KR100283388B1 - 교환기에서 가입자 신호 인식방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교환기에서 가입자 신호의 인식에 관한 것으로, 특히 DTMF(Dual Tone Multi frequencies) 신호의 에너지가 특정 주파수에 대해 밀집되는 분포도 특성을 이용해 간단한 계산량으로 DTMF 신호를 인식하도록 한 교환기에서 가입자 신호 인식 방법에 관한 것이다.

종래에는 단지 최대 에너지를 갖는 주파수만을 찾아내어 분석하므로써, 음성 신호처럼 낮은 주파수를 DTMF 신호로 잘못 인식하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명에 의해 고우얼첼 알고리즘을 이용하여 교환기에서 가입자 전화기의 DTMF 신호를 인식할 때 전체의 에너지와 각각의 주파수군의 최대 에너지에 대한 비율을 계산하여 해당 비율이 특정값보다 클 경우에 신호의 유무를 판단함으로써, 음성에 대한 오인식을 제거할 수 있다.

Description

교환기에서 가입자 신호 인식 방법

본 발명은 교환기에서 가입자 신호의 인식에 관한 것으로, 특히 DTMF(Dual Tone Multi Frequencies) 신호의 에너지가 특정 주파수에 대해 밀집되는 분포도 특성을 이용해 간단한 계산량으로 DTMF 신호를 인식하도록 한 교환기에서 가입자 신호 인식 방법에 관한 것이다.

일반적으로 많은 다른 국가에서뿐만 아니라 국내에서도 가입자 신호 방식으로 DTMF 신호를 사용하고 있는데, 이때 해당 가입자 신호를 분석하는 역할은 신호 장치 보드에서 담당한다.

해당 DTMF 신호는 저주파 주파수군와 고주파 주파수군로 이루어지며, 각각의 주파수군은 4개로 이루어진다. 각 4개의 주파수들로 매트릭스(Matrix)를 만들어 두 개의 주파수로 하나의 신호를 구성하며, 여기서 해당 각각의 신호는 가입자가 발신하는 발신 디지트를 의미한다.

그리고, 해당 저주파 주파수군과 고주파 주파수군에 대해 각각의 최대 에너지를 갖는 주파수만을 찾아내서 해당 가입자가 발신한 발신 디지트를 찾아낼 수가 있다.

다시 말해서, R2 신호는 전방향 신호와 후방향 신호로 이루어지며, 해당 전방향 및 후방향 신호는 6개의 주파수로 이루어지고 이 중에 2개의 주파수 조합으로 하나의 의미를 가지는 디지트를 이루게 된다. 그러나, 각각의 6개의 주파수는 서로 다른 것이다.

이 때, 신호를 인식하기 위해서는 각각의 주파수에 대한 에너지를 구한 후에 이 중 가장 큰 2개의 주파수 조합으로 하나의 디지트를 찾아낸다. 그리고, 이 경우에 에너지를 구하기 위하여 사용되는 알고리즘이 고우얼첼 알고리즘(Goertzel Algorithm)이다.

즉, 해당 하나의 신호 처리 보드가 처리하는 용량이 많아질수록 시스템의 크기는 작아지고 비용은 감소하게 되는데, 계산량을 감소하기 위해 해당 고우얼첼 알고리즘을 주로 사용하고 있다.

그러면, 상기 고우얼첼 알고리즘에 대해서 조금 더 상세히 다음과 같이 살펴 본다. 시간에 따라 입력되는 신호들의 주파수 성분을 찾아내기 위하여 퓨우리에 변환(Fourier Transform)을 수행하는데, 해당 퓨우리에 변환은 아래의 수학식 1로 구할 수 있다. 여기서,'X(K)'는 주파수에 따른 신호값을 나타낸다.

해당 수학식 1에서 어떤 특정 주파수의 에너지를 구하기 위해서는 모든 주파수, 즉 'n'의 값이 '0' 에서부터 'N-1' 까지 계산에 따른 결과값을 다 구하게 되므로, 많은 연산이 필요하게 된다.

그런데, 상기 고우얼첼 알고리즘은 어떤 특정 주파수의 에너지를 구하기 위하여 그 주파수에 따른 계산만 수행하면 되는데, 아래의 수학식 2로 구할 수 있다. 여기서 'fi'는 구하고자 하는 주파수이고, 'fs'는 샘플링한 주파수이다.

