KR101722332B1 - Motion detection processing method using acoustic signal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 송·수신장치와 신호처리장치를 사용하여 공기 중의 음파를 포함하는 음향신호를 측정하여 기준 값으로 설정하되, 오보를 방지하기 위해 측정한 음향신호를 필터링하여 노이즈를 제거한 기준 값과, 연속되어 측정되는 음향신호를 비교 값과의 상관계수를 연산하여 침입 여부를 판단하고, 상관계수마다 가중치를 두어 순간적으로 발생하는 송·수신장치와 신호처리장치의 노이즈로 인한 오보를 방지하고, 기준 값으로 설정된 음향신호인 특정 주파수 영역에 노이즈가 발생하여 나타나는 오보를 방지하기 위해, 기준 값의 주파수 영역이 아닌 다른 주파수 영역을 기준 값으로 사용하여 재연산하여 판단함으로써 오보를 방지하고 정확성을 높일 수 있는 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a motion detection processing system using acoustic signals and a driving method thereof. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for measuring an acoustic signal including a sound wave in air by using a transmitting / receiving apparatus and a signal processing apparatus and setting the reference value as a reference value, , The acoustic signal measured successively is calculated by calculating a correlation coefficient with the comparison value to judge whether or not the intrusion is intruded and weighting is performed for each correlation coefficient to prevent misjudgment due to noise of the instantaneous transmission and reception apparatus and signal processing apparatus, In order to prevent misrecognition caused by noise occurring in a specific frequency region, which is an acoustic signal set as a reference value, a frequency region other than the frequency region of the reference value is used as a reference value to re- To a motion detection processing system using a sound signal, and a driving method thereof.
통상적으로 쓰이는 보안시스템으로는 IR 센서(적외선 센서), 영상 센서 및 열선 센서가 있다. 하지만, IR 센서의 경우에는 IR 차단복을 입고 침입 시 침입자를 감지하지 못하여 경계영역의 노출로 무용지물이 될 가능성이 있고, 영상센서의 경우에는 빛과 그림자에 의한 오보가 빈번하게 발생하고 야간에는 별도의 조명장치가 필요하며, 열선 센서의 경우에는 주변 온도변화에 민감하게 반응하여 오보가 발생할 확률이 높아 보안시스템으로 맹점이 있다. Commonly used security systems include IR sensors (infrared sensors), image sensors, and hot-wire sensors. However, in the case of an IR sensor, there is a possibility that an intruder can not be detected when the IR sensor is interposed and exposed to the boundary region. In the case of the image sensor, misunderstandings due to light and shadow occur frequently, In case of hot-wire sensor, there is a blind spot as a security system because it is highly susceptible to errors due to ambient temperature change.
또한, 보안 시스템을 구축하기 위해서는 앞서 언급한 각종 센서 구입비용뿐만 아니라 구축하기 위한 시간 및 인건비를 포함하는 비용이 지출되기에 일반인들이 쉽게 접근할 수 없는 문제점이 있다.In addition, in order to construct a security system, there is a problem in that it is not easy for the general public to access the above-mentioned various sensors, not only the cost of purchasing the sensor but also the time and labor cost.
따라서, 보안 시스템을 구축하여 사용 시 시간과 비용이 절감되며, 오보가 발생하지 않고, 별도의 추가장치가 필요하지 않으며, 침입자 발생시 어떤 형태로든 감지할 수 있는 보안시스템의 개발 필요성이 대두된다.Therefore, there is a need to develop a security system that can save time and money in constructing a security system, eliminate misinformation, require no additional device, and detect any type of intruder.
선행기술문헌 : 대한민국 등록특허공보 제1137918호(2012.04.12 등록)Prior Art Document: Korean Registered Patent No. 1137918 (registered on Apr. 12, 2012)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보안 시스템을 구축하여 사용 시, 시간과 비용이 절감되며, 오보 발생 빈도를 낮추고, 별도의 추가장치가 필요하지 않으며, 침입자 발생시 어떤 형태로든 감지할 수 있는 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a security system which can reduce time and cost when using a security system, reduce the frequency of occurrence of an error, A motion detection processing system using a sound signal that can be detected, and a driving method thereof.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법은 감시를 필요로 하는 임의의 장소에 위치하여 음파를 포함하는 음향 신호를 발생시키고, 이를 송신하는 송신장치; 송신장치와 소정 거리 이격된 장소에 위치하여 송신장치로부터 음향 신호를 수신하는 수신장치; 및 수신장치와 소정 거리 이격된 장소에 위치하여 수신장치로부터 침입이 없는 상태에서의 음향신호인 특정 주파수 영역을 기준 값으로, 송수신장치로부터 연속적으로 제공되는 비교 값과의 상관계수(Correlation Coefficient)를 연산하여 침입 유무를 판단하고, FIR(Finite Impulse Response) 필터 중 대역 필터(Band Pass Filter)로 음향신호의 노이즈로 인한 오보를 방지한 신호처리장치를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a motion detection processing system using acoustic signals and a method of driving the same, which generates acoustic signals including sound waves at predetermined positions requiring monitoring, A transmitting device; A receiving device located at a position spaced apart from the transmitting device by a predetermined distance and receiving an acoustic signal from the transmitting device; And a correlation coefficient with a comparison value continuously provided from the transmitting / receiving apparatus, with a specific frequency region, which is an acoustic signal in a state in which there is no intrusion from a receiving apparatus, And detects a presence or absence of an intrusion, and may include a signal processing apparatus that prevents an error due to a noise of a sound signal by a band pass filter among Finite Impulse Response (FIR) filters.
