JP4065357B2 - 高密度データの記録/再生のための符号化/復号化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度データの記録/再生のための符号化/復号化方法及びこれによる装置に係り、さらに詳細には、PRML(Partial Response Maximum Likihood;以下PRMLと称する)チャンネルに高密度データを記録/再生するための符号化/復号化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
貯蔵機器にデータを記録/再生するに際して、与えられた貯蔵容量下に記録するデータ量(記録密度)を高めつつ、高速で信頼できる情報を伝達しようとする研究が活発に進められてきている。かかるデータ貯蔵機器の高速大容量化のための努力としては、貯蔵ディスクの物理的な特性を改善したり、機器の精度を向上させるなど、物性的な側面を考慮した方法が挙げられる。また、信号処理技術を利用してデータ検出誤差を低減する方法、効率的な符号化を通じて貯蔵機器の記録密度を高めたり、再生信号の検出を容易にする方法など、信号処理の側面を考慮した方法が挙げられる。
【0003】
現代の情報化への競争につれ、貯蔵機器に一層高い記録密度が求められており、このような流れに応じて、貯蔵機器に記録するデータを符号化して、記録密度を高めつつ再生信号の検出を容易にするような動きが盛んになっている。貯蔵機器は、高密度に記録するほど与えられた容量の貯蔵ディスクに一層多くの情報を有用に記録、使用できるので、少ないリダンダンシを与えて記録密度を高め、信号検出を容易にするなど、有効な符号化を可能にするような符号化方法が望まれる。
【0004】
一般に、貯蔵機器に有用な符号化方法として(d,k)の条件を満足するRLL(Run Length Limited)方式が利用されているが、これはデータ信号のセルフ−クロッキング(self−clocking)特性を保ちつつ、信号検出のために相互干渉を低減することを目指すものである。つまり、“1”と“1”の間の連続する“0”の個数を最小d個、最大k個に制限するRLL(d,k)符号化方法である。前者のdは信号検出を容易にするためのものであり、後者のkは再生信号を戻すためのタイミング保持のためのものである。
【0005】
このような方式のうち最近利用される符号化方法としては、1/2率RLL(2,7)符号化方法、2/3率(1,7)符号化方法、8/9率RLL(0,3)符号化方法、8/9率RLL(0,4/4)符号化方法などが挙げられる。1/2率RLL(2,7)符号化方法及び2/3RLL(1,7)符号化方法は、信号‘1’と‘1’の間の‘0’の個数をそれぞれ‘2’と‘1’だけ置いて記録を行い、信号間の干渉を低減し得る符号化方法である。このよな方法は信号間の干渉を低減する反面コード率が低いので、リダンダンシが大である。一方、8/9率RLL(0,3)符号化方法及び8/9率(0,4/4)符号化方法に比べkの値が割に小さいので、PLL(Phase Locked Loop)が動作するのに役立つタイミング情報がたくさん含まれている。
【0006】
普通、貯蔵機器に記録及び再生を行なう過程において、チャンネルのモデリングは、実際のチャンネルと類似にすべきである。貯蔵機器のチャンネル特性は、次式1のように表現できる。
【数1】
前式においてn=1,2,・・・である。
【0007】
PRML方式は、入力信号をプレコードして現在のデータと以前のデータとの間に相互コントロールされたISI(Inter−Symbol Interference)を持たせた後、目標応答(target response)を次式2のように変形し、ビタビデコーダによりデータを検出する。
【数2】
【0008】
チャンネル特性が約n=1の信号干渉を有する記録密度において、PRML方法は、非常に優れた検出能を示す。
【0009】
一般に、‘0’よりも大きいd条件値を有するRLL符号化方法は、PRMLチャンネルにおいては大した利点がない。というのは、ISIに対する補償がML(Maximum Likelyhood)検出器に内在するからである。したがって、dの条件値を有するコーディングにより干渉を低減するよりは、コード率を高めて信号間干渉を低減しつつ、チャンネルSNR(channel Signal to Noise Ratio)を上げることがより有効である。
【0010】
このように信号間の干渉を用いるPRML方式に、8/9率RLL(0,4/4)符号化方法、16/17率RLL(0,6/6)符号化方法を導入し、高い記録密度及びタイミング情報を保ちながら性能を向上させる。さらに、8/9率RLL(0,3)符号化方法及び16/17率RLL(0,6/6)符号化方法は、コード率が高く、1/2率RLL(2,7)符号化方法または2/3率RLL(1,7)符号化方法に比べチャンネルSNRが高いことから、与えられたPR(Partial Response)クラスに対しイクオーライザに一層良好な影響を与える。
