KR100589597B1

KR100589597B1 - Ｈｄｄｓ 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법

Info

Publication number: KR100589597B1
Application number: KR1020030091375A
Authority: KR
Inventors: 윤필상
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2006-06-15
Also published as: KR20050059665A

Abstract

본 발명은 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 이미지 데이터에 대한 전처리에 있어서, CCD로부터 재생되는 오버 샘플링된 픽셀 데이터에 분산 저장된 오리지널 데이터를 인접한 다수의 오버 샘플링된 픽셀 데이터 정보를 조합하여 복원함으로서, 기록광의 세기와 기록 시간을 단축시킬 수 있어 HDDS시스템의 신호처리부에 입력되는 데이터의 질을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한 가로,세로 방향의 이미지에 대한 확대, 축소의 변화가 있는 경우 기준이 되는 프레임의 정보로부터 픽셀 단위의 변화뿐 아니라, 서브 픽셀 단위의 변화까지 검지할 수 있으므로 재생 이미지에 대한 보다 효과적인 보상이 가능하게 된다.

Description

ＨＤＤＳ 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법{METHOD FOR POST SIGNAL PROCESSING OVER-SAMPLED DATA FROM CCD IN HDDS SYSTEM}

도 1은 종래 HDDS 시스템에서 CCD에 의해 검출된 이미지 예시도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 HDDS 시스템 블록 구성도,

도 3은 종래 HDDS 시스템에서의 페이지 단위 데이터의 저장 및 재생 동작 개념도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법 예시도,

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법 예시도.

본 발명은 HDDS(Holographic Digital Data Storage) 시스템에 관한 것으로, 특히 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 이미지를 이용하여 페이지 단위 정보 복원시 인접 픽셀 데이터의 조합을 통해 원 데이터를 복원하기 위한 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법에 관한 것이다.

통상적으로 HDDS 시스템은 데이터 기록/재생의 원리상 체적 홀로그램의 원리를 이용하는 페이지 지향적인 메모리(Page-oriented Memory)로써 입출력 방식으로 병렬 데이터 처리 방식을 사용하여 입출력 속도를 1Gbps 이상으로 초고속화 시킬 수 있으며, 기계적인 구동 부를 배제한 시스템 구성이 가능하므로 데이터 접근 시간도 100㎲ 이하로 매우 빠르게 구현할 수 있는 등 차세대 메모리로 각광받고 있다.

한편, 상기한 HDDS 시스템에서는 재생시 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 검출하여 디코딩하게 된다. 도 1은 HDDS 시스템에서 재생시 페이지 단위로 정보가 저장된 저장매체로부터 CCD에 의해 검출되는 1024*1024 픽셀 이미지(100)를 예시한 도면으로, 종래 CCD에서 검출된 1024*1024 픽셀 이미지 데이터에는 240*240 픽셀 원(Original) 데이터를 오버 샘플링한 720*720 픽셀의 데이터 영역(104)가 존재하며, 또한 상기 1024*1024 픽셀 중에는 상하좌우로 데이터 영역(104)을 둘러싸고 있는 데이터 픽셀 부분을 검지하기 위한 기준 프레임(Frame)(102)이 존재한다.

따라서 종래에는 재생시 상기 기준 프레임을 찾아내어 데이터 영역을 알아내고, 상하좌우 프레임 정보로부터 재생된 데이터의 확대 또는 축소율을 계산해내어 각각의 확대/축소율에 따라 여러 경우로 분리한다. 이렇게 분리해 놓은 경우에 따라 한 개의 On 혹은 Off 정보를 가진 오버 샘플링된 3*3 픽셀 중에서 1 픽셀만 추출하여, 추출된 데이터를 HDDS 시스템의 신호처리부를 통해 On-Off 정보를 복원하게 된다.

