KR20040087505A - 음성의 톤을 이용한 정보입력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음성의 톤을 이용한 정보입력장치에 관한 것으로, 음성의 톤을 구별 발성하여 음성신호를 입력하기 위한 마이크; 상기 마이크에 전기적으로 연결되어 상기 음성신호를 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터; 해당 발성음의 기준주파수가 저장된 메모리; 상기 A/D컨버터 및 메모리에 전기적으로 연결되어 상기 디지털신호 및 기준주파수를 비교하고 상기 비교결과데이터를 기초로 소정 진수로의 코드변환을 수행하는 연산장치; 및 상기 변환코드의 문자 표시를 위한 출력장치에 상기 연산장치를 접속시키는 접속단자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

음성의 톤을 이용한 정보입력장치{An Information Input Device Utilizing Voice Tone}

본 발명은 음성의 톤을 이용한 정보입력장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음성의 톤을 정보식별의 기본단위로 이용함으로써, 정보의 신속한 처리 및 출력이 가능한 구조의 음성의 톤을 이용한 정보입력장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용자가 의도하는 정보가 컴퓨터, PDA 및 휴대폰과 같은 각종 정보처리단말기기 등에 입력되고자 할 경우 입력을 위한 인터페이스 장치로서 대표적으로 사용되는 것이 키보드나 키패드이다.

상기와 같은 입력장치는 베이스 상에 문자, 숫자 등이 표시된 키를 배열하여 구성된 것으로서, 특히 키보드와 같은 경우 부피가 크기 때문에, 휴대성이 떨어지다보니 노트북과 같은 휴대용 컴퓨터에는 그 크기를 작게 하여 일체화시킨 구조를 갖는다.

하지만 정보처리단말기기의 소형화 추세와 더불어 특히 손이 불편한 장애인 또는 운전중인 주행자의 경우 정보의 입력에 있어 대단히 곤란한 상황을 경험하게 됨으로, 이를 감안하여 키보드와 같이 부피가 크고 손을 사용해야 하는 입력장치에서 탈피하려는 노력들이 이루어지고 있다.

그 대안으로서 필기된 문자의 인식 또는 음성의 인식 등과 같은 기술이 개발되고 있지만, 필기 문자의 인식기술은 앞서 언급된 바와 같이 손을 사용하기가 불편하거나 운전 등과 같이 손을 사용해야만 하는 일을 수행하면서 동시에 정보입력을 소망할 경우에는 역시 불편함을 초래하는 문제점이 있다.

이에 반해 상기 음성인식기술은, 원하는 정보를 음성으로 발성하고 이를 인식하는 기술로서, 손의 사용없이 정보를 입력할 수 있는 수단으로서 각광을 받고 있다.

그런데 주변환경의 소음, 개개인이 갖는 음성적 특성 등에 따라 아직까지 상당한 시행착오를 겪고 있는 문제점 등이 현실이며 이에 따라 범용화된 장치로서 개발되어 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

또한 음성인식을 위한 각종 주변장치가 부수적으로 구비됨으로 음성의 명확한 인식문제와 더불어 제반설비를 모두 감안할 경우 그 부피가 상당히 증가하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 입력되는 음성의 톤이 갖는 주파수를 기초로 지령을 인식할 수있어 보다 신속하게 입력정보를 처리할 수 있는 구조의 음성의 톤을 이용한 정보입력장치를 제공하는 것이다.

그리고 본 발명의 제 2목적은, 해당 설치장소의 주변 노이즈에 대한 영향이 비교적 적어 보다 정확한 입력정보의 수득이 가능한 구조의 음성의 톤을 이용한 정보입력장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적들은, 음성의 톤을 구별 발성하여 음성신호를 입력하기 위한 마이크;

상기 마이크에 전기적으로 연결되어 상기 음성신호를 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터;

해당 발성음의 기준주파수가 저장된 메모리;

상기 A/D컨버터 및 메모리에 전기적으로 연결되어 상기 디지털신호 및 기준주파수를 비교하고 상기 비교결과데이터를 기초로 소정 진수로의 코드변환을 수행하는 연산장치; 및

상기 변환코드의 출력을 위한 출력장치에 상기 연산장치를 접속시키는 접속단자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음성의 톤을 이용한 정보입력장치에 의하여 달성된다.

