KR100426691B1 - 워터마크를 제어신호로 이용하는 송수신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신시스템에서 워터마크 기술을 통해 오디오 신호에 제어신호를 삽입하여 이를 송신하고, 수신시스템에서 오디오 신호에 삽입된 제어신호를 추출하여 수신시스템을 실시간으로 제어하는 송수신 시스템 및 방법에 관한 것이다.

송신시스템은 비압축 디지털 신호 출력부, 제어신호 삽입부, 및 수신시스템으로 오디오 신호를 송신하는 오디오 신호 송신부를 구비하며, 수신시스템은 비압축 디지털 오디오 신호 출력부,제어신호 추출부, 및 제어명령어를 생성하는 제어신호 해독 및 제어 명령어 발생부를 구비하는 송수신 시스템을 제공한다.

이와 같은 구성을 통하여, 오디오 신호에 삽입된 제어 신호는 음질에 영향을 미치지 않으면서, 빠른 시간내에 시스템을 제어할 수 있다.

Description

워터마크를 제어신호로 이용하는 송수신 시스템 및 그 방법 {TRANSMITTING/RECEIVING SYSTEM USING WATERMARK AS CONTROL SIGNAL AND METHOD THEREOF}

본 발명은 워터마크를 제어신호로 이용하는 송수신 시스템 및 그 방법, 특히, 송신시스템에서 워터마크 기술을 통해 오디오 신호에 제어신호를 삽입하여 이를 송신하고, 수신시스템에서 오디오 신호에 삽입된 제어신호를 추출하여 수신시스템을 실시간으로 제어하는 송수신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

최근에 들어서, 실시간(예를 들어, 0.5 초 이내) 으로 제어신호를 감지하여 제어대상을 제어하는 기술은 그 응용분야가 날로 늘어나는 추세이다. 예를 들어, 이러한 응용분야는 방송분야, 재난방재(공습경보) 싸이렌 시스템 등이 있으며, 이하에서는, 방송분야의 경우를 예를 들어 설명한다.

방송 시스템은 통상 1 개의 중앙 방송국과 복수 개의 지방방송국으로 구성되고, 지방 방송국은 대부분의 프로그램을 중앙 방송국으로부터 전송받아 송출하고, 자체 제작한 프로그램은 일부분만 송출한다. 이때 발생할 수 있는 문제가 중앙방송 프로그램에서 지방방송 프로그램으로 전환하는 시점을 중앙 방송국에서 알려줘야 한다는 것이다. 이러한 전환작업은 짧은 시간에 동시에 발생되어야 하며, 만약, 전환작업이 늦어지면, 방송이 중단되는 방송 사고가 발생한다. 따라서, 적어도 이와 같은 전환작업은 1 초 이내에 발생해야 한다.

이와 같은 전환작업을 하는 종래의 방법은 방송국 기술자가 계속해서 방송을 모니터하여 약속한 문구나 내용이 방송되는 시점에 맞춰 수동으로 중앙방송의송출 프로그램에서 지방방송의 프로그램으로 전환하는 것이었다.

이와 같은 불편과 부정확함을 해소하기 위한 방법들이 있었다. 그 중 하나는 음성인식을 이용하는 방법으로, 약속된 문구를 음성인식 알고리즘을 이용하여 특성파라미터를 추출하여, 방송을 모니터 하면서 분석된 특성파라미터들과 비교함으로써, 동기신호를 추출하는 방법이다. 그러나, 이러한 시도는 음성 인식 알고리즘이 100% 신뢰할 수 있는 정확성을 갖추지 못하고 오감지 확률이 높기 때문에 대체 기술이 필요한 상태이다. 이와 같은 기술은 100 %의 정확도를 항상 유지하지 않으면 무용지물이 되기 때문이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 워터마킹 기술을 방송 장비 또는 모니터링 시스템에 활용하고자 하는 노력은 1997년 유럽의 MusicCode 시스템에서 상용화를 시작하였으며, VIVA (Visual Identity Verification auditor) 프로젝트를 결성하여 방송모니터링을 만들기 위한 노력도 있었다.

또한, 워터마킹 기술을 이용하여 하드웨어 장치의 제어를 목적으로 하는 시스템 제어는 미국특허번호 제5832119호 "Methods for controlling systems using control signals embedded in empirical data"에 개시되어 있다.

한편, 오디오 워터마킹 기술을 이용하여 동기신호를 검출하고자 하는 아이디어가 한국공개특허공보 제 2001-8046호의 "오디오 워터마크를 이용한 공중파의 동기신호 검출장치"에 개시되어 있다.

그러나, 상술한 문헌들에는 100% 신뢰할 수 있는 기술적 근거로, 실시간으로, 지속적이고 안정적으로 수행 가능한 시스템의 구체적인 기술 사양이 제시되고있지 않고 있는 것이 문제점이다.

따라서, 본 발명은 지속적이면서 실시간으로 디지털 오디오 신호에 워터마크 형태의 제어 신호를 포함하여 송신하고, 수신된 오디오 신호로부터 정확한 제어신호를 추출하여 시스템을 제어할 수 있는 송수신시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 제어 신호 삽입기술에 관한 자세한 내용은 본 발명의 본 출원인에 의해서 출원되어 계류중인 한국특허출원 제 2001-8255호에 자세히 기술되어 있다.

본 발명의 목적은 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 시스템을 제어함으로써, 일반 청취자, 또는 시청자들이 제어신호를 전혀 인식할 수 없는 송수신 시스템 및 방법을 제공하며, 방송 제어를 위하여 오디오 신호에 부가적으로 삽입된 정보로 인하여 음질에 영향을 미치지 않는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제어신호의 검지율이 99% 가 된다고 하더라도, 1% 의 오류로 인해서 제어시스템이 무용지물이 되고마는 제어시스템의 특성에 맞도록, 제어신호의 검출이 거의 100% 가능한 송수신 시스템 및 송수신방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 오디오의 특정 부위에 워터마크를 삽입하고 전송함으로써, 수신단에 있는 시스템들은 송신단에서 보내주는 동기신호를 인식하기 위한 별도의 장치가 없더라도 오디오 신호를 분석하여 제어신호 검출이 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 하드웨어 장비로 용이하게 구현이 가능할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위한 수단으로, 본 발명은 송신 시스템에서 수신 시스템으로 송신되는 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 상기 수신 시스템을 제어하는 오디오 신호 송신 시스템에 있어서, 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 비압축 디지털 신호 출력부; 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 삽입하는 제어신호 삽입부; 및 제어신호가 삽입된 오디오 신호를 소정의 송신방식을 통해 상기 수신시스템으로 송신하는 오디오 신호 송신부를 구비하는 송신 시스템를 제공하며,

제어신호가 삽입된 상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 비압축 디지털 신호 출력부; 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 추출하는 제어신호 추출부; 및 추출된 제어신호를 해독하여 제어 명령을 수행하는 제어명령어를 생성하는 제어신호 해독 및 제어 명령어 발생부를 구비하는 수신 시스템을 제공한다.

