JP6445486B2 - Sensor terminal - Google Patents
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Description
本発明は、加速度、角加速度、心電波形等の物理量を計測してセンサデータを無線送信するセンサ端末に関するものである。 The present invention relates to a sensor terminal that measures physical quantities such as acceleration, angular acceleration, and electrocardiographic waveform and wirelessly transmits sensor data.
全ての機器がインターネットに接続されるIoT(Internet of Things)社会では、各種のセンサがネットワークに接続され、多種多量のデータを収集し、そのデータを解析することで人間の役に立つ情報を引き出すことが期待されている。具体的には、加速度、角加速度、心電波形等のある程度リアルタイムの解析を要するデータについても近年の無線関係技術の進化をベースに利用が拡大してきている。 In an IoT (Internet of Things) society in which all devices are connected to the Internet, various sensors are connected to the network, collecting a large amount of data and analyzing the data to extract useful information for humans. Expected. Specifically, the use of data that requires real-time analysis to some extent, such as acceleration, angular acceleration, and electrocardiographic waveform, has been expanded based on recent advances in wireless technology.
中でも、センサ端末からデータを近距離に存在する端末に送信する近距離無線通信技術は、BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)の登場により身近に用いられるようになってきている。この場合、クラウド等ネットワークにデータを送信するためには何らかの形でデータの中継を行い、ネットワークに接続する必要がある。例えば図10の例では、センサ中継装置101が、センサ端末100−1〜100−Nからのデータをネットワーク103を介してサーバ装置102に送信するようにしている。しかし、センサ端末100−1〜100−Nとセンサ中継装置101との近距離無線と異なり、センサ中継装置101同士の中・長距離無線またはセンサ中継装置101とネットワーク103間の中・長距離無線は、一般的に低スループット、高コスト、高消費電力等の課題を抱えている。そのため、何らかの加工をセンサ中継装置101で行う必要がある。
Among these, short-range wireless communication technology for transmitting data from a sensor terminal to a terminal located at a short distance has come to be used by the advent of BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy). In this case, in order to transmit data to a network such as a cloud, it is necessary to relay the data in some form and connect to the network. For example, in the example of FIG. 10, the
そのような中で上記の各種リアルタイムデータをセンサ端末で収集して無線送信する際のデータ量の増加は大きな課題であり、現在はMPEG(Moving Picture Experts Group)を始めとする非可逆圧縮やランレングス符号等に代表される可逆圧縮が用いられている(非特許文献1参照)。 Under such circumstances, an increase in the amount of data when the above-mentioned various real-time data is collected and transmitted wirelessly by a sensor terminal is a big issue, and currently, lossy compression and run-time such as MPEG (Moving Picture Experts Group) are in progress. Lossless compression represented by length codes and the like is used (see Non-Patent Document 1).
しかし、非特許文献1に開示されたような技術でデータ圧縮を行う場合、PC等の潤沢なハードウェアリソースを前提にした圧縮方式であるために演算が複雑になるという課題があった。加えて、このデータ圧縮技術では、ある程度のデータの長さが演算に必要となるため、リアルタイム性を失う可能性が高いという課題があった。
However, when data compression is performed using the technique disclosed in Non-Patent
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、低性能のマイクロコンピュータでも実施可能なデータ圧縮を実現し、効率的なリアルタイム送信を実現することができるセンサ端末を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sensor terminal capable of realizing data compression that can be performed even by a low-performance microcomputer and realizing efficient real-time transmission. And
本発明のセンサ端末は、物理量を計測するセンサ回路と、このセンサ回路から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するADコンバータと、このADコンバータから出力されるデジタルデータを1サンプル分遅延させる1サンプル遅延素子と、前記ADコンバータから出力されるデジタルデータと前記1サンプル遅延素子から出力される1サンプル前のデジタルデータとの差分データを算出する減算回路と、差分データと符号とを対応付けて予め記憶する圧縮辞書と、前記減算回路から出力される差分データを前記圧縮辞書に記憶された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う符号化部と、この符号化部から出力される符号をRF信号に変換して無線送信するRF回路とを備えることを特徴とするものである。 The sensor terminal of the present invention includes a sensor circuit for measuring a physical quantity, an AD converter for converting an analog signal output from the sensor circuit into digital data, and delaying the digital data output from the AD converter by one sample. A sample delay element, a subtraction circuit for calculating difference data between the digital data output from the AD converter and the digital data of one sample before output from the one sample delay element, and the difference data and the sign are associated with each other A compression dictionary that is stored in advance, an encoding unit that performs encoding by replacing difference data output from the subtraction circuit with a corresponding code stored in the compression dictionary, and a code output from the encoding unit And an RF circuit that converts the signal into an RF signal and wirelessly transmits the signal.
