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fly by wireプロトコル仕様
2021.10.24
(1) 概説
・画像１枚を１画像単位として、最大4096枚の画像単位を送信する。
・1bitの表現は、画像（1920*1080pixel）の水平線1920pixel全てのRGB値に対応し、bit=1であればRGB=(255,255,255)となり、bit=0はRGB=(0,0,0)となる。
・各１画像単位は、preamble＋reserved＋size＋numbering＋data（datum * ~42）の領域で構成されている。
・preambleは9bitの領域であり、同期検出及び１画像単位の開始を表す標識である。
・reservedは21bitの領域であり、将来拡張するための領域で、000011110000111100001で埋める。
・sizeは18bitの領域であり、送信するデータの合計画像単位数と最後に送信される画像単位中のデータ終端までのdatumの数を含む（詳細は後述）。
・numberingは234itの領域であり、後述のdatumと同様の仕様で最大12bit=4096までの画像単位に関する一連番号を表示する。
・dataは24bitのdatumを１個単位として、最大で42個のdatumにより構成される領域である。
・datumは、12bitのpayloadと11bitのerror correction code(ecc)、1bitのbalanceにより構成される。
・payloadは任意のbitパターンとすることができる。
・error correction codeは、payloadのbitパターンに応じて決まる（詳細は後述）。
・balanceは、直前のpayload及びeccに出現する計23bitの1と0の出現数を比較し、少ないものを挿入する。
全体図
|preamble:9bit|reserved:15bit|size:24bit |numbering:24bit--------|data:23*n(n=1~42)----------------------------------------------------------------------------------|
|=101010101 |=00001111...01| | |datum[0]:24bit |datum[1]:24bit |datum[2]:24bit |...|datum[41]:24bit |
| |payload|+|ecc|+|balance|payload|+|ecc|+|balance|payload|+|ecc|+|balance|payload|+|ecc|+|balance|...|payload|+|ecc|+|balance|
bit| | 12 |+|11 |+| 1 | 12 |+|11 |+| 1 | 12 |+|11 |+| 1 | 12 |+|11 |+| 1 |...| 12 |+|11 |+| 1 |
| <-------- 24 bit --------> |<--24bit-->| <------ 24 bit -----> | <------ 24 bit -----> | <------ 24 bit -----> | <------ 24 bit -----> |...| <------ 24 bit -----> |
| <------------------------------------------------------------------------ 1080 bit (pixel) ----------------------------------------------------------------------> |
(2) 各領域の詳細
/--preamble--/ total 9bit
0 --> 8
101010101
bitパターン固定、同期検出＆が画像単位の信号開始地点の標識
/--reserved--/ total 15 bit
9 --> 23
000011110000111100001
同期精度を向上するため、将来的に使用される可能性があるが、通常は0で埋める方が誤検出が少なくて良い。
/--size--/ total 24 bit
24 --> 47
ここに送信データ量を２進数で表示する。
fly by wireの最大データ量となる。24bit=16,777,216>258,048で十分である。
numberingは12bit=最大4096画像となるが、これを上回るデータ量の場合、再度0からカウントし直す。
尚、この処理は受信側で解決される。
/--numbering--/ total 23bit
48 --> 70
何枚目の画像単位であるかの標識。完全ゴレイ符号23bit及びbalance 1bitで構成され、data領域を構成するdatumと同じ仕様となる。
従って、実際には12bitがnumberingとして使用できる。
つまり、4096枚の画像単位の並び順を表現している。
/--data--/
70 --> 70 + 24 * n(n=1,2,3,,,,42)
data領域は、24bitのdataが最大で42個連結される。
各datumはpayload 12bit及びerrpr correctionn code 11bit、balance 1bitで構成される。
/--payload--/
0 --> 11
任意のbitパターンを配置することができる。送信するデータ列は、ここに配置される。
/--error correctionn code--/
12 --> 22
payloadの12bitのbitパターンにより決定される誤り訂正用のbitパターンである。
/--balance--/
23 --> 23
直前のpayloadの12bit、及びeccの11bitのパターンにより決定される信号の電圧バランス調整用のbitパターンである。
payloadとeccに出現した1及び0について、出現数が少ない方をbalanceに挿入する。
(3)error correction codeの計算方法
payload 12bitに対して、先頭00から最後尾11までに、以下の11bitの符号を定義する。
bit:
00 :11000111010
01 :01100011101
02 :11110110100
03 :01111011010
04 :00111101101
05 :11011001100
06 :01101100110
07 :00110110011
08 :11011100011
09 :10101001011
10 :10010011111
11 :10001110101
各bitに対しこれが1であれば、対応する11bitの符号を全てXORし、これをerror correction code とする。
例：
payload:101010101010
1->00:1100 0111 010
0-> nothing | XOR
1->02:1111 0110 100
0-> nothing | XOR
1->04:0011 1101 101
0-> nothing | XOR
1->06:0110 1100 110
0-> nothing | XOR
1->08:1010 1001 011
0-> nothing | XOR
1->10:1001 0011 111
0-> nothing | XOR
error correct code:0100 1010 001 (= 11000111010 xor 11110110100 xor 00111101101 xor 01101100110 xor 10101001011 xor 10010011111)
(4) 復号方法
・同期
preambleのbitパターン101010101を検出し、これの先頭から1080bitを１画像単位として処理する。
・同期確認（暫定）
同期が正しく行われたか検証するために、reservedが0000であることを確認する。
0000でない場合、再度同期待ちとする。
・データサイズの確認
size領域を読み取り、データサイズを確認する。
データサイズに基づき、信号の最後尾まで受信する。
データサイズは誤り訂正がないが、各画像単位に同一のデータサイズが送信されるため、正確な値を送信できる。
・numberingの受信
受信側は、numbering領域の先頭12bitに対して、error correction codeを計算し、この結果の11bitをAとする。
次に、numbering領域の後半11bitに対して、以下に示す計算により11bitのBを求める。
numbering領域後半11bitについて、先頭から順に以下の11bitの符号を対応させる。
00:10000000000
01:01000000000
02:00100000000
03:00010000000
04:00001000000
05:00000100000
06:00000010000
07:00000001000
08:00000000100
09:00000000010
10:00000000001
numbering領域後半11bitについて、bitが1の部分にそれぞれ対応する全ての11bitの符号を与え、これをXORする。これがBとなる。
次に、以下の計算をしてCを求める。この結果に従ってnumbering領域前半12bitの誤りを訂正する。
訂正の際は、下記表の訂正箇所が1の場合、これに対応するnumbering領域前半12bitの部分をNOTする。
A XOR B = C
C:
:訂正箇所
:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
00000000000:0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
01100011101:0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
以下追記予定
例１：
numbering前半11bitが10000000000
後半12bitが11000111010
の場合
A=11000111010
B=11000111010
C=A XOR B =00000000000
つまり、訂正箇所はなく、誤りは生じていない。
例２：
numbering前半12bitが11000000000
後半11bitが11000111010
の場合
A=10100100111
B=11000111010
C=A XOR B =01100011101
表によると、２番目のbitをNOTする必要がある。そのため、
11000000000 -> 10000000000
とする。
numberingの受信及び復号について、一連番号に欠落が生じた場合、以降の受信は行わない。
・data領域の受信
sizeより計算されるデータの終端部まで、受信を継続する。
各datumについての誤り訂正はnumberingと同様である。
(5) 諸元
・最大データ送信量：258,048Byte = 2,064,384bit = 252KByte
・通信速度：ディスプレイが1920*1080@60Hzである場合、3,780Byte/sec
・誤り訂正能力：最大で13.04%であり、data内の最大3bitを訂正可能