KR101525383B1 - Device and method of recording and reconstructing information for enhancing BER in holographic data storage system - Google Patents

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KR101525383B1
KR101525383B1 KR1020140066472A KR20140066472A KR101525383B1 KR 101525383 B1 KR101525383 B1 KR 101525383B1 KR 1020140066472 A KR1020140066472 A KR 1020140066472A KR 20140066472 A KR20140066472 A KR 20140066472A KR 101525383 B1 KR101525383 B1 KR 101525383B1
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박노철
김도형
전성빈
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a method of recording information in a holographic data storage system and reproducing the recorded information comprises: an encoding step for binarizing a two-dimensional original image and converting the two-dimensional original image into a two-dimensional data page; a high frequency removal step for removing high frequency area information of the two-dimensional data page by using a Nyquist aperture; an image obtaining step for obtaining the two-dimensional data page with the high frequency area information removed by an image sensor; a digitizing step for applying a recursive image filter to the data page obtained from the image sensor; and a decoding step for reproducing the data page with the recursive image filter applied as two-dimensional original data.

Description

홀로그래픽 데이터 스토리지의 비트 에러 비율(BER:bit error rate) 향상을 위한 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치 및 방법. {Device and method of recording and reconstructing information for enhancing BER in holographic data storage system}An apparatus and method for recording and reproducing information in a holographic data storage for improving a bit error rate (BER) of holographic data storage. {Device and method for recording and reconstructing information for enhancing BER in holographic data storage system}

본 발명은 홀로그래픽 데이터 스토리지의 비트 에러 비율(BER:bit error rate) 향상을 위한 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홀로그래피 디스크에 기록된 데이터를 재생하는 과정에 필연적으로 발생하는 비트 에러 비율(BER)을 재귀적 이미지 필터를 사용해 감소시키는 것을 목적으로 한다.
The present invention relates to an apparatus and method for recording and reproducing information in a holographic data storage for improving a bit error rate (BER) of a holographic data storage, and more particularly, And to reduce the bit error rate (BER) inevitably generated in the reproduction process using a recursive image filter.

페이지 기반 홀로그래픽 데이터 스토리지는 비트 단위로 정보를 저장하는 기존 광학 저장장치와 다르게 2차원의 바이너리 데이터 페이지 형식으로 저장하는 방식을 취하며, 이를 통해 기존에 비해 비약적인 데이터 용량의 증가를 실현할 수 있게 되었다. The page-based holographic data storage is a method of storing data in a two-dimensional binary data page format unlike a conventional optical storage device that stores information in units of bits, thereby realizing a dramatic increase in data capacity compared to the conventional one .

도 1은 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하고 재생하는 과정을 나타낸 순서도이다. 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하기 위해, 입력된 데이터에 모듈레이션 코드를 적용해 2차원 데이터 페이지로 인코딩한 후, 광학 시스템을 통해 홀로그래피 디스크에 기록한다. 기록된 정보를 재생할 때는 기록 시스템과 역순서의 과정을 거쳐 CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서로 획득한다.1 is a flowchart illustrating a process of recording and reproducing information in a holographic data storage. In order to record information in the holographic data storage, a modulation code is applied to the input data to encode it as a two-dimensional data page, and then recorded on a holographic disk through an optical system. When the recorded information is reproduced, it is obtained by an image sensor such as a CCD or CMOS through the reverse order of the recording system.

도 2는 홀로그래픽 데이터 스토리지의 기록 및 재생을 위한 광학 시스템을 나타낸 구성도이다. 기록하고자 하는 2차원 데이터를 공간 광변조기(SLM; Spatial Lighter Modulator)(10)에 표시하고 이를 신호빔의 위상에 반영한다. 이후, 신호빔은 1차 퓨리에 렌즈(50), 물리적 Nyquist 조리개(30) 및 2차 퓨리에 렌즈(61,62)를 통과한 후 홀로그래픽 디스크(40)에 초점이 맞는다. 그리고, 기준빔 역시 렌즈를 통과하여 홀로그래픽 디스크(40)에 초점이 맞게 된다. 신호빔의 초점의 정보를 기준빔과 간섭시켜 생성된 홀로그램을 홀로그래픽 디스크(40)에 기록한다. 이 때, 갈바노 거울(20)을 통해 기준빔의 입사각도를 조절하면 동일한 위치에 여러 장의 홀로그램을 기록하는 것이 가능하다.2 is a block diagram showing an optical system for recording and reproducing holographic data storage. Dimensional data to be recorded is displayed on a spatial light modulator (SLM) 10 and reflected on the phase of the signal beam. Thereafter, the signal beam is focused on the holographic disk 40 after passing through the primary Fourier lens 50, the physical Nyquist diaphragm 30 and the secondary Fourier lenses 61 and 62. The reference beam also passes through the lens to focus on the holographic disk 40. The holographic disk 40 records the hologram generated by interfering the focus information of the signal beam with the reference beam. At this time, if the incident angle of the reference beam is adjusted through the galvanometer mirror 20, it is possible to record a plurality of holograms at the same position.

이 때, 초점면의 신호빔 정보는 눈에 보이는 저주파수 영역 외에도 고주파수 영역을 함께 포함하고 있으며, 이는 기록 단계에서 함께 기록되어 인접한 영역의 데이터에 영향을 미치므로 기록 밀도가 줄어드는 결과를 야기한다. 이를 방지하기 위해, 도입된 기법이 최종적으로 홀로그래픽 디스크에 광정보를 기록하기 전에 Nyquist 조리개를 도입해 불필요한 고주파수 정보를 제거하는 방식이다. 이를 이용하면 기존 방식에 비해 고밀도의 데이터를 기록하는 것이 가능하다. 하지만, 조리개를 통과하면서 일종의 정보 손실이 발생하므로 기록된 정보를 재생하는 과정에서 원본 데이터에 비해 비트 에러가 필연적으로 발생한다. 이 비트 에러 비율은 조리개의 지름에 따라서 변화하며, 따라서 허용 가능한 에러 범위 내에서 조리개 지름과 데이터 기록 밀도가 제한된다는 한계가 있다.At this time, the signal beam information of the focal plane includes a high-frequency region in addition to a low-frequency region seen in the eye, which is recorded together in the recording step and affects the data of the adjacent region, resulting in a decrease in recording density. To prevent this, Nyquist diaphragm is introduced to remove unnecessary high-frequency information before the introduced technique finally records optical information on the holographic disk. This makes it possible to record high density data compared to the conventional method. However, since a kind of information loss occurs while passing through the aperture, a bit error necessarily occurs in the process of reproducing the recorded information as compared with the original data. This bit error rate varies with the diameter of the aperture, thus limiting the aperture diameter and data recording density within an acceptable error range.

