JP4174408B2 - 情報再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスク、光磁気ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、或いはＣＤ−Ｒ等の情報記録媒体の記録情報を再生する情報再生装置に関するものである。

従来より光ディスクドライブ等の光学的情報再生装置における信号処理方式としてＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）がある。ＰＲＭＬ方式は記録再生系の特性に応じたＰＲ方式で再生信号を等化し、ビタビ復号等の最尤復号により復号処理を行うことにより符号間干渉の大きい再生信号においても誤り率の低いデータを得ることができる。ＰＲＭＬを用いた再生系における信号品質の評価方式は、例えば、特開２００３−１４１８２３号公報に開示されている（特許文献１参照）。

この評価方式の概要を図１４に示す。図１４はＰＲ特性としてＰＲ（１，２，２，１）を用いたＰＲＭＬにおける状態遷移をトレリス線図により示すものである。上記公報では図１４の時刻ｋ−４における状態Ｓ０から時刻ｋにおいて状態Ｓ５に遷移するパスにおいて、所定のパスＡまたはパスＢに対応する復号データを検出し、再生信号を基に生成されたＰＲ出力値から各々のパスＡ及びパスＢのメトリックＭａ及びＭｂを生成する。

次に、生成したメトリックＭａとＭｂのメトリック差｜Ｍａ−Ｍｂ｜を用いて信号品質の評価を行う。メトリック差を検出する際の所定のパスとしては、例えば、ＰＲ（１，２，２，１）においてユークリッド距離が最小となるパスを設定する。図１４は最小ユークリッド距離が最小となるパスの一例である。

また、図１５は図１４に示すパスＡ及びパスＢのＰＲ（１，２，２，１）による基準振幅を示す。図１５に示すようにＰＲ（１，２，２，１）における振幅基準値は０〜６の７値となる。従って、パスＡに対応する振幅基準値は［０１３５］となり、パスＢに対応する振幅基準値は［１３５６］となる。

ここで、再生信号のＰＲ（１，２，２，１）による振幅値が［０．２ １．３ ３．５ ４．８］である場合、即ち、図１５においてＰで示す振幅値が得られた時には、パスＡ及びパスＢのメトリックは以下に示す通りとなる。
Ｍａ＝（０．０−０．２）²＋（１．０−１．３）²＋（３．０−３．５）²＋（５．０−４．８）²＝０．４２
Ｍｂ＝（１．０−０．２）²＋（３．０−１．３）²＋（５．０−３．５）²＋（６．０−４．８）²＝７．２２
…（１）
得られたＭａ及びＭｂからメトリック差｜Ｍａ−Ｍｂ｜＝６．８となる。

ＰＲＭＬの復号過程において最小ユークリッド距離のパスを検出して、そのパスのメトリック差のみを統計処理すると、図１６に示すような分布を示す。この時、ＰＲ（１，２，２，１）のＰＲＭＬにおける最小ユークリッド距離は１０であるので、中心値は１０となる。上記公報では、メトリック差を統計処理して平均値、標準偏差値等から信号の評価指標を生成し、信号品質を評価している。更に、この品質評価指標を用いてサーボ制御値や波形等化器の等化特性を調整することで、再生品位を最適化している。
特開２００３−１４１８２３号公報