또한, 송신 신호의 중심 주파수, 신호의 길이, 샘플링 주파수를 설정하고, 이에 대응하여 수신장치에 수신되는 시간과 샘플링 주파수를 설정하는 초기값 설정 단계; 송신장치, 수신장치 및 신호처리장치가 감시를 필요로 하는 소정의 장소에 구성되어 음향 신호의 송수신 시, 주변 환경의 차이에 의한 오보가 발생을 저감하기 위하여, 신호처리장치에 표시되는 상관계수(Correlation Coefficient)에 따라 송신장치와 수신장치의 진폭 및 감도를 조절하여 SNR(Signal to Noise Ratio)를 조정하는 최적화 단계; 및 최적화 단계가 수행되면, 침입자의 유무를 가려내기 위해 침입자가 없는 상태에서 측정된 음향 신호의 주파수에 대역 필터(Band Pass Filter)를 적용하여 노이즈가 제거된 주파수로 기준 값을 생성하는 기준 값 생성 단계, 및Setting an initial value for setting a center frequency of the transmission signal, a length of the signal, and a sampling frequency, and setting a time and a sampling frequency to be received by the reception device; In order to reduce the occurrence of false alarms due to the difference in the surrounding environment when transmitting and receiving an acoustic signal, the transmitting apparatus, the receiving apparatus, and the signal processing apparatus are arranged at predetermined places requiring monitoring, Adjusting an SNR (Signal to Noise Ratio) by adjusting amplitude and sensitivity of a transmitting apparatus and a receiving apparatus according to a correlation coefficient; And the optimization step is performed, a bandpass filter is applied to the frequency of the acoustic signal measured in the absence of the intruder to detect the presence of the intruder, thereby generating a reference value for generating a reference value at a frequency at which the noise is removed Step, and
송·수신장치로 연속해서 발생되는 음향신호인 비교 값과, 기준 값 생성단계에서 생성된 값인 기준 값 간의 상관계수(Correlation Coefficient)를 구하는 비교 값 생성 단계를 포함하는 감시 단계를 더 포함할 수 있다.And a comparison step of obtaining a correlation coefficient between a comparison value which is an acoustic signal continuously generated in the transmitting and receiving apparatus and a reference value which is a value generated in the reference value generating step .
또한, 감시 단계의 비교 값 생성 단계에서 구해진 상관계수(Correlation Coefficient)와 침입기준으로 정해진 상관계수(Correlation Coefficient)를 비교하여 침임 여부를 판단하되, 노이즈로 인한 오보를 방지하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient)에 가중치(평균치를 산출할 때 개별치에 부여되는 중요도)를 두어 산출하여 판단하며, 침입이 없을 시 감시 단계로 회귀하는 제1 판단 단계; 및 제1 판단 단계에서 침입 기준에 포함되어 침입으로 판단될 경우, 기준 값 생성 단계에서 생성된 기준 값 인근 주파수에 노이즈가 발생하여 오보될 수 있는 경우를 방지하기 위해 기준 값 생성 단계의 기준 값이 아닌 다른 주파수 영역을 기준 값으로 사용하여, 측정된 비교 값과의 상관계수(Correlation Coefficient)를 검출하여 침입 여부를 판단하되, 노이즈로 인한 오보를 방지하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient)에 가중치(평균치를 산출할 때 개별치에 부여되는 중요도)를 두어 산출하여 판단하며, 침입이 없을 시 감시 단계로 회귀하는 제2 판단 단계를 더 포함할 수 있다.In order to prevent false alarms by comparing the correlation coefficient obtained in the comparison value generation step of the monitoring step with the correlation coefficient defined as an intrusion criterion, a correlation coefficient (A degree of importance given to an individual value when calculating an average value), and returns to the monitoring step when there is no intrusion; And a reference value of the reference value generating step to prevent the occurrence of noise in the frequency near the reference value generated in the reference value generating step when the intruding reference is included in the intrusion criterion in the first determining step A correlation coefficient with the measured comparison value is used to determine whether or not it is intruded. In order to prevent misleading due to noise, a weight coefficient (average value) is added to the correlation coefficient And a second determination step of returning to the monitoring step when there is no intrusion.