이러한 단점을 극복하기 위해서 두 가지 방법이 제안되었다. 첫째, 기존의 하드디스크(HDD) 및 광학 디스크 드라이버(ODD)에서 에러를 보정하기 위해 사용되었던 기술인 modulation coding, channel coding, mechanical compensation 및 sync mark 등의 방법들이 응용되었다. 둘째, 페이지 기반 홀로그래픽 데이터 스토리지는 기존의 하드디스크(HDD) 및 광학 디스크 드라이버(ODD)와 다르게 2차원 이미징 시스템에 기반하고 있다는 점에 착안해, 이미지 프로세싱을 접목해 보정하려는 시도가 최근 연구에서 제안되고 있다. 특히 획득한 이미지를 두배로 리사이징한 후 그 스케일에 맞는 점확산함수(PSF;point spread function)를 수치적 방식으로 구해 고해상도 이미지로 복원하는 업스케일링(Upscaling) 방식이 제안되었다. 제안된 두가지의 방법 모두 일정한 수준의 에러를 감소시키는데 효과가 있다. 하지만 전자는 신호처리 및 기계적 제어 시스템에서 사용되는 기법을 차용해 온 것이라 에러 감소 효과가 크지 않고, 후자는 사전에 광학 시스템에 대한 고도의 정보를 미리 확보해야 함과 아울러 업스케일링(Upscaling) 과정에서 추가적인 연산량이 필요해 연산속도가 감소된다는 한계점이 있다.
To overcome these drawbacks, two approaches have been proposed. First, methods such as modulation coding, channel coding, mechanical compensation, and sync mark, which were used to correct errors in conventional hard disk drives (HDDs) and optical disk drives (ODDs), have been applied. Second, the page-based holographic data storage is based on a two-dimensional imaging system, unlike the conventional hard disk (HDD) and optical disk driver (ODD) Has been proposed. In particular, an upscaling method has been proposed in which an acquired image is resized twice, and a point spread function (PSF) corresponding to the scale is obtained by a numerical method to restore a high resolution image. Both of the proposed methods are effective in reducing certain levels of error. However, since the former has borrowed the techniques used in the signal processing and mechanical control systems, the error reduction effect is not large. In the latter, it is necessary to secure high-level information about the optical system in advance and to perform additional processing in the up- There is a limitation in that the computation speed is reduced because the computation amount is required.

본 발명의 실시예들은 페이지 기반 홀로그래픽 데이터 스토리지 시스템에서, 필연적으로 발생하는 비트 에러 비율을 감소하여 홀로그래픽 디스크의 기록 밀도를 향상시키기 위해, 기록된 데이터를 재생하는 과정에서 사용되는 재귀적 이미지 필터를 설정 하는 방법 및 이를 이용한 시스템을 제공하고자 한다.
Embodiments of the present invention provide a recursive image filter used in a process of reproducing recorded data in order to improve a recording density of a holographic disk by reducing a bit error rate that necessarily occurs in a page based holographic data storage system. And a system using the same.

본 발명에 의한 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법은, 2차원 원본 이미지를 이진화하여 2차원 데이터 페이지로 변환하는 인코딩 단계; Nyquist 조리개를 사용하여, 상기 2차원 데이터 페이지의 고주파수 영역 정보를 제거하는 고주파수 제거 단계; 상기 고주파수 제거된 2차원 데이터 페이지를 이미지 센서에서 획득하는 이미지 획득 단계; 상기 이미지 센서에서 획득한 이미지를 다시 이진화 형식의 데이터 페이지로 변환하는 디지타이징 단계; 및 상기 이진화 형식의 데이터 페이지를 2차원 원본 데이터로 재생하는 디코딩 단계;를 포함한다.A method for recording and reproducing information in a holographic data storage according to the present invention includes: encoding an original image into a two-dimensional data page; A high frequency removing step of removing high frequency region information of the two-dimensional data page using a Nyquist aperture; An image acquiring step of acquiring the high frequency removed two-dimensional data page from the image sensor; A digitizing step of converting an image acquired by the image sensor into a data page of a binarization format; And a decoding step of reproducing the data page of the binarization format as two-dimensional original data.

인코딩 단계에서, 2차원 원본 이미지를 변조부호(Modulation code)를 사용하여, 이진화하는 것을 특징으로 한다.In the encoding step, the two-dimensional original image is binarized by using a modulation code.

디지타이징 단계에서, 재귀적 이미지 필터는, (a) 데이터 페이지를 K개의 영역으로 나누는 단계; (b) 각 영역에 대한 초기 필터 값 {

Figure 112014051749689-pat00001
}을 1 내지 2의 값으로 설정하는 단계; (c) 각 영역에 대한 필터 값 {
Figure 112014051749689-pat00002
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)을 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; (d) 상기 필터 값에 일정 스텝 h 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112014051749689-pat00003
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; 및 (e) 상기 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 최적화된 필터값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 (c)단계로 다시 되돌아가는 단계;를 포함하며, 최적화된 필터값이 결정될 때까지 상기 (c) 내지 (e) 단계가 반복되고, 상기 결정된 필터값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.In the digitizing step, the recursive image filter comprises: (a) dividing a data page into K regions; (b) initial filter values for each region {
Figure 112014051749689-pat00001
} To a value of 1 to 2; (c) filter values for each region {
Figure 112014051749689-pat00002
}, calculating a bit error ratio (BER) of a data page after applying n (n is a repetition number, n is a natural number of 1 or more) to the data page; (d) adding a filter value {
Figure 112014051749689-pat00003
Calculating a bit error rate (BER) of a data page; And (e) subtracting the bit error ratio (BER) calculated in the step (c) from the bit error ratio (BER) calculated in the step (d) (B) determining an optimized filter value and returning to step (c) again if the value is negative, repeating steps (c) through (e) until an optimized filter value is determined And is set to the determined filter value.

본 발명의 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체는 (a) 데이터 페이지를 K개의 영역으로 나누는 단계; (b) 각 영역에 대한 초기 필터 값 {

Figure 112014051749689-pat00004
}을 1 내지 2의 값으로 설정하는 단계; (c) 각 영역에 대한 필터 값 {
Figure 112014051749689-pat00005
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)을 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; (d) 상기 필터 값에 일정 스텝 h 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112014051749689-pat00006
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; 및 (e) 상기 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 최적화된 필터값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 (c)단계로 다시 되돌아가는 단계;를 포함하며, 최적화된 필터값이 결정될 때까지 상기 (c) 내지 (e) 단계가 반복되고, 상기 결정된 필터값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.A method of setting a recursive image filter according to the present invention is a program recorded on a recording medium readable by an electronic device. The recording medium includes: (a) dividing a data page into K areas; (b) initial filter values for each region {
Figure 112014051749689-pat00004
} To a value of 1 to 2; (c) filter values for each region {
Figure 112014051749689-pat00005
}, calculating a bit error ratio (BER) of a data page after applying n (n is a repetition number, n is a natural number of 1 or more) to the data page; (d) adding a filter value {
Figure 112014051749689-pat00006
Calculating a bit error rate (BER) of a data page; And (e) subtracting the bit error ratio (BER) calculated in the step (c) from the bit error ratio (BER) calculated in the step (d) (B) determining an optimized filter value and returning to step (c) again if the value is negative, repeating steps (c) through (e) until an optimized filter value is determined And is set to the determined filter value.

