KR20070014299A - 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방범 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력된 음향 신호를 주파수 영역에서 분석하여 방범 기능을 하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 소정의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하고 출력하는 음향 발생 장치 및 상기 음향 신호를 수신하고 상기 음향 신호를 주파수 영역에서 분석하여 이상 유무를 판단하며 상기 판단 결과에 따라 경보 신호를 출력하는 음향 신호 분석 장치를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 방법은 특정 주파수 대역 구간에서의 음향 신호의 이상 여부를 감지하여 외부 환경의 이상 여부를 판단할 수 있고, 본 발명은 음향 신호의 발생 장치와 분석 장치의 구성 위치에 따라 공간 구분(spatial resolution) 기능을 가질 수 있다.

음향, 신호, 분석, 방범, 주파수

Description

음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 그 방법{Crime preventing system using sound signal analysis and method thereof}

도 1은 종래의 보안 장치의 구성을 보이는 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방범 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 주파수 분석 신호의 예시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음향 신호 분석에 의한 방범 방법의 흐름도.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 음향 신호 분석에 따른 방범 방법의 흐름도.

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 참조 테이블 및 주파수 분석 신호를 개략적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 : 음향 발생 장치

250 : 음향 신호 분석 장치

260 : 음향 입력부

265 : 음향 분석부

270 : 비교 판단부

275 : 경보 출력부

280 : 메모리

본 발명은 방범 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력된 음향 신호를 주파수 영역에서 분석하여 방범 기능을 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 방범 시스템는은 사용자가 외부 침입자의 침입 위험이 있거나 도난의 위험이 있는 사무실, 집 등에 설치되어 도난이나 침입에 의한 위험을 회피하고 방지할 수 있도록 하는 장치이다. 이러한 방범 시스템들은 이전부터 다양하게 존재하였다.

누구든 창문 또는 출입문을 강제로 열면 강력한 사이렌 소리로 경보해 주는 열림경보기, 침입자가 창문이나 문에 침입하기 위하여 진동 및 충격을 가하면 경보음을 울리는 진동경보기, 침입자가 적외선의 감지 범위에 들어오면 경보음을 울리는 적외선경보기 등 다양한 장치들이 있다. 주 제어장치를 실내에 설치하고 감시가 필요한 특정 장소인 현관문, 창문, 담장 등에 비접촉식 센서인 적외선 센서 또는 접촉식 센서인 접점스위치 등을 설치한다. 따라서, 외부로부터 침입자가 상기 센서가 설치된 지점으로 침입을 하게 되면 상기 센서들이 동작하여 정해진 신호를 주 제어장치로 송신한다.

또는 차량강도 및 차량도난/파손에 대비하여 차량 내에 감시카메라를 설치하여 강도의 위협시나 주차중인 차량도난/파손시에 비상기능 및 자동감지 촬영기능이 있어 각 상황시 범인의 사진과 범행일시를 기록, 저장하여 범인검거 및 법적증거물로 사용한다. 또한, 적외선 LED를 사용하여 촬영하므로 야간에도 범인의 얼굴을 식별할 수 있을 정도로 촬영된다.

도 1은 종래의 보안 장치의 구성을 보이는 도면이다. 도 1을 참조하면, 감시할 소정의 장소를 촬영하는 복수의 CCTV 카메라(100)와, 상기 복수의 CCTV 카메라(100)가 촬영하는 복수의 영상신호들을 하나씩 순차적으로 선택하거나 하나의 화면에 표시할 수 있도록 편집하는 등의 영상제어를 수행하는 영상 제어부(110)와, 상기 영상 제어부(110)에서 제어된 영상을 표시하는 복수의 모니터(120)와, 상기 영상 제어부(110)에서 제어된 영상을 비디오 테이프 등의 저장 매체에 저장하는 영상 녹화기(130)를 포함한다.

하지만, 종래의 보안 장치에 포함되는 CCTV 카메라 같은 감시카메라의 경우 카메라의 동작범위 제한으로 인한 사각지대가 존재하게 된다. 그리고 감시자는 계속 모니터를 보고 있어야 되는 문제점이 있다. 이로 인해 쉽게 피로를 느끼거나 감 시자가 잠시 다른 일을 수행하는 등의 이유로 모니터를 보지 못하는 사이 침입이나 도난이 발생하는 경우에는 감시자가 이를 인지하지 못하여 이에 대한 조치를 신속하게 취하지 못할 경우가 발생한다. 또한, 침입자가 상기 감시카메라의 위치를 파악하여 사각지대로 침입하게 되는 경우에는 감시카메라가 무용지물이 되는 문제점이 있다.

따라서, 접촉이나 영상 외에 침입을 감지할 수 있는 수단이 필요하고, 그 중 하나로 침입 행위로 인해 평상시와는 차이가 나는 특정한 소리의 영향을 감지하는 방법이 요구된다.

