KR100772040B1

KR100772040B1 - 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 오버 샘플링 방법

Info

Publication number: KR100772040B1
Application number: KR1020060015749A
Authority: KR
Inventors: 정용우; 서정교
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-10-31
Also published as: KR20070082742A

Abstract

본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템(Holographic Digital Data Storage System, HDDS)의 오버 샘플링 방법에 관한 것으로, 특히 홀로그래픽 장치에서 데이터 처리 기록/재생 시에 데이터 코딩 방법에 관한 것으로 특히 4/3 오버샘플링 알고리즘 적용시에 기록/재생시 후처리 과정 없이 간결하게 데이터를 처리하는 코딩방식에 관한 것이다. 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템(Holographic Digital Data Storage System, HDDS)의 오버 샘플링 방법은 HDDS에 저장된 이미지를 재생하는 경우, 상기 9개(3x3)의 재생 이미지를 16개(4x4)의 CCD 픽셀에 의해 오버 샘플링하여 데이터 이미지를 검출하는 것을 특징으로 한다.

홀로그래픽, 오버샘플링, 4/3

Description

홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 오버 샘플링 방법{Oversampling method of holographic digital data storage system}

도 1a 및 도 1b는 종래 HDDS의 CCD 검출방법을 도시한 도면

도 2는 본 발명에 따른 HDDS의 오버 샘플링 방법을 위한 전체 블록 구성도

도 3은 도 2에 도시된 SLM 블록에서 CCD 블록까지 상세하게 도시한 도면

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 4/3 오버샘플링 방법

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 광원 102 : 광 분리기

104, 110 : 셔터 106, 112 : 반사경

108 : 액츄에이터 114 : 공간 광 변조기

116, 122 : 광학 렌즈 118 : Optical aperture

120 : 저장매체 124 : CCD

126 : 데이터 전처리부 128 : 서보 제어부

130 : 코딩부 132 : 마이컴

134 : HDDS DSP부

본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템(Holographic Digital Data Storage System, HDDS)의 오버 샘플링 방법에 관한 것으로, 특히 홀로그래픽 장치에서 데이터 처리 기록/재생 시에 데이터 코딩 방법에 관한 것으로 특히 4/3 오버샘플링 알고리즘 적용시에 기록/재생시 후처리 과정 없이 간결하게 데이터를 처리하는 코딩방식에 관한 것이다.

통상적으로, HDDS는 데이터 기록/재생의 원리상 체적 홀로그램 원리를 이용하는 페이지 지향적인 메모리(Pageoriented memory) 입출력 방식으로서, 병렬 데이터 처리 방식을 사용하여 입출력 속도를 1Gbps 이상으로 초고속화 시킬 수 있으며, 기계적인 구동부를 배제한 시스템 구성이 가능하여 데이터 접근 시간도 100㎲ 이하로 매우 빠르게 구현할 수 있는 차세대 메모리 시스템이다.

이러한 HDDS는 대상 물체로부터의 물체광과 기준광을 서로 간섭시킬 때 발생하는 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도(Amplitude)에 민감하게 반응하는 크리스탈(crystal)등의 저장매체에 기록한다. 즉, HDDS는 기준광의 각도를 변화시키는 방법에 의해 물체광의 강도 및 위상까지 기록하여 대상 물체의 3차원 상을 표시할 수 있으며, 또한 2진 데이터로 된 페이지(page) 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그래픽 디지털 데이터를 기록매체에 기록할 수 있는 것이다.

한편, HDDS는 저장매체에 기록된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생할 경우, 광원에서 분리된 물체 광을 차단하고, 기준광만을 기 설정된 재생 각으로 편향시켜 저장매체에 조사함으로서, 기록된 간섭 무늬가 재생용 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터인 정보 이미지로 복조시켜 원래의 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생한다. 여기서, 저장매체에 기록된 데이터를 재생하는 재생용 기준광은 실질적으로 저장매체에 홀로그래픽 디지털 데이터를 기록할 때 적용했던 기준광과 동일한 각도를 갖는다.