여기서 상기 연산장치는 고주파 및 노이즈필터링을 위한 이동평균기법과 해당 주파수 및 세기 추출을 위한 제로크로싱 기법이 EEPROM에 프로그램된 마이컴 구조인 것이 바람직하다.

그리고 상기 연산장치는 상기 비교결과의 음성확인을 위한 확인메시지데이터가 상기 EEPROM에 저장되는 구조를 포함하며, 상기 확인메시지데이터가 음성 출력되도록 D/A컨버터로 전기적으로 연결된 스피커가 더 구비되어 상기 마이크를 통한 확인결과데이터에 기초하여 해당 변환코드를 송출하는 구조인 것이 바람직하다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 음성의 톤을 이용한 정보입력장치의 구성도,

도 2는 도 1의 정보입력장치를 예시한 상세 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 정보입력장치의 작동순서도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

100: 마이크 110: A/D컨버터

200: 스피커 210: D/A컨버터

300: 연산장치 400: 메모리

510: 시리얼IC 520: 시리얼포트

600: 오디오IC 700: MCU

800: 키패드 1000: 정보입력장치

2000: 출력장치

이하에서는 본 발명에 따른 음성의 톤을 이용한 정보입력장치에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 정보입력장치의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 정보입력장치(1000)는 이미 저장된 해당 발성자의 음성 주파수를 기초로입력되는 음성의 톤(고저)을 비교하고 비교결과를 코드화하여 이를 외부 출력장치(2000)에 전송할 수 있는 구조의 장치이다.

이를 위해 상기 정보입력장치(1000)는, 발성자의 음성을 수신하는 마이크(100)와, 해당 발성자 발성음의 기준주파수가 저장된 메모리(400)와, 마이크(100) 및 메모리(400)에 연결되어 마이크(100)로부터 입력되는 음성의 톤을 상기 기준주파수와 비교하여 해당 코드로 변환하는 연산장치(300)를 포함한다.

상기 마이크(100)에 입력되는 발성음은 발성자가 의도적으로 톤을 달리하여 발성하는 유성음이며, 상기 마이크(100)에서 수신한 상기 유성음은 아날로그 신호임으로 디지털변환이 가능하도록 A/D컨버터(110)가 상기 마이크(100)에 연결되어 있다.

그리고 상기 메모리(400)에는 해당 발성자의 발성음 기준주파수가 미리 내장되어 있다. 이러한 기준주파수는 해당 발성자의 발성음의 높은 톤과 낮은 톤의 평균주파수로서 마이크(100)로 수신되는 음성 주파수가 상기 평균주파수보다 높을 경우와 낮을 경우로 구분하는 기준이 된다.

상기 메모리(400)는 상기 연산장치(300)에 연결되어 있어 상기 A/D컨버터(110)를 통해 연산장치(300)로 해당 음성의 정보를 갖고 있는 디지털신호가 송출되면, 상기 연산장치(300)에서는 이를 상기 기준주파수와 비교하여 해당 톤의 고/저를 판단하게 된다. 이러한 비교결과는 외부의 출력장치(2000)에서 처리 가능한 코드(예를 들어 2진수 코드)로 변환된다.

이러한 상기 연산장치(300)는 상기 메모리(400)와는 별도의 EEPROM이 내장된구조로서, 상기 EEPROM에는 상기 이동평균기법 및 제로크로싱기법이 알로리즘으로 프로그램되어 있다.

