KR102080891B1 - 재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재난안전통신용 단말기에서 통화시의 외부 잡음을 억제하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법에 있어서,
이격되어 배치되는 마이크들을 이용하여 외부 잡음 레벨들이 측정되는 단계;
측정된 외부 잡음 레벨들의 합이 특정 레벨 이상인 경우에는 단말기 내부의 신호처리장치에 의해 화자의 음성신호가 추출되어 상대방에게 전달되는 단계;
이격되어 배치되는 근접센서들을 이용하여 화자의 얼굴의 위치가 판정되는 단계;
판정된 화자의 얼굴 위치에 대응하는 방향으로 상대방의 음성이 향하도록 스피커들의 음성 출력 방향이 제어되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명을 이용하면, 본 발명은 재난안전통신용 단말기가 외부 잡음이 많은 환경에서 사용되더라도 통화시에 마이크로 혼입되는 외부 잡음이 억제되고 스피커에서 출력되는 소리가 요원의 귀로 잘 전달하게 하는 방법을 제공하게 되어 잡음 환경하에서도 재난안전통신용 단말기를 이용한 통화가 용이하게 수행되게 된다.

Description

재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법{Outside Noise Suppression Method for Portable Terminal of Disaster Safety Communication when Calling Time}

본 발명은 재난안전통신용 단말기에서 통화시의 외부 잡음을 억제하는 방법에 관한 것이다.

재난안전통신망은 소방, 경찰 , 군, 지방자치단체 등 재난 대응기관들이 각기 독립적으로 운용하는 무선통신망을 단일망으로 통합하여 재난 현장에서 일사불란한 지휘 및 협조 체제를 통해 움직일 수 있도록 하는 통신망을 말한다.

그래서, 재난안전통신망은 국가 재난 안전 지휘체계를 구축하기 위한 기본 무선통신 인프라이고, 재난 현장에서 신속하고 정확한 의사결정 및 구조작업이 이루어질 수 있도록 별도의 재난안전통신망용 휴대 단말을 이용하고 있는데, 도1과 같은 형태의 재난안전통신용 단말기가 널리 사용된다.

그런데, 대형 화재나 폭발 등의 재난 사고가 발생되면 관련 요원(소방관, 경찰관, 군인 등)이 현장에서 재난안전통신용 단말기를 이용하여 관제 센터 등과 통화를 하여 현장 상황을 보고 및 토의하고 지시를 받게 되는데, 종래기술에 따른 재난안전통신용 단말기는 일반 휴대 단말기와 같이 스피커 1개 또는 2개(스테레오 지원시)와 마이크 1개를 구비하고 있어서 스피커에서 나오는 소리는 퍼지게 되고 마이크로는 주변의 소리(잡음)이 혼입되므로, 주변 소리가 시끄러운 재난 현장에서는 재난안전통신용 단말기의 스피커 소리에 외부 잡음이 혼합되어 상대방의 말을 알아듣기 어렵고 마이크로 자신의 음성과 함께 외부 잡음이 혼입되어 상대방도 관련 요원의 말을 알아듣기가 어려운 상황이 빈번하게 발생한다.

그래서, 이러한 재난 현장의 실정 때문에, 기존에는 요원들이 큰소리로 통화하거나 스피커 볼륨을 아주 크게 하는 조치를 취하여 간신히 통화를 하고 있으나, 큰 소리 통화를 지속하면 요원들이 지치게 되며, 지속적으로 큰 소리 통화와 큰 스피커 볼륨을 사용하면 일반인도 요원의 통화 내용을 인지하게 되는 문제점이 발생하며 전력 소비도 크게 된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-23833호(2008. 3. 17일 공개)

이상과 같은 종래기술의 문제점을 감안하여, 본 발명은 재난안전통신용 단말기가 외부 잡음이 많은 환경에서 사용되더라도 통화시에 마이크로 혼입되는 외부 잡음이 억제되고 스피커에서 출력되는 소리가 요원의 귀로 잘 전달하게 하는 방법을 제공한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법에 있어서,

이격되어 배치되는 마이크들을 이용하여 외부 잡음 레벨들이 측정되는 단계;

측정된 외부 잡음 레벨들의 합이 특정 레벨이상인 경우에는 단말기 내부의 신호처리장치에 의해 화자의 음성신호가 추출되어 상대방에게 전달되는 단계;

이격되어 배치되는 근접센서들을 이용하여 화자의 얼굴의 위치가 판정되는 단계;

판정된 화자의 얼굴 위치에 대응하는 방향으로 상대방의 음성이 향하도록 스피커들의 음성 출력 방향이 제어되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명을 이용하면, 본 발명은 재난안전통신용 단말기가 외부 잡음이 많은 환경에서 사용되더라도 통화시에 마이크로 혼입되는 외부 잡음이 억제되고 스피커에서 출력되는 소리가 요원의 귀로 잘 전달하게 하는 방법을 제공하게 되어 잡음 환경하에서도 재난안전통신용 단말기를 이용한 통화가 용이하게 수행되게 된다.

