２次元信号変換装置、２次元信号変換方法、制御プログラム、及び制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
【課題】ページ内に輝度ムラが存在する２次元再生信号のレベルを規格化することによって、輝度ムラを低減する。
【解決手段】２次元信号変換装置１０は、１または複数の２次元変調の符号ブロックに対応する２次元再生信号の単位で、２次元再生信号をグループ分けするブロック集合化回路３と、２次元再生信号のレベル値を、ブロック集合化回路３によって分けられたグループ毎に合算した合計値を算出する合計値計算回路４と、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して合計値計算回路４によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより２次元再生信号を変換する除算回路５と、を備える。これにより、２次元再生信号内の輝度ムラを低減することができるので、その結果、復号時のエラーレートを低く抑えることができる。
【解決手段】２次元信号変換装置１０は、１または複数の２次元変調の符号ブロックに対応する２次元再生信号の単位で、２次元再生信号をグループ分けするブロック集合化回路３と、２次元再生信号のレベル値を、ブロック集合化回路３によって分けられたグループ毎に合算した合計値を算出する合計値計算回路４と、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して合計値計算回路４によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより２次元再生信号を変換する除算回路５と、を備える。これにより、２次元再生信号内の輝度ムラを低減することができるので、その結果、復号時のエラーレートを低く抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムメモリなどディジタル情報を２次元的に記録再生する光メモリシステムに好適に適用できる２次元信号変換装置、２次元信号変換方法、制御プログラム、及び制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラフィを用いて情報を２次元的に、すなわちページデータとして記録し再生するホログラムメモリが、次世代の高密度記録再生システムとして脚光を浴びつつある。
【０００３】
図８を参照しながら、ホログラムメモリシステムの概要について説明する。図８は、ホログラムメモリシステムの概要を模式的に示す図である。図８に示すように、このシステムでは、情報データを記録する場合には、複数の画素よりなる空間光変調器６０（例えば液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）など）を用いて、記録すべき情報データに基づいて記録信号光を空間光変調し、レンズ６１を通した記録信号光とコヒーレントな記録参照光とを干渉させることにより２次元的な干渉縞を生成し、この干渉縞により形成される像を２次元情報としてホログラム媒体６２に記録する。
【０００４】
ここで、ホログラム媒体６２としては、ニオブ酸リチウムに代表される無機系のフォトリフラクティブ結晶を用いた書き換え型媒体や、有機高分子材料であるフォトポリマーを用いた追記型媒体がある。
【０００５】
一方、記録された干渉縞をホログラム媒体６２から読み出すことにより情報データを再生する場合には、ホログラム媒体６２に対して記録参照光と同じ入射角度にて再生参照光を照射して生成される反射光あるいは透過光を、レンズ６３を通して複数の画素を有する受光素子６４（例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど）により受光して再生信号を生成し、該生成された再生信号を用いて元の情報データを再生する。
【０００６】
なお、上記のようにして得られた２次元的な再生信号は、信号の２次元波形を示していると捉えることもできる。また、上記２次元的な再生信号のうちある方向に沿って配列された再生信号は、信号の１次元波形を示していると捉えることもできる。このように、再生信号を波形と捉えて「再生波形信号」と称する場合もある。
【０００７】
このように上記システムでは、２次元のページデータ単位で再生が行われるため、１次元で再生を行う従来の光ディスクよりも大幅に再生速度を向上させることが可能となる。
【０００８】
（しきい値検出方法）
２次元再生信号を２値化して元のバイナリ情報ビットを復号する最も一般的な手法はしきい値検出方式である。しきい値検出方式においては、再生信号のレベルを所定のしきい値であるスライスレベルと比較し、スライスレベルよりも大きければ”１”、小さければ”０”と判定して、復号ビットとして出力する。
【０００９】
（判定帰還ビタビ復号法）
しかし、ホログラムメモリシステムにおいては、その記録過程及び再生過程において種々の雑音が混入する（特に、記録媒体の不均質性に起因して雑音が発生する場合が多い）ことがあり、この雑音の影響によってＳＮ比が低下したり、隣接する画素からの再生信号の影響、すなわち画素間干渉の発生などがあり、しきい値検出方式では正確に元の情報ビットを復号できない場合がある。
【００１０】
そこで、雑音及び画素間干渉の影響を抑制して正確に情報ビットを復号する手法として、受光素子から出力される再生信号に対してビタビ復号処理を行う手法が研究されており、その一手法として、判定帰還ビタビ復号法（Decision Feedback Viterbi Algorithm）が開発されている（特許文献１参照）。
【００１１】
上記判定帰還ビタビ復号法は、ページデータの横方向（行方向）に沿ってビタビ復号を行うことにより１行ずつ復号ビットを決定する処理を１行ずつ下（列方向）にずらしながら行い、その際、直前の復号結果（フィードバック行）を次行のビタビ復号に利用する判定帰還を行う点が特徴である。
【００１２】
従来の判定帰還ビタビ復号法について図９及び図１０を用いてその概要を説明する。画素間干渉を図９のような３行３列の行列で表される２次元インパルス応答ｈとして想定すると、トレリス状態は２行２列の行列として定義され、トレリス線図は図１０のように表現される。なお、「２次元インパルス応答」とは、単位インパルス信号（１ビットのみの信号レベルが１であり、それ以外のビットの信号レベルが全て０であるような２次元ビット行列）を線形システムに入力したときの出力信号を意味する。図９の２次元インパルス応答ｈでは、中心の画素だけでなく周辺の隣接画素においても信号レベルが生じており、画素間干渉の発生が想定されていることが分かる。
【００１３】
トレリス状態を［ｋ，ｌ；ｍ，ｎ］（［ｋ，ｌ；ｍ，ｎ］は、行ベクトル［ｋ，ｌ］及び［ｍ，ｎ］を列方向に並べた行列を意味する。以下においてもこの表記に準じて行列を表記する。）で表記すると、ｋ、ｌ、ｍ、ｎはいずれも０又は１なので、２の４乗、すなわち１６種類のトレリス状態が存在する。
【００１４】
各トレリス状態から次のトレリス状態へのブランチは４本ずつあり、各トレリス状態へ入力するブランチも４本ずつある。各ブランチが想定する想定値（「想定波形レベル」ともいう。）は、ブランチに繋がる２つのトレリス状態を結合した２行３列の行列に、その１つ上のフィードバック行（フィードバック行の詳細は後述）を結合させた３行３列の行列によって決定される。
【００１５】
例えば［０，０；０，１］から［０，１；１，０］へのブランチが想定するレベルは、その１つ上のフィードバック行が［１，１，０］であったとすると、行列［１，１，０；０，０，１；０，１，０］によって決定される。具体的には、インパルス応答ｈと行列［１，１，０；０，０，１；０，１，０］との２次元畳み込み演算によって求まる「０．２２」がこのブランチの想定値となる。ここで２次元畳み込み演算とは、一方の行列、例えば行列［１，１，０；０，０，１；０，１，０］、の行及び列の順序を逆転させた行列［０，１，０；１，０，０；０，１，１］と、他方の行列、例えばインパルス応答ｈ、との各要素同士を乗算し、それらの和を計算することである。
【００１６】
ビタビ復号処理は、左から右へ行方向に行われる。再生信号を行方向に走査することによって得られる再生波形信号と各ブランチの想定波形レベルとの２乗誤差をブランチメトリック、各トレリス状態に至るパスの累積ブランチメトリックをパスメトリックとし、各トレリス状態に入力する４本のパスのうちパスメトリックが最小のものを生き残りパスとして残す。
【００１７】
これを行方向に繰り返すと、所定時間だけ前（左方向）に遡れば生き残りパスが１本に収束しているので、これを正解パスとして決定していく（この「所定時間」はパスメモリ長と呼ばれる）。この過程は従来の１次元ビタビ復号と原理的に同じなので詳細な説明は省略するが、１次元ビタビ復号と異なるのは、１次元だと正解パスがビット系列そのものに対応するのに対し、２次元では正解パスが行列になるので複数のビット行（上記例では２行）に対応する点である。
【００１８】
この２行のビット行のうち、２行目は３行目以降のビット行からの影響を考慮していない、すなわち画素間干渉の影響を部分的にしか考慮しておらず信頼性に乏しいため、上下左右からの波形干渉が全て考慮に入れられてビタビ復号される１行目のみが復号ビットとして出力される。
【００１９】
上記のような行方向のビタビ復号によって得られるのは１行分のビット行なので、ページデータ全体を復号するためには、この処理を１行ずつ列方向（下方向）にずらしながら繰り返す。
【００２０】
ここで判定帰還の考え方が導入される。判定帰還は、１つ上の行の復号結果をフィードバック行として次の行のビタビ復号に反映させる手法であり、具体的には上記で説明したように、次の行のブランチの想定波形レベルを決める処理に用いることによって反映している。
【００２１】
判定帰還の手順をもう少し詳しく説明する。受光素子６４の最上端の行で受光した再生波形信号に基づいて再生するときは、当該最上端の行のさらに上の行における受光量が０であると見なせるので、最上行からの再生波形信号に基づいて再生するときには、フィードバック行を全て０とする。
【００２２】
次に、上から２行目からの再生波形信号に基づいて再生するときは、１行目（最上端の行）では正確にビット行が復号されたと仮定し、これをフィードバック行として２行目の復号に用いる。
【００２３】
更に、上から３行目の行からの再生波形信号に基づいて再生するときは、２行目の行では正確にビット行が復号されたと仮定し、これをフィードバック行として３行目の復号に用いる。
【００２４】
このように、現在の復号対象行の１つ上の行では正確に復号処理がなされたと仮定して、１つ上の行の影響を考慮に入れつつ（すなわち列方向の判定帰還を行い）現在の行からの再生波形信号についてビタビ復号を行っているので、列方向の画素間干渉の影響をより考慮に入れたビタビ復号処理が実行されており、行方向のみの再生波形の変化を用いた従来の１次元ビタビ復号処理に比べて、より正確な復号処理ができる。
【００２５】
（差分検出法）
一方、従来のホログラムメモリシステムにおいては、差分検出法と呼ばれる検出方法が開示されている（特許文献２参照）。
【００２６】
差分検出法は、定重み符号と呼ばれる変調方式を用いて２次元変調されたページデータの２次元再生信号を復号する際に使用されるものである。代表的な定重み符号としては、符号ブロックが２つの画素からなる１：２符号や、符号ブロックが２×２、すなわち４つの画素からなる２：４符号などがある。
【００２７】
（２：４符号）
図１１を参照しながら、２：４符号について説明する。図１１に示す２：４符号の場合、４つのビットのうち１ビットだけが’１’、残りの３ビットが’０’であるような符号ブロックに符号化される。したがって、このような符号ブロックは図１１に示すように４種類ある。すなわち、［１，０；０，０］、［０，１；０，０］、［０，０；１，０］及び［０，０；０，１］の４種類である（［ｋ，ｌ；ｍ，ｎ］は、行ベクトル［ｋ，ｌ］及び［ｍ，ｎ］を列方向に並べた行列を意味するものとする。以下においてもこの表記に準じて行列を表記する）。そして、２ビットの情報ビット（２の２乗、すなわち４通り）を変調して４ビットの符号ブロックに変換することから、２：４符号と呼ばれる。図１１では、２ビットの情報ビット「００」を［１，０；０，０］に、２ビットの情報ビット「０１」を［０，１；０，０］に、２ビットの情報ビット「１０」を［０，０；１，０］に、２ビットの情報ビット「１１」を［０，０；０，１］に変換している。
【００２８】
差分符号においては、論理値「１」は明画素（受光素子上の対応する画素が明るい点となる）に、また、論理値「０」は暗画素（受光素子上の対応する画素が暗い点となる）に対応してホログラム媒体に記録される。差分検出方式では、各符号ブロックの再生信号の４画素のうち最も輝度が高い画素、すなわち再生信号レベルが最も大きい画素を「１」と判定し、それ以外の画素を「０」と判定することによって復号ビットが決定される。
【特許文献１】米国特許第５、７４０、１８４号明細書（１９９８年４月１４日発行）
【特許文献２】特開平９−１９７９４７号公報（平成９年７月３１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
ホログラムメモリにおいては、記録媒体や光学系の欠陥に起因して、回折像内での回折強度ムラによるページ内の輝度ムラが存在することがある。図１２に輝度ムラが存在するホログラムメモリ再生信号の一例を示す。図１２の再生信号では、同心円状に輝度ムラが発生しており、ページの中心部分の明るさに比べて、ページの周辺部分が暗くなっている。このような輝度ムラがあると、ビタビ復号を行っても、所定の２次元インパルス応答から求める各ブランチの想定レベルに対して再生信号のレベルがページ内で変動するため、誤った二値化を行う確率が高くなり、ビットエラーが多く発生するという問題があった。
【００３０】
一方、差分検出は符号ブロック内の４画素の再生信号レベルの相対的な大小に基づいて復号ビットを決定するので、原理的に輝度ムラに強いという特徴がある。しかしながら差分検出はビタビ復号法のように画素間干渉の影響を十分に抑制できる復号方法ではないため、ホログラムメモリを高密度化することが困難であった。
