JP2000228064A - 光ディスクの復号装置 - Google Patents

光ディスクの復号装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 再生RF信号波形の信号対雑音比が低い信号
に対しても好適な復号を可能にするとともに、復号性能
の向上を図り得る光ディスクの復号装置を提供する。 【解決手段】 光ディスクの再生波形ひずみを周波数特
性を変えて除去することが可能な波形等化手段12Aを
用い、その出力を二値化手段15により2値化した出力
に基づいてPLL17によりビット同期クロックを生成
し、このビット同期クロックで波形等化手段12Aの出
力をA/D変換手段18によって所定のビット数で離散
化すると、ビタビ検出回路19がビット列に復号し、そ
の一方で予測値制御/等化誤差演算手段20がA/D変
換手段18の出力から、ビタビアルゴリズムの復号に用
いる予測値を演算するとともに、波形等化手段の等化誤
差を演算し、係数制御手段21が等化誤差を最小にする
ように波形等化手段12Aの周波数特性を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、DVD(デジタル
・バーサタイル・ディスク)や、CD(コンパクト・デ
ィスク)などの光ディスクに記録されたデジタルデータ
を再生するための再生装置に用いる光ディスクの復号装
置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図11
はこの種の従来の光ディスクの復号装置の構成を示すブ
ロック図である。同図において、ディスク上のトラック
に記録された情報に対応する再生RF(Radio Frequenc
y:無線周波)信号が可変ゲイン増幅器11に加えられ
る。この可変ゲイン増幅器11はゲイン制御信号によっ
て信号振幅(エンベロープ)を一定に保持して出力する
もので、その出力が波形等化回路12に加えられる。波
形等化回路12は信号伝送特性の伝送帯域不足などによ
って生ずる波形ひずみの除去、すなわち入力波形信号を
修正して波形干渉を少なくして高密度化を図るものであ
る。レベル検出制御回路13は波形等化回路12の出力
信号振幅(エンベロープ)と所定の目標値とを比較し、
出力信号振幅(エンベロープ)を目標値に一致させるゲ
イン制御信号を出力して、可変ゲイン増幅器11のゲイ
ンを制御する。
【0003】波形等化回路12の出力は加算器14の一
方の入力として加えられ、この加算器14の出力が二値
化回路15によって中心レベルを超えるか否かのレベル
比較動作によって二値化され、再生符号系列として出力
される。この場合、光ディスク成形状態などの原因によ
って生じた非対称な波形では、二値化のためのレベル比
較動作を行う中心レベルがずれを持つことがあるため、
レベル比較動作の中心レベルの調整手段としてのオート
スライサ16が、二値化された信号を用いて、中心レベ
ルを調整する信号を出力し、加算器14の他方の入力と
して加えられる。また、二値化された再生符号系列に基
づいて、PLL(フェーズ・ロックド・ループ)17
が、再生符号系列の基本周期毎に発生する同期信号、す
なわちビット同期クロックを生成して出力する。
【0004】図11に示した従来の光ディスクの復号装
置にあっては、光ピックアップの出力である再生RF信
号を波形等化した後、二値化後の直流レベルが基準レベ
ルとなるよう二値化回路15が二値に変換して出力をし
ているだけであり、DVDなどの高密度ディスクにおい
て、例えば、光ピックアップとディスクとの相対角にず
れを生じた場合などに、十分な信号対雑音比(S/N
比)が取れず、したがって、信頼性の高いデジタルデー
タを復号することが難しいという問題を有していた。
【0005】この問題を解決するために、ビタビ復号処
理により見かけ上の信号対雑音比を上げようとする復号
器が、文献「PIONEER R&D」(Vol.6.No.
