KR101794933B1 - 디스플레이/광원 매트릭스의 표출 컬러 및 패턴 형태를 이용한 가시광 통신 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 디스플레이/광원 매트릭스를 갖는 송신 디바이스에서 카메라를 갖는 수신 디바이스로 신호를 전송하는 가시광 통신 방법은 상기 송신 디바이스가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 전송을 위한 데이터(이하 ‘전송 데이터’라 함)를 VTASC(Variable Transparent Amplitude Shape Color Modulation) 변조 기법을 이용하여 변조 데이터로 변경하는 단계; 상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계; 상기 수신 디바이스가 상기 가시광 신호를 상기 카메라를 통해 수신하여 상기 변조 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 수신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 VTASC 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 상기 전송 데이터로 변경하여 추출하는 단계를 포함한다.

Description

디스플레이/광원 매트릭스의 표출 컬러 및 패턴 형태를 이용한 가시광 통신 방법{VISIBLE LIGHT COMMUNICATION METHOD USING DISPLAY / LIGHT SOURCE MATRIX ADAPTIVE COLOR AND PATTERN TYPES}

본 발명은 디스플레이/광원 매트릭스를 통한 가시광 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이/광원 매트릭스 디바이스에서 카메라 디바이스로 가시광 신호를 전송하여 가시광 통신을 수행하는 가시광 통신 방법에 관한 것이다.

다양한 무선 통신 기술 중에 하나인 가시광 통신 기술(VLC: Visible Light Communication)은 380~780 나노미터의 파장을 갖는 가시광에 신호를 실어 전송하는 무선통신 방식으로, 최근 발광 다이오드 기술의 발전으로 말미암아 계속 발전되고 있다.

특히, 이러한 가시광 통신 기술은 조명기기 이외에도, 가시광을 발하는 다양한 사이니지 패널, 전광관 등과 같은 다양한 형태의 디스플레이/광원 매트릭스에도 적용되어 활용되고 있다.

예를 들어, TV, 모니터, 스마트 디바이스 등에 포함된 디스플레이/광원 매트릭스 디바이스를 통해 가시광 통신 수신기를 소지한 사용자에게 다양한 정보를 제공할 수 있다.

하지만 종래 기술의 경우, 상기 가시광 통신은 이를 사용하고자 하는 사용자가 가시광 통신 수신기를 별도로 구입하여야 하므로, 일반 사용자가 사용하기엔 다소 불편할 수 있다.

본 발명의 실시예는 디스플레이/광원 매트릭스에서 출사되는 가시광의 컬러 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 다량의 정보를 빠른 시간에 전송할 수 있는 가시광 통신 방법을 제공한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이/광원 매트릭스를 갖는 송신 디바이스에서 카메라를 갖는 수신 디바이스로 신호를 전송하는 가시광 통신 방법은 상기 송신 디바이스가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 전송을 위한 데이터(이하 ‘전송 데이터’라 함)를 VTASC(Variable Transparent Amplitude Shape Color Modulation) 변조 기법을 이용하여 변조 데이터로 변경하는 단계; 상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계; 상기 수신 디바이스가 상기 가시광 신호를 상기 카메라를 통해 수신하여 상기 변조 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 수신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 VTASC 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 상기 전송 데이터로 변경하여 추출하는 단계를 포함한다.

상기 VTASC 변조 기법을 이용하여 변조 데이터로 변경하는 단계는, 상기 VTASC 변조 기법에 따라 각 비디오 프레임마다 각각 상이한 확산 코드를 사용하여 변조할 수 있다.

상기 수신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 VTASC 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 상기 전송 데이터로 변경하는 단계는, 상기 수신 디바이스에 미리 저장된 상기 확산 코드를 사용하여 상기 변조 데이터를 추출할 수 있다.

상기 수신 디바이스가 동일한 비디오 프레임을 복수 회 수신한 경우, 상기 수신 디바이스는 상기 복수회 수신한 비디오 프레임 및 다음 수신한 비디오 프레임에 적용된 확산 코드를 이용한 역확산 복조 기법에 기초하여 중복된 비디오 프레임을 제거할 수 있다.

상기 수신 디바이스가 상기 가시광 신호를 상기 카메라를 통해 수신하여 상기 변조 데이터를 추출하는 단계는, 상기 송신 디바이스와 수신 디바이스의 각도가 정방향이 아닌 경우, 왜곡 보정 알고리즘에 기초하여 상기 송신 디바이스에서의 전송 데이터를 복원하여 상기 변조 데이터를 추출할 수 있다.

상기 수신 디바이스가 상기 가시광 신호를 상기 카메라를 통해 수신하여 상기 변조 데이터를 추출하는 단계는, 상기 송신 디바이스와 수신 디바이스의 거리가 기 설정된 거리 이상인 경우, 상기 전송 데이터의 패턴의 크기에 기초하여 상기 송신 디바이스와의 거리를 산출하고, 산출된 거리에 기초하여 상기 전송 데이터를 복원하여 상기 변조 데이터를 추출할 수 있다.

상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는, 상기 송신 디바이스가 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계; 상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 영역들에 대응하도록 분할하는 단계; 및 상기 송신 디바이스가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 상기 분할된 데이터들 각각이 포함된 분할 가시광 신호들을 상기 영역들을 통해 각각 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 송신 디바이스가 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계는, 상기 송신 디바이스가 상기 수신 디바이스와의 이격 거리를 감지하는 단계; 및 상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 이격 거리에 따라 결정되는 개수의 영역들에 대응하도록 분할하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 송신 디바이스가 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계는, 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면의 사이즈 및 형태에 따라 분할되는 영역들의 개수 및 배치가 결정될 수 있다.

상기 수신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 VTASC 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 상기 전송 데이터로 변경하여 추출하는 단계는, 상기 송신 디바이스가 패턴을 이용하여 상기 가시광 신호를 출력할 경우, 상기 패턴의 색상 및 크기를 이용하여 상기 변조 데이터를 상기 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력할 수 있다.

상기 패턴은 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 삼각형, 별 중 어느 하나의 모양을 가질 수 있다.

상기 패턴은 연속성을 가지는 확장형 2차원 코드이되, 상기 연속성을 가지는 확장형 2차원 코드는 QR 코드 및 컬러 코드 중 하나 이상을 통해 구현될 수 있다.

