JPH09139678A - 最尤復号化器および情報再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブランチメトリックの演算時間を短縮し、処
理速度の向上させ、また、パスメトリックの演算のため
のビット幅を減少させて、回路規模を低減する。 【解決手段】 ＰＲIVの系に適用されるビタビデコーダ
は、偶数番目の系列を処理する回路３２と奇数番目の系
列を処理する回路３３とにより構成される。ブランチメ
トリック演算回路３５では、振幅基準レベルＲを使用し
てブランチメトリックが演算される。この場合に、複数
のブランチメトリックを演算するための式において加減
算回数を１以下に減少させる。このように演算回数を平
均化することによってブランチメトリックの演算速度を
向上でき、デコーダの処理速度を向上できる。さらに、
基準レベルＲのＬＳＢを`0' とする制約を加えることに
より、演算されるデータのビット幅を減少することがで
き、加算器、レジスタ等の個数を減少できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気ディスクや
磁気テープなどからディジタルデータを再生するのに適
用される最尤復号化器およびそれを使用した情報再生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録装置においては、変調符号とし
てパーシャルレスポンスクラスIV ＰＲ（１，０，−
１）またはクラスＩ ＰＲ（１，１）が用いられる場合
がある。図１は、その記録再生の系のうち、クラスIVに
ついてブロック図で示している。信号はチャネル符号化
器１１によって変調され、記録される。記録された信号
は、磁気記録再生系１２を通るため微分され、ノイズが
加わった信号として再生される。磁気記録再生系１２
は、記録回路、記録ヘッド、記録媒体、再生ヘッドおよ
び再生回路を統合的に見たもので、システム多項式１−
Ｄの系１３と、ノイズが重畳される加算器１４とを含む
ものである。再生信号は等化器１５によってパーシャル
レスポンスクラスIVに等化され、最尤復号法により復号
するビタビデコーダ１６によって復号される。復号され
た信号は、チャネル復号器１７によって元のデータに変
換され、出力される。

【０００３】パーシャルレスポンスクラスIVすなわちＰ
Ｒ（１，０，−１）のシステム多項式はＧ（Ｄ）＝１−
Ｄ² 、ＰＲ（１，−１）のシステム多項式はＧ（Ｄ）＝
１−Ｄであるから、ＰＲ（１，０，−１）は独立なふた
つのＰＲ（１，−１）がタイムスロット上で交互に入れ
子になっているとみなせる。従って、磁気記録系では、
図２に示すように、パーシャルレスポンスのデコーダ１
は、二つのＰＲ（１，−１）のデコーダ２および３に分
けることができる。つまり、入力系列を入力スイッチャ
４により偶数系列および奇数系列に分け、偶数系列をデ
コーダ２に供給し、奇数系列をデコーダ３に供給し、そ
れぞれの系列を独立に処理した後で出力スイッチャ５に
より合成する。このように、ＰＲ（１，−１）の系に各
種変調符号を組み合わせたものを取り扱うことが多い。

【０００４】図１に示すビタビデコーダ１６に代表され
るように、復号法としては、最尤復号が知られている。
これは、着目した点の前後のサンプル点の値も使って一
つの系列としてもっとも確からしい系列を推定していく
という方法である。ビタビデコーダは、パスメトリック
を計算して生き残りパスを推定するＡＣＳ（Add Compar
e Select) と、推定された結果からデコード結果を得る
ためのパスメモリの部分から構成される。パスメトリッ
クを計算する処理は、１サンプル前のパスメトリックの
値とブランチメトリックの値とを加えたものの大小関係
を各パス同士で比較することによって行なわれる。

【０００５】また、パーシャルレスポンスと、符号間の
最小ユークリッド距離を大きくとることができるMatced
Spectral Null符号（以下ＭＳＮ符号と略す）を組み合
わせ、これをビタビ復号することによって検出能力を高
めるようにした手法も提案されている（例えば米国特許
第5,095,484 号）。例えば、ＰＲ（１，−１）チャネル
に８／１０ＭＳＮ符号を組み合わせた系においては、そ
のトレリスダイアグラムは、図３に示すものとなる。図
３において、状態の左にある記号は、ビタビデコーダの
検出結果／デコーダ入力を２ビット単位で示したもので
ある。例えば、０１／−１１とあるのは、ビタビデコー
ダに入力された値が−１，１の２ビットのとき、検出結
果が０１の２ビットとなる、ということを表している。

