KR20090085447A - 홀로 그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법 - Google Patents

홀로 그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법 Download PDF

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Abstract

홀로 그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법이 개시된다. 본 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법은, 홀로그래픽 저장장치에 기록된 변조 데이터로부터 재생 데이터를 검출하고 양자화하여 양자화 데이터를 생성하고, 양자화 데이터로부터 에러 이벤트를 생성한다. 그리고, 변조 데이터의 중 에러 발생률이 높은 적어도 하나의 지점에 에러를 부가하여 적어도 하나의 정합 필터를 구성한다. 이어서, 적어도 하나의 정합 필터로부터 각각 정합 필터 데이터를 생성하고, 각 정합 필터 데이터와 에러 이벤트에 기초하여 정합 필터 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 정합 필터를 이용하여 양자화 데이터에 발생한 에러를 정정한다.
블록 코드, 홀로그래픽 저장장치, 정합 필터, 에러 정정, 검출, 재생

Description

홀로 그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법{A Method for Detecting Data from a Holographic Data Storage}
본 발명은 홀로 그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법에 관한 것이다.
홀로그래픽(holographic) 기술은, 데이터 기록을 위해 간섭성을 가지는 레이저광을 신호광과 참조광으로 분기하고, 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator:SLM)에 의해 기록 데이터에 따라 강도가 변조된 신호광을 홀로그램 저장장치에 집광하여 참조광과 함께 조사함으로써, 변조된 신호광과 참조광이 간섭에 의해 형성하는 간섭 줄무늬 패턴을 기록한다. 그리고, 데이터 재생을 위해 참조광과 동일한 재생광을 홀로그램 저장장치에 참조광과 동일한 각도로 입사시켜 간섭 줄무늬에 대응하는 회절광, 즉 재생 신호광을 이미지 센서로 검출하고, 검출된 수광 신호를 해석하여 데이터를 재생한다.
이러한 홀로 그래픽 기술을 보다 상세히 설명하면, 우선, 기록하고자 하는 원화상 등의 소스(source)를 디지털화하고 신호처리하여 생성된 '0(dark)'과 '1(light)'의 신호를 이차원으로 배치하여 페이지 데이터(page data)로 구성한다. 그리고, 이차원으로 배치된 디지털 신호를 공간 광 변조기에 투과하여 픽셀(pixel) 로 표시한다. 이에 따라, 페이지 데이터는 크로스워드 퍼즐(crossword puzzle)과 유사한 백과 흑의 픽셀로 구성된다.
이 후, 공간 광 변조기를 투과하여 공간적으로 변조된 신호광과 참조광을 각각 직교하는 방향으로 홀로그램 저장장치에 입사시켜 기록 미디어의 결정 내부에 신호광과 참조광이 겹치도록 함으로써 간섭 줄 무늬를 기록한다.
또한, 회절 효율을 높이기 위해 참조광을 원통형 렌즈(cylindrical lens) 등을 이용하여 타원형 빔으로 변형시켜 간섭 줄 무늬가 기록 미디어의 두께방향으로 길게 기록되도록 할 수 있다.
홀로그래픽 기술에 따르면 데이터의 다중 기록이 가능한데, 이를 위해 다른 페이지 데이터와 입사각도를 바꾸어 놓은 참조광을 겹치게 하여 홀로그램 기록 미디어의 같은 위치에 기록한다.
이와 같이 다중화하여 기록한 홀로그램을 하나의 스택(stack)이라 하며, 이 스택으로부터 임의의 페이지 데이터를 재생하기 위해서는 해당 페이지 데이터를 기록하는 경우와 동일한 입사 각도를 갖는 참조광을 조사해야 한다.
이에 따라 참조광은 선택적으로 회절되어 그 재생 패턴이 이미지 센서에 의해 검출된다. 그리고, 이와 같이 검출된 재생 패턴은 크로스워드 퍼즐과 같은 페이지 데이터로서, 상술한 기록시와는 반대의 과정을 통해 디코드(decode)되어 원 화상이 재생된다.
