KR101949809B1

KR101949809B1 - Vlc 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 led 전광판 구동 방법

Info

Publication number: KR101949809B1
Application number: KR1020180051591A
Authority: KR
Inventors: 하영재; 권기태; 이현영
Original assignee: (주)동방데이타테크놀러지
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2019-02-19
Anticipated expiration: 2038-05-04

Abstract

본 발명은 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법에 관한 것으로, 그 방법은 영상신호원을 통해 가시광 통신을 이용하여 LED 전광판에 표시될 영상 신호를 선택 및 수신하는 제1과정; 영상신호원을 통해 전송된 영상신호에 대하여 LED 전광판의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 영상데이터를 생성하고 LED 모듈의 각 광원을 구동하기 위해 MCU를 통해 구동전류를 생성하는 제2과정; MCU을 통해 전송되는 보정된 휘도 픽셀 영상에 대해 SCU에서 단위 LED 모듈로 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 VLC 모듈로 전송하는 제3과정; SCU에서 전송되는 유닛별 표출 영상데이터를 LED 전광판의 각 LED 모듈 유닛별로 출력되도록 VLC 가시광 무선 전송을 위해 VLC 전송모듈에서 영상신호를 변조하고 Serialization하여 전송부를 통해 변조된 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하는 제4과정; 및 VLC 전송모듈에서 가시광통신으로 전송된 영상데이터를 VLC 수신모듈에서 필터를 이용하여 영상에 불필요한 노이즈 성분을 제거하고 신호를 증폭하여 LED 전광판에 표출하기 위한 영상신호로 복조하여 단위 LED 모듈 유닛으로 영상신호를 송출하는 제 5 과정;을 포함하여 구성된다.
이에 따라, 영상신호원과 MCU 사이에 설치되는 Multi Display Input Processor를 통해 영상신호원으로부터 다양한 포맷의 영상신호를 입력받아 VLC 가시광 통신으로 VLC Modulator/Demodulator를 통해 최적화된 Power Save Mode를 지원하여 고휘도 고선명 화면을 표출할 수 있는 영상데이터를 제공한다.

Description

VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법{A Driving method of LED electric lighting board based on Wireless communication contained VLC transfer module}

본 발명은 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, LED 모듈과 LED 모듈을 연결하는 데이터 라인과 LED 모듈 Unit별로 표출을 제어하는 SCU(Section Control Unit)의 데이터 전송 라인을 VLC(Visible Light Communication) 가시광 통신 방식으로 무선 처리하여, LED 전광판 내부의 복잡한 연결 구조를 개선하여 단순한 구조와 배선으로 설계가 용이하고 시공성이 높으며 유지보수가 편리한 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구동 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 영상신호원과 MCU 사이에 설치되는 Multi Display Input Processor를 통해 영상신호원으로부터 다양한 포맷의 영상신호를 입력받아 VLC 가시광 통신으로 VLC Modulator/Demodulator를 통해 최적화된 Power Save Mode를 지원하여 고휘도 고선명 화면을 표출할 수 있는 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구동 방법에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode)는 빛을 발하는 반도체 소자인 발광 다이오드를 의미하며, 적색, 녹색, 청색, 황색등의 다양한 색상으로 각종 전자제품류와 계기판 등의 전자 표시판 등에 널리 사용되고 있다.

이 중 LED 전광판은 다수의 LED를 매트릭스 형태로 배열하고, 매트릭스 형태로 배열된 다수의 LED가 이미지를 표시하기 위한 픽셀을 형성함으로써, 영상의 표시가 가능하게 된다. 이러한 LED 전광판은 광고나 각종 정보의 전달을 위해 건물 외부나 내부에 다양한 형태로 설치되어 사용되고 있다.

통상적으로, 전광판 시스템은 유선 데이터 송수신 형태로 구성되는데, 전광판 시스템의 영상표출은 영상신호를 Red, Green, Blue 각 칼러별 직렬 데이터로 변환시켜 Shift Clock, Latch, Out Enable 등 Timing 제어신호에 맞게 LED 드라이버로 입력되어 LED로 표출하게 된다. 직렬 데이터는 시프트 레지스터로 입력되고 입력된 데이터는 정전류 드라이버에 의해 LED를 구동하게 된다. 일반적으로 유닛단위로 구성된 전광판 LED 표출부는 16*16 도트 매트릭스의 모듈을 직렬로 연결하여 사용한다.

도 1에서 도시된 바와 같이 전광판 표출부의 LED 모듈은 데이터를 입력받기 위한 데이터 입력 커넥터와 다음 모듈로 데이터를 출력하기 위한 데이터 출력 커넥터를 가지고 있다. 데이터를 전송하기 위해 여러 가닥의 전선으로 구성된 플랫 케이블을 사용하여 SCU의 데이터 출력 커넥터와 LED 모듈의 데이터 입력 커넥터를, 모듈과 모듈을 연결하기 위하여 첫 번째 모듈의 데이터 출력 커넥터를 두 번째 모듈의 입력 커넥터에 연결하는 방식으로 영상 데이터를 LED 모듈로 전송하여 영상을 LED 표출부에 출력하게 된다.

