形の符号情報から相関値の符号情報を求め、相関値の大きさは、前記PR等化器の入力波形のデータを用いることを特徴とするものである。 Further, in the adaptive equalization coefficient calculator in the PRML detection device, a correlation value between the equalization error obtained from the difference between the output of the PR equalizer and the equalization target value and the input waveform of the PR equalizer is obtained. In the correlation calculator, the code information of the correlation value is obtained from the code information in the information of the equalization error and the code information of the input waveform of the PR equalizer, and the magnitude of the correlation value is the value of the input waveform of the PR equalizer. It is characterized by using data.
さらに、PRML検出装置における適応等化係数算出器において、前記相関演算器の出力において、ゲインを可変する機能を有するルールフィルタゲイン設定器と、前記ループフィルタゲイン設定器の出力を積分する積分器を行うことを特徴とするものである。
さらに、請求項1に記載のPRML検出装置におけるビタビ復号器において、ブランチメトリック演算器と、パスメトリック演算器と、パスメモリと、復号結果選択器から構成され、前記復号結果選択器において、前記パスメモリの出力を二つ毎の組に分けて、前記各組において、一致した場合は、前記パスメモリの出力を復号結果の候補として残し、また、一致しない場合は、その組における前記パスメモリの出力は復号結果の候補から除外し、前記復号結果の候補として残った組に対して二つの組毎に分けて前期操作を行い、前記操作を一組になるまで行い、その一組をビタビ復号器の復号結果として出力する機能を有することを特徴とするものである。
Further, in the adaptive equalization coefficient calculator in the PRML detection device, a rule filter gain setting unit having a function of changing a gain in an output of the correlation calculator, and an integrator for integrating the output of the loop filter gain setting unit. It is characterized by doing.
The Viterbi decoder in the PRML detection device according to
さらに、PRML検出装置におけるビタビ復号器において、パスメメモリ長を外部制御によって可変することを特徴とするものである。 Further, the Viterbi decoder in the PRML detection device is characterized in that the Pasme memory length is varied by external control.
本発明に係わるPRML検出装置によれば、規格化周波数の1/3を制御するためのFIRフィルタにより構成されるPR等化器により、MTF特性と等化目標であるPR特性に対して安定的な等化特性を得ることが可能となる。 According to the PRML detection apparatus according to the present invention, the PR equalizer configured by the FIR filter for controlling 1/3 of the normalized frequency is stable with respect to the MTF characteristic and the PR characteristic which is an equalization target. It is possible to obtain an equalization characteristic.
また、本発明に係わるPRML検出装置によれば、1T遅延する遅延素子を2個ずつ直列に接続されたN個の遅延器と、入力信号に対して1/2位相が遅れた信号を1T遅延する遅延素子を2個ずつ直列に接続されたM個の遅延器と、N個の第一の遅延器とM個の第二の遅延器に2Tごとに乗算器を有し外部から入力可能な複数のタップ係数と乗算を行い、前記乗算器の出力を加算する加算器から構成されているため、乗算器を少ない増加分で安定的なPR等化器を実現することが可能となる。 In addition, according to the PRML detection apparatus of the present invention, N delay devices in which two delay elements each delaying by 1T are connected in series, and a signal delayed by 1/2 phase with respect to the input signal are delayed by 1T. 2 delay elements to be connected in series, N first delay elements and M second delay elements each having a multiplier every 2T and capable of being input from the outside Since the adder performs multiplication with a plurality of tap coefficients and adds the outputs of the multipliers, a stable PR equalizer can be realized with a small increase in the multipliers.
また、本発明に係わるPRML検出装置によれば、チャネルレートサンプリングされたデータによって、1/2位相が遅れた信号を生成する補間器を用いて生成するため、チャネルレートサンプリングされたデータに対して1/2位相が送れたデータを生成することが可能となる。 In addition, according to the PRML detection apparatus according to the present invention, since the channel rate sampled data is generated using an interpolator that generates a signal delayed by 1/2 phase, the channel rate sampled data is It is possible to generate data in which a half phase is sent.