본 발명의 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치는 본 발명의 2차원 원본 이미지를 이진화하여 2차원 데이터 페이지로 변환하는 인코딩부; Nyquist 조리개 및 렌즈를 사용하여, 상기 2차원 데이터 페이지의 고주파수 영역 정보를 제거하는 광학부; 상기 고주파수 제거된 2차원 데이터 페이지를 홀로그래픽 디스크에 기록하는 기록부; 상기 2차원 데이터 페이지에 재귀적 이미지 필터를 적용하는 필터부; 및 상기 재귀적 이미지 필터가 적용된 데이터 페이지를 이미지 센서에서 획득하는 센서부;를 포함한다.An apparatus for recording and reproducing information on a holographic data storage of the present invention includes: an encoding unit for binarizing a two-dimensional original image of the present invention and converting the two-dimensional original image into a two-dimensional data page; An optical unit which removes high frequency region information of the two-dimensional data page using a Nyquist aperture and a lens; A recording unit for recording the high frequency removed two-dimensional data page on a holographic disk; A filter unit for applying a recursive image filter to the two-dimensional data page; And a sensor unit for acquiring a data page to which the recursive image filter is applied in the image sensor.

인코딩부에서, 2차원 원본 이미지를 변조부호(Modulation code)를 사용하여, 이진화하하는 것을 특징으로 한다.In the encoding unit, the two-dimensional original image is binarized by using a modulation code.

필터부에서, 상기 재귀적 이미지 필터는, (a) 데이터 페이지를 K개의 영역으로 나누는 단계; (b) 각 영역에 대한 초기 필터 값 {

Figure 112014051749689-pat00007
}을 1 내지 2의 값으로 설정하는 단계; (c) 각 영역에 대한 필터 값 {
Figure 112014051749689-pat00008
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)을 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; (d) 상기 필터 값에 일정 스텝 h 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112014051749689-pat00009
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; 및 (e) 상기 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 최적화된 필터값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 (c)단계로 다시 되돌아가는 단계;를 포함하며, 최적화된 필터값이 결정될 때까지 상기 (c) 내지 (e) 단계가 반복되고, 상기 결정된 필터값으로 설정된 것을 반영한 공간 광 변조기를 이용한 물리적인 이미지 필터인 것을 특징으로 한다.In the filter section, the recursive image filter comprises: (a) dividing a data page into K regions; (b) initial filter values for each region {
Figure 112014051749689-pat00007
} To a value of 1 to 2; (c) filter values for each region {
Figure 112014051749689-pat00008
}, calculating a bit error ratio (BER) of a data page after applying n (n is a repetition number, n is a natural number of 1 or more) to the data page; (d) adding a filter value {
Figure 112014051749689-pat00009
Calculating a bit error rate (BER) of a data page; And (e) subtracting the bit error ratio (BER) calculated in the step (c) from the bit error ratio (BER) calculated in the step (d) (B) determining an optimized filter value and returning to step (c) again if the value is negative, repeating steps (c) through (e) until an optimized filter value is determined And is a physical image filter using a spatial light modulator reflecting the set value of the filter value.

또한, 상기 (a)단계는, 데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 동심원을 경계로 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 한다.The step (a) is characterized by dividing the data page into K regions with a boundary of one or more concentric concentric circles based on the center of the data page.

그리고, 상기 1개 이상의 동심원은 서로 다양한 간격으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 일정한 간격 이격되어 형성되거나, 크기가 증가함에 따라, 동심원 사이의 간격이 감소하여 형성될 수 있다.The one or more concentric circles may be formed at various intervals, but may be spaced apart from each other by a predetermined distance, or may be formed with decreasing spacing between concentric circles as the size increases.

다른 실시예로서, 상기 (a)단계는, 데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 사각형을 경계로 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 한다.In another embodiment, the step (a) is a step of dividing a data page into K regions with boundaries of at least one rectangle having various sizes based on the center of the data page.

또한, 상기 1개 이상의 사각형은 서로 다양한 간격으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 일정한 간격 이격되어 형성되거나, 크기가 증가함에 따라, 사각형 사이의 간격이 감소하여 형성될 수 있다.In addition, the at least one rectangle may be formed at various intervals, but may be formed at a predetermined interval, or may be formed to have a reduced spacing between the rectangles as the size increases.

또 다른 실시예로서, 상기 (a)단계는, 데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 다이아몬드형을 경계로 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 한다.In yet another embodiment, the step (a) is a step of dividing a data page into K areas with one or more diverse diamond shapes having a different size as a reference on the basis of the center of the data page.

그리고, 상기 1개 이상의 다이아몬드형은 서로 다양한 간격으로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 일정한 간격 이격되어 형성되거나, 크기가 증가함에 따라, 다이아몬드 사이의 간격이 감소하여 형성될 수 있다.The at least one diamond shape may be formed at various intervals, but may be formed with a predetermined spacing, or may be formed with decreasing distance between diamonds as the size increases.

그리고, 초기 필터 값{

Figure 112014051749689-pat00010
}은 모두 같은 값인 것을 특징으로 한다.Then, the initial filter value {
Figure 112014051749689-pat00010
} Are all the same value.

또한, 일정 스텝 h값 을 0 초과 1이하인 값으로 하는 것을 특징으로 한다.
Further, the constant step h value is set to a value exceeding 0 and 1 or less.

홀로그래픽 데이터 스토리지 시스템에 재귀적 이미지 필터를 사용함으로써, Nyquist 조리개로부터 야기된 비트 에러의 비율을 상당히 감소시켜, 홀로그래픽 디스크의 기록밀도를 향상시키는 효과가 있다.By using a recursive image filter in a holographic data storage system, there is an effect of significantly reducing the ratio of bit errors caused by Nyquist diaphragms, thereby improving the recording density of the holographic disk.

도 3에서 도시한 바와 같이, 일반 디지털 이미지는 이미지에 따라 다른 주파수 정보를 갖는 반면, 홀로그래픽 데이터 스토리지에서 사용되는 2차원 이진화된 이미지는 그 형태가 정형적이고 주파수 정보가 균일한 분포를 보이는 특성을 갖기 때문에, 이미지나 시스템에 영향을 받지 않는 이미지 필터를 설계할 수 있다는 장점이 있다.As shown in FIG. 3, a general digital image has different frequency information according to an image, whereas a two-dimensional binary image used in a holographic data storage has a characteristic that a shape is uniform and frequency information has a uniform distribution The advantage is that you can design an image filter that is not affected by the image or system.

또한 재귀적 이미지 필터를 수치해석적 방법을 사용하여 설계함으로써, 기존 광학 시스템의 수정 없이 소형화된 시스템의 구현이 가능하다.
By designing a recursive image filter using a numerical analytical method, it is possible to implement a miniaturized system without modification of existing optical systems.

