JP2017510125A - フレーム間フリッカーを低減する調光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

可視光通信技術に関するフレーム間フリッカーを低減する調光方法及び調光装置である。前記調光方法は、送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avgdataを算出することと、前記Avgdataと照明状態での平均輝度値Avglightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定することと、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していれば、前記送信側が、アイドルパターンにおいて、前記AvgdataとAvglightとの輝度差を補償するための調光フレームを挿入することと、を含む。また、フレーム間フリッカーを低減する調光装置がさらに開示される。送信側のアイドルパターンの場合、光源輝度を調整する物理フレームを送信するデューティ比は、一定の区間内の値を取ればよく、物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比に正確に等しい必要がない。

Description

本発明は可視光通信技術に関し、特に、フレーム間フリッカーを低減する調光方法及び調光装置に関する。

可視光通信（ＶＬＣ、Visible Light Communication）技術とは、人間の肉眼で見える、波長が４００ナノメートル（ｎｍ）から７００ｎｍの範囲にある光媒体を用いて近距離光無線通信を行う技術である。ＶＬＣ技術は、電磁妨害を受けず、無線周波数（ＲＦ）システムに関わる妨害がない等の利点を有するとともに、帯域範囲として免許不要帯域（unlicensed spectrum）を用いる。可視光を用いたデータ伝送時に、送信側においては、可視光源（例えば、発光ダイオード）を素早くオン・オフしたり、可視光源の輝度を変調したりすることができ、受信側においては、変調された光信号を受信した後、受信側で処理可能なデータに変換する。

可視光を用いた通信の場合、最初には、データ伝送を実現するとともにユーザーによる照明器具の正常な使用を妨害しないよう保証されなければならない。この場合、データ伝送機能の実現と、データフレームの伝送時のフレーム間フリッカー（Inter-frame Flicker）の回避という２つの問題を考慮する必要がある。フレーム間フリッカーは、データ伝送時の光源の平均輝度と照明状態（即ち、送信側が受信状態にあるか、アイドルの照明状態にある）での平均輝度との差によるものである。

関連技術におけるフレーム間フリッカーの低減方法として、送信側がアイドル／受信状態において、アイドルパターン（idle pattern）を用い、即ち、光源輝度を調整するためのフレームを独立して送信する方法である。このような方法では、正確な計算により、光源輝度を調整するためのフレームのデューティ比（Duty Cycle）と、物理層に用いられるラインコーディング（Line Coding）方式のデューティ比とを一致させるよう要求される。これにより、光源輝度調整フレームとデータフレームの平均輝度値が等しくなる。

本発明は、調光のための補償フレームの輝度範囲を拡大するために、フレーム間フリッカーを低減する調光方法及び装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明によると、
送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出することと、
前記Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定することと、
前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していれば、前記送信側が、アイドルパターンにおいて、前記Avg_dataとAvg_lightとの輝度差を補償するための調光フレームを挿入することと、を含むフレーム間フリッカーを低減する調光方法が開示される。

上記方法において、前記Avg_dataとAvg_lightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定することは、
前記Avg_dataとAvg_lightとに基づいて、

（Ｋが定数である）が成り立つか否かを判定し、
上記式が成り立っていなければ、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していると判定することであってもよい。

上記方法において、前記送信側が、アイドルパターンにおいて、調光フレームを挿入することは、

（Ａが物理層に用いられるラインコーディング方式のデューティ比を表し、Ｋが定数である）によって、挿入される調光フレームのデューティ比の範囲を算出することと、
前記送信側が、アイドルパターンにおいて、算出されたデューティ比の範囲内にある任意の１つのデューティ比の調光フレームを挿入して送信することと、を含んでもよい。

上記方法において、前記送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出することは、
物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比を算出することによりAvg_dataを得ることであってもよい。

本発明によると、さらに、
光源輝度を調整するための異なる長さの調光情報を保存するように構成される記憶モジュールと、
送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出し、前記Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定し、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していれば、前記送信側のアイドルパターンにおいて、前記記憶モジュールから対応する調光情報を抽出し、前記Avg_dataとAvg_lightとの輝度差を補償するための調光フレームを生成して物理フレームに挿入するように構成される処理モジュールと、を含むフレーム間フリッカーを低減する調光装置が開示される。