바람직하게는, 제어신호 삽입부는, 비압축 디지털 오디오 신호에 워터마크의 삽입위치를 결정하는 워터마크 삽입위치 결정부; 워터마크에 각각 대응되는 제어기능에 해당하는 필터를 선택하는 워터마크 변환부; 워터마크 변환부의 정보를 바탕으로 필터를 설계하는 필터 설계부; 비압축 디지털 오디오 신호에 소정의 흔적을 남기는 방식으로 워터마크를 삽입하는 워터마크 삽입부; 및 워터마크가 삽입된 비압축 디지털 오디오 신호와 워터마크가 삽입되지 않은 비압축 디지털 오디오 신호를 합산하는 워터마크 합산부를 구비한다.

또한, 바람직하게는, 제어신호 추출부는, 비압축 디지털 오디오 신호에 분산적으로 삽입된 제어신호를 수집하는 분산정보 수집부; 및 분산정보 수집부로부터 추출된 정보에서 제어신호의 포함유무를 판별하는 제어신호 선별부를 구비하고, 분산정보 수집부는 디지털 오디오 신호의 주파수를 변환하는 주파수 변환부; 및 주파수 변환된 디지털 오디오 신호의 주파수 스케일을 변환하는 주파수 스케일 변환부를 구비하며, 제어신호 선별부는 분산정보 수집부에서 전송된 신호 (W) 의 이동평균값을 계산하는 이동평균값 계산부; 워터마크 추출을 위한 문턱치와 삽입위치를 계산하는 문턱치 및 워터마크 삽입위치 계산부; 및 상기 W 신호와 상기 이동평균값에서 잔차 성분을 계산하는 잔차 계산수단을 구비한다.

또한, 본 발명의 목적을 실현하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명은 송신 시스템에서 수신 시스템으로 송신되는 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 상기 수신 시스템을 제어하는 오디오 신호 송신방법에 있어서, 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 오디오 신호로 출력하는 제 1 단계; 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 삽입하는 제 2 단계; 및 제어신호가 삽입된 오디오 신호를 소정의 송신방식을 통해 상기 수신 시스템으로 송신하는 제 3 단계를 구비하는 송신방법을 제공하며,

제어신호가 삽입된 상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 제 1 단계; 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 추출하는 제 2 단계; 및 추출된 제어신호를 해독하여 제어 명령을 수행하는 제어명령어를 생성하는 제 3 단계를 구비하는 수신 방법을 제공한다.

도 1 은 본 발명에 따른 송수신시스템의 개략적인 구성도.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 제어신호 삽입부의 구성을 도시한 블럭도.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따라서 오디오 신호에 제어신호를 삽입하는 과정을 도시한 흐름도.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 제어신호 추출부의 구성을 도시한 블럭도.

도 5 는 본 발명의 일실시예에 따라서 오디오 신호에 제어신호를 추출하는 과정을 도시한 흐름도.

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따라서 워터마크에 대응되는 제어코드의 일예를 나열한 코드표.

도 7 은 본 발명의 일실시예에 따라서 주파수 스케일 변환부에서 사용하는 수정된 로그 스케일의 일예를 도시한 그래프.

도 8a 및 도 8b 는 본 발명의 일실시예에 따라서 필터링에 의한 진폭 스펙트럼 변화의 일예를 도시한 그래프들.

도 9a 내지 도 9e 는 본 발명의 일실시예에 따라서 추출한 제어신호의 일예를 도시한 그래프들.

도 10 은 본 발명의 일실시예에 따라서 제어신호의 추출 테스트의 결과를 도시한 도면.

도 11 은 본 발명에 따른 방송 수신시스템에 장착가능한 제어신호 수신기 하드웨어의 실제 구성의 일예를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

100 : 송신시스템 120 : 워터마크 삽입부

130 : 워터마크 합산부 140 : 필터 설계부

150 : 워터마크 변환부

160 : 오디오 신호 송신부 300 : 제어신호 삽입부

500¹내지 500^N: 수신시스템들

510 : 분산정보 수집부 520 : 주파수 변환부

540 : 주파수 스케일 변환부 550 : 제어신호 선별부

560 : 이동 평균값 계산부 580 : 문턱치 및 제어신호삽입위치 계산부

600 : 잔차계산수단 620 : 제어신호 해독 및 제어명령어 발생부

710 : 디지털 신호 처리기 720, 730 : 데이터 처리장치

740 : 메모리 750 : 신호 송수신부

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 송수신시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1 을 참조로 하여 본 발명에 따라 송신시스템이 수신시스템을 제어하는 구성을 간략히 설명하면, 먼저, 송신시스템(100)은 워터마크 기법을 이용하여 오디오 신호에 제어신호(워터마크)를 삽입하여, 이 삽입된 정보를 유선 또는 무선의 전송채널(200)을 통하여 복수개의 수신시스템(500¹내지 500^N)에 전달하는 역할을 수행하기 위한 장치들을 구비한다.

또한, 도 1 의 수신시스템들(500¹내지 500^N)은 상술한 송신시스템에 의해서 워터마크가 삽입되어 전송된 오디오 신호에서 제어신호(워터마크)를 검출하고, 이 제어신호를 이용하여 소망의 제어 명령어를 발생시키는 역할을 수행하는 장치들을 구비한다.

송신시스템(100)과 수신시스템들(500¹내지 500^N)은 도 1 에 도시한 바와 같이 유선 또는 무선의 전송채널(200)을 통해 서로 접속된다. 다만, 수신시스템들 (500¹내지 500^N)은 복수개로 표현되어 있지만, 단수일 수도 있음은 물론이다. 또한, 유선 또는 무선의 전송채널(200)이라 함은 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 가능하며, 예를 들어, 무선 공중파, 유선방송, 또는 케이블등 일 수 있다.

이와 같은 도 1 의 구성을 통해서, 송신시스템에서 워터마크를 제어신호로 이용함으로써 오디오 신호에 제어신호를 삽입하여 이를 송신하고, 수신시스템에서 오디오 신호에 삽입된 제어신호를 추출하여 수신시스템을 실시간으로 제어한다.

이하, 송신시스템(100)에 설치되는 제어신호 삽입부(300)와 수신시스템들 (500¹내지 500^N)에 설치되는 제어신호 추출부(510 및 540) 각각에 대해서 도 2 내지 도 5 를 참조하여 상세히 설명한다.

송신시스템(100)에는 상술한 제어신호 삽입부(300)외에도 비압축 디지털 신호 출력부(105), 오디오 신호 송신부(160), 및 그외의 오디오 신호의 송신등에 관련된 각종 장치들이 구비되고, 수신시스템들(500¹내지 500^N) 각각에는 제어신호 추출부(510 및 550)외에도 비압축 디지털 신호 출력부(505), 제어신호 해독 및 제어명령어 발생부(620), 및 그외의 오디오 신호의 수신등에 관련된 각종 장치들이 구비된다.

먼저, 도 2 를 참조하여 제어신호 삽입부(300)를 중심으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어신호 삽입부 (300)의 구성을 도시한 블럭도이다.