상기 이동평균기법은 고주파 및 노이즈필터링을 위한 것으로, 일반적으로 발성을 하면 음성에는 가장 우선 방출되는 제 1음성톤 이외에 순차적으로 제 2음성톤, 제 3음성톤 등이 부차적인 노이즈로서 발생된다. 또한 해당 장소에서의 주변에서 마이크(100)로 수신되는 소리들이 노이즈로서 기능하게 된다. 따라서 음성 중 제 1음성톤 만을 선택하여 수득하고 이와 동시에 주변 노이즈 등을 차단하기 위해 상기 연산장치(300)에서는 이동평균기법으로서 로우패스필터링(low pass filtering)을 실시하도록 프로그래밍되어 있다.

그리고 상기 제로크로싱 기법은 입력된 해당 음성의 주파수를 추출하기 위한 것으로, 앞에서 상기 로우패스 필터링을 통해 고주파 및 노이즈가 필터링되어 제거됨으로 해당 제 1음성톤만을 수득하여 이에 대한 주파수를 추출하는 알고리즘이다.

따라서 앞에서 언급된 바와 같이 상기 연산장치(300)에서는 상기 추출된 주파수를 메모리(400)에 저장된 기준주파수와 비교하여 수치적으로 높고 낮음을 판단하게 된다.

아울러 상기 스피커(200)는 상기 연산장치(300)에 D/A컨버터(210)로 연결되어 있는데, 상기 연산장치(300)에서 비교결과를 토대로 상기와 같이 코드변환될 경우 해당 변환된 결과를 상기 출력장치(2000)에 송출하기 이전에 먼저 상기 스피터를 통해 발성자에게 확인시킴으로써 제품에 대한 신뢰성이 보다 향상될 수 있다.

이를 위해 상기 연산장치(300)에는 확인메시지데이터가 저장되어 있으며 상기 확인메시지데이터를 스피커(200)를 통해 송출하면 발성자는 이를 듣고 음성의 톤을 달리하여 변환코드의 출력여부를 지령한다.

도 2는 도 1의 정보입력장치(1000)를 예시한 상세 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, EEPROM이 내장된 구조의 MCU(microcontroller unit)(700)가 연산장치(300)의 일실시예로서 구비되고, 상기 MCU(700)에는 오디오IC(600) 및 시리얼IC(510)가 전기적으로 연결되어 있다.

아울러 상기 오디오IC(600)에는 마이크(100) 및 스피커(200)가 공히 연결되어 있는데, 상기 오디오IC(600)는 A/D컨버터(110) 및 D/A컨버터(210)가 함께 내장된 구조를 갖는다. 이에 따라 상기 내장된 A/D컨버터(110)에는 상기 마이크(100)가 연결되고, 상기 D/A컨버터(210)에는 상기 스피커(200)가 연결된다.

그리고 상기 시리얼IC(510)에는 시리얼포트(520)가 연결되어 시리얼 인터페이스의 구조를 갖는 접속단자로서 기능하게 된다. 상기 시리얼포트(520)에는 만일 상기 MCU(700)에서 변환된 코드를 기초로 문자를 표시하는 출력장치(2000) 예를 들어 TFT-LCD, PDP, 유기전계발광표시장치 등과 같은 디스플레이 출력장치(2000)가 연결되며, 이에 따라 상기 출력장치(2000)에서는 상기 시리얼포트(520)를 통해 연산장치(300)로부터 코드를 수신받아 이를 기초로 문자를 표시하게 된다.

이 때 상기 각 코드별 출력되는 문자(또는 문장)는 출력장치(2000)에 별도로 부착된 저장장치(미도시)에 저장되어 해당 코드에 대응하는 문자데이터가 로딩되면서 상기 출력장치(2000)를 통해 출력된다.

만일 본 발명에 따른 정보입력장치(1000)의 설치장소가 자동차 실내일 경우를 예를 들어 설명하면, 마이크(100) 및 스피커(200)는 실내 전방의 데쉬보드에 설치하고 예를 들어 출력장치(2000)로서 상기 유기전계발광장치가 채용될 경우 상기 유기전계발광장치는 후방 유리에 장착하며 상기 시리얼포트(520)에 접속시킨다.