【０００６】この場合、パスメトリックを計算する式１
は、次のものとなる。 （式１） pm´₁ ＝max ｛pm₁ ＋bm_{-11 ,} pm₂ ＋bm₀₁｝ pm´₂ ＝max ｛pm₁ ＋bm_{0-1 ,} pm₂ ＋bm_{1-1 ,} pm₃ ＋bm
_{-10 ,} pm₄ ＋bm₀₀｝ pm´₃ ＝max ｛pm₁ ＋bm_{00 ,} pm₂ ＋bm_{10 ,} pm₃ ＋bm
_{-11 ,} pm₄ ＋bm₀₁｝ pm´₄ ＝max ｛pm₃ ＋bm_{0-1 ,} pm₄ ＋bm_1-1, pm₅ ＋bm
_{-10 ,} pm₆ ＋bm₀₀｝ pm´₅ ＝max ｛pm₃ ＋bm_{00 ,} pm₄ ＋bm_{10 ,} pm₅ ＋bm
_{-11 ,} pm₆ ＋bm₀₁｝ pm´₆ ＝max ｛pm₅ ＋bm_{0-1 ,} pm₆ ＋bm_1-1 ｝

【０００７】式１において、ある時刻での状態１でのパ
スメトリックの値をｐｍ₁ 、デコーダ入力がｖ₁ ｖ₂ の
時のブランチメトリックをｂｍ_v1v2とし、それによって
計算される新たなパスメトリックの値をｐｍ´₁ として
いる。

【０００８】ここで、実際に観測されたサンプル値をｚ
_1,ｚ₂ 、振幅基準レベルをＲとすると、ｂｍ_v1v2は、次
の式２によって計算される。 （式２） ｂｍ_v1v2＝−（ｖ₁ Ｒ−ｚ₁ ）² −（ｖ₂ Ｒ−ｚ₂ ）²
＝−ｖ₁ ² Ｒ² ＋２ｖ₁ Ｒｚ₁ −ｚ₁ ² −ｖ₂ ² Ｒ² ＋
２ｖ₂ Ｒｚ₂ −ｚ₂ ² 振幅基準レベルＲは、等化誤差のない時に＋１の振幅値
を有し、ＡＧＣの目標値となるものである。

【０００９】ここで、最適パスを選択するには、上述の
式１においてどの項を選択したかのみが意味を持ち、パ
スメトリックの絶対値それ自体には意味がないので、こ
れらの式の項すべてに同じ値をかけたり足したりしても
結果は同じである。したがって、次式の値を新たにｂｍ
として演算することにする自乗演算を省くことができ
る。 １／Ｒ・（ｂｍ＋ｚ₁ ² ＋ｚ₂ ² ）

【００１０】これにより、演算に用いるｂｍは、式３に
より求められ、ｚ₂ ² の演算を必要としないなど、演算
を簡略化することができる。 （式３） ｂｍ_v1v2＝−ｖ₁ ² ＋２ｖ₁ ｚ₁ −ｖ₂ ² Ｒ＋２ｖ₂ ｚ
₂ ＡＣＳでは、これらの値を使って、式１の各式を計算
し、各式においてどの項が選択されたかをパスメモリに
出力する。これが、各状態における最尤ブランチを示し
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ブランチメト
リックの演算式は、各ブランチによって異なり、演算に
最も時間のかかるものによってビタビデコーダ全体の処
理速度が制限されることになる。そのため、複雑なブラ
ンチメトリック演算式が一つでもあると、全体の処理速
度が遅くなってしまうという問題点があった。

【００１２】式（３）に対し、入力データとして１，
０，−１を当てはめると、それぞれの入力パターンに対
してブランチメトリックは次の式４で示すものとなる。
但し、ＰＲ（１，−１）の特性により、入力パターンと
して１１および−１−１は存在しないので、これらにつ
いてのブランチメトリックの計算式は省略している。

【００１３】（式４）bm_-10 ＝−Ｒ−２ｚ₁ bm_-11 ＝−２Ｒ−２ｚ₁ ＋２ｚ₂ bm _0-1＝−Ｒ−２ｚ₂ bm ₀₀ ＝０ bm ₀₁ ＝−２Ｒ＋２ｚ₂ bm_1-1 ＝−２Ｒ＋２ｚ₁ −２ｚ₂ bm ₁₀ ＝−Ｒ＋２ｚ₁

