KR101475862B1 - 사운드 코드를 인코딩하는 인코딩 장치 및 방법, 사운드 코드를 디코딩하는 디코딩 장치 및 방법 - Google Patents

사운드 코드를 인코딩하는 인코딩 장치 및 방법, 사운드 코드를 디코딩하는 디코딩 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

디코딩 장치는 음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 입력받는 사운드 코드 입력부, 소정 시간 간격에 따라 사운드 코드를 복수의 프레임으로 분할하는 프레임 분할부, 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별하는 주파수 식별부 및 식별한 주파수 각각에 대응하는 복수의 부분 정보에 기초하여 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성하는 정보 생성부를 포함한다.

Description

사운드 코드를 인코딩하는 인코딩 장치 및 방법, 사운드 코드를 디코딩하는 디코딩 장치 및 방법{ENCODING APPARATUS AND METHOD FOR ENCODING SOUND CODE, DECODING APPARATUS AND METHDO FOR DECODING THE SOUND CODE}
사운드 코드를 인코딩하는 인코딩 장치 및 방법, 사운드 코드를 디코딩하는 디코딩 장치 및 방법에 관한 것이다.
컴퓨터, 전자, 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 무선통신망(Wireless Network)을 이용한 다양한 무선통신 서비스가 제공되고 있다. 이에 따라, 무선통신망을 이용한 이동통신 시스템에서 제공하는 서비스는 음성 서비스뿐만 아니라, 써킷(Circuit) 데이터, 패킷(Packet) 데이터 등과 같은 데이터를 송신하는 멀티미디어 통신 서비스로 발전해 가고 있는 추세이다. 일반적으로 휴대폰, 스마트폰, PDA 등을 포함하는 이동통신 단말기는 이동통신망과 연동하여 음성 통신 및 데이터 통신이 가능한 장치이다.
또한, 적외선(IrDa) 센서 또는 블루투스(Bluetooth)와 같은 근거리 통신 모듈을 구비한 이동통신 단말기는 이동통신망을 경유하지 않고, 특정 데이터(이미지, 오디오)를 이동통신 단말기 간에 송수신할 수 있다.
최근 소리를 통신의 수단으로 사용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 이와 관련하여, 한국공개특허공보 2007-0035552호에는 사운드 데이터를 이용하여 쿠폰 도는 인증코드를 무선 단말기로 제공하는 구성이 개시되어 있다.
제한된 주파수 대역 내에서도 다양한 정보 표현이 가능한 사운드 코드 인코딩 장치 및 방법, 그리고 디코딩 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 또한, 원거리 환경에서 사운드 코드에 대한 인식률을 향상시키고자 한다. 또한, 실내 환경에서 반향음으로 인한 문제를 해결하기 위한 사운드 코드 인코딩 장치 및 방법, 그리고 디코딩 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 또한, 음성인식과 사운드코드 인식을 동시에 수행할 수 있는 사운드 코드 인코딩 장치 및 방법, 그리고 디코딩 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 이용하여 인코딩 장치의 위치를 파악할 수 있는 디코딩 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는 음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 입력받는 사운드 코드 입력부, 상기 사운드 코드를 소정 시간 간격에 따라 분할하여 복수의 프레임을 생성하는 프레임 분할부, 상기 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 상기 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별하는 주파수 식별부 및 가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파 주파수 대역 중 상기 식별한 주파수 각각이 해당하는 주파수 대역 및 상기 식별한 주파수 각각에 기초하여, 복수의 부분 정보를 결정하고 상기 복수의 부분 정보에 기초하여 상기 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성하는 정보 생성부를 포함하는 디코딩 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 입력받는 단계, 상기 사운드 코드를 소정 시간 간격에 따라 분할하여 복수의 프레임을 생성하는 단계, 상기 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 상기 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별하는 단계, 가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파 주파수 대역 중 상기 식별한 주파수 각각이 해당하는 주파수 대역 및 상기 식별한 주파수 각각에 기초하여, 복수의 부분 정보를 결정하는 단계 및 상기 복수의 부분 정보에 기초하여 상기 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성하는 단계를 포함하는 디코딩 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 정보에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성하는 부분 정보 생성부, 가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파주파수 대역 중 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수 대역을 결정하고, 상기 결정된 주파수 대역 내에서 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 결정하는 주파수 결정부, 상기 복수의 주파수 각각에 대응하는 복수의 사운드 신호를 생성하는 사운드 신호 생성부, 상기 복수의 사운드 신호를 소정 시간 간격에 따라 결합시킴으로써, 상기 정보에 대응하는 상기 사운드 코드를 생성하는 사운드 코드 생성부 및 음파 출력 장치를 통해 상기 생성한 사운드 코드를 출력하는 출력부를 포함하는 인코딩 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 정보에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성하는 단계, 가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파주파수 대역 중 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수 대역을 결정하고, 상기 결정된 주파수 대역 내에서 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 결정하는 단계, 상기 복수의 주파수 각각에 대응하는 복수의 사운드 신호를 생성하는 단계, 상기 복수의 사운드 신호를 소정 시간 간격에 따라 결합시킴으로써, 상기 정보에 대응하는 상기 사운드 코드를 생성하는 단계 및 음파 출력 장치를 통해 상기 생성한 사운드 코드를 출력하는 단계를 포함하는 인코딩 방법을 제공할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 단일 정보에 복수의 주파수 대역을 할당함으로써, 제한된 주파수 대역 내에서도 다양한 정보 표현이 가능한 사운드 코드 인코딩 장치 및 방법, 그리고 디코딩 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 또한, 선 스펙트럼 강조 기법을 통해 원거리 환경에서 사운드 코드에 대한 인식률을 향상시킬 수 있다. 또한, 연속되는 동일 정보에 다른 주파수 대역을 할당함으로써, 실내 환경에서 반향음으로 인한 문제를 해결하기 위한 사운드 코드 인코딩 장치 및 방법, 그리고 디코딩 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 음성인식과 사운드코드 인식을 동시에 수행할 수 있는 사운드 코드 인코딩 장치 및 방법, 그리고 디코딩 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 복수의 음파 수신 장치를 이용하여 인코딩 장치의 방위각을 예측함으로써, 인코딩 장치의 위치를 파악할 수 있는 디코딩 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 사운드 코드 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩 장치의 구성도이다.
도 3은 부분 정보에 주파수를 매핑시키는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 부분 정보에 대응하는 주파수를 결정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 음파를 생성하고, 출력하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 디코딩 장치의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 디코딩 장치의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10a 내지 10e는 도 8의 위치 정보 생성부(26)의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 코드 인코딩 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 코드 디코딩 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 코드 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 사운드 코드 시스템은 인코딩 장치(10) 및 디코딩 장치(20)를 포함한다. 다만, 도 1의 사운드 코드 시스템은 본 발명의 일 실시예에 불과하므로 도 1을 통해 본 발명이 한정 해석되는 것은 아니며, 도 1로부터 다양한 응용이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나에 따르면, 사운드 코드 시스템은 인코딩 장치 또는 디코딩 장치의 동작을 제어하는 제어 서버를 더 포함할 수도 있다.
