JP5989349B2

JP5989349B2 - 人体通信システムにおける送信機、受信機およびその方法

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Publication number: JP5989349B2
Application number: JP2012024456A
Authority: JP
Inventors: 寅基林; 炯一朴; 昌煕 ▲刑▼; 盛元姜; 正煥 ▲黄▼; 泰旭姜; 景洙金; 整範金; ▲聖▼ 恩金; 眞慶金; 景煥朴; ▲柄▼ 建崔; 太榮康
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: FR2971382B1; JP2012165384A; US20120201235A1; CN102695047B; DE102012100986A1; KR20120090800A; CN102695047A; FR2977426A1; KR101580479B1; FR2971382A1; DE102012100986B4; US8798049B2

Description

本発明は、人体通信システムにおける送信機、受信機およびその方法に関し、より具体的には、カプセル内視鏡などで適用される人体通信システムにおいて、２つの送信電極と複数の受信電極を用いる場合、最適な受信電極の組合せを選択することにより、データ送受信の面でより効率的かつ安定した送受信を行うことができる、人体通信システムにおける送信機、受信機およびその方法に関する。

本発明の背景技術は、大韓民国登録特許公報第０５２２１３２号（２００５年１０月１０日公開）に開示されている。

人体内から医学的情報を収集するための様々な検知装置が開発されて用いられているが、この情報収集技術のみならず、収集された情報を人体の外部に伝送する技術も非常に重要である。

一般的なデータ伝送方法としては、胃腸内の状態を観察するための目的で開発された内視鏡に適用される通信ケーブル方式がある。通信ケーブル方式では、導線または光ファイバからなるケーブルを主に患者の喉を通して人体内に挿入する。このような通信ケーブル方式は、信頼性が高く、人体内から収集したデータの品質が優れているという利点があるが、内視鏡手術を受ける患者にとって大きな苦痛を与えるという深刻な問題があった。

このような問題を解決するために、最近、イスラエルのＧｉｖｅｎＩｍａｇｉｎｇ社ではＭ２Ａという商品名のカプセル型内視鏡を開発した。このカプセル内視鏡は、既存の胃内視鏡や大腸内視鏡とは異なり、錠剤の形態であって、使用者がカプセル内視鏡を口を通して飲み込めば、食道、胃、小腸、大腸内のイメージをカプセル内視鏡内のイメージセンサを介して撮影する。そして、カプセル内視鏡は、この撮影されたイメージデータを無線通信を介して人体の外部にある受信機に伝達して記憶できるようにする。

しかし、前記カプセル型内視鏡は、信号伝送方式として無線電波方式を採用しており、電力消耗が大きく、これにより、動作時間が短くなり、人体外の各種電磁波の干渉を受けて受信感度が劣化し、映像信号を高周波信号に変換する変調回路、信号伝送のためのアンテナなどの無線送信機を備えなければならないことから、体積が大きくなり、生産費用が上昇し、高周波の使用により人体に有害な影響を及ぼし得るという問題があった。そこで、人体を導体にし、低周波の電流で人体内のデータを人体の外部に伝送することができる人体通信システムが開発された。

しかしながら、従来の人体通信システムでは、人体内に投入されたカプセル型内視鏡の表面に形成された送信電極間の電位差によって電流が発生し、人体を通して電流が流れると、人体表面に設けられた２つの受信電極の間に電圧が誘起されることにより、受信装置が人体内のデータを受信できるようになっていた。しかし、前記のように２つの受信電極のみを用いる場合、電流の方向が受信電極の配置方向と垂直のとき、受信電極で電圧が誘起されないかまたは小さくなり、人体内のカプセル型内視鏡が送信した信号を人体外の受信装置が正確に受信できないという問題があった。

さらに、カプセル型内視鏡の送信電極間の電位差によって発生した電流が人体を通して受信電極に達すると、送信電極と受信電極との距離に応じて電圧が誘起されるが、実際に人体内で伝送する送信信号が人体を通過して受信電極に達すると、その電圧値が数千倍から数万倍に減殺され、人体に誘起される電磁波ノイズによって信号干渉が発生するため、送信信号を正確に受信できないという問題があった。

韓国特許出願公開１０２００４００６８４２４Ａ

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、カプセル内視鏡などで適用される人体通信システムにおいて、２つの送信電極と複数の受信電極を用いる場合、最適な受信電極の組合せを選択することにより、データ送受信の面でより効率的かつ安定した送受信を行うことができる、人体通信システムにおける送信機、受信機およびその方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、本発明は、取得されたイメージに関するイメージデータを含むイメージフレームを生成するイメージデータ生成部と、前記イメージフレームを受信して伝送フレームを生成する伝送フレーム生成部と、前記伝送フレームを伝送するための送信電極とを含むが、前記伝送フレームは、受信機における受信電極対選択のために用いられる複数の制御フレームと、前記イメージフレームを備えた複数のデータフレームとを含むことを特徴とする、人体通信システムにおける送信機を提供する。

本発明において、前記複数の制御フレームの各々は、フレームの同期と前記受信電極選択のために用いられる第１プリアンブルと、フレームの類型を区分するための第１ヘッダと、前記イメージフレームに関する情報を含むフレーム情報と、前記受信機における電極のスイッチングに必要な時間を提供するためのスイッチングタイム部とを含み、前記複数のデータフレームの各々は、フレームの同期のための第２プリアンブルと、フレームの類型を区分するための第２ヘッダと、前記イメージフレームの少なくとも一部とを含むことが好ましい。本発明において、前記複数の制御フレームの個数は、受信機における受信電極の個数によって決定されることが好ましい。

