JP2010028481A - 光送信装置、光受信装置、及び光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができるようにする。
【解決手段】符号化部３２によって、複数種類の空間周波数成分が対応する複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの階層について、該階層に分類された送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う。割り当て部３６によって、複数の送信データを、分類された階層に応じて、複数の階層に対応する複数のＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てる。ウェーブレット逆変換部３８によって、割り当て部３６によって複数の階層に対応する複数のＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てられた送信データを、二次元ハールウェーブレット逆変換して、階層的符号化を行い、正規化バイアス部４０によって、各ＬＥＤに対する輝度値データに変換する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光送信装置、光受信装置、及び光通信システムに係り、特に、複数の発光素子の点灯によってデータ通信を行う光送信装置、光受信装置、及び光通信システムに関する。

従来より、可視光を使った通信方式が知られている（例えば、特許文献１）。特に、複数のＬＥＤを利用した光空間通信では、個々のＬＥＤをそれぞれ変調して情報伝送を行う。受信側では、カメラで取得した個々のＬＥＤの位置、及び輝度情報から復調を行う。

このとき、送受信装置間の距離が離れている場合、カメラの受信画像でＬＥＤが重なり合ってしまい、個々のＬＥＤを識別できなくなる。ＬＥＤが重なり合い、個々のＬＥＤが識別できない受信画像は、高周波数成分が失われ、低周波数成分が多い画像である。つまり、送受信機間の距離が遠い場合に得られる受信画像は、高周波数成分が劣化しており、低周波数成分が多く残った画像となっている。

このような個々のＬＥＤが重なり合った低周波数成分の画像からでも、重要なデータだけは取り出せるようにした方法として、階層的符号化が知られている。
特開２００４−３２６７０５

しかしながら、上記の階層的符号化を用いても、十分な誤り率を得ることができない、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる光送信装置、光受信装置、及び光通信システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために第１の発明に係る光送信装置は、複数の発光素子が配列された光源と、複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記階層について、該階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段と、前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段と、前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段とを含んで構成されている。

第１の発明に係る光送信装置によれば、符号化手段によって、複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの階層について、該階層に分類された送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う。割り当て手段によって、符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる。

そして、変換手段によって、割り当て手段によって複数の階層に対応する複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する。点灯制御手段によって、変換手段によって変換された輝度値データに基づいて、複数の発光素子を点灯させる。

このように、複数種類の空間周波数成分が対応する階層毎に、送信データに対して誤り訂正符号化を行うことにより、各階層の送信データについて、他の階層の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる。

上記の送信データは、送信データの優先度が高いほど、低い空間周波数成分に対応する階層に分類されるようにすることができる。これによって、優先度が高い送信データは、通信距離が離れていても安定して送信される。

第１の発明に係る符号化手段は、少なくとも１つの階層について、該階層に分類された送信データ毎に、異なる誤り訂正符号化方式によって誤り訂正符号化を行うことができる。これによって、階層に対応する空間周波数成分に適した誤り訂正符号化方式によって、送信データを符号化することができる。

上記の異なる誤り訂正符号化方式を、各々符号化率が異なるようにすることができる。これによって、階層に対応する空間周波数成分に適した符号化率の誤り訂正符号化方式によって、送信データを符号化することができる。

第２の発明に係る光受信装置は、上記の光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段と、前記少なくとも１つの階層について、前記階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段とを含んで構成されている。

第２の発明に係る光受信装置によれば、撮像手段によって、上記の光送信装置の複数の発光素子を撮像する。復調手段によって、撮像手段によって撮像された画像が表わす複数の発光素子の輝度値データを、複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、複数の階層に対応する複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する。そして、復号化手段によって、少なくとも１つの階層について、階層に対応する複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う。

このように、階層毎に誤り訂正符号化が行われた送信データに対して、階層毎に復号化を行うことにより、各階層の送信データについて、他の階層の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる。

第３の発明に係る光通信システムは、複数の発光素子が配列された光源、複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記階層について、該階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段、前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段、前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段、及び前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段を含む光送信装置と、前記光送信装置の複数の発光素子を撮像する撮像手段、前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段、及び前記少なくとも１つの階層について、前記階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段を含む光受信装置とを含んで構成されている。

第４の発明に係る光送信装置は、複数の発光素子が配列された光源と、複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記空間周波数成分について、該空間周波数成分に対応する階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段と、前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段と、前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段とを含んで構成されている。

第４の発明に係る光送信装置によれば、符号化手段によって、複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの空間周波数成分について、該空間周波数成分に対応する階層に分類された送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う。割り当て手段によって、符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる。

そして、変換手段によって、割り当て手段によって複数の階層に対応する複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する。点灯制御手段によって、変換手段によって変換された輝度値データに基づいて、複数の発光素子を点灯させる。

このように、複数の階層に対応する空間周波数成分毎に、送信データに対して誤り訂正符号化を行うことにより、各空間周波数成分に対応する階層の送信データについて、他の空間周波数成分の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる。

第５の発明に係る光受信装置は、上記の第４の発明に係る光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段と、前記少なくとも１つの空間周波数成分について、前記空間周波数成分の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段とを含んで構成されている。

第５の発明に係る光受信装置によれば、撮像手段によって、光送信装置の複数の発光素子を撮像する。復調手段によって、撮像手段によって撮像された画像が表わす複数の発光素子の輝度値データを、複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、複数の階層に対応する複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する。そして、復号化手段によって、少なくとも１つの空間周波数成分について、空間周波数成分の階層に対応する複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う。

このように、複数の階層に対応する空間周波数成分毎に誤り訂正符号化が行われた送信データに対して、空間周波数成分毎に復号化を行うことにより、各空間周波数成分に対応する階層の送信データについて、他の空間周波数成分の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる。

第６の発明に係る光通信システムは、複数の発光素子が配列された光源、複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記空間周波数成分について、該空間周波数成分に対応する階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段、前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段、前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段、及び前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段を含む光送信装置と、前記光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段、前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段、及び前記少なくとも１つの空間周波数成分について、前記空間周波数成分の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段を含む光受信装置とを含んで構成されている。

