KR100475235B1 - Coder and decoder of holographic digital data storage system, and method for coding and decoding related its system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 픽셀의 광세기 레벨을 2단계에서 N(N≥3)단계 이상으로 변조함으로써 코드 레이트를 향상시킬 수 있는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치와 이에 관련된 코딩 및 디코딩 방법에 관한 것이다. 본 발명의 코딩 장치는 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 입력부와, 입력부에서 전달된 페이지 데이타를 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조하고 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 N비트 변조부를 구비한다. 더욱이 본 발명의 디코딩 장치는 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 재생하는 CCD와, CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 N비트 복조부와, N비트 복조부에서 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 출력부를 구비한다.The present invention relates to a coding and decoding apparatus of a holographic digital data storage system capable of improving a code rate by modulating a light intensity level of a pixel from 2 to N (N > 3) or more, and a coding and decoding method related thereto. will be. The coding apparatus of the present invention includes an input unit for receiving holographic digital page data, and N (N≥3) grouping the intensity levels of three or more levels of light in order to store page data transferred from the input unit in a storage medium. And 3) a N-bit modulator that modulates the bits so that adjacent bit values in the N-bit data are increased or decreased and provides the modulated N-bit data as coded data to the holographic digital data storage system. Furthermore, the decoding apparatus of the present invention includes a CCD for reproducing N (N≥3) -bit modulated data grouped by N (N≥3) intensity levels of three or more levels of light stored in a storage medium, and in the N-bit data reproduced by the CCD. An N-bit demodulator for determining the light intensity value of each bit and demodulating a predetermined holographic digital data value as the adjacent bit value increases / decreases in N-bit data, and the holographic digital demodulated by the N-bit demodulator. And an output unit for outputting a data value as a decoding value.
Description
본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 기술에 관한 것으로서, 특히 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 저장 매체에 저장되는 데이타의 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 코딩 및 디코딩 장치와 이에 관련된 코딩 및 디코딩 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to holographic digital data storage technology, and more particularly to a coding and decoding apparatus and a coding and decoding method associated therewith, capable of improving a code rate of data stored in a storage medium of a holographic digital data storage system. It is about.
볼륨 홀로그래픽 디지털 데이타 저장을 이용한 기술 분야는 예를 들어, 반도체 레이저, CCD(Charge Coupled Device), LCD(Liquid Crystal Display) 등의 눈부신 발전에 힘입어 여러 분야에서 활발하게 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구의 결과로서 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템 등이 실용화되고 있을 뿐만 아니라, 대용량의 저장 능력과 초고속 데이타 전송 속도의 장점을 응용할 수 있는 여러 분야로 확대되어 가고 있는 추세에 있다.Technological fields using volume holographic digital data storage have been actively researched in various fields, for example, thanks to remarkable developments such as semiconductor lasers, charge coupled devices (CCDs), liquid crystal displays (LCDs), and the like. As a result of research, fingerprint recognition systems for storing and reproducing fingerprints have been put to practical use, and they are expanding to various fields that can apply the advantages of large storage capacity and ultra-fast data transfer speed.
이러한 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은 대상 물체로부터의 물체 광과 기준 광을 서로 간섭시킬 때 발생하는 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도(Amplitude)에 민감하게 반응하는 저장 매체, 예를 들면 크리스탈(crystal) 등의 저장 매체에 기록(저장)하는 것으로, 기준광의 각도를 변화시키는 방법 등에 의해 물체광의 강도 및 위상까지도 기록함으로서 물체의 3차원 상을 표시할 수 있고, 또한 2진 데이타로 된 페이지(page) 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그래픽 데이타를 동일 장소에 저장할 수 있다.Such a holographic digital data storage system is a storage medium, for example, a crystal that reacts sensitively to an amplitude of an interference fringe when an interference fringe generated when the object light from a target object and a reference light interfere with each other. Recording (storage) on a storage medium to record the intensity and phase of the object light by a method of changing the angle of the reference light, for example, to display a three-dimensional image of the object, and to display a page unit of binary data. Hundreds to thousands of holographic data can be stored in the same place.
한편, 전형적인 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은, 홀로그래픽 데이타를 저장 매체에 기록하는 기록모드 시, 광원에서 발생한 레이저광을 기준 광과 물체 광으로 분리시키고, 물체 광을 외부 입력 데이타(즉, 저장하고자 하는 입력 데이타)에 따라 픽셀들의 명암을 이루는 2진 데이타로 변조하며, 변조된 물체 광과 기설정된 편향각으로 반사된 기준 광을 서로 간섭시켜 얻어지는 간섭 무늬를 입력 데이타에 대응하는 홀로그래픽 디지털 데이타로써 저장 매체에 기록한다.On the other hand, a typical holographic digital data storage system, in recording mode for recording holographic data on a storage medium, separates the laser light generated from the light source into a reference light and an object light, and stores the object light with external input data (i.e., to store it). And an interference fringe obtained by interfering the modulated object light and the reference light reflected at a predetermined deflection angle with each other as holographic digital data corresponding to the input data. Write to storage media.
이때 홀로그래픽 디지털 데이타는 저장 매체에 기록될 때 중첩(다중화)되어 기록(저장)되는 데, 이러한 다중화 기록 방식으로는 예를 들어 각도 중첩, 파장 중첩, 위상 부호 중첩 등이 있다.At this time, the holographic digital data is superimposed (multiplexed) and recorded (stored) when recorded in a storage medium. Examples of such multiplexed recording methods include angular superposition, wavelength superposition, and phase code superposition.
또한 볼륨 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은, 재생모드 시 광원에서 분리된 물체 광을 차단하고, 분리된 기준 광만을 기설정된 재생 각으로 편향시켜 저장 매체에 조사하고, 이러한 조사를 통해 기록된 간섭 무늬가 재생용 기준 광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이타로 복조 함으로써, 원래 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생한다. 이때, 저장 매체에 기록된 데이타를 재생하는 데 이용되는 재생용 기준 광은, 실질적으로 저장 매체에 홀로그래픽 디지털 데이타를 기록할 때 적용했던 기준 광과 동일한 각도를 갖는다.In addition, the volume holographic digital data storage system blocks object light separated from the light source in the reproduction mode, deflects only the separated reference light at a predetermined reproduction angle, and irradiates the storage medium. The original holographic digital data is reproduced by diffraction of the reference light for reproduction and demodulation into one page of binary data composed of original pixel contrast. At this time, the reproduction reference light used to reproduce the data recorded on the storage medium has substantially the same angle as the reference light applied when recording the holographic digital data on the storage medium.
