JP2005332437A

JP2005332437A - 再生信号評価方法及び情報記録再生装置

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Publication number: JP2005332437A
Application number: JP2004147855A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Miyaoka; 康之宮岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-12-02
Also published as: US20060015797A1

Abstract

【課題】最尤復号による２値化結果の誤り率との相関ある指標において、再生信号の極性遷移、即ち、記録マーク列の極性変化に着目した再生信号評価方法を提供する。
【解決手段】最尤復号における所定のユークリッド距離を持つ状態遷移パスの記録系列を、記録系列の記録符号の極性変化に対応して検出し、記録系列における状態遷移パスの分岐から状態遷移パスの合流までの最も確からしい状態遷移パスと２番目に確からしい状態遷移パスとの状態遷移パスの尤度差を求め、尤度差を記録系列の極性変化に対応して個別に統計処理を行い、再生信号品位を評価する。
【選択図】図５

Description

本発明は、パーシャルレスポンス＋ビタビ復号等の最尤復号を採用した再生信号評価方法及び情報記録再生装置に関するものである。

近年、画像情報や音声情報を始めとする各種の情報がディジタル化されるに連れて、ディジタル情報の量が飛躍的に増大してきている。これに伴い、大容量化、高密度化に適した光ディスク及び光ディスク装置の開発が進められている。そして、ディジタル情報の高密度化の進展に伴い、情報の記録再生に伴うパラメータのより高度な制御が要求されるようになってきている。更に、これに伴い再生信号の品位を評価することが、近年特に重要になってきている。

再生信号の評価は、例えば、情報の記録再生時に再生信号品質が最良となるように光ディスク装置の各条件を調整するために用いられ、そのため、より正確に短時間で再生信号の品位を評価することが求められている。

従来、光ディスクまたは光ディスク装置の評価においては、ジッタやビットエラーレート(ＢＥＲ)等が用いられているが、近年、より高密度記録を実現するためのデータ検出方式として最尤復号であるＰＲＭＬ(Partial Response Maximum Liｋelihood )方式が採用されつつある。

このＰＲＭＬ方式に適した評価装置が、例えば、特開平１０−２１６５１号公報に開示されている（特許文献１）。以下、同公報等に記載された光ディスク等の情報記録再生装置の再生信号評価方法に関して説明する。

まず、従来の信号評価装置においては、再生信号の復号をビタビ復号方式で行うものとしている。ここでは、用いる変調符号として、最小ランレングスを１に制限した(１，７)ＲＬＬ符号を採用し、ＰＲＭＬ方式としてＰＲ(１，２，２，１)を採用する場合について説明する。ここで、データ識別点ｋにおける記録ビット系列ｂ(ｋ)で決まる状態Ｓ(ｋ)は、表１に示すようにＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の６状態となる。

各状態は、次の記録ビットに応じて次の状態へと遷移して行く。この状態遷移をブランチと呼ぶ。記録ビットと状態遷移との関係を表２に示す。また、図１は状態遷移図、図２はトレリス線図を示す。

上述のように、ここでは、用いる符号として最小ランレングスを１に制限した(１，７)ＲＬＬ符号を採用している。即ち、最小ランレングスを１に制限しているため、ブランチの数はａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊの１０個となっている。

ＰＲ(１，２，２，１)では、４ビットの記録ビット系列で再生信号レベルが決まるので、その期待値、即ち、ノイズがない理想波形での再生信号レベルを表２に期待値ｙ(ｋ)として記載している。ここでは、理想波形での再生信号レベルの最小値を−３、最大値を３として示している。

ここで、データ識別点ｋにおける各ブランチのブランチメトリック
(ｚ(ｋ)−ｙ(ｋ))^２
を計算する。ｚ(ｋ)はデータ識別点ｋでの再生信号レベルであり、ｙ(ｋ)は再生信号レベルの期待値である。このようにブランチメトリック値は、再生信号レベルとその期待値との差を２乗したものであり、期待値に対する再生信号レベルの２乗誤差を意味している。そして、ブランチメトリック値は、あるひとつの状態に２つのブランチが合流する場合、どちらのブランチを選択するかを決定するために用いられる。一続きのブランチをパスと呼び、選択されたブランチを一続きにつなげたものを生き残りパスと呼ぶ。

ここで、ｋ−１データ識別点における各状態での生き残りパスに対するブランチメトリックの累積値をｍ(ｋ−１)とすると、それにデータ識別点ｋでのブランチメトリック値ｂｍ(ｋ)を加算したものが、データ識別点ｋのブランチメトリック値の累計値となる。上述のようにブランチメトリック値は２乗誤差を意味するので、その累計値は誤差の合計である。よって、
ｍ(ｋ−１)＋ｂｍ(ｋ)
がより小さくなるブランチを選択する。

例えば、データ識別点ｋにおける状態がＳ０となるブランチは、表２よりＳ０からＳ０に遷移するブランチａと、Ｓ５からＳ０に遷移するブランチｂの２つである。ブランチａ、ブランチｂのブランチメトリックの累積値を、それぞれｍＳ０(ｋ−１)、ｍＳ５(ｋ−１)とし、そのブランチメトリックをｂｍａ(ｋ)、ｂｍｂ(ｋ)とすると、データ識別点ｋでのブランチメトリックａ、ブランチメトリックｂの累計値ｍＳ０(ｋ)ａ、ｍＳ０(ｋ)ｂは、それぞれ下記式(６)で表される。

式（６）
ｍＳ０(ｋ)ａ＝ｍＳ０(ｋ−１)＋ｂｍａ(ｋ)
ｍＳ０(ｋ)ｂ＝ｍＳ５(ｋ−１)＋ｂｍｂ(ｋ)
更に、ｍＳ０(ｋ)ａとｍＳ０(ｋ)ｂとの大小比較を行い、その値が小さい方のブランチを選択する。以上が最尤復号であるビタビ復号の再生系列の決定にいたる原理である。

このように選択されて生き残ったパスの記録符号列を再生信号列として情報再生する。ここで、この最尤復号における再生信号の品位に関してみると、最尤復号時のパスの選択におけるブランチメトリック値の累積が理想状態に近ければ近いほど再生信号品位はよい状態にあるということができ、パス合流点におけるブランチメトリックの比較・選択時のメトリック値の差を評価することにより、最尤復号の再生手法に則した再生信号品位の評価が可能となる。

