(57)【要約】【課題】再生信号にランダムエラーが増加する場合であっても、復号誤り率の低い信号処理方法及び信号処理回路が要求されている。【解決手段】符号化手段は、シンボル誤り訂正符号化器１０と、少なくとも２種類のブロック長の異なる畳込み符号を付加する畳み込み符号化器２０とを有し、復号手段は再生信号から畳込み符号を復号する畳み込み復号器１２０と、畳み込み復号器１２０の出力結果に対して、シンボル単位で誤りを検出・訂正するシンボル誤り訂正復号器１１０とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報にシンボル単位で誤り検出・訂正符号を付加し、さらに少なくとも２種類の畳み込み符号を付加して出力し、入力信号から少なくとも２種類の畳み込み符号を復号し、さらにシンボル単位で誤り検出・訂正を行うことを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】
記録データにシンボル単位で誤り検出・訂正符号を付加し、この記録データを分割し分割した単位で第１の畳み込み符号を付加し、さらに分割されたデータの複数を単位として第２の畳み込み符号を付加して出力し、再生信号に対し第１の畳み込み符号の復号を行い、続いて第２の畳み込み符号の復号を行い、さらにシンボル誤り検出・訂正を行なうことを特徴とする信号処理方法。
【請求項３】
前記シンボル単位で付加される誤り検出・訂正符号はリード・ソロモン符号又は代数幾何符号であることを特徴とする請求項１または２記載の信号処理方法。
【請求項４】
前記２種類の畳み込み符号または前記第１及び第２の畳み込み符号は再帰組織的畳み込み符号であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号処理方法。
【請求項５】
前記２種類の畳み込み符号または前記第１及び第２の畳み込み符号の復号の結果、誤りの訂正が不能な場合は、前記シンボル誤り訂正において少なくとも消失訂正を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理方法。
【請求項６】
情報にシンボル単位で誤り検出・訂正符号を付加するシンボル誤り訂正符号化器と、該シンボル誤り訂正符号化器の出力に少なくとも２種類の畳み込み符号を付加する畳み込み符号化器とを有する符号化手段と、入力信号から少なくとも２種類の畳み込み符号を復号する畳み込み復号器と、該畳み込み復号器の出力にシンボル単位で誤り検出・訂正を行うシンボル誤り訂正復号器とを有する復号手段とを具備することを特徴とする信号処理回路。
【請求項７】
記録データにシンボル単位で誤り検出・訂正符号を付加するシンボル誤り訂正符号化器と、該シンボル誤り訂正符号化器の出力を分割し分割した単位で第１の畳み込み符号を付加する第１の畳み込み符号化器と、該第１の畳み込み符号化器の出力の複数を単位として第２の畳み込み符号を付加する第２の畳み込み符号化器とを有する符号化手段と、再生信号に対し第１の畳み込み符号の復号を行う第１の畳み込み符号事後確率演算器と、該第１の畳み込み符号事後確率演算器の出力に対し第２の畳み込み符号の復号を行う第２の畳み込み符号事後確率演算器と、該第２の畳み込み符号事後確率演算器の出力にシンボル誤り訂正を行うシンボル誤り訂正復号器とを有する復号手段とを具備することを特徴とする信号処理回路。
【請求項８】
前記シンボル誤り訂正符号化器で付加される誤り検出・訂正符号はリード・ソロモン符号又は代数幾何符号であることを特徴とする請求項６または７記載の信号処理回路。
【請求項９】
前記畳み込み符号化器または前記第１及び第２の畳み込み符号化器で付加される畳み込み符号は再帰組織的畳み込み符号であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【請求項１０】
前記畳み込み復号器または前記第１及び第２の畳み込み符号事後確率演算器での復号の結果、誤りの訂正が不能な場合は、前記シンボル誤り訂正復号器において少なくとも消失訂正を行うことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データを符号化して出力し、入力信号の復号を行う技術に係り、特に記録媒体に記録するデータの符号化と、記録媒体から再生した信号の復号を行う信号処理方法とその回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置（以下ＨＤＤという）等の記録再生装置に対する高記録密度化の要望はますます高まっており、これを支える記録再生系の信号処理技術も高記録密度化に対応してきた。
