KR102128330B1 - 신호 처리 장치, 신호 복원 장치, 신호 처리 방법, 및 신호 복원 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 신호 처리 장치가 개시된다. 일 실시예는 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별하고, 상기 식별에 기초하여, 상기 다운 샘플링의 적용 이전의 신호의 특징점을 획득하며, 상기 특징점이 포함된 특징 샘플 구간 내에서 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보를 획득한다.

Description

신호 처리 장치, 신호 복원 장치, 신호 처리 방법, 및 신호 복원 방법{SIGNAL PROCESSING APPARATUS, SIGNAL RECOVERY APPARATUS, SIGNAL PROCESSING, AND SIGNAL RECOVERY METHOD}
아래 실시예들은 신호를 처리하는 기술 및 신호를 복원하는 기술에 관한 것이다.
신호가 샘플링되면 신호의 최대값 또는 최소값이 손실될 수 있다. 신호의 최대값 또는 최소값은 신호 분석에 있어서 중요한 팩터(factor)일 수 있다. 예를 들어, 보행 보조 기기를 통해 센싱된 신호의 최대값 또는 최소값은 보행 보조 기기를 착용한 사용자의 보행 특성을 나타낼 수 있다. 신호의 특성이 손실되지 않는 방법이 필요하다.
일 측에 따른 신호 처리 장치는 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별하는 식별부; 상기 식별에 기초하여, 상기 다운 샘플링의 적용 이전의 신호의 특징점을 획득하고, 상기 특징점이 포함된 특징 샘플 구간 내에서 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보를 획득하는 획득부; 및 상기 특징점 및 상기 시간 정보를 포함하는 데이터 스트림을 생성하는 생성부를 포함한다.
상기 획득부는, 상기 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플과 상기 특징점 사이의 시간 차이를 획득할 수 있다.
또한, 상기 생성부는, 상기 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플을 상기 특징점 및 상기 시간 정보로 대체하여 상기 데이터 스트림을 생성할 수 있다.
상기 신호 처리 장치는 상기 시간 정보를 미리 정해진 방식에 따라 증가시키는 증가부를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 처리 장치는, 통신 인터페이스를 통해 상기 데이터 스트림을 원격 장치로 전송할 수 있다.
상기 신호는, 상기 신호 처리 장치를 포함하는 기기를 착용한 사용자의 움직임에 따라 센싱된 신호를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리 장치는, 보행 보조 기기에 내장될 수 있다.
상기 특징점은, 상기 신호의 변곡점을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 신호 복원 장치는 외부 장치로부터 데이터 스트림을 수신하는 수신부; 상기 데이터 스트림으로부터 획득된 데이터를 기초로 상기 외부 장치가 센싱한 신호의 특징점 및 상기 특징점의 시간 정보를 검출하는 검출부; 및 상기 시간 정보를 이용하여 상기 특징점의 인덱스를 결정하고, 상기 결정을 기초로 상기 데이터에 보간(interpolation)을 수행하는 보간부를 포함한다.
신호 복원 장치는 상기 획득된 데이터에 업 샘플링을 적용하는 업 샘플러를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 장치는, 보행 보조 기기를 포함할 수 있다.
신호 복원 장치는 상기 보간을 기초로 복원된 데이터를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
신호 복원 장치는 상기 보간을 기초로 복원된 데이터를 이용하여 상기 외부 장치를 착용한 사용자의 보행 특성을 분석하는 분석부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 신호 처리 방법은 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별하는 단계; 상기 식별에 기초하여, 상기 다운 샘플링의 적용 이전의 신호의 특징점을 획득하는 단계; 상기 특징점이 포함된 특징 샘플 구간 내에서 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보를 획득하는 단계; 및 상기 특징점 및 상기 시간 정보를 포함하는 데이터 스트림을 생성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 신호 복원 방법은 외부 장치로부터 데이터 스트림을 수신하는 단계; 상기 데이터 스트림으로부터 획득된 데이터를 기초로 상기 외부 장치에 의해 센싱된 신호의 특징점 및 상기 특징점의 시간 정보를 획득하는 단계; 및 상기 시간 정보를 이용하여 상기 특징점의 인덱스를 결정하고, 상기 결정을 기초로 상기 데이터에 보간(interpolation)을 수행하는 단계를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 신호 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 신호 처리 장치가 처리하는 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 신호 복원 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 신호 복원 장치의 신호 복원을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 원 신호, 선형 보간을 통해 복원된 신호, 및 일 실시예에 따라 복원된 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호 처리 장치 및 신호 복원 장치를 포함하는 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 신호 복원 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 신호 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
일 실시예에 따른 신호 처리 장치(100)는 독립된 기기(stand alone)로 구현될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 신호 처리 장치(100)는 보행 보조 기기(walking assist device), 이동 단말, 또는 웨어러블 디바이스(wearable device)와 같은 전자 기기에 내장되거나, 통신 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 신호 처리 장치(100)는 식별부(110), 획득부(120), 생성부(130)를 포함한다.
