KR101821608B1 - Encoding /Decoding System for Processing Lossless Acoustic Sensor Signal and Method thereof - Google Patents

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KR101821608B1
KR101821608B1 KR1020170084017A KR20170084017A KR101821608B1 KR 101821608 B1 KR101821608 B1 KR 101821608B1 KR 1020170084017 A KR1020170084017 A KR 1020170084017A KR 20170084017 A KR20170084017 A KR 20170084017A KR 101821608 B1 KR101821608 B1 KR 101821608B1
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김용국
김영신
최창호
김홍국
전광명
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a system and a method for losslessly encoding/decoding an acoustic sensor signal. The system for losslessly encoding/decoding an acoustic sensor signal comprises: an encoding device which performs fault detection on an array sensor signal inputted from a sensor array to separate a normal channel signal and a fault channel signal, losslessly encodes the normal channel signal, and does not encode the fault channel signal or losslessly encodes the fault channel signal after preprocessing depending on a preset transmission mode; and a decoding device which analyzes encoded frame information generated by the encoding device to be classified into at least one among a fault channel encoded bit stream, a normal channel encoded bit stream, a short-time average, transmission mode information, and sensor state information, decode the normal channel encoded bit stream, and uses the short-time average after decoding the fault channel encoded bit stream to perform postprocessing.

Description

음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법 {Encoding /Decoding System for Processing Lossless Acoustic Sensor Signal and Method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a system and a method for lossless encoding / decoding processing of a sound sensor signal,

본 발명은 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법 에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음향센서의 고장 유무를 판단하고, 그 판단결과에 따라 센서 신호를 무손실 부호화/복호화하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for lossless encoding / decoding of an acoustic sensor signal, and more particularly, to a system and method for determining the presence or absence of a failure of an acoustic sensor and lossless encoding / decoding of the sensor signal according to the determination result .

소나(SONAR, sound navigation and ranging)는 음파를 이용하여 수상 또는 수중에 있는 표적을 탐지하는 레이더 장비이다. 소나는 음파를 발생 및 수중에 방사하고, 수중의 물체로부터 반사되어 되돌아오는 반사파를 받아들여 이를 해석함으로써, 수상 및 수중의 표적을 탐지할 수 있도록 이루어진다.Sonar (sound navigation and ranging) is a radar equipment that uses sound waves to detect water or underwater targets. The sonar is generated so that sound waves are generated and radiated into water, and reflected waves reflected from an object in the water are received and analyzed to be able to detect water and underwater targets.

한편, 수십 개의 음향센서로 구성된 배열형태의 소나 시스템에서 획득되는 센서신호를 송수신 또는 저장하는데 있어서 데이터량 측면에서 어려움이 발생할 수 있다. 따라서 센서신호의 데이터량을 줄이기 위한 부호화(신호압축) 기술이 필요하다.On the other hand, in transmitting / receiving or storing sensor signals obtained in an array type sonar system composed of dozens of acoustic sensors, difficulties may arise in terms of data amount. Therefore, a coding (signal compression) technique is needed to reduce the amount of data of the sensor signal.

또한, 수십 개의 음향센서로 구성된 배열형태의 소나 시스템을 운용하는데 있어, 센서에 대한 물리적 또는 전기적인 충격에 의해 음향센서에 고장이 발생할 수 있다. 이러한 고장 또는 결함이 발생한 센서 신호는 센서 결함에 따른 잡음의 유입 등으로 인해 오탐지 가능성이 높아지는 등 소나 시스템의 탐지 성능 저하를 야기한다.In addition, in operating an array type sonar system composed of dozens of acoustic sensors, a failure may occur in the acoustic sensor due to physical or electrical shock to the sensor. The sensor signal in which such a failure or defect occurs causes a deterioration in the detection performance of the backlight or the system in which the possibility of false detection is increased due to the influx of noise due to the sensor defect.

선행기술1: 한국공개특허 제2006-0014903호(발명의 명칭: 센서의 고장 유형 판단 시스템 및 그 방법)Prior Art 1: Korean Laid-Open Patent Application No. 2006-0014903 (Title of the invention: Fault-type determination system and method thereof)

본 발명의 목적은 미약한 표적신호를 탐지해야 하는 소나 시스템에서 센서신호를 정보손실 없이 부호화하도록 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a system and method for a lossless signal encoding / decoding processing of a sound sensor signal which causes a sensor signal to be encoded without information loss in a sonar system in which a weak target signal must be detected.

본 발명의 다른 목적은 음향 센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 센서신호를 부호화하지 않거나, 전처리 수행을 통하여 압축율을 향상할 수 있는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a system and method for lossless encoding / decoding processing of an acoustic sensor signal which can determine whether a failure of an acoustic sensor has occurred, and which does not encode a sensor signal determined as a failure, .

한편, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 센서상태정보를 생성하는 센서채널 고장탐지기, 상기 센서상태정보를 이용하여 상기 배열 센서신호를 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하는 디멀티플렉서, 상기 디멀티플렉서에서 분리된 정상채널신호를 무손실 부호화하는 제1 부호화기, 기 디멀티플렉서에서 분리된 고장채널신호를 기 설정된 송신모드에 근거하여 전처리 수행 후, 무손실 부호화하는 고장채널신호 처리기, 상기 센서상태정보, 상기 제1 부호화기에서 부호화된 정상채널 부호화 비트스트림, 고장채널신호 처리기에서 생성된 고장채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보 중 적어도 하나를 통합하여 부호화 프레임정보를 생성하는 멀티플렉서를 포함하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a sensor system including a sensor channel failure detector for detecting a failure of an array sensor signal input from a sensor array to generate sensor status information, A demultiplexer for demultiplexing the array sensor signal into a normal channel signal and a faulty channel signal, a first encoder for losslessly encoding the normal channel signal separated from the demultiplexer, and a demultiplexer for demultiplexing the demultiplexed channel signal, A normal channel coded bit stream coded by the first coder, a fault channel coded bit stream generated by a fault channel signal processor, a short-time average, a transmission error signal, Mode information to generate encoded frame information A coding device for lossless coding of a sound sensor signal including a multiplexer for generating a sound signal is provided.

상기 센서채널 고장탐지기는, 현재 설정된 동작모드를 판단하는 동작모드 판단부, 동작모드가 고전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 실효치를 계산하고, 각 센서신호의 실효치를 기초로 각 센서신호의 실효치 교차율을 계산하며, 그 실효치 교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산하고, 상기 제1 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여 각 채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단하는 고전력 모드 고장탐지기, 동작모드가 저전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 영교차율을 계산하고, 각 센서신호의 영교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하며, 상기 제2 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여, 각 채널과 관련된 음향센서의 고장 여부를 판단하는 저전력 모드 고장탐지기를 포함할 수 있다. The sensor channel failure detector includes an operation mode determination unit for determining a currently set operation mode, and a controller for calculating an effective value for each sensor signal when the operation mode is the high power mode, and calculating an effective value of each sensor signal based on the effective value of each sensor signal Calculates a cross rate, calculates a first parameter which is a failure judgment scale for each channel by using the effective cross rate, compares the first parameter with a predefined threshold, and judges whether the acoustic sensor related to each channel is faulty Calculating a zero crossing rate for each sensor signal when the high power mode failure detector is in a low power mode and calculating a second parameter which is a failure judgment scale for each channel using the zero crossing rate of each sensor signal, A low-power mode fault detector that compares parameters to predefined thresholds to determine if the acoustic sensors associated with each channel are faulty. Can.

상기 고장채널신호 처리기는, 현재 설정된 송신모드가 온(on)상태 또는 오프(off)상태인지 판단하는 송신모드 판단부, 송신모드가 온상태인 경우, 상기 고장채널신호에 대해 전처리를 수행하는 고장채널신호 전처리기, 상기 전처리된 고장채널신호를 무손실 부호화하여 상기 멀티플렉서로 전송하는 제2 부호화기를 포함하고, 상기 송신모드 판단부는 송신모드가 오프상태인 경우, 송신모드정보를 상기 멀티플렉서로 전송할 수 있다. Wherein the failure channel signal processor comprises: a transmission mode determination unit for determining whether a currently set transmission mode is an on state or an off state; a failure detection unit for performing a pre-processing on the failure channel signal when the transmission mode is on A channel signal preprocessor, and a second encoder for losslessly encoding the preprocessed fault channel signal and transmitting the preprocessed fault channel signal to the multiplexer. The transmission mode determiner may transmit the transmission mode information to the multiplexer when the transmission mode is off .

상기 고장채널신호 전처리기는, 상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하는 산출부, 상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하는 양자화부, 상기 양자화부에서 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하여 전처리된 신호를 생성하는 전처리 신호 생성부를 포함할 수 있다. The fault channel signal preprocessor includes a calculator for calculating a short-time average of the fault channel signal, a quantizer for scalar quantization and dequantization of the short-time average to convert the short channel into an integer value, and a pre-processing signal generator for generating a pre-processed signal by subtracting -time average from the fault channel signal.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 부호화 프레임정보를 분석하여 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하는 디멀티플렉서, 상기 정상채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 정상채널신호를 출력하는 제1 복호화기, 상기 고장채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 고장채널신호를 출력하는 제2 복호화기, 상기 제2 복호화기에서 출력된 고장채널신호에 대하여 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하는 고장채널신호 후처리기, 상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 복호화 배열 센서신호를 재구성하는 멀티플렉서를 포함하는 복호화 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a decoding apparatus for decoding encoded frame information and demultiplexing the encoded frame information into at least one of a fault channel coding bit stream, a normal channel coding bit stream, a short-time average, transmission mode information, A first decoder for losslessly decoding the stream and outputting a normal channel signal, a second decoder for lossless decoding the error-channel-coded bitstream to output a faulty channel signal, a second decoder for outputting a faulty channel signal output from the second decoder, A fault channel signal post-processor for performing post-processing using the short-time average, a multiplexer for reconstructing a decoded array sensor signal using the post-processed fault channel signal, the normal channel signal, the transmission mode information, Is provided.

