JPH11273255A - ディスク記憶装置 - Google Patents

ディスク記憶装置

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JPH11273255A
JPH11273255A JP10071694A JP7169498A JPH11273255A JP H11273255 A JPH11273255 A JP H11273255A JP 10071694 A JP10071694 A JP 10071694A JP 7169498 A JP7169498 A JP 7169498A JP H11273255 A JPH11273255 A JP H11273255A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】再生信号処理回路を有するディスク記憶装置に
おいて、MLP型波形等化回路を使用して再生信号の非
線形歪み成分の影響を除去してデータ検出誤り率を抑制
できると共に、回路規模と処理時間の増大化を抑制でき
るようにして、高容量でかつ高性能のディスク記憶装置
を提供することにある。 【解決手段】多層パーセプトロン型ニューラルネットワ
ーク方式(MLP型)の等化回路において、入力層と各
中間ノード間の結合の重み付け係数を算出しかつ各中間
ノードで共用されるように構成された演算回路60を有
する。具体的には、当該演算回路60は、入力信号の複
数通りの倍数値を算出するためのレジスタ回路61およ
び当該レジスタ回路61の出力を加算するための加算回
路62を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体としてデ
ィスクを使用し、光学的、磁気的または光磁気的なデー
タの記録再生を行なうディスク記憶装置に関し、特にデ
ータ再生動作に使用する信号処理回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光学的、磁気的、または光磁気的
にデータをディスク(記憶媒体)上に記録しかつ再生す
るディスク記憶装置では、リードヘッド(リード/ライ
ト兼用のヘッドも含む)によりディスクから読出された
再生信号(リード信号)からデータ(ディスク上に記録
したデータ)を再生する(復号化する)ための再生信号
処理回路が設けられている。ディスク記憶装置として
は、具体的にはハードディスクドライブ(HDD)と呼
ばれる磁気ディスク装置、光ディスク装置、および光磁
気ディスク装置がある。また、再生信号処理回路は具体
的には、リード/ライト回路として記録再生機能が一体
的に含まれた専用ICにより構成されている場合が多
い。
【0003】再生信号処理回路は大別して、ヘッドから
読出された再生信号を増幅するアンプ回路と、再生信号
波形を波形等化する波形等化回路と、データ検出処理
(2値化の識別処理)を行なうためのデータ検出回路
と、記録データに復号化するためのデコーダ(復号化回
路)とから構成されている。
【0004】波形等化回路は、ディスク上にデータを記
録するときに記録チャネル(記録媒体/ヘッドからなる
系)を通過した結果により生じた波形の歪みを補正し、
データ検出処理における検出誤り率を許容範囲内にする
ために設けられている。従来では、記録チャネルを線形
系にモデル化して、再生信号の線形的な歪みを補正する
線形等化方式が採用されている。具体的には、記録チャ
ネルの特性変化に適応的に追従する適応型ディジタルフ
ィルタが採用されることが多い。
【0005】データ検出回路としては、近年ではPRM
L(Partial Response Maximu
m Likelihood)方式の信号処理技術が採用
されつつある。このPRML方式は、再生信号波形の前
後の相関を利用してシーケンス的にデータを検出する方
式であり、具体的にはビタビデコーダを使用する。
【0006】近年、ディスク記憶装置の記憶容量の大容
量化を図るために、例えばHDDでは数Gビット/平方
インチのような高記録密度化が実現されている。このよ
うな高記録密度では、従来の記録チャネルの応答特性
が、ディスク上に記録したバイナリ・データに対して線