【００１４】これらの式を見ると、定数２をかける演算
は単純なビットシフトで実現できるので除くとして、ｂ
ｍ_-11 とｂｍ_1-1 は３項の和であるため、これらの演算
時間が長くなり、その結果、デコーダ全体の処理速度が
規定されることになる。

【００１５】従って、この発明の目的は、ブランチメト
リックの演算時間を短縮することによって、処理速度を
向上することができる最尤復号化器および情報再生装置
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、入力データ
が供給され、ブランチメトリックを計算し、計算された
ブランチメトリックを加算して、パスメトリックを求
め、求められたパスメトリックから最尤パスを出力する
ようにした最尤復号化器において、ブランチメトリック
を計算する際に各ブランチメトリックの計算時間が平均
化されるべく修正されたブランチメトリックを使用する
ことを特徴とする最尤復号化器である。

【００１７】この発明は、パーシャルレスポンス方式を
利用して記録媒体の所定の位置データが記録された記録
媒体を再生する情報再生装置において、再生信号を最尤
復号法によって復号する最尤復号化器を有し、最尤復号
化器は、ブランチメトリックを計算する際に各ブランチ
メトリックの計算時間が平均化されるべく修正されたブ
ランチメトリックを使用することを特徴とする情報再生
装置である。

【００１８】ビタビ復号において生き残りパスを推定す
る演算処理では、各パスごとのパスメトリックの大小関
係のみが意味をもっており、その絶対値そのものは演算
結果に影響を及ぼさないため、ブランチメトリックの演
算時間が各ブランチで平均化するような構成とする。各
ブランチメトリックを演算するための加減算の回数を１
回以下とする。このようにして演算に最も時間のかかる
ブランチメトリックの演算時間を短縮することができる
ので、その結果デコーダ全体での処理速度を向上させる
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例につい
て説明する。図４は、この発明をデータ記憶装置に適用
した一実施例の構成を示す。記録するデータは、ハード
ディスクコントローラから出力され、チャンネル符号化
器２８によってＭＳＮ符号に変調され、記録アンプ２７
を通して記録媒体２９（例えば消去可能な光ディスク）
に記録される。チャンネル符号化の方式は、例えば８ビ
ットの情報語をランレングスを制限するように、１０ビ
ットの符号語へ変換する８／１０変換である。この８／
１０変換は、とりうる符号語同士の最小距離がある値以
上になるように変調するものである。

【００２０】記録媒体２９から再生された信号は、再生
アンプ２１を経てＡ／Ｄ変換器２２によりディジタル信
号に変換され、等化器２３によってパーシャルレスポン
スクラスIVの特性に等化される。等化された信号からＰ
ＬＬ２６によってクロックが再生される。また、等化さ
れた信号はビタビデコーダ２４によってデコードされ、
チャンネル復号器２５によって復号された後、ハードデ
ィスクコントローラを経由してホストコンピュータに送
られる。チャンネル復号器２５は、チャンネル符号化器
２８とは、逆に１０ビットの符号語を８ビットの情報語
へ変換する。

【００２１】図５は、ビタビデコーダ２４の一例の詳細
な構成を示す。Ａ／Ｄ変換器２２によってサンプリング
された再生信号３１は、１ビットおきにスイッチャ３４
によってデインターリーブされて、それぞれ偶数番目系
列を処理する回路（デコーダ）３２、奇数番目系列を処
理する回路（デコーダ）３３に入力される。偶数番目系
列／奇数番目系列を処理する回路の構成は互いに同じも
のであり、図５は、偶数番目系列を処理する回路３２の
詳細を示している。

【００２２】ここで、偶数番目および奇数番目の各系列
用のビタビデコーダが追跡するトレリスは、図３に示す
ようなものである。すなわち、内部に状態を６個もち、
連続する２サンプルの値を一まとめとして処理を行な
う。図３において、各状態の左側に示されている記号
は、ビタビデコーダの検出結果／デコーダ入力を２ビッ
ト単位で示したものである。例えば、０１／−１１とあ
るのは、ビタビデコーダに入力された値が−１，１の２
ビットのとき、検出結果は０１の２ビットとなる、とい
うことを表している。

