KR100722559B1

KR100722559B1 - 음향 신호 분석 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100722559B1
Application number: KR1020050068801A
Authority: KR
Inventors: 이인환
Original assignee: (주) 정훈데이타
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-05-29
Also published as: KR20070014296A

Abstract

본 발명은 음향 신호 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력된 음향 신호를 주파수 영역에서 분석하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 참조 테이블을 저장하는 참조 테이블 저장부, 외부로부터 음향 신호를 입력받는 음향 입력부, 입력받은 상기 음향 신호를 상기 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보(header information)에 따라 주파수 분석하여 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 분석부, 상기 주파수 분석 신호와 상기 참조 테이블로부터 추출된 코어 정보(core information)를 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교 판단부 및 상기 이상 유무 판단에 따라 미리 정해진 출력 신호를 생성하여 출력하는 신호 출력부를 포함하는 음향 신호 분석 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음향 신호 분석 장치 및 방법은 특정 주파수 대역 구간에 대해서 상대적으로 높은 분해능으로 분석된 참조 테이블을 이용할 수 있다.

음향, 신호, 분석, 주파수, 참조 테이블

Description

음향 신호 분석 장치 및 방법{Sound signal analysis apparatus and method thereof}

도 1은 종래 기술에 따른 1회 FFT 데이터 수에 따른 샘플링 주파수를 나타낸 도면.

도 2는 건반 악기의 음명 및 평균율 진동수를 나타난 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음향 신호 분석 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 주파수 변환 기본 벡터의 한 예를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 참조 테이블의 헤더 정보.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음향 신호 분석 방법의 흐름도.

도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 참조 테이블 및 주파수 분석 신호를 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 음향 신호 분석 장치

105 : 참조 테이블 저장부

110 : 음향 입력부

115 : 음향 분석부

120 : 비교 판단부

125 : 신호 출력부

본 발명은 음향 신호 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력된 음향 신호를 주파수 영역에서 분석하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

음향 신호는 시간 영역에서 매시각 소정 크기를 가지는 신호로써, 시간 영역에서의 분석보다는 주파수 영역에서의 분석이 훨씬 더 용이하다. 일반적으로 음향 신호는 시간 영역에서 측정되고 분석을 위해서 입력된다. 종래에는 이를 푸리에 변환(Fourier Transform) 방법을 통하여 주파수 영역의 신호로 변환하였다. 그리고 상기 주파수 영역의 신호에서 각 주파수 대역에 따른 신호의 크기를 분석함으로써 음향 신호의 분석이 가능하였다.

푸리에 변환은 어떤 신호이든 간에 그 신호는 자신을 구성하는 레벨, 주파수가 다른 각각의 무수한 주파수들의 합으로 표현이 가능하다는 점을 이용한다. 시간 영역에서 x축은 시간 대역, y축은 레벨값을 가지는 신호는 주파수 영역에서 확인하면 x축은 주파수 대역, y축은 레벨값을 가지는 신호가 된다. 즉, 신호를 구성하는 주파수를 대역별로 볼 수 있다. 이를 이용하여 잡음 같은 랜덤 신호 즉, 비주기 신호는 시간 영역에서는 분석이 어렵지만, 주파수 영역에서는 신호를 구성하는 주파수 대역이 어떻게 구성되는지를 확인하여 용이한 신호 해석이 가능하다.

푸리에 변환은 DFT(Discrete Fourier Transform-이산(불연속) 푸리에 변환)와 FFT(Fast Fourier Transform-고속 푸리에 변환)로 크게 나뉜다. DFT는 연속적인 신호를 시간에 따라 샘플링(sampling)을 한 형태의 신호로 생각하여 푸리에 변환식을 그대로 적용한다. 그리고 FFT는 DFT가 계산시간이 너무 오래 걸리기 때문에 고안된 방법으로, 샘플링된 신호의 전부를 변환시키는 것이 아니라 필요한 신호만을 골라내어서 최소화하여 고속으로 푸리에 변환을 연산한다. FFT는 총 100개의 DFT신호가 있을 경우 그 중 10개를 골라낸 후 10개의 신호를 단순히 연결함으로써 제외된 신호들의 예상치를 적용한다. 변환시간의 문제로 인해 실제적으로는 거의 대부분 FFT를 사용하며, DFT를 사용할 경우보다 속도면에서 최고 1000배의 차이가 난다.

