JP4029498B2 - ビタビ検出方法並びにビタビ検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビタビ検出方法並びにビタビ検出装置に関し、特に時変構造をもつ検出トレリスを用いてビタビ検出を行う際に好適なビタビ検出方法並びにビタビ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、データ伝送を行う場合、データ送信（又は記録）時に、ブロックの先頭にブロック同期信号が付加される。そして、データ受信（又は再生）時に、この同期信号を検出してブロックの先頭を認識する。ここで言うブロックとは、複数のデータ語若しくは符号語が集まった単位のことである。例えば、ＤＡＴ(Digital Audio Tape)におけるブロックは、２シンボルのＩＤ(Identity)データ、１シンボルのＩＤパリティ、及び３２シンボルのデータ語の計３６シンボルで構成されている。１シンボルは、記録符号である８／１０符号で符号化される前では８ビット、符号化された後では１０ビットである。記録時に、ブロックを構成する個々の８ビットシンボルはまず８／１０符号化され、その後８／１０符号のシーケンスには存在しない１シンボル（１０ビット）の同期信号（同期語）がブロックの先頭に付加される。再生時には、この同期語を検出してブロックの先頭を見つけあと、符号化されたＩＤデータ、パリティ及び３２シンボルデータ語の復号が１シンボルずつ行われる。８／１０符号はＮＲＺＩ記録を前提につくられているが、そのＮＲＺＩ変換後のシーケンスにおける同一ビットの最大連続長（以下Ｔmax と呼ぶ）は４であり、しかもＴmax が２回以上連続しない。同期語には、符号シーケンスには現れないＴmax が２回連続するパターンが含まれており、これによって符号シーケンスとの識別を可能にしている。
【０００３】
近年磁気記録の分野では、ＴＣＰＲ(Trellis-Coded Partial Response)方式が盛んに研究されている。これは、パーシャルレスポンス特性と符号特性を一体で考えることにより、伝送路（記録再生路）出力シーケンス間のユークリッド距離（自由二乗ユークリッド距離：ｄ2 free ）を増大させる方式である。ｄ2 free の増加は信号レベルの増加と等価であり、したがってＴＣＰＲ方式により、データ検出時のＳＮＲ(Signal to Noise Ratio) は改善される。ＴＣＰＲ方式で用いられる符号は、一般的にトレリス符号と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本件出願人は、特願平１０−２０７３７２号において、１６／２０トレリス符号を提案している。
【０００５】
図１は、２０ビット符号語がとるＡＤＳ(Alternating Digital Sum) の推移を示したＡＤＳトレリスである。符号語に許されたＡＤＳの範囲は０から１０であるが、始点（時刻０）及び終点（時刻２０）のＡＤＳは、３と７の２通りに制限されており、さらに時刻７のＡＤＳは、始点のＡＤＳが３か７かによってそれぞれ図に示す通りの制限が加えられている。ここでＡＤＳとは、符号ビット０又は１にそれぞれシンボル−１又は＋１を割り当て、さらに１シンボルおきに−１を乗じたシンボルの符号化の開始時点、若しくは無限大の過去から現時点までの総和をとったものである。符号シーケンスのＡＤＳを一定範囲に収めれば、符号の電力密度(power density) のナイキスト周波数成分、すなわち符号ビットレートの１／２の周波数成分をヌルにすることができる。
【０００６】
ところで、符号の電力密度のヌル点と伝送路の伝達関数(transfer function) のヌル点を一致させると、ｄ2 free が増大することが知られている。１６／２０符号の電力密度はナイキスト周波数にヌル点をもつから、この符号は伝達関数がナイキスト周波数にヌル点をもつパーシャルレスポンスに対するトレリス符号となる。
【０００７】
図２はクラス１パーシャルレスポンスによるＴＣＰＲ方式のビタビ検出に用いる検出トレリス(detector trellis)で、符号の特性（図１のＡＤＳトレリス。本件では今後一般的に符号トレリスと呼ぶこととする。）とクラス１パーシャルレスポンスの特性が一体となった構造をしている（クラス１パーシャルレスポンスの伝達関数は、ナイキスト周波数にヌル点をもつ）。図２の構造は１符号語の単位で時変となっており、それ故に、このＴＣＰＲ方式では、符号語の境界を認識できた時点で始めてビタビ検出が可能となる。図３は、時変トレリス符号を使ったＴＣＰＲ方式の再生装置の構成例を示している。メディア３１から再生され再生アンプ３２で増幅された信号は、等化器３３で所定のパーシャルレスポンス特性に等化されたあと、ＰＬＬ３４でクロックの抽出が行われる。ＰＲＭＬビタビ検出器３６、同期語検出器３７，ＴＣＰＲビタビ検出器３８、及び復号化器３９はこのクロックにしたがって動作する。等化器３３でパーシャルレスポンス特性に等化された信号は標本化器３５で標本化されたあと、ＰＲＭＬビタビ検出器３６及び遅延素子３１０を介してＴＣＰＲビタビ検出器３８に入力される。ＰＲＭＬビタビ検出器３６は、時変トレリス符号の特性を含まない形の検出トレリスを用いて検出が行われるため、符号語の境界を知る必要がなく、したがって非同一期でデータの検出が行える。ＰＲＭＬビタビ検出器３６で検出されたビット列は、同期語検出器３７に入力され同期語の検出が行われる。同期語の検出信号はＴＣＰＲビタビ検出器３８に入力される。ＴＣＰＲビタビ検出器３８は、時変符号の特性を含んだ形の検出トレリス（すなわち図２）を用いて検出が行われるため、符号語の境界を知らなければ正しく動作しない。したがって、ＴＣＰＲビタビ検出器３８は、まず入力された同期語検出信号によりその同期がとられ、その後で１ブロックのデータの検出が開始される。ＴＣＰＲビタビ検出器３８で検出されたデータは、復号化器３９に入力され、符号語の復号が行われる。遅延素子３１０は、ＰＲＭＬビタビ検出器３６と同期語検出器３７の内部遅延により同期語検出信号がもつ遅延量と同等の遅延を等化器３３の出力にもたせるためのものである。
【０００８】
ここで、ブロック同期信号の検出精度は、データの受信若しくは再生品質に大きく影響する。例えば、外乱により同期信号が検出不能になれば、１ブロックの全データが失われることになる。また、同期信号を誤検出したならば、誤検出した時点から次に正しく同期信号が検出されるまでの全データが失われることになる。さらに、例えばＤＡＴ場合、同期語を誤検出するとＩＤデータも誤検出することになる。ＩＤデータの中にはアドレス情報が含まれているが、誤検出アドレスを使ってメモリヘの書き込みが行われると、他のブロックのデータまでもが破壊される可能性がある。
【０００９】
図３に示すＰＲＭＬビタビ検出器３６にはトレリス符号の特性が含まれていないため、ＴＣＰＲ方式による利得は得られない。したがって、ＰＲＭＬビタビ検出器３６から得られる検出結果は、ＴＣＰＲビタビ検出器３８で得られる検出結果に比べて品質が悪いことになる。
【００１０】
ＤＡＴの場合ＴＣＰＲ方式を採用していないことから、データの検出器は一つであり、同期語の検出精度とデータの検出精度は同じである。しかし、図３に示す再生装置では、同期語の検出積度がデータの検出粘度に比べてかなり悪いことになる。これは、前述したように、データ全体の受信若しくは再生品質に極めて悪い影響を及ぼす。したがって、何らかの方法で同期語の検出積度を確保してやることが望ましい。
【００１１】
図３に示す再生装置では、同期語はＴＣＰＲビタビ検出器３８に同期をかけるのが目的であるため、必ずしも、図２に示すような時変型の検出トレリス構造を守っている必要はない。しかし、同期語も時変構造を守ることによる利点が幾つかある。利点の１つは、同期語が、ＴＣＰＲビタビ検出器３８が用いる検出トレリスの時変構造を守っていれば、ＴＣＰＲビタビ検出器３８の動作を変えずに、その出力シーケンスからも同期語の検出が可能になることである。この同期語検出結果は信頼性が高いが故に、例えば、ＰＲＭＬビタビ検出器３６の出力シーケンスから得られた同期語検出信号の検証等に使うことができる。もしも同期語が、ＴＣＰＲビタビ検出器３８が用いる検出トレリスの構造を守っていないとすると、同期語自体をＴＣＰＲビタビ検出することはできず、したがってＴＣＰＲビタビ検出器３８の出力シーケンスから同期語を検出することもできない。
【００１２】
もう一つの利点は、同期語が時変構造を守っていれば、同期語の先頭からＴＣＰＲビタビ検出を行うことができ、そのことがビタビ検出における尤度の収束に役に立つことである。因みにビタビ検出は最尤復号法の一つで、検出トレリス上の各状態の尤度を見ながら一番最もらしいシーケンスを決定していく。ここで、ＴＣＰＲビタビ検出器３８に同期がかかった時点で、同期語直後のデータからビタビ検出を開始したことを考える。同期がかかった直後は、検出トレリス上の各状態の尤度が妥当なものとは限らない。なぜなら非同期状態のときに得られた尤度は、基本的に意味がないからである。もしも尤度が妥当な値でない場合、データの先頭から検出を始めてしまうと、尤度が妥当な値に収束するまで検出精度が落ちてしまう。しかし、同期語から検出を始めれば尤度が収束するための時間が稼げ、データの検出を始める時点では尤度が収束していることが期待できる。
【００１３】
一方、ＴＣＰＲビタビ検出器３８に同期をかけるのと同時に、検出トレリス上の時刻０における各状態の尤度を初期化することも考えられる。このためには、時刻０の状態のうちどの状態からビタビ検出を開始すればよいかを知る必要がある。始点の状態さえわかればその状態の尤度を高く設定でき、尤度が収束するのを待つまでもなく、最初から信頼性の高いデータの検出ができる。
