KR101772156B1 - 음성 인식 하드웨어 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음성 인식 하드웨어 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음성 인식 처리를 위한 ASIC(application specific integrated circuit) 칩을 기초로 하여 하드웨어적으로 모듈화한 음성 인식 하드웨어 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, ASIC 칩과 다른 부품들을 통합하여 하나의 음성 인식 하드웨어 모듈을 구성하게 되므로, 다양한 제품군 별로 적절한 모듈을 탑재하는 것만으로도 음성 인식 기술을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

Description

음성 인식 하드웨어 모듈{SPEECH RECOGNITION HARDWARE MODULE}

본 발명은 음성 인식 하드웨어 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음성 인식 처리를 위한 ASIC(application specific integrated circuit) 칩을 기초로 하여 하드웨어적으로 모듈화한 음성 인식 하드웨어 모듈에 관한 것이다.

최근 인터넷과 모바일 기기의 급속한 발전 속도에 따라서 음성 인식 기술에 대한 관심도 증대되고 있다.

음성 인식 기술이란, 컴퓨터 등의 전자 장치가 마이크로폰과 같은 음성 인식 센서를 통해 얻은 음향학적 신호(acoustic speech signal)를 단어나 문장으로 변환하여 이를 사람들에게 표시하거나, 상기 신호에 따라 적합한 명령을 수행하게 되는 기술을 의미한다.

과거 대형 장치가 필요했던 음성 인식 장치와 음성 합성 장치를 대규모 집적 회로의 발달에 따라 가로 세로 수 mm 크기의 집적 회로 위에 구현할 수 있게 됨으로써, 현재에는 신용카드 조회, 호텔이나 항공기 좌석 예약 등 다양한 분야에서 음성 인식 기술이 실용화되고 있다.

현재 음성 인식 기술에 대한 대부분의 연구가 소프트웨어 분야로 집중되어 있다. 그러나 소프트웨어는 음성 인식 처리 속도가 느리고, 항상 네트워크에 접속해있어야 하는 문제점이 존재한다.

따라서 보다 더 다양한 제품군에 대하여 처리속도가 우수한 음성 인식 기술을 접목시키기 위하여 하드웨어에 대한 접근이 필요하다. 이에 따라, 음성 인식을 위한 ASIC 칩 개발과, 이와 같은 칩을 구동하기 위한 표준이 될 만한 음성 인식 모듈 개발의 필요성이 요구되는 실정이다.

한국등록특허 제10-1278408호(등록일자 2013. 06. 24)

상술한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 음성 인식 처리를 위해 개발된 ASIC 칩과 MCU, 통신모듈 등을 통합한 음성 인식 하드웨어 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈은 음향신호를 하드웨어 상으로 처리하는 ASIC(application specific integrated circuit) 칩이 내장된 음성 인식 하드웨어 모듈에 있어서, 상기 음향신호를 입력받아서 상기 ASIC 칩(10)으로 전달하는 마이크로폰; 및 상기 ASIC 칩(10)에서 생성된 신호를 앰프(Amplifier)를 통해 증폭하여 출력하는 오디오부를 포함하고, 상기 ASIC칩, 오디오부 및 상기 마이크로폰이 모듈로서 통합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 음성 인식 하드웨어 모듈은, 상기 음성 인식 하드웨어 모듈이 탑재된 외부장치와 통신하는 통신부; 및 상기 ASIC 칩(10), 상기 통신부(12), 상기 오디오부(13) 및 상기 마이크로폰(14)의 동작을 제어하는 주 처리부를 더 포함하고, 상기 ASIC칩, 오디오부, 상기 마이크로폰, 상기 통신부 및 상기 주 처리부가 모듈로서 통합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 주 처리부는, 상기 ASIC 칩이 상기 음향신호에 대한 연산처리만을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 음성 인식 하드웨어 모듈은, 상기 음성 인식 하드웨어 모듈이 탑재된 외부장치에 인가되는 전압을 상기 음성 인식 하드웨어 모듈에 인가되는 전압으로 변환하는 파워서플라이; 및 상기 음성 인식 하드웨어 모듈에 인가되는 전압을 제어하는 릴레이부를 더 포함하고, 상기 ASIC칩, 오디오부, 상기 마이크로폰, 상기 파워서플라이 및 상기 릴레이부가 모듈로서 통합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 파워서플라이는, 상기 파워서플라이를 구성하는 트랜스포머(transformer)의 1차 권선과 2차 권선이 분리 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결 수단에 따르면, ASIC 칩과 다른 부품들을 통합하여 하나의 음성 인식 하드웨어 모듈을 구성하게 되므로, 다양한 제품군 별로 적절한 모듈을 탑재하는 것만으로도 음성 인식 기술을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈의 실제 모습을 나타내는 사진이다.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 통상의 기술자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)의 구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈의 실제 모습을 나타내는 사진이다.

