KR20080080749A - Method of calculating probability for optical information and method of decoding optical information, optical information processing apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing an optical information processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 데이터 인코딩부를 도시한 블록도이다. FIG. 2 is a block diagram illustrating a data encoding unit of FIG. 1.
도 3은 도 1의 데이터 디코딩부를 도시한 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating a data decoding unit of FIG. 1.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법을 도시한 블록 순서도이다.4 is a block flowchart illustrating a method of calculating a probability value for decoding optical information according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에서 픽셀을 정렬하여 'ON'픽셀과 'OFF'픽셀로 구분하는 일례를 도시한 예시도이다. FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating an example of sorting pixels in FIG. 4 and dividing them into 'ON' pixels and 'OFF' pixels.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 복호방법을 도시한 블록 순서도이다.6 is a block flow diagram illustrating a decoding method of optical information according to an embodiment of the present invention.
** 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 **** Explanation of symbols in main part of drawing **
100 : 광정보 처리장치100: optical information processing device
110 : 광원110: light source
120 : 광 분리기120: optical separator
140 : 공간 광변조기140: spatial light modulator
160 : 광정보 검출기160: optical information detector
170 : 확률값 산출부170: probability value calculation unit
180 : 데이터 인코딩부180: data encoding unit
200 : 데이터 디코딩부200: data decoding unit
본 발명은 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법 및 광정보의 복호방법, 이를 이용한 광정보 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)를 이용하여 LDPC 디코더로 좀더 정확한 초기값을 제공하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법 및 광정보의 복호방법, 이를 이용한 광정보 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating a probability value for decoding optical information, a method for decoding optical information, and an optical information processing apparatus using the same, and more particularly, to an LDPC decoder using a balanced modulation code. A method of calculating a probability value for decoding optical information providing a value, a decoding method of optical information, and an optical information processing apparatus using the same.
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.Optical information processing apparatuses for processing optical information include compact discs (CDs), digital versatile discs (DVDs), HD-DVDs, Blu-ray discs, near field optical processing apparatuses, and the like. In addition, there is an optical information processing apparatus using holography as a next-generation storage system having a larger capacity of storage.
홀로그래피를 이용한 광정보 처리장치는 이미지 정보의 기록 및 재생의 원리 상 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 기록하는 다중화 기법을 통해 저장밀도를 향상시킬 수 있다.Optical information processing apparatus using holography is a page-oriented memory in the principle of recording and reproducing image information. This can speed up the data rate. In addition, storage density may be improved through a multiplexing technique in which image information is overlaid and recorded in the same place on a storage medium.
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.An optical information processing apparatus using holography overlaps an information beam and reference beam including image information of original data with an optical recording medium, and then generates an interference pattern. In the optical information storage medium. In order to reproduce the recorded optical information, when the reference light is irradiated with the optical information storage medium, the reference light is diffracted by the interference pattern to generate regenerated light. If the recording reference light and the reproduction reference light are the same, reproduction light containing the same optical information as the optical information included in the information light at the time of recording is generated.
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. The image of the data page reproduced through the reproduction light is detected through a light receiving array element such as a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) or a charge coupled device (CCD). The detected data page is restored to the original data through a series of signal processing and decoding processes.
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 부호(Reed-Solomon code)와 같은 것이 제안되기도 하였다.Meanwhile, the holographic optical information processing apparatus uses a modulation code and an error correction code in order to increase the storage density of the data page and the reliability of the data. As an error correcting code for the holographic optical information processing apparatus, such as a Reed-Solomon code has been proposed.
한편, 오류정정부호의 한 방법으로 새논(Shannon)의 이론적인 채널 용량 한 계에 거의 근접하는 성능을 보이는 저밀도 패리티 체크(low density parity check; 이하 LDPC) 부호가 있다. On the other hand, as a method of error correction, there is a low density parity check (LDPC) code which shows performance close to the theoretical channel capacity limit of Shannon.
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.The LDPC code is a linear block code in which most of the elements of the parity check matrix are '0'. A general parity check code consists of a block of information symbols and parity check symbols that are a modulo sum of specific information symbols to form a code word. The relationship between these check symbols and information symbols may be represented by a parity check matrix H. The parity check matrix H is represented by a set of linear homogeneous equations. In other words, the LDPC code is a type of parity check code, and is a coding method having a parity check matrix H having a large number of elements '0' and only a small number of randomly scattered weights.
