JPH0473236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、磁気デイスク，磁気テープなどの
記録媒体に記録されたデジタル信号を再生する装
置の波形等価を行なうデジタル信号処理装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来、デジタル信号は０，１または−１，１の
２値信号からなり、デジタル信号の１例である
NRZ（Non Return to Zero）信号の場合、その
周波数成分は第３図に示すように周波数０の直流
から無限大周波数まで存在する。なお、第３図に
おいてfoはビツトレートの周波数を示す。

ところでデジタル信号の伝送を行なう場合は、
たとえばナイキスト（Nyqnist）の無歪み伝送条
件などで明らかなように、伝送するデジタル信号
の周波数の上限を前述のfoに制限しても、信号劣
化の生じることがなく伝送可能になる。

一方、デジタル信号を磁気デイスク，磁気テー
プなどの記録媒体に記録再生する場合は、記録・
再生周波数の上限が種々の条件にもとづいて制限
されるが、このとき、記録・再生周波数の上限を
前述のfoに設定することにより、デジタル信号の
記録・再生が可能になる。

しかし、直流領域を含む低周波数領域について
は主に、再生ヘツドなどの再生装置の特性にもと
づき、信号劣化が生じ、再生されたデジタル信号
の周波数特性は、たとえば第４図の破線に示す自
乗余弦の理想的な特性から同図の実線に示す特性
に劣化する。

そして第４図から明らかなように、高周波数領
域の劣化に比して低周波数領域の劣化が著しく、
とくに直流領域では再生レベルが０になるため、
高周波数領域の補償は容易に行なえるが、低周波
数領域とくに直流領域の補償は困難になり、低周
波数領域の補償をどのようにして行なうかが重要
な問題となつている。

ところで前述のような低周波数領域の補償の問
題は、たとえば電話回線を用いたデジタル伝送の
場合にも生じる。

すなわち、電話回線によりデジタル伝送を行な
う場合は、１対の信号線でデジタル信号の伝送と
給電とを行なう必要があるため、直流領域を含む
低周波数領域が前述の給電に割当てられ、この場
合、デジタル信号の低周波数領域が伝送されず、
たとえば受信側で低周波数領域を補償しなければ
ならない。

そこで電話回線を用いたデジタル伝送では、エ
フ デー ワーールドハワー「同軸伝送のための
実験的な280メガビツト／秒デジタル再生機にお
ける量子化帰還（アイイーイーイートランスアク
シヨン コミユニケーシヨン ボリユーム コミ
ユニケーシヨン22 １〜５頁1974年１月）〔F.D.
WALDHAUER，“Quantized Feedback in an
Hxp−erimental280−Mb／ｓ Digital
Repeater for Co−axial Transmission”，
（IEEE Trans.Commun.Vol，COM−22，pp，
１−５，Jan.1974）〕に記載の量子化帰還法を用
いて直流領域を含む低周波数領域の補償が行なわ
れている。

そして量子化帰還法により低周波数領域の補償
を行なうデジタル処理般置は第５図に示すように
構成され、いま、信号入力端子１にたとえば第４
図の実線の周波数特性のデジタル信号が入力され
ると、信号入力端子１のデジタル信号の高周波数
領域のレベルが等価器２の波形等価により上昇制
御され、等価器２によりデジタル信号の高周波数
領域が補償され、等価器２から加算器３の一方の
入力端子４に、第６図の実線に示すように高周
波数領域が適正レベルに補償されたデジタル信号
が出力される。

また、加算器３の出力端子５のデジタル信号が
ゼロクロスコンパレータからなる識別再生器６に
入力され、該再生器６により入力されたデジタル
信号が元の２値信号からなる復元デジタル信号に
ゼロクロス識別再生処理され、このとき復元デジ
タル信号は、直流領域を含む低周波数領域にも周
波数成分が存在する特性、すなわち第１図の特性
の信号になる。

さらに、再生器６のデジタル信号がローパスフ
イルタ７に入力され、このときローパスフイルタ
７が、信号入力端子１のデジタル信号の低周波数
領域のみを通過する特性、すなわち給電のために
削除された所定周波数以下の領域のみを通過する
特性に設定され、フイルタ７から加算器３の他方
の入力端子８に、第６図の実線に示すように直
流領域を含む低周波数領域を補償する補償信号が
出力される。

そして加算器３により第６図の実線，の信
号が加算され、加算器３の出力端子５から再生器
６に出力されるデジタル信号の周波数特性が同図
の実線に示すように直流領域を含む低周波数領
域および高周波数領域を補償した特性になり、再
生器２に、ほぼ第４図の破線に示す理想的な特性
に補償されたデジタル信号が入力され、再生器２
による誤識別が防止され、再生器２から信号出力
端子９を介して後段回路部に、信号入力端子１の
デジタル信号に直流領域を含む低周波数領域がな
くても、信号入力端子１のデジタル信号を正確に
識別再生した復元デジタル信号が出力される。

