Голографическое считывающее устройство Советский патент 1991 года по МПК G11C11/42 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах накопления и обработки больших массивов информации, в частности в ЭВМ с голографической памятью. Известно устройство, состоящее из последовательно расположенньк и оптически связанных лазера, матрихда голограмм, и объектива считывания, оптически связанного с фотоприемным блоком, выход которого через компаратор подключен к усилителю считывания, связанному с блоком обработки информации, механический привод, сое диненный с позиционночувствительным фотоприемником, оптически связанным с объективом считывания, Недостатком устройства является низкая надежность из-за неточности преобразования оптической информации в электрическую в процессе считывани Оптический код не соответствует элек трическому, поступающему в ЭВМ, Так, нестабильность порога срабатывания компаратора приводит к увеличению коэффициента ошибок в связи с тем, ч повьппается число неправильно считанной информации. Более того, на досто верность считывания информации также сильно влияет изменение мощности источника оптического излучения, разброс дифракционной эффективности суб голограмм и хемминговского веса вход ных страниц информации, С другой стороны, влияние перекрестных помех матричного фотопреобразователя, разброс передаточных характеристик кана лов считывания приводят также к неправильному преобразованию оптическо информации в электрическую, Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному является голографическое считьшающее устройство, состоящее из последовательно расположенных и оптически связанных лазера, матриц голограмм и объектива считывания, оп тически связанного с первым к вторым фотоприемными блоками, выходы которых подключены соответственно через первый и второй усилители считывания к входам компаратора, а также блока обработки информации, один из входов которого соединен с блоком отображе.ния, а другой - через -блок выделения сигнала адреса - с блоком сканирования, связанного через механический привод.с матрицей голограмм, при этом тактирующие входы блока обработки информации, блока вьзделения сигнала адреса, а также управляющие входы фотоприемных блоков подключены к блоку управления, В указаином устройстве на каждой субголограмме, кроме основной информации, записывается служебная, содержащая ключевое кодовое олово (признак адреса субголограмм в матрице голограмм) и эталон плотности (признак количества информации на данной субголограмме). Перед началом иэкла считьгеания информации адресное ключевое слово, записанное на служебной части субголограммы, считывается вторым фотоприемным блоком и поступает в блок выделения сигнала адреса, где происходит сравнение адреса выбранной субголограммы с заданным, Во время считывания информационной части субголограммы порог срабатывания усилителей считывания регулируется по сигналу второго .фотоприемного блока, который считает эталон плотности, записанный на служебной части субголограмм. Недостатком устройства является низкая надежность из-за невысокой достоверности преобразования оптической информации в электрическую, вызванной влиянием дестабилизирующих факторов и разбросом электрофизических параметров устройства. Более того, в данном устройстве нельзя проверить правильность преобразования оптической информации в соответствующую ей электрическую в процессе считывания, поскольку каждый информационный символ в восстановленном изображении входной страницы преобразуется независимо от других. При этом ощиб- ки в выборе порога срабатывания компаратора, например, под действием изменения отношения сигнал/шум при изменении хемминговского веса входной страницы приводит к ошибке- в преобразовании информационного символа, и никакой дальнейшей обработкой сигнала на выходе фотоприемного блока обнаружить ошибочное преобразование не удается, К аналогичному результату приводят появление фяуктуационной помехи, кросс-модуляция в элементах матричного фотоприемного блока, изменение чувствительности одного или нескольких ячеек фотоприемного блока, В связи с этим устройство не позволяет реализовать избыточность голографического способа записи информации,.

Целью данного изобретения является повьппение надежности устройства за счет увеличения достоверности считывания информации, т.е. преобразования оптической информации в соответствующую ей электрическую

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные лазер, матрицу голограмм, объектив считывания, оптически связаный с первым и вторым фотоприемными блоками, выходы которых соответственно через первый и второй усилители считьюания подключены к входам компаратора, блок обработки информации, первый выход которого подключен к блоку отображения, второй выход блока обработки информации соединен с входом блока выделения сигнала адреса, выход которого подключен к блоку сканирования, подключенному к механическому приводу, связанному с матрицей голограмм, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к тактирующим входам соответственно блока обработки информации и блока выделения сигнала адреса, третий выход блока управления подключен к управляющим входам первого и второго фотоприемных блоков, введены демультиплексор, сдвигающий регистр, сумматор по модулю два, инвертор, первый, второй и третий буферные регистры и первый, второй и третий счечики, причем информационный вход демультиплексора соединен с выходом компаратора, первый выход демультиплексора соединен с входом сдвигающего регистра, выход которого связан с первым входом сумматора по модулю два, информационными входами первого счетчика и первого буферного регистра, второй выход де 1ультиплексора соединен с информационными входами второго, буферного регистра, второго счетчика и входом инвертора, выход которого связан .с информационными входами третьего буферного регистра и третьего счетчика, выходы первого, второго и третьего буферных регистров соединены с информационными входами блока обработки информации, В1-1ХОДЫ первого, второго, третьего

счетчиков и выход сумматора по модулю два соединены с управляющими входами блока обработки информации, тактирующие входы первого, второго и третьего счетчиков, и первого, второго и третьего буферных регистров и демультиплексора соединены с четвертым выходом блока управления. Введенные блоки и связи позволили путем анализа информационного потока, считываемого с матрицы голограмм, производить исправление пораженных информационных символов, что, в конечном счете, приводит к снижению вероятности ошибки при считывании и соответствующему повьпыению надежности устройства.

