KR100909080B1 - 열차 속도 변화에 적응하는 터널 동영상 시스템 - Google Patents

열차 속도 변화에 적응하는 터널 동영상 시스템 Download PDF

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Abstract

최근 지하철 광고시장이 부상됨에 따라 이동하는 열차의 창문에 동영상을 표출하는 터널 동영상 시스템과 같은 새로운 지하철 광고 시스템이 나타나고 있다. 이러한 지하철 광고 시스템에서의 동영상 품질은 열차의 속도를 정확하고 빠르게 측정하여 표출하고자 하는 동영상의 프레임 및 수평 픽셀 동기를 달성할 수 있느냐에 좌우된다.
본 발명에서는 지하철 광고 시스템에 효과적인 클러스터 구조의 센서 네트워크를 제안하며, 이를 기반으로 고속/고정밀 속도 측정 방식 및 적응형 동기화 알고리즘 구현에 대해 기술한다.
또한, 지하철 광고 시스템에서는 동영상 컨텐츠를 자주 갱신하게 되므로 고속으로 데이터를 다운로딩하는 기능이 필수적이다. 본 발명의 터널 동영상 시스템에서는 센서 네트워크와 별도로 새로운 구조의 데이터 전용 네트워크를 구성하여 속도를 향상시킬 수 있는 방식도 제안한다.
터널, 동영상

Description

열차 속도 변화에 적응하는 터널 동영상 시스템{Adaptive Tunnel Video System for Speed-Varying Trains}
본 발명에서는 터널 동영상 시스템에 관해 개시된다.
본 발명은 지하철의 터널벽에 일정한 간격으로 수직 방향의 1-차원 배열 LED 모듈을 임의의 간격으로 수평 방향으로 이격되도록 복수개 설치하고, 열차의 이동에 따라 눈의 잔상 효과에 의해 열차의 창문을 통해 2-차원 동영상이 디스플레이되도록 하는 터널 동영상 시스템에 관한 것이다.
특히, 본 발명의 터널 동영상 시스템에서는 열차의 속도 변화에 따라 열화되는 영상의 품질을 개선하기 위한 적응형 동기화 방법, 이를 위한 시스템 구조, 동기화 알고리즘 등의 기술에 관해 개시된다.
지하철 광고시장이 부상됨에 따라 일정한 속도로 이동하는 열차의 창문에 동영상을 디스플레이하는 새로운 지하철 광고 시스템이 나타나고 있다.
초기에는 동영상 필름을 확대하여 열차 터널벽에 순차적으로 설치하고 열차의 속도에 따라 필름 백라이트를 점멸시키는 방식이 소개되었다. 이 방식은 복잡한 전자장치를 요구하지 않으며, 유지보수가 용이하며, 시스템 가격이 저렴하다는 장 점이 있는 반면에 영상의 비율 조정이 불가능하며, 영상의 밝기 및 선명도가 낮은 단점이 있다. 특히, 많은 양의 필름이 요구되며, 정보의 갱신이 어려운 단점이 있어 현재는 사양되고 있는 기술이다.
필름 대신에 LCD 혹은 PDP 패널로 대치하는 기술이 소개된 바가 있으나 대형 화면을 표출하기 위한 패널의 가격이 고가이며 픽셀 단위가 아닌 프레임 단위로 동기가 이루어 질 수 밖에 없다는 단점을 갖는다.
LED 방식의 터널 동영상 시스템은 이러한 문제들을 해결할 수 있으나 열차의 속도에 관계없이 일정한 프레임 및 수평 동기시간을 사용할 경우 열차의 속도가 변하게 되면 디스플레이되는 동영상 품질이 영향을 받는다. 즉, 프레임 동기가 이루어지지 않게 되어 화면의 시작점이 일정하지 않게 되는 흔들림 현상이 발생한다. 또한 수평 픽셀의 동기가 맞지 않게 되면 수평 픽셀의 간격이 일정하지 않게 되어 영상의 선명도 및 콘트라스트가 떨어지게 된다. 이러한 속도변화에 따른 영상 품질의 열하를 방지하기 위해 이동체 속도 변화에 적응하기 위한 동기화 기술이 요구된다.