【0011】
仮に、入力信号のデータシーケンスが偶数索引されたサンプルシーケンスと奇数索引されたサンプルシーケンスとに分れるとすると、ML検出は、それぞれのサブシーケンスに独立的に適用される。また、各サブシーケンスに適宜連続するゼロサンプルの数は検出遅れ及びハードウェアを制限する。各サブシーケンスに要求される‘1’と‘1’間の連続する‘0’の最大値をk1とすると、各サブシーケンスに要求される条件k1は、ML検出器に必要なパスメモリのサイズを縮める。このような特性を満足するRLL(0,k/k1)方法が、8/9率RLL(0,4/4)符号化方法及び16/17率RLL(0,6/6)符号化方法である。16/17率RLL(0,6/6)符号化方法は8/9率RLL(0,4/4)符号化方法よりも高レートであることから、データ貯蔵機器に一層高い記録密度で記録することができる。したがって、16/17率RLL(0,6/6)は、PRMLチャンネルに適した符号化方法と言える。
【0012】
しかし、従来の16/17率RLL(0,6/6)符号化方法においては、要求されるエンコーダ及びデコーダのハードウェアのサイズが大であるといった欠点がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、PRMLチャンネルに適した高密度のデータ記録/再生が可能な符号化方法を提供することをその目的とする。
本発明の他の目的は、前記符号化方法に適した復号化方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る符号化方法は、貯蔵機器または通信チャンネルから一連の予定されたビット数mを有する2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)を受けて、予定されたビット数lのコードワードYl (l=1,2,3,・・・)に符号化する方法において、前記2進データシンボルXm を、第一番目のグループと前記2進データシンボルXm から前記第一番目のグループを引いた残りのビットである残余ビットを有する第二番目のグループとに分離する過程と、前記第一番目のグループを、予定されたビット数のコードワードにマッピングする過程と、前記第二番目のグループを、前記マッピングされたコードワードとインタリーブし、該結果を前記コードワードYl として出力する過程と、を含み、前記2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)と前記コードワードYl (l=1,2,3,・・・)とのコード率が16/17であり、16/17変調コードを具現するため、8/9RLLエンコーディングに表3のルックアップテーブルを使用し、前記コードワードY l の最大ランレングスと、前記コードワードY l の奇数番目のビットから構成されたサブシーケンス又は前記コードワードY l の偶数番目のビットから構成されたサブシーケンスの最大ランレングスとが同様であり、同様である前記最大ランレングスの値が‘6’であることを特徴とする。
【表3】
(ここで、表3のLSは最下位の数字を、MSは最上位の数字をそれぞれ表す。)
【0015】
前記他の目的を達成するための本発明に係る復号化方法は、貯蔵機器または通信チャンネルから一連の予定されたビット数lのコードワードYl (l=1,2,3,・・・)を受けて、予定されたビット数mを有する2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)に復号化する方法において、前記コードワードYl を、第一番目のグループと前記コードワードYl から前記第一番目のグループを引いた残りのビットである残余ビットを有する第二番目のグループとに分離する過程と、前記第一番目のグループを、予定されたビット数のコードワードにデコーディングする過程と、前記第二番目のグループを、前記デコーディングされたコードワードとデインタリーブし、該結果を前記2進データシンボルXm として出力する過程と、を含み、前記2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)と前記コードワードYl (l=1,2,3,・・・)とのコード率が16/17であり、16/17変調コードを具現するため、8/9RLLデコーディングに表4のルックアップテーブルを使用し、前記コードワードY l の最大ランレングスと、前記コードワードY l の奇数番目のビットから構成されたサブシーケンス又は前記コードワードY l の偶数番目のビットから構成されたサブシーケンスの最大ランレングスとが同様であり、同様である前記最大ランレングスの値が‘6’であることを特徴とする。
【表4】
(ここで、表4のLSは最下位の数字を、MSは最上位の数字をそれぞれ表す。)
【0016】
