(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体内の二次元記録領域を構成する画素を複数個含む画素ブロックを当該二次元記録領域内に複数個構成し、当該構成された一の画素ブロック内の異なる記録レベルを有する前記画素の数同士の比を全ての前記画素ブロックについて同じとして前記二次元記録領域に記録されたディジタル情報をビタビ復号方式により再生するディジタル情報再生装置であって、一の前記画素ブロック内の異なる前記記録レベルを有する前記画素の当該画素ブロック内における予め設定された異なる複数種類の配置態様の夫々を、前記ビタビ復号方式における一の再生タイミング毎に定義される異なる複数種類の状態に夫々対応させて前記ディジタル情報を再生するディジタル情報再生装置において、
各前記画素ブロック内の前記画素毎に、当該画素ブロック内に記録されている前記ディジタル情報に対応する検出信号を生成する検出手段と、
一の前記画素ブロック内に含まれる各前記画素に対応する前記検出信号の検出レベル及び各前記配置態様に基づいて、一の前記再生タイミングにおける一の前記状態毎に対応するメトリックを算出する算出手段と、
各前記状態に対応する前記算出された各メトリックに基づいて、一の前記再生タイミングに対応する各前記状態のうち前記ディジタル情報に対して最も尤もらしい一の前記状態を選択し、当該選択された状態に対応づけられている前記配置態様により示されるディジタル値を、一の前記画素ブロックに対応する再生情報として出力する再生手段と、
を備えることを特徴とするディジタル情報再生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のディジタル情報再生装置において、
前記記録レベルは、二値のうちのいずれか一方に対応する二つの記録レベルであると共に、
前記算出手段は、
一の前記再生タイミングにおける一の前記状態である対象状態について、当該対象状態に対応している前記配置態様において前記一方の記録レベルに対応している前記画素に対応する前記検出信号の検出レベルを加算し、当該対象状態に対応する加算メトリックを算出する加算手段と、
一の前記再生タイミングの直前の前記再生タイミングである直前再生タイミングにおける各前記状態のうち、前記対象状態に対して当該直前再生タイミングからブランチを有する前記状態の中から前記一方の記録レベルに対応する一の前記状態を選択する状態選択手段と、
前記選択された状態に対応するパスメトリックに前記対象状態に対応する前記加算メトリックを加算し、当該対象状態に対応するパスメトリックを生成し、当該生成されたパスメトリックを前記メトリックとして出力するパスメトリック算出手段と、
により構成されていることを特徴とするディジタル情報再生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のディジタル情報再生装置において、
一の前記画素ブロック内に含まれる前記画素の数が４以上であることを特徴とするディジタル情報再生装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のディジタル情報再生装置において、
前記記録媒体は二次元ホログラフィックメモリであると共に、
前記検出手段は、当該二次元ホログラフィックメモリ内の各前記画素によって反射された光ビームを当該各画素毎に受光し、前記検出信号を当該各画素毎に出力することを特徴とするディジタル情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、最尤復号方式を用いたディジタル情報再生装置の技術分野に属し、より詳細には、いわゆるホログラフィ（コヒーレントな二つの光の干渉現象）を用いて情報を二次元的に記録すると共にこれを再生する光メモリシステムに適用して好適なビタビ復号方式を用いたディジタル情報再生装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホログラフィを用いてディジタル情報を二次元的に記録すると共にこれを再生する光メモリシステムが、高密度情報記録再生装置として脚光を浴びつつある。
【０００３】
この光メモリシステムでは、ディジタル情報を記録する場合には、複数の画素よりなる透過型の空間光変調素子（具体的には、例えば、複数の画素を有する液晶光変調器等）を用いて、記録すべきディジタル情報に基づきコヒーレントな記録信号光を空間光変調し、当該空間光変調された記録信号光と別途射出されるコヒーレントな記録参照光とを干渉させることにより二次元的な回折光を生成し、当該回折光により形成される像をディジタル情報に対応する二次元情報として記録媒体に記録する。
【０００４】
このとき、当該記録媒体としては、例えばニオブ酸リチウム層を複数層積層して形成された体積型ホログラム記録素子が用いられる。
【０００５】
一方、上記二次元情報が記録されている記録媒体から当該二次元情報を読み出すことにより上記ディジタル情報を再生する場合には、当該二次元情報に対してコヒーレントな再生参照光（上記記録参照光と同じ入射角度をもって記録媒体に照射されるものである。）を照射することにより生成される反射光を複数の画素を有する受光素子で受光して出力信号を生成し、当該生成された出力信号を用いて元のディジタル情報を再生する。
【０００６】
ここで、上述の光メモリシステムにおいては、ディジタル情報を二次元情報として大記録容量で且つ高速に記録再生することができるという利点がある反面、光学系の不均一さや記録媒体として用いる結晶のずれ又は歪みに起因して不必要な光干渉が発生し、それがホログラム再生像上に光強度のむらとなって現われ、結果として正確なディジタル情報の再生ができない場合があるという問題点が存在する。
【０００７】
また、光メモリシステムにおいて実際に記録再生に用いられるレーザ光等の光ビームは、その断面全体について均一な明るさを持つ光束ではなく、その中心部が明るくその周辺部が暗いいわゆるガウス分布を有するものとなっており、これにより上記ホログラム再生像の周辺部もその中央部に比して暗くなることとなる。そして、このようなホログラム再生像をその全面に渡って一律の闘値を用いて夫々の画素における検出値が「０」を示しているか又は「１」を示しているかを判別すれば、上記ホログラム再生像上における輝度むらにより、再生されたディジタル情報におけるエラーレートが劣悪となってしまう場合がある。
【０００８】
そこで、光メモリシステムにおけるこのような短所を補うべく、従来、いわゆる差分コーディング法と呼ばれる再生方式が用いられてきた。
【０００９】
ここで、当該差分コーディング法とは、上記受光素子における隣り合った二つの画素の受光輝度を受光時において比較し、その大小関係により夫々の画素の受光結果が再生すべきディジタル情報における「０」を示しているか又は「１」を示しているかを判別できるように当該ディジタル情報の記録時にディジタル情報に対して変調を施すものであり、低周波の輝度むらに影響されることなく正確にディジタル判定（すなわち、「０」か或いは「１」かの判定）が行えるという利点を有している。
【００１０】
このとき、当該差分コーディング法を拡張し、三つ以上の隣接する画素の組（以下、この組を画素ブロックという。）の範囲内で受光輝度の大小比較を行うことでディジタル値の判別を行う方法が考えられる。より具体的には、例えば四つの相隣接する画素から成る画素ブロック内の各画素について、二つの画素が記録すべきディジタル情報における「０」を示し、残りの画素が同じく「１」を示すように変調することを全ての画素ブロックについて行えば、それらを二次元的に再生するときには、各画素ブロツク内の画素について、その受光輝度が大きなものから二画素選択してそれらの検出値を夫々「１」とし、残りの二画素の検出値を夫々「０」と判定してディジタル情報を再生することができる。
【００１１】
なお、この他に、上記とは逆に一画素ブロック内で受光輝度の暗いものから二画素選んでそれらの検出値を「０」、残りの画素の検出値を「１」と判定して再生してもよい。
【００１２】
このように、ディジタル情報の記録時に一の画素ブロック内でディジタル情報における「０」を示す画素と当該ディジタル情報における「１」を示す画素との当該一の画素ブロック内における存在比率を全ての画素ブロックについて一定にする記録変調方式によれば、低周波な輝度むらに対して検出精度の向上を図ることが可能となると考えられる。ここで、以下、一の画素ブロック内において受光輝度の高い画素から順にｎ個の画素を選んでその検出値「１」と判定し、残りの画素の検出値を「０」と判定する再生方法をトップｎ選択法と称し、反対に受光輝度の低い画素から順にｎ個の画素を選んでその検出値「０」と判定し、残りの画素の検出値を「１」と判定する再生方法をボトムｎ選択法と称することとする。
【００１３】
一方、一の画素ブロックの大きさをこれまでよりも大きく設定すること、すなわち一画素部に含まれる画素数を増やしたときには、上記四画素を一画素ブロックとした差分コーディング法よりもブロック内のパターン（一の画素ブロック内における「０」を示す画素と「１」を示す画素との位置的な組み合わせのパターン）の自由度が増加することとなり、記録すべきディジタル情報におけるビットの冗長度を減少させることができるという利点を有することとなる。
【００１４】
