KR100728819B1 - 광정보 처리장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법 - Google Patents

광정보 처리장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광정보 처리장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한 확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광정보 처리장치는 광정보의 복호를 위한 확률값의 산출을 재생된 페이지 데이터 내의 로컬블록 마다 재생되는 "ON", "OFF" 픽셀의 데이터 양상을 반영 산출하여, 2차원 데이터페이지의 데이터 복호를 위한 보다 효과적인 확률모델을 적용함으로써 2차원 데이터페이지의 보다 정확한 초기 확률값을 얻을 수 있도록 하고, 이에 따라 LDPC 부호를 이용한 홀로그래픽 광정보의 복호를 보다 효과적으로 수행하도록 하는 효과가 있다.

Description

광정보 처리장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한 확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법{Optical information processing apparatus, method of calculating probability for optical information and method of decoding optical information using the same}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 재생장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 홀로그래픽 광정보 처리장치에서의 재생된 데이터페이지를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 데이터페이지에서의 "ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램이다.
도 4는 도 2의 데이터페이지에서 "A"영역에 대한 ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램이다.
도 5는 도 2의 데이터페이지에서 "B"영역에 대한 ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 오류정정을 위한 확률값 산출방법을 도시한 블록 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치를 위한 복호부를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 복호 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 광정보의 복호 방법을 설명하기 위한 (8, 2, 4) factor 그래프이다.
본 발명은 광정보 처리장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한 확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저밀도 패리티 체크를 이용한 광정보 데이터페이지의 정보를 재생하기 위한 광정보 처리장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한 확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법에 관한 것이다.
광정보를 처리하는 광정보 처리장치로는 CD(compact disc), DVD(digital versatile disc), HD-DVD, 블루레이 디스크, 근접장 광 처리장치 등이 있다. 그리고 보다 대용량의 저장 능력을 갖는 차세대 저장 시스템으로 홀로그래피(holography)를 이용한 광정보 처리장치가 있다.
홀로그래피를 이용한 광정보 처리장치는 이미지 정보의 기록 및 재생의 원리상 페이지 지향적인 메모리(page-oriented memory)로써, 병렬 신호 처리 방식의 입출력 방식을 사용하여, 비트 단위 방식의 CD나 DVD에 비해 근본적으로 데이터 전송률을 고속화할 수 있다. 또한, 이미지 정보를 저장매체의 동일 장소에 중첩 기록하 는 다중화 기법을 통해 저장밀도를 향상시킬 수 있다.
홀로그래피를 이용한 광정보 처리장치는 원본 데이터의 이미지 정보를 포함하는 정보광(information beam)과 기준광(reference beam)을 광정보 저장매체(recording medium)로 중첩시켜 조사하고, 이로 인한 간섭패턴(interference pattern)을 광정보 저장매체에 기록한다. 기록된 광정보를 재생하기 위해서는, 기준광을 광정보 저장매체로 조사하면, 기준광이 상기 간섭패턴에 의해 회절되어 재생광이 발생한다. 기록용 기준광과 재생용 기준광이 동일하면 기록시 정보광에 포함된 광정보와 동일한 광정보가 포함된 재생광이 발생한다.
재생광을 통해 재생되는 데이터페이지의 이미지는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 또는 CCD(charge coupled device)와 같은 수광배열소자를 통해 검출된다. 검출된 데이터페이지는 일련의 신호 처리 및 디코딩 과정을 거쳐 원본 데이터로 복원된다.
한편 이러한 홀로그래픽 광정보 처리장치는 데이터페이지의 저장밀도와 데이터의 신뢰성을 높이기 위하여 변조 부호(modulation code)와 에러정정부호(Error Correction Code)를 사용한다. 이러한 홀로그래픽 광정보 처리장치에 대한 오류정정부호로 리드-솔로몬 부호와 같은 것이 제안되기도 하였다.
한편, 오류정정부호의 한 방법으로 새논(Shannon)의 이론적인 채널 용량 한계에 거의 근접하는 성능을 보이는 저밀도 패리티 체크(low density parity check; 이하 LDPC) 부호가 있다.
LDPC 부호는 패리티 체크 행렬(parity check matrix)의 원소들의 대부분이 '0'인 선형 블록 부호(linear block code)이다. 일반적인 패리티 체크 부호는 정보 심벌들로 구성된 블록과 특정한 정보 심벌들의 모듈로 합(modulo sum)인 패리티 체크 심벌들로 구성되어 하나의 코드워드(code word)를 이룬다. 이 체크 심벌들과 정보 심벌들과의 관계는 패리티 체크 행렬 H로 나타낼 수 있다. 패리티 체크 행렬 H는 선형 동차 방정식(linear homogeneous equation)의 집합으로 표현된다. 즉 LDPC 부호는 패리티 체크 부호의 한 종류로써 원소의 대부분이 "0"이고 단지 적은 수의 랜덤하게 흩어진 가중치를 가진 패리티 체크 행렬 H를 갖는 부호 방식이다.
