全息存储介质及将数据记录到全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备

摘要

一种全息存储介质及将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备。该方法包括：将数据页划分为多个区域；将数据调制为具有不同开启像素率的码字；基于不同的开启像素率将码字布置在数据页的所述多个区域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种全息存储介质以及一种将数据记录在全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备。

背景技术

在光学全息术中，数据被存储在记录介质的体(volume)中，而非表面中。使用信号光束和参考光束记录全息图。信号光束与参考光束在记录介质中干涉，从而产生干涉图样(被称为数据页)。通过改变参考光束的光学特性可叠加多重图样。这一过程被称为“复用”。当读取数据时，单个参考光束在与数据记录时相同的条件下入射到记录介质上，以产生衍射光束，该衍射光束显示页(数据页)中存储的数据。衍射光束被检测阵列检测到。检测阵列通过测量强度图样来提取存储的数据比特。数据页包括大量数据比特或像素。可通过在记录介质的相同体中叠加另外的数据页来增加数据存储容量。

图1A和图1B示出光学全息术中的数据记录和再现。参照图1A，当记录数据时，参考光束R和信号光束S彼此干涉，以在存储介质中产生干涉图样。参照图1B，当再现数据时，原始的参考光束R被施加到存储在存储介质中的全息图，以通过衍射记录的全息图来产生输出的信号光束S。

通过信号光束S和参考光束R之间的干涉将数据记录在全息存储介质上。通过空间光调制器(SLM)产生信号光束S。信号光束S是以包括多个像素的数据页的形式。信号光束S通过光学系统，并与参考光束R干涉，以在存储介质上生成干涉图样。由信号光束S和参考光束R的干涉产生的干涉图样被记录在存储介质中。如果参考光束R被施加到记录的干涉图样，则通过衍射再现记录的信号光束S。

当记录全息图时，可通过例如改变参考光束R的角度来记录信号光束S的强度和相位。几百甚至几千个全息图数据页可被记录在同一位置。具体地讲，当像素开启或关闭时，数据页包含像素形式的信息。在将数据记录在全息存储介质上时，通过调节一个二进制数据页中开启或关闭的像素的数量，来调制原始数据。

图2A至图2C示出用于生成全息图的传统调制码的示例。调制码通过均匀地分布光来减小亮与暗部分之比，以减少差错。在调制码中，例如，“1”和“0”可被分别表示为“01”和“10”。或者，“1”和“0”可被分别表示为“10”和“01”。假设“1”是允许光通过像素时的情况，“0”是光被阻挡时的情况，如果数据包括许多0，则功率没有被充分供应给全息图，记录执行的效率低。如果数据包括太多1，则从其生成的信号会变差。调制码用于防止这一问题并改善信号质量。调制之前的数据被称为数据字(dataword)。数据字在通过调制码调制之后被称为码字(codeword)。

参照图2A至图2C，白色部分是开启的像素，阴影部分是关闭的像素。开启的像素透射入射光线，关闭的像素阻挡入射光线。图2A示出传统的1∶2调制码，该调制码是用于表示1比特数据的2比特调制码。在该1∶2调制码中，可依照开启的像素的位置指示“0”或“1”的1比特信息。在1∶2调制码中包括一(1)个开启的像素和一(1)个关闭的像素，允许两(2)种排列。由于2¹＝2，所以可通过该调制码表示1比特数据。因此，图2A的调制码是1∶2调制码。

图2B示出传统的2∶4调制码，该调制码可表示4(₄C₁)种不同的2比特数据字，即“00”、“01”、“10”和“11”。由于2²＝4，所以需要4比特调制码来表示2比特数据。因此，图2B的调制码是2∶4调制码。

图2C是传统3∶9调制码的示图。3比特数据字被调制为9比特码字。9个像素中的一个像素是开启像素，给出九(9)种排列。由于9是2³与2⁴之间的数字，所以所有3比特数据字都可被表示，但是不是所有4比特数据字都可被表示。因此，可使用3∶9调制码通过3比特码字表示2³＝8种不同的数据字。