本発明は、既存の16/17率RLL(0,6/6)符号化方法よりもエンコーダ/デコーダが一層簡単であることから、エンコーダ/デコーダの具現時にハードウェアが一層コンパクト化するといった利点がある。本発明は、16/17率RLL(0,6/6)ブロックコードの符号化及び復号化に対する最適化した入力と出力間のルックアップテーブル(look−up tables)、及び簡単化した入力と出力間の関係式を提供する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づき本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明は、ML検出するPRチャンネルに適した変調コードの符号化及び復号化方法に関する。かかる変調コードは、頻繁なノン−ゼロサンプルを提供して、チャンネルのタイミング及び利得制御回路の性能を向上させる。また、ビタビ検出器が処理を行なう最中にパスを強制的にマージさせるが、これはパスメモリの容量を減少させ、ML検出器の複雑度を制限する。
【0018】
本発明に係る変調コードは、三つのパラメータd,k,k1により表現される。d,kパラメータはそれぞれコードワードの最小のランレングス及び最大のランレングスを示し、k1パラメータは全て偶数(all−even)または全て奇数(all−odd)のサブシーケンスの最大のランレングスを示す。
【0019】
本発明に係る変調コードは、d拘束長(constraint)が‘0’である。これは、ゼロ値の最小のランレングスがPRMLチャンネルに不要であるからである。小さい値のkはタイミング及び利得制御の正確性のために要求され、小さい値のk1はML検出器に必要なパスメモリのサイズを縮める。
【0020】
本発明に係るk,k1はパラメータ値は、16/17率RLL(0,k/k1)ブロックに対し(0,6/6)が存在する。本発明はこのようなパラメータを有する16/17率ブロックコードの符号化/復号化に対するルックアップテーブルを提供する。また、符号化/復号化に対する簡単化した関係式を提供する。
【0021】
図1は、高密度データを記録/再生のための符号化/復号化システムの構成を示すブロック図である。図1に示すシステムの動作につき説明すると以下の通りである。
【0022】
貯蔵機器に記録されるユーザデータは、圧縮部1及びエラー訂正符号化部2を介して符号化される過程においてノイズやそれ以外の様々な信号歪みを起こす要因に対する免疫性を有することになる。その後、貯蔵機器のチャンネル特性に適するよう変調部3において符号化され、変調されたデータは信号発生器4において信号を生じ、書込みイクオーライザ5において事前補償を行った後、チャンネルを構成するヘッド/ディスクに記録される。ヘッド/ディスクに記録された信号は再生される時、信号を検出するのに容易になるよう読出しイクオーライザ6において処理された後、検出器7を介してエラー確率が最小化するよう信号を検出する。検出器7を介して検出された信号は、変調部8、エラー訂正復号化部9、そして伸張部10を介して元のユーザデータに戻る。
【0023】
図2は、本発明に係る符号化及び復号化方法を適用した符号化/復号化システムの構成を示すブロック図である。図2に示すシステム20は記録する2進データであって、16/17率RLL(0,6/6)コードワードを使用する。図2に示すシステム20は、エンコーダ24、プレコーダ26、メディア&ヘッド28、イクオーライザ30、ビタビ検出器32、及びデコーダ34から構成される。
【0024】
図2においてユーザデータの16ビットずつグループ化した入力をD16とし、エンコーディングされたコードワードをD17とする。このシステム20は、16ビットずつグループ化した入力D16を受けて、それに該当する17ビットのコードワードD17をエンコーディングするエンコーダ24、PRクラス4(PR4)を使用するのに適した伝送関数(式▲1▼)を有するプレコーダ26、部分応答読出し信号チャンネルになるメディア及びメディアからエンコーディングされたデータを読出し/書込みするヘッドを含むメディア&ヘッド28、イクオーライザ30、ビタビアルゴリズム検出器32、そしてコードワードD17を、16ビットずつグループ化したユーザデータD16にデコーディングするデコーダ34を含む。
【数3】
【0025】
エンコーダ24は、入力ラッチ40及び8/9RLLエンコーダ42、出力ラッチ44、そして並列−直列コンバータ46を含む。システム20に入力されたグループ化した入力であるD16は入力ラッチ40を介してそれぞれ8ビットずつ分れるが、第一番目の8ビットグループをAとし、第二番目の8ビットグループをBとするとき、これらそれぞれは次式4のように表現される。
【数4】
【0026】
8/9RLLエンコーダ42は論理演算を行い、第一番目の8ビットグループAを次式5の9ビットコードワードCにマッピングする。
【数5】
【0027】