전광판 내부 데이터를 유선으로 연결하여 사용하므로 영상 장치로부터 입력된 영상 정보는 MCU(Main Control Unit)를 통하여 LED Module의 유닛구성에 따라서 유닛별로 표출을 제어하는 SCU(Section Control Unit)로 입력된 영상 데이터를 각각의 유닛별로 구성된 LED 표출부로 나누어 데이터를 전송하고 또한 각각의 LED 모듈 간 데이터를 전송하기 위하여 전광판 시스템 내부의 데이터 케이블은 복잡하게 구성되어 진다. 데이터를 전송하기 위하여 수많은 케이블을 각각의 커넥터를 통하여 연결되었을 경우에 연결 케이블과 데이터 커넥터 단자의 연결 상태에 따라 접촉 불량, 단락, 단선 등의 예기치 않은 전기적인 문제들이 발생될 수 있다.

즉, 복잡한 내부 배선은 제품 설계를 어렵게 하고 제조 공정에 많은 비용이 들어가게 된다. 실제로 운영 중에 나타나는 오작동 원인 중에 데이터 케이블의 접촉 불량이 많이 차지하고 있다. LED Dot 또는 LED 모듈의 불량 등의 유지 보수 발생 시에 LED 모듈을 교체하여야 한다. LED 모듈 교체 시에 복잡한 전광판 시스템 내부의 데이터 케이블 연결은 LED 모듈 교체 작업을 어렵게 한다.

이상과 같은 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 전광판 시스템 내부의 데이터 연결을 데이터 케이블에 의한 유선 방식에서 RF, 가시광 무선통신 등의 방식으로 처리할 경우 많은 부분이 해결된다.

전광판 시스템 내부에서의 데이터 연결이므로 데이터 전송거리는 반경 1미터정도에 데이터 전송속도는 약 100Mbps를 넘지 않는다. 그러므로 최근에 각광 받고 있는 근거리 무선통신 기술을 이용하여 전광판 시스템 내부의 데이터 전송을 무선으로 구현하여 데이터 케이블을 이용하여 유선으로 데이터를 전송할 때 나타나는 여러 가지 문제점을 해결할 수 있는데, 최근의 무선 데이터 통신 기술은 빠르게 발전하고 있다. 유선으로 제공되던 인터넷 환경도 스마트폰과 같은 무선기기의 넓은 보급으로 무선 인터넷 환경으로 급속도로 넓어지고 있는 추세고, 무선통신 기술의 발달로 각종 무선기기들이 제시되어 무선통신 기술이 더욱 빠르게 성장하고 있다.

즉, 디바이스-디바이스 간의 근거리 무선통신 기술을 이용하여 전광판 시스템 내부의 데이터 케이블을 제거하고 무선으로 대체한다. 케이블과 커넥터의 연결로 인하여 발생되는 전광판 시스템의 여러 가지 문제들도 해결하고 무선통신을 이용하여 데이터를 전송하므로 얻을 수 있는 설계의 용이성, 설치 공간이나 설치 요건으로부터 자유로운 시공성, 유지보수의 편리성, 제품의 신뢰성 보장 등의 여러 가지 이점들이 있다.

한편, 가시광통신(VLC: Visible Light Communication)은 380nm~780nm의 가시광 파장을 이용한 통신기술이다. 빛의 꺼짐과 켜짐을 온오프(On/Off) 신호로 인식해 정보를 전달한다. 가시광통신의 파괴적 요소는 추가 인프라의 구축이 필요하지 않다는 점이다.

현재 널리 쓰이는 유선 통신의 경우, 전기를 매체로 하기 때문에 케이블이라는 정보전달 통로가 필요하며, 무선통신 역시 주파수(RF)라는 한정된 자원을 이용하기 때문에 신기술이 등장할 때마다 주파수 할당 문제를 겪어야 하는 부담이 있다. 그러나 가시광통신은 사람의 눈이 초당 100회 이상 빛의 깜빡임을 계속 켜진 것으로 인식하는 특성을 바탕으로 조명의 기능을 유지하면서 통신이 가능하도록 하는 시스템을 구축할 수 있다. 특히 발광다이오드(LED)는 기존의 광원보다 효율이 뛰어나고 수명이 길 뿐만 아니라, 기본적으로 반도체 소자를 이용한 조명이기 때문에 IT 기술의 융합이 수월하다.

따라서, 본 출원인은 LED 전광판 시스템에 VLC 데이터 전송 모듈을 구비하여 광고용으로 표출되는 영상을 통하여 필요한 정보를 사용자에게 전달하는 LED 전광판에 표출하는 가시광 통신방식으로 무선처리 방안을 제시하고자 한다.

