Electronic signal over IP

卒論中間発表
Electronic signal over IP
環境情報学部4年松谷健史
macchan@SING
親：yasuさん
1
目次





背景
目的
概要・設計
評価
スケジュール
2/26
背景1-1
(過去研究・開発してきたものの一例)
無線LANで運転するラ
ジコンカー
向けた方向にしか聴こえない超指向性ス
ピーカー
無線LANで運転するロボット
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背景1-2
(過去研究・開発してきたものの一例)
３Ｄ映像の撮影と立体視
表示（ネットワーク配信）
紙上で走る、イラスト描画ロボット
加速度センサーを使った遠隔カメラの操
作（ネットワーク）
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背景1-3
サーボモーター
独自プロトコル
パソコン
LAN
ＧＵＩ
基本制御
マイコン通信
プロトコル生成
制御用マイコン
機器の制御
基本制御
ホスト通信
プロトコル解釈
無駄な開発
電気信号
カメラ
センサー
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背景1-4
サーボモーター
パソコン
ＧＵＩ
基本制御
機器の制御
LAN
IPと電気信号の
変換
電気信号
カメラ
センサー
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背景2-1
 信号ケーブル接続の煩雑さ
 溢れる様々な種類のケーブル




Audioケーブル
Videoケーブル
VGAケーブル
PS/2ケーブル
 接続しなおす物理的な手間
 遠隔地とは接続できない
TV1
接続しなおす
DVD
Game
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背景2-2
 ケーブルの信号を途中でIPに変換できれば
 接続の変更をソフトウェアによって行える
 遠隔地の機器間でも動作できる
Camera
ハブ
Internet
IP
←Video
接続はそのまま
TV1
Video←IP
IP
←Video
DVD
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研究目的
 既存の電気信号の伝送路をIPに変換して利
用する可能性の調査と実装
 調査
 既存の電気信号の種類の把握
 分析
 IPに変換して利用するために必要な条件（通信環境
または信号）の把握や実現方法についての検討
 実装
 実装し検証する
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関連技術
 KVM MasterConsole IP (KVM over IP)
 PCのマウス、キーボード、ディスプレイ
 http://www.raritan.co.jp/
 AnywhereUSB - USB over IP
 １USBポートにつき12Mbpsまでのデータ転送
 USBデバイスはバルクまたはインタラプトタイプのみサポー
ト。isochronousデバイスはサポートせず
 http://www.ibsjapan.com/ION/AnywhereUSB.ht
m
 IEEE1394 over IP
 DVTS
 DV over IP
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実装概念
A/D変換
CODEC等
LAN通信
D/A変換
CV
CODEC等
LAN通信
CODEC等
LAN通信
PC上のアプリ
ハブ
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研究課題
 A/D,D/A変換による制約
 電圧、電流、抵抗
 大きい電圧、大きい電流
 電源の供給
 小さい電圧、小さい電流
 インピーダンス
 量子化の限界
 D/A変換にかかる速度
 LANによる制約
 速度
 遅延
 順序や配信時間
 パケットロスト
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A/D変換による制約
 例）Ｈ８マイコンに内蔵しているA/D変換器の
仕様




電圧：３．３Ｖ～５．５Ｖ
変換速度：４．４μｓ（２２７Ｋ）１６ＭＨｚ動作時
分解能：１０ビット（４．８８ｍＶ５Ｖ時）
許容信号源インピーダンス：５．０ＫΩ
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本研究で対象とする範囲
 一般的なA/D,D/A変換器で再現可能な電気
信号に限る
 伝送メディアであるEthernetの特性は伝送で
きる信号の種類の制約事項になるが、将来に
わたって変化する可能性があることを考慮す
る
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信号の種類
 速度に関するもの
 周波数
 信号の幅に意味を持つもの
 シリアル、パラレル
 応答が必要なもの（遅延問題）
 電圧の範囲
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信号の種類
 電源、GND（データではない）
 アナログ
 電圧＝数値
 例）温度センサー：20℃のとき、出力200mV
 変調されているもの
 複数成分が合成されているもの
 ディジタル
 複数ビットによって構成されているもの
 LSB…MSB、MSB…LSB
 同期信号
 PWM (Pulse Width Modulation)
 信号がオンの間の時間がデータ（数値）
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信号ケーブルの種類
 NTSCビデオ
 電圧範囲：0～1V(100IRE) (1IRE=7.14mV)
 周波数：14.31818MHz
 主な信号ピン
 ビデオ信号（出力のみ）×1（アナログ値）
 PS2(キーボード、マウス）
 電圧範囲：0と5Vのディジタル（+4.5～+5.5V）
 周波数：12Kbps
 主な信号ピン
 電源供給(5V)×1
 Clock信号×1（ディジタル値）
 Data信号（入出力）×1 （ディジタル値）
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信号ケーブルの種類
 VGA
 電圧範囲：0～1V(100IRE) (1IRE=7.14mV)
 周波数：25.175MHz (640×480 VGA)
 主な信号ピン
 映像信号（ Red,Green,Blue：出力のみ）×３（アナ
ログ値）
 水平同期信号（出力のみ）×１（ディジタル値）
 垂直同期信号（出力のみ）×１（ディジタル値）
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信号ケーブルの種類
 サーボモーター
 電圧範囲：０と５V（ディジタル）
 推薦分解能：7.8us (128KHz)
※モーター可動域を256段階にした場合
 主な信号ピン
 電源供給(5V)×1
 電源供給(4.5～9V)×1（サーボモーター電源用）
 データ信号（出力）×1（ディジタル値）
 およそ50Hzごとにモーターの角度によって
1.0~2.0ms(中立は1.5ms)のパルスを発生(PWM)
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信号ケーブルの種類
 ２軸加速度センサー
 電圧範囲：０と2.7～5.5V（ディジタル）
 推薦分解能：2us (500KHz)
 主な信号ピン
 電源供給(2.7～5.5V)×1
 データ信号（X,Y軸入力）×2（ディジタル値）
 およそ50Hzごとに加速度によって0.8ms前後のパルス
を発生(PWM)
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信号ケーブルの種類
 IDE Hard Disk Drive (ATA)
 電圧範囲：０と５V（ディジタル）
 周波数：特に定義無し
 遅延許容速度（タイミングチャートより）
 IORDY（ウェイト要求）のｾｯﾄｱｯﾌﾟ時間：35ns
 IORDYのパルス幅（max)：1250ns
 主な信号ピン




電源供給(5V)×1
電源供給(12V)×1（モーター電源用）
データバス（入出力）×16（ディジタル値）
制御信号（出力のみ）×7（ディジタル値）

CS[1:0],DA[2:0],DIOR#,DIOW#
 IORDY信号（入力のみ）×１（ディジタル値）
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評価
 実装および検証
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現状の進捗
 オーディオケーブルのIP化
(44.1KHz)
ハブ
H8マイコン
H8マイコン
ソースリスト
http://www.sfc.wide.ad.jp/~macchan/h8.c
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今後の予定
 Over IPにとらわれず、A/D,D/D変換を用い
た類似研究の調査
 各種インターフェース信号の仕様を調査
 信号の特性によるカテゴライズ化と適切な
コーデックの検討
 通信媒体特性によるover IP可能な信号ケー
ブルの選択手法の調査
 実装および動作評価
 本研究の応用利用
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スケジュール
2月
3月
4月
5月
6月
調査・設計
7月
●
卒
論
最
終
発
表
実装
評価
執筆
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参考文献
 2001/10 CQ出版社 ATA(IDE)/ATAPIの
徹底研究 P.10,P.32
26/26

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