Bài báo cũng đưa ra so sánh hiệu suất của hệ thống với tốc độ dữ liệu 1.8 kbps và 3.6 kbps. Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng có sự đánh đổi giữa tốc độ dữ liệu và khoảng cách truyền. Do đó, phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, các thông số của cảm biến hình ảnh cần được xem xét một cách cẩn thận và phù hợp.
46 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh PHÂN TÍCH CÁC THƠNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG SỬ DỤNG CAMERA ANALYSIS OF PARAMETERS AFFECTING THE PERFORMANCE OF OPTICAL CAMERA COMMUNICATION SYSTEM Nguyễn Duy Thông1, Phạm Văn Khoa2 Trường Đại học Quy Nhơn, Việt Nam Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, Việt Nam Ngày soạn nhận 21/6/2021, ngày phản biện đánh giá 3/7/2021, ngày chấp nhận đăng 15/7/2021 TÓM TẮT Hệ thống truyền thơng quang sử dụng camera (OCC) mơ hình sử dụng đèn LED cảm biến hình ảnh (IS) để truyền nhận tín hiệu Tuy nhiên, ứng dụng OCC giới hạn tốc độ liệu thấp khoảng cách truyền ngắn Để cải thiện hiệu suất hệ thống, nghiên cứu đánh giá thông số ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống Các kết phân tích thực nghiệm cho thấy rằng, tượng nhấp nháy khoảng cách hai khung (IFG) làm giảm đáng kể tốc độ liệu hệ thống Hiện tượng chói (Blooming) làm cho khoảng IFG trở nên lớn hơn, tác động đến khoảng cách truyền tín hiệu Bên cạnh đó, cường độ ánh sáng phía phát cần phải xem xét để phù hợp với hệ thống chiếu sáng tránh tượng bão hòa Bài báo đưa so sánh hiệu suất hệ thống với tốc độ liệu 1.8 kbps 3.6 kbps Các kết thực nghiệm có đánh đổi tốc độ liệu khoảng cách truyền Do đó, phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, thơng số cảm biến hình ảnh cần xem xét cách cẩn thận phù hợp Từ khóa: Hệ thống quang sử dụng camera (OCC); cảm biến hình ảnh (IS); tượng nhấp nháy; khoảng hai khung (IFG); tượng bão hòa ABSTRACT Optical camera communication (OCC) system is a scheme that uses LED and an image sensor (IS) to transmit and receive signal However, the applications of OCC are still limited due to low data rate and short transmission distance To further enhance the system performance, this study will evaluate the parameters that affect the system performance The experimental and analytical results show that flickering and inter-frame gap (IFG) significantly reduce the data rate of the system Blooming phenomenon also causes the IFG to become wider, and affects the transmission distance The light intensity of the transmitter needs to be considered to conform the lighting system and avoid the saturation problem In this paper, the performent of system is compared with data rate of 1.8 kbps and 3.6 kbps The experimental results show that there is a trade-off between data rate and transmission distance Therefore, depending on the specific application, the parameters of the image sensor should be considered carefully and appropriately Keywords: Optical camera communication (OCC); image sensor (IS); flickering; inter-frame gap (IFG); saturation GIỚI THIỆU Trong thập kỉ qua, với phát triển mạnh mẽ dịch vụ băng thông rộng, gia tăng thiết bị di động dẫn Doi: https://doi.org/ 10.54644/jte.65.2021.136 đến gia tăng lưu lượng truy cập mạng viễn thông bao gồm mạng không dây Trong năm qua, công nghệ truyền thơng khơng dây giữ vai trị quan trọng Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh hệ thống viễn thơng Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng mạng vô tuyến ngày cao làm cho phổ băng tần vô tuyến (RF) trở nên tải Việc nghiên cứu phát triển công nghệ truyền thông yêu cầu cấp bách để giảm tải cho công nghệ RF truyền thống Cùng với phát triển công nghệ bán dẫn phát triển công nghệ đèn LED (Light Emitting Diode), cảm biến hình ảnh cơng nghệ truyền không dây sử dụng ánh sáng khả kiến VLC (Visible Light Communication) [1] Nó xem giải pháp bổ sung thay cho công nghệ vô tuyến tương lai ưu điểm VLC cơng nghệ có tính nỗi bật tận dụng ánh sáng hệ thống chiếu sáng, không ảnh hưởng đến sức khỏe người, tiêu tốn lượng Công nghệ VLC sử dụng nguồn ánh sáng máy phát tín hiệu Nói chung, máy phát thường đèn LED dễ dàng tích hợp hệ thống chiếu sáng có Trong thiết bị phía thu diode quang hay cảm biến hình ảnh (IS) Truyền thơng ánh sáng khả kiến sử dụng camera (OCC- Optical Camera Communication) nhánh truyền thơng VLC, OCC sử dụng IS nhận phía thu [2-3] Cơng nghệ OCC có tốc độ liệu thấp nhiều so với VLC [4] Tuy nhiên với tích hợp IS hầu hết thiết bị di động mở tiềm to lớn cho việc ứng dụng công nghệ OCC vào thực tế Các máy ảnh nhằm mục đích quay phim, chụp ảnh Do đó, tồn hạn chế định sử dụng cho hệ thống truyền thông Nghiên cứu phân tích thơng số IS thông số quan trọng khác hệ thống làm ảnh hưởng đến hiệu hệ thống OCC Nội dung chương trình bày sau: Phần giới thiệu, đặt vấn đề; Phần giới thiệu tổng quan hệ thống quang sử dụng camera OCC; Phần phân tích thơng số hệ thống OCC cuối phần kết luận 47 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG SỬ DỤNG CAMERA (OCCOPTICAL CAMERA COMMUNICATIONS) Cũng giống hệ thống VLC, hệ thống OCC sử dụng ánh sáng nhìn thấy làm phương tiện truyền dẫn Tuy nhiên, hệ thống OCC sử dụng IS phía thu Như Hình 1, tín hiệu đầu vào điều chế trước gởi đến khối LED driver Khối điều chế thực hai nhiệm vụ Thứ nhất, điều chế tín hiệu thành dạng tín hiệu hiệu trước truyền Thơng thường, hệ thống OCC, tín hiệu chủ yếu điều chế dạng biên độ Điều chế OOK (On-Off Keying) [2, 5] hay điều chế tín hiệu nhiều mức [6] thường sử dụng hệ thống OCC Nguyên nhân do, IS nhận biết cường độ ánh sáng tín hiệu Tín hiệu có nhiều mức đồng nghĩa với việc có nhiều liệu mang Tuy nhiên hiệu suất khoảng cách truyền hệ thống bị giảm Trong hệ thống OCC, phát tích hợp hệ thống chiếu sáng nhà Do đó, nhiệm vụ thứ hai khối điều chế cần phải loại bỏ tượng nhấp nháy Hiện tượng xảy tần số tín hiệu thấp 100 Hz [5] tín hiệu có biên độ truyền khoảng thời gian dài Tiếp theo, tín hiệu đưa tới khối LED Driver để chuyển tín hiệu thành mức điện áp Các mức điện áp tương ứng với mức sáng đèn LED Tx Tín hiệu đầu vào Điều chế tín hiệu LED Driver Tín hiệu đầu Giải điều chế tín hiệu Bộ xử lý Rx Cảm biến hình ảnh Hình Sơ đồ khối tổng quan hệ thống OCC 48 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Tại phía thu, tín hiệu nhận cảm biến hình