また、本発明のセンサ端末は、物理量を計測するセンサ回路と、このセンサ回路から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するADコンバータと、このADコンバータから出力されるデジタルデータを1サンプル分遅延させる1サンプル遅延素子と、前記ADコンバータから出力されるデジタルデータと前記1サンプル遅延素子から出力される1サンプル前のデジタルデータとの差分データを算出する減算回路と、センサ端末の計測開始時点からの経過時間を計測する初期設定タイマカウンタと、この初期設定タイマカウンタの出力が所定の初期設定期間中であることを示しているときに、前記減算回路から出力される差分データの出現頻度をデータ毎に記憶する出現頻度メモリと、差分データと符号との対応を記憶するための圧縮辞書と、前記初期設定期間中に前記出現頻度メモリに記憶された差分データの出現頻度の高い順番に短い符号を割り当てるように前記圧縮辞書を設定する辞書作成部と、前記初期設定期間中は前記減算回路から出力される差分データをそのまま出力し、前記初期設定タイマカウンタの出力が前記初期設定期間の終了を示した後は前記減算回路から出力される差分データを前記圧縮辞書に記憶された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う符号化部と、前記初期設定期間中は前記符号化部から出力される差分データをRF信号に変換して無線送信し、前記初期設定期間の終了後は前記符号化部から出力される符号をRF信号に変換して無線送信するRF回路とを備えることを特徴とするものである。 The sensor terminal of the present invention includes a sensor circuit for measuring a physical quantity, an AD converter for converting an analog signal output from the sensor circuit into digital data, and delaying the digital data output from the AD converter by one sample. A 1-sample delay element to be performed, a subtracting circuit for calculating difference data between the digital data output from the AD converter and the 1-sample previous digital data output from the 1-sample delay element, and a measurement start time of the sensor terminal The initial setting timer counter that measures the elapsed time of the data, and the frequency of appearance of the difference data output from the subtraction circuit when the output of the initial setting timer counter indicates that it is during a predetermined initial setting period Appearance frequency memory to be stored every time, and the pressure for storing the correspondence between the difference data and the sign Dictionary and a dictionary creation unit for setting the compression dictionary to assign a short code to occurrence frequent order of the initial setting period difference data stored in the appearance frequency memory during, during pre Symbol initialization period The difference data output from the subtraction circuit is output as it is, and after the output of the initial setting timer counter indicates the end of the initial setting period, the difference data output from the subtraction circuit is stored in the compression dictionary. an encoding unit for performing encoding by replacing the corresponding code, before Symbol default duration wirelessly transmits the converted differential data output from the encoding unit into an RF signal, the end of the initialization period Thereafter, an RF circuit that converts a code output from the encoding unit into an RF signal and wirelessly transmits the RF signal is provided .
また、本発明のセンサ端末は、物理量を計測するセンサ回路と、このセンサ回路から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するADコンバータと、このADコンバータから出力されるデジタルデータを1サンプル分遅延させる1サンプル遅延素子と、前記ADコンバータから出力されるデジタルデータと前記1サンプル遅延素子から出力される1サンプル前のデジタルデータとの差分データを算出する減算回路と、差分データと符号とを対応付けて予め記憶する圧縮辞書と、前記減算回路から出力される差分データの出現頻度をデータ毎に記憶する出現頻度メモリと、この出現頻度メモリの差分データの保持数の最大値を予め記憶する系列保持数初期設定部と、前記出現頻度メモリに記憶されている差分データの数が前記系列保持数初期設定部に予め設定された最大値に達した場合に前記出現頻度メモリに記憶された最も古いデータを消去し、データ消去後の前記出現頻度メモリの記憶内容に応じて、差分データの出現頻度の高い順番に短い符号を割り当てるように前記圧縮辞書を更新する辞書作成部と、前記減算回路から出力される差分データを前記圧縮辞書に記憶された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う符号化部と、この符号化部から出力される符号をRF信号に変換して無線送信するRF回路とを備えることを特徴とするものである。 The sensor terminal of the present invention includes a sensor circuit for measuring a physical quantity, an AD converter for converting an analog signal output from the sensor circuit into digital data, and delaying the digital data output from the AD converter by one sample. 1 sample delay element to be processed, a subtraction circuit for calculating difference data between the digital data output from the AD converter and the digital data of one sample before output from the 1 sample delay element, and the difference data and the sign A compression dictionary that is stored in advance, an appearance frequency memory that stores the appearance frequency of the difference data output from the subtraction circuit for each data, and a series that stores in advance the maximum value of the number of retained difference data in the appearance frequency memory The number of difference data stored in the retention number initial setting unit and the appearance frequency memory is the sequence retention When the maximum value preset in the initial setting unit is reached, the oldest data stored in the appearance frequency memory is erased, and the appearance frequency of the difference data according to the stored contents of the appearance frequency memory after data erasure A dictionary creation unit that updates the compression dictionary so as to assign a short code in descending order, and a code that performs coding by replacing the difference data output from the subtraction circuit with a corresponding code stored in the compression dictionary And an RF circuit that converts a code output from the encoding unit into an RF signal and wirelessly transmits the RF signal .