도 1은 종래 기술에 따른 1회 FFT 데이터 수에 따른 샘플링 주파수를 나타낸 도면이다. 여기서, 샘플링은 기본적으로 16비트(bit), 44.1kHz로 이루어진 상태이다.

1회 FFT 데이터 수가 256인 경우, 첫번째 데이터가 나타나는 주파수는 172Hz이다. 그리고 이후 172Hz의 주파수 간격마다 다음 데이터가 나타난다. 즉, 344Hz, 516Hz 등의 주파수 영역에서 신호 데이터가 나타난다.

1회 FFT 데이터 수가 512인 경우, 첫번째 데이터가 나타나는 주파수는 86Hz 이다. 그리고 이후 86Hz의 주파수 간격마다 다음 데이터가 나타난다. 즉, 172Hz, 258Hz 등의 주파수 영역에서 신호 데이터가 나타난다.

1회 FFT 데이터 수가 1024인 경우, 첫번째 데이터가 나타나는 주파수는 43Hz이다. 그리고 이후 43Hz의 주파수 간격마다 다음 데이터가 나타난다. 즉, 86Hz, 129Hz 등의 주파수 영역에서 신호 데이터가 나타난다.

1회 FFT 데이터 수가 2048인 경우, 첫번째 데이터가 나타나는 주파수는 21.5Hz, 대략 21Hz이다. 그리고 이후 21Hz의 주파수 간격마다 다음 데이터가 나타난다. 즉, 43Hz, 64Hz 등의 주파수 영역에서 신호 데이터가 나타난다.

이는 표 1에 자세히 정리되어 있다.

[표 1]

1회 FFT 데이터 수가 증가할수록 주파수 간격은 작아진다. 즉, 많은 수의 데이터를 FFT 하면 그만큼 성능 좋은 분해능을 가지는 주파수 분석 결과를 얻을 수 있다. 하지만, 1초에 44100개의 데이터(44.1kHz)를 가지고 있는 만큼 1회 FFT 데이 터 수가 2048개이면, 21Hz의 성능 좋은 분해능을 가지지만, 주파수 분석에 있어서 시간이 오래 걸림으로 인해 시간 정보가 손실되는 문제점이 있다.

도 2는 건반 악기의 음명 및 평균율 진동수를 나타난 도면이다. 평균율(temperament) 진동수라 함은 근사치의 음정을 실용적으로 균등하게 나눈 음에 해당하는 진동수 즉, 주파수를 의미한다.

1번 건반 A음은 27.500Hz이고 2번 건반 A#음은 28.135Hz로써, 주파수 간격은 1.635Hz로 그 간격이 매우 좁다. 하지만, 87번 건반 B음은 3951.066Hz이고 88번 건반 C음은 4186.009Hz로써, 주파수 간격은 234.943Hz로 그 간격이 매우 넓다. 그 외 이웃하는 건반 간의 주파수 간격은 아래의 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

표 2를 참조하면, 저음과 고음에서의 주파수 간격이 차이가 나는데 고음으로 갈수록 사람의 주파수 분해능은 떨어지고, 반대로 저음부에서는 작은 주파수 차이도 감지한다. 즉, 사람의 귀가 인지하는 음향 신호의 주파수 분해능은 음의 주파수 영역에 따라 다름을 알 수 있다.

