KR102189733B1 - 대동물의 섭취량을 측정하는 전자 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대동물의 목넘김 소리를 검출하여 섭취량을 측정하는 전자 장치에 관한 것으로, 대동물의 목넘김 소리를 검출하는 집음 장치로부터 목넘김 소리를 수신하면서 별도로 대동물이 위치한 주변 영역에 배치된 하나 이상의 마이크로부터 잡음 소리를 수신하여 목넘김 소리에서 잡음 소리를 효과적으로 제거하여 정확한 목넘김 횟수를 측정하고, 목넘김 횟수에 따라 대동물의 섭취량을 측정하는 전자 장치가 제공된다.

Description

대동물의 섭취량을 측정하는 전자 장치 및 그 동작 방법{ELECTRONIC DEVICE FOR MEASURING LARGE ANIMAL INTAKE AND METHOD FOR OPERATION THEREOF}

대동물의 섭취량을 측정하는 전자 장치 및 그 동작 방법에 연관되며, 보다 구체적으로는 대동물의 목넘김 소리를 검출하여 섭취량을 측정하는 전자 장치에 연관된다.

대동물은 비교적 몸집이 큰 동물을 지칭하는 것으로, 동물 분류상 발굽포유동물(발굽동물, ungulate mammals)을 말한다. 예를 들어, 소, 말, 돼지 등이 대동물에 해당한다. 대동물은 다양한 목적으로 축사에서 공동으로 사육된다. 축산업분야에서 축사에서 사육되는 동물이 하루에 얼마나 사료를 섭취하는지 정확히 측정하는 것은 중요한 지표가 될 수 있다. 그러나, 다수의 동물에게 공동으로 사료를 제공하는 축사의 환경 조건에 의해 개체별로 얼마나 섭취하는지 측정하는데 어려움이 있다. 예를 들어, 소가 사료를 섭취할 때마다 발생하는 목넘김 소리에 의해 소가 얼마나 사료를 삼킨 것인지 측정한다면, 소의 목넘김 소리를 측정해야 하는데 소의 목에 단순히 마이크를 부착하는 경우 소가 사육되는 축사에서 발생하는 여러 가지 소음에 의해 소의 목넘김 소리만을 검출할 수 없다.

실시예들에 따르면, 축사에서 사육되고 있는 대동물이 사료를 저작하고 식도를 통해서 위로 저작된 사료를 넘길 때 발생하는 목넘김 소리를 취득하기 위한 방법 및 장치가 제공된다.

다른 실시예들에 따르면, 주변 환경 소음을 제거하여 목넘김 소리만을 추출하는 방법이 제공된다.

다른 실시예들에 따르면, 보정 알고리즘을 적용해서 정확한 측정 방법이 제공된다.

일측에 따르면, 전자 장치에 있어서, 무선 통신 회로 및 상기 무선 통신 회로와 전기적으로 연결되어 동작하는 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 무선 통신 회로가 대동물의 신체에 부착된 집음 장치로부터 정해진 시간 동안 검출한 상기 대동물의 소리 신호를 수신하고, 상기 대동물이 위치한 주변 영역에 배치된 하나 이상의 마이크로부터 상기 정해진 시간 동안 검출한 하나 이상의 잡음 신호를 수신하고, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 소리 신호에서 상기 하나 이상의 잡음 신호를 제거하여 상기 대동물의 목넘김 횟수를 측정하고, 상기 측정된 목넘김 횟수에 기반하여 상기 정해진 시간 동안의 상기 대동물의 섭취량을 측정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 집음 장치는 상기 대동물의 목에 부착되어 상기 대동물이 음식을 삼킬 때 발생하는 목넘김 소리를 상기 소리 신호로 검출할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 마이크는 상기 주변 영역에 위치한 하나 이상의 소음 발생 장치에 각각 부착되고, 상기 하나 이상의 소음 발생 장치는 상기 대동물에 부착된 상기 집음 장치에 도달 가능한 소음을 발생시키는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 잡음 신호는 백색 소음(white noise)일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 목넘김 횟수를 측정하는 동작의 일부는, 상기 하나 이상의 잡음 신호가 제거된 상기 대동물의 소리 신호에서 정해진 패턴의 진폭이 발생하는 횟수를 상기 대동물의 목넘김 횟수로 카운트하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 목넘김 횟수를 측정하는 동작의 일부는, 상기 하나 이상의 잡음 신호에 대한 마스크 필터를 생성하고, 상기 마스크 필터를 상기 소리 신호의 임계값 이내로 조정할 수 있다.