ảnh CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Cảm biến hình ảnh phân biệt mức tín hiệu dựa cường độ ánh sáng nhận Cuối tín hiệu ánh sáng tổng hợp pixel (điểm ảnh) đưa tới xử lý để giải mã PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG OCC 3.1 Cơ chế trập cuộn vấn đề khoảng cách khung hình (IFG) Một ngun nhân khơng thể tránh khỏi tác động đến hiệu suất hệ thống OCC sử dụng camera khoảng cách khung hình IFG (Inter-frame gap) Điều xảy chủ yếu cảm biến hình ảnh sử dụng công nghệ CMOS So với cảm biến sử dụng công nghệ CCD (Charge Coupled Device), cảm biến CMOS sử dụng nhiều Nguyên nhân do, cảm biến CMOS rẻ tích hợp vào hầu hết dịng điện thoại thiết bị thơng minh ngày Sự khác biệt hai cơng nghệ phương pháp mà cảm biến nhận tổng hợp thông tin từ điểm ảnh Tất điểm ảnh cảm biến CCD phơi sáng (exposing) đồng thời, sau thơng tin nhận tất điểm ảnh tổng hợp lúc Trong cảm biến CMOS tổng hợp đọc liệu theo trình tự hàng pixel để tránh tượng nghẽn cổ chai Cơ chế gọi cửa trập cuộn (rolling shutter) Như Hình 2(a), thời gian đọc đo dựa khoảng thời gian hai hàng pixel liền kề, khơng có khoảng IFG hai khung hình liên tiếp Trong trường hợp khung hình phơi sáng hàng cuối khung hình trước hồn thành Đây trường hợp lý tưởng cảm biến CMOS Khi đó, tốc độ khung hình tính phép nhân số hàng pixel thời gian đọc hàng Các hàng khung phải chờ khoảng thời gian 𝑡𝜔 để đảm bảo trình đọc khung phải hoàn thành trước bắt đầu phơi sáng hàng tương ứng khung Read-out time Exposing time tw Row Row (a) Row n t Frame interval tf Readout time r Row Row (b) tIFG Row n tr Inter frame gap Hình Quá trình xử lý khung liền kề cảm biến CMOS (a) Trường hợp lý tưởng (b) Trường hợp thực tế Tuy nhiên, thực tế, trình tổng hợp liệu hàng pixel khác trùng lặp hàng pixel có chuyển đổi tương tự- số ADC (Analog to Digital Converter) riêng, Hình 2(b) Do xuất khoảng thời gian "trống" hai khung hình liên tiếp mà khoảng thời gian hàng pixel không phơi sáng Khoảng thời gian gọi IFG, 𝑡𝐼𝐹𝐺 , minh họa Hình 2(b) Khoảng thời gian cần thiết để xử lý camera tổng hợp toàn liệu khung, để chuẩn bị cho khung [7] Thời gian đọc khung hình chiếm tương ứng từ 60% đến 90% khoảng thời gian khung, [8] Khoảng khung 𝑡𝑓 tốc độ khung hình 𝐹𝑟 ước tính là: 𝑡𝑓 = 𝑡𝑟 + 𝑡𝐼𝐹𝐺 1 𝑓 𝑟 +𝑡𝐼𝐹𝐺 𝐹𝑟 = 𝑡 = 𝑡 (1) (2) Khoảng thời gian khung hình Hình Thời gian trung bình khung khoảng 33 ms Nó tương ứng với khung tốc độ 30 khung hình/giây Thời gian 0.033 ms bao gồm thời gian đọc 𝑡𝑟 thời gian IFG 𝑡𝐼𝐹𝐺 Và thật khó để tách 𝑡𝑟 𝑡𝐼𝐹𝐺 khỏi chúng Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh phụ thuộc vào loại cảm biến hình ảnh mơi trường xung quanh Bên cạnh đó, thời gian khung hình bị biến thiên Một số khung hình nhiều thời gian khung khác, khung hình 11 23 kết đo đạc Hình Khoảng thời gian camera dành nhiều thời gian để tổng hợp liệu làm cho khoảng thời gian 𝑡𝐼𝐹𝐺 dài Chính ngun nhân làm cho liệu truyền không đọc camera, gây khó khăn cho việc khơi phục liệu khơng có mã sửa lỗi việc truyền liệu lặp lại Hình Thời gian cho khung hình Để khắc phục vấn đề này, hệ thống OCC thường truyền liệu lặp lại nhiều lần để số chúng nhận camera Nếu phần gói tin bị IFG gói