보다 상세하게 설명할 경우, HDDS는 홀로그래픽 데이터를 기록매체에 기록하는 모드 시, 광원에서 발생한 레이저광을 기준광과 물체광으로 분리시키고, 이중 물체광을 외부 입력 데이터에 따라 픽셀들의 명암을 이루는 2진 데이터로 변조하며, 변조된 물체광과 기 설정된 편향각으로 반사된 기준광을 서로 간섭시켜 얻어지는 간섭 무늬를 입력 데이터에 대응하는 홀로그래픽 디지털 데이터로써 저장매체에 기록하는 것이다. 이때, 홀로그래픽 디지털 데이터는 저장매체에 기록될 때 중첩(다중화)되어 기록되며, 이 중첩 기록 방식은 각도 중첩, 파장 중첩, 위상 부호 중첩 등이 있다. 이후, HDDS는 재생모드시, 저장매체에 기록된 페이지 단위의 재생 이미지 데이터를 검출기(detector)인 CCD에 의해 데이터 이미지로 검출하여 디코딩(decoding)하게 된다.

상술한 바와 같이, HDDS로 공개되어 재생된 데이터 이미지의 CCD 검출 방법은 홀로그래픽 저장장치를 개발하는 IBM사와 캘리포니아 공과 대학 등에서 적용한 1:1 픽셀 매칭 방법이 있다. 즉 도 1a에 도시된 바와 같이, 재생 이미지(10)의 데 이터 픽셀과 CCD 어레이(array)의 픽셀(12)을 1:1로 매칭시켜 사용하며, 1:1 픽셀 매칭을 사용한 시스템에서는 보통 앵글 멀티플렉싱(Angle multiplexing)을 적용하여 데이터를 다중 기록함으로서, 재생된 데이터 이미지의 픽셀 비 매칭이 매우 적은 반면에, CCD 픽셀 크기의 1/2 오차가 발생할 경우, CCD에 의해 검출된 데이터 이미지의 열화(degradation)가 심하게 발생하게 되는 문제점을 갖는다.

또한, 기존의 HDDS Prototype-I에 적용한 데이터 재생시, 저장매체로부터 CCD 픽셀(예로, 1200×1200의 CCD 픽셀)에 의해 검출되는 데이터 이미지는 도 1b에 도시된 바와 같이, 재생 이미지(10)가 9개(3×3)의 CCD 픽셀(16)에 의해 400×400의 데이터 이미지만을 재생하도록 하는 기술적 특징을 갖고 있다. 이로써, 전체 HDDS의 데이터 이미지 전송량이 9개(3×3)의 CCD 픽셀(16)에 의해 매우 작아지게 되는 결점이 있으며, 또한, 재생된 데이터 이미지의 1 픽셀의 광량을 9개의 CCD로 나누어 받은 후에 한 개의 CCD 픽셀의 정보만 이용하므로 광 효율도 그만큼 떨어지게 되는 문제점을 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 홀로그래픽 광 저장 장치에서 보다 많은 데이터를 기록/재생할 수 있게 하여 전체 기록 용량을 증가시키는 오버샘플링 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템(Holographic Digital Data Storage System, HDDS)의 오버 샘플링 방법은 HDDS에 저장된 이미지를 재생하는 경우, 상기 9개(3x3)의 재생 이미지를 16개(4x4)의 CCD 픽셀에 의해 오버 샘플링하여 데이터 이미지를 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 9개(3x3)의 재생 이미지를 순차적으로 넘버링(0~8) 하는 경우 0~7번의 데이터는 실제 데이터이고, 8번 데이터는 상기 데이터의 오류여부를 검출할 수 있는 패리티 비트로 설정하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 HDDS의 오버 샘플링 방법을 적용하기 위한 전체 블록 구성도로서, 도 2를 참조하면, HDDS에서 홀로그래픽 디지털 데이터 기록/재생 동작을 설명한다.