또한, 상기한 평균율 주파수처럼 일정한 패턴을 가지고 주파수가 변화하는 경우도 있지만, 일정한 패턴 없이 무작위적으로 특정 주파수 만이 유용한 정보가 되는 경우도 있다. 초인종 소리나 전화벨 소리 만을 인지하여 청각 장애자에게 알린다거나 기계에서 나는 소리를 듣고 기계의 이상 유무를 판별하고자 할 때에는 특정 주파수 대역에서 높은 주파수 분해능을 요구하는 경우가 있다.

따라서, 본 발명은 특정 주파수 대역 구간에 대해서 상대적으로 높은 분해능으로 분석된 참조 테이블을 이용하는 음향 신호 분석 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 참조 테이블을 이용하여 입력된 음향 신호를 지정된 주파수 대역에서는 높은 분해능을 가지고 그 외 주파수 대역에서는 일반적은 분해능을 가지도록 주파수 변환하는 음향 신호 분석 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 특정 주파수 대역에서의 높은 주파수 분해능을 요구하는 시스템에서 효과적으로 활용될 수 있는 음향 신호 분석 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 음향 신호를 분석하는 장치에 있어서, 참조 테이블을 저장하는 참조 테이블 저장부; 외부로부터 음향 신호를 입력받는 음향 입력부; 입력받은 상기 음향 신호를 상기 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보(header information)에 따라 주파수 분석하여 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 분석부; 상기 주파수 분석 신호와 상기 참조 테이블로부터 추출된 코어 정보(core information)를 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교 판단부; 및 상기 이상 유무 판단에 따라 미리 정해진 출력 신호를 생성하여 출력하는 신호 출력부를 포함하는 음향 신호 분석 장치가 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 상기 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하고, 상기 음향 분석부는 상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 음향 신호를 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성한다.

또한, 상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함하고, 상기 신호 출력부는 상기 비교 판단부의 판단 결과 이상이 없는 경우 정상 신호를, 이상이 있는 경우 이상 신호를 생성하여 출력한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 음향 신호를 분석하는 방법에 있어서, (a) 외부로부터 음향 신호를 입력받는 단계; (b) 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보에 따라 상기 음향 신호를 주파수 분석하여 주파수 분석 신호를 생성하는 단계; (c) 상기 주파수 분석 신호와 상기 참조 테이블로부터 추출된 코어 정보를 비교하는 단계; (d) 상기 비교 결과 상기 음향 신호의 이상 유무를 판단하는 단계; 및 (e) 상기 판단 결과에 따라 미리 정해진 신호를 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 음향 신호 분석 방법이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 상기 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하고, 상기 (b) 단계는 상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 음향 신호를 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성한다.

또한, 상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함하고, 상기 (e) 단계는 상기 판단 결과 이상이 없는 경우 정상 신호를, 이상이 있는 경우 이상 신호를 생성하여 출력한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 음향 신호 분석 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하 상세히 설명할 실시예는 단지 예시적인 것이지 한정하고자 함이 아니다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음향 신호 분석 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 음향 신호 분석 장치(100)는 참조 테이블 저장부(105), 음향 입력부(110), 음향 분석부(115), 비교 판단부(120) 및 신호 출력부(125)를 포함한다. 참조 테이블 저장부(105)는 음향 신호 분석 장치(100)에서 음향 신호를 분석하는 데 있어서 기준이 되는 참조 테이블(Lookup Table)을 저장한다.

참조 테이블(Lookup Table)은 헤더 정보(header information) 및 코어 정보(core information)를 포함한다.

헤더 정보(header information)는 음향 신호의 각 주파수 대역 구간 중에서 일반적인 분해능이 요구되는 부분 이외에 상대적으로 높은 분해능이 요구되는 부분에 대한 정보이다. 상대적으로 높은 분해능이 요구되는 주파수 구간 및 해당 주파수 구간에서 요구되는 최소 분해능에 대한 정보를 포함한다.

