KR101432104B1 - 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템은, 음파 통신에 기반한 송수신 과정 중 수신 측에서 발생 가능한 마스킹 효과(Masking Effect)로 인해 오디오 콘텐츠의 음원에 포함된 정보를 검출하는 데에 에러가 일어나는 것을 최소화하기 위한 구성으로 이루어진다. 따라서, 본 발명은 마스킹 효과(Masking Effect)를 감안하여 음원의 품질을 유지하면서도 음파 통신의 수신 측에서 데이터를 용이하게 검출할 수 있도록 한다.

Description

마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치{SYSTEM AND METHOD FOR PRACTICING SOUND WAVE COMMUNICATION THAT IS DESIGEED WITH MASKING EFFECT, AND APPARATUS APPLIED TO THE SAME}

본 발명은 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음파 통신에 기반한 송수신 과정 중 수신 측에서 발생 가능한 마스킹 효과(Masking Effect)로 인해 오디오 콘텐츠의 음원에 포함된 정보를 검출하는 데에 에러가 일어나는 것을 최소화하기 위한 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치에 관한 것이다.

종래의 음파 통신은, 초음파 대역에 데이터를 실어서 보내고 이를 검출하는 방식으로써 잠수함 간의 통신 등과 같은 수중통신에서 주로 사용되었다.

이러한 음파 통신은 수중에서 전자파 통신이 이루어지지 않기 때문에 음을 멀리 보낼 수 있는 초음파를 사용한다.

또한, 종래에는 전송하고자 하는 정보에 대한 채널 코딩 후 이를 변조해 다중화하여 형성한 전송 데이터를 반송파에 실어 출력하는 송신 구조를 갖는다.

이에, 초음파를 사용하는 음파 통신은 기존 TV 또는 라디오의 스피커나 휴대폰 마이크의 허용 음파대역을 통과할 수 없어서 사람이 듣는 노래와 같은 오디오 콘텐츠에는 사용할 수 없는 한계가 있다.

최근에 들어, 위에 언급된 한계를 극복하기 위해 가청주파수 대역에 데이터를 실어 보낼 수 있는 음파 통신이 연구되고 있다.