종래에는 침입 행위로 인해 발생하는 소리를 감시자가 청취하여 침입 여부를 확인할 수 있으나, 감시를 위해 필요한 소리가 너무 많은 상황이며, 감시자가 청취하여 이상 여부를 판단하기는 힘드므로 감시카메라와 병행해서 사용해야 한다.

따라서, 본 발명은 특정 주파수 대역 구간에서의 음향 신호의 이상 여부를 감지하여 외부 환경의 이상 여부를 판단하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 음향 신호의 발생 장치와 분석 장치의 구성 위치에 따라 공간 구분(spatial resolution) 기능을 가지는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 참조 테이블(lookup table)을 이용하여 특정 주파수 대역 구간에서 원하는 고분해능을 가져서 외부 환경의 이상 여부에 대해서 정확한 상황 판단이 가능한 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하고 출력하는 음향 발생 장치; 및 상기 음향 신호를 수신하고 상기 음향 신호를 주파수 영역에서 분석하여 이상 유무를 판단하며 상기 판단 결과에 따라 경보 신호를 출력하는 음향 신호 분석 장치를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 음향 신호 분석 장치는, 정상 상태(standard state)에서 상기 음향 발생 장치가 출력하는 음향 신호에 상응하는 정상 상태 정보를 저장하는 메모리; 상기 음향 발생 장치로부터 출력되는 상기 음향 신호를 수신하는 음향 입력부; 상기 음향 입력부를 통해 수신한 상기 음향 신호를 주파수 영역에서 분석한 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 분석부; 상기 주파수 분석 신호를 상기 정상 상태 정보와 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교 판단부; 및 상기 비교 판단부에서의 판단 결과 이상이 발생한 경우 경보 신호를 출력하는 경보 출력부를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 음향 발생 장치는 둘 이상이고, 각각 서로 다른 주파수를 가지는 음향 신호를 생성한다. 그리고 상기 정상 상태 정보는 상기 음향 신호의 주파수 대역 정보, 상기 주파수 대역 정보에 상응하는 주파수 대역에서의 음향 신호의 강도 또는 크기 정보를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 음향 신호 분석 장치는, 참조 테이블을 저장하는 메모리; 상기 음향 발생 장치로부터 음향 신호를 입력받는 음향 입력부; 입력받은 상기 음향 신호를 상기 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보(header information)에 따라 주파수 분석하여 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 분석부; 상기 주파수 분석 신호와 상기 참조 테이블로부터 추출된 코어 정보(core information)를 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교 판단부; 및 상기 이상 유무 판단에 따라 미리 정해진 출력 신호를 생성하여 출력하는 신호 출력부를 포함한다.

여기서, 상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 상기 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하고, 상기 음향 분석부는 상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 음향 신호를 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성한다. 그리고 상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 음향 발생 장치 및 음향 신호 분석 장치를 포함하는 방범 시스템에서의 방범 방법에 있어서, (a) 상기 음향 발생 장치가 소정의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하고 출력하는 단계; (b) 상기 음향 신호 분석 장치가 상기 음향 신호를 수신하는 단계; (c) 상기 음향 신호 분석 장치가 상기 음향 신호를 주파수 영역에서의 신호로 변환한 주파수 분석 신호를 생성하는 단계; (d) 상기 음향 신호 분석 장치가 미리 저장된 정상 상태(standard state) 정보를 기초로 하여 상기 주파수 분석 신호를 비교하고 이상 유무를 판단하는 단계; 및 (e) 상기 (d) 단계에서의 판단 결과 이상이 있는 경우에 경보 신호를 출력하는 단계를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 상기 음향 발생 장치는 둘 이상이고, 각각 서로 다른 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하고, 상기 정상 상태 정보는 상기 음향 신호의 주파수 대역 정보, 상기 주파수 대역 정보에 상응하는 주파수 대역에서의 음향 신호의 강도 또는 크기 정보를 포함한다.

또는 상기 정상 상태 정보는 헤더 정보 및 코어 정보를 포함하는 참조 테이블이고, 상기 (c) 단계는 상기 헤더 정보에 따라 상기 음향 신호를 주파수 분석하여 상기 주파수 분석 신호를 생성하고, 상기 (d) 단계는 상기 코어 정보를 비교한다. 상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 상기 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하고, 상기 음향 분석부는 상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 음향 신호를 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성한다. 그리고 상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함한다.

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

이하, 본 발명에 따른 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참 조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하 상세히 설명할 실시예는 단지 예시적인 것이지 한정하고자 함이 아니다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방범 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 주파수 분석 신호의 예시도이다. 방범 시스템은 음향 발생 장치(200a 내지 200n, 이하 200이라 함) 및 음향 신호 분석 장치(200)를 포함한다.

