專利名稱：全息圖記錄設備、全息圖重建設備、以及全息圖記錄方法
技術領域：
本發明有關于通訊系統，特別有關于縮放輸入數據的方法以及通訊系統
內的行動裝置，具體來說是關于一種全息圖記錄(recording)設備、全息圖重建 設備、以及全息圖記錄方法。
背景技術：
全息圖數據儲存系統(Hologram Data Storage, HDS)提供有希望的下一代 數字數據儲存系統，其具有高儲存密度并且每片HDS光盤可以以超過 160Mb/sec的數據傳送速度儲存大于200GB的數據。HDS系統是以頁為基礎 的系統，其編碼2維(2-dimensional， 2D)格式的信息，并且以HDS儲存系統 的3維(3-dimensional， 3D)空間記錄編碼后的數據，該HDS儲存系統由屈旋 光性(photorefractive)物質組成。
通常，HDS數據以2維格式編碼，用以使用6:8平衡區塊碼(6:8 balanced block cbde)以及8:12平衡條狀碼記錄(8:12 balanced strip code)記錄在HDS光 盤上。對6:8平衡區塊碼來說，6位的輸入數據調變成(2x4)陣列數據，該(2x4) 陣列數據具有剛好4個開像素(ON-pixel)以及4個關像素(OFF-pixel)，該6位 的輸入數據和該(2x4)陣列數據具有一對一的對應關系，并且任何兩個連續的 調變(2x4)字碼的最小漢明距離(Hamming distance)是2。對8:12平衡區塊碼來 說，8位的輸入數據使用有限狀態機(fmite state machine)調變成(2x6)陣列數 據，該(2x6)陣列數據具有剛好數量的開像素以及關像素，由維特比(Viterbi) 解碼器解碼，并且任何兩個連續的調變(2x6)字碼的最小漢明距離是4。為了 獲得跟6:8平衡區塊碼一樣的高編碼率以及8:12平衡條狀碼一樣的好效能， 現有技術也提出9:12偽平衡區塊碼(9:12 pseudo balanced block code, PBC)， 其具有調變成(3x4)陣列的9位的輸入數據，該(3x4)陣列具有大致剛好數量的
開像素以及關像素，8位的輸入數據使用有限狀態機調變成(3^4)陣列數據， 由維特比解碼器解碼，并且任何兩個連續的調變(3x4)字碼的最小漢明距離是 4。 8:12平衡條狀碼具有編碼率3/4， 6:8平衡區塊碼和9:12偽平衡區塊碼的
編碼率相較之下比較沒有效率。
HDS系統增加的儲存密度同時帶來增加的像素間干擾(cmsstalk interference),稱之為相互像素干擾(inter-pixel interference, IPI)，以及減少的 噪聲抗擾性(noise immunity)。有鑒于此，需要一種用于全息圖數據儲存系統 的編碼方法，其可以記錄和重建數據，并且具有降低的相互像素干擾以及增 加的噪聲抗擾性。
發明內容
本發明提出一種全息圖(hologmm)記錄設備，記錄由參考光束和信號光束 產生的全息圖數據到一全息圖記錄媒體，包括一激光光源、 一空間光調變器 (Spatial Light Modulator; SLM)、以及一傅力葉鏡片(Fourier Lens)。該激 光光源提供一相干光束(coherent light beam)。該空間光調變器，接收m-位數 據用以只判定(p x q)區塊，該(p x q)區塊包括少于關-像素(OFF-pixel)的開-像 素(ON-pixd)，以及接收上述相干光束用以調變上述(p x q)區塊來產生上述信 號光束。該傅力葉鏡片，將上述信號光束聚焦在上述全息圖記錄媒體上，使 得當聚焦的信號光束聚和聚焦的參考光束一起調變時，產生記錄于上述全息 圖記錄媒體的上述全息圖數據。