상기 일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 소리 신호에 상기 조정된 마스크를 적용하여 상기 하나 이상의 잡음 신호를 제거할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 잡음 신호는 상기 대동물의 상기 소리 신호보다 임계 값 이상 큰 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 프로세서와 전기적으로 연결되는 메모리를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 대동물이 한번에 삼키는 사료의 양을 포함하고, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 정해진 시간, 상기 대동물의 목넘김 횟수, 및 상기 대동물이 한번에 삼키는 사료의 양에 기반하여 상기 대동물의 섭취량을 측정할 수 있다.

다른 일측에 따르면, 대동물의 섭취량을 측정하는 방법에 있어서, 대동물의 신체에 부착된 집음 장치로부터 정해진 시간 동안 검출한 대동물의 소리 신호를 수신하는 단계; 상기 대동물이 위치한 주변 영역에 배치된 하나 이상의 마이크로부터 상기 정해진 시간 동안 검출한 하나 이상의 잡음 신호를 수신하는 단계; 상기 소리 신호에서 상기 하나 이상의 잡음 신호를 제거하여 상기 대동물의 목넘김 횟수를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 목넘김 횟수에 기반하여 상기 정해진 시간 동안의 상기 대동물의 섭취량을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 목넘김 횟수를 측정하는 단계는, 상기 하나 이상의 잡음 신호가 제거된 상기 소리 신호에서 정해진 패턴의 진폭이 발생하는 횟수를 상기 대동물의 목넘김 횟수로 카운트하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 목넘김 횟수를 측정하는 단계는, 상기 하나 이상의 잡음 신호에 대한 마스크 필터를 생성하고, 상기 마스크 필터를 상기 목넘김 소리 신호의 임계값 이내로 조정하는 것을 포함할 수 있다.

상기 일 실시예에 따르면, 상기 소리 신호에 상기 조정된 마스크를 적용하여 상기 하나 이상의 잡음 신호를 제거하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 잡음 신호는 백색 소음일 수 있다.

또 다른 일측에 따르면, 집음 장치에 있어서, 무선 통신 회로 및 마이크를 포함하고, 내부에 원뿔 형태의 빈 공간을 포함하는 육면체의 하우징; 및 상기 하우징과 연결되고, 대동물의 신체에 착용되는 연결부를 포함하고, 상기 하우징은 상기 마이크가 부착되는 제1면; 및 상기 대동물의 피부에 부착되고 상기 제1면에 대면하고 상기 제1면보다 넓은 면적으로 원형의 빈 공간이 형성된 제2면을 포함하고, 상기 제1면과 상기 제2면 사이는 원뿔 형태의 구조를 갖고, 상기 마이크가 상기 제2면의 빈 공간에 맞닿은 상기 대동물의 피부에서 발생하는 진동에 의해 상기 대동물의 체내에서 발생하는 소리를 검출하고, 상기 마이크와 연결된 상기 무선 통신 회로가 상기 마이크가 검출한 소리를 외부 전자 장치에 전송할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 경도가 기준 값보다 높은 재질인 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하우징의 두께는 1mm 이상인 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 대동물의 목 부분에 착용되어 상기 대동물이 음식을 삼킬 때 발생하는 목넘김 소리를 검출할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 마이크는 상기 제1면의 안쪽에 부착되고, 상기 제1면의 바깥쪽은 외부에서 발생하는 잡음을 차단할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 잡음은 백색 소음일 수 있다.

실시예들에 따르면, 대동물의 목넘김 소리를 추적하여 시간당 목넘김 횟수를 계산하고 이를 다시 대동물의 사료 섭취량으로 환산하여 축사에서 사육되고 있는 개체별 사료 섭취량을 확인할 수 있다. 나아가, 개체별 사료 섭취량에 기반하여 개체별로 공급하는 사료량을 조절하여, 효율적으로 농장을 경영할 수 있다.

실시예들에 따르면, 대동물의 목에 부착되어 대동물의 피부를 진동판으로 동작하는 집음 장치를 통해 외부에서 발생하는 잡음을 차단하면서 대동물의 체내에서 발생하는 소리를 효과적으로 검출할 수 있다.