【０００３】
図２は従来のＨＤＤにおけるデータ記録再生処理回路の一例を表わしたものである。図２において、記録側では、入力端子１に入力された記録データは、シンボル誤り訂正符号化器１０により誤り訂正符号化される。誤り訂正符号にはリード・ソロモン符号（以下ＲＳ符号という）が使用されることが多い。さらに、パリティ符号化器２１によりパリティビットが付加される（省略される場合もある）。この信号は記録処理回路３０で同期信号等が付加され、記録アンプ４０、記録ヘッド５０を介して記録媒体６０に情報として記録される。
【０００４】
再生側では記録媒体６０から再生ヘッド１５０で読み出した信号を再生アンプ１４０で増幅し、再生処理回路１３０で同期信号検出などが行われ、パリティ復号器１２１に入力される。パリティ復号器１２１では信頼度情報とパリティを利用してランダム誤りを訂正し、シンボル誤り訂正復号器１１０で記録再生の際に発生した欠陥によるバースト誤り等の符号誤りの訂正を行い、出力端子２に出力する。
【０００５】
磁気記録チャネルは、周波数応答が微分器およびローパス・フィルタが直列に接続されたもので近似できる。磁気記録チャネルは、Ｄを１時刻の遅延演算子とすると、その符号間干渉が、（１−Ｄ）（１＋Ｄ）ｎ（ｎ＝１，２，３，・・）のインパルス応答を持つパーシャル・レスポンス・チャネルとしてモデル化される。
【０００６】
このようなチャネルに対して、再生処理回路１３０にはビタビ復号器が使用されている。ビタビ復号器は、符号間干渉を有する帯域制限のあるチャネルにおける伝送系列の最尤推定を行うのに用いられる。すなわち、可能な符号系列の中から、例えば、受信信号系列の自乗誤差の総和など、受信信号の系列に関する距離メトリック（距離関数）を最小化する符号系列を選択する。
【０００７】
再生信号のランダム誤りを訂正するため、記録データにパリティ符号を細かな周期で付加し、再生時にこのパリティ符号と再生信号の信頼度情報とを利用する方法が非特許文献１で提案されている。パリティ符号による誤り訂正方式では、データ記録量の増加や，データ転送レートの高速化に伴い増加するランダム誤りを全て訂正することは出来ず、十分な性能を確保することが出来ないという問題があった。
【０００８】
符号性能の理論的限界としては、いわゆるシャノンの通信路符号化定理により与えられるシャノン限界が知られている。このシャノン限界に近い性能を示す符号化方法として、例えば、特許文献１に記載されている、ターボ符号・復号と呼ばれる並列連接畳み込み符号（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄ  Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｄｅｓ）による符号化・復号方法が知られている。
【０００９】
この並列連接畳み込み符号による符号化は、２つの畳み込み符号化器とインターリーバとを並列に連接して構成される装置により行われる。そして、並列連接畳み込み符号の復号は、軟出力（ｓｏｆｔ−ｏｕｔｐｕｔ）を出力する２つの復号回路により構成される装置により行われ、２つの復号回路の間で情報をやり取りし、最終的な復号結果が得られる。また、並列連接ではなく、縦列連接畳み込み符号による符号化方法も知られている。
【００１０】
この縦列連接畳み込み符号とＲＳ符号を組合せてエラー訂正を行う方法が特許文献２で提案されている。この方法を実現する復号装置のブロック図を図９に示す。符号化回路は図示していないが、外符号としてＲＳ符号化を行ったデータに対して、内符号として縦列連接畳み込み符号化変調方式が採用されている。
【００１１】
受信信号に対し、まず縦列連接復号器９１で縦列連接符号化変調方式による符号の復号が行われる。その復号信号を畳み込みデインターリーバ９２により、入力したデータの順序を元に戻す処理が行われ、ＲＳ復号器９５によりＲＳ符号の復号が行われる。縦列連接復号器９１から復号データ中に含まれる誤りの多少を判定する判定部９３に復号状態を出力し、決められた基準に応じて消失訂正を行うかどうかを判定して、消失フラグ付与部９４に出力する。消失フラグ付与部９４では上記判定に基づき、消失フラグをＲＳ復号器９５に出力し、この消失フラグの有無によって通常のエラー訂正を行うか、消失訂正を行うかを決定するものである。
【００１２】
【非特許文献１】
