KR20080028142A - 지그비를 이용한 음성 데이터 송수신 장치 및 방법 - Google Patents

지그비를 이용한 음성 데이터 송수신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

지그비 디바이스가 센서 네트워크의 동작을 병행하면서 음성 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 개시한다. 이를 위하여, 아날로그 신호로 이루어진 음성 데이터를 디지털 신호로 변환하는 코덱; 상기 디지털 신호로 변환된 음성 데이터를 순차적으로 입력받아 병렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기; 상기 음성 데이터를 입력받아 지그비 프로토콜을 기반으로 패킷화하되, 상기 패킷 사이즈를 동적으로 조절하는 지그비 CPU; 및 상기 패킷화된 음성 데이터를 무선 구간으로 전송 가능하도록 변조 및 증폭을 수행하는 지그비 RF 칩을 포함하는 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 장치를 통해, 센서 네트워크뿐만 아니라 음성 데이터도 하나의 지그비 네트워크에서 지원할 수 있으므로, 더욱 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
지그비, 음성, 데이터

Description

지그비를 이용한 음성 데이터 송수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTING/RECEIVING VOICE DATA BY USING ZIGBEE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 송수신 장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 방법을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 수신 방법을 나타내는 순서도.
본 발명은 무선 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IEEE 802.15.4 표준을 기반으로 하는 디바이스(즉, 지그비)를 이용한 음성 데이터 송수신 장치에 관한 것이다.
무선 개인영역 네트워크(Wireless Personal Area Network : WPAN)는 기존의 PAN(Personal Area Network)을 무선으로 구현한다는 개념이다. 개인영역 네트워크라고 불리는 PAN은 널리 알려진 근거리 통신망(LAN)이나 원거리 통신망(WAN)과 대 비되는 개념으로, 개인마다 각각 고유한 네트워크를 가지게 됨을 의미한다. 즉, 한 사람이 소유하고 있는 디바이스들이 제각기 그 사람의 편리를 목적으로 하나의 네트워크를 구성하게 한다는 것이다.
이와 같은 PAN을 무선으로 구현하기 위한 노력으로 IEEE 802.15 워킹그룹(Working Group)은 단거리 무선 네트워크의 표준으로 WPAN을 정하고, 그 아래 4개의 TG(Task Group)를 두고 있다. IEEE 802.15.1이 유명한 블루투스 (Bluetooth)이며, IEEE 802.15.3 및 IEEE 802.15.3a은 고속(high rate) WPAN, 그리고 일명 지그비(ZigBee)라고 불리는 IEEE 802.15.4는 250kbps 이하의 저속(low rate) WPAN에 대한 표준작업을 수행한다.
특히, WPAN 기술의 하나인 지그비(ZigBee)는 저전력, 저비용,저속이 특징인 2.4GHz 기반의 홈 오토메이션 및 데이터 전송을 위한 개인 무선 네트워크 규격이다. 이 표준안을 참조하면, 지그비는 240GHz, 915MHz, 868MHZ의 주파수 대역을 사용하며, 주파수별로 250kbps(2.4GHz ISM 대역에서 16개의 채널), 40kbps/ 20kbps(915MHz 대역에서 10개의 채널/868MHz 대역에서 1개의 채널) 전송속도를 가질 수 있으며, 모뎀 방식은 DSSS(Direct Secure Spread Spectrum)로서 반경 30m 내에서 20 ~ 250kbps의 속도로 데이터를 전송하고, 하나의 무선 네트워크에 최대 255대까지의 기기를 연결하여, 실내외에 대규모 무선 센서 망을 구성할 수 있다.
