DE69701349T2

DE69701349T2 - Verfahren zum Lesen von seitenweise gespeicherten Daten

Info

Publication number: DE69701349T2
Application number: DE69701349T
Authority: DE
Inventors: Thomas J. Richardson
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Inphase Technologies Inc
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: DE69701349D1; JPH10247151A; US6081912A; JP3810543B2; EP0851319A1; EP0851319B1

Description

Allgemeiner Stand der Technik

1. Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft das Modulieren von Daten zur Speicherung in und zum Abrufen aus Datenspeichergeräten wie zum Beispiel holographischen Speichergeräten und anderen Datenspeichermedien.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Das Verbessern der Genauigkeit des Abrufens von Daten, die in holographischen und anderen seitenweisen Speichergeräten gespeichert sind, ist weiterhin wesentlich für die erfolgreiche und weitverbreitete Implementierung dieser Speichersysteme. Seitenweise Speichersysteme sind dadurch gekennzeichnet, daß eine gesamte Seite von Informationen in einer einzigen Operation gespeichert und/oder ausgelesen wird. Das heißt, im Gegensatz zu herkömmlichen Speichergeräten, die Datenelemente in Zeichenketten oder Bit speichern, werden in seitenweisen Speichern Datenelemente in Seiten in Form multidimensionaler gruppierter Muster von Datendarstellungen gespeichert und abgerufen.
In einem holographischen Speicher oder Datenspeichersystem werden in der Regel holographische Darstellungen (Hologramme) von Datenbildern dreidimensional als ein Muster eines schwankenden Brechungsindex und/oder einer schwankenden Absorption gespeichert, die in einem Speichermedium wie zum Beispiel einem Kristall aus Lithiumniobat eingeprägt sind. Holographische Speichersysteme sind durch ihr hohes Potential für große Speicherdichte und die potentielle Geschwindigkeit, mit der Direktzugriffe und Übertragungen der gespeicherten Daten erfolgen können, gekennzeichnet.
Wenn gespeicherte Daten aus seitenweisen Speichersystemen, einschließlich holographischer Speichersysteme, abgerufen werden sollen, werden zum Lesen der Informationen, die aus Speicherseiten hervortreten, Detektorarrays verwendet. In der Regel werden die abgerufenen holographischen Informationen auf eine Bildgebungseinheit wie zum Beispiel ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) oder ein Detektorarray mit Komplementär-Metalloxidhalbleitern (CMOS) wie zum Beispiel einen aktiven Bildpunktsensor (APS) projiziert, die für die austretenden optischen Informationen empfindlich sind. Eine an die Bildgebungseinheit angekoppelte Decodierungseinheit bestimmt dann die entsprechenden Werte der wiederhergestellten Daten, die hoffentlich mit den anfänglich codierten Daten übereinstimmen, die holographisch gespeichert wurden.
Die Reproduktion von Datenbildern, die in holographischen Speichergeräten gespeichert sind, ist jedoch aufgrund von Effekten, die häufig holographischen Speichersystemen innewohnen, nicht ganz ideal. Zum Beispiel ist die Anzahl von in dem Speichermedium eingeprägten Datenelementen in der Regel umgekehrt proportional zu der Beugungswirksamkeit und somit der Zuverlässigkeit der darin gespeicherten Hologramme, die beim Auslesen zu reproduzieren sind. Zu anderen Faktoren, die häufig die Qualität der gespeicherten Daten beeinflussen, gehören zeitabhängige Schwankungen der Lichtintensität über das Speichermedium hinweg, physikalische und optische Störungen der mechanischen Beziehung zwischen Komponenten des Speichersystems, thermische Ausdehnung und andere temperaturbedingte Schwankungen in dem gesamten System und andere Störsignale, die in das System eingeführt werden.
Aufgrund der häufig schlechten Qualität beim Abrufen oder Reproduzieren solcher Daten wird der Wert eines einzelnen Datenelements häufig als der Vergleich mehrerer Datenelemente oder durch ein anderes ähnliches Codierungsverfahren dargestellt. Zum Beispiel kann ein Differenzcodierungsverfahren verwendet werden, bei dem sich ein abzurufender gesuchter bestimmter Datenwert aus dem Vergleich eines abgerufenen Datenelements mit einem anderen ergibt. Als Alternative kann ein Referenzcodierungsverfahren verwendet werden, bei dem der Wert eines Datenelements mit einem oder mehreren bekannten Referenzdatenelementwerten verglichen wird.
Bei solchen Codierungsverfahren muß jedoch zur Darstellung des Datenwerts eines einzelnen Datenelements mehr als ein Datenelement verwendet werden. Dieses Daten-"Overhead" vermindert die Datenspeicherungseffizienz.
Die innewohnenden Effekte in solchen Speichersystemen verursachen immer noch eine unbeständige Reproduktion in Datenseiten und von Datenseite zu Datenseite. Somit besteht ein Bedarf an einer Abschätzung oder anderweitigen Kompensation der unbeständigen Reproduktion von Datenbildern.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert. Die Erfindung wird in einem Verfahren zum Modulieren von Daten, die aus seitenweisen Speichersystemen wie zum Beispiel holographischen Speichersystemen abgerufen werden, verkörpert. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet das Erkennen eines oder mehrerer Testsignale, die in gespeicherten Daten- Bildseiten enthalten sind, um das Verhalten der Daten- Bildseiten abzuschätzen. Aufgrund dieses abgeschätzten Verhaltens werden die abgerufenen Informationen entsprechend normiert. Das Verfahren umfaßt das Zuteilen eines Teils der interessierenden Daten- Bildseiten für ein oder mehrere bestimmbare Testsignale und das Integrieren der Testsignalinformationen in diesen vor der Speicherung der Daten-Bildseiten in dem Speichermedium des Speichersystems. Beim Abrufen der Daten-Bildseiten aus dem Speichermedium werden die Testsignale erkannt und zur Bildung der Grundlage für das Abschätzen des Datenelementverhaltens über einzelne Daten-Bildseiten hinweg verwendet. Als Alternative bilden die erkannten Testsignale die Grundlage für die Abschätzung des Datenelementverhaltens von einer Daten- Bildseite zur nächsten. Auf der Grundlage des abgeschätzten Verhaltens von Datenelementen wird eine entsprechende Normierung der Daten-Bildseiten durchgeführt. Vorteilhafterweise stellen Ausführungsformen der Erfindung eine verbesserte Kompensation von Reproduktionsunbeständigkeiten bereit, die über die Daten-Bildseiten hinweg bestehen, darunter Unbeständigkeiten, die naturgemäß durch holographische Speichersysteme verursacht werden. Interpolationstechniken sind nützlich zur Unterstützung der Verhaltensabschätzung und/oder der Normierung der Daten-Bildseiten. Als Alternative wird die Verhaltensabschätzung durch die Erzeugung von Profilen ergänzt, die das Verhalten von Daten in den Daten- Bildseiten anzeigen. Das erzeugte Profil wird zum Beispiel zur Unterstützung der Normierung der Daten- Bildseiten verwendet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Datenseiten verhaltensabschätzungs- und -normierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Abschätzen und Normieren des Datenseitenverhaltens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 ein Schaltbild einer Daten- Bildseitendarstellung, die die Zuteilung von Testsignalen darin zeigt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung

Die Erfindung wird hier hauptsächlich im Hinblick auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben, nämlich die Verhaltensabschätzung und - normierung von Datenbildern, die in holographischen Speichersystemen gespeichert sind. Es versteht sich jedoch, daß sich Ausführungsformen der Erfindung auch zur Verwendung in anderen seitenweisen Speichersystemen, d. h. Speichersystemen, bei denen Daten in der Regel als eine Vielzahl multidimensionaler Bildseiten gespeichert und reproduziert werden, eignen.
Im allgemeinen wird bei dem Verfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung ein Teil der in dem Speichermedium eines seitenweisen Speichersystems zu speichernden Daten-Bildseiten zugeteilt, und ein oder mehrere bestimmbare Testsignale werden vor ihrer Speicherung in diese integriert. Beim Abrufen der Daten-Bildseiten aus dem Speichermedium werden die Testsignale erkannt und ihre Werte zum Abschätzen oder Modellieren (über ein Verhaltensprofil) des Verhaltens der übrigen erkannten Daten in den Daten-Bildseiten verwendet. Die Daten-Bildseiten werden entsprechend diesen Abschätzungen und abhängig von der Art und Weise der letztendlichen Verwendung der Daten entsprechend normiert.
Im Rahmen der vorliegenden Besprechung bedeutet der Begriff "Verhalten" den Grad der Genauigkeit und die Art und Weise der Reproduktion von Datenbildern, die in Geräten wie zum Beispiel holographischen Speichergeräten gespeichert sind. Das Verhalten wird in der Regel unter Verwendung parametrischer oder nichtparametrischer statistischer Modelle modelliert. Wie bereits besprochen, ist das Verhalten manchmal aufgrund von häufig in dem Speichersystem innewohnenden Effekten unbeständig. Zu solchen Effekten gehören zeitabhängige Schwankungen der Lichtintensität über das Speichermedium hinweg, physikalische und optische Störungen der mechanischen Beziehung zwischen Systemkomponenten, thermische Ausdehnung und andere temperaturbedingte Schwankungen in dem gesamten System und andere Störsignale, die in das System eingeführt werden. Außerdem ist es möglich, daß das Verhalten der reproduzierten Daten durch die Menge der Datenspeicherung in dem Speichergerät beeinflußt wird, da die Anzahl von Datenelementen, die in das Speichermedium eingeprägt werden, im allgemeinen umgekehrt proportional zu der Zuverlässigkeit der darin gespeicherten Daten ist.
Für die vorliegende Besprechung soll der Ausdruck "seitenweise" als zu der Speicherung und dem Abrufen von Daten in Seiten in Form multidimensional gruppierter Muster von Datendarstellungen gehörend oder mit dieser zusammenhängend aufgefaßt werden. Zum Beispiel werden durch seitenweise Speichersysteme wie zum Beispiel holographische Speichersysteme in der Regel mindestens eine Seite Dateninformationen in einer einzigen Operation gespeichert oder ausgelesen. Dies steht im Vergleich mit herkömmlichen Speichergeräten, die Daten in Zeichenketten oder Bit speichern und in der Regel sequentiell auf solche Daten zugreifen. Bei holographischen Speichersystemen ist es zum Beispiel möglich, Datenbilder als eine Vielzahl von Daten- Bildseiten gespeichert anzusehen, wobei einzelne Datenseiten ein zweidimensionales Array einzelner Datenelemente umfassen.
Nunmehr mit Bezug auf Fig. 1 ist schematisch ein Datennormierungsverfahren 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 20 zur Durchführung der Datennormierung wie zum Beispiel des in Fig. 1 gezeigten Normierungsverfahrens 10.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der erste Schritt 11 des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zuteilung eines Teils der Daten-Bildseiten zur Integration eines oder mehrerer Testsignale, und der zweite Schritt 12 ist die Integration oder Codierung der zugeteilten Teile mit einem oder mehreren Testsignalen. Zum Beispiel ist beim Codieren der Daten-Bildseiten mit einzelnen Datenelementen ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) oder ein anderes Datencodierungsgerät so konfiguriert, daß es unter den Datenelementen, die in den Daten- Bildseiten gespeichert werden sollen, ein oder mehrere Testsignal-Datenelemente miteinschließt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weisen die Testsignal- Datenelemente bestimmbare Werte auf und werden mit bekannten oder bestimmbaren Positionen der Daten- Bildseiten codiert.