1. 다이나믹 발광다이오드 전광판을 이용한 시분할 가시광선 무선통신 장치 및 그 방법(Apparatus for time division visual light wireless communication using dynamic LED display panel and method thereof)(특허등록번호 제10-0977295호) 2. 가시광통신의 신호 송수신 방법 및 장치(Method for generating and receiving signal in visible light communication and apparatus thereof)(특허출원번호 제10-2016-0084650호) 3. 고속 LED 디밍 환경에서 가변펄스위치변조를 이용한 가시광통신 방법(METHOD FOR VISIBLE LIGHT COMMUNICATION USING VARIABLE PULSE POSITION MODULATION IN HIGH-SPEED DIMMING ENVIRONMENT)(특허등록번호 제10-1841539호) 4. 가시광 통신을 이용한 무선데이터 전송 기반의 LED 전광판(LED electronic sign board based on wireless data transmission using the visual light communication)(특허등록번호 제10-1625670호)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED 모듈과 LED 모듈을 연결하는 데이터 라인과 LED 모듈 Unit별로 표출을 제어하는 SCU(Section Control Unit)의 데이터 전송 라인을 VLC(Visible Light Communication) 가시광 통신 방식으로 무선 처리하여, LED 전광판 내부의 복잡한 연결 구조를 개선하여 단순한 구조와 배선으로 설계가 용이하고 시공성이 높으며 유지보수가 편리한 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 영상신호원과 MCU 사이에 설치되는 Multi Display Input Processor를 통해 영상신호원으로부터 다양한 포맷의 영상신호를 입력받아 VLC 가시광 통신으로 VLC Modulator/Demodulator를 통해 최적화된 Power Save Mode를 지원하여 고휘도 고선명 화면을 표출할 수 있는 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법을 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법은, 영상신호원을 통해 가시광 통신을 이용하여 LED 전광판에 표시될 영상 신호를 선택 및 수신하는 제 1 과정; 상기 영상신호원을 통해 전송된 영상신호에 대하여 LED 전광판의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 영상데이터를 생성하고 LED 모듈의 각 광원을 구동하기 위해 MCU를 통해 구동전류를 생성하는 제 2 과정; 상기 MCU을 통해 전송되는 보정된 휘도 픽셀 영상에 대해 SCU에서 단위 LED 모듈로 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 VLC 모듈로 전송하는 제 3 과정; 상기 SCU에서 전송되는 유닛별 표출 영상데이터를 LED 전광판의 각 LED 모듈 유닛별로 출력되도록 VLC 가시광 무선전송을 위해 VLC 전송모듈에서 영상신호를 변조하고 Serialization하여 광 전송부를 통해 변조된 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하는 제 4 과정; 및 상기 VLC 전송모듈에서 가시광통신으로 전송된 영상데이터를 VLC 수신모듈에서 필터를 이용하여 영상에 불필요한 노이즈 성분을 제거하고 신호를 증폭하여 LED 전광판에 표출하기 위한 영상신호로 복조하여 단위 LED 모듈 유닛으로 영상신호를 송출하는 제 5 과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법은, 영상신호원을 통해 선택된 영상 신호를 FULL COLOR 전광판의 표시를 위해 MDIP(Multi Display Input Processor)에서 영상신호를 수신하는 제 1 과정; 상기 MDIP를 통해 전송된 영상신호에 대하여 LED 전광판의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 영상데이터를 생성하고 MCU에서 LED 모듈의 각 광원을 구동하기 위해 구동전류를 생성하는 제 2 과정; MDIP를 통해 입력된 영상신호를 VLC 가시광 통신에 최적화하여 SCU에서 단위 LED 모듈로 영상신호를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 VLC 모듈로 전송하는 제 3 과정; 상기 SCU에서 전송되는 유닛별 표출 영상신호를 LED 전광판의 각 LED 모듈 유닛별로 출력되도록 VLC 가시광 무선 전송을 위해 VLC 전송모듈에서 영상신호를 변조하고 Serialization하여 광 전송부를 통해 변조된 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하는 제 4 과정; 및 상기 VLC 전송모듈에서 가시광통신으로 전송된 영상데이터를 VLC 수신모듈에서 필터를 이용하여 영상에 불필요한 노이즈 성분을 제거하고 신호를 증폭하여 LED 전광판에 표출하기 위한 영상신호로 복조하여 단위 LED 모듈 유닛으로 영상신호를 송출하는 제 5 과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 제 4 과정에 있어서, VLC 전송모듈의 신호접속부는 상기 SCU에서 입력되는 영상데이터를 라인코딩 기법이나 변조기법을 이용하여 가시광 형태의 전송신호로 변경하기 위해 수신 해당 데이터를 맨체스터코드로 인코드하여 변환하고, 변조부는 신호접속부를 통해 맨체스터코드로 변환된 데이터를 ASK 변조회로를 이용하여 변조하여 변조된 신호가 가시광으로 광 전송부를 통해 전송되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 Full Color 전광판은 VLC 가시광통신을 표출되는 영상데이터를 VLC 가시광통신을 이용하여 무선으로 입력받기 위한 VLC Demodulator를 LED Module에 내장하고 입력된 영상데이터 신호에 따라 Red, Green, Blue LED Lamp를 표출하기 위한 정전류 LED Driver와 정전류 LED Driver에 표출되는 영상데이터가 없을 경우에 Power Save Mode로 설정되도록 동작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법은, 홍보 및 광고용으로 표출되는 영상을 통하여 필요한 정보를 사용자에게 전달하는 LED 전광판 표출부의 LED 모듈과 LED 모듈을 연결하는 데이터 라인과 LED 모듈 Unit 별로 표출을 제어하는 SCU(Section Control Unit)의 데이터 전송 라인을 VLC(Visible Light Communication) 가시광 통신 방식으로 무선 처리하여, LED 전광판 내부의 복잡한 연결 구조를 개선하여 단순한 구조와 배선으로 설계가 용이하고 시공성이 높으며 유지보수가 편리한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법은 LED 전광판 시스템 내부의 데이터 연결 방식을 유선에서 무선으로 교체하여 데이터를 무선으로 전송하는 기술로 여러 가지 무선기술 중에서 LED 전광판의 내부 구조와 사용되는 데이터의 전송량과 전송속도를 고려하여 VLC 가시광통신이 LED 전광판의 SCU와 LED Module, 각 LED Module 간의 무선 데이터 전송을 통해 LED 전광판의 시공 및 LED 모듈의 확장성을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법은 영상신호원과 MCU 사이에 설치되는 Multi Display Input Processor를 통해 영상신호원으로부터 다양한 포맷의 영상신호를 입력받아 VLC 가시광 통신으로 VLC Modulator/Demodulator를 통해 최적화된 Power Save Mode를 지원하여 고휘도 고선명 화면을 표출할 수 있는 영상데이터를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법은 VLC 가시광 통신을 이용하여 표출되는 영상신호를 무선으로 입력받는 영상신호를 입력받기 위한 데이터 케이블이 필요 없고 정전류 LED Driver에 표출되는 영상데이터가 없을 경우에 Power Save Mode로 설정되어 Full Color LED Module에서 무효하게 사용되는 전원을 절감할 수 있는 에너지 절감형 Full Color LED Module을 제공한다.

