KR100579587B1 - 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CCD에서 출력되는 m 비트 중에서 상위 k 비트를 논리 연산을 이용하여 k-1비트로 압축함으로써, 포함 가능한 하위 비트수를 늘릴 수 있어 BER 손실을 최소화시킴과 동시에 데이터 처리 속도를 향상시키기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은, 반사경에 의해 반사되어 소정 편향각으로 저장매체에 입사되는 기록용 기준광과 외부 입력 데이터에 의해 변조된 신호광에 의해 생성되는 간섭 무늬를 저장매체에 기록하고, 편향각으로 입사되는 재생용 신호광에 의해 출력되는 간섭 무늬를 m 비트로 변환하여 출력하는 CCD를 포함하는 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템의 재생 데이터 압축 장치에 있어서, 변환되어 출력되는 m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하고, m 비트 중에서 상위 k 비트를 하기 압축기에 제공하고 남은 m-j-k 비트를 출력하는 디먹스와, 디먹스로부터 제공되는 상위 k 비트를 l(l<k) 비트로 압축하여 출력하는 압축기와, 압축기에서 출력되는 l 비트와 디먹스에서 출력되는 m-j-k 비트를 합쳐서 n 비트(l+m-j-k 비트)를 출력하는 먹스를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 홀로그래픽 데이터 재생 시 데이터에 영향을 주지 않은 상위 m 비트를 압축하여 삭제될 하위 비트의 수를 줄임으로써, BER 손실을 최소화시킬 수 있다.

Description

홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치 및 방법{A METHOD AND APPARATUS COMPRESSING HOLOGRAPHIC DATA}
도 1은 종래의 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템을 나타내는 블록 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치를 도시한 블록 구성도이고,
도 3은 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치에서 압축기의 내부를 도시한 예시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축 과정을 설명하기 예시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축에 따른 비트 변화를 도시한 예시도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
114 : 저장매체 116 : CCD
210 : 디먹스 220 : 압축기
220a, 220b : 제 1, 2 연산기 230 : 먹스
본 발명은 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템(Holographic Digital Data Storage and Reproducing System)에 관한 것으로, 저장매체에서 출력되는 데이터를 압축하여 처리하는 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 홀로그래픽 데이터 저장을 이용한 기술 분야는, 예를 들면 반도체 레이져, CCD(Charge Coupled Device), LCD(Liquid Crystal Display) 등의 눈부신 발전에 힘입어 도처에서 활발하게 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구의 결과로서 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템 등이 실용화되고 있을 뿐만 아니라, 대용량의 저장 능력과 초고속 데이터 전송 속도의 장점을 응용할 수 있는 여러 분야로 확대되어 가고 있는 추세에 있다.
상기한 바와 같은 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템은 대상 물체로부터의 신호광과 기준광을 서로 간섭시킬 때 발생하는 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도(Amplitude)에 민감하게 반응하는 저장매체, 예를 들면 광 굴절성(photorefractive) 폴리머 등의 저장매체에 기록하는 것으로, 기준광의 각도를 변화시키는 방법 등에 의해 신호광의 강도 및 위상까지도 기록함으로서, 물체의 3차원 상을 표시할 수 있고, 또한 2진 데이터로 된 페이지(page) 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그램을 동일 장소에 저장할 수 있다.
도 1은 신호광과 기준광 간의 간섭을 이용하여 3차원상의 홀로그램 데이터( 즉, 간섭 무늬)를 저장매체에 저장하고, 저장매체에 저장된 3차원상의 홀로그램 데이터를 재생하는 종래 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템의 전체 계통도이고, 도 2는 종래의 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템에서 저장매체의 수축 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템은 홀로그래피에서 요구되는 레이져 광을 발생하는 광원(100)과 3차원상의 홀로그램 데이터(즉, 간섭 무늬)를 저장하는 저장매체(110)를 포함하며, 이러한 광원(100)과 저장매체(110) 사이에는 각 광학계를 포함하는 두 개의 경로, 즉 신호광 처리 경로(S1)와 기준광 처리 경로(S2)가 형성된다.