인코딩 장치(10)는 사운드 코드를 생성한다. 구체적으로, 인코딩 장치(10)는 정보에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성하고, 가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파주파수 대역 중 생성한 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수 대역을 결정하고, 결정된 주파수 대역 내에서 생성한 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 결정하고, 결정한 복수의 주파수에 대응하는 복수의 사운드 신호를 생성하고, 생성한 복수의 사운드 신호를 소정 시간 간격에 따라 결합시킴으로써, 정보에 대응하는 사운드 코드를 생성한다. 이 때, 사운드 코드는 사운드 큐알(QR) 코드로 표현될 수도 있다.
인코딩 장치(10)는 음파 출력 장치를 통해 생성한 사운드 코드를 출력한다. 이 때, 음파 출력 장치의 일례는 스피커 장치이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 출력된 사운드 코드는 인코딩 장치(20)로 입력된다.
인코딩 장치(10)는 하나의 정보(또는 부분 정보)에 대응하는 두 개 이상의 주파수를 결정하고, 두 개 이상의 주파수에 대응하는 단일 사운드 신호를 생성할 수 있다. 이를 통해, 인코딩 장치(10)는 보다 다양한 정보 표현이 가능하다.
인코딩 장치(10)는 동일한 정보(또는 부분 정보)가 연속될 때, 연속된 두 개 이상의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 다르게 결정할 수 있다. 이를 통해, 인코딩 장치(10)는 동일한 주파수의 연속 시 발생하는 반향 성분에 의한 노이즈 및 오류를 제거할 수 있다. 일반적으로 주파수는 중심 주파수를 의미하나, 일정 범위의 주파수 대역을 의미할 수도 있다. 예를 들어, 주파수는 15000 Hz일수도 있고, 15000 Hz 내지 15200 Hz인 주파수 대역일 수도 있다.
인코딩 장치(10)는 음향과 사운드 코드를 결합하고, 결합한 음파를 출력할 수 있다. 이 때, 음향은 물체에서 나는 소리와 그 울림을 의미할 수 있으며, 이러한 음향은 가청 음파 주파수 대역의 소리(또는 사운드)를 의미할 수도 있다. 음향의 일례는 음성 또는 음악이나 이에 한정되는 것은 아니다. 이를 통해, 인코딩 장치(10)는 보다 다양한 정보를 전송할 수 있을 뿐만 아니라, 전송의 안정성 및 효율을 향상시킬 수 있다.
인코딩 장치(10)는 별도의 통신 모듈을 더 포함할 수도 있다. 인코딩 장치(10)는 통신 모듈을 사용하여 네트워크를 통해, 음파와 연관된 부가 정보를 디코딩 장치로 전송할 수도 있다. 이 때, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크(network)의 일례에는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 네트워크, LTE(Long Term Evolution) 네트워크, WIMAX(World Interoperability for Microwave Access) 네트워크, 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
디코딩 장치(20)는 사운드 코드를 디코딩하여 정보를 생성한다. 구체적으로, 디코딩 장치(20)는 음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 입력받고, 상기 사운드 코드를 소정 시간 간격에 따라 분할하여 복수의 프레임을 생성하고, 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별하고, 가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파 주파수 대역 중 상기 식별한 주파수 각각이 해당하는 주파수 대역 및 식별한 주파수 각각에 기초하여 복수의 부분 정보를 결정하고, 복수의 부분 정보에 기초하여 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성한다. 이 때, 부분 정보의 일례는 문자, 숫자 및 기호 중 적어도 하나 이상이다. 또한, 문자는 숫자 및 기호를 포함하는 상위 개념일 수 있다.
디코딩 장치(20)는 하나의 프레임에 대응하는 둘 이상의 주파수를 식별하고, 식별한 둘 이상의 주파수에 기초하여 하나의 부분 정보를 결정할 수 있다. 이를 통해, 인코딩 장치(10)와 디코딩 장치(20)간에 보다 다양한 정보의 전달이 가능하다.
디코딩 장치(20)는 복수의 프레임 각각에 대응하는 에너지값에 기초하여 주파수를 식별할 수 있다. 예를 들어, 디코딩 장치(20)는 복수의 프레임 각각에 대응하는 에너지값을 제곱함으로써, 주파수를 보다 용이하게 식별할 수 있다.
디코딩 장치(20)로 입력된 복수의 프레임 중 제 1 프레임의 주파수와 제 2 프레임의 주파수가 다를 때, 제 1 프레임의 부분 정보와 제 2 프레임의 부분 정보는 동일하게 해석될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 이를 위해, 인코딩 장치(10)는 동일한 부분 정보가 연속될 때, 연속된 두 개 이상의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 다르게 결정할 수 있다. 이를 통해, 동일한 주파수 대역의 연속 시 발생하는 반향 성분에 의한 노이즈 및 오류가 제거될 수 있다.
디코딩 장치(20)는 인코딩 장치(10)로부터 출력된 음향과 사운드 코드를 입력받고, 음향에 대한 음향인식 및 사운드 코드의 디코딩에 기초하여 정보를 생성할 수 있다. 이 때, 음향은 물체에서 나는 소리와 그 울림을 의미할 수 있으며, 이러한 음향은 가청 음파 주파수 대역의 소리(또는 사운드)를 의미할 수도 있다. 음향의 일례는 음성 또는 음악이나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 음향이 음성인 경우, 음향인식은 음성인식을 의미한다. 또한, 이하에서 설명의 편의를 위해 음향을 음성으로 가정하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 통해, 보다 다양한 정보가 인코딩 장치(10)와 디코딩 장치(20)간에 전송될 수 있을 뿐만 아니라, 전송의 안정성 및 효율이 향상될 수 있다.
디코딩 장치(20)는 사운드 코드를 이용하여 인코딩 장치(10)의 위치를 파악할 수 있으며, 디코딩 장치(20)는 인코딩 장치(10)의 위치에 대응하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 디코딩 장치(20)는 인코딩 장치(10)가 위치하는 방향으로 자신 또는 자신을 포함하는 가전제품을 이동시킬 수 있다. 이 때, 가전제품의 일례는 동력장치가 구비된 청소기일 수 있다. 다른 예를 들어, 디코딩 장치(20)는 인코딩 장치(10)가 위치하는 방향으로 자신 또는 자신이 포함된 가전제품을 회전시킬 수도 있다. 이 때, 가전제품의 일례는 선풍기 또는 에어컨일 수 있다.
인코딩 장치(10) 및 디코딩 장치(20)의 일례는 휴대용 단말기 또는 휴대용 단말기에 포함된 임베디드 장치일 수 있다. 여기서 휴대용 단말기는 휴대성과 이동성이 보장되는 이동 통신 장치로서, 예를 들면, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, LTE(Long Term Evolution) 단말, 스마트폰(Smartphone), 스마트패드(SmartPad), 태블릿 PC등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
인코딩 장치(10) 및 디코딩 장치(20)의 다른 예는 스마트 가전 또는 스마트 가전에 포함된 임베디드 장치일 수 있다. 일반적으로 스마트 가전은 자동적으로 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 조정이 가능한 가전제품으로서, 냉장고, 세탁기, 에어컨, 오븐, 전자레인지, 청소기, 선풍기 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하의 도면들을 통해 이러한 인코딩 장치(10) 및 디코딩 장치(20)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩 장치의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 인코딩 장치(10)는 부분 정보 생성부(11), 주파수 결정부(12), 사운드 신호 생성부(13), 사운드 코드 생성부(14) 및 출력부(15)를 포함한다. 다만, 도 2에 도시된 인코딩 장치(10)는 본 발명의 하나의 구현 예에 불과하며, 도 2에 도시된 구성요소들을 기초로 하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 인코딩 장치(10)는 사용자로부터 정보를 입력받는 사용자 인터페이스, 디스플레이, 음파 출력 장치 및 음파 수신 장치 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.
