(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準教師信号を発生する教師信号発生手段と、
該教師信号発生手段によって発生されて記録媒体上に記録される教師信号および該記録媒体上に記録されている記録情報信号を検出する信号検出手段と、
該信号検出手段によって検出された該教師信号および該情報信号を、それぞれ、所定の変換ルールに基づいて再生教師信号および情報再生信号に変換する変換手段と、
を備えている学習型信号記録再生装置であって、
該変換手段は、
該情報信号の検出に先立って、前記信号検出手段によって検出された該教師信号の前記再生教師信号と前記基準教師信号との関係に基づいて該所定の変換ルールを学習生成する学習型波形変換部と、該学習型波形変換部によって生成された前記所定の変換ルールを保存する不揮発性メモリ手段と、該不揮発性メモリ手段に保存した変換ルールの該学習型波形変換部へのロードと該不揮発性メモリ手段への前記所定の変換ルールの保存とを制御するメモリ制御部とを有し、
該メモリ制御部は、該不揮発性メモリ手段に学習生成した変換ルールが保存されているときには、保存されている変換ルールを該学習型波形変換部へロードし、
該学習型波形変換部は、ロードされた変換ルールにしたがって検出された教師信号を再生教師信号に変換し、該再生教師信号と該基準教師信号とに基づいてロードした変換ルールを修正し、
該メモリ制御部は、修正された変換ルールを、再度、該不揮発性メモリ手段に保存することを特徴とする学習型信号記録再生装置。
【請求項２】
前記変換手段は、検出された前記教師信号の遷移軸上の各点における信号値の変化を抽出し、抽出された信号値の変化を系列信号として出力する系列信号抽出部をさらに有しており、
前記学習型波形変換部は、抽出された該信号値の変化と前記基準教師信号の波形との関係を学習することにより前記所定の変換ルールを自動的に生成する、請求項１に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項３】
前記変換手段は、前記再生教師信号と前記基準教師信号とを比較する比較手段をさらに有しており、前記メモリ制御部は、該比較手段によって該再生教師信号と該基準教師信号とが一致することが検出される場合に、前記所定の変換ルールを前記不揮発性メモリ手段に格納する、請求項１または２に記載の信号再生装置。
【請求項４】
前記学習型波形変換部は、複数の層を有するネットワークを有しており、該複数の層のうちの少なくとも１つには、
前記系列信号が入力される信号入力部と、
該信号入力部から出力される該系列信号を受け取り、該系列信号を量子化する量子化器と、
少なくとも１つの第１の経路入力端子と、
該第１の経路入力端子に連結されている少なくとも１つの第１の経路出力端子と、
該第１の経路入力端子と該第１の経路出力端子との連結の仕方を、量子化された該系列信号に応じて変更することによって、経路を選択する経路選択部と、
をそれぞれが有する複数の第１の単位認識ユニットが含まれており、
前記複数の層のうちの出力層の直前の層には、
前記基準教師信号を入力する教師信号入力端子と、
少なくとも１つの第２の経路入力端子と、
該第２の経路入力端子に連結されている少なくとも１つの第２の経路入力端子と、
該第２の経路入力端子と、該第２の経路出力端子のうちの前記基準教師信号によって指し示される１つとの連結の強度を変化させる経路学習器と、
をそれぞれが有する複数の第２の単位認識ユニットが含まれており、
該学習型波形変換部は、該複数の層の該出力層に含まれる複数の第３の単位認識ユニットのうちの最も出力値が大きい単位認識ユニットを検出する出力結果判定部をさらに備えている、請求項２に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項５】
前記系列信号抽出部は、
検出された前記教師信号の遷移軸上の所定の点の信号値を抽出する現信号抽出部と、
該現信号抽出部によって抽出された該所定の点の該信号値と、該所定の点よりも以前の該教師信号の信号値との差を算出する変化量抽出部と、
を有している請求項２または４に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項６】
前記学習型波形変換部は、複数個のユニットをそれぞれ含む複数層のネットワークを有しており、該複数の層のうちの隣接する層の間の連結の強度を前記再生教師信号および前記基準教師信号を用いた学習によって変更することにより、前記所定の変換ルールを生成する、請求項１に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項７】
前記学習型波形変換部は、複数個のユニットをそれぞれ含む複数層のネットワークを有しており、該複数の層のうちの隣接する層の間の連結の仕方を前記再生教師信号および前記基準教師信号を用いた学習によって変更することにより、前記所定の変換ルールを生成する、請求項１に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項８】
前記所定の変換ルールは前記隣接する層の間の連結の仕方として、前記不揮発性メモリ手段に保存される、請求項７に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項９】