本発明において、前記伝送フレーム生成部は、前記イメージフレームを予め設定された変調方式によって変調するデータ変調部と、前記第１および第２プリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、前記第１および第２ヘッダを生成するヘッダ生成部と、前記フレーム情報を生成するフレーム情報生成部と、前記変調されたイメージフレーム、第１および第２プリアンブル、第１および第２ヘッダ、前記フレーム情報および前記スイッチングタイム部を多重化して前記伝送フレームを生成する多重化器とを含むことが好ましい。

本発明の他の態様によれば、本発明は、複数の制御フレームと複数のデータフレームとを含む伝送フレームを受信する複数の受信電極と、前記複数の受信電極に接続される第１および第２スイッチと、前記複数の制御フレームの各々が入力される度に、予め設定された規則に従って、各制御フレームに対応して前記複数の受信電極が前記第１および第２スイッチに選択的に接続されるように、前記第１および第２スイッチをスイッチング制御するスイッチング制御部と、前記第１および第２スイッチから出力される伝送フレームの信号を増幅し、ノイズ除去のためのフィルタリングを遂行して信号処理する信号処理部と、前記信号処理された伝送フレームに含まれた前記複数の制御フレームの各々から第１プリアンブルを検出し、各第１プリアンブルに対するプリアンブル相関値を生成するプリアンブル検出部と、前記プリアンブル相関値に基づいて前記複数の受信電極の中から最終受信電極対を選択するように、前記スイッチング制御部を制御する相関値処理部とを含むことを特徴とする、人体通信システムにおける受信機を提供する。

本発明において、前記プリアンブル相関値は、検出された前記各々の第１プリアンブルを予め決定された基準プリアンブルとビットごとに比較して得たデータの相関度を示すことが好ましい。

本発明において、前記相関値処理部は、予め決定された基準相関値と前記プリアンブル相関値との間の絶対値が最も大きい第１プリアンブルに対応する２つの受信電極を前記最終受信電極対として選択することが好ましい。

本発明において、前記複数の制御フレームの各々は、フレームの同期と前記最終受信電極対選択のために用いられる前記第１プリアンブルと、フレームの類型を区分するための第１ヘッダと、イメージフレームに関する情報を含むフレーム情報と、前記スイッチング制御部におけるスイッチング制御に必要な時間を提供するためのスイッチングタイム部とを含み、前記複数のデータフレームの各々は、フレームの同期のための第２プリアンブルと、フレームの類型を区分するための第２ヘッダと、前記イメージフレームの少なくとも一部とを含むことが好ましい。

本発明において、前記複数の制御フレームの個数は、前記複数の受信電極の個数によって決定されることが好ましい。

本発明において、前記信号処理された伝送フレームに対して逆多重化を行う逆多重化器と、前記逆多重化器の出力からヘッダ部分を復調するヘッダ処理部と、前記ヘッダ処理部で復調されたヘッダの判別結果、フレームの類型がデータフレームの場合、前記逆多重化器の出力から前記イメージフレームを復調するデータ復調部と、前記復調されたイメージフレームを処理するイメージデータ処理部とをさらに含むことが好ましい。

また、本発明のさらに他の態様によれば、本発明は、人体通信システムに適用されるデータ送信方法であって、取得されたイメージに関するイメージデータを含むイメージフレームを生成するステップと、前記イメージフレームを含む伝送フレームを生成するステップと、送信電極を介して前記伝送フレームを伝送するステップとを含むが、前記伝送フレームは、受信機における受信電極対選択のために用いられる複数の制御フレームと、前記イメージフレームを備えた複数のデータフレームとを含むことを特徴とする、人体通信システムに適用されるデータ送信方法を提供する。

また、本発明のさらに他の態様によれば、本発明は、人体通信システムに適用されるデータ受信方法であって、複数の受信電極を介して複数の制御フレームと複数のデータフレームとを含む伝送フレームを受信するステップと、前記複数の制御フレームの各々が入力される度に、予め設定された規則に従って、各制御フレームに対応して前記複数の受信電極が第１および第２スイッチに選択的に接続されるように、スイッチング制御部が第１および第２スイッチをスイッチング制御するステップと、信号処理部が前記第１および第２スイッチから出力される伝送フレームを信号処理するステップと、プリアンブル検出部が、前記信号処理された伝送フレームに含まれた前記複数の制御フレームの各々から第１プリアンブルを検出し、各第１プリアンブルに対するプリアンブル相関値を生成するステップと、相関値処理部が、前記プリアンブル相関値に基づいて前記複数の受信電極の中から最終受信電極対を選択するように、前記スイッチング制御部を制御するステップとを含むことを特徴とする、人体通信システムに適用されるデータ受信方法を提供する。

本発明によれば、カプセル内視鏡などで適用される人体通信システムにおいて、２つの送信電極と複数の受信電極を用いる場合、最適な受信電極の組合せを選択することにより、データ送受信の面でより効率的かつ安定した送受信を行うことができる、人体通信システムにおける送信機、受信機およびその方法を提供可能である。