形的なモデルを設定することは不可能であり、非線形的
要素を考慮する必要がある。ここで、非線形な歪みの割
合が大きくなると、線形的等化回路では等化残留誤差が
増大し、データ検出処理において許容範囲内の検出誤り
率を確保することは困難となる。
【0007】再生信号波形の非線形的な歪みを等化する
方式としては、階層型ネットワークまたは多層パーセプ
トロン(mutilayer perceptron型
ニューラルネットワーク方式(以下MLP型と呼ぶ)を
利用した波形等化回路が提案されている(例えば特願平
8−259866号公報を参照)。従来の再生信号処理
回路では、当該MLP型波形等化回路により非線形の波
形歪みが除去された再生信号は、従来のデータ検出回路
によりデータ検出処理が実行されている。
【0008】ここで、従来の再生信号処理回路で使用さ
れているFIR(Finite Impulse Re
sponse)型線形等化回路は、例えば図6に示すよ
うな構成である。即ち、チャネルクロック周期と同じ遅
延時間を有する遅延素子20を直列に接続した構成の複
数タップの遅延回路、乗算回路21、および加算回路2
2からなる。各乗算回路21は、各タップからの遅延さ
れた信号(信号サンプル値Sn,k)に等化係数Wn(ゲイ
ン)を乗算して出力する。加算回路22は各乗算回路2
1の出力を加算して、線形等化回路の出力値ykを出力
する。
【0009】一方、MLP型波形等化回路は、例えば図
7に示すような構成である。ここで、図7に示す中間ノ
ード31の構成は、前記の図6に示すFIR型線形等化
回路とほぼ同様である。即ち、チャネルクロック周期と
同じ遅延時間を有する遅延素子20を直列に接続した構
成の複数タップの遅延回路に信号を入力し、各タップか
らの遅延された信号に重み付け係数を乗算した結果を全
て加算している。MLP型波形等化回路は、FIR型線
形等化回路とは異なり、全てを加算した結果を、図5に
示すようなシグモイド関数(sigmoid func
tion)と呼ばれる非線形関数で評価した値を中間ノ
ードの出力とする。
【0010】さらに、MLP型波形等化回路は、相互に
接続関係をもたない入力側の層を共有する中間ノードの
集合で構成される中間層の数、および1つの層を構成す
る中間ノードの数は、等化回路に要求される等化性能に
応じて決定される。図7は、簡単化のために中間層は1
層で、中間ノードの数がj個の場合を想定している。遅
延線に最も近い中間層以外の中間層のノードは、1段下
の中間層の各中間ノードの出力に等化係数を乗算した結
果の全てを加算して、その加算結果を図5に示すシグモ
イド関数で評価した値を出力する。出力ノード30は、
1段下の中間層の各中間ノードの出力に等化係数を乗算
した結果の全てを加算して、その加算結果(dk)をそ
のまま出力する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、ディ
スク記憶装置では高記録密度化に伴って、ディスクから
データを再生するときの再生信号波形に含まれる歪み成
分に占める非線形的な歪み成分が無視できない程度まで
増大している。このため、非線形的な歪み成分を除去す
るための非線形の波形等化処理の必要性が大きくなって
いる。このため、再生信号処理回路では、MLP型波形
等化回路が線形等化回路と共に使用されることが一般的
になる。しかしながら、MLP型波形等化回路では、図
7に示すように、最下位層の各中間ノードの入力側の遅
延線は各中間ノードで共有できるが、最下位層の中間ノ
ードを構成するだけでも、入力遅延線のタップ数と中間
ノード数を掛けた分の乗算回路(21)が必要となる。
このため、従来の線形等化回路と比較して、MLP型波
形等化回路の回路規模は大きくなる。また、MLP型波
形等化回路は少なくとも1つの中間層を有することにな
るから、乗算回路の段数の増加や、シグモイド関数の参
照を伴うための処理時間の増大を招く。
【0012】そこで、本発明の目的は、再生信号処理回
路を有するディスク記憶装置において、MLP型波形等
化回路を使用して再生信号の非線形歪み成分の影響を除
去してデータ検出誤り率を抑制できると共に、回路規模
と処理時間の増大化を抑制できるようにして、高容量で
