KR20100004642A

KR20100004642A - 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100004642A
Application number: KR1020080064925A
Authority: KR
Inventors: 김건욱; 김현재; 김주연
Original assignee: 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-13

Abstract

본 발명은 주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 제공하는 음성 인식 장치 및 이를 이용한 방법을 제공하기 위한 것으로서, 음성 인식 장치는 음성 신호를 수신하는 입력부, 음성 신호의 레벨을 증폭시키는 증폭부, 증폭된 음성 신호를 연속적으로 필터링하는 필터부, 아날로그 신호인 음성 신호들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부, 기준 신호와 디지털 변환된 음성 신호를 비교하여 음성 신호가 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 음성 신호의 크기 및 방향에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부 및 제어 신호에 대응하여 사용자에게 촉각 신호를 제공하는 출력부를 포함한다. 이 때, 필터부는 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 음성 신호를 필터링하고, 제어부는 지수 평균화 방법(exponential average)을 이용하여 기준 신호를 설정하여 기준 신호와 수신된 음성 신호를 비교한다.

포락선 검출 방법(envelope detection), 지수 평균화 방법(exponential average)

Description

청각 장애인을 위한 음성 인식 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF RECOGNIZING SOUND FOR DEAF AND HARD OF HEARING}

본 발명은 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주위의 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 청각 장애인 등의 사용자에게 제공하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 청각 장애인을 위한 입출력 장치가 다수 개발되고 있다. 예를 들어, 상기 입출력 장치는 골도(骨導) 전화기와 골도 헤드셋을 포함한다. 상기 골도 전화기와 골도 헤드셋은 주변의 소리를 기계적 진동으로 변환하여 뼈를 통해서 소리를 제공한다. 그러나 상기 골도 전화기와 골도 헤드셋을 사용할 수 있는 청각 장애인은 외이도, 고막, 중이 등 전음계 이상이 있는 경우에 한정된다. 즉, 달팽이관, 청각 신경 등 감음계 계통이 이상이 있는 청각 장애인은 소리를 전달받을 신경이 없기 때문에 상기 골도 전화기와 골도 헤드셋들이 큰 소용이 없다. 또한 상기 골도 전화기와 골도 헤드셋들은 특수한 기계 매체를 통해서만 전달되기 때문에 듣고 싶은 소리가 있어도 녹음해서 들어야 하고, 일상생활의 대화에 있어서도 특수 전화기가 있어야만 가능하고 오래 통화할 경우 경제적인 면에서 부담이 되기 때문 에 청각 장애인들이 사용하는데 경제적 부담이 있다는 문제점이 있다.

한편, 상기 입출력 장치는 일반 전화망을 이용해 음성 및 화상 통화가 가능한 디지털 화상 전화기를 포함한다. 또한 상기 입출력 장치는 문자로 의사를 전달할 수 있는 기기로서, 문자통신 전화기와, 양방향 문자 휴대통신기기로서 기지국과 단말 기간에 증권 정보, 뉴스 정보, 데이터 통신 등 여러 가지 유용한 데이터 서비스가 가능한 글로톡(GLOTALK)을 포함할 수 있다.

그러나 상기 장치들은 청각 장애인이 기기를 이용하여 문자 형태의 정보만을 인식하고 전달할 수 있는 문제점이 있다.

나아가, 상기 입출력 장치는 청각 장애인들이 자유롭게 텔레비전을 시청할 수 있도록 하는 자막 수신 카드(PCI TV Tuner card) 및 청각 장애인의 수화를 음성으로 합성하고, 건청인의 음성을 수화로 생성시켜 영상을 통해 쌍방 간의 대화를 소통시킬 수 있는 수화 통역 시스템을 포함한다. 이에 더하여, 상기 입출력 장치는 미국 GLOBAL에서 개발한 센서 전달기를 포함한다. 상기 센서 전달기는 소리로 작동하는 알람 기기로 시계, 전화벨(팩스벨), 노크, 초인종 소리 등을 진동 또는 불빛으로 변환하여 청각 장애인에게 알려준다.