속도 적응형 동기화를 이루기 위해서는 우선적으로 이동체의 속도를 정확히 측정할 수 있는 센서가 필요하다. 현재 주로 사용되는 센서로는 확산방식의 (diffuse) LED 센서가 있는데 저가라는 장점이 있으나 느린 응답시간(response time) 및 상대적으로 큰 빔(beam) 크기로 인해 정확한 속도 및 고속 측정이 불가능하다. 또한, 측정시 마다 측정값의 오차 및 편차의 범위가 큰 단점이 있다.
터널 동영상 시스템에서 동영상 광고는 수시로 갱신되어야 하므로 고용량의 데이터를 고속, 고신뢰성을 갖고 다운로딩할 수 있는 네트웍 성능이 요구된다. 이를 위해서는 고속, 고신뢰성을 갖는 고성능 네트웍을 설계 및 구현하는 방안이 있을 수 있으나 상대적으로 저가의 비용으로 속도 및 신뢰성을 유지하는 방안이 효과적이다.
또한 터널 동영상 시스템에서 디스플레이 제어부를 연결하는 커넥터 및 케이블은 화재, 방수, 방진 등의 요구사항을 만족하는 사양을 사용해야 하므로 매우 고가이며 국가별 인증 요구사항도 상이하다. 이러한 이유로 케이블링을 해결하는 방안도 모색되어야 하겠다.
본 발명의 실시예는 터널 동영상 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예는 열차의 속도의 변화에 따른 적응적 터널 동영상 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템은 외부 네트웍과 연결되고 시스템 운영 및 관리를 담당하는 메인 제어부; 상기 메인 제어부와 연결되어 데이터를 전송받는 복수의 디스플레이 제어부들; 상기 복수의 디스플레이 제어부들에 의해 구동되는 복수의 LED 모듈들; 및 상기 복수의 디스플레이 제어부들 중 적어도 일부에 연결되어 이동체의 속도를 감지하는 복수의 센서들이 포함되고, 상기 복수의 디스플레이 제어부들은 상기 센서와 연결된 디스플레이 제어부와 상기 메인 제어부와 연결된 디스플레이 제어부를 각각 포함하는 복수의 클러스터로 구분되고, 상기 각각의 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들 중 클러스터 리더 디스플레이 제어부는 상기 메인 제어부와 연결되는 제1 경로 및 동일 클러스터 내에 포함된 다른 디스플레이 제어부들과 연결되는 제2 경로를 포함하는 데이터 네트웍에 의해 상기 데이터가 동일 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부에 전송되도록 하고, 상기 각각의 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들 중 상기 센서와 연결된 디스플레이 제어부는 동일 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들과 연결되는 제3 경로를 포함하는 센서 네트웍에 의해 센서 신호를 동일 클러스터에 포함된 디스플레이 제어 부에 전송되도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템은 메인 제어부; 상기 메인 제어부와 연결되어 데이터를 전송받는 복수의 디스플레이 제어부들; 상기 복수의 디스플레이 제어부들에 의해 구동되는 복수의 LED 모듈들; 및 상기 복수의 디스플레이 제어부들 중 적어도 일부에 연결되어 이동체의 속도를 감지하는 복수의 센서들이 포함되고, 상기 복수의 디스플레이 제어부들 중 적어도 일부의 디스플레이 제어부들은 제1 방향 및 제2 방향에 배치된 센서를 통해 감지된 센서 신호에 따라 각각 LED 모듈을 구동한다.
본 발명의 실시예는 터널 동영상 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 열차의 속도의 변화에 따른 적응적 터널 동영상 시스템을 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템의 네트웍 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템의 디스플레이 제어부의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템의 LED 모듈의 배치를 설명하는 도면이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스 템은 수평 방향으로 배치된 복수의 LED 모듈(17)이 포함된다. 각각의 LED 모듈(17)에는 수직 방향으로 1차원 배열된 복수의 LED(171)가 형성되며, 각각의 LED(171)는 R,G,B 발광이 가능하도록 구비된다.
또한, 각각의 LED 모듈(17)과 결합되어 상기 각각의 LED 모듈(17)을 제어하기 위한 디스플레이 제어부(미도시)가 포함된다.
본 발명의 실시예에서 상기 디스플레이 제어부는 칩 형태로 상기 LED 모듈(17)을 지지하는 기구물 내부의 회로기판에 장착된 것이 예시되어 있으며, 센서도 상기 LED 모듈(17)을 지지하는 기구물에 설치된 것으로 예시되어 있다. 다만, 이것이 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 상기 디스플레이 제어부 및 센서의 위치는 다양하게 배치될 수도 있다.
