JP3588344B2 - 信号再生装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号再生に係り、より詳細には、所定のチャンネルから読み取った信号からエラーを最大に含む部分を探してエラーを訂正した後、読み取った信号の全体を再生する信号再生装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、通信チャンネルまたは記録媒体上のチャンネルを通過した信号を読み出して再生する方式には、スライサ方式、ＰＲＭＬ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ；ＰＲＭＬ）方式及びＤＦＥ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ イコライザ；ＤＦＥ）方式がある。
スライサ方式は臨界値の検出方式であって、チャンネルからの信号をアナログイコライザを通過させて波形整形を行った後、基準レベルよりも大きい信号は“１”として、基準レベルよりも小さい信号は“０”として決定する方式である。
【０００３】
図１は、通常のＰＲＭＬ構造を示したものであって、ＰＲＭＬはフィードフォワードフィルターよりなるイコライザ及びイコライザの係数を調節するためのＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムブロック１００と、エラー検出器１１０及びビタビ復号器１２０を含む。チャンネルからの信号（以下、チャンネル信号）はイコライザ及びＬＭＳアルゴリズムブロック１００を通過して所望の形のチャンネル応答となる。エラー検出器１１０は、この信号からエラーを検出する。ビタビ復号器１２０は、発生可能な全てのエラーに対する経路を考慮して最適の信号経路を探す方式であって、チャンネルを通過する前の元の信号を推定する。
【０００４】
図２は、通常のＤＦＥ構造を示したものであって、第１及び第２ＦＩＲフィルター２００及び２１０と、スレショルド決定部２２０とを含む。第１ＦＩＲフィルター２００はフィードフォワードフィルターであり、第２ＦＩＲフィルター２１０はフィードバックフィルターである。チャンネルを通過した信号は第１ＦＩＲフィルター２００を通過してスレショルド決定部２２０に入力される。スレショルド決定部で暫定的な決定がなされた後、この暫定的な決定値が第２ＦＩＲフィルター２１０に入力される。第１ＦＩＲフィルター２００及び第２ＦＩＲフィルター２１０の出力値が互いに合せられる過程を通じて暫定的な決定がフィードバックにより次第に信頼性ある決定へと変わる。
【０００５】
前述した従来の信号検出方法のうちスライサ方式の検出法は、その構造は簡単であるが、性能が低下するという短所を有する。これに対し、ＰＲＭＬやＤＦＥ方式は性能には優れているが、ハードウェアの具現時に極めて複雑であるという短所を有する。例えば、性能に優れているＰＲＭＬ及びＤＦＥの乗算器の数だけを考慮するとき、フィルターの具現時にタップ数に見合う分だけの乗算器が要求され、適応アルゴリズムを具現するために約２×（フィルタータップ数）×（フィルター個数）の乗算器が必要となる。このため、ＰＲＭＬやＤＦＥ方式の場合、複雑になるだけではなく、信号処理の速度も低下してしまうという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハードウェア及びソフトウェアを複雑にしないために、再生すべき信号のうちエラーが最も多い部分に対してのみ最適の経路検出アルゴリズムを適用してエラーを訂正した後、残りの信号と共に再生する信号再生装置及び方法を提供するところにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による所定のチャンネル信号から元の記録信号ａ_ｋを再生するための信号再生装置は、前記信号ａ_ｋがｈ（ｔ）の特性を有する前記チャンネル上で読み出された結果であるチャンネル出力信号ｙ（ｔ）でエラーが最も多い領域を決定する最大エラー領域決定部と、前記最大エラー領域決定部で決定された領域のエラー信号だけを用い、最小エラー経路を探して補正する最適経路探索部と、前記エラー領域上の信号が補正されたチャンネル出力信号ｙ（ｔ）から所定の復旧アルゴリズムを適用して最初の記録信号ａ_ｋを復旧する信号復旧部とを含むことを特徴とする。
