JPWO2004061845A1 - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

記録情報の再生信号を増幅する演算アンプユニット（１）と、当該演算アンプユニット（１）の出力の振幅及びオフセットが各々所定値となるように制御するゲインオフセット制御ユニット（６）とを有するフィードバックループ構成を採用し、演算アンプユニット（１）の出力を受けて２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるように帰還制御してスライスレベルを調整しながら２値化を行う２値化ユニット（７）で正確なアシンメトリ量情報を得る。このアシンメトリ量情報をもとにビタビ復号ユニット（１５）の判定レベルを切り換えることで、再生エラーレートを低減する。

Description

本発明は、情報記録媒体上の記録情報からデータ再生を行う信号処理装置において、記録条件変化等によって発生する再生信号のアシンメトリ量を正確に検出し、更にアシンメトリ量情報を利用してエラーレートを下げる技術に関するものである。

近年、光ディスクの高密度化が急速に進展し、大容量の動画像記録が可能となってきた。また、光ディスクは蓄積メディアとして容量性、高速アクセス性、低コスト性、可換性等において優れており、今後テープ記録媒体に置き換わる可能性が高い。
さて、光ディスクの記録方式として記録マーク位置に情報をのせるＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｉｎｔ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）記録方式と、記録マークエッジに情報をのせるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）記録方式とがあるが、現在では高密度化に有利なＰＷＭ記録方式を採用するのがほとんどである。
ＰＷＭ記録方式では、記録条件によって記録マークが大きく形成されたり、あるいは小さく形成されたりした場合、再生信号のデューティ比が所定値からずれて振幅方向の非対称波形歪みが発生する。この現象は「アシンメトリ」と呼ばれる。
ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）のように、離散的なマーク・スペース長で記録されたディスクを再生し、オシロスコープで観測すると、図１（ａ）又は図１（ｂ）のような波形が得られる。これらの波形は一般的にアイパターンと呼ばれ、アシンメトリがない場合には図１（ａ）、アシンメトリがある場合には図１（ｂ）のような波形となる。ここで、図中にハッチングで示した菱形の部分はアイダイアグラムと呼ばれ、再生波形センター（波形中心）に対するアイセンターレベルの上下方向へのずれがアシンメトリ量を表す。ＰＷＭ記録方式では記録マークエッジに情報を有しているが、アシンメトリが発生すると記録エッジシフトが発生するため対策が必要である。
再生信号を単純２値化してデータ再生する場合、例えばＣＤのように直流（ＤＣ）成分フリーの記録変調方式を採用しているときは、２値化後のデューティ比が例えば５０：５０になるように２値化レベルを帰還制御することで、アシンメトリの影響をほとんど除去することができる。
図２に従来の２値化回路の一例を示す。この２値化回路は、再生信号を所定レベルで２値化するコンパレータ回路１００と、コンパレータ回路出力を積分する積分回路１０１と、積分回路出力のリップルを除去するリップル除去フィルタ１０２と、リップル除去フィルタ出力をコンパレータ回路１００へ帰還するバッファ回路１０３とで構成される。この場合、２値化レベルは図１（ａ）及び図１（ｂ）におけるアイダイアグラムのアイセンターレベル付近となる。
しかしながら、図３に示すように再生波形の折り返し歪みが発生し、かつ大きなアシンメトリがあるような場合においては、２値化レベルが波形折り返し部分にかかるため図２の構成では正しく２値化ができず、正しくデータ再生できなくなるといった現象が発生してしまう。こうした再生波形の折り返し歪みは、記録面上でレーザスポット径が必要以上に絞れている場合や、イコライザ等で再生信号の高周波数帯域を強調した場合に発生しやすい。
一方、ビタビ（Ｖｉｔｅｒｂｉ）復号器を用いたデジタル再生信号処理系では、再生信号をアナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器という）でサンプリングし、サンプリングされた多値データをもとに最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するが、理想状態として再生信号の振幅方向の上下対称性が求められる。
図４に、ＰＲＭＬ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）技術を用いた従来の信号処理装置のブロック図の一例を示す。この信号処理装置は、再生信号（ＲＳ１）をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器１０４と、ＡＤ変換信号（ＡＤＣＯＵＴ）からＤＣ変動成分を除去するベースライン処理回路１０５と、ベースライン処理信号（ＢＣＤＴ）から位相誤差情報を抽出し入力再生信号に位相同期したクロックを生成するＰＬＬ回路１０６と、ベースライン処理信号を入力とし波形等化処理を行うＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ１０７と、等化誤差が最小になるように適応的にＦＩＲフィルタ１０７のタップ係数を調整するＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）回路１０８と、ＦＩＲフィルタ出力（ＦＩＲＤＴ）から最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するビタビ復号器１０９とを備えている。
ＰＲＭＬ技術を導入した図４の構成によれば、図２に示した単純２値化によるデータ再生に比べてエラーレートを大幅に改善し、性能を向上することが可能である。ただし、ＰＲＭＬ技術は振幅方向に上下対称な理想波形を基本に設計されており、強いアシンメトリが再生信号に発生し、振幅方向の上下対称性が大きく崩れた場合、ビタビ復号器１０９が正しく動作しないといった問題があった。
なお、従来の信号処理方法として、再生信号値とビタビ復号の動作結果とに基づいて、ブランチメトリックの値を計算する際に参照値として用いられる振幅基準値をクロック毎に更新し、振幅基準値に基づいて所定の計算を行う方法が知られている（日本国特開平１０−３２０９２０号公報参照）。
また、波形等化回路（イコライザ）から出力された再生信号をスライスレベルでスライスし、このスライスレベルをアシンメトリ量情報として使用する方法、また同時に再生信号の最大値及び最小値を検出し、振幅検出して再生信号振幅を一定にすることで検出誤差を少なくする方法が知られている（日本国特開２００１−２５０３３４号公報参照）。
しかしながら、一般的に記録情報を読み取るピックアップからの再生信号の振幅は微小であるため、後段のアンプで所望の信号振幅になるように大きなゲインを稼ぐ必要があるが、後段アンプのダイナミックレンジの制約からＤＣ結合で増幅することは困難である。そのため、容量結合してＤＣ成分をカットしてから大増幅する方法が多く用いられるが、ＤＣ成分をカットすることによりアイダイアグラムのセンターレベルが基準電圧レベル（ここではグランドレベルＧＮＤとしている）にほぼ一致する。アシンメトリがない場合は図５（ａ）、アシンメトリがある場合には図５（ｂ）に示すようになる。このような信号を２値化した場合、両者とも２値化スライスレベルがアイダイアグラムのほぼセンターに来るため、図５（ａ）及び図５（ｂ）でスライスレベルはＧＮＤ付近となってほぼ一致し、スライスレベルそのものからアシンメトリ量情報を得ることができなくなる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、再生信号のアシンメトリに依存しないゲイン及びオフセット制御を行うことで、振幅方向に正規化され、再生信号の上下包絡線のそれぞれが所定レベルに漸近するようにアイダイアグラムのセンター位置をオフセット制御し、このようにオフセット制御されたアイダイアグラムのセンター位置を検出することで、入力再生信号に依存することなくアシンメトリ量を正確に検出することが可能な信号処理装置及びその方法を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明によれば、情報記録媒体上の記録情報を再生するための信号処理装置において、記録情報の再生信号を増幅するための演算アンプユニットと、当該演算アンプユニットの出力の振幅及びオフセットが各々所定値となるように当該演算アンプユニットのゲイン及びオフセットを制御するためのゲインオフセット制御ユニットとを有するフィードバックループの構成を採用し、当該フィードバックループ中の信号から再生信号のＤＣ成分情報を抽出し、再生信号のアシンメトリ量を表す情報として当該ＤＣ成分情報を供給する。この構成により、再生信号が所定レベル範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなＤＣ成分情報を求めることで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能になる。
このようにして検出されたアシンメトリ量の情報を用いて、ビタビ復号器の判定レベル切り換え、ビタビ復号のオン／オフ制御、イコライザ特性の制御、あるいは２値化回路のオフセット処理を行えば、再生エラーレートの低減を図ることができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、光ディスクの再生信号波形におけるアイパターンを表す図であって、図１（ａ）はアシンメトリがない場合、図１（ｂ）はアシンメトリがある場合の図である。
図２は、従来の信号処理装置における２値化回路のブロック図である。
図３は、光ディスクの再生信号波形におけるアイパターンを表す図であって、折り返し歪みが発生し、かつ大きなアシンメトリがある場合の図である。
図４は、ＰＲＭＬ技術を用いた従来の信号処理装置のブロック図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、光ディスクの再生信号からＤＣ成分をカットした後のアイパターンを表す図であって、図５（ａ）はアシンメトリがない場合、図５（ｂ）はアシンメトリがある場合の図である。
図６は、本発明に係る信号処理装置におけるアシンメトリ検出装置の構成例を示すブロック図である。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図６中のイコライザユニットの効果を示す図であって、図７（ａ）はイコライザなしの場合、図７（ｂ）はイコライザありの場合の再生信号及びピーク検出信号の波形図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図６のアシンメトリ検出装置の動作説明図であって、図８（ａ）はアシンメトリがない場合、図８（ｂ）はアシンメトリがある場合の再生信号波形図である。
図９（ａ）は図６中のピーク検出ユニットの一例を、図９（ｂ）は図６中のボトム検出ユニットの一例をそれぞれ示す回路図である。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図６中の波形検出ユニットの変形例をそれぞれ示すブロック図である。
図１１は、図６中のＤＣ成分抽出ユニットの変形例を示すブロック図である。
図１２は、図６中のＤＣ成分抽出ユニットの他の変形例を示すブロック図である。
図１３は、図６中のＤＣ成分抽出ユニットの更に他の変形例を示すブロック図である。
図１４は、図６のアシンメトリ検出装置の応用例を示すブロック図である。
図１５は、本発明に係る信号処理装置の他の構成例を示すブロック図である。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、図１５の信号処理装置の動作説明図であって、図１６（ａ）はアシンメトリがない場合、図１６（ｂ）はアシンメトリがある場合の再生信号波形図である。
図１７は、図１５の信号処理装置の変形例を示すブロック図である。