また、本発明のセンサ端末の1構成例は、さらに、前記符号化部から出力される符号を格納するパケットが一杯になったことを示す検出信号が前記RF回路から出力されたときに、前記1サンプル遅延素子を初期状態にリセットするリセット信号を出力するリセット信号発生部を備えることを特徴とするものである。 Further, in one configuration example of the sensor terminal of the present invention, when the detection signal indicating that the packet storing the code output from the encoding unit is full is output from the RF circuit, A reset signal generation unit that outputs a reset signal for resetting the one-sample delay element to an initial state is provided.
本発明によれば、1サンプル遅延素子と減算回路とを設けることにより、効率的なリアルタイム送信を実現することができ、かつ低性能のマイクロコンピュータでも実施可能なデータ圧縮を実現することができる。 According to the present invention, by providing a one-sample delay element and a subtracting circuit, efficient real-time transmission can be realized, and data compression that can be performed even with a low-performance microcomputer can be realized.
また、本発明では、さらに圧縮辞書と符号化部とを設けることにより、データを圧縮して送信することができる。 In the present invention, data can be compressed and transmitted by further providing a compression dictionary and an encoding unit.
また、本発明では、初期設定タイマカウンタと出現頻度メモリと圧縮辞書と辞書作成部と符号化部とを設けることにより、初期設定によって計測対象の被験者に合わせた圧縮辞書を設定することが可能となるため、より良いデータ圧縮が可能となる。 Further, in the present invention, by providing an initial setting timer counter, an appearance frequency memory, a compression dictionary, a dictionary creation unit, and an encoding unit, it is possible to set a compression dictionary according to a subject to be measured by initial setting. Therefore, better data compression becomes possible.
また、本発明では、圧縮辞書と出現頻度メモリと系列保持数初期設定部と辞書作成部と符号化部とを設けることにより、動的に圧縮辞書を更新することが可能となるため、より良い圧縮性能を達成することが可能である。 Further, in the present invention, by providing the compression dictionary, the appearance frequency memory, the sequence retention number initial setting unit, the dictionary creation unit, and the encoding unit, the compression dictionary can be dynamically updated, which is better. It is possible to achieve compression performance.
また、本発明では、リセット信号発生部を設けることにより、受信側で復元エラーが続けて起こるという問題を回避することができ、データの伝送を正確に行うことができる。 Further, in the present invention, by providing the reset signal generation unit, it is possible to avoid the problem that the restoration error continuously occurs on the receiving side, and it is possible to perform data transmission accurately.
[第1の実施の形態]
上記のような課題を解決する上で、本発明の対象となるセンサ端末は自然界や人体に関連する物理量をセンシングすることに着目する。自然界や人体に関連する物理量の特徴として、これらの物理量には恒常性がある為に変化が小さいという点がある。そのため、これら物理量のデータをサンプリングしてその1次の差分を取った場合、差分の出現頻度は、図1に示すように差分値0を中心として広がりを持ったヒストグラムを描く。0は差分が存在しないことを示し、差分があったとしても非常に小さい場合には情報量が少ないと解釈される。情報量が少ない場合には“1”,“0”で表される情報量(bit)も少ない割り当てで十分である。よって、本発明ではセンサデータの差分計算を土台としてリアルタイムかつ計算量が組込み向けの低性能なマイクロコンピュータでも演算可能な符号化手法を提案する。
[First Embodiment]
In solving the above-described problems, the sensor terminal which is the subject of the present invention focuses on sensing physical quantities related to the natural world and the human body. As a feature of physical quantities related to the natural world and the human body, there is a point that these physical quantities have little change because of their constancy. Therefore, when sampling the data of these physical quantities and taking the primary difference, the appearance frequency of the difference draws a histogram having a spread centering on the
図2は本発明の第1の実施の形態に係るセンサ端末の構成を示すブロック図である。センサ端末は、例えば加速度、角加速度、心電波形等の物理量を計測するセンサ回路1と、センサ回路1から出力されるアナログ信号の増幅・ノイズ除去等の処理を行うアナログフロントエンド回路(Analog Front End、以下AFE)2と、AFE2から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するADコンバータ(Analog to Digital Converter、以下ADC)3と、ADC3から出力されるデジタルデータを1サンプル分(ADC3のサンプルクロックの1周期分)だけ遅延させる1サンプル遅延素子4と、ADC3から出力されるデジタルデータ(センサデータ)と1サンプル遅延素子4から出力される1サンプル前のデジタルデータとの差分データを算出する減算回路5と、減算回路5から出力される差分データをRF(Radio Frequency)信号に変換して無線送信するRF回路6とから構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the sensor terminal according to the first embodiment of the present invention. The sensor terminal includes, for example, a
センサ回路1とAFE2とADC3とRF回路6とは従来からセンサ端末に設けられているものなので、本実施の形態において必要な追加の構成はD−フリップフロップアレイによって構成される1サンプル遅延素子4と減算回路5のみである。
あるデータをDN、1サンプル前のデータをDN-1とすれば、差分データDN−DN-1はDNより小さく、また受信側においてDNはDN-1とDN−DN-1とから復元できることは言うまでもない。
Since the
If
自然の物理量や人体のデータは前述のとおり変化量が非常に小さいという特性があるために、本実施の形態によれば効率的な伝送が可能である。
本実施の形態の構成は、RF回路6がどのような無線方式を採用するものであるかに依存せず、どのような無線方式を採用したとしても適用することが可能である。
なお、本発明においてAFE2の実装は必須の構成要件ではなく、例えばセンサ回路1にAFEが含まれる構成であってもよい。
Since natural physical quantities and human body data have the characteristic that the amount of change is very small as described above, efficient transmission is possible according to this embodiment.