홀로그래픽 기술에서는 인접 페이지 간의 간섭(Inter-page interference : IPI)과 인접 심볼 간의 간섭 (Inter-symbol interference : ISI)에 따른 에러 발 생율을 줄이기 위해, 홀로그래픽 기록 미디어에 원본 데이터를 기록하기 전 데이터를 변조한다.
그리고, 이러한 데이터 변조 과정을 통해 '0(dark)'과 '1(light)'의 이진수로 구성된 디지털 페이지 데이터를 생성하여 홀로그래픽 저장장치에 기록하고, 기록된 데이터를 재생하여 그레이 레벨(gray level) 값을 갖는 재생 데이터 페이지를 얻을 수 있다. 그리고, 재생 데이터 페이지를 '0'과 '1'로 구성된 디지털 페이지 데이터로 검출하고 복조 과정을 거쳐 원본 데이터 페이지를 복원한다.
이러한 과정에서 재생된 신호를 '0'과 '1'로 검출하는 방식에 따라 원본과 검출 페이지의 에러 확률 (BER : Bit Error Rate)에 있어서 차이가 발생할 수 있다. 그러나, 기존에 제안된 데이터 복원을 위한 검출 방식에 따르면 노이즈가 많은 환경에서 에러 확률이 더욱 높아지는 문제점이 있다.
따라서 홀로그래픽 저장장치에서 입력 데이터를 기록하고 원활하게 재생하기 위해서는 변조 코드의 특성을 이용한 적절한 데이터 검출 방법이 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 홀로그래픽 저장장치의 신뢰성 있는 데이터 복원을 위한 데이터 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 홀로그래픽 저장장치에 기록된 변조 데이터로부터 재생 데이터를 검출하고 양자화하여 양자화 데이터를 생성하고, 상기 양자화 데이터로부터 에러 이벤트를 생성하는 단계, 상기 변조 데이터의 중 에러 발생률이 높은 적어도 하나의 지점에 에러를 부가하여 적어도 하나의 정합 필터를 구성하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 정합 필터로부터 각각 정합 필터 데이터를 생성하고, 상기 각 정합 필터 데이터와 상기 에러 이벤트에 기초하여 상기 적어도 하나의 정합 필터 중 적어도 하나를 선택하고, 상기 선택된 정합 필터를 이용하여 상기 양자화 데이터에 발생한 에러를 정정하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법이 제공된다.
여기서, 상기 에러 이벤트 생성 단계는, 상기 재생 데이터 중 상위 픽셀값의 제1 평균값과 하위 픽셀값의 제2 평균값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 에러 이벤트 생성 단계는, 상기 재생 데이터의 상기 상위 픽셀값으로부터 상기 제1 평균값을 감산하고, 상기 하위 픽셀값으로부터 상기 제2 평균값을 감산하여 상기 에러 이벤트를 생성할 수 있다.
그리고, 상기 에러 정정 단계는, 상기 정합 필터 중 양수값을 갖는 픽셀을, 상기 제1 평균값으로부터 상기 제2 평균값을 감산한 값으로 대치하고, 음수값을 갖는 픽셀을 상기 제2 평균값으로부터 상기 제2 평균값을 감산한 값으로 대치하여 상기 정합 필터 데이터를 생성할 수 있다.
그리고, 상기 에러 정정 단계는, 상기 에러 이벤트와 상기 각 정합 필터 데이터를 곱하여 에러 시험값을 산출하고, 상기 에러 시험값에 기초하여 상기 적어도 하나의 정합 필터 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
또한, 상기 에러 정정 단계는, 상기 적어도 하나의 정합 필터 중 생성된 상기 에러 시험값이 가장 큰 정합 필터를 선택할 수 있다.
그리고, 상기 에러 발생률이 높은 적어도 하나의 지점은 다양한 패턴의 원본 데이터에 대한 실험에 의해 도출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 홀로그래픽 저장장치로부터 데이터 재생시 검출되는 재생 데이터에서 발생하는 에러를 효과적으로 정정할 수 있어 홀로그래픽 저장장치의 신뢰성 높은 데이터 검출이 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 홀로그래픽 저장장치에 기록된 데이터를 검출하기 위한 재생 장치의 일부를 도시한 블록도이다.