かつ高性能のディスク記憶装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、例えば光ディ
スク装置に適用し、データの高記録密度化に伴ってデー
タの再生動作時に、再生信号に含まれる非線形歪み成分
を補正するためのディジタル信号処理手段を備えたディ
スク記憶装置である。本装置のディジタル信号処理手段
は、A/D変換手段により変換されたディジタル信号を
入力して所定のディジタル信号処理を実行する多層パー
セプトロン型ニューラルネットワーク方式(MLP型)
であり、入力信号を入力するための入力層、複数の中間
ノードを有する中間層、及び出力信号を出力する出力層
を有し、入力層と各中間ノード間の結合の重み付け係数
を算出しかつ各中間ノードで共用されるように構成され
た演算回路を有する。具体的には、当該演算回路は、入
力信号の複数通りの倍数値を算出するためのレジスタ手
段および当該レジスタ手段の出力を加算するための加算
手段を有し、各中間ノードで共用される入力側演算回路
を構成する。
【0014】このような構成により、各中間ノードの入
力側の結合の重み付け係数を算出するための演算回路を
共用化することにより、従来のMLP型波形等化回路と
比較して、乗算回路数を減少させることが可能となる。
この場合、MLP型波形等化回路には、各中間ノードの
出力はシグモイド関数と呼ばれる非線形関数で評価した
値となるため、乗算回路の等化係数の精度を落としても
等化性能が劣化しにくい特質がある。例えば等化係数と
して2のべき乗または2つの2のべき乗を加算した値し
か取らないことも実用的には可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図1は本実施形態に関係する光ディ
スク装置の要部を示すブロック図であり、図2は本実施
形態に関係するFIR型線形等化回路の構成を示すブロ
ック図であり、図3及び図4は本実施形態に関係するM
LP型構成の信号処理回路の構成を示すブロック図であ
る。 (装置の構成)本実施形態はディスク記憶装置として、
記録再生型の光ディスク装置に適用することを想定して
いる。光ディスク装置は、図1に示すように、記録媒体
である書換え可能な光ディスク1と、光ピックアップ3
と、データ再生系と、データ記録系と、ドライブコント
ローラ12と、インターフェース13とを有する。光デ
ィスク1はスピンドルモータ2により回転駆動してい
る。光ピックアップ3はサーボモータ4により移動調整
されて、レーザドライバ15による駆動で光ディスク1
にレーザ光を照射し、光学的に情報の記録再生を行な
う。スピンドルモータ2とサーボモータ4は、ドライブ
コントローラ12により駆動制御回路14を介して駆動
制御される。
【0016】データ記録系はレーザドライバ15および
変調回路16を有する。変調回路16は、ドライブコン
トローラ12から送出された記録データを所定の符号ビ
ット列に変換する符号化処理を実行する。レーザドライ
バ15は、変調回路16から出力された符号ビット列に
従ったマークをディスク1上に記録するように光ピック
アップ3を駆動する。
【0017】データ再生系(再生信号処理回路)は、プ
リアンプ5と、可変利得増幅器(VGA)6と、A/D
変換回路7と、線形等化回路8と、多層パーセプトロン
型ニューラルネットワーク方式(MLP型)の信号処理
回路(波形等化回路)9と、データ検出回路10と、デ
コーダ11とを有する。プリアンプ5とVGA6は光ピ
ックアップ3により読出された再生信号を増幅する。A
/D変換回路7は増幅された再生信号を離散時間の量子
化サンプル値であるディジタル信号に変換する。
【0018】線形等化回路8は、MLP型の信号処理回
路9の等化性能を補強するための回路であり、ディジタ
ルフィルタの一種である。MLP型の信号処理回路9
は、図3及び図4に示すように、再生信号から非線形歪
み成分を除去し、データ検出回路10でのデータ検出処
理に適した特性に信号を等化するための3層パーセプト
ロン(perceptron)型の非線形等化回路を構
成する。データ検出回路10は、例えばパーシャル・レ
スポンスで等化した再生信号波形からデータを検出する