즉, 상기 고우얼첼 알고리즘은 상기 퓨우리에 변환과는 다르게 구하고자하는 특정 주파수에 대한 계산만 필요로 하게 되므로, 교환기에서 사용되는 주파수 신호는 미리 규격에 따라 정해진대로 송수신하기 때문에 상기 고우얼첼 알고리즘을 이용하는 것이 더 적합하다.

예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 유선 전화기를 참고하여 상기 고우얼첼 알고리즘에 대해 살펴 본다.

먼저 가입자가 전화를 걸기 위해 푸쉬 버튼(Push Button)을 누르면, 2개의 주파수로 이루어진 DTMF 신호가 전화기에서 발생하게 되는데, 해당 푸쉬 버튼의 디지트에 해당하는 각 발생 주파수는 아래의 표 1과 같다.

즉, 디지트 '7'을 누르면 852(Hz)와 1209(Hz)가 혼합된 DTMF 신호가 발생하게 되며, 해당 발생된 DTMF 신호는 아날로그 신호이다. 해당 아날로그 신호는 가입자 회로부(10)에서 디지탈화된 PCM 신호로 코딩되어 티-스위치부(T-Switch; 20)를 거쳐 신호 수신부(30)에 인가되어진다.

이에, 해당 신호 수신부(30) 내에 구비되어 있는 DSP(Digital Signal Processor; 31)에서 상기 고우얼첼 알고리즘을 사용하여 가입자 전화로부터 발생된 DTMF 신호를 분석하여 푸쉬 버튼의 특정 디지트에 해당하는 주파수 성분을 확인하여 인식하게 된다.

즉, DTMF 신호를 구성하는 8개의 주파수에 대한 고우얼첼 알고리즘을 사용한 신호 수신부(30) 내에 구비된 8개의 수신기를 동시에 계산하게 되는데, 디지트 '7'의 DTMF 신호인 경우에 해당 8개의 수신기 중 852(Hz)와 1209(Hz)의 수신기만 계산값이 크고 나머지 주파수에 대한 계산값은 작은값을 가지게 된다.

이렇게, 가입자는 푸쉬 버튼을 누름으로써 착신 번호를 교환기에 알려 주게 되는데, 가입자 선로에 노이즈 성분이 비교적 적고 디지트를 누르면서 수화시에 음성 신호를 발생시키지 않는 경우에는 상기 고우얼첼 알고리즘을 사용하여 8개의 주파수 중 어느 2개의 계산값이 큰지를 확인하여 디지트를 찾을 수가 있다.

그러나, 디지트를 누르면서 음성 신호를 발생시킬 경우, 디지트의 DTMF 신호에 음성 신호가 더해져 주파수 성분이 변하게 되어 상기 고우얼첼 알고리즘을 사용하여 8개의 주파수에 대해 계산하게 된다면 음성 신호로 인한 주파수 성분값이 더해져 2개 이상의 큰 에너지값을 가지는 주파수 성분으로 변하게 된다.

특히, 음성 신호가 큰 경우에 가입자가 누른 디지트로 인한 주파수 성분은 해당 음성 신호에 가려져 교환기에서는 디지트를 잘못 인식하게 된다.

즉, 상기 고우얼첼 알고리즘은 전처리 필터를 구현하지 않아 음성 신호와 같이 주파수 분포가 넓은 신호에 대해서도 반응하는 단점이 있다.

이와 같이, 종래에는 단지 최대 에너지를 갖는 주파수만을 찾아내어 분석하므로써, 음성처럼 낮은 주파수 대역에 에너지가 분포하는 경우에 DTMF 신호와 유사한 주파수 분포를 갖게 된다. 만약 각각의 주파수군에 대해 최대 에너지를 갖는 주파수만 찾아내게 된다면, 결국 음성 신호를 DTMF 신호로 잘못 인식하게 될 확률이 높아지게 된다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 가입자 신호 방식에서 사용되는 DTMF 신호의 에너지 밀집 분포도를 이용해 간단한 계산량으로 DTMF 신호를 인식하므로써, 해당 DTMF 신호를 고우얼첼 알고리즘을 사용하여 인식할 때에 음성 신호에 의해 잘못 인식하는 것을 해결하도록 하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 일반적인 유선 전화 교환기의 구성을 나타낸 블록도.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 교환기에서 가입자 신호 인식 방법을 나타낸 플로우차트.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 가입자 회로부 20 : 티-스위치부(T-Switch)

