KR100427743B1 - 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법에 관한 것으로, 외부 입력 데이터를 첫 번째 데이터부터 마지막 데이터까지 순차적으로 배열하되, 첫 번째 데이터는 특정 페이지의 소정 위치에 입력되도록 배열하고, 두 번째 데이터는 다른 페이지의 동일 위치에 입력되도록 배열하며, 다음 데이터는 또 다른 페이지의 동일 위치에 입력되게 하는 순서로 모든 데이터를 배열하여 마지막 페이지까지의 데이터 배열 작업을 수행함으로서, 레이저 빔 분포의 영향을 줄이고, 인터리빙의 효과를 주어 출력시 안정한 데이터를 얻을 수 있는 이점이 있다.

Description

홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법{DATA INPUT METHOD FOR A HOLOGRAPHIC DIGITAL STORAGE SYSTEM}
본 발명은 홀로그래픽 디지털 저장 시스템(Holographic Digital Data Storage System)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저장 매체(예를 들면, 광 굴절성크리스탈)에 홀로그램 데이터를 배열함에 있어서 각 페이지의 동일 위치에 데이터를 순차적으로 입력하도록 한 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법에 관한 것이다.
일반적으로 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 대상 물체로부터 물체광을 기록하고 이후에 이것을 재현하는데 그 목적이 있다.
홀로그래픽 데이터 기록은 대상 물체로부터 반사된 물체광의 강도와 방향을 기록함으로써 이루어진다. 대상 물체의 빛의 강도와 방향은 물체광과 기준광의 간섭으로 이루어져 간섭 무늬를 만들게 되고, 이렇게 형성된 간섭 무늬는 간섭 무늬의 강도에 반응하는 물질로 이루어진 입방체, 즉 저장 크리스탈속에 기록된다. 이와 같이 기록된 간섭 무늬에 기준광을 조사하게 되면 대상 물체의 3차원 상인 홀로그램이 재현된다.
이때, 저장 크리스탈에 기록된 홀로그램 데이터는 기록 과정에서 사용된 기준광으로만 읽어 낼 수 있고, 기록시에 사용된 기준광과 파장 또는 위상이 다른 기준광으로는 읽어 내지 못하고 저장 크리스탈안에 기록된 홀로그램 데이터를 통과하게된다.
이와 같은 홀로그램 성질을 이용하여 각각 다른 기준광으로 저장 물질입방체의 같은 장소에 많은 홀로그램 데이터를 기록함으로써 작은 입방체 내부에 방대한 데이터를 저장하는 것이 가능해 진다.
일반적인 홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 홀로그래피에 필요한 가간섭광(Coherent Beam), 즉 레이저광을 발생시키는 광원(10),광원(10)에 상응하는 위치에 설치되어 광원(10)으로부터 발생된 가간섭광을 기준광(Reference Beam)과 신호광, 즉 물체광(Object Beam)으로 분리시키는 광분리기(Beam Splitter)(20), 기준광의 광로상에 위치하며 기준광의 방향을 변경시키는 거울(30), 물체광의 방향을 변경시키는 거울(40), 거울(40)에서 반사된 물체광의 광로상에 위치하며 반사된 물체광에 입력 데이터, 즉 페이지 단위로 구성되는 다수 픽셀의 2진 데이터를 실어 주는 공간광 변조기(SLM : Spatial Light Modulator, 이하 "SLM"이라 함)(50), SLM(50)로부터 출력되는 물체광과 거울(30)에서 반사된 기준광이 서로 교차되는 광로상에 위치하며 상기 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 기록하고 기준광의 조사로 기록된 간섭 무늬를 복원 출력하는 저장 매체(60), 저장 매체(60)에 기준광을 조사할 때 발생되는 간섭무늬의 광로상에 위치하며 저장 매체(60)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 이를 원래의 전기 신호로 변환하기 위한 CCD(Charge Coupled Device)(70)로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 일반적인 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 동작을 설명한다.
조사된 광원(10)은 광분리기(20)에서 기준광과 물체광으로 나뉘어진다.
이때 물체광은 거울(40)에 의해 방향이 90°방향이 변경되어 공간광 변조기(50)로 입력되어 변조된다. 즉, 물체광은 공간광 변조기(50)에서 입력된 데이터가 실제 픽셀들이 이루는 명암의 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된다. SLM(50)에서변조된 물체광은 저장 매체(60)로 입사된다.
또한, 기준광은 회전 거울(30)에 의해 방향이 변화되어 저장 매체(60)로 입사된다.
