JP3858392B2 - 符号化回路、符号化方法、ディジタル信号伝送装置およびディジタル磁気記録装置 - Google Patents
符号化回路、符号化方法、ディジタル信号伝送装置およびディジタル磁気記録装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、符号化回路、符号化方法、ディジタル信号伝送装置およびディジタル磁気記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル磁気記録における信号処理方式として、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせて、変調符号の制約条件を利用して最尤復号を行うトレリスコーデッドパーシャルレスポンスは、高密度記録に有利な方式である。
【０００３】
パーシャルレスポンスとして通常用いられる拡張パーシャルレスポンスクラス４（以下、ＥＰＲ４と表記する）は、ダイパルスレスポンスの等化波形がサンプル点（シンボル存在点）において（１、１、−１、−１）となるように等化する方式である。ＥＰＲ４のシステム多項式は、以下の式（１）のように表される。式（１）において、Ｄは１ビット遅延演算子である。
【０００４】
Ｇ（Ｄ）＝（１−Ｄ）（１＋Ｄ）2 （１）
ＥＰＲ４と変調符号の制約条件とを利用して最尤復号を行う、トレリスコーデッド拡張パーシャルレスポンスクラス４（以下、ＴＣＥＰＲ４と表記する）について以下に説明する。図１４にＴＣＥＰＲ４を行う構成の一例を示す。記録すべき入力データＩが符号化器２０１に入力されて所定の符号化処理を施されることによって符号化データＣＯとされ、磁気記録チャンネル２０２に供給される。
【０００５】
ここで、符号化器２０１の前段には、必要に応じて２進データへの変換を行う構成が設けられており、入力データＩは、２進データとされている。磁気記録チャンネル２０２は、符号化データＣＯに基づいて記録のための信号処理を行う記録回路、記録用磁気ヘッド、磁気記録媒体および再生用ヘッドとその後段の信号処理回路等を含むものである。すなわち、磁気記録チャンネル２０２は、磁気記録媒体に対する書込み／読出しを行う部分である。
【０００６】
磁気記録チャンネル２０２が生成した磁気記録媒体からの再生信号が等化器２０３によって等化処理され、最尤復号器２０４に供給される。最尤復号器２０４は、等化器２０３の出力に基づく最尤復号を行う。さらに、最尤復号器２０４の後段の復号化器２０５が行う復号化処理の結果として、記録された情報が最終的に再生される。実際には、Ａ／Ｄ変換によって得られる信号サンプリングデータをディジタル処理することにより、磁気記録チャンネル２０２の後段での再生処理が行われる。
【０００７】
等化器２０３の出力、すなわち、磁気記録チャンネル２０２が出力する再生信号が等化処理されて得られた信号（以下、再生等化信号と表記する）は、（−２、−１、０、＋１、＋２）の５つのレベルをとる。再生等化信号の一例を図１５に示す。このような再生等化信号を２進データ、すなわち、磁気記録チャンネル２０２による記録／再生に係る処理が行われる以前の符号化データＣＯに戻すために、最尤復号の一方式であるビタビ復号が用いられる。
【０００８】
ビタビ復号は、各サンプリングデータの値と共に、その前後のサンプリングデータの値をも用いる計算処理によって、再生される符号化データとしてとり得る系列の中で最も確からしい最尤系列（パス）を推定していく方法であり、高い検出能力を有する。但し、再生等化信号の値の系列によっては、上述したような計算処理の結果に基づいて最尤系列を容易に確定することができない場合がある。このような場合には、最尤系列が確定するまで計算処理の結果がビタビ復号器内のメモリにストックされ続ける。このため、未確定系列、すなわち最尤系列が確定するまでに計算処理の対象とされる系列の系列長がメモリ長を越えると、オーバーフローによってエラーが生じるおそれがある。
【０００９】
オーバーフローが生じる場合の１つとして、再生等化信号の値の系列が最尤系列が永久に確定されないようなものである場合がある。このような系列を準破滅的（Quasi Catastrophic) シ−ケンスと称する。また、準破滅的シ−ケンス以外にも、最尤系列が確定する前に未確定系列の系列長がメモリ長を越える場合に、オーバーフローが生じ得る。従って、準破滅的シ−ケンスを取り除き、かつ、それ以外の場合にも未確定系列の系列長をビタビ復号器のメモリ長以下にすることができれば、オーバーフローが生じないようにすることができる。
【００１０】
ところで、チャンネル符号化の目的には、信号スペクトラムを整形すること、およびクロック情報抽出精度を向上させるために'0' が連続することを制限する等が含まれるが、上述したオーバーフローの解消もチャンネル符号化の目的の１つである。
【００１１】
記録／再生におけるチャンネル符号化の一般的な方法は、以下のようなものである。記録すべき２進データ（以下、情報語と表記する）を、所定の変換規則に従って２進データ（以下、記録語と表記する）に変換して、この記録語を磁気記録チャンネル２０２に記録／再生する。そして、再生時には、再生信号に基く上述したような最尤復号後のデータ（このデータは、復号エラーが無い場合には記録語と一致する）を逆変換して元の情報語を再生する。
【００１２】
例えば図１４においては、情報語がＩであり、記録語がＣＯである。そして、所定の変換規則が符号化器２０１が行う符号化の規則である。再生系において最尤復号器２０４による最尤復号後のデータが復号化器２０５によって逆変換処理としての復号化処理のを施されて元の情報語が再生される。
【００１３】
一方、ＴＣＥＰＲ４のシステム多項式が上述の式（１）のように表されるので、ＴＣＥＰＲ４チャンネルの伝達関数は、ナイキスト周波数がヌルであるスペクトラムとなる。符号化においても、符号語系列の'1' 、'0'Pを電流の向きに対応させて記録する場合の記録電流のPower Spectrum Densityにおいてナイキスト周波数での周波数成分がヌルとなるように符号変換を行う。チャンネルの伝達関数の周波数成分がヌルである周波数において符号語系列のPower Spectrum Densityの周波数成分がヌルとなるように符号化することにより、復号時の信号検出利得を高めることが可能となる。
【００１４】
ビタビ復号時のオーバーフローを回避し、且つ信号検出利得を高めるために次のような符号化が行われる。すなわち、ＡＤＳ(Alternating Digital Sum) の変化範囲（Variation)を制限することによって、ナイキスト周波数成分がヌルとなるような符号化が可能である。ＴＣＥＰＲ４では、このＡＤＳの変化範囲制限を満たす符号語が使用される。
【００１５】
入力２進データの総ビット数をｎとすると、系列｛ａ1 ・・・ａn ｝のＡＤＳは、式（２）のように表される。
【００１６】
【数１】
【００１７】
例えば図１６に示す符号化状態遷移図の下での符号化により、ＡＤＳの変化範囲が最大８に制限された符号語系列が生成される。このような制限の下では、ＴＣＥＰＲ４チャンネルからの出力系列間の最小ユークリッド距離の２乗が６となり、高い信号検出利得が得られる。
【００１８】
ＡＤＳの変化範囲が最大８に制限された符号化を行う時に、例えば１０ビットの符号語がとり得るトレリスの一例を図１７に示す。但し、図１７のトレリスによって生成される符号語系列では、未確定系列が非常に長い系列となる可能性の低減が充分でなく、このため、上述したように、ビタビ復号器のメモリがオーバーフローする可能性がある。そこで、符号化において、さらに制約を加える必要がある。
【００１９】
例えば、図１８に示すような、符号語長のバウンダリにおいて符号化状態をシフトさせる方法を用いると、符号語長の４倍程度の長さのパスメモリを用意することにより、オーバーフローを回避することが可能となる。８ビットの情報語を１０ビットの符号語に変換する８／１０符号化についてこのような符号化状態のシフトを行うことは従来から行われている。このような符号化においては、ＡＤＳの変化範囲が最大８に制限され、且つ、ビタビ復号回路の系列を確定させることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、符号化率が低い８／１０符号化に、ビタビ復号時のオーバーフローを回避し且つ信号検出利得を高めるための上述したような条件を付加した符号化方法が使用されていた。このような符号化方法においては、ユーザデータの伝送レートを符号化率がより高い他の符号化方式と同一とするためには、チャンネル線密度を高くする必要がある。しかし、チャンネル線密度を高くすると、符号間干渉の増大によって再生信号の特性の劣化が顕著となる。
