(57)【要約】【課題】情報ビット系列を連接畳み込み符号によってフレーム毎に符号化した符号ビット系列に対し、フレーム同期信号に相当する特定ビットパタンを挿入して伝送ビット系列を得る場合に、復号側で符号間干渉によってフレーム同期信号を正確に検出できず、復号不能になることを防止する。【解決手段】特定ビットパタンを、符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して、２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有したビット構成とする。この条件の特定ビットパタンをフレーム同期信号に用いることにより、符号間干渉の影響を受け難くなり、復号側でフレーム同期信号を確実に検出できる。また、ノイズに対する耐性も強くなり、連接畳み込み符号が用いられる伝送路環境に対しても好適である。【選択図】        図８
2004312133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して符号ビット系列を作成する符号化手順と、
フレーム同期信号を特定ビットパタンとして生成する同期パタン生成手順と、
前記符号化手順で作成した符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、前記同期パタン生成手順で作成した特定ビットパタンを挿入する同期パタン挿入手順と
によって伝送ビット系列を作成する符号化方法であって、
前記特定ビットパタンが前記符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するビットパタンであることを特徴とする符号化方法。
【請求項２】
入力された情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して符号ビット系列を作成する符号化手段と、
フレーム同期信号を特定ビットパタンとして生成する同期パタン生成手段と、
前記符号化手段が作成した符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、前記同期パタン生成手段が生成する特定ビットパタンを挿入する同期パタン挿入手段と
によって伝送ビット系列を作成する符号化装置であって、
前記同期パタン生成手段が生成する特定ビットパタンが前記符号化手段が作成する符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するビットパタンであることを特徴とする符号化装置。
【請求項３】
情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して作成された符号ビット系列に対して、その符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、フレーム同期信号に相当する特定ビットパタンを挿入して作成された伝送ビット系列であり、且つ、前記特定ビットパタンが前記符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するものである前記伝送ビット系列を復号する復号方法であって、
前記伝送ビット系列に含まれている前記特定ビットパタンをフレーム同期信号として検出する同期信号検出手順と、
前記同期信号検出手順で前記フレーム同期信号が検出される度に、そのフレーム同期信号に後続する１フレーム分の前記符号ビット系列を復号して前記情報ビット系列を得る復号手順と
を実行することを特徴とする復号方法。
【請求項４】
情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して作成された符号ビット系列に対して、その符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、フレーム同期信号に相当する特定ビットパタンを挿入して作成された伝送ビット系列であり、且つ、前記特定ビットパタンが前記符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するものである前記伝送ビット系列を復号する復号装置であって、
前記伝送ビット系列に含まれている前記特定ビットパタンをフレーム同期信号として検出する同期信号検出手段と、
前記同期信号検出手段で前記フレーム同期信号が検出される度に、そのフレーム同期信号に後続する１フレーム分の前記符号ビット系列を復号して前記情報ビット系列を得る復号手段と
を具備することを特徴とする復号装置。
【請求項５】
情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化した符号ビット系列に対して、その符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、フレーム同期信号に相当する特定ビットパタンとして、前記符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するビットパタンを挿入した伝送ビット系列を記録形成した情報記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力された情報ビット系列を連接畳み込み符号によってフレーム毎に符号化する符号化装置と符号化方法、及びその符号化に対応した復号装置及び復号方法、並びに符号化後の伝送ビット系列を記録した情報記録媒体に係り、より詳細には、フレーム同期信号を誤りなく検出できるようにするための改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットを介した通信や移動体通信等のディジタル通信分野、地上波や衛星ディジタル放送等の放送分野、またＤＶＤ等の記録媒体に対する光記録や光磁気記録等の情報記録分野において、データの高速で高品質な伝送や記録を可能にするための各種の研究と提案がなされている。