本発明の一実施形態にかかる送信機の構成を示したものである。本発明の一実施形態にかかる送信機に適用されるデータ変調部の構成を示したものである。図２のデータ変調部に適用されるサブ周波数選択的拡散器の構成を示したものである。本発明の一実施形態にかかる受信機の構成を示したものである。本実施形態で用いられる伝送フレームの構成を示したものである。

以下では、添付した図面を参考にして、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書の全体にわたって類似の部分については、類似の図面符号を付した。

明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

図１は本発明の一実施形態にかかる送信機の構成を、図２は本発明の一実施形態にかかる送信機に適用されるデータ変調部の構成を、図３は図２のデータ変調部に適用されるサブ周波数選択的拡散器の構成を、図４は本発明の一実施形態にかかる受信機の構成を、図５は本実施形態で用いられる伝送フレームの構成を示したものである。以下、これを参照して本発明を説明する。

まず、図５に示すように、本実施形態の送信機および受信機で適用される伝送フレームは、受信機における受信電極対選択のために用いられる複数の制御フレーム３００と、イメージフレーム５００を備えた複数のデータフレーム４００とを含むことができる。

前記複数の制御フレーム３００の各々は、フレームの同期と受信電極選択のために用いられる第１プリアンブルＰ１と、フレームの類型を区分するための第１ヘッダＨ１と、イメージフレーム５００に関する情報を有するフレーム情報と、受信機における電極のスイッチングに必要な時間を提供するためのスイッチングタイム部とを含むことができる。そして、複数のデータフレーム４００の各々は、フレームの同期のための第２プリアンブルＰ２と、フレームの類型を区分するための第２ヘッダＨ２と、前記イメージフレーム５００の少なくとも一部とを含むことができ、これに関するより具体的な内容は、以下に説明される。

図１に示すように、本実施形態にかかる人体通信システムにおける送信機は、イメージセンサ部１００で取得されたイメージに関するイメージデータを含むイメージフレーム５００を生成するイメージデータ生成部１１０と、前記イメージフレーム５００を受信して伝送フレームを生成する伝送フレーム生成部１０００と、前記伝送フレームを伝送するための送信電極１６０とを含むことができる。そして、伝送フレーム生成部１０００は、前記イメージフレーム５００を予め設定された変調方式によって変調するデータ変調部１４０と、第１および第２プリアンブルＰ１、Ｐ２を生成するプリアンブル生成部１２０と、第１および第２ヘッダＨ１、Ｈ２を生成するヘッダ生成部１３０と、フレーム情報を生成するフレーム情報生成部１８０と、前記変調されたイメージフレーム５００、第１および第２プリアンブルＰ１、Ｐ２、第１および第２ヘッダＨ１、Ｈ２、フレーム情報およびスイッチングタイム部を多重化して前記伝送フレームを生成する多重化器１５０とを含むことができる。

また、図４に示すように、本実施形態にかかる人体通信システムにおける受信機は、複数の制御フレーム３００と複数のデータフレーム４００とを含む伝送フレームを受信する複数の受信電極１〜ｎを含む受信電極部２００と、前記複数の受信電極１〜ｎに接続される第１および第２スイッチ２１１、２１２と、前記複数の制御フレーム３００の各々が入力される度に、予め設定された規則に従って、各制御フレーム３００に対応して前記複数の受信電極１〜ｎが前記第１および第２スイッチ２１１、２１２に選択的に接続されるように、前記第１および第２スイッチ２１１、２１２をスイッチング制御するスイッチング制御部２５０と、前記第１および第２スイッチ２１１、２１２から出力される伝送フレームの信号を増幅し、ノイズ除去のためのフィルタリングを遂行して信号処理する信号処理部２１４と、前記信号処理された伝送フレームに含まれた前記複数の制御フレーム３００の各々から第１プリアンブルＰ１を検出し、各第１プリアンブルＰ１に対するプリアンブル相関値を生成するプリアンブル検出部２３０と、前記プリアンブル相関値に基づいて前記複数の受信電極１〜ｎの中から最終受信電極対を選択するように、前記スイッチング制御部２５０を制御する相関値処理部２４０とを含むことができる。

また、本実施形態にかかる人体通信システムにおける受信機は、信号処理された伝送フレームに対して逆多重化を行う逆多重化器２２０と、前記逆多重化器２２０の出力からヘッダ部分を復調するヘッダ処理部２６０と、前記ヘッダ処理部２６０で復調されたヘッダの判別結果、フレームの類型がデータフレームの場合、前記逆多重化器２２０の出力から前記イメージフレーム５００を復調するデータ復調部２７０と、前記復調されたイメージフレーム５００を処理するイメージデータ処理部２８０とを追加でさらに含むことができる。

このように構成された本実施形態の動作および作用を、図１〜図５を参照して具体的に説明する。

本実施形態の人体通信システムにおける送信機、受信機およびその方法は、例えば、カプセル内視鏡用の送受信方法および装置などに用いることができる。本実施形態で用いられる伝送フレーム構造は、受信機の複数の受信電極１〜ｎのうちの受信電極対選択のための短い長さで繰り返される複数（Ｃ個）の制御フレーム３００と、選択された受信電極対を用いてイメージデータを伝送するための複数（Ｄ個）のデータフレーム４００とを備える。制御フレーム３００の各々は、第１プリアンブルＰ１と、第１ヘッダＨ１と、フレーム情報と、スイッチングタイムとを含んで構成され、データフレーム４００の各々は、第２プリアンブルＰ２と、第２ヘッダＨ２と、データと、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）とを含んで構成される。

