KR101586938B1 - 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-mimo 통신 시스템 및 그 동작 방법 - Google Patents

색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-mimo 통신 시스템 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 색채 공간을 참조하여 상기 입력 데이터를 색상 데이터로 변조하는 색채 공간 변조부; 상기 변조된 색상 데이터를 LED 어레이(Array)의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하는 변환부; 맵핑 규칙에 따라 상기 변환된 병렬적 데이터를 상기 LED 어레이에 맵핑(Mapping)하는 맵핑부; 및 상기 맵핑된 병렬적 데이터에 대응하는 가시광선을 발광하는 상기 LED 어레이를 포함하는 송신 장치와, 상기 송신 장치의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지하는 이미지 센서(Image Sensor); 상기 감지된 가시광선으로부터 상기 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛(LED Unit) 각각이 발광하는 색상을 구분하는 이미지 프로세싱부; 상기 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑(Demapping)하는 디맵핑부; 및 상기 디맵핑된 직렬적 색상 데이터를 데이터 비트로 디코딩(Decoding)하는 디코딩부를 포함하는 수신 장치를 특징으로 하는 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신 시스템 및 그 동작 방법을 개시한다.

Description

색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신 시스템 및 그 동작 방법{COLOR INDEPENDENT VISUAL-MIMO COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD USING THE COLOR-SPACE-BASED IMAGE PROCESSING}
본 발명의 실시예들은 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신을 이용한 가시광 통신 시스템에 관한 것이다.
가시광 통신 시스템은 발광 다이오드(LED)를 통해서 가시광선을 사람이 인지할 수 없을 정도의 빠른 속도로 점멸시키는 방법을 통하여 정보를 송신한다. 따라서 가시광 통신 시스템은 전자파를 이용하여 정보를 송신하던 기존의 통신 기술과 달리 인체에 무해한 친환경 녹색 기술이고, 나아가 빛의 직진성을 이용하여 정보를 송신하기 때문에 보안성이 높고 저전력의 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 조명 시스템의 기존 인프라를 그대로 이용할 수 있어 별도의 인프라 구축을 위한 비용/시간을 아낄 수 있다.
한편, 최근에는 조명 시스템의 발달과 함께, 기존의 흰색 빛뿐만 아니라 다양한 색상의 빛을 발광하거나, 빛의 밝기(세기)를 조절할 수 있는 조명 시스템에 대한 사용자의 요구가 높아지고 있다. 따라서 가시광 통신 시스템이 이와 같은 다양한 환경 - 예를 들어, 발광 가시광선의 색상, 세기 등이 변하는 환경에서도 사용자가 위화감을 느끼지 않도록 하면서 데이터 송신/수신을 제공할 수 있도록 하는 기술에 대한 연구 및 기술 발전이 필요하다.
최근에는 데이터의 품질 및 데이터의 전송 용량을 고려하여 다중 입력 및 다중 출력을 하는 MIMO(Multi Input Multi Output) 기술을 적용한 가시광 통신이 제안되고 있다. MIMO 기술은 송신 장치의 다중 입력을 지원하는 LED 어레이와 수신 장치의 다중 출력을 지원하는 이미지 센서를 사용하여 전송 용량을 늘리거나 공간 다이버시티(Spatial Diversity) 효과를 얻을 수 있는 기술이다.
그러나, 기존의 가시광 통신을 이용한 MIMO 기술은 조명의 밝기의 불균일성 및 조명에 대한 색깔의 변화에 대처하기 어렵다는 치명적인 약점을 내재하고 있다. 또한, 기존의 가시광 통신을 이용한 MIMO 기술은 OOK(On Off Keying) 변조하는 기술(예를 들어, 모스부호 등)에 의존하는 취약성을 갖고 있다.
따라서, OOK 변조에만 제한되지 않은 색 공간 기반의 다양한 변조 기술 및 색의 밝기(세기) 변화와 색상 변화에 무관한 비주얼-MIMO 통신에 대한 연구 및 기술 발전이 필요하다.