Ｃｏｎｗａｙ，  Ａ  ｎｅｗ  ｔａｒｇｅｔ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｗｉｔｈ  ｐａｒｉｔｙ  ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  ｃｈａｎｎｅｌｓ．（１９９８）  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  Ｍａｇｎ，  ３４（４）
ｐｐ２３８２−２３８６．
【特許文献１】
米国特許第５，４４６，７４７号明細書（カラム７−１０、Ｆｉｇ．１−４）
【特許文献２】
特開２００１−２８５０８０号公報（第９−１１頁、図６−９）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記消失訂正方式では消失フラグの信頼性が非常に重要となり、この信頼性が悪化した場合には十分な性能を出すことが出来ないという問題や、単純な縦列連接復号方式ではトータルの性能向上を図ることが出来ないという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、情報の密度が高くなった場合であっても、復号誤り率の低い符号化と復号を可能とする信号処理方法と信号処理回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の信号処理回路では、符号化手段は記録するデータにシンボル単位で誤りを検出・訂正する符号を付加するシンボル誤り訂正符号化器と、この出力データに対し、少なくとも２種類のブロック長の異なる畳込み符号を付加する畳み込み符号化器とを有し、復号手段は再生信号から畳込み符号を復号する畳み込み復号器と、畳み込み復号器の出力結果に対してシンボル単位で誤りを検出・訂正するシンボル誤り訂正復号器とを有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。図１は磁気ディスク装置等の磁気記録再生装置のブロック構成を示す。図１において、記録側では、入力端子１に入力された記録データは、シンボル誤り訂正符号化器１０によりバースト誤り訂正符号化される。誤り訂正符号には、例えばＲＳ符号を使用する。ＲＳ符号は、バイト誤り訂正符号で少ない冗長バイトでエラー訂正できる能力を持っている。
【００１７】
シンボル誤り訂正符号化器１０の出力は、畳み込み符号化器２０によりビット単位のランダム誤り訂正符号化される。次に記録処理回路３０で、同期信号等が付加され、記録アンプ４０を介して記録ヘッド５０に入力され、記録媒体６０に情報として記録される。
【００１８】
再生側では記録媒体６０から再生ヘッド１５０で読み出した信号を再生アンプ１４０で増幅し、再生処理回路１３０で同期信号検出などが行われる。この再生信号は、畳み込み復号器１２０によりランダム誤りが訂正される。次にシンボル誤り訂正復号器１１０で記録再生の際に発生したバースト誤りの訂正を行い、再生データを出力端子２に出力する。
【００１９】
図３は本実施例における誤り訂正符号のデータとパリティの関係を示したものである。入力データに対して、シンボル誤り訂正符号（例えばＲＳ符号）の検査データ（ＲＳパリティ）を計算して例えばデータの最後部に付加する。なお付加する位置は最後部に制限されるものではない。
【００２０】
ここで、入力データ数をＫ（シンボル）、付加するＲＳ符号のパリティ数をＭ（シンボル）とすると、最大訂正可能なシンボル数は、Ｍ／２シンボルとなる。以下では、最大訂正可能なシンボル数（Ｍ／２）が２５シンボルで、１シンボルが１０ビットの例（最大訂正可能なビット数：２５０ビット）で説明をするが、この数字に限定されるものではない。
【００２１】
図４は図３に示されるデータとパリティの構造の詳細を示したものである。ここで例えばデータを２４５ビット単位に分割し、この分割したデータに対して第１の畳み込み符号のパリティＰ１を計算して付加する。なお、パリティは全ビットを付加することはせずに、一部を間引いて（ＰＵＮＣＴＵＲＥ：パリティビットの間引き）、２４５ビットに対して１６ビットの割合で付加する。
【００２２】
さらに、これらの符号化されたデータブロックに対して、複数のブロックを（図４では４ブロック）単位として第２のビット誤り訂正用畳み込み符号のパリティを計算し、これを間引いた後の３６ビットのパリティＰ２を付加する（４ビットの終端ビットを含む）。
【００２３】