また、本発明に係わるPRML検出装置によれば、チャネルレートの2倍のクロックでサンプリングされたデータにおける1/2位相が遅れた信号をPR等化器に入力するためPR等化器による等化特性を安定させることができる。 In addition, according to the PRML detection apparatus according to the present invention, equalization by a PR equalizer is performed in order to input a signal delayed by 1/2 phase in data sampled with a clock twice the channel rate to the PR equalizer. The characteristics can be stabilized.
また、本発明に係わるPRML検出装置によれば、チャネルレートサンプリングされたデータに対しても1/2位相が遅れた信号を直線補間によって簡易的に算出するため、回路規模を抑えることができる。 Further, according to the PRML detection apparatus according to the present invention, a signal whose half phase is delayed with respect to channel rate sampled data is simply calculated by linear interpolation, so that the circuit scale can be suppressed.
また、本発明に係わるPRML検出装置によれば、A/D変換器においてサンプリングモードをチャネルレートサンプリングと2倍のチャネルレートサンプリングで切り替えることで、サンプリングが早い場合は、チャネルレートサンプリングで補間器を用いて1/2位相が遅れたデータを生成し、遅い倍速では2倍のチャネルレートサンプリングで1/2位相が遅れたデータを生成することでより倍速に応じてPR等化器を使い分けることが可能となる。 Further, according to the PRML detection apparatus according to the present invention, the sampling mode is switched between the channel rate sampling and the double channel rate sampling in the A / D converter. It is possible to generate data with a ½ phase delay by using it, and at a slow double speed, by generating data with a ½ phase delay by double channel rate sampling, it is possible to use different PR equalizers according to the double speed. It becomes possible.
また、本発明に係わるPRML検出装置によれば、直線補間による補間器によって1/2位相が遅れたデータを生成することによって、回路規模を抑えたPR等化を行うことが可能となる。 Further, according to the PRML detection apparatus according to the present invention, it is possible to perform PR equalization with a reduced circuit scale by generating data with a ½ phase delay by an interpolator based on linear interpolation.
また、本発明のPRML検出装置において、PR等化器のタップ係数を適応的に算出する場合に、相関演算器において、等化誤差の情報における符号情報と前記PR等化器の入力波形の符号情報から相関値の符号情報を求め、相関値の大きさは、前記PR等化器の入力波形のデータを用いることによって、乗算器を用いないため回路削減が可能となる。 In the PRML detection apparatus of the present invention, when the tap coefficient of the PR equalizer is adaptively calculated, the correlation calculator calculates the sign information in the information of the equalization error and the sign of the input waveform of the PR equalizer. By obtaining the code information of the correlation value from the information and using the data of the input waveform of the PR equalizer as the magnitude of the correlation value, it is possible to reduce the circuit because no multiplier is used.
また、本発明のPRML検出装置において、パスメモリからの出力を2つ毎の組に分けて一致確認を行うことによって、復号結果を選択することにより、回路規模を抑えた方法によってビタビ復号器の復号結果の信頼度を向上することが可能となる。 Further, in the PRML detection apparatus of the present invention, the output from the path memory is divided into groups of every two to perform matching confirmation, and by selecting a decoding result, the Viterbi decoder can be controlled by a method that suppresses the circuit scale. It becomes possible to improve the reliability of the decryption result.
また、本発明のPRML検出装置において、パスメモリ長を外部制御に可変することによって復号遅延を削減することが可能となる。 Further, in the PRML detection apparatus of the present invention, it is possible to reduce the decoding delay by changing the path memory length to external control.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態によるPRML検出装置は、チャネルビットの規格化周波数の1/3の信号帯域を制御するためのPR等化器や、回路規模、消費電力を削減した適応等化係数算出器や、出力遅延を可変することができるビタビ復号器を用いることによって高倍速動作に対応したものである。
(Embodiment 1)
The PRML detection apparatus according to the present embodiment includes a PR equalizer for controlling a signal band that is 1/3 of a channel bit standardized frequency, an adaptive equalization coefficient calculator that reduces circuit scale and power consumption, By using a Viterbi decoder capable of varying the output delay, it is compatible with high-speed operation.