먼저, 광 분리기(102)는 광원(100)으로부터 입사되는 레이저광을 기준광과 물체광으로 분기시킨 후, 기준광을 수직 편광의 기준 광 처리 경로(S1)를 통해 저장매체(120)에 제공하고, 분기된 물체광을 물체 광 처리 경로(S2)를 통해 최종적으로 저장매체(120)에 제공한다. 즉, 광 분리기(102)로부터 분기되어 셔터(104)의 개구를 통해 입사되는 수직 편광된 기준광은 광학 렌즈(도시하지 않았음) 등을 통해 조정되고 임의의 크기로 확장되며, 반사경(106)에 의해 기 설정된 소정 각도로 편향되어 저장매체(120)로 입사된다. 여기서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준광은 각 페이지 단위의 2진 데이터를 저장매체(120)에 기록할 때마다 액츄에이터(108)를 이용해 반사경(106)을 회전시켜 그 편향각도(θ)를 변화시키는 방법으로 제어되는데, 이러한 기준 광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로그램 디지털 데이터를 저장매체(120)에 저장하거나 혹은 저장된 홀로그램 디지털 데이터를 재생할 수 있다.

한편, 광 분리기(102)로부터 분기되어 셔터(110)의 개구를 통해 입사되는 물체광은 물체광 처리 경로(S2) 상에는 반사경(112) 및 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)(114)가 물체광의 출사 방향으로 순차 구비되는 데, 셔터(110)는 마이컴(132)의 제어에 따라 기록모드 시에는 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시에는 차단 상태를 유지한다. 광 분리기(102)로부터 분기되어 셔터(110)의 개구를 통해 입사되는 물체 광은 반사경(112)을 통해 소정의 편향 각으로 반사된 후 SLM(114)으로 전달된다.

이어서, SLM(114)에서는 반사경(112)으로부터 전달되는 물체광을 데이터 코딩부(130)로부터 제공되는 입력 데이터에 따라 픽셀들이 이루는 명암으로 이루어진 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조, 즉 일 예로서 입력 데이터가 영상의 한 프레임 단위로 된 화상 데이터일 때 SLM(114)으로 입사되는 물체광은 한 프레임 단위의 신호광으로 변조된 후, 기준 광 처리 경로(S1)의 반사경(106)에서 입사되는 기준광과 동기를 맞추어 광학 렌즈(116) 및 Optical aperture(118)를 통해 저장매체(120)로 입사된다. 따라서, 저장매체(120)에서는 기록모드 시에, SLM(114)로부터 제공되는 2진 데이터의 페이지 단위로 변조된 신호광과 이에 대응하는 편향각도(θ)를 가지고 반사경(106)으로부터 입사되는 기록용 기준광간의 간섭을 통해 얻어지는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 물체광과 기준광간의 간섭에 의해 얻어지는 간섭 무늬의 강도에 따라 저장매체(120) 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는 데, 이러한 과정을 통해 저장매체(120)에 3차원 상 홀로그램 디지털 데이터의 간섭 무늬가 기록되는 것이다.

다음으로, 저장매체(120)에 기록된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생하는 경우, 마이컴(132)의 제어에 따라 물체광 처리 경로(S2) 측의 셔터(110)는 차단 상태로 되고 기준광 처리 경로(S1) 측의 셔터(104)는 개방 상태로 제어한다. 그러면 광 분리기(102)로부터 분기된 기준광, 즉 재생용 기준광은 반사경(106)을 통해 반사되어 저장매체(120)로 조사되며, 그 결과 저장매체(120)에서는 재생용 기준광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 재생용 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터로 복조되며, 복조된 재생 이미지 데이터는 CCD(124)로 조사된다. 여기서, 도 3은 상술한 HDDS의 설명 중에서 SLM(114)에서 CCD(124)까지의 상세 도면으로서, 기록한 원래 데이터는 SLM(114)에 의해 온(On)-오프(Off)로 표현되어 기준광에 의해 간섭되어 그 간섭 무늬가 저장매체(120)에 저장된다. 이후, 기록된 데이터를 재생하는 경우에는 CCD(124)에 의해 저장매체(120)에서 재생된 기록 이미지를 받아들이게 된다.

