KR0137330B1 - 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리장치 및 그 방법 - Google Patents

음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리장치 및 그 방법

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KR0137330B1 KR1019940023626A KR19940023626A KR0137330B1 KR 0137330 B1 KR0137330 B1 KR 0137330B1 KR 1019940023626 A KR1019940023626 A KR 1019940023626A KR 19940023626 A KR19940023626 A KR 19940023626A KR 0137330 B1 KR0137330 B1 KR 0137330B1
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Abstract

본 발명은 사용자가 명령하는 음성신호를 판별하여서 해당 기기를 작동시키는 브이시알의 음성신호처리장치에 관한 것으로, 신호처리수단에 의해 파형정형된 음성신호를 주파수영역상으로 신호변환하여 고유의 주파수특성인 진폭평균값과 위상평균값을 산출하고 이를 음성패턴의 척도로 삼아 음성명령을 인식하여 소망의 기능을 수행할 수 있어서 일단 음성명령을 메모리에 등록한 후에는 음성명령으로 신속, 간편하게 기기를 구동시킬 수 있으며 필요시 등록된 음성명령을 용이하게 교체할 수 있는 잇점이 있다.

Description

음성인식기능을 갖는 브이시알(VCR)의 음성신호처리장치 및 그 방법
제1도는 본 발명에 따른 음성신호처리장치의 구성도,
제2도의 (a)는 디지탈신호를 이산퓨리에변환하여 주파수영역으로 나타낸 진폭스펙트럼,
제2도의 (b)는 (a)의 진폭스펙트럼에 따른 위상스펙트럼,
제3도는 본 발명에 따른 음성신호처리장치의 마이컴이 실행하는 플로우차트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 신호처리수단10 : 음성신호입력부
20 : 증폭기30 : 저역통과여파기
40 : 마이컴 50 : 표시부
60 : 메모리70 : 구동부
80 : 기능키입력부90 : 모드선택부
본 발명은 사람의 음성을 인식하여 음성명령에 따라 작동하는 브이시알(VCR)에 관한 것으로, 특히 사용자가 원하는 음성명령의 음성특징을 사전에 메모리에 기억시켜 두고 사용자가 명령하는 음성신호를 판별하여서 해당기기를 작동시키는 브이시알의 음성신호처리장치에 관한 것이다.
종래에는 브이시알의 여러가지 기능을 구동시키기 위해 일일이 리모콘에 있는 다수의 키중에서 해당키를 찾아야 하는 번거러움이 있었으며, 리모콘을 분실했을 경우에는 기기에 부착된 선택버튼을 조작하여야 하므로 사용자의 조작습관이 바뀌어 매무 불편한 문제점이 있었다.
일반적으로 사람의 음성을 인식하는 데에는 기본적으로 많은 제약조건이 따르는데, 예를 들어 불특정다수가 만들어 내는 음성은 한 단어에 국한한다고 하더라도 성별, 연령별, 지역별, 심리상태 등의 변동요인이 따르기 때문에 많은 단어에 대해 무조건적으로 음성을 인식하기는 기술적 어려움으로 인해 실현되지 못하고 있는 실정이어서, 한정된 단어나 숫자를 대상으로 음성을 인식하거나 화자(話者)를 구별하는 화자인식의 형태가 개발되고 있다. 특히, 사람마다 음성특징이 다른 것에 착안하여 음성이 갖는 정보를 이해하는 음성이해방식 또는 음성을 발성한 사람이 누구인지를 식별하는 화자확인방식에 관심의 초점이 되고 있다.
더욱이, 디지탈신호처리(Digital Signal Process;DSP) 기술의 발달에 힘입어 화자의 음성신호를 특징지우는 음성패턴(pattern)이나 음성의 특징 파라미터(parameter)를 추출하여 음성을 인식할 수 있어서 음성인식의 범위가 넓어지고 신뢰도가 향상되고 있다.