特許文献１のものでは、所定のパスＡ及びパスＢ（最小ユークリッド距離を与える）の間の尤度差を算出しているが、そのためには、所定の期間におけるパスＡとパスＢの尤度を別途算出するための手段が必要となる。これを実現するためには、例えば、ブランチメトリックを保持しておき、所定のパスが復号データから検出された場合に、検出されたパスに対応したブランチメトリックを選択して尤度差を算出する手段が必要である。従って、通常のビタビ復号器に対して回路規模が増大し、消費電力が増えるというデメリットがあった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、通常のビタビ複合器の構成を基に最小限の演算を加えるだけで簡単に信号品質の評価を実現することが可能な情報再生装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、時刻ｎ−１における第１状態から時刻ｎにおける第２状態へと遷移するｍ通りの状態遷移列のうちから最も確からしい状態遷移列を選択する最尤復号化によって再生信号を２値化する最尤復号器と、所定のパターンを保持する手段と、前記最尤復号器を構成するパスメモリを参照し、前記パスメモリ内の復号データが前記保持手段の所定のパターンと一致するかを判断する手段と、前記復号データが前記保持手段の所定のパターンと一致し、一致した所定のパターンが最も確からしいと判断された場合に、当該所定のパターンに対応するパスのパスメトリックを基に信号品質を評価する品質評価手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ビタビ復号器の復号過程で生成されるパラメータを基に信号品質を評価するので、評価指標生成のために付加する回路規模が小さく、消費電力も抑制できる。また、所定のパターン検出の際に２つのパスの合流点におけるパスメトリックの差を基に信号品質の評価を行うことにより、評価精度を向上でき、回路規模も小さくできる。

更に、評価指標値を得る場合に、しきい値以下のメトリック頻度を用いることにより、簡潔な処理回路で実現することができ、回路規模及び消費電力の点でも有効である。また、合流点に合流する２つのパスに対応するパスメモリのみを参照して、所定のパターンを検出するので小さい回路規模で効率的に信号品質を評価することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明による情報再生装置の第1の実施形態を示すブロック図である。図１において、１１は光ディスクであり、光学的に情報の記録或いは再生を行う媒体である。光ディスク１１としては光磁気ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＣＤ−Ｒ等の記録媒体を含むものとする。光学ヘッド１２は光ディスク１に光ビームを照射し、光ディスク１からの戻り光を検出して再生信号を検知する。プリアンプ１３は光ヘッド１２からの再生アナログ信号を増幅し、ＡＧＣ１４はその信号振幅が一定となるようにゲイン調整を行う。

波形等化器１５はＡＧＣ１４出力の波形整形を行い、Ａ／Ｄ変換器１６は波形等化器１５の出力の再生アナログ信号をサンプリングし、デジタル再生信号に変換する。デジタルフィルタ１７はＡ／Ｄ変換されたデジタル再生信号を所望のＰＲ特性となるように等化する。ビタビ復号器１８はＰＲ等化された信号からメトリックを算出して復号データを生成し、評価指標生成器１９はビタビ復号の所定の復号パターン検出時のメトリック差から評価指標を生成する。装置全体の制御はＣＰＵ１において実行する。本実施形態において、評価指標生成器１９で生成される評価指標値はＣＰＵ１に出力され、ＣＰＵ１は指標値を基に各種の制御を行う。

図７はビタビ復号器１８の内部構成を示すブロック図である。ビタビ復号器１８は各時刻毎にブランチメトリックを算出するブランチメトリック算出部３１、各状態に遷移するパスの確からしさを算出するパスメトリック算出部３２、各状態に遷移するパスに対応する復号データを保持するパスメモリ３３より構成されている。

図２はＰＲ（１，２，２，１）によるビタビ復号の状態遷移図を示す。尚、記録符号としてＲＬＬ（１，７）符号を用い、記録の際にはＮＲＺＩ変換して記録する場合について示す。ＰＲ（１，２，２，１）によるＰＲ方式を用いると、図２に示すように６状態の遷移により復号過程を表すことができる。

ここで、各時刻における状態Ｓ（０，０，０）をＳ０、状態Ｓ（０，０，１）をＳ１、状態Ｓ（０，１，１）をＳ２、状態Ｓ（１，０，０）を状態Ｓ３、状態Ｓ（１，１，０）を状態Ｓ４、状態Ｓ（１，１，１）を状態Ｓ５とする。

尚、状態Ｓ（ｄ_k-2，ｄ_k-1，ｄ_k）とは、現時刻の復号データがｄ_k、１時刻前の復号データがｄ_k-1、２時刻前の復号データがｄ_k-2であることを示す。また、各遷移の際の復号データ及びＰＲ（１，２，２，１）による理想サンプル値をｄ_k／Ｐ_kと表している。