2)に「DVD再生用ビタビ復号器の開発」として報告
がなされている。図12はビタビ復号を用いる従来のも
う一つの光ディスクの復号装置を構成するブロック図で
ある。図中、図11と同一の要素には、同一の符号を付
してその説明を省略する。ここでは、図11の構成要素
に対して、リミッタを含んでなるA/D変換器18と、
ビタビ検出回路19とが、新たに付加されている。
【0006】図12において、A/D変換器18は、P
LL17のビット同期クロックをサンプリングパルスと
して、波形等化回路12の出力を離散化し、同時にリミ
ッタにより離散化した値が、三値となるよう波高値制限
を行う。ビタビ検出回路19は高”H”、ゼロ”0”、
低”L”の三値を予測値としたメトリック演算を行い、
ビタビ復号処理を行って再生符号系列を出力する。
【0007】ところで、図12に示した従来の光ディス
クの復号装置にあっては、メトリック演算を三値のみで
行うようにリミッタによって波高値制限をしているため
に、元来再生信号が持っている距離特性を十分に用いる
ことができず、そのために、ビタビ復号処理を行うこと
による信号対雑音比の向上を十分に成し得ないという問
題があった。一方、リミッタをかけずにビタビ復号を行
う場合、ディスク成形の際のピットとランドの長さの不
均一などによって生じる再生信号の非対称性がビタビ復
号に悪影響を及ぼすという問題が生じる。
【0008】本発明は、上記の問題点を解決するために
成されたもので、再生RFの信号対雑音比が低い信号あ
るいは、ディスク成形時などの問題によって生じる非対
称な波形に対しても好適な復号を可能にするとともに、
復号性能の向上を図り得る光ディスクの復号装置を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】ビタビ復号処理を行っ
て、再生符号系列を出力する従来の光ディスクの復号装
置は、メトリック演算に用いる予測値が三値に制限され
た固定値であるがために、信号対雑音比の向上が不十分
であった。一方、三値に制限を行わない場合、再生波形
の非対称性がビタビ復号に悪影響を与える。ところで、
復号器の復号性能は、波形等化器の波形等化特性(周波
数特性)を再生信号の品質(周波数特性の時間的変動)
に合わせ、適応的に変えることにより、向上させること
が可能である。本発明は、復号器に用いるビタビ検出器
におけるメトリック演算の予測値を、再生波形のサンプ
ル点、すなわちデータ点での分布をもとにした演算など
によって求め、メトリック演算の予測値を最良の値に設
定すると同時に、再生信号と等化目標値とから波形等化
信号の等化誤差を演算し、この誤差信号を最小にするよ
うに波形等化回路の周波数特性を適応的に変えることに
より、復号性能の向上を図るものである。
【0010】すなわち、本発明によれば、光ディスクの
再生波形のエンベロープレベルを常に一定に保持する自
動利得制御手段と、自動利得制御手段から出力される再
生波形ひずみを除去し、かつ周波数特性が可変である波
形等化手段と、再生波形ひずみが除去された波形等化手
段の出力を二値化する二値化手段と、二値化手段の出力
に基づいてビット同期クロックの生成を行うPLLと、
PLLで生成されたビット同期クロックで前記波形等化
手段の出力を所定のビット数で離散化して出力するA/
D変換手段と、離散化されたA/D変換手段の出力をビ
タビアルゴリズムを用いてビット列に復号するビタビ検
出手段と、A/D変換手段の出力からビタビアルゴリズ
ムの復号に用いる予測とを演算し、かつ、A/D変換手
段の出力と、あらかじめ設定されている波形等化の目標
値とから波形等化手段の等化誤差を演算する演算手段
と、演算手段で演算された等化誤差を最小にするように
波形等化手段の周波数特性を調整する係数制御手段と
を、有する光ディスクの復号装置が提供される。
【0011】また、本発明によれば、光ディスクの再生
波形のエンベロープレベルを常に一定に保持する自動利
得制御手段と、自動利得制御手段から出力される再生波
形ひずみを除去し、かつ周波数特性が可変である波形等
化手段と、波形等化手段の出力を所定のビット数で離散
化して出力をするA/D変換手段と、A/D変換手段の