【００３１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ページ内に輝度ムラが存在する２次元再生信号のレベル値を規格化することによって、輝度ムラを低減する２次元信号変換装置、２次元信号変換方法、制御プログラム、及び制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記課題を解決するために、本発明に係る２次元信号変換装置は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換装置であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化手段によって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化手段と、を備えることを特徴としている。
【００３３】
また、本発明に係る２次元信号変換方法は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換方法であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化ステップによって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出ステップによって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化ステップと、を含むことを特徴としている。
【００３４】
上記の構成によれば、ページデータから得られる各２次元再生信号を、上記符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けし、グループ毎の２次元再生信号のレベル値の合計値を算出し、上記合計値に基づき各２次元再生信号をグループ毎に規格化することができる。
【００３５】
よって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、２次元再生信号を規格化するので、結果として輝度ムラを低減することができる。さらに、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けすることができるため、その場合は、周波数の高い（変動サイクルの小さい）輝度ムラも低減することができる。
【００３６】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。また、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けする場合には、上記合計値を算出する回路規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【００３７】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で除算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値で除算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００３９】
よって、輝度ムラが振幅変動として現れている場合、２次元再生信号を上記合計値の除算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００４０】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラが振幅変動として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００４１】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００４２】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００４３】
よって、輝度ムラがオフセット変動として現れている場合、２次元再生信号を合計値を所定値で除算したオフセット値の減算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００４４】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラがオフセット変動として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００４５】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で除算した値から、上記合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００４６】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値で除算した値から、上記合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００４７】
よって、輝度ムラがオフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合、２次元再生信号を合計値を所定値で除算したオフセット値の減算、及び合計値での除算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００４８】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラが、オフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００４９】
またさらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を減算した値を、上記合計値で除算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００５０】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値を所定値で除算したオフセット値を減算した値を、上記合計値で除算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００５１】
よって、輝度ムラがオフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合、２次元再生信号を、合計値を所定値で除算したオフセット値の減算、及び合計値での除算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００５２】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラが、オフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００５３】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記ページデータは、上記ページデータ上の上記符号ブロックの位置の基準となる同期パターンを含んでおり、上記２次元再生信号から上記同期パターンの再生信号を検出するための同期パターン検出手段を更に備え、上記２次元信号グループ化手段が、上記２次元再生信号上の、上記同期パターンの再生信号の位置に基づいて、上記グループ分けの対象となる２次元再生信号の位置を認識し、当該２次元再生信号をグループ分けする構成とすることが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、検出が容易に行える同期パターンの再生信号の位置を基準に、２次元変調されたページデータに対応する２次元再生信号の位置を認識し、グループ分けすることができる。
【００５５】
よって、再生信号に輝度ムラがある場合にも、２次元再生信号のグループ分けを誤りなく容易に行うことができる。
【００５６】
したがって、本発明に係る２次元信号変換装置の回路構成を複雑にすることなく、より確実に輝度ムラを低減することができるという効果を奏する。
【００５７】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記再生信号レベル規格化手段によって上記規格化された２次元再生信号を、ビタビ復号するビタビ復号手段をさらに備えることが好ましい。
【００５８】
上記の構成によれば、上記規格化された２次元再生信号を、画素間干渉の影響を抑制することができるビタビ復号をすることができる。
【００５９】
よって、２次元再生信号の輝度ムラの影響と画素間干渉の影響との両方を抑制することができる。
【００６０】
したがって、２次元再生信号に輝度ムラと画素間干渉とが現れている２次元再生信号に対しても、エラーレートの低い二値化を可能とするとともに、ホログラムメモリの更なる高密度化を実現できるという効果を奏する。
【００６１】
なお、上記２次元信号変換装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記２次元信号変換装置をコンピュータにて実現させる制御プログラム、及び上記制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００６２】
以上のように、本発明に係る２次元信号変換装置は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換装置であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化手段によって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化手段と、を備えることを特徴としている。
【００６３】
また、本発明に係る２次元信号変換方法は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換方法であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化ステップによって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出ステップによって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化ステップと、を含むことを特徴としている。
【００６４】
よって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、２次元再生信号を規格化するので、結果として輝度ムラを低減することができる。さらに、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けすることができるため、その場合は、周波数の高い（変動サイクルの小さい）輝度ムラも低減することができる。
【００６５】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。また、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けする場合には、上記合計値を算出する回路規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態について図１から図５に基づいて説明する。
【００６７】
（システム構成）
図１は、本実施の形態に係る２次元信号変換装置１０を備えるホログラムメモリ再生システム２０の構成を示すブロック図である。ホログラムメモリ再生システム２０は、ホログラムメモリ再生装置１及び２次元信号変換装置１０を備えている。２次元信号変換装置１０は、同期パターン検出回路（同期パターン検出手段）２、ブロック集合化回路（２次元信号グループ化手段）３、合計値計算回路（再生信号レベル算出手段）４、除算回路（再生信号レベル規格化手段）５、バッファメモリ６、ビタビ復号回路（ビタビ復号手段）７を備えている。
【００６８】
ホログラムメモリ再生装置１は、背景技術の欄において図８に基づいて説明したシステムのうち再生側の構成に相当しており、干渉縞として情報が記録されたホログラム媒体に対して再生参照光を照射することにより生成される反射光あるいは透過光（コヒーレント光）を、レンズを通して複数の画素を有する受光素子（例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど）によって受光して２次元の再生信号を生成する装置である。
【００６９】
なお、背景技術の欄において述べたとおり、再生信号を波形と捉えて「再生波形信号」と称することもある。
【００７０】
図２は、本実施の形態の図示しないホログラム媒体に記録されているページデータ５０のフォーマットを示す図である。本実施の形態の図示しないホログラム媒体には、図２に示すようにフォーマットされた１０２行×１０２列の画素からなる２次元のページデータ５０が記録されている。
【００７１】
ページデータ５０の各画素は、明画素及び暗画素からなり、それぞれ論理値「１」及び「０」に対応している。ページデータ５０から得られる２次元再生信号の各レベル値は、ページデータ５０に記録された論理値「１」及び「０」を反映した信号強度を示している。ただし、再生時の画素間干渉のため、各再生信号レベルは対応する画素の近接画素からの影響を受ける。また再生時に輝度ムラが発生し、再生信号レベルに影響を与える。したがって、論理値「１」に対応する各再生信号のレベル値は一定ではなく、同じく論理値「０」に対応する各再生信号のレベル値も一定ではない。またここでは「画素」という用語を、２次元再生信号の中の、ページデータ５０に記録されたビットに対応する再生信号の各位置を示すものとして使用することがある。
【００７２】
ページデータ５０は、２×２すなわち４ビットの論理値「１」からなり、ページデータ５０の左上隅に配置されページデータ５０上の位置の基準となる同期パターン５１と、ユーザデータなどの情報を示すビットが図１１のような２：４符号によって２次元変調された、１または複数の符号ブロック５２と、から構成される。ここで各符号ブロック５２に含まれるビットをまとめて符号データと表現する。符号データは定重み符号で２次元変調されたデータである。符号ブロック５２は、２×２すなわち４ビットから構成される。またページデータ５０は、同期パターン５１でも符号データでもないビットを含んでもよい。本実施の形態では、２行２列のビットエリアである同期パターン５１と同じ行の、同期パターン５１以外の任意の列のビット、及び同期パターン５１と同じ列の、同期パターン５１以外の任意の行のビット、は論理値「０」として記録されている。
【００７３】