【０００８】
望ましくは、前記最大エラー領域決定部は、所定のチャンネル上でチャンネル入力及び出力信号が一致しない確率がチャンネル特性により定まる基準エラー率よりも大きい区間を最大エラー領域として決定する。
【０００９】
望ましくは、前記最適経路探索部は、所定の基準信号と、前記最大エラー領域上で可能な複数個のエラー経路信号とを比較してその差が最も小さいエラー経路信号を抽出し、抽出されたエラー経路上の信号を前記基準信号に取り替える。
【００１０】
望ましくは、前記信号復旧部は、スレショルド決定法を通じてチャンネル信号ｙ（ｔ）から記録信号ａ_ｋを復旧する。
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明によるチャンネル入力信号ａ_ｋを再生する信号再生方法は、雑音無しにチャンネルを通過した所定信号の場合をモデリングして基準信号ｘ（ｔ）を算出する段階と、前記チャンネル信号ｙ（ｔ）から最大のエラー区間を検出する段階と、前記最大エラー区間から発生可能なエラー経路を抽出する段階と、前記発生可能な各々のエラー経路を有した信号と前記基準信号との差を求め、その差が最も小さいエラー経路を有した信号を前記基準信号に取り替えて前記最大エラー区間の信号を補正する段階と、補正されたエラー区間の信号を含む実際のチャンネル信号ｙ（ｔ）から元の信号ａ_ｋを復旧する段階とを含むことを特徴とする。
【００１２】
望ましくは、前記基準信号ｘ（ｔ）は、記録媒体に記録された信号ａ_ｋ成分を要素として有し、レベル遷移が起こるシーケンスよりなる情報ｂ_ｋと、チャンネル特性を示す伝達関数ｈ（ｔ）とを畳み込みした結果である。
【００１３】
望ましくは、前記最大エラー区間の検出は、チャンネル信号ｙ（ｔ）のレベルが２つ以上である場合、連続的な信号レベルの間に一つずつ基準レベルを設定し、その基準レベルとチャンネル信号ｙ（ｔ）との交差点の周りの所定区間を最大エラー領域として決定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図３は、本発明の信号再生装置のブロック図であって、信号再生装置は、最大エラー領域決定部３００と、最適経路探索部３１０及び信号復旧部３２０を含む。最大エラー領域決定部３００は、記録媒体上に記録された信号ａ_ｋがｈ（ｔ）のチャンネル特性を有する該当記録媒体上で読み出された結果であるチャンネル信号ｙ（ｔ）から可能な最大エラー領域を決定する。ｙ（ｔ）は、下記数式１のように表わされる。
【数１】

ここで、ａ_ｋは｛１、−１｝の成分を有するか、或いはＬ個のレベルで表わされるデジタル信号であり、ｋはサンプリング回数、ｔは時間、Ｔはサンプリング間隔、そしてｎ（ｔ）はホワイトガウスノイズである。ｈ（ｔ）はデジタル信号の伝送及び貯蔵時に媒質の特性を示すチャンネル伝達関数である。
【００１６】
図４（ａ）は、チャンネルを通過する前の元の入力信号シーケンスの例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の信号が光ディスクなどの記録媒体のようなローパスフィルターの形のチャンネルを通過した結果、信号ｙ（ｔ）の形を示したものの例であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）の信号がハードディスクなどの記録媒体のような微分チャンネルを通過した結果、信号ｙ（ｔ）の形を示したものの例である。
【００１７】
最大エラー領域決定部３００は、下記数式２のように、ｙ（ｔ）から最大エラー区間（領域）及びその区間の信号ｙ_１（ｔ）を検出する。
【数２】

