KR20040009806A - 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩장치와 이에 관련된 코딩 및 디코딩 방법 - Google Patents

홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩장치와 이에 관련된 코딩 및 디코딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 픽셀의 광 세기 레벨을 2단계에서 N(N≥3)단계 이상으로 변조함으로써 코드 레이트를 향상시킬 수 있는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치와 이에 관련된 코딩 및 디코딩 방법에 관한 것이다. 본 발명의 코딩 장치는 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 입력부와, 입력부에서 전달된 페이지 데이타를 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되며 각각의 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 변조하고 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 N비트 변조부를 구비한다. 본 발명의 디코딩 장치는 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 재생하는 CCD와, CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 N비트 복조부와, N비트 복조부에서 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 출력부를 구비한다.

Description

홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치와 이에 관련된 코딩 및 디코딩 방법{CODER AND DECODER OF HOLOGRAPHIC DIGITAL DATA STORAGE SYSTEM, AND METHOD FOR CODING AND DECODING RELATED ITS SYSTEM}
본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 기술에 관한 것으로서, 특히 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 저장 매체에 저장되는 데이타의 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 코딩 및 디코딩 장치와 이에 관련된 코딩 및 디코딩 방법에 관한 것이다.
볼륨 홀로그래픽 디지털 데이타 저장을 이용한 기술 분야는 예를 들어, 반도체 레이저, CCD(Charge Coupled Device), LCD(Liquid Crystal Display) 등의 눈부신 발전에 힘입어 여러 분야에서 활발하게 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구의 결과로서 지문을 저장하고 재생하는 지문 인식 시스템 등이 실용화되고 있을 뿐만 아니라, 대용량의 저장 능력과 초고속 데이타 전송 속도의 장점을 응용할 수 있는 여러 분야로 확대되어 가고 있는 추세에 있다.
이러한 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은 대상 물체로부터의 물체 광과 기준 광을 서로 간섭시킬 때 발생하는 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도(Amplitude)에 민감하게 반응하는 저장 매체, 예를 들면 크리스탈(crystal) 등의 저장 매체에 기록(저장)하는 것으로, 기준광의 각도를 변화시키는 방법 등에 의해 물체광의 강도 및 위상까지도 기록함으로서 물체의 3차원 상을 표시할 수 있고, 또한 2진 데이타로 된 페이지(page) 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그래픽 데이타를 동일 장소에 저장할 수 있다.
한편, 전형적인 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은, 홀로그래픽 데이타를 저장 매체에 기록하는 기록모드 시, 광원에서 발생한 레이저광을 기준 광과 물체 광으로 분리시키고, 물체 광을 외부 입력 데이타(즉, 저장하고자 하는 입력 데이타)에 따라 픽셀들의 명암을 이루는 2진 데이타로 변조하며, 변조된 물체 광과 기설정된 편향각으로 반사된 기준 광을 서로 간섭시켜 얻어지는 간섭 무늬를 입력 데이타에 대응하는 홀로그래픽 디지털 데이타로써 저장 매체에 기록한다.
이때 홀로그래픽 디지털 데이타는 저장 매체에 기록될 때 중첩(다중화)되어 기록(저장)되는 데, 이러한 다중화 기록 방식으로는 예를 들어 각도 중첩, 파장 중첩, 위상 부호 중첩 등이 있다.
또한 볼륨 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은, 재생모드 시 광원에서 분리된 물체 광을 차단하고, 분리된 기준 광만을 기설정된 재생 각으로 편향시켜 저장 매체에 조사하고, 이러한 조사를 통해 기록된 간섭 무늬가 재생용 기준 광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이타로 복조 함으로써, 원래 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생한다. 이때, 저장 매체에 기록된 데이타를 재생하는 데 이용되는 재생용 기준 광은, 실질적으로 저장 매체에 홀로그래픽 디지털 데이타를 기록할 때 적용했던 기준 광과 동일한 각도를 갖는다.
