KR19980016324A - 음성을 이용한 차량 시동 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음성을 이용하여 차량의 시동을 제어하는 장치에 관한 것으로, 운전자가 음주상태에서 운전하는 경우에 발생할 수 있는 사고의 요인을 제거시키는 장치를 제공한다. 이러한 본 발명에 따른 차량 시동 제어장치는 차량의 시동을 음성으로 요구하는 운전자의 음성을 분석하여 상기 운전자가 음주상태인지 비음주상태인지를 감지한 후 감지결과에 따라 차량의 시동을 걸거나 차단시키는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 음성을 이용하여 차량의 시동을 제어하는 장치에 관한 것으로, 특히 운전자의 음주상태를 운전자의 음성을 이용하여 감지한 후 이 감지결과에 따라 차량의 시동을 거는 차량 시동 제어장치에 관한 것이다.
현재의 음성인식 기술은 핸드폰, 차량, 자동통역기, 자동교환수, 컴퓨터, 음성인식 워드프로세서, 장난감 등과 같은 분야에 적용되고 있을 뿐만 아니라 장애자를 위한 보조단말기와 같은 사회복지 분야에도 적용되는 등 사회 전반에 걸쳐 보급되고 있는 추세에 있다. 이러한 음성인식 기술을 이용하면 사용자는 기계 등을 손으로 일일이 조작하지 않고서도 자신이 원하는 조작을 편리하게 얻을 수 있다. 예를 들어 컴퓨터 앞에서 전원 켜와 같은 말만을 행함으로써 사용자는 자신이 직접 파워온키를 누른 것과 같은 효과를 얻을 수 있으며, 차량내에서 시동과 같은 말만을 행함으로써 운전자는 자신이 직접 차량의 시동을 걸을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그러나 이러한 현재의 음성인식 기술은 아직까지 초보적인 단계의 기술이기 때문에 사용자들에게 어느 한 측면에 있어서는 편리함을 제공하지만, 그로부터 야기되는 역효과는 제거하지 못하는 문제점이 있다. 예를 들어 운전자가 시동이라는 말을 하면 이 말에 따라 차량의 시동은 걸리겠지만 운전자가 정상적으로 운전할 수 있는 상태인지 여부는 알 수 없기 때문에 운전자가 음주상태에서 음성으로 시동을 걸고자 하였다면 운전자에게 편리함을 제공한다기 보다는 사고의 원인을 야기시키는 결과가 되는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 운전자가 비음주상태인 경우에만 음성에 따라 차량의 시동이 걸리도록 제어하는 차량 시동 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 운전자의 음주상태를 음성을 이용하여 판정하고 그 결과에 따라 차량의 시동을 차단시키는 차량 시동 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 운전자의 음주상태를 음성을 이용하여 감지하는 음주상태 감지장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 운전자의 음주운전을 미연에 방지하여 운전자의 생명을 보호하고 재산손실을 억제하는 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 시동을 음성으로 요구하는 운전자의 음성을 분석하여 상기 운전자가 음주상태인지 비음주상태인지를 감지하는 음주상태 감지장치를 제공한다. 또한 본 발명은 이러한 음주상태 감지장치에 의해 감지되는 결과에 따라 차량의 시동을 걸거나 차단시키는 차량 시동 제어장치를 제공한다.
본 발명에 따른 음주상태 감지장치는 운전자의 음성을 디지탈신호로 변환한 후 상기 변환된 디지탈신호로부터 선형예측계수(Linear Prediction Coefficient)-캠스트럼계수(Cepstrum Coefficient)를 추출하고 이를 파라메터로서 출력하는 파라메터 추출부와, 상기 운전자의 비음주상태에서 상기 파라메터 추출부에 의해 추출된 파라메터를 기준파라메터로서 저장하고 있는 저장부와, 상기 파라메터 추출부에 의해 추출되는 파라메터와 상기 기준파라메터간의 편차를 비교하는 비교부와, 상기 비교부에 의해 비교된 편차가 미리 설정된 편차 이상인 경우 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정하고 상기 설정편차 미만인 경우 상기 운전자가 비음주상태인 것으로 판정하는 음주판정부로 이루어진다. 상기 파라메터 추출부는 상기 디지탈의 음성신호에 대해 자기상관(Auto Correlation)을 취하고 선형예측계수를 추출한 후 상기 선형예측계수-캡스트럼계수를 추출한다.