前記隣接する層の間の前記連結の仕方は、該隣接する層の一方に含まれるユニットと該隣接する層の他方に含まれるユニットとの連結のそれぞれの強度を変えることにより変更される、請求項７または８に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項１０】
前記複数層のネットワークは、この順序で配置された第１、第２、第３および第４の層を有しており、該第１の層は検出された前記教師信号を入力し、該第４の層は前記再生教師信号を出力し、前記基準教師信号は該第３の層に含まれるユニットに与えられ、これにより、該第３の層に含まれる該ユニットと該第４の層に含まれるユニットとの連結の強度は変更される、請求項９に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項１１】
前記第３の層に含まれるユニットと前記第４の層に含まれるユニットとの前記連結の強度は、該第４の層から出力される前記再生教師信号と前記基準教師信号とが実質的に一致するように変更される、請求項１０に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項１２】
記録媒体にデータを記録するときには、前記教師信号発生手段によって発生された前記基準教師信号を該データの記録に先立って記録する、請求項１に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項１３】
前記学習型波形変換部の前記複数の第２の単位認識ユニットにおける、前記少なくとも１つの第２の経路入力端子と前記少なくとも１つの第２の経路出力端子との連結の仕方は、前記所定の変換ルールとして前記不揮発性メモリ手段に保存される、請求項４に記載の学習型信号記録再生装置。
【請求項１４】
前記系列信号抽出部は、検出された前記情報信号の遷移軸上の各点における信号値の変化を抽出することにより他の系列信号を生成し、
該情報信号が検出されたときには、前記学習型波形変換部の前記不揮発性メモリ制御部は、前記メモリ手段に保存されている前記所定の変換ルールをロードし、前記複数の第１の単位認識ユニットにおいては、前記信号入力部は該他の系列信号を入力し、前記量子化器は該他の系列信号を量子化し、前記経路選択部は、前記少なくとも１つの第１の経路入力端子と前記少なくとも１つの第１の経路出力端子との連結を量子化された該他の系列信号に応じて変更し、前記複数の第２の単位認識ユニットにおいては、前記少なくとも１つの第２の経路入力端子と前記少なくとも１つの第２の経路出力端子は、該所定の変換ルールによって示される連結の仕方で連結され、
これにより、該情報信号を該所定の変換ルールに従って前記再生情報信号に変換する、請求項１３に記載の学習型信号記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディスク、あるいは磁気テープ等の記録媒体に信号を記録再生する学習型信号記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク、磁気ディスク、あるいは磁気テープなどの記録媒体に記録されている信号を再生する従来の技術として、検出した信号を予め定められた閾値を用いて０か１かに変換し、その結果を再生信号として出力する装置が提案されている。
【０００３】
このような従来の信号記録再生装置の構成を図８に簡単に示す。記録媒体８１に記録されている信号は、信号検出器８２によって検出される。信号検出器８２は、閾値を格納している閾値メモリ８４とともに比較器８３に接続されている。信号検出器８２によって検出された信号は比較器８３に入力され、ここで閾値メモリ８４から読み出された閾値と比較される。比較器８３は、信号検出器８２からの信号が閾値以上であれば１を、閾値よりも小さければ０を再生信号として出力する。このようにして再生信号を得ることにより、従来の信号記録再生装置は、ノイズなどによる信号の歪の影響を受けない安定した信号再生を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の信号記録再生装置では、例えば図９に示すように、大きく波打った信号が信号検出器８２から比較器８３に入力されると、誤った再生信号が出力されてしまうことがある。このような誤検出は、信号検出器８２によって検出された信号がノイズの影響を受けている場合や、記録媒体個体間の差、あるいは信号検出が行われる条件の差といった種々の要因により生じ得る。
【０００５】
本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズ、および記録媒体個体間の差などの影響を受けることなく安定して信号を再生することができる学習型信号記録再生装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の学習型信号記録再生装置は、基準教師信号を発生する教師信号発生手段と、該教師信号発生手段によって発生されて、記録媒体上に記録される教師信号および該記録媒体上に記録されている記録情報信号を検出する信号検出手段と、該信号検出手段によって検出された該教師信号および該情報信号を、それぞれ、所定の変換ルールに基づいて再生教師信号および情報再生信号に変換する変換手段と、を備えている学習型信号記録再生装置であって、該変換手段は、該情報信号の検出に先立って、前記信号検出手段によって検出された該教師信号の前記再生教師信号と