【００２３】これらの連続する２サンプルの値をｚ₁ 、
ｚ₂ 、振幅基準レベルをＲとすると、ブランチメトリッ
ク演算回路３５では、次の式５に従ってブランチメトリ
ックｂｍ_-10 〜ｂｍ₁₀が計算される。この式５は、上述
した式４において、各式に２Ｒを加えたものである。

【００２４】（式５）ｂｍ_-10 ＝Ｒ−２ｚ₁ ｂｍ_-11 ＝−２ｚ₁ ＋２ｚ₂ ｂｍ_0-1 ＝Ｒ−２ｚ₂ ｂｍ₀₀ ＝２Ｒ ｂｍ₀₁ ＝Ｒ＋２ｚ₂ ｂｍ_1-1 ＝２ｚ₁ −２ｚ₂ ｂｍ₁₀ ＝Ｒ＋２ｚ₁

【００２５】最尤パスメトリック選択回路３６では、上
述の式１に示す規則に従って最尤パスが選択され、パス
メトリックがラッチ３７によってラッチされる。ここ
で、各信号線の上の数字は、その信号線のビット幅を示
している。例えば、Ａ／Ｄコンバータのサンプリングビ
ット幅が６ビットとすると、振幅基準レベルＲは符号な
しのため５ビットであり、ブランチメトリックｂｍを計
算する加算器は、７ビットのものを使用する。パスメト
リックを記憶・更新するレジスタとしては、オーバーフ
ローしないために、例えば１０ビット程度用い、上述の
式１に示すように、パスメトリックを計算する加算器や
比較器には、１０ビットのものを使用している。これら
のビット幅は一例であり、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング
ビット幅が変われば、内部演算に必要なこれらｐｍやｂ
ｍのビット幅もそれに従って増減される。

【００２６】最尤パスを選択した結果はパスメモリ３８
に供給され、パスメモリ３８ではその情報から生き残り
パスを一つにしぼる処理がなされる。パスメモリ３８か
らの検出結果が合成回路３９に供給され、合成回路３９
によって、偶数番目系列と奇数番目系列を合成して最終
的な復号結果４１を出力する。合成回路３９によって偶
数番目の処理回路３２の出力と奇数番目の処理回路３３
の出力とを合成するために、奇数／偶数切替え回路４０
の出力が合成回路３９に対して供給される。

【００２７】上述のビタビデコーダの例では、ＰＲ
（１，０，−１）を二つの独立なＰＲ（１，−１）とみ
なして処理する例について述べたが、勿論、ＰＲ（１，
−１）やＰＲ（１，１）などを対象とした回路について
も同様に、この発明を適用することができる。

【００２８】上述の式５から分かるように、この発明の
一実施例によれば、各ブランチメトリックの演算時間を
平均化することができ、演算に最も時間のかかるブラン
チメトリックの演算時間を短縮することができるので、
その結果デコーダ全体での処理速度を向上させることが
できるようになる。

【００２９】上述の一実施例により、ビタビデコーダが
処理することができる最高動作周波数を向上させること
ができるが、ここでは、さらに動作周波数を向上させ、
また回路規模を削減できる他の実施例について説明す
る。

【００３０】前述した一実施例では、例えばＡ／Ｄコン
バータのサンプリングビット幅が６ビットの時、振幅基
準レベルＲは符号なしのため５ビット、ブランチメトリ
ックｂｍを計算するための加算器には７ビット、パスメ
トリックｐｍを計算するための加算器には１０ビット、
ｐｍを記憶するためのレジスタには１０ビットを使用し
ている。これに対して、他の実施例では、振幅基準レベ
ルＲのＬＳＢ（最下位ビット）を`0' に固定するという
制約を加えた回路とする。ブランチメトリックｂｍの計
算式は、一実施例と同様に式５を用いる。

【００３１】この計算式を見ると分かるように、全ての
ブランチメトリックｂｍはＲ、２ｚ₁ 、２ｚ₂ の和（ま
たは差）によって演算されている。２ｚ₁ の演算は、ｚ
₁ を１ビット上位にシフトし、ＬＳＢを０にするという
演算であるから、ＲのＬＳＢを０にする制約を加えるこ
とにより、求められた全てのブランチメトリックｂｍの
ＬＳＢが０になる。すなわち、ｂｍの演算においてＬＳ
Ｂの部分の加算器を省略することができる。