tin cịn lại sử dụng để khơi phục liệu Ngồi ra, sử dụng mã sửa lỗi để khôi phục lại bit bị IFG Và tất nhiên phương pháp làm giảm hiệu suất liệu hệ thống 3.2 Hiện tương nhấp nháy - Flickering Nhấp nháy vấn đề cần xem xét thiết kế hệ thống OCC Trong hệ thống OCC, ánh sáng sử dụng cho hai mục đích chiếu sáng truyền thơng Do đó, tượng nhấp nháy cần phải loại bỏ để không ảnh hưởng đến mắt người Vấn đề xảy đèn sáng tần số thấp, điều có nghĩa 49 khoảng thời gian hai lần sáng-tắt liên tiếp dài Như đề cập trên, tần số cao 100 Hz đủ để loại bỏ nhấp nháy Đối với điều chế OOK, vấn đề xảy nhiều bit giống gửi khoảng thời gian dài Vì thế, mã đường truyền thêm bước cuối q trình điều chế trước tín hiệu gửi đến LED Mã hóa Manchester, scramber, mã hóa giới hạn độ dài RLL (Run Length Limited) cách đơn giản để loại bỏ tượng nhấp nháy Đối với điều chế biên độ nhiều mức PAM, nhấp nháy kết biến thiên điện áp Nhấp nháy xảy có chênh lệch lớn cường độ sáng hai ký tự liền kề Do đó, cường độ ánh sáng của ký tự liền kề cần kiểm soát Muốn đạt điều đó, cường độ ánh sáng trung bình phát ổn định Cường độ ánh sáng nhận máy ảnh tỉ lệ thuận với hiệu điện máy phát Tuy nhiên, tỉ lệ biến thiên điện áp cấp cho đèn không với tỉ lệ biến thiên cường độ ánh sáng ngõ Do đó, việc xác định điện áp cho mức quan trọng để tránh trường hợp mức cường độ ánh sáng phát hai kí tự liền kề có chênh lệch lớn, gây tượng nhấp nháy Hơn nữa, tượng dẫn đến việc khó xác định ngưỡng tín hiệu Ngồi ra, tượng nhấp nháy bị tác động ánh sáng môi trường xung quanh độ nhạy mắt người 3.3 Tốc độ liệu độ dài gói tin Trong hệ thống OCC, tốc độ liệu độ dài gói có mối liên hệ chặt chẽ với Tốc độ liệu cao cho phép sử dụng gói tin dài (về mặt số lượng bit) Bên cạnh đó, độ dài gói tin cịn phụ thuộc số lượng bit nhận khung hình, mà phụ thuộc vào loại IS Ngồi ra, độ dài gói tin phụ thuộc vào khoảng cách truyền số lượng bit hai khung tỉ lệ thuận với khoảng cách truyền Để khắc phục cố IFG, liệu truyền lặp lại nhiều lần Một gói tin bao gồm nhiều gói tin giống nội 50 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh dung khác tiêu đề Số lượng gói tin gói phụ thuộc vào kích thước IFG khoảng cách truyền Điều có nghĩa IFG rộng số lần truyền lặp lại liệu nhiều để đảm bảo gói nhận IS Kết lượng thơng tin hữu ích truyền bị giảm Bên cạnh đó, độ dài gói tin bị giới hạn số bit nhận khung 𝐿𝑓 Độ dài gói tin phải nhỏ 𝐿𝑓 , minh họa Hình (a) Một gói tin dài độ dài khung dẫn đến việc phần liệu giống bị hai IFG liền kề, thể Hình 4(b) IFG Khung #1 Khung #2 Gói #1-1 Gói #1-2 Gói #2-1 Gói #2-2 Gói #3-1 Gói #3-2 (a) Khung #1 Gói #1-1 Khung #2 Phần giống Gói #1-2 (b) Hình Mối quan hệ độ rộng khung độ dài gói (a) Gói tin ngắn độ dài khung (b) Gói tin dài độ dài khung Tùy theo độ dài khung mà độ dài gói tin thiết kế cho phù hợp Sử dụng gói ngắn bất lợi số lượng tiêu đề chèn vào gói tin nhiều, yêu cầu cần nhiều thời gian để để phân đoạn giải mã Một gói tin dài khung cần thiết để nâng cao hiệu suất OCC Các bit nhận khung 𝐿𝑓 biểu thị công thức (3), với 𝑅𝑏 tốc độ liệu 𝐿𝑓 = 𝑅𝑏 ⁄𝐹𝑟 3.4 Hiệu ứng chói (Blooming) Với cảm biến CMOS sử dụng chế trập, hàng pixel không nhận ánh sáng