KR20000054551A - 멀티미디어 네트워크 실시간 전송 제어장치 - Google Patents

Abstract

컴퓨터를 이용한 컴퓨터 교육의 효율화를 기하기 위하여 동영상 및 음성이 포함된 멀티미디어를 실시간으로 전송하고 제어할 수 있는 시스템을 설계 및 구현하였다. 설계된 시스템은 주 제어기(서버)와 학생용 제어기(클라이언트)를 버스구조로 접속할 수 있도록 설계함으로써 구조가 간단하고, 송신과 수신을 하나의 전송선로를 이용함으로써 케이블의 길이 및 굵기를 최소화하도록 설계하였다. 또한, 소프트웨어의 설치 없이 하드웨어만으로 동작되기 때문에 컴퓨터 기종과 운영체제에 영향을 받지 않고, 제어 및 유지관리가 용이하며, 고해상도의 영상과 음성이 실시간으로 전송될 수 있도록 구현하였다.

본 발명은 본 장비외에 별도의 LAN장비가 필요 없이 하드웨어적으로 각각의 PC를 제어하여 동영상 및 음성을 전달하며, 개개의 키보드, 마우스 및 모니터 또는 그룹의 클라이언트의 모니터 및 키보드, 마우스를 서버에서 제어할 수 있는 하드웨어 장치에 관한 것이다.

본 발명은 서버의 조작에 의해 전체 클라이언트화면에 서버의 모니터 화면내용을, 또는 서버가 원하는 클라이언트 모니터의 화면내용을 전체 또는 선택된 일부 클라이언트의 화면에 실시간으로 표시하며 그에 따른 설명의 음성도 전체 클라이언트에 실시간 전송이 가능하며, 클라이언트가 원할 시 서버로의 연결을 원하는 버튼을 누름으로 서버는 이에 응답하여 모니터내용의 검색과 상호간의 음성대화를 할 수 있다. 서버에서는 전체 또는 그룹, 개개의 클라이언트의 화면을 순차적으로 검색할 수도 있다.

Description

멀티미디어 네트워크 실시간 전송제어장치{Realtime Control System for Multimedia Network}

컴퓨터의 급격한 보급과 다양한 소프트웨어의 개발로 사용 인구 또한 이에 맞추어 놀라운 속도로 확산 되어 가고 있으며, 컴퓨터를 사용하지 않고 업무를 수행하기에는 매우 어려운 상황에 직면하였다. 따라서 컴퓨터를 이용할 수 있는 인력 양성을 위하여 지속적이고 신속한 교육이 요구되고 있는 실정이다. 최근의 운영체제는 사용자 중심의 그래픽 운영체제를 기본으로 하고 있기 때문에 교육 과정 또한 그래픽을 기반으로 하는 멀티미디어 프로그램으로, 피교육자들에게 고전적인 교육방법으로 내용을 전달하기에는 교육자와 학생의 비례차이가 크며 칠판 등의 문자위주의 설명등의 고전적인 교육방법으로 내용을 전달하기에는 그 효과가 매우 낮다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 대형 모니터를 설치하거나, 고가의 프로젝터를 이용하는 교육장이 확산되고 있다. 그러나 이 경우에도 조도, 집중력, 전달수단 및 단방향 정보 전달방식으로 피교육자에게 교육 내용을 원활하게 전달하기는 어렵다.

현재 대다수의 학교,학원,회사등에는 LAN을 통한 네트워크를 형성, 설치하고 있다. 그러나 LAN에 의한 네트워크는 자료를 공유할 수 있는 장점이 있는 방면 서버(교육자)의 입장에서 특정 클라이언트(학생)가 현재 무엇을 하고 있는지를 알 수가 없으며, 클라이언트의 입장에서도 지금화면에 나타난 내용에 의문이 있을 시에 담당자(교육자)가 클라이언트의 자리에 와야만 문제점을 확인할 수 있는 화면의 공유가 전혀 이루어지지 않고 있으며, 이와 같은 문제를 해결한 소프트웨어제품도 상용화되어 있지만 소프트웨어 방식의 단점은 동영상 등의 대량의 데이터를 전송시 실시간 전송이 안되고 LAN의 속도와 정체에 따른 화면의 불연속현상등의 문제가 있을 뿐 아니라, 가장큰 단점인 사용프로그램과의 호환성, 운영체제의 상이함에 대한 호환이 안되는점 또는 구형컴퓨터(286,386)에는 느리게 동작하거나 아예 동작을 지원 못하는 문제점들이 많이 있습니다. 이에 본 발명은 순수 하드웨어로 구성하여 운영체제나 LAN장비의 필요 없이, 컴퓨터의 성능에 관계없이 서버와 클라이언트 간의 화면제어 및 영상과 음성의 송수신을 실시간으로 처리하고자 발명한 것입니다.