부분 정보 생성부(11)는 정보에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성한다. 이 때, 부분 정보의 일례는 'ㄱ', 'a'와 같은 문자, '1', '2'와 같은 숫자 및 기호 중 적어도 하나 이상이다. 또한, 문자는 숫자 및 기호를 포함하는 상위 개념일 수 있다.
주파수 결정부(12)는 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 결정한다. 예를 들어, 주파수 결정부(12)는 비가청 음파 대역 주파수인 15000 Hz 내지 20000 Hz 사이의 총 대역폭 5000 Hz를 200 Hz 단위로 분리함으로써, 25개의 주파수로 구분한 후, 구분한 25개의 주파수 각각을 25개의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수로 결정한다.
도 3은 부분 정보에 주파수를 매핑시키는 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 도면부호 31을 참조하여 예시하면, 주파수 결정부(12)는 부분 정보 '0'을 주파수 15000 Hz에 매핑하고, 부분 정보 '1'을 주파수 15200 Hz에 매핑하고, 부분 정보 '2'를 주파수 15400 Hz에 매핑하고, 부분 정보 'A'를 주파수 17000 Hz에 매핑할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 결정부(12)는 부분 정보 각각에 주파수 대역을 매핑시킬 수도 있다. 예를 들어, 주파수 결정부(12)는 부분 정보 '0'을 주파수 15000 Hz 내지 15200 Hz에 매핑하고, 부분 정보 '1'을 주파수 15200 Hz 내지 15400 Hz에 매핑하고, 부분 정보 '2'를 주파수 15400 Hz 내지 15600 Hz에 매핑하고, 부분 정보 'A'를 주파수 17000 Hz 내지 17200 Hz에 매핑할 수도 있다.
사운드 신호 생성부(13)는 복수의 주파수 각각에 대응하는 복수의 사운드 신호를 생성한다. 예를 들어, 사운드 신호 생성부(13)는 제 1 주파수에 대응하는 제 1 사운드 신호를 생성하고, 제 2 주파수에 대응하는 제 2 사운드 신호를 생성할 수 있다.
사운드 신호 생성부(13)는 주파수를 중심(또는 기본) 주파수 또는 캐리어 주파수로 갖는 정현파 음파 신호를 사운드 신호로서 생성할 수 있다. 예를 들어, 사운드 신호 생성부(13)는 주파수 15000 Hz를 기본 주파수로 갖는 정현파 음파 신호를 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 정현파 음파 신호는 이산 신호 샘플들이고, 사운드 신호 생성부(13)는 코덱을 사용하여 정현파 음파 신호에 대응하는 아날로그 사운드 신호를 생성할 수도 있다.
사운드 코드 생성부(14)는 복수의 사운드 신호를 이용하여 사운드 코드를 생성한다. 구체적으로, 사운드 코드 생성부(14)는 복수의 사운드 신호를 시간 간격에 따라 결합 또는 배열시킴으로써, 정보에 대응하는 사운드 코드를 생성할 수 있다. 이 때, 시간 간격에 따라 결합 또는 배열된 사운드 신호 각각은 사운드 코드의 각 프레임으로 구성될 수 있다.
사운드 코드는 헤더, 바디 및 테일을 포함할 수 있다. 이 때, 바디에는 복수의 사운드 신호가 포함되고, 헤더에는 인코딩 장치의 식별 정보, 디코딩 장치의 식별 정보와 같은 부가 정보에 대응하는 부가 사운드 신호(또는 부가 사운드 코드)가 포함될 수 있으며, 테일에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)와 같은 오류 정정 코드에 대응하는 오류정정 사운드 신호(또는 오류정정 사운드 코드)가 포함될 수 있다.
출력부(15)는 음파 출력 장치를 통해 생성한 사운드 코드를 출력한다. 이 때, 음파 출력 장치의 일례는 스피커 장치이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 결정부(12)는 제 1 부분 정보에 대응하는 제 1 주파수 및 제 2 주파수를 결정하고, 사운드 신호 생성부(13)는 제 1 주파수 대역 및 제 2 주파수 대역에 대응하는 제 1 사운드 신호를 생성할 수 있다. 이와 같이, 주파수 결정부(12)는 하나의 부분 정보 당 2개 이상의 주파수를 할당 또는 매핑하고, 사운드 신호 생성부(13)는 2개 이상의 주파수에 기초하여 개별 사운드 신호를 생성할 수 있다.
1개의 정보당 2개의 주파수를 할당하는 것은 기존의 1개의 정보당 1개의 주파수를 할당하는 것보다 다양한 정보를 표현하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 48000 Hz에 1024 point FFT를 수행했을 때, 비가청 15000 내지 20000 Hz 대역에서 사용할 수 있는 정보량은 5000 Hz를 200으로 나눈 25 가지의 정보 표현만이 가능한 반면, 1개의 정보당 2개의 주파수를 할당하여 인코딩하는 경우, 이론 상 25와 24의 곱인 600가지의 정보 표현이 가능해 진다. 이 때, 주파수에 대한 변별력을 고려하여 근접한 주파수를 배제하여도 최소 25와 20의 곱인 500 가지의 안정성 있는 정보 표현이 가능해 진다. 이 때, 하나의 주파수에 대응하여 하나의 사운드 신호 또는 사운드 코드를 생성하는 것을 퓨어 톤 인코딩 기법이라고 표현하고, 둘 이상의 주파수에 대응하여 하나의 사운드 신호 또는 사운드 코드를 생성하는 것을 멀티 톤 인코딩 기법이라고 표현할 수 있다.
도 3의 도면부호 32를 참조하여 멀티 톤 인코딩 기법을 예시하면, 주파수 결정부(12)는 제 1 부분 정보인 '0'에 제 1 주파수인 주파수 15000 Hz와 제 2 주파수인 17000 Hz 모두를 할당 또는 매핑한다. 이후 사운드 신호 생성부(13)는 제 1 주파수인 주파수 15000 Hz를 기본 주파수로 갖는 제 1 정현파 음파 신호를 생성하고, 제 2 주파수인 주파수 17000 Hz를 기본 주파수로 갖는 제 2 정현파 음파 신호를 생성하고, 생성한 제 1 정현파 음파 신호와 제 2 정현파 음파 신호를 더해줌으로써, 제 1 사운드 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 정현파 음파 신호 각각은 이산 신호 샘플들이고, 사운드 신호 생성부(13)는 코덱을 사용하여 제 1 정현파 음파 신호에 대응하는 제 1 아날로그 사운드 신호를 생성하고, 제 2 정현파 음파 신호에 대응하는 제 2 아날로그 사운드 신호를 생성하고, 생성한 제 1 아날로그 사운드 신호와 제 2 아날로그 사운드 신호를 더해줌으로써, 제 1 사운드 신호를 생성할 수도 있다.
사운드 코드 생성부(14)는 각 부분 정보(예를 들어, 문자, 숫자, 기호, 심볼 등)별로 생성된 일련의 사운드 신호들을 버퍼에 저장한 뒤, 헤더와 테일을 추가하여 사운드 코드를 완성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 결정부(12)는 서로 동일한 내용인 제 1 부분 정보와 제 2 부분 정보 각각의 주파수들을 서로 다르게 결정할 수 있다. 예를 들어, 주파수 결정부(12)는 제 1 부분 정보가 '1'이고, 제 2 부분 정보가 '1'인 경우와 같이, 동일한 문자가 연속하는 경우, 제 1 부분 정보의 주파수를 15000Hz로 결정하고, 제 2 부분 정보의 주파수를 19000 Hz로 결정할 수 있다.