도 1 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 ASIC(application specific integrated circuit) 칩(10), 주 처리부(11), 통신부(12), 오디오부(13) 및 마이크로폰(14)을 포함할 수 있다.

제1 실시 예에 따른 ASIC 칩(10)은 종래 음성 인식 기술에서 음성 인식 소프트웨어에서 처리하던 연산을 하드웨어적으로 처리하기 위하여 사용자의 요구에 따라 미리 제작된 칩으로서 음향신호(acoustic speech signal)를 처리하는 기능을 수행한다.

즉, 후술하는 마이크로폰(14)으로부터 음향신호(예를 들어, 사람의 음성과 다수의 잡음 등이 포함된 신호)를 입력받으면, 상기 음향신호에서 외부 잡음을 제거하고, 본래 인식하고자 했던 사람의 음성의 특징을 추출한다. 그리고 패턴인식 과정을 거쳐 유사도를 계산하고 가장 높은 유사도를 가진 단어를 출력하는 기능을 수행한다.

본 발명의 실시 예에서는 2014년 6월에 주식회사 시그널 비젼(Signal Vision)이 개발한 음향신호 처리 기능을 수행하는 음성인식 전용 ASIC 칩(10)이 채용되었다.

상기 ASIC 칩(10)은 2 ~ 8 마이크 빔 포머(Mic Beam Former) 기술을 확보하여 마이너스(-) SNR 환경에서도 음성인식이 가능한 환경을 구현하였다.

제1 실시 예에 따른 주 처리부(11)는 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)에 포함된 ASIC 칩(10), 통신부(12), 오디오부(13) 및 마이크로폰(14)의 동작을 제어하는 역할을 수행한다.

일 예로서, 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)이 알 수 없는 원인으로 동작을 멈추게 되면, 상기 주 처리부(11)는 모듈을 오프하고 다시 구동시켜서 모듈을 안정화시키는 와치독(watch dog) 동작을 수행하기도 한다.

한편, ASIC 칩(10)이 음성인식에 대한 연산 처리만을 수행할 수 있도록 음성인식 이외의 다른 연산들은 모두 주 처리부(11)에서 처리된다. 따라서 ASIC 칩(10)은, ASIC 칩(10) 자체 고유의 성능을 최대한으로 발휘할 수 있게 된다.

제1 실시 예에 따른 통신부(12)는 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)이 탑재된 어플리케이션과 유, 무선 통신 연결될 수 있다.

또한, 상기 통신부(12)는 상기 모듈(1)이 탑재된 어플리케이션을 제어하는 유, 무선 제어장치(controller, 미도시) 혹은 그 밖에 외부 장치와도 유. 무선 통신 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 어플리케이션이 조명장치라고 할 때, 일정한 단어 혹은 문장으로 이루어진 사람의 음성을 명령어로 받아들여서 조명의 온/오프 혹은 밝기 조절이 가능하도록 제작될 수 있다. 이 때, 상기 통신부(12)는 음성 인식 하드웨어 모듈(1)로부터 사람의 음성 명령에 관한 정보를 상기 조명장치로 전송하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 조명장치를 제어하는 유, 무선 제어장치(미도시)가 있는 경우, 상기 제어장치(미도시)와 통신 연결된 상기 통신부(12)는 사람의 음성 명령에 관한 정보를 상기 제어장치(미도시)로 전송할 수도 있다.

통신부(12)는 블루투스(bluetooth), 와이파이(WiFi) 및 지그비(zigbee) 통신 프로토콜을 이용할 수 있다. 다만, 음성 인식 하드웨어 모듈(1)과 어플리케이션을 유, 무선으로 통신 연결하기 위한 프로토콜이면 족하며, 상기한 실시 예들로 권리 범위가 제한되지 않는다.

제1 실시 예에 따른 오디오부(13)는 ASIC 칩(10)에서 생성된 신호를 앰프(Amplifier)를 통해 증폭하여 출력한다. 상기 출력 신호는 ASIC 칩(10)에서 추출한 음향의 특징과 상기 ASIC 칩(10)에 내장된 음성정보의 비교분석을 통해 산출된 신호이다. 상기 출력 신호를 통해 음성 인식 하드웨어 모듈(1)의 작동상태가 정상인지 비정상인지를 확인할 수 있다.