대한민국 등록특허 제100654935호(2006.11.30), "OOK 또는 PSK 변복조를 이용한 무선 LED 통신시스템" 대한민국 등록특허 제100970034호(2010.07.06). "조명광통신장치"
본 발명의 일실시예는 발광 다이오드의 색상 또는 색상의 변화, 그리고 빛의 세기와 상관 없이 데이터를 가시광 통신으로 송신/수신함으로써, 가시광 범위 내의 모든 색상에서 가시광 통신을 할 수 있는 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신 시스템 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 색채 공간 변조를 기반으로 송신 장치의 다중 입력을 지원하는 LED 어레이와 수신 장치의 다중 출력을 지원하는 이미지 센서를 사용하여 전송 용량을 늘리거나 공간 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신 시스템 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신을 통하여 입력 데이터를 송신하는 송신 장치는 색채 공간을 참조하여 상기 입력 데이터를 색상 데이터로 변조하는 색채 공간 변조부; 상기 변조된 색상 데이터를 LED 어레이(Array)의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하는 변환부; 맵핑 규칙에 따라 상기 변환된 병렬적 데이터를 상기 LED 어레이에 맵핑(Mapping)하는 맵핑부; 및 상기 맵핑된 병렬적 데이터에 대응하는 가시광선을 발광하는 상기 LED 어레이를 포함한다.
상기 색채 공간 변조부는 목표 색상(Target Color)에 대한 정보를 입력 받고, 상기 색채 공간 내에서 상기 목표 색상을 포함하는 직선, 상기 목표 색상을 중심으로 하는 삼각형 및 원 중 어느 하나 형태의 성상도(Constellation Diagram)를 형성하며, 상기 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표가 상기 성상도의 원주상에 위치하도록 성상 좌표값을 결정하여 상기 입력 데이터를 상기 색상 데이터로 변조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신을 통하여 입력 데이터를 송신하는 송신 장치는 상기 입력 데이터를 오류 정정 코드가 포함되는 데이터 심볼로 코딩하는 코딩부를 더 포함할 수 있고, 상기 색채 공간 변조부는 상기 데이터 심볼을 상기 색상 데이터로 변조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신을 통하여 송신 장치로부터 데이터를 수신하는 수신 장치는 상기 송신 장치의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지하는 이미지 센서(Image Sensor); 상기 감지된 가시광선으로부터 상기 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛(LED Unit) 각각이 발광하는 색상을 구분하는 이미지 프로세싱부; 상기 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑(Demapping)하는 디맵핑부; 및 상기 디맵핑된 직렬적 색상 데이터를 데이터 비트로 디코딩(Decoding)하는 디코딩부를 포함한다.
상기 디코딩부는 상기 데이터 비트를 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신을 통하여 입력 데이터를 송신하는 송신 장치의 동작 방법은 색채 공간을 참조하여 상기 입력 데이터를 색상 데이터로 변조하는 단계; 상기 변조된 색상 데이터를 LED 어레이(Array)의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하는 단계; 맵핑 규칙에 따라 상기 변환된 병렬적 데이터를 상기 LED 어레이에 맵핑(Mapping)하는 단계; 및 상기 맵핑된 병렬적 데이터에 대응하는 가시광선을 발광하는 단계를 포함한다.
상기 색상 데이터로 변조하는 단계는 목표 색상(Target Color)에 대한 정보를 입력 받는 단계; 상기 색채 공간 내에서 상기 목표 색상을 포함하는 직선, 상기 목표 색상을 중심으로 하는 삼각형 및 원 중 어느 하나 형태의 성상도(Constellation Diagram)를 형성하는 단계; 및 상기 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표가 상기 성상도의 원주상에 위치하도록 성상 좌표값을 결정하여 상기 입력 데이터를 상기 색상 데이터로 변조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신을 통하여 입력 데이터를 송신하는 송신 장치의 동작 방법은 상기 입력 데이터를 오류 정정 코드가 포함되는 데이터 심볼로 코딩하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 색상 데이터로 변조하는 단계는 상기 데이터 심볼을 상기 색상 데이터로 변조할 수 있다.