패리티 체크 행렬 H를 가진 LDPC 부호의 부호화(encoding) 과정은 다음과 같다. 상기 H 행렬이 얻어지면 GHT = 0 의 관계를 이용하여, H 행렬에 상응하는 생성 행렬(generator matrix) G를 얻는다. 정보 심벌 블록 X에 대응하는 코드워드 C는 C = X G 에서 구해진다. H 행렬(M × N)에 대해 각 열당 1의 갯수가 W 개, 각 행당 1의 갯수가 W×(N/M) 로 일정하면 균일(regular) LDPC 부호라 한다. 만약 각 열당 1의 갯수가 일정하지 않고, 각 행당 1의 갯수가 정확히 W×(N/M)가 아니면 비균일(irregular) LDPC 부호라 한다.
LDPC 부호의 복호(decoding)는 수신된 신호 벡터로부터 패리티 체크 행렬 H와의 곱이 "0" 을 만족하는 가장 확률적으로 근사한 부호어를 찾는 것이다. LDPC 부호의 복호 방법 중 합곱(sum-product) 알고리즘은 확률값을 이용한 연판정(soft decision) 반복 복호를 수행하는 합곱 알고리즘, 또는 로그 우도 비율(log-likelihood ratio; 이하 LLR)을 사용하는 LLR-BP(belief propagation) 알고리즘 등 이 있다.
그런데 홀로그래픽 광정보 처리장치는 페이지 데이터로 광정보를 처리한다. 이 때문에 LDPC 부호를 홀로그래픽 광정보 처리장치에 적용할 경우 오류 정정 효율에서 문제점이 발생한다. 즉 광정보 처리장치에 사용되는 광은 통상적으로 레이저이다. 이 레이저의 형태는 이상적인 플랫탑(Flattop) 형태를 가지지 않고, 가우시안(Gaussian) 형태의 광 분포를 가진다.
따라서 레이저를 광원으로 사용하는 홀로그래픽 광정보 처리장치의 재생된 데이터페이지는 데이터페이지의 영역을 다수개로 구분하였을 경우 서로 다른 영역에서의 "ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램이 각각의 영역에 따라 상당히 다르게 나타난다. 따라서 동일한 데이터페이지에 속한 채널 데이터들에 대하여 LDPC 부호를 사용하기 위하여 전체 데이터페이지로부터 얻어진 하나의 초기 확률값을 사용하게 되면 오류정정효율이 급격히 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 재생된 광정보의 데이터페이지를 다수의 로컬 블록으로 나누어 각각의 블록에 대한 확률값으로 광정보의 오류정정을 수행하도록 하는 광정보 처리장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한 확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 광정보 처리장치는 저장매체에 광을 조사하는 광원; 상기 저장매체에서 재생되는 광정보를 검출하는 광정보 검출기; 상기 광정보 검출기에서 검출되는 상기 광정보를 다수의 로컬블록으로 분할하여 상기 로컬블록에 대한 확률값을 산출하는 확률값 산출부; 상기 확률값 산출부에서 산출된 상기 확률값을 이용하여 상기 로컬블록의 광정보를 복호하는 복호부를 구비한다.
상기 광정보 검출기는 상기 광정보를 2차원 데이터페이지로 검출하고, 상기 데이터페이지는 다수의 "ON"과 "OFF"픽셀로 구분될 수 있다.
상기 확률값 산출부는 상기 로컬블록에 대한 상기 "ON"과 "OFF" 픽셀의 평균값과 표준편차를 산출하고, 상기 평균값과 상기 표준편차로써 상기 데이터페이지의 히스토그램을 설정한 후 상기 히스토그램과 상기 로컬블록의 상기 픽셀의 인텐시티 값으로 상기 확률값을 산출할 수 있다.
상기 확률값 산출부는 상기 평균값과 상기 표준편차를 상기 로컬블록의 상기 "ON"과 "OFF"픽셀을 판별하기 위한 임계값으로 산출할 수 있다.
상기 복호부는 상기 확률값을 이용하여 상기 로컬블록에서 수신되는 수신 신호를 초기화하는 초기화부, 상기 초기화된 상기 수신 신호를 행 방향과 열 방향으로 반복 복호하여 상기 수신 신호의 사후값을 얻는 반복복호부, 상기 사후값에 따라 복호여부를 판단하는 잠정 복호부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법은 광정보를 다수의 로컬블록으로 분할하는 단계; 상기 로컬블록의 픽셀을 구분하는 단계; 상기 로컬블록의 상기 픽셀에 대한 평균값과 표준편차를 산출하여 상기 광정보에 대한 히스토 그램을 설정하는 단계; 상기 히스토그램과 상기 픽셀의 인텐시티를 이용하여 상기 픽셀에 대한 확률값을 산출하는 단계를 구비한다.