具体的には、二画素を一画素ブロックとして用いる差分コーディング法では記録すべきディジタル情報における１ビットを表現するために二つの画素が必要となるために、その利用効率は５０％であるが、四つの画素からなると共に「０」を示す画素と「１」を示す画素とが同数づつ各画素ブロック内に存在する場合は、一の画素ブロック内におけるパターン数（すなわち、「０」を示す画素と「１」を示す画素の位置的な組み合わせの数）は６（＝4Ｃ2）通り（ビット数に換算すると約２．５８ビット）であり、その利用効率は最大で６４．６％となる。更に、同様に八画素からなると共に「０」を示す画素と「１」を示す画素とが同数づつ各画素ブロック内に存在する場合は、その利用効率は最大で７６．６％と向上する。
【００１５】
このとき、含まれる画素の数が偶数である画素ブロックにおいては、全ての画素ブロックについて、一画素ブロック内に「０」を示す画素と「１」を示す画素とが同数存在する場合が一番多くの上記パターン数を設定することができ、従って、一画素ブロック内の画素数が同じでも「０」を示す画素と「１」を示す画素との数の比が一対一でない場合よりもビット冗長度の少ない変調を行うことか可能となる。以下、ホログラムを用いたディジタル情報の記録再生において、全ての画素ブロックについて一画素ブロック内に「０」を示す画素と「１」を示す画素とが同数存在するように変調を行う変調方法をバランス変調法と称することとする。
【００１６】
ここで、当該バランス変調法を用いて、４ビットのディジタル情報（以下、バランス変調法により変調されて記録再生されるディジタル情報をバランスコードと称する。）を四つの画素を含む画素ブロックにおける「０」を示す画素と「１」を示す画素の位置的パターンの変化として表現した場合の対応関係の例を表１に示す。
【００１７】
【表１】
0003909508.tif 000002
なお、上記表１において、バランスコードの第１ビット（以下の説明では、バランスコードにおける各ビットについて、当該バランスコードの左端のビットから起算して第１ビット、第２ビット……と称する。）が四画素を含む画素ブロックにおける左上の画素に対応し、第２ビットが当該画素ブロックにおける左下の画素に対応し、第３ビットが当該画素ブロックにおける右上の画素に対応し、第４ビットが当該画素ブロックにおける右下の画素に対応している。また、各画素について、黒色で示されている画素（空間光変調素子においては、記録信号光を遮蔽する画素に対応する。）はバランスコードにおける「０」に対応し、白色で示されている画素（同様に、記録信号光を透過する画素に対応する。）は「１」に対応している。
【００１８】
ここで、一の画素ブロック内の画素数を増加させることは、上記したようなビットの冗長度を減少させることができるという利点を有する反面、新たな欠点をも抱合することとなる。すなわち、画素ブロックの自由度が増す分だけ検出時にエラーデータをも検出してしまう確率が増大してしまうこととなるのである。これに加えて、一の画素ブロックとしての物理的な領域が広がることとなるため、空間周波数の比較的高い輝度むらに対して脆弱となり、このこともエラーデータの増加を招く原因となることが実験的に明らかとされている。すなわち、ビットエラーレートの観点のみから考察すれば、バランス変調法よりも上記差分コーディング法の方が優れていると言えるのである。
【００１９】
他方、検出時のエラーレートを低減する一手法として、近年、いわゆる最尤復号法と称される復号法が注目されている。
【００２０】
この最尤復号法では、受信したデータを時分割的なブロック毎に個別に処理するのではなく、過去から現在及び未来に受信したデータを一繋がりのデータ系列として扱って復号を行う。
【００２１】
そして、この復号に対応する変調時には、ディジタル情報を表現する際の情報コード割り当てに順次的な規則を与えておき、復号時には当該規則に基づくあらゆる復号データ系列の中で、復号前の受信系列から考えて最も尤もらしい復号データ系列を選択して出力する。このような最尤復号法を行えば、得られた復号データ系列は必ず所定の規則に則ったものとなり、従って、例えば上記トップｎ選択法だけでは復号時に変調に用いられた規則に当てはまらないパターンと判別してしまうような画素ブロックについても、最尤復号法により変調に用いられた規則を満たす最も近い情報コードに変換されるため、その画素ブロックとして記録されていた情報コードはエラーとして検出されることがなくなる可能性が高まってくる。
【００２２】
ここで、最尤復号法では、変調時に規則性が与えられることにより割り当てられる情報コードが限定されるためビット効率が低減するという欠点があるが、反面、画素ブロックの大きさがある程度以上であれば、５０％を超えるビット利用効率を保ちながら差分コーディング法に比して遜色のないエラーレートが得られることが考えられる。
【００２３】
次に、上記最尤復号法を上記バランス変調法に適用した具体例として、２ビットのディジタル情報に対して４ビットのバランスコードを割り当てた２：４バランス変調法について説明する。
【００２４】
先ず、当該２：４バランス変調法における変調規則に具現化した変換テーブルを以下の表２に示す。
【００２５】
【表２】
0003909508.tif 000003
ここで、表２の例では、変換後のバランスコードは、一サンプルタイミング前のバランスコードと現サンプルタイミングの情報ビットによって決定されるので、一つの情報ビットに対して、都合六種類の変換後のバランスコードが存在することになる。
【００２６】
このとき、ディジタル情報の変調を直前のサンプルタイミングのバランスコードに依存させることなく一種類の変換テーブルだけを用いることも可能であるが、画素ブロック内の画素パターンが偏ることなく４ビットの当該画素パターン全てを万遍なく発生させるためには、表２に示すような複数種類の変換テーブルを予め設けておくことが望ましい。
【００２７】
更に、上記変換テーブルは、他の特長も併せ持っている。すなわち、再生時にバランスコードを判別するときには、一個の「１」に対応する検出値と一個の「０」に対応する検出値が入れ替ってしまうエラーが起こり易いが、検出値が二個ずつ入れ替るようなエラーはほとんど起こらないことが判っている。従って、表２の変換テーブルにおいては、一個ずつ入れ替るようなエラーが起こったときには復号後の情報ビットが１ビットだけしか齟齬しないように変換後のバランスコードを割り当ててあるのである。
【００２８】
次に、上述した光メモリシステムとして実際に用いられる最尤復号法として最も適当と思われるビタビ復号法について、その概要を説明する。
【００２９】
ビタビ復号法においては、読み取った一繋がりの受信データ列を、ダイナミックなシステムが状態遷移を繰り返しながら動作した結果として出力された系列とみなし、その受信データ列に基づき、時間経過に伴う状態遷移を追跡しながら復号値を決定していく。
【００３０】
そして、このビタビ復号法をバランス変調法に適用した場合には、上記各バランスコードそのものを夫々別個の状態変数とみなすこととなる。従って、上記表２に示した変換テーブルは、そのままビタビ復号法における状態遷移の規則となる。今、当該各状態を主体として上記表２を書き改めたものを状態遷移表として表３に示す。
【００３１】
【表３】
0003909508.tif 000004
この表３は、旧状態にあるシステムに新しい情報ビットが入力されると、それに応じて新状態と当該新状態毎に夫々対応する新たな出力パターン（表４に示す。）が決定されることを示している。
【００３２】
【表４】
0003909508.tif 000005
一方、上記表３及び４に基づいて得られた状態遷移の様子を時間方向に展開したものを一般にトレリス線図と称する。そして、上記バランス変調に対応するトレリス線図のうち、再生時刻における一クロック分だけ展開したものを図１２に示す。
【００３３】
当該図１２において、夫々の状態を表している図中の丸印を一般にノードと称し、更に各ノード同士を結んでいる線をブランチと称する。そして、トレリス線図上の一本のブランチが一つの状態遷移を表しており、当該ブランチを一連の時刻に渡って一筆で繋いで得られるパスは各状態遷移の経歴を表していることとなる。
【００３４】
このとき、ビタビ復号法においては、夫々のブランチの尤度を表す枝メトリックと、各パスの尤度を表すパスメトリックとを夫々計算しながら、最も尤度の高いパス（生き残りパス）を最終的に選択する。そして、この生き残りパスが決まれば状態遷移の経歴が一つに定まり、結果として当該経歴上にある各状態に対応するバランスコードとして復号データ系列が決定されることとなるのである。
【００３５】
次に、より具体的に、ビタビ復号法における処理について説明する。
【００３６】
上記ビタビ復号法においては、注目するブランチに対応する状態遷移が起こる確率に基づいていわゆる枝メトリックが定義され、更に各パスで表されている連続した状態遷移が起こる確率、すなわち各パスが発生する確率に基づいていわゆるパスメトリックが定義される。
【００３７】
今、各時刻において受光素子からの受信値に混入するノイズが確率的に一定なガウス分布を持つと仮定すると、ある状態遷移に伴う理想信号がｒiのときの受信値がｓiである確率密度関数ｐ（ｓi｜ｒi）は、以下の式により表現される。
【００３８】
【数１】
0003909508.tif 000006
ここで、σ2はノイズの分散を示している。
【００３９】
上式から明らかなように、当該確率密度関数は、パラメータ（ｓi−ｒi）2に依存する。そして、よく見ると、当該パラメータは受信信号における受信値と理想値との間のユークリッド距離であることが判る。換言すれば、ある時刻の受信値に対していくつかの予測値を予め用意したとき、その予測値の中で当該受信値とのユークリッド距離が最も近いものが、その時刻における理想値である確率が最も高いということであり、その予測値に対応した状態遷移が起こった可能性が最も高いということとなる。
