JP4660605B2 - 復号装置、復号方法及び磁気ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＤＰＣ（Low Density Parity Check：低密度パリティチェック）符号化方式により符号化されたデータを復号する復号装置、復号方法及び磁気ディスク装置に関する。

デジタルデータ（符号化データ）の記録・再生の際は、外部のノイズ等によりデジタルデータに誤りが発生することがある。そのため、このような誤りを検出・訂正するために誤り訂正符号が用いられている。誤り訂正符号では、符号化の際にデータに対して冗長データを付加し、復号化の際にはこの冗長データを基にデータの誤りを訂正する。

この誤り訂正符号の一例としてＬＤＰＣ符号がある。ＬＤＰＣ符号とは、疎な検査行列によって定義されるブロック符号であり、反復復号処理によって復号される。ＬＤＰＣ符号の利点は、例えば、シャノン限界に近い優れた復号性能を持つことや、ハードウエアによる高速復号に適した並列処理可能な構造を持つことなどがある。

しかし、復号対象系列が符号語で無い場合は、復号処理を多数回繰り返しても誤りは訂正できない。そのため、復号不可能な符号語に関して復号処理の初期段階で復号を停止させる復号装置が特許文献１で提案されている。

特許文献１には、いくつかのデジタル・ノードで構成され、チェックノードとバリアブルノードとの間の二部グラフによって表されるＬＤＰＣ符号化符号語の復号を制御する方法が記載されている。ここでは、バリアブルノードとチェックノードとの間で反復的に交換されるメッセージを更新し、更に、各反復処理において、各バリアブルノード毎に、当該バリアブルノードによって受け取られた全ての入射メッセージおよび対応するデジタルデータの第１の総和を計算し、第１の総和の絶対値の全ての第２の総和を計算し、および第２の総和が連続する２つの反復処理の間に変化しないかあるいは減少する場合で、かつ、所定のしきい条件が満たされる場合に、復号処理を停止する。

特表２００８−５３９６２３号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、復号処理を停止するか否かを判定するための基準である第２の総和は各バリアブルノード毎に当該バリアブルノードによって受け取られた全ての入射メッセージおよび対応するデジタルデータの第１の総和を計算しなければならず、演算に時間が係るという課題がある。

上記の課題を解決するために、本発明は復号対象系列が符号語ではないことを簡単な構成で検出して、検出結果に応じてＬＤＰＣ復号を制御することができる復号装置、復号方法及び磁気ディスク装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による復号装置は、符号を繰り返し復号による反復処理で復号するとともに、検査行列を用いて復号結果のパリティチェックを行う復号手段と、前記復号手段による検査行列の各行のパリティチェック結果に基いて前記復号手段を制御する制御手段とを具備する。

本発明の一態様による復号方法は、符号を繰り返し復号による反復処理で復号するとともに、検査行列を用いて復号結果のパリティチェックを行う復号ステップと、前記復号ステップによる検査行列の各行のパリティチェック結果に基いて前記復号ステップを制御する制御ステップとを具備する。

本発明の一態様による磁気ディスク装置は、磁気ディスクからデータを読み取る磁気ヘッドと、磁気ヘッドの出力データからユーザデータを抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出されたユーザデータを繰り返し復号による反復処理で復号するとともに、検査行列を用いて復号結果のパリティチェックを行う復号手段と、前記抽出手段により抽出されたユーザデータが符号語であるか否かを、前記復号手段による検査行列の各行のパリティチェック結果に基いて検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応じて前記復号手段を制御する制御手段とを具備する。

以上説明したように本発明によれば、復号対象系列が符号語ではないことを簡単な構成で検出して、検出結果に応じてＬＤＰＣ復号を制御することができる。

本発明の実施形態に係るハードディスク装置のリードデータ系の構成を示すブロック図である。 セクタデータの構成を示す図。 セクタデータのライト中に電源遮断やライト中断が発生した場合のセクタデータの構成を示す図。 リード時にシンクマークが誤検出された場合のセクタデータの構成を示す図。 ＬＤＰＣ復号過程でのパリティチェックの様子を示す図。 ＬＤＰＣ復号の繰り返し回数とパリティチェック通過率の推移の様子を示す図。 本実施形態のＬＤＰＣ復号動作を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明による復号装置、復号方法及び磁気ディスク装置の一実施形態を説明する。実施形態としては、磁気ディスク装置、例えばハードディスク装置に応用された復号装置の例を説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るハードディスク装置のリードデータ系の構成を示すブロック図である。リードデータ系とは、メディアの信号を再生してパーソナルコンピュータ等のホストシステムに転送する系である。ホストシステムから送られてくるデータをメディアに記録するライトデータ系、及びディスク上のアドレス制御に関するサーボ制御系は復号には直接関係しないとともに、周知の構成を採用できるので、説明は省略する。また、図示してはいないが、図１の全体を制御するＣＰＵもリードデータ系には含まれる。