가시광 통신을 통하여 송신 장치로부터 데이터를 수신하는 수신 장치의 동작 방법은 상기 송신 장치의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지하는 단계; 상기 감지된 가시광선으로부터 상기 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛(LED Unit) 각각이 발광하는 색상을 구분하는 단계; 상기 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑(Demapping)하는 단계; 및 상기 디맵핑된 직렬적 색상 데이터를 데이터 비트로 디코딩(Decoding)하는 단계를 포함한다.
상기 디코딩하는 단계는 상기 데이터 비트를 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩할 수 있다.
본 발명의 일실시예는 발광 다이오드의 색상 또는 색상의 변화, 그리고 빛의 세기와 상관 없이 데이터를 가시광 통신으로 송신/수신함으로써, 가시광 범위 내의 모든 색상에서 가시광 통신을 할 수 있다.
본 발명의 일실시예는 색채 공간 변조를 기반으로 송신 장치의 다중 입력을 지원하는 LED 어레이와 수신 장치의 다중 출력을 지원하는 이미지 센서를 사용하여 전송 용량을 늘리거나 공간 다이버시티 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신을 기반한 가시광 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 색채 공간내에서 형성되는 성상도의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 맵핑 규칙에 따라 병렬적 데이터를 LED 어레이에 맵핑하는 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수신 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신을 기반한 가시광 통신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 가시광 통신 시스템(100)은 가시광 통신을 통하여 데이터를 송신하는 송신 장치(200)와 데이터를 수신하는 수신 장치(500)를 포함한다.
보다 상세하게는, 가시광 통신 시스템(100)은 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신을 통하여 데이터를 송신하는 송신 장치(200)와 데이터를 수신하는 수신 장치(500)를 포함할 수 있다.
송신 장치(200)는 송신하고자 하는 입력 데이터(Input Data)를 입력 받고, 입력 받은 입력 데이터를 비주얼-MIMO 통신을 통하여 수신 장치(500)로 송신할 수 있도록 광 신호로 변조하며, 변조된 신호를 광 채널(Optical Channel)(150)을 통해 수신 장치(500)로 송신할 수 있다. 또한, 수신 장치(500)는 송신 장치(200)의 광 신호를 감지하고, 감지된 광 신호를 복조(Demodulation)하여 출력 데이터를 획득할 수 있다.
이 때, 송신 장치(200)는 색채 공간(Color Space)과 목표 색상(Target Color)을 참조하여 입력 데이터를 색상 데이터로 변조하고, 변조된 색상 데이터를 LED 어레이(Array)의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하여 송신할 수 있다. 또한, 수신 장치(500)는 송신 장치(200)의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지하고, LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛(LED Unit) 각각이 발광하는 색상을 구분하는 이미지 프로세싱을 참조하여 데이터를 복조할 수 있다.
따라서, 가시광 통신 시스템(100)은 색상에 독립적이며(Color-Independent), 또한 가시광 영역 내의 모든 색상에서 동작할 수 있다.
이하, 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신을 기반한 가시광 통신 시스템(100)의 세부 구성의 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 송신 장치(200)는 색채 공간 변조부(220), 변환부(230), 맵핑부(240) 및 LED 어레이(250)를 포함한다.
송신 장치(200)는 가시광 통신을 통하여 데이터를 수신 장치로 송신할 수 있다. 보다 상세하게는, 송신 장치(200)는 색 공간 기반 영상 처리를 이용한 색상에 무관한 비주얼-MIMO 통신을 기반한 가시광 통신을 통하여 데이터를 수신 장치로 송신할 수 있고, 송신 장치는 송신하고자 하는 입력 데이터를 입력 받을 수 있다.
색채 공간 변조부(220)는 색채 공간을 참조하여 입력 데이터를 색상 데이터로 변조한다. 보다 상세하게는, 색채 공간 변조부(220)는 색채 공간을 참조하여 입력 데이터를 성상 좌표값으로 결정할 수 있다. 이 때, 입력 데이터는 성상 좌표(x, y)로 나타내어질 수 있다. 또한, 색채 공간 내의 모든 성상 좌표는 각각에 대응하는 색채(Color)를 나타낼 수 있다.