상기 변조 데이터를 상기 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는, 상기 송신 디바이스가 상기 수신 디바이스와의 이격 거리를 감지하는 단계; 상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 이격 거리에 따라 결정되는 개수의 영역들에 대응하도록 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계; 상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 영역들에 대응하도록 분할하는 단계; 및 상기 송신 디바이스가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 상기 분할된 데이터들 각각이 포함된 분할 가시광 신호들을 상기 영역들을 통해 각각 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는, 상기 송신 디바이스가 상기 가시광 신호를 복수개의 초당 프레임수(fps, frame per second)로 분할하여 출력할 수 있다.

상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는, 상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 앱 아이콘의 색상을 이용하여 상기 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력할 수 있다.

상기 송신 디바이스는 스마트폰, 스마트 워치, 태블릿 PC, 모니터, TV 및 전광판 중 어느 하나이고, 상기 수신 디바이스는 스마트폰, 스마트워치, 스마트패드 및 태블릿 PC 중 어느 하나일 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 송신 디바이스가 전송하고자하는 데이터를 디스플레이/광원 매트릭스의 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 수신 디바이스로 전송함에 따라, 상기 송신 디바이스는 많은 양의 데이터를 보다 빠르게 전송시킬 수 있다.

특히, 상기 패턴의 색상 및 크기를 모두 이용할 수도 있고, 한 개의 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하여 가시광 신호를 전송하거나, 복수개의 동일 기종 또는 다른 기종이 모여 형성된 복수개의 디스플레이/광원 매트릭스의 패턴과 컬러를 이용하여 가시광 송신을 행함으로써, 상기 송신 디바이스는 보다 더 많은 양의 데이터를 빠르게 전송시킬 수 있다.

또한, 사용자가 카메라를 구비하는 수신 디바이스, 예를 들어 스마트폰, 스마트패드, 스마트 워치 등을 소지하고 있을 경우, 이를 그대로 사용하여 가시광 통신을 수행할 수 있음에 따라, 사용자가 별도의 가시광 통신 수신기를 구입하지 않고 쉽게 가시광 통신을 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스 및 수신 디바이스의 블록도이다.
도 3은 도 1의 디스플레이 기반 송신 디바이스가 색상을 이용한 가시광 신호를 복수의 영역들로 분할하여 전송하고 수신 디바이스가 수신하는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 송신 디바이스의 디스플레이/광원 매트릭스 화면이 복수의 영역들로 구분된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 송신 디바이스가 전송하고자 하는 데이터를 SS-CSK 변조 기법을 적용하여 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 송신 디바이스가 전송하고자 하는 데이터를 VTASC 변조 기법을 적용하여 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 송신 디바이스가 전송하고자 하는 데이터를 SS-VTASC 변조 기법을 적용하여 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 13은 도 1의 송신 디바이스가 전송하고자 하는 데이터를 VTASC 변조 기법을 적용하여 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 VTASC 변조 기법에 적용된 비동기식 통신 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15a 및 15b는 VTASC 변조 기법에 의해 출력된 패턴의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 16 및 도 17은 도 1의 수신 디바이스가 가시광 신호를 수신하여 데이터를 추출하는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 도 1의 송신 디바이스가 수신 디바이스와의 이격 거리를 감지하여 이격 거리에 따라 표시되는 영역들의 수가 변경되는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 19는 도 1의 송신 디바이스에서 표시되는 컬러의 변화 및 패턴의 크기로 데이터를 전송하는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 20은 도 19의 패턴의 다른 모양을 설명하기 위한 일 예시를 도시한 도면이다.
도 21은 도 19의 패턴의 크기와 함께 송신 디바이스 및 수신 디바이스 사이의 이격 거리에 따라 패턴이 표시되는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 22는 연속 확장형 2차원 코드의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 도 1의 송신 디바이스의 디스플레이 화면의 사이즈 및 형태에 따라 영역들의 배치 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 도 1의 송신 디바이스에서 복수의 초당 프레임수로 가시광 신호를 전송하는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 25는 도 1의 송신 디바이스에서 표시되는 앱 아이콘의 색상 변화로 데이터를 전송하는 일 예시를 도시한 도면이다.
도 26은 각도 자유성을 갖는 디스플레이/광원 매트릭스와 카메라 간 통신 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 27 내지 도 30 은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 예시를 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하도록 한다. 한편, 본 발명의 도면에 도시된 서로 다른 모양의 해칭들은 각각 서로 다른 색상을 의미하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스(100) 및 수신 디바이스(200)의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 방법은 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 갖는 송신 디바이스(100)에서 카메라(240)를 갖는 수신 디바이스(200)로 가시광 신호를 전송하는 통신 방법이다.

여기서, 송신 디바이스(100)는 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 구비하는 디지털 디바이스로서, 스마트폰, 스마트, 패드, 스마트 워치, 태블릿 PC, 모니터, TV 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 수신 디바이스(200)는 카메라(240)를 구비하고 있는 디지털 디바이스로서, 스마트폰, 스마트패드, 스마트 워치 및 태블릿 PC 중 어느 하나일 수 있다.

이러한 송신 디바이스(100)와 수신 디바이스(200)는 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며, DID(Digital Information Display), 터치스크린 키오스크와 같은 디지털 사이니즈(Digital signage) 등 디스플레이/광원 매트릭스(140) 또는 카메라(240)를 구비하는 다양한 형태의 디바이스가 이에 해당될 수 있다.

한편, 도 2와 같이 송신 디바이스(100) 및 수신 디바이스(200)는 통신모듈(110, 210), 메모리(120, 220) 및 프로세서(130, 230)와 디스플레이/광원 매트릭스(140) 및 카메라(240)를 각각 포함하도록 구성될 수 있다.

통신모듈(110, 210)은 가시광 통신 방법에 의해 데이터를 송수신하기 위한 구성이다. 메모리(120, 220)에는 가시광 통신 방법에 의해 데이터를 전송하기 위한 프로그램이 저장된다. 여기에서, 메모리(120, 220)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.

예를 들어, 메모리(120, 220)는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.

또한, 메모리(120, 220)에 저장된 프로그램은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.

프로세서(130, 230)는 메모리(120, 220)에 저장된 프로그램을 실행시킴에 따라, 전송 데이터를 변조 데이터로 변조하여 상기 통신모듈(110, 210)을 통해 전송하거나, 변조 데이터를 수신하여 복조함으로써 전송 데이터를 획득할 수 있다.

