KR102398011B1

KR102398011B1 - 고속 대용량 전송을 위한 무선 전송 컨트롤러 장치

Info

Publication number: KR102398011B1
Application number: KR1020200181826A
Authority: KR
Inventors: 송기동; 은기찬
Original assignee: 지앨에스 주식회사
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2022-05-16

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 컨트롤러 장치는, 영상저장장치와 연결된 USB C 타입 또는 DP 포트로부터 입력되는 영상 신호를 수신하여 고속 시리얼 신호의 형태로 변환하여, 신호수신기로 초고주파 통신에 의해 무선 송신하는 신호송신기; 및 상기 신호송신기로부터 고속 시리얼 신호를 수신하여 변환 과정을 거쳐, USB C 타입 또는 DP포트로 연결된 모니터, 스마트폰 등과 같은 영상표시장치로 영상 신호를 전송하는 신호수신기를 포함하며, USB Type-C 또는 디스플레이 포트 무선화를 통하여, 유선 케이블을 연결하지 않더라도 무선으로 초고속 동영상의 실시간 전송이 가능한 것이다.

Description

고속 대용량 전송을 위한 무선 전송 컨트롤러 장치{Wireless transmission controller device for high-speed large-capacity transmission}

본 발명은 컨트롤러 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 대용량 전송을 위한 무선 전송 컨트롤러 장치에 관한 것이다.

현재 USB Type-C는 USB-A/B, USB-Micro-B, 디스플레이 포트(Display Port, DP), 썬더볼트(Thunderbolt)를 대체하는 차세대 인터페이스로써, PC/Notebook/스마트폰의 외부 데이터 및 영상 전송용의 통합 인터페이스로 채택되고 있다.

USB Type-C는 USB 3.1의 데이터 통신 이외에도 디스플레이 포트를 통한 고속영상통신을 동일한 인터페이스에서 함께 지원함으로써, 기존에 데이터 통신용으로 USB, 모니터 연결용으로 디스플레이 포트, TV 연결용으로 HDMI 어댑터(adaptor)와 케이블(cable)이 각각 필요하던 것을 단일화시켜 사용자의 편의성을 크게 향상시시키고 있다.

한편, 최근 근거리 통신에서 각광받고 있는 밀리미터파(mm Wave)는 초고주파(Extreme High Frequency, EHF)로, 파장이 1~10mm, 주파수가 30~300GHz 대역인 전파이다.

밀리미터파의 주요 특성은 다음과 같다.

주파수가 높으므로 광대역의 전송이 가능하며, 파장이 짧음에 따라 안테나 및 송수신 장치의 소형화, 경량화가 가능하며, 주파수 재사용율이 높다.

하지만, 강한 직진성으로 인하여 장거리 통신에 부적합하며, 대기요인에 의하여 신호감쇄가 많이 발생됨에 따라, 지리 기후, 계절의 영향을 많이 받기 때문에, 초고속/대용량 전송을 위한 근거리 통신 & 소형 통신장치 구성에 적합하다.

특히, 60GHz WPAN(Wireless Personal Area Network) 통신이 타겟으로 하고 있는 사용 시나리오는 근거리(Close Proximity)에 기반한 데이터의 고속 전송에 있는 것으로, 10cm 이내의 거리에서의 통신을 규정하고 있는 Near Field Communication(NFC) 기술과 대별될 수 있으나, 전송 속도에서 비교될 수 없을 정도의 비교우위에 있다.

따라서, USB Type-C 또는 디스플레이 포트 무선화를 이루고, 초고주파 통신을 이용하여, 유선 케이블을 연결하지 않더라도 무선으로 초고속 고용량 동영상의 실시간 전송이 가능한 무선 컨트롤러 장치에 대한 연구가 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 USB Type-C 또는 디스플레이 포트의 무선화를 통하여, 유선 케이블을 연결하지 않더라도 초고주파에 의한 무선 통신으로 초고속 동영상의 실시간 전송이 가능한 무선 전송 컨트롤러 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 컨트롤러 장치는, 영상저장장치와 연결된 USB C 타입 또는 DP 포트로부터 입력되는 영상 신호를 수신하여 고속 시리얼 신호의 형태로 변환하여, 신호수신기로 초고주파 통신에 의해 무선 송신하는 신호송신기; 및 상기 신호송신기로부터 고속 시리얼 신호를 수신하여 변환 과정을 거쳐, USB C 타입 또는 DP포트로 연결된 모니터, 스마트폰 등과 같은 영상표시장치로 영상 신호를 전송하는 신호수신기를 포함한다.