상기 멀티플렉서는, 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호에 해당하는 신호 값을 0값으로 설정하여 배열 센서신호를 재구성하고, 송신모드정보가 온(On)인 경우 상기 후처리된 고장채널신호를 이용하여 배열 센서신호를 재구성할 수 있다. When the transmission mode information is off, the multiplexer reconfigures the array sensor signal by setting a signal value corresponding to the failure channel signal to a value of 0, and when the transmission mode information is on, The faulty channel signal can be used to reconstruct the array sensor signal.

상기 제1 복호화기 또는 제2 복호화기는 MPEG-4 ALS 복호화기일 수 있다. The first decoder or the second decoder may be an MPEG-4 ALS decoder.

상기 고장채널신호 후처리기는, 상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하여 출력할 수 있다. The faulty channel signal post-processor may sum the short-time average to the faulty channel signal and output the short-time average.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하고, 정상채널신호의 경우 무손실 부호화하며, 고장채널신호의 경우 기 설정된 송신모드에 따라 부호화하지 않거나 전처리 후 무손실 부호화하는 부호화 장치, 상기 부호화 장치에서 생성된 부호화 프레임 정보를 분석하여, 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하고, 정상채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화하며, 고장채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화 후 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하고, 상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 배열 센서신호를 재구성하는 복호화 장치를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting failure of an array sensor signal input from a sensor array, separating the array sensor signal into a normal channel signal and a fault channel signal, performing lossless coding for a normal channel signal, A coding apparatus for coding a signal, a coding apparatus for performing no-loss coding after pre-processing or not according to a predetermined transmission mode, and a coding apparatus for analyzing coding frame information generated by the coding apparatus to generate a fault channel coding bit stream, a normal channel coding bit stream, Transmission mode information, and sensor status information, performs lossless decoding for a normal channel coded bit stream, performs post-processing using the short-time average after lossless decoding for a failed channel coded bit stream, Processed fault channel signal, normal channel signal, transmission mode information, sensor status information Utilized may include a decoding unit for reconstructing the array sensor signals.

상기 부호화 장치는, 설정된 송신모드가 온상태인 경우 상기 고장채널신호에 대해 전처리 후 무손실 부호화하고, 오프상태인 경우 상기 고장채널신호를 부호화하지 않고 송신모드정보만을 출력할 수 있다. The encoding apparatus can output only the transmission mode information without coding the fault channel signal when the transmission mode is set to the ON state and in the OFF state without coding the fault channel signal after the preprocessing.

상기 전처리는, 상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하고, 상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하며, 상기 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하는 것을 의미할 수 있다. The pre-processing may include calculating a short-time average for the failed channel signal, converting the short-time average to an integer value by scalar quantization and dequantization, and subtracting the converted short-time average from the fault channel signal It can mean something.

상기 후처리는 상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다. And the post-processing may add the short-time average to the fault channel signal.

본 발명에 따르면, 음향 센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 센서신호를 부호화하지 않거나, 전처리 수행 후 부호화 함으로써, 미약한 표적신호를 탐지해야 하는 소나 시스템에서 센서신호를 정보손실 없이 부호화할 수 있다. According to the present invention, it is possible to determine whether or not a failure of an acoustic sensor has occurred, encode a sensor signal judged as a failure, perform coding after performing a preprocessing, and encode a sensor signal without information loss in a sonar system, can do.

또한, 센서신호의 자동고장 판단을 통한 고장 채널에 대한 사전 배제를 통해 센서신호의 압축 데이터량 감축과 동시에 압축 시 소요되는 계산량 감축이 가능하다. 이로 인해, 제한된 통신환경 및 연산량 및 전력 환경이 제한된 장비에서 효과적으로 사용할 수 있다. In addition, it is possible to reduce the amount of compressed data of the sensor signal and reduce the amount of calculation required for compression through the exclusion of the fault channel through automatic fault detection of the sensor signal. As a result, it can be effectively used in a limited communication environment, equipment with a limited amount of computation and power environment.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects can be included within the scope of what is well known to a person skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향센서신호의 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 센서채널 고장탐지기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 도 2에 도시된 고장채널신호 전처리기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 6은 도 5에 도시된 고장채널신호 후처리기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치가 음향센서신호를 무손실 부호화하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 채널 고장 탐지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치가 채널신호를 복호화 하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating a system for lossless encoding / decoding processing of an acoustic sensor signal according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a configuration of an encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing the configuration of the sensor channel failure detector shown in FIG.
4 is a block diagram showing the configuration of the fault channel signal preprocessor shown in FIG.
5 is a block diagram schematically showing a configuration of a decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining the operation of the fault channel signal post-processor shown in FIG.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for lossless coding an acoustic sensor signal by an encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a sensor channel failure detection method according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of decoding a channel signal by a decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.The foregoing and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 ' 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a system and method for a lossless signal encoding / decoding process of a sound signal according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical spirit of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto. In addition, the matters described in the attached drawings may be different from those actually implemented by the schematic drawings to easily describe the embodiments of the present invention.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다. In the meantime, each constituent unit described below is only an example for implementing the present invention. Thus, in other implementations of the present invention, other components may be used without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, each component may be implemented solely by hardware or software configuration, but may be implemented by a combination of various hardware and software configurations performing the same function. Also, two or more components may be implemented together by one hardware or software.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. Also, the expression " comprising " is intended to merely denote that such elements are present as an expression of " open ", and should not be understood to exclude additional elements.

일반적으로 고장 센서 신호의 경우 다른 정상 채널 신호에 비해 비이상적으로 크거나 작은 실효치 값을 보인다. 그래서 기존의 센서 결함 진단은 전체 센서에 입력되는 신호의 실효치를 각 센서 채널 별로 측정하여 운용 화면에 전시하고, 인접 센서 채널과의 실효치 차이가 가시적으로 크게 발생하는 경우 운용자가 주관적으로 센서의 결함 유무를 수동 판단하는 개념이 주로 적용되고 있다.Generally, the fault sensor signal has a rms value that is larger or smaller than the other normal channel signals. Therefore, in the conventional diagnosis of the sensor defect, the effective value of the signal input to the entire sensor is measured for each sensor channel and is displayed on the operation screen. When the difference in the effective value between the sensor channel and the adjacent sensor channel is visually large, The concept of manual judgment is mainly applied.

그런데 센서 배열 주변의 환경 소음이 크게 증가하는 경우, 인접 센서에 입력되는 신호의 실효치가 증가하게 되고, 고장이 발생한 채널과 정상 채널 간의 실효치 차이를 가시적으로 분간하기 어렵게 된다. 따라서 종래 방법으로는 고장이 발생한 채널과 정상 채널을 구분이 힘들어진다.However, when the environmental noise around the sensor array increases greatly, the effective value of the signal input to the adjacent sensor increases, and it becomes difficult to visually distinguish the difference in the effective value between the faulty channel and the normal channel. Therefore, according to the conventional method, it is difficult to distinguish a channel in which a failure occurs and a normal channel.

또한 운용자가 수동으로 고장 판단을 수행하기 때문에 고장 센서 채널에 대한 즉시 대응이 불가능하고 고장 센서로 판별되어 해당 센서 채널에 대한 고장 처리를 수행하기 전까지 센서 고장에 따른 잡음의 유입이 진행되어 탐지 시스템에서 오탐지가 지속적으로 발생할 수 있다.In addition, since the operator performs manual fault diagnosis, it is not possible to immediately respond to the fault sensor channel, and the sensor is judged as a fault sensor, so that the noise is introduced due to the fault of the sensor before the fault processing for the corresponding sensor channel is performed. False positives can continue to occur.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수중 음향 센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 센서신호를 부호화하지 않거나, 전처리 수행 후 부호화 함으로써, 미약한 표적신호를 탐지해야 하는 소나 시스템에서 센서신호를 무손실 부호화/복호화하는 기술에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a sonar system which can detect a malfunction of a submersible acoustic sensor, encode sensor signals judged as malfunctions, To a technique for lossless encoding / decoding a sensor signal.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향센서신호의 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템을 나타낸 도면이다. 1 is a diagram illustrating a system for lossless encoding / decoding processing of an acoustic sensor signal according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 음향센서 신호 무손실 처리 시스템은 수중음향센서(100)로부터 입력되는 배열 센서신호를 무손실 부호화하는 부호화 장치(200), 부호화 장치(200)에서 생성된 부호화 프레임 정보를 무손실 복호화하여 센서신호를 복원하는 복호화 장치(300)를 포함한다. 1, the acoustic sensor signal losslessness processing system includes an encoder 200 for losslessly encoding an array sensor signal input from an underwater acoustic sensor 100, a lossless decoding unit 220 for lossless decoding the encoded frame information generated by the encoder 200, And a decoding device (300) for restoring the sensor signal.

수중음향센서(100)는 시스템에서 발생되는 전기적신호를 음향신호로 변환하여 외부로 방출하고, 외부로부터 수신되는 음향신호를 전기적신호로 변환하도록 이루어진다. 수중음향센서(100)는 수중 음향 센서 어레이(sensor array), 수중 음향 센서 모듈들(acoustic sensor modules) 등으로 구현될 수 있다. The underwater acoustic sensor 100 converts an electrical signal generated in the system into an acoustic signal and emits it to the outside, and converts an acoustic signal received from the outside into an electrical signal. The underwater acoustic sensor 100 may be implemented as an underwater acoustic sensor array, acoustic sensor modules, or the like.

수중 음향 센서 어레이나 아날로그 디지털 변환(A/D conversion)을 수행하기 위해 수중 음향 센서 어레이 각각에 전원을 공급하는 멀티플렉서(multiplexer)가 고장 나면(break down), 센서 결함(sensor fault)이 발생한다. 센서 결함이 발생하면, 특정 센서로부터 입력되는 신호는 인접하는 센서들로부터 입력되는 신호들과 큰 차이값을 가진다. 부호화 장치(200)는 이 점에 착안하여 수중 음향 센서의 고장을 탐지한다. A multiplexer that supplies power to each underwater acoustical sensor array to perform an underwater acoustic sensor array or analog-to-digital conversion breaks down and a sensor fault occurs. When a sensor defect occurs, a signal input from a specific sensor has a large difference value from signals input from adjacent sensors. The encoding device 200 detects a failure of the underwater acoustic sensor in consideration of this point.