đồng thời Khoảng thời gian mà cảm biến hình ảnh nhận ánh sáng phụ thuộc vào khoảng thời gian mở đóng cửa trập Với chế cuộn cửa trập, hàng pixel khung có nhiều thời gian để nhận ánh sáng so với hàng pixel hai rìa khung Và phần trung tâm khung hình thu nhiều ánh sáng hơn, đồng nghĩa với biên độ tín hiệu nhận cao vùng khác Nói cách khác, cường độ sáng nhận khơng tuyến tính máy thu Nó gọi hiệu ứng blooming (chói), chế trập gây Hiệu ứng blooming Hình Khoảng liệu bị khung IFG (3) Giả sử tốc độ khung hình khơng đổi Kết 𝐿𝑓 phụ thuộc vào tốc độ liệu Đối với hệ thống OCC, thời gian phơi sáng cảm biến hình ảnh xem tỷ lệ lấy mẫu Mỗi lần phơi sáng lần cảm biến thu tín hiệu ánh sáng Thời gian phơi sáng 𝑡𝑒 tính (4), với 𝑛𝑟 số hàng pixel IS 𝑡𝑒 = 𝐹𝑟 × 𝑛𝑟 Để đáp ứng tần số lấy mẫu Nyquist, thời gian cho bit liệu phải lớn thời gian phơi sáng hàng pixel hai lần Hay nói cách khác, bit lấy mẫu nhiều hàng pixel tốt Kết là, tốc độ liệu OCC bị giới hạn thời gian phơi sáng Theo biểu thức (4) thấy rằng, thời gian phơi sáng tỉ lệ thuận với độ phân giải tốc độ khung IS Sử dụng máy ảnh chất lượng tốt nâng cao tốc độ liệu cần cân nhắc chi phí cho hệ thống (4) Vùng liệu rìa khung Hình Hiệu ứng blooming cảm biến hình ảnh Do hiệu ứng blooming, biên độ tín hiệu bị biến thiên đột ngột dẫn đến khó khăn q trình xác định ngưỡng tín hiệu Các đa thức hồi quy [2], thuật toán entropy [7], Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh thuật tốn học máy [9] áp dụng cho việc xác định ngưỡng hệ thống OCC Trong Hình 5, tín hiệu cạnh khung xem lỗi hàng pixel vùng không nhận ánh sáng Vấn đề trở nên nghiêm trọng khoảng cách xa Vì số lượng hàng pixel nhận ánh sáng phụ thuộc vào khoảng cách 𝑑 đèn IS Như Hình 6, 𝐴𝐹𝑂𝑉 góc vùng quan sát, 𝐿𝑠𝑖𝑧𝑒 kích thước đèn LED 𝑓 tiêu cự máy ảnh d2 Lsize Image sensor N row _1 AFOV o N ro w _ f LED Hình Mối quan hệ khoảng cách vùng cảm biến nhận ánh sáng Có thể thấy rằng, với tiêu cự 𝑓, số lượng hàng pixel cảm biến nhận ánh sáng tỉ lệ nghịch với khoảng cách đèn LED IS Các hàng pixel không nhận ánh sáng nằm rìa khung Dữ liệu bị vùng rìa với liệu bị IFG gây làm cho khoảng liệu bị hai khung liên tiếp lớn Chính điều gây khó khăn cho việc khơi phục liệu Việc xác định ngưỡng dựa toàn liệu khung dẫn đến lỗi cường độ hàng pixel khác nhiều Để khắc phục vấn đề này, vùng quan tâm ROI (Region of Interest) đề xuất để chọn vùng có biên độ tương đồng (chủ yếu vùng khung) khung để khôi phục lại liệu Do đó, phương pháp kỳ vọng cải thiện hiệu suất hệ thống thông qua việc xác định ngưỡng xác Tuy nhiên, phương pháp đạt hiệu cao kết hợp với việc truyền liệu lặp lại nhiều lần, mà điều lại làm giảm hiệu suất tốc độ liệu Do đó, cần phải có cân nhắc tốc độ liệu khoảng cách truyền 51 3.5 Các thông số khác ảnh hưởng đến hiệu suất OCC Tăng cường độ ánh sáng cải thiện khoảng cách truyền Tuy nhiên, cơng suất đèn có giới hạn, cường độ ánh sáng đèn phải thiết kế để không ảnh hưởng đến mắt người phù hợp với hệ thống chiếu sáng Bên cạnh đó, vấn đề bão hịa (saturation) cần phải xem xét cẩn thận cường độ ánh sáng đèn cao giá trị nhận lớn pixel Hiện tượng làm cho biên độ mức tín hiệu cao bão hịa, biên độ tín hiệu