Obwohl die Testsignal-Datenelemente in der Regel ungefähr in denselben jeweiligen Positionen in jeder Daten-Bildseite codiert werden, liegt es im Schutzbereich der Erfindung, Testsignal-Datenelemente an verschiedenen Positionen auf verschiedenen Seiten zu codieren. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist es nur notwendig, daß die Testsignal-Datenelemente eine bestimmte Art von Redundanz in mindestens einem Teil einer Daten-Bildseite und/oder über mindestens zwei Daten-Bildseiten hinweg herstellen. Das heißt, die Testsignal-Datenelemente müssen über eine Daten- Bildseite hinweg beabstandet oder in ähnlichen Positionen mehrerer Daten-Bildseiten positioniert werden, so daß die verschiedenen Testsignal- Datenelemente verschiedene Bereiche der jeweiligen Daten-Bildseite darstellen.
Zum Beispiel wird in binären Anwendungen, in denen die Datenelemente entweder eine logische "1" oder eine logische "0" darstellen, ein Teil der Datenelemente, die in das Speichermedium geschrieben werden, als ein festes Muster von Testsignal- Datenelementen (ein festes Muster von 1 en und Den) codiert. Bei holographischen Speichersystemen stellen die Testsignal-Datenelemente in der Regel ca. 1/20 oder 5% der Gesamtzahl von Datenelementen auf einer gegebenen Daten-Bildseite dar. Aus den nachfolgenden Besprechungen wird jedoch ersichtlich, daß die Anzahl von Testsignal-Datenelementen pro Daten-Bildseite abhängig von dem erwarteten oder anfänglich bestimmten Grad der Unbeständigkeit des Speichermediums schwankt. Somit ist es möglich, daß die Anzahl von Testsignal- Datenelementen pro Gesamtzahl von Datenelementen auf einer gegebenen Daten-Bildseite kleiner oder größer als ungefähr 5% ist.
Der für Testsignal-Datenelemente reservierte Anteil der Daten-Bildseite basiert in der Regel auf zwei Effekten, die optimal abgewogen werden sollten. Erstens ergibt das Reservieren eines größeren Teils für Testsignal-Datenelemente in der Regel eine bessere Abschätzung des Datenverhaltens, was häufig zu einer größeren Fehlerkorrekturkapazität und daher einer größeren Benutzer-Datenkapazität des Speichersystems führt. Ein kleinerer Teil für Testsignaldaten läßt jedoch einen größeren Teil der Daten-Bildseite für (codierte) Benutzerdaten verfügbar, wodurch ebenfalls die Benutzer-Datenkapazität vergrößert wird. Das optimale Gleichgewicht zwischen diesen beiden Effekten hängt in der Regel von der inneren Gleichmäßigkeit des Verhaltens und dem relativen Betrag der Störsignale in dem System ab. Es wird vermutet, daß die Gesamtleistung des Systems von der Möglichkeit abhängt, das Verhalten und das innere Rauschverhältnis abzuschätzen. Das Vergrößern der Genauigkeit der Verhaltensabschätzung durch Zuteilung eines größeren Teils der Datenseite für Testsignal-Datenelemente verschlechtert das System, wenn die Verbesserung der Genauigkeit im Vergleich mit dem inneren Störsignalbetrag klein ist und sich daher aus der verbesserten Abschätzung nur eine kleine Zunahme der Speicherkapazität ergibt.
Es sollte beachtet werden, daß die auf herkömmliche Weise codierten Daten sowohl Kanaldaten als auch Benutzerdaten umfassen. Benutzerdaten sind die eigentlichen Daten, die in das Speichersystem eingegeben werden, die danach zur Speicherung codiert werden und nach dem Lesen des Speichermediums und dem Decodieren der erkannten Kanaldaten aus dem System abgerufen werden. Kanaldaten umfassen Benutzerdaten und Nicht-Benutzerdaten wie zum Beispiel Codierungs-, Fehlerkorrektur- und/oder Steuerinformationsdaten, und diese Daten werden tatsächlich in dem Speichermedium gespeichert. Somit stellen die Testsignaldaten einen Teil der Nicht-Benutzerdaten in den Kanaldaten dar.
Wenn das eine oder die mehreren Testsignale in die zugeteilten Teile der Daten-Bildseiten integriert wurden, werden die interessierenden codierten Daten- Bildseiten in dem Datenspeichermedium gespeichert (als Schritt 13 gezeigt). Zum Beispiel wird in holographischen Speichersystemen ein codierter Signalstrahl, der eine erste Daten-Bildseite darstellt, mit einem Referenzstrahl überschnitten, um ein Interferenzmuster zu erzeugen, das in dem holographischen Speichermedium erfaßt oder in dieses eingeprägt wird. Die nächste Daten-Bildseite wird dann wie oben besprochen codiert und an einer anderen "Position" in dem holographischen Speichermedium auf herkömmliche Weise über räumliche, Winkel- oder Wellenlängenmultiplexierung gespeichert.
Zur Wiederherstellung von in dem interessierenden Speichermedium gespeicherten Daten- Bildseiten wird ein Abrufschritt 14 durchgeführt. Der Abrufschritt 14 rekonstruiert oder reproduziert die Datenelemente (einschließlich der Testsignal- Datenelemente) der Daten-Bildseiten. Ein Erkennungsschritt 15 bestimmt entsprechende Werte der Datenelemente in den abgerufenen Daten-Bildseiten unter Verwendung eines Detektors, wie zum Beispiel des in Fig. 2 gezeigten Detektors 22, oder eines anderen Detektors, der in der Lage ist, seitenweise Informationen zu erkennen. Abhängig von der Art des verwendeten Detektors ist es möglich, sowohl den Abrufschritt 14 als auch den Erkennungsschritt 15 mit demselben Erkennungsgerät durchzuführen.