본 발명에 따른 차량 시동 제어장치는 운전자의 음성을 디지탈신호로 변환한 후 상기 변환된 디지탈신호로부터 선형예측계수-캡스트럽계수를 추출하고 이를 파라메터로서 출력하는 파라메터 추출부와, 상기 파라메터 추출부에 의해 추출되는 파라메터와 상기 운전자의 비음주상태에서 추출된 파라메터를 비교하여 상기 운전자가 음주상태인지 비음주상태인지를 판정하는 음주상태 판정부와, 상기 음주상태 판정부에 의해 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정되는 경우에는 상기 차량의 시동을 차단시키고 상기 운전자가 비음주상태인 것으로 판정되는 경우에는 상기 차량의 시동을 거는 시동제어부로 이루어진다. 상기 차량 시동제어장치는 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정되는 경우 이를 나타내는 음성의 경고메시지를 상기 운전자에게 송출하는 경고메시지 송출부를 더 포함한다.
상기 파라메터 추출부는 상기 디지탈의 음성신호에 대해 자기상관을 취하고 선형예측계수를 추출한 후 상기 선형예측계수-캡스트럼계수를 추출한다. 상기 음주상태 판정부는 상기 파라메터 추출부에 의해 추출되는 파라메터와 상기 운전자의 비음주상태에서 추출된 파라메터를 비교하여 그들간의 편차를 계산하는 비교부와, 상기 비교부에 의해 계산된 편차가 미리 설정된 편차 이상인 경우 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정한 후 이 판정결과를 나타내는 코드를 상기 경고메시지 송출부로 출력하고 상기 설정편차 미만인 경우 상기 운전자가 비음주상태인 것으로 판정한 후 이 판정결과를 나타내는 코드를 상기 시동제어부로 출력하는 음주판정부로 이루어진다. 그리고 상기 경고메시지 송출부는 상기 음주상태 판정부에 의해 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정된 후 출력되는 코드에 응답하여 미리 설정된 음성을 합성하여 출력하는 음성합성부와, 상기 음성합성부로부터 출력되는 음성을 외부로 송출하는 스피커로 이루어진다.
이러한 본 발명에 따른 음주상태 감지장치를 포함하는 차량 시동 제어장치를 차량의 내부에 구비시키면 운전자가 음성으로 시동을 거는 경우에 운전자가 정상적으로 운전을 할 수 있는 상태인지를 판정할 수 있으므로 운전자가 운전을 할 수 없는 상태, 즉 음주상태에서 운전함에 따라 야기되던 사고의 원인을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 시동 제어장치의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도1에 도시된 파라메터추출부에 의해 추출되는 운전자의 비음주상태 및 음주상태에서의 선형예측계수-캡스트럼계수의 값을 보여주는 도면.
도 3은 도1에 도시된 파라메터추출부에 의해 추출되는 비음주상태에서의 운전자의 음성에 대한 선형예측계수-캡스트럼계수와 음주상태에서의 운전자의 음성에 대한 선형예측계수-캡스트럼계수들의 분포를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따라 운전자의 음주상태를 감지하고 그 감지결과에 따라 차량의 시동을 제어하는 처리흐름을 보여주는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라고 가능한한 동일한 부호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로서 이는 사용자 또는 칩설계자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 시동 제어장치는 마이크(MIC) 102와, 음성입력부 104와, 파라메터추출부 106과, 기준파라메터음성저장부 108과, 비교부 110과, 음주판정부 112로 이루어지는 음주상태 감지장치를 적어도 포함한다. 또한 이러한 음주상태 감지장치와, 시동제어부 114와, 음성합성부 116과, 스피커(SPK) 118은 차량 시동 제어장치를 구성한다.