상기 각각의 LED 모듈(17)은 각각 한 프레임의 영상을 디스플레이한다. 상기 각각의 LED 모듈(17)에서 수직 방향으로 1차원 배열된 LED(171)의 수는 프레임 내의 수직 방향의 화소의 수가 되며, 상기 수직 방향으로 1차원 배열된 LED(171)의 점멸 횟수는 한 프레임 내의 수평 방향의 화소의 수가 된다. 또한, 상기 수평 방향으로 배치된 복수의 LED 모듈(17)은 영상의 프레임 갯수와 동일하다.
따라서, 열차가 지나는 짧은 시간동안 상기 수직 방향으로 1차원 배열된 LED(171)가 수회 내지 수백회 점멸됨에 따라 시각의 잔상 효과에 따라 마치 하나의 프레임의 화면이 디스플레이되는 것으로 인식될 수 있고, 복수의 LED 모듈(17)이 동작됨에 따라 마치 동영상이 디스플레이되는 것으로 인식될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템은 메인 제어 부(MC: Main Controller)(1), 로컬 제어부(LC: Local Controller)(2) 및 복수의 디스플레이 제어부(DC: Display Controller)(3)가 포함된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 상기 복수의 디스플레이 제어부(3)는 센서를 가진 디스플레이 제어부(Display Controller with Sensor), 클러스터 리더 디스플레이 제어부(Cluster Leader Display Controller), 센서를 가진 클러스터 리더 디스플레이 제어부(Cluster Leader Display Controller with Sensor), 센서가 없으면서 클러스터 리더가 아닌 일반 디스플레이 제어부(Display Controller)를 포함한다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 네트웍은 데이터 네트웍(Data Network)과 센서 네트웍(Sensor Network)으로 구분될 수도 있다. 그리고, 상기 복수의 디스플레이 제어부(3)는 클러스터 단위로 구분되며, 각각의 클러스터에는 하나의 클러스터 리더 디스플레이 제어부(3)와 최소한 두개의 센서를 가진 디스플레이 제어부(3)가 포함된다. 도 1에는 네트웍 구조와 디스플레이 제어부(3)의 배치를 예시적으로 도시하였으나, 이것이 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
상기 데이터 네트웍에서, 상기 로컬 제어부(2)는 각각의 클러스터에 포함된 클러스터 리더 디스플레이 제어부(3)와 각각 연결된다. 그리고, 각각의 클러스터 리더 디스플레이 제어부(3)는 동일 클러스터에 포함된 복수의 디스플레이 제어부(3)와 각각 연결된다. 여기서, 상기 로컬 제어부(2)는 선택적으로 구비될 수 있으며, 상기 로컬 제어부(2)가 구비되지 않은 경우, 상기 메인 제어부(1)가 복수의 클러스터에 포함된 복수의 클러스터 리더 디스플레이 제어부(3)와 각각 연결된다.
상기 센서 네트웍에서, 센서를 가진 디스플레이 제어부(3)는 동일 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부(3)와 연결된다. 또한, 센서를 가진 디스플레이 제어부(3)는 인접한 클러스터에 포함된 센서를 갖지 않은 디스플레이 제어부(3)와도 연결된다.
따라서, 센서를 갖지 않은 디스플레이 제어부(3)는 동일 클러스터에 포함된 센서를 가진 디스플레이 제어부(3)와 인접한 클러스터에 포함된 센서를 가진 디스플레이 제어부(3)와 연결된다.
도 2는 센서를 가진 클러스터 리더 디스플레이 제어부의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템은 인터넷 망과 같은 외부 네트웍에 연동되고 시스템 운영 및 관리를 담당하는 메인 제어부(MC: Main Controller)(1), 상기 메인 제어부(1)와 디스플레이 제어부(DC: Display Controller)(3)를 연결하는 로컬 제어부(LC: Local Controller)(2)가 포함된다.
도 2에 도시된 센서를 가진 클러스터 리더 디스플레이 제어부(3)는 내부적으로 LED 제어와 센서 제어의 두가지 기능을 주로 수행한다.
상기 메인 제어부(1)와 디스플레이 제어부(3)간의 통신은 상기 로컬 제어부(2)를 통해 이루어지는데, 유선인 경우에는 상기 디스플레이 제어부(3)내의 이더넷(ethernet) 접속기(4)를 통해 이루어지고, 무선인 경우에는 USB(5)에 장착하는 WLAN 카드(6)와 상기 로컬 제어부(2)에 연결된 억세스 포인트(AP: Access Point)(7)를 통해 이루어진다. 실시예에서 상기 로컬 제어부(2)와 디스플레이 제어부(3)는 유선 및 무선 중 적어도 어느 하나로 연결될 수 있다.