Zum Beispiel werden in holographischen Speichersystemen Daten, die aus dem holographischen Datenspeichermedium abgerufen und reproduziert werden, durch die lichtempfindlichen Bildelemente eines Sensors, wie zum Beispiel eines ladungsgekoppelten Bauelements (CCD), eines Detektor-Arrays mit Komplementär-Metalloxidhalbleitern (CMOS), wie zum Beispiel einem aktiven Bildpunktsensor (APS) oder einem anderen geeigneten Bauelement, das in der Lage ist, die gespeicherten Daten auszulesen oder zu erkennen, erkannt. Das Array von Bildpunktelementen in einem solchen Sensor ist in der Regel empfindlich für die verschiedenen Datenelement-Lichtintensitäten, die aus dem holographischen Speichermedium austreten, und erzeugt elektrische oder andere Signale, die den dadurch erkannten verschiedenen Lichtintensitäten entsprechen. Die erzeugten Signale liegen als Analogsignale vor oder werden als Alternative vor einer weiteren Verarbeitung in ihre entsprechenden Digitalwerte umgesetzt.
Detektoren wie zum Beispiel APS-Detektoren, die in holographischen Speichersystemen verwendet werden, sind in der Regel gefertigte Schaltungsbauelemente, die so ausgelegt sind, daß sie an andere Schaltungsbauelemente angekoppelt werden können. Als Alternative werden die Detektoren und ein oder mehrere Schaltungsbauelemente zusammen gefertigt, z. B. auf demselben integrierten CMOS-Schaltungschip ((IC-Chip). Der Erkennungsschritt 15 bestimmt die Werte der einzelnen Datenelemente oder -bildpunkte in den abgerufenen Daten-Bildseiten. Dieses Erkennen umfaßt das Erkennen der Werte der Kanal-Datenelemente, einschließlich der Werte der Testsignal-Datenelemente.
Wie bereits besprochen, ist das Verhalten oder der Grad der Genauigkeit reproduzierter Daten- Bildseiten, die aus Geräten wie zum Beispiel holographischen Speichermedien abgerufen werden, in der Regel aufgrund innerer Unbeständigkeiten, die möglicherweise in den Speichermedien vorlagen, aus denen die Daten abgerufen wurden, unbeständig und häufig unbestimmt. Ein solches Verhalten schwankt in Daten-Bildseiten und von einer Daten-Bildseite zur nächsten. Ausführungsformen der Erfindung erkennen jedoch vorteilhafterweise, daß das Verhalten einzelner Datenelemente in der Regel allmählich oder glatt über eine gegebene Daten-Bildseite oder von einer Daten- Bildseite zur nächsten schwankt, aber von einem relativen Standpunkt aus gesehen in einem begrenzten Bereich einer gegebenen Daten-Bildseite nicht sehr stark schwankt.
Somit ergibt die Abschätzung, Modellierung und/oder Bestimmung des Werts eines oder mehrerer erkannter Testsignal-Datenelemente (oder ihres vereinigten Mittelwerts) in einem Bereich eine allgemeine Anzeige des Verhaltens in diesem bestimmten Bereich der Daten-Bildseite, darunter das Verhalten der darin enthaltenen Datenelemente. Wie bereits besprochen, werden Testsignal-Datenelemente als ein Muster bestimmbarer Datenwerte codiert. Somit wird es durch Kenntnis der beabsichtigten Werte der Testsignale und Vergleichen dieser anfänglich codierten Werte mit den abgerufenen Testsignalwerten möglich, das Datenverhalten in dem interessierenden lokalen Bereich der Testsignale abzuschätzen, zu modellieren und/oder zu bestimmen.
Außerdem liefert das vereinigte lokale Verhalten der Testsignale, die über eine oder mehrere Daten-Bildseiten hinweg verteilt sind, die Grundlage zur Abschätzung des Datenverhaltens über eine gesamte Daten-Bildseite hinweg. Ähnlich liefern diese Informationen außerdem die Grundlage zur Abschätzung des Datenverhaltens zwischen Daten-Bildseiten, d. h. von einer Daten-Bildseite zur nächsten. Auf diese Weise wird durch einen Abschätzer 23 ein Abschätzungsschritt 16 durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird durch einen Interpolierer 24 ein Interpolationsschritt 17 durchgeführt, um den Abschätzer 23 bei der Durchführung des Abschätzungsschritts 16 zu unterstützen. Auf diese Weise verwendet der Abschätzungsschritt 16 das abgeschätzte oder erkannte lokale Verhalten der Testsignale und ein oder mehrere Interpolationsverfahren zur Abschätzung des Verhaltens der Datenelemente in anderen interessierenden Bereichen. In der Regel wird das Verhalten über einen gesamten interessierenden Bereich abgeschätzt, darunter diejenigen nicht-lokalen Bereiche zwischen den abgeschätzten lokalen Bereichen. Das heißt, das abgeschätzte lokale Verhalten von Testsignalen wird zur Bestimmung des abgeschätzten Verhaltens für Datenelemente zwischen lokalen Verhaltens-Testbereichen verwendet.
Ähnlich sind Interpolationsverfahren verwendbar als Hilfe bei der Abschätzung des Datenelementverhaltens von einer Daten-Bildseite zur nächsten. Zum Beispiel ist das Verhalten einer bestimmten Datenelement-"Position" in einer Daten- Bildseite im allgemeinen durch Interpolation des Verhaltens ähnlicher Datenelemente-"Positionen" benachbarter Daten-Bildseiten bestimmbar.
