JPS63185228A - ビタビ復号器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、符号量干渉の存在するディジタル符号の検出
に用いるビタビ復号器に関するもので、特に高密度ディ
ジタル磁気記録符号の再生検出に適している。

従来の技術 従来のディジタル磁気記録に対するビタビ復号器として
は、例えばＨ，Ｋｏｂａｙａｓｈｉの論文（ＩＢＭＪ、
ＲＥＳ　ＤＥＶ　１ｒｓ　（１９７１）　６４　）に示
されている。この従来例の説明に先立ってまずビタビ復
号器の位置付けについて述べる。第３図はディジタル磁
気記録系のブロック図を示すものであり、２０は記録符
号生成器、２１は等化フィルタ、２２はサンプラ、２３
はビタビ復号器である。記録符号生成器２０によって作
られたディジタル符号が媒体に記録される。これを再生
した波形は符号量干渉とノイズを含んでおり、等化フィ
ルタ２１で波形整形された後、サンプラ２２で記録符号
と同じレートでサンプルされる。得られたサンプル値が
ビタビ復号器の入力値と７ｐ、ビタビ復号器によっても
とのディジタル符号が再生され出力される。

従来ビタビ復号にはパーシャルレスポンス方式（以下Ｐ
Ｒ方式と略す）を用いることが必要であったので、以下
ＰＲ方式について述べる。ＰＲ方式にはＰＲ（１，１）
、ｐＲ（１，−１）、ＰＲ（１，Ｑ、−１）などの各種
方式があるが、この中でＰＲ（１，１）方式を代表とし
て述べる。第４図はＰＲ（１，１）方式を示す波形図で
ある。

第４図（１）はインパルス型の記録波形であり、これを
磁気記録した時の再生波形は第４図（２）のようになる
。第４図（２）の波形に等化フィルタを通すことで第４
図（３）の波形が出力され、結局インパルス応答が（１
，１）となることからＰＲ（１，１）方式と呼ばれる。

実際の記録符号に対する等化出力波形は第４図（３）の
重ね合わせとなり、連続する２つの等化出力値は相関を
持つ。ビタビ復号はこの相関性を利用して、ノイズによ
る検出誤りを防ごうとするものである。

第５図は従来のビタビ復号器を示すブロック図である。

第５図で１〜４は加減算器であり、Ａは第４図（３）に
おけるインパルス応答の振幅値を意味する。５と６は値
の大小を比較する比較器で、７゜８．１２，１３．１５
はデータを選ぶセレクタである。９は次の入力値が入る
まで値を保持するラッチであり、１０と１１はそれぞれ
生き残りパスを保持するシフトレジスタである。１４は
シフトレジスタ１０の値を保持するランチである。

以上のように構成されたビタビ復号器における復号過程
を第６図のトレリス線図で示す。第６図は復号値（０，
１）の系列を示す図であり、右端が入力値に対応する仮
定復号値を示している。第６図において生き残りパスは
２本存在し、最終値が０か１かによってパス０とパス１
に区別される。

図で破線は切りすてられたパスを意味する。それぞれの
生き残りパスとそれぞれの仮定人力復号値との組み合わ
せ系列は４種類あり、各組み合わせ系列について確から
しさく尤度）の比較をするのがビタビ復号である。

６へ−７ に番目のサンプル入力値をｙｋとし、それに対応する仮
定復号値をコとする。生き残りパスがパス○かパス１か
によって１は０または１とする。

それぞれの組み合わせについて入力振幅値ａよ、が仮定
される。

表１　各組み合わせと仮定振幅値 （ＰＲ（１，１）方式） 表１は各組み合わせ系列における仮定振幅値である。ビ
タビ復号の入力Ｙｋは、仮定振幅値ａ工ｊを中心とする
ガウス分布をとるとして、存在確率ｐｋは ６・＼−１ ここでσはノイズの大きさを示す標準偏差である。