상기 신호송신기 및 신호수신기는 통신칩 형태로 제작되어 각각 영상저장장치와 영상표시장치에 모듈화되어 설계되거나, 입출력단자를 갖는 동글 또는 커넥터 형태로 제작되어 영상저장장치와 영상표시장치에 탈부착되는 형태로 제작되는 것을 특징으로 한다.

상기 신호송신기는 상기 영상저장장치와 USB C 타입 또는 DP 포트를 통하여 4개 라인에 대한 영상 신호를 수신하여 각각의 라인에 해당하는 신호를 스트림 형태로 출력하는 제1 영상제어부; 4개의 라인에서 입력되는 영상 신호를 한 개의 라인으로 전송하기 위하여 직렬화(Serialize)하는 제1 컨버터부; 상기 제1 컨버터부에서 저장된 데이터를 읽어 다음의 전송 프로토콜을 적용하여 데이터 프레임을 구성한 후 무선송신부로 전송하는 데이터구성부; 상기 데이터구성부로부터 입력된 스트림 데이터를 고속 시리얼 신호로 변환하여 초고주파 통신에 의해 신호수신기로 무선 전송하기 위해 구성되는 무선송신부 를 더 포함한다.

상기 신호수신기는 상기 무선송신부로부터 초고주파 통신에 의해 무선 신호 데이터를 전송받는 무선수신부; 상기 무선수신부로부터 수신한 데이터를 전송 프로토콜을 적용하여 영상신호로 추출하는 데이터해석부; 상기 데이터해석부에서 복원된 영상신호를 제2 영상제어부로 전송하기 위하여 4개의 각 라인 별로 데이터를 분배하는 제2 컨버터부; 복원된 4개 라인에 대한 영상 신호를 USB C 타입 또는 DP 포트와 연결된 영상표시장치로 전송하여 영상이 표시되도록 하는 제2 영상제어부를 포함한다.

상기 초고주파 통신은 30~300GHz 대역의 초고주파를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무선 컨트롤러 장치는 USB Type-C 및 디스플레이 포트 무선화가 가능해져, 유선 케이블을 연결하지 않더라도 무선으로 초고속 동영상의 실시간 전송이 가능해지며, 사용자의 스마트폰에서 UHD 급의 대형 모니터로 동영상을 포함한 영상을 실시간 동영상의 초고속 무선 전송하는 것이 가능해진다.

또한, RF 무선 전송 속도가 양방향으로 RF 송수신기의 일정한 범위의 고속 전송 속도를 갖고, USB Type-C 및 무선 DP 신호에 의해, 최대 해상도는 FHD, QHD뿐만 아니라, UHD 4K 영상을 무압축으로 영상의 전송이 가능하다.

또한 USB Type-C 및 디스플레이 포트의 유선통신을 무선 통신화한다면, 모든 스마트폰 및 Notebook, PC, 디스플레이 장치에 채택될 USB Type-C에 적용시켜 사용자가 물리적인 케이블을 소지하지 않더라도 기기들 간에 무선으로 데이터 통신이 가능하게 함으로써 사용자 편의성을 대폭 확대할 수 있다.

도 1은 무선 전송 컨트롤러 장치의 전체 개념을 보인 도면이다.
도 2는 무선 전송 컨트롤러 장치의 전체 구성을 세부적으로 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 신호송신기의 세부 구성을 보인 도면이다.
도 4는 도 2의 신호수신기의 세부 구성을 보인 도면이다.
도 5는 무선 전송 컨트롤러 장치의 각 구성에서 신호 전송을 설명한 도면이다.
도 6은 AXI4-Stream 신호 인터페이스의 예시를 보인 도면이다.
도 7은 컨버터부의 데이터 변환 과정을 예시적으로 보인 도면이다.
도 8은 데이터 전송 프로토콜에 따른 데이터 구조를 예시적으로 보인 도면이다.
도 9 및 도 10은 각각 데이터구성부와 데이터해석부의 세부 구성을 예시적으로 보인 도면이다.