【００１４】
しかし、ビタビ検出装置に入力される伝送路出力シーケンスとビタビ検出装置との同期が既にとれている場合、すなわち両者の時刻が一致している場合、同期信号が検出されるたびに尤度の設定を行う必要性は必ずしもなく、逆に設定によって尤度を歪めてしまうことも有り得る。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことなく、ビタビ検出を行うことができるビタビ検出方法並びにビタビ検出装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するビタビ検出方法において、同期信号を検出したことにより得られた時刻が、前記検出トレリス上の初期時刻に該当していなかった場合に限り、同期信号が検出トレリス上で始点又は終点とする状態の尤度の初期化が行われることを特徴とする
また、本発明は、時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するビタビ検出装置において、検出トレリス上の時刻をカウントするベースカウンタと、同期信号を検出した際に判明した時刻とベースカウンタが示す時刻を比較し一致／不一致を出力する比較器と、通常のＡＣＳ(Add compare Select)回路の出力と予め定められた初期メトリック値を選択し出力するセレクタを備え、比較器の出力が一致を示しているとき前記セレクタは、通常のＡＣＳ回路の出力を選択し、不一致を示しているとき前記セレクタは、予め定められた初期メトリック値を選択することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態では、以下に説明する１６／２０符号に対する同期語が用いられる。
【００１９】
まず、１６／２０符号の特性のうち本発明に関連するものを示す。
【００２０】
「１６／２０符号の特性」
１．符号シーケンスのＡＤＳの最大振幅（最大変化幅）、及びＲＤＳの最大振幅（最大変化幅）は１０である。ここでＲＤＳとは、符号ビット０又は１にそれぞれシンボル−１又は＋１を割り当てたシンボルの符号化の開始時点、若しくは無限大の過去から現時点までの総和をとったものである。本実施例では、クラス１パーシャルレスポンスを伝送路（記録再生路）特性として用いるが、この場合、ＲＤＳの制限はトレリス符号としての利得には無関係である。したがってＴＣＰＲビタビ検出器が用いる検出トレリスには、ＲＤＳの特性は含まれない。
【００２１】
２．ＡＤＳおよびＲＤＳの最小値を０とすると、符号語が始点及び終点とする状態（ＡＤＳ，ＲＤＳ）は、（３，３）、（３，７）、（７，３）、及び（７，７）の４状態である。
【００２２】
３．ＡＤＳの最小値を０とし符号語が始点をとる時刻を０としたとき、時刻０にＡＤＳが３である状態を出発したパスは、時刻７にＡＤＳが３以下である状態に到達せず、時刻０にＡＤＳが７である状態を出発したパスは、時刻７にＡＤＳが７以上である状態に到達しない。
【００２３】
４．同一シンボルの最大連続長Ｔmax は９である。
【００２４】
図４は、ＡＤＳおよびＲＤＳの最小値を０としたときの、上記項目１及び項目２に記載されている特性を表した有限状態遷移図である。図中の黒丸は符号語が始点及び終点とする状態を表している。因みに上述の図１は、上記項目３に記載されている特性を表した符号トレリスである。
【００２５】
ここで、同期語の制約について説明する。
【００２６】
まず、以下の制約を守った同期語を考える。
【００２７】
「同期語１に対する制約」
１．Ｔmax 以外は上記した１６／２０符号の特性を守る。特にＡＤＳに関する時変構造を守ることは、図３に示した再生装置におけるＴＣＰＲビタビ検出器３８で同期語自体のビタビ検出を可能にする。
【００２８】
２．同期語の長さを２０ビットとする。１６／２０符号の符号長は２０ビットであるから、１６／２０符号の特性を守るとすると、必然的に同期語の長さも２０ビットの倍数になる。同期語の長さはなるべく短い方が好ましい。その理由の一つは、同期語自体には情報は含まれておらず、したがって同期語が長くなればそれだけ冗長が増えるからである。もう一つの理由は、同期語が長くなればそれだけ同期語の検出不能確率が大きくなるからである。一般的に同期語の長さをｎ、ビットエラーレートをＰe とすると、同期語中の１ビットが誤る確率は、Ｐe ×nＣ1で表される。
【００２９】
３．同期語内で同一ビットを１０回連続させる。１６／２０符号シーケンスには同一ビットの連続個数が１から９まですべて現れる。したがって、同一ビットの連続長が１から９までを使ったパターンでは、符号シーケンスに現れないユニークな同期語を設計するのは困難である。同一ビットが１０個以上連続するパターンを使えば、ユニークは同期語を作ることができるが、同一ビットの最大連続長はなるべく短いことが好ましいから、１０個とするのが最適である。
【００３０】
４．同期語の直前又は直後に隣接する符号語から同期語にわたって同一ビットが１０回連続以上しないようにする。同期語自体が、同一ビットが１０回連続するパターンを特徴としていることから、この符号語と同期語にまたがった同一ビットが１０回連続するパターン近傍は、同期信号そのものではないにしてもそれに極めて類似しており、同期語の誤検出確率を高めてしまう。
【００３１】
上記した４項目を満たすブロック同期語は、それほど多くない。表１に図４上の始点の状態別に同期語の候補とその終点の状態を示す。同期語は、状態遷移の連続性から、各始点の状態の中から最低１つは選択されなければならない。
【００３２】
【表１】
【００３３】
図５は、本発明における再生装置の構成である。
【００３４】
この図５に示した再生装置では、メディア５１から再生され再生アンプ５２で増幅された信号は、等化器５３で所定のパーシャルレスポンス特性に等化されたあと、ＰＬＬ回路５４でクロックの抽出が行われる。ＰＲＭＬビタビ検出器５６、同期語検出器５７，ＴＣＰＲビタビ検出器５８、及び復号化器５９はこのクロックにしたがって動作する。等化器５３でパーシャルレスポンス特性に等化された信号は標本化器５５で標本化されたあと、ＰＲＭＬビタビ検出器５８及び遅延素子５１０を介してＴＣＰＲビタビ検出器５８に入力される。ＰＲＭＬビタビ検出器５６は、時変トレリス符号の特性を含まない形の検出トレリスを用いて検出が行われるため、符号語の境界を知る必要がなく、したがって非同一期でデータの検出が行える。ＰＲＭＬビタビ検出器５６で検出されたビット列は、同期語検出器５７に入力され同期語の検出が行われる。同期語の検出信号はＴＣＰＲビタビ検出器５８に入力される。ＴＣＰＲビタビ検出器５８は、時変符号の特性を含んだ形の検出トレリス（すなわち図２）を用いて検出が行われるため、符号語の境界を知らなければ正しく動作しない。したがって、ＴＣＰＲビタビ検出器５８は、まず入力された同期語検出信号によりその同期がとられ、その後で１ブロックのデータの検出が開始される。ＴＣＰＲビタビ検出器５８で検出されたデータは、復号化器５９に入力され、符号語の復号が行われる。遅延素子５１０は、ＰＲＭＬビタビ検出器５６と同期語検出器５７の内部遅延により同期語検出信号がもつ遅延量と同等の遅延を等化器５３の出力にもたせるためのものである。
【００３５】
この再生装置と上述の図３に示した再生装置との違いは、ＴＣＰＲビタビ検出器５８の尤度の初期設定を行うための信号（状態指定信号）が同期語検出器５７からＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給されている点である。この信号は、ＴＣＰＲビタビ検出器５８のどの状態の尤度を高くしたらよいかを示している。詳細は後述する。
【００３６】
同期語が検出された時点で、図５のＴＣＰＲビタビ検出器５８は時刻０に初期化されるとともに、遅延素子５１０により所定量の遅延が加わった標本化データが入力され、図２の検出トレリスを用いてビタビ検出が開始される。ここで、図２上の白い正方形は符号語ビット０によって１時刻前の状態から遷移した状態、黒い正方形は符号語ビット１によって１時刻前の状態から遷移した状態を表す。時刻０には４つの状態が存在するが、これらの状態の尤度は初期化されることが望ましい。なぜなら、同期がかけられた直後の各状態の尤度は信頼性に乏しいからである。さて、表１の中から図４上での各始点の状態につき一つずつ同期語を選んだとする。たたし、異なるＡＤＳを始点とする同期語は、互いにユニークであるものとする。本実施形態では、どのように選んでも全く同じ同期語は存在しない。例えば、始点の状態が（３，３）、（３，７）、（７，３）、及び（７，７）の同期語として
10000111111111100001
10111000000000011101
01000111111111100010
及び
01111000000000011110
を選んだとする。
【００３７】
そして、
10000111111111100001
が検出されたとすると、この同期語の始点のＡＤＳは３であり、終点のＡＤＳは３であることがわかる。
【００３８】