도 3은 도 1의 디스플레이/광원 매트릭스(140) 기반 송신 디바이스(100)가 색상을 이용한 가시광 신호를 복수의 영역들로 분할하여 전송하고 수신 디바이스(200)가 수신하는 일 예시를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 방법은 송신 디바이스(100)가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 전송을 위한 데이터(이하 ‘전송 데이터’라 함)가 포함된 가시광 신호를 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 출력할 수 있다.

다음으로, 수신 디바이스(200)가 카메라(240)를 이용하여 송신 디바이스(100)의 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 촬영함으로써, 송신 디바이스(100)에서 출력된 가시광 신호를 수신하여 전송 데이터를 추출할 수 있다.

이때, 도 3에 도시된 송신 디바이스(100)와 수신 디바이스(200)의 일 예로 스마트폰이 도시되어 있으나, 도 1에서 설명한 바와 같이 다양한 디바이스로 구현될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 도 4 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스(100)에서 전송 데이터를 송신하는 과정을 설명하도록 한다.

도 4는 도 1의 송신 디바이스(100)의 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)이 복수의 영역들로 구분된 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스(100)는 변조 데이터를 가시광 신호에 포함시켜 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 출력하는 과정에서, 송신 디바이스(100)가 디스플레이/광원 매트릭스(140)의 화면을 복수의 영역들로 분할하여 가시광 신호를 출력할 수 있다. 이때, 복수의 영역들은 도 4와 같이 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)에 대응하여 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.

이에 따라, M×N 픽셀을 가지는 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)은 K×L 픽셀을 가지는 복수의 영역들로 분할된다.

이후 송신 디바이스(100)는 변조 데이터를 각 영역들에 대응되도록 분할한다. 그리고 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 분할된 변조 데이터들 각각이 포함된 분할 가시광 신호들을 상기 영역들을 통해 각각 출력할 수 있다.

이때, 송신 디바이스(100)는 복수의 영역 각각에 하나의 색상 및 패턴이 적용된 변조 데이터만이 포함되도록 출력할 수도 있으며, 또는 도 4와 같이 하나의 영역 내에도 복수의 색상 및 패턴을 가지는 변조 데이터(P1)가 출력되도록 할 수 있다.

이와 같이 전송 데이터를 변조 데이터로 변경하기 위해서는 도 5 내지 도 7에 도시된 통신 변조 기법을 이용할 수 있다. 이때, 통신 변조 기법은 SS-CSK 변조(Spread Spectrum Color Shift Keying Modulation) 기법, VTASC 변조(Variable Transparent Amplitude-Shape-Color) 기법 및 SS-VTASC 변조(Spread Spectrum Variable Transparent Amplitude-Shape-Color) 기법 중 어느 하나일 수 있다.

이러한 SS-CSK 변조 기법, VTASC 변조 기법, SS-VTASC 변조 기법은 디스플레이/광원 매트릭스 기반의 VLC 시스템을 위한 효율적인 변조 방식의 하나로서, 기존 방식에 비해 높은 데이터율과 에러에 강한 특성을 갖는 비동기 통신 방식이고, 단일 컬러에 비해 색 간섭에 강한 특성을 갖고 있다.

도 5는 도 1의 송신 디바이스(100)가 전송하고자 하는 데이터를 SS-CSK 변조 기법을 적용하여 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.

CSK는 비트 당 심볼수를 증가시킴으로써 데이터율을 향상시킬 수 있고, SS는 신호의 간섭 에러에 강한 특성을 가지며, 멀티 유저의 접속에 대한 보안성을 갖는다.

이와 같은 SS와 CSK 변조 기법이 적용된 SS-CSK 변조 기법은 기존 방식에 비해 높은 데이터율과 에러에 강한 특성을 갖는 비동기 통신 방식에 해당한다. SS-CSK 변조 기법은 BER<10-6 정도의 낮은 에러율과 최대 96Mbit/s 데이터 전송율을 가질 수 있다.

이러한 SS-CSK 변조 기법에 의해, 전송 데이터(D)는 바이폴라 변환부(510), 확산 코드 생성부(520), 유니폴라 변환부(530) 및 CSK 변조부(540)를 통해 변조된 다음, 컬러 패턴 생성부(550) 및 비주얼 디스플레이 프레임 생성부(560)를 거쳐 송신 디바이스(100)에 디스플레이/광원 매트릭스될 수 있다.

도 6은 도 1의 송신 디바이스(100)가 전송하고자 하는 데이터를 VTASC 변조 기법을 적용하여 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.

VTASC 변조 기법은 높은 비트율과 함께 거리 및 각도를 향상시키기 위하여 가변 컬러 진폭 변조라고 불리는 CSK 기반 변조 구조이다.

VTASC 변조 기법은 비트당 심볼율을 증가시킨 개선된 VLC 처리량을 가지는 디스플레이/광원 매트릭스 기반 VLC 시스템을 위한 변조 방식일 수 있다. VTASC 변조 기법은 BER<10-6 정도의 낮은 에러율과 최대 240Mbit/s 데이터 전송율을 가질 수 있다.

이러한 VTASC 변조 기법에 의해, 전송 데이터(D)는 VTASC 변조부(610)를 거쳐 변조된 다음, 컬러 패턴 생성부(620) 및 비주얼 디스플레이 프레임 생성부(630)를 거쳐 송신 디바이스(100)에 디스플레이될 수 있다.

도 7은 도 1의 송신 디바이스(100)가 전송하고자 하는 데이터를 SS-VTASC변조 기법을 적용하여 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.

SS-VTASC 변조 기법은 높은 비트율과 함께 거리 및 각도를 향상시키기 위하여 가변 컬러 진폭 변조라 불리는 CSK 기반의 변조 구조이다. SS 변조 기법은 SS 신호의 간섭을 제거하는데 유리한 기법으로서, 간섭 에러에 대한 강건성을 가지기 위해 VTASC 변조 법과 함께 적용될 수 있다. SS-VTASC변조 기법은 BER<10-6 정도의 낮은 에러율과 최대 240Mbit/s 데이터 전송율을 가질 수 있다.

이러한 SS-VTASC 변조 기법에 의해, 전송 데이터(D)는 바이폴라 변환부(710), 확산 코드 생성부(720), 유니폴라 변환부(730) 및 VTASC 변조부(740)를 통해 변조된 다음, 컬러 패턴 생성부(750) 및 비주얼 디스플레이 프레임 생성부(760)를 거쳐 송신 디바이스(100)에 디스플레이될 수 있다.

