KR200270064Y1

KR200270064Y1 - 음성인식스위치구동회로

Info

Publication number: KR200270064Y1
Application number: KR2019980023382U
Authority: KR
Inventors: 서순교; 진경찬
Original assignee: (주) 인터커넥션
Priority date: 1998-11-28
Filing date: 1998-11-28
Publication date: 2002-09-19
Also published as: KR19990017399U

Abstract

본 고안은 음성에 의하여 전기장치 등의 전원 온/오프 스위치를 자동으로 제어하는 음성인식 스위치 구동회로에 관한 것으로서, 음성신호 입력부(10)를 통하여 입력되는 신호의 이득을 제어하는 자동이득제어부(20); 상기 자동이득제어부(20)의 출력을 입력으로 하는 필터(31)를 통하여 잡음을 제거하고, 동시에 검출기(30)를 통하여 피치를 검출하는 신호검출부(30); 상기 신호검출부(30)의 필터(31)와 검출기(30)의 출력을 서로 다른 입력으로 하고, 입력되는 신호를 디지털 처리하여 음성신호를 인식하는 신호처리부(40); 상기 신호처리부(40)와 번지, 데이터 및 제어신호를 교환하는 접속부(59)와 상기 접속부(59)를 통하여 교환되는 정보가 저장되는 저장부(57)를 구비하여 상기 저장된 정보가 상기 신호처리부(40)에서 음성신호의 인식시에 비교되도록 상기 신호처리부(40)에서 처리된 신호를 저장하는 신호저장부(50); 상기 신호처리부(40)를 대화모드 또는 명령모드로 제어하는 기능선택부(70); 및 상기 신호처리부(40)에서 출력되는 서로 다른 정보에 의하여 출력에 연결된 스위치수단(80)의 스위칭을 제어하는 제어부(60)를 포함하고, 상기 신호처리부(40)는, 입력되는 신호를 디지털 처리하는 프로세서부(43); 및 상기 프로세서부(43)에서 처리된 상기 서로 다른 정보를 입력하여 음성신호를 인식하는 인공지능부(45)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

음성인식 스위치 구동회로{Speech recognition switch driving circuit}

본 고안은 스위치 구동회로에 관한 것으로서, 특히 음성에 의하여 전기장치의 스위치를 제어하는 음성인식 스위치 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 산업의 발달은 문명 이기(利器)의 발달을 도모하게 되었고, 이에 따라서 인간은 점점 더 생활의 안락함과 편리함을 도모하게 되었다. 또한 전자 기술은 인간의 음성에 의한 명령을 인식하는 컴퓨터 회로 또는 장치를 개발하기에 이르렀으며, 근래에는 음성을 인식하는 전자장치가 상품화되기 시작하고 있다.

종래 기술에서 형광등을 포함하는 조명기구, 전열기구, 에어컨 또는 히터 등의 가전장치들의 전원을 온/오프(on/off)함에 있어서, 상기 가전장치의 스위치(switch)를 기계적인 방식으로 온 또는 오프함으로써 제어한다.

그러나, 상기의 종래 기술은 가전장치 등을 포함하는 전기장치들의 전원을 온/오프할 때, 상기 각각의 스위치를 기계적으로 일일이 온 또는 오프하거나, 그 스위치가 다단계 예를 들면, 조명장치의 밝기를 제어하기 위하여 그 밝기에 따른 다단계 스위치를 제어하는 경우에 그 다단계를 일일이 제어하여야 하는 등의 스위치의 수동조작에 있어서 번거로운 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 가정용 또는 사무용으로 사용되는 형광등 또는 이외의 조명장치 등의 전등류와, 전열기, 에어컨, 히터 등의 전기장치 전원 스위치를 제어함에 있어서, 신경망 퍼지(neural network fuzzy)회로인 인공지능을 키워드에의하여 학습시키고, 학습된 키워드에 따라서 입력되는 음성신호를 신경망 퍼지회로에 의하여 판단함으로써 음성에 의하여 원격으로 전기장치의 전원 스위치를 제어할 수 있는 음성인식 스위치 구동회로를 제공하고자 하는데 있다.