【００４０】
一方、上記パスの発生確率は、各時刻の個々の状態遷移が連続して起こる確率として定義され、各事象が相互に独立ならば、時刻０から時刻ｋまでのパスの発生確率は、以下の式で表される。
【００４１】
【数２】
0003909508.tif 000007
上式から明らかなように、当該発生確率は、ユークリッド距離（ｓi−ｒi）2の累積和に依存する。このように、従来のビタビ復号法においては、枝メトリックは受信値と予測値とのユークリッド距離として定義され、一方、パスメトリックはパスを構成している全ブランチの枝メトリックの総和として定義される。従って、パスメトリックの値が小さい系列ほど尤度が高い系列（すなわち、元の情報ビットに最も近い復号データに対応する系列）と判断できることとなる。
【００４２】
ここで、上述したバランス変調法を用いた従来の光メモリシステムのように受信値を画素ブロックからの出力値としてブロック的に扱う場合、当該画素ブロックからの出力値をそれに含まれる各画素からの出力値を成分とするベクトルとみなすとすると、枝メトリックは予測値に対応する予測ベクトルと受信値に対応する受信ベクトルとのユークリッド距離として定義されることとなる。
【００４３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、当該ユークリッド距離の計算には上述したように二乗演算を伴うため、上述したようにそれがベクトルに対応しているとするとその演算量が膨大になり、その処理自体も複雑化するという問題点があった。
【００４４】
これに加えて、上記光メモリシステムにおけるホログラム再生像には、ランダムなノイズばかりではなく上記輝度むらも混入しているため、受信ベクトルと予測ベクトルとのユークリッド距離がそのままパスの発生確率を反映しているとは言い得ない。換言すれば、輝度むらに強いはずのバランス変調が為されているにも拘らず、パス発生確率の計算にユークリッド距離を用いたのでは、当該バランス変調の特長が生かされず精度の高い復号ができないという問題点もあった。
【００４５】
そこで、本発明は、上述した各問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、上記したバランス変調法に代表される、画素ブロック内の黒画素と白画素の数の比率を全ての画素ブロックについて同比率として変調する変調法に適合し、且つ複雑大量な演算が不要な最尤復号法を用いて簡易にディジタル情報を再生することが可能なディジタル情報再生装置を提供することにある。
【００４６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、記録媒体内の二次元記録領域を構成する画素を複数個含む画素ブロックを当該二次元記録領域内に複数個構成し、当該構成された一の画素ブロック内の異なる記録レベルを有する前記画素の数同士の比を全ての前記画素ブロックについて同じとして前記二次元記録領域に記録されたディジタル情報をビタビ復号方式により再生するディジタル情報再生装置であって、一の前記画素ブロック内の異なる前記記録レベルを有する前記画素の当該画素ブロック内における予め設定された異なる複数種類の配置態様の夫々を、前記ビタビ復号方式における一の再生タイミング毎に定義される異なる複数種類の状態に夫々対応させて前記ディジタル情報を再生するディジタル情報再生装置において、各前記画素ブロック内の前記画素毎に、当該画素ブロック内に記録されている前記ディジタル情報に対応する検出信号を生成するＣＣＤ素子等の検出手段と、一の前記画素ブロック内に含まれる各前記画素に対応する前記検出信号の検出レベル及び各前記配置態様に基づいて、一の前記再生タイミングにおける一の前記状態毎に対応するメトリックを算出する復号部等の算出手段と、各前記状態に対応する前記算出された各メトリックに基づいて、一の前記再生タイミングに対応する各前記状態のうち前記ディジタル情報に対して最も尤もらしい一の前記状態を選択し、当該選択された状態に対応づけられている前記配置態様により示されるディジタル値を、一の前記画素ブロックに対応する再生情報として出力する復号部等の再生手段と、を備える。
【００４７】
よって、一の画素ブロック内の異なる記録レベルを有する画素の数同士の比を全ての画素ブロックについて同じとして予め設定されている当該異なる記録レベルを有する画素の配置態様と当該画素毎の検出信号に基づいてビタビ復号方式によりディジタル情報を再生するので、簡易な構成で精度よくディジタル情報を再生することができる。
【００４８】
上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディジタル情報再生装置において、前記記録レベルは、二値のうちのいずれか一方に対応する二つの記録レベルであると共に、前記算出手段は、一の前記再生タイミングにおける一の前記状態である対象状態について、当該対象状態に対応している前記配置態様において前記一方の記録レベルに対応している前記画素に対応する前記検出信号の検出レベルを加算し、当該対象状態に対応する加算メトリックを算出するメトリック計算部等の加算手段と、一の前記再生タイミングの直前の前記再生タイミングである直前再生タイミングにおける各前記状態のうち、前記対象状態に対して当該直前再生タイミングからブランチを有する前記状態の中から前記一方の記録レベルに対応する一の前記状態を選択する加算比較選択部等の状態選択手段と、前記選択された状態に対応するパスメトリックに前記対象状態に対応する前記加算メトリックを加算し、当該対象状態に対応するパスメトリックを生成し、当該生成されたパスメトリックを前記メトリックとして出力する加算比較選択部等のパスメトリック算出手段と、により構成されている。
【００４９】
よって、加算処理及び選択処理のみで対象状態に対応するメトリックを算出できるので、いわゆる二乗計算をすることなくメトリックを算出でき、簡易な構成で精度よくディジタル情報を再生することができる。
【００５０】
上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のディジタル情報再生装置において、一の前記画素ブロック内に含まれる前記画素の数が４以上であるように構成される。
【００５１】
よって、再生精度を低減することなく簡易な処理でディジタル情報を再生することができる。
【００５２】
上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のディジタル情報再生装置において、前記記録媒体は二次元ホログラフィックメモリであると共に、前記検出手段は、当該二次元ホログラフィックメモリ内の各前記画素によって反射された光ビームを当該各画素毎に受光し、前記検出信号を当該各画素毎に出力するように構成される。
【００５３】
よって、二次元ホログラフィックメモリから二次元的に記録されているディジタル情報再生する際に、簡易な処理で再生することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は、上述したような二次元ホログラフィックメモリを用いた光メモリシステムにおける二次元的なディジタル情報の記録再生における情報再生に対して本発明を適用した場合の実施の形態である。
（Ｉ）本発明の原理
始めに、具体的な実施の形態を説明する前に、本発明の原理について、図１を用いて説明する。
【００５５】
本発明においては、後述する空間光変調素子を用いた記録信号光に対する空間光変調時に上述した四画素を一画素ブロックとした上記２：４バランス変調法を用いると共に、上記受光素子から出力される検出信号に対して当該４ビットのバランス変調法に適合して簡略化されたビタビ復号法を施してディジタル情報を復号する。
【００５６】
すなわち、今、後述する光メモリからの反射光を受光する受光素子上の正方形に配置されている四画素を用いて形成された一つの画素ブロックを受信ブロックと定義すると、当該受信ブロックから任意にｎ（ｎ＜４）個の画素を選択し、当該選択した画素からの各検出信号の値を加算したものは、上記トップｎ選択法により当該各検出信号の値を加算したときが最も大きくなるはずであり、逆にボトムｎ選択法により当該各検出信号の値を加算したときが最も小さくなるはずである。
【００５７】
従って、上記表４に示す４ビットの各出力パターンをビタビ復号法上の各状態に対応する予測値としての予測ブロックとして夫々の状態毎に定義すると、バランス変調法により空間光変調されて二次元的に記録されたディジタル情報を受光素子を用いて再生したときには、一の受信ブロック内で選択されたｎ個の画素からの各検出信号の値の和によりトップｎ選択法又はボトムｎ選択法を用いてその受信ブロックと各予測ブロックとの間の尤度を判定し、当該各検出信号を出力する受信ブロックに対して最も尤もらしい予測ブロック（すなわち、その受信ブロックに対して最も尤もらしいバランスコード）を判別することができる。
【００５８】
より具体的に説明すると、先ず、状態Ｓjに対応する予測ブロックのｋ番目のビットの値をＰref(j,k)（従ってＰref(j,k)の値は「０」又は「１」のいずれか一方となる。）とし、更に時刻ｉの受信ブロックにおけるｋ番目の画素からの検出信号の値をＰread(i,k)（従ってＰread(i,k)の値は「０」から「１」までの間の実数値となる。）とする。
【００５９】