도면을 참조하면, 홀로그래픽 데이터 재생 장치는 홀로그래픽 저장장치로부터 재생 패턴을 검출하기 위한 이미지 센서(10), 검출된 재생 패턴을 디지털 데이 터 블록으로 변환하기 위한 양자화부(20), 데이터 블록의 에러를 정정하기 위한 필터(30) 및 에러가 정정된 데이터 블록을 복호화하여 원본 데이터를 복원하기 위한 디코더(40)를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 원본 데이터를 홀로그래픽 저장장치에 기록하기 위해 블록 크기가 4×4인 블록 코드를 사용하여 원본 데이터를 변조한 경우를 예를 들어 설명하나, 변조 방식은 이에 한정되지 않으며 공지된 타 변조 방식을 사용하는 경우에도 본 발명의 실시예에서 설명한 방법을 적용할 수 있다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치로부터 신뢰성 있는 데이터를 검출하기 위한 방법의 실시예를 설명하기 위한 도면들이다. 이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 2는 원본 데이터가 홀로그래픽 저장장치에 기록되고 재생되어 양자화되는 일 예를 도시한 도면이다.
원본 데이터, 즉 로우(raw) 데이터의 각 페이지에 있는 픽셀 데이터는 홀로그래픽 기록 장치의 변조기에 의해 일정 크기의 행렬로 블록화되고 변조되어 변조 데이터(31)가 생성된다.
이러한 변조 데이터(31)는 공간 광 변조기에 투과되어 픽셀(pixel)로 표시되고 홀로그래픽 저장장치에 기록된다.
그리고, 변조 데이터(31)가 기록된 홀로그래픽 저장장치로부터 회절된 광은 이미지 센서(10)에 의해 검출되어 재생 데이터(32)가 생성된다.
재생 데이터(32)는, 양자화부(20)에 의해 '0'과 '1'의 이진수(binary data)로 구성된 양자화 데이터(33)로 변환된다. 양자화부(20)의 양자화 방식은 한계치(threshold)를 적용하는 방식, 재생된 페이지 데이터(32)의 각 데이터들을 순서대로 정렬하고 상위 절반의 데이터에 대해서는 '1' 값을 그리고 하위 절반의 데이터에 대해서는 '0'값을 매칭시키는 방식 등 공지된 다양한 방식을 적용할 수 있다.
여기서, 양자화 데이터(33)를 변조 데이터(31)와 비교해보면, 4×4 행렬의 데이터 중 첫 번째 행, 네 번째 열의 데이터와 네 번째 행, 네 번째 열의 데이터가 각각 원본 변조 페이지 데이터(31)에서는 각각 '1'과 '0' 이었으나, 재생에 따른 양자화 데이터(33)에서는 각각 '0'과 '1'로서 에러가 발생한 것을 알 수 있다.
도 3은, 도 7의 S110 단계로서 재생 데이터로부터 에러 이벤트를 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이 재생 데이터(a)의 행렬의 요소인 각 픽셀의 데이터 값을 크기 순으로 정렬하여 상위 8개의 픽셀은 '1'로 변환하고, 하위 8개의 픽셀은 '0'으로 변환하여 재생 데이터(a)를 양자화함으로써 양자화 데이터(도 2의 33)을 생성한다.
그리고, 양자화 데이터(33)와 재생 데이터(a)를 비교하여, 양자화 데이터(33)에서 '1'로 변환된 픽셀들에 대응하는 재생 데이터(a)의 상위 픽셀값들의 평균값인 제1 픽셀 평균값(m1)과 '0'으로 변환된 픽셀들에 대응하는 재생 데이터(a)의 하위 픽셀값들의 평균값인 제2 픽셀 평균값(m2)을 산출한다.
즉, 제1 픽셀 평균값(m1)은 상위 8개의 픽셀값 209(1,3), 191(2,3), 184(1,1), 157(1,2), 157(4,1), 141(3,3), 133(3,1), 82(4,4)의 평균값이고, 제2 픽셀 평균값(m2)은 67(1,4), 51(4,3), 45(3,2), 42(2,2), 37(2,1), 36(4,2), 27(2,4), 27(3,4)의 평균값이다. 여기서, 괄호안의 숫자는 4×4 행렬에서의 각 픽셀의 위치, 즉 행과 열의 번호를 나타낸다.