음향 발생 장치(200)는 미리 정해진 소정의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하고 출력한다. 상기 음향 발생 장치(200)는 감시를 필요로 하는 소정의 장소에 설치된다. 상기 소정의 장소별로 생성되는 음향 신호의 주파수를 각각 다르게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 음향 발생 장치 a(200a)는 100Hz, 음향 발생 장치 b(200b)는 200Hz, 음향 발생 장치 n(200n)는 500Hz의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하여 출력한다.

음향 신호 분석 장치(200)는 음향 입력부(260), 음향 분석부(265), 비교 판단부(270), 경보 출력부(275) 및 메모리(280)를 포함한다.

메모리(280)는 외부 환경이 정상 상태(standard state)인 경우에 음향 발생 장치(200)에서 출력되는 음향 신호의 정상 상태 정보를 저장한다. 정상 상태 정보는 특정 주파수 영역에서의 신호의 크기 정보 또는 강도 정보, 신호가 생성되는 특정 주파수 영역 값 등이 될 수 있다. 바람직하게는, 정상 상태에서의 주파수 분석 신호를 포함한다.

음향 입력부(260)는 음향 신호 분석 장치(200)의 외부에서 발생한 음향 신호를 입력받는다. 일반적으로 마이크(mic) 등으로 구성된다. 본 발명에서는 상기 음향 발생 장치(200)에서 출력된 음향 신호를 수신한다. 상기 음향 입력부(260)는 하나이거나 상기 음향 발생 장치(200)의 개수에 상응하는 개수일 수 있다.

음향 분석부(265)는 음향 입력부(260)를 통해 입력받은 음향 신호를 주파수 영역에서 분석한 주파수 분석 신호를 생성한다. 상기 주파수 분석 신호를 생성하기 위한 방법은 다음과 같다.

첫째, 일반적인 주파수 분석 방법으로써 푸리에 변환(Fourier transform)을 이용한다. 푸리에 변환은 어떤 신호이든 간에 그 신호는 자신을 구성하는 레벨, 주파수가 다른 각각의 무수한 주파수들의 합으로 표현이 가능하다는 점을 이용한다. 시간 영역에서 x축은 시간 대역, y축은 레벨값을 가지는 신호는 주파수 영역에서 확인하면 x축은 주파수 대역, y축은 레벨값을 가지는 신호가 된다. 즉, 신호를 구성하는 주파수를 대역별로 볼 수 있다. 이 방법은 모든 주파수 대역에 대하여 일정 간격으로 조사를 하게 된다. 상기 음향 분석부(265)에서 푸리에 변환을 사용하여 음향 신호를 주파수 분석하기 위해서는 먼저 벡터의 생성이 필요하다. 벡터는 변환 하려는 변환 범위와 샘플의 수에 의해서 결정된다. 푸리에 변환에서는 변환 범위를 균등하게 분할하여 생성되며, 이것을 시간 영역에서의 샘플에 적용시켜 주파수 영역에서의 값으로 변환시킨다.

둘째, 밴드패스 필터(bandpass filter)를 이용하여 주파수를 분석한다. 밴드패스 필터(bandpass filter)는 일정 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 필터이다. 이를 이용하여 인증코드가 실린 주파수 대역 부근의 신호만이 통과하는 밴드패스 필터를 구성하고, 상기 밴드패스 필터의 출력신호를 이용하여 인증코드를 추출한다.

셋째, 참조 테이블(Lookup Table)을 이용하여 주파수를 분석한다. 참조 테이블은 음향 신호의 각 주파수 대역 구간 중에서 일반적인 분해능이 요구되는 부분 이외에 상대적으로 높은 분해능이 요구되는 부분에 대한 정보이다. 상대적으로 높은 분해능이 요구되는 주파수 구간 및 해당 주파수 구간에서 요구되는 최소 분해능에 대한 정보를 포함한다. 예를 들어, 건반 악기의 경우에 40번 건반 C음과 41번 건반 C#음을 구별하고자 할 때, 두 음 간의 주파수 간격이 15.557Hz이다. 따라서, 40번 건반 C음에 해당하는 주파수 261.626Hz 및 41번 건반 C#음에 해당하는 주파수 277.183Hz 대역 근처에서는 15.557Hz 보다 작은 주파수 간격으로 주파수가 분석되어야 한다. 즉, 260Hz 및 280Hz 구간 사이에서의 최소 주파수 분해능이 대략 15.557Hz가 되는 것이다.

본 발명에서 음향 발생 장치(200)에서 출력하는 음향 신호가 실리는 주파수 대역 부근에서는 고분해능이 되도록 하고, 그 외 대역에서는 저분해능이 되도록 참 조 테이블을 생성한 뒤, 상기 참조 테이블을 활용하면 일반적인 푸리에 변환보다 빠른 시간 내에 보다 정확한 주파수 분석이 가능하다.