본 발명에 의하면 송·수신장치와 신호처리장치를 사용하여 공기 중의 음파를 포함하는 음향신호를 측정하여 기준 값으로 설정하되, 오보를 방지하기 위해 측정한 음향신호를 필터링하여 노이즈를 제거한 기준 값과, 연속되어 측정되는 음향신호를 비교 값으로 상관계수를 연산하여 침입 여부를 판단하고, 상관계수마다 가중치를 두어 순간적으로 발생하는 하드웨어의 노이즈로 인한 오보를 방지하고, 기준 값으로 설정된 음향신호인 특정 주파수 영역에 노이즈가 발생하여 나타나는 오보를 방지하기 위해, 기준 값의 주파수 영역이 아닌 다른 주파수 영역을 기준 값으로 사용하여 한 번 더 연산하여 판단함으로써, 오보를 방지하고 정확성을 높일 수 있도록 하는 데 그 효과가 있다.According to the present invention, an acoustic signal including a sound wave in the air is measured and set as a reference value by using a transmitting / receiving device and a signal processing device. In order to prevent an error, the measured acoustic signal is filtered, , It is determined whether or not an acoustic signal is continuously measured by calculating a correlation coefficient with a comparison value to determine whether or not the intrusion is intruded. By weighting each correlation coefficient, it is possible to prevent an error due to hardware noise occurring instantaneously. In order to prevent misrecognition caused by noise occurring in the frequency domain, the frequency domain other than the frequency domain of the reference value is used as the reference value, It is effective.
또한, 종래의 보안 시스템을 구축하기 위해서는 각종 센서 구입비용뿐만 아니라 시스템을 구축하기 위한 시간 및 인건비를 포함하는 비용이 지출되기에 일반인들이 쉽게 접근할 수 없었지만, 본 발명에서 사용되는 송·수신장치인 스피커, 마이크로폰과 신호처리장치인 컴퓨터는 가정에서도 흔히 사용하거나 주변에서 쉽게 구입할 수 있는 구성이기에, 누구나 쉽게 보안 시스템을 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, in order to construct a conventional security system, costs including not only the cost of purchasing various sensors but also the time and labor cost for constructing the system have been spent, so that the public can not easily access the system. However, Speakers, microphones, and signal processing devices are commonly used in homes or easily purchased at home, so anyone can easily use the security system.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법의 순서도,
도 3은 최적화 단계의 실시예를 나타낸 도면,
도 4는 기준 값 생성 단계의 실시예를 나타낸 도면,
도 5는 제1 판단 단계 단계의 실시예를 나타낸 도면, 및
도 6은 제2 판단 단계의 실시예를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram of a motion detection processing system using a sound signal according to a preferred embodiment of the present invention, and a driving method thereof;
2 is a flowchart of a motion detection processing system using acoustic signals according to a preferred embodiment of the present invention and a driving method thereof,
Figure 3 shows an embodiment of an optimization step,
4 is a diagram showing an embodiment of a reference value generating step,
5 is a view showing an embodiment of the first judgment step, and Fig.
6 is a diagram showing an embodiment of a second determination step.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법의 순서도이며, 도 3은 최적화 단계의 실시예를 나타낸 도면이고, 도 4는 기준 값 생성 단계의 실시예를 나타낸 도면이며, 도 5는 제1 판단 단계 단계의 실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 제2 판단 단계의 실시예를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a block diagram of a motion detection processing system using a sound signal according to a preferred embodiment of the present invention, and a driving method thereof; FIG. 2 is a block diagram of a motion detection processing system using acoustic signals according to a preferred embodiment of the present invention; FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the optimization step, FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the reference value generation step, FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the first determination step , And FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of the second determination step.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법은, 도 1을 참조하면, 송신장치(10), 수신장치(20) 및 신호처리장치(30)를 포함한다. 1, a motion detection processing system using a sound signal according to a preferred embodiment of the present invention and a driving method thereof includes a transmitting
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법은, 송·수신장치와 신호처리장치를 사용하여 공기 중의 음파를 포함하는 음향신호를 측정하여 기준 값으로 설정하되, 오보를 방지하기 위해 측정한 음향신호를 필터링하여 노이즈를 제거한 기준 값과, 연속되어 측정되는 음향신호를 비교 값으로 상관계수를 연산하여 침입 여부를 판단하고, 상관계수마다 가중치를 두어 순간적으로 발생하는 하드웨어의 노이즈로 인한 오보를 방지하고, 기준 값으로 설정된 음향신호인 특정 주파수 영역에 노이즈가 발생하여 나타나는 오보를 방지하기 위해, 기준 값의 주파수 영역이 아닌 다른 주파수 영역을 기준 값으로 사용하여 한 번 더 연산하여 판단함으로써, 정확성을 높인 것으로, 이하, 처리 시스템, 및 그 구동 방법을 상세히 설명하기로 한다.A motion detection processing system using a sound signal according to a preferred embodiment of the present invention and a method of driving the same are configured to measure an acoustic signal including a sound wave in the air by using a transmission / reception device and a signal processing device, In order to prevent misrecognition, the measured acoustic signal is filtered to calculate the reference value from which the noise is removed and the acoustic signal to be continuously measured, and the instantaneous occurrence In order to prevent misunderstandings caused by noise of the hardware and to prevent misrecognition caused by noise occurring in a specific frequency region, which is an acoustic signal set as a reference value, a frequency region other than the frequency region of the reference value is used as a reference value The processing system, and the driving room thereof The detail will be described.