부호화 장치(200)는 음향센서 어레이(100)로부터 입력되는 배열센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리하고, 정상 채널 신호의 경우 무손실 부호화하며, 고장 채널 신호의 경우 전처리(pre-processing) 수행 후 무손실 부호화한다. 그러면, 부호화 장치(200)는 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 등을 포함하는 부호화 프레임 정보를 생성한다. The encoding apparatus 200 performs a failure detection on the array sensor signal input from the acoustic sensor array 100 and separates the signal into a normal channel signal and a failure channel signal. In the case of a normal channel signal, lossless coding is performed. Lossless coding is performed after pre-processing. Then, the encoding apparatus 200 generates encoded frame information including a failure channel encoded bit stream, a normal channel encoded bit stream, a short-time average, transmission mode information, and sensor status information.

즉, 부호화 장치(200)는 센서신호에 대하여 고장탐지를 수행하여, 정상으로 판단된 정상채널 신호는 MPEG-4 ALS(Audio Lossless Coding) 부호화기를 이용하여 무손실 부호화를 수행하여 MPEG-4 ALS 비트스트림 생성한다. 또한, 부호화 장치(200)는 고장으로 판단된 고장 채널 신호에 대하여 송신모드에 따라 부호화하지 않거나, 전처리 수행 후 무손실 부호화를 수행한다. 이때, 부호화 장치(200)는 고장 채널 신호 전송 모드인 경우, 전처리(pre-processing) 수행 후, MPEG-4 ALS 부호화기를 이용하여 무손실 부호화를 수행하여 MPEG-4 ALS 비트스트림 생성하고, 비전송 모드인 경우 해당 고장 채널 신호를 부호화하지 않고, 그 채널의 상태정보만을 결합한다. That is, the encoding apparatus 200 performs a failure detection on the sensor signal, and performs normalization of the normal channel signal, which is determined to be normal, to lossless encoding using an MPEG-4 ALS (Audio Lossless Coding) . In addition, the encoding apparatus 200 does not encode the failure channel signal determined as a failure according to the transmission mode, or performs lossless encoding after performing the pre-processing. At this time, in the case of the failure channel signal transmission mode, the encoding apparatus 200 generates an MPEG-4 ALS bitstream by performing lossless coding using an MPEG-4 ALS encoder after performing pre-processing, , The failure channel signal is not encoded and only the status information of the channel is combined.

이러한 부호화 장치(200)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하기로 한다. The coding apparatus 200 will be described in detail with reference to FIG.

복호화 장치(300)는 부호화 장치(200)에서 생성된 부호화 프레임 정보를 분석하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리하고, 정상 채널 신호의 경우 무손실 복호화하며, 고장 채널 신호의 경우 복호화 후 후처리(post-processing)한다. The decoding apparatus 300 analyzes the encoded frame information generated by the encoding apparatus 200 and separates the encoded frame information into a normal channel signal and a failed channel signal. The normal channel signal is lossless decoded. The decoded channel signal is decoded and post- post-processing.

즉, 복호화 장치(300)는 부호화된 비트스트림의 헤더정보를 분석하여, 정상으로 판단된 채널 신호의 부호화 비트스트림은 MPEG-4 ALS 복호화기를 이용하여 센서신호를 복원한다. 또한, 복호화 장치(300)는 고장으로 판단된 채널 신호의 부호화된 비트스트림에 대하여 MPEG-4 ALS 복호화기를 이용하여 무손실 복호화한 후, 후처리(post-processing)를 수행하여, 고장 채널 신호를 복원한다.That is, the decoding apparatus 300 analyzes the header information of the encoded bit stream, and restores the sensor bit stream using the MPEG-4 ALS decoder. In addition, the decoding apparatus 300 performs lossless decoding on the coded bit stream of the channel signal determined to be defective using the MPEG-4 ALS decoder, and then performs post-processing to restore the defective channel signal do.

이러한 복호화 장치(300)에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하기로 한다. The decoding apparatus 300 will be described in detail with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치의 구성을 나타낸 블럭도, 도 3은 도 2에 도시된 센서채널 고장탐지기의 구성을 나타낸 블럭도, 도 4는 도 2에 도시된 고장채널신호 전처리기의 구성을 나타낸 블럭도이다. FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of an encoding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the sensor channel failure detector shown in FIG. 2. FIG. Fig. 2 is a block diagram showing a configuration of a processor.

도 2를 참조하면, 부호화 장치(200)는 신호 획득부(210), 센서채널 고장탐지기(220), 디멀티플렉서(230), 제1 부호화기(240), 송신모드 판단부(250), 고장채널신호 전처리기(260), 제2 부호화기(270), 디멀티플렉서(280)을 포함한다. 2, the encoding apparatus 200 includes a signal acquisition unit 210, a sensor channel failure detector 220, a demultiplexer 230, a first encoder 240, a transmission mode determination unit 250, A pre-processor 260, a second encoder 270, and a demultiplexer 280.

신호 획득부(210)는 센서 어레이로부터 입력되는 배열 센서신호를 센서체널 고장탐지기(220)와 디멀티플렉서(230)로 전송한다. The signal acquisition unit 210 transmits the array sensor signals input from the sensor array to the sensor channel failure detector 220 and the demultiplexer 230.

센서채널 고장탐지기(220)는 신호 획득부(210)로부터 전송된 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 센서채널의 고장 여부를 판단한다. 이때, 센서채널 고장탐지기(220)는 시스템에 설정된 동작모드에 따라 다르게 고장탐지를 수행한다. 여기서, 동작모드는 고전력 모드와 저전력 모드를 포함할 수 있다.The sensor channel failure detector 220 performs a failure detection on the array sensor signal transmitted from the signal acquisition unit 210 to determine whether the sensor channel is malfunctioning. At this time, the sensor channel failure detector 220 performs the failure detection differently according to the operation mode set in the system. Here, the operation mode may include a high power mode and a low power mode.

센서채널 고장탐지기(220)에 대해 도 3을 참조하면, 센서채널 고장 탐지기(220)는 동작모드 판단부(222), 고전력 모드 고장탐지기(224), 저전력 모드 고장탐지기(226)를 포함한다. 3, the sensor channel failure detector 220 includes an operation mode determination unit 222, a high-power mode failure detector 224, and a low-power mode failure detector 226. [

동작모드 판단부(222)는 현재 시스템에 설정된 동작모드가 저전력 모드 또는 고전력 모드인지를 판단한다. 여기서, 저전력 모드는 압축을 수행하는 장비가 임베디드 보드 등 하드웨어 연산량이 제한된 경우, 이동운용을 위해 배터리 등을 사용하는 장비의 경우에 이용할 수 있고, 고전력 모드는 압축을 수행하는 장비가 PC 등 하드웨어 허용 연산량이 큰 경우, 케이블 등으로 연결되어 상시 전원 공급이 가능한 경우에 적용할 수 있다. The operation mode determination unit 222 determines whether the operation mode set in the current system is a low power mode or a high power mode. Here, the low power mode can be used in the case where the equipment performing the compression is limited to the hardware operation amount such as the embedded board, the equipment using the battery for the mobile operation, and the high power mode, When the amount of computation is large, it can be applied to a case in which a constant power supply is possible by a cable or the like.

고전력 모드인 경우, 고전력 모드 고장 탐지기(224)가 동작하고, 저전력 모드인 경우, 저전력 모드 고장 탐지기(226)가 동작한다. In the high power mode, the high power mode failure detector 224 operates and, in the low power mode, the low power mode failure detector 226 operates.

고전력 모드 고장 탐지기(224)는 입력되는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고, 선형적분이 수행된 각 채널 신호에 대하여 실효치(Root Mean Square)를 계산한다. 그런 후, 고전력 모드 고장 탐지기(224)는 각 채널신호의 실효치를 기초로 각 채널신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 계산하고, 그 실효치 교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산한다. 그런 후, 고전력 모드 고장 탐지기(224)는 각 채널의 제1 파라미터와 기 정의된 문턱값을 비교하여 각 채널의 고장여부를 판단한다. The high power mode failure detector 224 performs linear integration on the input sensor signal and calculates the root mean square (RMS) for each linearly integrated channel signal. Then, the high-power mode failure detector 224 calculates the Root Mean Square Crossing Rate of each channel signal based on the effective value of each channel signal, and calculates a failure determination criterion for each channel Calculate one parameter. Then, the high power mode failure detector 224 compares the first parameter of each channel with a predefined threshold to determine whether each channel is faulty.

이러한 고전력 모드 고장 탐지기(224)는 실효치 산출부(224a), 실효치 교차율 산출부(224b), 제1 파라미터 산출부(224c), 제1 고장채널 판단부(224d)를 포함한다. The high power mode failure detector 224 includes an effective value calculator 224a, an effective cross rate calculator 224b, a first parameter calculator 224c and a first failure channel determiner 224d.

실효치 산출부(224a)는 각 채널의 센서신호를 선형 적분한 후, 실효치를 산출한다. 즉, 실효치 산출부(224a)는 각 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행한다. 수중 음향 센서들로부터 M개 채널의 센서신호들이 입력되면, 실효치 산출부(224a)는 사전에 설정된 적분 시간 T를 기초로 이 M개 채널의 센서 신호들에 대하여 선형 적분을 수행할 수 있다. 이후 실효치 산출부(224a)는 각 채널의 센서 신호에 대한 실효치를 계산한다. 이때, 실효치 산출부(224a)는 다음 수학식 1을 이용하여 각 채널의 센서 신호에 대한 실효값(ri)을 계산할 수 있다.The rms value calculating unit 224a linearly integrates the sensor signals of the respective channels, and then calculates the rms value. That is, the effective-value calculating unit 224a performs linear integration on each sensor signal. When M channel sensor signals are inputted from the underwater acoustic sensors, the effective value calculating unit 224a can perform linear integration on the M channel sensor signals based on the predetermined integration time T. [ Then, the effective-value calculating unit 224a calculates the effective value of the sensor signal of each channel. At this time, the effective-value calculating unit 224a can calculate the effective value ri of each sensor signal of each channel by using the following equation (1).