ここで、σは検出された信号の飽和レベルでエラーが生じる確率であり、Ｐ_ｔｈ（ｙ_ｋ｜ａ_ｋ）はチャンネル出力信号ｙが伝送された（または記録された）ストリームａ_ｋと同一になる確率である。すなわち、ｙ_１（ｔ）はチャンネル上で入力信号及び出力信号が一致しない確率がチャンネル特性により定まるσよりも大きい区間の信号を意味する。この信号は、スレショルド方式により検出できる。すなわち、図４（ｂ）のようなチャンネル形態では中間値を設定してこの中間値レベルに対する交差点を探す。交差点の周りの所定区間を最大エラー領域として検出し、その領域にまたがっている信号をｙ_１（ｔ）として検出する。図から明らかなように、０と１との間の所定の中間値を有するレベルに対し、ｙ（ｔ）が交差する地点は信号遷移が起こる区間上にあるであろう。このため、交差点の周りの所定区間はｙ（ｔ）信号の遷移区間を含む区間となり、その区間が最大エラー領域として決定される。図４（ｃ）のようなチャンネル形態では、３つの信号レベルが存在するため、その各々の信号レベル間に中間値レベルを定めれば、上下の二つの中間値が得られる。この中間値レベルとチャンネル信号との交差点を探してその周りの所定区間を最大エラー領域として検出し、その領域にまたがっている部分的な信号をｙ_１（ｔ）として検出する。ここでもやはり、設定した両中間値レベルがｙ（ｔ）に交差する地点は信号遷移が起こる区間となるため、その交差点の周りの所定区間となる信号遷移区間が最大エラー領域となるであろう。図４（ｂ）、図４（ｃ）以外のチャンネル特性により、可能なチャンネル通過信号レベルが２つ以上であるものに対してはエラー領域を検出するために各信号レベル間に一つずつ所定レベルを設定することにより、前述した方式により設定されたレベルが信号を通過する交差点の周りの所定区間を探して最大エラー領域として決定する。
【００１８】
図３の最適経路探索部３１０は、先ず、最大エラー領域決定部３００で検出した区間の信号ｙ_１（ｔ）に対して可能なエラー経路を探す。例えば、下記数式４に用いられる基準値が順に｛ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３、ｘ_４、ｘ_５、ｘ_６｝であれば、ここに相応するｙ_１（ｔ）が該当区間のサンプリング時点で順に｛ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、ｃ_４、ｃ_５、ｃ_６｝のシーケンスを成し得て、エラー発生を考慮した他の可能なエラー経路は同一のサンプリング時点に対して｛ｃ_２、ｃ_３、ｃ_４、ｃ_５、ｃ_６、ｃ_７｝のシーケンスを有したものと仮定でき、同一のサンプリング時点に対して｛ｃ_０、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、ｃ_４、ｃ_５｝のシーケンスを有したものと仮定できる。図５（ａ）は、記録媒体に記録される前の元の信号の例であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）が記録媒体に記録されてから検出されたとき、その検出された信号の最大エラー区間における様々なエラー経路の存在可能性を示すための図である。最適経路探索部３１０は、下記数式３のような基準信号ｘ_ｎを決定する。
【数３】

【００１９】
ｂ_ｎは記録信号ａ_ｋ成分を要素として有し、レベル遷移が起こるシーケンスよりなる可能な信号ストリームであって、その例を表１に示す。
【表１】

【００２０】
ｂ_ｎは記録信号ａ_ｋに適用される最小ランレングスの制限ｄを反映したシーケンスを有する。表１は、ｄ＝２の場合に対するものである。ｘ_ｎは、このようなｂ_ｎとチャンネル伝達関数ｈ（ｔ）との畳み込み（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）で表わされる。すなわち、基準信号とは、チャンネル入力信号成分を有し、レベル遷移を含むシーケンスを有した所定の信号が雑音無しにチャンネルを通過した理想的なチャンネル通過信号のモデルをいう。これらのｎ＝１，．．．Ｎで、発生可能なレベル遷移のインデックスを表わす。