상기 광정보는 2차원 데이터페이지로 검출되고, 상기 데이터페이지의 상기 픽셀은 다수의 "ON"과 "OFF"픽셀로 구분될 수 있다.
상기 "ON"픽셀에 대한 상기 평균값(Mon)과 상기 표준편차(Stdon)는 "ON"픽셀의 수(# of On pixels)와 상기 로컬블록의 데이터 픽셀에 대한 인텐시티(I qp )를 반영하여
Figure 112006069268887-pat00001
과
Figure 112006069268887-pat00002
으로 산출하고, 상기 "OFF" 픽셀에 대한 상기 평균값(Moff)과 상기 표준편차(Stdoff)는 "OFF"픽셀의 수(# of Off pixels)와 상기 로컬블록의 데이터 픽셀에 대한 인텐시티(I qp )를 반영하여
Figure 112006069268887-pat00003
과
Figure 112006069268887-pat00004
로 산출할 수 있다.
상기 데이터페이지의 상기 "ON"픽셀의 히스토그램(Hon)은
Figure 112006069268887-pat00005
으로 설정하되, 상기 Hlocal(Mon)은 상기 로컬블록에서의 상기 "ON"픽셀에 대한 히스토그램이고, 상기 "x"는 인텐시티 레벨이며, 상기 데이터페이지의 상기 "OFF"픽셀의 히스토그램(Hoff)은
Figure 112006069268887-pat00006
으로 설정하되, Hlocal(Moff)은 상기 로컬블록에서의 상기 "OFF"픽셀에 대한 히스토그램일 수 있다.
상기 데이터페이지의"ON"픽셀에 대한 상기 확률값(P(ON｜Ircv))은
Figure 112006069268887-pat00007
로 산출하고, 상기 데이터페이지의 "OFF"픽셀에 대한 상기 확률값(P(OFF｜Ircv))은
Figure 112006069268887-pat00008
로 산출하되, 상기 "Ircv"는 상기 로컬블록 내의 상기 픽셀의 인텐시티 값일 수 있다.
상기 평균값과 상기 표준편차는 상기 로컬블록에 대하여 구해진 상기 "ON"과 "OFF"픽셀을 판별하기 위한 임계값으로 산출할 수 있다.
상기 로컬블록은 n × m (n과 m은 1이상의 정수)으로 분할되고, 상기 임계 값(T local )은
Figure 112006069268887-pat00009
로 산출되며, I qp 는 상기 로컬블록의 상기 픽셀의 인텐시티를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 광정보의 복호방법은 광정보를 다수의 로컬블록으로 분할하여 각각의 상기 로컬블록의 픽셀에 대한 확률값을 산출하는 단계; 상기 확률값을 이용하여 상기 로컬블록에서 수신되는 수신 신호를 초기화하는 초기화단계; 상기 초기화된 상기 수신 신호를 행 방향과 열 방향으로 반복 복호하여 상기 수신 신호의 사후값을 얻는 반복복호단계; 상기 사후값에 따라 복호여부를 판단하는 잠정 복호단계를 구비한다.
상기 확률값을 산출하는 단계는 상기 로컬블록의 픽셀을 구분하는 단계와, 상기 로컬블록의 상기 픽셀에 대한 평균값과 표준편차를 산출하여 상기 광정보에 대한 히스토그램을 설정하는 단계와, 상기 히스토그램과 상기 픽셀에 대한 인텐시티를 이용하여 상기 확률값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광정보는 2차원 데이터페이지로 검출되고, 상기 데이터페이지의 상기 픽셀은 다수의 "ON"과 "OFF"픽셀로 구분될 수 있다.
상기 평균값과 상기 표준편차는 상기 로컬블록에 대하여 구해진 상기 "ON"과 "OFF"픽셀을 판별하기 위한 임계값으로 산출할 수 있다.
상기 초기화 단계에서의 초기값은 상기 로컬블록 내의 상기 픽셀의 인텐시티 값을 반영한 상기 "ON"픽셀에 대한 확률값과 상기 "OFF"픽셀에 대한 상기 확률값의 비로써 산출할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 이하의 본 발명의 실시예의 설명 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치를 나타낸 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치(100)는 광원(110), 광 분리기(beam splitter;120), 공간 광변조기(spatial light modulator; 140), 광정보 검출기(160), 확률값 산출부(170)를 구비하고, 광정보를 이진 데이터로 부호화하는 데이터 인코딩부(180)와 재생된 광정보를 다시 이진 데이터로 복호하는 데이터 디코딩부(200)를 구비한다. 그리고 그 외에 광의 경로를 안내하는 반사미러(133, 134)와 셔터(131)를 구비할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치는 재생전용인 경우에는 광 분리기(120), 공간 광변조기(140), 데이터 인코딩부(180)는 채용하지 않을 수 있다. 또한 재생을 위한 방법은 다양하게 실시될 수 있으며, 동시에 다양한 다중화 방법으로 광정보를 기록 또는 재생하도록 할 수 있다. 즉 광정보의 처리를 위한 광학계의 구성은 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치의 동작에 대하여 설명한다.