제어신호 삽입부(300)는 고유값을 추출하고 난수를 발생하여 워터마크 삽입위치를 결정하는 제어신호 삽입위치 결정부(110), 각 제어기능에 대응하는 워터마크 각각에 해당하는 필터를 선택하는 워터마크 변환부(150), 워터마크 변환부(150)의 정보들을 바탕으로 필터를 설계하는 필터 설계부(140), 필터링 또는 주파수 변환 장치를 통해 임의 신호의 성분에 대한 흔적을 남기는 워터마크 삽입부(120), 및 워터마크가 삽입된 디지털 오디오 신호(X^*) 와 워터마크가 삽입되지 않은 디지털 오디오 신호(X) 를 하나로 묶는 워터마크 합산부(130)를 구비한다.

한편, 송신시스템(100)에는 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 비압축 디지털 신호 출력부(105)와 제어신호가 삽입된 오디오 신호를 소정의 방식으로 송신하는 오디오 신호 송신부(160)가 구비되어 있다.

비압축 디지털 신호 출력부(105)는 워터마크를 삽입하고자 하는 오디오 신호가 입력될 때, MPEG 또는 이와 유사한 WMA 등의 방식으로 압축되어 있으면 압축을 해제하는 기능을 수행하여 비압축된 디지털 신호를 출력하고, 압축되어 있지 않으면 다시 아날로그 신호 인지의 여부를 판정하고, 아날로그인 경우는 A/D 변환부(미도시)에 의해서 디지털 오디오 신호로 변환하여 제어신호 삽입 위치 결정부(110)에 전송한다(후술함).

이하, 제어신호 삽입부(300)의 구성을 좀 더 상세히 설명한다.

제어신호 삽입위치 결정부(110)는 입력된 디지털 오디오 신호 (X) 의 일정 길이에 제어코드를 삽입하기 위하여 제어시간이 기록되어 있는 제어시간표에 따라 제어신호를 검출해야 하는 시점에 일치하는 오디오 신호 영역에 제어신호를 삽입하게 하기 위한 기능을 수행한다. 이 때, 제어신호를 검출하는 시간적 제약으로 제어 신호를 삽입하는 오디오 길이에도 제약이 따른다.

워터마크 변환부(150)는 시스템을 제어하고자 하는 명령어에 따른 제어 코드에 해당되는 필터를 선택한다. 도 6 에는 워터마크에 따라 대응되는 제어코드의 일예를 나열한 코드표를 나타낸다. 즉, "00" 의 워터마크에 해당되는 필터는 "filter(0), 정보삽입영역은 "signal(0)"(이러한 정보삽입영역의 일예로, 2 개의 피크가 존재하도록 설계될 수 있으며, 도 8a 및 도 8b 에서는 1번 피크가 4 kHz, 2 번 피크가 5.4 kHz 로 설정된다.) 이며, 도 6 에 도시한 바와 같이 "시작" 제어기능을 수행하도록 대응될 수 있다. 이러한 워터마크와 필터의 특성을 대응시키는 방법은 제어신호의 종류와 특성에 따라서 변경가능하다. 또한, 필터는 디지털 오디오 신호에 제어코드를 삽입하는 정보로서, 특정 주파수 영역에 대한 진폭 스펙트럼을 변경하기 위한 정보를 나타낸다.

필터 설계부(140)는 워터마크 변환부(150)의 정보들을 바탕으로 필터를 설계한다. 필터는 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 가능하며, 예를 들어 FIR(Finite Impulse Response)와 IIR(Infinite Impulse Response) 중 어느 것을 택해도 무방하다. 그러나, 바람직하게는 연산속도를 고려하여 IIR 필터가 더 적합하다. 다만, IIR 필터는 오디오 신호가 위상의 비선형성을 띠기 때문에 오디오 음질을 저하시키는 문제를 야기한다. 따라서, IIR 필터는 위상변화가 발생하지 않도록 위상불변필터를 설계하여 사용한다.

한편, 이러한 필터는 랜덤하게 신호성분을 조절할 수 있다. 이때, 원신호에 영향을 끼치지 않도록 리플링 효과를 최소한으로 줄이는 것이 바람직하고, 최소한 0.05dB 이하에서 설계하는 것이 좋다. 실제 하드웨어적인 입장에서는, 필터의 차수가 작을수록 연산량이 적고 하드웨어 구현이 용이하다. 그러나, 원하는 정보삽입효과를 보장하기 위해서는 4 차 이상의 필터가 필요하다. 필터의 차수가 작으면, 필터의 통과대역과 저지대역 사이의 천이대역이 넓어져 원하지 않는 대역의 신호에 대해서도 필터링하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 실험적인 결과에 의하면, 44.1 kHz, 16 비트의 CD 음악의 경우에는 4 차 이상의 필터를 설계하는 것이 오디오 음질에 악영향를 주지 않는다.

워터마크 삽입부(120)는 필터 설계부(140)에 의해서 얻어진 필터계수를 이용하여 입력신호(X)를 필터링된 출력신호(X^*)로 나타낸다. 이러한 필터링은 입력신호에 임의의 흔적을 남기는 과정으로 이해할 수 있으며, 즉, 임의의 주파수 성분에서 진폭 스펙트럼의 소정량 감소, 또는 변경 등과 같은 흔적을 남길 수 있다. 이러한 필터링 과정을 식으로 나타내면 식 (1) 과 같다.

상기 식의 필터계수는 {b₀,b₁,...,b_L,a₀,a₁,...,a_L}, 필터차수는 L, n 은 시간 계수(time index) 이며,입력신호는 X, 출력신호를 X^*로 표현된다. 이러한 수학식 1 의 출력 X^*(n)은 현재 및 과거의 입력과, 과거의 출력과의 선형결합에 의해 결정되며, 필터계수 b_n,a_n이 디지털 필터의 특성을 좌우한다. 즉, 2 차 필터의 경우는, X^*(n) = b₀X(n) + b₁X(n-1) + b₂X(n-2) - a₁X^*(n-1) - a₂X^*(n-2) 와 같이 표현된다. 이러한 식은 FIR 또는 IIR 필터 등 어느 방식의 필터에서도 적용가능하며, 본 실시예에 따른 바람직한 필터인 IIR 필터에서는 a_k, b_k모두가 존재한다.

필터의 설계와 필터링에서는, 제어신호, 즉 워터마크가 삽입되는 주파수 영역은 특별히 한정되지 않고, 워터마크가 삽입될 오디오 신호에 따라서 달라질 수 있다. 5 kHz 범위의 오디오 신호는 사람의 청각에 민감하고 중요한 신호가 다량으로 포함되어 있기 때문에 이 영역에는 워터마크를 삽입하지 않도록 조절한다. 만약, 제어신호의 종류가 적다면, 심리음향 모델에 기반하여 6kHz 이하의 위치에 제어신호를 삽입하는 것이 바람직하다.

또한, TV 또는 라디오의 오디오 신호는 적게는 7 kHz 에서 8 kHz 정도의 주파수 분포를 갖고 있으므로 제어 신호의 종류에 따라 적절히 위치를 정해야 하며, 바람직하게는 최소한 4 kHz 이하의 영역을 선정하며, 오디오의 음질을 최대한 보장하려고 할 때는 6 kHz 이하의 영역을 이용하는 것이 바람직하다.