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 무선 전송 컨트롤러 장치의 전체 개념을 보인 도면이며, 도 2는 무선 전송 컨트롤러 장치의 전체 구성을 세부적으로 보인 도면이며, 도 3은 도 2의 신호송신기의 세부 구성을 보인 도면이며, 도 4는 도 2의 신호수신기의 세부 구성을 보인 도면이며, 도 5는 무선 전송 컨트롤러 장치의 각 구성에서 신호 전송을 설명한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전송 컨트롤러 장치는, 영상저장장치(300)와 연결되어 영상 신호를 전송받아 신호수신기(200)로 초고주파 통신에 의해 무선 전송하는 신호송신기(100)와, 신호송신기(100)로부터 무선 전송된 영상신호를 변환하여 영상표시장치(400)에 표시되도록 전송하는 신호수신기(200)를 포함한다.

신호송신기(100)는 영상저장장치(300)와 연결된 DP 포트로부터 입력되는 영상 신호를 수신하여 고속 시리얼 신호의 형태로 변환하여, 신호수신기(200)로 초고주파 통신에 의해 무선 송신하는 역할을 수행한다. 여기서 영상저장장치(300)는 고용량 영상을 저장하고 DP 포트를 통하여 연결된 장치로 전송할 수 있는 장치로서, 예컨대 데스크톱 PC, 노트북, 스마트폰, 패블릿폰, 태블릿 등이 될 수 있다. 또한 본 예시에서는 DP 포트로 영상 신호를 전송받는 것을 기술하였으나, 고속 전송에 유리한 USB C 타입이나 썬더볼트와 같은 입력 포트를 통하여 영상 신호를 입력받을 수도 있다.

신호수신기(200)는 신호송신기(100)로부터 고속 시리얼 신호를 수신하여 변환 과정을 거쳐, DP포트로 연결된 모니터, 스마트폰 등과 같은 영상표시장치(400)로 영상 신호를 전송하는 역할을 수행한다.

또한 신호송신기(100) 및 신호수신기(200)는 통신칩 형태로 제작되어 각각 영상저장장치(300)와 영상표시장치(400)에 모듈화되어 설계되거나, 입출력단자를 갖는 동글 또는 커넥터 형태로 제작되어 영상저장장치(300)와 영상표시장치(400)에 탈부착되는 형태로 제작될 수 있다.

신호송신기(100)는 도 3을 참조하면, 제1 영상제어부(110), 제1 컨버터부(120), 데이터구성부(130), 무선송신부(140)를 더 포함한다.

제1 영상제어부(110)(Video PHY Controller)는 영상저장장치(300)와 DP 포트를 통하여 4개 라인에 대한 영상 신호를 수신하여 각각의 라인에 해당하는 신호를 스트림 형태 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이, AXI4-Stream의 형태로 출력한다.

제1 컨버터부(120)(DP2GTX_SYS IP Format Converter)는 일종의 Serializer로서, 4개의 라인에서 입력되는 영상 신호를 한 개의 라인으로 전송하기 위하여 직렬화(Serialize)하는 기능을 수행하며 신호의 직렬화를 통해 데이터 처리 속도를 향상시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 만약 영상 신호가 RGB 모드이고 Bit Per Component(BPC)가 16 비트일 경우, 각 라인의 픽셀(Pixel) 데이터는 Red 16비트, Green 16비트, Blue 16비트로 총 48비트의 픽셀이 데이터 스트림(Data Stream)으로 구성되므로 4개의 라인의 픽셀 데이터를 모아서 192비트의 데이터 스트림으로 변경한다.

만약 영상 신호가 RGB 모드이고 Bit Per Component가 10 비트일 경우, 각 라인의 픽셀 데이터는 Red 10비트, Green 10비트, Blue 10비트로 총 30비트의 픽셀이 데이터 스트림으로 구성되므로 4개의 라인의 픽셀데이터를 모아서 120비트의 데이터 스트림으로 변경한다.

다른 예시로, 영상 신호가 YUV422 모드이고 Bit Per Component가 16 비트일 경우, 각 라인의 픽셀 데이터는 Y 16비트, U/V 16비트로 총 32비트의 픽셀이 데이터 스트림으로 구성되므로 4개의 라인의 픽셀 데이터를 모아서 128비트의 데이터 스트림으로 변경한다.