예를 들어, 도 2에 도시된 건반 악기의 경우에 40번 건반 C음과 41번 건반 C#음을 구별하고자 할 때, 두 음 간의 주파수 간격이 15.557Hz이다. 따라서, 40번 건반 C음에 해당하는 주파수 261.626Hz 및 41번 건반 C#음에 해당하는 주파수 277.183Hz 대역 근처에서는 15.557Hz 보다 작은 주파수 간격으로 주파수가 분석되어야 한다. 즉, 260Hz 및 280Hz 구간 사이에서의 최소 주파수 분해능이 대략 15.557Hz가 되는 것이다.

코어 정보(core information)는 상기 헤더 정보를 포함된 주파수 구간에서 비교 대상이 되는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과이다. 정상 상태에서의 음향 신호에 대해서 상기 헤더 정보에 따른 주파수 대역 구간에서, 헤더 정보에 따른 분해능을 가지도록 푸리에 변환된 데이터가 코어 정보에 포함된다. 코어 정보는 음향 신호 분석 장치에서 분석하고자 하는 음향 신호의 비교 대상이 되는 참조 테이블의 핵심되는 정보이다.

참조 테이블(Lookup Table)은 헤더 정보 및 상기 헤더 정보에 상응하는 코어 정보를 한쌍으로 하여 테이블 또는 표로 생성된다. 입력되는 음향 신호의 종류에 따라, 음향 신호 분석 장치(100)가 사용되는 분야에 따라 복수개의 참조 테이블이 존재하고, 각각 참조 테이블 저장부에 저장될 수 있다.

음향 입력부(110)는 음향 신호 분석 장치(100)의 외부에서 발생한 음향 신호를 입력받는다. 일반적으로 마이크(mic) 등으로 구성된다.

음향 분석부(115)는 음향 입력부(110)를 통해 입력받은 음향 신호를 주파수 분석한 주파수 분석 신호를 생성한다. 그리고 상기 참조 테이블 저장부(105)에 저장된 참조 테이블을 불러와 참조 테이블에 포함된 헤더 정보를 추출한다. 추출된 헤더 정보로부터 분석을 위해 필요한 주파수 대역 구간 정보 및 상기 주파수 대역 구간에서 요구되는 주파수 분해능 정도의 정보를 읽어온다. 기본적으로 음향 신호의 주파수 분석은 FFT의 푸리에 변환을 이용한다. 그리고 분석을 위해 필요한 주파수 대역 구간에서, 요구되는 주파수 분해능을 가지도록 입력받은 음향 신호를 푸리 에 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성한다. 상기 변환에 의해 추후 비교 판단부(120)에서 비교할 정상 상태의 주파수 신호와 동일한 구간에서 동일한 분해능을 가지도록 한다. 음향 분석부(115)에서의 참조 테이블을 사용한 주파수 분석 방법에 대해서는 추후 상세히 설명한다.

비교 판단부(120)는 음향 분석부(115)로부터 음향 신호의 주파수 분석 신호를 입력받는다. 그리고 상기 참조 테이블 저장부(105)에 저장된 참조 테이블을 불러와 참조 테이블에 포함된 코어 정보를 추출한다. 추출된 코어 정보로부터 음향 신호 분석 장치(100)의 외부로부터의 음향 신호가 정상일 때의 주파수 분석 결과를 읽어온다. 음향 신호가 정상일 때의 주파수 분석 결과는 미리 실험을 통해 참조 테이블에 포함되어 있고 참조 테이블 저장부(105)에 미리 저장되어 있는 것이 바람직하다.