물체광과 기준광은 홀로그램을 기록하기 위한 저장 매체(60) 내부에서 간섭을 일으키고, 이때 발생된 간섭 무늬의 강도에 따라서 저장 매체(60)의 내부 운동 전하의 광유도 현상(Light-induced generation of mobile charge)이 발생되고 이러한 과정을 통하여 간섭 무늬가 기록된다.
이때 많은 데이터를 저장 매체(60)에 기록하기 위해 각도 중첩과 공간 중첩을 사용한다.
각도 중첩은 거울(30)을 회전시켜 면(Page) 단위로 기준광의 입사각을 변화시키면서 기록하는 것이고, 공간 중첩은 저장 매체를 일정 크기로 분할하여 기록하는 것이다.
한편, 이와 같은 홀로그래픽 디지털 저장 시스템에서 종래 기술에 따른 데이터 입력 방법은, 저장 매체에 홀로그램 데이터를 배열함에 있어서 페이지별 입력 방식이 채택되었다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 m×n개의 픽셀을 갖는 p개(여기서 m, n, p는 자연수)의 페이지에 데이터를 입력함에 있어서 첫 번째 데이터부터 마지막 데이터까지 순차적으로 입력하면서 1페이지의 입력이 완료되면 다음 데이터는 2페이지에 입력하고, 2페이지의 입력이 완료되면 다음 데이터는 다음 페이지에 입력하며, 이를 반복하여 p페이지까지의 데이터 입력 작업을 수행하였다. 여기서 페이지 내부에서의 데이터 입력 순서는 X축 방향 또는 Y축 방향으로 수행된다.
이와 같은 데이터 입력 방법을 표로서 정리하면 아래의 표 1과 같다.
그러나, 이와 같은 종래의 데이터 입력 방법은 레이저 빔 분포의 영향을 받는다. 즉 한 페이지 내 레벨 차이가 나타나고, 이는 "온","오프"의 측정을 어렵게 한다. 실제로 블록 코드들의 경우에 블록 사이즈가 증가하면 에러가 증가하는 경향이 있다.
또한, 한 페이지 내에서의 인터리빙만을 실시하는 문제점이 있다.
데이터 번호 페이지 번호 입력 좌표
1 1 (1,1)
2 1 (2,1) 또는 (1,2)
3 1 (3,1) 또는 (1,3)
4 1 (4,1) 또는 (1,4)
… … …
m×n+1 2 (1,1)
m×n+2 2 (2,1) 또는 (1,2)
m×n+3 2 (3,1) 또는 (1,3)
… … …
(p-1)×m×n+1 p (1,1)
(p-1)×m×n+2 p (2,1) 또는 (1,2)
(p-1)×m×n+3 p (3,1) 또는 (1,3)
… … …
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 저장 매체(예를 들면, 광 굴절성 크리스탈)에 홀로그램 데이터를 배열함에 있어서 각 페이지의 동일 위치에 데이터를 순차적으로 입력하도록 한 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기준 광과 물체 광을 이용하여 외부 입력 데이터를 m×n개의 픽셀을 갖는 p개(여기서 m, n, p는 자연수)의 페이지를 갖는 홀로그램 저장 매체에 배열함에 있어서, 상기 외부 입력 데이터를 첫 번째 데이터부터 마지막 데이터까지 순차적으로 배열하되, 첫 번째 데이터는 특정 페이지의소정 위치에 입력되도록 배열하고, 두 번째 데이터는 다른 페이지의 동일 위치에 입력되도록 배열하며, 다음 데이터는 또 다른 페이지의 동일 위치에 입력되게 하는 순서로 모든 데이터를 배열하여 p페이지까지의 데이터 배열 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 일반적인 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 구성도,
도 2는 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 저장 매체에 기록할 데이터 페이지의 일예도.
도 3은 본 발명에 따른 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 구성도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 광원 20 : 광분리기
30, 40 : 거울 50 : SLM
60 : 저장 매체 70 : CCD
110 : 코딩 블록 120 : 데이터 배열 블록
210 : 데이터 추출 블록 220 : 디코딩 블록
본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 구성도로서, 도 1에 도시된 종래의 홀로그래픽 디지털 저장 시스템과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호로 명기하였다.
도시된 바와 같이 본 발명의 홀로그래픽 디지털 저장 시스템은, 광원(10), 광분리기(20), 거울(30, 40), 공간광 변조기(SLM)(50), 저장 매체(60), CCD(70), 코딩 블록(110), 데이터 배열 블록(120), 데이터 추출 블록(210), 디코딩 블록(220)으로 구성된다.