도 1은 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하고 재생하는 과정을 나타낸 순서도.
도 2는 홀로그래픽 데이터 스토리지의 기록 및 재생에 대한 광학 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 일반 디지털 이미지와 홀로그래픽 데이터 스토리지에서 사용되는 이미지의 주파수 정보를 나타낸 그래프.
도 4는 재귀적 이미지 필터 설계하는 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 재귀적 이미지 필터 설계시 동심원을 경계로 영역을 나누는 방법을 도시한 도.
도 6는 재귀적 이미지 필터 설계시 사각형을 경계로 영역을 나누는 방법을 도시한 도.
도 7는 재귀적 이미지 필터 설계시 다이아몬드형을 경계로 영역을 나누는 방법을 도시한 도.
도 8은 재귀적 이미지 필터 사용하여 홀로그래픽 데이터 스토리지의 기록 및 재생시 비트오류의 감소를 보여주는 그래프.
도 9은 수치적 재귀적 이미지 필터를 물리적 이미지 필터로 구현하여, 광학 시스템에서 사용하는 예를 나타낸 구성도.
1 is a flowchart showing a process of recording and reproducing information in a holographic data storage;
2 is a block diagram showing an optical system for recording and reproducing holographic data storage;
3 is a graph showing frequency information of an image used in a general digital image and holographic data storage.
4 is a flowchart illustrating a process of designing a recursive image filter.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of dividing a region concentric to a boundary in a recursive image filter design; FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of dividing a region by a rectangle into a boundary in a recursive image filter design; FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method of dividing a diamond shape into boundary regions in the design of a recursive image filter; FIG.
Figure 8 is a graph showing a reduction in bit error during recording and playback of holographic data storage using a recursive image filter.
9 is a block diagram showing an example in which a numerical recursive image filter is implemented as a physical image filter and used in an optical system.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto. In the description of the present invention, a detailed description of known configurations will be omitted, and a detailed description of configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

도 1은 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하고 재생하는 과정을 나타낸 순서도이다. 본 발명의 일 실시예인 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법은 2차원 원본 이미지를 이진화하여 2차원 데이터 페이지로 변환하는 인코딩 단계; Nyquist 조리개를 사용하여, 상기 2차원 데이터 페이지의 고주파수 영역 정보를 제거하는 고주파수 제거 단계; 상기 고주파수 제거된 2차원 데이터 페이지를 이미지 센서에서 획득하는 이미지 획득 단계; 상기 이미지 센서에서 획득한 이미지를 재귀적 필터 적용하는 디지타이징 단계; 및 상기 재귀적 필터 적용된 데이터 페이지를 2차원 원본 데이터로 재생하는 디코딩 단계;를 포함한다.1 is a flowchart illustrating a process of recording and reproducing information in a holographic data storage. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of recording and reproducing information in a holographic data storage, the method comprising: encoding a two-dimensional original image into a two-dimensional data page; A high frequency removing step of removing high frequency region information of the two-dimensional data page using a Nyquist aperture; An image acquiring step of acquiring the high frequency removed two-dimensional data page from the image sensor; A digitizing step of applying an image recursively filtered by the image sensor; And a decoding step of reproducing the recursively filtered data page as two-dimensional original data.

인코딩 단계에서는, 2차원 원본 이미지를 이진화하여 2차원 데이터 페이지로 변환한다. 홀로그래픽 데이터 저장장치에서 일반적으로 사용되고 있는 부호는 ON 픽셀과 OFF 픽셀의 수가 같은 균형부호이다. 데이터 크기에 따라 부호율이 8/12, 3/4, 5/6, 6/8 등의 부호가 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는, 6/8 변조부호(Modulation code)를 사용하여, 2차원 원본 이미지를 이진화한다. 6/8 변조부호는 코드워드의 모양이 1x8 벡터 형태 또는 2x4의 행렬 형태가 될 수 있다.In the encoding step, the two-dimensional original image is binarized and converted into a two-dimensional data page. A code commonly used in a holographic data storage device is a balance code having the same number of ON pixels and OFF pixels. Signs with code rates of 8/12, 3/4, 5/6, 6/8, etc. may be used depending on the data size. In the embodiment of the present invention, a 2-dimensional original image is binarized using a 6/8 modulation code. A 6/8 modulation code can be a 1x8 vector form or a 2x4 matrix form of the codeword.

상기 6/8 변조부호를 이용하여, 이진화된 데이터 페이지는 광학 시스템을 통하여, 신호빔과 기준빔의 간섭무늬 형태로 홀로그래픽 디스크에 기록된다. 갈바노 거울을 통해 기준빔의 각도를 조절함으로써, 홀로그래픽 디스크에 여러 장의 홀로그램을 저장하는 것이 가능하다. Using the 6/8 modulation code, the binarized data page is recorded on the holographic disk through the optical system in the form of interference fringes of the signal beam and the reference beam. By adjusting the angle of the reference beam through the galvano mirror, it is possible to store several holograms on the holographic disk.

또한, Nyquist 조리개를 홀로그래픽 디스크 기록 전에 빔이 통과하는 렌즈의 푸리에 면에 위치시킨다. Nyquist 조리개는 2차원 데이터 페이지의 저주파만 통과시키고 고주파수 영역 정보를 제거하는 역할을 한다. 저주파와 비교했을 때, 잡신호인 고주파를 제거함으로써, 홀로그래픽 디스크의 기록 밀도를 증가시킬 수 있다. 제거되는 고주파의 주파수 범위는 사용되는 Nyquist factor의 크기에 따라 가변적이다. Nyquist factor의 크기는 Nyquist 조리개의 지름에 비례한다. 즉, Nyquist factor의 크기 및 Nyquist 조리개의 지름은 하기 식을 따른다. 하기 식에서 D는 Nyquist 조리개의 크기,

Figure 112014051749689-pat00011
는 Nyquist factor, λ는 빔의 파장, f는 렌즈의 초점거리 및 .
Figure 112014051749689-pat00012
는 공간 광 변조기의 픽셀 크기를 의미한다.Also, place the Nyquist aperture on the Fourier plane of the lens through which the beam passes prior to recording holographic discs. The Nyquist diaphragm passes only the low frequencies of a two-dimensional data page and removes high frequency domain information. Compared with the low frequency, the recording density of the holographic disk can be increased by removing the high frequency which is the noise signal. The frequency range of the removed high frequency is variable depending on the size of the Nyquist factor used. The size of the Nyquist factor is proportional to the diameter of the Nyquist aperture. That is, the size of the Nyquist factor and the diameter of the Nyquist aperture are given by the following equations. Where D is the size of the Nyquist aperture,
Figure 112014051749689-pat00011
Is the Nyquist factor, λ is the wavelength of the beam, f is the focal length of the lens, and.
Figure 112014051749689-pat00012
Means the pixel size of the spatial light modulator.

Figure 112014051749689-pat00013
Figure 112014051749689-pat00013

이 후, Nyquist 조리개에 의해 고주파수 제거된 2차원 데이터 페이지를 이미지 센서에서 재생한다. 상기 이미지 센서는 CMOS 센서 또는 CCD가 사용될 수 있다. 홀로그래픽 디스크에 기록된 홀로그램을 이미지 센서에서 재생하는 단계에서는, 오직 기준빔만 사용되어진다. 본 발명의 실시예에서는, 픽셀 크기는 12㎛인 CMOS 센서가 사용되어졌다. Thereafter, the two-dimensional data page, which is high frequency removed by the Nyquist aperture, is reproduced in the image sensor. The image sensor may be a CMOS sensor or a CCD. In the step of reproducing the hologram recorded on the holographic disk in the image sensor, only the reference beam is used. In the embodiment of the present invention, a CMOS sensor having a pixel size of 12 mu m was used.

