CN101849418B - 用于编码/解码数据的方法、用于检测数据的方法和用于记录/再现数据的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种数据编码方法。在此方法中，把多个n比特输入码转换为多个M×L块码，其中在每个块码中的每个比特具有水平或垂直邻近该比特的至少一个相同的比特。

Description

用于编码/解码数据的方法、用于检测数据的方法和用于记录/再现数据的方法

技术领域

本发明涉及一种用于编码和解码数据的方法，一种用于检测数据的方法和一种用于使用该方法来记录/再现数据的方法，并且更具体地涉及一种用于使用全息存储设备来编码和解码全息数据的方法、一种用于检测数据的方法和一种用于记录和再现数据的方法。

背景技术

通过记录从目标对象反射的信号光的强度和方向来执行在全息存储设备上记录数据。来自目标对象的信号光干涉基准光以生成对应于信号光的强度和方向的干涉条纹，继而把所生成的干涉条纹记录在全息存储介质中，该全息存储介质包括依照干涉条纹的强度对光作出反应的材料。可以使用在用于记录数据的过程中所使用的基准光来读取在存储介质中记录的数据，并且无法使用具有不同于那些用于记录的基准光的波长和相位的基准光来读取它们，这是因为具有不同波长和相位的基准光穿过在记录介质中记录的数据。

利用这些全息特性，可以使用不同的基准光束把大量数据记录在记录介质中的同一地方上，由此使得能够把大量数据存储在很小的记录介质中。

通常，调制输入数据以便在使环境噪声的影响最小化时把数据记录在记录介质中并且准确地再现所记录的数据。因而，全息存储设备还使用调制码来正确地记录和再现数据。

在全息存储设备中，调制码需要被设计成防止出现页面间干扰(IPI)和符号间干扰(ISI)，所述页面间干扰是在邻近的数据页之间的干扰并且所述符号间干扰是当在介质中记录数据页时在页面中的像素之间的干扰。

发明内容

技术问题

被设计用于解决所述问题的本发明的目的在于，提供一种用于编码和解码数据的方法(其可以减少IPI和ISI)，以及提供一种用于使用该方法来记录和再现数据的方法。

技术方案

可以通过提供一种用于把多个n比特输入码转换为多个M×L块码的数据编码方法来实现本发明的目的，其中在每个块码中的每个比特具有与该比特水平地或垂直地邻近的至少一个相同的比特。

这里，多个块码可以具有相同的0的数目和1的数目之间的比率。在这种情况下，每个块码可以是3×3块码，包括五个0和四个1。

另外，每个块码可以是4×4块码，包括八个0和八个1、或十个0和六个1或九个0和七个1。

另外，每个块码可以包括奇数个比特，并且除位于块码中心的比特之外的各比特中值为0的比特数目可以与值为1的比特数目相同。这里，块码可以是3×3块码。

在这种情况下，块码的数目可以大于或等于输入码的可能值的数目。

依照本发明的另一方面，这里提供了一种数据检测方法，用于从对应于在编码的块码中包括的比特的数据图像检测数据，其中所述块码中的每个比特具有与该比特水平或垂直邻近的至少一个相同的比特，并且块码的比特值是依照数据图像的相对亮度来定义的。

对应于在数据图像中的相对亮的数据图像的比特可以被定义为“1”，并且对应于在数据图像中相对暗的数据图像的比特可以被定义为“0”。

块码可以包括奇数个比特，并且除位于块码中心的比特之外的各比特这值为0的比特数目可以与值为1的比特数目相同。

在这种情况下，数据检测方法可以包括获得对应于“0”的数据图像的平均亮度水平和对应于“1”的数据图像的平均亮度水平，把各平均亮度水平与对应于位于块码中心的比特的数据图像的亮度水平相比较，以及确定与所述对应于“0”的数据图像的平均亮度水平和所述对应于“1”的数据图像的平均亮度水平之一相对应的比特值是位于中心的比特的比特值，两个平均亮度水平的所述之一更接近与位于中心的比特相对应的数据图像的亮度水平。