본 발명의 목적은 사용자의 음성신호를 특징지우는 음성패턴을 분석하여 메모리에 등록한 후에는 음성신호로서 해당 기기를 작동시키는 음성인식 기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 파형정형된 음성신호를 디지탈신호로 변조한 다음 주파수영역으로 변환하므로써 음성패턴을 분석하고 이를 기준으로 음성명령을 인식하는 브이시알의 음성신호처리방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 본 발명의 목적은, 음성파를 전기적 신호로 변환하는 음성신호입력부, 신호처리에 적합한 정도로 증폭하는 증폭기와, 증폭된 음성 신호중 상한차단주파수 이상을 필터링하는 저역통과여파기와, 필터링된 음성신호를 입력받아 음성패턴을 추출하는 마이컴과, 기능키를 조작하여 마이컴으로 출력하는 기능키입력부와, 동작모드를 설정하기 위해 마이컴으로 모드선택신호를 출력하는 모드선택부와, 소정의 데이타를 저장하는 메모리와, 상기 마이컴으로부터 제어신호를 입력받아 해당기기로 구동신호를 출력하는 구동부에 의하여 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 모드선택신호를 판별하여 마이컴의 동작모드를 설정하는 모드설정단계와; 마이컴에 입력되는 음성신호의 지속시간이 기준치에 적합한 지를 판별하는 단계와; 음성신호를 1차적으로 디지탈신호로 변조한 다음 2차적으로 이산퓨리에변환하여 진폭평균값과 위상평균값을 연산하는 단계와; 키신호를 판별하여 진폭평균값과 위상평균값을 메모리에 저장하는 단계와; 현재 입력되는 음성신호의 진폭평균값 및 위상평균값과 메모리에 저장된 기능키변수값을 비교하여 기기를 구동하는 단계에 의하여 달성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 음성신호처리장치의 구성도이다. 본 발명의 음성신호처리장치는 음성파를 파형정형하는 신호처리수단(1)을 구비하고 있다. 제1도에서 음성신호입력부(10)는 음성을 전기적신호로 변환한다. 음성신호입력부(10)의 출력단에는 전기적신호로 변환된 음성신호를 적정레벨로 증폭하는 증폭기(20)가 연결된다. 소정레벨로 증폭된 음성신호는 저역통과여파기(30)를 통해 증폭된 신호를 샘플링할 경우에 발생되는 에리어싱크(area sink)왜곡을 방지하기 위해 상한차단주파수 이상의 신호가 필터링된 다음 마이컴(40)으로 입력된다.
상기 마이컴(40)은 음성패턴을 추출하기 위하여 필터링된 음성신호를 디지탈신호로 변조한 다음 이산퓨리에변환(Discrete Frourier Transform;DFT)하는데, 디지탈변조방식으로는 신호변환에 따르는 처리데이타양을 줄이기 위하여 공지된 차분펄스부호변조(Delta Pulse Code Modulation;DPCM)방식을 이용하여 디지탈신호로 변환하고, 시간영역에서 이산적형태로 표현되는 디지탈신호를 주파수영역으로 변환(DFT변환)하는 프로그램으로는 고속퓨리에변환(Fast Frourier Transform;FFT)을 사용한다.
제2도의 (a)는 디지탈신호를 이산퓨리에변환하여 주파수영역으로 나타낸 진폭스펙트럼이고, 제2도의 (b)의 진폭스펙트럼에 따른 위상스펙트럼이다.
제2도의 (a)에 도시한 바와 같이, 진폭스펙트럼(X(K))은 N/2을 기점으로 좌우대칭되므로 진폭스펙트럼의 절반만으로도 진폭스펙트럼의 주파수 특성을 나타낼 수 있으며, 마이컴(40)에 입력되는 음성신호는 주파수영역에서 고유의 주파수특성을 갖는다.
제2도의 (b)에서 위상스펙트럼(θ(K))은 진폭스펙트럼(X(K))의 위상을 주파수영역으로 나타낸 것으로, N/2을 기점으로 점대칭되므로 위상스펙트럼의 절반만으로도 위상특성을 파악할 수 있다.
제2도에서 N은 샘플링수이고, K는 주파수변수이며, 진폭스펙트럼(X(K))을 수식으로 나타내면
과 같다. 진폭스펙트럼(X(K))은 유한한 구간(0~N-1)에서 이산적으로 나타나고 상기 식(1)으로 표현되는 진폭스펙트럼의 절반에 대하여 대칭점으로 나누면 진폭평균값(L)을 구할 수 있는데, 진폭평균값(L)을 척도로 주파수특성을 판별할 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
또한, 위상스펙트럼(θ(K))도 점대칭을 이루므로 위상스펙트럼(θ(K))의 절반에 대한 위상평균값(M)을 구하기 위한 수식을 나타내면
과 같다.
