JP4058153B2 - 符号化方法およびそれを用いた記録再生装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
データを符号化して記録し再生と復号を行う装置に関し、特にデータの符号化と復号の方法および回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明は、記録再生装置にデータを符号化して記録し、再生と復号を行う装置において、記録するデータを符号に変換するに際し、再生信号からの復号誤りの少ない符号化方法および復号方法とその回路に関する。
【0003】
発明の理解のために、従来技術について簡単に述べる。これらは、ビタビ復号とトレリス表現、パーシャル・レスポンス・チャネル、に関する説明を含む。以下、磁気記録チャネルを例として説明する。磁気記録チャネルは、周波数応答が微分器およびローパス・フィルタが直列に接続されたものに類似している。また、磁気記録チャネルは、Dを1時刻の遅延演算子とするとその符号間干渉が、(1-D)(1+D)^n((1+D)のn乗)(n=1,2,3,...)のインパルス応答を持つパーシャル・レスポンス・チャネルとしてモデル化される。符号間干渉が(1-D)(1+D)でモデル化されるチャネルは、1および0(あるいは一般的に+a,−a)の2進符号は、+1,0および−1(あるいは、+c,0,−c)の3値出力となる。また、インパルス応答が(1-D)(1+D)^2でモデル化されるチャネルは拡張PR4あるいはEPR4と呼ばれ、1および0(あるいは一般的に+a,−a)の2進符号は+2,+1,0,−1,−2(あるいは、+2c,+c,0,−c,−2c)の5値出力となる。さらに、インパルス応答が(1-D)(1+D)^3でモデル化されるチャネルは拡張EPR4あるいはEEPR4と呼ばれ、1および0(あるいは一般的に+a,−a)の2進符号は+3、+2、+1,0,−1,−2、−3(あるいは、+3c、+2c,+c,0,−c,−2c、−3c)の7値出力となる。
【0004】
以上のように、磁気記録チャネルでは2進符号が3値、5値あるいは7値の信号に変換される。この3値、5値あるいは7値の信号系列から1および0の2進符号を生成するようにビタビ復号される。
【0005】
ビタビ復号は、N状態(畳み込み符号の符号器の記憶メモリ長をmとした時に2のm−1乗となる)を持つ任意の有限状態マシン(finite state machine)として表現できる。この有限状態マシンのある時刻kの状態(N個)を縦方向にならべたノードで表現し、各状態から時刻(k+1)の各状態への遷移をブランチとして表現する2次元グラフの形式をトレリス線図という。
【0006】
ビタビ復号はトレリス線図上で最短パスを探索するのに用いられ、多段決定過程に対する動的プログラミング問題と等価となる。ビタビ復号器は、符号間干渉を有する帯域制限のあるチャネルにおける伝送系列の最尤推定を行うのに用いられる。すなわち、可能な符号系列の中から、例えば、受信信号系列の自乗誤差の総和など、受信信号の系列に関する距離メトリック(距離関数)を最小化する符号系列を選択する。
【0007】
磁気記録においては、記録されたデータと同時にデータのサンプリングを行うタイミングも再生信号から抽出する必要がある。このため、一定のデータビット数以上は0が継続しない、つまり0のランレングスが一定数以下の符号に変換して記録するのが一般的である。このような符号として8/9GCR符号あるいは16/17GCR符号が知られている。一方、ビタビ復号では記録符号が持つ符号間の距離によって復号誤り率が決まる。しかしながら、ランレングスが短く、しかも符号間の距離の大きい符号を構成することが困難であるという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、符号間の距離が大きく、しかもランレングスの短い記録符号を提供し、ひいては復号誤り率の低い記録再生装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、符号間の距離が大きく、しかもランレングスの短い符号を用いて記録・再生を行うことによって達成される。
【0010】