그러나 상기 장치들은 단지 의사소통이나 정보의 인식을 위한 것이며, 일상생활에서 급작스러운 위험에 대해서 대처할 수 있도록 하는 장치에 대한 것이 아니다. 또한 상기 장치들은 고가이며 휴대가 불편하다는 문제점이 있다.

따라서 청각 장애인이 항상 휴대하여 위험 발생으로부터 보호할 수 있는 음성 인식 장치에 대한 필요성이 대두고 있다. 즉, 위험 요소들의 소리 정보를 인식 하여 위험 정보인 경우에 이의 소리 종류와 방향을 촉각 또는 시각으로 청각 장애인에게 제시하여 일상생활에서 사고를 예방할 수 있도록 하는 장치에 대한 연구 및 개발이 필요로 한다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 일 목적은 포락선 검출 방법 및 지수 평균화 방법을 이용하여 주위의 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 청각 장애인에게 전달하면서 휴대가 용이한 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 포락선 검출 방법 및 지수 평균화 방법을 이용하여 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 청각 장애인에게 전달하기 위한 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치는 주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 제공한다. 이에 음성 인식 장치는 입력부, 증폭부, 필터부, 아날로그-디지털 변환부, 제어부 및 출력부를 포함한다. 상기 입력부는 상기 음성 신호를 수신하고, 상기 증폭부는 상기 수신된 음성 신호의 레벨을 증폭시키며, 상기 필터부는 일정 주기에 따라 상기 증폭된 음성 신호를 연속적으로 필터링한다. 상기 아날로그-디지털 변환부는 아날로그 신호인 상기 필터링된 음성 신호들을 디 지털 신호로 변환한다. 상기 제어부는 사전에 설정된 기준 신호와 상기 디지털 변환된 음성 신호를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 음성 신호의 크기 및 방향에 대응하는 제어 신호를 출력한다. 상기 출력부는 상기 제어 신호에 대응하여 사용자에게 촉각 신호를 제공한다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 수신부는 주위에서 발생하는 모든 음성 신호를 수신 가능하도록 일정 간격 이격되도록 배치된 복수개의 마이크로폰으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 필터부는 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 상기 증폭된 음성 신호의 값을 연속적으로 필터링할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 제어부는 지수 평균화 방법(exponential average)을 통하여 상기 디지털 신호로 변환된 음성 신호들을 지수 평균한 값을 이용하여 상기 기준 신호로 설정하며, 상기 기준 신호의 크기와 상기 수신된 음성 신호의 크기를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 출력부로 출력한다. 이 때, 상기 기준 신호의 오차 범위는 상기 기준 신호를 기준으로 십 퍼센트 이하의 값을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 출력부는 상기 제어 신호에 대응하여 일정 크기 및 주기를 갖는 진동 패턴을 상기 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 음성 인식 장치는 센서부를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 센서부는 속도 변화를 갖는 동작을 감지하기 위한 가속 센서(accelerometer)로 이루어지고, 상기 수신된 음성 신호에 대한 사용자의 인식 여부를 나타내는 사용자의 가속 동작을 센싱하여 상기 제어부로 상기 가속 동작의 센싱 신호를 전달한다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치는 주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 제공하며, 대칭되는 위치에 적어도 두 개가 배치된다. 이에 음성 인식 장치는 입력부, 증폭부, 필터부, 아날로그-디지털 변환부, 제어부 및 출력부를 포함한다. 상기 입력부는 상기 음성 신호를 수신하고, 상기 증폭부는 상기 수신된 음성 신호의 레벨을 증폭시키며, 상기 필터부는 일정 주기에 따라 상기 증폭된 음성 신호를 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 연속적으로 필터링한다. 상기 아날로그-디지털 변환부는 아날로그 신호인 상기 필터링된 음성 신호들을 디지털 신호로 변환한다. 상기 제어부는 지수 평균화 방법(exponential average)을 통하여 상기 디지털 신호로 변환된 음성 신호들을 지수 평균한 값을 이용하여 기준 신호로 설정하며, 상기 기준 신호의 크기와 상기 수신된 음성 신호의 크기를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 음성 신호의 크기 및 방향에 대응하는 제어 신호를 출력한다. 상기 출력부는 상기 제어 신호에 대응하여 사용자에게 촉각 신호를 제공한다.

