JP3674160B2

JP3674160B2 - 情報記録再生装置の余裕度検出装置

Info

Publication number: JP3674160B2
Application number: JP17519796A
Authority: JP
Inventors: 立也楢原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2016-07-04
Also published as: US5938791A; JPH1021651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビタビ復号等の最尤復号を用いた情報記録再生装置に係り、詳しくは、再生の余裕度を少ないサンプル数で検出できるようにした余裕度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録媒体からの再生信号をチャンネルクロックによりサンプリングし、ビタビ復号等の最尤復号方式によって記録情報を検出する情報記録再生装置において、記録情報を検出するためのサンプリング位相のずれ、等化器のパラメータ、トラックオフセット等の調整には再生エラーレイトが用いられてきた。
【０００３】
このような再生エラーレイトを評価値にして各種の調整を行なう場合、決まったデータを記録しその再生検出パターンと記録パターンとを照合することで再生エラーレイトを求めたり、エラー検出情報を予め付加して記録し再生後これを検出してエラーレイトを求め、求めたエラーレイトが最小になるように各調整値を設定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した再生エラーレイトが最小になるように各調整値を設定する従来の調整方法では、低いエラーレイトが要求された場合、再生信号のサンプル数が多く必要となり、調整に多大な時間が必要にある。
【０００５】
例えば、１×１０^-9のエラーレイトが必要とされる場合、１×１０^-9でエラーの有無を検出するだけのデータ数が必要になる。つまり、最低１０⁹ のシンボルが必要となる。１０⁹ のシンボルを再生するには、シンボルレートが高く、例えば５０Ｍｓｐｓ＝５×１０⁷ ｓｐｓ（ｓｐｓ：シンボル／秒）であった場合でも、２０秒を要する。したがって、１つの調整項目に対して２回のエラーレイト検出で調整を終えたとしても１調整項目当りの再生時間は４０秒となり、全体で調整項目数倍の時間を最低必要とする。
【０００６】
このように再生エラーレイトを評価値にして各種の調整を行なう従来の調整方法は、再生エラーレイトを検出するために多大な情報を再生する必要があり、その多大な情報を再生するために多くの時間を要するため、調整に時間がかかるという問題がある。
【０００７】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、各種の調整の評価値を少ないサンプル数で検出できるようにした余裕度検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、この発明に係る情報記録再生装置の余裕度検出装置は、記録系列と再生信号系列との同期をとり、最小ランレングスを制限した最尤復号におけるユークリッド距離が最小であるパスの存在する記録系列に相当する再生信号系列パスの尤度の差を求め、その尤度の差を統計処理することで、再生エラーレイトを最小化する最適調整条件を決定する。前記演算器は、ある状態から分岐した１組のパスが次の最も早い機会に合流する合流点の差メトリックを選んで統計処理する。
【０００９】
この発明に係る情報記録再生装置の余裕度検出装置は、少ないサンプル数で各種の調整の評価値を検出できるので、短時間で最適な調整値の設定を行なうことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。まず、ユークリッド距離が最小であるパスの記録系列に相当する再生信号系列パスの尤度の差を求める処理について説明する。なお、ここでは、パーシャルレスポンス方式での記録／再生を行ない、ビタビ復号等の最尤復号を行なうＰＲＭＬ（Ｐａｒｔｉａｌ−ＲｅｓｐｏｎｓｅＭａｘｉｍｕｍ−Ｌｉｋｅｈｏｏｄ）方式において、パーシャルレスポンス特性を図１に示すように、（Ｂ／２，Ａ，Ｂ／２）に選び、かつ、ＲＬＬ（１，７）符号等の（ＲｕｎＬｅｎｇｔｈＬｉｍｉｔｅｄ）符号を用い、最小ランレングスを１に制限した場合を例に説明する。
【００１１】
ｋサンプル時における記録ビット系列ｂ_k ∋（０，１）で決まる状態Ｓ_K は、次の表１に示すように、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の４状態になる。
【００１２】
【表１】

【００１３】
各状態は、次の記録ビットの値によって次の状態に遷移する。このときの状態遷移を示すトレリス線図を図２に示す。図２中の○印が各時刻における状態を、矢印が記録ビットによる状態遷移を示す。矢印で示す状態遷移をブランチと呼び、ブランチの識別子としてａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの各文字をあてる。各ブランチと、記録ビット系列ｂ_K 、前後の状態Ｓ_K-1 ，Ｓ_k 、期待値ｙ_k 、ブランチメトリック（ｚ_k −ｙ_k ）² の関係を表２に示す。
【００１４】
【表２】

