KR101431392B1

KR101431392B1 - 음파신호를 이용한 통신방법, 통신장치 및 정보제공 시스템

Info

Publication number: KR101431392B1
Application number: KR1020130107771A
Authority: KR
Inventors: 이교구; 신종규; 이기범
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2014-09-25

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 음파신호를 이용한 통신방법에 있어서, 음파 출력장치가, 송신할 디지털 신호를 음파신호로 변조하는 단계; 및 변조된 음파신호를 출력하는 단계;를 포함하고, 상기 디지털 신호는 m 비트(단, m은 2 이상의 정수)의 신호이고, 상기 음파신호는 소정 주파수 범위 내에서 n개(단, n은 2 이상의 정수)의 주파수 대역(채널) 세트를 포함하고, 상기 n개의 세트의 각각은 m개의 채널을 포함하며, 이 때 상기 음파신호로 변조하는 단계는, 상기 n개의 세트의 각각에 대해, 상기 디지털 신호의 m개의 비트의 각 비트를 상기 각 세트마다 m개의 채널의 각 채널에 대응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법이 개시된다.

Description

음파신호를 이용한 통신방법, 통신장치 및 정보제공 시스템{Communication method, communication apparatus, and information providing system using acoustic signal}

본 발명은 음파신호를 이용한 정보제공 시스템 및 정보제공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가청주파수 중에서도 인간이 실질적으로 들을 수 없는 대역의 음파신호를 이용하여 정보를 송수신할 수 있는 통신방법, 통신장치 및 정보제공 시스템에 관한 것이다.

최근 휴대용 단말기 사이에 음파신호를 이용한 통신방법이 연구되고 있다. 이러한 통신방법에서는 가청주파수 대역 중에서도 사람이 실질적으로 들을 수 없는 주파수 대역의 음파신호를 사용하는 기술이 알려져 있다.

사람의 가청주파수 대역은 20Hz에서 20,000Hz로 널리 알려져 있으나, 청각 기관의 노화로 인해 평균적인 성인의 경우 18,000Hz 이상 대역의 소리는 듣지 못한다. 하지만 전문가용 제품이 아닌 일반적인 소비자용으로 나오는 대부분의 마이크와 스피커에도 인간의 가청주파수를 포함하기 위하여 20,000Hz 부근까지 재생과 녹음이 가능하도록 디자인 되어있다. 따라서 휴대용 단말기의 스피커와 마이크를 음파신호의 송신기와 수신기로서 각각 활용하여 음파통신을 하는 방법이 연구되고 있다.

이와 관련하여 도1 및 도2는 음파신호를 이용한 종래의 음파통신 방법을 나타낸다.

도1은 종래의 음파신호를 이용한 통신방식 중 FSK(Frequency Shift Keying) 방식을 나타낸다. 이 방식에서 디지털 데이터의 비트값 1과 0을 나타내기 위해 두 개의 주파수(채널)를 사용하는 방식으로, 디지털 데이터의 비트값 1은 제1 주파수의 음파신호로 변조되고 비트값 0은 제2 주파수의 음파신호로 변조된다.

도2는 또 다른 종래의 음파신호 통신방식을 나타내는 것으로, 하나의 주파수 채널을 사용하는 방식이다. 이 방식에서는 소정 주파수의 음파신호의 펄스 길이로 비트값 1과 0을 표현한다. 예컨대 디지털 비트값 0은 음파신호가 0.5초간 지속되는 음파 펄스로 변조되고 디지털 비트값 1은 음파신호가 1초간 지속되는 음파 펄스로 변조된다.

그런데 이러한 기존의 음파신호 통신방식은 음파간 간섭에 매우 취약하다는 단점이 존재한다. 이 단점은 같은 공간 안에 여러 개의 송신기가 있는 경우 극대화 되는데, 이는 소리의 특성인 방사를 조절하기가 쉽지 않기 때문이다.

더욱이, 상술한 기존의 통신방식에서는 완전한 데이터의 수신을 위해 음파신호의 신호의 순서(sequence)를 처음부터 끝까지 파악하고 있어야 하므로 전송하는 데이터의 양이 커질수록 데이터 전송 시간이 증가하고 ARQ(Automatic Repeat request) 등의 기술을 요하게 되므로 시스템이 복잡해 질 수 있다는 단점이 존재한다. 그러므로 음파신호간 간섭을 줄이면서 데이터 전송 속도를 높일 수 있는 음파신호를 이용한 통신방식에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 음파신호간 간섭을 줄이고 데이터 전송 속도를 높일 수 있는 음파신호를 이용한 통신방법 및 통신장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음파통신 기술을 이용함으로써 박물관이나 미술관 등에서 사용자에게 작품에 대한 정보를 제공할 수 있는 정보제공 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 음파신호를 이용한 통신방법에 있어서,

음파 출력장치가, 송신할 디지털 신호를 음파신호로 변조하는 단계; 및

변조된 음파신호를 출력하는 단계;를 포함하고,

상기 디지털 신호는 m 비트(단, m은 2 이상의 정수)의 신호이고,

상기 음파신호는 소정 주파수 범위 내에서 n개(단, n은 2 이상의 정수)의 주파수 대역("채널") 세트를 포함하고, 상기 n개의 세트의 각각은 m개의 채널을 포함하고,

상기 음파신호로 변조하는 단계는,

상기 n개의 세트의 각각에 대해, 상기 디지털 신호의 m개의 비트의 각 비트를 상기 각 세트마다 m개의 채널의 각 채널에 대응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법이 제공될 수 있다.

음파 수신장치가 음파신호를 수신하여 복수회 샘플링하는 단계; 및

샘플링된 복수개의 음파신호로부터 m 비트(단, m은 2 이상의 정수)의 디지털 신호를 추출하는 단계;를 포함하고,

상기 n개의 세트의 각각에 대해, 상기 디지털 신호의 m개의 비트의 각 비트와 상기 각 세트마다의 m개의 채널의 각 채널이 대응관계에 있는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음파신호를 이용한 통신방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템에 있어서,

음파신호를 생성하고 출력하는 음파 출력장치; 및

음파신호를 수신하여 이 수신한 음파신호에 대응하는 정보를 사용자에게 제공하는 휴대용 단말기;를 포함하고,

상기 휴대용 단말기는,

상기 음파신호를 수신하여 복수회 샘플링하는 음파신호 수신부;

샘플링된 음파신호로부터 디지털 신호를 추출하는 디지털 신호 추출부; 및

상기 추출된 디지털 신호에 대응하는 정보를 사용자에게 제공하는 정보 제공부;를 포함하고,

이 때 상기 디지털 신호는 m 비트(단, m은 2 이상의 정수)의 디지털 신호이고,

상기 n개의 세트의 각각에 대해, 상기 디지털 신호의 m개의 비트의 각 비트와 상기 각 세트마다의 m개의 채널의 각 채널이 대응관계에 있는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 음파신호 통신방법에 따르면, 음파신호간 간섭을 줄이고 데이터 전송 속도를 높일 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 음파통신 기술을 이용함으로써 박물관이나 미술관 등에서 사용자에게 작품에 대한 정보를 정확하고 신속하게 제공할 수 있는 이점이 있다.