도 1을 참조하면, 처리 시스템의 구성으로 송신장치(10)는 감시를 필요로 하는 임의의 장소에 위치하여 음파를 포함하는 음향 신호를 발생시키고, 이를 송신한다. Referring to FIG. 1, in a configuration of a processing system, a transmitting
일례로, 송신장치(10)를 스피커로 사용할 수 있다. 음향 신호의 주파수가 스피커의 허용 주파수 범위(Frequency Range) 내에 있을 때, 스피커를 이용해 음향 신호를 송신한다.For example, the transmitting
또한, 수신장치(20)는 송신장치(10)와 소정 거리 이격된 장소에 위치하여 송신장치(10)로부터 음향 신호를 수신한다.The
일례로, 수신장치(20)는 마이크로폰을 사용할 수 있다. 모든 방향의 음향을 균일한 감도로 포착하는 전지향성 마이크(omni directional microphone)로 지향성이 없거나 모든 방향에서 들려오는 소리에 반응하는 마이크로폰은 비교적 주파수 응답이 평탄하여 사용하기 용이하다.For example, the receiving
또한, 신호처리장치(30)는 수신장치(20)와 소정 거리 이격된 장소에 위치하여 수신장치(20)로부터 침입이 없는 상태에서의 음향 신호인 특정 주파수 영역을 기준 값으로, 송·수신장치(10)(20)로부터 연속적으로 제공되는 비교 값과의 상관계수(Correlation Coefficient)를 연산하여 침입 유무를 판단하고, FIR필터(Finite Impulse Response) 중 대역 필터(Band Pass Filter)로 음향신호의 노이즈로 인한 오보를 방지한다.The
일례로, 신호처리장치(30)은 컴퓨터를 사용할 수 있다. 수치해석, 행렬연산, 신호처리, 간편한 그래픽 기능을 통합하여 고성능의 위치계산 및 결과의 가시화 기능을 제공하는 Matlab을 이용하여 데이터 분석 및 디지털 신호처리 작업을 시행한다.For example, the
이하, 송신장치(10), 수신장치(20) 및 신호처리장치(30)의 음향신호를 이용한 시스템 구동 방법에 관하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the system driving method using the acoustic signals of the transmitting
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 시스템, 및 그 구동 방법은, 초기값 설정 단계(S10), 최적화 단계(S20), 감시 단계(S30), 제1 판단 단계(S40), 및 제2 판단 단계(S50)를 포함하여 구동된다. The motion detection processing system using the acoustic signal according to the preferred embodiment of the present invention and the method of driving the same may further include an initial value setting step S10, an optimization step S20, a monitoring step S30, a first determination step S40, , And a second determination step (S50).
우선, 초기값 설정 단계(S10)는 송신 신호의 중심 주파수, 신호의 길이, 샘플링 주파수를 설정하고, 이에 대응하여 수신장치에 수신되는 시간과 샘플링 주파수를 설정한다. First, an initial value setting step (S10) sets a center frequency of a transmission signal, a length of a signal, and a sampling frequency, and sets a time and a sampling frequency to be received by the receiving device.
이후, 최적화 단계(S20)에서 송신장치(10), 수신장치(20) 및 신호처리장치(30)가 감시를 필요로 하는 소정의 장소에 구성되어 음향 신호의 송수신 시, 매 순간 주변 환경의 차이에 따라 오보가 발생할 수 있기 때문에 이를 저감하기 위하여, 신호처리장치(30)에 표시되는 상관계수(Correlation Coefficient)에 따라 송신장치(10)와 수신장치(20)의 진폭 및 감도를 조절하여 SNR(Signal to Noise Ratio)를 조정한다.Thereafter, in the optimization step S20, the
일례로, 시스템을 사용하는데 있어서 매 순간 환경의 차이가 생기는데, 이러한 차이를 최소화하기 위한 시스템상에서의 최적화를 하는 작업이 진행된다. 송신 신호의 크기가 작으면 SNR(Signal to Noise Ratio)이 좋지 않기 때문에 제대로 된 시스템으로써 역할을 할 수 없게 된다. 따라서 신호처리장치(30)에 나타나는 상관계수(Correlation Coefficient)에 따라 신호의 볼륨을 조절하거나 마이크로폰의 감도를 조절해 SNR(Signal to Noise Ratio)을 높인다.For example, there is a difference in the environment at every moment when using the system, and optimization is performed on the system to minimize this difference. If the size of the transmitted signal is small, the signal to noise ratio (SNR) is not good and it can not function as a proper system. Accordingly, the signal-to-noise ratio (SNR) is increased by adjusting the volume of the signal or adjusting the sensitivity of the microphone according to the correlation coefficient shown in the
또한, 도 3을 참조하면, 최적화 과정을 시각화한 예시 도면으로, 빨간 점은 최적화 과정에서 나온 상관계수(Correlation Coefficient)로，기준인 0.6 보다 낮게 나온 이유는 SNR(Signal to Noise Ratio)이 낮게 나타났기 때문이다. 이에 3회 이후부터 조금씩 신호(Signal)의 진폭(Amplitude)을 높여 SNR(Signal to Noise Ratio)을 좋게 만들기 위해 최적화 과정 거쳐 9회째에서 기준으로 정해놓은 최적 SNR(Signal to Noise Ratio)기준인 0.6 이상을 만족 한 모습이다.Referring to FIG. 3, the optimization process is shown as an example. The red point is a correlation coefficient derived from the optimization process. The reason is that the signal to noise ratio (SNR) Because. In order to improve the signal to noise ratio (SNR) by increasing the amplitude of the signal from the third time onward, the optimum SNR (Signal to Noise Ratio) criterion .