The configuration of the present embodiment is not dependent on what radio system the
In the present invention, the mounting of the
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3は本発明の第2の実施の形態に係るセンサ端末の構成を示すブロック図であり、図2と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のセンサ端末は、センサ回路1と、AFE2と、ADC3と、1サンプル遅延素子4と、減算回路5と、RF回路6と、差分データと符号とを対応付けて予め記憶する固定型圧縮辞書7と、減算回路5とRF回路6との間に設けられ、固定型圧縮辞書7を参照することによって差分データの符号化を行う符号化部8とから構成される。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a sensor terminal according to the second embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to the same configurations as those in FIG. The sensor terminal according to the present embodiment has a fixed circuit that stores the
本実施の形態の固定型圧縮辞書7には、減算回路5の出力データ(差分データ)が0に近いほど符号長が短くなる可変長の符号が、差分データのとり得る値と予め対応付けて登録されている。
符号化部8は、減算回路5から出力される差分データを、固定型圧縮辞書7に予め登録された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う。本実施の形態のRF回路6は、符号化部8から出力される符号をRF信号に変換して無線送信する。
In the fixed
The
本実施の形態の構成によれば、差分値0に近いデータに短い符号が割り当てられることから、全体として符号長を短くすることができる。つまり、データの圧縮が可能となる。本実施の形態の圧縮方法に最も適した方法はハフマン符号による符号化であり、ハフマン符号はコンパクト符号でもあるため、センサ端末からのRF信号を受信する受信側でデリミタとなる固定ビット等を用意することなく復号が可能である。この特性は特にリアルタイム性を要求されるデータに対して有効であり、心電波形や加速度等の特にイベントと明確に関連したセンサデータの伝送には好適である。加えて、本実施の形態は、第1の実施の形態の構成に加えて、固定型圧縮辞書7を格納するメモリと符号化部8とを実装すればよいので、少ないハードウェアリソースで実現が可能である。
According to the configuration of the present embodiment, since a short code is assigned to data close to the
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図4は本発明の第3の実施の形態に係るセンサ端末の構成を示すブロック図であり、図2、図3と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のセンサ端末は、センサ回路1と、AFE2と、ADC3と、1サンプル遅延素子4と、減算回路5と、RF回路6と、センサ端末の計測開始時点から所定の初期設定期間が経過するまでの時間を計測するための初期設定タイマカウンタ9と、初期設定タイマカウンタ9の出力によって制御されるスイッチ10,11と、初期設定期間中に減算回路5の出力データ(差分データ)の出現頻度をデータ毎に記憶する出現頻度メモリ12と、差分データと符号とを対応付けて記憶するための初期設定型圧縮辞書13と、減算回路5とRF回路6との間に設けられ、初期設定期間中は減算回路5から出力される差分データをそのまま出力し、初期設定期間の終了後は初期設定型圧縮辞書13を参照することによって差分データの符号化を行う符号化部14と、初期設定期間中に差分データの出現頻度の高い順番に短い符号を割り当てるように初期設定型圧縮辞書13を設定する辞書作成部15とから構成される。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a sensor terminal according to the third embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. 2 and 3 are given the same reference numerals. The sensor terminal of the present embodiment has a predetermined initial setting period from the measurement start time of the
本実施の形態では、第2の実施の形態の固定型圧縮辞書7と異なり、初期設定型圧縮辞書13には差分データと符号との対応が登録されていない。
本実施の形態の初期設定タイマカウンタ9は、センサ端末の計測開始時点からの経過時間を計測する。
In the present embodiment, unlike the fixed
The initial
スイッチ10,11は、初期設定タイマカウンタ9の出力によって制御され、相補的に動作する。具体的には、スイッチ10は、初期設定タイマカウンタ9の出力が初期設定期間中であることを示しているときにオンとなり、初期設定タイマカウンタ9の出力が初期設定期間が終了したこと(タイムアウト)を示したときにオフとなる。反対に、スイッチ11は、初期設定タイマカウンタ9の出力が初期設定期間中であることを示しているときにオフとなり、初期設定タイマカウンタ9の出力が初期設定期間が終了したことを示したときにオンとなる。
The
出現頻度メモリ12は、初期設定期間中にスイッチ10を介して入力される減算回路5の出力データ(差分データ)の出現頻度をデータ毎に記憶する。
辞書作成部15は、初期設定期間中に出現頻度メモリ12に記憶された差分データの出現頻度の高い順番に短い符号(例えばハフマン符号)を割り当てるように初期設定型圧縮辞書13を設定する。こうして、差分データと符号との対応が圧縮辞書13に登録される。
The
The
符号化部14は、初期設定期間中はスイッチ11のオフにより初期設定型圧縮辞書13を参照できないので、減算回路5から出力される差分データをそのままRF回路6に出力し、初期設定期間が終了してスイッチ11がオンになると、減算回路5から出力される差分データを、初期設定型圧縮辞書13に登録された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う。本実施の形態のRF回路6は、初期設定期間中は符号化部14から出力される差分データをRF信号に変換して無線送信し、初期設定期間の終了後は符号化部14から出力される符号をRF信号に変換して無線送信することになる。
Since the