本発明による符号化方法および回路は、(a)データを記録符号に変換する符号化器と、(b)復号結果を元のデータに変換する復号器と、を含む。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による記録再生装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明を用いた磁気記録再生装置を示す。磁気記録再生装置内部10はデータが書き込まれれている磁気ディスク円盤20、ディスク円盤20を回転させるスピンドルモータ30、ディスク円盤20からデータの読み出しを行うヘッド40、ヘッド40を支えるアーム35、ヘッド40を移動させるためのボイスコイルモータ45、ヘッドからの信号を増幅するリードライトアンプ50からなる。
【0012】
また、磁気記録再生装置電子回路部60は、ホスト等の情報処理装置に接続するためのインターフェイス70、インターフェイス70の入出力を制御するインターフェイス制御回路75、データの受け渡し及びフォーマット等の制御をする磁気ディスクコントローラ80、マイコン85、リードライトアンプ50からの信号を処理する信号処理回路90、スピンドルモータ30を制御するためのスピンドル制御回路95、ボイスコイルモータ45を制御するボイスコイルモータ制御回路98からなる。
【0013】
本発明の適用対象となる磁気記録・再生装置の信号の流れの概略を、図2を参照して説明する。なお、本実施形態ではデータの記録および再生が可能な装置に含まれるデジタル信号復号装置について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばデータの再生専用装置等に含まれるデジタル信号復号装置にも適用することができる。
【0014】
磁気記録・再生装置100は、コンピュータ等のホスト装置110から出力されたデータを記録媒体150に記録すると共に、該記録媒体150に記録されたデータを読み出しホスト装置110へ出力する。磁気記録・再生装置100は、例えば図2に示すように、データを記録媒体150に書き込むための主要な構成として、符号化器120、アンプ130、及び書き込みヘッド140を備え、さらに、データ読み出しのための主要な構成として、読み取りヘッド160、プレアンプ170、デジタル信号復号装置180、復号器185、及びエラー訂正回路190を備えている。
【0015】
本発明が適用されるデジタル信号復号装置180において、磁気ディスク等の記録媒体150から読み取りヘッド160によって読み出された信号は、プレアンプ170によって増幅されたあと、フィルタ200によって高周波ノイズが除去される。高周波ノイズが除去された再生信号は、ADC(アナログ/デジタル変換器)210によってデジタル信号に変換されたあと、等化回路220によって復号のための等化が行われる。ここで、等化とは、再生された信号の振幅特性および位相特性を整形、アナログ的な値を持つデジタル信号を元の“1”あるいは“0”のデジタル信号に識別しやすくすることを指す。
【0016】
等化された信号は、ビタビ復号回路230によってデジタル信号に識別再生され、復号器185によって元のデータに変換される。VCO240は、等化回路220の出力を用いて、各部の動作タイミングを決めるクロック信号CLK250を生成する。
【0017】
本実施形態では、上述したデジタル信号復号装置180において、符号化器120と復号器185に、以下に説明するような符号を用いることで上述した本発明の目的を達成するものである。
【0018】
通常の場合、記録再生装置に記録される符号は1バイトと呼ばれる8ビットのデータから構成される。本実施例では、2バイト(16ビット)のデータを17ビットの記録データに変換する。
【0019】
符号のいずれの部分においても0の連続が最大10ビットであり、しかも1の連続は最大3ビットである符号語を構成する。符号語を構成するにあたり、まず8ビットの符号を考える。符号の先頭においては1が3ビット連続する場合を許し、符号の末尾では1は最大2ビットしか連続しないとすると、10進数に変換して符号を表わすと図3に示す193個の符号となる。図3に示した符号語を分類すると図4のようになる。図4に示した(i)から(vii)の符号の条件とそれぞれの個数は以下の通りである。
【0020】
(i) 先頭から0の連続が4個以下 186個
(ii) 先頭から0の連続が3個以下 179個
(iii)先頭から0の連続が2個以下 166個
(iv) 先頭から0の連続が1個以下 141個
(v) 先頭から1の連続が1個以下 152個
(vi) 先頭が0 100個
(vii)先頭が110 27個
以上の7種類の符号を組み合わせてランレングスが10以下の符号を構成する。以下では、上記の7種類の符号を反転した符号を(i')のごとく表わす。
【0021】
ランレングスが10以下であり、先頭と末尾での1の連続は2個以下、符号の内部での1の連続は3個以下の符号語は以下の組み合わせで構成できる。ここに、( )と( )の間の数字は16ビットを17ビットに変換する際に挿入する中心のビットの値である。
