(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化したデータをデータ記録装置に記録する場合または符号化したデータを通信チャンネルにより送信する場合において、ビット値０及び１がそれぞれ状態非遷移及び状態遷移に対応する８ビット２進データシンボルＸk,k＝1,2,3…,8を受取って９ビットコードワードＹl,l＝1,2,3…,9に符号化する8/9符号化方法であって、
前記９ビットコードワードＹlのうち連続する状態遷移回数が３回以下のものを選択する状態遷移制限段階と、
前記状態遷移制限段階で選択された９ビットコードワードのうち、０のビット値が連続するビット数を示すゼロランレングスが７以下のものを選択するゼロランレングス制限段階と、
前記状態遷移制限段階及び前記ゼロランレングス制限段階から選択された９ビットコードワードを前記８ビット２進データシンボルとマッピングするマッピング段階とを含む符号化方法。
【請求項２】
前記マッピング段階は、
前記８ビット２進データシンボルの最初の４つのビットと最後の４つのビットが状態変化なく最初の４つのビットと最後の４つのビットと対応する９ビットコードデータを選択して、最初および最後の４つのビットを分離する分離段階と、
前記分離段階により分離された９ビットコードワードの中間ビットが"ゼロ"かを判断する判断段階と、
前記判断段階の結果、"ゼロ"なら前記９ビットコードワードの前の４ビットと後の４ビットを各々同一な８ビット２進データシンボルにマッピングし、"ゼロ"でなければ８ビットデータと最も類似した９ビットコードワードを選択してマッピングする段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高密度データを格納可能な記録媒体に対してデータの記録・再生を行う記録装置（以下、貯蔵機器と称す）においてデータを記録/再生のための符号化/復号化方法及びその装置に係り、特にPRML(Partial Response Maximum Likelihood)チャンネルに高密度データを記録/再生するための符号化/復号化方法及びそれに適した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代の情報化戦争に応じて貯蔵機器はさらに大きな記録密度を有するように要求されており、このような流れに貯蔵機器に記録するデータを符号化して記録密度を高めながら再生信号を検出しやすくする動きが活発に進行されている。貯蔵機器は高密度で記録するほど与えられた大きさの貯蔵ディスクにさらに多くの情報を効率よく記録、使用しうるので少ない冗長を与えて記録密度を高め、信号検出を容易にして効果的な符号化を可能にすることが貯蔵機器符号化の目的である。
【０００３】
一般的に貯蔵機器に有用した符号化方法として(d、k)条件を満たすRLL(Run Length Limited)方式が使われるが、これはデータ信号のセルフクロッキング(self-clocking)特性を維持しながら信号検出のために相互干渉を減らすにその目的がある。即ち、"1"と"1"の間の連続される"0"の個数を最小d個、最大k個に制限する符号化方法である。前者dは信号検出を容易にするためのものであり、後者のkは再生信号を復元するに当ってデータのタイミングのためのものである。
【０００４】
このような方式の中、最近用いられる符号化方法としてはコード比(code rate)1/2(2、7)符号化方法、コード比2/3(1、7)符号化方法、コード比8/9(0、3)符号化方法、コード比8/9(0、4/4)符号化方法などがある。コード比1/2(2、7)符号化方法とコード比2/3(1、7)符号化方法は'd'値が各々'2'と'1'なので信号間の干渉を減らせる利点がある。反面、低いコード比を有するため冗長(redundancy)が大きくて同量の使用者データを伝送するために多くのビットを記録すべきなので、8/9 RLL(0、3)、8/9 RLL(0、4/4)のようにコード比の高い符号よりシンボル間の干渉をさらに多発させる。
【０００５】
変調コードを設計するにおける主要素は高いコード比を有させることである。コード比の高い変調コードの長所はチャンネル入力ＳＮ比を高め、少ない冗長を有するのでデータ間の干渉を減らし、高密度記録を可能にする。
一般的に貯蔵機器に記録して再生する過程でチャンネルを実際のチャンネルと類似にモデリングすべきである。貯蔵機器のチャンネル特性は次の数学式1のように表現しうる。
【０００６】
【数１】
0003794803.tif 000002
【０００７】
PRML(Partial Response Maximum Likelihood)方式は入力信号をプリコーディング(precoding)して現在のデータと前のデータとの間に相互コントロールされたISIを有するようにした後、ターゲット応答(target response)を数学式2のように変形してビタービデコーダ(Viterbi decoder)でデータを検出する。
【０００８】
【数２】
0003794803.tif 000003
【０００９】
