JP4509882B2 - Viterbi decoding device, Viterbi decoding method, Viterbi decoding program, and computer-readable recording medium recording Viterbi decoding program - Google Patents

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Description

本発明は、ホログラムメモリなどを用いることによりディジタル情報を二次元的に記録再生するシステムにとって好適なビタビ復号方式に関する。   The present invention relates to a Viterbi decoding system suitable for a system for recording and reproducing digital information two-dimensionally by using a hologram memory or the like.

近年、ホログラフィを用いて情報を二次元的に、すなわちページデータとして記録し再生するホログラムメモリが、次世代の高密度記録再生システムとして脚光を浴びつつある。   In recent years, a hologram memory that records and reproduces information two-dimensionally, that is, as page data using holography, is attracting attention as a next-generation high-density recording / reproducing system.

図10に示すように、このシステムでは、情報データを記録する場合には、複数の画素よりなる空間光変調器20(例えば液晶パネルなど)を用いて、記録すべき情報データに基づいて記録信号光を空間光変調し、レンズ21を通した記録信号光とコヒーレントな記録参照光とを干渉させることにより二次元的な干渉縞を生成し、この干渉縞により形成される像を二次元情報としてホログラム媒体22に記録する。   As shown in FIG. 10, in this system, when information data is recorded, a recording signal is recorded on the basis of information data to be recorded by using a spatial light modulator 20 (for example, a liquid crystal panel or the like) composed of a plurality of pixels. The light is spatially modulated to generate a two-dimensional interference fringe by causing the recording signal light passing through the lens 21 and the coherent recording reference light to interfere, and an image formed by the interference fringe is used as two-dimensional information. Recording on the hologram medium 22.

ホログラム媒体22としては、ニオブ酸リチウムに代表される無機系のフォトリフラクティブ結晶を用いた書き換え型媒体や、有機高分子材料であるフォトポリマーを用いた追記型媒体がある。   The hologram medium 22 includes a rewritable medium using an inorganic photorefractive crystal typified by lithium niobate and a write-once medium using a photopolymer that is an organic polymer material.

一方、記録された干渉縞をホログラム媒体22から読み出すことにより情報データを再生する場合には、ホログラム媒体22に対して記録参照光と同じ入射角度にて再生参照光を照射することにより生成される反射光あるいは透過光を、レンズ23を通して複数の画素を有する受光素子24(例えばCCDなど)によって受光して再生信号を生成し、生成された再生信号を用いて元の情報データを再生する。   On the other hand, when information data is reproduced by reading the recorded interference fringes from the hologram medium 22, it is generated by irradiating the hologram medium 22 with the reproduction reference light at the same incident angle as the recording reference light. The reflected light or transmitted light is received by the light receiving element 24 (for example, CCD) having a plurality of pixels through the lens 23 to generate a reproduction signal, and the original information data is reproduced using the generated reproduction signal.

このように上記システムでは、二次元のページデータ単位で再生が行われるため、一次元で再生を行う従来の光ディスクよりも大幅に再生速度を向上することが可能となる。   Thus, in the above system, since reproduction is performed in units of two-dimensional page data, it is possible to significantly improve the reproduction speed as compared with a conventional optical disk that performs reproduction in one dimension.

ここで、ホログラムメモリシステムにおいては、その記録過程及び再生過程において種々の雑音が混入する(特に、記録媒体の不均質性に起因して雑音が発生する場合が多い)ことがあり、この雑音の影響によってSN比が低下する。また、隣接する画素からの再生信号の影響、すなわち画素間干渉の発生もあり、正確に元の信号を再生できない場合もある。   Here, in the hologram memory system, various noises may be mixed in the recording process and the reproducing process (in particular, noises are often generated due to the inhomogeneity of the recording medium). The S / N ratio decreases due to the influence. In addition, there is an influence of a reproduction signal from an adjacent pixel, that is, an inter-pixel interference, and the original signal may not be reproduced accurately.

そこで従来、雑音および画素間干渉の影響を低減して正確に情報データを再生する手法として、受光素子から出力される再生信号に対してビタビ復号処理を行う手法が研究されており、その一手法として、判定帰還ビタビ復号法(Decision Feedback Viterbi Algorithm)が開発されている(特許文献1参照)。   Therefore, as a technique for accurately reproducing information data while reducing the influence of noise and inter-pixel interference, a technique for performing Viterbi decoding processing on a reproduction signal output from a light receiving element has been studied. As a result, a Decision Feedback Viterbi Algorithm has been developed (see Patent Document 1).

上記判定帰還ビタビ復号法は、ページデータの横方向(行方向)に沿ってビタビ復号を行うことにより1行ずつ復号ビットを決定する処理を1行ずつ下(列方向)にずらしながら行い、その際、直前の復号結果(フィードバック行)を次行のビタビ復号に利用する判定帰還を行う点が特徴である。   The determination feedback Viterbi decoding method performs the process of determining the decoded bits row by row by performing Viterbi decoding along the horizontal direction (row direction) of the page data while shifting the row downward (column direction). At this time, it is characterized in that decision feedback is performed using the previous decoding result (feedback row) for Viterbi decoding of the next row.

従来の判定帰還ビタビ復号法について図11及び図12を用いてその概要を説明する。画素間干渉を図11のような3行3列の行列で表される二次元インパルス応答hとして想定すると、トレリス状態は2行2列の行列として定義され、トレリス線図は図12のように表現される。なお、「二次元インパルス応答」とは、単位インパルス信号(1画素のみの信号レベルが1であり、それ以外の画素の信号レベルが全て0であるような二次元ビットマップ)を線形システムに入力した時の出力信号を意味する。図11の二次元インパルス応答hでは、中心の画素だけでなく周辺の隣接画素においても信号レベルが生じており、画素間干渉の発生が想定されていることが分かる。また、0、1からなる任意の二次元ビットマップを線形システムに入力した時の理想的な(ノイズを含まない)出力信号は、そのビットマップと二次元インパルス応答の二次元畳み込み演算によって求めることができるという性質がある。   The outline of the conventional decision feedback Viterbi decoding method will be described with reference to FIGS. Assuming that inter-pixel interference is a two-dimensional impulse response h represented by a 3 × 3 matrix as shown in FIG. 11, the trellis state is defined as a 2 × 2 matrix, and the trellis diagram is as shown in FIG. Expressed. Note that “two-dimensional impulse response” means inputting a unit impulse signal (a two-dimensional bitmap in which the signal level of only one pixel is 1 and the signal levels of all other pixels are all 0) to the linear system. This means the output signal when In the two-dimensional impulse response h in FIG. 11, it can be seen that signal levels are generated not only in the central pixel but also in neighboring adjacent pixels, and the occurrence of inter-pixel interference is assumed. An ideal output signal (without noise) when an arbitrary two-dimensional bitmap consisting of 0 and 1 is input to the linear system is obtained by a two-dimensional convolution operation of the bitmap and the two-dimensional impulse response. There is a property that can be.

トレリス状態を[k,l;m,n]([k,l;m,n]は、行ベクトル[k,l]及び[m,n]を列方向に並べた行列を意味する。以下においてもこの表記に準じて行列を表記する。)で表記すると、k、l、m、nはいずれも0又は1なので、2の4乗=16種類のトレリス状態が存在する(図12では一部省略して表記している)。   The trellis state [k, l; m, n] ([k, l; m, n]) means a matrix in which row vectors [k, l] and [m, n] are arranged in the column direction. In this case, k, l, m, and n are all 0 or 1, so there are 2 4 = 16 types of trellis states (partly in FIG. 12). Abbreviated).

各トレリス状態から次のトレリス状態へのブランチは4本ずつあり、各トレリス状態へ入力するブランチも4本ずつある。各ブランチが想定する想定波形レベルは、ブランチに繋がる2つのトレリス状態を結合した2行3列の行列に、その一つ上のフィードバック行(フィードバック行の詳細は後述)を結合させた3行3列の行列によって決定される。   There are four branches from each trellis state to the next trellis state, and there are also four branches input to each trellis state. The assumed waveform level assumed by each branch is 3 rows 3 by combining a feedback row (details of the feedback row will be described later) with a matrix of 2 rows and 3 columns obtained by combining two trellis states connected to the branch. Determined by a matrix of columns.

例えば[0,0;0,1]→[0,1;1,0]のブランチが想定するレベルは、その一つ上のフィードバック行が[1,1,0]であったとすると、行列[1,1,0;0,0,1;0,1,0]によって決定される。具体的には、インパルス応答hと行列[1,1,0;0,0,1;0,1,0]との二次元畳み込みによって求まる0.31がこのブランチの想定波形レベルとなる。   For example, the level assumed by the branch of [0, 0; 0, 1] → [0, 1; 1, 0] is assumed to be a matrix [ 1, 1, 0; 0, 0, 1; 0, 1, 0]. Specifically, 0.31 obtained by two-dimensional convolution of the impulse response h and the matrix [1, 1, 0; 0, 0, 1; 0, 1, 0] is the assumed waveform level of this branch.

ビタビ復号処理は、左から右へ行方向に行われる。再生信号を行方向に走査することによって得られる波形を「再生波形信号」とすると、再生波形信号と各ブランチの想定波形レベルとの二乗誤差をブランチメトリック、各トレリス状態に至るパスの累積ブランチメトリックをパスメトリックとし、各トレリス状態に入力する4本のパスのうちパスメトリックが最小のものを生き残りパスとして残す。   The Viterbi decoding process is performed in the row direction from left to right. Assuming that the waveform obtained by scanning the playback signal in the row direction is the “playback waveform signal”, the square error between the playback waveform signal and the assumed waveform level of each branch is the branch metric, and the cumulative branch metric of the path to each trellis state And the path metric with the smallest path metric among the four paths input to each trellis state is left as a surviving path.

これを行方向に繰り返すと、所定時間だけ前(左方向)に遡れば生き残りパスが1本に収束しているので、これを正解パスとして決定していく(この「所定時間」はパスメモリ長と呼ばれる)。この過程は従来の一次元ビタビ復号と原理的に同じなので詳細な説明は省略するが、一次元ビタビ復号と異なるのは、一次元だと正解パスがビット系列そのものに対応するのに対し、二次元では正解パスが行列になるので複数のビット行(上記例では2行)に対応する点である。   If this is repeated in the row direction, the surviving path converges to one if it is traced back by a predetermined time (leftward), so this is determined as the correct path (this “predetermined time” is the path memory length) Called). This process is in principle the same as conventional one-dimensional Viterbi decoding, so detailed description is omitted. However, the difference from one-dimensional Viterbi decoding is that one-dimensional correct path corresponds to the bit sequence itself, but two In the dimension, since the correct path is a matrix, it corresponds to a plurality of bit rows (2 rows in the above example).