以下、情報記録媒体上の記録情報を再生するための信号処理装置に係る本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る信号処理装置におけるアシンメトリ検出装置のブロック図を図６に示す。図６のアシンメトリ検出装置３０は、記録媒体上の記録情報の再生信号（ＲＳ１）を入力としゲイン制御信号入力に応じたゲインとオフセット制御信号入力に応じたＤＣオフセットとを与える演算アンプユニット１と、演算アンプユニット１の出力（ＲＳ２）の高周波数帯域を強調するイコライザユニット８と、イコライザユニット８の出力（ＲＳ３）を入力としピーク検出を行うピーク検出ユニット２と、イコライザユニット８の出力（ＲＳ３）を入力としボトム検出を行うボトム検出ユニット３と、ピーク検出ユニット２の出力（ＰＫ）とボトム検出ユニット３の出力（ＢＭ）とを入力とし演算アンプユニット１の出力に関する振幅情報信号（ＡＭ）を出力する振幅検出ユニット４と、ピーク検出ユニット２の出力（ＰＫ）とボトム検出ユニット３の出力（ＢＭ）とを入力とし演算アンプユニット１の出力に関するオフセット情報信号（ＯＦ）を出力するオフセット検出ユニット５と、振幅情報信号（ＡＭ）及びオフセット情報信号（ＯＦ）を入力とし演算アンプユニット１の出力信号振幅及び出力信号オフセットが所定値となるように制御を行うゲインオフセット制御ユニット６と、イコライザユニット８の出力（ＲＳ３）を入力とし２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるように帰還制御してスライスレベル（ＳＬ）を調整しながら２値化を行う２値化ユニット７とで構成されるものである。ピーク検出ユニット２、ボトム検出ユニット３、振幅検出ユニット４及びオフセット検出ユニット５は、波形検出ユニット３１を構成する。また、２値化ユニット７はＤＣ成分抽出ユニット３２を構成する。
例えば、ＤＶＤのように高密度記録された記録媒体を再生する場合、最短記録長（ＤＶＤでは３Ｔ）付近の再生信号振幅は、長マークの信号振幅と比較して２０％程度しかない。こうした再生信号（ＲＳ１）をもとに、演算アンプユニット１の出力（ＲＳ２）からそのままピーク・ボトム検出を行った場合、図７（ａ）に示すように短いマークのピーク・ボトムが取れないため検出誤差が大きくなる。図７（ａ）ではピーク検出のみについて示しているが、ボトム検出についても同様である。そこで、高周波数帯域を強調するイコライザユニット８を通し、図７（ｂ）に示すように短いマークの信号振幅をイコライザユニット８により増幅することで、ピーク・ボトム検出の誤差を少なくすることができる。ただし、場合によってはイコライザユニット８を省略することができる。
次に、図６のアシンメトリ検出装置３０の動作について図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて説明する。入力再生信号（ＲＳ１）は、演算アンプユニット１で所定のゲイン・オフセットが与えられて次段の再生信号（ＲＳ２）となる。この再生信号（ＲＳ２）は、イコライザユニット８を介してピーク検出ユニット２及びボトム検出ユニット３に与えられ、ピーク検出ユニット２でピーク検出されてピーク検出信号（ＰＫ）が得られ、ボトム検出ユニット３でボトム検出されてボトム検出信号（ＢＭ）が得られる。振幅検出ユニット４では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）からボトム検出信号（ＢＭ）を減算して振幅情報信号（ＡＭ）を求める。オフセット検出ユニット５では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）とボトム検出信号（ＢＭ）とを平均してオフセット情報信号（ＯＦ）を求める。ゲインオフセット制御ユニット６は、振幅情報信号（ＡＭ）が目標振幅（ＴＲＡ）と等しくなるように、またオフセット情報信号（ＯＦ）が目標電圧レベル（ＴＲＯ）と等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。
上記制御により、再生信号（ＲＳ２）のピーク（ＰＫ）及びボトム（ＢＭ）を、目標ピークレベル（ＴＲＰ）及び目標ボトムレベル（ＴＲＢ）にほぼ一致させることが可能になる。ここで、再生信号にアシンメトリがない場合には、アイダイアグラムのセンター位置は目標電圧レベル（ＴＲＯ）と等しくなるが、再生信号にアシンメトリがある場合にはアイダイアグラムのセンター位置は図８（ｂ）に示すとおり目標電圧レベル（ＴＲＯ）からずれることになる。
そこで、２値化ユニット７で再生信号（ＲＳ３）の２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようにスライスレベル（ＳＬ）を調整しながら２値化を行う。このように２値化を行った場合、スライスレベル（ＳＬ）はアイダイアグラムのセンターとほぼ一致し、こうして求まるスライスレベル（ＳＬ）と目標電圧レベル（ＴＲＯ）との差分を演算することでアシンメトリ量を算出することが可能になる。目標電圧レベル（ＴＲＯ）をグランドレベル（ＧＮＤ）とした場合には、スライスレベル（ＳＬ）そのものがアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）となる。
このように、信号振幅及びオフセットを制御することで、入力される再生信号のアシンメトリ量、すなわち再生信号が有するＤＣレベルに依存することなく再生信号振幅を一定値に規格化し、またピーク・ボトムを一定範囲に規定して収まるようにオフセット制御することができる。そして、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなスライスレベル（ＳＬ）を求めることで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能になる。
なお、図６中のピーク検出ユニット２は、図９（ａ）に示すようにダイオードＤ１と、コンデンサＣ１と、抵抗器Ｒ１とで構成できる。また、ボトム検出ユニット３は、図９（ｂ）に示すようにダイオードＤ２と、コンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ２とで構成できる。
ある場合には、図６中のゲインオフセット制御ユニット６から直ちにアシンメトリ量情報（ＡＳＭ２）を取り出すことも可能である。入力再生信号（ＲＳ１）が予めＤＣカットされた信号である場合には、この入力再生信号のアイセンターが基準電位（例えばＴＲＯ）にほぼ等しくなる。一方、ゲインオフセット制御ユニット６は、再生信号（ＲＳ２）のピーク（ＰＫ）及びボトム（ＢＭ）がそれぞれ目標ピークレベル（ＴＲＰ）及び目標ボトムレベル（ＴＲＢ）にほぼ一致するように制御するため、ここでアシンメトリ分を補正するようなオフセット制御が行われることになる。したがって、ゲインオフセット制御ユニット６におけるオフセットの制御情報をアシンメトリ量情報（ＡＳＭ２）として用いることができる。
図１０（ａ）は、図６中の波形検出ユニット３１の変形例を示している。図１０（ａ）によれば、波形検出ユニット３１がピーク検出ユニット２とボトム検出ユニット３とで構成される。この場合のゲインオフセット制御ユニット６は、ピーク検出ユニット２の出力（ＰＫ）が目標ピークレベル（ＴＲＰ）と等しくなるように、またボトム検出ユニット３の出力（ＢＭ）が目標ボトムレベル（ＴＲＢ）と等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。
図１０（ｂ）は、図６中の波形検出ユニット３１の他の変形例を示している。図１０（ｂ）によれば、波形検出ユニット３１が振幅検出ユニット４とオフセット検出ユニット５とで構成される。この場合のゲインオフセット制御ユニット６は、振幅情報信号（ＡＭ）が目標振幅（ＴＲＡ）と等しくなるように、またオフセット情報信号（ＯＦ）が目標電圧レベル（ＴＲＯ）と等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。
図１１、図１２及び図１３は、図６中のＤＣ成分抽出ユニット３２の変形例をそれぞれ示している。
第１に、図６中の２値化ユニット７を、図１１に示すように低域通過フィルタ９に置き換えて、再生信号のＤＣ成分情報を抽出するものであっても構わない。演算アンプユニット１の出力信号（ＲＳ２）あるいはイコライザユニット８の出力信号（ＲＳ３）を低域通過フィルタ９に通して変調周波数成分を除去し、再生信号のＤＣ成分のみを抽出する。低域通過フィルタ９の出力は再生信号の有するＤＣ成分情報を表し、アシンメトリと強い相関を持つ。ただし、ここで得られるアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）は再生信号の波形歪みの影響を受け易く、２値化ユニット７を用いた方法に比べると若干精度が落ちるが、回路構成を簡単にすることができるという点では有利である。再生信号が所定レベル範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、再生信号のＤＣ成分情報を抽出することで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、簡易的にアシンメトリ量を検出することが可能になる。
低域通過フィルタ９のカットオフ周波数は、再生信号の変調則で決まる最大反転周期の逆数から決まる周波数よりも低く設定されるものであり、再生信号の変調周波数成分を除去することで、ＤＣ成分情報を抽出してアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）のみを検出することが可能になる。
更に図１１に示すように、再生信号の欠落を検出し欠陥検出信号を出力する欠陥検出ユニット１１と、低域通過フィルタ９の出力と欠陥検出信号とを入力とし欠陥検出期間中は低域通過フィルタ９の出力を保持するホールドユニット１２とを更に備えたものであって構わない。欠陥検出期間中は低域通過フィルタ９の出力に変動が発生するため、この期間中は前値ホールドしてアシンメトリ量として出力しないことで、再生信号の欠落等によってアシンメトリ量の検出値が乱れるのを防止することができる。
また、ＤＣ成分抽出ユニット３２は、図１２に示すように、上記２値化ユニット７に加えて、再生信号の欠落を検出し欠陥検出信号を出力する欠陥検出ユニット１１と、２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）と欠陥検出信号とを入力とし欠陥検出期間中は２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）を保持するホールドユニット１２とを更に備えたものであって構わない。