ここで、データ識別点ｋでの正しい状態がＳ０であり、且つ、正しい遷移がａである場合には、
Δｍ(ｋ)＝ｍＳ０(ｋ)ｂ−ｍＳ０(ｋ)ａ
という演算を行い、このΔｍｋをメトリック差と呼ぶ。

また、ｋサンプル時点での正しい状態がＳ０であり、且つ、正しい遷移がｂの場合は、メトリック差Δｍｋは、
Δｍ(ｋ)＝ｍＳ０(ｋ)ａ−ｍＳ０(ｋ)ｂ
となる。

即ち、間違った遷移に対するブランチメトリックの累計値から正しい遷移のブランチメトリックの累計値を減算する。

ここで、復号結果として、選択するブランチが正しいブランチであれば、メトリック差Δｍｋは正の値となるが、誤ったブランチを選択するとメトリック差は負の値となる。

また、メトリック差値は状態遷移パスの分岐から状態遷移パスの合流までのそれぞれのパスの記録符号列間のユークリッド距離によりメトリック差値の分布幅が異なる。

例えば、ＰＲ(１，２，２，１)において、最小ユークリッドは１０となり、この最小ユークリッド距離を持つ２つの記録符号列において、理想状態の再生信号が得られた場合、パスの合流点において正しいパスのメトリック値が“０”、誤りのパスのメトリック値が“１０”となるためにメトリック差値は“１０”になる。

これと同様にユークリッド距離に応じて理想状態におけるメトリック差値の理想値は変化することになる。従って、全再生符号系列に対しメトリック差値を評価すると、パス合流時以前のパスの分岐点までのユークリッド距離に応じてメトリック差の値がばらつき、メトリック差統計分布が正規分布と異なる分布となり、メトリック差による統計処理と誤り率との相関が小さくなってしまう。

よって、メトリック差を評価する記録系列は２つのパス間のユークリッド距離が同じもので、且つ、エラーの発生確率が高いものを対象とすることが望まれる。例えば、上述の公報ではパスの分岐、合流という２つのパス間におけるユークリッド距離が最小のものがこの条件として挙げられている。

これに該当する記録系列のパスの合流点において計算されるメトリック差の分布を図９に示す。メトリック差の分布形状が正規分布で近似できるものとして、正規分布の平均値をμ、標準偏差をσとする。前述のようにメトリック差が負となるのは、エラーの場合、即ち、誤ったブランチを選択した場合なので、メトリック差が負となる確率はビットエラーレート(ＢＥＲ)に等しく、メトリック差値が負となる度数分布の確率を計算することによりＢＥＲを推定することができる。

また、光ディスクまたは光ディスク装置のＢＥＲの絶対値ではなく、再生信号の品質の相対的な良し悪しを知るだけで良い場合には、その指標として標準偏差値σ、平均値μを用いることもできる。標準偏差値σが小さく、且つ、平均値μが理想ユークリッド距離に近い場合、再生信号品位がよい状態となる。

更には、メトリック差値の度数分布の所定閾値以下である個数の割合等によっても、再生信号品位の評価を行うことができる。

また、上記例は記録パターンが既知の場合に関して記したが、記録パターンが未知の場合に関しても同様な手法により、再生信号の品位を評価することが可能と考えられる。この手法は特開２００３−１４１８２３号公報に開示されている（特許文献２）。これによれば、最も確からしい状態遷移のパスのメトリック値：Ｐａと２番目に確からしいパスのメトリック値：Ｐｂにおいてメトリック差値｜Ｐa−Ｐｂ｜を統計処理し、評価することで再生信号品位の評価をすることが可能となる。
特開平１０−２１６５１号公報特開２００３−１４１８２３号公報

上記従来例における再生信号品位の評価方法では、記録再生における装置のパラメータの条件を最適な状態に的確に短時間で導くには不十分であり、最適な記録再生条件を見出すことができないという問題点が浮上してきた。

以下、これについて説明を加える。上述したようにディジタル情報の量が飛躍的に増大しており、これに伴い大容量化、高密度化に適した光ディスク及び光ディスク装置の開発が進められている。

このような状況下の中、光変調記録時の熱的な干渉の影響を低減するために、記録におけるレーザーパルスの点灯形態も複雑化している。特に、オーバーライト可能な光ディスク媒体においては、記録パルス点灯の中に記録マークを形成する役割を持つ記録パルスと、記録マークでない非マークを形成する消去パルスとを併せ持つ記録パルス列を用いて情報の記録が行われている。

また、オーバーライト可能な媒体に拘わらず、より高速でのデータ転送が要求されているために、標準記録レートに対して、２倍、４倍、…、と言った高速対応記録が可能な光ディスクドライブが開発されている。

以上のような、高線密度化対応、高速化対応がなされている中で、再生信号品位の状態も複雑化している。光ディスクの記録またはオーバーライトによる記録マークの形成は記録時のレーザー点灯による媒体の温度分布状態、或いは、温度分布の過渡状態に依存して決定され、記録マークを見た場合、このマークの前端と後端とでは必ずしも同じ状態にはなっていない。このことは、このマークを再生した場合に再生信号にも同様なことが言え、マーク前端における再生信号品位と、マーク後端における再生信号品位とでは異なる状態になり得る。

上述したような、オーバーライト可能な光ディスク媒体では、完全独立ではないものの記録パルス中に記録を司る記録パルスと、消去を司る消去パルスとが存在しており、これら条件次第では、記録マーク前端と記録マーク後端とで信号品位が著しく異なる場合が存在する。

また、高速化対応がなされる場合においても、記録時の線速度が変化し、熱の応答性の影響により標準速の条件に対して単なる記録パワー値の相対変化だけでは、記録マーク前端と記録マーク後端とで信号品位が著しく異なる場合が存在する。特に、オーバーライト可能な相変化媒体においては、熱分布のみならず、温度の分布の過渡状態が記録マークの形成を司っているために記録条件が複雑化してくる。