この2行のビット行のうち、2行目は3行目以降のビット行からの影響を考慮していない、すなわち画素間干渉の影響を部分的にしか考慮しておらず信頼性に乏しいため、上下左右からの波形干渉が全て考慮に入れられてビタビ復号される1行目のみが復号ビットとして出力される。   Of these two bit lines, the second line does not consider the influence from the third and subsequent bit lines, that is, only partially considers the influence of inter-pixel interference, and is not reliable. Only the first line that is Viterbi-decoded with all the waveform interference from the top, bottom, left and right taken into account is output as decoded bits.

上記のような行方向のビタビ復号によって得られるのは1行分のビット行なので、ページデータ全体を復号するためには、この処理を1行ずつ列方向(下方向)にずらしながら繰り返す。   Since one bit line is obtained by Viterbi decoding in the row direction as described above, this process is repeated while shifting in the column direction (downward) one row at a time in order to decode the entire page data.

ここで判定帰還の考え方が導入される。判定帰還は、1つ上の行の復号結果をフィードバック行として次の行のビタビ復号に反映させる手法であり、具体的には上記で説明したように、次の行のブランチの想定波形レベルを決める処理に用いることによって反映している。   Here, the concept of decision feedback is introduced. Judgment feedback is a technique of reflecting the decoding result of the next row as a feedback row in the Viterbi decoding of the next row. Specifically, as described above, the expected waveform level of the branch of the next row is set as follows. It is reflected by using it for the processing to decide.

判定帰還の手順をもう少し詳しく説明する。受光素子24の最上端の行で受光した再生波形信号に基づいて再生するときは、当該最上端の行のさらに上の行における受光量が0であると見なせるので、最上行からの再生波形信号に基づいて再生するときには、フィードバック行を全て0とする。   The procedure for decision feedback will be explained in a little more detail. When the reproduction is performed based on the reproduction waveform signal received in the uppermost row of the light receiving element 24, the amount of light received in the upper row of the uppermost row can be regarded as 0, so that the reproduction waveform signal from the uppermost row is obtained. When reproducing based on the above, all feedback lines are set to zero.

次に、上から2行目からの再生波形信号に基づいて再生するときは、1行目(最上端の行)では正確にビット行が復号されたと仮定し、これをフィードバック行として2行目の復号に用いる。   Next, when reproducing based on the reproduction waveform signal from the second line from the top, it is assumed that the bit line is correctly decoded in the first line (the uppermost line), and this is used as the feedback line. Used for decoding.

更に、上から3行目の行からの再生波形信号に基づいて再生するときは、2行目の行では正確にビット行が復号されたと仮定し、これをフィードバック行として3行目の復号に用いる。   Furthermore, when reproducing based on the reproduction waveform signal from the third row from the top, it is assumed that the bit row is correctly decoded in the second row, and this is used as a feedback row to decode the third row. Use.

このように、現在の復号対象行の一つ上の行では正確に復号処理がなされたと仮定して、一つ上の行の影響を考慮に入れつつ(すなわち列方向の判定帰還を行い)現在の行からの再生波形信号についてビタビ復号を行っているので、列方向の画素間干渉の影響をより考慮に入れたビタビ復号処理が実行されており、行方向のみの再生波形の変化を用いた従来の一次元ビタビ復号処理に比べて、より正確な復号処理ができる。
米国特許第5,740,184号(1998年発行) Miller et al. "Image restoration with the Viterbi algorithm" Vol.17. No.2/ February 2000/ J.Opt.Soc.Am.A pp265-275
As described above, it is assumed that the decoding process has been correctly performed on the line immediately above the current decoding target line, and taking into consideration the influence of the line above (that is, performing a decision feedback in the column direction) Since the Viterbi decoding is performed on the reproduced waveform signal from the row, the Viterbi decoding process is performed in consideration of the influence of inter-pixel interference in the column direction, and the change in the reproduced waveform only in the row direction is used. Compared with conventional one-dimensional Viterbi decoding processing, more accurate decoding processing can be performed.
US Pat. No. 5,740,184 (issued in 1998) Miller et al. "Image restoration with the Viterbi algorithm" Vol.17. No.2 / February 2000 / J.Opt.Soc.Am.A pp265-275

上記従来技術においては、想定する画素間干渉の幅を3と想定とした場合、2行2列の行列としてトレリス状態が定義される(復号対象行の一つ上の行がフィードバック行として考慮に入れられるため、トレリス状態の行幅を3−1=2とすることができる)。   In the above prior art, if the assumed width of inter-pixel interference is assumed to be 3, the trellis state is defined as a 2-by-2 matrix (a row above the decoding target row is considered as a feedback row). Therefore, the line width of the trellis state can be 3-1 = 2).

すなわち、ブランチの想定波形レベルは、フィードバック行、復号対象行、その下の行、の3行から定まり、復号対象行に対応する再生波形信号と想定波形レベルとの二乗誤差としてブランチメトリックが計算される。これにより、復号対象行の再生波形信号に含まれている、上下の行からの画素間干渉の影響をビタビ復号に反映している。   In other words, the assumed waveform level of the branch is determined from the three rows of the feedback row, the decoding target row, and the lower row, and the branch metric is calculated as a square error between the reproduced waveform signal corresponding to the decoding target row and the assumed waveform level. The Thereby, the influence of the inter-pixel interference from the upper and lower rows included in the reproduced waveform signal of the decoding target row is reflected in the Viterbi decoding.

しかしながら、画素間干渉は相互作用的なものであり、復号対象行自体も上下の行に画素間干渉を与えている。上記従来技術においては、その影響をビタビ復号に全く反映しておらず、復号対象行の再生波形信号だけを用いて生き残りパスを決定しているため、ページデータ全体にとっての最尤なパスが生き残らない危険性が高いという問題があった。   However, inter-pixel interference is interactive, and the decoding target row itself also gives inter-pixel interference to the upper and lower rows. In the above prior art, the influence is not reflected in Viterbi decoding at all, and the surviving path is determined using only the reproduced waveform signal of the decoding target row, so the most likely path for the entire page data does not survive. There was no problem of high risk.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ページデータの二次元再生信号のビタビ復号において、復号結果のエラーレートを低減することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to reduce an error rate of a decoding result in Viterbi decoding of a two-dimensional reproduction signal of page data.

本発明に係るビタビ復号装置は、ページデータの二次元再生信号をビタビ復号するビタビ復号装置であって、上記課題を解決するために、前記ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、前記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号手段と、前記ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、前記復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力手段とを備えることを特徴としている。   A Viterbi decoding device according to the present invention is a Viterbi decoding device that performs Viterbi decoding of a two-dimensional reproduction signal of page data, and in order to solve the above problem, a trellis state related to a plurality of rows including decoding target rows in the page data. Based on the transition, Viterbi decoding means for performing Viterbi decoding using the sum of errors of each reproduced signal for a plurality of assumed signal values assumed in the transition as a branch metric of the transition, and among the paths that survived the Viterbi decoding, And decoding bit output means for outputting a decoding bit row corresponding to the decoding target row as a decoding result.

また、本発明に係るビタビ復号方法は、ページデータの二次元再生信号をビタビ復号するビタビ復号方法であって、前記ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、前記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号処理と、前記ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、前記復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力処理とを含むことを特徴としている。   The Viterbi decoding method according to the present invention is a Viterbi decoding method for Viterbi decoding a two-dimensional reproduction signal of page data, wherein the transition is based on a trellis state transition related to a plurality of rows including a decoding target row in the page data. A Viterbi decoding process for performing Viterbi decoding using the sum of errors of each reproduced signal for a plurality of assumed signal values assumed in FIG. 4 as a branch metric of the transition, and corresponding to the decoding target row among paths surviving as a result of the Viterbi decoding And a decoded bit output process for outputting a decoded bit row to be output as a decoding result.

上記構成および方法では、ページデータの二次元再生信号をビタビ復号する。ここで、「ページデータ」とは、情報表現の最小単位である2進数字(ビット)の二次元配列からなるデータを意味する。   In the above configuration and method, the two-dimensional reproduction signal of the page data is Viterbi decoded. Here, “page data” means data consisting of a two-dimensional array of binary digits (bits), which is the minimum unit of information representation.

そして、上記構成および方法では、ビタビ復号において、ページデータにおけるある行(復号対象行)を復号しようとするときに、復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移を想定する。そして、このトレリス状態の遷移におけるブランチメトリックを求める際に、上記遷移において想定される想定信号値を用いる。具体的には、上記想定信号値に対する上記各再生信号の誤差の和を上記トレリス状態の遷移におけるブランチメトリックとする。このブランチメトリックを用いてビタビ復号を行うことにより、上記複数行に関する生き残りパスを特定する。   And in the said structure and method, when trying to decode a certain line (decoding object line) in page data in Viterbi decoding, the transition of the trellis state regarding several lines including decoding object line is assumed. Then, when obtaining the branch metric in the transition of the trellis state, the assumed signal value assumed in the transition is used. Specifically, the sum of errors of the reproduction signals with respect to the assumed signal value is used as a branch metric in the trellis state transition. By performing Viterbi decoding using this branch metric, the surviving paths for the plurality of rows are specified.

これにより、復号対象行の復号に関して、当該復号対象行が列方向の画素間干渉により影響を及ぼした再生信号をも考慮に入れた最尤パスを生き残らせることができるようになる。   As a result, with regard to decoding of the decoding target row, it becomes possible to survive the maximum likelihood path taking into consideration the reproduction signal in which the decoding target row has been affected by the inter-pixel interference in the column direction.

ここで、上記ビタビ復号では、トレリス状態として復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移を想定しているので、これら複数行それぞれに対応する複数の復号ビット行が生成されることになる。これら複数の復号ビット行のうち、上記復号対象行に対応するもの以外の復号ビット行については、上記列方向の画素間干渉による影響が十分考慮されていないことになる。   Here, in the above Viterbi decoding, since the trellis state transition regarding a plurality of rows including the decoding target row is assumed as the trellis state, a plurality of decoded bit rows corresponding to each of the plurality of rows are generated. Of the plurality of decoded bit rows, the decoding bit rows other than those corresponding to the decoding target row do not sufficiently consider the influence of the inter-pixel interference in the column direction.

そこで、上記復号対象行に対応する復号ビット行のみを復号結果として出力する。これにより、上記列方向の画素間干渉による影響が十分考慮されていない他の復号ビット行が復号結果となることを回避し、復号結果として出力される復号ビット行は、上記列方向の画素間干渉による影響が十分考慮されたものとなる。   Therefore, only the decoded bit row corresponding to the decoding target row is output as a decoding result. This avoids that other decoded bit rows that are not sufficiently considered by the inter-pixel interference in the column direction become decoding results, and the decoded bit row output as the decoding result is the same between the pixels in the column direction. The influence of interference will be fully considered.

その結果、復号結果全体としてエラーレートを低減することができるようになる。   As a result, the error rate can be reduced as a whole decoding result.