前記基準教師信号との関係に基づいて該所定の変換ルールを学習生成する学習型波形変換部と、該学習型波形変換部によって生成された前記所定の変換ルールを保存する不揮発性メモリ手段と、該不揮発性メモリ手段に保存した変換ルールの該学習型波形変換部へのロードと該不揮発性メモリ手段への前記所定の変換ルールの保存とを制御するメモリ制御部とを有し、該メモリ制御部は、該不揮発性メモリ手段に学習生成した変換ルールが保存されているときには、保存されている変換ルールを該学習型波形変換部へロードし、該学習型波形変換部は、ロードされた変換ルールにしたがって検出された教師信号を再生教師信号に変換し、該再生教師信号と該基準教師信号とに基づいてロードした変換ルールを修正し、該メモリ制御部は、修正された変換ルールを、再度、該不揮発性メモリ手段に保存することを特徴とする。
【０００８】
前記変換手段は、検出された前記教師信号の遷移軸上の各点における信号値の変化を抽出し、抽出された信号値の変化を系列信号として出力する系列信号抽出部をさらに有しており、前記学習型波形変換部は、抽出された該信号値の変化と前記基準教師信号の波形との関係を学習することにより前記所定の変換ルールを自動的に生成してもよい。
【００１１】
前記変換手段は、前記再生教師信号と前記基準教師信号とを比較する比較手段をさらに有しており、前記メモリ制御部は、該比較手段によって該再生教師信号と該基準教師信号とが一致することが検出される場合に、前記所定の変換ルールを前記不揮発性メモリ手段に格納してもよい。
【００１２】
前記学習型波形変換部は、複数の層を有するネットワークを有しており、該複数の層のうちの少なくとも１つには、前記系列信号が入力される信号入力部と、該信号入力部から出力される該系列信号を受け取り、該系列信号を量子化する量子化器と、少なくとも１つの第１の経路入力端子と、該第１の経路入力端子に連結されている少なくとも１つの第１の経路出力端子と、該第１の経路入力端子と該第１の経路出力端子との連結の仕方を、量子化された該系列信号に応じて変更することによって、経路を選択する経路選択部と、をそれぞれが有する複数の第１の単位認識ユニットが含まれており、前記複数の層のうちの出力層の直前の層には、前記基準教師信号を入力する教師信号入力端子と、少なくとも１つの第２の経路入力端子と、該第２の経路入力端子に連結されている少なくとも１つの第２の経路入力端子と、該第２の経路入力端子と、該第２の経路出力端子のうちの前記基準教師信号によって指し示される１つとの連結の強度を変化させる経路学習器と、をそれぞれが有する複数の第２の単位認識ユニットが含まれており、該学習型波形変換部は、該複数の層の該出力層に含まれる複数の第３の単位認識ユニットのうちの最も出力値が大きい単位認識ユニットを検出する出力結果判定部をさらに備えていてもよい。
【００１３】
前記系列信号抽出部は、検出された前記教師信号の遷移軸上の所定の点の信号値を抽出する現信号抽出部と、該現信号抽出部によって抽出された該所定の点の該信号値と、該所定の点よりも以前の該教師信号の信号値との差を算出する変化量抽出部とを有していてもよい。
【００１４】
前記学習型波形変換部は、複数個のユニットをそれぞれ含む複数層のネットワークを有しており、該複数の層のうちの隣接する層の間の連結の強度を前記再生教師信号および前記基準教師信号を用いた学習によって変更することにより、前記所定の変換ルールを生成してもよい。
【００１５】
前記学習型波形変換部は、複数個のユニットをそれぞれ含む複数層のネットワークを有しており、該複数の層のうちの隣接する層の間の連結の仕方を前記再生教師信号および前記基準教師信号を用いた学習によって変更することにより、前記所定の変換ルールを生成してもよい。
【００１６】
前記所定の変換ルールは前記隣接する層の間の連結の仕方として、前記メモリ手段に保存されてもよい。
【００１７】
前記隣接する層の間の前記連結の仕方は、該隣接する層の一方に含まれるユニットと該隣接する層の他方に含まれるユニットとの連結のそれぞれの強度を変えることにより変更されてもよい。
【００１８】
前記複数層のネットワークは、この順序で配置された第１、第２、第３および第４の層を有しており、該第１の層は検出された前記教師信号を入力し、該第４の層は前記再生教師信号を出力し、前記基準教師信号は該第３の層に含まれるユニットに与えられ、これにより、該第３の層に含まれる該ユニットと該第４の層に含まれるユニットとの連結の強度は変更されてもよい。
【００１９】
前記第３の層に含まれるユニットと前記第４の層に含まれるユニットとの前記連結の強度は、該第４の層から出力される前記再生教師信号と前記基準教師信号とが実質的に一致するように変更されてもよい。
【００２０】
前記学習型信号記録再生装置は、記録媒体にデータを記録するときには、前記教師信号発生手段によって発生された前記基準教師信号を該データの記録に先立って記録してもよい。
【００２１】
前記学習型波形変換部の前記複数の第２の単位認識ユニットにおける、前記少なくとも１つの第２の経路入力端子と前記少なくとも１つの第２の経路出力端子との連結の仕方は、前記所定の変換ルールとして前記メモリ手段に保存されてもよい。
【００２２】
