KR101899436B1 - 비명인식 기반 안전감지센서 - Google Patents

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KR101899436B1
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Abstract

본 발명은 비명인식 기반 안전감지센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비명인식에 의해 위급신호 및 위급상황을 검출하는 과정이 개시되어 음성데이터 및 영상데이터로부터 위험단계를 판별하는 안전감지센서에 관한 것이다

Description

비명인식 기반 안전감지센서 {Safety Sensor Based on Scream Detection}
본 발명은 비명인식 기반 안전감지센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비명인식에 의해 위급신호 및 위급상황을 검출하는 과정이 개시되어 음성데이터 및 영상데이터로부터 위험단계를 판별하는 안전감지센서에 관한 것이다.
최근 우리나라는 살인, 강도 등의 강력범죄 발생이 급증하는 등 사회적으로 불안감이 고조되고 있다. 이러한 각종 범죄로부터 안전한 생활이 가능하도록 ICT(Information & Communication Technology)를 활용한 범죄 예방 및 대응체계의 필요성이 대두되고 있다.
ICT는 실시간으로, 또한 상시적으로 상황인식이 가능해 위험의 적시 경보 및 대처가 가능하고, 신원이나 위치의 자동식별이 가능하다는 등의 특성 때문에 범죄예방 및 신속 대응을 위한 해결책으로 부상하고 있다.
이를 위해 최근에는 스마트폰, WiFi, CCTV 등을 활용한 범죄예방 방안이 고안되고 있다. 이 중 CCTV는 범죄 예방의 효과가 있고, 첨단 IT기술을 적용한 공공 AP를 활용한 감시 시스템과 현장 예방 순찰을 결합하게 되면 시너지 효과를 거둘 수 있다. 감시 시스템을 통해 수집된 대용량 정보를 네트워크를 통해 고속으로 처리하게 되면, 특히 우발적 지능 범죄에 대한 신속한 대처 및 현장 치안력을 강화할 수 있다.
하지만 현재 범죄 예방을 위한 CCTV설치에만 집중한 나머지, 적합장소 및 적합기종에 대한 선택이 이루어지지 않았고, 기 설치된 보안 장비의 유지보수 등이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 나타나고 있다. 따라서, 사회적 약자의 위치정보 정확성과 신뢰성을 보장할 수 있는 무선통신 기반의 비명 인식 서비스의 개발이 필요하다.
특히, 음성인지(비명소리) 기반의 고정형 단말을 개발하여, 기존의 공공안전망(CCTV, 비상버튼 등)의 안전보행취약 지역에서의 보행약자(어린이/여성 등)들이 안전하게 다닐 수 있는 안전보행지역을 확대할 필요성이 있다.
본 발명은 비명인식에 의해 위급신호 및 위급상황을 검출하는 과정이 개시되어 음성데이터 및 영상데이터로부터 위험단계를 판별하는 안전감지센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 외부의 음성을 입력 받아 음성데이터를 생성하는 마이크부; 상기 음성데이터로부터 비명을 검출하는 비명검출부; 상기 음성데이터로부터 위급신호를 검출하는 음성검출부; 위험단계를 판별하는 위험단계판별부; 상기 음성데이터를 저장하는 음성기록저장부; 및 판별된 상기 위험단계를 외부의 관제센터로 송신하는 외부통신부;를 포함하고, 상기 위험단계판별부는, 상기 비명검출부에서 검출된 비명 및 상기 음성검출부에서 검출된 위급신호에 기초하여, 검출된 상황의 위험단계를 판별하는, 안전감지센서를 제공한다.
본 발명에서는, 상기 비명검출부는, 상기 음성데이터의 파형을 정형하고 디지털신호로 변환하는 음성신호처리부; 샘플링된 비명신호가 저장되는 비명DB저장부; 및 상기 음성신호처리부에서 변환된 신호를 상기 비명DB저장부의 신호와 비교하는 비명비교부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 음성검출부는, 상기 음성데이터를 분석하여 음성을 인식하는 음성인식부; 기 설정된 위급신호가 저장되는 위급신호DB저장부; 및 상기 음성인식부에서 인식된 음성신호를 상기 위급신호DB저장부의 신호와 비교하는 위급신호비교부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 비명검출부가 비명을 검출하면, 비명이 검출된 시점을 포함한 전후 시간구간을 검출구간으로 설정하고, 상기 음성검출부가 상기 음성기록저장부에 저장된 음성데이터의 상기 검출구간에 대하여, 위급신호를 검출할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 외부의 음성을 입력 받아 음성데이터를 생성하는 마이크부; 외부의 영상을 입력 받아 영상데이터를 생성하는 카메라부; 상기 음성데이터로부터 비명을 검출하는 비명검출부; 상기 음성데이터로부터 위급신호를 검출하는 음성검출부; 상기 영상데이터로부터 위급상황을 검출하는 영상검출부; 위험단계를 판별하는 위험단계판별부; 상기 음성데이터를 저장하는 음성기록저장부; 상기 영상데이터를 저장하는 영상기록저장부; 및 판별된 위험단계를 외부의 관제센터로 송신하는 외부통신부;를 포함하고, 상기 위험단계판별부는, 상기 비명검출부에서 검출된 비명, 상기 음성검출부에서 검출된 위급신호, 및 상기 영상검출부에서 검출된 위급상황에 기초하여, 검출된 상황의 위험단계를 판별하는, 안전감지센서를 제공한다.