워터마크 합산부(130)은 워터마크가 삽입된 디지털 오디오 신호 X^*와 워터마크가 삽입되지 않은 디지털 오디오 신호 X 를 하나로 합산하는 기능을 수행한다. 이 때, 합산된 신호 Y(= X+X^*) 에서 워터마크가 삽입된 신호의 비율은 임의로 조정가능하며 특별히 한정되지 않지만, 워터마크가 삽입된 비율이 높을수록 워터마크는 강인해지지만, 음질에 영항을 준다. 또한, 워터마크가 삽입되는 신호의 길이가 길어질수록 보다 안정된 검출율을 유지할 수 있으나, 본 발명에서는 제어신호의 특성상 빠른 판단이 요구되는 신호에 삽입되므로 제어신호를 삽입하는 오디오 길이에 제약이 따른다.

이하, 도 3 을 참조하여 워터마크(제어신호)를 오디오 신호에 삽입하여 전송하는 흐름을 상세히 설명한다.

먼저, 오디오 신호(X) 가 송신시스템(100)의 비압축 디지털 신호 출력부(105)에 입력된다(S103). 입력되는 오디오 신호(X) 는 압축된 신호일 수도 있고, 압축되지 않은 신호일 경우는 디지털 오디오 신호 또는 아날로그 오디오 신호일 수 있다. 따라서, 비압축 디지털 신호 출력부(105) 에서는 압축여부를 판정하여(S105), 압축된 경우는 압축을 해제하고(S111), 압축되지 않은 경우는 입력된 오디오 신호가 아날로그 신호인지 또는 디지털 신호인지를 판정한다(S107). 또한, 압축되지 않은 신호가 아날로그인 경우는 비압축 디지털 신호 출력부(105)에 포함된 A/D 변환부(미도시)에서 디지털 오디오 신호로 변환된다(S109). 이와 같은 일련의 처리과정은 입력되는 오디오 신호가 압축된 신호인지의 여부와 아날로그 신호인지, 디지털 신호인지에 관계없이 모든 입력되는 신호를 압축되지 않은 디지털 오디오 신호로 변환하기 위함이다,

다음으로, 워터마크 삽입부(120) 에서, 비압축 디지털 오디오 신호에 워터마크(제어신호)를 삽입한다(S113). 워터마크는 필터링 또는 주파수 변환장치를 이용하는 방법으로 입력신호 (X) 에 제어신호를 삽입하여 X^*신호를 생성한다.

그 후, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 비압축 디지철 신호 출력부(105)를 통해서 워터마크 합산부(130)로 바로 입력되는 오디오 신호 X 와 제어신호가 삽입되어 입력되는 오디오 신호 X^*는 워터마크 합산부(130)에서 서로 합산되어 제어코드가 삽입된 오디오 신호(Y) 로 생성된다(S115).

다음, 이 신호 Y 는 오디오 신호 송신부(160)에 의해 디지털 또는 아날로그 신호의 형태로 도 1 의 유/무선 전송채널(200)을 통해 수신시스템들(500¹내지 500^N) 에 전송된다(S117). 제어코드가 삽입된 디지털 오디오 신호(Y) 를 수신 시스템들(500¹내지 500^N)에 송신하는 오디오 신호 송신부(160) 및 그 방법은 당업자에게 공지된 통상의 방식을 이용하고, 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 이에 대한 설명은 생략한다.

이상에서, 본 발명의 일실시예에 따른 송신시스템(100)의 제어신호 삽입부 (300)의 상세한 구성과 오디오 신호에 제어신호를 삽입하여 전송하는 흐름에 대해설명하였다. 따라서, 이하에서는 수신시스템들(500¹내지 500^N)의 제어신호 추출부(510 및 550)의 상세한 구성과 오디오 신호에 삽입된 제어신호를 추출하여 수신 시스템들(500¹내지 500^N)을 제어하는 흐름에 대해 설명한다.

도 4 의 제어신호 추출부(510 및 550)는 분산적으로 삽입된 제어신호 정보를 수집하는 분산정보 수집부(510), 분산정보 수집부(510)에서 수집된 정보로부터 제어신호만을 선별하는 제어신호 선별부(550)를 구비한다. 또한, 수신시스템들(500¹내지 500^N)에는 추출된 제어신호를 해독하여 제어 명령을 수행하는 제어명령어를 생성하는 제어신호 해독 및 제어 명령어 발생부(620)가 제공된다.

유/무선 전송채널(200)을 통해서 제어신호 추출부(510 및 550)에 입력되는 신호는 디지털 오디오 신호 또는 아날로그 오디오 신호일 수 있다. 이는 오디오 신호 송신부(160)의 송신 방식에 따라서 달라질 수 있기 때문이다. 만약, 아날로그 신호인 경우는 A/D 변환을 실시하여 디지털 오디오 신호로 변환하고, 디지털 신호이면 압축여부를 판단하여 압축된 경우에는 압축을 풀어서 제어신호 추출부(510 및 550)에 입력하고, 비압축인 디지털 신호는 곧바로 제어신호 추출부(510 및 550)에 입력된다.

이렇게 입력된 신호에 대해, 분산정보 수집부(510)는 예컨대 0.2 초 단위 입력신호별로 입력신호를 분석하여 제어신호를 식별하기 위한 주파수 신호 성분을 통합하고, 제어신호 선별부(550)는 분산정보 수집부(510)로부터 추출된 정보에서 제어신호의 포함 유무를 판별하고, 제어신호 해독 및 제어 명령어 발생부(560)는제어신호 선별부(540)로부터 선별된 제어신호를 해독하여 적절한 제어명령어를 발생시킨다.

이하, 제어신호 추출부(510 및 550)의 각 구성에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

분산정보 수집부(510)는 워터마크(제어신호)의 추출과정에서 제어신호가 삽입된 디지털 오디오 신호 (Y) 를 빠르게 주파수 영역으로 변형할 수 있도록 N 개의 크기로 나누어 분석한다. 그 이유는 휴대장치가 적은 메모리를 사용하기 때문에 한번에 많은 양의 데이터를 처리할 수 없기 때문이다. 따라서, 빠른 연산을 위해서는 고속 알고리즘을 사용하기에 적합한 N 을 이용해야 한다.

또한, 분산정보 수집부(510)는 도 4 에 도시된 바와 같이 주파수 변환부 (520)와 주파수 스케일 변환부(540)로 구성된다. 이하, 이들에 대해 설명한다.

주파수 변환부(520)의 기능은 오디오 신호 (Y)를 N 개 단위로 나누어 창문(windowing)을 씌우며, 신호길이는 분석의 편의상 2N 의 크기로 한다. N 의 크기가 1024 개 또는 2048 개 이내인 경우에 계산속도와 데이터 저장공간은 충분하다. 창문을 씌우는 이유는 주파수를 변환할 때 에지 부분에 발생하는 고주파를 차단하기 위한 작업이다. 상기 주파수 변환 방법은 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 가능하다. 예를 들어, FFT(Fast Fourier Transform), DCT(Discrete Cosine Transform), LOT(Lapped Orthogonal Transform) 등이며, 바람직하게는, 가장 계산량이 적고 빠른 고속 푸리에 변환(FFT) 가 효율적이다. 주파수 신호로 변경한 다음에는 진폭 스펙트럼을 구하여 주파수 스케일 변환부(540)에 신호 Y1 을 전송한다.