도 1은 본 고안의 음성 인식 스위치 구동회로를 나타내는 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10.. 음성신호선택부20.. 자동이득제어부

21.. 제1증폭기23.. 비교기

25.. 제2증폭기30.. 신호검출부

31.. 필터33.. 검출기

40.. 신호처리부43.. 프로세서부

45.. 인공지능부50.. 신호저장부

51.. 디코더53.. 제1버퍼

55.. 제2버퍼57.. 저장부

59.. 접속부60.. 제어부

61.. 버퍼63.. 표시부

65.. 스위칭부67.. 조작부

70.. 기능선택부80.. 스위치수단

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 음성인식 스위치 구동회로는, 음성신호 입력부(10)를 통하여 입력되는 신호의 이득을 제어하는 자동이득제어부(20); 상기 자동이득제어부(20)의 출력을 입력으로 하는 필터(31)를 통하여 잡음을 제거하고, 동시에 검출기(30)를 통하여 피치를 검출하는 신호검출부(30); 상기 신호검출부(30)의 필터(31)와 검출기(30)의 출력을 서로 다른 입력으로 하고, 입력되는 신호를 디지털 처리하여 음성신호를 인식하는 신호처리부(40); 상기 신호처리부(40)와 번지, 데이터 및 제어신호를 교환하는 접속부(59)와 상기 접속부(59)를 통하여 교환되는 정보가 저장되는 저장부(57)를 구비하여 상기 저장된 정보가 상기 신호처리부(40)에서 음성신호의 인식시에 비교되도록 상기 신호처리부(40)에서 처리된 신호를 저장하는 신호저장부(50); 상기 신호처리부(40)를 대화모드 또는 명령모드로 제어하는 기능선택부(70); 및 상기 신호처리부(40)에서 출력되는 서로 다른 정보에 의하여 출력에 연결된 스위치수단(80)의 스위칭을 제어하는 제어부(60)를 포함하고, 상기 신호처리부(40)는, 입력되는 신호를 디지털 처리하는 프로세서부(43); 및 상기 프로세서부(43)에서 처리된 상기 서로 다른 정보를 입력하여 음성신호를 인식하는 인공지능부(45)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 구성 및 동작을 첨부 도면에 의거 더욱 상세히 설명한다.

본 고안의 음성 인식 스위치 구동회로는, 음성신호 입력부(10), 자동이득제어부(AGC; Automatic Gain Control)(20), 신호검출부(30), 신호처리부(40), 신호저장부(50) 및 제어부(60)를 포함한다.

상기 음성신호 입력부(10)는 도시되지 않은 마이크로폰(micro phone)을 통하여 입력되는 음성신호를 전압레벨로 변화시킨다.

상기 자동이득제어부(20)는 제1증폭기(21), 비교기(comparator)(23) 및 제2증폭기(25)를 포함하여, 음성신호 입력부(10)에서 입력된 음성신호를 증폭하고, 미리 설정된 전압레벨이 되도록 자동으로 그 전압레벨을 조정한다.

상기 신호검출부(30)는 자동이득제어부(20)에서 출력되는 음성신호에서 잡음이 제거된 음성신호를 추출하는 필터(31)와, 상기 음성신호에서 피치(pitch)값을 추출하는 검출기(peak detector)(33)를 포함한다.

상기 신호처리부(40)는 입력되는 신호를 해독하고, 디지털 신호 처리하는 DSP(Digital Signal Processor)인 프로세서부(43)와, 프로세서부(43)의 출력을 입력으로 하여 신호를 분석하고, 이에 따라서 입력된 신호를 인식하는 퍼지멤버쉽함수(fuzzy membership function)인 인공지능부(45)를 포함하며, 사용자에 의하여 조작되는 기능선택부(70)에 의하여 대화모드 또는 명령모드로 제어된다.

신호저장부(50)는 신호처리부(40)와 신호를 교환하는 접속부(59) 및 상기 접속부(59)를 통하여 교환되는 정보가 저장되는 저장부(57)를 포함한다.

상기 접속부(59)는 신호처리부(40)에서 처리되는 신호의 번지(address)가 입력되는 디코더(51)와, 신호처리부(40)와 데이터인 신호를 교환하는 제1버퍼(53)와, 신호처리부(40)에서 처리되는 신호의 쓰기(write) 신호인 제어신호가 입력되는 제2버퍼(55)를 포함한다.