도 1을 참조하면, 광 분리기(102)에서는 광원(100)으로부터 발생하여 입사하는 레이저 광을 기준광과 신호광으로 분리하는데, 여기에서 분리된 기준광은 반사시켜 기준광 처리 경로(S2)로 제공되고 분리된 신호광은 광 분리기(102)를 그대로 투과하여 신호광 처리 경로(S1)로 제공된다.
광 분리기(102)에 의해 반사되어 기준광 처리 경로(S2)로 제공된 기준광은 반사경(108)에 의해 반사되며, 반사된 기준광은 광학렌즈로 이루어진 광학계(112)를 통해 저장매체(114)에 입사된다. 이러한 광학 구조를 갖는 기준광 처리 경로(S2)에서는 홀로그램 데이터의 기록 또는 재생 시에 필요로 하는 기록용 또는 재생용 기준광을 저장매체(114)에 제공한다.
한편, 반사경(108)은 액츄에이터(110)에 의해서 구동되어 기준광(빔)을 기 설정된 각도, 예를 들면 기록시의 기록각 또는 재생을 위해 기 설정된 재생각으로 편향시켜 저장매체(114)로 제공하며, 이때 기준광의 기록각과 재생각은 동일하다. 즉 기록 및 재생 시에 저장매체(114)에 입사되는 기준광은 실질적으로 동일한 각도로 입사된다.
재생용 기준광과 기록용 기준광의 기록각 및 재생각은 액츄에이터(110)의 구동으로 제어되는 반사경(108)에 의해 조금씩 변화되고, 다양한 기록각 및 재생각이 갖는 기준광은 광학계(112)에 의해 어느 한 지점으로만 입사된다.
다른 한편, 신호광 처리 경로(S1)상에는 공간 광 변조기(104), 반사경(106) 및 광학렌즈(107)가 신호광의 출사 방향으로 순차 구비된다.
이러한 광학 구조를 갖는 신호광 처리 경로(S1)에서는, 홀로그램 데이터의 기록 시에, 신호광을 공간 광 변조기(104)에 인가되는 외부 입력 데이터에 따라 픽셀을 이루는 명암의 2진 데이터로 된 한 페이지 단위의 변조하고, 변조된 신호광을 저장매체(114)에 제공한다.
즉, 광 분리기(102)로부터 분리된 신호광은 공간 광 변조기(104)에 의해 변조되고, 변조된 신호광은 반사경(106)에 의해 반사되어 광학렌즈(107)를 거쳐 저장매체(114)에 제공된다.
그런 다음, 상기한 공간 광변조기(104)에서 출력되는 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조된 신호광과 기준광 처리 경로(S2)의 반사경(108)에서 입사되는 기준광은 저장매체(114) 내부에서 간섭을 일으키게 된다. 간섭에 의해 발생되는 간섭 무늬의 강도에 따라서 저장매체(114) 내부에 광 유도 현상이 발생하고, 결과적으로 저장매체(114)에 간섭 무늬가 기록된다.
한편, 저장매체(114)에 기록된 데이터를 읽어내기 위해 기준광, 즉 재생용 기준광만을 저장매체(114)에 조사하게 되면, 저장매체(114) 내부의 간섭 무늬에 의해 재생용 기준광이 회절되어 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고, 복원된 바둑판 무늬를 CCD(116)에 비추어 원래의 데이터를 복원하게 된다.
CCD(116)는 바둑판 무늬, 즉 간섭 무늬를 m 비트로 변환하여 디먹스(demux)(118)로 출력하고, 디먹스(118)는 CCD(116)에서 출력되는 m 비트 중에서 하위 a 비트를 제거한 후에 m-a 비트만을 출력하거나 CCD(116)에서 출력되는 m 비트 모두를 출력한다. 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템은 디먹스(118)에서 출력되는 각각의 비트들에 대해 서로 다른 가중치를 부여한 후에 가중치가 부여된 비트를의 합을 이용하여 픽셀에 해당되는 값을 출력한다.