図１は、本実施形態にかかる人体通信システムにおける送信機の構成を示す。図１において、イメージデータ生成部１１０は、イメージセンサ部１００によってセンシングされたイメージを受信してイメージデータを生成するが、このイメージデータにイメージラインナンバーなどのようなイメージ情報を付加して、図５に示すようなＡバイトＢラインのイメージフレーム５００を生成する。

上述したように、伝送フレーム生成部１０００は、データ変調部１４０と、プリアンブル生成部１２０と、ヘッダ生成部１３０と、フレーム情報生成部１８０と、多重化器１５０とを含むことができる。

プリアンブル生成部１２０は、短く繰り返される複数の制御フレーム３００の開始およびデータフレーム４００の開始部分にフレームの同期のための一定長さのプリアンブルＰ１、Ｐ２を生成するが、制御フレーム３００に用いられるプリアンブルＰ１とデータフレーム４００に用いられるプリアンブルＰ２を区分するために、それぞれ第１プリアンブルＰ１と第２プリアンブルＰ２として示す。制御フレーム３００の各々に用いられる第１プリアンブルＰ１は、受信機における受信電極対選択のために用いられる。

ヘッダ生成部１３０は、制御フレーム３００とデータフレーム４００を区分するための区分子とフレーム制御ビットを有するヘッダＨ１、Ｈ２を生成する。制御フレーム３００に用いられるヘッダＨ１とデータフレーム４００に用いられるヘッダＨ２を区分するために、それぞれ第１ヘッダＨ１と第２ヘッダＨ２として示す。

そして、フレーム情報生成部１８０は、フレーム情報を生成する。このフレーム情報は、イメージフレームナンバーとイメージ露出時間などのイメージフレームに関連する情報を含むことができる。

データ変調部１４０は、イメージデータ生成部１１０で生成された前記イメージフレームを予め設定された変調方式によって変調して多重化器１５０に提供するが、ここで用いられる変調方式としては、通信方式やイメージデータのフォーマットなどに応じて多様な方式の変調方式が適用可能である。

多重化器１５０は、生成された第１プリアンブルＰ１、第１ヘッダＨ１、およびフレーム情報にスイッチングタイムを付加して複数（Ｃ個）の制御フレーム３００を生成し、第２プリアンブルＰ２、第２ヘッダＨ２、およびイメージフレームであるデータにＣＲＣを付加して複数（Ｄ個）のデータフレーム４００を生成する。ここで、スイッチングタイムは、受信機の２つのスイッチに接続される複数の受信電極をスイッチングするのに用いられる時間を確保するために追加される。ＣＲＣは、複数のデータフレーム４００の各々の最後に追加される周期的冗長検査（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）を示す。

このように生成された制御フレーム３００とデータフレーム４００とを含む伝送フレームは送信電極１６０を介して伝送され、制御フレーム３００とデータフレーム４００については、以下でより詳細に説明される。

一方、前記データ変調部１４０で適用される変調方式の一例として、データ変調部１４０は、図２の実施形態のような周波数選択的拡散符号を用いた周波数選択的デジタル伝送（ＦＳＤＴ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｅｌｅｃｔｉｖｅＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）方式によって拡散したデータを生成することができる。

図２は、本実施形態にかかる送信機内のデータ変調部１４０の構成例である。データ変調部１４０は、ＣＲＣ生成器１０と、直列−並列変換器２０と、周波数選択的拡散器３０と、多重化器４０とを含んで構成される。

イメージデータ生成部１１０から入力されるイメージフレームデータは、データ変調部１４０内のＣＲＣ生成器１０に入力されるとともに、直列−並列変換器２０に入力される。そして、直列−並列変換器２０における直列−並列変換過程を経て生成された１２ビットの並列シンボルは、周波数選択的拡散器３０に入力される。入力された１２ビットの並列シンボルは、上位から４ビットずつ分けられ、サブ周波数選択的拡散器３１、４１、５１にそれぞれ入力される。周波数選択のためのサブ周波数選択的拡散器３１、４１、５１内のＳＧＮ１、ＳＧＮ２、ＳＧＮ３の値をそれぞれ「１０１」、「１１０」、「１１１」と仮定すると、サブ周波数選択的拡散器１（３１）は、入力ビットｂ１１、ｂ１０、ｂ９、ｂ８とＳＧＮ１の値である「１０１」により、サブグループ５のウォルシュ符号８個（Ｗ_４０〜Ｗ_４７）のうちの１つをｂ１１、ｂ１０、ｂ９の３ビットに選択し、この値をｂ８とＸＯＲし、１ビット列の形態で６４ビットをＡとして出力する。サブ周波数選択的拡散器２（４１）は、入力ビットｂ７、ｂ６、ｂ５、ｂ４とＳＧＮ２の値である「１１０」により、サブグループ６のウォルシュ符号８個（Ｗ_４８〜Ｗ_５５）のうちの１つをｂ７、ｂ６、ｂ５の３ビットに選択し、この値をｂ４とＸＯＲし、１ビット列の形態で６４ビットをｂとして出力する。サブ周波数選択的拡散器３（５１）は、入力ビットｂ３、ｂ２、ｂ１、ｂ０とＳＧＮ３の値である「１１１」により、サブグループ７のウォルシュ符号８個（Ｗ_５６〜Ｗ_６３）のうちの１つをｂ３、ｂ２、ｂ１の３ビットに選択し、この値をｂ０とＸＯＲし、１ビット列の形態で６４ビットをＣとして出力する。

