CN101589432B - 将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备 - Google Patents

将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备。将数据记录在其中以页记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图的全息存储介质上的方法包括：对包含关于页的信息的附加信息进行调制，以使附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定，并将添加了调制的附加信息的页记录在全息存储介质上。

Description

将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备
技术领域
本发明的各方面涉及一种将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备。
背景技术
在光学全息术中，数据被存储在记录介质的体(volume)内，而非记录介质的表面上。携带信号的光与参考光在记录介质中干涉，从而产生干涉光栅(被称为数据页)。通过改变参考光的光学特性可将多个重叠的光栅记录在相同的体中。这一过程被称为复用。在数据读取操作中，单个参考光在与数据写入操作时相同的条件下入射到记录介质上，以产生衍射光，该衍射光指示存储的数据页。衍射光被检测阵列检测到，检测阵列从测量的强度图样提取存储的数据比特。数据页包含许多数据比特或像素。可通过在记录介质的相同体中叠加多个数据页来增加记录介质的数据存储容量。使用包含数据的信号光和参考光来记录全息图。
图1A和图1B是解释根据现有技术的光学全息术中的记录操作和再现操作的参考图。在图1A示出的记录操作中，参考光R和信号光S彼此干涉，从而产生干涉图样。产生的干涉图样被传递给记录介质。在图1B示出的再现操作中，照射到记录介质上记录的全息图上的参考光R引起全息图的衍射，从而产生输出的信号光S。
通过信号光和参考光之间的干涉执行全息存储介质上的记录。通过空间光调制器以包括多个像素的页的形式产生信号光。产生的信号光S在通过光学系统之后，与参考光在全息存储介质上发生干涉。这样产生的干涉图样被记录在全息存储介质上。为了再现，参考光入射到记录的干涉图样上，引起记录的信号光的衍射。
在全息图记录中，可以以各种方式，如改变参考光R的角度来记录信号光的强度和相位。可以将几百至几千个全息图以包括二进制数据的页记录在同一位置。所述页可以用“on”或“off”来表示像素的信息。
为了将二进制数据记录在全息存储介质上，空间光调制器产生二进制数据。用电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)实现的检测器接收关于二进制数据格式的光强的强度分布，将二进制数据移动到原始页的相应位置，从该位置读取二进制数据。
发明内容
技术问题
如果在空间光调制器产生二进制数据或再现页数据时产生噪声，则原始页的数据或者原始页的形状可能由于噪声而改变，使得难以读取原始数据。具体地讲，如果包含页数据的地址信息或调制信息的附加信息由于噪声而具有差错，则检测器利用该附加信息读取原始数据的准确度可能会变差。
技术方案
本发明的各方面提供一种将数据记录到全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备，其中，减小了用于全息存储介质上记录的页的附加信息的差错，可容易地检测数据。
有益效果
根据本发明的各方面，通过将页的附加信息中的数据的比率保持恒定，并且限制数据的游程长度(run length)，可以容易地读取页，以再现记录在全息存储介质上的数据。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得清楚并更容易理解，其中：
图1A和图1B是解释根据现有技术的光学全息术中的记录操作和再现操作的参考图；
图2是根据本发明实施例的将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的设备的框图；
图3示出根据本发明实施例的原始页；
图4是根据本发明实施例的控制单元改变附加信息的处理的流程图；
图5示出根据本发明实施例的在控制单元调制之前的附加信息和在控制单元调制之后的附加信息；
图6是解释根据本发明实施例的控制单元对调制的附加信息进行限幅的处理的示图。
最佳方式
根据本发明的一方面，提供一种将数据记录在全息存储介质上的方法，在该全息存储介质中，以页为单位记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图。所述方法包括：对包含关于页的信息的附加信息进行调制，以使附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定，并将添加了调制的附加信息的页记录在全息存储介质上。
根据本发明的另一方面，所述方法可包括：将调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度与阈值进行比较。