当在全息术中使用透镜记录和再现数据时，透镜的不同部分具有不同的场特性。通常，诸如调制传递函数(MTF)的场特性在透镜的中心较高，朝着透镜的边缘降低。MTF是信号的空间频率特性的变量，是透镜特性和性能的指标。当诸如MTF的场特性变差时，数据页的信号质量降低。例如，在经过透镜边缘的信号中，信号质量可降低。此外，在用于全息图的调制码中，随着开启像素的数量减少，再现信号的质量(如，比特差错率(BER))改善。然而，如果开启像素率固定，则数据页数据的信号特性根据透镜的位置而变化。因此，不能记录或再现具有一致的质量的信号。

发明内容

技术问题

本发明的几个方面和示例实施例提供一种全息存储介质及将数据记录到全息存储介质上/从全息存储介质再现数据的方法和设备，以便保持数据页信号的恒定的再现质量。本发明另外的方面和/或优点将通过下面的描述部分地被阐述，并且部分地将通过描述变得明显，或者可通过本发明的实践而了解。

有益效果

如上所述，可保持数据页的再现信号的质量。通过根据再现信号的质量，使用具有不同开启像素率的调制码记录数据，可提高数据页的每一部分的信号质量。

附图说明

通过结合附图阅读下面对示例实施例的详细描述以及权利要求，本发明的更好的理解将变得明显，所述描述、权利要求及附图均形成本发明的公开的一部分。尽管下面所撰写并示出的公开集中于公开本发明的示例实施例，但是应该清楚理解的是，所述示例实施例仅是示意性和示例性的，本发明不限于此。本发明的精神和范围仅由权利要求的项限定。下面示出附图的简要描述，其中：

图1A和图1B描绘光学全息术中的数据记录和再现；

图2A至图2C示出用于全息图的传统调制码的示例；

图3是根据本发明实施例的各方面的记录/再现全息图的设备的示图；

图4示出根据本发明示例实施例的数据页；

图5示出根据本发明示例实施例的调制码；

图6A和图6B示出根据本发明另一示例实施例的调制码；

图7是根据本发明示例实施例的将数据记录在全息存储介质上的方法的流程图；

图8是根据本发明示例实施例的从全息存储介质再现数据的方法的流程图。

最佳方式

随本发明的示例实施例的公开，提供一种将数据记录在全息存储介质上的方法，在该全息存储介质中以数据页记录全息图。该方法包括：将数据页划分为多个区域；通过将具有不同开启像素率(on-pixel rate)的码字布置在各个区域中来记录数据。

根据本发明的一方面，可根据在不同区域中生成的再现信号的质量来划分区域。可通过将数据调制为具有不同开启像素率的码字并将码字布置在区域中来实现数据的记录。通过将具有高开启像素率的码字布置在具有高质量再现信号的区域中，并将具有低开启像素率的码字布置在具有低质量再现信号的区域中，来执行码字的布置。

根据本发明的一方面，可使用相同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，所述码字可以是多个子块，所述多个子块构成数据块并利用相同的调制码被调制。根据本发明的一方面，可使用不同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，具有高质量再现信号的区域可设置在数据页的中心区域中，具有低质量再现信号的区域可设置在数据页的边缘区域中。

根据本发明的另一示例实施例，提供一种将数据记录在全息存储介质上的设备，在该全息存储介质中以数据页记录全息图。该设备包括：光处理单元，使用信号光束和参考光束将数据记录在全息存储介质上；控制单元，将数据页划分为多个区域，并控制光处理单元以通过将具有不同开启像素率的码字布置在各个区域中来记录数据。

根据本发明的一方面，可根据由其生成的再现信号的质量来划分区域。控制单元可根据数据页的各个区域中生成的再现信号的质量来划分数据页。控制单元可将数据页的数据调制为码字。控制单元可控制光处理单元，以通过将具有高开启像素率的码字布置在具有高质量再现信号的区域中，并将具有低开启像素率的码字布置在具有低质量再现信号的区域中，来记录数据。