한편, 저장 매체로부터 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 경우 광원인 레이저광의 세기(intensity), 렌즈에 의한 왜곡, 시스템 내부의 스캐터링 및 회절 등 여러 가지 요인에 의해 재생된 신호는 전체적으로 세기의 분포 차이를 가지게 된다. 더욱이 가우시안 분포 특성을 갖는 기준 광은 재생된 데이타 페이지의 중심 영역에서 일정 레벨 이상의 광 세기를 나타내기 때문에 재생 에러율이 거의 없으나, 데이타 페이지의 모서리 영역에서 광 세기가 일정 레벨 이하로 되어 재생 에러율이 급격하게 증가한다는 문제를 갖는다.On the other hand, when reproducing holographic digital data from a storage medium, signals reproduced by various factors such as intensity of laser light as a light source, distortion caused by a lens, scattering and diffraction in the system, and the like, may exhibit differences in intensity distribution. Have. Furthermore, the reference light having Gaussian distribution has almost no light error in the center region of the reproduced data page, so there is almost no reproduction error rate. It has a problem that increases.
다른 한편, 홀로그래픽 디지털 데이타를 디코딩하는 가장 일반적인 방법은 임계값(reference value)을 이용하는 방식이 있는데, 이 방식은 각 픽셀의 평균이나 0.5값을 이용하는 방식과 국부적인 페이지의 임계값을 이용하는 방식이 있다.On the other hand, the most common method of decoding holographic digital data is to use a reference value, which uses an average or 0.5 value of each pixel and a local page threshold. have.
상기한 임계값 이용 방식 중 전자의 경우는 픽셀의 평균이나 0.5값보다 크면 1로 판독하고, 그보다 작으면 0으로 판독하는 방법이다. 그러나 이 방법의 경우 코드 레이트(code rate)는 높으나 상술한 바와 같은 이유로 인해 재생 에러율(특히, 한 페이지의 모서리 부분에서의 재생 에러율)이 매우 높게 나타나기 때문에 현실적으로 적용이 어렵다는 문제를 갖는다.In the former case of using the threshold value, the former is read as 1 when the average or the value of the pixel is larger than 0.5, and when it is less than 0, the threshold value is read. However, this method has a problem that the code rate is high, but the reproduction error rate (particularly, the reproduction error rate at the corner of one page) is very high due to the above-mentioned reasons, so that it is difficult to apply in reality.
또한 임계값 이용 방식 중 후자(즉, 국부 임계값 이용 방식)의 경우는 한 페이지의 재생신호를 여러 개의 영역으로 분할하고, 분할된 각 영역에 대해 서로 다른 임계값을 적용, 즉 페이지의 중심에 가까울수록 상대적으로 높은 임계값을 적용하고 페이지의 중심으로부터 멀어질수록(즉, 모서리 부분에 근접할수록) 상대적으로 낮은 임계값을 적용하여 1과 0을 판정하는 방식이다. 그러나 이 방법의 경우 코드 레이트가 높고 재생 에러율이 낮다는 장점을 갖는 반면에, 노이즈 패턴의 양상이 다른 경우 여러 시스템간의 호환성이 떨어진다는 문제를 갖는다. 즉, 각 시스템들은 시스템의 특성 및 주변 환경 등에 따라 서로 다른 양상의 노이즈 패턴을 갖게 되는 데, 이와 같이 노이즈 패턴이 서로 다르게 나타나는 시스템들에 규격화된 기준으로 분할한 임계값 기준들을 동일하게 적용하게 되면, 결과적으로 재생 에러율이 증가할 수밖에 없게 되고, 이로 인해 재생 에러율이 증가하게 된다.In the latter method of using a threshold value (that is, using a local threshold value), the playback signal of one page is divided into several regions, and different threshold values are applied to each divided region, that is, at the center of the page. It is a method of determining 1 and 0 by applying a relatively high threshold as it is closer and a relatively low threshold as it moves away from the center of the page (ie, as it is closer to an edge). However, this method has the advantage that the code rate is high and the reproduction error rate is low, while the different noise patterns have a problem of incompatibility between various systems. That is, each system has a different pattern of noise according to the characteristics of the system and the surrounding environment. If the threshold values divided by the standardized standards are applied to the systems in which the noise pattern is different from each other, As a result, the reproduction error rate is inevitably increased, thereby increasing the reproduction error rate.
이에 따라 재생 에러율을 감소시키기 위한 방안이 연구/개발되었다.Accordingly, a method for reducing the reproduction error rate has been researched and developed.
그 한 예로서 미국의 스탠포드 대학에서 제안한 방식(이하, 스탠포드 방식이라 칭함)이 있는 데, 스탠포드 방식은 국부적으로 1이 0보다 큰 것을 이용하여 입력 데이타를 2비트로 변조해서 코딩한 후에 저장 매체에 기록하고, 재생 후에는 인접 픽셀과 광 세기의 증가/감소를 비교하여 디코딩을 수행하는 방식이다. 예를 들어, 01은 0으로, 10은 1로 코딩하여 기록하고 재생 후에는 그 역 과정을 통해 디코딩하는 방식이다.One example is the method proposed by Stanford University in the United States (hereinafter referred to as the Stanford method). The Stanford method locally modulates the input data into 2 bits using 1 greater than 0 and then writes it to a storage medium. After the playback, the decoding is performed by comparing the increase / decrease of the light intensity with adjacent pixels. For example, 01 is coded as 0, 10 is coded as 1, and recorded and decoded after reversing.
이러한 코딩 및 디코딩 방식은 1개의 소스 데이타를 표현하기 위해서는 2개의 픽셀이 소요되므로 코드 레이트는 50%를 나타내게 된다.This coding and decoding method requires two pixels to represent one source data, so that the code rate is 50%.
다른 한 예로 IBM사에서 제안한 하나의 블록(blok)을 설정하고 이 블록내의 1의 개수와 0의 개수가 동일하도록 변조하여 코딩한 후에 저장매체에 기록하고 재생후에는 하나의 블록내에서 각 픽셀의 세기(intensity)를 비교하여 디코딩을 수행하는 방식이다. 따라서 저장매체에 기록되는 데이터의 기록 밀도는 하나의 픽셀에서 나타내는 레벨이 2개(0, 1)이므로 2진 데이터의 표현 가능한 수는 NCN/2 > 2 n이 된다. 예를 들어 N이 4인 경우 4C2=6로 n은 2(22=4)이 되며 이는 4개의 소스 데이터(0, 1, 2, 3)를 표현하기 위하여 4개의 픽셀을 변조시켜야 함을 나타낸다. 또한 N이 6인 경우 6C3=20이고 n은 4(24=16)가 되고 이는 16개의 소스 데이터를 표현하기 위하여 6개의 변조 픽셀이 필요함을 나타낸다. 마찬가지로 N이 8인 경우 8C4=70로 n은 6(26=64)이 되어 64개의 소스 데이터를 표현하기 위하여 8개의 픽셀이 소요됨을 알 수 있다.As another example, one block proposed by IBM is set, modulated so that the number of 1's and 0's in the block is the same, coded, recorded on a storage medium, and after playback, each pixel in a block The decoding is performed by comparing the intensity. Therefore, since the recording density of data recorded on the storage medium has two (0, 1) levels represented by one pixel, the representable number of binary data is N C N / 2 > 2 n . For example, if N is 4, 4 C 2 = 6 and n is 2 (2 2 = 4), which requires 4 pixels to be modulated to represent 4 source data (0, 1, 2, 3). Indicates. In addition, when N is 6, 6 C 3 = 20 and n is 4 (2 4 = 16), indicating that 6 modulation pixels are required to represent 16 source data. Similarly, when N is 8, 8 C 4 = 70 and n becomes 6 (2 6 = 64), indicating that 8 pixels are required to represent 64 source data.