在本发明的另一方面，这里提供了一种用于把多个M×L块码转换为多个n比特码的数据解码方法，其中在每个块码中的每个比特具有与该比特水平或垂直邻近的至少一个相同的比特。

在本发明的另一方面，这里提供了一种数据记录方法，包括把输入码编码为块码，以及把块码存储到记录介质中，其中块码中的每个比特具有与该比特水平地或在垂直地邻近的至少一个相同的比特。

在本发明的另一方面，这里提供了一种数据再现方法，包括从记录介质读取块码，并且把块码转换为解调码，其中块码中的每个比特具有与该比特水平或垂直邻近的至少一个相同的比特。

有益效果

依照本发明的数据编码/解码方法可以防止邻近页面之间的干扰和邻近符号之间的干扰。依照本发明的数据检测方法可以减少在信号检测期间出现错误。

附图说明

附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，图示了本发明示例性实施例并且连同说明书一起用来解释本发明的原理。

在附图中：

图1示意地图示了用于记录和再现数据的装置的例子，其可以执行依照本发明示例性实施例的数据编码/解码方法。

图2示意地图示了依照本发明第一示例性实施例的、可以在数据编码/解码方法中使用的块码的例子。

图3示意地图示了依照本发明第一示例性实施例的、可以在数据编码/解码方法中使用的块码的另一例子。

图4示意地图示了依照本发明第二示例性实施例的、可以在数据编码/解码方法中使用的块码的数据图像的例子。

图5示意地图示了依照本发明第二示例性实施例的、用于解释下述方法的块码的像素，所述方法用于在数据编码/解码方法中确定中心像素的比特值。

具体实施方式

将参考附图通过示例性实施例详细描述本发明的以上及其它方面，使得本领域技术人员可以容易地理解和实现本发明。

图1示意地图示了全息记录/再现系统的例子，该系统可以执行依照本发明示例性实施例的数据编码/解码方法。如图1所示，全息记录/再现系统包括记录/再现装置100、数据编码设备200和数据解码设备300。

记录/再现装置100包括用于产生在全息术中要求的激光束的光源10、用于存储三维数据(即，干涉条纹)的存储介质12(例如，光折变晶体)和电荷耦合器件(CCD)14。在光源10和存储介质12之间形成包括多个光学系统的两个路径(即，基准光处理路径PS1和信号光处理路径PS2)。

分光器16把从光源10入射的激光束拆分为基准光和信号光。向基准光处理路径PS1提供被垂直极化的拆分基准光，并且向信号光处理路径PS2提供拆分的信号光。

在基准光处理路径PS1中与基准光的发射方向平行地布置遮光器18、反射器20和致动器22。在基准光处理路径PS1中，以预置的偏移角反射用于记录或再现数据所要求的基准光以便将基准光提供到存储介质12。

尽管在图1中并未图示，但可以在基准光处理路径PS1中提供用于基准光处理的多个光学透镜(例如，收敛型透镜(waist creation lens)和光束扩展器)。

通过光学透镜等来调节在从分光器16偏移之后经由遮光器18入射的垂直极化的基准光，使得基准光的部分光束大小被增加到特定大小。然后基准光通过反射器20以预置角(例如，为记录预置的记录角度或为再现预置的再现角度)偏离，然后被发射到存储介质12。

这里，每当在存储介质12中记录每个页面的二进制数据时，可以通过使用致动器22旋转反射器20以改变其偏移角来控制在记录或再现期间使用的基准光。通过这种基准光偏移方法，可以在存储介质12中存储或从存储介质12中读取成百上千的数据片。

另一方面，在信号光处理路径PS2中与信号光的发射方向平行地依次布置遮光器24、反射器26和空间光调制器28。在系统控制器(未示出)的控制下，遮光器24在记录模式中保持打开并且在再现模式中保持关闭。

