KR20230139443A - 가시광 통신 시스템 내 가시광 신호 복조 장치 및 방법 - Google Patents

가시광 통신 시스템 내 가시광 신호 복조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가시광 통신 시스템 내 가시광 신호 복조 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 가시광 복조장치에 있어서, 기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 가시광 수신부와 수신한 데이터 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 프레임 선정부 및 상기 프레임 선정부가 선정한 최적의 프레임으로부터 ID 분석신호를 획득하여, 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 ID 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치를 제공한다.

Description

가시광 통신 시스템 내 가시광 신호 복조 장치 및 방법{Apparatus and Method for Demodulating a Visible Light Signal in a Visible Light Communication System}
본 발명은 실내환경에서 정밀한 측위를 위해 사용되는 가시광 통신 시스템 내에서 가시광 신호를 복조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
다양한 위치기반 서비스가 등장하면서 위치에 관련된 정보의 중요성이 높아지고 있는 상황이며, 그 근간이 되는 측위의 정밀성이나 신뢰성에 대한 요구도 높아지고 있는 상황이다.
대표적인 측위 방식인 위성을 이용한 GPS(Global Positioning System)의 경우 비교적 정밀한 측위가 가능하며 누구나 무료로 사용할 수 있어 대표적인 측위 방식으로 활용된다. 다만, 태양 흑점 폭발이나 악의적 교란에 취약하며, 실내나 음영지역에서는 사용할 수 없다는 한계가 있다.
다른 방식으로 이동통신 단말기의 기지국을 이용한 위치 확인 방식이 있다. 해당 방식은 실내에서도 위치를 확인할 수는 있으나, 오차가 상당하여 정밀한 위치 기반 서비스에 이용되지 못하며, 이동통신 서비스에 가입해야만 사용할 수 있어 범용성이 낮다.
이동통신 기능과 GPS 기능을 모두 탑재한 최근의 이동통신 단말기는 실외에서는 GPS를 이용하고, 실내에서는 기지국을 이용하는 방식으로 위치 기반 서비스를 제공하고 있으며, 실외 GPS 위성 탐색 속도를 높이기 위해 기지국 정보를 이용하는 방식을 사용하고 있다. 그러나 이러한 복합적인 방식을 이용하더라도 각 방식의 한계는 여전하므로 환경에 민감하고, 실내에서 정확한 위치 기반 서비스 제공이 어렵다.
한편, 기지국을 이용한 측위에 비해 정밀도가 높은 GPS의 경우에도 일반적으로 수~수십 m 오차가 발생하기 때문에, 사용자의 정확한 위치를 측정하는 데에는 어려움이 있었다.
이에 따라, 실내에서 큰 오차없이 정밀하게 측위할 수 있는 방법에 대한 수요가 존재한다.
본 발명의 일 실시예는, 실내환경에서 정밀한 측위를 위해 사용되는 가시광 통신 시스템 내에서 가시광 신호를 복조하는 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 동영상 데이터 내에서 필요 데이터를 신속하게 복조하는 가시광 신호 복조 장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 가시광 복조장치에 있어서, 기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 가시광 수신부와 수신한 데이터 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 프레임 선정부 및 상기 프레임 선정부가 선정한 최적의 프레임으로부터 ID 분석신호를 획득하여, 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 ID 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 가시광 통신 데이터는 동영상 데이터 형식을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 ID 분석신호는 트리거 개시신호 및 상기 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 트리거 개시신호는 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID에 우선하여 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 트리거 개시신호는 트리거 종료신호를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 가시광 복조장치에 있어서, 기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 가시광 수신부와 기 설정된 시간 동안 수신한 데이터에 대해, 일 프레임과 그것의 직전 프레임을 차분하고, 차분 이미지들 내 모든 픽셀 세기의 평균으로부터 각 차분 이미지간 표준편차를 연산하여, 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 프레임 선정부 및 상기 프레임 선정부가 선정한 최적의 프레임으로부터 기 설정된 방향 각각의 픽셀 누적값의 차분값으로부터 ID 분석신호를 획득하여, 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 ID 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 ID 추출부는 상기 ID 분석신호 내에서 기 설정된 제1 기준치를 초과하거나 기 설정된 제2 기준치 미만인 값을 선정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 ID 추출부는 선정한 값들로부터 트리거 개시신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 ID 추출부는 상기 트리거 개시신호에 인접해 위치한 상기 가시광 변조장치의 