이후, 디지타이징 단계에서는, 이미지 센서에서 획득한 이미지를 다시 이진화 형식의 데이터 페이지로 변환한다. 이미지 센서에서 초기에 획득한 이미지는 비트 에러를 포함한다. 비트 에러는 전송한 비트 수 중에 에러가 생긴 비트 수의 비율이다. 상기 비트 에러는 Nyquist 조리개 및 렌즈 등의 광학 시스템을 거치면서 필연적으로 발생하는 에러이다. 비트 에러 비율을 감소시켜, 홀로그래픽 데이터 스토리지의 기록 밀도를 증가시키기 위하여, 이미지 센서에서 초기에 획득한 이미지에 재귀적 이미지 필터를 적용한다.Thereafter, in the digitizing step, the image obtained by the image sensor is converted into a data page of a binary format again. The initially acquired image in the image sensor contains a bit error. The bit error is a ratio of the number of transmitted bits to the number of errored bits. The bit error is an error that necessarily occurs while passing through an optical system such as a Nyquist diaphragm and a lens. To reduce the bit error rate and increase the recording density of the holographic data storage, a recursive image filter is applied to the initially acquired image in the image sensor.

도 4는 재귀적 이미지 필터를 설계하는 과정을 나타낸 순서도이다. 상기 재귀적 이미지 필터는 다음과 같은 순서로 설정된다.4 is a flowchart illustrating a process of designing a recursive image filter. The recursive image filter is set in the following order.

S101: 데이터 페이지를 K개의 영역으로 나눈다. 바람직하게는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 동심원을 경계로 K개의 영역으로 나누는 것이 바람직하다. 1개 이상의 동심원은 일정한 간격 이격되어 형성되는 것뿐만 아니라, 동심원의 크기가 증가함에 따라, 동심원 사이의 간격은 감소하여 형성되는 것도 가능하다. 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 동심원 형태 뿐만 아니라, 사각형 및 다이아몬드 형 등 다양한 형태로 영역을 나누는 것이 가능하며, 영역의 형태가 제한되지 않는다.S101: The data page is divided into K regions. Preferably, as shown in FIG. 5, it is preferable to divide the data page into K regions with a boundary of one or more concentric concentric circles based on the center of the data page. Not only one or more concentric circles are formed spaced apart from each other by a predetermined distance but also the spacing between the concentric circles is reduced as the size of the concentric circles increases. As shown in FIGS. 6 and 7, it is possible to divide the area into various shapes such as a rectangular shape and a diamond shape as well as the concentric shape, and the shape of the area is not limited.

S102: 나뉘어진 각 영역에 대한 초기 필터 값 {

Figure 112014051749689-pat00014
}을 1 내지 2의 값으로 설정한다. ω의 좌밑첨자는 반복 회수를 의미하며, 우밑첨자는 각각의 영역을 의미한다. 모든 영역의 초기 필터 값이 같은 값으로 설정되는 것이 바람직하나, 다른 값으로 설정되는 것도 가능하다.S102: initial filter value for each divided area {
Figure 112014051749689-pat00014
} Is set to a value of 1 to 2. The lower-case subscript of? denotes the number of repetitions, and the lower-case subscript denotes each area. It is preferable that the initial filter values of all regions are set to the same value, but it is also possible to set them to different values.

S103: 각 영역에 대한 n번째 단계에서 필터 값 {

Figure 112014051749689-pat00015
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)으로 구성된 필터를 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산한다. S103: At the n-th stage for each region, the filter value {
Figure 112014051749689-pat00015
}, (n is a repetition number, and n is a natural number equal to or greater than 1) to the data page, and then calculates a bit error ratio (BER) of the data page.

S104: 각 영역에 대한 n번째 단계에서 필터 값{

Figure 112015037282204-pat00016
}에 일정 스텝 h 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00017
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산한다. 여기서 일정 스텝 h는 0 초과 1 이하인 수인 것이 바람직하다. 즉, 하기 식과 같은 관계가 성립한다.S104: At the n-th stage for each region, the filter value {
Figure 112015037282204-pat00016
} To the filter value {
Figure 112015037282204-pat00017
} And then calculates the bit error rate (BER) of the data page. Here, it is preferable that the predetermined step h is a number exceeding 0 and not exceeding 1. That is, the following relationship is established.

Figure 112014051749689-pat00018
Figure 112014051749689-pat00018

상기 식은 모든 K개의 영역에 공통되게 적용되므로, 우밑첨자는 생략가능 하다.Since the above equations are applied in common to all K regions, the subscripts can be omitted.

S105: n+1번째 단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 n번째 단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 S103 단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 최적화된 목표 필터 값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 S103단계로 다시 되돌아가서 상기 S103 내지 S105 단계를 반복한다.Step S105: If the bit error ratio (BER) calculated in the n-th stage is subtracted from the bit error ratio (BER) calculated in the (n + 1) th stage and the value is positive, the bit error rate If the target filter value is negative, the process returns to step S103 again and repeats steps S103 to S105.

최적화된 목표 필터 값이 결정될 때까지 상기 S103 내지 S105 단계가 반복되고, 최적화된 목표 필터 값으로 재귀적 이미지 필터를 설정한다.Steps S103 to S105 are repeated until the optimized target filter value is determined, and the recursive image filter is set to the optimized target filter value.

상기 기재한 것과 같이, 재귀적 이미지 필터를 수치해석적 방법을 사용하여 설계함으로써, 기존 광학 시스템의 수정 없이 소형화된 시스템의 구현이 가능하다.As described above, by designing the recursive image filter using a numerical analysis method, it is possible to realize a miniaturized system without modification of the existing optical system.

또한, 일반 디지털 이미지는 이미지에 따라 다른 주파수 정보를 갖는 반면, 홀로그래픽 데이터 스토리지에서 사용되는 2차원 이진화된 이미지는 그 형태가 정형적이고 주파수 정보가 균일한 분포를 보이는 특성을 갖기 때문에, 이미지나 시스템에 영향을 받지 않는 재귀적 이미지 필터를 설계할 수 있다는 장점이 있다.In addition, since a general digital image has different frequency information depending on an image, a two-dimensional binarized image used in holographic data storage has a characteristic that its shape is uniform and frequency information has a uniform distribution, It is possible to design a recursive image filter which is not affected by the image.

또한, 도 8에서 도시한 바와 같이, 홀로그래픽 데이터 스토리지 시스템에 재귀적 이미지 필터를 사용함으로써, Nyquist 조리개로부터 야기된 비트 에러의 비율을 상당히 감소시켜, 홀로그래픽 디스크의 기록밀도를 향상시키는 효과가 있다.Further, as shown in FIG. 8, the use of a recursive image filter in the holographic data storage system has the effect of significantly reducing the ratio of bit errors caused by Nyquist diaphragms, thereby improving the recording density of the holographic disk .

재귀적 이미지 필터는 intensity 필터로써, 필터를 이미지에 적용하기 위해서는 필터 및 이미지를 각각 푸리에 변환한 후, 그 둘을 곱해 주거나 또는 이미지 영역에서 컨볼루션(convolution)하여 적용할 수 있다. The recursive image filter is an intensity filter. In order to apply a filter to an image, a filter and an image are respectively Fourier-transformed, then the two are multiplied, or they are convoluted in the image region.