【００２１】
一方、チャンネル線密度を他の符号化方式と同一とした場合には、ユーザデータの伝送レートが小さくなるという問題があった。このような、ユーザデータの伝送レートが小さい符号化方法を例えば磁気記録再生装置等に適用すると、ユーザが使用できる記録容量が小さくなるという問題が生じる。
【００２２】
従って、この発明の目的は、チャンネル線密度を高めることなく、若しくはチャンネル線密度を高める程度を極力抑えながら、ユーザデータの伝送レートを向上させる符号化回路、符号化方法、ディジタル信号伝送装置およびディジタル磁気記録装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、
サブ符号語として使用され得る９ビットを単位とする２進データ列の集合であるサブ符号語集合を予め規定し、
１６ビットを単位とする２進データ列からなる情報語を、サブ符号語集合内のサブ符号語の組合わせを表現する組合わせ情報に変換する組合わせ情報生成手段と、
サブ符号語集合を記憶する記憶手段を有し、記憶手段から組合わせ情報に従ってサブ符号語集合中の２個のサブ符号語を選択し、選択したサブ符号語を出力するサブ符号語発生手段と、
サブ符号語発生手段の出力に基づいて符号語を生成する符号語生成手段とを有し、
サブ符号語集合の要素の選定、および組合わせ情報生成手段が生成する組合わせ情報の生成は、符号語の最大ランレングスが制限されるようになされるとともに、符号語のＡＤＳの変化範囲が制限されるようになされることを特徴とする符号化回路である。
【００２４】
請求項４の発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルにおける符号化方法において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、情報語をサブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにしたことを特徴とする符号化方法である。
【００２５】
請求項５の発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を使用するディジタル信号伝送装置において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、情報語をサブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにした符号化回路を有することを特徴とするディジタル信号伝送装置である。
【００２６】
請求項６の発明は、記録すべきディジタル信号を伝送する伝送系内に、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を使用するディジタル磁気記録再生装置において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、情報語をサブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにした符号化回路を有することを特徴とするディジタル磁気記録再生装置である。
【００２８】
請求項１、４および５に記載された発明においては、８／１０符号化と比較して符号化率の高い１６／１８符号化に対してビタビ復号時のオーバーフローを回避し且つ信号検出利得を高めるための条件を付加した符号化を行うので、ビタビ復号を良好な条件で行うことができることに加えて、チャンネル線密度を高めずに伝送レートを向上させることが可能となる。
【００２９】
さらに、ゼロランレングスを１０に制限した符号を使用するものなので、再生信号からのクロックの再生を安定的に行うことができる。
【００３０】
一方、１６ビットの情報語を１８ビットの符号語に変換し、この１８ビットの符号語を９ビットのサブ符号語の組合わせによって表現するようにしたので、１６ビットの情報語に対応する１８ビットの符号語を生成するために必要とされるハードウェアの規模を縮小することに寄与することができる。
【００３１】
また、請求項６に記載された発明によれば、チャンネル線密度を高めなくても、例えば８／１０符号等、符号化率の低い符号を使用した従来の装置と比較して、ユーザが使用できる記録容量を向上させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１に、この発明を適用し得るディジタル磁気記録装置の構成の一例を示す。記録すべきデータが入力端子１から入力され、シリアル／パラレル変換器（以下、Ｓ／Ｐ変換器と表記する）２、１６／１８符号化器３、パラレル／シリアル変換器（以下、Ｐ／Ｓ変換器と表記する）４を介してＥＰＲ４チャンネル５に供給される。一方、ＥＰＲ４チャンネル５の後述するような出力が位相検出器６、および最尤復号器としてのビタビ復号器７とに供給される。ＥＰＲ４チャンネル５の出力に基づくビタビ復号器７の出力は、Ｓ／Ｐ変換器８、１６／１８復号化器９、Ｐ／Ｓ変換器１０を介して、出力端子１１から後段に出力される。
【００３３】
ここで、ＥＰＲ４チャンネル５は、Ｐ／Ｓ変換器４の出力に基づいて記録のための信号処理を行う記録回路、記録用磁気ヘッド、磁気記録媒体および再生用ヘッドとその後段の信号処理回路等を含むものである。すなわち、ＥＰＲ４チャンネル５は、磁気記録媒体に対する書込み／読出しを行う部分である。
【００３４】
記録に係る処理系についてより詳細に説明する。Ｓ／Ｐ変換器２は、入力データを１６ビットデータに区切り、１６／１８符号化器３に供給する。１６／１８符号化器３は、この１６ビットデータを符号化処理し、１８ビットの符号語を生成する。Ｐ／Ｓ変換器４は、この１８ビットの符号語をシリアルのデータ列に変換して、ＥＰＲ４チャンネル５に供給する。
【００３５】
一方、再生に係る処理系についてより詳細に説明する。まず、ＥＰＲチャンネル５内では次のような処理が行われる。磁気記録媒体から磁気ヘッド等によって再生される再生信号が等化処理される。すなわち、ダイパルスレスポンスがＥＰＲ４基準である（１、１、−１、−１）に合うように等化される。かかる等化処理によって得られる信号からＡ／Ｄ変換によってディジタル信号サンプルが生成される。このディジタル信号サンプルがＥＰＲ４チャンネル５の最終的な出力とされる。かかる出力に基づいて、位相検出器６の出力が位相検出を行い、位相検出によって得られる同期情報を出力端子１２を介して図示しない同期回路に供給する。
【００３６】
ビタビ復号器７は、ＥＰＲ４チャンネル５から供給されるディジタル信号サンプルを最尤復号して最尤復号データを生成してＳ／Ｐ変換器８に供給する。Ｓ／Ｐ変換器８は、この最尤復号データを１８ビットに区切り、各１８ビットデータを１６／１８復号化器９に供給する。１６／１８復号化器９は、この１８ビットデータを復号化処理し、１６ビットデータの復号語として、Ｐ／Ｓ変換器１０に供給する。Ｐ／Ｓ変換器１０は、１６／１８復号化器９から供給される１６ビットデータをシリアルのデータ列に変換し、出力端子１１を介して外部に出力する次に、１６／１８符号化器３の動作原理について説明する。この発明の一実施形態において１６ビットの情報語に対する符号語を選択するために用いる、ＡＤＳの変化範囲を１０に制限した符号化状態遷移図を図２に示す。図２の符号化状態遷移図において、符号化状態３および７から始まり、同じく符号化状態３および７で終わる符号語長１８ビットの符号語のトレリス遷移図を求めると、図３のようになる。さらに、図４は、図３においてビタビ復号器のメモリオーバオフローを防止するために、符号語の終わる状態を符号化状態３、５および７とし、符号語のバウンダリで符号化状態をシフトさせるようにした場合のトレリス遷移図である。
【００３７】