チャンネル特性がn＝1ほどの信号干渉を有する記録密度においてPRML方法は非常に優秀な検出性能を示す。貯蔵機器は高密度で記録するほどデータ間にISI(Inter Symbol Interference)が激しくなる。このように高密度で相互干渉を減らすためには状態遷移を減らしてISIを少なく発生させる方法がある。このような概念の符号がRLL(1、7)符号であり、これはシンボル間に少なくとも１つのゼロ(zero)を有するように符号化する方法である。しかし、このRLL(1、7)符号は状態遷移を制限する反面、コード比が低いので同量の使用者データを伝送するためにはコード比が8/9のRLL(0、3)符号やRLL(0、4/4)符号より多くのビットを記録すべきなので、記録されたデータ間の間隔が狭くなる。これにより、データ間の干渉が増加して状態遷移を制限することにより得られる利点を失うことになる。
【００１０】
変調コードを設計するに最も重要なのは使用者データ(２進データシンボル)がコードワードにマッピングされる時、高いコード比を有させることである。これはチャンネル入力ＳＮ比(Signal to Noise Ratio)を高めるためである。また、コード比の高い符号は低い符号よりデータ間の干渉を減らして非線形性を減少させ、高密度記録を可能にする。
【００１１】
前記のようにシンボル間干渉を減らす符号化方法の中にはコード比を高める方法と状態遷移の間の間隔をおく方法がある。しかし、この２種の方法は相殺(trade off)関係にある。即ち、コード比を犧牲 にしないで、状態遷移の間に一定間隔以上は置けなく、かつ状態遷移の間に間隔を保ちながらコード比を高めることはできない。前記方法のうち状態遷移の間に間隔をおいてシンボル間の干渉を減らそうとする概念の符号が2/3RLL(1、7)符号である。
【００１２】
その後、他の観点から符号を設計したのが8/9RLL(0、3)符号、8/9RLL(0、4/4)符号である。このような符号化方法はコード比が高くて低いコード比を有する符号化方法より高いチャンネル入力ＳＮ比を有するようにする。また、同量の使用者データを記録するために低いコード比の符号化方法より小さいデータを記録してもよいため、シンボル間の干渉を減らして非線形性を減少させうる。
【００１３】
しかし、次第にデータ貯蔵機器の記録密度が増加する傾向下でシンボル間の干渉の問題はさらに深刻になっている。このように、データ貯蔵機器の高密度記録のために考案された符号化方法が最大状態遷移Run(MTR)符号である。この符号化方法は2/3RLL(1、7)符号の状態遷移間に少なくとも１サンプル以上の間隔で記録する方法を若干許容して最大連続される状態遷移の数を2に制限して記録し、代りにチャンネル入力ＳＮ比に影響を与えるコード比を向上させようとする概念の符号化方法である。したがって、MTR符号化方法はデータ貯蔵機器の高密度記録に適した符号化方法である。
【００１４】
しかし、貯蔵機器はさらに大きな記録密度を有するように要求されており、このような流れに応じて従来のMTR符号化方法よりシンボル間の干渉が少なく、チャンネル入力信号/雑音比（SNR）に影響を与えるコード比率を高めることにより、高密度データの記録/再生のための符号化/復号化が要求される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述した要求に相応するために創出されたものであって、PRMLチャンネルに適した高密度のデータ記録/再生可能な符号化方法を提供するにその目的がする。
本発明の他の目的は上記の符号化方法に適する復号化方法を提供するにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は前記符号化/復号化方法に適する装置を提供するにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る符号化方法は、符号化したデータをデータ記録装置に記録する場合または符号化したデータを通信チャンネルにより送信する場合において、ビット値０及び１がそれぞれ状態非遷移及び状態遷移に対応する８ビット２進データシンボルＸk,k＝1,2,3…,8を受取って９ビットコードワードＹl,l＝1,2,3…,9に符号化する8/9符号化方法であって、前記９ビットコードワードＹlのうち連続する状態遷移回数が３回以下のものを選択する状態遷移制限段階と、前記状態遷移制限段階で選択された９ビットコードワードのうち、０のビット値が連続するビット数を示すゼロランレングスが７以下のものを選択するゼロランレングス制限段階と、前記状態遷移制限段階及び前記ゼロランレングス制限段階から選択された９ビットコードワードを前記８ビット２進データシンボルとマッピングするマッピング段階とを含む符号化方法である。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る符号化方法は請求項１に記載の符号化方法であって、前記マッピング段階は、前記８ビット２進データシンボルの最初の４つのビットと最後の４つのビットが状態変化なく最初の４つのビットと最後の４つのビットと対応する９ビットコードデータを選択して、最初および最後の４つのビットを分離する分離段階と、前記分離段階により分離された９ビットコードワードの中間ビットが"ゼロ"かを判断する判断段階と、前記判断段階の結果、"ゼロ"なら前記９ビットコードワードの前の４ビットと後の４ビットを各々同一な８ビット２進データシンボルにマッピングし、"ゼロ"でなければ８ビットデータと最も類似した９ビットコードワードを選択してマッピングする段階とを含むことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明をさらに詳しく説明する。