出力からビット同期クロック位置を演算し、かつビット
クロック位置での再生波形レベルを推定し、ビット同期
クロックと、推定データを出力するデータ推定手段と、
データ推定手段から出力する推定データをビタビアルゴ
リズムを用いてビット列に復号するビタビ検出手段と、
データ推定手段から出力する推定データからビタビアル
ゴリズムの復号に用いる予測値を演算し、かつデータ推
定手段から出力する推定データと、あらかじめ設定され
ている波形等化の目標値とから、波形等化手段の等化誤
差を演算する手段と、演算手段で演算された等化誤差を
最小にするように波形等化手段の周波数特性を調整する
係数制御手段とを、有する光ディスクの復号装置が提供
される。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を好適な実施形態に
基づいて詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施形
態の構成を示すブロック図であり、図中、従来装置を示
す図12と同一の要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。ここで、波形等化回路12Aは、図2に示
すように、波形等化信号入力端とC−1、C0、C1な
るタップ係数制御信号入力端とを有し、このうち、波形
等化信号入力端には二つの遅延要素Dが直列に接続さ
れ、これら遅延要素の合計3個の入、出力端にそれぞれ
タップ係数C−1、C0、C1を乗算する乗算器M1,
M2,M3と、これらの乗算器を介して得られた値を加
算する加算器とを含み、この加算器の出力を波形等化出
力とする構成になっている。こうして、波形等化回路1
2Aはタップ係数C−1、C0、C1によって、その周
波数特性が可変となる。ところで、図1に示す本発明の
第1の実施形態の構成は、図12に示した従来装置に対
して、予測値制御/等化誤差演算回路20と、タップ係
数制御回路21とが、新たに付加されている。このう
ち、予測値制御/等化誤差演算回路20はA/D変換器
18の出力に基づいて、サンプル値が取り得るレベルに
対する5個の予測値を生成すると同時に、波形等化回路
12Aの等化誤差の演算を実行できるものである。タッ
プ係数制御回路21は予測値制御/等化誤差演算回路2
0で演算された等化誤差が最小となるように波形等化回
路12Aの乗算器M1,M2,M3で各タップに乗ぜら
れるタップ係数C−1、C0、C1を調整するものであ
る。本例では3つのタップを持つ波形等化回路を示して
いるが、3つのタップ以上でも本例は有効である。ま
た、信号の復号に必要な帯域以上の周波数は図示せぬ低
域通過フィルタで減衰がなされているものとする。
【0013】上記のように構成された本実施形態の動作
について、以下に説明する。従来例に示した適応的な波
形等化を行わない場合、波形等化回路12の出力波形の
アイパタンは図3(a)に示すようになる。これに対
し、本実施の形態における波形等化回路12Aで理想的
な等化が行われた場合、出力波形のアイパタンは図3
(b)に示したようになる。図3(b)に示した波形
は、いわゆるパーシャルレスポンスのPR(1,1,
1,1)特性(孤立波入力に対し、ビット同期クロック
位置で、1,1,1,1なる応答波形となるように等化
を行う。)を持つよう波形等化を行った例であるが、他
のパーシャルレスポンス特性を用いる場合についても、
本例は有効である。
【0014】図3(a)、図3(b)中の矢印↑がPL
L17で生成されたビット同期クロックによるサンプリ
ング点であり、サンプリング点でそれぞれA/D変換を
行うと、波形等化回路12Aの出力のデジタル変換値
は、5値のうち何れかの値に近い値で表現することがで
きる。図1に示した予測値制御/等化誤差演算回路20
は5個の予測値を生成してビタビ検出回路19に加える
とともに、波形等化の目標値と、デジタル変換値とから
等化誤差を演算し、タップ係数制御回路21に加える。
本実施の形態では、図4に示すように波形等化の目標値
は値の大きい順に、U,MU,0,−ML,−Lの5値
に設定されているものとする。