На чертеже показана структурная схема устройства, в состав которой входят лазер 1, матрица голограмм 2, объектив считывания 3, первый 4 и второй 5 фотоприемные блоки, первый 6 и второй 7 усилители считьгаания, компаратор 8, демультиплексор 9, сдвигающий регистр 10, сумматор ,по модулю два 11, первый буферный ,регистр 12, первый 13 и второй 14 счетчики, второй буферный регистр 15, третий счетчик 16, инвертор 17, третий буферный регистр 18, блок обработки информации 19, блок отображения 20, блок вьщеления сигнала адреса 21, блок управления 22, блок сканирования 23, механический привод 24.

; Лазер I последовательно оптически связан с матрицей голограмм 2, объективом считывания 3, первым 4 и вторым 5 фотоприумными блоками. Фотоприемные блоки 4, 5, через усилители считывания 6, 7 связаны со входами компаратора 8в Выход компаратора 8 соединен с входом демультиплексора 9, Первый выход демультиплексора подключен через сдвигающий регистр 10 к входам первого буферного регистра 12, Первого счетчика 13 и сумматора по модулю два 11, Второй выход демультиплексора 9 соединен с входами второго счетчика 14, второго буферного регистра 15, сумматора по модулю два П и инвертора 17. Выход инвертора 17 подключен к входам третьего счетчика 16 и третьего буферного регистра J8. Выходы первого 12, второго 15, третьего 18 буферных усилителей и первого J3, второго 14, третьего 16 счетчиков, а также вы71ход сумматора по модулю два 1 соединены с блоком обработки информации 19, Первый выход блока, обработки информации 19 подключен к блоку отображения информации 20, Второй вьтод бло ка обработки информации 19 соединен через блок выделения сигнала адреса 21, блок сканирования 23 и механический привод 24 с матрицей голограмм 2 Управляюпще входы первого 4 и второго 5 фотоприемных блоков подключены к блоку управления 22, Тактирующие входы блока обработки информации 19, первого 12, второго 15, третьего 18 буферных регистров и первого J3, второго 24, третьего J6 счетчиков, а также демультнплексора 9 соединены с блоком управления 22, Устройство работает следующим образом. На матрице голограмм 2 информация записана в виде субголограмм, на каждой из которых информационные символы представлены в виде темных и светлых пятен. Перед записью информационный поток разбивается на блоки с постоянным количеством символов каждый блок записывается на субголограмму дважды, прячем при повторной записи блока с нечетным хемминговски весом оптическое изображение инвертируется. Перед началом цикла считывания с блока управления 22, который связан с ЭВМ, поступает код адреса голограммы, подлежащей считыванию в блок выделения сигнала адреса 21, В блок сканирования 23 поступает коман да, по которой он управляет работой механического привода 24 таким образом, что матрица голограмм 2 перемещается в позицию, соответствующую заданному адресу. После этого с блока управления 22 подается управляющи сигнал, разрешающий считывание ключе вого слова, записанного на служебной части восстановленной субголограммы, В случае совпадения ключевого слова с заданным с блока управления подает ся команда, разрешающая считывание информационной части .голограммы, Если адрес выбранной субголограммы не совпадает с заданным (считанным вторым фотоприемным блоком 5), с блока выделения сигнала адреса 21 через блок сканирования 23 подается сигнал на механический-привод 24 для поиска субголограммы. Зона поиска представляет собой прямоугольник с 2 центром на первоначально выбранной субголограмме. Размеры зоны выбраны с учетом точности работы механического привода 24, Поиск производится в стартстопном режиме с шагом, равным расстоянию между субголограммамн в матрице. Преобразование оптической информации в электрическую происходит следующим образом. Восстановленное изображение субголограммы проецируется на первый 4 и второй 5 фотоприемт,1е блоки. Второй 5 фоюприемный блок вырабатывает сигнал, определяющий порог срабатывания компаратора 8 и зависящий от плотности субголограммы. Сигнал с выхода компаратора 8 поступает на вход демультипдексора 9, где разделяется на два параллельных потока с относительной временной задержкой, равной дпине блока информационной последовательности. На вход демультиплексора 9 поступает информационная последовательность в виде следующих друг за другом блоков с постоянным числом символов, каждый блок последовательности поступает дважды, причем если хеминговский вес блока нечетный, второй раз он поступает в инверсном коде, 8демультиплексоре 9 повторяющиеся блоки разделяются на два выхода, Дяя того, чтобы сигналы на выходах демультиплексора 9 заняли одинаковое временное положение, один из них необходимо сдвинуть во времени, сигнал со второго выхода демультиплексора 9 инвертируется инвертором 17, Информационная последовательность с первого выхода демультиплексора 9, пройдя сдвигающий регистр 10, заносится в первый буферный регистр 12 информационная последовательность со второго вьпсода демультиплексора 9заносится во второй буферный регистр 5в Одновременно при помощи счетчиков 13, 14, 16 определяется четность хеммингОБСКОГО веса последовательностей, заносимых в каждый из буферных регистров 12, 15, 18, При этом последовательности с выхода сдвигающего регистра 40 н с второго выхода демультиплексора 9 подаются на сумматор по модулю два i J, Сигналы с выходов счетчиков J3, 14, 16, а также сумматора по модулю два 11 поступают на управляющие входы блока обработки информации 19, сигналы