mức tiến sát tới giá trị bão hịa Do đó, tượng bão hịa dễ xảy hệ thống điều chế biên độ nhiều mức Nhìn chung, vấn đề bão hòa làm giảm hiệu suất hệ thống Tốc độ trập, công suất nguồn sáng khoảng cách truyền cần xem xét cẩn thận để tránh ảnh hưởng tượng bão hòa Trong hệ thống OCC, tốc độ khung hình cao cải thiện tốc độ liệu chi phí cho loại cảm biến thường cao Hơn nữa, tốc độ khung hình khơng ổn định bị giới hạn, thường 30 fps Nguyên nhân cho thời gian phơi sáng, thông số phần cứng hay phần mềm Tốc độ khung hình thay đổi nguyên nhân vấn đề đồng hóa; dẫn đến việc khơng xác định phần tín hiệu bị IFG Bên cạnh đó, nhiễu hệ thống OCC đến từ nguồn ánh sáng xung quanh Nó làm thay đổi biên độ tín hiệu nhận camera nguyên nhân gây lỗi Đặc biệt nhiễu nhấp nháy, làm sai lệch hồn tồn tín hiệu truyền Bên cạnh đó, tượng nhịe lệch chuyển động máy thu, góc máy phát máy thu, tác động chướng ngại vật khác lý gây lỗi hệ thống OCC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Để đánh giá thơng số phân tích, báo xây dựng hệ thống OCC, sau đánh giá phân tích thơng số ảnh hưởng đến hệ thống Một bo mạch Arduino dùng để nhận mã hóa tín hiệu sử dụng mã hóa Manchester, sau tín hiệu đưa đến LED driver để chuyển tín hiệu 52 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh thành mức điện áp Cuối cùng, đèn LED (công suất 15W) sử dụng để phát mức sáng tương ứng với mức điện áp ngõ vào Tại phía thu, máy tính kết nối với camera (độ phân giải 640 × 480, tốc độ khung 30 fps) để nhận tín hiệu ánh sáng Phần mềm Matlab sử dụng để xử lý giải mã tín hiệu nhận Gói SF1 Gói SF1 40 bit 16 bit SF2 SF2 40 bit 16 bit Hình Độ dài gói tin với tốc độ liệu khác Để đánh giá ảnh hưởng thông số phần cứng độ dài gói tin, nghiên cứu hai mức tốc độ liệu 1.8 kbps 3.6 kbps thực nghiệm để so sánh đánh giá Dựa hai mức tốc độ tính tốn gần số lượng bit nhận khung 𝑁𝑏 , biểu diễn (5) 𝑁𝑏 = 𝐹𝑟 𝑁𝑟 𝑅𝑏 (5) Trong đó, 𝑁𝑟 số hàng pixel cảm biến, 𝑅𝑏 tốc độ liệu Dựa vào số bit nhận khung 𝑁𝑏 , báo đề xuất độ dài gói tin 96 bit 48 bit, tương ứng Trong đó, bit sử dụng cho bit khởi đầu khung (SF- Start Frame Bit) cho gói Các bit cịn lại liệu sau mã hóa Mancheter Hơn nữa, liệu truyền lặp lại hai lần để khơi phục lại liệu IFG, đề cập phần trước Điều có nghĩa rằng, liệu hữu ích truyền gói 20 bit bit Hai gói tương ứng với tốc độ khác Hình Một kết đo tỉ lệ lỗi bit BER (Bit Error Rate) thể Hình Có thể thấy rằng, hệ thống OCC với tốc độ thấp đạt hiệu suất cao hơn, trường hợp khoảng cách truyền Với tốc độ liệu 1.8 kbps, BER khoảng cách 160 cm Trong khoảng cách, BER 2.5x10-4 với tốc độ liệu 3.6 kbps Sự chênh lệch khoảng cách truyền 50 cm BER 10-4 Theo kết này, hệ thống đạt tỉ lệ BER chấp nhận khoảng cách 150 cm 200 cm Tuy nhiên, khoảng cách cải thiện camera tốt sử dụng, tăng cường độ nguồn sáng Hình Hiệu suất hệ thống với tốc độ liệu khác KẾT LUẬN Trong báo này, kết phân tích, đánh giá xác định yếu tố tác động đến hiệu suất hệ thống OCC đề xuất phương pháp phù hợp để cải thiện hiệu suất hệ thống Có nhiều nguyên nhân tác động đến hiệu suất hệ thống OCC Các nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ phần cứng Điều rõ ràng cảm biến