以上説明したように、本発明の光送信装置、光受信装置、及び光通信システムによれば、各階層の送信データについて、他の階層の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、又は、各空間周波数成分に対応する階層の送信データについて、他の空間周波数成分の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、車両に搭載された車載カメラと、ＬＥＤ信号機との間で、光通信によってデータを送受信する光通信システムに、本発明を適用した場合を例に説明する。

第１の実施の形態に係る光通信システムは、例えば、ＬＥＤ信号機を用いて構成され、ＬＥＤ信号機のＬＥＤを高速に点滅させてデータを送信する光送信装置１２と、車両に搭載された車載カメラを用いて構成され、車載カメラによって光送信装置１２のＬＥＤを撮像してデータを受信する光受信装置１４とを備えている。

図１に示すように、光送信装置１２は、ＬＥＤ信号機に設けられ、かつ、複数のＬＥＤを二次元配列（例えば、１６×１６）した発光源としてのＬＥＤアレイ１６と、送信データ生成装置１８から複数の送信データを入力するためのインタフェース２０と、インタフェース２０によって入力された複数の送信データに基づいて、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤを駆動するための駆動信号を生成する信号生成部２２と、信号生成部２２によって生成された駆動信号に基づいて、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤを駆動する駆動回路２４とを備えている。各ＬＥＤは、多量のデータを送信するために、高速にスイッチング（オンオフ）される。なお、駆動回路２４は、本発明の点灯制御手段に対応する。

光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６の複数のＬＥＤは、任意の形に並べられている。本実施の形態では、ＬＥＤアレイ１６が、１６×１６の正方行列上に配置された２５６個のＬＥＤから構成される場合について説明する。ｕ行ｖ列の位置に配置されているＬＥＤをＬＥＤ（ｕ,ｖ）と表わし、ｕ、ｖは１, ２, . . . ,１６である。

また、送信データが、各ＬＥＤの輝度の変化に変調される。ＬＥＤは、点灯及び消灯によって輝度を変化させるが、本実施の形態では、その輝度を高速に変化させるため、人間の目では輝度の変化をはっきりと見ることが出来ない。また、並べられたＬＥＤ全てを用いる必要はなく、一部のＬＥＤのみの輝度を変化させるようにしてもよい。

ここで、ＬＥＤの輝度は光の強さを表し、複数のＬＥＤの各々の輝度の変化を用いて情報が伝送される。ＬＥＤの輝度の変化は、ＬＥＤの点灯時間の変化によって実現される。例えば、図２（Ａ）〜図２（Ｅ）に示すように、点灯時間が異なる５つの点灯パターンによって、５つの輝度が表わされる。

ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤは区間Ｔｂ内で非負矩形パルスを発生し、ＬＥＤ１つ当たりのビットレートはＲｂ＝１／Ｔｂとなる。ＬＥＤ（ｕ, ｖ）の時間ｔにおける輝度Ｘ_ｕ,ｖ（ｔ）は、以下の（１）式で表わされる。

ここで、ｋは１以上の自然数で、ＬＥＤアレイ全体の表示パターンが何番目であるかを示す。Ｔｂは１シンボルの点灯時間である。ｘ_ｕ,ｖ,ｋは、ＬＥＤ（ｕ, ｖ）のｋパターン目における輝度を決める係数であり、０≦ｘ_ｕ,ｖ,ｋ≦１である。Ａ_ｕ,ｖは、ＬＥＤ（ｕ, ｖ）の輝度値ピークである。ｇ（ｔ）は以下の（２）式に示すような矩形パルスを表す関数である。

光送信装置１２の信号生成部２２は、コンピュータで構成され、ＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、ＨＤＤ、データの入出力を行なうためのＩ／Ｏポート、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。

信号生成部２２は、送信データ生成装置１８で生成された複数の送信データに基づいて、輝度係数ｘ_ｕ,ｖを算出する。また、送信データ生成装置１８で生成される複数の送信データが２５６ビット同時に処理される場合を考え、複数の送信データをｄ_ｍ,ｎと表わす。ただしｍ,ｎ＝１,２,・・・,１６である。また、信号生成部２２は、２次元高速ハールウェーブレット変換（２Ｄ ＦＨＷＴ）を用いて階層的符号化を行なう。

信号生成部２２を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図３に示すように、複数の送信データを、データの優先度に応じて、３種類の空間周波数成分が対応するように定められた４つの階層に分類する階層分類部３０と、最も優先度が高い送信データが分類された階層の送信データに対して、誤り訂正符号化を行う符号化部３２と、最も優先度の高い階層の送信データについて、送信データの並び替えを行う並び替え部３４と、各階層に分類された送信データを、各ＬＥＤに相当するデータ行列に割り当てる割り当て部３６と、各ＬＥＤに相当するデータ行列に割り当てられた送信データに対して、２次元高速ウェーブレット逆変換（２Ｄ ＩＦＨＷＴ）を行うウェーブレット逆変換部３８と、２次元高速ウェーブレット逆変換によって得られた各ＬＥＤに対応する変換値に対して、正規化を行うと共にバイアスを付加して、輝度値データに変換する正規化バイアス部４０と、正規化バイアス部４０から得られる各ＬＥＤの輝度値データに基づいて、各ＬＥＤを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部４２とを備えている。

ここで、階層的符号化について説明する。通信距離が長くなると、受信画像では、近傍のＬＥＤが重なり合って表わされる。画像の精細さが失われることになるので、このような受信画像は、高周波数成分を失った画像であるといえる。すなわち、通信距離が長くなることによる画像の劣化は、低周波数成分よりも高周波数成分に多く発生する。この特徴を利用した符号化手法が階層的符号化である。階層的符号化は、二次元直交変換を利用して、データを空間周波数成分上に割り当てるものである。