ここで、本発明における同期語は、図２に示す構造を守っていることから、ＴＣＰＲビタビ検出は、同期語の先頭から検出を始める場合と同期語直後の符号語から検出を始める場合の２通りが考えられる。同期語の先頭から検出を始めるか同期語直後の符号語から検出を始めるかは、遅延素子５１０の遅延量で決まる。すなわち、同期語検出信号がＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給されるのと同時に同期語の先頭に対応する標本化データがＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給されるように遅延量を設定すれば同期語の先頭から検出を始めることになり、同期語直後の符号語の先頭に対応する標本化データが供給されるように遅延量を設定するは同期語直後の符号語の先頭から検出を始めることになる。同期語の先頭から検出を始める場合、この同期語の始点のＡＤＳは３であるから、図２の▲１▼又は▲２▼のどちらかの状態が同期語の始点であることがわかり、これらの尤度を▲３▼又は▲４▼の状態の尤度より高く設定することができる。同期語直後の符号語から検出を始める場合、この同期語の終点のＡＤＳは３であるから、図２の▲１▼又は▲２▼のどちらかの状態が符号語の始点の状態であることがわかる。さらに、同期語の最後にビットが１であることから、符号語の始点は▲２▼の状態であることがわかる。したがって▲２▼の状態の尤度を他の状態の尤度より高く設定することができる。ここで、同期語が終点とするＡＤＳは異なるが、パターンが全く同じである２つ同期語を考えてみる。そうすると、同期語の検出時に同期語がもっている情報だけからは、検出トレリス上でその同期が終点とする状態を知ることができなくなる。したがって、同期語が終点とする状態で尤度の初期設定を行いたい場合、異なるＡＤＳを終点とする同期語は互いにユニークでなければならない。本実施形態では、異なるＡＤＳを始点とする同期語は互いにユニークであるとしたが、このことは、異なるＡＤＳを終点とする同期語は互いにユニークであることと等価である。
【００３９】
同期語の先頭から検出を始める場合、この例ではまだ図２上で同期語が始点とする状態を１つに絞りきれていない。これは、このままでは同期語の直前に隣接する符号語の最後のビットが不明であるからである。同期語の検出時にこの符号語の最後のビットがわかるようにするためには、図４上で同期語が始点とする各状態につき、互いにユニークである２つの同期語を選択すればよい。そして記録時に、同期語直前に隣接する符号語の最後のビットが０であれば、どちらか一方の同期語をブロック先頭に付加し、１であればもう一方の同期語を付加する。このことは、図２上の時刻０の各状態を始点とする同期語がそれぞれユニークになることを意味している。
【００４０】
例えば、状態（３，３）について、符号語の最後のビットが０であるとき用いる同期語として、
10000111111111100001
符号語の最後のビットが１であるとき用いる同期語として、
100001111111111100010
を選択したとする。ここで再生時に
10000111111111100001
が検出されれば、図２の▲１▼の状態が同期語の始点の状態であることがわかり、
100001111111111100010
が検出されれば、図２の▲２▼の状態が同期語の始点の状態であることがわかる。
【００４１】
次に、同期語の検出確率を上げることを考える。前記した同期語１に対する制約の項目１はそのままであるが、項目２，項目３及び項目４には修正を加える。いままでは同期語の長さを２０ビットとしたが、このままでは検出確率を上げる余地がないので、ここでは同期語の長さを４０ビットとする。検出確率を上げるための制約を以下に示す。
【００４２】
「同期語２に対する制約」
１．上記した１６／２０符号の特性を守る（同期語１に対する制約と同じ）。
【００４３】
２．同期語の長さを４０ビットとする。２０ビットの長さで同期語を構成できれば最良であるが、これでは検出確率を上げる余地がない。したがって、１６／２０符号の特性を守る次に短い長さである４０ビットを選ぶ。
【００４４】
３．同期語内で同一ビットが１０回連続するパターンを３回使う。このようにすると、同一ビットが１０回連続するパターンが３つとも誤らない限り、符号シーケンスとの識別が可能となる。
【００４５】
４．同期語の直前に隣接する符号語から同期語にわたって同一ビットが１０回以上連続しないようにする。同期語から同期語直後に隣接する符号語にわたる同一ビットの１０回以上連続も、同期語自体で禁止できれば好ましいが、本実施形態の場合それは不可能である。ただし、１６／２０符号はもともとＴmax を９にするための制限から、同期語から同期語直後に隣接する符号語にわたる同一ビットの１０回連続が存在しないように設計されている。
【００４６】
上記した４項目を満たすブロック同期語も、それほど多くない。表２に図４上の始点の状態別に同期語の候補とその終点の状態を示す。上記項目３は、２回ＰＲＭＬビタビ検出が誤りを起こしても、同期語と符号シーケンスとの識別を可能にすることを目的としている。
【００４７】
【表２】
【００４８】
図３に示すＰＲＭＬビタビ検出器５６での誤りイベントは基本的に２種類である。
【００４９】
１．０又は１が１又は０に誤る。
【００５０】
２．0101 又は1010 が1010 又は0101 に誤る。
【００５１】
もしも、１回の誤りイベントで１ビットしか誤らないとすると、表２に示す同期語は、３回の誤りイベントが重ならない限り、符号シーケンスとの識別が可能である。ただし符号シーケンスが１ビット誤ると、２ビット誤った同期信号と同じパターンが現れる可能性がある。この場合、符号シーケンスが１ビット誤る確率の方が明らかに高く、したがって、同期語が２ビット誤ったパターンを同期語として検出するのは危険である。同期語が１ビット誤ったパターンは、符号シーケンスが２ビット誤らない限り同一のパターンは現れないから同期語として検出しても誤検出確率は低い。このように、同期語内で同一ビットが１０回連続するパターンを３回使うことにより、同期語内に１ビットの誤りが生じたパターン（今後、誤同期語と呼ぶことにする）も、同期語として検出ができる。もしも、誤りのない同期語だけを検出するとすると、同期語の検出不能確率はＰe×40Ｃ1、１ビットエラーした誤同期語も検出すると、その確率はＰe 2×40Ｃ2と表されビットエラーレートＰe の値により効果は違うが、明らかに後者の方が検出確率が高い。
【００５２】
ただし、ＰＲＭＬビタビ検出の場合、前述した通り、１回の誤りイベントで２ビット以上の誤りが生じる場合がある。この場合、２回の誤りイベントが重なることで同期語中の同一ビットの１０回連続がなくなってしまうことがある。すなわち、
111111111100000000001111111111
又は
000000000011111111110000000000
が
111111111010000000010111111111
又は
000000000101111111101000000000
に誤る場合である。したがってこれらパターンはあらかじめ符号シーケンスから取り除いておくことが、同期語の検出確率向上の視点から望ましい。因みに特願平−２０７３７２号で提案した１６／２０符号では、これらのパターンは取り除かれている。
【００５３】
表３ａ〜表３ｅに始点の状態が（３，３）、（３，７）、（７，３）、及び（７，７）の同期語として、
1000100111111111100000000001111111111000
1011011000000000011111111110000000000111
0100100111111111100000000001111111111000
及び
0111011000000000011111111110000000000111
を選んだ場合のＰＲＭＬビタビ検出が１回誤りイベントを起こした誤同期語を示す。これらの誤同期語はすべて同期語として検出することができる。
【００５４】
【表３】
【００５５】
【表４】
【００５６】
【表５】
【００５７】
【表６】
【００５８】
【表７】
【００５９】
４０ビット同期語は、ＰＲＭＬビタビ検出が２回誤りイベントを起こしても符号シーケンスとの識別ができるように選ばれた。したがって同期語に隊接する符号語から同期語にわたるいかなる４０ビットパターンも２回の誤りイベントで同期語と同じにならないようにするべきである。もしも、そのようなパターンが存在する場合、１６／２０符号の方で、そうならないようにすべきである。本実施形態の場合、符号語ビットのうち始点側から数えて１３ビット目から２０ビット目が１１０１１０００でかつ終点のＲＤＳが３の符号語と、００１００１１１でかつ終点のＲＤＳが７の符号語を禁止すれば同期語の直前に隣接する符号語から同期信号にわたる４０ビットパターンが２回の誤りイベントで同期語と同じになってしまうことが防げる。因みに１６／２０符号の場合、同期語から同期語直後に隣接する符号語にわたるパターンは、符号の方で禁止しなくても、２回の誤りイベントで同期語と同じになってしまうことはない。
【００６０】
次に、再生時に
1000100111111111100000000001111111111000
が検出されたとして、２０ビット同期語と同様に尤度の初期化を考える。この同期語の始点のＡＤＳは３であり、終点のＡＤＳは７である。もしも、表３ａ〜表３ｅに示す誤同期語を同期語として検出しない場合は、２０ビット同期語のところで説明したことがそのままこの４０ビット同期語にも当てはまる。しかし、表３ａ〜表３ｅに示す誤同期語を同期語として検出する場合、ことが複雑になる。状態（３，３）を始点とする同期語
1000100111111111100000000001111111111000
の誤同期語のうち
0000100111111111100000000001111111111000
0100100111111111100000000001111111111000
1100100111111111100000000001111111111000
1010100111111111100000000001111111111000