本実施の形態によれば、圧縮する対象データに対してそれぞれ圧縮辞書を初期設定できるようになるため、データ種に対して適した圧縮辞書を備えることが可能である。特に、心電波形を始めとする人体のデータを収集する場合、人体と電極との接触インピーダンスや得られる信号電圧に個人差があるため、初めから最適な固定型圧縮辞書を持たせることが難しいという特徴がある。これに対して、本実施の形態によれば、初期設定によって計測対象の被験者に合わせた圧縮辞書を設定することが可能であるため、第2の実施の形態と比較して、より良いデータ圧縮が可能となる。 According to the present embodiment, the compression dictionary can be initialized for each target data to be compressed, so that a compression dictionary suitable for the data type can be provided. In particular, when collecting human body data such as an electrocardiogram, it is difficult to have an optimal fixed compression dictionary from the beginning because there are individual differences in the contact impedance between the human body and electrodes and the signal voltage obtained. There is a feature. On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to set a compression dictionary according to the subject to be measured by the initial setting, and therefore better data compression than the second embodiment. Is possible.
なお、本実施の形態では、初期設定期間中は差分データをRF信号に変換して無線送信する。受信側で差分データからセンサデータを容易に復元できることは第1の実施の形態で説明したとおりである。また、初期設定期間の終了後は符号をRF信号に変換して無線送信するが、受信側で符号から差分データを容易に復号できることは第2の実施の形態で説明したとおりである。 In this embodiment, during the initial setting period, the difference data is converted into an RF signal and wirelessly transmitted. As described in the first embodiment, the sensor data can be easily restored from the difference data on the receiving side. In addition, after the initial setting period, the code is converted into an RF signal and wirelessly transmitted. However, as described in the second embodiment, the differential data can be easily decoded from the code on the receiving side.
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図5は本発明の第4の実施の形態に係るセンサ端末の構成を示すブロック図であり、図2〜図4と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のセンサ端末は、センサ回路1と、AFE2と、ADC3と、1サンプル遅延素子4と、減算回路5と、RF回路6と、出現頻度メモリの差分データの保持数の最大値を予め記憶する系列保持数初期設定部16と、差分データの出現頻度をデータ毎に記憶する出現頻度メモリ17と、差分データと符号とを対応付けて予め記憶する動的可変型圧縮辞書18と、動的可変型圧縮辞書18を参照することによって差分データの符号化を行う符号化部19と、出現頻度メモリ17に記憶されている差分データの数が系列保持数初期設定部16に予め設定された最大値に達した場合に出現頻度メモリ17に記憶された最も古いデータを消去し、動的可変型圧縮辞書18を更新する辞書作成部20とから構成される。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a sensor terminal according to the fourth embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. The sensor terminal of the present embodiment has a maximum value of the number of difference data held in the
本実施の形態では、第1の実施の形態の固定型圧縮辞書7と同様に、動的可変型圧縮辞書18には、差分データと符号との対応が予め登録されている。ただし、本実施の形態では、動的可変型圧縮辞書18を動的に更新する。
In the present embodiment, as in the fixed
具体的には、系列保持数初期設定部16には、出現頻度メモリ17の記憶可能な差分データの保持数の最大値が予め設定されている。
辞書作成部20は、出現頻度メモリ17に記憶された差分データの出現頻度の高い順番に短い符号(例えばハフマン符号)を割り当てるように動的可変型圧縮辞書18を常時更新するが、出現頻度メモリ17に記憶されている差分データの数が系列保持数初期設定部16に予め設定された最大値に達した場合、出現頻度メモリ17に記憶された最も古い差分データとその出現頻度とを消去する。
Specifically, the maximum value of the number of difference data that can be stored in the
The
出現頻度メモリ17に記憶されたデータを消去することにより、差分データの出現頻度が変更されるので、辞書作成部20は、データ消去後の出現頻度メモリ17の記憶内容に応じて、差分データの出現頻度の高い順番に短い符号を割り当てるように動的可変型圧縮辞書18を更新する。
符号化部19は、減算回路5から出力される差分データを、動的可変型圧縮辞書18に登録された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う。RF回路6は、符号化部19から出力される符号をRF信号に変換して無線送信する。
Since the appearance frequency of the difference data is changed by deleting the data stored in the
The
本実施の形態によれば、動的に圧縮辞書を更新することが可能となるため、第2、第3の実施の形態に比べてより良い圧縮性能を達成することが可能である。 According to the present embodiment, it is possible to dynamically update the compression dictionary, so that it is possible to achieve better compression performance than the second and third embodiments.