最尤系列推定方式の信号処理回路であり、具体的にはビ
タビ(viterbi)デコーダからなる。デコーダ1
1は、データ検出回路10により検出された符号ビット
列を元のデータ(記録データ)に復元する。
【0019】ドライブコントローラ12は、装置のメイ
ン制御装置であり、インターフェース13を介して例え
ばパーソナルコンピュータやテレビジョン受信機と接続
し、記録再生データの転送制御を実行する。なお、本装
置には、図示しないが映像情報の記録再生動作に必要な
動画圧縮回路、動画伸長回路、および復調回路10によ
り復調されたデータの誤り検出訂正処理を行なう誤り検
出訂正回路も含まれている。 (MLP型の信号処理回路9の構成)本実施形態のML
P型の信号処理回路9は、図3と図4に示すように、便
宜的に3層のMLP型のディジタル信号処理回路であ
り、非線形歪み成分を除去するための非線形波形等化回
路として機能することを想定している。
【0020】入力信号(信号サンプル値Zk)は、図4
に示すように、4ビット(B3,B2,B1,B0)の
ディジタルデータであると仮定する。また、後述する中
間ノード66の入力側の結合の重み付け係数は、2のべ
き乗または2つの2のべき乗を加え合わせた値しか取ら
ないとする。さらに、入力層の遅延回路63のタップ数
は「q+1」個であり、中間ノード数は「j+1」個で
あるとする。
【0021】入力層60は、全ての中間ノード66で共
用されるように構成されており、レジスタ回路61及び
複数の加算器62からなる加算回路を有する。中間ノー
ド66は、直列接続の複数の遅延回路63と、複数の加
算器64と、入力値をシグモイド関数で評価して出力す
る演算回路65とを有する。
【0022】さらに、信号処理回路9は、各中間ノード
66の出力と等化係数W0〜Wjとを乗算する各乗算回路
67および各乗算回路67を加算して出力値dkを出力
するための出力ノード68を有する。
【0023】レジスタ回路61は、図4に示すように、
4個のレジスタ6a〜6dから構成されている。各レジ
スタ6a〜6dは、入力信号であるサンプル値Zkをそ
れぞれ1ビットづつシフトしてラッチする。即ち、各レ
ジスタ6a〜6dには、入力サンプル値Zkの1倍、2
倍、4倍、8倍の各倍数の値がセットされることにな
る。加算回路は、各レジスタ6a〜6dの出力と2つの
レジスタ出力とを加算器62とを加算する。これによ
り、加算回路は、サンプル値Zkに対して10通りの倍
数(X1〜X6,X8〜X10,X12)を生成する。 (本実施形態の作用効果)ここで、図6に示すFIR型
線形等化回路と、図2に示すFIR型線形等化回路とで
は、原理的には同一入力に対して同一の出力ykを得る
ことができる。図6に示すFIR型線形等化回路の構成
では、各乗算回路21に入力される信号の値と等化係数
0〜Wnの値が全て異なる。これに対して、図2に示す
FIR型線形等化回路の構成では、各乗算回路41には
全て同一の入力値が入力される。前述したように、ML
P型等化回路では、最下位層の中間層の構成はFIR型
線形等化回路とほぼ同じであるため、図2に示すFIR
型線形等化回路の構成を適用することが可能である。
【0024】従って、最下位層の中間ノードの入力側に
接続された全ての乗算回路において、一方の入力値を同
じにすることが可能となる。最下位層の中間ノードの入
力側に接続された乗算回路の総数は、遅延回路のタップ
数と中間ノード数とを掛けた値である。この場合、これ
らの乗算回路の等化係数の値は、複数の乗算回路で同じ
である場合も多い。図6に示すFIR型線形等化回路の
構成では、入力信号のタップ位置が異なる場合があるの
で、必ずしも乗算回路を共通にすることはできない。こ
れに対して、図2に示すFIR型線形等化回路の構成で
は乗算回路を必ず共用できるため、乗算回路の数をその
共用分だけ減少させることができる。
【0025】さらに、図6に示すFIR型線形等化回路
の構成では、加算回路22はn個の乗算回路21の出力
の総和を求めて出力するが、実際にはn−1回の2数の
加算処理を実行する。従って、加算回路の素子の動作速
度の制約により、チャネルクロック周期内に全ての演算