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 ㅧ N)에 대해 각 열당 1의 갯수가 W 개, 각 행당 1의 갯수가 Wㅧ (N/M) 로 일정하면 균일(regular) LDPC 부호라 한다. 만약 각 열당 1의 갯수가 일정하지 않고, 각 행당 1의 갯수가 정확히 Wㅧ (N/M)가 아니면 비균일(irregular) LDPC 부호라 한다. The encoding process of the LDPC code having the parity check matrix H is as follows. Once the H matrix is obtained, a generator matrix G corresponding to the H matrix is obtained using the relationship of GH T = 0. The codeword C corresponding to the information symbol block X is obtained from C = XG. If the number of 1's per column and the number of 1's per row for the H matrix (M ㅧ N) are constant at W ㅧ (N / M), it is called a regular LDPC code. If the number of 1s in each column is not constant and the number of 1s in each row is not exactly W ㅧ (N / M), then it is called an irregular LDPC code.
LDPC 부호의 복호(decoding)는 수신된 신호 벡터로부터 패리티 체크 행렬 H와의 곱이 "0" 을 만족하는 가장 확률적으로 근사한 코드워드를 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 등이 있다.Decoding of the LDPC code finds the most probabilistic codeword whose product with the parity check matrix H satisfies " 0 " from the received signal vector. Among the decoding methods of the LDPC code, the sum-product algorithm is a sum product algorithm for performing soft decision iterative decoding using probability values, or an LLR-BP using a log-likelihood ratio (LLR). (belief propagation) algorithm.
LLR-BP 알고리즘은 수신된 신호에 대한 코드워드의 확률이 최대가 되는 신호를 구하는 과정으로, 초기 LLR 값에서 행 방향 반복 복호 및 열 방향 반복 복호를 통하여 코드워드를 구한다. The LLR-BP algorithm is a process of obtaining a signal having a maximum probability of a codeword for a received signal. The LLR-BP algorithm obtains a codeword through row-oriented iteration decoding and column-wise iteration decoding from an initial LLR value.
LDPC 부호를 적용한 홀로그래픽 광정보 처리장치에 있어서, 초기 LLR 값은 데이터 픽셀(pixel)의 인텐시티(intensity)로부터 해당 픽셀이 '0'일 확률과 '1'일 확률을 구하여 설정된다. 이를 위하여, 데이터 픽셀들 사이에는 특정 마크(mark)를 부분적으로 삽입하여 픽셀의 확률을 구하기 위한 정보로 사용한다. In the holographic optical information processing apparatus using the LDPC code, the initial LLR value is set by obtaining the probability that the pixel is '0' and the probability that the pixel is '1' from the intensity of the data pixel. To this end, a specific mark is partially inserted between data pixels and used as information for obtaining a probability of the pixel.
그런데, 홀로그래픽 광정보 처리장치는 통상적으로 가우시안(Gaussian) 형태의 광 분포를 가지는 레이저를 사용한다. 따라서 재생되는 데이터페이지에는 어두운 부분이 많이 존재하는 영역이 생길 수 있고, 데이터 픽셀에 노이즈가 생기는 경우가 있다. 데이터 픽셀에 노이즈가 많거나 어두운 부분이 많이 존재하면 데이터 픽셀로부터 정확한 초기 LLR 값을 얻을 수 없게 된다. 초기 LLR 값의 정확도가 LDPC 부호의 오류 정정 범위를 벗어나는 경우에는 복호 실패(decoding failure)가 발생한다. 따라서 정확한 초기 LLR 값을 구할 수 있는 방법이 요구된다.However, the holographic optical information processing apparatus typically uses a laser having a light distribution of a Gaussian shape. Therefore, the data page to be reproduced may have an area in which many dark areas exist, and noise may occur in the data pixel. If there are many noisy or dark parts of a data pixel, it is impossible to obtain an accurate initial LLR value from the data pixel. Decoding failure occurs when the accuracy of the initial LLR value is outside the error correction range of the LDPC code. Therefore, there is a need for a method for obtaining an accurate initial LLR value.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)를 이용하여 LDPC 부호의 복호에 필요한 초기 확률값을 좀더 정확한 값으로 구하여 광정보 복호를 수행하도록 하는 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법 및 광정보의 복호방법, 이를 이용한 광정보 처리장치를 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is a method of calculating a probability value for decoding optical information to obtain optical information decoding to obtain a more accurate initial probability value for LDPC code decoding using a balanced modulation code and The present invention provides a decoding method of optical information and an optical information processing apparatus using the same.