한편, 저장 매체로부터 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 경우 광원인 레이저광의 세기(intensity), 렌즈에 의한 왜곡, 시스템 내부의 스캐터링 및 회절 등 여러 가지 요인에 의해 재생된 신호는 전체적으로 세기의 분포 차이를 가지게 된다. 더욱이 가우시안 분포 특성을 갖는 기준 광은 재생된 데이타 페이지의 중심 영역에서 일정 레벨 이상의 광 세기를 나타내기 때문에 재생 에러율이 거의 없으나, 데이타 페이지의 모서리 영역에서 광 세기가 일정 레벨 이하로 되어 재생 에러율이 급격하게 증가한다는 문제를 갖는다.
다른 한편, 홀로그래픽 디지털 데이타를 디코딩하는 가장 일반적인 방법은 임계값(reference value)을 이용하는 방식이 있는데, 이 방식은 각 픽셀의 평균이나 0.5값을 이용하는 방식과 국부적인 페이지의 임계값을 이용하는 방식이 있다.
상기한 임계값 이용 방식 중 전자의 경우는 픽셀의 평균이나 0.5값보다 크면 1로 판독하고, 그보다 작으면 0으로 판독하는 방법이다. 그러나 이 방법의 경우 코드 레이트(code rate)는 높으나 상술한 바와 같은 이유로 인해 재생 에러율(특히, 한 페이지의 모서리 부분에서의 재생 에러율)이 매우 높게 나타나기 때문에 현실적으로 적용이 어렵다는 문제를 갖는다.
또한 임계값 이용 방식 중 후자(즉, 국부 임계값 이용 방식)의 경우는 한 페이지의 재생신호를 여러 개의 영역으로 분할하고, 분할된 각 영역에 대해 서로 다른 임계값을 적용, 즉 페이지의 중심에 가까울수록 상대적으로 높은 임계값을 적용하고 페이지의 중심으로부터 멀어질수록(즉, 모서리 부분에 근접할수록) 상대적으로 낮은 임계값을 적용하여 1과 0을 판정하는 방식이다. 그러나 이 방법의 경우 코드 레이트가 높고 재생 에러율이 낮다는 장점을 갖는 반면에, 노이즈 패턴의 양상이 다른 경우 여러 시스템간의 호환성이 떨어진다는 문제를 갖는다. 즉, 각 시스템들은 시스템의 특성 및 주변 환경 등에 따라 서로 다른 양상의 노이즈 패턴을 갖게 되는 데, 이와 같이 노이즈 패턴이 서로 다르게 나타나는 시스템들에 규격화된 기준으로 분할한 임계값 기준들을 동일하게 적용하게 되면, 결과적으로 재생 에러율이 증가할 수밖에 없게 되고, 이로 인해 재생 에러율이 증가하게 된다.
이에 따라 재생 에러율을 감소시키기 위한 방안이 연구/개발되었다.
그 한 예로서 미국의 스탠포드 대학에서 제안한 방식(이하, 스탠포드 방식이라 칭함)이 있는 데, 스탠포드 방식은 국부적으로 1이 0보다 큰 것을 이용하여 입력 데이타를 2비트로 변조해서 코딩한 후에 저장 매체에 기록하고, 재생 후에는 인접 픽셀과 광 세기를 비교하여 증가/감소를 비교하여 디코딩을 수행하는 방식이다. 예를 들어, 01은 0으로, 10은 1로 코딩하여 기록하고 재생 후에는 그 역 과정을 통해 디코딩하는 방식이다.
이러한 코딩 및 디코딩 방식은 1개의 소스 데이타를 표현하기 위해서는 2개의 픽셀이 소요되므로 코드 레이트는 50%를 나타내게 된다.