根据本发明的另一方面，所述方法可包括：如果调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度超过阈值，则对调制的附加信息进行再调制，以便将连续的0或1的游程长度减小为小于所述阈值。
根据本发明的另一方面，对附加信息进行调制的步骤包括：将附加信息的二进制数据中的0调制为00或11，并将附加信息的二进制数据中的1调制为10或01。
根据本发明的另一方面，对附加信息进行调制的步骤包括：将二进制数据中的所有0和所有1中的任一种调制为01，并将所有0和所有1中的另一种调制为10。
根据本发明的另一方面，多个附加信息附着在页周围，所述多个附加信息中的至少两个被调制为相同的数据。
根据本发明的另一方面，附加信息可被表示为条形码。
根据本发明的另一方面，附加信息可指示页的数据信息和地址信息、信号光或参考光的角度信息以及页的册信息中的至少一个。
根据本发明的另一方面，提供一种从全息存储介质再现数据的方法，在该全息存储介质中，以页记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图。所述方法包括：利用参考光读取存储在全息存储介质中的附加信息，所述附加信息包含关于页的信息；利用限幅电平对附加信息的二进制数据执行限幅，并调节限幅电平以使得高于限幅电平的第一数据或者低于限幅电平的第二数据的比率等于第一值。
根据本发明的另一方面，可在所述附加信息以1或0的比率等于第一值的方式被二进制化之后，所述附加信息被记录在全息存储介质上。
根据本发明的另一方面，记录的附加信息中的连续的0或1的游程长度可小于阈值。
根据本发明的另一方面，第一数据可被识别为1，第二数据可被识别为0，可从1和0的分布信息检测页的对齐标记。
根据本发明的另一方面，提供一种将数据记录在全息存储介质上的设备，在该全息存储介质中，以页为单位记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图。所述设备包括：光处理单元，利用信号光和参考光将数据记录在全息存储介质上；控制单元，对包含关于页的信息的附加信息进行调制，以使附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定，并将添加了调制的附加信息的页记录在全息存储介质上。
根据本发明的另一方面，提供一种从全息存储介质再现数据的设备，在该全息存储介质中，通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图以页为单位记录。所述设备包括：光处理单元，利用参考光读取存储在全息存储介质中的附加信息，所述附加信息包含关于页的信息；控制单元，利用限幅电平对附加信息的二进制数据执行限幅，并调节限幅电平以使得高于限幅电平的第一数据或者低于限幅电平的第二数据的比率等于第一值。
根据本发明的另一方面，提供一种全息存储介质，在该全息存储介质中，以页记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图，其中，在包含关于页的信息的附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定的同时，所述二进制数据被记录。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读记录介质，所述计算机可读记录介质记录有用于实现所述将数据记录在全息存储介质上的方法或者所述从全息存储介质再现数据的方法的程序，在该全息存储介质中，以页为单位记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的实施例，其示例示出于附图中，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。下面参照附图描述实施例以解释本发明。
图2是根据本发明实施例的将数据记录到全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的设备的框图。该设备包括：光处理单元300，全息存储介质100被加载到该光处理单元300中；控制单元400，控制光处理单元300将数据记录在全息存储介质100上或从全息存储介质100再现数据；存储器500，临时存储已从全息存储介质100读取的数据或将要记录到全息存储介质100上的数据。光处理单元300包括激光源311、分束器312、第一反射镜313、空间光调制器(SLM)314、第一透镜315、第二反射镜316、第二透镜317、第三透镜318和检测单元319。
控制单元400控制光处理单元300，产生包含记录数据的页数据，将页数据发送到光处理单元300，并对从光处理单元300再现的信号执行数据处理。控制单元400使将要记录在全息存储介质100中的页600(示出于图3中)中包括的附加信息607、608、609和610中的0或1的比率保持恒定，从而有利于检测单元319的读取操作。
将描述控制单元400对全息存储介质100上记录的数据的附加信息进行调制的处理。图3示出根据本发明实施例的数据页600。数据页600包括：4个页对齐标记602、603、604和605；页数据606；附加信息607、608、609和610。原始页600指示用于记录的SLM 314的整个区域。页数据606指示由信号光和参考光产生的干涉图样，由用“1”表示光透射和用“0”表示光阻挡的on像素和off像素组成。