Das heißt, es ist möglich, für eine Vielzahl von Daten-Bildseiten p&sub1;-pX, die jeweils eine entsprechende Vielzahl von Datenelementen d&sub1;-dy aufweisen, Interpolationsverfahren zu verwenden, um das unbekannte Verhalten zum Beispiel der Datenelemente d&sub6; der Seite p&sub5; zu bestimmen, wobei die bekannten Werte des Datenelements d&sub6; zum Beispiel der Seiten p&sub1;,p&sub2;,P&sub4;,P&sub7;,P&sub8; und p&sub1;&sub0; verwendet werden.
Auf der Grundlage der Ergebnisse des Abschätzungsschritts 16 normiert ein Normierungsschritt 18 die bekannten und abgeschätzten Datenelementwerte unter Verwendung eines Normierers 26. Zum Beispiel verwendet der Normierer 26 herkömmliche Verfahren, darunter die Verwendung der Interpolationsverfahren eines anderen Interpolierers (als 27 gezeigt), zur entsprechenden Einstellung der Datenelementwerte. Das Ausmaß der Normierung schwankt abhängig von der letztlichen Verwendung oder Anwendung der Datenelementwerte.
Als Alternative erzeugt der Abschätzungsschritt 16 ein Datenelementprofil (als Erzeugungsschritt 19 gezeigt) zur Unterstützung des Normierungsschritts 18 bei der Normierung der Datenelementwerte. Der Erzeugungsschritt wird durch einen Profilgenerator 28 durchgeführt. Diese Datenelementprofilerzeugung wird nachfolgend weiter besprochen.
Wie bereits besprochen, ist der Detektor 22 bei holographischen Speichersystemen und anderen seitenweisen Systemen in der Regel ein oder mehrere gefertigte Schaltungsbauelemente, die so ausgelegt sind, daß sie an andere Schaltungsbauelemente angekoppelt werden können. Ähnlich sind der Abschätzer 23, der Normierer 26, der Profilgenerator 28 und die Interpolierer 24, 27 in der Regel gefertigte Schaltungsbauelemente, die so ausgelegt sind, daß sie an andere Schaltungsbauelemente angekoppelt werden können, oder sie werden als Alternative mit anderen Schaltungsbauelementen, zum Beispiel auf demselben CMOS-IC-Chip, zusammen ausgebildet.
Wie bereits besprochen, basieren Ausführungsformen der Erfindung auf der Erkenntnis, daß das Verhalten einzelner Datenelemente allmählich oder glatt über eine gegebene Daten-Bildseite hinweg oder von einer Daten-Bildseite zur nächsten schwankt, aber in einem begrenzten oder lokalen Datenbereich ähnlich ist. Deshalb ist es für Daten-Bildseiten, die zum Beispiel ein mxn-Array von Datenelementen aufweisen, möglich, das Datenelementverhalten als die Summe einer "glatten" Funktion f(b(x, y), x, y) darzustellen, wobei x und y das bestimmte interessierende Datenelement in dem Array indizieren und b(x, y) das Kanal-Datenelement bezeichnet, das der Position x, y zugewiesen ist, und n(b(x, y)x, y), das Störsignale darstellt, deren Statistik ebenfalls glatt über die Daten-Bildseiten hinweg schwankt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine Daten-Bildseite 30 als ein mxn-Array von Datenelementen gezeigt, von denen mindestens ein Teil zu lokalen Blöcken (b&sub2;, b&sub2;, ...b&sub6;) mit zum Beispiel 32 · 32 Datenelementen pro Block zerlegt oder gruppiert wird. Die Daten- Bildseite 30 weist außerdem (als 33 gezeigte) nichtlokale Bereiche zwischen den lokalen Blöcken b&sub1;,b&sub2;, ...b&sub6; auf. Es versteht sich, daß die Datenelemente der vorliegenden Besprechung halber als Blöcke gruppiert sind, und daß diese Blöcke nicht tatsächlich in den eigentlichen Daten-Bildseiten von Speichersystemen wie zum Beispiel holographischen Speichersystemen vorliegen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Teil eines oder mehrerer Blöcke b&sub1;-b&sub6; für Testsignalelemente reserviert. Zum Beispiel sind in den Blöcken b&sub1;-b&sub6;, wie gezeigt, 8 · 8-Testsignalblöcke (die als ts&sub1;-ts&sub6;, gezeigt sind) reserviert. In den Testsignalblöcken ts&sub1;-ts&sub6; liegt ein bestimmbares Muster von 1 en und Den vor. In der Regel ist das Muster eine gleiche oder ungefähr gleiche Anzahl von 1 en und Den, die ähnlich über die 8 · 8-Testsignalblöcke verteilt sind.
Unter Verwendung des bestimmbaren Musters von 1 en und Den in den Testsignalblöcken werden für bestimmte 8 · 8-Testsignalblöcke repräsentative Testsignalwerte für 1 und 0 abgeschätzt. Zum Beispiel werden die repräsentativen Testsignalwerte in einem gegebenen Testsignalblock beispielsweise durch Mittelwertbildung oder Bildung eines modifizierten Mittelwerts der entsprechenden darin enthaltenen 1 en und O en bestimmt. Außerdem ist es möglich, andere statistische Parameter erkannter Werte von 1 en und/oder O en, wie zum Beispiel die Varianz, abzuschätzen.