일반적으로, 실내 인식 환경에서 실내의 구조에 따라 다양한 반향이 존재할 수 있다. 이러한 반향에 의한 주파수 성분은 다음 신호열(또는 부분 정보)의 주파수 성분에 많은 영향을 미치게 되어, 디코딩 시 오류를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 특히, 동일한 부분 정보가 연속될 때, 반향 성분은 다음 부분 정보에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 이에 대한 해결책으로서, 주파수 결정부(13)는 동일 부분 정보가 연속될 때, 두 번째 부분 정보의 주파수 대역은 기 정해진 특정 주파수로 결정함으로써, 반향 성분에 의한 오류를 줄일 수 있다.
도 4는 부분 정보에 대응하는 주파수를 결정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 만약, 주파수 결정부(13)가 '11'에 대응하는 사운드 코드의 생성을 위해, 제 1 부분 정보의 주파수와 제 2 부분 정보의 주파수(41, 42)를 모두 부분 정보 '1'에 대응하는 15000 Hz로 결정한다면, 반향 성분에 의한 노이즈 또는 오류가 발생할 수 있다. 그러나, 주파수 결정부(13)가 '11'에 대응하는 사운드 코드의 생성을 위해, 제 1 부분 정보의 주파수(43)를 부분 정보 '1'에 대응하는 15000 Hz로 결정하고, 제 2 부분 정보의 주파수(44)를 부분 정보 '
Figure 112013086542496-pat00001
'에 대응하는 19000 Hz로 결정하는 경우, 반향 성분에 의한 노이즈 또는 오류는 현저히 감소할 수 있다. 이 때, '
Figure 112013086542496-pat00002
'는 '1'과 '1', '2'와 '2' 및 'A'와 'A'와 같은 연속하는 부분 정보가 발생될 때, 사용되는 기 결정된 부분 정보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인코딩 장치(10)는 음성에 대응하는 가청 음파 주파수 대역과 사운드 코드에 대응하는 비가청 음파 주파수 대역을 구분하고, 구분한 주파수 대역 별로 음성 및 사운드 코드를 생성하여, 출력할 수 있다. 가청 음파 주파수 대역은 100 Hz 이상 8000 Hz 이하의 범위 내의 주파수 대역이고, 비가청 음파 주파수 대역은 15000 Hz 이상 24000 Hz 이하의 범위 내의 주파수 대역일 수 있다.
음성의 주파수 대역과 사운드 코드의 비가청 주파수 대역을 상호 분리하여 운용하는 것은, 상호간에 간섭을 최소화하면서 동일한 하드웨어(예를 들어, 디코딩 장치)에 의해 음성인식과 사운드 코드의 동시 인식을 가능하게 한다. 이를 통해 사용자는 음성과 사운드 코드의 조합을 통해 보다 다양성을 지닌 HMI(Human Machine Interface)를 제공받게 된다.
도 5는 음파를 생성하고, 출력하는 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 단계 S501에서 인코딩 장치(10) 또는 사운드 코드 생성부(13)는 복수의 사운드 신호를 결합시킴으로써 정보에 대응하는 사운드 코드를 생성할 수 있다. 단계 S502에서 인코딩 장치(10)는 또는 음향 생성부(미도시)는 음향(또는 음향 파일)을 생성할 수 있다. 이 때, 음향은 물체에서 나는 소리와 그 울림을 의미할 수 있으며, 이러한 음향은 가청 음파 주파수 대역의 소리(또는 사운드)를 의미할 수도 있다. 음향의 일례는 음성 또는 음악이나 이에 한정되는 것은 아니다. 단계 S503에서 인코딩 장치(10) 또는 사운드 코드 생성부(14)는 사운드 코드와 음향을 결합시켜 음파를 생성한다. 단계 S504에서 인코딩 장치(10) 또는 출력부(15)는 결합시킨 음파를 음파 출력 장치를 통해 출력할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S501 내지 S504는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 장치의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 디코딩 장치(10)는 사운드 코드 입력부(21), 프레임 분할부(22), 주파수 식별부(23) 및 정보 생성부(24)를 포함한다. 다만, 도 6에 도시된 디코딩 장치(20)는 본 발명의 하나의 구현 예에 불과하며, 도 6에 도시된 구성요소들을 기초로 하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 디코딩 장치(20)는 사용자로부터 정보를 입력받는 사용자 인터페이스는 물론, 디스플레이, 음파 출력 장치 및 음파 수신 장치 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.
사운드 코드 입력부(21)는 음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치(10)로부터 출력된 사운드 코드를 입력받는다. 이 때, 사운드 코드는 사운드 큐알(QR) 코드로 표현될 수 있는 것으로, 정보를 음파의 형태로 인코딩한 것을 의미한다. 또한, 음파 수신 장치의 일례는 마이크이나 이에 한정되는 것은 아니다.
프레임 분할부(22)는 소정 시간 간격에 따라 사운드 코드를 복수의 프레임으로 분할한다. 예를 들어, 프레임 분할부(22)는 1초의 시간 간격에 따라 사운드 코드를 복수의 프레임으로 분할한다. 이 때, 사운드 코드가 10초간 지속되는 음파인 경우, 사운드 코드는 10개의 프레임으로 분할될 수 있다.
주파수 식별부(23)는 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별한다. 이 때, 복수의 프레임 각각은 소정 주파수의 사운드 신호가 포함되며, 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수는 사운드 신호의 주파수를 의미할 수 있다. 일반적으로, 상기 복수의 주파수는 15000 Hz 이상 24000 Hz 이하의 범위 내에서 선택되고, 복수의 주파수간의 간격은 200 Hz이며, 사운드 코드는 비가청 주파수를 갖는 음파일 수 있다. 또한, 주파수 식별부(23)는 복수의 프레임 각각에 대한 주파수의 피크를 분석함으로써, 주파수를 식별할 수 있다.
주파수 식별부(23)는 예를 들어, 복수의 프레임 중 제 1 프레임에 포함된 사운드 신호의 주파수인 15000 Hz를 식별하고, 제 2 프레임에 포함된 사운드 신호의 주파수인 17000 Hz를 식별할 수 있다. 이와 관련하여, 인코딩 장치(10)는 예를 들어, 비가청 음파 대역 주파수인 15000 Hz 내지 20000 Hz 사이의 총 대역폭 5000 Hz를 200 Hz 단위로 분리함으로써, 25개의 주파수로 구분한 후, 구분한 25개의 주파수 각각을 25개의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수로 결정하고, 결정한 주파수에 대응하는 사운드 신호를 생성하여 사운드 코드의 각 프레임에 배열시킬 수 있다.
주파수 식별부(23)는 주파수 분석을 통해 주파수를 식별한다. 이를 위해, 주파수 식별부(23)는 아날로그 사운드 코드, 복수의 프레임 또는 복수의 프레임 각각의 사운드 신호에 대한 주파수 변환 기법 및 역 주파수 변환 기법을 활용하여, 주파수를 식별할 수 있다. 주파수 변환 기법의 일례는 FFT(Fast Fourier Transform)이고, 역 주파수 변환 기법의 일례는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)이다.
