(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１６ビットのデータを１７ビットの符号語ビット列に符号化する磁気記録再生装置に用いる符号化方法であって、上記１６ビットのデータを受け取り、１つの符号語ビット列において、１の連続数が常に３以下であり、かつ、最上位ビットからの１の連続数が常に２以下であり、かつ、最下位ビットまでの１の連続数が常に２以下であり、かつ、０の連続数が常に１０以下である上記１７ビットの符号語ビット列に符号化することを特徴とする磁気記録再生装置に用いる符号化方法。
【請求項２】
請求項1に記載の符号化方法により符号化された、第１の符号語ビット列とこれに続く第２の符号語ビット列に対して、前記第１の符号語ビット列の最下位ビット側の４ビットと前記第２の符号語ビット列の最上位ビット側の４ビットとを入力し、符号化を行う磁気記録再生装置に用いる符号化方法であって、
前記第１の符号語ビット列の最下位ビットまでの１の連続数が２であり、かつ前記第２の符号語ビット列の最上位ビットからの１の連続数が２である場合、前記第１の符号語ビット列の最下位までの３ビットないしは前記第２の符号語ビット列の最上位からの３ビットのどちらかをすべて１である符号語の組み合わせに変換し、前記第１の符号語ビット列と前記第２の符号語ビット列の連続する部分において、１の連続数が常に３以下である１７ビットの符号語ビット列に符号化することを特徴とする磁気記録再生装置に用いる符号化方法。
【請求項３】
請求項1に記載の符号化方法により符号化された、第１の符号語ビット列とこれに続く第２の符号語ビット列に対して、前記第１の符号語ビット列の最下位ビット側の４ビットと前記第２の符号語ビット列の最上位ビット側の４ビットとを入力し、符号化を行う磁気記録再生装置に用いる符号化方法であって、
前記第１の符号語ビット列の最下位ビットまでの０の連続数が４であり、または、前記第２の符号語ビット列の最上位ビットからの０の連続数が４である場合、前記第１の符号語ビット列の最下位までの３ビットないしは前記第２の符号語ビット列の最上位からの３ビットのどちらかをすべて１である符号語の組み合わせに変換し、前記第１の符号語ビット列と前記第２の符号語ビット列の連続する部分において、１の連続数が常に３以下で、かつ、０の連続数が常に１１以下である１７ビットの符号語ビット列に符号化することを特徴とする磁気記録再生装置に用いる符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
データを符号化して記録し再生と復号を行う装置に関し、特にデータの符号化と復号の方法および回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、記録再生装置にデータを符号化して記録し、再生と復号を行う装置において、記録するデータを符号に変換するに際し、再生信号からの復号誤りの少ない符号化方法および復号方法とその回路に関する。
【０００３】
発明の理解のために、従来技術について簡単に述べる。これらは、ビタビ復号とトレリス表現、パーシャル・レスポンス・チャネル、に関する説明を含む。以下、磁気記録チャネルを例として説明する。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に類似している。また、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（（１＋Ｄ）のｎ乗）(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。符号間干渉が(1-D)(1+D)でモデル化されるチャネルは、１および０（あるいは一般的に＋ａ，−ａ）の２進符号は、＋１，０および−１（あるいは、＋ｃ，０，−ｃ）の３値出力となる。また、インパルス応答が(1-D)(1+D)＾２でモデル化されるチャネルは拡張ＰＲ４あるいはＥＰＲ４と呼ばれ、１および０（あるいは一般的に＋ａ，−ａ）の２進符号は＋２，＋１，０，−１，−２（あるいは、＋２ｃ，＋ｃ，０，−ｃ，−２ｃ）の５値出力となる。さらに、インパルス応答が(1-D)(1+D)＾３でモデル化されるチャネルは拡張ＥＰＲ４あるいはＥＥＰＲ４と呼ばれ、１および０（あるいは一般的に＋ａ，−ａ）の２進符号は＋３、＋２、＋１，０，−１，−２、−３（あるいは、＋３ｃ、＋２ｃ，＋ｃ，０，−ｃ，−２ｃ、−３ｃ）の７値出力となる。
【０００４】
以上のように、磁気記録チャネルでは２進符号が３値、５値あるいは７値の信号に変換される。この３値、５値あるいは７値の信号系列から１および０の２進符号を生成するようにビタビ復号される。
【０００５】
ビタビ復号は、Ｎ状態（畳み込み符号の符号器の記憶メモリ長をｍとした時に２のｍ−１乗となる）を持つ任意の有限状態マシン（finite state machine）として表現できる。この有限状態マシンのある時刻ｋの状態（Ｎ個）を縦方向にならべたノードで表現し、各状態から時刻（ｋ＋１）の各状態への遷移をブランチとして表現する２次元グラフの形式をトレリス線図という。
