DE69700494T2

DE69700494T2 - Komparatorbasiertes Schwellenverfahren zur Ermittlung von Datenwerten

Info

Publication number: DE69700494T2
Application number: DE69700494T
Authority: DE
Inventors: Scott Patrick Campbell; Kevin Richard Curtis; Thomas J. Richardson
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JPH10261042A; EP0852377A1; DE69700494D1; EP0852377B1; US5995676A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung von Datenwerten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Bestimmung von Datenwerten, die aus Datenspeichereinrichtungen, wie etwa aus holographischen Speichereinrichtungen und weiteren Datenspeichermedien ausgelesen werden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Entwicklung von Datenspeichersystemen, wie etwa holographische Speichersysteme, ist das genaue Wiederherstellen oder Wiedergewinnen gespeicherter Daten aus Datenspeichermedien wichtig. Typischerweise umfaßt ein holographischer Speicher oder ein Datenspeichersystem die dreidimensionale Speicherung holographischer Darstellungen (Hologramme) von Datenelementen als Muster eines sich ändernden Brechungsindexes und/oder einer sich ändernden Absorption, die in einem Speichermedium, wie etwa einem Lithiumniobatkristall, eingeprägt ist. Holographische Speichersysteme sind durch ihre potentiell hohe Speicherdichte und potentiellen Geschwindigkeit gekennzeichnet, mit der auf die gespeicherten Daten zufällig zugegriffen wird und diese übertragen werden.
Wenn gespeicherte Daten abgerufen werden, werden Detektorfelder zum Lesen der Informationen aus den Speicherseiten verwendet. Typischerweise werden die abgerufenen oder ausgelesenen holographischen Informationen auf eine abbildende Einheit, wie etwa ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD), oder auf ein komplementäres Metalloxid- Halbleiter (CMOS)-Detektorfeld, wie zum Beispiel einem aktiven Pixelsensor (APS, active pixel sensors), die empfindlich für ausgelesene optische Informationen sind, projiziert. Eine mit der abbildenden Einheit verbundene Dekodiereinheit bestimmt danach die entsprechenden Datenwerte, die anfänglich codiert und holographisch gespeichert werden.
Die Wiedergabe von in holographischen Speichereinrichtungen gespeicherten Daten ist jedoch aufgrund von bei holographischen Speichersystemen häufig auftretenden Einflüssen nicht optimal. Beispielsweise ist die Anzahl der Datenelemente, die im Speichermedium eingespeichert sind, typischerweise umgekehrt proportional zur Beugungseffizienz und somit zur Qualität der darin gespeicherten Hologramme, die beim Auslesen wiedergegeben werden. Weitere Faktoren, welche die Qualität der gespeicherten Daten beeinflussen, umfassen zeitabhängige Schwankungen der Lichtintensität im Speichermedium, physikalische und optische Störungen des mechanischen Verhältnisses zwischen Systemkomponenten, die Wärmeausdehnung, weitere temperaturbedingte Systemveränderungen und in das System eingeführtes Rauschen.
Wegen der oftmals schlechten Qualität beim Abrufen oder bei der Wiedergewinnung dieser Daten wird der Wert eines Datenelementes oftmals durch Vergleich mehrerer Datenelemente dargestellt. Beispielsweise ist es möglich, ein differentielles Codierschema zu verwenden, bei dem sich ein bestimmter Datenwert, der abgerufen werden soll, aus dem Vergleich von zwei Datenelementen ergibt. Alternativ ist es möglich, ein Referenz-Codierungsschema zu verwenden, bei welchem der Wert eines Datenelementes mit einem oder mehreren bekannten Referenz-Datenelementwerten verglichen wird.
Diese Codierungsschemen verlangen jedoch die Benutzung von mehr als einem Datenelement, um den Datenwert eines einzigen Datenelementes darzustellen. Beispielsweise beruht bei typischen differentiellen Codierungsschemen ein einziger Datenwert auf dem Wert eines ersten Datenelementes mit Bezug auf ein zweites Datenelement. Auf diese Weise werden zwei Datenelemente benötigt, um einen einzigen Datenwert oder ein Datenbit darzustellen. Daher entsprechen etwa die Hälfte der Datenelemente, die im Speichermedium gespeichert und daraus abgerufen werden, nicht den tatsächlichen Datenwerten, sondern einem, "Overhead", der zur Implementierung des Codierungsschemas notwendig ist. Daher erreicht die theoretische maximale Datenspeichereffizienz für gewöhnliche differentielle Codierungsschemen etwa 50%.