또한, 도출되는 상관계수(Correlation Coefficient)는 다음과 같다.The derived correlation coefficient is as follows.
2개의 특성치 x와 y사이의 관련성(상관성)의 정도를 나타내는 지수로써, -1과 +1의 사이의 수치로 나타낸다. 두 집단의 데이터 X=xi(i=1,2,…,n)과 Y=yi(i=1,2,…,n)이 얻어졌을 때의 상관계수는,Is an index indicating the degree of relation (correlation) between two characteristic values x and y, and is expressed by a numerical value between -1 and +1. The correlation coefficient when two sets of data X = x i (i = 1, 2, ..., n) and Y = y i (i =
로 나타낸다. 여기서 
1) r은 -1 과 l의 사이 값을 갖는다. r=l인 경우에는 xi=yi(i=1,2,…,n)을 만족하고, r=-1인 경우에는 xi=-yi(i=1,2,…,n)을 만족한다.1) r has a value between -1 and l. r = l in
2) r의 절댓값의 크기가 l에 가까울 경우, 상관성이 높음을 의미하고，r의 절댓값의 크기가 0에 가까워짐에 따라 두 집단의 데이터의 상관성이 떨어짐을 의미한다.2) When the absolute value of r is close to 1, it means that the correlation is high, and when the magnitude of r is close to 0, it means that the data of two groups are less correlated.
3) 측정 원점이나 척도를 잡는 방법과는 무관하다. 상관계수가 zero가 아닌 경우，그것이 겉보기 상관에 지나지않은 경우도 있으므로 이것이 참된 인과관계를 가리키는 것인지 주의할 필요가 있다.3) It is irrelevant to the method of measuring origin or scale. If the correlation coefficient is not zero, it is necessary to note that this is a true causal relationship, as it is not a seemingly significant correlation.
이후, 최적화 단계가 수행되면, 감시 단계(S30)의 기준 값 생성 단계(S31)에서 침입자의 유무를 가려내기 위해 침입자가 없는 상태에서 측정된 음향 신호의 주파수에 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 대역 필터(Band Pass Filter)를 적용하여 노이즈가 제거된 주파수로 기준 값을 생성한다.Thereafter, when the optimizing step is performed, in the reference value generating step S31 of the monitoring step S30, the frequency of the acoustic signal measured in the absence of the intruder to detect the presence of the intruder is added to the band of the finite impulse response (FIR) Apply a filter (Band Pass Filter) to generate a reference value at the noise-canceled frequency.
또한, 사용되는 FIR(Finite Impulse Response) 필터는 다음과 같다.Also, the FIR (Finite Impulse Response) filter used is as follows.
비순환 필터라고도 알려진 FIR 필터는 단지 과거의 입력 정보에만 의존하고, 과거의 출력 정보에는 의존하지 않는다. 이것은 일반적인 차분방정식의 특별한 경우를 나타낸다. 비순환 필터에 대한 차분방정식의 형태는An FIR filter, also known as a non-cyclic filter, relies solely on past input information and does not depend on past output information. This represents a special case of a general differential equation. The form of the differential equation for a non-cyclic filter is
이것은 다음과 같이 간단히 표현할 수 있다.This can be simply expressed as:
매번 새로운 출력 y[n]은 이전 출력에 의존하지 않으므로, 비순환 필터의 임펄스 응답은 유한개의 항을 갖게 된다.Since the new output y [n] does not depend on the previous output each time, the impulse response of the acyclic filter has finite number of terms.
이 임펄스 응답은This impulse response
이다. 이것은 M+1 개의 임펄스 함수로 구성되고, 계수 bk에 의해 가중된다. 비 순환 필터는 유한한 임펄스 응답을 갖기 때문에 통상 FIR 필터로 알려져 있다.to be. It consists of M + 1 impulse functions and is weighted by the coefficient b k . Noncircular filters are commonly known as FIR filters because they have a finite impulse response.
FIR 필터 설계에서는 최대한 적은 개수로 원하는 필터 동작을 하는 계수 bk를 결정하는 것이 중요하다. FIR 구조는 필터 형태의 선택에 많은 유연성을 가진다. 일반적으로 원하는 필터의 roll - off 특성이 가파를수록, 요구되는 계수의 개수는 더 늘어난다. FIR 필터는 만족할 만한 성능을 얻기 위해서 흔히 100에서 200개 사이의 계수를 사용한다. 순환 필터의 경우는 더 적은 개수의 계수를 필요로 하지만，비순환 필터는 순환 필터에 의해서는 얻을 수 없는 여러 가지 이점을 제공한다. 특히 비순환 필터는 항상 안정성을 보장하고, 오디오 응용에 적합하도록 통과대역 위상 왜곡을 제거시킨다.In the FIR filter design, it is important to determine the coefficient b k that minimizes the desired number of filter operations. The FIR structure has a great deal of flexibility in selecting filter types. In general, the number of required coefficients increases as the desired roll - off characteristics of the filter are swept. FIR filters often use coefficients between 100 and 200 to achieve satisfactory performance. A recirculating filter requires fewer coefficients, but a non-recirculating filter offers several advantages not obtainable by a recirculating filter. In particular, non-cyclic filters always ensure stability and eliminate passband phase distortion to suit audio applications.