【0022】
以上合計で65546個の符号語があり、16ビットのデータの符号化に必要な65536個以上の符号語がある。
【0023】
上記の符号語をデータに割り付ける。割り付けは2バイトのデータの第1バイト(#0バイト)と第2バイト(#1バイト)の値に対してできるだけ対称となるようにする。
【0024】
第1ステップでは、まず、次のように(a)の符号語と(f)の符号語の一部を割り付ける。残りは、データが14560個、符号語が14570個となる。なお、符号の番号は図3に示した符号の番号であり、(a)〜(f)は前記符号語の組み合わせを表1に表わす。
【0025】
【表1】
【0026】
次に第2ステップでは、表2に表わすように、残りの部分に(g)の符号語と(f)の残りの符号語を割り付ける。
【0027】
【表2】
【0028】
次に第3ステップでは、表3に表わすように残りのデータに残りの符号語(c)を割り付ける。
【0029】
【表3】
【0030】
次に第4ステップでは、表4に表わすように、残りのデータに残りの符号語のうち(d)を割り付ける。
【0031】
【表4】
【0032】
最後に第5ステップでは、表5に表わすように残りのデータに残りの符号語(b)と(e)を割り付ける。
【0033】
【表5】
【0034】
以上をまとめると、符号化は図5のように2バイトのデータの40個の組み合わせで行うことができる。図5では符号化を行う変換テーブル図3にあわせて符号化される番号で示した。したがって、符号化はまず2バイトのデータx0、x1が図5に示したユーザデータのどの範囲にあるかを判定し、右側の値y0、およびy1を求めたあと、x0+y0、とx1+y1番目の符号をそれぞれ図3から検索し、最後に中心ビットとして0または1を図5にしたがって挿入すればよい。
【0035】
演算子1/(1+D)に従ってプリコードを行った場合、(1-D)(1+D)3という応答を持つEPRMLテャネルで復号した場合、'1100'のビット列が繰り返す符号を用いると、ビタビ復号において復号結果が一意に定まらない場合が発生する。このようなビット列を除くために、前記の手順で符号化を行い、'1100'のビットパターンを含む以下の4個の符号語を、符号化に使用しなかった10個の符号語の中の適当な符号語に置き換えても良い。置き換えを行う'1100'のビット列を含む符号語は以下の4個である。
【0036】
00110011001100110
01100110011001100
11001100110011001
10011001100110011 (数1)
以上の方法で符号化を行った場合、17ビットの符号の下位2ビットが1であり、それに続く17ビットの符号の上位2ビットが1の場合、符号の接続部において1が4個連続することになる。このようなビット列を、1が3回以上連続しない符号とするために、符号と符号の接続部で次のような変換を行う。
【0037】
...0011,1100... → ...0111,0100...
...0011,1101... → ...0111,0101...
...1011,1100... → ...1010,1110...
...1011,1101... → ...1000,1110... (数2)
つまり、第1の符号で下位2ビットが1であり、第2の符号で上位2ビットが1以上である場合、第1の符号の最下位3ビットないしは第2の符号最上位3ビットが1であるビット列に変換する。本実施例で述べた符号化方法では符号の最上位3ビットまたは最下位3ビットが111となる符号はないため、ビタビ復号後に、符号の最上位ビットあるいは最下位ビットに数2の右側のビットパターンが現れた場合は左側のビットパターンに逆変換してから16/17符号の復号を行えば良い。
【0038】
さらに、以上の方法で符号化を行った場合、17ビットの符号の下位10ビットが0であり、それに続く17ビットの符号の上位10ビットが0の場合、0のランレングスは最大20となる。このような長いランレングスを解消するために、符号と符号の接続部分で次のような変換を行う。
【0039】
...0000,0000... → ...0010,1110...
...0000,0001... → ...0000,1110...
...0000,0010... → ...0111,0010...
...0000,0011... → ...0111,0110...
...1000,0000... → ...0111,0000...
...0100,0000... → ...0100,1110...