상기 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 토대로 현재 입력받은 음향 신호의 음향 분석부(115)에서의 주파수 분석 신호를 비교 분석하여 현재 음향 신호 분석 장치(100)의 외부 상태가 정상(standard) 상태인지 여부를 판단한다. 이때 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과는 상기 헤더 정보에 포함된 분석을 위한 주파수 대역 구간 정보 및 그에 따른 분해능 정보에 상응하여 주파수 분석이 되어 있음이 바람직하다. 예를 들어, 분석을 위한 주파수 대역 구간 정보가 100~105Hz 이고 이 구간에서 요구되는 분해능 정보가 0.1Hz인 경우에, 코어 정보에 포함되는 정상 상태에서의 주파수 분석 결과 역시 100~105Hz 구간에서는 0.1Hz의 분해능을 가지고 분석되어 있어야 한다. 주파수 분석에 대해서는 추후 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

신호 출력부(125)는 상기 비교 판단부(120)에서 입력받은 음향 신호의 주파수 분석 신호 및 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 비교한 결과에 따라 미리 정해진 신호를 출력한다. 정상 상태와 비교하여 정상인 경우에는 정상 신호를, 정상 상태와 비교하여 이상이 있는 경우에는 이상 신호를 생성하여 출력한다.

이하에서는 음향 분석부(115)에서의 주파수 분석에 대해서 상세히 설명한다.

도 4는 주파수 변환 기본 벡터의 한 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 참조 테이블의 헤더 정보이다.

상기 음향 분석부(115)에서 푸리에 변환을 사용하여 음향 신호를 주파수 분석하기 위해서는 먼저 벡터의 생성이 필요하다. 벡터는 변환하려는 변환 범위와 샘플의 수에 의해서 결정된다. 푸리에 변환에서는 변환 범위를 균등하게 분할하여 생성되며, 이것을 시간 영역에서의 샘플에 적용시켜 주파수 영역에서의 값으로 변환시킨다.

도 4의 (a) 내지 (h)는 주파수 변환을 위해 사용되는 기본 벡터를 나타낸 것이다. 일반적으로 Haar basis라는 벡터이다. 도 4의 (a) 내지 (h)는 8개의 샘플링을 위한 기본 벡터를 나타내고 있으며, 각각의 벡터는 그들만의 특징이 있다. 예를 들어, 음향 신호를 나타내는 벡터와 도 4의 (h)에 도시된 8번째 기본 벡터의 스칼라 곱으로부터 8번째 변환 계수(coefficient)가 얻어진다. 이는 도 4의 (h)에 도시 된 벡터가 음향 신호를 나타내는 벡터 중 7번째 값과 8번째 값의 차이를 검출하는 벡터이므로, 7번째 음향 신호와 8번째 음향 신호가 급격하게 변화하면 상기 8번째 변환 계수가 커지는 특징이 있다. 1번째 변환 계수는 음향 신호의 전체적인 강도(크기)를 나타내는 특징이 있다. 따라서, 도 4의 (a) 내지 (h)에 도시된 벡터들이 음향 신호에 적용되어 연산되면, 즉 샘플링된 음향 신호와 상기 벡터들이 곱해지고 합해지면 변환 계수가 획득되며, 이는 주파수 정보를 포함하고 있다.

상술한 바에 의해서 주파수 변환을 위해서는 벡터가 필요하다. 상기 벡터는 변환하려는 주파수 변환 범위와 주파수 분해능에 따라서 그 수가 결정된다. 예를 들어, 주파수 100~110Hz 범위 내에서 0.01Hz의 분해능이 요구되면, (110-100)/0.01 만큼의 벡터가 필요하다. 즉, 1000개의 벡터가 필요하다. 따라서, 가청 주파수 범위인 20~20000Hz 사이에서 0.001Hz의 분해능을 가지도록 하려면 약 20000000(이천만) 개의 벡터가 필요하다. 벡터는 한번 생성되면 추후에 재사용이 가능하다. 따라서, 음향 분석부(115)는 최대분해능으로 0.001Hz를 가정하고, 가청 주파수 영역에서 사용될 20000000 개의 벡터를 미리 생성한다.