본 발명에서는, 상기 비명검출부는, 상기 음성데이터의 파형을 정형하고 디지털신호로 변환하는 음성신호처리부; 샘플링된 비명신호가 저장되는 비명DB저장부; 및 상기 음성신호처리부에서 변환된 신호를 상기 비명DB저장부의 신호와 비교하는 비명비교부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 음성검출부는, 상기 음성데이터를 분석하여 음성을 인식하는 음성인식부; 기 설정된 위급신호가 저장되는 위급신호DB저장부; 및 상기 음성인식부에서 인식된 음성신호를 상기 위급신호DB저장부의 신호와 비교하는 위급신호비교부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 영상검출부는, 상기 영상데이터의 2이상의 프레임의 픽셀 변화량에 기초하여 위급상황을 검출할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 영상검출부는, 상기 영상데이터를 가변 비트레이트 영상으로 변환하는 영상신호처리부; 및 상기 가변 비트레이트 영상으로부터 위급상황 여부를 판단하는 위급상황판별부;를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 위급상황판별부는, 상기 가변 비트레이트 영상의 비트레이트가 기설정된 값 이상이 되면 위급상황으로 판단할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 비명검출부가 비명을 검출하면, 비명이 검출된 시점을 포함한 전후 시간구간을 검출구간으로 설정하고, 상기 음성검출부가 상기 음성기록저장부에 저장된 음성데이터의 상기 검출구간에 대하여 위급신호를 검출하고, 상기 영상검출부가 상기 영상기록저장부에 저장된 영상데이터의 상기 검출구간에 대하여 위급상황을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 취약지역에 설치된 안전감지센서를 통해 비명소리를 수신하고 관제센터에 정보를 제공하여 범죄를 예방하고 범죄 및 사고에 대한 신속한 대응을 할 수 있게 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안전감지센서가 범죄 및 사고의 위험단계를 판별하여 관제센터에 정보를 제공하여, 관제센터가 위험단계에 맞는 적절한 대응을 할 수 있게 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안전감지센서가 비명, 음성 및 영상에 기초하여 복합적으로 위험상황을 판단하여, 위험상황 판단의 정확도를 높이면서도, 신속한 판단을 내릴 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 작동 상황을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비명검출부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성검출부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 동작 과정을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출구간의 설정과정을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상검출부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 동작 과정을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 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.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 작동 상황을 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명의 안전감지센서(1000)는 안전 취약지역에 설치되어 별도의 관제센터(3000)와 데이터통신망(2000)을 통해 연결된다.
상기 안전감지센서(1000)는 주변의 비명을 인식하여 상기 안전 취약지역에서 발생하는 범죄 또는 사고를 감지하고 이를 상기 데이터통신망(2000)을 통해 상기 관제센터(3000)에 보고하여, 관제센터(3000)의 관리인 등이 이를 인지하여 신속하게 대응할 수 있도록 한다.
더욱 상세하게는 상기 안전감지센서(1000)는 주변의 비명을 인식하게 되면, 비명을 인식한 시점을 전후로 기록된 음성데이터 및 영상데이터에 기초하여, 상기 음성데이터 및 영상데이터에서 위험상황을 유추할 수 있는 정보를 검출해 내는 방식으로 동작한다.
안전감지센서(1000)에서 검출된 위험상황은 기설정된 기준에 비추어 위험단계를 판별하고, 판별된 상기 위험단계는 상기 데이터통신망(2000)을 통해 전송된다. 상기 데이터통신망(2000)은 유선 통신 네트워크나 무선 통신 네트워크와 같은 통신 형태를 가리지 않고 구성될 수 있고, 무선 네트워크의 경우 3G, 4G, LTE, WIFI 등의 통신 기술이 이용될 수 있다.
도 1의 안전감지센서(1000)는 하나의 마이크부(100)와 하나의 카메라부(200) 를 포함하고 단독으로 작동한다. 이하 설명에서도 설명의 편의를 위하여 도1의 안전감지센서(1000)와 같은 상황임을 가정하지만, 본 발명의 안전감지센서는 다수의 마이크부 및 다수의 카메라부를 포함하여 작동할 수 있고, 또는 다수의 안전감지센서(1000)가 외부통신부(900)를 통한 하나의 네트워크를 구성하여 하나의 안전 취약지역을 동시에 감지하는 방식으로 작동할 수 있다.
이하 설명에서는 설명의 편의를 위해 음성 및 음성데이터는 사람의 육성 및 육성데이터임을 가정하나, 본 발명의 음성 및 음성데이터는 이에 한정되지 않고, 소리의 형태로 감지되는 모든 정보를 포함한다. 예를 들어, 교통사고 다발 지역에 설치된 안전감지센서는 사람의 비명을 검출하는 대신, 교통사고로 인한 타이어의 마찰음, 또는 차량의 충돌음 등을 검출하는 방식으로 작동할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 “음성데이터”는 디지털신호를 포함하는 데이터뿐만 아니라, 마이크를 통하여 입력되는 아날로그 신호 형태의 소리데이터를 포함하고, 이와 같은 음성데이터는 주파수필터를 통하여 목적으로 하는 주파수 대역으로 신호를 추출할 수도 있고, 혹은 AD 컨버터를 통하여 디지털신호로 변환될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2에 도시된 안전감지센서(1000)는 외부의 음성을 입력 받아 음성데이터를 생성하는 마이크부(100); 상기 음성데이터로부터 비명을 검출하는 비명검출부(300); 상기 음성데이터로부터 위급신호를 검출하는 음성검출부(400); 위험단계를 판별하는 위험단계판별부(600); 상기 음성데이터를 저장하는 음성기록저장부(700); 및 판별된 상기 위험단계를 외부의 관제센터로 송신하는 외부통신부(900)를 포함한다.