【００２１】
ｙ_１（ｔ）から、前述した各エラー経路上の信号と基準信号との間の距離（エラー）を下記数式４のように算出する。
【数４】

前記数式において、ｍは１，．．．，Ｍである、上で求めた可能なエラー経路のインデックスであり、ｘ_ｎのｎは基準信号のうち一つに該当するインデックスである。しかし、全ての基準信号の場合及び全てのエラー経路の場合に対して以上のような距離算出をする必要はなく、それらの各々の場合のうち一部だけを選んで前記数式を適用することが望ましい。前記数式４のような計算によりＤが最も小さい場合の信号経路を選んで、基準信号にその選ばれた信号経路の信号値を取り替える。
【００２２】
信号復旧部３２０は、ｙ（ｔ）の信号のうち最大エラー区間以外の信号と、所定の基準信号に取り替えられた最大エラー区間における信号に対して簡単なスレショルド決定法を用いるか、チャンネルモデルに適したアルゴリズムを適用して最初の記録信号であるａ_ｋを復旧する。
【００２３】
図６は、本発明の動作を説明するための信号再生方法のフローチャートであって、本発明の信号再生方法では、先ず、所定チャンネルに記録する直前の信号ａ_ｋが有した同一の信号成分を有し、レベル遷移部分を含み、ａ_ｋのランレングスの制限条件を反映した情報ｂ_ｋが雑音無しにチャンネル伝達関数ｈ（ｔ）を有したチャンネルを通過するときの理想的な結果を意味する基準信号ｘ（ｔ）を算出する（ステップ６００）。ｘ（ｔ）の算出は前記数式３のように行い、基準信号ｘ（ｔ）は情報ｂ_ｋ及びチャンネル伝達関数ｈ（ｔ）を畳み込みした結果となる。固有なチャンネル特性ｈ（ｔ）を有したチャンネル出力信号を読み取る（ステップ６１０）。読み出された信号は、記録信号ａ_ｋがチャンネル伝達関数ｈ（ｔ）と畳み込みされた結果にノイズなどが結合された前記数式１のような信号である。読み出された信号ｙ（ｔ）からエラー発生率が所定基準以上である信号区間を検出する（ステップ６２０）。ここで、所定基準とは、記録媒体のチャンネル特性を考慮してそのチャンネルを通過する信号の出力から予想できるエラー率となる。これを説明するのが、前記数式２である。これを具現するために、光ディスクなどのチャンネル形態では、中間値を設定してこのレベルに対する交差点を測定し、これにより、その周りの所定区間を最大エラー領域として検出し、その領域にまたがっている信号をｙ_１（ｔ）として検出する。所定レベルに対してｙ（ｔ）が交差する地点は信号遷移が起こる区間になるため、その交差点の周りの所定区間が最大エラー領域となるであろう。ハードディスクなどのチャンネル形態では、上下の二つのレベルを設定してこのレベルに対するｙ（ｔ）信号の交差点を測定し、これにより、交差点の周りの所定区間を最大エラー領域として検出し、その領域にまたがっている信号をｙ_１（ｔ）として検出する。ここでもやはり、設定した両レベルに対してｙ（ｔ）が交差する地点は信号遷移が起こる区間になるため、その交差点の周りの所定区間が最大エラー領域となるであろう。他の特性を有したチャンネルにおいて、チャンネルを通過した信号レベルが２つ以上であるとき、エラー領域を検出するために各々の信号レベル間に所定レベル値を設定する。設定されたレベル値とチャンネル信号との交差点の測定方式により、前述のようにエラー領域を検出できる。エラー発生率が大きい信号区間の信号ｙ_１（ｔ）から発生可能なエラー経路を抽出する（ステップ６３０）。これは、図３で説明されたエラー経路抽出方式と同一である。各々のエラー経路上の信号と基準信号ｘ（ｔ）との差を前記数式４のように求め、最も小さい差（Ｄ）を有するエラー経路を探してこのときの信号を比較した基準信号ｘ（ｔ）の値に取り替える（ステップ６４０）。この段階は、最大エラー区間のエラー信号を正常の信号に補正する段階に該当する。最後に、チャンネル信号ｙ（ｔ）の信号のうちステップ６４０でのように補正されたエラー区間における信号と、残りの信号に対して簡単なスレショルド決定法または入力レベルが２つ以上であるか、或いは他のチャンネル出力に対してはそれに適した所定のアルゴリズムを適用して最初の記録信号ａ_ｋに対する復旧を行う（ステップ６５０）。