실시예들에 따르면, 축사 환경에서 발생하는 백색 소음보다 상대적으로 작은 대동물의 체내에서 발생하는 목넘김 소리에서 백색 소음을 제거할 때 보정된 마스크 필터를 적용하여 목넘김 소리에서 백색 소음의 하울링을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 일실시예에 따른 개체별 사료 섭취량을 측정하는 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 목넘김 소리 신호를 검출하는 집음 장치가 소의 목에 부착되어 동작하는 일 예시이다.
도 3은 일실시예에 따른 대동물의 목넘김 소리를 검출하는 집음 장치의 형상 구조를 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 집음 장치에서 소리를 검출하는 일 예시이다.
도 5는 일실시예에 따른 목넘김 소리 신호를 검출하는 전자 장치가 부착된 소와 주변 영역에 배치된 복수 개의 마이크들이 위치한 축사 환경의 일 예시이다.
도 6은 일실시예에 따라 대동물의 소리 신호에서 잡음 신호를 제거하는 방법의 순서도를 도시한다.
도 7은 일실시예에 따라 목넘김 소리 신호 및 잡음 신호에 대한 진폭 변화 그래프를 도시한다.
도 8은 일실시예에 따라 목넘김 소리 신호 및 잡음 신호에 대한 스펙토그램 변화를 도시한다.
도 9는 일실시예에 따라 목넘김 소리를 이용하여 개체별 사료 섭취량을 측정하는 방법의 순서도를 도시한다.

이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 권리범위가 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.

또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.

도 1은 일실시예에 따른 개체별 사료 섭취량을 측정하는 전자 장치(100)의 블록도이다. 전자 장치(100)는 무선 통신 회로(110), 프로세서(120) 및 메모리(130)를 포함한다.

무선 통신 회로(110)는 대동물에 부착된 집음 장치(200)로부터 대동물이 음식물을 삼킬 때 발생하는 목넘김 소리 신호를 수신할 수 있다. 무선 통신 회로(110)는 대동물이 위치한 주변 영역에 배치된 하나 이상의 마이크(300)로부터 잡음 신호를 수신할 수 있다. 하나 이상의 마이크(300)는 대동물이 위치하는 주변 영역에 위치한 하나 이상의 소음 발생 장치에 각각 부착될 수 있다. 하나 이상의 소음 발생 장치는 대동물에 부착된 집음 장치에 도달 가능한 소음을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 회로(110)는 대동물이 위치한 주변 영역에 배치된 하나 이상의 쿨링 팬에 각각 부착된 하나 이상의 마이크(300)로부터 백색 소음을 수신할 수 있다.

프로세서(120)는 무선 통신 회로(110)를 이용하여 동일한 시간이 발생한 대동물의 목넘김 소리 신호와 대동물이 위치한 주변 영역의 하나 이상의 잡음 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 회로(110)는 집음 장치로부터 정해진 시간 동안 검출한 대동물의 소리 신호를 수신하고, 하나 이상의 마이크로부터 정해진 시간 동안 검출한 잡음 신호를 수신할 수 있다. 잡음 신호는 대동물의 소리 신호보다 임계 값 이상 큰 것일 수 있다. 예를 들어, 소의 축사에 배치된 쿨링팬에서 발생하는 백색잡음은 소의 목넘김 소리보다 30배 이상 크다.

메모리(130)는 대동물의 체내 소리에 대응하는 주파수 패턴을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(130)는 소가 음식을 삼킬 때 발생하는 목넘김 소리에 대응하는 주파수 패턴을 저장할 수 있다. 프로세서(120)는 하나 이상의 잡음 신호가 제거된 대동물의 소리 신호에서 정해진 패턴의 진폭이 발생하는 횟수를 대동물의 목넘김 횟수로 카운트할 수 있다.

프로세서(120)는 하나 이상의 잡음 신호에 대한 마스크 필터를 생성하고, 마스크 필터를 상기 소리 신호의 임계값 이내로 조정할 수 있다. 프로세서(120)는 대동물의 소리 신호에 조정된 마스크 필터를 적용하여 하나 이상의 잡음 신호를 제거할 수 있다.

메모리(130)는 대동물이 한번에 삼키는 사료의 양을 저장할 수 있다.

프로세서(120)는 정해진 시간 동안 대동물의 목넘김 횟수를 카운트하고, 메모리(130)에 저장된 대동물이 한번에 삼키는 사료의 양에 기반하여, 정해진 시간 동안 대동물의 섭취량을 측정할 수 있다.

도 2는 일실시예에 따른 목넘김 소리 신호를 검출하는 집음 장치(200)가 소의 목에 부착되어 동작하는 일 예시이다. 집음 장치(200)는 웨어러블 형태로 소의 목에 착용되어 동작할 수 있다. 소가 사료를 입에서 저작하고 이를 삼킬 때 목에서 소리가 발생하는데 소의 목에 착용된 집음 장치(200)는 이때 발생하는 목넘김 소리를 검출할 수 있다. 집음 장치(200)는 소의 목에 착용하기 위한 연결부 및 마이크를 포함하는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징의 구체적인 구조는 도 3에서 상세히 설명하겠다.