【００３２】パスメトリックｐｍとはブランチメトリッ
クｂｍの総和であり、式１に示す新しいパスメトリック
の演算は、ｐｍとｂｍの和によって求められるから、ｂ
ｍのＬＳＢが０ならば、ｐｍのＬＳＢも０ということに
なり、ｐｍの演算においてＬＳＢの部分の加算器、ｐｍ
を記憶するレジスタのＬＳＢは不要となる。

【００３３】このように、振幅基準レベルＲのＬＳＢを
`0' に固定するという制約を加えることにより、ｂｍを
計算するための加算器は６ビット、ｐｍを計算するため
の加算器は９ビット、ｐｍを記憶するためのレジスタを
９ビットとすることができる。このような制約を付けた
回路の構成例を、図６に示す。ブランチメトリック演算
回路３５の出力のビット数が６ビットとなり、最尤パス
メトリック選択回路３６内の比較器のビット幅も６ビッ
トへ減少する。この回路３６の出力ｐｍのビット幅が９
ビットとなり、ラッチ３７のビット幅も９ビットとな
る。このビット幅が減少している点を除く他の構成は、
図５に示す一実施例におけるビタビデコーダと同様であ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、各ブランチメトリックの演算時間を平均化すること
ができ、演算に最も時間のかかるブランチメトリックの
演算時間を短縮することができるので、その結果、ビタ
ビデコーダ全体での処理速度を向上させることができ
る。

【００３５】また、この発明は、パスメトリックの演算
に必要な加算器やレジスタのビット幅を減らすことがで
きるので、回路規模や消費電力を削減させることが可能
となる。さらに、この発明は、加算器のビット幅を減ら
すことにより、加算に必要な演算時間を短縮させること
ができるので、その結果デコーダ全体での処理速度を向
上させることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パーシャルレスポンスの記録再生系の構成を示
すブロック図である。

【図２】パーシャルレスポンス（１，０，−１）とパー
シャルレスポンス（１，−１）の関係を説明する図であ
る。

【図３】パーシャルレスポンス（１，−１）とＭＳＮ符
号を組み合わせた系でのトレリスダイアグラムの一例を
示す略線図である。

【図４】この発明が適用されたデータ記憶装置の構成を
示すブロック図である。

【図５】この発明が適用されたビタビデコーダの一実施
例の構成を示すブロック図である。

【図６】この発明が適用されたビタビデコーダの他の実
施例の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２４ ビタビデコーダ ３２ 偶数番目の系列の処理回路 ３３ 偶数番目の系列の処理回路 ３５ ブランチメトリック演算回路 ３６ 最尤パスメトリック選択回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｌ 25/497 9199−5Ｋ Ｈ０４Ｌ 25/497

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力データが供給され、ブランチメトリ
   ックを計算し、計算されたブランチメトリックを加算し
   て、パスメトリックを求め、求められたパスメトリック
   から最尤パスを出力するようにした最尤復号化器におい
   て、 上記ブランチメトリックを計算する際に各ブランチメト
   リックの計算時間が平均化されるべく修正されたブラン
   チメトリックを使用することを特徴とする最尤復号化
   器。
2. 【請求項２】 パーシャルレスポンス方式を利用して記
   録媒体の所定の位置データが記録された記録媒体を再生
   する情報再生装置において、 再生信号を最尤復号法によって復号する最尤復号化器を
   有し、 上記最尤復号化器は、ブランチメトリックを計算する際
   に各ブランチメトリックの計算時間が平均化されるべく
   修正されたブランチメトリックを使用することを特徴と
   する情報再生装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置におい
   て、 上記修正されたブランチメトリックの演算回路として、
   加算器の数が１以下である演算回路を備えることを特徴
   とする装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の装置におい
   て、 上記ブランチメトリックの演算のために使用される、振
   幅基準レベルの値のＬＳＢが`0' であるという制約を持
   つことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項１または２に記載の装置におい
   て、 上記ブランチメトリックの演算のために使用される、振
   幅基準レベルの値のＬＳＢが`0' であるという制約を有
   し、 上記ブランチメトリックおよびパスメトリックの演算に
   おいて上記ＬＳＢを除いて演算することを特徴とする装
   置。
6. 【請求項６】 請求項２に記載の装置において、 とりうる符号同士の最小距離がある値以上になるように
   変調するチャンネル符号の復号手段を有し、 上記チャネル符号は、８ビットの情報語を１０ビットの
   符号語に変換するものであることを特徴とする装置。