【００１５】
ここで、期待値ｙ_k は、ノイズや歪のない理想再生チャンネルの記録ビット系列ｂ_K に対する出力を意味し、次の（１）式で値が決まる。
【００１６】
【数１】

【００１７】
ここで、ｂ’_k は、ｂ_k の０を−１，１に割り当てたものである。ブランチメトリック（ｚ_k −ｙ_k ）² は、実際の再生系列ｚk と各ブランチの期待値ｙ_k との差を表わす量であり、各ブランチの添え字をつけて、ｂｍａ_k ，ｂｍｂ_k 等とする。図２，表２では、最小ランレングスを１に制限した場合の禁止パターン｛…０，１，０…｝，｛…１，０，１…｝に相当するブランチが除かれている。
【００１８】
さて、ビタビ復号においては、図２に示した状態Ｓ０，Ｓ２に合流するブランチａ，ｂとｄ，ｅとを各サンプル毎に選択していく。状態Ｓ１，Ｓ３では、ブランチｃ，ｆが選択なしに残る。この結果、途切れることなく残ったひと続きのパスに相当する記録系列を、実際に記録された系列として検出するものである。
【００１９】
この選択条件を表３に示す。
【００２０】
【表３】

【００２１】
ここで、メトリックｍ０_k-1 は、ｋ−１サンプルにおける状態Ｓ０に残ったパスのブランチメトリックの累積値である。ｋサンプルにおいては、ブランチａ，ｂからのメトリックの小さい方を選択し、その値をｍ０_k として、次のｋ＋１サンプルでの選択に用いる。状態Ｓ２についても同様の処理を行なう。状態Ｓ１，Ｓ３については、最小ランレングスの制限により、図２に示すように状態Ｓ０，Ｓ２のメトリックを選択なしに引き継ぐ。
【００２２】
Ｎビットの真の記録系列に相当するパスを誤ることなく選択した場合のメトリックは、次の（２）式で表わされる。
【００２３】
【数２】

【００２４】
ここで、ｙ_k は真の記録系列に相当する真の期待値列である。これをＮ次元ベクトル｛ｙ_k ｝とすると、実際の入力ベクトル｛ｚ_k ｝とのユークリッド距離の２乗値に相当する。
【００２５】
前述の選択では生き残りパスのメトリックを最小になるように処理するので、ｍｘ_k は最小値である。したがって、記録系列ベクトルに最も距離の近いパスが生き残ることになる。これは（２）式より、実際の再生系列ｚ_k が真の記録系列に相当する真の期待値列ｙ_k に一致すれば０、一致しないものが１つでもあれば非零の正の値をとることによりあきらかである。
【００２６】
このビタビ復号方式において、エラーの発生するのはパスの選択を誤った場合である。したがって、ｋにおける記録系列の状態がＳ０である場合、正しい遷移がブランチａ：Ｓ０→Ｓ０であるのに、ブランチｂ：Ｓ３→Ｓ０を選択した場合になる。これは、表２から
ｍ３_k-1 ＋ｂｍｂ_k −（ｍ０_K-1 ＋ｂｍａ_K ）＜０
の場合である。逆に記録系列の状態がＳ３であるならば、
ｍ０_k-1 ＋ｂｍａ_k −（ｍ３_K-1 ＋ｂｍｂ_K ）≦０
の時に誤りが発生する。この差を差メトリックΔｍ_k とし、各遷移に対しエラーが発生する場合に負の値をとるようにするため、表４のように設定する。
【００２７】
【表４】

【００２８】
再生系列ｚ_K に対し、復号の結果、または同期信号により、正しい記録系列と同期をとり、各記録系列に応じた差メトリックΔｍ_k を求めれば、その分布が正の方向に離れていれば、誤りが発生しにくくなる。
【００２９】
この分布は再生信号振幅のばらつきを反映したものであり、多くの媒体においては、ノイズ等が原因になることから、平均値を中心とした正規分布を示し、平均値がμ、標準偏差がσである場合、確率密度分布関数は、次の（３）式で表わされる。
【００３０】
【数３】