本發明另提出一種全息圖重建設備，解碼一全息圖記錄媒體上的全息圖 數據，包括一光學檢測器、 一候選(candidate)選擇器、 一最佳字碼(codeword) 選擇器、以及一信息產生器。該光學檢測器根據上述全息圖數據和一參考光 束檢測重建的頁數據(pagedata)。該候選(candidate)選擇器耦接上述光學檢 測器，當漢明距離小于一預定的漢明距離臨界值時，運算上述重建的頁數據 以及每個候選值頁數據之間的上述漢明距離。該最佳字碼(codeword)選擇 器耦接上述候選選擇器，估計每個輸出的候選頁數據以及上述重建的頁數據 之間的一歐幾里得距離(Euclidean distance)，并且判定其中的一最小歐幾 里得距離。該信息產生器耦接上述最佳字碼選擇器，輸出對應到該輸出的候 選頁數據的一信息數據，該輸出的候選頁數據具有上述最小歐幾里得距離。
本發明另提出一種全息圖記錄方法，記錄由參考光束和信號光束產生的 全息圖數據到一全息圖記錄媒體，包括一空間光調變器接收m-位數據用以只 判定(pxq)區塊，該(pxq)區塊包括少于關-像素的開-像素，上述空間光調變 器接收一相干光束用以調變上述(p x q)區塊來產生上述信號光束，以及一傅 力葉鏡片將上述信號光束聚焦在上述全息圖記錄媒體上，使得當聚焦的信號 光束聚和聚焦的參考光束一起調變時，產生記錄于上述全息圖記錄媒體的上 述全息圖數據。
圖1顯示本發明實施例的全息圖(hologram)數據儲存系統的方塊圖。 圖2顯示圖1中在HDS通道120的數據記錄方法。 圖3顯示本發明實施例中的全息圖的數據重生方法。 圖4顯示圖1中全息圖系統的通道模型的方塊圖。 圖5顯示本發明實施例中的全息圖數據頁。 圖6顯示圖1中解調變單元144的方塊圖。 附圖標號 IOO-ECC編碼器； -102-調變單元；
前置編碼器; ' 120-HDS通道； KO-等化以及檢測單元； M2-通道估測單元； 144-解調變單元； 146—ECC解碼器；
60-候選選擇器； 600-切割器； 602-字碼表； 606—比較器； 62-最佳字碼選擇器； 624-最小單元； 64-信息產生器。
具體實施例方式
圖1顯示本發明實施例的全息圖(hologmm)數據儲存系統的方塊圖，包括 ECC編碼器100、調變單元102、前置編碼器104、 HDS通道120、等化及檢 測單元140、通道估測單元142、解調變單元144、和ECC解碼器146。 ECC 編碼器100耦接調變單元102、前置編碼器104、 HDS通道120、等化及檢測 單元140和通道估測單元142、解調變單元144、最后耦接到ECC解碼器146。
Eihc編碼器100接收1維(l-dimensioiial, 1D)數據流Di。來對1D數據流 Din利用添加同位位(parity bit)進行錯誤更正碼(error correction code, ECC)編
碼，使得數據流Din可以在多噪聲通道以及不可靠儲存媒體的環境下維持數
據完整性。調變單元102接著獲得ECC編碼后的數據來進行數據切割以及將 這些數據切割段調變為2D數據字碼Dm。d，該數據字碼Dm。d符合本發明的6:8 可變比重的調變(6:8 variable weight modulation)方法，其中數據切割段是6位 數據以及2D數據字碼Dm。d是(2x4)頁數據(page data)。頁數據Dm。d可以通過 前置編碼器104來提供更進一步的錯誤更正保護，以及在全息圖儲存過程中 對調變后的數據字碼Dm。d提供相互像素干擾的保護。HDS通道120內的空 間光調變器(Spatial Light Modulator; SLM)(未圖式)然后將數據字碼Dm。d 從電子信號轉換為光學信號，該光學信號用于HDS通道120內的數據儲存。 當數^t接收時，全息圖數據由等化及檢測單元140以及通道估測單元142處 理以進行通道估計以及等化程序(equalizing)來產生等化后的頁數據De。 HDS