주파수 변환을 위해서는 벡터가 필요하다. 상기 벡터는 변환하려는 주파수 변환 범위와 주파수 분해능에 따라서 그 수가 결정된다. 예를 들어, 주파수 100~110Hz 범위 내에서 0.01Hz의 분해능이 요구되면, (110-100)/0.01 만큼의 벡터가 필요하다. 즉, 1000개의 벡터가 필요하다. 따라서, 가청 주파수 범위인 20~20000Hz 사이에서 0.001Hz의 분해능을 가지도록 하려면 약 20000000(이천만) 개의 벡터가 필요하다. 벡터는 한번 생성되면 추후에 재사용이 가능하다. 따라서, 음향 분석부(115)는 최대분해능으로 0.001Hz를 가정하고, 가청 주파수 영역에서 사용될 20000000 개의 벡터를 미리 생성한다.

하기할 표 1을 참조하면, 참조 테이블은 분석을 요하는 분석 주파수 구간 정보 및 분해능 정보를 포함한다.

[표 1]

구간(Hz~Hz)	범위(Hz)	분해능(Hz)	벡터의 수
95 ~ 105	10	0.01	1000
195 ~ 205	10	0.01	1000
495 ~ 505	10	0.01	1000
합계			3000

분석을 요하는 분석 주파수 구간 정보는 제1 구간 95~105Hz, 제2 구간 195~205Hz, 제3 구간 495~505Hz이다. 그리고 분해능 정보는 각 구간에서 0.01Hz이다. 상기 분해능을 가지기 위해서는 각 구간에서 10/0.01 즉, 1000개의 벡터가 필 요하다. 즉, 합계 3000개의 벡터가 필요하며, 음향 분석부(265)는 참조 테이블로부터 분석 주파수 구간 및 상기 필요로 하는 벡터 수를 산출하고, 미리 생성되어 저장된 20000000개의 벡터 중에서 상기 분석 주파수 구간 및 필요로 하는 벡터 수에 상응하는 벡터들을 검출한다. 그리고는 음향 신호와의 스칼라 곱을 통하여 주파수 영역에서의 주파수 분석 신호를 생성한다.

이 외에도 당업자에게 자명한 다양한 방법이 가능함은 물론이다.

비교 판단부(270)는 음향 분석부(265)로부터 음향 신호의 주파수 분석 신호를 입력받는다. 그리고 상기 메모리(280)에 저장된 정상 상태 정보를 불러온다.

상기 주파수 분석 신호에 대하여 상기 메모리(280)에 저장된 정상 상태 정보와 비교하여 이상 유무를 판단한다.

도 3을 참조하면, 음향 발생 장치(200)는 5개가 설치되어 있으며, 각각 100, 200, 300, 400, 500Hz의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하여 출력한다. 이때 음향 신호 분석 장치(250)는 각 음향 발생 장치(200)에서 출력되는 음향 신호를 수신하여 주파수 영역에서 분석한 주파수 분석 신호를 비교 판단부(270)로 입력한다. 상기 메모리(280)에는 각 주파수 대역에서의 정상 상태 정보가 저장되어 있다.

도 3에서는 100, 200, 300, 500Hz 대역의 주파수에서는 출력되는 신호가 정상 상태 정보에서 나타내는 범위 안에 포함된다. 즉, 100, 200, 300, 500Hz 의 음향 신호를 출력하는 음향 발생 장치(200)가 설치된 장소 부근에는 외부 환경에 이상이 없음을 나타낸다. 하지만, 400Hz 대역의 주파수에서 출력되는 신호가 정상 상태 정보에서 나타내는 범위 안에 포함되지 못하고 신호의 강도 또는 크기가 매우 작거나 크다. 즉, 정상 상태가 아님을 알 수 있고, 400Hz 대역의 주파수를 가지는 음향 신호를 출력하는 음향 발생 장치(200)가 설치된 장소의 외부 환경에 이상이 발생했음을 나타낸다. 외부 환경에 이상이 발생한 경우 즉, 침입이 있는 경우에는 음향 발생 장치(200)에서 출력되는 음향 신호가 외부 환경의 변화에 영향을 받아 지정된 주파수 대역에서 정상 상태 범위 내의 신호 크기를 가지지 못하거나 지정된 주파수 대역 이외의 주파수 대역에서 음향 신호를 출력한다. 이를 감지하여 외부 환경의 이상 유무를 판단한다.

음향 발생 장치(200)가 설치된 장소 별로 서로 다른 주파수 대역에서 음향 신호를 출력하게 하고, 상기 주파수 대역에서 이상이 발생하였음을 감지한 경우에는 이상이 생긴 위치도 감지할 수 있다. 따라서, 공간 구분(spatial resolution)이 가능하다.

