초록

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본 논문에서 높은 에러 정정 성능을 갖는 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템을 구현하였다. 에러 정정 성능을 높이기 위해서, 비트에러 정정 능력을 갖고 있는 Hamming(12, 8, 1)코드와 산발 및 연집에러 정정 능력이 뛰어난 Reed-Sokomon 코드로 구성된 hydrid 코딩기법을 채용하였다. 입력 데이터로는 Lena 영상 (256$\times$256bytes)을 책택하였으며, 영상압축기법(JPEG)을 도입하였다. Hybrid 코딩과 영상압축기법을 조합한 광메모리 시스템의 시험결과가 제시되었다.

본 논문에서 높은 에러 정정 성능을 갖는 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템을 구현하였다. 에러 정정 성능을 높이기 위해서, 비트에러 정정 능력을 갖고 있는 Hamming(12, 8, 1)코드와 산발 및 연집에러 정정 능력이 뛰어난 Reed-Sokomon 코드로 구성된 hydrid 코딩기법을 채용하였다. 입력 데이터로는 Lena 영상 (256$\times$256bytes)을 책택하였으며, 영상압축기법(JPEG)을 도입하였다. Hybrid 코딩과 영상압축기법을 조합한 광메모리 시스템의 시험결과가 제시되었다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 높은 신뢰성이 요구되어진다. 현재 대부분의 홀로그래픽 광메모리는 IO"4 정도의 raw BER(bit-error-rate)을 목표로하고 있으며, 상업적 메모리 시스템은 1(尸5의 ber이 요구되어지고 있다」Ml 순수한 광학시스템의 고성능화만으로는 상용메모리의 BER 성능을 충족시킬 수 없기 때문에, 〔기 본 논문에서는 홀로그래픽 광메모리의 성능지표중 하나인 BER 개선의 목적으로 전처리와 후처리 과정에 hybrid 코딩기술을 도입한 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템을 구현하였다. 또한 홀로그래픽 광메모리 시스템의 저장 용량을 극대화하기 위해 전처리과정은 영상정보(256X256 bytes)를 압축알고리즘10,11)(본논문 JPEG 사용)을 이용하여 압출율 20.
• 본 논문에서는 10-15 정도의 상용화 메모리의 CBER 성능을 가질 수 있는 흘로그래픽 광메모리 시스템을 위해서, hybrid 에러 정정 코딩기법을 적용한 디지털 흘로그래픽 광메모리 시스템을 구현해 보았다. 실험결과 hybrid 코딩기법이 에러 정정 측면에서는 탁월한 성능을 가짐을 알 수 있었으며, 영상 압축기법과 hybrid 코딩기법을 적용하여 에러없이 Lena 영상(256 X256 bytes)을 복원하였다.
• 본 실험에서, 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템에서 적용한 정지영상의 압축알고리즘 JPEG를 소개한다.
• 본 실험에서, 이진영상의 저장과 판독과정에서 필연적으로 수반되는 에러를 정정하기 위해 광메모리 시스템에 입력되는 입력 영상을 코딩하는 과정에서 채택한 Hamming(12, 8, 1) 트에러 정정 코딩기법과 RS 바이트에러 정정 코딩기법의 인코딩과 디코딩 알고리즘에 대해서 소개한다.