通道120也包括檢測全息圖光盤上的頁數據的光學檢測器(未圖式)。等化及 檢測單元140包括對重建的頁數據進行等化程序的等化器，以及使用具有估 算或檢測條件的算法來回復數據字碼Dm。d。解調變單元144根據6:8可變比
重的調變方法解調變等化后的頁數據De以產生解調變的信息數據Ddem，將解
調變的信息數據Dd^送到ECC解碼器146用以解碼以及產生字碼數據D。ut。 在HDS通道120中，數據字碼Dm。d記錄于屈旋光性(photorefractive)物 質以儲存數據。圖2顯示圖1中在HDS通道120的數據記錄方法。圖2中的 全息圖設備包括空間光調變器(Spatial Light Modulator; SLM) 20以及記錄 全息圖數據于全息圖光盤24的傅力葉鏡片(FourierLens)22。當記錄時，相干 光束從一激光光源(未圖式)發出，并且該相干光束被轉換為大致平行的光束， 該大致平行的光束經由空間光調變器20濾波，同時空間光調變器20提供包 括開-像素(ON-pixd)以及關-像素(OFF-pixd)的區塊矩陣，該區塊矩陣可以由 2D數據字碼Dm。d判定。開-像素以及關-像素可以對應于數據字碼Dm。d的位1 和0。平行的激光束經由空間光調變器20濾波用以提供信號光束Sdl，其經 由傅力葉鏡片22聚焦于全息圖光盤24。同時，平行的參考光束S^以一角度
被送到全息圖光盤24。聚集的信號光束Sd2和參考光束Sref調變在一起用以
產生千擾圖案(interference pattern),該干擾圖案可以儲存于全息圖光盤24的 屈旋光性物質。
在數據回復時，全息圖光盤24上的數據字碼Dm。d由圖3的數據重生 (reproduction)方法重新產生。圖3中的全息圖設備包括傅力葉鏡片30以及回 復全息圖光盤24上的全息圖數據的光學檢測陣列32，該全息圖數據的回復 利用參考光束Sref以記錄數據時的同樣角度照射于全息圖光盤24上，使得大 致相同的數據字碼Dm。d可以回復。重建光束Sred經由傅力葉鏡片30送到以 產生大致平行的重建光束Sree2，光學檢測陣列32可以檢測到該大致平行的重 建光束S^2。光學檢測陣列32以光電的方式將所接收的光學映像轉換到電子 映像信號，該電子映像信號接著由等化器(未圖式)進行等化程序。等化后的
數據送到解調變單元144以將2D頁數據轉換回解調變的信息數據Ddem。
在數據記錄和重生時，包括相互像素干擾(inter-pixel interference, IPI)以 及可加性白高斯噪聲(additive white Gaussian noise, AWGN)的HDS通道120 內的通道損失(Channel Impairments)會影響重建的數據的'質量，該重建的 數據可以用于解調變以及解碼。圖4顯示圖1中全息圖系統的通道模型的方 塊圖，主要包括三部分，即，(l)SLM像素形狀函數(SLM pixel shape flmtion)， 由p(x， y)400、 402表示，(2)孔隙脈沖響應(aperture impulse response),由HA(x， y)404、 406表示，以及(3)光學檢測陣列32內的積分函數44。 SLM像素形狀 函數是2D長方形函數，其具有由有效SLM像素設定的間隔(interval)。孔隙 脈沖響應是2D sine函數。SLM像素形狀函數和孔隙脈沖響應的回旋函數稱 為像素擴散函數(pixel spread flmction， PxSF)40，其包括了主要導致相互像素 干擾的原因。空間光調變器20內的每個像素Dij將位1加1或位1加l/s， 其中s是空間光調變器20的振幅對比比例。重建的數據像素Dg可以由以下 表不