[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図6は本発明の第5の実施の形態に係るセンサ端末の構成を示すブロック図であり、図2〜図5と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のセンサ端末は、図3に示した第2の実施の形態のセンサ端末に対してリセット信号発生部21を追加したものである。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a sensor terminal according to the fifth embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. The sensor terminal according to the present embodiment is obtained by adding a
第2の実施の形態のRF回路6の近距離無線通信規格として例えばBLEを採用する場合、無線通信で送受信されるパケットの長さに制限がある。このように、パケット長が限定された場合において、RF回路6は、符号化部8から出力される符号を格納するパケットのペイロードが一杯になり、符号を格納することができなくなったときに、パケットFull検出信号を出力する。
When, for example, BLE is adopted as the short-range wireless communication standard of the
本実施の形態のリセット信号発生部21は、RF回路6からパケットFull検出信号が出力されたときに、1サンプル遅延素子4に対してリセット信号を出力する。
このリセット信号の出力により、1サンプル遅延素子4は初期状態にリセットされ、1サンプル遅延素子4の出力が0になる。つまり、1サンプル遅延素子4のリセットによって1サンプル遅延素子4と減算回路5によるADC3の出力データ(センサデータ)の差分演算がいったん無効となるため、パケットFull検出信号出力直後のパケットのペイロードの先頭には、基準データ、すなわちセンサデータを差分演算せずにそのまま符号化した符号が格納される。
The reset
By the output of this reset signal, the one
この基準データより後のサンプリング周期では1サンプル遅延素子4と減算回路5によるセンサデータの差分演算が再開されるため、パケットの基準データの後には差分データを符号化した符号が格納される。本実施の形態においてパケットのペイロードにデータが格納された状態を図7に示す。上記のとおり、ペイロードの先頭には基準データ200が格納され、基準データ200の後には符号化データ201が格納される。なお、差分データによって符号化データ201の長さが変わるため、基準データ200の後に符号化データ201が何個入るかはペイロードの長さと差分データとに依存する。
Since the difference calculation of the sensor data by the one-
第1〜第4の実施の形態では、センサ端末の計測開始時の最初のパケットのペイロードの先頭のみに基準データが格納される。このため、通信経路上で一度ビットエラーが発生すると、センサ端末からのRF信号を受信する受信側でセンサデータを正しく復元することができなくなり、この復元の不正確さにより後続するセンサデータにも復元エラーが起こってしまうという問題がある。 In the first to fourth embodiments, the reference data is stored only at the beginning of the payload of the first packet at the start of measurement by the sensor terminal. For this reason, once a bit error occurs on the communication path, the sensor data cannot be correctly restored on the receiving side that receives the RF signal from the sensor terminal. There is a problem that a restoration error occurs.
これに対して、本実施の形態では、パケットエラーが生じた場合、そのパケットについてはセンサデータの復元エラーが生じてデータ欠損が生じるが、次のパケットでエラーフリーであれば、このパケットのペイロードの先頭に格納されている基準データを用いてセンサデータを正しく復元することができるので、復元エラーが続けて起こるという差分符号化の問題を回避することができ、データの伝送を正確に行うことができる。本実施の形態は、特にパケットサイズの最大量が低く定められているBLE等の無線通信規格に好適である。 In contrast, in this embodiment, when a packet error occurs, a sensor data restoration error occurs for the packet and data loss occurs. However, if the next packet is error-free, the payload of this packet Since the sensor data can be correctly restored using the reference data stored at the head of the data, it is possible to avoid the problem of differential encoding in which restoration errors occur continuously, and to accurately transmit the data Can do. The present embodiment is particularly suitable for a wireless communication standard such as BLE in which the maximum packet size is set low.
[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図8は本発明の第6の実施の形態に係るセンサ端末の構成を示すブロック図であり、図2〜図6と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のセンサ端末は、図4に示した第3の実施の形態のセンサ端末に対してリセット信号発生部21を追加したものである。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a sensor terminal according to the sixth embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. The sensor terminal according to the present embodiment is obtained by adding a
RF回路6とリセット信号発生部21と1サンプル遅延素子4の動作は第5の実施の形態で説明したとおりである。
第3の実施の形態で説明したとおり、初期設定期間中は符号化が行われないので、本実施の形態では、初期設定期間中はパケットのペイロードの先頭に基準データとしてセンサデータがそのまま格納され、この基準データの後には差分データが格納される。また、初期設定期間の終了後はペイロードの先頭に基準データとしてセンサデータの符号化データが格納され、この基準データの後には差分データの符号化データが格納される。
The operations of the
As described in the third embodiment, since encoding is not performed during the initial setting period, in this embodiment, sensor data is directly stored as reference data at the beginning of the payload of the packet during the initial setting period. The difference data is stored after the reference data. In addition, after the end of the initial setting period, encoded data of sensor data is stored as reference data at the beginning of the payload, and encoded data of difference data is stored after the reference data.