그리고 마이크(100)를 통해 MCU(700)에 음성을 전달한다. 이 때 상기 음성은 2진수에 기초하여 톤을 달리한다. 예를 들어 2진수 코드에서 '0'은 상대적으로 높게 발성하고 '1'은 상대적으로 낮게 발성한다.

그리고 예를 들어 뒤에 따라오는 자동차 운전자에 대해 '우회전하라'라는 문자표시를 출력하고자 할 경우 그리고 상기 문자가 '0011' 이라는 2진수 코드일 경우 '0'에 해당되는 낮은 음성을 연속하여 2번 발성하고 '1'에 해당되는 높은 음성을 연속하여 2번 발성하여 4비트에 해당되는 입력신호를 마이크(100)를 통해 상기 MCU(700)에 입력하게 된다.

그러면 상기 오디오IC(600)에 내장된 A/D컨버터(110)를 통해 디지털신호로 변환되어 상기 MCU(700)에 전송되고, MCU(700)에서는 메모리(400)에 저장된 기준주파수와 비교하여 해당 코드로 변환한다. 변환된 상기 코드가 발성자의 의도와 맞는지 확인하기 위해 상기 MCU(700)에서는 상기 변환코드에 해당하는 확인메시지데이터를 로딩한다.

상기 확인메시지데이터는 MCU(700)의 EEPROM에 저장되어 있으며 로딩된 확인메시지데이터는 D/A컨버터(210)를 통해 상기 스피커(200)로 송출한다. 이 때 상기 확인메시지데이터는 상기 코드에 해당되는 순번을 음성으로 송출하기 위한 것으로, 만일 상기 '0011'이라는 코드가 3번이라는 순번을 갖는다면, 이를 상기스피커(200)를 통해 출력하는 것이다.(예를 들어 '3번이 맞습니까')

그리고 확인메시지가 의도한 바와 같다면, '예'라고 상대적으로 높게 발성하여 출력장치(2000)로의 출력을 지시하면 상기 해당 코드는 MCU(700)로부터 상기 시리얼포트(520)를 통해 상기 유기전계발광장치에 전송되고 저장장치에서 상기 전송된 코드에 해당하는 문자데이터를 로딩하여 상기 유기전계발광장치에서 '우회전하라'라는 문자를 출력하여 표시한다.

이 때 상기 MCU(700)에는 키패드(800)가 연결되어 있어 메모리(400)에 해당 발성자의 기준주파수를 설정하도록 별도의 입력수단으로 기능한다. 즉 여성과 남성 사이의 음성주파수 차이, 연령별 음성주파수 차이, 인종별 음성주파수 차이가 있음으로 상기 키패드(800)를 통해 기존 기준주파수를 리셋시키고 새로운 기준주파수의 저장이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 정보입력장치(1000)의 작동순서도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 우선 마이크(100)를 통해 음성의 톤을 구별 발성하여 입력한다.(S1000)

그러면 상기 음성신호는 A/D컨버터(110)를 통해 디지털신호로 변환되어 MCU(700)에 송출된다. 그러면 상기 MCU(700)는 EEPROM에 프로그램된 이동평균기법의 알고리즘을 로딩하고 이에따라 로우패스필터링이 진행되어 해당 설치장소의 고주파 노이즈 및 제 1음성톤에 이어 순차적으로 파동되는 제 2음성톤, 제 3음성톤 등이 제거된다. 결국 제 1음성톤만이 수득된다.(S2000)

이후 상기 MCU(700)에서 EEPROM에 프로그램된 제로크로싱기법의 알고리즘을로딩하여 수득된 상기 제 1음성톤의 주파수값을 추출한다.(S3000)

그리고 상기 주파수값을 영역별로 그룹화한다. 즉 상기 주파수값을 우선 저장하는 등록단계를 거친 뒤, 상기 EEPROM으로부터 기준주파수값에 해당하는 데이터를 로딩하여 상기 수득된 주파수값과 비교하는 인식단계가 진행된다.(S4000)

이후 상기 비교 처리된 결과에 따라 해당하는 코드를 변환 출력하게 된다.(S5000)

상기 출력되는 코드는 외부 출력장치(2000)에 송출되어 출력된다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 정보입력장치(1000)에서, 확인메시지 출력을 위한 스피커(200)를 대신하여 음성출력 이외에, 터치스크린 장치를 사용한 문자출력 구조의 사용도 가능한다.