도 1은 종래의 SCU와 LED 모듈간 유선으로 연결된 LED 전광판의 구성도
도 2는 종래의 SCU와 LED 모듈간 RF 모듈을 통한 LED 전광판의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구성도
도 4는 본 발명의 따른 실시예로 MDIP을 포함한 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템의 구성도
도 5는 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템의 세부 구성도
도 6은 도 5에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템의 블록도
도 7은 도 6에 따른 VLC 송수신 모듈의 세부 구성을 도시한 블록도
도 8은 본 발명에 따른 VLC 전송모듈의 변조방식에 따른 BER 그래프
도 9는 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 절차를 도시한 흐름도
도 10은 본 발명의 다른 실시예로서 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 절차를 도시한 흐름도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.

도 3은 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구성도이고, 도 4는 본 발명의 따른 실시예로 MDIP을 포함한 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템의 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템의 세부 구성을 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템은 크게 영상 신호원(100), MCU(Main Control Unit)(300), SCU(Section Control Unit)(400), VLC 전송모듈(500), VLC 수신모듈(600) 및 LED 전광판(700)을 포함하여 구성된다.

상기 영상 신호원(100)은 VLC 모듈(400, 500)을 통해 LED 전광판(700)으로 가시광 무선통신을 통해 영상신호를 제공하는 것으로, 상기 영상 신호원(100)은 LED 전광판(700)에 표시될 영상 신호를 공급하는 소스로서, DVD, HDMI, DP 또는 VCR과 같은 영상 매체를 재생하는 장치이거나, 메모리에 저장된 영상 데이터를 불러와 LED 전광판(700)으로 전송하는 컴퓨터일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

상기 LED 전광판(700)은 다수의 단위 LED 모듈(710)이 매트릭스 구조로 배열되어 하나의 화면으로 형성되어 영상 신호원(100)으로부터 입력받은 영상 신호를 기반으로 화면에 영상을 표시한다.

상기 다출력 입력장치(200)는 각종의 영상장치로부터 입력된 영상신호를 제어하여 요구되는 영상신호를 LED 전광판에 최적화된 영상신호로 변환하는 MCU(Main Control Unit)로 전송한다.

상기 Multi Display Input Processor(200)는 영상신호원(100)과 MCU(300) 사이에 설치되어 다양한 영상신호원(100)으로부터 다양한 포맷의 영상신호를 입력받아 VLC 가시광 통신에 최적화된 LED Full Color 전광판을 제공하기 위해 SCU(400)를 통하여 영상데이터를 VLC Modulator/Demodulator를 이용하여 광신호 변/복조하여 무선으로 전송한다. 이때, 전송된 영상데이터는 VLC 가시광 통신에 최적화된 Power Save Mode를 지원하는 Full Color LED Module로 고휘도의 고선명 화면을 표출한다.

상기 MDIP(Multi Display Input Processor)(200)는 Display Port, HDMI, DVI, SDI 등의 다양한 영상입력 포맷을 지원하고, 해상도 3,840x2,160의 UHD(4K) 영상 입력 지원, Frame Rate Conversion을 이용한 영상 출력 지원, Key 조작을 통해 영상 입출력 제어 및 현상태를 UI표시를 통해 실시간으로 쉽게 확인할 수 있다.

상기 MCU(Main Control Unit)(300)는 상기 영상신호원(100)을 통해 전송된 영상신호에 대하여 LED 전광판(700)의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 데이터를 적용하여 휘도보정 데이터와 합성을 통해 보정되어 생성된 영상데이터를 표출하기 위해 LED 모듈의 각 광원을 구동하기 위해 구동전류를 생성한다.

상기 SCU(Section Control Unit)(400)는 상기 MCU(300)을 통해 전송되는 보정된 휘도 픽셀 영상에 대해 단위 LED 모듈(710)로 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 표출을 제어하여 VLC 모듈(500,600)로 전송하여 LED 전광판(700)에 표출되도록 한다.