図５は畳み込み符号化器２０の構成を示した図である。この符号化器２０の入力データはインターリーバ１（２２）とＭＵＸ＆ＰＵＮＣ回路２６に入力される。インターリーバ１（２２）では入力データの順番を設定された順番に変更するものである。このインターリーバ１（２２）は一定のブロック構造のインターリーバでも、データをランダムな順番に入替えるランダムインターリバであっても良い。
【００２４】
このインターリーバ１（２２）の出力を、第１の畳み込み符号化器ＲＳＣ１（２４）とインターリーバ２（２３）に入力する。インターリーバ２（２３）では後述するように、インターリーバ１（２２）とは異なるインターリーブを行う。更にインターリーバ２（２３）の出力は第２の畳み込み符号化器ＲＳＣ２（２５）に出力される。２つの畳み込み符号化器ＲＳＣ１（２４）、ＲＳＣ２（２５）の出力はＭＵＸ＆ＰＵＮＣ回路２６に出力され、データとパリティＰ１，Ｐ２が切替えられて、図３、図４に示すようなデータ構成で出力される。
【００２５】
第１の畳み込み符号器ＲＳＣ１（２４）の一例を図６に示すが、例えば入力データに対して再帰組織的畳み込み符号（ＲＳＣ：Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  ｃｏｄｅ）で符号化を行う。一例として、３次の生成多項式（１＋Ｄ＋Ｄ３）／（１＋Ｄ２＋Ｄ３）は排他論理和回路（ＥＸＯＲ回路）２７が２個と、Ｄと示した遅延回路２８を３個組合せることで実現できる。第２の畳み込み符号器ＲＳＣ２（２５）の構成も前記第１の畳み込み符号器ＲＳＣ１（２４）と同じである。
【００２６】
図８にインターリーバのデータ構造を示す。ここでは一例として、インターリーバ２（２３）としてブロックインターリーバを適用した例を示す。インターリーバ１（２２）の出力は第１の畳み込み符号器ＲＳＣ１（２４）で処理されるが、この２４５ビットのデータを７行３５列の行列で表現している。２行目以下を順次５ビット左へシフトする。この行列を４段重ねることにより、２８行３５列のマトリクスとし、このデータを第２の畳み込み符号器ＲＳＣ２（２５）に出力する。
【００２７】
インターリーバの構成法に関し次の論文が発表されている。松本  歩，・ランダム系列のラテン方陣／長方形構造によるターボ符号インターリーバの構成法，・電子情報通信学会論文誌（Ａ），  Ｊｕｎｅ，  ２００２，  ｖｏｌ．Ｊ８５−Ａ，  ｎｏ．６，  ｐｐ．６９１−７０３，．
本実施例で用いる２つの３次ＲＳＣ符号器の組においては、１＋Ｄ７ｋ（ｋ＝１，２、・・）の関係にあるデータが終端系列を構成する。第１の畳み込み符号器ＲＳＣ１（２４）と第２の畳み込み符号器ＲＳＣ２（２５）のパリティ演算に関しては、インターリーブ後に再び同じになる組合わせを避けることが必要になる。このため、行方向に書き込み、列方向に読み出すことで，行方向に１＋Ｄ７ｋ（ｋ＝１，２、・・）になる２ビットの組み合わせの内、ｋ＝５までのものに対しては、列方向で十分距離がとれることが分かる。また、ｋ＝６以上のものに対しては、上記５ビットシフトした関係により、やはり列方向では十分距離が離れた組合わせとなる。
【００２８】
一方、列方向に読み出した場合に、１＋Ｄ７ｋ（ｋ＝１，２、・・）  になる組合わせに対しては、それぞれが別の畳み込み符号ブロックに分離されるため、やはり十分距離が離れることになる。
【００２９】
ところで、第１の畳み込み符号器ＲＳＣ１（２４）では、入力系列の前半部分から順次パリティをつけるため、系列後半に対するパリティ密度は低くなるという性質がある。この場合、後半のビットの符号語距離が短くなり、性能の低下につながる。このため、第２の畳み込み符号器ＲＳＣ２（２５）では第１の畳み込み符号器ＲＳＣ１（２４）とは反対に、図８に示すデータ構造の後ろ側から読み出しを行う。これにより第２の畳み込み符号器ＲＳＣ２（２５）で系列後半のパリティ密度が増えるため、第１及び第２の畳み込み符号器ＲＳＣ１とＲＳＣ２を合わせてパリティ密度の均一化が図れる。
【００３０】
本実施例による復号方法ではＢＣＪＲ（Ｂａｈｌ，  Ｃｏｃｋｅ，  Ｊｅｌｉｎｅｋ  ａｎｄ  Ｒａｖｉｖ）アルゴリズムとＢＰ（Ｂｅｌｉｅｆ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）アルゴリズムを繰り返して実行する。ＢＰアルゴリズムで得られる各ビットの誤り確率はｐｔ（ｍ，  ｍ’）にフィードバックされる。いわゆるＢＣＪＲアルゴリズムに基づくＭＡＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ａ  Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ  ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）復号やＳＯＶＡ（Ｓｏｆｔ  Ｏｕｔ  ｐｕｔ  Ｖｉｔｅｒｂｉ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）復号を行うものである。