광원(10)은 홀로그래피에 필요한 가간섭광, 즉 레이저광을 발생시킨다.
광분리기(20)는 광원(10)에 상응하는 위치에 설치되어 광원(10)으로부터 발생된 가간섭광을 기준광과 신호광, 즉 물체광으로 분리시킨다.
거울(30)은 기준광의 광로상에 위치하며 기준광의 방향을 변경시키며, 거울(40)은 물체광의 방향을 변경시킨다.
코딩 블록(110)은 외부로부터 입력되는 입력 데이터(즉, 저장 매체에 기록하고자 하는 입력 데이터)를 소정의 코딩 방식에 의거하여 코딩한 후 디지털 입력 데이터를 데이터 배열 블록(120)으로 전달한다.
데이터 배열 블록(120)은 저장 매체에 기록할 홀로그램 데이터를 각 페이지의 동일 위치에 데이터가 순차적으로 입력되도록 배열한다.
SLM(50)는 거울(40)에서 반사된 물체광의 광로상에 위치하며 반사된 물체광에 데이터 배열 블록(120)으로부터 입력되는 입력 데이터, 즉 페이지 단위로 구성되는 다수 픽셀의 2진 데이터를 실어 준다.
저장 매체(60)는 SLM(50)로부터 출력되는 물체광과 거울(30)에서 반사된 기준광이 서로 교차되는 광로상에 위치하며 상기 물체광과 기준광의 간섭으로 발생된 간섭 무늬를 기록하고 기준광의 조사로 기록된 간섭 무늬를 복원 출력한다.
CCD(70)는 저장 매체(60)에 기준광을 조사할 때 발생되는 간섭무늬의 광로상에 위치하며 저장 매체(60)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 이를 원래의 전기 신호로 변환한다.
데이터 추출 블록(210)은 저장 매체(60)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때에 데이터 배열 블록(120)의 데이터 배열 정보에 의거하여 첫 번째 데이터부터 마지막 데이터까지 순차적으로 추출한다.
디코딩 블록(220)은 데이터 추출 블록(210)에서 출력되는 데이터를 코딩 블록(110)에서 수행한 소정의 코딩 방식에 의거하여 디코딩하여 데이터를 출력한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 홀로그래픽 디지털 저장 시스템에 의한데이터 입출력 과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 광 분리기(20)에서는 광원(10)으로부터 입사되는 레이저광을 기준 광과 물체 광으로 분기하는 데, 여기에서 분기된 수직 편광의 기준 광은 기준 광 처리 경로로 제공되고 분기된 물체 광은 물체 광 처리 경로로 제공된다.
다음에, 기준 광 처리 경로상의 거울(30)이 기준광의 출사 방향으로 구비되며, 이러한 광 전달 경로를 통해 기준 광 처리 경로에서는 홀로그램 데이터의 기록 또는 재생에 필요한 기준 광을 기설정된 소정의 편향 각으로 반사시켜 저장 매체(60)에 제공한다.
이때, 설명의 편의와 이해의 증진을 위해 도 3에서의 도시는 생략하였으나, 기준 광 처리 경로 상에는 기준 광 처리를 위한 다수의 광학 렌즈(예를 들면, 웨이스트 구성 렌즈, 빔 확장기 등)가 구비된다.
따라서, 광 분리기(20)로부터 분기된 기준 광은 도시 생략된 광학 렌즈 등을 통해 조정되고 임의의 크기로 확장(즉, 후술하는 물체 광 처리 경로에서 빔 확장기를 통해 확장되는 물체광의 크기를 커버하기에 충분한 정도의 크기로 확장)되며, 거울(30)을 통해 기설정된 소정 각도, 예를 들면 기록시의 기록 각 또는 재생을 위해 기설정된 재생 각으로 편향된 후 저장 매체(60)로 입사(조사)된다.
여기에서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준 광은 각 페이지 단위의 2진 데이터를 저장 매체(60)에 기록할 때마다 액츄에이터를 이용해 거울(30)을 회전시켜 그 편향각도를 변화시키는 방법으로 제어되는 데, 이러한 기준 광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로그램 데이터를 저장 매체(60)에 저장하거나 혹은 저장된 홀로그램 데이터를 재생할 수 있다.
한편, 물체 광 처리 경로상에는 셔터(도시 생략됨), 거울(40) 및 공간 광 변조기(50)가 물체광의 출사 방향으로 순차 구비되는 데, 셔터는 도시 생략된 시스템 제어 수단으로부터의 제어에 따라, 기록모드 시에는 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시에는 차단 상태를 유지한다.