광정보의 기록을 위하여 광원(110)으로부터 조사된 광은 광 분리기(120)를 통하여 기준광(R) 및 정보광(I)으로 분리된다. 기준광(R)은 반사미러(133)에 의하 여 반사되어 광정보 저장매체(150)로 소정 각도로 입사된다.
정보광(I)은 셔터(131)를 지나, 반사미러(134)에 의하여 경로가 바뀌어 공간 광변조기(140)로 입사된다. 이때, 공간 광변조기(140)에는 데이터 인코딩부(180)로부터 제공되는 인코딩된 페이지 단위의 2진 데이터 즉, 데이터페이지 정보가 입력된다. 데이터 인코딩부(180)는 입력된 데이터를 부호화 한다. 부호화 방법은 LDPC 부호를 사용하며, 부호화된 데이터는 데이터 인코딩부(180)에 의하여 페이지 단위로 공간 광변조기(140)에 제공된다.
공간 광변조기(140)는 데이터 인코딩부(180)로부터 입력된 데이터페이지 정보를 광학적으로 변조하여 2차원 이미지화된 된 데이터페이지를 생성하고, 이를 입사된 정보광(I)에 투영시켜 광정보 저장매체(150)로 입사시킨다.
그리고 광정보 저장매체(150)에 기준광(R)과 정보광(I)이 입사되면, 광정보 저장매체(150)의 내부에서는 입사된 기준광(R)과 정보광(I) 간의 간섭에 의하여 발생된 간섭패턴의 강도에 따라 내부 운동 전하의 광유도 현상(light induced generation of mobile charge)이 발생하여 그 간섭패턴이 기록되게 된다.
반사미러(133)는 기준광(R)이 광정보 저장매체(150)로 입사되는 각도를 조절하여, 각도 다중화를 구현하도록 할 수 있다. 이를 위하여 반사미러(133)는 갈바노 미러와 같은 회전미러일 수 있다. 또한 다중화 방법은 각도 다중화외에 다른 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 든다면, 쉬프트 다중화, 위상코드 다중화 또는 각도-쉬프트 다중화 등의 방법이 있으며, 이를 위하여 광학계의 구성이 일부 변형 실시될 수 있다.
한편, 기록된 데이터의 재생을 위해서는 기준광(R) 만을 광정보 저장매체(150)에 조사하면 된다. 재생시에 셔터(131)는 광 분리기(120)에 의하여 분리된 정보광(I)을 차단한다.
이때, 반사미러(133)에서 반사되는 기준광(R)은 광정보 저장매체(150)에 기록되어 있는 간섭패턴에 의하여 회절되어 데이터페이지의 이미지를 갖는 재생광을 발생시킨다. 재생광은 광정보 검출기(160)에 의하여 데이터페이지의 이미지로 검출된다. 검출된 데이터페이지의 이미지는 확률값 산출부(170)를 통해 데이터페이지의 픽셀에 대한 확률값(probability function)을 산출하고, 이후 데이터 디코딩부(200)에 의해 복호된다.
그리고 광정보 검출기(160)는 CMOS 또는 CCD와 같은 수광배열소자로 구성된다. 또한 데이터 디코딩부(200)는 LDPC 부호를 복호화하는 장치이다. 데이터 디코딩부(200)는 확률값 산출부(170)로부터 제공된 확률값을 이용하여 LDPC 부호를 복호화하여 최종 출력 데이터를 출력한다.
한편, 도 2는 홀로그래픽 광정보 처리장치에서의 재생된 데이터페이지를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 데이터페이지에서의 "ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램이다.
도 2에 도시된 바와 같이 광정보 검출기에 검출되는 홀로그래픽 광정보는 이미 언급한 바와 같이 각각의 수광배열소자에 2차원 메트릭스 형태로 검출된다. 그리고 검출된 광정보의 "ON"픽셀과 "OFF"픽셀 전체에 대한 인텐시티 레벨(intensity level)에 대한 픽셀을 카운팅한 히스토그램(histogram)은 도 3의 형태로 나타날 수 있다.
하지만, 데이터페이지를 다수의 로컬블록(local block)으로 분할하여 각각의 로컬블록에 대한 히스토그램을 나타냈을 경우 히스토그램은 전체 히스토그램인 도 3의 형태와 다르게 나타난다.
도 4는 도 2의 데이터페이지에서 "A"영역에 대한 ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램이고, 도 5는 도 2의 데이터페이지에서 "B"영역에 대한 ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램이다. 이러한 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 "A"로컬블록에 대한 히스토그램과 "B"로컬블록에 대한 히스토그램은 그래프 상에서 보더라도 현격한 차이를 보임을 알 수 있고, 또한 도 3의 전체 데이터페이지에 대한 히스토그램과도 현격한 차이를 보인다.