그러나, 상술한 지그비는 센서 네트워크와 같은 버티컬 애플리케이션 영역에서 경쟁력 있는 단거리 무선 통신 기술이나, 그 표준안에는 음성 데이터 송수신 방법에 대해서는 전혀 언급이 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 지그비(ZigBee)를 이용하여 음성 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 지그비 디바이스가 센서 네트워크의 동작을 병행하면서 음성 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 제1 관점에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 장치는,
아날로그 신호로 이루어진 음성 데이터를 디지털 신호로 변환하는 코덱; 상기 디지털 신호로 변환된 음성 데이터를 순차적으로 입력받아 병렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기; 상기 음성 데이터를 입력받아 지그비 프로토콜을 기반으로 패킷화하되, 상기 패킷 사이즈를 동적으로 조절하는 지그비 CPU; 및 상기 패킷화된 음성 데이터를 무선 구간으로 전송 가능하도록 변조 및 증폭을 수행하는 지그비 RF 칩을 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 관점에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 수신 장치는,
패킷화된 음성 데이터를 무선 구간으로 수신하여 기저 대역으로 변환하는 지그비 RF 칩; 상기 기저 대역으로 변환된 상기 패킷화된 음성 데이터를 입력받아 지그비 프로토콜을 토대로 음성 데이터를 추출하는 지그비 CPU; 상기 음성 데이터를 병렬로 입력받아 순차적인 직렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기; 및 상기 직렬 데이터를 입력받아 아날로그 신호로 이루어진 음성 데이터로 변환하는 코덱을 포함한다.
한편, 본 발명의 제3 관점에 따라 음성 데이터를 입력받아 지그비 프로토콜을 기반으로 패킷화하는 지그비 CPU에서 음성 데이터를 송신하는 방법은,
(a) 입력 데이터 가운데 상기 음성 데이터가 존재하는지 확인하는 단계; (b) 상기 확인 결과, 상기 음성 데이터가 존재하면 상기 음성 데이터를 패킷화하여 저장하는 단계; 및 (c) 상기 패킷화된 음성 데이터 패킷의 사이즈가 전송 가능한 최대 패킷 사이즈가 되면 상기 음성 데이터를 무선 구간으로 전송하는 단계를 포함한다.
이하에서는, 첨부도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비(ZeeBee)를 이용한 음성 데이터 송수신 장치를 나타내는 구성도로서, 제어신호에 따라 송신 장치는 왼쪽에서 오른쪽으로 신호가 전송되고 수신 장치는 오른쪽에서 왼쪽으로 신호가 전송되도록 구성된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 송신 장치(200)는, 음성을 입력받아 전기적 아날로그 신호로 변환하는 마이크로 폰(110), 아날로그 신호를 처리하는 아날로그 회로부(AFE; Analog Front End, 120), 아날로그 신호로 이루어진 음성 데이터를 디 지털 신호로 변환하는 코덱(130), 디지털로 변환된 음성 데이터를 순차적으로 입력받아 병렬 데이터(n-bit 단위)로 변환하는 직병렬 변환기(140), 상기 음성 데이터(즉, n-bit 단위의 병렬 데이터)를 입력받아 지그비 프로토콜을 기반으로 패킷화하는 지그비 CPU(150), 상기 지그비 CPU(150)에서 패킷화된 음성 데이터를 무선 구간으로 전송 가능하도록 변조 및 증폭을 수행하는 지그비 RF 칩(160)을 포함한다.
한편, 상기 수신 장치(300)는, 상기 송신 장치(200)와 역순으로 동작하며, 본 발명을 명확히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략한다(송신 장치(200)의 마이크로 폰은 수신 장치(300)에서 스피커로 대체된다). 그러나, 상기 수신 장치(300)에 대해 이 기술분야의 숙련자는 충분히 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상술한 마이크로 폰(110), AFE(120), 지그비 RF 칩(160)은 그 기능과 동작이 이 기술분야의 숙련자에게 이미 공지되었으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
코덱(130)은 상술한 기능 외에도 음성 압축/음성 복호 기능을 수행한다. 음성 압축법은 다양한 압축 방식(예컨대, MP3, OGG, AAC 등)으로 수행되며, 본 발명에서는 무선 구간 채널의 용량이 매우 협소하므로 원 음성 데이터를 1/2, 1/4, 1/8. 1/16 등으로 압축을 수행한다. 이와 반대로, 코덱(130)은 수신 장치(300)에서 상술한 압축 방식을 기반으로 음성 복호를 수행한다.