【0015】以下、予測値制御/等化誤差演算回路20
で成される等化誤差演算と、予測値演算について、詳細
に説明する。可変ゲイン増幅器11及びレベル検出制御
回路13で構成される自動利得制御回路(Automatic Ga
in Control:AGC)によって、波形等化回路12Aの
出力波高値は、ほぼ一定に保たれる。そこで、対称性、
波形等化特性がともに理想的な場合のA/D変換器18
の出力(デジタル変換値)は、図4に示すようにレベル
U,MU,0,−ML,−Lの何れかの値に収束する。
また、このときのビタビ検出回路19の動作は、図5
(a)に示す状態遷移図に基づいた復号動作を行う。図
5(b)には図5(a)の状態の遷移に対する入力デー
タ系列の3ビットを示す。このときの復号トレリスは図
6に示す構成となる。ビタビ検出回路19では、図6に
おいて、それぞれの状態遷移の矢印に付してある「入力
データ/出力レベル」に従ってU,MU,0,−ML,
−Lをメトリック演算の予測値としたデータの復号を行
う。
【0016】以下、波形等化回路12Aに出力をするタ
ップ制御係数信号の生成動作について、予測値制御/等
化誤差演算回路20、及びタップ係数制御回路21の動
作の説明をする。A/D変換器18の出力はサンプル毎
に予測値制御/等化誤差演算回路20に加えられ、等化
誤差が演算される。時刻kでの等化誤差をekとする
と、ekはサンプル値と、それにもっとも近い等化目標
値との差から求めることができる。時刻kにおける等化
誤差ekは、タップ係数制御回路21でC−1、C0,
C1のタップ係数が演算、更新される。本例では、公知
のZF(ゼロ・フォーシング)アルゴリズムによる演算
例を示す。以下の式がZFアルゴリズムを用いた場合の
タップ係数制御回路21におけるタップ係数演算動作に
なる。
【0017】 Cn[i+1] = Cn[i]−α×Σsgn(S(k-n)×ek) ここで、CnがC−1,C0,C1なる係数、iが係数
更新単位であり、動作クロックを単位として所定の時間
で定められる。αは1より小さい更新係数、Σは更新単
位時間でのサンプル数の総和、S(k−n)は等化目
標値を示す。すなわち、i+1番目のタップ係数はi番
目のタップ係数を上式右辺第2項で修正をするという意
味をなす。なお、本式で用いているsgn関数は
【0018】 sgn(x)= 1 (x>0,x=0) sgn(x)=−1 (x<0) なるシグネチャ関数である。タップ係数制御回路21で
は、初期タップ係数設定値に対し、本式により予測値制
御/等化誤差演算回路20から出力される等化誤差をも
とに、更新時間単位毎に順次C−1,C0,C1が更新
され、タップ係数制御信号として、波形等化回路12A
に出力される。本例では、ZFアルゴリズムに基づく演
算例を述べたが、他の公知の適応等化アルゴリズム、例
えば、MSE(ミーン・スクエア・エラー)アルゴリズ
ムなどでも本回路は適用が可能である。
【0019】信号対雑音比が良好で、再生信号の対称性
が良好な等化波形の場合は前出のように等化目標U,M
U,0,−ML,−Lにサンプル値が収束し、ビタビ検
出回路19でのメトリック演算の予測値はU,MU,
0,−ML,−Lなる等化目標値と等しい値を用いれば
よい。一方、対称性が良好ではない、あるいは、波形等
化回路12Aで十分に等化が成されていない等化波形の
場合、U,MU,0,−ML,−Lをメトリック演算の
予測値とするビタビ復号では、十分な復号性能が得られ
なくなる。このような場合のA/D変換器18から出力
されるデジタル変換値の分布(ヒストグラム)を図7に
示す。本例のように対称性が良好ではない、あるいは、
波形等化回路12Aで十分に等化が成されていない等化
波形の場合、メトリック演算の予測値はU,MU,0,
−ML,−Lを等化波形に合わせて変更をした方が、ビ
タビ復号での復号性能が向上する。
【0020】予測値制御/等化誤差演算回路20では、
このような場合に以下に述べる方法によって、メトリッ
ク演算の予測値をビタビ検出回路19に出力をする。A
/D変換器18から出力されるデジタル変換値は、サン
プリング単位毎に予測値制御/等化誤差演算回路20で
等化誤差ekが計算される。ここで、等化誤差を求める