도 8 내지 도 13은 도 1의 송신 디바이스(100)가 전송하고자 하는 데이터를 VTASC 변조 기법을 적용하여 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 가시광 신호를 출력시키는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 VTASC 변조 기법에 적용된 비동기식 통신 기법을 설명하기 위한 도면이다. 도 15a 및 도 15b는 VTASC 변조 기법에 의해 출력된 패턴의 일 예시를 도시한 도면이다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 방법은 상기 변조 기법 외에도, VTASC 변조 기법을 통해 전송 데이터를 변조할 수 있다.

VTASC 변조 기법은 SCAM 변조 기법이 확장된 것으로서, SCAM 변조 기법이 가변 가능한 컬러 및 진폭을 이용하여 변조한 것이라면, VTASC 변조 기법은 가변 가능한 컬러 및 진폭과 더불어 투명도와 형상을 더 고려하여 변조하는 기법을 말한다.

이러한 VTASC 변조 기법에 의해, 도 13과 같이 전송 데이터(D)는 프레임 생성부(810), SS(821)와 VTASC(822)의 변조 기법이 제공되는 변조부(820), 그리고 컬러 패턴 생성부(831), 디스플레이 드라이버(832) 및 디스플레이 스크린(833)으로 구성되는 디스플레이부(830)를 통해 송신 디바이스(100)에 디스플레이될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 적용된 VTASC 변조 기법은 높은 데이터율과 강한 특성을 갖는 비동기 통신 방식에 해당한다. 비동기식 통신 방식의 경우 데이터를 전송할 때, 도 14와 같이 비디오 프레임(V1~V5)마다 각각 상이한 확산 코드를 사용하여 전송할 수 있다. 이때, 각 확산 코드 집합(SC1~SC5)은 확산 인자에 따라 확산 데이터로 표현되고, 각 확산 코드 집합(SC1~SC5)은 도 8과 같이 다섯 개의 비디오 프레임(V1~V5)에 연속적으로 할당된다.

수신 디바이스(200) 측은 수신한 데이터의 자동 동기화를 위해 확산 코드(SC1~SC5)를 사전에 미리 알고 있을 수 있다.

만약, 수신 디바이스(200)가 카메라(240)를 통해 동일한 프레임을 수신한 경우, 예를 들어 제 1 비디오 프레임(V1)을 두 번 수신한 경우, 수신 디바이스(200)는 제 1 비디오 프레임(V1) 및 제 2 비디오 프레임(V2)에 사용된 제 1 및 제 2 확산 코드(SC1, SC2)를 이용하여 역확산(despread)할 수 있다. 제 2 확산 코드(SC2)를 이용한 과정이 진행되면, 우세한 값은 드러나지 않게 되어 중복된 제 1 비디오 프레임(v1)은 제거될 수 있다.

한편, VTASC가 물리 계층(PHY)에서 동작하는 모드의 일 예시는 다음 표1과 같이 나타낼 수 있다.

[표 1]

여기에서 T는 투명도(Transparency), A는 진폭(Amplitude), S는 형상(Shape), C는 컬러(Color)를 의미한다.

이때, RS(Reed Solomon)와 순방향 에러 정정율은 다음 표 2와 같다.

[표 2]

VTASC 변조 기법은 투명도, 진폭, 형상 및 컬러에 따라 다양한 조합이 가능하여 높은 데이터 전송률을 제공할 수 있다.

예를 들어, V=2, A=4, S=4, C=8인 경우에는 2×4×4×8=256=2⁸의 조합이 가능하며, 이를 통해 8비트의 심볼을 제공할 수 있다.

이러한 VTASC 변조 기법에 따라, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 송신 디바이스(100)는 다양한 투명도, 진폭, 형상 및 컬러가 조합된 형태로 전송 데이터를 변조하여 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 가시광 통신을 이용하여 전송될 수 있다.

여기에서 투명도는 송신 디바이스(100)의 디스플레이/광원 매트릭스(140)에서 하나의 픽셀에서 표시되는 원본 색상에 투명도값을 포함시키는 것을 의미한다. 즉, 투명도값이 포함된 색상을 통해 더욱 다양하고 많은 양의 데이터를 전송하는 것이다. 이때, 원본 색상에 대응되는 적색값, 녹색값 및 청색값 중 적어도 하나에 투명도값을 더해 투명도를 변경시킬 수 있다.

예를 들어, 원본 색상에 대응되는 적색값, 녹색값 및 청색값 모두에 상기 투명도값을 더해 투명도를 변경시킬 수도 있다. 이때, 투명도의 변화는 인간이 인지하지 못하는 범위 내로 변경되는 것이 바람직하다.

또한, 투명도값은 임의의 주파수의 사인파 형태로 변화될 수 있으며, 이때 투명도값의 주파수는 송신 디바이스(100)에 의해 선택적으로 변경될 수 있다. 즉, 송신 디바이스(100)는 투명도값에서의 주파수의 변경을 통해 전송 데이터를 가시광 신호에 포함시켜 출력할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 원본 색상의 깜빡임뿐만이 아니라, 투명도값을 조절함으로써 더욱 다양하고 많은 양의 데이터를 전송할 수 있다.

한편, VTASC의 매체 엑세스 제어 계층(MAC) 프레임 구조는 표 3과 같이 나타낼 수 있다.

[표 3]

MAC 프레임 구조 중 먼저 프레임 제어 필드에 대해 설명하도록 한다. 프레임 제어 필드는 아래 표 4와 같이 나타낼 수 있다.

[표 4]

이때, 프레임 버전 서브 필드는 프레임의 세부 버전에 대한 필드로서, IEEE 802.15.7r1과 호환될 수 있도록 0b01로 설정될 수 있으며, 모든 다른 서브필드의 값들은 나중 사용을 위하여 남겨놓을 수 있다.

프레임 타입 서브필드는 MAC 프레임의 세부 프레임 타입을 위한 것으로서, 아래 표 5에서 예약되지 않은 값(non-reserved value)들 중 하나로 할당될 수 있다.

[표 5]

보안성 서브 필드는 전송시 데이터 프레임에서의 보안성을 활성화시킬 것인지 여부를 결정하는 필드에 관한 것이다. 보안성 서브 필드는 1비트의 길이를 가지며, MAC 서브 계층에 의해 보호되는 경우에는 1로 설정되고, 그 외에는 0으로 설정된다. 한편, MHR의 보조 보안 헤더 필드(Auxiliary Security Header field)는 상기 보안성 서브 필드가 1로 설정된 경우에만 나타날 수 있다.