이때, 설명의 편의와 이해의 증진을 위해 도 3에서의 도시는 생략하였으나, 물체 광 처리 경로 상에는 물체 광 처리를 위한 다수의 광학 렌즈(예를 들면, 리이미징 렌즈, 빔 확장기, 필드 렌즈 등)가 구비된다.
따라서, 광 분리기(20)로부터 분기되어 셔터의 개구를 통해 입사되는 물체 광은 거울(40)을 통해 소정의 편향 각으로 반사된 후 공간 광 변조기(50)로 전달된다.
이어서, 공간 광 변조기(50)에서는 거울(40)로부터 전달되는 물체 광을 데이터 배열 블록(120)으로부터 제공되는 입력 데이터(즉, 본 발명에 따라 코딩된 입력 데이터)에 따라 픽셀들이 이루는 명암으로 된 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조, 즉 일 예로서 입력 데이터가 영상의 한 프레임 단위로 된 화상 데이터일 때 공간 광 변조기(50)로 입사되는 물체 광은 한 프레임 단위의 신호 광으로 변조된 후, 기준 광 처리 경로의 거울(30)에서 입사되는 기준 광과 동기를 맞추어 저장 매체(60)로 입사된다.
따라서, 저장 매체(60)에서는, 기록모드 시에, 공간 광 변조기(50)로부터 제공되는 2진 데이터의 페이지 단위로 변조된 신호 광과 이에 대응하는 편향각도를가지고 거울(30)로부터 입사되는 기록용 기준 광간의 간섭을 통해 얻어지는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 물체 광과 기준 광간의 간섭에 의해 얻어지는 간섭 무늬의 강도에 따라 저장 매체(60) 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는 데, 이러한 과정을 통해 저장 매체(60)에 3차원 상 홀로그램 데이터의 간섭 무늬가 기록된다.
이때, 코딩 블록(110)은 외부로부터 입력되는 입력 데이터(즉, 저장 매체에 기록하고자 하는 입력 데이터)를 소정의 코딩 방식에 의거하여 코딩한 후 디지털 입력 데이터를 데이터 배열 블록(120)으로 전달한다.
데이터 배열 블록(120)은 저장 매체에 기록할 홀로그램 데이터를 각 페이지의 동일 위치에 데이터가 순차적으로 입력되도록 배열한다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 m×n개의 픽셀을 갖는 p개(여기서 m, n, p는 자연수)의 페이지에 데이터를 배열함에 있어서 첫 번째 데이터부터 마지막 데이터까지 순차적으로 배열하면서 첫 번째 데이터는 1페이지의 소정 위치에 입력되도록 배열하고, 두 번째 데이터는 2페이지의 동일 위치에 입력되도록 배열하며, 다음 데이터는 다음 페이지의 동일 위치에 입력되게 하는 순서로 모든 데이터를 배열하여 p페이지까지의 데이터 배열 작업을 수행한다. 여기서 페이지 내부에서의 데이터 입력 순서는 X축 방향 또는 Y축 방향으로 수행된다.
이와 같은 데이터 입력 방법을 표로서 정리하면 아래의 표 2와 같다.
데이터 번호 페이지 번호 입력 좌표
1 1 (1,1)
2 2 (1,1)
3 3 (1,1)
… … …
p p (1,1)
p+1 1 (2,1) 또는 (1,2)
p+2 2 (2,1) 또는 (1,2)
… … …
2×p p (2,1) 또는 (1,2)
2×p+1 1 (3,1) 또는 (1,3)
2×p+2 2 (3,1) 또는 (1,3)
… … …
k×p+1 1 (k+1,1) 또는 (1,k+1)
k×p+2 2 (k+1,1) 또는 (1,k+1)
… … …
따라서, 공간 광 변조기(50)가 거울(40)로부터 입사되는 물체 광을 그룹내 각 블록 데이터로 코딩되어 픽셀들이 이루는 명암으로 된 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조하여 생성한 신호 광을 저장 매체(60)로 조사함으로써, 저장 매체(60)에는 본 발명에 따라 코딩 및 배열된 홀로그램 데이터가 저장된다.
한편, 저장 매체(60)에 기록(저장)된 홀로그램 데이터를 재생하는 경우, 도시 생략된 시스템 제어 수단으로부터의 제어에 따라 물체 광 처리 경로측의 셔터는 차단 상태로 되고 기준 광 처리 경로측이 셔터는 개방 상태로 된다.