도 5를 참조하면, 참조 테이블의 헤더 정보는 분석을 요하는 분석 주파수 구간 정보 및 분해능 정보를 포함한다. 분석을 요하는 분석 주파수 구간 정보는 제1 구간 200~201Hz, 제2 구간 500~500.1Hz, 제3 구간 10000~10100Hz이다. 그리고 분해능 정보는 제1 구간에서 0.01Hz, 제2 구간에서 0.001Hz, 제3 구간에서 0.1Hz 이다. 상기 분해능을 가지기 위해서는 제1 구간에서 (201-200)/0.01 즉, 100개의 벡터가 필요하며, 제2 구간에서 (500.1-500)/0.001 즉, 100개의 벡터가 필요하고, 제3 구 간에서 (10100-10000)/0.1 즉, 1000개의 벡터가 필요하다.

음향 분석부(115)는 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보에 따라 분석 주파수 구간 및 상기 필요로 하는 벡터 수를 산출하고, 미리 생성되어 저장된 20000000개의 벡터 중에서 상기 분석 주파수 구간 및 필요로 하는 벡터 수에 상응하는 벡터들을 검출한다. 그리고는 음향 신호와의 스칼라 곱을 통하여 주파수 영역에서의 주파수 분석 신호를 생성한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음향 신호 분석 방법의 흐름도이다.

도 6를 참조하면, 단계 S605에서, 음향 신호 분석 장치(100)는 음향 입력부(110)를 통해 외부로부터 음향 신호를 입력받는다. 단계 S610에서, 음향 분석부(115)는 참조 테이블 저장부(105)로부터 해당 참조 테이블을 불러오고, 상기 참조 테이블에 포함된 헤더 정보를 추출한다. 여기서, 헤더 정보는 분석을 요하는 주파수 대역 구간에 대한 정보 및 상기 주파수 대역 구간에서 요구되는 분해능 정보를 포함한다. 단계 S615에서, 음향 분석부(115)는 상기 음향 입력부(110)를 통해 입력된 음향 신호를 상기 헤더 정보에 포함된 정보에 따라 주파수 분석한다. 즉, 분석을 요하는 주파수 대역 구간에 대해서는 설정된 분해능이 나오도록 주파수 분석을 행한다. 그리고 그 결과를 기록한 주파수 분석 신호를 생성한다. 상기 주파수 분석 방법에 대해서는 자세히 상술한 바 생략한다.

단계 S620에서, 비교 판단부(120)는 참조 테이블 저장부(105)에 저장된 해당 참조 테이블을 불러오고, 상기 참조 테이블에 포함된 정상 상태(standard state)에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 추출한다. 단계 S625에서, 비교 판단부(120)는 추출된 상기 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과 및 상기 주파수 분석 신호를 비교한다. 이때 추출된 상기 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과는 상기 헤더 정보에 포함된 분석을 요하는 주파수 대역 구간에 대한 정보 및 상기 주파수 대역 구간에서 요구되는 분해능 정보에 상응하여 주파수 분석이 되어 있는 상태이다.

단계 S630에서, 비교 판단부(120)는 상기 비교 결과 현재 입력된 음향 신호의 주파수 분석 신호가 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과와 비교하여 이상이 있는지 여부를 판단한다. 상기 판단 결과 이상이 있는 경우에는 단계 S635로 진행하여 신호 출력부(125)는 이상 신호를 생성하고, 이상이 없는 경우에는 단계 S640으로 진행하여 정상 신호를 생성하여 출력한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 참조 테이블 및 주파수 분석 신호를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 7의 (a)를 참조하면, 참조 테이블에 저장된 코어 정보가 도시되어 있다. 실시예에서는 500~505Hz, 7000~7005Hz, 19000~19005Hz 구간에서만 높은 분해능을 요구하고 있다. 그 외 주파수 대역에서는 일반적으로 설정된 분해능에 따라 주파수 분석이 되면 된다. 예를 들면, 그 외 주파수 대역에서는 10Hz 또는 100Hz의 주파수 간격으로 주파수 분석을 행한다.