상기 VLC 전송모듈(500)은 SCU(400)에서 전송되는 유닛별 표출 영상데이터를 LED 전광판(700)의 각 LED 모듈(710) 유닛별로 표출제어하기 위한 SCU)의 LED 모듈로 출력되는 영상신호를 VLC 가시광 무선통신으로 전송하기 위해 영상신호를 변조하여 Optical Transmitter를 통하여 영상신호를 전송한다.

즉, 상기 VLC 전송모듈(500)은 수신된 영상데이터를 VLC 가시광통신으로 전송하기 위한 영상신호로 Serialization하고, Optical Driver를 통해 Serialize된 영상신호를 광신호로 출력하고, Optical Transmitter를 통해 변조된 광신호를 VLC 가시광통신으로 출력하게 된다.

상기 VLC 수신모듈(600)은 상기 VLC 전송모듈(500)에서 VLC 가시광 통신으로 전송된 영상신호는 필터를 이용하여 영상에 불필요한 노이즈 성분을 제거하고 신호를 증폭하여 LED 전광판(700)에 표출하기 위한 영상신호로 복조되어 단위 LED 모듈(710) 유닛으로 영상신호를 전송한다.

즉, 상기 VLC 수신모듈(600)은 상기 VLC 송신모듈(500)로부터 전송된 광신호를 Optical Receiver를 통해 수신하고, Optical Receiver의 입력된 광신호로부터 불필요한 노이즈를 필터를 통해 제거하고, 증폭부를 통해 노이즈가 제거된 광신호를 요구되는 영상신호로 증폭하여 증폭된 영상신호를 LED 모듈 표출신호로 변환하기 위한 Deserialization 하여 단위 LED 모듈(710) 유닛으로 전송한다.

한편, 상기 Full Color LED Module은 VLC 가시광 통신을 이용하여 표출되는 영상신호를 무선으로 입력받는 영상신호를 입력받기 위한 데이터 케이블이 필요 없는 LED 모듈의 구동되는 전원을 절감하기 위한 Power Save 모드를 지원한다.

상기 Full Color LED Module은 데이터 입 출력 케이블이 불필요한 VLC 가시광통신 데이터 입력 인터페이스를 지원하고, Red, Blue, Green LED Lamp를 각각 구성하거나 하나의 Package에 All in One 타입으로 구성된 단일구조의 Pixel 들을 16 x 16의 매트릭스로 구성하여 전력 절감 Power Save 모드를 지원한다.

즉, 상기 VLC Full Color LED Module은 VLC 가시광통신을 지원하는 LED Module의 구성은 표출되는 영상데이터를 VLC 가시광통신을 이용하여 무선으로 입력받기 위한 VLC Demodulator를 LED Module에 내장하고 입력된 영상데이터 신호에 따라 Red, Green, Blue LED Lamp를 표출하기 위한 정전류 LED Driver와 고휘도의 고선명한 화면을 표출하기 위한 고휘도 Red, Green, Blue LED Lamp로 구성된다.

따라서, 소비되는 에너지를 절감하기 위하여 정전류 LED Driver에 표출되는 영상데이터가 없을 경우에 Power Save Mode로 설정되어 Full Color LED Module에서 무효하게 사용되는 전원을 절감할 수 있는 VLC 가시광통신을 지원하는 에너지 절감형 Full Color LED Module을 적용할 수 있다.

도 6은 도 5에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템의 블록도이고, 도 7은 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템의 VLC 송수신 모듈의 세부 구성을 도시한 블록도를 도시한 것으로서, VLC 전송모듈(500)은 VLC 변조기(510)과 전송부(520)로 구성되며, VLC 수신모듈은 수신부(620)와 VLC 복조기(610)로 구성된다.

상기 VLC 변조기(510)는 신호접속부(511), 변조부(513) 및 구동회로부(515)로 구성되어 LED 모듈로 영상데이터를 출력하는 SCU(Section Control Unit)와 각각의 LED Module 간의 무선으로 데이터를 전송하기 위하여 SCU(Section Control Unit)에서 출력되는 영상데이터를 Serialization하여 Optical Driver에서 전송되기 위한 충분한 출력신호로 Optical Transmitter(520)를 통하여 광신호로 전송한다.

보다 세부적으로 상기 신호접속부(511)는 상기 SCU(400)에서 입력되는 영상데이터를 라인코딩 기법이나 변조기법을 이용하여 가시광 형태의 전송신호로 변경하기 위해 해당 데이터를 수신하여 맨체스터코드로 인코드하여 변환한다.

상기 변조부(513)는 상기 신호접속부(511)을 통해 맨체스터코드로 변환된 데이터를 ASK 변조회로를 이용하여 변조하여 변조된 신호가 가시광으로 상기 전송부(520)를 통해 전송되도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 상기 변조부(513)는 ASK(Amplitude Shift Keying), FSK(Freguency Shift Keying), BPSK(Binary Phase Shift Keying) 3가지의 변조를 사용할 수 있는데, LabView로 알고리즘로 구현되어 시뮬레이션을 진행할 때 전송 과정에서 통신 속도는 3kHz로 설정하고 각 변조방식에 백색잡음을 추가, 변화시켜 BER(Bit Error Rate)을 측정한 결과, 첨부된 도 9에 도시된 바와 같이 각각의 변조방식들은 S/N 비가 0dB에서는 원활한 통신을 보여주었지만, S/N이 10dB로 증가했을 시에 ASK 변조에서 BER이 가장 적은 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 변조기는 ASK 변조방식이 가시광통신을 하는 것이 바람직하다.