更に、ＤＣ成分抽出ユニット３２は、図１３に示すように２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）を平滑化する平滑ユニット１３を備えたものであって構わない。平滑ユニット１３の出力から再生信号のアシンメトリ量を算出することで、情報記録媒体上の局所欠陥等によって発生する再生信号の乱れによりアシンメトリ量の検出値が変動するのを抑圧することが可能になる。なお、平滑ユニット１３は、２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）を積算する積分回路あるいは累積加算演算器等で構成されるものであってよい。また、欠陥検出期間中は平滑ユニット１３の積分処理を停止又は初期化すればよい。
図１４は、図６のアシンメトリ検出装置３０の１つの応用例を示している。図１４の信号処理装置は、図６のアシンメトリ検出装置３０に加えて、記録媒体上の記録情報の再生信号を２値化するデータスライスユニット２０と、アシンメトリ検出装置３０から得られるアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいてデータスライスユニット２０の２値化スライスレベル（ＤＳＬ）を制御するスライスレベル制御ユニット１９とを備えたものである。
前述したように、アシンメトリが大きい状態で高周波帯域を強調した場合には図３のような再生信号の折り返しが発生しやすく、アイセンターレベルすなわち２値化レベルにかかるため、データエラーが発生しやすくなる。そこで、アシンメトリ量が大きい場合にデータスライスユニット２０のスライスレベル（ＤＳＬ）を再生信号の折り返しから遠ざかる方向にスライスレベル制御ユニット１９でオフセットさせることで、折り返しに起因するエラーを低減させることができる。
図１５は、本発明に係る信号処理装置の他の構成例を示している。図１５中のアシンメトリ検出装置３０は、図６中の演算アンプユニット１の次段にＡＤ変換ユニット１０を配置し、かつイコライザ制御ユニット１７を付加したものである。ＡＤ変換ユニット１０は、演算アンプユニット１の出力（ＲＳ２）を入力としアナログ−デジタル変換を行う。図１５中のイコライザユニット８は、ＡＤ変換ユニット１０の出力（ＤＲＳ）を入力としその高周波数帯域を強調する。イコライザユニット８の出力（ＤＳ２）は、図６の場合と同様に波形検出ユニット３１及び２値化ユニット７へ供給される。なお、演算アンプユニット１とＡＤ変換ユニット１０との間に、図６の場合と同様のアナログ式のイコライザユニット８を配置することとしてもよい。ＡＤ変換ユニット１０の変換特性は、線形に限らず非線形であっても構わない。
次に、図１５中のアシンメトリ検出装置３０の動作について図１６（ａ）及び図１６（ｂ）を用いて説明する。基本動作は図６の場合と同様であるが、ＡＤ変換ユニット１０でアナログ再生信号（ＲＳ２）をデジタル再生信号（ＤＲＳ）に変換し、以降の処理をデジタル信号処理で行っている点が異なる。
入力再生信号（ＲＳ１）は、演算アンプユニット１で所定のゲイン・オフセットが与えられて次段の再生信号（ＲＳ２）となる。この再生信号（ＲＳ２）は、ＡＤ変換ユニット１０でアナログ−デジタル変換されて多値のデジタル信号（ＤＲＳ）に変換される。このデジタル信号（ＤＲＳ）は、イコライザユニット８を介してピーク検出ユニット２及びボトム検出ユニット３に与えられ、ピーク検出ユニット２でピーク検出されてピーク検出信号（ＰＫ）が得られ、ボトム検出ユニット３でボトム検出されてボトム検出信号（ＢＭ）が得られる。振幅検出ユニット４では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）からボトム検出信号（ＢＭ）を減算して振幅情報信号（ＡＭ）を求める。オフセット検出ユニット５では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）とボトム検出信号（ＢＭ）とを平均してオフセット情報信号（ＯＦ）を求める。ゲインオフセット制御ユニット６は、振幅情報信号（ＡＭ）が目標振幅（ＴＲＡ）と等しくなるように、またオフセット情報信号（ＯＦ）がＡＤセンターレベルと等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。
上記制御により、再生信号（ＲＳ２）のピーク（ＰＫ）及びボトム（ＢＭ）を、目標ピークレベル（ＴＲＰ）及び目標ボトムレベル（ＴＲＢ）にほぼ一致させることが可能になる。ここで、再生信号にアシンメトリがない場合には、アイダイアグラムのセンター位置はＡＤセンターレベルと等しくなるが、再生信号にアシンメトリがある場合にはアイダイアグラムのセンター位置は図１６（ｂ）に示すとおりＡＤセンターレベルからずれることになる。
そこで、２値化ユニット７で再生信号（ＤＳ２）の２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようにスライスレベル（ＳＬ）を調整しながら２値化を行う。このように２値化を行った場合、スライスレベル（ＳＬ）はアイダイアグラムのセンターとほぼ一致し、こうして求まるスライスレベル（ＳＬ）とＡＤセンターレベルとの差分を演算することでアシンメトリ量を算出することが可能になる。ＡＤセンターレベルをグランドレベル（ＧＮＤ）とした場合には、スライスレベル（ＳＬ）そのものがアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）となる。
このように、再生信号が所定レベル範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなスライスレベル（ＳＬ）を求めることで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能になる。しかも、ＡＤ変換ユニット１０で再生信号をデジタル信号に変換して処理することにより、アナログ信号処理回路でよく発生する電気オフセット、ドリフト、ばらつき等による検出誤差をなくすことができる。
また、ＡＤ変換ユニット１０のＡＤ変換クロックを再生信号に位相同期したクロックとすることで、入力される信号の転送レートに適応してピーク検出、ボトム検出、ゲイン・オフセット制御等の時定数が自動的に変化するため、ＣＡＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ａｎｇｕｌａｒ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）への対応が容易であるといった利点がある。
また、イコライザユニット８をＦＩＲフィルタ等のデジタルフィルタで構成することで高精度なイコライジングが可能であり、これにより振幅及びオフセット制御の精度が向上するため、高精度なアシンメトリ検出を行うことができる。
図１５中のイコライザ制御ユニット１７は、アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に応じてイコライザユニット８の高周波数帯域の強調量を制御するものである。アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいて再生エラーレートが減少するように高周波数帯域の強調量を調整することで、信頼性の高いデータ再生が可能になる。前述したように、アシンメトリが大きい状態で高周波帯域を強調した場合には図３のような再生信号の折り返しが発生しやすく、アイセンターレベルすなわち２値化レベルにかかるため、データエラーが発生しやすい。そこで、アシンメトリ量が大きい場合にイコライザユニット８の高周波帯域の強調を抑えるか、又は高周波数帯域を減衰させて再生信号の折り返し現象を低減することで、エラーレートの改善が可能になる。
なお、図１５中の波形検出ユニット３１を図１０（ａ）又は図１０（ｂ）の構成に置き換えることも可能である。入力再生信号（ＲＳ１）が予めＤＣカットされた信号である場合には、図６の場合と同様にゲインオフセット制御ユニット６から直ちにアシンメトリ量情報を取り出すことも可能である。
さて、図１５の信号処理装置は、イコライザユニット８の出力（ＤＳ２）を入力としビタビ復号して最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するビタビ復号ユニット１５と、アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に応じてビタビ復号ユニット１５の判定レベルを制御する判定レベル制御ユニット１４とを更に備えている。
図１５の構成によれば、再生信号のアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいてビタビ復号ユニット１５の判定レベルが最適となるように調整することで、ビタビ復号ユニット１５の動作を安定化し、再生エラーレートを低減することが可能になる。例えば、ＰＲ（ｎ，ｍ，ｍ，ｎ）等化された信号をビタビ復号する場合において、上記目標ピークレベル（ＴＲＰ）、目標ボトムレベル（ＴＲＢ）及びアシンメトリ量（ＡＳＭ）を用いて、ＴＲＰと、ＡＳＭと、ＴＲＢと、ＴＲＰ−ＡＳＭ間をｎ：ｍに分割したレベルＴＲＶ１と、ＡＳＭ−ＴＲＢをｍ：ｎに分割したレベルＴＲＶ２とをビタビ復号の識別点の値とし、ＴＲＰ−ＴＲＶ１間、ＴＲＶ１−ＡＳＭ間、ＡＳＭ−ＴＲＶ２間、ＴＲＶ２−ＴＲＢ間の中心値を識別閾値とすることで、ビタビ復号ユニット１５の判定レベルをアシンメトリに応じて最適となるように調整することができる。
図１５の構成の変形例を図１７に示す。図１７では、図１５中の判定レベル制御ユニット１４に代えてデータ出力制御ユニット１６を設けている。データ出力制御ユニット１６は、アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいて２値化ユニット７の出力（ＤＲＦ）又はビタビ復号ユニット１５の出力（ＶＴＢ）を切り換えて出力するものである。
ビタビ検出の判定レベルを上下対称とした場合、再生信号のアシンメトリが大きくなって上下対称性が崩れると、ビタビ復号が困難になり、正しい復号データが得られなくなる。強いアシンメトリに対しては、２値化ユニット７の出力（ＤＲＦ）を用いたほうが限界レベルが高くなり正常なデータ検出が得られやすい。そこで、アシンメトリ量が所定値以上のときには２値化ユニット７の出力（ＤＲＦ）を、またアシンメトリ量が所定値より小さいときにはビタビ復号ユニット１５の出力（ＶＴＢ）を切り換えて出力することで、最終出力データとして信頼性の高い再生データを出力することが可能になる。なお、ＤＲＦとＶＴＢの出力タイミングを一致させていれば、これらをアシンメトリ情報（ＡＳＭ）に応じてリアルタイムで切り換えることが可能である。

