KR102136497B1 - 광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치 - Google Patents

광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102136497B1
KR102136497B1 KR1020190133299A KR20190133299A KR102136497B1 KR 102136497 B1 KR102136497 B1 KR 102136497B1 KR 1020190133299 A KR1020190133299 A KR 1020190133299A KR 20190133299 A KR20190133299 A KR 20190133299A KR 102136497 B1 KR102136497 B1 KR 102136497B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sequence
bit
signal
occ
data
Prior art date
Application number
KR1020190133299A
Other languages
English (en)
Inventor
장영민
밍 득 디오
응웬반장
Original Assignee
국민대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국민대학교산학협력단 filed Critical 국민대학교산학협력단
Priority to KR1020190133299A priority Critical patent/KR102136497B1/ko
Priority to US17/625,662 priority patent/US11979193B2/en
Priority to PCT/KR2019/016595 priority patent/WO2021006433A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102136497B1 publication Critical patent/KR102136497B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
    • H04B10/676—Optical arrangements in the receiver for all-optical demodulation of the input optical signal
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
    • H03M13/03—Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words
    • H03M13/23—Error detection or forward error correction by redundancy in data representation, i.e. code words containing more digits than the source words using convolutional codes, e.g. unit memory codes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/38—Synchronous or start-stop systems, e.g. for Baudot code
    • H04L25/40—Transmitting circuits; Receiving circuits
    • H04L25/49—Transmitting circuits; Receiving circuits using code conversion at the transmitter; using predistortion; using insertion of idle bits for obtaining a desired frequency spectrum; using three or more amplitude levels ; Baseband coding techniques specific to data transmission systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 신호의 변복조 방법 및 장치가 개시된다. OCC 신호의 복조 방법은, 카메라가 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하는 촬영 단계, 이미지 처리부가 상기 카메라로부터 상기 복수의 이미지 프레임들을 수신하여, 상기 복수의 이미지 프레임들 각각으로부터 제1 신호 시퀀스를 생성하는 처리 단계, 필터부가 상기 제1 신호 시퀀스로부터 비트 시퀀스를 검출하는 검출 단계 및 데이터 추출부가 상기 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출하는 추출 단계를 포함할 수 있다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MODULATING AND DEMODULATING OPTICAL CAMERA COMMUNICATION SIGNAL}
본 발명은 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OOC) 신호의 변복조 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OCC 신호를 카메라 온 오프 키잉(Camera-On-Off-Keying, C-OOK) 방식으로 변조 및 복조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 가시광 파장에 통신기능을 부가하여 무선 통신을 가능하게 하는 기술인 가시광 통신(Visible Light Communication; VLC) 기술이 활발히 연구되고 있으며, IEEE 802.15.7 국제표준규격도 완료되어 상용화를 위한 비즈니스 모델 발굴을 추진하고 있다. 그러나 IEEE 802.15.7은 주로 광 검출기(Photo Diode; PD)를 이용한 데이터 전송에 국한되어 있어 VLC 동글 등의 전용 통신장치를 사용해야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 광검출기보다는 주로 카메라와 같은 이미지 센서를 이용하고, 가시광선뿐만 아니라 적외선 및 자외선 파장까지 포함하는 광학 무선 통신(Optical Camera Communications; OCC)의 국제표준화가 IEEE 802.15.7m OWC TG(Task Group)에서 진행되고 있다. OCC는 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 특히 차량 간(vehicle to vehicle, V2V) 통신 및 차량 및 사물(vehicle to everything, V2X) 간 통신에 활용될 수 있다.
OCC 신호는 온 오프 키잉(On-Off-Keying, OOK) 또는 위상 편이 변조(Phase Shift Keying, PSK) 등 다양한 방식으로 변조되어 광 신호로서 송신, 수신 및 복조되어 전송될 수 있다. 그러나 이상적인 실내 환경이 아닌, OCC 장치 외의 광원 등 노이즈가 존재하는 실내 환경 또는 실외 환경 등에서는 OCC 신호의 수신 및 복조에 장애가 발생할 가능성이 높아진다는 문제가 있다. 이와 같이 통신 신호 전송에 있어서 수신 및 복조의 성능을 향상시키기 위한 방법이 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-1307610
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 노이즈가 존재하는 환경에서도 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 신호 수신 및 복조 성능을 향상시키기 위한 OCC 신호의 복조 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 신호를 수신하며, 카메라, 이미지 처리부, 필터부 및 데이터 추출부를 포함하는 OCC 수신 노드에 의한 OCC 신호의 복조 방법은, 상기 카메라가 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하는 촬영 단계, 상기 이미지 처리부가 상기 카메라로부터 상기 복수의 이미지 프레임들을 수신하여, 상기 복수의 이미지 프레임들 각각으로부터 밝기신호 시퀀스를 생성하는 처리 단계, 상기 필터부가 상기 밝기신호 시퀀스로부터 비트 시퀀스를 검출하는 검출 단계 및 상기 데이터 추출부가 상기 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출하는 추출 단계를 포함할 수 있다.