【００３１】
次に、図１における畳み込み復号器１２０の構成例を図７に示し、動作を説明する。再生処理回路１３０の出力が畳み込み復号器１２０に入力され、ＣＨＡＰＰ（チャネル出力事後確率演算器）１２２でチャネル出力の事後確率を計算し、インターリーバ１（１２３）に出力される。さらに、このインターリーバ１（１２３）の出力は、ＤＥＣ１ＡＰＰ（第１の畳み込み符号事後確率演算器）１２５とインターリーバ２（１２８）に出力される。ＤＥＣ１ＡＰＰ  １２５では、第１の畳み込み符号に対する復号が行われ、その結果はインターリーバ２（１２７）に出力される。２つのインターリーバ２（１２７、１２８）の出力はＤＥＣ２ＡＰＰ（第２の畳み込み符号事後確率演算器）１２９に入力され、第２の畳み込み符号に対する復号が行われる。
【００３２】
また、ＤＥＣ１ＡＰＰ  １２５の出力は逆インターリーバ１（１２４）を介してＣＨＡＰＰ  １２２に戻され、必要な回数だけ繰返し復号が行われる。同様に、ＤＥＣ２ＡＰＰ  １２９の出力は逆インターリーバ２（１２６）を介してＤＥＣ１ＡＰＰ  １２５に戻され、繰返し復号が行われる。
【００３３】
繰返しの回数は予め決められているか、信頼度情報などを計算しておき、それが設定値を越えた段階で停止すれば良い。最終的に得られた結果を硬判定して、畳み込み復号器１２０からの出力として、シンボル誤り訂正復号器１１０に出力する。
【００３４】
図１に戻り、シンボル誤り訂正復号器１１０ではシンボル誤りの訂正を行う。この際、畳み込み復号器１２０から出力される最終的な信頼度情報などに基づき、２４５ビット単位で符号化した各ブロックが訂正不能であったかどうかを判断し、訂正不能の場合には消失フラグを出力し、これを利用してシンボル単位の消失訂正を行うことも可能である。
【００３５】
なお、以上説明した実施例に基づく本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。例えば、シンボル誤り訂正符号としてＲＳ符号の拡張である代数幾何符号であっても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、情報の高密度化や転送レートの高速化に伴うランダム誤りの増加に対しても十分な性能を確保することができる信号処理方法及び信号処理回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による信号処理回路が実装された磁気記録再生装置の構成図である。
【図２】従来技術による磁気記録再生装置の構成図である。
【図３】本発明の一実施例によるデータ構成を説明する図である。
【図４】本発明の一実施例によるデータ構成の詳細を説明する図である。
【図５】本発明の一実施例による畳み込み符号化器の構成図である。
【図６】本発明の一実施例による第１の畳み込み符号化器ＲＳＣ１の構成図である。
【図７】本発明の一実施例による畳み込み復号器の構成図である。
【図８】本発明の一実施例によるデータ構成とインターリーブを説明する図である。
【図９】従来技術による磁気記録再生装置の復号器の構成図である。
【符号の説明】
１０…シンボル誤り訂正符号化器、２０…畳み込み符号化器、２２，２３…インターリーバ、２４、２５…畳み込み符号器ＲＳＣ、２６…ＭＵＸ＆ＰＵＮＣ回路、２７…排他論理和回路、２８…遅延回路、３０…記録処理回路、４０…記録アンプ、５０…記録ヘッド、６０…記録媒体、１１０…シンボル誤り訂正復号器、１２０…畳み込み復号器、１２２…ＣＨＡＰＰ（チャネル出力事後確率演算器）、１２３，１２７，１２８…インターリーバ、１２４，１２６…逆インターリーバ、１２５，１２９…ＤＥＣＡＰＰ（畳み込み符号事後確率演算器）
１３０…再生処理回路、１４０…再生アンプ、１５０…再生ヘッド。
【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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