図1は、本実施の形態に係わるPRML検出装置の構成を示すブロック図である。図において、1は記録媒体、2は光ピックアップ、3は読み出された再生信号を増幅し、ゲインを調整し、高域のノイズ成分を除去し、必要な帯域を強調する処理を行うFEP、4はアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器、5はA/D変換されたディジタル信号をPR方式に波形等化するPR等化器、6はPR等化器5におけるタップ係数を自動学習することによって算出する適応等化係数算出器、7は前記PR等化器の出力信号に対して最尤復号を行うビタビ復号器である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a PRML detection apparatus according to the present embodiment. In the figure, 1 is a recording medium, 2 is an optical pickup, 3 is an FEP that amplifies the read reproduction signal, adjusts the gain, removes high-frequency noise components, and emphasizes a necessary band, 4 is an A / D converter that converts an analog signal into a digital signal, 5 is a PR equalizer that equalizes the A / D converted digital signal in the PR format, and 6 is a tap coefficient in the
図1に示すPR等化器5は、A/D変換によってFEP3から出力されたアナログ信号をディジタル変換された信号に対して、各PR方式に適応したフィルタ係数を適応等化係数算出器6によって算出し、そのフィルタ係数を用いて波形等化するためのものである。PR等化器として一般的に用いられているFIRフィルタは、1Tの遅延素子が直列に接続され、前記遅延素子1つに対して1つの乗算器を挿入し、前記乗算器の出力を加算する加算器から構成される。しかし、FEP3における郡遅延劣化を補正するためには、できるだけ長い時間幅を持つFIRフィルタを構成しなければならない。
しかし、長い時間幅のFIRフィルタを構成した場合、1Tの遅延素子1つに対して1つの乗算器を用いた場合は、回路規模が増大してしまう。
The
However, when a FIR filter having a long time width is configured, if one multiplier is used for one 1T delay element, the circuit scale increases.
そこで、図2に示すようなDVDの光再生特性であるMTF特性において、DVDにおける信号帯域は規格化周波数における1/4以下の帯域に集中しているという特徴を利用して、図3に示すような1T遅延する遅延器42を二つ使い、2Tごとに乗算器43を挿入し、その乗算器出力を加算する加算器44から構成されるようなPR等化器49を用いて、回路規模を抑え、低消費電力化を行っているものがある。
Therefore, in the MTF characteristic which is the optical reproduction characteristic of the DVD as shown in FIG. 2, the characteristic that the signal band in the DVD is concentrated in a band equal to or less than 1/4 of the standardized frequency is shown in FIG. A circuit scale is obtained using a
しかし、上記PR等化装置49は回路規模を優先してしまい、等化目標であるPR方式、例えば、図2に示すような、PR(1、2、2、1)方式やPR(3、4、4、3)方式のように、図3のような構成のPR等化器49では、周波数特性が1/4以上の帯域の信号を制御できない構成になっているため、等化目標であるPR(1、2、2、1)方式やPR(3、4、4、3)方式に対して、取り扱う周波数帯域のミスマッチのために、十分な波形等化を行うことは難しくなる。さらに、そのPR等化装置49のタップ係数を自働的に算出する適応等化係数算出器においても、その周波数帯域のミスマッチの影響によって、動作が不安定になってしまう。
However, the
そこで、以上の理由から本実施の形態におけるPR等化器5を図4のように構成する。このPR等化器5は、A/D変換によってサンプリングされたPR等化器入力信号が、1T遅延する遅延素子を2個ずつ直列に接続された遅延器10と、入力信号に対して1/2位相の遅れた信号を1T遅延する遅延素子を2個ずつ直列に接続された遅延器11と、それぞれ2Tごとに乗算器15を挿入し外部から入力可能な複数の係数と乗算を行い、その乗算器15の出力を加算する加算器16から構成されている。このPR等化器5によって制御可能な周波数範囲が1/3となる。
For this reason, the
したかって、PR等化器5によって制御可能な周波数範囲が1/3と拡張されたため、MTF特性の低域に信号成分が集中している部分と、PR(1、2、2、1)方式や、PR(3、4、4、3)方式における出力ゲインが最初にゼロになる点の周波数帯域から、
より安定した波形等化特性を得ることができると考えられる。また、PR方式としては、PR(1、2、2、1)方式やPR(3、4、4、3)方式のようなPR(a、b、b、a)方式や、これら以外のPR方式でも良い。