그리고, 양자화 데이터(33)의 각 픽셀 중 '1'의 값을 갖는 픽셀은 제1 픽셀 평균값(m1)으로 대체하고, '0'의 값을 갖는 픽셀은 제2 픽셀 평균값(m2)으로 대체하여 평균 데이터(a')를 산출한다.
그리고, 재생 데이터(a)에서 평균 데이터(a')을 감산하여 에러 이벤트(a-a')를 산출한다.
도 4 내지 도 6은, 도 7의 S120 단계로서 변조 데이터를 이용하여 정합 필터(matched filter)를 설계하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 변조 데이터(b) 중 확률적으로 에러 발생이 높은 지점에 에러값을 부가하여 에러 데이터(b', b'', b''')를 생성한다.
도 4 내지 도 6에 나타낸 에러 데이터(b', b'', b''')는 일 예에 불과하며 에러 발생 빈도수에 따라 확률적으로 에러 발생률이 높은 지점에 에러값을 부가하여 에러 데이터를 생성할 수 있다.
이를 위해, 도 2에 도시된 일 예와 같이, 다양한 패턴의 원본 데이터에 대해 변조 데이터를 산출하고, 이를 기록한 홀로그래픽 저장장치로부터 이에 대한 재생 데이터를 검출하고 양자화 데이터를 생성한다.
그리고 변조 데이터와 재생 데이터의 양자화 데이터를 비교하여 에러 발생 지점의 빈도수를 체크하여 확률적으로 에러가 발생하는 빈도수가 높은 지점을 산출할 수 있으며, 확률적으로 에러가 발생하는 빈도수가 높은 지점에 에러값을 부가하여 에러 데이터를 생성하는 것이 바람직하다.
도 4의 제1 에러 데이터(b')는 변조 데이터(b) 행렬의 (1,4)와 (2,4) 지점의 픽셀에 에러값이 부가된 데이터이고, 도 5의 제2 에러 데이터(b'')는 변조 데이터(b) 행렬의 (1,4)와 (3,4) 지점의 픽셀에 에러값이 부가된 데이터이며, 도 6의 제3 에러 데이터(b''')는 변조 데이터(b) 행렬의 (1,4)와 (4,4) 지점의 픽셀에 에러값이 부가된 데이터이다.
그리고, 변조 데이터(b)에서 제1 에러 데이터(b'), 제2 에러 데이터(b''), 제3 에러 데이터(b''')를 각각 감산하여 제1 정합 필터(b-b'), 제2 정합 필터(b-b''), 제3 정합 필터(b-b''')를 각각 생성하고, 생성된 정합 필터의 픽셀 값이 '1'인 경우 해당 픽셀값을 'm1-m0=115.7'로 대체하고, 픽셀값이 '0'인 경우 해당 픽셀값을 'm0-m1=-115.7'로 대체하여 제1 정합 필터 데이터(f0), 제2 정합 필터 데이터(f1), 제3 정합 필터 데이터(f2)를 각각 생성한다.
이어서, 도 7의 S130 단계에서, 앞서 생성된 에러 이벤트(a-a')와 정합 필터(b-b', b-b'' 또는 b-b''')를 사용하여 에러를 정정한다.
이 경우, 필터(30)는 앞서 산출된 에러 이벤트(a-a')와 제1 내지 제3 정합 필터 데이터(f0, f1 또는 f2)의 곱(이 값을 '에러 시험값'이라 칭한다) 중 가장 큰 값이 산출되는 정합 필터를 이용하여 에러를 정정할 수 있다. 에러 이벤트와 정합 필터 데이터의 곱은, 예를 들면 두 행렬의 대응하는 각각의 픽셀값을 서로 곱한 후, 곱한 값 전체를 합산한 값으로 산출할 수 있다.