前記系列信号抽出部は、検出された前記情報信号の遷移軸上の各点における信号値の変化を抽出することにより他の系列信号を生成し、該情報信号が検出されたときには、前記学習型波形変換部の前記メモリ制御部は、前記メモリ手段に保存されている前記所定の変換ルールをロードし、前記複数の第１の単位認識ユニットにおいては、前記信号入力部は該他の系列信号を入力し、前記量子化器は該他の系列信号を量子化し、前記経路選択部は、前記少なくとも１つの第１の経路入力端子と前記少なくとも１つの第１の経路出力端子との連結を量子化された該他の系列信号に応じて変更し、前記複数の第２の単位認識ユニットにおいては、前記少なくとも１つの第２の経路入力端子と前記少なくとも１つの第２の経路出力端子は、該所定の変換ルールによって示される連結の仕方で連結され、これにより、該情報信号を該所定の変換ルールに従って前記再生情報信号に変換してもよい。
【００２３】
【作用】
本発明の学習型信号記録再生装置は、記録媒体にデータを記録する際に、予め決められた波形を有する基準教師信号を、例えばヘッダー部に記録し、その後に実際のデータを記録しておく。この基準教師信号は、本発明の学習型記録再生装置の教師信号発生器によって生成される。また、基準教師信号が記録されている記録媒体からデータを再生する際には、学習型信号記録再生装置は、まず記録媒体のヘッダー部に記録されている教師信号を信号検出器によって検出する。続いて、この検出結果と教師信号発生器から出力された基準教師信号との関係を学習型波形変換部に学習させる。これにより学習型波形変換部は、記録媒体から検出されたアナログ信号を、記録の基となった信号に正確に再生するための変換ルールを自動的に生成する。
【００２４】
学習が終了すると、記録媒体に記録された信号は、生成された変換ルールにしたがって変換される。このようにして、本発明の学習型信号記録再生装置は、ノイズの影響、あるいは記録媒体個体間の差などの影響を受けずに、安定して信号を再生することができる。
【００２５】
学習によって生成された変換ルールは不揮発性メモリ部に保存される。次回の再生からは、記録媒体に記録されている教師信号の検出を行う前に、まず、学習型波形変換部によって不揮発性メモリ部から変換ルールをロードさせる。そして、記録媒体に記録された教師信号を信号検出器による検出したものを変換ルールに従って変換して得られた信号と、教師信号発生器が出力した基準教師信号との関係を学習型波形変換部に学習させる。これにより、学習を早く収束させることができ、その結果、装置の立ち上がり時間を非常に早くすることができる。また、学習により修正された変換ルールは、修正される度に不揮発性メモリ部に保存される。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を参照しながら説明する。
【００２７】
図１（ａ）は、本発明の学習型信号記録再生装置１００の構成を示すブロック図である。この学習型信号記録再生装置１００は、信号検出部によって検出された信号を単に閾値と比較することによって再生信号を得るのではなく、検出された信号を学習により生成された変換ルールにしたがって変換することにより再生信号を得る。この変換ルールは、後で詳述するように生成された後の学習により修正され得る。
【００２８】
学習型信号記録再生装置１００は、系列信号抽出部１、学習型波形変換部２、教師信号発生器３、不揮発性メモリ部４、変換結果比較器５及び信号検出器７を有している。系列信号抽出部１は、記録媒体６に記録されている信号を逐次検出する信号検出器７によって検出されたアナログ信号の遷移軸上の各点、つまりさまざまな時刻における信号レベルの変化を抽出し、これを学習型波形変換部２に入力する。
【００２９】
学習型波形変換部２には、系列信号抽出部１の出力の他にも教師信号発生器３によって発生された、予め決められた波形を有する基準教師信号が入力される。信号検出器７が検出した信号が基準教師信号を記録の基にした信号であるときには、学習型波形変換部２は、検出された信号のレベルの変化と教師信号発生器３からの基準教師信号との関係を学習する。これにより、学習型波形変換部２は、記録媒体６から検出された信号から記録媒体６への記録の基になった信号を再現するための変換ルール、即ち検出された信号を０に変換するか、１に変換するかのルールを自動的に生成する。また信号検出器７が検出した信号が通常のデータに対応するものであれば、学習型波形変換部２は、生成された変換ルールにしたがって検出された信号を、記録の基になった信号に変換する。なお生成された変換ルールは、不揮発性メモリ部４に記憶される。
【００３０】
以下、このような構成を有する学習型信号記録再生装置１００の動作をより詳細に説明する。
【００３１】
図１（ａ）の装置１００を用いて記録媒体６にデータを記録するときには、それに先立ち、教師信号発生器３によって生成された基準教師信号を図１（ｂ）に示すように記録媒体６の、例えばヘッダー部に記録する。
【００３２】
装置１００によって、予め基準教師信号が記録されている記録媒体を再生するときには、まず、学習型波形変換部２が不揮発性メモリ部４にアクセスする。変換ルールが既に不揮発性メモリ部４内に保存されていれば、学習型波形変換部２は変換ルールをロードする。次に信号検出器７によって、記録媒体６のヘッダー部に記録されている教師信号を検出する。検出された信号は系列信号抽出１に送られ、ここで検出された信号における信号のレベルの変化が抽出される。
【００３３】
学習型波形変換部２は、検出信号のレベルの変化および変換ルールに基づき、検出された信号を変換する。ここで、変換ルールが不揮発性メモリ部４に保存されておらず、メモリ部４からロードされなかったときには、学習前の初期状態の変換ルールを用いる。こうして変換された信号は再生信号として学習型波形変換部２から出力される。
