KR101605264B1 - 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것으로,
상기 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치는 전송 데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조한 후 비가청 고주파 대역의 오디오 신호 형태로 출력하는 신호 생성부; 상기 신호 생성부로부터 출력되는 오디오 신호에 대응되는 소리를 발생하는 스피커; 주변 소리를 녹음하여 오디오 신호를 획득하는 마이크; 상기 오디오 신호를 수신 및 분석하여 비가청 고주파 대역의 데이터만을 추출하는 신호 검출부; 및 상기 신호 검출부로부터 출력된 데이터를 기저대역 주파수 대역으로 이동시킨 후 OFDM 방식으로 복조하여 상기 전송 데이터를 복원하는 신호 분석부;를 포함할 수 있다.

Description

비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법{DATA COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD USING AUDIO SIGNAL IN NON-AUDIBLE FREQUENCY}
본 발명은 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용하여 데이터를 송수신할 수 있도록 하는 기술에 관한 것으로, 특히 오디오 신호의 전송 효율과 안정성을 극대화한 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자기기 성능의 급성장에 따라, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 모바일 기기에 구비되는 부속품의 성능 또한 향상되고 있다. 특히, 최근의 모바일 기기의 경우, 영상 통화 뿐 만 아니라 멀티미디어 재생 기기로써의 기능도 중요시되고 있기 때문에 모바일 기기에 내장되는 마이크 및 스피커의 성능이 향상되고 있다. 즉, 모바일 기기에 내장되는 스피커는 인간의 인식 범위를 벗어나는 주파수 대역, 즉 비가청 주파수 대역(예를 들어, 18KHz~22KHz)의 오디오 신호를 생성 및 출력할 수 있으며, 마이크를 이를 인식 및 수신할 수 있는 정도의 성능을 가진다.
이에 모바일 기기에 내장된 스피커와 마이크를 활용하여 오디오 신호 형태로 데이터를 송수신하고자 하는 기술이 점차 개발 및 사용되고 있다. 일례로 한국출원특허 제10-2010-0084675호에서는 오디오 신호의 신호 조합 패턴, 음량 변화 패턴 등을 가변하여 오디오 신호에 각종 데이터를 실어 보내는 방법에 대해 개시하고 있다.
그러나 이와 같이 오디오 신호의 신호 조합 패턴, 음량 변화 패턴 등을 가변하는 방식으로 데이터를 송수신하는 경우, 데이터 전송 속도가 매우 낮으며, 외부 잡음에도 매우 취약한 특징을 가지는 단점이 있다.
이에 본 발명에서는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 OFDM(Othogonal Frequency Division Multiplexing) 변복조하여 송수신함으로써, 오디오 신호의 전송 효율과 안정성을 극대화할 수 있도록 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 전송 데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조한 후 비가청 고주파 대역의 오디오 신호 형태로 출력하는 신호 생성부; 상기 신호 생성부로부터 출력되는 오디오 신호에 대응되는 소리를 발생하는 스피커; 주변 소리를 녹음하여 오디오 신호를 획득하는 마이크; 상기 오디오 신호를 수신 및 분석하여 비가청 고주파 대역의 데이터만을 추출하는 신호 검출부; 및 상기 신호 검출부로부터 출력된 데이터를 기저대역 주파수 대역으로 이동시킨 후 OFDM 방식으로 복조하여 상기 전송 데이터를 복원하는 신호 분석부;를 포함하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치를 제공한다.
상기 데이터 송수신 장치는 데이터 송수신 동작에 참여하는 장치가 다수개인 경우, 다수의 장치 각각의 송신 주파수 대역을 달리 설정해주는 링크 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 데이터 송수신 장치는 데이터 송수신 동작에 참여하는 장치가 다수개인 경우, 다수의 장치 각각의 송신 시간을 달리 설정해주는 링크 제어부를 더 포함할 수도 있다.