FIR 필터에 대한 z 변환 표현은 z 변환의 시간 - 이동 특성, 즉The z-transform representation for the FIR filter is a time-shifting property of the z-transform, i. E.
를 이용하여 구할 수 있다.. ≪ / RTI >
(식 2.4)에 대한 차분방정식의 z 변환은, The z-transform of the differential equation for (Equation 2.4)
(식 2.6)을 이용하면 z 영역에서의 필터의 임펄스 응답을 얻게 된다.(Equation 2.6), the impulse response of the filter in the z domain is obtained.
위 식의 분모, 분자에 ZM을 각각 곱하면 다음과 같이 변형할 수 있다.If the denominator and the numerator of the above equation are multiplied by Z M , respectively, the following transformation can be made.
이와 같이 M+l 개의 계수 bk를 갖는 FIR 필터의 임펄스 응답은 분모와 분자의 다항식이 모두 M차이므로, M개의 영점과 극점을 갖는다. 이 표현식으로부터 비순환 필터가 오직 z=0에서만 극점을 가진다는 것을 쉽게 알 수 있다. 실제로 M개의 극점이 정확하게 z=0에만 존재한다. 모든 극점이 단위원 안에 있으므로, 이러한 형태의 모든 필터는 항상 안정하다.Thus, the impulse response of the FIR filter with M + 1 coefficients b k has M zero points and poles, since the denominator and the polynomial of the numerator are both M-ary. From this expression it can be easily seen that the acyclic filter has poles only at z = 0. In fact, M poles are exactly present at z = 0. Since all poles are in a unit circle, all filters of this type are always stable.
필터 형태는 통상 DTFT(Discrete Time Fourier Transform)을 사용하여 필터의 주파수 응답을 구함으로써 결정된다.The filter shape is usually determined by determining the frequency response of the filter using Discrete Time Fourier Transform (DTFT).
또한, 사용되는 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 대역필터(Band Pass Filter)는 다음과 같다.The band pass filter of the FIR (Finite Impulse Response) filter used is as follows.
Band Pass Filter는 Low Pass Filter를 먼저 설계한 후 원하는 필터를 생생하기 위해 주파수축에서 이동시켜 수행될 수 있다. The Band Pass Filter can be implemented by first designing the Low Pass Filter and then moving it along the frequency axis to create the desired filter.
Low Pass Filter 
여기서, f 0 는 통과시키고자 하는 주파수를 나타내고, Ω0는 f 0에 대한 정규화 주파수(Normalize)를 의미한다. Band Pass Filter의 경우, 이 중심 주파수는 0과 
일례로, 도 4를 참조하면, 감시 단계(S30)의 기준 값 생성 단계(S31)의 실시예로, 수신받은 신호를 신호처리장치(30)에서 디지털 신호처리 과정을 거쳐 초기값으로 설정한 특정 주파수 영역(도면상 10kHz)의 주파수만 대역필터(Band Pass Filter)로 필터링한 도면이다. Filtered Spectrurm부분과 Filtered Reference부분을 참조하면, 특정 주파수 주변 주파수만 남고, 나머지 영역에서의 신호나 노이즈는 모두 제거된 모습을 확인할 수 있다.For example, referring to FIG. 4, in the reference value generation step S31 of the monitoring step S30, the received signal is subjected to a digital signal processing process in the
이후, 감시 단계(S30)의 비교 값 생성 단계(S32)에서 송·수신장치로 연속해서 발생되는 음향신호인 비교 값과, 기준 값 생성단계(S31)에서 생성된 값인 기준 값 간의 상관계수(Correlation Coefficient)를 구한다.Thereafter, in a comparison value generating step S32 of the monitoring step S30, a correlation value between a comparison value, which is an acoustic signal successively generated in the transmitting and receiving apparatus, and a reference value, which is a value generated in the reference value generating step S31, Coefficient.
이후, 제1 판단 단계(S40)에서 감시 단계(S30)의 비교 값 생성 단계(S32)에서 구해진 상관계수(Correlation Coefficient)와 침입기준으로 정해진 상관계수(Correlation Coefficient)를 비교하여 침임 여부를 판단하되, 노이즈로 인한 오보를 방지하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient)에 가중치(평균치를 산출할 때 개별치에 부여되는 중요도)를 두어 산출하여 판단하며, 침입이 없을 시 감시 단계로 회귀한다.Thereafter, in the first determination step S40, the correlation coefficient obtained in the comparison value generation step S32 of the monitoring step S30 is compared with the correlation coefficient determined as the intrusion criterion, , And the correlation coefficient is weighted (the importance given to the individual value when calculating the average value) in order to prevent misleading due to noise, and it returns to the monitoring step when there is no intrusion.