본 발명에 따른 광정보 처리장치는 광정보 저장매체로 기준광을 제공하는 광원, 상기 기준광에 의하여 상기 광정보 저장매체에서 재생되는 광정보를 검출하는 광정보 검출기, 상기 광정보 검출기에서 검출된 상기 광정보의 코드워드(code word)에 대한 확률값을 산출하는 확률값 산출부 및 상기 확률값 산출부에서 산출된 상기 확률값을 이용하여 상기 코드워드의 광정보를 복호하는 데이터 디코딩부를 포함한다. An optical information processing apparatus according to the present invention includes a light source for providing reference light to an optical information storage medium, an optical information detector for detecting optical information reproduced in the optical information storage medium by the reference light, and the light detected by the optical information detector. And a probability value calculator for calculating a probability value for a code word of information, and a data decoder for decoding optical information of the codeword using the probability value calculated by the probability value calculator.
상기 광정보 저장매체에 저장된 상기 광정보는 n 비트(bit)를 m 비트로 변조하는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)에 의하여 변조되어 기록된 것으로, 상기 코드워드는 m 비트의 밸런스드 코드워드이며, 상기 확률값 산출부는 상기 밸런스드 코드워드에 대한 확률값을 산출할 수 있다(n<m, n 및 m 은 자연수).The optical information stored in the optical information storage medium is modulated and recorded by a balanced modulation code that modulates n bits into m bits, and the codeword is an m-bit balanced codeword. A probability value calculator may calculate a probability value for the balanced codeword (n <m, n and m are natural numbers).
상기 데이터 디코딩부는 상기 m 비트의 밸런스드 코드워드를 n 비트의 코드워드로 복조하는 밸런스드 복조부 및 상기 확률값을 초기값으로 이용하여, 상기 밸런스드 복조부에 의하여 복조된 상기 n 비트의 코드워드를 반복 복호하여 사후값을 산출하는 LDPC 디코더를 포함할 수 있다. The data decoding unit repeatedly decodes the n-bit codeword demodulated by the balanced demodulator by using a balanced demodulator that demodulates the m-bit balanced codeword into an n-bit codeword and the probability value as an initial value. LDPC decoder to calculate a post-value.
상기 확률값 산출부는 상기 밸런스드 코드워드에 해당하는 m개의 픽셀을 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀로 구분하여, 상기 'ON'픽셀과 상기 'OFF'픽셀의 인텐시티(intensity) 차이로 상기 확률값을 산출할 수 있다. The probability value calculating unit divides m pixels corresponding to the balanced codeword into 'ON' pixels and 'OFF' pixels, and calculates the probability values by an intensity difference between the 'ON' pixels and the 'OFF' pixels. can do.
상기 확률값 산출부는 상기 'ON'픽셀의 최소 인텐시티와 상기 'OFF'픽셀의 최대 인텐시티의 차이로 상기 확률값을 산출할 수 있다. The probability value calculator may calculate the probability value based on a difference between a minimum intensity of the 'ON' pixel and a maximum intensity of the 'OFF' pixel.
한편, 본 발명에 따른 광정보 복호화를 위한 확률값 산출방법은 복수의 픽셀을 인텐시티 순으로 정렬하는 단계, 상기 픽셀을 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀로 구분하는 단계 및 상기 'ON'픽셀과 상기 'OFF'픽셀의 인텐시티 차이를 이용하여 확률값을 산출하는 단계를 포함한다. Meanwhile, a method of calculating a probability value for optical information decoding according to the present invention includes the steps of: arranging a plurality of pixels in intensity order, dividing the pixels into 'ON' pixels and 'OFF' pixels, and 'ON' pixels and the Calculating a probability value using an intensity difference of the 'OFF' pixel.
상기 정렬하는 단계에서 상기 복수의 픽셀은 n 비트(bit)를 m 비트로 변조하는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)에 의하여 변조되어 기록된 m 비트의 밸런스드 코드워드에 해당하는 픽셀일 수 있다(n<m, n 및 m 은 자연수). In the aligning, the plurality of pixels may be pixels corresponding to m-bit balanced codewords recorded by being modulated by a balanced modulation code that modulates n bits into m bits (n < m, n and m are natural numbers).
상기 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀로 구분하는 단계는 상기 인텐시티 순으로 정렬된 상기 픽셀 중에서 상기 인텐시티가 큰 개의 픽셀을 'ON'픽셀로, 나머지 픽셀을 'OFF'픽셀로 구분하는 것일 수 있다. The step of dividing the pixel into an 'ON' pixel and an 'OFF' pixel may have a higher intensity among the pixels arranged in the intensity order. Pixels may be divided into 'ON' pixels, and the remaining pixels may be divided into 'OFF' pixels.
