KR100262576B1 - 운전자의 음성 신호 구간 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 운전자의 음성 신호 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 운전자의 음성을 입력받아 전기적인 음성 신호를 출력하는 음성 신호 출력부와, 상기에서 출력된 운전자의 음성 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부와, 상기에서 증폭되어 출력된 운전자의 음성 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부와, 단어를 여러 사람의 음성으로 여러번 반복하여 데이타로 저장한 학습 단어 음성 신호를 출력하는 학습 단어 음성 신호 저장부와, 상기에서 출력된 음성 신호를 음성 에너지와 음성 신호 영교차율로 나누어 설정된 산출식에 의해 계산하여 음성 신호 구간을 산출하고, 설정된 최저 기준 신호값과 비교하여 음성 신호와 잡음 신호로 구분하고, 음성 신호를 저장부에 저장된 학습 단어 음성과 비교해서 편차를 구하여, 설정된 기준값 이하이면 음성 신호에 해당하는 제어 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 차량의 각종 장치가 운전자의 음성신호에 따라 구동하는 구동부로 이루어져 있어, 운전자의 음성 명령을 내리면, 잡음이 많은 환경에서도 정확한 운전자의 음성 신호를 검출하여 오동작을 하지 않고, 정확한 구동부의 동작을 수행할 수 있다.
Description
제1도는 종래의 운전자의 음성 신호 구간 검출 파형이고,
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 운전자의 음성 신호 구간 검출 장치의 블럭 구성도이고,
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 아이들 상태의 차량에서 검출된 운전자의 음성 신호 파형도이고,
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 주행 차량에서 운전자의 음성 신호 파형도이고,
제5도는 이 발명의 실시예에 따른 운전자의 음성 신호 구간 검출 방법의 순서도이다.
이 발명은 운전자의 음성 신호 구간 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 운전자가 음성으로 자동차의 구동장치를 구동시키는 경우에, 음성 신호에 섞여 있는 잡음을 제거하고, 정확한 운전자의 음성을 검출하기 위한 음성 신호 구간 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서 사용되는 음성 인식 장치란 자동차 주행 중 운전자가 자동차에 부착되어 있는 다양한 편의 기능을 손과 눈을 사용하지 않고, 운전자의 음성을 인식하여 조작하는 것을 말하며, 주행시 편의성과 안전성을 높일 수 있다.
현재 국내에서의 음성 인식 기술은 대개 조용한 환경에서의 음성 인식을 목표로 하고 있으며, 차량 주행시 발생하는 소음 환경에서의 음성 인식에 대한 연구는 매우 미비한 실정이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 음성 신호 검출 방법에 대하여 설명한다.
제1도는 종래의 운전자의 음성 신호 구간 검출 파형도이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 운전자의 음성은 마이크 등을 통해 전기적 신호로 바뀌어진 연속파형이 음성 인식 장치에서 적합하고 유용한 형태의 신호로 변환되기 위한 전처리 과정을 거쳐, 음성신호를 전체의 음성신호 구간으로부터 분리해내는 음성 구간 검출 과정이 여기에 포함된다.
음성 구간 검출에 의해 얻은 음성 신호는, 음성 신호에 포함된 특징적인 요소를 추출해 내는 특징 추출 과정을 통과하여 10ms(mili second, 이하ms라 칭함)정도의 구간별로 음성의 특징을 표현하는 특징 파라미터를 구하며 이 구간을 프레임(frame)이라고 한다.
종래에는 자동차가 아이들 상태나 주행시 운전자의 음성이 입력되어 다양한 편의 기능을 동작 시키려할 때, 프레임 단위로 처리되는 음성신호에서 한 프레임 내에 발생한 음성 특징 파라미터의 음성 신호 에너지와, 음성 신호가 기준점을 지나는 횟수를 나타내는 영 교차율(zero-crossing rate)로써 운전자의 음성 구간을 판단하였다.
사람이 발음하는 음성이 급격하게 변하지 않고 특정 구간은 그 특성이 동일한 신호이기 때문에 현재 이전까지의 음성신호를 알면 특정 계수와 이전까지의 음성신호를 이용하여 현재의 음성신호를 얻을 수 있는데, 이 특정 계수를 LPC(Linear Predictive Coefficient, 이하 LPC라 칭함)라 한다. 이러한 LPC를 사람의 음성 변동에 따른 변화와 무관하게 강력하게 유지하는데 도움을 주는 벡터의 표현 방법을 셉스트럼(cepstrum)이라 한다.