상기 구동회로부(515)는 VLC 변조기(510)가 원할하게 동작이 되도록 상기 변조부(513)를 통해 변조된 신호가 가시광으로 전송되도록 적절한 전압과 전류를 조절하는데, VLC 변조기(510) 내 LED의 원할한 동작을 위해 전압과 전류를 조절한다.

즉, LED의 구동은 계속해서 켜져 있는 상태에서 빛의 세기가 조금씩 변하는 형태로 진행되어 빛의 세기가 변하는 주기는 매우 짧기 때문에 육안으로는 식별이 불가능하다. 따라서, 데이터 수신이 가능하도록 LED에 연결된 입출력 핀의 인가 전원을 바꾸어주는데, LED의 애노우드에 양전원을 주게 되면 빛을 발광하는 동작을 수행하고 반대로 캐소우드에 양전원을 주게 되면 PD의 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 VLC 수신모듈(600)은 VLC 복조기(610)과 수신부(620)로 구성되며, 상기 수신부(620)는 VLC 변조기(510)에서 전송된 영상데이터를 수신하는데, LED Module에 영상을 표출하기 위한 영상데이터로 변환이 되어 LED Module Unit을 구성하는 각 LED Module(710)로 영상데이터를 전송되도록 해당 변조된 데이터를 수신한다.

상기 VLC 복조기(610)는 증폭부(611), 노이즈 제거부(613), 복조부(615), 디코딩부(617) 및 출력부(619)로 구성되어 상기 수신부(620)를 통해 변조되어 전송된 광신호를 LED Module(710)에 해당 영상을 표출하기 위해 입력되는 영상데이터를 표출할 수 있도록 복조하여 전송되도록 구성된다.

상기 증폭부(611)는 수신부(620)를 통해 입력된 변조된 광신호를 VLC 신호의 전압 레벨의 디지털 신호를 증폭시키고, 노이즈 제거부(613)는 증폭부(611)에서 증폭된 신호에서 불필요한 노이즈를 제거한다. 이러한 노이즈 제거부(613)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF)와 고역 통과 필터(High Pass Filter; HPF)로 구성될 수 있으며, 불필요한 주파수 대역의 노이즈 성분을 필터링할 수 있다.

상기 복조부(615)는 상기 노이즈 제거부(613)를 통해 불필요한 노이즈 성분이 제거된 광신호를 표출할 영상 신호로 복조하고, 상기 디코딩부(617)를 통해 복조된 영상신호를 디코딩하여 상기 출력부(619)를 통해 LED 모듈(710)로 전송하여 표시되도록 한다.

따라서, 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템은 VLC Modulator는 LED 전광판으로 영상신호를 표출하기 위하여 최적화된 SCU(Section Control Unit)의 출력 데이터를 VLC 가시광 통신으로 전송할 수 있도록 신호를 변조하는 Modulator와 변조된 영상신호를 Optic Transmitter에서 광신호로 출력할 수 있도록 하는 Driver와 영상신호를 광신호로 변환하여 전송하는 Optic Transmitter로 구성되는데, LED 전광판에 최적화된 VLC 가시광 통신을 위한 광신호는 380 ~ 780nm의 파장으로 Red, Green, Blue 각각의 개별적인 색 또는 White색인 경우에 따라 출력 특성이 다를 것이며 각각에 대하여 검측하여 LED 전광판 내부의 영상 Data 전송에 최적인 조건으로 설정한다.

LED 전광판의 내부 구조를 고려할 때 전송거리는 120cm 정도이며 LED 전광판의 각 LED Module에 영상을 표출하기 위한 Data Rate을 고려하면 데이터 전송속도는 120Mbps ~ 200Mbps 정도로 구현될 수 있다.

첨부된 도 9는 본 발명에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구동 절차를 도시한 흐름도로서, 첨부된 도 3 내지 도 9를 참조하여 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구동 절차를 살펴보면, 먼저, DVD, HDMI, DP 또는 VCR과 같은 영상 매체, 메모리에 저장된 영상 데이터 등의 상기 영상신호원(100)에서 가시광 통신을 이용하여 LED 전광판(700)에 표시될 영상 신호를 선택하여 이를 MCU(300)에 전송한다.

상기 MCU(300)는 상기 영상신호원(100)에서 전송된 영상신호를 LED 전광판(700)의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 데이터를 적용하여 휘도보정 데이터와 합성을 통해 보정되어 생성된 영상데이터를 표출하기 위해 LED 전광판 모듈(710)의 각 광원을 구동하기 위하여 구동전류를 생성한다.

이후, 상기 SCU(Section Control Unit)(400)는 상기 MCU(300)을 통해 전송되는 보정된 휘도 픽셀 영상에 대해 단위 LED 모듈(710)로 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 표출을 제어하여 VLC 모듈(500,600)로 전송한다.