Therefore, since the frequency range that can be controlled by the
It is considered that more stable waveform equalization characteristics can be obtained. In addition, as PR methods, PR (a, b, b, a) methods such as PR (1, 2, 2, 1) method and PR (3, 4, 4, 3) method, and other PRs are used. The method may be used.
また、例えば、14Tの時間幅を制御できるPR等化器について、回路規模に多きく影響する乗算器の数を比較した場合、一般的な1Tの遅延素子1つに対して1つの乗算器を用いた場合は14個必要で、1T遅延する遅延器42を二つ使い2Tごとに乗算器43を挿入した場合は7個必要となり、本発明におけるPR等化器5は、乗算器が9個で14Tの時間幅を制御できるため、回路規模の増加を抑えて、且つ安定したPR等化特性を得ることが可能となる。
Further, for example, when comparing the number of multipliers that greatly affect the circuit scale with respect to a PR equalizer that can control the time width of 14T, one multiplier is used for one general 1T delay element. When 14 are used, 7 are required when two
ここで、PR等化器5において、1/2位相が遅れた信号は、A/D変換器4によってチャネルクロックでサンプリングされたデータと、その1T前にサンプリングされたデータを用いて補間器12で直線補間することによって生成される。
Here, in the
また、1/2位相が遅れた信号を生成する手段として、補間器12を使用しないで、A/D変換器4においてチャネルクロックの2倍でサンプリングすることによって、1/2位相が遅れたデータを生成し、そのデータを遅延器11に入力する方法も考えられ、実際サンプリングしたデータを用いることによって、直線補間によって算出した場合よりもよい等化特性を得ることが可能であると考えられる。
Further, as a means for generating a signal delayed by ½ phase, data that is delayed by ½ phase by sampling at twice the channel clock in the A /
また、1/2位相が遅れた信号を生成する手法として、補間器12で直線補間によって生成する方法と、A/D変換器4において実際にサンプリングされたデータを用いる方法の両方を備えるPR等化器5で、それをレジスタ14などの外部制御によってセレクタ13の切り替え及び、A/D変換器4の動作を切り替えることが可能なPR等化器5も考えられる。
Further, as a method of generating a signal with a ½ phase delay, PR or the like including both a method of generating by linear interpolation by the
次に、適応等化係数算出器6について説明する。適応等化係数算出器は、PR等化器5によって等化目標である等化目標であるPR方式に波形等化するために必要なタップ係数を算出する装置である。そのタップ係数を算出する手法としてLMSアルゴリズムを使用している。LMSアルゴリズムは、PR等化器出力値と、その等化目標値との差である等化誤差の二乗値を最小にするのタップ係数を自動的に随時更新学習することによって算出する方法である。
Next, the adaptive equalization coefficient calculator 6 will be described. The adaptive equalization coefficient calculator is a device that calculates tap coefficients necessary for the
図5に本実施形態である適応等化係数算出器6を示し、その適応等化係数算出器6について説明する。適応等化係数算出器6は、レジスタ21による外部制御によって設定可能なPR方式の等化目標値20と、PR等化器出力信号からレベル判別によって二値化信号を生成する仮二値化判定器18から、PR等化器5の出力信号に対する等化目標値を選択し、その等化目標値とPR等化器5の出力信号から等化誤差を求める。一般的にその等化誤差とPR等化器入力信号を乗算することによって相関値を算出する相関演算器22によって、タップ係数を更新する基準となる信号を生成する。その相関値にループフィルタのゲインを設定するループフィルタゲイン設定23があり、そのループフィルタゲイン設定23の出力値を積分する積分器24がある。
FIG. 5 shows an adaptive equalization coefficient calculator 6 according to this embodiment, and the adaptive equalization coefficient calculator 6 will be described. The adaptive equalization coefficient calculator 6 is a provisional binarization determination for generating a binarized signal by level discrimination from the PR