【０００６】
ビタビ復号はトレリス線図上で最短パスを探索するのに用いられ、多段決定過程に対する動的プログラミング問題と等価となる。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】
磁気記録においては、記録されたデータと同時にデータのサンプリングを行うタイミングも再生信号から抽出する必要がある。このため、一定のデータビット数以上は０が継続しない、つまり０のランレングスが一定数以下の符号に変換して記録するのが一般的である。このような符号として８／９ＧＣＲ符号あるいは１６／１７ＧＣＲ符号が知られている。一方、ビタビ復号では記録符号が持つ符号間の距離によって復号誤り率が決まる。しかしながら、ランレングスが短く、しかも符号間の距離の大きい符号を構成することが困難であるという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、符号間の距離が大きく、しかもランレングスの短い記録符号を提供し、ひいては復号誤り率の低い記録再生装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、符号間の距離が大きく、しかもランレングスの短い符号を用いて記録・再生を行うことによって達成される。
【００１０】
本発明による符号化方法および回路は、（ａ）データを記録符号に変換する符号化器と、（ｂ）復号結果を元のデータに変換する復号器と、を含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による記録再生装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明を用いた磁気記録再生装置を示す。磁気記録再生装置内部１０はデータが書き込まれれている磁気ディスク円盤２０、ディスク円盤２０を回転させるスピンドルモータ３０、ディスク円盤２０からデータの読み出しを行うヘッド４０、ヘッド４０を支えるアーム３５、ヘッド４０を移動させるためのボイスコイルモータ４５、ヘッドからの信号を増幅するリードライトアンプ５０からなる。
【００１２】
また、磁気記録再生装置電子回路部６０は、ホスト等の情報処理装置に接続するためのインターフェイス７０、インターフェイス７０の入出力を制御するインターフェイス制御回路７５、データの受け渡し及びフォーマット等の制御をする磁気ディスクコントローラ８０、マイコン８５、リードライトアンプ５０からの信号を処理する信号処理回路９０、スピンドルモータ３０を制御するためのスピンドル制御回路９５、ボイスコイルモータ４５を制御するボイスコイルモータ制御回路９８からなる。
【００１３】
本発明の適用対象となる磁気記録・再生装置の信号の流れの概略を、図２を参照して説明する。なお、本実施形態ではデータの記録および再生が可能な装置に含まれるデジタル信号復号装置について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばデータの再生専用装置等に含まれるデジタル信号復号装置にも適用することができる。
【００１４】
磁気記録・再生装置１００は、コンピュータ等のホスト装置１１０から出力されたデータを記録媒体１５０に記録すると共に、該記録媒体１５０に記録されたデータを読み出しホスト装置１１０へ出力する。磁気記録・再生装置１００は、例えば図２に示すように、データを記録媒体１５０に書き込むための主要な構成として、符号化器１２０、アンプ１３０、及び書き込みヘッド１４０を備え、さらに、データ読み出しのための主要な構成として、読み取りヘッド１６０、プレアンプ１７０、デジタル信号復号装置１８０、復号器１８５、及びエラー訂正回路１９０を備えている。
【００１５】
本発明が適用されるデジタル信号復号装置１８０において、磁気ディスク等の記録媒体１５０から読み取りヘッド１６０によって読み出された信号は、プレアンプ１７０によって増幅されたあと、フィルタ２００によって高周波ノイズが除去される。高周波ノイズが除去された再生信号は、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）２１０によってデジタル信号に変換されたあと、等化回路２２０によって復号のための等化が行われる。ここで、等化とは、再生された信号の振幅特性および位相特性を整形、アナログ的な値を持つデジタル信号を元の“１”あるいは“０”のデジタル信号に識別しやすくすることを指す。
【００１６】
等化された信号は、ビタビ復号回路２３０によってデジタル信号に識別再生され、復号器１８５によって元のデータに変換される。ＶＣＯ２４０は、等化回路２２０の出力を用いて、各部の動作タイミングを決めるクロック信号ＣＬＫ２５０を生成する。
【００１７】
本実施形態では、上述したデジタル信号復号装置１８０において、符号化器１２０と復号器１８５に、以下に説明するような符号を用いることで上述した本発明の目的を達成するものである。
【００１８】
通常の場合、記録再生装置に記録される符号は１バイトと呼ばれる８ビットのデータから構成される。本実施例では、２バイト（１６ビット）のデータを１７ビットの記録データに変換する。
