JP2001035088A - 差分型ビタビ復号装置 - Google Patents

差分型ビタビ復号装置

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JP2001035088A
JP2001035088A JP11202281A JP20228199A JP2001035088A JP 2001035088 A JP2001035088 A JP 2001035088A JP 11202281 A JP11202281 A JP 11202281A JP 20228199 A JP20228199 A JP 20228199A JP 2001035088 A JP2001035088 A JP 2001035088A
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viterbi decoding
decoding device
differential
conversion method
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Kenji Yanagihara
謙志 柳原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ検出の性能劣化を最小限に押さえつ
つ、回路規模を大きく削減し、従来に比べて、安価な差
分型ビタビ復号装置を提供する。 【解決手段】 記録系1の処理は、記録データが、デー
タ変換回路3によりNRZI変換を含むEFM変換等の
データ変換がなされ、チャネルビットの最小反転間隔が
3ビット以上とされ、記録制御部4より記録媒体11へ
書きこまれる。再生系2の処理は、記録媒体11からピ
ックアップ5で読み取られた信号がアンプ6にて増幅さ
れ、A/D変換器7にてデジタル信号系列へと変換され
る。等化器8にてPR(1,2,1)等化が行われ、等
化器出力系列{y(i)}へと変換される。差分回路9
にて、y(i+1)−y(i)を行い、NRZI則を外
し、ビタビ複合器10では、データ変換回路3および等
化器8の特性を用いて復号を行う構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気・光・光磁気
等のディスク記録媒体に記録されているデジタルデータ
を検出してビタビ復号をおこなう差分型ビタビ復号装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】ディスク記録媒体に高密度で記録された
データを検出する装置においては、従来から、あるデー
タ系列に対して既知の波形干渉を故意に発生させる波形
等化方法であるパーシャルレスポンス(PR)方式が利
用されており、さらに干渉のさせ方により様々なものが
開発されている。
【0003】さらに、ビタビ復号を行うPRML(Parti
al Response Maximum Likelihood)方式が広く認知され
るにいたっている。このPRML方式は、パーシャルレ
スポンス方式により与えられたある一定の規則性を持つ
再生データを系列として扱い、その再生データ系列に対
してビタビ復号を行う。すなわち、再生データ系列が取
り得る遷移経路を表したトレリス線図の中から最も確率
の高い遷移経路を求めることで、再生データを検出す
る。例えば、PR(1,2,1)方式にビタビ復号を組
み合わせたものがあり、PR(1,2,1)ML方式と
呼ばれる。また、再生データに与えられる規則は、記録
の際のデータ変換方法をも利用することが可能であるこ
とも知られている。
【0004】上記技術を利用して、ビットの最小反転間
隔が3ビット以上となるように予め定める変換方法と並
用した場合の上記技術の利用例が特開平8−18060
8号公報に開示されている。これは光ディスクのデータ
検出装置に関したものであり、2−7RLL(Run Lengt
h Limited)・NRZI(Non Return to Zero Inverse)変
換方法またはEFM変換方法等で変換されたデータを光
ディスクに高密度記録し、該光ディスクの再生信号から
データを検出する装置である。この装置は、先ず、前記
再生信号を等化回路において、パーシャルレスポンス方
式を利用してPR(1,2,1)特性に等化する。次
に、このPR(1,2,1)特性および前記予め定める
変換方法に対応して構成されるビタビ復号器によって復
号を行う。
【0005】ここで、2−7RLL・NRZI変換方法
とEFM変換方法について説明する。まず2−7RLL
・NRZI変換方法では、記録すべきデータを2−7R
LL(Run Length Limited)変換法で符号語に変換したの
ち、さらにNRZI変換して記録する。ここで、変換前
のデータの1ビットをビットと称し、変換後の1ビット
をチャネルビットと称する。
【0006】2−7RLL変換法は、図10に示すよう
に、変換比率が1:2であるので、1チャネルビットは
0.5T(Tは変換前のデータのビット長さ)となり、
また最小反転間隔は3チャネルビットであるので、1.