しかし、一般的な形式の適応等化係数算出器50では、相関値を求める相関演算器において、タップ数の数だけ乗算器が存在しているため、算出するタップ数によっては乗算器の数が多くなり、回路規模の増大を招いてしまう。
However, in the general form of adaptive
そこで、本発明における適応等化係数算出器6は、等化誤差信号の符号情報とPR等化器入力信号の符号情報から相関値の符号情報を得て、相関値における値の大きさについて
はPR等化器入力信号の振幅情報を用いて算出する。これによって従来の適応等化係数算出器50では、タップ数の数だけ存在した乗算器がすべて不要となり、回路規模の削減及び、演算時間の短縮といった効果がある。
Therefore, the adaptive equalization coefficient calculator 6 according to the present invention obtains the code information of the correlation value from the code information of the equalization error signal and the code information of the PR equalizer input signal, and regarding the magnitude of the value in the correlation value, Calculation is performed using the amplitude information of the PR equalizer input signal. As a result, the conventional adaptive
したがって、PR等化器5において乗算器は増加したが、適応等化係数算出装置6においてフィルタ係数を更新させるための相関値を求める乗算器が不要になるため、全体では回路規模の削減が可能となり、また、安定的なPR等化特性を得ることができ、且つ、PRML検出器としての性能の向上も可能となる。
Therefore, although the number of multipliers in the
次に、最尤復号法の一つであるビタビ復号器7について説明する。これは、PR等化器5によって、PR(1、2、2、1)方式又はPR(3、4、4、3)方式のようなPR(a、b、b、a)方式に波形等化された波形に対するビタビ復号器を例として紹介する。
ビタビ復号器7は、一般的に図6に示す構成となり、PR等化器出力信号とPR方式から推定される推定値によって尤度情報を算出するブランチメトリック26と、パスメトリック27によってレジスタ28で保存している一時刻前の尤度情報と前記ブランチメトリックの出力から尤度の高い情報系列を判別していき、その判別情報から最も確からしい、即ち、尤度情報が高いと考えられる復号結果を判別するためのパスメモリ29と、そのパスメモリ29の出力結果から復号結果を選択する出力選択器30から構成されている。
Next, the Viterbi decoder 7 that is one of the maximum likelihood decoding methods will be described. This is done by the
The Viterbi decoder 7 generally has the configuration shown in FIG. 6, and includes a
ここで、PR(a、b、b、a)方式に対するビタビ復号器は、状態数が8状態で枝の数が16本となるが、同じ符号が3つ以上連続する記録系列を持つ符号語を用いている場合は、存在しない状態と枝を削除することができ、図7で示すようなS0〜S5の6状態とそれに対する枝が8本となる。そして、ビタビ復号器において、最も確からしい系列を求めるために、ある程度の過去の情報を蓄積して、その蓄積した情報をもとに復号結果を得ている。その過去の情報を蓄積する手段として、図7で示されるS0〜S5の6つの状態に対応したパスメモリ29がある。そのパスメモリ29は図9で示すような、パスメトリック27でパスを選択するパス選択SEL0、SEL1によってセレクタ33を制御し、パスメモリの内容を記憶するFF(Flip Flop)32の値を随時更新していくことによって復号系列を算出する。
Here, the Viterbi decoder for the PR (a, b, b, a) system has 8 states and 16 branches, but a codeword having a recording sequence in which three or more identical codes are continuous. Is used, the states and branches that do not exist can be deleted, and there are six states S0 to S5 and eight branches corresponding thereto as shown in FIG. In order to obtain the most probable sequence in the Viterbi decoder, a certain amount of past information is accumulated, and a decoding result is obtained based on the accumulated information. As means for accumulating the past information, there is a