は状態（７，３）を始点とする同期語又はその誤同期語と識別がつかなくなる。したがって、同期語の先頭から検出を始める場合、特定の状態の尤度を高くすることは困難である。しかしこの場合は、同期語部分の検出過程で尤度が収束することが期待できる。もしも初期化を行うとしたら、始点の状態すべてを同じ尤度とすべきであろう。
【００６１】
状態（７，３）を始点とする同期語
01001001111111111000000000011111111111000
の終点のＡＤＳは７である。これは状態（３，３）を始点とする同期語の終点と同じである。したがって、前記した誤同期語が検出されても終点に関しては変化がない。同期語終点のビットも０で変化なく、同期語に続く符号語から検出を始める場合は、２０ビット同期語と同じく特定の状態の尤度を高く設定することができる。このように、ある同期語がその誤同期語の中に、他の同期語若しくはその誤同期語と同一のものが存在しても、両者の終点のＡＤＳ及び終点のビットを同じにしておけば、すなわち図２上の終点の状態を同じにしておけば、誤同期語を同期信号として検出しても尤度の設定を行うことができる。
【００６２】
初期化の処理で設定する尤度の値は高ければ高いほどよいというものではない。ある程度以上高くしても効果は同じである。さらに、実際のビタビ検出器の中で尤度を記憶するレジスタのビット幅は有限であり、しかもなるべく少ない方が好ましい。尤度をあまり高く設定して、有限幅のレジスタをオーバーフローしてしまっては正しい検出結果は得られない。本実施形態の場合、ｄ2 free （検出トレリス上のある共通の状態から始まり、ある共通の状態で終わる２つの異なったパス同士の最小二乗ユークリッド距離）を４とすると、図２上のある共通の状態から始まり、図２上の時刻０の異なった状態で終わる２つのパスの最小二乗ユークリッド距離は１である。したがって、時刻０における４状態の尤度差の最小値も１である。このことから初期化の処理で設定する尤度差も１で十分であり、それ以上にする必要はないことがわかる。ところで、実際のビタビ検出器の尤度として、二乗ユークリッド距離がそのまま使われることはまずなく、図２上の同時刻の各ブランチ（矢印一本一本）対する二乗ユークリッド距離それぞれから、それらの共通項を差し引く等の処理を行ったあとの値（通常メトリックと呼ばれている）が用いられる。したがって、前記した尤度差も絶対値そのものが意味をもっているのではなく、あくまでも尤度差１に相当するメトリック差ということになる。
【００６３】
図６は、同期語検出器の構成例である。ＰＲＭＬビタビ検出器５６から出力されたビット列は、同期語と同じ長さのシフトレジスタ６１に入力される。シフトレジスタ６１の全出力は一致回路６２に入力され、表１又は表２の中の選ばれた同期語、若しくは表３ａ〜表３ｅに示す誤同期語とシフトレジスタ６１の全出力の一致がとられ一致／不一致が同期語検出信号として出力される。この信号はＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給され、真（すなわち一致）でＴＣＰＲビタビ検出器５８のタイミングを管理している（すなわち検出トレリスの時変構造を管理している）カウンタが時刻０に初期化される。一方、一致回路６２からは、検出された同期語が始点又は終点とする状態が、図２上のどの状態であるかを示す信号が状態指定信号として出力される。状態の指定の方法は幾つか考えられるが、本実施形態では、図２上の時刻０の４状態それぞれに自分自身が指定された状態であるかを知らせる信号を送るものとする。同期語が始点とする状態は、同期語の先頭からＴＣＰＲビタビ検出を開始する場合に必要な信号であり、同期語が終点とする状態は、同期語直後の符号語からＴＣＰＲビタビ検出を開始する場合に必要な信号であることは前述した通りである。
【００６４】
図７は、ＴＣＰＲビタビ検出器５８内のACS(Add Compare Select) 回路の構成を示している。図２中の状態▲１▼から状態▲４▼には、１つずつこのＡＣＳ回路が割り当てられる。図７の構成のうち、破線内の回路、すなわち、加算器７１、加算器７２、比較器７３、及びセレクタ７４は、一般的なＡＣＳ回路としてよく知られている。ＴＣＰＲビタビ検出器５８には、同期語検出器５７から同期語検出信号と状態指定信号が入力されるが、そのうち同期語検出信号はベースカウンタ７８と比較器７９に入力され、また、状態指定信号はセレクタ７７のセレクト端子に入力される。
【００６５】
ベースカウンタ７８は、前記の同期語検出器３７から出力された同期語検出信号により時刻０に初期化される。ここで、ベースカウンタ７８は、基準クロックのエッジ（立ち上がり又は立ち下がり）で初期化及び時刻のカウントが行われるものとする。すなわち、基準クロックにエッジが発生したとき、同期語検出信号が真であれば（すなわち同期語を検出したことを示していれば）初期化が行われ、偽であれば時刻のカウントアップが行われる。基準クロックのエッジが存在しないときは、出力はホールド状態となる。比較器７９は、同期語検出信号とベースカウンタ７８の出力を比較する。比較器７９では、図２に示す検出トレリスを用いた場合、ベースカウンタの出力が時刻１９を示し、かつ同期語検出信号が真であれば出力を真とし、そうでなければ出力を偽とする。比較器７９の出力は、セレクタ７６のセレクト端子に入力される。セレクタ７６では、比較器７９の出力が偽であれば、初期メトリック値としてセレクタ７７の出力が選択され、真であれば、通常メトリック値としてセレクタ７４の出力が選択される。セレクタ７６の出力は、基準クロックのエッジでレジスタ４５に取り込まれる。
【００６６】
ここで、同期語検出信号を直接セレクタ７６のセレクト端子に入力するようにして、セレクタ７６により、同期語検出信号が真であれば（すなわち同期語検出を示していれば）セレクタ７７の出力を選択し、偽であれば、通常の経路であるセレクタ７４の出力を選択することにより、同期語が始点（又は終点）とする検出トレリス上の状態の尤度を同一時刻における他の状態の尤度より高く設定することができる。しかし、この構成では、同期語が検出されるたびにパスメトリックの初期化が行われる。しかし、もしも同期語が検出された時点でベースカウンタが示す時刻が正しければ、すなわちビタビ検出装置の同期がとれていれば、パスメトリックの初期化は本来不要であるはずである。なぜならばこの場合、セレクタ７４の出力が示す通常パスメトリックは、図２に示す検出トレリスの構造を正しく反映した値になっているはずであるからである。逆に初期化を行ってしまうと、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことになる。本発明の実施形態では、ビタビ検出器の同期がとれていない場合だけ、すなわち入力シーケンスがとる時刻とベースカウンタ７８が示す時刻がずれているときだけ、パスメトリックの初期化が行われる。
【００６７】
このようにすることにより、パスメトリックを歪めてしまうことを防止できる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明では、時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するに当たり、同期信号を検出した際に判明した検出トレリス上の時刻と、同期信号を検出する前の時刻から外挿された検出トレリス上の時刻が一致していなかった場合に限り、同期信号が検出トレリス上で始点又は終点とする状態の尤度の初期化が行われるようにしたことによって、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことなく、ビタビ検出を行うことができる。
【００６９】
したがって、本発明によれば、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことなく、ビタビ検出を行うことができるビタビ検出方法並びにビタビ検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本件出願人が先に提案した１６／２０符号のＡＤＳトレリスを示す図である。
【図２】１６／２０符号によるＴＣＰＲ１の検出トレリスを示す図である。
【図３】本件出願人が先に提案した再生装置の構成例を示す図である。
【図４】有限状態遷移図である。
【図５】本発明を適用した再生装置の構成を示すブロック図である。
【図６】上記再生装置における同期語検出器の構成を示すブロック図である。
【図７】上記再生装置におけるＡＣＳ回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