도 7의 (b)를 참조하면, 상기 도 7의 (a)에 도시된 코어 정보 중에서 500~505Hz 구간의 정상 상태에서의 주파수 분석 결과가 도시되어 있다. 500.4Hz, 502.5Hz, 504.2Hz 를 중심으로 하여 소정 크기의 신호(①, ②, ③)가 나타나 있다. 상기 신호들(①, ②, ③)은 주파수 간격이 5Hz 이내이다. 즉, 10Hz 또는 그 이상의 주파수 간격을 가지는 주파수 분석에 의해서는 감지가 되지 않거나 감지가 되더라도 상세하게 구별되지 못하는 부분이다. 따라서, 상기 500~505Hz 구간에서 정확한 주파수 분석을 위해서는 0.1Hz 정도의 고분해능이 요구된다.

도 7에는 도시되어 있지 않지만, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 코어 정보를 포함하는 참조 테이블은 분석 주파수 구간 정보로 500~505Hz, 7000~7005Hz, 19000~19005Hz 구간을 포함하고 분해능 정보로 0.1Hz를 가지는 헤더 정보를 포함한다.

도 7의 (c)는 음향 신호 분석 장치(100)에 입력된 임의의 신호가 주파수 분석 신호로 변화된 것이다. 도 3에 도시된 음향 분석부(115)에서 상기 헤더 정보에 따라 500~505Hz 구간에서는 0.1Hz의 분해능을 가지도록 상기 임의의 신호가 주파수 분석이 되어 된 주파수 분석 신호이다. 상기 주파수 분석 신호(④. ⑤, ⑥) 중에서 ④ 신호는 정상 상태의 주파수 분석 결과에서 ① 신호와 대응되는 신호이다. ④ 신호는 501Hz에서 나타나 있으며, 정상 상태에서의 ① 신호는 500.4Hz에서 나타나 있다. 주파수 간격은 0.6Hz이며, 이는 10Hz 또는 그 이상의 주파수 간격에 의한 주파수 분석으로는 감지할 수 없는 부분이다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 참조 테이블에 의한 주파수 분석에 의해 도 7에 도시된 바와 같이 ④ 신호는 정 상 상태의 ① 신호와 대응되지만, 현재 상태는 정상 상태가 아님을 판단할 수 있다. 그리고 신호 출력부(125)는 이상 있음으로 판단한 후 이상 신호를 생성하여 출력한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 참조 테이블(Lookup Table)을 교체하거나 복수개의 참조 테이블을 저장함으로써 서로 다른 응용분야에서 적용이 가능하다.

도 2 및 상기 표 2를 참조하면, 사람의 귀의 분해능은 저음에서는 높지만 고음에서는 매우 낮다. 따라서, 저음부에서는 주파수 간격을 짧게 하는 고분해능을 가지고 고음부에서는 주파수 간격을 넓게 하는 저분해능을 가지도록 하는 참조 테이블을 생성하여 활용한다.

또한, 청각 장애자를 위하여 초인종 소리나 전화벨 소리 등 특정 주파수 대역에서만 크기를 가지는 음향 신호에 대하여서는 해당 주파수 대역에서 고분해능을 가지는 참조 테이블을 생성한다. 그리고 입력된 음향 신호와 참조 테이블에 저장된 코어 정보를 비교하여 일치하는 경우에 초인종 소리 또는 전화벨 소리 임을 인식하고 정상 신호를 생성한다. 상기 정상 신호에 의해 청각 장애인이 인지할 수 있는 수단, 예를 들어 시각적으로 화면에 표시하거나 촉각적으로 가벼운 타격 또는 충격을 주는 수단을 이용하여 초인종이 울리거나 전화벨이 울림을 알릴 수 있다.

또한, 특정 분야에서 사용되는 기계 장치에서 정상 상태 일때의 소리를 분석하여 저장한 참조 테이블과 현재 기계 장치에서 나는 소리를 분석한 주파수 분석 신호를 비교하여 이상이 생긴 경우에 이상 신호를 생성한다. 그리고 경보음을 울리는 등의 조치를 통해 기계 장치에 이상이 있음을 알릴 수 있다.