ID를 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 가시광 복조장치가 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 방법에 있어서, 기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 수신과정과 상기 수신과정에서 수신한 데이터 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 선정과정과 상기 선정과정에서 선정된 최적의 프레임으로부터 ID 분석신호를 획득하는 획득과정 및 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 추출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 가시광 통신 데이터는 동영상 데이터 형식을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 ID 분석신호는 트리거 개시신호 및 상기 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 트리거 개시신호는 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID에 우선하여 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 가시광 복조장치가 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 방법에 있어서, 기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 수신과정과 상기 수신과정에서 수신한 데이터에 대해 일 프레임과 그것의 직전 프레임을 차분하는 차분과정과 상기 차분과정에서 차분된 차분 이미지들 내 모든 픽셀 세기의 평균으로부터 각 차분 이미지간 표준편차를 연산하는 연산과정과 상기 연산과정에서 연산된 값을 토대로 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 선정과정과 상기 선정과정에서 선정한 최적의 프레임으로부터 기 설정된 방향 각각의 픽셀 누적값의 차분값으로부터 ID 분석신호를 획득하는 획득과정 및 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 추출과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 자신의 ID를 포함하는 데이터를 가시광 통신 신호로 변조하여 외부로 전송하는 가시광 변조장치 및 상기 가시광 복조장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 실내환경에서 정밀한 측위를 위해 사용되는 가시광 통신 시스템 내 가시광 송신기로부터 전송된 신호를 원활히 복조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 동영상 데이터 내에서 신속하게 필요 데이터를 복조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 복조장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 수신부가 수신한 가시광 신호를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 선정부가 최적의 프레임 선정을 위해 연산한 각 차분 이미지들의 표준편차를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 선정부에 의해 선정된 최적의 프레임을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부에 의해 획득된 ID 분석 신호를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부에 의해 추출된 ID 분석 신호로부터 변조장치의 ID를 추출하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 복조장치가 가시광 신호를 복조하여 변조장치의 ID를 추출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 선정부가 최적의 프레임을 선정하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부가 ID 분석 신호를 획득하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부가 ID 분석 신호로부터 변조장치 ID를 추출하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 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 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 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 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 통신 시스템(100)은 가시광 변조장치(110) 및 가시광 복조장치(120)를 포함한다.
가시광 통신 시스템(100)은 전송하고자 하는 데이터를 가시광 통신 신호로 변조하여 전송하고, 전송된 가시광 통신 신호를 수신하고 복조하여 데이터를 인지하는 시스템이다. 주로, 가시광 통신 시스템(100)은 송·수신될 가시광 통신 신호 외에 외부 잡광이 존재하지 않는 실내 환경에서 주로 사용되며, 무선통신의 취약점을 보완하는 분야에서 주로 사용된다. 해당 분야가 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한대로, 실내에서 가시광 복조장치 (또는, 그의 사용자)의 위치를 측정하는 기술이다. 가시광 변조장치가 조사하는 가시광 통신 데이터를 가시광 복조장치가 수신할 수 있는 위치에 있어야만 가시광 통신이 가능하기에, 보안성이 우수하다. 또한, 사실상 가시광 복조장치가 가시광 변조장치의 인근에 위치하여야 하기에, 가시광 복조장치의 위치 확인도 용이한 장점을 갖는다. 이에, 가시광 통신 시스템(100)은 주로, 가시광 복조장치(120) 또는 그의 사용자의 실내 측위에 주로 사용된다.