尽管在图1中并未图示，可以在信号光处理路径PS2中提供用于信号光处理的多个光学透镜(例如，重新成像透镜、光束扩展器和物镜)。据此，在从分光器16偏移之后通过遮光器24的开口入射的信号光通过反射器26以预置的偏移角被反射，然后被提供到空间光调制器28。

空间光调制器28依照从数据编码设备200所提供的输入数据(即，依照使用稍后描述的依照本发明实施例的数据编码方法所编码的数据)把从反射器26所接收的信号光调制为包括亮像素和暗像素的二进制数据图像。这里，数据图像的像素分别对应于在稍后描述的块码中所包括的比特。

例如，当输入数据是图片帧的图像数据时，入射到空间光调制器28上的信号光被调制为帧的信号光，然后所调制的信号光被与从基准光处理路径PS1中的反射器20入射的基准光同步地入射到存储介质12上。

据此，通过在为二进制数据图像的每个页面调制的信号光和用于记录的相应基准光之间的干涉所获得的干涉条纹被记录在存储介质12中，在记录模式中从空间光调制器28提供所述二进制数据图像，所述基准光是以偏移角从反射器20入射的。即，依照通过在调制的信号光和基准光之间的干涉所获得的干涉条纹的强度，移动电荷的光诱导发生在存储介质12内，并且通过这种处理把数据的干涉条纹记录在存储介质12中。

另一方面，依照本发明实施例的编码方法，数据编码设备200把从外界所接收的输入序列划分为n比特块并且把输入序列的每个n比特块转换为相应的M×L比特块码。稍后将描述这种编码方法。

数据编码设备200把依照这种方式编码的一个页面的二进制数据转送到空间光调制器28。据此，空间光调制器28调制从反射器26入射的信号光用于包括亮像素和暗像素的二进制数据的每个页面，并且把所调制的信号光发射到存储介质12。依照这种方式，依照本发明编码的数据被存储在存储介质12中。

另一方面，当对在依照本发明实施例的编码方法编码之后被记录在存储介质12中的数据进行再现时，在打开基准光处理路径PS1的遮光器18的同时，在系统控制器(未示出)的控制之下关闭信号光处理路径PS2的遮光器24。

据此，在反射器20反射从分光器16偏移的基准光(用于再现的基准光)以便将其发射到存储介质12。通过用于记录的基准光已经被记录到存储介质12中的干涉条纹衍射在存储介质12上入射的用于再现的基准光，以便把干涉条纹解调为包括原始亮像素和暗像素(在棋盘图案中)的一个页面的二进制数据信号，然后所解调的再现信号被发射到CCD 14。

CCD 14根据从存储介质12发射的再现光来重构原始数据(即，原始的电信号)，然后重构的再现信号被转送到数据解码设备300。

数据解码设备300把在从存储介质12再现之后通过CCD 14输出的编码再现信号解码为就像在编码之前的原始数据(即，上述输入序列信号)。稍后将描述这种解码方法。

尽管已经图示了全息记录/再现系统的配置，不过本发明不限于此配置并且可以按照需要向全息记录/再现系统添加其它组件或从中省略一些组件。

现在将详细地介绍依照本发明示例性实施例的编码方法和解码方法。依照本发明实施例的编码方法将n比特输入序列调制为M×L比特信道序列，并且依照本发明实施例的解码方法将M×L比特信道序列解调为n比特输入序列。这里，M×L比特的阵列被定义为块码，其中在水平方向上布置M个比特并且在垂直方向上布置L个比特。

图2和3示意地图示了示例性块码，可以在依照本发明第一示例性实施例的编码/解码方法中使用所述块码。图2图示了3×3块码，每个块码用来把5比特输入序列调制成9比特信道序列，并且图3图示了4×4块码，每个块码用来把10比特输入序列调制成16比特信道序列。