신호 처리 장치(100)는 센서를 통해 사용자의 움직임 정보를 센싱할 수 있다. 예를 들어, 센서는 사용자의 걸음걸이 속도, 보폭 수, 또는 사용자의 보행에 따라 변하는 고관절(hip joint)의 관절 각도(joint degree) 등을 센싱할 수 있다. 또한, 신호 처리 장치(100)는 통신 인터페이스를 통해 센서로부터 센싱에 따른 출력값을 수신할 수 있다. 통신 인터페이스는, 예를 들어, WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선 인터넷 인터페이스와 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등의 근거리 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 통신 인터페이스는 외부와 통신을 수행할 수 있는 모든 인터페이스(예를 들어, 유선 인터페이스)를 나타낼 수 있다.
센서의 출력은 샘플링된 신호일 수 있다. 예를 들어, 센서의 출력은 100Hz로 샘플링된 신호일 수 있다.
신호 처리 장치(100)는 샘플링된 신호를 다운 샘플링하는 다운 샘플러를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 다운 샘플러는 100Hz로 샘플링된 신호를 50Hz, 25Hz 등의 다운 샘플링 레이트로 다운 샘플링할 수 있다. 100Hz로 샘플링된 신호가 50Hz를 통해 다운 샘플링되는 경우, 1초 동안 100개의 샘플들 중 50개의 샘플들이 추출될 수 있다.
식별부(110)는 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별한다. 미리 정해진 기준은, 예를 들어, 샘플들 사이의 변화가 양에서 음으로 변하는 기준 및 음에서 양으로 변하는 기준 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, A, a, B, b, C, c, D, d, E, e, F, 및 f의 12개의 샘플들 중에서 다운 샘플링을 통해 A, B, C, D, E, 및 F의 6개의 샘플들이 추출된다고 가정하자. 샘플 A와 샘플 B 사이의 변화가 양이고, 샘플 B와 샘플 C 사이의 변화가 음인 경우, 샘플 B는 샘플들 사이의 변화가 양수에서 음수로 변화하는 포인트이다. 식별부(110)는 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 A 및 샘플 C 사이를 나타내는 샘플 구간을 식별할 수 있다.
전술한 예에서, 샘플 D와 샘플 E 사이의 변화가 음이고, 샘플 E와 샘플 F 사이의 변화가 양인 경우, 샘플 E는 샘플들 사이의 변화가 양에서 음으로 변화하는 포인트이다. 식별부(110)는 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 D 및 샘플 F 사이를 나타내는 샘플 구간을 식별할 수 있다.
획득부(120)는 식별된 샘플 구간 내에서 샘플링된 신호의 특징점을 획득한다. 획득부(120)는 식별된 샘플 구간에 존재하는 샘플들의 샘플값을 확인할 수 있다. 샘플 A 및 샘플 B의 샘플 구간에는 샘플 a가 존재하고, 샘플 B 및 샘플 C의 샘플 구간에는 샘플 b가 존재한다. 획득부(120)는 최대값을 획득하기 위해 샘플 A 및 샘플 B의 샘플 구간에 존재하는 샘플 a의 샘플값을 확인할 수 있다. 또한, 획득부(120)는 최대값을 획득하기 위해 샘플 B 및 샘플 C의 샘플 구간에 존재하는 샘플 b의 샘플값을 확인할 수 있다. 여기서, 샘플링된 신호가 샘플 a에서 최대값을 갖는다고 하자.
획득부(120)는 최소값을 획득하기 위해 샘플 D 및 샘플 E의 샘플 구간에 존재하는 샘플 d의 샘플값을 확인할 수 있다. 또한, 획득부(120)는 최소값을 획득하기 위해 샘플 E 및 샘플 F의 샘플 구간에 존재하는 샘플 e의 샘플값을 확인할 수 있다. 여기서, 샘플링된 신호가 샘플 e에서 최소값을 갖는다고 하자.