사운드 신호는 소정 주파수를 중심(또는 기본) 주파수 또는 캐리어 주파수로 갖는 정현파 음파 신호일 수 있다. 예를 들어, 제 1 사운드 신호는 주파수 15000 Hz를 기본 주파수로 갖는 정현파 음파 신호이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 정현파 음파 신호는 이산 신호 샘플들이고, 사운드 신호는 코덱을 통해 정현파 음파 신호로부터 변환된 아날로그 사운드 신호일 수 있다.
정보 생성부(24)는 식별한 주파수 각각에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성한다. 이 때, 부분 정보의 일례는 'ㄱ', 'a'와 같은 문자, '1', '2'와 같은 숫자 및 기호 중 적어도 하나 이상이다. 또한, 문자는 숫자 및 기호를 포함하는 상위 개념일 수 있다.
정보 생성부(24)는 예를 들어, 사운드 코드가 3개의 프레임으로 구성되고, 제 1 프레임의 주파수가 15000 Hz이고, 제 2 프레임의 주파수가 15200 Hz이고, 제 3 프레임의 주파수가 17000 Hz인 경우, 15000 Hz에 대응하는 부분 정보 '0', 15200 Hz에 대응하는 부분 정보 '1' 및 17000 Hz에 대응하는 부분 정보 'A' 각각을 생성한다.
정보 생성부(24)는 복수의 부분 정보에 기초하여 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성한다. 정보 생성부(24)는 예를 들어, 제 1 프레임의 부분 정보가 '0' 제 2 프레임의 부분 정보가 '1', 제 3 프레임의 부분 정보가 'A'인 경우, 부분 정보들을 조합하여, 사운드 코드에 대응하는 정보인 '01A'를 디코딩 또는 생성할 수 있다. 그 밖의 예시는 앞서 도 3을 통해 예시된 것과 동일 또는 매우 유사하다.
사운드 코드는 헤더, 바디 및 테일을 포함할 수 있다. 이 때, 바디에는 복수의 사운드 신호가 포함되고, 헤더에는 인코딩 장치의 식별 정보, 디코딩 장치의 식별 정보와 같은 부가 정보에 대응하는 부가 사운드 신호(또는 부가 사운드 코드)가 포함될 수 있으며, 테일에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)와 같은 오류 정정 코드에 대응하는 오류정정 사운드 신호(또는 오류정정 사운드 코드)가 포함될 수 있다. 정보 생성부(24)는 사운드 코드에 포함된 헤더, 바디 및 테일에 기초하여 정보 또는 부분 정보를 디코딩 또는 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 식별부(23)는 제 1 프레임으로부터 제 1 주파수 및 제 2 주파수를 식별하고, 정보 생성부(24)는 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 기초하여 제 1 부분 정보를 생성할 수 있다. 이와 같이, 주파수 식별부(23)는 하나의 프레임으로부터 적어도 둘 이상의 주파수를 식별하고, 정보 생성부(24)는 적어도 둘 이상의 주파수에 대응하는 하나의 부분 정보를 생성할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 1개의 정보당 2개의 주파수를 할당하는 것은 기존의 1개의 정보당 1개의 주파수를 할당하는 것보다 다양한 정보를 표현하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 디코딩시 분류가 용이하도록 정보 표현당 주파수 할당을 200Hz로 할 경우,　비가청 15000 내지 20000 Hz 대역에서 사용할 수 있는 정보량은 5000 Hz를 200으로 나눈 25 가지의 정보 표현만이 가능한 반면, 1개의 정보당 2개의 주파수를 할당하여 인코딩하는 경우, 이론 상 25와 24의 곱인 600가지의 정보 표현이 가능해 진다. 이 때, 주파수에 대한 변별력을 고려하여 근접한 주파수를 배제하여도 최소 25와 20의 곱인 500 가지의 안정성 있는 정보 표현이 가능해 진다. 이 때, 하나의 프레임으로부터 하나의 주파수를 식별하는 것을 퓨어 톤 디코딩 기법이라고 표현하고, 하나의 프레임으로부터 둘 이상의 주파수를 식별하는 것을 멀티 톤 디코딩 기법이라고 표현할 수 있다.
도 3의 도면부호 32를 참조하여 멀티 톤 디코딩 기법을 예시하면, 주파수 식별부(23)는 제 1 프레임으로부터 제 1 주파수인 15000 Hz과 제 2 주파수인 17000 Hz 각각을 식별하고, 정보 생성부(24)는 제 1 주파수와 제 2 주파수에 기초하여 제 1 부분 정보인 '0'을 생성할 수 있다. 이 때, 제 1 프레임의 사운드 신호는 제 1 아날로그 사운드 신호 및 제 2 아날로그 사운드 신호의 결합으로 이루어지고, 제 1 아날로그 사운드 신호는 코덱을 통해 중심 주파수가 제 1 주파수인 제 1 정현파 음파 신호로부터 변환된 것이고, 제 2 아날로그 사운드 신호는 코덱을 통해 중심 주파수가 제 2 주파수인 제 2 정현파 음파 신호로부터 변환된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 식별부(23)는 복수의 프레임 각각에 대응하는 에너지값에 기초하여 주파수를 식별할 수 있다. 일반적으로, 1 m이내의 가까운 거리에서 음파가 출력되는 경우, 디코딩 장치(30)에 수신된 음파의 주파수 스펙트라 스코프는 샤프(Sharp)한 모양을 가진다. 즉, 수신된 음파의 신호 대 잡음비(SNR)가 우수하여 디코딩 장치(20)의 인식률은 높다. 그러나, 5 m이상의 원거리에서 음파 출력 시, 수신된 음파의 SNR이 낮아져 디코딩 장치(20)가 인식을 수행하기가 용이하지 않게 된다. 이에 대한 해결책으로서, 음파의 정현파 톤(tone)이 가지는 스펙트라 스코프의 선형성을 이용하여 특징파라미터 추출(Feature Extraction)을 수행함으로써 원거리 환경의 인식 성능을 향상시킬 수 있다. 특징파라미터 추출의 일례는 수신된 음파의 에너지값을 복수의 프레임별로 제곱함으로써, 인식 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 인식하고자 하는 특정 주파수의 스펙트럼 로그 에너지(Spectrum Log Energy)값이 10이고, 노이즈(Noise)의 스펙트럼 로그 에너지 값이 5라면 SNR은 10에서 5를 뺀 5 dB이다. 그러나, 주파수 식별부(23)가 음파의 에너지값을 각 프레임별로 제곱하는 경우, 소정 프레임에서 SNR은 10dB(10 = (10+10)-(5+5))가 된다. SNR이 5dB에서 10dB로 증가하였다는 것은 노이즈와 비교하여 사운드 신호 또는 코드의 식별률이 매우 커졌다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정보 생성부(24)는 제 1 프레임의 주파수와 제 2 프레임의 주파수가 다른 경우에도, 특정 상황에서 제 1 프레임의 주파수의 부분 정보와 제 2 프레임의 주파수의 부분 정보를 동일하게 해석할 수 있다.
일반적으로, 실내 인식 환경에서 실내의 구조에 따라 다양한 반향이 존재할 수 있다. 이러한 반향에 의한 주파수 성분은 다음 신호열(또는 부분 정보)의 주파수 성분에 많은 영향을 미치게 되어, 디코딩 시 오류를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 특히, 동일한 부분 정보가 연속될 때, 반향 성분은 다음 부분 정보에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 이에 대한 해결책으로서, 인코딩 장치(10) 및 디코딩 장치(20)는 동일 부분 정보가 연속될 때, 두 번째 부분 정보의 주파수 대역은 기 정해진 특정 주파수로 결정함으로써, 반향 성분에 의한 오류를 줄일 수 있다.
