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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 윤종호
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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본 논문에서는 고속 대용량 데이터 처리가 필요한 비압축 방식의 고품질 오디오 트래픽과 조명 제어 트래픽을 통합 전송할 수 있는 실시간 이더넷 기반의 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템을 제안하고 FPGA기반의 하드웨어를 구현하여 이의 동작을 검증하였다.
제안된 방식이 적용된 실시간 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템은 마스터 노드 및 종단 노드, 다수의 중계 노드들로 구성된다. 각 노드는 상향 링크와 하향 링크 형태로 상호 연결된다. 마스터 노드는 오디오 및 조명 데이터 전송 영역을 할당하여 각각의 데이터를 수납할 수 있는 프레임을 125us의 주기마다 생성하여 하향 링크를 통해 전송한다. 다수의 중계 노드는 생성한 오디오 및 조명 제어 트래픽을 하향 링크 전송 시 프레임에 수납하여 전송하고, 종단 노드 역시 자신이 생성한 트래픽을 프레임에 수납하는 한편 마스터 노드의 방향으로 루프백시킨다. 상향 링크를 통하여 전송되는 과정에서 모든 노드들은 자신에게 할당된 오디오 및 조명 제어 데이터를 수신하여 출력 장치에 따라 변환하여 출력 모듈로 전송한다. 마지막으로 마스터 노드는 루프백되어 수신한 프레임의 데이터를 수신한 후 해당 프레임을 폐기한다.
DMX512, DALI 등으로 대표되는 직렬 버스 기반의 조명 제어 시스템과 더불어 LDT사의 LD1512와 같은 직렬 버스 기반의 LED 구동 칩은 데이터 전송 상태를 명시적으로 구분하여 전송한다. 이러한 정보를 실시간 이더넷의 페이로드에 효율적으로 식별하도록 2비트의 상태 식별자를 조명데이터의 각 바이트에 추가하는 8B/10B 엔코딩 방식을 제안한다. 본 시스템에서 각각의 노드들은 조명 제어 데이터를 8B/10B 엔코딩 방식의 데이터 변환을 거친 후 이더넷 프레임에 수납하고, 이더넷 프레임에서 수신한 데이터를 10B/8B 디코딩 과정을 거쳐 조명 제어 데이터로 변환한다. 제안하는 8B/10B 엔코딩 방식의 처리를 거친 데이터 프레임은 데이터 처리 절차를 감소시키는 성능의 향상을 보인다.
또한 SPI인터페이스 기반의 고속 조명 제어 콘솔 장치와 다중 팬아웃 기반의 LED드라이버 구동 장치를 제안한다. SPI인터페이스 기반의 고속 조명 제어 콘솔 장치는 기존의 MCU의 GPIO핀을 이용하는 조명 제어 데이터 입력 장치의 저속 문제를 해결할 수 있다. 그리고 다충 펜아웃 기반의 LED드라이버 구동 장치는 다수의 LED드라이버를 효율적으로 제어하여 동일한 출력 포트 갯수를 사용하여 보다 많은 LED클러스터를 제어할 수 있는 장치이다.
이러한 기능을 수행하는 실시간 이더넷 기반의 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템을 FPGA 기반에서 설계하고, 각각의 기능을 VerilogHDL로 구현하여 시스템의 기능 및 동작을 실증하였다.
본 논문에서 제안된 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템은 오디오와 조명 데이터를 통합하여 제공할 수 있으므로 대형 방송 무대 시스템, 콘서트홀, 종합 경기장 등의 대형 인프라에서 사용될 수 있다. 또한 실시간 전송 기능이 필수적인 자동차 및 항공기의 내부 제어등의 산업용 이더넷에 사용될 수 있고, 감성조명, 미디어-파사드, 경관 조명 등을 포함하는 조명 제어 시스템 구축에 활용될 수 있을 것이다.
제안된 방식이 적용된 실시간 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템은 마스터 노드 및 종단 노드, 다수의 중계 노드들로 구성된다. 각 노드는 상향 링크와 하향 링크 형태로 상호 연결된다. 마스터 노드는 오디오 및 조명 데이터 전송 영역을 할당하여 각각의 데이터를 수납할 수 있는 프레임을 125us의 주기마다 생성하여 하향 링크를 통해 전송한다. 다수의 중계 노드는 생성한 오디오 및 조명 제어 트래픽을 하향 링크 전송 시 프레임에 수납하여 전송하고, 종단 노드 역시 자신이 생성한 트래픽을 프레임에 수납하는 한편 마스터 노드의 방향으로 루프백시킨다. 상향 링크를 통하여 전송되는 과정에서 모든 노드들은 자신에게 할당된 오디오 및 조명 제어 데이터를 수신하여 출력 장치에 따라 변환하여 출력 모듈로 전송한다. 마지막으로 마스터 노드는 루프백되어 수신한 프레임의 데이터를 수신한 후 해당 프레임을 폐기한다.