上記ビタビ復号装置では、前記ビタビ復号手段および復号ビット出力手段は、前記復号対象行を前記ページデータの列方向に順次ずらしながら前記各動作を行うようにすればよい。これによりページデータ全体を復号することができる。   In the Viterbi decoding device, the Viterbi decoding means and the decoded bit output means may perform the operations while sequentially shifting the decoding target row in the column direction of the page data. As a result, the entire page data can be decoded.

また、上記ビタビ復号装置では、前記復号対象行を、前記ページデータの1行分とすることができる。   In the Viterbi decoding apparatus, the decoding target row can be one row of the page data.

本発明に係るビタビ復号装置は、上記ビタビ復号装置において、直前の復号対象行に関して前記復号ビット出力手段が出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶手段と、前記復号ビット記憶手段が記憶する復号ビット行に基づいて、前記ビタビ復号手段において使用する想定信号値を設定する想定信号値設定手段とをさらに備えていてもよい。   The Viterbi decoding device according to the present invention is the above Viterbi decoding device, wherein the decoded bit storage means for storing the decoded bit row output by the decoded bit output means for the immediately preceding decoding target row, and the decoding stored by the decoded bit storage means An assumed signal value setting means for setting an assumed signal value used in the Viterbi decoding means based on a bit row may be further provided.

上記構成では、直前の復号対象行に関する復号結果である復号ビット行に基づいて、次の復号対象行に関するビタビ復号において使用する想定信号値を設定する。これにより、直前の復号対象行に関する復号結果に整合する状態遷移のみを考慮に入れてビタビ復号を行うことができるので、演算量を低減することにより回路規模を削減しつつ、さらに低エラーレートの復号を実現することが可能となる。   In the above configuration, an assumed signal value used in the Viterbi decoding for the next decoding target row is set based on the decoding bit row that is the decoding result for the immediately preceding decoding target row. As a result, Viterbi decoding can be performed taking into account only the state transitions that match the decoding result for the immediately preceding decoding target row, so that the circuit size can be reduced by reducing the amount of computation, and the error rate can be further reduced. Decoding can be realized.

あるいは、本発明に係るビタビ復号装置は、上記ビタビ復号装置において、直前の復号対象行に関して前記復号ビット出力手段が出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶手段と、前記復号ビット記憶手段が記憶する復号ビット行に基づいて、前記ビタビ復号手段において想定するトレリス状態の遷移を制限する遷移制限手段とをさらに備えていてもよい。   Alternatively, in the Viterbi decoding device according to the present invention, in the Viterbi decoding device, the decoded bit storage unit that stores the decoded bit row output by the decoded bit output unit with respect to the immediately preceding decoding target row, and the decoded bit storage unit stores Transition limiting means for limiting the transition of the trellis state assumed in the Viterbi decoding means based on the decoded bit row to be performed.

上記構成では、直前の復号対象行に関する復号結果である復号ビット行に基づいて、次の復号対象行に関するビタビ復号において想定するトレリス状態の遷移を制限する。これにより、直前の復号対象行に関する復号結果に整合する状態遷移のみを考慮に入れてビタビ復号を行うことができるので、演算量を低減することにより回路規模を削減しつつ、さらに低エラーレートの復号を実現することが可能となる。   In the above configuration, the trellis state transition assumed in Viterbi decoding related to the next decoding target row is limited based on the decoding bit row that is the decoding result related to the previous decoding target row. As a result, Viterbi decoding can be performed taking into account only the state transitions that match the decoding result for the immediately preceding decoding target row, so that the circuit size can be reduced by reducing the amount of computation, and the error rate can be further reduced. Decoding can be realized.

本発明に係るビタビ復号装置は、復号対象となる二次元再生信号を、所定の二次元インパルス応答に近づけるように二次元波形等化する波形等化手段をさらに備えていてもよい。   The Viterbi decoding apparatus according to the present invention may further include waveform equalizing means for equalizing a two-dimensional reproduction signal to be decoded so as to approximate a predetermined two-dimensional impulse response.

上記構成では、復号対象となる二次元再生信号をそのままビタビ復号する構成に比べてさらにエラーレートの低い復号を実現することが可能となる。なお、上記所定の二次元インパルス応答は、復号対象となる二次元再生信号を生成する装置(例えば再生装置)における二次元インパルス応答に近いものとすればよい。   With the above configuration, it is possible to realize decoding with a lower error rate than the configuration in which the two-dimensional reproduction signal to be decoded is directly Viterbi decoded. The predetermined two-dimensional impulse response may be close to the two-dimensional impulse response in a device (for example, a reproduction device) that generates a two-dimensional reproduction signal to be decoded.

本発明に係る再生システムは、上記ビタビ復号装置と、二次元記録媒体から二次元再生を行うことにより前記二次元再生信号を再生する再生装置とを備えることにより構成することができる。   A reproduction system according to the present invention can be configured by including the above Viterbi decoding apparatus and a reproduction apparatus that reproduces the two-dimensional reproduction signal by performing two-dimensional reproduction from a two-dimensional recording medium.

本発明に係るビタビ復号プログラムは、上記ビタビ復号装置としてコンピュータを動作させるために、コンピュータを前記各手段として機能させるためのプログラムである。また、本発明に係る記録媒体は、上記ビタビ復号プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。   The Viterbi decoding program according to the present invention is a program for causing a computer to function as each means in order to operate the computer as the Viterbi decoding device. A recording medium according to the present invention is a computer-readable recording medium in which the Viterbi decoding program is recorded.

上記構成により、コンピュータで上記ビタビ復号装置の各手段を実現することによって、上記ビタビ復号装置を実現することができる。したがって、上記したビタビ復号装置として、復号結果全体としてエラーレートを低減することができる。   With the above configuration, the Viterbi decoding device can be realized by realizing each unit of the Viterbi decoding device with a computer. Therefore, the above Viterbi decoding apparatus can reduce the error rate as a whole decoding result.

本発明に係るビタビ復号装置は、ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、上記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号手段と、ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力手段とを備える構成である。   The Viterbi decoding device according to the present invention, based on the transition of the trellis state relating to a plurality of rows including the decoding target row in the page data, calculates the sum of errors of each reproduction signal with respect to a plurality of assumed signal values assumed in the transition. Viterbi decoding means for performing Viterbi decoding as a branch metric, and decoding bit output means for outputting a decoded bit row corresponding to a decoding target row as a decoding result among paths surviving as a result of Viterbi decoding.

また、本発明に係るビタビ復号方法は、ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、上記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号処理と、ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力処理とを含む方法である。   In addition, the Viterbi decoding method according to the present invention is based on the transition of the trellis state regarding a plurality of rows including the decoding target row in the page data, and calculates the sum of errors of each reproduction signal with respect to a plurality of assumed signal values assumed in the transition. This is a method including Viterbi decoding processing that performs Viterbi decoding as a branch metric of transition, and decoding bit output processing that outputs a decoding bit row corresponding to a decoding target row among decoding paths that survived as a result of Viterbi decoding.

上記構成および方法では、復号対象行の復号に関して、当該復号対象行が列方向の画素間干渉により影響を及ぼした再生信号をも考慮に入れた最尤パスを生き残らせることができるようになる。また、上記列方向の画素間干渉による影響が十分考慮されていない他の復号ビット行が復号結果となることを回避し、復号結果として出力される復号ビット行は、上記列方向の画素間干渉による影響が十分考慮されたものとなる。   With the above configuration and method, regarding decoding of a decoding target row, it is possible to survive a maximum likelihood path in consideration of a reproduction signal in which the decoding target row has been affected by inter-pixel interference in the column direction. In addition, it avoids that other decoded bit rows that are not sufficiently considered by the inter-pixel interference in the column direction become a decoding result, and the decoded bit row output as a decoding result has inter-pixel interference in the column direction. The effect of the will be fully considered.

その結果、復号結果全体としてエラーレートを低減することができるようになる。   As a result, the error rate can be reduced as a whole decoding result.

〔実施形態1〕
本発明の第1の実施形態について図1から図7に基づいて説明する。
[Embodiment 1]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明の復号装置および復号方法を適用した本実施形態のホログラムメモリ再生システム10の構成を示すブロック図である。ホログラムメモリ再生システム10は、ホログラムメモリ再生装置1、バッファメモリ2、二次元波形等化回路3、二次元ビタビ復号回路4、復号ビット行出力回路5、復号ビットレジスタ6、及び想定波形レベル設定回路7を備えている。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hologram memory reproducing system 10 of the present embodiment to which the decoding apparatus and decoding method of the present invention are applied. A hologram memory reproduction system 10 includes a hologram memory reproduction device 1, a buffer memory 2, a two-dimensional waveform equalization circuit 3, a two-dimensional Viterbi decoding circuit 4, a decoded bit row output circuit 5, a decoded bit register 6, and an assumed waveform level setting circuit. 7 is provided.

ホログラムメモリ再生装置1は、背景技術欄において図10に基づいて説明したシステムのうち再生側の構成に相当しており、干渉縞として情報が記録されたホログラム媒体に対して再生参照光を照射することにより生成される反射光あるいは透過光を、レンズを通して複数の画素を有する受光素子(例えばCCDなど)によって受光して再生信号を生成する装置である。   The hologram memory reproducing apparatus 1 corresponds to the structure on the reproducing side in the system described with reference to FIG. 10 in the background art column, and irradiates reproduction reference light to a hologram medium on which information is recorded as interference fringes. In this device, reflected light or transmitted light generated by the light is received by a light receiving element (for example, a CCD) having a plurality of pixels through a lens to generate a reproduction signal.

バッファメモリ2は、ホログラムメモリ再生装置1によって生成された再生信号をページデータ単位で記憶する記憶装置である。なお、バッファメモリ2に記憶されるページデータ単位の再生信号は、背景技術欄において説明したとおり画素間干渉の影響を受けた二次元再生信号となっている。   The buffer memory 2 is a storage device that stores the reproduction signal generated by the hologram memory reproduction device 1 in units of page data. Note that the reproduction signal in units of page data stored in the buffer memory 2 is a two-dimensional reproduction signal affected by the inter-pixel interference as described in the Background Art section.

二次元波形等化回路3は、ホログラムメモリ再生装置1によって生成された再生信号(より正確には二次元波形等化回路3に記憶された再生信号)に対して二次元的な波形等化を施すことにより、再生信号を、二次元ビタビ復号回路4において想定する二次元インパルス応答により適した信号に変換する回路である。   The two-dimensional waveform equalization circuit 3 performs two-dimensional waveform equalization on the reproduction signal generated by the hologram memory reproduction device 1 (more precisely, the reproduction signal stored in the two-dimensional waveform equalization circuit 3). By applying this, the reproduced signal is converted into a signal more suitable for the two-dimensional impulse response assumed in the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4.