마지막으로, 디코딩 단계에서는 결정된 최적화 필터 값으로 구성된 필터를 적용한 데이터 페이지를 다시 6/8 변조부호를 통해 2차원 원본 데이터로 디코딩한다.Finally, in the decoding step, the data page to which the filter composed of the determined optimization filter value is applied is again decoded into the two-dimensional original data through the 6/8 modulation code.

본 발명의 다른 실시예인 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체는, (a) 데이터 페이지를 K개의 영역으로 나누는 단계; (b) 각 영역에 대한 초기 필터 값 {

Figure 112015037282204-pat00019
}을 1 내지 2의 값으로 설정하는 단계; (c) 각 영역에 대한 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00020
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)을 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; (d) 상기 필터 값에 일정 스텝 h 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00021
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; 및 (e) 상기 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 최적화된 목표 필터 값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 (c)단계로 다시 되돌아가는 단계;를 포함하며, 최적화된 목표 필터 값이 결정될 때까지 상기 (c) 내지 (e) 단계가 반복되고, 상기 결정된 필터 값으로 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램화된 것을 특징으로 한다. 각 단계의 상세한 설명은 상기 기재되어 있는 바, 여기서는 생략하도록 한다.A method of setting a recursive image filter, which is another embodiment of the present invention, includes the steps of: (a) dividing a data page into K regions; (b) initial filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00019
} To a value of 1 to 2; (c) filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00020
}, calculating a bit error ratio (BER) of a data page after applying n (n is a repetition number, n is a natural number of 1 or more) to the data page; (d) adding a filter value {
Figure 112015037282204-pat00021
Calculating a bit error rate (BER) of a data page; And (e) subtracting the bit error ratio (BER) calculated in the step (c) from the bit error ratio (BER) calculated in the step (d) (B) determining an optimized target filter value and returning to step (c) again if the value is negative, wherein the steps (c) through (e) And a method of setting a recursive image filter as the determined filter value is characterized by being programmed. The detailed description of each step is as described above, and will not be described here.

본 발명의 또 다른 실시예인 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치는 2차원 원본 이미지를 이진화하여 2차원 데이터 페이지로 변환하는 인코딩부; Nyquist 조리개 및 렌즈를 사용하여, 상기 2차원 데이터 페이지의 고주파수 영역 정보를 제거하는 광학부; 상기 고주파수 제거된 2차원 데이터 페이지를 홀로그래픽 디스크에 기록하는 기록부; 상기 2차원 데이터 페이지에 재귀적 이미지 필터를 적용하는 필터부; 및 상기 재귀적 이미지 필터가 적용된 데이터 페이지를 이미지 센서에서 획득하는 센서부;를 포함한다.An apparatus for recording and reproducing information in a holographic data storage, which is another embodiment of the present invention, includes an encoding unit for binarizing a two-dimensional original image and converting the two-dimensional original image into a two-dimensional data page; An optical unit which removes high frequency region information of the two-dimensional data page using a Nyquist aperture and a lens; A recording unit for recording the high frequency removed two-dimensional data page on a holographic disk; A filter unit for applying a recursive image filter to the two-dimensional data page; And a sensor unit for acquiring a data page to which the recursive image filter is applied in the image sensor.

상기 필터부의 재귀적 이미지 필터는 수치적 재귀적 이미지 필터를 반영한 공간 광 변조기를 이용한 물리적 이미지 필터(80)로 사용할 수 있다. 도 9에서 물리적인 이미지 필터(80)를 사용한, 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치를 도시하고 있다. 상기 인코딩부에서는 기록하고자 하는 2차원 데이터를 공간 광변조기(SLM; Spatial Lighter Modulator)(10)에 표시하고 이를 신호빔의 위상에 반영한다. 상기 광학부에서, 신호빔은 1차 퓨리에 렌즈(50), 물리적 Nyquist 조리개(30) 및 2차 퓨리에 렌즈(61,62)를 통과한 후 홀로그래픽 디스크(40)에 초점이 맞는다. 그리고, 기준빔 역시 렌즈를 통과하여 홀로그래픽 디스크(40)에 초점이 맞게 된다. 신호빔의 초점의 정보를 기준빔과 간섭시켜 생성된 홀로그램을 기록부의 홀로그래픽 디스크(40)에 기록한다. 이 때, 갈바노 거울(20)을 통해 기준빔의 입사각도를 조절하면 동일한 위치에 여러 장의 홀로그램을 기록하는 것이 가능하다. 홀로그래픽 디스크(40)의 기록된 정보를 재생할 때는 기준빔만 사용된다. 기준빔이 제 3 푸리에 렌즈(101,102), 필터부의 물리적 이미지 필터(80) 및 제 4 푸리에 렌즈(103)를 통하여, 센서부의 이미지 센서에서 재생되도록 한다.The recursive image filter of the filter unit may be used as a physical image filter 80 using a spatial light modulator reflecting a numerical recursive image filter. FIG. 9 shows an apparatus for recording and reproducing information on a holographic data storage using a physical image filter 80. The encoding unit displays the two-dimensional data to be recorded on a spatial light modulator (SLM) 10 and reflects the two-dimensional data on the phase of the signal beam. In the optical section, the signal beam is focused on the holographic disk 40 after passing through the primary Fourier lens 50, the physical Nyquist diaphragm 30 and the secondary Fourier lenses 61 and 62. The reference beam also passes through the lens to focus on the holographic disk 40. The hologram generated by interfering the focal point information of the signal beam with the reference beam is recorded in the holographic disk 40 of the recording section. At this time, if the incident angle of the reference beam is adjusted through the galvanometer mirror 20, it is possible to record a plurality of holograms at the same position. Only the reference beam is used when reproducing the recorded information of the holographic disk 40. [ The reference beam is reproduced in the image sensor of the sensor section through the third Fourier lenses 101 and 102, the physical image filter 80 of the filter section and the fourth Fourier lens 103. [

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
In the foregoing detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof, which are to be considered as being limited to the specific embodiments, but on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .

10: 공간 광 변조기 20: 갈바노 거울
30: 물리적 Nyquist 조리개 40: 홀로그래픽 디스크
50: 1차 푸리에 렌즈 61,62: 2차 푸리에 렌즈
71,72: 기준광 렌즈 80: 물리적 이미지 필터
90: 이미지 센서 101,102: 3차 푸리에 렌즈
103: 4차 푸리에 렌즈
10: spatial light modulator 20: galvano mirror
30: physical Nyquist aperture 40: holographic disk
50: primary Fourier lens 61, 62: secondary Fourier lens
71, 72: Reference light lens 80: Physical image filter
90: Image sensor 101, 102: Third order Fourier lens
103: Fourth order Fourier lens

Claims (40)