제1 실시 예에 따른 마이크로폰(14)은 음향신호(예를 들어, 사람의 음성과 잡음 등이 포함된 신호)를 입력받아서 상기 ASIC 칩(10)으로 전달한다.

특히, 상기 마이크로폰(14)으로 고감도인 무지향성 -30dB 마이크가 채택될 수 있는데, 상기한 마이크에 의하면, 방향성 없이 먼 거리의 음향신호까지도 감지할 수 있다.

한편, 상기한 ASIC 칩(10), 주 처리부(11), 통신부(12), 오디오부(13) 및 마이크로폰(14)은 하나의 모듈(1)로 통합되어 구성될 수 있다. 따라서 인터페이스의 단순화가 이루어질 수 있다.

또한, 통합된 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 적절한 어플리케이션에 바로 적용이 가능하며, 상기 음성 인식 기술이 내장된 어플리케이션을 구현함에 있어서 별도의 추가비용이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

상기 제1 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 오디오 기기, 스마트 기기 등에 적용될 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 ASIC 칩(10), 오디오부(13) 및 마이크로폰(14)을 포함할 수 있다.

제2 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)을 구성하는 ASIC 칩(10), 오디오부(13) 및 마이크로폰(14)에 대한 설명은 상술한 바와 동일하므로 이하에서는 생략한다.

한편, 상기 제2 실시 예에 따른 ASIC 칩(10), 오디오부(13) 및 마이크로폰(14)도 하나의 모듈(1)로 통합되어 구성될 수 있으며, 이를 통해 인터페이스의 단순화가 이루어질 수 있다.

또한, 통합된 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 적절한 어플리케이션에 바로 적용이 가능하며, 상기 음성 인식 기술이 내장된 어플리케이션을 구현함에 있어서 별도의 추가비용이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

상기 제2 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 TV, 노래방 기기, 안마 기기 등에 적용될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈의 구조를 나타내는 도면이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 ASIC 칩(10), 오디오부(13), 마이크로폰(14), 파워서플라이(15) 및 릴레이부(16)를 포함할 수 있다.

제3 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)을 구성하는 ASIC 칩(10), 오디오부(13) 및 마이크로폰(14)에 대한 설명은 상술한 바와 동일하므로 이하에서는 생략한다.

제3 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)이 탑재된 외부장치로 공급되는 전력을 함께 공급받는다.

이에 따라, 파워서플라이(15)는 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS, switching mode power supply)가 될 수 있다.

파워서플라이(15)는 상기 외부장치에서 인가되는 전압(예를 들어, 220V)을 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)에 전압(예를 들어 5V)으로 변환하고, 상기 변환된 전압으로 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)에 전력을 공급하는 역할을 수행한다.

한편, 파워서플라이(15)는 파워서플라이 노이즈(power supply noise)와 화이트 노이즈(white noise)가 음성 인식에 영향을 주지 않도록 제작되는 것이 바람직하다.

파워 서플라이(15)에서 트랜스포머는 회로 내의 강압을 위한 역할을 수행한다. 1차권선 측(입력 측; AC)의 전력을 2차권선 측(출력 측: DC)에 유기하는 것은 상호 유도 작용에 의한 것으로 코어에 코일을 감은 횟수 즉 권선수에 비례하여 출력전압이 생성된다. 이때 AC 전압을 DC 전압으로 바꾸면서 발생된 1차권선 측 노이즈(파워 서플라이 노이즈, 화이트노이즈)가 2차권선 측으로 흘러가는 것을 방지하기 위하여 1, 2차 권선이 분리된 트랜스포머(transformer)를 채용할 수 있다.

즉, 음성인식에 화이트 노이즈의 영향을 줄이기 위하여 상기 파워 서플라이(15)는 1, 2차 권선이 분리된 트랜스포머가 포함된 절연 타입의 파워 서플라이로 실시될 수 있다.

또한, 파워서플라이 노이즈의 영향을 줄이기 위하여 상기 파워서플라이 노이즈의 리플전압을 6% 이하가 되도록 제작될 수 있다.

제3 실시 예에 따른 릴레이부(16)는 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)에 인가되는 전압을 제어하는 역할을 수행한다. 따라서 음성 인식 하드웨어 모듈에 과전압이 인가되는 경우에 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)로 흐르는 전기를 차단할 수 있다.