産業上の利用の可能性

以上説明してきたとおり、本発明によれば、再生信号が所定範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなスライスレベルを求めることで、アイダイアグラムのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能であり、アシンメトリ量情報をもとにビタビ復号器の判定レベル切り換え、イコライザ調整、あるいは２値化オフセットの印加を行うことで、再生エラーレートの改善が可能になる。

本発明は、情報記録媒体上の記録情報からデータ再生を行う信号処理装置において、記録条件変化等によって発生する再生信号のアシンメトリ量を正確に検出し、更にアシンメトリ量情報を利用してエラーレートを下げる技術に関するものである。

近年、光ディスクの高密度化が急速に進展し、大容量の動画像記録が可能となってきた。また、光ディスクは蓄積メディアとして容量性、高速アクセス性、低コスト性、可換性等において優れており、今後テープ記録媒体に置き換わる可能性が高い。

さて、光ディスクの記録方式として記録マーク位置に情報をのせるＰＰＭ（Pulse Point Modulation）記録方式と、記録マークエッジに情報をのせるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）記録方式とがあるが、現在では高密度化に有利なＰＷＭ記録方式を採用するのがほとんどである。

ＰＷＭ記録方式では、記録条件によって記録マークが大きく形成されたり、あるいは小さく形成されたりした場合、再生信号のデューティ比が所定値からずれて振幅方向の非対称波形歪みが発生する。この現象は「アシンメトリ」と呼ばれる。

ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）のように、離散的なマーク・スペース長で記録されたディスクを再生し、オシロスコープで観測すると、図１（ａ）又は図１（ｂ）のような波形が得られる。これらの波形は一般的にアイパターンと呼ばれ、アシンメトリがない場合には図１（ａ）、アシンメトリがある場合には図１（ｂ）のような波形となる。ここで、図中にハッチングで示した菱形の部分はアイダイアグラムと呼ばれ、再生波形センター（波形中心）に対するアイセンターレベルの上下方向へのずれがアシンメトリ量を表す。ＰＷＭ記録方式では記録マークエッジに情報を有しているが、アシンメトリが発生すると記録エッジシフトが発生するため対策が必要である。

再生信号を単純２値化してデータ再生する場合、例えばＣＤのように直流（ＤＣ）成分フリーの記録変調方式を採用しているときは、２値化後のデューティ比が例えば５０：５０になるように２値化レベルを帰還制御することで、アシンメトリの影響をほとんど除去することができる。

図２に従来の２値化回路の一例を示す。この２値化回路は、再生信号を所定レベルで２値化するコンパレータ回路１００と、コンパレータ回路出力を積分する積分回路１０１と、積分回路出力のリップルを除去するリップル除去フィルタ１０２と、リップル除去フィルタ出力をコンパレータ回路１００へ帰還するバッファ回路１０３とで構成される。この場合、２値化レベルは図１（ａ）及び図１（ｂ）におけるアイダイアグラムのアイセンターレベル付近となる。

しかしながら、図３に示すように再生波形の折り返し歪みが発生し、かつ大きなアシンメトリがあるような場合においては、２値化レベルが波形折り返し部分にかかるため図２の構成では正しく２値化ができず、正しくデータ再生できなくなるといった現象が発生してしまう。こうした再生波形の折り返し歪みは、記録面上でレーザスポット径が必要以上に絞れている場合や、イコライザ等で再生信号の高周波数帯域を強調した場合に発生しやすい。

一方、ビタビ（Viterbi）復号器を用いたデジタル再生信号処理系では、再生信号をアナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器という）でサンプリングし、サンプリングされた多値データをもとに最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するが、理想状態として再生信号の振幅方向の上下対称性が求められる。