二次元ビタビ復号回路4は、二次元波形等化回路3によって波形等化された信号に基づいて二次元ビタビ復号を行う回路である。なお、二次元ビタビ復号の具体的処理内容については後述する。   The two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 is a circuit that performs two-dimensional Viterbi decoding based on the signal waveform-equalized by the two-dimensional waveform equalization circuit 3. The specific processing content of the two-dimensional Viterbi decoding will be described later.

復号ビット行出力回路5は、二次元ビタビ復号回路4における復号によって生き残ったパスに含まれる復号ビット列のうち、復号結果として適切なもの抽出して出力する回路である。この抽出を行う理由については後述する。   The decoded bit row output circuit 5 is a circuit that extracts and outputs an appropriate decoded bit string included in the path that survives the decoding in the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4. The reason for this extraction will be described later.

復号ビットレジスタ6は、復号ビット行出力回路5から出力された復号ビット列を保持するレジスタである。   The decoded bit register 6 is a register that holds the decoded bit string output from the decoded bit row output circuit 5.

想定波形レベル設定回路7は、復号ビットレジスタ6に保持された復号ビット列を用いて、二次元ビタビ復号回路4において使用する想定波形レベルw1/w2を算出し、二次元ビタビ復号回路4に送る回路である。   The assumed waveform level setting circuit 7 calculates an assumed waveform level w1 / w2 to be used in the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 using the decoded bit string held in the decoding bit register 6 and sends it to the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 It is.

なお、ホログラムメモリ再生システム10のうち、二次元波形等化回路3、二次元ビタビ復号回路4、復号ビット行出力回路5、復号ビットレジスタ6、及び想定波形レベル設定回路7は、ビタビ復号装置12を構成している。   In the hologram memory reproduction system 10, the two-dimensional waveform equalization circuit 3, the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4, the decoded bit row output circuit 5, the decoded bit register 6, and the assumed waveform level setting circuit 7 are included in the Viterbi decoding device 12. Is configured.

また、二次元波形等化回路3は波形等化手段、二次元ビタビ復号回路4はビタビ復号手段、復号ビット行出力回路5は復号ビット出力手段、復号ビットレジスタ6は復号ビット記憶手段、想定波形レベル設定回路7は想定信号値設定手段にそれぞれ対応している。   The two-dimensional waveform equalizing circuit 3 is a waveform equalizing means, the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 is a Viterbi decoding means, the decoded bit row output circuit 5 is a decoded bit output means, the decoded bit register 6 is a decoded bit storage means, and an assumed waveform. The level setting circuit 7 corresponds to the assumed signal value setting means.

図2はホログラムメモリ再生装置1における画素間干渉の影響を近似するインパルス応答hを示しており、図3は二次元ビタビ復号回路4の動作を表現するトレリス線図を示している。なお、二次元ビタビ復号回路4の動作は、上記インパルス応答hを想定したものである。そこで、このインパルス応答hを想定インパルス応答hと称する。   FIG. 2 shows an impulse response h that approximates the influence of inter-pixel interference in the hologram memory reproducing apparatus 1, and FIG. 3 shows a trellis diagram representing the operation of the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4. The operation of the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 assumes the impulse response h. Therefore, this impulse response h is referred to as an assumed impulse response h.

説明の簡略化のため、想定インパルス応答hは画素間干渉のビット幅が2の場合で説明するが、これに限るものではなく、想定インパルス応答としてはホログラムメモリ再生装置1のインパルス応答に近いものを想定すればよい。   For simplification of explanation, the assumed impulse response h will be described in the case where the bit width of the inter-pixel interference is 2. However, the assumed impulse response is not limited to this, and the assumed impulse response is close to the impulse response of the hologram memory reproducing device 1. Should be assumed.

想定インパルス応答hの画素間干渉のビット幅が2なので、従来の判定帰還ビタビ復号法を適用した場合には、1行1列の行列としてトレリス状態が定義される(復号対象行の一つ上の行はフィードバック行を用いることができるため、行の幅が2−1=1となる)。   Since the bit width of the inter-pixel interference of the assumed impulse response h is 2, when the conventional decision feedback Viterbi decoding method is applied, the trellis state is defined as a 1-by-1 matrix (up one decoding target row). Since a feedback row can be used for the row of, the row width is 2-1 = 1).

これに対し、本実施形態のビタビ復号法においては、更に余分な冗長行を下に1行追加して図3のような2行1列のトレリス状態を定義する。これにより、復号対象行と、当該復号対象行とともに畳み込まれる上の行(フィードバック行)および下の行(冗長行)とを含む複数行に関するトレリス状態が定義されることになる。なお、フィードバック行については、既に復号結果が定まっているので、図3のトレリス状態には示していないが、このトレリス状態の遷移におけるブランチの想定波形レベルを算出する際にフィードバック行も用いられる。   On the other hand, in the Viterbi decoding method of this embodiment, one extra redundant row is added below to define a trellis state of 2 rows and 1 column as shown in FIG. As a result, a trellis state is defined for a plurality of rows including a decoding target row, an upper row (feedback row) and a lower row (redundant row) convolved with the decoding target row. Since the decoding result has already been determined for the feedback row, it is not shown in the trellis state of FIG. 3, but the feedback row is also used when calculating the assumed waveform level of the branch in the transition of the trellis state.

このトレリス状態は、2行1列(計2ビット)なのでトレリス状態数は2の2乗=4通りであり、各トレリス状態に入力するブランチ及び出力するブランチは、いずれも4本である。   Since this trellis state has 2 rows and 1 column (2 bits in total), the number of trellis states is 2 squared = 4, and there are four branches to be input and output to each trellis state.

図3においてブランチに附した数値は各ブランチの想定波形レベル(トレリス状態の遷移に対して想定される想定信号値)を示しており、1つのブランチに2つの想定波形レベルが対応する。   In FIG. 3, the numerical values attached to the branches indicate the assumed waveform level of each branch (the assumed signal value assumed for the transition of the trellis state), and two assumed waveform levels correspond to one branch.

図3の想定波形レベルは、ブランチに対応するフィードバック行が[0,0]であった場合について求めたものである。想定波形レベルの計算例を示すと、トレリス状態[0;0]→[1;1]のブランチが定めるビットマップはフィードバック行と合わせると[0,0;0,1;0,1]であるので、図4のようにこのビットマップと想定インパルス応答hとの畳み込み演算によって1および2と求まる。図4では1/2のように表記しているが、これは分数ではなく、1行目および2行目から定まる想定波形レベルが1であり、2行目および3行目から定まる想定波形レベルが2であることを表している。   The assumed waveform level in FIG. 3 is obtained when the feedback row corresponding to the branch is [0, 0]. In the calculation example of the assumed waveform level, the bitmap defined by the branch of the trellis state [0; 0] → [1; 1] is [0, 0; 0, 1; 0, 1] when combined with the feedback row. Therefore, as shown in FIG. 4, 1 and 2 are obtained by the convolution operation of this bitmap and the assumed impulse response h. In FIG. 4, it is expressed as 1/2, but this is not a fraction, and the assumed waveform level determined from the first and second rows is 1, and the assumed waveform level determined from the second and third rows. Is 2.

全てのブランチの想定波形レベルも同様に求めることができ、フィードバック行が[f1,f2]であるとき、トレリス状態[p;q]→[r;s]のブランチの想定波形レベルw1/w2は、w1=(f1+f2+p+r)、w2=(p+r+q+s)により計算される。このように、各トレリス状態の遷移に、複数行の想定波形レベルが対応する。   The assumed waveform levels of all branches can be similarly obtained. When the feedback row is [f1, f2], the assumed waveform levels w1 / w2 of the branches in the trellis state [p; q] → [r; s] are , W1 = (f1 + f2 + p + r), w2 = (p + r + q + s). As described above, a plurality of rows of assumed waveform levels correspond to transitions of the respective trellis states.

上記の説明から分かるように、ブランチの想定波形レベルはフィードバック行によって変化する。そこで想定波形レベル設定回路7は、フィードバック行[f1,f2]に基づいて各ブランチの想定波形レベルw1/w2を計算し、二次元ビタビ復号回路4にてブランチメトリック計算に用いる想定波形レベルw1/w2を可変設定する。   As can be seen from the above description, the assumed waveform level of the branch varies depending on the feedback line. Therefore, the assumed waveform level setting circuit 7 calculates the assumed waveform level w1 / w2 of each branch based on the feedback row [f1, f2], and the assumed waveform level w1 / w2 used for branch metric calculation in the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4. w2 is variably set.

この想定波形レベルw1/w2は、復号ビットレジスタ6から入力されたフィードバック行[f1,f2]に応じて上記計算例のような計算を毎回行って設定する構成であってもよいし、予め計算された想定波形をルックアップテーブルなどのメモリに記憶しておき、フィードバック行に応じて対応する値をメモリから読み出して設定する構成であってもよい。   The assumed waveform level w1 / w2 may be set by performing calculation as in the above calculation example every time according to the feedback row [f1, f2] input from the decoding bit register 6, or may be calculated in advance. The assumed waveform may be stored in a memory such as a lookup table, and a corresponding value may be read from the memory and set according to the feedback row.

従来の判定帰還ビタビ復号法のブランチメトリックは再生波形信号とブランチの想定波形レベルとの二乗誤差であるが、本実施形態においては復号対象行についての再生波形信号だけでなく、冗長行についての再生波形信号も用いるため、それぞれに関する2つの二乗誤差が求まってくる。そこで、これらの和をブランチメトリックと定義する点に大きな特徴がある。   The branch metric of the conventional decision feedback Viterbi decoding method is a square error between the reproduced waveform signal and the assumed waveform level of the branch. In this embodiment, not only the reproduced waveform signal for the decoding target row but also the reproduction for the redundant row is used. Since the waveform signal is also used, two square errors are obtained for each. Therefore, there is a great feature in that these sums are defined as branch metrics.

すなわち、復号対象行に対応する再生波形信号および想定波形レベルがそれぞれx1およびw1、その下の冗長行に対応する再生波形信号および想定波形レベルがx2およびw2であったとすると、ブランチメトリックは、(x1−w1)+(x2−w2)の式により計算される。 That is, if the reproduced waveform signal and the assumed waveform level corresponding to the decoding target row are x1 and w1, respectively, and the reproduced waveform signal and the assumed waveform level corresponding to the redundant row below are x2 and w2, the branch metric is ( x1-w1) 2 + (x2-w2) 2 is calculated.

例として、復号対象行およびその下の冗長行に対応する再生波形信号がそれぞれ1.2および1.8であったとすると、トレリス状態[0;0]→[1;1]のブランチメトリックは、(1.2−1)+(1.8−2)=0.08と計算される。 As an example, if the reproduced waveform signals corresponding to the decoding target row and the redundant row below are 1.2 and 1.8, respectively, the branch metric of the trellis state [0; 0] → [1; 1] is (1.2-1) 2 + (1.8-2) 2 = 0.08 is calculated.