그러나 상기한 종래 재생 방법에 있어서는 올바른 데이터의 복원을 위해서 신호처리부의 입력으로 전달되는 추출된 이미지의 On과 Off 사이의 명암도(Intensity)차가 커야만 하기 때문에, 데이터를 홀로그램에 저장/재생하는 단계에서 저장 광의 세기와 노광 시간을 증가시켜야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 이미지를 이용하여 페이지 단위 정보 복원시 인접 픽셀 데이터의 조합을 통해 재생된 이미지의 저장 광 세기가 작은 경우에도 원 데이터를 보다 명확하게 복원할 수 있도록 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 HDDS 시스템에서 재생시 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법으로서, (a)CCD로부터 재생되는 오버 샘플링된 페이지단위 이미지 데이터로부터 좌우상하 프레임의 최대 명암도를 가지는 픽셀을 검출하는 단계와, (b)검출한 픽셀간 거리로부터 가로/세로 방향의 확대/축소 비율을 산출하는 단계와, (c)좌우상하 기준 프레임의 두 번째 최대 명암도 픽셀을 검출하는 단계와, (d)검출된 픽셀간 거리로부터 서브 픽셀의 확대/축소 비율을 산출하는 단계와, (e)오버 샘플링된 데이터의 최종 확대/축소 비율을 산출하는 단계와, (f)산출된 확대/축소 비율에 따라 인접한 다수의 오버 샘플링된 픽셀 데이터를 조합하여 원 데이터를 복원시키는 단계,를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예가 적용되는 HDDS 시스템 블록 구성을 도시한 것이다. 이하 상기 도 2를 참조하여 HDDS 시스템에서 홀로그래픽 데이터 기록/재생 동작을 살펴보면,

먼저 광 분리기(202)에서는 광원(200)으로부터 입사되는 레이저광을 기준 광과 물체 광으로 분기하는 데, 여기에서 분기된 수직 편광의 기준 광은 기준 광 처리 경로(S1)로 제공되고 분기된 물체 광은 물체 광 처리 경로(S2)로 제공된다. 그리고 기준 광 처리 경로(S1)상에는 셔터(104), 반사경(106) 및 액츄에이터(208)가 기준광의 출사 방향으로 구비되며, 이러한 광 전달 경로를 통해 기준 광 처리 경로(S1)에서는 홀로그램 데이터의 기록 또는 재생에 필요한 기준 광을 기설정된 소정의 편향 각으로 반사시켜 저장 매체(216)에 제공한다.

따라서, 광 분리기(202)로부터 분기되어 셔터(204)의 개구를 통해 입사되는 수직 편광된 기준 광은 광학 렌즈(도시하지 않았음) 등을 통해 조정되고 임의의 크기로 확장(즉, 후술하는 물체 광 처리 경로(S2)에서 빔 확장기를 통해 확장되는 물체광의 크기를 커버하기에 충분한 정도의 크기로 확장)되며, 반사경(206)을 통해 기설정된 소정 각도, 예를 들면 기록시의 기록 각 또는 재생을 위해 기설정된 재생 각으로 편향된 후 저장 매체(216)로 입사된다. 여기에서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준 광은 각 페이지 단위의 2진 데이터를 저장 매체(216)에 기록할 때마다 액츄에이터(208)를 이용해 반사경(206)을 회전시켜 그 편향각도(θ)를 변화시키는 방법으로 제어되는데, 이러한 기준 광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로 그램 데이터를 저장 매체(216)에 저장하거나 혹은 저장된 홀로그램 데이터를 재생할 수 있다.

한편, 물체 광 처리 경로(S2)상에는 셔터(210), 반사경(212) 및 공간 광 변조기(214)가 물체광의 출사 방향으로 순차 구비되는 데, 셔터(210)는 마이컴(226)의 제어에 따라, 기록모드 시에는 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시에는 차단 상태를 유지한다. 광 분리기(202)로부터 분기되어 셔터(210)의 개구를 통해 입사되는 물체 광은 반사경(212)을 통해 소정의 편향 각으로 반사된 후 공간 광 변조기(214)로 전달된다.

이어서, 공간 광 변조기(214)에서는 반사경(212)으로부터 전달되는 물체 광을 데이터 코딩부(224)로부터 제공되는 입력 데이터에 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(214)로 입사되는 물체 광은 한 프레임 단위의 신호 광으로 변조된 후, 기준 광 처리 경로(S1)의 반사경(206)에서 입사되는 기준 광과 동기를 맞추어 저장 매체(216)로 입사된다. 따라서, 저장 매체(216)에서는, 기록모드 시에, 공간 광 변조기(214)로부터 제공되는 2진 데이터의 페이지 단위로 변조된 신호 광과 이에 대응하는 편향각도(θ)를 가지고 반사경(206)으로부터 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(216) 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는 데, 이러한 과정을 통해 저장 매체(216)에 3차원 상 홀로그램 데이터의 간섭 무늬 가 기록된다.