상기 마이크부(100)는 외부의 음성을 입력 받아 전기적 신호인 음성데이터를 생성하는 장치로서, 일반적으로는 다이나믹 마이크 또는 콘덴서 마이크로 구성될 수 있다. 비명인식을 위한 마이크의 종류 및 게인(Gain)은 상기 안전감지센서의 설치 환경에 따라 달라질 수 있다. 감지장소와 안전감지센서의 설치위치가 떨어져 있는 경우에는 지향성 마이크를 사용하여 감지장소의 음성을 효율적으로 집음 하는 것이 바람직하고, 감지장소 내부에 안전감지센서를 설치하는 경우에는 무지향성 마이크를 사용하면 주변 모든 방향의 음성을 모두 집음 하는 것이 바람직하다.
상기 비명검출부(300)는 상기 음성데이터로부터 비명을 검출한다. 비명검출부(300)는 비명 및 주변소음이 섞여있는 음성데이터로부터 비명을 검출해내기 위하여 음성데이터 신호에 적절한 전처리를 할 수 있으며, 처리된 음성데이터를 기저장된 비명신호와 비교하거나, 기설정된 판단 조건의 만족여부를 확인함으로써 비명을 검출해 낸다.
상기 음성검출부(400)는 상기 음성데이터로부터 위급신호를 검출한다. 상기 위급신호는 위급상황에서 발생할 수 있는 특정 단어 등을 뜻하는 것으로서, 기설정된 위급신호를 상기 음성검출부(400)에 저장하여, 음성검출부(400)가 음성데이터에서 상기 위급신호가 존재하는지 여부를 확인하여 위급신호를 검출할 수 있게 한다.
예를 들어, '도와'라는 위급신호를 설정하면, 마이크부에서 생성된 음성데이터를 텍스트로 변환한 후, 상기 텍스트에 '도와'라는 단어의 포함 여부를 검토하여 '도와주세요', '도와줘' 등 위급상황에서 나올 수 있는 음성을 검출함으로써 위급상황 여부를 판단할 수 있게 된다. 이와 같은 음성검출부(400)는 음절단위로 위급신호를 대비하여 위급신호의 존재여부를 판단할 수 있다.
상기 위험단계판별부(600)는 상기 비명검출부(300)에서 검출된 비명 및 상기 음성검출부(400)에서 검출된 위급신호에 기초하여 위험단계를 판별한다. 위험단계는 안전감지센서(1000)가 검출한 위험상황에 대하여 그 위험도에 따라 등급을 나누어, 관제센터(3000)에서 위험상황에 대해 빠르게 파악하고, 이에 따른 적절한 조치를 취하기 위한 임의적 단계이다.
예를 들어 검출된 위험상황이 긴급을 요하는 범죄사건인 경우 경찰서로 신고를 함과 동시에 관제센터 내의 보안팀에 출동요청을 할 수 있고, 혹은 위험상황이 안전사고인 경우 구급차의 출동요청을 할 수 있다.
위험단계를 판별하는 방법은 상기 비명검출부(300)에서 검출된 비명의 크기, 종류, 및 지속시간, 상기 음성검출부(400)에서 검출된 위급신호의 종류 등을 검토하고, 기설정된 분류표에 의하여 단계를 판별하는 방식으로 이루어질 수 있다.
또는, 각 판단요소들의 위험도를 수치화하여 이를 합산하는 방식 등으로 위험도를 도출하여 위험단계를 판별할 수도 있다.
이처럼 위험단계판별부(600)는 비명 및 위급신호를 복합적으로 판단하여 위험단계 판별의 정확도를 높일 수 있다.
바람직하게는, 상기 위험단계판별부(600)는, 비명의 검출여부 및 위급신호의 검출여부를 고려하여 위험단계를 상이하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 비명만 검출되는 경우에는, 상기 위험단계판별부(600)는 위험단계1로 위험단계를 판별하고, 비명과 위급신호가 모두 검출되는 경우에는 위험단계2로 위험단계를 판별한다.
상기 음성기록저장부(700)는 마이크부(100)에서 생성된 음성데이터를 입력 받아 저장한다. 상기 음성기록저장부(700)는 상기 비명검출부(300)에서 비명이 감지된 경우, 저장된 음성데이터를 상기 음성검출부(400)에 제공하여 비명이 검출된 전후 시간 구간에 대하여 위급신호를 검출할 수 있도록 한다.