프레임 펜딩 서브 필드는 전송시 데이터 프레임의 펜딩(pending) 여부를 결정하는 필드에 관한 것이다. 프레임 펜딩 서브 필드는 1비트의 길이를 가지며, 송신 디바이스(100)가 수신 디바이스(200)로 전송할 데이터를 더 가지고 있는 경우 1로 설정되고, 그 외에는 0으로 설정된다.

응답 요청 서브 필드는 데이터나 MAC 명령 프레임을 수신한 수신 디바이스(200)로부터 응답이 요구되는지 여부에 따라 특정되는 필드에 관한 것이다. 응답 요청 서브 필드는 1비트의 길이를 가지며, 수신 디바이스(200)가 응답 프레임을 보내는 경우 1로 설정될 수 있다. 만약, 응답 요청 서브 필드가 0으로 설정된 경우 수신 디바이스(200)는 응답 프레임을 전송하지 않는다.

다음으로, 시퀀스 번호 필드는 1옥텟 길이를 가지며, 프레임의 시퀀스 식별을 위한 필드이다. 비콘 프레임을 위한 경우, 시퀀스 번호 필드는 BSN으로 특정될 수 있으며, 데이터, 응답 또는 MAC 명령 프레임을 위한 경우, 시퀀스 번호 필드는 DSN으로 특정될 수 있다.

다음으로, 목적지 주소 필드는 2옥텟 또는 8옥텟의 길이를 가지며, 프레임 제어 필드의 목적지 주소 모드 서브 필드(Destination Addressing subfield) 및 프레임의 수신 주소에 따라 그 값이 특정될 수 있다.

0xffff의 16비트 값을 가지는 목적지 주소 필드는, 현재 채널을 통해 브로드캐스팅을 대기 중인 모든 디바이스들로 하여금 유효한 16비트의 짧은 주소로 받아들일 수 있는 브로드캐스트용 짧은 주소로 표현될 수 있다.

이러한 목적지 주소 필드는 프레임 제어 필드의 목적지 주소 모드 서브필드가 0이 아닌 경우 MAC 프레임에 포함될 수 있다.

다음으로, 출발지 주소 필드는 2옥텟 또는 8옥텟의 길이를 가지며, 프레임 제어 필드의 출발지 주소 모드 서브 필드(Source Addressing subfield) 및 프레임의 발신자(operator) 주소에 따라 그 값이 특정될 수 있다.

이러한 출발지 주소 필드는 프레임 제어 필드의 출발지 주소 모드 서브필드가 10 또는 11인 경우에만 MAC 프레임에 포함될 수 있다.

다음으로, 프레임 페이로드 필드는 다양한 길이를 가질 수 있으며, 개별 프레임 종류를 특정하는 정보가 포함될 수 있다.

만약 제어 프레임의 보안성 서브 필드가 1로 설정된 경우, 프레임 페이로드 필드는 해당 프레임에 대해 선택된 보안 제품군(security suite)에 정의된대로 보호될 수 있다.

마지막으로, FCS 필드는 2옥텟의 길이를 가지며, FCS는 프레임의 MHR과 MSDU 부분에 대해 계산된다. FCS는 페이로드가 0보다 큰 경우에만 생성될 수 있다.

FCS는 MAC 프레임 형식의 선택적 필드이며, FCS의 필드 정보는 MAC 프레임에 사용되는 페이로드 및 FCS 옵션을 기반으로 RS(64, 32)/RS(160, 128)/None으로부터 생성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 적용되는 MAC PIB는 디바이스의 MAC 서브 계층을 관리하는데 요구되는 속성들을 포함한다. 상기 속성들은 IEEE 802.15.7에 포함되어 있다. 아울러 2차원 코드들에 추가적인 MAC PIB 속성들이 추가된 내용은 아래 표 6에 나타나있다.

[표 6]

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 VTASC 변조 기법에 따르면, SCAM 변조 기법보다 더욱 많은 데이터 전송률을 제공할 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이 송신 디바이스와 수신 디바이스의 각도 및 거리에 구애받지 않는 자유로운 가시광 통신이 가능하다.

도 16 내지 도 17은 도 1의 수신 디바이스(200)가 가시광 신호를 수신하여 데이터를 추출하는 과정의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.

수신 디바이스(200)는 가시광 신호를 카메라(240)를 통해 수신하여 변조 데이터를 추출할 수 있다. 이후 수신 디바이스(200)는 변조 데이터를 통신 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 전송 데이터로 변경할 수 있다.

예를 들어, 도 16 및 도 17과 같이 카메라(240)를 통해 가시광 신호를 수신하면, 프레임 획득부(1110), 컬러 코드 검출부(1120) 또는 SS2D 검출부(1120), 바이폴라 변환부(1130), 확산 코드 생성부(1140) 및 유니폴라 변환부(1150)를 거쳐 디코딩된 전송 데이터(D)를 획득할 수 있다.

이때, 통신 변조 기법에 대응하는 복조 방법은 SS-CSK 복조 기법, SCAM 복조 기법, SS-SCAM 복조 기법, VTASC 복조 기법 중 어느 하나일 수 있다.

도 18은 도 1의 송신 디바이스(100)가 수신 디바이스(200)와의 이격 거리를 감지하여 이격 거리에 따라 표시되는 영역들의 수가 변경되는 일 예시를 도시한 도면이다.

도 18을 참조하면 송신 디바이스(100)가 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)을 복수의 영역들로 분할 하기 위해, 우선 송신 디바이스(100)가 수신 디바이스(200)와의 이격 거리를 감지할 수 있다.

이를 위해, 송신 디바이스(100)는 내부에 수신 디바이스(200)와의 이격 거리를 측정할 수 있는 카메라, 초음파(ultrasonic), 거리계(range finder), 전파(radio waves), 마이크로파(microwaves), 적외선(infrared) 등과 같은 감지 센서(미도시)를 포함할 수 있으며, 감지 센서를 이용하여 수신 디바이스(200)와의 이격 거리를 감지할 수 있다.

이후, 송신 디바이스(100)는 변조 데이터를 이격 거리에 따라 결정되는 개수의 영역들에 대응되도록 분할할 수 있다.

예를 들어, 도 18과 같이 이격 거리가 제 1 기준 거리(w1)를 초과할 경우, 송신 디바이스(100)는 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)을 하나의 영역으로 활용하여 색상 변경을 통해 데이터를 전송할 수 있다.

반면, 이격 거리가 제 1 기준 거리(w1) 이하이고 제 2 기준 거리(w2)를 초과할 경우, 송신 디바이스(100)는 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)을 4개의 영역(2×2)으로 분할하면서 색상 변경을 통해 데이터를 전송할 수 있다.

