KR100506070B1

KR100506070B1 - 고밀도데이터의기록/재생을위한부호화/복호화방법

Info

Publication number: KR100506070B1
Application number: KR1019970051446A
Authority: KR
Inventors: 김진숙
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2005-09-30
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JP4065357B2; JPH11162113A; EP0915571A2; DE69805591D1; US6072410A; KR19990030954A; DE69805591T2; EP0915571B1; EP0915571A3

Abstract

고밀도 데이터의 기록/재생을 위한 부호화/복호화 방법이 개시된다.

본 발명에 따른 부호화 방법은 기존의 rate 16/17(0,5/5) 부호화 방법보다 encoder/decoder가 더욱 간단하여 encodeer/decoder구현시 hardware가 더욱 작아진다는 장점이 있다.

본 발명은 rate 16/17(0,6/6) 블럭 코드의 부호화와 복호화에 대해 최적화된 입력과 출력 간의 룩업테이블(look-up tables) 및 간단화시킨 입력과 출력 간의 관계식을 제공한다.

Description

고밀도 데이터의 기록/재생을 위한 부호화/복호화 방법

본 발명은 고밀도 데이터의 기록/재생을 위한 부호화/복호화 방법 및 그에 따른 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PRML(Partial Response Maximum Likihood; 이하 PRML 이라 한다.)채널에 고밀도 데이터를 기록/재생하기 위한 부호화/복화화 방법에 관한 것이다.

저장기기에 데이터를 기록/재생함에 있어서 주어진 저장 용량하에서 기록하는 데이터 양(기록 밀도)을 높이면서 고속으로 신뢰할 수 있는 정보를 전달하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 데이터 저장기기의 고속 대용량화를 위한 노력으로는 저장 디스크의 물리적 특성을 개선하거나 기기의 정밀도를 향상시키는 등의 물성적인 측면을 고려한 방법들이 있다. 또한, 신호처리 기술을 이용하여 데이터 검출 오차를 줄이는 방법, 효율적인 부호화를 통하여 저장기기의 기록밀도를 높이거나 재생신호 검출을 용이하게 하는 방법등의 신호처리 측면을 고려한 방법들이 있다.

현대의 정보화 전쟁으로 저장기기는 더욱 더 큰 기록밀도를 갖도록 요구되고 있으며, 이러한 흐름에 저장기기에 기록하는 데이터를 부호화하여 기록밀도를 높이면서 재생신호 검출을 용이하게 하려는 움직임이 활발히 진행되고 있다. 저장기기는 고밀도로 기록할수록 주어진 크기의 저장 디스크에 더 많은 정보를 유용하게 기록, 사용할수 있으므로 적은 리던던시를 주어 기록밀도를 높이고 신호검출을 용이하게 하는 효과적인 부호화를 할 수 있도록 하는 부호화 방법이 요구된다.

일반적으로 저장기기에 유용한 부호화 방법은 (d,k)조건을 만족하는 RLL (Run Length Limited) 방식이 사용되는데, 이것은 데이터 신호의 self-clocking 특성을 유지하면서 신호검출을 위해 상호간섭을 줄이는 것을 목적으로 한다. 즉, "1"과 "1"사이의 연속되는 "0"의 갯수를 최소 d개, 최대 k개로 제한하는 RLL (d,k)부호화 방법이다. 전자의 d는 신호 검출을 용이하게 하기 위한 것이며, 후자의 k는 재생 신호를 복원하기 위한 타이밍 유지를 위한 것이다.