図４に、ＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）技術を用いた従来の信号処理装置のブロック図の一例を示す。この信号処理装置は、再生信号（ＲＳ１）をアナログ−デジタル変換するＡＤ変換器１０４と、ＡＤ変換信号（ＡＤＣＯＵＴ）からＤＣ変動成分を除去するベースライン処理回路１０５と、ベースライン処理信号（ＢＣＤＴ）から位相誤差情報を抽出し入力再生信号に位相同期したクロックを生成するＰＬＬ回路１０６と、ベースライン処理信号を入力とし波形等化処理を行うＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ１０７と、等化誤差が最小になるように適応的にＦＩＲフィルタ１０７のタップ係数を調整するＬＭＳ（Least Mean Square）回路１０８と、ＦＩＲフィルタ出力（ＦＩＲＤＴ）から最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するビタビ復号器１０９とを備えている。

ＰＲＭＬ技術を導入した図４の構成によれば、図２に示した単純２値化によるデータ再生に比べてエラーレートを大幅に改善し、性能を向上することが可能である。ただし、ＰＲＭＬ技術は振幅方向に上下対称な理想波形を基本に設計されており、強いアシンメトリが再生信号に発生し、振幅方向の上下対称性が大きく崩れた場合、ビタビ復号器１０９が正しく動作しないといった問題があった。

なお、従来の信号処理方法として、再生信号値とビタビ復号の動作結果とに基づいて、ブランチメトリックの値を計算する際に参照値として用いられる振幅基準値をクロック毎に更新し、振幅基準値に基づいて所定の計算を行う方法が知られている（特許文献１参照）。

また、波形等化回路（イコライザ）から出力された再生信号をスライスレベルでスライスし、このスライスレベルをアシンメトリ量情報として使用する方法、また同時に再生信号の最大値及び最小値を検出し、振幅検出して再生信号振幅を一定にすることで検出誤差を少なくする方法が知られている（特許文献２参照）。

しかしながら、一般的に記録情報を読み取るピックアップからの再生信号の振幅は微小であるため、後段のアンプで所望の信号振幅になるように大きなゲインを稼ぐ必要があるが、後段アンプのダイナミックレンジの制約からＤＣ結合で増幅することは困難である。そのため、容量結合してＤＣ成分をカットしてから大増幅する方法が多く用いられるが、ＤＣ成分をカットすることによりアイダイアグラムのセンターレベルが基準電圧レベル（ここではグランドレベルＧＮＤとしている）にほぼ一致する。アシンメトリがない場合は図５（ａ）、アシンメトリがある場合には図５（ｂ）に示すようになる。このような信号を２値化した場合、両者とも２値化スライスレベルがアイダイアグラムのほぼセンターに来るため、図５（ａ）及び図５（ｂ）でスライスレベルはＧＮＤ付近となってほぼ一致し、スライスレベルそのものからアシンメトリ量情報を得ることができなくなる。
特開平１０−３２０９２０号公報 特開２００１−２５０３３４号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、再生信号のアシンメトリに依存しないゲイン及びオフセット制御を行うことで、振幅方向に正規化され、再生信号の上下包絡線のそれぞれが所定レベルに漸近するようにアイダイアグラムのセンター位置をオフセット制御し、このようにオフセット制御されたアイダイアグラムのセンター位置を検出することで、入力再生信号に依存することなくアシンメトリ量を正確に検出することが可能な信号処理装置及びその方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明によれば、情報記録媒体上の記録情報を再生するための信号処理装置において、記録情報の再生信号を増幅するための演算アンプユニットと、当該演算アンプユニットの出力の振幅及びオフセットが各々所定値となるように当該演算アンプユニットのゲイン及びオフセットを制御するためのゲインオフセット制御ユニットとを有するフィードバックループの構成を採用し、当該フィードバックループ中の信号から再生信号のＤＣ成分情報を抽出し、再生信号のアシンメトリ量を表す情報として当該ＤＣ成分情報を供給する。この構成により、再生信号が所定レベル範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなＤＣ成分情報を求めることで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能になる。

このようにして検出されたアシンメトリ量の情報を用いて、ビタビ復号器の判定レベル切り換え、ビタビ復号のオン／オフ制御、イコライザ特性の制御、あるいは２値化回路のオフセット処理を行えば、再生エラーレートの低減を図ることができる。

以下、情報記録媒体上の記録情報を再生するための信号処理装置に係る本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係る信号処理装置におけるアシンメトリ検出装置のブロック図を図６に示す。図６のアシンメトリ検出装置３０は、記録媒体上の記録情報の再生信号（ＲＳ１）を入力としゲイン制御信号入力に応じたゲインとオフセット制御信号入力に応じたＤＣオフセットとを与える演算アンプユニット１と、演算アンプユニット１の出力（ＲＳ２）の高周波数帯域を強調するイコライザユニット８と、イコライザユニット８の出力（ＲＳ３）を入力としピーク検出を行うピーク検出ユニット２と、イコライザユニット８の出力（ＲＳ３）を入力としボトム検出を行うボトム検出ユニット３と、ピーク検出ユニット２の出力（ＰＫ）とボトム検出ユニット３の出力（ＢＭ）とを入力とし演算アンプユニット１の出力に関する振幅情報信号（ＡＭ）を出力する振幅検出ユニット４と、ピーク検出ユニット２の出力（ＰＫ）とボトム検出ユニット３の出力（ＢＭ）とを入力とし演算アンプユニット１の出力に関するオフセット情報信号（ＯＦ）を出力するオフセット検出ユニット５と、振幅情報信号（ＡＭ）及びオフセット情報信号（ＯＦ）を入力とし演算アンプユニット１の出力信号振幅及び出力信号オフセットが所定値となるように制御を行うゲインオフセット制御ユニット６と、イコライザユニット８の出力（ＲＳ３）を入力とし２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるように帰還制御してスライスレベル（ＳＬ）を調整しながら２値化を行う２値化ユニット７とで構成されるものである。ピーク検出ユニット２、ボトム検出ユニット３、振幅検出ユニット４及びオフセット検出ユニット５は、波形検出ユニット３１を構成する。また、２値化ユニット７はＤＣ成分抽出ユニット３２を構成する。

例えば、ＤＶＤのように高密度記録された記録媒体を再生する場合、最短記録長（ＤＶＤでは３Ｔ）付近の再生信号振幅は、長マークの信号振幅と比較して２０％程度しかない。こうした再生信号（ＲＳ１）をもとに、演算アンプユニット１の出力（ＲＳ２）からそのままピーク・ボトム検出を行った場合、図７（ａ）に示すように短いマークのピーク・ボトムが取れないため検出誤差が大きくなる。図７（ａ）ではピーク検出のみについて示しているが、ボトム検出についても同様である。そこで、高周波数帯域を強調するイコライザユニット８を通し、図７（ｂ）に示すように短いマークの信号振幅をイコライザユニット８により増幅することで、ピーク・ボトム検出の誤差を少なくすることができる。ただし、場合によってはイコライザユニット８を省略することができる。

次に、図６のアシンメトリ検出装置３０の動作について図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて説明する。入力再生信号（ＲＳ１）は、演算アンプユニット１で所定のゲイン・オフセットが与えられて次段の再生信号（ＲＳ２）となる。この再生信号（ＲＳ２）は、イコライザユニット８を介してピーク検出ユニット２及びボトム検出ユニット３に与えられ、ピーク検出ユニット２でピーク検出されてピーク検出信号（ＰＫ）が得られ、ボトム検出ユニット３でボトム検出されてボトム検出信号（ＢＭ）が得られる。振幅検出ユニット４では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）からボトム検出信号（ＢＭ）を減算して振幅情報信号（ＡＭ）を求める。オフセット検出ユニット５では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）とボトム検出信号（ＢＭ）とを平均してオフセット情報信号（ＯＦ）を求める。ゲインオフセット制御ユニット６は、振幅情報信号（ＡＭ）が目標振幅（ＴＲＡ）と等しくなるように、またオフセット情報信号（ＯＦ）が目標電圧レベル（ＴＲＯ）と等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。

上記制御により、再生信号（ＲＳ２）のピーク（ＰＫ）及びボトム（ＢＭ）を、目標ピークレベル（ＴＲＰ）及び目標ボトムレベル（ＴＲＢ）にほぼ一致させることが可能になる。ここで、再生信号にアシンメトリがない場合には、アイダイアグラムのセンター位置は目標電圧レベル（ＴＲＯ）と等しくなるが、再生信号にアシンメトリがある場合にはアイダイアグラムのセンター位置は図８（ｂ）に示すとおり目標電圧レベル（ＴＲＯ）からずれることになる。