도1은 본 발명의 전체적인 구성을 도시함.
도2는 본 발명에서 잡음환경에서 음성신호를 추출하는 과정을 도시함.
도3는 본 발명에서 화자 얼굴의 위치에 따라 상대방 음성을 지향하게 하는 방법을 도시함.
도4는 본 발명에서 잡음 환경 모드로의 전환 순서도.
도5는 본 발명에서 화자 음성신호 추출 및 전송하는 동작의 순서도.
도6은 본 발명에서 일반 모드로의 전환 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 재난안전통신용 단말기의 전면과 후면의 구성을 도시한다.

도1의 좌측에 나타난 것처럼 본 발명은 기존의 일반 단말기의 전면 상단에 존재하는 스피커(스피커 #2)과 함께 하단의 키들 사이에 상하 2열로 어레이 형태로 배치된 추가 어레이 스피커들(스피커 #1)을 포함하고, 기존의 일반 단말기에 전면 하단에 존재하는 마이크(마이크 #1)과 함께 전면 상단 우측 전면에 배치되는 마이크(마이크 #2)와 후면 우측 상단에 배치되는 마이크(마이크 #3)을 포함하며, 전면 상단과 하단에 각각 배치되는 근접 센서들(근접 센서 #1, 근접 센서 #2)을 포함한다.

그리고, 재난안전통신용 단말기의 내부에는 잡음이 포함된 아날로그 음성 신호를 디지털화하여 음성 신호만을 추출하는 신호처리 장치(DSP)가 포함되어 있다.

여기서, 스피커 #1은 이하에서 자세히 설명하겠지만, 다수의 스피커들이 2줄로 상하로 배치되어 있으며 각 스피커들용 개구부들은 서로 상이한 방향으로 향하게 하여 이들 스피커들의 온/오프 제어에 의해 스피커 어레이에서 출력되는 음성이 특정 방향으로 향하도록 한다.

또한, 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3는 이하에서 자세히 설명하겠지만, 상호 이격되게 배치되고 각 마이크에는 잡음과 음성이 혼입되게 된다.

그리고, 근접 센서 #1, 근접 센서 #2는 이하에서 자세히 설명하겠지만, 재난안전통신용 단말기로 접근하는 화자의 얼굴 위치를 인식하는데에 사용된다.

다음으로 잡음 환경에서 화자의 음성신호를 추출하여 상대방에 전송하고 상대방의 음성을 화자의 얼굴로 지향하게 하는 방법에 대해 도면들을 참고로 하여 설명하기로 한다.

잡음 환경 모드로의 전환 방법(도4 순서도 참고)

(1) 먼저, 재난안전통신용 단말기는 일정 시간 간격(예 : 3초)으로 마이크(마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3에서 입력되는 소리의 크기를 인지한다(S10).

(2) 3개의 마이크로 입력되는 소리의 크기의 합이 특정 수준 이상이 되면 재난안전통신용 단말기는 잡음 환경으로 판단한다(S11).

(3) 잡음 환경으로 판단되면 스피커와 마이크의 동작 모드를 잡음 환경 모드로 전환한다(S12).

2. 화자의 음성신호를 추출하여 상대방에게 전송하는 방법(도5 순서도 참고)

(1) 잡음 환경 모드로 전환되면 스퍼커와 마이크를 다음과 같이 동작시킨다(S20).

- 스피커 #1, 스피커 #2를 동작 온시킨다.

- 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3를 동작 온시킨다.

- 근접센서#1, 근접센서#2를 온시킨다.

- DSP 모듈의 동작을 온시킨다.

(2) 근접센서 #1, #2(예: 레이저방식 근접센서)는 각각 통화를 하기 위해 재난안전통신용 단말기에 근접하는 화자의 귀와 입을 인지하여 모두 특정 거리 이내라고 판단되면 화자가 통화를 하기 위해 재난안전통신용 단말기에 얼굴을 근접시킨다고 판단하게 된다(S21).

(3) 상기 판단결과 화자가 얼굴을 근접시키는 것으로 판단되면, 재난안전통신용 단말기에서는 잡음과 화자 음성이 혼합되어 마이크들로 입력되는 정보를 다음과 같은 방식으로 DSP모듈에서 신호처리하여 화자 본인의 음성만을 추출하여 상대방에게 전달하게 된다(S22).