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中A是空間光調變器20內像素間的像素空間。公式[l]的積分范圍由光 學檢測陣列32的有效面積所決定。其它的通道損失來自包括在HDS通道內 的光學和電子噪聲的噪聲源。光學噪聲在檢測器陣列積分之前插入，并且具 有瑞舜機率密度函數(Ridan distribution)的分布特性。具有高斯功率密度函 數(Gaussian power density ftmction， PDF)的電子噪聲在接收信號轉換回電子 形式時加入。
經由HDS通道，由調變編碼器所產生的字碼主要被相互像素干擾所破 壞，稱為因為不同光源強度產生的信號干擾。因為關-像素具有很低的光線強 度，而開-像素具有高很多的光線強度，因此關-像素比較容易被開-像素干擾 破壞。換句話說，相互像素干擾效應對這兩種像素并非一樣。所以開-像素的
數量f要減低越多越好，以緩和相互像素干擾效應。
圖1的全息圖數據儲存系統的6:8可變比重的調變方法是一種固定長度 的區塊碼，該調變方法將6位數據標碼為(2x4)長方形區塊，該(2x4)區塊包括
少于關-像素的開-像素，使得開-像素對關-像素的干擾可以減輕。在實施例中， 只有1或3個開-像素用于每個(2x4)長方形區塊。圖5顯示本發明實施例中
的全息圖數據頁，只包括l或3個開-像素。l個開-像素包括^ =8個字碼，
以及3個開-像素包括^ = 56個字碼。在設計6:8可變比重調變方法的64 ^2"字碼時遭遇到最主要的考慮因素是位錯誤率(bit-error rate, BER)以及字 碼的稀少數量。原則上，1D位對應到2D字碼的方式可以參照格雷碼(Gray Code)的方式產生。對任意兩個剛好相差1位的6位信息來說，其相對應的 字碼的漢明距離(Hammingdistance)具有最小值。在實施例中，每個(2x4)數據 區塊只包括1或3個開-像素，并且兩個(2x4)字碼之間的最小漢明距離是2， 對應于兩個剛好相差1位的6位數據。另夕卜，兩個(2x4)字碼在被相互像素干 擾破壞后具有最小的歐幾里得距離(Euclidean distance)。這個方法使得最 可能的解碼誤差是1個誤差位，因此降低位錯誤率。
雖然圖5的實施例顯示的是6:8可變比重的調變方法，但是其它的(m:n) 可變比重的調變方法也可以根據本發明的精神實現，其中m位的輸入數據調 變為n位的調變字碼，該調變字碼包括(pxq)區塊，該調變字碼中其開-像素 的數量小于關-像素的數量。
圖6顯示圖1中解調變單元144的方塊圖，解碼全息圖記錄媒體上的全 息圖數據，包括候選選擇器60、最佳字碼選擇器62、和信息產生器64。候 選選擇器60耦接到最佳字碼選擇器62、接著耦接到信息產生器64。
候選選擇器60運算等化后的頁數據De以及每個候選頁數據(candidate page data)D^d之間的上述漢明距離，并且當漢明距離小于預定的漢明距離臨
界值時，輸出候選頁數據Deand。最佳字碼選擇器62接著估計每個輸出的候
選頁舉據Deand以及等化后的頁數據De之間的歐幾里得距離(Euclidean distance)，并且判定其.中之一為最小歐幾里得距離。信息產生器64輸出對 應到該輸出的候選頁數據的解調變的信息數據Ddem，該輸出的候選頁數據具 有最小歐幾里得距離。
候選選擇器60包括切割器(slicer)600、字碼表602、漢明距離計算器604、 比較器606、乘法器608、以及延遲單元610。切割器600和字碼表602耦接 漢明距離計算器604、比較器606、乘法器608、最后耦接延遲單元610。
切割器600從前面的數據等化以及檢測階段接收等化后的頁數據De用以 判定其中每個像素值。漢明距離計算器604對等化后的頁數據De和候選頁數 據D^d每個相對應的像素執行互斥或(exclusive OR)，以及將所有的互斥或結 果相加用以提供漢明距離HD。比較器606比較漢明距離HD和預定的漢明 距離臨界值，當漢明距離HD小于預定的漢明距離臨界值時，致能第一選擇