５１ メディア、５２ 再生アンプ、５３ 等化器、５４ ＰＬＬ回路、５５標本化器、５６ ＰＲＭＬビタビ検出器、５７ 同期語検出器、５８ ＴＣＰＲビタビ検出器、５９ 復号化器、５１０ 遅延素子、６１ シフトレジスタ、６２ 一致回路、７１，７２ 加算器、７３，７９ 比較器、７４，７６，７７セレクタ、７５ レジスタ、７８ ベースカウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビタビ検出方法並びにビタビ検出装置に関し、特に時変構造をもつ検出トレリスを用いてビタビ検出を行う際に好適なビタビ検出方法並びにビタビ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、データ伝送を行う場合、データ送信（又は記録）時に、ブロックの先頭にブロック同期信号が付加される。そして、データ受信（又は再生）時に、この同期信号を検出してブロックの先頭を認識する。ここで言うブロックとは、複数のデータ語若しくは符号語が集まった単位のことである。例えば、ＤＡＴ(Digital Audio Tape)におけるブロックは、２シンボルのＩＤ(Identity)データ、１シンボルのＩＤパリティ、及び３２シンボルのデータ語の計３６シンボルで構成されている。１シンボルは、記録符号である８／１０符号で符号化される前では８ビット、符号化された後では１０ビットである。記録時に、ブロックを構成する個々の８ビットシンボルはまず８／１０符号化され、その後８／１０符号のシーケンスには存在しない１シンボル（１０ビット）の同期信号（同期語）がブロックの先頭に付加される。再生時には、この同期語を検出してブロックの先頭を見つけあと、符号化されたＩＤデータ、パリティ及び３２シンボルデータ語の復号が１シンボルずつ行われる。８／１０符号はＮＲＺＩ記録を前提につくられているが、そのＮＲＺＩ変換後のシーケンスにおける同一ビットの最大連続長（以下Ｔmax と呼ぶ）は４であり、しかもＴmax が２回以上連続しない。同期語には、符号シーケンスには現れないＴmax が２回連続するパターンが含まれており、これによって符号シーケンスとの識別を可能にしている。
【０００３】
近年磁気記録の分野では、ＴＣＰＲ(Trellis-Coded Partial Response)方式が盛んに研究されている。これは、パーシャルレスポンス特性と符号特性を一体で考えることにより、伝送路（記録再生路）出力シーケンス間のユークリッド距離（自由二乗ユークリッド距離：ｄ2 free ）を増大させる方式である。ｄ2 free の増加は信号レベルの増加と等価であり、したがってＴＣＰＲ方式により、データ検出時のＳＮＲ(Signal to Noise Ratio) は改善される。ＴＣＰＲ方式で用いられる符号は、一般的にトレリス符号と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本件出願人は、特願平１０−２０７３７２号において、１６／２０トレリス符号を提案している。
【０００５】
図１は、２０ビット符号語がとるＡＤＳ(Alternating Digital Sum) の推移を示したＡＤＳトレリスである。符号語に許されたＡＤＳの範囲は０から１０であるが、始点（時刻０）及び終点（時刻２０）のＡＤＳは、３と７の２通りに制限されており、さらに時刻７のＡＤＳは、始点のＡＤＳが３か７かによってそれぞれ図に示す通りの制限が加えられている。ここでＡＤＳとは、符号ビット０又は１にそれぞれシンボル−１又は＋１を割り当て、さらに１シンボルおきに−１を乗じたシンボルの符号化の開始時点、若しくは無限大の過去から現時点までの総和をとったものである。符号シーケンスのＡＤＳを一定範囲に収めれば、符号の電力密度(power density) のナイキスト周波数成分、すなわち符号ビットレートの１／２の周波数成分をヌルにすることができる。
【０００６】
ところで、符号の電力密度のヌル点と伝送路の伝達関数(transfer function) のヌル点を一致させると、ｄ2 free が増大することが知られている。１６／２０符号の電力密度はナイキスト周波数にヌル点をもつから、この符号は伝達関数がナイキスト周波数にヌル点をもつパーシャルレスポンスに対するトレリス符号となる。
【０００７】
図２はクラス１パーシャルレスポンスによるＴＣＰＲ方式のビタビ検出に用いる検出トレリス(detector trellis)で、符号の特性（図１のＡＤＳトレリス。本件では今後一般的に符号トレリスと呼ぶこととする。）とクラス１パーシャルレスポンスの特性が一体となった構造をしている（クラス１パーシャルレスポンスの伝達関数は、ナイキスト周波数にヌル点をもつ）。図２の構造は１符号語の単位で時変となっており、それ故に、このＴＣＰＲ方式では、符号語の境界を認識できた時点で始めてビタビ検出が可能となる。図３は、時変トレリス符号を使ったＴＣＰＲ方式の再生装置の構成例を示している。メディア３１から再生され再生アンプ３２で増幅された信号は、等化器３３で所定のパーシャルレスポンス特性に等化されたあと、ＰＬＬ３４でクロックの抽出が行われる。ＰＲＭＬビタビ検出器３６、同期語検出器３７，ＴＣＰＲビタビ検出器３８、及び復号化器３９はこのクロックにしたがって動作する。等化器３３でパーシャルレスポンス特性に等化された信号は標本化器３５で標本化されたあと、ＰＲＭＬビタビ検出器３６及び遅延素子３１０を介してＴＣＰＲビタビ検出器３８に入力される。ＰＲＭＬビタビ検出器３６は、時変トレリス符号の特性を含まない形の検出トレリスを用いて検出が行われるため、符号語の境界を知る必要がなく、したがって非同一期でデータの検出が行える。ＰＲＭＬビタビ検出器３６で検出されたビット列は、同期語検出器３７に入力され同期語の検出が行われる。同期語の検出信号はＴＣＰＲビタビ検出器３８に入力される。ＴＣＰＲビタビ検出器３８は、時変符号の特性を含んだ形の検出トレリス（すなわち図２）を用いて検出が行われるため、符号語の境界を知らなければ正しく動作しない。したがって、ＴＣＰＲビタビ検出器３８は、まず入力された同期語検出信号によりその同期がとられ、その後で１ブロックのデータの検出が開始される。ＴＣＰＲビタビ検出器３８で検出されたデータは、復号化器３９に入力され、符号語の復号が行われる。遅延素子３１０は、ＰＲＭＬビタビ検出器３６と同期語検出器３７の内部遅延により同期語検出信号がもつ遅延量と同等の遅延を等化器３３の出力にもたせるためのものである。
【０００８】
ここで、ブロック同期信号の検出精度は、データの受信若しくは再生品質に大きく影響する。例えば、外乱により同期信号が検出不能になれば、１ブロックの全データが失われることになる。また、同期信号を誤検出したならば、誤検出した時点から次に正しく同期信号が検出されるまでの全データが失われることになる。さらに、例えばＤＡＴ場合、同期語を誤検出するとＩＤデータも誤検出することになる。ＩＤデータの中にはアドレス情報が含まれているが、誤検出アドレスを使ってメモリヘの書き込みが行われると、他のブロックのデータまでもが破壊される可能性がある。
【０００９】
図３に示すＰＲＭＬビタビ検出器３６にはトレリス符号の特性が含まれていないため、ＴＣＰＲ方式による利得は得られない。したがって、ＰＲＭＬビタビ検出器３６から得られる検出結果は、ＴＣＰＲビタビ検出器３８で得られる検出結果に比べて品質が悪いことになる。
【００１０】
ＤＡＴの場合ＴＣＰＲ方式を採用していないことから、データの検出器は一つであり、同期語の検出精度とデータの検出精度は同じである。しかし、図３に示す再生装置では、同期語の検出積度がデータの検出粘度に比べてかなり悪いことになる。これは、前述したように、データ全体の受信若しくは再生品質に極めて悪い影響を及ぼす。したがって、何らかの方法で同期語の検出積度を確保してやることが望ましい。
【００１１】
図３に示す再生装置では、同期語はＴＣＰＲビタビ検出器３８に同期をかけるのが目的であるため、必ずしも、図２に示すような時変型の検出トレリス構造を守っている必要はない。しかし、同期語も時変構造を守ることによる利点が幾つかある。利点の１つは、同期語が、ＴＣＰＲビタビ検出器３８が用いる検出トレリスの時変構造を守っていれば、ＴＣＰＲビタビ検出器３８の動作を変えずに、その出力シーケンスからも同期語の検出が可能になることである。この同期語検出結果は信頼性が高いが故に、例えば、ＰＲＭＬビタビ検出器３６の出力シーケンスから得られた同期語検出信号の検証等に使うことができる。もしも同期語が、ＴＣＰＲビタビ検出器３８が用いる検出トレリスの構造を守っていないとすると、同期語自体をＴＣＰＲビタビ検出することはできず、したがってＴＣＰＲビタビ検出器３８の出力シーケンスから同期語を検出することもできない。
【００１２】
もう一つの利点は、同期語が時変構造を守っていれば、同期語の先頭からＴＣＰＲビタビ検出を行うことができ、そのことがビタビ検出における尤度の収束に役に立つことである。因みにビタビ検出は最尤復号法の一つで、検出トレリス上の各状態の尤度を見ながら一番最もらしいシーケンスを決定していく。ここで、ＴＣＰＲビタビ検出器３８に同期がかかった時点で、同期語直後のデータからビタビ検出を開始したことを考える。同期がかかった直後は、検出トレリス上の各状態の尤度が妥当なものとは限らない。なぜなら非同期状態のときに得られた尤度は、基本的に意味がないからである。もしも尤度が妥当な値でない場合、データの先頭から検出を始めてしまうと、尤度が妥当な値に収束するまで検出精度が落ちてしまう。しかし、同期語から検出を始めれば尤度が収束するための時間が稼げ、データの検出を始める時点では尤度が収束していることが期待できる。
【００１３】
一方、ＴＣＰＲビタビ検出器３８に同期をかけるのと同時に、検出トレリス上の時刻０における各状態の尤度を初期化することも考えられる。このためには、時刻０の状態のうちどの状態からビタビ検出を開始すればよいかを知る必要がある。始点の状態さえわかればその状態の尤度を高く設定でき、尤度が収束するのを待つまでもなく、最初から信頼性の高いデータの検出ができる。
【００１４】
しかし、ビタビ検出装置に入力される伝送路出力シーケンスとビタビ検出装置との同期が既にとれている場合、すなわち両者の時刻が一致している場合、同期信号が検出されるたびに尤度の設定を行う必要性は必ずしもなく、逆に設定によって尤度を歪めてしまうことも有り得る。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことなく、ビタビ検出を行うことができるビタビ検出方法並びにビタビ検出装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するビタビ検出方法において、同期信号を検出したことにより得られた時刻が、前記検出トレリス上の初期時刻に該当していなかった場合に限り、同期信号が検出トレリス上で始点又は終点とする状態の尤度の初期化が行われることを特徴とする