【００３４】
続いて、変換結果比較器５が再生された教師信号と基準教師信号とを比較する。比較の結果、再生された教師信号と基準教師信号とが一致していれば、変換に用いられた変換ルールはそのまま不揮発性メモリ部４に保存される。仮に学習前の初期状態の変換ルールがこのときの変換に用いられていたならば、この初期状態の変換ルールが次回の再生時にロードされるルールとして不揮発性メモリ部４に保存される。しかし一致していない場合には、ヘッダー部から再生された教師信号のレベルの変化と、教師信号発生器３によって発生された基準教師信号との関係の学習が学習型波形変換部２内で行われ、学習により得られたルールが新たな変換ルールとして不揮発性メモリ部４に保存される。つまり、変換ルールの学習による修正、および不揮発性メモリ部４内での変換ルールの更新が行われる。変換ルールの修正および更新が終了すると、以後、学習型波形変換部２は、この変換ルールにしたがって、検出された信号を０または１に変換し、これを再生信号として出力する。これにより、本発明の学習型信号記録再生装置は、検出された信号がノイズや記録媒体の個体差等による歪を有していても、記録の基になった信号を安定に再生することができる。
【００３５】
次に、学習型信号記録再生装置１００の主要な部品を説明する。
【００３６】
図２は系列信号抽出部１の構成を簡単に示す図である。系列信号抽出部１は現信号抽出部１１および変化量抽出部１２を有している。現信号抽出部１は、信号検出器７によって検出されたアナログ信号を受け取り、その波形の高さ、つまり信号のレベルを抽出し、変化量抽出部１２に与える。変化量抽出部１２は信号記憶部１２１および差分演算部１２２を有している。信号記憶部１２１は、ｎ＋１個の信号記憶単位１２１１を備えており、検出されたアナログ信号（波形信号）の遷移軸の所定の範囲の各点、すなわち所定の区間内のさまざまな時刻での信号のレベル（信号値）を逐次記憶する。差分演算部１２２は、現信号抽出部１１によって抽出された現在のアナログ信号の信号値と信号記憶部１２１に記憶させた信号値のそれぞれとの差を演算する。
【００３７】
より具体的に述べると、系列信号抽出部１にアナログ信号が入力されると、現信号抽出部１１はそのアナログ信号の波形の高さ（信号値）を抽出し、これを逐次、変化量抽出部１２の信号記憶部１２１および差分演算部１２２の両方に与える。信号記憶部１２１は、シフトレジスタと同様に記憶位置をずらしながら、逐次入力される信号値を信号記憶単位１２１１に順に記憶していく。したがって、時刻ｔにおいて抽出された信号値ｓ（ｔ）が現信号抽出部１１から入力されたときには、図２に示すように、最大ｎ＋１個の信号値ｓ（ｔ）〜ｓ（ｔ−ｎ）が信号記憶部１２１に記憶されることになる。
【００３８】
一方、差分演算部１２２は、現信号抽出部１１から入力された時刻ｔにおける信号値s(t)と、信号記憶部１２１に記憶されている信号値s(t-i)（ｉ≠ｔ）のそれぞれとの差ds(ti)を以下の式（１）に示すようにして求め、最大ｎ個の差分値ds(t1)〜ds(tn)を出力する。
【００３９】
ｄｓ（ｔｉ）＝ｓ（ｔ）−ｓ（ｔ−ｉ）        ・・・・・・（１）
このようにして、系列信号抽出部１は、現信号抽出部１１によって抽出された現在の信号値ｓ（ｔ）と、変化量抽出部１２によって求められた差分値ｄｓ（ｔ１）からｄｓ（ｔｎ）とを、１組の系列信号として学習型波形変換部２へと出力する。
【００４０】
次に、学習型波形変換部２の構成および動作を説明する。
【００４１】
図３に、学習型波形変換部２の構成を簡単に示す。ここでは、系列信号抽出部１からの出力される１組の系列信号は、s(t)およびds(t1)からds(t4)までの５個の系列信号を含むものとする。本発明では、学習型波形変換部２として、単位認識ユニットｎを複数個組み合わせた４層の階層を有するネットワークを用いている。このようなネットワークは、例えば、ＵＳＰ５，２６５，２２４に示されている。学習型波形変換部２は、第１層のユニットに系列信号を１つずつ入力し、時刻ｔにおける波形が「０」にあたるか、それとも「１」にあたるかを判断する。このネットワークの第４層は、第３層のユニットの出力端子と相互結合している２個の単位認識ユニットｐ１およびｐ２を含んでおり、それぞれが「０」への一致度合いおよび「１」への一致度合いを出力する。これらの出力は出力結果判定部２０に与えられる。出力結果判定部２０は、これらの出力値を比較し、ｐ１からの出力値＞ｐ２からの出力値であれば「０」を、そうでなければ「１」をネットワークの最終的な判断結果として出力する。
【００４２】
第１層は、系列信号の個数と同数のユニットを有する入力層である。ここでは、系列信号はｓ（ｔ）およびｄｓ（ｔ１）からｄｓ（ｔ４）の５個であるので、第１層に含まれるユニットの数も５個である。第２層および第３層については後で詳述する。
【００４３】
またこの４層のネットワークの第３層には、メモリ制御部２１が接続されている。メモリ制御部２１は、第３層の単位認識ユニットの出力端子と、第４層の単位認識ユニットｐ１およびｐ２の入力端子との相互結合の荷重を不揮発性メモリ部４からロード、または不揮発性メモリ部４に保存する。
【００４４】
次に、第２層の単位認識ユニットの構成を図４および図５を参照しながら説明する。