5Tとなる。したがって、この場合は、変換を行わずに
記録した場合と比べて、ディスク上の記録パターンの大
きさを見かけ上1.5倍に拡大することができる。そし
て、NRZI変換を行うのであるが、これは、図11で
示されるように、入力データが「1」のときに出力デー
タを反転する変換方法である。図11の(i)は、系列
の番号を表し、系列y’は変換前、系列yはNRZI変
換後の系列を表する。
【0007】EFM変換法は、図12(a)、(b)、
(c)に示すように、まず8ビットのデータを14ビッ
トの符号語に1対1で変換を行った後、さらに、図12
(c)に示すように、変換後の前記符号語の情報ビット
に3ビットのマージンビットを付加する。さらに図12
(c)から図12(d)で示すようにNRZI変換す
る。
【0008】前記マージンビットは、情報ビット列との
接続部で、最小変転間隔が3チャネルビットとするよう
なルールを満足されるとともに、DSV(Digital Sum V
alue)を小さくして低周波成分を抑圧するために付加さ
れる。このマージンビットの付加とNRZI変換とによ
って、EFM変換後の最小反転間隔は、前記2−7RL
L・NRZI変換と同様に、3チャネルビットとなる。
したがって、EFM変換法の変換比率は8:17である
ので、1チャネルビットは0.47T、最小反転間隔が
3ビットで、1.41Tとなる。こうして、記録すべき
データを変換せずに記録した場合に比べて、ディスク上
の記録パターンの大きさは見かけ上1.41倍となる。
【0009】特開平8−180608号公報によれば、
最小反転間隔が3チャネルビット以上となる変換方法で
記録されたデータを、PR(1,2,1)特性のみの規
則性からなるトレリス線図でなく、記録の際のデータ変
換方法の特徴である最小反転間隔が3チャネルビットで
あるということにも着目したトレリス線図を用いる。こ
のことで、誤って最小反転間隔が2チャネルビットであ
るとされる有り得ないデータの誤検出を防ぐ。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】まず、単純な、PR
(1,2,1)ML方式におけるビタビ復号器を実現す
る場合、ビタビ復号器を構成するブランチメトリック演
算回路は4つ、ACS回路のうち加算器が6つ、比較器
が2つ、選択器が(パスメモリ長×2個)、そしてパス
メモリが(パスメモリ長×4個)必要であった。また、
特開平8−180608号公報のビタビ復号器は、誤り
訂正能力の向上のために最小反転間隔が3チャネルビッ
ト以上となる変換方法で記録されたデータを、PR
(1,2,1)特性を持たせて再生した信号に対して、
上記変換方法とPR特性両方の規則性が考慮されたビタ
ビ復号を行う。このビタビ復号器の回路構成は、ブラン
チメトリック演算回路が8つ(共通化することで4つに
削減可能)、ACS回路のうち加算器が8つ、比較器が
2つ、選択器が(パスメモリ長×2個)、そしてパスメ
モリが(パスメモリ長×6個)も必要になる。従って、
PR(1,2,1)の規則を表すトレリス線図から実現
するビタビ復号器に比べ、回路規模が大きくなり、コス
トが上がる問題を有している。
【0011】本発明の目的は、そのような状況に鑑みて
なされたもので、データ検出の性能劣化を最小限に押さ
えつつ、回路規模を大きく削減し、従来に比べて、安価
な差分型ビタビ復号装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第1の発明は、チャネルビットの最小反転間隔が3
ビット以上となるNRZI変換方法を含む信号変換方法
で変換されたデータが記録されている記録媒体から信号
を読み取って再生する再生装置と、前記再生信号を、所
定のパーシャルレスポンス方式に従って等化を行う等化
器と、前記等化器の出力系列における前後の信号の差分
をとってNRZI則を外す差分回路と、ビタビ復号を行
うビタビ複合器とを具備した差分型ビタビ復号装置であ
る。このビタビ複合器は、前記パーシャルレスポンス方
式のPR特性に対応したブランチメトリック演算回路
と、前記差分回路の出力系列に含まれるPR特性および
ビットの最小反転間隔の特性から構成される状態推移図
に対応して配列される加算・比較・選択を行うACS回
路と、パスメモリとを備えるものである。
【0013】第2の発明は、前記信号変換方法が、2−
7RLL・NRZI変換方法であることを特徴とするも
のである。
【0014】第3の発明は、前記信号変換方法が、EF
M変換方法であることを特徴とするものである。
【0015】第4の発明は、前記パーシャルレスポンス
方式は、PR(1,2,1)方式であることを特徴とす
るものである。
【0016】こうして差分回路において、等化器出力系
列における前後の信号の差分をとるので、この差分回路
出力系列の取り得る理論値数が減ることになる。したが