이와 같은 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 장치에서 재생되는 데이터는 초당 수십에서 수백 프레임의 1K(Kilo) 픽셀∼1M(Mega) 픽셀의 영상 정보, 간섭 무늬로서, 홀로그래픽 데이터 재생 시스템은 출력되는 간섭 무늬들을 빠른 속도로 처리하여 원래의 데이터를 복원시켜야한다.
홀로그래픽 데이터 재생 시스템의 데이터 복원 방법으로는, 위에서 설명한 바와 같이, CCD(116)에서 출력되는 모든 비트들을 처리하는 경우가 있는데, 이는 초당 수십 메가바이트의 데이터 처리하여야하기 때문에 데이터를 재생하는데 시간이 오래걸리는 문제점이 있다.
CCD(116)에서 출력되는 비트들 중에서 하위 비트를 제거한 후에 데이터를 복원하는 방법은 데이터 처리 시간을 줄일 수 있지만, 하위 비트 손실에 의한 BER 손 실을 감수하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, CCD에서 출력되는 m 비트 중에서 상위 k 비트를 논리 연산을 이용하여 k-1비트로 압축함으로써, 포함 가능한 하위 비트수를 늘릴 수 있어 BER 손실을 최소화시킴과 동시에 데이터 처리 속도를 향상시킬 수 있는 홀로그래픽 데이터 압축 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반사경에 의해 반사되어 소정 편향각으로 저장매체에 입사되는 기록용 기준광과 외부 입력 데이터에 의해 변조된 신호광에 의해 생성되는 간섭 무늬를 저장매체에 기록하고, 편향각으로 입사되는 재생용 신호광에 의해 출력되는 간섭 무늬를 m 비트로 변환하여 출력하는 CCD를 포함하는 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템의 재생 데이터 압축 장치에 있어서, 변환되어 출력되는 m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하고, m 비트 중에서 상위 k 비트를 하기 압축기에 제공하고 남은 m-j-k 비트를 출력하는 디먹스와, 디먹스로부터 제공되는 상위 k 비트를 l(l<k) 비트로 압축하여 출력하는 압축기와, 압축기에서 출력되는 l 비트와 디먹스에서 출력되는 m-j-k 비트를 합쳐서 n 비트(l+m-j-k 비트)를 출력하는 먹스를 포함한다.
또한, 본 발명은, 반사경에 의해 반사되어 소정 편향각으로 저장매체에 입사되는 기록용 기준광과 외부 입력 데이터에 의해 변조된 신호광에 의해 생성되는 간섭 무늬를 저장매체에 기록하고, 편향각으로 입사되는 재생용 신호광에 의해 출력되는 간섭 무늬를 m 비트로 변환하여 압축기 및 먹스로 출력하는 CCD를 포함하는 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템의 재생 데이터 압축 방법에 있어서, 변환되어 출력되는 m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하는 단계와, m 비트 중에서 상위 k 비트를 압축기에 제공하는 단계와, m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하고 남은 m-j 비트에서 상위 k 비트를 압축기에 제공하고 남은 m-j-k 비트를 먹스에 출력하는 단계와, 상위 k 비트를 l(l<k) 비트로 압축하는 단계와, 압축된 l 비트와 출력되는 m-j-k 비트를 합쳐서 n 비트(l+m-j-k 비트)를 출력하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치를 도시한 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치에서 압축기의 내부를 도시한 예시도이다.