이러한 최근의 음파 통신에서는 가청 대역의 음파에 정보를 삽입하게 되지만, 노래 등의 원음을 전송 매체로 사용하므로 음량(진폭)이 주파 축이나 시간 축에서 일정하게 유지하는 것이 아닌 노래의 리듬에 따라 음량이 변하게 된다는 점으로 인해 음량이 적은 부분에 데이터가 실리게 되면 이를 검출하기가 용이하지 않게 되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 어떤 소리가 다른 소리를 듣는 능력을 감소시키는 현상인 마스킹 효과(Masking Effect)를 감안하여 음원의 품질을 유지하면서도 음파 통신의 수신 측에서 데이터를 용이하게 검출할 수 있도록 하기 위한 방안이 요구된다 할 것이다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 음파 통신에 기반한 송수신 과정 중 수신 측에서 발생 가능한 마스킹 효과(Masking Effect)로 인해 오디오 콘텐츠의 음원에 포함된 정보를 검출하는 데에 에러가 일어나는 것을 최소화하기 위한 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 마스킹 효과(Masking Effect)를 감안하여 음원의 품질을 유지하면서도 음파 통신의 수신 측에서 데이터를 용이하게 검출할 수 있도록 하기 위한 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템은, 오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환하여 변환 오디오 신호를 생성한 후 상기 변환 오디오 신호에 대하여 정보 데이터를 삽입하기 위한 주파수 구간을 이루는 부 반송파에 대한 마스킹 모델링을 수행한 후 마스킹 임계값을 구하고, 상기 마스킹 임계값을 기준으로 하여 진폭 크기가 조절된 변조 오디오 신호를 생성하며, 상기 변조 오디오 신호를 생성한 결과에서 상기 오디오 신호에 대한 음질 변화 여부를 판별하여 이를 기초로 음질 저하를 일으키는 신호 대역의 진폭을 재조절한 후 주파수-시간의 역변환을 실행해 출력 오디오 신호를 출력하는 송신 장치 및 상기 출력 오디오 신호를 수신한 후 상기 출력 오디오 신호에 포함되어 있는 정보 데이터 및 마스킹 모델링 기반의 진폭 조절된 오디오 신호를 추출해 출력하기 위한 수신 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 송신 장치는 ,오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환하여 변환 오디오 신호를 생성하는 제1 변환부, 상기 변환 오디오 신호에 대하여 정보 데이터를 삽입하기 위한 주파수 구간을 이루는 부 반송파에 대한 마스킹 모델링을 수행한 후 상기 마스킹 모델링의 수행 결과로 형성되는 마스킹 임계값을 확인하는 마스킹 모델링부, 상기 마스킹 임계값보다 이하의 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값에 상응하는 진폭 크기로 조절하는 제1 변조부, 상기 부 반송파에 대한 위상을 변조를 수행하여 변조 오디오 신호를 생성하는 제2 변조부, 상기 변조 오디오 신호를 생성한 결과에서 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 식별하여 상기 오디오 신호에 대한 변화 여부를 예측하는 판단부, 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되지 않아 음질 저하가 발생하지 않는 것으로 판단되면 상기 변조 오디오 신호를 주파수-시간의 역변환을 실행해 출력 오디오 신호를 형성하는 제2 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 송신 장치는 상기 출력 오디오 신호를 출력하는 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 송신 장치는, 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되어 음질 저하가 발생하는 것으로 판단되면 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값에 상응하는 진폭 크기로 재조절하는 피드백 실행부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 변환방식은 MCLT(Modified Complex Lapped Transform)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 관점에 따른 수신 장치는, 정보 데이터를 포함하는 출력 오디오 신호를 수신하는 수신부, 상기 출력 오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환을 하여 변환 오디오 신호를 생성하고, 상기 변환 오디오 신호로부터 상기 정보 데이터를 포함하는 주파수 구간을 선택하는 선택부, 상기 주파수 구간에 대한 위상 변조를 분석하여 상기 주파수 구간에 위상 변조되어 삽입되어 있는 상기 정보 데이터를 추출하는 제1 추출부, 상기 변환 오디오 신호로부터 마스킹 모델링에 기반하여 진폭 조절된 오디오 신호를 추출하는 제2 추출부 및 상기 정보 데이터 및 상기 오디오 신호에 대한 주파수-시간의 역변환을 수행한 후 이를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4 관점에 따른 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법은, 송신 장치가 오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환하여 변환 오디오 신호를 생성하는 단계, 상기 변환 오디오 신호에 대하여 정보 데이터를 삽입하기 위한 주파수 구간을 이루는 부 반송파에 대한 마스킹 모델링을 수행한 후 상기 마스킹 모델링의 수행 결과로 형성되는 마스킹 임계값을 확인하는 단계, 상기 마스킹 임계값보다 이하의 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값에 상응하는 진폭 크기로 조절하고, 상기 부 반송파에 대한 위상을 변조를 수행하여 변조 오디오 신호를 생성하는 단계, 상기 변조 오디오 신호를 생성한 결과에서 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 식별하여 상기 오디오 신호에 대한 변화 여부를 예측하는 단계, 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되지 않아 음질 저하가 발생하지 않는 것으로 판단되면, 상기 변조 오디오 신호를 주파수-시간의 역변환을 실행해 출력 오디오 신호를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법은 상기 출력 오디오 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법은, 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되어 음질 저하가 발생하는 것으로 판단되면 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값에 상응하는 진폭 크기로 재조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 변환방식은 MCLT(Modified Complex Lapped Transform)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제5 관점에 따른 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법은, 수신 장치가 정보 데이터를 포함하는 출력 오디오 신호를 수신하는 단계, 상기 출력 오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환을 하여 변환 오디오 신호를 생성하고, 상기 변환 오디오 신호로부터 상기 정보 데이터를 포함하는 주파수 구간을 식별하는 단계, 상기 주파수 구간에 대한 위상 변조를 분석하여 상기 주파수 구간에 위상 변조되어 삽입되어 있는 상기 정보 데이터를 추출하는 단계, 상기 변환 오디오 신호로부터 마스킹 모델링에 기반하여 진폭 조절된 오디오 신호를 추출하는 단계 및 상기 정보 데이터 및 상기 오디오 신호에 대한 주파수-시간의 역변환을 수행한 후 이를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 음파 통신의 송신 과정에서 오디오 음원의 부 반송파에 정보를 싣는 변조를 실행한 후 이로 인한 오디오 음원의 변화를 예측하여 음질 저하 여부를 판별한 결과에 따라 부 반송파의 변환계수에 대한 크기를 재조절함으로써, 음파 통신에 기반한 송수신 과정 중 수신 측에서 발생 가능한 마스킹 효과(Masking Effect)로 인해 오디오 콘텐츠의 음원에 포함된 정보를 검출하는 데에 에러가 일어나는 것을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 상기 구성으로 인해, 마스킹 효과(Masking Effect)를 감안하여 음원의 품질을 유지하면서도 음파 통신의 수신 측에서 데이터를 용이하게 검출할 수 있도록 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 음파 통신 시스템을 일실시 예로 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시된 송신 장치를 일실시 예로 나타내는 도면,
도 3은 도 1에 도시된 수신 장치를 일실시 예로 나타내는 도면,
도 4는 도 1에 도시된 송신 장치를 통해 마스킹 임계값을 도출하기 위한 전 단계를 일실시 예로 나타내는 도면,
도 5는 도 1에 도시된 송신 장치를 통해 마스킹 임계값에 대한 도출을 일실시 예로 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 의한 송신 장치의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면, 및
도 7은 본 발명에 의한 수신 장치의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명에 따른 음파 통신 시스템의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 음파 통신 시스템을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 1에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템은 음파 통신에 기반한 송수신 과정 중 수신 측에서 발생 가능한 마스킹 효과(Masking Effect)를 고려하여, 송신 장치(100)에서 마스킹 효과(Masking Effect)로 인해 발생 가능한 에러를 줄일 수 있도록 개선한 마스킹 모델(Masking Model)에 대한 알고리즘을 오디오 콘텐츠의 음원에 송신하고자 하는 정보를 삽입하는 과정에 추가하여 실행하는 것에 대한 구성을 갖춘다.