색채 공간은 국제조명위원회(CIE)에서 규정한 색도도에서 색광을 표시하는 공간으로서 성상 좌표(x, y)로 여러 색의 공간을 표시할 수 있다.
일실시예에 따른 색채 공간 변조부(220)는 성상 좌표값을 결정하기 위하여, 목표 색상(Target Color)에 대한 정보를 입력 받을 수 있고, 색채 공간 내에서 목표 색상을 포함하는 직선, 목표 색상을 중심으로 하는 삼각형 및 원 중 어느 하나 형태의 성상도(Constellation Diagram)를 형성할 수 있다.
또한, 색채 공간 변조부(220)는 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표가 성상도의 원주상에 위치하도록 성상 좌표값을 결정하여, 입력 데이터를 색상 데이터로 변조할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 색채 공간 변조부(220)가 성상 좌표값을 결정하는 실시예에 대해서 자세히 설명한다.
도 3은 색채 공간내에서 형성되는 성상도의 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 송신 장치의 색채 공간 변조부(220)는 성상도를 형성할 수 있다. 이 때, 도 3의 색채 공간은 CIE1931 색채 공간을 사용되었지만 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니며, CIE1976 등 다양한 색채 공간이 적용될 수 있다.
색채 공간 변조부(220)는 목표 색상에 대한 정보를 입력 받아서 색채 공간에서 목표 색상 좌표(310)를 도출할 수 있다. 또한, 색채 공간 변조부(220)는 송신 장치의 LED 어레이(250)에 설치된 발광 다이오드를 연결한 개멋 영역(Gamut Area)을 형성할 수 있다. 도 3의 실시예에서는 3개의 발광 다이오드(331, 332, 333)를 꼭지점으로 하는 삼각형이 개멋 영역이 될 수 있다.
또한, 색채 공간 변조부(220)는 색채 공간의 개멋 영역 내에서 목표 색상 좌표(310)를 중심으로 하는 가장 큰 원을 생성할 수 있다.
원이 생성되면, 색채 공간 변조부(220)는 입력 받은 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표가 생성된 원 위에 위치하도록 성상 좌표값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 입력 받은 입력 데이터가 2비트 입력 데이터인 경우, 색채 공간 변조부(220)는 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표로서 4개의 가능한 성상 좌표값(321, 322, 323, 324)을 결정할 수 있다. 이 때, 입력 받은 입력 데이터가 2비트 입력 데이터인 경우이지만, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 입력 데이터의 비트 수가 적용될 수 있다.
실시예에 따라서는 송신 장치(200)는 입력 데이터를 오류 정정 코드가 포함되는 데이터 심볼로 코딩하는 코딩부(210)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 코딩부(210)는 입력 데이터를 순방향 오류 정정(FEC, Forward Error Correction) 코드가 포함되는 데이터 심볼로 코딩할 수 있다. 이 때, 색채 공간 변조부(220)는 데이터 심볼을 색상 데이터로 변조할 수 있다.
또한, 송신 장치(200)는 코딩된 데이터 심볼을 인터리빙(Interleaving)하는 인터리빙부를 더 포함할 수 있다(미도시). 이 때, 색채 공간 변조부(220)는 인터리빙된 데이터 심볼을 색상 데이터로 변조할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 변환부(230)는 색상 데이터를 LED 어레이의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환한다.
보다 상세하게는, 변환부(230)는 색상 데이터의 다중 입력을 지원하는 LED 어레이의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하되, 색상 데이터에 대한 서로 다른 데이터를 병렬적 데이터에 할당하여 변환할 수 있다. 따라서, 송신 장치(200)는 전송 용량을 늘릴 수 있도록 한번에 많은 데이터를 송신할 수 있다.