도1 및 도2는 음파신호를 이용한 종래의 음파통신 방법을 설명하기 위한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파신호를 이용한 통신에서 사용하는 채널(주파수)을 설명하기 위한 도면,
도4는 일 실시예에 따라 디지털 신호를 음파신호로 변조하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도5는 일 실시예에 따라 음파신호를 생성하는 방법을 설명하는 도면,
도6은 일 실시예에 따라 음파신호를 샘플링하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도7은 일 실시예에 따라 음파신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도8은 일 실시예에 따라 음파신호를 디지털 신호로 복조하고 추정신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도9는 일 실시예에 따라 음파신호 수신측에서 음파신호로부터 디지털 신호를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도10은 일 실시예에 따른 음파신호를 이용한 정보제공 시스템을 설명하기 위한 도면,
도11은 일 실시예에 따른 음파 출력장치의 예시적 구성을 나타내는 블록도,
도12는 일 실시예에 따른 휴대용 단말기 및 서비스 서버의 예시적 구성을 나타내는 블록도,
도13은 일 실시예에 따른 가이드 어플리케이션의 예시적 기능을 나타내는 블록도,
도14는 일 실시예에 따라 음파신호를 이용하여 정보를 요청하고 이 요청된 정보를 사용자에게 제공하는 예시적 방법을 나타내는 흐름도,
도15 및 도16은 대안적 실시예에 따른 음파 출력장치의 예시적 구성을 나타내는 블록도,
도17은 대안적 실시예에 따라 음파신호를 생성하는 방법을 설명하는 도면, 그리고,
도18은 휴대용 단말기가 수신하는 음파의 주파수에 따른 신호세기를 설명하기 위한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파신호를 이용한 통신에서 사용하는 채널(주파수)을 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "음파신호"는 가청주파수 신호, 초저주파 신호, 및 초음파 신호를 포괄하는 의미로 사용하기로 하며, 본 발명의 일 실시예에서 본 발명은 음파신호로서 초저주파 신호, 가청주파수 신호, 및 초음파 신호 중 어느 하나의 신호를 사용할 수 있다.

그러나 바람직한 일 실시예에서, 가청주파수 대역(20Hz~20KHz) 중에서 사람이 실질적으로 들을 수 없는 대역의 음파신호를 사용한다. 예컨대 이하에서 설명되는 실시예에서는 대략 18KHz~20KHz 대역의 음파신호를 사용하는 것으로 예시하였다. 그러나 대안적인 실시예에서 대략 17KHz~20KHZ 대역의 음파신호를 사용할 수도 있고, 스피커 및 마이크 등의 기기의 특성에 따라 22KHz까지 활용이 가능한 경우 활용하는 주파수 대역을 20KHz 이상의 대역으로 설정할 수도 있다. 그러므로, 이하에서 언급되는 주파수 대역의 구체적 수치는 일 예로서 언급된 것이며 본 발명은 특정 수치의 대역에 제한되지 않고 적용될 수 있음을 이해할 것이다.

도3을 참조하면, 도시된 실시예는 18KHz 내지 20KHz의 가청주파수 대역을 음파통신을 위한 대역폭으로 사용하는 실시예를 나타낸다. 도3의 실시예는 이 대역(18~20KHz)에 40개의 주파수 채널을 갖도록 설정된다. 2000Hz의 대역폭에 40개의 주파수 채널을 포함하도록 하기 위해 채널과 채널 사이는 대략 50Hz의 간격을 갖도록 설정할 수 있다. 또한 도시한 바와 같이 8개의 채널을 하나의 세트로 그룹화하고, 따라서 40개의 채널은 5개의 세트(Set 1 내지 Set 5)로 구분될 수 있다.

이 때 각 세트를 8개의 채널로 묶은 것은 본 발명의 일 실시예에 따라 전송할 디지털 신호의 한 단위 길이를 8비트로 가정하였기 때문이다. 즉 도4를 참조하여 후술하듯이, 각 채널은 소정 비트열의 디지털 신호의 각 비트에 해당한다. 따라서 예를 들어 디지털 신호의 단위 길이를 예컨대 16비트라고 가정하면, 전체 대역폭(18~20KHz) 내에 80개의 주파수 채널을 갖도록 하고 하나의 세트당 16개의 채널을 갖도록 그룹화할 수도 있다.

이와 같이, 예를 들어 디지털 신호가 m비트(단, m은 2 이상의 정수) 길이의 신호일 경우, 본 발명은 음파신호의 소정 대역폭을 n개(단, n은 2 이상의 정수)의 채널 세트로 그룹화하고 이 때 각 채널 세트는 m개의 주파수 채널을 가진다. 도3에서는 일 예로서 18~20KHz 대역을 5개의 세트로 구분하고 각 세트가 8개의 채널을 갖는 실시예를 도시하였지만, 대안적인 실시 형태에 따라 세트의 개수와 각 세트에 포함되는 주파수 채널의 개수는 변경될 수 있음을 이해할 것이다.

이제 도3의 주파수 채널 설정에 따른 실시예에서 디지털 신호를 음파신호로 변조하는 예시적인 방법을 도4를 참조하여 설명하기로 한다.

도4는 일 실시예에 따라 디지털 신호를 음파신호로 변조하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도3에서 설명하였듯이 5개의 세트의 각각이 8개의 채널을 포함한다고 가정한다.

도4를 참조하면, 예를 들어 8비트("10101110") 디지털 신호를 음파신호로 변조하는 방법을 나타내고 있다. 본 발명의 일 실시예에서 각 세트는 동일한 디지털 신호를 표현하도록 변조된다.

이를 위한 일 실시예에서, 5개의 세트의 각각에 대해, 디지털 신호의 8개의 비트의 각 비트를 상기 각 세트마다 8개의 채널의 각 채널에 대응시키도록 한다. 또한 각 채널에 대해, 각각의 대응하는 비트의 비트값이 0이면 채널의 출력 신호세기를 어느 특정한 임계값 이하로 출력하도록 하고, 비트값이 1이면 이 채널의 출력 신호세기를 이 임계값보다 큰 값으로 출력하도록 한다. 이 때, 신호세기를 특정 임계값 이하로 출력하도록 하는 것은, 예컨대 이 해당 주파수의 신호세기를 0으로 하는 것, 즉 이 주파수에서는 음파신호를 출력하지 않는 것을 의미할 수도 있다.

예컨대 도4의 세트1을 보면, 디지털 신호의 비트값이 1인 경우 이에 대응하는 채널은 이 해당 채널의 주파수로 소정 신호세기의 음파신호를 출력하도록 설정되고, 비트값이 0인 경우 이의 대응하는 채널은 신호세기가 0이 되도록 설정된다. 따라서 도4에 도시한 것처럼 세트1의 각 채널별 음파신호가 생성된다. 또한 마찬가지로 채널2 내지 채널5의 각 채널에 대해서도 동일한 신호 변조가 수행되고, 이에 따라 모든 채널(채널1 내지 채널5)은 모두 동일한 디지털 신호("10101110")를 나타내게 된다.