가시광 변조장치(110)는 자신의 ID(식별자)를 포함하는 데이터를 가시광 통신 신호로 변조하여 외부로 전송한다. 가시광 변조장치(110)는 점등(On) 또는 소등(Off)을 반복하여 가시광 통신 신호를 생성한다. 가시광 통신이란 눈으로 인지할 수 있는 가시광 파장대역의 빛을 이용하여 정보를 전달하는 기술을 의미한다. 가시광 변조장치(110)는 인간의 시신경이 인지하지 못할 속도로 점등 또는 소등을 반복하기 때문에, 조명기능을 유지하면서도 데이터를 전송할 수 있다. 조명장치(120)는 일반적인 광원, 예를 들어, LED, 형광등 또는 가시광 레이저 등 가시광을 발산하는 장치라면 어떠한 것으로 구현될 수 있다.
가시광 변조장치(110)는 자신의 ID를 포함하는 데이터를 외부로 전송한다. 가시광 변조장치(110)의 특성상 하나의 위치에 설치된 채 고정되어 광원 등 자신의 목적에 부합하는 동작을 수행한다. 즉, 가시광 복조장치(120)는 자신에게 가시광 통신 데이터를 전송하는 변조장치의 ID만을 인지하더라도, 현재 자신이 어디에 위치하고 있는지를 정확하게 인지할 수 있다. 따라서, 가시광 변조장치(110)는 자신의 ID를 포함하는 데이터를 외부로 전송한다.
가시광 복조장치(120)는 가시광 통신 신호를 수신하며, 수신한 가시광 통신 신호를 복조하여 데이터를 추출한다. 가시광 복조장치(120)는 가시광 변조장치(110)로부터 전송되는 가시광 통신 신호를 수신하여, 이를 전기 신호로 변환한다. 이를 위해, 가시광 복조장치(120)는 내장 또는 외장된 가시광 수신모듈을 구비하는데, 가시광 수신모듈은 카메라 또는 포토다이오드 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 가시광을 수신할 수 있는 모듈이면 어떠한 것으로 대체될 수 있다. 가시광 복조장치(1200는 가시광 수신모듈을 포함한 단말, 예를 들어, 스마트폰 또는 태블릿 PC 등의 스마트기기로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 노트북, 랩톱 또는 개인 휴대용 정보 단말기(PDA) 다양한 기기로 구현될 수 있다.
가시광 복조장치(120)는 가시광 변조장치(110)로부터 전송된 신호를 수신하여, 단일 이미지가 아닌, 기 설정된 프레임률을 갖는 동영상 데이터로 저장한다. 가시광 복조장치(120)는 저장된 데이터를 가시광 통신 데이터로 복조하여 변조장치 ID를 획득한다. 가시광 복조장치(110)가 전송되는 신호를 이미지 데이터로 저장할 경우, 획득하는 데이터는 외부 주변광의 간섭에 취약해질 수 있다. 반면, 동영상 데이터는 상대적으로 외부 주변광의 간섭에 강인한 특징을 갖는다. 따라서, 가시광 복조장치(110)는 변조장치(110)로부터 전송된 신호를 기 설정된 프레임률을 갖는 동영상 데이터로 수신하여 저장할 수 있다.
가시광 복조장치(120)는 저장된 (가시광 통신) 동영상 데이터로부터 변조장치 ID를 추출한다. 가시광 복조장치(120)는 저장된 동영상 데이터 내에서, 필요로 하는 정보인 가시광 변조장치(110)의 ID를 추출한다. 다만, 동영상 데이터는 데이터량이 많아 통상적인 가시광 복조장치라면 상당한 처리시간을 요구한다. 이러한 불편을 해소하고자, 가시광 복조장치(120)는 수신한 가시광 통신 신호 내에서 필요로 하는 정보, 변조장치의 ID만을 신속하게 추출한다. 가시광 복조장치(120)는 가시광 변조장치(110)의 ID를 추출함으로써, 자신의 위치를 정확히 파악할 수 있다.