상기 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀로 정렬하는 단계에서 상기 인텐시티가 가장 큰 픽셀부터 내림차순으로 정렬된 경우, 번째 픽셀의 인텐시티 와 번째 픽셀의 인텐시티 를 적용하여, 'ON'픽셀에 대한 확률값은 로 산출하고, 'OFF'픽셀에 대한 확률값은 로 산출할 수 있다. If the intensity is arranged in descending order from the largest pixel in the step of sorting the pixels 'ON' and 'OFF', The intensity of the first pixel Wow The intensity of the first pixel By applying the probability value for the 'ON' pixel, And the probability value for 'OFF' pixels is It can be calculated as
상기 이 설정된 크기보다 작은 경우, 상기 'ON'픽셀과 상기 'OFF' 픽셀의 경계가 불명확한 것으로 판단하여, 번째 픽셀의 인텐시티 및 번째 픽셀의 인텐시티 를 적용하여, 'ON'픽셀에 대한 확률값은 로 산출하고, 'OFF'픽셀에 대한 확률값은remind If smaller than the set size, it is determined that the boundary between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel is unclear, The intensity of the first pixel And The intensity of the first pixel By applying the probability value for the 'ON' pixel, And the probability value for 'OFF' pixels is
로 산출할 수 있다. It can be calculated as
또 한편, 본 발명에 따른 광정보 복호방법은 n 비트(bit)를 m 비트로 변조하는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)에 의하여 변조되어 기록된 m 비트의 밸런스드 코드워드로부터 상기 밸런스드 코드워드에 대한 확률값을 산출하는 단계(n<m, n 및 m 은 자연수), 상기 밸런스드 코드워드를 n 비트의 코드워드로 복조하는 단계, 상기 확률값을 초기값으로 이용하여 상기 n 비트의 코드워드를 행 방향과 열 방향으로 반복 복호하여 상기 n 비트의 코드워드의 사후값을 얻는 반복복호단계 및 상기 사후값에 따라 복호여부를 판단하는 잠정 복호단계를 포함한다. On the other hand, the optical information decoding method according to the present invention is a probability value for the balanced codeword from the m coded balanced codeword recorded by being modulated by a balanced modulation code that modulates n bits into m bits. Calculating (n <m, n and m are natural numbers), demodulating the balanced codeword into n-bit codewords, and using the probability value as an initial value, the n-bit codeword in a row direction and a column. A repeating decoding step of repeatedly decoding in a direction to obtain a post value of the n-bit codeword, and a provisional decoding step of determining whether to decode according to the post-value.
상기 확률값을 산출하는 단계는 상기 밸런스드 코드워드에 해당하는 m개의 픽셀을 인텐시티 순으로 정렬하는 단계, 상기 픽셀을 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀로 구분하는 단계 및 상기 'ON'픽셀과 상기 'OFF'픽셀의 인텐시티 차이를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. The calculating of the probability value may include arranging m pixels corresponding to the balanced codeword in intensity order, dividing the pixel into 'ON' pixels and 'OFF' pixels, and the 'ON' pixel and the ' Calculating an intensity difference of the OFF 'pixel.
상기 인텐시티 순으로 정렬된 상기 픽셀 중 상기 인텐시티가 큰 개의 픽셀을 상기 'ON'픽셀로, 나머지 픽셀을 상기 'OFF'픽셀로 구분하여, 상기 'ON'픽셀의 최소 인텐시티와 상기 'OFF'픽셀의 최대 인텐시티의 차이를 상기 밸런스드 코드워드의 확률값으로 산출할 수 있다. The intensity is greater among the pixels arranged in the intensity order. Dividing the number of pixels into the 'ON' pixel and the remaining pixels into the 'OFF' pixel, and calculating a difference between the minimum intensity of the 'ON' pixel and the maximum intensity of the 'OFF' pixel as a probability value of the balanced codeword. can do.