特に、シャノンの通信路符号化定理から導かれる伝送速度の理論的限界（シャノン限界）に近い信号伝送が可能な符号化・復号化アルゴリズムとして連接畳み込み符号によるターボ符号とその復号技術が注目されている。
【０００３】
このターボ符号は並列連接畳み込み符号であって、複数の組織畳み込み符号を組み合わせて構成し、復号に際しては、各組織畳み込み符号の復号を順次繰り返して行うことにより誤りを減じるという特徴があり、ＳＮ比の低い伝送路において、より少ないエネルギーで高品質なデータ通信を実現する上で優れた誤り訂正符号である。
そして、例えば、下記の非特許文献１にはその基本的理論と周辺技術に関する解説がなされており、また特許文献１，２には信号の干渉除去処理や符号系列の終結処理に関する改善策が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６８７３５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８５０８３号公報
【非特許文献１】
井坂元彦  「ターボ符号・復号の基礎とその応用」
電子情報通信学会情報理論研究会  講演資料    平成１０年１２月
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ディスク等の情報記録媒体から信号再生を行うためにはビット列をバイト列に変換する基準となるフレーム同期信号が必要とされるが、ターボ符号の場合にはフレーム同期信号を符号化の対象とせず、入力された情報ビット系列を符号化した後の符号ビット系列に対して、別途作成されたフレーム同期信号に相当する特定ビットパタンを挿入して伝送ビット系列を作成する。
そして、復号側においては、伝送ビット系列から前記の特定ビットパタンをフレーム同期信号として検出し、その検出に基づいて伝送ビット系列から符号ビット系列を分離してターボ復号することにより情報ビット系列を得る。
即ち、ターボ復号に係る軟判定復号の前にフレーム同期信号を検出して復号を開始させなければならない。
これは、ターボ符号ではインタリーバによって情報ビット系列をフレーム単位でインタリーブして符号化し、復号もフレーム単位で行うために、フレーム同期信号部分はターボ符号とすることができないからである。
【０００６】
従って、前記の特定ビットパタンは符号ビット系列に対して分離可能なビットパタンによって構成される。
しかし、一般にターボ符号による情報伝送はＳＮ比の低い伝送路に適用されるものであり、前記の特定ビットパタンを符号ビット系列と同様のビット反転間隔によるビットパタンで構成しておくと、フレーム同期信号を正確に検出できず、符号ビット系列の復号が不可能になる可能性がある。
例えば、図９に示すように、ビット間隔をＴとして、符号ビット系列の最短ビット反転間隔が２Ｔであり、フレーム同期信号の特定ビットパタンが１０ビット長の［１１０１００１０１１］であって、その最短ビット反転間隔も２Ｔであると、Ｖｒｅｆを基準にしたスライスレベルによる検出を行った場合に、矢印で示した７ビット目は「１」であるにも拘わらず、そのビットが符号間干渉によって「０」となる。
その結果、復号側においてフレーム同期信号が検出できず、後続するフレームの符号ビット系列を正常に復号できないことになる。
【０００７】
そこで、本発明は、ターボ符号等の連接畳み込み符号による情報の伝送や記録において、フレーム同期信号の検出を常に確実に行えるようにして、前記の問題点を解消した符号化・復号システムを提供することを目的として創作された。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の符号化方法及び符号化装置は次のような構成を有している。
入力された情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して符号ビット系列を作成する符号化手順と、フレーム同期信号を特定ビットパタンとして生成する同期パタン生成手順と、前記符号化手順で作成した符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、前記同期パタン生成手順で作成した特定ビットパタンを挿入する同期パタン挿入手順とによって伝送ビット系列を作成する符号化方法であって、前記特定ビットパタンが前記符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するビットパタンであることを特徴とする符号化方法。