って、この差分回路出力系列に基づいて、ビタビ復号を
行うビタビ復号器の構成部品点数が削減できる。さら
に、ある状態から出発し、トレリス線図において、ある
状態で合流(マージ)する2つのパス間の期待値の2乗
平均がビタビ復号器の誤り訂正能力に関係するのである
が、本発明では特開平8−180608号公報に比べ大
きく回路規模を削減しているにもかかわらず、2乗平均
が等しく、その意味で誤り訂正能力は損なわれない。
【0017】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を用いて説明する。
【0018】図1は、本発明による差分型ビタビ復号装
置の一実施形態を示すブロック図である。この差分型ビ
タビ復号装置は、記録系1と再生系2からなる。記録系
1は、記録データをNRZI変換を含むEFM変換等を
行うデータ変換回路3と、変換データを記録媒体11に
書き込む制御を行う記録制御部4とから構成される。ま
た、再生系2は、記録媒体11からデータを読み取るピ
ックアップ5と、アンプ6と、A/D変換器7と、PR
等化を行う等化器8と、差分演算を行って差分信号系列
を得る差分回路9と、ビタビ復号器10とから構成され
る。
【0019】記録系1の処理としては、記録データは、
予め定めるデータ変換回路3によりNRZI変換を含む
EFM変換等のデータ変換がなされ、チャネルビットの
最小反転間隔が3ビット以上とされ、記録制御部4より
記録媒体11へ書きこまれる。再生系2の処理は、先ず
記録媒体11からピックアップ5で読み取られた信号が
アンプ6にて増幅され、A/D変換器7にてデジタル信
号系列へと変換される。等化器8にてPR(1,2,
1)等化が行われ、等化器出力系列{y(i)}へと変
換される。
【0020】そのPR等化器出力系列の一例は図2のよ
うになる。図中(i)は系列の番号を表し、y0〜y3
は系列の取り得る理論値(期待値)を表す。また、その
PR等化器出力系列規則を表す状態推移図を図3に、同
トレリス線図を図4に示す。図中Sj(j=0,1,
…,5)は上記データ変換方式およびPR等化により与
えられるPR等化器出力系列が取り得る状態である。各
状態Sj間の経路に付記してある記号は、その遷移が発
生するときの等化器出力レベルの期待値であり、前記図
2における信号レベルy0,y1,y2,y3を表して
いる。しかし、実はそれら等化器出力系列は“Low”
−“High”および“High”−“Low”への変
化点にしか情報を持たず、冗長な情報が存在する。
【0021】そこで、差分回路9により、等化器出力系
列{y(i)|i=0,1,2,…}の前後する信号の
差分、すなわち|y(i+1)−y(i)|を演算し
て、先にNRZI則を外す。|y(i+1)−y(i)
|が表す差分信号系列{y’(i)|i=0,1,2,
…}は図5のようになり、その系列の取り得る理論値
(期待値)は図2および図5の中に示されるy0’,y
1’,y2’となる。また、差分信号系列の状態推移図
およびトレリス線図はそれぞれ図6、図7のような3状
態になる。なお、ここまでの処理をアナログ的に行う場
合、差分回路の代わりに微分回路が用いられる。
【0022】ここで、等化器出力系列{y(i)}の取
り得る値は図2に示すとおり{y0,y1,y2,y
3}の4つであるのに対し、差分信号系列{y’
(i)}は図5に示すとおり{y0’,y1’,y
2’}の3つの値しかとり得ず、ビタビ復号器回路規模
削減のための重要な要素となっている。最後に、差分信
号系列{y’(i)}は後述のビタビ復号器10によっ
て最尤復号され復号データ系列を得る。
【0023】ビタビ復号とは前記状態遷移図およびトレ
リス線図に従って、どのような経路を通って状態遷移が
進めば、前記ビタビ復号器10への入力データ系列と期
待値とが最も近似しているかを決定し、その状態遷移に
対応するデータをその復号データとして出力するもので
ある。このビタビ復号器10は、大略的に、ブランチメ
トリック演算器C1,C2,C3,C4(以下、総称す
るときは参照符号Cで示す)と、加算器D1〜D4(総
称するときは参照符号Dで示す)と、比較器Eと、選択
器Fと、パスメトリック正規化演算器G1〜G3(総称
するときは参照符号Gで示す)と、レジスタH1〜H3
(総称するときは参照符号Hで示す)と、n段の選択器
L1,L2,…,Lnおよびシフトレジスタを構成する
M11〜M13,M21〜M23,…,Mn1〜Mn3
と、多数決論理回路Pを備えて構成されている。
【0024】各ブランチメトリック演算器Cは、入力さ
れたデジタルデータから、前記3つの期待値y0’,y
1’,y3’に対する差分信号系列のブランチメトリッ
ク(現在のデータを過去からの系列として見ず、瞬間的
な情報として見たときの確からしさ)を下記式に従って