更に、近年の高密度化に伴い、再生信号の処理技術も高度化しており、特に波形等化技術は必須の技術となりつつある。この波形等化の最適化においても再生信号品位を評価することが重要になっている。

このような再生信号品位の評価が実装置上重要な条件下において、再生信号の極性変化に対応せず、再生信号の極性の如何に拘わらず再生信号品位を評価する従来の手法においては、再生信号品位に関与するパラメータを的確に短時間で最適状態に制御することができないという問題点があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、最尤復号による２値化結果の誤り率との相関ある指標において、再生信号の極性遷移、即ち、記録マーク列の極性変化に着目した再生信号評価方法及び情報記録再生装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、最尤復号を適用する情報再生方法に於いて、最尤復号における所定のユークリッド距離を持つ状態遷移パスの記録系列を、前記記録系列の記録符号の極性変化に対応して検出し、前記記録系列における状態遷移パスの分岐から状態遷移パスの合流までの最も確からしい状態遷移パスと２番目に確からしい状態遷移パスとの状態遷移パスの尤度差を求め、前記尤度差を前記記録系列の極性変化に対応して個別に統計処理を行い、再生信号品位を評価することを特徴とする。

また、本発明は、最尤復号を適用する情報記録再生装置に於いて、最尤復号における所定のユークリッド距離を持つ状態遷移パスの記録系列を、前記記録系列の記録符号の極性変化に対応して検出する手段、前記記録系列における状態遷移パスの分岐から状態遷移パスの合流までの最も確からしい状態遷移パスと２番目に確からしい状態遷移パスとの状態遷移パスの尤度差を求める手段、前記尤度差を前記記録系列の極性変化に対応して個別に統計処理を行う手段、前記統計処理の結果に基づき再生信号品位を評価する手段を持ち、前記再生信号品位の評価手段の結果に基づき、記録または再生に関わる条件を変更することを特徴とする。

本発明によれば、記録ビット列の極性変化、即ち、再生信号の極性変化に対応する再生信号品位を評価することが可能となり、更に、記録ビット列の極性変化、即ち、再生信号の極性変化に対応したそれぞれの再生信号品位を評価することで、記録ビット列の極性変化別に影響を及ぼす各パラメータを個別に最適化することが可能となる。

次に、発明を実施するための最良の形態について添付図面に基づいて説明する。まず、本実施形態においては、ユークリッド距離が最小であるパスの記録系列を例に挙げ、この記録系列に相当する再生信号系列パスの尤度の差を求める処理について説明する。なお、ここでは、パーシャルレスポンス方式での記録／再生を行い、ビタビ復号等の最尤復号を行うＰＲＭＬ(Ｐａｒｔｉａｌ−ＲｅｓｐｏｎｓｅＭａｘｉｍｕｍ−Ｌｉｋｅｈｏｏｄ)方式において、パーシャルレスポンス特性のＰＲ(１,２,２,１)を選び、且つ、ＲＬＬ(１，７)符号等の(ＲｕｎＬｅｎｇｔｈＬｉｍｉｔｅｄ)符号を用い、最小ランレングスを１に制限した場合を例に説明する。

データ識別点ｋにおける記録ビット系列ｂ(ｋ)∋(０，１)で決まる状態は、表１に示すようにＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の６状態になる。各状態は次の記録ビットの値によって次の状態に遷移する。この時の状態遷移を示す状態遷移図を図１、トレリス線図を図２に示す。状態遷移図の図１中には状態遷移の矢印と入力／出力値を示している。ここでは、理想波形での再生信号レベルの最小値を−３、最大値を３として示している。

トレリス線図の図２中の●印が各データ識別点における状態を、●印間の線が記録ビットによる状態遷移を示す。線で示す状態遷移をブランチと呼び、ブランチの識別子としてａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｈの各文字を当てる。各ブランチと、記録ビット系列ｂ（ｋ−３）、ｂ（ｋ−２）、ｂ（ｋ−１）、ｂ（ｋ）、前後の状態Ｓ(ｋ−１)，Ｓ(ｋ)、期待値ｙ(ｋ)、ブランチメトリック値(ｚ(ｋ)−ｙ(ｋ))^２の関係を表２に示す。

ここで、期待値ｙ(ｋ)は、ノイズや歪のない理想再生チャンネルの記録ビット系列ｂ(ｋ)に対する出力を意味し、ここでは理想波形での再生信号レベルの最小値を−３、最大値を３として示している。ｚ(ｋ)はデータ識別点ｋにおける実際の再生系列である。

ブランチメトリック値は、実際の再生系列ｚ(ｋ)と各ブランチの期待値ｙ(ｋ)との差を表わす量であり、ここでは各ブランチの添え字をつけて、ｂｍａ(ｋ)，ｂｍｂ(ｋ)、…等とする。

ここで、図１の状態遷移図、図２のトレリス線図，表２では、(１−７)変調則における最小ランレングスを１に制限した場合の禁止パターン｛…０，１，０…｝，｛…１，０，１…｝に相当するブランチが除かれている。

さて、ビタビ復号においては、図２に示す状態Ｓ０，Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４に合流するブランチ(ａ，ｂ)と(ｃ，ｄ)と(ｆ，ｇ)と(ｈ，ｉ)とを各データ識別点で選択していく。状態Ｓ２，Ｓ５では、ブランチｅ，ｊが選択なしに残る。この結果、途切れることなく残ったひと続きのパスに相当する記録系列を、実際に記録された系列として検出するものである。

この時のパスの選択及び各状態のメトリック値ｍＳｘ(ｋ)は表２のブランチメトリック値の表現を使用し、下記式（１)により表される。
式（１）
ｍＳ０（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ０（ｋ−１）＋ｂｍａ（ｋ），ｍＳ５（ｋ−１）＋ｂｍｂ（ｋ）｝
ｍＳ１（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ０（ｋ−１）＋ｂｍｃ（ｋ），ｍＳ５（ｋ−１）＋ｂｍｄ（ｋ）｝
ｍＳ２（ｋ）＝ｍＳ１（ｋ−１）
ｍＳ３（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ２（ｋ−１）＋ｂｍｆ（ｋ），ｍＳ３（ｋ−１）＋ｂｍｇ（ｋ）｝
ｍＳ４（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ２（ｋ−１）＋ｂｍｈ（ｋ），ｍＳ３（ｋ−１）＋ｂｍｉ（ｋ）｝
ｍＳ５（ｋ）＝ｍＳ４（ｋ−１）
なお、ｍｉｎ｛ｘｘｘ，ｚｚｚ｝は、ｘｘｘまたはｚｚｚのうちの小さい方の値を選択する関数である。

