JP2002118471A - 記録再生装置及び誤り訂正符号化方法並びに情報記録方法 - Google Patents

記録再生装置及び誤り訂正符号化方法並びに情報記録方法

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JP2002118471A
JP2002118471A JP2000313121A JP2000313121A JP2002118471A JP 2002118471 A JP2002118471 A JP 2002118471A JP 2000313121 A JP2000313121 A JP 2000313121A JP 2000313121 A JP2000313121 A JP 2000313121A JP 2002118471 A JP2002118471 A JP 2002118471A
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Masaharu Kondo
昌晴 近藤
Terumi Takashi
輝実 高師
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】1セクタ当たりの最大訂正シンボル数が一定な
ら、インターリーブ数が少ない方が符号の誤り訂正能力
は高くなる。しかし、磁気ディスク装置で1セクタ40
96ビットに、GF(2)上のReed−Solom
on符号を用いる場合、符号長が2−1=255シン
ボルまでであることから、インターリーブ数を3より少
なくすることができなかった。 【解決手段】mを正整数とし、有限体GF(2)上の
楕円曲線符号を使用して誤り訂正符号化することによ
り、mが3以上の偶数のときに、最大で2+2
1+m/2までの長さの符号を構成することができる。
この長さの符号を用いることで1セクタ512バイトを
2インターリーブにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、記録再生装置に使
用する誤り訂正符号化方法の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気ディスク装置、光磁気ディスク装
置、コンパクトディスク装置等の記録再生装置にはRe
ed−Solomon符号が使われている。この符号は
磁気ディスク装置では2個の要素からなる。そして、
除算については「0で割る」のは定義しないが、要素ど
うしで加減乗除が定義されている集合である有限体GF
(2)上のReed−Solomon符号を使用して
いる。このReed−Solomon符号8ビットを、
演算を行なう単位である1シンボルとして、記録再生装
置の誤り訂正処理が行なわれている。
【0003】Reed−Solomon符号で最大訂正
シンボル数tの符号を構成するには、冗長シ ンボル数
を2tにすればよい。記録再生を1度に行なう単位であ
るセクタの長さが512シンボルであるが、GF
(2)上のReed−Solomon符号の構成可能
な符号長が2−1=255シンボル以下であるため、
データを3ブロック以上に分割(インターリーブ)して
それぞれを誤り訂正符号化している。
【0004】Reed−Solomon符号の利点の一
つとして、計算上のシンボル位置を符号の最上位からα
n−1,αn−2,...,α,α,α(α:有
限体の原始根)とすることで、復号の際に誤り位置を探
索するChienサーチの際に計算上のシンボル位置を
乗算器のみで規則的に算出できることが挙げられる。
尚、Chienサーチとは、要素を順番に方程式に代入
していくことで方程式の解を探す手法のことである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】GF(2)上のRe
ed−Solomon符号を1セクタ512シンボルに
対して適用する場合、符号長が2−1=255シンボ
ルまでであり、かつ512/255>2であることか
ら、インターリーブ数を3より少なくすることができな
いという問題があった。
【0006】1セクタ当たりの最大訂正シンボル数が一
定なら、インターリーブ数が少ない方が符号の誤り訂正
能力は高くなる。
【0007】
【課題を解決するための手段】GF(2)上の楕円曲