入力された情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して符号ビット系列を作成する符号化手段と、フレーム同期信号を特定ビットパタンとして生成する同期パタン生成手段と、前記符号化手段が作成した符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、前記同期パタン生成手段が生成する特定ビットパタンを挿入する同期パタン挿入手段とによって伝送ビット系列を作成する符号化装置であって、前記同期パタン生成手段が生成する特定ビットパタンが前記符号化手段が作成する符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するビットパタンであることを特徴とする符号化装置。
【０００９】
また、本発明の復号方法及び復号装置は、前記符号化方法又は符号化装置で作成された伝送ビット系列、即ち、情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して作成された符号ビット系列に対して、その符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、フレーム同期信号に相当する特定ビットパタンを挿入して作成された伝送ビット系列であり、且つ、前記特定ビットパタンが前記符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するものである前記伝送ビット系列を復号する方法及び装置であって、次のような構成を有している。
前記伝送ビット系列に含まれている前記特定ビットパタンをフレーム同期信号として検出する同期信号検出手順と、前記同期信号検出手順で前記フレーム同期信号が検出される度に、そのフレーム同期信号に後続する１フレーム分の前記符号ビット系列を復号して前記情報ビット系列を得る復号手順とを実行することを特徴とする復号方法。
前記伝送ビット系列に含まれている前記特定ビットパタンをフレーム同期信号として検出する同期信号検出手段と、前記同期信号検出手段で前記フレーム同期信号が検出される度に、そのフレーム同期信号に後続する１フレーム分の前記符号ビット系列を復号して前記情報ビット系列を得る復号手段とを具備することを特徴とする復号装置。
【００１０】
本発明によれば、情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して作成された符号ビット系列に対してフレーム同期信号に相当する特定ビットパタンを挿入する場合に、その特定ビットパタンの最小ビット反転間隔を符号ビット系列の最小ビット反転間隔の２以上の整数倍に設定しているため、フレーム同期信号が符号間干渉の影響を受け難くなり、符号ビット系列の復号前にフレーム同期信号を正確に検出できる。
また、前記の特定ビットパタンのビット構成によると、ＳＮ比の低い伝送路上でフレーム同期信号の波形が多少変化しても、復号側でフレーム同期信号の検出が不能になる確率は小さくなり、それだけノイズに対する耐性も強くなる。
【００１１】
尚、本発明における「伝送ビット系列」とは、通信ネットワークを介して伝送されるビット系列だけを意味するものではなく、情報記録媒体に対する記録のために伝送出力されるビット系列も含む。
その場合の情報記録媒体は、情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化した符号ビット系列に対して、その符号ビット系列における１フレーム分に対応する所定ビット数毎に、フレーム同期信号に相当する特定ビットパタンとして、前記符号ビット系列の最小ビット反転間隔に対して２以上の整数倍の最小ビット反転間隔を有するビットパタンを挿入した伝送ビット系列を記録形成したものとなる。
また、本発明における「連接畳み込み符号化方式」とは、ターボ符号・復号（並列連接畳み込み符号）はもとより、縦列連接符号による符号化方式も含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の「符号化方法、符号化装置、復号方法、復号装置、及び情報記録媒体」に係る実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
先ず、図１はターボ符号による符号化装置のシステム回路図を示す。
同図に示すように、この符号化装置１は、符号器２と、メモリ回路３と、同期パタン生成回路４と、選択回路５と、タイミング生成回路６とからなり、タイミング生成回路６がシステム全体の動作を管理するようになっている。
【００１３】
情報ビット系列は符号器２に入力され、符号器２によってターボ符号による符号化がなされた後、その符号ビット系列がメモリ回路３に出力されて一旦保持される。
この符号器２は、図２に示される構成を有しており、情報ビット系列は一方の畳み込み符号器２１とインタリーバ回路２２へ入力され、インタリーバ回路２２が入力された情報ビット系列をフレーム単位でランダムに並び替えを行い、それを他方の畳み込み符号器２３へ出力する。
【００１４】
ここで、各畳み込み符号器２１，２３は、図３に示すように、２つの加算器３１，３２と２つの１ビット遅延回路３３，３４とからなる巡回型組織化符号器の構成になっており、入力ビットに対してそのまま出力ビットを出すと共に、前記の巡回型組織化符号器から得られるパリティビットを出力する。
そして、各畳み込み符号器２１，２３における入力ビットに対するパリティビットの出力レベルは図４の状態遷移図で示される。
図４における状態は００，０１，１０，１１の４状態であるが、それらは図３における１ビット遅延回路３３，３４で保持されているビットに対応する。