バウンダリで符号化状態をシフトさせることにより、オーバーフローを生じさせる系列が取り除かれる。このような符号化方法を用いると、オーバーフローを引き起こす系列が符号語長の２倍の長さまで連続することになり、ビタビ復号器中のパスメモリ長は３２ビット必要となる。但し、最尤復号においてトレリスのクロス遷移を許す場合には、パスメモリ長として７２ビット必要である。
【００３８】
図５および図６には、ビタビ復号器７におけるトレリス構造を示した。図５は、２ビットの再生信号入力に対して、ビタビ復号器が追跡するトレリス遷移である。図５の左側の図は、ＥＰＲ４チャンネル（１−Ｄ）（１＋Ｄ）2 の出力系列の８状態をそれぞれ以下のように表現し、これら８状態をひとかたまりとして符号語トレリスに組込んだものである。
【００３９】
(000),(001),(010),(011),(100),(101),(110),(111)
これら８状態のひとかたまりが符号化状態の１つの状態に対応している。実線の矢印は、ＮＲＺすなわち符号化器出力が１である時の状態遷移、破線の矢印は、ＮＲＺが０である時の状態遷移を示している。各矢印に付されている符号は、（ＮＲＺ／ＥＰＲ４チャンネル出力）を表す。例えば（０／−１）は、ＥＰＲ４チャンネル出力すなわちビタビ復号器入力が−１の時は、ビタビ復号器出力すなわち１６／１８復号化回路入力が０であることを表示している。
【００４０】
また、図５の右側の図は、図５の左側の図を簡略表現したものである。すなわち、ＮＲＺが１である時に生じる８つの状態遷移をまとめて１つの実線で示し、ＮＲＺが０である時に生じる８つの状態遷移をまとめて１つの破線で示したものである。このような簡略表現を用いて、ビタビ復号器７の動作は、図６に示すようなトレリス遷移の繰返しとされる。図６のトレリス状態番号は、図２の符号化状態遷移図の状態番号に対応している。かかる動作を実現するビタビ復号器７は、ＥＰＲチャンネル５の出力に基づく計算処理を行う計算処理回路と共に、上述したトレリス構造に従って連結されたパラレルロード／シリアルシフトレジスタ等を有する構成とされる。
【００４１】
ところで、クロックの再生を安定させるために、最大ゼロランレングスを制限するように符号化しなければならない。このような制限が課された符号化を行う方法の１つとして、ＡＤＳの変化範囲の制限を満たす符号語空間をサブ符号語空間に分割し、サブ符号語における状態遷移を考える。
【００４２】
まず、符号語長１８ビットの符号語ｃを次の式（３）のように定義する。上述したように、この符号語ｃは、ＡＤＳの変化範囲を１０に制限した図４のトレリス遷移を満足し、かつ、ゼロランレングスが１０に制限されるという条件を満たすものである。
【００４３】
このような符号語ｃを、符号語長９ビットのサブ符号語の集合から選択されるサブ符号語ｈと、同様なサブ符号語から選択されるサブ符号語に所定の処理を行うことによって得られるサブ符号語ｔの組合わせとして構成する。ここで、サブ符号語集合は、符号語ｃが上述の条件を満たすことに考慮して、後述するように（図８および図９参照）、予め規定されたものである１６／１８符号化器内の所定のメモリに記憶されている。符号語ｃは、以下のような組合わせとして生成される。
【００４４】
符号語ｃ＝（ｈ，ｔ（＃）） （４）
ここで、あるビット列ａについて、そのビット列並びを逆順にしたものをａ（＃）と表記する。従って、式（４）中のｔ（＃）は、ビット列ｔの並びを逆順にしたものである。式（３）と（４）との対応により、サブ符号語ｈ、ｔが以下のようなものとなる。
【００４５】
サブ符号語ｈ＝ ( c0 ,c1 ,c2 ,c3 ,c4 ,c5 ,c6 ,c7 ,c8 ） （５）
サブ符号語ｔ＝ ( c17,c16,c15,c14,c13,c12,c11,c10,c9 ) （６）
但し、サブ符号語ｔの先頭２ビット ( c17,c16）は、図４を参照して上述したように、符号語の終りの符号化状態を３、５および７と変形することに対応して、サブ符号語ｔ２の先頭２ビットを図７のように変形したものである。符号語ｃを生成する方法について、以下、具体例を用いて説明する。サブ符号語の集合から選択されたサブ符号語ｈと、かかるサブ符号語の集合から選択されたサブ符号語の並びを反転させることによって得られたｔ２との組の一例として、次のものを考える。
【００４６】
サブ符号語ｈ＝ (０，１，１，０，１，０，０，０，１） （７）
サブ符号語ｔ２＝ (１、０，１，１、１，０，１，０，０） （８）
この時、図７に示した変形により、サブ符号語ｔ２が以下のようなサブ符号語ｔに変形される。
【００４７】
サブ符号語ｔ＝ (０，０，１，１、１，０，１，０，０） （９）
従って、式（３）に従って以下のような符号語ｃを求めることができる。
【００４８】
符号語ｃ＝（0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,0,0 ） （１０）
符号語ｃに課されるＡＤＳの変化範囲が１０以下であるという上述の条件を考慮して予め規定されたサブ符号語の集合を図８および図９に示した。２つの図に分けて記載したのは、記載スペースの都合によるものである。ここでは、サブ符号語の集合の全体を４５個の部分集合に分割している。また、サブ符号語ｈをかかる４５個の部分集合の何れかから選択した場合に、ｔ２を何れの部分集合から選択したサブ符号語から生成すべきかをの組合わせを図１０に示した。例えば、集合Ａ０からサブ符号語ｈを選択すると、サブ符号語ｔ２を生成するためのサブ符号語は、集合Ａ０，Ｂ０，Ｂｔ０、Ｋ０（￥），Ｌ０（￥），Ａ１，Ｂ１，Ａ３の内の何れかの部分集合の要素から選択される。このような部分集合の組合わせは、符号語ｃに課されるゼロランレングスが１０以下であるという条件を満たすように規定される。
【００４９】
ここで、サブ符号語の部分集合を表す符号の後に（￥）を付して示したのは、そのサブ符号語部分集合の要素である各符号語をビット反転することによって得られる符号語（このようなサブ符号語自体も、ビット反転する前の符号語の表記に（￥）を付加して表記する）を要素とする集合である。例えば、Ｋ０（￥）は、サブ符号語部分集合Ｋ０の要素である０５５をビット反転した０５５（￥）を要素とする集合を表している。
【００５０】
より具体的に、サブ符号語ｈとして例えば集合Ａ０から００８（１６進表現）を選択した場合に、これに組み合わせるサブ符号語ｔ２として集合Ｂ０から１０ａ（１６進表現）を選択すると、符号語ｃは、０１０ａ１（１６進表現）となる。また、サブ符号語ｈを同様に集合Ａ０から００８（１６進表現）と選択し、これに組み合わせるサブ符号語ｔ２として集合Ｋ０（￥）の０５５（￥）を選択する場合には、符号語ｃが０１ａ９（１６進表現）となる。
【００５１】
また、図４を参照して上述したように、符号語は符号化状態３および７から始まり、符号語のバウンダリで符号化状態をシフトさせる。そこで、符号語状態を次のように定義して符号語間のつながりを規定する。すなわち、符号語状態として、符号化状態３で始まるもの（符号語状態Ｓ0 ）と、符号化状態７で始まるもの（符号語状態Ｓ1 ）の２つを定義する。図８および図９に示した各サブ符号語は、符号語状態Ｓ0 で始まるサブ符号語である。符号語状態Ｓ1 で始まるサブ符号語は、符号語状態Ｓ0 で始まるサブ符号語をビット反転したものである。符号語状態の状態遷移は、図１１のように行う。
【００５２】
以上のサブ符号語を用いた符号化においては、サブ符号語集合の要素とされる９ビットのデータ列の選定およびサブ符号語の組合わせ方が１６／１８符号に課される最大ゼロランレングスが１０以下とされる等の条件を満たすようになされる。
【００５３】
以下、図１中の符号化回路３のより具体的な構成について図面を参照して説明する。そのような構成の一例を図１２に示す。かかる一例においては、符号化回路３中に１６／１８符号語テーブルを記憶している例えばＲＯＭ等の記憶回路２０を設けることによって、１６ビットの情報語を１８ビットの符号語ｃに変換する符号化回路の構成の一例を示した。ここで使用される１６／１８符号語テーブルは、図８、図９および図１０に示したようなサブ符号語の各部分集合と、それらの適切な組合わせとを記憶するものである。
【００５４】