図１に示す同期パターン検出回路２は、ページデータ５０の再生信号の中から図２に示す同期パターン５１の再生信号を検出する回路である。同期パターン５１は４つの論理値「１」が隣接して繋がった２×２（２行２列）のパターンであり、その再生信号は４倍のサイズを持つ明画素と見なせるので、簡単な構成で誤りなく検出することが可能である。また同期パターン５１の位置はページデータの左上に限らず任意の位置に配置することができる。このように本発明の実施の形態はページデータ５０に同期パターン５１を含むことが好ましいが、含まなくてもよい。ページデータ５０が同期パターン５１を含まない場合、同期パターン検出回路２はページデータ５０の中に同期パターンがないことをブロック集合化回路３に伝える。
【００７４】
図１に示すブロック集合化回路３は、ホログラムメモリ再生装置１によって生成された２次元再生信号を、２×２すなわち４個の符号ブロック５２からなるブロック集合５３に対応する再生信号（画素）毎にグループ分けする回路である。１つのブロック集合５３には、４×４すなわち１６個のビットが含まれるので、１つのグループには４×４すなわち１６個の再生信号（画素）が含まれる。
【００７５】
合計値計算回路４は、ブロック集合化回路３によって分けられた各グループに含まれる全画素（すなわち、１６個の再生信号）の再生信号レベルＡの合計値Ｂを計算する回路である。
【００７６】
除算回路５は、ブロック集合化回路３によって分けられた各グループに含まれる各画素の再生信号レベルＡを、各画素が含まれるグループについて合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂで除算する回路である。
【００７７】
バッファメモリ６は、除算回路５から出力される、合計値で除算された、すなわちレベル値（Ａ／Ｂ）をもつ規格化された再生信号を記憶するメモリである。
【００７８】
ビタビ復号回路７は、バッファメモリ６に記憶された再生信号を２次元ビタビ復号する回路である。２次元ビタビ復号の動作は公知技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
なお、同期パターン検出回路２は同期パターン検出手段、ブロック集合化回路３は２次元信号グループ化手段、合計値計算回路４は再生信号レベル算出手段、除算回路５は再生信号レベル規格化手段、ビタビ復号回路７はビタビ復号手段、にそれぞれ対応している。
【００８０】
尚、本実施の形態では、ブロック集合５３を、２×２すなわち４個の符号ブロック５２からなるとしたが、ブロック集合は少なくとも１つ以上の符号ブロックから構成されていればよい。
【００８１】
（再生動作の流れ）
次に、図１に示した上記構成のホログラムメモリ再生システム２０による再生動作を、図３に示すフローチャートを用いて説明すると以下の通りである。
【００８２】
ホログラムメモリ再生装置１（図１参照）において、ホログラム媒体（図２のように１０２×１０２ビットのページデータ５０が記録されているものとする）に再生参照光が照射され、受光素子（１０２×１０２画素のＣＣＤアレイ）から２次元の再生波形信号が出力される（ステップＳ１）。この動作については、背景技術において説明したとおりであるので詳細は省略する。
【００８３】
ここで、再生波形信号はページデータに明暗で記録された「０」または「１」のビットからなるデータを反映したものであるが、様々な原因で発生する輝度ムラにより、各「０」ビットの再生信号の強度は一定にならない。各「１」ビットの再生信号の強度についても同様に一定ではない。
【００８４】
同期パターン検出回路２（図１参照）が再生波形信号から同期パターン５１（図２参照）の再生信号を検出し、その位置に基づいて符号データの先頭位置を行位置ｉ＝１と列位置ｊ＝１として決定する（ステップＳ２）。ここでｉ、ｊは１以上の正整数であり、２次元再生信号の中の各再生信号の位置を示す変数である。
【００８５】
次にブロック集合化回路３（図１参照）は、ブロック集合に対応する画素、（ｉ×４−３）行目〜（ｉ×４）行目、（ｊ×４−３）列目〜（ｊ×４）列目の再生信号毎にグループ分けする（ステップＳ３）。
【００８６】
合計値計算回路４（図１参照）は、ステップＳ３で分けられた各グループ毎に再生信号レベルＡの総和を求め、合計値Ｂを算出する（ステップＳ４）。
【００８７】
除算回路５（図１参照）は、各再生信号レベルＡを、当該再生信号が属するグループに対して算出された合計値Ｂで除算した結果（Ａ／Ｂ）を出力し、バッファメモリ６（図１参照）に記憶する（ステップＳ５）。この処理により各グループの各再生信号レベルＡが合計値Ｂで規格化される。規格化された各再生信号レベルは（Ａ／Ｂ）である。
【００８８】
以上のステップＳ３からステップＳ５までの処理を、ブロック集合の大きさ、すなわち４行４列ずつそれぞれ行方向または列方向にずらしてながら進めていき（ステップＳ６）、符号データ全体について再生信号レベルの規格化が行われるまで上記ステップＳ３からステップＳ６の処理を繰り返す（ステップＳ７）。
【００８９】
符号データ全体の規格化処理が終わると（ステップＳ７にてＹＥＳ）、ビタビ復号回路７が、バッファメモリ６に記憶された規格化された再生信号レベル（Ａ／Ｂ）を順次読み出してビタビ復号処理を実行していき、復号ビットを出力する（ステップＳ８）。
【００９０】
以上の動作により、最終的に符号データの復号結果としてのビットマップが得られる。
【００９１】
（規格化処理）
ここで、ステップＳ５における規格化処理によって、再生信号の輝度ムラが低減される原理について詳しく説明する。
【００９２】
図２に示すようにページデータ５０は２：４符号で符号化されており、２×２すなわち４ビット毎に符号ブロック５２をなしている。更にブロック集合５３は２×２すなわち４個の符号ブロック５２からなっている。２：４符号では各符号ブロック５２内のビット「１」の数が１個と決まっているので、ブロック集合５３内のビット「１」の数は必ず４個となっている。従って、ブロック集合５３に対応するグループに属する再生信号レベルの合計値は、もし輝度ムラがないとすると、どのブロック集合についてもほぼ同じになる。もちろん、ブロック集合の縁（ブロック集合の境界に隣接するビット）に明画素（論理値「１」）がある場合、一部の画素は、画素間干渉によって隣接するブロック集合に対応するグループの再生信号レベルに影響を与えることになる（逆に、隣接するブロック集合の画素からの影響も受ける）ため、ブロック集合全てが全く同じ合計値となる訳ではないが、その影響は小さいのでほとんど無視することができる。この影響は、画素間干渉が小さくなるほど、またブロック集合が大きくなるほど、小さくなる。
【００９３】
一方、ページデータの２次元再生信号内に輝度ムラが存在する場合、輝度が高い（明るい）領域では、グループの再生信号レベルの合計値は大きくなり、輝度が低い（暗い）領域では合計値は小さくなる。すなわち、グループの再生信号レベルの合計値は、当該グループが属する領域の輝度の変動を正確に反映していることになる。それゆえ、再生信号レベルを、当該再生信号が属するグループの合計値で除算すると、明るい領域に属するグループでは大きな合計値で除算されるので再生信号レベルは相対的に小さくなり、暗い領域に属するグループでは小さな合計値で除算されるので再生信号レベルは相対的に大きくなる。言い換えると、再生信号レベルが規格化される。
【００９４】
図４（ａ）は、図１２のように輝度ムラが含まれた再生信号について各グループ毎に求めた合計値の分布、図４（ｂ）は合計値で規格化された再生信号を示している。図４（ｂ）と図１２を比べると分かるように、合計値で規格化することによって、再生信号の輝度ムラが低減されている。
【００９５】
なお、上記の原理が有効となるためには、各ブロック集合の論理値の合計がほぼ同じになる必要がある。そのため、ページデータが定重み符号によって変調されていることが前提となっている。もしページデータが定重み特性を持たない符号（符号ブロック毎に含まれる論理値「１」の数が異なる符号）によって変調されていたとすると、輝度ムラがなくてもブロック集合によって論理値の合計が異なるので、グループの再生信号レベルの合計値で各再生信号を除算しても規格化することにならない。但し、変調前のページデータがほぼランダムなパターンであれば、変調後のページデータもほぼランダムなパターンになるため、定重み符号でなくてもブロック集合に含まれる符号ブロックの数を十分に大きく取ることによって、平均化の効果によって、各ブロック集合の合計値が互いに近い値となり、規格化の効果を得ることはできる。しかしながら、ブロック集合のサイズが大きくなるため、合計値を求める回路規模が大きくなってしまうこと、及び、変動サイクルの小さい（周波数の高い）輝度ムラに対して十分な規格化ができないという欠点がある。逆に言うと、本発明によれば小さなブロック集合でも規格化できる（最小で符号ブロック１個のみからなるブロック集合を構成することも可能）ので、合計値を求める回路規模が小さくて済み、かつ、周波数の高い輝度ムラに対しても効果を得ることが可能である。
【００９６】
（シミュレーション結果）
本実施の形態に係る２次元信号変換装置を用いた際の、ビットエラーレートの改善効果を確認するために、シミュレーションにてビタビ復号結果のビットエラーレートを評価した実験結果を図５に示す。ランダムに発生させた「０」「１」のビット系列を情報データとして、これに５：９符号による変調を掛けてページデータを作成した。５：９符号は５ビットの情報データを３×３すなわち９ビットの符号ブロックに変換する変調方式であり、９ビットのうち２ビットだけが「１」である定重み符号である。作成したページデータに対して、ホログラムメモリの再生特性をシミュレートしたモデルを用いて擬似再生信号を生成し、これに白色ガウスノイズを印加して入力信号とした。輝度ムラは、ページデータ内で２０〜１００％の同心円状の変動を与えた（中心部の平均輝度を１００％として、中心からの距離に反比例した信号レベルとした。ページデータ最外周部での輝度の平均レベルは中心の２０％）。また比較のため、定重み符号による変調を行わないランダムパターンをページデータとして作成した擬似再生信号の場合も併せて実験した。なお、ページデータ内の「１」の出現確率はビタビ復号結果に影響する可能性があるため、条件を合わせるために５：９符号と一致させて「１」の出現確率が２／９＝２２．２％となるようにランダムパターンを作成した。
【００９７】
図５のグラフの横軸はブロック集合のサイズＭ、縦軸はビタビ復号結果のビットエラーレートを表す。ここで、各ブロック集合はＭ×Ｍビットで構成されている。符号ブロックは３×３ビットなのでＭは３の倍数となる。この結果から、５：９符号による変調パターンについては、規格化を行わない場合（Ｍ＝０が相当）ではビットエラーレートが４Ｅ−３（４．０×１０−３）であったのに対し、Ｍ＝３で１Ｅ−３、Ｍ＝６で６Ｅ−４、Ｍ＝９で５Ｅ−４とブロック集合のサイズを大きくしていくにつれてビットエラーレートが大きく改善していき、Ｍの値が”９”以上ではほぼ飽和している。実質的に、Ｍの値が”６”程度でも十分なビットエラーレート改善効果を得ることができている。
【００９８】
一方、５：９符号で変調されていないランダムパターンについて、規格化を行わない場合（Ｍ＝０）ではビットエラーレートが１Ｅ−２であったのに対して、Ｍ＝３では２Ｅ−１となり、改善するどころか逆に大きく悪化している。この理由は上記でも述べた通り、ブロック集合によって含まれる論理値「１」の個数が異なるので、輝度ムラがなかったとしてもグループ毎の再生信号レベルＡの合計値が大きく異なってしまうため、合計値で除算すると誤った規格化を行ってしまうからである。それでも、Ｍ＝６、９、１２とブロック集合のサイズを大きくしていくとビットエラーレートは徐々に改善していく。これは、上記で述べたように、平均化の効果によるものである。しかしながら、５：９符号の変調パターンと同程度のビットエラーレートを得るためには、Ｍ＝２０〜３０ビット程度と大きなサイズのブロック集合が必要となることが分かる。
【００９９】
以上説明したとおり、定重み符号で変調されたページデータの再生信号を、本実施の形態のように、ブロック集合に対応するグループ毎の再生信号レベルの合計値で規格化することによって、輝度ムラが低減されて、エラーレートの低い復号を実現できるという効果を得ることが可能となる。
【０１００】
さらに、定重み符号を用いて、符号ブロックをＮ個（Ｎは１以上の所定整数）含むようなブロック集合を定義することで、小さなブロック集合のサイズで上記の効果が得られ、回路規模を簡略化できるとともに、周波数の高い輝度ムラの影響も低減することができるという効果も得られる。また、ビタビ復号を併用することにより、画素間干渉の影響をも十分に抑制し、ホログラムメモリを高密度化することができる。
【０１０１】
尚、本実施の形態における除算回路５はグループ毎の再生信号レベルの合計値で各再生信号レベルを除算する構成で説明したが、合計値の代わりに各グループに含まれる再生信号の数で除算した平均値を用いてもよい。なぜなら、各ブロック集合は全て同数の符号ブロックを含む、すなわち、いずれのブロック集合も同数のビット数から構成されるので、グループにおける再生信号レベルの平均値での除算と合計値での除算とは、実質的に同等の意味を持つからである。輝度ムラが振幅変動として現れている場合には、各再生信号レベルを、各グループの再生信号レベルの平均値に比例する量（例えば合計値）で規格化することが有効である。
【０１０２】
この考えの基に、符号データのブロック集合への分割の方法は、ページデータの中央部と周辺部とで異なっていてもよい。ページデータの中央に対応する領域では輝度ムラの周波数が低く、かつ、周辺部に対応する領域では輝度ムラの周波数が高い場合には、ページデータの中央部のブロック集合に含まれる符号ブロックの数を大きくし、かつ、周辺部のブロック集合に含まれる符号ブロックの数を小さくすることで、効率的に再生信号レベルを規格化できる。尚、上記のように各ブロック集合に含まれるビット数が異なる場合は、合計値の代わりに合計値を各ブロック集合に含まれるビット数で除算した平均値を用いて、各再生信号レベルを規格化する必要がある。
［実施の形態２］
実施の形態１では、各再生信号レベルをグループ毎の合計値で除算して再生信号を規格化する構成を示した。しかし、規格化の方法は合計値による除算に限らない。そこで、本実施の形態では、各再生信号レベルを、グループ毎の合計値を所定値で除算した値で減算して再生信号を規格化する構成を示す。
【０１０３】
本発明の第２の実施の形態について図６に基づいて説明する。
【０１０４】
図６は、本発明のビタビ復号装置またはビタビ復号方法を適用した本実施の形態に係る２次元信号変換装置１１を備えるホログラムメモリ再生システム２１の構成を示すブロック図である。なお、ホログラムメモリ再生システム２１の構成要素において、図１のホログラムメモリ再生システム２０の構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１０５】