出力ラッチ44は、第二番目の8ビットグループB及び9ビットコードワードCをインタリーブ(interleave)して17ビットコードワードWを出力するが、このWは与えられた16/17RLL(0,6/6)を満足する。
【数6】
【0028】
並列−直列コンバータ46は17ビットコードワードWをプレコーダ26に提供し、プレコード26の出力はメディア&ヘッド28に提供される。このようにエンコーディングされた17ビットコードワードWがメディア&ヘッド28を経た後にイクオーライザ30に入力され、イクオーライザ30はこの信号を所望の目標信号のPR4に適するようにする。
【0029】
次に、ビタビ検出器32を経、このように検出されたシーケンスは直列−並列コンバータ50において17ビットずつグルーピングされる。それから、入力ラッチ52を介してそれぞれ9ビット、8ビットに分れ、第一番目の9ビットは8/9RLLデコーダ54を介して8ビットデータにデコーディングされ、このデコーディングされたのと第二番目の8ビットとが出力ラッチ56によりデインタリーブ(deinterleave)され、16ビットオリジナルデータとして出力される。
【0030】
各コードワードWは二つのサブシーケンスに分かれるが、第一番目のコードワードシーケンスW 1 は17ビットコードワードWの奇数番目のビット(oddterms)から構成されたサブシーケンスW 1 であり、第二番目のコードワードシーケンスW 2 は17ビットコードワードWの偶数番目のビット(eventerms)から構成されたサブシーケンスW 2 であって、それぞれ次式7の通りである。
【数7】
【0031】
16/17RLL(0,6/6)コードワードを生成するには、第一番目の8ビットグループAを9ビットコードワードCに有効にマッピングしなければならない。すなわち、8/9RLLエンコーダ42は最悪の場合(入力8ビットグループBがいずれもゼロの時)にも17ビットコードワードWが与えられた拘束長を満足するようにしなければならない。つまり、RLL(0,k/k1)拘束長においてd=0で、k及びk1が両方とも6になるためには、第一番目の8ビット2進データがエンコーディングされたコードワードCは次式8の拘束長を満足すべきである。ここで、+は論理的OR演算を、・は論理的AND演算をそれぞれ表す。
【数8】
【0032】
前記拘束長を満足する9ビットパターンは256個であり、表5に16進の形で表した。
【表5】
【0033】
表5のように、前記拘束長を満足する9ビットコードワードが256個存在することから、第一番目の8ビットグループA(28 個)と一対一にマッピングできる。
【0034】
表6は、本発明における16/17RLL(0,6/6)コードワードを具現するために使用される8/9RLL符号の入出力関係を16進数に表したルックアップテーブルである。表6のLSは最下位の数字(least significant digit)を、MSは最上位の数字(most significant digit)をそれぞれ表す。
【表6】
【0035】
表6における256個のワードは、ブール論理式を簡単にするために、6個のパーティショングループに分けられる。このような6個の各パーティションは大文字G,H,J,K,L,Mである。
【0036】
第一番目のパーティションGは、第一番目の8ビットグループAの最初の4ビット及び最後の4ビットを9ビットコードワードCの最初の4ビット及び最後の4ビットに何ら変化なしにそのままマッピングさせるようなパーティションである。そして、中間ビット、つまりコードワードCの5番目ビットは常に“1”である。パーティションGに属する9ビットコードワードCは148個であり、Gは次式9の通りである。
【数9】
【0037】
第二番目のパーティションHは、9ビットコードワードCのうち48個であって、次式10の通りである。
【数10】
【0038】
第三番目のパーティションJは、9ビットコードワードCのうち32個であって、次式11の通りである。
【数11】
【0039】
第四番目のパーティションKは、9ビットコードワードCのうち32個であって、次式12の通りである。
【数12】
【0040】
第五番目のパーティションLは、9ビットコードワードCのうち32個であって、次式13の通りである。
【数13】
【0041】
第六番目のパーティションMは、9ビットコードワードCのうち32個であって、次式14の通りである。
【数14】
【0042】
表6を基にしてA7 −A0 のデータビットをC8 −C0 にエンコーディングする8/9RLLエンコーダ42のブール論理式は、前記6個のパーティションにより簡単化でき、このG,H,J,K,L,Mのパーティションを以てエンコーダの式は次式15のように表される。
【数15】
【0043】
これと類似に9/8RLLデコーダ54のブール論理式を表すことができる。デコーダ54を簡単に表現するため、また6個のパーティションG,H,J,K,L,Mを用いて簡単に表すことができる。各パーティションはG,H,J,K,L,Mとして表現でき、次式16の通りである。