이어 저장 매체(216)에 기록된 홀로그래픽 데이터를 재생하는 경우에는 마이컴(226)의 제어에 따라 물체 광 처리 경로(S2)측의 셔터(210)는 차단 상태로 되고 기준 광 처리 경로(S1)측의 셔터(204)는 개방 상태로 된다. 그러면 광 분리기(202)로부터 분기된 기준 광(재생용 기준 광)은 반사경(206)을 통해 반사되어 저장 매체(216)로 조사되며, 그 결과 저장 매체(216)에서는 판독용 기준 광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 판독용 기준 광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터로 복조되며, 복조된 재생 신호는 CCD(218)로 조사된다.

이에 따라 CCD(218)에서는 저장 매체(216)로부터 조사되는 재생 이미지를 검지하여 원래의 데이터, 즉 전기신호로 복원되며, 데이터 전처리부(Post Signal Processing)(219)에서 상기 CCD로부터 재생된 오버 샘플링된 픽셀 데이터에 대한 전처리가 수행된 후, HDDS DSP(220)를 통해 원래의 데이터를 복원하여 출력된다. 상기 데이터 전처리부의 상세한 동작은 CCD로부터 검출되는 오버 샘플링된 픽셀 데이터를 예시한 도 4 및 도 5의 도면을 참조하여 후술된다.

도 3은 상기한 홀로그래픽 시스템에서의 저장 및 재생 동작 흐름을 도시한 것으로, 상기 도 3에서 보여지는 바와 같이, 기록한 원래 데이터는 SLM에 의해 On-Off로 표현되어 기준광에 의해 간섭되어 그 간섭 무늬가 저장매체에 저장된다. 이후, 재생시에는 기록시 사용된 기준광이 저장 매체에 기록된 간섭 무늬에 의해 회절, 산란되어 기록한 원래 에디터 이미지를 재생한다. 이때 재생된 이미지는 CCD를 통하여 검지하게 되는 것이다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 데이터 전처리부(219)에서 처리되는 CCD로부터 오버 샘플링된 픽셀 이미지를 예시한 것으로, 이하 상기 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하여 CCD로부터 검출되는 오버 샘플링된 픽셀 데이터로부터 원 데이터를 복원하기 위한 데이터 전처리부(219)에서의 동작을 상세히 설명한다.

이때 상기 데이터 전처리 동작의 설명에 있어서 설명의 편의상 수평방향 픽셀의 경우를 예를 들어 설명하기로 한다. 이는 세로 방향에 대한 동작은 수평 방향의 경우와 동일하며, 동작의 방향만 위에서 아래 방향으로 변환하면 되기 때문이다. 또한, 본 발명에서는 종래와는 달리 오버 샘플링된 3*3 픽셀 정보 중에서 가로방향의 2 픽셀 정보를 이용하여 원 데이터를 복원하는 것을 예를 들어 설명하도록 하며, 2 픽셀 정보를 이용하는 경우에도 HDDS 시스템에서 발생하는 광학적 확대 혹은 축소의 현상이 일어나므로, 종래 제시하였던 기준 프레임의 명암도 중에서 최대의 값을 찾아내어 얼마나 확대, 축소되었는지 판별하는 기준으로 설정한다. 또한 기준 프레임에서의 두 번째 최대 명암도를 가지는 픽셀간 거리로부터 서브 픽셀의 확대 축소를 판별한다.

먼저 좌우 프레임의 명암도가 최대인 픽셀 위치간의 간격이 데이터 영역(104)와 데이터와 프레임(102)간 간격 6픽셀을 포함하여 734 픽셀인 경우의 CCD로부터의 픽셀 이미지를 도 4를 참조하여 데이터 전처리 동작을 설명하면,

상기 도 4에서 보여지는 바와 같이 좌/우 기준 프레임(102)에서 최대 명암도를 가지는 픽셀사이의 거리가 같은 경우에도 3가지 경우가 발생할 수 있다.