が終了できない場合には、中間結果を一旦レジスタに保
存するためのパイプライン処理を実行する必要がある。
このため、中間ノードが1層だけでも、遅延時間が1な
いし数クロック周期分になる。等化回路の遅延時間は、
再生信号処理回路のデータ出力の遅延によるタイミング
を吸収するためにディスク上のフォーマット効率を低下
させたり、また等化出力をフィードバック制御に使用す
る場合には制御帯域を低下させたりするので、極力少な
い方が望ましい。これに対して、図2に示すFIR型線
形等化回路の構成では、1クロック周期内で1回の2数
の加算処理だけに制限できる。
【0026】以下、図3と図4に示すMLP型信号処理
回路9の動作を説明する。図3に示すように、1つの中
間ノード66において、「q+1」番目のタップに対す
る重み付け係数Wq,0が仮に「1」であるとする。この
場合、図4に示すように、入力信号(サンプル値Zk
の1倍の値がセットされているレジスタ61aの出力
は、チャネルクロック毎に入力値をラッチすることで遅
延回路として動作するレジスタ63の中で、最も末端の
レジスタ63に入力される。
【0027】末端のレジスタ(遅延回路)63の出力
は、1チャネルクロック後に、q番目のタップに対する
重み付け係数を掛けた値に相当する信号と加算されて、
次のレジスタ(遅延回路)63に入力される。q番目の
タップに対する重み付け係数はここでは「3」である。
この重み付け係数の値を信号に掛けた値に相当する信号
は、1倍の値を出力するレジスタ61aと2倍の値を出
力するレジスタ61bの各出力を加算器62により加算
した値の信号となる。以下同様に、遅延回路を構成する
レジスタ63と加算器64との接続構成に応じた出力が
得られる。最終的に最後段のレジスタ63の出力と1番
目のタップに対する重み付け係数W0,0を掛けた値に相
当する信号とが加算器64により加算されて、その加算
結果がシグモイド関数の評価を行なう演算回路65に入
力される。
【0028】ここで、時刻kでの中間ノードの出力H
0,kは、下記式(1)に示すように、入力の総和をシグ
モイド関数fで評価した値になる。即ち、タップに対す
る重み付けの係数を掛けた値に相当する信号と加算され
て、 H0,k=f(Σi0,1・Zk-i)…(1) f(x)=(1−exp(x))/(1+exp(−x))…(2) であらわされる。
【0029】さらに、中間ノード66の出力に対して
も、乗算回路67により結合の重み付けの係数(W0
j)が乗算されて、出力ノード68の入力の1つとな
る。出力ノード68の出力、即ちMLP型信号処理回路
9の時刻kにおける出力dkは、出力ノード68の入力
総和となる。よって、当該出力dkは、 dk=Σjj(Σii,j・Zk-i)…(3) となる。
【0030】ここで、結合の重み付け係数の値は、例え
ば図7に示す構成のMLP型等化回路をシミュレートす
るプログラムに誤差逆伝播アルゴリズムを適用し、学習
手順を繰り返すことにより求められたものを使用する。
【0031】以上のように本実施形態によれば、従来の
図7に示すような構成のMLP型波形等化回路に対し
て、全中間ノードでの乗算回路の共用化を図ることによ
り、乗算回路の総数を減少させることができる。従っ
て、回路規模と処理計算遅延時間の増大を抑制すること
が可能となる。本実施形態のように、光ディスク装置の
再生信号処理回路の中で波形等化回路に適用すれば、再
生信号の非線形歪みを効果的に抑制できる非線形等化回
路を簡単な回路規模で構成することができる。なお、本
実施形態のMLP型信号処理回路を、非線形等化回路9
とデータ検出回路10とを一体化した回路にも適用する
ことができる。
【0032】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、例
えば光ディスク装置などのディスク記憶装置において、
高記録密度化に伴ってMLP型波形等化回路を使用する
場合に、回路規模と処理時間の増大化を抑制できるML
P型の非線形等化回路を実現することができる。従っ
て、ディスク記憶装置の再生信号の非線形歪み成分の影
響を除去してデータ検出誤り率を抑制できると共に、高