次に、図1に示した上記構成のホログラムメモリ再生システム10による再生動作を図5のフローチャートを用いて説明すると以下の通りである。   Next, the reproducing operation by the hologram memory reproducing system 10 having the above-described configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ホログラムメモリ再生装置1において、ホログラム媒体(100行100列のページ情報データが記録されているものとする)に再生参照光が照射され、受光素子(100行100列のCCDアレイ)から二次元の再生波形信号が出力される動作については、背景技術において説明したとおりであるので詳細は省略する。上記出力された二次元の再生波形信号は、バッファメモリ2に記憶される(ステップS1)。   In the hologram memory reproducing apparatus 1, reproduction reference light is irradiated onto a hologram medium (100 page and 100 column page information data is recorded), and two-dimensional from a light receiving element (100 row and 100 column CCD array). Since the operation of outputting the reproduction waveform signal is as described in the background art, details are omitted. The output two-dimensional reproduced waveform signal is stored in the buffer memory 2 (step S1).

まず、復号対象行iを1行目とし(ステップS2)、行方向のビタビ復号をj=1列目から開始する(ステップS3)。   First, the decoding target row i is set to the first row (step S2), and Viterbi decoding in the row direction is started from the j = 1st column (step S3).

次に、1行1列目および2行1列目に対応する再生波形信号がバッファメモリ2から読み出されて、二次元波形等化回路3を介してx1/x2として二次元ビタビ復号回路4に入力される(ステップS4)。   Next, the reproduction waveform signals corresponding to the first row, first column and the second row, first column are read from the buffer memory 2 and are converted into x1 / x2 through the two-dimensional waveform equalization circuit 3 to the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4. (Step S4).

ここで、二次元波形等化回路3は、再生波形信号が図2で想定するインパルス応答hに近づくように二次元等化を行うものであり、この処理によって再生波形信号をそのままビタビ復号する構成に比べて更にエラーレートの低い復号を実現することが可能となる。したがって、エラーレートの観点からは二次元波形等化回路3を設けておくことが望ましいが、回路規模の観点から二次元波形等化回路3を省いてホログラムメモリ再生システム10を構成することもできる。   Here, the two-dimensional waveform equalization circuit 3 performs two-dimensional equalization so that the reproduced waveform signal approaches the impulse response h assumed in FIG. 2, and this processing directly performs Viterbi decoding of the reproduced waveform signal. Compared to the above, it is possible to realize decoding with a lower error rate. Therefore, it is desirable to provide the two-dimensional waveform equalization circuit 3 from the viewpoint of error rate, but the hologram memory reproduction system 10 can be configured by omitting the two-dimensional waveform equalization circuit 3 from the viewpoint of circuit scale. .

次に、二次元ビタビ復号回路4は、図3のトレリス線図に基づいて行方向にビタビ復号を実行する。すなわち、入力された1行1列目および2行1列目の記録ビットの再生波形信号x1/x2と、それぞれに対応する想定波形レベルw1/w2との二乗誤差の和(x1−w1)+(x2−w2)をブランチメトリックとして求め、更に各トレリス状態に至るまでに累積されたブランチメトリック、すなわちパスメトリックに基づいて生き残りパスの決定を行う(ステップS5)。 Next, the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 executes Viterbi decoding in the row direction based on the trellis diagram of FIG. That is, the sum of squared errors (x1−w1) 2 between the input reproduction waveform signals x1 / x2 of the recording bits of the first row and first column and the second row and first column and the corresponding assumed waveform levels w1 / w2 respectively. + (X2-w2) 2 is obtained as a branch metric, and a surviving path is determined based on the branch metric accumulated until reaching each trellis state, that is, the path metric (step S5).

ここで、ビタビ復号において用いられる想定波形レベルw1/w2は、ブランチ毎に定まるビットマップと復号ビットレジスタ6に記憶されたフィードバック行[f1,f2]とから想定波形レベル設定回路7により求められた数値であることは前述の通りである。   Here, the assumed waveform level w1 / w2 used in the Viterbi decoding is obtained by the assumed waveform level setting circuit 7 from the bitmap determined for each branch and the feedback row [f1, f2] stored in the decoding bit register 6. As described above, it is a numerical value.

次に、二次元ビタビ復号回路4のパスメモリ長をLとすると、現在の第j列が第L列より前か後かを判定し(ステップS6)、第j列が第L列よりも後なら、復号ビット行出力回路5が、生き残りパスの第(j−L)列のトレリス状態のビット2行[b1;b2]のうち、1行目のビットb1だけを取り出して復号ビット行として出力する(ステップS7)。   Next, if the path memory length of the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 is L, it is determined whether the current j-th column is before or after the L-th column (step S6), and the j-th column is after the L-th column. Then, the decoded bit row output circuit 5 extracts only the bit b1 of the first row from the bit 2 rows [b1; b2] in the trellis state of the (j−L) th column of the surviving path and outputs it as a decoded bit row. (Step S7).

この復号ビット行は、復号結果そのものであるが、同時に復号ビットレジスタ6にも記憶される(ステップS8)。   This decoded bit row is the decoding result itself, but is also stored in the decoded bit register 6 at the same time (step S8).

以上のS4からS8までの処理を、1列ずつ行方向にずらして進めていき(ステップS9)、パスメモリ長Lの分だけ余分に、すなわち(100+L)列分の復号が終われば(ステップS10)、1行ずつ列方向にずらして(ステップS11)、100行分全ての復号ビット行が得られるまで上記S3からS11の処理を繰り返す(ステップS12)。   The above processing from S4 to S8 is advanced by shifting one column at a time in the row direction (step S9), and when decoding for an extra portion of the path memory length L, that is, (100 + L) columns is completed (step S10). ) Shifting one row at a time in the column direction (step S11), and repeating the processing from S3 to S11 until all 100 decoded bit rows are obtained (step S12).

このとき、1行上の復号ビット行が復号ビットレジスタ6に記憶されているので、これをフィードバック行として次の行のビタビ復号に用いる。   At this time, since the decoded bit row on the first row is stored in the decoded bit register 6, this is used as the feedback row for Viterbi decoding of the next row.

以上の動作により、最終的にページデータとしての復号結果のビットマップが得られる。   With the above operation, a decoding result bit map is finally obtained as page data.

図6は、上記再生動作によって得られたトレリス線図の生き残りパスの一例を示すトレリス線図であり、第24列目までの生き残りパスが決定された状態を示している(生き残りパスは太線で表されている)。第24列目の各トレリス状態に至る生き残りパスは1本ずつ存在するが、3列前(第21列目)にまで遡ればパスは1本に収束していることが分かる。   FIG. 6 is a trellis diagram showing an example of a survivor path of the trellis diagram obtained by the above reproduction operation, and shows a state where survivor paths up to the 24th column are determined (survivor paths are bold lines). Represented). It can be seen that there is one surviving path leading to each trellis state in the 24th column, but the path converges to one when going back 3 columns (21st column).

パスメモリ長L=20とすると、20列前(第4列目)であれば生き残りパスは確実に収束しており、ここでの生き残りトレリス状態[1;0]に対応するビット1および0のうち1行目の1だけが復号ビットとして取り出される。   If the path memory length L = 20, the surviving path is surely converged if it is 20 columns before (the fourth column), and the bits 1 and 0 corresponding to the surviving trellis state [1; 0] here Only 1 in the first row is extracted as a decoded bit.

左端の列(j=1)から順に見ると生き残りパスは[0;0]→[0;1]→[1;0]→[1;0]なので、復号ビット行は「0、0、1、1」である。既に説明した通り、この生き残りパスからは冗長行の復号結果「0、1、0、0」も得られるが、このビット行は信頼性が低いため復号結果とはしない。   When viewed from the leftmost column (j = 1) in order, the surviving path is [0; 0] → [0; 1] → [1; 0] → [1; 0], so the decoded bit row is “0, 0, 1”. 1 ”. As already described, a redundant row decoding result “0, 1, 0, 0” is also obtained from this surviving path, but this bit row is not a decoding result because of its low reliability.

図7のグラフに、二次元ビタビ復号回路4のトレリス状態を定義する行数をパラメータとして、再生信号品質と復号結果のビットエラーレートとの関係を比較評価した実験結果を示す。行数=1は従来技術に、行数=2および3は本実施形態に相当する。   The graph of FIG. 7 shows an experimental result in which the relationship between the reproduction signal quality and the bit error rate of the decoding result is compared and evaluated using the number of rows defining the trellis state of the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 as a parameter. The number of rows = 1 corresponds to the prior art, and the number of rows = 2 and 3 corresponds to this embodiment.

再生対象となるビットマップ(記録ビットマップ)としてはランダムに発生させた0、1のビットマップパターンを用い、この記録ビットマップと想定インパルス応答hとの畳み込み演算により求めた理想波形に白色ガウスノイズを印加して擬似的に再生波形信号を生成した。   As a reproduction target bitmap (recording bitmap), randomly generated 0 and 1 bitmap patterns are used, and a white Gaussian noise is generated in an ideal waveform obtained by convolution of the recording bitmap and the assumed impulse response h. Was applied to generate a reproduced waveform signal in a pseudo manner.

列数は100、すなわち行方向のビタビ復号は100ビット単位で行い、これを1000行分繰り返して、復号されたビットと記録ビットとを比較することによってビットエラーレートを求めた(サンプルビット数=1E+5(1×10)ビット)。また、パスメモリ長L=20とした。 The number of columns is 100, that is, Viterbi decoding in the row direction is performed in units of 100 bits, this is repeated for 1000 rows, and the bit error rate is obtained by comparing the decoded bits with the recorded bits (number of sample bits = 1E + 5 (1 × 10 5 ) bits). Further, the path memory length L = 20.

グラフの横軸は再生波形信号のS/N比(理想波形の分散とノイズの分散との比で定義した値)、縦軸は復号結果のビットエラーレートを表す。   The horizontal axis of the graph represents the S / N ratio of the reproduced waveform signal (a value defined by the ratio between the ideal waveform variance and the noise variance), and the vertical axis represents the bit error rate of the decoding result.

この結果から、従来技術に比べて本実施形態では、同じ信号品質に対してより低いビットエラーレートが得られており(S/N比=18dBにおいて、行数=2および3ではいずれもエラー数が0であったため、グラフにはプロットされていない)、復号能力が高くなっていることが確認できた。   From this result, in this embodiment, a lower bit error rate is obtained for the same signal quality as compared with the prior art (when the S / N ratio = 18 dB, the number of errors is 2 and 3 in both cases) Since it was 0, it was not plotted in the graph), and it was confirmed that the decoding capability was high.