Figure 112017063324875-pat00001
Figure 112017063324875-pat00001

상기에서 ri는 i번째 센서 채널의 실효치를 의미한다. M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다. N은 프레임의 크기(frame size)를 의미하며, T는 적분 시간(integration time)을 의미하며, 단위는 초(second)이다. xi(n)은 i번째 센서 신호의 n번째 샘플을 의미한다. 여기서 i는 채널의 개수를 의미하며, n은 각 채널당 샘플의 개수를 의미한다. xi(n)은 다음 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.In the above, ri denotes the effective value of the i-th sensor channel. M represents the total number of sensors included in the sensor array. N denotes a frame size, T denotes an integration time, and the unit is second. xi (n) denotes the n-th sample of the i-th sensor signal. Where i denotes the number of channels and n denotes the number of samples per channel. xi (n) can be defined by the following equation (2).

Figure 112017063324875-pat00002
Figure 112017063324875-pat00002

실효치 교차율 산출부(224b)는 각 채널 신호의 실효치를 기초로 각 채널 신호에 대하여 실효치 교차율(RMSCR: Root Mean Square Crossing Rate)을 계산한다. 이때, 실효치 교차율 산출부(224b)는 하기 수학식 3을 이용하여 각 채널 신호에 대한 실효치 교차율을 계산할 수 있다.The effective cross rate calculation unit 224b calculates an RMSCR (Root Mean Square Crossing Rate) for each channel signal based on the effective value of each channel signal. At this time, the effective cross rate calculation unit 224b may calculate an effective cross rate for each channel signal using the following equation (3).

Figure 112017063324875-pat00003
Figure 112017063324875-pat00003

상기에서 Ri는 i번째 채널의 센서신호에 대한 실효치 교차율을 의미한다. N은 프레임의 크기(frame size)를 의미하며, T는 적분 시간(integration time)을 의미한다. 또한, w(x)는 실효치 교차율, 즉 RMSCR 값을 계산하기 위한 교차 여부 판단 함수이며, 하기 수학식 4를 이용하여 구할 수 있다. w(x)는 직전 샘플 신호와 현재 샘플 신호의 값 사이에 실효치 값이 존재 하는 경우(실효치를 기준으로 교차하는 경우)에 증가값에 대해서는 1, 감소값에 대해서는 -1, 교차하지 않는 경우에는 0이 되는 함수이다.In the above, Ri denotes an effective value crossing rate for the sensor signal of the i-th channel. N denotes a frame size, and T denotes an integration time. In addition, w (x) is an intersection determination function for calculating an RMSCR value, that is, an RMSCR value, and can be obtained using the following equation (4). w (x) is 1 for the increase value and -1 for the decrease value when there is an effective value between the value of the immediately preceding sample signal and the value of the current sample signal (in the case of intersection based on the effective value) 0 is a function.

Figure 112017063324875-pat00004
Figure 112017063324875-pat00004

상기에서 ri는 i번째 채널 신호의 실효치(RMS)를 의미하고, v(x)는 영 교차율, 즉 ZCR 값을 계산하기 위한 교차 여부 판단 함수이다. v(x)는 직전 샘플 신호와 현재 샘플 신호의 값 사이에 0 값이 존재 하는 경우(0을 기준으로 교차하는 경우)에 증가값에 대해서는 1, 감소값에 대해서는 -1, 교차하지 않는 경우에는 0이 되는 함수이다. 0값을 교차하는 샘플 수를 카운트하는 v(x)에 대하여 실효치값 교차 샘플 수 카운트하는 함수로 확장한 함수가 w(x) 이다.In the above, ri is the effective value (RMS) of the i-th channel signal, and v (x) is an intersection determination function for calculating the zero crossing rate, that is, the ZCR value. v (x) is 1 for the increment value and -1 for the decrease value when there is a 0 value between the value of the immediately preceding sample signal and the value of the current sample signal (when the value crosses with 0) 0 is a function. The function w (x) is extended to a function that counts the number of cross-samples of the rms value for v (x) that counts the number of samples that cross zero.

이처럼 실효치 교차율 산출부(224b)는 제1 센서신호의 실효치와 제1 채널로 입력된 제2 센서신호를 기초로 제1 센서신호의 실효치 교차율을 계산할 수 있다.As described above, the effective cross rate calculation unit 224b can calculate the effective cross rate of the first sensor signal based on the effective value of the first sensor signal and the second sensor signal input to the first channel.

제1 파라미터 산출부(224c)는 각 센서신호의 실효치 교차율을 기초로 각 센서채널의 고장 판단을 위한 제1 파라미터를 산출한다. 즉, 제1 파라미터 산출부(224c)는 각 채널 신호에 대한 실효치 교차율을 기초로 최종적으로 고장 센서인지 여부를 판단하기 위한 채널별 고장 판단 파라미터를 계산한다. 이때, 제1 파라미터 산출부(224c)는 수학식 5를 이용하여 채널별 고장판단을 위한 제1 파라미터((

Figure 112017063324875-pat00005
)를 각각 계산할 수 있다.The first parameter calculator 224c calculates a first parameter for determining the failure of each sensor channel on the basis of the effective cross ratio of each sensor signal. That is, the first parameter calculator 224c calculates a channel-by-channel failure determination parameter for determining whether or not the sensor is a failure sensor based on the effective cross ratio for each channel signal. At this time, the first parameter calculator 224c calculates a first parameter ((
Figure 112017063324875-pat00005
Respectively.

Figure 112017063324875-pat00006
Figure 112017063324875-pat00006

상기에서

Figure 112017063324875-pat00007
는 i번째 채널 센서가 고장센서인지 여부를 판단하기 위한 파라미터를 의미한다. M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다.In the above,
Figure 112017063324875-pat00007
Denotes a parameter for determining whether the i-th channel sensor is a failure sensor. M represents the total number of sensors included in the sensor array.

제1 고장채널 판단부(224d)는 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 제1채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단한다. 즉, 제1 고장채널 판단부(224d)는 각 채널에 대한 고장판단 파라미터인 제1 파라미터와 기 정의된 고장판단 임계치를 비교하여 각 센서의 고장여부를 판단한다. 이때, 제1 고장채널 판단부(224d)는 i번째 센서 채널의 제1 파라미터 값이 제1 최소 문턱값보다 크고, 제1 최대 문턱값보다 작은 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단한다. 또한, 제1 고장채널 판단부(224d)는 i번째 센서 채널의 제1 파라미터 값이 제1 최소 문턱값보다 작거나, 제1 최대 문턱값보다 큰 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단한다. The first fault channel determination unit 224d compares the first parameter with at least one first threshold value to determine whether the acoustic sensor associated with the first channel is faulty. That is, the first failure channel determination unit 224d compares the first parameter, which is a failure determination parameter for each channel, with a predefined failure determination threshold to determine whether each sensor is faulty. At this time, the first failure channel determination unit 224d determines the i-th channel as a failure channel when the first parameter value of the i-th sensor channel is larger than the first minimum threshold value and smaller than the first maximum threshold value. The first failure channel determination unit 224d determines that the i-th channel is a failure channel when the first parameter value of the i-th sensor channel is smaller than the first minimum threshold value or greater than the first maximum threshold value.

다음으로, 저전력 모드 고장 탐지기(226)는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고, 선형 적분이 수행된 각 채널 입력 신호에 대하여 영교차율(Zero Crossing Rate)을 계산한다. 그런 후, 저전력 모드 고장 탐지기(226)는 영교차율을 이용하여 영교차율 기반 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하고, 각 채널의 고장판단을 위한 제2 파라미터와 기 정의된 문턱값을 비교하여, 각 채널의 고장 여부를 판단한다. Next, the low power mode failure detector 226 performs a linear integration on the sensor signal and calculates a zero crossing rate for each channel input signal on which the linear integration is performed. Then, the low-power mode failure detector 226 calculates a second parameter, which is a zero crossing rate-based failure determination criterion, using the zero crossing rate, compares the second parameter for determining the failure of each channel with a predetermined threshold, And judges whether or not each channel is faulty.

이러한 저전력 모드 고장 탐지기(226)는 영교차율 산출부(226a), 제2 파라미터 산출부(226b), 제2 고장채널 판단부(226c)를 포함한다. The low power mode failure detector 226 includes a zero crossing rate calculation unit 226a, a second parameter calculation unit 226b, and a second failure channel determination unit 226c.

영교차율 산출부(226a)는 각 채널의 센서신호를 선형 적분한 후, 영교차율(ZCR: Zero Crossing Rate)을 산출한다. 즉, 영교차율 산출부(226a)는 입력되는 센서신호에 대하여 기 설정된 적분시간에 대하여 선형적분을 수행하고, 선형적분이 수행된 각 채널 신호의 영교차율을 계산한다. 이때, 영교차율 산출부(226a)는 수학식 6을 이용하여 영교차율(Zi)을 구할 수 있다. The zero crossing rate calculator 226a linearly integrates the sensor signals of the respective channels, and calculates a zero crossing rate (ZCR). That is, the zero crossing rate calculator 226a linearly integrates the input sensor signal with respect to the predetermined integration time, and calculates the zero crossing rate of each channel signal subjected to the linear integration. At this time, the zero crossing rate calculator 226a can calculate the zero crossing rate Zi using Equation (6).

Figure 112017063324875-pat00008
Figure 112017063324875-pat00008

제2 파라미터 산출부(226b)는 각 센서신호의 영교차율을 기초로 각 채널의 고장판단을 위한 제2 파라미터를 각각 산출한다. 이때, 제2 파라미터 산출부(226b)는 수학식 7을 이용하여 각 채널의 고장판단을 위한 제2 파라미터를 산출할 수 있다. The second parameter calculator 226b calculates a second parameter for determining the failure of each channel on the basis of the zero crossing rate of each sensor signal. At this time, the second parameter calculator 226b may calculate the second parameter for determining the failure of each channel using Equation (7).