【００２４】
このようにチャンネル信号の最大エラー部分に対してのみエラー訂正アルゴリズムを適用することにより、アルゴリズムの具現による複雑度を下げることができ、しかも時間を短縮できる。また、本発明による信号再生装置及び方法によれば、フィルターまたはイコライザ及び乗算器等のハードウェアの負担を軽減でき、チャンネル適応のためのＬＭＳアルゴリズムを用いる必要がない。最後に、本発明の装置及び方法においては、チャンネルモデル及び入力信号の最小ランレングス条件などが変わる場合であっても、ｘ（ｔ）値の再設定だけで前記変化に即した信号処理が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、最大エラー領域に対してのみチャンネル信号の最適経路探索を行うことにより、アルゴリズムの具現による複雑度が下がり、それによるハードウェアが単純化するほか、チャンネルモデル及び入力信号の条件が変わっても、ハードウェアを変えずに信号処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のＰＲＭＬ構造を示す図である。
【図２】通常のＤＦＥ構造を示す図である。
【図３】本発明の信号再生装置のブロック図である。
【図４】（ａ）は、所定のチャンネルを通過する前の最初の入力信号シーケンスの例である。（ｂ）は、（ａ）の信号シーケンスが光ディスクなどの記録媒体のようなローパスフィルター形のチャンネルを通過した結果の信号ｙ（ｔ）の形である。（ｃ）は、（ａ）の信号シーケンスがハードディスク等の記録媒体のような微分チャンネルを通過した結果の信号ｙ（ｔ）の形を示す図である。
【図５】（ａ）は、記録媒体に記録される前の元の信号の例であり、（ｂ）は、（ａ）が記録媒体に記録されてから検出されたとき、その検出された信号の最大エラー区間における様々なエラー経路の存在可能性を示すための図である。
【図６】本発明の動作を説明するための信号再生方法のフローチャートである。
【符号の説明】
３００ 最大エラー領域決定部
３１０ 最適経路探索部
３２０ 信号復旧部

Claims (16)

1. 所定のチャンネル信号から元の記録信号ａ_kを再生するための信号再生装置において、
   前記チャネル信号が所定の中間レベルと交差する交差点の周りの所定区間を最大エラー領域とすることにより、前記チャンネル信号ｙ（ｔ）から前記最大エラー領域を決定する最大エラー領域決定部と、
   前記最大エラー領域決定部で決定されたエラー領域上のエラー信号だけを用いて最小エラー経路を探し、それを補正する最適経路探索部と、
   前記最適経路探索部で補正された信号部分を反映した前記チャンネル信号ｙ（ｔ）に所定のアルゴリズムを適用して最初の記録信号を復旧する信号復旧部とを含み、
   前記信号復旧部は、スレショルド決定法を通じて前記チャンネル信号ｙ（ｔ）から最初の信号を復旧することを特徴とする信号再生装置。
2. 前記最大エラー領域決定部は、
   前記所定のチャンネルでチャンネル入力及び出力信号が一致しない確率がチャンネル特性により定まる基準エラー率よりも大きい区間を前記最大エラー領域として決定することを特徴とする請求項１に記載の信号再生装置。
3. 前記最大エラー領域決定部は、
   光ディスクの場合、前記所定の中間レベルとして所定レベルを設定してこのレベルに対するチャンネル信号ｙ（ｔ）の交差点の周りの所定区間を前記最大エラー領域として決定することを特徴とする請求項１に記載の信号再生装置。
4. 前記最大エラー領域決定部は、
   ハードディスクの場合、前記所定の中間レベルとして上下の二つの所定レベルを設定してこのレベルに対するチャンネル信号ｙ（ｔ）の交差点の周りの所定区間を前記最大エラー領域として決定することを特徴とする請求項１に記載の信号再生装置。