線符号を使用することで、符号長が2−1より長い符
号を構成し、インターリーブ数を減らす。
【0008】楕円曲線符号で最大訂正シンボル数tの符
号を構成するには、冗長シンボル数を2t+1にすれば
よい。この符号の冗長シンボル数は287−256=3
1であるので、最大訂正シンボル数は15(15×2+
1=31)である。この符号を用いることで1セクタ5
12バイトを2インターリーブ構成にすることが可能と
なる。
【0009】GF(2)上の楕円曲線C:y+a
xy+ay+a+a+ax+a=0
に対して、E(C,GF(2))は次のような集合を
表わすとし、εをE(C,GF(2))の要素の個数
とする。
【0010】
【数1】
【0011】ここで、E(C,GF(2))\{o}
に属する点にP(1),P(2),...,P
(ε−1)と番号付けを行なうと、楕円曲線符号の符号
語は、(数2)の行列Hに対してHw=0を満たすよう
な縦ベクトルwとして定義される。
【0012】
【数2】
【0013】特に符号長nはε−1に一致する。そし
て、n>2−1となるような楕円曲線Cを、係数a
の全探索によって見つけることができる。
【0014】しかし、定義のままでは方程式を解く形で
しか符号語が計算できないので、以下の変形によって符
号語を行列演算によって計算できるようにする。
【0015】符号化を行なう前のk個のシンボルを縦に
並べたベクトルをwと書くと、Hが(数3)を満たす
ときには(数4)の行列Gに対してGwが符号語にな
る。実際、H(Gw)=M−1(MH)(Gw)=
−1((MH)G)w=0となる。
【0016】
【数3】
【0017】
【数4】
【0018】(数5)より、Hが計算できればw
ら対応する符号語Gwの冗長シンボルが計算できる。
【0019】
【数5】
【0020】そして(数3)から(数6)が導かれるこ
とから、事前にMを計算して記憶しておけばHが計算
でき、したがってwから符号語Gwの冗長シンボル
も計算できる。
【0021】
【数6】
【0022】E(C,GF(2))\{o}に規則性
を持たせるため、(数7)のような演算+を実現する
演算回路を組んで用いることにする。
【0023】
【数7】
【0024】E(C,GF(2))の要素Pについ
て、P+ ‥‥+P(Pがm個)を[m]Pと表記
する。
【0025】
【発明の実施の形態】図2は磁気ディスク装置の概略図
である。1セクタ分の入力信号16はインターフェース
(I/F)14によって1セクタ分のバイナリデータに
変換される。1セクタ分のバイナリデータ13はハード
ディスクコントローラ9に入り、その中のインターリー
バ(ITLV−3)11によって3つのデータブロック
に分割される。そしてReed−Solomon符号化
回路(RS−ENC)6によって分割されたデータブロ
ック毎に誤り訂正符号化される。
【0026】誤り訂正符号化されたデータブロック8は
信号処理LSI(R/W&SPC)3によってヘッドに
記録するためのアナログ信号に変換され、それがヘッド
に送られる。一方、ヘッドから読み出された信号1は信
号処理LSI3によって等化やビタビ復号等の信号処理
が行われて0と1とを識別した後、バイナリデータに変
換される。変換後のバイナリデータ7はハードディスク
コントローラ9に入り、その中のReed−Solom
on復号回路(RS−DEC)5によって誤り訂正符号
化されたシンボル長の符号ブロック毎に誤りの検出・訂
正が行なわれる。
【0027】そしてデインターリーバ(DITLV−
3)10によって復号後の3つの符号ブロックが結合さ
れて1セクタ分のバイナリデータが復元される。復元さ
れた1セクタ分のバイナリデータ12はI/F14によ
って、出力するための信号15に変換される。
【0028】尚、本例ではRS−DEC5とRS−EN
C6とをワンチップに纏めたReed−Solomon
符号化・復号LSIを採用しているが、ワンチップに纏
めずに別個の回路としても良い。
【0029】図1は本発明の一実施例を示している。記
号は図2に従う。
【0030】512シンボルからなる1セクタ分の入力
信号16はアナログ−デジタル変換(A/D変換)手段
であるインターフェース(I/F)14によって1セク
タ分のバイナリデータに変換される。1セクタ分のバイ