ホログラムメモリ再生システム２１がホログラムメモリ再生システム２０と異なっている点は、２次元信号変換装置１１が２次元信号変換装置１０の除算回路５（図１参照）の代りに減算回路（再生信号レベル規格化手段）８を備えている点である。
【０１０６】
合計値計算回路４は、ブロック集合化回路３によって分けられたグループに含まれる全画素（すなわち、１６個の再生信号）の再生信号レベルＡの合計値Ｂを計算する回路である。
【０１０７】
減算回路８は、各画素が含まれるグループについて合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂを各ブロック集合に含まれるビット数である”１６”で除算して得られるオフセット値Ｃを、各グループに含まれる各画素の再生信号レベルＡから、減算する回路である。この場合オフセット値Ｃは各グループの再生信号レベルの平均値に相当する。
【０１０８】
なお、ホログラムメモリ再生システム２１のうち、減算回路８は規格化手段に対応している。
【０１０９】
実施の形態１では、各再生信号レベルＡをグループ毎の合計値Ｂで除算して規格化していたが、これは輝度ムラが振幅変動として現れている場合に有効である。しかし、輝度ムラがオフセット変動として現れている場合、このオフセット分を再生信号レベルＡから差し引くことによって規格化する方が効果的である。このような輝度ムラのオフセット変動は、例えばホログラムメモリ再生装置の中に漏れ入ってくる外部の光、またはホログラムメモリ再生装置の内部の光が直接受光素子に捉えられる等の原因により起こる。
【０１１０】
本実施の形態では、再生信号レベルのグループ毎のオフセット値Ｃを求めているが、オフセット量が大きい場合にはこのオフセット値Ｃはオフセット変動に対応していると考えられるので、各再生信号レベルＡからオフセット値Ｃを差し引いた値を減算回路８によって算出してこれを規格化された再生信号レベルとしてバッファメモリ６に記憶し、ビタビ復号回路７によってビタビ復号を行えば、輝度ムラがオフセット変動として現れている場合に、効果的に輝度ムラを低減し、かつ、画素間干渉の影響をも十分に抑制することが可能となる。
【０１１１】
なお、本実施の形態におけるオフセット値Ｃは、再生信号レベルの合計値を各ブロック集合に含まれるビット数（すなわち、各ブロック集合に対応するグループに含まれる再生信号の数）で除算した値としたが、除算する分母は各ブロック集合に含まれるビット数に限らず、「各ブロック集合に含まれるビット数以上の実数」を用いて除算してもよい。すなわち、再生信号レベルの合計値を各ブロック集合に含まれるビット数で割り、「１以下の正の実数」を乗算したものをオフセット値Ｃとして定義してもよい。すなわち、各グループに属する再生信号レベルの合計値を、ブロック集合に含まれるビット数以上の実数で除算して得られる値をオフセット値Ｃとしてもよい。輝度ムラのオフセット量が小さい場合には、各再生信号レベルＡから、当該グループの再生信号レベルの平均値を減算すると、オフセット量を多く見積もりすぎることになる。そのため想定されるオフセット量に応じて、平均値に「１以下の正の実数」を乗算したものをオフセット値Ｃとしてもよい。
【０１１２】
［実施の形態３］
実施の形態１、２では、再生信号レベル規格化手段としてそれぞれ除算回路、減算回路を用いた構成とした。しかし、除算回路及び減算回路の両者を組み合わせて使用することもできる。そこで、本実施の形態では、再生信号レベル規格化手段として除算回路及び減算回路を組み合わせた構成を示す。
【０１１３】
本発明の第３の実施の形態について図７に基づいて説明する。
【０１１４】
図７は、本発明のビタビ復号装置またはビタビ復号方法を適用した本実施の形態に係る２次元信号変換装置１２を備えるホログラムメモリ再生システム２２の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、上記の実施の形態１及び２に記載した合計値による除算及びオフセット値による減算の処理を組み合わせて使用する。なお、ホログラムメモリ再生システム２２の構成要素において、図１のホログラムメモリ再生システム２０の構成要素、または図６のホログラムメモリ再生システム２１の構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１１５】
ホログラムメモリ再生システム２２がホログラムメモリ再生システム２０と異なっている点は、２次元信号変換装置１２が除算回路５に加えて減算回路８を備える点である。
【０１１６】
合計値計算回路４は、ブロック集合化回路３によって分けられたグループに含まれる全画素（すなわち、１６個の再生信号）の再生信号レベルＡの合計値Ｂを計算する回路である。
【０１１７】
減算回路８は、各画素が含まれるグループについて合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂを各ブロック集合に含まれるビット数である”１６”で除算して得られるオフセット値Ｃを、各グループに含まれる各画素の再生信号レベルＡから、減算する回路である。この場合オフセット値Ｃは各グループの再生信号レベルの平均値に相当する。
【０１１８】
除算回路５は、減算回路８によって求められた減算値（Ａ−Ｃ）を、合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂで除算する回路である。減算回路８及び除算回路５で計算された結果（（Ａ−Ｃ）／Ｂ）が規格化された各画素の再生信号レベルになる。
【０１１９】
なお、ホログラムメモリ再生システム２２のうち、除算回路５及び減算回路８は規格化手段に対応している。
【０１２０】
本実施の形態は、輝度ムラがオフセット変動と振幅変動との複合要因により起こっている場合に有効である。オフセット値Ｃは想定されるオフセット量に応じて実施の形態２に記載したように調整することができる。同様に合計値Ｂでの除算の代わりに、合計値Ｂをブロック集合に含まれるビット数で割った平均値を用いて除算を行ってもよい。
【０１２１】
また、本実施の形態の減算と除算との順序を入れ替えて適用してもよい。その場合、ホログラムメモリ再生システム２２の図７における減算回路８と除算回路５との配置を入れ替えたものを使用することができ、規格化された各画素の再生信号レベルは（Ａ／Ｂ−Ｃ）となる。この場合、オフセット値Ｃを、例えば各グループの再生信号レベルの平均値とすると、合計値Ｂで規格化されていないオフセット値Ｃはオフセット量を大きく見積もりすぎていることになるので、オフセット値Ｃを以下のように規格化するべきである。例えば、オフセット値Ｃを合計値Ｂで除算して規格化したものを、除算回路５からの出力Ａ／Ｂから減算すると、結局（（Ａ−Ｃ）／Ｂ）が規格化された各画素の再生信号レベルになる。これに限らず、想定されるオフセット量に応じて、平均値に所定の数（１以下の正の実数）を乗算したものをオフセット値Ｃとしてもよい。
【０１２２】
なお、上記実施の形態１、２及び３では、再生システムの例としてホログラムメモリシステムについて説明したが、再生システムはこれに限らず、２次元信号の再生を行うシステムにおいて等しくその効果を発揮することができる。すなわち、他の再生システムとしてＱＲコードに代表される２次元バーコード再生システムなどにも本発明を適用することができる。
【０１２３】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２４】
最後に、２次元信号変換装置１０・１１・１２の各ブロック、特に同期パターン検出回路２、ブロック集合化回路３、合計値計算回路４、除算回路５、減算回路８、及びビタビ復号回路７は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１２５】
すなわち、２次元信号変換装置１０・１１・１２は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである２次元信号変換装置１０・１１・１２の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記２次元信号変換装置１０・１１・１２に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１２６】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１２７】
また、２次元信号変換装置１０・１１・１２を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１２８】
このように本明細書において、手段とは必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能がソフトウェアによって実現される場合も含む。さらに、１つの手段の機能が２つ以上の物理的手段により実現されても、もしくは２つ以上の手段の機能が１つの物理的手段により実現されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
２次元信号に対してエラーレートの低い復号を可能とする本発明は、２次元信号を再生するホログラムメモリ再生装置や、ＱＲコードに代表される２次元バーコード再生装置などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施の形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のホログラムメモリ再生システムにおけるページデータのフォーマットを示す図である。
【図３】図１のホログラムメモリ再生システムの再生動作を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は再生信号レベルの合計値の分布を示す図であり、（ｂ）は規格化された再生信号の一例を示す図である。
【図５】ビットエラーレートに関する実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。
【図８】従来のホログラムメモリ記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図９】想定するインパルス応答を示す図である。
【図１０】判定帰還ビタビ復号法を表現するトレリス線図である。
【図１１】２：４符号を説明する図である。
【図１２】輝度ムラが存在するホログラムメモリ再生信号の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１ ホログラムメモリ再生装置
２ 同期パターン検出回路（同期パターン検出手段）
３ ブロック集合化回路（２次元信号グループ化手段）
４ 合計値計算回路（再生信号レベル算出手段）
５ 除算回路（再生信号レベル規格化手段）
６ バッファメモリ
７ ビタビ復号回路（ビタビ復号手段）
８ 減算手段（再生信号レベル規格化手段）
１０ ２次元信号変換装置
１１ ２次元信号変換装置
１２ ２次元信号変換装置
２０ ホログラムメモリ再生システム
２１ ホログラムメモリ再生システム
２２ ホログラムメモリ再生システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムメモリなどディジタル情報を２次元的に記録再生する光メモリシステムに好適に適用できる２次元信号変換装置、２次元信号変換方法、制御プログラム、及び制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラフィを用いて情報を２次元的に、すなわちページデータとして記録し再生するホログラムメモリが、次世代の高密度記録再生システムとして脚光を浴びつつある。
【０００３】
図８を参照しながら、ホログラムメモリシステムの概要について説明する。図８は、ホログラムメモリシステムの概要を模式的に示す図である。図８に示すように、このシステムでは、情報データを記録する場合には、複数の画素よりなる空間光変調器６０（例えば液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）など）を用いて、記録すべき情報データに基づいて記録信号光を空間光変調し、レンズ６１を通した記録信号光とコヒーレントな記録参照光とを干渉させることにより２次元的な干渉縞を生成し、この干渉縞により形成される像を２次元情報としてホログラム媒体６２に記録する。
【０００４】
ここで、ホログラム媒体６２としては、ニオブ酸リチウムに代表される無機系のフォトリフラクティブ結晶を用いた書き換え型媒体や、有機高分子材料であるフォトポリマーを用いた追記型媒体がある。
【０００５】
一方、記録された干渉縞をホログラム媒体６２から読み出すことにより情報データを再生する場合には、ホログラム媒体６２に対して記録参照光と同じ入射角度にて再生参照光を照射して生成される反射光あるいは透過光を、レンズ６３を通して複数の画素を有する受光素子６４（例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど）により受光して再生信号を生成し、該生成された再生信号を用いて元の情報データを再生する。
【０００６】
なお、上記のようにして得られた２次元的な再生信号は、信号の２次元波形を示していると捉えることもできる。また、上記２次元的な再生信号のうちある方向に沿って配列された再生信号は、信号の１次元波形を示していると捉えることもできる。このように、再生信号を波形と捉えて「再生波形信号」と称する場合もある。
【０００７】
このように上記システムでは、２次元のページデータ単位で再生が行われるため、１次元で再生を行う従来の光ディスクよりも大幅に再生速度を向上させることが可能となる。
【０００８】
（しきい値検出方法）
２次元再生信号を２値化して元のバイナリ情報ビットを復号する最も一般的な手法はしきい値検出方式である。しきい値検出方式においては、再生信号のレベルを所定のしきい値であるスライスレベルと比較し、スライスレベルよりも大きければ”１”、小さければ”０”と判定して、復号ビットとして出力する。
【０００９】
（判定帰還ビタビ復号法）
しかし、ホログラムメモリシステムにおいては、その記録過程及び再生過程において種々の雑音が混入する（特に、記録媒体の不均質性に起因して雑音が発生する場合が多い）ことがあり、この雑音の影響によってＳＮ比が低下したり、隣接する画素からの再生信号の影響、すなわち画素間干渉の発生などがあり、しきい値検出方式では正確に元の情報ビットを復号できない場合がある。
【００１０】