パスメモリ29において、その6状態のパスメモリ29の出力がすべて一致した場合は、マージ状態と呼ばれ、どれを選択しても同じ結果となるが、もしパスメモリ29の出力が異なる場合はノーマージ状態と呼ばれ、どの状態のパスメモリの出力を復号結果とすることによって値が異なってしまう。
In the
そこで、復号結果を補償する手段として、ノーマージ状態を発生しにくくするために、さらに長いパスメモリをもつものを用いることも考えられるが、復号遅延が増加してしまい、さらに回路希望も増加してしまう。 Therefore, as a means for compensating the decoding result, it is conceivable to use a device having a longer path memory in order to make it difficult to generate a no-merging state. However, the decoding delay increases, and the circuit hope also increases. End up.
また、その他に、ノーマージが発生した場合においても、尤度の高い復号結果を選択する方式として、6つの状態に対応したパスメトリックにおいて、最も小さいパスメトリックの値を持つ状態におけるパスメモリ29からの出力を復号結果として選択するような方式があるが、それぞれの状態においてパスメトリックを大小比較し、その中かで最も小さいパスメトリックがどれであるかを求める必要があるが、例で示す6状態よりさらに状態数の多いビタビ復号器においては、その演算に必要な回路が増加してしまう。
In addition, even when no merge occurs, as a method of selecting a decoding result with high likelihood, the path metric corresponding to the six states from the
そこで、そのノーマージが発生した場合においても、回路規模を抑えたかたちで尤度の高い復号結果を選択する方法を図10に示す。6つの状態から2つの組毎に状態を分けて、一致検出器1〜3(27〜29)のそれぞれにおいて「1」又は「0」が一致した場合
は、そのパスメモリの出力を復号結果の候補として残し、また、一致しない場合は、その組における前記パスメモリの出力は復号結果の候補から除外する。そして、一致検出器4(30)、一致検出器5(31)で一組になるまで行い、その残った組に対する状態のパスメモリ出力値を復号結果として選択する。
Thus, FIG. 10 shows a method for selecting a decoding result having a high likelihood in a manner that suppresses the circuit scale even when the no-merging occurs. When the states are divided into two groups from the six states, and “1” or “0” matches in each of the
これを用いることで、単純な方法によって復号結果を選別することができパスメモリ長が短い場合においてノーマージが発生した場合においても、より正しい復号結果を得ることが可能となる。また、この方式は、状態数が多いビタビ復号器においても回路規模の増加が少ないため有効である。 By using this, the decoding result can be selected by a simple method, and even when no merge occurs when the path memory length is short, a more correct decoding result can be obtained. This method is also effective because the increase in circuit scale is small even in a Viterbi decoder having a large number of states.
また、ビタビ復号器に入力される信号が生成されるまでの信号処理方式が異なり、ビタビ復号器に入力するまでの演算遅延が異なった場合においても、パスメモリ長を上記手法によって可変してもビタビ復号器における性能劣化がないため、そのパスメモリの長さの切り替えを外部レジスタによって制御することによって、ビタビ復号器に入力するまでの演算遅延が異なった場合においても、ピックアップから復号結果を求めるまでの復号遅延を同じにすることが可能となる。 Even when the signal processing method until the signal input to the Viterbi decoder is generated is different and the operation delay until the signal is input to the Viterbi decoder is different, the path memory length can be varied by the above method. Since there is no performance degradation in the Viterbi decoder, switching of the path memory length is controlled by an external register, and the decoding result is obtained from the pickup even when the operation delay until input to the Viterbi decoder is different. Can be made the same decoding delay.