ここで、予測ブロック又は受信ブロック内の各画素の番号（上記パラメータｋの取り方）については、夫々のブロックにおいて、左上の画素を０番目の画素とし、左下の画素を１番目の画素とし、右上の画素を２番目の画素とし、右下の画素を３番目の画素とする。また、予測ブロック内の各画素について、黒色で示される画素（空間光変調素子においては、記録信号光を遮蔽する画素に対応する。）はバランスコードにおける「０」に対応し、白色で示される画素（同様に、記録信号光を透過する画素に対応する。）は「１」に対応している。更に、パラメータｉにより示される時刻については、後述する実施形態の光メモリシステムにおいては、その受光素子を用いて一度に受光する記録媒体からの反射光により当該受光素子内の各画素において生成される検出信号を、受光素子全体分を一度に当該受光素子から後述するビタビ検出器内のメモリに取り込み、当該メモリから一受信ブロック毎に順に対応する検出信号を読み出して本発明のビタビ復号を施してディジタル情報を復号するが、この一受信ブロック毎の検出信号の読み出しタイミングを示すのが当該時刻ｉである。
【００６０】
上記のようにＰref(j,k)及びＰread(i,k)を設定すると、受信ブロックからｎ個の画素を選択したとき、当該選択された画素からの各検出信号の値Ｐread(i,k)の和が大きいほど、当該選択した画素の受信ブロック内の位置と同じ予測ブロック内の位置を有するビットの値Ｐref(j,k)が「１」である状態Ｓjは、当該受信ブロックからの各検出信号により示される検出値に対して尤度が高いと言える。
【００６１】
逆に、受信ブロックからｎ個の画素を選択したとき、当該選択された画素からの各検出信号の値Ｐread(i,k)の和が小さいほど、当該選択した画素の受信ブロック内の位置と同じ予測ブロック内の位置を有するビットの値Ｐref(j,k)が「０」である状態Ｓjは、当該受信ブロックからの各検出信号により示される検出値に対して尤度が高いと言えるのである。
【００６２】
ここで、図１を用いて上述したことを更に具体的に説明すると、図１（ａ）に示す受信ブロックＢiから二個の画素を選んでそれらからの検出信号の値の和をとったとき、その和が最も大きくなる受信ブロックＢi内の画素の組み合わせは、
【００６３】
【数３】
Ｐread(i,0)＋Ｐread(i,3)＝０．８３＋０．７９＝１．６２
であり、これに対応する画素の組み合わせ（すなわち、ｋ＝０、３である二つの画素の組み合わせ）に対応して、
【００６４】
【数４】
Ｐref(j,0) ＝Ｐref(j,3)＝１
となるのは、図１（ｂ）に示す状態Ｓ3に対応する出力パターンとなり、この出力パターンが受信ブロックＢiに対して最も尤度が高い出力パターンとなる。
【００６５】
同様にして、次に検出信号の値の和が大きくなる（すなわち、次に尤度が高い）受信ブロックＢi内の画素の組み合わせは、
【００６６】
【数５】
Ｐread(i,0)＋Ｐread(i,2)＝０．８３＋０．３５＝１．１８
であり、これに対応する画素の組み合わせ（すなわち、ｋ＝０、２である二つの画素の組み合わせ）に対応して、
【００６７】
【数６】
Ｐref(j,0)＝Ｐref(j,2)＝１
となるのは、状態Ｓ４に対応する出力パターン（表４参照）となる。
【００６８】
従って、図１（ａ）に示す受信ブロックＢiに対して最も尤度が高い予測ブロックＥが状態Ｓ3に対応する出力パターンを有する予測ブロックであることから、図１（ａ）に示す検出信号に基づいて再生されるバランスコードは「１００１」ということになる。
【００６９】
ここで、これまで説明した本発明の原理を全体的に見ると、上述した各演算は、換言すれば、予測ブロックにおける各ビットと受信ブロックにおける各画素からの検出信号値との内積を演算することであることが判る。すなわち、受信ブロックの各画素からの検出信号値（受信値）との相関が大きい予測ブロック（予測値）ほど尤度が高いと判断していることになる。
【００７０】
そして、このことに基づけば、バランス変調法により変調されている信号系列に対しては、本原理のように尤度に相関を用いた場合でも、尤もらしさを測る尺度は異なるが、従来のように尤度にユークリッド距離を用いた場合とほぼ同じ復号結果が得られることが期待できることとなり、このことを用いて本発明では、バランス変調法により変調されたディジタル情報をビタビ復号法を用いて再生する際にその処理を簡略化している。
【００７１】
より具体的には、上述したように一般的なビタビ復号法においては、個々の状態遷移の尤度はブランチメトリックであるが、上述のように相関として定義した尤度は、ブランチというよりはむしろ各ノードに付随する数量であるので、以下、この尤度のことをノードメトリック（以下、必要によりＮＭと示す。）と定義することとする。そして、この場合のパスメトリックは、パスが通過している全てのノードにおけるノードメトリックの総和となる。すなわち、ノードメトリック（ＮＭ）の定義とパスメトリック（以下、必要によりＰＭと示す。）の定義は以下の通りとなる。先ず、上記ボトムｎ選択法に対応する定義としては、
【００７２】
【数７】
0003909508.tif 000008
のようになり、一方トップｎ選択法に対応する定義としては、
【００７３】
【数８】
0003909508.tif 000009
となる。なお、上記したノードメトリック及びパスメトリックの定義式において、ＮＭ(i,j)は時刻ｉにおける状態Ｓjのノードメトリックを示し、ＰＭ(i,j) は時刻ｉにおける状態Ｓjのパスメトリックを示し、Ｐread(i,k|Ｐref(j,k)＝１)は時刻ｉにメモリから読み出された受信ブロック内の画素であって、状態Ｓjに対応する予測ブロック内でその値が「１」となるビット番号と同じ画素番号を有する画素からの検出信号の値を示し、Ｐread(i,k|Ｐref(j,k)＝０)は時刻ｉにメモリから読み出された受信ブロック内の画素であって、状態Ｓjに対応する予測ブロック内でその値が「０」となるビット番号と同じ画素番号を有する画素からの検出信号の値を示し、ｊconnectedMは対応するトレリス線図において対象となっているノードにブランチで接続されている一時刻前の各ノードのうちＭ番目のブランチにより接続されているノードの番号を示し、max（  ）は（  ）内にある複数の要素のうち最大値を有する要素を選択する演算を示し、min（  ）は（）内にある複数の要素のうち最小値を有する要素を選択する演算を示している。
【００７４】
そして、復号時においては、上述したうちのいずれか一方の漸化式に従ってパスメトリックを計算し、上述したビタビアルゴリズムに従って各パスを決定していくこととなる。なお、実際のホログラフィックメモリシステムでは、本来「０」（黒）に対応すべき画素の方が本来「１」（白）に対応すべき画素よりもその分布が平均値近くに集中しているため、現実の復号時には、上記式（１）によりパスメトリックを算出することが適切であると言える。
【００７５】
次に、上記式（１）によりノードメトリック及びパスメトリックを設定する場合について、トレリス線図上のブランチの選択処理について図２を用いて説明する。なお、図２は上述した２：４バランス変調法に対応した復号時のトレリス線図の一部（時刻ｉ−１から時刻ｉまでの期間）を示すものである。
【００７６】
図２において、例えば、時刻ｉにおけるノードＳ2に着目すると、時刻ｉ−１の各ノードのうち時刻ｉのノードＳ2にブランチで接続されるノードは上記表３よりノードＳ0、Ｓ1、Ｓ4及びＳ5となる。
【００７７】
そして、時刻ｉのノードＳ2において時刻ｉ−１と時刻ｉ間の四つのブランチから一のブランチを選択するときは、時刻ｉ−１の各ノードのうち時刻ｉのノードＳ2にブランチが繋がっているノードＳ0、Ｓ1、Ｓ4及びＳ5における時刻ｉ−１での各パスメトリック（上記式（１）により算出されているパスメトリック）を比較する。次に、この比較の結果、時刻ｉ−１のノードＳ4のパスメトリックが四つのパスメトリックの中で一番小さいとすると、時刻ｉのノードＳ2に接続されるブランチとしては時刻ｉ−１のノードＳ4からのブランチを選択する。そしてこの時刻ｉ−１のノードＳ4からのブランチを用いて、上記式（１）により時刻ｉでのパスメトリックを算出する。具体的には、時刻ｉのノードＳ2では、
【００７８】
【数９】
Ｐref(2,0) ＝０、Ｐref(2,1)＝１、Ｐref(2,2) ＝１、Ｐref(2,3)＝０
であるから、時刻ｉのノードＳ2のノードメトリック及びパスメトリックは、
【００７９】
【数１０】
ＮＭ(i,2)＝Ｐread(i,0)＋Ｐread(i,3)
ＰＭ(i,2)＝ＰＭ(i-1,4)＋ＮＭ(i,2)
となる。
【００８０】
これ以後は、上述の演算を各時刻毎に繰り返し、最終的に一の生き残りパスが全ての時刻について決定された時点で、その生き残りパス上にある各時刻のノードに対応するバランスコードを接続したものが、受光素子で一度に受光された反射光により当該受光素子上に形成された画像に対応するバランスコード（すなわち、記録媒体に二次元的に記録されていたディジタル情報に対応するバランスコード）として復号されることとなる。
（II）第１実施形態
次に、本発明に好適な実施形態のうちの第１実施形態について、図３乃至図８を用いて説明する。
【００８１】
なお、以下に説明する第１実施形態は、上記式（１）に基づいてノードメトリック及びパスメトリックを計算しつつビタビ復号を行うホログラフィック光メモリシステムに対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【００８２】
始めに、本実施形態に係る光メモリシステムの全体構成について、図３を用いて説明する。
【００８３】