こうして、本実施の形態では、第3の実施の形態の効果に加えて、パケット長が制限されたデータの正確な伝送が可能になるという効果を得ることができる。 Thus, in this embodiment, in addition to the effect of the third embodiment, it is possible to obtain an effect that it is possible to accurately transmit data with a limited packet length.
[第7の実施の形態]
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。図9は本発明の第7の実施の形態に係るセンサ端末の構成を示すブロック図であり、図2〜図6、図8と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のセンサ端末は、図5に示した第4の実施の形態のセンサ端末に対してリセット信号発生部21を追加したものである。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a sensor terminal according to the seventh embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same configurations as those in FIGS. The sensor terminal according to the present embodiment is obtained by adding a
RF回路6とリセット信号発生部21と1サンプル遅延素子4の動作は第5の実施の形態で説明したとおりである。
こうして、本実施の形態では、第4の実施の形態の効果に加えて、パケット長が制限されたデータの正確な伝送が可能になるという効果を得ることができる。
The operations of the
Thus, in this embodiment, in addition to the effect of the fourth embodiment, it is possible to obtain an effect that it is possible to accurately transmit data with a limited packet length.
第1〜第7の実施の形態で説明した構成のうち、少なくとも圧縮辞書7,13,18と符号化部8,14,19と初期設定タイマカウンタ9とスイッチ10,11と出現頻度メモリ12,17と辞書作成部15,20と系列保持数初期設定部16とリセット信号発生部21とRF回路6の一部は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。CPUは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第1〜第7の実施の形態で説明した処理を実行する。
Among the configurations described in the first to seventh embodiments, at least the
本発明は、センサ端末からセンサデータを収集するセンシングシステムに適用することができる。 The present invention can be applied to a sensing system that collects sensor data from a sensor terminal.
1…センサ回路、2…アナログフロントエンド回路、3…ADコンバータ、4…1サンプル遅延素子、5…減算回路、6…RF回路、7…固定型圧縮辞書、8,14,19…符号化部、9…初期設定タイマカウンタ、10,11…スイッチ、12,17…出現頻度メモリ、13…初期設定型圧縮辞書、15,20…辞書作成部、16…系列保持数初期設定部、18…動的可変型圧縮辞書、21…リセット信号発生部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
このセンサ回路から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するADコンバータと、
このADコンバータから出力されるデジタルデータを1サンプル分遅延させる1サンプル遅延素子と、
前記ADコンバータから出力されるデジタルデータと前記1サンプル遅延素子から出力される1サンプル前のデジタルデータとの差分データを算出する減算回路と、
差分データと符号とを対応付けて予め記憶する圧縮辞書と、
前記減算回路から出力される差分データを前記圧縮辞書に記憶された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う符号化部と、
この符号化部から出力される符号をRF信号に変換して無線送信するRF回路とを備えることを特徴とするセンサ端末。 A sensor circuit for measuring physical quantities;
An AD converter that converts an analog signal output from the sensor circuit into digital data;
A one-sample delay element that delays the digital data output from the AD converter by one sample;
A subtraction circuit for calculating difference data between the digital data output from the AD converter and the digital data of one sample before output from the one-sample delay element;
A compression dictionary that stores difference data and a code in association with each other;
An encoding unit that performs encoding by replacing the difference data output from the subtraction circuit with a corresponding code stored in the compression dictionary;
An RF circuit that converts a code output from the encoding unit into an RF signal and wirelessly transmits the sensor terminal.
このセンサ回路から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するADコンバータと、
このADコンバータから出力されるデジタルデータを1サンプル分遅延させる1サンプル遅延素子と、
前記ADコンバータから出力されるデジタルデータと前記1サンプル遅延素子から出力される1サンプル前のデジタルデータとの差分データを算出する減算回路と、
センサ端末の計測開始時点からの経過時間を計測する初期設定タイマカウンタと、
この初期設定タイマカウンタの出力が所定の初期設定期間中であることを示しているときに、前記減算回路から出力される差分データの出現頻度をデータ毎に記憶する出現頻度メモリと、
差分データと符号との対応を記憶するための圧縮辞書と、
前記初期設定期間中に前記出現頻度メモリに記憶された差分データの出現頻度の高い順番に短い符号を割り当てるように前記圧縮辞書を設定する辞書作成部と、
前記初期設定期間中は前記減算回路から出力される差分データをそのまま出力し、前記初期設定タイマカウンタの出力が前記初期設定期間の終了を示した後は前記減算回路から出力される差分データを前記圧縮辞書に記憶された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う符号化部と、
前記初期設定期間中は前記符号化部から出力される差分データをRF信号に変換して無線送信し、前記初期設定期間の終了後は前記符号化部から出力される符号をRF信号に変換して無線送信するRF回路とを備えることを特徴とするセンサ端末。 A sensor circuit for measuring physical quantities;
An AD converter that converts an analog signal output from the sensor circuit into digital data;
A one-sample delay element that delays the digital data output from the AD converter by one sample;
A subtraction circuit for calculating difference data between the digital data output from the AD converter and the digital data of one sample before output from the one-sample delay element;
An initial setting timer counter for measuring the elapsed time from the measurement start time of the sensor terminal;
An appearance frequency memory for storing, for each data, an appearance frequency of difference data output from the subtraction circuit when the output of the initial setting timer counter indicates that it is during a predetermined initial setting period;
A compression dictionary for storing the correspondence between the difference data and the code;
A dictionary creation unit that sets the compression dictionary so as to assign a short code to the order of appearance frequency of the difference data stored in the appearance frequency memory during the initial setting period;
The difference data output from the subtraction circuit is output as it is during the initial setting period, and the difference data output from the subtraction circuit is output after the output of the initial setting timer counter indicates the end of the initial setting period. An encoding unit that performs encoding by replacing the corresponding code stored in the compression dictionary;
During the initial setting period, the difference data output from the encoding unit is converted into an RF signal and wirelessly transmitted. After the initial setting period, the code output from the encoding unit is converted into an RF signal. And an RF circuit for wireless transmission .