すなわち、電話回線を用いたデジタル伝送のよ
うに、低周波数領域の成分が除去されたデジタル
信号を伝送する場合は、量子化帰還法にもとづく
第５図の装置より、再生器６に入力されるデジタ
ル信号の高，低周波数領域の補償を行なつて再生
器６の誤識別を防止し、正確な再生処理を行なえ
る。

ところで磁気デイスク，磁気テープなどの記録
媒体のデジタル記録，再生の場合にも、第５図の
装置を再生に用いて正確な再生を行なうことが考
えられるが、この場合、電話回線を用いて信号入
力端子１に伝送されるデジタル信号のレベルがほ
ぼ常に一定レベルに保持されるのに対し、記録媒
体から再生されるデジタル信号のレベルは、たと
えば磁気ヘツドと記録媒体である磁気テープとの
間隙，磁気テープのトラツクずれ、磁気テープの
傷などにより変動する。

そして第５図の信号入力端子１に磁気テープの
再生デジタル信号を供給すると、再生デジタル信
号のレベル変動に比例して等価器２から入力端子
４に出力されるデジタル信号のレベルが変化し、
たとえば信号入力端子１の再生デジタル信号のレ
ベルが低下すると、等価器２から入力端子４に出
力されるデジタル信号の周波数成分のレベルは、
第６図の実線′から実線″に低下する。

一方、再生器６から出力される復元デジタル信
号の周波数特性およびレベルは、信号入力端子１
の再生デジタル信号のレベル変動によらず一定に
なり、このときローパスフイルタ７の出力信号の
レベルは第７図の実線′に示すように再生デジ
タル信号のレベル変動の影響を受けない。

したがつて、加算器３の出力端子５から再生器
６に出力されるデジタル信号は、第７図の破線
′に示す実線′，′の加算によつて得られる
理想的な周波数特性から破線′に示す特性、す
なわち実線″，″の加算によつて得られる周波
数特性に劣化し、再生器６に入力されるデジタル
信号に信号劣化が生じ、再生器６による誤識別が
生じる。

そこで加藤正昭他，“固定ヘツド形PCM録音
機”，（電気通信学会 電気音響研究会 EA83−
56，p.54，1983年12月）には、記録媒体の再生装
置に、第８図に示すように等価器２と加算器３の
一方の入力端子４との間に自動利得整器１０を設
けたデジタル信号処理装置を備え、媒体から再生
されたデジタル信号のレベル変動にもとづき、等
価器２から出力されたデジタル信号のレベルが変
動しても、調整器１０の動作により、入力端子４
に入力されるデジタル信号のレベルを常に一定レ
ベルに保持し、再生器６からローパスフイルタ７
および信号出力端子９に、常に、理想的な周波数
特性、たとえば第７図の波線′の特性あるいは
該特性に相似する特性のデジタル信号が出力され
るようにし、記録媒体を用いたデジタル録，再の
場合にも、量子化帰還法による周波数特性の補償
が行なえるようにすることが記載されている。

なお、調整器１０は第９図ａまたはｂに示すよ
うに、可変利得増幅器１１とレベル検出器１２と
により形成され、同図ａの場合は、等価器２から
出力されたデジタル信号を入力端子１３，増幅器
１１，出力端子１４を介して加算器３の一方の入
力端子４に出力するとともに、入力端子１３のデ
ジタル信号のレベルを検出器１２により検出し、
検出器１２から増幅器１１に検出レベルに反比例
した利得制御信号を出力して入力端子４に入力さ
れるデジタル信号のレベルを一定に制御する。ま
た、同図ｂの場合は、等価器２から出力されたデ
ジタル信号を入力端子１３，増幅器１１，出力端
子１４を介して入力端子４に出力するとともに、
出力端子１４のデジタル信号のレベルを検出器１
２により検出し、検出器１２から増幅器１１に検
出レベルに反比例した利得制御信号を出力して入
力端子４に入力されるデジタル信号のレベルを一
定に制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで第８図のように信号入力端子１から等
価器２，加算器３，再生器６を介して信号出力端
子９に至る信号路中、すなわち主処理略中に調整
器１０を設けた場合は、調整器１０の利得制御の
応答速度が問題になる。