획득부(120)는 특징점이 포함된 특징 샘플 구간 내에서 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보를 획득한다. 예를 들어, 획득부(120)는 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플과 특징점 사이의 시간 차이를 획득할 수 있다. 여기서, 구간 기준 샘플은 특징 샘플 구간의 시작을 나타내는 시작 샘플 및 끝을 나타내는 끝 샘플을 포함할 수 있다. 획득부(120)는 구간 기준 샘플 중 특징 샘플 구간의 시작을 나타내는 시작 샘플과 특징점 사이의 시간 차이를 획득할 수 있다. 또한, 획득부(120)는 구간 기준 샘플 중 특징 샘플 구간의 끝을 나타내는 끝 샘플과 특징점 사이의 시간 차이를 획득할 수 있다. 획득부(120)는 특징점이 구간 기준 샘플로부터 쉬프트된 정도를 획득할 수 있다. 전술한 예에서, 획득부(120)는 샘플 A와 샘플 a 사이의 시간 차이를 획득할 수 있다. 샘플 A와 샘플 a 사이의 샘플 간격이 1이므로 획득부(120)는 1을 획득할 수 있다. 또한, 획득부(120)는 샘플 B와 샘플 a 사이의 시간 차이를 획득할 수 있다. 샘플 B와 샘플 a 사이의 샘플 간격이 1이므로, 획득부(120)는 1을 획득할 수 있다. 상기 시간 차이를 통해 획득부(120)는 특징점이 특징 샘플 구간 내에서 위치하는 위치 정보를 획득할 수 있다.
생성부(130)는 특징점 및 시간 정보를 포함하는 데이터 스트림을 생성한다.
전술한 예에서, 다운 샘플링을 통해 A, B, C, D, E, 및 F의 6개의 샘플들이 추출되었다. 샘플링된 신호의 최대값 및 최소값 중 적어도 하나가 다운 샘플링을 통해 추출된 샘플들에 포함되지 않을 수 있다. 샘플 a 및 샘플 e가 다운 샘플링에 기초한 샘플들에 포함되지 않을 수 있다. A, B, C, D, E, 및 F의 6개의 샘플들의 샘플값이 상대 장치로 전송되고, 상대 장치에서 상기 샘플들이 복원되는 경우, 특징점이 복원되지 않을 수 있다.
생성부(130)는 샘플 a를 포함하는 특징 샘플 구간의 샘플 A 및 샘플 B 각각의 샘플값 대신에 샘플 a의 샘플값 및 시간 정보가 데이터 스트림에 포함되도록 데이터 스트림을 생성할 수 있다. 또한, 생성부(130)는 샘플 e를 포함하는 특징 샘플 구간의 샘플 E 및 샘플 F 각각의 샘플값 대신에 샘플 e의 샘플값 및 시간 정보가 데이터 스트림에 포함되도록 데이터 스트림을 생성할 수 있다. 생성부(130)는 샘플 a의 샘플값, 샘플 a의 시간 정보, 샘플 B 내지 샘플 D의 샘플값, 샘플 e의 샘플값, 및 샘플 e의 시간 정보를 포함하는 데이터 스트림을 생성할 수 있다. 생성부(130)는 특징 샘플 구간의 시작 샘플 및 끝 샘플의 샘플값을 특징점의 샘플값 및 시간 정보로 대체하여 데이터 스트림을 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 생성부(130)는 미리 정해진 방식에 따라 시간 정보를 증가시킬 수 있고, 증가된 시간 정보를 데이터 스트림에 포함시킬 수 있다. 시간 정보가 증가됨으로써 데이터 스트림을 수신하는 상대 장치는 시간 정보를 쉽게 검출할 수 있다. 전술한 예에서, 생성된 데이터 스트림에는 "1"의 시간 정보가 포함된다. 생성부(130)는 시간 정보에 "최대값*2"를 더하여 "최대값*2+1"을 데이터 스트림에 포함시킬 수 있다. 데이터 스트림에 포함된 데이터들 중 시간 정보를 포함하는 데이터가 가장 큰 값을 가질 수 있다.