Ｐｋの負の対数をとり、不要な項を捨てることで、パス
の長さＰｋ（ｉ、ｊ）を次式で定義する。

１ｋ（ｉ　、　ｊ　）　＝　（ｙｋａｇ　）　　　　　
−−（２）パス０に対応するメトリックをｍｋ（○）、
パス１に対応するメトリックをｍｋ（１）として、各メ
トリンクは次式で計算する。

ここでｍ１ｎ（Ｘ、Ｙ）はＸとＹの小さい方を取る関数
であり、より確からしいパスを選ぶことを意味する。

（３）式を簡略化すると次式のようになる。

さらに（４）式で ７へ−７ Δに＝　ｍｋ（１）　　ｍｋ（ｏ）　　　　　　　　−
・−（１５）とすれば Δに＝ｍｉｎ（○、Δ１（−１３’に＋１．５Ａ）−ｍ
１ｎ（ｙｋ−０，５Ａ　、Δｋ　）　　　−・−（６）
と々る。第５図の上半分は（６）式を実現するためのブ
ロック図であシ、入力値ｙｋに対し、比較器５と６で比
較し小さい方の値を選んで加減算器４でΔｋを求める。

第５図の１０と１１はそれぞれパス０とパス１の生き残
シパスを保持するレジスタで、比較器５がパス１を選ん
だ場合はレジスタ１゜はレジスタ１１の内容を写しとる
。また比較器６がパス０を選んだ場合はレジスタ１１は
レジスタ１ｏの内容を写しとる。入出力を１回するたび
にレジスタ１０とレジスタ１１は１回づつ右ヘシフトし
、レジスタ１０の左端にば０が、レジスタ１１の左端に
は１が入力される。２つの生き残シハスは通常復号過程
で合流し、レジスタ１０．１１の右端よシ復号値が出力
される。パスが合流しない場合は、スイッチ１５でよシ
確からしい復号出力を選ぶ。

このようにビタビ復号は、よシ確からしいパスを選ぶこ
とによって、過去の誤シを訂正することが可能な復号検
出方式である。以上ではＰＲ（１，１）方式のビタビ復
号について説明したが、他にＰＲ（１，−１）方式やＰ
Ｒ（１，Ｏ，−１）方式についてもそれぞれ適合するビ
タビ復号器が構成できる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、ビタビ復号におい
てパーシャルレスポンス方式による等化が不可欠となり
、高密度ディジタル磁気記録を行った場合、高域劣化を
補正するための高域強調をせざるを得ない。このことは
ノイズの強調をもたらし、またノイズが相関性をもつよ
うになり、ビタビ復号の能力低下をもたらす。各パーシ
ャルレスポンス方式の中では比較的高域強調が少なくて
すむのはＰＲ（１，１）方式であるが、ＰＲ（１，１）
方式は低域強調型でもあり、記録符号をＤＣフリーにす
るか、低域をカットして量子化帰還を用いるかしなけれ
ば正常な復号ができ々いという問題９ヘ一／゛ 点を有していた。さらに、ナイキスト条件（符号量干渉
を除去するための条件）を満足するような正確な等化フ
ィルタを構成するのは設計・調整が非常にむずかしいと
いう問題があった。

本発明はかかる点に鑑み、復号時において符号量干渉を
逆算することにより、パーシャルレスポンス方式にとら
れれずすべての記録符号に適用でき、等化フィルタにお
ける高域強調を減らし、低域強調もなくし、特定条件下
では等化フィルタそのものをなくすことも可能で、その
結果誤りの少ない復号のできるビタビ復号器を提供する
ものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は符号間干渉分に相当する係数列を用意し、生き
残シパスと復号仮定値との各組み合わせ列に対して、前
記係数列との積和を各々とる装置と、各積和出力を入力
値から減じる加減算器を備えたビタビ復号器である。

作用 本発明は前記した構成により、各仮定復号系列１ｏへ−
１ に対応する仮定入力振幅値を積和演算によって求め、入
力値と各仮定振幅値の差から、各該当パスの長さを知シ
最尤復号する。このとき入力値は特定のＰＲ方式にとら
れれるとと々く符号量干渉を持っていてもよいので等化
フィルタによるノイズ増加を軽減できる。さらにナイキ
スト条件を満たす必要がないだめ等化器の設計・調整が
楽になる。

