体全息存储系统的设计

杨 飞，王安梅

（许昌学院 电气信息工程学院，河南 许昌 461500）

体全息存储系统的设计

杨 飞，王安梅

（许昌学院 电气信息工程学院，河南 许昌 461500）

体全息存储技术以其存储密度和数据读出率高及相关内容寻址等特点而具有广阔的应用前景.本文从硬件和软件两方面着手，设计并实现了一套体全息数据存储控制系统.采用双头显卡，双显示器和视频分配器实现对空间光调制器(SLM)的控制，以面向对象的程序设计语言C++为工具，大量采用开源程序库及类库实现了编码解码以及对硬件的控制操作.本系统紧凑协调，能够实现存储和读取的自动化.

体全息数据存储；空间光调制器；编码解码

1 引言

体全息存储具有存储密度高、并行传输、冗余度高、寻址速度快和具有关联寻址功能等诸多优点，是光信息存储最重要的研究领域之一.为了降低其误码率，人们将通信理论中的纠错码、调制码等技术移植到体全息数据存储中[1]，极大地改善了这一技术的系统性能.

在体全息存储系统中，用空间光调制器来加载编码后的图像，用CCD摄像机来读取存储在光折变介质中的信息，用电控位移平台或声光调制器(AOD)等设备来实现角度复用，用电子快门来控制物光和参考光的通断.所有这些的实现都必须靠包括软件和硬件在内的一套控制系统来实现.

2 体全息存储实验光路

体全息存储采用光路图如图1所示.在体全息存储系统中，用空间光调制器来加载编码后的图像，用C C D摄像机来读取存储在光折变介质中的信息，用电控位移平台或声光调制器(AOD)等设备来实现角度复用，用电子快门来控制物光和参考光的通断.所有这些的实现都必须靠包括软件和硬件在内的一套控制系统来实现.

3 编码解码

图1 体全息存储实验光路图

纠错编码是在原始数据流后按照一定的算法加上一些校验位来保证数据流的正确性.本系统采用纠错能力极强的Reed-Solomon编码[2].本设计采用6:8平衡调制码.6:8平衡调制码是体全息存储中一种非常有效的平衡调制编码.它是将6位信息数据映射到8位平衡码中，即编码后的码字中含有4个0和4个1.4个0和4个1的不同组合数为70（在8个位置中选4个位置放入1，其余的放入0，即C48=70），而6位数据的信息量为26＝64，所以映射是没有问题的，而且还有6个码字闲置.具体操作是我们预先编制一个编码表和一个译码表.编码和译码分别通过查编码表和译码表来实现.

4 信息图像的加载和采集

本设计利用光学全息技术进行存储，需要将信息编码成图像，这样信息才能被加载到物光波中.本设计采用空间光调制器（SLM）完成图像加载功能.为了控制图像的加载，本设计采用双头显卡，双显示器，再加上视频分配器来解决这个问题.双头显卡的一个输出口接在主显示器上，另一个输出口接在视频分配器上，视频分配器分出来的两个VGA接口一个接从显示器，另一个接SLM，这样从显示器上的内容和SLM上的内容完全一样.

在体全息存储读取过程中需要用CCD摄像机来采集存储在光折变介质中的信息图像.该摄像机提供有IEEE 1394接口，该接口它支持热插拔，数据传输速率快，是一种纯数字接口(无需数模转换).DH-HV 1300FM摄像机符合IIDC规范，能提供了一套完整的应用程序接口对这类摄像机进行控制.

电子快门用来控制物光和参考光的通断，以实现存储和读取的自动化.它主要包括机械部分、电路部分以及软件部分.电路以ATMEL公司的单片机芯片AT 89C 51为核心，主要包括两部分：一是和PC机通信部分，另一是驱动电磁继电器控制快门开合部分.由于单片机I/O口的驱动能力有限，不能直接驱动电磁继电器，所以先用单片机的I/O口来驱动8050三极管，然后由此三极管来驱动继电器.电子快门串连在继电器的常开开关上，继电器断电时，常开开关是断开的，当继电器上电时，常开开关闭合，电子快门打开.可以用软件定时来控制快门打开关闭的时间.

在全息存储过程中，数据首先经Reed-Solomon纠错编码，然后进行6:8平衡调制编码，之后将编码后的数据以图像形式影射到SLM上，调整参考光角度，打开物光和参考光束进行存储，存储完此幅信息图像后关闭物光和参考光，查询是否完成全部数据存储，如未完成，重复上述过程.若已完成，结束存储.如图2所示.

图2 存储过程流程图

全息读出与存储相反的过程，在读出过程中仅需要参考光，物光始终是关闭的.读出时，首先确定参考光的角度，之后就可以触发CCD摄像机进行读取，读取后经调制解码，Reed-Solomom纠错解码还原为原始数据.接下来查询是否读取完想要的数据，若未完重复上述过程，若完成结束读取.如图3所示.

5 存储效果和读取的效果图

按照前面设计的方法，我们对存储介质进行了存储和读取，效果如图4所示.

6 结语

本设计从软件和硬件两方面入手，设计并实现了一套能够自动存储和读取的控制系统.系统紧凑协调，易于编程实现各个单元部件间的协调工作.

图3 读取过程流程图

图4 读取的效果图

通过本设计方案能很好的完成信息的记录和读取，但存储过程中存在几种噪声严重影响信息的存储和读出的质量.主要有像差，存储晶体噪声，探测器的电噪声.要提高存储的质量就必须从光路的设计、晶体的光学质量和探测器的性能等几个方面共同提高.

〔1〕J.Ashley,M.-P.Bernal,G.W.Burr et al.Holographic Data Storage[J].IBM J.Res.Develop.,2000,44(3):341-368.

〔2〕M.-P.Bernal,G.W.Burr,H.Coufal et al.Balancing InterpixelCrosstalk and DetectorNoiseto Optimize Areal Density in olographic Storage Systems[J].Appl. Opt.1998,37:5377–5385.

TP391

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1673-260X（2010）08-0037-02