따라서, 종래 기술에 의한 코딩 및 디코딩 방식은 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀의 레벨을 2진 데이타로 변조하기 때문에 코드 레이트를 향상시키는데 한계가 있었다.Therefore, the coding and decoding schemes according to the prior art have a limitation in improving the code rate because they modulate the level of the holographic digital data pixel into binary data.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 저장 매체에 저장되는 데이타를 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조하고 그 역으로 복조함으로써 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, in which N (N≥) of data stored in a storage medium of a holographic digital data storage system, grouping N (N≥3) intensity levels of light of three or more levels. 3) Provides a coding and decoding apparatus of a holographic digital data storage system that can improve the code rate by modulating the bit, but modulating the adjacent bit value in the N-bit data to increase or decrease and vice versa. It is.
본 발명의 다른 목적은 저장 매체에 저장되는 데이타를 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조하고 그 역으로 복조함으로써 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법 및 디코딩 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to modulate data stored in a storage medium into N (N≥3) bits grouped by N (N≥3) light intensity levels of at least three levels, wherein adjacent bit values in the N-bit data are increased or decreased. It is to provide a coding method and a decoding method of a holographic digital data storage system which can improve the code rate by modulating to be reduced and vice versa.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광과 물체 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 홀로그래픽 디지털 데이타를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 장치에 있어서, 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 입력부와, 입력부에서 전달된 페이지 데이타를 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조하고 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 N비트 변조부를 구비한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a holographic digital data storage system comprising: a coding apparatus of a holographic digital data storage system for storing holographic digital data in page units in a storage medium by using reference light and object light separated from a light source; In order to store the input data and the page data transferred from the input data into the storage medium, the intensity level of light of three or more levels is modulated into N (N≥3) bits grouped by N (N≥3) bits, but in N-bit data. And an N-bit modulator that modulates adjacent bit values to increase or decrease and provides modulated N-bit data to the holographic digital data storage system as coded data.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 저장된 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 장치에 있어서, 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 재생하는 CCD와, CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 N비트 복조부와, N비트 복조부에서 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a decoding apparatus of a holographic digital data storage system for reproducing holographic digital data stored in page units on a storage medium by using a reference light separated from a light source, wherein the three levels stored in the storage medium. A CCD for reproducing N (N≥3) -bit modulated data grouping the above-described light intensity levels into N (N≥3) pieces, and determining the light intensity value of each bit in the N-bit data reproduced by the CCD to determine N-bit data. And an N-bit demodulator for demodulating a predetermined holographic digital data value according to an increase / decrease of adjacent bit values, and an output unit for outputting the holographic digital data value demodulated by the N-bit demodulator as a decoding value. It features.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광과 물체 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 홀로그래픽 디지털 데이타를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법에 있어서, 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 단계와, 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조하는 단계와, 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above another object, the present invention provides a coding method of a holographic digital data storage system for storing holographic digital data in page units in a storage medium by using reference light and object light separated from a light source. Receiving the page data and modulating the intensity level of light of three or more levels into N (N≥3) bits grouped into N (N≥3) bits for storing the holographic digital page data in a storage medium, Modulating adjacent bit values to increase or decrease, and providing the modulated N-bit data as coded data to the holographic digital data storage system.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 저장된 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법에 있어서, 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 CCD에서 재생하는 단계와, CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 단계와, 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a decoding method of a holographic digital data storage system for reproducing holographic digital data stored in page units on a storage medium using a reference light separated from a light source. Reproducing the N (N≥3) -bit modulated data in which N (N≥3) groupings of the intensity levels of light above the level are performed by the CCD; determining the light intensity value of each bit in the N-bit data reproduced by the CCD; Demodulating a predetermined holographic digital data value according to an increase / decrease of adjacent bit values in the N-bit data, and outputting the demodulated holographic digital data value as a decoding value.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치를 설명하기 위한 시스템 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은 크게, 코딩부(10)와, 기록 및 재생부(20)와, 디코딩부(30)로 구성된다.1 is a system configuration diagram illustrating a coding and decoding apparatus of a holographic digital data storage system of the present invention. Referring to FIG. 1, the holographic digital data storage system of the present invention is largely composed of a coding unit 10, a recording and reproducing unit 20, and a decoding unit 30.
도 1에서 기록 및 재생부(20)는, 크게 광원(202), 광 분리기(204), 셔터(206, 212), 반사경(208, 216), 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, 210), 저장 매체(218), CCD(220)를 포함한다. 광 분리기(204)에서는 광원(202)의 레이저 빔을 두 개로 분리하므로 광 분리기(204)와 저장 매체(218) 사이에는 다수의 광학계를 포함하는 두 개의 경로, 즉 기준 광 경로(S1)와 물체 광 경로(S2)가 형성된다.In FIG. 1, the recording and reproducing unit 20 includes a light source 202, a light separator 204, shutters 206 and 212, reflectors 208 and 216, a spatial light modulator 210, and storage. Medium 218, CCD 220. The optical separator 204 separates the laser beam of the light source 202 into two, so that the two paths including the plurality of optical systems, that is, the reference optical path S 1 , are formed between the optical separator 204 and the storage medium 218. The object light path S 2 is formed.