이처럼, 가시광 통신 시스템(100)은 외부의 주변광에 강인하게 데이터를 전송할 수 있으면서도, 수신된 데이터 내에서 신속하게 필요한 데이터만을 추출하여 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 복조장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 복조장치(120)는 가시광 수신부(210), 프레임 선정부(220), ID 추출부(230) 및 제어부(240)를 포함한다. 나아가, 가시광 복조장치(120)는 메모리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
가시광 수신부(210)는 가시광 변조장치(110)로부터 전송되는 가시광 통신 신호를 수신한다. 전술한 대로, 가시광 복조장치(120)가 가시광 통신 신호를 동영상 데이터 형식으로 저장하기 위해, 가시광 수신부(210)는 기 설정된 시간 동안 가시광 통신 신호를 수신한다. 예를 들어, 가시광 통신 신호가 1초 당 30프레임률을 갖는 데이터라 가정하면, 가시광 수신부(210)는 가시광 통신 데이터로서 기 설정된 개수의 프레임(예를 들어, 총 60프레임)을 수신하기 위해, 기 설정된 시간(예를 들어, 2초) 가시광 통신 신호를 수신할 수 있다.
전술한 대로, 가시광 수신부(210)는 가시광 (통신) 신호를 수광하기 위한 모듈로서, 카메라 또는 포토다이오드 등으로 구현될 수 있다. 이때, 가시광 수신부(210)는 이미지나 한 프레임을 획득함에 있어, 한 번에 하나의 전체 화면을 스냅샷 방식으로 찍는 글로벌 셔터(Global Shutter) 방식이 아닌, 수평(행) 또는 수직(열)으로 빠르게 씬을 주사함으로써 상을 포착하는 롤링 셔터(Rolling Shutter) 방식으로 동작한다.
프레임 선정부(220)는 수신된 가시광 통신 신호 내에서 복조가 가장 원활하면서 오류없이 진행될 수 있는 최적의 프레임을 선정한다.
프레임 선정부(220)는 수신된 가시광 통신 신호의 인접한 프레임간 차분 이미지를 연산한다. 메모리부(미도시)에 저장된 가시광 통신 신호는 (신호) 데이터를 포함하는 프레임과 (신호) 데이터를 포함하지 않는 프레임이 번갈아 가며 존재한다. 프레임 선정부(220)는 수신된 가시광 통신 신호 내 존재하는 모든 프레임들에 대해, 인접한 프레임과의 차분 이미지를 연산한다. 전술한 예와 같이, 가시광 통신 신호가 총 60프레임을 갖는다면, 프레임 선정부(220)는 59개의 차분 이미지를 연산한다. 이처럼, 프레임 선정부(220)는 데이터를 제외한 나머지 정보는 차분함으로써, 데이터만을 오롯이 확보하여 후술할 처리과정을 진행할 수 있도록 한다. 이에 따라, 프레임 선정부(220)는 후술할 처리과정을 진행함에 있어, 데이터 외에 별도의 성분에 의한 변조장치 ID의 인식률 저하를 최소화할 수 있다.
프레임 선정부(220)는 각 차분 이미지들에 대해 기 설정된 방향으로 모든 픽셀의 세기(Intensity)의 평균을 연산한다. 차분 이미지를 연산한 후, 프레임 선정부(220)는 각 차분 이미지들에 대해 기 설정된 방향으로 모든 픽셀의 세기의 평균를 연산한다. 여기서, 기 설정된 방향은 가시광 수신부(210)가 상을 포착함에 있어 주사하는 방향과 동일한 방향일 수 있다. 예를 들어, 가시광 수신부(210)가 롤링 셔터 방식으로 동작하며 수직방향으로 씬을 주사하는 경우, 프레임 선정부(220) 역시, 각 차분 이미지들에 대해 수직방향(열 방향)으로 모든 픽셀의 세기의 표준편차를 연산한다. 즉, 프레임 선정부(220)는 일 끝단(예를 들어, 가장 좌측)에 위치한 열로부터 타 끝단(예를 들어, 가장 우측)에 위치한 역의 픽셀 순으로 모든 픽셀의 세기의 평균를 연산한다.
프레임 선정부(220)는 각 차분 이미지들의 표준편차를 연산한다. 프레임 선정부(220)는 각 차분 이미지들로부터 연산한 (픽셀의 세기에 대한) 평균값으로부터 표준편차를 연산한다. 프레임 선정부(220)는 연산된 표준편차가 가장 큰 차분 이미지를 (변조장치의 ID를 추출하기에) 최적의 프레임으로 선정한다.