가설 설정

• ii)만일 dμ≠=0이면, 지금까지 진행된 줄에서 μ-lμ가 가장 큰줄을 찾는다. 그 줄의 μ를 p라고 하면,

제안 방법

• 두 번째 실험에서는, 그림 10에서 알 수 있듯이 RS 디코딩만 수행하였을 경우 에러 정정이 되지 않은 t=4인 경우에 대해서 hybrid 인코딩과정을 수행하였으며, 같은 조건하에서 첫 번째 실험과정을 반복하여 6페이지 데이터를 저장 . 복원하였다.
• 현재 대부분의 홀로그래픽 광메모리는 IO"4 정도의 raw BER(bit-error-rate)을 목표로하고 있으며, 상업적 메모리 시스템은 1(尸5의 ber이 요구되어지고 있다」Ml 순수한 광학시스템의 고성능화만으로는 상용메모리의 BER 성능을 충족시킬 수 없기 때문에, 〔기 본 논문에서는 홀로그래픽 광메모리의 성능지표중 하나인 BER 개선의 목적으로 전처리와 후처리 과정에 hybrid 코딩기술을 도입한 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템을 구현하였다. 또한 홀로그래픽 광메모리 시스템의 저장 용량을 극대화하기 위해 전처리과정은 영상정보(256X256 bytes)를 압축알고리즘10,11)(본논문 JPEG 사용)을 이용하여 압출율 20.5765로 압축한 데이터를 Reed-Solomon(RS) 인코딩旺也연집에러와 산발에러 정정능력을 갖고 있는-하였고, 그리고 비트에러 정정 능력을 갖고 있는 Hamming(12, 8, 1) 코딩기법团을 사용하여 에러 정정능력을 극대화시켰다. 후처리과정에서는 역의 과정을 수행함으로써 광메모리 시스템에서 발생한 에러를 정정하고, 복원과정을 통하여 원영상(256X256 bytes) 정보를 재현하는 디지털흘로그래픽 광메모리 시스템을 실험을 통하여 입증해 보았다.
• 레이저로부터 나오는 두 빔 즉, 신호 빔과 기준빔은 광굴절 저장매체내에 직각으로 입사되는 90° 기록구조를 사용하였다. 신호빔 단은 저장물질인 광굴절 결정의 양단 사이에 2매의 퓨리에 변환 렌즈를 사용하여 퓨리에 홀로그램이 기록되도록 하는 4-f 광학계를 사용하였다. 본 실험에서 사용된 저장물질은 Deltronics사의 Fe가 0.
• 본 실험의 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템으로부터 판독된 이진영상의 각 정방형 윈도우는 가로 5 화소X세로 5 화소, 즉 25개의 화소로 구성되어있다. 이들 화소를 다운샘플링하여 한 화소의 그레이레벨 값을 판정하여 0혹은 1로 인식하는 이진판별과정 (binary-decision processing)을 수행하였다. 이진판별과정에서는 RS 인코딩된각 경우에 대해서 global thresholding을 적용했으며, 이때 에러분포와 RS I :코딩후의 에러분포를 그림 10에 나타내었다.
• 두가지 실험에서 광굴 절 결정에 저장되는 총 다중화수는 29페이지이다. 첫 번째 실 험에서, 입력데이터는 그림 7（b＞의 압축된 영상이며, n = 64와 t=2（페이지수=4）, 4（페이지수=4）, 6（페이지수=5）, 8（페이지 수=5）, 10（페이지수=5）의 각 경우에 대해서 인코딩을 하였으 며, 모든 인코딩 과정에서는 데이터 포맷 문제로 인하여 여분 의 데이터를 첨가하였다. 대부분의 페이지에 포함되는 데이터는 7680（96X80 bits） 비트들로 구성되었으나, 5가지 경우에대해서 인코딩된 마지막 페이지는 4608, 6144, 1024 3584, 6656의 비트들을 포함한다.
• 본 실험은 두가지 경우에 대해서 수행하였다. 첫 번째는 RS 코딩기법이 적용된 경우와 두 번째는 hybrid 코딩기법이 적용된 경우에 대해서 실험을 수행하였다. 두가지 실험에서 광굴 절 결정에 저장되는 총 다중화수는 29페이지이다.
• 5765로 압축한 데이터를 Reed-Solomon(RS) 인코딩旺也연집에러와 산발에러 정정능력을 갖고 있는-하였고, 그리고 비트에러 정정 능력을 갖고 있는 Hamming(12, 8, 1) 코딩기법团을 사용하여 에러 정정능력을 극대화시켰다. 후처리과정에서는 역의 과정을 수행함으로써 광메모리 시스템에서 발생한 에러를 정정하고, 복원과정을 통하여 원영상(256X256 bytes) 정보를 재현하는 디지털흘로그래픽 광메모리 시스템을 실험을 통하여 입증해 보았다.