다른 한 예로 IBM사에서 제안한 하나의 블록(blok)을 설정하고 이 블록내의 1의 개수와 0의 개수가 동일하도록 변조하여 코딩한 후에 저장매체에 기록하고 재생후에는 하나의 블록내에서 각 픽셀의 세기(intensity)를 비교하여 디코딩을 수행하는 방식이다. 따라서 저장매체에 기록되는 데이터의 기록 밀도는 하나의 픽셀에서 나타내는 레벨이 2개(0, 1)이므로 2진 데이터의 표현 가능한 수는NCN/2> 2n이 된다. 예를 들어 N이 4인 경우4C2=6로 n은 2(22=4)이 되며 이는 4개의 소스 데이터(0, 1, 2, 3)를 표현하기 위하여 4개의 픽셀을 변조시켜야 함을 나타낸다. 또한 N이 6인 경우6C3=20이고 n은 4(24=16)가 되고 이는 16개의 소스 데이터를 표현하기 위하여 6개의 변조 픽셀이 필요함을 나타낸다. 마찬가지로 N이 8인 경우8C4=70로 n은 6(26=64)이 되어 64개의 소스 데이터를 표현하기 위하여 8개의 픽셀이 소요됨을 알 수 있다.
따라서, 종래 기술에 의한 코딩 및 디코딩 방식은 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀의 레벨을 2진 데이타로 변조하기 때문에 코드 레이트를 향상시키는데 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 저장 매체에 저장되는 데이타를 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되며 각각의 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록변조하고 그 역으로 복조함으로써 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저장 매체에 저장되는 데이타를 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되며 각각의 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 변조하고 그 역으로 복조함으로써 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법 및 디코딩 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광과 물체 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 홀로그래픽 디지털 데이타를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 장치에 있어서, 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 입력부와, 입력부에서 전달된 페이지 데이타를 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되며 각각의 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 변조하고 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 N비트 변조부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 저장된 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 장치에 있어서, 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를재생하는 CCD와, CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 N비트 복조부와, N비트 복조부에서 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광과 물체 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 홀로그래픽 디지털 데이타를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법에 있어서, 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 단계와, 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되며 각각의 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 변조하는 단계와, 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광원으로부터 분리된 기준 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 저장된 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법에 있어서, 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 CCD에서 재생하는 단계와, CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 단계와, 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치를 설명하기 위한 시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 코딩 과정을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 소스 데이타를 3비트로 변조하는 예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 디코딩 과정을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 디코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 3비트 데이타를 소스 데이타로 복조하는 예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법을 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법을 나타낸 흐름도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 :코딩부 20 : 기록 및 재생부
30 :디코딩부 102 : 입력부
104 : N비트 변조부 202 : 광원
204 : 광 분리기 206, 212 : 셔터
208, 216 : 반사경 210 : 공간 광 변조부
214 : 액츄에이터 218 : 저장 매체
220 : CCD 302 : N비트 복조부
304 : 출력부
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 및 디코딩 장치를 설명하기 위한 시스템 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은 크게, 코딩부(10)와, 기록 및 재생부(20)와, 디코딩부(30)로 구성된다.
도 1에서 기록 및 재생부(20)는, 크게 광원(202), 광 분리기(204), 셔터(206, 212), 반사경(208, 216), 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, 210), 저장 매체(218), CCD(220)를 포함한다. 광 분리기(204)에서는 광원(202)의 레이저 빔을 두 개로 분리하므로 광 분리기(204)와 저장 매체(218) 사이에는 다수의 광학계를 포함하는 두 개의 경로, 즉 기준 광 경로(S1)와 물체 광 경로(S2)가 형성된다.
먼저, 광 분리기(204)에서는 광원(202)으로부터 입사되는 레이저광을 기준 광과 물체의 물체 광으로 분리되는데, 여기에서 분리된 수직 편광의 기준 광은 기준 광 경로(S1)로 제공되고, 분리된 물체 광은 물체 광 경로(S2)로 제공된다. 이때, 설명의 편의와 이해의 증진을 위해 도 1에서의 상세한 도시는 생략하였으나, 기준 광 경로(S1)에는 기준 광 처리를 위한 다수의 광학 렌즈(예를 들면, 웨이스트구성 렌즈, 빔 확장기 등)가 구비되며 물체 광 경로(S2) 상에도 물체 광 처리를 위한 별도의 다수의 광학 렌즈(예를 들면, 리이미징 렌즈, 빔 확장기, 필드 렌즈 등)가 구비된다.