【００３１】
また、負の値を取る確率は、次の（４）式で表わされる。
【００３２】
【数４】

【００３３】
図３より、差メトリックΔｍ_k の平均値μ＿Δｍと標準偏差σ＿Δｍがわかれば、σ＿Δｍ／μ＿Δｍを最小化すれば、誤り率の最小化が可能になる。
【００３４】
ここで、全再生系列に対しＳ０，Ｓ２における差メトリックを用いると、最悪パスとの距離がパターンによりばらつき、他種類の平均値＝中心値を持つ分布の集りになり、正規分布と異なる分布となることより、σ＿Δｍ／μ＿Δｍと誤り率の相関が小さくなってしまう。
【００３５】
したがって、もっとも、Δｍが負の値をとる確率が高い２つのパス間の距離が最小値を持つものを記録系列の中から選び出す必要がある。このようなものは、ある状態から分岐した１組のパスが次の早い機会に合流する場合であり、本説明の場合は、図４に示す２組４つのパスである。これは状態の遷移で表わすと、表５に示すものである。
【００３６】
【表５】

【００３７】
このｋサンプル目の記録状態がＳ２で、１サンプル以前がＳ１、２サンプル以前がＳ０、３サンプル以前がＳ０である場合、Ｓ０でブランチａを選択するものとして、表４にしたがってΔｍを演算し、その平均値と標準偏差を求めればよい。
【００３８】
図５は本発明に係る情報記録再生装置の余裕度検出装置のブロック構成図である。図５においてテスト用記録ビット列ｂ_k Ｆは、スイッチ２により記録クロックＡとともに、記録データ発生器１に入力され、記録再生装置３によって媒体上に書き込まれる。再生時は、媒体上に書き込まれたパターンの再生信号に同期した再生クロックＤと、その再生クロックＤでサンプリングされた再生信号Ｈがビタビ復号器等の最尤復号器５に入力される。最尤復号器５によって検出された２値の情報ビットＩはシンクパターン検出器６へ供給され、シンクパターン検出器６でシンクパターン部が検出される。シンクパターン発生器６から出力されるシンクパターンのタイミング信号Ｊに基づいて、記録データ発生器１は最尤復号器５内でのメトリック計算結果Ｋとの同期を取る。記録状態検出器７は、記録データに基づいて状態系列Ｅを発生し、標準偏差計算器８内で、図４に示す２組４つのパスの合流点の差メトリックを選び、平均値と標準偏差を演算し、標準偏差を平均値で除算してσ＿Δｍ／μ＿Δｍを出力する。標準偏差計算器８から出力されたσ＿Δｍ／μ＿Δｍは、σ＿Δｍ／μ＿Δｍ最小化判定器３へ供給される。
【００３９】
図６は本発明に係る他の情報記録再生装置の余裕度検出装置のブロック構成図である。図５では、決まった記録パターンを用いて差メトリックの検出を行なう構成を示した。これに対して、図６に示す情報記録再生装置の余裕度検出装置は、繰り返しパターンを固定化することが困難な光ＲＯＭディスク等に対して適用できるようにしたものである。図６に示す情報記録再生装置の余裕度検出装置は、最尤復号器１１によって低エラーレイトで検出できた推定記録系列Ｉから、記録状態検出器１２で記録状態系列Ｍを生成し、最尤復号器１１内から出力された差メトリックＮに対してディレイライン１３で検出分の遅延を与えた差メトリックＯを標準偏差計算器１４で選別し、標準偏差を求める。
【００４０】
図５ならびに図６では、最尤復号器等を記録再生装置の外部に構成した評価器としての構成を示したが、これら検出系の一部または全てを記録再生装置内に設け、差メトリックの分布の広がりの検出値σ＿Δｍ／μ＿Δｍに基づいて最小化する自動調整ループを構成してもよい。
【００４１】
自動調整ループをトラッキングオフセットの自動調整を例に以下に説明する。図６に示した自動記録再生部１０内に設けられたトラッキングオフセットの調整回路を図７に示す。トラックセンターからのずれに対応したトラッキングエラーは、トラッキングエラー検出器１９で検出され、トラッキングサーボオフセット電圧Ｑとの差が加算器１６で求められる。加算器１６の加算出力は、位相補償器１７へ供給され、この位相補償器１７で応答特性の位相補償がなされた後に、トラッキングアクチュエータ１８へ制御信号として供給される。これにより、再生スポット（再生ヘッド）の位置は、トラッキングサーボオフセット電圧Ｑに比例した位置に制御される。
【００４２】
トラッキングサーボオフセット電圧Ｑと差メトリックの標準偏差との関係を図８に示す。図８では、トラッキングサーボオフセット電圧Ｑをトラッキングサーボオフセット電圧Ｖｘとして、また、差メトリックの標準偏差の広がりの検出値（σ＿Δｍ／μ＿Δｍ）をηとして示している。
【００４３】
再生スポット（再生ヘッド）がトラックのセンターからずれると、隣接トラックからのクロストークが増加することによって再生信号のＳＮ比（ＳＮＲ）は減少し、差メトリックの標準偏差σ＿Δｍが増加し、差メトリックの標準偏差の広がりの検出値ηは増加する。目的トラックの両側に隣接トラックが存在するため、図８に示すように、極小点を持つ偶対象曲線となる。
【００４４】
最小のηを与えるＶｘを決定するアルゴリズムを図９に示す。初期値Ｖ０からηが増加するまで変分ΔＶを順次減じていき、Ｓｕｍｉを記憶しておき、最小のＳｕｍｉを与えるサンプルと、それ以前のものの中点をＶｘとして、例えば図６，図７に示したトラッキングサーボオフセット電圧Ｑを決定すれば、ηは最小化できる。変分ΔＶは規定されたトラックオフセット誤差に相当する電位の２倍以下に設定すればよい。
【００４５】
また、差メトリックの処理は、波形干渉（ＩＳＩ）の幅が３点でかつ最小ランレングスが１のもので説明したが、波形干渉（ＩＳＩ）の幅がＮ点（２以上）で最小ランレングスが０以上のＰＲＭＬ方式に対しても同様に各方式で最小ユークリッド距離を持つパターンに対して、同じ処理を行なってもよい。例として、波形干渉（ＩＳＩ）の幅が４点のものの図１，図２，図３に対応する図を図１０，図１１，図１２に示すとともに、表１〜５に対応する表を表６〜表１０に示す。
【００４６】
【表６】

