KR100536727B1 - Data modulation method in holographic data storage system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 데이터 저장 및 재생 방법에 관한 것으로, 임의의 원본 데이터 스트림을 기설정 비트 단위로 추출하는 단계와, 추출된 데이터를 변조하되, 기설정 비트 단위에 대응하는 변조 코드 테이블을 참조하여 오프-픽셀(Off pixel)의 정보 개수가 온-픽셀(On pixel)의 정보 개수보다 많도록 설정하는 단계와, 변조된 데이터를 2진 페이지 형태의 데이터로 저장되도록 2D로 재구성하는 단계와, 재구성된 2D 2진 데이터를 저장 물질에 저장하는 단계와, 저장된 페이지 단위의 데이터를 CCD로 검출하는 단계와, 검출된 데이터를 상기 기설정 비트 단위로 추출하는 단계와, 추출된 데이터를 변조 코드 테이블을 참조하여 원래의 데이터로 복원하는 단계와, 데이터 스트림으로 재구성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 기록 및 복원시에 데이터의 에러율을 줄일 수 있으며, 기존의 변조 기법에 비해 코드율을 늘어나지 않으므로 추가 비용이 들지 않는 효과가 있다.The present invention relates to a method of storing and reproducing data in a holographic data storage system, comprising: extracting an arbitrary original data stream on a predetermined bit basis, modulating the extracted data, and modulating a corresponding bit unit Setting the number of off-pixel information more than the number of on-pixel information with reference to the code table, and reconstructing the modulated data in 2D so that the modulated data is stored as binary page data. Storing the reconstructed 2D binary data in a storage material, detecting the stored page unit data with a CCD, extracting the detected data in the predetermined bit unit, and extracting the extracted data. Reconstructing the original data with reference to the modulation code table, and reconstructing the data stream. According to the present invention, it is possible to reduce the error rate of data when recording and restoring the holographic data storage system, and does not increase the code rate as compared to the existing modulation scheme, thereby incurring an additional cost.
Description
본 발명은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에 관한 것으로, 특히 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 기록 및 재생시의 효율을 높일 수 있도록 데이터를 변조하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 데이터 저장 및 재생 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a holographic data storage system, and more particularly, to a data storage and reproduction method in a holographic data storage system that modulates data so as to increase the efficiency of recording and reproduction of the holographic data storage system.
홀로그래픽 데이터 저장 시스템은 정보가 저장된 신호광과 기준광을 서로 간섭시킬 때 발생하는 간섭 무늬를 저장 물질에 저장시키는 것으로, 기준광의 각도를 변화시키는 방법 등에 의해 동일한 장소에 수백, 수천 장의 간섭 무늬를 저장시키고 재생시킬 수 있다.The holographic data storage system stores the interference fringes generated when the information light and the reference light interfere with each other in the storage material, and stores hundreds or thousands of interference fringes in the same place by changing the angle of the reference light. Can be regenerated
일반적인 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서는 동일한 공간에 기록되는 2진 데이터의 페이지가 많아질수록 기록과 재생시의 신호 대 잡음비가 높아지게 되며, 특히 저장 물질에 저장된 "온-픽셀(On pixel)"이 많을수록 신호 대 잡음비는 높아진다. 이는 온-픽셀에 의하여 저장 물질에 기록된 간섭 무늬 때문에 기록과 재생시에 원하지 않는 산란, 회절이 일어나기 때문이다.In a typical holographic data storage system, the more pages of binary data recorded in the same space, the higher the signal-to-noise ratio during recording and playback. In particular, the more "on pixels" stored in the storage material, the more The noise ratio is high. This is because unwanted scattering and diffraction occur during recording and reproduction due to interference fringes recorded on the storage material by on-pixels.
통상적인 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서 데이터를 저장 또는 기록할 때에는 하나의 2진 데이터 페이지내에 동일한 수의 온-픽셀과 "오프-픽셀(Off pixel)"이 포함되도록 원본 데이터를 변조하여 사용하고 있다.In conventional holographic data storage systems, original data is modulated and used such that the same number of on-pixels and " off pixels " are included in one binary data page.
즉, 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서는 온/오프-픽셀 정보가 포함된 신호광과 기준광의 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도에 반응하는 저장 물질에 기록하며, 재생시에는 기록시의 기준 광을 저장 물질에 조사하여 저장 물질에 기록된 간섭 무늬와의 회절에 의해 저장한 신호광이 재생되어 나오게 된다.That is, in the holographic data storage system, the interference fringes of the signal light and the reference light including on / off-pixel information are recorded in the storage material reacting to the intensity of the interference fringe, and during reproduction, the reference light at the time of recording is irradiated to the storage material. The stored signal light is reproduced by diffraction with the interference fringe recorded in the storage material.