따라서, 마이컴(40)에 입력되는 음성신호는 그 음성신호를 특징지우는 음성패턴의 척도로서 진폭평균값(L)과 위상평균값(M)에 의하여 판별할 수 있다.
다시, 제1도에서 메모리(60)는 마이컴(40)이 연산한 진폭평균값(L)과 위상평균값(M) 및 변수값을 저장한다. 표시부(50)는 메모리(40)에 데이타를 저장시에 마이컴(40)의 제어신호를 입력받아 육안으로 확인할 수 있도록 발광다이오드를 선별적으로 온, 오프한다. 모드선택부(90)는 모드선택신호를 마이컴(40)으로 출력하여 정상모드 또는 음성인식모드로 마이컴(40)의 동작모드를 설정한다.
한편, 사용자가 음성으로 소정 기능을 작동시키기 위해서는 우선적으로 음성명령을 메모리(60)에 등록하여야 하는데, 예를 들어 빨리감기라고 말하면 음성신호입력부(10)에 의해 전기적 신호로 변환되고 증폭기(20)와 저역통과여파기(30)를 거치면서 파형정형된 후 마이컴(40)에 입력된다.
상기 마이컴(40)은 입력된 음성신호를 차분펄스부호변조(DPCM) 및 이산퓨리에변환(DFT)한 후 진폭평균값(L)과 위상평균값(M)을 연산하고, 기능키입력부(80)의 기능키 중에서 빨리감기에 대응하는 키신호가 인가되면 상기 마이컴(40)은 메모리(60)의 빨리감기변수(F,f)에 진폭평균값(L)과 위상평균값(M)을 각각 저장시켜 빨리감기라는 음성명령을 등록한다.
일단 빨리감기의 음성명령을 등록한 후에는 등록자가 빨리감기라고 말하면 마이컴(40)이 진폭평균값(L)과 위상평균값(M)을 산출한 후 메모리(60)에 저장된 빨리감기변수(F,f)와 비교하여 허용범위(F-ΔxLF+Δx, f-ΔyMf+Δy)를 만족하면 입력한 음성명령이 등록된 음성명령과 일치한 것으로 판별하고, 이에 따라 구동부(70)가 해당기기로 구동신호를 출력하여 빨리감기에 상응하는 작동이 이루어진다.
또한, 되감기, 정지등의 음성명령을 등록한 후에는 사용자의 음성명령에 따라 되감기모드 또는 정지모드가 수행된다.
또, 타사용자의 음성명령으로 기기를 작동시키고자할 경우에는 기능키입력부(80)의 리셋키를 조작하여 등록된 음성명령을 해제(메모리에 저장된 변수값을 지워서 초기화함)시킨후 타사용자의 음성명령을 다시 등록하여 사용한다.
제3도는 본 발명에 따른 음성신호처리장치의 마이컴이 실행되는 플로우차트로서, 음성신호처리방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제100단계에서 마이컴(40)은 모드선택부(90)에서 출력한 모드선택신호를 판별하여 음성인식모드신호인 경우(Yes)에는 제110단계로 진행하고 음성인식모드신호가 아닌 경우(No)에는 제101단계로 진행한다. 제101단계에서 사용자가 기능키선택부(80)에서 출력한 신호가 리셋키에 해당하는 키신호인지를 판별하여 리셋키신호인 경우(Yes)에는 메모리에 저장된 변수값을 초기화하기 위해 제110단계로 진행하고, 리셋키신호가 아닌 경우(No)에는 제102단계로 진행한다. 제102단계에서 마이컴(40)의 동작모드를 정상모드로 전환하여 리모콘등으로 작동가능토록 한다.
한편, 제110단계에서 마이컴(40)은 메모리(60)로 제어신호를 출력하여 변수값등의 저장값들을 초기화한다. 이어서, 제120단계에서 마이컴(40)은 저역통과여파기(30)에서 파형정형된 음성신호를 입력받아 기준치(예;1초)이상 입력되는 가를 판별하여 기준치를 만족한 경우(1초이상 입력되는 상태;Yes)에는 제130단계로 진행하고, 노이즈등의 잡음성분에 의해 오동작되는 것을 방지하기 위해 1초미만으로 음성신호가 입력될 경우(No)에는 제120단계의 입력단으로 피드백시키며, 제130단계에서 음성신호를 차분펄스 부호변조하여 디지탈신호로 신호변환한다.