상기 필터부는 매치 필터를 포함하며, 상기 검출 단계는, 상기 밝기신호 시퀀스와 동일한 길이의 반전 시퀀스를 생성하는 단계, 상기 밝기신호 시퀀스 및 상기 반전 시퀀스를 콘볼루션 연산하는 단계 및 상기 콘볼루션 연산 결과로부터 상기 비트 시퀀스를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 콘볼루션 연산 결과로부터 상기 비트 시퀀스를 검출하는 단계는, 상기 콘볼루션 연산 결과 최댓값을 가지는 지점에 기초하여 상기 비트 시퀀스를 검출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 반전 시퀀스를 생성하는 단계는, 4B6B 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 반전 시퀀스를 생성하는 단계는, 맨체스터(Manchester) 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 추출 단계는, 상기 비트 시퀀스로부터 송신 페이로드를 복원하는 복원 단계 및 상기 송신 페이로드로부터 데이터를 추출하는 단계를 포함하고, 상기 복원 단계는, 상기 비트 시퀀스로부터 시작 프레임을 검출하는 단계, 상기 시작 프레임 전단의 후단 비동기 비트를 검출하는 단계, 상기 시작 프레임 후단의 전단 비동기 비트를 검출하는 단계, 상기 전단 및 후단 비동기 비트의 값을 비교하는 단계 및 상기 전단 및 후단 비동기 비트에 기초하여 송신 페이로드를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복원하는 단계는, 서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 서로 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복원하는 단계는, 하나의 비트 시퀀스에 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 하나의 비트 시퀀스 내에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 신호를 수신하는 수신 노드에 구비되는 OCC 신호의 복조 장치는 프로세서, 상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리, 카메라, 이미지 처리부, 필터부 및 데이터 추출부를 포함하며, 상기 하나 이상의 명령들은, 상기 카메라에 의해, 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하고, 상기 이미지 처리부에 의해, 상기 카메라에서 생성된 복수의 이미지 프레임들 밝기신호 시퀀스를 생성하고, 상기 필터부에 의해 상기 밝기신호 시퀀스로부터 비트 시퀀스를 검출하고, 그리고 상기 데이터 추출부에 의해 상기 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출하도록 실행될 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 필터부에 포함되는 매치 필터에 의해, 상기 밝기신호 시퀀스와 동일한 길이의 반전 시퀀스를 생성하고, 상기 밝기신호 시퀀스 및 상기 반전 시퀀스를 콘볼루션 연산하여 상기 콘볼루션 연산 결과로부터 상기 비트 시퀀스를 검출하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 매치 필터에 의해, 상기 콘볼루션 연산 결과 최댓값을 가지는 지점에 기초하여 상기 비트 시퀀스를 검출하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 매치 필터에 의해, 4B6B 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 매치 필터에 의해, 맨체스터(Manchester) 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 데이터 추출부에 의해, 상기 비트 시퀀스에 포함된 시작 프레임 전단의 후단 비동기 비트 및 상기 시작 프레임 후단의 전단 비동기 비트를 검출하여, 상기 전단 및 후단 비동기 비트에 기초하여 송신 페이로드를 복원하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 데이터 추출부에 의해, 서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 서로 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하도록 더 실행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 하나 이상의 명령들은, 상기 데이터 추출부에 의해, 하나의 상기 비트 시퀀스에 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 하나의 비트 시퀀스 내에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 시스템에서 광원의 점멸 상태를 촬영하여 생성된 밝기신호로부터 비트 시퀀스를 검출하는 데 있어서 매치 필터를 적용함으로써, 이상적인 실내 환경 조건이 아닌 다른 조건, 이를테면 광원과 카메라 간의 거리가 길거나, OCC 시스템의 광원 외 별도의 광원이 다량 존재하거나, 혹은 실외 환경인 등의 조건에서도 효과적으로 OCC 신호를 수신 및 복조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 광원의 점멸 상태로부터 검출된 비트 시퀀스에서 전단 및 비동기 비트(Ab)를 검출하여, 이를 기초로 하나 이상의 비트 시퀀스에 포함된 복수의 페이로드를 병합하여 본래의 페이로드를 복원할 수 있다. 이를 통하여, 광원과 동기되지 않은 카메라를 사용하여 광원의 점멸 상태를 촬영하는 경우에도 촬영 누락된 부분을 복원할 수 있고, 그에 따라 OCC 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 시스템에서 송신 및 수신되는 데이터 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 OCC 시스템에서 데이터를 추출 및 복원하는 방법의 원리를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 통신 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부의 비트 시퀀스 검출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 추출부의 데이터 추출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 추출부의 데이터 추출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 8은 종래의 OCC 시스템의 수신 노드에서 비트를 검출하는 방법의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 종래의 OCC 시스템의 수신 노드에서 비트를 검출하는 방법의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 시스템의 수신 노드에서 비트를 검출하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 시스템(100)은 OCC 송신 노드(101) 및 OCC 수신 노드(102)를 포함할 수 있다.
OCC 송신 노드(101)는 데이터 코딩부(110), 광원 구동부(120) 및 광원(130)을 포함할 수 있다. OCC 수신 노드(102)는 카메라(140), 이미지 처리부(150) 및 데이터 추출부(170)를 포함할 수 있다.
데이터 코딩부(110)는 OCC 시스템(100)에서 전송하고자 하는 데이터를 코딩할 수 있다. 이러한 코딩은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예컨대, 전송하고자 하는 데이터가 1인 경우 광원(130)의 온(on)에 대응시키고 데이터가 0인 경우에는 광원(130)의 오프(off)에 대응시킬 수 있다. 이러한 예시는 광원(130)의 펄스주파수에 따라 다르게 설정할 수 있다. 예컨대, 데이터가 1인 경우 광원(130)을 온-온에 대응시키고 데이터가 0인 경우 광원(130)을 오프-오프에 대응시킬 수도 있다.
이처럼, 본 발명에서 데이터 코딩부(110)은 데이터에 대응하는 광원(130)의 온/오프 상태를 서로 매칭시켜 향후 광원(130)의 온/오프를 통해 데이터가 전송되도록 할 수 있다. 본 발명서 데이터 코딩부(110)는 예컨대 맨체스터(Manchester) 코딩기법, 4B6B 코딩기법 등을 이용하여 데이터를 코딩할 수 있다. 또한, 데이터 코딩부(110)는 코딩된 데이터를 데이터 심볼로 구성하고 데이터 심볼을 포함하는 데이터 패킷을 생성할 수 있다. 이러한 데이터 패킷은 디지털 비트 1과 0으로 구성된 데이터를 연속으로 배열하여 구성된다. 이러한 데이터 패킷의 구조는 도 2에서 구체적으로 설명한다.