상기 신호 생성부는 상기 전송 데이터를 직병렬 변환하여 다수의 병렬 데이터를 생성하는 SPC(Serial-Parallel Conversion); 상기 SPC를 통해 생성된 다수의 병렬 데이터를 컨볼루션 인코딩한 후 인터리빙하는 컨볼루션 인코더 및 인터리버; 상기 인터리빙된 다수의 병렬 데이터 각각에 대응되는 파일럿 캐리어를 할당한 후, 직교하는 다수개의 부반송파에 실어 출력하는 파일럿 캐리어 삽입부 및 고속 푸리에 역변환부; 상기 고속 푸리에 역변환부의 출력 데이터를 직렬화하는 PSC(Parallel-Serial Conversion); 상기 PSC의 출력 데이터의 헤드부에 프리앰블을 삽입한 후, 비가청 고주파 대역으로 이동시키는 프리엠블 삽입기 및 주파수 상향 조정기; 및 상기 주파수 상향 조정기의 출력 데이터를 아날로그 변환하여 출력하는 DAC(Digital Analog Converter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 주파수 상향 조정기는 상기 링크 제어부의 제어하에 상기 프리엠블 삽입기의 출력 데이터의 주파수 이동 대역을 가변하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 생성부는 상기 주파수 상향 조정기의 출력 데이터를 래치한 후, 상기 링크 제어부의 제어하에 래치된 출력 데이터를 상기 DAC에 제공하는 래치부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 검출부는 상기 마이크를 통해 출력되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 ADC(Analog Digital Converter); 상기 디지털 데이터의 자기 상관 계수를 산출하는 자기 상관기; 및 상기 자기 상관 계수가 임계치 이상인 데이터를 프리엠블로 인식하고, 상기 프리엠블 이후에 입력되는 데이터를 상기 신호 분석부에 제공하는 트리거 및 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 분석부는 상기 신호 검출부로부터 제공되는 데이터를 프레임 단위로 나눈 후, 기저 주파수 대역대로 주파수 이동시키는 프레임 추출기 및 주파수 하향 조정기; 상기 프레임 추출기 및 주파수 하향 조정기의 출력 데이터를 다수의 병렬 데이터로 변환한 후, 다수의 병렬 데이터 각각에 실린 데이터 정보를 추출하는 SPC(Serial-Parallel Conversion) 및 고속 푸리에 변환기; 파일럿 신호를 이용하여 상기 SPC 및 고속 푸리에 변환기의 출력 데이터의 회전 및 왜곡을 보정하는 채널 추정부; 상기 채널 추정부의 출력 데이터를 디인터리빙 및 비터비 디코딩하는 디인터리버 및 비터비 디코더; 및 상기 디인터리버 및 비터비 디코더의 출력 데이터를 직렬화하여 출력하는 PSC(Parallel-Serial Conversion)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 전송 데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조하는 단계; 상기 변조된 전송 데이터의 헤드부에 프리엠블을 삽입하는 단계; 상기 프리엠블이 삽입된 전송 데이터의 주파수를 비가청주파수 대역으로 상향 이동시킨 후, 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및 스피커를 통해 상기 아날로그 신호로 변환된 전송 데이터를 소리 형태로 출력하는 단계를 포함하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송신 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 수신한 후 아날로그 디지털 변환하여 오디오 데이터를 획득하는 단계; 상기 오디오 데이터에 포함된 프리엠블을 검출하고, 상기 프리엠블 이후에 전송되는 오디오 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 오디오 데이터의 주파수를 기저주파수 대역으로 하향 이동시킨 후, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 복조하여 원본 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 수신 방법을 제공한다.
본 발명은 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 OFDM 방식으로 변복조하여 송수신하도록 함으로써, 데이터 속도를 증대시키고 외부 환경에 보다 강인한 특성을 가질 수 있도록 해준다.
또한, 데이터 송수신에 참여하는 장치가 다수개인 경우, 데이터 송신 주파수 또는 데이터 송신 시간을 능동적으로 조정해줌으로써, 다수의 데이터 송수신 장치가 동시에 데이터를 송수신할 수 있도록 해준다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치의 링크 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 생성부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 생성부를 통해 생성되는 오디오 신호의 데이터 프레임을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 생성부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 검출부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 분석부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도8 및 도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치의 적용예를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 하, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치를 도시한 도면이다.
도1을 참고하면, 본 발명의 데이터 송수신 장치는 크게 마이크(10)과 스피커(20), 스피커(20)에 연결되는 신호 생성부(30), 마이크(10)에 연결되는 신호 검출부(40), 신호 분석부(50), 링크 제어부(60), 그리고 신호 생성부(30)와 신호 분석부(50) 등을 외부 장치 또는 데이터 송수신 장치에 내장된 제어 장치, 터치 스크린, 키보드(미도시) 등에 연결시키는 데이터 입출력 인터페이스(70)를 포함하여 구성될 수 있다.