ここで、メトリック値ｍＳ０(ｋ−１)は、データ識別点ｋ−１における状態Ｓ０に残ったパスのブランチメトリックの累積値である。データ識別点ｋにおいては、ブランチａ，ｂからのメトリックの小さい方を選択し、その値をｍＳ０(ｋ) として、次のデータ識別点ｋ＋１での選択に用いる。状態Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４についても同様の処理を行う。状態Ｓ２，Ｓ５については、(１−７)最小ランレングスの制限により、図２のトレリス線図に示すように状態Ｓ１，Ｓ４のメトリック値を選択なしに引き継ぐ。

Ｎビットの真の記録系列に相当するパスを誤ることなく選択した場合のメトリック値は、次の式（２）で表わされる。
式（２）
ｍＳｘ（ｋ）＝Σ（ｚ（ｋ）−ｙ（ｋ））^２、（ｋ＝０，１…Ｎ−１）
ｙ(ｋ)は真の記録系列に相当する真の期待値列である。これをＮ次元ベクトル｛ｙ(ｋ)｝とすると、実際の入力ベクトル｛ｚ(ｋ)｝とのユークリッド距離に相当する。

前述の選択では生き残りパスのメトリックが最小になるように処理するので、ｍＳx(ｋ)は最小値である。従って、記録系列ベクトルに最も距離の近いパスが生き残ることになる。これは式（２）より、実際の再生系列ｚ(ｋ)が真の記録系列に相当する真の期待値列ｙ(ｋ)に一致すれば０、一致しないものが１つでもあれば非零の正の値をとることにより明らかである。

ここで、ある状態Ｓにおけるパスの合流点に着目し、且つ、パスの分岐から合流までのメトリック値に着目する。各状態におけるメトリック値は上述したように実際の入力ベクトル｛ｚ(ｋ)｝と真の期待値列｛y(ｋ)｝とのユークリッド距離に相当するため、どちらかのパスが全て理想値を取った場合に理想値を取るパスのメトリック値は“０”となり、分岐後から合流直前までの他方のパスのメトリック値は真のパスとのユークリッド距離の値となる。したがって、メトリック値の差の絶対値は２つのパス間のユークリッド距離になる。関係が逆の場合もメトリック値が逆転し同様な結果となる。また、両パスにおけるメトリック値が同値になる場合、どちらのパスとも選択し難い状態となり、この時のメトリック値の差の絶対値は“０”となる。更に、データ識別点でのサンプル値が両パスのレベル変化の間にない場合には、メトリック値の差の絶対値は両者のユークリッド距離の値より更に大きな値を取る。

従って、これらパスの分岐から合流までのメトリック値の差の絶対値は、両者のユークリッド距離を挟む分布となり、この値が両パスのユークリッド距離に近いほど信頼性の高いパスの選択となり、ユークリッド距離から離れるほど信頼性の低いパスの選択というように信号品位を評価することが可能となる。

また、これらパスの分岐から合流までのメトリック値の差は、パスの分岐点以前におけるメトリック値の累積値は無視できるために、パスの分岐から合流までの確からしさを知る指標として使用することができる。

また、パスの分岐から合流までのパスメトリック値の差の絶対値を再生信号品質の指標として好適に利用するために、誤る可能性が大きい状態遷移のパターンを検出すれば、より効率よく再生信号品位を評価することができる。それにより、すべての状態遷移のパターンを検出しなくても、誤り率と相関のある指標を得ることができる。

本実施形態においてパスの分岐−合流のパスはユークリッド距離別に見ると、１０、１２、３６となるが、このうち、ユークリッド距離が１２、３６に於いては２ビット以上のエラー、ユークリッド距離が１０の場合は１ビットエラーを意味する。

例えば、ユークリッド距離が１２のものの一例としては、状態遷移の変化のパス分岐・合流として(Ｓ３→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３、Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ３)、が挙げられ、この時、記録パターン列はそれぞれ（１１１１００１１１、１１１００１１１１）となり、４ビット目と６ビット目の相違の２ビットエラーとなっている。

ユークリッド距離が３６のものの一例としては、状態遷移の変化のパス分岐・合流として(Ｓ０→Ｓ０→Ｓ０→Ｓ０→Ｓ０→Ｓ０、Ｓ０→Ｓ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ０)、が挙げられ、この時、記録パターン列はそれぞれ（００００００００、０００１１０００）となり、４ビット目と５ビット目の相違の２ビットエラーとなっている。

ここで、誤る可能性が大きい状態遷移パターンとは、メトリック差の絶対値が小さくなるような状態遷移パターンであり、これは、パスの分岐から合流までのユークリッド距離が最小となるパターンであることを意味する。再生信号に含まれる雑音のうちホワイトノイズが支配的であるとすると、ユークリッド距離が１０となるパターンのエラー頻度が高くなることが予想され、実際にＰＲＭＬ処理後のエラーパターンを分析すると、ほとんどが１ビットシフトエラーであるため、ユークリッド距離が１０となる記録パターンのメトリック差を再生信号品位の評価指標に適用することにより再生信号の誤り率を適切に推定できる。

これに該当する状態遷移の組み合わせは本実施形態の場合８つ存在し、この時の記録パターン列の組み合わせを含め表３に示す。表中、(Ａ，Ｂ)、(Ｃ，Ｄ)、(Ｅ，Ｆ)、(Ｇ，Ｈ)、(Ｉ，Ｊ)、(Ｋ，Ｌ)、(Ｍ，Ｎ)、(Ｏ，Ｐ)の状態遷移の組み合わせがユークリッド距離１０の記録パターンの組み合わせになっている。

このようにパスの分岐から合流まで所定の状態遷移を取るパターンを検出し、この検出された状態遷移におけるメトリック差の絶対値の分布における標準偏差σ、平均値μ等を評価指標として用いて、再生信号の品質を評価することが可能である。