이와 같이 하나의 디지털 신호를 5개의 음파신호로 만드는 것은 다른 음파신호들과의 간섭을 방지하기 위한 것이다. 일반적으로 음파신호를 이용한 통신은 전자기파를 이용하는 통신에 비해 주위의 간섭이 훨씬 많으므로, 디지털 신호를 하나의 음파신호만으로 변조하여 송신하면 수신측에서 이 음파신호를 제대로 수신하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 도시된 본 발명의 일 실시예는 디지털 신호를 5개의 서로 다른 주파수 대역의 세트별로 각기 변조하여 음파신호를 생성한다. 그러나 예컨대 음파신호간 간섭이 거의 없는 환경에서 통신하는 경우라면 주파수 세트의 개수를 더 줄여도 무방할 것이며, 따라서 음파통신에 사용될 주파수 대역을 몇 개의 채널 세트로 그룹화할지는 본 발명의 실시 상황에 따라 달라질 수 있음을 이해할 것이다.

또한 도시된 실시예에서는 디지털 신호의 비트값이 1이면 이 비트에 대응하는 주파수에서 소정 신호세기를 갖는 음파신호를 생성하고 비트값이 0이면 음파신호를 생성하지 않는다고 가정하였지만, 대안적인 실시예에서, 비트값이 1이면 음파신호를 출력하지 않고 비트값이 0이면 소정 신호세기의 음파신호를 출력하도록 설정할 수도 있음은 물론이다.

바람직한 일 실시예에서, 도4에서와 같이 각 세트별로 생성된 음파신호는 음파 출력장치(예컨대 스피커)를 통해 모두 동시에 출력된다. 즉 전체 채널(채널1~채널40) 중 각 채널에 대응하는 디지털 신호의 비트값이 1인 채널들은 해당 주파수에서 소정 신호세기로 동시에 출력된다.

이 때 출력되는 음파신호는 소정 시간길이 동안 지속하여 출력될 수 있다. 또는 대안적으로, 소정 시간주기의 출력 동작을 복수회 반복할 수 있다. 이 때 소정 시간주기의 출력 동작은, 이 시간주기 보다 짧은 시간동안 음파신호를 출력하고 그 나머지 시간동안은 음파신호를 출력하지 않는 동작을 의미할 수 있다.

이와 관련하여 도5는 일 실시예에 따라 음파신호를 생성하는 예시적 방법을 설명한다. 도5에 도시된 실시예에서, 음파신호는 100ms 동안의 음파신호를 출력과 그 후 100ms 동안의 음파출력 중단으로 이루어지는 한 주기(200ms)의 음파신호 출력 동작을 5회 반복함으로써, 총 1초(1000ms)에 걸쳐서 100ms 길이의 음파가 5번의 출력된다. 그러나 도5에 도시한 음파 출력 방식은 일 예시적인 것이고, 음파출력의 시간주기나 출력 지속시간 등은 실시 형태에 따라 임의로 변경될 수 있음을 이해할 것이다.

이제 도6 내지 도9를 참조하여, 음파신호를 수신하는 수신장치의 수신동작을 설명하기로 한다.

도6은 일 실시예에 따라 음파신호를 샘플링하는 방법을 설명하는 도면이고, 도7은 일 실시예에 따라 음파신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하는 방법을 설명하는 도면이다.

도6을 참조하면, 임의의 음파신호 수신장치가 도5에 도시한 것과 같은 음파신호를 수신한다고 가정한다. 즉 도6에서는 300ms까지의 음파신호만을 도시하였지만, 도5에서의 음파신호를 수신장치가 수신하고 있다고 가정한다.

도6의 실시예에서, 수신장치는 소정 시간 간격으로 음파신호를 샘플링하여 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행한다. 도6에서는 100ms에 대략 3~4번 정도의 샘플링을 하는 것으로 도시하였지만 샘플링 및 FFT 변환 속도는 수신장치의 성능이나 본 발명의 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 일 바람직한 실시예에서, 음파신호의 샘플링과 FFT는 대략 20ms 간격으로 수행될 수 있다.

수신장치가 소정 시간 간격마다 샘플링한 음파신호는 도7에서와 같이 FFT 변환에 의해 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환되어 분석된다. 이와 관련하여 도7은 예컨대 첫번째 샘플링하여 푸리에 변환된 신호(FFT1)의 주파수 성분을 나타낸다. 도3 및 도4를 참조하여 상술한 바와 같이 음파신호가 40개 채널의 주파수 성분을 갖는 음파신호이면, 도7의 주파수 성분 분석에서, 디지털 신호의 각 비트값에 대응하여 각 주파수의 신호가 임의의 신호세기를 갖거나 또는 0으로 표현될 것이다. 이 때 음파 출력장치 측에서 소정의 신호세기로 음파신호를 송신을 하더라도 이를 수신하는 수신장치와의 거리나 수신장치의 성능에 따라 실제로 수신장치가 수신하는 음파신호의 세기는 송신시의 신호세기보다 작을 가능성이 크고 또한 주파수별로 수신된 신호세기에 차이가 있을 수 있다. 따라서, 예를 들어 도7에 도시한 바와 같이, 수신장치는 미리 임계값(E_TH)을 설정하여 놓을 수 있고, 모든 주파수 채널에 걸쳐서 수신한 각 주파수별 음파신호가 임계값(E_TH)보다 큰 경우에만 해당 주파수의 음파신호가 수신된 것으로 판단할 수 있다.

한편, 간섭이 없고 수신장치가 잘 작동하는 이상적 상황이라면, 도7에 도시한 것처럼 전체 채널 세트(세트1 내지 세트5)는 모두 동일한 주파수 분석 패턴을 나타낼 것이다. 즉 디지털 신호가 "10101110"인 경우, 세트1의 채널1, 3, 5, 6, 7에 대응하는 주파수 성분에서 임계값(E_TH)보다 큰 신호세기의 신호가 표시되고, 세트2의 채널 9, 11, 13, 14, 15의 주파수 성분의 신호가 표시되고, 마찬가지로 세트3 내지 세트5도 이와 동일한 패턴으로 신호가 표시될 것이다.

그런데 실제로는 간섭이나 장치의 원인으로 인해, 세트1 내지 세트5 전체에 걸쳐서 샘플링하고 FFT 변환된 신호가 모두 동일하다고 보장할 수 없고, 또한 도6에서 나타낸 것과 같이 일정 시간 간격으로 샘플링되고 FFT 변환된 모든 수신 신호(FFT1, FFT2, FFT3, FFT4,…)가 서로 완전히 동일하다고 보장할 수도 없다.

이에 따라 본 발명의 일 실시예는, 각각의 샘플링 및 FFT 변환된 신호에 대해 투표 시스템을 통해 FFT별로 하나씩 추정 수신신호를 산출하고, 이와 같이 추정된 FFT별 추정 신호가 일정 시간에 걸쳐 모두 동일하면 그때 비로소 이 추정 신호를 애초에 송신장치가 송신한 신호로서 최종적으로 판단하는 방법을 개시한다.

도8은 음파신호를 디지털 신호로 복조하고 추정신호를 생성하는 일 예시적인 방법을 나타낸다. 수신되는 음파신호에 대해 3번의 샘플링 및 FFT 변환을 수행한 예시적 결과가 왼쪽의 표에 표시되어 있다.