본 발명의 DSP 모듈에서는 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3 각각으로 입력되는 잡음과 화자 음성이 합성된 오디오 신호에서 화자의 음성 신호를 분리해 내는 알고리즘(예: 퀄컴, Nvidia 들의 업체에서 제공하는 AudioDSP기능에 내장된 잡음 제거 알고리즘)을 적용하여 음성 신호를 추출해 낸다.

이 알고리즘의 원리를 간단히 설명하면 아래와 같다.

먼저, 서로 다른 위치에 존재하는 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3로 입력되는 신호들에 포함된 다양한 신호들(화자 음성 신호 및 잡음 신호)이 각각 분리되어 추출된다.

다음으로, 화자의 음원인 입은 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3에 근접해 있으므로, 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3 각각으로 입력되는 화자의 음성들의 레벨은 크고 마이크들 사이에서 크기가 크게 차이가 나며 시간차(delay)가 크게 되지만, 잡음원은 마이크들에서 상당히 멀리 떨어져 있으므로 레벨은 비교적 작고 마이크들 사이에서 크기가 차이가 작게 나며 시간차가 작게 된다는 점이 적용된다.

그래서, 도2에서와 같이 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3을 통해 입력되어 서로 상이한 크기와 시간차를 가진 분리된 신호들이 단말기 내의 ADC(아날로그 신호를 디지털 신호로 변환)에 입력되어(도2에서는 도시의 편의상 마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3를 통해 입력되는 화자의 음성신호들(D1, D2, D3)만 입력되는 것으로 도시되었지만 잡음신호들도 동일한 방식으로 입력됨) 디지털 신호로 변환되어 AudioDSP에서 크기나 시간차가 있지만 동일한 신호인 것들끼리 구분되고, 도2에서와 같이 화자의 음성(D1, D2, D3)은 마이크마다 크기 차이가 크고 시간차가 크므로, 이 신호가 음성신호로 인식되어 잡음 신호가 분리되어 추출되게 되어 이 음성신호가 상대방에게 전송되게 된다.

3. 상대방 음성을 화자에게 향하게 하는 방법

다음으로, 상대방의 음성을 화자의 얼굴(귀) 방향으로 향하게 하는 방법을 설명하기로 한다.

도3의 좌측 하단에 나타난 바와 같이, 재난안전통신용 단말기의 키패드 부분에는 서로 상이한 개구부 방향으로 음성을 출력하는 스피커 어레이(스피커 유닛)(스피커#2)를 가지고 있어서 이 상이한 방향의 개구부에 의해 각 스피커에서 나오는 소리는 방향성을 가지게 된다.

예를 들면, 도3의 좌측 하단에 도시된 것처럼 6개의 스피커(SP#1, SP#2, SP#3, SP#4, SP#5, SP#6)를 사용하고, 스피커(SP#1)를 통해 출력되는 소리는 좌측 상부를 향하게 하고, 스피커(SP#2)을 통해 출력되는 소리는 좌측 수평방향을 향하게 하며, 스피커(SP#3)을 통해 출력되는 소리는 좌측 하부를 향하게 하며. 스피커(SP#4)을 통해 출력되는 소리는 우측 상부를 향하게 하며, 스피커(SP#5)을 통해 출력되는 소리는 우측 수평방향을 향하게 하며, 스피커(SP#6)을 통해 출력되는 소리는 우측 하방를 향하게 한다. 물론 스피커 #2는 일반 단말기처럼 정면을 향하는 소리를 출력하게 된다.

그리고, 도3의 우측과 같이 상대방 음성신호가 스피커 앰프에서 증폭되고, 스피커 앰프의 출력은 제어신호에 의해 제어되어, 제어 신호에 따라 상대방 음성신호기 특정 스피커로 향하게 된다.

그래서, 단말기 상부의 근접센서#1와 하부의 근접센서#2를 이용하여 삼각법에 의해 얼굴의 위치를 판정하여 얼굴 위치에 대응하는 스피커로 상대방 음성이 출력되게 오디오 스위치를 제어하게 된다.

예를 들면, 얼굴이 정면 중앙에 있는 것으로 판정되면 일반 스마트폰처럼 스피커#2로 출력하게 제어하고, 얼굴이 좌측 상부에 있는 것으로 판정되면 스피커(SP#1)로 출력되도록 제어하며, 얼굴이 우측 하방에 있는 것으로 판정되면 스피커(SP#6)로 출력되도록 제어한다.