또한, 변환부(230)는 색상 데이터의 다중 입력을 지원하는 LED 어레이의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하되, 색상 데이터에 대한 서로 같은 데이터를 병렬적 데이터에 할당하여 변환할 수 있다. 따라서, 송신 장치(200)는 공간 다이버시티(Spatial Diversity) 효과를 얻을 수 있도록 한번에 같은 데이터를 송신할 수 있다.
공간 다이버시티는 공간적으로 다중 입력을 지원하는 이격된 LED 어레이(240)와 다중 입력을 수신하는 이미지 센서를 이용하여 다이버시티 효과를 얻는 기법으로서, 서로 다른 광 채널을 통과한 둘 이상의 같은 데이터를 이미지 센서를 통하여 수신하고, 이중에 페이딩 영향이 적은 데이터를 선택하거나, 둘 이상의 같은 데이터를 합성하는 기법일 수 있다.
실시예에 따른 LED 어레이의 크기는 물리적인 크기를 의미하지 않고, LED 어레이 기판에 실장된 LED 칩의 개수를 의미할 수 있다.
맵핑부(240)는 맵핑 규칙에 따라 변환된 병렬적 데이터를 LED 어레이(250)에 맵핑(mapping)한다. 이하, 도 4를 참조하여 병렬적 데이터를 LED 어레이에 맵핑하는 예를 상세히 설명한다.
도 4는 맵핑 규칙에 따라 병렬적 데이터를 LED 어레이에 맵핑하는 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 맵핑부(240)는 맵핑 규칙에 따라 변환된 병렬적 데이터(410)를 LED 어레이에 맵핑할 수 있다.
실시예에 따른 LED 어레이(250)는 하나의 PCB(Printed Circuit Board)위에 다수 개의 LED 칩이 실장된 하나의 LED 패키지일 수 있고, LED 패키지가 복수 개 모인 형태일 수 있다.
또한, LED 어레이의 크기(예를 들어, M*N 크기의 LED 어레이)는 달라질 수 있기 때문에, 맵핑부(240)는 변환된 병렬적 데이터를 LED 어레이의 크기를 고려하여 LED 어레이(250)에 맵핑할 수 있다(여기서, M은 행, N은 열).
도 4의 a 및 도 4의 b는 4*4 크기의 LED 어레이가 적용된 경우이지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 크기의 LED 어레이가 적용될 수 있다.
맵핑부(240)는 도시된 도 4의 a와 같이, 가로 방향의 맵핑 규칙에 따라 변환된 병렬적 데이터(410)를 LED 어레이에 맵핑(420)할 수 있고, 맵핑부(240)는 도시된 도 4의 b와 같이, 세로 방향의 맵핑 규칙에 따라 변환된 병렬적 데이터(410)를 LED 어레이에 맵핑(440)할 수 있다. 맵핑 규칙은 가로, 세로, 대각선, 지그재그 및 이를 응용한 다양한 규칙이 적용될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, LED 어레이(250)는 맵핑된 병렬적 데이터에 대응하는 가시광선을 발광한다. 따라서, 송신 장치(200)는 입력된 입력 데이터를 광 신호로 변환하고, 변환된 광 신호를 광 채널을 통과하여 수신 장치로 송신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수신 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 수신 장치(500)는 이미지 센서(510), 이미지 프로세싱부(520), 디맵핑부(530) 및 디코딩부(540)를 포함한다.
이미지 센서(510)는 송신 장치의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지한다. 일실시예에 따른 이미지 센서(510)는 가시광선의 파장 또는 색 구성(Color Component)에 대응하는 가시광선의 세기(Light Intensity)를 측정할 수 있고, 가시광선의 광도(Magnitude)를 출력할 수 있으며, 가시광선의 다중 출력을 감지할 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(510)는 빨간색 광, 파란색 광, 초록색 광 각각에 대한 세기를 검출할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 수신 장치(500)는 복수의 배열된 광 검출기(Photo Detector)를 통하여 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선의 다중 출력을 감지할 수 있다. 따라서, 가시광 통신 시스템은 송신 장치의 LED 어레이와 이격된 수신 장치의 이미지 센서(510) 및 복수의 배열된 광 검출기 중 어느 하나를 기반으로 비주얼-MIMO 통신을 수행할 수 있다.
