KR102299930B1

KR102299930B1 - 치료장치용 무선통신기 및 이를 구비한 무압축 영상 전송 시스템

Info

Publication number: KR102299930B1
Application number: KR1020190052908A
Authority: KR
Inventors: 송기동; 은기찬; 이혜민
Original assignee: 지앨에스 주식회사
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2021-09-09
Also published as: KR20200112572A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템은, 카메라가 장착된 치료장치에 연결되어 카메라 영상을 전송받는 컨트롤러; 상기 컨트롤러에 연결되어 상기 카메라 영상을 무선 전송하기 위한 통신 프로토콜을 구비한 제1 무선통신기; 상기 제1 무선통신기와 근거리에 위치하여 상기 카메라 영상을 무선 수신하며, 관리자단말과 연결되어 상기 카메라 영상을 상기 관리자단말의 화면을 통하여 디스플레이하도록 제공하는 제2 무선통신기;를 포함한다.

Description

치료장치용 무선통신기 및 이를 구비한 무압축 영상 전송 시스템{SYSTEM TRANSMITTING UNCOMPRESSED VIDEO SIGNAL FOR TREATMENT DEVICE}

본 발명은 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구강용 카메라가 장착된 치료장치에서 카메라 영상을 근거리 무선 통신으로 전송할 수 있게 구현된 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 초고속 근접통신 기술은 60 GHz 대역을 이용한 대용량 근거리 무선 통신 기술로, 0.01m ~ 3m 거리에서 3.5 Gbps로 무선통신이 가능하며, 초고속, 저전력 전송이 가능하며, 국제표준으로 제정됨으로써 향후 시장의 선도적 입지구축 가능하다.

또한 초고속 근접통신 기술은 근거리에서 기가급의 대용량 컨텐츠를 복잡한 접속 절차없이 손쉽게 송수신하는 차세대 초고속 근거리 무선 통신 기술이다. 초고속 근접통신 기술은 최대 3.5 Gbps로 전송 가능하며, 비면허 주파수 대역인 60 GHz 주파수대역을 사용하며, 사물인터넷의 네트워크 구축을 위해, 산업생산, 의료, 자율주행자동차, 홈 인포테인먼트(Home Infotainment) 등의 다양한 산업 분야에 적용 가능하다.

특히 초고속 근접통신 기술은 네트워크 구축뿐만 아니라, 일반기기들의 편리성 증진을 위해 단위 기기들의 무선화에 적용 가능하며, VR/AR 기기, 무선 의료기기, 무선 SSD, 무선 보안장치, 무선 HDMI 등 향후 무선 콘텐츠 및 서비스 분야의 혁신적 확장에 크게 활용될 것으로 예상된다.

한편, 치과 치료장치용 구강 내시경은 무선 영상 전송 솔루션을 바탕으로 3D 초음파, X-Ray/CT 등의 고용량 실시간 정보 전송이 필요한 의료용 기기를 대상으로 시장을 확대할 수 있다.

그러나, 현재 구강 내시경의 고용량의 무선 영상을 무손실로 빠르고 쉽게 전송할 수 있는 시스템이 구현되어 있지 않으므로, 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템에 대한 연구가 필요하게 되었다.

대한민국 공개 특허 제10-2003-0033247호(2003.05.01. 공개)

본 발명의 목적은 카메라가 장착된 치료장치에서 카메라 영상을 컨트롤러와 연결하여 전송받고, 컨트롤러에 연결된 제1 무선통신기에서 근거리 무선 통신으로 제2 무선통신기에 초고속 고용량 무선 전송할 수 있게 구현된 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템을 제공한다.

또한, USB 브릿지 기능을 구현하고 관리자단말과 USB 연결되는 제2 무선통신기로부터 카메라 영상을 제공받아 관리자단말의 화면에 디스플레이할 수 있는 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신기는, 카메라가 장착된 치료장치에 연결된 컨트롤러와 연결되어 카메라 영상을 근거리에서 무선 전송하거나, 무선 전송되는 상기 카메라 영상을 무선 수신하며, 관리자단말과 연결되어 수신한 상기 카메라 영상을 상기 관리자단말의 화면을 통하여 디스플레이하도록 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 무선통신기는 상기 카메라 영상을 전송받도록 제어하는 구성관리부; DP 포트로부터 수신되는 DP 신호 또는 USB 포트로부터 수신되는 USB 신호를 근거리 무선 통신에 의해 무선 연결된 다른 무선통신기로 무선 전송하거나 전송받는 무선통신부;를 더 포함한다.

