KR100658824B1 - 오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 데이터 통신방식에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개인용 컴퓨터의 사운드 카드 등을 이용하여 외부장치와 데이터 송수신이 가능하도록 하는 데이터 통신방식에 관한 것이다.

본 발명은 사운드카드가 장착된 개인용컴퓨터와 상기 개인용컴퓨터의 사운드카드와 동일한 채널 수를 갖는 사운드칩을 갖는 사운드장치간에 데이터를 주고 받는 방법에 있어서, 상기 개인용컴퓨터에서 상기 사운드카드의 오디오채널을 통하여 샘플링된 데이터를 출력하는 단계; 상기 사운드장치에서 상기 개인용컴퓨터로부터 출력되는 데이터 중 프레임데이터를 식별하여 상기 프레임데이터에 담긴 정보를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법을 제공한다.

Description

오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법{METHOD FOR COMMUNICATING DIGITAL DATA USING AUDIO CHANNEL}

도 1은 디지털 데이터를 교환하는 종래의 시스템을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 데이터 통신방식을 이용하는 시스템의 구성을 보여주는 도면.

도 3은 도 2에서 사운드카드로 입력된 디지털 데이터 신호들을 이용하여 데이터를 교환하기 위한 프레임 구성 및 데이터의 구성방법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 프레임의 동기화를 수행하기 위해서 사운드 카드의 출력단을 통하여 발생 및 출력되는 동기화 관련 신호를 보여는 도면.

도 5a는 연속되는 프레임 동기신호 중에 한 바이트의 데이터를 싣게 되었을 때 발생하는 출력 파형으로서 한 바이트의 데이터가 실린 다음 연속되는 데이터가 존재하지 않을 때의 파형을 보여주는 도면.

도 5b는 연속되는 데이터가 있는 경우의 프레임 신호의 형태 즉, 한 바이트의 데이터가 실린 다음 연속되는 데이터가 존재하는 경우의 파형을 보여주는 도면.

도 6은 각 비트열에 대해서 실제 출력되는 비트열을 표로 나타내 보여주는 도면.

도 7은 새롭게 출력되는 비트열은 유한상태천이 흐름도를 이용하여 보여주는 도면이다.

본 발명은 데이터 통신방식에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개인용 컴퓨터의 사운드 카드 등을 이용하여 외부장치와 데이터 송수신이 가능하도록 하는 데이터 통신방식에 관한 것이다.

본 발명은 개인용 컴퓨터에서 많이 이용되고 있는 사운드카드의 한 개의 채널에 출력하고자 하는 디지털 데이터를 직렬화한 후 '1' 또는 '0'에 해당하는 가청주파수 신호를 실시간으로 소프트웨어적으로 생성(변조)하여 출력하도록 한 후, 사운드카드의 출력 채널에 연결되어있는 외부의 장치에서 신호를 수신한 후 복조하여 전송되어진 디지털 데이터 구성하는 방법, 또는 외부장치에서 개인용 컴퓨터에 상기와 같은 방법을 이용하여 디지털 데이터를 전송하기 위한 데이터 통신방법을 개시한다.

도 1은 디지털 데이터를 교환하는 종래의 시스템을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 디지털 데이터 교환방법을 이용하여 디지털 데이터를 교환하기 위해서는 송신측에 디지털 데이터를 아날로그 신호로 하드웨어적으로 변환하는 변조기가 존재하며, 수신측에는 수신된 아날로그 신호를 디지털데이터로 변환하는 하드웨어적인 복조기가 존재한다. 송신측과 수신측은 아날로그 신호의 교환을 위해 전선으로 연결되거나 무선통신을 이용할 경우에는 공기를 통하여 연결된 다.