또한, 방범 장치에 활용되어 평상시 소리를 분석하여 저장한 참조 테이블과 현재 외부인의 침입이 있는 경우에 새로이 발생한 소리를 분석한 주파수 분석 신호를 비교한다. 정상 상태일 경우의 주파수 대역 외의 대역에서 신호가 감지되고 이상 있음을 이유로 이상 신호를 생성한다. 그리고 경보음을 울리거나 경보 장치를 작동시켜 범죄를 예방할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 음향 신호 분석 장치 및 방법은 특정 주파수 대역 구간에 대해서 상대적으로 높은 분해능으로 분석된 참조 테이블을 이용할 수 있다.

또한, 상기 참조 테이블을 이용하여 입력된 음향 신호를 지정된 주파수 대역에서는 높은 분해능을 가지고 그 외 주파수 대역에서는 일반적은 분해능을 가지도록 주파수 변환하고, 특정 주파수 대역에서의 높은 주파수 분해능을 요구하는 시스템에서 효과적으로 활용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

음향 신호를 분석하는 장치에 있어서,

헤더 정보(header information)와 코어 정보(core information)를 포함하는 참조 테이블을 저장하는 참조 테이블 저장부;

외부로부터 음향 신호를 입력받는 음향 입력부;

입력받은 상기 음향 신호를 상기 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보에 따라 복수의 주파수 변환 기본 벡터를 이용하여 주파수 구간에 따라 서로 다른 분해능을 가지도록 주파수 분석한 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 분석부;

상기 주파수 분석 신호와 상기 참조 테이블로부터 추출된 코어 정보를 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교 판단부; 및

상기 이상 유무 판단에 따라 미리 정해진 출력 신호를 생성하여 출력하는 신호 출력부

를 포함하는 음향 신호 분석 장치.
제1항에 있어서,

상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하는 음향 신호 분석 장치.
제2항에 있어서,

상기 음향 분석부는 상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 복수의 주파수 변환 기본 벡터를 선택하여 상기 음향 신호에 적용하고, 상기 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 신호 분석 장치.
제1항에 있어서,

상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함하는 음향 신호 분석 장치.
제1항에 있어서,

상기 신호 출력부는 상기 비교 판단부의 판단 결과 이상이 없는 경우 정상 신호를, 이상이 있는 경우 이상 신호를 생성하여 출력하는 음향 신호 분석 장치.
음향 신호를 분석하는 방법에 있어서,

(a) 외부로부터 음향 신호를 입력받는 단계;

(b) 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보에 따라 상기 음향 신호를 복수의 주파수 변환 기본 벡터를 이용하여 주파수 구간에 따라 서로 다른 분해능을 가지도록 주파수 분석한 주파수 분석 신호를 생성하는 단계;

(c) 상기 주파수 분석 신호와 상기 참조 테이블로부터 추출된 코어 정보를 비교하는 단계;

(d) 상기 비교 결과 상기 음향 신호의 이상 유무를 판단하는 단계; 및

(e) 상기 판단 결과에 따라 미리 정해진 신호를 생성하여 출력하는 단계

를 포함하는 음향 신호 분석 방법.
제6항에 있어서,

상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하는 음향 신호 분석 방법.
제7항에 있어서, 상기 (b) 단계는

상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 복수의 주파수 변환 기본 벡터를 선택하여 상기 음향 신호를 변환한 상기 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 신호 분석 방법.
제6항에 있어서,

상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함하 는 음향 신호 분석 방법.
제6항에 있어서, 상기 (e) 단계는

상기 판단 결과 이상이 없는 경우 정상 신호를, 이상이 있는 경우 이상 신호를 생성하여 출력하는 음향 신호 분석 방법.