Bei gewöhnlichen lokalen Referenz-Codierungsschemen beruht ein einzelner Datenwert auf dem Wert eines ersten Datenelementes mit Bezug auf ein oder mehreren Referenz- Datenelementen. Auf diese Weise benötigen Referenz- Codierungsschemen für alle dargestellten Datenwerte typischerweise wenigstens etwa n + 1, n + 2 oder noch mehr Datenelemente. Folglich nähert sich die Datenspeichereffizienz (n/(n + 2))% oder (n/(n + 1))%. Aufgrund der vorstehend beschriebenen bei holographischen Speichermedien inhärenten Schwankungen wird jedoch n in der Praxis typischerweise klein gehalten, so daß bestehende Veränderungen sowohl für die Referenz-Datenelemente als auch für die Datenelemente, die mit den Referenz-Datenelementen verglichen werden, übereinstimmen.
Daher besteht, obwohl Codierungsschemen zum Verbessern der Datenspeichereffizienz bei holographischen und anderen Speichersystemen bestehen, weiterhin ein Bedürfnis zum Verringern des Overheads bei Datenelementen, welche in diesen Speichermedien gespeichert sind und aus diesen ausgelesen werden.
Ferner benutzen viele Datensysteme und Verfahren die Schwellenwerte für Vergleichszwecke. Diese Schwellenwerte werden durch eine Anzahl verschiedener Verfahren festgelegt. In der europäischen Patentanmeldung EP 0 692 787 A3 beispielsweise verwendet ein Verfahren zur Datenwiedergewinnung und eine Vorrichtung ein Schwellenwertsignal, das durch Ermitteln des Mittelwertes der gemessenen positiven und negativen Signalspitzen erzeugt wird, die durch positive und negative Spitzensignal-Detektoren ermittelt werden. Im US Patent 4,084,153 verwendet eine Vorrichtung zur Bitrekonstruktion eines ausgelesenen Hologramms einen veränderlichen Schwellenwert, der auf einem Ausgangssignal beruht, das wiederum vom Wert wenigstens eines analogen Signals abhängt, das einen bekannten Wert aufweist. Ferner verwenden viele Systeme Schwellenwerte, die willkürlich gesetzt werden oder auf einer vorbestimmten absoluten Größenordnung beruhen. Siehe beispielsweise die Europäische Patentanmeldung 0 418 879 A2, bei der ein System zur Aufzeichnung von Informationen auf ein optisches Speichermedium, wie etwa eine Compactdisk (DC), oder zum Wiedergeben dieser Informationen Von dem optischen Speichermedium einen Schwellenwertdetektor 103 verwendet, um eine Verhältnisschaltung 104 zu aktivieren, wenn die Differenz zwischen bestimmten Elementen groß genug ist, um den Schwellenwertdetektor 103 auszulösen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert. Die Erfindung ist in einem Verfahren zum Verringern des Datencodierungsoverheads zur Wiedergewinnung gespeicherter Daten aus Datenspeichermedien, wie z. B. den holographischen Speichersystemen, und in einer Vorrichtung zum Wiedergewinnen gespeicherter Daten auf diese Weise verwirklicht. Das Verfahren umfaßt das anfängliche Schätzen der Werte der Datenelemente, die aus dem betrachteten Datenspeichermedium (durch deren Intensitätsgrad, der auf einem absoluten Maß beruht) abgerufen wurden, das gemeinsame Verwenden dieser Schätzungen, um einen oder mehrere Schwellenwerte zum Definieren von Bereichen verschiedener Datenwerte festzulegen, und das Bestimmen der Werte der abgerufenen Datenelemente durch Vergleich der Schätzungen der Anfangsdatenwerte der abgerufenen Werte der Datenelemente, um Schwellenwerte festzulegen. Alternativ werden die Schwellenwerte anfänglich gesetzt und iterativ auf der Grundlage der anfänglichen Schätzungen der einzelnen Datenelemente eingestellt. Auf diese Weise wird für Anwendungen, wie das Bestimmen der Datenzustände binärer Datenelemente, der zuletzt festgelegte Schwellenwert, der ein logisches High von einem logischen Low unterscheidet, nicht vollständig festgestellt, bis näherungsweise eine gleiche Anzahl von Datenelementen größer und kleiner als der eingestellte Schwellenwert ist. Vorteilhafterweise verringern die erfindungsgemäßen Ausführungsformen durch Verwenden anfänglicher Schätzungen von Datenelementen den Overhead, der gewöhnlich Datencodierungsschemen zugeordnet ist, um Vergleichsschwellenwerte für die tatsächliche Festlegung der Werte dieser Datenelemente abzuleiten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema eines Verfahrens zum Bestimmen von Datenwertbestimmungsverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur Datenwertbestimmung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 3 ein schematisches Diagramm, das die Schwellenwertschaltung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt,
Fig. 4 ein schematisches Diagramm, das einen Komparator gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt,
Fig. 5 ein schematisches Diagramm, das einen Komparator gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt,
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur Datenwertbestimmung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 7 ein schematisches Diagramm, das eine Schwellenwertschaltung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung

Bei der nachfolgenden Beschreibung sind ähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, um das Verständnis der Zeichnungen zu vereinfachen.
Die Erfindung wird im wesentlichen in Hinblick auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben, insbesondere der Wertbestimmung abgerufener oder wiederhergestellter Daten, die in holographischen Speichersystemen abgespeichert sind. Wie jedoch dem Fachmann bekannt ist, sind Ausführungsformen der Erfindung zum Verwenden in anderen Speichersystemen geeignet, bei denen Daten gewöhnlicher Weise durch differentielle, lokale Referenz- oder andere Codierungsschemen codiert werden.
Ferner sei zum Zwecke der Klarheit beim Beschreiben der Ausführungsform der Erfindung erwähnt, daß die in den Figuren gezeigten Pixelelemente (die Pixelelemente P1 bis P8 in Fig. 2) Datenzustände darstellen, wie diese dargestellt werden sollen, und nicht wie diese tatsächlich in einem Detektor dargestellt werden würden. Wie vorstehend beschrieben, ist die Darstellung der Datenzustände typischerweise inkonsistent und oftmals wegen der ihnen eigenen Inkonsistenz, die im Speichermedium, aus dem die Daten ausgelesen werden, vorliegen können, unbestimmt.
Beispielsweise sind in Fig. 2 die Pixelelemente P2 und P3 gezeigt, die verschiedene Werte oder verschiedene Datenzustände aufweisen. Dieser Unterschied dient hierbei Erklärungszwecken. Zu tatsächlichen Datenwiedergewinnungszwecken kann die verschiedene Datenzustandsdarstellung der Pixelelemente P2 und P3 aus deren Datenwerten einzeln oder relativ zueinander nicht offensichtlich sein.
Wie nachfolgend detaillierter beschrieben, ist eine Aufgabe der Ausführungsformen der Erfindung, diese Inkonsistenz durch Bereitstellen einer genaueren Datendarstellungen zu beheben. Daher wurden nachstehend erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben bei denen angenommen wird, daß nicht alle durch die Pixelelemente dargestellten Datenzustände bestimmbar sind, selbst wenn die Figuren diese zu Beschreibungs- und Erklärungszwecken als bestimmbar darstellen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahren 10 zur Datenwertbestimmung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung 20 zur Durchführung von Verfahren zur Datenwertbestimmung, wie z. B. das in Fig. 1 gezeigte Verfahren 10.
Ein erster Schritt 12 des Verfahrens 10 umfaßt das Schätzen von Datenanfangswerten für Datenelemente. Beispielsweise werden bei holografischen Speichersystemen aus dem holographischen Datenspeichermedium wiedergewonnene oder wiederhergestellte Daten durch lichtempfindliche Pixelelemente eines Sensors erfasst, wie z. B. einer ladungsgekoppelten Einrichtung (CCD), einem komplementären Metalloxid-Halbleiter (CMOS)-Detektorfeld, wie etwa einem aktiven Pixelsensor (active pixel sensor, APS), oder weiteren geeigneten Einrichtungen, die zum Auslesen oder Erfassen der gespeicherten Daten geeignet sind. Das Feld von Pixelelementen in einem solchen Sensor ist typischerweise empfindlich für verschiedene Datenelement-Lichtintensitäten, die aus dem holographischen Speichermedium austreten, und es erzeugt elektrische oder andere Signale, die den dadurch erfassten verschiedenen Lichtintensitäten entsprechen. Die erzeugten Signale sind analoge Signale oder werden alternativ in ihre entsprechenden digitalen Werte umgewandelt, bevor eine weitere Verarbeitung durchgeführt wird.
Zu Beschreibungszwecken fallen unter die Begriffe "Datenanfangswert" oder "geschätzter Datenwert", auch Lichtintensitäten und/oder elektrische Signale, die als Reaktion darauf durch einzelne Pixelelemente erzeugt werden, wie nachstehend beschrieben wird. Der Datenanfangswert oder der geschätzte Datenwert soll sich vom letzten Datenwert unterscheiden, wie von der Ausführungsform der Erfindung bestimmt, selbst wenn der Datenanfangswert und der letzte Datenwert oftmals ähnliche Werte aufweisen.
Beim hier beschriebenen Beispiel sind die geschätzten Datenanfangswerte im wesentlichen in Fig. 2 als eine Vielzahl von Pixelelementen P1-P8 gezeigt. Die Pixelelemente P1 bis P8 stellen eine entsprechende Vielzahl von Datenelementen d1 bis d8 dar (nicht gezeigt), die in einem holographischen Speichermedium gespeichert sind. Die Pixelelemente P1 bis P8 erzeugen geeignete Signale, beispielsweise elektrische Signale, die den Lichtintensitäten der Datenelemente d1 bis d8, die aus einem holographischen Speichermedium austreten, entsprechen.
Beim in Fig. 2 gezeigten Beispiel stellen die Pixelelemente P2, P5, P7 und P8 im wesentlichen die Lichtintensität eines ersten Datenzustands und die Pixelelemente P1, P3, P4 und P6 im wesentlichen die Lichtintensität eines zweiten Datenzustands dar. Obwohl die Pixelelemente P1 bis P8 hier nur in einem von zwei Datenzuständen dargestellt sind, ist dem Fachmann bekannt, daß gewöhnliche Pixelelemente für veränderliche Lichtintensitäten in der Hinsicht empfindlich sind, daß diese einen von mehreren diskreten gewünschten Datenzuständen darstellen können.