図３に示すように、実施形態の光メモリシステムＳは、液晶空間光変調器１と、レンズ２及び５と、記録媒体としての光メモリ３と、Ｙθステージ４と、検出手段としてのＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）素子６と、ミラー７と、アナモフィック光学系８と、ＣＰＵ９と、ビタビ検出器１０と、メモリ１１と、アルゴンレーザ１６と、ハーフミラー１７と、シャッタ１４及び１５と、ミラー１８と、により構成されている。
【００８４】
次に、上記光メモリシステムＳの概要動作について説明する。
【００８５】
始めに情報記録時の動作について説明する。
【００８６】
情報の記録時においては、先ず、記録すべきディジタル情報に対応する入力信号Ｓinが液晶空間光変調器１を駆動する駆動信号として当該液晶空間光変調器１に出力される。
【００８７】
一方、これと並行して、シャッタ１４は、ＣＰＵ９からの制御信号Ｓcl1に基づいて、アルゴンレーザ１６から射出されハーフミラー１７において反射された記録信号光としてのアルゴンレーザ光Ｌaを液晶空間光変調器１の全面に渡って照射する。
【００８８】
そして、上記入力信号Ｓinにより駆動される液晶空間光変調器１により、アルゴンレーザ光Ｌaに対して当該入力信号Ｓinに基づく空間光変調処理が施される。このとき施される空間光変調処理は、液晶空間光変調器１の液晶面内の各画素ブロック（夫々に四つの正方形に並んだ画素により構成される画素ブロック）毎に、入力信号Ｓinに基づき上記２：４バランス変調法を用いてアルゴンレーザ光Ｌaの透過又は非透過を制御することにより、二次元的に実行される。
【００８９】
次に、空間光変調処理が施されたアルゴンレーザ光Ｌaはレンズ２により集光され、信号光Ｌsとして光メモリ３の情報記録面に照射される。
【００９０】
ここで、光メモリ３は、Ｙ方向（図３中縦方向）とθ方向（Ｙ方向に平行な光メモリ３の中心軸に垂直な面内における回転方向）に光メモリ３を移動又は回転させることが可能なＹθステージ４上に載置されており、例えば薄層化されたニオブ酸リチウム結晶を積層することにより形成されている。そして、液晶空間光変調器１により二次元的に空間光変調された信号光Ｌsが照射されることにより、入力信号Ｓinに対応する二次元情報が記録される。
【００９１】
このとき、上記信号光Ｌsの光メモリ３への照射と並行して、シャッタ１５が、ＣＰＵ９からの制御信号Ｓcl2に基づいてアルゴンレーザ１６から射出されハーフミラー１７を透過した後にミラー１８において反射された記録参照光としてのアルゴンレーザ光Ｌbを射出し、当該アルゴンレーザ光Ｌbがアナモフィック光学系８（すなわち、アルゴンレーザ光Ｌbの光軸に垂直な面内の各方向によって倍率の異なる光学系）により変調された後、ミラー９を介して参照光Ｌrとして光メモリ３上の信号光Ｌsの照射位置に同時に照射される。これにより光メモリ３上の信号光Ｌsの照射位置において当該信号光Ｌsと参照光Ｌrとが相互に干渉し、この干渉に基づくホログラムにより入力信号Ｓinに含まれるディジタル情報が２：４バランス変調法により空間光変調された上で二次元情報として当該光メモリ３上に記録される。
【００９２】
次に、光メモリ３に記録された二次元情報の再生時の動作について説明する。
【００９３】
当該二次元情報の再生時においては、始めに、シャッタ１５がＣＰＵ９からの制御信号Ｓcl2に基づいて、アルゴンレーザ１６から射出されハーフミラー１７を透過した後にミラー１８において反射された再生参照光としてのアルゴンレーザ光Ｌbを射出し、当該アルゴンレーザ光Ｌｂが情報記録時と同様にアナモフィック光学系８及びミラー７を介して光メモリ３上の再生すべき二次元情報が記録されている位置へ参照光Ｌrとして照射される。
【００９４】
そして、当該参照光Ｌrが光メモリ３上の当該二次元情報により変調されると共に反射され、その反射光がレンズ５により平行光である再生信号光Ｌpとされた後、ＣＣＤ素子６の受光面に入射され、当該ＣＣＤ素子６上の各画素により電気信号であるＣＣＤ検出信号Ｓpに変換されてビタビ検出器１０に出力される。
【００９５】
ここで、当該ＣＣＤ検出信号Ｓpについては、再生信号光Ｌpが照射されることによりＣＣＤ素子６の受光面内の各画素において生成された各ＣＣＤ検出信号Ｓpが、予め設定されている時間間隔毎に当該受光面における一画面分同時にビタビ検出器１０に出力される。
【００９６】
そして、ＣＣＤ素子６から出力されたＣＣＤ検出信号Ｓpは、ビタビ検出器１０に入力され、当該ＣＣＤ検出信号Ｓpに対して２：４バランス変調法に対応して簡略化されたビタビ復号処理が施され、入力信号Ｓinを推定する推定信号としての出力信号Ｓoutが出力され、当該入力信号Ｓinが再生される。
【００９７】
このとき、ＣＰＵ９は、メモリ１１との間で必要なデータの授受をメモリ信号Ｓzを用いて行いつつ上述した記録再生処理を制御すべく、上記制御信号Ｓcl1及びＳcl2を出力すると共に、ビタビ検出器１０における後述するビタビ復号処理を制御すべく制御信号Ｓcdを生成し、当該ビタビ検出器１０へ出力する。
【００９８】
次に、本発明に係るビタビ検出器１０の構成及び動作について、図４乃至図８を用いて説明する。なお、図４及び図５はビタビ検出器１０の細部構成を示すブロック図であり、図６は本発明にかかるビタビ復号処理を示すフローチャートであり、図７及び図８はビタビ復号処理により生き残りパスが決定されていく様子を示すトレリス線図である。
【００９９】
図４（ａ）に示すように、第１実施形態のビタビ検出器１０は、メモリ２０と、算出手段及び再生手段としての復号部２１と、により構成されている。
【０１００】
次に、動作を説明する。
【０１０１】
メモリ２０は、ＣＣＤ検出信号Ｓpが、所定の時間間隔毎にＣＣＤ素子６の受光面における一画面分同時に入力されてくると、当該一画面分のＣＣＤ検出信号Ｓpをそのまま一時的に記憶する。そして、ＣＰＵ９からの制御信号Ｓcdにより示される上記時刻（上記原理説明において、時刻ｉ、時刻ｉ−１等として説明した時刻）毎に、当該受光面における一受信ブロックに相当する四つの画素からの当該ＣＣＤ検出信号Ｓpを夫々別個に受信信号Ｓ0乃至Ｓ3として復号部２１へ出力する。
【０１０２】
このとき、メモリ２０は、一の受信ブロックの単位で相互に相隣接する受信ブロック毎に順に受信信号Ｓ0乃至Ｓ3を出力する。更にこの場合に、受信信号Ｓ0は受信ブロックにおける左上の画素から生成されたＣＣＤ検出信号Ｓpが受信信号Ｓ0として出力されるものであり、受信信号Ｓ1は同じく左下の画素から生成されたＣＣＤ検出信号Ｓpが受信信号Ｓ1として出力されるものであり、受信信号Ｓ2は同じく右上の画素から生成されたＣＣＤ検出信号Ｓpが受信信号Ｓ2として出力されるものであり、受信信号Ｓ3は同じく右下の画素から生成されたＣＣＤ検出信号Ｓpが受信信号Ｓ3として出力されるものである。
【０１０３】
そして、復号部２１は、受信信号Ｓ0乃至Ｓ3が入力されると、当該受信信号Ｓ0乃至Ｓ3に対して後述するビタビ復号処理を施し、上記出力信号Ｓoutを生成して出力する。
【０１０４】
次に、復号部２１の細部構成及び動作について、図４（ｂ）を用いて説明する。
【０１０５】
図４（ｂ）に示すように、復号部２１は、加算手段としてのメトリック計算部３０と、状態選択手段及びパスメトリック算出手段としての加算比較選択部３１と、パスメモリ３２と、パス選択部３３と、により構成されている。
【０１０６】
次に、動作を説明する。
【０１０７】
先ず、メトリック計算部３０は、上記受信信号Ｓ0乃至Ｓ3に基づいて各ノード（本実施形態の場合は、ノードＳ0乃至Ｓ5）毎の上記ノードメトリックを夫々計算し、夫々別個にノードメトリック信号Ｓs0乃至Ｓs5を生成して加算比較選択部３１へ出力する。
【０１０８】
そして、加算比較選択部３１は、入力されたノードメトリック信号Ｓs0乃至Ｓs5における各ノードメトリックに基づいて、各ノード毎に上記パスメトリックを計算し、更に当該各パスメトリックの中から最小の値を有するパスメトリックを選択し、当該選択されたパスメトリックを含むパスメトリック信号Ｓpmを生成してパスメモリ３２に出力する。
【０１０９】
次に、パスメモリ３２は、出力されたパスメトリックを各受信ブロック毎に別個に記憶し、全ての受信ブロックについてのパスメトリックの記憶が終了すると、それらをメトリック信号Ｓdpとしてパス選択部３３に出力する。
【０１１０】
そして、パス選択部３３は、メトリック信号Ｓdpとして入力されるパスメトリックの中から多数決法等の予め設定された選択方法により生き残りパスとなるべきパスメトリックを選択し、当該選択された生き残りパスの経路上にある各ノード（各時刻毎に一つに決まっている。）に対応するバランスコードの連続として上記出力信号Ｓoutを生成し、出力する。
【０１１１】
次に、本発明に係るノードメトリックの生成を行うメトリック計算部３０の細部構成及び動作について、図５を用いて説明する。
【０１１２】
図５に示すように、メトリック計算部３０は、上記受信信号Ｓ0乃至Ｓ3に基づいて夫々に加算処理を行ってノードメトリックを生成し、上記ノードメトリック信号Ｓs0乃至Ｓs5として出力する六つの加算器３５乃至４０を備えて構成されている。
【０１１３】
ここで、加算器３５はノードＳ0のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ0に対応するバランスコードが「００１１」であることから、上記式（１）によりノードメトリックＮＭ(i,0)を算出すべく、バランスコードの第１ビット「０」に対応する受信信号Ｓ0（式（１）においてＰread(i,0|Ｐref(0,0)＝０)に相当する。）と、同じく第２ビット「０」に対応する受信信号Ｓ1（式（１）においてＰread(i,1|Ｐref(0,1)＝０)に相当する。）とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs0とする。