また、トレリス状態の行数を大きくするほどビットエラーレートは低くなり、復号能力が高くなることも確認できた。これは、考慮に入れる画素間干渉の列方向の長さが、行方向のビタビ復号におけるパスメモリ長と類似した作用を持つため、その長さが長いほど復号対象行の復号結果の信頼性が向上するためと考えることができる。回路規模の観点からはトレリス状態を定義する行列の行数は短い方が望ましいが、復号能力の観点からは長い方が望ましいため、システムの要求仕様に応じて適切な行数を設定すればよい。   It was also confirmed that as the number of rows in the trellis state increases, the bit error rate decreases and the decoding capability increases. This is because the length in the column direction of inter-pixel interference to be taken into account has an effect similar to the path memory length in the Viterbi decoding in the row direction, so the longer the length, the more reliable the decoding result of the decoding target row. It can be considered to improve. From the viewpoint of circuit scale, it is desirable that the number of rows of the matrix that defines the trellis state is short, but from the viewpoint of decoding capability, it is desirable that the number of rows is long, so an appropriate number of rows may be set according to the system requirements. .

以上説明したとおり、従来技術のように復号対象行の再生波形信号のみに基づいてブランチメトリックを求めると、その上下の行に対して与える画素間干渉の影響が反映されずに生き残りパスが決定されるため、ページデータ全体としての最尤パスが生き残らない危険性が高くなるのに対し、本実施形態のように復号対象行を含む複数行の再生波形信号から求められる誤差の和をブランチメトリックとしてビタビ復号を行うことにより、列方向に対しても画素間干渉の影響を十分に考慮に入れることができ、エラーレートの低い復号を実現できるという効果を得ることが可能となる。   As described above, when the branch metric is obtained based only on the reproduction waveform signal of the decoding target row as in the conventional technique, the survival path is determined without reflecting the influence of inter-pixel interference on the upper and lower rows. Therefore, the risk that the maximum likelihood path as the entire page data does not survive increases, whereas the sum of errors obtained from the reproduced waveform signals of a plurality of rows including the decoding target row as in this embodiment is used as a branch metric. By performing Viterbi decoding, it is possible to sufficiently take into consideration the influence of inter-pixel interference in the column direction, and it is possible to obtain an effect that decoding with a low error rate can be realized.

〔実施形態2〕
本発明の第2の実施形態について図8から図9に基づいて説明する。
[Embodiment 2]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

上記実施形態1においては、復号ビットレジスタ6に記憶されたフィードバック行を、二次元ビタビ復号回路4のトレリス線図における想定波形レベルを決定するために使用する構成としていた。本実施形態では、フィードバック行を、トレリス線図の遷移禁止ブランチの決定に使用する構成について説明する。   In the first embodiment, the feedback row stored in the decoding bit register 6 is used to determine the assumed waveform level in the trellis diagram of the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4. In the present embodiment, a configuration will be described in which a feedback row is used to determine a transition prohibited branch of a trellis diagram.

図8は、本発明の復号装置および復号方法を適用した本実施形態のホログラムメモリ再生システム11の構成を示すブロック図である。なお、ホログラムメモリ再生システム11の構成要素において、実施形態1におけるホログラムメモリ再生システム10の構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。   FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the hologram memory reproduction system 11 of this embodiment to which the decoding device and decoding method of the present invention are applied. Note that, in the constituent elements of the hologram memory reproducing system 11, constituent elements having functions equivalent to those of the constituent elements of the hologram memory reproducing system 10 in Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

ホログラムメモリ再生システム11がホログラムメモリ再生システム10と異なっている点は、ホログラムメモリ再生システム11では、想定波形レベル設定回路7の代わりに遷移禁止設定回路9が備えられている点と、二次元ビタビ復号回路8が、実施形態1の二次元ビタビ復号回路4とは異なる図9のようなトレリス線図に基づいて構成されている点である。なお、ホログラムメモリ再生システム11のうち、二次元波形等化回路3、二次元ビタビ復号回路8、復号ビット行出力回路5、復号ビットレジスタ6、及び遷移禁止設定回路9は、ビタビ復号装置13を構成しており、遷移禁止設定回路9は遷移制限手段に対応している。   The hologram memory reproduction system 11 is different from the hologram memory reproduction system 10 in that the hologram memory reproduction system 11 includes a transition prohibition setting circuit 9 instead of the assumed waveform level setting circuit 7 and a two-dimensional Viterbi. The decoding circuit 8 is configured based on a trellis diagram as shown in FIG. 9 different from the two-dimensional Viterbi decoding circuit 4 of the first embodiment. In the hologram memory reproduction system 11, the two-dimensional waveform equalization circuit 3, the two-dimensional Viterbi decoding circuit 8, the decoded bit row output circuit 5, the decoded bit register 6, and the transition prohibition setting circuit 9 include the Viterbi decoding device 13. The transition prohibition setting circuit 9 corresponds to transition limiting means.

図9は、二次元ビタビ復号回路8を定義するトレリス線図であり、トレリス状態を表す3行1列の行列は、1行目がフィードバック行、2行目が復号対象行、3行目が冗長行に対応する。   FIG. 9 is a trellis diagram that defines the two-dimensional Viterbi decoding circuit 8. In the 3 × 1 matrix representing the trellis state, the first row is the feedback row, the second row is the decoding target row, and the third row is Corresponds to a redundant row.

なお、図9はフィードバック行が「0、0、1、1」であった場合を示しており、遷移禁止設定回路9による遷移禁止ブランチは、フィードバック行との関係においてとりえないブランチを除去することにより示してある。   FIG. 9 shows a case where the feedback row is “0, 0, 1, 1”, and the transition prohibition branch by the transition prohibition setting circuit 9 removes a branch that cannot be taken in relation to the feedback row. It is shown by

例えば、左端の列におけるフィードバック行のビットは0なので、1行目が1であるトレリス状態に入力するブランチと出力するブランチは全て除去されている。同様に第2列、第3列のフィードバック行のビットはそれぞれ0、1なので、1行目がそれぞれ1、0であるトレリス状態に入出力するブランチは全て除去されている。   For example, since the bit of the feedback row in the leftmost column is 0, all branches that are input to and output from the trellis state in which the first row is 1 are removed. Similarly, since the bits of the feedback rows in the second column and the third column are 0 and 1, respectively, all branches that are input and output in the trellis state in which the first row is 1 and 0 are all removed.

なお、除去されていないブランチの想定波形レベルは、ブランチにつながっている2つのトレリス状態のみから決定されるため、フィードバック行によって変化しない固定値であり、実施形態1のように想定波形レベルを計算する構成やルックアップテーブルのためのメモリは不要となる。   Since the assumed waveform level of the branch that has not been removed is determined only from the two trellis states connected to the branch, it is a fixed value that does not change depending on the feedback row, and the assumed waveform level is calculated as in the first embodiment. And a memory for the lookup table and the lookup table are not necessary.

但し、トレリス状態は8状態であり、実施形態1の4状態(図3参照)に比べて2倍の状態数が必要となる。なお、トレリス状態数は8状態と増えているが、各トレリス状態に入出力するブランチの数はいずれも4本ずつであり実施形態1の場合と比較して増加していないため、誤り遷移を起こす危険性は実施形態1と同等である。従って、実施形態1と同様に、エラーレートの低い復号が実現されるという効果が得られるものである。   However, the trellis state is 8 states, and the number of states is twice that of the 4 states of the first embodiment (see FIG. 3). Although the number of trellis states has increased to eight, the number of branches input to and output from each trellis state is four each, and the number of trellis states has not increased compared to the case of the first embodiment. The risk of occurrence is the same as in the first embodiment. Therefore, as in the first embodiment, the effect that decoding with a low error rate is realized can be obtained.

図8に示した上記構成のホログラムメモリ再生システム11による再生動作は、実施形態1において図5のフローチャートで示した再生動作とほぼ同じであるため詳細な説明は省略するが、図5のステップS5に相当する処理が異なっている。すなわち、二次元ビタビ復号回路8では、図3ではなく図9のトレリス線図に基づいてビタビ復号が実行される点が異なっている。更に言えば、遷移禁止設定回路9によって遷移禁止ブランチが設定されている点に相違がある。   The reproducing operation by the hologram memory reproducing system 11 having the above-described configuration shown in FIG. 8 is substantially the same as the reproducing operation shown in the flowchart of FIG. 5 in the first embodiment, and thus detailed description is omitted, but step S5 of FIG. The processing corresponding to is different. That is, the two-dimensional Viterbi decoding circuit 8 is different in that Viterbi decoding is executed based on the trellis diagram of FIG. 9 instead of FIG. Furthermore, there is a difference in that the transition prohibition branch is set by the transition prohibition setting circuit 9.

上記実施形態1の構成では、フィードバック行に応じて想定波形レベルが変化するため、そのつど想定波形レベルを変えてブランチメトリックを算出する必要があるのに対し、実施形態2の構成では、フィードバック行に応じて想定波形レベルは変化せず、トレリス状態のみから想定波形レベルが定まるため、ブランチメトリックの算出式自体は実施形態1と同じ(x1−w1)+(x2−w2)であるが、w1及びw2がブランチ毎に予め定まった固定値である点が異なっている。 In the configuration of the first embodiment, since the assumed waveform level changes according to the feedback line, it is necessary to calculate the branch metric by changing the assumed waveform level each time, whereas in the configuration of the second embodiment, the feedback line is changed. Since the assumed waveform level does not change according to, and the assumed waveform level is determined only from the trellis state, the branch metric calculation formula itself is the same as (x1−w1) 2 + (x2−w2) 2 in the first embodiment. , W1 and w2 are different in that they are fixed values determined in advance for each branch.

なお、上記実施形態1及び2において説明したホログラムメモリ再生システム10・11では、復号ビットレジスタ6が1つ上の行の復号結果だけを記憶して、フィードバック行を1行だけ用いる構成としていたが、列方向の画素間干渉の影響をより多く考慮に入れるために、2行以上の複数の復号結果を記憶するようにして、より多くのフィードバック行を用いる構成としてもよい。これにより、復号能力を更に向上することが可能となる。   In the hologram memory reproducing systems 10 and 11 described in the first and second embodiments, the decoding bit register 6 stores only the decoding result of the upper row and uses only one feedback row. In order to take into account more the influence of inter-pixel interference in the column direction, a plurality of feedback results may be stored by storing a plurality of decoding results of two or more rows. Thereby, the decoding capability can be further improved.

また、上記実施形態1及び2において説明したホログラムメモリ再生システム10・11では、復号ビット行出力回路5が1行だけを復号対象行として出力する構成としていたが、トレリス状態の行数を増やすことによって、複数の行を復号対象行として出力する構成としてもよい。この場合、行方向のビタビ復号が右端まで終了したら、次のビタビ復号は複数行だけ下にずらして実行されることになる。これにより、同時に復号される行数が増えるため復号速度が数倍になり、より高速な再生が実現できる。   In the hologram memory reproducing systems 10 and 11 described in the first and second embodiments, the decoding bit row output circuit 5 outputs only one row as a decoding target row. However, the number of rows in the trellis state is increased. Thus, a configuration may be adopted in which a plurality of rows are output as decoding target rows. In this case, when the Viterbi decoding in the row direction is completed to the right end, the next Viterbi decoding is executed while being shifted downward by a plurality of rows. As a result, the number of rows decoded at the same time increases, so that the decoding speed increases several times and higher speed reproduction can be realized.