광원 구동부(120)는 상기와 같이 코딩된 데이터에 따라 광원(130)을 구동시킬 수 있다. 예컨대, 데이터의 비트 1과 0에 따라 광원(130)을 온 및 오프시킬 수 있다. 이러한 광원 구동부(120)는 기설정된 펄스주파수에 따라 광원(130)을 온/오프시키도록 한다. 이와 같이 광원 구동부(120)에서 광원(130)의 온/오프 제어를 통해 전송하고자 하는 데이터를 출력하도록 한다.
광원(130)은 본 발명의 OCC 시스템(100)에서 송신기(transmitter)의 역할을 한다. 광원(130)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)일 수 있으며, 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 이러한 광원(130)은 상술한 바와 같이 데이터 코딩부(110)에서 코딩된 데이터에 따라 광원 구동부(120)에 의해 기설정된 펄스주파수로 온(on) 또는 오프(off)될 수 있다. 본 실시 예에 따라 광원(130)이 다수 개로 구비되는 경우 1×N으로 배열될 수 있고, M×1으로 배열될 수도 있으며, M×N으로 배열될 수도 있다. 물론, 원형, 방사형, 타원형 등 다양한 형태로 배열될 수 있다. 광원(130)이 온/오프되는 펄스주파수가 초당 110회 이상이면 사람의 눈으로 그 온/오프를 구분하지 못하고 계속 온 상태인 것으로 인식한다. 이러한 펄스주파수는 물론 조정이 가능하다.
카메라(140)는 본 OCC 시스템(100)에서 수신기(receiver)의 역할을 한다. 카메라(140)는 롤링 셔터 방식으로 이미지를 캡쳐하는 카메라일 수 있다. 구체적으로는, 카메라(140)는 다수의 열(row)로 조합된 롤링 셔터 방식의 이미지 센서를 포함하며, 기설정된 프레임 속도(frame rate)에 따라 열(row)마다 연속적으로 광원(130)의 점멸상태를 캡쳐할 수 있다. 이를 위해 내부에 롤링 셔터 방식의 이미지센서가 구비될 수 있다. 이미지센서의 각 열(row)을 순차적으로 기설정된 노출시간(integration time) 동안 일정한 시간간격으로 노출시킨다. 첫 번째 열의 마지막 노출시간과 마지막 열의 마지막 노출시간을 프레임 시간(frame time)이고 노출시간과 프레임시간의 합이 캡쳐타임(capture time)이 된다. 이러한 캡쳐타임 동안에 캡쳐된 이미지는 LED(130)가 온(on)될 때 화이트 밴드(white band)로 나타나고 오프(off)될 때 블랙 밴드(black band)로 나타난다. LED의 온/오프 상태의 변화는 캡쳐시간 동안 순차적으로 기록된다. 이때, 화이트 밴드와 블랙 밴드는 예컨대 각각 데이터로서 1과 0을 나타내도록 설정될 수 있다. 이와 같이 롤링셔터카메라(140)에서는 하나의 프레임 내에서 다중 데이터 수신이 가능하게 된다. 이미지센서로는 예컨대 CMOS 센서를 사용할 수 있다. 이때, 롤링셔터카메라(140)는 LED(130)가 온 또는 오프되는 중에 임의의 시점에 촬영을 시작할 수 있다. 이 경우에는 캡쳐된 이미지로부터 시작프레임과 데이터 프레임을 구분할 필요가 있다. 뿐만 아니라 본 실시 예에서는 롤링셔터카메라(140)의 LED(130)의 온/오프 이미지를 촬영하는 프레임 속도가 기설정되어 있지만, 실제 프레임 속도가 변하는 경우에도 정확한 데이터 수신이 가능하기 위한 기술이 필요하다. 이에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명한다. 본 실시 예에서 이러한 롤링셔터카메라(140)는 디지털 카메라, 휴대폰이나 스마트기기 등에 탑재된 카메라를 포함할 수 있다.
이미지 처리부(150)는 카메라(140)에서 다수의 열(row)마다 촬영된 광원(130)의 온/오프 이미지의 밝기값에 따른 밝기신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 광원(130)가 데이터에 따라 온(on) 또는 오프(off)되는 과정에서 화이크 밴드와 블랙 밴드로 나타나는데, 이러한 각 밴드의 밝기값은 다르게 나타날 수 있다. 이를테면, 광원(130)의 온/오프에 따라 나타나는 색상은 일례로 0~255의 밝기값으로 표시될 수 있고, 이 경우 화이트 밴드는 255의 밝기값, 블랙 밴드는 0의 밝기값을 나타낼 수 있다. 물론 이러한 밝기값의 범위는 변경이 가능하다.
필터부(160)는 이미지 처리부(150)에서 생성된 광원(130)의 온/오프 이미지의 밝기신호로부터 비트 시퀀스를 검출할 수 있다. 필터부(160)는 매치 필터를 포함할 수 있으며, 이미지 처리부(150)에서 생성된 밝기 시퀀스 및 추가 생성된 반전 시퀀스를 콘볼루션 연산하여 비트 시퀀스를 검출할 수 있다. 필터부(160)에 의한 비트 시퀀스 검출 방법은 도 5에서 구체적으로 설명한다.
데이터 추출부(170)는 필터부(160)에서 검출된 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출할 수 있다. 이는 데이터 코딩부(110)에서 전송할 데이터에 따라 광원(130)의 온/오프 이미지에 코딩된 데이터를 복원하는 것이다.