이미지 프로세싱부(520)는 감지된 가시광선으로부터 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛(LED Unit) 각각이 발광하는 색상을 구분한다. 예를 들어, 이미지 프로세싱부(520)는 이미지를 HSI(Hue Saturation Intensity) 공간으로 전환 후, 색상 히스토그램(Hue histogram)을 통하여 감지된 가시광선으로부터 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛 각각이 발광하는 색상을 구분할 수 있다.
이미지의 색상 히스토그램은 색상 강도에 대한 도수 분포 상태를 그래프로 나타내는 것으로, LED 유닛에 발광하는 색상을 구분하는데 사용될 수 있다.
디맵핑부(530)는 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑(Demapping)한다. 보다 상세하게는, 디맵핑부(530)는 송신 장치의 맵핑 규칙을 역으로 적용하여 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑할 수 있다.
디코딩부(540)는 디맵핑된 직렬적 색상 데이터를 데이터 비트로 변환한다. 보다 상세하게는, 디코딩부(540)는 색상 별로 변환되는 비트를 결정하여 직렬적 색상 데이터를 데이터 비트로 변환할 수 있고(예를 들어, 색상 데이터가 '빨강색'이면 데이터 비트는 '00', 색상 데이터가 '녹색'이면 데이터 비트는 '01', 색상 데이터가 '파란색'이면 '10' 및 색상 데이터가 '흰색'이면 '11' 등), 디코딩부(540)는 색채 공간을 참조하여 색상 데이터를 데이터 비트로 변환할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 디코딩부(540)는 데이터 비트를 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩할 수 있다. 예를 들어, 디코딩부(540)는 데이터 비트에 포함된 오류 정정 코드를 이용하여 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩할 수 있다.
일실시예에 따르면, 수신 장치(500)는 데이터 비트를 디인터리빙(Deinterleaving)하는 디인터링부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 디코딩부(540)는 디인터리빙된 데이터 비트를 출력 데이터로 디코딩할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 송신 장치의 동작 방법은 색채 공간을 참조하여 입력 데이터를 색상 데이터로 변조한다(610). 보다 상세하게는, 단계 610은 목표 색상에 대한 정보를 입력 받는 단계, 색채 공간 내에서 목표 색상을 포함하는 직선, 목표 색상을 중심으로 하는 삼각형 및 원 중 어느 하나 형태의 성상도를 형성하는 단계, 및 상기 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표가 상기 성상도의 원주상에 위치하도록 성상 좌표값을 결정하여 상기 입력 데이터를 상기 색상 데이터로 변조하는 단계를 포함할 수 있다.
색채 공간은 국제조명위원회(CIE)에서 규정한 색도도에서 색광을 표시하는 공간으로서 성상 좌표(x, y)로 여러 색의 공간을 표시할 수 있다.
송신 장치의 동작 방법은 입력 데이터를 오류 정정 코드가 포함되는 데이터 심볼로 코딩하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 단계 610은 데이터 심볼을 색상 데이터로 변조할 수 있다.
또한, 송신 장치의 동작 방법은 코딩된 데이터 심볼을 인터리빙할 수 있다. 이 때, 단계 610은 인터리빙된 데이터 심볼을 색상 데이터로 변조할 수 있다.
송신 장치의 동작 방법은 변조된 색상 데이터를 LED 어레이의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환한다(620). 보다 상세하게는, 단계 620은 색상 데이터의 다중 입력을 지원하는 LED 어레이의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하되, 색상 데이터에 대한 서로 다른 데이터를 병렬적 데이터에 할당하여 변환할 수 있다.
또한, 단계 620은 색상 데이터의 다중 입력을 지원하는 LED 어레이의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하되, 색상 데이터에 대한 서로 같은 데이터를 병렬적 데이터에 할당하여 변환할 수 있다.