уn

с выходов буферных регистров 12, 15, 18 поступают на информационные входы блока обработки информации 19, Если в результате суммирования по модулю два последовательности с первого выхода демультиплексора 9, прошедший через сдвигающий регистр 10, и последовательности со второго выхода демультиплексора 9 получено число, во всех разрядах которого одинаковые символы, например 00000 или 11111, последовательность с первого выхода демультиплексора 9, пройдя сдвигающий регистр IО и первый буферный регистр 12, выводится блоком обработки информации 19 на блок отображения 20, Если в результате суммирования по модулю получено число, во всех разрядах которого символы 1, за исключением одного, сравниваются последовательности с пе вого выхода демультиплексора 9 и инвертированная последовательность со второго выхода демультиплексора 9, т,е, последовательность на выходе инвертора 17 и на блок обработки информации 19 выводится та из них, которая имеет нечетный хемминговский вес. Для этого в блоке обработке информации 19 производится сравнение показаний первого счетчика 13 и третьего счетчика 16, При нечетном показании первого счетчика 13 по сигналу на первом управляющем входе блока обработки информации 19 информация с первого буферного регистра 12 выводится -на второй выход блока обработки информации 19, При нечетном показании третьего счетчика 16 по сигналу на четвертом управляющем входе блока обработки информации 19 информация с третьего буферного регистра 18 выводится на первый выход блока обработки информации 19 и далее на блок отображения 20, Если после суммирования по модулю два получено число, .во всех разрядах которого символ О, за исключением одного, сравнивается последовательность, поступающая с первого вькода демультиплексора 9, и последовательность со второго выхода демультиплексора 9 и на блок обработки информации 19 вьгеодится та из иих, которая имеет четный хемминговский вес.

Осуществляется это следующим образом. Если число нулей, поступающих с вькода сумматора по модулю два

5210

11 на второй управляющий вход блока обработки информация J9, превьшает число единиц, блок 19 сравнивает показания счетчиков 13 и 14, При четном показании счетчика 13 информа1шя с первого буферного регистра J 2 поступа ет на блок отображения 20.через первый выход блока обработки информации 19, При четном показании.счетчика 14 на первом выходе блока обработки информации 19 вьвделяется информация со БТврого буферного регистра 15, В сравнении с известным, заявляе-

мое устройство обладает повьщ1енной надежностью, т.е, искажение любого символа внутри блока информационной последовательности не приводит к появлению ошибки при считывании информации. Процесс исправления ошибки удобно проиллюстрировать на следующем примере. Пусть поток информации, подлежащей записи на субголограмме, имеет вид 11010001101111101101101,,,

Пусть также при записи он разбивается на блоки по пять символов: 11010 01101 11110 ПОП,,, Каждый из блоков на субголограмме записывается два раза, причем первый и второй блоки,

имеющие нечетный хемминговский вес, при повторении записываются инверсным кодом. Таким образом, на субголограмме записывается информация: 11010,

00101, 01101 10010 11110 НПО пои

ill011,,, При считывании эта информация вьщеляется на двух выходах демульти- штексора: поочередно блоки поступают на первый и второй выходы, в результате пЬлученр: на первом выходе

ПОЮ 01101 11110, ПОП.,,, на втором выходе 001Oi 10010 11110 11011,,, Если в процессе считывания все информационные символы преобразованы правильно, суммирование по модулю два

каждого блока последовательностей с первого и второго выходов демультиплексора 9 дает число,во всех разрядах которого (в пределах блока)одинаковые символы в данном случае имеем: 1 1 1 1