기록 방식이 각도 중첩인 경우에 기준 광 경로(S1)상에는 셔터(212), 반사경(216), 액츄에이터(214)가 기준 광의 진행 방향으로 구비된다. 이에 광 분리기(204)로부터 분리되어 셔터(212)의 개구를 통해 입사되는 수직 편광된 기준 광은 광학 렌즈(미도시됨)를 통해 조정되고 임의의 크기로 확장(물체 광의 크기를 커버하기에 충분한 정도의 크기로 확장)되며, 반사경(216)을 통해 기설정된 소정 각도, 예를 들면 기록시의 기록 각 또는 재생을 위해 기설정된 각도로 편향된 후 저장 매체(218)로 입사(조사)된다.
여기에서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준 광은 각 페이지 단위의 2진 데이타를 저장 매체(218)에 기록할 때마다 액츄에이터(214)를 이용해 반사경(216)을 회전시켜 그 편향 각도를 변화시키는 방법으로 제어되는데, 이러한 기준 광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로그래픽 데이타를 저장 매체(218)에 저장하거나 혹은 저장된 홀로그래픽 데이타를 재생할 수 있다.
한편, 물체 광 경로(S2)상에는 셔터(206), 반사경(208), 공간 광 변조기(210)가 물체 광의 진행 방향으로 구비되는데, 셔터(206)는 기록모드 시 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시 차단 상태를 유지한다. 광 분리기(204)로부터 분리되어 셔터(206)의 개구를 통해 입사되는 물체 광은 반사경(208)을 통해 소정의편향 각도로 반사된 후 공간 광 변조기(210)에 전달된다.
공간 광 변조기(210)에서는 반사경(208)으로부터 전달되는 물체 광을코딩부(10)로부터 제공되는 데이타에 따라 픽셀들의 명암을 나타내도록 한 페이지 단위로 변조한다. 예를 들면, 입력 데이타가 한 프레임 단위로 된 영상 데이타일 때 공간 광 변조기(210)로 입사되는 물체 광은 한 프레임 단위의 물체 광으로 변조된다. 이와 같이 변조된 물체 광은 기준 광과 동기를 맞추어 저장 매체(218)로 입사된다.
이에 저장 매체(218)에서는 기록모드시 공간 광 변조기(210)로부터 제공되는 데이타 페이지 단위로 변조된 물체 광과 이에 대응하는 편향각도(θ)를 갖는 기록용 기준 광 사이의 간섭을 통해 얻어지는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 물체 광과 기준 광 사이의 간섭에 의한 간섭 무늬의 강도에 따라 저장 매체(218) 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는 데, 이러한 과정을 통해 저장 매체(218)에 홀로그래픽 데이타의 간섭 무늬가 기록된다.
이에 반하여, 재생 모드시 광 분리기(204)로부터 분리된 재생용 기준 광이 반사경(216)을 통해 반사되어 저장 매체(218)로 조사될 경우, 저장 매체(218)에서는 재생용 기준 광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 재생용 기준 광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 데이타(즉, 바둑판 형상 무늬)를 재생하며, 여기에서 재생된 신호는 CCD(220)로 조사된다. 이어서, CCD(220)에서는 저장 매체(218)로부터 조사되는 재생 신호를 전기적인 신호로 복원한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩부(10)는 입력부(102)와, N비트 변조부(104)로 구성된다.
여기서 입력부(102)는 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받아 N비트 변조부(104)에 전달한다.