이를 위해, 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 시스템에 구비된 송신 장치(100)는 CD 음반, MP3 등과 같은 오디오 콘텐츠의 원음을 기 설정된 변환 방식으로 시간-주파수 변환을 실행한 후 음파 통신의 송신을 위해 사용하기 위한 정보삽입 구간을 판별하고, 판별한 정보삽입 구간을 이루는 부 반송파에서 예정된 레벨 이하의 변환 계수의 크기를 갖는 신호 성분을 해석하여 마스킹 임계값을 도출하며, 도출한 마스킹 임계값을 기준으로 하여 부 반송파의 예정된 레벨 이하의 변환 계수에 대한 크기를 조절한다.

또한, 송신 장치(100)는 해당 부 반송파에 대한 변환 계수의 위상을 변조하여 음파 통신을 통해 송신하기 위한 정보를 엔코딩한 후 변환 계수의 크기 및 위상 변조로 인해 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 변화가 발생하는지 여부를 예측해서 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 음질 저하 여부를 평가한 결과에 따라 주파수-시간의 역변환에 대한 실행의 개시 여부를 결정한다.

이후로, 송신 장치(100)를 통해 정보를 포함한 오디오 콘텐츠의 형성이 완료된 후 음향 출력이 이루어지면, 이를 수신하는 수신 장치(200)에서 오디오 콘텐츠의 원음으로부터 정보를 추출해 출력하게 된다.