상기 'ON'픽셀의 최소 인텐시티와 상기 'OFF'픽셀의 최대 인텐시티의 차이가 설정된 값보다 작은 경우, 상기 인텐시티 순으로 정렬된 픽셀에서, 상기 'ON'픽셀 중 최소 인텐시티를 갖는 픽셀에 이웃하는 픽셀의 인텐시티와 상기 'OFF'픽셀 중 최대 인텐시티를 갖는 픽셀에 이웃하는 픽셀의 인텐시티의 차이를 상기 확률값에 추가할 수 있다. When the difference between the minimum intensity of the 'ON' pixel and the maximum intensity of the 'OFF' pixel is smaller than a set value, a pixel adjacent to the pixel having the least intensity among the 'ON' pixels in the pixels arranged in the intensity order The difference between the intensity of the pixel and the intensity of the pixel neighboring the pixel having the maximum intensity among the 'OFF' pixels may be added to the probability value.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 이하의 본 발명의 실시예의 설명 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout the description of the embodiments of the present invention below.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치를 나타낸 구성도이다. 도 2는 도 1의 데이터 인코딩부를 도시한 블록도이다. 도 3은 도 1의 데이터 디코딩부를 도시한 블록도이다. 1 is a block diagram showing an optical information processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram illustrating a data encoding unit of FIG. 1. 3 is a block diagram illustrating a data decoding unit of FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치(100)는 광원(110), 광정보 검출기(160), 확률값 산출부(170) 및 데이터 디코딩부(200)를 구비한다. 또한, 광정보 처리장치(100)는 광 분리기(beam splitter;120), 공간 광변조기(spatial light modulator; 140), 데이터 인코딩부(180), 반사미러(133, 134) 및 셔터(131, 132)가 더 구비된다. As shown in FIG. 1, the optical
이러한 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치(100)는 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. The optical
이하에서는 이러한 본 발명의 실시예에 따른 광정보 처리장치(100)의 동작에 대하여 설명한다. Hereinafter, the operation of the optical
광정보의 기록을 위하여 광원(110)으로부터 조사된 광은 광 분리기(120)를 통하여 기준광(R) 및 정보광(I)으로 분리된다. 기준광(R)은 셔터(131)를 지나, 반 사미러(133)에 의하여 반사되어 광정보 저장매체(150)로 소정 각도로 입사된다.The light irradiated from the
정보광(I)은 셔터(132)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. The information light I passes through the
데이터 인코딩부(180)는 도 2에 도시된 바와 같이, LDPC 인코더(181) 및 밸런스드 변조부(182)를 포함한다. LDPC 인코더(181)는 비트(bit) 단위로 제공되는 데이터 입력 데이터를 LDPC 부호로 만든다. 밸런스드 변조부(182)는 LDPC 부호를 밸런스드 코드워드(code word)로 변조(modulation)한다. 이때, 밸런스드 변조부(182)는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)를 이용하여 n 비트의 LDPC 부호는 m 비트의 밸런스드 코드워드로 변조한다(n<m, n 및 m 은 자연수). As shown in FIG. 2, the
공간 광변조기(140)는 데이터 인코딩부(180)로부터 입력된 데이터페이지 정보를 광학적으로 변조하여 2차원 이미지화된 데이터페이지를 생성하고, 이를 입사된 정보광(I)에 투영시켜 광정보 저장매체(150)로 입사시킨다.The spatial
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. When the reference light R and the information light I are incident on the optical
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 들면, 쉬프트 다중화, 위상코드 다중화 또는 각도-쉬프트 다중화 등의 방법이 있으며, 이를 위하여 광학계의 구성이 일부 변형 실시될 수 있다. The
한편, 기록된 데이터의 재생을 위해서는 기준광(R) 만을 광정보 저장매체(150)에 조사하면 된다. 재생시에 정보광(I) 경로상의 셔터(132)는 광 분리기(120)에 의하여 분리된 정보광(I)을 차단한다.Meanwhile, in order to reproduce the recorded data, only the reference light R may be irradiated to the optical
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. 재생광은 광정보 검출기(160)에 의하여 데이터페이지의 이미지로 검출된다. 검출된 데이터페이지의 이미지는 확률값 산출부(170)를 통해 밸런스드 코드워드에 대한 확률값(probability function)을 산출하고, 이후 데이터 디코딩부(200)에 의해 복호된다. 이때, 광정보 검출기(160)는 CMOS 또는 CCD와 같은 수광배열소자로 구성된다. In this case, the reference light R reflected by the
데이터 디코딩부(200)는 데이터페이지 이미지를 이진 데이터로 복호하는 장치이다. 데이터 디코딩부(200)는 도 3에 도시한 바와 같이, 밸런스드 복조부(201) 및 LDPC 디코더(202)를 포함한다. 밸런스드 복조부(201)는 m 비트의 밸런스드 코드 워드를 n 비트의 LDPC 부호로 복조(demodulation)한다. LDPC 디코더(202)는 확률값 산출부(170)로부터 제공되는 확률값을 이용하여 LDPC 부호를 복호화하여 최종 출력 데이터를 출력한다.The
이하에서는 광정보의 복호를 위한 확률값의 산출방법과 이를 이용한 복호화 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of calculating a probability value for decoding optical information and a decoding method using the same will be described in more detail.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법을 도시한 블록 순서도이다. 도 5는 도 4에서 픽셀을 정렬하여 'ON'픽셀과 'OFF'픽셀로 구분하는 일례를 도시한 예시도이다. 4 is a block flowchart illustrating a method of calculating a probability value for decoding optical information according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating an example of sorting pixels in FIG. 4 and dividing them into 'ON' pixels and 'OFF' pixels.