次いで、複数値選択部５４は、前記各サブ周波数選択的拡散器３１、４１、５１から出力されるＡ、ＢおよびＣの３ビット列を受信し、下記数式１による値Ｄを複数値として出力する。

［数１］
Ｄ＝（ＡａｎｄＢ）ｏｒ（ＢａｎｄＣ）ｏｒ（ＣａｎｄＡ）
上記数式１において、「ｏｒ」はＯＲゲートを、「ａｎｄ」はＡＮＤゲートを示す。

多重化器４０は、データフレーム４００の構成により、周波数選択的拡散器３０の出力とＣＲＣ生成器１０で生成されたＣＲＣ値を選択して出力する。

図３は、本実施形態にかかるサブ周波数選択的拡散器１（３１）の構成を示したものである。サブ周波数選択的拡散器１（３１）は、６ビットカウンタ８０を有し、３ビットの周波数選択制御ビットｓ２、ｓ１、ｓ０と、４ビットのデータ入力ビットｂ１１、ｂ１０、ｂ９、ｂ８とを有する。６ビットカウンタは、０から６３をカウントするために、シンボル週期ごとに初期値「０」にリセットされる。３ビットの周波数選択制御ビットｓ２、ｓ１、ｓ０と３ビットのデータ入力ビットｂ１１、ｂ１０、ｂ９は、８個のウォルシュ符号のうちの１つを選択して生成し、入力ビットのうち、ｂ８は生成されたウォルシュ符号とＸＯＲ演算されることにより、１ビット列形態のＡが出力される。また、Ｇｒａｙインデキシングのために、５個のＸＯＲ論理回路８１、８２、８３、８４、８５が提供される。そして、６ビットカウンタの出力であるＣ_５〜Ｃ_０と、周波数選択制御ビットの最上位ビットｓ２と、５個のＸＯＲ論理回路の出力ビットをそれぞれ入力とする６個のＡＮＤ論理回路８６、８７、８８、８９、９０、９１と、６個のＡＮＤ論理回路の出力とｂ８をＸＯＲするためのＸＯＲ論理回路９２とが提供される。サブ周波数選択的拡散器２（４１）とサブ周波数選択的拡散器３（５１）は、同様の方法によって構成できる。

図４は、本発明の実施形態にかかる人体通信システムにおける受信機、例えば、カプセル内視鏡用の受信装置の構成例を示す。図４において、ｎ個の受信電極１〜ｎを含む受信電極部２００は、人体の各部位に付着して人体内の送信装置で伝送する信号を受信し、受信電極１〜ｎの出力は、アナログ受信部２１０の第１スイッチ２１１および第２スイッチ２１２にそれぞれ接続されている。

第１スイッチ２１１と第２スイッチ２１２は、スイッチング制御部２５０の制御信号を受信し、ｎ個の受信電極１〜ｎのうちの受信電極対とそれぞれ選択的に接続される。第１スイッチ２１１の出力は、差動増幅器２１３の＋端子に接続され、第２スイッチ２１２の出力は、差動増幅器２１３の−端子に接続され、差動増幅器２１３は、２つの電極間の電圧値の差を増幅して出力する。

次いで、信号処理部２１４は、差動増幅器２１３の出力である受信電極対の電圧差を受信し、その入力信号に対してノイズ除去のためのフィルタリング、信号増幅および周波数とタイミング同期のためのＣＤＲ（ＣｌｏｃｋａｎｄＤａｔａＲｅｃｏｖｅｒｙ）などを行う。信号処理部２１４の出力は、プリアンブル検出部２３０および逆多重化器２２０に提供される。

プリアンブル検出部２３０は、信号処理部２１４の出力を受信し、複数の制御フレーム３００とデータフレーム４００に含まれている一定長さの第１および第２プリアンブルＰ１、Ｐ２を検出してフレームの同期が行われるようにし、複数の制御フレーム３００の各々に含まれている第１プリアンブルＰ１に対してプリアンブル相関値を生成する。ここで、プリアンブル相関値とは、前記検出された各々の第１プリアンブルを、予め決定された基準プリアンブルとビットごとに比較して得たデータの相関度を示す。

仮に、１０ビット長さのプリアンブルを例にすると、予め決定された基準プリアンブルが「１１１１１０００００」のとき、ある第１プリアンブルが「１１１１１００１１１」であるとすれば、値が同じビットの数が７で、相違するビットの数が３であるので、データの相関度であるプリアンブル相関値は７となり得る。また、値が同じビットの数が２で、相違するビットの数が８であるとすれば、プリアンブル相関値は２となり得る。すなわち、複数の制御フレーム３００の各第１プリアンブルＰ１に対してプリアンブル相関値を計算すると、その値が大きければ大きいほど、基準プリアンブル対比のデータの正確度がそれだけ高いことが分かる。また、第１スイッチ２１１が差動増幅器２１３の＋端子に接続され、第２スイッチ２１２が差動増幅器２１３の−端子に接続されているので、第１スイッチ２１１と第２スイッチ２１２に各受信電極対が接続される順序または位置によっては、差動増幅器２１３の出力と信号処理部の出力が反転した反転信号として出力され得る。この場合、たとえプリアンブル相関値が相対的に低い場合であっても、その値が低ければ低いほど、同じく基準プリアンブル対比のデータの正確度が高いと考えられる。したがって、中間程度水準の予め決定された基準相関値と前記各プリアンブル相関値との間の差の絶対値を算出し、その絶対値が比較的大きい第１プリアンブルＰ１が含まれている当該制御フレーム３００を受信した受信電極対の組合せにより、受信されるデータはそれだけデータの正確度が高いことが分かり、これは、後のステップで受信電極１〜ｎにおける最終受信電極対を決定する基準となり得る。