이러한 방식 중 최근 사용되는 부호화 방법으로는 rate 1/2(2,7)부호화 방법, rate 2/3(1,7) 부호화 방법, rate 8/9(0,3) 부호화 방법, rate 8/9(0,4/4) 부호화 방법등이 있다. rate 1/2(2,7) 부호화 방법과 rate 2/3(1,7) 부호화 방법은 신호 '1'과 '1'사이의 '0'의 간격을 각각 '2 와 '1' 만큼 두어 기록하여 신호사이의 간섭을 줄일 수 있는 부호화 방법이다. 이러한 방법은 신호사이의 간섭을 줄이는 반면에 code rate가 낮아서 리던던시가 크다. 반면에 rate 8/9(0,3) 부호화 방법과 rate 8/9(0,4/4) 부호화 방법에 비해 k의 값이 비교적 커서 PLL(Phase Locked Loop)이 동작하는 데 도움을 주는 타이밍 정보가 많이 포함되어 있다.

일반적으로 저장기기에 기록하고 재생하는 과정에서 channel의 모델링을 실제의 channeL과 유사하게 모델링하여야 한다. 저장기기의 channel 특성은 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

[수학식 1]

PRML 방식은 입력신호를 precoding 하여 현재 데이터와 이전 데이터간에 서로 controlled ISI를 갖도록 한 후 target response을 수학식 2와 같이 변형하여 Viterbi decoder로 데이터를 검출한다.

[수학식 2]

Channel 특성이 n=1 정도인 신호간섭을 갖는 기록밀도에서 PRML 방법은 매우 우수한 검출성능을 보인다.

일반적으로 '0'보다 큰 d 조건값을 갖는 RLL 부호화 방법은 PRML channels에서는 큰 잇점이 없다. 왜냐하면, ISI에 대한 보상이 ML detector에서 inherent하기 때문이다. 그러므로, d조건값을 갖는 코딩에 의해 간섭을 줄이는 것보다 code rate를 높여 신호간 간섭을 줄이면서 채널 SNRR(channel Signal to Noise Ratio)를 높이는 것이 좋다.

이러한 신호간의 간섭을 이용하는 PRML 방식에 rate 8/9(0,4/4) 부호화 방법, rate 16/17(0,6/6)부호화 방법을 도입하여 높은 기록 밀도와 timing 정보를 유지하면서 성능을 향상시킨다. 또한, rate 8/9(0,3) 부호화 방법, rate 16/17(0,6/6) 부호화 방법은 code rate이 높아 rate 1/2(2,7) 부호화 방법 또는 rate 2/3(1,7) 부호화 방법에 비해 채널 SNRR이 높으므로 주어진 Partial Response class에 대하여 이퀄라이저에 더 좋은 영향을 준다.

만일 입력 신호의 데이터 시퀀스가 even indexed 샘플 시퀀스와 odd indexed 샘플 시퀀스로 나뉘어 진다면 ML detection은 각각의 서브시퀀스에 독립적으로 적용된다. 또한, 각 서브시퀀스에 적절히 연속되는 zero 샘플들의 수는 detector delay와 hard ware를 제한한다. 각 서브시퀀스에 요구되는 '1'과 '1'사이의 연속되는 '0'의 최대값을 k1이라 한다. 각 서브 시퀀스에 요구되는 조건 k1은 ML detector에 필요한 path memory의 크기를 줄여준다. 이러한 특성을 만족하는 RLL(0,k/k1) 방법이 rate 8/9(0,4/4) 부호화 방법과 rate 16/17(0,6/6) 부호화 방법이다. rate 16/17(0,6/6) 부호화 방법은 rate 8/9(0,4/4) 부호화 방법보다 rate가 높으므로 데이터 저장 기기에 더욱 높은 기록밀도로 기록할 수 있다. 그러므로 rate 16/17(0,6/6)은 PRML channels에 적합한 부호화 방법이라 할 수 있다.