이러한 각각의 히스토그램은 하나의 실험예로써 언급한 것이다. 따라서 다른 재생된 데이터페이지의 경우에도 각각의 로컬블록에 대한 히스토그램은 또 다르게 나타날 것이다. 이와 같이 히스토그램의 분포가 다르게 나타나는 것은 이미 언급한 바와 같이 광정보 처리장치에 사용되는 광이 가우시안 형태의 광 분포를 가지는 레이저를 사용하기 때문이다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 데이터페이지에 대한 각각의 로컬블록에 대한 광정보의 복호를 위해서 로컬블록의 히스토그램을 반영하여 광정보의 복호를 수행하도록 한다.
이하에서는 광정보의 복호를 위한 초기 확률값의 산출방법과 이를 이용한 복호화 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
LDPC 부호를 사용하여 데이터를 복호하는 경우 통상적으로 가변노드를 초기 화하기 위하여 확률값을 사용한다. 본 발명의 실시예에서는 이 초기 확률값의 산출시에 각각의 로컬블록에 대한 히스토그램을 반영한 로컬 확률값를 사용하여 가변노드를 초기화한다(variable node initialize using local probability).
이를 위하여 확률값 산출부(170)가 동작한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법을 도시한 블록 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 이 확률값 산출부는 광정보 검출기(160)에서 검출된 데이터페이지의 각각 행과 열에 위치한 픽셀들의 인텐시티에 대한 데이터가 저장된 메모리(미도시)로부터 로컬블록의 블록을 n×m (n, m은 1보다 큰 정수)크기로 미리 설정된 방법으로 설정한다(partition the retrieved data page into local blocks; S10). 이러한 로컬블록의 설정시에 데이터페이지에 대하여 1:1 픽셀 메칭이 적용된 경우 n×m 크기의 로컬블록에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 반면에 오버샘플링(oversampling) 방법이 적용되는 경우에는 n×m 크기의 이미지 영역에서 적용된 오버샘플링 방법으로 로컬블록에 대한 데이터를 얻을 수 있다.
이 오버샘플링 방법에 대해서는 한국등록특허 제 578205 호, "홀로그래픽 디지털 데이터 시스템 및 이의 재생된 이미지의 비매칭 보정 방법", 한국등록특허 제 588928 호, "홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 오버 샘플링방법 및 그 장치" 등에 참조할 수 있다.
로컬블록이 설정되면 이 로컬블록에 대한 임계값(T local )을 수학식 1을 이용하여 산출한다(calculate local threshold). 즉 임계값을 사용하여 로컬블록 내의 픽 셀들을 구분한다(S20). 즉 "ON"과 "OFF"픽셀을 판별하는 기준을 정하고, 이로써 로컬블록의 "ON"과 "OFF" 픽셀을 구분한다(ON and OFF pixels decision using the local threshold).
Figure 112006069268887-pat00010
이 수학식 1에서 I qp 는 로컬블록의 데이터 픽셀의 인텐시티 값을 나타낸다.
이후 해당 로컬블록의 ON"과 "OFF" 픽셀의 평균값과 표준편차를 구한다(calculate Mean and Standard Deviation of ON, OFF pixels; S30). 먼저 "ON"픽셀에 대한 평균값(Mon)은 수학식 2로 구하고, 표준편차(Stdon)는 수학식 3으로 구한다. 수학식 2와 수학식 3에서는 "ON"픽셀의 수(# of On pixels)와 해당 로컬블록의 데이터 픽셀의 인텐시티(I qp )를 반영하여 각각의 값을 산출한다.
Figure 112006069268887-pat00011
Figure 112006069268887-pat00012
다음으로 "OFF" 픽셀에 대한 평균값(Moff)은 수학식 4로 산출하고, 표준편 차(Stdoff)는 수학식 5로 산출한다. 수학식 4와 수학식 5에서는 "OFF"픽셀의 수(# of Off pixels)와 로컬블록의 데이터 픽셀의 인텐시티(I qp )를 반영하여 각각의 값을 산출한다.
Figure 112006069268887-pat00013
Figure 112006069268887-pat00014
이와 같은 방법으로 "ON"과 "OFF"픽셀의 평균값과 표준편차가 산출되면 이를 이용하여 이후의 확률값 산출 및 복호를 위한"ON"과 "OFF"픽셀의 히스토그램을 설정한다(estimate histogram of ON and OFF pixels; S40). 이때의 히스토그램은 해당 로컬블록의 히스토그램과 평균값을 반영하여 산출한다. 이 로컬블록의 히스토그램은 임계값 산출단계에서의 "ON"과 "OFF"픽셀의 구분으로 구해질 수 있다.
이후의 확률값 산출 및 복호를 위한 "ON"픽셀의 히스토그램(Hon)은 수학식 6에 의하여 구해진다. 수학식 6에서 "Hlocal(Mon)"은 해당 로컬블록에서의 "ON"픽셀에 대한 히스토그램이고, "x"는 해당 로컬블록에서의 해당 픽셀의 인텐시티 레벨(intensity level)을 나타낸다.