すなわち、調整器１０に設けられた第９図ａま
たはｂのレベル検出器１２の検出時定数を小さく
して小さなレベル変動に対しても増幅器１１の利
得を可変制御し、利得制御の応答速度を速くする
と、入力端子４に入力されるデジタル信号の波形
歪が増加し、逆に、波形歪を少なくするためにレ
ベル検出器１２の検出時定数を大きくし、ある程
度以上のレベル変動に対してのみ増幅器１１の利
得を可変制御し、利得制御の応答速度を遅くする
と、速いレベル変動が生じたときに、入力端子４
に入力されるデジタル信号のレベルが一定に保持
されなくなる問題点がある。

なお、レベル検出器１２の検出時定数にもとづ
くデジタル信号の波形の歪み率は、検出時定数が
小さい順の第１０図の実線α，β，γに示すよう
に、検出時定数が小さくなる程増加し、また、第
９図から明らかなようにデジタル信号の低周波数
領域の歪み率の方が高周波数領域の歪み率より大
きくなる。

また、増幅器１０は直流領域からビツトレート
周波数foまでの間の広帯域増幅器により形成する
必要があり、非常に高価になる問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、記録媒体から再生されたデジタル
信号の高周波数領域を補償し、高域補償された再
生デジタル信号を加算器の一方の入力端子に出力
する等価器と、前記加算器の出力信号をゼロクロ
ス識別再生処理し、直流領域を含む低周波数領域
成分を有する復元デジタル信号を後段回路部に出
力する識別再生器と、前記復元デジタル信号の前
記低周波数領域の成分を抽出するローパスフイル
タと、該フイルタと前記加算器の他方の入力端子
との間に設けられ、前記フイルタの出力信号を増
幅して前記低周波数領域の補償信号を出力する可
変利得増幅器と、前記再生されたデジタル信号ま
たは前記高域補償されたデジタル信号のレベルを
検出し、検出レベルに比例して前記増幅器の利得
を可変制御するレベル検出器とを備えたことを特
徴とするデジタル信号処理装置である。

〔作 用〕

そして識別再生器をローパスフイルタとの間に
設けられた可変利得増幅器の利得を、レベル検出
器により、記録媒体から再生されたデジタル信号
または等価器の高域補償された再生デジタル信号
のレベルに比例して可変するため、可変利得増幅
器から加算器に出力される低周波数領域成分の補
償信号のレベルが、等価器から加算器に出力され
るデジタル信号、すなわち高周波数領域成分の補
償されたデジタル信号のレベルに比例して増減
し、このとき、高周波数領域成分が補償されたデ
ジタル信号と低周波数領域成分の補償信号とを加
算器により加算して形成されたデジタル信号、す
なわち識別再生器に入力されるデジタル信号の周
波数特性は、たとえば第４図の破線の理想的な特
性になる。

そして可変利得増幅器が、等価器から加算器を
介して識別再生器に至る再生デジタル信号の主処
理路中ではなく、識別再生器からローパスフイル
タを介して加算器に至る低周波数領域成分の補償
用の副処理路中に設けられるため、可変増幅器の
利得制御の応答速度を速くしても、前記主処理路
のデジタル信号の周波数特性に与える影響が少な
くなる。

また、可変増幅器により低周波数領域の成分の
みを増幅すればよいため、可変増幅器の帯域は、
直流領域からビツトレート周波数foより十分低い
周波数までの狭帯域にすればよい。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
１図および第２図とともに詳細に説明する。

第１図において、第８図と同一記号は同一もし
くは相当するものを示し、第８図と異なる点は、
等価器２と加算器３の一方の入力端子４との間に
自動利得調整器１０を設ける代わりに、ローパス
フイルタ７と加算器３の他方の入力端子８との間
に可変利得増幅器１５を設けるとともに、該増幅
器１５の得を、等価器２の出力デジタル信号が入
力されるレベル検出器１６により、出力デジタル
信号のレベルに比例して可変した点である。

そして記録媒体であるたとえば磁気テープに記
録されたデジタル信号が磁気ヘツドにより再生さ
れ、記録媒体から再生されたデジタル信号が磁気
ヘツド，ヘツドアンプなどを介して信号入力端子
１に入力されると、このとき磁気テープに記録さ
れているデジタル信号の上限周波数が第３図のビ
ツトレート周波数foに設定され、かつ再生デジタ
ル信号の直流領域を含む低周波数領域で磁気ヘツ
ドなどの特性にもとづく信号劣化が生じるため、
信号入力端子１に入力される再生デジタル信号の
周波数特性は、たとえば第４図の実線の特性にな
る。