30 : 신호 수신부 31 : DSP(Digital Signal Processor)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 교환기에서 가입자 신호 인식 방법은, 입력 신호에 대해 고우얼첼 알고리즘을 적용하여 각 주파수 대역의 에너지값을 계산하는 과정과; 저주파 주파수군의 주파수 중 가장 큰 에너지값에 대한 나머지 에너지값의 합의 비율이 제1비율 이상인지를 확인하는 과정과; 고주파 주파수군의 주파수 중 가장 큰 에너지값에 대한 나머지 에너지값의 합의 비율이 제 2비율 이상인지를 확인하는 과정과, 상기 저주파 주파수군의 주파수중 가장 큰 에너지값과, 상기 고주파 주파수군의 주파수 중 가장 큰 에너지값의 합에 대한 나머지 에너지값의 합의 비율이 제3비율 이상인지를 확인하는 과정과; 상기 제1, 제2 및 제3비율 이상임을 확인하는 경우에 상기 입력 신호를 유효 신호로 인식하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 교환기의 구성은 종래의 구성과 동일하므로 그 설명을 생략하며, 가입자 신호의 인식 과정을 다음과 같이 살펴본다.

먼저, 전화기의 푸쉬 버튼으로부터 발생되는 DTMF 신호와 음성 신호의 가장 큰 차이점을 살펴본다면, 해당 차이점은 주파수 성분이라고 할 수 있다.

왜냐 하면, 각 주파수군에서 각각의 최대 에너지 성분은 저주파 주파수군과 고주파 주파수군 전체의 에너지 합에 대한 일정 비율보다 커야 하므로, 해당 DTMF 신호는 특정 주파수에 대해서 에너지가 밀집되는 분포도를 갖지만 해당 음성 신호는 최대 에너지와 나머지 에너지의 크기가 큰 차이를 갖지 않는다. 즉, 해당 DTMF 신호는 2개의 주파수만 큰 값을 가지지만, 해당 음성 신호는 주파수 성분 상 고른 분포를 가지고 있다.

그러므로, 해당 분포도의 특성을 이용하여 간단한 계산량으로 인식율을 개선할 수 있다. 즉, 2개의 주파수에 대한 계산값과 다른 6개의 주파수의 계산값을 합하여 해당 합에 대한 비율을 구하게 되면, 해당 비율이 큰 경우에는 DTMF 신호가 될 것이고 해당 비율이 작은 경우에는 음성 신호가 될 것이다.

예를 들어, 저주파 주파수군에서 가장 큰 에너지를 'FLO'라고 하고, 고주파 주파수 군에서 가장 큰 에너지를 'FHO'라 하고, 시험 및 측정에 의해 새로이 추가한 비례값을 'coff0','coff1' 및 'coff2'라 하고, 가장 큰 두 개의 에너지를 제외한 나머지 주파수에 대한 에너지의 합을 'FL1 + FL2 + FL3 + FH1 + FH2 + FH3'로 나타낼 때, 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

만약, 'coff0'가 0.5이고 'coff1'가 0.5이고 'coff2'가 3인 경우에 음성에 대한 잘못 인식하는 것을 제거할 수 있다.

다시 말해서, 종래에 각각의 주파수군에서 최대 에너지를 갖는 주파수만을 찾아내는 방식이 아니라, 본 발명에서는 DTMF 신호가 저주파 주파수군과 고주파 주파수군의 혼합 주파수이므로 각각 저주파 주파수군과 고주파 주파수군의 최대 계산값에 대해 전체 에너지에 대한 비율을 계산하는 후처리를 실행하게 된다.

즉, 각각의 주파수군에서 가장 큰 2개의 에너지는 전체 에너지 합의 일정 성분보다는 커야 하므로 음성 신호는 주파수가 분포하는 성분이 넓은 것을 이용하는데, 8개의 주파수에 대한 고우얼첼 알고리즘 계산값을 실행한 후에 상술한 후처리를 실행함으로써 해당 음성 신호에 대한 간섭 시에 발생하는 디지트의 오인식 확률을 감소시킬 수 있다.