또한, 이격 거리가 제 2 기준 거리(w2) 이하이고 제 3 기준 거리(w3)를 초과할 경우, 송신 디바이스(100)는 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)을 16개의 영역(4×4)으로 분할하면서 색상 변경을 통해 데이터를 전송할 수 있다.

또한, 이격 거리가 제 3 기준 거리(w3) 이하이고 제 4 기준 거리(w4)를 초과할 경우, 송신 디바이스(100)는 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)을 64개의 영역(8×8)으로 분할하면서 색상 변경을 통해 데이터를 전송할 수 있다.

이와 같이, 송신 디바이스(100)는 이격 거리가 감소할수록 디스플레이/광원 매트릭스의 화면(140)을 보다 크게 분할하면서 색상 변경을 통해 데이터를 전송할 수 있다. 이러한 이격 거리에 따른 화면(140) 분할은 데이터 전송률에 기초하여 최적의 화면(140) 개수로 분할되도록 기 설정되어 저장될 수 있다.

한편, 송신 디바이스(100)가 디스플레이/광원 매트릭스의 화면(140)을 비교적 적은 개수로 분할(예를 들어, 하나의 영역 또는 네 개의 영역 등)하여 색상 변경을 통해 데이터를 전송할 경우, 깜빡임의 변화를 더 추가시켜 데이터의 전송 속도를 증가시킬 수 있다.

이하에서는 도 19 내지 도 22를 참조하여 다양한 컬러 및 패턴으로 데이터를 전송하는 예시를 설명하도록 한다.

도 19는 도 1의 송신 디바이스(100)에서 표시되는 컬러의 변화 및 패턴의 크기로 데이터를 전송하는 일 예시를 도시한 도면이다. 도 20은 도 19의 패턴의 다른 모양을 설명하기 위한 일 예시를 도시한 도면이다. 도 21은 도 19의 패턴의 크기와 함께 송신 디바이스(100) 및 수신 디바이스(200) 사이의 이격 거리에 따라 패턴이 표시되는 일 예시를 도시한 도면이다. 도 22는 연속 확장형 2차원 코드의 일 예시를 설명하기 위한 도면이다.

도 19 내지 22를 참조하면, 송신 디바이스(100)가 변조 데이터를 가시광 신호에 포함시켜 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 출력하는 과정에서, 송신 디바이스(100)가 패턴을 이용하여 가시광 신호를 출력할 경우, 패턴의 색상 및 크기를 이용하여 변조 데이터를 가시광 신호에 포함시켜 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 출력할 수 있다.

예를 들어, 도 19와 같이 송신 디바이스(100)는 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)을 분할하여, 원형의 색상뿐만 아니라 원형의 크기를 다르게 하여 데이터를 전송함으로써 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 도 19와 같이 송신 디바이스(100)는 분할된 각 영역에 원형의 크기와 색상을 각각 다르게 하여 데이터를 전송할 수 있다.

이러한 패턴은 원형 외에도 도 20과 같이 정사각형(P1), 직사각형(P2), 타원형(P3, P4), 스타형(P5), 삼각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.

도 21을 참조하면, 이러한 패턴은 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)에서 분할된 각각의 영역들 내에서 표시될 수 있다. 따라서, 송신 디바이스(100) 및 수신 디바이스(200) 사이의 이격 거리가 감소할수록 분할된 영역들의 개수가 증가되므로, 그에 따라 한번에 표시될 수 있는 패턴의 수도 증가되어, 데이터 전송 속도를 더욱 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 도 22와 같이 패턴의 색상 및 크기를 이용하여 연속 확장형 2차원 코드(sequential scalable 2D code)를 통해 데이터를 전송할 수도 있다.

2차원 코드는 도 22의 (a)와 같이, VLC 시스템을 기반으로 하는 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 위한 것으로서 수평 방향과 수직 방향 모두에 정보를 저장하고 있는 그래픽 이미지(예를 들어, 바코드, 컬러 코드, QR 코드 등)이다.

본 발명의 일 실시예는 이러한 연속 확장형 2차원 코드를 통해 거리 및 각도 자유성과 함께 보다 높은 비트 전송 속도를 제공할 수 있다.

연속 확장형 2차원 코드는 디스플레이/광원 매트릭스(140) 상에서 시각적인 프레임과 함께 데이터가 인코딩된 QR 코드나 컬러 코드 각각이나 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

연속 확장형 2차원 코드는 비트 당 심벌 전송률을 증가시키고 색상 간섭을 낮춤으로써 높은 VLC 성능을 가지도록 하는 VLC 시스템을 기반으로 하는 디스플레이를 위한 약속된 변조 기법 중 하나이다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 송신 디바이스(100)가 수신 디바이스(200)와의 거리를 감지하여, 거리에 따라 적응적으로 최적의 전송률을 가질 수 있도록 연속 확장형 2차원 코드를 분할하여 출력할 수 있다.

예를 들어, 도 22의 (b) 및 (c)와 같이 수신 디바이스(200)와의 거리가 제 1 기준거리(w1)를 초과하는 경우 송신 디바이스(100)는 QR 코드나 컬러 코드를 전체 영역만을 사용하여 전송할 수 있고, 제 1 기준거리(w1) 이하이나 제 2 기준거리(w2)를 초과하는 경우 송신 디바이스(100)는 전체 영역을 4개로 분할한 뒤 해당 영역을 이용하여 QR 코드나 컬러 코드를 전송할 수 있다.

이때, 도 22의 (b)와 (c)에는 각각 QR 코드나 컬러 코드만이 적용되는 것으로 도시하였으나, 복수의 영역으로 분할된 원거리 송수신의 경우 QR 코드와 컬러 코드가 조합되어 보다 다양한 전송 데이터가 송수신될 수 있도록 제어될 수 있다.

도 23은 도 1의 송신 디바이스(100)의 디스플레이/광원 매트릭스 화면(140)의 사이즈 및 형태에 따라 영역들의 배치 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 23을 참조하면, 송신 디바이스(100)가 디스플레이/광원 매트릭스의 화면(140)을 복수의 영역으로 분할하는 과정에서, 디스플레이/광원 매트릭스의 화면(140) 사이즈 및 형태에 따라 분할되는 영역들의 개수 및 배치가 결정될 수 있다.

