KR100470332B1 - Ｖｈｄｌ을 이용한 음성안내 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음성 안내장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 VHDL을 이용한 음성안내 장치는, 음성 토큰별로 음성 데이터를 저장하기 위한 확장 가능한 음성토큰 메모리와; 상기 음성토큰 메모리에 저장된 음성 데이터를 삭제, 저장 및 녹음을 위한 동작신호 및 어드레스를 설정하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와; 외부로부터 입력되는 음성 데이터를 녹음, 재생, 삭제할 수 있도록 처리하는 음성처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 같은 본 발명에 의하면, 외부로부터 입력되는 음성 데이터를 음성 토큰 메모리에 저장하는데 있어서 메모리의 확장이 용이하도록 하며, 메모리 확장을 위한 TCR 및 TAR 값을 제어하는 로직을 구성하여 간단히 음성 토큰 메모리의 용량을 변경시킬 수 있도록 하는 효과가 기대된다.

Description

ＶＨＤＬ을 이용한 음성안내 장치{Apparatus of voice guiding by VHDL}
본 발명은 VHDL(VHSIC Hardware Discription Language)를 이용하여 하드웨어의 구성을 간단하고, 제조비용을 감소시킬 수 있도록 한 음성장치에 관한 것으로, 특히 음성 토큰 메모리의 용량의 확장이 자유롭고, 제어 로직이 간단히 구성되는 VHDL을 이용한 음성안내 장치에 관한 것이다.
VHDL은 부품이나 보드 및 시스템 차원에서 전자시스템을 설계하는데 사용되는 언어로써, 매우 고차원적인 추상적 개념에서 모델을 개발할 수 있도록 해 준다.
초기에는 단순히 문서화에 사용되는 언어로 인식되었으나, 최근에는 이 언어의 대부분이 모의시험이나 논리합성 등에 사용되었다.
음성은 4kHz의 대역폭을 가지며, 두배의 주파수인 8kHz로 샘플링하게 되면 디지털 신호로 변환할 수 있으며, 다시 아날로그 신호로의 변환도 가능하다.
따라서, 아날로그 음성신호를 디지털로 변환하는 부호화방법은 파형 부호화방법과 보코더 방법으로 구분되는데, 그중 파형 부호화 방법은 아날로그 음성신호를 그대로 디지털로 변환시킨 PCM(Pulse Code Modulation)방식으로 8비트로 부호화 하면 64kbps가 되며, PCM 방식에는 A-law방식과 μ- law 방식이 있다.
그리고 8kHz로 샘플링하면 2Mpbs 하이웨이 즉, 통신로를 운용하는 교환기의 경우 32채널을 사용할 수 있다.
이러한 음성을 안내하는 장치로는 과거에 TTL(Transistor Transistor Logic) 및 PAL(Programmable Array Logic) 등을 사용하여 구성되며 그 구성이 복잡하고 이해하기 힘들며, 음성 데이터 재생, 녹음 및 삭제 동작을 수행함에 있어 디버깅(Debuging) 즉, 오류 수정이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 하드웨어 구성을 간단하고 저비용으로 제조하기 위하여 VHDL을 이용하여 음성안내장치를 구성하는 방법이 있으며, 도 1과 같은 구성을 갖는다.
도 1은 종래의 음성안내장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 음성 안내장치는 VHDL에 의해 설계되며, 64kbps로 샘플링된 음성 데이터를 저장하고 있는 음성 토큰 메모리(130)와, 상기 음성 토큰 메모리(130)에 저장된 음성 데이터를 재생 또는 삭제시키거나 외부에서 전송된 음성 데이터를 음성 토큰 메모리(130)에 녹음시키는 동작모드 및 해당 어드레스를 설정하기 위한 동작모드 및 어드레스 설정신호를 출력하는 제어부(110)와,제어부(110)의 동작모드 및 어드레스 설정신호에 따라 음성 데이터를 녹음, 재생 또는 삭제시키기 위한 음성처리동작을 수행하는 음성 처리부(150)로 구성된다.