演算する。その算出結果が大きいはど、確からしさ(尤
度)が高いことになる。
【0025】 ブランチメトリック演算器C1:2×y(k)×y0’−y0’2 ブランチメトリック演算器C2:2×y(k)×y1’−y1’2 ブランチメトリック演算器C3:2×y(k)×y2’−y2’2 ブランチメトリック演算器C4:2×y(k)×y1’−y1’2
【0026】ただし、ブランチメトリック演算器C2と
C4は期待値が等しいため、ここでは共通化することが
可能である。前記各ブランチメトリック演算器C1,C
2,C3,C4からの出力はそれぞれ加算器D1〜D4
の一方の入力A1〜A4に与えられており、加算器D1
の他方の入力B1にはレジスタH1に格納されている前
回のパスメトリックが入力され、また加算器D2の他方
の入力B2にもレジスタH1に格納されているパスメト
リックが入力され、加算器D3の他方の入力B3にはレ
ジスタH2に格納されているパスメトリックが入力さ
れ、加算器D4の他方の入力B4にはレジスタH3に格
納されているパスメトリックが入力される。
【0027】加算器D1〜D4で求められた過去から現
在に至る尤度、すなわち、(直前までのパスメトリック
+現在のブランチメトリック)のうち、加算器D1,D
4の出力Y1,Y4からの出力は比較器Eの入力A1
1,B11にそれぞれ入力される。比較器は一方の入力
A11の入力レベルが他方の入力B11の入力レベル以
上であるときには出力Y11から「1」の出力を導出
し、そうでないときには「0」の出力を導出する。
【0028】前記比較器Eからの出力は選択器L1,L
2,…,Lnへのそれぞれの入力として与えられるとと
もに、選択器Fの切換入力S21に与えられる。選択器
Fの入力A21,B21にはそれぞれ前記加算器D1,
D4からの加算結果が入力されており、前記比較器Eか
らの出力に応答して、確からしい方のパスメトリックを
出力Y21からパスメトリック正規化演算器G1へ出力
する。一方、加算器D2,D3からのパスメトリック
は、それぞれパスメトリック正規化演算器G2,G3に
与えられる。
【0029】パスメトリック正規化演算器Gは、上述の
ようにして加算器Dによって現時点までのパスメトリッ
クが、現時点でのブランチメトリックと前回までのパス
メトリックとを加算することによって得られると、その
得られたパスメトリックがオーバーフローしないように
処理するためのものである。すなわち、パスメトリック
は、その相対値だけが必要であり、絶対値は不要である
ので、各パスメトリック正規化演算器Gは、各パスメト
リックから適当な定数を減算するか、または各パスメト
リックの中で一番小さいものが0となるように、各パス
メトリックの値を調整(各パスメトリックから最小のパ
スメトリック値を減算)するなどの処理を行う。各パス
メトリック正規化演算器G1〜G3からの出力は、それ
ぞれレジスタH1〜H3に入力されて、前述のようなパ
スメトリック演算に使用するために格納される。
【0030】前記比較器E出力であるパス選択信号は選
択器L1,L2,…,Lnのそれぞれの選択端子Saへ
入力される。第1段目の選択器L1の両入力Aa,Ba
にはそれぞれ初期値の「0」が入力されている。これら
選択器L1,L2,…,Lnは、それぞれ選択端子Sa
に「1」が入力されているときには、入力Aa側の入力
を出力端子Yaからそれぞれの後段のシフトレジスタM
11,M21,…,Mn1およびM12,M22,…,
Mn2へ出力し、「0」が入力されているときには、入
力Ba側の入力を選択して同シフトレジスタヘ出力す
る。
【0031】したがってパスメモリを構成するシフトレ
ジスタのうち、初段のレジスタM11,M12,M13
には初期値が設定され、2段目以降のシフトレジスタで
は、生き残りパスがどのような状態遷移であったかに対
応して、復号結果が選択されてコピーされていく。した
がって、段数n(パスメモリ長)をある程度以上大きく
すると、最終段の3つのレジスタMn1〜Mn3に格納
されている値は同じになるべきである。すなわち、前記
段数nだけ過去に遡ると、3つの生き残りパスは1つの
パスに収束されているはずである。したがって最終段の
各シフトレジスタMn1〜Mn3には、生き残りパスの
復号結果が同じ値として格納されているべきであり、万
が一、一部のシフトレジスタの値が残余のシフトレジス
タの値と異なっても、多数決論理回路Pにおいて多い方
の値が選択される。
【0032】以上のように本発明に従うビタビ復号器1
0は、前記図6に示す状態遷移図または図7で示すトレ
リス線図に従って、どのような経路を通って状態遷移が
進めば、入力データと振幅の期待値とが最も近似してい
るかを推定し、その推定された状態遷移に対応するデー
タを復号データとして出力する。従って、最小反転間隔
が2チャネルビット以下であるような復号データは出力