そこで、雑音及び画素間干渉の影響を抑制して正確に情報ビットを復号する手法として、受光素子から出力される再生信号に対してビタビ復号処理を行う手法が研究されており、その一手法として、判定帰還ビタビ復号法（Decision Feedback Viterbi Algorithm）が開発されている（特許文献１参照）。
【００１１】
上記判定帰還ビタビ復号法は、ページデータの横方向（行方向）に沿ってビタビ復号を行うことにより１行ずつ復号ビットを決定する処理を１行ずつ下（列方向）にずらしながら行い、その際、直前の復号結果（フィードバック行）を次行のビタビ復号に利用する判定帰還を行う点が特徴である。
【００１２】
従来の判定帰還ビタビ復号法について図９及び図１０を用いてその概要を説明する。画素間干渉を図９のような３行３列の行列で表される２次元インパルス応答ｈとして想定すると、トレリス状態は２行２列の行列として定義され、トレリス線図は図１０のように表現される。なお、「２次元インパルス応答」とは、単位インパルス信号（１ビットのみの信号レベルが１であり、それ以外のビットの信号レベルが全て０であるような２次元ビット行列）を線形システムに入力したときの出力信号を意味する。図９の２次元インパルス応答ｈでは、中心の画素だけでなく周辺の隣接画素においても信号レベルが生じており、画素間干渉の発生が想定されていることが分かる。
【００１３】
トレリス状態を［ｋ，ｌ；ｍ，ｎ］（［ｋ，ｌ；ｍ，ｎ］は、行ベクトル［ｋ，ｌ］及び［ｍ，ｎ］を列方向に並べた行列を意味する。以下においてもこの表記に準じて行列を表記する。）で表記すると、ｋ、ｌ、ｍ、ｎはいずれも０又は１なので、２の４乗、すなわち１６種類のトレリス状態が存在する。
【００１４】
各トレリス状態から次のトレリス状態へのブランチは４本ずつあり、各トレリス状態へ入力するブランチも４本ずつある。各ブランチが想定する想定値（「想定波形レベル」ともいう。）は、ブランチに繋がる２つのトレリス状態を結合した２行３列の行列に、その１つ上のフィードバック行（フィードバック行の詳細は後述）を結合させた３行３列の行列によって決定される。
【００１５】
例えば［０，０；０，１］から［０，１；１，０］へのブランチが想定するレベルは、その１つ上のフィードバック行が［１，１，０］であったとすると、行列［１，１，０；０，０，１；０，１，０］によって決定される。具体的には、インパルス応答ｈと行列［１，１，０；０，０，１；０，１，０］との２次元畳み込み演算によって求まる「０．２２」がこのブランチの想定値となる。ここで２次元畳み込み演算とは、一方の行列、例えば行列［１，１，０；０，０，１；０，１，０］、の行及び列の順序を逆転させた行列［０，１，０；１，０，０；０，１，１］と、他方の行列、例えばインパルス応答ｈ、との各要素同士を乗算し、それらの和を計算することである。
【００１６】
ビタビ復号処理は、左から右へ行方向に行われる。再生信号を行方向に走査することによって得られる再生波形信号と各ブランチの想定波形レベルとの２乗誤差をブランチメトリック、各トレリス状態に至るパスの累積ブランチメトリックをパスメトリックとし、各トレリス状態に入力する４本のパスのうちパスメトリックが最小のものを生き残りパスとして残す。
【００１７】
これを行方向に繰り返すと、所定時間だけ前（左方向）に遡れば生き残りパスが１本に収束しているので、これを正解パスとして決定していく（この「所定時間」はパスメモリ長と呼ばれる）。この過程は従来の１次元ビタビ復号と原理的に同じなので詳細な説明は省略するが、１次元ビタビ復号と異なるのは、１次元だと正解パスがビット系列そのものに対応するのに対し、２次元では正解パスが行列になるので複数のビット行（上記例では２行）に対応する点である。
【００１８】
この２行のビット行のうち、２行目は３行目以降のビット行からの影響を考慮していない、すなわち画素間干渉の影響を部分的にしか考慮しておらず信頼性に乏しいため、上下左右からの波形干渉が全て考慮に入れられてビタビ復号される１行目のみが復号ビットとして出力される。
【００１９】
上記のような行方向のビタビ復号によって得られるのは１行分のビット行なので、ページデータ全体を復号するためには、この処理を１行ずつ列方向（下方向）にずらしながら繰り返す。
【００２０】
ここで判定帰還の考え方が導入される。判定帰還は、１つ上の行の復号結果をフィードバック行として次の行のビタビ復号に反映させる手法であり、具体的には上記で説明したように、次の行のブランチの想定波形レベルを決める処理に用いることによって反映している。
【００２１】
判定帰還の手順をもう少し詳しく説明する。受光素子６４の最上端の行で受光した再生波形信号に基づいて再生するときは、当該最上端の行のさらに上の行における受光量が０であると見なせるので、最上行からの再生波形信号に基づいて再生するときには、フィードバック行を全て０とする。
【００２２】
次に、上から２行目からの再生波形信号に基づいて再生するときは、１行目（最上端の行）では正確にビット行が復号されたと仮定し、これをフィードバック行として２行目の復号に用いる。
【００２３】
更に、上から３行目の行からの再生波形信号に基づいて再生するときは、２行目の行では正確にビット行が復号されたと仮定し、これをフィードバック行として３行目の復号に用いる。
【００２４】
このように、現在の復号対象行の１つ上の行では正確に復号処理がなされたと仮定して、１つ上の行の影響を考慮に入れつつ（すなわち列方向の判定帰還を行い）現在の行からの再生波形信号についてビタビ復号を行っているので、列方向の画素間干渉の影響をより考慮に入れたビタビ復号処理が実行されており、行方向のみの再生波形の変化を用いた従来の１次元ビタビ復号処理に比べて、より正確な復号処理ができる。
【００２５】
（差分検出法）
一方、従来のホログラムメモリシステムにおいては、差分検出法と呼ばれる検出方法が開示されている（特許文献２参照）。
【００２６】
差分検出法は、定重み符号と呼ばれる変調方式を用いて２次元変調されたページデータの２次元再生信号を復号する際に使用されるものである。代表的な定重み符号としては、符号ブロックが２つの画素からなる１：２符号や、符号ブロックが２×２、すなわち４つの画素からなる２：４符号などがある。
【００２７】
（２：４符号）
図１１を参照しながら、２：４符号について説明する。図１１に示す２：４符号の場合、４つのビットのうち１ビットだけが’１’、残りの３ビットが’０’であるような符号ブロックに符号化される。したがって、このような符号ブロックは図１１に示すように４種類ある。すなわち、［１，０；０，０］、［０，１；０，０］、［０，０；１，０］及び［０，０；０，１］の４種類である（［ｋ，ｌ；ｍ，ｎ］は、行ベクトル［ｋ，ｌ］及び［ｍ，ｎ］を列方向に並べた行列を意味するものとする。以下においてもこの表記に準じて行列を表記する）。そして、２ビットの情報ビット（２の２乗、すなわち４通り）を変調して４ビットの符号ブロックに変換することから、２：４符号と呼ばれる。図１１では、２ビットの情報ビット「００」を［１，０；０，０］に、２ビットの情報ビット「０１」を［０，１；０，０］に、２ビットの情報ビット「１０」を［０，０；１，０］に、２ビットの情報ビット「１１」を［０，０；０，１］に変換している。
【００２８】
差分符号においては、論理値「１」は明画素（受光素子上の対応する画素が明るい点となる）に、また、論理値「０」は暗画素（受光素子上の対応する画素が暗い点となる）に対応してホログラム媒体に記録される。差分検出方式では、各符号ブロックの再生信号の４画素のうち最も輝度が高い画素、すなわち再生信号レベルが最も大きい画素を「１」と判定し、それ以外の画素を「０」と判定することによって復号ビットが決定される。
【特許文献１】米国特許第５、７４０、１８４号明細書（１９９８年４月１４日発行）
【特許文献２】特開平９−１９７９４７号公報（平成９年７月３１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
ホログラムメモリにおいては、記録媒体や光学系の欠陥に起因して、回折像内での回折強度ムラによるページ内の輝度ムラが存在することがある。図１２に輝度ムラが存在するホログラムメモリ再生信号の一例を示す。図１２の再生信号では、同心円状に輝度ムラが発生しており、ページの中心部分の明るさに比べて、ページの周辺部分が暗くなっている。このような輝度ムラがあると、ビタビ復号を行っても、所定の２次元インパルス応答から求める各ブランチの想定レベルに対して再生信号のレベルがページ内で変動するため、誤った二値化を行う確率が高くなり、ビットエラーが多く発生するという問題があった。
【００３０】
一方、差分検出は符号ブロック内の４画素の再生信号レベルの相対的な大小に基づいて復号ビットを決定するので、原理的に輝度ムラに強いという特徴がある。しかしながら差分検出はビタビ復号法のように画素間干渉の影響を十分に抑制できる復号方法ではないため、ホログラムメモリを高密度化することが困難であった。
【００３１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ページ内に輝度ムラが存在する２次元再生信号のレベル値を規格化することによって、輝度ムラを低減する２次元信号変換装置、２次元信号変換方法、制御プログラム、及び制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記課題を解決するために、本発明に係る２次元信号変換装置は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換装置であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化手段によって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化手段と、を備えることを特徴としている。
【００３３】
また、本発明に係る２次元信号変換方法は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換方法であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化ステップによって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出ステップによって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化ステップと、を含むことを特徴としている。
【００３４】
上記の構成によれば、ページデータから得られる各２次元再生信号を、上記符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けし、グループ毎の２次元再生信号のレベル値の合計値を算出し、上記合計値に基づき各２次元再生信号をグループ毎に規格化することができる。
【００３５】
よって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、２次元再生信号を規格化するので、結果として輝度ムラを低減することができる。さらに、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けすることができるため、その場合は、周波数の高い（変動サイクルの小さい）輝度ムラも低減することができる。
【００３６】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。また、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けする場合には、上記合計値を算出する回路規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【００３７】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で除算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値で除算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００３９】
よって、輝度ムラが振幅変動として現れている場合、２次元再生信号を上記合計値の除算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００４０】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラが振幅変動として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００４１】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００４２】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００４３】
よって、輝度ムラがオフセット変動として現れている場合、２次元再生信号を合計値を所定値で除算したオフセット値の減算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００４４】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラがオフセット変動として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００４５】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で除算した値から、上記合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００４６】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値で除算した値から、上記合計値を所定値で除算した値を減算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００４７】
よって、輝度ムラがオフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合、２次元再生信号を合計値を所定値で除算したオフセット値の減算、及び合計値での除算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００４８】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラが、オフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００４９】
またさらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を減算した値を、上記合計値で除算することによって、上記規格化を行う構成としてもよい。
【００５０】
上記の構成によれば、２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループにおける２次元再生信号のレベル値の合計値を所定値で除算したオフセット値を減算した値を、上記合計値で除算することによって、上記規格化を行うことができる。
【００５１】
よって、輝度ムラがオフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合、２次元再生信号を、合計値を所定値で除算したオフセット値の減算、及び合計値での除算で規格化することにより、効果的に輝度ムラを低減することができる。
【００５２】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号の輝度ムラが、オフセット変動と振幅変動との複合として現れている場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００５３】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記の構成において、上記ページデータは、上記ページデータ上の上記符号ブロックの位置の基準となる同期パターンを含んでおり、上記２次元再生信号から上記同期パターンの再生信号を検出するための同期パターン検出手段を更に備え、上記２次元信号グループ化手段が、上記２次元再生信号上の、上記同期パターンの再生信号の位置に基づいて、上記グループ分けの対象となる２次元再生信号の位置を認識し、当該２次元再生信号をグループ分けする構成とすることが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、検出が容易に行える同期パターンの再生信号の位置を基準に、２次元変調されたページデータに対応する２次元再生信号の位置を認識し、グループ分けすることができる。
【００５５】
よって、再生信号に輝度ムラがある場合にも、２次元再生信号のグループ分けを誤りなく容易に行うことができる。
【００５６】
したがって、本発明に係る２次元信号変換装置の回路構成を複雑にすることなく、より確実に輝度ムラを低減することができるという効果を奏する。
【００５７】
さらに、本発明に係る２次元信号変換装置は、上記再生信号レベル規格化手段によって上記規格化された２次元再生信号を、ビタビ復号するビタビ復号手段をさらに備えることが好ましい。
【００５８】
上記の構成によれば、上記規格化された２次元再生信号を、画素間干渉の影響を抑制することができるビタビ復号をすることができる。
【００５９】
よって、２次元再生信号の輝度ムラの影響と画素間干渉の影響との両方を抑制することができる。
【００６０】
したがって、２次元再生信号に輝度ムラと画素間干渉とが現れている２次元再生信号に対しても、エラーレートの低い二値化を可能とするとともに、ホログラムメモリの更なる高密度化を実現できるという効果を奏する。
【００６１】
なお、上記２次元信号変換装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記２次元信号変換装置をコンピュータにて実現させる制御プログラム、及び上記制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００６２】
以上のように、本発明に係る２次元信号変換装置は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換装置であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化手段によって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出手段と、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化手段と、を備えることを特徴としている。
【００６３】
また、本発明に係る２次元信号変換方法は、少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換方法であって、１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化ステップによって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出ステップと、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出ステップによって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化ステップと、を含むことを特徴としている。
【００６４】
よって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、２次元再生信号を規格化するので、結果として輝度ムラを低減することができる。さらに、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けすることができるため、その場合は、周波数の高い（変動サイクルの小さい）輝度ムラも低減することができる。
【００６５】
したがって、ページデータから得られる２次元再生信号に輝度ムラが存在する場合であっても、復号時のエラーレートを低く抑えることができるという効果を奏する。また、少ない符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位でグループ分けする場合には、上記合計値を算出する回路規模を小さくすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
［実施の形態１］
本発明の第１の実施の形態について図１から図５に基づいて説明する。
【００６７】
（システム構成）
図１は、本実施の形態に係る２次元信号変換装置１０を備えるホログラムメモリ再生システム２０の構成を示すブロック図である。ホログラムメモリ再生システム２０は、ホログラムメモリ再生装置１及び２次元信号変換装置１０を備えている。２次元信号変換装置１０は、同期パターン検出回路（同期パターン検出手段）２、ブロック集合化回路（２次元信号グループ化手段）３、合計値計算回路（再生信号レベル算出手段）４、除算回路（再生信号レベル規格化手段）５、バッファメモリ６、ビタビ復号回路（ビタビ復号手段）７を備えている。
【００６８】
ホログラムメモリ再生装置１は、背景技術の欄において図８に基づいて説明したシステムのうち再生側の構成に相当しており、干渉縞として情報が記録されたホログラム媒体に対して再生参照光を照射することにより生成される反射光あるいは透過光（コヒーレント光）を、レンズを通して複数の画素を有する受光素子（例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサなど）によって受光して２次元の再生信号を生成する装置である。
【００６９】
なお、背景技術の欄において述べたとおり、再生信号を波形と捉えて「再生波形信号」と称することもある。
【００７０】
図２は、本実施の形態の図示しないホログラム媒体に記録されているページデータ５０のフォーマットを示す図である。本実施の形態の図示しないホログラム媒体には、図２に示すようにフォーマットされた１０２行×１０２列の画素からなる２次元のページデータ５０が記録されている。
【００７１】
ページデータ５０の各画素は、明画素及び暗画素からなり、それぞれ論理値「１」及び「０」に対応している。ページデータ５０から得られる２次元再生信号の各レベル値は、ページデータ５０に記録された論理値「１」及び「０」を反映した信号強度を示している。ただし、再生時の画素間干渉のため、各再生信号レベルは対応する画素の近接画素からの影響を受ける。また再生時に輝度ムラが発生し、再生信号レベルに影響を与える。したがって、論理値「１」に対応する各再生信号のレベル値は一定ではなく、同じく論理値「０」に対応する各再生信号のレベル値も一定ではない。またここでは「画素」という用語を、２次元再生信号の中の、ページデータ５０に記録されたビットに対応する再生信号の各位置を示すものとして使用することがある。
【００７２】
ページデータ５０は、２×２すなわち４ビットの論理値「１」からなり、ページデータ５０の左上隅に配置されページデータ５０上の位置の基準となる同期パターン５１と、ユーザデータなどの情報を示すビットが図１１のような２：４符号によって２次元変調された、１または複数の符号ブロック５２と、から構成される。ここで各符号ブロック５２に含まれるビットをまとめて符号データと表現する。符号データは定重み符号で２次元変調されたデータである。符号ブロック５２は、２×２すなわち４ビットから構成される。またページデータ５０は、同期パターン５１でも符号データでもないビットを含んでもよい。本実施の形態では、２行２列のビットエリアである同期パターン５１と同じ行の、同期パターン５１以外の任意の列のビット、及び同期パターン５１と同じ列の、同期パターン５１以外の任意の行のビット、は論理値「０」として記録されている。
【００７３】
図１に示す同期パターン検出回路２は、ページデータ５０の再生信号の中から図２に示す同期パターン５１の再生信号を検出する回路である。同期パターン５１は４つの論理値「１」が隣接して繋がった２×２（２行２列）のパターンであり、その再生信号は４倍のサイズを持つ明画素と見なせるので、簡単な構成で誤りなく検出することが可能である。また同期パターン５１の位置はページデータの左上に限らず任意の位置に配置することができる。このように本発明の実施の形態はページデータ５０に同期パターン５１を含むことが好ましいが、含まなくてもよい。ページデータ５０が同期パターン５１を含まない場合、同期パターン検出回路２はページデータ５０の中に同期パターンがないことをブロック集合化回路３に伝える。
【００７４】
図１に示すブロック集合化回路３は、ホログラムメモリ再生装置１によって生成された２次元再生信号を、２×２すなわち４個の符号ブロック５２からなるブロック集合５３に対応する再生信号（画素）毎にグループ分けする回路である。１つのブロック集合５３には、４×４すなわち１６個のビットが含まれるので、１つのグループには４×４すなわち１６個の再生信号（画素）が含まれる。
【００７５】
合計値計算回路４は、ブロック集合化回路３によって分けられた各グループに含まれる全画素（すなわち、１６個の再生信号）の再生信号レベルＡの合計値Ｂを計算する回路である。
【００７６】
除算回路５は、ブロック集合化回路３によって分けられた各グループに含まれる各画素の再生信号レベルＡを、各画素が含まれるグループについて合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂで除算する回路である。
【００７７】
バッファメモリ６は、除算回路５から出力される、合計値で除算された、すなわちレベル値（Ａ／Ｂ）をもつ規格化された再生信号を記憶するメモリである。
【００７８】
ビタビ復号回路７は、バッファメモリ６に記憶された再生信号を２次元ビタビ復号する回路である。２次元ビタビ復号の動作は公知技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００７９】
なお、同期パターン検出回路２は同期パターン検出手段、ブロック集合化回路３は２次元信号グループ化手段、合計値計算回路４は再生信号レベル算出手段、除算回路５は再生信号レベル規格化手段、ビタビ復号回路７はビタビ復号手段、にそれぞれ対応している。
【００８０】
尚、本実施の形態では、ブロック集合５３を、２×２すなわち４個の符号ブロック５２からなるとしたが、ブロック集合は少なくとも１つ以上の符号ブロックから構成されていればよい。
【００８１】
（再生動作の流れ）
次に、図１に示した上記構成のホログラムメモリ再生システム２０による再生動作を、図３に示すフローチャートを用いて説明すると以下の通りである。
【００８２】
ホログラムメモリ再生装置１（図１参照）において、ホログラム媒体（図２のように１０２×１０２ビットのページデータ５０が記録されているものとする）に再生参照光が照射され、受光素子（１０２×１０２画素のＣＣＤアレイ）から２次元の再生波形信号が出力される（ステップＳ１）。この動作については、背景技術において説明したとおりであるので詳細は省略する。
【００８３】
ここで、再生波形信号はページデータに明暗で記録された「０」または「１」のビットからなるデータを反映したものであるが、様々な原因で発生する輝度ムラにより、各「０」ビットの再生信号の強度は一定にならない。各「１」ビットの再生信号の強度についても同様に一定ではない。
【００８４】
同期パターン検出回路２（図１参照）が再生波形信号から同期パターン５１（図２参照）の再生信号を検出し、その位置に基づいて符号データの先頭位置を行位置ｉ＝１と列位置ｊ＝１として決定する（ステップＳ２）。ここでｉ、ｊは１以上の正整数であり、２次元再生信号の中の各再生信号の位置を示す変数である。
【００８５】
次にブロック集合化回路３（図１参照）は、ブロック集合に対応する画素、（ｉ×４−３）行目〜（ｉ×４）行目、（ｊ×４−３）列目〜（ｊ×４）列目の再生信号毎にグループ分けする（ステップＳ３）。
【００８６】
合計値計算回路４（図１参照）は、ステップＳ３で分けられた各グループ毎に再生信号レベルＡの総和を求め、合計値Ｂを算出する（ステップＳ４）。
【００８７】
除算回路５（図１参照）は、各再生信号レベルＡを、当該再生信号が属するグループに対して算出された合計値Ｂで除算した結果（Ａ／Ｂ）を出力し、バッファメモリ６（図１参照）に記憶する（ステップＳ５）。この処理により各グループの各再生信号レベルＡが合計値Ｂで規格化される。規格化された各再生信号レベルは（Ａ／Ｂ）である。
【００８８】
以上のステップＳ３からステップＳ５までの処理を、ブロック集合の大きさ、すなわち４行４列ずつそれぞれ行方向または列方向にずらしてながら進めていき（ステップＳ６）、符号データ全体について再生信号レベルの規格化が行われるまで上記ステップＳ３からステップＳ６の処理を繰り返す（ステップＳ７）。
【００８９】
符号データ全体の規格化処理が終わると（ステップＳ７にてＹＥＳ）、ビタビ復号回路７が、バッファメモリ６に記憶された規格化された再生信号レベル（Ａ／Ｂ）を順次読み出してビタビ復号処理を実行していき、復号ビットを出力する（ステップＳ８）。
【００９０】
以上の動作により、最終的に符号データの復号結果としてのビットマップが得られる。