도 3은 일실시예에 따른 대동물의 목넘김 소리를 검출하는 집음 장치(200)의 형상 구조를 도시한다. 집음 장치(200)는 무선 통신 회로 및 마이크를 포함한 육면체의 하우징 및 상기 하우징에 연결되고 대동물의 신체에 착용되는 연결부를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하우징은 내부에 원뿔 형태의 빈 공간을 포함할 수 있다. 하우징은 마이크가 부착되는 제1면(220)과 제1면(220)과 대면하면서 대동물의 피부에 부착되는 제2면(210)을 포함할 수 있다. 제2면(210)은 제1면(220)보다 넓은 면적으로 원형의 빈 공간을 형성할 수 있다. 상기 제1면(220)과 상기 제2면(210) 사이는 빈 공간을 구성하는 원뿔 형태의 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징의 빈 공간은 깔대기 모양을 형성할 수 있다.

집음 장치(200)의 마이크가 대동물의 체내에서 발생하는 소리에 의해 제2면(210)의 빈 공간에 맞닿은 대동물의 피부에서 발생하는 진동을 이용하여 비교적 작은 소리인 대동물의 체내에서 발생하는 소리를 검출할 수 있다. 예를 들어, 식도에서 발생한 목넘김 소리가 소의 목근육을 통해 제2면(210)에 전달되고, 목넘김 소리는 소의 피부가 진동판 역할을 함으로써 제1면(220)의 마이크에 전달될 수 있다. 제2면(220)이 플라스틱과 같은 재질로 제작되어 소의 피부에 부착되는 경우, 플라스틱막과 소의 털이 스치면서 발생하는 소리가 소의 목넘김 소리를 청음하는데 잡음이 될 수 있으므로, 집음 장치(200)의 제2면(210)에서 소의 피부가 직접 소리의 진동판 역할을 할 수 있도록 빈 공간을 포함한다.

일실시예에 따르면, 하우징은 경도가 기준 값보다 높은 재질일 수 있다. 하우징에 대한 기준 값은 대동물의 종류, 검출하고자 하는 대동물의 체내 소리 크리, 및 검출하고자 하는 대동물이 사육되는 환경의 잡음의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 하우징은 PC나 ABS 재질일 수 있다. 하우징의 두께는 1mm 이상으로 제작될 수 있다. 하우징은 소리 전달 진동판으로서의 역할을 할 수 없으므로 하우징 표면을 통해서 하우징 내부의 마이크로 전달되는 백색 잡음은 무시할 수 있을 정도로 작을 수 있다. 예를 들어, 외부에서 발생하는 백색 잡음은 하우징의 표면에서 반사되어 소거될 수 있다.

집음 장치(200)의 무선 통신 회로가 마이크가 검출한 소리 신호를 외부 전자 장치(예를 들어, 도 1의 개체별 사료 섭취량을 측정하는 전자 장치(100))에 전송할 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 집음 장치(200)에서 소리를 검출하는 일 예시이다. 집음 장치(200)는 마이크가 부착되는 제1면(220) 및 청음하고자 하는 대동물의 피부에 부착되는 제2면(210)을 포함할 수 있다. 집음 장치(200)는 제2면(210)이 대동물의 체내 발생 소리를 청음하기 위한 부분, 예를 들어, 소의 목 부분에 부착될 수 있다. 소가 음식물을 저작하여 삼킬 때 발생하는 목넘김 소리(401, 402)가 소의 목 근육을 통해 집음 장치(200)에 전달되면, 집음 장치의 제2면(210)에 맞닿은 소의 피부가 진동판 역할을 하여 목넘김 소리(401, 402)가 마이크가 부착된 제1면(220)에 전달되어 마이크에 입력될 수 있다. 집음 장치(200)의 하우징은 경도가 높고 두께가 두꺼운 재질로 제작되어 소리의 진동판 기능을 할 수 없으므로, 외부에서 발생하는 잡음(411, 412, 413, 414)들은 하우징의 표면에 반사되어 소거될 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 목넘김 소리 신호를 검출하는 집음 장치(200)가 부착된 소와 주변 영역에 배치된 복수 개의 마이크들(300a 내지 300f)이 위치한 축사 환경의 일 예시이다.