Figure 112017063324875-pat00009
Figure 112017063324875-pat00009

제2 고장채널 판단부(226c)는 제2 파라미터와 기 정의된 제2 임계치(threshold)를 비교하여 각 채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단한다. 즉, 제2 고장채널 판단부(226c)는 각 채널의 고장판단 파라미터인 제2 파라미터와 고장판단 문턱값을 비교하여, 각 채널의 고장여부를 판단한다. 이때, 제2 고장채널 판단부(226c)는 i번째 센서 채널의 제2 파라미터 값이 기 정의된 최소 문턱값보다 큰 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단하고, i번째 센서 채널의 제2 파라미터 값이 최소 문턱값보다 작은 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단한다. The second fault channel determination unit 226c compares the second parameter with a predefined second threshold to determine whether the acoustic sensor associated with each channel is faulty. That is, the second failure channel determination unit 226c compares the second parameter, which is a failure determination parameter of each channel, with the failure determination threshold value, and determines whether or not each channel is faulty. If the second parameter value of the i-th sensor channel is greater than the predefined minimum threshold value, the second failure channel determination unit 226c determines that the i-th channel is a failure channel and the second parameter value Is smaller than the minimum threshold value, the i-th channel is determined as a failure channel.

상기와 같이 구성된 센서채널 고장탐지기(220)는 각 채널의 센서신호의 고장여부를 판단하고, 그 판단결과에 따른 센서상태정보를 생성하여 디멀티플렉서(230)와 멀티플렉서(280)로 전송한다. 여기서, 센서상태정보는 센서식별정보, 각 센서의 고장(정상) 여부 등을 포함할 수 있다. The sensor channel fault detector 220 configured as described above determines whether the sensor signal of each channel is faulty, generates sensor state information according to the determination result, and transmits the sensor state information to the demultiplexer 230 and the multiplexer 280. Here, the sensor status information may include sensor identification information, whether or not each sensor is normal (normal), and the like.

다시 도 2를 참조하면, 디멀티플렉서(230)는 센서상태정보를 이용하여 배열 센서신호를 정상채널신호와 고장채널신호로 분리한다. 즉, 디멀티플렉서(230)는 신호 획득부(210)로부터 전송된 센서신호를 센서채널 고장탐지기(230)로부터 전송된 채널상태정보에 근거하여 정상채널신호와 고장채널신호로 분리한다. 채널상태정보는 센서채널 식별정보와 고장여부를 포함하므로, 디멀티플렉서(230)는 각 센서신호를 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리할 수 있다. 그런 후, 디멀티플렉서(230)는 정상채널신호를 제1 부호화기(240)로 전송하고, 고장채널신호를 송신모드 판단부(250)로 전송한다. Referring again to FIG. 2, the demultiplexer 230 separates the array sensor signal into a normal channel signal and a fault channel signal using the sensor state information. That is, the demultiplexer 230 separates the sensor signal transmitted from the signal acquisition unit 210 into a normal channel signal and a failed channel signal based on the channel state information transmitted from the sensor channel failure detector 230. Since the channel status information includes the sensor channel identification information and the failure status, the demultiplexer 230 can separate each sensor signal into a normal channel signal and a failure channel signal. Then, the demultiplexer 230 transmits the normal channel signal to the first encoder 240 and transmits the failure channel signal to the transmission mode determination unit 250.

제1 부호화기(240)는 디멀티플렉서(230)로부터 전송된 정상채널신호를 무손실 부호화한다. 여기서, 제1 부호화기(240)는 MPEG-4 ALS 부호화기일 수 있고, 정상채널신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다. The first encoder 240 losslessly encodes the normal channel signal transmitted from the demultiplexer 230. Here, the first encoder 240 may be an MPEG-4 ALS encoder, MPEG-4 ALS-encodes a normal channel signal, and outputs an MPEG-4 ALS encoded bitstream.

송신모드 판단부(250)는 현재 시스템에 설정된 송신모드가 온(om)상태인지 또는 오프(off)상태인지를 판단하고, 그 판단결과에 따라 고장채널신호의 전처리가 수행되도록 한다. 즉, 송신모드 판단부(250)는 고장채널신호에 대하여 송신모드가 오프인 경우 고장채널신호에 대한 송신모드정보를 멀티플렉서(280)로 전송하고, 송신모드가 온인 경우 고장채널신호를 고장채널신호 전처리기(260)로 전송한다. The transmission mode determination unit 250 determines whether the transmission mode set in the current system is on or off and performs preprocessing of the faulty channel signal according to the determination result. That is, when the transmission mode is off with respect to the failure channel signal, the transmission mode determination unit 250 transmits the transmission mode information on the failure channel signal to the multiplexer 280. When the transmission mode is on, the transmission mode determination unit 250 determines the failure channel signal as the failure channel signal And transmits it to the preprocessor 260.

송신모드 판단부(250)는 모든 고장채널신호를 무손실 부호화하는 것이 아니라, 송신모드가 오프인 고장채널신호는 부호화하지 않고, 송신모드가 온인 고장채널신호는 전처리 수행 후 부호화되도록 함으로서, 센서신호의 압축 데이터량을 감소시킬 수 있다. The transmission mode determination unit 250 does not code all the fault channel signals but codes the fault channel signals whose transmission mode is OFF and the transmission mode is ON after performing the preprocessing, The amount of compressed data can be reduced.

고장채널신호 전처리기(260)는 고장 채널 신호에 대해 무손실 부호화하기 전에 전처리(pre-processing) 수행한다. 즉, 고장채널신호 전처리기(260)는 고장 채널 신호에 대하여 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 16-bit 양자화기를 이용하여 정수값으로 변환하며, 고장채널신호에서 정수값으로 변환된 평균값을 차감하여 전처리된 신호를 생성한다. 고장채널의 경우 특정 값으로 편향(biased)되어 신호가 출력된다. 신호의 분산값이 작을수록 압축 효율이 좋아지므로, 이를 위하여 고장 채널에 대한 신호 값의 편향 성분을 제거하도록 평균값을 차감한다. The fault channel signal preprocessor 260 performs pre-processing on the fault channel signal before lossless coding. That is, the faulty channel signal preprocessor 260 calculates an average value for the faulty channel signal, converts the calculated average value to an integer value using a 16-bit quantizer, subtracts the average value converted from the faulty channel signal to an integer value Thereby generating a preprocessed signal. In the case of a fault channel, the signal is biased to a specific value. The smaller the variance of the signal is, the better the compression efficiency becomes. Therefore, the mean value is subtracted to eliminate the deflection component of the signal value for the fault channel.

이러한 고장채널신호 전처리기(260)에 대해 도 4를 참조하면, 고장채널신호 전처리기(260)는 평균값 산출부(262), 양자화부(264), 전처리 신호 생성부(268)를 포함한다. 4, the fault channel signal preprocessor 260 includes an average value calculating unit 262, a quantizing unit 264, and a preprocessing signal generating unit 268.

평균값 산출부(262)는 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 계산한다. 이때, 평균값 산출부(262)는 수학식 8을 이용하여 short-time average(

Figure 112017063324875-pat00010
)를 계산할 수 있다. The average value calculation unit 262 calculates a short-time average for the failed channel signal. At this time, the average value calculator 262 calculates the short-time average (
Figure 112017063324875-pat00010
) Can be calculated.

Figure 112017063324875-pat00011
Figure 112017063324875-pat00011

여기서, M은 고장채널신호 센서들의 전체 개수를 의미한다.

Figure 112017063324875-pat00012
은 고장채널신호이고, i는 고장 센서 채널 번호, m은 프레임 번호를 의미한다. N은 1개 프레임 번호에 있는 전체 샘플 수를 의미한다. 따라서, 수학식 8은 i번째 센서에 수신되는 센서신호에 대하여 m번째 프레임의 전체 샘플에 대한 평균을 계산하는 의미한다. Where M denotes the total number of fault channel signal sensors.
Figure 112017063324875-pat00012
I is a fault sensor channel number, and m is a frame number. N means the total number of samples in one frame number. Accordingly, Equation (8) means to calculate an average of all samples of the m-th frame with respect to the sensor signal received by the i-th sensor.

양자화부(264)는 평균값 산출부(262)에서 계산된 short-time average를 16비트 양자화하여 정수값으로 변환한다. 즉, 양자화부(264)는 short-time average를 16비트 스칼라양자화부(Q) 및 비양자화부(Q-1)를 이용하여 값을 변환한다. 이때, 양자화부(264)는 수학식 9를 이용하여 short-time average의 값을 변환한다. The quantization unit 264 quantizes the short-time average calculated by the average value calculation unit 262 by 16 bits and converts it into an integer value. That is, the quantization unit 264 converts the value using the 16-bit scalar quantization unit Q and the non-quantization unit Q-1. At this time, the quantization unit 264 transforms the value of the short-time average using Equation (9).

센서신호 값은 16비트 정수로 양자화 되어있는 값이며, 부호화기의 입력으로 16비트 정수값을 입력해야 한다. 센서신호에 대해 평균을 취하는 경우, 부동소수 값이 나오기 때문에 이를 원래 센서신호에서 빼주게 되면 결과값 역이 부동소수 값이 되므로, 이를 방지하기 위하여 평균에 대해 정수만 취하기 위하여 스칼라양자화부(Q) 및 비양자화부(Q-1)를 이용해 16비트 정수값으로 변환하게 된다. The sensor signal value is a 16-bit integer quantized value, and a 16-bit integer value must be input as the input of the encoder. In the case of taking an average of the sensor signal, a floating-point value is outputted. Therefore, if the original sensor signal is subtracted from the original sensor signal, the resultant value becomes a floating-point value. To prevent this, the scalar quantization unit And converts it to a 16-bit integer value using the non-quantization unit (Q-1).

Figure 112017063324875-pat00013
Figure 112017063324875-pat00013

양자화부(264)는 변환된 short-time average를 멀티플렉서(280)로 전송한다.The quantization unit 264 transmits the converted short-time average to the multiplexer 280.

전처리 신호 생성부(268)는 양자화부(264)에서 변환된 short-time average를 고장 채널 신호에서 차감하여 전처리된 신호를 생성한다. 즉, 전처리 신호 생성부(268)는 수학식 10을 이용하여 전처리된 신호(

Figure 112017063324875-pat00014
)를 생성한다. The preprocessing signal generator 268 subtracts the short-time average converted by the quantizer 264 from the failure channel signal to generate a preprocessed signal. That is, the preprocess signal generator 268 generates the preprocessed signal (
Figure 112017063324875-pat00014
).