際に得られる、U,MU,0,−ML,−Lなる等化目
標値に対する等化誤差ekの平均が、予測値制御/等化
誤差演算回路20で求められ、U,MU,0,−ML,
−Lを修正し、ビタビ検出回路19にメトリック演算の
予測値として出力される。
【0021】予測値制御/等化誤差演算回路20及び、
タップ係数制御回路21は、乗算器、加算器などの論理
回路により、構成が可能であるが、マイクロコントロー
ラなどの演算手段によっても容易に構成が可能である。
【0022】図8は3個の予測値に基づいてビタビ復号
処理を行った従来装置のS/N比とエラーレートとの関
係を特性線Aとして示し、5個の予測値に基づいてビタ
ビ復号を行う第1の実施形態の信号対雑音比とエラーレ
ートとの関係を特性線Bとして示したものである。この
図から明らかなように、第1の実施形態によれば、ビタ
ビ復号処理をすることによる信号対雑音比を十分に向上
させることができる。
【0023】図9は本発明の第2の実施形態の構成を示
すブロック図であり、図中、第1の実施形態を示す図1
と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略す
る。この実施形態は図1中の二値化回路15、オートス
ライサ16及びPLL17を除去し、ビット同期クロッ
クの生成及びビット同期クロック位置でのデータ推定を
データ推定/PLL回路22により行ういわゆるデジタ
ルPLL回路としたものである。そのために、波形等化
回路12Aの出力信号はビット同期クロックよりも周波
数が高いサンプリングクロックによって所定ビット幅の
データ列に離散化される。離散化されたデジタル信号は
データ推定/PLL回路22に入力され、ビット同期ク
ロックの生成と、ビット同期クロック位置でのデータ値
推定が行われる。
【0024】本実施形態では、波形等化回路12Aで再
生波形ひずみを除去した後で、A/D変換をしている
が、もちろん波形等化回路12Aの前段でA/D変換を
する構成にすることも可能である。図10はデータ推定
/PLL回路22の動作を説明するためのタイムチャー
トである。図示したように、時刻k−1、k、k+1に
おいて、サンプリングクロックで離散化されたデータ系
列をXk−1、Xk、Xk+1とすると、Xk−1とX
kとの間でゼロクロス点が検出され、ここが位相点とな
って、図示せぬループフィルタとVCOとによって、P
LLが構成できる。ビット同期クロックはサンプリング
クロックのクロック出力を位相情報をもとにして引き抜
くことにより、得ることができる。データの推定は、サ
ンプリング系列から、線形補間や、畳み込み演算などの
演算処理によって、求めることができ、本図ではXk−
1とXkとから、Sn、XkとXk+1とからS
+1を得ることができる。
【0025】このデータ推定/PLL回路22から出力
された推定データとビット同期クロックとによって、第
1の実施の形態と同様にビタビ検出回路19へ出力する
予測値、及び波形等化回路12Aへ出力するタップ制御
信号を生成することができる。また、波形等化回路の前
段でA/D変換をした場合での動作も同様である。
【0026】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、DVDあるいはCDのような光ディスク
に記録されたデジタルデータを再生するに当たり、構成
の複雑な回路を用いたり、複雑な演算処理を実行するこ
となしに、対雑音特性に優れ、再生RF信号波形の信号
対雑音比が低いあるいは、波形等化回路では補正が不可
能な非対称性を持った信号に対しても好適な復号を可能
にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示すブロック
図である。
【図2】図1に示した第1の実施形態を構成する波形等
化回路の詳細な構成を示すブロック図である。
【図3】図1に示した第1の実施形態の動作を説明する
ために、波形等化後のアイパタンと、サンプリング点と
の関係を示した線図である。
【図4】図1に示した第1の実施形態の動作を説明する
ために、波形等化回路の目標値を示した線図である。