本実施形態では、更に以下に説明するように上記記録パターンの組み合わせにおいて記録ビットの極性変化に着目し、メトリック差の計算・評価処理を行う。

ユークリッド距離が最小となる状態遷移の組み合わせは表３のようになり、この時の記録ビットパターンは表中に示すパターンとなる。表中、(Ａ，Ｂ)、(Ｃ，Ｄ)、(Ｅ，Ｆ)、(Ｇ，Ｈ)、(Ｉ，Ｊ)、(Ｋ，Ｌ)、(Ｍ，Ｎ)、(Ｏ，Ｐ)のそれぞれの組み合わせがユークリッド距離が１０になる記録パターンである。表中に示すようにこれら組み合わせでは記録ビットが１ビットだけ相違する組み合わせになっている。

更に、これら記録パターンの組み合わせの関係を見ると、｛(Ａ，Ｂ)と(Ｉ，Ｊ)｝、｛(Ｃ，Ｄ)と(Ｋ，Ｌ)｝、｛(Ｅ，Ｆ)と(Ｍ，Ｎ)｝、｛(Ｇ，Ｈ)と(Ｏ，Ｐ)｝の４組は記録ビット列の“０”と“１”の関係が逆転した関係にある。

換言すれば、１ビットエラーが“０”→“１”への変化時に発生するか、“１”→“０”への変化時に発生するか、の相違を示す組み合わせとなっている。

ここで、“０”→“１”への変化時に１ビットエラーが発生するか、“１”→“０”への変化時に１ビットエラーが発生するか、の組み合わせで分類すると、“０”→“１”への変化時に１ビットエラーが発生するパターンは｛(Ａ，Ｂ)、(Ｃ，Ｄ)、(Ｍ，Ｎ)、(Ｏ，Ｐ)｝、“１”→“０”への変化時に１ビットエラーが発生するパターンは｛(Ｅ，Ｆ)、(Ｇ，Ｈ)、(Ｉ，Ｊ)、(Ｋ，Ｌ)｝のように分類できる。

図３、図４はこれらパターンにおけるトレリス線図上の状態遷移とこれら状態遷移時の理想状態における信号レベルの変化を示す。図中、トレリス線図上段に上記状態遷移の組み合わせパターン(例えば(Ａ，Ｂ))と、その時の記録ビット列を示している。なお、トレリス線図上の各パスにおける数値は状態遷移における理想レベルを示している。トレリス線図中に太線に示すパスが、トレリス線図の上に上記状態遷移の組み合わせパターンを示しており、その状態遷移に対応する理想レベルの変化を右図に示している。

図中、信号レベルの変化に示すように、記録ビットの変化に対応して、“０”→“１”への変化時に１ビットエラーが発生するパターン｛(Ａ，Ｂ)、(Ｃ，Ｄ)、(Ｍ，Ｎ)、(Ｏ，Ｐ)｝においては、再生信号レベルの変化の極性は本例では立ち上り極性に対応しており、また、“１”→“０”への変化時に１ビットエラーが発生するパターン｛(Ｅ，Ｆ)、(Ｇ，Ｈ)、(Ｉ，Ｊ)、(Ｋ，Ｌ)｝においては、再生信号レベルの変化の極性は立ち下がり極性に対応している。

以上の特徴を利用し、本実施形態においてはビットエラーの発生を想定した記録ビットの極性変化に関して、メトリック差を計算する対象記録ビット列のグループ分けを行う。この各グループに対してそれぞれメトリック差の計算を行い、メトリック差の絶対値の分布における標準偏差σ、平均値μ等を評価指標として用いて、再生信号の品質を記録ビットの極性変化毎に評価することを特徴としている。

次に、図５を用いてＰＲＭＬ方式で再生信号の復号を行う光ディスク装置を説明する。図５は本発明に係る光ディスク装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図５において、まず、光ディスク４から光ヘッド３によって読み出された再生信号はプリアンプ５によって増幅され、ＡＣカップリングされ低周波成分が除去された後、ＡＧＣ(automatic gain controller)回路６に入力される。ＡＧＣ回路６では後段の波形等化回路７の出力が所定の振幅となるようにゲインが調整される。ＡＧＣ回路６から出力された再生信号は、波形等化回路７によって波形等化が施される。波形等化された再生信号は、ＰＬＬ回路８とＡ／Ｄ変換器９とに出力される。

ＰＬＬ回路８は再生信号に同期する再生クロックを生成する。Ａ／Ｄ変換回路９は、ＰＬＬ回路８から出力された再生クロックと同期して再生信号のサンプリングを行う。このようにして得られたサンプリングデータはＡ／Ｄ変換回路９からデジタルフィルタ１０に出力される。

デジタルフィルタ１０は、記録再生系の周波数特性がビタビ復号回路１１が想定する特性(本実施形態ではＰＲ(１,２,２,１)等化特性)となるように設定された周波数特性を持つ。本実施形態においては、波形等化回路７とデジタルフィルタ１０とを別構成としたが、これら両者は特に機能分離する必要は無く同一のフィルタで構成可能である。本実施形態においてはＰＬＬ回路８をアナログ構成として表記したため分離して表記している。また、ＰＬＬの引き込みを行う波形等化状態と信号再生を行う波形等化状態とを別状態とする場合等は、本実施形態に示すように個別の等化回路が必要になる。

このデジタルフィルタ１０から出力されたデータは、最尤復号を行うビタビ復号回路１１に入力される。ビタビ復号回路１１は、ＰＲ(１,２,２,１)等化された信号を最尤復号方式で復号することによって２値化データを出力する。

また、ビタビ復号回路１１からは、復号された２値化データとともに、時刻毎のユークリッド距離の計算結果(ブランチメトリック)が、メトリック差解析回路１２へと出力される。メトリック差解析回路１２は、ビタビ復号回路１１から得られた２値化データから状態遷移を判別し、この判別結果とブランチメトリックとによって復号結果の信頼性を示すメトリック差値を求める。これによって復号結果の誤り率を推定することができる。