Der nächste im Verfahren 10 gezeigte Schritt ist der Schritt 14 des Festlegens eines oder mehrerer Datenzustandsschwellenwerte für die ermittelten Datenelemente. Bei dem in Fig. 2 gezeigten bestimmten Beispiel werden die Werte der Pixelelemente P1 bis P8 zum Festlegen eines Schwellenwertes verwendet, um zwischen den Pixelelementen, die einen ersten Datenzustand (in diesem Beispiel die Pixelelemente P2, P5, P7 und P8) und den Pixelelementen, die einen zweiten Datenzustand (in diesem Beispiel die Pixelelemente P1, P3, P4 und P6) darstellen, zu unterscheiden.
Wie nachstehend detaillierter beschrieben, werden der Schwellenwert oder die Schwellenwerte zum Definieren annehmbarer Bereiche für verschiedene Datenzustände verwendet. Beispielsweise wird bei einem binären Datensystem, bei dem die Pixelelemente entweder ein logisches High (1) oder ein logisches Low (0) darstellen, ein Schwellenwert gebildet, um zwischen Pixelelementen, die ein logisches High darstellen, und Pixelelementen, die ein logisches Low darstellen, zu unterscheiden.
Schwellenwerte werden von einer Schwellenwertschaltung 18 festgelegt, die im wesentlichen in Fig. 2 gezeigt ist. Die Schwellenwertschaltungsanordnung 18 weist einen Eingang auf, der die geschätzten Datenanfangswerte eines Pixelelementes (die einzelnen Werten mit einer Vielzahl von Pixelelementen P1 bis P8) lesen kann. Die Schwellenwertschaltungsanordnung 18 ist eine hergestellte Schaltungseinrichtung oder eine andere geeignete Einrichtung, die zum Verbinden mit einer Einrichtung geeignet ist, die daran ausgebildete Pixelelemente P1 bis P8 aufweist. Alternativ wird die Schwellenwertschaltungsanordnung 18 mit Pixelelementen P1 bis P8 an derselben Einrichtung hergestellt, beispielsweise an demselben integrierten CMOS-Schaltungschip (IC).
Gemäß den Ausführungsformen nach der Erfindung werden die Datenelementwerte verwendet, um das Festlegen der Datenzustandsschwellenwerte zu unterstützen, und nicht um Schwellenwerte auf der Grundlage willkürlicher oder absoluter Werte zu erhalten. Ferner verringert die Ausführungsform nach der Erfindung den Bedarf nach bestimmten Pixelelementen, die differentielle Datenwerte oder lokale Referenzdatenwerte zum Vergleich mit Pixelelementen darstellen, welche die tatsächlichen Nutzerdaten darstellen.
Dabei versteht sich, daß gewöhnlich codierte Daten sowohl Kanaldaten als auch Nutzerdaten umfassen. Nutzerdaten sind die aktuellen Daten, die anschließend zum Speichern codiert und beim Abrufen aus dem Speicher decodiert werden. Kanaldaten umfassen neben Nutzerdaten Nicht-Nutzerdaten, wie z. B. Codierungs-, Fehlerkorrektur-, und/oder Steuerinformationsdaten. Bei einer gewöhnlichen Datendarstellung wird gewöhnlich mehr als ein Bit oder Kanaldaten benötigt, um ein Bit der Nutzerdaten zu codieren.
Ausführungsformen nach der Erfindung verbessern vorteilhafter Weise den Prozentsatz der Nutzerdatenkomponente in den Kanaldaten, die in verschiedenen Datenspeichermedien gespeichert werden und nachfolgend abgerufen oder wiedergewonnen werden sollen. Die Verbesserung ergibt sich aus dem Verringern der Anzahl an Nicht-Nutzerdaten, welche zur Datencodierung beitragen können.
Wir betrachten Fig. 3. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Schwellenwertschaltungsanordnung 18 eine Schaltung zur Mittelwertbildung 22, welche die Mittelwerte der interessierenden Pixelelemente bestimmt. Wenn die Schaltung zur Mittelwertbildung 22 beispielsweise in der Ausführungsform nach Fig. 2 verwendet wird, liest diese die geschätzten Datenanfangswerte der Pixelelemente P1 bis P8 und bestimmt deren Datenmittelwerte. Wie gezeigt, stellen die Pixelelemente P1 bis P8 entweder einen ersten Datenzustand (beispielsweise das Pixelelement P1) oder einen zweiten Datenzustand (beispielswiese das Pixelelement P2) und typischerweise einen ausreichend großen und zufälligen neutralen Datenzustandssatz dar, oder sie werden so codiert, daß die Anzahl der Pixel, die jeden Zustand darstellen, näherungsweise gleich ist. Daher bildet der Mittelwert der Pixelelemente P1 bis P8 einen geeigneten Schwellenwert zwischen den Pixelelementen, die den ersten Datenzustand darstellen, und den Pixelelementen, die den zweiten Datenzustand darstellen.
Der nächste in Verfahren 10 enthaltene Schritt ist der Schritt 16 des Vergleichens der geschätzten Datenanfangswerte, die sich aus dem Schätzschritt 12 ergeben, wobei die Schwellenwerte vom Festlegeschritt 14 festgelegt werden, um die tatsächlichen Datenzustände der interessierenden Datenelemente zu ermitteln. Diese Vergleichsschritte werden von einem allgemein in Fig. 2 dargestellten Komparator 24 durchgeführt.
Der Komparator 24 weist einen ersten Eingang 32, der mit der Schwellenwertschaltungsanordnung 18 verbunden ist, und einen zweiten Eingang 34 auf, der für eine betriebsfähige Verbindung mit den interessierenden Pixeln ausgebildet ist, d. h. den Pixeln P1 bis P8 in dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel. Auf diese Weise werden einzelne Pixelelemente mit dem festgelegten Schwellenwert verglichen.
Wenn der Komparator 24 feststellt, daß der geschätzte Anfangswert eines einzelnen Pixelelementes größer als der festgelegte Schwellenwert ist, wird beispielsweise das einzelne Pixelelement zum Darstellen eines ersten Datenzustandes festgelegt. Als Ergebnis gibt der Komparator 24 ein Signal aus, das auf diese Festlegung hinweist. Wenn der Komparator 24 auf ähnliche Weise feststellt, daß der Wert eines einzelnen Pixelelementes kleiner als der festgelegte Schwellenwert ist, gilt das einzelne Pixelelement als Darstellung eines zweiten Datenzustandes, und der Komparator 24 gibt ein Signal aus, das auf den zweiten Datenzustand hinweist.