도1에서 마이크 102는 운전자의 음성을 음성입력부 104로 입력하는 기능을 수행한다. 이러한 마이크 102로는 지향성 마이크가 이용될 수 있으며 운전자의 음성입력이 용이한 차량의 내부에 설치된다. 음성입력부 104는 상기 마이크 102로부터 입력되는 음성의 레벨을 소정 레벨로 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기의 출력을 디지탈의 신호로 변환하는 아날로그/디지털변환기(Analog/Digital Converter)로 이루어진다. 파라메터추출부 106은 음성입력부 104로부터의 디지털 음성신호를 분석한 후 그 분석결과를 파라메터로서 출력한다. 이 파라메터는 운전자가 음주상태인지 아니면 비음주상태인지를 판정하기 위한 요소로 본 발명에서는 이 파라메터로 선형예측계수(Linear Prediction Coefficient: 이하 LPC라 칭함)-캡스트럼계수(Cepstrum Coefficient)를 이용하고 있다. 이러한 LPC-캡스트럼계수를 추출하기 위해 파라메터추출부 106은 음성입력부 104로부터의 디지털 음성신호를 소정의 프레임단위로 자기상관(AutoCorrelation)을 취한 후 이 자기상관이 취해진 음성신호로부터 LPC를 구한다. 여기서 LPC란 정상 확률 과정의 표본값에 선형의 조작을 하여 예측값과 예측오차를 얻고 그로부터 스펙트럼 분해를 구하는 방법이다. 또한 파라메터추출부 106은 상기 구해진 LPC로부터 캡스트럼계수를 구한 후 이를 파라메터로서 출력한다. 여기서 캡스트럼계수란 음성신호의 LPC를 푸리에(Fourier) 변환하여 구한 파워 스펙트럼의 대수를 역푸리에 변환하는 것을 말한다. 비교부 110은 파라메터추출부 106에 의해 추출되는 LPC-캡스트럼계수(이하 파라메터라 칭함)와 이전에 파라메터추출부 106에 의해 추출된 후 기준파라메터음성저장부 108에 저장되어 있는 파라메터를 비교하고 이들간의 편차를 계산한다. 상기 기준파라메터음성저장부 108에 저장된 기준파라메터는 운전자가 비음주상태에서 말한 경우에 파라메터추출부 106에 의해 추출된 후 저장되게 되는 파라메터이다. 그리고 이 기준파라메터음성저장부 108에는 소정이 음성이 저장된다. 음주판정부 112는 비교부 110에 의해 계산된 편차가 미리 설정된 편차 미만인 경우 운전자가 비음주상태인 것으로 판정하고 이 판정결과를 나타내는 코드를 음성합성부 116로 출력하고, 상기 설정편차 이상인 경우 운전자가 음주상태인 것으로 판정하고 이 판정결과를 나타내는 코드를 시동제어부 114로 출력한다. 시동제어부 114는 음주판정부 112로부터 출력되는 코드, 즉 운전자가 비음주상태인 것으로 판정된 경우에 출력되는 코드에 대응하여 차량의 시동을 걸게 된다. 음성합성부 116은 음주판정부 112로부터 출력되는 코드, 즉 운전자가 음주상태인 것으로 판정된 경우에 출력되는 코드에 대응하여 기준파라메터음성저장부 108에 저장되어 있는 음성을 합성하여 스피커(SPK) 118로 송출한다. 이때 송출되는 음성으로는 음주상태로 판명되어 자동차 시동을 걸 수 없습니다와 같이 음주상태이니 운전하지 말라는 경고성의 메시지가 송출될 수 있다.
도2는 도2A와 도2B로 이루어지는데, 도2A는 도1의 파라메터추출부 106에 의해 추출되는 비음주상태의 운전자의 음성에 대한 파라메터를 보여주는 도면이고, 도2B는 음주상태의 운전자의 음성에 대한 파라메터를 보여주는 도면이다. 이러한 LPC 캡스트럼계수는 하기와 같은 수학식에 의해 구해진다.
상기 수학식에서 α는 LPC를 나타내며, ｃ는 LPC-캡스트럼계수(파라메터)를 나타내며, ｎ은 차수를 나타낸다. 차수 ｎ은 8차 내지 10차의 범위내로 정해지는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 파라메터를 10차로 하여 설명하고 있음에 유의하여야 한다.
상기 도2A와 도2B에 도시된 결과는 아(あ), 이(い), 우(う), 에(え), 오(お) 각각의 음성에 대한 10차의 파라메터이다. 도2A와 도2B에 도시된 결과들을 참조하면 비음주상태에서 운전자가 말한 각 음성들로부터 추출한 파라메터와 음주상태에서 운전자가 말한 각 음성들로부터 추출한 파라메터는 서로 차이가 있음을 알 수 있다. 예를들어 운전자가 비음주상태에서 아음을 말한 경우에 파라메터는 0.538이지만, 음주상태에서 아음을 말한 경우에 파라메터는 0.082이다.