図３は図２の状態遷移図を時間軸方向に展開したトレリス線図である。ビタビ復号では、図３に示すトレリス線図に従って、各状態Ｓ０〜Ｓ５の時刻ｋでのパスメトリックｍ₀［ｋ］〜ｍ₅［ｋ］は、時刻ｋ−１の所定の状態のメトリックｍ₀［ｋ−１］〜ｍ₅［ｋ−１］と時刻ｋでの実際のＰＲ出力値ｙ［ｋ］とを用いて以下のようになる。
ｍ₀［ｋ］＝min｛ｍ₀［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₀）²，ｍ₃［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₁）²｝
ｍ₁［ｋ］＝min｛ｍ₀［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₁）²，ｍ₃［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₂）²｝
ｍ₂［ｋ］＝ｍ₁［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₃）²
ｍ₃［ｋ］＝ｍ₄［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₃）²
ｍ₄［ｋ］＝min｛ｍ₅［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₅）²，ｍ₂［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₄）²｝
ｍ₅［ｋ］＝min｛ｍ₅［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₆）²，ｍ₂［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₅）²｝
…（２）
但し、式（２）においてａ₀〜ａ₆は振幅基準値を示す。

ここで、振幅基準値はＰＲ（１，２，２，１）の理想サンプル値を表す。状態Ｓ０、状態Ｓ１、状態Ｓ４及び状態Ｓ５では、各時刻毎に２つのパスが合流するため、合流する２つのパスのうちパスメトリック値が小さい方を生き残りパスとして選択する。

また、図３のトレリス線図に示すように時刻ｋ−１から時刻ｋの各状態に遷移する際には、各遷移により定まるＰＲ（１，２，２，１）の理想サンプル値と実際の再生信号をＰＲ（１，２，２，１）処理した出力値とのユークリッド距離をブランチメトリックとして、図７のブランチメトリック算出部３１で算出し、パスメトリック算出部３２において式（２）に従い加算することによりパスメトリックを生成する。尚、ＰＲ（１，２，２，１）の理想サンプル値は０，１，２，３，４，５，６の７値となる。

ビタビ復号器１８においては、各時刻毎に式（２）に従い各状態に至るパスのメトリック値を算出する。また、各パスに対応した復号データに従いパスメモリ３３を更新する。図５は時刻ｋにおける各状態Ｓ０〜Ｓ５に至る生き残りパスに対応したパスメモリ３３を示すものである。従って、パスメモリ３３を参照することにより、ビタビ復号器１８の２値化データを予測することが可能である。

次に、図１の評価指標生成器１９について図１７を用いて説明する。評価指標生成器１９においては、図５のパスメモリＰＭを参照して図１７のパターン検出器５０において図６に示す所定のパターンの検出を行う。所定のパターンの検出は、状態Ｓ０、Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５に対応するパスメモリを用いて行う。これは、状態Ｓ０、Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５において２つのパスが合流しており、この合流する２つのパス間のメトリック差を用いて評価指標を生成するためである。図６の所定のパターンは図示しないメモリに保持されている。なお、この所定のパターンは、エッジシフト（１ビット程度）が生じた復号パターンとエッジシフトが生じていない復号パターンの組み合わせからなる。これはエラーが生じる可能性が最も高いパターンの組み合わせであり、この所定パターンが発現した際の２つのパス間のメトリック差は顕著に再生された信号の状態を示す。

次に、図４及び図５を用いて所定のパターン検出動作を説明する。時刻ｋにおいて式（２）により各状態のパスメトリック値を比較し、図１７のパスメトリック比較器５１においてパスメトリックが最小となるパスを検出する。検出したパスが前述の状態Ｓ０、Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５に至るパスのいずれかである場合には、対応するパスのパスメモリをパターン検出器５０が参照する。