また、図４において状態遷移を示す矢印に付記されている記号は入力ビットに対する出力レベルであり、例えば、巡回型組織化符号器が状態００にある場合に、１の入力ビットがあるとパリティビットとして１を出力し、状態が１０へ遷移することを示している。
この巡回型組織化符号器の状態遷移は図４に示すように多岐にわたるため、ここでは更なる説明を省略するが、その状態遷移に対応する復号トレリス線図は図５に示すようになる。
尚、符号化開始時には各畳み込み符号器２１，２３を常に状態を００に戻す必要があるため、１フレーム分の符号化を行う度にタイミング生成回路６と符号器２に設けられた終端処理回路（図示せず）によって終端処理が行われる。
【００１５】
図２に戻って、各畳み込み符号器２１，２３の出力ビットとパリティビットはパンクチャ回路２４へ出力され、パンクチャ回路２４ではそれらのビットの内で用いないビットを間引いて所定の符号化レートに加工した符号ビット系列を出力させる。
また、図１に戻って、その符号ビット系列は前記のようにメモリ回路３に一旦保持されるが、タイミング生成回路６が出力するタイミング制御信号に基づいてメモリ回路３と同期パタン生成回路４とからそれぞれ符号ビット系列とフレーム同期信号に相当する特定ビットパタンが読み出され、同様にタイミング制御信号に基づいて選択回路５が動作して１フレーム分の符号ビット系列毎に前記の特定ビットパタンを挿入する。
【００１６】
ところで、同期パタン生成回路６が出力する特定ビットパタンはメモリ回路３から読み出される符号ビット系列がとり得ないビットパタンの構成とされる。
即ち、復号側ではフレーム単位で復号を行うため、フレーム同期信号には符号ビット系列から分離可能なビットパタンが採用される。
そして、この実施形態では、特定ビットパタンの更なる条件として、その最小ビット反転間隔が符号ビット系列の最小ビット反転間隔の２以上の整数倍になるように設定されている。
例えば、符号ビット系列の最小ビット間隔が２ビット間隔であった場合には、フレーム同期信号１０ビット長で構成するとして、［１１１１１０００００］のように１０ビット分の反転間隔を有した特定ビットパタンが採用される。
尚、特定ビットパタンのビット構成は前記の２つの条件を満たしていればよく、もし符号ビット系列で［１１１１１０００００］のビット構成が存在し得るのであれば、フレーム同期信号のビット長を長くして条件を満たすようにすればよく、連接畳み込み符号の場合にはフレーム同期信号は復号対象とならないために、特定ビットパタンの選択には自由度がある。
【００１７】
以上の結果、選択回路５によって特定ビットパタンが符号ビット系列の１フレーム分毎に挿入されて伝送ビット系列が作成されることになるが、その伝送ビット系列は図６に示すような構成となる。
そして、符号化装置１で作成された伝送ビット系列は、磁気記録装置や光記録装置等によって情報記録媒体に記録されるか、又は通信システムの記憶手段に一旦格納された後に通信回線を介して伝送されることになる。
【００１８】
次に、前記の伝送ビット系列を復号する復号装置について説明する。
図７は復号装置のシステム回路図を示す。
同図に示すように、この復号装置５０は、フレーム同期検出回路５１と、タイミング生成回路５２と、ターボ復号部５３とからなり、フレーム同期検出回路５１によるフレーム同期信号の検出に基づいて、タイミング生成回路５２がターボ復号部５３に復号開始のタイミングを与えるようになっている。
また、ターボ復号部５３は、データ分離回路６１と、２つの軟判定復号器６２，６３と、インタリーバ回路６４と、デインタリーバ回路６５と、復号開始時のリセット用スイッチ６６からなる。
【００１９】
先ず、伝送ビット系列がフレーム同期検出回路５１へ入力されると、フレーム同期検出回路５１は伝送ビット系列に挿入されているフレーム同期信号を検出する。
その場合、上記の符号化装置１で説明したように、フレーム同期信号を示す特定ビットパタンは伝送ビット系列中に存在しないビット構成からなる。
そして、フレーム同期検出回路５１は予めそのビット構成を記憶しており、伝送ビット系列からそのビット構成に一致する特定ビットパタンを検出すると、その検出をタイミング生成回路５２へ通知する。
【００２０】
ところで、フレーム同期検出回路５１は伝送ビット系列の信号波形に対して一定のスライスレベルＶｒｅｆを適用してビットの「０」又は「１」の判定を行う。
ここで、図９に示したように、特定ビットパタンの最小ビット反転間隔を符号ビット系列の最小ビット反転間隔と同一にしていると、符号間干渉によってフレーム同期信号に係る特定ビットパタンを正確に検出できない場合が生じたが、この実施形態では、上記の符号化装置で説明したように、特定ビットパタンの最小ビット反転間隔は符号ビット系列の最小ビット反転間隔の２以上の整数倍に設定してある。
従って、例えば、特定ビットパタンに上記の［１１１１１０００００］のビット構成を採用していたとすると、フレーム同期検出回路５１でのスライスレベルＶｒｅｆを適用した検出状態は図８のようになり、符号間干渉の影響を受けることなく特定ビットパタン［１１１１１０００００］を正確に検出できる。
尚、この例では特定ビットパタンの最小ビット反転間隔が１０ビット間隔で符号ビット系列の最小ビット反転間隔の５倍になっているが、２以上の整数倍にするという前記の条件が満たされていれば、如何なる符号間干渉が発生してもそのビットパタンをそのまま検出できる。
【００２１】