이어서, 제140단계에서 디지탈신호를 이산퓨리에변환하여 시간영역에서 이산적인 디지탈신호를 주파수영역으로 변환하여 진폭평균값(M)과 위상평균값(L)을 산출한다.
이어서, 제150단계에서 메모리(60)에 저장된 메모리변수가 1인지를 판별하여 1인 경우(Yes)에는 음성명령으로 기기를 구동하기 위해 B루틴으로 진행하고, 상기 메모리변수가 1이 아닌 경우(No)에는 음성명령을 메모리(60)에 등록하기 위해 A루틴으로 진행한다.
한편, A루틴의 제160단계에서 마이컴(40)은 기능키입력부(70)로부터 키신호가 입력되었는지를 검색하여 키신호가 입력되지 않을 경우(No)에는 입력단으로 피드백시키고, 키신호가 입력된 경우에는 제161단계, 제162단계, 제163단계, 제164단계를 순차적으로 거치면서 기능키(REW,FF,STOP,PLAY)중에서 사용자가 선택한 기능키를 판별한다.
즉, 제 161단계에서 마이컴(40)에 입력된 키신호가 되감기기능키(REW)를 선택하여 발생된 경우(Yes)에는 제165단계로 진행하여 진폭평균값(M)과 위상평균값 (L)의 절대치를 되감기변수(R,r)에 각각 저장함과 함께 변수(a)를 1로 설정하며, 마찬가지로 키신호가 되감기기능키(REW)에 해당하지 않을때는 제162단계와 제163단계와 제164단계로 진행하여 키신호를 판별하는데 각각의 단계에서 판별결과 만족한 경우(Yes)에는 각각 제166단계, 제167단계, 제168단계로 진행하여 진폭평균값(M)과 위상평균값(L)의 절대치를 해당 기능키변수(F,f,S,s,P,p)에 각각 저장하고 변수(b,c,d)중에서 해당변수를 1로 설정한다.
제165단계 내지 제168단계에서 변수값 저장이 완료되면 각각 제170단계로 진행하여 표시부(50)의 발광다이오드를 선별적으로 점등하여 사용자가 확인가능토록 한다.
이어서, 제180단계에서 변수(a,b,c,d)가 모두 1로 설정되었는지를 판별하여 만족하는 경우(Yes)에는 제190단계로 진행하고, 판별결과 모두 1이 아닌 경우(No)에는 제120단계로 피드백시켜 음성명령을 등록하는 과정을 계속 수행한다.
상기 제190단계에서 마이컴(40)은 메모리(60)로 제어신호를 출력하여 레지스터에 저장되는 메모리변수를 1로 설정한 다음 제120단계(C)로 피드백 시킨다.
상기 A루틴을 통해서 음성명령들을 메모리(60)에 모두 등록한 후에는 메모리변수가 1로 설정되므로 이후 음성입력부(10)에 입력되는 음성명령은 제150단계에서 A루틴을 수행하지 않고 B루틴을 수행하여 실제 브이시알의 소정기능을 수행한다.
B루틴에서 이루어지는 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제200단계에서 마이컴(40)은 진폭평균값(M)과 위상평균값(L)이 메모리(60)에 저장된 되감기변수(R,r)의 허용범위에 속하는지를 각각 판별하여 만족하는 경우(Yes)에는 제201단계로 진행하여 구동부(70)의 구동신호에 의하여 되감기모드를 수행한다.
한편, 상기 음성신호입력부(10)에 입력되는 음성명령이 되감기에 해당하는 음성명령이 아닌 경우(No)에는 제210단계에서 진폭평균값(M)과 위상평균값(L)이 빨리감기변수(F,f)의 허용범위에 속하는지를 판별하여 만족하는 경우(Yes)에는 제211단계로 진행하여 빨리감기모드를 수행하고, 불만족하는 경우(No)에는 제220단계로 진행한다.
이어서, 제220단계에서 마이컴(40)은 빨리감기에 해당하는 음성명령이 아닌 경우(No)에는 진폭평균값(M)과 위상평균값(L)이 정지변수(S,s)의 허용범위에 속하는지를 판별하여 만족하는 경우(Yes)에는 제221단계로 진행하여 정지모드를 수행하고, 불만족하는 경우(No)에는 제230단계로 진행한다.