도8에서 첫번째 샘플링 및 FFT 변환에 의해 복조된 디지털 신호는 전체 세트(세트1 내지 세트5)에 걸쳐서 모두 동일한 결과를 나타낸다. 따라서 이 첫번째 샘플링 및 FFT 변조된 신호(FFT1 신호)에 대한 FFT별 추정 수신신호는 "10101110"으로 산출된다.

마찬가지로, 두번째 샘플링 및 FFT 변환에 의해 복조된 디지털 신호도 전체 세트(세트1 내지 세트 5)에 걸쳐서 모두 동일하고, 그러므로 FFT2 신호에 대한 FFT별 추정 수신신호는 "1010110"으로 산출된다.

세번째 샘플링 및 FFT 변환에 의해 복조된 신호는 간섭 등의 원인에 의해 도시된 것처럼 일부 세트(세트2 내지 세트5)의 값이 상이하게 되었다고 가정한다. 이러한 경우, 본 발명의 일 실시예에서, FFT별 추정 수신신호를 생성하기 위해, 샘플링된 음파신호의 전체 5개 세트에 대해, 디지털 비트열의 동일한 위치에 있는 5개의 비트값에 기초하여 각 비트열의 비트값을 결정한다. 또한 일 실시예에서, 5개의 비트값에 기초하여 각 비트열의 비트값을 결정하는 구체적 방법으로서, 5개의 비트값에서 0과 1의 개수를 카운트하여 다수결에 의해 비트열의 해당 위치의 비트값으로 결정한다.

예컨대 도8을 참조하면, FFT3 신호의 각 세트마다 복조된 5개의 신호들에서 비트열의 첫번째 비트(가장 왼쪽의 비트)는 각각 1, 0, 0, 0, 1이다. 이 때 0이 3개이고 1이 2개이므로 다수결에 의해 이 비트의 비트값을 0으로 선택한다. 마찬가지로, 비트열의 두번째 비트(왼쪽에서 두번째 비트)는 각각 0, 0, 1, 0, 0 이고, 0의 개수가 4개이므로 다수결에 의해 이 비트의 비트값도 0으로 선택된다. 이와 같이 비트열의 모든 자리수에 대해 위와 같은 다수결의 원칙을 적용함으로써 해당 FFT 신호에 대한 FFT별 추정 수신신호를 생성할 수 있다.

위와 같이 매번의 샘플링 및 FFT 변환에 의한 음파신호마다 도8의 오른쪽에 표시한 바와 같은 FFT별 추정 수신신호를 생성하면, 일 실시예에서, 이들 FFT별 추정 수신신호에 기초하여 최종적으로 수신신호를 결정한다.

이를 위한 일 예시적인 방법으로, 예컨대 FFT별 추정 수신신호가 복수회 연속하여 동일한 값을 가질 때, 이 추정 수신신호를 최종 수신신호로 결정할 수 있다. 예를 들어 FFT별 추정 수신신호가 3회 연속 동일한 값을 가질 때 이 신호를 최종 수신신호로 결정하는 경우, 도8의 경우 처음 두번의 추정 수신신호는 동일하지만 세번째 추정 수신신호가 상이하므로, FFT3 신호까지 샘플링 및 FFT 변환한 상황에서는 아직 최종 수신신호를 결정하지 못한 상태가 된다. 즉 이 경우 FFT4, FFT5,…등 이후의 신호에 대해서 샘플링과 FFT 변환을 더 진행하여 FFT별 추정 수신신호가 3번 연속하여 나타날 때 비로소 이 추정 신호를 최종 수신신호로 결정하게 된다.

도9는 일 실시예에 따라 음파신호 수신장치측에서 음파신호로부터 디지털 신호를 추출하는 방법을 설명하기 위한 것으로, 도6 내지 도9에서 설명한 방법을 사용하여 수신장치가 음파신호로부터 디지털 신호를 추출하는 것을 나타낸다.

음파신호 수신장치는 음파를 수신할 수 있는 수단(예컨대 마이크로폰)을 포함하는 임의의 장치가 될 수 있으며, 예컨대 스마트폰이나 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터 등과 같은 휴대용 단말기 중 하나가 될 수 있다.

우선 단계(S110)에서 음파신호 수신장치는 도6에 도시한 것처럼 음파신호를 소정 간격으로 수신하여 샘플링한다. 일 실시예에서 수신장치는 대략 20ms 간격으로 샘플링(및 이에 따른 FFT 변환)을 수행할 수 있다.

그 후 수신장치는 단계(S120~S160)를 거쳐, 샘플링된 복수개의 음파신호로부터 소정 비트열의 디지털 신호를 최종 수신신호로 추출한다. 이를 위해, 단계(S120)에서, 수신장치는 각각의 샘플링된 음파신호를 FFT 변환하여 주파수 성분을 추출하고(도7 참조), 그 후 단계(S130)에서, 각 샘플링된 음파신호에 대해, 추출된 주파수 성분별 신호세기에 기초하여, 음파신호의 각 세트마다 디지털 신호를 복조하고 단계(S140)에서 이 복조된 디지털 신호에 기초하여 각 샘플링된 음파신호에 대한 FFT별 추정 수신신호를 생성한다(도8 참조).

그 후 단계(S150)에서 연속된 k개(단, k는 3 이상의 정수)의 FFT별 추정 수신신호가 모두 동일하면, 이 추정 수신신호를 최종 수신신호로 결정하고(단계 S160), 동일하지 않으면 단계(S110)로 다시 되돌아가 그 다음 샘플링 및 FFT 변환 작업을 수행한다.

이상과 같은 음파신호를 이용한 통신방법은 임의의 통신 시스템에 적용될 수 있다. 이하에서는 도10 내지 도18을 참조하여, 본 발명의 음파신호를 이용한 통신방법이 박물관이나 미술관과 같은 전시시설의 정보제공 시스템에 적용되는 경우를 일 예로서 설명하기로 한다. 그러나 이하의 실시예는 음파신호를 이용하는 통신 시스템의 하나의 예에 불과하고, 제품이 진열된 매장이나 상점 또는 개인간 통신 등에도 본 발명에 따른 음파신호의 통신방법이 적용될 수 있으므로, 이하의 설명은 본 발명의 음파신호를 이용한 통신방법의 다양한 실시형태를 제한하는 것으로 해석되어서는 안됨에 유의해야 한다.

도10은 일 실시예에 따른 음파신호를 이용한 정보제공 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도10을 참조하면, 일 실시예에 따른 정보제공 시스템은 음파출력장치(10), 휴대용 단말기(20), 및 서비스 서버(40)를 포함한다.