然而，本发明不限于在图2和3中所示出的示例性块码，并且可以使用各种其它大小的块码来执行编码/解码。

现在将参考图2和3详细描述在此实施例中用于把n比特输入序列转换为M×L比特信道序列的块码的约束条件。

首先，n比特输入序列的可能值的数目是2ⁿ。另外，M×L比特输入序列的可能值的数目是2M×L。即，在以上例子中，5比特输入序列的可能值的数目是2⁵＝32，并且9比特信道序列的可能值的数目是2⁹＝512。另外，10比特输入序列的可能值的数目是2¹⁰＝1024，并且16比特信道序列的可能值的数目是2¹⁶＝65536。

这里，在依照此实施例的编码方法中，块码中的每个比特具有与该比特水平或垂直邻近的至少一个相同的比特。即，在块码中在水平或垂直方向上把相同的比特至少重复一次。由于在水平或垂直方向上至少重复相同的比特一次，所以块码没有孤立的比特。即，如图2和3所示，没有被1围绕的0，并且没有被0围绕的1。据此，当块码被转换为包括亮像素和暗像素的二进制数据图像时，可以防止每个像素遭受与邻近符号(即，像素)的符号间干扰。

依照此实施例的编码方法使用块码，在2M×L个块码中，每个块码包括x个0和(M×L)-x个1。即，各块码具有相同的0的数目和1的数目之间的比率。由于这种约束条件，包括如上所述的多个块码的数据图像的每个页面的光强度是类似的。从而，这种约束条件可以防止在邻近的数据页之间的页面间干扰(IPI)。

图2图示了其中0的数目是5并且1的数目是4的例子，并且图3图示了其中0的数目是10并且1的数目是6的例子。然而，本发明不局限于这些例子。特别是，4×4块码可以包括8个0和8个1或者9个0和7个1，与在图3中所图示的4×4块码不同。即，优选地是，在块码中0的数目和1的数目是类似的。据此，每个页面具有伪平衡的调制码特性。

在此实施例中，在2M×L个信道序列中满足每个块码的两个约束条件的信道序列的数目应当大于或等于n比特输入序列的2ⁿ个可能值的数目。依照约束条件，图2的每个块码包括5个0和4个1，并且在每个块码中至少重复相同的比特一次。在总共512个可能块码中满足约束条件的块码的数目是32，等于5比特输入序列的可能值的数目。

在图3的情况下，在总共65536个可能的块码中使用块码，每个块码包括10个0和6个1。满足约束条件的块码的数目是1070，所述约束条件是在水平或垂直方向上至少重复相同的比特一次。块码的此数目大于10比特输入序列的可能值的数目(即，1024)，由此满足上述约束条件。

据此，由于每个页面的光强度是类似的并且不存在孤立比特，所以这种块码可以防止IPI和ISI。

现在将介绍依照本发明第一示例性实施例的数据检测方法和解码方法。

如上所述，当再现在记录介质中所记录的编码数据时，通过用于记录的基准光已经被记录在存储介质12中的干涉条纹衍射在存储介质12上入射的用于再现的基准光，使得把干涉条纹解调为包括原始亮像素和暗像素(在棋盘图案中)的一个页面的二进制数据信号。

CCD把依照这种方式重构的M×L比特再现信号解码为就像在编码之前的原始数据，即上述n比特输入序列。

首先，详细地介绍依照本发明第一示例性实施例、用于从包括亮像素和暗像素的数据图像中检测数据信号的方法。

如上所述，在此实施例中，各块码具有相同数目的0和相同数目的1。即，在每个块码中分布(M×L)-x个1和x个0。利用此事实，依照数据图像的递减亮度(即递减灰度级)次序所选择的(M×L)-x个比特被定义为“1(即，亮的)”，并且其余的x个比特被定义为“0(即，暗的)”。