소프트웨어 방식의 단점은 동영상 등의 대량의 데이터를 전송시 실시간 전송이 안되고 LAN의 속도와 정체에 따른 화면의 끈김등의 문제가 있을 뿐 아니라, 가장 큰 단점인 사용프로그램과의 호환성, 운영체제(Windows,Linux,Dos,Unix)의 상이함에 대한 호환이 안되는점 또는 구형컴퓨터(286,386)에는 느리게 동작하거나 아예 동작을 지원 못하는 문제점들이 많이 있습니다. 이에 본 발명은 순수 하드웨어로 구성하여 운영체제나 LAN장비의 제약이 없고, 컴퓨터의 성능과 무관하게 서버와 클라이언트 간의 화면제어 및 영상과 음성의 송수신을 실시간으로 완벽하게 지원하여 어학교육에도 활용이 가능하며, 특히 동화상을 이용한 강의, 발표회 등과같이 프리젠테이션에 이용시 대용량의 동화상 음성자료를 수십명의 클라이언트에 보낼 시에도 화면과 음성의 정체없이 실시간 전송이 가능하다. 현재 주로 PC를 이용한 수업이 진행되는 각 학교의 전산수업에서는 교육자가 자신의 PC에서 교육하는 내용을 전체 학생의 모니터, 마우스, 키보드를 차단하여 자신이 강의하는 내용만을 보고, 듣게끔 제어가 가능하여 수업의 효과를 극대화 할 수 있으며, 개개인의 실습 중에도 각 학생의 모니터 내용을 무작위로 검색이 가능하여 수업의 집중도를 높이고, 출석여부가 확인 가능하며, 학생의 질문이 있을시 교육자가 학생에게 오지 않고 화면과 음성으로 대화를 주고받음으써 교육의 효과를 극대화 할 수 있다.

본 발명은 컴퓨터를 이용한 교육에 있어서 멀티미디어 정보의 실시간 전달과 피교육자의 교과 내용에 대한 집중도를 향상시킬 수 있으며 조작의 편리성과 시스템의 유지 관리가 용이하도록 설계하였다. 구현된 시스템은 주 제어기와 학생용 제어기로 구분되며 이를 이용한 전체 구성을 도 1에 나타내었다.

도 1에서와 같이 주 제어기와 학생용 제어기 및 학생용과 학생용 제어기의 접속은 전용 멀티미디어신호 전달용 케이블(5)을 이용하여 버스구조로 접속한다. 이러한 버스구조 접속 방식을 채택함으로써 케이블의 길이를 줄일 수 있으며, 주 제어기에서 학생용 제어기 사이에 분배 장치(Hub)를 설치하지 않아도 된다. 신호 전달용 케이블(5)은 모니터 및 VGA 카드의 임피던스와 정합이 되도록 75[Ω]의 특성 임피던스를 가지며, 전력 및 제어선 등을 포함하여 모두 25개로 구성하였다. 터미네이터(4)는 전송선로(5)의 끝단의 반사신호를 제거하기 위하여 설치하였다. 영상 증폭기(10)는 고해상도를 증폭할 수 있는 소자를 선택하여 설계하였다. [발명의 구성]에서 주 제어기의 하드웨어 및 소프트웨어의 구성과 각 블록의 기능을 설명하였다.

도 1 : 구현된 시스템의 구성도

도 2 : 주 제어기의 아날로그 부분 구성도

도 3 : 주 제어기의 디지털 부분의 구성도

도 4 : 주 제어기의 소프트웨어 구성도

도 5 : 학생용 제어기의 구성도

도 6 : 본 발명의 설치사진

주 제어기는 아날로그 부분과 디지털 부분으로 구분할 수 있는데, 아날로그 신호는 도 2에서와 같이 영상(6)과 음성(7) 신호를 증폭 및 스위칭하는 부분이고, 디지털 부분은 주 제어기((2)서버,교육자용)의 아날로그 부분과 학생용((3)클라이언트,피교육자용) 제어기를 제어하기 위한 회로 및 프로그램으로 도 3과 같이 구성하였다.