図５において、例えば、時刻ｋにおけるパスメトリックを比較し、パスメトリックｍ₀が最小である場合には、状態Ｓ０に合流する２つのパスに対応するパスメモリＰＭ０及びパスメモリＰＭ３の時刻ｋ−６〜ｋ−１のデータを参照して、パスメモリ内のパスメモリの値が図６の所定のパターンと一致するか否かを判断する。

所定のパターンと一致しなかった場合には、次時刻のビタビ復号処理に移行する。仮に、図６の所定のパターンと一致した場合には（即ち、所定のパターンが最も確からしい場合には）、図１７のメトリック差検出器５２において、以下の式（３）に従い時刻ｋにおいて状態Ｓ０に合流する２つのパスであるパスＡとパスＢのメトリック差Ｅを算出する。
Ｅ＝│ｍ₀［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₀）²−ｍ₃［ｋ−１］＋（ｙ［ｋ］−ａ₁）²│ …（３）
尚、式（３）の右辺の第一項及び第二項は、式（２）の最上段のｍ₀［ｋ］を算出する際の右辺｛ ｝内の第一項及び第二項と同じであるので、メトリック差Ｅを求める際に再度演算する必要がない。従って、ビタビ復号の復号過程で生成されるメトリックを用いて効率的にメトリック差を得ることができる。

ここで、メトリック差Ｅの分布は、合流する２つのパスに依存したものとなる。図８はメトリック差Ｅの分布を示す。図４に示すように状態Ｓ０に合流する２つのパスがパスＡ及びパスＢである場合には、ユークリッド距離は１０であるのでメトリック差Ｅは値１０を中心とした分布となる。また、図１３に示すように合流する２つのパスがパスＣ及びパスＤである場合には、ユークリッド距離は１２であるので、メトリック差Ｅは値１２を中心とした分布となる。

評価指標演算器５３においては、上記メトリック差Ｅの分布から以下に示すように信号品質の評価を行う。図９は信号品質に応じたメトリック差Ｅの分布を示す。図９（Ａ）は信号品質が良好な場合の分布であり、図９（Ｂ）は信号品質が悪化した場合の分布である。図９に示すように信号品質が良好な場合には、分布のバラツキが小さいのに対して、信号品質が悪化するとバラツキが大きくなる。

ここでは、図９に示すように分布に対してしきい値Ｓを設定し、メトリック差Ｅの全サンプル数Ｎに対するしきい値Ｓ以下のサンプルＮｓの割合により信号品質を評価する。

Ｍ＝Ｎｓ／Ｎ×１００（％） …（４）
尚、ここでは所定のしきい値以下のサンプル数を基に評価指標を生成しているが、例えば、メトリック差が所定値以下のサンプルを抽出して統計処理し、その標準偏差等により評価指標を生成することも可能であることは言うまでもない。評価値Ｍは、前述のようにＣＰＵ１に出力される。ＣＰＵ１は、評価値を基に装置全体を制御する。

本実施形態では、通常のビタビ復号過程で生成されるパスメトリック値を基にメトリック差を生成して評価指標を得ているので、最小限の付加回路で信号品質の評価を行うことが可能となる。また、評価指標についてもしきい値以下のサンプル数をカウントすることにより簡単に生成することができる。従って、回路規模が小さく、消費電力も抑制できるメリットがある。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるが、本実施形態の特徴は、所定のパターンに対応するパスのメトリック値を用いて評価指標を生成するもので、第1の実施形態に示す評価指標生成器１９をより簡略化したものである。従って、本実施形態では、第1の実施形態で示した２つのパスのメトリック差を検出する必要がない。それ以外は第１の実施形態と同様である。

図１１を用いて評価指標生成器１９の動作を説明する。本実施形態の評価指標生成器１９においては、ビタビ復号の過程でパスメトリック値を比較して最小のパスメトリック値、即ち、最も確からしいパスＥを検出し、そのパスＥに対応する復号データが所定のパターンと一致するか否かをパスメモリＰＭを参照して判別する。図１１は状態Ｓ０のパスメモリＰＭ０を示す。