そこで、２値化ユニット７で再生信号（ＲＳ３）の２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようにスライスレベル（ＳＬ）を調整しながら２値化を行う。このように２値化を行った場合、スライスレベル（ＳＬ）はアイダイアグラムのセンターとほぼ一致し、こうして求まるスライスレベル（ＳＬ）と目標電圧レベル（ＴＲＯ）との差分を演算することでアシンメトリ量を算出することが可能になる。目標電圧レベル（ＴＲＯ）をグランドレベル（ＧＮＤ）とした場合には、スライスレベル（ＳＬ）そのものがアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）となる。

このように、信号振幅及びオフセットを制御することで、入力される再生信号のアシンメトリ量、すなわち再生信号が有するＤＣレベルに依存することなく再生信号振幅を一定値に規格化し、またピーク・ボトムを一定範囲に規定して収まるようにオフセット制御することができる。そして、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなスライスレベル（ＳＬ）を求めることで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能になる。

なお、図６中のピーク検出ユニット２は、図９（ａ）に示すようにダイオードＤ１と、コンデンサＣ１と、抵抗器Ｒ１とで構成できる。また、ボトム検出ユニット３は、図９（ｂ）に示すようにダイオードＤ２と、コンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ２とで構成できる。

ある場合には、図６中のゲインオフセット制御ユニット６から直ちにアシンメトリ量情報（ＡＳＭ２）を取り出すことも可能である。入力再生信号（ＲＳ１）が予めＤＣカットされた信号である場合には、この入力再生信号のアイセンターが基準電位（例えばＴＲＯ）にほぼ等しくなる。一方、ゲインオフセット制御ユニット６は、再生信号（ＲＳ２）のピーク（ＰＫ）及びボトム（ＢＭ）がそれぞれ目標ピークレベル（ＴＲＰ）及び目標ボトムレベル（ＴＲＢ）にほぼ一致するように制御するため、ここでアシンメトリ分を補正するようなオフセット制御が行われることになる。したがって、ゲインオフセット制御ユニット６におけるオフセットの制御情報をアシンメトリ量情報（ＡＳＭ２）として用いることができる。

図１０（ａ）は、図６中の波形検出ユニット３１の変形例を示している。図１０（ａ）によれば、波形検出ユニット３１がピーク検出ユニット２とボトム検出ユニット３とで構成される。この場合のゲインオフセット制御ユニット６は、ピーク検出ユニット２の出力（ＰＫ）が目標ピークレベル（ＴＲＰ）と等しくなるように、またボトム検出ユニット３の出力（ＢＭ）が目標ボトムレベル（ＴＲＢ）と等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。

図１０（ｂ）は、図６中の波形検出ユニット３１の他の変形例を示している。図１０（ｂ）によれば、波形検出ユニット３１が振幅検出ユニット４とオフセット検出ユニット５とで構成される。この場合のゲインオフセット制御ユニット６は、振幅情報信号（ＡＭ）が目標振幅（ＴＲＡ）と等しくなるように、またオフセット情報信号（ＯＦ）が目標電圧レベル（ＴＲＯ）と等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。

図１１、図１２及び図１３は、図６中のＤＣ成分抽出ユニット３２の変形例をそれぞれ示している。

第１に、図６中の２値化ユニット７を、図１１に示すように低域通過フィルタ９に置き換えて、再生信号のＤＣ成分情報を抽出するものであっても構わない。演算アンプユニット１の出力信号（ＲＳ２）あるいはイコライザユニット８の出力信号（ＲＳ３）を低域通過フィルタ９に通して変調周波数成分を除去し、再生信号のＤＣ成分のみを抽出する。低域通過フィルタ９の出力は再生信号の有するＤＣ成分情報を表し、アシンメトリと強い相関を持つ。ただし、ここで得られるアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）は再生信号の波形歪みの影響を受け易く、２値化ユニット７を用いた方法に比べると若干精度が落ちるが、回路構成を簡単にすることができるという点では有利である。再生信号が所定レベル範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、再生信号のＤＣ成分情報を抽出することで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、簡易的にアシンメトリ量を検出することが可能になる。

低域通過フィルタ９のカットオフ周波数は、再生信号の変調則で決まる最大反転周期の逆数から決まる周波数よりも低く設定されるものであり、再生信号の変調周波数成分を除去することで、ＤＣ成分情報を抽出してアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）のみを検出することが可能になる。

更に図１１に示すように、再生信号の欠落を検出し欠陥検出信号を出力する欠陥検出ユニット１１と、低域通過フィルタ９の出力と欠陥検出信号とを入力とし欠陥検出期間中は低域通過フィルタ９の出力を保持するホールドユニット１２とを更に備えたものであって構わない。欠陥検出期間中は低域通過フィルタ９の出力に変動が発生するため、この期間中は前値ホールドしてアシンメトリ量として出力しないことで、再生信号の欠落等によってアシンメトリ量の検出値が乱れるのを防止することができる。

また、ＤＣ成分抽出ユニット３２は、図１２に示すように、上記２値化ユニット７に加えて、再生信号の欠落を検出し欠陥検出信号を出力する欠陥検出ユニット１１と、２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）と欠陥検出信号とを入力とし欠陥検出期間中は２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）を保持するホールドユニット１２とを更に備えたものであって構わない。

更に、ＤＣ成分抽出ユニット３２は、図１３に示すように２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）を平滑化する平滑ユニット１３を備えたものであって構わない。平滑ユニット１３の出力から再生信号のアシンメトリ量を算出することで、情報記録媒体上の局所欠陥等によって発生する再生信号の乱れによりアシンメトリ量の検出値が変動するのを抑圧することが可能になる。なお、平滑ユニット１３は、２値化ユニット７のスライスレベル（ＳＬ）を積算する積分回路あるいは累積加算演算器等で構成されるものであってよい。また、欠陥検出期間中は平滑ユニット１３の積分処理を停止又は初期化すればよい。

図１４は、図６のアシンメトリ検出装置３０の１つの応用例を示している。図１４の信号処理装置は、図６のアシンメトリ検出装置３０に加えて、記録媒体上の記録情報の再生信号を２値化するデータスライスユニット２０と、アシンメトリ検出装置３０から得られるアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいてデータスライスユニット２０の２値化スライスレベル（ＤＳＬ）を制御するスライスレベル制御ユニット１９とを備えたものである。

前述したように、アシンメトリが大きい状態で高周波帯域を強調した場合には図３のような再生信号の折り返しが発生しやすく、アイセンターレベルすなわち２値化レベルにかかるため、データエラーが発生しやすくなる。そこで、アシンメトリ量が大きい場合にデータスライスユニット２０のスライスレベル（ＤＳＬ）を再生信号の折り返しから遠ざかる方向にスライスレベル制御ユニット１９でオフセットさせることで、折り返しに起因するエラーを低減させることができる。

図１５は、本発明に係る信号処理装置の他の構成例を示している。図１５中のアシンメトリ検出装置３０は、図６中の演算アンプユニット１の次段にＡＤ変換ユニット１０を配置し、かつイコライザ制御ユニット１７を付加したものである。ＡＤ変換ユニット１０は、演算アンプユニット１の出力（ＲＳ２）を入力としアナログ−デジタル変換を行う。図１５中のイコライザユニット８は、ＡＤ変換ユニット１０の出力（ＤＲＳ）を入力としその高周波数帯域を強調する。イコライザユニット８の出力（ＤＳ２）は、図６の場合と同様に波形検出ユニット３１及び２値化ユニット７へ供給される。なお、演算アンプユニット１とＡＤ変換ユニット１０との間に、図６の場合と同様のアナログ式のイコライザユニット８を配置することとしてもよい。ＡＤ変換ユニット１０の変換特性は、線形に限らず非線形であっても構わない。

次に、図１５中のアシンメトリ検出装置３０の動作について図１６（ａ）及び図１６（ｂ）を用いて説明する。基本動作は図６の場合と同様であるが、ＡＤ変換ユニット１０でアナログ再生信号（ＲＳ２）をデジタル再生信号（ＤＲＳ）に変換し、以降の処理をデジタル信号処理で行っている点が異なる。