따라서, 광 분리기(20)로부터 분기된 기준 광(재생용 기준 광)은 반사경(30)을 통해 반사되어 저장 매체(60)로 조사되며, 그 결과 저장 매체(60)에서는 판독용 기준 광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 판독용 기준 광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터(즉, 바둑판 형상 무늬)로 복조되며, 여기에서 복조된 재생 신호는 CCD(70)로 조사된다.
이어서, CCD(70)에서는 저장 매체(60)로부터 조사되는 재생 출력을 원래의 데이터, 즉 전기신호로 복원되며, 여기에서 복원된 재생 신호는 데이터 추출블록(210)으로 전달된다.
데이터 추출 블록(210)은 저장 매체(60)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때에 데이터 배열 블록(120)의 데이터 배열 정보에 의거하여 첫 번째 데이터부터 마지막 데이터까지 순차적으로 추출한다.
이후, 디코딩 블록(220)은 데이터 추출 블록(210)에서 출력되는 데이터를 코딩 블록(110)에서 수행한 소정의 코딩 방식에 의거하여 디코딩하여 데이터를 출력한다. 즉, 저장 매체(60)로부터 재생되어 CCD(70)를 통해 출력되는 코딩된 재생신호를 코딩 전의 원 신호로 디코딩한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고 이를 도면에 나타내었으나 본 발명은 당업자에 의하여 여러 가지 실시예로 구현될 수 있음이 자명하다.
일예로, 홀로그램 데이터를 저장할 페이지로서 짝수개의 페이지를 사용하는 경우에, 본 발명에 따른 동일 위치 배열 방식을 적용하되, 홀수(또는 짝수) 번째 페이지에는 원 데이터를 배열하고, 짝수(또는 홀수) 번째 페이지에는 원 데이터의 역 데이터를 입력할 수도 있다. 즉 1페이지의 "온" 데이터는 2페이지에서 같은 위치에 "오프"데이터를 입력한다.
이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위를 통하여 나타나 있는 기술적 사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 저장 매체에 홀로그램 데이터를 배열함에 있어서 각 페이지의 동일 위치에 데이터를 순차적으로 입력함으로써, 레이저 빔 분포의 영향을 줄이고, 인터리빙의 효과를 주어 출력시 안정한 데이터를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 기준 광과 물체 광을 이용하여 외부 입력 데이터를 m×n개의 픽셀을 갖는 p개(여기서 m, n, p는 자연수)의 페이지를 갖는 홀로그램 저장 매체에 배열함에 있어서,
    상기 외부 입력 데이터를 첫 번째 데이터부터 마지막 데이터까지 순차적으로 배열하되, 첫 번째 데이터는 특정 페이지의 소정 위치에 입력되도록 배열하고, 두 번째 데이터는 다른 페이지의 동일 위치에 입력되도록 배열하며, 다음 데이터는 또 다른 페이지의 동일 위치에 입력되게 하는 순서로 모든 데이터를 배열하여 p페이지까지의 데이터 배열 작업을 수행하는 것을 특징으로 한 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 입력 데이터 중 첫 번째 데이터는 1페이지의 소정 위치에 입력되도록 배열하고, 두 번째 데이터는 2페이지의 동일 위치에 입력되도록 배열하며, 다음 데이터는 다음 페이지의 동일 위치에 입력되게 하는 순서로 모든 데이터를 배열하는 것을 특징으로 한 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 입력 데이터 중 첫 번째 데이터의 원 데이터는 홀수(또는 짝수)번째 페이지의 소정 위치에 입력되도록 배열하고, 두 번째 데이터의 원 데이터는 다음 홀수(또는 짝수) 번째 페이지의 동일 위치에 입력되도록 배열하며, 다음 데이터의 원 데이터는 다음 홀수(또는 짝수) 번째 페이지의 동일 위치에 입력되게 하는 순서로 모든 데이터를 배열하며,
    상기 첫 번째 데이터의 역 데이터는 짝수(또는 홀수) 번째 페이지의 소정 위치에 입력되도록 배열하고, 상기 두 번째 데이터의 역 데이터는 다음 짝수(또는 홀수) 번째 페이지의 동일 위치에 입력되도록 배열하며, 상기 다음 데이터의 역 데이터는 다음 짝수(또는 홀수) 번째 페이지의 동일 위치에 입력되게 하는 순서로 모든 데이터를 배열하는 것을 특징으로 한 홀로그래픽 디지털 저장 시스템의 데이터 입력 방법.
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