...1100,0000... → ...0110,1110... (数3)
つまり、第1の符号の最下位4ビットがすべて0、ないしは第2の符号で上位4ビットがすべて0である場合、第1の符号の最下位3ビットないしは第2の符号の最上位3ビットがすべて1であるビット列に変換する。本実施例で述べた符号化方法では符号の最上位ビット3ビットまたは最下位3ビットが111となる場合はなく、しかも数2の変換と数3の変換に重複はないため、ビタビ復号後に、数3の右側のビットパターンが現れた場合は左側のビットに逆変換してから16/17符号の復号を行えば良い。
【0040】
以上で述べた符号語の接続部の変換により、0の連続数が1個だけ増加する場合がある。したがって、接続部の変換を行って記録される連続した符号語における0の連続は最大11個となる。
【0041】
符号化器120の回路を図6を用いて説明する。まず8ビット(1バイト)のデータx0が遅延素子(Dと略す)360と比較器300に入力される。比較器300ではデータx0の値が図4に対応したどの範囲に入っているかを判定するための比較が行われる。具体的には、以下の20個の定数値との比較が行われる。
【0042】
41, 82, 85, 88, 91, 94, 96, 98,100,101,102,103,104,186,213,235,236,249,250,254
データx0より1クロック遅れてデータx1が比較器300に入力され、x0と同様に前記の20個の定数値との比較が行われる。次のクロックでデータx0およびデータx1に対する比較結果がデコーダ310に入力される。デコーダ310は図5に示した符号付き8ビットの値y0、y1および中心ビットの値1ビットを出力する。遅延素子363と365によってタイミングを調整されたデータx0、x1とデコーダの出力y0、y1がそれぞれ加算器(ADDと略す)320と330で加算され17ビットの符号の前半部と後半部の8ビットの符号の番号が生成される。選択器(SELと略す)340でまずx0+y0が選択され、デコーダ350によって図3に示したテーブル(10進数で示している)の8ビットのデータが出力される。次のクロックで選択器340はx1+y1を選択し、デコーダ350はx1+y1に対応する8ビットのデータを出力する。中心の1ビットのデータと、x0+y0およびx1+y1に対応した8ビットのデータは遅延素子368と367によってタイミングを調整され、ラッチ(LTと略す)370に格納される。ラッチ370のデータは1クロック毎に順次ラッチ375、ラッチ376に送られ、ラッチ376から17ビットのデータが記録データとして出力される。ラッチ375に格納された17ビットのデータの上位4ビットと、ラッチ376に格納された17ビットのデータの下位4ビットはビット補正回路380に接続されており、それぞれのビットが数2の左側に示した条件を満足した場合、ラッチ375と376内のデータパターンが数2の右側のパターンに変換される。数3に示したデータパターンの場合も数3に従って同様なデータの変換が実行される。
【0043】
図6に示したエンコーダの実施例では、データの上位8ビットと下位8ビットに対して一つの比較器300およびデコーダ310を用いたが、別々の比較器およびデコーダを設けても良いことは勿論である。
【0044】
次に、復号器185について説明する。復号器185は図2に示すようにビタビ復号回路230の17ビットの出力を元の16ビット(2バイト)のデータに変換する。まず、17ビットのデータをs0(前半の8ビット)と中心の1ビットとs1(後半の8ビット)に分割し、s0とs1の値を図7のテーブルに従って変換する。図7は復号されたデータから得られたs0とs1を図7に示したテーブルに従ってデータの番号z0およびz1にそれぞれ変換するものである。図7では図3に含まれないデータは10進数で255としている。変換されたデータz0とz1および中心の1ビットのデータから図8に従って補正値r0およびr1を求める。具体的には、データz0とz1に対しそれぞれ以下の25個の定数値と比較が行われ、図8の該当する値の範囲から補正値r0およびr1が求められる。
【0045】
1, 2, 4, 6, 7, 14, 27, 41, 50, 52, 57, 82, 93,100,109,122,
136,143,152,179,185,186,191,192,193
補正値r0、r1とz0、z1を加算すると、図5のy0とy1からx0とx1への変換に相当する変換が行われ、r0+z0が元の1番目のデータ、r1+z1が元の2番目のデータとなる。
【0046】
復号器185の構成を図9を用いて説明する。復号回路230から送られる復号結果はラッチ490に入る。ラッチ490のデータは、ラッチ491を介してラッチ400に出力される。ラッチ490と491では、ラッチ490内の上位4ビットとラッチ491内の下位4ビットがビット補正回路495に接続されており、それぞれのビットパターンが数2の右側に示した条件と一致した場合はラッチ490と491内のデータパターンが数2の左側のパターンに逆変換がされ、数3に示したデータパターンの場合も数3に従って同様なデータの逆変換が行われる。ラッチ400内の上位8ビットが選択器410により選択されデコーダ420に送られる。デコーダ420では上位8ビットの値が図7にしたがってデコードされラッチ485に格納される。