그런데, 상기한 종래의 기술은 자동차를 구동시키지 않는 조용한 환경에서는 운전자의 정확한 음성 신호 구간이 검출되었으나, 자동차가 아이들 상태 및 주행중일 때 자동차의 엔진에서 출력되는 잡음과 유리창의 울림이 운전자의 음성신호에 섞여서 운전자의 음성 구간 내에 잡음이 크게 분포하여 정확한 운전자 음성 구간이 검출되지 않았다.
또한, 잡음이 심한 환경에서 운전자의 발성 위치와 음성을 받아들이는 마이크간의 거리가 먼 경우에는, 부정확한 운전자의 음성 신호 구간 검출로 인하여 성능이 급격히 저하되어 자동차의 다양한 편의 기능이 오동작 하는 문제점이 있다.
따라서, 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동차의 통상 주행 상태에서, 운전자의 음성에 따라 자동차를 구동하는 경우에 차량의 잡음이 일정한 주파수 분포를 가지는 것에 착안하여 각 프레임간의 주파수 분포 차이를 일정한 기준값을 두어 주파수 영역에서의 스펙트럼 변화를 이용하여, 음성 신호 프레임에서 매 프레임마다 구한 셉스트럼(cepstrum)과 인접 프레임에서의 셉스트럼과의 거리인 아이에스디(ISD:interframe spectral distance)를 구함으로써, 잡음이 많은 환경에서도 정확한 운전자의 음성 프레임을 검출하기 위한 운전자의 음성 신호 검출 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써 이 발명의 구성은, 운전자의 음성을 입력받아 전기적인 음성 신호를 출력하는 음성 신호 출력부와; 상기에서 출력된 운전자의 음성 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부와; 상기에서 증폭되어 출력된 운전자의 음성 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부와; 단어를 여러 사람의 음성으로 여러번 반복하여 데이타로 저장한 학습 단어 음성 신호를 출력하는 학습 단어 음성 신호 저장부와; 상기에서 출력된 음성 신호를 음성 에너지와 음성 신호 영교차율로 나누어 설정된 산출식에 의해 계산하여 음성 신호 구간을 산출하고, 설정된 최저 기준 신호값과 비교하여 음성 신호와 잡음 신호로 구분하고, 음성 신호를 저장부에 저장된 학습 단어 음성과 비교해서 편차를 구하여, 설정된 기준값 이하이면 음성 신호에 해당하는 제어 신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부에서 출력되는 제어 신호에 따라 차량의 각종 장치가 운전자의 음성신호에 따라 구동하는 구동부로 이루어져 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써 이 발명의 다른 구성은, 전원이 인가되면, 운전자 음성을 입력하여, 음성 에너지와 음성 신호 영교차율로 나누어 판독하는 단계와; 상기 단계에서 판독된 음성 에너지와 음성 신호 영 교차율을 설정된 산술식에 따라 계산하여 음성 신호 편차값을 산출하여 그에 해당하는 운전자의 음성 신호 프레임을 검출하여 임의 음성 신호 프레임을 선택하는 단계와; 상기 단계에서 선택된 음성 신호 프레임을 설정된 최저 기준값과 비교하는 단계와; 상기 비교 단계에서 선택된 음성 신호 프레임값이 설정된 최저 기준 신호값 이상인 경우, 학습 단어 음성 신호를 입력하여 설정된 산술식에 따라 선택된 음성 신호 프레임값과 계산하여 음성 신호의 편차를 재 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 음성 신호 편차값이 설정된 기준 신호값 이하인가 비교하는 단계와; 상기 비교 단계에서 음성 신호 편차값이 설정된 기준 신호값 이하인 경우, 검출된 음성 신호 프레임에 해당하는 제어 신호를 출력하는 단계와; 상기 단계에서 선택된 음성 신호 프레임의 값이 설정된 최저 기준 신호값 이하로 설정 시간 이상 지속되면 음성 신호 프레임의 끝으로 판단하고 초기 단계로 리턴하는 단계로 이루어진다.
상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 운전자의 음성 신호 프레임 검출 장치의 구성도이고, 제3도는 이 발명의 실시예에 따른 아이들 상태의 차량에서 운전자의 음성 신호 프레임 검출 파형이고, 제4도는 이 발명의 실시예에 따른 주행중인 차량에서 운전자의 음성 신호 프레임 검출 파형이고, 제5도는 이 발명의 실시예에 따른 운전자의 음성 신호 프레임 검출 방법의 순서도이다.