먼저, 광 분리기(204)에서는 광원(202)으로부터 입사되는 레이저광을 기준 광과 물체의 물체 광으로 분리되는데, 여기에서 분리된 수직 편광의 기준 광은 기준 광 경로(S1)로 제공되고, 분리된 물체 광은 물체 광 경로(S2)로 제공된다. 이때, 설명의 편의와 이해의 증진을 위해 도 1에서의 상세한 도시는 생략하였으나, 기준 광 경로(S1)에는 기준 광 처리를 위한 다수의 광학 렌즈(예를 들면, 웨이스트 구성 렌즈, 빔 확장기 등)가 구비되며 물체 광 경로(S2) 상에도 물체 광 처리를 위한 별도의 다수의 광학 렌즈(예를 들면, 리이미징 렌즈, 빔 확장기, 필드 렌즈 등)가 구비된다.First, in the light separator 204, the laser light incident from the light source 202 is separated into the reference light and the object light of the object, where the reference light of the vertically polarized light is provided in the reference light path S 1 , The separated object light is provided in the object light path S 2 . In this case, detailed illustration of FIG. 1 is omitted for convenience of description and improvement of understanding, but the reference optical path S 1 includes a plurality of optical lenses (for example, a waist configuration lens, a beam expander, etc.) for reference light processing. ) Is also provided on the object light path S 2 with a number of separate optical lenses (eg reimaging lenses, beam expanders, field lenses, etc.) for object light processing.
기록 방식이 각도 중첩인 경우에 기준 광 경로(S1)상에는 셔터(212), 반사경(216), 액츄에이터(214)가 기준 광의 진행 방향으로 구비된다. 이에 광 분리기(204)로부터 분리되어 셔터(212)의 개구를 통해 입사되는 수직 편광된 기준 광은 광학 렌즈(미도시됨)를 통해 조정되고 임의의 크기로 확장(물체 광의 크기를 커버하기에 충분한 정도의 크기로 확장)되며, 반사경(216)을 통해 기설정된 소정 각도, 예를 들면 기록시의 기록 각 또는 재생을 위해 기설정된 각도로 편향된 후 저장 매체(218)로 입사(조사)된다.When the recording method is angular overlap, the shutter 212, the reflector 216, and the actuator 214 are provided in the direction of travel of the reference light on the reference light path S 1 . The vertically polarized reference light, which is separated from the light separator 204 and is incident through the opening of the shutter 212, is adjusted through an optical lens (not shown) and expanded to an arbitrary size (sufficient to cover the size of the object light). Size), and are deflected through a reflector 216 at a predetermined angle, for example, a recording angle at the time of recording or a predetermined angle for reproduction, and then incident (irradiated) to the storage medium 218.
여기에서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준 광은 각 페이지 단위의 2진 데이타를 저장 매체(218)에 기록할 때마다 액츄에이터(214)를 이용해 반사경(216)을 회전시켜 그 편향 각도를 변화시키는 방법으로 제어되는데, 이러한 기준 광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로그래픽 데이타를 저장 매체(218)에 저장하거나 혹은 저장된 홀로그래픽 데이타를 재생할 수 있다.Here, the reference light used at the time of recording or reproducing rotates the reflector 216 using the actuator 214 to change the deflection angle every time the binary data of each page unit is recorded on the storage medium 218. Controlled by the reference light deflection technique, which may store hundreds to thousands of holographic data in the storage medium 218 or reproduce the stored holographic data.
한편, 물체 광 경로(S2)상에는 셔터(206), 반사경(208), 공간 광 변조기(210)가 물체 광의 진행 방향으로 구비되는데, 셔터(206)는 기록모드 시 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시 차단 상태를 유지한다. 광 분리기(204)로부터 분리되어 셔터(206)의 개구를 통해 입사되는 물체 광은 반사경(208)을 통해 소정의 편향 각도로 반사된 후 공간 광 변조기(210)에 전달된다.On the other hand, the shutter 206, the reflector 208, and the spatial light modulator 210 are provided in the traveling direction of the object light on the object light path S 2 , and the shutter 206 is kept open in the recording mode and reproduced. Maintain blocking state in mode. Object light separated from the light separator 204 and incident through the opening of the shutter 206 is reflected through the reflector 208 at a predetermined deflection angle and then transmitted to the spatial light modulator 210.
공간 광 변조기(210)에서는 반사경(208)으로부터 전달되는 물체 광을코딩부(10)로부터 제공되는 데이타에 따라 픽셀들의 명암을 나타내도록 한 페이지 단위로 변조한다. 예를 들면, 입력 데이타가 한 프레임 단위로 된 영상 데이타일 때 공간 광 변조기(210)로 입사되는 물체 광은 한 프레임 단위의 물체 광으로 변조된다. 이와 같이 변조된 물체 광은 기준 광과 동기를 맞추어 저장 매체(218)로 입사된다.The spatial light modulator 210 modulates the object light transmitted from the reflector 208 in units of one page so as to represent light and dark of pixels according to data provided from the coding unit 10. For example, when the input data is image data in one frame unit, the object light incident on the spatial light modulator 210 is modulated into object light in one frame unit. The object light modulated as described above is incident to the storage medium 218 in synchronization with the reference light.
이에 저장 매체(218)에서는 기록모드시 공간 광 변조기(210)로부터 제공되는 데이타 페이지 단위로 변조된 물체 광과 이에 대응하는 편향각도(θ)를 갖는 기록용 기준 광 사이의 간섭을 통해 얻어지는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 물체 광과 기준 광 사이의 간섭에 의한 간섭 무늬의 강도에 따라 저장 매체(218) 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는 데, 이러한 과정을 통해 저장 매체(218)에 홀로그래픽 데이타의 간섭 무늬가 기록된다.In the storage medium 218, an interference fringe obtained through interference between object light modulated in units of data pages provided from the spatial light modulator 210 and a recording reference light having a corresponding deflection angle θ in the recording mode. Is recorded. That is, the light induced phenomenon of the kinetic charge is generated inside the storage medium 218 according to the intensity of the interference fringe caused by the interference between the modulated object light and the reference light. Interference fringes of the data are recorded.
이에 반하여, 재생 모드시 광 분리기(204)로부터 분리된 재생용 기준 광이 반사경(216)을 통해 반사되어 저장 매체(218)로 조사될 경우, 저장 매체(218)에서는 재생용 기준 광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 재생용 기준 광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 데이타(즉, 바둑판 형상 무늬)를 재생하며, 여기에서 재생된 신호는 CCD(220)로 조사된다. 이어서, CCD(220)에서는 저장 매체(218)로부터 조사되는 재생 신호를 전기적인 신호로 복원한다.In contrast, when the reproduction reference light separated from the optical separator 204 in the reproduction mode is reflected through the reflector 216 and irradiated to the storage medium 218, the storage medium 218 records the reproduction reference light by the reproduction reference light. The interfering interference fringe diffracts the incident reproduction reference light to reproduce one page of data (that is, a checkered pattern) composed of the original pixel contrast, and the reproduced signal is irradiated to the CCD 220. Subsequently, the CCD 220 restores the reproduction signal radiated from the storage medium 218 into an electrical signal.
도 1을 참조하면, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩부(10)는 입력부(102)와, N비트 변조부(104)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the coding unit 10 of the holographic digital data storage system of the present invention includes an input unit 102 and an N-bit modulation unit 104.