Figure 112006069268887-pat00015
그리고 "OFF"픽셀의 히스토그램(Hoff)은 수학식 7에 의하여 구해진다. 수학식 7에서 "Hlocal(Moff)"는 해당 로컬블록에서의 "OFF"픽셀에 대한 히스토그램을 나타낸다.
Figure 112006069268887-pat00016
이후 최종적으로 해당 로컬블록의 복호를 위한 초기 확률값을 산출한다(calculate the probability function for local block; S50). 상기한 히스토그램의 함수값은 해당 로컬블록에 각각의 인텐시티 세기를 가지는 픽셀들이 얼마나 많이 존재하는 가를 나타내므로, "ON"과 "OFF"픽셀에 대한 확률값은 각각 수학식 8과 수학식 9로써 산출된다.
먼저"ON"픽셀에 대한 초기 확률값(P(ON｜Ircv))은 수학식 8로써 산출된다.
Figure 112006069268887-pat00017
그리고 "OFF"픽셀에 대한 확률값(P(OFF｜Ircv))은 수학식 9로써 산출된다.
Figure 112006069268887-pat00018
이 수학식 8과 수학식 9에서 "Ircv"는 로컬블록 내의 픽셀의 인텐시티 값을 나타낸다. 이와 같이 초기 확률값이 구해지면 이후 이 확률값을 가변노드의 초기화를 위하여 사용하여 LDPC 부호를 복호한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치를 위한 복호부를 도시한 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 복호부는 초기화부(210), 반복복호부(220), 반복판단부(230)를 포함한다. 초기화부(210)는 수신 신호로 초기화한다. 즉 초기화부(210)는 복호를 위한 해당 로컬영역으로부터 얻어진 비트(zmn)들을 수신 신호의 LLR(log-likelihood ratio)로 초기화한다. 반복복호부(220)는 행 방향과 열 방향으로 각각 반복 복호하여 비트들의 사후 LLR(zn)을 구한다. 빈복복호부(220)는 행 방향 반복 복호를 먼저 수행하고, 이어서 행 방향 반복 복호의 결과를 이용하여 열 방향 반복 복호를 수행한다. 반복복호부(220)는 행 방향 반복복호부와 열 방향 반복복호부로 나눌 수 있다.
반복판단부(230)는 사후 LLR(zn)의 부호를 통해 잠정적인 코드워드
Figure 112006069268887-pat00019
를 구하고, 이를 통해 반복 복호를 다시 진행할지 여부를 결정한다. 반복 복호를 성공적 으로 종료하는 경우 반복판단부(230)는 코드워드
Figure 112006069268887-pat00020
를 출력 데이터로써 출력한다.
이하에서는 복호부를 이용한 복호화 방법에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 오류정정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 8에서 코드워드를 c, 송신 신호를 x, 수신 신호를 y, 채널의 잡음을 n 이라 하면, y = [yn] = x + n 이다. 여기서 코드워드
Figure 112006069268887-pat00021
는 송신 신호
Figure 112006069268887-pat00022
로 매핑된다.
복호는 수신된 신호에 대한 코드워드의 확률이 최대가 되는 신호를 구하는 과정이다. 즉
Figure 112006069268887-pat00023
의 값이 최대가 되는 코드워드
Figure 112006069268887-pat00024
를 구하는 것이다.
패리티 체크 행렬 H의 크기는 M x N 이고,
Figure 112006069268887-pat00025
로 나타낸다. m번째 체크에 참여하는 비트들의 집합을
Figure 112006069268887-pat00026
으로 표시한다. n번째 비트에 참여하는 체크들의 집합을
Figure 112006069268887-pat00027
으로 표시한다. 집합 N(m)과 M(n)의 크기는 각각 |N(m)| 와 |M(n)|로 나타낸다.
Figure 112006069268887-pat00028
은 n번째 비트를 제외한 N(m)을 말한다.
Figure 112006069268887-pat00029
은 m번째 체크를 제외한 M(m)을 말한다.
그리고 반복 복호 알고리즘에 사용되는 기호는 다음과 같다.
Fn은 수신된 신호 y로부터 얻은 n번째 비트의 LLR이다.
Lmn은 m 번째 체크노드에서 n번째 비트노드로 가는 n번째 비트의 LLR이다.
zmn 은 n번째 비트노드에서 m번째 체크노드로 가는 n번째 비트의 LLR이다.
zn 은 각각의 반복에서 계산된 n번째 비트의 사후(a posteriori) LLR이다.
이하 복호방법에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 복호 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 9는 도 8의 실시예에 따른 광정보의 복호 방법을 설명하기 위한 (8, 2, 4) factor 그래프이다.