대동물이 사육되는 축사는 다양한 소리를 발생시키는 장치를 포함할 수 있다. 소의 목넘김 소리를 검출하고자 하는 경우, 축사에서 발생하는 다양한 소리는 잡음에 해당하고, 잡음을 효과적으로 제거해야만 소의 목넘김 소리를 정확하게 측정할 수 있다. 대동물은 더위에 취약하므로, 축사에는 대기온도를 낮추고 대동물의 체표온도를 낮추기 위한 쿨링 시설이 설치되어 있다. 예를 들어, 소를 사육하는 축사에서는 쿨링팬을 이용하여 소의 적정 체표온도를 유지할 수 있다. 축사는 복수 개의 쿨링팬을 포함할 수 있고, 쿨링팬이 가동하는 동안 소음이 발생한다. 쿨링팬이 발생시키는 소음은 소의 목넘김 소리를 검출하는데 잡음이 될 수 있다. 소의 목넘김 소리는 소의 체내에서 발생하는 작은 소리인 반면, 쿨링팬의 가동 소리는 기계 장치에서 발생하는 큰 소리가 될 수 있다. 예를 들어, 쿨링팬은 백색 소음을 발생시킨다. 아래 표 1은 소의 목넘김 소리 및 쿨링팬에서 발생하는 가동 소리(백색 소음)의 실제 측정 값이다.

	소의 목넘김 소리	쿨링팬의 가동 소리(백색 소음)	차이
dB	-62.4	-32.4	-30
Voltage Gain	0.000759	0.023988	0.023229

표 1을 참조하면, 쿨링팬의 가동 소리는 소의 목넘김 소리보다 30배 이상 크다. 소의 목넘김 소리를 검출하는 마이크의 소리 신호에서 노이즈 주파수 범위를 제거(cut-off)하기 위해서 버터워스(butterworth) 필터를 적용하여 쿨링팬의 백색 소음 신호를 제거하는 경우, 전 대역에서 백색 잡음이 제거되지 않고 하울링이 발생하는 문제점이 있다. 이것은 쿨링팬의 백색 소음이 소의 목넘김 소리보다 월등히 크기 때문이다.

본 발명의 일실시예에서는, 소의 목넘김 소리 신호를 검출하는 집음 장치(200)는 소에 착용되어 목넘김 소리 신호를 검출하고, 소의 주변 영역에 위치하는 소음 발생 장치(예를 들어, 쿨링팬 등)들 각각에 백색 소음 신호를 검출하기 위해 별도의 마이크(300)를 배치하고, 백색 소음 신호를 검출할 수 있다. 일실시예에 따른 개체별 사료 섭취량을 측정하는 전자 장치(100)는 집음 장치(200)로부터 소의 목넘김 소리 신호를 수신하고, 소 주변에 위치하는 하나 이상의 소음 발생 장치에 대응되는 마이크들로부터 같은 시간에 발생한 백색 소음 신호를 수신하여, 소의 목넘김 소리 신호에서 별도로 검출한 백색 소음 신호를 제거할 수 있다.

도 5에서는 6개의 소음 발생 장치에 마이크가 배치된 것을 예시하였으나, 소음 발생 장치의 종류나 위치, 개수는 제한이 없다. 예를 들어, 소 50두를 사육하는 축사의 경우 20 대 이상의 쿨링팬을 가동시킬 수 있다.

도 6은 일실시예에 따라 대동물의 소리 신호에서 잡음 신호를 제거하는 방법의 순서도를 도시한다. 개체별 사료 섭취량을 측정하는 전자 장치(예를 들어, 도 1의 전자 장치(100))는 대동물의 소리 신호에서 주변 환경에서 발생한 잡음 신호를 제거할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 소의 목넘김 횟수를 정확하게 카운트하기 위해서 소의 목넘김 소리 신호에서 주변 영역에서 발생한 잡음 신호(예를 들어, 소 축사에 배치된 쿨링팬이 발생시킨 백색 소음 신호)을 제거할 수 있다.

601 단계에서, 전자 장치(100)는 동일한 시간 구간 동안 발생한 목넘김 소리 신호와 백색잡음 신호를 수신할 수 있다. 전자 장치(100)는 소의 목에 부착된 집음 장치(예를 들어, 도 1의 집음 장치(200))로부터 정해진 시간 구간 동안 발생한 목넘김 소리 신호를 수신할 수 있다. 전자 장치(100)는 소가 사육되는 축사에 배치된 하나 이상의 소음 발생 장치(예를 들어, 쿨링팬)가 발생시키는 백색잡음을 검출하는 하나 이상의 마이크들(예를 들어, 도 1의 마이크들(300))로부터 소의 목넘김 소리 신호를 검출한 동일한 시간 구간 동안 백색잡음 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 오전 6시부터 오전 7시까지 1시간 동안 집음 장치(200)가 검출한 소의 목넘김 소리 신호를 수신하고, 오전 6시부터 오전 7시까지 1시간 동안 마이크(300)가 검출한 백색잡음 신호를 수신할 수 있다.