ハードディスク装置はホストシステムとしてのパーソナルコンピュータの筐体内に配置される内蔵型でもよいし、筐体外に配置される外付け型のいずれでもよい。

磁気ディスク１０の例えば上側の表面はデータが磁気記録される記録面をなしている。磁気ディスク１０の記録面に対応して磁気ヘッド（図示せず）が配置されている。磁気ヘッドは、磁気ディスク１０へのデータ書き込み（データ記録）及び磁気ディスク１０からのデータ読み出し（データ再生）に用いられる。なお、磁気ディスク１０の下側の表面も記録面をなし、その記録面に対応して同様のヘッドが配置されている。また、単一の磁気ディスク１０を備えたハードディスク装置を示しているが、磁気ディスク１０が複数枚積層配置されたハードディスク装置であっても構わない。

磁気ディスク１０は図示せぬスピンドルモータにより高速に回転させられる。磁気ヘッドはヘッド移動機構としてのアクチュエータ（図示せず）に取り付けられている。

磁気ヘッドから読み出した信号はヘッドアンプ（ヘッドＩＣ）１４に供給され、再生信号が検出、増幅される。

ヘッドアンプ１４の出力は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換ののちシンクマーク検出回路１６に供給され、セクタデータのシンクマークが検出される。

セクタデータの構成の一例を図２に示す。セクタデータはプリアンブル４２、シンク（sync）マーク４４、ユーザデータ４６、エラー訂正符号（ＥＣＣ）４８、ポストアンブル５０からなる。プリアンブル４２は、再生時に使うＰＬＬ回路の同期信号を作るためのもので、１０〜２０バイトのデータで構成される。シンクマーク４４は、再生時にユーザデータ４６の先頭を見つけるためのコードである。ユーザデータ４６がＲＬＬ符号化されている場合、コードグループの境界、つまり変調後データの区切りが重要なため、シンクマーク４４を使ってユーザデータ４６の始まりを示す。シンクマーク４４が検出されないと、ユーザデータ４６が再生できないので、シンクマーク４４に数ビット程度の誤りがあっても認識できるように、あらかじめ設定したビット数以上の一致が検出されればＯＫと判定する。ユーザデータ４６はホストシステムから送られてくるデータで、例えば５１２バイト固定である。ＥＣＣデータ４８はエラー訂正用のデータであり、このデータ長を長くすればするほど強力な訂正能力が得られるが、フォーマット効率（ディスクメディアの全物理長に占めるデータの割合）が小さくなるので、ユーザデータ長の一割程度である。ユーザデータ４６にエラー訂正符号４８を付加したものが誤り訂正対象の符号語となる。ポストアンブル５０はＰＲＭＬのＭＬ判定を終了させるためのものであり、５〜１０バイト程度である。

シンクマーク検出回路１６で検出されたシンク位置を伴った再生信号が波形等化器１８に供給される。波形等化器１８は磁気ヘッドからの再生信号を使用するＰＲ特性に合わせ込む（波形等化する）ＦＩＲ型フィルタからなる。磁気ディスク１０の再生信号特性と似通ったＰＲ特性を選択することにより、等化による雑音成分の増幅が抑制される。波形等化器１８は再生信号を目標のＰＲ特性（ＰＲクラス）に応じた応答波形（パーシャルレスポンス波形信号）に波形等化する。

波形等化器１８の出力がエラー訂正回路の１種である最尤復号器（ビタビ復号器）２０に供給される。ＬＤＰＣ符号を用いた記録再生系でのビタビ復号器は、ＬＤＰＣ復号の反復処理のために、二値の判定を行なうビタビ復号器ではなく、“０”らしさ、または“１”らしさを出力する軟判定ビタビ復号器を用いる。そのため、ビタビ復号器２０は軟判定値を出力する。

ビタビ復号器２０により得られた復号対象系列の軟判定値はＬＤＰＣ復号器２２でＬＤＰＣ復号処理が複数回繰り返され、復号結果がＲＬＬ復調器２４に供給される。

ＲＬＬ復調器２４ではＲＬＬ変調の逆の処理（復調）が行われ、記録したデータが得られる。その後、例えばＡＴＡ（ＩＤＥ）バスを介してホストシステムに供給される。

ＬＤＰＣ復号器２２からはパリティチェック結果、繰り返し回数が符号語検出回路２８に供給され、符号語検出回路２８からはその検出結果がＬＤＰＣ復号器２２に供給される。符号語検出回路２８の検出結果はシンクマーク４４調整回路３０にも供給される。シンクマーク４４調整回路３０はシンクマーク検出回路１６を制御して、シンクマーク４４の検出位置を調整する。