예컨대, 데이터 코딩부(110)에서 전송하고자 하는 데이터 1은 광원(130)의 온(on)에 대응시키고 데이터 0은 광원(130)의 오프(off)에 대응시킨 경우, 데이터 추출부(150)에서는 광원(130)의 온 이미지에서는 1을 추출하고, 오프 이미지에서는 0을 추출할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 광원(130)의 온/오프 이미지의 밝기신호에서 밝기값을 이용하여 데이터를 추출할 수 있다. 구체적으로 밝기신호의 기울기, 즉 밝기신호의 상승 및 하강을 조합하여 추출하도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 시스템에서 송신 및 수신되는 데이터 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 시스템에서 송신 및 수신되는 각각의 데이터 패킷은 복수의 동일한 데이터 서브 패킷(Data Sub-packet, DS)을 포함할 수 있다. 각 데이터 서브 패킷(DS)은 시작 프레임(Start Frame, SF), 비동기 비트(Asynchorous bit, Ab), 및 페이로드 또는 데이터 심볼로 구성될 수 있다.
시작 프레임(SF)은 동기화 및 각 데이터 패킷의 구분을 위하여, 각 데이터 패킷의 최전단에 배치될 수 있다.
비동기 비트(Ab)는 각 데이터 패킷의 구분을 위하여 데이터 심볼의 전단 및 후단에 배치될 수 있다. 비동기 비트(Ab)는 제1 비동기 비트(Ab1) 및 제2 비동기 비트(Ab2)로 구성될 수 있다. 제1 비동기 비트(Ab1) 및 제2 비동기 비트(Ab2)는 각각이 1비트로 구성될 수 있다. 제1 비동기 비트(Ab1)는 두 개의 데이터 패킷마다 그 값이 변하며, 제2 비동기 비트(Ab2)는 매 데이터 패킷마다 그 값이 변할 수 있다.
즉, 제1 비동기 비트(Ab1) 및 제2 비동기 비트(Ab2)로 구성된 비동기 비트(Ab)는 매 데이터 패킷이 전송될 때마다 00, 01, 10, 11 등 미리 정의된 순서에 따라 값이 변화하도록 설정될 수 있고, 같은 데이터 패킷 안에 포함된 데이터 서브 패킷(DS)의 비동기 비트(Ab)들은 같은 값을 가지도록 설정될 수 있다. 이에 따라, OCC 수신 노드(102)는 데이터 서브 패킷(DS) 또는 데이터 서브 패킷(DS)의 일부분을 수신하면 그에 포함된 비동기 비트(Ab)를 통해 데이터 전송 누락 여부를 확인하거나 데이터 복구를 수행할 수 있다.
데이터 심볼의 전단에 배치되는 비동기 비트(Ab)는 전단 비동기 비트(Abf), 데이터 심볼의 후단에 배치되는 비동기 비트(Ab)는 후단 비동기 비트(Abb)라 칭할 수 있다.
페이로드 또는 데이터 심볼은 OCC 통신을 통하여 전송하고자 하는 데이터 내용을 의미한다.
상기한 바와 같이, 데이터 서브 패킷(DS)에는 순서대로 시작 프레임(SF), 전단 비동기 비트(Abf), 데이터 심볼 및 후단 비동기 비트(Abb)가 배치될 수 있다.
상기한 데이터 프레임 구조를 이용하여 데이터를 추출하는 과정은 도 3에서 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 OCC 시스템에서 데이터를 추출 및 복원하는 방법의 원리를 도시한 도면이다.
도 3에서는 설명의 편의상 각각의 데이터 패킷이 2개의 데이터 서브 패킷(DS)으로 구성되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 이러한 도 3의 예시는 본 발명을 설명하기 위한 일례에 불과하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 구동부(120)가 전송하고자 하는 데이터에 따라 코딩된 데이터 패킷의 구조에 대응하여 광원(130)을 온/오프시키는 동안, 카메라(140)는 미리 정해진 프레임속도에 상기 광원(130)을 임의의 시점에 촬영할 수 있다. 카메라(140)는 셔터의 주기적 개폐에 따라서 이미지를 수신하지 못하는 구간이 발생하기 때문에, 카메라(140)에서 촬영된 각각의 이미지 프레임은 광원(130)을 통해 송신된 데이터 전체를 온전하게 담을 수 없고, 이에 따라 각각의 이미지 프레임으로부터 검출된 각각의 비트 시퀀스(310, 320, 330)는 데이터 추출부(170)의 복원 과정을 통하여 본래의 데이터를 복원하게 된다. 도 3의 (a)에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 ‘프레임 간 병합’ (Inter-frame fusion) 방법의 원리가 도시되어 있고, 도 3의 (b)에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ‘프레임 내 병합’ (Intra-frame fusion) 방법의 원리가 도시되어 있다.
이하, 도 3의 (a)를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 ‘프레임 간 병합’ 방법을 설명한다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 하나의 비트 시퀀스(320)에서 검출된 시작 프레임(323) 전단에 있는 후단 비동기 비트(322)와, 시작 프레임(323) 후단에 있는 전단 비동기 비트(324)의 값이 서로 다른 경우(예를 들어, 10≠11), 후단 비동기 비트(322) 전단의 페이로드(321)와 전단 비동기 비트(324) 후단의 페이로드(325)는 서로 다른 데이터 패킷에 포함된 데이터 서브 패킷(DS)의 페이로드로 볼 수 있다. 따라서, 이 경우 데이터 추출부(170)는 후단 비동기 비트(322) 전단의 페이로드(321)를 이전 비트 시퀀스(310)에 포함된 전단 비동기 비트(314) 후단의 페이로드(315)와 병합하여 기존의 페이로드(341)를 복원할 수 있다. 또한, 데이터 추출부(170)는 전단 비동기 비트(324) 후단의 페이로드(325)를 다음 비트 시퀀스(330)에 포함된 후단 비동기 비트(332) 전단의 페이로드(335)와 병합하여 기존의 페이로드(342)를 복원할 수 있다.