【００９１】
（規格化処理）
ここで、ステップＳ５における規格化処理によって、再生信号の輝度ムラが低減される原理について詳しく説明する。
【００９２】
図２に示すようにページデータ５０は２：４符号で符号化されており、２×２すなわち４ビット毎に符号ブロック５２をなしている。更にブロック集合５３は２×２すなわち４個の符号ブロック５２からなっている。２：４符号では各符号ブロック５２内のビット「１」の数が１個と決まっているので、ブロック集合５３内のビット「１」の数は必ず４個となっている。従って、ブロック集合５３に対応するグループに属する再生信号レベルの合計値は、もし輝度ムラがないとすると、どのブロック集合についてもほぼ同じになる。もちろん、ブロック集合の縁（ブロック集合の境界に隣接するビット）に明画素（論理値「１」）がある場合、一部の画素は、画素間干渉によって隣接するブロック集合に対応するグループの再生信号レベルに影響を与えることになる（逆に、隣接するブロック集合の画素からの影響も受ける）ため、ブロック集合全てが全く同じ合計値となる訳ではないが、その影響は小さいのでほとんど無視することができる。この影響は、画素間干渉が小さくなるほど、またブロック集合が大きくなるほど、小さくなる。
【００９３】
一方、ページデータの２次元再生信号内に輝度ムラが存在する場合、輝度が高い（明るい）領域では、グループの再生信号レベルの合計値は大きくなり、輝度が低い（暗い）領域では合計値は小さくなる。すなわち、グループの再生信号レベルの合計値は、当該グループが属する領域の輝度の変動を正確に反映していることになる。それゆえ、再生信号レベルを、当該再生信号が属するグループの合計値で除算すると、明るい領域に属するグループでは大きな合計値で除算されるので再生信号レベルは相対的に小さくなり、暗い領域に属するグループでは小さな合計値で除算されるので再生信号レベルは相対的に大きくなる。言い換えると、再生信号レベルが規格化される。
【００９４】
図４（ａ）は、図１２のように輝度ムラが含まれた再生信号について各グループ毎に求めた合計値の分布、図４（ｂ）は合計値で規格化された再生信号を示している。図４（ｂ）と図１２を比べると分かるように、合計値で規格化することによって、再生信号の輝度ムラが低減されている。
【００９５】
なお、上記の原理が有効となるためには、各ブロック集合の論理値の合計がほぼ同じになる必要がある。そのため、ページデータが定重み符号によって変調されていることが前提となっている。もしページデータが定重み特性を持たない符号（符号ブロック毎に含まれる論理値「１」の数が異なる符号）によって変調されていたとすると、輝度ムラがなくてもブロック集合によって論理値の合計が異なるので、グループの再生信号レベルの合計値で各再生信号を除算しても規格化することにならない。但し、変調前のページデータがほぼランダムなパターンであれば、変調後のページデータもほぼランダムなパターンになるため、定重み符号でなくてもブロック集合に含まれる符号ブロックの数を十分に大きく取ることによって、平均化の効果によって、各ブロック集合の合計値が互いに近い値となり、規格化の効果を得ることはできる。しかしながら、ブロック集合のサイズが大きくなるため、合計値を求める回路規模が大きくなってしまうこと、及び、変動サイクルの小さい（周波数の高い）輝度ムラに対して十分な規格化ができないという欠点がある。逆に言うと、本発明によれば小さなブロック集合でも規格化できる（最小で符号ブロック１個のみからなるブロック集合を構成することも可能）ので、合計値を求める回路規模が小さくて済み、かつ、周波数の高い輝度ムラに対しても効果を得ることが可能である。
【００９６】
（シミュレーション結果）
本実施の形態に係る２次元信号変換装置を用いた際の、ビットエラーレートの改善効果を確認するために、シミュレーションにてビタビ復号結果のビットエラーレートを評価した実験結果を図５に示す。ランダムに発生させた「０」「１」のビット系列を情報データとして、これに５：９符号による変調を掛けてページデータを作成した。５：９符号は５ビットの情報データを３×３すなわち９ビットの符号ブロックに変換する変調方式であり、９ビットのうち２ビットだけが「１」である定重み符号である。作成したページデータに対して、ホログラムメモリの再生特性をシミュレートしたモデルを用いて擬似再生信号を生成し、これに白色ガウスノイズを印加して入力信号とした。輝度ムラは、ページデータ内で２０〜１００％の同心円状の変動を与えた（中心部の平均輝度を１００％として、中心からの距離に反比例した信号レベルとした。ページデータ最外周部での輝度の平均レベルは中心の２０％）。また比較のため、定重み符号による変調を行わないランダムパターンをページデータとして作成した擬似再生信号の場合も併せて実験した。なお、ページデータ内の「１」の出現確率はビタビ復号結果に影響する可能性があるため、条件を合わせるために５：９符号と一致させて「１」の出現確率が２／９＝２２．２％となるようにランダムパターンを作成した。
【００９７】
図５のグラフの横軸はブロック集合のサイズＭ、縦軸はビタビ復号結果のビットエラーレートを表す。ここで、各ブロック集合はＭ×Ｍビットで構成されている。符号ブロックは３×３ビットなのでＭは３の倍数となる。この結果から、５：９符号による変調パターンについては、規格化を行わない場合（Ｍ＝０が相当）ではビットエラーレートが４Ｅ−３（４．０×１０−３）であったのに対し、Ｍ＝３で１Ｅ−３、Ｍ＝６で６Ｅ−４、Ｍ＝９で５Ｅ−４とブロック集合のサイズを大きくしていくにつれてビットエラーレートが大きく改善していき、Ｍの値が”９”以上ではほぼ飽和している。実質的に、Ｍの値が”６”程度でも十分なビットエラーレート改善効果を得ることができている。
【００９８】
一方、５：９符号で変調されていないランダムパターンについて、規格化を行わない場合（Ｍ＝０）ではビットエラーレートが１Ｅ−２であったのに対して、Ｍ＝３では２Ｅ−１となり、改善するどころか逆に大きく悪化している。この理由は上記でも述べた通り、ブロック集合によって含まれる論理値「１」の個数が異なるので、輝度ムラがなかったとしてもグループ毎の再生信号レベルＡの合計値が大きく異なってしまうため、合計値で除算すると誤った規格化を行ってしまうからである。それでも、Ｍ＝６、９、１２とブロック集合のサイズを大きくしていくとビットエラーレートは徐々に改善していく。これは、上記で述べたように、平均化の効果によるものである。しかしながら、５：９符号の変調パターンと同程度のビットエラーレートを得るためには、Ｍ＝２０〜３０ビット程度と大きなサイズのブロック集合が必要となることが分かる。
【００９９】
以上説明したとおり、定重み符号で変調されたページデータの再生信号を、本実施の形態のように、ブロック集合に対応するグループ毎の再生信号レベルの合計値で規格化することによって、輝度ムラが低減されて、エラーレートの低い復号を実現できるという効果を得ることが可能となる。
【０１００】
さらに、定重み符号を用いて、符号ブロックをＮ個（Ｎは１以上の所定整数）含むようなブロック集合を定義することで、小さなブロック集合のサイズで上記の効果が得られ、回路規模を簡略化できるとともに、周波数の高い輝度ムラの影響も低減することができるという効果も得られる。また、ビタビ復号を併用することにより、画素間干渉の影響をも十分に抑制し、ホログラムメモリを高密度化することができる。
【０１０１】
尚、本実施の形態における除算回路５はグループ毎の再生信号レベルの合計値で各再生信号レベルを除算する構成で説明したが、合計値の代わりに各グループに含まれる再生信号の数で除算した平均値を用いてもよい。なぜなら、各ブロック集合は全て同数の符号ブロックを含む、すなわち、いずれのブロック集合も同数のビット数から構成されるので、グループにおける再生信号レベルの平均値での除算と合計値での除算とは、実質的に同等の意味を持つからである。輝度ムラが振幅変動として現れている場合には、各再生信号レベルを、各グループの再生信号レベルの平均値に比例する量（例えば合計値）で規格化することが有効である。
【０１０２】
この考えの基に、符号データのブロック集合への分割の方法は、ページデータの中央部と周辺部とで異なっていてもよい。ページデータの中央に対応する領域では輝度ムラの周波数が低く、かつ、周辺部に対応する領域では輝度ムラの周波数が高い場合には、ページデータの中央部のブロック集合に含まれる符号ブロックの数を大きくし、かつ、周辺部のブロック集合に含まれる符号ブロックの数を小さくすることで、効率的に再生信号レベルを規格化できる。尚、上記のように各ブロック集合に含まれるビット数が異なる場合は、合計値の代わりに合計値を各ブロック集合に含まれるビット数で除算した平均値を用いて、各再生信号レベルを規格化する必要がある。
［実施の形態２］
実施の形態１では、各再生信号レベルをグループ毎の合計値で除算して再生信号を規格化する構成を示した。しかし、規格化の方法は合計値による除算に限らない。そこで、本実施の形態では、各再生信号レベルを、グループ毎の合計値を所定値で除算した値で減算して再生信号を規格化する構成を示す。
【０１０３】
本発明の第２の実施の形態について図６に基づいて説明する。
【０１０４】
図６は、本発明のビタビ復号装置またはビタビ復号方法を適用した本実施の形態に係る２次元信号変換装置１１を備えるホログラムメモリ再生システム２１の構成を示すブロック図である。なお、ホログラムメモリ再生システム２１の構成要素において、図１のホログラムメモリ再生システム２０の構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１０５】
ホログラムメモリ再生システム２１がホログラムメモリ再生システム２０と異なっている点は、２次元信号変換装置１１が２次元信号変換装置１０の除算回路５（図１参照）の代りに減算回路（再生信号レベル規格化手段）８を備えている点である。
【０１０６】
合計値計算回路４は、ブロック集合化回路３によって分けられたグループに含まれる全画素（すなわち、１６個の再生信号）の再生信号レベルＡの合計値Ｂを計算する回路である。
【０１０７】
減算回路８は、各画素が含まれるグループについて合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂを各ブロック集合に含まれるビット数である”１６”で除算して得られるオフセット値Ｃを、各グループに含まれる各画素の再生信号レベルＡから、減算する回路である。この場合オフセット値Ｃは各グループの再生信号レベルの平均値に相当する。
【０１０８】
なお、ホログラムメモリ再生システム２１のうち、減算回路８は規格化手段に対応している。
【０１０９】
実施の形態１では、各再生信号レベルＡをグループ毎の合計値Ｂで除算して規格化していたが、これは輝度ムラが振幅変動として現れている場合に有効である。しかし、輝度ムラがオフセット変動として現れている場合、このオフセット分を再生信号レベルＡから差し引くことによって規格化する方が効果的である。このような輝度ムラのオフセット変動は、例えばホログラムメモリ再生装置の中に漏れ入ってくる外部の光、またはホログラムメモリ再生装置の内部の光が直接受光素子に捉えられる等の原因により起こる。
【０１１０】
本実施の形態では、再生信号レベルのグループ毎のオフセット値Ｃを求めているが、オフセット量が大きい場合にはこのオフセット値Ｃはオフセット変動に対応していると考えられるので、各再生信号レベルＡからオフセット値Ｃを差し引いた値を減算回路８によって算出してこれを規格化された再生信号レベルとしてバッファメモリ６に記憶し、ビタビ復号回路７によってビタビ復号を行えば、輝度ムラがオフセット変動として現れている場合に、効果的に輝度ムラを低減し、かつ、画素間干渉の影響をも十分に抑制することが可能となる。
【０１１１】
なお、本実施の形態におけるオフセット値Ｃは、再生信号レベルの合計値を各ブロック集合に含まれるビット数（すなわち、各ブロック集合に対応するグループに含まれる再生信号の数）で除算した値としたが、除算する分母は各ブロック集合に含まれるビット数に限らず、「各ブロック集合に含まれるビット数以上の実数」を用いて除算してもよい。すなわち、再生信号レベルの合計値を各ブロック集合に含まれるビット数で割り、「１以下の正の実数」を乗算したものをオフセット値Ｃとして定義してもよい。すなわち、各グループに属する再生信号レベルの合計値を、ブロック集合に含まれるビット数以上の実数で除算して得られる値をオフセット値Ｃとしてもよい。輝度ムラのオフセット量が小さい場合には、各再生信号レベルＡから、当該グループの再生信号レベルの平均値を減算すると、オフセット量を多く見積もりすぎることになる。そのため想定されるオフセット量に応じて、平均値に「１以下の正の実数」を乗算したものをオフセット値Ｃとしてもよい。
【０１１２】
［実施の形態３］
実施の形態１、２では、再生信号レベル規格化手段としてそれぞれ除算回路、減算回路を用いた構成とした。しかし、除算回路及び減算回路の両者を組み合わせて使用することもできる。そこで、本実施の形態では、再生信号レベル規格化手段として除算回路及び減算回路を組み合わせた構成を示す。
【０１１３】
本発明の第３の実施の形態について図７に基づいて説明する。
【０１１４】
図７は、本発明のビタビ復号装置またはビタビ復号方法を適用した本実施の形態に係る２次元信号変換装置１２を備えるホログラムメモリ再生システム２２の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、上記の実施の形態１及び２に記載した合計値による除算及びオフセット値による減算の処理を組み合わせて使用する。なお、ホログラムメモリ再生システム２２の構成要素において、図１のホログラムメモリ再生システム２０の構成要素、または図６のホログラムメモリ再生システム２１の構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【０１１５】
ホログラムメモリ再生システム２２がホログラムメモリ再生システム２０と異なっている点は、２次元信号変換装置１２が除算回路５に加えて減算回路８を備える点である。
【０１１６】
合計値計算回路４は、ブロック集合化回路３によって分けられたグループに含まれる全画素（すなわち、１６個の再生信号）の再生信号レベルＡの合計値Ｂを計算する回路である。
【０１１７】
減算回路８は、各画素が含まれるグループについて合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂを各ブロック集合に含まれるビット数である”１６”で除算して得られるオフセット値Ｃを、各グループに含まれる各画素の再生信号レベルＡから、減算する回路である。この場合オフセット値Ｃは各グループの再生信号レベルの平均値に相当する。