5. 前記最適経路探索部は、
   所定の基準信号と、前記最大エラー領域上で可能な複数個のエラー経路信号とを比較してその差が最も小さいエラー経路上の信号を探すことを特徴とする請求項１に記載の信号再生装置。
6. 前記最適経路探索部は、
   前記探したエラー経路上の信号を前記基準信号に取り替えることを特徴とする請求項５に記載の信号再生装置。
7. 前記最適経路探索部は、
   最初の信号ａ_kが有した信号成分及び遷移部分を含むビットシーケンスよりなる信号ｂ_nが雑音無しにチャンネルを通過した理想的なチャンネル通過信号のモデルである基準信号を用いてエラー経路を算出することを特徴とする請求項１に記載の信号再生装置。
8. 前記信号ｂ_nは、
   記録信号のランレングス制限条件を反映した信号であることを特徴とする請求項７に記載の信号再生装置。
9. 前記最適経路探索部は、
   最大エラー領域決定部で検出した前記最大エラー領域上の信号ｙ₁（ｔ）に対して可能なエラー経路を探し、各エラー経路の信号と前記基準信号とを比較してその差が最も小さいエラー経路上の信号を最適経路の信号であると判断することを特徴とする請求項７に記載の信号再生装置。
10. 前記判断された最適経路信号を前記基準信号に取り替えることを特徴とする請求項９に記載の信号再生装置。
11. チャンネル信号から最初の信号ａ_kを再生する信号再生方法において、
    雑音無しにチャンネルを通過した所定信号の場合をモデリングして基準信号ｘ（ｔ）を算出する段階と、
    前記チャネル信号が所定の中間レベルと交差する交差点の周りの所定区間を最大エラ ー領域とすることにより、前記チャンネル信号ｙ（ｔ）から前記最大エラー領域を検出する段階と、
    前記最大エラー領域から発生可能なエラー経路を抽出する段階と、
    前記発生可能な各々のエラー経路を有した信号と前記基準信号との差を求め、その差が最も小さい１エラー経路を有した信号を前記基準信号に取り替えて前記最大エラー領域の信号を補正する段階と、
    補正されたエラー領域の信号を含む実際のチャンネル信号ｙ（ｔ）から元の信号ａ_kを復旧する段階とを含み、
    前記信号復旧段階は、スレショルド決定法を通じて前記チャンネル信号ｙ（ｔ）から記録信号ａ _k を復旧することを特徴とする信号再生方法。
12. 前記基準信号ｘ（ｔ）は、
    記録媒体に記録された最初の信号ａ_kが有した信号成分を要素として有し、レベル遷移を含むビットシーケンスよりなる情報ｂ_kと、チャンネル特性を示す伝達関数ｈ（ｔ）とを畳み込みした結果であることを特徴とする請求項１１に記載の信号再生方法。
13. 前記情報ｂ_kは、
    前記記録媒体に記録された信号の最小ランレングスの制限を満足するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の信号再生方法。
14. 前記最大エラー領域の検出は、
    光ディスクの場合、前記所定の中間レベルとして所定レベルを設定してこのレベルに対するチャンネル信号ｙ（ｔ）の交差点の周りの所定区間を前記最大エラー領域として決定することを特徴とする請求項１１に記載の信号再生方法。
15. 前記最大エラー領域の算出は、
    ハードディスクの場合、前記所定の中間レベルとして上下の二つの所定レベルを設定してこのレベルに対するチャンネル信号ｙ（ｔ）の交差点の周りの所定区間を前記最大エラー領域として決定することを特徴とする請求項１１に記載の信号再生方法。
16. 前記最大エラー領域の算出は、
    チャンネル信号ｙ（ｔ）のレベルが２つ以上である場合、前記所定の中間レベルとして信号レベルの間に一つずつ基準レベルを設定した後、設定された基準レベルとチャンネル信号ｙ（ｔ）との交差点の周りの所定区間を最大エラー領域として決定することを特徴とする請求項１１に記載の信号再生方法。

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