송신 장치의 동작 방법은 맵핑 규칙에 따라 변환된 병렬적 데이터를 LED 어레이에 맵핑한다(630).
실시예에 따른 LED 어레이는 하나의 PCB(Printed Circuit Board)위에 다수 개의 LED 칩이 실장된 하나의 LED 패키지일 수 있고, LED 패키지가 복수 개 모인 형태일 수 있다.
또한, LED 어레이의 크기(예를 들어, M*N 크기의 LED 어레이)는 달라질 수 있기 때문에, 단계 630은 변환된 병렬적 데이터를 LED 어레이의 크기를 고려하여 LED 어레이에 맵핑할 수 있다(여기서, M은 행, N은 열).
송신 장치의 동작 방법은 맵핑된 병렬적 데이터에 대응하는 가시광선을 발광한다(640). 따라서, 송신 장치는 입력된 입력 데이터를 광 신호로 변환하고, 변환된 광 신호를 광 채널을 통과하여 수신 장치로 송신할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수신 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 수신 장치의 동작 방법은 송신 장치의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지한다(710). 보다 상세하게는 단계 710은 가시광선의 파장 또는 색 구성에 대응하는 가시광선의 세기를 측정할 수 있고, 가시광선의 광도를 출력할 수 있으며, 가시광선의 다중 출력을 감지할 수 있다.
또한, 수신 장치의 동작 방법은 감지된 가시광선으로부터 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛 각각이 발광하는 색상을 구분한다(720). 예를 들어, 단계 720은 이미지를 HSI(Hue Saturation Intensity) 공간으로 전환 후, 색상 히스토그램(Hue histogram)을 통하여 감지된 가시광선으로부터 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛 각각이 발광하는 색상을 구분할 수 있다.
이미지의 색상 히스토그램은 색상 강도에 대한 도수 분포 상태를 그래프로 나타내는 것으로, LED 유닛에 발광하는 색상을 구분하는데 사용될 수 있다.
수신 장치의 동작 방법은 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑한다(730). 보다 상세하게는, 단계 730은 송신 장치의 맵핑 규칙을 역으로 적용하여 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑할 수 있다.
또한, 수신 장치의 동작 방법은 디맵핑된 직렬적 색상 데이터를 데이터 비트로 변환한다(740).
본 발명의 일측에 따르면, 단계 740은 데이터 비트를 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩할 수 있다. 예를 들어, 단계 740은 데이터 비트에 포함된 오류 정정 코드를 이용하여 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩할 수 있다.
일실시예에 따르면, 수신 장치의 동작 방법은 데이터 비트를 디인터리빙하는 단계를 더 포함할 수 있고, 단계 740은 디인터리빙된 데이터 비트를 출력 데이터로 디코딩할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 가시광 통신 시스템
150: 광 채널
200: 송신 장치
500: 수신 장치

Claims (11)

  1. 가시광 통신을 통하여 입력 데이터를 송신하는 송신 장치에 있어서,
    색채 공간을 참조하여 상기 입력 데이터를 색상 데이터로 변조하는 색채 공간 변조부;
    상기 변조된 색상 데이터를 LED 어레이(Array)의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하는 변환부;
    맵핑 규칙에 따라 상기 변환된 병렬적 데이터를 상기 LED 어레이에 맵핑(Mapping)하는 맵핑부; 및
    상기 맵핑된 병렬적 데이터에 대응하는 가시광선을 발광하는 상기 LED 어레이
    를 포함하고,
    상기 색채 공간 변조부는
    목표 색상(Target Color)에 대한 정보를 입력 받고,
    상기 색채 공간 내에서 상기 목표 색상을 포함하는 직선, 상기 목표 색상을 중심으로 하는 삼각형 및 원 중 어느 하나 형태의 성상도(Constellation Diagram)를 형성하며,
    상기 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표가 상기 성상도의 원주상에 위치하도록 성상 좌표값을 결정하여 상기 입력 데이터를 상기 색상 데이터로 변조하는
    송신 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력 데이터를 오류 정정 코드가 포함되는 데이터 심볼로 코딩하는 코딩부를 더 포함하고,
    상기 색채 공간 변조부는
    상기 데이터 심볼을 상기 색상 데이터로 변조하는
    송신 장치.