上記装置において、前記処理モジュールは、
前記Avg_dataとAvg_lightとに基づいて、

（Ｋが定数である）が成り立つか否かを判定し、
上記式が成り立っていなければ、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していると判定するように構成されてもよい。

上記装置において、前記処理モジュールは、

（Ａが物理層に用いられるラインコーディング方式のデューティ比を表し、Ｋが定数である）によって、挿入される調光フレームのデューティ比の範囲を算出するように構成され、
前記送信側のアイドルパターンにおいて、前記記憶モジュールから上記デューティ比の範囲を満足する調光情報を抽出し、調光フレームを生成して挿入したうえで送信するように構成されてもよい。

上記装置において、前記処理モジュールは、物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比を算出することによりAvg_dataを得るように構成されてもよい。

上記装置は、可視光通信システムの送信側に設けられるか、可視光通信システムの送信側の外に設けられてもよい。

本発明の技術案によれば、送信側のアイドルパターンの場合、光源輝度を調整する物理フレームを送信するデューティ比は、一定の区間内の値を取ればよく、物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比に正確に等しい必要がない。

本発明の実施例に係るフレーム間フリッカーの低減を実現する方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例に係るフレーム間フリッカーの低減を実現する方法を示す図である。 本発明の実施例に係る調光装置を実現する構成・構造を示す図である。

本発明の目標、技術案及び利点をより明瞭にするために、以下、図面を参照しつつ本発明の技術案をさらに詳しく説明する。なお、衝突しない限り、本願の実施例及び実施例中の構成要件を任意に組み合わせることができる。

（実施例１）
本発明の実施例は、人間の肉眼で光源輝度変化を感知できる規律を利用して、フレーム間フリッカーの低減方法を提案し、即ち、送信側がアイドルパターンである場合、送信される光源輝度を調整する物理フレームのデューティ比は、一定の区間内の値を取ればよく、物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比に正確に等しい必要がない。

本実施例で提供されるフレーム間フリッカーを低減する調光方法は、
送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出することと、
前記Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとの比に基づいて、送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定することと、
送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生している場合に、送信側は、アイドルパターンにおいて、Avg_dataとAvg_lightとの輝度差を補償するための調光フレームを挿入することと、を含む。

送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataは、物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比を算出することで得られることができる。

物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとを比較する場合、

によって、Avg_dataとAvg_lightとの比を算出することができる。

上記式は、Weber-Fechnerの法則によって得られるものであり、人間の目で感覚可能な輝度変化を定義する。式におけるパラメータＫは実験で得られる。

データ送信によって、フレーム間において人間の肉眼で感覚可能なフリッカーが発生する場合、送信側は、アイドルパターンにおいて、フリッカーを低減するための調光フレームを送信する。アイドルパターンとは、送信側が受信状態にあるか、アイドルの照明状態にあることを指す。

本実施例では、アイドルパターンにおける挿入された調光フレームの平均輝度の算出は、調光フレームのデューティ比の算出によって決められ、また、調光フレームのデューティ比αは、

によって算出される。

式において、パラメータＡは、物理層に用いられるラインコーディング方式のデューティ比を表し、パラメータＫは、定数であり、実験によって測定される。該式で算出されるデューティ比の値は、ある区間内のものである。即ち、調光フレームの平均輝度は、ある区間内のものである。この区間内における任意の平均輝度値の調光フレームにより調光の目的を達成する時には、人間の肉眼で感知可能な輝度変化を起こすことは一切ない。

以下、図１を結合して、以下の操作を含む上記フレーム間フリッカーを低減する調光方法の具体的な実現過程を説明する。

ステップ１００：送信側の物理フレームの平均輝度Avg_dataを算出する。

このステップ１００において、平均輝度は、送信側による物理フレームの送信時に用いられるラインコーディング（Line Coding）のデューティ比（Duty Cycle）によって決定されることができる。マンチェスタ符号化を例として、その符号化のデューティ比が５０％である。物理層のラインコーディングがマンチェスタ符号化である場合、ビット「０」の輝度を０とし、ビット「１」の輝度を１００％とすれば、任意の長さの「０」、「１」のビットシーケンス（即ち、物理フレーム）について、この物理フレームの平均輝度が５０％である。送信側が照明状態のみにある場合、その平均輝度が１００％になる。