일례로, 도 5를 참조하면, 감시 단계(S30)에서 연산된 상관계수(Correlation Coefficient)를 시각화시킨 도면으로, 침입 유무를 판단하는 빨간 선으로 표시된 0.6이 9번 측정할 때까지는 모두 0.6 이상으로 침입이 없다고 판단한 점들이며, 10번째에 송신장치(10)와 수신장치(20) 사이에 모션이 감지되자 상관계수(Correlation Coefficient)가 낮아진 것이다.For example, referring to FIG. 5, the correlation coefficient computed in the monitoring step S30 is visualized. It is 0.6 or more until 0.6, which is indicated by a red line for determining the presence or absence of intrusion, is measured 9 times The correlation coefficient is lowered when motion is detected between the transmitting
일례로, 노이즈로 인한 오보를 방지하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient)에 가중치(평균치를 산출할 때 개별치에 부여되는 중요도)를 두어 산출하여 판단한다는 것은, 침입으로 판단하는 값이 0.6 이하라고 가정했을 때, 1회차 0.8, 2회차 0.8, 3회차 0.5, 4회차 0.7...로 1,2회차까지 0.8이었으나, 3회차에 갑자기 0.5로 기준에 미치지 못한 값으로 측정된 경우, 침입이 발생하였다고 판단하는 것이 아니라, 앞서 1,2회차의 값과 3회차 값의 평균값인 0.7이 3회차 값인 것으로 가정하여 3회차의 실질 값은 0.6 이하임에도 불구하고, 특정인의 침입으로 판단하는 것이 아니라, 노이즈로 인한 오보로 판단하게 된다.For example, a weighting factor (importance assigned to an individual value when calculating an average value) is determined by calculating a Correlation Coefficient to prevent misleading due to noise, , 0.8 for the first time, 0.8 for the second time, 0.8 for the third time, 0.5 for the fourth time, 0.7 for the fourth time, and 0.8 for the first and second times, but not suddenly 0.5 for the third time It is assumed that 0.7, which is the average value of the values of the first and second values and the third values, is not the third value, and the actual value of the third value is 0.6 or less, It will be judged as an ovary.
만약, 실제로 침입이 발생하여 침입판단 기준 값인 0.6 이하로 급격하게 떨어진 경우,(일례로, 4회차, 5회차, 6회차의 상관계수가 각각 0.1, 0.2, 0.1로 산출되었을 때) 각 회차의 평균값이 침입 여부를 판단하는 값인 0.6 이하에 해당하므로, 가중치를 부여함에도 불구하고, 침입이 발생했다고 판단하게 된다.If the actual intrusion occurs and the value falls rapidly to 0.6 or less (for example, the correlation coefficients of 4th, 5th, and 6th times are 0.1, 0.2, and 0.1, respectively) Is less than or equal to 0.6, which is a value for judging whether or not an intruder is intruding. Therefore, it is determined that an intrusion has occurred even though a weight is given.
이후, 제2 판단 단계(S50)에서 제1 판단 단계(S40)에서 침입 기준에 포함되어 침입으로 판단될 경우, 기준 값 생성 단계에서 생성된 기준 값 인근 주파수에 노이즈가 발생하여 오보될 수 있는 경우를 방지하기 위해 기준 값 생성 단계(S31)의 기준 값이 아닌 다른 주파수 영역을 기준 값으로 사용하여, 측정된 비교 값과의 상관계수(Correlation Coefficient)를 검출하여 침입 여부를 판단하되, 노이즈로 인한 오보를 방지하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient)에 가중치(평균치를 산출할 때 개별치에 부여되는 중요도)를 두어 산출하여 판단하며, 침입이 없을 시 감시 단계로 회귀한다.If it is determined that the intrusion is included in the intrusion criterion in the second determination step S50 in the second determination step S40, noise may be generated in the frequency near the reference value generated in the reference value generating step A correlation coefficient with the measured comparison value is detected by using a frequency range other than the reference value of the reference value generation step S31 as a reference value to determine whether or not the intrusion is caused. In order to prevent misinformation, the correlation coefficient is weighted (the importance given to the individual value when calculating the average value), and it returns to the monitoring step if there is no intrusion.
일례로, 도 6을 참조하면, 제2 판단 단계(S50)에서 상관계수(Correlation Coefficient)를 연산한 것을 시각화한 것으로, 침입인지 아닌지 판단하는 빨간 선으로 표시된 0.5를 기준으로 2번 측정할 때까지는 모두 0.5 이상으로 침입이 발생하지 않았다고 판단한 점들이며, 3번째에 송신장치(10)와 수신장치(20) 사이에 침입물이 생기자 상관계수(Correlation Coefficient)가 낮아진 도면이다. For example, referring to FIG. 6, a correlation coefficient is calculated in a second determination step (S50). Until a measurement is made twice based on 0.5, which is indicated by a red line for determining whether or not it is intrusion, And the correlation coefficient is reduced when an intrusion occurs between the
제1 판단 단계(S40), 제2 판단 단계(S50)를 거쳐 침입이 발생하였다고 판단될 경우, 경보음 및 알람을 발생시키는 경보 단계를 포함할 수 있다.And an alarm step of generating an alarm sound and an alarm when it is determined that an intrusion has occurred through the first determination step (S40) and the second determination step (S50).