마이크(10)는 데이터 송수신 장치 주변의 각종 소리를 녹음하여 오디오 신호를 획득하고, 스피커(20)는 데이터 송수신 장치를 통해 생성된 오디오 신호에 대응되는 소리를 발생한다.
신호 생성부(30)는 데이터 입출력 인터페이스(70)를 통해 입력되는 전송 데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조한 후, 이를 비가청 고주파 대역의 오디오 신호 형태로 변환하여 출력하도록 한다.
신호 검출부(40)는 비가청 고주파 대역의 오디오 신호를 검출 및 수신하도록 한다.
신호 분석부(50)는 신호 검출부(40)를 통해 수신된 오디오 신호를 다시 기저 주파수 대역으로 이동시킨 후, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조하여 송신측의 전송 데이터를 복원하도록 한다.
링크 제어부(60)는 다수의 데이터 송수신 장치가 동일 주파수 또는 동일 시간대에 오디오 신호를 발생하는 경우, 다수의 오디오 신호가 믹싱되어 전송 오류가 발생할 수 있음을 고려하여, 데이터 송수신 동작에 참여하는 장치 각각의 사용 주파수 대역 또는 데이터 송신 시간을 달리 설정해준다.
예를 들어, 링크 제어부(60)는 신호 생성부(30)의 송신 주파수를 순차적으로 가변하면서 상대측 장치와의 통신을 시도하고, 상대측 장치와의 통신이 성공하는 주파수를 신호 생성부(30)의 송신 주파수로 설정하도록 할 수 있다. 이는 상대측 장치의 사용 주파수를 피하여 신호 생성부(30)의 송신 주파수를 임의 조정하거나, 신호 생성부(30)의 송신 주파수를 상대측 장치에 통보하여 상대측 장치가 사용 주파수를 임의 조정하는 방식으로 수행될 수 있을 것이다.
또한, 링크 제어부(60)는 데이터 송수신 동작에 참여하는 장치의 개수를 파악한 후, 장치 각각에 대응되는 타임 슬롯을 할당해줌으로써, 장치 각각이 자신의 타임 슬롯에서만 자신의 오디오 신호를 생성 및 출력할 수 있도록 한다. 물론, 통신 환경 및 장치 각각 특성에 따라 타임 슬롯의 길이를 임의 조정함으로써, 데이터 전송 효율의 극대화를 도모할 수 있도록 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 생성부의 상세 구성을 도시한 도면으로, 이는 링크 제어부에 의해 신호 생성부(30)의 송신 주파수 대역이 조정되는 경우에 관한 것이다.
도3을 참고하면, 본 발명의 신호 생성부(30)는 SPC(Serial-Parallel Conversion)(31), 컨볼루션 인코더(32), 인터리버(33), 파일럿 캐리어 삽입부(34), 고속 푸리에 역변환부(35), PSC(Parallel-Serial Conversion)(36), 프리엠블 삽입기(37), 주파수 상향 조정기(38), HPF(High Pass Filter)(39) 및 DAC(Digital Analog Converter)(310)등을 포함할 수 있다.
만약, 신호 생성부(30)에 전송 데이터가 입력되면, SPC(31)는 바이트 단위의 전송 데이터를 직병렬 변환하여 비트 단위의 다수의 병렬 데이터로 분리한다. 다수의 병렬 데이터는 컨볼루션 인코더(32), 인터리버(33), 파일럿 캐리어 삽입부(34)를 거치면서 컨볼루션 인코딩, 인터리빙, 파일럿 캐리어 삽입된 후, 고속 푸리에 역변환부(35)를 통해 직교하는 다수의 부반송파로 이루어진 신호 형태로 변조된 후(즉, OFDM 방식으로 변조된 후), PSC(36)를 통해 다시 직렬화된다. 이 과정은 전송 데이터의 바이트 단위로 반복적으로 수행될 것이다.
그러고 나서, 프리엠블 삽입기(37)는 OFDM 변조된 전송 데이터의 헤드부에 유사잡음부호(Pseudo-Noise code; PN code)로 이루어진 반복되는 프리앰블(Preamble)을 부착하여 수신측에서 전송 데이터를 인식 및 검출할 수 있도록 한 후, 주파수 상향 조정기(38)를 통해 비가청 주파수 대역으로 상향 이동(upconversion)시킨다.