프레임 선정부(220)의 최적의 프레임 선정과정은 도 3 내지 5에 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 수신부가 수신한 가시광 신호를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 선정부가 최적의 프레임 선정을 위해 연산한 각 차분 이미지들의 표준편차를 도시한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 선정부에 의해 선정된 최적의 프레임을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가시광 수신부(210)는 가시광 변조장치(110)로부터 기 설정된 시간 동안 가시광 통신 신호를 수신한다.
이에, 프레임 선정부(220)는 가시광 통신 신호 내 각 프레임들의 차분 이미지를 연산하고, 각 차분 이미지들의 픽셀의 세기에 대한 평균값을 연산한다. 이후, 프레임 선정부(220)는 각 차분 이미지들의 표준편차를 연산한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 프레임 선정부(220)는 가장 큰 표준편차를 갖는 차분 이미지를 최적의 프레임으로 선정한다. 도 4에 도시된 그래프는 x축에는 프레임 순서가, y축에는 표준편차값이 도시된 그래프이다. 도 4에 예시된 그래프를 참조하면, 프레임 선정부(220)는 가장 큰 표준편차를 갖는 차분 이미지인 50번째 프레임을 최적의 프레임으로 선정한다.
한편, 프레임 선정부(220)는 가장 큰 표준편차를 갖는 차분 이미지를 찾은 후, 해당 차분 이미지에 인접한 차분 이미지들의 표준편차값까지 모두 고려하여 최종적으로 가장 큰 표준편차값을 갖는 차분 이미지를 최적의 프레임으로 선정할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, ID 추출부(230)는 선정된 최적의 프레임 내에서 변조장치의 ID를 추출한다.
ID 추출부(230)는 선정된 최적의 프레임으로부터, ID 분석을 위한 신호를 획득한다. ID 추출부(230)는 최적의 프레임 내에서 기 설정된 방향에 수직한 방향 각각의 픽셀값의 합을 연산한다. 전술한 예와 같이, 기 설정된 방향이 수직(열) 방향일 경우, ID 추출부(230)는 ID 분석을 위한 신호를 획득을 위해 각 수평(행) 방향으로의 픽셀값의 합을 연산한다. ID 추출부(230)는 각 방향(행) 픽셀값의 합의 차분값을 연산하여 ID 분석을 위한 신호를 획득한다. ID 분석을 위한 신호는 도 6에 도시되어 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부에 의해 획득된 ID 분석 신호를 도시한 그래프이다. x축에는 각 수평방향 픽셀의 순서가, y축에는 각 수평방향 픽셀값의 합의 차분값이 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, ID 추출부(230)는 각 수평 방향 픽셀값의 합의 차분값을 연산한다.
다시 도 2를 참조하면, ID 추출부(230)는 각 수평 방향 픽셀값의 합의 차분값을 연산함에 있어, 연산과정 전·후로 필터링을 수행할 수 있다. ID 추출부(230)가 각 수평 방향의 픽셀값의 합을 연산함에 있어, 경우에 따라, 인접한 행들에 비해 지나치게 크거나 작은 값을 갖는 행이 존재할 수 있다. 이들은 노이즈일 가능성이 매우 크기 때문에, ID 추출부(230)는 해당 수평방향(열)의 픽셀값들을 필터링할 수 있다. ID 추출부(230)는 이들을 필터링함에 있어, 메디안 필터(Median Filter)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, ID 추출부(230)는 획득한 ID 분석을 위한 신호 내에서 변조장치의 ID값을 추출한다. ID 추출부(230)의 ID 추출과정은 도 7에 도시되어 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부에 의해 추출된 ID 분석 신호로부터 변조장치의 ID를 추출하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7a를 참조하면, ID 추출부(230)는 획득한 ID 분석을 위한 신호 내에서 기 설정된 제1 기준치(710a)를 초과하거나 기 설정된 제2 기준치(710b) 미만인 값을 선정한다.