【図5】図1に示した第1の実施形態の動作を説明する
ための、ビタビ検出回路の状態遷移図である。
【図6】図1に示した第1の実施形態の動作を説明する
ために、ビタビ検出回路のトレリス線図を示した図であ
る。
【図7】図1に示した第1の実施形態の動作を説明する
ために、サンプルレベルとサンプル個数の関係を示した
ヒストグラムである。
【図8】図1に示した第1の実施形態の動作を説明する
ために、S/N比とエラーレートとの関係を、従来装置
のそれと併せて示した線図である。
【図9】本発明の第2の実施形態の構成を示すブロック
図である。
【図10】図9に示した第2の実施形態を構成するデー
タ推定/PLL回路の具体的な動作説明図である。
【図11】従来の光ディスクの復号装置の構成を示すブ
ロック図である。
【図12】従来の他の光ディスクの復号装置の構成を示
すブロック図である。
【符号の説明】
11 可変ゲイン増幅器(自動利得制御手段) 12A 波形等化回路(波形等化手段) 13 レベル検出制御回路(レベル検出制御手段) 15 二値化回路(二値化手段) 16 オートスライサ 17 PLL 18 A/D変換器(A/D変換手段) 19 ビタビ検出回路(ビタビ検出手段) 20 予測値制御/等化誤差演算回路(予測値制御/等
化誤差演算手段) 21 タップ係数制御回路(係数制御手段) 22 データ推定/PLL回路(データ推定手段/PL
L)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ディスクの再生波形のエンベロープレ
    ベルを常に一定に保持する自動利得制御手段と、 前記自動利得制御手段から出力される再生波形ひずみを
    除去し、かつ周波数特性が可変である波形等化手段と、 再生波形ひずみが除去された前記波形等化手段の出力を
    二値化する二値化手段と、 前記二値化手段の出力に基づいてビット同期クロックの
    生成を行うPLLと、 前記PLLで生成されたビット同期クロックで前記波形
    等化手段の出力を所定のビット数で離散化して出力する
    A/D変換手段と、 離散化された前記A/D変換手段の出力をビタビアルゴ
    リズムを用いてビット列に復号するビタビ検出手段と、 前記A/D変換手段の出力と、あらかじめ設定されてい
    る波形等化の目標値とから前記波形等化手段の等化誤差
    を演算する演算手段と、 前記演算手段で演算された等化誤差を最小にするように
    前記波形等化手段の周波数特性を調整する係数制御手段
    と、 前記A/D変換手段の出力から、前記ビタビアルゴリズ
    ムの復号の際に必要となるメトリック演算のための予測
    値を演算し、前記ビタビ検出手段に出力する手段とを、 有する光ディスクの復号装置。
  2. 【請求項2】 光ディスクの再生波形のエンベロープレ
    ベルを常に一定に保持する自動利得制御手段と、 前記自動利得制御手段から出力される再生波形ひずみを
    除去し、かつ周波数特性が可変である波形等化手段と、 前記波形等化手段の出力を所定のビット数で離散化して
    出力をするA/D変換手段と、 前記A/D変換手段の出力からビット同期クロック位置
    を演算し、かつ前記ビットクロック位置での再生波形レ
    ベルを推定し、ビット同期クロックと、推定データを出
    力するデータ推定手段と、 前記データ推定手段から出力する前記推定データをビタ
    ビアルゴリズムを用いてビット列に復号するビタビ検出
    手段と、 前記A/D変換手段の出力と、あらかじめ設定されてい
    る波形等化の目標値とから前記波形等化手段の等化誤差
    を演算する演算手段と、 前記演算手段で演算された等化誤差を最小にするように
    前記波形等化手段の周波数特性を調整する係数制御手段
    と、 前記A/D変換手段の出力から、前記ビタビアルゴリズ
    ムの復号の際に必要となるメトリック演算のための予測
    値を演算し、前記ビタビ検出手段に出力する手段とを、 有する光ディスクの復号装置。
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