또한, 본 시스템은 수신장치(20)인 마이크로폰과 송신장치(10)인 스피커 그리고 신호처리장치(30)인 컴퓨터만 있으면 구동할 수 있기에, 기존 가정에 있거나 주변에서 쉽게 구입할 수 있는 물품들이다. 이것은 누구나 쉽게 보안 시스템을 사용할 수 있게 되는 것을 의미한다. 차후에 본 발명은 모션 탐지가 확인이 되면 신호처리장치(30)인 컴퓨터에서 사용하는 스마트폰으로 모션 탐지가 되었다는 점을 통보하여 컴퓨터와 연결된 캠으로 실시간으로 집이나 사무실의 모습을 확인할 수 있도록 할 수 있도록 다양하게 활용할 수 있다.In addition, since the present system can be driven only by a computer which is a microphone serving as the receiving
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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10 - 송신장치
20 - 수신장치
30 - 신호처리장치
S10 - 초기값 설정 단계
S20 - 최적화 단계
S30 - 감시 단계
S31 - 기준 값 생성 단계
S32 - 비교 값 생성 단계
S40 - 제1 판단 단계
S50 - 제2 판단 단계 10 - Transmitter
20 - Receiver
30 - Signal processing device
S10 - Initial value setting step
S20 - Optimization step
S30 - Monitoring phase
S31 - Reference value generation step
S32 - Step of generating comparison value
S40 - the first judgment step
S50 - second determination step
Claims (3)
송신장치, 수신장치 및 신호처리장치가 감시를 필요로 하는 소정의 장소에 구성되어 음향 신호의 송수신 시, 주변 환경의 차이에 의한 오보가 발생을 저감하기 위하여, 신호처리장치에 표시되는 상관계수(Correlation Coefficient)에 따라 송신장치와 수신장치의 진폭 및 감도를 조절하여 SNR(Signal to Noise Ratio)를 조정하는 최적화 단계; 및
최적화 단계가 수행되면, 침입자의 유무를 가려내기 위해 침입자가 없는 상태에서 측정된 음향 신호의 주파수에 대역 필터(Band Pass Filter)를 적용하여 노이즈가 제거된 주파수로 기준 값을 생성하는 기준 값 생성 단계, 및
송·수신장치로 연속해서 발생되는 음향신호인 비교 값과, 기준 값 생성단계에서 생성된 값인 기준 값 간의 상관계수(Correlation Coefficient)를 구하는 비교 값 생성 단계
를 포함하는 감시 단계;
감시 단계의 비교 값 생성 단계에서 구해진 상관계수(Correlation Coefficient)와 침입기준으로 정해진 상관계수(Correlation Coefficient)를 비교하여 침임 여부를 판단하되, 노이즈로 인한 오보를 방지하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient)에 가중치(평균치를 산출할 때 개별치에 부여되는 중요도)를 두어 산출하여 판단하며, 침입이 없을 시 감시 단계로 회귀하는 제1 판단 단계; 및
제1 판단 단계에서 침입 기준에 포함되어 침입으로 판단될 경우, 기준 값 생성 단계에서 생성된 기준 값 인근 주파수에 노이즈가 발생하여 오보될 수 있는 경우를 방지하기 위해 기준 값 생성 단계의 기준 값이 아닌 다른 주파수 영역을 기준 값으로 사용하여, 측정된 비교 값과의 상관계수(Correlation Coefficient)를 검출하여 침입 여부를 판단하되, 노이즈로 인한 오보를 방지하기 위해 상관계수(Correlation Coefficient)에 가중치(평균치를 산출할 때 개별치에 부여되는 중요도)를 두어 산출하여 판단하며, 침입이 없을 시 감시 단계로 회귀하는 제2 판단 단계
를 포함하는 음향신호를 이용한 모션 탐지 처리 방법.An initial value setting step of setting a center frequency of a transmission signal, a length of a signal, and a sampling frequency, and setting a time and a sampling frequency to be received by the reception device;
In order to reduce the occurrence of false alarms due to the difference in the surrounding environment when transmitting and receiving an acoustic signal, the transmitting apparatus, the receiving apparatus, and the signal processing apparatus are arranged at predetermined places requiring monitoring, Adjusting an SNR (Signal to Noise Ratio) by adjusting amplitude and sensitivity of a transmitting apparatus and a receiving apparatus according to a correlation coefficient; And
When the optimizing step is performed, a reference value generating step of generating a reference value at a frequency at which noise is removed by applying a band pass filter to a frequency of an acoustic signal measured in the absence of an intruder in order to detect the presence of an intruder , And
A comparison value generation step of obtaining a correlation coefficient between a comparison value which is an acoustic signal continuously generated in the transmitting and receiving apparatus and a reference value which is a value generated in the reference value generating step
A monitoring step including;
Correlation Coefficient is compared with the Correlation Coefficient determined by the invasion criterion in the comparison step of the monitoring step, and it is determined whether or not it is invasive. In order to prevent misleading due to noise, the Correlation Coefficient A weighting value (importance assigned to an individual value when calculating an average value), and returning to the monitoring step when there is no intrusion; And
In order to prevent the occurrence of noise in the frequency adjacent to the reference value generated in the reference value generating step when the intrusion criterion is included in the intrusion criterion in the first determination step, Correlation Coefficient with other measured values is used as a reference value to judge whether or not intrusion has occurred. In order to prevent misleading due to noise, weighting factor (Correlation Coefficient) And a second determination step of returning to the monitoring step when there is no intrusion,
And a motion detection processing method using the acoustic signal.
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|---|---|---|---|---|
| CN112019786A (en) * | 2020-08-24 | 2020-12-01 | 上海松鼠课堂人工智能科技有限公司 | Intelligent teaching screen recording method and system |
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