대상 데이터

• 첫 번째 실 험에서, 입력데이터는 그림 7（b＞의 압축된 영상이며, n = 64와 t=2（페이지수=4）, 4（페이지수=4）, 6（페이지수=5）, 8（페이지 수=5）, 10（페이지수=5）의 각 경우에 대해서 인코딩을 하였으 며, 모든 인코딩 과정에서는 데이터 포맷 문제로 인하여 여분 의 데이터를 첨가하였다. 대부분의 페이지에 포함되는 데이터는 7680（96X80 bits） 비트들로 구성되었으나, 5가지 경우에대해서 인코딩된 마지막 페이지는 4608, 6144, 1024 3584, 6656의 비트들을 포함한다. 그림 9는 입력 이진영상과 CCD 출력영상들의 예를 보이고 있다.
• 첫 번째는 RS 코딩기법이 적용된 경우와 두 번째는 hybrid 코딩기법이 적용된 경우에 대해서 실험을 수행하였다. 두가지 실험에서 광굴 절 결정에 저장되는 총 다중화수는 29페이지이다. 첫 번째 실 험에서, 입력데이터는 그림 7（b＞의 압축된 영상이며, n = 64와 t=2（페이지수=4）, 4（페이지수=4）, 6（페이지수=5）, 8（페이지 수=5）, 10（페이지수=5）의 각 경우에 대해서 인코딩을 하였으 며, 모든 인코딩 과정에서는 데이터 포맷 문제로 인하여 여분 의 데이터를 첨가하였다.
• 측정하였다. 레이저로부터 나오는 두 빔 즉, 신호 빔과 기준빔은 광굴절 저장매체내에 직각으로 입사되는 90° 기록구조를 사용하였다. 신호빔 단은 저장물질인 광굴절 결정의 양단 사이에 2매의 퓨리에 변환 렌즈를 사용하여 퓨리에 홀로그램이 기록되도록 하는 4-f 광학계를 사용하였다.
• 신호빔 단은 저장물질인 광굴절 결정의 양단 사이에 2매의 퓨리에 변환 렌즈를 사용하여 퓨리에 홀로그램이 기록되도록 하는 4-f 광학계를 사용하였다. 본 실험에서 사용된 저장물질은 Deltronics사의 Fe가 0.03% 도핑된 체적 1 enF 크기의 LiNbQ 광굴절 결정을 사용하였으며, 본 실험에서는 다중화 페이지 수에 따른 시간계획은 도입하지 않았고, 평균기록시간은 8.5초가 소요되었다. 홀로그램 데이터 기록 실험시 다중화는 0.
• 본 실험에서 사용한 광원은 Coherent사의 출력이 100 mW 인 Diode-pumped Nd:YAG 레이저(k=532nm)이고, PC> 통하여 소프트웨어적으로 인코딩된 데이터 입력은 Epson사의 SLM(800X600 pixels)을 사용하였으며, SLM의 contrast ratio 는 100:1이고, 영상 출력은 Costar사의 CCD(640X 480 pixels) 카메라로 측정하였다. 레이저로부터 나오는 두 빔 즉, 신호 빔과 기준빔은 광굴절 저장매체내에 직각으로 입사되는 90° 기록구조를 사용하였다.
• 본 실험에서는 SLM과 CCD 사이의 1:1 픽셀매칭이 이루어 지지 않았기 때문에 그림 9（b）로부터 디지털 정보, 즉 0과 1 의 배열정보를 추출하기 위해서는, 데이터가 아닌 부분을 잘라낸 다음 우선 0이나 1을 나타내는 정방형 윈도우를 구성하는 화소의 갯수를 산정해야 한다. 본 실험의 디지털 홀로그래픽 광메모리 시스템으로부터 판독된 이진영상의 각 정방형 윈도우는 가로 5 화소X세로 5 화소, 즉 25개의 화소로 구성되어있다. 이들 화소를 다운샘플링하여 한 화소의 그레이레벨 값을 판정하여 0혹은 1로 인식하는 이진판별과정 (binary-decision processing)을 수행하였다.

이론/모형

• 코드 등이 있다. 본 논문에서는 광메모리 시스템에 적용할 목적으로, 12비트 중 1비트의 에러를 정정할 수 있는 Hamming(12, 8, 1) 알고리즘을 실험에 적용하였다.