상기 디스플레이 제어부(3)는 비실시간 소프트웨어 처리를 위한 제1 프로세서(8)와 실시간 소프트웨어 처리를 위한 제2 프로세서(13)을 포함한다.
운영 소프트웨어, 응용 소프트웨어, 제2 프로세서(13)를 위한 소프트웨어 등은 플래쉬 메모리(10)에 저장된다. 상기 제1 프로세서(8)와 제2 프로세서(13) 간의 통신은 데이터인 경우 HPI 인터페이스를 통해 이루어지고, 레지스터 변경 및 제어인 경우에는 SPI 인터페이스를 통해 이루어진다.
디스플레이하고자 하는 영상 데이터는 HPI를 통해 영상 버퍼(14)에 저장된다.
본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 복수의 디스플레이 제어부들이 하나의 클러스터를 이룬다. 도 2에 도시된 디스플레이 제어부(3)는 클러스터 리더로 동작된다.
상기 디스플레이 제어부(3)가 클러스터 리더인 경우에는 상기 메인 제어부(1) 및 로컬 제어부(2)로부터 다운로딩 한 데이터를 동일 클러스내의 모든 디스플레이 제어부(3)에 전달하는데, 이는 HS-UART(11)에 의해 시리얼 신호로 변환 후 멀티-드롭 RS485(12) 버스를 통해 이루어 진다.
상기 제2 프로세서(13)는 센서(18)로 부터 입력되는 신호로 부터 속도를 계산하며 이를 바탕으로 LED 모듈(17) 구동을 위한 동기신호를 생성한다.
도 2에서는 센서(18)를 탑재한 또는 센서(18)와 연결된 디스플레이 제어 부(3)가 도시되어 있으나, 모든 디스플레이 제어부(3)가 센서(18)가 탑재되거나 연결되어야 하는 것은 아니다.
상기 센서(18)와 연결된 디스플레이 제어부(3)는 상기 센서(18)로부터 입력된 신호를 정형하여 상기 센서(18)와 연결되지 않은 동일 클러스터 내의 디스플레이 제어부(3)에 RS485(15)를 통해 전달하거나 인접 클러스터가 있는 경우에는 인접 클러스터내 센서와 연결되지 않은 디스플레이 제어부(3)에 RS485(16)을 통해 전달한다.
상기 디스플레이 제어부(3)가 클러스터 리더가 아닌 경우에는 이더넷(ethernet) 제어기(4)가 실장되지 않으며, 상기 센서(18) 및 WLAN 모듈(6)도 선택사항이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 열차의 속도를 측정하기 위한 센싱 동작을 예시적으로 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템은 동영상 동기화에 요구되는 정확한 속도를 측정하기 위해 레이저 센서와 코너-큐브(corner-cube) 반사판을 사용하는 회귀반사형(retro-reflective) 방식이 사용될 수 있다.
회귀반사형 방식은 반사판의 설치가 용이하고, 열차 진동에 의한 흔들임에 강하고, 장거리 측정이 가능하므로 본 발명의 응용에 부합되는 정확한 속도 측정을 할 수 있다.
예를 들어, 일정한 간격을 갖도록 센서를 설치하고 반대편에 코너-큐브(corner-cube) 구조의 반사판을 고정시켜 열차가 센서(18)와 반사판에 형성된 레 이저 빔을 차단하는 시간 차이를 측정하여 속도를 구하는 방식이 사용될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 센서의 반사판은 레이저 빔을 차단/반사시킬 수 있는 다양한 위치에 설치될 수 있다. 터널 벽에 설치된 레이저 다이오드로부터 빔을 차단/통과시키는 방안에는 두가지가 있다.
즉, 반사판을 열차에 부착하는 경우와 센서(18)가 설치되는 터널 벽의 반대편에 설치하는 방안이 있다. 열차에 반사판을 부착하는 경우에는 창문이 아닌 곳에 일정한 간격으로 설치하는 방안③과 창문에 부착하는 방안④이 있다.