Obwohl das - gezeigte Beispiel 8 · 8- Testisignalblöcke verwendet, sollte beachtet werden, daß Ausführungsformen der Erfindung in der Lage sind, 1 x 1-Testsignalblöcke zu verwenden. In diesem Fall liegen weder Den noch 1 en in dem Block vor. Deshalb wird für den fehlenden Datentyp kein abgeschätzter repräsentativer Wert erzeugt.
Auf der Grundlage der repräsentativen Testsignalwerte, die über die Daten-Bildseite 30 hinweg erkannt werden, wird das Verhalten lokaler Datenelemente in den 32 · 32 - Blöcken abgeschätzt, und zwar z. B. unter Verwendung von Interpolation oder anderer herkömmlicher Abschätzungsverfahren. Das heißt, das Verhalten der - lokalen Datenelemente in einem gegebenen 32 · 32 - Block wird unter Verwendung der bestimmten Testsignalwerte des Blocks abgeschätzt. Die Abschätzungsverfahren berücksichtigen die Erkenntnis der Erfindung, daß das Verhalten der lokalen Datenelemente zumindest in dem lokalen Bereich relativ ähnlich ist. Auf diese Weise wird das Verhalten der lokalen Datenelemente in b&sub1; (gezeigt als 11) auf der Grundlage der repräsentativen Testsignale des Blocks b&sub1; abgeschätzt.
Die Abschätzung des Verhaltens lokaler Datenelemente wird jedoch geringfügig durch die abgeschätzten Werte von Testsignalelementen und lokalen Datenelementen aus anderen Blöcken in der Daten- Bildseite 30 beeinflußt. Zum Beispiel wird die Abschätzung des Verhaltens lokaler Datenelemente in dem Block b&sub1; geringfügig durch das Verhalten der lokalen Datenelemente zum Beispiel in den Blöcken b&sub1; und b&sub4;, und sogar noch geringfügiger durch das abgeschätzte Verhalten von Datenelementen zum Beispiel in den Blöcken b&sub5; und b&sub6; beeinflußt. Bei der Abschätzung des lokalen Verhaltens sollten Abschätzungsmodelle deshalb die Einflüsse nicht-lokaler Bereiche berücksichtigen und diese dementsprechend einbeziehen.
Im allgemeinen werden Abschätzungen in der Regel für das Verhalten der Datenelemente über die gesamte Daten-Bildseite 30 hinweg vorgenommen, darunter die Datenelemente in den nicht-lokalen Bereichen 33. Bei dieser Abschätzung werden häufig abgeschätzte Testsignalwerte als Eckpunkte für Verfahren wie zum Beispiel lineare Interpolation zwischen diesen verwendet. Außerdem berücksichtigt diese Abschätzung die vorteilhafte Erkenntnis, daß das Verhalten einzelner Datenelemente über eine Daten-Bildseite hinweg (zum Beispiel vom Block b&sub1; zum Block b&sub6;) meistens sehr allmählich oder glatt ist und somit durch glättende Interpolationsfunktionen gut approximiert wird. Das Verhalten der nicht-lokalen Datenelemente 23 zwischen den Blöcken b&sub1; - b&sub6; wird somit als eine allmähliche oder glatte Schwankung zwischen Bereichen mit bekanntem Verhalten (zum Beispiel der Testsignalblöcke ts&sub1; - ts&sub6;) und von abgeschätzten Bereichen mit ähnlichem Verhalten (zum Beispiel der lokalen Bereiche 11-16) abgeschätzt.
Nachdem Abschätzungen sowohl von lokalen als auch von nicht-lokalen Datenelementen bestimmt wurden, ist es, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, nützlich, die abgeschätzten Datenelementwerte so zu normieren, daß die Effekte der Reproduktionsunbeständigkeiten effektiv vermindert oder sogar beseitigt werden. Das Ausmaß der Normierung der Daten richtet sich häufig nach dem wahrgenommenen Grad der in den Daten vorliegenden Unbeständigkeit. Außerdem schreiben die letztliche Anwendung der Daten und ihr einhergehender Grad der Genauigkeit die Datennormierung vor. Zum Beispiel stellen bei digitalen Verarbeitungsanwendungen die Datenelemente in der Regel einen Zustand eines logischen Low-Zustands ("0") oder eines logischen High- Zustands ("1") dar. Bei solchen Anwendungen werden die erkannten Datenelementwerte so normiert, daß die Datenelemente, von denen beabsichtigt ist, daß sie sich in den logischen Low-Datenzuständen befinden, im Mittel einen Wert von ungefähr 0,0 aufweisen und die erkannten Datenelemente, von denen beabsichtigt ist, daß sie sich in logischen High-Datenzuständen befinden, im Mittel einen Wert von ungefähr 1,0 aufweisen. Die numerischen Werte 0,0 und 1,0 sind jedoch willkürlich.
Als Beispiel betrachte man eine binäre Eingabe, die in einer Daten-Bildseite an der Position x, y gruppiert wird, die als b(x, y) dargestellt wird, und die erkannte Ausgabe an der Position x, y, die als d(x, y) dargestellt wird. Diese Darstellung setzt eine eindeutige Entsprechung zwischen dem Eingangs- Datenarray und dem Detektor-Array voraus. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht notwendig, da es möglich ist, daß das Detektorarray die Eingangsdaten überabtastet.
Bei Verwendung der oben gegebenen Beispiel- Darstellungen wird die erkannte Ausgabe folgendermaßen dargestellt:
d(x, Y) = f(b(x, Y), x, Y) + n(b(x, Y), x, y),