入力再生信号（ＲＳ１）は、演算アンプユニット１で所定のゲイン・オフセットが与えられて次段の再生信号（ＲＳ２）となる。この再生信号（ＲＳ２）は、ＡＤ変換ユニット１０でアナログ−デジタル変換されて多値のデジタル信号（ＤＲＳ）に変換される。このデジタル信号（ＤＲＳ）は、イコライザユニット８を介してピーク検出ユニット２及びボトム検出ユニット３に与えられ、ピーク検出ユニット２でピーク検出されてピーク検出信号（ＰＫ）が得られ、ボトム検出ユニット３でボトム検出されてボトム検出信号（ＢＭ）が得られる。振幅検出ユニット４では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）からボトム検出信号（ＢＭ）を減算して振幅情報信号（ＡＭ）を求める。オフセット検出ユニット５では、例えばピーク検出信号（ＰＫ）とボトム検出信号（ＢＭ）とを平均してオフセット情報信号（ＯＦ）を求める。ゲインオフセット制御ユニット６は、振幅情報信号（ＡＭ）が目標振幅（ＴＲＡ）と等しくなるように、またオフセット情報信号（ＯＦ）がＡＤセンターレベルと等しくなるように演算アンプユニット１のゲイン及びオフセットの制御を行う。

上記制御により、再生信号（ＲＳ２）のピーク（ＰＫ）及びボトム（ＢＭ）を、目標ピークレベル（ＴＲＰ）及び目標ボトムレベル（ＴＲＢ）にほぼ一致させることが可能になる。ここで、再生信号にアシンメトリがない場合には、アイダイアグラムのセンター位置はＡＤセンターレベルと等しくなるが、再生信号にアシンメトリがある場合にはアイダイアグラムのセンター位置は図１６（ｂ）に示すとおりＡＤセンターレベルからずれることになる。

そこで、２値化ユニット７で再生信号（ＤＳ２）の２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようにスライスレベル（ＳＬ）を調整しながら２値化を行う。このように２値化を行った場合、スライスレベル（ＳＬ）はアイダイアグラムのセンターとほぼ一致し、こうして求まるスライスレベル（ＳＬ）とＡＤセンターレベルとの差分を演算することでアシンメトリ量を算出することが可能になる。ＡＤセンターレベルをグランドレベル（ＧＮＤ）とした場合には、スライスレベル（ＳＬ）そのものがアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）となる。

このように、再生信号が所定レベル範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなスライスレベル（ＳＬ）を求めることで、再生信号アイパターンのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能になる。しかも、ＡＤ変換ユニット１０で再生信号をデジタル信号に変換して処理することにより、アナログ信号処理回路でよく発生する電気オフセット、ドリフト、ばらつき等による検出誤差をなくすことができる。

また、ＡＤ変換ユニット１０のＡＤ変換クロックを再生信号に位相同期したクロックとすることで、入力される信号の転送レートに適応してピーク検出、ボトム検出、ゲイン・オフセット制御等の時定数が自動的に変化するため、ＣＡＶ（Constant Angular Velocity）への対応が容易であるといった利点がある。

また、イコライザユニット８をＦＩＲフィルタ等のデジタルフィルタで構成することで高精度なイコライジングが可能であり、これにより振幅及びオフセット制御の精度が向上するため、高精度なアシンメトリ検出を行うことができる。

図１５中のイコライザ制御ユニット１７は、アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に応じてイコライザユニット８の高周波数帯域の強調量を制御するものである。アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいて再生エラーレートが減少するように高周波数帯域の強調量を調整することで、信頼性の高いデータ再生が可能になる。前述したように、アシンメトリが大きい状態で高周波帯域を強調した場合には図３のような再生信号の折り返しが発生しやすく、アイセンターレベルすなわち２値化レベルにかかるため、データエラーが発生しやすい。そこで、アシンメトリ量が大きい場合にイコライザユニット８の高周波帯域の強調を抑えるか、又は高周波数帯域を減衰させて再生信号の折り返し現象を低減することで、エラーレートの改善が可能になる。

なお、図１５中の波形検出ユニット３１を図１０（ａ）又は図１０（ｂ）の構成に置き換えることも可能である。入力再生信号（ＲＳ１）が予めＤＣカットされた信号である場合には、図６の場合と同様にゲインオフセット制御ユニット６から直ちにアシンメトリ量情報を取り出すことも可能である。

さて、図１５の信号処理装置は、イコライザユニット８の出力（ＤＳ２）を入力としビタビ復号して最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するビタビ復号ユニット１５と、アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に応じてビタビ復号ユニット１５の判定レベルを制御する判定レベル制御ユニット１４とを更に備えている。

図１５の構成によれば、再生信号のアシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいてビタビ復号ユニット１５の判定レベルが最適となるように調整することで、ビタビ復号ユニット１５の動作を安定化し、再生エラーレートを低減することが可能になる。例えば、ＰＲ（ｎ，ｍ，ｍ，ｎ）等化された信号をビタビ復号する場合において、上記目標ピークレベル（ＴＲＰ）、目標ボトムレベル（ＴＲＢ）及びアシンメトリ量（ＡＳＭ）を用いて、ＴＲＰと、ＡＳＭと、ＴＲＢと、ＴＲＰ−ＡＳＭ間をｎ：ｍに分割したレベルＴＲＶ１と、ＡＳＭ−ＴＲＢをｍ：ｎに分割したレベルＴＲＶ２とをビタビ復号の識別点の値とし、ＴＲＰ−ＴＲＶ１間、ＴＲＶ１−ＡＳＭ間、ＡＳＭ−ＴＲＶ２間、ＴＲＶ２−ＴＲＢ間の中心値を識別閾値とすることで、ビタビ復号ユニット１５の判定レベルをアシンメトリに応じて最適となるように調整することができる。

図１５の構成の変形例を図１７に示す。図１７では、図１５中の判定レベル制御ユニット１４に代えてデータ出力制御ユニット１６を設けている。データ出力制御ユニット１６は、アシンメトリ量情報（ＡＳＭ）に基づいて２値化ユニット７の出力（ＤＲＦ）又はビタビ復号ユニット１５の出力（ＶＴＢ）を切り換えて出力するものである。

ビタビ検出の判定レベルを上下対称とした場合、再生信号のアシンメトリが大きくなって上下対称性が崩れると、ビタビ復号が困難になり、正しい復号データが得られなくなる。強いアシンメトリに対しては、２値化ユニット７の出力（ＤＲＦ）を用いたほうが限界レベルが高くなり正常なデータ検出が得られやすい。そこで、アシンメトリ量が所定値以上のときには２値化ユニット７の出力（ＤＲＦ）を、またアシンメトリ量が所定値より小さいときにはビタビ復号ユニット１５の出力（ＶＴＢ）を切り換えて出力することで、最終出力データとして信頼性の高い再生データを出力することが可能になる。なお、ＤＲＦとＶＴＢの出力タイミングを一致させていれば、これらをアシンメトリ情報（ＡＳＭ）に応じてリアルタイムで切り換えることが可能である。

以上説明してきたとおり、本発明によれば、再生信号が所定範囲内に有効に収まるように信号振幅及びオフセットを制御し、２値化後のデューティ比がほぼ所定値になるようなスライスレベルを求めることで、アイダイアグラムのセンター位置を検出し、アシンメトリ量を正確に測定することが可能であり、アシンメトリ量情報をもとにビタビ復号器の判定レベル切り換え、イコライザ調整、あるいは２値化オフセットの印加を行うことで、再生エラーレートの改善が可能になる。