603 단계에서, 전자 장치(100)는 목넘김 소리 신호 및 백색잡음 신호에 대한 주파수를 분석할 수 있다. 전자 장치(100)는 목넘김 소리 신호에 대해서 푸리에 변환(Fourier Transform)을 실행하여 주파수별 파워를 확인할 수 있다. 전자 장치(100)는 백색잡음 신호에 대해서 푸리에 변환을 실행하여 주파수별 파워를 확인할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 백색잡음 신호의 주파수를 분석하여 피크 주파수와 데시벨을 확인할 수 있다. 또한, 전자 장치(100)는 백색잡음의 개별 주파수에 대한 표준 편차를 산출할 수 있다.

605 단계에서, 전자 장치(100)는 백색잡음 신호에 대한 임계값을 산출할 수 있다. 전자 장치(100)는 목넘김 소리 신호에서 백색잡음 신호를 제거할 때 이용하기 위한 디지털 마스크를 생성하기 위해서, 백색잡음 신호에 대한 임계값을 산출할 수 있다. 전자 장치(100)는 백색잡음의 개별 주파수에 대한 표준편차 값을 이용하여 디지털 마스크의 임계값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 아래 수학식 1과 같이 백색잡음으로부터 추출한 표준편차를 이용하여, 목넘김 소리로부터 백색잡음(noise)을 제거할 때 적용할 디지털 마스크의 민감도(sensitivity)와 임계값(threshold)을 산출할 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(100)는 백색잡음으로부터 short time fourier transform을 통하여 (1025, N) 크기의 시간-주파수에 따른 에너지 값을 산출할 수 있다(N 은 백색잡음의 길이에 따라서 달라진다). 산출된 에너지 값에 대하여 개별 주파수를 기준으로 N개의 에너지 값을 통해 평균과 표준편차를 구할 수 있다. 앞에서 산출한 평균(mean)과 표준편차(std)에 휴리스틱 방법으로 적절한 민감도(sensitivity)를 설정하여 임계값(threshold)을 산출할 수 있다.

전자 장치(100)는 디지털 마스크의 임계값과 목넘김 소리 신호에 대한 푸리에 변환 값을 비교하여, 디지털 마스크의 임계값이 목넘김 소리 신호의 임계값보다 크면 마스크의 임계값을 작게 조정할 수 있다. 전자 장치(100)는 디지털 마스크의 임계값과 목넘김 소리 신호에 대한 푸리에 변환 값을 비교하여, 디지털 마스크의 임계값이 목넘김 소리 신호의 임계값보다 기준값 이하로 작으면 마스크의 임계값을 크게 조정할 수 있다.

전자 장치(100)는 디지털 마스크의 임계값과 잡음이 포함된 목넘김 소리 신호에 대한 푸리에 변환 값을 비교하여, 디지털 마스크의 임계값이 배경잡음이 포함된 목넘김 소리 신호의 값보다 잡음이 포함된 목넘김 소리의 값을 작게 조정할 수 있다.

전자 장치(100)는 백색 잡음 신호를 스펙토그램으로 변환할 수 있다. 스펙토그램은 시간의 변화를 가로축으로, 주파수 변화를 세로축으로, 시간은 색깔로 에너지는 색깔로 나타내는 주파수의 파워 그래프를 말한다. 전자 장치(100)는 목넘김 소리 신호에서 백색잡음을 제거하는 경우 목넘김 소리 신호가 일부 제거되는 것을 방지하기 위해서 백색잡음 신호에 대한 스펙토그램에서 나타내는 가로축 시간, 세로축 주파수에 따른 필터를 디지털 마스크에 적용하여 디지털 마스크를 부드럽게 조정할 수 있다.

607 단계에서, 전자 장치(100)는 목넘김 소리 신호에서 백색잡음 신호를 제거할 수 있다. 전자 장치(100)는 목넘김 소리 신호에 부드럽게 조정된 디지털 마스크를 적용함으로써 백색잡음을 제거할 수 있다. 백색잡음이 제거된 목넘김 소리 신호는 스펙토그램상 색깔의 반전이 발생한다. 스펙토그램상 색깔의 반전은 주파수 파워 값이 0을 기준으로 부호가 변경된 것으로, 전자 장치(100)는 목넘김 소리 신호를 원래의 신호로 복원시키기 위해 0을 기준으로 주파수 파워 값을 반전시킬 수 있다.