信號。—乘法器608接收第一選擇信號用以選擇候選頁數據Deand和儲存于延遲
單元610的前一個候選頁數據其中之一作為輸出值。延遲單元610可以是暫 存器(fegister)。
最佳字碼選擇器62包括差別單元620、加法單元622、和最小單元624。 差別單元620耦接加法單元622,最后耦接到最小單元624。
差別單元620接收候選頁數據Deand以及等化后的頁數據De用以計算其 中每個相對應像素之間的差值，然后將每個相對應像素之間的差值送到加法 單元622來將所有的差值相加用以產生上述歐幾里得距離ED。最小單元624 接收對應于所有輸出的候選頁數據的歐幾里得距離ED，用以判定其中的最 小歐A里得距離。
信息產生器64包括乘法器640和耦接到乘法器640的延遲單元642。乘 法器640接收第一選擇信號用以選擇候選信息數據以及前一個候選信息數據 之間其中之一作為輸出值，該前一個候選信息數據儲存于延遲單元642。延 遲單元642可以是暫存器。
雖然本發明己以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何 所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作 些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視權利要求范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種全息圖記錄設備，其特征在于，所述的全息圖記錄設備記錄由參考光束和信號光束產生的全息圖數據到一全息圖記錄媒體，所述的設備包括一激光光源，提供一相干光束；一空間光調變器，接收m-位數據用以只判定(p×q)區塊，所述的(p×q)區塊包括少于關-像素的開-像素，以及接收上述相干光束用以調變上述(p×q)區塊來產生上述信號光束；以及一傅力葉鏡片，將上述信號光束聚焦在上述全息圖記錄媒體上，使得當聚焦的信號光束聚和聚焦的參考光束一起調變時，產生記錄于上述全息圖記錄媒體的上述全息圖數據。
2. 如權利要求1所述的全息圖記錄設備，其特征在于，上述m-位數據 是6-位數據，以及上述(pxq)區塊是(2x4)區塊。
3. 如權利要求2所述的全息圖記錄設備，其特征在于，上述(2x4)區塊 包括l或3個開-像素。
4. 如權利要求2所述的全息圖記錄設備，其特征在于，任意兩個(2x4) 區塊2對應于兩個6-位數據，所述的兩個6-位數據相差剛好1位并且具有最 小的漢明距離2。
5. 如權利要求2所述的全息圖記錄設備，其特征在于，上述空間光調變 器接收上述6-位數據用以根據一查找表判定上述(2 x 4)區塊。
6. 如權利要求1所述的全息圖記錄設備，其特征在于，上述全息圖記錄 媒體是屈旋光性物質。
7.—種全息圖重建設備，其特征在于，所述的全息圖重建設備解碼一全 息圖記錄媒體上的全息圖數據，所述的設備包括一-光學檢測器，根據上述全息圖數據和一參考光束檢測重建的頁數據；一候選選擇器，耦接上述光學檢測器，當漢明距離小于一預定的漢明距 離臨界值時，運算上述重建的頁數據以及每個候選值頁數據之間的上述漢明距離；一最佳字碼選擇器，耦接上述候選選擇器，估計每個輸出的候選頁數據 以及上述重建的頁數據之間的一歐幾里得距離，并且判定其中的一最小歐幾 里得距離；以及一信息產生器，耦接上述最佳字碼選擇器，輸出對應到所述的輸出的候 選頁數據的一信息數據，所述的輸出的候選頁數據具有上述最小歐幾里得距 離。
8. 如權利要求7所述的全息圖重建設備，其特征在于，上述候選選擇器 包括一査找表，以及接收一候選信息數據用以根據上述査找表判定上述候選 頁數據。 _
9. 如權利要求7所述的全息圖重建設備，其特征在于，所述的設備更包括一等化器，耦接上述光學檢測器，對上述重建的頁數據執行等化程序。