【００４５】
図４は、第２層に含まれる単位認識ユニットの構成を簡単に示す図である。第２層に含まれる複数の単位認識ユニットは全て図４に示す構成を有している。第２層に含まれる１つの単位認識ユニットｎは、信号入力部n1、量子化器n2、および経路選択部n3を有している。信号入力部n1は、信号入力端子n1aを介して入力された系列信号を量子化器n2に送る。量子化器n2は、受け取った系列信号を量子化し、量子化した値を経路選択部n3に与える。経路選択部n3は、量子化器n2の出力に接続された入力端子と、経路入力端子n3aおよび経路出力端子n3b1〜n3b3を有している。この経路入力端子および経路出力端子は、複数の単位認識ユニットを組み合わせてネットワークを構成するときにユニット間で接続され得る。また、経路入力端子n3aと、経路出力端子n3b1〜n3b3との連結の仕方は、量子化器n2から入力される値に応じて変更され得る。
【００４６】
このような経路選択部n3のより詳しい構成の一例を図５に示す。この例では経路選択部n3は、１個の経路入力端子n3a、３個の経路出力端子n3b1、n3b2、n3b3、経路入力端子n3aと各経路出力端子との連結の荷重n3w1、n3w2、n3w3、およびこれらの荷重を設定する荷重設定器n3sを含んでいる。荷重n3w1、n3w2およびn3w3は経路入力信号n3aから入力された信号に掛け合わされる重みであり、掛け合わせた結果が経路出力端子n3b1、n3b2およびn3b3から出力される。荷重設定器n3sは、経路入力端子n3aと各経路出力端子との連結の強度のうちで、量子化器n2からの値が指し示す経路出力端子との連結の強度が最も大きくなるように、上層との結合の仕方を設定する。
【００４７】
次に、第３層の単位認識ユニットの構成を説明する。
【００４８】
図６は、第３層に含まれる単位認識ユニットの構成を示す図である。第３層に含まれる単位認識ユニットは、全て図６に示される構成を有している。図６に示される単位認識ユニットｎは、経路入力端子ｎ３ａ、経路出力端子ｎ３ｂ１からｎ３ｂ１６およびこれらの連結の強度を変更するための荷重ｎ３ｗ１からｎ３ｗ１６を有しており、経路入力端子ｎ３ａから入力された信号に荷重をそれぞれ掛け合わせたものが、経路出力端子から出力される。
【００４９】
第３層に含まれる単位認識ユニットは、さらに教師信号入力端子n1tを有している。また、第３層の単位認識ユニットの経路出力端子n3b1からn3b16の内、例えばn3b1及びn3b2が第４層に含まれる単位認識ユニットp1およびp2とそれぞれ選択的に結合される。教師信号入力端子n1tからは、学習課程において、学習する波形信号（「０」または「１」）の値、即ち第４層に含まれる単位認識ユニットp1またはp2の出力が教師信号として入力される。ここで、「学習課程」は、例えば、ヘッダー部に記録された教師信号を検出し、検出された教師信号の信号レベルの変化と教師信号発生器３からの基準教師信号との関係を学習することにより、変換ルールを生成する課程を指すものとする。したがって、学習課程において教師信号入力端子n1tに入力されるのは、教師信号発生器３からの基準教師信号である。端子n1tから入力された教師信号は経路学習器n3cに与えられる。前述のように、経路出力端子n3b1及びn3b2が第４層に含まれる単位認識ユニットp1およびp2とそれぞれ結合しており、経路学習器n3cは、学習課程において、単位認識ユニットp1またはp2と連結された経路出力端子n3b1及びn3b2のいずれかの出力が最大になるように、荷重n3w1からn3w16を変更する。
【００５０】
実際の認識課程、つまり検出された信号を既に生成された変換ルールを用いて実際に再生する課程においては、教師入力端子ｎ１ｔには信号は入力されない。このため、荷重ｎ３ｗ１からｎ３ｗ１６は、経路学習器ｎ３ｃによって変更されることもなく、学習後の状態を保持している。そして、経路入力端子ｎ３ａから入力された経路信号を重み付けして経路出力端子ｎ３ｂ１からｎ３ｂ１６に出力する。学習後の荷重ｎ３ｗ１からｎ３ｗ１６はメモリ制御部２１によって不揮発性メモリ部４に保存され、次に荷重ｎ３ｗ１からｎ３ｗ１６の再設定が行われるまで保持される。また、不揮発性メモリ部４に保存された荷重ｎ３ｗ１からｎ３ｗ１６をメモリ制御部２１によってロードすることも可能である。
【００５１】
ここで経路学習器n3cの構成を簡単に説明する。経路学習器n3cは、図６に示すように、最大出力端子検出器n3c1、比較判定器n3c2および荷重増加器n3c3を備えている。最大出力端子検出器n3c1は、経路出力端子n3b1からn3b16の中で出力が最大となるものを検出し、検出結果を比較判定器n3c2に与える。比較判定器n3c2は、最大出力端子検出器n3c1の検出結果と、学習課程において教師信号入力端子n1tから入力される教師信号とを比較する。より具体的に述べると、比較判定器n3c2は、最大出力端子検出器n3c1の検出結果が示している、出力が最大である端子の出力を、教師信号が指し示している出力端子の番号と比較し、両方の出力が一致しない場合には０を出力し、一致している場合には１を出力する。比較判定器n3c2の出力０または１は、荷重増加器n3c3に与えられる。荷重増加器n3c3は比較判定器n3c2からの出力に基づいて、経路入力端子n3aと経路出力端子n3b1からn3b16のそれぞれとの連結のうちで、教師信号が指し示している経路出力端子との連結の強度、即ち荷重が最も大きくなるように、荷重を増加させる。したがって、比較判定器n3c2からの出力が１であれば、これは、教師信号によって示されている経路出力端子と経路入力端子との連結の強度が最も大きい状態にあることを意味しているので、荷重を変更する必要はない。しかし、比較判定器n3c2からの出力が０である場合には、教師信号によって示されている経路出力端子よりも強く、経路入力端子と連結されている経路出力端子が存在するということである。このため、荷重増加器n3c3は、最大出力端子検出器n3c1の検出結果と教師信号とを一致させるように、荷重の変更を行う。