그러나 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래에는 사운드카드를 갖고 있는 컴퓨터라 할지라도 개인용 컴퓨터와 외부장치 간의 디지털 데이터 송수신을 위해서는 별도의 하드웨어 장치를 추가로 설치하여야 하므로 이러한 새로운 하드웨어 장치를 설치하는데 적지 않은 비용이 든다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 하드웨어 장치의 추가 없이도 개인용 컴퓨터와 외부장치 간의 디지털 데이터 송수신이 가능하도록 하는 오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 예에서는 개인용 컴퓨터와 근거리에 위치하는 외부장치와의 디지털 데이터 통신을 위해서 소프트웨어(S/W)적으로는 개인용 컴퓨터의 데이터 처리 능력을 이용하고, 하드웨어(H/W)적으로는 개인용 컴퓨터에 기본적으로 장착되어있는 사운드카드를 이용한다.

특히, 본 발명의 실시 예에서는 사운드카드의 입/출력(Line In/Out) 단자를 이용하여 연결된 쌍방이 디지털 데이터를 에러 없이 교환하기 위한 사운드카드의 채널에 실려지는 오디오 신호를 이용한 동기화, 데이터 송/수신, 샘플링 주파수의 미세한 차이에 의해 발생하는 데이터 샘플 개수의 차이 등을 스스로 보정하며 데이터를 복구할 수 있는 방법을 개시한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 데이터 통신방식을 이용하는 시스템의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2에서는 전화기(300) 및 전화망(400)에 연결된 사운드장치(100)와 개인용 컴퓨터(200) 사이에 데이터를 주고받을 수 있도록 구현된 시스템을 예로 들어 보여주고 있다.

도 3은 도 2에서 개인용컴퓨터와 사운드장치 사이에 데이터를 교환하기 위한 프레임 구성 및 데이터의 구성방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3의 (a)는 사운드카드 이용하여 데이터를 샘플링 할 때 각 샘플들과 데이터가 어떤 관계를 갖는지를 보여준다.

예를 들어 샘플링 주파수가 8KHz일 때 사운드 카드로 101010101010....과 같이 10인 신호(한 주기가 2 샘플인 신호)를 연속해서 발생하게 될 때 실제 출력되는 신호는 4KHz의 신호가 발생된다.

본 발명의 실시예에서는 샘플링 주파수의 8KHz/6에 해당하는 약 1.3KHz의 신호(한 주기가 6개 샘플)를 이용한다.

도 3의 (b)는 출력을 원하는 디지털 데이터가 사운드 카드를 통해서 출력되는 실제 파형을 보여주고 있다.

이때 아날로그 신호는 Vp-p(peak to peak)가 최대값 사이를 움직이는 것으로 한다. 디지털 값 "0"을 표현하기 위해서 '111000', 1을 표현하기 위해서 '000111인 디지털 데이터를 출력하고 있음을 알 수 있으며, 디지털 값 00을 나타내기 위해서 출력되는 값은 111000111000이 출력되게 된다.

도 3의 (c)는 출력을 원하는 디지털 값이 "01"인 경우 사운드 카드를 통하여 출력되는 실제 아날로그 신호의 파형을 보여준다.

도 3의 (b)와 (c)에서는 111000인 신호를 0의 비트로 000111인 신호를 1의 비트로 표현하고 있다.

도 4는 도 3의 (b)와 (c)에서 지정한 방식을 이용하여 프레임의 동기화를 수행하기 위해서 사운드 카드의 출력단을 통하여 발생 및 출력되는 동기화 관련 신호를 보여준다. 도 4를 참조하면, 데이터가 존재하지 않는 상태에서는 프레임 정보 "0"에 해당하는 비트가 지속적으로 발생한다.

도 5a는 연속되는 프레임 동기신호 중에 한 바이트의 데이터를 싣게 되었을 때 발생하는 출력 파형으로서 한 바이트의 데이터가 실린 다음 연속되는 데이터가 존재하지 않을 때의 파형이다.

도 5b는 연속되는 데이터가 있는 경우의 프레임 신호의 형태를 보여주고 있으며 한 바이트 즉, 8비트의 데이터가 실린 다음 연속되는 데이터가 존재하는 경우의 파형을 보여준다.