このセンサ回路から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換するADコンバータと、
このADコンバータから出力されるデジタルデータを1サンプル分遅延させる1サンプル遅延素子と、
前記ADコンバータから出力されるデジタルデータと前記1サンプル遅延素子から出力される1サンプル前のデジタルデータとの差分データを算出する減算回路と、
差分データと符号とを対応付けて予め記憶する圧縮辞書と、
前記減算回路から出力される差分データの出現頻度をデータ毎に記憶する出現頻度メモリと、
この出現頻度メモリの差分データの保持数の最大値を予め記憶する系列保持数初期設定部と、
前記出現頻度メモリに記憶されている差分データの数が前記系列保持数初期設定部に予め設定された最大値に達した場合に前記出現頻度メモリに記憶された最も古いデータを消去し、データ消去後の前記出現頻度メモリの記憶内容に応じて、差分データの出現頻度の高い順番に短い符号を割り当てるように前記圧縮辞書を更新する辞書作成部と、
前記減算回路から出力される差分データを前記圧縮辞書に記憶された対応する符号に置き換えることによって符号化を行う符号化部と、
この符号化部から出力される符号をRF信号に変換して無線送信するRF回路とを備えることを特徴とするセンサ端末。 A sensor circuit for measuring physical quantities;
An AD converter that converts an analog signal output from the sensor circuit into digital data;
A one-sample delay element that delays the digital data output from the AD converter by one sample;
A subtraction circuit for calculating difference data between the digital data output from the AD converter and the digital data of one sample before output from the one-sample delay element;
A compression dictionary that stores difference data and a code in association with each other;
An appearance frequency memory for storing the appearance frequency of difference data output from the subtraction circuit for each data;
A series retention number initial setting unit for preliminarily storing a maximum value of the difference data retention number of the appearance frequency memory;
When the number of difference data stored in the appearance frequency memory reaches the maximum value preset in the sequence retention number initial setting unit, the oldest data stored in the appearance frequency memory is deleted, and data is deleted. A dictionary creation unit that updates the compression dictionary so as to assign a short code in order of high appearance frequency of difference data according to the storage content of the later appearance frequency memory;
An encoding unit that performs encoding by replacing the difference data output from the subtraction circuit with a corresponding code stored in the compression dictionary;
An RF circuit that converts a code output from the encoding unit into an RF signal and wirelessly transmits the sensor terminal.
さらに、前記符号化部から出力される符号を格納するパケットが一杯になったことを示す検出信号が前記RF回路から出力されたときに、前記1サンプル遅延素子を初期状態にリセットするリセット信号を出力するリセット信号発生部を備えることを特徴とするセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 1 ,
Further, when a detection signal indicating that the packet storing the code output from the encoding unit is full is output from the RF circuit, a reset signal for resetting the one-sample delay element to an initial state is provided. A sensor terminal comprising a reset signal generator for outputting.
さらに、前記符号化部から出力される差分データまたは符号を格納するパケットが一杯になったことを示す検出信号が前記RF回路から出力されたときに、前記1サンプル遅延素子を初期状態にリセットするリセット信号を出力するリセット信号発生部を備えることを特徴とするセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 2 , wherein
Further, when a detection signal indicating that the differential data or code storing the code output from the encoding unit is full is output from the RF circuit, the one-sample delay element is reset to an initial state. A sensor terminal comprising a reset signal generator for outputting a reset signal.
さらに、前記符号化部から出力される符号を格納するパケットが一杯になったことを示す検出信号が前記RF回路から出力されたときに、前記1サンプル遅延素子を初期状態にリセットするリセット信号を出力するリセット信号発生部を備えることを特徴とするセンサ端末。 The sensor terminal according to claim 3 , wherein
Further, when a detection signal indicating that the packet storing the code output from the encoding unit is full is output from the RF circuit, a reset signal for resetting the one-sample delay element to an initial state is provided. A sensor terminal comprising a reset signal generator for outputting.
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