또한, 주파수 스케일 변환부(540)는 제어신호를 추출하는 과정에서 가장 중요한 부분으로 임의의 신호에 삽입된 정보는 단순한 합산만으로는 검출이 용이하지 않다. 따라서, 주파수 스케일을 로그 스케일로 변경하여 임의 신호에 삽입된 정보를 감소시켜 준다. 실험에 따르면, 로그 형태의 스케일 변화가 가장 적합하다. 그러나, 일반적인 로그 스케일과는 달리 오디오의 주파수 성분이 갖는 값의 범위가 제한적이기 때문에 수정된 로그함수를 사용하는 것이 바람직하다.

도 7 은 로그 곡선을 수정하여 일정값 이상에서는 신호의 크기를 동일하게 변경하는 수정된 로그 스케일을 도시하고 있다. 도 7 의 곡선은 로그 곡선을 수정하여 일정값 이상에서는 신호의 크기를 동일하게 변경하는 수정된 로그 스케일을 도시하고 있다. 이 곡선은 신호주파수를 나타내는 가로축의 값에 따라서 세로축 값을 선형 근사화 시킨다. 이와 같이 한 이유는 하드웨어를 구현했을 때 로그곡선을 테이블로 제작할 수 있어 좀 더 빠른 연산속도를 얻기 위해서이다. 또한, 로그 스케일이 사용된 주된 효과는 작은값을 크게 하고, 큰 값을 작게 하는 특성이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 작은 값이 중요하므로, 작은 값을 더 많이 세분화하여 근사화하고 큰 값은 이에 비해 덜 세분화 한다.

이하, 주파수 변환부(520)와 주파수 스케일 변환부(540)의 실제 구현에 대해 설명한다. 분산정보 수집부(510)는 오디오 신호 Y 를 N 개의 신호로 나누어 M 번 반복한다. 반복을 많이 할수록 제어신호의 검출은 용이하나, 제어신호의 특성상 빠른 판단이 요구되므로 시스템이 요구하는 정도에 따라서 조절할 필요가 있다.제어신호를 추출하고 명령어를 발생하는데 필요한 시간은 1 초를 넘어서면 안된다. 따라서, 실제로, 방송국에서 요구되는 제어 시간도 1 초를 넘지 않는다.

여기서, M 은 사용하는 시스템에 따라서 조절가능하다. M 을 작게 하면 많은 정보를 삽입할 수 있는 반면, 삽입정보의 강인성이 떨어지며, 너무 길게하면 강인한 정보가 삽입되는 반면, 삽입되는 정보량이 줄어들게 된다.

이러한 방식으로, 분산정보 수집부(510)는 오디오 신호 (Y) 를 N 개의 신호로 나누어 M 번 반복하여 더해진 신호 W 를 워터마크 선별부(550)로 전송한다.

다음으로, 워터마크 선별부(550)는 주파수 스케일 변환부(540)에서 전송된 W 신호의 이동평균값을 구하는 이동 평균값 계산부(560), 워터마크 정보를 추출하기 위한 문턱치를 계산하고, 워터마크가 삽입된 위치를 파악하는 문턱치 및 제어신호 삽입위치 계산부, 및 W 신호와 이동평균값에서 잔차 성분을 계산하는 잔차계산수단(600) 을 구비한다.

또한, 제어신호 해독 및 제어명령어 발생부(620)는 이러한 방식으로 추출된 잔차성분으로부터 제어신호값을 찾아서 제어명령어를 생성한다.

이동평균값 계산부(560)는 제어신호를 추출하기 위하여 먼저 신호 (w) 의 이동평균을 구하며, 오디오 신호 성분의 크기는 고르게 발생되지 않고 상대적으로 저주파 성분에 큰 값을 가지므로 이동평균값을 기준으로 평균값보다 작은 성분을 갖는 신호만 따로 추출해야 한다. 여기에서, 이동평균은 평균값을 구하기 위한 구간 N 개의 샘플들의 산술 평균값을 구하는 식으로 구한다.

여기서, n 은 시간계수(time index) 를 의미하며, 구하고자 하는 순간의 값 m[n] 은 n 시간 전후의 N/2 개의 샘플을 합한 후, N 으로 나눠 평균을 구하는 식을 의미한다.

잔차계산부(600)는 주파수 스케일변환부(540)의 출력(w)에서 이동평균값 계산부(560) 출력(m)을 뺀 값을 계산하는 부분으로, 즉, 신호 (w) 와 이동평균값에서 잔차성분을 찾아내는데, 이러한 잔차성분은 이동평균값보다 작은 성분들만으로 구성되고, 이동평균값보다 크거나 같은 경우에는 모두 0 으로 설정한다. 따라서, 잔차계산부(600)에서 생성한 잔차성분은 오디오 성분들 중에서 상대적으로 강한 반응을 나타내는 성분들로서, 워터마크가 삽입된 위치영역은 이 중에서도 가장 강한 반응을 나타낸다. 따라서, 문턱치 및 제어신호 삽입위치 계산부(580)에서 설정한 문턱치보다 작은 값들의 성분들이 워터마크 정보가 된다. 이 잔차계산부(600)의 출력과 문턱치 및 제어신호 삽입위치 계산부(580)의 출력(t)를 이용하여 제어신호를 해독한다(이하, 후술함).

문턱치 및 제어신호 삽입위치 계산부(580)는 오디오의 음량의 크기에 따라 크게 잔차가 변하는 특성때문에 오디오 성분의 크기를 0 ~ 1 값으로 정규화할 경우 0.5 로 설정한다. 문턱치의 설정은 특별히 한정되지 않고, 다양한 값이 가능하며, 삽입되는 워터마크의 강도 또는 삽입될 오디오의 성질에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 최대 피크값의 0.5 로 설정할 수 있다. 삽입위치를 계산은 워터마크 정보가 있을 만한 영역을 한정해 주는 역할을 한다. 즉, 모든 영역의 피크를 검사하기 보다는 워타마크가 존재가능한 영역만을 검사하게 한다.

한편, 도 4 에 도시된 제어신호 해독 및 제어 명령어 발생부(620)는 추출된 워터마크의 제어코드 명령을 해독하여 명령신호를 발생시키는 역할을 수행하며, 구체적으로는, 잔차계산부(600)에 의해 추출된 잔차성분에서 워터마크 값을 찾기 위해서, 잔차성분이 문턱치보다 작은 값의 위치를 측정한다. 예를 들어, 도 6 에 도시하고 있는 바와 같은 코드표에서 두지점간의 거리와 일치하는 워터마크 명령을 검색한다. 검색을 통해서 일치하는 워터마크 명령어가 있는 경우에는 해당되는 제어신호 발생 요구신호를 생성하고, 일치하는 워터마크가 없는 경우에는 제어신호 발생 요구신호를 생성하지 않는다.