2차원 원본 이미지를 이진화하여 2차원 데이터 페이지로 변환하는 인코딩 단계;
Nyquist 조리개를 사용하여, 상기 2차원 데이터 페이지의 고주파수 영역 정보를 제거하는 고주파수 제거 단계;
상기 고주파수 제거된 2차원 데이터 페이지를 이미지 센서에서 획득하는 이미지 획득 단계;
상기 이미지 센서에서 획득한 데이터 페이지에 재귀적 이미지 필터를 적용하는 디지타이징 단계; 및
상기 재귀적 이미지 필터가 적용된 데이터 페이지를 2차원 원본 데이터로 재생하는 디코딩 단계;를 포함하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
An encoding step of binarizing the two-dimensional original image and converting the two-dimensional original image into a two-dimensional data page;
A high frequency removing step of removing high frequency region information of the two-dimensional data page using a Nyquist aperture;
An image acquiring step of acquiring the high frequency removed two-dimensional data page from the image sensor;
A digitizing step of applying a recursive image filter to a data page acquired by the image sensor; And
And reproducing the data page to which the recursive image filter is applied as two-dimensional original data.
제1항의 인코딩 단계에서,
2차원 원본 이미지를 변조부호(Modulation code)를 사용하여, 이진화하하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
In the encoding step of claim 1,
A method for recording and reproducing information in a holographic data storage, characterized in that a two-dimensional original image is binarized using a modulation code.
제1항의 디지타이징 단계에서,
상기 재귀적 이미지 필터는,
(a) 데이터 페이지를 K개(K는 1 이상인 자연수)의 영역으로 나누는 단계;
(b) 각 영역에 대한 초기 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00022
}을 1 내지 2의 값으로 설정하는 단계;
(c) 각 영역에 대한 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00023
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)을 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계;
(d) 상기 필터 값에 일정 스텝 h(h는 0 초과 1 이하의 수) 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00024
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 목표 필터값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 (c)단계로 다시 되돌아가는 단계;를 포함하며,
상기 목표 필터값이 결정될 때까지 상기 (c) 내지 (e) 단계가 반복되고, 상기 결정된 필터값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
In the digitizing step of claim 1,
Wherein the recursive image filter comprises:
(a) dividing a data page into K regions (K is a natural number of 1 or more);
(b) initial filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00022
} To a value of 1 to 2;
(c) filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00023
}, calculating a bit error ratio (BER) of a data page after applying n (n is a repetition number, n is a natural number of 1 or more) to the data page;
(d) a filter value added to the filter value by a predetermined step h (h is a number equal to or larger than 0 and equal to or smaller than 1)
Figure 112015037282204-pat00024
Calculating a bit error rate (BER) of a data page; And
(e) a bit error ratio (BER) calculated in the step (c) is subtracted from the bit error ratio (BER) calculated in the step (d), and if the value is positive, the bit error rate BER) as a target filter value, and if the value is negative, returning to step (c) again,
Wherein the steps (c) to (e) are repeated until the target filter value is determined and set to the determined filter value.
제3항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 동심원을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
The method of claim 3,
The step (a)
Dividing the data page into the K regions with boundaries of one or more concentric concentric circles based on the center of the data page. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제4항에 있어서,
상기 1개 이상의 동심원은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the at least one concentric circle is spaced apart at a predetermined interval.
제4항에 있어서,
상기 1개 이상의 동심원은 크기가 증가함에 따라, 동심원 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the at least one concentric circle is formed to have a reduced spacing between concentric circles as the size increases.
제3항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 사각형을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
The method of claim 3,
The step (a)
Dividing a data page into at least one of the K regions with a border of one or more different sized squares based on the center of the data page. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제7항에 있어서,
상기 1개 이상의 사각형은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the at least one rectangle is spaced apart from the holographic data storage at a predetermined interval.
제7항에 있어서,
상기 1개 이상의 사각형은 크기가 증가함에 따라, 사각형 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the at least one rectangle is formed with decreasing spacing between the rectangles as the size increases.
제3항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 다이아몬드형을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
The method of claim 3,
The step (a)
Dividing a data page into K regions with boundaries of one or more different sizes of diamond shapes with respect to the center of the data page. ≪ RTI ID = 0.0 > 15. < / RTI >
제10항에 있어서,
상기 1개 이상의 다이아몬드형은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the at least one diamond shape is spaced apart from the holographic data storage by a predetermined distance.
제10항에 있어서,
상기 1개 이상의 다이아몬드형은 크기가 증가함에 따라, 다이아몬드형 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the at least one diamond shape is formed with decreasing spacing between diamond shapes as the size increases.
제3항에 있어서,
초기 필터 값{
Figure 112014051749689-pat00025
}은 모두 같은 값인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 방법.
The method of claim 3,
The initial filter value {
Figure 112014051749689-pat00025
≪ / RTI > are all equal in value.
삭제delete (a) 데이터 페이지를 K개(K는 1 이상인 자연수)의 영역으로 나누는 단계;
(b) 각 영역에 대한 초기 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00026
}을 1 내지 2의 값으로 설정하는 단계;
(c) 각 영역에 대한 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00027
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)을 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계;
(d) 상기 필터 값에 일정 스텝 h(h는 0 초과 1 이하의 수) 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00028
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 목표 필터값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 (c)단계로 다시 되돌아가는 단계;를 포함하며,
상기 목표 필터값이 결정될 때까지 상기 (c) 내지 (e) 단계가 반복되고, 상기 결정된 필터값으로 필터를 설정하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
(a) dividing a data page into K regions (K is a natural number of 1 or more);
(b) initial filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00026
} To a value of 1 to 2;
(c) filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00027
}, calculating a bit error ratio (BER) of a data page after applying n (n is a repetition number, n is a natural number of 1 or more) to the data page;
(d) a filter value added to the filter value by a predetermined step h (h is a number equal to or larger than 0 and equal to or smaller than 1)
Figure 112015037282204-pat00028
Calculating a bit error rate (BER) of a data page; And
(e) a bit error ratio (BER) calculated in the step (c) is subtracted from the bit error ratio (BER) calculated in the step (d), and if the value is positive, the bit error rate BER) as a target filter value, and if the value is negative, returning to step (c) again,
(C) repeating the steps (c) to (e) until the target filter value is determined, and setting a recursive image filter to set the filter with the determined filter value, .
제15항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 동심원을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
16. The method of claim 15,
The step (a)
Dividing the data page into the K regions with a boundary of one or more concentric concentric circles relative to the center of the data page as a boundary. The method of setting a recursive image filter, Possible recording medium.
제16항에 있어서,
상기 1개 이상의 동심원은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
17. The method of claim 16,
Wherein the one or more concentric circles are spaced apart from each other by a predetermined distance. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제16항에 있어서,
상기 1개 이상의 동심원은 크기가 증가함에 따라, 동심원 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
17. The method of claim 16,
Wherein the spacing between the concentric circles is reduced as the size of the at least one concentric circle increases. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제15항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 사각형을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