상기 외부통신부(900)는 데이터통신망(2000)을 통해 별도의 관제센터 (3000)로 상기 위험단계판별부(600)가 판별한 위험단계를 송신한다. 이 때 외부통신부는 위험단계와 함께 안전감지센서의 ID 또는 위치정보를 함께 송신하여 관제센터에서 위험상황의 발생 장소를 특정할 수 있도록 함이 바람직하다. 상기 위치정보는 안전감지센서에 임의로 입력된 정보일 수 있고, 안전감지센서 내부의 GPS장치가 파악한 정보, 혹은 무선 AP를 통한 삼각측량법으로 계산한 정보일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비명검출부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
본 발명의 비명검출부(300)는, 음성데이터의 파형을 정형하고 디지털신호로 변환하는 음성신호처리부(310); 샘플링된 비명신호가 저장되는 비명DB저장부(320); 및 상기 음성신호처리부에서 변환된 신호를 상기 비명DB저장부의 신호와 비교하는 비명비교부(330);를 포함한다.
사람이 인지 가능한 가청주파수의 범위는 60Hz ~ 20kHz 대역이다. 이 대역에서 사람의 발성 가능한 음역대역은 60Hz ~ 3kHz이고 특별히 훈련된 사람도 5kHz 대역을 넘겨 발성하지 못한다. 특히, 일반적으로 주로 사용하는 대역은 1kHz대역이며, 위급 시 발성하는 비명의 경우는 대부분의 남자의 경우 1.2kHz ~ 1.5kHz대역이고, 대부분의 여자의 경우 1.4kHz ~ 2kHz대역을 가지게 된다.
이를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 비명검출부(300)가 마이크부에서 생성된 음성데이터로부터 비명을 검출하는 방법은 다음과 같다.
음성데이터에서 비명을 검출해내기 위해서 상기 음성신호처리부(310)는 마이크부에서 생성된 음성데이터를 증폭하여 신호의 파형을 키워 소리의 변별력을 높인다. 이후, 증폭된 음성데이터를 아날로그 협대역 필터를 통하여 800Hz ~ 5kHz대역의 신호만 통과시켜 비명신호에 근접한 주파수대역만을 추출하여 최적화된 신호 대역을 만든다. 이후, 상기 협대역 필터를 통과한 음성데이터는 신호 손실이 발생하므로 이를 증폭회로를 통하여 다시 증폭한다. 이후, 증폭회로를 통과하여 증폭된 상기 음성데이터는 회로가 동작 시 발생하는 내부노이즈로 인하여 순수한 신호와 섞이므로 파형 정형회로를 통해 노이즈를 제거하고, 내장된 AD 컨버터로 디지털 신호로 변환한다.
상기 비명DB저장부(320)는 샘플링된 비명신호 혹은 이를 판별하는 정책을 저장하고 있다. 상기 샘플링된 비명신호는 미리 녹음된 실제 비명에 대한 직접적 혹은 간접적인 데이터 이거나, 비명신호에 대한 판단 정책, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 비명신호에 대한 판단 정책의 예를 들면, 입력된 음성데이터의 음압이 75dB 이상이고, 주파수 분석 결과 주파수 성분의 80% 이상이 1.3kHz ~ 1.7kHz에 위치하고, 음압의 지속시간이 1초 이상인 경우 비명으로 판단하는 정책 등을 설정하여 저장할 수 있다. 즉, 비명신호에 대한 판단 정책은 비명 주파수 범위, 상기 비명 주파수 범위의 음 성분 비율, 및 기설정된 음압 이상의 음의 지속시간을 포함한다.
상기 판단 정책에 따라서 상기 비명비교부(330)가 비명인지 여부를 판단하기 위해서는, 상기 음성신호처리부는 상기 음성데이터 혹은 가공된 상기 음성데이터에 대하여 주파수 영역으로의 데이터 변환을 수행하고, 이와 같이 주파수 영역으로 변환된 데이터에 기초하여 상기 비명비교부(330)는 비명인지 여부를 판단한다.
실제 비명의 데이터를 비명신호로 사용하는 경우, 샘플링된 비명신호가 많을수록 비명인식에 대한 정밀도는 높아질 수 있다. 비명신호의 샘플링 수를 높이기 위해서 비명DB저장부(320)는 비명비교부(330)가 입력된 음성데이터를 비명으로 감지한 경우, 상기 음성데이터를 DB에 추가하여 DB를 갱신할 수 있다.
상기 비명비교부(330)는 상기 음성신호처리부(310)에서 변환된 신호를 상기 비명DB저장부의 신호와 비교한다. 음성신호는 주파수 별로 분석하고, 분석된 신호가 기설정된 % 이상, 예를 들어 80%이상 비명DB저장부의 실제 비명의 신호와 일치하거나 유사한 경우, 혹은 비명DB저장부의 비명신호에 대한 판단 정책에 부합하는 경우 비명으로 감지한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음성검출부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
본 발명의 음성검출부(400)는, 상기 음성데이터를 분석하여 음성을 인식하는 음성인식부(410); 기 설정된 위급신호가 저장되는 위급신호DB저장부(420); 및 상기 음성인식부에서 인식된 음성신호를 상기 위급신호DB저장부의 신호와 비교하는 위급신호비교부(430);를 포함한다.
상기 음성검출부(400)는 상기 음성데이터로부터 위급신호를 검출한다. 상기 위급신호는 위급상황에서 발생할 수 있는 특정 단어 등을 뜻하는 것으로서, 기설정된 위급신호를 상기 음성검출부(400)에 저장하여, 음성검출부(400)가 음성데이터에서 상기 위급신호가 존재하는지 여부를 확인하여 위급신호를 검출할 수 있게 한다.