容量でかつ高性能のディスク記憶装置を提供することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に関係する光ディスク装置の
要部を示すブロック図。
【図2】本実施形態に関係するFIR型線形等化回路の
構成を示すブロック図。
【図3】本実施形態に関係する多層パーセプトロン型ニ
ューラルネットワーク構成の信号処理回路の構成を示す
ブロック図。
【図4】図3に示すレジスタ回路の具体的構成を示すブ
ロック図。
【図5】従来のシグモイド関数を示す特性図。
【図6】従来のFIR型線形等化回路の構成を示すブロ
ック図。
【図7】従来のMLP型波形等化回路の構成を示すブロ
ック図。
【符号の説明】
1…光ディスク 2…スピンドルモータ 3…光ピックアップ 4…サーボモータ 5…プリアンプ 6…可変利得増幅器(VGA) 7…A/D変換回路 8…線形等化回路 9…MPL型非線形等化回路 10…データ検出回路 11…デコーダ 12…ドライブコントローラ 13…インターフェース 14…駆動制御回路 15…レーザドライバ 16…変調回路 20…遅延回路 21…乗算回路 22…加算回路 30…出力ノード 31…中間ノード 60…入力層 61…レジスタ回路 61a〜61d…レジスタ 62…加算器 63…遅延回路(レジスタ) 64…加算器 65…シグモイド関数で評価するための演算回路 66…中間ノード

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘッドによりディスクから読出された再
    生信号に所定の信号処理を実行して、当該ディスク上に
    記録したデータを復号化するディスク記憶装置であっ
    て、 前記再生信号をディジタル信号に変換するA/D変換手
    段と、 前記A/D変換手段により変換されたディジタル信号を
    入力して所定のディジタル信号処理を実行する多層パー
    セプトロン型ニューラルネットワーク方式の信号処理手
    段とを具備し、 前記信号処理手段は、入力信号を入力するための入力
    層、複数の中間ノードを有する中間層、及び出力信号を
    出力する出力層を有し、前記入力層と前記各中間ノード
    間の結合の重み付け係数を算出しかつ前記各中間ノード
    で共用されるように構成された演算回路を有することを
    特徴とするディスク記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記信号処理手段において、前記入力層
    は入力信号をラッチするレジスタ手段および当該レジス
    タ手段の出力を加算するための加算手段を有し、前記各
    中間ノードで共用される入力側演算回路を構成すること
    を特徴とする請求項1記載のディスク記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記信号処理手段において、前記各中間
    ノードは、直列接続の複数の遅延回路と、複数の加算回
    路と、入力値をシグモイド関数で評価して出力するため
    の演算回路とから構成されることを特徴とする請求項1
    記載のディスク記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記入力側演算回路は、前記各中間ノー
    ドの入力側の結合の重み付け係数として、入力信号の複
    数通りの倍数値を算出するように構成されたことを特徴
    とする請求項2記載のディスク記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記信号処理手段は、前記再生信号の波
    形等化処理を行なうための非線形型の波形等化処理手段
    であることを特徴とする請求項1記載のディスク記憶装
    置。
  6. 【請求項6】 前記信号処理手段は、前記再生信号の波
    形等化処理及びデータ検出処理を行なうための非線形型
    のディジタル信号処理手段であることを特徴とする請求
    項1記載のディスク記憶装置。
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