상기 SCU(400)에서 전송되는 유닛별 표출 영상데이터를 LED 전광판(700)의 각 LED 모듈(710) 유닛별로 출력되도록 VLC 가시광 무선 전송을 위하여 VLC 전송모듈(500)에서 영상신호를 변조하고 Serialization하여 광 전송부(520)를 통해 변조된 영상데이터를 가시광 통신으로 VLC 수신모듈(600)로 전송한다.

한편, 상기 VLC 전송모듈(500)은 수신된 영상데이터를 VLC 가시광통신으로 전송하기 위한 영상신호로 Serialization하고, Optical Driver(520)를 통해 Serialize된 영상신호를 광신호로 출력하고, Optical Transmitter를 통해 변조된 광신호를 VLC 가시광통신으로 출력하게 되는데, 보다 세부적으로 상기 VLC 전송모듈(500)의 신호접속부(511)는 상기 SCU(400)에서 입력되는 영상데이터를 라인코딩 기법이나 변조기법을 이용하여 가시광 형태의 전송신호로 변경하기 위해 수신 해당 데이터를 맨체스터코드로 인코드하여 변환하고, 변조부(513)는 신호접속부(511)을 통해 맨체스터코드로 변환된 데이터를 ASK 변조회로를 이용하여 변조하여 변조된 신호가 가시광으로 광 전송부(520)를 통해 전송한다.

이때, 상기 VLC 전송모듈(500)의 상기 구동회로부(515)는 VLC 변조기(510)가 원할하게 동작이 되도록 상기 변조부(513)를 통해 변조된 신호가 가시광으로 전송되도록 적절한 전압과 전류를 조절하는데, VLC 변조기(510) 내 LED의 원할한 동작을 위해 전압과 전류를 조절한다.

이후, 상기 VLC 전송모듈(500)에서 가시광통신으로 전송된 영상데이터를 VLC 수신모듈(600)에서 필터를 이용하여 영상에 불필요한 노이즈 성분을 제거하고 신호를 증폭하여 LED 전광판(700)에 표출하기 위한 영상신호로 복조하여 단위 LED 모듈(710) 유닛으로 영상신호를 송출하여 LED 전광판(700)에 표시되도록 한다.

한편, 상기 VLC 수신모듈(600)은 Optical receiver(620)을 통해 VLC 변조기(510)에서 전송된 영상데이터를 수신하는데, 즉, LED Module에 영상을 표출하기 위한 영상데이터로 변환이 되어 LED Module Unit을 구성하는 각 LED Module(710)로 영상데이터를 전송되도록 해당 변조된 데이터를 수신한다.

Optical receiver(620)을 통해 수신된 영상데이터는 상기 VLC 복조기(610)는 증폭부(611), 노이즈 제거부(613), 복조부(615), 디코딩부(617) 및 출력부(619)로 구성되어 상기 수신부(620)를 통해 변조되어 전송된 광신호를 LED Module(710)에 해당 영상을 표출하기 위해 입력되는 영상데이터를 표출할 수 있도록 복조하여 전송되도록 구성된다.

첨부된 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구동 절차를 도시한 흐름도로서, 첨부된 도 3 내지 도 10을 참조하여 MDIP을 이용한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 시스템 구동 절차를 살펴보면, 먼저, DVD, HDMI, DP 또는 VCR과 같은 영상 매체, 메모리에 저장된 영상 데이터 등의 상기 영상신호원(100)에서 가시광 통신을 이용하여 FULL COLOR LED 전광판(700)에 표시될 영상 신호를 선택하여 MDIP(Multi Display Input Processor)로 전송한다.

상기 영상신호원(100)에서 전송된 영상신호를 수신한 MDIP(200)는 선택된 영상 신호를 FULL COLOR 전광판(700)에 표시하기 위해 MCU(300)로 해당 영상신호를 전송한다.

이후, 상기 MCU(300)는 상기 MDIP(200)에서 전송된 영상신호를 FULL COLOR LED 전광판(700)의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 데이터를 적용하여 휘도보정 데이터와 합성을 통해 보정되어 생성된 영상데이터를 표출하기 위해 LED 전광판 모듈(710)의 각 광원을 구동하기 위하여 구동전류를 생성하여 SCU(400)로 전송하게 된다.

상기 SCU(Section Control Unit)(400)는 상기 MCU(300)을 통해 전송되는 보정된 휘도 픽셀 영상에 대해 단위 LED 모듈(710)로 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 표출을 제어하여 VLC 모듈(500,600)로 전송한다.

상기 SCU(400)에서 전송되는 유닛별 표출 영상데이터를 FULL COLOR LED 전광판(700)의 각 LED 모듈(710) 유닛별로 출력되도록 VLC 가시광 무선 전송을 위하여 VLC 전송모듈(500)에서 영상신호를 변조하고 Serialization하여 광 전송부(520)를 통해 변조된 영상데이터를 가시광 통신으로 VLC 수신모듈(600)로 전송한다.