여기서 입력부(102)는 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받아 N비트 변조부(104)에 전달한다.The input unit 102 receives the holographic digital page data and delivers the holographic digital page data to the N-bit modulator 104.
N비트 변조부(104)는 입력부(102)에서 전달된 페이지 데이타를 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑된 N(N≥3) 비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조한 후에 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 기록 및 재생부(20)의 공간 광 변조기(210)에 제공한다. 이때 N비트 변조부(104)는 N비트 데이타에 N개 레벨을 구성하는 각 픽셀값들이 인접 픽셀과의 광 세기 차이가 나도록 변조한다. 예를 들어, N이 3개일 경우 3비트 데이타는 0, 1, 2를 조합한 값으로서 012, 010, 020, 021, 120, 121, 101, 102, 201, 202, 212, 210이다. 그리고 N비트 변조부(104)는 N비트 데이타의 각 인접 비트값의 크기 증가/감소가 +…+, +…-, …, -…- 또는 그 역을 갖도록 변조한다. The N-bit modulator 104 modulates the page data transmitted from the input unit 102 into N (N≥3) bits grouped by N (N≥3) light intensity levels, and adjacent bit values in the N-bit data are changed. After modulating to increase or decrease, the modulated N-bit data is provided to the spatial light modulator 210 of the recording and reproducing section 20 as coded data. In this case, the N-bit modulator 104 modulates the pixel values constituting N levels in the N-bit data so that the light intensity of the N-bit data is different from that of adjacent pixels. For example, when N is three, three-bit data is a combination of 0, 1, and 2, which is 012, 010, 020, 021, 120, 121, 101, 102, 201, 202, 212, 210. The N-bit modulator 104 increases or decreases the size of each adjacent bit value of the N-bit data by +. +, +… -,… ,-… -Or modulate to have the inverse
예를 들어, 4개(2N-1)의 소스 데이터를 3개의 광 세기 레벨로 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀을 표현하는 경우(0, 1, 2, 3) N비트 변조부(104)는 우선 3개의 변조 비트를 하나의 그룹으로 묶고 각 그룹에 3 레벨을 구성하는 각 레벨값(0, 1, 2)이 인접 픽셀과 증가 또는 감소하는 광 세기의 차이가 존재하도록 한다. 이에 3비트 변조 데이타는 0, 1, 2를 조합한 값으로서 012, 010, 020, 021, 120, 121, 101, 102, 201, 202, 212, 210으로 총 12개의 변조 데이터 조합수가 만들어진다. 하지만, 본 발명의 N비트 변조부(104)는 총 4개의 소스 데이터를 표현하기 위해서 총 12개의 3비트 변조 데이터내 인접된 비트값의 증가/감소를 비교하여 다음과 같이 변조한다. 즉 0은 광 세기 레벨이 012(++)인 3비트 변조 데이타, 1은 광 세기 레벨이 010/020/021/120/121(+-), 2는 광 세기 레벨이 101/102/201/202/212(-+), 3은 광 세기 레벨이 210(--)인 데이터의 조합으로 변조된다. 따라서 총 4개의 홀로그래픽 디지털 데이타의 변조 데이타가 생성된다. 이때 중복되는 3비트 변조 데이타, 010/020/021/120/121(+-) 또는 101/102/201/202/212(-+)는 어느 하나를 선택하여 사용하는 것이 가능하나 인접 픽셀간의 레벨 차이가 가장 큰 020(+-)와 202(-+)를 사용하는 것이 바람직하다.For example, in the case of representing holographic digital data pixels with four (2 N-1 ) source data at three light intensity levels (0, 1, 2, 3), the N-bit modulator 104 is first 3 The modulation bits are grouped into one group so that each level value (0, 1, 2) constituting three levels in each group has a difference in light intensity that increases or decreases with an adjacent pixel. The three-bit modulated data is a combination of 0, 1, and 2, and a total of 12 modulated data combinations are made of 012, 010, 020, 021, 120, 121, 101, 102, 201, 202, 212, and 210. However, the N-bit modulator 104 of the present invention compares the increase / decrease of adjacent bit values in a total of 12 3-bit modulated data and modulates as follows to represent a total of four source data. That is, 0 is 3-bit modulation data with light intensity level of 012 (++), 1 is light intensity level of 010/020/021/120/121 (+-), and 2 is light intensity level of 101/102/201 / 202/212 (-+), 3 is modulated with a combination of data with a light intensity level of 210 (-). Thus, modulation data of a total of four holographic digital data are generated. At this time, it is possible to select one of the overlapping 3-bit modulated data, 010/020/021/120/121 (+-) or 101/102/201/202/212 (-+), but the level between adjacent pixels It is preferable to use 020 (+-) and 202 (-+) with the largest difference.
만약 8개(2N-1)의 소스 데이터를 4개의 광 세기 레벨로 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀을 표현하는 경우 N비트 변조부(104)는 4개의 변조 비트를 하나의 그룹으로 묶고 각 그룹에 4 레벨을 구성하는 각 레벨값(0, 1, 2, 3)이 인접 픽셀과 증가 또는 감소하도록 변조한다. 4비트 변조 데이타는 0, 1, 2, 3을 조합한 값으로서 0101, 0102, 0103, …, 3230, 3231, 3232으로 총 108개의 변조 데이터의 조합수가 만들어진다. 하지만, 본 발명의 N비트 변조부(104)는 총 8개의 소스 데이터를 표현하기 위하여 총 108개의 4비트 변조 데이터내 인접된 비트값의 크기 증가/감소를 비교하여 다음과 같이 변조한다. 즉 0은 광 세기 레벨이 0123(+++)의 4비트 변조 데이타, 1은 광 세기 레벨이 0120/0121/0130…(++-), 2는 광 세기 레벨이 0101/0102/0103…(+-+), 3은 광 세기 레벨이 0210/0310/0320…(+--), 4는 광 세기 레벨이 1012/1013/1023…(-++), 5는 광 세기 레벨이 1010/1020/1021…(-+-), 6은 광 세기 레벨이 2101/2102/2103…(--+), 7은 광 세기 레벨이 3210(---)인 데이터의 조합으로 변조된다. 따라서 총 8개의 홀로그래픽 디지털 데이타의 변조 데이타가 생성된다. 이때 중복되는 4비트 변조 데이터는 어느 하나를 선택하여 사용이 가능하나 인접 픽셀간의 레벨 차이가 가장 큰 0130 혹은 0230(++-), 0303(+-+), 0310 혹은 0320(+--), 3013 혹은 3023(-++), 3030(-+-), 3103 혹은 3203(--+)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.If 8 (2 N-1 ) source data is represented by holographic digital data pixels at four light intensity levels, the N-bit modulator 104 combines four modulation bits into one group, and each group has 4 bits. Each level value (0, 1, 2, 3) constituting the level is modulated so as to increase or decrease with adjacent pixels. 4-bit modulated data is a combination of 0, 1, 2, 3, and 0101, 0102, 0103,... A total number of 108 modulated data combinations is generated by using 3230, 3231, and 3232. However, the N-bit modulator 104 of the present invention compares the size increase / decrease of adjacent bit values in a total of 108 4-bit modulated data to modulate a total of eight source data as follows. In other words, 0 is 4-bit modulation data of light intensity level 0123 (+++), and 1 is 0120/0121/0130... (++-), 2 means that the light intensity level is 0101/0102/0103... (+-+), 3 means that the light intensity level is 0210/0310/0320... (+-), 4 indicates that the light intensity level is 1012/1013/1023... (-++), 5 means that the light intensity level is 1010/1020/1021... (-+-), 6 means that the light intensity level is 2101/2102/2103... (-+), 7 is modulated with a combination of data with a light intensity level of 3210 (---). Thus, modulation data of a total of eight holographic digital data are generated. At this time, the overlapping 4-bit modulated data can be selected and used, but 0130 or 0230 (++-), 0303 (+-+), 0310 or 0320 (+-), which have the largest level difference between adjacent pixels, Most preferably, 3013 or 3023 (-++), 3030 (-+-), 3103 or 3203 (-+) is used.
