JP4675157B2

JP4675157B2 - 変調装置、変調方法、変調プログラム及び記録媒体

Info

Publication number: JP4675157B2
Application number: JP2005153186A
Authority: JP
Inventors: 雄一門川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP2006331524A

Description

本発明は、変調装置、変調方法、変調プログラム及び記録媒体に関し、さらに詳しくは、情報を記録媒体に記録／再生する際の変調方式ならびに装置において、特に情報を多値（３値以上）で記録／再生する場合の変調方式において、特に多値の下位情報の信頼性を向上させる変調／復調方法、ならびに変調／復調装置に関するものである。

情報記録媒体に情報を多値（３値以上）で記録した場合、特に振幅を多値で表現する場合、その再生信号のノイズあるいは誤差、エラーは上位ビットに比べ下位ビットに影響を与える。例えば、振幅を８値に分け記録する場合を考えると、全体の振幅を８分割し、それぞれを振幅の小さいほうからＶ０〜Ｖ７とする。通常これを２ビット表現で表し、Ｖ０を０００、Ｖ１を００１、Ｖ６を１１０、Ｖ７を１１１と表現する。また２ビット表現の重みの大きいビット（通常左側）をＭＳＢ（Most Significant Bit）、重みの小さいビット（通常右側）をＬＳＢ（Least Significant Bit）と呼ぶ。この重みはそれぞれのビットの示す振幅値を示す。簡単にするためＶ０を０、Ｖ７を７とするとＭＳＢは４の重みを持っており、ＬＳＢは１の重みを持っている。
すなわち、２ビット表現をＭＳＢからＢ２、Ｂ１、Ｂ０とすると振幅Ｖｓは次式であらわせる。
Ｖｓ＝Ｂ２＊４＋Ｂ１＊２＋Ｂ０
ここでは簡単にするために各ビット間の間隔を一定にし、重みも１、２、４と２のべき乗で表しているが、これは、異なる間隔、あるいは非線型でもよい。
ここで、記録／再生時に発生するノイズあるいは誤差、エラーをＶｎとするとＳＮ比を次式に示す。
ＳＮ＝Ｖｓ／Ｖｎ＝Ｂ２＊４／Ｖｎ＋Ｂ１＊２／Ｖｎ＋Ｂ０／Ｖｎ
この式でわかるようにＬＳＢはＭＳＢに比べノイズの影響を受けやすい。言いかえるとＬＳＢの信頼性が他のビットに比べ低く全体の信頼性を下げているといった問題がある。
そこで、特許文献１では、図６に示すように、この例としては多値数を８値とし、変調を行う単位を４セルとしている。図６（ａ）に示すように、図示しない外部機器から送られたデータから１１ビットを取り出す（Ｄ０からＤ１１に相当する）。また図６（ｂ）に示すように、このＤ０からＤ１０を変調回路では３行４列の行列状に配置し３行目の最後の場所にパリティＰを設けている。このパリティは３行目のＤ２、Ｄ５、Ｄ８、Ｐの４つの値の符号間距離が２になるように設定される。その例として、Ｐは次式で定義される。
Ｐ＝Ｄ２＋Ｄ５＋Ｄ８
ただしここで演算子“＋”は排他的論理和、ＥＸＯＲを意味する。
ここで、図６（ｃ）に示すように、この３行４列のデータをセル０からセル３の４セルに分割し記録する。そして、再生し復調の際にシンドロームＳを下記の式により計算し、
Ｓ＝Ｄ２＋Ｄ５＋Ｄ８＋Ｐ
Ｓが０でなければ誤りがあるとして４つのセルの再生信号の基準値からの振幅のずれが大きいものを誤りとして処理していた。
特開２００３−１６８９８０公報