本実施の形態では、二次元直交変換として、二次元ハールウェーブレット変換を用いる。情報を送信する前に、送信する情報を優先度順に複数の階層に分類する。ここでは、遠くから取得したい情報を優先度の高い情報として考える。光受信装置が光送信装置に近づくにつれ、付加的なデータとして優先度の低い情報を受け取るようにする。階層的符号化では、優先度の高いデータを、低周波数成分に対応する階層に割り当て、優先度の低いデータを、高周波数成分に対応する階層に割り当てる。これによって、画像の劣化は高周波数成分から起こるため、低周波数成分に対応する階層に割り当てられる優先度の高いデータは、遠くからでも受信される。逆に、高周波数成分に対応する階層に割り当てられるデータを、遠くから受信すると失われる。

階層分類部３０は、送信データの優先度に応じて、複数の送信データを、複数種類の空間周波数成分に対応する複数の階層に分類する。優先度が高い送信データは、低周波数成分に対応する階層に分類され、優先度が低い送信データは、高周波数成分に対応する階層に分類される。残りの送信データは、優先度が中間であるとして、中間周波数成分に対応する階層に分類される。

なお、送信データの優先度は、送信データ生成装置１８において予め定められている。

次に、本実施の形態の原理について説明する。誤り率特性を改善させるために、ＬＥＤアレイ一面に対応する信号全体に対して誤り訂正符号化を行って、階層的符号化を行うことを考える。しかし、ＬＥＤアレイ一面に対応する信号全体に対して誤り訂正符号化を行っても、誤り率の改善にはつながらない。なぜなら、遠くからＬＥＤアレイを撮影した低周波数成分の画像に誤り訂正符号化を行う場合、撮像した画像における高周波数成分の劣化が大きいために、誤り訂正符号の訂正能力を超えてしまい、誤り率を改善することはできないからである。

ここで、誤り率の改善が出来なかったことを示す。誤り訂正符号としてターボ符号を用いて、ＬＥＤアレイ一面に対応する信号全体に対して誤り訂正符号化を行った後に、階層的符号化を行い、ＬＥＤアレイを駆動した場合、ＬＥＤアレイまでの距離が２０ｍとなる位置からＬＥＤアレイを撮像すると、図４（Ａ）に示すような撮像画像が得られる。また、ＬＥＤアレイまでの距離が６０ｍとなる位置からＬＥＤアレイを撮像すると、図４（Ｂ）に示すような撮像画像が得られる。

上記図４（Ａ）のように、ＬＥＤアレイまでの距離が２０ｍであるときは、１つ１つのＬＥＤを認識することができるので、正しく復号することができる。しかし、上記図４（Ｂ）のように、ＬＥＤアレイまでの距離が６０ｍであるときには、隣接するＬＥＤが重なりあって表わされてしまい、正しく復号できず、誤りが発生する。

上記図４（Ａ）に示す受信画像の輝度値分布について、優先度の高いデータが割り当てられる左上部分と優先度が低いデータが割り当てられる右下部分との輝度値分布を調べると、ＬＥＤアレイまでの距離が２０ｍであるときには、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、両方の部分とも、輝度値分布がきれいに２値に分かれている。従って、２値の中心に閾値を設定すれば、正しく復号することができる。

一方、ＬＥＤアレイまでの距離が６０ｍであるときには、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、優先度の高いデータが割り当てられる部分の輝度値分布も、優先度が低いデータが割り当てられる部分の輝度値分布も、２値には分布していない。特に優先度の低いデータ割り当てられる部分の輝度値分布（上記図６（Ｂ）参照）では、０に集中しており、劣化が激しい。優先度が高いデータの輝度値分布も、優先度が低いデータの輝度値分布も、判別できる二値に分布していない。ＬＥＤアレイ一面に相当するデータ行列に対して誤り訂正復号化を行うと、これらの判別できない輝度値分布を持つ優先度の高いデータも優先度の低いデータも一緒に復号してしまうため、誤り訂正能力を超えた誤りが発生し、正しく復号することができない。従って、ＬＥＤアレイに対応する信号全体にターボ符号をかけても誤り率特性が改善されない。

そこで、本実施の形態では、複数の送信データを、各空間周波数成分に対応する階層に分類し、階層毎に誤り訂正符号化を行う。それぞれの空間周波数成分に対応する階層に対して、別々に誤り訂正符号化を行うことで、高周波数成分に対応する階層の劣化が低周波数成分に対応する階層に影響することを避けることができ、誤り率の改善を図ることができる。

本実施の形態に係る符号化部３２は、複数の階層に分類された複数の送信データに対して、階層毎に誤り訂正符号化を行う。本実施の形態では、説明を簡単にするために、低周波数成分に対応する階層に分類された、優先度の高い送信データに対してのみ、誤り訂正符号化を行い、他の階層に分類された送信データに対しては誤り訂正符号化を行わない。

並び替え部３４は、低周波数成分に対応する階層に分類された、優先度の高い送信データの符号化系列に対して、並び替えを行う。

割り当て部３６は、階層的符号化を行うにあたり、複数の送信データを、以下の（３）式に示すように、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤに相当するデータ行列に割り当てる。なお、以下の（３）式に示す１６×１６の行列は、ＬＥＤアレイ１６を表わしている。

ただし、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２はそれぞれ８×８の正方行列のＬＥＤ群を表わし、ｄｍ,ｎ＝｛−１、１｝である。

ここで、ウェーブレット逆変換部３８では、低周波数成分が左上部分に、高周波数成分が右下部分に、中間周波数成分が残りの部分に分離しているデータ行列を、各周波数成分が混在したパターンのデータ行列に変換する二次元ハールウェーブレット逆変換を用いて変換を行う。