また、上記実施形態1及び2において説明したホログラムメモリ再生システム10・11では、行方向で二次元ビタビ復号を実行し、これを列方向に繰り返すことによって二次元再生信号全体を復号したが、行および列の定義自体に意味はないので、行と列を入れ替えた構成であっても構わないことはもちろんである。また、説明で用いた上下、左右の関係にも意味はなく、上と下、左と右を入れ替えた構成であっても当然構わない。   In the hologram memory reproducing systems 10 and 11 described in the first and second embodiments, the entire two-dimensional reproduction signal is decoded by executing two-dimensional Viterbi decoding in the row direction and repeating this in the column direction. Since the definition of the column itself has no meaning, it is needless to say that the configuration may be such that the row and the column are interchanged. Further, the relationship between the upper and lower sides and the left and right used in the description has no meaning, and a configuration in which the upper and lower sides and the left and right sides are interchanged is naturally acceptable.

また、上記実施形態1及び2において説明したホログラムメモリ再生システム10・11では、図2のようなインパルス応答hに基づいてブランチの想定波形レベルを決定するものであったが、本発明は想定インパルス応答には依らないことはもちろんであり、想定インパルス応答に応じて想定波形レベルを適切な値に設定するべきことは言うまでもない。   In the hologram memory reproducing systems 10 and 11 described in the first and second embodiments, the assumed waveform level of the branch is determined based on the impulse response h as shown in FIG. Needless to say, the assumed waveform level should be set to an appropriate value in accordance with the assumed impulse response.

また、上記実施形態1及び2では、再生システムの例としてホログラムメモリシステムについて説明したが、再生システムはこれに限らず、二次元信号の再生を行うシステムにおいて等しくその効果を発揮することができる。すなわち、他の再生システムとしてQRコードに代表される二次元バーコード再生システムなどにも本発明を適用することができる。   In the first and second embodiments, the hologram memory system has been described as an example of the reproduction system. However, the reproduction system is not limited to this, and the same effect can be achieved in a system that reproduces a two-dimensional signal. That is, the present invention can be applied to a two-dimensional barcode reproduction system represented by a QR code as another reproduction system.

また、上記実施形態1及び2において説明したホログラムメモリ再生システム10・11の各ブロックは、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにコンピュータを用いてソフトウェアによって実現してもよい。   Each block of the hologram memory reproducing systems 10 and 11 described in the first and second embodiments may be configured by hardware logic, or may be realized by software using a computer as follows.

すなわち、復号装置(図1のホログラムメモリ再生システム10、あるいは図8のホログラムメモリ再生システム11のうち、ホログラムメモリ再生装置1及びバッファメモリ2を除いた装置)は、この装置の各機能を実現するビタビ復号プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置などを備えたコンピュータによって実現することもできる。   That is, the decoding apparatus (the apparatus excluding the hologram memory reproducing apparatus 1 and the buffer memory 2 in the hologram memory reproducing system 10 in FIG. 1 or the hologram memory reproducing system 11 in FIG. 8) realizes each function of this apparatus. CPU (central processing unit) that executes Viterbi decoding program instructions, ROM (read only memory) that stores the program, RAM (random access memory) that expands the program, memory that stores the program and various data, etc. It can also be realized by a computer having a storage device or the like.

つまり、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである復号プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、コンピュータに供給し、そのコンピュータが記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても達成可能である。   That is, an object of the present invention is to supply a computer with a recording medium in which a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a decoding program, which is software that realizes the above-described functions, is readable by a computer. This can also be achieved by the computer reading and executing the program code recorded on the recording medium.

このように本明細書において、手段とは必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能がソフトウェアによって実現される場合も含む。さらに、一つの手段の機能が二つ以上の物理的手段により実現されても、もしくは二つ以上の手段の機能が一つの物理的手段により実現されてもよい。   Thus, in this specification, the means does not necessarily mean physical means, but includes cases where the functions of the means are realized by software. Further, the function of one means may be realized by two or more physical means, or the functions of two or more means may be realized by one physical means.

以上のように、本発明のビタビ復号装置は、二次元の再生信号から記録ビットを復号する装置であって、ビットの行列で定義されるトレリス状態の行方向への遷移で表現されるトレリス線図を用いて、各トレリス状態の遷移に対応する複数行の想定波形レベルと再生信号との誤差の和をブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号手段と、前記ビタビ復号手段により決定された生き残りパスからN行(Nはトレリス状態の行数よりも小さな自然数)だけを復号ビット行として出力する復号ビット出力手段とを備え、前記トレリス状態をN行ずつ列方向にずらしながら前記ビタビ復号手段と前記復号ビット出力手段の処理を繰り返す構成である。   As described above, the Viterbi decoding device of the present invention is a device for decoding recorded bits from a two-dimensional reproduction signal, and a trellis line expressed by a transition in the row direction of a trellis state defined by a bit matrix. Viterbi decoding means for performing Viterbi decoding using the sum of errors between a plurality of assumed waveform levels corresponding to each trellis state transition and the reproduced signal as a branch metric using the figure, and the surviving path determined by the Viterbi decoding means Decoding bit output means for outputting only N rows (N is a natural number smaller than the number of rows in the trellis state) as decoded bit rows, while shifting the trellis state in the column direction by N rows and the Viterbi decoding means and In this configuration, the process of the decoded bit output means is repeated.

また、本発明のビタビ復号装置は、前記復号ビット出力手段が出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶手段と、前記ビタビ復号手段における前記想定波形レベルを、前記復号ビット記憶手段が記憶する復号ビット行に基づいて可変設定する想定波形レベル設定手段とをさらに備えていてもよい。   Further, the Viterbi decoding device of the present invention includes a decoded bit storage unit that stores the decoded bit row output from the decoded bit output unit, and a decoding bit storage unit that stores the assumed waveform level in the Viterbi decoding unit. There may be further provided an assumed waveform level setting means for variably setting based on the bit row.

また、本発明のビタビ復号装置は、前記復号ビット出力手段が出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶手段と、前記ビタビ復号手段における前記遷移のうち、前記復号ビット記憶手段が記憶する復号ビット行に対応する遷移を禁止する遷移禁止手段とをさらに備えていてもよい。   In addition, the Viterbi decoding device of the present invention includes a decoded bit storage unit that stores a decoded bit row output from the decoded bit output unit, and a decoded bit stored in the decoded bit storage unit among the transitions in the Viterbi decoding unit. Transition prohibiting means for prohibiting transition corresponding to the row may be further provided.

また、本発明のビタビ復号装置は、前記復号ビット出力手段が出力する復号ビット行NがN=1であってもよい。   In the Viterbi decoding device of the present invention, the decoded bit row N output from the decoded bit output means may be N = 1.

なお、前記ビタビ復号手段は、所定の二次元インパルス応答に基づいて前記遷移に対応する想定波形レベルが定められていてもよい。   The Viterbi decoding means may have an assumed waveform level corresponding to the transition based on a predetermined two-dimensional impulse response.

また、本発明のビタビ復号装置は、再生信号が前記所定の二次元インパルス応答に近づくように二次元波形等化を行う波形等化手段をさらに備えていてもよい。   In addition, the Viterbi decoding apparatus of the present invention may further include waveform equalization means for performing two-dimensional waveform equalization so that a reproduction signal approaches the predetermined two-dimensional impulse response.

本発明のビタビ復号方法は、ビットの行列で定義されるトレリス状態の行方向への遷移で表現されるトレリス線図を用いて二次元の再生信号から記録ビットを復号する方法であって、各トレリス状態の遷移に対応する複数の想定波形レベルと再生信号との誤差の和をブランチメトリックとしてビタビ復号を行うステップと、前記ビタビ復号により決定された生き残りパスからN行(Nはトレリス状態の行数より小さな自然数)だけを復号ビット行として出力するステップと、上記の2つのステップをN行ずつ列方向にずらしながら繰り返させるステップとを含んでいる。   The Viterbi decoding method of the present invention is a method for decoding recorded bits from a two-dimensional reproduction signal using a trellis diagram expressed by a transition in the row direction of a trellis state defined by a bit matrix, A step of performing Viterbi decoding using a sum of errors between a plurality of assumed waveform levels corresponding to trellis state transitions and a reproduction signal as a branch metric, and N rows (N is a row in the trellis state) from the surviving paths determined by the Viterbi decoding Only a natural number smaller than the number) is output as decoded bit rows, and the above two steps are repeated while shifting in the column direction by N rows.

上記ビタビ復号装置およびビタビ復号方法によれば、復号対象行を含む上下の複数行の再生波形信号に基づいてビタビ復号が行われるので、列方向に関しても画素間干渉の影響を十分に考慮に入れた、最尤復号に近い低エラーレートの復号を実現することが可能となる。   According to the above Viterbi decoding apparatus and Viterbi decoding method, Viterbi decoding is performed based on reproduced waveform signals of a plurality of upper and lower rows including a decoding target row, so that the influence of inter-pixel interference is sufficiently taken into account in the column direction as well. In addition, it is possible to realize decoding with a low error rate close to maximum likelihood decoding.

また、復号結果のビット行を記憶しておき、その下の行のビタビ復号の想定波形レベルの決定や禁止遷移の決定に用いる構成とすることによって、回路規模を削減しつつ、更に低エラーレートの復号を実現することが可能となる。   Further, by storing a bit row of the decoding result and using it for determining the assumed waveform level of Viterbi decoding in the row below and determining the prohibited transition, the circuit scale can be reduced and the error rate can be further reduced. Can be realized.

また、再生波形信号が想定インパルス応答に近づくように二次元等化を行う構成とすることによって、再生波形信号をそのままビタビ復号する構成に比べて更にエラーレートの低い復号を実現することが可能となる。   Further, by adopting a configuration that performs two-dimensional equalization so that the reproduced waveform signal approaches the assumed impulse response, it is possible to realize decoding with a lower error rate than a configuration in which the reproduced waveform signal is directly Viterbi-decoded. Become.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明のビタビ復号装置及びビタビ復号方法によれば、二次元信号に対してエラーレートの低い復号が行えるので、二次元信号を再生するホログラムメモリ再生装置、QRコードに代表される二次元バーコード再生装置などに適用できる。   According to the Viterbi decoding apparatus and the Viterbi decoding method of the present invention, a two-dimensional signal can be decoded with a low error rate. Therefore, a hologram memory reproducing apparatus for reproducing a two-dimensional signal, a two-dimensional barcode represented by a QR code It can be applied to a playback device.