이때, 음성 처리부(150)는 각 채널별로 비트 15와 비트 14로 이루어져 동작모드를 지정하기 위한 모드 레지스터를 구비한 16비트 듀얼 포트 램으로 이루어진 TAR(Token Address Register)(151)과, 상기 TAR(151)을 카운트하기 위한 비트 카운터(152)와, 16비트 싱글 포트 램으로 이루어지고 모든 비트가 음성 토큰 메모리(130)의 어드레스 a0~a15에 연결되어 설정주기마다 TAR(151)을 검색하고 동작모드가 재생, 녹음 삭제일 경우 자신의 비트값을 '1' 증가시켜 음성 토큰 메모리(130)의 어드레스를 변경시키는 TCR(Token Counter Register)(153)와, TCR(151)을 카운트하기 위한 비트 카운터(154)와, 외부에서 입력되는 직렬 음성데이터를 데이터 버스를 통해 음성 토큰 메모리(130)에 저장할 수 있도록 병렬 음성데이터로 변환하는 직렬/병렬 로직(155)과, 음성 토큰 메모리(130)로 부터 전송된 병렬 음성데이터를 외부로 출력할 수 있도록 직렬 음성데이터로 변환하는 병렬/직렬 로직(156)을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 음성안내장치에서 TCR(153)의 비트와 TAR(153)의 비트를 어떻게 사용하느냐에 따라 각각의 음성 토큰의 시간이 결정되고, 음성 토큰의 시간이 결정되면 각 음성 토큰의 메모리 사이즈가 결정되고 그에 따라 전체 음성 토큰 메모리의 사이즈가 결정된다.
예를 들어, 비트 15에서 비트 0까지 모두 사용하게 되면 각 음성 토큰의 시간은 8초가 되고 메모리 사이즈는 64Kbyte가 된다. 그리고, 비트 14에서 비트 0까지 사용하면 시간은 4초, 사이즈는 32Kbyte가 되고, 비트 12에서 비트 0까지 사용하면 시간은 1초 사이즈는 8Kbyte가 되는 것이다.
또한 TAR(153)의 비트 13에서 비트 0은 음성 토큰의 개수를 결정하는 비트로서, 비트 13에서 비트 0 이면 16384개의 음성 토큰을 가질 수 있고, 비트 12에서 비트 0이면 8192개의 음성 토큰을 가질 수 있고, 비트 10에서 0이면 2048개의 음성 토큰을 가질 수 있는 것이다.
따라서, 전체 음성 토큰 메모리(130)의 시간 및 사이즈를 계산해 보면, TCR(1463)가 비트 15에서 비트 0까지 모두 사용하고 각각의 음성 토큰의 시간은 8초이며, 메모리 사이즈가 64Kbyte이고, TAR(151)이 비트 13에서 비트 0까지 사용하며 음성 토큰의 수가 16384개일 경우, 전체 시간은 8초 ×16384 = 131072초이고, 전체 사이즈는 64Kbyte ×16384 = 1Gbyte가 된다.
또한, 상기 음성 안내장치는 TAR(151)의 각 채널별 모드 레지스터를 세팅하여 대기(idle) 상태, 녹음, 재생 및 삭제를 결정하고 나머지 비트 즉, 비트 13비트에서 비트0까지를 음성 토큰 메모리(130)중 어떤 음성 토큰을 사용할 것인지를 결정한다. 이때 모드 레지스터는 TAR(151)에서 두개의 비트를 이용하며 나머지 14 비트는 음성 토큰의 개수를 결정하도록 하는 것이다.
그리고, 하나의 음성 토큰에 비해 많은 시간을 녹음하거나, 재생 또는 삭제하고자 할 경우, 소프트웨어의 시간 카운트를 설정하여 그 시간만큼 녹음 또는 재생하거나 삭제동작을 수행할 수 있다.
이어서, TCR(153)은 TAR(151)의 각 채널별 모드 레지스터를 8kHz 마다 검색하여 대기 상태이면 TCR(153)의 모든 비트를 '0'으로 세팅하고, 녹음, 재생 또는 삭제일 경우 TCR(153)의 모든 비트를 '1' 증가시킨 후 다시 저장한다.
이때, 상기 TCR(153)의 모든 비트는 음성 토큰 메모리(130)의 어드레스에 연결되어 있으므로 녹음, 재생, 지움 모드 마다 변경된다.
이상과 같이, VHDL을 이용하여 간단히 로직을 구성하고, 음성안내장치를 구현하여 이용할 수 있다.
그러나, 종래의 음성 안내장치에서는 음성 토큰 메모리를 8Mbyte SRAM 모듈을 사용하고 있어서, 가격이 플래시 메모리에 비하여 비싸고, SRAM이기 때문에 백업용 배터리가 필요한 문제가 발생한다.