음파 출력장치(10)는 음파신호를 생성하고 출력할 수 있다. 일 실시예에서 음파 출력장치(10)는 이 출력장치(10)의 근처에 사용자가 존재하는지 여부를 감지하고 사용자가 있을 경우에만 음파를 생성하고 출력하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 정보제공 시스템은 복수개의 음파 출력장치(11,12,13)를 포함할 수 있다. 도10은 3개의 음파 출력장치(11,12,13)를 도시하였지만 실시 형태에 따라 더 많은 수의 음파 출력장치가 사용될 수 있음은 물론이다. 일 실시예에서 음파 출력장치(10)의 각각은 도3 및 도4를 참조하여 설명한 음파신호를 생성하고 출력할 수 있다. 각 음파 출력장치가 출력하는 음파신호는 가청주파수 중 사람이 실질적으로 들을 수 없는 대역의 음파신호인 것이 바람직하다. 예를 들어 각 음파 출력장치(10)는 18~20KHz의 대역 내의 임의의 주파수 신호를 각각 출력할 수 있다.

본 발명에 따른 정보제공 시스템이 박물관이나 미술관 등에 설치되는 경우 각각의 음파 출력장치(10)는 각각의 전시작품(도10에서의 작품1, 작품2, 작품3 등)에 인접하여 설치될 수 있다. 예를 들어 미술관에 설치될 경우 각 음파 출력장치(10)는 각 미술작품의 좌측, 우측, 또는 하단부에 인접하여 하나씩 설치되고, 관람객이 해당 작품 앞에 서 있으면 음파 출력장치(10)가 관람객의 존재를 검출하여 음파신호를 출력할 수 있다. 이 때 각 음파 출력장치(10)에 대응하는 전시작품에는 미리 8비트의 고유 번호가 할당되어 있다고 전제한다. 각 음파 출력장치(10)는 이 음파 출력장치에 대응하는 전시작품의 고유 번호의 8비트 디지털 신호를 상술한 바와 같이 음파신호로 변조하여 생성하고 이를 출력하게 된다.

휴대용 단말기(20)는 음파 출력장치(10)에서 출력되는 음파신호를 수신하여 이 수신한 음파신호에 대응하는 정보를 사용자에게 제공한다. 휴대용 단말기(20)는 예를 들어 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 단말기 중 하나가 될 수 있다.

일 실시예에서 휴대용 단말기(20)는 유선 및/또는 무선 네트워크(30)를 통해 서비스 서버(40)와 통신할 수 있다. 네트워크(30)는 휴대용 단말기(20)와 서비스 서버(40) 사이에 데이터 송수신 경로를 제공하기만 하면 어떤 종류나 형태의 네트워크도 포함할 수 있다. 네트워크(30)는 유선망 또는 무선망 중 어느 하나에 제한되지 않는다. 그러나 바람직한 실시예에서 네트워크(30)는 무선 공유기를 이용하는 무선 LAN이다.

본 발명의 실시 형태에 따라 정보제공 시스템은 서비스 서버(40)를 선택적으로 포함할 수 있다. 서비스 서버(40)는 사용자에게 제공할 정보를 저장하고 휴대용 단말기(20)로부터의 사용자 요청에 응답하여 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어 정보제공 시스템이 미술관에 설치되는 경우, 휴대용 단말기(20)가 음파 출력장치(10)에서 수신한 음파신호로부터 8비트의 디지털 신호를 추출한 뒤, 이 8비트의 고유번호에 해당하는 어느 특정 미술작품에 대한 정보를 네트워크(30)를 통해 서비스 서버(40)에 요청할 수 있고, 서비스 서버(40)는 해당 작품에 대한 정보를 검색하여 이 정보를 네트워크(30)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 이 때 "정보"는 미술작품에 대한 이미지 정보, 텍스트 정보, 사운드 정보 등과 같은 임의의 형태의 정보일 수 있다.

도11은 일 실시예에 따른 음파 출력장치의 예시적 구성을 나타내는 블록도이다. 도11을 참조하면, 일 실시예에 따른 음파 출력장치(10)는 제어부(110), 센서부(120), 및 음파신호 출력부(130)를 포함한다.

센서부(120)는 사용자의 움직임을 감지할 수 있다. 일 실시예에서 센서부(120)는 인체감지 센서일 수 있고, 예컨대 초전형 적외선 센서(Pyroelectric Infrared Radial(PIR) Sensor)가 사용될 수 있다.

센서부(120)가 음파 출력장치(10)의 전방에서 사람을 감지하면, 센서부(120)는 이 감지결과를 제어부(110)로 전달하고, 제어부(110)는 이 정보를 음파신호 출력부(130)에 전달한다. 대안적인 실시예에서 센서부(120)가 감지 결과를 음파신호 출력부(130)로 직접 전달할 수도 있다.

음파신호 출력부(130)는 센서부(120)의 감지 결과에 기초하여 음파신호를 생성하고 출력한다. 일 실시예에서 음파신호 출력부(130)는 스피커가 될 수 있다. 일반적으로 스피커는 가청주파수 대역(대략 20Hz~20KHz)의 신호("가청주파수 신호"), 이 가청주파수보다 낮은 대역(초저주파 대역)의 신호("초저주파 신호"), 및 가청주파수보다 높은 대역(초음파 대역)의 신호("초음파 신호")를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 음파신호 출력부(130)는 초저주파 신호, 가청주파수 신호, 및 초음파 신호 중 어느 하나의 신호를 출력할 수 있다. 바람직하게는, 음파신호 출력부(130)는 가청주파수 대역 중에서 사람이 실질적으로 들을 수 없는 대역의 음파신호를 출력하고, 보다 바람직하게는 대략 18~20KHz 대역의 음파신호를 출력할 수 있다.

이 때 일 실시예에서 각 음파 출력장치(10)는 이 출력장치에 대응되는 전시작품의 고유번호에 해당하는 8비트 디지털 정보만을 음파신호로 생성하여 출력하도록 설정된다. 이와 같이 전시작품에 8비트의 고유번호를 할당하는 경우 총 255개(2⁸-1)의 작품이 구별될 수 있고, 대안적인 실시예로서 16비트의 고유번호를 사용할 경우 총 65535개(2¹⁶-1)의 작품을 구별할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 정보제공 시스템이 적용되는 곳에서 제공할 정보의 수를 고려하여 8비트, 16비트, 또는 다른 수의 비트의 디지털 신호의 고유번호를 정의하고, 이에 대응하여 음파신호의 채널의 세트 수 및 각 세트에 포함될 주파수 채널의 개수를 설정하면 된다.

도12는 일 실시예에 따른 휴대용 단말기(20) 및 서비스 서버(40)의 예시적 구성을 나타내는 블록도이다. 도12를 참조하면, 휴대용 단말기(20)는 마이크(210), 신호처리부(220), 프로세서(230), 메모리(250), 저장부(260), 및 통신부(270)를 포함하고, 실시예에 따라 선택적으로 가속도 센서(240)를 더 포함할 수 있다.

마이크(210)는 음파 출력장치(10)에서 출력되는 음파신호를 수신한다. 신호처리부(220)는 예컨대 아날로그-디지털 변환기(AD 컨버터), 디지털 신호처리기(DSP) 등을 포함할 수 있고, 마이크(210)에 입력되는 음파신호를 샘플링하고 FFT 처리하여 이 음파신호의 주파수를 추출할 수 있다.

프로세서(230)는 휴대용 단말기(20)의 중앙처리장치(CPU)로서 예컨대 휴대용 단말기(20)가 스마트폰인 경우 AP(Application Processor)를 의미할 수 있고, 메모리(250)에 로딩된 프로그램이나 어플리케이션을 실행할 수 있다.