도 2에 나타낸 아날로그 회로의 각 블록을 살펴보면, 입력단의 Switch(9)는 입력 신호를 선택하기 위한 것으로 주제어기(2)에 접속된 교사용 컴퓨터의 영상 출력과 학생용 제어기(3)로부터 수신되는 영상 신호 중에서 하나를 선택하기 위한 회로이며, Video Amp(10)는 Switch(9)에서 선택된 영상 신호를 자신의 모니터와 다른 컴퓨터로 전송할 수 있도록 전압 레벨을 올려주기 위한 증폭기이며, RGB Driver(11)는 Video Amp(10)의 신호를 학생용 제어기(3)로 전송하기 위하여 전류 증폭 및 임피던스 정합을 위한 회로이다. 출력단의 포트 블록(13)은 학생용 컴퓨터로 접속되는 부분으로 영상, 음성, 전력 및 제어 신호등을 전송할 수 있도록 하였다. 선택을 위한 Selector 블록(34)은 특정 학생의 컴퓨터를 제어하고자 할 경우에 여러 개의 입출력 포트 중에서 대상 학생이 속해 있는 입력을 선택하기 위한 회로이다. 이를 통하여, 다수의 컴퓨터 중에서 해당 학생의 포트만 수신 할 수 있으며, 타 포트는 전송 모드로 사용된다. 따라서, 입력과 출력을 위한 영상 및 음성 신호용 선을 별도로 사용하지 않기 때문에 전송용 케이블(5)의 부피를 줄일 수 있다. 음성 기능 또한 영상과 같은 원리로 동작되도록 설계함으로써 방송 및 지정 학생 및 그룹간 대화가 가능하다. 추가기능으로 교사용 컴퓨터의 모니터를 이용하여 학생용 컴퓨터의 내용을 수신하거나 조회 또는 제어를 행하고 있을 때에는 제어 대상 학생 컴퓨터의 내용이 나타나기 때문에, 교사용 수신 전용 모니터를 추가 설치하여 학생용 컴퓨터의 제어와 관계없이 교사용 컴퓨터의 내용을 지속적으로 볼 수 있다.

도 3은 주 제어기의 구성도로 microcontroller(21)를 이용하여 주 제어기의 아날로그 및 디지털 부분을 포함한 학생용 제어기로, 전체 시스템을 제어할 수 있도록 설계하였다. 입력 장치로는 시스템의 기능을 선택하는 명령 버튼과 학생용 컴퓨터를 선택하는 번호 버튼 및 그룹 설정용 버튼 등으로 구성하였다. 또 다른 입력 장치로는 학생용 제어기로부터 입력되는 호출 버튼(20)과 학생의 출석 여부를 확인할 수 있는 제어 신호가 있다. 그리고 주 제어기의 교사용 마우스와 키보드를 이용하여 학생용 컴퓨터를 제어할 수 있는 기능도 포함되어 있다. 출력 장치로는 제어 버튼에 따라 전체 시스템의 동작상태를 나타낼 수 있는 표시장치와 학생용 제어기로부터의 호출 여부를 알려주는 LED 및 beep음을 들려주는 장치(22)로 구성하였다. 기타 내부 기능제어용 회로들로 구성되어 있다. 설계에 있어서 입력과 출력 장치는 사용자의 관점에서 최대한 단순화하여 사용이 용이하도록 설계하였다.