도 7은 일실시예에 따라 목넘김 소리 신호 및 잡음 신호에 대한 진폭 변화 그래프를 도시한다. 구체적으로 도 7은 개체별 사료 섭취량을 측정하는 전자 장치(예를 들어, 도 1의 전자 장치(100))가 소의 목넘김 소리 신호 및 소가 사육하는 축사의 쿨링팬에서 발생한 잡음 신호(백색잡음)를 수신하여 효율적으로 목넘김 소리에서 백색잡음을 제거하는 과정에 따른 진폭 그래프를 예시한다. 도 7의 소의 목넘김 소리와 복원한 소의 목넘김 소리를 비교하면, 소의 목넘김 소리가 진폭은 다소 작아지지만 정확한 위상과 동일한 형태(폼)을 가지고 있음을 확인할 수 있다.

도 8은 일실시예에 따라 목넘김 소리 신호 및 잡음 신호에 대한 스펙토그램 변화를 도시한다. 구체적으로 도 8은 개체별 사료 섭취량을 측정하는 전자 장치(예를 들어, 도 1의 전자 장치(100))가 소의 목넘김 소리 신호 및 소가 사육하는 축사의 쿨링팬에서 발생한 잡음 신호(백색잡음)를 수신하여 효율적으로 목넘김 소리에서 백색잡음을 제거하는 과정에 따른 스펙토그램을 예시한다. 도 8에서는 복원한 소의 목넘김 소리의 전대역에서 백색잡음이 효과적으로 제거된 것을 확인할 수 있다. 상대적으로 작은 소의 목넘김 소리에서 상대적으로 큰 백색잡음을 제거하는 경우, 소의 목넘김 소리까지 제거될 뿐만 아니라 전대역에 백색잡음이 남아 전반적으로 하울링 소리가 발생하는 문제점이 있다. 이와 달리, 전자 장치(100)는 도 6에서 설명한 방법과 같이 백색잡음을 제거함으로써 효과적으로 백색잡음만이 제거된 것을 확인할 수 있다.

도 9는 일실시예에 따라 목넘김 소리를 이용하여 개체별 사료 섭취량을 측정하는 방법의 순서도를 도시한다.

901 단계에서, 전자 장치(예를 들어, 도 1의 전자 장치(100))는 대동물의 신체에 부착된 집음 장치로부터 정해진 시간 동안 검출한 대동물의 소리 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 소의 목에 착용된 집음 장치(예를 들어, 도 2의 집음 장치(200))로부터 소의 아침 식사시간(예를 들어, 오전 6시부터 오전 7시까지의 한시간 구간)동안 검출된 목넘김 소리 신호를 수신할 수 있다.

903 단계에서, 전자 장치(100)는 대동물이 위치한 주변 영역의 마이크들로부터 정해진 시간 동안 검출한 잡음 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 소가 사육되는 축사에 배치된 하나 이상의 쿨링팬의 소리를 검출하는 하나 이상의 마이크들로부터 901 단계에서 소의 목넘김 소리를 검출한 시간인 소의 아침 식사시간(오전 6시부터 오전 7시까지의 한시간 구간)동안 검출된 잡음 신호를 수신할 수 있다.

905 단계에서, 전자 장치(100)는 소리 신호에서 잡음 신호를 제거하여 대동물의 목넘김 횟수를 측정할 수 있다. 소리 신호에서 잡음 신호를 제거하는 구체적인 방법은 도 6에서 설명한 방법으로 목넘김 소리를 복원할 수 있다. 전자 장치(100)는 잡음 신호가 제거된 소리 신호에서 정해진 패턴의 진폭이 발생하는 횟수를 대동물의 목넘김 횟수로 카운트 할 수 있다.