신호 처리 정치(100)는 통신 인터페이스를 통해 생성된 데이터 스트림을 상대 장치로 전송할 수 있다. 통신 인터페이스는 전술한 바와 같이 블루투스 등의 무선 인터페이스를 포함할 수 있다. 상대 장치는, 예를 들어, PC와 같은 고정식 단말일 수 있다. 고정식 단말은 디스플레이를 포함할 수 있고, 데이터 스트림을 복원하여 복원된 데이터를 디스플레이에 표시할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 신호 처리 장치가 처리하는 신호를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따른 신호 처리 장치는 보행 보조 장치를 착용한 사용자의 보행에 따라 센싱된 고관절의 관절 각도 신호를 처리할 수 있다. 도 2에 도시된 그래프에서 x축은 시간을 나타내고, y축은 고관절의 관적 각도를 나타낸다.
도 2에는 샘플링된 신호(210) 및 다운 샘플링에 기초한 샘플들(220 내지 230)이 도시된다. 도 2에서 샘플링된 신호(210)는 연속적인 신호로 도시되었으나, 실제로는 복수의 샘플들을 포함하는 이산(discrete) 신호이다.
신호 처리 장치는 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별할 수 있다. 신호 처리 장치는 샘플(224) 및 샘플(225) 사이의 기울기와 샘플(225) 및 샘플(226)의 기울기를 확인할 수 있다. 상기 기울기의 확인을 기초로 신호 처리 장치는 샘플(224) 및 샘플(226) 사이에 포함된 복수의 샘플들 각각의 샘플값을 확인할 수 있고, 상기 확인에 따라 최대값(211)을 검출할 수 있다. 또한, 최대값(211)의 검출에 따라 최대값(211)이 포함된 특징 샘플 구간이 식별될 수 있다. 여기서, 특징 샘플 구간은 샘플(224)과 샘플(225) 사이를 나타내는 샘플 구간이고, 샘플(224) 및 샘플(225)는 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플이다.
신호 처리 장치는 최대값(211)이 샘플(224)로부터 떨어진 거리에 대한 정보(213)를 획득할 수 있다. 달리 표현하면, 신호 처리 장치는 샘플(224)과 최대값(211) 사이의 시간 차이 정보(213)를 획득할 수 있다. 또한, 신호 처리 장치는 최대값(211)이 샘플(225)로부터 떨어진 거리 정보를 획득할 수 있다.
신호 처리 장치는 샘플(227) 및 샘플(228) 사이의 기울기와 샘플(228) 및 샘플(229) 사이의 기울기를 확인할 수 있다. 상기 기울기의 확인을 기초로, 신호 처리 장치는 샘플(227) 및 샘플(229) 사이에 포함된 복수의 샘플들 각각의 샘플값을 확인할 수 있고, 확인에 따라 최소값(212)을 검출할 수 있다. 또한, 최소값(212)의 검출에 따라 최소값(212)이 포함된 특징 샘플 구간이 식별될 수 있다. 여기서, 특징 샘플 구간은 샘플(228)과 샘플(229) 사이를 나타내는 샘플 구간이고, 샘플(228) 및 샘플(229)는 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플이다.
신호 처리 장치는 최소값(212)이 샘플(228)로부터 떨어진 거리에 대한 정보(214)를 획득할 수 있다. 달리 표현하면, 신호 처리 장치는 샘플(228)과 최소값(212) 사이의 시간 차이 정보(214)를 획득할 수 있다. 또한, 신호 처리 장치는 최소값(212)이 샘플(229)로부터 떨어진 거리 정보를 획득할 수 있다.
신호 처리 장치는 데이터 스트림을 생성할 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 신호 처리 장치는 샘플(224) 및 샘플(225) 각각의 샘플값 대신에 최대값(211) 및 시간 차이 정보(213)를 데이터 스트림에 포함시킬 수 있다. 또한, 신호 처리 장치는 샘플(228) 및 샘플(229) 각각의 샘플값 대신에 최소값(212) 및 시간 차이 정보(214)를 데이터 스트림에 포함시킬 수 있다.
생성된 데이터 스트림은 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 신호 복원 장치로 전송될 수 있다. 신호 복원 장치는 데이터 스트림을 디코딩하고, 복원 절차를 수행할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 신호 복원 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
일 실시예에 따른 신호 복원 장치(300)는 독립된 기기(standalone)로 구현될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 신호 복원 장치(300)는 PC와 같은 고정 단말 또는 노트북과 같은 이동 단말에 내장되거나, 통신 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.