창문에 설치하는 경우에는 승객의 안전을 위해 레이저 빔을 차단할 수 있는 차단판이 별도로 필요할 수도 있다. 이 경우 빔 차단시간은 반사판 간의 거리에 관계된다. 열차에 부착하지 않는 경우에는 ①과 ②와 같이 열차에 의해 차단되고 그 이외의 부분에서 통과되는 방식이다. 열차의 연결 부분을 통과시키거나 열차 바퀴이외의 부분에서 통과시키는 방안이 있는데 이 경우 빔의 차단거리는 ①의 경우 열차 한량의 길이에 해당하며 ②의 경우에는 열차 바퀴에 관계된다.
이러한 시스템에서 영상의 품질은 이동체(열차)의 속도를 얼마나 정확하게 측정하느냐 및 속도의 변화율을 얼마나 빠르게 추적할 수 있는가에 따라 결정된다. 따라서 속도 측정 주기를 이동체의 가속도를 고려하여 용이하게 조절할 수 있는 센서 네트워크의 구조가 필요하다. 즉, 센서의 개수 및 탑재 위치에 따라 속도 측정 주기를 변경할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 터널의 일측에 디 스플레이 제어부(DC)(3)와 센서(18)를 설치하고 터널의 반대편에 반사판을 설치한 경우의 속도 측정을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 예를 들어, 디스플레이 제어부(DC)(3)에 센서(18)를 설치하고 반대편에 반사판을 설치하는 경우, 열차의 속도를 90km/h (=25m/s), 디스플레이 제어부(3)의 간격(d)은 프레임 속도(FR) 25 frames/sec을 발생할 수 있도록 d=1.0m로 정해지며, 열차 한칸의 길이를 25m라고 가정하자.
도 5에서, 센서(18)를 1,2번 디스플레이 제어부(DC)(3)에 설치하는 경우에는 열차가 이동함에 따라 1초 주기로 1번의 속도를 갱신할 수 있다. 열차가 4량인 경우 총 4번의 속도 갱신이 가능하다.
상기 센서(18)를 1, 6, 11번 디스플레이 제어부(DC)(3)에 설치하는 경우에는 열차가 이동함에 따라 1초 주기로 2번 속도를 갱신할 수 있는 구조이다. 단, 2번의 속도는 0.2초 간격에서 측정된다. 열차가 4량인 경우 총 8번의 속도 갱신이 가능하다. 이러한 방식으로 센서를 탑재하는 위치 및 개수에 따라 속도 갱신 패턴을 설계할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 클러스터 구조와 센서 네트웍을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 주어진 센서 네트웍 구조에서 최대한 많은 속도 갱신을 위해 도 6과 같은 클러스터 구조의 네트웍이 사용될 수도 있다. 즉, 동일 클러스터 및 인접 클러스터 개념에 의한 네트웍 구조에 의해 인접 클러스터에서 발생한 센서 신호를 사용할 수 있도록 한다.
예를 들면 i, j 디스플레이 제어부(3)의 경우 동일 클러스터의 1에서 발생된 센서 신호로부터 속도를 측정할 수 있으며, 동시에 인접 클러스터 1'에서 발생된 센서 신호도 사용할 수 있다. 단, 동일 및 인접 클러스터에서 동시에 센서 신호가 발생할 경우에는 인접 클러스터에 우선권을 할당할 수도 있다.
센서출력 신호가 발생되면 실시간으로 처리하여 속도를 계산할 수 있는 저지연 네트웍이 요구된다. 계산된 속도로부터 동영상 프레임 시작과 수평 픽셀 동기를 위한 정보를 추출할 수 있는데 이를 위해 속도 변화를 감지하는 고속, 고정밀 센서가 요구되며, 이를 디스플레이 제어부(3)에 실시간으로 전송할 수 있는 네트웍, 속도 정보에 따라 LED 타이밍을 갱신하는 고속 실시간 처리기가 요구된다.
도 2에 도시된 제1 프로세서(8)와 같은 마이크로프로세서가 주도를 할 경우 측정된 속도를 모든 디스플레이 제어부(3)에 전달하기 위해서는 데이터 통신에 의한 지연이 발생하게 되며 특히 운영소프트웨어를 사용하는 경우 스케쥴러에 의한 처리시간이 일정하지 않으므로 정확한 속도 갱신이 원천적으로 불가능하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 센서 신호가 전달되는 것을 설명하는 도면이다.