  4. 가시광 통신을 통하여 송신 장치로부터 데이터를 수신하는 수신 장치에 있어서,
    상기 송신 장치의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지하는 이미지 센서(Image Sensor);
    상기 감지된 가시광선으로부터 상기 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛(LED Unit) 각각이 발광하는 색상을 이미지 히스토그램을 통하여 구분하는 이미지 프로세싱부;
    상기 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑(Demapping)하는 디맵핑부; 및
    색채 공간 내에서 목표 색상을 중심으로 하는 가장 큰 원을 생성하여 성상도를 형성하며, 상기 디맵핑된 직렬적 색상 데이터와 성상 좌표 간의 최단 거리가 되는 성상 좌표를 결정하고, 상기 성상 좌표를 이용하여 상기 색상 데이터를 데이터 비트로 디코딩(Decoding)하는 디코딩부
    를 포함하는 수신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디코딩부는
    상기 데이터 비트를 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩하는
    수신 장치.
  6. 가시광 통신을 통하여 입력 데이터를 송신하는 송신 장치의 동작 방법에 있어서,
    색채 공간을 참조하여 상기 입력 데이터를 색상 데이터로 변조하는 단계;
    상기 변조된 색상 데이터를 LED 어레이(Array)의 크기에 대응하는 병렬적 데이터로 변환하는 단계;
    맵핑 규칙에 따라 상기 변환된 병렬적 데이터를 상기 LED 어레이에 맵핑(Mapping)하는 단계; 및
    상기 맵핑된 병렬적 데이터에 대응하는 가시광선을 발광하는 단계
    를 포함하고,
    상기 색상 데이터로 변조하는 단계는
    목표 색상(Target Color)에 대한 정보를 입력 받는 단계;
    상기 색채 공간 내에서 상기 목표 색상을 포함하는 직선, 상기 목표 색상을 중심으로 하는 삼각형 및 원 중 어느 하나 형태의 성상도(Constellation Diagram)를 형성하는 단계; 및
    상기 입력 데이터에 대응하는 성상 좌표가 상기 성상도의 원주상에 위치하도록 성상 좌표값을 결정하여 상기 입력 데이터를 상기 색상 데이터로 변조하는 단계
    를 포함하는 송신 장치의 동작 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 입력 데이터를 오류 정정 코드가 포함되는 데이터 심볼로 코딩하는 단계를 더 포함하고,
    상기 색상 데이터로 변조하는 단계는
    상기 데이터 심볼을 상기 색상 데이터로 변조하는
    송신 장치의 동작 방법.
  9. 가시광 통신을 통하여 송신 장치로부터 데이터를 수신하는 수신 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 송신 장치의 LED 어레이로부터 수신되는 가시광선을 감지하는 단계;
    상기 감지된 가시광선으로부터 상기 LED 어레이를 구성하는 복수 개의 LED 유닛(LED Unit) 각각이 발광하는 색상을 이미지 히스토그램을 통하여 구분하는 단계;
    상기 복수 개의 LED 유닛별 발광 색상을 직렬적 색상 데이터로 디맵핑(Demapping)하는 단계; 및
    색채 공간 내에서 목표 색상을 중심으로 하는 가장 큰 원을 생성하여 성상도를 형성하며, 상기 디맵핑된 직렬적 색상 데이터와 성상 좌표 간의 최단 거리가 되는 성상 좌표값을 결정하고, 상기 성상 좌표값을 이용하여 상기 색상 데이터를 데이터 비트로 디코딩(Decoding)하는 단계
    를 포함하는 수신 장치의 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 디코딩하는 단계는
    상기 데이터 비트를 오류 정정이 되는 출력 데이터로 디코딩하는
    수신 장치의 동작 방법.
  11. 제6항 또는 제10항의 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능기록 매체.
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