일 실시예에 따른 신호 복원 장치(300)는 수신부(310), 검출부(320), 및 보간부(330)를 포함한다.
수신부(310)는 외부 장치로부터 데이터 스트림을 수신한다. 예를 들어, 외부 장치는 보행 보조 기구를 포함할 수 있다. 보행 보조 기구는 고관절의 관절 각도, 사용자의 이동 속도 등 사용자의 움직임을 센싱할 수 있고, 센싱된 정보를 처리하여 신호 복원 장치(300)로 전송할 수 있다.
수신부(310)는 외부 장치와 통신할 수 있도록 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스는, 예를 들어, WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선 인터넷 인터페이스와 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등의 근거리 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 통신 인터페이스는 외부와 통신을 수행할 수 있는 모든 인터페이스(예를 들어, 유선 인터페이스)를 나타낼 수 있다. 신호 복원 장치(300)는 데이터 스트림으로부터 신호의 샘플값, 신호의 특징점, 및 특징점의 시간 정보 등의 데이터를 획득할 수 있다.
신호 복원 장치(300)는 업 샘플러(up-sampler)를 포함할 수 있다. 업 샘플러는 획득된 데이터에 업 샘플링을 적용한다. 예를 들어, 신호 복원 장치(300)가 데이터 스트림으로부터 0, 2, 4, 6, 9, 19, 6, 4, 2, 및 0를 획득한다고 하자. 원 신호의 샘플의 개수라 20개라고 할 때, 업 샘플러는 업 샘플링을 통해 획득된 데이터 사이에 샘플을 추가할 수 있다. 0과 2 사이에 샘플이 추가될 수 있고, 2와 4 사이에 샘플이 추가될 수 있다. 여기서, 추가되는 샘플의 샘플값은 정해지지 않고, 후술할 보간부(330)에 의해 샘플값이 결정될 수 있다.
검출부(320)는 데이터 스트림으로부터 획득된 데이터를 기초로 신호의 특징점 및 특징점의 시간 정보를 검출한다. 예를 들어, 검출부(320)는 획득된 데이터의 변화를 이용하여 특징점 및 특징점의 시간 정보를 검출할 수 있다. 검출부(320)는 데이터의 변화를 확인할 수 있고, 미리 정해진 기준을 만족하는 구간을 식별할 수 있다. 전술한 예에서, 구간 9, 19, 및 6에서 기울기가 양에서 음으로 변한다. 기울기가 양에서 음으로 변하는 포인트인 19는 신호 복원 장치가 특징점의 시간 정보를 용이하게 검출할 수 있도록 외부 장치가 미리 정해진 방식에 따라 시간 정보를 처리한 값이다. 검출부(320)는 획득된 데이터 중에서 가장 큰 값을 갖는 데이터를 시간 정보로 판단할 수 있다. 신호 복원 장치(300)와 외부 장치는 상기 19가 어떻게 생성되었는지에 대한 정보를 공유한다. 또한, 검출부(320)는 기울기가 변하는 포인트를 제외한 나머지 데이터들 중 가장 큰 값을 신호의 최대값으로 판단할 수 있다. 검출부(320)는 획득된 데이터들로부터 신호의 최대값인 9와 최대값의 시간 정보인 19를 검출할 수 있다. 전술한 예에서, 검출부(320)는 19가 "2*최대값 + 시간 정보"에 의해 생성됨을 알고 있으므로, 19로부터 시간 정보인 1을 검출할 수 있다.
보간부(330)는 특징점의 시간 정보를 이용하여 특징점의 인덱스를 결정한다. 전술한 예에서, 획득된 10개의 데이터인 0, 2, 4, 6, 9, 19, 6, 4, 2, 및 0 중에서 특징점인 9의 인덱스는 5이다. 미리 정해진 업 샘플링 레이트에 따라 업 샘플링이 적용되는 경우, 데이터와 데이터 사이에 하나의 샘플이 추가될 수 있다. 하나의 샘플이 추가되는 경우, 특징점인 9의 인덱스는 9가 된다. 보간부(330)는 업 샘플링에 따른 특징점의 인덱스를 시간 정보만큼 쉬프트할 수 있다. 전술한 예에서, 특징점의 시간 정보는 1이므로, 보간부(330)는 특징점의 인덱스를 10으로 결정할 수 있다. 특징점의 인덱스가 결정되는 경우, 보간부(330)는 획득된 데이터에 보간을 수행한다. 보간부(330)는 보간을 통해 샘플값이 없는 샘플들에 샘플값을 결정할 수 있다. 전술한 예에서, 보간을 통해 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 및 0의 원신호가 복원될 수 있다. 여기서, 1, 3, 5, 7, 8, 8, 7, 5, 3, 및 1은 선형 보간(linear interpolation)을 통해 복원된 샘플값이다.