页对齐标记602、603、604和605位于页数据606的4个拐角处，以使检测单元319准确地识别页数据606的位置。页对齐标记602、603、604和605用于校正页的位置，基于页对齐标记602、603、604和605使由检测单元319检测的页转到预定位置。
附加信息607、608、609和610位于页数据606的四侧，指示页数据606的调制信息和地址信息、信号光或参考光的角度信息以及页数据606的册信息(book information)。根据本发明其它方面的附加信息607、608、609和610可位于页数据606的任意一侧或者两侧，或者可具有不同的位置和形状。
包含地址信息的附加信息607、608、609和610的功能如下。当从全息存储介质100读取特定位置中的数据时，如果由于噪声，在数据的地址信息中产生差错，则可使用附加信息607-610基于当前地址位置找到准确的地址位置。可使用附加信息607-610读取期望的数据，而不需要检测全息存储介质100中的所有页数据。
如图3所示，根据本发明实施例的附加信息607、608、609和610可被表示为由0和1组成的条形码。可类似条形码用黑色和白色表示0和1，其中，用黑色表示0，用白色表示1。类似条形码，0和1可以是方形形状。
将描述将数据记录在全息存储介质100上和从全息存储介质100再现数据的处理。当将数据记录在全息存储介质100上时，从激光源311输出的具有相干性的激光入射到分束器312上，并被分离为参考光和信号光。包含记录数据的信号光入射到SLM 314上，经历空间光调制(幅度调制)。调制的信号光被第一透镜315会聚到全息存储介质100上。参考光被第二反射镜316反射，并通过第二透镜317照射到全息存储介质100上。通过信号光和参考光的叠加形成的干涉图样作为精细稀疏图样(fine rarefaction pattern)记录在全息存储介质100上。
为了再现记录在全息存储介质100上的数据，与记录将要被再现的数据页600时所使用的参考光相同的照射光入射到全息存储介质100上，数据作为与全息存储介质100上记录的干涉图样相应的衍射光被再现。衍射光被第三透镜318会聚到用电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)实现的检测单元319上。从检测单元319输出的再现信号被发送至控制单元400。
控制单元400通过如下调制附加信息607、608、609和610来使检测单元319容易地检测页数据。图4是根据本发明实施例的控制单元400改变附加信息607、608、609和610的处理的流程图。在操作S10，当从外部输入原始页时，在操作S20，控制单元400通过对附加信息的比特进行调制，使0或1的比率保持恒定。
如果输入的附加信息607-610的比特为“0”，则控制单元400将该比特调制为2比特“00”或“11”。如果输入的附加信息的比特为“1”，则控制单元400将该比特调制为2比特“10”或“01”。如图5所示，如果前一个输入的比特“0”被调制为“00”，则下一个输入的比特“0”可被调制为“11”。如果在调制数据中存在许多0，则原始附加信息的比特“0”可被调制为“11”。如果调制数据中存在许多1，则原始附加信息的比特“0”可被调制为“00”。以这样的方式，控制单元400使0或1的比率保持恒定。
图5示出根据本发明实施例的在控制单元400调制之前的附加信息607-610和在控制单元400调制之后的附加信息607-610。在图5中，控制单元400调制附加信息以使0或1的比率保持在50％；然而，根据本发明其它方面的控制单元400可调制附加信息607-610以使0和1的比率保持在任何百分率。控制单元400将附加信息的比特“0”调制为“00”或“11”，将附加信息的比特“1”调制为“01”或“10”。
再参照图4，在操作S30，控制单元400确定在调制的附加信息中，连续的0或1的游程长度是否超过阈值。如果超过阈值，则在操作S40，控制单元400对调制的附加信息进行再调制。如果在调制的附加信息中，连续的0的游程长度超过阈值，则控制单元400对调制的附加信息进行再调制，以减小连续的0的游程长度使其小于阈值。例如，控制单元400将调制的附加信息的比特“0”再调制为“11”(而非“00”)，以防止产生连续的0，并且将调制的附加信息的下一个比特“0”再调制为“00”(而非“11”)，从而保持0或1的比率恒定。
如果在调制的附加信息中存在连续的0，则控制单元400将调制的附加信息的下一个比特“1”再调制为“10”(而非“01”)，从而减小连续的0的游程长度。控制单元400还可通过将调制的附加信息的前一比特“1”再调制为“01”(而非“10”)来减小连续的0的游程长度。
同样，如果调制的附加信息包括游程长度超过阈值的连续的1，则控制单元400执行再调制，以使连续的1的游程长度减小为小于阈值。例如，控制单元400将调制的附加信息的比特“0”再调制为“00”(而非“11”)，从而防止产生连续的1。所述阈值使检测单元319读取调制的附加信息的值，可以通过实验确定。