이때, 주파수 상향 조정기(38)는 링크 제어부(60)의 요청하에 전송 데이터의 주파수 이동 대역을 임의 조정함으로써, 신호 생성부(30)를 통해 생성된 데이터가 고유의 주파수 대역을 사용할 수 있도록 한다.
그러고 나서 HPF(39)를 통해 전송 데이터에 잔존하는 저주파 성분을 모두 필터링한 후, DAC(310)을 통해 도4와 같은 데이터 프레임 형태를 가지는 아날로그 신호로 변환함으로서, 스피커(10)가 이에 대응되는 비가청주파수 대역의 오디오 신호를 출력할 수 있도록 한다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 생성부의 상세 구성을 도시한 도면으로, 이는 링크 제어부에 의해 전송 데이터의 송신 시간이 조정되는 경우에 관한 것이다.
도4를 참고하면, 본 발명의 신호 생성부(30)는 도3의 SPC(31), 컨볼루션 인코더(32), 인터리버(33), 파일럿 캐리어 삽입부(34), 고속 푸리에 역변환부(35), PSC(36), 프리엠블 삽입기(37), 주파수 상향 조정기(38), HPF((39), 및 DAC(310) 이외에 주파수 상향 조정기(38)와 HPF((39) 사이에 위치하는 래치(latch)(311)를 더 포함함을 알 수 있다.
이때의 래치(311)는 주파수 상향 조정기(38)로부터 출력되는 데이터를 일시 저장한 후, 링크 제어부(60)에 의해 할당된 타임 슬롯에 일시 저장된 데이터를 출력하도록 한다.
즉, 본 발명에서는 래치(311)를 통해 신호 생성부(30)의 데이터 출력 시간을 조정함으로써, 신호 생성부(30)에 의해 생성된 오디오 신호가 다른 장치가 발생한 오디오 신호와 믹싱되는 것을 사전에 방지하도록 한다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 검출부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도6를 참고하면, 본 발명의 신호 검출부(40)는 ADC(Analog Digital Converter)(41), HPF(42), 스위치(43), 자기 상관기(44), 및 트리거(45) 등을 포함할 수 있다.
ADC(41)는 마이크(20)를 통해 획득된 주변 소리를 신호 검출부(40)에 인식 및 처리 가능하도록 디지털 데이터 형태로 변환하고, HPF(42)는 링크 제어부(60)를 통해 설정된 수신 주파수 대역의 디지털 데이터만을 필터링하여 출력하도록 한다.
그러면, 자기 상관기(44)는 디지털 데이터의 자기 상관 계수를 산출하고(이때, 자기 상관기의 구조는 공지된 기술에 따르도록 하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다), 트리거(45) 및 스위치(43)는 자기 상관 계수가 사전 설정된 임계치 이상인 경우에 한해, 프리앰블(즉, 전송 데이터의 헤드부에 삽입된 유사잡음 부호)가 검출된 것으로 판단하고, 프리앰블 이후에 입력되는 데이터를 수신 데이터로써 신호 분석부(50)에 제공하도록 한다. 이와 같은 신호 검출 동작은 오디오 데이터의 매 샘플에 대해 반복 수행된다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 분석부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도7을 참고하면, 본 발명의 신호 분석부(50)는 프레임 추출부(51), 주파수 하향 조정기(52), SPC(53), 고속 푸리에 변환기(54), 채널 추정부(55), 디인터리버(56), 비터비 디코더(57), 및 PSC(55) 등을 포함할 수 있다.
신호 검출부(40)가 오디오 데이터를 획득 및 제공하면, 프레임 추출부(51)는 오디오 데이터를 프레임(frame) 단위로 나누도록 한다. 이때, 프레임은 전송 데이터의 한 바이트가 비가청주파수 대역의 오디오 데이터로 변환되었을 때 가지는 길이의 단위이다.
주파수 하향 조정기(52)는 각 프레임에 속한 오디오 데이터를 기저 주파수 대역대로 하향 이동(Downconversion)시키고, SPC(53) 및 고속 푸리에 변환기(54)는 오디오 데이터를 다수의 병렬 데이터로 변환한 후, 다수의 병렬 데이터 각각에 실린 데이터 정보를 추출한다.
그리고 채널 추정부(55)는 파일럿 신호를 이용하여 수신한 데이터의 회전 및 왜곡을 보정(Channel Estimation)한 후, 디인터리버(56) 및 비터비 디코더(57)를 통해 송신과정 중 손상된 본래의 신호를 추정 및 복원한 후, PSC(55)를 통해 다시 직렬화하여 출력한다.
이러한 복원 과정은 매 프레임마다 반복되며, 신호 검출부(40)는 이를 통하여 본래의 디지털 데이터를 사용자에게 출력할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 인간이 인식하지 못하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용하여 각종 데이터를 송수신하되, OFDM 변복조 방식을 이용하도록 함으로써, 데이터 속도가 증대될 수 있도록 한다. 또한 컨볼루션 인코더, 비터비 디코더, 인터리버, 디인터리버 등을 통해 에러 정정 기능이 추가되도록 함으로써, 외부 환경에 보다 강인한 특성을 가질 수 있도록 한다.
뿐 만 아니라, 본 발명에서는 데이터 송수신 이전에 주파수 또는 송신 시간 대역 조정 동작을 수행하도록 함으로써, 다수의 데이터 송수신 장치가 동시에 데이터를 송수신할 수 있도록 해준다.
도8 및 도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치의 적용예를 도시한 도면으로, 이는 데이터 송수신 장치가 갤러리, 도서관, 전시장 및 박물관 등(이하, 전시장이라고 통칭하기로 함)에서 이용되는 관람 안내 시스템으로 적용된 경우에 관한 것이다.
도8 및 도9을 참고하면, 본 발명의 관람 안내 시스템은 전시장에 전시된 작품들 각각에 대응되어 설치된 다수의 오디오 송신 장치(100)와 전시장에 방문한 관람객에 의해 휴대되는 오디오 수신 장치(200) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
각 오디오 송신 장치(100)은 앞서 설명된 데이터 송수신 장치의 구성 요소(특히, 신호 생성부(30), 스피커(10))를 구비하고, 이를 통해 자신에 대응되는 작품에 관련된 정보(예를 들어, 식별 정보, 안내 콘텐츠가 저장된 웹 페이지의 링크 주소, 또는 안내 콘텐츠)를 비가청주파수 대역의 오디오 신호 형태로 변환하여 출력하도록 한다.
오디오 수신 장치(200)는 앞서 설명된 데이터 송수신 장치의 구성 요소(10~70) 이외에 제어부(220), 터치 스크린(230), 및 통신부(240) 등을 더 구비하도록 한다.
즉, 오디오 수신 장치(200)는 데이터 송수신 장치(10~70)를 통해 오디오 송신 장치(100)가 제공하는 비가청주파수 대역의 오디오 신호를 수신 및 분석하여 작품에 관련된 정보를 획득하고, 제어부(220)를 통해 획득 정보를 기반으로 작품에 대한 내용을 안내하기 위한 시청각 정보를 생성한 후, 스피커(10) 및 터치 스크린(230) 등을 통해 최종 재생되도록 한다.
본 발명의 오디오 송신 장치(100)와 오디오 수신 장치(200)는 OFDM 방식으로 전송 데이터를 변/복조함으로써, 오디오 신호를 통해 보다 많은 용량의 데이터를 보다 빨리 송수신할 수 있도록 해준다.
이에 본 발명의 오디오 송신 장치(100)는 작은 정보량을 가지는 식별 정보, 및 서버 링크 주소 이외에 대용량의 정보량을 가지는 안내 콘텐츠도 직접 제공해줄 수 있게 되고, 오디오 수신 장치(200)는 이하와 같이 오디오 송신 장치(100)가 제공하는 정보의 종류에 따라 정보 획득 방법을 달리하면서, 관람 안내 동작을 수행하도록 한다.
만약, 오디오 송신 장치(100)로부터 작품 식별 정보를 제공받으며, 작품 각각에 대한 안내 콘텐츠가 장치 내부에 저장되어 있는 경우에는, 작품 식별 정보를 기반으로 장치 내부에 저장된 안내 콘텐츠를 획득 및 출력하도록 한다.
그리고 오디오 송신 장치(100)로부터 링크 주소를 제공받으며, 작품 각각에 대한 안내 콘텐츠가 외부의 관람 서비스 제공 서버(300)에 저장되어 있는 경우에는,해당 링크 주소를 통해 관람 서비스 제공 서버(300)에 접근한 후, 관람 서비스 제공 서버(300)에 저장된 안내 콘텐츠를 획득 및 출력하도록 한다.
그리고 오디오 송신 장치(100)가 안내 콘텐츠를 직접 제공하는 경우에는, 별도의 정보 검색 동작없이 안내 콘텐츠를 곧바로 스피커(10) 및 터치 스크린(230) 등을 통해 재생하도록 한다.
더하여, 본 발명에서는 상기와 같은 오디오 송신 장치(100)와 오디오 수신 장치(200)를 스마트폰, 태블릿 PC 등을 통해 구현함으로써, 오디오 송신 장치(100)와 오디오 수신 장치(200)의 구현에 소요되는 비용과 시간이 최소화시켜 줄 수도 있도록 한다. 즉, 스마트폰, 태블릿 PC가 데이터 송수신 장치가 소프트웨어적으로 구현된 프로그램인 관람 어플리케이션(110, 210)을 다운로드 및 설치하고, 자신에 기본 내장된 스피커와 마이크를 이용하여 오디오 송신 장치(100) 또는 오디오 수신 장치(200)로 활용될 수 있도록 한다. 다만, 필요한 경우, 오디오 송신 장치(100)에 설치되는 관람 어플리케이션은 데이터 송신 동작에 관련된 구성 요소만을, 오디오 수신 장치(200)에 설치되는 관람 어플리케이션은 데이터 수신 동작에 관련된 구성 요소만을 선택적으로 구비할 수 있도록 한다.
이러한 경우, 전시장 운영자는 별도의 장치를 구입 또는 제작할 필요 없이 기존의 모바일 단말에 관람 어플리케이션(110, 210)을 다운로드 및 설치한 후, 관람 어플리케이션(110, 210)에 제공하고자 하는 작품 정보만을 등록하는 방식으로 오디오 송신 장치(100)를 구현할 수 있게 된다. 또한 전시장 방문객도 별도의 장치를 대여 또는 구입할 필요 없이 자신의 모바일 단말에 관람 어플리케이션(110, 210)만을 다운로드 및 설치하고, 이를 구동함으로써 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 수신 및 재생하는 오디오 수신 장치(200)를 구현할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에서는 전시장 운영자와 전시장 방문자가 자신의 휴대한 모바일 기기를 통해 보다 관람 안내 시스템에 접근할 수 있도록 해준다.
상기에서는 본 발명의 데이터 송수신 장치가 관람 안내 시스템에 적용되는 경우에 대해서만 설명하였지만, 이는 데이터 송수신이 필요한 통신 시스템 모두에 다양하게 적용될 수 있을 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 오디오 신호를 이용한 광고 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치, 하드 디스크, 플래시 드라이브 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

Claims (10)

  1. 전송 데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조한 후 비가청 고주파 대역의 오디오 신호 형태로 출력하는 신호 생성부;
    상기 신호 생성부로부터 출력되는 오디오 신호에 대응되는 소리를 발생하는 스피커;
    주변 소리를 녹음하여 오디오 신호를 획득하는 마이크;
    상기 오디오 신호를 수신 및 분석하여 비가청 고주파 대역의 데이터만을 추출하는 신호 검출부;
    데이터 송수신 동작에 참여하는 장치가 다수개인 경우, 다수의 장치 각각의 송신 주파수 대역을 달리 설정해주는 링크 제어부; 및
    상기 신호 검출부로부터 출력된 데이터를 기저대역 주파수 대역으로 이동시킨 후 OFDM 방식으로 복조하여 상기 전송 데이터를 복원하는 신호 분석부를 포함하며,
    상기 링크 제어부는
    상기 신호 생성부의 송신 주파수를 순차적으로 가변하면서 상대측 장치와의 통신을 시도하고 상기 상대측 장치와의 통신이 성공하는 주파수를 상기 신호 생성부의 송신 주파수로 설정하되, 상기 신호 생성부의 송신 주파수를 상기 상대측 장치에 통보하여 상기 상대측 장치가 자신의 송신 주파수를 조정할 수 있도록 하거나, 상기 상대측 장치의 송신 주파수를 통보받으면 상기 상대측 장치의 송신 주파수를 피하여 상기 신호 생성부의 송신 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 링크 제어부는
    데이터 송수신 동작에 참여하는 장치가 다수개인 경우, 다수의 장치 각각의 송신 시간을 달리 설정해주는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호 생성부는
    상기 전송 데이터를 직병렬 변환하여 다수의 병렬 데이터를 생성하는 SPC(Serial-Parallel Conversion);
    상기 SPC를 통해 생성된 다수의 병렬 데이터를 컨볼루션 인코딩한 후 인터리빙하는 컨볼루션 인코더 및 인터리버;
    상기 인터리빙된 다수의 병렬 데이터 각각에 대응되는 파일럿 캐리어를 할당한 후, 직교하는 다수개의 부반송파에 실어 출력하는 파일럿 캐리어 삽입부 및 고속 푸리에 역변환부;
    상기 고속 푸리에 역변환부의 출력 데이터를 직렬화하는 PSC(Parallel-Serial Conversion);
    상기 PSC의 출력 데이터의 헤드부에 프리앰블을 삽입한 후, 비가청 고주파 대역으로 이동시키는 프리엠블 삽입기 및 주파수 상향 조정기; 및
    상기 주파수 상향 조정기의 출력 데이터를 아날로그 변환하여 출력하는 DAC(Digital Analog Converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주파수 상향 조정기는
    상기 링크 제어부의 제어하에 상기 프리엠블 삽입기의 출력 데이터의 주파수 이동 대역을 가변하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 신호 생성부는
    상기 주파수 상향 조정기의 출력 데이터를 래치한 후, 상기 링크 제어부의 제어하에 래치된 출력 데이터를 상기 DAC에 제공하는 래치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 신호 검출부는
    상기 마이크를 통해 출력되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 출력하는 ADC(Analog Digital Converter);
    상기 디지털 데이터의 자기 상관 계수를 산출하는 자기 상관기; 및
    상기 자기 상관 계수가 임계치 이상인 데이터를 프리엠블로 인식하고, 상기 프리엠블 이후에 입력되는 데이터를 상기 신호 분석부에 제공하는 트리거 및 스위치를 포함하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 신호 분석부는
    상기 신호 검출부로부터 제공되는 데이터를 프레임 단위로 나눈 후, 기저 주파수 대역대로 주파수 이동시키는 프레임 추출기 및 주파수 하향 조정기;
    상기 프레임 추출기 및 주파수 하향 조정기의 출력 데이터를 다수의 병렬 데이터로 변환한 후, 다수의 병렬 데이터 각각에 실린 데이터 정보를 추출하는 SPC(Serial-Parallel Conversion) 및 고속 푸리에 변환기;
    파일럿 신호를 이용하여 상기 SPC 및 고속 푸리에 변환기의 출력 데이터의 회전 및 왜곡을 보정하는 채널 추정부;
    상기 채널 추정부의 출력 데이터를 디인터리빙 및 비터비 디코딩하는 디인터리버 및 비터비 디코더; 및
    상기 디인터리버 및 비터비 디코더의 출력 데이터를 직렬화하여 출력하는 PSC(Parallel-Serial Conversion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치.
  9. 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송수신 장치의 데이터 송신 방법에 있어서,
    데이터 송수신 동작에 참여하는 장치가 다수개인 경우, 다수의 장치 각각에 대한 송신 주파수 대역을 달리 설정해주는 단계;
    전송 데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조하는 단계;
    상기 변조된 전송 데이터의 헤드부에 프리엠블을 삽입하는 단계;
    상기 다수의 장치 각각에 대한 송신 주파수 대역을 기반으로 상기 프리엠블이 삽입된 전송 데이터의 주파수를 비가청주파수 대역으로 상향 이동시킨 후, 아날로그 신호로 변환하는 단계; 및
    스피커를 통해 상기 아날로그 신호로 변환된 전송 데이터를 소리 형태로 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 다수의 장치 각각에 대한 송신 주파수 대역을 달리 설정해주는 단계는
    상기 데이터 송수신 장치의 송신 주파수를 순차적으로 가변하면서 상대측 장치와의 통신을 시도하고 상기 상대측 장치와의 통신이 성공하는 주파수를 상기 데이터 송수신 장치의 송신 주파수로 설정하되, 상기 데이터 송수신 장치의 송신 주파수를 상기 상대측 장치에 통보하여 상기 상대측 장치가 자신의 송신 주파수를 조정할 수 있도록 하거나, 상기 상대측 장치의 송신 주파수를 통보받으면 상기 상대측 장치의 송신 주파수를 피하여 상기 데이터 송수신 장치의 의 송신 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는 비가청 주파수 대역의 오디오 신호를 이용한 데이터 송신 방법.
  10. 삭제
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