즉, 첫 번째로 상기 도 4의 (a)에서와 같이 확대/축소의 경우 없이 정확하게 CCD에 재생 영상이 검출된 경우 데이터 전처리부(219)는 기준 프레임(102)으로부터 2 픽셀을 추출하고, 1픽셀을 건너 뛴 후 다음 정보를 지닌 2픽셀을 추출하게 된다.

두 번째로 상기 도 4의 (b)에서와 같이 CCD에 재생 영상이 0.5 픽셀이 축소되어 검출된 경우 데이터 전처리부(219)는 이것을 보상하기 위해 중간부분(367픽셀)에서 1픽셀을 건너뛰지 않고 바로 2픽셀을 추출한다. 그리고 이후로는 2픽셀 추출 후, 1 픽셀 건너뛰는 작업을 반복한다.

세 번째로 상기 도 4의 (c)에서와 같이 CCD에 재생 영상이 0.5 픽셀이 확대되어 검출된 경우 데이터 전처리부(219)는 이것을 보상하기 위해 중간부분(367픽셀)에서 1픽셀을 추가로 더 건너뛰고, 2픽셀을 추출한다. 그리고 이후로는 2픽셀 추출 후, 1픽셀 건너뛰는 작업을 반복한다.

다음으로 좌우 기준 프레임(102)의 명암도가 최대인 픽셀 위치간 간격이 735 픽셀인 경우 CCD로부터의 픽셀 이미지를 상기 도 5를 참조하여 데이터 전처리 동작을 설명하면,

상기 도 5에서 보여지는 바와 같이 좌우 프레임에서 최대 명암도를 가지는 픽셀사이의 거리가 735픽셀인 경우에서도 서브 픽셀(sub-pixel) 단위의 확대/축소가 상기 도 4에서와 같이 발생할 수 있다.

즉, 첫 번째로 상기 도 5의 (a)에서와 같이, 확대/축소의 경우 없이 정확하게 CCD에 재생 영상이 검출되는 경우 서브 픽셀 단위의 확대/축소가 없으므로, 1 픽셀 확대의 경우만 보상해주면 된다. 따라서 데이터 전처리부(219)는 중간 부분(367픽셀)에서 1픽셀을 추가로 더 건너뛰고(즉 2픽셀을 건너뛰는 것) 2픽셀을 추출해낸다. 그리고 이후로는 2픽셀 추출후, 1픽셀을 건너뛰는 작업을 반복한다.

두 번째로 상기 도 5의 (b)에서와 같이, CCD에 재생 영상이 0.5픽셀이 축소되어 검출된 경우 0.5픽셀의 축소가 있으므로 1픽셀의 확대에 대한 보상은 상기 첫 번째 방법에서와 같지만 다시 0.5 픽셀의 축소에 대한 보상을 해주게 되므로 각각의 보상은 제로섬(ZERO SUM)이 된다. 따라서 데이터 전처리부(219)는 상기 도 4의 (a)의 경우에서와 동일한 방법으로 픽셀을 추출하게 된다.

세 번째로 상기 도 5의 (c)에서와 같이, CCD에 재생 영상이 0.5픽셀 확대되어 검출된 경우 0.5픽셀의 확대가 있으므로, 1픽셀의 확대에 대한 보상과 0.5 픽셀의 확대에 대한 보상을 같이 해주어야 한다. 따라서 데이터 전처리부(219)는 데이터 영역의 1/3 지점(T1)에서 1픽셀을 추가로 더 건너 뛰고(즉 2픽셀을 건너 뛰는 것) 2 픽셀을 추출한다. 그리고 이후로는 2 픽셀 추출 후, 픽셀 건너뛰는 작업을 반복한다. 또한 2/3 지점(T2)에서도 확대의 보상을 위해 추가로 1픽셀을 건너뛰고 다시 2픽셀을 반복 추출하게 된다.