Figure 112017063324875-pat00015
Figure 112017063324875-pat00015

전처리 신호 생성부(268)는 전처리된 고장채널신호를 제2 부호화기(270)로 전송한다.The preprocessing signal generator 268 transmits the preprocessed fault channel signal to the second encoder 270.

제2 부호화기(270)는 고장채널신호 전처리부(260)로부터 전송된 전처리된 고장채널신호를 무손실 압축한다. 여기서, 제2 부호화기(270)는 MPEG-4 ALS 부호화기일 수 있고, 전처리된 고장채널신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다. The second encoder 270 losslessly compresses the preprocessed fault channel signal transmitted from the faulty channel signal preprocessing unit 260. Here, the second encoder 270 may be an MPEG-4 ALS encoder, and performs MPEG-4 ALS coding on the preprocessed failure channel signal to output an MPEG-4 ALS encoded bitstream.

상기에서 설명한 송신모드 판단부(250), 고장채널신호 전처리기(260), 제2 부호화기(270)를 합하여 고장채널신호 처리기로 칭할 수 있고, 고장채널신호처리기는 디멀티플렉서(230)에서 분리된 고장채널신호를 기 설정된 송신모드에 근거하여 전처리 수행 후, 무손실 부호화하며, 송신모드 판단부(250), 고장채널신호 전처리기(260), 제2 부호화기(270)를 포함한다고 할 수도 있다. The transmission mode determination unit 250, the failure channel signal preprocessor 260, and the second encoder 270 may be combined to be referred to as a failure channel signal processor. The failure channel signal processor may include a failure The channel signal is subjected to pre-processing based on a predetermined transmission mode, and is losslessly encoded. The transmission mode determination unit 250, the faulty channel signal preprocessor 260, and the second encoder 270 may be included.

멀티플렉서(280)는 제1 및 제2 부호화기(240,270)에서 압축된 부호화 비트스트림, 고장채널신호 전처리기(260)에서 생성된 short-time average, 고장채널 신호에 대한 송신모드정보, 센서상태정보 등을 통합하여 부호화 프레임정보를 생성한다.The multiplexer 280 multiplexes the encoded bit stream compressed by the first and second encoders 240 and 270, the short-time average generated by the failure channel signal preprocessor 260, transmission mode information on the failure channel signal, To generate encoded frame information.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 6은 도 5에 도시된 고장채널신호 후처리기의 동작을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5 is a block diagram schematically showing a configuration of a decoding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the fault channel signal post-processor shown in FIG.

도 5를 참조하면, 복호화 장치(300)는 디멀티플렉서(310), 제1 복호화기(320), 제2 복호화기(330), 고장채널신호 후처리기(340), 멀티플렉서(350)를 포함한다. 5, the decoding apparatus 300 includes a demultiplexer 310, a first decoder 320, a second decoder 330, a faulty channel signal post-processor 340, and a multiplexer 350.

디멀티플렉서(310)는 부호화 프레임정보의 헤더정보를 분석하여 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 등으로 분리한다. 이때, 디멀티플렉서(310)는 정상채널 부호화 비트 스트림을 제1 복호화기(320)로 전송, 고장채널 부호화 비트스트림을 제2 복호화기(330)로 전송, short-time average를 고장채널신호 후처리기(340)로 전송, 송신모드정보와 센서상태정보는 멀티플렉서(350)로 전송한다. The demultiplexer 310 analyzes the header information of the encoded frame information and separates the encoded channel bit stream, the normal channel encoded bit stream, the short-time average, the transmission mode information, and the sensor status information. At this time, the demultiplexer 310 transmits the normal channel encoded bit stream to the first decoder 320, the fail channel encoded bit stream to the second decoder 330, and outputs the short-time average to the failed channel signal post- 340, and transmits the transmission mode information and the sensor status information to the multiplexer 350.

제1 복호화기(320)는 디멀티플렉서(310)에서 분리된 정상채널 부호화스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 정상 채널신호로 복원하고, 복원된 정상 채널신호를 멀티플렉서(350)로 출력한다. 이때, 제1 복호화기는 MPEG-4 ALS 복호화기일 수 있다. The first decoder 320 performs MPEG-4 ALS decoding on the normal channel coded stream demultiplexed by the demultiplexer 310 to recover the normal channel signal, and outputs the restored normal channel signal to the multiplexer 350. In this case, the first decoder may be an MPEG-4 ALS decoder.

제2 복호화기(330)는 디멀티플렉서(310)에서 분리된 고장채널 부호화스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 고장채널신호로 복원하고, 복원된 고장채널신호를 고장채널신호 후처리기(340)로 전송한다. 이때, 제2 복호화기(330)는 MPEG-4 ALS 복호화기일 수 있다. The second decoder 330 performs MPEG-4 ALS decoding on the faulty channel-encoded stream demultiplexed by the demultiplexer 310, restores the faulty channel-signal to a faulty channel signal, and transmits the recovered faulty channel signal to the faulty channel signal processor 340 . At this time, the second decoder 330 may be an MPEG-4 ALS decoder.

고장채널신호 후처리기(340)는 복호화된 고장채널신호에 대하여 디멀티플렉서(310)에서 분리된 short-time average를 이용하여 후처리를 수행한다. 즉, 고장채널신호 후처리기(340)는 도 6에 도시된 바와 같이 복호화된 고장채널 신호에 short-time average를 합연산하여 후처리된 고장채널신호를 생성한다. The faulty channel signal post-processor 340 performs post-processing on the decoded faulty channel signal using the short-time average separated by the demultiplexer 310. That is, the faulty channel signal post-processor 340 adds the short-time average to the decoded faulty channel signal as shown in FIG. 6 to generate a post-processed faulty channel signal.

멀티플렉서(350)는 후처리된 고장채널 신호, 복호화된 정상채널신호, 송신모드 정보, 센서상태정보를 이용하여 고장 유무에 따라 분리된 고장채널 신호와 정상채널 신호를 센서 채널 번호 순서에 따라 센서신호를 재구성한다. 이때, 멀티플렉서(350)은 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호에 해당하는 신호 값을'0'값으로 설정하여 배열 센서신호를 재구성한다.The multiplexer 350 demultiplexes the fault channel signal and the normal channel signal separated according to the presence or absence of the fault using the post-processed fault channel signal, the decoded normal channel signal, the transmission mode information, and the sensor state information, Lt; / RTI > At this time, when the transmission mode information is off, the multiplexer 350 reconfigures the array sensor signal by setting the signal value corresponding to the failure channel signal to '0' value.

상기와 같이 구성된 시스템은 수중 음향 센서 기반 소나 시스템에 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 음향 마이크로폰을 이용하는 음향 장비 등에도 적용될 수 있다.The system constructed as described above can be applied to an underwater acoustic sensor-based sonar system. The present invention can also be applied to an acoustic apparatus using an acoustic microphone or the like.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치가 음향센서신호를 무손실 부호화하는 방법을 나타낸 흐름도이다. FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for lossless coding an acoustic sensor signal by an encoding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 부호화 장치는 센서 어레이(sensor array)로부터 배열 센서신호가 수신되면(S702), 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행한다(S704). 이때, 부호화 장치는 각 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리한다. 부호화 장치가 고장탐지를 수행하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 8을 참조하기로 한다.Referring to FIG. 7, when an array sensor signal is received from a sensor array (S702), the encoding apparatus performs a failure detection on the array sensor signal (S704). At this time, the encoder performs a failure detection on each sensor signal and separates the signal into a normal channel signal and a fault channel signal. A detailed description of how the encoding apparatus performs the failure detection will be described with reference to FIG.

고장탐지 수행 결과, 고장 채널 신호로 판단되면(S706), 부호화 장치는 현재 시스템에 설정된 송신모드가 온(on) 상태인지를 판단한다(S708). If it is determined in step S706 that the failure channel signal is a failure detection result, the encoding apparatus determines whether the transmission mode set in the current system is on in step S708.

송신모드가 온 상태이면, 부호화 장치는 고장 채널 신호에 대해 전처리(pre-processing)를 수행한다(S712). 즉, 부호화 장치는 고장 채널 신호에 대하여 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 16-bit 양자화기를 이용하여 정수값으로 변환하며, 고장채널신호에서 정수값으로 변환된 평균값을 차감하여 전처리된 신호를 생성한다.  If the transmission mode is on, the encoder performs pre-processing on the failed channel signal (S712). That is, the encoding apparatus calculates an average value for a faulty channel signal, converts the calculated average value to an integer value using a 16-bit quantizer, subtracts an average value converted from the error channel signal to an integer value, and generates a preprocessed signal do.

부호화 장치는 전처리된 고장채널신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다(S712).The encoding apparatus performs MPEG-4 ALS encoding on the preprocessed failure channel signal and outputs an MPEG-4 ALS encoded bitstream (S712).

만약, S708의 판단결과, 송신모드가 오프 상태이면, 부호화 장치는 해당 고장채널신호에 대한 송신모드정보를 출력한다(S714).If it is determined in step S708 that the transmission mode is OFF, the encoding apparatus outputs the transmission mode information for the corresponding failure channel signal (S714).

또한, S706의 판단결과, 고장탐지 수행결과 정상채널 신호로 판단되면, 부호화 장치는 정상 채널 신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다(S716).If it is determined in step S706 that the normal channel signal is a result of the failure detection, the encoder performs an MPEG-4 ALS encoding on the normal channel signal and outputs an MPEG-4 ALS encoded bit stream in step S716.

그 후, 부호화 장치는 부호화 비트스트림, short-time average, 고장채널 신호에 대한 송신모드정보, 센서상태정보 등을 통합하여 부호화 프레임정보를 생성한다(S718).Thereafter, the encoder generates encoded frame information by integrating the encoded bit stream, the short-time average, the transmission mode information on the failure channel signal, and the sensor status information (S718).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 채널 고장 탐지 방법을 나타낸 흐름도이다. 8 is a flowchart illustrating a sensor channel failure detection method according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 부호화 장치는 현재 시스템에 설정된 송신모드가 고전력 모드인지를 판단한다(S802).Referring to FIG. 8, the encoding apparatus determines whether a transmission mode set in the current system is a high power mode (S802).