그리고 외부 출력장치(2000)로서 예시된 표시장치에서 유기전계발광장치를 이용한 문자출력이 예시되었지만 이외에, 상기 유기전계발광장치, TFT-LCD, PDP, CRT 등과 같은 표시장치를 이용하여 문자와 더불어 이미 저장된 동화상의 출력이 가능하며 스피커(200)를 출력장치(2000) 또는 동화상 출력시의 부차적인 출력수단으로 구비하여 사용할 수 있다. 또한 LED 또는 LD를 조합한 전광판, 핸드폰, PDA, 컴퓨터 등을 출력장치(2000)로서 사용할 수 있다.

더불어 접속단자로서 구비된 시리얼포트(520) 이외에, 패러랠포트의 사용이 가능함은 물론이며, 블루투스와 같은 무선통신용 접속단자의 사용도 가능하다.

아울러 본 발명이 자동차에 장착되어 사용되는 것이 예시되었지만, 이외에 항공기 또는 선박의 조정실 등에 장착하여 사용될 수 있으며, 손에 장애가 있는 장애자의 입력수단으로서 별도의 배터리 등에 연결하여 장소에 구애받지 않고 사용할 수 있다.

또한 본 발명에서 2진수 코드를 예시하고 있지만, 이외에 음성의 톤을 4성(고음, 저음, 고저음, 저고음 등) 체계화하여 4진수 코드형태로 분할하여 입력할 수 있어 보다 복잡한 형태의 정보입력장치(1000)로서 활용할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 음성의 톤을 이용한 정보입력장치에 의하면, 음성의 톤을 정보식별의 기초로 함으로써 정보의 신속하고 정확한 입력이 가능함에 그 특징이 있다.

그리고 음성의 톤을 입력하기 위한 구성을 갖음으로써, 기존에 비해 그 구성이 단순해짐으로써, 보다 용이한 제조 및 생산이 가능한 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (3)

1. 음성의 톤을 구별 발성하여 음성신호를 입력하기 위한 마이크(100);

   상기 마이크(100)에 전기적으로 연결되어 상기 음성신호를 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터(110);

   해당 발성음의 기준주파수가 저장된 메모리(400);

   상기 A/D컨버터(110) 및 메모리(400)에 전기적으로 연결되어 상기 디지털신호 및 기준주파수를 비교하고 상기 비교결과 데이터를 기초로 소정 진수로의 코드변환을 수행하는 연산장치(300); 및

   상기 변환코드의 출력을 위한 출력장치(2000)에 상기 연산장치(300)를 접속시키는 접속단자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음성의 톤을 이용한 정보입력장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연산장치(300)는 고주파 및 노이즈 필터링을 위한 이동평균기법과 해당 주파수 추출을 위한 제로크로싱 기법이 EEPROM에 프로그램된 MCU(700) 소자인 것을 특징으로 하는 음성의 톤을 이용한 정보입력장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 연산장치(300)는 상기 변환코드의 확인을 위한 확인메시지 데이터가 상기 EEPROM에 저장되는 구조를 포함하며,

   상기 확인메시지 데이터가 음성 출력되도록 D/A컨버터(210)로 전기적으로 연결된 스피커(200)가 더 구비되어 상기 마이크(100)를 통한 확인결과 데이터에 기초하여 해당 변환코드를 송출하는 것을 특징으로 하는 음성의 톤을 이용한 정보입력장치.