그러나, 종래의 rate 16/17(0,6/6) 부호화 방법에 있어서는 그것을 구현하기 위한 엔코더와 디코더의 구성이 복잡하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 안출된 것으로서, PRML 채널에 적합한 고밀도의 데이터 기록/재생이 가능한 부호화 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 부호화 방법에 적합한 복호화 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부호화 방법은 저장기기 또는 통신채널에서 일련의 예정된 비트수(k)를 가지는 이진 데이터 심볼 X _k (k=1,2,3,,,)을 받아 예정된 비트수(1)의 코드워드 Y _l (l=1,2,3,,,)로 부호화하는 방법에 있어서, 상기 이진 데이터 심볼 X _k 를 그의 기수 혹은 우수 비트들을 가지는 첫 번째 그룹과 나머지 비트들을 가지는 두 번째 그룹으로 분리하는 과정; 상기 첫번째 그룹을 예정된 비트수(k/2+(l-k))의 코드워드로 매핑하는 과정; 상기 두 번째 그룹을 상기 매핑된 코드워드와 인터리빙하고 그 결과를 상기 코드워드 Y _l 로서 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 복호화 방법은 저장기기 또는 통신채널에서 일련의 예정된 비트수(1)의 코드워드 Y _l (l=1,2,3,,,)를 받아 예정된 비트수(k)를 가지는 이진 데이터 심볼 X _k (k=1,2,3,,,)로 복호화하는 방법에 있어서, 상기 코드워드 Y _l 를 그의 기수 혹은 우수 비트들을 가지는 첫 번째 그룹과 나머지 비트들을 가지는 두 번째 그룹으로 분리하는 과정; 상기 첫 번째 그룹을 예정된 비트수(l/2-(l-k))의 코드워드로 디코딩하는 과정; 상기 두 번째 그룹을 상기 디코딩된 코드워드와 디인터리빙하고 그 결과를 상기 이진 데이터 심볼 X _k 로서 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존의 rate 16/17(0,5/5) 부호화 방법보다 encoder/decoder가 더욱 간단하여 encodeer/decoder구현시 hardware가 더욱 작아진다는 장점이 있다. 본 발명은 rate 16/17(0,6/6) 블럭 코드의 부호화와 복호화에 대한 최적화된 입력과 출력 간의 룩업테이블(look-up tables) 및 간단화시킨 입력과 출력 간의 관계식을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 ML detection을 하는 PR channels들에 적합한 변조 코드의 부호화 및 복호화 방법에 관한 것이다. 이러한 변조 코드는 빈번한 non-zero샘플들을 제공하여 채널의 타이밍과 이득 제어 회로의 성능을 향상 시킨다. 또한, 비터비 검출기가 처리하는 과정중 패스(path)를 강제로 머지(merge)시키는 데 이것은 패스 메모리(path memory)의 용량을 감소시켜 ML detector의 복잡도(complexity)를 제한한다.

본 발명에 의한 변조코드는 (d,k/k1)에 쓰인 세 개의 파라메타 d,k,k1에 의해 표현된다. d,k 파라메타는 각각 코드워드의 최소 런-렝쓰와 최대 런-렝쓰를 나타내며, k1 파라메타는 모두 우수(all-even) 또는 모두 기수(all-odd) 서브시퀀스의 제로들(zeros)의 최대 런-렝쓰를 나타낸다.

본 발명에 의한 변조코드는 d 구속장(constraint)이 '0'이다. 이것은, 제로 값의 최소 런-렝쓰가 PRML 채널에 불필요하기 때문이다. 작은 값의 k는 타이밍과 이득 제어의 정확성을 위해 요구되며, 작은 값의 k1은 ML 검출기에 필요한 패쓰 메모리의 크기를 줄여준다.

본 발명에 의한 k,k1 파라메타의 값은 레이트 16/17, (0,k/k1) 블럭에 대해 (0,6/6)가 존재한다. 본 발명은 이러한 파라메타를 갖는 레이트 16/17 블록 코드의 부호화/복호화에 대한 룩업테이블을 제공한다. 또한, 부호화/복호화에 대한 간단화된 관계식을 제공한다.