具体地，在图2的情况下，在9个数据图像像素中具有高灰度级的4个像素被定义为“1”，并且其余5个像素被定义为“0”。在图3的情况下，在16个像素中具有高灰度级的6个比特(像素)被定义为“1”，并且其余10个比特被定义为“0”。与其中基于特定基准电平来定义比特的情况相比，这种信号检测方法减少了出现错误的可能性。

然后，依照这种方式检测的M×L比特块码信号被转换为相应的解调码(即，n比特输入序列)，由此解码数据。在此实施例中的解码方法使用码块来执行反向编码。

现在将详细地介绍依照本发明第二示例性实施例的编码和解码方法以及数据检测方法。在依照此实施例的编码方法中，与上述第一实施例类似，块码中的每个比特具有与该比特水平邻近或垂直邻近的至少一个相同的比特。即，在块码中在水平或垂直方向上至少重复相同的比特一次。这防止出现如上所述的ISI。

另一方面，在依照此实施例的编码方法中，块码具有奇数个比特。另外，在这奇数个比特当中，除位于块码中心的比特之外的各比特中0的数目和1的数目相同。在这种情况下，位于中心的比特可以是0或1。因此，与第一示例性实施例不同，此实施例的各块码具有不同的0和1之间的比率。在0和1之间的比率依照位于中心的比特而改变。

图4图示了在依照本发明第二示例性实施例的编码/解码方法中的，作为块码的数据图像的3×3比特块码的数据图像。现在将参考图4详细描述此实施例。

如图4中所图示，在3×3比特矩阵中布置9个比特，使得除位于中心的比特之外的“1”比特的数目和“0”比特的数目均为4。据此，外围比特具有平衡的特性。

然而，依照位于中心的比特的比特值是1还是0，会产生差异。据此，依照此实施例的块码具有伪平衡特性。

下面将详细地描述用于检测使用依照本发明第二示例性实施例的编码方法所编码的数据的方法和用于解码所检测的数据的方法。

首先，介绍依照此实施例的数据检测方法。校正从全息存储设备再现的数据图像，然后把校正的数据图像转换为正确的灰度级。

首先，确定在位于中心的比特周围的外围比特的比特值。如上所述，依照此实施例的块码的外围比特中0的数目和1的数目相同。据此，具有高灰度级的每个像素(即，亮像素)被定义为“1”，并且具有低灰度级的每个像素(即，暗像素)被定义为“0”。

即，在对应于除位于中心的像素之外的外围像素的数据图像的比特中具有高灰度级的4个比特的比特值被确定为“1”并且具有低灰度级的4个比特的比特值被确定为“0”。

然后，确定位于中心的像素的比特值。可以使用各种方法来确定位于中心的像素的比特值。下面将参考图5描述用于确定位于中心的像素的比特值的示例性方法。

如图5所示，校正的像素的各个灰度级被定义为a、b、c、d、e、f、g、h和i。

首先，对外围比特中依照递减亮度的次序选择的四个像素计算平均灰度级mlight。在图5的例子中，mlight是(f+g+e+d)/4。另外，对外围比特中依照递增亮度次序选择的四个像素计算平均灰度级mdark。在图5的例子中，mdark是(a+b+c+d)/4。然后，计算中心比特的灰度级(i)与两个平均灰度级之间的相应欧几里得距离。

这里，当中心比特的灰度级(i)和平均灰度级mlight之间的欧几里得距离记为“A”并且中心比特的灰度级(i)和平均灰度级mdark之间的欧几里得距离记为“B”，“A”可以由数学表达式1表示，并且“B”可以由数学表达式2表示。

数学表达式1

abs(i-m_light)

数学表达式2

abs(i-m_dark)

当A大于B时，即当位于中心的像素的灰度级(i)更接近于亮像素的平均灰度级mlight时，(i)的比特值被定义为“1(亮的)”。另一方面，当B大于A时，即当位于中心的像素的灰度级(i)更接近于暗像素的平均灰度级mdark时，(i)的比特值被定义为“0(暗的)”。