【００１９】
符号のいずれの部分においても０の連続が最大１０ビットであり、しかも１の連続は最大３ビットである符号語を構成する。符号語を構成するにあたり、まず８ビットの符号を考える。符号の先頭においては１が３ビット連続する場合を許し、符号の末尾では１は最大２ビットしか連続しないとすると、１０進数に変換して符号を表わすと図３に示す１９３個の符号となる。図３に示した符号語を分類すると図４のようになる。図４に示した(i)から(vii)の符号の条件とそれぞれの個数は以下の通りである。
【００２０】
(i)  先頭から０の連続が４個以下    186個
(ii) 先頭から０の連続が３個以下    179個
(iii)先頭から０の連続が2個以下     166個
(iv) 先頭から０の連続が１個以下    141個
(v)  先頭から１の連続が１個以下    152個
(vi) 先頭が０                      100個
(vii)先頭が１１０                  27個
以上の７種類の符号を組み合わせてランレングスが１０以下の符号を構成する。以下では、上記の７種類の符号を反転した符号を(i')のごとく表わす。
【００２１】
ランレングスが１０以下であり、先頭と末尾での１の連続は2個以下、符号の内部での１の連続は３個以下の符号語は以下の組み合わせで構成できる。ここに、（ ）と（ ）の間の数字は１６ビットを１７ビットに変換する際に挿入する中心のビットの値である。
【００２２】
0004058153.tif 000002
以上合計で65546個の符号語があり、１６ビットのデータの符号化に必要な65536個以上の符号語がある。
【００２３】
上記の符号語をデータに割り付ける。割り付けは２バイトのデータの第１バイト（＃０バイト）と第２バイト（＃１バイト）の値に対してできるだけ対称となるようにする。
【００２４】
第１ステップでは、まず、次のように(a)の符号語と(f)の符号語の一部を割り付ける。残りは、データが14560個、符号語が14570個となる。なお、符号の番号は図３に示した符号の番号であり、(a)〜(f)は前記符号語の組み合わせを表1に表わす。
【００２５】
【表１】
0004058153.tif 000003
【００２６】
次に第2ステップでは、表２に表わすように、残りの部分に(g)の符号語と(f)の残りの符号語を割り付ける。
【００２７】
【表２】
0004058153.tif 000004
【００２８】
次に第３ステップでは、表３に表わすように残りのデータに残りの符号語(c)を割り付ける。
【００２９】
【表３】
0004058153.tif 000005
【００３０】
次に第４ステップでは、表４に表わすように、残りのデータに残りの符号語のうち(d)を割り付ける。
【００３１】
【表４】
0004058153.tif 000006
【００３２】
最後に第５ステップでは、表5に表わすように残りのデータに残りの符号語(b)と(e)を割り付ける。
【００３３】
【表５】
0004058153.tif 000007
【００３４】
以上をまとめると、符号化は図５のように２バイトのデータの４０個の組み合わせで行うことができる。図５では符号化を行う変換テーブル図３にあわせて符号化される番号で示した。したがって、符号化はまず２バイトのデータx0、x1が図５に示したユーザデータのどの範囲にあるかを判定し、右側の値y0、およびy1を求めたあと、x0+y0、とx1+y1番目の符号をそれぞれ図３から検索し、最後に中心ビットとして0または1を図５にしたがって挿入すればよい。
【００３５】
演算子1/(1+D)に従ってプリコードを行った場合、(1-D)(1+D)3という応答を持つEPRMLテャネルで復号した場合、'1100'のビット列が繰り返す符号を用いると、ビタビ復号において復号結果が一意に定まらない場合が発生する。このようなビット列を除くために、前記の手順で符号化を行い、'1100'のビットパターンを含む以下の４個の符号語を、符号化に使用しなかった１０個の符号語の中の適当な符号語に置き換えても良い。置き換えを行う'1100'のビット列を含む符号語は以下の４個である。
【００３６】
00110011001100110
01100110011001100
11001100110011001
10011001100110011                                （数１）
以上の方法で符号化を行った場合、１７ビットの符号の下位２ビットが１であり、それに続く１７ビットの符号の上位２ビットが１の場合、符号の接続部において１が4個連続することになる。このようなビット列を、１が３回以上連続しない符号とするために、符号と符号の接続部で次のような変換を行う。
【００３７】
...0011,1100...  →  ...0111,0100...
...0011,1101...  →  ...0111,0101...
...1011,1100...  →  ...1010,1110...