ナリデータ13はハードディスクコントローラ9に入
り、その中のインターリーバ(ITLV−2)204に
よって2つのデータブロックに分割される。そして符号
化手段である楕円曲線符号化回路202によって変換・
分割されたデータブロック毎に誤り訂正符号化される。
誤り訂正符号化されたデータブロック8は信号処理LS
I(R/W&SPC)3によってアナログ信号2に変換
され、ヘッドに送られる。そして記録媒体である磁気デ
ィスクに記録される。
【0031】一方、ヘッドから読み出された信号1は信
号処理LSI3によってバイナリデータに変換される。
変換後のバイナリデータ7はハードディスクコントロー
ラ9に入り、その中の楕円曲線復号回路5によって誤り
訂正符号化されたシンボル長の符号ブロック毎に誤りの
検出・訂正が行なわれる。そしてデインターリーバ(D
ITLV−2)10によって復号後の2つの符号ブロッ
クが結合されて1セクタ分のバイナリデータが復元され
る。復元された1セクタ分のバイナリデータ12はI/
F14によって、出力信号15に変換される。
【0032】図3は楕円曲線符号化回路(EL−EN
C)202の概略図である。入力シンボル列b(1)
(2),...,b(256)が入力端子304から
入力される。有理点生成器(Point Genera
tor)301は、b(j)が入力されるタイミングで
点P(j)を出力する。点P(j)を入力として、ベク
トル生成回路302がベクトルv(j)を出力する。v
(j)を入力として、行列演算回路303がベクトルV
(j)を出力する。ベクトルV(j)とシンボルb
(j)を入力として、スカラー倍演算器305がb
(j)(j)を出力する。そして冗長シンボルを記憶
するメモリ306に加算・記憶され、同時にb(j)
セレクタ307を素通りする。256シンボル分の処理
が終わった後、セレクタ307は冗長シンボルを記憶す
るメモリ306の内容を上から順に選択・出力する。
【0033】入力P(j)=(α,β,1)のとき
のベクトル生成回路302の出力は、(数2)より上か
ら順に1,α,β,α ,αβ,...とな
る。
【0034】組織符号化まで考慮に入れたGF(2
上の楕円曲線符号((n,k)=(287,256))
の符号化におけるパラメータ計算の準備の一例を述べ
る。楕円曲線符号で最大訂正シンボル数tの符号を構成
するには、冗長シンボル数を2t+1にすればよい。こ
の符号の冗長シンボル数は287−256=31である
ので、最大訂正シンボル数は15(15×2+1=3
1)である。この符号を用いることで1セクタ512バ
イトを2インターリーブ構成にすることが可能となる。
【0035】αをα+α+α+α+1=0を満
たすGF(2)の原始根とし、楕円曲線C:y
αxy+α25y+x+α29=0から構成された
楕円曲線符号を使用するものとする。
【0036】全探索によってC上の点になるかどうか
を調べることで、E(C,GF(2))に対してε
=288であることがわかる。+演算回路を実現する
のに、oに対応する入出力を(0,0,0)とし,oで
ない点(α,β)に対する入出力を(α,β
1)とする。+演算回路の計算内容は(数7)におい
て(a,a,a,a,a,a)=(α
α25,1,0,0,α29)として構成する。
【0037】E(C,GF(2))に属する点に番
号付けを行なうための準備として、E(C,GF(2
))の各点Pにおいて[1]P、[2]P、[3]
P、...を順に計算し、はじめて[m]P=oとな
るような正整数を求めておく。そして、mが最大にな
る点を一つ選んで、それをPと表記する。具体例の場
合、max m=96であり、(α,α68)がP
の一例になる。次に、mP**=ε/mP*=3、か
つP**≠[96/3]P,[2×96/3]Pとなる
ようなP**が存在するかを探す。具体例の場合、(α
60,α23)がP**の一例になる。
【0038】このとき、{[s]P**[u]P
|0≦s≦2、0≦u≦95}を計算して書き出すこと
により、E(C,GF(2))と一致することが確
認できる。特に、E(C,GF(2))に属する点
は[s]P**[u]P(0≦s≦2、0≦u≦
95)という形で番号付けされる。[s]P**
[u]PをPs,uと表記し、E(C,GF(2
))の各点に対応するsとuを計算することで番号付