도 4를 참조하여 예시하면, 정보 생성부(24)는 제 1 프레임의 주파수(43)를 15000 Hz로 식별하고, 제 2 프레임의 주파수(44)를 19000 Hz로 식별한 경우, 제 2 프레임의 주파수가 부분 정보 '
Figure 112013086542496-pat00003
'에 대응하더라도, 이를 '
Figure 112013086542496-pat00004
'로 해석하지 아니하고, 제 1 프레임의 주파수인 15000 Hz에 대응하는 부분 정보 '1'로 해석할 수 있다. 최종적으로, 정보 생성부(24)는 제 1 프레임과 제 2 프레임으로 이루어진 정보를 '11'로 결정할 수 있다. 이 때, 이 때, '
Figure 112013086542496-pat00005
'는 '1'과 '1', '2'와 '2' 및 'A'와 'A'와 같은 연속하는 부분 정보가 발생될 때, 사용되는 기 결정된 부분 정보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사운드 코드 입력부(21)는 인코딩 장치(10)로부터 출력된 음성과 사운드 코드를 입력받고, 정보 생성부(24)는 음성에 대한 음성인식 및 사운드 코드의 인식에 기초하여 정보를 생성할 수 있다. 이 때, 음성의 주파수는 100 Hz 이상 8000 Hz 이하의 범위 내에서 선택되고, 사운드 코드의 주파수는 15000 Hz 이상 24000 Hz 이하의 범위 내에서 선택될 수 있다.
정보 생성부(24)는 음성인식을 통해 음성을 인식하여, 음성에 대응하는 제 1 정보를 생성하고, 사운드 코드에 대응하는 제 2 정보를 생성하고, 제 1 정보 및 제 2 정보를 이용하여 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 정보를 이용하여 제 2 정보를 디코딩하거나, 제 1 정보와 제 2 정보를 조합하여 정보를 생성할 수 있다.
음성의 주파수 대역과 사운드 코드의 비가청 주파수 대역을 상호 분리하여 운용하는 것은, 상호간에 간섭을 최소화하면서 동일한 하드웨어(예를 들어, 디코딩 장치)에 의해 음성인식과 사운드 코드의 동시 인식을 가능하게 한다. 이를 통해 사용자는 음성과 사운드 코드의 조합을 통해 보다 다양성을 지닌 HMI(Human Machine Interface)를 제공받게 된다.
도 7은 본 발명의 디코딩 장치의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 디코딩 장치(20)는 동작 수행부(25)를 더 포함할 수도 있다. 동작 수행부(25)는 생성한 정보에 대응하는 동작을 수행한다. 이 때, 정보는 제어 정보일 수 있다.
동작 수행부(25)는 예를 들어, 제어 정보가 디코딩 장치(20) 또는 디코딩 장치가 포함된 가전제품의 전원을 On/Off시키는 제어 정보인 경우, 디코딩 장치(20) 또는 가전제품(예를 들어, 냉장고, 세탁기, 에어컨, 청소기 등)의 전원을 On/Off시킬 수 있다. 다른 예를 들어, 동작 수행부(25)는 제어 정보가 디코딩 장치(20) 또는 디코딩 장치가 포함된 가전제품을 이동시키는 제어 정보인 경우, 디코딩 장치(20) 또는 가전제품을 이동시킬 수 있다. 또 다른 예를 들어, 동작 수행부(25)는 제어 정보가 디코딩 장치(20) 또는 디코딩 장치가 포함된 가전제품의 상태 정보를 요청하는 제어 정보인 경우, 디코딩 장치(20) 또는 가전제품에 대응하는 상태 정보를 생성하여, 인코딩 장치(10) 또는 인코딩 장치가 포함된 모바일 디바이스로 전송할 수 있다. 이 때, 동작 수행부(25)는 상태 정보에 대응하는 음파를 생성하여 인코딩 장치(10) 또는 모바일 디바이스를 향해 출력할 수 있다.
도 8은 본 발명의 디코딩 장치의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 디코딩 장치(20)는 위치 정보 생성부(26)를 더 포함할 수도 있다.
위치 정보 생성부(26)는 복수의 음파 수신 장치를 이용하여 인코딩 장치(10) 또는 인코딩 장치가 포함된 모바일 디바이스(80)의 위치 정보를 생성한다. 이 때, 동작 수행부(25)는 생성한 위치 정보에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 도 8을 통해 예시하면, 동작 수행부(25)는 인코딩 장치(10) 또는 모바일 디바이스(80)의 위치 정보가 A인 경우, 디코딩 장치(20) 또는 디코딩 장치(20)가 포함된 선풍기(90)의 회전 방향이 A를 향하도록 선풍기(90)의 동작을 수행 또는 제어할 수 있다. 반면, 동작 수행부(25)는 인코딩 장치(10) 또는 모바일 디바이스(80)의 위치 정보가 B인 경우, 디코딩 장치(20) 또는 디코딩 장치(20)가 포함된 선풍기(90)의 회전 방향이 B를 향하도록 선풍기(90)의 동작을 수행 또는 제어할 수 있다. 이를 위해, 동작 수행부(25)는 선풍기(90)에 포함된 동력 장치를 제어할 수 있다.
위치 정보 생성부(26)는 복수의 음파 수신 장치를 이용하여 위치 정보를 생성한다. 구체적으로, 위치 정보 생성부(26)는 사운드 코드가 상기 복수의 음파 수신 장치 각각에 입력되는 시간들간의 차이에 기초하여 위치 정보를 생성할 수 있다. 이 때, 위치 정보는 복수의 음파 수신 장치 및 디코딩 장치(20) 중 적어도 하나 이상과 인코딩 장치(10) 사이의 방위각일 수 있다.
도 9 및 도 10a 내지 10e는 도 8의 위치 정보 생성부(26)의 동작의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서 도 9 및 도 10a 내지 10e를 참조하여, 위치 정보 생성부(26)의 동작의 일례를 설명한다.
에어컨, 선풍기, 로봇 청소기 등 방향성 제어가 필요한 가전기기내에 사운드 코드를 수신하는 모듈인 디코딩 장치(20)는 별도의 네트워크 수단이 없더라도 근거리에서 인코딩 장치(10) 또는 인코딩 장치(10)가 내장된 모바일 디바이스(80)와 음파 통신을 수행한다. 이 때, 가전기기는 인코딩 장치(10) 또는 모바일 디바이스(80)의 위치변화에 따라 동적으로 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에어컨이나 선풍기는 모바일 디바이스(80)의 위치를 파악함으로써, 에어컨이나 선풍기의 바람의 방향을 사용자가 위치하는 방향 조절할 수 있다. 이를 위해서, 디코딩 장치에 포함된 위치 정보 생성부(26)는 인코딩 장치(10) 또는 모바일 디바이스(80)의 위치 정보를 생성할 필요가 있다.
단계 S901에서 위치 정보 생성부(26)는 음파를 검출하고, 검출된 음파가 제어 정보라고 판명되면, 검출한 음파가 위치 정보를 생성해야 할 음파라고 판단한다. 이후, 위치 정보 생성부(26)는 복수의 프레임 각각을 오버랩시킨다. 예를 들어, 위치 정보 생성부(26)는 각 프레임이 1024개 샘플을 포함하는 경우, 512 샘플씩 오버랩시킬 수 있다.