위급신호를 검출하기 위하여 상기 음성인식부(410)는 상기 음성데이터를 텍스트로 변환한다. 이를 위해 음성인식부(410)는 음성인식 S/W를 내장할 수 있다. 혹은 상기 음성인식부는 상기 음성신호처리부에 의하여 디지털화된 음성데이터를 텍스트로 변환할 수 있다.
상기 위급신호DB저장부(420)는 기설정된 위급신호를 저장하고 있다. 상기 기설정된 위급신호는 안전감지센서의 설치 장소 및 예상 상황에 따라 설정될 수 있다.
예를 들어, 강력범죄의 위험이 있는 외진 길의 경우, '살려' 혹은 '도와' 등의 단어를 위급신호로 설정하여, 범죄상황에서 피해자가 낼 수 있는 도움 요청을 감지하여 위험신호를 검출해 낼 수 있도록 할 수 있다. 혹은 범죄상황에서 범죄자가 낼 수 있는 위협음성을 감지하도록 할 수도 있다.
상기 위급신호비교부(430)는 상기 음성인식부(410)에서 변환된 텍스트를, 상기 위급신호DB저장부(420)에 저장된 위급신호와 비교함으로써 음성데이터로부터 위급신호를 검출해 낸다. 상기 비교는 텍스트로부터 상기 위급신호 문자열을 검색해내는 방법으로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 동작 과정을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
위험감지센서가 작동을 시작하면 마이크부(100)는 외부의 음성을 입력 받아 음성데이터를 생성하고 이를 비명검출부(300) 및 음성기록저장부(700)로 입력한다(S100).
상기 음성기록저장부(700)는 입력된 음성데이터를 음성기록으로 저장한다(S500). 이 단계는 위험감지센서가 작동하는 동안 계속해서 이루어지게 된다.
비명검출부(300)는 입력된 상기 음성데이터를 음성신호처리부(310)를 통해 음성신호 처리를 한다(S200).
비명비교부(330)는 처리된 상기 음성신호와 비명DB저장부(320)에 저장된 비명DB를 비교한다(S300).
비교 결과 비명이 검출되지 않은 경우, 처음으로 돌아가 다시 S100단계를 수행한다.
비명이 검출된 경우, 비명이 검출된 시점을 포함한 전후 시간구간을 검출구간으로 설정한다(S400). 위와 같은 검출구간을 설정하여 위급신호를 검출하면, 비명이 발생한 시점과 가까운 시간에서의 음성데이터 만을 위급신호의 검출 대상으로 설정함으로써, 위급신호를 검출하는 시간을 단축할 수 있고, 비명과 연계된 위급신호를 검출해 냄으로써 정확한 검출이 가능해지는 효과를 발휘할 수 있다.
검출구간이 설정되면, 음성인식부(410)는 상기 음성기록저장부(700)의 상기 검출구간에 대한 음성데이터를 분석하여 음성을 인식한다(S600).
이어서 위급신호비교부(430)는 음성인식부(410)에서 인식된 음성신호를 위급신호DB저장부(420)에 저장된 위급신호와 비교하여 위급신호를 검출한다(S700).
위험단계판별부(600)는 상기 비명검출부에서 검출된 비명 및 상기 음성검출부에서 검출된 위급신호에 기초하여, 검출된 상황의 위험단계를 판별한다(S800).
최종적으로 외부통신부(900)가 외부의 관제센터(3000)로 판별된 상기 위험단계를 송신한다(S900).
위와 같은 과정을 통해 안전감지센서는 비명이 인식된 경우, 음성데이터에 기초하여 위험상황을 판별하고, 이에 대한 위험단계를 판단하여 관제센터(3000)로 전송하여, 관제센터(3000)에서 빠르게 상황을 판단하고 적절한 조치를 취할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출구간의 설정과정을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 음성기록저장부(700)는 입력된 음성데이터를 저장하지만, 저장용량의 한계로 인해, 과거의 음성데이터는 삭제되어야 한다. 이를 위해 입력된 음성데이터를 시간에 따라 구분하여 저장할 필요가 있다. 음성기록저장부(700)는 기설정된 길이의 시간에 대해 구간을 설정하고, 각 시간구간의 음성데이터를 하나의 구간음성데이터로 설정하여 저장한다.
바람직하게는, 상기 비명검출부(300)는 상기 기설정된 길이의 시간의 상기 구간음성데이터 각각에 대하여 비명을 검출한다. 예를 들어 도 6에서는 t3구간이 하나의 구간음성데이터에 해당할 수 있다.
비명검출부(300)가 비명을 감지하지 않는 경우, 음성데이터는 일정 시간이 지나 기 설정된 수 이상의 구간음성데이터가 저장되면, 저장된 구간음성데이터를 가장 오래된 순으로 삭제하는 방식으로, 음성기록저장부(700)의 한정된 저장용량에 최신의 음성데이터를 유지할 수 있도록 한다.
비명검출부(300)가 비명을 감지하는 경우, 음성기록저장부(700)는 비명이 검출된 시점을 포함한 전후 시간구간을 검출구간으로 설정한다. 도 6과 같이 t3라는 시간구간 내에서 비명이 검출된 경우, t3구간을 포함하여 전후의 t2 및 t4 구간을 검출구간으로 설정한다.