상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법에 따르면, 주위에서 발생하는 음성 신호를 촉 각 신호로 변환하여 사용자에게 제공할 수 있다. 구체적으로, 음성 신호를 수신하고, 상기 수신된 음성 신호의 레벨을 증폭시키며, 상기 증폭된 음성 신호를 연속적으로 필터링하며, 아날로그 신호인 상기 필터링된 음성 신호들을 디지털 신호로 변환한다. 또한, 사전에 설정된 기준 신호와 상기 디지털 변환된 음성 신호를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 음성 신호의 크기 및 방향에 대응하는 제어 신호를 출력한다. 그리고 상기 제어 신호에 대응하여 사용자에게 촉각 신호를 제공한다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 상기 증폭된 음성 신호의 값을 연속적으로 필터링할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 기준 신호와 상기 디지털 변환된 음성 신호를 비교하여 상기 제어 신호를 출력하는 단계에서, 지수 평균화 방법(exponential average)을 통하여 상기 디지털 신호로 변환된 음성 신호들을 지수 평균한 값을 이용하여 상기 기준 신호로 설정하며, 상기 기준 신호의 크기와 상기 수신된 음성 신호의 크기를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 상기 기준 신호의 오차 범위는 상기 기준 신호를 기준으로 십 퍼센트 이하의 값을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 음성 인식 방법은 상기 수신된 음성 신호에 대한 사용자의 인식 여부를 나타내는 사용자의 가속 동작을 센싱하는 단계, 상기 가속 동작을 센싱한 후 일정 시간 대기하는 단계, 상기 일정 시간 대기한 후 상기 기준 신호를 초기화 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 주위에서 발생한 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 청각 장애인 등의 사용자에게 즉시 전달함으로써, 사용자가 외부의 음성 신호에 대하여 즉각적으로 대응할 수 있다.

둘째, 포락선 검출 방법과 지수 평균화 방법을 사용하여 외부의 음성 신호와 기준 신호를 비교함으로써, 외부의 음성 신호를 신속하고 효율적으로 분석할 수 있다.

셋째, 장치가 독립적이고 간단하므로, 휴대가 용이하고 다양한 시스템에 효율적으로 적용할 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 감시 카메라 장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제 보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 음성 인식 장치를 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치(10)(이하 ‘음성 인식 장치’라고 한다)는 주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 제공한다. 여기서, 음성 신호는 사람의 목소리뿐만 아니라 주위에서 발생하는 모든 소리를 포함한다. 따라서 음성 신호라는 용어에 본 발명의 권리 범위가 한정되는 것은 아니라고 할 것이다. 또한, 사용 자는 청각 장애인, 난청인 등과 같이 주위의 음성을 정상적으로 듣지 못하는 사람들을 모두 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 있어서, 음성 인식 장치(10)는 좌우 한 쌍으로 이루어져 팔찌 형상, 아암 밴드 형상 등을 가질 수 있다. 여기서, 좌측에 배치된 음성 인식 장치(10)는 좌측에서 발생하는 음성 신호를 수신하고, 우측에 배치된 음성 인식 장치(10)는 우측에서 발생하는 음성 신호를 수신하도록 배치된다. 그러나 본 발명의 권리 범위가 팔찌 형상 또는 아암 밴드 형상으로 이루어진 음성 인식 장치(10)에 한정되는 것이다. 예를 들어, 음성 인식 장치(10)는 좌우 또는 전후에서 발생하는 음성 신호에 대한 방향 정보 등을 효율적으로 파악할 수만 있다면, 헤드셋 형상, 허리띠 형상, 시계 형상, 목걸이 형상 등으로 이루어질 수 있다.