根据本发明的一方面，可使用单个调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，所述码字可以是构成数据块的多个子块，所述多个子块可利用相同的调制码被调制。根据本发明的一方面，可使用不同的调制码将数据调制为码字。

根据本发明的一方面，具有高质量再现信号的区域可以是数据页的中心区域，具有低质量再现信号的区域可以是数据页的边缘区域。

根据本发明的另一示例实施例，提供一种从全息存储介质再现数据的方法，在该全息存储介质中以数据页记录全息图。该方法包括：从全息存储介质读取数据页；基于不同的开启像素率将数据页划分为区域，将从码字解调所述数据页。

根据本发明的一方面，划分将从码字解调的区域的步骤可包括：根据数据页的再现信号的信号质量将数据页划分为区域；使用与码字被调制时所使用的调制码对应的解调码来将码字解调为数据。根据本发明的一方面，可使用相同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，所述码字可以是构成数据块的多个子块，所述多个子块可利用所述相同的调制码被调制。

根据本发明的一方面，可使用不同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，具有高质量再现信号的区域可设置在数据页的中心区域中，具有低质量再现信号的区域可设置在数据页的边缘区域中。

根据本发明的另一方面，提供一种从全息存储介质再现数据的设备，该全息存储介质具有以数据页记录全息图。所述设备包括：光处理单元，从全息存储介质读取数据页；控制单元，控制数据页被划分为具有不同开启像素率的区域。根据本发明的一方面，控制单元可根据在数据页的各个区域中生成的再现信号的信号质量来控制区域的划分。可使用与用于调制码字的调制码对应的解调码来解调码字。

根据本发明的一方面，可使用相同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，所述码字可以是构成数据块的多个子块，所述多个子块可利用所述相同的调制码被调制。根据本发明的一方面，可使用不同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，具有高质量再现信号的区域可设置在数据页的中心区域中，具有低质量再现信号的区域可设置在数据页的边缘区域中。

根据本发明的另一方面，提高一种用于存储数据的全息存储介质，在该全息存储介质中以数据页记录全息图，其中，数据页被划分为多个区域。通过将具有不同开启像素率的码字布置在不同区域中来将数据记录在区域中。根据本发明的一方面，可根据其中生成的再现信号的质量来划分区域。可通过将具有高开启像素率的码字布置在具有高质量再现信号的区域中，并将具有低开启像素率的码字布置在具有低质量再现信号的区域中，来记录数据。

根据本发明的一方面，可使用相同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，所述码字可以是构成数据块的多个子块，所述多个子块可利用所述相同的调制码被调制。根据本发明的一方面，可使用不同的调制码将数据调制为码字。根据本发明的一方面，具有高质量再现信号的区域可以是数据页的中心区域，具有低质量再现信号的区域可以是数据页的边缘区域。

除了上面描述的示例实施例和方面之外，另外的方面和实施例将通过参照附图以及研究下面的描述而明显。

具体实施方式

现在将详细说明本发明的实施例，其示例示出于附图中，在附图中相同的标号始终表示相同的部件。下面将参照附图描述实施例以解释本发明。

图3是根据本发明示例实施例的记录/再现全息图的设备300的示图。如图3所示，设备300包括光处理单元310、控制单元320和存储单元330。全息存储介质100被插入到光处理单元310中。控制单元320控制光处理单元310，以将数据记录到全息存储介质100上或从全息存储介质100再现数据。存储单元330临时存储从全息存储介质100读取的数据或将被记录在全息存储介质100上的数据。光处理单元310包括激光束源311、分束器312、第一反射镜313、空间光调制器(SLM)314、第一透镜315、第二反射镜316、第二透镜317、第三透镜318和检测单元319。

控制单元320控制光处理单元310，产生包含数据的数据页，将数据页发送给光处理单元310，并处理由光处理单元310再现的信号。具体地讲，控制单元320根据再现信号的质量将记录在全息存储介质100上的每一数据页划分为多个区域。控制单元320还控制光处理单元310，使得在数据页的不同区域中，通过布置具有不同开启像素率的码字来记录数据。