여기서, 송신 장치(100)는 오디오 콘텐츠의 원음에 음파 통신으로 송신하고자 하는 정보를 삽입하여 정보를 포함하는 오디오 콘텐츠를 형성하기 위한 구성만으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 송신 장치(100)를 통해 음파 통신으로 송신하고자 하는 정보가 오디오 콘텐츠의 원음에 실린 후, 별도의 유통 과정을 거쳐 TV 방송이나 차량 라디오 등의 스피커로 음향 출력됨에 따라 음향 출력되는 주변의 수신 장치(200)들과 음파 통신을 수행한다.

또한, 수신 장치(200)는 스피커와 같은 출력장치를 통해 정보를 포함하는 오디오 콘텐츠의 원음이 출력될 때에 그 주변에 위치하는 휴대폰 등이 일례가 될 수 있다.

물론, 이러한 휴대폰은 음향 수신이 가능하도록 마이크를 내장하고 있어야 한다.

또한, 송신 장치(100)는 상기의 구성과 달리 음파 통신으로 송신하고자 하는 정보를 오디오 콘텐츠의 원음에 실기 위한 구성과 이를 출력하는 구성(즉, 스피커 등)을 모두 포함하는 개념으로 판단하는 것도 가능하다.

도 2는 도 1에 도시된 송신 장치(100)를 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 2에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 송신 장치(100)는 CD 음반, MP3 등과 같은 오디오 콘텐츠의 원음에 대해 기 설정된 변환방식으로 시간-주파수 변환을 실행하는 제1 변환부(110), 변환한 주파수 영역으로부터 해석되는 신호에서 음파 통신의 송신을 위해 사용하기 위한 정보삽입 구간을 이루는 부 반송파에서 예정된 레벨 이하의 변환 계수의 크기를 해석한 후 해석한 결과를 토대로 마스킹 임계값을 도출하는 마스킹 모델링부(120), 도출한 마스킹 임계값을 기준으로 예정된 레벨 이하의 변환 계수의 크기를 조절하는 제1 변조부(130), 해당 부 반송파에 대한 변환 계수의 위상을 변조하여 음파 통신을 통해 송신하기 위한 정보를 엔코딩하는 제2 변조부(140), 부 반송파에 대한 변조 결과로 이루어지는 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 예측을 실행한 후 예측 결과를 토대로 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 음질 저하 여부를 판별하는 판단부(170), 및 음질 저하가 발생하기 않는다면 부 반송파에 대한 변환 계수의 크기 및 위상을 유지하여 기 설정된 변환 방식에 따라 주파수-시간의 역변환을 실행함에 따라 소정의 정보를 포함한 오디오 콘텐츠의 형성을 완료하는 제2 변환부(150)를 포함한다.

여기서, 송신 장치(100)는 오디오 콘텐츠의 원음을 주변에 출력하는 출력부를 더 포함하는 것도 가능하다.

또한, 제1 변환부(110) 및 제2 변환부(150)에서 실행하는 변환 방식이라 함은 다양한 방식으로 구현되는 것이 가능하며, 그 중에서 MCLT(Modified Complex Lapped Transform)로 구현되는 것이 바람직하다.

예컨대, MCLT(Modified Complex Lapped Transform)라 함은 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 입력 신호 중 1차 순번으로 입력되는 2M의 입력 신호에 대한 변환을 처리한 후, 2차 순번으로 들어오는 입력 신호도 2M만큼 진행한 신호를 제공받는 것이 아니라 M만큼 진행한 입력 신호를 제공받아 상호 간의 신호를 겹치게 한 후 더 하는 과정을 실행하여 변환 상의 오류를 줄일 수 있도록 하는 과정이 포함되는 변환이다.

더 나아가, 송신 장치(100)는 오디오 콘텐츠의 원음에 삽입하기 위한 정보를 음파 통신의 송수신에 적합하도록 그 데이터 형식을 갖추기 위한 데이터 형성부(160)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 데이터 형성부(160)는 잡음에 강인하도록 하기 위해 채널 부호화 및 대역 확산 과정을 거친다.