도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 먼저 초기화 단계로, 각각의 m, n에 대하여 수학식 10과 같이 초기화한다(S110). 이때의 초기 확률값은 전술한 수학식 8과 수학식 9에서 얻어진 "ON"과 "OFF"픽셀의 초기 확률값을 이용한다.
Figure 112006069268887-pat00030
그리고 초기화가 완료되면, 행과 열방향으로 반복 복호하여 사후값을 산출한다. 이를 위한 행방향 반복 복호 단계는 각각의 m, n에 대하여 수학식 11과 같이 정의한다(S120).
Figure 112006069268887-pat00031
Figure 112006069268887-pat00032
행방향 반복 복호 단계에 이은, 열 방향 반복 복호 단계는 각각의 m, n에 대하여 수학식 12와 같이 갱신한다(S130).
Figure 112006069268887-pat00033
Figure 112006069268887-pat00034
그리고 이로써 얻어진 사후값에 따라 복호 여부를 판단하는 잠정 복호 단계는, 수학식 13과 같이
Figure 112006069268887-pat00035
을 결정한다(S140).
Figure 112006069268887-pat00036
Figure 112006069268887-pat00037
다음으로,
Figure 112006069268887-pat00038
의 값에 따라 반복 여부를 결정한다(S150).
만약
Figure 112006069268887-pat00039
이면, 복호 과정을 중지하고
Figure 112006069268887-pat00040
를 올바른 복호 결과로 판정한다(S155).
만약
Figure 112006069268887-pat00041
이면, 최대 반복 횟수만큼 복호를 반복 수행했는지 여부를 판단한다(S160). 최대 반복 횟수만큼 복호를 수행하였으면, 복호를 중지하고 복호 실패를 선언한다(S165).
이와 같은 방법으로 각각의 해당 로컬블록에 대한 복호를 차례로 진행하여 전체 데이터페이지에 대한 복호를 진행한다.
한편, 전술한 복호방법은 LLR-BP 알고리즘을 사용하여 데이터를 복호하는 것을 실시예로 설명하고 있다. 하지만 그 외의 LDPC 부호를 복호하기 위한 알고리즘은 UMP-BP(uniformly most powerful belief-propagation) 알고리즘, APP(a posteriori probability) 알고리즘 또는 합곱(sum-product) 알고리즘 등과 같은 대부분의 LDPC 복호 알고리즘에서의 초기 확률값을 산출하는 방법에서도 적용되어 실시될 수 있을 것이다.
즉, LDPC의 복호 성능은 채널의 확률 모델의 정확도에 따라 크게 좌우된다. 하지만 종래의 확률모델을 적용하여 홀로그래픽 광정보를 재생하는 경우 한번의 재생과정을 통해 수많은 데이터가 복원되어 통상적인 통신 채널과 같이 단순한 확률 모델을 구할 수 없게 된다. 더욱이 재생된 페이지 데이터 내에서도 로컬블록 마다 재생되는 "ON", "OFF" 픽셀의 데이터 양상이 틀리게 나타난다. 하지만 본 발명의 실시예에서와 같은 방법으로 확률모델을 적용하게 되면 보다 정확한 초기 확률값을 얻을 수 있게 되다. 그러므로 홀로그래픽 광정보를 복호하기 위하여 초기 확률값을 사용하는 다른 데이터 복호방법의 적용시예도 기술적 개념의 응용이 가능할 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 광정보 재생장치, 이를 이용한 광정보의 복호를 위한 확률값 산출 방법과 광정보의 복호방법은 페이지 데이터에 대한 정확한 초기 확률값을 구하여 광정보의 복호를 수행하도록 함으로써 광정보 처리장치에서의 광정보 복호효율을 보다 향상시키도록 하는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 저장매체에 광을 조사하는 광원;
    상기 저장매체에서 재생되는 광정보를 검출하는 광정보 검출기;
    상기 광정보 검출기에서 검출되는 상기 광정보를 다수의 로컬블록으로 분할하여 상기 로컬블록의 픽셀에 대한 확률값을 산출하는 확률값 산출부;
    상기 확률값 산출부에서 산출된 상기 확률값을 이용하여 상기 로컬블록의 광정보를 복호하는 복호부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광정보 검출기는 상기 광정보를 2차원 데이터페이지로 검출하고, 상기 데이터페이지는 다수의 "ON"과 "OFF"픽셀로 구분되는 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 확률값 산출부는 상기 로컬블록에 대한 상기 "ON"과 "OFF" 픽셀의 평균값과 표준편차를 산출하고, 상기 평균값과 상기 표준편차로써 상기 데이터페이지의 히스토그램을 설정한 후 상기 히스토그램과 상기 로컬블록의 상기 픽셀의 인텐시티 값으로 상기 확률값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 확률값 산출부는 상기 평균값과 상기 표준편차를 상기 로컬블록의 상기 "ON"과 "OFF"픽셀을 판별하기 위한 임계값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 복호부는 상기 확률값을 이용하여 상기 로컬블록에서 수신되는 수신 신호를 초기화하는 초기화부;
    상기 초기화된 상기 수신 신호를 행 방향과 열 방향으로 반복 복호하여 상기 수신 신호의 사후값을 얻는 반복복호부;
    상기 사후값에 따라 복호여부를 판단하는 잠정 복호부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광정보 처리장치.