本発明に係るPRML検出装置は、記録媒体の高密度化及び高倍速化に伴う再生波形の歪みを低減し、かつ、回路規模及び消費電力を削減するために、回路規模を抑えながら再生性能を向上させる機能を有するPR等化器と適応等化係数算出器と、復号遅延を可変可能なビタビ復号器から構成され、高倍速におけるDVD再生に対するPRML検出装置として有用である。また、Blu−rayディスク等の次世代の高密度記録された光ディスクの再生波形に対するPRML検出装置の用途にも応用できる。 The PRML detection apparatus according to the present invention reduces the reproduction waveform distortion due to the higher density and higher speed of the recording medium, and reduces the circuit scale and power consumption, while reducing the circuit scale. A PR equalizer having an improved function, an adaptive equalization coefficient calculator, and a Viterbi decoder capable of varying the decoding delay, is useful as a PRML detection apparatus for DVD playback at high speed. Further, the present invention can be applied to the use of a PRML detection apparatus for a reproduction waveform of a next-generation high-density recorded optical disc such as a Blu-ray disc.
1、45 記録媒体
2、46 光ピックアップ
3、47 FEP
4、48 A/D変換器
5 PR等化器
6 適応等化係数算出器
7 ビタビ復号器
8 PRML検出装置
9 PR等化器
10 2T間隔の遅延素子
11 1/2位相が遅れたデータ用2T間隔の遅延素子
12 補間器
13 チャネルサンプリング、2倍サンプリング用入力切り替え装置
14 チャネルサンプリング、2倍サンプリング外部切り替え装置
15、43 乗算器
16、44 加算器
17 適応等化係数算出器
18 仮二値化判定器
19 等化誤差演算器
20 等化目標値
21 等化目標値外部制御装置
22 相関演算器
23 ループゲイン設定器
24 積分器
25 ビタビ復号器
26 ブランチメトリック
27 パスメトリック
28 パスメトリックの遅延器
29 パスメモリ
30 パスメモリ出力選択器
31 パスメモリ初期値
32 パスメモリ内部のFF
33 パス選択用の選択器
34 復号結果選択器
35 パスメモリ
36 復号結果選択器
37 一致検出器1
38 一致検出器2
39 一致検出器3
40 一致検出器4
41 一致検出器5
42 1T遅延素子
1, 45
4, 48 A /
33
38
39
40
41
42 1T delay element
Claims (10)
て、一致した場合は、前記パスメモリの出力を復号結果の候補として残し、また、一致しない場合は、その組における前記パスメモリの出力は復号結果の候補から除外し、前記復号結果の候補として残った組に対して2つの組毎に分けて前期操作を行い、前記操作を一組になるまで行い、その一組をビタビ復号器の復号結果として出力する機能を有することを特徴とするPRML検出装置。 The Viterbi decoder in the PRML detection device according to claim 1, further comprising a branch metric calculator, a path metric calculator, a path memory, and a decoding result selector, wherein the decoding result selector includes: The output is divided into two groups, and if each of the groups matches, the output of the path memory is left as a candidate for the decoding result, and if they do not match, the output of the path memory in the group is Excluded from the decoding result candidates, perform the previous operation separately for each of the two sets of the decoding result candidates, and perform the above operations until one set is made. A PRML detection device having a function of outputting as a decoding result.
10. The Viterbi decoder of the PRML detection device according to claim 9, wherein the length of the Pasme memory is varied by external control.
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-
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- 2006-03-31 JP JP2006098812A patent/JP2007273016A/en active Pending
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