만약 시간구간의 길이가 t이고, 비명이 t3구간에서 α라는 시간이 지난 후 검출되었다면, 해당 검출구간은 비명 검출시점 전으로는 t+α, 검출시점 후로는 t+(t-α) 만큼의 구간을 포함하여, 비명 검출시점 전 후로 각각 최소한 t만큼의 검출 구간을 확보할 수 있게 된다.
따라서 상기 시간구간의 길이 t는 검출구간의 길이에 밀접한 관계가 있기 때문에, 검출구간의 길이를 설정함에 따라서 시간구간의 길이를 정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 검출 구간을 설정하는 것은, 비명 검출 시점과 가까운 시간에 상기 비명의 발생과 밀접한 개연성이 있는 위급신호가 발생하여 이를 검출해 낼 가능성이 높지만, 비명 검출 시점에서 먼 시간구간에서는 위급신호의 발생 및 검출 가능성이 낮기 때문이다. 즉, 비명 검출 시점과 먼 시간구간까지 모두 검출을 할 경우, 신속한 검출이 어려워질 수 있다. 또한, 비명 검출 시점과 먼 시간구간에서 검출된 위급신호의 경우, 상기 비명과 관련된 위급신호 일 가능성이 낮고, 단순 오 인식된 위급신호일 가능성이 높아 정확한 검출이 어려워 질 수 있다.
즉, 검출구간을 설정하여 위급신호를 검출해 냄으로써, 비명이 발생한 시점과 가까운 시간에서의 음성데이터 만을 위급신호의 검출 대상으로 설정함으로써, 위급신호를 검출하는 시간을 단축할 수 있고, 비명과 연계된 위급신호를 검출해 냄으로써 정확한 검출이 가능해진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 7에 도시된 안전감지센서(1000)는 외부의 음성을 입력 받아 음성데이터를 생성하는 마이크부(100); 외부의 영상을 입력 받아 영상데이터를 생성하는 카메라부(200); 상기 음성데이터로부터 비명을 검출하는 비명검출부(300); 상기 음성데이터로부터 위급신호를 검출하는 음성검출부(400); 상기 영상데이터로부터 위급상황을 검출하는 영상검출부(500); 위험단계를 판별하는 위험단계판별부(600); 상기 음성데이터를 저장하는 음성기록저장부(700); 상기 영상데이터를 저장하는 영상기록저장부(800); 및 판별된 위험단계를 외부의 관제센터로 송신하는 외부통신부(900);를 포함한다.
상기 마이크부(100), 비명검출부(300), 음성검출부(400), 음성기록저장부 (700), 및 외부통신부(900)는 앞서 도 2에서 설명한 것과 동일한 구성을 가진다.
상기 카메라부(200)는 외부의 영상을 입력 받아 전기적 신호인 영상데이터를 생성하는 장치로서, 일반적으로 알려진 카메라 모듈을 통해 구성될 수 있다. 상기 카메라 모듈은 고정형 혹은 이동형일 수 있다. 이동형의 경우 하나의 카메라 모듈로 더 많은 지역의 영상데이터를 생성할 수 있으나, 카메라 모듈의 이동간에 감시 사각이 생길 수 있기 때문에, 영상데이터로부터 안정적으로 위급상황을 검출하기 위해서는 다수의 고정형 카메라 모듈을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 안전감지센서의 설치 환경에 따라 적외선 카메라 모듈 등의 사용도 가능하다.
상기 영상검출부(500)는 상기 영상데이터로부터 위급상황을 검출한다. 상기 위급상황은 상기 영상데이터의 2이상의 프레임의 픽셀 변화량에 기초하여 검출된다. 위급상황에서는 일반적인 상황에 비해 움직임이 많고 빠른 경우가 많다. 예를 들면 괴한이 쫓아와서 도망가는 상황에서는 괴한 및 피해자가 뛰어가는 움직임이 두드러지고, 폭력이 발생한 상황에서는 때리는 사람의 팔 및 다리의 움직임이 두드러질 것이다. 이처럼 움직임이 많은 경우 영상데이터의 프레임 또한 급격히 변화하게 되고, 이 때 다른 시각의 2 이상의 프레임을 비교하여 픽셀 변화량을 산출해 내면, 영상데이터 속 상황의 움직임을 파악할 수 있다.
이처럼 영상데이터 속 상황의 움직임이 기설정된 기준 값 이상이 되는 경우를 위급상황으로 정의하게 되면 복잡한 영상 분석 없이도 빠르게 위급상황을 검출하여 신속한 대응이 가능하도록 할 수 있다.
상기 위험단계판별부(600)는 상기 비명검출부(300)에서 검출된 비명, 상기 음성검출부(400)에서 검출된 위급신호, 및 상기 영상검출부(500)에서 검출된 위급상황에 기초하여 위험단계를 판별한다. 앞서 설명한 바와 같이 위험단계는 안전감지센서(1000)가 검출한 위급상황에 대하여 그 위험도에 따라 등급을 나누어, 관제센터(3000)에서 위험상황에 대해 빠르게 파악하고, 이에 따른 적절한 조치를 취하기 위한 임의적 단계이다.