【００５２】
図７は、第４層に含まれる単位認識ユニットｐ１およびｐ２の構成を示す図である。単位認識ユニットｐ１およびｐ２のそれぞれは、複数の経路入力端子ｎ３ａ、１個の出力端子ｎ３ｂ、入力端子ｎ３ａからの入力を加算する加算器ｎ３ａｓ、および加算器ｎ３ａｓからの出力を閾値処理し、出力端子ｎ３ｂに出力する閾値処理器ｎ３ｂｓを備えている。閾値処理器ｎ３ｂｓが閾値処理に用いる関数としては、シグモイド関数、ステップ関数等を用いることができる。
【００５３】
次に、以上説明した各層から構成されるネットワークを有する学習型波形変換部２の学習動作を説明する。
【００５４】
まず、第２層の単位認識ユニットｎの経路入力端子ｎ３ａに、経路信号として１を与える。
【００５５】
第１層の５個のユニットに、系列信号抽出部１によって抽出された５個の系列信号ｓ（ｔ）およびｄｓ（ｔ１）〜ｄｓ（ｔ４）を入力すると、これらの系列信号は第２層の単位認識ユニットｎの量子化器ｎ２に与えられる。量子化器ｎ２は、それぞれ、受け取った系列信号を量子化し、この量子化した値に基づいて第２層の単位認識ユニットと第３層の単位認識ユニットとの結合の荷重である荷重ｎ３ｗ１、ｎ３ｂ２およびｎ３ｗ３を設定する。これにより、第２層の単位認識ユニットｎの経路出力端子ｎ３ｂ１、ｎ３ｂ２およびｎ３ｂ３のそれぞれから、経路入力端子ｎ３ａに与えられた経路信号「１」に対応する荷重を掛け合わせたものが出力される。
【００５６】
第２層の各単位認識ユニットの経路出力端子n3b1、n3b2およびn3b3から出力された経路信号は、対応する第３層の単位認識ユニットの経路入力端子にそれぞれ送られる。第３層の各単位認識ユニットは、そのとき設定されている荷重n3w1からn3w16によって経路入力端子から入力された経路信号を重み付けし、経路出力端子n3b1からn3b16の内、例えば、n3b1とn3b2を、第４層に含まれる単位認識ユニットp1およびp2とそれぞれ結合しており、n3b1とn3b2を介して第４層に出力する。このとき、第３層の各単位認識ユニットでは、最大出力端子検出器n3c1によって出力が最大である経路出力端子の番号が検出され、比較判定器n3c2に与えられる。また、同時に、各単位認識ユニットには教師入力端子n1tから、学習すべき波形の番号、つまり第４層の単位認識ユニットｐ１またはｐ２のどちらが出力を発生するべきかを示す教師信号が入力され、これも比較判定器n3c2に与えられる。比較判定器n3c2は、与えられた教師信号から経路出力端子のうちのどれの出力が最大になるべきかを判断し、教師信号によって指し示されている出力端子の番号を最大出力端子検出器n3c1によって検出された出力端子の番号と比較する。そして、比較判定器n3c2は、両者が一致していなければ０を、一致している場合には１を荷重増加器n3c3に入力する。
【００５７】
荷重増加器n3c3は入力が０である場合、つまり最大出力を出している経路出力端子と、教師信号によって示されている経路出力端子、例えば、第４層の単位認識ユニットp1およびp2とそれぞれ結合された経路出力端子n3b1またはn3b2が異なる場合には、経路入力端子n3aと教師信号によって示されている経路出力端子との連結の強度、即ち荷重を増加させる。このようにして、第３層の各単位認識ユニットにおいては、経路学習器n3cは、最大出力を出している経路出力端子と教師信号によって示されている経路出力端子とを一致させるような荷重を学習する。学習が終了すると、学習された荷重n3b1からn3b16は、検出された信号から記録の基になった信号を得るための変換ルールとして、メモリ制御部２１を介して不揮発性メモリ部４に保存される。
【００５８】
以上述べたように、本実施例の学習型波形変換部２の学習は、第２層の各単位認識ユニットにおいては、第１層の入力端子を介して信号入力端子ｎ１ａに入力された系列信号を量子化し、量子化された値に応じて上層との結合の仕方を設定し、第３層の各単位認識ユニットにおいては、与えられた教師信号に基づいて経路入力端子と経路出力端子との連結の強度を経路学習器によって変化させるのみでよい。したがって、非常に高速な学習が可能である。
【００５９】
次に、図３に示す学習型波形変換部２の実際の波形変換動作を説明する。
【００６０】
ヘッダー部以降に記録された、実際のデータに対応する情報信号が信号検出部７によって検出され、系列信号抽出部１を介して、学習型波形変換部２に入力されるまでは学習時の動作と同じであるので、説明を省略する。
【００６１】