N비트 변조부(104)는 입력부(102)에서 전달된 페이지 데이타를 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑된 N(N≥3) 비트로 변조하되, N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조한 후에 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 기록 및 재생부(20)의 공간 광 변조기(210)에 제공한다. 이때 N비트 변조부(104)는 N비트 데이타에 N개 레벨을 구성하는 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 변조한다. 예를 들어, N이 3개일 경우 3비트 데이타는 0, 1, 2를 조합한 값으로서 012, 021, 102, 120, 201, 210이다. 그리고 N비트 변조부(104)는 N비트 데이타의 각 인접 비트값의 크기 증가/감소가 +…+, +…-, …, -…- 또는 그 역을 갖도록 변조한다.
예를 들어, 4개(2N-1)의 소스 데이터를 3개의 광 세기 레벨을 이용하여 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀로 표현하는 경우(0, 1, 2, 3) N비트 변조부(104)는 우선 3개의 변조 비트를 하나의 그룹으로 묶고 각 그룹에 3 레벨을 구성하는 각 광 세기 레벨값(0, 1, 2)이 하나씩 존재하도록 한다. 이에 3비트 변조 데이타는 0, 1, 2를 조합한 값으로서 012, 021, 102, 120, 201, 210이 있다. 이때 N비트 데이타의 변조 개수는 N!이므로 3비트 변조 데이타의 경우 3!=3×2×1=6, 총 6개의 변조 데이타 개수가 만들어진다. 하지만, 본 발명의 N비트 변조부(104)는 총 4개의광 세기 레벨값을 만들기 위하여 총 6개의 3비트 변조 데이타내 인접된 비트값의 크기 증가/감소를 비교하여 다음과 같이 변조한다. 즉 0의 광 세기 레벨은 012(++)의 3비트 변조 데이타, 1의 광 세기 레벨은 021/120(+-), 2의 광 세기 레벨은 102/201(-+), 3의 광 세기 레벨은 210(--)으로 변조된다. 따라서 총 4개의 홀로그래픽 디지털 데이타의 변조 데이타가 생성된다. 이때 중복되는 3비트 변조 데이타, 021/120(+-) 또는 102/201(-+)는 어느 하나만을 사용하도록 한다.
만약 8개(2N-1)의 소스 데이터를 4개의 광 세기 레벨을 이용하여 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀로 표현하는 경우 N비트 변조부(104)는 4개의 변조 비트를 하나의 그룹으로 묶고 각 그룹에 4 레벨을 구성하는 광 세기 레벨값(0, 1, 2, 3)이 하나씩 존재하도록 한다. 4비트 변조 데이타는 0, 1, 2, 3을 조합한 값으로서 0123, 0132, 0213, 0231, 0312, 0321, 1023, 1032, 1203, 1230, 1302, 1320, 2013, 2031, 2103, 2130, 2301, 2310, 3012, 3021, 3102, 3120, 3201, 3210이 있다. 이때 N비트 데이타의 변조 개수는 N!이므로 4비트 변조 데이타의 경우 4!=4×3×2×1=24, 총 24개의 변조 데이타 개수가 만들어진다. 하지만, 본 발명의 N비트 변조부(104)는 총 8개의 광 세기 레벨값을 만들기 위하여 총 24개의 3비트 변조 데이타내 인접된 비트값의 크기 증가/감소를 비교하여 다음과 같이 변조한다. 즉 0의 광 세기 레벨은 0123(+++)의 3비트 변조 데이타, 1의 광 세기 레벨은 0132/0231/1230(++-), 2의 광 세기 레벨은 0213/0312/1203/1302/2301(+-+), 3의 광 세기 레벨은 0321/1320/2310(+--), 4의 광 세기 레벨은 1023/2013/3012(-++), 5의 광 세기 레벨은 1032/2031/2130/3021/3120(-+-), 6의 광 세기 레벨은 2013/3102/3201(--+), 7의 광세기 레벨은 3210(---)로 변조된다. 따라서 총 8개의 홀로그래픽 디지털 데이타의 변조 데이타가 생성된다.