더욱 구체적으로 이를 설명하면, 상술한 두 지점간의 거리값을 워터마크 정보로 이용하며, 도 6 의 경우는 4 가지의 거리에 대해서 각각 2 비트 정보를 매칭시킨 경우이다. 따라서, 정보삽입영역과 검출된 워터마크가 동일한 경우에 해당하는 워터마크 2 비트 정보를 제어신호로 출력한다.

이하, 도 5 를 참조하여, 제어신호의 추출과정을 상세히 설명한다.

먼저, 오디오 신호(X) 가 비압축 디지털 신호 출력부(505)에 입력된다 (S301). 입력되는 오디오 신호(X) 는 압축된 신호일 수도 있고, 압축되지 않은 신호일 경우는 디지털 오디오 신호 또는 아날로그 오디오 신호일 수 있다. 따라서, 비압축 디지털 신호 출력부 (505) 에서는 압축여부를 판정하여(S303), 압축된 경우는 압축을 해제하고(S307), 압축되지 않은 경우는 입력된 오디오 신호가 아날로그 신호인지 또는 디지털 신호인지를 판정한다(S305). 압축되지 않은 신호가 아날로그인 경우는 비압축 디지털 신호 출력부 (505) 내의 A/D 변환부(미도시)에서 디지털 오디오 신호로 변환된다(S309). 이와 같은 일련의 처리과정은 입력되는 오디오 신호가 압축된 신호인지의 여부와 아날로그 신호인지, 디지털 신호인지에 관계없이 모든 입력되는 신호를 압축되지 않은 디지털 오디오 신호로 변환하기 위함이다.

다음으로, 디지털 제어신호를 모니터링한다(S311). 이러한 모니터링 과정은 분산정보 수집부(510)에서 수행되며, 제어신호의 삽입여부를 체크한다. 이어서, 제어신호의 입력을 검지하면, 입력 오디오 신호 길이 N 으로부터 제어신호를 검출한다(S313). 그 후, 선별된 제어신호를 해독하여 시스템 제어를 위한 명령어를 발생한다(S315).

한편, 제어 신호의 추출과정에서는 제어신호의 삽입과정에서 필터링에 의해 발생된 진폭 스펙트럼의 변화를 찾아낸다. 도 8a 및 도 8b 는 제어신호 추출과정에서 제어신호가 추출된 일예를 도시한 도면으로, 도 6 의 코드표의 "1"번 제어코드에 해당하는 워터마크를 오디오 신호에서 추출한 상황을 도시하고 있다.

도 8a 는 분산정보 수집부(510)를 통해서 얻어진 그래프이고, 도 8b 는 제어코드 선별부(550)를 통해서 얻어진 그래프이다. 도 6 의 제어코드 "1"번은 전술한 바와 같이 정보삽입영역이 4 kHz 의 1 번 피크, 5.4 kHz 의 2 번 피크로 설정되어있다. 도 8a 의 가로축은 ×100 Hz, 세로축은 데시벨 단위이다. 여기서, 세로축은 절대적인 수치보다 상대적인 수치가 중요한 의미를 갖는다.

제어신호 추출 테스트

TV 또는 라디오에서 실시간으로 동기신호를 검출하기 위해서는, 오디오 신호의 특정 부분에 삽입되어 있는 제어신호를 매우 빠른 속도로 정확하게 식별하는 것이 요구된다. 통상, 송신시스템에서 수신시스템으로 전환하기 위해서는 할당되는 시간은 매우 짧다. 예를 들어, 중앙방송국에서 지방방송국으로 또는 지방방송국에서 중앙방송국으로의 전환을 위해 할당된 시간이 1초 이내이므로 방송중에 1초 이내의 신호에만 제어신호가 삽입되어 있다. 따라서, 이와 같은 짧은 시간에 오디오 신호로부터 제어신호의 유무와 제어신호의 종류를 판별해야만 한다.

본 테스트에 사용된 오디오 신호는 MPEG-1 layer 로 압축, D/A 변환, 다시 A/D 변환, MPEG-1 layer2 압축, D/A 변환, A/D 변환을 거친 이후의 성능테스트를 실시하였다.

도 9a 내지 도 9e 는 전술한 바와 같은 변환 작업 후에 제어신호를 100% 검출하기 위해서 요구되는 최소시간 및 최소 오디오 신호 길이를 확인하기 위한 실험의 결과이다. 도 9a 내지 도 9e 의 가로축은 kHz 단위의 주파수이고, 세로축은 데시벨(db) 단위를 갖는다. 도 9a 내지 도 9e 에서 상대적으로 큰 진폭을 갖는 신호는 소정의 워터마크 신호에 해당하며, 1번 피크가 약 5.3 kHz, 2 번 피크가 약 7.0 kHz 로 설정된 경우로, 2 개의 피크가 소정의 워터마크 신호이며, 이러한 워터마크 신호는 대응되는 임의의 제어신호를 나타낸다.

또한, 도 9a 내지 도 9e 는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 및 0.5 초 동안의 오디오 신호를 통해서 나타나는 제어신호를 도시하고 있으며, 이러한 도면들을 참조하면, 0.1 초에서 오디오 신호 길이가 증가할수록, 상대적으로 제어신호가 높은 진폭으로 검출되고 있다.

또한, 이 도면들을 통해서 볼 때, 제어코드를 찾아내는데 소요되는 시간은 0.1 초 정도만으로도 가능함을 알 수 있고, 0.2 초 이상의 오디오 신호를 이용하면, 제어 신호를 정확하게 찾아낼 수 있으며, 제어 신호의 추출시간에 비해 삽입시간이 더 큰 경우, 제어신호의 추출이 용이한 것은 자명하므로, 오디오 신호의 삽입 시간은 최소 0.6 초 이상이면 충분한 것으로 분석된다.

한편, 실시간으로 사운드 카드를 통해서 입력되는 사운드를 0.1 초(도 9a), 0.2 초(도 9b), 0.3 초(도 9c), 0.4 초(도 9d), 및 0.5 초(도 9e) 단위의 오디오 신호를 분석하여 제어신호의 검출율을 평가하기 위해, 도 9a 내지 도 9e 에 나타난 제어코드의 신호를 실제로 검출할 때, 총 20 회의 검지 횟수에 대한 성공율을 도 10 에 도시하였다.

도 10 은 이와 같은 검지 실험을 각 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 초간의 오디오 신호의 길이에 따라 각각 20회 실시한 결과를 나타낸다. 0.1 초의 경우, 총 20 회의 검지횟수에 대하여 18회가 검출되었고, 0.2 초 이상의 오디오 신호의 경우는 총 20회의 검지 횟수에서 20회 모두가 검지되어 100 %의 검지율을 나타내고 있다. 이와 같은 결과는 도 9a 내지 도 9e 에서의 제어신호의 상대적인 크기가 오디오 신호 길이를 길게함에 따라서 증가하는 현상을 통해서 미리 예측가능하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 바람직한 제어 신호의 검출 및 삽입 시간을 살펴본다. 제어신호 검출을 판단하는 시간은 짧을수록 본 발명의 실시예가 추구하는 효과를 높일 수 있다는 것은 자명하다. 다만, 오디오 신호에서 제어신호를 정확하게 검지하기 위해서는 0.1 초 이상의 시간이 바람직함을 전술한 실험의 결과를 통해 알 수 있고, 최대로는 0.5 초 이내를 넘지 않는 것이 타당하다. 이는 본 발명의 실시예가 실제 제어시스템 적용됨에 있어 최대한 유리한 효과를 가질 수 있기 위함이다. 또한, 이 경우, 제어신호가 삽입된 오디오 신호는 0.5 초보다는 길게 삽입하는 것이 제어신호의 추출에 용이함은 당연하다. 바람직하게는, 오디오 신호에 제어신호가 삽입된 시간은 0.1 초 이상 1 초 이하이다.