상기에 있어서, 상기 무선통신기는 상기 구성관리부의 제어에 의해 DP 포트 또는 USB 포트의 신호를 선택 제어하는 신호제어부;를 더 포함한다.

상기에 있어서, 상기 제1,2 무선통신기는 상기 카메라 영상을 전송받도록 제어하는 구성관리부; DP 포트로부터 수신되는 DP 신호 또는 USB 포트로부터 수신되는 USB 신호를 근거리 무선 통신에 의해 무선 연결된 다른 무선통신기로 무선 전송하거나 전송받는 무선통신부; 상기 구성관리부의 제어에 의해 DP 포트 또는 USB 포트의 신호를 선택 제어하는 신호제어부;를 포함한다.

상기에 있어서, 상기 제1 무선통신기는 초고속 근접통신을 이용하여 상기 카메라 영상을 상기 제2 무선통신기로 무선 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 무선 통신기는 무선통신부, 직병렬변환기, 베이스밴드모뎀을 내장하는 6x6 mm 크기의 초소형 통신칩과 근거리에서 3Gbps급 이상의 초고속 무선 영상 데이터 전송이 가능한 저전력 초소형 모듈로 제작할 수 있다.

또한 본 발명의 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템은 의료장비에 USB 형태로 연결되어 범용성을 갖추며, 고속으로 영상 데이터를 전송받고 무선 통신기와 USB 형태로 연결되어 타 무선 통신기와 페어링되어 초고속 근접통신에 의해 고속으로 고용량의 카메라 영상을 전송할 수 있다.

나아가 본 발명의 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템은 치과용 구강 내시경에 고화질, 고용량 카메라 영상을 초고속으로 무선 전송할 수 있어 의료 분야에 기여할 수 있으며, 이외에도 3D 초음파, X-Ray/CT 등의 고용량 실시간 정보 전송이 필요한 의료 기기를 대상으로 시장을 확대할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 하드웨어 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.
도 3은 도 2의 제1 무선통신기의 세부 구성을 보인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 무선 통신 성능 열화 시의 영상 프레임율을 측정한 예시를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 무선 구간의 영상 손실이 없는 1080p, 30fps 무압축 영상 전송 시험 결과 화면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 하드웨어 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 개략적은 구성을 보인 블록도이며, 도 3은 도 2의 제1 무선통신부의 세부 구성을 보인 블록도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템은, 구강용 카메라가 장착된 치료장치(100)에서 카메라 영상을 무선 통신으로 무선 전송할 수 있게 구현된다.

여기서, 치료장치(100)는 치과에서 사용되는 구강용 카메라가 장착되는 장치를 예시로 하였으나, 카메라가 장착되는 다른 치료장치나 의료 진단장치가 될 수도 있다. 또한 치료장치(100)에 포함된 카메라는 무선 카메라일 수 있으며, 카메라 화질은 치료 및 진단을 목적으로 하여 고화질을 요구하기 때문에, 예컨대 Full HD(High Definition) 화소수가 1,920 x 1,080 = 2,073,600 화소이고, Full HD 데이터 전송을 위한 최저 요구속도가 2,073,600 x 24 bits x 24 frames일 수 있다.

치료장치용 무압축 영상 전송 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(200), 제1 무선통신기(300), 제2 무선통신기(400)를 포함한다.

컨트롤러(200)는 치료장치(100)에 연결되거나 탑재되는 장치로, 치료장치(100)에 내장된 고화질 카메라 영상을 제1 무선통신기(300)에 전송하는 역할을 수행한다.

이를 위해 컨트롤러(200)는 예컨대 Hardkernel사가 제조한 ODROID-XU4 기반으로 설계되어 USB 3.0 브릿지 기능을 구현할 수 있으며, USB 유선 연결되어 고속으로 무압축 Full HD 급 이상의 영상인 카메라 영상을 제공받을 수 있다.