가시광 변조장치(110)는 자신의 ID를 포함한 다양한 가시광 통신 신호를 전송함에 있어, 가시광 통신신호를 전송한 것임을 알 수 있도록 최초에 트리거 개시신호를 포함한다. 트리거 개시신호 이후, 가시광 변조장치(110)가 전송하고자 하는 데이터 정보가 포함된다. 경우에 따라서는, 전송하고자 하는 데이터 정보 이후, 데이터의 전송이 종료되었음을 알 수 있도록 하는 트리거 종료 신호가 더 포함될 수 도 있다.
ID 추출부(230)는 이러한 가시광 통신 신호의 특징을 이용하여, 기 설정된 제1 기준치(710a)를 초과하거나 기 설정된 제2 기준추(710b) 미만인 값들로부터 트리거 개시신호(720)를 먼저 검출하고, 그 후, 전송하고자 하는 데이터 정보인 변조장치의 ID 정보(730)를 검출한다.
경우에 따라서, ID 추출부(230)는 도 7b와 같이, 변조장치의 ID 정보(730) 다음에 트리거 종료신호(740)까지 추가로 검출할 수 있다.
이와 같은 과정을 거치며, 가시광 복조장치(120)는 가시광 변조장치(110)로부터 가시광 통신 신호로 동영상 데이터가 전송된다 하더라도, 신속하게 데이터 내에서 변조장치의 ID를 검출할 수 있다. 이에 따라, 가시광 통신 시스템(100)은 주변광에 강인하면서도 신속하게 변조장치의 ID를 식별할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(240)는 각 구성요소(210 내지 230)의 동작을 제어한다.
프레임 선정부(220) 및 ID 추출부(230)가 전술한 동작을 수행할 수 있도록, 메모리부(미도시)는 가시광 수신부(210)가 수신한 가시광 통신 신호를 저장한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 복조장치가 가시광 신호를 복조하여 변조장치의 ID를 추출하는 방법을 도시한 순서도이다.
가시광 수신부(210)는 기 설정된 시간 동안 데이터를 수신한다(S810).
프레임 선정부(220)는 수신한 데이터 내에서 변조장치 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정한다(S820).
ID 추출부(230)는 최적의 프레임으로부터 ID 분석신호를 획득한다(S830).
ID 추출부(230)는 ID 분석신호로부터 변조장치 ID를 추출한다(S840)
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 선정부가 최적의 프레임을 선정하는 방법을 도시한 순서도이다.
프레임 선정부(220)는 기 설정된 시간 동안 수신된 데이터에 대해, 특정 프레임과 그것의 직전 프레임을 차분한다(S910).
프레임 선정부(220)는 각 차분 이미지들에 대해, 기 설정된 방향으로 모든 픽셀 세기의 평균을 연산한다(S920).
프레임 선정부(220)는 각 차분 이미지들의 평균을 토대로, 각 차분 이미지들의 표준편차를 연산한다(S930).
프레임 선정부(220)는 최대 크기의 표준편차를 갖는 차분 이미지를 최적 프레임으로 선정한다(S940).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부가 ID 분석 신호를 획득하는 방법을 도시한 순서도이다.
ID 추출부(230)는 최적 프레임을 기 설정된 필터로 필터링한다(S1010).
ID 추출부(230)는 필터링된 최적 프레임 내 기 설정된 방향에 수직한 각 방향에 대해, 픽셀 누적값의 차분값을 연산한다(S1020).
ID 추출부(230)는 연산된 차분값을 기 설정된 필터로 필터링한다(S1030).
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 ID 추출부가 ID 분석 신호로부터 변조장치 ID를 추출하는 방법을 도시한 순서도이다.
ID 추출부(230)는 차분값 내 기 설정된 제1 기준치를 초과하거나 기 설정된 제2 기준치 미만인 값을 선정한다(S1110).
ID 추출부(230)는 선정된 값에 인접해 위치한 트리거 개시신호를 검출한다(S1120),
ID 추출부(230)는 검출된 트리거 신호에 인접한 변조장치 ID를 추출한다(S1130),
ID 추출부(230)는 변조장치 ID에 인접한 트리거 종료신호를 검출한다(S1140).