hình ảnh khơng phải tạo cho mục đích truyền tín hiệu Tuy nhiên, thơng số hệ thống OCC có mối liên hệ chặt chẽ với Do đó, có đánh đổi việc lựa chọn thông số cho hiệu suất hệ thống, tăng tốc độ liệu làm giảm khoảng cách truyền ngược lại Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống với tốc độ liệu 1.8 kbps đạt khoảng cách truyền xa 50 cm so với hệ thống có tốc độ 3.6 kbps Việc sử dụng cảm biến chất lượng chắn cải thiện đáng kể Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh hiệu suất hệ thống, nhiên cách tăng chi phí hệ thống Do đó, cách tiếp cận hệ thống OCC sử dụng phương pháp mã hóa thích hợp để nâng cao hiệu suất hệ thống 53 LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu thực khuôn khổ đề tài khoa học công nghệ cấp sở Trường Đại học Quy Nhơn với mã số T2021.714.17 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] IEEE STANDARD ASSOCIATION, “802.15.7-2011 - IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 15.7: Short-Range Wireless Optical Communication Using Visible Light,” 2011 C Danakis, M Afgani, G Povey, I Underwood, and H Haas, “Using a CMOS camera sensor for visible light communication,” in 2012 IEEE Globecom Workshops, GC Wkshps 2012, 2012, pp 1244–1248 Zhaocheng Wang; Qi Wang; Wei Huang; Zhengyuan Xu, "Optical Camera Communication: Modulation and System Design," IEEE, pp.291-35, 2018 D T Nguyen, S Park, Y Chae, and Y Park, “VLC/OCC Hybrid Optical Wireless Systems for Versatile Indoor Applications,” IEEE Access, vol 7, pp 22371–22376, 2019 R D Roberts, “Undersampled frequency shift ON-OFF keying (UFSOOK) for camera communications (CamCom),” in Proceedings - 2013 Wireless and Optical Communications Conference, WOCC 2013, 2013 V P Rachim and W Chung, "Multilevel Intensity-Modulation for Rolling ShutterBased Optical Camera Communication," IEEE Photonics Technology Letters, vol 30, no 10, pp 903-906, May, 2018 K Liang, C.-W Chow, Y Liu, and C.-H Yeh, “Thresholding schemes for visible light communications with CMOS camera using entropy-based algorithms,” Opt Express, 2016 Chi-Wai Chow, Chung-Yen Chen, Shih-Hao Chen, Visible light communication using mobile-phone camera with data rate higher than frame rate, Opt Express, vol 23 (20) (2015) Younus, Othman Isam et al “The Utilization of Artificial Neural Network Equalizer in Optical Camera Communications.” Sensors, vol 21,8 2826 16 Apr 2021 Tác giả chịu trách nhiệm viết: TS Nguyễn Duy Thông Trường Đại học Quy Nhơn Email: nguyenduythong@qnu.edu.vn ... thiệu tổng quan hệ thống quang sử dụng camera OCC; Phần phân tích thơng số hệ thống OCC cuối phần kết luận 47 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG QUANG SỬ DỤNG CAMERA (OCCOPTICAL CAMERA COMMUNICATIONS)... PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG OCC 3.1 Cơ chế trập cuộn vấn đề khoảng cách khung hình (IFG) Một ngun nhân khơng thể tránh khỏi tác động đến hiệu suất hệ thống OCC sử dụng camera khoảng cách... truyền thông Nghiên cứu phân tích thơng số IS thông số quan trọng khác hệ thống làm ảnh hưởng đến hiệu hệ thống OCC Nội dung chương trình bày sau: Phần giới thiệu, đặt vấn đề; Phần giới thiệu tổng