また、本発明は、時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するビタビ検出装置において、検出トレリス上の時刻をカウントするベースカウンタと、同期信号を検出した際に判明した時刻とベースカウンタが示す時刻を比較し一致／不一致を出力する比較器と、通常のＡＣＳ(Add compare Select)回路の出力と予め定められた初期メトリック値を選択し出力するセレクタを備え、比較器の出力が一致を示しているとき前記セレクタは、通常のＡＣＳ回路の出力を選択し、不一致を示しているとき前記セレクタは、予め定められた初期メトリック値を選択することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態では、以下に説明する１６／２０符号に対する同期語が用いられる。
【００１９】
まず、１６／２０符号の特性のうち本発明に関連するものを示す。
【００２０】
「１６／２０符号の特性」
１．符号シーケンスのＡＤＳの最大振幅（最大変化幅）、及びＲＤＳの最大振幅（最大変化幅）は１０である。ここでＲＤＳとは、符号ビット０又は１にそれぞれシンボル−１又は＋１を割り当てたシンボルの符号化の開始時点、若しくは無限大の過去から現時点までの総和をとったものである。本実施例では、クラス１パーシャルレスポンスを伝送路（記録再生路）特性として用いるが、この場合、ＲＤＳの制限はトレリス符号としての利得には無関係である。したがってＴＣＰＲビタビ検出器が用いる検出トレリスには、ＲＤＳの特性は含まれない。
【００２１】
２．ＡＤＳおよびＲＤＳの最小値を０とすると、符号語が始点及び終点とする状態（ＡＤＳ，ＲＤＳ）は、（３，３）、（３，７）、（７，３）、及び（７，７）の４状態である。
【００２２】
３．ＡＤＳの最小値を０とし符号語が始点をとる時刻を０としたとき、時刻０にＡＤＳが３である状態を出発したパスは、時刻７にＡＤＳが３以下である状態に到達せず、時刻０にＡＤＳが７である状態を出発したパスは、時刻７にＡＤＳが７以上である状態に到達しない。
【００２３】
４．同一シンボルの最大連続長Ｔmax は９である。
【００２４】
図４は、ＡＤＳおよびＲＤＳの最小値を０としたときの、上記項目１及び項目２に記載されている特性を表した有限状態遷移図である。図中の黒丸は符号語が始点及び終点とする状態を表している。因みに上述の図１は、上記項目３に記載されている特性を表した符号トレリスである。
【００２５】
ここで、同期語の制約について説明する。
【００２６】
まず、以下の制約を守った同期語を考える。
【００２７】
「同期語１に対する制約」
１．Ｔmax 以外は上記した１６／２０符号の特性を守る。特にＡＤＳに関する時変構造を守ることは、図３に示した再生装置におけるＴＣＰＲビタビ検出器３８で同期語自体のビタビ検出を可能にする。
【００２８】
２．同期語の長さを２０ビットとする。１６／２０符号の符号長は２０ビットであるから、１６／２０符号の特性を守るとすると、必然的に同期語の長さも２０ビットの倍数になる。同期語の長さはなるべく短い方が好ましい。その理由の一つは、同期語自体には情報は含まれておらず、したがって同期語が長くなればそれだけ冗長が増えるからである。もう一つの理由は、同期語が長くなればそれだけ同期語の検出不能確率が大きくなるからである。一般的に同期語の長さをｎ、ビットエラーレートをＰe とすると、同期語中の１ビットが誤る確率は、Ｐe ×nＣ1で表される。
【００２９】
３．同期語内で同一ビットを１０回連続させる。１６／２０符号シーケンスには同一ビットの連続個数が１から９まですべて現れる。したがって、同一ビットの連続長が１から９までを使ったパターンでは、符号シーケンスに現れないユニークな同期語を設計するのは困難である。同一ビットが１０個以上連続するパターンを使えば、ユニークは同期語を作ることができるが、同一ビットの最大連続長はなるべく短いことが好ましいから、１０個とするのが最適である。
【００３０】
４．同期語の直前又は直後に隣接する符号語から同期語にわたって同一ビットが１０回連続以上しないようにする。同期語自体が、同一ビットが１０回連続するパターンを特徴としていることから、この符号語と同期語にまたがった同一ビットが１０回連続するパターン近傍は、同期信号そのものではないにしてもそれに極めて類似しており、同期語の誤検出確率を高めてしまう。
【００３１】
上記した４項目を満たすブロック同期語は、それほど多くない。表１に図４上の始点の状態別に同期語の候補とその終点の状態を示す。同期語は、状態遷移の連続性から、各始点の状態の中から最低１つは選択されなければならない。
【００３２】
【表１】
図５は、本発明における再生装置の構成である。
【００３４】
この図５に示した再生装置では、メディア５１から再生され再生アンプ５２で増幅された信号は、等化器５３で所定のパーシャルレスポンス特性に等化されたあと、ＰＬＬ回路５４でクロックの抽出が行われる。ＰＲＭＬビタビ検出器５６、同期語検出器５７，ＴＣＰＲビタビ検出器５８、及び復号化器５９はこのクロックにしたがって動作する。等化器５３でパーシャルレスポンス特性に等化された信号は標本化器５５で標本化されたあと、ＰＲＭＬビタビ検出器５８及び遅延素子５１０を介してＴＣＰＲビタビ検出器５８に入力される。ＰＲＭＬビタビ検出器５６は、時変トレリス符号の特性を含まない形の検出トレリスを用いて検出が行われるため、符号語の境界を知る必要がなく、したがって非同一期でデータの検出が行える。ＰＲＭＬビタビ検出器５６で検出されたビット列は、同期語検出器５７に入力され同期語の検出が行われる。同期語の検出信号はＴＣＰＲビタビ検出器５８に入力される。ＴＣＰＲビタビ検出器５８は、時変符号の特性を含んだ形の検出トレリス（すなわち図２）を用いて検出が行われるため、符号語の境界を知らなければ正しく動作しない。したがって、ＴＣＰＲビタビ検出器５８は、まず入力された同期語検出信号によりその同期がとられ、その後で１ブロックのデータの検出が開始される。ＴＣＰＲビタビ検出器５８で検出されたデータは、復号化器５９に入力され、符号語の復号が行われる。遅延素子５１０は、ＰＲＭＬビタビ検出器５６と同期語検出器５７の内部遅延により同期語検出信号がもつ遅延量と同等の遅延を等化器５３の出力にもたせるためのものである。
【００３５】
この再生装置と上述の図３に示した再生装置との違いは、ＴＣＰＲビタビ検出器５８の尤度の初期設定を行うための信号（状態指定信号）が同期語検出器５７からＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給されている点である。この信号は、ＴＣＰＲビタビ検出器５８のどの状態の尤度を高くしたらよいかを示している。詳細は後述する。
【００３６】
同期語が検出された時点で、図５のＴＣＰＲビタビ検出器５８は時刻０に初期化されるとともに、遅延素子５１０により所定量の遅延が加わった標本化データが入力され、図２の検出トレリスを用いてビタビ検出が開始される。ここで、図２上の白い正方形は符号語ビット０によって１時刻前の状態から遷移した状態、黒い正方形は符号語ビット１によって１時刻前の状態から遷移した状態を表す。時刻０には４つの状態が存在するが、これらの状態の尤度は初期化されることが望ましい。なぜなら、同期がかけられた直後の各状態の尤度は信頼性に乏しいからである。さて、表１の中から図４上での各始点の状態につき一つずつ同期語を選んだとする。たたし、異なるＡＤＳを始点とする同期語は、互いにユニークであるものとする。本実施形態では、どのように選んでも全く同じ同期語は存在しない。例えば、始点の状態が（３，３）、（３，７）、（７，３）、及び（７，７）の同期語として
10000111111111100001
10111000000000011101
01000111111111100010
及び
01111000000000011110
を選んだとする。
【００３７】
そして、
10000111111111100001
が検出されたとすると、この同期語の始点のＡＤＳは３であり、終点のＡＤＳは３であることがわかる。
【００３８】
ここで、本発明における同期語は、図２に示す構造を守っていることから、ＴＣＰＲビタビ検出は、同期語の先頭から検出を始める場合と同期語直後の符号語から検出を始める場合の２通りが考えられる。同期語の先頭から検出を始めるか同期語直後の符号語から検出を始めるかは、遅延素子５１０の遅延量で決まる。すなわち、同期語検出信号がＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給されるのと同時に同期語の先頭に対応する標本化データがＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給されるように遅延量を設定すれば同期語の先頭から検出を始めることになり、同期語直後の符号語の先頭に対応する標本化データが供給されるように遅延量を設定するは同期語直後の符号語の先頭から検出を始めることになる。同期語の先頭から検出を始める場合、この同期語の始点のＡＤＳは３であるから、図２の▲１▼又は▲２▼のどちらかの状態が同期語の始点であることがわかり、これらの尤度を▲３▼又は▲４▼の状態の尤度より高く設定することができる。同期語直後の符号語から検出を始める場合、この同期語の終点のＡＤＳは３であるから、図２の▲１▼又は▲２▼のどちらかの状態が符号語の始点の状態であることがわかる。さらに、同期語の最後にビットが１であることから、符号語の始点は▲２▼の状態であることがわかる。したがって▲２▼の状態の尤度を他の状態の尤度より高く設定することができる。ここで、同期語が終点とするＡＤＳは異なるが、パターンが全く同じである２つ同期語を考えてみる。そうすると、同期語の検出時に同期語がもっている情報だけからは、検出トレリス上でその同期が終点とする状態を知ることができなくなる。したがって、同期語が終点とする状態で尤度の初期設定を行いたい場合、異なるＡＤＳを終点とする同期語は互いにユニークでなければならない。本実施形態では、異なるＡＤＳを始点とする同期語は互いにユニークであるとしたが、このことは、異なるＡＤＳを終点とする同期語は互いにユニークであることと等価である。