また、符号化回路３のより具体的な構成の他の例を図１３に示す。サブ符号語の適切な組合わせを示す図１０を記憶しているプリエンコーダ３０により、１６ビットの符号語が２４ビットの情報に変換される。この２４ビットの内、６ビットがサブ符号語ｈのサブ符号語状態を表し、他の６ビットがサブ符号語ｔ２のサブ符号語状態を表す。さらに、残りの１２ビットは、これら各６ビットが表現しているサブ符号語状態からサブ符号語を選択するために用いる。
【００５５】
このような２４ビットの情報がサブ符号語発生回路３１に供給される。サブ符号語発生回路３１は、サブ符号語の集合をテーブルとして記憶している例えばＲＯＭ等の記憶回路３２を有している。サブ符号語発生回路３１は、供給される２４ビットの情報に基づいて、ＲＡＭ等からなるメモリ３２上のサブ符号語の集合からサブ符号語ｈと、サブ符号語ｔを生成するためのサブ符号語を選択し、符号語生成回路３３に供給する。符号語生成回路３３は、供給されるサブ符号語に基づいて、上述したようにして１８ビットの符号語ｃを生成する。
【００５６】
上述したこの発明の一実施形態は、この発明をディジタル磁気記録再生装置に適用したものであるが、この発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を有するディジタル信号伝送装置に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
上述したように、この発明においては、１６／１８符号を用いる符号化方法に対して、ＡＤＳの変化範囲を制限に係る条件、準破滅的シーケンスを除去するための条件、および最大ゼロランレングスの制限に係る条件を課した符号化方法が行われる。これらの条件が課されたことにより、ビタビ復号器のメモリオーバーフローを防止することができ、また、再生信号からクロックを安定的に再生することができる。
【００５８】
１６／１８符号は、符号化率８／９の符号であり、汎用されている８／１０符号と比較して符号化率が高いので、この発明に係る符号化方法を使用することにより、ユーザデータの伝送レートを符号化率がより高い他の符号化方式と同一とするためにチャンネル線密度を高める必要を無くすか、若しくはチャンネル線密度を高める程度を小さく抑えることができる。これらの構成によりハードウェアの規模を縮小することができる。
【００５９】
特に、この発明をディジタル磁気記録再生装置等に適用した場合には、チャンネル線密度を高めなくても、８／１０符号を使用する場合に比してユーザが使用できる記録容量を向上させることができる。従って、再生信号上の符号間干渉を増大させずに、若しくはその増大の程度を極力抑えながら、記録容量の向上を実現することが可能となる。
【００６０】
さらに、１６ビットの情報語を１８ビットの符号語に変換し、この１８ビットの符号語を９ビットのサブ符号語の組合わせによって表現するようにしたので、１６ビットの情報語に対応する１８ビットの符号語を生成するために必要とされるハードウェアの規模を縮小することに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の構成の概略について説明するためのブロック図である。
【図２】この発明において使用することができる、ＡＤＳの変化範囲が１０に制限された状態遷移の一例について説明するための略線図である。
【図３】この発明に係る、ＡＤＳの変化範囲が１０に制限された符号化トレリス構造について説明するための略線図である。
【図４】この発明に係る、ＡＤＳの変化範囲が１０に制限された符号化トレリス構造において、状態シフトがなされる場合について説明するための略線図である。
【図５】この発明の一実施形態において用いられるビタビ復号器のトレリス遷移の一部分について説明するための略線図である。
【図６】この発明の一実施形態において用いられるビタビ復号器のトレリス遷移について全体的に説明するための略線図である。
【図７】符号化トレリスにおいて状態シフトを生じさせるためのサブ符号語の変換について説明するための略線図である。
【図８】この発明の一実施形態において用いられる、サブ符号語の部分集合の一例を示す略線図の一部である。
【図９】この発明の一実施形態において用いられる、サブ符号語の部分集合の一例を示す略線図の他の一部である。
【図１０】この発明の一実施形態において、サブ符号語が適切に選択されるための部分集合の組合わせについて説明するための略線図である。
【図１１】この発明の一実施形態における、符号語状態に遷移について説明するための略線図である。
【図１２】この発明の一実施形態において使用することができる符号化回路の一例について説明するための略線図である。
【図１３】この発明の一実施形態において使用することができる符号化回路の他の例について説明するための略線図である。
【図１４】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルの一例について説明するためのブロック図である。この発明の一実施例の全体構成を示すブロック図である。
【図１５】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて処理される再生等化信号について説明するための略線図である。
【図１６】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて使用される、ＡＤＳの変化範囲が８に制限された状態遷移について説明するための略線図である。
【図１７】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて使用される、ＡＤＳの変化範囲が８に制限された符号化トレリス構造について説明するための略線図である。
【図１８】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて使用される、ＡＤＳの変化範囲が８に制限された符号化トレリス構造において、状態シフトがなされる場合について説明するための略線図である。
【符号の説明】
３・・・１６／１８符号化器、５・・・ＥＰＲチャンネル、７・・・ビタビ復号器、３０・・・プリエンコーダ、３１・・・サブ符号語発生回路、３３・・・符号語生成回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、符号化回路、符号化方法、ディジタル信号伝送装置およびディジタル磁気記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル磁気記録における信号処理方式として、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせて、変調符号の制約条件を利用して最尤復号を行うトレリスコーデッドパーシャルレスポンスは、高密度記録に有利な方式である。
【０００３】
パーシャルレスポンスとして通常用いられる拡張パーシャルレスポンスクラス４（以下、ＥＰＲ４と表記する）は、ダイパルスレスポンスの等化波形がサンプル点（シンボル存在点）において（１、１、−１、−１）となるように等化する方式である。ＥＰＲ４のシステム多項式は、以下の式（１）のように表される。式（１）において、Ｄは１ビット遅延演算子である。
【０００４】
Ｇ（Ｄ）＝（１−Ｄ）（１＋Ｄ）2 （１）
ＥＰＲ４と変調符号の制約条件とを利用して最尤復号を行う、トレリスコーデッド拡張パーシャルレスポンスクラス４（以下、ＴＣＥＰＲ４と表記する）について以下に説明する。図１４にＴＣＥＰＲ４を行う構成の一例を示す。記録すべき入力データＩが符号化器２０１に入力されて所定の符号化処理を施されることによって符号化データＣＯとされ、磁気記録チャンネル２０２に供給される。
【０００５】
ここで、符号化器２０１の前段には、必要に応じて２進データへの変換を行う構成が設けられており、入力データＩは、２進データとされている。磁気記録チャンネル２０２は、符号化データＣＯに基づいて記録のための信号処理を行う記録回路、記録用磁気ヘッド、磁気記録媒体および再生用ヘッドとその後段の信号処理回路等を含むものである。すなわち、磁気記録チャンネル２０２は、磁気記録媒体に対する書込み／読出しを行う部分である。
【０００６】