신호광의 온/오프 정보중에 온-픽셀이 많은 경우에는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 특징인 중첩 기록시에 간섭 무늬의 영향으로 인해 기록 효율이 떨어지게 된다.When there are many on-pixels among the on / off information of the signal light, the recording efficiency decreases due to the influence of interference fringes in the superposition recording, which is a characteristic of the holographic data storage system.
반대로 재생시에는 중첩 기록된 온-픽셀의 간섭 무늬의 영향으로 재생 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생한다.On the contrary, during reproduction, a problem occurs that the reproduction efficiency is lowered due to the interference fringes of the over-recorded on-pixels.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 구현한 것으로, 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 데이터 기록 및 재생시에 온-픽셀의 개수가 오프-픽셀의 개수보다 적도록 데이터를 변조하도록 한 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 데이터 변조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been implemented to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is a holographic graphic that modulates data such that the number of on-pixels is smaller than the number of off-pixels during data recording and playback in a holographic data storage system. It is an object of the present invention to provide a data modulation method in a data storage system.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 데이터 저장 및 재생 방법에 있어서, 임의의 원본 데이터 스트림을 기설정 비트 단위로 추출하는 단계와, 추출된 데이터를 변조하되, 기설정 비트 단위에 대응하는 변조 코드 테이블을 참조하여 오프-픽셀(Off pixel)의 정보 개수가 온-픽셀(On pixel)의 정보 개수보다 많도록 설정하는 단계와, 변조된 데이터를 2진 페이지 형태의 데이터로 저장되도록 2D로 재구성하는 단계와, 재구성된 2D 2진 데이터를 저장 물질에 저장하는 단계와, 저장된 페이지 단위의 데이터를 CCD로 검출하는 단계와, 검출된 데이터를 상기 기설정 비트 단위로 추출하는 단계와, 추출된 데이터를 변조 코드 테이블을 참조하여 원래의 데이터로 복원하는 단계와, 데이터 스트림으로 재구성하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서의 데이터 저장 및 재생 방법을 제공한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, in the data storage and playback method in the holographic data storage system, extracting any original data stream by a predetermined bit unit, and extracting the extracted data Modulating, by setting the number of information of the off-pixel more than the number of information of the on-pixel by referring to a modulation code table corresponding to a predetermined bit unit; Reconstructing in 2D to store the data in the form of a true page; storing the reconstructed 2D binary data in a storage material; detecting data in units of stored pages with a CCD; and detecting the detected data in the preset Extracting bit by bit, restoring the extracted data to original data by referring to the modulation code table, Alone comprising the step of the configuration provides a data recording and playback method in a graphic data storage system.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 도 1은 데이터를 홀로그래픽 저장 시스템에 저장하는 과정을 나타낸다.First, FIG. 1 illustrates a process of storing data in a holographic storage system.
도시한 바와 같이, 데이터 스트림 입력 블록(100)을 통한 데이터 스트림은 추출 블록(102)에서 변조하고자 하는 단위 비트(예를 들어 4비트, 5비트, 6비트 등)로 추출된 후, 그 결과 데이터가 변조 블록(104)으로 전송된다.As shown, the data stream through the data stream input block 100 is extracted into unit bits (e.g., 4 bits, 5 bits, 6 bits, etc.) to be modulated in the extraction block 102, and then the resulting data. Is sent to the modulation block 104.
변조 블록(104)에서는 해당하는 변조 비트 크기에 따라 사전 설정해 놓은 변조 코드 테이블(106)을 참조하여 1:1로 매핑하게 된다.In the modulation block 104, the modulation block 104 is mapped 1: 1 by referring to a preset modulation code table 106 according to a corresponding modulation bit size.
이를 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail as follows.
도 3은 예를 들면 3비트 데이터를 5비트 데이터로 불균일 변조하기 위해 저장하는 원본 데이터 스트림을 예시한 것이다.3 illustrates an original data stream that stores, for example, non-uniform modulation of 3-bit data into 5-bit data.
이러한 원본 데이터를 3비트씩 잘라서 변조를 행한다. 이때, 본 실시예에서는 오프-픽셀의 정보가 온-픽셀의 정보보다 많도록 변조를 행한다.The original data is cut by three bits and modulated. At this time, in this embodiment, modulation is performed so that the information of the off-pixel is larger than the information of the on-pixel.
도 4는 3비트의 데이터를 5비트의 데이터로 변조한 것을 예시적으로 나타낸다.4 exemplarily shows that 3-bit data is modulated into 5-bit data.
도 4에서 밝은 부분은 온-픽셀을 나타내고 어두운 부분은 오프-픽셀을 나타낸다.In FIG. 4, the bright parts represent on-pixels and the dark parts represent off-pixels.