나아가, 상기 음성 인식 하드웨어 모듈(1)을 복수의 장치들이 유, 무선으로 연결되어 있는 사물 인터넷 환경에 접목시키는 경우에는 복수의 릴레이부(16)를 통해 복수의 외부장치에 탑재된 복수의 파워서플라이(15)를 동시에 제어하는 것도 가능하다.

한편, 상기 제3 실시 예에 따른 ASIC 칩(10), 오디오부(13), 마이크로폰(14), 파워서플라이(15) 및 릴레이부(16)도 하나의 모듈(1)로 통합되어 구성될 수 있으며, 이를 통해 인터페이스의 단순화가 이루어질 수 있다.

또한, 통합된 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 적절한 어플리케이션에 바로 적용이 가능하며, 상기 음성 인식 기술이 내장된 어플리케이션을 구현함에 있어서 별도의 추가비용이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

상기 제3 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 시스템 에어컨, 조명기구, 선풍기 등에 적용될 수 있을 것이다.

본 발명의 제4 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 ASIC 칩(10), 주 처리부(11), 통신부(12), 오디오부(13), 마이크로폰(14), 파워서플라이(15) 및 릴레이부(16)를 포함할 수 있다. 이 때, 상술한 모든 구성들은 하나의 모듈로서 통합 구성될 수 있다.

제4 실시 예에 따른 음성 인식 하드웨어 모듈(1)은 터치 패널(미도시)을 더 포함할 수 있는데, 상기 터치 패널(미도시)도 상술한 구성들과 하나의 모듈로서 통합시키는 것이 가능하다.

상기 터치 패널(touch panel, 미도시)은 사용자의 조작에 따라 조작 명령(예를 들어, 모듈의 온/오프, 모듈 상태 조정 등)을 발생하도록 하는 메뉴를 가지며, 이를 사용자에게 표시한다.

상기 메뉴에 대한 사용자의 터치입력이 있으면 상기 조작 명령을 주 처리부(11)로 전달하는 역할을 수행한다. 상기 조작명령을 전달받은 주 처리부(11)는 상기 조작명령에 따른 동작을 수행하게 된다.

이상의 실시 예들은 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 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 음성 인식 하드웨어 모듈
11 : 주 처리부
12 : 통신부
13 : 오디오부
14 : 마이크로폰
15 : 파워서플라이
16 : 릴레이부

Claims (5)

1. 음향신호를 하드웨어 상으로 처리하는 ASIC(application specific integrated circuit) 칩이 내장된 음성 인식 하드웨어 모듈에 있어서,
   상기 음향신호를 입력받아서 상기 ASIC 칩으로 전달하는 마이크로폰;
   상기 ASIC 칩에서 생성된 신호를 앰프(Amplifier)를 통해 증폭하여 출력하는 오디오부;
   상기 음성 인식 하드웨어 모듈이 탑재된 어플리케이션을 제어하는 외부장치와 통신하는 통신부; 및
   상기 ASIC 칩, 상기 통신부, 상기 오디오부 및 상기 마이크로폰의 동작을 제어하는 주 처리부를 포함하고,
   상기 주 처리부는, 상기 ASIC 칩이 상기 마이크로폰으로부터 전달받은 상기 음향신호에서 외부 잡음을 제거하고 사람의 음성 특징을 추출하며 상기 추출된 음성 특징에 기초하여 패턴인식 과정을 통해 유사도를 계산하고 가장 높은 유사도를 가진 단어를 출력하는 상기 음향신호에 관한 연산처리만을 수행하도록 제어하고,
   상기 외부장치에 인가되는 전압을 상기 음성 인식 하드웨어 모듈에 인가되는 전압으로 변환하여 전력을 공급하는 파워서플라이와, 상기 음성 인식 하드웨어 모듈에 인가되는 전압을 제어하는 릴레이부를 더 포함하며,
   상기 ASIC칩, 오디오부, 상기 마이크로폰, 상기 통신부, 상기 파워서플라이, 상기 릴레이부 및 상기 주 처리부가 모듈로서 통합되어 있고,
   상기 주처리부는 상기 음성 인식 하드웨어 모듈이 알 수 없는 원인으로 동작을 멈추게 되면 상기 음성 인식 하드웨어 모듈을 강제 리셋을 하여 안정화시키는 것을 특징으로 하는 음성 인식 하드웨어 모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 파워서플라이는,
   상기 파워서플라이를 구성하는 트랜스포머(transformer)의 1차 권선과 2차 권선이 분리 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 음성 인식 하드웨어 모듈.

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