경보 출력부(275)는 상기 비교 판단부(270)에서 입력받은 음향 신호의 주파수 분석 신호 및 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 비교한 결과에 따라 미리 정해진 경보 신호를 출력한다. 정상 상태와 비교하여 정상인 경우에는 경보 신호를 출력하지 않고, 정상 상태와 비교하여 이상이 있는 경우에는 경보 신호를 생성하여 출력한다. 상기 경보 신호에 의해 경보음을 울리거나 외부의 경보 시스템 또는 경비 업체에 침입 등으로 인한 이상이 생겼음을 알린다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음향 신호 분석에 의한 방범 방법의 흐름도이다. 방범 시스템은 음향 발생 장치(200) 및 음향 신호 분석 장치 (250)를 포함한다.

도 4를 참조하면, 단계 S405에서, 하나 또는 복수의 음향 발생 장치(200)는 각각 미리 설정된 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하여 출력한다.

단계 S410에서, 음향 신호 분석 장치(250)는 상기 음향 발생 장치(200)에서 출력된 음향 신호를 수신한다.

단계 S415에서, 상기 수신한 음향 신호를 분석하기 위해 주파수 영역으로 변환시킨 주파수 분석 신호를 생성한다. 상기 주파수 분석 신호의 생성 방법에 대해서는 상술한 바와 동일하므로 생략한다.

단계 S420 내지 S425에서, 비교 판단부(270)는 메모리(280)에 저장된 정상 상태 정보를 불러온다. 상기 정상 상태 정보는 각 음향 발생 장치(200)에서 출력되는 음향 신호의 주파수 대역 정보, 각 주파수 대역에서의 신호의 강도 또는 크기 등의 정보를 포함한다. 그리고는 단계 S415에서 생성된 주파수 분석 신호를 상기 정상 상태 정보를 기준으로 이상 유무를 판단한다.

상기 정상 상태 정보에서 설정된 각 주파수 대역 별로 정상 상태 범위 내에 상기 주파수 분석 신호의 값들이 있지 아니하면, 이상이 발생한 것으로 판단한다. 또는 상기 정상 상태 정보가 정상 상태에서의 음향 신호를 주파수 분석한 결과인 경우에는 상기 정상 상태에서의 주파수 분석 결과와 현재 입력된 신호의 주파수 분석 신호를 일대일로 비교하여 이상 유무를 판단한다.

단계 S425에서 비교결과 이상이 없는 경우에는 상기 단계 S435로 진행하여 정상임을 인지하고 종료된다.

단계 S425에서 비교결과 이상이 있는 경우에는 외부로부터의 침입, 도난 등의 상황이 발생한 것이므로, 경보 출력부(275)를 통해 경보음을 출력하거나 외부 경보 시스템 또는 경비 업체에 이상이 생겼음을 알린다.

이하에서는 본 발명에서 비교 대상이 되는 정상 상태 정보가 정상 상태에서의 음향 신호를 분석한 주파수 분석 결과인 경우에 참조 테이블을 이용하여 범죄를 예방하는 방범 시스템 및 방법에 대해서 상세히 설명한다.

방범 시스템은 도 2에 도시된 방범 시스템과 비교하여 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.

메모리(280)에는 정상 상태 정보가 저장된다. 이때 정상 상태 정보는 정상 상태에서의 주파수 분석 결과를 포함하는 참조 테이블이다.

참조 테이블(Lookup Table)은 헤더 정보(header information) 및 코어 정보(core information)를 포함한다.

헤더 정보(header information)는 음향 신호의 각 주파수 대역 구간 중에서 일반적인 분해능이 요구되는 부분 이외에 상대적으로 높은 분해능이 요구되는 부분에 대한 정보이다. 상대적으로 높은 분해능이 요구되는 주파수 구간 및 해당 주파수 구간에서 요구되는 최소 분해능에 대한 정보를 포함한다.

예를 들어, 건반 악기의 경우에 40번 건반 C음과 41번 건반 C#음을 구별하고자 할 때, 두 음 간의 주파수 간격이 15.557Hz이다. 따라서, 40번 건반 C음에 해당하는 주파수 261.626Hz 및 41번 건반 C#음에 해당하는 주파수 277.183Hz 대역 근처 에서는 15.557Hz 보다 작은 주파수 간격으로 주파수가 분석되어야 한다. 즉, 260Hz 및 280Hz 구간 사이에서의 최소 주파수 분해능이 대략 15.557Hz가 되는 것이다.