次に、図６を参照しながらビタビ復号回路１１及びメトリック差解析回路１２について詳細に説明する。図６はビタビ復号回路１１及びメトリック差解析回路１２の構成を示すブロック図である。デジタルフィルタ１０から出力されたサンプル値ｙ(ｋ)は、ビタビ復号回路１１のブランチメトリック演算回路１１１に入力される。ブランチメトリック演算回路１１１では、サンプル値ｙ(ｋ)と期待値ｚ(ｋ)との距離に相当するブランチメトリックが計算される。ＰＲ(１,２,２,１)等化が用いられているため、期待値ｚ(ｋ)は−３〜３までの７つの値を持つ。データ識別点ｋにおけるそれぞれの期待値ｚ(ｋ)とサンプル値ｙ(ｋ)との距離を表すブランチメトリック値は、前述したように各状態遷移に対応して表２に示すように表現される。

このようにして計算されるブランチメトリックは、加算／比較／選択回路(Add-Compare -Select回路：ＡＣＳ回路)１１３に入力される。入力されたデータ識別点ｋでのブランチメトリックとデータ識別点ｋ−１での各状態のメトリック値とから、データ識別点ｋでの各状態Ｓ０〜Ｓ５の確からしさが求まる。

各状態のメトリック値は式（３）で表される。
式（３）
ｍＳ０（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ０（ｋ−１）＋ｂｍａ（ｋ），ｍＳ５（ｋ−１）＋ｂｍｂ（ｋ）｝
ｍＳ１（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ０（ｋ−１）＋ｂｍｃ（ｋ），ｍＳ５（ｋ−１）＋ｂｍｄ（ｋ）｝
ｍＳ２（ｋ）＝ｍＳ１（ｋ−１）
ｍＳ３（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ２（ｋ−１）＋ｂｍｆ（ｋ），ｍＳ３（ｋ−１）＋ｂｍｇ（ｋ）｝
ｍＳ４（ｋ）＝ｍｉｎ｛ｍＳ２（ｋ−１）＋ｂｍｈ（ｋ），ｍＳ３（ｋ−１）＋ｂｍｉ（ｋ）｝
ｍＳ５（ｋ）＝ｍＳ４（ｋ−１）
なお、ｍｉｎ｛ｘｘｘ，ｚｚｚ｝は、ｘｘｘまたはｚｚｚのうちの小さい方の値を選択する関数である。

データ識別点ｋでのメトリック値ｍＳ０(ｋ)〜ｍＳ５(ｋ)はレジスタ回路１１２に格納され、次のデータ識別点ｋ＋１での各状態のメトリック値の演算に用いられる。また、ＡＣＳ回路１１３は、式（３）に従ってメトリック値が最小となる状態遷移を選択すると共に、下記の式（５）に示すように選択結果に基づいて制御信号SelectBranch0〜SelectBranch3を、図７に示す回路構成を有するパスメモリ回路１１４に出力する。

式（４）
ＩＦ｛ｍＳ０（ｋ−１）＋ｂｍａ（ｋ）≧ｍＳ５（ｋ−１）＋ｂｍｂ（ｋ）｝then SelectBranch0 ＝'ｂ' else SelectBranch0 ＝'ａ'
ＩＦ｛ｍＳ０（ｋ−１）＋ｂｍｃ（ｋ）≧ｍＳ５（ｋ−１）＋ｂｍｄ（ｋ）｝then SelectBranch1 ＝'ｄ' else SelectBranch1＝'ｃ'
ＩＦ｛ｍＳ３（ｋ−１）＋ｂｍｆ（ｋ）≧ｍＳ２（ｋ−１）＋ｂｍｇ（ｋ）｝then SelectBranch2 ＝'ｇ' else SelectBranch2＝'ｆ'
ＩＦ｛ｍＳ３（ｋ−１）＋ｂｍｉ（ｋ）≧ｍＳ３（ｋ−１）＋ｂｍｊ（ｋ）｝then SelectBranch3 ＝'ｊ' else SelectBranch3＝'ｉ'
パスメモリ回路１１４は、入力された制御信号に基づいて状態遷移則に従う最も確からしい状態遷移列に相当するビット列をメモリ端から出力し、このメモリ端からの出力を例えば、多数決判定することで推定された状態遷移列に対応する２値化データを出力する。

一方、再生信号の品質の評価を行うために、ブランチメトリック演算回路１１１から出力されたブランチメトリックは遅延回路１２１に入力され、加算／比較／選択回路１１３及びパスメモリ回路１１４における信号処理時間分だけ遅延された後にメトリック差演算器１２４、１２５に出力される。また、パスメモリ１１４から出力された２値化データは、状態遷移検出回路１２２、１２３に入力され、２値化データの所定パターンの検出を行う。

具体的には、上述の表３に示す８通りの状態遷移に対応するデータパターン(Ａ，Ｂ)、(Ｃ，Ｄ)、(Ｍ，Ｎ)、(Ｏ，Ｐ)、(Ｅ，Ｆ)、(Ｇ，Ｈ)、(Ｉ，Ｊ)、(Ｋ，Ｌ)の検出が行われ、且つ、状態遷移検出回路１２２では｛(Ａ，Ｂ)、(Ｃ，Ｄ)、(Ｍ，Ｎ)、(Ｏ，Ｐ)｝が検出され、状態遷移検出回路１２３では｛(Ｅ，Ｆ)、(Ｇ，Ｈ)、(Ｉ，Ｊ)、(Ｋ，Ｌ)｝が個別に検出される。

メトリック差演算器１２４、１２５は、状態遷移検出回路１２２、１２３が所定の状態遷移を検出した時に、下記式（５）に従ってその検出された状態遷移に対してのメトリック差の絶対値Δｍ０１、Δｍ１０をそれぞれ計算する。ここで、メトリック差Δｍ０１はビットシフトエラーと想定した記録ビット列の変化が“０”から“１”の場合のメトリック差の絶対値であり、メトリック差Δｍ１０はビットシフトエラーと想定した記録ビット列の変化が“１”から“０”の場合のメトリック差の絶対値である。