けの準備が完了する。
【0039】sとuの定義より、(s,u)の集合は整
数剰余環の直積群G=Z/3Z×Z/96Zとなる。ま
た、上記の番号付けの操作はE(C,GF
(2)))が/3Z×Z/96Zと群として同型であ
ることを示す。
【0040】以下、シンボルを数える基準位置から数え
て 1,2,...,287番目のシンボルに対応する
点をP(1),P(2),...,P(287)と表記
する。
【0041】図4はE(C,GF(2))に属する
点に番号付けとして、(数8)に示す順番にP(1)
(2),...,P(287)としたときの有理点生
成器の概略図である。
【0042】
【数8】 P2,95,P2,94,……,P2,1,P2,0;P1,95,P1,9 ,……,P1,1,P1,0; P0,95,P0,94,……,P0,2,P0,1 (数8) 数8はPs,uを、添字(s,u)について辞書式順序
でシンボル位置に対応させることを意味する。カウンタ
404は、例えばP1,0からP0,95にするという
ような添字の繰り下がり(=降順)の周期を数えるもの
である。
【0043】図5はE(C,GF(2))に属する
点に番号付けとして、(数9)に示す順番にP(1)
(2),...,P(287)としたときの有理点生
成器の構成例の概略図である。記号の一部は図4と同じ
である。
【0044】
【数9】 P1,95,P2,1;P1,94,P2,2;……;P1,1,P2,95 ;P1,0,P2,0; P0,95,P0,1;P0,94,P0,2;……;P0,49,P0,4 ;P0,48 (数9) 演算回路502は(数10)においてセミコロンで区切
られた点の組Ps,uとP3−s,96−uの数値的差
分を計算している。PとP**のとり方とPs,u
表記より、Ps,u3−s,96−u=oであ
る。(数7)よりPs,u=(αsu,βsu)とP
3−s,96−uの差分は(+演算回路の入出力形式
で)(0,aαsu+a,0)である。
【0045】以上まで準備すると、行列演算回路303
における行列M、そしてシンボル位置を表わす有理点生
成器(Point Generator)301におけ
るP0,95とP0,952,0と有理点を記憶
するメモリの初期値は、番号付けP(1)
(2),...,P(287)が決まれば固定の値、
つまり符号化パラメータである。行列Mを(数3)と
(数4)から、また、P0,95とP0,95
2,0と有理点を記憶するメモリの初期値(PとP
**のとり方とPs,uの表記よりP0,1=P、P
1,0=P**であることに注意)を(数7)から、そ
れそれ計算器等で事前に計算がしておくことで符号器の
構成ができる。
【0046】以下より、楕円曲線符号の誤り検出・訂正
の一例を述べる。図6は楕円曲線符号の誤り検出・訂正
の処理の流れを表したものである。入力から誤りなしの
ときに0になるようなチェックサムの集まりであるシン
ドロームを計算するシンドローム計算回路601によっ
て誤りシンドロームs,s,s,...,s
−k−1を計算する。次に誤りシンドロームから誤り位
置多項式計算回路602によって誤り位置多項式f
(P),f(P)を計算する。次にChienサー
チによって誤り位置を探索し、誤り位置における誤りの
大きさを求める。これは図中の603から609までに
対応する。
【0047】図7はシンドローム計算回路601の概略
図である。入力シンボル列z(1)
(2),...,z(287)が入力端子304から
入力される。有理点生成器301は、z(j)が入力さ
れるタイミングで点P(j)を出力する。点P(j)
入力として、ベクトル生成回路302がベクトルv
(j)を出力する。ベクトルv(j)とシンボルz
(j)を入力として、スカラー倍演算器704がz
(j)(j)を出力する。そしてシンドロームを記憶
するメモリ705に加算・記憶される。256シンボル
分の処理が終わった後に結果が誤りシンドロームs
,s,...,sn−k−1として出力される。
【0048】図8は誤り位置多項式計算回路602の処
理の流れを示したものである。この図はBarleka
mp−Massey−Sakata アルゴリズム(阪
田省二郎,"代数幾何符号とその復号法",数理科学,N
o.421,pp.33−40,No.422,pp.