대역 확산은 1 비트의 데이터를 여러 계수에 삽입하는 방식으로 잡음에 보다 강인한 성능을 갖도록 해지는 기능을 일컫는다.

마스킹 임계값을 계산하는 마스킹 모델링부(120)는, 수신 장치(200)에서의 정보 검출을 위한 성능을 높이기 위해 계수의 크기를 키워주게 되는데, 이는 음질의 영향을 최소화하기 위해서 심리음향 모델을 이용하여 마스킹 임계값을 계산하게 된다.

송신 장치(100)는 마스킹 효과(Masking Effect)를 감안하여 음원의 품질을 유지하면서도 음파 통신의 수신 측에서 데이터를 용이하게 검출할 수 있도록 하기 위한 구성을 추가 적으로 더 포함한다.

기존에는 마스킹 임계값보다 작은 부 반송파의 변환 계수에 대한 크기를 단순히 키워주기만 하고 인접한 프레임이 더해졌을 때의 효과를 고려하지 않았기 때문에 실제 인접한 각 프레임이 더해지면서 데이터 삽입으로 인한 크기의 변화가 마스킹 임계값보다 더 커지는 경우가 생겼다.

따라서, 본 발명의 송신 장치(100)는 데이터 검출 성능을 높이기 위해 각 부 반송파의 변환 계수에 대한 크기를 키운 후 인접한 프레임들을 더했을 때 생기는 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 변화를 예측하고, 예측한 결과를 토대로 마스킹 임계값보다 작은 범위 내에서 최대로 부 반송파의 변환 계수에 대한 크기를 키우는 방식으로 이루어진다.

구체적으로, 제1 변조부(130) 및 제2 변조부(140)를 거쳐 정보삽입 구간을 이루는 부 반송파의 변환 계수에 대한 크기 및 위상을 변조한 후, 판단부(170)에서 부 반송파에 대한 변조 결과를 통해 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 변화를 예측한다.

이후로, 판단부(170)는 오디오 신호에 대한 예측 결과에 의해 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 음질 저하 여부를 판별한다.

판단부(170)에서 음질 저하가 발생하지 않는 것으로 판단하면, 제2 변환부(150)는 제1 변조부(130) 및 제2 변조부(140)에서 실행한 변조를 유지하여 주파수-시간의 역변환을 실행한다.

하지만 판단부(170)에서 음질 저하가 발생하는 경우에는, 해당 부 반송파의 변환 계수에 대한 크기를 재조절하는 과정을 거친다.

이를 위해, 송신 장치(100)는 음질 저하가 발생하는 경우에 예정된 레벨 이하의 변환 계수의 크기를 재조절하기 위한 피드백 실행부(180)를 더 포함한다.

피드백 실행부(180)는 해당 부 반송파 내에서 예정된 레벨 이하의 변환 계수의 크기를 갖는 신호 부분을 마스킹 임계값과 비교하여 재차 조절한 판단값을 제1 변조부(130)에 전달함에 따라, 제1 변조부(130)에서 판단값을 기준으로 재차 변조 실행할 수 있도록 한다.

도 3은 도 1에 도시된 수신 장치(200)를 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 3에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 수신 장치(200)는 음파 통신으로 오디오 콘텐츠의 원음을 수신하여 정합 필터링을 통한 동기화를 실행하고, 신호 해석을 위한 변환 및 대역 확산 과정을 거친 후 클러스터링을 통해 오디오 콘텐츠의 원음에 포함되어 있는 정보를 추출하게 된다.