次に、実施形態の動作を説明する。

一般に、磁気ディスク装置においてあるセクタデータのライト中に、電源遮断やライト動作が中断された場合、ディスク上のセクタデータが途中まで上書きされ、図３（ｂ）に示すように、セクタデータが符号語＃１と符号語＃２とから構成されることがある。正常にライト動作が行なわれた場合は、図３（ａ）に示すように、セクタデータは全て符号語＃１となる。符号語＃１のＬＤＰＣパリティビットと、符号語＃２のＬＤＰＣパリティビットは全く別物であるため、図３（ｂ）のようなセクタデータはＬＤＰＣ復号が成り立たずに破綻し、その結果、図３（ｂ）のようなセクタデータは誤り訂正能力が高いＬＤＰＣ復号をいくら繰り返しても誤りは０にはならず、訂正不可能となる可能性が高い。

また、リード時の誤り発生パターンによってはシンクマークを正しく検出することができず、図４（ｂ）に示すようにリードしたセクタデータが単一の符号語ではなく２つの符号語からなることもある。図４（ａ）は正しくシンクマークが検出された場合のセクタデータを示す。図４（ｂ）の場合もＬＤＰＣ復号を繰り返しても誤りは０にはならず、訂正不可能となる可能性が高い。

このようにリードデータが単一の符号語ではなく、複数の符号語から構成され、明らかに訂正不可能な場合、早期にその判別を行ない、ＬＤＰＣ復号を終了したり、再リード（リトライ）の際にシンクパターンをずらすことにより、効率よくＬＤＰＣ復号を行うことができ、リード動作のパフォーマンスを向上させることができる。

図５にＬＤＰＣ復号過程でのパリティチェックの様子を示す。検査行列は、“１”が立っている位置に該当する復号系列の位置の硬判定結果を使って、行方向にパリティチェックを行ない、パリティ方程式が満たされているかどうかを判別する。硬判定結果が間違っていれば、パリティチェック結果はＮＧとなる可能性が高い。復号系列に誤りがなければパリティチェック結果はすべてＯＫとなる。誤りがあっても訂正可能な範囲の誤り数であれば、ＬＤＰＣ復号を繰り返していくうちにパリティチェック結果はだんだんＯＫとなる数が増えていき、最終的に誤りがなくなれば全てＯＫとなる。図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、復号系列が符号語＃１、符号語＃２とから構成されているとした場合、ＬＤＰＣ復号をいくら繰り返してもパリティ方程式のいくつかは満たされずにパリティチェック結果のいくつかはＮＧとなる可能性が高いと考えられる。

図６に、エラーレート１０^−４付近でのＬＤＰＣ復号の繰り返し回数とパリティチェック通過率の推移の様子を調べた実験結果を示す。パリティチェック通過率とは検査行列の総行数に対するパリティチェック結果がＯＫの行数の割合である。復号系列が符号語そのものであり、訂正可能な誤り数であれば、ＬＤＰＣ復号を繰り返していくうちにパリティチェック結果はすべてＯＫとなり、すなわち通過率は１となる。

図６の破線は、復号系列が符号語そのものであるが、誤り数が多く訂正不可能となる場合を示す。図６の実線は、復号系列が複数の符号語が混在している系列、すなわち符号語ではない場合を示す。

破線で示すように、訂正不可能であるが符号語である場合は、ＬＤＰＣ復号を繰り返しても通過率は１にはならないが、通過率は最初から比較的高い値（約０．７）にあり、ＬＤＰＣ復号を繰り返していくうちに初期値を中心にして上がったり下がったりして変動が見られる。しかし、常に０．５を超えており、平均すると、０．７程度である。一方、実線で示すように、訂正不可能であり、しかも符号語ではない場合は、通過率は最初から約０．５であり、ＬＤＰＣ復号を繰り返してもあまり変動はしないが、０．５を下回ることもある。平均すると、０．５程度である。エラーレートや、複数、例えば２つの符号語の混在の仕方によって、パリティチェック通過率は変動するが、現在リードしているセクタデータが符号語であるか否かを判別する基準（例えば、通過率が閾値を下回る、一定時間の変動（最大値と最小値との差）がある基準範囲内に収まっている）が存在する。この基準に従い、非符号語であることを早期に見極め、無駄な復号処理の繰り返しを中止したり、磁気ディスクからのリード動作のリトライ動作を効率よく行なうことができる。図１に示した符号語検出回路２８は、ＬＤＰＣ復号器２２からパリティチェック結果と繰り返し回数を入力として受け取り、例えば繰り返しの過程でパリティチェック通過率が閾値（例えば、０．５）を下回った瞬間に符号語でない（非符号語である）ことを検出することができる。あるいは、符号語検出回路２８は、例えば初期の数回の復号処理の繰り返しの過程でパリティチェック通過率に変動が見られなかった場合に符号語でないことを検出することが出来る。