Der Komparator 24, der einen Ausgang 36 aufweist, ist so ausgebildet, daß der Ausgang 36 ein Signal erzeugt, das eindeutig auf den dargestellten geeigneten Datenzustand hinweist. Trotz der Qualität der Pixelelementdarstellung des Wertes der Datenelemente, die im interessierenden Speichermedium gespeichert sind, sind die jeweiligen Datenzustände daher einfach beim Auslesen des sich ergebenden Ausgangssignals am Ausgang 36 des Komparators 24 durch einen Vergleich mit festgelegten Schwellenwerten durch den Komparator 24 bestimmbar.
Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt der Komparator 24 bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen analogen Komparator 42 mit einem invertierenden Eingang 44, einem nichtinvertierenden Eingang 46 und einen Ausgang 48. Wie gezeigt, bildet der invertierende Eingang 44 einen ersten Eingang 32, der mit dem Ausgang der Schwellenwertschaltungsanordnung 18 verbunden ist, und der nichtinvertierende Eingang 46 bildet einen zweiten Eingang 34, der mit dem interessierenden Pixelelement verbunden ist (das ist das einzelne zu vergleichende Pixelelement). In gewöhnlicher Weise ist der analoge Komparator 42 zum Erzeugen eines ersten Ausgangswertes ausgebildet, wenn der nichtinvertierende Eingang 46 größer als der invertierende Eingang 44 ist, und zum Erzeugen eines zweiten Ausgangswertes ausgebildet, wenn der invertierende Eingang 44 größer als der nichtinvertierende Eingang 46 ist. Auf diese Weise gibt der Komparator 24 einen ersten Datenzustand aus, wenn das interessierende Pixelelement größer als der Schwellenwert ist, und einen zweiten Datenzustand aus, wenn das interessierende Pixelelement kleiner als der Schwellenwert ist.
Alternativ wird der Vergleichschritt 16 durch Verwenden einer Vielzahl von Komparatoren durchgeführt, wodurch Vergleiche zwischen den Pixelelementen und den Schwellenwerten parallel durchgeführt werden können. Beispielsweise, wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt der Komparator 24 eine Vielzahl von Komparatoren C1 bis C8, die entsprechend mit den Pixelelementen P1 bis P8 in der gezeigten Weise wirksam verbunden sind. Im Betrieb vergleichen die einzelnen Komparatoren den geschätzten Datenanfangswert des jeweiligen Pixelelements mit den festgelegten Schwellenwerten. Das Ergebnis der Vergleichsschritte, beispielsweise eine erste, zweite oder weitere geeignete Datenzustandsausgaben, werden erzeugt und entsprechend von den jeweiligen Komparatorausgängen ausgegeben.
Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, ist es möglich, daß der Komparator 24 und/oder die Komparatoren C1 bis C8 auf einem einzigen Baustein (wie etwa einem CMOS IC-Chip) hergestellt werden und mit einer Einrichtung mit daran ausgebildeten Pixelelementen P1 bis P8 verbunden sind. Alternativ können die C1 bis C8 zusammen mit den Pixelelementen P1 bis P8 auf demselben Baustein, beispielsweise auf demselben CMOS IC Chip, hergestellt werden.
In ähnlicher Weise kann bei einer weiteren alternativen Anordnung der Schritt zum Festlegen eines Schwellenwertes 14, unter Verwendung einer Vielzahl von Schwellenwertschaltungen (nicht dargestellt) durchgeführt werden. Auf diese Weise steht jede einzelne Schwellenwertschaltung in Wirkverbindung mit den interessierenden Pixelelementen (in diesem Beispiel die Pixelelemente P1 bis P8), so daß ein geeigneter Schwellenwert auf der Grundlage aller interessierenden Pixelelemente bestimmbar ist und konsistent zu der Vielzahl von Schwellenwertschaltungen ist.
Bei einer derartigen Ausführungsform ist es möglich und vielleicht sogar vorteilhaft, daß die einzelnen Pixelelemente, Schwellenwertschaltungsanordnungen und Komparatoren auf einem einzigen IC Chip hergestellt sind. Obwohl das Vorhandensein von vielen Schwellenwertschaltungen zu einer Redundanz führt, ist eine solche Anordnung bei einigen Anwendungen vom Standpunkt der IC- Herstellungsanforderungen und/oder -erfordernisse vorteilhafter als eine gemeinsame Schwellenwertschaltung, die sich die interessierenden Pixelelemente teilen. Alternativ werden die einzelnen Bauteile wie gewünscht auf mehreren Chipbausteinen hergestellt, die miteinander verbunden werden können.
Wenn im Betrieb einmal die interessierenden Datenelemente (durch die Pixelelemente P1 bis P8) ermittelt sind, werden die Anfangswerte der Datenelemente geschätzt. Die geschätzten Datenanfangswerte sind hierbei entweder unschraffiert dargestellt und stellen folglich einen ersten Datenzustand dar (die Pixelelemente P1, P3, P4 und P6 im gezeigten Beispiel), oder sie sind schraffiert und stellen folglich einen zweiten Datenzustand (die Pixelelemente P2, P5, P7 und P8 in diesem Beispiel) dar. Beispielsweise ist der erste Datenzustand ein logisches Low oder "0" und der zweite Datenzustand ist ein logisches High oder "1".