58−60,1998年;S. Sakata, "A Vector Versi
on of the BMS Algorithm for Implementing Fast Eras
ure-and-Error Decoding of One-Point AG codes", Pro
c. AAECC-12, Springer Verlag, pp.291-310, 1997.)
と呼ばれている処理を楕円曲線符号に適用した一例であ
る。
【0049】図6中の誤りの大きさ計算(Calculation
of Error Value e(j))606では(数10)で示
す計算を行なっている。
【0050】
【数10】
【0051】
【発明の効果】楕円曲線符号を用いることでReed−
Solomon符号と比較して冗長ビット数を減らすこ
とができることである。
【0052】磁気ディスク装置では1セクタ512バイ
トを2インターリーブ構成にできるReed−Solo
mon符号と比較して冗長ビット数を少なくできる。例
えば、最大15シンボルのランダム誤りを訂正できるよ
うに誤り訂正符号化を行なうという条件では、・Ree
d−Solomon符号の場合、符号長の制限からGF
(2)上のものを使用することができず、GF(2)
かそれより大きな体を使用しなければならない。ここで
は最大訂正シンボル数tを15にするので、GF(2)
上の符号の場合、9ビットの冗長シンボルを15×2=
30シンボル付加すればよい。したがって付加される冗
長ビット数は合計30シンボル×9ビット=270ビッ
ト;・楕円曲線符号の場合、GF(2)上の符号を使
用することができる。ここでは最大訂正シンボル数tを
15にするので、GF(2)上の符号場合、8ビット
の冗長シンボルを15×2+1=31シンボル付加っす
ればよい。したがって付加される冗長ビット数は31シ
ンボル×8ビット=248ビット;である。したがっ
て、楕円曲線符号の冗長ビット数がReed−Solo
mon符号のそれよりも確かに少なくなることがわか
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を表わす図である。
【図2】磁気ディスク装置を表わす図である。
【図3】楕円曲線符号化回路の概略図である。
【図4】有理点生成器の構成例の概略図その1である。
【図5】有理点生成器の構成例の概略図その2である。
【図6】楕円曲線復号回路の誤り検出・訂正の処理の流
れを表わす図である。
【図7】楕円曲線復号回路におけるシンドローム計算回
路の概略図である。
【図8】楕円曲線復号回路における誤り位置多項式計算
回路の処理の流れを表わす図である。
【符号の説明】
1…ヘッドから読み出された信号、2…ヘッドで記録す
るための信号、3…信号処理LSI(R/W&SP
C)、4…Reed−Solomon符号化・復号LS
I、5…Reed−Solomon復号回路(RS−D
EC)、6…Reed−Solomon符号化回路(R
S−ENC)、7…信号1を信号処理LSI3で変換し
たバイナリデータ、8…Reed−Solomon符号
化回路6によって誤り訂正符号化されたデータブロッ
ク、9…ハードディスクコントローラチップ(HD
C)、10…Reed−Solomon復号回路5で復
号されたの3つの符号ブロックを結合するデインターリ
ーバ(DITLV−3)、11…1セクタ分のバイナリ
データを3つのデータブロックに分割することで1セク
タ分のバイナリデータ列を復元するインターリーバ(I
TLV−3)、12…インターリーバによって復元され
た1セクタ分のバイナリデータ列、13…1セクタ分の
バイナリデータ列、14…インターフェース(I/
F)、15…読み出された信号に対応する磁気ディスク
の1セクタ分の出力信号、16…1セクタ分の入力信
号、200…楕円曲線符号化・復号LSI、201…楕
円曲線符号の復号回路(EL−DEC)、202…楕円
曲線符号化回路(RS−ENC)、203…楕円曲線符
号の復号回路5で復号されたの2つの符号ブロックを結
合するデインターリーバ(DITLV−2)、204…
1セクタ分のバイナリデータを3つのデータブロックに
分割することで1セクタ分のバイナリデータ列を復元す