されず、最小反転間隔が3チャネルビット以上のビット
列の中で、最も確からしいビット列を復号データとして
出力する。
【0033】この状態推移図に従ってビタビ復号器を実
現すれば、ブランチメトリック演算回路は4つ(共通化
することで3つに削減可能)、ACS回路のうち加算器
が4つ、比較器が1つ、選択器が(パスメモリ長×1
個)、そしてパスメモリが(パスメモリ長×3個)です
むことになり、特開平8−180608号公報にて記載
のビタビ復号器よりも回路規模が大きく削減できる。さ
らに、ある状態から出発し、トレリス線図において、あ
る状態で合流(マージ)する2つのパス間の期待値の2
乗平均は最小自由ユークリッド距離dE freeと呼ばれ、
これが大きいほどビタビ復号器の誤り訂正能力は大きい
とされているが、本発明では特開平8−180608号
公報に比べ大きく回路規模を削減しているにもかかわら
ず、dE freeは等しく、その意味で誤り訂正能力は損な
われない。
【0034】また、上述の実施例では記録データはEF
M変換法で変換されていたけれども、本発明はNRZI
変換を含んでいれば、最小反転間隔が3チャネルビット
以上となる他のデータ変換法にも同様の効果を得ること
ができる。同様に、PR方式についても前記実施形態に
とらわれるものではない。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、上述したような構成と
しているので、データ変換時のNRZI変換則に着目す
ることにより、特開平8−180608号公報にある2
−7RLL・NRZI変換やEFM変換によって変調さ
れて記録されているデータをPR(1,2,1)ML方
式よりも低い誤り率で復号する手法と同等の性能を維持
しつつも、大きく回路規模を削減することが可能とな
る。これにより、集積回路化を行う際、チップサイズが
小さくなり、コストの面で有利になるだけでなく、信頼
性の向上も望めるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による差分型ビタビ復号装置の一実施形
態を示す機能ブロック図である。
【図2】差分型ビタビ復号装置の等化器出力系列の一例
を示す説明図である。
【図3】差分型ビタビ復号装置の等化器出力系列y
(i)の取り得る状態推移図である。
【図4】図3の状態推移図に基づくトレリス線図であ
る。
【図5】差分型ビタビ復号装置の差分信号系列の一例を
示す説明図である。
【図6】図5の差分信号系列y’(i)の取り得る状態
推移図である。
【図7】図6の状態推移図に基づくトレリス線図であ
る。
【図8】ビタビ復号器の前半部分を示すブロック図であ
る。
【図9】ビタビ復号器の後半部分を表すブロック図であ
る。
【図10】2−7RLL変換の変換テーブルを示す説明
図である。
【図11】NRZI変換を示す一例としての系列を示す
説明図である。
【図12】EFM変換を示す説明図である。
【符号の説明】
1 記録系 2 再生系 3 データ変換器 4 記録制御装置 5 ピックアップ 6 アンプ 7 アナログ/デジタル変換器 8 波形等化器 9 差分回路 10 ビタビ復号器 11 記録媒体 y(i) 等化器出力系列 y’(i) 差分回路系列

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャネルビットの最小反転間隔が3ビッ
    ト以上となるNRZI変換方法を含む信号変換方法で変
    換されたデータが記録されている記録媒体から信号を読
    み取って再生する再生装置と、 前記再生信号を、所定のパーシャルレスポンス方式に従
    って等化を行う等化器と、 前記等化器の出力系列における前後の信号の差分をとっ
    てNRZI則を外す差分回路と、 前記パーシャルレスポンス方式のPR特性に対応したブ
    ランチメトリック演算回路と、前記差分回路の出力系列
    に含まれるPR特性およびビットの最小反転間隔の特性
    から構成される状態推移図に対応して配列される加算・
    比較・選択を行うACS回路と、パスメモリとを備えて
    ビタビ復号を行うビタビ復号器と、 を具備したことを特徴とする差分型ビタビ復号装置。
  2. 【請求項2】 前記信号変換方法は、2−7RLL・N
    RZI変換方法であることを特徴とする請求項1記載の
    差分型ビタビ復号装置。
  3. 【請求項3】 前記信号変換方法は、EFM変換方法で
    あることを特徴とする請求項1記載の差分型ビタビ復号
    装置。
  4. 【請求項4】 前記パーシャルレスポンス方式は、PR
    (1,2,1)方式であることを特徴とする請求項1記
    載の差分型ビタビ復号装置。
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