使用这种方法来定义中心像素的比特值。依照本发明的第二示例性实施例，使用此方法来检测数据信号使得产生码块。依照此实施例的数据解码方法是用于把依照这种方式生成的码块转换为原始的输入序列的过程。依照反转依照本发明的第二示例性实施例的编码方法来执行此过程。

对那些本领域技术人员来说清楚的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本发明中可以进行各种修改和改变。从而，本发明旨在覆盖所提供的本发明的修改和改变，只要它们落入所附权利要求及其等效范围之内。

Claims (17)

1.一种数据编码方法，包括：

将输入序列划分成多个n比特块；

将每个所述n比特块转换为包括M行和L列的M×L块码，使得每个所述块码中的每个比特具有与该比特水平邻近或垂直邻近的至少一个相同的比特，所述块码具有相同的0的数目和1的数目之间的比率。

2.如权利要求1所述的方法，其中每个所述块码是3×3块码，包括五个0和四个1。

3.如权利要求1所述的方法，其中每个所述块码是4×4块码，包括八个0和八个1、或十个0和六个1、或九个0和七个1。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述块码包括奇数个比特，并且除位于所述块码中心的比特之外的各比特中值为0的比特数目与值为1的比特数目相同。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述块码是3×3块码。

6.如权利要求1所述的数据编码方法，其中所述块码的数目大于或等于所述n比特块的值的数目。

7.一种数据再现方法，包括：

从存储在存储介质的数据图像中检测包括M行和L列的多个M×L块码，其中所述块码中的每个比特具有与该比特水平邻近或垂直邻近的至少一个相同的比特，并且所述块码的比特值是依照所述数据图像的相对亮度来定义的，所述块码具有相同的0的数目和1的数目之间的比率；

将每个块码转换成n比特码；以及，

将所述n比特码组成输出序列。

8.如权利要求7所述的方法，其中对应于所述数据图像中的相对亮的数据图像的比特被定义为“1”，并且对应于所述数据图像中的相对暗的数据图像的比特被定义为“0”。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述块码包括奇数个比特，并且除位于所述块码中心的比特之外的各比特中值为0的比特数目与值为1的比特数目相同。

10.如权利要求9所述的方法，包括：

获得对应于“0”的数据图像的平均亮度水平和对应于“1”的数据图像的平均亮度水平；

把所述各平均亮度水平与对应于位于所述块码中心的比特的数据图像的亮度水平相比较；以及

确定与所述对应于“0”的数据图像的平均亮度水平和所述对应于“1”的数据图像的平均亮度水平之一相对应的比特值是位于中心的比特的比特值，两个平均亮度水平的所述之一更接近与位于中心的比特相对应的数据图像的亮度水平。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述块码是3×3块码。

12.一种数据解码方法，包括：

接收包括M行和L列的多个M×L块码，其中每个所述块码中的每个比特具有与该比特水平邻近或垂直邻近的至少一个相同的比特，所述块码具有相同的0的数目和1的数目之间的比率；以及，

将每个所述块码转换成n比特码。

13.如权利要求12所述的方法，其中每个所述块码是3×3块码，包括五个0和四个1。

14.如权利要求12所述的方法，其中每个所述块码是4×4块码，包括八个0和八个1、或十个0和六个1、或九个0和七个1。

15.如权利要求12所述的方法，其中每个所述块码包括奇数个比特，并且除位于所述块码中心的比特之外的各比特中值为0的比特数目与值为1的比特数目相同。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述块码是3×3块码。

17.一种数据记录方法，包括：

将输入序列划分成多个n比特块；

将每个所述n比特块转换为包括M行和L列的M×L块码，使得所述块码中的每个比特具有与该比特水平邻近或垂直邻近的至少一个相同的比特，所述块码具有相同的0的数目和1的数目之间的比率；以及，

将所述转换的块码存储在记录介质中。

Images