본 발명에서는 4/3 오버샘플링 기법을 사용한다. 상기 4/3 오버샘플링 기법은 광학 혹은 기계적 오류를 수정하기 위하여 도 4a에서 보는 바와 같이 4*4 픽셀 배열을 이용하여 3*3의 픽셀 배열을 읽어 들인다. 이 방법은 기존의 나이퀴스트 주파수(Nyquist Frequency)에 기반해서 필요되는 최소 픽셀 배열의 수인 6*6 픽셀 배열과 비교하여 적은 픽셀 배열을 이용하여 데이터를 읽어들일 수 있다. 본 발명은 4/3 오버샘플링 기법이 항상 3*3의 데이터를 출력하는 데에서 시작된다.

도 4a에서 보는 바와 같이 3*3 데이터 배열은 총 9개의 비트열로 이루어 지면 4/3 오버샘플링 기법의 최소 데이터 재생 단위이다. 해당 기법을 사용하기 위해서 읽어지는 데이터는 항상 9개이기 때문에 이에 대한 코딩을 도 4b와 같이 정의한다. 0-7번의 데이터는 실제 Raw데이터로 정의하고 8번의 데이터는 데이터 오류 여부를 검출 할 수 있는 패리티(Parity) 비트로 설정하여 오류 발생 여부를 검사하도록 한다. 따라서 본 발명에서 정의하는 도 4b를 따라 4/3 오버샘플링을 할 경우 기록/재생하여 바이트 단위 처리가 가능하도록 코딩을 한다. 결국, 이 9개의 이진데이터 코딩/디코딩 방법을 적절한 방법으로 최적화되도록 9개의 픽셀의 역할을 지정하고 기록/재생을 수행할 때 본 발명을 활용하여 단순히 이진 데이터열을 사용하여 기록/재생하는 것이 가지는 데이터 후처리 과정을 생략할 수 있도록 한다. 정보 표현 모듈의 3*3 픽셀을 재생할 때 4*4 픽셀을 사용하는 것으로 기존 샘플링이론인 나이퀴스트 주파수에 기반한 6*6 픽셀에 비해 기록 재생 시 필요한 센서의 픽셀을 줄일 수 있다. 따라서 페이지당 한번에 데이터를 읽어들일 수 있는 양이 증가하게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, Raw 데이터를 유효한 데이터로 변경하기 위한 재처리 과정이 존재하지 않고, 해당 데이터에 대한 유효성을 오류 체크 비트를 통하여 간단한 연산으로 검증 할 수 있으며, 각 데이터 저장의 단위가 현재 사용되는 컴퓨팅시스템의 기본 바이트 단위로 호환성이 뛰어나다.

Claims

홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템(Holographic Digital Data Storage System, HDDS)의 오버 샘플링 방법에 있어서,

광원에서 기준광을 분리한 후 저장매체에 조사시키는 단계;

픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 데이터로 복조하는 단계; 및

상기 한 페이지의 데이터 중 9개(3x3)의 재생 이미지 픽셀을 16개(4x4)의 이미지 센서 픽셀에 의해 오버 샘플링하여 데이터 이미지를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 오버 샘플링 방법.
제 1항에 있어서, 상기 9개(3x3)의 재생 이미지를 순차적으로 넘버링(0~8) 하는 경우 0~7번의 데이터는 실제 데이터이고, 8번 데이터는 상기 데이터의 오류여부를 검출할 수 있는 패리티비트로 설정하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 오버 샘플링 방법.
제 1항에 있어서,

상기 이미지 센서는 CCD 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 오버 샘플링 방법.