次のクロックでラッチ485内の値が前記25個の定数値と比較され遅延素子483に保持される。ラッチ400内の下位8ビットのデータは遅延素子480を介して1クロック遅延された後、選択器410に送られ、デコーダ420で図7に従ってデコードが行われる。デコード結果はラッチ485を介して比較器430に送られ、前記25個の定数値と比較される。遅延素子483で1クロック遅延された上位8ビットの比較器430の出力と、下位8ビットの比較器430の出力と、遅延素子481および482でタイミングを調整されたラッチ400内の中心の1ビットがデコーダ440に入力され、図8に従って補正値r0およびr1が計算される。デコーダ440の出力は、遅延素子484でタイミングを調整された復号器デコーダ420の出力と加算される。つまり、加算器450では上位8ビットに対するz0+r0が計算され、加算器460では下位8ビットに対するz1+r1が計算される。加算器450と加算器460の出力はラッチ470に格納されたあと、16ビットのデータとしてエラー訂正回路190に送られる。
【0047】
図9に示した復号器の実施例では、データの上位8ビットと下位8ビットに対して一つのデコーダ420および比較器430を用いたが、別々のデコーダおよび比較器を設けても良いことは勿論である。
【0048】
本実施例においては磁気記録再生装置を例として説明を行ったが、光磁気記録再生装置あるいは再生専用の装置にも全く同様に用いることができることは勿論である。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、NRZ法等に特に適した符号化方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適用対象である磁気記録再生装置の構成図である。
【図2】従来技術による磁気記録再生装置の信号の概略流れ図である。
【図3】符号化器における符号語の要素と等価な10進表示の数値を示す図である。
【図4】符号化に用いる符号語の要素の分類を示す図である。
【図5】符号化におけるデータの値と符号の番号との対応を示す図である。
【図6】本発明による符号化器の実施例を示す図である。
【図7】復号器における符号語と符号の番号の対応を等価な10進表示の数値で示した図である。
【図8】復号器における符号の番号とデータとの対応を示す図である。
【図9】本発明による復号器の実施例を示す図である。
【符号の説明】
10…磁気ディスク装置内部、60…磁気ディスク電子回路部、100…磁気記録再生装置、120…符号化器、130…アンプ、140…磁気記録書込ヘッド、150…磁気記録媒体、160…磁気記録再生ヘッド、170…プレアンプ、180…ディジタル信号復号装置、185…復号器、190…エラー訂正回路、200…フィルタ、210…アナログ/ディジタル変換器、220…等化回路、230…復号回路
Claims (3)
- 16ビットのデータを17ビットの符号語ビット列に符号化する磁気記録再生装置に用いる符号化方法であって、上記16ビットのデータを受け取り、1つの符号語ビット列において、1の連続数が常に3以下であり、かつ、最上位ビットからの1の連続数が常に2以下であり、かつ、最下位ビットまでの1の連続数が常に2以下であり、かつ、0の連続数が常に10以下である上記17ビットの符号語ビット列に符号化することを特徴とする磁気記録再生装置に用いる符号化方法。
- 請求項1に記載の符号化方法により符号化された、第1の符号語ビット列とこれに続く第2の符号語ビット列に対して、前記第1の符号語ビット列の最下位ビット側の4ビットと前記第2の符号語ビット列の最上位ビット側の4ビットとを入力し、符号化を行う磁気記録再生装置に用いる符号化方法であって、
前記第1の符号語ビット列の最下位ビットまでの1の連続数が2であり、かつ前記第2の符号語ビット列の最上位ビットからの1の連続数が2である場合、前記第1の符号語ビット列の最下位までの3ビットないしは前記第2の符号語ビット列の最上位からの3ビットのどちらかをすべて1である符号語の組み合わせに変換し、前記第1の符号語ビット列と前記第2の符号語ビット列の連続する部分において、1の連続数が常に3以下である17ビットの符号語ビット列に符号化することを特徴とする磁気記録再生装置に用いる符号化方法。 - 請求項1に記載の符号化方法により符号化された、第1の符号語ビット列とこれに続く第2の符号語ビット列に対して、前記第1の符号語ビット列の最下位ビット側の4ビットと前記第2の符号語ビット列の最上位ビット側の4ビットとを入力し、符号化を行う磁気記録再生装置に用いる符号化方法であって、
前記第1の符号語ビット列の最下位ビットまでの0の連続数が4であり、または、前記第2の符号語ビット列の最上位ビットからの0の連続数が4である場合、前記第1の符号語ビット列の最下位までの3ビットないしは前記第2の符号語ビット列の最上位からの3ビットのどちらかをすべて1である符号語の組み合わせに変換し、前記第1の符号語ビット列と前記第2の符号語ビット列の連続する部分において、1の連続数が常に3以下で、かつ、0の連続数が常に11以下である17ビットの符号語ビット列に符号化することを特徴とする磁気記録再生装置に用いる符号化方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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