예로, 디스플레이/광원 매트릭스(140)가 일반 디스플레이/광원 매트릭스(a)일 경우 16개의 영역들이 4행 4열로 배치되는 반면, 디스플레이/광원 매트릭스(140)가 와이드 디스플레이/광원 매트릭스(b)일 경우 24개의 영역들이 4행 6열로 배치될 수 있다.

즉, 가로 또는 세로 사이즈가 확대되는 경우, 확대된 만큼 영역들의 개수가 증가될 수 있다.

도 24는 도 1의 송신 디바이스(100)에서 복수의 초당 프레임수로 가시광 신호를 전송하는 일 예시를 도시한 도면이다.

도 24를 참조하면, 송신 디바이스(100)가 변조 데이터를 가시광 신호에 포함시켜 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 출력하는 단계에서, 송신 디바이스(100)가 가시광 신호를 복수 개의 초당 프레임수(fps, frame per second)로 분할하여 출력할 수 있다.

예를 들어 도 24와 같이 송신 디바이스(100)는 디스플레이/광원 매트릭스(140)의 각 영역을 15fps와 30fps 속도를 가지는 2개의 영역으로 분할하여 서로 다른 초당 프레임수로 영상을 출력할 수 있다.

이에 따라, 수신 디바이스(200)는 카메라(240)의 성능에 따라 선택적으로 가시광 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 성능이 다소 낮은 스마트폰(200a)의 경우 15fps에 해당하는 영역만을 수신하면 되고, 고성능 스마트폰(200b)의 경우 30fps에 해당하는 영역들만 수신하거나 경우에 따라서는 15fps와 30fps를 모두 수신할 수도 있다.

도 25는 도 1의 송신 디바이스(100)에서 표시되는 앱 아이콘의 색상 변화로 데이터를 전송하는 일 예시를 도시한 도면이다.

도 25를 참조하면, 송신 디바이스(100)가 변조 데이터를 가시광 신호에 포함시켜 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 출력하는 단계에서, 송신 디바이스(100)는 변조 데이터를 앱 아이콘의 색상을 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 디스플레이/광원 매트릭스(140)를 통해 출력할 수 있다.

예를 들어 송신 디바이스(100)가 스마트폰 또는 태블릿 PC인 경우, 디스플레이/광원 매트릭스(140)에 표시되는 앱 아이콘의 색상(P6)을 변경(P6’)함으로써 전송하고자 하는 데이터를 전송할 수 있다. 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 앱 아이콘의 모양, 초당 깜빡임 등을 색상과 함께 조절하여 더 많은 양의 데이터를 전송할 수 있음은 물론이다.

도 26은 각도 자유성을 갖는 디스플레이/광원 매트릭스(140)와 카메라(240) 간 통신 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

도 26을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 방법은 수신 디바이스(200)가 어느 위치에서 촬영을 수행하는지 여부에 상관없이, 송신 디바이스(100)에서 출사되는 가시광 신호를 수신하여 전송 데이터를 용이하게 추출할 수 있다.

예를 들어, 디스플레이/광원 매트릭스(140) 상에서 출력되는 제 1 패턴(D1)과 제 2 패턴(D2)의 비율이 1이고, 각도가 정방향이 아닌 측면 방향인 제 1 카메라의 위치에서 수신 디바이스(200)의 카메라(240-1)로 촬영된 제 1 패턴(d1)과 제 2 패턴(d2)의 비율이 0.8인 경우, 수신 디바이스(200)는 이를 왜곡 보정 알고리즘에 기초하여 보정을 수행함으로써 촬영된 제 1 패턴(d1)과 제 2 패턴(d2)의 비율이 1이 되도록 보정할 수 있다.

또한, 수신 디바이스(200)의 카메라(240-3, 240-4)에 의해 촬영된 패턴의 크기와 위치에 기초하여 송신 디바이스(100)는 수신 디바이스(200)의 카메라(240-3, 240-4)의 위치를 추정할 수도 있다. 이때, 전송 데이터에 대응하는 패턴의 크기는 사전에 미리 알고 있어야 하며, 패턴의 중심을 관통하는 직선은 카메라(240-3, 240-4)의 위치와 서로 직교해야 한다.

도 27 내지 도 30 은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 예시를 도시한 도면이다.

도 27 내지 도 28을 참조하면, 송신 디바이스(100)로 스마트 워치에 표시되는 컬러/패턴 조합에 의해, 도어락 등으로 구현된 수신 디바이스(200)의 출입 인증을 하는 경우, 전송 데이터(D)는 동일하나 외부에서 보이는 조합은 매번 상이하며, RF 신호와 달리 주변에서 방사되는 신호가 없이 수신 디바이스(200)의 카메라(240)를 통해 전송 데이터(D)를 수신하기 때문에 보안성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 스마트 워치의 경우 사용자의 피부 무늬, 맥박 등의 생체 패턴을 이용하여 등록된 사용자의 경우에만 동작하는 기능이 제공될 수도 있는바, 위 출입 인증 기술과 결합하여 사용할 경우 더 높은 보안성을 기대할 수 있다.

이러한 출입 인증은 스마트 워치뿐만 아니라 스마트폰, 스마트 패드 등을 통해 구현될 수도 있다.

이러한 출입 인증은 CC(Closed Circuit) 카메라로 수신 디바이스(200)가 구현된 경우, 송신 디바이스(100)가 가시광 통신을 통해 패턴 및 색상에 따른 전송 데이터를 전송하면, 수신 디바이스(200)는 이를 통해 사용자를 인증할 수 도 있다.

또한, 도 29와 같은 차량 제어를 위한 인증 시스템, 가정 및 회사 등의 인터폰 등 다양한 분야에 적용되어 실시될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예 중 어느 하나에 의하면, 송신 디바이스(100)가 전송하고자 하는 데이터를 디스플레이/광원 매트릭스(140)의 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 수신 디바이스(200)로 전송함에 따라, 상기 송신 디바이스(100)는 많은 양의 데이터를 보다 빠르게 전송시킬 수 있다.

특히, 상기 패턴의 색상 및 크기를 모두 이용할 수도 있고, 한 개의 디스플레이/광원 매트릭스의 화면(140)을 복수의 영역들로 분할하여 가시광 신호를 전송하거나, 복수개의 동일 기종 또는 다른 기종이 모여 형성된 복수개의 디스플레이 패턴과 컬러를 이용하여 가시광 송신을 행함으로써, 상기 송신 디바이스(100)는 보다 더 많은 양의 데이터를 빠르게 전송시킬 수 있다.