도 4에 도시한 바와 같이, 3비트 데이터가 5비트의 데이터로 변조된 후에는 오프-픽셀의 개수가 온-픽셀의 개수보다 많게 됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, it can be seen that after the 3-bit data is modulated with 5-bit data, the number of off-pixels becomes larger than the number of on-pixels.
따라서, 데이터 페이지 중에서 온-픽셀에 의한 간섭 무늬의 양이 적어지게 되므로 보다 나은 신호대 잡음비로 저장하고 재생해 낼 수 있다.Therefore, the amount of interference fringes caused by on-pixels in the data page is reduced, so that it can be stored and reproduced with a better signal-to-noise ratio.
이처럼 변조 후에 온-픽셀의 개수가 오프-픽셀의 개수보다 적게 된다면, 신호대 잡음비는 좋아지게 되지만, 변조시에 원래의 데이터 스트림에서 몇 개의 비트가 더 추가되기 때문에 변조되기 전의 원래의 데이터 양보다 변조된 후의 데이터 양이 더 늘어나게 된다. 이때, 변조되기 전의 원래의 데이터 양과 변조 후 데이터 양의 비를 코드율이라고 한다. 코드율의 증가는 곧 변조된 한 페이지의 데이터 중에서 실제 복조되어 얻어지는 데이터가 상대적으로 줄어든다는 것을 의미하므로, 보다 높은 코드율을 얻기 위해 다음 수학식 1의 과정을 수행한다.If the number of on-pixels after modulation is less than the number of off-pixels after this modulation, the signal-to-noise ratio will be better, but the modulation will be modulated than the original amount of data before being modulated because a few more bits are added to the original data stream during modulation. After that, the amount of data increases. In this case, the ratio of the original amount of data before modulation and the amount of data after modulation is referred to as a code rate. The increase in the code rate means that the data obtained by actually demodulating among the modulated one-page data is relatively reduced. Therefore, the following Equation 1 is performed to obtain a higher code rate.
수학식 1에서 N은 변조될 데이터의 크기이고, M은 변조할 원본 데이터 스트림의 비트 수이다.In Equation 1, N is the size of data to be modulated, and M is the number of bits of the original data stream to be modulated.
위의 식에서 부등호 좌측의 양은 N비트의 변조 데이터중에 온-픽셀의 개수가 작은 경우의 수를 나타내며, 부등호의 우측은 변조할 M비트의 원본 데이터 스트림이 표현 가능한 데이터의 양을 나타내고 있다.In the above equation, the left side of the inequality sign represents the number of cases where the number of on-pixels is small in the N-bit modulation data, and the right side of the inequality sign represents the amount of data that can be represented by the M-bit original data stream to be modulated.
다음 표 1은 변조 코드의 비트수(N)와 최대 변조될 데이터 스트림의 비트수(M)를 나타내고 있다. 더불어 최대의 경우에 각각의 코드율을 보여주고 있다.Table 1 below shows the number of bits N of the modulation code and the number M of bits of the data stream to be modulated. In addition, each code rate is shown in the maximum case.
[표 1]TABLE 1
본 발명에서는 코드율은 기존의 밸런스(balanced) 변조 코드인 6:8, 8:10 코드와 동일하면서 온-픽셀의 개수가 적게 되므로 보다 나은 신호대 잡음비를 얻을 수 있게 된다.In the present invention, the code rate is the same as that of the conventional balanced modulation code, 6: 8 and 8:10 codes, and the number of on-pixels is reduced, so that a better signal-to-noise ratio can be obtained.
다음 수학식 2는 통상의 홀로그래픽 저장 물질에서의 페이지 단위의 기록시 회절 효율을 보여준다.Equation 2 shows the diffraction efficiency when recording in units of pages in a typical holographic storage material.
수학식 2에서 P_on은 온-픽셀일 확률을 나타낸다. 또한 M은 저장 물질에 저장된 페이지 데이터의 개수를 나타내고 있다.In Equation 2, P_on represents the probability of being on-pixel. M represents the number of page data stored in the storage material.
수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 홀로그램을 저장하는 저장 물질 내에서의 회절 효율은 기록된 데이터의 수가 많아질수록 떨어지며, 또한 온-픽셀이 나타날 확률이 많아질수록 떨어지게 된다.As can be seen from Equation 2, the diffraction efficiency in the storage material storing the hologram decreases as the number of recorded data increases, and also decreases as the on-pixel probability increases.
수학식 1을 만족하는 범위에서 데이터 스트림의 추출 데이터 크기와 변조 후의 데이터 크기를 자유롭게 선정할 수 있으며, 이때 변조 코드 표는 수학식 1의 부등호 우측의 가지 수 만큼 사용자가 자유롭게 선정할 수 있다. 단, 「온-비트수〈 오프-비트수」의 등식을 만족하도록 선정한다.The extracted data size of the data stream and the data size after modulation can be freely selected within the range satisfying Equation 1, and the modulation code table can be freely selected by the user as many as the number of branches to the right of the inequality sign of Equation 1. However, selection is made so as to satisfy the equation of " on-bit number < off-bit number ".