【数16】
【0044】
表6を基にしてC8 −C0 の9ビットコードワードを8ビットA7 −A0 にデコーディングする9/8デコーダ54のブール論理式は、前記6個のパーティションに簡単化でき、このG,H,J,K,L,Mのパーティションでデコーダのブール論理式を次式17のように表すことができる。
【数17】
【0045】
表6のコードワードを基にして、A7 −A0 8ビットデータビットとC8 −C0 の9ビットコードワード間のマッピング方法において、8/9RLLエンコーダと9/8RLLデコーダの論理式を縮める他の色んな方法があり得る。すなわち、本発明の入/出力マッピングとは、別のマッピング論理式を求めるか、それとも本発明において与えられた論理式を基にして論理ゲート回路を具現するときに最適化させるなどの方法があり得る。
【0046】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、既存の16/17率RLL(0,6/6)符号化方法よりもエンコーダ/デコーダが一層簡単であることから、エンコーダ/デコーダの具現時にハードウェアがさらにコンパクト化するといった利点がある。
【0047】
本発明は、16/17率RLL(0,6/6)ブロックコードの符号化及び復号化に対し最適化した入力と出力間のルックアップテーブル及び簡単化させた入力と出力間の関係式を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】高密度データの記録/再生のための符号化/復号化装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る符号化及び復号化方法を適用した符号化/復号化装置の構成を示すブロック図である。
Claims (2)
- 貯蔵機器または通信チャンネルから一連の予定されたビット数mを有する2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)を受けて、予定されたビット数lのコードワードYl (l=1,2,3,・・・)に符号化する方法において、
前記2進データシンボルXm を、第一番目のグループと前記2進データシンボルXm から前記第一番目のグループを引いた残りのビットである残余ビットを有する第二番目のグループとに分離する過程と、
前記第一番目のグループを、予定されたビット数のコードワードにマッピングする過程と、
前記第二番目のグループを、前記マッピングされたコードワードとインタリーブし、該結果を前記コードワードYl として出力する過程と、
を含み、
前記2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)と前記コードワードYl (l=1,2,3,・・・)とのコード率が16/17であり、
16/17変調コードを具現するため、8/9RLLエンコーディングに表1のルックアップテーブルを使用し、
前記コードワードY l の最大ランレングスと、前記コードワードY l の奇数番目のビットから構成されたサブシーケンス又は前記コードワードY l の偶数番目のビットから構成されたサブシーケンスの最大ランレングスとが同様であり、
同様である前記最大ランレングスの値が‘6’である
ことを特徴とする符号化方法。
- 貯蔵機器または通信チャンネルから一連の予定されたビット数lのコードワードYl (l=1,2,3,・・・)を受けて、予定されたビット数mを有する2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)に復号化する方法において、
前記コードワードYl を、第一番目のグループと前記コードワードYl から前記第一番目のグループを引いた残りのビットである残余ビットを有する第二番目のグループとに分離する過程と、
前記第一番目のグループを、予定されたビット数のコードワードにデコーディングする過程と、
前記第二番目のグループを、前記デコーディングされたコードワードとデインタリーブし、該結果を前記2進データシンボルXm として出力する過程と、
を含み、
前記2進データシンボルXm (m=1,2,3,・・・)と前記コードワードYl (l=1,2,3,・・・)とのコード率が16/17であり、
16/17変調コードを具現するため、8/9RLLデコーディングに表2のルックアップテーブルを使用し、
前記コードワードY l の最大ランレングスと、前記コードワードY l の奇数番目のビットから構成されたサブシーケンス又は前記コードワードY l の偶数番目のビットから構成されたサブシーケンスの最大ランレングスとが同様であり、
同様である前記最大ランレングスの値が‘6’である
ことを特徴とする復号化方法。
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