또한, 사용자가 카메라(240)를 구비하는 수신 디바이스(200), 예를 들어 스마트폰, 스마트패드, 스마트 워치 등을 소지하고 있을 경우, 이를 그대로 사용하여 가시광 통신을 수행할 수 있음에 따라, 사용자가 별도의 가시광 통신 수신기를 구입하지 않고 쉽게 가시광 통신을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 송신 디바이스
200: 수신 디바이스
110, 210: 통신모듈
120, 220: 메모리
130, 230: 프로세서
140: 디스플레이/광원 매트릭스
240: 카메라

Claims (17)

1. 디스플레이/광원 매트릭스를 갖는 송신 디바이스에서 카메라를 갖는 수신 디바이스로 신호를 전송하는 가시광 통신 방법에 있어서,
   상기 송신 디바이스가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 전송을 위한 데이터(이하 ‘전송 데이터’라 함)를 VTASC(Variable Transparent Amplitude Shape Color Modulation) 변조 기법을 이용하여 변조 데이터로 변경하는 단계;
   상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계;
   상기 수신 디바이스가 상기 가시광 신호를 상기 카메라를 통해 수신하여 상기 변조 데이터를 추출하는 단계; 및
   상기 수신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 VTASC 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 상기 전송 데이터로 변경하여 추출하는 단계를 포함하는 가시광 통신 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 변조 데이터로 변경하는 단계는,
   상기 송신 디바이스가 상기 전송 데이터를 변조할 때 복수의 1차변조 기법 중 하나 이상과 연계되어 확산 변조(SS Spread Spectrum Modulation) 기법의 통신 변조 기법을 이용하여 연속성을 가지는 확장형 2차원 코드인 변조 데이터로 변경하는 것인 가시광 통신 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 VTASC 변조 기법을 이용하여 변조 데이터로 변경하는 단계는,
   상기 VTASC 변조 기법에 따라 각 비디오 프레임마다 각각 상이한 확산 코드를 사용하여 변조하는 것인 가시광 통신 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 수신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 VTASC 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 상기 전송 데이터로 변경하는 단계는,
   상기 수신 디바이스에 미리 저장된 상기 확산 코드를 사용하여 상기 변조 데이터를 추출하는 것인 가시광 통신 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 수신 디바이스가 동일한 비디오 프레임을 복수 회 수신한 경우,
   상기 수신 디바이스는 상기 복수회 수신한 비디오 프레임 및 다음 수신한 비디오 프레임에 적용된 확산 코드를 이용한 역확산 복조 기법에 기초하여 중복된 비디오 프레임을 제거하는 것인 가시광 통신 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 수신 디바이스가 상기 가시광 신호를 상기 카메라를 통해 수신하여 상기 변조 데이터를 추출하는 단계는,
   상기 송신 디바이스와 수신 디바이스의 각도가 정방향이 아닌 경우, 왜곡 보정 알고리즘에 기초하여 상기 송신 디바이스에서의 전송 데이터를 복원하여 상기 변조 데이터를 추출하는 것인 가시광 통신 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 수신 디바이스가 상기 가시광 신호를 상기 카메라를 통해 수신하여 상기 변조 데이터를 추출하는 단계는,
   상기 송신 디바이스와 수신 디바이스의 거리가 기 설정된 거리 이상인 경우, 상기 전송 데이터의 패턴의 크기에 기초하여 상기 송신 디바이스와의 거리를 산출하고, 산출된 거리에 기초하여 상기 전송 데이터를 복원하여 상기 변조 데이터를 추출하는 것인 가시광 통신 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는,
   상기 송신 디바이스가 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계;
   상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 영역들에 대응하도록 분할하는 단계; 및
   상기 송신 디바이스가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 상기 분할된 데이터들 각각이 포함된 분할 가시광 신호들을 상기 영역들을 통해 각각 출력하는 단계를 포함하는 것인 가시광 통신 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 송신 디바이스가 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계는,
   상기 송신 디바이스가 상기 수신 디바이스와의 이격 거리를 감지하는 단계; 및
   상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 이격 거리에 따라 결정되는 개수의 영역들에 대응하도록 분할하는 단계를 포함하는 것인 가시광 통신 방법.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 송신 디바이스가 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계는,
    상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면의 사이즈 및 형태에 따라 분할되는 영역들의 개수 및 배치가 결정되는 것인 가시광 통신 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 VTASC 변조 기법에 대응하는 복조 방법을 이용하여 상기 전송 데이터로 변경하여 추출하는 단계는,
    상기 송신 디바이스가 패턴을 이용하여 상기 가시광 신호를 출력할 경우, 상기 패턴의 색상 및 크기를 이용하여 상기 변조 데이터를 상기 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 것인 가시광 통신 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 패턴은 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 삼각형, 별 중 어느 하나의 모양을 갖는 것인 가시광 통신 방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 패턴은 연속성을 가지는 확장형 2차원 코드이되,
    상기 연속성을 가지는 확장형 2차원 코드는 QR 코드 및 컬러 코드 중 하나 이상을 통해 구현된 것인 것인 가시광 통신 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 변조 데이터를 상기 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는,
    상기 송신 디바이스가 상기 수신 디바이스와의 이격 거리를 감지하는 단계;
    상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 이격 거리에 따라 결정되는 개수의 영역들에 대응하도록 상기 디스플레이/광원 매트릭스의 화면을 복수의 영역들로 분할하는 단계;
    상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 상기 영역들에 대응하도록 분할하는 단계; 및
    상기 송신 디바이스가 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 상기 분할된 데이터들 각각이 포함된 분할 가시광 신호들을 상기 영역들을 통해 각각 출력하는 단계를 포함하는 것인 가시광 통신 방법.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는,
    상기 송신 디바이스가 상기 가시광 신호를 복수개의 초당 프레임수(fps, frame per second)로 분할하여 출력하는 것인 가시광 통신 방법.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 색상 및 패턴 중 적어도 하나를 이용하여 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 단계는,
    상기 송신 디바이스가 상기 변조 데이터를 앱 아이콘의 색상을 이용하여 상기 가시광 신호에 포함시켜 상기 디스플레이/광원 매트릭스를 통해 출력하는 것인 가시광 통신 방법.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 디바이스는 스마트폰, 스마트 워치, 태블릿 PC, 모니터, TV 및 전광판 중 어느 하나이고, 상기 수신 디바이스는 스마트폰, 스마트워치, 스마트패드 및 태블릿 PC 중 어느 하나인 것인 가시광 통신 방법.

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