제2도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 운전자의 음성 신호 프레임 검출 장치의 구성은, 운전자의 음성을 입력받아 음성 신호를 출력하는 음성 신호 출력부(10)와; 상기에서 출력된 운전자의 음성 신호를 증폭하여 출력하는 증폭부(20)와; 상기에서 증폭되어 출력된 운전자의 음성 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환부(30)와; 여러 사람의 음성이 여러 번 반복되어지고 학습되어 저장된 학습 단어 음성 신호를 제어부에 출력하는 학습 단어 음성 신호 저장부(50)와; 상기에서 출력된 음성 신호를 음성 에너지와 음성 신호 영교차율로 나누어 설정된 산출식에 의해 계산하여 음성 신호 구간을 산출하고, 설정된 최저 기준 신호값과 비교하여 음성 신호와 잡음 신호로 구분하고, 음성 신호를 저장부에 저장된 학습 단어 음성과 비교해서 편차를 구하여, 설정된 기준값 이하이면 음성 신호에 해당하는 제어 신호를 출력하는 제어부(40)와; 상기 제어부(40)에서 출력되는 제어 신호에 따라 차량의 각종 장치가 운전자의 음성신호에 따라 구동하는 구동부(60)로 이루어져 있다.
이 발명의 실시예에 따른 운전자의 음성 신호 프레임 검출 방법은, 전원이 인가되면, 운전자 음성을 입력하는 단계(S100,S110)와; 상기에서 입력된 운전자 음성을 음성 에너지와 음성 신호 영 교차율로 나누어 판독하는 단계(S120)와; 상기 단계에서(S120) 판독된 음성 에너지와 음성 신호 영 교차율을 설정된 산술식에 따라 계산하여 음성 신호 프레임 편차값을 산출하여 그에 해당하는 운전자의 음성 신호 프레임값을 검출하는 단계(S130)와; 상기 단계에서(S130) 검출된 음성 신호 프레임 중 임의의 음성 신호 프레임을 선택하는 단계(S140)와; 상기 단계에서(S140) 선택된 음성 신호 프레임값을 설정된 최저 기준 신호 프레임값과 비교하는 단계(S150)와; 상기 비교 단계(S150)에서 선택된 음성 신호 프레임값이 설정된 최저 기준 신호 프레임값 이상인 경우, 학습 단어 음성 신호를 입력하는 단계(S160)와; 상기 단계(S160)에서 입력한 학습 단어 음성 신호의 값과 상기 단계(S140)에서 선택된 음성 신호 프레임값을 설정된 산술식에 따라 계산하여 음성 신호의 편차를 재 산출하는 단계(S170)와; 상기 단계(S170)에서 산출된 음성 신호 프레임 편차값이 설정된 기준 신호 프레임값 이하인가 비교하는 단계(S180)와; 상기 비교 단계(S180)에서 음성 신호 프레임 편차값이 설정된 기준 신호 프레임값 이하인 경우, 검출된 음성 신호 프레임에 해당하는 제어 신호를 출력하는 단계(S190)와; 상기 단계(S140)에서 선택된 음성 신호 프레임의 값이 설정된 최저 기준 신호값 이하로 설정 시간 이상 지속되면 음성 신호 프레임의 끝으로 판단하고(S200), 초기 단계로 리턴하는 단계(S210)와; 상기 비교 단계(S150)에서 선택된 음성 신호 프레임값이 설정된 최저 기준 신호값 이하인 경우, 선택된 음성 신호 프레임값이 설정된 최저 기준 신호 프레임값 이하로 설정 시간 이상 지속되는지 비교하는 단계와(S200); 상기 단계(S140)에서 선택된 음성 신호 프레임의 값이 설정된 최저 기준 신호값 이하로 설정 시간 이하이면 검출된 음성 신호 프레임이 계속 입력 되는 것으로 판단하여 임의 음성 프레임을 선택하는 단계와(S140); 상기 비교 단계(S180)에서 음성 신호 편차값이 설정된 기준 신호값 이상인 경우, 잡음으로 판단하고 초기 단계로 리턴하는 단계(S210)로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 운전자의 음성 신호 검출 장치의 작용은 다음과 같다.
자동차 주행을 위해 전원을 인가하고, 자동차의 구동부(60)를 구동시키기 위해 운전자가 음성 명령을 내리면, 음성 신호 출력부(10)에서 운전자의 음성을 입력하여 전기적인 신호를 출력하고, 상기에서 출력된 음성 신호는 증폭부(20)에 입력되어 일정값으로 증폭되어 아날로그/디지탈 변환부(30)로 출력된다.