그러므로 0, 1, 2, 3, …, 6, 7의 소스 데이터를 4비트 변조 데이타를 이용하여 총 8개의 코딩 데이타로 변조할 수 있다.Therefore 0, 1, 2, 3,... The source data of 6, 7 can be modulated into a total of 8 coded data using 4-bit modulation data.
이상 3비트/4비트 변조로 홀로그래픽 디지털 데이타를 변조하는 과정에 대해 설명하였지만, 본 발명의 N비트 변조부(104)는 5비트 이상으로 데이타를 변조하여 총 2N-1개 홀로그래픽 디지털 데이타를 코딩할 수도 있다.Although the process of modulating holographic digital data with 3 bit / 4 bit modulation has been described above, the N bit modulator 104 of the present invention modulates the data with 5 or more bits, thereby totaling 2 N-1 holographic digital data. You can also code
또한 N비트 변조부(104)는 N비트 데이타를 N-1 회수로 나누어서 기록 및 저장부(20)의 공간 광 변조기(210)에 코딩 입력 데이타를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 3비트 데이타가 012일 경우 2회로 나누어 코딩 입력 데이타를 제공하는데, 우선 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다. 혹은 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다.The N-bit modulator 104 may also provide coding input data to the spatial light modulator 210 of the recording and storage unit 20 by dividing the N-bit data by N-1 times. For example, if the 3-bit data is 012, the coding input data is provided in two divisions. First, 011 may be input and then 001 may be input. Alternatively, you can enter 001 after entering 011.
본 발명의 기록 및 재생부(20)는 공간 광 변조기(210)를 통해서 반사경(208)으로부터 입사되는 물체 광을 N비트 데이타로 코딩하고 픽셀들이 이루는 명암으로 된 데이타의 한 페이지 단위로 변조하여 저장 매체(218)로 조사한다. 따라서, 저장 매체(218)에는 본 발명에 따라 코딩된 홀로그래픽 데이타가 저장된다.The recording and reproducing section 20 of the present invention codes the object light incident from the reflector 208 through the spatial light modulator 210 into N-bit data and modulates and stores it in units of one page of data of light and shade of pixels. Investigate with medium 218. Thus, the storage medium 218 stores holographic data coded according to the present invention.
또한 도 1을 참조하면, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩부(30)는 N비트 복조부(302)와, 출력부(304)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the decoding unit 30 of the holographic digital data storage system of the present invention includes an N-bit demodulation unit 302 and an output unit 304.
여기서, N비트 복조부(302)는 저장 매체(218)에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조 데이타를 CCD(220)에서 재생하여 전달받는다. N비트 복조부(302)는 CCD(220)에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조한다.Here, the N-bit demodulator 302 reproduces the modulation data in the CCD 220 using N (N≥3) bits grouping N (N≥3) intensity levels of three or more levels of light stored in the storage medium 218. I receive it. The N-bit demodulator 302 determines the light intensity value of each bit in the N-bit data reproduced by the CCD 220, and preset holographic digital data value as the adjacent bit value in the N-bit data increases / decreases. Demodulate by
예를 들어, 3개로 그룹핑된 3비트 변조 데이타가 CCD에서 재생될 경우 그룹내의 첫 번째 픽셀과 두 번째 픽셀의 광 세기 차이를 비교하여 증가/감소를 결정하고 같은 방법으로 두 번째 픽셀과 세 번째 픽셀의 광 세기 차이를 비교하여 증가/감소를 결정하여 소스 데이터값으로 복조한다.For example, when three grouped 3-bit modulated data is reproduced on a CCD, the difference between the light intensities of the first and second pixels in the group is compared to determine the increase / decrease, and the second and third pixels in the same way. The difference between the light intensities is determined to determine the increase / decrease and demodulate the source data value.
N이 3일 경우 CCD에서 재생된 3비트 데이타는 3개 레벨을 구성하는 0, 1, 2 레벨 값이 3비트 내에서 증가/증가(++), 증가/감소(+-), 감소/증가(-+), 감소/감소(--)의 4가지 값을 가지게 된다. 그러면 N비트 복조부(302)는 상기 4개의 광 세기 레벨로 구성된 3비트 데이타를 원래 표현된 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀값으로 복조하는데, 3비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가 혹은 감소에 따라 복조한다. 즉, 증가/증가(++)→0, 증가/감소(+-)→1, 감소/증가(-+)→2, 감소/감소(--)→3으로 복조된다.When N is 3, the 3-bit data reproduced by the CCD is increased / increased (++), increased / decreased (+-), and decremented / increased within 3 bits by 0, 1, and 2 level values constituting three levels. It has four values: (-+) and decrease / decrease (-). The N-bit demodulator 302 then demodulates the three-bit data consisting of the four light intensity levels into the originally expressed holographic digital data pixel value, which is demodulated as the adjacent bit values in the three-bit data increase or decrease. . That is, it is demodulated as increase / increase (++) → 0, increase / decrease (+ −) → 1, decrease / increase (− +) → 2, decrease / decrease (−) → 3.
그리고 본 발명의 출력부(304)는 N비트 복조부(302)에서 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력한다.The output unit 304 of the present invention outputs the holographic digital data value demodulated by the N-bit demodulator 302 as a decoding value.