学習型波形変換部２では、まず、学習時の動作と同様に、第２層の各単位認識ユニットの経路入力端子n3aへの経路信号として、例えば基準値である１を与える。また、系列信号抽出部１によって抽出した系列信号s(t)、ds(t1)〜ds(t4)を第１層の５個の入力端子を介して第２層の単位認識ユニットの信号入力端子n1aにそれぞれ入力する。第２層の各単位認識ユニットの量子化器n2は、入力された系列信号を量子化する。この量子化された値に基づいて、経路選択部n3では、荷重設定器n3sによって上層の単位認識ユニットとの結合の荷重n3w1からn3w3を設定され、経路入力端子n1aから入力された経路信号に荷重n3w1からn3w3を掛け合わせたものが経路出力端子n3b1からn3b3を介して第３層の単位認識ユニットの経路入力端子に出力される。  第３層の各単位認識ユニットでは、波形変換動作時には教師信号は入力されない。したがって、第３層の単位認識ユニットの荷重n3w1からn3w16は学習時の状態を保持しており、経路入力端子n3aから入力された経路信号を重み付けし、重み付けした信号を経路出力端子n3b1からn3b16に出力する。経路出力端子n3b1からn3b16は、経路信号を第４層の全単位認識ユニットの経路入力端子n3aに送る。
【００６２】
第４層の各単位認識ユニットの経路入力部の加算器ｎ３ａｓは、入力された全ての経路信号を加算し、閾値処理器ｎ３ｂｓに送る。閾値処理器ｎ３ｂｓは加算器ｎ３ａｓからの出力を閾値処理し、出力端子ｎ３ｂに出力する。したがって、加算により得られた値が所定の閾値よりも大きければその単位認識ユニットからの出力が発生することになる。つまり、各単位認識ユニットｐ１、ｐ２は、入力した系列信号が「０」であるか「１」であるかの度合いをそれぞれ出力することになる。
【００６３】
第４層の単位認識ユニットｐ１およびｐ２からの出力は、ともに出力判定部２０に送られる。出力判定部２０は、ユニットｐ１の出力値とユニットｐ２の出力値とを比較し、ｐ１＞ｐ２であれば「０」を、そうでなければ「１」を最終結果として出力する。
【００６４】
このように、本実施例の学習型波形変換部２は、第２層の各単位認識ユニットにおいて、第１層の入力端子を介して信号入力端子ｎ１ａに入力された系列信号を量子化し、量子化された値に応じて上層との結合の仕方を設定し、第３層の各単位認識ユニットにおいては、学習課程で設定された荷重によって経路入力端子ｎ３ａから入力された経路信号を重み付けし、この重み付けした経路信号を経路出力端子ｎ３ｂ１からｎ３ｂ１６を介して第４層の全単位認識ユニットの経路入力端子に出力するだけである。したがって、学習結果に基づいて、入力された系列信号に対して、非常に高速にかつ正確に閾値処理を行うことができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の学習型信号記録再生装置は、記録時には、教師信号発生器によって教師信号を発生し、これを実際に記録すべきデータに先立ってヘッダー部に記録し、続いてデータの記録を行う。再生時には、まず、記録媒体のヘッダー部位に記録されている教師信号を検出し、検出された教師信号と教師信号発生器から発生された教師信号との関係を学習する。これにより、検出された信号を、その信号を記録する基になった信号に変換するための変換ルールを自動生成する。ここでは、各単位認識ユニットの荷重がその変換ルールにあたる。このようにして学習により生成された変換ルールを用いて、ヘッダー部以降に記録された信号を再生信号に変換する。このため、ノイズや記録媒体の差等による歪みを有した信号が検出されても、正確に再生信号を得ることができる。
【００６６】
また、本発明の学習型信号記録再生装置では、学習によって生成された変換ルールを不揮発性メモリ部に保存しておき、次回の再生時には変換ルールを不揮発性メモリ部からロードしてきてから、つまり前回の学習によって設定された状態から荷重の学習を開始する。このため、学習が早く収束し、信号記録再生装置の立ち上がり時間を非常に早くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の学習型信号記録再生装置の一実施例の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は本発明の学習型信号記録再生装置で信号を記録する場合の記録信号の波形を示す図である。
【図２】本発明の学習型信号記録再生装置の系列信号抽出部の実施例を示す図である。
【図３】本発明の学習型信号記録再生装置の学習型波形変換部の実施例を示す図である。
【図４】図３の学習型波形変換部に用いられる単位認識ユニットの第１の実施例を示す図である。
【図５】図３の学習型波形変換部に用いられる単位認識ユニットの第２の実施例を示す図である。
【図６】図３の学習型波形変換部に用いられる単位認識ユニットの第３の実施例を示す図である。
【図７】図３の学習型波形変換部に用いられる単位認識ユニットの第４の実施例を示す図である。
【図８】従来の信号記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の信号記録再生装置の入力波形信号を閾値処理する様子を示す波形図である。
【符号の説明】
１  系列信号抽出部
２  学習型波形変換部
３  教師信号発生器
４  不揮発性メモリ部
５  変換結果比較器
６  記録媒体
７  信号検出器
１１  現信号抽出部
１２  変化量抽出部
２０  出力結果判定部
２１  メモリ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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