출력할 데이터가 존재할 때 먼저 한 개의 시작 비트(프레임 시작비트인 1)가 존재하며, 그 후 데이터의 하위 비트부터 상위비트까지 데이터가 출력된다. 하위 데이터부터 데이터가 출력되도록 하는 이유는 단말기의 개발에 일반적으로 이용하는 개발시에 이용하는 프로그램 코딩 방법을 쉽게 적용하기 위함이다. 데이터부분의 8비트를 출력한 후 한 개의 종료 비트(프레임 끝 비트)가 연이어서 발생한다.

도 5a에서와 같이 연속되는 데이터가 없는 경우는 프레임의 동기화를 수행하 기위한 "0"에 해당하는 데이터 값이 출력되며, 이로써 연속되는 프레임이 없음을 인지할 수 있다.

도 5b에서와 같이 연속되는 데이터가 있는 경우에는 8비트의 데이터를 전송하고 종료비트를 출력한 후 새로운 프레임이 시작되었을 때 새로운 프레임의 시작임을 "1"에 해당하는 데이터로써 나타내고 있다. 이렇게 출력된 데이터는 수신 측의 샘플링 주기에 의해서 디지털화가 수행되고, 프레임 동기화, 헤더 분석 및 제거, 데이터 추출 등의 처리가 수행된다.

그러나 이때, 출력부의 샘플링 주파수와 수신측의 샘플링 주파수는 정확하게 일치시킬 수 없으며, 이로 인해 송신데이터 샘플의 개수와 수신한 데이터 개수가 다른 경우가 발생하게 된다. 예를 들면 사운드 카드 내의 마이크로프로세서와 사운드 칩 사이에 데이터를 주고 받을 때 마이크로프로세서와 사운드 칩의 샘플링 주파수가 다를 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 디지털 데이터 통신방식에서는 비트패턴 매칭방법을 사용한다. 상기 비트패턴 매칭방법에서는 입력된 디지털 신호로부터 데이터의 변화가 있는 패턴열을 누적하는 부분으로써, D/A를 거쳐서 입력된 디지털 신호들을 0보다 큰 신호는 '1'로, '0'보다 작은 신호들에 대해서는 '0'으로 연속해서 변환을 수행하고, 이렇게 변환된 스트링에 대해서 패턴을 비교한다. 변환된 패턴들의 분석을 예를 들어 설명하면, "10001" 또는 '01110" 등의 패턴이 존재하는 것을 검사하게 된다. 1001을 예로 들게 되면, 처음의 비트 '1'과 다른 '0'이 연속해서 나오는 동안 계속해서 10, 100등으로 누적을 진행하는 상 태에서 다음비트 0과 1이 입력 됨으로써 10001이 완성 되었음을 판단하여, 10001을 0으로 변환한다. 이후 누적 스트링에는 완성된 스트링의 뒤 2자리 01을 남겨 놓고, 다음의 입력되는 패턴을 누적하게 된다.

입력 신호가 00011100011111100011110이 입력된다고 가정할 때, 앞부분의 0001은 패턴 비교를 수행할 때 대응되는 출력 비트가 없도록 구성하며, 01이 완성 버퍼에 남게 되며, 이후 연속되는 입력신호 1, 1에 의해 완성 버퍼는 0111, 그 후 입력신호 0에 의해서 01110이 된 후 비트 1을 출력하고, 완성된 버퍼는 뒤쪽의 2자리 10이 남게 된다. 계속해서 입력 신호 0, 0과 1에 의해서 완성버퍼는 10001이 완성되고, 패턴 비교되고, 비트 0을 출력한다. 이후 완성버퍼는 01이 남게되고, 입력되는 1, 1, 1, 1, 1, 0에 의해서 완성 버퍼는 01111110이 되고, 출력비트로서 11을 출력하고, 완성버퍼에는 10이 남게 된다. 이후 입력되어지는 16번째 입력비트 0과 17번째 입력비트 0, 18번째 입력비트 1에 의해서 완성버퍼는 10001이 되고, 패턴 분석을 통해서 0을 출력하며, 완성 버퍼에는 다시 01이 남게 된다. 19, 20, 21, 22번째의 1, 1, 1, 0에 의해서 완성 버퍼는 011110이 누적되게 되며, 이 패턴은 샘플링 율이 달라서 1의 개수가 1개 더 많이 샘플링된 데이터이나, 이것은 확률적으로 01110에서 비트 1개가 추가되어서 발생했을 가능성이 약 70%정도이고, 비트 0111111에서 비트 2개가 탈락되어서 발생할 확률은 약 10% (30% x 30%)이므로 이를 출력 1로 변환 한다.