従って、割り当て部３６は、階層分類部３０により分類された階層に応じて、低周波数成分に対応する階層に分類された、優先度が高い送信データを、上記（３）式の行列における、左上部分のＬＥＤ群に相当する左上部分Ｄ１１のデータ行列に割り当てる。また、割り当て部３６は、中間周波数成分に対応する階層に分類された、優先度が中間の送信データを、上記（３）式の行列における、右上部分、左下部分のＬＥＤ群に相当する右上部分Ｄ１２、左下部分Ｄ２１のデータ行列に割り当て、高周波数成分に対応する階層に分類された、優先度が低い送信データを、上記（３）式の行列における、右下部分のＬＥＤ群に相当する右下部分Ｄ２２のデータ行列に割り当てる。

また、並び替え部３４によって並び替えられた、低周波数成分に対応する階層の送信データの符号化系列Ｎについては、低周波数成分に対応する階層の送信データが割り当てられるデータ行列が、上記（３）式の左上の８×８のデータ行列であるため、割り当て部３６は、図７に示すように、低周波数成分に対応する階層の送信データを６４ビットずつに分けて、左上部分Ｄ１１のデータ行列に割り当てる。

ここで、送信シンボル数をＳ、符号化率をＲ、ターボ符号化器のメモリ数をｋとすると、符号化系列長を示すＮは、以下の（４）式で表わされる。
Ｎ ＝ （（Ｓ×６４）＋ｋ）／Ｒ ・・・（４）

上記（４）式より、符号化系列長Ｎを６４ビットずつに分けると、ｋ／Ｒビット余る。このとき、送信するシンボル数を一回増やし、これらの余ったビットを６４ビットの中に含めて送信する。つまり、図７に示すように、送信データをデータ行列に割り当てるときに、送信シンボル数を一回増やし、シンボルＳ＋１を送信するようにする。このとき、中間周波数成分に対応する２つの階層の各々に分類された送信データ、及び高周波数成分に対応する階層に分類された送信データの各々について、（Ｓ／Ｒ＋１）×６４ビットずつ作っておく。そして、低周波数成分に対応する階層の送信データを、Ｄ１１のデータ行列に割り当てるときに、同時に、中間周波数成分に対応する階層の送信データ、及び高周波数成分に対応する階層の送信データも、対応するデータ行列に割り当てて、１６×１６のＬＥＤアレイ１面に相当するデータとする。

また、他の階層の送信データも、低周波数成分に対応する階層の送信データと合わせるために、１シンボル分（６４ビット）多くデータを作っておき、割り当て部３６において、上記（３）式に従って、送信データを、対応するＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てる。これによって、ＬＥＤアレイ１６に相当するＤ行列に、低周波数成分に対応する階層の送信データ、中間周波数成分に対応する階層の送信データ、高周波数成分に対応する階層の送信データが割り当てられる。

ウェーブレット逆変換部３８は、上記（３）式の形でＬＥＤアレイ１６に相当するデータ行列に割り当てられた複数の送信データを、低周波数成分が左上部分に、高周波数成分が右下部分に、中間周波数成分が残りの部分に分離しているデータ行列とみなして、スケール１の２次元高速ハールウェーブレット逆変換を行って、階層的符号化を行う。逆変換後、送信データと同じく１６×１６の行列が得られ、出力行列の各要素ｘ´_ｕ,ｖは以下の（５）式で表される。

ここで、Ｈ^１６ _ｍ,ｎ は、以下の（６）式に示すような１６×１６の行列Ｈ^１６のｍ行ｎ列の要素を表す。

２次元高速ハールウェーブレット逆変換によって、ＬＥＤアレイ１６に相当するデータ行列に割り当てられた複数の送信データが、複数の階層の各々に対応する空間周波数成分が混在したパターンとなるように、各ＬＥＤに対する値に変換される。

また、上記のｘ´_ｕ,ｖ の取り得る値の範囲は、−２≦ｘ´_ｕ,ｖ≦２である。ｘ´_ｕ,ｖ の取り得る値を０から１の範囲にするために、正規化バイアス部４０は、以下の（７）式のように、バイアスを加えた後に正規化して、輝度値に変換する。

上述した処理の結果、ｘ_ｕ,ｖ の取り得る値は、｛０,１／４，１／２，３／４，１｝の５通りの輝度値となる。

なお、ウェーブレット逆変換部３８及び正規化バイアス部４０が、本発明の変換手段に対応する。

駆動信号生成部４２は、各ＬＥＤについて求められた輝度値に応じて、各ＬＥＤに対する駆動信号を生成する。

駆動回路２４は、駆動信号生成部４２によって生成された駆動信号に基づいて、ＬＥＤアレイ１６を点滅させて、送信すべきデータを送信する。

光受信装置１４は、図８に示すように、車載の光通信用カメラ（２次元イメージセンサ）で構成され、かつ、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６を高速に連続して撮像する高速カメラ５０と、高速カメラ５０によって撮像された画像データに対して、種々の画像処理を行って、デジタルデータである画像を生成すると共に、生成された画像に基づいて、データ復調を行なう画像処理部５２とを備えている。光受信装置１４は、画像処理部５２の出力データを、受信データとして出力装置６０に出力する。

高速カメラ５０は、レンズ等の光学系５４と、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサで構成される撮像素子５６と、及び撮像素子５６からの出力信号に基づいて、撮像した画像データを生成する信号処理回路５８とを備えている。

高速カメラ５０は、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６の点滅を撮像し、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの輝度は、ＬＥＤの点灯時間の変化で表されるため、ＬＥＤの輝度を撮影するために、高速カメラ５０は、１シンボル期間の点灯の変化を捉えて、ＬＥＤの輝度を検出する。

光受信装置１４では、空間を通ってきたＬＥＤの光信号を受信する。この信号は、以下の（８）式で表せる。

ここで、ｈ_ｕ,ｖはチャネル利得であり、ｎ_ｕ,ｖ(ｔ)は背景光から生じるショット雑音である。高速カメラ５０は、各ピクセルの受信信号を出力する。高速カメラ５０の出力値は以下の（９）式で表せる。