도3은 운전자가 아음을 한번은 비음주상태에서 말하고, 다른 한번은 음주상태에서 말하였을 때 도1에 도시된 파라메터추출부 106에 의해 추출되는 파라메터들의 분포를 보여주는 도면이다. ○로 표시된 파라메터들은 비음주상태에 해당하는 파라메터들이고, ●로 표시된 파라메터들은 음주상태에 해당하는 파라메터들이다. 도3A를 참조하면, 계수의 차수가 증가할수록 비음주상태의 파라메터들에 비해 음주상태에서의 파라메터들이 더 현저하게 변화함을 알 수 있다. 도3B는 도3A와 같이 분포되는 비음주상태의 파라메터들과 음주상태에서의 파라메터들간의 편차를 보여주는 도면으로, 이들간의 편차는 적어도 0.1이상임을 알 수 있다.
본원 발명자는 상기 도2 내지 도3에 도시된 바와 같이 음주상태에서의 운전자의 음성에 대한 파라메터와 비음주상태에서의 운전자의 음성에 대한 파라메터들이 서로 다르게 분포된다는 사실을 이미 입증한 바 있다. 즉 본원 발명자가 일본국 ISCIE(Institute of Systems Control and Information Engineer)의 1993년 3월 19일자 vol. 6029 학회지의 논문제목 飮酒狀態と非飮酒狀態におる音聲の特徵比較하에 상기 도2 내지 도3에 도시된 바와 같은 결과들을 발표한 바 있음을 유의하여야 한다.
도4는 본 발명에 따라 운전자의 음주상태를 감지하고 그 감지결과에 따라 차량의 시동을 제어하는 처리흐름을 보여주는 도면이다. 지금, 운전자가 운전석에 앉은 후 시동을 위한 음성(예: 시동)을 말하였다고 가정하면, 이때의 음성은 도1의 마이크(MIC) 102를 통해 음성입력부 104로 인가된다. 음성입력부 104는 이 입력된 운전자의 아날로그 음성신호를 501단계에서 디지털의 음성신호로 변환한다. 이때 아날로그 음성신호는 10킬로헤르쯔(KHz) 12비트의 디지털 음성신호로 변환될 수 있다. 파라메터추출부 104는 502단계에서 음성입력부 104로부터 출력되는 디지털 음성신호를 처리하기 위한 프레임길이를 설정하고, 503단계에서 이 설정된 프레임단위로 디지털 음성신호에 대한 자기상관을 취한다. 504단계에서 파라메터추출부 104는 또한 자기상관이 취해진 음성신호로부터 LPC를 추출하고, LPC가 추출되면 505단계에서 캡스트럼계수를 추출하여 파라메터로서 출력한다. 다음에 비교부 110은 파라메터추출부 106에 추출된 파라메터와 이전에 기준파라메터음성저장부 108에 저장되어 있는 기준파라메터를 비교한 후 이들간의 편차를 계산한다. 506단계에서 음주판정부 112는 파라메터추출부 106에 의해 추출된 파라메터와 기준파라메터의 편차가 미리 설정된 값(예: 0.1) 이상인지 아닌지를 확인한다. 설정편차가 상기 설정값 이상인 경우, 음주판정부 112는 507단계에서 음주자가 음주상태인 것으로 판정하고 이 판정결과에 따른 코드를 음성합성부 116으로 출력한다. 그러면 508단계에서 음성합성부 116은 음주판정부 112로부터 인가되는 판정결과에 응답하여 기준파라메터음성저장부 108에 저장되어 있는 음성을 읽어다가 합성하여 운전해서는 않된다는 경고성의 메시지를 만들고 이 메시지를 스피커(SPK) 118로 송출한다. 한편 설정편차가 상기 설정값 미만인 경우, 음주판정부 112는 509단계에서 음주자가 음주상태가 아닌 것으로 판정하고 이 판정결과에 따른 코드를 시동제어부 114로 출력한다. 그러면 510단계에서 시동제어부 114는 음주판정부 112로부터 인가되는 판정결과에 응답하여 차량의 시동을 걸게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 운전자가 음성으로 운전을 요구할 시 운전자가 음주상태인지 비음주상태인지를 감지한 후 음주상태인 경우에는 이를 나타내는 경고메시지를 송출하는 장치를 제공한다. 이에 따라 운전자가 음주상태에서 운전을 하고자 하는 경우에는 경고메시지로부터 자신이 운전할 수 없는 상태임을 알 수 있으므로 음주운전으로 인한 사고의 발생을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위 뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (10)