일 실시예에 있어서, 신호 복원 장치(300)는 보간을 기초로 복원된 데이터를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다. 출력부는 복원된 데이터를 시각적으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 복원된 데이터를 그래프로 표시할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 신호 복원 장치(300)는 보간을 기초로 복원된 데이터를 이용하여 외부 장치를 착용한 사용자의 보행 특성(gait characteristic)을 분석하는 분석부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 분석부는 복원된 데이터를 이용하여 사용자의 보행 패턴, 걸음 속도, 고관절의 굽힘 각도(flexion degree), 또는 폄 각도(extension degree) 등을 분석할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 신호 복원 장치의 신호 복원을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 원 신호(410) 및 복원된 신호(420)가 도시된다. 원 신호(410)는 보행 보조 기기를 착용한 사용자의 보행에 따라 센싱된 신호일 수 있다. 도 4에 도시된 원 신호(410)는 연속적인 신호로 도시되었으나, 복수의 샘플들을 포함하는 이산 신호이다.
보행 보조 기기는 원 신호(410)의 데이터 용량을 줄이기 위해 다운 샘플링을 수행할 수 있다. 다운 샘플링이 있는 경우, 원 신호(410)의 최대값 및 최소값이 손실될 수 있다. 보행 보조 기기는 최대값 및 최소값의 손실을 방지하기 위해 최대값 및 최대값이 t4로부터 얼마나 떨어져 있는지에 대한 정보를 신호 복원 장치로 전송할 수 있다. 또한, 보행 보조 기기는 원 신호(410)의 최소값 및 최소값이 t8로부터 얼마나 떨어져 있는지에 대한 정보를 신호 복원 장치로 전송할 수 있다. 신호 복원 장치는 보행 보조 기기로부터 수신한 정보를 기초로 원 신호(410)의 최대값 및 최소값을 복원할 수 있다.
(t4, t5)구간을 살펴보면, 복원된 신호(420)는 원 신호(410)의 최대값을 포함한다. 또한, (t8, t9)구간을 살펴보면, 복원된 신호(420)는 원 신호(410)의 최소값을 포함한다.
도 5는 원 신호, 선형 보간을 통해 복원된 신호, 및 일 실시예에 따라 복원된 신호를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서, x축은 시간, y축은 사용자의 보행에 따른 고관절의 관절 각도를 나타낸다.
도 5에 원 신호(510), 선형 보간을 통해 복원된 신호(520), 및 일 실시예에 따라 복원된 신호(530)가 도시된다. 도 5에 도시된 (a), (b), (c), 및 (d)에서 원 신호(510)에 적용된 다운 샘플링 레이트가 상이하다. (a), (b), (c), 및 (d)로 갈수록 다운 샘플링 레이트가 증가한다.
도 5의 (a)를 살펴보면, 원 신호(510), 선형 보간을 통해 복원된 신호(520), 및 일 실시예에 따라 복원된 신호(530)가 거의 동일하다.
도 5의 (b)를 살펴보면, 선형 보간을 통해 복원된 신호(520)는 원 신호(510)와 유사하나, 원 신호(510)의 최대값이 정확하게 복원되지 않는다.
도 5의 (c)를 살펴보면, 최대값 이전의 시간 구간에서 원 신호(510), 선형 보간을 통해 복원된 신호(520), 및 일 실시예에 따라 복원된 신호(530)는 거의 유사하다. 선형 보간을 통해 복원된 신호(520)는 원 신호(510)의 최대값을 정확하게 표현하지 못한다. 일 실시예에 따라 복원된 신호(530)는 원 신호(510)의 최대값을 정확하게 표현한다.