その代わシ、符号間干渉分の係数列を求めねばならない
が、これはインパルス応答そのものなので、測定は簡単
であり自動調整さえも可能となる。

実施例 第１図は本発明の実施例におけるビタビ復号器のブロッ
ク図を示すものである。第１図において、３０〜３３は
加減算器、３４〜３７は２乗演算器、３８．３９．４４
は加減算器、４０と４１は値の大小を比較する比較器、
４５はデータを保持するラッチである。４２，４３，４
８．４９はデータを選択するセレクタである。４６と４
７はそれぞれパス０とパス１に対応する生き残シパスを
保持するシフトレジスタで、５５は符号量干渉に相当１
１／＼−。

するインパルス応答列を保持するレジスタである。

６１〜５４はそれぞれ積和演算器で、それぞれの出力は
３０〜３３の加算器の入力となっている。

セレクタ４８と４９はそれぞれ比較器４０と４１によっ
て切りかわる。５０はレジスタ４６の値を保持するラッ
チであり、５６は出力切換えスイッチである。

以上のように構成された本実施例のビタビ復号器につい
て以下その動作を説明する。生き残りパスの種類ユ（Ｏ
または１）と仮定復号値ｊ（ｏまたは１）の組み合わせ
は従来例と同じく４種類である。生き残りパスの系列を
ｂｉｍ（ｍ−１〜ｎ）。

符号量干渉を示すインパルス応答列をｃｍ（ｍ−０〜ｎ
）とする。このとき、１．コの組み合わせ系列における
仮定振幅値２．１３は次式の積和演算で与えられる。

’ｉｊ　　　＝　　Ｃｏｊ　十ｍ！１Ｃｍｂｉｍ　　　
　　　　　　　　　　　・　−（７）（方式のａ　ｉ３
に対するパスの長さ６ｋ（ｉ、ｊ）は（２）式と同じく （ｌｋ（ｉ、　ｊ　）　−（ｙｋ−ｈｉ３　）２−−（
ｓ）で与えることができる。（４）式に相当するメトリ
ックの式は と表わされる。これに（５）弐を適用すればΔに＝ｍｉ
ｎ（（ｙｋ’ｏ＋）”　＋Δに−＋＋（３’ｋ　’＋＋
）２）Ｄｉｎ（（ｙｋ−ａｏｏ）２，４−１＋（ｙｋ’
＋ｏ）”）−（１０）となる。

第２図は等化フィルタ出力におけるインパルス応答波形
を示したものであり、第２図（２）の各サンプル値が、
符号量干渉を示すデータ列ｃｍ（ｍ−。

〜ｎ）として第１図のレジスタ５５に保持される。

コノインパルス応答は従来のパーシャルレスポンス方式
にとられれる必要はない。積和器５１〜５４の片方の入
力にはこの符号量干渉を示すデータ列Ｃｍが加えられ、
もう片方の入力には仮定復号系列ｊ、ｂ１ｍが加えられ
る。そして各々の積和器の出力は（７）式のａ　ｉ３が
出力される。第１図の加算器３０〜３３の片方の入力に
はｙｋが加えられ、も１３・＼−７ もう片方の入力にはａユｊが加えられる。そして（１０
）式の計算結果出力Δには加算器４４の出力として求ま
シ、ラッチ４５で保持されて次のデータ入力時に捷た利
用される。

比較器４０，４１の出力はより確からしいパスを選ぶこ
とを意味するので、これによってレジスタ４６．４７の
データを互いに写しとるか否かをそれぞれのパスについ
て決定する。レジスタ４６゜４７はデータ入力のあるた
びに右ヘシフトしてゆき、左端にはそれぞれ０と１が入
力され、右端からあふれ出た復号値はスイッチ５６で選
択して出力される。この過程は従来のビタビ復号と同一
である。