이하, 도 3의 (b)를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 ‘프레임 내 병합’ 방법을 설명한다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 하나의 비트 시퀀스(360)에서 검출된 시작 프레임(363) 전단에 있는 후단 비동기 비트(362)와, 시작 프레임(363) 후단에 있는 전단 비동기 비트(334)의 값이 값이 서로 같은 경우(예를 들어, 10=10), 후단 비동기 비트(362) 전단의 페이로드(361)와 전단 비동기 비트(364) 후단의 페이로드(365)는 서로 같은 데이터 패킷에 포함된 데이터 서브 패킷(DS)의 페이로드로 볼 수 있다. 따라서, 이 경우 데이터 추출부(170)는 후단 비동기 비트(362) 전단의 페이로드(361)와 전단 비동기 비트(364) 후단의 페이로드(365)를 병합하여 기존의 페이로드(381)를 복원할 수 있다.
상기한 바와 같이, 도 3에서는 설명의 편의상 각각의 데이터 패킷이 2개의 데이터 서브 패킷(DS)으로 구성되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이를테면, 본 발명에 따른 데이터 패킷은 3개 또는 그 이상의 데이터 서브 패킷(DS)으로 구성될 수 있으며, 이 경우 데이터 추출부(170)는 하나의 페이로드를 복원하기 위하여 상술한 ‘데이터 간 병합’ 및 ‘데이터 내 병합’을 복수 번 수행할 수 있고, 이에 따라 C-OOK 방식에 의한 OCC 통신의 데이터 복원 성능이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 통신 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 통신 방법에서는 데이터 코딩부(110)가 전송하고자 하는 데이터를 코딩하고 코딩된 데이터를 포함하는 데이터 패킷을 구성할 수 있다(S401). 본 발명의 실시 예에서는, 전송하고자 하는 다수의 데이터 별로 각각 구분되는 데이터 패킷이 연속적으로 배열되고, 이들 각 데이터 패킷은 연속적으로 반복되는 N개(N은 자연수)의 데이터 서브 패킷(DS) 을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 데이터 서브 패킷(21)은 상기와 같이 코딩된 데이터를 포함하는 페이로드 또는 데이터 심볼, 페이로드의 전단 및 후단에 각각 배치된 전단 및 후단 비동기 비트(Ab), 그리고 전단 비동기 비트(Ab)의 전단에 배치된 시작프레임(SF)으로 구성될 수 있다.
이어, 광원 구동부(120)에서 설정된 펄스주파수에 따라 데이터 패킷에 대응하도록 광원(130)을 온/오프시킬 수 있다(S403). 이로써, 광원(130)은 데이터를 포함하는 데이터 패킷에 대응하도록 온/오프될 수 있다. 구체적으로, 광원(130)은 데이터 서브 패킷(DS)에 포함된 시작프레임(SF), 전단 비동기비트(Ab), 데이터 심볼, 후단 비동기비트(Ab)에 대응하도록 온/오프될 수 있다. 또한 이러한 데이터 서브 패킷(DS)이 기설정된 N회 반복되도록 온/오프될 수 있으며, 나아가 데이터 패킷 별로 구분되도록 온/오프될 수 있다.
계속해서, 카메라(140)에서 설정된 프레임속도에 따라 광원(130)의 온/오프 이미지를 롤링 셔터 방식으로 캡쳐할 수 있다(S405). 구체적으로는, 카메라(140)는 한 캡쳐타임 동안 다수의 열(row)마다 광원(130)의 온/오프 이미지를 촬영하여 연속적인 이미지로 캡쳐할 수 있다.
이후, 이미지 처리부(150)에서는 각 열(row)마다 연속 이미지 프레임으로 캡쳐된 광원(130)의 온/오프 이미지의 밝기값에 따른 밝기신호를 생성할 수 있고(S407), 필터부(160) 및 데이터 추출부(170)에서는 밝기신호로부터 데이터를 추출할 수 있다(S409).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부의 비트 시퀀스 검출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(160)에 포함된 매치 필터는, 이미지 처리부(150)에서 생성된 각각의 밝기신호 시퀀스의 길이를 확인할 수 있다(S501). 이어서, 매치 필터는, 밝기신호 시퀀스와 동일한 길이의 반전 시퀀스를 생성할 수 있다(S503). 반전 시퀀스가 생성되면, 매치 필터는 밝기신호 시퀀스 및 반전 시퀀스를 콘볼루션 연산할 수 있다(S505).
이어서, 매치 필터는 콘볼루션 연산 결과로부터 비트 시퀀스를 검출할 수 있다(S507). 이를테면, 매치 필터는 콘볼루션 연산 결과 극대값을 가지는 지점을 기초로 비트 시퀀스를 검출할 수 있다. 이를테면, 매치필터는 극대값을 가지는 지점을 1 값을 가지는 비트로, 극소값을 가지는 지점을 0 값을 가지는 비트로 검출할 수 있다. 이는 OCC 시스템의 송신 노드 측의 변조 방식에 따라서 다르게 설정될 수 있다.
도 8 및 9는 종래의 OCC 시스템의 수신 노드에서 비트를 검출하는 방법의 문제점을 설명하기 위한 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 OCC 시스템의 수신 노드에서 비트를 검출하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8 및 도 9의 (a)를 참조하면, OCC 시스템은 광원의 점멸을 촬영하여 생성된 밝기신호 시퀀스로부터 비트 시퀀스를 검출할 수 있고, 상기 비트 시퀀스로부터 시작 프레임(SF), 페이로드, 또는 기타 데이터 패킷의 세부 구성을 검출할 수 있다. 종래의 기술에서는, 이렇게 밝기신호 시퀀스로부터 비트 시퀀스를 검출하는 데 있어서, 이를테면 제로 크로싱 방식 등의 방식이 사용되었다.