도 1은 고밀도 데이터의 기록/재생을 위한 부호화/복화화 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

저장기기에 기록될 신호는 사용자 데이터는 압축부(1) 및 에러정정부(2)를 거쳐 부호화되는 과정에서 노이즈나 그밖의 여러 신호왜곡을 일으키는 요인에 대한 면역성을 갖게 된다. 그 후에 저장기기의 채널 특성에 적합하도록 변조부(3)에서 부호화되고, 변조된 데이터는 신호발생기(4)에서 신호를 발생하고 리드 이퀄라이저(5)에서 사전보상을 한 후 채널을 구성하는 헤드/디스크에 기록된다. 헤드/디스크에 기록된 신호는 재생되어 신호를 검출하기 용이하도록 리드 이퀄라이저(6)에서 처리된 후 검출기(7)에서 통해 에러확률이 최소화되도록 신호를 검출한다. 검출기(7)를 통해 검출된 신호는 복호부(8), 에러 정정부(3), 그리고 신장부(10)를 통하여 운래의 사용자 데이터로 복원된다.

도 2는 본 발명에 따른 부호화 및 복호화 방법을 적용한 부호화/복화화 시스템의 구성을 보이는 블록도이다. 도 2에 도시된 시스템(20)은 기록할 이진 데이터로서 rate 16/17 RLL (0,6/6) 코드워드를 사용한다. 도 2에 도시된 시스템(20)은 엔코더(24), 프리코더(26), 미디어＆헤드(28), 이퀄라이저(30), 비터비 검출기(32), 디코더(34)로 구성된다.

도 2에서 유저 데이터가 16비트씩 그룹화된 입력을 D ₁₆이라 하고, 엔코딩된 코드워드를 D ₁₇이라 한다 이 시스템(20)은 16비트씩 그룹화된 입력을 D ₁₆을 받아 그에 해당하는 17비트의 코드워드 D ₁₇을 엔코딩하는 encoder(24), Partial Response class 4(PR 4)를 사용하기에 적합한 transfer function 1/(1

D)를 갖는 precoder(26), Partial response read singal channel이 되는 media 및 media로부터 엔코딩된 데이터를 읽고 쓰는 heads를 포함하는 mediaahedas(28), equalizer(30), Viterbi algorithm detector(32), 그리고 코드워드 D ₁₇을 16비트씩 그룹화된 입력을 D ₁₆으로 디코딩하는 decoder(34)를 포함한다.

Encoder(24)는 입력 latch(40)과 8/9 encoder(42), 출력 latch(44), 그리고 parallel to series converter(46)를 포함한다. 기록 시스템(20)에 그룹화된 입력을 D ₁₆은 latch(40)을 거쳐 각각 8bits, 8bits로 나뉘는 데 첫 번째 8bits 그룹을 A라 하고, 두 번째 8bits 그룹을 B라고 하면, 그들 각각은 다음과 같이 표현된다.

8/9 encoder(42)는 logic function을 수행하여 첫 번째 8bits 그룹 A를 다음의 9-bit 코드워드 C로 매핑한다.

출력 latch(44)는 첫 번째 8bits 그룹 B와 9-bits 코드워드 C를 인터리브(interleave)하여 17bit 코드워드 W를 출력하는 데, 이 W는 주어진 RLL (0,6/6)을 만족한다.

parallel to serial converter(46)은 17-bits코드워드를 precoder(26)에 제공하며, precoder(26)의 출력은 media＆heads(38)에 제공된다. 이렇게 엔코딩된 17-bits 코드워드 W가 media＆heads(28)를 거친 다음 equalizer(30)로 입력되고, equalizer(30)는 이 신호를 desired targer signal인 PR4에 맞게 만든다.

그 후 Viterbi detector(32)를 거치고, 이렇게 검출된 시퀀스는 serial to parallel converter(50)에서 17-bit씩 그룹핑된다. 그후 입력 latch(52)를 통해 각각 9-bits, 8-bits로 나뉘고 첫 번째 9-bits이 8/9 RLL 엔코더(54)를 통해 8-bit 데이터로 디코딩된 것과 두 번째 8-bit을 출력 latch(56)가 디인터리브(deinterleave)하여 16-bit original data로 출력한다.