한편, 상기 Full Color LED 전광판은 VLC 가시광통신을 표출되는 영상데이터를 VLC 가시광통신을 이용하여 무선으로 입력받기 위한 VLC Demodulator를 LED Module에 내장하고 입력된 영상데이터 신호에 따라 Red, Green, Blue LED Lamp를 표출하기 위한 정전류 LED Driver와 정전류 LED Driver에 표출되는 영상데이터가 없을 경우에 Power Save Mode로 설정되도록 동작된다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100 : 영상신호원
200 : 다출력 입력장치
300 : MCU(Main Control Unit)
400 : SCU(Section Control Unit)
500 : VLC 전송모듈 510 : VLC 변조기
511 : 신호접속부 513 : 변조부
515 : 구동회로부 520 : 전송부
600 : VLC 수신모듈 610 : VLC 복조기
611 : 증폭부 613 : 노이즈제거부
615 : 복조부 617 : 디코딩부
619 : 출력부 620 : 수신부
700 : LED 전광판

Claims

영상신호원(100)을 통해 가시광 통신을 이용하여 LED 전광판(700)에 표시될 영상 신호를 선택 및 수신하는 제 1 과정; 상기 영상신호원(100)을 통해 전송된 영상신호에 대하여 LED 전광판(700)의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 영상데이터를 생성하고 LED 모듈의 각 광원을 구동하기 위해 MCU를 통해 구동전류를 생성하는 제 2 과정; 상기 MCU(300)을 통해 전송되는 보정된 휘도 픽셀 영상에 대해 SCU(400)에서 단위 LED 모듈(710)로 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 VLC 모듈로 전송하는 제 3 과정; 상기 SCU(400)에서 전송되는 유닛별 표출 영상데이터를 LED 전광판(700)의 각 LED 모듈(710) 유닛별로 출력되도록 VLC 가시광 무선 전송을 위해 VLC 전송모듈(500)에서 영상신호를 변조하고 Serialization하여 광 전송부(520)를 통해 변조된 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하는 제 4 과정; 및 상기 VLC 전송모듈(500)에서 가시광통신으로 전송된 영상데이터를 VLC 수신모듈(600)에서 필터를 이용하여 영상에 불필요한 노이즈 성분을 제거하고 신호를 증폭하여 LED 전광판(700)에 표출하기 위한 영상신호로 복조하여 단위 LED 모듈(710) 유닛으로 영상신호를 송출하는 제 5 과정;을 포함하여 구성되는 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법에 있어서,
상기 제 4 과정에 있어서,
VLC 전송모듈(500)의 신호접속부(511)는 상기 SCU(400)에서 입력되는 영상데이터를 라인코딩 기법이나 변조기법을 이용하여 가시광 형태의 전송신호로 변경하기 위해 수신 해당 데이터를 맨체스터코드로 인코드하여 변환하고,
변조부(513)는 신호접속부(511)을 통해 맨체스터코드로 변환된 데이터를 ASK 변조회로를 이용하여 변조하여 변조된 신호가 가시광으로 광 전송부(520)를 통해 전송되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법.
영상신호원(100)을 통해 선택된 영상 신호를 FULL COLOR 전광판(700)의 표시를 위해 MDIP(Multi Display Input Processor)에서 영상신호를 수신하는 제 1 과정; 상기 MDIP(200)을 통해 전송된 영상신호에 대하여 LED 전광판(700)의 픽셀 또는 밝기값의 휘도에 따라 휘도보정 영상데이터를 생성하고 MCU(300)에서 LED 모듈의 각 광원을 구동하기 위해 구동전류를 생성하는 제 2 과정; MDIP를 통해 입력된 영상신호를 VLC 가시광 통신에 최적화하여 SCU(400)에서 단위 LED 모듈(710)로 영상신호를 가시광 통신으로 전송하기 위해 유닛별로 VLC 모듈로 전송하는 제 3 과정; 상기 SCU(400)에서 전송되는 유닛별 표출 영상신호를 LED 전광판(700)의 각 LED 모듈(710) 유닛별로 출력되도록 VLC 가시광 무선 전송을 위해 VLC 전송모듈(500)에서 영상신호를 변조하고 Serialization하여 광 전송부(510)를 통해 변조된 영상데이터를 가시광 통신으로 전송하는 제 4 과정; 및 상기 VLC 전송모듈(500)에서 가시광통신으로 전송된 영상데이터를 VLC 수신모듈(600)에서 필터를 이용하여 영상에 불필요한 노이즈 성분을 제거하고 신호를 증폭하여 LED 전광판(700)에 표출하기 위한 영상신호로 복조하여 단위 LED 모듈(710) 유닛으로 영상신호를 송출하는 제 5 과정;을 포함하여 구성되는 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법에 있어서,
상기 제 4 과정에 있어서,
VLC 전송모듈(500)의 신호접속부(511)는 상기 SCU(400)에서 입력되는 영상데이터를 라인코딩 기법이나 변조기법을 이용하여 가시광 형태의 전송신호로 변경하기 위해 수신 해당 데이터를 맨체스터코드로 인코드하여 변환하고,
변조부(513)는 신호접속부(511)을 통해 맨체스터코드로 변환된 데이터를 ASK 변조회로를 이용하여 변조하여 변조된 신호가 가시광으로 광 전송부(520)를 통해 전송되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 VLC 송수신 모듈을 구비한 가시광 무선통신 기반의 LED 전광판 구동 방법.
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