종래의 기술에 따라서 카메라에 의해 캡쳐된 광원의 이미지로부터 비트를 검출하기 위해 제로 크로싱 방식을 사용하는 OCC 시스템에서는, 캡쳐된 광원의 이미지로부터 도출된 밝기신호 그래프의 파형이 제로 축을 통과하는 지점(그래프상 빨간색 점)을 기준으로 하여 비트를 검출하였다. 이러한 방식은 광원과 카메라 간의 거리가 짧고, OCC 시스템의 광원 외 별도의 광원이 적은 이상적인 실내 환경 조건에서는 낮은 노이즈 비율로 인해 효과적으로 작동할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 이상적인 실내 환경 조건이 아닌 다른 조건, 이를테면 광원과 카메라 간의 거리가 길거나, OCC 시스템의 광원 외 별도의 광원이 다량 존재하거나, 혹은 실외 환경인 등의 조건에서는 효과적으로 작동하기 어려울 수 있다. 이러한 조건들에서는 OCC 신호의 강도는 줄어들고 노이즈의 강도는 높아질 수 있기 때문에, OCC 통신의 성능이 저하될 수 있다.
이를테면, 노이즈의 강도가 일정 이상 높아져서 OCC 신호에 의한 진폭보다 노이즈에 의한 진폭이 더 커질 경우, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 그래프의 파형이 제로 축을 통과하는 지점(그래프상 빨간색 점)이 OCC 신호가 아닌 노이즈에 의해서 발생하게 되고, 따라서 비트 검출이 실패하거나 오작동할 수 있다.
도 10의 (a)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 처리부(150)에서 생성된 밝기신호 시퀀스가 도시되어 있고, 도 10의 (b)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 매치 필터에서 생성된 반전 시퀀스가 도시되어 있고, 도 10의 (c)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 밝기신호 시퀀스와 반전 시퀀스의 컨볼루션 연산 결과가 도시되어 있다.
도 10의 (c)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밝기신호 시퀀스와 반전 시퀀스의 컨볼루션 연산 결과 파형에서 극대값을 가지는 지점(이를테면, 그래프상 빨간색 타원)을 기초로 비트 시퀀스를 검출할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부(160)의 매치 필터는 OCC 시스템의 송신 노드의 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 반전 시퀀스를 생성할 수 있다.
이를테면, OCC 시스템의 송신 노드가 맨체스터(Manchester) 방식에 따라 데이터를 인코딩할 경우, 매치필터는 표 1에 따라 반전 시퀀스를 생성할 수 있다.
Figure 112019109038050-pat00001
한편, OCC 시스템의 송신 노드가 4B6B 방식에 따라 데이터를 인코딩할 경우, 매치필터는 표 2에 따라 반전 시퀀스를 생성할 수 있다.
Figure 112019109038050-pat00002
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 추출부의 데이터 추출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 추출을 위해서 데이터 추출부(170)는 먼저 캡쳐된 하나의 제1 비트 시퀀스에서 시작프레임(SF)과 시작 프레임(SF)의 후단에 배치된 전단 비동기 비트(Ab1f)를 추출할 수 있다(S601). 이어, 데이터 추출부(170)는 전단 비동기 비트(Ab1f)의 후단에 배치되는 제1 페이로드를 추출할 수 있다(S603).
계속해서, 데이터 추출부(170)는 제1 비트 시퀀스에서 제1 페이로드의 후단에 후단 비동기 비트(Ab1b)가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S605). 제1 페이로드의 후단에 후단 비동기 비트(Ab1b)가 있을 경우, 데이터 추출부(170)는 제1 페이로드로부터 데이터를 추출할 수 있다(S607).
한편, 제1 페이로드의 후단에 후단 비동기 비트(Ab1b)가 없을 경우, 제1 비트 시퀀스와 연속으로 캡쳐된 이웃의 제2 비트 시퀀스에서 후단 비동기 비트(Ab2b)를 추출할 수 있다(S609).
계속해서, 데이터 추출부(170)는 제2 비트 시퀀스에서 추출된 후단 비동기 비트(Ab2b)가 제1 비트 시퀀스에서 추출된 전단의 비동기비트(Ab1f)와 일치하는지 여부를 판단할 수 있다(S611). 제2 비트 시퀀스에서 추출된 후단 비동기 비트(Ab2b)가 제1 비트 시퀀스에서 추출된 전단의 비동기비트(Ab1f)와 일치할 경우, 후단의 비동기비트(Ab2b)의 전단에 위치하는 제2 페이로드를 추출할 수 있다(S613).
도 2 및 3에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 동일한 데이터 패킷에 포함된 각 데이터 서브 패킷(DS)의 비동기 비트(Ab)는 모두 동일한 값을 가지게 된다. 그에 따라, 서로 인접한 2개의 비트 시퀀스에 포함된 전단 또는 후단 비동기 비트(Ab)가 같다면, 양 비트 시퀀스는 동일한 데이터 패킷에 포함된 데이터 서브 패킷들의 신호를 포함한다는 것을 의미하며, 다시 말해 페이로드를 통해 전송하려는 데이터가 동일하다는 것을 의미할 수 있다.
이어서, 제1 비트 시퀀스에서 추출된 페이로드와 제2 비트 시퀀스에서 추출된 페이로드를 병합 또는 조합하여 본래의 페이로드를 복원하고, 이로부터 데이터를 추출할 수 있다(S615). 이로써, 2개의 이웃한 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출하게 되며, 본 발명에서는 이를 '프레임 간 병합'(Inter-frame fusion)이라 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 추출부의 데이터 추출 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 추출을 위해서 데이터 추출부(170)는 먼저 캡쳐된 하나의 제1 비트 시퀀스에서 시작프레임(SF)과 시작 프레임의 후단에 배치된 전단 비동기 비트(Ab1f)를 추출할 수 있다(S701), 이어, 데이터 추출부(170)는 전단 비동기 비트(Ab1f)의 후단에 배치되는 제1 페이로드를 추출할 수 있다(S703).