907 단계에서, 전자 장치(100)는 목넘김 횟수를 이용하여 대동물의 섭취량을 측정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(100)는 소의 아침식사 시간 동안 소의 목넘김 횟수를 카운트하고, 소가 한번에 삼키는 사료의 양을 이용하여, 소가 아침에 얼만큼의 사료를 섭취한 것인지 측정할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

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 (20)

1. 전자 장치에 있어서,
   무선 통신 회로;
   상기 무선 통신 회로와 전기적으로 연결되어 동작하는 하나 이상의 프로세서; 및
   상기 하나 이상의 프로세서와 전기적으로 연결되는 메모리
   를 포함하고,
   상기 무선 통신 회로가 대동물의 신체에 부착된 집음 장치로부터 정해진 시간 동안 검출한 상기 대동물의 소리 신호를 수신하고, 상기 대동물이 위치한 주변 영역에 배치된 하나 이상의 마이크로부터 상기 정해진 시간 동안 검출한 하나 이상의 잡음 신호를 수신하고,
   상기 하나 이상의 프로세서가 상기 소리 신호에서 상기 하나 이상의 잡음 신호에 대응하는 잡음을 제거하여 상기 대동물의 목넘김 횟수를 측정하고, 상기 측정된 목넘김 횟수에 기반하여 상기 정해진 시간 동안의 상기 대동물의 섭취량을 측정하고,
   상기 하나 이상의 프로세서가 상기 목넘김 횟수를 측정하는 동작의 일부는, 상기 하나 이상의 잡음 신호에 대한 마스크 필터를 생성하고, 상기 마스크 필터를 상기 소리 신호의 임계값 이내로 조정하고, 상기 소리 신호에 상기 조정된 마스크 필터를 적용하여 상기 하나 이상의 잡음 신호를 제거하고,
   상기 잡음 신호는 상기 대동물의 소리 신호보다 임계 값 이상 큰 것을 특징으로 하며,
   상기 메모리는 상기 대동물이 한번에 삼키는 사료의 양을 포함하고,
   상기 하나 이상의 프로세서가 상기 정해진 시간, 상기 대동물의 목넘김 횟수 및 상기 대동물이 한번에 삼키는 사료의 양에 기반하여 상기 대동물의 섭취량을 측정하며,
   상기 하나 이상의 프로세서는 상기 잡음 신호의 개별 주파수에 대한 표준편차 값을 추출하고, 추출된 표준편차 및 마스크 필터의 민감도를 기초로하여 마스크 필터의 임계값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 전자 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 집음 장치는 상기 대동물의 목에 부착되어 상기 대동물이 음식을 삼킬 때 발생하는 목넘김 소리를 상기 소리 신호로 검출하는 전자 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 마이크는 상기 주변 영역에 위치한 하나 이상의 소음 발생 장치에 각각 부착되고, 상기 하나 이상의 소음 발생 장치는 상기 대동물에 부착된 상기 집음 장치에 도달 가능한 소음을 발생시키는 것인 전자 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 잡음 신호는 백색 소음(white noise)인 전자 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 프로세서가 상기 목넘김 횟수를 측정하는 동작의 일부는, 상기 하나 이상의 잡음 신호가 제거된 상기 대동물의 소리 신호에서 정해진 패턴의 진폭이 발생하는 횟수를 상기 대동물의 목넘김 횟수로 카운트하는 것을 포함하는 전자 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 대동물의 섭취량을 측정하는 방법에 있어서,
    대동물의 신체에 부착된 집음 장치로부터 정해진 시간 동안 검출한 대동물의 소리 신호를 수신하는 단계;
    상기 대동물이 위치한 주변 영역에 배치된 하나 이상의 마이크로부터 상기 정해진 시간 동안 검출한 하나 이상의 잡음 신호를 수신하는 단계;
    상기 하나 이상의 잡음 신호에 대한 마스크 필터를 생성하고, 상기 마스크 필터를 상기 소리 신호의 임계값 이내로 조정하고, 상기 소리 신호에 상기 조정된 마스크 필터를 적용하여 상기 하나 이상의 잡음 신호를 제거하여 상기 대동물의 목넘김 횟수를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 목넘김 횟수, 상기 정해진 시간 및 상기 대동물이 한번에 삼키는 사료의 양에 기반하여 상기 정해진 시간 동안의 상기 대동물의 섭취량을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 잡음 신호는 상기 대동물의 상기 소리 신호보다 임계 값 이상 큰 것을 특징으로 하며,
    상기 마스크 필터의 임계값은, 상기 잡음 신호의 개별 주파수에 대한 표준편차 값을 추출하고 추출된 표준편차 및 마스크 필터의 민감도를 기초로 하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 목넘김 횟수를 측정하는 단계는,
    상기 하나 이상의 잡음 신호가 제거된 상기 소리 신호에서 정해진 패턴의 진폭이 발생하는 횟수를 상기 대동물의 목넘김 횟수로 카운트하는 것을 포함하는 방법.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 제10항에 있어서,
    상기 잡음 신호는 백색 소음인 방법.
    
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