구체적으로, 수신 장치(200)는 정보 데이터를 포함하는 출력 오디오 신호를 수신하는 수신부(210), 출력 오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환을 하여 변환 오디오 신호를 생성하고 변환 오디오 신호로부터 정보 데이터를 포함하는 주파수 구간을 선택하는 선택부(220), 주파수 구간에 대한 위상 변조를 분석하여 주파수 구간에 위상 변조되어 삽입되어 있는 정보 데이터를 추출하는 제1 추출부(230), 변환 오디오 신호로부터 마스킹 모델링에 기반하여 진폭 조절된 오디오 신호를 추출하는 제2 추출부(240), 및 정보 데이터 및 오디오 신호에 대한 주파수-시간의 역변환을 수행한 후 이를 출력하는 출력부(250)를 포함한다.

도 4는 도 1에 도시된 송신 장치(100)를 통해 마스킹 임계값을 도출하기 위한 전 단계를 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 4에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 부 반송파의 변환 계수가 예정된 레벨 이하로 작은 신호들을 발견할 수 있다. 이러한 신호들에 정보가 실리게 되면 수신 장치(200)에서 정보 검출하는 데에 에러가 발생하는 원인으로 작용된다.

도 5는 도 1에 도시된 송신 장치(100)를 통해 마스킹 임계값에 대한 도출을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 5에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 도 4에서 발견되는 에러의 원인을 최소화하기 위해 송신 장치(100)는 마스킹 임계값을 한계로 하여 부 반송파에서 예정된 레벨 이하로 작은 신호의 변환 계수에 대한 크기를 조절한다.

이러한 마스킹 임계값의 의미는 이 값보다 크기가 작은 신호는 사람의 귀에 들리지 않는다는 뜻이다.

이에, 변환 계수의 크기가 마스킹 임계값보다 작은 경우에는 마스킹 임계값까지 신호의 크기를 키워서 사람의 귀로는 노이즈를 들을 수 없도록 하고, 음파 통신의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 송신 장치(100)의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 6에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법은 송신 장치(100)에 오디오 콘텐츠의 원음이 입력된 후 이를 시간-주파수 영역으로 변환(즉, MCLT 변환)하는 것으로 진행된다(S1 및 S3).

이후로, 변환한 영역 중에서 음파 통신으로 송신하고자 하는 정보를 싣기 위한 정보삽입 구간을 이루는 부 반송파에서 예정된 레벨 이하의 변환 계수 크기를 갖는 신호들을 해석한 후 이를 토대로 마스킹 임계값을 도출한다(S5).

송신 장치(100)는 도출한 마스킹 임계값을 기준으로 하여 부 반송파 내의 예정된 레벨 이하의 신호 크기를 갖는 신호들에 대해 신호 크기를 높이는 조절을 하고(S7), 음파 통신으로 전달하고자 하는 정보를 부 반송파의 변환 계수에 대한 위상을 변조하는 방식으로 오디오 콘텐츠의 원음에 삽입한다(S9).

이후로, 상기의 변조 이후에 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 변화가 발생하는지 여부를 예측한 후(S11), 예측 결과에서 오디오 콘텐츠의 원음에 대한 변화가 발생하지 않아 음질 저하가 발생하지 않으면 기 변조된 결과를 토대로 기 설정된 변환방식에 따라 주파수-시간의 역변환(즉, Inverse MCLT)을 실행한다(S13 내지 S17).

여기서, 음질 저하가 발생한 경우에는 해당 부 반송파의 레벨 계수에 대한 크기를 재조절하여 보정하기 위한 추가 과정이 진행된다.

이와 같이 형성된 오디오 콘텐츠는 방송국, 인터넷, CD 매장 등을 통해 유통되어져, 어느 한 스피커를 통해 출력되게 되면 그 주변의 수신 장치(200)에서 수신된다(S19 내지 S23).

이후로, 수신 장치(200)는 음원에 포함되어 있는 정보를 디코딩 등의 과정을 거쳐 추출한 후, 이를 출력한다(S23 및 S25).

도 7은 본 발명에 의한 수신 장치(200)의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 7에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 수신 장치(200)는 마이크를 통해 정보 데이터가 포함된 오디오 신호를 수신한 후 이를 시간-주파수 영역으로 변환하는 것으로 진행된다(S100 및 S102).