따라서 오버 샘플링된 픽셀 데이터 중에서 여러개를 합하여 사용함으로써 HDDS시스템의 신호처리부에 입력되는 데이터의 질을 높일 수 있게 된다. 또한 가로,세로 방향의 이미지에 대한 확대, 축소의 변화가 있는 경우 기준이 되는 프레임의 정보로부터 픽셀 단위의 변화뿐 아니라, 서브 픽셀 단위의 변화까지 검지할 수 있으므로 재생 이미지에 대한 보다 효과적인 보상이 가능하게 된다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명 의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 이미지 데이터에 대한 전처리에 있어서, CCD로부터 재생되는 오버 샘플링된 픽셀 데이터에 분산 저장된 오리지널 데이터를 인접한 다수의 오버 샘플링된 픽셀 데이터 정보를 조합하여 복원함으로서, 기록광의 세기와 기록 시간을 단축시킬 수 있어 HDDS시스템의 신호처리부에 입력되는 데이터의 질을 높일 수 있는 이점이 있다. 또한 가로,세로 방향의 이미지에 대한 확대, 축소의 변화가 있는 경우 기준이 되는 프레임의 정보로부터 픽셀 단위의 변화뿐 아니라, 서브 픽셀 단위의 변화까지 검지할 수 있으므로 재생 이미지에 대한 보다 효과적인 보상이 가능하게 되는 이점이 있다.

Claims

HDDS 시스템에서 재생시 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법으로서,

(a)CCD로부터 재생되는 오버 샘플링된 페이지 단위 이미지 데이터로부터 좌우상하 프레임의 최대 명암도를 가지는 픽셀을 검출하는 단계와,

(b)상기 검출한 픽셀간 가로/세로 방향의 확대/축소 비율을 산출하는 단계와,

(c)상기 좌우상하 기준 프레임의 두 번째 최대 명암도 픽셀을 검출하는 단계와,

(d)상기 (c)단계에서 검출된 픽셀간 거리로부터 서브 픽셀의 확대/축소 비율을 산출하는 단계와,

(e)상기 오버 샘플링된 데이터의 최종 확대/축소 비율을 산출하는 단계와,

(f)상기 (e)단계에서 산출된 확대/축소 비율에 따라 인접한 다수의 오버 샘플링된 픽셀 데이터를 조합하여 원 데이터를 복원시키는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 (f)단계에서, 상기 원 데이터 복원을 위해 조합되는 오버 샘플링 픽셀 데이터는 원 데이터의 오버 샘플링 픽셀 단위보다는 작은 단위의 픽셀 단위로 설정되는 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법.
제2항에 있어서,

상기 원 데이터는, CCD로부터 재생시 3*3 픽셀단위 오버 샘플링된 경우 오버 샘플링된 데이터별 3*3 픽셀 중 2*2 픽셀 데이터의 조합으로 복원되는 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 (f)단계는, 상기 오버 샘플링된 CCD 재생 픽셀 데이터가 확대/축소됨 없이 정확하게 일치하는 경우에는 기준 프레임으로부터 2픽셀 데이터 추출 및 1픽셀 데이터 쉬프트 라이트의 반복을 통해 2*2 단위의 오버 샘플링된 픽셀 데이터를 추출하고 이를 합산하여 원 데이터를 복원시키는 단계인 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 (f)단계는, 상기 오버 샘플링된 CCD 재생 픽셀 데이터가 m 픽셀 확대인 경우에는 픽셀 데이터 라인의 1/(m+1)위치에서 추가 쉬프트 라이트를 수행하면서, 2픽셀 데이터 추출 및 1픽셀 데이터 쉬프트 라이트의 반복을 통해 2*2 단위의 오버 샘플링된 픽셀 데이터를 추출하고 이를 합산하여 원 데이터를 복원시키는 단계인 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 (f)단계는, 상기 오버 샘플링된 CCD 재생 픽셀 데이터가 m 픽셀 축소인 경우에는 픽셀 데이터 라인의 1/(m+1)위치에서 추가 쉬프트 레프트를 수행하면서, 2픽셀 데이터 추출 및 1픽셀 데이터 쉬프트 라이트의 반복을 통해 오버 샘플링된 픽셀 데이터를 추출하고 이를 합산하여 2픽셀 데이터별 해당 원 데이터를 복원시키는 단계인 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 m은, 정수 인 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 오버 샘플링된 데이터의 전처리 방법.