도 2와 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 제2 프로세서(13)가 속도를 측정하며 펄스를 전파시키는 것으로 2개의 RS-485(15,16) 네트웍에 의한 전달방식을 구조를 사용할 수도 있다. 센서 1으로부터 신호가 입력되면 일정한 시간을 갖는 구형파로 정형화하여 RS485 멀티-드롭 버스에 출력한다. 이 펄스는 모든 동일-클러스터내의 디스플레이 제어부(3)에 수신된다. 일정 시간 후 센서 2로부터 신호 가 입력되면 동일한 과정으로 동일-클러스터내의 모든 디스플레이 제어부(3)에 펄스가 전달된다. 이때 모든 디스플레이 제어부(3)는 두 펄스의 수신 시간차이를 계산하여 속도를 계산할 수 있다.
인접-클러스터로부터 전달되는 펄스에 대해서도 동일하게 동작되는데 일단 인접-클러스터내에서 펄스가 입력되면 동일-클러스터에서 발생한 펄스보다 우선권을 갖는다. 클러스터는 서로 다른 RS-485 버스를 사용하므로 디스플레이 제어부(3) 내의 제2 프로세서(13)는 이를 구분할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 적응형 동기화 알고리즘에서 사용할 프레임 정의에 대한 파라미터를 설명하는 도면이다.
센서 신호의 입력으로부터 열차의 속도(VT)를 계산한 후 이 값을 사용하여 모든 디스플레이 제어부(3)는 프레임 시작 시각(TSOB-i: i번째 디스플레이 제어부의 Time to Start of Blinking)과 수평 픽셀 구동시간(THS: Time of Horizontal Scanning) 값을 아래와 같이 계산 한다. 여기서, DOFFSET(즉, TOFFSET/VT)은 열차 기관사의 안전을 위해 영상을 디스플레이 하지 않는 구간이다.
TSOB-i=TOFFSET+(i-1)DDC/VT
THS=DPIXEL/VT
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 화면 분할 디스플레이 방식을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 열차의 창문에 동영상을 표출하는 방식에는 영상 프레임을 연속적으로 붙여 표출하는 파노라마(panorama) 방식과 영상을 원하는 거리만큼 이격을 두고 표출하는 분할(segmented)방식이 있다.
파노라마 방식은 분할방식의 한가지 예에 해당하며 프레임간의 간격(DF2F-i)이 0인 경우에 해당한다. 일단 디스플레이 제어부가 TSOB-i 시간에 프레임 디스플레이를 시작하면 정해진 디스플레이 프레임 간의 간격(DF2F-i)에 해당하는 디스플레이 시간(TF2F-i) 동안은 디스플레이를 하지 않는다. 즉, 첫번째 프레임을 디스플레이한 후 두번째 프레임은 지난 후에 TF2F-2 가 지난 후에 디스플레이를 시작한다.
TF2F-j=DF2F-j/VT
또한, 일반적으로 열차의 총 길이 정보는 주어지므로 이에 해당하는 시간후에는 디스플레이를 중단하여 시스템 전력소모를 최소화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 제2 프로세서에서 필요한 알고리즘을 설명하는 도면이다.
동기화에 필요한 TSOB-i, THS, TF2F-j 시간은 카운터 값으로 구현되며 그 값이 0이 되는 시간에 각각 동작을 하게 된다. 속도가 변하게 되면 그 변화량(ΔVT=VT-new-VT-old)에 따라 TSOB-i, THS, TF2F-j 값을 갱신한다. 즉, 카운터 값이 0가 되는 시간이 속도 변화에 따라 변화되므로 속도 적응형 동기화가 이루어질 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 클러스터 리더 디스플레이 제어부가 이더넷 및 RS-485 게이트웨이인 네트웍을 설명하는 도면이다.
도 11에는 메인 제어부(1)로부터 디스플레이 제어부(3)에 컨텐츠 또는 데이터를 경제적이며 신뢰성 있게 다운로딩하기 위한 유선 또는 무선 네트워크 구조를 예시되어있다.
도 2를 함께 참조하면, 유선구조에 대해서는 모든 디스플레이 제어부(DC)(3)를 이더넷(ethernet)으로 로컬 제어부(LC)(2)에 연결하는 것이 고속 및 신뢰성을 보장하나 UTP 케이블의 길이에 의한 전송의 한계가 있으며 케이블 개수가 증가하므로 비경제적인 구조이다.