wobei f (1, x, y) und f (0, x, y) glatte Funktionen; und n(1,x ,y) und n(O, x, zy) mittelwertfreie Rauschprozesse sind, deren Statistik glatt von x und y abhängt. In den 8 · 8-Blöcken (ts1 - ts6) werden Abschätzungen von f zum Beispiel folgendermaßen dargestellt:
auf der Grundlage der Annahme, daß jeder Block ts1 32 Testsignaldatenelemente "1" und 32 Testsignaldatenelemente "0" enthält. Außerdem werden lokale Abschätzungen der Varianz n(1, x, y) und n(O, x, y) jeweils zum Beispiel folgendermaßen dargestellt:
Für Positionen x, y in dem Detektorarray werden Abschätzungen f'(1,x, y) und f'(0, x, y) von f (1, x, y) und f(O, x, y) jeweils zum Beispiel folgendermaßen definiert:
wobei in der Regel w(b, i ,x ,y)O und für x, y und b
ist. Solche Abschätzungen liegen in Form allgemeiner linearer Interpolationsmodelle vor. In der Regel ist das w(b, i, x,y) größer für diejenigen i, x, y, für die sich der Block tsi näher bei der Position x, y befindet. Ähnlich können Abschätzungen für die Varianz von n(b, i, x, y),b = 0,1 für x, y gewonnen werden. In diesem Sinne werden die Abschätzungen aus den lokalen erkannten Testsignalwerten gebildet.
Außerdem ist die Normierung von Daten d(x, y) zum Beispiel durch die folgende Definition möglich:
Diese Normierung ist vorteilhaft, wenn die Ausgangsdaten einem Fehlerkorrekturalgorithmus oder einer ähnlichen Anwendung vorgelegt werden sollen. Fehlerkorrekturalgorithmen werden häufig aufgrund der Annahme entworfen, daß die Daten unabhängig und identisch verteilt (i.i.d.) sind.
Bei Ausführungsformen der Erfindung, die holographische Daten verwenden, schwankt der Betrag von n(b, x, y) meist ungefähr proportional mit der Beugungsenergie, die ungefähr proportional zu f'(1, x, y)-f'(0, x, y) ist. Somit sind die normierten Daten d' (x, y), wobei b(x, y) = b für b = 0,1 ist, ähnlich verteilt. Außerdem wurde beobachtet, daß n (b, x, y) und n (b, x', y') in der Regel fast statistisch unabhängig sind, wenn (x, y)≠(x, y') ist. Es ist möglich, die Varianz von { d' (x, y): b (x, y) = 1 } und {d'(x, y):(b(x, y) = 0} abzuschätzen, indem zum Beispiel die Abschätzungen v' (1, tsi) und v' (0, tsi) kombiniert oder interpoliert und normiert werden.
Als Alternative werden die verschiedenen Abschätzungen verwendet, um die Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, daß b(x, y) bei dem gegebenen beobachteten d(x, y) eine 1 oder 0 ist. Das Wahrscheinlichkeitsverhältnis ist eine dimensionslose Größe, die häufig als eine Eingabe für verschiedene Fehlerkorrekturverfahren nützlich ist.
Wie bereits erwähnt, liefert das lokal abgeschätzte Testdatenelementverhalten die notwendigen Informationen zur Erzeugung eines Gesamtprofils des Verhaltens über die Daten-Bildseiten 30 hinweg. Ein solches Profil wird durch einen (in Fig. 2 gezeigten) Profilgenerator 28 erzeugt. Wiederum zeigt das erzeugte Verhaltensprofil gemäß Ausführungsformen der Erfindung den allmählichen oder glättenden Verhaltensübergang über die interessierende Daten-Bildseite 30 hinweg an.
Obwohl Ausführungsformen der Erfindung, die hier gezeigt und beschrieben wurden, eine binäre Datenzustandanordnung (zwei mögliche Datenzustände) abbilden, sind Ausführungsformen der Erfindung außerdem ohne weiteres auf Datenspeicheranordnungen anwendbar, bei denen mehr als zwei Datenzustände verwendet werden.
Obwohl Ausführungsformen der Erfindung im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit im analogen Bereich besprochen wurden, liegt es außerdem deutlich im Schutzbereich von Ausführungsformen der Erfindung, gegebenenfalls eine Analog/Digital-Umsetzung hinzuzufügen. Das heißt, es ist möglich, in einer beliebigen Phase des Verfahrens 10 eine Analog/Digital- Umsetzung der Informationen vorzusehen. Für die Soft- Decodierung und andere verwandte Anwendungen wird die Analog/Digital-Umsetzung erst nach dem Normierungsschritt 18 durchgeführt, d. h., nachdem die Informationen in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform aus dem Normierer 26 ausgegeben wurden. Als Alternative kann die Analog/Digital-Umsetzung in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zwischen dem Abrufschritt 14 und dem Erkennungsschritt 15 oder nach dem Erkennungsschritt 15 stattfinden.
Außerdem sollte beachtet werden, daß Testsignaldatenelemente hier zwar auf eine Weise abgebildet wurden, die die Zuteilung und Speicherung nur an benachbarten Positionen in Daten-Bildseiten nahelegt, jedoch eine solche Anforderung natürlich unnötig ist. Zum Beispiel können Bildpunktelemente und andere Detektoren in einer beliebigen gewünschten Anordnung in den Daten-Sensorbauelementen hergestellt und/oder betrieben werden. Zum Beispiel können die Testsignaldatenelemente zufällig in Daten-Bildseiten und von Daten-Bildseite zu Daten-Bildseite adressiert und erkannt werden.