상기 제어부(60)는 신호처리부(40)에서 처리된 신호를 입력으로 하는 버퍼(61)와, 버퍼(61)의 출력을 입력으로 하여 신호를 외부로 표시하는 표시부(63)와, 버퍼(61)의 출력을 입력으로 하여 출력에 연결되는 스위치수단(80)을 제어하는 스위칭부(65) 및 스위칭부(65)를 음성 또는 수동으로 제어할 수 있는 선택스위치를 구비하는 조작부(67)를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 고안에 따른 음성인식 스위치 구동회로는, 마이크로폰과 음성신호 입력부(10)를 통하여 인가되는 음성에 의하여 전기장치의 전원 스위치인 스위치수단(80)이 제어된다. 또한, 스위치수단(80)은 전등의 밝기를 제어하기 위하여 밝기별로 그 제어되는 단계가 서로 다르게 구비되는 다단계 스위치를 포함한다.

음성신호 입력부(10)를 통하여 인가되는 음성신호는 자동이득제어부(20)의 제1증폭기(21)로 입력되어서 증폭되고, 증폭된 신호가 비교기(23)에서 설정된 신호와 비교되며, 제2증폭기(25)에서 증폭됨으로써 자동적으로 다음단으로 입력시키기에 적당한 레벨의 신호로 변환된다.

신호검출부(30)는 자동이득제어부(20)에서 출력되는 음성신호를 신호처리부(40)에서 처리하기 위한 신호로 변환하는 기능을 갖는다. 즉, 음성신호 입력부(10)의 제2증폭기(25)에서 출력되는 음성신호는 필터(31)에서 잡음이 제거되고, 동시에 제2증폭기(25)에서 출력되는 음성신호는 검출기(33)로 입력되어 음성신호의 피치값이 추출되는데, 바람직하게는 상기 필터(31)는 butterworth 필터이다.

일반적으로 상기 피치값은 음성신호의 주기적인 특성을 나타내게 되는데, 상기 특성에 의하여 화자(話者)의 의도, 정서상태, 성대의 이상유무 등의 정보를 포함하기 때문에, 음성신호의 피치값은 주기 또는 주파수 이상의 의미를 포함한다고 할 수 있다.

신호처리부(40)의 프로세서부(43)는 신호검출부(30)의 필터(31)와 검출기(33)에서 출력되는 각각의 출력 즉, 필터(31)의 출력은 A_IN_0의 입력단자로 그리고, 신호검출부(30)의 출력은 A_IN_1의 입력단자로 입력하여 디지털 처리된다. 이때, 프로세서부(43)는 정확한 음성인식을 위하여 음성신호에서 잡음의 제거와 피치값이 검출되는 음성신호를 서로 다르게 입력하여 처리하며, 바람직하게는 마이크로 프로세서(micro processor)이다.

상기 A_IN_0와 A_IN_1의 입력단자를 통하여 입력되는 신호는 프로세서부(43)에서 처리되고, 퍼지멤버쉽함수(fuzzy membership function)를 포함하는 음성신호 분석 알고리즘이 적용된 인공지능소자인 인공지능부(45)는 프로세서부(43)의 출력을 입력으로 하여 신호를 분석하여 입력된 음성신호를 인식할 수 있게 된다.

바람직하게는 퍼지멤버쉽함수로 되는 퍼지확률에 의하여 음성신호를 정확하게 인식하고 제어하는 프로세서부(43)는 인공지능부(45)로의 출력을 디지털 신호로 표현하는 P0, P1, P2의 세 개로 구비된 출력을 갖는다.

상기 프로세서부(43)의 P0 단자는 음성과 비음성 여부를 표현하기 위한 것이고, P1, P2 단자는 P0의 음성신호가 인가되는 경우에 음성 인식된 결과를 출력하기 위함이다. 예를 들면, 출력포트가 거실, 안방, 주방 및 마루 등의 4가지 경우로 되는 간단한 명령을 학습시키고, 학습이 끝난 후 이에 따른 음성이 인가되는 것을 인식하기 위하여 상기 P1, P2로 되는 두 개의 단자가 구비된다.