LDPC 부호를 사용하여 데이터를 복호하는 경우 통상적으로 가변노드를 초기화하기 위하여 확률값을 사용한다. 본 발명의 실시예에서는 n 비트(bit)를 m 비트로 변조하는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)에 의하여 변조되어 기록된 m 비트의 밸런스드 코드워드에 대한 확률값을 LDPC 부호에 대한 초기값으로 이용한다. When decoding data using an LDPC code, a probability value is typically used to initialize a variable node. In an embodiment of the present invention, a probability value for a balanced codeword of m bits recorded by being modulated by a balanced modulation code that modulates n bits into m bits is used as an initial value for the LDPC code.
확률값 산출부(170)는 광정보 검출기(160)에서 검출된 데이터페이지에서 밸런스드 코드워드 단위로 픽셀을 분류한다. m 비트의 밸런스드 코드워드에 해당하는 픽셀은 m개의 'ON' 및 'OFF'픽셀로 이루어진다. 확률값 산출부(170)는 밸런스드 코드워드에 해당하는 픽셀을 인텐시티(intensity) 순으로 정렬(sorting)한다(S10). 이때, 도 5에 도시한 바와 같이, 인텐시티가 가장 큰 픽셀부터 내림차순으로 정렬할 수 있다. The
이어서, 확률값 산출부(170)는 픽셀을 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀로 구분한다(S20). 밸런스드 변조 코드는 'ON'과 'OFF'의 수가 동일하도록 변조하는 것으로, m개의 픽셀 중 인텐시티가 큰 개의 픽셀이 'ON'픽셀로, 나머지 픽셀이 'OFF'픽셀로 구분될 수 있다. Subsequently, the
인텐시티가 가장 큰 픽셀부터 내림차순으로 정렬된 경우, 번째 픽셀이 'ON'픽셀 중 인텐시티가 최소인 픽셀이고, 번째 픽셀이 'OFF'픽셀 중 인텐시티가 최대인 픽셀이 되어, 상기 두 픽셀이 'ON'픽셀과 'OFF'픽셀의 경계가 될 수 있다. If the intensity is sorted in descending order from the largest pixel, Pixel is the least intense pixel among "ON" pixels, The second pixel may be a pixel having the highest intensity among the 'OFF' pixels, and the two pixels may be the boundary between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel.
'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀에 대한 확률값은 'ON'픽셀과 'OFF'픽셀의 인텐시티 차이를 산출하여(S30) 나타낼 수 있다. 이때, 'ON'픽셀과 'OFF'픽셀의 경계가 되는 번째 픽셀의 인텐시티 와 번째 픽셀의 인텐시티 를 적용한다. 'ON'픽셀에 대한 확률값은 수학식 1로 구하고, 'OFF'픽셀에 대한 확률값은 수학식 2로 구한다. The probability values for the 'ON' pixels and the 'OFF' pixels may be represented by calculating an intensity difference between the 'ON' pixels and the 'OFF' pixels (S30). At this time, the boundary between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel The intensity of the first pixel Wow The intensity of the first pixel Apply. The probability value for the 'ON' pixel is obtained by Equation 1, and the probability value for the 'OFF' pixel is obtained by Equation 2.
한편, 'ON'픽셀과 'OFF' 픽셀의 경계가 불명확하게 나타날 수 있다. 즉, 광정보의 저장 및 재생시 발생하는 잡음 등에 의하여 'ON'픽셀과 'OFF' 픽셀의 인텐시티 차이가 작게 나타날 수 있다. 이러한 경우의 확률값을 이용하여 LDPC 부호를 복호화하면 오류정정 성능이 떨어지고, 복호 실패(decoding failure)를 생성할 수 있다. On the other hand, the boundary between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel may appear unclear. That is, the intensity difference between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel may appear small due to noise generated during storage and reproduction of the optical information. When the LDPC code is decoded using the probability value in this case, error correction performance may be deteriorated and decoding failure may be generated.
따라서 'ON'픽셀과 'OFF' 픽셀의 경계가 명확한지 판단한다(S40). 즉, 'ON'픽셀과 'OFF' 픽셀의 인텐시티 차이인 을 사전에 설정된 크기와 비교한다. 이 설정된 크기보다 큰 경우에는 'ON'픽셀과 'OFF' 픽셀의 경계가 명확한 것으로 판단하고, 설정된 크기보다 작은 경우 'ON'픽셀과 'OFF' 픽셀의 경계가 불명확한 것으로 판단한다. Therefore, it is determined whether the boundary between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel is clear (S40). That is, the intensity difference between 'ON' and 'OFF' pixels Is compared with the preset size. If the size is larger than the set size, the boundary between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel is determined to be clear.