さらに、信号入力端子１の再生デジタル信号が
等価器２に入力され、該等価器２により、入力さ
れた再生デジタル信号の高周波数領域は、たとえ
ば周波数fo／２より高周波数領域の特性がほぼ二
乗余弦の理想的な特性になるように補償され、再
生デジタル信号の高周波数領域が波形等価により
補償される。

そして等価器２から加算器３の一方の入力端子
４に、たとえば第７図の実線′または実線″に
示すように、高周波数領域は補償されているが信
号入力端子１に入力されるデジタル信号のレベル
変動に比例してレベルが変化する信号，すなわち
高域補償された再生デジタル信号が出力される。

さらに、加算器５は一方の力端子４の高域補償
された再生デジタル信号と、他方の入力端子８に
入力された後述の低域周波数領域の補償信号とを
加算して出力する。

そして加算器５から出力されたデジタル信号が
入力される識別再生器６は、入力されたデジタル
信号のゼロクロス識別再生処理により入力された
デジタル信号を元の２値信号からなる復元デジタ
ル信号に変換し、該復元デジタル信号をローパス
フイルタ７および信号出力端子９に出力する。

なお、復元デジタル信号は第３図に示す周波数
特性の信号、すなわち周波数０の直流領域を含む
低周波数領域から無限大周波数まで周波数成分が
存在する信号である。また、信号出力端子９の復
元デジタル信号が後段回路部を形成するデータ処
理装置に入力され、該装置により、復元デジタル
信号の復調処理などが行なわれる。

一方、ローパスフイルタ７は、直流領域を含む
低周波数領域たとえば約fo／10より低周波数領域
の信号劣化特性の逆特性のフイルタ特性を有し、
復元デジタル信号のfo／10以下の低周波数領域成
分を抽出する。

そして復元デジタル信号の直流領域を含む低周
波数領域の成分に信号劣化がないため、ローパス
フイルタ７から増幅器１５に出力される信号は、
等価器２の入，出力デジタル信号にレベル変動が
生じても、たとえば第７図の実線′に示す理想
的な周波数特性を有する低周波数領域分のみの信
号になる。

さらに、増幅器１５によりローパスフイルタ７
の出力信号が増幅され、増幅器１５から加算器３
の他方の入力端子８に、ローパスフイルタ７の出
力信号のレベルを増幅または減衰した低周波数領
域の補償信号が出力される。

ところで増幅器１５の利得がレベル検出器１６
により制御されるとともに、検出器１６が等価器
２の高域補償された再生デジタル信号のレベルを
検出して増幅器１５に利得制御信号を出力する。

そして検出器１６から増幅器１５に出力される
利得制御信号のレベルが等価器２の高域補償され
た再生デジタル信号のレベルに比例して変化する
とともに、利得制御信号のレベルに比例して増幅
器１５の利得が上昇する。

したがつて、等価器２から出力された再生デジ
タル信号、すなわち高周補償された再生デジタル
信号が、たとえば第７図の実線′から実線″に
低下変動すると、増幅器１５から入力端子８に出
力される補償信号のレベルも、たとえば第７図の
実線′から低下し、実線″の高域補償された再
生デジタル信号との加算により二乗余弦の理想的
な特性のデジタル信号を形成する補償信号が、増
幅器１５から入力端子８に出力される。

そこで加算器３の出力端子５から再生器６に出
力されるデジタル信号は、信号入力端子１に入力
される再生デジタル信号のレベルを有し、直流領
域を含む低周波数領域および高周波数領域が補償
されて周波数特性が理想的な余弦二乗特性に補正
された信号になる。

そして再生器６に低周波数領域および高周波数
領域の補償されたデジタル信号が入力されるた
め、信号入力端子１に入力される再生デジタル信
号の直流領域を含む低周波数領域の成分が欠落し
ていても、再生器６により、記録媒体から再生さ
れたデジタル信号が正確にゼロクロス判別処理さ
れ、再生器６から信号出力端子９を介して後段の
データ処理に、誤識別することなく、理想的な二
乗余弦特性の復元デジタル信号が出力される。

ところで８図，第９図のように信号入力１から
加算器３，再生器６を介して信号入力端子９に至
る主処理路中に調整器１０の増幅器１１を設ける
のではなく、フイルタ７から加算器３に至る補償
路中に増幅器１５を設けるため、レベル検出器１
６の検出時定数を小さくして利得制御の応答速度
を速くしても、たとえば加算器３の入力端子４に
入力されるデジタル信号には波形歪の生じること
がなく、主処理路中のデジタル信号に与える影響
が少ない。