이를 위해 컨트롤러(200)는 리눅스커널용 디바이스 드라이버와 구강용 카메라 초기화 및 플러그인 감시모듈로 구성되며, 구강용 카메라로부터 카메라 영상을 실시간으로 읽어서 다른 USB 포트를 통해 제1 무선통신기(300)로 전송한다.

나아가 컨트롤러(200)는 USB-C 타입으로 연결하여 카메라 영상을 전송하도록 구현되거나, 고속 전송을 위한 DP(Display port) 또는 HDMI(High Definition Multimedia Interface) 형태로 유선 연결되도록 구현될 수도 있다.

제1 무선통신기(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(200)에 연결되어 상기 카메라 영상을 근거리에서 무선 송신하고, 제2 무선통신기(400)는 제1 무선통신기(300)로부터 송신된 카메라 영상을 무선 수신 가능하며, 관리자단말과 연결되어 상기 카메라 영상을 상기 관리자단말의 화면을 통하여 디스플레이되도록 카메라 영상을 제공할 수 있다.

여기서 관리자단말은 DP 포트 또는 USB 포트로 제2 무선통신기(400)와 연결되어, 카메라 영상을 전송받아 화면에 디스플레이할 수 있는 장치로, 예컨대 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 PC, 스마트폰, 패블릿 폰 등이 될 수 있다.

또한 제1 무선통신기(300)와 제2 무선통신기(400)는 무선 통신을 위한 통신 프로토콜을 구비하며, 바람직하게는 무압축 고용량 카메라 영상을 초고속의 근거리 무선 전송할 수 있는 초고속 근접통신 방식으로 WPAN(Wireless Personal Arean Network) 방식을 사용할 수 있다.

일 실시예로 무선 통신 모듈은 IEEE 802.15.3e HRCP(High-Rate Close Proximity Point to Point Communication)을 따른다. 무선 통신 모듈은 60GHz, 70GHz, 80GHz 대역의 밀리미터파 대역을 사용한다. 무선 통신 모듈은 전송 속도가 최대 7Gbps, 14Gbps 정도된다.

이외에도 필요에 따라 통신 칩셋을 변경하여 Zigbee, UWB(Ultra Wide Band), Lora(Long Range) 통신을 이용할 수 있다.

제1 무선통신기(300)는 USB 3.0 브릿지에 연결되는 통신 모듈로써 구강 내시경 영상 전송 기능이 탑재된다.

나아가 제2 무선통신기(400)는 관리자단말과 연결되는 통신 모듈로써, 예컨대 UVC(USB Video Class) 통신 프로토콜이 탑재된다.

즉, 제2 무선통신기(400)는 통신 모듈을 통해서 전달받은 카메라 영상을 관리자단말로 전송하도록 관리자단말과 연결되어 UVC 통신 프로토콜에 따라 영상 데이터를 전송한다.

나아가 제1,2 무선통신기(300, 400)는 초고속 근접통신을 위해 60GHz 대역에서 높은 유전율을 갖도록 60GHz 칩셋을 적용한 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 보드로 설계하며, 60GHz 칩셋을 실장하고 USB 3.0 인터페이스를 제공하기 위하여 예컨대 CYPRESS사의 EZ-USB FX3 칩으로 구성할 수 있다.

즉 제1,2 무선통신기(300, 400)는 FX3 칩에 탑재되는 F/W를 통한 60GHz 칩셋 제어 및 데이터 송수신 기능을 구현할 수 있다.

제1 무선통신기(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 구성관리부(310), 신호제어부(320), 무선통신부(330), 레지스터부(340), 베이스밴드모뎀(350), 직병렬변환기(360)(SerDes, 360)를 더 포함한다.

구성관리부(310)는 컨트롤러(200)와 DP 포트 또는 USB 포트로 유선 연결되어 상기 카메라 영상을 전송받도록 제어하는 역할을 수행한다.

또한 구성관리부(310)는 제1 무선통신기(300)가 제2 무선통신기(400)에 인식 가능한 근거리로 접근하는 경우, 상호 페어링이 가능하도록 제1,2 무선통신기(300, 400)를 제어한다.

신호제어부(320)는 상기 구성관리부(310)의 제어에 의해 입력된 카메라 영상 신호가 DP 포트 또는 USB 포트인지 인식하여 해당 신호를 전송하도록 제어할 수 있으며, 신호제어부(320)는 예컨대 멀티플렉서(MUX)가 될 수 있다.