以上のように本実施例によれば、仮定復号系列に対する
符号間干渉分を求める積和器を備え、その出力である仮
定振幅値と入力値との差をとる加減算器を備えることに
より、符号量干渉の存在する入力値に対しても復号可能
とカリ、等化フィルタによる過度の高域強調や低域強調
をなくしてノイズに強い復号器を得ることができる。積
和演算１４へ−２ は復号位動が０．１の列であるので、実際上加算器のみ
で組むことができ、高速演算が可能である。

特に入力値ｙｋによる符号量干渉が、有限個の後続デー
タ（ｙｋ、に≧０）には及ぶが、先行データ（ｙｋ、ｙ
＜ｏ）　　には及ばないという条件が保たれていれば、
等化フィルタそのものをなくしても復号が可能となる。

あるいは等化フィルタを使用する場合においても、その
出力におけるインパルス応答が、前記条件を満足するよ
うに調整すれば良いので、厳密なナイキスト等化と比べ
て調整は楽になる。符号量干渉を示すデータ列ｃｍはイ
ンパルス応答そのものなので、測定は簡単であり、自動
調整も可能となる。

なお本実施例において、生き残りパスはレジスタの最終
ビットのみで区別して２本だけであったが、パスの識別
ビット数を増やして、生き残りパスの数を増やしてもよ
い。また本実施例では２値記録について説明したが、他
の多値記録においても同様の構成をとることができる。

発明の効果 １５へ−２ 以上説明したように、本発明によれば、符号量干渉の存
在する入力値に対してもビタビ復号が可能であり、等化
フィルタによる過度の高域強調や低域強調を低減し、ノ
イズの増加とノイズの相関性を防いでより誤りの少々い
復号ができ、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例のビタビ復号器のブロ
ック図、第２図は等化フィルタ出力のインパルス応答を
示した波形図、第３図はビタビ復号の位置付けを示すブ
ロック図、第４図はｐＲ（１，１）方式のインパルス応
答を示す波形図、第６図は従来のビタピ復号器のブロッ
ク図、第６図は復号過程を示すトレリス線図である。 １〜４・・・加減算器、５，６・・・・・・比較器、７
゜８・・・・・セレクタ、９・・・・ラッチ、１０，１
１・・・・・シフトレジスタ、１２．１３・・・・・・
セレクタ、１４・・・・・ラッチ、１５・・・・セレク
タ、２０・・・・・・記録符号生成器、２１　・・・・
等化フィルタ、２２・・・・・サンプラ、２３・・・・
ビタビ復号器、３０〜３３・・・・・・加減算器、３４
〜３７・・・・・・２乗演算器、３Ｂ、３９゜４４・・
・・・・加減算器、４０．４１　　・・・・比較器、４
２゜４３．４Ｂ、４９．５６・・甲・セレクタ、４５・
川・・ラッチ、４６．４７・・・・・シフトレジスタ、
５ｏ・・・・・ラッチ、５１〜５４・・・・・・積和演
算器、５５・・・・・レジスタ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第２
図 ｏｏｏｏｏｒｏｏｏｏｏｏｏｏ。 第３図 第４図 第５図 第６図 復号値

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビタビ復号の複数の復号系列（生き残りパス）と
   、現在のビタビ復号入力値に対応する複数の仮定復号値
   との組み合わせによってできる系列を仮定複号値列とし
   て、それぞれの仮定複号値列の各値と、符号間干渉分に
   相当するデータ列とをもとに、ビタビ復号入力値の仮定
   振幅値を生成する演算器を備え、それぞれの前記仮定振
   幅値と現在の入力値との差を求める加減算器を備え、前
   記加減算器のそれぞれの出力値を変換する変換器を備え
   たことを特徴とするビタビ復号器。
2. （２）前記変換器は入力値の２乗を出力することを特徴
   とする前記第１項記載のビタビ復号器。
3. （３）前記演算器は積和演算（系列間の対応する値の積
   の総和）をとる装置であることを特徴とする前記第１項
   記載のビタビ復号器。