그러므로 0, 1, 2, 3, …, 6, 7의 광 세기 레벨을 4비트 변조 데이타를 이용하여 총 8개의 코딩 데이타로 변조할 수 있다.
이상 3비트/4비트 변조로 홀로그래픽 디지털 데이타를 변조하는 과정에 대해 설명하였지만, 본 발명의 N비트 변조부(104)는 5비트 이상으로 데이타를 변조하여 총 2N-1개 홀로그래픽 디지털 데이타를 코딩할 수도 있다.
또한 N비트 변조부(104)는 N비트 데이타를 N-1 회수로 나누어서 기록 및 저장부(20)의 공간 광 변조기(210)에 코딩 입력 데이타를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 3비트 데이타가 012일 경우 2회로 나누어 코딩 입력 데이타를 제공하는데, 우선 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다. 혹은 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다.
본 발명의 기록 및 재생부(20)는 공간 광 변조기(210)를 통해서 반사경(208)으로부터 입사되는 물체 광을 N비트 데이타로 코딩하고 픽셀들이 이루는 명암으로 된 데이타의 한 페이지 단위로 변조하여 저장 매체(218)로 조사한다. 따라서, 저장 매체(218)에는 본 발명에 따라 코딩된 홀로그래픽 데이타가 저장된다.
또한 도 1을 참조하면, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩부(30)는 N비트 복조부(302)와, 출력부(304)로 구성된다.
여기서, N비트 복조부(302)는 저장 매체(218)에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조 데이타를 CCD(220)에서 재생하여 전달받는다. N비트 복조부(302)는 CCD(220)에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조한다.
예를 들어, 3개로 그룹핑된 3비트 변조 데이타가 CCD에서 재생될 경우 그룹내의 첫 번째 픽셀과 두 번째 픽셀의 광 세기 차이를 비교하여 증가/감소를 결정하고, 같은 방법으로 두 번째 픽셀과 세 번째 픽셀의 광 세기 차이를 비교하여 증가/감소를 결정하여 소스 데이터값으로 복조한다.
N이 3일 경우 CCD에서 재생된 3비트 데이타는 3개 레벨을 구성하는 0, 1, 2 레벨 값이 3비트 내에서 증가/증가(++), 증가/감소(+-), 감소/증가(-+), 감소/감소(--)의 4가지 값을 가지게 된다. 그러면 N비트 복조부(302)는 상기 4개의 광 세기 레벨로 구성된 3비트 데이타를 원래 표현된 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀값으로 복조하는데, 3비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가 혹은 감소에 따라 복조한다. 즉, 증가/증가(++)→0, 증가/감소(+-)→1, 감소/증가(-+)→2, 감소/감소(--)→3으로 복조된다.
그리고 본 발명의 출력부(304)는 N비트 복조부(302)에서 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력한다.
도 2는 본 발명의 코딩 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 소스 데이타를 3비트로 변조하는 예를 나타낸 도면이다. 여기서 N이 3일 경우를 예로 든다.
우선, 입력부(102)에서 입력된 2N-1의 광 세기 레벨을 갖는 소스 데이타(0, 1, 2, 3)는 N비트 변조부(104)를 통해 3비트로 변조된다. 예를 들어, 3비트 데이타는 0, 1, 2를 조합한 값으로서 012, 021, 102, 120, 201, 210로 총 6개가 있다.
본 발명의 N비트 변조부(104)는 총 6개의 3비트 변조 데이타내에서 인접된 비트값의 크기 증가/감소를 비교하여 소스 데이터값이 0일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 모두 증가하는 012(++)로 변조한다. 그리고 소스 데이터값이 1일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 각각 증가 및 감소하도록 021/120(+-)로 변조한다. 그리고 소스 데이터값이 2일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 각각 감소 및 증가하도록 102/201(-+)로 변조한다. 마지막으로 소스 데이터값이 3일 경우 3비트 변조 데이터의 인접된 비트값이 모두 감소하도록 210(--)으로 변조된다. 중복되는 3비트 변조 데이타, 021/120(+-) 또는 102/201(-+)는 어느 하나만을 사용하기 때문에 총 4개의 홀로그래픽 디지털 데이타의 변조 데이타가 생성된다.