本発明の第1実施形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a hologram memory reproduction system according to a first embodiment of the present invention. 図1のホログラムメモリ再生システムの想定インパルス応答を示す図である。It is a figure which shows the assumed impulse response of the hologram memory reproduction system of FIG. 図1のホログラムメモリ再生システムでの二次元ビタビ復号の動作を表現するトレリス線図である。FIG. 2 is a trellis diagram expressing the operation of two-dimensional Viterbi decoding in the hologram memory reproduction system of FIG. 1. 図3のトレリス線図の想定波形レベルを求める計算例を説明する図である。It is a figure explaining the example of calculation which calculates | requires the assumption waveform level of the trellis diagram of FIG. 図1のホログラムメモリ再生システムの再生動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a reproduction operation of the hologram memory reproduction system of FIG. 1. 図1のホログラムメモリ再生システムの再生動作によって得られた生き残りパスの一例を示すトレリス線図である。FIG. 3 is a trellis diagram showing an example of a surviving path obtained by the reproducing operation of the hologram memory reproducing system of FIG. 1. 本発明の効果を検証するために行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result performed in order to verify the effect of this invention. 本発明の第2実施形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the hologram memory reproduction system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図8のホログラムメモリ再生システムでの二次元ビタビ復号の動作を表現するトレリス線図である。FIG. 9 is a trellis diagram representing the operation of two-dimensional Viterbi decoding in the hologram memory reproduction system of FIG. 8. 従来のホログラムメモリ記録再生装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional hologram memory recording / reproducing apparatus. 従来のホログラムメモリ再生システムの想定インパルス応答を示す図である。It is a figure which shows the assumed impulse response of the conventional hologram memory reproduction | regeneration system. 従来の判定帰還ビタビ復号法を表現するトレリス線図である。It is a trellis diagram expressing the conventional decision feedback Viterbi decoding method.

符号の説明Explanation of symbols

1 ホログラムメモリ再生装置(再生装置)
2 バッファメモリ
3 二次元波形等化回路(波形等化手段)
4 二次元ビタビ復号回路(ビタビ復号手段)
5 復号ビット行出力回路(復号ビット出力手段)
6 復号ビットレジスタ(復号ビット記憶手段)
7 想定波形レベル設定回路(想定信号値設定手段)
8 二次元ビタビ復号回路(ビタビ復号手段)
9 遷移禁止設定回路(遷移制限手段)
10 ホログラムメモリ再生システム(再生システム)
11 ホログラムメモリ再生システム(再生システム)
12 ビタビ復号装置
13 ビタビ復号装置
1 Hologram memory playback device (playback device)
2 Buffer memory 3 Two-dimensional waveform equalization circuit (waveform equalization means)
4 Two-dimensional Viterbi decoding circuit (Viterbi decoding means)
5 Decoded bit row output circuit (decoded bit output means)
6 Decoding bit register (decoding bit storage means)
7 Assumed waveform level setting circuit (assumed signal value setting means)
8 Two-dimensional Viterbi decoding circuit (Viterbi decoding means)
9 Transition prohibition setting circuit (transition restriction means)
10 Hologram memory reproduction system (reproduction system)
11 Hologram memory reproduction system (reproduction system)
12 Viterbi decoding device 13 Viterbi decoding device

Claims (9)

ページデータの二次元再生信号をビタビ復号するビタビ復号装置において、
前記ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、前記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号手段と、
前記ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、前記復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力手段とを備え
前記ビタビ復号手段および復号ビット出力手段は、前記復号対象行を前記ページデータの列方向に順次ずらしながら前記各動作を行い、
直前の復号対象行に関して前記復号ビット出力手段が出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶手段と、
前記復号ビット記憶手段が記憶する復号ビット行に基づいて、前記ビタビ復号手段において想定するトレリス状態の遷移を制限する遷移制限手段とをさらに備えることを特徴とするビタビ復号装置。
In a Viterbi decoding device for Viterbi decoding a two-dimensional reproduction signal of page data,
Viterbi that performs Viterbi decoding based on a transition of trellis states related to a plurality of rows including a decoding target row in the page data, using a sum of errors of reproduction signals for a plurality of assumed signal values assumed in the transition as a branch metric of the transition Decryption means;
Of the paths that survived the Viterbi decoding, the decoding bit output means for outputting the decoding bit row corresponding to the decoding target row as a decoding result ,
The Viterbi decoding means and the decoded bit output means perform the operations while sequentially shifting the decoding target row in the column direction of the page data,
Decoded bit storage means for storing the decoded bit row output by the decoded bit output means with respect to the immediately preceding decoding target row;
A Viterbi decoding device further comprising: a transition restriction unit that restricts a transition of a trellis state assumed in the Viterbi decoding unit based on a decoded bit row stored in the decoded bit storage unit.
ページデータの二次元再生信号をビタビ復号するビタビ復号装置において、In a Viterbi decoding device for Viterbi decoding a two-dimensional reproduction signal of page data,
前記ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、前記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号手段と、  Viterbi that performs Viterbi decoding based on a transition of trellis states related to a plurality of rows including a decoding target row in the page data, using a sum of errors of reproduction signals for a plurality of assumed signal values assumed in the transition as a branch metric of the transition. Decryption means;
前記ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、前記復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力手段とを備え、  A decoding bit output means for outputting a decoded bit row corresponding to the decoding target row as a decoding result among paths that survive the Viterbi decoding;
前記ビタビ復号手段および復号ビット出力手段は、前記復号対象行を前記ページデータの列方向に順次ずらしながら前記各動作を行い、  The Viterbi decoding unit and the decoded bit output unit perform the operations while sequentially shifting the decoding target row in the column direction of the page data,
直前の復号対象行に関して前記復号ビット出力手段が出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶手段と、  Decoded bit storage means for storing the decoded bit row output by the decoded bit output means with respect to the immediately preceding decoding target row;
前記復号ビット記憶手段が記憶する復号ビット行に基づいて、前記ビタビ復号手段において使用する想定信号値を設定する想定信号値設定手段とをさらに備えることを特徴とするビタビ復号装置。  The Viterbi decoding apparatus further comprising: an assumed signal value setting unit that sets an assumed signal value used in the Viterbi decoding unit based on a decoded bit row stored in the decoded bit storage unit.
前記復号対象行は、前記ページデータの1行分であることを特徴とする請求項1または2に記載のビタビ復号装置。The Viterbi decoding apparatus according to claim 1, wherein the decoding target row is one row of the page data. 復号対象となる二次元再生信号を、所定の二次元インパルス応答に近づけるように二次元波形等化する波形等化手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のビタビ復号装置。The waveform equalization means for equalizing a two-dimensional waveform so that a two-dimensional reproduction signal to be decoded is approximated to a predetermined two-dimensional impulse response is further provided. Viterbi decoding device. 請求項1から4の何れか1項に記載のビタビ復号装置と、A Viterbi decoding device according to any one of claims 1 to 4,
二次元記録媒体から二次元再生を行うことにより前記二次元再生信号を再生する再生装置とを備えることを特徴とする再生システム。  A reproduction system comprising: a reproduction device that reproduces the two-dimensional reproduction signal by performing two-dimensional reproduction from a two-dimensional recording medium.
ページデータの二次元再生信号をビタビ復号するビタビ復号方法において、  In a Viterbi decoding method for Viterbi decoding a two-dimensional reproduction signal of page data,
前記ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、前記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号処理と、  Viterbi that performs Viterbi decoding based on a transition of trellis states related to a plurality of rows including a decoding target row in the page data, using a sum of errors of reproduction signals for a plurality of assumed signal values assumed in the transition as a branch metric of the transition. Decryption processing,
前記ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、前記復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力処理とを含み、  A decoding bit output process for outputting a decoding bit row corresponding to the decoding target row as a decoding result among paths that survived the Viterbi decoding;
直前の復号対象行に関して前記復号ビット出力処理において出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶処理と、  A decoded bit storage process for storing the decoded bit line output in the decoded bit output process with respect to the immediately preceding decoding target line;
前記復号ビット記憶処理において記憶する復号ビット行に基づいて、前記ビタビ復号処理において想定するトレリス状態の遷移を制限する遷移制限処理とをさらに含み、  A transition restriction process for restricting a transition of a trellis state assumed in the Viterbi decoding process based on a decoded bit row stored in the decoded bit storage process;
前記ビタビ復号処理および復号ビット出力処理を、前記復号対象行を前記ページデータの列方向に順次ずらしながら行うことを特徴とするビタビ復号方法。  The Viterbi decoding method, wherein the Viterbi decoding process and the decoded bit output process are performed while sequentially shifting the decoding target row in the column direction of the page data.
ページデータの二次元再生信号をビタビ復号するビタビ復号方法において、  In a Viterbi decoding method for Viterbi decoding a two-dimensional reproduction signal of page data,
前記ページデータにおける復号対象行を含む複数行に関するトレリス状態の遷移に基づき、前記遷移において想定される複数の想定信号値に対する各再生信号の誤差の和を当該遷移のブランチメトリックとしてビタビ復号を行うビタビ復号処理と、  Viterbi that performs Viterbi decoding based on a transition of trellis states related to a plurality of rows including a decoding target row in the page data, using a sum of errors of reproduction signals for a plurality of assumed signal values assumed in the transition as a branch metric of the transition. Decryption processing,
前記ビタビ復号の結果生き残ったパスのうち、前記復号対象行に対応する復号ビット行を復号結果として出力する復号ビット出力処理と、  Of the paths that survived the Viterbi decoding, a decoded bit output process for outputting a decoded bit row corresponding to the decoding target row as a decoding result;
直前の復号対象行に関して前記復号ビット出力処理において出力した復号ビット行を記憶する復号ビット記憶処理と、A decoded bit storage process for storing the decoded bit line output in the decoded bit output process with respect to the immediately preceding decoding target line;
前記復号ビット記憶処理において記憶する復号ビット行に基づいて、前記ビタビ復号処理において使用する想定信号値を設定する想定信号値設定処理とを含み、  An assumed signal value setting process for setting an assumed signal value to be used in the Viterbi decoding process based on the decoded bit row stored in the decoded bit storage process,
前記ビタビ復号処理および復号ビット出力処理を、前記復号対象行を前記ページデータの列方向に順次ずらしながら行うことを特徴とするビタビ復号方法。  The Viterbi decoding method, wherein the Viterbi decoding process and the decoded bit output process are performed while sequentially shifting the decoding target row in the column direction of the page data.
請求項1から4の何れか1項に記載のビタビ復号装置としてコンピュータを動作させるために、コンピュータを前記各手段として機能させるためのビタビ復号プログラム。  A Viterbi decoding program for causing a computer to function as each of the means for operating the computer as the Viterbi decoding device according to any one of claims 1 to 4. 請求項8に記載のビタビ復号プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。  A computer-readable recording medium on which the Viterbi decoding program according to claim 8 is recorded.
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