또 다른 예시로, 영상 신호가 YUV422 모드이고 Bit Per Component가 10 비트일 경우, 각 라인의 픽셀 데이터는 Y 10비트, U/V 10비트로 총 20비트의 픽셀이 데이터 스트림으로 구성되므로 4개의 라인의 픽셀 데이터를 모아서 80비트의 데이터 스트림으로 변경한다.

상술한 바와 같이 변경된 데이터는 데이터구성부(130)(Framer)에서 사용하기 위해 Start of Frame 및 End of Line 신호와 함께 내부 메모리에 저장된다.

또한, 저장된 데이터는 무선송신부(140)(GTX Transmitter)로 전송하기 위해 별도의 전송 프로토콜을 적용하여 전송 프레임으로 구성하는 데이터구성부(130)에서 사용된다.

데이터구성부(130)는 제1 컨버터부에서 저장된 데이터를 읽어 다음의 전송 프로토콜을 적용하여 데이터 프레임을 구성한 후 무선송신부(140)로 전송하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 도 8을 참조하면 데이터구성부(130)는 64비트의 전문(Preamble)을 시작으로 Video Format, Color Depth, Pixel Per Clock, Frame Rate, Resolution, Sequence Number, Total Packet Length in Bytes, Source Stream ID, Destination StreamID, Packet으로 데이터 프레임을 구성할 수 있으며 이를 위한 구조는 도 9에 도시하고 있다.

무선송신부(140)는 데이터구성부(130)로부터 입력된 스트림 데이터를 고속 시리얼 신호로 변환하여 초고주파 통신에 의해 신호수신기(200)로 무선 전송하기 위해 구성한다.

무선송신부(140)는 변환된 고속의 시리얼신호를 수신하여 스트림으로 변환하는 기능을 수행하고, 1개의 라인을 사용하며 예컨대 16.375 Gbps의 Line rate와 64비트 User Data Width를 갖도록 구성한다.

또한, 무선송신부(140)는 30~300GHz 대역 바람직하게는 60GHz 대역의 초고주파 통신을 위해, 고속 시리얼 신호를 60GHz 캐리어 주파수와 믹싱(mixing)하는 기능을 더 수행하며, 이를 위해 초고주파 신호를 생성하는 발진기, 생성된 신호를 기초로 변조를 수행하는 변조기(Modulator), 변조기로부터 수신한 변조된 초고주파 전자기파 신호를 증폭시키는 증폭기(PA) 및 믹싱된 데이터를 신호수신기(200)로 전송하는 안테나가 더 구비될 수도 있다. 또한 발진기는 초고주파인 60GHz 대역의 신호를 생성하는 전압 제어 발진기이며, 주파수 변동을 방지하고 원하는 주파수로 가변할 수 있으며, 특히 60GHz 주파수 고정을 위한 PLL(Phase Locked Loop)이 더 포함될 수 있다.

신호수신기(200)는 신호송신기(100)로부터 데이터를 전송받으며, 영상표시장치(400)에 전송하여 영상을 표시하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 무선수신부(240), 데이터해석부(230), 제2 컨버터부(220), 제2 영상제어부(210)를 더 포함한다.

무선수신부(240)는 상기 무선송신부(140)와 동일한 기능을 수행하며 세부구성이 동일하거나 유사하게 설계될 수 있으며, 상기 무선송신부(140)로부터 초고주파 통신에 의해 무선 DP 신호 데이터를 전송받는다.

데이터해석부(230)는 무선수신부(240)로부터 수신한 데이터를 다음의 전송 프로토콜을 적용하여 영상신호로 추출하며, 추출된 영상신호는 구체적으로 데이터구성부(130)의 변환의 역변환 과정을 수행하며, 예컨대 RGB 모드의 경우 120비트, YUV422 모드의 경우 80비트와 Start of Frame 및 End of Line 신호와 함께 메모리에 저장한다. 또한 데이터해석부(230)는 도 10과 같은 세부 구성을 포함할 수 있다.

제2 컨버터부(220)(RF2DP_SYS IP Format Converter)는 DeSerializer로서, 데이터해석부(230)에서 복원된 영상신호를 제2 영상제어부(210)(Video PHY Controller)로 전송하기 위하여 4개의 각 라인 별로 데이터를 분배하는 기능을 수행한다.