또한, 하드웨어적으로 TCR을 4초로 사용하고 실제 음성토큰을 2초만 사용할 때나, 10초짜리 음성토큰이 필요해도 4초, 토큰 3개를 이용해야 하므로 메모리 용량의 효율적인 사용이 불가능하다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 음성 토큰 메모리로 플래시 메모리를 이용하고 메모리의 증가에 따라 음성토큰의 개수를 증가시켜 적용 가능하도록 하여 좀더 능동적인 구성이 가능하며, 음성파일의 음질향상과 메모리 사이즈 계산이 가능하도록 하여 음성 토큰 메모리를 좀더 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 VHDL을 이용한 음성안내 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 음성안내 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 VHDL을 이용한 음성안내 장치의 구성을 나타낸 블록도.
본 발명에 따른 VHDL을 이용한 음성안내 장치는,
음성 토큰별로 음성 데이터를 저장하기 위한 확장 가능한 음성토큰 메모리와;
상기 음성토큰 메모리에 저장된 음성 데이터를 삭제, 저장 및 녹음을 위한 동작신호 및 어드레스를 설정하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와;
상기 중앙처리장치의 제어신호에 따라 음성 데이터를 재생, 녹음 또는 삭제모드에 따라 해당 어드레스를 지정하는 토큰 어드레스 레지스터와,
설정주기마다 상기 토큰 어드레스 레지스터를 검색하여 재생, 녹음 또는 삭제 모드일 경우 자신의 카운트 값을 증가시켜 음성토큰 메모리의 어드레스를 변경시키는 토큰 카운트 어드레스와,
음성 토큰 메모리에서 재생을 위해 데이터 버스를 통해 병렬로 송신되는 음성 데이터를 직렬로 변환하기 위한 병렬/직렬 로직과,
외부에서 음성 토큰 메모리에 녹음하기 위해 직렬로 수신되는 음성 데이터를 병렬로 변환하는 직렬/병렬 로직과,
상기 토큰 어드레스 레지스터를 제어하여 토큰의 개수를 조절하여 음성 토큰 메모리 사이즈를 조절하는 음성 토큰메모리 제어로직을 포함하는 음성 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 음성처리부는,
토큰 어드레스 레지스터의 각 채널별 모드 레지스터를 일정 주기마다 스캐닝하여 대기상태에서 모든 비트를 0x0000으로 세팅하고, 재생, 녹음, 삭제동작시 '1' 비트씩 증가시키는 토큰 베이스 레지스터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다
바람직하게, 상기 음성 토큰 메모리를 감소/확장하는 경우,
상기 음성 토큰 메모리 제어 로직에서 토큰 어드레스 레지스터를 제어하여 음성 토큰의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 토큰 어드레스 레지스터의 모드 레지스터를 이외의 모든 비트를 토큰 음성 메모리의 어드레스 비트와 각각 연결하여 녹음, 재생, 삭제 동작시 음성 토큰 메모리의 주소를 변경하도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 중앙처리장치와 연결되어 직렬 인터페이스를 통하여 음성 파일을 다운로드 하도록 하는 직렬 인터페이스부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 VHDL을 이용한 음성안내 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 VHDL을 이용한 음성안내 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 음성 토큰별로 음성 데이터를 저장하고 있는 음성토큰 메모리(210)와, 상기 음성 토큰 메모리(210)에 외부로부터 입력되는 음성데이터를 녹음, 삭제 및 동작시키는 제어신호를 출력하는 CPU(250)와, 상기 CPU(250)의 제어신호에 따라 음성 토큰 메모리(210)에 음성 데이터를 녹음, 삭제 및 동작시키는 음성처리부(230)를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 음성 처리부(230)는 음성 토큰 메모리 제어부(231)를 포함하는데, 상기 음성 토큰 메모리 제어부(231)는, 각 채널별로 비트 15와 비트 14로 이루어져 동작모드를 지정하기 위한 모드 레지스터를 구비하는 16비트 듀얼 포트 램으로 이루어진 TAR(232)과, 16비트 싱글 포트램으로 이루어져 모든 비트가 음성 토큰 메모리(210)의 어드레스에 연결되어 설정주기마다 TAR(232)을 검색하고 동작모드가 재생, 녹음, 삭제인 경우 자신의 비트값을 '1' 증가시켜 음성 토큰 메모리(210)의 어드레스를 변경시키는 TCR(233)과, 상기 TAR(232)의 모드 레지스터를 8kHz 마다 스캐닝하여 대기 상태일 경우 모든 비트를 0x0000으로 세팅하고 녹음, 재생, 삭제 동작에서 '1'비트씩 비트를 증가시키는 TBR(Token Base Register)(234)과, 상기 음성 토큰 메모리(210)의 확장 또는 축소에 따라 TAR(232)과 TCR(233)의 비트를 제어하여 음성 토큰 메모리의 용량을 제어하는 음성토큰 메모리 제어로직(231)을 포함하여 구성된다.