ここで、Ｔｂはカメラのサンプリング周期であり、ｃは光電変換効率を表す定数である。また、ｆ（ｔ）は、高速カメラ５０の撮像素子５６の露光時間を表す関数であり、以下の（１０）式で表せる。

ここで、ｉ（＝１、２、...）は露光区間が何番目かを表す番号であり、ｇ_ｓｈ(ｔ)は、以下の（１１）式で表わすパルス関数である。

画像処理部５２は、コンピュータで構成され、ＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、ＨＤＤ、高速カメラ５０とデータの入出力を行なうためのＩ／Ｏポート、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。

画像処理部５２は、適切な処理を施すことでＬＥＤに関する相対位置(ｕ行ｖ列に関する情報)と輝度値に関する情報Ｒ_ｕ,ｖとを得る。以下、このＲ_ｕ,ｖから送信データを再生することを復調と呼ぶ。

画像処理部５２をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図９に示すように、高速カメラ５０によって撮像された画像からＬＥＤ１つ１つの位置を検出すると共に、各ＬＥＤの輝度値を取得する輝度値取得部６２と、取得した各ＬＥＤの輝度値に逆バイアスを加えると共に正規化を行う逆バイアス正規化部６４と、正規化された各ＬＥＤの輝度値に対して、２次元高速ハールウェーブレット変換（２Ｄ ＦＨＷＴ）を行なうウェーブレット変換部６６と、２次元高速ハールウェーブレット変換を行なった各ＬＥＤの輝度値について、各ＬＥＤの輝度値の軟値を出力し、階層毎に分けてデータを取り出すデータ取出し部７０と、最も優先度の高い階層のデータについて並び替えを行う並び替え部７２と、階層毎のデータに対して、復号化を行う復号化部７４と、階層毎に取り出されたデータから、受信データ系列を生成するデータ生成部７６とを備えている。なお、ウェーブレット変換部６６及びデータ取出し部７０が、本発明の復調手段に対応する。

輝度値取得部６２は、撮像された画像から、ＬＥＤアレイ１６部分を切り出して、１つのＬＥＤが光っている範囲を見付け、各ＬＥＤの位置を検出すると共に、見付かった範囲から、各ＬＥＤの輝度値を検出する。

また、撮像画像から得られたＲ_ｕ,ｖを１６×１６の正方行列とすると、逆バイアス正規化部６４は、以下の（１２）式のように、行列のそれぞれの要素ｘ´_ｕ,ｖに逆バイアスを加える。

ただし、ｂはバイアス値であり、以下の（１３）式に示すようにＲ_ｕ,ｖ の平均値から算出される値である。なお、本実施の形態では、適切なバイアス値を求めるために時間的に平均する必要もあるため、時間のパラメータｉを考慮して計算している。

逆バイアス正規化部６４は、逆バイアスが加えられた値を正規化して、各ＬＥＤに対する、正規化された輝度値ｘ´_ｕ,ｖのハットを求める。

ウェーブレット変換部６６は、正規化された輝度値のデータ行列に対して、以下の（１４）式のように、２次元高速ハールウェーブレット変換（２Ｄ ＦＨＷＴ）を行なう。

ただし、ｄ´_ｍ,ｎのハットは、ＬＥＤ（ｍ，ｕ）に対応する変換値である。

上記の２次元高速ハールウェーブレット変換によって、各階層に対応する空間周波数成分が混在したパターンのデータ行列を、各階層に対応する空間周波数成分に分離されたパターンのデータ行列に変換するように変換して、各階層に対応するデータ行列に割り当てられた複数の受信データからなるデータ行列に復調する。

データ取出し部７０は、復調された受信データのデータ行列から、各階層の受信データに分割して、各階層の受信データを取り出す。中間周波数成分に対応する階層の受信データ、及び高周波数成分に対応する階層の受信データについては、取り出してそのまま出力する。低周波数成分に対応する階層の、優先度が高い受信データについては、図１０に示すように、シンボルごとに６４ビットずつ取り出し、全シンボルから取り出された、低周波数成分に対応する階層の６４ビットの受信データをつなげて、Ｎビットの受信データを作成する。但し、最後のシンボルからは、必要なｋ／Ｒビットのみを取り出して、付け加える。

並び替え部７２は、低周波数成分に対応する階層のＮビットの受信データを並び替える。なお、並び替え部７２は、光送信装置１２側の並び替え部３４の並び替え方法と逆の方法で受信データを並び替える。

復号化部７４は、並び替え部７２によって並び替えられた、低周波数成分に対応する階層のＮビットの受信データに対して、ターボ復号で復号化を行う。

データ生成部７６は、低周波数成分に対応する階層の復号化された受信データと、中間周波数成分に対応する階層の受信データと、高周波数成分に対応する階層の受信データとに対して閾値判定を行って受信データを±１とし、受信データ系列を生成して出力する。

次に、第１の実施の形態に係る光通信システムの作用について説明する。まず、送信データ生成装置１８によって、優先度が定められた複数の送信データが生成され、光送信装置１２に入力される。そして、光送信装置１２において、図１１に示す送信処理ルーチンが実行される。

ステップ１００において、入力された複数の送信データを、優先度に応じて、複数種類の空間周波数成分に対応する複数の階層に分類する。そして、ステップ１０２において、上記ステップ１００で低周波数成分に対応する階層に分類された、優先度の高い送信データに対して、誤り訂正符号化を行う。次のステップ１０４では、上記ステップ１０２で符号化された送信データの並び替えを行う。

そして、ステップ１０６において、上記ステップ１０４で並び替えられた、低周波数成分に対応する階層の送信データと、上記ステップ１００で分類された、中間周波数成分に対応する階層の送信データ及び高周波数成分に対応する階層の送信データとを、上記（３）式に示すように、各階層に対応するＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てることにより、ＬＥＤアレイ１６に相当するデータ行列に割り当てる。