るインターリーバ(ITLV−2)、301…シンボル
位置を表わす有理点を決められた順番に出力する回路、
302…関数v(P)(数3)への代入計算回路、3
03…代入計算回路の出力に行列M(数4)を掛ける行
列演算回路、304…入力端子、305…行列演算回路
303の出力ベクトルに入力シンボルの値を掛けるスカ
ラー乗算回路、306…冗長シンボルの計算途中の値を
記憶するメモリ、307…符号化データの出力シンボル
を選択するセレクタ、401…有理点を記憶するメモ
リ、402…楕円曲線の群演算器、403…群演算器へ
の入力を切り換える切換器、404…96進カウンタ、
405…96進カウンタが0になったときに出力される
信号、501…パラレル−シリアル変換器、502…P
tuとP t,−uとの差分生成器、601〜610…
楕円曲線符号の誤り検出・訂正アルゴリズムの説明に使
用、701…シンドローム計算回路の入力端子、702
…関数v(P)(数3)への代入計算回路302の出
力ベクトルに入力シンボルの値を掛けるスカラー乗算回
路、703…シンドロームの計算途中の値を記憶するメ
モリ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11B 20/18 536 G11B 20/18 536B 542 542B 572 572B

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インターリーブされたデータに誤り訂正符
    号を付加して記録再生する記録再生装置であって、 誤り訂正符号化に有限体GF(2)上(m:正整数)
    の楕円曲線符号を使用する記録再生装置。
  2. 【請求項2】入力信号をバイナリデータに変換するイン
    タフェースと、変換されたバイナリデータをデータブロ
    ックに分割するインタリーバと、有限体GF(2)上
    (m:正整数)の楕円曲線符号を使用しこのデータブロ
    ック毎に誤り訂正符号化する符号化回路と、記録媒体に
    記録するために誤り訂正符号化されたデータブロックを
    アナログ信号に変換し前記記録媒体から読み取ったアナ
    ログ信号をバイナリデータに変換する信号処理回路と、
    前記楕円曲線符号を用いて前記信号処理回路で変換され
    たバイナリデータの誤り検出及び訂正を行う復号回路と
    を備えた記録再生装置。
  3. 【請求項3】前記誤り訂正符号化に、各インターリーブ
    で符号化されたデータの長さnが2以上で、かつ訂正
    可能シンボル数tがm/2<t≦2m/2(m+1<2
    t+1≦2(m+2)/2+1)である楕円曲線符号を
    使用する請求項1または2に記載の記録再生装置。
  4. 【請求項4】群として楕円曲線と同型な整数剰余環の直
    積群Gの辞書式順序を使用し、この辞書式順序の昇順ま
    たは降順で連続するように楕円曲線上の点をシンボル位
    置に対応させる誤り訂正符号化方法。
  5. 【請求項5】入力信号をバイナリデータに変換するステ
    ップと、変換されたバイナリデータをデータブロックに
    分割するステップと、有限体GF(2)上(m:正整
    数)の楕円曲線符号を使用しこのデータブロック毎に誤
    り訂正符号化するステップと、このデータブロックをア
    ナログ信号に変換するステップと、変換したデータブロ
    ックを記録媒体に記録するステップととを備えた情報記
    録方法。
  6. 【請求項6】シンボルを数える基準位置を符号の最上位
    または最下位とし、基準位置から数えてj番目のシンボ
    ル位置に対応する楕円曲線上の点をP(j)=(α
    β)とするときに、P(1),P(3)
    (5),...,P(2s+1)(sは整数、2s+
    1はnかn−1のいずれか)は、楕円曲線と同型な整数
    剰余環の直積群Gに対応させるとGの辞書式順序の昇順
    または降順で連続して並んでいて、1≦2s+2≦nに
    ついてα2s+1=α2s+2である誤り訂正符号化方
    法。
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