음성 인식 장치(10)는 그 외측면(20)에 상기 음성 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 구성 수단이 배치되고, 그 내측면(30)에 음성 신호를 촉각 신호를 변환하여 전달하기 위한 적어도 하나의 구성 수단이 배치될 수 있다. 상기 구성 수단들은 서로 일정 간격만큼 이격되어 형성된 복수개의 수신 지역(40)들에 각각 배치시킬 수 있다. 여기서, 수신 지역(40)들은 주위에서 발생하는 상기 음성 신호를 전체적으로 수신하기 위하여 서로 일정 간격만큼 이격되어 복수개가 형성된다. 상기 구성 수단들은 상기 음성 신호를 수신하여 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 상기 촉각 신호를 전달하기 위한 모든 구성 수단들을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 음성 인식 장치(10)는 입력부(100), 증폭부(200), 필터부(300), 아날로그-디지털 변환부(400)(이하 ‘변환부’라고 한다), 제어부(500) 및 출력부(600)를 포함한다.

입력부(100)는 사용자의 주위에서 발생하는 음성 신호를 수신한다. 예를 들어, 입력부(100)는 마이크로폰으로 이루어질 수 있다. 상기 마이크로폰은 4-옴니 마이크로폰(4-omni microphone)을 포함한다. 또한, 입력부(100)는 주위에서 발생하는 모든 음성 신호를 수신할 수 있도록 음성 인식 장치(10)의 외측면(20)에 일정 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 4개의 마이크로폰이 서로 이격되어 배치되며, 4개의 마이크로폰이 한조를 이루며, 2조가 8개 채널로 구성될 수 있다.

증폭부(200)는 입력부(100)가 수신한 상기 음성 신호의 레벨을 증폭시킨다. 증폭부(200)는 연산 증폭기로 이루어질 수 있다. 이 때, 단일 연산 증폭기를 이용하여 신호를 증폭할 경우 증폭도를 높이면 대역폭이 좁아지는 특성이 있으므로, 여러 개의 연산 증폭기를 이용하여 대역폭을 넓힌 후에 증폭하여 높은 증폭율과 넓은 대역폭을 확보할 수 있다.

필터부(300)는 증폭부(200)에서 증폭된 상기 음성 신호를 필터링한다. 이 때, 필터부(300)는 일정 주기에 따라 상기 음성 신호를 연속적으로 필터링한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 필터부(300)는 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 상기 음성 신호를 필터링한다. 즉, 필터부(300)는 상기 음성 신호를 일정한 주기에 따라 샘플링시키고, 상기 샘플링된 음성 신호의 주파수를 낮추기 위한 로우-패스(low-pass) 필터의 역할을 한다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 필터부(300)는 시간축을 기준으로 상기 증폭된 음성 신호의 현재 데이터값(S(t))을 연속적으로 필터링한다. 이에 상기 필터링된 값들이 연결된 포락선(ED)이 형성된다. 이와 같이, 필터부(300)는 포락선 검출 방법을 이용하여 상기 음성 신호를 연속적으로 필터링한 값(ED)을 확보함으로써, 상기 음성 신호의 필요한 정보량을 감소시킬 수 있다.

변환부(400)는 아날로그 신호인 상기 음성 신호를 디지털 신호인 음성 신호로 변환한다. 예를 들어, 변환부(400)는 12-비트 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.

제어부(500)는 음성 인식 장치(10)의 구성 요소를 전체적으로 제어한다. 또한, 제어부(500)는 사전에 설정된 기준 신호와 상기 디지털 변환된 음성 신호(ED)를 비교하여 제어 신호를 출력한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 제어부(500)는 지수 평균화 방법(expnential average)을 이용하여 기준 신호(EA)를 설정한다. 지수 평균화 방법에 대해서는 아래의 수학식 1을 참조하여 설명하기로 한다.

M(t) = (1-α)M(t-1) + αS(t)

(여기서, M(t)는 지수 평균값, M(t-1)는 이전 시간까지의 지수 평균값, S(t)는 현재 데이터값, α는 weight 상수를 나타냄)

상기 수학식 1에서, M(t)는 t시간에서의 지수 평균값으로서 상기 기준 신호에 대응되며, S(t)가 상기 기준 신호와 비교 대상인 음성 신호에 대응된다. 또한, M(t-1)는 t-1시간, 즉 t시간 직전 시간에서의 기준 신호에 대응된다. 나아가, α는 이전 시간의 기준 신호 및 현재 수신된 음성 신호 중 어느 신호에 초점을 맞출지 여부를 정하는 상수이다. 본 발명의 실시예에서 사용하는 지수 평균화 방법은 기존의 지수 평균화 방법과 실질적으로 동일하다고 할 것이다.