상기와 같이 P0, P1, P2의 세 개의 비트(bit)로 나뉘어지는 출력을 입력으로 하는 인공지능부(45)는 입력되는 신호가 음성인지 아닌지를 판단한다. 예를 들면, "000" 내지 "011"로 입력되는 신호는 P0 비트가 "0"이기 때문에 음성신호가 아닌 것으로 판단되어서 인공지능부(45)는 동작되지 않는다. 그러나, "100" 내지 "111"로 입력되는 신호는 P0 비트가 "1"이기 때문에 음성신호임을 판단하게 되고, 이에 따라서 퍼지멤버쉽함수를 적용하여 인식하게 된다.

또한, 신호처리부(40)의 프로세서부(43)는 사용자에 의하여 조작되는 기능선택부(70)에 의하여 대화모드 또는 명령모드로 제어된다. 즉, 신호처리부(40)에서 처리되는 음성신호가 대화모드로 되는 경우, 음성신호 입력부(10)를 통하여 입력되는 음성신호가 신호처리부(40)에서 학습되어 신호저장부(50)에 저장된다. 이와 같이 저장된 음성신호는 기능선택부(70)에 의하여 명령모드로 동작되는 경우, 신호저장부(50)에 저장된 정보를 참조함으로써 입력되는 음성신호를 인식하게 되는 것이다.

신호저장부(50)는 음성신호 입력부(10)를 통하여 입력된 음성신호를 저장하여, 음성인식을 위한 참조 정보로 사용한다. 즉, 접속부(59)의 디코더(51)에서는 신호처리부(40)에서 처리되는 신호의 번지가 입력되고, 양방향 버퍼인 제1버퍼(53)는 신호처리부(40)에서 처리되는 데이터가 입력되거나 또는 저장부(57)의 데이터를 출력하며, 일방향 버퍼인 제2버퍼(55)는 신호처리부(40)에서 입력되는 데이터를 저장부(57)에 쓰기 위한 신호로서의 제어신호가 입력된다.

이와 같이, 접속부(59)의 디코더(51), 제1버퍼(53) 및 제2버퍼(55)를 통하여 번지, 데이터 및 제어신호가 입력되는 저장부(57)는 음성사전으로 사용되는 바람직하게는 EEPROM이고, 디코더(51)로부터 출력되는 신호가 상기 EEPROM의 인에이블(enable) 단자에 인가되고, 제2버퍼(55)를 통하여 인가되는 쓰기 신호가 인가되면, 양방향 버퍼인 제1버퍼(53)를 통하여 인가되는 정보가 저장된다. 이와 같이 저장부(57)에 저장되는 신호는 신호처리부(40)에서 음성신호를 인식하는데 사용되는 참조정보인 음성신호 비교 패턴으로 사용된다. 이때, 상기 EEPROM은 프로그램 기록장치에 의하여 저장된 프로그램이 변경될 수 있으며, 이에 따라서 새로운 정보를 입력시킬 수 있음은 자명한 것이다.

또한, 프로세서부(43)에서 제어부(60)로의 출력은 바람직한 실시예로서 세 개로 나뉜다. 즉, P3, P4, P5로 출력되는데, 이들은 음성인식 후, 프로세서부(43)에서 출력되는 음성신호의 레벨을 나타내기 위한 것으로 3개의 비트(bit)로 되는 총 8단계의 음성신호 레벨을 표현할 수 있다.

결과적으로 P0, P1, P2는 퍼지멤버쉽함수 구현을 위한 출력관련 포트를 나타내고, P3, P4, P5는 출력레벨 제어를 하기 위한 바람직한 일실시예이다. 또한, 신호처리부(40)는 좀더 다양한 출력관련 포트와 출력레벨 제어를 위하여 P0 내지 P5 이외의 신호단을 더 구비할 수 있음은 자명한 것이다.

또한, 제어부(60)의 버퍼(61)는 신호처리부(40)의 프로세서부(43)와 인공지능부(45)의 각각에서 출력되는 신호의 레벨에 따라서 제어부(60)의 출력단에 연결되는 가전제품 등의 전원 스위치인 스위치수단(80)을 제어하도록 버퍼링(buffering)한다.