如果调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度小于阈值，则在操作S50，控制单元400控制SLM 314将调制的附加信息记录到全息存储介质100。如果调制的附加信息中存在连续的0或1，则检测单元319可能无法准确检测附加信息607-610的开头和结尾，并且如果调制的附加信息全部由0组成，则检测单元319可能确定在附加信息607-610中没有记录数据。因此，控制单元400防止在调制的附加信息中产生过多连续的0或1。
尽管输入的附加信息607-610的比特“0”被调制为2比特“00”或“11”，并且输入的附加信息607-610的比特“1”被调制为2比特“10”或“01”，但是根据本发明的其它方面，输入的附加信息的比特“0”还可被调制为2比特“01”，输入的附加信息的比特“1”还可被调制为2比特“10”。输入的附加信息的比特“0”还可被调制为2比特“10”，输入的附加信息的比特“1”还可被调制为2比特“01”。例如，输入的附加信息中的每一个比特“0”可被调制为“10”，输入的附加信息中的每一个比特“1”可被调制为“01”。
根据本发明的另一实施例，附加信息607的数据和附加信息608的数据可被调制为相同的值。类似地，附加信息609的数据和附加信息610的数据可被调制为相同的值，从而使得检测单元319即使在附加信息607-610中的任一个具有差错时，也稳定地读取地址信息或页信息。当在将数据记录在全息存储介质100上或从全息存储介质100再现数据期间引入太多噪声时，可利用限幅电平(slice level)进行稳定解码。
图6是解释根据本发明实施例的控制单元400对调制的附加信息进行限幅的处理的示图。当利用图4所示的处理将调制的附加信息记录在全息存储介质100上，以便再现记录在全息存储介质100上的数据时，控制单元400改变用于调制的附加信息的量化值的限幅电平，以区分调制的附加信息中的0和1，检测单元319从全息存储介质100读取检测的数据。检测单元319将比限幅电平高的调制的附加信息的量化值识别为1，将比限幅电平低的调制的附加信息的量化值识别为0。控制单元400调节限幅电平，以便使0或1的比率等于由控制单元400调制的附加信息中的0或1的比率。
控制单元400改变限幅电平以便检测在附加信息的记录期间的0或1的比率与附加信息的再现期间的0或1的比率之间的匹配点，并且基于检测的限幅电平识别附加信息中的0或1。检测单元319不需要读取整个页，而仅读取附加信息的量化值。基于区分0和1的结果，可获得整个页上1和0的分布信息。检测单元319可基于该分布信息准确地识别页对齐标记602、603、604和605。
根据本发明的各方面，控制单元400使附加信息607、608、609和610中的数据的比率保持恒定，并且对附加信息607、608、609和610进行调制，以防止连续的0或1的游程长度超过阈值，从而使检测单元319通过利用限幅电平准确地再现整个页数据以再现记录在全息存储介质100上的数据。即使在根据现有技术，附加数据中的0或1的比率由于噪声引起的差错而改变时，也可利用预定的限幅电平区分0和1。根据本发明的各方面，根据0或1的比率来确定限幅电平，从而无论噪声如何，都减小误码率。
根据本发明的各方面，通过使页的附加信息中的数据的比率保持恒定并且限制数据的游程长度，可容易地读取页，以再现记录在全息存储介质上的数据。
根据本发明各方面的差错减小和调制技术可被记录在包含用于实现由计算机实施的各种操作的程序指令的计算机可读介质中。所述介质还可包括单独的程序指令、数据文件、数据结构等或其结合。计算机可读介质的例子包括：磁介质，如硬盘、软盘和磁带；光学介质，如CD和DVD；磁光介质，如光盘；和为存储和执行程序指令而专门构造的硬件装置，如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等；以及以包括压缩源代码段和加密源代码段的载波实施的计算机数据信号(如通过互联网的数据传输)。程序指令的例子包括例如由编译器生成的机器码以及包含可由计算机利用解释器执行的更高级代码的文件。所述硬件装置可被构造为用作一个或多个软件模块，以便执行本发明的上述实施例的操作。
尽管已经显示和描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (19)

1.一种将数据记录在全息存储介质上的方法，在该全息存储介质中，以页记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图，所述方法包括：
对附加信息的比特进行调制，以使附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定；
将调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度与阈值进行比较；
如果调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度超过阈值，则对调制的附加信息进行再调制，以便将连续的0或1的游程长度减小为小于所述阈值；
将添加了调制的附加信息的页记录在全息存储介质上，
其中，附加信息指示页的调制信息和地址信息、信号光或参考光的角度信息以及页的册信息中的至少一个。