성능/효과

• 그림 11의 실험결과로부터, RS 디코딩만 가지고 에러 정정이 되지 않은 t=4인 경우에 대해 본 논문에서 도입한 hybrid 코딩기법을 사용하면 모든 비트에러 정정이 Hamming 디코딩과정에서 이루어지게 되므로, RS 디코딩과정에서는 보다 효율적인 연집에러 정정 능력을 가질 수 있는 디지털 홀로그래픽광메모리 시스템을 구현할 수 있다. 본 실험결과로부터 흘로그래픽 광메모리 시스템의 에러형태가 그림 11의 비트에러가 주된 에러형태라면 본 연구에서 도입한 hybrid 코딩기법은 여분비트들의 증가측면에서는 비효율적으로 판단되지만, 에러 정정측면에서는 탁월한 성능을 가짐을 알 수 있었으며, 그림 12에서 에러가 발생된 경우 복원과정에서 심각한 화질열화가 발생함으로 에러 정정은 반드시 이루어져야 함을 알 수 있었다.
• 시스템을 구현할 수 있다. 본 실험결과로부터 흘로그래픽 광메모리 시스템의 에러형태가 그림 11의 비트에러가 주된 에러형태라면 본 연구에서 도입한 hybrid 코딩기법은 여분비트들의 증가측면에서는 비효율적으로 판단되지만, 에러 정정측면에서는 탁월한 성능을 가짐을 알 수 있었으며, 그림 12에서 에러가 발생된 경우 복원과정에서 심각한 화질열화가 발생함으로 에러 정정은 반드시 이루어져야 함을 알 수 있었다. 앞으로의 해야할 점은 전체 페이지에 일괄적인 임계값을 적용하기 어려웠는데 이는 빔의 불균일 분포로 인한 요인도 있겠지만, 페이지에 표시되는 “1”과 “0”의 수가 다르기 때문에 발생한다는 점을 감안하여 modulation 코딩기법을 도입할 예정이며, 통계학적인 확률론에 근거한 BER 계산과 최적 RS 코드율을 산출하여, 광메모리 시스템에 적용함으로써 보다 최적화된 광메모리 시스템 구현이 이루어져야 할 것으로 사료된다.
• 구현해 보았다. 실험결과 hybrid 코딩기법이 에러 정정 측면에서는 탁월한 성능을 가짐을 알 수 있었으며, 영상 압축기법과 hybrid 코딩기법을 적용하여 에러없이 Lena 영상(256 X256 bytes)을 복원하였다.
• 1~5페이지는 7680, 마지막 페이지는 5376 비트들을 포함한다. 실험결과 그림 11에서보면, Hamming 디코딩후 에러가 현저히 감소함을 알 수 있었고, RS 디코딩후 모든 에러가 정정됨을 알 수 있었다. 그림 12에서는 두가지 실험조건(n=64, t=4인 경우)하에서 디코딩과 복원과정을 통하여 얻어진 영상을 보이고 있다.

후속연구

• 본 실험결과로부터 흘로그래픽 광메모리 시스템의 에러형태가 그림 11의 비트에러가 주된 에러형태라면 본 연구에서 도입한 hybrid 코딩기법은 여분비트들의 증가측면에서는 비효율적으로 판단되지만, 에러 정정측면에서는 탁월한 성능을 가짐을 알 수 있었으며, 그림 12에서 에러가 발생된 경우 복원과정에서 심각한 화질열화가 발생함으로 에러 정정은 반드시 이루어져야 함을 알 수 있었다. 앞으로의 해야할 점은 전체 페이지에 일괄적인 임계값을 적용하기 어려웠는데 이는 빔의 불균일 분포로 인한 요인도 있겠지만, 페이지에 표시되는 “1”과 “0”의 수가 다르기 때문에 발생한다는 점을 감안하여 modulation 코딩기법을 도입할 예정이며, 통계학적인 확률론에 근거한 BER 계산과 최적 RS 코드율을 산출하여, 광메모리 시스템에 적용함으로써 보다 최적화된 광메모리 시스템 구현이 이루어져야 할 것으로 사료된다.

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이 논문을 인용한 문헌

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