次のステップ１０８では、上記ステップ１０６でＬＥＤアレイ１６に相当する上記（３）式のデータ行列に割り当てられた複数の送信データに対して、二次元ハールウェーブレット逆変換を行う。ステップ１１０において、上記ステップ１０８で変換された各ＬＥＤに対応する変換値に対して正規化を行うと共に、バイアスを加えて、各ＬＥＤに対する輝度値に変換する。

そして、ステップ１１２では、上記ステップ１１０で得られた、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤに対応する輝度値に基づいて、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤを駆動するための駆動信号を各々生成して、駆動回路２４に出力し、送信処理ルーチンを終了する。

上記の送信処理ルーチンが行われると、駆動回路２４において、入力された駆動信号に応じて、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤを点滅させることにより、複数の送信データに応じた点滅パターンで、ＬＥＤアレイ１６を点滅させて、データ送信が行なわれる。

また、光受信装置１４において、高速カメラ５０によって、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６を連続して撮像する。そして、画像処理部５２において、図１２に示す受信処理ルーチンを実行する。

まず、ステップ１２０において、高速カメラ５０によって撮像された画像を取得し、ステップ１２２において、上記ステップ１００で取得した画像から、ＬＥＤアレイ１６を表わす部分を切り出し、各ＬＥＤの輝度値を抽出する。

そして、ステップ１２４において、上記ステップ１２２で抽出された各ＬＥＤの輝度値に対して、逆バイアスを加えると共に、正規化を行う。ステップ１２６では、上記ステップ１２４によって得られたＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの正規化された輝度値に対して、二次元ハールウェーブレット変換を行って、ＬＥＤアレイ１６に相当するデータ行列に割り当てられた複数の受信データに復調する。

ステップ１３０において、上記ステップ１２６で得られたデータ行列に割り当てられた複数の受信データから、上記（３）式に従って、各階層に対応するＬＥＤ群の受信データを取り出す。

次のステップ１３２では、上記ステップ１３０で取り出した、低周波数成分に対応する階層の受信データに対して並び替えを行い、ステップ１３４において、上記ステップ１３２で並び替えられた、低周波数成分に対応する階層の受信データに対して、ターボ復号により復号化を行う。

そして、ステップ１３６において、上記ステップ１３４で復号化された、低周波数成分に対応する階層の受信データと、上記ステップ１３０で取り出された、中間周波数成分に対応する２つの階層の受信データ及び高周波数成分に対応する階層の受信データとに対して、閾値判定を行って±１の値とし、受信データ系列を生成して、出力装置６０に出力する。

次に、本実施の形態に係る階層的符号化に関する実験結果について説明する。

実験は、従来方法として、ＬＥＤアレイに割り当てるデータ全体に対して誤り訂正符号をかけて階層的符号化を行った方法と、本実施の形態の方法で、優先度の高い階層のデータのみに誤り訂正符号化を行って階層的符号化を行った方法とについて行った。

従来方法による実験として、ＬＥＤアレイに割り当てるデータ全体に対して誤り訂正符号をかけた場合の実験諸元を以下の表１に示す。光送信装置と光受信装置との間の通信距離が３０ｍである場合、図１３に示すような受信画像が得られた。

また、以下の表２に、ターボ復号をする前のＢＥＲ特性を示す。つまり、階層的符号化によるＢＥＲ特性である。実験において、通信距離を３０ｍとし、低い空間周波数成分の階層に対応する、優先度が高いデータが割り当てられた上記（３）式のＤ１１の部分のデータ行列、中間の空間周波数成分の階層に対応する、優先度が中間のデータが割り当てられたＤ１２、Ｄ２１の部分のデータ行列、及び高い空間周波数成分の階層に対応する、優先度が低いデータが割り当てられたＤ２２の部分のデータ行列の各々について、ビット誤り率を算出した。

次に、以下の表３にターボ復号した結果を示す。

表３から分かるように、従来方法では、光送信装置と光受信装置との間の通信距離が３０ｍであるときに、誤りが非常に多く発生しており、復号を繰り返しても誤り率は良くならない。また各空間周波数成分に対応する階層の各優先度のデータをまとめてターボ復号すると、誤り特性が悪化する。従来の方法では、データ全体に対して誤り訂正符号化を行うため、誤り率の悪い空間周波数成分に引きずられ、全体的な誤り率が悪くなる。その結果、誤り訂正の能力を超えてしまい、繰り返し復号を行っても、誤り率は改善されない。

次に、本実施の形態に係る階層的符号化を行った方法での実験結果を示す。本実施の形態に係る階層的符号化を行った方法での実験諸元を以下の表４に示す。

光送信装置と光受信装置との間の通信距離が６０ｍであるときの受信画像は、上記図４（Ｂ）に示す画像である。以下の表５に６０ｍでのターボ復号前のＢＥＲ特性を示す。

また、以下の表６に、光送信装置と光受信装置との間の通信距離が３０ｍであるときに、本実施の形態の方法によってターボ復号を行った場合のＢＥＲ特性を示す。

また、以下の表７に、光送信装置と光受信装置との間の通信距離が６０ｍであるときに、本実施の形態の方法によってターボ復号を行った場合のＢＥＲ特性を示す。

次に、光送信装置と光受信装置との間の通信距離を、１０ｍ間隔で設定して、複数の通信距離に対して実験を行った。従来方法では、通信距離が３０ｍのとき、誤り訂正不可能な誤りが発生していた。しかし、本実施の形態の方法では、低周波数成分に対応する階層の優先度の高い送信データのみに誤り訂正符号化を行った結果、通信距離が３０ｍのときにはエラーフリーであった（表６参照）。また、本実施の形態の方法では、通信距離が６０ｍになるまで、ＢＥＲは０であった。ターボ復号する前の段階では、表５に示すように、優先度が高い（Ｈｉｇｈ ｐｒｉｏｒｉｔｙ）データの誤り率は１．１６×１０^−１なので、誤り訂正符号により、この誤りが訂正されていることが分かる。