S802의 판단결과 고전력 모드이면, 부호화 장치는 입력되는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고(S804), 선형적분이 수행된 각 채널 신호에 대하여 실효치를 계산한다(S806).  As a result of the determination in step S802, if the mode is the high power mode, the encoding device performs linear integration on the input sensor signal (S804), and calculates an effective value for each linearly integrated channel signal (S806).

그런 후, 부호화 장치는 각 채널신호의 실효치를 기초로 각 채널신호의 실효치 교차율을 계산하고(S808), 그 실효치 교차율을 이용하여 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산한다(S810).Then, the encoding apparatus calculates an effective cross rate of each channel signal based on the effective value of each channel signal (S808), and calculates a first parameter which is a failure judgment scale using the effective cross rate (S810).

그런 후, 부호화 장치는 각 채널의 고장판단 제1 파라미터 값이 기 정의된 제1최소 문턱값 초과이고, 제1 최대 문턱값 미만인지를 판단한다(S812).Then, the encoding apparatus determines whether the first parameter value of each channel failure determination exceeds a predefined first minimum threshold value and is less than a first maximum threshold value (S812).

S812의 판단결과, 제1 파라미터가 제1 최소 문턱값 초과, 제1 최대 문턱값 미만이면, 정상 센서채널로 판단하고(S814), 그렇지 않으면 고장 센서채널로 판단한다(S818).If it is determined in step S812 that the first parameter is greater than the first threshold value and less than the first threshold value, it is determined to be a normal sensor channel in step S814. Otherwise, the channel is determined to be a failure sensor channel in step S818.

만약, S802의 판단결과 저전력 모드이면, 부호화 장치는 입력되는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고(S718), 선형 적분이 수행된 각 채널 입력 신호에 대하여 영교차율을 계산한다(S820). If it is determined in step S802 that the mode is the low power mode, the encoding device performs linear integration on the input sensor signal (S718) and calculates a zero crossing rate for each channel input signal subjected to the linear integration (S820).

그런 후, 부호화 장치는 영교차율을 이용하여 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하고(S822), 제2 파라미터가 기 정의된 제2 최소 문턱값 초과인지를 판단한다(S824).Then, the encoding apparatus calculates a second parameter, which is a failure judgment measure, using the zero crossing rate (S822), and determines whether the second parameter is greater than a predefined second minimum threshold value (S824).

S824의 판단결과 제2 파라미터가 제2 최소 문턱값 초과이면, 해당 센서를 정상 센서로 판단하고(S826), 제2 최소 문턱값 초과가 아니면 해당 센서를 고장 센서로 판단한다(S828).If it is determined in step S824 that the second parameter does not exceed the second minimum threshold value, the sensor is determined to be a normal sensor (S826). If the second minimum threshold value is not exceeded, the sensor is determined to be a failure sensor (S828).

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치가 채널신호를 복호화 하는 방법을 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a method of decoding a channel signal by a decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 복호화 장치는 부호화 프레임 정보를 분석하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리한다(S902).Referring to FIG. 9, the decoding apparatus analyzes the encoded frame information and separates it into a normal channel signal and a failed channel signal (S902).

복호화 장치는 고장채널 부호화스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 고장채널신호로 복원하고(S904), 복호화된 고장채널신호에 대하여 short-time average를 이용하여 후처리를 수행한다(S906). 즉, 복호화 장치는 복호화된 고장채널 신호에 short-time average를 합연산하여 후처리된 고장채널신호를 생성한다. In step S904, the decoding apparatus performs MPEG-4 ALS decoding on the faulty channel coded stream to recover the faulty channel signal in step S904, and performs post-processing on the decoded faulty channel signal using a short-time average in step S906. That is, the decoding apparatus adds the short-time average to the decoded fault channel signal to generate a post-processed fault channel signal.

복호화 장치는 정상채널 부호화 스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 정상채널신호로 복원한다(S908).The decoding apparatus decodes the normal channel coded stream into MPEG-4 ALS decoding and restores it into a normal channel signal (S908).

그 후, 복호화 장치는 후처리된 고장채널 신호, 복호화된 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 센서신호를 재구성한다(S910). 이때, 복호화 장치는 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호를 '0'값으로 설정 후 센서신호를 재구성하고, 송신모드정보가 온(On)인 경우 복호화된 고장채널신호를 센서신호 재구성에 그대로 이용한다. Thereafter, the decoding apparatus reconstructs the sensor signal using the post-processed fault channel signal, the decoded normal channel signal, the transmission mode information, and the sensor state information (S910). At this time, when the transmission mode information is off, the decoding apparatus reconstructs the sensor signal after setting the fault channel signal to '0' value, and when the transmission mode information is on, the decoding apparatus transmits the decoded fault channel signal to the sensor It is used for signal reconstruction.

한편, 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 방법은 프로그램으로 작성 가능하며, 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 방법에 관한 프로그램은 전자장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(Readable Media)에 저장되고, 전자장치에 의하여 읽혀지고 실행될 수 있다.Meanwhile, the method for lossless encoding / decoding processing of the acoustic sensor signal can be written in a program, and the codes and code segments constituting the program can be easily deduced by a programmer in the field. In addition, a program for a method for lossless encoding / decoding processing of a sound sensor signal is stored in an information storage medium (Readable Media) readable by an electronic device, and can be read and executed by an electronic device.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 실시 형태로 실시될 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시 예들은 예시적인 것일 뿐이며, 그 범위를 제한해놓은 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 또한, 도면에 도시된 순서도들은 본 발명을 실시함에 있어서 가장 바람직한 결과를 달성하기 위해 예시적으로 도시된 순차적인 순서에 불과하며, 다른 추가적인 단계들이 제공되거나, 일부 단계가 삭제될 수 있음은 물론이다. Thus, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative only and not restrictive of the scope of the invention. It is also to be understood that the flow charts shown in the figures are merely the sequential steps illustrated in order to achieve the most desirable results in practicing the present invention and that other additional steps may be provided or some steps may be deleted .

본 명세서에서 기술한 기술적 특징과 이를 실행하는 구현물은 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 기술하는 구조 및 그 구조적인 등가물 등을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현 가능하다. 또한 본 명세서에서 기술한 기술적 특징을 실행하는 구현물은 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 처리 시스템의 동작을 제어하기 위하여 또는 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어에 관한 모듈로서 구현될 수도 있다. The technical features and implementations described herein may be implemented in digital electronic circuitry, or may be implemented in computer software, firmware, or hardware, including the structures described herein, and structural equivalents thereof, . Also, implementations that implement the technical features described herein may be implemented as computer program products, that is, modules relating to computer program instructions encoded on a program storage medium of the type for execution by, or for controlling, the operation of the processing system .

한편, 본 명세서에서 "시스템", "장치"라 함은 예를 들어, 프로세서, 컴퓨터 또는 다중 프로세서나 컴퓨터를 포함하여 데이터를 처리하기 위한 모든 기구, 장치 및 기계를 모두 포함한다. 처리 시스템은, 하드웨어에 부가하여 예를 들어, 프로세서 펌웨어를 구성하는 코드, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 제체 또는 이들 중 하나 이상의 조합 등 요청 시 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 형성하는 모든 코드를 포함할 수 있다. 프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트 또는 코드 등으로 알려진 컴퓨터 프로그램은 컴파일되거나 해석된 언어 또는 선험적, 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. In the present specification, the term " system ", "device" includes all apparatuses, apparatuses, and machines for processing data including, for example, a processor, a computer or a multiprocessor or a computer. The processing system may include any code that, in addition to the hardware, forms an execution environment for a computer program upon request, such as, for example, code that constitutes processor firmware, a protocol stack, a database management system, an operating system, can do. A computer program, known as a program, software, software application, script or code, may be written in any form of programming language, including compiled or interpreted language or a priori, procedural language, Routines, or other units suitable for use in a computer environment.

본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 블록도와 순서도에 포함된 본 발명의 기술적 특징을 실행하는 구성들은 상기 구성들 사이의 논리적인 경계를 의미한다. 그러나 소프트웨어나 하드웨어의 실시 예에 따르면, 도시된 구성들과 그 기능들은 독립형 소프트웨어 모듈, 모놀리식 소프트웨어 구조, 코드, 서비스 및 이들을 조합한 형태로 실행되며, 저장된 프로그램 코드, 명령어 등을 실행할 수 있는 프로세서를 구비한 컴퓨터에서 실행 가능한 매체에 저장되어 그 기능들이 구현될 수 있으므로 이러한 모든 실시 예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Configurations implementing the technical features of the present invention, which are included in the blocks and flowcharts shown in the drawings attached hereto, refer to the logical boundaries between the configurations. However, according to an embodiment of the software or hardware, the depicted arrangements and their functions may be implemented in the form of a stand alone software module, a monolithic software structure, a code, a service and a combination thereof and may execute stored program code, All such embodiments are to be regarded as being within the scope of the present invention since they can be stored in a medium executable on a computer having a processor and their functions can be implemented.

따라서, 첨부된 도면과 그에 대한 기술은 본 발명의 기술적 특징을 설명하기는 하나, 이러한 기술적 특징을 구현하기 위한 소프트웨어의 특정 배열이 분명하게 언급되지 않는 한, 단순히 추론되어서는 안된다. 즉, 이상에서 기술한 다양한 실시 예들이 존재할 수 있으며, 그러한 실시 예들이 본 발명과 동일한 기술적 특징을 보유하면서 일부 변형될 수 있으므로, 이 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Accordingly, the appended drawings and the description thereof illustrate the technical features of the present invention, but should not be inferred unless a specific arrangement of software for implementing such technical features is explicitly mentioned. That is, various embodiments described above may exist, and some embodiments may be modified while retaining the same technical features as those of the present invention, and these should also be considered to be within the scope of the present invention.