상기 판단 결과, 이 설정된 크기보다 작은 경우, 번째 픽셀의 인텐시티 및 번째 픽셀의 인텐시티 를 추가 적용한다(S50). 이때, 'ON'픽셀에 대한 확률값은 수학식 3으로 구하고, 'OFF'픽셀에 대한 확률값은 수학식 4로 구한다. As a result of the determination, Is less than the set size, The intensity of the first pixel And The intensity of the first pixel Apply additionally (S50). At this time, the probability value for the 'ON' pixel is obtained by Equation 3, and the probability value for the 'OFF' pixel is obtained by Equation 4.
상기와 같이 구한 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀에 대한 확률값은 LDPC 부호의 복호를 위한 초기값으로 제공된다(S60).The probability values for the 'ON' pixels and the 'OFF' pixels obtained as described above are provided as initial values for decoding the LDPC code (S60).
한편, m 비트의 밸런스드 코드워드는 밸런스드 복조부(201)에 의하여 n 비트의 코드워드로 복조되어 LDPC 디코더(202)로 제공된다. On the other hand, m-bit balanced codewords are demodulated by n-bit codewords by the
이상, 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀에 대한 확률값은 'ON'픽셀과 'OFF'픽셀의 경계에 해당하는 픽셀의 인텐시티 차이로 산출되었으나, 이에 한정하지 않으며, 광정보 처리장치에서 재생되어 수신되는 신호의 성질에 따라 유사한 산출방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 'OFF'픽셀들의 인텐시티가 유사한 값으로 검출되는 경우, 'ON'픽셀의 최소 인텐시티와 'OFF'픽셀의 최소 인텐시티의 차이를 산출하여 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀에 대한 확률값으로 이용할 수 있다. 또한, 'ON'픽셀 및 'OFF'픽셀의 경계가 불명확한 경우 추가 적용하는 픽셀도 달리 선택하여 적용할 수 있다. The probability values for the 'ON' pixels and the 'OFF' pixels have been calculated as difference in intensity of pixels corresponding to the boundary between the 'ON' pixels and the 'OFF' pixels, but the present invention is not limited thereto. Similar calculation methods can be applied depending on the nature of the signal being generated. For example, when the intensities of the 'OFF' pixels are detected with similar values, the difference between the minimum intensity of the 'ON' pixel and the minimum intensity of the 'OFF' pixel is calculated to be a probability value for the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel. Can be used as In addition, when the boundary between the 'ON' pixel and the 'OFF' pixel is unclear, an additional pixel may be selected and applied differently.
이하, 밸런스드 코드워드에 대한 확률값을 LDPC 부호의 복호를 위한 초기값으로 적용하여 광정보를 복호하는 방법에 대하여 방법에 대하여 서술한다. Hereinafter, a method of decoding optical information by applying a probability value for a balanced codeword as an initial value for decoding an LDPC code will be described.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광정보의 복호방법을 도시한 블록 순서도이다. 6 is a block flow diagram illustrating a decoding method of optical information according to an embodiment of the present invention.
코드워드를 c, 송신 신호를 x, 수신 신호를 y, 채널의 잡음을 n 이라 하면, 이다. 여기서 코드워드 는 송신 신호 로 매핑된다. If the codeword is c , the transmitted signal is x , the received signal is y , and the channel noise is n , to be. Codeword Transmit signal Is mapped to.
복호는 수신된 신호에 대한 코드워드의 확률이 최대가 되는 신호를 구하는 과정이다. 즉 의 값이 최대가 되는 코드워드 를 구하는 것이다. Decoding is a process of obtaining a signal in which a probability of a codeword with respect to a received signal is maximized. In other words The codeword whose maximum is. To obtain.
패리티 체크 행렬 H의 크기는 M x N 이고, 로 나타낸다. m번째 체크에 참여하는 비트들의 집합을 으로 표시한다. n번째 비트에 참여하는 체크들의 집합을 으로 표시한다. 집합 N(m)과 M(n)의 크기는 각각 |N(m)| 와 |M(n)|로 나타낸다. 은 n번째 비트를 제외한 N(m)을 말한다. 은 m번째 체크를 제외한 M(m)을 말한다. The size of parity check matrix H is M x N, Represented by set of bits that participate in the mth check Indicated by. set of checks that participate in the nth bit Indicated by. The sizes of sets N (m) and M (n) are | N (m) | And | M (n) |. Is N (m) except nth bit. Is M (m) except the mth check.
그리고 반복 복호 알고리즘에 사용되는 기호는 다음과 같다.The symbols used in the iterative decoding algorithm are as follows.
은 수신된 신호 y로부터 얻은 n번째 비트의 LLR이다. Is the LLR of the nth bit obtained from the received signal y.
은 m 번째 체크노드에서 n번째 비트노드로 가는 n번째 비트의 LLR이다. Is the LLR of the nth bit from the mth checknode to the nth bitnode.