그러면, 도 2의 플로우차트를 참고하여 가입자 신호의 인식 과정을 다음과 같이 살펴본다.

우선, 약 12(ms)의 시간 동안에 입력되는 신호에 대해서 고우얼첼 알고리즘을 적용하여 각 주파수 대역의 에너지값을 계산한다(단계 S1).

상기 제1단계(S1) 수행 이후, 저주파 주파수군의 주파수 중 제일 큰 에너지(FL0)가 나머지 세 개의 에너지 합(FL1 + FL2 + FL3)보다 일정 비율(coff0) 이상의 값을 가지는지를 확인하는데(단계 S2), 만약 해당 가장 큰 에너지에 대한 나머지 에너지 합의 비가 해당 일정 비율(coff0) 이하의 값을 가지면 상기 입력 신호가 음성 신호에 의해 간섭되었음으로 인식하고 다시 상기 제1단계(S1)를 수행하게 한다.

그리고, 상기 가장 큰 에너지에 대한 상기 나머지 에너지 합의 비가 상기 일정 비율(coff0) 이상의 값을 가지면, 고주파 주파수군의 주파수 중 제일 큰 에너지(FH0)가 나머지 세 개의 에너지 합(FH1 + FH2 + FH3)보다 일정 비율(coff1) 이상의 값을 가지는지를 확인한다(단계 S3).

만약, 상기 가장 큰 에너지에 대한 상기 나머지 에너지 합의 비가 상기 일정 비율(coff1) 이하의 값을 가지면 다시 상기 제1단계(S1)를 수행하게 한다.

그리고, 상기 가장 큰 에너지에 대한 상기 나머지 에너지 합의 비가 상기 일정 비율(coff1) 이상의 값을 가지면, 각 저주파 주파수군와 고주파 주파수군의 주파수 중 제일 큰 두 개의 에너지 합(FLO + FHO)이 나머지 여섯 개의 에너지 합(FL1 + FL2 + FL3 + FH1 + FH2 + FH3)보다 일정 비율(coff2) 이상의 값을 가지는지를 확인한다(단계 S4).

만약, 상기 가장 큰 두 개의 에너지 합에 대한 상기 나머지 에너지 합의 비가 해당 일정 비율(coff2) 이하의 값을 가지면 다시 상기 제1단계(S1)를 수행하게 한다.

그리고, 상기 가장 큰 두 개의 에너지 합에 대한 상기 나머지 에너지 합의 비가 상기 일정 비율(coff2) 이상의 값을 가지면, 상기 입력 신호에 상기 음성 신호가 간섭되지 않았음을 인식하고 상기 입력 신호에 대한 디지트를 확인하게 한다(단계 S5).

이상과 같이, 본 발명에 의해 고우얼첼 알고리즘을 이용하여 교환기에서 가입자 전화기의 DTMF 신호를 인식할 때 전체의 에너지와 각각의 주파수군의 최대 에너지에 대한 비율을 계산하여 해당 비율이 특정값보다 클 경우에 신호의 유무를 판단함으로써, 음성에 대한 오인식을 제거할 수 있다.

Claims (1)

1. 입력 신호에 대해 고우얼첼 알고리즘을 적용하여 각 주파수 대역의 에너지 값을 계산하는 과정과; 저주파 주파수군의 주파수 중 가장 큰 에너지값에 대한 나머지 에너지값의 합의 비율이 제1비율 이상인지를 확인하는 과정과; 고주파 주파수군의 주파수 중 가장 큰 에너지값에 대한 나머지 에너지값의 합의 비율이 제2비율 이상인지를 확인하는 과정과; 상기 저주파 주파수군의 주파수중 가장 큰 에너지값과, 상기 고주파 주파수군의 주파수 중 가장 큰 에너지값의 합에 대한 나머지 에너지값의 합의 비율이 제3비율 이상인지를 확인하는 과정과; 상기 제1, 제2 및 제3비율 이상임을 확인하는 경우에 상기 입력 신호를 유효 신호로 인식하는 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 교환기에서 가입자 신호 인식 방법.