Dabei versteht sich, daß, obwohl die in diesem Beispiel gezeigten und beschriebenen Pixelelemente P1, P3, P4 und P6 einen ersten Datenzustand und die Pixelelemente P2, P5, P7 und P8 einen zweiten Datenzustand darstellen, sich die jeweiligen Datenwerte der Pixelelemente stark unterscheiden können und nicht notwendigerweise mit irgendeiner konsistenten Skala zusammenfallen. Wenn beispielsweise ein Wertebereich einer ersten Gruppe von Pixelelementen zwischen 0 und 10 schwankt, kann der Mittelwert der logischen Low- Pixelelemente etwa 3,5 und der Durchschnittswert der logischen High-Pixelelemente etwa 8,5 sein, wobei in diesem Fall ein Schwellenwert von etwa 5,0 wahrscheinlich ausreichend ist, logische Low-Pixelelemente von logischen High-Pixelelementen zu unterscheiden. In einer ähnlichen Gruppe von Pixelelementen jedoch kann der Mittelwert der logischen Low-Pixelelemente etwa 8,5 sein und der Mittelwert der logischen High-Pixelelemente etwa 7,8 sein, wobei in diesem Falle ein Schwellenwert von etwa 5,0 zur Unterscheidung von Pixelelementen mit verschiedenen Datenzuständen nicht ausreichend ist.
Wenn die Datenanfangswerte der Pixelelemente P1 bis P8 geschätzt sind, wird ein geeigneter Schwellenwert unter Verwendung der Schwellenwertschaltung 18 in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt. Wie vorstehend beschrieben, weist ein geeigneter Schwellenwert für die in den Figuren gezeigten Pixelelemente einen Wert zwischen den mittleren logischen Low-Wert der Pixelelemente P1, P3, P4 und P6 und dem mittleren logischen High-Wert der Pixelelemente P2, P5, P7 und P8 auf.
Nach Festsetzen eines Schwellenwertes (nur ein Schwellenwert wird im gezeigten Beispiel benötigt) werden die einzelnen Pixelelemente mit den festgelegten Schwellenwerten vom Komparator 24 verglichen. Der Ausgang 36 des Komparators 24 beschreibt genau den Datenzustand, der durch das einzelne Pixelelement dargestellt wird. Wenn die Pixelelementdarstellung der Daten beispielsweise im wesentlichen zwischen 0 und 10 schwankt, würde der Ausgang 36 des Komparators 24 für einen ersten Datenzustand bei etwa 0 bis 1 und für einen zweiten Datenzustand bei etwa 9 bis 10 liegen. Beim Ausgeben der abgerufenen Daten vom Komparator 24 sind diese zum Verwenden in gewöhnlicher Weise geeignet.
Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Schwellenwerte anfänglich festgesetzt und danach iterativ auf der Grundlage der geschätzten Anfangswerte der interessierenden Pixelelemente eingestellt. Beispielsweise, wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Schwellenwertschaltung 18 auf die Rückkopplung (allgemein mit 62 bezeichnet) des Komparators 24 beim Festsetzen eines Schwellenwertes oder von Schwellenwerten angewiesen. Auf diese Weise wird für jeden festzulegenden Schwellenwert ein anfänglicher Schwellenwert gesetzt und danach eingestellt, während einzelne Pixelelemente damit verglichen werden. Der anfängliche Schwellenwert wird typischerweise auf vorher verwendete Schwellenwerte gesetzt oder beruht auf diesen. Wenn eine ausreichende Anzahl von Pixelelementen damit verglichen worden ist, bildet der letztlich eingestellte Schwellenwert einen Wert, der Pixelelemente mit einem ersten Datenzustand von Pixelelementen mit einem zweiten Datenzustand ausreichend unterscheidet.
Beispielsweise, wie in Fig. 7 gezeigt, umfaßt die Schwellenwertschaltung 18 einen Schwellenwertschätzer 72 zum Setzen des anfänglichen Schwellenwertes, eine Einstelleinrichtung 74, die mit dieser zum Einstellen des Schwellenwertes verbunden ist, und einen Zähler, der wirksam mit der Einstelleinrichtung 74 verbunden ist. Sowohl die Einstelleinrichtung 74 als auch der Zähler 76 sind mit dem in Fig. 6 gezeigten Komparator 24 wirksam verbunden.
Der anfänglich gesetzte Schwellenwert wird (ohne Anpassung) zum Vergleichen mit einem Pixelelement zum Komparator übermittelt. Das Ergebnis des Vergleichs wird von der Einstelleinrichtung 74 gelesen, um den Schwellenwert vor der nächsten Vergleichssituation geeignet einzustellen. Ferner wird das Ergebnis des Vergleichs vom Zähler 76 aufgenommen, der beim Bestimmen hilft, wenn keine weiteren Einstellungen des Schwellenwert durchgeführt werden müssen.
Als Beispiel wird der geschätzte Anfangswert des Pixelelementes P1 vom Komparator mit einem anfänglichen gesetzten Schwellenwert verglichen. Da der geschätzte Anfangswert P1 in diesem Beispiel als nicht schraffiertes Pixelelement dargestellt ist, bestimmt der Komparator, daß das Pixelelement P1 einen ersten Datenzustand (wie etwa ein logische Low oder "0") darstellt. Die Einstelleinrichtung 74 stellt dann den anfänglich gesetzten Schwellenwert entsprechend ein, d. h. sie stellt den Anfangsschwellenwerte niedriger ein, um das Pixelelemente P1 zu berücksichtigen, welches als logisches Low gelesen wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der beschriebene Vergleich zum Zwecke des Festsetzens eines geeigneten Schwellenwertes dient und nicht zum Zwecke des Bestimmens des Datenzustandes von P1 oder anderer Pixelelemente, deren Bestimmung erst durchgeführt wird, wenn der geeignete Schwellenwert festgelegt ist.