つまり、従来方法により、ＬＥＤアレイに相当するデータ行列に割り当てられたデータ全体に誤り訂正符号化を行ったときには、各階層のデータにおける誤りが影響して、低周波数成分に対応する階層のデータの誤りまでもが訂正不可能になってしまっていた。一方、本実施の形態の方法では、低周波数成分に対応する階層の優先度の高いデータは、誤り訂正されている。なお、距離が７０ｍ以上になるときには、従来方法と同様に、誤り訂正不可能な誤りが発生した。

以上の実験結果から、従来方法では、通信距離が３０ｍ以上となる場合において、誤り訂正が不可能な状態になってしまっていたが、本実施の形態の方法では、通信距離が６０ｍになるまでは、誤り訂正の効果が発揮できることがわかった。すなわち、複数の送信データを複数種類の周波数成分に対応する複数の階層に分類し、階層毎に誤り訂正符号化することで、高周波数成分に対応する階層のデータの劣化に影響することなく、低周波数成分に対応する階層の優先度の高いデータは、誤り特性が良くなり、より遠くから受信可能となることがわかった。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る光通信システムによれば、送信側で、階層毎に、送信データに対して誤り訂正符号化を行って、受信側で、階層毎に復号化を行うことにより、各階層の送信データについて、他の階層の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる。

複数の可視光ＬＥＤを送信機、カメラを受信機とした光空間通信において、階層的符号化を行う際に、階層化の効果が際立つように、階層毎に誤り訂正を行うことにより、高周波成分部分に対応する階層の劣化が、低周波成分部分に対応する階層に干渉することが少なくなるので、誤り率を改善することができる。

また、送信側において、優先度が高い送信データを、低周波数成分に対応する階層に割り当てることにより、通信距離が離れていても、優先度が高い送信データを安定して送信することができる。

なお、上記の実施の形態では、低周波数成分に対応する階層に対してのみ、誤り訂正符号化を行っている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、全ての階層について、階層毎に、誤り訂正符号化を行うようにしてもよい。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態に係る光通信システムの構成は、第１の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、全ての階層に対して、階層毎に、送信データの誤り訂正符号化を行っている点が、主に第１の実施の形態と異なっている。

第２の実施の形態に係る光送信装置１２の符号化部３２では、複数の階層に分類された複数の送信データに対して、階層に分類された送信データ毎に、異なる誤り訂正符号により誤り訂正符号化を行う。例えば、低周波数成分に対応する階層に分類された、優先度の高い送信データに対しては、誤り訂正能力が高くなるように、符号化率の小さい誤り訂正符号化を行う。中間周波数成分に対応する階層に分類された、優先度の低い送信データに対しては、符号化率の大きい誤り訂正符号化を行う。中間周波数成分に対応する２つの階層の送信データに対しては、階層毎に、符号化率が中間である誤り訂正符号化を行う。

割り当て部３６は、誤り訂正符号化及び並び替えが行われた低周波数成分に対応する階層の送信データと、誤り訂正符号化が行われた中間周波数成分に対応する２つの階層の送信データ及び高周波数成分に対応する階層の送信データとを、各階層に対応するＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てる。

また、光受信装置１４の復号化部７４は、複数の階層の受信データに対して、階層の受信データ毎に、符号化部３２において同じ階層に対して行われた誤り訂正符号化に対応する復号化を行う。復号化部７４は、並び替えが行われた、低周波数成分に対応する階層の受信データに対して、符号化率の小さい誤り訂正符号化に対応する復号化を行い、取り出された中間周波数成分に対応する２つの階層の受信データに対して、階層毎に、符号化率が中間の誤り訂正符号化に対する復号化を行う。また、取り出された高周波数成分に対応する階層の受信データに対して、符号化率が高い誤り訂正符号化に対する復号化を行う。

なお、第２の実施の形態に係る光通信システムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、第２の実施の形態に係る光通信システムによれば、送信側で、階層に対応する空間周波数成分に適した符号化率の誤り訂正符号を用いて、送信データを符号化することができる。

なお、上記の実施の形態では、全ての階層の送信データに対して、誤り訂正符号化を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つの階層に対して、階層毎に、異なる誤り訂正符号によって誤り訂正符号化を行うようにしてもよい。

次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態に係る光通信システムの構成は、第１の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態では、階層に対応する周波数成分毎に、誤り訂正符号化を行っている点が、第２の実施の形態と主に異なっている。

第３の実施の形態に係る光送信装置１２の符号化部３２では、複数種類の周波数成分に対応する複数の階層に分類された複数の送信データに対して、周波数成分に対応する送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う。符号化部３２は、低周波数成分に対応する階層の送信データに対して、誤り訂正符号化を行い、高周波数成分に対応する階層の送信データに対して、誤り訂正符号化を行う。また、符号化部３２は、中間周波数成分に対応する２つの階層の送信データ全体に対して、誤り訂正符号化を行う。

割り当て部３６は、誤り訂正符号化及び並び替えが行われた、低周波数成分に対応する階層の送信データと、誤り訂正符号化が行われた中間周波数成分に対応する階層の送信データ及び高周波数成分に対応する階層の送信データとを、各階層に対応するＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てる。

また、光受信装置１４の復号化部７４は、周波数成分毎に、周波数成分に対応する階層の受信データに対して、符号化部３２において行われた誤り訂正符号化に対応する復号化を行う。復号化部７４は、並び替えが行われた、低周波数成分に対応する階層の受信データに対して復号化を行い、取り出された中間周波数成分に対応する階層の受信データに対して、復号化を行う。また、取り出された階層の受信データに対して、復号化を行う。

なお、第３の実施の形態に係る光通信システムの他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、第３の実施の形態に係る光通信システムによれば、送信側で、空間周波数成分毎に、送信データに対して誤り訂正符号化を行って、受信側で、空間周波数成分毎に復号化を行うことにより、各周波数成分に対応する階層の送信データについて、他の空間周波数成分に対応する階層の影響を受けずに、誤り訂正を行うことができるため、階層的符号化を用いた光通信において、誤り率を向上させることができる。