신호제어부(320)는 DP신호처리부(321)와 USB신호처리부(323)에 연결되어 해당 신호가 DP신호인 경우 DP신호처리부(321)를 통하여 전송될 수 있도록 하고, 해당 신호가 USB신호인 경우, USB신호처리부(323)를 통하여 전송될 수 있도록 제어할 수 있다.

DP신호처리부(321)는 DP신호제어부(322)를 거쳐 무선통신부(330)로 DP신호를 전송한다.

또한 USB신호처리부(323)는 USB신호제어부(324) 및 베이스밴드모뎀(350)을 거쳐 직병렬변환기(360)로 USB신호를 전송한다.

직병렬변환기(360)는 제2 무선통신기(400) 측으로 USB신호의 병렬 비트(16,32 비트 등)를 비트 열로 직렬화하여 전송할 수 있다.

무선통신부(330)는 상기 신호제어부(320)에 의해 선택 제어된 DP 신호 또는 USB 신호를 근거리 무선 통신에 의해 송신하는 역할을 수행한다.

레지스터부(340)는 구성관리부(310)와 연결되어, 구성관리부(310)가 카메라 영상을 전송받도록 제어하거나 제1,2무선통신기(300, 400)를 페어링하는데 필요한 제어정보를 임시 저장하는 기억장치로 기능한다.

베이스밴드모뎀(350)은 USB신호제어부(324)와 연결되어, 단거리에서 무변조로 카메라 영상 전송이 가능하도록 한다.

또한, 제2 무선통신기(400)도 제1 무선통신기(300)와 동일한 기능을 수행할 수 있도록 상술한 각 부(310~360)와 동일한 구성(410~460)을 포함하며, 중복되는 설명은 생략한다.

제2 무선통신기(400)에 포함된 직병렬변환기(460)는 제1 무선통신기(300) 측에서 전송된 카메라 영상의 비트 열을 다시 원래의 병렬 비트로 복원하는 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위해 직병렬변환기(460) 내부에는 전송부호 인코딩 및 디코딩 기능이 내장될 수 있다.

제2 무선통신기(400)에 포함된 무선통신부(430)는 상기 신호제어부(420)에 의해 선택 제어된 DP 신호 또는 USB 신호를 근거리 무선 통신에 의해 수신하는 역할을 수행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 무선 통신 성능 열화 시의 영상 프레임율을 측정한 예시를 보인 도면으로서, 무선 전파 간섭 및 왜곡 등의 무선 통신 상태에 따라 수신 영상에 대한 프레임 손실 및 수신 프레임율이 저하되는 것을 표시하고 있다.

특히 본 발명의 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템은 이와같이, 무선 통신 상태에 좋지 못한 경우에는 프레임율을 저하시키고 화질을 낮추도록 제어하여 수신 영상의 끊김없는 재생이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템의 무선 구간의 영상 손실이 없는 1080p, 30fps 무압축 영상 전송 시험 결과 화면으로서, 무선 구간의 영상 손실이 없는 1080p, 30fps 무압축 영상 전송 시험 결과 화면을 나타내고 있다.

100 : 치료장치 200 : 컨트롤러
300 : 제1 무선통신기 310, 410 : 구성관리부
320, 420 : 신호제어부 321, 421 : DP신호처리부
322, 422 : DP신호제어부 323, 423 ：USB신호처리부
324, 424 : USB신호제어부 330, 430 : 무선통신부
340, 440 : 레지스터부 350, 450 : 베이스밴드모뎀
360, 460 : 직병렬변환기 400 :　제2 무선통신기
500 : 관리자단말