特許文献１に記載の従来技術は、連続する複数の多値記録（１つの多値記録の単位をセルと呼ぶ）すなわち複数のセルのＬＳＢに符号間距離を設けエラーを検出し、基準値からの振幅のずれが大きいものを誤りとして処理していたので、シンドロームの大きさによりエラーが発生するといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、セルを２次元に配置し各方向（行と列とする）に符号間距離を持つように符号化を行い、情報を記録する際には１列の情報に変換後記録し、再生後また２次元に配列しなおし復調を行うことにより、符号間距離を大きくし、検出能力ならびに訂正能力と信頼性を向上させた情報記録装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、情報記録媒体に情報３値以上の多値情報として記録を行う情報記録変調装置において、入力したデータを一旦蓄積する第１のレジスタと、ａ行ｂ列のＭＳＢデータを蓄積する第２のレジスタと、ａ行ｂ列のＬＳＢデータを蓄積する第３のレジスタと、前記第３のレジスタのパリティを演算する演算回路と、を備え、前記多値情報のビット数をｎビットとしたとき、ｎビットでａ行ｂ列のデータを１つの組み合わせとし、最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊ａ＊ｂビットには情報を設定し、最下位ビットには（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットに情報を設定するために、（ｎ−１）＊ａ＊ｂ＋（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットのデータを前記第１のレジスタに順次入力し、該第１のレジスタから情報を出力するビットに応じた前記第２のレジスタ及び第３のレジスタへ当該ビットを入力し、さらに前記演算回路によりパリティを生成して、当該パリティを前記第３のレジスタの最下位ビットのパリティの位置に入力し、出力を行う順序にしたがって各ビットに対応する前記第２のレジスタ及び第３のレジスタから情報を出力することを特徴とする。
本発明の情報記録変調装置は、入力したデータを一旦第１のレジスタに入力し、データを全部入力すると出力の各ビットに対応する第２のレジスタ（ＭＳＢ）、及び第３のレジスタ（ＬＳＢ）でデータを入力する。このときにＬＳＢでは、演算回路により演算を行いパリティを付加する。
請求項２は、前記パリティは行方向及び列方向に対応する情報ビットの排他的論理和をとることを特徴とする。
排他的論理和は、入力のうち「真」（あるいは「１」）の数が奇数個ならば出力が真（あるいは１）になり、偶数個の場合は出力が「偽」（あるいは「０」）になるような演算を行なう。従って、パリティとして偶数パリティもしくは奇数パリティを設定したため、パリティの算出を簡単にすることができる。

請求項３は、前記最下位ビットのパリティのうち、パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを他の行または列の何れか一方のパリティから生成することを特徴とする。
例えば、データＤ０からＤ４０を変調回路で４行４列＊高さ３の立方体状に配置し、高さ３の平面にパリティＰ０からＰ６を設けた場合、このパリティは高さ３の平面の値の符号間距離が４になるように設定される。そしてパリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティＰ６は次式で定義される。
Ｐ６＝Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５、或いはＰ６＝Ｐ０＋Ｐ１＋Ｐ２となる。
請求項４は、前記最下位ビットのパリティのうち、パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを設定せず、最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットには情報を設定することを特徴とする。
請求項３では、例えば１つの平面が４行４列の長方形であったが、冗長度を下げるため、能力は下がるがＰ６の部分を減らすことができる。
請求項５は、前記パリティは行方向及び列方向の偶数パリティ若しくは奇数パリティであることを特徴とする。
パリティとして偶数パリティもしくは奇数パリティを設定したため、パリティの算出を簡単にすることができる。
請求項６は、情報記録媒体に情報を３値以上の多値情報として記録を行う情報記録の変調方法において、前記多値情報のビット数をｎビットとしたとき、ｎビットでａ行ｂ列のデータを１つの組み合わせとし、最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊ａ＊ｂビットには情報を設定し、前記最下位ビットには（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットに情報を設定し、残りのビットにはパリティを設定し、順次ｎビット単位により情報を出力することを特徴とする。
本発明は請求項１と同様の作用効果を奏する。

請求項７は、前記パリティは行方向及び列方向に対応する情報ビットの排他的論理和をとることを特徴とする。
本発明は請求項２と同様の作用効果を奏する。
請求項８は、前記最下位ビットのパリティのうち、該パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを他の行又は列の何れか一方のパリティから生成することを特徴とする。
本発明は請求項３と同様の作用効果を奏する。
請求項９は、前記最下位ビットのパリティのうち、該パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを削除し、前記最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットには情報を設定することを特徴とする。
本発明は請求項４と同様の作用効果を奏する。
請求項１０は、前記パリティは行方向及び列方向の偶数パリティ若しくは奇数パリティであることを特徴とする。
本発明は請求項５と同様の作用効果を奏する。
請求項１１は、請求項６乃至１０の何れか一項に記載の変調方法をコンピュータが制御可能にプログラミングしたことを特徴とする。
請求項１２は、請求項１１に記載の変調プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録したことを特徴とする。

