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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

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目次 背景 目的 概要・設計 評価 スケジュール

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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

無線 LANで運転するロボット

向けた方向にしか聴こえない超指向性スピーカー

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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）

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）

紙上で走る、イラスト描画ロボット

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背景 1-3

パソコン 制御用マイコン

サーボモーター

カメラ

センサー

LAN

電気信号

電気信号

電気信号独自プロトコル

ＧＵＩ基本制御マイコン通信プロトコル生成

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

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背景 1-4

パソコン IPと電気信号の変換

サーボモーター

カメラ

センサー

LAN

電気信号

電気信号

電気信号ＧＵＩ基本制御機器の制御

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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

TV1DVD

Game

接続しなおす

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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

TV1

Camera

DVD

Video←IP

IP ←Video

IP ←Video

ハブ Internet接続はそのまま

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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 １ USB 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.htm

IEEE1394 over IP DVTS

DV over IP

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PC上のアプリ

CV

実装概念

A/D変換 CODEC等

CODEC等D/A変換

LAN通信

LAN通信

CODEC等 LAN通信

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：４．４ μｓ（２２７Ｋ）　１６ＭＨｚ動作時 分解能：１０ビット（４．８８ｍＶ　５Ｖ時） 許容信号源インピーダンス：５．０Ｋ Ω

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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５ V（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５ V （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 時間：ｾｯﾄｱｯﾌﾟ 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)

H8マイコンハブ

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 7 月

●卒論最終発表

調査・設計実装

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