설명에 앞서, 본 발명에 따른 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템은 기록용 기준광과 신호광을 저장매체에 입사시켜 저장매체에 데이터를 기록하고, 재생용 기준광을 저장매체에 입사시켜 기록된 데이터를 재생하는 점에서 종래의 홀로그래픽 데이터 재생 및 저장 시스템과 동일한 바, 중복되는 설명은 생략하고 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 도면 부호를 이용하여 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템에서 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치는 기준광 처리 경로(S2)를 통해 재생용 기준광을 저장매체(114)에 입사시키고, 재생용 기준광은 저장매체(114) 내부의 간섭 무늬에 의해 회절되어 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원되고, 복원된 바둑판 무늬를 CCD(116)에 비추어 원래의 데이터를 복원하게 된다.
이에 CCD(116)는 바둑판 무늬, 즉 간섭 무늬를 m 비트로 변환하여 디먹스(demux)(210)로 출력하고, 디먹스(210)는 CCD(116)에서 출력되는 m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하고, 남은 m-j 비트 중에서 상위 k 비트를 압축기(220)에 제공하고 나머지 m-j-k 비트를 먹스(230)에 출력한다. CCD(116)에서 출력되는 상위 비트는 데이터 복원 시에 미치는 영향이 상대적으로 적다.
이런 이유로 압축기(220)는 논리합 게이트를 이용하여 상위 k 비트를 압축하여 l(k>l) 비트로 출력하는데, 예를 들면 상위 3비트를 2비트로 압축하는 경우에 압축기(220)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1, 2 논리합 게이트(220a, 220b)로 이루어져 있다. 이때, 제 1 논리합 게이트(220a)는 상위 k 비트 중에서 첫 번째 상위 비트인 k1과 두 번째 비트인 k2를 논리합 연산하여 l1을 출력하고, 제 2 논리합 게이트(220b)는 첫 번째 상위 비트 k1과 상위 k 비트 중에서 마지막 k3을 논리합 연산하여 l2를 출력한다.
이와 같이, 압축기(220)는 논리합 게이트를 이용하여 데이터 복원 시 상대적으로 영향이 적은 상위 k 비트를 l(k>l) 비트로 압축함으로써, 삭제될 하위 비트 수를 줄여 BER 손실을 최소화시킬 수 있다.
본 발명에서는 압축기(220)가 두개의 논리합게이트로 상위 3비트를 2비트로 압축하는 것을 예로 들었지만, 적어도 두개 이상의 논리합 게이트를 이용하여 상위 k 비트를 l 비트로 압축할 수 있다.
이어서, 먹스(230)는 압축기(220)에서 출력되는 l 비트와 디먹스(210)에서 출력되는 m-j-k 비트를 합쳐서 n(1+m-j-k) 비트를 출력한다.
이와 같은 구성을 갖는 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치의 동작 과정은 도 4 내지 도 5을 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축 과정을 설명하기 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 홀로그래픽 재생 데이터 압축에 따른 비트 변화를 도시한 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디먹스(210)는 CCD(116)에서 출력되는 m 비트 중에서 상위 k 비트(dm-1, dm-2, … dm-k)를 압축기(220)에 출력하고, 하위 j 비트(d0, d2, …dj-1)를 제거한 후, 나머지 중간 m-k-j 비트(dm-k-1, … dj+1 , dj)를 먹스(230)에 출력한다.
압축기(220)는 논리합 게이트의 조합을 이용하여 상위 k 비트(dm-1, dm-2, … dm-k)를 l 비트로 압축하여 먹스(230)로 출력하고, 먹스(230)는 압축된 상위 l 비트와 중간 비트들을 합쳐서 n 비트를 출력한다. 이때 먹스(230)에서 출력되느 n 비트는 압축된 l 비트와 중간 비트 m-k-j의 합이 되며, 압축된 l 비트는 Cn-l, Cn-l+1, … Cn-1이다. 즉, 먹스(230)는 C0, C1, C2, …, Cn-l-1 , Cn-l, Cn-l+1, … Cn-1를 출력한다.