実施形態によっては、前記プリアンブル相関値の計算の際、同じビットの数と相違するビットの数に対して、前記とは異なる演算を行うことで相関値を求めることもできるはずであり、基準プリアンブルと当該プリアンブルとの間のデータの正確度を示すことができる相関値であるとすれば、どの算出方法によっても、設計者の意図に応じて多様に決定可能である。

一方、逆多重化器２２０は、前記信号処理された伝送フレームに対して逆多重化を行い、ヘッダ処理部２６０は、逆多重化によって得られた出力信号から第１ヘッダＨ１と第２ヘッダＨ２を抽出し、フレーム区分子とフレーム制御ビットを復調する。このとき、受信されたフレーム区分子が制御フレームの場合、プリアンブル検出部２３０で生成されたプリアンブル相関値とフレーム制御ビットは相関値処理部２４０に提供される。

相関値処理部２４０は、プリアンブル相関値とフレーム制御ビットの入力の度に、基本受信電極対の組合せから開始し、受信電極の個数に応じて、定められた順序に基づいて受信電極対の組合せをアップデートし続け、得られるプリアンブル相関値をプリアンブル検出部２３０から受信して記憶し、前記基準相関値とプリアンブル相関値との間の絶対値が最大値であるプリアンブルに対応する受信電極対を最終的に選択する。

もちろん、このためには、スイッチング制御部２５０のスイッチング制御が必要であるが、スイッチング制御部２５０は、複数の制御フレーム３００の各々が受信電極１〜ｎを介して受信される度に、基本受信電極対の組合せから開始し、受信電極１〜ｎの個数に応じて、定められた順序に基づいて受信電極対の組合せをアップデートさせ続けるように、第１スイッチ２１１と第２スイッチ２１２とをスイッチング制御する。このために、スイッチング制御部２５０は、相関値処理部２４０から現在の受信電極の組合せに関する情報を受信することができ、各制御フレームに含まれている「スイッチングタイム」の間にアナログ受信部２１０内の第１スイッチ２１１と第２スイッチ２１２とをスイッチングするための制御信号を生成する。ここで、基本受信電極対の組合せと定められた順序は、複数の臨床実験によって最適な受信状態を示す受信電極の順序で決定する。すなわち、各々の制御フレーム１個ごとに、これに対応して受信電極対の組合せが選択されるため、Ｃ個の制御フレームに対してＣ個の受信電極対が選択され、第１および第２スイッチ２１１、２１２に接続可能である。

前記過程により、最も受信感度または正確度の優れた受信電極対が決定され、ヘッダ処理部２６０で復調されたフレーム区分子がデータフレームの場合、データ復調部２７０は、逆多重化器２２０の出力を受信して復調を行った後、復調されたデータをイメージデータ処理部２８０に伝送する。そして、イメージデータ処理部２８０は、復調されたイメージフレームを信号処理して出力する。

この過程により、人体通信システム内から伝送されたイメージデータは、最適な受信電極対を介して最適な正確度を有するイメージの形態で使用者に提供できるようになる。

一方、図５に本発明の実施形態にかかる伝送フレーム構成図を示す。

イメージデータ生成部１１０は、イメージセンサ部１００から読み出したイメージデータとイメージ情報を付加してＡバイトＢラインのイメージフレーム５００を生成する。生成された１つのイメージフレーム５００を伝送するために、伝送フレームは、Ｃ個の短い長さを有する制御フレーム３００とＤ個のデータフレーム４００とを含んで構成される。

制御フレーム３００は、最適な受信電極対を選択するための第１プリアンブルＰ１と、第１ヘッダＨ１と、フレーム情報と、スイッチングタイムとを含んで構成されるが、第１プリアンブルＰ１は、制御フレームの同期と前記プリアンブル相関値の計算などに用いられる。そして、第１ヘッダＨ１は、フレーム区分子とその他フレーム制御ビットなどを含み、受信されたフレームが制御フレームなのか、データフレームなのかを知らせる。フレーム情報は、イメージフレームナンバーとイメージ露出時間などのイメージフレームに関連する情報を含むことができ、一定長さのスイッチングタイムは、上述したように、受信機における第１スイッチ２１１と第２スイッチ２１２で複数の受信電極１〜ｎのうちの２つの受信電極対を選択的にスイッチングするのに用いられる。