또한, 본 발명에 따른 기술은 하드웨어 구현이 용이한 수단으로 구성되어 있으므로, 하드웨어로 방송장비를 직접 제작할 수 있고, 안정된 서비스의 지원이 가능하게 된다.

이하에는, 본 발명에 따른 방송 수신시스템에 장착가능한 제어신호 수신기 (700) 하드웨어의 실제 구성의 일예를 도 11 에 도시하고 있다.

도 11 의 본 제어신호 수신기(700)은 고속 연산의 수행으로 워터마크를 추출하기 위한 연산등을 행하는 디지털 신호 처리기(710), A/D 컨버터를 내장한 cirrus logic 의 제 1 데이터 변환 장치(720), D/A 컨버터를 내장한 cirrus logic의 제 2 데이터 변환 장치(730), 상술한 연산을 수행하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리(740), 및 상기 디지털 신호 처리기(710)에서 추출된 제어신호를 PC 로 보내주기 위한 신호 송수신부(750)를 구비한다.

또한, 제 1 및 제 2 데이터 변환 장치 (720 및 730)의 각 채널에 입/출력되는 오디오 신호는 스테레오 신호이며, 디지털 신호 처리기(710)와 제 1 및 제 2 데이터 변환 장치 (720 및 730) 사이의 접속은 시리얼 통신을 이용해 데이터를 주고 받고, 디지털 신호 처리기(710)와 메모리(740) 사이의 접속은 어드레스 라인 7 개와 데이터 라인 16 개로 구성된다.

또한, 상기 메모리(740)는 128 kWord 인 플래시 메모리가 사용되며, 디지털 신호 처리기(710)에서 추출된 제어신호를 PC(미도시) 로 전송은 USB(Universal serial bus)방식이 이용되며, 신호 송수신부(750)에는 NET2890 칩이 사용되며, 디지털 신호기와의 접속은 데이터 라인 8 개와 어드레스 라인 5 개로 구성된다.

이하, 본 발명의 실제 구현화에 대해서, 몇 가지 예를 들어서 설명한다.

(예 1)

민방위 훈련이나 기타 천재지변 등 위급사항이 발생하여 방송을 통해 사이렌을 울리는 경우, 상술한 바와 같이 오디오 신호에 워터마크(제어신호)를 삽입하여 전송하고, 이러한 오디오 신호를 수신하고 워터마크를 추출하며 제어명령어를 생성하는 기능 등을 갖는 방송수신기는 수신된 방송신호로부터 사이렌의 각종 제어와 관련된 워터마크(제어신호)를 추출하여 사이렌을 제어하도록 할 수 있다. 여기서의 제어기능은 예컨대 사이렌의 시동/중지 또는 볼륨의 증가/감소 등이다.

(예 2)

방송 시스템에서 방송을 이용하여 일기예보를 하고, 방송청취가 가능한 지역에 본 발명에 따른 수신기를 부착하여 농작물 재배시설의 냉/난방기 자동 가동 시스템을 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이 경우, 일기예보의 오디오 신호에 워터마크(제어신호)를 삽입되오 있는 것은 당연하다. 제어 기능은 예컨대 냉/난방기의 시스템 시동/중지, 냉난방 강도의 증가/감소, 농작물에 쬐는 햇볕의 양 조절등의 기능이 될 수 있다.

(예 3)

오디오 신호에 워터마크 형태의 제어신호를 삽입하여 중앙 방송 시스템에서 하위 방송 시스템으로 송신하고, 중앙 방송시스템에서는 현재 방송중인 프로그램에 각각 프로그램을 구별할 수 있는 프로그램코드, 방송내용 요약, 시작시간 및 종료시간 등을 제어신호로 삽입하여 송출하고, 이를 수신하는 수신기에서는 이 정보를 추출하여 하위 방송 시스템의 제어 기능를 수행할 수 있다. 제어기능은 예컨대 녹화 또는 녹음 등일 수 있다.

또한, 예 3 의 변형으로, 중앙 방송시스템에서 현재 방송중인 광고에 각각 광고 프로그램을 구별할 수 있는 광고분별코드, 광고 시작 시간 및 광고 종료시간을 삽입하여 송출하고 이를 수신하는 수신기에서 이 정보를 추출하여 방송한 광고를 모니터링 하도록 하는 제어 기능을 수행할 수 있으며, 예컨대 광고의 일당 횟수, 월당 횟수, 광고 방송이 송출된 시간 기록등의 통계, 이와 같은 자료의 각 방송국과 광고주에 보고하는 행위 등일 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 복수의 시스템이 존재하여 이들 시스템들 사이의 제어가 필요할 때, 제어신호를 알려주는 신호발생과 제어신호의 검출을 빠른시간내에 정확하게 수행할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명을 방송시스템에 적용할 경우, 오디오 신호에 삽입된 제어 신호는 일반 청취자, 또는 시청자들에 의해서 전혀 인식할 수 없도록 음질에 영향을 미치지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 제어 신호의 검출 기술은 실제적으로 100% 에 달하는 정확성을 갖는 검지기술을 제공하는 효과가 있다.

Claims (21)

1. 삭제
2. 송신 시스템에서 수신 시스템으로 송신되는 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 상기 수신 시스템을 제어하는 오디오 신호 송신 시스템에 있어서,

   상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 비압축 디지털 신호 출력부;

   상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 삽입하는 제어신호 삽입부; 및

   상기 제어신호가 삽입된 오디오 신호를 소정의 송신방식을 통해 상기 수신시스템으로 송신하는 오디오 신호 송신부를 포함하며,

   상기 제어신호 삽입부는,

   상기 비압축 디지털 오디오 신호에 워터마크의 삽입위치를 결정하는 워터마크 삽입위치 결정부;

   상기 워터마크에 각각 대응되는 제어기능에 해당하는 필터를 선택하는 워터마크 변환부;

   상기 워터마크 변환부의 정보를 바탕으로 필터를 설계하는 필터 설계부;

   상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정의 흔적을 남기는 방식으로 워터마크를 삽입하는 워터마크 삽입부; 및

   상기 워터마크가 삽입된 상기 비압축 디지털 오디오 신호와 워터마크가 삽입되지 않은 상기 비압축 디지털 오디오 신호를 합산하는 워터마크 합산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 송신 시스템.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 오디오 신호의 송신은 무선 공중파, 유선방송, 또는 케이블을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 송신 시스템.
5. 삭제
6. 송신 시스템에서 수신 시스템으로 송신되는 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 상기 수신 시스템을 제어하는 오디오 신호 수신 시스템에 있어서,