상기 아날로그/디지탈 변환부(30)에 출력된 음성 신호는 디지탈 신호로 변환되어 제어부(40)에 출력된다.
상기 제어부(40)는 디지탈 신호로 변환된 운전자 음성을 입력하여(S110), 운전자의 음성 신호를 음성 에너지 프레임과 음성 신호가 0점을 교차하는 횟수인 영 교차율 프레임으로 나누어 판독한다(S120).
상기에서 판독된 음성 에너지 프레임과 음성 신호 영 교차율 프레임을 계산하는 산술방법은 제3도에 도시되어 있듯이, 자동차의 아이들(idle)시 음성 에너지 파형 프레임(가)에서 음성 신호 영 교차율 파형 프레임(나)를 빼줌으로서 아이들(idle)시 음성 신호 프레임 검출 파형(다)를 얻을 수 있다.
또한 제4도에 도시되어 있는 자동차의 주행시 운전자의 음성 신호 프레임을 검출하는 방법도 상기의 방법과 동일하게 음성 에너지 파형 프레임(가)에서 음성 신호 영교차율 프레임(나)를 빼줌으로서 운전자의 음성 신호 프레임 검출 파형(다)를 얻을 수 있다.
상기에서와 같이 설정된 산술식 의해 음성 신호 프레임 편차값을 산출하여 그에 해당하는 운전자의 음성 신호 프레임이 검출되면, 검출된 음성 신호 프레임에서 약 5프레임 정도의 아이디에스의 평균값을 산출하고, 아이디에스의 평균값을 설정된 최저 기준 신호값과 비교하여(S150), 아이디에스 평균값이 설정된 최저 기준 신호값 이상인 경우, 학습 단어 음성 신호 입력한다(S160).
상기에서 입력한 학습 단어 음성 신호의 값과 상기에서 검출한 음성 신호 프레임값을 설정된 산술식에 따라 계산하여 음성 신호의 편차를 재 산출한다(S170).
즉, 학습 단어 음성 신호값 - 첫번째 음성 신호 프레임값 = 재 산출 음성 프레임값이 된다.
그러므로, 상기에서 검출된 재 산출 음성 신호 프레임값의 편차를 설정된 기준값과 비교하여, 재 산출 음성 신호 프레임값이 설정된 기준값보다 작은 값이라 판단되면, 검출된 첫번째 음성 신호 프레임에 해당하는 제어 신호를 구동부(60)에 출력한다(S190).
상기에서 운전자의 음성 신호에 해당하는 제어 신호를 출력한 후, 운전자의 음성 신호가 또 있는지 확인 해야한다.
그래서 상기에서(S150) 비교된 상태된 음성 신호 구간의 값이 설정된 최저 기준 신호의 값 이하로 설정된 시간인 0.5ms이상 지속되면, 운전자의 음성이 없는 것으로 판단하고(S200) 초기 단계로 돌아간다(S210).
하지만 상기에서(S200) 비교된 선택된 음성 신호 구간의 값이 설정된 최저 기준 신호값 이하로 설정된 시간인 0.5ms 이하이면, 운전자의 음성 신호가 계속 입력되는 것으로 판단하여, 상기에서(S130) 검출된 음성 신호 프레임중 임의 음성 신호 프레임을 선택하는 단계(S140)로 돌아간다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 운전자가 음성 명령을 내리면, 운전자의 음성 신호를 일정 프레임 동안 음성 에너지와 음성 신호 영 교차율 횟수를 나누어 판독하여 계산함으로써, 차량 주행 소음에 강한 정확한 운전자의 음성 신호 프레임을 검출할 수 있는 효과르러 가진 운전자의 음성 신호 검출 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
Claims (7)
- 운전자의 음성을 입력받아 전기적인 음성 신호로 출력하는 음성 신호 출력 수단과; 상기에서 출력된 운전자의 음성 신호를 증폭하여 출력하는 증폭 수단과; 상기에서 증폭되어 출력된 운전자의 음성 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그/디지탈 변환 수단과; 단어를 여러 사람의 음성으로 여러 번 반복하여 데이타로 저장한 학습 단어 음성 신호를 출력하는 학습 단어 음성 신호 저장 수단과; 상기에서 출력된 음성 신호를 음성 에너지와 음성 신호 영교차율로 나누어 설정된 산출식에 의해 계산하여 음성 신호 구간을 산출하고, 설정된 최저 기준 신호값과 비교하여 음성 신호와 잡음 신호로 구분하고, 음성 신호를 저장부에 저장된 학습 단어 음성과 비교해서 편차를 구하여, 설정된 기준값 이하이면 음성 신호에 해당하는 제어 신호를 출력하는 제어 수단과; 상기 제어 수단에서 출력되는 제어 신호에 따라 차량의 각종 장치가 운전자의 음성신호에 따라 구동되는 구동 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운전자의 음성 신호 검출 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 전원이 인가되면, 운전자 음성을 입력하여 음성 에너지와 영 교차율 횟수로 나누어 판독하고, 설정된 산술식에 의해 계산하여 정확한 운전자의 음성 신호를 검출하여 설정된 최저 기준치와 비교하고, 비교값이 설정된 최저 기준값 이상인 경우, 선택된 음성 프레임의 신호값이 일정 시간 이상 지속 되는지 비교하여 선택된 음성 프레임의 음성 신호값이 일정 시간 이상 지속될 경우, 학습된 단어 음성 신호를 입력하고, 상기에서 검출된 음성 신호와 설정된 산술식에 의해 계산하여 설정값 이하이면, 제어신호를 출력하는 것을 포함하여 이루어진 운전자의 음성 신호 검출 장치.