계속해서, 데이터 추출부(170)는 제1 비트 시퀀스에서 제1 페이로드의 후단에 후단 비동기 비트(Ab1b)가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S705). 제1 페이로드의 후단에 후단 비동기 비트(Ab1b)가 있을 경우, 데이터 추출부(170)는 제1 페이로드로부터 데이터를 추출할 수 있다(S707).
한편, 제1 페이로드의 후단에 후단 비동기 비트(Ab1b)가 없을 경우, 제1 비트 시퀀스에서 추출된 시작 프레임(SF)의 전단에 후단 비동기 비트(Ab2b)가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S709). 시작 프레임(SF)의 전단에 후단 비동기 비트(Ab2b)가 있을 경우, 후단 비동기 비트(Ab2b)의 전단에 배치된 제2 페이로드와 상기 S703 단계에서 추출된 제1 페이로드를 병합 또는 조합하여 본래의 페이로드를 복원하고, 이로부터 데이터를 추출할 수 있다(S711). 이로써, 하나의 비트 시퀀스의 시작 프레임(SF) 전단 및 후단에 각각 포함된 페이로드로부터 데이터를 추출하게 되며, 본 발명에서는 이를 '프레임 내 병합'(Intra-frame fusion)이라 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 OCC 시스템에 따르면, 각 데이터 패킷에 포함된 전단 및 비동기 비트(Ab)를 통하여 하나 이상의 비트 시퀀스에 포함된 복수의 페이로드를 병합하여 본래의 페이로드를 복원할 수 있다.
광원과 동기되지 않은 카메라를 사용하여 광원의 점멸 상태를 촬영하는 경우, 임의의 시점에 촬영이 시작되는 점, 또한 셔터스피드에 의한 한계로 인해 광원의 신호 중 촬영되지 못하는 부분이 발생할 수 있다. 상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 프레임 간 병합 또는 프레임 내 병합을 통해 이와 같이 촬영되지 못하여 누락된 부분을 복원할 수 있고, 따라서 OCC 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 통신 시스템에서 통신 노드에 의해 수행되는 신호의 송수신 방법으로서,
    상기 통신 노드에 포함된 카메라가 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하는 단계;
    상기 통신 노드에 포함된 이미지 처리부가 상기 카메라로부터 상기 복수의 이미지 프레임들을 수신하고, 상기 복수의 이미지 프레임들 각각으로부터 제1 신호 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 통신 노드에 포함된 필터부가 상기 제1 신호 시퀀스와 동일한 길이의 반전 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 신호 시퀀스 및 반전 시퀀스에 기초하여 비트 시퀀스를 검출하는 단계; 및
    상기 통신 노드에 데이터 추출부가 상기 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 OCC 신호의 복조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 신호 시퀀스 및 반전 시퀀스에 기초하여 상기 비트 시퀀스를 검출하는 단계는,
    상기 제1 신호 시퀀스와 동일한 길이의 상기 반전 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제1 신호 시퀀스 및 상기 반전 시퀀스를 콘볼루션 연산하는 단계; 및
    상기 콘볼루션 연산 결과로부터 상기 비트 시퀀스를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 콘볼루션 연산 결과로부터 상기 비트 시퀀스를 검출하는 단계는,
    상기 콘볼루션 연산 결과 최댓값을 가지는 지점에 기초하여 상기 비트 시퀀스를 검출하는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 반전 시퀀스를 생성하는 단계는,
    4B6B 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 반전 시퀀스를 생성하는 단계는,
    맨체스터(Manchester) 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출하는 단계는,
    상기 비트 시퀀스로부터 송신 페이로드를 복원하는 단계; 및
    상기 송신 페이로드로부터 데이터를 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 비트 시퀀스로부터 송신 페이로드를 복원하는 단계는,
    상기 비트 시퀀스로부터 시작 프레임을 검출하는 단계;
    상기 시작 프레임의 전단에 배치된 후단 비동기 비트를 검출하는 단계;
    상기 시작 프레임의 전단에 배치된 전단 비동기 비트를 검출하는 단계;
    상기 전단 및 후단 비동기 비트의 값을 비교하는 단계; 및
    상기 전단 및 후단 비동기 비트에 기초하여 송신 페이로드를 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전단 및 후단 비동기 비트에 기초하여 송신 페이로드를 복원하는 단계는,
    서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 서로 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 전단 및 후단 비동기 비트에 기초하여 송신 페이로드를 복원하는 단계는,
    하나의 비트 시퀀스에 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 하나의 비트 시퀀스 내에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 방법.
  9. 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 신호를 수신하는 수신 노드에 구비되는 OCC 신호의 복조 장치로서,
    프로세서;
    상기 프로세서에 의해 실행되는 하나 이상의 명령들이 저장된 메모리; 및
    카메라; 및
    필터부를 포함하며,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 카메라에 의해, 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영하여 복수의 이미지 프레임들을 생성하고;
    상기 카메라에서 생성된 복수의 이미지 프레임들 각각으로부터 제1 신호 시퀀스를 생성하고;
    상기 필터부에 의해 상기 제1 신호 시퀀스와 동일한 길이의 반전 시퀀스를 생성하고 상기 제1 신호 시퀀스 및 상기 반전 시퀀스에 기초하여 비트 시퀀스를 검출하고; 그리고
    상기 비트 시퀀스로부터 데이터를 추출하도록 실행되는 OCC 신호의 복조 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 제1 신호 시퀀스와 동일한 길이의 반전 시퀀스를 생성하고, 상기 제1 신호 시퀀스 및 상기 반전 시퀀스를 콘볼루션 연산하여 상기 콘볼루션 연산 결과로부터 상기 비트 시퀀스를 검출하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 콘볼루션 연산 결과 최댓값을 가지는 지점에 기초하여 상기 비트 시퀀스를 검출하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    4B6B 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    맨체스터(Manchester) 인코딩 방식에 따라 미리 설정된 테이블을 기반으로 상기 반전 시퀀스를 생성하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 장치.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    상기 비트 시퀀스에 포함된 시작 프레임의 전단에 배치된 후단 비동기 비트 및 상기 시작 프레임의 후단에 배치된 전단 비동기 비트를 검출하여, 상기 전단 및 후단 비동기 비트에 기초하여 송신 페이로드를 복원하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 서로 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 서로 연속되는 복수의 비트 시퀀스들에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 하나 이상의 명령들은,
    하나의 상기 비트 시퀀스에 동일한 값을 가지는 전단 또는 후단 비동기 비트가 포함되어 있을 경우, 상기 하나의 비트 시퀀스 내에 포함된 복수의 페이로드들을 병합하여 상기 송신 페이로드를 복원하도록 더 실행되는 것을 특징으로 하는 OCC 신호의 복조 장치.