   제어신호가 삽입된 상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 비압축 디지털 신호 출력부;

   상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 추출하는 제어신호 추출부; 및

   상기 추출된 제어신호를 해독하여 제어 명령을 수행하는 제어명령어를 생성하는 제어신호 해독 및 제어 명령어 발생부를 포함하며,

   상기 제어신호 추출부는,

   상기 비압축 디지털 오디오 신호에 분산적으로 삽입된 제어신호를 수집하는 분산정보 수집부; 및 상기 분산정보 수집부로부터 추출된 정보에서 제어신호의 포함유무를 판별하는 제어신호 선별부를 구비하고,

   상기 분산정보 수집부는 상기 디지털 오디오 신호의 주파수를 변환하는 주파수 변환부; 및 주파수 변환된 상기 디지털 오디오 신호의 주파수 스케일을 변환하는 주파수 스케일 변환부를 구비하며,

   상기 제어신호 선별부는 기 분산정보 수집부에서 전송된 신호 (W) 의 이동평균값을 계산하는 이동평균값 계산부; 상기 워터마크 추출을 위한 문턱치와 삽입위치를 계산하는 문턱치 및 워터마크 삽입위치 계산부; 및 상기 W 신호와 상기 이동평균값에서 잔차 성분을 계산하는 잔차 계산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수신시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 주파수 변환은 고속 푸리에 변환 (Fast Fourier Transform) 방법을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 수신시스템.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호에서, 상기 소정 시간은 0.1 초 이상 1 초 이하이며, 상기 제어신호를 추출하고 제어명령어를 생성하는 시간은 0.1 초 이상 0.5 초 이하인 것을 특징으로 하는 수신시스템.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 오디오 신호의 수신은 무선 공중파, 유선방송, 또는 케이블을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 수신 시스템.
10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 수신 시스템은 하나 이상의 방송 수신 시스템이고,

    상기 오디오 신호는 민방위 훈련 또는 기타 천재지변 등의 위급사항을 알리는 사이렌 음향을 포함하며, 상기 제어신호는 상기 사이렌의 시동/중지 또는 볼륨의 증가/감소 등의 제어를 위한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신시스템.
11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 수신 시스템은 하나 이상의 방송 수신 시스템이고,

    상기 오디오 신호는 일기예보에 관한 정보를 포함하며, 상기 제어신호는 상기 방송 수신 시스템에 접속된 냉/난방기를 제어하기 위하여 상기 냉/난방기의 시동/중지 또 냉/난방기의 냉/난방 강도의 증가/감소등을 제어하기 위한 제어정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신시스템.
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13. 송신 시스템에서 수신 시스템으로 송신되는 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 상기 수신 시스템을 제어하는 송수신 시스템에 있어서,

    상기 송신 시스템은,

    상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 비압축 디지털 신호 출력부;

    상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 삽입하는 제어신호 삽입부; 및

    상기 제어신호가 삽입된 오디오 신호를 소정의 송신방식을 통해 상기 수신시스템으로 송신하는 오디오 신호 송신부를 구비하며,

    상기 수신 시스템은,

    상기 오디오 신호 송신부에서 송신된 상기 제어신호가 삽입된 상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 비압축 디지털 신호 출력부;

    상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 추출하는 제어신호 추출부; 및

    상기 추출된 제어신호를 해독하여 제어 명령을 수행하는 제어명령어를 생성하는 제어신호 해독 및 제어 명령어 발생부를 포함하며,

    상기 송신시스템은 중앙 방송 시스템이고, 상기 수신시스템은 하나 이상의 지방 방송 시스템이며,

    상기 제어신호는 상기 중앙 방송시스템에서의 현재 방송중인 프로그램 각각을 구별할 수 있는 프로그램 코드, 방송내용 요약, 시작/종료시간, 광고의 일당 횟수,광고의 월당 횟수, 광고 방송이 송출된 시간/통계, 및 소정의 자료를 각 방송국 또는 광고주에 보고하도록 하는 명령과 관련된 정보 중에서 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 송수신 시스템.
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16. 송신 시스템에서 수신 시스템으로 송신되는 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 상기 수신 시스템을 제어하는 오디오 신호 송신방법에 있어서,

    상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 오디오 신호로 출력하는 제 1 단계;

    상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 삽입하는 제 2 단계; 및

    상기 제어신호가 삽입된 오디오 신호를 소정의 송신방식을 통해 상기 수신 시스템으로 송신하는 제 3 단계를 포함하며,

    상기 제 2 단계는,

    상기 비압축 디지털 오디오 신호에 워터마크의 삽입위치를 결정하는 제 2-1 단계;

    상기 워터마크에 각각 대응되는 제어기능에 해당하는 필터를 선택하는 제 2-2 단계;

    상기 워터마크 변환부의 정보를 바탕으로 필터를 설계하는 제 2-3 단계;

    상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정의 흔적을 남기는 방식으로 워터마크를 삽입하는 제 2-4 단계; 및

    상기 워터마크가 삽입된 상기 비압축 디지털 오디오 신호와 워터마크가 삽입되지 않은 상기 비압축 디지털 오디오 신호를 합산하는 제 2-5 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 송신방법.
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18. 송신 시스템에서 수신 시스템으로 송신되는 오디오 신호에 워터마크를 삽입하여 상기 수신 시스템을 제어하는 오디오 신호 수신 방법에 있어서,

    제어신호가 삽입된 상기 오디오 신호의 압축여부 및 디지털/아날로그 여부를 판정하고, 소정의 압축 해제 및 A/D 변환과정을 수행하여 비압축 디지털 오디오 신호로 출력하는 제 1 단계;

    상기 비압축 디지털 오디오 신호에 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호를 추출하는 제 2 단계; 및

    상기 추출된 제어신호를 해독하여 제어 명령을 수행하는 제어명령어를 생성하는 제 3 단계를 포함하며,

    상기 제 2 단계는,

    상기 비압축 디지털 오디오 신호에 분산적으로 삽입된 제어신호를 수집하는 제 2-1 단계; 및 상기 수집된 정보에서 제어신호의 포함유무를 판별하는 제 2-2 단계를 구비하고,

    상기 제 2-1 단계는 상기 디지털 오디오 신호의 주파수를 변환하는 단계; 및 주파수 변환된 상기 디지털 오디오 신호의 주파수 스케일을 변환하는 단계를 구비하며,

    상기 제 2-2 단계는,

    상기 2-1 단계에서 전송된 신호(W)의 이동평균값을 계산하는 단계; 상기 워터마크 추출을 위한 문턱치와 삽입위치를 계산하는 단계; 및 상기 W 신호와 상기 이동평균값에서 잔차 성분을 계산하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 수신방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 소정 시간을 갖는 워터마크 형태의 제어신호에서, 상기 소정 시간은 0.1 초 이상 1 초 이하이며, 상기 제어신호를 추출하고 제어명령어를 생성하는 시간은 0.1 초 이상 0.5 초 이하인 것을 특징으로 하는 수신방법.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 오디오 신호의 수신은 무선 공중파, 유선방송, 또는 케이블을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 수신방법.
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