【０１１４】
次に、加算器３６はノードＳ1のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ1に対応するバランスコードが「０１０１」であることから、上記式（１）によりノードメトリックＮＭ(i,1)を算出すべく、バランスコードの第１ビット「０」に対応する受信信号Ｓ0と、同じく第３ビット「０」に対応する受信信号Ｓ2（式（１）においてＰread(i,2|Ｐref(0,2)＝０)に相当する。）とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs1とする。
【０１１５】
加算器３７はノードＳ2のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ2に対応するバランスコードが「０１１０」であることから、上記式（１）によりノードメトリックＮＭ(i,2)を算出すべく、バランスコードの第１ビット「０」に対応する受信信号Ｓ0と、同じく第４ビット「０」に対応する受信信号Ｓ3（式（１）においてＰread(i,3|Ｐref(0,3)＝０)に相当する。）とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs2とする。
【０１１６】
加算器３８はノードＳ3のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ3に対応するバランスコードが「１００１」であることから、上記式（１）によりノードメトリックＮＭ(i,3)を算出すべく、バランスコードの第２ビット「０」に対応する受信信号Ｓ1と、同じく第３ビット「０」に対応する受信信号Ｓ2とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs3とする。
【０１１７】
更に、加算器３９はノードＳ4のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ4に対応するバランスコードが「１０１０」であることから、上記式（１）によりノードメトリックＮＭ(i,4)を算出すべく、バランスコードの第２ビット「０」に対応する受信信号Ｓ1と、同じく第４ビット「０」に対応する受信信号Ｓ3とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs4とする。
【０１１８】
最後に、加算器４０はノードＳ5のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ5に対応するバランスコードが「１１００」であることから、上記式（１）によりノードメトリックＮＭ(i,5)を算出すべく、バランスコードの第３ビット「０」に対応する受信信号Ｓ2と、同じく第４ビット「０」に対応する受信信号Ｓ3とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs５とする。
【０１１９】
次に、上述した構成を有するビタビ検出器１０における本発明のビタビ処理に全体について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１２０】
ビタビ検出器１０におけるビタビ復号処理においては、始めに、加算比較選択部３１内のパスメトリックを一時的に記憶しておく記憶部を初期化し（ステップＳ１）、次に、メモリ２０から時刻ｉにおいて一の受信ブロックに対応する受信信号Ｓ0乃至Ｓ3を復号部２１内のメトリック計算部３０に読み込む（ステップＳ２）。
【０１２１】
次に、各ノード（状態）の番号を示すパラメータｊを初期化する（ステップＳ３）。そして、時刻ｉ−１の各ノードのうち、現在対象となっている時刻ｉのノードに接続されているノード夫々のパスメトリックの中で最小の値を有するパスメトリックを選択し、当該パスメトリックの番号（インデックス）をＪselectedとする（ステップＳ４）。
【０１２２】
次に、加算比較選択部３１内に各ノード毎に設けられている領域内であるパスメモリ（ｊ）にパスメモリ（Ｊselected）の内容、すなわち、時刻ｉ−１までに形成されているパスの経歴を格納する（ステップＳ５）。
【０１２３】
そして、ノード（状態）Ｓjに対応する予測ブロックを取得し（ステップＳ６）、当該取得した予測ブロック内の各ビットの値に基づいて、ステップＳ２において読み込んだ受信信号Ｓ0乃至Ｓ3から式（１）に基づいて各ノードメトリックをメトリック計算部３０において計算し（ステップＳ７）、更にその計算結果を用いて加算比較選択部３１において式（１）に基づき各ノード毎のパスメトリックを計算する（ステップＳ８）。なお、第１実施形態のメトリック計算部３０においては、各加算器３５乃至４０に対する接続により上記ステップＳ６及びＳ７の処理が代用されていることとなる。
【０１２４】
そして、一つのノードについて時刻ｉにおけるパスメトリックの計算が終了すると、パラメータｊをインクリメントし（ステップＳ９）、次に、インクリメント後のパラメータｊの値に基づいて全てのノードについてステップＳ４乃至Ｓ９の処理が完了しているかを判定する（ステップＳ１０）。
【０１２５】
次に、ステップＳ１０の判定において、全てのノードについて処理が完了していないとき、すなわち、インクリメント後のパラメータｊの値が５以下であったときは（ステップＳ１０；Ｎｏ）、ステップＳ４に戻って次のノードに対してステップＳ４乃至Ｓ９の動作を繰り返す。
【０１２６】
一方、ステップＳの判定において、全てのノードについて処理が完了しているとき、すなわち、インクリメント後のパラメータｊの値が６であったときは（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、次に、時刻ｉをインクリメントする（ステップＳ１１）。
【０１２７】
そして、全ての時刻についてステップＳ２乃至Ｓ１１の処理が終了したか、すなわち、一度にメモリ２０に記憶された全てのＣＣＤ検出信号Ｓpについてビタビ復号処理が完了したか否かが判定され（ステップＳ１２）、終了していないときは（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ステップＳ２に戻って次の時刻に対応する受光ブロック（すなわち、ＣＣＤ素子６の受光面上で隣接している受光ブロック）からの受光信号Ｓ0乃至Ｓ3に対してステップＳ２乃至Ｓ１１の処理を実行すべくステップＳ２に戻り、一方、全ての時刻について処理が終了しているときは（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、次に、従来と同様のビタビ復号における未マージの処理及び多数決選択をパスメモリ３２及びパス選択部３３を用いて行う（ステップＳ１３）。
【０１２８】
そして、ＣＣＤ素子６の受光部一画面分の処理が終了したら、次に、再生すべき全てのディジタル情報に対応する全ての画面について処理が終了したか否かを確認し（ステップＳ１４）、終了しているときは（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）そのまま処理を終了し、ステップＳ１４の判定において終了していないときは（ステップＳ１４；Ｎｏ）、次に一画面分のＣＣＤ検出信号Ｓpをメモリ２０内に取り込み（ステップＳ１５）、当該取り込んだＣＣＤ検出信号Ｓpに対して上述した処理を繰り返すべくステップＳ１へ戻る。
【０１２９】
次に、これまで説明した処理によりパスの経歴が決定されて最終的に生き残りパスが決定され、出力信号Ｓoutが生成されるまでの流れを図７及ぶ図８のトレリス線図を用いて略説する。
【０１３０】
図７及び図８に示すように、パスの経歴が決定されるまでには、先ず、時刻ｉ−１から時刻ｉ間のブランチが上記表３及び上記ノードメトリック並びにパスメトリックに基づき全てのノードについて選ばれると（図７（ａ）及び（ｂ））、次に、時刻ｉ−２から時刻ｉ−１の間で選択されたブランチの一部はその行き先がなくなるので（図７（ｂ）破線参照）、そのようなブランチは破棄される。
【０１３１】
次に、今度は時刻ｉ−２まで残っていたパスの一つが行き先を失い（図８（ａ）破線参照）、この時点で時刻ｉ−２までのパスが一本化する。その結果、当該一本化されたパス上にあるノードに対応するバランスコードの連続として時刻ｉ−２までの出力信号Ｓoutが決定するのである。以降は、この処理が繰り返され、最終的に全時刻（すなわち一画面全体）について一本の生き残りパスが決定され、最終的な出力信号Ｓoutが生き残りパス上にある各ノードに対応するバランスコードの連続として決定される。
【０１３２】
以上説明したように、第１実施形態の光メモリシステムＳにおけるビタビ検出器１０の動作によれば、予め設定されているノード毎の予測ブロックと受信ブロックとの比較によりビタビ復号処理を行ってディジタル情報を再生するので、簡易な構成で２：４バランス変調法に適合して精度よくディジタル情報を再生することができる。
【０１３３】
また、加算処理及び選択処理のみでノード毎のノードメトリック（尤度）を算出できるので、いわゆる二乗計算をすることなく尤度を算出でき、簡易な構成で精度よくディジタル情報を再生することができる。
【０１３４】
更に、一の受信ブロック内に含まれる画素の数が４であるので、再生精度を低減することなく簡易な処理でディジタル情報を再生することができる。