  6. 광정보를 다수의 로컬블록으로 분할하는 단계;
    상기 로컬블록의 픽셀을 구분하는 단계;
    상기 로컬블록의 상기 픽셀에 대한 평균값과 표준편차를 산출하여 상기 광정보에 대한 히스토그램을 설정하는 단계;
    상기 히스토그램과 상기 픽셀의 인텐시티를 이용하여 상기 픽셀에 대한 확률 값을 산출하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 광정보는 2차원 데이터페이지로 검출되고, 상기 데이터페이지의 상기 픽셀은 다수의 "ON"과 "OFF"픽셀로 구분되는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 "ON"픽셀에 대한 상기 평균값(Mon)과 상기 표준편차(Stdon)는 "ON"픽셀의 수(# of On pixels)와 상기 로컬블록의 데이터 픽셀에 대한 인텐시티(I qp )을 반영하여
    Figure 112006069268887-pat00042
    과
    Figure 112006069268887-pat00043
    으로 산출하고,
    상기 "OFF" 픽셀에 대한 상기 평균값(Moff)과 상기 표준편차(Stdoff)는 "OFF"픽셀의 수(# of Off pixels)와 상기 로컬블록의 데이터 픽셀에 대한 인텐시티(I qp )를 반영하여
    Figure 112006069268887-pat00044
    과
    Figure 112006069268887-pat00045
    로 산출하는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 데이터페이지의 상기 "ON"픽셀의 히스토그램(Hon)은
    Figure 112006069268887-pat00046
    으로 설정하되, 상기 Hlocal(Mon)은 상기 로컬블록에서의 상기 "ON"픽셀에 대한 히스토그램이고, 상기 "x"는 인텐시티 레벨이며, 상기 데이터페이지의 상기 "OFF"픽셀의 히스토그램(Hoff)은
    Figure 112006069268887-pat00047
    으로 설정하되, Hlocal(Moff)은 상기 로컬블록에서의 상기 "OFF"픽셀에 대한 히스토그램인 것을 특징으로 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 데이터페이지의"ON"픽셀에 대한 상기 확률값(P(ON｜Ircv))은
    Figure 112006069268887-pat00048
    로 산출하고,
    상기 데이터페이지의 "OFF"픽셀에 대한 상기 확률값(P(OFF｜Ircv))은
    Figure 112006069268887-pat00049
    로 산출하되, 상기 "Ircv"는 상기 로컬블록 내의 상기 픽셀의 인텐시티 값인 것을 특징으로 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 평균값과 상기 표준편차는 상기 로컬블록에 대하여 구해진 상기 "ON"과 "OFF"픽셀을 판별하기 위한 임계값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 로컬블록은 n × m (n과 m은 1이상의 정수)으로 분 할되고, 상기 임계값(T local )은
    Figure 112006069268887-pat00050
    로 산출되며, I qp 는 상기 로컬블록의 상기 픽셀의 인텐시티를 나타내는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법.
  13. 광정보를 다수의 로컬블록으로 분할하여 각각의 상기 로컬블록의 픽셀에 대한 확률값을 산출하는 단계;
    상기 확률값을 이용하여 상기 로컬블록에서 수신되는 수신 신호를 초기화하는 초기화단계;
    상기 초기화된 상기 수신 신호를 행 방향과 열 방향으로 반복 복호하여 상기 수신 신호의 사후값을 얻는 반복복호단계;
    상기 사후값에 따라 복호여부를 판단하는 잠정 복호단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 확률값을 산출하는 단계는 상기 로컬블록의 픽셀을 구분하는 단계와, 상기 로컬블록의 상기 픽셀에 대한 평균값과 표준편차를 산출하여 상기 광정보에 대한 히스토그램을 설정하는 단계와, 상기 히스토그램과 상기 픽셀에 대한 인텐시티를 이용하여 상기 확률값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특 징으로 하는 광정보의 복호방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 광정보는 2차원 데이터페이지로 검출되고, 상기 데이터페이지은 다수의 "ON"과 "OFF"픽셀로 구분되는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 평균값과 상기 표준편차는 상기 로컬블록에 대하여 구해진 상기 "ON"과 "OFF"픽셀을 판별하기 위한 임계값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 초기화 단계에서의 초기값은 상기 로컬블록 내의 상기 픽셀의 인텐시티 값을 반영한 상기 "ON"픽셀에 대한 확률값과 상기 "OFF"픽셀에 대한 상기 확률값의 비로써 산출하는 것을 특징으로 하는 광정보의 복호방법.
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