16. The method of claim 15,
The step (a)
Dividing the data page into the K regions with a border of one or more different sized squares based on the center of the data page as the boundary. The method of setting a recursive image filter, Possible recording medium.
제19항에 있어서,
상기 1개 이상의 사각형은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
20. The method of claim 19,
Wherein the at least one rectangle is spaced apart by a predetermined distance. A recording medium readable by a program, the method comprising:
제19항에 있어서,
상기 1개 이상의 사각형은 크기가 증가함에 따라, 사각형 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
20. The method of claim 19,
Wherein the at least one rectangle is formed by decreasing the spacing between the rectangles as the size of the at least one rectangle increases.
제15항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 다이아몬드형을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
16. The method of claim 15,
The step (a)
And dividing the data page into K areas by boundary of one or more diamond-shaped diamonds with a center of the data page as a boundary. The method of setting a recursive image filter according to claim 1, Readable recording medium.
제22항에 있어서,
상기 1개 이상의 다이아몬드형은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
23. The method of claim 22,
Characterized in that the at least one diamond shape is formed spaced apart from each other by a predetermined distance. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제22항에 있어서,
상기 1개 이상의 다이아몬드형은 크기가 증가함에 따라, 다이아몬드형 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
23. The method of claim 22,
Wherein the at least one diamond shape is formed by decreasing the distance between diamond shapes as the size is increased. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
제15항에 있어서,
초기 필터 값{
Figure 112014051749689-pat00029
}은 모두 같은 값인 것을 특징으로 하는 재귀적 이미지 필터를 설정하는 방법이 프로그램으로 기록된 전자장치에서 판독 가능한 기록매체.
16. The method of claim 15,
The initial filter value {
Figure 112014051749689-pat00029
} Are all the same value. A method of setting a recursive image filter, comprising the steps of:
삭제delete 2차원 원본 이미지를 이진화하여 2차원 데이터 페이지로 변환하는 인코딩부;
Nyquist 조리개 및 렌즈를 사용하여, 상기 2차원 데이터 페이지의 고주파수 영역 정보를 제거하는 광학부;
상기 고주파수 제거된 2차원 데이터 페이지를 홀로그래픽 디스크에 기록하는 기록부;
상기 2차원 데이터 페이지에 재귀적 이미지 필터를 적용하는 필터부;
상기 재귀적 이미지 필터가 적용된 데이터 페이지를 이미지 센서에서 획득하는 센서부;를 포함하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
An encoding unit for binarizing the two-dimensional original image and converting the two-dimensional original image into a two-dimensional data page;
An optical unit which removes high frequency region information of the two-dimensional data page using a Nyquist aperture and a lens;
A recording unit for recording the high frequency removed two-dimensional data page on a holographic disk;
A filter unit for applying a recursive image filter to the two-dimensional data page;
And a sensor unit for acquiring a data page to which the recursive image filter is applied in an image sensor.
제27항의 인코딩부에서,
2차원 원본 이미지를 변조부호(Modulation code)를 사용하여, 이진화하하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
The encoding unit of claim 27,
A method for recording and reproducing information in a holographic data storage, characterized in that a two-dimensional original image is binarized using a modulation code.
제27항의 필터부에서,
상기 재귀적 이미지 필터는,
(a) 데이터 페이지를 K개(K는 1 이상인 자연수)의 영역으로 나누는 단계;
(b) 각 영역에 대한 초기 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00030
}을 1 내지 2의 값으로 설정하는 단계;
(c) 각 영역에 대한 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00031
}, (n은 반복횟수, n은 1 이상의 자연수)을 상기 데이터 페이지에 적용한 후, 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계;
(d) 상기 필터 값에 일정 스텝 h(h는 0 초과 1 이하의 수) 만큼 더해진 필터 값 {
Figure 112015037282204-pat00032
}을 적용한 후 데이터 페이지의 비트 에러 비율(BER)을 연산하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)에서 (c)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 차감하여 그 값이 양수이면 (d)단계에서 연산한 비트 에러 비율(BER)을 목표 필터값으로 결정하고 그 값이 음수이면 다시 (c)단계로 다시 되돌아가는 단계;를 포함하며,
상기 목표 필터값이 결정될 때까지 상기 (c) 내지 (e) 단계가 반복되고, 상기 결정된 필터값으로 설정된 것을 반영한 공간 광 변조기를 이용한 물리적인 이미지 필터인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
The filter unit of claim 27,
Wherein the recursive image filter comprises:
(a) dividing a data page into K regions (K is a natural number of 1 or more);
(b) initial filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00030
} To a value of 1 to 2;
(c) filter values for each region {
Figure 112015037282204-pat00031
}, calculating a bit error ratio (BER) of a data page after applying n (n is a repetition number, n is a natural number of 1 or more) to the data page;
(d) a filter value added to the filter value by a predetermined step h (h is a number equal to or larger than 0 and equal to or smaller than 1)
Figure 112015037282204-pat00032
Calculating a bit error rate (BER) of a data page; And
(e) a bit error ratio (BER) calculated in the step (c) is subtracted from the bit error ratio (BER) calculated in the step (d), and if the value is positive, the bit error rate BER) as a target filter value, and if the value is negative, returning to step (c) again,
Wherein the step (c) to (e) are repeated until the target filter value is determined, and the physical image filter is a physical image filter using a spatial light modulator reflecting the set value of the determined filter value. A device for recording and reproducing.
제29항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 동심원을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
30. The method of claim 29,
The step (a)
And dividing the data page into the K areas with the boundary of one or more concentric concentric circles based on the center of the data page as a boundary.
제30항에 있어서,
상기 1개 이상의 동심원은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
31. The method of claim 30,
Wherein the one or more concentric circles are spaced apart from each other by a predetermined distance.
제30항에 있어서,
상기 1개 이상의 동심원은 크기가 증가함에 따라, 동심원 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
31. The method of claim 30,
Wherein the one or more concentric circles are formed with decreasing spacing between concentric circles as the size increases.
제29항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 사각형을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
30. The method of claim 29,
The step (a)
And dividing the data page into the K regions with boundaries of at least one rectangle of various sizes based on the center of the data page.
제33항에 있어서,
상기 1개 이상의 사각형은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
34. The method of claim 33,
Wherein the at least one rectangle is spaced apart from the holographic data storage at a predetermined interval.
제33항에 있어서,
상기 1개 이상의 사각형은 크기가 증가함에 따라, 사각형 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
34. The method of claim 33,
Wherein the at least one rectangle is formed to have a reduced spacing between the rectangles as the size of the at least one rectangle increases.
제29항에 있어서,
상기 (a)단계는,
데이터 페이지를 데이터 페이지의 중앙을 기준으로 하는 1개 이상의 다양한 크기의 다이아몬드형을 경계로 상기 K개의 영역으로 나누는 단계인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
30. The method of claim 29,
The step (a)
Wherein the step of dividing the data page into the K areas is performed by dividing the data page into at least one of a plurality of types of diamond shapes based on the center of the data page.
제36항에 있어서,
상기 1개 이상의 다이아몬드형은 일정한 간격 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
37. The method of claim 36,
Wherein the at least one diamond shape is spaced apart from the holographic data storage at a predetermined interval.
제36항에 있어서,
상기 1개 이상의 다이아몬드형은 크기가 증가함에 따라, 다이아몬드형 사이의 간격은 감소하여 형성된 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
37. The method of claim 36,
Wherein the at least one diamond shape is formed with decreasing spacing between diamond shapes as the size increases.
제29항에 있어서,
초기 필터 값{
Figure 112014051749689-pat00033
}은 모두 같은 값인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 데이터 스토리지에 정보를 기록하여 재생하는 장치.
30. The method of claim 29,
The initial filter value {
Figure 112014051749689-pat00033
Are all the same. ≪ RTI ID = 0.0 > 1 < / RTI >
삭제delete
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