Claims

1. Verfahren (10) zum Verbessern der Genauigkeit von Daten, die in einem Speichersystem mit einem seitenweisen Datenspeichermedium mit Daten-Bildseiten mit in einem Teil dieser enthaltenen Testsignalen gelesen werden, mit den folgenden Schritten:

Erkennen (15) mindestens eines Teils der abgerufenen Daten aus den Daten-Bildseiten mit den Testsignalen;

Abschätzen (16) des Grads der Genauigkeit und der Art und Weise der Reproduktion von Datenelementen und der räumlich abhängigen Schwankung dieser in Datenseiten und/oder von einer Seite zu einer anderen mindestens eines Teils der abgerufenen Daten auf der Grundlage der Erkennung der Testsignale in den Daten- Bildseiten; und

Normieren (18), auf eine räumlich abhängige Weise, mindestens eines Teils der abgerufenen Daten auf der Grundlage der Ergebnisse des Abschätzungsschritts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Normierungsschritt das Interpolieren der Ergebnisse des Abschätzungsschritts in einer einzelnen Daten-Bildseite umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Abschätzungsschritt das Interpolieren des Grads der Genauigkeit und der Art und Weise der Reproduktion von Datenelementen und der räumlich abhängigen Schwankung der abgerufenen Daten auf der Grundlage der erkannten Testsignale umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Testsignale bestimmbare Datenzustände aufweisen und der Erkennungsschritt weiterhin das Bestimmen der Werte der Datenglieder umfaßt.

5. Vorrichtung (20) zum Verbessern der Genauigkeit in einem seitenweisen Datenspeichermedium gelesener Daten, wobei die abgerufenen Daten Daten-Bildseiten mit in einem Teil dieser enthaltenen Testsignalen enthalten, mit: einem Detektor (22) zum Erkennen mindestens eines Teils der abgerufenen Daten mit den Testsignalen;

einem Abschätzer (23) in Wirkankopplung an den Detektor zum Abschätzen des Grads der Genauigkeit und der Art und Weise der Reproduktion von Datenelementen und der räumlich abhängigen Schwankung dieser in Datenseiten und/oder von einer Seite zu einer anderen mindestens eines Teils der Daten in den Daten- Bildseiten auf der Grundlage der erkannten Testsignale; und

einen Normierer (26) in Wirkankopplung an den Abschätzer zum räumlich abhängigen Normieren der abgerufenen Daten auf der Grundlage der Ergebnisse des Abschätzungsschritts.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Normierer einen Interpolierer zum Interpolieren mindestens eines Teils der normierten Daten enthält, wobei der Interpolierer mindestens einen Teil der normierten Daten auf der Grundlage der Ergebnisse des Abschätzungsschritts interpoliert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Abschätzer einen Interpolierer zum Abschätzen des Grads der Genauigkeit und der Art und Weise der Reproduktion von Datenelementen und der räumlich abhängigen Schwankung der abgerufenen Daten auf der Grundlage der erkannten Testsignale enthält.