DMX512, DALI 등으로 대표되는 직렬 버스 기반의 조명 제어 시스템과 더불어 LDT사의 LD1512와 같은 직렬 버스 기반의 LED 구동 칩은 데이터 전송 상태를 명시적으로 구분하여 전송한다. 이러한 정보를 실시간 이더넷의 페이로드에 효율적으로 식별하도록 2비트의 상태 식별자를 조명데이터의 각 바이트에 추가하는 8B/10B 엔코딩 방식을 제안한다. 본 시스템에서 각각의 노드들은 조명 제어 데이터를 8B/10B 엔코딩 방식의 데이터 변환을 거친 후 이더넷 프레임에 수납하고, 이더넷 프레임에서 수신한 데이터를 10B/8B 디코딩 과정을 거쳐 조명 제어 데이터로 변환한다. 제안하는 8B/10B 엔코딩 방식의 처리를 거친 데이터 프레임은 데이터 처리 절차를 감소시키는 성능의 향상을 보인다.
또한 SPI인터페이스 기반의 고속 조명 제어 콘솔 장치와 다중 팬아웃 기반의 LED드라이버 구동 장치를 제안한다. SPI인터페이스 기반의 고속 조명 제어 콘솔 장치는 기존의 MCU의 GPIO핀을 이용하는 조명 제어 데이터 입력 장치의 저속 문제를 해결할 수 있다. 그리고 다충 펜아웃 기반의 LED드라이버 구동 장치는 다수의 LED드라이버를 효율적으로 제어하여 동일한 출력 포트 갯수를 사용하여 보다 많은 LED클러스터를 제어할 수 있는 장치이다.
이러한 기능을 수행하는 실시간 이더넷 기반의 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템을 FPGA 기반에서 설계하고, 각각의 기능을 VerilogHDL로 구현하여 시스템의 기능 및 동작을 실증하였다.
본 논문에서 제안된 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템은 오디오와 조명 데이터를 통합하여 제공할 수 있으므로 대형 방송 무대 시스템, 콘서트홀, 종합 경기장 등의 대형 인프라에서 사용될 수 있다. 또한 실시간 전송 기능이 필수적인 자동차 및 항공기의 내부 제어등의 산업용 이더넷에 사용될 수 있고, 감성조명, 미디어-파사드, 경관 조명 등을 포함하는 조명 제어 시스템 구축에 활용될 수 있을 것이다.
목차
목 차감사의 글 III요 약 V목 차 VIII그림 목록 X약어 목록 XII제 1 장 서 론 １제 2 장 이더넷 기반 실시간 비압축 오디오 전송기술 ３2.1 개요 ３2.2 실시간 시스템 ３2.3 이더넷 기반의 실시간 오디오 분배 기술 ５2.3.1 ETHERSOUND ６2.3.2 COBRANET ８2.3.3 AVB １０제 3 장 기존의 조명 제어 기술 １４3.1 개요 １４3.2 직렬 버스 기반의 조명 제어 시스템 １５3.2.1 DMX512(DIGITAL MULTIPLEX 512) 조명 제어 기술 １５3.2.2 DALI(DIGITAL ADDRESSABLE LIGHTING INTERFACE) 조명 제어 기술 １７3.2.3 LED클러스터 제어용 LED드라이버를 이용한 조명제어 기술 １８3.3 이더넷 기반의 조명 제어 기술 ２０3.3.1 DMX OVER IP ２０3.3.2 ART-NET ２１3.2.3 ACN(ARCHITECHTURE FOR CONTROL NETWORKS) ２２제 4 장 실시간 이더넷 기반의 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템의 설계 ２４4.1 제안하는 실시간 이더넷 기반의 오디오 및 조명 데이터 통합 전송 시스템 ２４4.1.1 개요 ２４4.1.2 노드의 구조 ２５4.1.3 통합 오디오 및 조명 데이터 전달용 수퍼 프레임 구조 ２６4.1.4 동기 구간에서의 동기프레임 중계 방법 ２７4.1.5 비동기 구간에서의 중계 방법 ３０4.2 8B/10B 블록코딩 ３２4.2.1 개요 ３２4.2.2 LED클러스터 제어용 LED드라이버 LD1512 ３３4.2.3 8B/10B 엔코딩 방식 ３４4.2.4 10B/8B 디코딩 방식 ３８4.3 ALOE 시스템 구현 ４１4.3.1 구현된 시스템의 개요 ４１4.3.2 ALOE 통합 보드 ４１4.3.3 이더넷 PHY/스위치 모듈 ４５4.3.4 FPGA 모듈 및 MAC 기능부의 설계 ４６제 5 장 고속, 대용량 조명 제어 시스템의 설계 ５０5.1 개요 ５０5.2 SPI 인터페이스 기반의 고속 조명 제어 콘솔 장치 ５０5.2.1 SPI(SERIAL PHERIPHERAL INTERFACE) ５０5.2.1 제안하는 SPI 인터페이스 기반 고속 조명 제어 콘솔 장치 ５２5.3 다중 팬아웃 기반의 LED드라이버 구동 장치 ５９5.3.1 개요 ５９5.3.2 LED드라이버를 이용한 조명 제어 시스템 ５９5.3.3 다중 팬아웃 기반의 LED드라이버 구동 장치 ６０제 6 장 결 론 ６４참고문헌 ６６SUMMARY ６９
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