단계 S902에서 위치 정보 생성부(26)는 음파(또는 사운드 코드)가 복수의 음파 수신 장치 각각에 입력되는 시간들간의 시간차를 추정한다. 이를 시간차(ITD: Inter-aural Time Difference) 추정(Estimation)이라고 표현할 수 있다.
위치 정보 생성부(26)는 예를 들어, 세 개의 음파 수신 장치(예를 들어, 마이크)간의 시간 차이를 기반으로 음원의 위치를 추적하는데, 시간 도메인에서 계산되는 상호상관(cross correlation)을 주파수 도메인상에서 하게 되면 연산량 및 연산 시간을 대폭 줄이면서도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 위치 정보 생성부(26)는 수학식 1을 통해 세 개의 음파 수신 장치간의 시간차를 얻기 위해, 제 1 마이크 -제 2 마이크, 제 2 마이크 - 제 3 마이크, 제 3 마이크 - 제 1 마이크 각각으로 짝(또는 채널)을 만들고, 각 짝 사이의 상호상관을 구한다.
[수학식 1]
Figure 112013086542496-pat00006

이 때, d는 두 음파 사이의 딜레이 값들을 의미하고, y(d)를 두 음파 사이의 딜레이 값들을 나타내는 함수를 의미하고, * 은 complex conjugate을 의미하고, x1(n)은 첫 번째 마이크에 입력된 음파를 의미하고, x2(n)은 두 번째 마이크에 입력된 음파를 의미한다. 또한, 계산된 y(d) 값 중 가장 큰 값을 갖는 y(d)의 인덱스 d값을 두 신호간의 시간차(estimated delay)로 규정하며, 3 개의 짝에 대응하는 시간차로 총 3개의 값이 도출될 수 있다.
단계 S903에서 위치 정보 생성부(26)는 시간차에 기초하여 방위각 맵핑을 수행한다. 먼저, 도 10a를 참조하면, 위치 정보 생성부(26)는 수학식 2를 통해 음파의 속도와 두 마이크간의 시간차에 기초하여 음파의 입사각을 계산한다.
[수학식 2]
Figure 112013086542496-pat00007

이 때,
Figure 112013086542496-pat00008
는 음파의 입사각을 의미하고, c는 음파의 속도를 의미하고, t는 마이크 사이의 시간차, d는 두 마이크 사이의 거리를 의미할 수 있다. 시간차는 단계 S902에서 구해진 추정 시간차를 의미하는데 이것은 샘플 개수의 차이를 의미하므로, 샘플링 주기(Sampling Perido)와 딜레이 샘플들의 곱의 형태로 나타낼 수 있다.
도 10b를 참조하면, 두 마이크 사이의 시간차는 하나지만, 방위각 변환을 변환하면 두 개의 방위각을 얻게 된다. 이것은 동일한 시간차를 갖는 입사각이 두 마이크를 잇는 선분을 경계로 대칭적으로 존재하기 때문이다. 이에 3개의 마이크 짝으로 추정되는 음파의 방위각은 총 6개의 후보를 갖게 된다. 이러한 6개의 후보 방위각은 소정 프레임의 가장 신뢰성 있는 방위각 후보들로서 선출된다.
도 10c를 참조하면, 위치 정보 생성부(26)는 방위각 - 가우시안 히스토그램을 생성할 수 있다. 구체적으로, 위치 정보 생성부(26)는 세 개의 추정된 delay 값들을 delay1, delay2, delay3라고 하는 경우, 각 delay 값에 의해 2개씩의 방위각을 계산하고, 모두 6개의 후보 방위각 azim11, azim12, azim21, azim22, azim31, azim32를 산출한다.
위치 정보 생성부(26)는 azim11, azim12를 사용하여 히스토그램(101)을 생성하고, azim21, azim22를 사용하여 히스토그램(102)을 생성하고, azim31, azim32를 사용하여 히스토그램(103)을 생성한다. 이 때, azim ij에서 i는 각 채널(또는 마이크)을 의미하고, j는 두 개의 추정 방위각 각각의 식별번호를 의미한다. 또한, 위치 정보 생성부(26)는 각 짝의 두 후보 방위각을 mean으로 하는 가우시안 함수를 이용하여 각각의 히스토그램을 생성한다. 또한,
Figure 112013086542496-pat00009
는 circular index로써 360이상은 다시 0부터 시작된다.
위치 정보 생성부(26)는 3개의 히스토그램이 만들고, 모든 히스트그램을 누적하여 누적된 가우시안 히스토그램(104)를 생성한다.
도 10d를 참조하면, 위치 정보 생성부(26)는 각 프레임 별로 6개의 후보 방위각을 추정하고, 전체 프레임의 후보 방위각들로부터 빈도수가 가장 큰 방위각을 최종 방위각으로 선정한다. 이를 위해, 위치 정보 생성부(26)는 복수의 프레임별 누적 가우시안 히스토그램을 비교할 수 있다. 이 때, 모든 프레임을 같은 방식으로 검사하여 추정된 후보 방위각 중 빈도 수가 가장 큰 값을 최종적인 방위각으로 판단하는 것이 좋다. 또한, 한 프레임에서 3개의 짝을 누적하여 나온 가우시안 히스토그램을 여러 프레임에 걸쳐 다시 한 번 누적하면 가장 많이 추정된 각도 값을 얻어낼 수 있다. 일반적으로, 에너지의 크기나 환경적 반향의 영향을 고려하면, 한 개 또는 두 개의 프레임만으로 방위각을 계산하는 것은 신뢰도가 떨어질 수 있다.
위치 정보 생성부(26)는 최종 방위각을 위정 정보로 생성한다. 이 때, 도 10e를 참조하면, 위치 정보 생성부(26)는 인코딩 장치(10) 또는 모바일 디바이스(80)가 충분히 멀리 떨어져 있으며, 음파의 형태가 평면파의 형태로 입사한다고 가정한 후, 방위각을 마이크 1, 3의 중심점인 0도로부터 시계 방향으로 증가시킬 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S901 내지 S903는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 코드 인코딩 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 11에 도시된 사운드 코드 인코딩 방법은 도 2의 인코딩 장치(10)에서 시계열적으로 처리되는 단계들을 포함한다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 10을 통해 인코딩 장치(10)에 대하여 설명된 내용은 도 11에도 적용된다.
단계 S1101에서 부분 정보 생성부(11)는 정보에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성한다. 단계 S1102에서 주파수 결정부(12)는 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 결정한다. 단계 S1103에서 사운드 신호 생성부(13)는 복수의 주파수 각각에 대응하는 복수의 사운드 신호를 생성한다. 단계 S1104에서 사운드 코드 생성부(14)는 복수의 사운드 신호를 소정 시간 간격에 따라 결합시킴으로써, 정보에 대응하는 사운드 코드를 생성한다. 단계 S1105에서 출력부(15)는 음파 출력 장치를 통해 생성한 사운드 코드를 출력한다. 상술한 설명에서, 단계 S1101 내지 S1105는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 코드 디코딩 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 12에 도시된 사운드 코드 디코딩 방법은 도 6의 디코딩 장치(20)에서 시계열적으로 처리되는 단계들을 포함한다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 도 1 내지 도 10을 통해 디코딩 장치(20)에 대하여 설명된 내용은 도 11에도 적용된다.