（ａ）及び（ｂ）は、光ディスクの再生信号波形におけるアイパターンを表す図であって、（ａ）はアシンメトリがない場合、（ｂ）はアシンメトリがある場合の図である。 従来の信号処理装置における２値化回路のブロック図である。 光ディスクの再生信号波形におけるアイパターンを表す図であって、折り返し歪みが発生し、かつ大きなアシンメトリがある場合の図である。 ＰＲＭＬ技術を用いた従来の信号処理装置のブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、光ディスクの再生信号からＤＣ成分をカットした後のアイパターンを表す図であって、（ａ）はアシンメトリがない場合、（ｂ）はアシンメトリがある場合の図である。 本発明に係る信号処理装置におけるアシンメトリ検出装置の構成例を示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図６中のイコライザユニットの効果を示す図であって、（ａ）はイコライザなしの場合、（ｂ）はイコライザありの場合の再生信号及びピーク検出信号の波形図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図６のアシンメトリ検出装置の動作説明図であって、（ａ）はアシンメトリがない場合、（ｂ）はアシンメトリがある場合の再生信号波形図である。 （ａ）は図６中のピーク検出ユニットの一例を、（ｂ）は図６中のボトム検出ユニットの一例をそれぞれ示す回路図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図６中の波形検出ユニットの変形例をそれぞれ示すブロック図である。 図６中のＤＣ成分抽出ユニットの変形例を示すブロック図である。 図６中のＤＣ成分抽出ユニットの他の変形例を示すブロック図である。 図６中のＤＣ成分抽出ユニットの更に他の変形例を示すブロック図である。 図６のアシンメトリ検出装置の応用例を示すブロック図である。 本発明に係る信号処理装置の他の構成例を示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１５の信号処理装置の動作説明図であって、（ａ）はアシンメトリがない場合、（ｂ）はアシンメトリがある場合の再生信号波形図である。 図１５の信号処理装置の変形例を示すブロック図である。

Claims (22)

1. 情報記録媒体上の記録情報を再生するための信号処理装置であって、
   前記記録情報の再生信号を増幅するための演算アンプ手段と、前記演算アンプ手段の出力の振幅及びオフセットが各々所定値となるように前記演算アンプ手段のゲイン及びオフセットを制御するためのゲインオフセット制御手段とを有するフィードバックループと、
   前記フィードバックループ中の信号から前記再生信号の直流成分情報を抽出するための直流成分抽出手段とを備え、
   前記再生信号のアシンメトリ量を表す情報として前記直流成分情報を供給することを特徴とする信号処理装置。
2. 請求項１記載の信号処理装置において、
   前記直流成分抽出手段は、前記演算アンプ手段の出力を入力とし２値化後のデューティ比が所定値となるように帰還制御してスライスレベルを調整しながら２値化を行う２値化手段であることを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項１記載の信号処理装置において、
   前記直流成分抽出手段は、前記演算アンプ手段の出力を入力とする低域通過フィルタであることを特徴とする信号処理装置。
4. 請求項３記載の信号処理装置において、
   前記低域通過フィルタのカットオフ周波数は、前記再生信号の変調則で決まる最大反転周期の逆数から決まる周波数よりも低く設定されていることを特徴とする信号処理装置。
5. 請求項１記載の信号処理装置において、
   前記演算アンプ手段の入力再生信号が予め直流成分カットされた信号である場合には、前記アシンメトリ量を表す情報として、前記ゲインオフセット制御手段から前記演算アンプ手段へのオフセット制御情報を供給することを特徴とする信号処理装置。
6. 請求項１記載の信号処理装置において、
   前記演算アンプ手段の出力に基づいて前記再生信号の波形に関する情報を検出し、当該波形情報を前記ゲインオフセット制御手段へ供給するための波形検出手段を更に備えたことを特徴とする信号処理装置。
7. 請求項６記載の信号処理装置において、
   前記波形検出手段は、
   前記演算アンプ手段の出力を入力としピーク検出を行うピーク検出手段と、
   前記演算アンプ手段の出力を入力としボトム検出を行うボトム検出手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
8. 請求項６記載の信号処理装置において、
   前記波形検出手段は、
   前記演算アンプ手段の出力を入力とし前記再生信号の振幅を検出して振幅情報信号を出力する振幅検出手段と、
   前記演算アンプ手段の出力を入力とし前記再生信号のオフセットを検出してオフセット情報信号を出力するオフセット検出手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
9. 請求項６記載の信号処理装置において、
   前記波形検出手段は、
   前記演算アンプ手段の出力を入力としピーク検出を行うピーク検出手段と、
   前記演算アンプ手段の出力を入力としボトム検出を行うボトム検出手段と、
   前記ピーク検出手段の出力及び前記ボトム検出手段の出力を入力とし前記演算アンプ手段の出力信号振幅を演算して振幅情報信号を出力する振幅検出手段と、
   前記ピーク検出手段の出力及び前記ボトム検出手段の出力を入力とし前記演算アンプ手段の出力信号オフセットを演算してオフセット情報信号を出力するオフセット検出手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
10. 請求項１記載の信号処理装置において、
    前記演算アンプ手段と前記ゲインオフセット制御手段との間に介在して前記演算アンプ手段の出力の高周波数帯域を強調するためのイコライザ手段を更に備えたことを特徴とする信号処理装置。
11. 請求項１０記載の信号処理装置において、
    前記イコライザ手段の高周波数帯域の強調量を制御するためのイコライザ制御手段を更に備え、
    前記アシンメトリ量の情報に基づいて再生エラーレートが減少するように前記イコライザ手段の高周波数帯域の強調量を調整することを特徴とする信号処理装置。
12. 請求項１１記載の信号処理装置において、
    前記アシンメトリ量が所定値よりも大きいときの前記イコライザ手段の高周波数帯域の強調量は、前記アシンメトリ量が所定値よりも小さいときに比べて小さく設定されることを特徴とする信号処理装置。
13. 請求項１記載の信号処理装置において、
    前記再生信号の欠落を検出するための欠陥検出手段と、
    欠陥検出期間中は前記直流成分情報を保持するホールド手段とを更に備えたことを特徴とする信号処理装置。
14. 請求項２記載の信号処理装置において、
    前記２値化手段のスライスレベルを平滑化するための平滑手段を更に備え、
    前記再生信号のアシンメトリ量を表す情報として前記平滑手段の出力を供給することを特徴とする信号処理装置。
15. 請求項１４記載の信号処理装置において、
    前記平滑手段は、前記２値化手段のスライスレベルを入力とする積分回路又は累積加算演算器で構成されることを特徴とする信号処理装置。
16. 請求項１４記載の信号処理装置において、
    前記再生信号の欠落を検出するための欠陥検出手段を更に備え、
    欠陥検出期間中は前記平滑手段の積分処理を停止又は初期化することを特徴とする信号処理装置。
17. 請求項１記載の信号処理装置において、
    前記記録情報の再生信号を２値化するためのデータスライス手段と、
    前記データスライス手段の２値化スライスレベルを制御するためのスライスレベル制御手段とを更に備え、
    前記アシンメトリ量の情報に基づいて再生エラーレートが減少するように前記データスライス手段の２値化スライスレベルにオフセットを印加して調整することを特徴とする信号処理装置。
18. 請求項２記載の信号処理装置において、
    前記演算アンプ手段と前記ゲインオフセット制御手段との間に介在して前記演算アンプ手段の出力をサンプリングしたうえアナログ−デジタル変換するためのＡＤ変換手段を更に備え、
    前記２値化手段は、前記ＡＤ変換手段によるサンプリングデータを入力とすることを特徴とする信号処理装置。
19. 請求項１８記載の信号処理装置において、
    前記サンプリングデータをビタビ復号して最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するためのビタビ復号手段と、
    前記アシンメトリ量の情報に基づいて、再生エラーレートが減少するように前記ビタビ復号手段の判定レベルを制御するための判定レベル制御手段とを更に備えたことを特徴とする信号処理装置。
20. 請求項１８記載の信号処理装置において、
    前記サンプリングデータをビタビ復号して最尤推定された状態遷移に対応した復号データを出力するためのビタビ復号手段と、
    前記アシンメトリ量の情報に基づいて、再生エラーレートが減少するように前記２値化手段の出力又は前記ビタビ復号手段の出力を切り換えて出力するためのデータ出力制御手段とを更に備えたことを特徴とする信号処理装置。
21. 請求項２０記載の信号処理装置において、
    前記データ出力制御手段は、前記アシンメトリ量が所定値よりも小さいときには前記ビタビ復号手段の出力を、所定値以上のときには前記２値化手段の出力をそれぞれ選択出力することを特徴とする信号処理装置。
22. 情報記録媒体上の記録情報を再生する信号処理方法であって、
    前記記録情報の再生信号を増幅するための演算アンプ手段の出力の振幅及びオフセットが各々所定値となるように、フィードバックループ中の前記演算アンプ手段のゲイン及びオフセットを制御するステップと、
    前記フィードバックループ中の信号から前記再生信号の直流成分情報を抽出するステップと、
    前記再生信号のアシンメトリ量を表す情報として前記直流成分情報を供給するステップとを備えたことを特徴とする信号処理方法。

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