Der eingestellte Schwellenwert wird dann mit dem geschätzten Anfangswert des nächsten Pixelelementes P2 verglichen und auf der Grundlage der sich ergebenden Datenwertbestimmung von P2 entsprechend eingestellt. Gleichzeitig berücksichtigt der Zähler 76 die Anzahl an Pixelelemente, die mit dem Schwellenwert verglichen werden, und deren jeweilige Datenwertbestimmungen. Wenn die Schwellenwertschaltung 18 bestimmt, daß eine ausreichende Anzahl von Pixelelementvergleichen durchgeführt wurde und daß die durchgeführten Datenwertbestimmungen nicht unverhältnismäßig falsch durchgeführt wurden, (d. h. die Anzahl der Pixelelemente mit einem Datenzustand entspricht grob der Anzahl der Pixelelemente mit einem anderen Datenzustand), wird die Einstelleinrichtung 74 entfernt und der zuletzt eingestellte Schwellenwert als festgesetzter Schwellenwert verwendet. Wenn der Schwellenwert auf diese Weise festgelegt worden ist, fährt die alternative Ausführungsform gemäß vorstehend beschriebener Ausführungsformen der Erfindung fort.
Obwohl die erfindungsgemäße Ausführungsform wie vorstehend gezeigt und beschrieben eine Anordnung mit binären Datenzuständen (zwei mögliche Datenzustände) beschreibt, sind die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch in Datenspeicheranordnungen anwendbar, bei denen mehr als zwei Datenzustände verwendet werden. In solchen Fällen wird typischerweise mehr als ein Schwellenwert festgesetzt. Wenn beispielsweise vier mögliche Datenzustände möglich sind, müssen wenigstens drei Schwellenwerte festgesetzt werden: ein erster Schwellenwert, um zwischen dem ersten und zweiten Datenzustand zu unterscheiden, ein zweiter Schwellenwert, um zwischen dem zweiten und dritten Datenzustand zu unterscheiden, und ein dritter Schwellenwert, um zwischen dem dritten und vierten Datenzustand zu unterscheiden.
Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist es gewöhnlich nicht notwendig, Codierungsschemen zu verwenden, bei denen Datenelemente für Codierungszwecke verwendet werden. Diese Codierungsschemen umfassen beispielsweise differentielle Codierungsschemen, bei denen ein einziger Datenwert durch ein Paar von Pixelelementen dargestellt wird und dessen Wert auf der Grundlage des Vergleichs des ersten Pixelelementes im Verhältnis zum zweiten Pixelelement beruht. Eine alternative Ausbildung des differentiellen Codierens und lokalen Referenzcodieres bezieht das Darstellen von Datenwerten als Vergleich von Pixelelementen mit einem bestimmten Referenzpixelelement ein.
Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist es möglich, acht Datenelemente darzustellen, die nur acht Pixelelemente verwenden, selbst wenn die Qualität der durch die acht Pixelelemente dargestellte Datenzustandsinformation nicht ausreicht, um die beabsichtigte Datenzustandsdarstellung anfänglich festzustellen. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der Codierung theoretisch maximiert.
Obwohl die erfindungsgemäßen Ausführungsformen in Hinsicht auf die Leistungsfähigkeit im analogen Bereich beschrieben wurden, ist im Schutzbereich der Ausführungsformen der Erfindung, wenn gewünscht, eine Analog/Digital-Wandlung deutlich umfaßt. Beispielsweise ist es möglich, eine Analog/Digital-Wandlung der Informationen durchzuführen, nachdem diese aus dem Komparator 24 ausgegeben wurden. Das heißt, für die in den Fig. 2 und 6 gezeigte Ausführungsform ist ein einziger A/D Wandler 78, wie gezeigt, mit dem Ausgang 36 des Komparators 24 verbunden. Darüber hinaus wird gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, wenn notwendig, eine geeignete Anzahl an A/D Wandlern verwendet, wie dem Fachmann bekannt ist. Beispielsweise ist es bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform möglich, die A/D Wandler (nicht dargestellt) mit einem, mehreren oder sogar allen Komparatorausgängen zu verbinden.
Obwohl die Pixelelemente hierbei ferner in einer Weise dargestellt werden, die lediglich Vergleiche zwischen benachbarten Pixelelementen vorschlägt, sei angemerkt, daß diese Anforderung unnötig ist. Die Pixelelemente sind dazu geeignet, in jeder gewünschten Anordnung in Datensensoreinrichtungen hergestellt und/oder betrieben zu werden. Daher sind beispielsweise die Pixelelemente P1 bis P8 wahlfrei adressierbar und in ähnlicher Weise wahlfrei vergleichbar.
Weil die Datenspeicherung in Speichermedien, wie etwa holographischen Speichermedien, oftmals wegen einer Anzahl inhärenter innerer und äußerer Faktoren wenig konsistent ist, wird eine Tätigkeit, wie etwa die automatische Verstärkungssteuerung (AGC), oftmals den Aspekten einer Datenwiedergewinnung dieser Speichersysteme zugeordnet. Die automatische Verstärkungssteuerung ermittelt beispielsweise Abweichungen der Datengröße entlang des Datenbildes und normiert die jeweiligen Datenwerte entsprechend, bevor die Datenwerte aus dem Speichermedium 22 ausgelesen werden, oder wenn die Datenwerte aus dem Speichermedium 22 ausgelesen werden.
Die Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch vorteilhaft, da die beschriebene Datenbestimmung unabhängig vom Betrieb der automatischen Verstärkungssteuerung AGC durchgeführt wird. Es ist möglich, den AGC-Betrieb zusammen mit der Datenwiedergewinnung gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen einzubeziehen, um die Gesamtgenauigkeit des Systems zu erhöhen. Das heißt, aus der (räumlichen) AGC-Kurve ist es möglich, die lokalen Normierungsfaktoren leicht zu bestimmen. Ferner ist aus dem normierten Verlauf möglich, Veränderungen zwischen dem normierten Verlauf und den lokalen Referenzpixeln zu bestimmen.