도 4는 본 발명의 디코딩 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 디코딩 과정을 상세하게 설명하기 위하여 3비트 데이타를 소스 데이타로 복조하는 예를 나타낸 도면이다. 여기서 N이 3일 경우를 예로 든다.
CCD에서 재생된 3비트 데이타는 3개 레벨을 구성하는 0, 1, 2 레벨 값이 3비트 내에 하나씩 존재하는 012, 021/120, 102/201, 210이다. 그러면 N비트복조부(302)는 상기 4개의 3비트 데이타를 원래 광 세기 레벨로 표현된 홀로그래픽 디지털 데이타 픽셀값으로 복조한다.
이때, 3비트 데이타내에서 인접된 비트값의 크기가 증가/감소되는지를 비교하여 코딩 과정의 역으로 복조한다. 즉 3비트 변조 데이터가 012(++)일 경우 인접된 비트값이 모두 증가하므로 소스 데이터를 0으로 복조한다. 3비트 변조 데이터가 021/120(+-)일 경우 인접된 비트값이 각각 증가 및 감소하므로 소스 데이터를 1로 복조한다. 그리고 3비트 변조 데이터가 102/201(-+)일 경우 인접된 비트값이 각각 감소 및 증가하므로 소스 데이터를 2로 복조한다. 마지막으로 3비트 변조 데이터가 210(--)일 경우 인접된 비트값이 모두 감소하므로 소스 데이터를 3으로 복조한다.
도 6은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 코딩 방법은 다음과 같이 처리된다.
도 1에 미도시되어 있지만, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 마이크로 컨트롤러는 데이타 기록 모드인지를 판단한다. 기록 모드일 경우 데이터 코딩 명령이 입력되는지를 판단한다.(S10)
S10의 판단 결과, 코딩 명령이 입력될 경우 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩부(10)는 입력부(102)를 통해 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는다.(S12)
그리고 코딩부(10)는 N비트 변조부(104)를 통해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, N비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되도록 변조한다.(S14)
이와 같이 코딩부(10)를 통해 변조된 N(N≥3)비트 데이타는 공간 광 변조기(210)를 통해서 픽셀들의 명암을 나타내도록 한 페이지 단위로 변조한다. 그리고 변조된 광은 저장 매체(218)에 기록된다.(S16)
한편, 코딩부(10)를 통해 변조된 N(N≥3)비트 데이타는 N-1 회수로 나누어서 공간 광 변조기(210)에 입력할 수 있다. 예를 들어, 3비트 데이타가 012일 경우 2회로 나누어 코딩 입력 데이타를 제공하는데, 우선 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다. 혹은 011을 입력한 후에 001을 입력할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 디코딩 방법은 다음과 같다.
도 1에 미도시되어 있지만, 본 발명의 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 마이크로 컨트롤러는 데이타 재생 모드인지를 판단한다. 재생 모드일 경우 마이크로 컨트롤러는 데이터 디코딩 명령이 입력되는지를 판단한다.(S20)
S20의 판단 결과, 디코딩 명령이 입력될 경우 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템은 저장 매체(218)에 기록된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 CCD(220)에 재생한다.(S22) 이때, 저장 매체(218)에 기록된 데이타는 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타이다.