각 코드워드 W는 두 개의 서브시퀀스로 나눌수 있는 데 첫 번째 코드워드 시퀀스 W ₁은 17-bit 코드워드 W의 odd terms으로 구성된 서브 시퀀스 W ₁이며, 두번째 코드워드 시퀀스 W ₂는 17-bit 코드워드 W의 evem terms으로 구성된 서브 시퀀스 W ₂로서 각각 다음과 같다.

16/17 RLL(0,6/6) 코드워드를 생성하기 위해서는 첫 번째 8-bit 그룹 A를 9-bit 코드워드 C로 효과적으로 매핑해야 한다. 즉, 8/9 RLL 엔코더(42)는 가장 최악의 경우(입력 8-bit 데이터 B가 모두 zeros인 때)에도 17-bit 코드워드 W가 주어진 constraints를 만족하도록 해야 한다. 즉 RLL(0,k/k1) constraints에서 d=0이고, k와 k1이 둘다 6이기 위해서 첫 번째 8-bit 이진 데이터가 엔코딩된 코드워드 C는 다음의 constraints를 만족해야 한다. 여기서 +는 OR 연산을 나타내고, ·는 AND 연산을 나타낸다.

위의 constraints를 만족하는 16비트 pattern들은 256개가 있으며, 도 3에 hexadecimal form으로 나타내었다.

도 3에서와 같이 위의 constraints를 만족하는 9-bit 코드워드가 256개 존재하므로, 첫 번째 8-bits 그룹 A(2⁸개)과 일대일로 매핑될 수 있다.

도 4는 본 발명에 있어서 16/17 RLL (0,16/6)코드워드를 구현하는 데 이용되는 8/9 RLL 부호의 입출력 관계를 16진수로 나타낸 룩업 테이블이다. 도 4의 LS는 least signigicant digit를 나타내고, MS는 most significant digit를 나타낸다. 도 4의 256개의 word는 Boolean Logic equations을 간단히 하기 위해 6개 partition group으로 나눌 수 있다. 이러한 6개의 각 partion은 대문자 G, H, J, K, L, M이다.

첫 번째 partion G는 첫 번째 8-bits그룹 A의 처음 4-bit와 마지막 4-bit가 9-bit 코드워드 C의 처음 4-bit와 마지막 4-bit로 아무런 변화없이 그대로 매핑되게 하는 partion이다. 그리고, 가운데 bit 즉 코드워드 C의 5번째 bit은 항상 "1"이다. partion G에 속하는 9-bit 코드워드 C는 148개이며, G는 다음과 같다.

두 번째 partion H는 9-bit 코드워드 C중 48개이며, H는 다음과 같다.

세 번째 partion J는 9-bit 코드워드 C중 32개이며, J는 다음과 같다.

네 번째 partition k는 9-bit 코드워드 C중 32개이며, k는 다음과 같다

다섯번째 partition L는 9-bit 코드워드 C중 32개이며, L는 다음과 같다.

여섯 번째 partition M는 9-bit 코드워드 C중 32개이며, M는 다음과 같다.

도 4를 기초로 A ₇ - A ₀의 데이터 비트들을 C ₈ - C ₀로 엔코딩하는 8/9 encoder(42)의 Boolean Logic equantion은 위 6개 Partition으로 간단화 될 수 있으며, 이 G, H, J, K, L, M의 Partion으로 엔코더의 equation은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이와 유사하게 9/8 decoder(54)의 Boolean Logic equation을 나타낼 수 있다. decoder를 간단히 표현하기 위해서 또한 6개의 Partition G, H, J, K, L, M을 이용하여 간단히 나타낼 수 있다. 각 partition은 C ₈ - C ₀fh 나타낼 수 있으며 다음과 같다.