도 5의 (d)는 원 신호(510)에 적용된 다운 샘플링 레이트가 가장 크다. 다운 샘플링 레이트가 클수록, 선형 보간을 통해 복원된 신호(520)에서 원 신호(510)의 최대값이 손실되는 정도가 크다. 일 실시예에 따라 복원된 신호(530)는 다운 샘플링 레이트가 커져도 원 신호(510)의 최대값을 정확하게 표현할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호 처리 장치 및 신호 복원 장치를 포함하는 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 처리 장치는 보행 보조 기기(610)에 내장될 수 있다. 도 6에는 힙 타입(hip-type)의 보행 보조 기기가 도시된다. 보행 보조 기기(610)는 힙 타입에 한정되지 않고, 하지 전체를 지원하는 타입과 하지 일부를 지원하는 타입을 포함할 수 있다. 또한, 보행 보조 기기(610)는 하지 일부를 지원하는 형태에서 무릎까지 지원하는 타입과 발목까지 지원하는 형태를 포함할 수 있다.
보행 보조 기기(610)는 사용자의 다리 근력을 보조할 수 있도록 보행 보조 기기(610)의 관절부들을 구동시키는 구동 모터를 구비할 수 있다. 예를 들어, 양측의 고관절부에 각각 구동력을 전달하기 위한 2개의 모터를 구비할 수 있다.
보행 보조 기기(610)는 센서를 통해 사용자의 보행에 따라 변하는 고관절의 관절 각도를 획득할 수 있다. 보행 보조 기기(610)는 획득한 관절 각도 외에도 모터 정보 및 토크 정보 등 다양한 정보를 신호 복원 장치(620)로 전송할 수 있다. 다양한 정보가 동시에 신호 복원 장치(620)로 전송되는 경우, 통신 간섭으로 인해 문제가 발생할 수 있다. 보행 보조 기기(610)는 다운 샘플링을 통해 정보의 용량을 줄일 수 있고, 전술한 문제를 완화할 수 있다. 보행 보조 기기(610)가 다운 샘플링을 하는 경우, 센싱한 신호의 특징점이 손실될 수 있고, 보행 보조 기기(610)는 특징점의 손실을 방지하는 신호 처리를 수행할 수 있다.
신호 복원 장치(620)는 보행 보조 기기(610)가 전송한 데이터를 복원할 수 있다. 복원된 데이터에는 보행 보조 기기(610)가 센싱한 신호의 특징점이 포함된다. 특징점을 통해 사용자의 고관절 굽힘 각도 등의 보행 특성이 정확하게 분석될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따른 신호 처리 방법은 신호 처리 장치에 의해 수행된다.
신호 처리 장치는 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별한다(710).
신호 처리 장치는 상기 식별에 기초하여, 상기 다운 샘플링의 적용 이전의 신호의 특징점을 획득한다(720).
신호 처리 장치는 특징점이 포함된 특징 샘플 구간 내에서 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보를 획득한다(730). 예를 들어, 신호 처리 장치는 상기 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플과 상기 특징점 사이의 시간 차이를 획득할 수 있다. 여기서, 구간 기준 샘플은 특징 샘플 구간의 시작 샘플과 끝 샘플을 포함할 수 있다.
신호 처리 장치는 특징점 및 상기 시간 정보를 포함하는 데이터 스트림을 생성한다(740). 신호 처리 장치는 특징 샘플 구간의 기준 구간 샘플을 상기 특징점 및 상기 시간 정보로 대체하여 상기 데이터 스트림을 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 신호 처리 장치는 시간 정보를 미리 정해진 방식에 따라 증가시킬 수 있다. 또한, 신호 처리 장치는 통신 인터페이스를 통해 상기 데이터 스트림을 원격 장치로 전송할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 통해 기술된 내용은 도 7을 통해 기술한 내용에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 일 실시예에 따른 신호 복원 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따른 신호 복원 방법은 신호 복원 장치에 의해 수행된다.
신호 복원 장치는 외부 장치로부터 데이터 스트림을 수신한다(810).
신호 복원 장치는 상기 데이터 스트림으로부터 획득된 데이터를 기초로 상기 외부 장치에 의해 센싱된 신호의 특징점 및 상기 특징점의 시간 정보를 획득한다(820).
신호 복원 장치는 상기 시간 정보를 이용하여 상기 특징점의 인덱스를 결정하고, 상기 결정을 기초로 상기 데이터에 보간(interpolation)을 수행한다(830).