도 7의 위험감지센서는 도 2의 위험감지센서에 비해 카메라부(200), 영상검출부(500), 및 영상기록저장부(800)를 더 포함하여, 카메라부를 통해 생성된 영상데이터를 통한 위급상황을 감지하고, 위험단계를 판별하는데 있어서 비명 및 위급신호에 추가적으로 위급상황을 반영하여, 더 정확한 위험단계를 판별할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 위험단계판별부(600)는, 비명의 검출여부, 위급신호의 검출여부, 및 위급상황의 검출여부를 고려하여 위험단계를 상이하게 설정할 수 있다. 예를 들어, 비명만 검출되는 경우에는, 상기 위험단계판별부는 위험단계1로 위험단계를 판별하고, 비명과, 위급신호 및 위급상황 중 어느 하나가 검출되는 경우에는 위험단계2로 위험단계를 판별하고, 비명, 위급신호, 및 위급상황 모두가 검출되는 경우에는 위험단계 3으로 위험단계를 판별한다.
상기 영상기록저장부(800)는 카메라부(200)에서 생성된 영상데이터를 입력 받아 저장한다. 상기 영상기록저장부(700)는 상기 비명검출부(300)에서 비명이 감지된 경우, 저장된 영상데이터를 상기 영상검출부(500)에 제공하여 비명이 검출된 전후 시간 구간에 대하여 위급상황을 검출할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상검출부의 내부 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
본 발명의 영상검출부(500)는, 영상데이터의 2이상의 프레임의 픽셀 변화량에 기초하여 위급상황을 검출한다. 위급상황이라 함은 평소에 비해 움직임이 많고 다급한 것이 일반적이므로, 영상데이터를 프레임 별로 분석하여, 프레임간 픽셀 변화량을 측정하면, 영상데이터 속의 상황이 얼마나 급박한지 판단할 수 있다.
이를 위해 영상검출부(500)는 도 8의 블록도와 같이, 상기 영상데이터를 가변 비트레이트 영상으로 변환하는 영상신호처리부(510); 및 상기 가변 비트레이트 영상으로부터 위급상황 여부를 판단하는 위급상황판별부(520);를 포함할 수 있다.
가변 비트레이트(Variable BitRate, VBR)는 데이터를 부호화할 때 상황에 따라 압축률을 다르게 하는 압축 방법으로서, 가변 비트레이트 영상은 상기 가변 비트레이트 방법에 의해 압축된 영상을 뜻한다. 가변 비트레이트는 단위 시간당 출력하는 자료 량이 계속 변하고, 많은 자료를 요구하는 곳에 더 많은 비트를 할당하고, 상대적으로 데이터 요구가 적은 곳에는 비트를 적게 할당하는 체제를 갖추고 있다. 따라서 가변 비트레이트 영상은 영상의 변화가 많을 경우 높은 비트레이트로 데이터를 처리하고, 영상의 변화가 거의 없는 경우 낮은 비트레이트로 데이터를 처리하는 방식으로 영상을 압축하게 된다.
상기 위급상황판별부(520)는 상기 가변 비트레이트 영상의 비트레이트가 기설정된 값 이상이 되면 위급상황으로 판단하는 방식으로 동작할 수 있다. 상기 가변 비트레이트 영상의 비트레이트가 높은 경우, 영상의 변화량이 많고, 이는 영상 속 상황이 긴급한 상황일 개연성이 높기 때문이다.
상기 기설정된 값은 카메라부의 설치 장소에 따라 다르게 설정될 수 있다. 사람이 많고 차량통행이 많은 길의 경우, 위급상황이 아닌 평소에도 화면 프레임의 변화량이 많은 반면, 인적이 드문 길의 경우, 위급상황임에도 전체적인 화면 프레임의 변화량이 적을 수 있기 때문이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 안전감지센서의 동작 과정을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
위험감지센서가 작동을 시작하면 마이크부(100)는 외부의 음성을 입력 받아 음성데이터를 생성하고 이를 비명검출부(300) 및 음성기록저장부(700)로 입력한다(S100.1).
이와 동시에 카메라부(200)는 외부의 영상을 입력 받아 영상데이터를 생성하고 이를 영상기록저장부(800)로 입력한다(S100.2)
상기 음성기록저장부(700)는 입력된 음성데이터를 음성기록으로 저장하고(S500.1), 상기 영상기록저장부(800)는 입력된 영상데이터를 영상기록으로 저장한다(S500.2). 이 단계는 위험감지센서가 작동하는 동안 계속해서 이루어지게 된다.
비명검출부(300)는 입력된 상기 음성데이터를 음성신호처리부(310)를 통해 음성신호 처리를 한다(S200).
비명비교부(330)는 처리된 상기 음성신호와 비명DB저장부(320)에 저장된 비명DB를 비교한다(S300).
비교 결과 비명이 검출되지 않은 경우, 처음으로 돌아가 다시 S100.1딘계 및 S100.2단계를 수행한다.
비명이 검출된 경우, 비명이 검출된 시점을 포함한 전후 시간구간을 검출구간으로 설정한다(S400). 위와 같은 검출구간을 설정하여 위급신호를 검출하면, 비명이 발생한 시점과 가까운 시간에서의 음성데이터 만을 위급신호의 검출 대상으로 설정함으로써, 위급신호를 검출하는 시간을 단축할 수 있고, 비명과 연계된 위급신호를 검출해 냄으로써 정확한 검출이 가능해지는 효과를 발휘할 수 있다.