도 2는 본 발명의 코딩 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 소스 데이타를 3비트로 변조하는 예를 나타낸 도면이다. 여기서 N이 3일 경우를 예로 든다.FIG. 2 is a diagram illustrating a coding process of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating an example of modulating source data into 3 bits to explain the coding process of the present invention in detail. For example, the case where N is 3.
우선, 입력부(102)에서 입력된 2N-1의 소스 데이타(0, 1, 2, 3)는 N비트 변조부(104)를 통해 3비트로 변조된다. 예를 들어, 3비트 데이타는 0, 1, 2를 인접 픽셀간 레벨 차이가 나도록 조합한 값으로서 012, 010, 020, 021, 120, 121, 101, 102, 201, 202, 212, 210로 총 12개가 있다.First, 2 N-1 source data (0, 1, 2, 3) input from the input unit 102 are modulated into 3 bits through the N bit modulator 104. For example, 3-bit data is a combination of 0, 1, and 2 so that the level difference between adjacent pixels is 012, 010, 020, 021, 120, 121, 101, 102, 201, 202, 212, 210. There are twelve.
본 발명의 N비트 변조부(104)는 총 6개의 3비트 변조 데이타내에서 인접된 비트값의 증가/감소를 비교하여 소스 데이터값이 0일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 모두 증가하는 012(++)로 변조한다. 그리고 소스 데이터값이 1일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 각각 증가 및 감소하도록 012(++), 010/020/021/120/121(+-)로 변조한다. 그리고 소스 데이터값이 2일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 각각 감소 및 증가하도록 101/102/201/202/212(-+)로 변조한다. 마지막으로 소스 데이터값이 3일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 모두 감소하도록 210(--)으로 변조된다. 중복되는 3비트 변조 데이타, 010/020/021/120/121(+-) 또는 101/102/201/202/212(-+)는 어느 하나만을 사용하기 때문에 총 4개의 홀로그래픽 디지털 데이타의 변조 데이타가 생성된다.The N-bit modulator 104 of the present invention compares the increase / decrease of adjacent bit values in total six 3-bit modulated data. When the source data value is 0, all adjacent bit values of the 3-bit modulated data increase. Modulates to 012 (++). When the source data value is 1, the adjacent bit values of the 3 bit modulated data are modulated to 012 (++) and 010/020/021/120/121 (+-) to increase and decrease the respective bit values. When the source data value is 2, the adjacent bit values of the 3 bit modulated data are modulated to 101/102/201/202/212 (-+) so as to decrease and increase, respectively. Finally, if the source data value is 3, it is modulated to 210 (-) so that all adjacent bit values of the 3 bit modulated data are reduced. Modulation of a total of four holographic digital data because only three bits of overlapping modulation data, 010/020/021/120/121 (+-) or 101/102/201/202/212 (-+), are used The data is generated.
도 4는 본 발명의 디코딩 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 디코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 3비트 데이타를 소스 데이타로 복조하는 예를 나타낸 도면이다. 여기서 N이 3일 경우를 예로 든다.4 is a diagram illustrating a decoding process of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating an example of demodulating 3-bit data into source data in order to explain the decoding process of the present invention in detail. For example, the case where N is 3.
CCD에서 재생된 3비트 데이타는 3개 레벨을 구성하는 0, 1, 2 레벨 값으로 이루어지며, 인접 픽셀간의 광 세기 차이가 존재하는 012(++), 010/020/021/120/121(+-), 101/102/201/202/212(-+), 210(--)이다. 그러면 N비트 복조부(302)는 상기 4개의 3비트 데이타를 원래 광 세기 레벨로 표현된 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀값으로 복조한다.The 3-bit data reproduced by the CCD is composed of 0, 1, and 2 level values constituting three levels, and 012 (++) and 010/020/021/120/121 (where light intensity differences exist between adjacent pixels). +-), 101/102/201/202/212 (-+), 210 (-). N-bit demodulator 302 then demodulates the four 3-bit data into a holographic digital data pixel value expressed at the original light intensity level.
이때, 3비트 데이타내에서 인접된 비트값의 크기가 증가/감소되는지를 비교하여 코딩 과정의 역으로 복조한다. 즉 3비트 변조 데이터가 012(++)일 경우 인접된 비트값이 모두 증가하므로 소스 데이터를 0으로 복조한다. 3비트 변조 데이터가 010/020/021/120/121(+-)일 경우 인접된 비트값이 각각 증가 및 감소하므로 소스 데이터를 1로 복조한다. 그리고 3비트 변조 데이터가 101/102/201/202/212(-+)일 경우 인접된 비트값이 각각 감소 및 증가하므로 소스 데이터를 2로 복조한다. 마지막으로 3비트 변조 데이터가 210(--)일 경우 인접된 비트값이 모두 감소하므로 소스 데이터를 3으로 복조한다.In this case, demodulation is performed in reverse of the coding process by comparing whether the size of adjacent bit values in the 3-bit data is increased or decreased. That is, when the 3-bit modulated data is 012 (++), since all adjacent bit values increase, the source data is demodulated to zero. If the 3-bit modulated data is 010/020/021/120/121 (+-), since adjacent bit values increase and decrease, respectively, demodulate the source data to 1. When the 3-bit modulated data is 101/102/201/202/212 (-+), since adjacent bit values decrease and increase, respectively, demodulate the source data to 2. Finally, if the 3-bit modulated data is 210 (-), since all adjacent bit values are reduced, the source data is demodulated to 3.
도 6은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 코딩 방법은 다음과 같이 처리된다.6 is a flowchart illustrating a coding method of the holographic digital data storage system of the present invention. Referring to Fig. 6, the coding method of the present invention is processed as follows.
도 1에 미도시되어 있지만, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 마이크로 컨트롤러는 데이타 기록 모드인지를 판단한다. 기록 모드일 경우 데이터 코딩 명령이 입력되는지를 판단한다.(S10)Although not shown in Figure 1, the microcontroller of the holographic digital data storage system of the present invention determines whether it is in a data recording mode. In the recording mode, it is determined whether a data coding command is input (S10).
S10의 판단 결과, 코딩 명령이 입력될 경우 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩부(10)는 입력부(102)를 통해 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는다.(S12)As a result of the determination in S10, when a coding command is input, the coding unit 10 of the holographic digital data storage system receives the holographic digital page data through the input unit 102 (S12).
그리고 코딩부(10)는 N비트 변조부(104)를 통해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조한다.(S14)The coding unit 10 modulates the intensity levels of three or more levels of light into N (N≥3) bits grouped by N (N≥3) pieces through the N-bit modulator 104, but adjacent bit values in the N-bit data are modulated. It modulates to increase or decrease (S14).