단계 S1201에서 사운드 코드 입력부(21)는 음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 입력받는다. 단계 S1202에서 프레임 분할부(22)는 소정 시간 간격에 따라 사운드 코드를 복수의 프레임으로 분할한다. 단계 S1203에서 주파수 식별부(23)는 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별한다. 단계 S1204에서 정보 생성부(24)는 식별한 주파수 각각에 대응하는 복수의 부분 정보에 기초하여 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성한다.
상술한 설명에서, 단계 S1201 내지 S1204는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
도 11을 통해 설명된 사운드 코드 인코딩 방법 및 도 12를 통해 설명된 사운드 코드 디코딩 방법 각각은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 인코딩 장치
20: 디코딩 장치

Claims (19)

  1. 사운드 코드를 디코딩하여 정보를 생성하는 디코딩 장치에 있어서,
    음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 입력받는 사운드 코드 입력부;
    상기 사운드 코드를 소정 시간 간격에 따라 분할하여 복수의 프레임을 생성하는 프레임 분할부;
    상기 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 상기 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별하는 주파수 식별부; 및
    가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파 주파수 대역 중 상기 식별한 주파수 각각이 해당하는 주파수 대역 및 상기 식별한 주파수 각각에 기초하여, 복수의 부분 정보를 결정하고 상기 복수의 부분 정보에 기초하여 상기 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성하는 정보 생성부를 포함하는 디코딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 식별부는 상기 복수의 프레임 중 제 1 프레임에 대응하는 제 1 주파수 및 제 2 주파수를 식별하되,
    상기 정보 생성부는 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수가 해당하는 주파수 대역, 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 기초하여 상기 복수의 부분 정보 중 제 1 부분 정보를 결정하는 것인, 디코딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 부분 정보는 상기 식별한 주파수 각각에 대응하는 문자, 숫자 및 기호 중 적어도 하나 이상인 것인, 디코딩 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 식별부는 상기 복수의 프레임 각각에 대응하는 에너지값에 기초하여 상기 주파수를 식별하는 것인, 디코딩 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 프레임 중 제 1 프레임의 주파수와 제 2 프레임의 주파수는 다르되,
    상기 정보 생성부는 상기 제 1 프레임의 주파수의 부분 정보와 상기 제 2 프레임의 주파수의 부분 정보를 동일하게 해석하는 것인, 디코딩 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보는 제어 정보이되,
    상기 제어 정보에 대응하는 동작을 수행하는 동작 수행부를 더 포함하는 디코딩 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 식별부는 상기 복수의 프레임 각각에 대한 주파수의 피크를 분석하는 것인, 디코딩 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 음파 수신 장치를 통해 수신된 사용자의 음성에 대한 음성인식을 수행하는 음성 인식부를 더 포함하고,
    상기 정보 생성부는 상기 복수의 부분 정보 및 상기 음성인식에 기초하여 상기 정보를 생성하는 것인, 디코딩 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가청 음파 주파수 대역에 따른 사운드 코드의 주파수 및 상기 음성의 주파수는 100 Hz 이상 8000 Hz 이하의 범위 내에서 선택되되,
    상기 비가청 음파 주파수 대역에 따른 사운드 코드의 주파수는 15000 Hz 이상 24000 Hz 이하의 범위 내에서 선택되는 것인, 디코딩 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    복수의 음파 수신 장치를 이용하여 상기 인코딩 장치의 위치 정보를 생성하는 위치 정보 생성부를 더 포함하되,
    상기 위치 정보에 기초하여 상기 인코딩 장치의 위치를 향하여 동작을 수행하는 동작 수행부를 더 포함하는 디코딩 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 위치 정보 생성부는, 상기 사운드 코드가 상기 복수의 음파 수신 장치 각각에 입력되는 시간들간의 차이에 기초하여 상기 위치 정보를 생성하는 것인, 디코딩 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 위치 정보는 상기 복수의 음파 수신 장치 및 상기 디코딩 장치 중 적어도 하나 이상과 상기 인코딩 장치 사이의 방위각인 것인, 디코딩 장치.
  14. 사운드 코드를 디코딩하여 정보를 생성하는 방법에 있어서,
    음파 수신 장치를 통해 인코딩 장치로부터 출력된 사운드 코드를 입력받는 단계;
    상기 사운드 코드를 소정 시간 간격에 따라 분할하여 복수의 프레임을 생성하는 단계;
    상기 복수의 프레임 각각에 대한 주파수 분석을 통해 상기 복수의 프레임 각각에 대응하는 주파수를 식별하는 단계;
    가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파 주파수 대역 중 상기 식별한 주파수 각각이 해당하는 주파수 대역 및 상기 식별한 주파수 각각에 기초하여, 복수의 부분 정보를 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 부분 정보에 기초하여 상기 사운드 코드에 대응하는 정보를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 정보에 대응하는 사운드 코드를 인코딩하는 인코딩 장치에 있어서,
    상기 정보에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성하는 부분 정보 생성부;
    가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파주파수 대역 중 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수 대역을 결정하고, 상기 결정된 주파수 대역 내에서 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 결정하는 주파수 결정부;
    상기 복수의 주파수 각각에 대응하는 복수의 사운드 신호를 생성하는 사운드 신호 생성부;
    상기 복수의 사운드 신호를 소정 시간 간격에 따라 결합시킴으로써, 상기 정보에 대응하는 상기 사운드 코드를 생성하는 사운드 코드 생성부; 및
    음파 출력 장치를 통해 상기 생성한 사운드 코드를 출력하는 출력부를 포함하는 인코딩 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 주파수 결정부는 상기 복수의 부분 정보 중 제 1 부분 정보에 대응하는 주파수 대역을 결정하고, 상기 결정된 주파수 대역 내에서 제 1 주파수 및 제 2 주파수를 결정하되,
    상기 사운드 신호 생성부는 상기 복수의 사운드 신호 중 상기 제 1 주파수 및 제 2 주파수에 대응하는 제 1 사운드 신호를 생성하는 것인, 인코딩 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 정보 중 제 1 부분 정보와 제 2 부분 정보의 내용은 서로 동일하되,
    상기 제 1 부분 정보의 주파수와 상기 제 2 부분 정보의 주파수는 서로 다른 것인, 인코딩 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 가청 음파 주파수 대역에 따른 사운드 코드의 주파수는 100 Hz 이상 8000 Hz 이하의 범위 내에서 선택되되,
    상기 비가청 음파 주파수 대역에 따른 사운드 코드의 주파수는 15000 Hz 이상 24000 Hz 이하의 범위 내에서 선택되는 것인, 인코딩 장치.
  19. 정보에 대응하는 사운드 코드를 인코딩하는 방법에 있어서,
    상기 정보에 대응하는 복수의 부분 정보를 생성하는 단계;
    가청 음파 주파수 대역과 비가청 음파주파수 대역 중 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수 대역을 결정하고, 상기 결정된 주파수 대역 내에서 상기 복수의 부분 정보 각각에 대응하는 주파수를 결정하는 단계;
    상기 복수의 주파수 각각에 대응하는 복수의 사운드 신호를 생성하는 단계;
    상기 복수의 사운드 신호를 소정 시간 간격에 따라 결합시킴으로써, 상기 정보에 대응하는 상기 사운드 코드를 생성하는 단계; 및
    음파 출력 장치를 통해 상기 생성한 사운드 코드를 출력하는 단계를 포함하는 방법.
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