코어 정보(core information)는 상기 헤더 정보를 포함된 주파수 구간에서 비교 대상이 되는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과이다. 즉, 정상 상태에서 음향 발생 장치(200)가 출력하는 음향 신호에 대해서 상기 헤더 정보에 따른 주파수 대역 구간에서, 헤더 정보에 따른 분해능을 가지도록 푸리에 변환된 데이터가 코어 정보에 포함된다. 코어 정보는 음향 신호 분석 장치에서 분석하고자 하는 음향 신호의 비교 대상이 되는 참조 테이블의 핵심되는 정보이다.

참조 테이블(Lookup Table)은 헤더 정보 및 상기 헤더 정보에 상응하는 코어 정보를 한쌍으로 하여 테이블 또는 표로 생성된다.

예를 들어, 음향 발생 장치(200)가 100, 200, 300Hz 주파수 대역에서 특정 신호를 생성하여 출력한다고 하면, 100, 200, 300Hz 주파수 대역 부근에서만 고분해능을 가져서 상세히 분석하고, 그 외 주파수 대역에서는 저분해능을 가져도 된다. 즉, 참조 테이블에는 100, 200, 300Hz 주파수 구간에 대해서 0.01Hz 정도의 고분해능을 가진다는 헤더 정보를 포함한다. 그리고 코어 정보는 각 음향 발생 장치(200)에서 출력하는 100, 200, 300Hz 에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함한다.

음향 분석부(265)는 음향 입력부(260)를 통해 입력받은 음향 신호를 주파수 분석한 주파수 분석 신호를 생성한다. 그리고 상기 메모리(280)에 저장된 참조 테 이블을 불러와 참조 테이블에 포함된 헤더 정보를 추출한다. 추출된 헤더 정보로부터 분석을 위해 필요한 주파수 대역 구간 정보 및 상기 주파수 대역 구간에서 요구되는 주파수 분해능 정도의 정보를 읽어온다. 기본적으로 음향 신호의 주파수 분석은 FFT의 푸리에 변환을 이용한다. 그리고 분석을 위해 필요한 주파수 대역 구간에서, 요구되는 주파수 분해능을 가지도록 입력받은 음향 신호를 푸리에 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성한다. 상기 변환에 의해 추후 비교 판단부(270)에서 비교할 정상 상태의 주파수 신호와 동일한 구간에서 동일한 분해능을 가지도록 한다. 음향 분석부(265)에서의 참조 테이블을 사용한 주파수 분석 방법에 대해서는 앞에서 상세히 설명한 바 생략한다.

비교 판단부(270)는 음향 분석부(265)로부터 음향 신호의 주파수 분석 신호를 입력받는다. 그리고 상기 메모리(280)에 저장된 참조 테이블을 불러와 참조 테이블에 포함된 코어 정보를 추출한다. 추출된 코어 정보로부터 음향 신호 분석 장치(250)의 외부로부터의 음향 신호가 정상일 때의 주파수 분석 결과를 읽어온다.

상기 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 토대로 현재 입력받은 음향 신호의 음향 분석부(265)에서의 주파수 분석 신호를 비교 분석하여 현재 음향 발생 장치(200)가 설치된 장소의 외부 환경이 정상(standard) 상태인지 여부를 판단한다. 이때 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과는 상기 헤더 정보에 포함된 분석을 위한 주파수 대역 구간 정보 및 그에 따른 분해능 정보에 상응하여 주파수 분석이 되어 있음이 바람직하다. 예를 들어, 분석을 위한 주파수 대역 구간 정보가 95~105Hz 이고 이 구간에서 요구되는 분해능 정보가 0.01Hz인 경우에, 코어 정보에 포함되는 정상 상태에서의 주파수 분석 결과 역시 95~105Hz 구간에서는 0.01Hz의 분해능을 가지고 분석되어 있어야 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 음향 신호 분석에 따른 방범 방법의 흐름도이다. 참조 테이블을 이용한 방범 방법을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 단계 S505에서, 음향 발생 장치(200)는 미리 정해진 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하여 출력한다.

단계 S510에서, 음향 신호 분석 장치(250)는 음향 입력부(260)를 통해 음향 발생 장치(200)로부터 음향 신호를 입력받는다.

단계 S515에서, 음향 분석부(265)는 메모리(280)로부터 해당 참조 테이블을 불러오고, 상기 참조 테이블에 포함된 헤더 정보를 추출한다. 여기서, 헤더 정보는 분석을 요하는 주파수 대역 구간에 대한 정보 및 상기 주파수 대역 구간에서 요구되는 분해능 정보를 포함한다.

단계 S520에서, 음향 분석부(265)는 상기 음향 입력부(260)를 통해 입력된 음향 신호를 상기 헤더 정보에 포함된 정보에 따라 주파수 분석한다. 즉, 분석을 요하는 주파수 대역 구간에 대해서는 설정된 분해능이 나오도록 주파수 분석을 행한다. 그리고 그 결과를 기록한 주파수 분석 신호를 생성한다. 상기 주파수 분석 방법에 대해서는 자세히 상술한 바 생략한다.