이렇게 비트패턴 매칭 과정을 두는 이유는 송.수신측의 샘플링 주파수의 차이에 의해 발생할 수 있는 샘플 갯수의 차이를 비트패턴 매칭을 통해 극복할 수 있 기 때문이다. 샘플링의 차이에 의해 발생할 수 있는 패턴으로는 "100001", "0110", "1001", "011110", "1000001", "0111110" 외에 다수가 있으며, 이런 값들의 공통점은 가운데 상태가 원래 송신측에서의 생성 규칙인 홀수개가 아닌 짝수개의 비트가 발견되는 경우이며, 이런 에러 값들은 모두 도8에 있는 비트열의 패턴매칭을 이용하여 모두 복구될 수 있다.

도 6은 각 비트열에 대해서 실제 출력되는 비트열을 표로 나타내었다. 이렇게 새로 출력되는 비트열은 도 7에서의 유한상태천이 흐름도를 이용하여 한 바이트의 데이터로 변환되어진다.

이상에서, 본 발명에 따른 회로의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 사운드카드의 왼쪽과 오른쪽 채널 중 한 개의 채널을 통해서도 데이터교환을 이룰 수 있으므로 사운드카드의 한 채널만을 이용하고 있는 장치의 경우에는 디지털 데이터의 통신을 위한 별도의 채널구성을 위한 비용 추가나 번거로운 연결장치의 추가 없이 디지털 데이터를 교환할 수 있다는 장점이 있다.

즉, 개인용 컴퓨터와 근거리에 연결되는 외부장치와의 디지털 데이터 전송채널을 확보하기위한 방법으로서 개인용 컴퓨터에 기본적으로 설치되어 이용되고 있는 사운드 카드나, USB사운드 카드의 한 개의 채널을 이용하거나, 또는 USB사운드 카드 칩을 이용하여 오디오 채널을 이용하여 디지털 데이터를 송/수신 할 수 있는 방법을 제공함으로써, 매우 저렴한 비용으로 안정적으로 개인용 컴퓨터와 외부 장치간에 디지털 데이터를 교환할 수 있다는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 사운드카드가 장착된 개인용컴퓨터와 상기 개인용컴퓨터의 사운드카드와 동일한 채널 수를 갖는 사운드칩을 갖는 사운드장치간에 데이터를 주고 받는 방법에 있어서,

   상기 개인용컴퓨터에서 상기 사운드카드의 오디오채널을 통하여 샘플링된 데이터를 출력하는 단계;

   상기 사운드장치에서 상기 개인용컴퓨터로부터 출력되는 데이터 중 프레임데이터를 식별하여 상기 프레임데이터에 담긴 정보를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정보 추출단계는:

   샘플링된 데이터를 프레임 동기화하는 단계;

   상기 프레임 동기화된 데이터의 프레임 헤더를 분석하고 제거하는 단계;

   상기 프레임 헤더가 분석된 프레임데이터로부터 정보를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법.
3. 제 2항에 있어서,

   데이터 출력시 한 개의 비트 1 또는 0을 각각 n개의 샘플 111(n개) 또는 000(n개)으로 변환하여 출력하고, A/D변환된 데이터를 1과 0으로 변환한 후 비트패턴 비교를 하는 것을 특징으로 하는 오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법.
4. 제 3항에 있어서,

   출력된 디지털 데이터로부터 데이터의 변화가 있는 패턴열을 누적하여 비트패턴을 비교할 때 연속되는 비트열이 n/2개보다 많거나 3n/2개보다 적을 경우에는 n개의 비트열이 연속되는 경우와 동일하게 취급하는 것을 특징으로 하는 오디오 채널을 이용한 디지털 데이터 통신방법.

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