【００３９】
同期語の先頭から検出を始める場合、この例ではまだ図２上で同期語が始点とする状態を１つに絞りきれていない。これは、このままでは同期語の直前に隣接する符号語の最後のビットが不明であるからである。同期語の検出時にこの符号語の最後のビットがわかるようにするためには、図４上で同期語が始点とする各状態につき、互いにユニークである２つの同期語を選択すればよい。そして記録時に、同期語直前に隣接する符号語の最後のビットが０であれば、どちらか一方の同期語をブロック先頭に付加し、１であればもう一方の同期語を付加する。このことは、図２上の時刻０の各状態を始点とする同期語がそれぞれユニークになることを意味している。
【００４０】
例えば、状態（３，３）について、符号語の最後のビットが０であるとき用いる同期語として、
10000111111111100001
符号語の最後のビットが１であるとき用いる同期語として、
100001111111111100010
を選択したとする。ここで再生時に
10000111111111100001
が検出されれば、図２の▲１▼の状態が同期語の始点の状態であることがわかり、
100001111111111100010
が検出されれば、図２の▲２▼の状態が同期語の始点の状態であることがわかる。
【００４１】
次に、同期語の検出確率を上げることを考える。前記した同期語１に対する制約の項目１はそのままであるが、項目２，項目３及び項目４には修正を加える。いままでは同期語の長さを２０ビットとしたが、このままでは検出確率を上げる余地がないので、ここでは同期語の長さを４０ビットとする。検出確率を上げるための制約を以下に示す。
【００４２】
「同期語２に対する制約」
１．上記した１６／２０符号の特性を守る（同期語１に対する制約と同じ）。
【００４３】
２．同期語の長さを４０ビットとする。２０ビットの長さで同期語を構成できれば最良であるが、これでは検出確率を上げる余地がない。したがって、１６／２０符号の特性を守る次に短い長さである４０ビットを選ぶ。
【００４４】
３．同期語内で同一ビットが１０回連続するパターンを３回使う。このようにすると、同一ビットが１０回連続するパターンが３つとも誤らない限り、符号シーケンスとの識別が可能となる。
【００４５】
４．同期語の直前に隣接する符号語から同期語にわたって同一ビットが１０回以上連続しないようにする。同期語から同期語直後に隣接する符号語にわたる同一ビットの１０回以上連続も、同期語自体で禁止できれば好ましいが、本実施形態の場合それは不可能である。ただし、１６／２０符号はもともとＴmax を９にするための制限から、同期語から同期語直後に隣接する符号語にわたる同一ビットの１０回連続が存在しないように設計されている。
【００４６】
上記した４項目を満たすブロック同期語も、それほど多くない。表２に図４上の始点の状態別に同期語の候補とその終点の状態を示す。上記項目３は、２回ＰＲＭＬビタビ検出が誤りを起こしても、同期語と符号シーケンスとの識別を可能にすることを目的としている。
【００４７】
【表２】
図３に示すＰＲＭＬビタビ検出器５６での誤りイベントは基本的に２種類である。
【００４９】
１．０又は１が１又は０に誤る。
【００５０】
２．0101 又は1010 が1010 又は0101 に誤る。
【００５１】
もしも、１回の誤りイベントで１ビットしか誤らないとすると、表２に示す同期語は、３回の誤りイベントが重ならない限り、符号シーケンスとの識別が可能である。ただし符号シーケンスが１ビット誤ると、２ビット誤った同期信号と同じパターンが現れる可能性がある。この場合、符号シーケンスが１ビット誤る確率の方が明らかに高く、したがって、同期語が２ビット誤ったパターンを同期語として検出するのは危険である。同期語が１ビット誤ったパターンは、符号シーケンスが２ビット誤らない限り同一のパターンは現れないから同期語として検出しても誤検出確率は低い。このように、同期語内で同一ビットが１０回連続するパターンを３回使うことにより、同期語内に１ビットの誤りが生じたパターン（今後、誤同期語と呼ぶことにする）も、同期語として検出ができる。もしも、誤りのない同期語だけを検出するとすると、同期語の検出不能確率はＰe×40Ｃ1、１ビットエラーした誤同期語も検出すると、その確率はＰe 2×40Ｃ2と表されビットエラーレートＰe の値により効果は違うが、明らかに後者の方が検出確率が高い。
【００５２】
ただし、ＰＲＭＬビタビ検出の場合、前述した通り、１回の誤りイベントで２ビット以上の誤りが生じる場合がある。この場合、２回の誤りイベントが重なることで同期語中の同一ビットの１０回連続がなくなってしまうことがある。すなわち、
111111111100000000001111111111
又は
000000000011111111110000000000
が
111111111010000000010111111111
又は
000000000101111111101000000000
に誤る場合である。したがってこれらパターンはあらかじめ符号シーケンスから取り除いておくことが、同期語の検出確率向上の視点から望ましい。因みに特願平−２０７３７２号で提案した１６／２０符号では、これらのパターンは取り除かれている。
【００５３】
表３ａ〜表３ｅに始点の状態が（３，３）、（３，７）、（７，３）、及び（７，７）の同期語として、
1000100111111111100000000001111111111000
1011011000000000011111111110000000000111
0100100111111111100000000001111111111000
及び
0111011000000000011111111110000000000111
を選んだ場合のＰＲＭＬビタビ検出が１回誤りイベントを起こした誤同期語を示す。これらの誤同期語はすべて同期語として検出することができる。
【００５４】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
４０ビット同期語は、ＰＲＭＬビタビ検出が２回誤りイベントを起こしても符号シーケンスとの識別ができるように選ばれた。したがって同期語に隊接する符号語から同期語にわたるいかなる４０ビットパターンも２回の誤りイベントで同期語と同じにならないようにするべきである。もしも、そのようなパターンが存在する場合、１６／２０符号の方で、そうならないようにすべきである。本実施形態の場合、符号語ビットのうち始点側から数えて１３ビット目から２０ビット目が１１０１１０００でかつ終点のＲＤＳが３の符号語と、００１００１１１でかつ終点のＲＤＳが７の符号語を禁止すれば同期語の直前に隣接する符号語から同期信号にわたる４０ビットパターンが２回の誤りイベントで同期語と同じになってしまうことが防げる。因みに１６／２０符号の場合、同期語から同期語直後に隣接する符号語にわたるパターンは、符号の方で禁止しなくても、２回の誤りイベントで同期語と同じになってしまうことはない。
【００６０】
次に、再生時に
1000100111111111100000000001111111111000
が検出されたとして、２０ビット同期語と同様に尤度の初期化を考える。この同期語の始点のＡＤＳは３であり、終点のＡＤＳは７である。もしも、表３ａ〜表３ｅに示す誤同期語を同期語として検出しない場合は、２０ビット同期語のところで説明したことがそのままこの４０ビット同期語にも当てはまる。しかし、表３ａ〜表３ｅに示す誤同期語を同期語として検出する場合、ことが複雑になる。状態（３，３）を始点とする同期語
1000100111111111100000000001111111111000
の誤同期語のうち
0000100111111111100000000001111111111000
0100100111111111100000000001111111111000
1100100111111111100000000001111111111000
1010100111111111100000000001111111111000
は状態（７，３）を始点とする同期語又はその誤同期語と識別がつかなくなる。したがって、同期語の先頭から検出を始める場合、特定の状態の尤度を高くすることは困難である。しかしこの場合は、同期語部分の検出過程で尤度が収束することが期待できる。もしも初期化を行うとしたら、始点の状態すべてを同じ尤度とすべきであろう。
【００６１】
状態（７，３）を始点とする同期語
01001001111111111000000000011111111111000