10. 如權利要求7所述的全息圖重建設備，其特征在于，上述候選選擇 器包括一切割器，接收上述重建的頁數據用以判定其中的每個像素值； 一互斥或單元，耦接上述切割器，對上述重建的頁數據和上述候選頁數據內每個相對應的像素執行互斥或，以及將所有的互斥或結果相加用以提供上述漢明距離；一比較器，耦接上述互斥或單元，當上述漢明距離小于上述預定的漢明 距離臨界值時，致能一第一選擇信號；一第一乘法器，耦接上述比較器，接收上述第一選擇信號用以選擇上述 候選頁數據和前一個候選頁數據其中之一做為輸出值；以及一第一延遲單元，耦接上述第一乘法器，儲存上述前一個候選頁數據。
11. 如權利要求7所述的全息圖重建設備，其特征在于，上述第一延遲 單元是一暫存器。
12. 如權利要求7所述的全息圖重建設備，其特征在于，上述最佳字碼 選擇器包括一差值單元，接收上述輸出的候選頁數據以及上述重建的頁數據用以計 算其中每個相對應像素之間的差值；一相加單元，耦接上述差值單元，將所有的差值相加用以產生上述歐幾 里得距離；以及一最小單元，耦接上述相加單元，接收對應于所有輸出的候選頁數據的 上述歐幾里得距離，用以判定上述最小歐幾里得距離。
13. 如權利要求7所述的全息圖重建設備，其特征在于，上述信息產生 器包括一第二乘法器，耦接上述最佳字碼選擇器，接收上述第一選擇信號用以 選擇一候選信息數據以及前一個候選信息數據之間其中之一作為輸出值；以 及第一延遲單元，耦接上述第二乘法器，儲存上述前一個候選信息數據。
14. 如權利要求7所述的全息圖重建設備，其特征在于，上述重建的頁 數據以及上述候選頁數據是(2 x 4)區塊，以及上述信息數據是6-位數據。
15. —種全息圖記錄方法，記錄由參考光束和信號光束產生的全息圖數據 到一全息圖記錄媒體，所述的方法包括一空間光調變器接收m-位數據用以只判定(p x q)區塊，所述的(p x q)區 塊包括少于關-像素的開-像素；上述空間光調變器接收一相干光束用以調變上述(p x q)區塊來產生上述 信號光束；以及一傅力葉鏡片將上述信號光束聚焦在上述全息圖記錄媒體上，使得當聚 焦的信號光束聚和聚焦的參考光束一起調變時，產生記錄于上述全息圖記錄 媒體的上述全息圖數據。
16. 如權利要求15所述的全息圖記錄方法，其特征在于，上述m-位數 據是6-位數據，以及上述(pxq)區塊是(2x4)區塊。
17.如權利要求16項所述的全息圖記錄方法，其特征在于，上述(2x4) 區塊包括l或3個開-像素。
18.如權利要求16所述的全息圖記錄方法，其特征在于，任意兩個(2 x 4) 區塊2'對應于兩個6-位數據，所述的兩個6-位數據相差剛好1位并且具有最 小的漢明距離2。
19. 如權利要求16所述的全息圖記錄方法，其特征在于，上述判定步驟 包括上述空間光調變器接收上述6-位數據用以根據一查找表判定上述(2 x 4) 區塊。
20. 如權利要求15所述的全息圖記錄方法，其特征在于，上述全息圖記 錄媒體是屈旋光性物質。
全文摘要
本發明是關于一種全息圖記錄設備、全息圖重建設備、以及全息圖記錄方法。所述的全息圖記錄設備記錄由參考光束和信號光束產生的全息圖數據到一全息圖記錄媒體，包括一激光光源、一空間光調變器、以及一傅力葉鏡片。該激光光源提供一相干光束。該空間光調變器，接收m-位數據用以只判定(p×q)區塊，該(p×q)區塊包括少于關-像素的開-像素，以及接收上述相干光束用以調變上述(p×q)區塊來產生上述信號光束。該傅力葉鏡片，將上述信號光束聚焦在上述全息圖記錄媒體上，使得當聚焦的信號光束聚和聚焦的參考光束一起調變時，產生記錄于上述全息圖記錄媒體的上述全息圖數據。
文檔編號G11B7/0065GK101350201SQ200810133970
公開日2009年1月21日 申請日期2008年7月18日 優先權日2007年7月18日
發明者闕志達, 陳季昀 申請人:聯發科技股份有限公司;汪重光