Claims

1. Verfahren (10) zum Bestimmen der Zustände von wenigstens einem von mehreren Datenelementen, die aus einer Datenspeichereinrichtung (P&sub1;-P&sub8;) ausgelesen werden, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte umfaßt:

Schätzen (12) von Datenanfangswerten der Datenelemente,

Festsetzen (14) von wenigstens einem Schwellenwert für die Datenelemente, und

Vergleichen (16) des Datenanfangswertes wenigstens eines der Datenelemente mit wenigstens einem Schwellenwert, um den Datenzustand des Datenelementes zu bestimmen,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Festsetzen wenigstens eines Schwellenwertes für die Datenelemente auf den geschätzten Datenanfangswerten der Datenelemente beruht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festsetzungsschritt weiterhin das Bestimmen des Mittelwertes der geschätzten Datenanfangswerte umfaßt, und daß wenigstens ein Schwellenwert den bestimmten Mittelwert enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festsetzungsschritt weiterhin ein Festsetzen eines anfänglichen Schwellenwertes, und ein Einstellen des anfänglichen Schwellenwertes auf der Grundlage der geschätzten Datenanfangswerte umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festsetzungsschritt weiterhin umfaßt:

Festsetzen eines anfänglichen Schwellenwertes,

Erhöhen des anfänglichen Schwellenwertes, wenn ein geschätzter Datenanfangswert größer als der anfängliche Schwellenwert ist,

Verringern des anfänglichen Schwellenwertes, wenn ein geschätzter Datenanfangswert kleiner als der anfängliche Schwellenwert ist, und

Wiederholen des Erhöhungs- und Verringerungsschrittes, bis die Anzahl der geschätzten Datenanfangswerte oberhalb des eingestellten Schwellenwertes etwa gleich der Anzahl der geschätzten Datenanfangswerte unterhalb des eingestellten Schwellenwertes ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenelemente weiterhin mehrere holographische Datenelemente mit sich ändernden Datenwertintensitäten umfassen, und daß der Schätzungsschritt weiterhin das Schätzen der Datenanfangswerte der Datenwertintensitäten der Datenelemente umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Vergleichs- und Festsetzungsschritte im analogen Bereich durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsschritt im analogen Bereich durchgeführt wird, und daß das Verfahren weiterhin den Schritt des Umsetzens der ermittelten Datenwerte der Datenelemente in entsprechende digitale Datenwerte umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenelemente binäre Datenzustände darstellen, und daß der Ermittlungsschritt weiterhin ein Bestimmen eines Datenelementes, das einen ersten binären Datenzustand aufweist, wenn der Anfangswert des Datenelementes größer als der Schwellenwert ist, und ein Bestimmen eines Datenelementes umfaßt, das einen zweiten binären Datenzustand aufweist, wenn der Anfangswert des Datenelementes kleiner als der Schwellenwert ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenelemente in wenigstens einer Gruppe mit wenigstens n Datenelementen zusammengefaßt sind, und daß der Schätzschritt, der Festsetzungsschritt und der Vergleichsschritt für jede Gruppe durchgeführt werden.

10. Vorrichtung (20) zum Bestimmen der Datenzustände von Datenelementen, die in einer holographischen Speichereinrichtung gespeichert sind, mit folgenden Merkmalen:

ein Feld von Bildelementen (P&sub1;-P&sub8;) wobei die Bildelemente die Lichtintensitäten der Datenelemente erfassen, die von der holographischen Speichereinrichtung ausgelesen werden, um Anfangsschätzungen für Datenwerte der Datenelemente bereitzustellen,

eine Schwellenwertschaltung (18) in Wirkverbindung mit dem Bildelementfeld zum Festsetzen von wenigstens einem Datenzustand-Schwellenwert und

wenigstens ein Komparator (24) mit einem ersten Eingang in Wirkverbindung mit der Schwellenwertschaltung und mit einem zweiten Eingang, der in Wirkverbindung mit dem Bildelementfeld stehen kann, um wenigstens einen Datenzustand-Schwellenwert mit der detektierten Lichtintensität der Datenelemente zu vergleichen, um die Datenzustände zu bestimmen, wobei der Komparator einen Ausgang zum Auslesen der Datenzustände aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Schwellenwertschaltung die Schwellenwerte für die Datenelementvergleiche auf der Grundlage der geschätzten Datenanfangswerte der Datenelemente festsetzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das Bildelementfeld, die Schwellenwertschaltung oder der Komparator wenigstens auf einem CMOS-IC-Chip hergestellt ist.