請求項１、６の発明によれば、誤りやすい最下位ビットにパリティを設定し、２次元に配列したため、符号間距離が拡大しているので信頼性を向上することができる。
また請求項２、７では、排他的論理を使用するので、パリティとして偶数パリティもしくは奇数パリティを容易に設定することができる。
また請求項３、８では、パリティが行と列で重なる部分の算出を定義し信頼性を向上できる。
また請求項４、９では、パリティを算出する数を１つ減らしたため、冗長度を削減することができる。
また請求項５、１０では、パリティとして偶数パリティもしくは奇数パリティを設定したため、パリティの算出を簡単にすることができる。
また請求項１１では、本発明の変調方法をコンピュータが制御可能なＯＳに従ってプログラミングすることにより、そのＯＳを備えたコンピュータであれば同じ処理方法により制御することができる。
また請求項１２では、変調プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録媒体に記録することにより、この記録媒体を持ち運ぶことにより何処でもプログラムを稼動することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、多値記録の再生波形を示す図である。（ａ）は再生波形の理想値であり、（ｂ）は理想の再生クロックであり、（ｃ）は実際の再生波形を示す。再生クロックの立ち下がりで再生波形をサンプリングする場合、例えば、（ａ）の場合は再生クロックＴ５の立下りでレベル１をＰ点で検出できるが、（ｃ）の実際の再生波形の場合は、再生クロックＴ５の立下りでＱ点のレベルを検出する場合、再生クロックＴ５に対して実際の再生波形が矢印の方向にズレタ場合、Ｑ点のレベルは大幅に変化して正しいレベルを検出できなくなる。
図２は本発明の光ディスク装置の構成例を示す図である。なお本説明では、記録媒体として光ディスクを例に説明するが、媒体の記録方式によらず光磁気、追記型の媒体、リライタブルな媒体でも同じ効果が得られる。また、図２は説明に必要な最低限の構成を示したものである。この光ディスク装置は本発明に関係する部分を中心に図示している。この光ディスク装置は、多値データを記録する光ディスク１と、光ディスク１を所定の速度で回転させるスピンドルモータ２と、光ディスク１の反射光を受光してフォーカスエラー信号や、トラッキングエラー信号を発生するピックアップ３と、ピックアップ上のＬＤを発光させるように電流を制御するアナログ回路４と、スピンドルモータ２とピックアップ３を制御するサーボ回路５と、外部機器或いは外部機器へのデータを一旦蓄積するバッファメモリ６と、同期検出、復調、誤り訂正などを行うデジタル回路７と、コマンドの授受を制御するインターフェースコントローラ９と、装置全体を制御するコントローラ８と、を備えて構成される。

次に図２の概略動作について説明する。図示しない外部機器（例えばパソコン）から光ディスク装置にコマンドを送ると、インターフェースコントローラ９がコマンドを受け取り、コントローラ８へコマンドを受け取った旨を報告する。コントローラ８はこのコマンドを解釈し、光ディスク装置をコマンドが要求する動作を行わせ、レポートをインターフェースコントローラ９を通して外部機器に送る。また、情報を記録する際は、外部機器からインターフェースコントローラ９を通してデジタル回路７を経由して一旦バッファメモリ６に記憶する。このデータに対しデジタル回路７では、誤り訂正符号を付けたり、同期信号を付加したり、多値レベルへの変調符号に変換するなどの動作を行う。また、書きこむアドレスは、媒体上に予め書かれているアドレスを読んで指示されたアドレスに情報を記録する。次にアナログ回路４では光ディスク装置に記録するために、ピックアップ３上のＬＤを発光させる電流を制御し多値レベルに記録する。またピックアップ３はＬＤの出射光が光ディスク１にあたり、その反射光をＰＤでうけてアナログ回路４で処理し、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などを生成してサーボ回路５に入力する。サーボ回路５では、ピックアップの位置やレンズの位置を制御する。このとき、光ディスク１は通常スパイラルの溝もしくはデータ配列を持っている。そのため、時間の経過と共に（例えば、外周から内周でも良い）内周から外周に移動し、トラッキング制御できる範囲を超えてしまう。そこで、トラッキングサーボ信号からピックアップ３全体を移動させ、常にレンズの位置が中立に近い形で保てる様にキャリトラと呼ばれる制御を行なっている。
次に、再生の場合は、ピックアップ３の出力をアナログ回路４で量子化及びＰＬＬ等を用いてクロック抽出を行い、デジタル回路７で同期検出、復調、誤り訂正などを行い、バッファメモリ６に蓄える。その後、インターフェースコントローラ９を通して外部機器に情報を転送している。このように、サーボ信号と再生信号は同じピックアップ３から信号を生成しているため、再生信号にサーボ帯域の信号があると、サーボ信号にノイズとしてまわりこみ、サーボが安定にかからない恐れがある。そこで、データを変調する際にサーボ帯域の信号が出ないようにする必要がある。

本発明はデジタル回路の部分で、外部機器から送られたデータを、多値レベルへの変調符号に変調または、再生信号からデータへ戻す復調の動作の部分である。図３は本発明の第１の実施形態に係る変調方式を説明する図である。本発明は図３（ａ）に示すように図示しない外部機器から送られたデータから４１ビット（Ｄ０〜Ｄ４０）を取り出す。このＤ０からＤ４０を変調回路では、図３（ｂ）に示すように４行４列＊高さ３の立方体状に配置し、図３（ｃ）の高さ３の平面（ＬＳＢ）にパリティＰ０からＰ６を設けている。このパリティは高さ３の平面の値の符号間距離が４になるように設定される。その例として、各Ｐは次式で定義される。
Ｐ０＝Ｄ２＋Ｄ５＋Ｄ８
Ｐ１＝Ｄ１３＋Ｄ１６＋Ｄ１９
Ｐ２＝Ｄ２４＋Ｄ２７＋Ｄ３０
Ｐ３＝Ｄ２＋Ｄ１３＋Ｄ２４
Ｐ４＝Ｄ５＋Ｄ１６＋Ｄ２７
Ｐ５＝Ｄ８＋Ｄ１９＋Ｄ３０
Ｐ６＝Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５
ただしここで演算子“＋”は排他的論理和、ＥＸＯＲを意味する。ここで、図３（ｄ）に示すように、この３行４列のデータをセル０からセル１５の１６セルに分割し記録する。また、Ｐ６は次の計算式でも良い。
Ｐ６＝Ｐ０＋Ｐ１＋Ｐ２
なぜなら、Ｐ６をＤについて展開し、並べなおせば良い。即ち、
Ｐ６＝Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５
＝Ｄ２＋Ｄ１３＋Ｄ２４＋Ｄ５＋Ｄ１６＋Ｄ２７＋Ｄ８＋Ｄ１９＋Ｄ３０
＝Ｄ２＋Ｄ５＋Ｄ８＋Ｄ１３＋Ｄ１６＋Ｄ１９＋Ｄ２４＋Ｄ２７＋Ｄ３０
＝Ｐ０＋Ｐ１＋Ｐ２

ここでは多値数を８値（高さ３）とし、１つの平面が４行４列の長方形で構成されるが、これは説明の都合上の値であり他の値の長方形でも同様である。
そして、再生し復調の際にシンドロームＳ０からＳ６を計算し、Ｓ０からＳ６全てが０でなければ誤りがあるとして、１６のセルの再生信号の基準値からの振幅のずれが大きいものを誤りとして処理する。
Ｓ０＝Ｄ２＋Ｄ５＋Ｄ８
Ｓ１＝Ｄ１３＋Ｄ１６＋Ｄ１９
Ｓ２＝Ｄ２４＋Ｄ２７＋Ｄ３０
Ｓ３＝Ｄ２＋Ｄ１３＋Ｄ２４
Ｓ４＝Ｄ５＋Ｄ１６＋Ｄ２７
Ｓ５＝Ｄ８＋Ｄ１９＋Ｄ３０
Ｓ６＝Ｓ３＋Ｓ４＋Ｓ５
図３では１つの平面が４行４列の長方形であったが、冗長度を下げるため、能力は下がるがＰ６の部分を減らすことができる。
図４は本発明の第２の実施形態に係る変調方式を説明する図である。これは、図３に比べてＤ３９、Ｄ４０、Ｐ６がなくなったものである。計算方法は図３の場合と同じである。即ち、
Ｓ０＝Ｄ２＋Ｄ５＋Ｄ８
Ｓ１＝Ｄ１３＋Ｄ１６＋Ｄ１９
Ｓ２＝Ｄ２４＋Ｄ２７＋Ｄ３０
Ｓ３＝Ｄ２＋Ｄ１３＋Ｄ２４
Ｓ４＝Ｄ５＋Ｄ１６＋Ｄ２７
Ｓ５＝Ｄ８＋Ｄ１９＋Ｄ３０

図５は本発明の実施形態に係る変調装置の例を示す図である。この変調装置１００は、入力したデータを一旦蓄積するシフトレジスタ−Ａ（第１のレジスタ）１０と、０、３、６、９ビット目を蓄積するシフトレジスタ−Ｂ（第２のレジスタ）１１と、１、４、７、１０ビット目を蓄積するシフトレジスタ−Ｃ（第２のレジスタ）１２と、２、５、８、Ｐ０ビット目を蓄積するシフトレジスタ−Ｄ（第３のレジスタ）１３と、シフトレジスタ−Ｄ１３のパリティを演算する演算回路１４と、を備えて構成される。
この変調装置１００は、入力したデータを一旦シフトレジスタ−Ａ１０に入力し、データを全部入力すると出力の各ビットに対応するシフトレジスタ−Ｂ１１（ＭＳＢ）、シフトレジスタ−Ｃ１２、シフトレジスタ−Ｄ１３（ＬＳＢ）にデータを入力する。このときにＬＳＢでは、演算回路１４により演算を行いパリティを付加する。

多値記録の再生波形を示す図である。本発明の光ディスク装置の構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る変調方式を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係る変調方式を説明する図である。本発明の実施形態に係る変調装置の例を示す図である。従来の変調方式を説明する図である。

符号の説明

１光ディスク、２スピンドルモータ、３ピックアップ、４アナログ回路、５サーボ回路、６バッファメモリ、７デジタル回路、８コントローラ、９インターフェースコントローラ、１０シフトレジスタ−Ａ、１１シフトレジスタ−Ｂ、１２シフトレジスタ−Ｃ、１３シフトレジスタ−Ｄ、１４演算回路、１００変調装置

Claims

情報記録媒体に情報３値以上の多値情報として記録を行う情報記録変調装置において、
入力したデータを一旦蓄積する第１のレジスタと、ａ行ｂ列のＭＳＢデータを蓄積する第２のレジスタと、ａ行ｂ列のＬＳＢデータを蓄積する第３のレジスタと、前記第３のレジスタのパリティを演算する演算回路と、を備え、
前記多値情報のビット数をｎビットとしたとき、ｎビットでａ行ｂ列のデータを１つの組み合わせとし、最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊ａ＊ｂビットには情報を設定し、最下位ビットには（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットに情報を設定するために、（ｎ−１）＊ａ＊ｂ＋（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットのデータを前記第１のレジスタに順次入力し、該第１のレジスタから情報を出力するビットに応じた前記第２のレジスタ及び第３のレジスタへ当該ビットを入力し、さらに前記演算回路によりパリティを生成して、当該パリティを前記第３のレジスタの最下位ビットのパリティの位置に入力し、出力を行う順序にしたがって各ビットに対応する前記第２のレジスタ及び第３のレジスタから情報を出力することを特徴とする変調装置。
前記パリティは行方向及び列方向に対応する情報ビットの排他的論理和をとることを特徴とする請求項１に記載の変調装置。
前記最下位ビットのパリティのうち、パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを他の行または列の何れか一方のパリティから生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の変調装置。
前記最下位ビットのパリティのうち、パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを設定せず、最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットには情報を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の変調装置。
前記パリティは行方向及び列方向の偶数パリティ若しくは奇数パリティであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の変調装置。
情報記録媒体に情報を３値以上の多値情報として記録を行う情報記録の変調方法において、
前記多値情報のビット数をｎビットとしたとき、ｎビットでａ行ｂ列のデータを１つの組み合わせとし、最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊ａ＊ｂビットには情報を設定し、前記最下位ビットには（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットに情報を設定し、残りのビットにはパリティを設定し、順次ｎビット単位により情報を出力することを特徴とする変調方法。
前記パリティは行方向及び列方向に対応する情報ビットの排他的論理和をとることを特徴とする請求項６に記載の変調方法。
前記最下位ビットのパリティのうち、該パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを他の行又は列の何れか一方のパリティから生成することを特徴とする請求項６又は７に記載の変調方法。
前記最下位ビットのパリティのうち、該パリティが配置している行と列が交錯している部分のパリティを削除し、前記最下位ビットを除く上位のビット（ｎ−１）＊（ａ−１）＊（ｂ−１）ビットには情報を設定することを特徴とする請求項６又は７に記載の変調方法。
前記パリティは行方向及び列方向の偶数パリティ若しくは奇数パリティであることを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載の変調方法。
請求項６乃至１０の何れか一項に記載の変調方法をコンピュータが制御可能にプログラミングしたことを特徴とする変調プログラム。
請求項１１に記載の変調プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録したことを特徴とする記録媒体。