そこで第１図では、検出器１６の検出時定数を
小さくし、速いレベル変動に対しても増幅器１５
の利得制御を確実に行なつて、常に理想的な特性
のデジタル信号を再生器６に出力することによ
り、再生器６による識別再生の精度を高めること
が可能になり、この場合、利得制御の応答速度に
もとづく波形歪がほとんどなく、量子化帰還法の
効果を最大限有効に利用して波形等価の処理が行
なえる。

また、フイルタ７により抽出された復元デジタ
ル信号の低周波数領域の成分のみが増幅器１５に
入力されるため、増幅器１５の帯域は、第９図の
増幅器１１のように広帯域にする必要がなく、比
較的狭帯域の安価な増幅器により増幅器１５が形
成される。

なお、等価器２の高域補償されたデジタル信号
と、増幅器１５から出力された補償信号とが、加
算器３から再生器６に出力されるデジタル信号の
周波数領域での割合いは第２図に示すようにな
り、同図の実線が高域補償されたデジタル信号
の信号成分を示し、実線が補償信号の信号成分
を示す。

そして第２図から明らかなように、補償信号の
帯域は、加算算器２から再生器６に出力されるデ
ジタル信号の全帯域の１割以下に設定される。

なお、前記実施例では、等価器２の高域補償さ
れた再生デジタル信号のレベルを検出器１６によ
り検出するようにしたが、検出器１６により、信
号入力端子１に入力されるデジタル信号、すなわ
ち記録媒体から再生されたデジタル信号のレベル
を検出するようにしても同様の効果が得られる。

また、再生されたデジタル信号がNRZ変調以
外の変調により形成されたときに適用できるのは
勿論である。

〔発明の効果〕

したがつて、この発明のデジタル信号処理装置
によると、識別再生器６から出力された復元デジ
タル信号の直流領域を含む低周波数領域の成分の
みを抽出するローパスフイルタ７と、等価器２の
高域補償された再生デジタル信号が一方の入力端
子４に入力される加算器３の他方の入力端子８と
の間に、可変利得増幅器１５を設け、レベル検出
器１６により、記録媒体から再生されたデジタル
信号または前記高域補償された再生デジタル信号
のレベルに比例して増幅器１５の利得を制御した
ことにより、加算器３から再生器６に出力される
デジタル信号の周波数特性を理想的な特性に補償
し、再生器による誤識別を防止することができ
る。

そして増幅器１５を、等価器２から加算器３を
介して再生器６に至る主処理路ではなく、再生器
６からフイルタ７を介して加算器３に至る低周波
数領域の補償路中に設けたことにより、増幅器１
５の利得制御にもとづく主処理路中のデジタル信
号の波形歪が少なく、増幅器１５の利得制御の応
答速度を速くして、再生器６により高精度かつ正
確なゼロクロス識別再生処理を行なうことができ
る。

また、増幅器６が比較的狭帯域の増幅器により
形成でき、安価に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のデジタル信号処理装置の１
実施例のブロツク図、第２図は第１図の可変利得
増幅器の帯域説明用の周波数特性図、第３図は
NRZ信号の周波数特性図、第４図は記録媒体か
ら再生されたデジタル信号の周波数特性図、第５
図は電話回線を用いたデジタル伝送に適用される
従来のデジタル信号処理装置のブロツク図、第６
図は第５図の動作説明用の周波数特性図、第７図
は第５図の装置をデジタル記録，再生に適用した
ときの周波数特性図、第８図はデジタル記録，再
生に適用される従来のデジタル信号処理装置のブ
ロツク図、第９図ａ，ｂは第８図の自動利得調整
器の詳細なブロツク図、第１０図は第９図ａ，ｂ
のレベル検出器の検出時定数にもとづく波形歪の
説明図である。 ２…等価器、３…加算器、４，８…一方，他方
の入力端子、６…識別再生器、７…ローパスフイ
ルタ、１５…可変利得増幅器、１６…レベル検出
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 記録媒体から再生されたデジタル信号の高周
   波数領域を補償し、高域補償された再生デジタル
   信号を加算器の一方の入力端子に出力する等価器
   と、前記加算器の出力信号をゼロクロス識別再生
   処理し、直流領域を含む低周波数領域成分を有す
   る復元デジタル信号を後段回路部に出力する識別
   再生器と、前記復元デジタル信号の前記低周波数
   領域の成分を抽出するローパスフイルタと、該フ
   イルタと前記加算器の他方の入力端子との間に設
   けられ、前記フイルタの出力信号を増幅して前記
   低周波数領域の補償信号を出力する可変利得増幅
   器と、前記再生されたデジタル信号または前記高
   域補償されたデジタル信号のレベルを検出し、検
   出レベルに比例して前記増幅器の利得を可変制御
   するレベル検出器とを備えたことを特徴とするデ
   ジタル信号処理装置。