なお、上記の実施の形態では、全ての空間周波数成分の送信データに対して、誤り訂正符号化を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つの空間周波数成分に対して、空間周波数成分毎に、誤り訂正符号化を行うようにしてもよい。例えば、低周波数成分に対応する階層の送信データに対してのみ、誤り訂正符号化を行うようにしてもよい。また、空間周波数成分毎に、異なる誤り訂正符号により誤り訂正符号化を行うようにしてもよい。

上記の第１の実施の形態〜第３の実施の形態では、２次元高速ハールウェーブレット変換を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２次元高速フーリエ変換、２次元離散コサイン変換、２次元高速ウォルシュ変換等の２次元直交変換を利用して、各空間周波数成分に分離されたパターンを各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換し、また、各空間周波数成分が混在したパターンを各空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換してもよい。

また、発光素子として、ＬＥＤを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、発光素子として、レーザーダイオード（ＬＤ）を用いても良い。

また、送信データに対して定められた優先度に基づいて、送信データを階層に分類する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、予め階層に分類された送信データが、光送信装置に入力されるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの光送信装置の構成を示す概略図である。 ５つの輝度を表わす５つの点灯パターンを示すイメージ図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置の信号生成部の構成を示すブロック図である。 （Ａ）ＬＥＤアレイを２０ｍ離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図、及び（Ｂ）ＬＥＤアレイを６０ｍ離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図である。 （Ａ）ＬＥＤアレイを２０ｍ離れた位置から撮像した画像について、低周波数成分に対応する階層における輝度値分布を示すグラフ、及び（Ｂ）ＬＥＤアレイを２０ｍ離れた位置から撮像した画像について、高周波数成分に対応する階層における輝度値分布を示すグラフである。 （Ａ）ＬＥＤアレイを６０ｍ離れた位置から撮像した画像について、低周波数成分に対応する階層における輝度値分布を示すグラフ、及び（Ｂ）ＬＥＤアレイを６０ｍ離れた位置から撮像した画像について、高周波数成分に対応する階層における輝度値分布を示すグラフである。 優先度の高いデータを、低周波数成分に対応する階層のＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てる様子を示すイメージ図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの光受信装置の構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光受信装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。 低周波数成分に対応する階層のＬＥＤ群に相当するデータ行列に割り当てられた受信データを取り出す様子を示すイメージ図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置における送信処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る光受信装置における受信処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 ＬＥＤアレイを３０ｍ離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図である。

符号の説明

１２ 光送信装置
１４ 光受信装置
１６ ＬＥＤアレイ
１８ 送信データ生成装置
２２ 信号生成部
２４ 駆動回路
３０ 階層分類部
３２ 符号化部
３６ 割り当て部
３８ ウェーブレット逆変換部
４０ 正規化バイアス部
４２ 駆動信号生成部
５０ 高速カメラ
５２ 画像処理部
６２ 輝度値取得部
６４ 逆バイアス正規化部
６６ ウェーブレット変換部
７０ データ取出し部
７４ 復号化部
７６ データ生成部

Claims (9)

1. 複数の発光素子が配列された光源と、
   複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記階層について、該階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段と、
   前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段と、
   前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段と、
   前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段と、
   を含む光送信装置。
2. 前記送信データは、前記送信データの優先度が高いほど、低い空間周波数成分に対応する階層に分類されている請求項１記載の光送信装置。
3. 前記符号化手段は、前記少なくとも１つの前記階層について、該階層に分類された前記送信データ毎に、異なる誤り訂正符号化方式によって誤り訂正符号化を行う請求項１又は２記載の光送信装置。
4. 前記異なる誤り訂正符号化方式は、各々符号化率が異なる請求項３記載の光送信装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項記載の光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段と、
   前記少なくとも１つの階層について、前記階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段と、
   を含む光受信装置。
6. 複数の発光素子が配列された光源、
   複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記階層について、該階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段、
   前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段、
   前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段、及び
   前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段を含む光送信装置と、
   前記光送信装置の複数の発光素子を撮像する撮像手段、
   前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段、及び
   前記少なくとも１つの階層について、前記階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段を含む光受信装置と、
   を含む光通信システム。
7. 複数の発光素子が配列された光源と、
   複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記空間周波数成分について、該空間周波数成分に対応する階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段と、
   前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段と、
   前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段と、
   前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段と、
   を含む光送信装置。
8. 請求項７記載の光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段と、
   前記少なくとも１つの空間周波数成分について、前記空間周波数成分の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段と、
   を含む光受信装置。
9. 複数の発光素子が配列された光源、
   複数種類の空間周波数成分が対応するように定められた複数の階層に分類された複数の送信データに対して、少なくとも１つの前記空間周波数成分について、該空間周波数成分に対応する階層に分類された前記送信データ毎に、誤り訂正符号化を行う符号化手段、
   前記符号化手段によって誤り訂正符号化が行われた送信データを含む複数の送信データを、分類された階層に応じて、前記複数の階層に対応する、複数の発光素子からなる複数の発光素子群に割り当てる割り当て手段、
   前記割り当て手段によって前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンとみなし、前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データを、各空間周波数成分が混在したパターンに変換するように変換することにより、前記複数の発光素子の各々に対する輝度値データに変換する変換手段、及び
   前記変換手段によって変換された前記輝度値データに基づいて、前記複数の発光素子を点灯させる点灯制御手段を含む光送信装置と、
   前記光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段、
   前記撮像手段によって撮像された画像が表わす前記複数の発光素子の輝度値データを、前記複数の階層の各々に対応する空間周波数成分に分離されたパターンに変換するように変換することにより、前記複数の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データに復調する復調手段、及び
   前記少なくとも１つの空間周波数成分について、前記空間周波数成分の階層に対応する前記複数の発光素子群に割り当てられた送信データ毎に、前記復調手段によって復調された送信データに対して復号化を行う復号化手段を含む光受信装置と、
   を含む光通信システム。