Claims

카메라가 장착된 치료장치에 연결되는 컨트롤러와 DP 포트 또는 USB 포트로 유선 연결되어 치료장치로부터 카메라 영상을 전송받도록 제어하며, 제1 무선통신기가 제2 무선통신기에 인식 가능한 근거리로 접근하는 경우, 상호 페어링이 가능하도록 제어하는 구성관리부와,
DP 포트로부터 수신되는 DP 신호 또는 USB 포트로부터 수신되는 USB 신호를 초고속 근거리 무선 통신에 의해 무선 연결된 다른 무선통신기로 무선 전송하거나 전송받는 무선통신부와,
DP신호처리부와 USB신호처리부에 연결되어 해당 신호가 DP신호인 경우 DP신호처리부를 통하여 전송될 수 있도록 하고, 해당 신호가 USB신호인 경우, USB신호처리부를 통하여 전송될 수 있도록 신호를 선택 제어하는 신호제어부와,
DP신호제어부를 거쳐 상기 무선통신부로 DP신호를 전송하는 DP신호처리부와,
USB신호제어부 및 베이스밴드모뎀을 거쳐 직병렬변환기로 USB신호를 전송하는 USB신호처리부와,
카메라 영상의 USB신호의 병렬 비트를 비트 열로 직렬화하여 전송하거나 전송된 카메라 영상의 비트 열을 다시 원래의 병렬 비트로 복원하는 직병렬변환기와,
상기 구성관리부와 연결되어, 구성관리부가 카메라 영상을 전송받도록 제어하거나 제1,2 무선통신기를 상호 페어링하는데 필요한 제어정보를 임시 저장하는 레지스터부와,
USB신호제어부와 연결되어, 단거리에서 무변조로 카메라 영상 전송이 가능하도록 하는 베이스밴드모뎀을 각각 구비한 제1,2 무선통신기를 포함하되,
상기 제2 무선통신기는 상기 치료장치로부터 제1 무선통신기를 통하여 전달받은 카메라 영상을 관리자단말로 전송하도록 관리자단말과 연결되며,
상기 제1,2 무선통신기는 무압축 고용량 카메라 영상을 초고속의 근거리 무선 전송할 수 있는 60GHz 이상의 밀리미터파 대역으로 통신하는 것을 특징으로 하는 치료장치용 무선통신기.
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카메라가 장착된 치료장치에 연결되는 컨트롤러와 DP 포트 또는 USB 포트로 유선 연결되어 치료장치로부터 카메라 영상을 전송받도록 제어하며, 제1 무선통신기가 제2 무선통신기에 인식 가능한 근거리로 접근하는 경우, 상호 페어링이 가능하도록 제어하는 구성관리부와,
DP 포트로부터 수신되는 DP 신호 또는 USB 포트로부터 수신되는 USB 신호를 초고속 근거리 무선 통신에 의해 무선 연결된 다른 무선통신기로 무선 전송하거나 전송받는 무선통신부와,
DP신호처리부와 USB신호처리부에 연결되어 해당 신호가 DP신호인 경우 DP신호처리부를 통하여 전송될 수 있도록 하고, 해당 신호가 USB신호인 경우, USB신호처리부를 통하여 전송될 수 있도록 신호를 선택 제어하는 신호제어부와,
DP신호제어부를 거쳐 상기 무선통신부로 DP신호를 전송하는 DP신호처리부와,
USB신호제어부 및 베이스밴드모뎀을 거쳐 직병렬변환기로 USB신호를 전송하는 USB신호처리부와,
카메라 영상의 USB신호의 병렬 비트를 비트 열로 직렬화하여 전송하거나 전송된 카메라 영상의 비트 열을 다시 원래의 병렬 비트로 복원하는 직병렬변환기와,
상기 구성관리부와 연결되어, 구성관리부가 카메라 영상을 전송받도록 제어하거나 제1,2 무선통신기를 상호 페어링하는데 필요한 제어정보를 임시 저장하는 레지스터부와,
USB신호제어부와 연결되어, 단거리에서 무변조로 카메라 영상 전송이 가능하도록 하는 베이스밴드모뎀을 각각 구비한 제1,2 무선통신기 및
상기 카메라가 장착된 치료장치에 연결되어 카메라 영상을 전송받는 컨트롤러를 포함하되,
상기 제2 무선통신기는 상기 치료장치로부터 제1 무선통신기를 통하여 전달받은 카메라 영상을 관리자단말로 전송하도록 관리자단말과 연결되며,
상기 제1,2 무선통신기는 무압축 고용량 카메라 영상을 초고속의 근거리 무선 전송할 수 있는 60GHz 이상의 밀리미터파 대역으로 통신하는 것을 특징으로 하는 치료장치용 무압축 영상 전송 시스템.
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