磁気記録チャンネル２０２が生成した磁気記録媒体からの再生信号が等化器２０３によって等化処理され、最尤復号器２０４に供給される。最尤復号器２０４は、等化器２０３の出力に基づく最尤復号を行う。さらに、最尤復号器２０４の後段の復号化器２０５が行う復号化処理の結果として、記録された情報が最終的に再生される。実際には、Ａ／Ｄ変換によって得られる信号サンプリングデータをディジタル処理することにより、磁気記録チャンネル２０２の後段での再生処理が行われる。
【０００７】
等化器２０３の出力、すなわち、磁気記録チャンネル２０２が出力する再生信号が等化処理されて得られた信号（以下、再生等化信号と表記する）は、（−２、−１、０、＋１、＋２）の５つのレベルをとる。再生等化信号の一例を図１５に示す。このような再生等化信号を２進データ、すなわち、磁気記録チャンネル２０２による記録／再生に係る処理が行われる以前の符号化データＣＯに戻すために、最尤復号の一方式であるビタビ復号が用いられる。
【０００８】
ビタビ復号は、各サンプリングデータの値と共に、その前後のサンプリングデータの値をも用いる計算処理によって、再生される符号化データとしてとり得る系列の中で最も確からしい最尤系列（パス）を推定していく方法であり、高い検出能力を有する。但し、再生等化信号の値の系列によっては、上述したような計算処理の結果に基づいて最尤系列を容易に確定することができない場合がある。このような場合には、最尤系列が確定するまで計算処理の結果がビタビ復号器内のメモリにストックされ続ける。このため、未確定系列、すなわち最尤系列が確定するまでに計算処理の対象とされる系列の系列長がメモリ長を越えると、オーバーフローによってエラーが生じるおそれがある。
【０００９】
オーバーフローが生じる場合の１つとして、再生等化信号の値の系列が最尤系列が永久に確定されないようなものである場合がある。このような系列を準破滅的（Quasi Catastrophic) シ−ケンスと称する。また、準破滅的シ−ケンス以外にも、最尤系列が確定する前に未確定系列の系列長がメモリ長を越える場合に、オーバーフローが生じ得る。従って、準破滅的シ−ケンスを取り除き、かつ、それ以外の場合にも未確定系列の系列長をビタビ復号器のメモリ長以下にすることができれば、オーバーフローが生じないようにすることができる。
【００１０】
ところで、チャンネル符号化の目的には、信号スペクトラムを整形すること、およびクロック情報抽出精度を向上させるために'0' が連続することを制限する等が含まれるが、上述したオーバーフローの解消もチャンネル符号化の目的の１つである。
【００１１】
記録／再生におけるチャンネル符号化の一般的な方法は、以下のようなものである。記録すべき２進データ（以下、情報語と表記する）を、所定の変換規則に従って２進データ（以下、記録語と表記する）に変換して、この記録語を磁気記録チャンネル２０２に記録／再生する。そして、再生時には、再生信号に基く上述したような最尤復号後のデータ（このデータは、復号エラーが無い場合には記録語と一致する）を逆変換して元の情報語を再生する。
【００１２】
例えば図１４においては、情報語がＩであり、記録語がＣＯである。そして、所定の変換規則が符号化器２０１が行う符号化の規則である。再生系において最尤復号器２０４による最尤復号後のデータが復号化器２０５によって逆変換処理としての復号化処理のを施されて元の情報語が再生される。
【００１３】
一方、ＴＣＥＰＲ４のシステム多項式が上述の式（１）のように表されるので、ＴＣＥＰＲ４チャンネルの伝達関数は、ナイキスト周波数がヌルであるスペクトラムとなる。符号化においても、符号語系列の'1' 、'0'Pを電流の向きに対応させて記録する場合の記録電流のPower Spectrum Densityにおいてナイキスト周波数での周波数成分がヌルとなるように符号変換を行う。チャンネルの伝達関数の周波数成分がヌルである周波数において符号語系列のPower Spectrum Densityの周波数成分がヌルとなるように符号化することにより、復号時の信号検出利得を高めることが可能となる。
【００１４】
ビタビ復号時のオーバーフローを回避し、且つ信号検出利得を高めるために次のような符号化が行われる。すなわち、ＡＤＳ(Alternating Digital Sum) の変化範囲（Variation)を制限することによって、ナイキスト周波数成分がヌルとなるような符号化が可能である。ＴＣＥＰＲ４では、このＡＤＳの変化範囲制限を満たす符号語が使用される。
【００１５】
入力２進データの総ビット数をｎとすると、系列｛ａ1 ・・・ａn ｝のＡＤＳは、式（２）のように表される。
【００１６】
【数１】
例えば図１６に示す符号化状態遷移図の下での符号化により、ＡＤＳの変化範囲が最大８に制限された符号語系列が生成される。このような制限の下では、ＴＣＥＰＲ４チャンネルからの出力系列間の最小ユークリッド距離の２乗が６となり、高い信号検出利得が得られる。
【００１８】
ＡＤＳの変化範囲が最大８に制限された符号化を行う時に、例えば１０ビットの符号語がとり得るトレリスの一例を図１７に示す。但し、図１７のトレリスによって生成される符号語系列では、未確定系列が非常に長い系列となる可能性の低減が充分でなく、このため、上述したように、ビタビ復号器のメモリがオーバーフローする可能性がある。そこで、符号化において、さらに制約を加える必要がある。
【００１９】
例えば、図１８に示すような、符号語長のバウンダリにおいて符号化状態をシフトさせる方法を用いると、符号語長の４倍程度の長さのパスメモリを用意することにより、オーバーフローを回避することが可能となる。８ビットの情報語を１０ビットの符号語に変換する８／１０符号化についてこのような符号化状態のシフトを行うことは従来から行われている。このような符号化においては、ＡＤＳの変化範囲が最大８に制限され、且つ、ビタビ復号回路の系列を確定させることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、符号化率が低い８／１０符号化に、ビタビ復号時のオーバーフローを回避し且つ信号検出利得を高めるための上述したような条件を付加した符号化方法が使用されていた。このような符号化方法においては、ユーザデータの伝送レートを符号化率がより高い他の符号化方式と同一とするためには、チャンネル線密度を高くする必要がある。しかし、チャンネル線密度を高くすると、符号間干渉の増大によって再生信号の特性の劣化が顕著となる。
【００２１】
一方、チャンネル線密度を他の符号化方式と同一とした場合には、ユーザデータの伝送レートが小さくなるという問題があった。このような、ユーザデータの伝送レートが小さい符号化方法を例えば磁気記録再生装置等に適用すると、ユーザが使用できる記録容量が小さくなるという問題が生じる。
【００２２】
従って、この発明の目的は、チャンネル線密度を高めることなく、若しくはチャンネル線密度を高める程度を極力抑えながら、ユーザデータの伝送レートを向上させる符号化回路、符号化方法、ディジタル信号伝送装置およびディジタル磁気記録装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、
サブ符号語として使用され得る９ビットを単位とする２進データ列の集合であるサブ符号語集合を予め規定し、
１６ビットを単位とする２進データ列からなる情報語を、サブ符号語集合内のサブ符号語の組合わせを表現する組合わせ情報に変換する組合わせ情報生成手段と、
サブ符号語集合を記憶する記憶手段を有し、記憶手段から組合わせ情報に従ってサブ符号語集合中の２個のサブ符号語を選択し、選択したサブ符号語を出力するサブ符号語発生手段と、
サブ符号語発生手段の出力に基づいて符号語を生成する符号語生成手段とを有し、
サブ符号語集合の要素の選定、および組合わせ情報生成手段が生成する組合わせ情報の生成は、符号語の最大ランレングスが制限されるようになされるとともに、符号語のＡＤＳの変化範囲が制限されるようになされることを特徴とする符号化回路である。
【００２４】
請求項４の発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルにおける符号化方法において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、情報語をサブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにしたことを特徴とする符号化方法である。
【００２５】
請求項５の発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を使用するディジタル信号伝送装置において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、情報語をサブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにした符号化回路を有することを特徴とするディジタル信号伝送装置である。
【００２６】
請求項６の発明は、記録すべきディジタル信号を伝送する伝送系内に、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を使用するディジタル磁気記録再生装置において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、情報語をサブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにした符号化回路を有することを特徴とするディジタル磁気記録再生装置である。
【００２８】
請求項１、４および５に記載された発明においては、８／１０符号化と比較して符号化率の高い１６／１８符号化に対してビタビ復号時のオーバーフローを回避し且つ信号検出利得を高めるための条件を付加した符号化を行うので、ビタビ復号を良好な条件で行うことができることに加えて、チャンネル線密度を高めずに伝送レートを向上させることが可能となる。
【００２９】
さらに、ゼロランレングスを１０に制限した符号を使用するものなので、再生信号からのクロックの再生を安定的に行うことができる。
【００３０】
一方、１６ビットの情報語を１８ビットの符号語に変換し、この１８ビットの符号語を９ビットのサブ符号語の組合わせによって表現するようにしたので、１６ビットの情報語に対応する１８ビットの符号語を生成するために必要とされるハードウェアの規模を縮小することに寄与することができる。
【００３１】
また、請求項６に記載された発明によれば、チャンネル線密度を高めなくても、例えば８／１０符号等、符号化率の低い符号を使用した従来の装置と比較して、ユーザが使用できる記録容量を向上させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１に、この発明を適用し得るディジタル磁気記録装置の構成の一例を示す。記録すべきデータが入力端子１から入力され、シリアル／パラレル変換器（以下、Ｓ／Ｐ変換器と表記する）２、１６／１８符号化器３、パラレル／シリアル変換器（以下、Ｐ／Ｓ変換器と表記する）４を介してＥＰＲ４チャンネル５に供給される。一方、ＥＰＲ４チャンネル５の後述するような出力が位相検出器６、および最尤復号器としてのビタビ復号器７とに供給される。ＥＰＲ４チャンネル５の出力に基づくビタビ復号器７の出力は、Ｓ／Ｐ変換器８、１６／１８復号化器９、Ｐ／Ｓ変換器１０を介して、出力端子１１から後段に出力される。
【００３３】
ここで、ＥＰＲ４チャンネル５は、Ｐ／Ｓ変換器４の出力に基づいて記録のための信号処理を行う記録回路、記録用磁気ヘッド、磁気記録媒体および再生用ヘッドとその後段の信号処理回路等を含むものである。すなわち、ＥＰＲ４チャンネル５は、磁気記録媒体に対する書込み／読出しを行う部分である。
【００３４】
記録に係る処理系についてより詳細に説明する。Ｓ／Ｐ変換器２は、入力データを１６ビットデータに区切り、１６／１８符号化器３に供給する。１６／１８符号化器３は、この１６ビットデータを符号化処理し、１８ビットの符号語を生成する。Ｐ／Ｓ変換器４は、この１８ビットの符号語をシリアルのデータ列に変換して、ＥＰＲ４チャンネル５に供給する。
【００３５】
一方、再生に係る処理系についてより詳細に説明する。まず、ＥＰＲチャンネル５内では次のような処理が行われる。磁気記録媒体から磁気ヘッド等によって再生される再生信号が等化処理される。すなわち、ダイパルスレスポンスがＥＰＲ４基準である（１、１、−１、−１）に合うように等化される。かかる等化処理によって得られる信号からＡ／Ｄ変換によってディジタル信号サンプルが生成される。このディジタル信号サンプルがＥＰＲ４チャンネル５の最終的な出力とされる。かかる出力に基づいて、位相検出器６の出力が位相検出を行い、位相検出によって得られる同期情報を出力端子１２を介して図示しない同期回路に供給する。
【００３６】
ビタビ復号器７は、ＥＰＲ４チャンネル５から供給されるディジタル信号サンプルを最尤復号して最尤復号データを生成してＳ／Ｐ変換器８に供給する。Ｓ／Ｐ変換器８は、この最尤復号データを１８ビットに区切り、各１８ビットデータを１６／１８復号化器９に供給する。１６／１８復号化器９は、この１８ビットデータを復号化処理し、１６ビットデータの復号語として、Ｐ／Ｓ変換器１０に供給する。Ｐ／Ｓ変換器１０は、１６／１８復号化器９から供給される１６ビットデータをシリアルのデータ列に変換し、出力端子１１を介して外部に出力する次に、１６／１８符号化器３の動作原理について説明する。この発明の一実施形態において１６ビットの情報語に対する符号語を選択するために用いる、ＡＤＳの変化範囲を１０に制限した符号化状態遷移図を図２に示す。図２の符号化状態遷移図において、符号化状態３および７から始まり、同じく符号化状態３および７で終わる符号語長１８ビットの符号語のトレリス遷移図を求めると、図３のようになる。さらに、図４は、図３においてビタビ復号器のメモリオーバオフローを防止するために、符号語の終わる状態を符号化状態３、５および７とし、符号語のバウンダリで符号化状態をシフトさせるようにした場合のトレリス遷移図である。
【００３７】
バウンダリで符号化状態をシフトさせることにより、オーバーフローを生じさせる系列が取り除かれる。このような符号化方法を用いると、オーバーフローを引き起こす系列が符号語長の２倍の長さまで連続することになり、ビタビ復号器中のパスメモリ長は３２ビット必要となる。但し、最尤復号においてトレリスのクロス遷移を許す場合には、パスメモリ長として７２ビット必要である。
【００３８】
図５および図６には、ビタビ復号器７におけるトレリス構造を示した。図５は、２ビットの再生信号入力に対して、ビタビ復号器が追跡するトレリス遷移である。図５の左側の図は、ＥＰＲ４チャンネル（１−Ｄ）（１＋Ｄ）2 の出力系列の８状態をそれぞれ以下のように表現し、これら８状態をひとかたまりとして符号語トレリスに組込んだものである。
【００３９】
(000),(001),(010),(011),(100),(101),(110),(111)
これら８状態のひとかたまりが符号化状態の１つの状態に対応している。実線の矢印は、ＮＲＺすなわち符号化器出力が１である時の状態遷移、破線の矢印は、ＮＲＺが０である時の状態遷移を示している。各矢印に付されている符号は、（ＮＲＺ／ＥＰＲ４チャンネル出力）を表す。例えば（０／−１）は、ＥＰＲ４チャンネル出力すなわちビタビ復号器入力が−１の時は、ビタビ復号器出力すなわち１６／１８復号化回路入力が０であることを表示している。
【００４０】
また、図５の右側の図は、図５の左側の図を簡略表現したものである。すなわち、ＮＲＺが１である時に生じる８つの状態遷移をまとめて１つの実線で示し、ＮＲＺが０である時に生じる８つの状態遷移をまとめて１つの破線で示したものである。このような簡略表現を用いて、ビタビ復号器７の動作は、図６に示すようなトレリス遷移の繰返しとされる。図６のトレリス状態番号は、図２の符号化状態遷移図の状態番号に対応している。かかる動作を実現するビタビ復号器７は、ＥＰＲチャンネル５の出力に基づく計算処理を行う計算処理回路と共に、上述したトレリス構造に従って連結されたパラレルロード／シリアルシフトレジスタ等を有する構成とされる。
【００４１】
ところで、クロックの再生を安定させるために、最大ゼロランレングスを制限するように符号化しなければならない。このような制限が課された符号化を行う方法の１つとして、ＡＤＳの変化範囲の制限を満たす符号語空間をサブ符号語空間に分割し、サブ符号語における状態遷移を考える。
【００４２】
まず、符号語長１８ビットの符号語ｃを次の式（３）のように定義する。上述したように、この符号語ｃは、ＡＤＳの変化範囲を１０に制限した図４のトレリス遷移を満足し、かつ、ゼロランレングスが１０に制限されるという条件を満たすものである。
【００４３】
【００４４】
符号語ｃ＝（ｈ，ｔ（＃）） （４）
ここで、あるビット列ａについて、そのビット列並びを逆順にしたものをａ（＃）と表記する。従って、式（４）中のｔ（＃）は、ビット列ｔの並びを逆順にしたものである。式（３）と（４）との対応により、サブ符号語ｈ、ｔが以下のようなものとなる。
【００４５】
サブ符号語ｈ＝ ( c0 ,c1 ,c2 ,c3 ,c4 ,c5 ,c6 ,c7 ,c8 ） （５）
サブ符号語ｔ＝ ( c17,c16,c15,c14,c13,c12,c11,c10,c9 ) （６）
但し、サブ符号語ｔの先頭２ビット ( c17,c16）は、図４を参照して上述したように、符号語の終りの符号化状態を３、５および７と変形することに対応して、サブ符号語ｔ２の先頭２ビットを図７のように変形したものである。符号語ｃを生成する方法について、以下、具体例を用いて説明する。サブ符号語の集合から選択されたサブ符号語ｈと、かかるサブ符号語の集合から選択されたサブ符号語の並びを反転させることによって得られたｔ２との組の一例として、次のものを考える。
【００４６】
サブ符号語ｈ＝ (０，１，１，０，１，０，０，０，１） （７）
サブ符号語ｔ２＝ (１、０，１，１、１，０，１，０，０） （８）
この時、図７に示した変形により、サブ符号語ｔ２が以下のようなサブ符号語ｔに変形される。
【００４７】
サブ符号語ｔ＝ (０，０，１，１、１，０，１，０，０） （９）
従って、式（３）に従って以下のような符号語ｃを求めることができる。
【００４８】
符号語ｃ＝（0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,0,0 ） （１０）
符号語ｃに課されるＡＤＳの変化範囲が１０以下であるという上述の条件を考慮して予め規定されたサブ符号語の集合を図８および図９に示した。２つの図に分けて記載したのは、記載スペースの都合によるものである。ここでは、サブ符号語の集合の全体を４５個の部分集合に分割している。また、サブ符号語ｈをかかる４５個の部分集合の何れかから選択した場合に、ｔ２を何れの部分集合から選択したサブ符号語から生成すべきかをの組合わせを図１０に示した。例えば、集合Ａ０からサブ符号語ｈを選択すると、サブ符号語ｔ２を生成するためのサブ符号語は、集合Ａ０，Ｂ０，Ｂｔ０、Ｋ０（￥），Ｌ０（￥），Ａ１，Ｂ１，Ａ３の内の何れかの部分集合の要素から選択される。このような部分集合の組合わせは、符号語ｃに課されるゼロランレングスが１０以下であるという条件を満たすように規定される。
【００４９】
ここで、サブ符号語の部分集合を表す符号の後に（￥）を付して示したのは、そのサブ符号語部分集合の要素である各符号語をビット反転することによって得られる符号語（このようなサブ符号語自体も、ビット反転する前の符号語の表記に（￥）を付加して表記する）を要素とする集合である。例えば、Ｋ０（￥）は、サブ符号語部分集合Ｋ０の要素である０５５をビット反転した０５５（￥）を要素とする集合を表している。
【００５０】
より具体的に、サブ符号語ｈとして例えば集合Ａ０から００８（１６進表現）を選択した場合に、これに組み合わせるサブ符号語ｔ２として集合Ｂ０から１０ａ（１６進表現）を選択すると、符号語ｃは、０１０ａ１（１６進表現）となる。また、サブ符号語ｈを同様に集合Ａ０から００８（１６進表現）と選択し、これに組み合わせるサブ符号語ｔ２として集合Ｋ０（￥）の０５５（￥）を選択する場合には、符号語ｃが０１ａ９（１６進表現）となる。
【００５１】
また、図４を参照して上述したように、符号語は符号化状態３および７から始まり、符号語のバウンダリで符号化状態をシフトさせる。そこで、符号語状態を次のように定義して符号語間のつながりを規定する。すなわち、符号語状態として、符号化状態３で始まるもの（符号語状態Ｓ0 ）と、符号化状態７で始まるもの（符号語状態Ｓ1 ）の２つを定義する。図８および図９に示した各サブ符号語は、符号語状態Ｓ0 で始まるサブ符号語である。符号語状態Ｓ1 で始まるサブ符号語は、符号語状態Ｓ0 で始まるサブ符号語をビット反転したものである。符号語状態の状態遷移は、図１１のように行う。
【００５２】
以上のサブ符号語を用いた符号化においては、サブ符号語集合の要素とされる９ビットのデータ列の選定およびサブ符号語の組合わせ方が１６／１８符号に課される最大ゼロランレングスが１０以下とされる等の条件を満たすようになされる。
【００５３】
以下、図１中の符号化回路３のより具体的な構成について図面を参照して説明する。そのような構成の一例を図１２に示す。かかる一例においては、符号化回路３中に１６／１８符号語テーブルを記憶している例えばＲＯＭ等の記憶回路２０を設けることによって、１６ビットの情報語を１８ビットの符号語ｃに変換する符号化回路の構成の一例を示した。ここで使用される１６／１８符号語テーブルは、図８、図９および図１０に示したようなサブ符号語の各部分集合と、それらの適切な組合わせとを記憶するものである。
【００５４】
また、符号化回路３のより具体的な構成の他の例を図１３に示す。サブ符号語の適切な組合わせを示す図１０を記憶しているプリエンコーダ３０により、１６ビットの符号語が２４ビットの情報に変換される。この２４ビットの内、６ビットがサブ符号語ｈのサブ符号語状態を表し、他の６ビットがサブ符号語ｔ２のサブ符号語状態を表す。さらに、残りの１２ビットは、これら各６ビットが表現しているサブ符号語状態からサブ符号語を選択するために用いる。
【００５５】
このような２４ビットの情報がサブ符号語発生回路３１に供給される。サブ符号語発生回路３１は、サブ符号語の集合をテーブルとして記憶している例えばＲＯＭ等の記憶回路３２を有している。サブ符号語発生回路３１は、供給される２４ビットの情報に基づいて、ＲＡＭ等からなるメモリ３２上のサブ符号語の集合からサブ符号語ｈと、サブ符号語ｔを生成するためのサブ符号語を選択し、符号語生成回路３３に供給する。符号語生成回路３３は、供給されるサブ符号語に基づいて、上述したようにして１８ビットの符号語ｃを生成する。
【００５６】
上述したこの発明の一実施形態は、この発明をディジタル磁気記録再生装置に適用したものであるが、この発明は、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を有するディジタル信号伝送装置に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
上述したように、この発明においては、１６／１８符号を用いる符号化方法に対して、ＡＤＳの変化範囲を制限に係る条件、準破滅的シーケンスを除去するための条件、および最大ゼロランレングスの制限に係る条件を課した符号化方法が行われる。これらの条件が課されたことにより、ビタビ復号器のメモリオーバーフローを防止することができ、また、再生信号からクロックを安定的に再生することができる。
【００５８】
１６／１８符号は、符号化率８／９の符号であり、汎用されている８／１０符号と比較して符号化率が高いので、この発明に係る符号化方法を使用することにより、ユーザデータの伝送レートを符号化率がより高い他の符号化方式と同一とするためにチャンネル線密度を高める必要を無くすか、若しくはチャンネル線密度を高める程度を小さく抑えることができる。これらの構成によりハードウェアの規模を縮小することができる。
【００５９】
特に、この発明をディジタル磁気記録再生装置等に適用した場合には、チャンネル線密度を高めなくても、８／１０符号を使用する場合に比してユーザが使用できる記録容量を向上させることができる。従って、再生信号上の符号間干渉を増大させずに、若しくはその増大の程度を極力抑えながら、記録容量の向上を実現することが可能となる。
【００６０】