이후로, 수신 장치(200)는 오디오 신호에 정보 데이터가 실려 있는 주파수 구간을 식별하고(S104), 식별한 주파수 구간에서 이루어진 위상 변조를 분석한다(S106).

S106 단계에서의 위상 변조 분석을 통해 정보 데이터를 추출한 후 이를 디코딩하여 이루어진 정보를 출력할 뿐 아니라, 마스킹 모델링에 기반하여 진폭 조절된 오디오 신호도 함께 추출하여 출력한다(S108 내지 S112).

또한, 정보 및 오디오 신호의 출력은 동기화 순서에 따라 순차적으로 출력되는 것이 바람직할 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은 음파 통신에 기반한 송수신 과정 중 수신 측에서 발생 가능한 마스킹 효과(Masking Effect)로 인해 오디오 콘텐츠의 음원에 포함된 정보를 검출하는 데에 에러가 일어나는 것을 최소화하기 위한 것임에 따라, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

100: 송신 장치 110: 제1 변환부
120: 마스킹 모델링부 130: 제1 변조부
140: 제2 변조부 150: 제2 변환부
160: 데이터 형성부 170: 판단부
180: 피드백 실행부 200: 수신 장치

Claims (11)

1. 삭제
2. 오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환하여 변환 오디오 신호를 생성하는 제1 변환부;
   상기 변환 오디오 신호에 대하여 정보 데이터를 삽입하기 위한 주파수 구간을 이루는 부 반송파에 대한 마스킹 임계값을 확인하는 마스킹 모델링부;
   예정된 레벨 이하의 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값 보다 작은 범위 내에서 크게 조절하는 제1 변조부;
   상기 부 반송파에 대한 위상을 변조를 수행하여 변조 오디오 신호를 생성하는 제2 변조부;
   상기 부 반송파를 인접한 프레임에 더함으로써 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 식별하여 상기 오디오 신호에 대한 변화 여부를 예측하는 판단부; 및
   상기 부 반송파를 인접한 프레임에 더함으로써 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되어 음질 저하가 발생하는 것으로 판단되면 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값에 상응하는 진폭 크기로 재조절하는 피드백 실행부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 송신 장치는, 출력 오디오 신호를 출력하는 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 송신 장치는,
   상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되지 않아 음질 저하가 발생하지 않는 것으로 판단되면 상기 변조 오디오 신호를 주파수-시간의 역변환을 실행해 출력 오디오 신호를 형성하는 제2 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 변환방식은 MCLT(Modified Complex Lapped Transform)을 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 장치.
6. 삭제
7. 오디오 신호에 대해 시간-주파수 변환하여 변환 오디오 신호를 생성하는 단계;
   상기 변환 오디오 신호에 대하여 정보 데이터를 삽입하기 위한 주파수 구간을 이루는 부 반송파에 대한 마스킹 임계값을 확인하는 단계;
   상기 마스킹 임계값보다 이하의 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값 보다 작은 범위 내에서 크게 조절하는 단계;
   상기 부 반송파에 대한 위상을 변조를 수행하고 인접 프레임에 더하여 변조 오디오 신호를 생성하는 단계;
   상기 부 반송파를 인접한 프레임에 더함으로써 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 식별하여 상기 오디오 신호에 대한 변화 여부를 예측하는 단계; 및
   상기 부 반송파를 인접한 프레임에 더함으로써 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되어 음질 저하가 발생하는 것으로 판단되면 상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기를 상기 마스킹 임계값에 상응하는 진폭 크기로 재조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법은,
   출력 오디오 신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법은,
   상기 마스킹 임계값을 상회하는 진폭 크기가 식별되지 않아 음질 저하가 발생하지 않는 것으로 판단되면 상기 변조 오디오 신호를 주파수-시간의 역변환을 실행해 출력 오디오 신호를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법.
10. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환방식은 MCLT(Modified Complex Lapped Transform)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스킹 효과를 고려한 음파 통신 방법.
11. 삭제

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