메모리(250)는 랜덤액세스 메모리(RAM)와 같은 휘발성 저장장치로 구현될 수 있고, 휴대용 단말기(20)의 구동에 필요한 운영체제(OS), 응용 프로그램(어플리케이션), 데이터 등이 메모리(250)에 로딩(load)될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 메모리(250)에 가이드 어플리케이션(251)이 로딩 되어 실행될 수 있다. 가이드 어플리케이션(251)은 저장부(260)와 같은 임의의 저장수단에 저장되어 있다가 프로세서(230)의 제어 하에 메모리(250)에 로딩되어 실행될 수 있다. 가이드 어플리케이션(251)에 대해서는 도13을 참조하여 후술하기로 한다.

저장부(260)는 데이터를 저장하는 비휘발성 저장장치로서 예컨대 하드디스크 드라이브(HDD), 플래시 메모리, SD(Secure Digital) 메모리 카드 등의 반도체 메모리 장치로 구현될 수 있다. 일 실시예에서 저장부(260)는 가이드 어플리케이션(251)을 저장한다.

대안적 실시예에서 저장부(260)는 전시작품을 구별하는 고유번호인 8비트의 (또는 임의의 비트의) 디지털 정보와 디지털 정보(고유번호)에 대응하는 작품정보를 더 저장할 수 있다. 이 경우, 휴대용 단말기(20)가 음파 출력장치(10)로부터 수신한 음파신호에서 고유번호를 추출하고 이 추출된 고유번호에 대응하는 작품정보를 저장부(260)에서 검색하여 사용자에게 제공할 수 있다. 그러므로 이 실시예에서는 휴대용 단말기(20)가 서비스 서버(40)에 디지털 정보(고유번호)를 전달하고 이 정보에 대응하는 작품정보를 요청하여 획득하는 단계가 생략될 수 있다.

통신부(270)는 서비스 서버(40)와 같은 외부 장치와의 통신을 담당하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 통칭하는 기능 모듈을 의미한다. 일 실시예에서 통신부(270)는 무선공유기(31)가 연결된 네트워크(30)를 통해 서비스 서버(40)와 통신할 수 있다.

실시 형태에 따라 휴대용 단말기(20)는 가속도 센서(240)를 더 포함할 수 있다. 가속도 센서(240)는 휴대용 단말기(20)의 사용자의 움직임을 감지하고, 가이드 어플리케이션(251)이 이 감지결과를 이용할 수 있다. 예를 들어 가속도 센서(240)는 가속도 미터의 x, y, z축 변화값을 실시간 모니터하여 일정 임계값 이상인 경우에는 사용자가 이동 중이라고 판단할 수 있고, 가이드 어플리케이션(251)은 이러한 감지결과 사용자가 움직이지 않는다고 판단한 때에만 음파신호의 처리를 수행하도록 신호처리부(220)를 제어할 수 있다. 그러므로 가속도 센서(240)를 사용함으로써, 휴대용 단말기(20)를 소지한 사용자가 전시작품에 대한 정보를 원하는지 아니면 단순히 전시된 작품 앞을 지나가는 것인지를 판단할 수 있다.

도시된 일 실시예에서 서비스 서버(40)는 통신부(410), 제어부(420), 및 저장부(430)를 포함한다. 통신부(410)는 네트워크(30)를 통해 휴대용 단말기(20)와 통신을 담당하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 통칭하는 기능 모듈이다.

저장부(430)는 데이터를 저장하는 비휘발성 저장장치로서 예컨대 하드디스크 드라이브(HDD), 플래시 메모리, SD(Secure Digital) 메모리 카드 등의 반도체 메모리 장치로 구현될 수 있다. 일 실시예에서 저장부(430)는 음파출력장치(10)가 출력하는 음파신호의 각 주파수(또는 주파수의 조합)에 대응하는 정보를 저장한다.

제어부(420)는 휴대용 단말기(20)로부터의 정보제공 요청을 수신하면 이 요청에 따라 저장부(430)에서 해당 정보를 검색하여 휴대용 단말기(20)로 전송하도록 제어한다.

도12에 도시하고 상술한 상기 구성요소들 외에, 휴대용 단말기(20) 및 서비스 서버(40)는 다양한 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현되는 각종 기능부를 더 포함하고 있을 수 있으나, 이들에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않는 범위 내에서 생략하기로 한다.

도13은 일 실시예에 따른 가이드 어플리케이션(251)의 예시적 기능을 나타내는 블록도이다. 도13을 참조하면 가이드 어플리케이션(251)은 음파신호 수신부(253), 디지털 신호 추출부(255), 및 정보 제공부(257)를 포함한다.

음파신호 수신부(253)는 마이크(210) 및/또는 신호처리부(220)를 제어하여 음파신호를 수신한다. 일 실시예에서 음파신호 수신부(253)는 마이크(210)를 통해 들어오는 음파신호를 샘플링함으로써 음파신호를 수신한다. 예를 들어 음파신호 수신부(253)는 신호처리부(220)가 음파신호를 20ms 간격으로 샘플링하여 FFT 처리를 행하도록 할 수 있다.

디지털 신호 추출부(255)는 수신한 음파신호에서 디지털 신호를 추출한다. 일 실시예에서, 음파신호 수신부(253)가 음파신호를 샘플링할 때마다 디지털 신호 추출부(255)는 도8을 참조하여 설명한 바와 같이 FFT별로 디지털 신호를 복조하고 이로부터 FFT별 추정 수신신호를 생성하고, 연속되는 추정 수신신호를 비교하여 최종 수신신호를 선택함으로써 디지털 신호를 추출하는 동작을 수행할 수 있다.

정보 제공부(257)는 주파수 추출부(255)가 추출한 디지털 신호에 대응하는 정보를 사용자에게 제공한다. 즉 추출된 디지털 신호가 작품의 고유번호를 의미하는 디지털 정보인 경우, 이 디지털 정보에 대응하는 작품의 정보를 사용자에게 제공한다. 만일 이 작품정보가 휴대용 단말기(20)의 저장부(260)에 저장되어 있는 경우, 정보 제공부(257)는 저장부(260)에서 대응 작품정보를 검색하여 사용자에게 제공할 수 있다. 대안적인 실시예에서 작품정보가 서비스 서버(40)에 저장되어 있는 경우, 정보 제공부(257)는 서비스 서버(40)에 정보제공을 요청하여 해당 정보를 서비스 서버(40)로부터 수신한 뒤 사용자에게 제공할 수 있다.

도14는 일 실시예에 따라 음파신호를 이용하여 정보를 요청하고 이 요청된 정보를 사용자에게 제공하는 예시적 방법을 나타내는 흐름도이다.

도14의 설명을 위해, 본 발명에 따른 정보제공 시스템이 미술관에 적용되는 경우를 전제한다. 즉 각각의 미술작품들에 인접하여 음파 출력장치(10)가 하나씩 설치되어 있고, 음파 출력장치(10)에서 출력되는 각 음파신호에 포함된 디지털 정보가 각 미술작품에 대응한다고 가정한다.