KR1020190133299A 2019-07-08 2019-10-24 광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치 KR102136497B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190133299A KR102136497B1 (ko) 2019-10-24 2019-10-24 광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치
US17/625,662 US11979193B2 (en) 2019-07-08 2019-11-28 Communication method and device in optical camera communication system
PCT/KR2019/016595 WO2021006433A1 (ko) 2019-07-08 2019-11-28 광학 카메라 통신 시스템의 통신 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190133299A KR102136497B1 (ko) 2019-10-24 2019-10-24 광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102136497B1 true KR102136497B1 (ko) 2020-07-21

Family

ID=71832545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190133299A KR102136497B1 (ko) 2019-07-08 2019-10-24 광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102136497B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102324908B1 (ko) * 2021-03-18 2021-11-10 국민대학교산학협력단 움직임을 반영하여 m-fsk 변조 신호를 복조하는 occ 신호 수신 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101307610B1 (ko) 2007-08-10 2013-09-12 삼성전자주식회사 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 신호 처리 방법 및장치
KR101625334B1 (ko) * 2015-08-12 2016-05-27 김영기 카데터 조립체
KR20160137342A (ko) * 2015-05-20 2016-11-30 국민대학교산학협력단 Ｌｅｄ와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신 방법
KR20170085952A (ko) * 2016-01-15 2017-07-25 국민대학교산학협력단 C-ook 광학 무선 통신 방법 및 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101307610B1 (ko) 2007-08-10 2013-09-12 삼성전자주식회사 가시광 통신 시스템에서 수광소자의 신호 처리 방법 및장치
KR20160137342A (ko) * 2015-05-20 2016-11-30 국민대학교산학협력단 Ｌｅｄ와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신 방법
KR101625334B1 (ko) * 2015-08-12 2016-05-27 김영기 카데터 조립체
KR20170085952A (ko) * 2016-01-15 2017-07-25 국민대학교산학협력단 C-ook 광학 무선 통신 방법 및 장치

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Lartigue et al., "High-efficient Manchester coding for beacon-toCMOS camera in Visible Light Communications ," 2018 Global LIFI Congress (2018) *
Y. Jang and T. Nguyen, "Kookmin PHY 4 modes - hybrid modulation schemes and cameras ISC modes," IEEE P802.15-16-0239-00-007a, (IEEE 802.15 documents 서버공개일 2016.03.14.) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102324908B1 (ko) * 2021-03-18 2021-11-10 국민대학교산학협력단 움직임을 반영하여 m-fsk 변조 신호를 복조하는 occ 신호 수신 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nguyen et al. High-speed asynchronous Optical Camera Communication using LED and rolling shutter camera
KR101937607B1 (ko) 하이브리드 통신 시스템을 위한 디밍이 가능한 광학 무선 송신 방법 및 장치
US10560188B2 (en) Image sensor communication system and communication method using rolling shutter modulation
KR101937560B1 (ko) 다중 위상편이변조(ｍ-ｐｓｋ) 및 다중 주파수편이변조(ｍ-ｆｓｋ)의 복합통신 기반의 이미지 센서 통신 시스템
US9900093B2 (en) Apparatus and method for visible light communication
US11575445B2 (en) RoI-based optical wireless communication method and device
KR101982911B1 (ko) C-ook 광학 무선 통신 방법 및 장치
KR101952994B1 (ko) Ｌｅｄ와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신 방법
Schmid et al. Using smartphones as continuous receivers in a visible light communication system
KR102136497B1 (ko) 광학 카메라 통신 신호의 변복조 방법 및 장치
KR102541019B1 (ko) C-ook 및 ofdm에 기반한 하이브리드 파형의 신호를 수신하고 필터를 이용하여 변조 신호를 분리하는 장치 및 방법
KR102259055B1 (ko) 하이브리드 occ 및 lifi 시스템
WO2019005051A1 (en) CAMERA COMMUNICATION SYSTEM USING HIGH SPEED CAMERA SENSORS
KR101706849B1 (ko) 가시광 통신 시스템을 이용한 데이터 송수신 방법 및 장치
US12074645B2 (en) Apparatus and method for optical wireless communication based on color M-ary frequency shift keying
US11979193B2 (en) Communication method and device in optical camera communication system
KR102327442B1 (ko) 컬러 m-fsk 및 회색조 영상에 기반한 광학 무선 통신 방법 및 장치
KR102327449B1 (ko) 컬러 m-fsk에 기반한 광학 무선 통신 방법 및 장치
CN108156364A (zh) 可见光通信系统及方法
CN107682692A (zh) 光成像通信的自适应检测系统及方法
Marcu et al. Flicker free VLC system with enhanced transmitter and low frame rate camera
US11005564B2 (en) Communication method and apparatus using hybrid modulation scheme in communication system
KR102327440B1 (ko) Bppm 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법 및 장치
KR102135526B1 (ko) 통신 시스템에서 하이브리드 변조 방식을 사용하는 통신 방법 및 장치
KR102256869B1 (ko) 하이브리드 광학 무선 통신 신호의 변복조 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant