KR101687675B1 - 실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 음향을 집음하여 음향신호를 생성하는 다수의 집음기와, 음향신호에 대한 선택적인 스위칭을 통해 특정 음향신호를 선택하며, 선택된 특정 음향신호를 비압축하여 전송하는 음향신호 처리기를 포함하는 음향신호 생성기기 본체와, 전송된 음향신호를 수신 처리하는 음향신호 송수신 처리기와, 처리된 음향신호에 대응하여 음향을 출력하는 스피커를 포함한다. 본 발명에 따르면, 음향신호의 지연을 최소화함으로써 현장감을 향상시킬 수 있으며, 넓은 공간(장거리)에 스피커를 설치할 수 있으므로 무선 스피커의 설치 영역을 확장시킬 수 있다.

Description

실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROCESSING SOUND SIGNAL}
본 발명은 무선신호 처리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음향신호의 지연을 최소화할 수 있도록 하는 실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
음향장비는 일반적으로 마이크, 본체(앰프), 스피커로 구성되며, 이들은 통상 유선으로 서로 연결된다.
한편, 마이크, 앰프, 스피커가 유선으로 연결됨에 따른 불편을 해소하기 위해, 최근에는 무선 마이크, 무선 스피커 등이 많이 이용되고 있다.
그런데, 무선 마이크 및 무선 스피커가 본체를 중심으로 무선으로 접속될 경우에는 무선통신을 통해 음향신호를 전송하여야 하므로, 음향신호 전송에 지연이 발생할 수 있다. 즉, 음향신호에 대해 무선 마이크, 본체 및 무선 스피커에서 각각 디지털/아날로그 변환, 데이터 인코딩/디코딩, 보안코드 삽입/인증, 변조/복조 등의 과정을 진행함으로 인해, 무선 스피커에서 출력되기까지 시간 지연이 발생하는 문제가 있다. 이에, 예를 들어 강사가 무선 마이크를 통해 음향을 발생시킨 시간과 무선 스피커를 통해 출력된 시간의 차이가 발생하여 현장감이 떨어지는 문제가 있다.
한편, 본 출원인은 음향을 집음하는 집음기를 출원한 바 있으며, 이 집음기 역시 음향장비 중 하나라고 할 수 있다. 이 집음기는 예를 들어 강사 주변에 다수 배치되어 강사의 음향을 집음시키는 역할을 한다. 이후, 스피커 및 스마트폰 등으로 음향신호를 전송하여 해당 기기에서 출력될 수 있다. 그런데, 이 집음기와 스피커가 무선통신 방식으로 음향신호를 전송하는 경우, 각 집음기에서 발생된 음향신호를 처리하기 위해서는 무선통신을 위한 일정 대역폭을 필요로 할 수 있다.
이와 같이, 주변 환경이 무선화되고 있는 추세를 고려하여 음향신호를 신속하면서 효과적으로 전송할 수 있는 방안이 필요하다 할 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0076983호(공개일 2004.09.04.) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0013179호(공개일 2012.02.14.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 음향신호 처리에 있어, 보안코드 삽입, 데이터 인코딩/디코딩 등의 처리를 최소화 또는 삭제함으로써 음향신호의 지연을 최소화함과 아울러, 음향신호의 선택적인 처리를 통해 무선망을 효율적으로 이용할 수 있도록 하는 실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시간 음향신호 처리 시스템은, 음향을 집음하여 음향신호를 생성하는 다수의 집음기와, 상기 음향신호에 대한 선택적인 스위칭을 통해 특정 음향신호를 선택하며, 선택된 특정 음향신호를 비압축하여 전송하는 음향신호 처리기를 포함하는 음향신호 생성기기 본체; 전송된 음향신호를 수신 처리하는 음향신호 송수신 처리기; 및 처리된 음향신호에 대응하여 음향을 출력하는 스피커를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 음향신호 처리기는, 상기 집음기로부터 전달된 다수의 음향신호의 세기를 측정하는 음향신호 세기측정부; 입력된 사용자 조작신호 및 대역폭 정보에 대응하여 실시간 변화되는 설정값 이상의 음향신호를 선택하는 음향신호 선택부; 및 선택된 음향신호에 대해 비압축 방식으로 전송파일을 생성하여 전송하는 비압축 전송파일 생성 및 전송부를 포함한다.
상기 음향신호 선택부는, 상기 사용자 조작신호에 대응하여 볼륨을 조절하는 볼륨 조절부; 상기 대역폭 정보에 대응하여 대역폭을 가능한 최대로 조절하는 대역폭 조절부; 및 상기 볼륨 조절부와 상기 대역폭 조절부에 의해 실시간 조절된 값에 대응하여 음향신호를 통과시키는 스위칭부를 포함한다.
상기 비압축 전송파일 생성 및 전송부는, 음향신호로부터 비트 입력 신호를 생성하는 비트 입력부; 상기 비트 입력 신호에 대해 심볼 매핑하여 데이터 블록을 생성하는 심볼 매핑부; 상기 심볼 매핑부의 주파수 도메인 데이터를 시간 도메인 데이터로 변환하며, 생성된 반송 신호들을 직교시키는 고속 푸리에 역변환부; 역변환된 데이터에 보호구간을 삽입하여 전송파일을 생성하는 보호구간 삽입부; 상기 보호구간이 삽입된 전송파일을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부; 변환된 아날로그 신호를 무선송신을 위한 무선신호로 변환하는 무선신호 변환부; 상기 무선신호를 교번 스위칭하는 스위치; 및 교번 스위칭에 대응하여 전달된 무선신호를 송신하는 다수의 송수신안테나를 포함한다.
상기 음향신호 송수신 처리기는, 무선신호를 수신하는 송수신안테나; 상기 무선신호를 아날로그 신호로 변환하는 무선신호 변환부; 변환된 아날로그 신호를 디지털신호인 음향신호로 변환하는 A/D 변환부; 변환된 음향신호에 대해 환형 컨벌루션으로 변환하는 랩핑 어라운드 추가부; 변환된 환형 컨벌루션을 주파수 영역 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환부; 주파수 영역 신호로 변환된 음향신호에 대해 채널을 추정하는 채널 추정부; 추정 채널과 주파수 영역 신호에 대해 추정된 채널에 따라 최대 율 수신 결합을 수행하는 최대 율 수신 결합부; 및 상기 주파수 영역 신호에서 수신신호를 최종 결정하여 출력하는 음향 출력부를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시간 음향신호 처리 방법은, (a) 음향신호 처리기가, 각 집음기의 마이크로폰으로부터 생성된 음향신호를 전달받아 실시간으로 변경되는 설정값 이상의 특정 음향신호만을 통과시켜 비압축 방식으로 전송파일을 생성하여 음향신호 송수신 처리기로 전송하는 단계; 및 (b) 상기 음향신호 송수신 처리기에서 상기 음향신호를 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계 (a)는, 비트 입력부에서 음향신호로부터 비트 입력 신호를 생성하는 단계; 심볼 매핑부에서 비트 입력 신호에 대해 심볼 매핑하여 데이터 블록을 생성하는 단계; 고속 푸리에 역변환부에서 상기 심볼 매핑부의 주파수 도메인 데이터를 시간 도메인 데이터로 변환하고, 생성된 반송 신호들을 직교시키는 단계; 및 보호구간 삽입부에서 역변환된 데이터에 보호구간을 삽입하여 전송파일을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 단계 (b)는, 상기 전송파일을 음향신호로 변환하면, 랩핑 어라운드 추가부에서 음향신호에 대해 환형 컨벌루션으로 변환하는 단계; 고속 푸리에 변환부에서 환형 컨벌루션을 주파수 영역 신호로 변환하는 단계; 채널 추정부에서 주파수 영역 신호로 변환된 음향신호에 대해 채널을 추정하는 단계; 최대 율 수신 결합부에서 추정 채널과 주파수 영역 신호에 대해 추정된 채널에 따라 최대 율 수신 결합을 수행하는 단계; 및 음향 출력부에서 주파수 영역 신호에서 수신신호를 최종 결정하여 출력함에 따라 음향이 출력되는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법에 따르면, 음향신호의 지연을 최소화함으로써 현장감을 향상시킬 수 있다.
또한, 음향신호의 지연을 최소화함으로써 넓은 공간(장거리)에 스피커를 설치할 수 있으므로 스피커의 설치 영역을 확장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실시간 음향신호 처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 음향신호 처리기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 음향신호 선택부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 비압축 전송파일 생성 및 전송부의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 음향신호 송수신 처리기의 구성도이다.
도 6 내지 도 14는 본 발명에 적용된 집음기의 다양한 예시들이다.
도 15는 본 발명에 적용된 넥타입 음향신호 생성기기 본체의 예시도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 실시간 음향신호 처리 시스템의 구성도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 실시간 음향신호 처리 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시간 음향신호 처리 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도면 설명에 있어 동일 기능을 수행하는 구성에 대해 동일 참조번호를 부여하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실시간 음향신호 처리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시간 음향신호 처리 시스템은, 음향을 집음하여 음향신호를 생성하는 다수의 집음기(1)와, 음향신호에 대한 선택적인 스위칭을 통해 특정 음향신호를 선택하며, 선택된 특정 음향신호를 비압축하여 전송하는 음향신호 처리기(2)를 포함하는 음향신호 생성기기 본체와, 전송된 음향신호를 수신 처리하는 음향신호 송수신 처리기(3)와, 처리된 음향신호에 대응하여 음향을 출력하는 스피커(4)를 포함한다.
여기서, 본 실시예에서는 집음기(1)와 음향신호 처리기(2)를 음향신호 생성기기 본체에 구성하고 있으나, 이들 구성은 독립적으로 구분되어 구성될 수 있으며, 또한 유선 통신 방식 뿐만 아니라 무선 통신 방식으로 상호 데이터를 송수신할 수 있다. 이 때, 집음기(1)와 음향신호 처리기(2)가 무선 통신 방식으로 데이터를 송수신할 경우에는 상호 통신부를 구성하게 되며, 이 통신부는 본 발명에서 제시하는 아래의 특징을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 음향신호 송수신 처리기(3)와 스피커(4)를 유선으로 연결하는 구성을 예시하고 있으나, 음향신호 송수신 처리기(3)와 스피커(4) 역시 무선 통신 방식을 이용할 수 있으며, 이 경우 음향신호 송수신 처리기(3)와 스피커(4)는 상호 통신부를 구성하게 되며, 이 통신부는 본 발명에서 제시하는 아래의 특징을 이용할 수 있다.
그리고, 음향신호 송수신 처리기(3)가 스피커(4) 각각에 포함되도록 구성함으로써, 완벽하게 독립된 무선 스피커로서 운영될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 음향신호 처리기의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 음향신호 처리기(2)는, 집음기로부터 전달된 다수의 음향신호의 세기를 측정하는 음향신호 세기측정부(21)와, 입력된 사용자 조작신호 및 대역폭 정보에 대응하여 실시간 변화되는 설정값 이상의 음향신호를 선택하는 음향신호 선택부(22)와, 선택된 음향신호에 대해 비압축 방식으로 전송파일을 생성하여 전송하는 비압축 전송파일 생성 및 전송부(23)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 음향신호 선택부의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 음향신호 선택부(22)는, 사용자 조작신호에 대응하여 볼륨을 조절하는 볼륨 조절부(221)와, 대역폭 정보에 대응하여 대역폭을 가능한 최대로 조절하는 대역폭 조절부(222)와, 볼륨 조절부(221) 및/또는 대역폭 조절부(222)에 의해 실시간 조절된 값에 대응하여 음향신호를 통과시키는 스위칭부(223)를 포함한다.
여기서, 대역폭 조절부(222)는 현재 사용중인 가용 대역폭의 진단 및 타 주파수의 대역폭에 대한 진단을 수행하는 기능을 포함한다. 즉, 본 발명에서는 다수의 주파수를 이용하는 것이 바람직하며, 이 때 여러 주파수 중에서 가용 대역폭이 가장 큰 주파수를 선택하여 무선신호를 전송할 수 있도록 대역폭 조절부(222)에서 각 주파수의 대역폭에 대한 진단을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 음향신호 선택부(22)에서는, 사용자가 볼륨을 높이면 스위칭부(223)를 통과하는 음향신호의 수가 증가되며, 또한 대역폭이 최대로 조절될 경우에도 스위칭부(223)를 통과하는 음향신호의 수가 증가된다. 이와 같이, 사용자 조작신호 및/또는 대역폭 상태를 고려하여 신호처리해야 하는 음향신호의 개수를 조절함으로써 무선신호 전송에 따른 지연을 최소화한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 비압축 전송파일 생성 및 전송부의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 비압축 전송파일 생성 및 전송부(23)는, 음향신호로부터 비트 입력 신호를 생성하는 비트 입력부(231)와, 비트 입력 신호에 대하여 심볼 매핑하여 데이터 블록을 생성하는 심볼 매핑부(232)와, 심볼 매핑부(232)의 주파수 도메인 데이터를 시간 도메인 데이터로 변환하며, 생성된 반송 신호들을 직교시키는 고속 푸리에 역변환부(Inverse Fast Fourier Transform: IFFT)(233)와, 역변환된 데이터에 보호구간(Guard Period)을 삽입하여 전송파일을 생성하는 보호구간 삽입부(234)와, 보호구간이 삽입된 전송파일을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부(235)와, 변환된 아날로그 신호를 무선송신을 위한 무선신호로 변환하는 무선신호 변환부(236)와, 무선신호를 교번 스위칭하는 스위치(237)와, 교번 스위칭에 대응하여 전달된 무선신호를 송신하는 다수의 송수신안테나(238)를 포함한다.
여기서, 심볼 매핑부(232)는 복잡한 심볼(symbol)들로 데이터 비트들을 맵핑한다. 상기 복잡한 심볼들은 무선 전송을 위한 캐리어(carrier)를 변조하는데 사용된다. 심볼 매핑부(232)는, 2진 위상 편이 변조(Binary Phase-Shift Keying: BPSK), 직교 위상 편이 변조(Quadrature Phase-Shift Keying: QPSK) 및 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation: QAM) 방식 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
고속 푸리에 역변환부(233)는 심볼 매핑부(232)로부터 주파수 도메인 데이터를 대응하는 시간 도메인 데이터로 다시 변환한다. 즉, 주파수 도메인 내 신호를 나타내는, 복잡한 심볼들의 수를 상응하는 시간 도메인 신호로 전환시킨다. 또한, 고속 푸리에 역변환부(233)는 생성된 반송 신호들이 직교하도록 한다.
보호구간 삽입부(234)는 수신기 혼잡을 감소시키기 위해 그 전단에서 고속 푸리에 역변환부(233)의 처리 신호 블록에 보호 구간을 추가한다. 그러한 보호 구간의 지속 시간은 실제 채널 상태와 알맞은 수신기 혼잡도에 따라, 원시 신호 블록 지속 시간의 1/32, 1/16, 1/8, 1/4일 수 있다.
그리고, 송수신안테나(238)는 임의의 안테나 시스템 또는 비압축 음향신호들을 무선으로 전송하기에 적합한 모듈을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 음향신호 송수신 처리기의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 음향신호 송수신 처리기(3)는 무선신호를 수신하는 송수신안테나(31)와, 무선신호를 아날로그 신호로 변환하는 무선신호 변환부(32)와, 변환된 아날로그 신호를 디지털신호(음향신호)로 변환하는 A/D 변환부(33)와, 변환된 음향신호에 대해 환형 컨벌루션으로 변환하는 랩핑 어라운드 추가부(34)와, 변환된 환형 컨벌루션을 주파수 영역 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환부(Fast Fourier Transform: FFT)(35)와, 주파수 영역 신호로 변환된 음향신호에 대해 채널을 추정하는 채널 추정부(36)와, 추정 채널과 주파수 영역 신호에 대해 추정된 채널에 따라 최대 율 수신 결합을 수행하는 최대 율 수신 결합부(37)와, 주파수 영역 신호에서 수신신호를 최종 결정하여 출력하는 음향 출력부(38)를 포함한다.
도 6 내지 도 14는 본 발명에 적용된 집음기의 다양한 예시들이다.
도 6 내지 도 14를 참조하면, 제1집음부(11)는, 중공된 반구형상을 하는 것이 바람직하며, 그 저면에 음향을 통과시키는 홀(H1)을 형성시키는 것이 바람직하고, 그 저면 내부에 제2집음부(12)와의 결합을 위한 결합턱(111)을 형성시키는 것이 바람직하다.
제2집음부(12)는, 제1집음부(11)보다 작은 반경을 갖는 중공된 반구형상을 하는 것이 바람직하며, 그 저면에 집음홀(H2)을 형성시키는 것이 바람직하고, 그 저면 외부에 제1집음부(11)의 결합턱(111)에 결합되는 결합돌기(121)를 형성시키는 것이 바람직하다.
여기서, 결합턱(111)과 결합돌기(121)에 의해 제1집음부(11)와 제2집음부(12)가 설정 간격이 유지된다. 본 실시예에서는 결합턱(111)과 결합돌기(121)에 의해 제1집음부(11)와 제2집음부(12)가 설정 간격을 유지하는 경우에 대해 예시하고 있으나, 다양한 이격 방법이 적용될 수 있으며, 예를 들어 음향 진행 방해를 최소화하는 돌기 등을 제1집음부(11)의 내부 및 제2집음부(12)의 외부에 선택적으로 형성시킴으로써 제1집음부(11)와 제2집음부(12)가 설정 간격을 유지할 수 있을 것이다.
한편, 제2집음부(12)는 중공된 반구형상으로부터 연장된 수납부(122)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2집음부(12)와 수납부(122) 간의 접경 부분에 음향홀(H3)을 형성시킬 수도 있다. 또한, 수납부(122)에는 음향처리부(13)가 수납될 수 있다. 여기서, 음향처리부(13)는 설정 간격으로 다수 배치된 마이크로폰(131)을 포함한다. 여기서, 다수의 마이크로폰(131)을 갖는 하나의 집음기(1)를 이용하여 음원방향을 판단할 수 있다. 즉, 다수의 마이크로폰(131)으로부터 생성된 음향신호에 대해 도 2에 도시된 동일 프로세스를 적용할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 다수의 집음기(1)를 이용하는 경우를 예시하고 있으므로 하나의 집음기(1)에 형성된 각 마이크로폰(131)으로부터 생성된 음향신호의 시간차는 없는 것으로 간주한다.
한편, 수납부(122)의 외주부에는 고정부재를 이용하여 벽면 또는 천장에 고정시킬 수 있도록 하는 플랜지가 형성될 수 있다.
또한, 수납부(122)는 벽면 또는 천장에 고정되는 고정부(14)에 체결될 수 있도록 하는 결합고리(123)를 형성시킬 수도 있다. 이 때, 수납부(122)가 고정부(14)에 결합되는 경우에는, 고정부(14)에 음향처리부(13)가 수납될 수도 있다.
이 경우, 고정부(14)는, 벽면 또는 천장에 고정될 수 있도록 고정부재가 삽입되는 홀을 형성시킨 플랜지(141)와, 플랜지(141)에 연결되어 제2집음부(12)의 수납부(122)에 삽입되는 중공된 삽입부(142)를 포함할 수 있다.
이 때, 삽입부(142)의 입구에 기판 등이 설치되는 것이 바람직하다. 물론, 기판은 중공된 삽입부(142) 내에서 그 설치 위치가 변경될 수 있다. 한편, 삽입부(142)의 높이는 수납부(122)의 높이와 동일하거나 작게 형성시키는 것이 바람직하다.
한편, 고정부(14)에는 제1집음부(11) 및 제2집음부(12)가 선택적으로 결합될 수 있다. 이 때, 고정부(14)에 제2집음부(12)가 결합되고, 제2집음부(12)에 제1집음부(11)가 결합되는 것이 바람직하다. 이에 제조, 조립 및 분해를 용이하게 할 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 집음기(1)가 방향성을 갖고 설치될 수 있도록 방향성 마운트(15)를 이용할 수 있다.
방향성 마운트(15)는, 벽면 또는 천장에 고정 설치되며, 이에 고정부(14)와 방향성 마운트(15)는 별도의 결합부재에 의해 결합이 이루어지게 된다. 결합부재는 결합돌기 및 결합턱, 고정부재 등을 이용할 수 있을 것이다. 방향성 마운트(15)는 예를 들어 지면 방향을 기준으로 하여 집음기(1)의 방향성을 전방으로 0ㅀ ~ 90ㅀ 사이에서 형성될 수 있다.
한편, 방향성 마운트(15)의 기능을 고정부(14)에 형성시킬 수도 있을 것이다.
도 15는 본 발명에 적용된 넥타입 음향신호 생성기기 본체의 예시도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명에 적용되는 넥타입 음향신호 생성기기 본체는 소형집음기와 음향신호 처리기를 내장시키고 있으며, 음향신호 처리기를 구성하는 도 2의 구성 및 비압축 전송파일 생성 및 전송부를 구성하는 도 3의 구성을 선택적으로 포함하고 있다.
한편, 본 실시예에서는 음향신호 처리기에서 음향신호 송수신 처리기로 음향신호를 송신하는 경우에 대해 설명하고 있으나, 이와 반대로 음향신호 송수신 처리기에서 음향신호 처리기로 음향신호를 송신하는 경우도 본 발명의 기술이 적용된다. 즉, 음향신호 송수신 처리기가 음향을 생성하는 음향기기에 접속되고, 이에 음향기기에서 생성된 음향신호가 음향신호 송수신 처리기를 거쳐 음향신호 처리기로 전달되는 경우에도 본 발명의 음향신호 지연 방지 기술이 적용될 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 실시간 음향신호 처리 시스템의 구성도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에서 제시하는 실시간 음향신호 처리 시스템에서는, 음향신호의 지연을 방지하기 위해 음향신호 송수신 처리기(3′)는 도 2의 비압축 전송파일 생성 및 전송부(도 4)의 구성을 포함하며, 음향신호 처리기(2′)는 도 5의 구성을 포함한다.
즉, 도 15에서와 같은 넥타입 음향신호 생성기기 본체에 리시버(이어폰)(5) 또는 스피커(6)가 형성된 경우에 음향기기(7)로부터 전송된 음향신호의 지연을 최소화하면서 넥타입 음향신호 생성기기 본체에서 출력할 수 있다.
결국, 본 발명은 음향신호 처리기(2, 2′)와 음향신호 송수신 처리기(3, 3′)가 음향신호 지연을 방지하기 위한 송신측 기능을 수행하기 위한 구성과 수신측 기능을 수행하기 위한 구성을 각각 포함할 수 있다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 실시간 음향신호 처리 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 음향신호 처리기와 음향신호 송수신 처리기간 무선 채널을 형성하는 과정에 대해 설명한다.
음향신호 송수신 처리기는 초기화 루틴을 실행하여 초기화하고 무선 인터페이스를 초기화한 후, 응용 소프트웨어인 무선 음향 수신 소프트웨어를 구동하여 응용 소프트웨어 구동을 마치고 송신 앱의 연결을 대기한다. 이에 음향신호 처리기에서 음향 송신 프로그램을 실행하여 무선 채널에서 연결 가능한 음향신호 송수신 처리기를 선택한다. 이 때, 음향신호 처리기는 채널 연결 협상을 위해 UDP 멀티캐스트로 아이피 주소, 포트를 음향신호 송수신 처리기로 전송한다. 이에 음향신호 송수신 처리기는 채널 연결 협상을 수행하고, 음향 수신을 위한 UDP 리슨을 시작한다. 이어서 음향신호 송수신 처리기는 송신 앱의 아이피 주소와 포트에 대해 TCP 연결 설정을 요청한다. 이에 송신 단말은 TCP 접속한 음향신호 송수신 처리기의 아이피 주소를 획득 후 송출 리스트에 추가하여, 연결 가능한 음향신호 송수신 처리기를 송출 리스트에 등록하고 음향신호를 전송할 타킷을 설정하여 음향신호 처리기와 음향신호 송수신 처리기간 무선 채널을 형성한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 실시간 음향신호 처리 방법의 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 일례로서 강사가 음향을 발생시키면, 발생된 음향은 다수의 집음기(1)를 통해 집음이 이루어지게 된다. 이 때, 강사의 위치에 대응하여 각 집음기(1)에 집음된 음향은 서로 다른 음향크기와 시간차를 갖게 된다. 이에 각 집음기(1)에서는 마이크로폰을 통해 음향신호를 생성하여 음향신호 처리기(2)로 전달한다(S1).
이에 음향신호 처리기(2)에서는 각 집음기(1)로부터 전달된 음향신호에 대해 현재 설정값에 대응하여 설정값 이상의 예를 들어 음향세기에 해당하는 음향신호만을 통과시키고(S2), 이어서 통과된 음향신호에 대해 비압축 방식으로 전송파일을 생성한다(S3).
비압축 방식으로 전송파일을 생성하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 비트 입력부(231)에서 음향신호로부터 비트 입력 신호를 생성하고, 심볼 매핑부(232)에서는 비트 입력 신호에 대해 심볼 매핑하여 데이터 블록을 생성한다. 그러면, 고속 푸리에 역변환부(233)에 의해 심볼 매핑부(232)의 주파수 도메인 데이터를 시간 도메인 데이터로 변환하고, 생성된 반송 신호들을 직교시킨다. 이어서, 보호구간 삽입부(234)에서는 역변환된 데이터에 보호구간(Guard Period)을 삽입하여 전송파일을 생성한다.
이후, 전송파일에 대해 D/A 변환 및 무선신호 변환을 수행하여 송수신안테나(238)를 통해 무선신호를 음향신호 송수신 처리기(4)로 전송한다.
이에 음향신호 송수신 처리기(4)에서는, 송수신안테나(31)에서 무선신호를 수신하면, 무선신호 변환부(236)에서는 무선신호를 아날로그 신호로 변환하고, 이어서 A/D 변환부(33)에서 아날로그 신호를 디지털신호(음향신호)로 변환한다. 이후, 랩핑 어라운드 추가부(34)에서는 음향신호에 대해 환형 컨벌루션으로 변환하고, 고속 푸리에 변환부(35)에서는 환형 컨벌루션을 주파수 영역 신호로 변환한다. 한편, 채널 추정부(36)에서는 주파수 영역 신호로 변환된 음향신호에 대해 채널을 추정하게 되며, 최대 율 수신 결합부(37)에서는 추정 채널과 주파수 영역 신호에 대해 추정된 채널에 따라 최대 율 수신 결합을 수행한다. 그리고, 음향 출력부(38)에 의해 주파수 영역 신호에서 수신신호를 최종 결정하여 출력함에 따라 스피커(4)를 통해 음향이 출력된다(S4).
한편, 음향신호 처리기가 전송 종료 신호를 수신하거나 설정시간이 경과되면, 음향 송신 종료 메시지를 생성하여 음향신호 송수신 처리기로 전송한다. 이에 음향신호 송수신 처리기는 종료 메시지를 처리하고 현재 연결된 음향 송신 프로그램과의 연결을 해제하고 음향 수신 프로그램을 종료한다. 이에 음향신호 처리기는 음향 송신 프로그램을 종료하여 음향신호 전송을 중단한다. 이후, 음향신호 처리기와 음향신호 송수신 처리기는 초기 상태로 복귀하여 음향신호가 생성되는 것을 대기한다. 이후, 음향신호가 발생되면 상기한 무선 채널을 형성하는 과정을 반복한다.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
1 : 집음기
2, 2′ : 음향신호 처리기
3, 3′ : 음향신호 송수신 처리기
4 : 스피커

Claims (8)

  1. 음향을 집음하여 음향신호를 생성하는 다수의 집음기와, 상기 음향신호에 대한 선택적인 스위칭을 통해 특정 음향신호를 선택하며, 선택된 특정 음향신호를 비압축하여 전송하는 음향신호 처리기를 포함하는 음향신호 생성기기 본체;
    전송된 음향신호를 수신 처리하는 음향신호 송수신 처리기; 및
    처리된 음향신호에 대응하여 음향을 출력하는 스피커
    를 포함하고,
    상기 음향신호 처리기는,
    상기 다수의 집음기로부터 전달된 다수의 음향신호의 세기를 측정하는 음향신호 세기측정부;
    입력된 사용자 조작신호 및 대역폭 정보에 대응하여 실시간 변화되는 설정값 이상의 음향신호를 선택하는 음향신호 선택부; 및
    선택된 음향신호에 대해 비압축 방식으로 전송파일을 생성하여 전송하는 비압축 전송파일 생성 및 전송부를 포함하는
    실시간 음향신호 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음향신호 선택부는,
    상기 사용자 조작신호에 대응하여 볼륨을 조절하는 볼륨 조절부;
    상기 대역폭 정보에 대응하여 대역폭을 가능한 최대로 조절하는 대역폭 조절부; 및
    상기 볼륨 조절부와 상기 대역폭 조절부에 의해 실시간 조절된 값에 대응하여 음향신호를 통과시키는 스위칭부를 포함하는 실시간 음향신호 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비압축 전송파일 생성 및 전송부는,
    음향신호로부터 비트 입력 신호를 생성하는 비트 입력부;
    상기 비트 입력 신호에 대해 심볼 매핑하여 데이터 블록을 생성하는 심볼 매핑부;
    상기 심볼 매핑부의 주파수 도메인 데이터를 시간 도메인 데이터로 변환하며, 생성된 반송 신호들을 직교시키는 고속 푸리에 역변환부;
    역변환된 데이터에 보호구간을 삽입하여 전송파일을 생성하는 보호구간 삽입부;
    상기 보호구간이 삽입된 전송파일을 아날로그 신호로 변환하는 D/A 변환부;
    변환된 아날로그 신호를 무선송신을 위한 무선신호로 변환하는 무선신호 변환부;
    상기 무선신호를 교번 스위칭하는 스위치; 및
    교번 스위칭에 대응하여 전달된 무선신호를 송신하는 다수의 송수신안테나를 포함하는 실시간 음향신호 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음향신호 송수신 처리기는,
    무선신호를 수신하는 송수신안테나;
    상기 무선신호를 아날로그 신호로 변환하는 무선신호 변환부;
    변환된 아날로그 신호를 디지털신호인 음향신호로 변환하는 A/D 변환부;
    변환된 음향신호에 대해 환형 컨벌루션으로 변환하는 랩핑 어라운드 추가부;
    변환된 환형 컨벌루션을 주파수 영역 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환부;
    주파수 영역 신호로 변환된 음향신호에 대해 채널을 추정하는 채널 추정부;
    추정 채널과 주파수 영역 신호에 대해 추정된 채널에 따라 최대 율 수신 결합을 수행하는 최대 율 수신 결합부; 및
    상기 주파수 영역 신호에서 수신신호를 최종 결정하여 출력하는 음향 출력부를 포함하는 실시간 음향신호 처리 시스템.
  6. (a) 음향신호 처리기가, 각 집음기의 마이크로폰으로부터 생성된 음향신호를 전달받아 실시간으로 변경되는 설정값 이상의 특정 음향신호만을 통과시켜 비압축 방식으로 전송파일을 생성하여 음향신호 송수신 처리기로 전송하는 단계; 및
    (b) 상기 음향신호 송수신 처리기에서 상기 음향신호를 재생하는 단계
    를 포함하고,
    상기 단계 (a)는,
    비트 입력부에서 음향신호로부터 비트 입력 신호를 생성하는 단계;
    심볼 매핑부에서 비트 입력 신호에 대해 심볼 매핑하여 데이터 블록을 생성하는 단계;
    고속 푸리에 역변환부에서 상기 심볼 매핑부의 주파수 도메인 데이터를 시간 도메인 데이터로 변환하고, 생성된 반송 신호들을 직교시키는 단계; 및
    보호구간 삽입부에서 역변환된 데이터에 보호구간을 삽입하여 전송파일을 생성하는 단계
    를 포함하는 실시간 음향신호 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (b)는,
    상기 전송파일을 음향신호로 변환하면,
    랩핑 어라운드 추가부에서 음향신호에 대해 환형 컨벌루션으로 변환하는 단계;
    고속 푸리에 변환부에서 환형 컨벌루션을 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;
    채널 추정부에서 주파수 영역 신호로 변환된 음향신호에 대해 채널을 추정하는 단계;
    최대 율 수신 결합부에서 추정 채널과 주파수 영역 신호에 대해 추정된 채널에 따라 최대 율 수신 결합을 수행하는 단계; 및
    음향 출력부에서 주파수 영역 신호에서 수신신호를 최종 결정하여 출력함에 따라 음향이 출력되는 단계를 포함하는 실시간 음향신호 처리 방법.
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