11111 00000 00000... Пусть при считывании в процессе преобразования информации произошла первая идентификация второго символа первого блока, т,е, вместо 11010 на первом выходе демультиплексора 9 получено 10010, Пусть, кроме того, искажен третий символ второго.блока на втором выходе демультиплексора 9: т.е, вместо 10010 имеет J0410, а также пятый символ четвертого блока: ПОП ПОЮ В результате на выходах демультиплек сора 9 имеем: на первом выходе 10010 ОНО ППО ПОЮ.,,, на второ выходе 00101 ЮПЮ ППО ПОП,., 13 результате суммирования по модулю два имеем: ЮП I ПОП 00000 00001, Во всех разрядах первого числа в результате суммирования 1, за неключением второго, сравнивается блок последовательности на первом вы ходе демультиплексора 9 и инвертированный блок со второго выхода,.т,е, 10010 и ПОЮ, после чего выбирается тот, который имеет нечетный хемминго ский вес Н (для 100Ю Н-2, а для 11010 ), т,е, на выход блока обработки информации выводится блок ПОЮ, Во всех разрядах второго числ результата суммирования по модулю два, за исключением одного, - 1, Поступая аналогично, имеем: для ОП101 , 01001 т,е, на выход блока обработки информации 19 выводится 01101, В результате суммирования по модулю два третьего блока все О, поэтому этот блок выводится с первого выхода демультиплексора 9 без изменений. Дальше в результате суммирования по модулю два для четвертого блока имеем все О, за исключением одного разряда. Это указывает на то, что необходимо сравнивать блок на первом и втором выходах демультиплексора 9 и выбрать тот, который имеет четный хемминговский вес: для ПОЮ , ПОП , выбираем ПОП, Таким образом, на выходе блока обработки информации имеем: П 12 11010 ОП01 ППО ПОП,,,, т .е, исходную последовательность. Работа устройства не изменяется при любом числе символов в блоке, однако для обеспечения исправления ошибки это число должно быть не менее 4 (на практике всегда оно Ь; 4), Численный параметр, характеризующий надежность считывающего устройства,средняя вероятность ошибки на один бит записанной информации. Для известного устройства этот параметр совпадает с вероятностью искажения символа при преобразовании из оптической формы в электрическую, В заявляемом устройстве происходит правильное считывание, даже если произошло искажение одного символа из N, где N - длина блока, т,в, ошибка имеет место в случае, если произошло 2 и более искажений в пределах блока из N символов или если произошло искажение символа с номером Ми, кроме того, искажения сийвола с номером M+N, Веооятность такого события Р (1/N) , что при 2-N о дает (1/6), 66,Р| П Р, Если для известного устройства обеспечивается вероятность неправильного преобразования Pjj 10 , то для заявляемого устройства при той же емкости субголограммы Р 1110 - т,е, на два порядка меньше, Таким образом, заявляемое устройство обладает существенно большой надежностью в сравнении с известным, что численно выражается в уменьшении средней вероятности ошибки на один бит считываемой информации.

J

f i

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ СЧИШВАИЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно оптически связанные лазер, матрицу голограмм и объектив считывания, оптически связанный с первым и вторым фотоприемными блоками, выходы которых соответственно через первый и второй усилители считывания подключены ко входам компаратора, блок обработки информации, первый выход которого подключен к блоку отображения, второй выход блока обработки информации соединен со входом блока вьщеления сигнала адреса, выход которого подключен ко входу блока сканироваийя, подключенному к механическому приводу, связанному с матрицей голограмм, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к тактир ующим входам соответственно блока обработки информации и блока выделения сигнала адреса, третий выход ,блока управления подключен куправляющим входам первого и второго фотоприемных блоков, о тличающеес я тем, что, с целью повьшенйя надежности устройства за счет увеличения достоверности считывания информации, в устройство введены демультиплексор, сдвигающий регистр, сумматор по модулю два, инвертор, первый, второй и третий буферные регистры и первый, второй и третий счетчики, причем информационный вход демультиплексора соединен с выходом компаратора, первьй выход демультиплек- сора соединен со входом сдвигающего регистра, выход которого связан с первым входом сумматора по модулю два и информационными входами первого счетчика и первого буферного регистра, второй выход демультиплексора соединен с информационными входами втоW рого буферного регистра, второго счетс чика, и входом инвертора, выход которого связан с информационными входами третьего буферного регистра и третьего счетчика, выходы первого, второго и третьего буферных регистров соединены с соответствующими информационными входами блока обработки информации, выходы первого, второго и третьего счетчиков и выход сумматора по модулю два соединены с управляющими входами блока обработки информации, тактирующие входы первого, второго и третьего счетчиков и первого, второго и третьего буферных регистров и демультиплексо ра соединены с четверть1м выходом блока управления.