따라서, 하나의 클러스터 내에서 로컬 제어부(LC)(2)에 가장 가까운 디스플레이 제어부(DC)(3)만을 이더넷(ethernet)(4)으로 연동시키고 나머지 디스플레이 제어부(DC)(3)들과는 멀티-드롭의 RS-485 버스(12)로 연결하는 구조를 사용할 수도 있다. 즉, 로컬 제어부(LC)(2)에 연결된 클러스터 리더(cluster leader) 디스플레이 제어부(3)가 마스터가 되고 클러스터내의 나머지 모든 디스플레이 제어부(DC)(3)가 슬레이브가 되는 구조이다. 로컬 제어부(LC)(2)에 연결된 클러스터 리더 디스플레이 제어부(DC)(3)는 다른 모든 디스플레이 제어부(DC)(3)의 데이터 통신을 관장하며 데이터 통신시 문제가 발생되면 발생되는 디스플레이 제어부(DC)(3)의 상태를 로컬 제어부(LC)(2)를 통해 메인 제어부(MC)(1)에 보고하고, 그 다음 디스플레이 제어부(DC)(3)로 넘어 간다. 이러한 방식은 몇 개의 디스플레이 제어부(DC)(3)가 고장이 발생하더라도 전체적인 동영상 품질에 크게 영향을 주지 않는 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 클러스터 리더 디스플레이 제어부가 WLAN 및 RS-485 게이트웨이인 네트웍 구조를 설명하는 도면이고, 도 13은 모든 디스플레이 제어부가 WLAN 클라이언트인 네트웍 구조를 설명하는 도면이다.
도 12와 도 13에 도시된 네트웍은 WLAN을 사용하는 것으로 로컬 제어부(LC)(2)에 억세스 포인트(AP)(7)를 장착하고 디스플레이 제어부(DC)(3)가 클라이언트가 되는 방식이다.
이 방식은 직렬유선통신방식에 비해 데이터 전송속도가 빠르며 케이블 연결이 필요없다는 장점이 있는 반면에 무선을 사용하므로 열차제어통신시스템에 간섭 영향을 초래할 수 가 있다는 단점이 있다.
하지만 다운로딩은 주로 열차가 운행되지 않는 시간을 이용한다는 점과 대체로 열차제어통신에서 사용하는 대역과 WLAN 대역은 서로 떨어져 있어 간섭 영향이 미미하고, 케이블 가격이 고가이며 케이블링 작업에 비용이 들어가므로 이 방식은 많은 장점을 내포하고 있다.
도 12는 유선방식과 동일하게 클러스터 리더만 WLAN 클라이언트로 사용하는 방식이고, 도 13은 모든 디스플레이 제어부(DC)를 WLAN 클라이언트로 사용하는 방식이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 동영상 데이터 압축에 의한 다운로딩 방법을 설명하는 도면이다.
멀티-드롭의 직렬통신방식은 드롭수가 많아 질수록 혹은 전송거리가 증가할수록 전송 속도가 낮아지기 때문에 다운로딩 데이터의 용량이 큰 경우 다운로딩에 많은 시간이 소요된다.
이런 약점을 극복하기 위해 다운로딩할 컨텐츠를 압축하는 기술을 채택할 수가 있다. 즉, 메인 제어부(MC)(1)에서 동영상 파일을 프레임화 한 후 JPEG와 같은 압축기를 사용하여 다운로딩할 컨텐츠를 압축한 후 로컬 제어부(LC)(2)를 거처 디스플레이 제어부(DC)(3)의 클러스터 리더 디스플레이 제어부(3)로 전송하는 방식이다.
클러스터 리더 디스플레이 제어부(3)에서 다시 동일 클러스터에 속한 디스플레이 제어부(DC)(3)로 전송하고 압축 컨텐츠를 수신한 디스플레이 제어부(DC)(3)들은 영상 복원을 한 후 각자의 영상버퍼에 저장하는 방식이다. 이러한 방식을 사용하면 다운로딩에 소요되는 시간을 대략 압축 비율 만큼 단축시킬 수가 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 전력통신망을 기반으로 한 네트웍 구조를 설명하는 도면이다.
메인 파워(MP: Main Power) 블록으로부터 로컬 제어부(LC)(2) 및 디스플레이 제어부(3)에 공급되는 AC 전력선망을 데이터 네트워크로 사용할 수도 있다.