- 차량의 시동을 음성으로 거는 장치에 있어서,상기 차량의 시동을 음성으로 요구하는 운전자가 음주상태인지 비음주상태인지를 상기 운전자의 음성을 분석하여 감지하고 그 감지결과에 따라 상기 차량의 시동을 걸거나 차단시키는 것을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 제1항에 있어서, 상기 운전자가 음주상태인 경우 상기 차량의 시동을 차단시킴과 동시에 이를 나타내는 경고메시지를 상기 운전자에게 송출하는 것을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 차량의 시동을 음성으로 거는 장치에 있어서,운전자의 음성을 디지탈신호로 변환한 후 상기 변환된 디지탈신호로부터 선형예측계수-캡스트럼계수를 추출하고 이를 파라메터로서 출력하는 파라메터 추출부와,상기 파라메터 추출부에 의해 추출되는 파라메터와 상기 운전자의 비음주상태에서 추출된 파라메터를 비교하여 상기 운전자가 음주상태인지 비음주상태인지를 판정하는 음주상태 판정부와,상기 음주상태 판정부에 의해 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정되는 경우에는 상기 차량의 시동을 차단시키고 상기 운전자가 비음주상태인 것으로 판정되는 경우에는 상기 차량의 시동을 거는 시동제어부로 이루어짐을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 제3항에 있어서, 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정되는 경우 이를 나타내는 음성의 경고메시지를 상기 운전자에게 송출하는 경고메시지 송출부를 더 포함함을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 제4항에 있어서, 상기 파라메터 추출부는 상기 디지탈의 음성신호에 대해 자기상관을 취하고 선형예측계수를 추출한 후 상기 선형예측계수-캡스트럼계수를 추출하는 것을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 제4항에 있어서, 상기 음주상태 판정부는 상기 운전자가 음주상태인지 비음주상태인지를 판정한 후 판정결과를 나타내는 코드를 상기 시동제어부 또는 상기 경고메시지 송출부로 출력하는 것을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 제6항에 있어서, 상기 음주상태 판정부는상기 파라메터 추출부에 의해 추출되는 파라메터와 상기 운전자의 비음주상태에서 추출된 파라메터를 비교하여 그들간의 편차를 계산하는 비교부와,상기 비교부에 의해 계산된 편차가 미리 설정된 편차 이상인 경우 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정한 후 이 판정결과를 나타내는 코드를 상기 경고메시지 송출부로 출력하고 상기 설정편차 미만인 경우 상기 운전자가 비음주상태인 것으로 판정한 후 이 판정결과를 나타내는 코드를 상기 시동제어부로 출력하는 음주판정부로 이루어짐을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 제6항에 있어서, 상기 경고메시지 송출부는상기 음주상태 판정부에 의해 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정된 후 출력되는 코드에 응답하여 미리 설정된 음성을 합성하여 출력하는 음성합성부와,상기 음성합성부로부터 출력되는 음성을 외부로 송출하는 스피커로 이루어짐을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
- 운전자의 음성을 이용하여 상기 운전자의 음주상태를 감지하는 장치에 있어서,운전자의 음성을 디지탈신호로 변환한 후 상기 변환된 디지탈신호로부터 선형예측계수-캡스트럼계수를 추출하고 이를 파라메터로서 출력하는 파라메터 추출부와,상기 운전자의 비음주상태에서 상기 파라메터 추출부에 의해 추출된 파라메터를 기준파라메터로서 저장하고 있는 저장부와,상기 파라메터 추출부에 의해 추출되는 파라메터와 상기 기준파라메터간의 편차를 비교하는 비교부와,상기 비교부에 의해 비교된 편차가 미리 설정된 편차 이상인 경우 상기 운전자가 음주상태인 것으로 판정하고 상기 설정편차 미만인 경우 상기 운전자가 비음주상태인 것으로 판정하는 음주판정부로 이루어짐을 특징으로 하는 음주상태 감지장치.
- 제9항에 있어서, 상기 파라메터 추출부는 상기 디지탈의 음성신호에 대해 자기상관을 취하고 선형예측계수를 추출한 후 상기 선형예측계수-캡스트럼계수를 추출하는 것을 특징으로 하는 차량 시동 제어장치.
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