フレーム同期検出回路５１から特定ビットパタンの検出通知を受けたタイミング生成回路５２は、復号を開始させるための制御信号を復号部５３へ出力する。
復号部５３では、制御信号を受信すると、データ分離回路６１が伝送ビット系列の中でフレーム同期信号に後続している符号ビット系列をデータビットとパリティビットに分離し、図２に示した畳み込み符号器２１側で作成されたインタリーブ前のデータビットとパリティビットをＬｃｙとして軟判定復号器６２へ出力し、畳み込み符号器２３側で作成されたインタリーブ後のデータビットとパリティビットをＬｃｙ’として軟判定復号器６３へ出力する。
また、リセット用スイッチ６６が一旦リセット側へ接続されて尤度：Ｌ（１）ｕ＝０の状態に選択設定される。
【００２２】
復号部５３でのターボ復号は、軟判定復号器６２で第１の畳み込み符号の復号を行い、その復号結果：Ｌｅ（１）（ｕ＾）をインタリーバ回路６４でインタリーブし、それを軟判定復号器６３で第２の畳み込み符号の復号を行い、その復号結果：Ｌｅ（２）（ｕ＾）をデインタリーバ回路６５でデインタリーブして軟判定復号器６２へ戻し、再び第１の畳み込み符号の復号を行うという手順を、尤度を計算しながら繰り返すことにより行われ、その繰り返しによって復号データの信頼度が高くなり、誤りが減じられる。
そして、所定回数だけ繰り返した後、各軟判定復号器６２，６３の出力：Ｌ（１）（ｕ＾）又はＬ（２）（ｕ＾）が復号された情報ビット系列として出力される。
即ち、このターボ復号は、図５に示した復号トレリス線図において、元の情報ビット系列に最もハミング距離の近いパスを１本だけ選択することになる。
尚、各軟判定復号器６２，６３には、ＭＡＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ａ  Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ）アルゴリズムやＳＯＶＡ（Ｓｏｆｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｖｔｅｒｂｉ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）等が適用できる。
【００２３】
以降、この復号装置では、図６に示した伝送ビット系列について、フレーム同期信号を検出する度に前記の復号手順を実行して情報ビット系列を再生してゆくが、フレーム同期信号に相当する特定ビットパタンを上記の条件によるビット構成としたことによってフレーム同期信号を正確に検出でき、復号不能になる状態を防止することができる。
フレーム同期検出回路５１としては、Ｖｒｅｆを基準レベルとしたコンパレータで簡単に構成できるが、軟判定復号器６２の復号結果からフレーム同期信号の入力を検出することも可能であり、その場合には軟判定復号器６２が信号検出機能を担うため、フレーム同期検出回路５１が不要となる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の「符号化方法、符号化装置、復号方法、復号装置、及び情報記録媒体」は、以上の構成を有していることにより、次のような効果を奏する。
情報ビット系列を連接畳み込み符号化方式で符号化して作成された符号ビット系列に対して、フレーム同期信号に対応する特定ビットパタンを符号間干渉の影響を受け難いビット構成で挿入したことにより、復号側において、フレーム同期信号を正確に検出しながら後続するフレームの符号ビット系列を確実に復号することが可能になる。
また、前記の特定ビットパタンはノイズに対する耐性も強く、連接畳み込み符号が適用されることが多いＳＮ比の小さい伝送路環境にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るターボ符号による符号化装置のシステム回路図である。
【図２】符号器のブロック回路図である。
【図３】畳み込み符号器の回路図である。
【図４】符号器の状態遷移図である。
【図５】図４の状態遷移図に対応した復号トレリス線図である。
【図６】符号化装置により作成された伝送ビット系列の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るターボ符号の復号装置のシステム回路図である。
【図８】本発明の実施形態に係るフレーム同期信号に相当する特定ビットパタンのビット構成と、フレーム同期信号の信号波形を示す図である。
【図９】フレーム同期信号の問題点を示す図である。
【符号の説明】
１…符号化装置、２…符号器、３…メモリ回路、４…同期パタン生成回路、５…選択回路、６，５２…タイミング生成回路、２１，２３…畳み込み符号器、２２，６４…インタリーバ回路、２４…パンクチャ回路、３１，３２…加算器、３３，３４…１ビット遅延回路、５０…復号装置、５１…フレーム同期検出回路、５３…復号部、６１…データ分離回路、６２，６３…軟判定復号器、６５…デインタリーバ回路。
【図１】
2004312133.tif 000003
【図２】
2004312133.tif 000004
【図３】
2004312133.tif 000005
【図４】
2004312133.tif 000006
【図５】
2004312133.tif 000007
【図６】
2004312133.tif 000008
【図７】
2004312133.tif 000009
【図８】
2004312133.tif 000010
【図９】
2004312133.tif 000011