단계 S525에서, 비교 판단부(270)는 메모리(280)에 저장된 해당 참조 테이블을 불러오고, 상기 참조 테이블에 포함된 정상 상태(standard state)에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 추출한다.

단계 S530에서, 비교 판단부(270)는 추출된 상기 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과 및 상기 주파수 분석 신호를 비교한다. 이때 추출된 상기 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과는 상기 헤더 정보에 포함된 분석을 요하는 주파수 대역 구간에 대한 정보 및 상기 주파수 대역 구간에서 요구되는 분해능 정보에 상응하여 주파수 분석이 되어 있는 상태이다.

단계 S535에서, 비교 판단부(270)는 상기 비교 결과 현재 입력된 음향 신호의 주파수 분석 신호가 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과와 비교하여 이상이 있는지 여부를 판단한다.

상기 판단 결과 이상이 있는 경우에는 단계 S540으로 진행하여 경보 출력부(275)는 경보음을 울리거나 외부 경보 시스템 또는 경비 업체에 이상이 생겼음을 알리고, 이상이 없는 경우에는 단계 S545로 진행하여 정상 상태임을 인지한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 참조 테이블 및 주파수 분석 신호를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6의 (a)를 참조하면, 참조 테이블에 저장된 코어 정보가 도시되어 있다. 실시예에서는 500~505Hz, 7000~7005Hz, 19000~19005Hz 구간에서만 높은 분해능을 요구하고 있다. 그 외 주파수 대역에서는 일반적으로 설정된 분해능에 따라 주파수 분석이 되면 된다. 예를 들면, 그 외 주파수 대역에서는 10Hz 또는 100Hz의 주파수 간격으로 주파수 분석을 행한다.

도 6의 (b)를 참조하면, 상기 도 6의 (a)에 도시된 코어 정보 중에서 500~505Hz 구간의 정상 상태에서의 주파수 분석 결과가 도시되어 있다. 500.4Hz, 502.5Hz, 504.2Hz 를 중심으로 하여 소정 크기의 신호(①, ②, ③)가 나타나 있다. 상기 신호들(①, ②, ③)은 주파수 간격이 5Hz 이내이다. 즉, 10Hz 또는 그 이상의 주파수 간격을 가지는 주파수 분석에 의해서는 감지가 되지 않거나 감지가 되더라도 상세하게 구별되지 못하는 부분이다. 따라서, 상기 500~505Hz 구간에서 정확한 주파수 분석을 위해서는 0.1Hz 정도의 고분해능이 요구된다.

도 6에는 도시되어 있지 않지만, 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 코어 정보를 포함하는 참조 테이블은 분석 주파수 구간 정보로 500~505Hz, 7000~7005Hz, 19000~19005Hz 구간을 포함하고 분해능 정보로 0.1Hz를 가지는 헤더 정보를 포함한다.

도 6의 (c)는 음향 신호 분석 장치(250)에 입력된 음향 발생 장치(200)로부터의 신호가 주파수 분석 신호로 변환된 것이다. 도 2에 도시된 음향 분석부(265)에서 상기 헤더 정보에 따라 500~505Hz 구간에서는 0.1Hz의 분해능을 가지도록 상기 음향 발생 장치(200)로부틔 신호가 주파수 분석이 된 주파수 분석 신호이다. 상기 주파수 분석 신호(④. ⑤, ⑥) 중에서 ④ 신호는 정상 상태의 주파수 분석 결과에서 ① 신호와 대응되는 신호이다. ④ 신호는 501Hz에서 나타나 있으며, 정상 상태에서의 ① 신호는 500.4Hz에서 나타나 있다. 주파수 간격은 0.6Hz이며, 이는 10Hz 또는 그 이상의 주파수 간격에 의한 주파수 분석으로는 감지할 수 없는 부분이다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 참조 테이블에 의한 주파수 분석 에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 ④ 신호는 정상 상태의 ① 신호와 대응되지만, 현재 상태는 정상 상태가 아님을 판단할 수 있다. 그리고 경보 출력부(275)는 이상 있음으로 판단한 후 이상 신호를 생성하여 출력한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 참조 테이블(Lookup Table)을 교체하거나 복수개의 참조 테이블을 저장함으로써 넓은 장소에 대하여 다수의 음향 발생 장치(200)를 설치하여 방범 활동을 할 수 있다.