- 전원이 인가되면, 운전자 음성을 입력하여, 음성 에너지와 음성 신호 영 교차율로 나누어 판독하는 단계와; 상기 단계에서 판독된 음성 에너지와 음성 신호 영 교차율을 설정된 산술식에 따라 계산하여 음성 신호 편차값을 산출하여 그에 해당하는 운전자의 음성 신호 프레임을 검출하여 임의 음성 신호 프레임을 선택하는 단계와; 상기 단계에서 선택된 음성 신호 프레임값을 설정된 최저 기준값과 비교하는 단계와; 상기 비교 단계에서 선택된 음성 신호 프레임값이 설정된 최저 기준 신호값 이상인 경우, 학습 단어 음성 신호를 입력하여 설정된 산술식에 따라 선택된 음성 신호 프레임값과 계산하여 음성 신호의 편차를 재 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 음성 신호 편차값이 설정된 기준 신호값 이하인가 비교하는 단계와; 상기 비교 단계에서 음성 신호 편차값이 설정된 기준 신호값 이하인 경우, 검출된 음성 신호 프레임에 해당하는 제어 신호를 출력하는 단계와; 상기 단계에서 선택된 음성 신호 프레임값이 설정된 최저 기준 신호값 이하로 설정 시간 이상 지속되면 음성 신호 프레임의 끝으로 판단하고 초기 단계로 리턴하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 운전자의 음성 신호 검출 방법.
- 제3항에 있어서, 상기에서 검출된 음성 신호 프레임값이 설정 기준치 이하이면, 운전자의 음성 신호가 없는 것으로 판단하고, 운전자의 음성 신호가 다시 입력되는지 확인하는 단계를 포함하여 이루어진 운전자의 음성 신호 검출 방법.
- 제4항에 있어서, 상기에서 검출된 음성 신호 프레임값이 서러정 기준치 이하로, 설정시간 이상 지속되면 운전자의 음성 신호가 없는 것으로 판단하고, 초기 단계로 리턴하는 단계를 포함하여 이루어진 운전자의 음성 신호 검출 방법.
- 제4항에 있어서, 상기에서 검출된 음성 신호 프레임값이 설정 기준치 이하로, 설정시간 이내에 운전자의 음성이 입력되면, 운전자의 음성을 검출하여 임의 음성 신호 프레임을 선택하는 단계로 리턴하는 단계를 포함하여 이루어진 운전자의 음성 신호 검출 방법.
- 제3항에 있어서, 상기에서 산출된 음성 신호와 학습 단어 음성 신호값의 편차가 설정된 기준값 이상인 경우, 검출된 음성 신호와 학습된 단어 음성 신호가 서로 다른 음성 신호인 것으로 판단하고 초기 단계로 리턴하는 단계를 포함하여 이루어진 운전자의 음성 신호 검출 방법.
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| KR1019960036868A KR100262576B1 (ko) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 운전자의 음성 신호 구간 검출 장치 및 그 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100262576B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230146748A (ko) | 2022-04-13 | 2023-10-20 | 금오공과대학교 산학협력단 | 공간적 마이크 배치를 통한 운전자 음성 분리 시스템 |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-08-30 KR KR1019960036868A patent/KR100262576B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230146748A (ko) | 2022-04-13 | 2023-10-20 | 금오공과대학교 산학협력단 | 공간적 마이크 배치를 통한 운전자 음성 분리 시스템 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19980017116A (ko) | 1998-06-05 |
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