図７はＬＤＰＣ復号処理のフローを示す。なお、図１には示していないが、ブロック＃２で磁気ディスク１０のアクセス対象のセクタデータが磁気ヘッドによりリードされる。ブロック＃４でシンクマーク検出回路１６はリードデータからシンクマーク４４を検出する。ブロック＃６で波形等化器１８が波形等化し、ブロック＃８でビタビ復号器２０がビタビ復号を行う。

ブロック＃１０でＣＰＵ（図１に図示せず、また、以下ＣＰＵが行なう処理はハードウェアで自動処理としてもよいし、ＣＰＵとハードウェアで処理を分担してもよい。）は符号語か否かの検出タイミングであるか否かを判定する。符号語検出タイミングではない場合、ブロック＃１２でＬＤＰＣ復号器２２はビタビ復号器２０の出力をＬＤＰＣ復号する。符号語検出タイミングである場合、ブロック＃１４で符号語検出回路２８が符号語検出処理を行い、検出結果が符号語検出回路２８からＬＤＰＣ復号器２２に供給される。ブロック＃１６でＣＰＵはこの検出結果に基いてセクタデータが符号語であるか否かを判定する。非符号語であることが検出されなかった場合、ブロック＃１２に進みＬＤＰＣ復号処理が行われる。

非符号語であることが検出された場合、ブロック＃１８でリード動作をリトライするか否か判定される。この判定基準としては、例えばリトライ回数が既定の上限以下であれば、リトライするように決めることが出来る。

リトライしないと判定された場合、ブロック＃２２で訂正不可能としてＬＤＰＣ復号を終了する。リトライすると判定された場合、ブロック＃２０でシンクマーク調整回路３０によりシンクマークパターンをずらして、シンクマークの検出（ブロック＃４）を再び行い、波形等化から以降の動作を繰り返す。ブロック＃２０ではシンクマーク調整回路３０によりシンクマークパターンをずらす以外にも、ファームウェアによって強制的にシンクマーク４４を検出したり、ハードウェアによってシンクマーク位置をある程度ずらしても良い。すなわち、図４（ｂ）のような誤検出状態を回避し、図４（ａ）に示すような正常な検出状態が得られれば良く、種々のシンクマーク検出手法の変更を試行することが考えられる。このリトライにより、ブロック＃１６で符号語の検出結果がイエスとなる可能性がある。

ブロック＃１２でＬＤＰＣ復号が１回行われると、ブロック＃２４で誤りの有無の判定と、誤りがある場合、誤りの数が訂正可能な数以下であるか否かの判定が行なわれる。誤りが訂正可能であると判定されると、ブロック＃２６でＬＤＰＣ復号を正常に終了する。

誤りが訂正不可能であると判定されると、ブロック＃２８でＣＰＵは符号語か否かの検出タイミングであるか否かを判定する。符号語検出タイミングではない場合、ブロック＃３４でＬＤＰＣ復号の繰り返し回数が上限回数以下であるか否かが判定される。繰り返し回数が上限回数以下である場合は、ブロック＃１２に戻り、ＬＤＰＣ復号器２２はビタビ復号器２０の出力をＬＤＰＣ復号する。繰り返し回数が上限回数以下ではない場合は、ブロック＃３６で訂正不可能としてＬＤＰＣ復号を終了する。