まず、本発明による変調コード(modulation code)はMTRパラメータとkパラメータの2個のパラメータにより表現される。即ち、MTRパラメータはチャンネル出力コードビットシーケンスに最大連続状態遷移を示し、本発明ではMTR＝3値を有する。kパラメータは符号化されたシーケンスの最大ランレングスを示し、本発明ではk＝7値を有する。本発明によるコードワードはディスクメモリ装置(disk memory devices）のデジタルデータ磁気記録(digital data magnetic recording)に使用するためのPRMLコード制限(constrain)に関する。エンコーディングとデコーディングされるデータのためのコード制限(code constraint）はML検出をするPR信号システム(signaling system)に適用しうる。この発明によるコード比、MTR、kパラメータの値は各々3、7である。
【００２０】
本発明によるコード比8/9最大連続状態遷移3符号はバイト中心(byte-oriented)の符号化方法であり、最小冗長(minimum redundancy)を有するので、高密度データ貯蔵機器に適した符号化方法である。本発明はコード比8/9最大連続状態遷移を3に制限するコードのエンコーディングとデコーディングに対する最適化された入力と出力とのルックアップテーブル及び簡単化させたコードワード生成関係式を提供することになる。
【００２１】
図1は高密度データの記録/再生のための符号化/復号化システムの構成を示したブロック図である。図1に示したシステムの動作を説明すれば次の通りである。
貯蔵機器に記録される使用者データは圧縮部1及びエラー訂正符号化部2を経て符号化される過程でノイズやその他の多様な信号歪曲を引起こす要因に対した免疫性を有することになる。その後に貯蔵機器のチャンネル特性に適するように変調符号化部3で符号化され、変調されたデータは信号発生器4から信号を発生して書込等化器5で予め補償した後、チャンネルを構成するヘッド/ディスクに記録される。ヘッド/ディスクに記録された信号は再生されて信号を検出しやすく読出等化器6で処理された後、検出器7からエラー確率が最小化されるように信号を検出する。検出器7を通して検出された信号は変調復号化部8、エラー訂正復号化部9、そして伸張部10を通して元の使用者データに復元される。
【００２２】
図2は本発明による最大連続状態遷移3、k＝７コードワードを生成する符号化方法を説明するための流れ図である。
データ貯蔵機器において実際的にシンボル間干渉に最も大きな影響を及ぼすのは状態遷移runが2のときであるため、本発明はこれより少ない比重の状態遷移run3を許容する代わりに、既存のMTR符号化方法よりチャンネル入力ＳＮ比に影響を与えるコード比を高めることにより、データの記録/再生を効率よく行える。コード比が8/9であり、最大連続状態遷移3の本発明の変調コードは高いコード比を有しながら、2/3RLL(1、7)、MTR＝２符号のようにビタビ検出器(Viterbi detector）の経路(path)を減らして検出器の遅延と複雑性(complexity)を減少させる。また、タイミングと利得制御(gain control)のためにk 制約（constraint）が7を有するようにして信号のセルフクロッキング特性を保ちながら信号検出を容易にする。
【００２３】
図2に示された流れ図に基づき本発明を説明すれば次の通りである。
まず、最大状態遷移ラン(MTR)の条件を満たすコードワードを生成する(ステップ２００)。ここで、パラメータMTR＝３、k＝７を有する8−ビット２進データシンボルから9−ビットコードワードに一対一対応できるコードワード257個を提供する。したがって、8ビットの全ての２進データシンボルを9ビットのコードワードにエンコーディングでき、またデコーディングもできる。
【００２４】
本発明では特別な8ビット２進データシンボルと9ビットコードワードへの対応法を導いてリードバックワード対称(read backward symmetry)を保たせ、分割(partition)を通して9ビットのコードワードが8ビットのデータと類似した構造を有するようにする。分割は8ビット２進データと9ビットコードワードとの全体的な一対一対応を簡単にしてエンコーダ/デコーダの複雑性を減らすためのことである。
【００２５】
中間ビット、即ち９ビットコードワードの５番目のビットが１なら、コードワード割当の分割は８ビットデータバイトの前後のビットが変化なく９ビットコードワードの前後の４ビットに各々マッピングされうる８ビットデータバイトのセットを含む。異なる場合には９ビットコードワードは図4のように８ビットデータにマッピングされる。
【００２６】
Yがコード比8/9MTR＝3：k＝7の9ビットコードワードとすればYは次の数学式3のようである。
【００２７】
【数３】
0003794803.tif 000004