일반적으로 CCD(116)의 경우 각 픽셀의 정보를 12비트 어레이로 출력하는데, 이 경우를 예를 들어 설명하면 아래와 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, CCD(116)에서 출력되는 12비트가 d11, d10, d9, d8, d7, d6, d5, d4, d3, d2, d1, d0 이고, 디먹스(210)는 12 비트 중에서 하위 3 비트(d2, d1, d0)를 제거한 후에 상위 3 비트(d11, d10 , d9)를 압축기(220)에 제공하고, 중간 비트인 d8, d7, d6, d5, d4, d3을 먹스(230)에 제공한다.
압축기(220)는 제 1, 2 논리합 게이트(220a, 220b)를 이용하여 상위 3 비트(d11, d10, d9)를 2비트로 압축하여 먹스(230)에 출력하는데, 제 1 논리합 게이트(220a)는 상위 3 비트(d11, d10, d9) 중에서 d11과 d10 을 논리합한 결과 C7을 출력하고, 제 2 논리합 게이트는 d11과 d9,을 논리합한 결과 C6을 먹스(230)로 출력한다.
먹스(230)는 중간 비트인 d8, d7, d6, d5, d4, d 3과 압축기(220)의 제 1, 2 논리합 게이트(220a, 220b)에서 출력되는 C6과 C7을 연결하여 8비트 어레이(C7, C6, C5, C4, C3, C2 C1, C0)를 출력한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 홀로그래픽 데이터 재생 시 데이터에 영향을 주지 않은 상위 m 비트를 압축하여 삭제될 하위 비트의 수를 줄임으로써, BER 손실을 최소화시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (4)

  1. 반사경에 의해 반사되어 소정 편향각으로 저장매체에 입사되는 기록용 기준광과 외부 입력 데이터에 의해 변조된 신호광에 의해 생성되는 간섭 무늬를 저장매체에 기록하고, 상기 편향각으로 입사되는 재생용 신호광에 의해 출력되는 간섭 무늬를 m 비트로 변환하여 출력하는 CCD를 포함하는 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템의 재생 데이터 압축 장치에 있어서,
    상기 변환되어 출력되는 m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하고, 상기 m 비트 중에서 상위 k 비트를 하기 압축기에 제공하고 남은 m-j-k 비트를 출력하는 디먹스와,
    상기 디먹스로부터 제공되는 상위 k 비트를 l(l<k) 비트로 압축하여 출력하는 압축기와,
    상기 압축기에서 출력되는 l 비트와 상기 디먹스에서 출력되는 m-j-k 비트를 합쳐서 n 비트(l+m-j-k 비트)를 출력하는 먹스
    를 포함하는 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는, k-1개의 논리 연산 게이트를 이용하여 상기 디먹스에서 출력되는 k비트를 k-1 비트로 압축하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 논리 연산 게이트는, 논리합 게이트인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 재생 데이터 압축 장치.
  4. 반사경에 의해 반사되어 소정 편향각으로 저장매체에 입사되는 기록용 기준광과 외부 입력 데이터에 의해 변조된 신호광에 의해 생성되는 간섭 무늬를 저장매체에 기록하고, 상기 편향각으로 입사되는 재생용 신호광에 의해 출력되는 간섭 무늬를 m 비트로 변환하여 압축기 및 먹스로 출력하는 CCD를 포함하는 홀로그래픽 데이터 저장 및 재생 시스템의 재생 데이터 압축 방법에 있어서,
    상기 변환되어 출력되는 m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하는 단계와,
    상기 m 비트 중에서 상위 k 비트를 상기 압축기에 제공하는 단계와,
    상기 m 비트 중에서 하위 j 비트를 제거하고 남은 m-j 비트에서 상기 상위 k 비트를 상기 압축기에 제공하고 남은 m-j-k 비트를 상기 먹스에 출력하는 단계와,
    상기 상위 k 비트를 l(l<k) 비트로 압축하는 단계와,
    상기 압축된 l 비트와 상기 출력되는 m-j-k 비트를 합쳐서 n 비트(l+m-j-k 비트)를 출력하는 단계
    를 포함하는 홀로그래픽 재생 데이터 압축 방법.
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