【０１３５】
更にまた、二次元ホログラフィックメモリである光メモリ３から二次元的に記録されているディジタル情報再生する際に、簡易な処理で再生することができる。
（III）第２実施形態
次に、本発明に係る他の実施形態である第２実施形態について、図９を用いて説明する。なお、図９は第２実施形態に係るメトリック計算部の構成を示すブロック図である。
【０１３６】
また、以下の第２実施形態においては、メトリック計算部以外の構成は第１実施形態の光メモリシステムＳと同様であるので、細部の説明は省略する。
【０１３７】
上述した第１実施形態では、上記式（１）に基づいてノードメトリック及びパスメトリックを算出したビタビアルゴリズムを適用したが、第２実施形態では上記式（２）に基づいてノードメトリック及びパスメトリックを算出する。すなわち、直前の時刻におけるパスメトリックについては（図６ステップＳ４参照）、その値が最大であるパスメトリックをその直前の時刻におけるパスメトリックとして選択し、更に、ノードメトリックの計算（図６ステップＳ７参照）においては、予測ブロックにおける「１」に対応する画素に対応する受信ブロックの画素からのＣＣＤ検出信号Ｓｐを加算してノードメトリックを算出する。
【０１３８】
このため、第２実施形態のメトリック計算部３０’においては、図９に示すように、加算器４１はノードＳ0のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ0に対応するバランスコードが「００１１」であることから、上記式（２）によりノードメトリックＮＭ(i,0)を算出すべく、バランスコードの第３ビット「１」に対応する受信信号Ｓ2（式（１）においてＰread(i,2|Ｐref(0,2)＝１)に相当する。）と、同じく第４ビット「１」に対応する受信信号Ｓ3(式（１）においてＰread(i,3|Ｐref(0,3)＝１)に相当する。）とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs0とする。
【０１３９】
次に、加算器４２はノードＳ1のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ1に対応するバランスコードが「０１０１」であることから、上記式（２）によりノードメトリックＮＭ(i,1)を算出すべく、バランスコードの第２ビット「１」に対応する受信信号Ｓ1（式（１）においてＰread(i,1|Ｐref(0,1)＝１)に相当する。）と、同じく第４ビット「１」に対応する受信信号Ｓ3とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs1とする。
【０１４０】
加算器４３はノードＳ2のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ2に対応するバランスコードが「０１１０」であることから、上記式（２）によりノードメトリックＮＭ(i,2)を算出すべく、バランスコードの第２ビット「１」に対応する受信信号Ｓ1と、同じく第３ビット「１」に対応する受信信号Ｓ2とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs2とする。
【０１４１】
加算器４４はノードＳ3のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ3に対応するバランスコードが「１００１」であることから、上記式（２）によりノードメトリックＮＭ(i,3)を算出すべく、バランスコードの第１ビット「１」に対応する受信信号Ｓ0（式（１）においてＰread(i,0|Ｐref(0,0)＝１)に相当する。）と、同じく第４ビット「１」に対応する受信信号Ｓ3とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs3とする。
【０１４２】
更に、加算器４５はノードＳ4のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ4に対応するバランスコードが「１０１０」であることから、上記式（２）によりノードメトリックＮＭ(i,4)を算出すべく、バランスコードの第１ビット「１」に対応する受信信号Ｓ0と、同じく第３ビット「０」に対応する受信信号Ｓ2とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs4とする。
【０１４３】
最後に、加算器４６はノードＳ5のノードメトリックを生成するためのものであり、当該ノードＳ5に対応するバランスコードが「１１００」であることから、上記式（２）によりノードメトリックＮＭ(i,5)を算出すべく、バランスコードの第１ビット「１」に対応する受信信号Ｓ0と、同じく第２ビット「１」に対応する受信信号Ｓ1とを加算し、その和を上記ノードメトリック信号Ｓs５とする。
【０１４４】
そして、実際の処理においては、上述したように、図６におけるステップＳ４及びＳ７が式（２）に対応して変更され、ビタビ復号処理が実行される。
【０１４５】
その他の処理は第１実施形態の処理と同様であるで細部の説明は省略する。
【０１４６】
以上説明した第２実施形態によっても、基本的に第１実施形態と変わらないビタビ復号の簡略化による効果を得ることができる。
（IV）第３実施形態
次に、本発明に係る他の実施形態である第３実施形態について、図１０を用いて説明する。なお、図１０は第３実施形態に係るメトリック計算部の構成を示すブロック図である。
【０１４７】
また、以下の第３実施形態においては、メトリック計算部以外の構成は第１実施形態の光メモリシステムＳと同様であるので、細部の説明は省略する。
【０１４８】
上述した第１実施形態では、そのメトリック計算部３０において、各加算器への受信信号Ｓ0乃至Ｓ3の接続態様を変化させることにより各状態毎の予測ブロックの内容に対応したノードメトリックの生成を行ったが、第３実施形態においては、予測ブロックにおけるビットの内容に応じてスイッチを切りかえることにより受信信号Ｓ0乃至Ｓ3の中から加算される受信信号を選択し、これにより、時分割的に、各ノードに対応するノードメトリック信号Ｓs0乃至Ｓs 5を生成する。
【０１４９】
このため、第３実施形態のメトリック計算部３０”は、スイッチ５３乃至５６と、ゼロレベル発生器５１と、予測ブロックメモリ５２と、加算器５０と、により構成されている。
【０１５０】
このとき、各受信信号Ｓ0乃至Ｓ3は夫々別個にスイッチ５３乃至５６の一方の端子に接続されており、更に、ゼロレベル発生器５１からのゼロレベル信号Ｓcz（常にゼロレベルを有している。）は夫々にスイッチ５３乃至５６の他方の端子に接続されている。
【０１５１】
そして、各スイッチ５３乃至５６は、予測ブロックメモリ５２からの各制御信号Ｓc0乃至Ｓc3が「ＨＩＧＨ」レベルのときに夫々受信信号Ｓ0乃至Ｓ3側に切り換えられ、「ＨＩＧＨ」レベルでないときにゼロレベル信号Ｓcz側に切り換えられる。
【０１５２】
このとき、予測ブロックメモリ５２は、各ノード毎の予測ブロックを記憶しており、各ノードに対応する予測ブロックの夫々において、対応するバランスコードにおける第１ビット（予測ブロックにおける左上のビット）が「０」のときに「ＨＩＧＨ」レベルとなる上記制御信号Ｓc0を生成してスイッチ５３へ出力し、対応するバランスコードにおける第２ビット（予測ブロックにおける左下のビット）が「０」のときに「ＨＩＧＨ」レベルとなる上記制御信号Ｓc1を生成してスイッチ５４へ出力し、対応するバランスコードにおける第３ビット（予測ブロックにおける右上のビット）が「０」のときに「ＨＩＧＨ」レベルとなる上記制御信号Ｓc2を生成してスイッチ５５へ出力し、対応するバランスコードにおける第４ビット（予測ブロックにおける右下のビット）が「０」のときに「ＨＩＧＨ」レベルとなる上記制御信号Ｓc3を生成してスイッチ５６へ出力する。
【０１５３】
そして、加算器５０は、各スイッチ５３乃至５６から出力されるスイッチ信号Ｓsw0乃至Ｓsw3を加算し、上記ノードメトリック信号Ｓs0乃至Ｓs5を相互に時分割的に出力する。
【０１５４】
より具体的には、ノードメトリック信号Ｓs0を生成するタイミングにおいては、ノードＳ0に対応するバランスコードが「００１１」であることから、制御信号Ｓc0及びＳc1が「ＨＩＧＨ」レベルとなり、これにより、受信信号Ｓ0及びＳ1が夫々スイッチ信号Ｓsw0及びＳsw1として加算器５０へ出力される。このとき、スイッチ信号Ｓsw2及びＳsw3としてはゼロレベル信号Ｓczがそのまま出力されるので、結果として、ノードメトリック信号Ｓs0としては、第１実施形態の場合と同様に、受信信号Ｓ0と受信信号Ｓ1とが加算されたものが出力される。
【０１５５】
一方、ノードメトリック信号Ｓs1を生成するタイミングにおいては、ノードＳ1に対応するバランスコードが「０１０１」であることから、制御信号Ｓc0及びＳc2が「ＨＩＧＨ」レベルとなり、これにより、受信信号Ｓ0及びＳ2が夫々スイッチ信号Ｓsw0及びＳsw2として加算器５０へ出力される。このとき、スイッチ信号Ｓsw1及びＳsw3としてはゼロレベル信号Ｓczがそのまま出力されるので、結果として、ノードメトリック信号Ｓs1としては、第１実施形態の場合と同様に、受信信号Ｓ0と受信信号Ｓ2とが加算されたものが出力される。
【０１５６】
以下、同様にして、ノードメトリック信号Ｓs2を生成するタイミングにおいては、ノードＳ2に対応するバランスコードが「０１１０」であることから、制御信号Ｓc0及びＳc3が「ＨＩＧＨ」レベルとなり、結果として、受信信号Ｓ0と受信信号Ｓ3とが加算されたものがノードメトリック信号Ｓs２として出力される。