...1011,1101...  →  ...1000,1110...              （数２）
つまり、第１の符号で下位２ビットが１であり、第２の符号で上位２ビットが１以上である場合、第１の符号の最下位３ビットないしは第２の符号最上位３ビットが１であるビット列に変換する。本実施例で述べた符号化方法では符号の最上位３ビットまたは最下位３ビットが１１１となる符号はないため、ビタビ復号後に、符号の最上位ビットあるいは最下位ビットに数２の右側のビットパターンが現れた場合は左側のビットパターンに逆変換してから１６／１７符号の復号を行えば良い。
【００３８】
さらに、以上の方法で符号化を行った場合、１７ビットの符号の下位１０ビットが０であり、それに続く１７ビットの符号の上位１０ビットが０の場合、０のランレングスは最大２０となる。このような長いランレングスを解消するために、符号と符号の接続部分で次のような変換を行う。
【００３９】
...0000,0000...  →  ...0010,1110...
...0000,0001...  →  ...0000,1110...
...0000,0010...  →  ...0111,0010...
...0000,0011...  →  ...0111,0110...
...1000,0000...  →  ...0111,0000...
...0100,0000...  →  ...0100,1110...
...1100,0000...  →  ...0110,1110...              （数３）
つまり、第１の符号の最下位４ビットがすべて０、ないしは第２の符号で上位４ビットがすべて０である場合、第１の符号の最下位３ビットないしは第２の符号の最上位３ビットがすべて１であるビット列に変換する。本実施例で述べた符号化方法では符号の最上位ビット３ビットまたは最下位３ビットが１１１となる場合はなく、しかも数２の変換と数３の変換に重複はないため、ビタビ復号後に、数３の右側のビットパターンが現れた場合は左側のビットに逆変換してから１６／１７符号の復号を行えば良い。
【００４０】
以上で述べた符号語の接続部の変換により、０の連続数が１個だけ増加する場合がある。したがって、接続部の変換を行って記録される連続した符号語における０の連続は最大１１個となる。
【００４１】
符号化器１２０の回路を図６を用いて説明する。まず８ビット（１バイト）のデータx0が遅延素子（Dと略す）３６０と比較器３００に入力される。比較器３００ではデータx0の値が図４に対応したどの範囲に入っているかを判定するための比較が行われる。具体的には、以下の２０個の定数値との比較が行われる。
【００４２】
41， 82， 85， 88， 91， 94， 96， 98，100，101，102，103，104，186，213，235，236，249，250，254
データx0より１クロック遅れてデータx1が比較器３００に入力され、x0と同様に前記の２０個の定数値との比較が行われる。次のクロックでデータx0およびデータx1に対する比較結果がデコーダ３１０に入力される。デコーダ３１０は図５に示した符号付き８ビットの値y0、y1および中心ビットの値１ビットを出力する。遅延素子３６３と３６５によってタイミングを調整されたデータx0、x1とデコーダの出力y0、y1がそれぞれ加算器（ADDと略す）３２０と３３０で加算され１７ビットの符号の前半部と後半部の８ビットの符号の番号が生成される。選択器（SELと略す）３４０でまずx0+y0が選択され、デコーダ３５０によって図３に示したテーブル（１０進数で示している）の８ビットのデータが出力される。次のクロックで選択器３４０はx1+y1を選択し、デコーダ３５０はx1+y1に対応する８ビットのデータを出力する。中心の１ビットのデータと、x0+y0およびx1+y1に対応した８ビットのデータは遅延素子３６８と３６７によってタイミングを調整され、ラッチ（LTと略す）３７０に格納される。ラッチ３７０のデータは１クロック毎に順次ラッチ３７５、ラッチ３７６に送られ、ラッチ３７６から１７ビットのデータが記録データとして出力される。ラッチ３７５に格納された１７ビットのデータの上位４ビットと、ラッチ３７６に格納された１７ビットのデータの下位４ビットはビット補正回路３８０に接続されており、それぞれのビットが数２の左側に示した条件を満足した場合、ラッチ３７５と３７６内のデータパターンが数２の右側のパターンに変換される。数３に示したデータパターンの場合も数３に従って同様なデータの変換が実行される。
【００４３】
図６に示したエンコーダの実施例では、データの上位８ビットと下位８ビットに対して一つの比較器３００およびデコーダ３１０を用いたが、別々の比較器およびデコーダを設けても良いことは勿論である。
【００４４】