さらに、１６ビットの情報語を１８ビットの符号語に変換し、この１８ビットの符号語を９ビットのサブ符号語の組合わせによって表現するようにしたので、１６ビットの情報語に対応する１８ビットの符号語を生成するために必要とされるハードウェアの規模を縮小することに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の構成の概略について説明するためのブロック図である。
【図２】この発明において使用することができる、ＡＤＳの変化範囲が１０に制限された状態遷移の一例について説明するための略線図である。
【図３】この発明に係る、ＡＤＳの変化範囲が１０に制限された符号化トレリス構造について説明するための略線図である。
【図４】この発明に係る、ＡＤＳの変化範囲が１０に制限された符号化トレリス構造において、状態シフトがなされる場合について説明するための略線図である。
【図５】この発明の一実施形態において用いられるビタビ復号器のトレリス遷移の一部分について説明するための略線図である。
【図６】この発明の一実施形態において用いられるビタビ復号器のトレリス遷移について全体的に説明するための略線図である。
【図７】符号化トレリスにおいて状態シフトを生じさせるためのサブ符号語の変換について説明するための略線図である。
【図８】この発明の一実施形態において用いられる、サブ符号語の部分集合の一例を示す略線図の一部である。
【図９】この発明の一実施形態において用いられる、サブ符号語の部分集合の一例を示す略線図の他の一部である。
【図１０】この発明の一実施形態において、サブ符号語が適切に選択されるための部分集合の組合わせについて説明するための略線図である。
【図１１】この発明の一実施形態における、符号語状態に遷移について説明するための略線図である。
【図１２】この発明の一実施形態において使用することができる符号化回路の一例について説明するための略線図である。
【図１３】この発明の一実施形態において使用することができる符号化回路の他の例について説明するための略線図である。
【図１４】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルの一例について説明するためのブロック図である。この発明の一実施例の全体構成を示すブロック図である。
【図１５】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて処理される再生等化信号について説明するための略線図である。
【図１６】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて使用される、ＡＤＳの変化範囲が８に制限された状態遷移について説明するための略線図である。
【図１７】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて使用される、ＡＤＳの変化範囲が８に制限された符号化トレリス構造について説明するための略線図である。
【図１８】従来のＴＣＥＰＲ４チャンネルにおいて使用される、ＡＤＳの変化範囲が８に制限された符号化トレリス構造において、状態シフトがなされる場合について説明するための略線図である。
【符号の説明】
３・・・１６／１８符号化器、５・・・ＥＰＲチャンネル、７・・・ビタビ復号器、３０・・・プリエンコーダ、３１・・・サブ符号語発生回路、３３・・・符号語生成回路
Claims (7)
- パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、上記符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、
上記サブ符号語として使用され得る９ビットを単位とする２進データ列の集合であるサブ符号語集合を予め規定し、
１６ビットを単位とする２進データ列からなる情報語を、上記サブ符号語集合内のサブ符号語の組合わせを表現する組合わせ情報に変換する組合わせ情報生成手段と、
上記サブ符号語集合を記憶する記憶手段を有し、上記記憶手段から上記組合わせ情報に従ってサブ符号語集合中の２個のサブ符号語を選択し、選択したサブ符号語を出力するサブ符号語発生手段と、
上記サブ符号語発生手段の出力に基づいて上記符号語を生成する符号語生成手段とを有し、
上記サブ符号語集合の要素の選定、および上記組合わせ情報生成手段が生成する上記組合わせ情報の生成は、上記符号語の最大ランレングスが制限されるようになされるとともに、上記符号語のＡＤＳの変化範囲が制限されるようになされることを特徴とする符号化回路。 - 請求項１において、
上記符号語生成手段は、
上記サブ符号語出力手段が出力する２個のサブ符号語の内の一方に所定の処理を施すことによって上記符号語の後半９ビットを構成するサブ符号語ｔを生成し、
上記サブ符号語出力手段が出力する２個のサブ符号語の内の他方を、上記符号語の前半９ビットを構成するサブ符号語ｈとして扱い、
上記サブ符号語ｈと、上記サブ符号語ｔを組合わせることによって上記符号語を生成するものであることを特徴とする符号化回路。 - 請求項２において、
上記所定の処理は、
上記符号語のつなぎ目において符号語トレリスに課される条件を満たすような変換を施すものであることを特徴とする符号化回路。 - パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルにおける符号化方法において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、上記符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、上記情報語を上記サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、上記サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って上記符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにしたことを特徴とする符号化方法。 - ディジタル信号伝送装置であって、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を使用するディジタル信号伝送装置において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、上記符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、上記情報語を上記サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、上記サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って上記符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにした符号化回路を有することを特徴とするディジタル信号伝送装置。 - ディジタル磁気記録再生装置であって、記録すべきディジタル信号を伝送する伝送系内に、パーシャルレスポンスと最尤復号とを組合わせたチャンネルに係る符号化を行う符号化回路を使用するディジタル磁気記録再生装置において、
情報語としての１６ビットを単位とする２進データ列を、符号語としての１８ビットを単位とする２進データ列に変換する際に、上記符号語を９ビットを単位とする２進データ列からなるサブ符号語の組合わせによって生成するように構成し、上記情報語を上記サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に変換し、上記サブ符号語の組合わせ方を表現する情報に従って上記符号語を生成するとともに、
符号語系列のＡＤＳの変化範囲が１０以下であり、符号語系列から準破滅的シーケンスが除去され、符号語系列の最大ゼロランレングスが１０に制限されるようにした符号化回路を有することを特徴とするディジタル磁気記録再生装置。 - 請求項６において、
記録すべき信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換手段をさらに有することを特徴とするディジタル磁気記録再生装置。
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