制御フレーム３００の個数Ｃ個は、複数の受信電極１〜ｎの個数ｎによって決定され、ｎ個の中から互いに異なる２つの受信電極を選択する場合の数を意味する_ｎＣ_２と同じ値に設定可能である。こうすることで、受信機は、複数の受信電極１〜ｎの中から選択できる可能な受信電極対の組合せの各々を介してＣ個の制御フレーム３００の各々を受信することができ、この受信したＣ個の制御フレーム３００の各々に対するフレーム相関値を比較することにより、信号の受信正確度または受信感度が最も優れた最終受信電極対の組合せを最適な受信電極対として決定することができる。このような最終受信電極対の組合せを選択する作業は、上述したように相関値処理部２４０で行われ、これの制御を受けるスイッチング制御部２５０は、この最終受信電極対を介してデータフレーム４００を受信するように、第１スイッチ２１１と第２スイッチ２１２とをスイッチング制御する。

そして、データフレーム４００は、前記制御フレーム３００によって決定された最終受信電極対を用いてイメージフレーム５００を伝送するためのフレームであって、第２プリアンブルＰ２と、第２ヘッダＨ２と、データと、ＣＲＣとを含んで構成される。第２プリアンブルＰ２は、制御フレーム３００におけるようなプリアンブルを用いることができ、第２ヘッダＨ２は、データフレームを示すフレーム区分子とデータラインナンバーのようなデータフレーム情報を含むことができる。Ｅバイトのデータはイメージフレーム５００から入力され、入力されるデータにはＣＲＣ値が生成され、Ｅバイトのデータ伝送後に付加されて伝送される。データフレーム４００の個数Ｄとデータの長さＥバイトは、イメージフレームのＡバイト、Ｂラインに対して、下記数式２のような関係式を有する。

［数２］
Ａバイト×Ｂライン＝Ｅバイト×Ｄ個（データフレームの個数）
以上説明したように、本実施形態によれば、カプセル内視鏡などで適用される人体通信システムにおいて、２つの送信電極と複数の受信電極を用いる場合、最適な受信電極の組合せを選択することにより、データ送受信の面でより効率的かつ安定した送受信を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、下記の請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も、本発明の権利範囲に属する。