2.如权利要求1所述的方法，其中，对附加信息进行调制的步骤包括：将附加信息的二进制数据中的0调制为00或11，并将附加信息的二进制数据中的1调制为10或01。
3.如权利要求1所述的方法，其中，对附加信息进行调制的步骤包括：将二进制数据中的0和1中的任一个调制为01，并将0和1中的另一个调制为10。
4.如权利要求1所述的方法，其中，多个附加信息附着在页周围，所述多个附加信息中的至少两个被调制为相同的数据。
5.如权利要求1所述的方法，其中，附加信息被表示为条形码。
6.如权利要求1所述的方法，其中，进行再调制的步骤包括：将比特1再调制为10。
7.如权利要求1所述的方法，其中，进行再调制的步骤包括：将比特0再调制为11。
8.如权利要求1所述的方法，其中，进行再调制的步骤包括：将比特1再调制为01。
9.如权利要求1所述的方法，其中，进行再调制的步骤包括：将比特0再调制为00。
10.一种从全息存储介质再现数据的方法，在该全息存储介质中，以页记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图并记录了附加信息，其中，通过对附加信息的比特进行调制以使附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定，将调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度与阈值进行比较以及如果调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度超过阈值则对调制的附加信息进行再调制以便将连续的0或1的游程长度减小为小于所述阈值，来获得记录的附加信息，所述方法包括：
利用参考光读取记录在全息存储介质中的附加信息，记录的附加信息包含页的调制信息和地址信息、信号光或参考光的角度信息以及页的册信息中的至少一个；
利用限幅电平对附加信息的二进制数据执行限幅，并调节限幅电平以使得高于限幅电平的附加信息的量化值或者低于限幅电平的附加信息的量化值的比率等于记录的附加信息的二进制数据中的1或0的比率，
高于限幅电平的附加信息的量化值被识别为1，低于限幅电平的附加信息的量化值被识别为0。
11.如权利要求10所述的方法，其中，从1和0的分布信息检测页的对齐标记。
12.一种将数据记录在全息存储介质上的设备，在该全息存储介质中，以页记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图，所述设备包括：
光处理单元，利用信号光和参考光将数据记录在全息存储介质上；
控制单元，对附加信息的比特进行调制，以使附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定，将调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度与阈值进行比较，如果调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度超过阈值则对调制的附加信息进行再调制以便将连续的0或1的游程长度减小为小于所述阈值，以及将添加了调制的附加信息的页记录在全息存储介质上，
其中，附加信息指示页的调制信息和地址信息、信号光或参考光的角度信息以及页的册信息中的至少一个。
13.如权利要求12所述的设备，其中，控制单元将附加信息的二进制数据中的0调制为00或11，并将附加信息的二进制数据中的1调制为10或01。
14.如权利要求12所述的设备，其中，控制单元将附加信息的二进制数据中的0和1中的任一个调制为01，并将0和1中的另一个调制为10。
15.如权利要求12所述的设备，其中，多个附加信息附着在页周围，控制单元将所述多个附加信息中的至少两个调制为相同的数据。
16.如权利要求12所述的设备，其中，附加信息被表示为条形码。
17.一种从全息存储介质再现数据的设备，在该全息存储介质中，以页记录通过信号光和参考光之间的干涉形成的包含数据的全息图并记录了附加信息，其中，通过对附加信息的比特进行调制以使附加信息的二进制数据中的0或1的比率保持恒定，将调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度与阈值进行比较以及如果调制的附加信息中的连续的0或1的游程长度超过阈值则对调制的附加信息进行再调制以便将连续的0或1的游程长度减小为小于所述阈值，来获得记录的附加信息，所述设备包括：
光处理单元，利用参考光读取记录在全息存储介质中的附加信息，记录的附加信息包含页的调制信息和地址信息、信号光或参考光的角度信息以及页的册信息中的至少一个；
控制单元，利用限幅电平对附加信息的二进制数据执行限幅，并调节限幅电平以使得高于限幅电平的附加信息的量化值或者低于限幅电平的附加信息的量化值的比率等于调制的附加信息的1或0的比率，以及
检测单元，将高于限幅电平的附加信息的量化值识别为1，将低于限幅电平的附加信息的量化值识别为0。
18.如权利要求17所述的设备，其中，记录的附加信息中的连续的0或1的游程长度小于阈值。
19.如权利要求17所述的设备，其中，检测单元从1和0的分布信息检测页的对齐标记。
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