이어서, 제230단계에서 음성명령이 정지에 해당하는 음성명령이 아닌 경우(No)에는 진폭평균값(M)과 위상평균값(L)이 주행변수(P,p)의 허용범위에 속하는지를 판별하여 만족하는 경우(Yes)에는 제231단계로 진행하여 빨리감기모드를 수행하고, 불만족하는 경우(No)에는 그대로 종료한다.
이상과 같이 본 발명은 음성이 갖는 음성패턴의 척도로 주파수영역에서의 진폭평균값과 위상평균값을 저장하므로써 음성명령을 등록한 후에는 사용자의 음성명령으로 신속, 간편하게 기기를 구동시킬 수 있을 뿐만아니라 필요시 등록된 음성명령을 용이하게 교체할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 음성명령에 의해 소정 기능을 수행하는 브이시알에 있어서,
    불특정한 인간의 음성파를 다단계의 신호처리과정을 통해 파형정형하는 신호처리수단과;
    상기 신호처리수단으로부터 입력받은 음성신호를 분석하여 음성패턴을 산출하고 해당 키신호가 인가될때 산출한 음성패턴을 독립된 음성명령으로 지정하기 위해 메모리로 제1제어신호를 출력하며, 현재 입력음성신호의 음성패턴이 메모리에 저장된 음성패턴의 허용범위를 만족하면 음성명령에 따른 해당기능이 수행되도록 구동부로 제2 제어신호를 출력하는 마이컴과;
    상기 마이컴의 제1제어신호가 인가될 때 산출한 음성패턴 및 변수값을 저장하는 메모리와;
    상기 마이컴의 제2제어신호가 인가될 때 소망의 기능을 안내하는 구동신호를 해당기기로 출력하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호처리수단은 음성파를 전기적신호로 변환하는 음성신호입력부와 그 출력단에 접속되여 적정레벨로 증폭하는 증폭기 및 증폭된 신호중 상한차단주파수 이상을 필터링하는 저역통과여파기를 구비하는 것을 특징으로 하는 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 음성패턴은 하기 식에 의해 정의되는 진폭평균값(L)과 위상평균값(M)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리장치.
    여기서, X(K)는 주파수영역에서의 진폭값,
    θ(K)는 주파수영역에서의 위상값,
    N은 샘플링수,
    K는 주파수변수이다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 진폭평균값(L)과 위상평균값(M)은 파형정형된 음성신호를 1차적으로 디지탈신호로 변조한 다음 2차적으로 이산퓨리에변환하는 신호변환과정으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리장치.
  5. 음성신호를 분석처리하는 브이시알의 음성신호처리방법에 있어서, 모드선택부에서 출력하는 모드선택신호를 판별하여 마이컴의 동작모드를 설정하는 모드설정단계와;
    음성신호를 신호처리가능하게 소정 레벨로 증폭한 다음 상한차단주파수 이상을 필터링하는 파형정형단계와;
    파형정형된 음성신호를 1차적으로 디지탈신호로 변조한 다음 2차적으로 이산퓨리에변환하므로써 음성패턴을 산출하는 단계와;
    음성명령을 등록하기 위해 마이컴이 산출한 음성패턴을 메모리에 저장하는 단계와;
    음성명령에 따라 해당기능을 수행하기 위해 메모리에 등록된 음성패턴과 입력음성신호가 갖는 음성패턴을 비교하여 소정의 허용범위에 속하는 경우 해당기기를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모드설정단계는 모드판별결과 음성인식모드신호 또는 리셋키신호가 입력된 경우 메모리의 저장값을 초기화하는 단계;
    및 정상모드신호가 입력된 경우 마이컴의 동작모드를 정상모드로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 저장단계는 키신호가 입력된 경우 키신호의 종류를 순차적으로 판별한 다음 해당 기능키변수에 저장하는 단계; 및 육안으로 확인할 수 있도록 표시부의 발광다이오드를 선별적으로 온, 오프하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식기능을 갖는 브이시알의 음성신호처리방법.
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KR101777302B1 (ko) 2016-04-18 2017-09-12 충남대학교산학협력단 음성 주파수 분석 시스템 및 음성 주파수 분석 방법과 이를 이용한 음성 인식 시스템 및 음성 인식 방법

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