ステップ１０１：送信側による物理フレームの送信時の平均輝度Avg_dataと照明状態での平均輝度Avg_lightとの比に基づいて、現在、フレーム間フリッカーが存在しているか否かを判定し、存在していれば、ステップ１０２に移行し、存在していなければ、送信側が照明状態を保持する（ステップ１０３）。

具体的には、このステップ１０１において、Avg_dataとAvg_lightとの比が下記式１を満足するか否かを判定することになる。

上記式１は、Weber-Fechnerの法則によって得られるものであり、人間の目で感覚可能な輝度変化を定義する。式におけるパラメータＫは実験で得られる。

上記式１が成り立っていれば、送信側は、データ送信状態と照明状態とが交互に起こる場合、人間の肉眼で感覚可能なフレーム間フリッカーが発生していないこと、即ち、フレーム間フリッカーが存在していないことが認められ、この場合、調光フレームを挿入する必要がない。

上記式１が成り立っていなければ、送信側は、データ送信状態と照明状態とが交互に起こる場合、フレーム間フリッカーが発生していることが認められ、調光フレームの挿入操作を行うステップ１０２に移行することが必要となる。

ステップ１０２：送信側がアイドルパターン（即ち、受信状態又は照明状態）において、フレーム間フリッカーを低減するための調光フレームを送信する。

ここで、下記式２によって、フレーム間フリッカーを低減するための調光フレームのデューティ比を算出することができる。

上記式２において、パラメータＡは、物理層に用いられるラインコーディング方式のデューティ比を表し、
パラメータαは、調光フレームのデューティ比であり、
パラメータＫは、定数であり、実験によって測定される。

式２から、調光フレームのデューティ比αについて、式３に示すような取りうる値の範囲をさらに導出することができる。

式３から算出された調光フレームを図２に示す。

図２において、データ送信時に、Ｄａｔａ_１とＤａｔａ_２の平均輝度が５０％であり、用いられるラインコーディングとして、例えば、マンチェスタ符号化等である。Ｄａｔａ_１を送信してからＤａｔａ_２を送信するまでの時間帯において、送信側が照明状態であれば、この場合の平均輝度値が１００％になる。この場合の輝度変化が人間の肉眼で感覚可能なものであるとすれば（即ちＫ＝０．５）、図２におけるＤｉｍ_１とＤｉｍ_２のような調光フレームを挿入する必要がある。Ｄｉｍ_１とＤｉｍ_２のデューティ比の値は式２から算出され、式２を満足する区間内の任意の値を取ればよい。

アイドルパターンで送信される調光フレームは、送信側の可視性をサポートするためのものに過ぎないため、送信側から送信される調光フレームは、ラインコーディング、チャネルコーディング、変調等が施される必要がない。デューティ比が式２に該当する「０」、「１」のビットシーケンスをそのまま送信することにより、フリッカー低減の目標を達成することができる。

（実施例２）
本実施例にて、フレーム間フリッカーを低減する調光装置が提供され、少なくとも、
光源輝度を調整するための異なる長さの調光情報を保存するように構成される記憶モジュールと、
送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出し、前記Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定し、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していれば、アイドルパターンにおいて、前記記憶モジュールから対応する調光情報を抽出し、前記Avg_dataとAvg_lightとの輝度差を補償するための調光フレームを生成して物理フレームに挿入するように構成される処理モジュールと、を含む。

処理モジュールは、
Avg_dataとAvg_lightとに基づいて、

（Ｋが定数である）が成り立つか否かを判定し、
上記式が成り立っていなければ、送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していると判定するように構成される。

処理モジュールは、以下のように、記憶モジュールから対応する調光情報を抽出して調光フレームを生成する。

まず、

によって、挿入される調光フレームのデューティ比の範囲を算出する。

ここで、Ａが物理層に用いられるラインコーディング方式のデューティ比を表し、Ｋが定数である。

次に、記憶モジュールから上記デューティ比の範囲内の調光情報を抽出してから、調光フレームを生成して挿入したうえで送信する。

処理モジュールは、送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出する場合、物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比を算出することで得ることができる。

なお、上記装置は、可視光通信システムの送信側に設けられてもよいし、独立して設けられてもよい。

以下、図３に示す調光装置を例として、調光装置の具体的な動作過程を説明する。図３に示すように、処理モジュールと、記憶モジュールと、光駆動伝送モジュールと、を少なくとも含む。