도 4는 주제어기에 사용된 소프트웨어의 구성도를 기능 위주로 나타내었다. 도 4에서와 같이 제어를 위한 입력 버튼의 종류는 명령 버튼(31), 숫자 버튼(32) 및 그룹 버튼(33)으로 나뉘어진다. 명령 버튼(31)은 크게 7 가지 기능으로 구분되는데, 방송버튼은 교사용 화면에 나타난 교사용 화면이나 학생용 화면을 전체 학생에게 전송하기 위한 기능이고, 해제 버튼은 모든 기능을 해제하고 교사용 화면은 교사용 컴퓨터를 학생용 모니터는 학생 자신의 컴퓨터 내용을 볼 수 있도록 하는 기능이다. 송신 기능은 교사용 컴퓨터 내용이나 특정 학생의 컴퓨터 화면을 원하는 학생(들)에게 전송할 수 있는 기능이다. 수신 기능은 원하는 학생의 내용을 교사가 볼 수 있도록 하는 기능으로 응답 기능과 차이점은 학생용 컴퓨터의 마우스와 키보드 사용 권한을 수신의 경우에는 학생이 가지고 있으나 응답의 경우에는 교사가 가지고 있다. 스캔 기능은 특정 학생들의 화면을 자동으로 전환해 가면서 수신할 수 있는 기능이다. 참조 기능은 교사용 화면을 필요로 하는 학생이 스스로 선택하여 볼 수 있는 기능으로 자신의 컴퓨터를 사용하다가 학생용 제어기에 있는 스위치를 이용하여 교사용 컴퓨터를 참조할 수 있다. 숫자 버튼은 명령 버튼의 기능을 선택된 번호의 학생용 제어기를 조작하여 해당 명령 기능이 동작되도록 하기 위한 것이다. 수신과 응답 명령은 하나의 학생용 컴퓨터를 선택하고, 송신 명령은 복수 개의 버튼을 선택할 수 있다. 마지막으로, 그룹 버튼은 복수개의 학생 컴퓨터를 그룹화 하여 송신이나 스캔 기능과 같이 복수 개의 컴퓨터를 선택할 때 여러 개의 버튼을 모두 누르지 않고 기 등록된 그룹 버튼을 이용할 수 있는 기능이다. 이상의 모든 기능은 화면과 함께 음성도 동일한 기능을 갖도록 설계하였다.

학생용 제어기는 주제어기에 의해 제어되며, 주 제어기로부터의 영상, 음성, 전력 및 제어 신호를 송수신하며 또한 다음에 접속되는 학생용 제어기와 직렬 연결을 할 수 있도록 구성하였다. 도 5에 학생용 제어기의 구성을 나타내었다.

도 5인 학생용 제어기의 구성도 중에서 영상 신호(36)에 접속된 RGB driver(43)는 선로에 다수의 학생용 제어기가 병렬로 접속되기 때문에 신호의 감쇄를 줄이며 전압 레벨 이동을 위하여 고 입력 임피던스가 되도록 구성하였고, 영상증폭기 입력단(42)의 switch 블록(44)은 학생용 컴퓨터의 영상과 외부에서 입력되는 영상 신호를 제어 신호에 따라 선택하기 위한 것으로 switch를 통해 선택된 영상 신호는 영상 증폭기(47)와 Driver(43)를 통해 증폭 및 임피던스 정합을 거쳐 학생용 모니터와 외부로의 접속 여부를 결정하는 switch(44) 블록에 접속된다. 주제어기에 의해서 외부로 접속하기 위한 switch가 동작되게 되면 학생용 제어기의 영상 출력이 외부로 출력된다. 이를 통해 주 제어기는 학생용 컴퓨터의 내용을 수신할 수 있게된다. 또한, 학생용 컴퓨터의 내용을 보면서 교사용 컴퓨터의 내용을 동시에 볼 수 있도록 추가 모니터를 설치하여 교사와 동시에 수업 진행이 가능하도록 설계하였다.

음성 부분은 주 제어기에서 전송되는 음성신호(37)와 학생 자신의 마이크(45) 및 컴퓨터나 기타 외부의 음향 장치로부터 입력되는 신호(46)를 혼합(35)하여 증폭 한 후 학생용 제어기에서 청취할 수 있고, 교사 및 타 학생들과 대화할 수 있도록 출력되며, 필요에 따라 외부의 녹음기나 다른 음향 장치의 입력으로 사용될 수 있다. 기타 키보드 및 마우스 제어회로와 호출 기능 및 컴퓨터 전원 공급 여부를 확인할 수 있는 기능(52)도 포함되어 있다.

이상의 결과로 다수의 학생들이 서로 대화할 수 있고, 특정 학생의 영상이 주 제어기와 타 학생의 컴퓨터로 전송이 가능하며, 학생용 컴퓨터를 주 제어기에서 다양하게 제어할 수 있는 기능을 갖추고 있다.