즉, 상술한 예에서 제1 및 제2 정합 필터 데이터(f0, f1)의 경우에는 에러 이벤트(a-a')와 제1 및 제2 정합 필터 데이터(f0 또는 f1)를 곱한 값은 모두 '(25.5×115.7)+(-14.5×-115.7)=4628'이 된다. 또한, 에러 이벤트(a-a')와 제3 정합 필터 데이터(f2)를 곱한 값은 '(25.5×115.7)+(-74.75×-115.7)=11598.925'가 되므로, 최종적으로 제3 정합 필터(b-b''')를 사용하여 양자화 데이터의 에러를 정정하게 된다.
즉, 도 2를 다시 참조하면, 제3 정합 필터(b-b''')를 양자화 데이터(32)에 적용하면 4×4 행렬의 데이터 중 첫 번째 행, 네 번째 열의 데이터와 네 번째 행, 네 번째 열의 에러 발생 데이터가 각각 '0'과 '1'에서 '1'과 '0'으로 에러가 정정되고, 이에 따라 양자화를 수행하면 변조 데이터(31)와 동일한 에러 없는 데이터가 생성되는 것을 알 수 있다.
필터(30)는 홀로그래픽 저장장치의 재생 시스템의 환경에 따라 상술한 바와 같이 에러 빈도수가 높은 에러 값을 이용하여 설계된 복수 개, 예를 들면 3개의 정합 필터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 필터(30)는 상술한 바와 같이 에러 시험값이 가장 큰 정합 필터를 사용하여 재생 데이터로부터 양자화된 양자화 데이터에 발생된 에러를 정정할 수 있다.
여기서는, 필터(30)가 포함하고 있는 복수 개의 정합 필터 중 에러 시험값에 따라 하나의 정합 필터를 선택하여 선택된 정합 필터를 이용하여 에러를 정정하는 것으로 기재하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 복수 개의 정합 필터가 선택 되어 에러 정정에 이용될 수도 있다.
이에 따라, 재생 데이터에서 발생한 에러를 효과적으로 제거하고 신호를 검출함으로써 신뢰성 있는 데이터 복원이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법 설명에 제공되는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

Claims (7)

  1. 홀로그래픽 저장장치에 기록된 변조 데이터로부터 재생 데이터를 검출하고 양자화하여 양자화 데이터를 생성하고, 상기 양자화 데이터로부터 에러 이벤트를 생성하는 단계;
    상기 변조 데이터의 중 에러 발생률이 높은 적어도 하나의 지점에 에러를 부가하여 적어도 하나의 정합 필터를 구성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 정합 필터로부터 각각 정합 필터 데이터를 생성하고, 상기 각 정합 필터 데이터와 상기 에러 이벤트에 기초하여 상기 적어도 하나의 정합 필터 중 적어도 하나를 선택하고, 상기 선택된 정합 필터를 이용하여 상기 양자화 데이터에 발생한 에러를 정정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러 이벤트 생성 단계는,
    상기 재생 데이터 중 상위 픽셀값의 제1 평균값과 하위 픽셀값의 제2 평균값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에러 이벤트 생성 단계는,
    상기 재생 데이터의 상기 상위 픽셀값으로부터 상기 제1 평균값을 감산하고, 상기 하위 픽셀값으로부터 상기 제2 평균값을 감산하여 상기 에러 이벤트를 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 에러 정정 단계는,
    상기 정합 필터 중 양수값을 갖는 픽셀을, 상기 제1 평균값으로부터 상기 제2 평균값을 감산한 값으로 대치하고, 음수값을 갖는 픽셀을 상기 제2 평균값으로부터 상기 제2 평균값을 감산한 값으로 대치하여 상기 정합 필터 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러 정정 단계는,
    상기 에러 이벤트와 상기 각 정합 필터 데이터를 곱하여 에러 시험값을 산출하고, 상기 에러 시험값에 기초하여 상기 적어도 하나의 정합 필터 중 적어도 하나 를 선택하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에러 정정 단계는,
    상기 적어도 하나의 정합 필터 중 생성된 상기 에러 시험값이 가장 큰 정합 필터를 선택하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러 발생률이 높은 적어도 하나의 지점은 다양한 패턴의 원본 데이터에 대한 실험에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 저장장치의 데이터 검출 방법.
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