제어부(60)는 스위치수단(80)이 다단계로 동작되는 스위치인 경우에 있어서, 상기 다단계의 스위치가 동시에 두 개 이상 구동되지 않도록 논리조합회로를 이용함으로써 상기 스위치 동작을 한 개만 이루어지도록 구성할 수 있다. 이러한 논리조합회로의 출력은 전류를 보상하기 위하여 오픈콜렉터(open-collector) 회로를 더 구비할 수 있다.

표시부(63)는 버퍼(61)에 입력되는 신호를 외부에서 식별할 수 있도록 발광다이오드(LED)에 의하여 점등함으로써 표시한다. 이때, 표시부(63)는 서로 다른 점등에 의하거나 또는 발광되는 색상의 변화에 의하여 서로 다른 정보를 나타낼 수 있도록 적어도 하나 이상으로 되고, 동일한 소자에서 서로 다른 색상을 나타내는 발광다이오드(LED)를 구비할 수 있다.

스위칭부(65)는 버퍼(61)를 통하여 인가되는 신호에 의하여 전기장치에 구비되는 전원 스위치인 스위치수단(80)을 구동시키는 스위치 구동장치이다. 이때, 스위치수단(80)은 다단계로 제어되는 스위치가 포함되며, 전원 스위치 이외의 전기장치의 제어 스위치도 포함되어 음성에 의하여 제어될 수 있음은 분명하다.

조작부(67)는 스위칭부(65)를 제어함으로써 스위치수단(80)을 음성이 아닌 수동으로 제어하는 것을 선택하기 위한 선택스위치이다.

도면과 명세서에서는 단지 본 고안의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 고안을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 실용신안등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 고안에 따르면 신경망 퍼지회로에 음성을 이용하여 미리 학습시키고, 이에 따라서 마이크로폰을 통하여 입력되는 음성이 신경망 퍼지회로에 의하여 인식됨으로써 전원 스위치를 원격으로 온/오프 시킬 수 있기 때문에 전기장치의 전원 제어에 편리함을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Claims

스위칭수단(80)의 스위칭을 제어하기 위한 스위치 구동회로에 있어서,

음성신호 입력부(10)를 통하여 입력되는 신호의 이득을 제어하는 자동이득제어부(20);

상기 자동이득제어부(20)의 출력을 입력으로 하는 필터(31)를 통하여 잡음을 제거하고, 동시에 검출기(30)를 통하여 피치를 검출하는 신호검출부(30);

상기 신호검출부(30)의 필터(31)와 검출기(30)의 출력을 서로 다른 입력으로 하고, 입력되는 신호를 디지털 처리하여 음성신호를 인식하는 신호처리부(40);

상기 신호처리부(40)와 번지, 데이터 및 제어신호를 교환하는 접속부(59)와 상기 접속부(59)를 통하여 교환되는 정보가 저장되는 저장부(57)를 구비하여 상기 저장된 정보가 상기 신호처리부(40)에서 음성신호의 인식시에 비교되도록 상기 신호처리부(40)에서 처리된 신호를 저장하는 신호저장부(50);

상기 신호처리부(40)를 대화모드 또는 명령모드로 제어하는 기능선택부(70); 및

상기 신호처리부(40)에서 출력되는 서로 다른 정보에 의하여 출력에 연결된 스위치수단(80)의 스위칭을 제어하는 제어부(60)를 포함하고,

상기 신호처리부(40)는,

입력되는 신호를 디지털 처리하는 프로세서부(43); 및

상기 프로세서부(43)에서 처리된 상기 서로 다른 정보를 입력하여 음성신호를 인식하는 인공지능부(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치 구동회로.
제1항에 있어서, 상기 제어부(60)는,

상기 신호처리부(40)에서 처리된 신호를 입력으로 하는 버퍼(61);

상기 버퍼(61)의 출력을 입력으로 하여 입력되는 신호를 외부로 표시하는 표시부(63);

상기 버퍼(61)의 출력을 입력으로 하여 출력에 연결되는 스위치수단(80)을 제어하는 스위칭부(65); 및

상기 스위치수단(80)의 제어를 수동으로 제어할 수 있도록 조작되는 조작부(67)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성인식 스위치 구동회로.