또한, 순서도의 경우 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 가장 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 것으로서, 도시된 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 반드시 실행되어야 한다거나 모든 도시된 동작들이 반드시 실행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티 태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 이상에서 기술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.It should also be understood that although the flowcharts depict the operations in the drawings in a particular order, they are shown for the sake of obtaining the most desirable results, and such operations must necessarily be performed in the specific order or sequential order shown, Should not be construed as being. In certain cases, multitasking and parallel processing may be advantageous. In addition, the separation of the various system components of the above-described embodiments should not be understood as requiring such separation in all embodiments, and the described program components and systems are generally integrated into a single software product, It can be packaged.

이와 같이, 본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 실시 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. As such, the specification is not intended to limit the invention to the precise form disclosed. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. It is possible to apply a deformation. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalents thereof are deemed to be included in the scope of the present invention. .

100 : 수중음향센서 200 : 부호화장치
210 : 신호 획득부 220 : 센서채널 고장탐지기
230 : 디멀티플렉서 240 : 제1 부호화기
250 : 송신모드 판단부 260 : 고장채널신호 전처리기
270 : 제2 부호화기 280, 310 : 디멀티플렉서
300 : 복호화 장치 320 : 제1 복호화기
330 : 제2 복호화기 340 : 고장채널신호 후처리기
350 : 멀티플렉서
100: underwater acoustic sensor 200: encoding device
210: signal acquisition unit 220: sensor channel failure detector
230: demultiplexer 240: first encoder
250: Transmission mode determination unit 260: Fault channel signal preprocessor
270: second encoder 280, 310: demultiplexer
300: Decryption apparatus 320: First decryptor
330: second decoder 340: fault channel signal post-processor
350: Multiplexer

Claims (12)

센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 센서상태정보를 생성하는 센서채널 고장탐지기;
상기 센서상태정보를 이용하여 상기 배열 센서신호를 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하는 디멀티플렉서;
상기 디멀티플렉서에서 분리된 고장채널신호를 기 설정된 송신모드에 근거하여 전처리 수행 후, 무손실 부호화하는 고장채널신호 처리기; 및
상기 센서상태정보, 상기 정상채널신호를 무손실 부호화하여 생성된 정상채널 부호화 비트스트림, 상기 고장채널신호 처리기에서 생성된 고장채널 부호화 비트스트림, short-time average 및 송신모드정보 중 적어도 하나를 통합하여 부호화 프레임정보를 생성하는 멀티플렉서; 를 포함하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
A sensor channel failure detector for detecting a failure of an array sensor signal input from a sensor array to generate sensor status information;
A demultiplexer for separating the array sensor signal into a normal channel signal and a fault channel signal using the sensor state information;
A fault channel signal processor for performing lossless coding on the fault channel signal separated by the demultiplexer after pre-processing based on a predetermined transmission mode; And
And at least one of the sensor status information, the normal channel encoding bit stream generated by lossless encoding the normal channel signal, the error channel encoding bit stream generated by the failure channel signal processor, the short-time average, and the transmission mode information, A multiplexer for generating frame information; And an encoder for lossless encoding the acoustic sensor signal.
제1항에 있어서,
상기 센서채널 고장탐지기는,
현재 설정된 동작모드를 판단하는 동작모드 판단부;
동작모드가 고전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 실효치를 계산하고, 각 센서신호의 실효치를 기초로 각 센서신호의 실효치 교차율을 계산하며, 그 실효치 교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산하고, 상기 제1 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여 각 채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단하는 고전력 모드 고장탐지기; 및
동작모드가 저전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 영교차율을 계산하고, 각 센서신호의 영교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하며, 상기 제2 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여, 각 채널과 관련된 음향센서의 고장 여부를 판단하는 저전력 모드 고장탐지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
The method according to claim 1,
The sensor channel failure detector comprises:
An operation mode determination unit for determining a currently set operation mode;
When the operation mode is the high power mode, an effective value is calculated for each sensor signal, and an effective value cross rate of each sensor signal is calculated based on the effective value of each sensor signal. Based on the effective value cross rate, A high power mode failure detector for calculating one parameter and comparing the first parameter with a predefined threshold to determine the failure of the acoustic sensor associated with each channel; And
When the operation mode is the low power mode, the zero crossing rate is calculated for each sensor signal, and the second parameter, which is a failure judgment scale for each channel, is calculated using the zero crossing rate of each sensor signal. And a low power mode failure detector that compares the threshold value with a threshold value to determine whether the acoustic sensor associated with each channel is malfunctioning.
제1항에 있어서,
상기 고장채널신호 처리기는,
현재 설정된 송신모드가 온(on)상태 또는 오프(off)상태인지 판단하는 송신모드 판단부;
송신모드가 온상태인 경우, 상기 고장채널신호에 대해 전처리를 수행하는 고장채널신호 전처리기; 및
상기 전처리된 고장채널신호를 무손실 부호화하여 상기 멀티플렉서로 전송하는 제2 부호화기를 포함하고,
상기 송신모드 판단부는 송신모드가 오프상태인 경우, 송신모드정보를 상기 멀티플렉서로 전송하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
The method according to claim 1,
The fault channel signal processor comprises:
A transmission mode determination unit for determining whether a currently set transmission mode is on or off;
A fault channel signal preprocessor for performing pre-processing on the fault channel signal when the transmission mode is on; And
And a second encoder for lossless encoding the pre-processed fault channel signal and transmitting the lossless encoded signal to the multiplexer,
Wherein the transmission mode determination unit transmits the transmission mode information to the multiplexer when the transmission mode is in an off state.
제3항에 있어서,
상기 고장채널신호 전처리기는,
상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하는 산출부;
상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하는 양자화부; 및
상기 양자화부에서 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하여 전처리된 신호를 생성하는 전처리 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
The method of claim 3,
The fault channel signal preprocessor includes:
A calculating unit for calculating a short-time average with respect to the fault channel signal;
A quantizer for scalar-quantizing and dequantizing the short-time average and converting the short-time average into an integer value; And
And a preprocessing signal generator for generating a preprocessed signal by subtracting the short-time average converted by the quantization unit from the failure channel signal.
부호화 프레임정보를 분석하여 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하는 디멀티플렉서;
상기 정상채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 정상채널신호를 출력하는 제1 복호화기;
상기 고장채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 고장채널신호를 출력하는 제2 복호화기;
상기 제2 복호화기에서 출력된 고장채널신호에 대하여 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하는 고장채널신호 후처리기; 및
상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 센서신호를 재구성하는 멀티플렉서;
를 포함하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
A demultiplexer for analyzing the encoded frame information and separating the encoded frame information into at least one of a faulty channel encoded bit stream, a normal channel encoded bit stream, a short-time average, transmission mode information, and sensor status information;
A first decoder for losslessly decoding the normal channel encoded bit stream and outputting a normal channel signal;
A second decoder for losslessly decoding the error-coded bit-stream and outputting a failure channel signal;
A fault channel signal post-processor for performing post-processing on the fault channel signal output from the second decoder using the short-time average; And
A multiplexer for reconstructing the sensor signal using the post-processed fault channel signal, the normal channel signal, the transmission mode information, and the sensor state information;
And a decoder for decoding the acoustic sensor signal.
제5항에 있어서,
상기 멀티플렉서는 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호를 0값으로 설정하여 배열 센서신호를 재구성하고, 송신모드정보가 온(On)인 경우 상기 후처리된 고장채널신호를 이용하여 배열 센서신호를 재구성하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
6. The method of claim 5,
If the transmission mode information is off, the multiplexer reconfigures the array sensor signal by setting the failure channel signal to a value of 0, and when the transmission mode information is on, the multiplexer uses the postprocessed failure channel signal And reconstructing the array sensor signal.
제5항에 있어서,
상기 제1 복호화기 또는 제2 복호화기는 MPEG-4 ALS 복호화기인 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the first decoder and the second decoder are MPEG-4 ALS decoders.
제5항에 있어서,
상기 고장채널신호 후처리기는,
상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
6. The method of claim 5,
The fault channel signal post-
And outputs the sum of the short-time average and the error channel signal to the decoder.
센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하고, 정상채널신호의 경우 무손실 부호화하며, 고장채널신호의 경우 기 설정된 송신모드에 따라 부호화하지 않거나 전처리 후 무손실 부호화하는 부호화 장치; 및
상기 부호화 장치에서 생성된 부호화 프레임 정보를 분석하여, 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하고, 정상채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화하며, 고장채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화 후 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하고, 상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 배열 센서신호를 재구성하는 복호화 장치;
를 포함하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
A failure detection is performed on an array sensor signal input from a sensor array to separate a normal channel signal into a faulty channel signal and a lossless coding in the case of a normal channel signal. In the case of a faulty channel signal, A coding apparatus which does not code or performs lossless coding after preprocessing; And
And separates the encoded frame information generated by the encoding device into at least one of a fault channel encoded bit stream, a normal channel encoded bit stream, a short-time average, transmission mode information, and sensor status information, And performs post-processing using the short-time average after lossless decoding in the case of a faulty channel-encoded bitstream, and performs post-processing using the post-processed error channel signal, normal channel signal, transmission mode information, A decoding device for reconstructing an array sensor signal;
And a lossless encoding / decoding process for the acoustic sensor signal.
제9항에 있어서,
상기 부호화 장치는,
설정된 송신모드가 온상태인 경우 상기 고장채널신호에 대해 전처리 후 무손실 부호화하고, 오프상태인 경우 상기 고장채널신호를 부호화하지 않고 송신모드정보만을 출력하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
10. The method of claim 9,
Wherein:
And outputs only the transmission mode information without encoding the fault channel signal if the transmission mode is set to the ON state and lossless coding after performing the preprocessing on the fault channel signal, .
제10항에 있어서,
상기 전처리는, 상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하고, 상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하며, 상기 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
11. The method of claim 10,
The pre-processing may include calculating a short-time average for the failed channel signal, converting the short-time average to an integer value by scalar quantization and dequantization, and subtracting the converted short-time average from the fault channel signal And a signal processing unit for processing the signal.
제11항에 있어서,
상기 후처리는 상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the post-processing adds the short-time average to the fault channel signal. ≪ RTI ID = 0.0 > [10] < / RTI >
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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