次に、復号器１８５について説明する。復号器１８５は図２に示すようにビタビ復号回路２３０の１７ビットの出力を元の１６ビット（２バイト）のデータに変換する。まず、１７ビットのデータをs0（前半の８ビット）と中心の1ビットとs1（後半の８ビット）に分割し、s0とs1の値を図７のテーブルに従って変換する。図７は復号されたデータから得られたs0とs1を図７に示したテーブルに従ってデータの番号z0およびz1にそれぞれ変換するものである。図７では図３に含まれないデータは10進数で255としている。変換されたデータz0とz1および中心の１ビットのデータから図８に従って補正値r0およびr1を求める。具体的には、データz0とz1に対しそれぞれ以下の２５個の定数値と比較が行われ、図８の該当する値の範囲から補正値r0およびr1が求められる。
【００４５】
1，  2，  4，  6，  7， 14， 27， 41， 50， 52， 57， 82， 93，100，109，122，
136，143，152，179，185，186，191，192，193
補正値r0、r1とz0、z1を加算すると、図５のy0とy1からx0とx1への変換に相当する変換が行われ、r0+z0が元の1番目のデータ、r1+z1が元の２番目のデータとなる。
【００４６】
復号器１８５の構成を図９を用いて説明する。復号回路２３０から送られる復号結果はラッチ４９０に入る。ラッチ４９０のデータは、ラッチ４９１を介してラッチ４００に出力される。ラッチ４９０と４９１では、ラッチ４９０内の上位４ビットとラッチ４９１内の下位４ビットがビット補正回路４９５に接続されており、それぞれのビットパターンが数２の右側に示した条件と一致した場合はラッチ４９０と４９１内のデータパターンが数２の左側のパターンに逆変換がされ、数３に示したデータパターンの場合も数３に従って同様なデータの逆変換が行われる。ラッチ４００内の上位８ビットが選択器４１０により選択されデコーダ４２０に送られる。デコーダ４２０では上位８ビットの値が図７にしたがってデコードされラッチ４８５に格納される。次のクロックでラッチ４８５内の値が前記２５個の定数値と比較され遅延素子４８３に保持される。ラッチ４００内の下位８ビットのデータは遅延素子４８０を介して１クロック遅延された後、選択器４１０に送られ、デコーダ４２０で図７に従ってデコードが行われる。デコード結果はラッチ４８５を介して比較器４３０に送られ、前記２５個の定数値と比較される。遅延素子483で１クロック遅延された上位８ビットの比較器４３０の出力と、下位８ビットの比較器430の出力と、遅延素子４８１および４８２でタイミングを調整されたラッチ４００内の中心の１ビットがデコーダ４４０に入力され、図８に従って補正値r0およびr1が計算される。デコーダ４４０の出力は、遅延素子４８４でタイミングを調整された復号器デコーダ４２０の出力と加算される。つまり、加算器４５０では上位８ビットに対するz0+r0が計算され、加算器４６０では下位８ビットに対するz1+r1が計算される。加算器４５０と加算器４６０の出力はラッチ４７０に格納されたあと、１６ビットのデータとしてエラー訂正回路１９０に送られる。
【００４７】
図９に示した復号器の実施例では、データの上位８ビットと下位８ビットに対して一つのデコーダ４２０および比較器４３０を用いたが、別々のデコーダおよび比較器を設けても良いことは勿論である。
【００４８】
本実施例においては磁気記録再生装置を例として説明を行ったが、光磁気記録再生装置あるいは再生専用の装置にも全く同様に用いることができることは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＮＲＺ法等に特に適した符号化方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象である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信号の概略流れ図である。
【図３】符号化器における符号語の要素と等価な１０進表示の数値を示す図である。
【図４】符号化に用いる符号語の要素の分類を示す図である。
【図５】符号化におけるデータの値と符号の番号との対応を示す図である。
【図６】本発明による符号化器の実施例を示す図である。
【図７】復号器における符号語と符号の番号の対応を等価な１０進表示の数値で示した図である。
【図８】復号器における符号の番号とデータとの対応を示す図である。
【図９】本発明による復号器の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０…磁気ディスク装置内部、６０…磁気ディスク電子回路部、１００…磁気記録再生装置、１２０…符号化器、１３０…アンプ、１４０…磁気記録書込ヘッド、１５０…磁気記録媒体、１６０…磁気記録再生ヘッド、１７０…プレアンプ、１８０…ディジタル信号復号装置、１８５…復号器、１９０…エラー訂正回路、２００…フィルタ、２１０…アナログ／ディジタル変換器、２２０…等化回路、２３０…復号回路
【図１】
0004058153.tif 000008
【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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