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Altera Design Contest 수상팀 논문_FPGA를 이용한 무선 빔프로젝터

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수상팀/서울과학기술대학교, 김상돈, 권오성, 신정우

지도교수/이승은 교수

디자인 소개

본설계는 FPGA를 이용한 빔프로젝터용 무선 영상 수신장치로써 Host PC(Notebook, Desktop)의 무선통신 장치에서 전송된 영상데이터를 수신하고 이를 빔프로젝터로 출력하는 기능을 수행한다. 사전조사에서 무선 LAN을 사용하는 무선 빔프로젝터 제품이 있는 것으로 조사되었으나, 빔프로젝터를 포함한 네트워크를 구성하여야 하므로 무선 공유기 등 추가적인 장치가 요구되고 IP접속을 필요로 하기 때문에 IP를 알아야 하며 사용하기 번거롭다는 단점이 있다. 또한 높은 해상도의 이미지, 동영상을 전송할 때 수 Mb의 대역폭이 요구되지만 무선랜은 네트워크 상태에 따라 데이터 전송 속도가 가변적이므로 끊김현상 등이 발생할 수 있는 문제

점이 있다. 따라서 기존 제품은 낮은 해상도의 영상출력만을 지원하고 있으며 널리 상용화되지 못하였다.

본 설계에서는 기존 문제점을 해결하기 위하여 블루투스를 이용한 1:1 연결방식을 제안하며 끊김없는 영상을 재생하기 위한 채널을 확보한다. 블루투스 장치의 전송속도는 최근 규격인 블루투스 v4.0에서 24Mbps까지 지원되며 영상 전송에 충분한 속도를 나타낸다. 그러나 시중에 많이 보급되어 있는 노트북의 블루투스 장치는 블루투스 v2.0이며 2.1Mbps의 전송속도만을 지원하므로 원활한 영상 전송을 위한 추가적인 방법이 요구된다. 따라서 Host PC에서는 영상 데이터를 압축하여 전송하며, 이미지 데이터를 수신하는 FPGA에서 영상을 병렬로 압축해제한다. 결과적으로 낮은 전송속도에서도 원활한 영상 전송이 가능하며 상위 버전의 블루투스장치를 이용할 경우 더 높은 해상도의 영상 출력까지 지원할 수 있는 장점을 가진다. 영상 포맷의 압축방식은 Run Length Encoding, LZ77 등이 이용될 수 있으며 하드웨어의 요구사항에 따라 다른 압축방식이 사용될 수 있다. 추가적인 대역폭을 확보하기 위한 방법으로 화면분할 방식이 사용될 수 있으며 디스플레이되는 화면을 일정 영역으로 분할함으로써 압축 효율을 높일 수 있는 방법도 고려될 수 있다.

본 작품을 이용하면 빔프로젝터 시스템을 구현할 때 추가적인 영상 케이블을 연결할 필요가 없으며 전원 케이블 하나만 연결한 상태에서 시스템을 구축할 수 있다는 장점이 있다. 또한 영상 출력의 형태는 VGA이므로 홈 오토메이션 등의 근거리 네트워크를 구축할 수 있으며 빔프로젝터 뿐 아니라 TV나 LCD 모니터로 영상을 출력할 수 있으므로 무선 영상 수신TV로 이용하는 등 시스템의 적용범위가 매우 넒은 범용적인 모듈이다.

디자인의 기능

현재 사용되는 프로젝터는 전원을 공급하기 위한 전원선과 영상 데이터를 전송하기 위한 신호선을 필요로 한다. 전원은 별도의 선을 연결하여 공급받을 수 있으나 영산신호선은 매번 화면을 출력하고자 하는 PC로 연결해야 하는 불편함이 따른다. 특히 프로젝터를 위한 별도의 PC가 준비되어 있지 않은 상황에서 불편함을 초래할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 일반적인 노트북에 포함되어 있는 무선 데이터 연결기능으로 영상데이터를 전송하는 방법이 사용될 수 있다. 무선통신을 사용하는 경우 프로젝터에 쉽게 연결하여 영상데이터를 출력할 수 있다.

본 설계는 원거리에 있는 프로젝터 또는 모니터에서 영상 데이터를 무선으로 수신하기 위한‘블루투스 영상데이터 수신장치’를 구현한다. 블루투스는 두 기기간의 1:1 무선통신 채널을 구성하고 안정적인 속도로 데이터를 전송할 수 있으며 통신속도가 매우 빠르다. 무선으로 수신된 영상 데이터는 VGA Sync에 맞춰 출력되므로 빔프로젝터의 영상수신단자(VGA Port)로 입력되어 영상을 출력할 수 있다. 따라서 대형 화면을 출력하기 위하여 사용되는 프로젝터에서 VGA 케이블을 대체할 수 있는 수단으로 사용될 수 있으며 병원의 대기실이나 학교의 수업등에서 사용하는 대형 TV에 적용되어 화면을 원격으로 출력하기 위한 모니터 영상수신장치로써 사용할 수 있다. 또한 퍼미션의 문제를 제외한다면 스마트폰의 블루투스 장치를 이용하여 핸드폰의 영상을 출력하는 것도 가능하다...(중략)