기존의 소프트웨어 제품 등은 동영상 등의 대량의 데이타를 실시간으로 전송이 안되고 LAN의 속도와 정체에 따른 화면의 끈김등의 문제가 있을 뿐 아니라, 가장큰 단점인 사용프로그램과의 호환성, 운영체제(Windows,Linux,Dos,Unix)의 상이함에 대한 호환이 안되는점 또는 구형컴퓨터(286,386)에는 느리게 동작하거나 아예 동작을 지원 못하는 문제점들이 많이 있고, 이에 본 발명은 순수 하드웨어로 구성하여 운영체제나 LAN장비의 제약이 없고, 컴퓨터의 성능과 무관하게 서버와 클라이언트 간의 화면제어 및 영상과 음성의 송수신을 실시간으로 완벽하게 지원하여 어학교육에도 활용이 가능하며, 특히 동화상을 이용한 강의, 발표회 등과 같이 프리젠테이션에 이용시 대용량의 동화상 음성자료를 수십명의 클라이언트에 보낼 시에도 화면과 음성의 정체 없이 실시간 전송이 가능하다. 현재 주로 PC를 이용한 수업이 진행되는 각 학교의 전산수업에서는 교육자가 자신의 PC에서 교육하는 내용을 전체 학생의 모니터, 마우스, 키보드를 차단하여 자신이 강의하는 내용만을 보고, 듣게끔 제어가 가능하여 수업의 효과를 극대화 할 수 있으며, 개개인의 실습 중에도 각 학생의 모니터 내용을 무작위로 검색이 가능하여 수업의 집중도를 높히고, 출석여부가 확인 가능하며, 학생의 질문이 있을시 교육자가 학생에게 오지 않고 화면과 음성으로 대화를 주고받음으로써 교육의 효과를 극대화 할 수 있다.

본 발명은 소프트웨어를 사용하지 않기 때문에 컴퓨터의 성능에 영향을 미치지 않고, 유지 관리가 쉬우며 컴퓨터 기종과 운영체계에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 조작이 매우 쉬운 특징을 가지고 있다.

Claims (15)

1. 도 2, 도 3, 도 5에 대한 회로로 구성된 순수하드웨어로 자체의 네트워크를 통한 장치로 영상제어(방송, 송신, 수신)를 하는 장치 및 그 회로를 응용한 장치.
2. 제 1항의 하드웨어에 소프트웨어를 추가하여 영상제어(방송, 송신, 수신)을 하는 장치.
3. 도 2, 도 3, 도 5에 대한 회로로 구성된 순수하드웨어로 자체의 네트워크를 통한 장치로 음성제어(방송, 송신, 수신)를 하는 장치 및 그 회로를 응용한 장치.
4. 제 3항에 대한 하드웨어에 소프트웨어를 추가하여 음성제어(방송, 송신, 수신)을 하는 장치
5. 주제어기의 수신기능에 대한 영상수신만을 전담으로 하는 수신전용 모니터.
6. 학생용제어기의 수신기능에 대한 영상수신만을 전담으로 하는 수신전용 모니터.
7. 본 발명을 PC(컴퓨터)와 혼합 구성하여 PC에 의한 시스템제어 장치 및 방법.
8. 학생용제어기의 호출기능과 주제어기의 수신기능 및 그것을 응용한 출석점검기능의 장치.
9. 교사용화면을 필요로 하는 학생이 학생용 제어기의 스윗치(44)를 통하여 스스로 선택하여 볼수있는 참조기능 및 그것을 응용한 장치.
10. 주제어기(2)에 접속된 교사용 컴퓨터의 영상 출력과 학생용 제어기(3)로부터 수신되는 영상 신호 중에서 스위치(9)를 통하여 하나의 영상신호를 선택하여 스캔하는 기능 및 그것을 응용한 장치.
11. 복수개의 학생 컴퓨터를 그룹화 하여 송신이나 스캔 기능과 같이 복수 개의 컴퓨터를 선택할 때 여러 개의 버튼을 모두 누르지 않고 기 등록된 그룹 버튼을 이용할 수 있는 기능인 그룹설정기능 및 그것을 응용한 장치.
12. 제 11항에 대하여 그룹의 구성원들만 대화를 주고받는 그룹대화기능에 대한 장치 및 소프트웨어를 추가한 장치.
13. 학생이 의문이 있을 시에 교사(주제어기)에게 연락을 취하는 호출기능에 대한 장치 및 일단의 소프트웨어를 추가한 장치.
14. 마지막 학생용제어기에 장착하여 주파수 특성에 따른 비정상화면을 보정해주는 터미네이터 및 그것을 응용한 장치.
15. 순수하드웨어로 자체의 네트워크를 구성하여 청구항 1 부터 청구항 14까지의 기능을 구현한 장치 및 그 기능의 일부를 구현한 장치, 영상처리에 대한 부분을 하드웨어로 구현하고 기타부분은 소프트웨어로 구현하여 응용한 장치.