본 발명의 디코딩부(30)는 N비트 복조부(302)를 통해 CCD(220)에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조한다.(S24)
그런 다음 디코딩부(30)는 출력부(304)를 통해 원래 홀로그래픽 디지털 데이타의 픽셀 값으로 복조된 값을 디코딩 데이타로 출력한다.(S26)
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 저장 매체에 저장되는 데이타를 N(N≥3)비트 이상으로 변조하되, 소스 데이타의 인접된 비트간 광 세기 차이를 이용하여 변조하고 그 역으로 복조함으로써 코드 레이트(code rate)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 소스 데이터를 2N-1의 광 세기 레벨을 갖도록 설정할 경우 총 N비트로 변조가 가능하다. 즉 N이 3일 경우 4개의 소스 데이터를 3비트로 변조가 가능하다. 하지만, 종래 스탠포드 방식을 사용하면 2진 데이터로 2N-1개 광 세기 레벨을 갖는 소스 데이터를 변조하기 위해서 2N-2개의 비트수가 필요하다. 즉 4개의 소스 데이터를 표현하기 위해서는 총 2×3-2=4개 비트가 필요하다. 또 다른 예로서 본 발명에서 N이 4일 경우 8개의 소스 데이터를 표현하고자 하는 경우 4비트로 변조가 가능하다. 하지만 종래에는 8개의 소스 데이터를 표현하기 위해서는 총 6비트가 요구된다.
그러므로 본 발명은 종래보다 변조 비트수를 줄여 소스 데이터를 변조할 수 있기 때문에 코드 레이트를 줄일 수 있다.
게다가 본 발명은 그룹간 광 세기 레벨의 합이 일정하여 다중 기록되는 페이지간에 동일한 효율로 기록/재생이 용이하다는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 광원으로부터 분리된 기준 광과 물체 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 홀로그래픽 디지털 데이타를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 장치에 있어서,
    상기 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 입력부;
    상기 입력부에서 전달된 페이지 데이타를 상기 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, 상기 N 비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되며 각각의 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 변조하고 상기 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 상기 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 N비트 변조부를 구비한 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 N비트 변조부는 상기 N비트 데이타를 N-1 회수로 나누어서 코딩 데이타를 제공하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 N비트 변조부는 상기 N비트 데이타의 각 인접 비트값의 크기 증가/감소가 +…+, +…-, …, -…- 또는 그 역을 갖도록 변조하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 장치.
  4. 광원으로부터 분리된 기준 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 저장된 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 장치에 있어서,
    상기 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 재생하는 CCD;
    상기 CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 상기 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 N비트 복조부; 및
    상기 N비트 복조부에서 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 N비트 복조부는 상기 재생된 N비트 데이타내에서 N개 레벨을 구성하는 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 장치.
  6. 광원으로부터 분리된 기준 광과 물체 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 홀로그래픽 디지털 데이타를 저장하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법에 있어서,
    상기 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 입력받는 단계;
    상기 홀로그래픽 디지털 페이지 데이타를 상기 저장 매체에 저장하기 위해 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개로 그룹핑한 N(N≥3)비트로 변조하되, 상기 N비트 데이타내 인접된 비트값이 증가 또는 감소되며 각각의 광 세기 레벨값이 하나씩 존재하도록 변조하는 단계; 및
    상기 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 상기 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 변조된 N비트 데이타를 코딩 데이타로 상기 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 단계는,
    상기 변조된 N비트 데이타를 N-1 회수로 나누어서 코딩 데이타로 상기 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템에 제공하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 코딩 방법.
  8. 광원으로부터 분리된 기준 광을 이용하여 저장 매체에 페이지단위로 저장된 홀로그래픽 디지털 데이타를 재생하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법에 있어서,
    상기 저장 매체에 저장된 3레벨 이상의 광의 세기 레벨을 N(N≥3)개 그룹핑한 N(N≥3)비트 변조 데이타를 CCD에서 재생하는 단계;
    상기 CCD에서 재생된 N비트 데이타내에서 각 비트의 광 세기값을 결정하고 상기 N비트 데이타에서 인접된 비트값이 증가/감소에 따라 기설정된 홀로그래픽 디지털 데이타값으로 복조하는 단계; 및
    상기 복조된 홀로그래픽 디지털 데이타값을 디코딩 값으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디지털 데이타 저장 시스템의 디코딩 방법.
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