도 8 내지 11에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 8 내지 11에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 8 내지 11은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 8 내지 11에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 가시광 통신 시스템
110: 가시광 변조장치
120: 가시광 복조장치
210: 가시광 수신부
220: 프레임 선정부
230: ID 추출부
240: 제어부
710: 기준치
720: 트리거 개시신호
730: 변조장치 ID
740: 트리거 종료신호

Claims (15)

  1. 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 가시광 복조장치에 있어서,
    기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 가시광 수신부;
    수신한 데이터 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 프레임 선정부; 및
    상기 프레임 선정부가 선정한 최적의 프레임으로부터 ID 분석신호를 획득하여, 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 ID 추출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 통신 데이터는,
    동영상 데이터 형식을 갖는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 ID 분석신호는,
    트리거 개시신호 및 상기 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 트리거 개시신호는,
    상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID에 우선하여 위치하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 트리거 개시신호는 트리거 종료신호를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  6. 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 가시광 복조장치에 있어서,
    기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 가시광 수신부;
    기 설정된 시간 동안 수신한 데이터에 대해, 일 프레임과 그것의 직전 프레임을 차분하고, 차분 이미지들 내 모든 픽셀 세기의 평균으로부터 각 차분 이미지간 표준편차를 연산하여, 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 프레임 선정부; 및
    상기 프레임 선정부가 선정한 최적의 프레임으로부터 기 설정된 방향 각각의 픽셀 누적값의 차분값으로부터 ID 분석신호를 획득하여, 상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 ID 추출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 ID 추출부는,
    상기 ID 분석신호 내에서 기 설정된 제1 기준치를 초과하거나 기 설정된 제2 기준치 미만인 값을 선정하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 ID 추출부는,
    선정한 값들로부터 트리거 개시신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 ID 추출부는,
    상기 트리거 개시신호에 인접해 위치한 상기 가시광 변조장치의 ID를 검출하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조장치.
  10. 가시광 복조장치가 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 방법에 있어서,
    기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 수신과정;
    상기 수신과정에서 수신한 데이터 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 선정과정;
    상기 선정과정에서 선정된 최적의 프레임으로부터 ID 분석신호를 획득하는 획득과정; 및
    상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 추출과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가시광 통신 데이터는,
    동영상 데이터 형식을 갖는 것을 특징으로 하는 가시광 복조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 ID 분석신호는,
    트리거 개시신호 및 상기 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 트리거 개시신호는,
    상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID에 우선하여 위치하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조 방법
  14. 가시광 복조장치가 가시광 변조장치의 ID를 포함하는 가시광 통신신호를 수신하여 가시광 변조장치의 ID를 복조하는 방법에 있어서,
    기 설정된 시간 동안 가시광 통신 데이터를 수신하는 수신과정;
    상기 수신과정에서 수신한 데이터에 대해 일 프레임과 그것의 직전 프레임을 차분하는 차분과정;
    상기 차분과정에서 차분된 차분 이미지들 내 모든 픽셀 세기의 평균으로부터 각 차분 이미지간 표준편차를 연산하는 연산과정;
    상기 연산과정에서 연산된 값을 토대로 상기 가시광 변조장치의 ID 추출에 있어 최적의 프레임을 선정하는 선정과정;
    상기 선정과정에서 선정한 최적의 프레임으로부터 기 설정된 방향 각각의 픽셀 누적값의 차분값으로부터 ID 분석신호를 획득하는 획득과정; 및
    상기 ID 분석신호 내에서 상기 가시광 변조장치의 ID를 추출하는 추출과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 복조방법.
  15. 자신의 ID를 포함하는 데이터를 가시광 통신 신호로 변조하여 외부로 전송하는 가시광 변조장치; 및
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 가시광 복조장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신 시스템.
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JP2017192122A (ja) * 2016-04-11 2017-10-19 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構 情報送信装置、情報受信装置、情報伝送システム及びプログラム、測位システム、照明器具並びに照明システム

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