직병렬 변환기(140)는 순차적으로 입력되는 압축된 음성 데이터를 예컨대, 비트 단위로 메모리(RAM)에 저장한 후, 제어 신호에 따라 일정 비트를 병렬로 지그비 CPU(150)로 전달한다. 도 1에는 4 라인(1 제어 신호당 4 비트)으로 도시었으나, 이는 단순히 예시적일 뿐이고 그 이상이 될 수도 있다. 특히, 병렬로 음성 데 이터를 전달하는 이유는, 지그비 CPU(150)가 압축된 음성 데이터를 한번에 여러 비트를 읽어 오도록 하여 빈번하게 음성 데이터를 수신함으로 인해 다른 지그비 센서(미도시)와의 통신에 지장을 주지 않도록 하기 위함이다.
지그비 CPU(150)는 직병렬 변환기(140)에서 전달된 음성 데이터를 지그비 프로토콜을 기반으로 패킷화를 수행하여 메모리(RAM)에 저장한다. 이때, 지그비 표준에서 제시된 패킷 구조에서 데이터 필드에 상기 음성 데이터를 싣는 게 적당하다. 본 발명에서는 지그비 CPU(150)에서 수행되는 가변적인 패킷의 사이즈에 그 촛점이 있으므로, 패킷 구조와 관련해서는 지그비 표준을 참고하도록 한다.
지그비 CPU(150)에서, 음성 데이터를 하나의 패킷에 전달할 수 있는 패킷 사이즈로 패킷화하는 경우, 패킷화에 의한 지연으로 상대에게 음성 전달이 실시간으로 전달되지 못한다. 또 이것은 파 엔드 에코(Far End Echo)로 돌아와 국부적인 에코가 발생하는 원인이 된다. 반대로 패킷 사이즈를 작게 하는 경우, 실시간으로 음성 데이터 전달은 가능하나, 패킷 수가 많아져 다른 지그비가 채널을 점유할 수 있는 기회가 줄어들어 센싱과 같은 타 서비스에 지장을 줄 수 있다.
따라서, 지그비 CPU(150)는 동적으로 패킷 사이즈를 조절할 수 있다. 즉, 처음에는 최대 사이즈의 패킷으로 패킷화를 수행하여 파 엔드 에코(Far End Echo)가 발생하는 것을 검출하면, 점차로 패킷 사이즈를 줄여 에코가 없어질 때까지 반복하여 패킷 사이즈를 조절한다. 더 이상의 파 엔드 에코(Far End Echo)가 발생하지 않는다면 이때의 패킷 사이즈가 전송 가능한 최대 패킷 사이즈가 된다.
한편, 이러한 에코 검출없이 수신 장치(300)에서 사람이 들어보고 음성 지연 이나 에코가 발생하면 버튼 등과 같은 외부 입력으로 패킷 사이즈를 줄여 에코나 지연을 줄여나갈 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 송수신 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 방법을 나타내는 순서도로서, 특히 직병렬 변환기(140)와 지그비 CPU(150) 사이의 송신 제어 방법을 나타낸다. 특히, 본 발명에 따른 음성 데이터 송신 장치(200)가 내장된 지그비는 센싱 기능 및 음성 데이터의 전송을 병행하며, 음성 데이터가 발생시 후술하는 방법에 따라 동작한다.
단계 S210에서, 입력 데이터 가운데 상기 음성 데이터가 존재하는지 확인한다.
단계 S220에서, 상기 단계 S210의 판단결과, 음성 데이터가 존재하면 패킷화하여 저장한다. 즉, 상술한 AFE(120), 코덱(130), 직병렬 변환기(140)를 거쳐 지그비 CPU(150)에 입력된 음성 데이터를 하나의 패킷에 전달할 수 있는 패킷 사이즈로 패킷화한 후, 메모리(RAM)에 저장한다.