【００２８】
ここで、コード比8/9とパラメータMTR＝３の制限を満たすコードワードのグループは全体コーディングされたシーケンスでコードワードの片方の左側端に連続される状態遷移が2以上か、または右側に3以上の連続状態遷移runを有したり、コードワード内に4以上の連続状態遷移を有する9ビットシーケンスを除去することにより生成されうる。このようなMTR＝３制限は次の数学式4のようなboolean関係式で与えられる。
【００２９】
【数４】
0003794803.tif 000005
【００３０】
最大連続"ゼロ"K＝７を満たすコードワードを生成する(ステップ２０２)。ここで、k制限は全てのシーケンスに対して左側端に連続される"ゼロ"の個数が5以上か、または右側端に4以上の"ゼロ"ランレングスを有したり9ビットコードワード内に８以上の"ゼロ"ランレングスを有するコードワードを除去し、次の数学式5により表現される。
【００３１】
【数５】
0003794803.tif 000006
【００３２】
数学式4を満たす9ビットの有効なコードワードは293個であり、最終的に数学式４と数学式５を同時に満たす9ビットコードワードは257個である。したがって、1個の余分なコードワードのみが存在するため効率が高い。この余分なコードワードは所望しないコードワードパターンを除去するための手段やエラー検出及び他の特別な目的としても使用しうる。
【００３３】
５番目のビット（Y5）の値が"ゼロ"なのかを判断する(ステップ２０４)。ここで、9ビットコードワードと入力8ビット２進データシンボルとの間に規則性を与えるための方法として分割という方法を使う。まず、8ビットデータの最初の4個のビットと最後の4個のビットが9ビットコードワードの最初と最後の4個のビットにそのまま変化なくマッピングされる。このような分割で9ビットコードワードの中間ビット、即ち5番目のビットは0なら数学式4と数学式5を満たす9ビットコードワードのうちコードワードの中間ビットが"0"の値を有するコードワードは中間ビットを除けたビットパターンが同一な8ビット２進データシンボルとマッピングさせる(ステップ２０６)。このように8ビット２進データシンボルと9ビットコードワードの対称性を用いた分割により区分される8ビット２進データシンボルと9ビットコードワードの対は143個である。
【００３４】
しかし、ステップ２０４の結果、5番目のビットが"0"でなければ、8ビット２進データシンボルと最も類似した9ビットコードワードを選択する(ステップ２０８)。即ち、ステップ２０８はステップ２０４の結果からマッピングが除外された残り8ビット２進データシンボルを9ビットコードワードとマッピングさせる過程である。即ち、(257-143)個の中間ビットが"1"の9ビットコードワードのうちエンコーダとデコーダの複雑性を減らすため8ビット２進データシンボルと最も類似した9ビットコードワードを選択する。
【００３５】
ルックアップテーブル(Look-up table)を作成し、カルノー図(Karnough Map)で簡単化する(ステップ２１０)。
図3は図2で得られたコード比8/9最大連続状態遷移＝３：k＝７のコードワードを10進数フォームで示した図面である。
図4〜図６は8ビットデータシンボルと9ビットコードワードとの間のルックアップテーブルを示した図面である。
【００３６】
本発明の符号化方法により生成された変調コードは頻繁なノンゼロサンプルを提供してチャンネルのタイミングと利得制御回路(gain control circuit）の性能を向上させる。また、ビタビ検出器が処理する過程の経路を減少させてML検出器の複雑性を制限する。
【００３７】
【発明の効果】
前述したように本発明の符号化方法による8/9最大連続状態遷移3の符号は高いコード比を有しながら、2/3RLL(1、7)、MTR＝２符号のようにビタビ検出器の経路を減らして検出器の遅延と複雑性を減少させる。また、タイミングと利得制御のためにkの制限が7を有するようにして信号のセルフクロッキング特性を保ちながら信号検出を容易にする効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  高密度データの記録/再生のための符号化/復号化装置の構成を示したブロック図である。
【図２】  本発明によるコード比8/9、MTR＝３、K＝７符号を生成する方法を説明するための流れ図である。
【図３】  図2で得られた8/9MTR＝３、k＝７符号を十進数フォームで示したものである。
【図４】  8ビットデータシンボルと9ビットコードワードとの間のルックアップテーブルを示したものである。
【図５】  8ビットデータシンボルと9ビットコードワードとの間のルックアップテーブルを示したものである。
【図６】  8ビットデータシンボルと9ビットコードワードとの間のルックアップテーブルを示したものである。
【図１】
0003794803.tif 000007
【図２】
0003794803.tif 000008
【図３】
0003794803.tif 000009
【図４】
0003794803.tif 000010
【図５】
0003794803.tif 000011
【図６】
0003794803.tif 000012