由于再现信号的质量从数据页的中心区域向数据页的边缘区域降低，所以控制单元320控制码字的布置，从而随着开启像素率降低，提高数据的信号质量。因此，通过在具有高质量再现信号的区域中布置具有高开启像素率的码字，在具有低质量再现信号的区域中布置具有低开启像素率的码字，来记录数据。这实现在数据页的每一区域中可用再现信号质量的优化使用。如这里所使用的，高和低开启像素率可指相对高和相对低的开启像素率。

在数据页被划分为具有高质量再现信号的区域和具有低质量再现信号的区域之后，通过使用相同的调制码或使用不同的调制码改变开启像素率，来在区域中布置码字。如这里所使用的，高和低质量再现信号可指质量相对高和相对低的再现信号。稍后将参照图5、图6A和图6B来描述不同调制码的示例实施例。

当将数据记录在全息存储介质100上时，从激光束源311输出激光束，然后激光束被分束器312划分为参考光束R和信号光束S。信号光束S经第一反射镜313入射到SLM 314，SLM 314显示记录的数据并对入射光束进行空间幅度调制。调制的信号光束经第一透镜315聚焦到全息存储介质100上。同时，参考光束R经第二反射镜316反射，经第二透镜317引导到全息存储介质100上。因此，叠加的信号光束S和参考光束形成干涉图样，该干涉图样作为精确图样被记录在全息存储介质100上。

当从全息存储介质100再现记录在全息存储介质100上的数据时，与用于记录的参考光束相同的光束被施加到全息存储介质100，数据被再现为衍射光束。衍射光束与记录在全息存储介质100上的干涉图样对应。衍射光束经第三透镜318聚焦到检测单元319上。检测单元319可以是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。从检测单元319输出的再现信号被传递给控制单元320。

光处理单元310从全息存储介质100读取数据，控制单元320根据由数据页的各个区域生成的再现信号的质量，来控制数据页划分为区域。控制单元320使用与用于将数据调制为码字的调制码对应的解调码来控制码字的解调。可利用相同的调制码或不同的调制码来调制码字。

图4示出根据本发明示例实施例的数据页。如图2所示的控制单元320根据各个区域中生成的再现信号的质量来将数据页划分为多个区域。如图4所示，数据页被划分为两个区域：具有高质量再现信号的中心区域A和具有低质量再现信号的边缘区域B。在记录数据时，在具有高或低质量再现信号的区域中布置具有高或低开启像素率的码字。例如，可在具有较高质量再现信号的中心区域A中记录具有较高开启像素率的码字，可在具有较低质量再现信号的边缘区域B中记录具有较低开启像素率的码字。

图5示出根据本发明示例实施例的由调制码调制以生成码字块的数据。由一个调制码调制的码字块被划分为具有不同开启像素率的两个子块。控制单元320通过在数据页的适当区域中布置子块来记录数据。因此，根据信号质量划分的区域可包括由相同调制码调制的码字，但是具有不同的开启像素率。

如图5所示，当9比特数据字由具有五(5)个开启像素的16比特(4×4)调制码字表示时，使用示例码字块。首先，16比特调制码字块被划分为两(2)个4×2子块，即第一子块和第二子块。第一子块包括一(1)个开启像素，第二子块包括四(4)个开启像素。第一子块可具有8C₁，即八(8)种不同的布置。通过改变开启像素的位置，第一子块可用于记录2³个不同的情况，从而表示3比特数据。第二子块可具有8C₄，即七十种不同的布置。通过改变开启像素的位置，第二子块可用于记录2⁶，即六十四(64)种不同的情况，从而表示6比特数据。第一子块布置在图4的信号质量低的区域B中，第二子块布置在图4的信号质量高的区域A中。

图6A和图6B示出根据本发明另一示例实施例的由调制码调制的数据。图6A和图6B中使用的调制码生成使用两个调制码字调制数据的码字块，每一个调制码字具有不同的开启像素率。即，各个区域中的数据使用不同的调制码调制，从而具有不同的开启像素率。