이렇게 변조된 데이터는 홀로그래픽 저장 시스템에 2진 페이지 형태의 데이터로 저장되도록 2D 데이터 페이지 재구성 블록(108)으로 전송되고, 2D 데이터 페이지 재구성 블록(108)을 통한 2D 2진 페이지는 도시 생략된 SLM(공간 광 변조기)에 의해 온/오프의 광 정보로 변환되어 저장 물질에 저장되게 된다.The modulated data is transmitted to the 2D data page reconstruction block 108 to be stored as data in binary page form in the holographic storage system, and the 2D binary page through the 2D data page reconstruction block 108 is not shown. (Spatial light modulator) is converted into on / off light information and stored in the storage material.
도 2는 저장된 데이터가 재생되는 과정을 나타낸다.2 shows a process in which stored data is reproduced.
도 2에 도시한 바와 같이, 저장 데이터 페이지 입력 블록(200)을 통해 저장되어 있던 페이지 단위의 데이터가 CCD에 의해 검출되어 나오게 되는데, 이렇게 CCD로부터 출력된 데이터는 추출 블록(202)을 통해 기본 변조 비트 단위로 데이터가 다시 잘라져 복조 블록(204)으로 전송된다.As shown in FIG. 2, the data of the page unit stored through the stored data page input block 200 is detected by the CCD, and the data output from the CCD is subjected to basic modulation through the extraction block 202. The data is cut back in bits and transmitted to the demodulation block 204.
복조 블록(204)에서는 도 1에서 언급한 바와 같은 변조 코드 테이블(206)을 이용하여 원래의 데이터로 복원해 낸다.In the demodulation block 204, the original data is restored using the modulation code table 206 as mentioned in FIG.
이렇게 복원된 데이터는 데이터 스트림 재구성 블록(208)으로 제공되며, 데이터 스트림 재구성 블록(208)에서는 다시 원래의 데이터 스트림 형태로 변환하게 된다.The recovered data is provided to the data stream reconstruction block 208, which is then converted back to the original data stream form.
본 발명에 의하면, 온-픽셀에 의한 광의 간섭 무늬의 양이 줄어들게 되며 다른 페이지의 신호광을 중복 저장할 경우 이전에 기록된 간섭 무늬에 의한 영향을 줄일 수 있다. 또한, 데이터 재생시에도 신호의 잡음을 줄일 수 있다. 따라서, 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 기록 및 복원시에 데이터의 에러율을 줄일 수 있으며, 기존의 변조 기법에 비해 코드율을 늘어나지 않으므로 추가 비용이 들지 않는 효과가 있다.According to the present invention, the amount of interference fringes of light by on-pixels is reduced, and when the signal light of another page is repeatedly stored, the influence of the previously recorded interference fringes can be reduced. In addition, the noise of the signal can be reduced even during data reproduction. Therefore, the error rate of the data can be reduced when recording and restoring the holographic data storage system, and since the code rate is not increased compared to the existing modulation scheme, there is no additional cost.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although this invention was concretely demonstrated based on the Example, this invention is not limited to this Example, Of course, various changes are possible within the range which does not deviate from the summary.
도 1은 본 발명에 따른 변조 기법이 적용되는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 데이터 저장 과정을 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining a data storage process of a holographic data storage system to which a modulation technique according to the present invention is applied;
도 2는 본 발명에 따른 변조 기법이 적용되는 홀로그래픽 데이터 저장 시스템의 데이터 재생 과정을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a data reproduction process of the holographic data storage system to which the modulation technique according to the present invention is applied;
도 3은 홀로그래픽 데이터 저장 시스템에서 저장되는 원본 데이터 스트림 구조를 예시한 도면,3 is a diagram illustrating an original data stream structure stored in a holographic data storage system;
도 4는 본 발명에 따라 도 3의 원본 데이터를 변조한 후의 데이터 스트림 구조.4 is a data stream structure after modulating the original data of FIG. 3 in accordance with the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100 : 데이터 스트림 입력 블록 102 : 추출 블록(M비트)100: data stream input block 102: extraction block (M bits)
104 : 변조 블록(N비트) 106, 206 : 변조 코드 테이블104: modulation block (N bits) 106, 206: modulation code table
108 : 2D 데이터 페이지 재구성 블록108: 2D data page reconstruction block
200 : 저장 데이터 페이지 입력 블록 202 : 추출 블록(N비트)200: Saved data page input block 202: Extraction block (N bits)
204 : 복조 블록(M비트) 208 : 데이터 스트림 재구성 블록204: demodulation block (M bits) 208: data stream reconstruction block
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