次に、所定のパターンと一致する場合には、パスメトリック値を保持する。図１１のパスメモリＰＭ０は図６の所定のパターン１のパスＡに対応しているので、パスＥの時刻ｋにおけるパスメトリック値を保持する。

図１２は所定パターンに対応するパスメトリック値の分布を示す。図１２の縦軸は頻度、横軸はメトリック値である。パスメトリック値は理想的にはゼロとなるが、信号品質に応じてバラツキを生じる。

図１３（Ａ）は信号品質が良好な場合の分布であり、図１３（Ｂ）は信号品質が悪化した場合の分布である。図１３においても縦軸は頻度、横軸はメトリック値である。従って、パスメトリック値の理想値ゼロからのバラツキにより信号品質を評価することができる。

本実施形態では、エラーの発生しやすいパターンにおけるパスメトリック値、即ち、確からしさを用いることにより、ビタビ復号器の復号過程で生成されるパラメータのみから評価指標を生成することができる。従って、回路的な付加もほとんど必要ない。

本発明の情報再生装置の第１の実施形態を示すブロック図である。 ＰＲ（１，２，２，１）によるビタビ復号の状態遷移を説明する状態遷移図である。 図２の状態遷移図を時間軸方向に展開して示すトレリス線図である。 状態Ｓ０に合流する２つのパスがパスＡ及びＢである場合のパスメトリック差を説明するための図である。 パスメモリを示す図である。 所定のパターンを説明する図である。 図１のビタビ復号器を示すブロック図である。 メトリック差Ｅの分布を示す図である。 信号品質に応じたメトリック差Ｅの分布を示す図である。 状態Ｓ０に合流する２つのパスがパスＣ及びＤである場合のパスメトリック差を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の評価指標生成器の動作を説明する図である。 所定パターンに対応するメトリック値の分布を示す図である。 信号品質に応じたメトリック値の分布を示す図である。 従来例のメトリック差生成方法を説明する図である。 図１４に示すパスＡ、ＢのＰＲ（１，２，２，１）による基準振幅を示す図である。 従来例のメトリック差の分布を説明する図である。 評価指標生成器のブロック図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
１１ 光ディスク
１２ 光ピックアップ
１３ プリアンプ
１４ ＡＧＣ
１５ 波形等化器
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ デジタルフィルタ
１８ ビタビ復号器
１９ 評価指標生成器
３１ ブランチメトリック算出部
３２ パスメトリック算出部
３３ パスメモリ

Claims (5)

1. 時刻ｎ−１における第１状態から時刻ｎにおける第２状態へと遷移するｍ通りの状態遷移列のうちから最も確からしい状態遷移列を選択する最尤復号化によって再生信号を２値化する最尤復号器と、
   所定のパターンを保持する手段と、
   前記最尤復号器を構成するパスメモリを参照し、前記パスメモリ内の復号データが前記保持手段の所定のパターンと一致するかを判断する手段と、
   前記復号データが前記保持手段の所定のパターンと一致し、一致した所定のパターンが最も確からしいと判断された場合に、当該所定のパターンに対応するパスのパスメトリックを基に信号品質を評価する品質評価手段と、
   を備えたことを特徴とする情報再生装置。
2. 前記品質評価手段は、前記所定のパターン検出した場合に、２つのパスが合流する合流点において２つのパスのメトリック差を算出し、算出したメトリック差を基に信号品質を評価することを特徴とする請求項１に記載の情報再生装置。
3. 前記品質評価手段は、前記パスメトリック値に対する頻度を基に信号品質を評価することを特徴とする請求項１に記載の情報再生装置。
4. 前記品質評価手段は、前記所定のパターンに対応するパスのパスメトリック値を基に信号品質を評価することを特徴とする請求項１に記載の情報再生装置。
5. 前記判断手段は、前記合流点に合流するパスに対応するパスメモリを参照して前記保持手段の所定のパターンと一致するかどうかを判断することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報再生装置。

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