符号語検出タイミングである場合、ブロック＃３０で符号語検出回路２８が符号語検出処理を行い、検出結果が符号語検出回路２８からＬＤＰＣ復号器２２に供給される。ブロック＃３２でＣＰＵはこの検出結果に基いてセクタデータが符号語であるか否かを判定する。非符号語であると検出された場合、ブロック＃１８に戻り、リード動作をリトライするか否か判定される。非符号語であると検出されなかった場合、ブロック＃３４に進み、ＬＤＰＣ復号の繰り返し回数が上限回数以下であるか否かが判定される。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＤＰＣ復号の途中でリードセクタデータが符号語であるのか否かを検出して、符号語でないことが検出されると、ＬＤＰＣ復号を繰り返しても誤りが訂正不可となる可能性が低いので、ＬＤＰＣ復号を中止したり、シンクマークの再検出を行ない、シンクマークの誤検出に基づく非符号語の検出を防止する。このため、復号不可能な符号語に関してＬＤＰＣ復号を繰り返すという無駄な処理と時間が防止される。また、非符号語の検出は、ＬＤＰＣ復号過程のパリティチェック通過率に基づいて行なうので、演算が簡単であり、演算に要する時間が短時間で済む。これにより、磁気ディスク装置のライト動作中に電源遮断やライト中断によってライトミスされたセクタや、シンクマーク４４を誤検出してしまい明らかに復号が不可能なセクタをリードした場合、不要なリトライ動作、ＬＤＰＣ復号を避けることができ、磁気ディスク装置のリード動作のパフォーマンスを向上させることが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１０…磁気ディスク、１４…ヘッドアンプ、１６…シンクマーク検出回路、１８…波形等化器、２０…ビタビ復号器、２２…ＬＤＰＣ復号器、２４…ＲＬＬ復調器、２８…符号語検出器、３０…シンクマーク調整回路。

Claims (15)

1. 復号対象系列を、繰り返し復号による反復処理で復号するとともに、検査行列を用いて復号結果のパリティチェックを行う復号手段と、
   前記復号手段による検査行列の総行数に対するパリティ方程式を満たす行数の割合に基いて、復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に応じて前記復号手段を制御する制御手段と、
   を具備する復号装置。
2. 前記検出手段は、前記割合とあらかじめ設定された閾値との比較結果に基づいて復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項１記載の復号装置。
3. 前記検出手段は、前記割合の一定時間の最大値と最小値との差があらかじめ設定された範囲内に収まっているか否かに応じて復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項１記載の復号装置。
4. 前記検出手段は、繰り返し復号による反復処理の開始前に復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項１記載の復号装置。
5. 前記検出手段は、繰り返し復号による反復処理の繰り返し毎に復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項１記載の復号装置。
6. 前記制御手段は、復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータでないことを検出すると、シンクマーク検出条件を変更して復号対象系列のシンクマーク検出を再実行させる請求項１記載の復号装置。
7. 前記制御手段は、復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータでないことを検出すると、前記復号手段の復号動作を中断させる請求項１記載の復号装置。
8. 復号対象系列を、繰り返し復号による反復処理で復号するとともに、検査行列を用いて復号結果のパリティチェックを行う復号ステップと、
   前記復号ステップによる検査行列の総行数に対するパリティ方程式を満たす行数の割合に基いて、復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップの検出結果に応じて前記復号ステップを制御する制御ステップと、
   を具備する復号方法。
9. 前記検出ステップは、前記割合とあらかじめ設定された閾値との比較結果に基づいて復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項８記載の復号方法。
10. 前記検出ステップは、前記割合の一定時間の最大値と最小値との差があらかじめ設定された範囲内に収まっているか否かに応じて復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項８記載の復号方法。
11. 磁気ディスクからデータを読み取る磁気ヘッドと、
    磁気ヘッドの出力データから復号対象系列を抽出する抽出手段と、
    前記抽出手段により抽出された復号対象系列を繰り返し復号による反復処理で復号するとともに、検査行列を用いて復号結果のパリティチェックを行う復号手段と、
    前記抽出手段により抽出された復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを、前記復号手段による検査行列の総行数に対するパリティ方程式を満たす行数の割合に基いて検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出結果に応じて前記復号手段を制御する制御手段と、
    を具備する磁気ディスク装置。
12. 前記検出手段は、前記割合とあらかじめ設定された閾値との比較結果に基づいて復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項１１記載の磁気ディスク装置。
13. 前記検出手段は、前記割合の一定時間の最大値と最小値との差があらかじめ設定された範囲内に収まっているか否かに応じて復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータであるか否かを検出する請求項１１記載の磁気ディスク装置。
14. 前記抽出手段は磁気ヘッドの出力データを所定のシンクマークパターンと比較してシンクマークを検出して、検出したシンクマークに基づいてユーザデータを抽出し、
    前記制御手段は、前記検出手段が復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータでないことを検出すると、前記抽出手段のシンクマーク検出条件を変更してシンクマーク検出を再実行させる請求項１１記載の磁気ディスク装置。
15. 前記制御手段は、前記検出手段が復号対象系列がＬＤＰＣ符号化されたデータでないことを検出すると、前記復号手段の復号動作を中断させる請求項１１記載の磁気ディスク装置。

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