の終点のＡＤＳは７である。これは状態（３，３）を始点とする同期語の終点と同じである。したがって、前記した誤同期語が検出されても終点に関しては変化がない。同期語終点のビットも０で変化なく、同期語に続く符号語から検出を始める場合は、２０ビット同期語と同じく特定の状態の尤度を高く設定することができる。このように、ある同期語がその誤同期語の中に、他の同期語若しくはその誤同期語と同一のものが存在しても、両者の終点のＡＤＳ及び終点のビットを同じにしておけば、すなわち図２上の終点の状態を同じにしておけば、誤同期語を同期信号として検出しても尤度の設定を行うことができる。
【００６２】
初期化の処理で設定する尤度の値は高ければ高いほどよいというものではない。ある程度以上高くしても効果は同じである。さらに、実際のビタビ検出器の中で尤度を記憶するレジスタのビット幅は有限であり、しかもなるべく少ない方が好ましい。尤度をあまり高く設定して、有限幅のレジスタをオーバーフローしてしまっては正しい検出結果は得られない。本実施形態の場合、ｄ2 free （検出トレリス上のある共通の状態から始まり、ある共通の状態で終わる２つの異なったパス同士の最小二乗ユークリッド距離）を４とすると、図２上のある共通の状態から始まり、図２上の時刻０の異なった状態で終わる２つのパスの最小二乗ユークリッド距離は１である。したがって、時刻０における４状態の尤度差の最小値も１である。このことから初期化の処理で設定する尤度差も１で十分であり、それ以上にする必要はないことがわかる。ところで、実際のビタビ検出器の尤度として、二乗ユークリッド距離がそのまま使われることはまずなく、図２上の同時刻の各ブランチ（矢印一本一本）対する二乗ユークリッド距離それぞれから、それらの共通項を差し引く等の処理を行ったあとの値（通常メトリックと呼ばれている）が用いられる。したがって、前記した尤度差も絶対値そのものが意味をもっているのではなく、あくまでも尤度差１に相当するメトリック差ということになる。
【００６３】
図６は、同期語検出器の構成例である。ＰＲＭＬビタビ検出器５６から出力されたビット列は、同期語と同じ長さのシフトレジスタ６１に入力される。シフトレジスタ６１の全出力は一致回路６２に入力され、表１又は表２の中の選ばれた同期語、若しくは表３ａ〜表３ｅに示す誤同期語とシフトレジスタ６１の全出力の一致がとられ一致／不一致が同期語検出信号として出力される。この信号はＴＣＰＲビタビ検出器５８に供給され、真（すなわち一致）でＴＣＰＲビタビ検出器５８のタイミングを管理している（すなわち検出トレリスの時変構造を管理している）カウンタが時刻０に初期化される。一方、一致回路６２からは、検出された同期語が始点又は終点とする状態が、図２上のどの状態であるかを示す信号が状態指定信号として出力される。状態の指定の方法は幾つか考えられるが、本実施形態では、図２上の時刻０の４状態それぞれに自分自身が指定された状態であるかを知らせる信号を送るものとする。同期語が始点とする状態は、同期語の先頭からＴＣＰＲビタビ検出を開始する場合に必要な信号であり、同期語が終点とする状態は、同期語直後の符号語からＴＣＰＲビタビ検出を開始する場合に必要な信号であることは前述した通りである。
【００６４】
図７は、ＴＣＰＲビタビ検出器５８内のACS(Add Compare Select) 回路の構成を示している。図２中の状態▲１▼から状態▲４▼には、１つずつこのＡＣＳ回路が割り当てられる。図７の構成のうち、破線内の回路、すなわち、加算器７１、加算器７２、比較器７３、及びセレクタ７４は、一般的なＡＣＳ回路としてよく知られている。ＴＣＰＲビタビ検出器５８には、同期語検出器５７から同期語検出信号と状態指定信号が入力されるが、そのうち同期語検出信号はベースカウンタ７８と比較器７９に入力され、また、状態指定信号はセレクタ７７のセレクト端子に入力される。
【００６５】
ベースカウンタ７８は、前記の同期語検出器３７から出力された同期語検出信号により時刻０に初期化される。ここで、ベースカウンタ７８は、基準クロックのエッジ（立ち上がり又は立ち下がり）で初期化及び時刻のカウントが行われるものとする。すなわち、基準クロックにエッジが発生したとき、同期語検出信号が真であれば（すなわち同期語を検出したことを示していれば）初期化が行われ、偽であれば時刻のカウントアップが行われる。基準クロックのエッジが存在しないときは、出力はホールド状態となる。比較器７９は、同期語検出信号とベースカウンタ７８の出力を比較する。比較器７９では、図２に示す検出トレリスを用いた場合、ベースカウンタの出力が時刻１９を示し、かつ同期語検出信号が真であれば出力を真とし、そうでなければ出力を偽とする。比較器７９の出力は、セレクタ７６のセレクト端子に入力される。セレクタ７６では、比較器７９の出力が偽であれば、初期メトリック値としてセレクタ７７の出力が選択され、真であれば、通常メトリック値としてセレクタ７４の出力が選択される。セレクタ７６の出力は、基準クロックのエッジでレジスタ４５に取り込まれる。
【００６６】
ここで、同期語検出信号を直接セレクタ７６のセレクト端子に入力するようにして、セレクタ７６により、同期語検出信号が真であれば（すなわち同期語検出を示していれば）セレクタ７７の出力を選択し、偽であれば、通常の経路であるセレクタ７４の出力を選択することにより、同期語が始点（又は終点）とする検出トレリス上の状態の尤度を同一時刻における他の状態の尤度より高く設定することができる。しかし、この構成では、同期語が検出されるたびにパスメトリックの初期化が行われる。しかし、もしも同期語が検出された時点でベースカウンタが示す時刻が正しければ、すなわちビタビ検出装置の同期がとれていれば、パスメトリックの初期化は本来不要であるはずである。なぜならばこの場合、セレクタ７４の出力が示す通常パスメトリックは、図２に示す検出トレリスの構造を正しく反映した値になっているはずであるからである。逆に初期化を行ってしまうと、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことになる。本発明の実施形態では、ビタビ検出器の同期がとれていない場合だけ、すなわち入力シーケンスがとる時刻とベースカウンタ７８が示す時刻がずれているときだけ、パスメトリックの初期化が行われる。
【００６７】
このようにすることにより、パスメトリックを歪めてしまうことを防止できる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明では、時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するに当たり、同期信号を検出した際に判明した検出トレリス上の時刻と、同期信号を検出する前の時刻から外挿された検出トレリス上の時刻が一致していなかった場合に限り、同期信号が検出トレリス上で始点又は終点とする状態の尤度の初期化が行われるようにしたことによって、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことなく、ビタビ検出を行うことができる。
【００６９】
したがって、本発明によれば、本来あるべきパスメトリックの値を予め定められた固定のメトリックで歪めてしまうことなく、ビタビ検出を行うことができるビタビ検出方法並びにビタビ検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本件出願人が先に提案した１６／２０符号のＡＤＳトレリスを示す図である。
【図２】１６／２０符号によるＴＣＰＲ１の検出トレリスを示す図である。
【図３】本件出願人が先に提案した再生装置の構成例を示す図である。
【図４】有限状態遷移図である。
【図５】本発明を適用した再生装置の構成を示すブロック図である。
【図６】上記再生装置における同期語検出器の構成を示すブロック図である。
【図７】上記再生装置におけるＡＣＳ回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
５１ メディア、５２ 再生アンプ、５３ 等化器、５４ ＰＬＬ回路、５５標本化器、５６ ＰＲＭＬビタビ検出器、５７ 同期語検出器、５８ ＴＣＰＲビタビ検出器、５９ 復号化器、５１０ 遅延素子、６１ シフトレジスタ、６２ 一致回路、７１，７２ 加算器、７３，７９ 比較器、７４，７６，７７セレクタ、７５ レジスタ、７８ ベースカウンタ
Claims (3)
- 時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するビタビ検出方法において、
同期信号を検出したことにより得られた時刻が、前記検出トレリス上の初期時刻に該当していなかった場合に限り、同期信号が検出トレリス上で始点又は終点とする状態の尤度の初期化が行われることを特徴とするビタビ検出方法。 - 時変構造をもつ検出トレリスを用いて、伝送路出力シーケンスから同期信号を含む符号シーケンスを検出するビタビ検出装置において、
検出トレリス上の時刻をカウントするベースカウンタと、
同期信号を検出した際に判明した時刻とベースカウンタが示す時刻を比較し一致／不一致を出力する比較器と、
通常のＡＣＳ(Add Compare Select)回路の出力と予め定められた初期メトリック値を選択し出力するセレクタを備え、
比較器の出力が一致を示しているとき前記セレクタは、通常のＡＣＳ回路の出力を選択し、不一致を示しているとき前記セレクタは、予め定められた初期メトリック値を選択することを特徴とするビタビ検出装置。 - 前記ベースカウンタは、同期信号の検出信号により検出トレリス上の初期時刻で初期化されることを特徴とする請求項２に記載のビタビ検出装置。
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