또한, 특정 분야에서 사용되는 기계 장치에서 정상 상태 일때의 소리를 분석하여 저장한 참조 테이블과 현재 기계 장치에서 나는 소리를 분석한 주파수 분석 신호를 비교하여 이상이 생긴 경우에 이상 신호를 생성한다. 그리고 경보음을 울리는 등의 조치를 통해 기계 장치에 이상이 있음을 알릴 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템 및 방법은 특정 주파수 대역 구간에서의 음향 신호의 이상 여부를 감지하여 외부 환경의 이상 여부를 판단할 수 있다.

또한, 본 발명은 음향 신호의 발생 장치와 분석 장치의 구성 위치에 따라 공간 구분(spatial resolution) 기능을 가질 수 있다.

또한, 본 발명은 참조 테이블(lookup table)을 이용하여 특정 주파수 대역 구간에서 원하는 고분해능을 가져서 외부 환경의 이상 여부에 대해서 정확한 상황 판단이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

1. 소정의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하고 출력하는 음향 발생 장치; 및

   상기 음향 신호를 수신하고 상기 음향 신호를 주파수 영역에서 분석하여 이상 유무를 판단하며 상기 판단 결과에 따라 경보 신호를 출력하는 음향 신호 분석 장치를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 음향 신호 분석 장치는,

   정상 상태(standard state)에서 상기 음향 발생 장치가 출력하는 음향 신호에 상응하는 정상 상태 정보를 저장하는 메모리;

   상기 음향 발생 장치로부터 출력되는 상기 음향 신호를 수신하는 음향 입력부;

   상기 음향 입력부를 통해 수신한 상기 음향 신호를 주파수 영역에서 분석한 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 분석부;

   상기 주파수 분석 신호를 상기 정상 상태 정보와 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교 판단부; 및

   상기 비교 판단부에서의 판단 결과 이상이 발생한 경우 경보 신호를 출력하는 경보 출력부를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 음향 발생 장치는 둘 이상이고, 각각 서로 다른 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 정상 상태 정보는

   상기 음향 신호의 주파수 대역 정보, 상기 주파수 대역 정보에 상응하는 주파수 대역에서의 음향 신호의 강도 또는 크기 정보를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 음향 신호 분석 장치는,

   참조 테이블을 저장하는 메모리;

   상기 음향 발생 장치로부터 음향 신호를 입력받는 음향 입력부;

   입력받은 상기 음향 신호를 상기 참조 테이블로부터 추출된 헤더 정보(header information)에 따라 주파수 분석하여 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 분석부;

   상기 주파수 분석 신호와 상기 참조 테이블로부터 추출된 코어 정보(core information)를 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교 판단부; 및

   상기 이상 유무 판단에 따라 미리 정해진 출력 신호를 생성하여 출력하는 신 호 출력부

   를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 상기 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 음향 분석부는 상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 음향 신호를 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
8. 제5항에 있어서, 상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 시스템.
9. 음향 발생 장치 및 음향 신호 분석 장치를 포함하는 방범 시스템에서의 방범 방법에 있어서,

   (a) 상기 음향 발생 장치가 소정의 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하고 출력하는 단계;

   (b) 상기 음향 신호 분석 장치가 상기 음향 신호를 수신하는 단계;

   (c) 상기 음향 신호 분석 장치가 상기 음향 신호를 주파수 영역에서의 신호로 변환한 주파수 분석 신호를 생성하는 단계;

   (d) 상기 음향 신호 분석 장치가 미리 저장된 정상 상태(standard state) 정보를 기초로 하여 상기 주파수 분석 신호를 비교하고 이상 유무를 판단하는 단계; 및

   (e) 상기 (d) 단계에서의 판단 결과 이상이 있는 경우에 경보 신호를 출력하는 단계를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 음향 발생 장치는 둘 이상이고, 각각 서로 다른 주파수를 가지는 음향 신호를 생성하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 정상 상태 정보는

    상기 음향 신호의 주파수 대역 정보, 상기 주파수 대역 정보에 상응하는 주파수 대역에서의 음향 신호의 강도 또는 크기 정보를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법.
12. 제9항에 있어서,

    상기 정상 상태 정보는 헤더 정보 및 코어 정보를 포함하는 참조 테이블이고,

    상기 (c) 단계는 상기 헤더 정보에 따라 상기 음향 신호를 주파수 분석하여 상기 주파수 분석 신호를 생성하고,

    상기 (d) 단계는 상기 코어 정보를 비교하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 헤더 정보는 분석 주파수 구간 정보 및 상기 분석 주파수 구간의 분해능 정보를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 음향 분석부는 상기 분석 주파수 구간 정보에 상응하는 주파수 구간에서 상기 분해능 정보에 해당하는 분해능을 가지도록 상기 음향 신호를 변환하여 상기 주파수 분석 신호를 생성하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법.
15. 제12항에 있어서,

    상기 코어 정보는 정상 상태에서의 음향 신호의 주파수 분석 결과를 포함하는 음향 신호 분석을 통한 방범 방법.

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