검출구간이 설정되면, 음성인식부(410)는 상기 음성기록저장부(700)의 상기 검출구간에 대한 음성데이터를 분석하여 음성을 인식한다(S600.1).
이어서 위급신호비교부(430)는 음성인식부(410)에서 인식된 음성신호를 위급신호DB저장부(420)에 저장된 위급신호와 비교하여 위급신호를 검출한다(S700.1).
이와 동시에, 영상신호처리부(510)는 상기 영상기록저장부(800)의 상기 검출구간에 대한 영상데이터를 가변 비트레이트 영상으로 변환하여 처리한다(S600.2).
이어서 위급상황판별부(520)는 상기 가변 비트레이트 영상으로부터 위급상황을 판별한다(S700.2).
위험단계판별부는 상기 비명검출부에서 검출된 비명, 상기 음성검출부에서 검출된 위급신호, 및 상기 영상검출부에서 검출된 위급상황에 기초하여, 검출된 상황의 위험단계를 판별한다(S800).
최종적으로 외부통신부(900)가 외부의 관제센터(3000)로 판별된 상기 위험단계를 송신한다(S900).
위와 같은 과정을 통해 안전감지센서는 비명이 인식된 경우, 음성데이터 및 영상데이터에 기초하여 위험상황을 판별하고, 이에 대한 위험단계를 판단하여 관제센터(3000)로 전송하여, 관제센터(3000)에서 빠르게 상황을 판단하고 적절한 조치를 취할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보행 취약지역에 설치된 안전감지센서를 통해 비명소리를 수신하고 관제센터에 정보를 제공하여 범죄를 예방하고 범죄 및 사고에 대한 신속한 대응을 할 수 있게 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안전감지센서가 범죄 및 사고의 위험단계를 판별하여 관제센터에 정보를 제공하여, 관제센터가 위험단계에 맞는 적절한 대응을 할 수 있게 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안전감지센서가 비명, 음성 및 영상에 기초하여 복합적으로 위험상황을 판단하여, 위험상황 판단의 정확도를 높이면서도, 신속한 판단을 내릴 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 외부의 음성을 입력 받아 음성데이터를 생성하는 마이크부;
    외부의 영상을 입력 받아 영상데이터를 생성하는 카메라부;
    상기 음성데이터로부터 비명을 검출하는 비명검출부;
    상기 음성데이터로부터 위급신호를 검출하는 음성검출부;
    상기 영상데이터로부터 위급상황을 검출하는 영상검출부;
    위험단계를 판별하는 위험단계판별부;
    상기 음성데이터를 저장하는 음성기록저장부;
    상기 영상데이터를 저장하는 영상기록저장부; 및
    판별된 위험단계를 외부의 관제센터로 송신하는 외부통신부;를 포함하고,
    상기 위험단계판별부는,
    상기 비명검출부에서 검출된 비명, 상기 음성검출부에서 검출된 위급신호, 및 상기 영상검출부에서 검출된 위급상황에 기초하여, 검출된 상황의 위험단계를 판별하고,
    상기 비명검출부는,
    상기 음성데이터의 파형을 정형하고 디지털신호로 변환하는 음성신호처리부;
    샘플링된 비명신호 및 비명신호를 판별하는 정책이 저장되는 비명DB저장부; 및
    상기 음성신호처리부에서 변환된 신호를 상기 비명DB저장부의 신호와 비교 및 상기 비명신호를 판별하는 정책에 부합하는지 여부의 판단을 수행하는 비명비교부;를 포함하고,
    상기 음성검출부는,
    상기 음성데이터를 분석하여 음성을 인식하는 음성인식부;
    기 설정된 위급신호가 저장되는 위급신호DB저장부; 및
    상기 음성인식부에서 인식된 음성신호를 상기 위급신호DB저장부의 신호와 비교하는 위급신호비교부;를 포함하고,
    상기 영상검출부는,
    상기 영상데이터를 가변 비트레이트 영상으로 변환하는 영상신호처리부; 및
    상기 가변 비트레이트 영상으로부터 위급상황 여부를 판단하는 위급상황판별부;를 포함하고,
    상기 위급상황판별부는,
    상기 가변 비트레이트 영상의 비트레이트가 기설정된 값 이상이 되면 위급상황으로 판단하고,
    상기 비명검출부는 비명을 검출하면 비명이 검출된 시점을 포함한 전후 시간구간을 검출구간으로 설정하고,
    상기 음성검출부가 상기 음성기록저장부에 저장된 음성데이터의 상기 검출구간에 대하여 위급신호를 검출하고,
    상기 영상검출부가 상기 영상기록저장부에 저장된 영상데이터의 상기 검출구간에 대하여 위급상황을 검출하고,
    상기 위험단계판별부는,
    비명만 검출되는 경우에는 위험단계1로 위험단계를 판별하고,
    비명이 검출되고, 위급신호 및 위급상황 중 어느 하나가 검출되는 경우에는 위험단계2로 위험단계를 판별하고,
    비명, 위급신호, 및 위급상황 모두가 검출되는 경우에는 위험단계 3으로 위험단계를 판별하는, 안전감지센서.
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