【０１５７】
更に、ノードメトリック信号Ｓs3を生成するタイミングにおいては、ノードＳ3に対応するバランスコードが「１００１」であることから、制御信号Ｓc1及びＳc2が「ＨＩＧＨ」レベルとなり、結果として、受信信号Ｓ1と受信信号Ｓ2が加算されたものがノードメトリック信号Ｓs3として出力される。
【０１５８】
また、ノードメトリック信号Ｓs4を生成するタイミングにおいては、ノードＳ4に対応するバランスコードが「１０１０」であることから、制御信号Ｓc1及びＳc3が「ＨＩＧＨ」レベルとなり、結果として、受信信号Ｓ1と受信信号Ｓ3とが加算されたものがノードメトリック信号Ｓs4として出力される。
【０１５９】
最後に、ノードメトリック信号Ｓs5を生成するタイミングにおいては、ノードＳ5に対応するバランスコードが「１１００」であることから、制御信号Ｓc2及びＳc3が「ＨＩＧＨ」レベルとなり、結果として、受信信号Ｓ2と受信信号Ｓ3とが加算されたものがノードメトリック信号Ｓs5として出力される。
【０１６０】
そして、第３実施形態の加算比較選択部においては、全てのノードメトリック信号が出そろってからパスメトリックの生成に移行する。
【０１６１】
その他の処理は第１実施形態の処理と同様であるで細部の説明は省略する。
【０１６２】
以上説明した第３実施形態によれば、基本的に第１実施形態と変わらないビタビ復号の簡略化による効果を得ることができると共に、回路構成に必要な面積を低減させることができるという効果を奏する。
【０１６３】
なお、上記第３実施形態において、上記第２実施形態と同様の処理によりノードメトリック及びパスメトリックを生成する場合には、上記各制御信号Ｓc0乃至Ｓc3における論理を逆にする、すなわち、各ノードに対応する予測ブロックの夫々において、対応するバランスコードにおける第１ビット乃至第４ビットが夫々に「１」であるときに夫々に「ＨＩＧＨ」レベルとなる上記制御信号Ｓc0乃至Ｓc3を生成して夫々スイッチ５３乃至５６へ出力するように構成すればよい。
【０１６４】
なお、上述の各実施形態においては、上記２：４バランス変調法により変調された場合について説明したが、これ以外に、例えば、５ビットのディジタル情報を８個の画素を有する受信ブロック及び予測ブロックを用いて記録再生する５：８バランス変調法等に対しても本発明は適用することができる。
【０１６５】
また、上述の各実施形態においては、ＣＣＤ素子６において一度に受光した再生信号光Ｌrに対応するＣＣＤ検出信号Ｓpを一画面分のみ一度にメモリ２０に記憶し、その記憶したＣＣＤ検出信号Ｓpのうち一の受信ブロックに対応するＣＣＤ検出信号Ｓpを当該受信ブロック毎に順次読み出し、当該メモリ２０から読み出した時系列に沿って本発明のビタビ復号処理を施したが、これ以外に、ＣＣＤ検出信号Ｓpを複数画面分メモリ２０に記憶しておき、各画面内における同じ位置の受信ブロックに対して、当該複数画面が形成された時系列に沿って本発明のビタビ復号処理を施す構成とすることもできる。
【０１６６】
【実施例】
次に、上述した第１実施形態の場合について、２：４バランス変調法及び５：８バランス変調法を用いた場合のエラーレートに関する効果を具体的に図１１を用いて説明する。なお、図１１は上記２：４バランス変調法（図１１中菱形で示す。）及び５：８バランス変調法（図１１中正方形で示す。）を用いた場合のエラーレートの変化と上記従来の差分コーディング法（図１１中三角形で示す。）を用いた場合のエラーレートの比較を示すものであり、その縦軸はビットエラーレートを示し、その横軸は光振幅に換算したＳ／Ｎ（Signal/Noise）比を示している。
【０１６７】
図１１から明らかなように、２：４バランス変調法に本発明を組み合わせた場合には、差分コーディング法と同じ利用効率ではあるがそのエラーレートは半分に抑制されている。
【０１６８】
一方、５：８バランス変調法に本発明を組み合わせた場合には、エラーレートを差分コーディング法と同程度に抑制しつつ、利用効率については差分コーディング法に対し５／４倍とすることができることが判る。すなわち、一般に、符号化効率を向上させた場合には、対応するエラーレートは悪化することとなるが、本発明を用いることにより、５：８バランス変調法を用いた場合でも差分コーディング法を用いる場合と同程度のエラーレートに抑制することができる。
【０１６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、一の画素ブロック内の異なる記録レベルを有する画素の数同士の比を全ての画素ブロックについて同じとして予め設定されている当該異なる記録レベルを有する画素の配置態様と当該画素毎の検出信号に基づいてビタビ復号方式によりディジタル情報を再生するので、当該変調方法に適合すると共に簡易な構成で精度よくディジタル情報を再生することができる。
【０１７０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、加算処理及び選択処理のみで対象状態に対応するメトリックを算出できるので、いわゆる二乗計算をすることなくメトリックを算出でき、簡易な構成で精度よくディジタル情報を再生することができる。
【０１７１】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、一の画素ブロック内に含まれる画素の数が４以上であるので、再生精度を低減することなく簡易な処理でディジタル情報を再生することができる。
【０１７２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、二次元ホログラフィックメモリから二次元的に記録されているディジタル情報再生する際に、簡易な処理で再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図であり、（ａ）は受信ブロックの例を説明する図であり、（ｂ）は予測ブロックの例を説明する図である。
【図２】ブランチの選択を説明する図である。
【図３】第１実施形態の光メモリシステムの概要構成を示すブロック図である。
【図４】ビタビ検出器の構成を示すブロック図であり、（ａ）はビタビ検出器の細部構成を示すブロック図であり、（ｂ）は復号部の細部構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態のメトリック計算部の細部構成を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態のビタビ復号処理を示すフローチャートである。
【図７】ビタビ復号処理の流れを例示する図（Ｉ）であり、（ａ）はブランチ計算段階を示す図であり、（ｂ）はブランチ選択段階を示す図である。
【図８】ビタビ復号処理の流れを例示する図（II）であり、（ａ）はパス選択段階を示す図であり、（ｂ）はノード決定段階を示す図である。
【図９】第２実施形態のメトリック計算部の細部構成を示すブロック図である。
【図１０】第３実施形態のメトリック計算部の細部構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の効果を示すグラフ図である。
【図１２】一般的なビタビ復号処理の流れを例示する図である。
【符号の説明】
１…液晶空間光変調器
２、５…レンズ
３…光メモリ
４…Ｙθステージ
６…ＣＣＤ素子
７、１８…ミラー
８…アナモフィック光学系
９…ＣＰＵ
１０…ビタビ検出器
１１、２０…メモリ
１４、１５…シャッタ
１６…アルゴンレーザ
１７…ハーフミラー
２１…復号部
３０、３０’、３０”…メトリック計算部
３１…加算比較選択部
３２…パスメモリ
３３…パス選択部
３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、５０…加算器
５１…ゼロレベル発生器
５２…予測ブロックメモリ
Ｓ…光メモリシステム
Ｂi…受信ブロック
Ｅ…予測ブロック
Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4、Ｓ5…ノード
Ｓcl1、Ｓcl2、Ｓcd、Ｓc0、Ｓc1、Ｓc2、Ｓc3…制御信号
Ｓz…メモリ信号
Ｓp…ＣＣＤ検出信号
Ｓout…出力信号
Ｓin…入力信号
Ｓ0、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3…受信信号
Ｓs0、Ｓs1、Ｓs2、Ｓs3、Ｓs4、Ｓs5…ノードメトリック信号
Ｓpm…パスメトリック信号
Ｓdp…メトリック信号
Ｓcz…ゼロレベル信号
Ｓsw0、Ｓsw1、Ｓsw2、Ｓsw3…スイッチ信号
Ｌa、Ｌb…アルゴンレーザ光
Ｌs…信号光
Ｌp…再生信号光
Ｌr…参照光
【図１】
0003909508.tif 000010
【図２】
0003909508.tif 000011
【図３】
0003909508.tif 000012
【図４】
0003909508.tif 000013
【図５】
0003909508.tif 000014
【図６】
0003909508.tif 000015
【図７】
0003909508.tif 000016
【図８】
0003909508.tif 000017
【図９】
0003909508.tif 000018
【図１０】
0003909508.tif 000019
【図１１】
0003909508.tif 000020
【図１２】
0003909508.tif 000021