이 방식의 장점은 데이터 전용 케이블 및 커넥터 및 설치가 별도로 필요 없다는 장점을 갖는다. 즉, 전력선을 사용한 이더넷(ethernet)통신의 QoS를 보장하는 전력선 통신망을 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템의 네트웍 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템의 디스플레이 제어부의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템의 LED 모듈의 배치를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 열차의 속도를 측정하기 위한 센싱 동작을 예시적으로 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 터널의 일측에 디스플레이 제어부(DC)와 센서를 설치하고 터널의 반대편에 반사판을 설치한 경우의 속도 측정을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 클러스터 구조와 센서 네트웍을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 센서 신호가 전달되는 것을 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 적응형 동기화 알고리즘에서 사용할 프레임 정의에 대한 파라미터를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 화면 분할 디스플레이 방식을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 제2 프로세서에서 필요한 알고리즘을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 클러스터 리더 디스플레이 제어부가 이더넷 및 RS-485 게이트웨이인 네트웍을 설명하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 클러스터 리더 디스플레이 제어부가 WLAN 및 RS-485 게이트웨이인 네트웍 구조를 설명하는 도면.
도 13은 모든 디스플레이 제어부가 WLAN 클라이언트인 네트웍 구조를 설명하는 도면.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 동영상 데이터 압축에 의한 다운로딩 방법을 설명하는 도면.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 터널 동영상 시스템에서 전력통신망을 기반으로 한 네트웍 구조를 설명하는 도면.

Claims (12)

  1. 외부 네트웍과 연결되고 시스템 운영 및 관리를 담당하는 메인 제어부;
    상기 메인 제어부와 연결되어 데이터를 전송받는 복수의 디스플레이 제어부들;
    상기 복수의 디스플레이 제어부들에 의해 구동되는 복수의 LED 모듈들; 및
    상기 복수의 디스플레이 제어부들 중 적어도 일부에 연결되어 이동체의 속도를 감지하는 복수의 센서들이 포함되고,
    상기 복수의 디스플레이 제어부들은 상기 센서와 연결된 디스플레이 제어부와 상기 메인 제어부와 연결된 디스플레이 제어부를 각각 포함하는 복수의 클러스터로 구분되고,
    상기 각각의 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들 중 클러스터 리더 디스플레이 제어부는 상기 메인 제어부와 연결되는 제1 경로 및 동일 클러스터 내에 포함된 다른 디스플레이 제어부들과 연결되는 제2 경로를 포함하는 데이터 네트웍에 의해 상기 데이터가 동일 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부에 전송되도록 하고,
    상기 각각의 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들 중 상기 센서와 연결된 디스플레이 제어부는 동일 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들과 연결되는 제3 경로를 포함하는 센서 네트웍에 의해 센서 신호를 동일 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부에 전송되도록 하는 터널 동영상 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 네트웍은 상기 센서와 연결된 디스플레이 제어부가 인접한 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들과 연결되도록 하는 제4 경로를 더 포함하고 상기 센서 신호가 인접한 클러스터에 포함된 디스플레이 제어부들에게 전송되도록 하는 터널 동영상 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서 신호는 구형파 펄스로 디스플레이 제어부들에게 전송되는 터널 동영상 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센서와 연결된 디스플레이 제어부는 구형파 펄스 신호 전송을 통해 실시간으로 상기 센서 신호를 전송하는 터널 동영상 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어부와 클러스터 리더 디스플레이 제어부를 연결하는 로컬 디스플레이 제어부가 더 포함되고,
    상기 로컬 디스플레이 제어부와 상기 클러스터 리더 디스플레이 제어부는 무선 및 유선 중 적어도 어느 하나로 연결되고,
    무선으로 연결되는 경우, 상기 클러스터 리더 디스플레이 제어부에 설치된 WLAN 카드와 상기 로컬 디스플레이 제어부에 연결된 억세스 포인트를 통해 데이터가 전송되고,
    유선으로 연결되는 경우, 상기 클러스터 리더 디스플레이 제어부에 설치된 이더넷 접속기와 상기 로컬 디스플레이 제어부가 연결되어 데이터가 전송되는 터널 동영상 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 동영상 파일을 프레임화 한 후 압축하여 상기 디스플레이 제어부로 전송하고, 상기 디스플레이 제어부는 상기 압축된 데이터를 복원하여 영상 버퍼에 저장하는 터널 동영상 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어부와 디스플레이 제어부는 전력 통신망을 통해 데이터를 송수신하는 터널 동영상 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 센서들은 터널 벽에 부착된 센서들과 이동체에 부착된 반사판들을 포함하는 터널 동영상 시스템.
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