또한, 음성 처리부(230)는 외부에서 수신되는 직렬 음성데이터를 데이터 버스를 통해 음성 토큰 메모리(210)에 저장할 수 있도록 병렬 음성 데이터로 변환하는 직렬/병렬 로직(236)과, 음성 토큰 메모리(210)로부터 전송된 병렬 음성 데이터를 외부로 전송할 수 있도록 직렬 음성 데이터로 변환하는 병렬/직렬 로직(237)을 포함하여 구성되며, 그밖에 도면에 도시되지 않은 CPU 제어로직과 PB 로직 등을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 음성 안내장치에는 CPU(250)를 통하여 직렬 인터페이스 웨이브(WAV) 파일을 다운로딩하도록 하는 SIO(270)와, CPU(250)과 연결되어 주소 및 데이터 정보를 저장하는 메모리(290)를 더 포함하여 구성된다.
상기의 CPU(250), 음성 토큰 메모리(210), TAR(232), TBR(234), TCR(233), 음성 토큰 메모리 제어로직(235)은 VHDL로 구현하여 간단히 로직을 구현할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성된 VHDL을 이용한 음성 안내장치의 동작은 다음과 같다.
상기 TAR(232)의 2개의 비트는 모드 레지스터로 이용되어, 음성 안내장치의 대기상태(00), 녹음상태(11), 삭제상태(01), 재생상태(10)를 나타내도록 한다.
그리고, 나머지 14 개의 비트를 이용하여 음성 토큰의 개수를 결정하는데, 14개의 비트를 모두 사용하면 16384개의 음성 토큰을 가질 수 있고, 13비트를 사용하면 8192개의 음성 토큰을 가질 수 있고, 12비트를 사용하면 4096개의 음성 토큰을 가질 수 있고, 11개의 비트를 사용하면 2048개의 음성 토큰 수를 가질 수 있는데 이때 비트를 사용하는 개수를 제어하는 것이 음성 토큰 메모리 제어로직(235)이다.
따라서, 음성 토큰 메모리(210)의 용량을 증가시키려면 4Mbyte의 메모리가 추가될 때마다 음성 토큰 메모리 제어로직(235)에서 TAR(232)의 비트 사용을 제어하여 토큰의 개수를 조절한다.
한편, TBR(234)은 상기 TAR(232)의 모드 레지스터를 8kHz 마다 스캐닝하면서 대기상태 이면 모든 비트를 0x0000으로 세팅하고, 녹음, 재생, 삭제일 때 '1' 비트씩 증가시키는데, TBR(234)의 16개의 비트는 각각 음성 토큰 메모리(210)의 주소 비트와 연결되어 8kHz 마다 음성 토큰 메모리(210)의 주소가 녹음, 재생, 삭제에 따라 변경되어지게 된다.
또한, TCR(233)은 각각의 음성 토큰의 시간을 결정하는 것으로, 16비트를 모두 사용하면 음성토큰의 시간이 8초가 되며, 이에 따라 메모리의 사이즈는 64Kbyte가 되고, 15비트를 사용하면 음성 토큰 시간이 4초, 메모리 사이즈가 32Kbyte가 되고, 14비트를 사용하면 음성 토큰 시간이 2초, 메모리 사이즈가 16Kbyte가 되고, 13비트를 사용하면 음성 토큰 시간이 1초, 메모리 사이즈가 8Kbyte가 된다.
이때, 필요에 따라 TCR(233)의 비트를 적절히 세팅함으로써 세팅된 시간만큼 녹음, 재생, 삭제를 시키면서 '1'비트씩 감소시켜 메모리 사이즈를 계산할 수 있게되어 음성 토큰 메모리를 효율적으로 사용할 수 있게 한다.
이상과 같은 특징을 갖는 음성 안내장치는, 먼저 녹음시에는 8kHz 마다 음성 토큰 메모리(210)의 주소를 변경시켜 입력라인을 통해 직렬로 들어오는 음성 데이터를 직렬/병렬 변환부(236)에서 병렬로 변환시켜 음성 토큰 메모리(210)에 저장하고, 도 1에 도시된 바와 같이 CPU(250)와 연결된 SIO(270)를 통해 웨이브 파일을 제트-모뎀(Z-modem)을 이용하여 다운로딩하여 그 웨이브 파일의 사이즈만큼 음성 토큰 메모리(210)에 저장하기도 한다.