도 1 내지 도 6을 통해 기술된 내용은 도 8을 통해 기술한 내용에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
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 (19)

  1. 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별하는 식별부;
    상기 식별에 기초하여, 상기 다운 샘플링의 적용 이전의 신호의 특징점을 획득하고, 상기 특징점이 포함된 특징 샘플 구간 내에서 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보를 획득하는 획득부; 및
    상기 특징점을 기초로 계산된 값을 상기 시간 정보에 더하여 상기 시간 정보를 증가시키고, 상기 증가된 시간 정보 및 상기 특징점을 포함하는 데이터 스트림을 생성하는 생성부
    를 포함하는 신호 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 획득부는,
    상기 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플과 상기 특징점 사이의 시간 차이를 획득하는,
    신호 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플을 상기 특징점 및 상기 시간 정보로 대체하여 상기 데이터 스트림을 생성하는,
    신호 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 장치는,
    통신 인터페이스를 통해 상기 데이터 스트림을 원격 장치로 전송하는,
    신호 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호는,
    상기 신호 처리 장치를 포함하는 기기를 착용한 사용자의 움직임에 따라 센싱된 신호를 포함하는,
    신호 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 장치는,
    보행 보조 기기에 내장되는,
    신호 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 특징점은,
    상기 신호의 변곡점을 포함하는,
    신호 처리 장치.
  9. 외부 장치로부터 데이터 스트림을 수신하는 수신부;
    상기 데이터 스트림으로부터 획득된 데이터를 기초로 상기 외부 장치가 센싱한 신호의 특징점 및 상기 특징점의 시간 정보를 검출하는 검출부; 및
    상기 시간 정보를 이용하여 상기 특징점의 인덱스를 결정하고, 상기 결정을 기초로 상기 데이터에 보간(interpolation)을 수행하는 보간부
    를 포함하고,
    상기 시간 정보는 상기 특징점을 기초로 계산된 값이 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보에 더한 결과인, 신호 복원 장치..
  10. 제9항에 있어서,
    상기 획득된 데이터에 업 샘플링을 적용하는 업 샘플러
    를 더 포함하는,
    신호 복원 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 외부 장치는,
    보행 보조 기기를 포함하는,
    신호 복원 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 보간을 기초로 복원된 데이터를 출력하는 출력부
    를 더 포함하는,
    신호 복원 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 보간을 기초로 복원된 데이터를 이용하여 상기 외부 장치를 착용한 사용자의 보행 특성을 분석하는 분석부
    를 더 포함하는,
    신호 복원 장치.
  14. 다운 샘플링에 기초한 복수의 샘플들 사이의 변화를 이용하여 미리 정해진 기준을 만족하는 샘플 구간을 식별하는 단계;
    상기 식별에 기초하여, 상기 다운 샘플링의 적용 이전의 신호의 특징점을 획득하는 단계;
    상기 특징점이 포함된 특징 샘플 구간 내에서 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 특징점을 기초로 계산된 값을 상기 시간 정보에 더하여 상기 시간 정보를 증가시키고 상기 증가된 시간 정보 및 상기 특징점을 포함하는 데이터 스트림을 생성하는 단계
    를 포함하는 신호 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 시간 정보를 획득하는 단계는,
    상기 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플과 상기 특징점 사이의 시간 차이를 획득하는 단계
    를 포함하는,
    신호 처리 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 데이터 스트림을 생성하는 단계는,
    상기 특징 샘플 구간의 구간 기준 샘플을 상기 특징점 및 상기 시간 정보로 대체하여 상기 데이터 스트림을 생성하는 단계
    를 포함하는,
    신호 처리 방법.
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서,
    통신 인터페이스를 통해 상기 데이터 스트림을 원격 장치로 전송하는 단계
    를 더 포함하는,
    신호 처리 방법.
  19. 외부 장치로부터 데이터 스트림을 수신하는 단계;
    상기 데이터 스트림으로부터 획득된 데이터를 기초로 상기 외부 장치에 의해 센싱된 신호의 특징점 및 상기 특징점의 시간 정보를 검출하는 단계; 및
    상기 시간 정보를 이용하여 상기 특징점의 인덱스를 결정하고, 상기 결정을 기초로 상기 데이터에 보간(interpolation)을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 시간 정보는 상기 특징점을 기초로 계산된 값이 상기 특징점의 위치와 대응하는 시간 정보에 더한 결과인, 신호 복원 방법.
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