Claims

取得されたイメージに関するイメージデータを含むイメージフレームを生成するイメージデータ生成部と、
前記イメージフレームを受信して伝送フレームを生成する伝送フレーム生成部と、
前記伝送フレームを伝送するための送信電極とを含み、
前記伝送フレームは、受信機における受信電極対選択のために用いられる複数の制御フレームと、前記イメージフレームを備えた複数のデータフレームとを含み、
前記複数の制御フレームの各々は、
フレームの同期と前記受信電極対選択のために用いられる第１プリアンブルと、
前記受信機における電極のスイッチングに必要な時間を提供するためのスイッチングタイム部とを含み、
前記複数のデータフレームの各々は、
フレームの同期のための第２プリアンブルと、
前記イメージフレームの少なくとも一部とを含み、
前記伝送フレーム生成部は、
少なくとも、変調された前記イメージフレーム、前記第１プリアンブルおよび前記第２プリアンブル、並びに、前記スイッチングタイム部を多重化して前記伝送フレームを生成する多重化器とを含むことを特徴とする、人体通信システムにおける送信機。
前記複数の制御フレームの各々は、
フレームの類型を区分するための第１ヘッダと、
前記イメージフレームに関する情報を含むフレーム情報と、をさらに含み、
前記複数のデータフレームの各々は、
フレームの類型を区分するための第２ヘッダと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の人体通信システムにおける送信機。
前記複数の制御フレームの個数は、受信機における受信電極の個数によって決定されることを特徴とする、請求項２に記載の人体通信システムにおける送信機。
前記伝送フレーム生成部は、
前記イメージフレームを予め設定された変調方式によって変調するデータ変調部と、
前記第１および第２プリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、
前記第１および第２ヘッダを生成するヘッダ生成部と、
前記フレーム情報を生成するフレーム情報生成部と、
前記変調されたイメージフレーム、第１および第２プリアンブル、第１および第２ヘッダ、前記フレーム情報および前記スイッチングタイム部を多重化して前記伝送フレームを生成する前記多重化器とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の人体通信システムにおける送信機。
複数の制御フレームと複数のデータフレームとを含む伝送フレームを受信する複数の受信電極と、
前記複数の受信電極に接続される第１および第２スイッチと、
前記複数の制御フレームの各々が入力される度に、予め設定された規則に従って、各制御フレームに対応して前記複数の受信電極が前記第１および第２スイッチに選択的に接続されるように、前記第１および第２スイッチをスイッチング制御するスイッチング制御部と、
前記第１および第２スイッチから出力される伝送フレームを信号処理する信号処理部と、
前記信号処理された伝送フレームに含まれた前記複数の制御フレームの各々から第１プリアンブルを検出し、各第１プリアンブルに対するプリアンブル相関値を生成するプリアンブル検出部と、
前記プリアンブル相関値に基づいて前記複数の受信電極の中から最終受信電極対を選択するように、前記スイッチング制御部を制御する相関値処理部とを含み、
前記プリアンブル相関値は、検出された前記各々の第１プリアンブルを予め決定された基準プリアンブルとビットごとに比較して得たデータの相関度を示すことを特徴とする、人体通信システムにおける受信機。
前記相関値処理部は、予め決定された基準相関値と前記プリアンブル相関値との間の絶対値が最も大きい第１プリアンブルに対応する２つの受信電極を前記最終受信電極対として選択することを特徴とする、請求項５に記載の人体通信システムにおける受信機。
前記複数の制御フレームの各々は、
フレームの同期と前記最終受信電極対の選択のために用いられる前記第１プリアンブルと、
フレームの類型を区分するための第１ヘッダと、
イメージフレームに関する情報を含むフレーム情報と、
前記スイッチング制御部におけるスイッチング制御に必要な時間を提供するためのスイッチングタイム部とを含み、
前記複数のデータフレームの各々は、
フレームの同期のための第２プリアンブルと、
フレームの類型を区分するための第２ヘッダと、
前記イメージフレームの少なくとも一部とを含むことを特徴とする、請求項５に記載の人体通信システムにおける受信機。
前記複数の制御フレームの個数は、前記複数の受信電極の個数によって決定されることを特徴とする、請求項７に記載の人体通信システムにおける受信機。
前記信号処理された伝送フレームに対して逆多重化を行う逆多重化器と、
前記逆多重化器の出力からヘッダ部分を復調するヘッダ処理部と、
前記ヘッダ処理部で復調されたヘッダの判別結果、フレームの類型がデータフレームの場合、前記逆多重化器の出力から前記イメージフレームを復調するデータ復調部と、
前記復調されたイメージフレームを処理するイメージデータ処理部とをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の人体通信システムにおける受信機。
人体通信システムに適用されるデータ送信方法であって、
取得されたイメージに関するイメージデータを含むイメージフレームを生成するステップと、
前記イメージフレームを含む伝送フレームを生成するステップと、
送信電極を介して前記伝送フレームを伝送するステップとを含み、
前記伝送フレームは、受信機における受信電極対選択のために用いられる複数の制御フレームと、前記イメージフレームを備えた複数のデータフレームとを含み、
前記複数の制御フレームの各々は、
フレームの同期と前記受信電極対選択のために用いられる第１プリアンブルと、
前記受信機における電極のスイッチングに必要な時間を提供するためのスイッチングタイム部とを含み、
前記複数のデータフレームの各々は、
フレームの同期のための第２プリアンブルと、
前記イメージフレームの少なくとも一部とを含み、
前記伝送フレームを生成するステップは、
少なくとも、変調された前記イメージフレーム、前記第１プリアンブルおよび前記第２プリアンブル、並びに、前記スイッチングタイム部を多重化して前記伝送フレームを生成するステップを含むことを特徴とする、人体通信システムに適用されるデータ送信方法。
前記複数の制御フレームの各々は、
フレームの類型を区分するための第１ヘッダと、
前記イメージフレームに関する情報を含むフレーム情報と、をさらに含み、
前記複数のデータフレームの各々は、
フレームの類型を区分するための第２ヘッダと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の人体通信システムに適用されるデータ送信方法。
前記複数の制御フレームの個数は、受信機における受信電極の個数によって決定されることを特徴とする、請求項１１に記載の人体通信システムに適用されるデータ送信方法。
前記伝送フレームを生成するステップは、
前記イメージフレームを予め設定された変調方式によって変調するステップと、
前記第１および第２プリアンブルを生成するステップと、
前記第１および第２ヘッダを生成するステップと、
前記フレーム情報を生成するステップと、
前記変調されたイメージフレーム、第１および第２プリアンブル、第１および第２ヘッダ、前記フレーム情報および前記スイッチングタイム部を多重化して前記伝送フレームを生成するステップとを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の人体通信システムに適用されるデータ送信方法。
人体通信システムに適用されるデータ受信方法であって、
複数の受信電極を介して複数の制御フレームと複数のデータフレームとを含む伝送フレームを受信するステップと、
前記複数の制御フレームの各々が入力される度に、予め設定された規則に従って、各制御フレームに対応して前記複数の受信電極が第１および第２スイッチに選択的に接続されるように、スイッチング制御部が第１および第２スイッチをスイッチング制御するステップと、
信号処理部が前記第１および第２スイッチから出力される伝送フレームを信号処理するステップと、
プリアンブル検出部が、前記信号処理された伝送フレームに含まれた前記複数の制御フレームの各々から第１プリアンブルを検出し、各第１プリアンブルに対するプリアンブル相関値を生成するステップと、
相関値処理部が、前記プリアンブル相関値に基づいて前記複数の受信電極の中から最終受信電極対を選択するように、前記スイッチング制御部を制御するステップとを含み、
前記プリアンブル相関値は、検出された前記各々の第１プリアンブルを予め決定された基準プリアンブルとビットごとに比較して得たデータの相関度を示すことを特徴とする、人体通信システムに適用されるデータ受信方法。
予め決定された基準相関値と前記プリアンブル相関値との間の絶対値が最も大きい第１プリアンブルに対応する２つの受信電極が前記最終受信電極対として選択されることを特徴とする、請求項１４に記載の人体通信システムに適用されるデータ受信方法。
前記複数の制御フレームの各々は、
フレームの同期と前記最終受信電極対の選択のために用いられる前記第１プリアンブルと、
フレームの類型を区分するための第１ヘッダと、
イメージフレームに関する情報を含むフレーム情報と、
前記スイッチング制御部におけるスイッチング制御に必要な時間を提供するためのスイッチングタイム部とを含み、
前記複数のデータフレームの各々は、
フレームの同期のための第２プリアンブルと、
フレームの類型を区分するための第２ヘッダと、
前記イメージフレームの少なくとも一部とを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の人体通信システムに適用されるデータ受信方法。
前記複数の制御フレームの個数は、前記複数の受信電極の個数によって決定されることを特徴とする、請求項１６に記載の人体通信システムに適用されるデータ受信方法。