은 n번째 비트노드에서 m번째 체크노드로 가는 n번째 비트의 LLR이다. Is the LLR of the nth bit from the nth bitnode to the mth checknode.
은 각각의 반복에서 계산된 n번째 비트의 사후(a posteriori) LLR이다. Is a posteriori LLR of the nth bit calculated at each iteration.
먼저 초기화 단계로, 밸런스드 복조부(201)에 의하여 복조된 코드워드(상기 수신된 신호 y에 해당)에 대한 LLR(상기 에 해당)은 수학식 1, 수학식 2 또는 수학식 3, 수학식 4에서 구한 확률값이 적용되고, 각각의 m, n에 대하여 으로 초기화된다(S110). First, in the initialization step, the LLR of the codeword (corresponding to the received signal y) demodulated by the balanced demodulator 201 (the Equation 1), Equation 1, Equation 2 or Equation 3, the probability value obtained from Equation 4 is applied, for each m, n Initialized to (S110).
그리고 초기화가 완료되면, 행과 열방향으로 반복 복호하여 사후값을 산출한다. 이를 위한 행방향 반복 복호 단계는 각각의 m, n에 대하여 수학식 5와 같이 정의한다(S120).After the initialization is completed, the after-value is calculated by repeatedly decoding in the row and column directions. The row-wise iterative decoding step for this is defined as in Equation 5 for each m, n (S120).
행방향 반복 복호 단계에 이은, 열 방향 반복 복호 단계는 각각의 m, n에 대하여 수학식 6과 같이 갱신한다(S130).Following the row-wise iterative decoding step, the column-wise iterative decoding step is updated for each m and n as shown in Equation 6 (S130).
그리고 이로써 얻어진 사후값에 따라 복호 여부를 판단하는 잠정 복호 단계는, 수학식 7과 같이 을 결정한다(S140).And the provisional decoding step of determining whether to decode according to the post-value obtained thereby, as shown in equation (7) Determine (S140).
다음으로, 의 값에 따라 반복 여부를 결정한다(S150). to the next, It is determined whether to repeat according to the value of (S150).
만약 이면, 복호 과정을 중지하고 를 올바른 복호 결과로 판정한다(S155). if If so, stop the decryption process Is determined to be a correct decoding result (S155).
만약 이면, 최대 반복 횟수만큼 복호를 반복 수행했는지 여부를 판단한다(S160). 최대 반복 횟수만큼 복호를 수행하였으면, 복호를 중지하고 복호 실패를 선언한다(S165). if In this case, it is determined whether decoding has been repeatedly performed as many times as the maximum number of repetitions (S160). If decoding has been performed as many times as the maximum number of repetitions, decoding is stopped and a decoding failure is declared (S165).
홀로그래픽 광정보 처리장치의 데이터페이지는 복수의 코드워드로 구성될 수 있고, 상술한 방법으로 각 코드워드를 복호하여 전체 데이터페이지를 복호할 수 있게 된다. The data page of the holographic optical information processing apparatus may be composed of a plurality of code words, and the entire data page can be decoded by decoding each code word by the above-described method.
한편, 전술한 복호방법은 LLR-BP 알고리즘을 사용하여 데이터를 복호하는 것 을 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 확률값을 산출하는 방법에서도 적용되어 실시될 수 있을 것이다. On the other hand, the above-described decoding method has been described as an embodiment to decode the data using the LLR-BP algorithm. However, other algorithms for decoding LDPC codes use probability values in most LDPC decoding algorithms, such as the uniformly most powerful belief-propagation (UMP-BP) algorithm, a posteriori probability (APP) algorithm, or sum-product algorithm. The method may also be applied to the calculation.
이상과 같은 본 발명에 따른 광정보의 복호를 위한 확률값 산출방법 및 광정보의 복호방법, 이를 이용한 광정보 처리장치는 밸런스드 변조 코드(balanced modulation code)를 이용하여 LDPC 부호의 복호에 필요한 초기 확률값을 좀더 정확한 값으로 구하여 광정보의 복호를 수행하도록 함으로써 광정보 처리장치에서의 광정보 복호효율을 보다 향상시키도록 하는 효과가 있다. As described above, a method for calculating a probability value for decoding optical information, a method for decoding optical information, and an optical information processing apparatus using the same, calculate an initial probability value for decoding an LDPC code by using a balanced modulation code. It is possible to improve the optical information decoding efficiency in the optical information processing apparatus by performing the decoding of the optical information by obtaining a more accurate value.
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US9846355B2 (en) | 2014-03-04 | 2017-12-19 | Hae-Yong Choi | Portable screen combined with rotary support |
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