이와 같이 코딩부(10)를 통해 변조된 N(N≥3)비트 데이타는 공간 광 변조기(210)를 통해서 픽셀들의 명암을 나타내도록 한 페이지 단위로 변조한다. 그리고 변조된 광은 저장 매체(218)에 기록된다.(S16)As described above, the N (N ≧ 3) bit data modulated by the coding unit 10 is modulated in units of one page so as to represent contrast of pixels through the spatial light modulator 210. The modulated light is recorded in the storage medium 218 (S16).
한편, 코딩부(10)를 통해 변조된 N(N≥3)비트 데이타는 N-1 회수로 나누어서 공간 광 변조기(210)에 입력될 수 있다. 예를 들어, 3비트 데이타가 012일 경우 2회로 나누어 코딩 입력 데이타를 제공하는데, 우선 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다. 혹은 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다.Meanwhile, N (N ≧ 3) bit data modulated by the coding unit 10 may be divided into N−1 times and input to the spatial light modulator 210. For example, if the 3-bit data is 012, the coding input data is provided in two divisions. First, 011 may be input and then 001 may be input. Alternatively, you can enter 001 after entering 011.
도 7은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 디코딩 방법은 다음과 같다.7 is a flowchart illustrating a decoding method of the holographic digital data storage system of the present invention. 7, the decoding method of the present invention is as follows.
도 1에 미도시되어 있지만, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 마이크로 컨트롤러는 데이타 재생 모드인지를 판단한다. 재생 모드일 경우 마이크로 컨트롤러는 데이터 디코딩 명령이 입력되는지를 판단한다.(S20)Although not shown in FIG. 1, the microcontroller of the holographic digital data storage system of the present invention determines whether it is in data playback mode. In the playback mode, the microcontroller determines whether a data decoding command is input (S20).
S20의 판단 결과, 디코딩 명령이 입력될 경우 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은 저장 매체(218)에 기록된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 CCD(220)에 재생한다.(S22) 이때, 저장 매체(218)에 기록된 데이타는 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타이다.As a result of the determination of S20, when the decoding command is input, the holographic digital data storage system modulates N (N≥3) bits of N (N≥3) groups of N (N≥3) intensity levels of three or more levels of light recorded on the storage medium 218. The data is reproduced to the CCD 220 (S22). At this time, the data recorded on the storage medium 218 is N (N≥3) bit modulated data in which N (N≥3) groups of three or more light intensity levels are grouped. to be.
본 발명의 디코딩부(30)는 N비트 복조부(302)를 통해 CCD(220)에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조한다.(S24)The decoding unit 30 of the present invention determines the light intensity value of each bit in the N-bit data reproduced by the CCD 220 through the N-bit demodulator 302, and the adjacent bit value in the N-bit data is increased / The demodulation is carried out according to the preset holographic digital data value (S24).
그런 다음 디코딩부(30)는 출력부(304)를 통해 원래 홀로그래픽 디지털 데이타의 픽셀 값으로 복조된 값을 디코딩 데이타로 출력한다.(S26)Then, the decoding unit 30 outputs the value demodulated to the pixel value of the original holographic digital data through the output unit 304 as decoded data (S26).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 저장 매체에 저장되는 데이타를 N(N≥3)비트 이상으로 변조하되, 소스 데이타의 인접된 비트값의 차이를 이용하여 변조하고 그 역으로 복조함으로써 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention modulates the data stored in the storage medium of the holographic digital data storage system to N (N≥3) bits or more, but modulates using the difference between adjacent bit values of the source data and vice versa. By demodulating in this way, the code rate can be improved.
본 발명은 소스 데이터를 2N-1의 광 세기 레벨을 갖도록 설정할 경우 총 N비트로 변조가 가능하다. 즉 N이 3일 경우 4개의 소스 데이터를 3비트로 변조가 가능하다. 하지만, 종래 스탠포드 방식을 사용하면 2진 데이터로 2N-1개 광 세기 레벨을 갖는 소스 데이터를 변조하기 위해서는 2N-2개의 비트수가 필요하다. 즉 4개의 소스 데이터를 표현하기 위해서는 총 2×3-2=4개 비트가 필요하다. 또 다른 예로서 본 발명에서 N이 4일 경우 8개의 소스 데이터를 표현하고자할 경우 4비트로 변조가 가능하다. 하지만 종래에는 8개의 소스 데이터를 표현하기 위해서 총 6비트가 요구된다.In the present invention, when the source data is set to have a light intensity level of 2 N-1 , modulation is possible in total N bits. That is, when N is 3, four source data can be modulated with 3 bits. However, using the conventional Stanford method, 2N-2 bits are required to modulate source data having 2 N-1 light intensity levels with binary data. In other words, 2x3-2 = 4 bits are required to represent four source data. As another example, in the present invention, when N is 4, modulation of 4 bits is possible when 8 source data are to be represented. However, conventionally, a total of six bits are required to represent eight source data.
그러므로 본 발명은 종래보다 변조 비트수를 줄여 소스 데이터를 변조할 수 있기 때문에 코드 레이트를 향상시킬 수 있다.Therefore, since the present invention can modulate the source data by reducing the number of modulation bits, the code rate can be improved.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
도 1은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치를 설명하기 위한 시스템 구성도,1 is a system configuration diagram for explaining an apparatus for coding and decoding a holographic digital data storage system of the present invention;
도 2는 본 발명의 코딩 과정을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a coding process of the present invention;
도 3은 본 발명의 코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 소스 데이타를 3비트로 변조하는 예를 나타낸 도면,3 is a view showing an example of modulating the source data to 3 bits in order to explain in detail the coding process of the present invention;
도 4는 본 발명의 디코딩 과정을 설명하기 위한 도면,4 is a view for explaining a decoding process of the present invention;
도 5는 본 발명의 디코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 3비트 데이타를 소스 데이타로 복조하는 예를 나타낸 도면,5 is a diagram illustrating an example of demodulating 3-bit data into source data in order to explain the decoding process of the present invention in detail.
도 6은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법을 나타낸 흐름도,6 is a flowchart illustrating a coding method of the holographic digital data storage system of the present invention;
도 7은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법을 나타낸 흐름도.7 is a flowchart illustrating a decoding method of the holographic digital data storage system of the present invention.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
10 :코딩부 20 : 기록 및 재생부10: coding section 20: recording and playback section
30 :디코딩부 102 : 입력부30: decoding unit 102: input unit
104 : N비트 변조부 202 : 광원104: N-bit modulator 202: light source
204 : 광 분리기 206, 212 : 셔터204: optical separator 206, 212: shutter
208, 216 : 반사경 210 : 공간 광 변조부208, 216: reflector 210: spatial light modulator
214 : 액츄에이터 218 : 저장 매체214: actuator 218: storage medium
220 : CCD 302 : N비트 복조부220: CCD 302: N-bit demodulation unit
304 : 출력부304: output section
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