결국, 이상과 같은 방법을 적용하면 화자의 얼굴(귀)의 위치에 따라 상이한 스피커들로 음성이 출력되게 하여 얼굴(귀)의 위치 쪽으로 상대방의 음성이 향하게 하여 상대방의 음성이 화자에게 집중하여 주변으로 퍼지는 것을 최소화하게 된다.

4. 최적화된 음성

이때 화자의 위치가 변하고 잡음의 크기가 변화함에 따라 적절한 신호처리를 하여 최적화하게 된다. 예를 들면 화자의 얼굴이 단말기에서 상방 또는 하방으로 치우친 경우에는 이를 감안하여 해당 스피커의 음성 출력을 자동적으로 크게 조정하고, 주변 잡음의 크기가 큰 경우 역시 해당 스피커의 음성 출력을 자동적으로 크게 하여 화자가 용이하게 상대방의 음성을 들을 수 있게 한다.

5 일반 모드로의 전환 방법(도6의 순서도 참고)

(1) 화자 음성신호 전송 및 상대방 음성 지향 단계를 수행하면서 일정 시간 간격(예: 3초)으로, 재난안전통신용 단말기는 3개의 마이크(마이크 #1, 마이크 #2, 마이크 #3에서 입력되는 소리의 크기를 인지한다(S30).

(2) 3개의 마이크로 입력되는 소리의 크기의 합이 특정 수준 미만이 되면 재난안전통신용 단말기는 일반 환경으로 판단한다(S31).

(3) 일반 환경으로 판단되면 절전을 위해 스피커와 마이크를 다음과 같이 동작시켜서 일반 모드로 전환시켜서 일반 단말기처럼 동작하게 된다(S32).

- 스피커 #1 오프, 스피커 #2 온시킨다.

- 마이크 #1 온시키고, 마이크 #2와 마이크 #3를 오프시킨다.

- 근접센서#1, 근접센서#2를 오프시킨다.

- DSP 모듈의 동작을 오프시킨다.

결국, 이상과 같은 본 발명을 본 발명을 이용하면, 잡음이 적은 일반 환경에서는 일반 단말기처럼 동작하지만, 잡음이 많은 환경에서는 잡음을 제거한 화자의 음성신호를 상대방에게 전달하고 상대방 음성을 화자의 얼굴(귀)로 집중시키게 되어, 혼잡하고 외부 소음이 많은 재난 현장에서 통화를 용이하게 하게 된다.

한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다는 점에 유의해야 한다.

예를 들면, 이상에서는 스피커 어레이에서 상이한 방향을 가진 개구부들을 통해 상대방 음성이 향하는 방향을 결정하였지만, 스피커 어레이의 각 스피커를 개구부의 방향과 일치하게 향하도록 배치하는 것도 가능하고, 스피커 어레이 대신에 틸트 조정 가능한 스피커를 통해 틸트를 조정하여 특정 위치에서 보강 또는 상쇄되는 위상차가 존재하는 음성 신호가 전달되게 하는 방식도 가능하다.

Claims (5)

1. 재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법에 있어서,
   재난안전통신용 단말기에 서로 이격되어 배치되는 마이크들을 이용하여 외부 소리의 크기들이 측정되는 단계;
   측정된 외부 소리 크기들의 합이 특정 레벨 이상인 경우에는 잡음 환경 모드로 전환되어, 재난안전통신용 단말기에 서로 이격되어 배치되는 근접센서들 모두에서 화자의 얼굴이 특정 거리 이내인지가 판단되는 단계;
   상기 판단 결과 모두 특정 거리 이내이면 재난안전통신용 단말기 내부의 신호처리장치에 의해 화자의 음성신호만이 추출되어 상대방에게 전달되는 단계;
   상기 잡음 환경 모드로 전환시 근접센서들에 의해 화자의 얼굴 위치가 판정되어, 서로 상이한 방향의 개구부를 가진 다수의 스피커들 중에서, 상기 판정된 화자의 얼굴 위치의 방향에 대응하는 스피커로 상대방의 음성이 출력되는 단계를 포함하고,
   상기 상대방 음성의 출력은 화자의 얼굴 위치의 방향과 주변 잡음의 크기를 고려하여 출력의 크기가 자동적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화자의 얼굴 위치 판정은 2개의 레이저 방식 근접 센서를 이용하여 삼각법으로 판정되는 것을 특징으로 하는 재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스피커들은 어레이 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 재난안전통신용 단말기 통화시의 외부 잡음 억제 방법.
   
4. 삭제
5. 삭제

Images