도 4를 기초로 C ₈ - C ₀의 9-bit 데이터 비트들을 8-bit A ₇ - A ₀로 디코딩하는 9/8 decoder(54)의 Boolean Logic equation은 위의 6개 partition으로 간단화될 수 있으며, 이 G, H, J, K, L, M의 partion으로 디코더의 Boolean Logic equation을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

도 3의 코드워드를 기초로 A ₇ - A ₀ 8-bit데이터 비트들과 C ₈ - C ₀의 9-bit 코드워드 간의 매핑 방법에 있어서, 8/9 RLL encoder/decoder의 logic equation을 줄이는 다른 여러 가지 방법이 존재할 수 있다. 즉, 본 특허의 입/출력 매핑과는 다른 매핑 logic equation을 구하거나 또는, 본 특허에서 주어진 logic equation을 기초로 logic gate circuit을 구현할 때 최적화시킨다거나 하는 방법이 있을 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기존의 rate 16/17(0,5/5) 부호화 방법보다 encoder/decoder가 더욱 간단하여 encodeer/decoder구현시 hardware가 더욱 작아진다는 장점이 있다.

도 1은 고밀도 데이터의 기록/재생을 위한 부호화/복화화 장치의 구성을 보이는 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 부호화 및 복호화 방법을 적용한 부호화/복화화 장치의 구성을 보이는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 있어서 16/17 RLL (0,6/6) 코드워드를 생성하는 데 이용되는 256개의 코드워드들을 16진수로 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 있어서 16/17 RLL (0,16/6) 코드워드를 구현하는 데 이용되는 8/9 RLL 부호의 입출력 관계를 16진수로 나타낸 룩업 테이블이다.

Claims

16비트의 이진 데이터 심볼 X _k 을 최소 런렝스 0, 최대 런렝스 6을 만족하는 17비트 코드워드로 부호화하는 방법에 있어서,

상기 이진 데이터 심볼 X _k 를 그의 기수 흑은 우수 비트들을 가지는 첫 번째 그룹과 나머지 비트들을 가지는 두 번째 그룹으로 분리하는 과정;

상기 첫 번째 그룹을 9비트의 코드워드로 매핑하는 과정: 및

상기 두 번째 그룹을 상기 매핑된 코드워드와 인터리빙하고 그 결과를 상기 17비트 코드워드 Y _l 로서 출력하는 과정을 포함하며,

여기서, 상기 첫 번째 그룹을 A=[A₇,A₆,A₅,A₄,A₃,A₂,A₁,A₀]라 하고, 매핑된 9비트 코드워드를 C=[C₈,C₇,C₆,C₅,C₄,C₃,C₂,C₁,C₀]라 할 때,

의 제한을 만족하는 것을 특징으로 하는 부호화 방법.

제1항에 있어서,

여기서,

인 것을 만족하는 것을 특징으로 하는 부호화 방법.

16비트의 이진 데이터 심볼 X _k 가 최소 런렝스 0, 최대 런렝스 6을 만족하는 16/17 부호화된 코드워드 Y _l 로부터 상기 이진 데이터 심볼 X _k 을 복호화하는 방법에 있어서,

상기 코드워드 Y _l 를 그의 기수 혹은 우수 비트들을 가지는 9비트의 첫 번째 그룹과 나머지 비트들을 가지는 두 번째 그룹으로 분리하는 과정;

상기 첫 번째 그룹을 8비트의 이진 데이터로 디코딩하는 과정;

상기 두 번째 그룹을 상기 디코딩된 코드워드와 디인터리빙하고 그 결과를 상기 이진 데이터 심볼 X _k 로서 출력하는 과정을 포함하며,

여기서, 상기 첫 번째 그룹을 C=[C₈,C₇,C₆,C₅,C₄,C₃,C₂,C₁,C₀]라 하고, 디코딩된 8비트 이진 데이터를 A=[A₇,A₆,A₅,A₄,A₃,A₂,A₁,A₀]라 할 때,

인 것을 특징으로 하는 복호화 방법.