휴대용 단말기(20)를 소지한 사용자가 어느 특정 미술작품 전방에 이르면 단계(S210)에서 음파 출력장치(10)의 센서부(120)(예컨대 초전형 적외선(PIR) 센서)가 사용자의 존재를 감지한다. 센서부(120)가 사용자의 존재를 감지하면, 이 감지 결과에 따라 음파신호 출력부(130)가 음파신호를 생성하여 출력한다(단계 S220,S230). 이 때 생성되는 음파신호는 해당 미술작품마다 미리 할당되어 있는 8비트(또는 다른 임의의 비트)의 디지털 정보(고유번호)가 음파신호로 변조된 신호이다. 또한 바람직하게는 이 음파신호는 가청주파수 대역 중에서 사람이 실제로 들을 수 없는 대역(예컨대 18~20KHz)의 신호이다.

단계(S230)에서 음파신호가 출력되고 있을 때, 단계(S240)에서 휴대용 단말기(20)가 이 음파신호를 수신한다. 단계(S250)에서, 휴대용 단말기(20)는 수신되는 음파신호를 소정 시간 간격마다 샘플링하여 FFT 처리를 행하여 음파신호로부터 디지털 신호를 추출한다. 이 단계(S250)에 대해 도9를 참조하여 상술하였으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그 후 단계(S260)에서, 이 추출된 디지털 신호에 대응하는 작품정보를 얻기 위해 휴대용 단말기(20)는 추출된 디지털 신호를 서비스 서버(40)로 전송하고, 서비스 서버(40)는 수신한 디지털 신호에 대응하는 작품정보를 저장부(430)에서 추출하고(단계 S270) 추출한 작품정보를 휴대용 단말기(20)로 전달한다(단계 S280). 그 후 단계(S290)에서, 작품 정보를 수신받은 휴대용 단말기(20)는 작품 정보를 디스플레이나 스피커 등의 출력수단을 통해 사용자에게 출력한다.

도15 및 도16은 대안적 실시예에 따른 음파 출력장치의 예시적 구성을 나타내는 블록도이다. 도10에 도시한 음파 출력장치(10)와 비교할 때, 도15 및 도16의 음파 출력장치(10)에는 기준클록(15)이 추가적으로 연결되어 있다. 기준클록(15)은 복수개의 음파 출력장치(11,12,13)의 각각에 연결되어 각 음파 출력장치(11,12,13)에 동일한 기준 시간을 알려준다. 기준클록(15)은 각 음파 출력장치(11,12,13)에 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

도17은 대안적 실시예에 따라 음파신호를 생성하는 방법을 설명하는 도면이다. 도17에서 3개의 음파신호 (a) 내지 (c)는 각 음파 출력장치(11,12,13)에서 각각 출력되는 음파신호를 나타내고 이 3개의 음파 출력장치(11,12,13)는 서로 차례로 인접한 작품에 각각 설치되어 있고 도15에서와 같이 기준클록(15)에 연결되어 있다고 전제한다.

도17을 참조하면, 이들 3개의 음파 출력장치(11,12,13) 중 서로 인접한 음파 출력장치끼리는 기준클록(15)으로부터 수신받는 기준 시간을 참조하여 음파신호를 출력함으로써, 음파신호를 서로 다른 시간에 출력할 수 있다. 즉 도17에 도시한 바와 같이 음파 출력장치(11)는 임의의 기준 시간으로부터 최초의 100ms 동안 음파신호를 출력하도록 설정되고, 음파 출력장치(11)와 인접한 음파 출력장치(12)는 기준 시간으로부터 100ms가 지난 시점부터 100ms 동안 음파신호를 출력하도록 설정되고, 음파 출력장치(12)와 인접한 음파 출력장치(13)는 기준 시간으로부터 200ms가 지난 시점부터 100ms 동안 음파신호를 출력하도록 설정될 수 있다. 따라서 인접한 음파 출력장치끼리 음파가 출력되는 시간을 다르게 설정함으로써 음파신호간 간섭을 방지할 수 있다.

또한 예컨대 네번째 음파 출력장치가 음파 출력장치(13)의 옆에 인접하여 있다면 이 네번째 음파 출력장치는 도17의 (a)의 음파 출력 패턴으로 음파신호를 출력하도록 설정할 수 있고, 그 옆의 다섯번째 음파 출력장치는 도17의 (b)의 음파 출력 패턴으로 음파신호를 출력하도록 설정할 수 있다. 따라서 도시된 실시예에서는 3개의 인접한 음파 출력장치를 예로서 들었지만 이러한 구성은 더 많은 수의 음파 출력장치에도 확대 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한 도시된 실시예에서는 각 음파 출력장치가 100ms 간격으로 음파를 출력하도록 설정되지만 음파의 출력 시간이나 출력 간격 등은 실시 형태에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.

도18은 휴대용 단말기가 수신하는 음파의 주파수에 따른 신호세기를 설명하기 위한 도면이다.

일반적으로 휴대용 단말기(20)는 휴대용 단말기에 기본적으로 장착되어 있는 마이크를 통해 음파신호를 수신한다. 그런데 일반적인 마이크가 수신받는 음파신호를 분석하면, 실제로 수신되는 음파신호가 18~20KHz의 전체 대역폭에 걸쳐 동일한 신호세기로 마이크에 유입되더라도 도18에 개략적으로 도시한 것처럼 마이크는 음파가 20KHz에 가까울수록 이 신호를 잘 감지하지 못하는 경향이 있다. 따라서 도7에 도시한 바와 같이 18~20KHz의 전체 대역폭에 걸쳐서 동일한 임계값(E_TH)을 기준으로 신호의 유무를 판단하기 위해, 일 실시예로서 주파수별로 신호를 다르게 증폭하는 기능을 갖는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 추가로 구비할 수 있다.

또한 위와 같이 주파수별 수신신호의 감도가 다른 점을 감안하여, 상술한 추가의 기능을 구비하는 것과 별개로, FFT별 추정 신호를 생성할 때 18KHz에 가까운 음파신호에 대해서 가중치를 더하거나 또는 반대로 20KHz에 가까운 음파신호에 가중치를 더하는 방식을 사용할 수 있다.