記憶モジュールは、異なる長さの「０」、「１」のシーケンスを含む調光情報であって、光源輝度を調整するための異なる長さの調光情報を保存するように構成される。

処理モジュールは、物理フレームの符号化及び復号や、調光フレームの生成等を行うように構成される。具体的には、送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出することと、Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとの比に基づいて、送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定し、送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していれば、アイドルパターンにおいて、記憶モジュールから対応する調光情報を抽出し、調光フレームを生成して物理フレームに挿入することと、を含む。

光駆動伝送モジュールは、データ伝送、光源輝度の調整及び照明を実現するように構成され、具体的には、関連技術の方法によって実現されることができるが、その実現方法は本発明の保護範囲を限定するものではなく、ここではその説明を省略する。

ここで、調光フレームにおける調光情報は、記憶モジュールから読み出された異なる長さの「０」、「１」のシーケンスである。

上記方法におけるステップの一部又は全部は、プログラムに指示される関連ハードウェアによって完成されることができ、前記プログラムは、例えば、リードオンリーメモリ、磁気ディスク又は光ディスク等のコンピュータにより読み出し可能な記憶媒体に記憶されてもよいことは、当業者にとって理解されることができる。上記実施例のステップの一部又は全部は、１つ又は複数の集積回路によって実現されてもよい。対応するように、上記実施例における各手段／ユニットは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェア機能手段で実現されてもよい。本願は、如何なる特定のハードウェアとソフトウェアの結合に制限されない。

以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の保護範囲を限定することは意図していない。本発明の思想や原則内の如何なる修正、均等の置き換え、改良などは、全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (9)

1. 送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出することと、
   前記Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定することと、
   前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していれば、前記送信側が、アイドルパターンにおいて、前記Avg_dataとAvg_lightとの輝度差を補償するための調光フレームを挿入することと、
   を含むフレーム間フリッカーを低減する調光方法。
2. 前記Avg_dataとAvg_lightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定することは、
   前記Avg_dataとAvg_lightとに基づいて、
   

   

   （Ｋが定数である）が成り立つか否かを判定することと、
   上記式が成り立っていなければ、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していると判定することと、を含む
   請求項１に記載の方法。
3. 前記送信側が、アイドルパターンにおいて、調光フレームを挿入することは、
   

   

   （Ａが物理層に用いられるラインコーディング方式のデューティ比を表し、Ｋが定数である）によって、挿入される調光フレームのデューティ比の範囲を算出することと、
   前記送信側がアイドルパターンにおいて、算出されたデューティ比の範囲内にある任意の１つのデューティ比の調光フレームを挿入して送信することと、を含む
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出することは、
   物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比を算出することによりAvg_dataを得ること、を含む
   請求項３に記載の方法。
5. 光源輝度を調整するための異なる長さの調光情報を保存するように構成される記憶モジュールと、
   送信側による物理フレームの送信時の平均輝度値Avg_dataを算出し、前記Avg_dataと照明状態での平均輝度値Avg_lightとの比に基づいて、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生しているか否かを判定し、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していれば、前記送信側のアイドルパターンにおいて、前記記憶モジュールから対応する調光情報を抽出し、前記Avg_dataとAvg_lightとの輝度差を補償するための調光フレームを生成して物理フレームに挿入するように構成される処理モジュールと、
   を含むフレーム間フリッカーを低減する調光装置。
6. 前記処理モジュールは、
   前記Avg_dataとAvg_lightとに基づいて、
   

   

   （Ｋが定数である）が成り立つか否かを判定し、
   上記式が成り立っていなければ、前記送信側のデータ送信時にフレーム間フリッカーが発生していると判定するように構成される
   請求項５に記載の装置。
7. 前記処理モジュールは、
   

   

   （Ａが物理層に用いられるラインコーディング方式のデューティ比を表し、Ｋが定数である）によって、挿入される調光フレームのデューティ比の範囲を算出するように構成され、
   前記送信側のアイドルパターンにおいて、前記記憶モジュールから上記デューティ比の範囲を満足する調光情報を抽出し、調光フレームを生成して挿入したうえで送信するように構成される
   請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記処理モジュールは、物理層に用いられるラインコーディングのデューティ比を算出することによりAvg_dataを得るように構成される
   請求項７に記載の装置。
9. 可視光通信システムの送信側に設けられるか、可視光通信システムの送信側の外に設けられる
   請求項７に記載の装置。

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