【０１１８】
除算回路５は、減算回路８によって求められた減算値（Ａ−Ｃ）を、合計値計算回路４によって求められた合計値Ｂで除算する回路である。減算回路８及び除算回路５で計算された結果（（Ａ−Ｃ）／Ｂ）が規格化された各画素の再生信号レベルになる。
【０１１９】
なお、ホログラムメモリ再生システム２２のうち、除算回路５及び減算回路８は規格化手段に対応している。
【０１２０】
本実施の形態は、輝度ムラがオフセット変動と振幅変動との複合要因により起こっている場合に有効である。オフセット値Ｃは想定されるオフセット量に応じて実施の形態２に記載したように調整することができる。同様に合計値Ｂでの除算の代わりに、合計値Ｂをブロック集合に含まれるビット数で割った平均値を用いて除算を行ってもよい。
【０１２１】
また、本実施の形態の減算と除算との順序を入れ替えて適用してもよい。その場合、ホログラムメモリ再生システム２２の図７における減算回路８と除算回路５との配置を入れ替えたものを使用することができ、規格化された各画素の再生信号レベルは（Ａ／Ｂ−Ｃ）となる。この場合、オフセット値Ｃを、例えば各グループの再生信号レベルの平均値とすると、合計値Ｂで規格化されていないオフセット値Ｃはオフセット量を大きく見積もりすぎていることになるので、オフセット値Ｃを以下のように規格化するべきである。例えば、オフセット値Ｃを合計値Ｂで除算して規格化したものを、除算回路５からの出力Ａ／Ｂから減算すると、結局（（Ａ−Ｃ）／Ｂ）が規格化された各画素の再生信号レベルになる。これに限らず、想定されるオフセット量に応じて、平均値に所定の数（１以下の正の実数）を乗算したものをオフセット値Ｃとしてもよい。
【０１２２】
なお、上記実施の形態１、２及び３では、再生システムの例としてホログラムメモリシステムについて説明したが、再生システムはこれに限らず、２次元信号の再生を行うシステムにおいて等しくその効果を発揮することができる。すなわち、他の再生システムとしてＱＲコードに代表される２次元バーコード再生システムなどにも本発明を適用することができる。
【０１２３】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２４】
最後に、２次元信号変換装置１０・１１・１２の各ブロック、特に同期パターン検出回路２、ブロック集合化回路３、合計値計算回路４、除算回路５、減算回路８、及びビタビ復号回路７は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１２５】
すなわち、２次元信号変換装置１０・１１・１２は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである２次元信号変換装置１０・１１・１２の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記２次元信号変換装置１０・１１・１２に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０１２６】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１２７】
また、２次元信号変換装置１０・１１・１２を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１２８】
このように本明細書において、手段とは必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能がソフトウェアによって実現される場合も含む。さらに、１つの手段の機能が２つ以上の物理的手段により実現されても、もしくは２つ以上の手段の機能が１つの物理的手段により実現されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
２次元信号に対してエラーレートの低い復号を可能とする本発明は、２次元信号を再生するホログラムメモリ再生装置や、ＱＲコードに代表される２次元バーコード再生装置などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施の形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のホログラムメモリ再生システムにおけるページデータのフォーマットを示す図である。
【図３】図１のホログラムメモリ再生システムの再生動作を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は再生信号レベルの合計値の分布を示す図であり、（ｂ）は規格化された再生信号の一例を示す図である。
【図５】ビットエラーレートに関する実験結果を示すグラフである。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係るホログラムメモリ再生システムの構成を示すブロック図である。
【図８】従来のホログラムメモリ記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図９】想定するインパルス応答を示す図である。
【図１０】判定帰還ビタビ復号法を表現するトレリス線図である。
【図１１】２：４符号を説明する図である。
【図１２】輝度ムラが存在するホログラムメモリ再生信号の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１ ホログラムメモリ再生装置
２ 同期パターン検出回路（同期パターン検出手段）
３ ブロック集合化回路（２次元信号グループ化手段）
４ 合計値計算回路（再生信号レベル算出手段）
５ 除算回路（再生信号レベル規格化手段）
６ バッファメモリ
７ ビタビ復号回路（ビタビ復号手段）
８ 減算手段（再生信号レベル規格化手段）
１０ ２次元信号変換装置
１１ ２次元信号変換装置
１２ ２次元信号変換装置
２０ ホログラムメモリ再生システム
２１ ホログラムメモリ再生システム
２２ ホログラムメモリ再生システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換装置であって、
１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化手段と、
上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化手段によって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出手段と、
上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化手段と、を備えることを特徴とする２次元信号変換装置。
【請求項２】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で、除算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項３】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を、減算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項４】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で、除算した値から、上記合計値を所定値で除算した値を、減算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項５】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を、減算した値を、上記合計値で、除算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項６】
上記ページデータは、上記ページデータ上の上記符号ブロックの位置の基準となる同期パターンを含んでおり、
上記２次元再生信号から上記同期パターンの再生信号を検出するための同期パターン検出手段を更に備え、
上記２次元信号グループ化手段が、上記２次元再生信号上の、上記同期パターンの再生信号の位置に基づいて、上記グループ分けの対象となる２次元再生信号の位置を認識し、当該２次元再生信号をグループ分けすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の２次元信号変換装置。
【請求項７】
上記再生信号レベル規格化手段によって上記規格化された２次元再生信号を、ビタビ復号するビタビ復号手段をさらに備えることを特徴とする２次元信号変換装置。
【請求項８】
少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換方法であって、
１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化ステップと、
上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化ステップによって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出ステップと、
上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出ステップによって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化ステップと、を含むことを特徴とする２次元信号変換方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項に記載の２次元信号変換装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、コンピュータを前記各手段として機能させるための制御プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換装置であって、
１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化手段と、
上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化手段によって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出手段と、
上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化手段と、を備えることを特徴とする２次元信号変換装置。
【請求項２】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で、除算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項３】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を、減算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項４】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値で、除算した値から、上記合計値を所定値で除算した値を、減算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項５】
上記再生信号レベル規格化手段は、上記２次元再生信号のレベル値から、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出手段によって算出された合計値を所定値で除算した値を、減算した値を、上記合計値で、除算することによって、上記規格化を行うことを特徴とする請求項１に記載の２次元信号変換装置。
【請求項６】
上記ページデータは、上記ページデータ上の上記符号ブロックの位置の基準となる同期パターンを含んでおり、
上記２次元再生信号から上記同期パターンの再生信号を検出するための同期パターン検出手段を更に備え、
上記２次元信号グループ化手段が、上記２次元再生信号上の、上記同期パターンの再生信号の位置に基づいて、上記グループ分けの対象となる２次元再生信号の位置を認識し、当該２次元再生信号をグループ分けすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の２次元信号変換装置。
【請求項７】
上記再生信号レベル規格化手段によって上記規格化された２次元再生信号を、ビタビ復号するビタビ復号手段をさらに備えることを特徴とする２次元信号変換装置。
【請求項８】
少なくとも一部が定重み符号で２次元変調されたページデータから得られる２次元再生信号を変換する２次元信号変換方法であって、
１または複数の上記２次元変調の符号ブロックに対応する上記２次元再生信号の単位で、上記２次元再生信号をグループ分けする２次元信号グループ化ステップと、
上記２次元再生信号のレベル値を、上記２次元信号グループ化ステップによって分けられた上記グループ毎に合算した合計値を算出する再生信号レベル算出ステップと、
上記２次元再生信号のレベル値を、当該２次元再生信号が属するグループに対して上記再生信号レベル算出ステップによって算出された合計値に基づいて、規格化することにより上記２次元再生信号を変換する再生信号レベル規格化ステップと、を含むことを特徴とする２次元信号変換方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項に記載の２次元信号変換装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、コンピュータを前記各手段として機能させるための制御プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１５６３５（Ｐ２０１０−１５６３５Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７３９５９（Ｐ２００８−１７３９５９）
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＱＲコード
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＱＲコード
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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