参照图6A和图6B，使用的调制码中的一个是具有一个开启像素的3∶8调制码，另一个调制码是具有4个开启像素的6∶8调制码。区域根据信号质量来划分，并由利用不同调制码调制的码字组成。6∶8调制的码字设置在图4的信号质量高的区域A中，3∶8调制的码字设置在图4的信号质量低的区域B中。因此，在调制数据之前，数据页被划分为区域，使用不同的调制码调制每一区域的数据。

在图5的示例实施例中，对整个数据页使用一个调制码，根据其开启像素率将子块布置到区域中，而在图6A和图6B的示例实施例中，数据页首先被划分，使用不同的调制码调制每一区域的数据。

在图5、图6A和图6B中，数据页被划分为两个区域。然而，数据页可被划分为更多区域。例如，除了中心区域和边缘区域之外，可以根据从其生成的再现信号的质量来以其它方式划分数据页的区域。

图7是根据本发明示例实施例的将数据记录在全息存储介质上的方法的流程图。如图7所示，在操作710，根据再现信号的质量将数据页划分为多个区域。通常，可基于再现信号的质量从数据页的中心区域向数据页的边缘区域降低的事实来划分数据页。

在操作720，通过在适当的区域中布置具有不同开启像素率的码字来记录数据。由于再现信号的质量随着开启像素的数量的增加而提高，所以具有低开启像素率的码字被置于具有低质量再现信号的区域中。具有高开启像素率的码字被置于具有高质量再现信号的区域中。在通过同一调制码调制之后，码字可根据开启像素率被分配给数据页的每一区域。或者，在针对不同区域通过不同调制码调制之后，调制的码字可被分配给数据页的每一区域。

图8是根据本发明示例实施例的从全息存储介质再现数据的方法的流程图。如图8所示，在操作810，从全息图被记录在数据页中的全息存储介质读取数据页。

在操作820，数据页根据从不同区域生成的再现信号的质被划分为区域。从具有不同开启像素率的码字解调数据页。

当针对数据页的不同区域使用不同调制码来调制码字时，使用与调制码对应的解调码来解调码字。由于根据再现信号质量对数据页的区域进行了划分，所以使用与数据被调制时使用的调制码对应的解调码来解调码字。例如，通过将16比特码字解调为9比特码字来再现数据。

当针对数据页的不同区域使用不同调制码调制码字时，使用与各个区域的调制码对应的解调码来解调码字。然而，当通过在使用相同调制码调制数据之后在数据页上布置具有不同开启像素率的子块来记录数据时，数据页被重新布置到块中，然后使用与调制码对应的解调码被解调。

根据本发明示例实施例，还可通过在相邻数据页中布置具有不同开启像素率的码字来记录数据。此外，由于相邻数据页也可具有不同的信号质量，所以可将一个数据页划分为多个区域。当一个数据页被划分为多个区域时，这些区域之一可以是具有较高信号质量的管理信息区域。另一区域可以是具有标准信号质量的用户区域。如果数据页被划分为管理信息区域和用户区域，则具有低开启像素率的码字被布置在管理信息区域中，具有高开启像素率的码字被布置在用户区域中，以便控制再现信号的质量。

如上所述，可保持数据页的再现信号的质量。通过根据再现信号的质量，使用具有不同开启像素率的调制码记录数据，可提高数据页的每一部分的信号质量。

本发明的示例实施例可被写为计算机程序并可被存储在计算机可读介质中。所述程序可利用计算机可读记录介质在通用数字计算机中实现。计算机可读介质的例子包括磁存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等)、光学记录介质(例如，CD-ROM或DVD)以及诸如载波的存储介质(例如，通过互联网的传输)。

尽管已经显示和描述了本发明的示例实施例，但是本领域技术人员应该理解，随着技术的进步，在不脱离本发明的真实范围的情况下，可进行各种改变和修改，并且可对本发明的部件进行等同物替换。在不脱离本发明的范围的情况下，可进行许多修改、置换、添加和子组合以使本发明的教导适应特定情况。因此，本发明不限于所公开的各个示例实施例，本发明意在包括落入权利要求范围内的所有实施例。