단계 S230-S250에서, 상기 패킷화된 음성 데이터 패킷의 사이즈가 전송 가능한 최대 패킷 사이즈가 되면 상기 음성 데이터 패킷을 지그비 RF 칩(160)을 거쳐 무선 구간으로 전송한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비를 이용한 음성 데이터 수신 방법을 나타내는 순서도로서, 특히 직병렬 변환기(140)와 지그비 CPU(150) 사이의 수신 제어 방법을 나타낸다.
단계 S301에서, 수신 장치(300)에서 지그비 음성 패킷을 수신한다.
단계 S302에서, 지그비 CPU(150)는 수신된 지그비 음성 패킷을 직병렬 변환기(140)로 전송한다.
단계 S303에서, 지그비 CPU(150)는 수신된 모든 지그비 음성 패킷을 직병렬 변환기(140)로 전달했는지 판단한 후, 모두 전달했으면 종료한다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 또는 수정이 가능하다는 것을 알 것이다.
본 발명에 따르면, 센서 네트워크 용도의 지그비를 사용하여 음성 데이터를 전송하여 센서 네트워크뿐만 아니라 음성 데이터도 하나의 지그비 네트워크에서 지원할 수 있으므로, 보다 다양한 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 아날로그 신호로 이루어진 음성 데이터를 디지털 신호로 변환하는 코덱;
    상기 디지털 신호로 변환된 음성 데이터를 순차적으로 입력받아 병렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기;
    상기 음성 데이터를 입력받아 지그비 프로토콜을 기반으로 패킷화하며, 상기 패킷 사이즈를 동적으로 조절하는 지그비 CPU; 및
    상기 패킷화된 음성 데이터를 무선 구간으로 전송 가능하도록 변조 및 증폭을 수행하는 지그비 RF 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 코덱은,
    상기 음성 데이터를 적어도 하나의 음성 데이터 압축 방식을 통해 압축하는 것을 특징으로 하는 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지그비 CPU는,
    에코 검출을 통해 상기 패킷 사이즈를 조절하는 것을 특징으로 하는 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지그비 CPU는,
    센서 네트워크의 동작을 병행하면서 음성 데이터를 패킷화하는 것을 특징으로 하는 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 장치.
  5. 패킷화된 음성 데이터를 무선 구간으로 수신하여 기저 대역으로 변환하는 지그비 RF 칩;
    상기 기저 대역으로 변환된 상기 패킷화된 음성 데이터를 입력받아 지그비 프로토콜을 토대로 음성 데이터를 추출하는 지그비 CPU;
    상기 음성 데이터를 병렬로 입력받아 순차적인 직렬 데이터로 변환하는 직병렬 변환기; 및
    상기 직렬 데이터를 입력받아 아날로그 신호로 이루어진 음성 데이터로 변환하는 코덱을 포함하는 것을 특징으로 하는 지그비를 이용한 음성 데이터 수신 장치.
  6. 음성 데이터를 입력받아 지그비 프로토콜을 기반으로 패킷화하는 지그비 CPU에서 상기 음성 데이터를 송신하는 방법으로서,
    (a) 입력 데이터 가운데 상기 음성 데이터가 존재하는지 확인하는 단계;
    (b) 상기 확인 결과, 상기 음성 데이터가 존재하면 상기 음성 데이터를 패킷화하여 저장하는 단계; 및
    (c) 상기 패킷화된 음성 데이터 패킷의 사이즈가 전송 가능한 최대 패킷 사이즈가 되면 상기 음성 데이터를 무선 구간으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특 징으로 하는 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    에코 검출을 통해 상기 에코가 검출되지 않도록 상기 패킷 사이즈를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지그비를 이용한 음성 데이터 송신 방법.
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US8704640B2 (en) 2010-02-18 2014-04-22 Samsung Electronics Co., Ltd Passive wireless memory device

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