【００４７】
【表７】

【００４８】
【表８】

【００４９】
【表９】

【００５０】
【表１０】

【００５１】
また、トレリス符号化を施したものに対しても、最小ユークリッド距離を持つパターンに対して同じ処理を行なってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、各情報記録再生装置で、ユークリッド距離が最小であるパスの尤度の差を求め、その差を統計処理することにより、少ないサンプル数で、低いエラーレイトを得る最適な調整値の設定を行なうことが可能となる。よって、従来と比較して、調整時間が短縮されシステムの総合特性を高めることができ、また、媒体の一部欠陥によりエラーレイトの最小値が制限される場合でも低いエラーレイトとに相当する特性に調整可能となり総合特性を高めることができる。さらに、情報記録再生装置上で低いエラーレイトとに相当する特性に自動調整可能となり総合特性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パーシャルレスポンス特性の一例を示す説明図である。
【図２】状態遷移を示すトレリス線図である。
【図３】差メトリックの標準偏差／差メトリックの平均値とプロバビリティとの関係を示すグラフである。
【図４】差メトリックが負の値をとる確率が高い２つのパス間の距離が最小値となるトレリス線図（状態遷移図）である。
【図５】本発明に係る情報記録再生装置の余裕度検出装置のブロック構成図である。
【図６】本発明に係る他の情報記録再生装置の余裕度検出装置のブロック構成図である。
【図７】図６に示した自動記録再生部内に設けられたトラッキングオフセットの調整回路のブロック構成図である。
【図８】トラッキングサーボオフセット電圧と差メトリックの標準偏差との関係を示すグラフである。
【図９】差メトリックの標準偏差の分布の広がりを最小にするようトラックオフセットを自動調整するアルゴリズムのフローチャートである。
【図１０】パーシャルレスポンス特性の他の例を示す説明図である。
【図１１】状態遷移を示すトレリス線図である。
【図１２】差メトリックが負の値をとる確率が高い２つのパス間の距離が最小値となるトレリス線図（状態遷移図）である。
【符号の説明】
１記録データ発生器、，３ σ＿Δμ／μ＿Δｍ最小化判定器、４，１０記録再生装置、５，１１最尤復号装置、６シンクパターン検出器、７，１２記録状態検出器、８，１４標準偏差計算器、１３ディレイライン、１５ σ＿Δμ／μ＿Δｍ最小化制御器

Claims

情報を記録した媒体から再生される信号に基づいて記録情報を最尤復号器で検出する情報記録再生装置と、
最小ランレングスを制限した最尤復号におけるユークリッド距離が最小のパスが存在する記録系列の検出器と、
前記記録系列の再生信号系列とユークリッド距離が最小であるパスの尤度の差を求める減算器と、
前記差を統計処理する演算器とを備え、
前記演算器は、ある状態から分岐した１組のパスが次の最も早い機会に合流する合流点の差メトリックを選んで統計処理することを特徴とする情報記録再生装置の余裕度検出装置。