그리고, 재생 시에는 8kHz 마다 음성 토큰 메모리(210)의 주소를 변경시키며 음성 토큰 메모리의 데이터를 읽어 병렬/직렬 로직(237)을 통해 직렬 음성 데이터로 바꾼 후 출력라인으로 내보낸다.
또한, 삭제의 경우 PCM 코딩 방식에 따라 8kHz 마다 음성 토큰 메모리(210)의 주소를 변경시키면서 A-law의 경우에는 0V 레벨의 값 0x55값을 음성 토큰 메모리에 저장하도록 하고, μ-law의 경우는 0xff를 저장하도록 한다.
상기와 같이 VHDL을 이용한 음성 안내장치는 각 로직을 VHDL을 통해 간단히 구현하고, TCR 및 TAR의 비트를 결정하는데 따라 각각의 음성 토큰의 시간이 결정되어 메모리 사이즈를 제어하는데 적절하며 전체적 음성 토큰개수를 결정하는 것도 쉽다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 VHDL을 이용한 음성안내 장치는, 외부로부터 입력되는 음성 데이터를 음성 토큰 메모리에 저장하는데 있어서 기존의 단가가 비싼 SRAM으로 음성 토큰 메모리를 구성하지 않고 저렴한 플래시 메모리를 이용하여 메모리의 확장이 용이하도록 하며, 메모리 확장을 위한 TCR 및 TAR 값을 제어하는 로직을 구성하여 간단히 음성 토큰 메모리의 용량을 변경시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 제트 모뎀 등을 이용하여 웨이브 파일을 직렬 인터페이스를 통하여 직접 다운로딩할 수 있도록 하여 음질의 향상을 도모하고, CPU 인터럽트 방식으로 음성 토큰을 처리하도록 함으로써 신뢰성이 우수한 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 음성 토큰별로 음성 데이터를 저장하기 위한 확장 가능한 음성토큰 메모리와;
    상기 음성토큰 메모리에 저장된 음성 데이터를 삭제, 저장 및 녹음을 위한 동작신호 및 어드레스를 설정하기 위한 제어신호를 출력하는 중앙처리장치와;
    상기 중앙처리장치의 제어신호에 따라 음성 데이터를 재생, 녹음 또는 삭제모드에 따라 해당 어드레스를 지정하는 토큰 어드레스 레지스터와, 설정주기마다 상기 토큰 어드레스 레지스터를 검색하여 재생, 녹음 또는 삭제 모드일 경우 자신의 카운트 값을 증가시켜 음성토큰 메모리의 어드레스를 변경시키는 토큰 카운트 어드레스와, 음성 토큰 메모리에서 재생을 위해 데이터 버스를 통해 병렬로 송신되는 음성 데이터를 직렬로 변환하기 위한 병렬/직렬 로직과, 외부에서 음성 토큰 메모리에 녹음하기 위해 직렬로 수신되는 음성 데이터를 병렬로 변환하는 직렬/병렬 로직과, 상기 음성토큰 메모리의 용량 변경에 따라 상기 토큰 어드레스 레지스터 및 토큰 카운터 레지스터를 제어하여 토큰의 개수를 조절하여 음성 토큰 메모리 사이즈를 조절하는 음성 토큰메모리 제어로직과, 토큰 어드레스 레지스터의 각 채널별 모드 레지스터를 일정 주기마다 스캐닝하여 대기상태에서 모든 비트를 0으로 세팅하고, 재생, 녹음, 삭제동작시 일정 비트씩 증가시키는 토큰 베이스 레지스터를 포함하는 음성 처리부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 VHDL을 이용한 음성안내 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 음성 토큰 메모리를 감소/확장하는 경우,
    상기 음성 토큰 메모리 제어 로직에서 토큰 어드레스 레지스터를 제어하여 음성 토큰의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 VHDL을 이용한 음성안내 장치
  4. 제 1항에 있어서, 상기 토큰 어드레스 레지스터의 모드 레지스터를 이외의 모든 비트를 토큰 음성 메모리의 어드레스 비트와 각각 연결하여 녹음, 재생, 삭제 동작시 음성 토큰 메모리의 주소를 변경하도록 하는 것을 특징으로 하는 VHDL을 이용한 음성안내 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 중앙처리장치와 연결되어 직렬 인터페이스를 통하여 음성 파일을 다운로드하도록 하는 직렬 인터페이스부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 VHDL을 이용한 음성안내 장치.
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