구체적으로 영상신호가 RGB 모드이고 Bit Per Component가 16 비트일 경우, 192 비트의 픽셀 데이터를 각각 라인 별로 48비트의 스트림 데이터로 변경된다.

다른 예로 영상신호가 RGB 모드이고 Bit Per Component가 10 비트일 경우, 120 비트의 픽셀 데이터를 각각 라인 별로 30비트의 스트림 데이터로 변경된다.

영상신호가 YUV422 모드이고 Bit Per Component가 16 비트일 경우, 128 비트의 픽셀 데이터를 각각 라인 별로 32비트의 스트림 데이터로 변경된다.

영상신호가 YUV422 모드이고 Bit Per Component가 10 비트일 경우, 80비트의 픽셀 데이터를 각각 라인 별로 20비트의 스트림 데이터로 변경된다.

변경된 스트림 데이터는 제2 영상제어부(210)로 전송되며, 여기서 인터페이스 포맷은 상술한 제1 영상제어부(110)의 스트림 포맷과 동일한 AXI4-Stream 포맷을 사용한다.

제2 영상제어부(210)(Video PHY Controller)는 복원된 4개 라인에 대한 영상 신호를 DP 포트와 연결된 영상표시장치(400)로 전송하여 영상이 표시되도록 한다.

100 ; 신호송신기
110 ; 제1 영상제어부
120 ; 제1 컨버터부
130 ; 데이터구성부
140 ; 무선송신부
200 ; 신호수신기
210 ; 제2 영상제어부
220 ; 제2 컨버터부
230 ; 데이터해석부
240 ; 무선수신부
300 ; 영상저장장치
400 ; 영상표시장치

Claims

영상저장장치와 연결된 USB C 타입 또는 DP 포트로부터 입력되는 영상 신호를 수신하여 고속 시리얼 신호의 형태로 변환하여, 신호수신기로 초고주파 통신에 의해 무선 송신하는 신호송신기; 및
상기 신호송신기로부터 고속 시리얼 신호를 수신하여 변환 과정을 거쳐, USB C 타입 또는 DP포트로 연결된 모니터, 스마트폰 등과 같은 영상표시장치로 영상 신호를 전송하는 신호수신기
를 포함하는 무선 전송 컨트롤러 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호송신기 및 신호수신기는
통신칩 형태로 제작되어 각각 영상저장장치와 영상표시장치에 모듈화되어 설계되거나, 입출력단자를 갖는 동글 또는 커넥터 형태로 제작되어 영상저장장치와 영상표시장치에 탈부착되는 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 무선 전송 컨트롤러 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호송신기는
상기 영상저장장치와 USB C 타입 또는 DP 포트를 통하여 4개 라인에 대한 영상 신호를 수신하여 각각의 라인에 해당하는 신호를 스트림 형태로 출력하는 제1 영상제어부;
4개의 라인에서 입력되는 영상 신호를 한 개의 라인으로 전송하기 위하여 직렬화(Serialize)하는 제1 컨버터부;
상기 제1 컨버터부에서 저장된 데이터를 읽어 다음의 전송 프로토콜을 적용하여 데이터 프레임을 구성한 후 무선송신부로 전송하는 데이터구성부;
상기 데이터구성부로부터 입력된 스트림 데이터를 고속 시리얼 신호로 변환하여 초고주파 통신에 의해 신호수신기로 무선 전송하기 위해 구성되는 무선송신부
를 더 포함하는 무선 전송 컨트롤러 장치.
제3항에 있어서,
상기 신호수신기는
상기 무선송신부로부터 초고주파 통신에 의해 무선 신호 데이터를 전송받는 무선수신부;
상기 무선수신부로부터 수신한 데이터를 전송 프로토콜을 적용하여 영상신호로 추출하는 데이터해석부;
상기 데이터해석부에서 복원된 영상신호를 제2 영상제어부로 전송하기 위하여 4개의 각 라인 별로 데이터를 분배하는 제2 컨버터부;
복원된 4개 라인에 대한 영상 신호를 USB C 타입 또는 DP 포트와 연결된 영상표시장치로 전송하여 영상이 표시되도록 하는 제2 영상제어부
를 포함하는 무선 전송 컨트롤러 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초고주파 통신은
30~300GHz 대역의 초고주파를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 전송 컨트롤러 장치.