式(５)
検出パターン：（０００ｘ１１１）時
Δｍ０１＝│（ｂｍａ（ｋ−３）＋ｂｍｃ（ｋ−２）＋ｂｍｅ（ｋ−１）＋ｂｍｆ（ｋ））−（ｂｍｃ（ｋ−３）＋ｂｍｅ（ｋ−２）＋ｂｍｆ（ｋ−１）＋ｂｍｇ（ｋ））│
検出パターン：（０００ｘ１１０）時
Δｍ０１＝│（ｂｍａ（ｋ−３）＋ｂｍｃ（ｋ−２）＋ｂｍｅ（ｋ−１）＋ｂｍｈ（ｋ））−（ｂｍｃ（ｋ−３）＋ｂｍｅ（ｋ−２）＋ｂｍｆ（ｋ−１）＋ｂｍｉ（ｋ））│
検出パターン：（１００ｘ１１１）時
Δｍ０１＝│（ｂｍｂ（ｋ−３）＋ｂｍｃ（ｋ−２）＋ｂｍｅ（ｋ−１）＋ｂｍｆ（ｋ））−（ｂｍｄ（ｋ−３）＋ｂｍｅ（ｋ−２）＋ｂｍｆ（ｋ−１）＋ｂｍｇ（ｋ））│
検出パターン：（１００ｘ１１０）時
Δｍ０１＝│（ｂｍｂ（ｋ−３）＋ｂｍｃ（ｋ−２）＋ｂｍｅ（ｋ−１）＋ｂｍｈ（ｋ））−（ｂｍｄ（ｋ−３）＋ｂｍｅ（ｋ−２）＋ｂｍｆ（ｋ−１）＋ｂｍｉ（ｋ））│
検出パターン：（０１１ｘ０００）時
Δｍ１０＝│（ｂｍｆ（ｋ−３）＋ｂｍｉ（ｋ−２）＋ｂｍｊ（ｋ−１）＋ｂｍｂ（ｋ））−（ｂｍｈ（ｋ−３）＋ｂｍｊ（ｋ−２）＋ｂｍｂ（ｋ−１）＋ｂｍａ（ｋ））│
検出パターン：（０１１ｘ００１）時
Δｍ１０＝│（ｂｍｆ（ｋ−３）＋ｂｍｉ（ｋ−２）＋ｂｍｊ（ｋ−１）＋ｂｍｄ（ｋ））−（ｂｍｈ（ｋ−３）＋ｂｍｊ（ｋ−２）＋ｂｍｂ（ｋ−１）＋ｂｍｃ（ｋ））│
検出パターン：（１１１ｘ０００）時
Δｍ１０＝│（ｂｍｇ（ｋ−３）＋ｂｍｉ（ｋ−２）＋ｂｍｊ（ｋ−１）＋ｂｍｂ（ｋ））−（ｂｍｉ（ｋ−３）＋ｂｍｊ（ｋ−２）＋ｂｍｂ（ｋ−１）＋ｂｍａ（ｋ））│
検出パターン：（１１１ｘ００１）時
Δｍ１０＝│（ｂｍｇ（ｋ−３）＋ｂｍｉ（ｋ−２）＋ｂｍｊ（ｋ−１）＋ｂｍｄ（ｋ））−（ｂｍｉ（ｋ−３）＋ｂｍｊ（ｋ−２）＋ｂｍｂ（ｋ−１）＋ｂｍｃ（ｋ））│
このようにして検出された所定の状態遷移に対して、上記のように計算されたΔｍ０１及びΔｍ１０の値は標準偏差平均値演算器１２６に入力される。標準偏差平均値演算器１２６は入力されたΔｍ０１及びΔｍ１０の分布の平均値と標準偏差を求め、Δｍ０１及びΔｍ１０に対して、これらの２つの値、即ち、平均値μ０１、μ１０及び標準偏差σ０１、σ１０を出力する。上述したように、ここで出力される平均値μ０１、 μ１０及び標準偏差σ０１、σ１０は、２つのパスのユークリッド距離が最小値をとる所定の状態遷移についての値となる。

また、標準偏差平均値演算器１２６では、Δｍ０１、及びΔｍ１０を同一のメトリック差値として扱い、平均値μと標準偏差σを求めることも容易に対応できる。これにより、記録ビットの信号極性に依存しないメトリック差値による信号品位の評価にも簡単に対応することができ、極性に依存するメトリック差値から求めた、平均値μ０１、μ１０及び標準偏差σ０１、σ１０と合わせて、平均値μと標準偏差σを求めることでより高度な信号品位の評価が可能となる。

これら平均値と標準偏差値を用いて、パラメータに依存する相対的信号品位の評価が可能になると共に、一般的なエラー関数erfcから再生信号の誤り率を推定することもでき、本実施形態に於いては記録ビットの極性変化に対応して再生信号の誤り率を推定することができる。

また、標準偏差値、平均値のみならず、メトリック差の分布に於いて、所定閾値以下の度数比率を求め、これにより再生信号品位評価とすることも可能である。この場合は、標準偏差平均値演算回路１２６にこの機能を持たせればよい。

以上説明したように、メトリック差解析回路１２から出力されるΔｍ０１及びΔｍ１０の分布の標準偏差σ０１、σ１０、平均値μ０１、μ１０を指標として用いて記録ビットの極性変化にまでも対応した極性別の再生信号の品質を評価することができる。

なお、メトリック差値は、以下に説明するように２乗の演算を含まないような計算方法で求めることも可能である。

一般に、メトリック値は絶対値ではなく、長さの相対値を論じるために、一定値を加減乗除することにより支障は生じない。従って、表２に示すブランチメトリック値の式を展開し、各ブランチメトリック値の共通項ｚ(ｋ)^２を除算することで、サンプル値ｚ(ｋ)の１次項のみで、ブランチメトリック値を計算することが可能である。

更に、本実施形態の記録ビット極性に対応してメトリック差値を算出する手法は、この指標(標準偏差σ０１、σ１０及び平均値μ０１、μ１０)に基づいて再生信号品質を改善する制御を行うことに適している。

例えば、図８に示すように波形等化定数制御回路１３を用いて、メトリック差解析回路１２から出力される平均値が理想値となるように、或いは標準偏差が最小となるように波形等化回路７の波形等化定数をコントローラ１を介して変更することで再生信号品質を改善することができる。

この時、本実施形態のように記録ビット列の極性変化、即ち、再生信号の極性変化に対応したメトリック差による評価指標を個別に評価することが可能なため、再生信号の立ち上り極性、及び立下り極性のそれぞれの状態を最適化するように評価指標値をモニタしながら、波形等化回路の等化定数を設定することが可能となる。従って、最適な波形等化回路の等化定数に非対称性がある場合等も効率よく等化定数の設定が可能になる。なお、図８では波形等化定数制御回路１３を設けた以外は図５と同様である。

また、情報を記録することが可能な光ディスク装置においては、メトリック差解析回路１２から出力される平均値が理想値となるように、或いは標準偏差が最小となるように、記録パワーや記録補償量を制御することによって記録パラメータの最適化をコントローラ１を介して行うことができる。

この場合も、上述したように本実施形態では記録ビット列の極性変化、即ち、再生信号の極性変化に対応したメトリック差による評価指標を個別に評価することが可能なため、再生信号の立ち上り極性、及び立下り極性のそれぞれの状態を最適化するように評価指標値をモニタしながら、記録パワーの設定が可能となる。特に、近年、記録パルスは多様化しており、再生信号に於いてアシンメトリや、再生信号に立ち上り／立下りに於いてジッタ特性差が出ないように記録パルス列やそれに伴う記録パワーが設定されており、とりわけ、オーバーライト可能な記録メディアではそれら制御精度が高く要求されている。

このような状況下、再生信号の立ち上り／立下りの信号品位を個別に評価可能であれば、評価結果に基づき、それら評価結果への起因度が高いパラメータ、例えば、記録パルス列中の再生信号立ち上りに主に作用するパルスパワーを制御するといった、より効果的で、且つ、効率のよい制御が可能となる。

このような再生信号の極性に対応した記録パワーの制御は、転送レートを向上させるために記録時の線速度を上げた場合のように熱応答性に変化が生じる場合等はとりわけ有効な手法・手段となる。

更に、以上の実施形態に挙げた項目に限らず、光ディスクの特性に影響を与える各種パラメータに対して、記録ビット列の極性変化に対応した、或いは再生信号の極性変化に対応した信号品位の評価が可能となり、図中コントローラ１を介した各種パラメータの制御に対して効率良く適用することができる。

本発明の実施形態における状態遷移図である。本発明の実施形態におけるトレリス線図である。本発明の実施形態におけるユークリッド距離が最小になる場合のトレリス線図及び信号レベル変化を示す図である。本発明の実施形態におけるユークリッド距離が最小になる場合のトレリス線図及び信号レベル変化を示す図である。本発明に係る光ディスク装置（情報記録再生装置）の一実施形態を示すブロック図である。ビタビ復号回路及びメトリック差演算回路の一例を示すブロック図である。ビタビ復号回路のパスメモリの一例を示す回路図である。本発明に係る光ディスク装置の他の実施形態を示すブロック図である。メトリック差の分布例を示す図である。

符号の説明

１コントローラ
２ＬＤドライバー
３光ヘッド
４光ディスク
５プリアンプ
６ＡＧＣ回路
７波形等化回路
８ＰＬＬ回路
９ＡＤ変換回路
１０デジタルフィルタ
１１ビタビ復号回路
１２メトリック差解析回路
１３波形等化定数制御回路
１１１ブランチメトリック演算回路
１１２レジスタ回路
１１３加算／比較／選択回路
１１４パスメモリ回路
１２１遅延回路
１２２状態遷移検出回路
１２３状態遷移検出回路
１２４メトリック差演算器
１２５メトリック差演算器
１２６標準偏差平均値演算回路

Claims

最尤復号を適用する情報再生方法に於いて、最尤復号における所定のユークリッド距離を持つ状態遷移パスの記録系列を、前記記録系列の記録符号の極性変化に対応して検出し、前記記録系列における状態遷移パスの分岐から状態遷移パスの合流までの最も確からしい状態遷移パスと２番目に確からしい状態遷移パスとの状態遷移パスの尤度差を求め、前記尤度差を前記記録系列の極性変化に対応して個別に統計処理を行い、再生信号品位を評価することを特徴とする再生信号評価方法。
前記所定ユークリッド距離が再生信号系列における最小ユークリッド距離であることを特徴とする請求項１に記載の再生信号評価方法。
前記統計処理による再生信号品位の評価がパスの尤度差の度数分布における標準偏差値であることを特徴とする請求項１に記載の再生信号評価方法。
前記統計処理による再生信号品位の評価がパスの尤度差の度数分布における所定閾値以下である個数の割合であることを特徴とする請求項１に記載の再生信号評価方法。
前記統計処理による再生信号品位の評価がパスの尤度差の度数分布における平均値であることを特徴とする請求項１に記載の再生信号評価方法。
最尤復号を適用する情報記録再生装置に於いて、最尤復号における所定のユークリッド距離を持つ状態遷移パスの記録系列を、前記記録系列の記録符号の極性変化に対応して検出する手段、前記記録系列における状態遷移パスの分岐から状態遷移パスの合流までの最も確からしい状態遷移パスと２番目に確からしい状態遷移パスとの状態遷移パスの尤度差を求める手段、前記尤度差を前記記録系列の極性変化に対応して個別に統計処理を行う手段、前記統計処理の結果に基づき再生信号品位を評価する手段を持ち、前記再生信号品位の評価手段の結果に基づき、記録または再生に関わる条件を変更することを特徴とする情報記録再生装置。
前記所定ユークリッド距離が再生信号系列における最小ユークリッド距離であることを特徴とする請求項６に記載の情報記録再生装置。
前記統計処理による再生信号品位の評価がパスの尤度差の度数分布における標準偏差値であることを特徴とする請求項６に記載の情報記録再生装置。
前記統計処理による再生信号品位の評価がパスの尤度差の度数分布における所定閾値以下である個数の割合であることを特徴とする請求項６に記載の情報記録再生装置。
前記統計処理による再生信号品位の評価がパスの尤度差の度数分布における平均値あることを特徴とする請求項６に記載の情報記録再生装置。
前記再生条件が再生信号処理における波形等化器の等化定数であることを特徴とする請求項６に記載の情報記録再生装置。
前記情報記録再生装置が光ディスク記録再生装置であり、前記記録条件が記録パルス列における機能別パワー値であることを特徴とする請求項６に記載の情報記録再生装置。