일 실시예로서 18KHz에 가까운 음파신호에 가중치를 더하는 방식을 설명하면 다음과 같다. 우선 도8을 참조하여 설명하였듯이, 도8의 FFT3 신호를 복조하는 경우, FFT3 신호의 각 세트마다 복조된 5개의 신호들에서 비트열의 첫번째 비트(가장 왼쪽의 비트)는 각각 1, 0, 0, 0, 1이고, 이 때 0이 3개이고 1이 2개이므로 다수결에 의해 이 비트의 비트값을 0으로 선택할 수 있음을 설명하였다. 그런데 만일 18KHz에 가까운 음파신호인 세트1의 신호에 가중치를 더하는 경우, 세트1의 비트값에 대해 예컨대 2의 가중치를 부여할 수 있다. 그러면 위의 예에서 세트1의 첫번째 비트값이 1이므로, 비트값 1에 대해서는 원래의 수신된 개수인 2에 가중치 2를 더하여 4가 되고 비트값 0은 3개이므로, 이 비트의 비트값은 1로 선택될 수 있다. 이와 같이 어느 채널 세트에 대해 가중치를 부여할지, 가중치는 얼마로 할지 등은 본 발명의 구체적 실시 형태에 따라 임의로 선택되어 구현될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 음파 출력장치 20: 휴대용 단말기
30: 네트워크 40: 서비스 서버
110: 제어부 120: 센서부
130: 음파신호 출력부 210: 마이크
220: 신호처리부 230: 프로세서
240: 가속도 센서 250: 메모리
260: 저장부 270: 통신부

Claims

음파신호를 이용한 통신방법에 있어서,
음파 출력장치가, 송신할 디지털 신호를 음파신호로 변조하는 단계; 및
변조된 음파신호를 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 디지털 신호는 m 비트(단, m은 2 이상의 정수)의 신호이고,
상기 음파신호는 소정 주파수 범위 내에서 n개(단, n은 2 이상의 정수)의 주파수 대역("채널") 세트를 포함하고, 상기 n개의 세트의 각각은 m개의 채널을 포함하고,
상기 음파신호로 변조하는 단계는,
상기 n개의 세트의 각각에 대해, 상기 디지털 신호의 m개의 비트의 각 비트를 상기 각 세트마다 m개의 채널의 각 채널에 대응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
제 1 항에 있어서, 상기 음파신호로 변조하는 단계는,
m*n개의 모든 채널에 대해, 각각의 대응하는 비트의 비트값이 0이면 채널의 출력 신호세기를 제1 임계값 이하로 설정하고, 상기 비트의 비트값이 1이면 이 채널의 출력 신호세기를 상기 제1 임계값 보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
제 1 항에 있어서,
상기 음파신호를 출력하는 단계는 상기 변조된 음파신호에 포함된 m*n개의 모든 채널의 신호를 동시에 출력하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
제 3 항에 있어서,
상기 음파신호를 출력하는 단계는 소정 시간주기의 음파 출력 동작을 복수회 반복하는 단계를 포함하고,
상기 소정 시간주기의 출력 동작은, 상기 소정 시간주기 보다 작은 시간동안 음파신호를 출력하고 그 나머지 시간동안은 음파신호를 출력하지 않는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
제 1 항에 있어서,
상기 음파신호는 가청주파수 중 사람이 실질적으로 들을 수 없는 대역의 음파신호인 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
음파신호를 이용한 통신방법에 있어서,
음파 수신장치가 음파신호를 수신하여 복수회 샘플링하는 단계; 및
샘플링된 복수개의 음파신호로부터 m 비트(단, m은 2 이상의 정수)의 디지털 신호를 추출하는 단계;를 포함하고,
상기 음파신호는 소정 주파수 범위 내에서 n개(단, n은 2 이상의 정수)의 주파수 대역("채널") 세트를 포함하고, 상기 n개의 세트의 각각은 m개의 채널을 포함하고,
상기 n개의 세트의 각각에 대해, 상기 디지털 신호의 m개의 비트의 각 비트와 상기 각 세트마다의 m개의 채널의 각 채널이 대응관계에 있는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
제 6 항에 있어서, 상기 디지털 신호를 추출하는 단계는,
음파신호를 샘플링할 때마다 각 샘플링된 음파신호에 대한 추정 수신신호를 생성하는 단계; 및
k개(단, k는 3 이상의 정수)의 연속된 추정 수신신호가 모두 동일한 경우, 상기 추정 수신신호를 최종 수신신호로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
제 7 항에 있어서, 각 샘플링된 음파신호에 대한 상기 추정 수신신호를 생성하는 단계는,
각 샘플링된 음파신호의 주파수 성분을 추출하는 단계;
각 샘플링된 음파신호에 대해, 추출된 주파수 성분별 신호세기에 기초하여, 음파신호의 각 세트마다 디지털 신호를 복조하는 단계; 및
상기 각 세트마다 복조된 디지털 신호에 기초하여, 각 샘플링된 음파신호에 대한 추정 수신신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
제 8 항에 있어서, 상기 각 샘플링된 음파신호에 대한 추정 수신신호를 생성하는 단계는,
각 샘플링된 음파신호의 전체 n개 세트에 대해, 상기 m 비트열 내의 동일한 위치의 n개의 비트들의 비트 값에 기초하여 상기 추정 수신신호의 비트열의 각 비트를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 통신방법.
음파신호를 이용한 정보제공 시스템에 있어서,
음파신호를 생성하고 출력하는 음파 출력장치; 및
음파신호를 수신하여 이 수신한 음파신호에 대응하는 정보를 사용자에게 제공하는 휴대용 단말기;를 포함하고,
상기 휴대용 단말기는,
상기 음파신호를 수신하여 복수회 샘플링하는 음파신호 수신부;
샘플링된 음파신호로부터 디지털 신호를 추출하는 디지털 신호 추출부; 및
상기 추출된 디지털 신호에 대응하는 정보를 사용자에게 제공하는 정보 제공부;를 포함하고,
이 때 상기 디지털 신호는 m 비트(단, m은 2 이상의 정수)의 디지털 신호이고,
상기 음파신호는 소정 주파수 범위 내에서 n개(단, n은 2 이상의 정수)의 주파수 대역("채널") 세트를 포함하고, 상기 n개의 세트의 각각은 m개의 채널을 포함하고,
상기 n개의 세트의 각각에 대해, 상기 디지털 신호의 m개의 비트의 각 비트와 상기 각 세트마다의 m개의 채널의 각 채널이 대응관계에 있는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 음파신호는 가청주파수 중 사람이 실질적으로 들을 수 없는 대역의 음파신호인 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 디지털 신호 추출부는,
음파신호를 샘플링할 때마다 각 샘플링된 음파신호에 대한 추정 수신신호를 생성하고, k개(단, k는 3 이상의 정수)의 연속된 추정 수신신호가 모두 동일한 경우, 상기 추정 수신신호를 최종 수신신호로 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 디지털 신호 추출부는,
각 샘플링된 음파신호의 주파수 성분을 추출하여 음파신호의 각 세트마다 디지털 신호를 복조하고, 상기 각 세트마다 복조된 디지털 신호에 기초하여 각 샘플링된 음파신호에 대한 상기 추정 수신신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 음파 출력장치는,
사용자의 움직임을 감지하는 센서부; 및
상기 센서부의 감지결과에 기초하여 음파신호를 생성하여 출력하는 음파신호 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 정보제공 시스템은 상기 음파 출력장치를 복수개 포함하고,
상기 복수개의 음파 출력장치의 각각은 기준클록에 연결되어 있고,
상기 기준클록에 기초하여, 상기 복수개의 음파 출력장치 중 서로 인접한 음파 출력장치끼리는 음파신호를 서로 다른 시간에 출력하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 휴대용 단말기가 가속도 센서를 더 포함하고, 상기 가속도 센서의 센싱 결과 사용자가 움직이지 않는다고 판단할 때에만 상기 음파신호의 샘플링 및 디지털 신호 추출을 수행하는 것을 특징으로 하는, 음파신호를 이용한 정보제공 시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.