이와 같이, 제어부(500)는 수신된 음성 신호(ED)와 비교하기 위한 기준 신호(EA)를 지수 평균화 방법을 이용하여 설정할 수 있다.

한편, 제어부(500)가 상기 음성 신호와 기준 신호를 비교한 결과, 상기 음성 신호가 상기 기준 신호를 초과하는 경우, 제어부(500)는 출력부(600)로 제어 신호를 출력한다. 구체적으로, 제어부(500)는 상기 음성 신호와 상기 기준 신호의 오차 범위를 비교하여 상기 제어 신호를 출력할 수 있다. 이는 상기 음성 신호가 상기 기준 신호를 초과할 때마다 제어부(500)가 상기 제어 신호를 출력하도록 제어한다면, 사용자의 음성 인식 장치(10)에 대한 신뢰도가 감소될 수 있기 때문이다. 따라서 제어부(500)는 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우에 제어 신호를 출력한다. 이 때, 상기 기준 신호의 오차 범위는 상기 기준 신호를 기준으로 그 절대값이 약 십 퍼센트 이내의 범위를 말한다. 즉, 이 때, 상기 기준 신호의 오차 범위는 상기 기준 신호를 기준으로 십 퍼센트 이하의 값을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기준 신호의 크기가 100인 경우, 상기 기준 신호의 오차 범위는 그 크기가 100 내지 110의 값을 가지는 신호 크기를 포함하는 개념이다. 한편 상기 기준 신호의 오차 범위는 환경 설정에 따라 다양하게 조절될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 있어서, 제어부(500)는 상기 음성 신호(ED)와 상기 기준 신호(EA)를 비교하기 위하여, 포락선 검출 방법을 이용하여 얻은 음성 신호 값(ED)과 지수 평균화 방법을 이용하여 얻은 기준 신호의 값(EA)의 차이에 해당하는 값(variance of magnitude, VoM)을 이용하여 상기 음성 신호와 상기 기준 신호의 값을 비교할 수 있다. 따라서, 제어부(500)가 기존에 입력된 음성 신호들의 평균값을 계속적으로 취하여 상기 기준 신호의 값으로 설정함으로써 주변 소음에 대하여 민감하게 반응하지 않게 된다. 도 3c를 참조하면, 상기 음성 신호 값(ED)과 상기 기준 신호의 값(EA) 차이의 절대값(VoM)이 도시되어 있다. 이 때, 상기 절대값(VoM)이 상기 기준 신호의 오차 범위 또는 사전에 설정된 범위를 벗어나는 경우, 제어부(500)가 상기 음성 신호에 대한 정보를 나타내기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 3c에 도시된 ‘A영역’과 같이 상기 기준 신호의 오차 범위를 크게 벗어나는 경우에 제어부(500)는 상기 제어 신호를 출력한다. 여기서, 상기 음성 신호에 대한 정보는 상기 음성 신호의 방향, 크기 등을 포함한다.

출력부(600)는 상기 제어 신호에 대응하여 사용자에게 촉각 신호를 제공한다. 예를 들어, 출력부(600)는 상기 제어 신호에 응답하여 일정 크기 및 주기를 갖는 진동 패턴을 사용자에게 제공할 수 있다.

도 4a를 참조하면, 출력부(600)는 구형파의 진동 패턴을 제공할 수 있다. 이 때, 출력부(600)는 최적 촉각의 전달을 위한 촉각 자극 주파수, 자극 신호간의 간격, 자극 신호의 전달 출력 등을 고려하여 촉각 신호를 생성하여 전달할 수 있다. 상기 자극 신호는 촉각 자극 시간, 촉각 자극 대기 시간, 자극의 세기 등으로 이루어질 수 있다. 한편, 제어부(500)가 상기 구형파 진동 패턴의 출력을 제어할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 출력부(600)는 아날로그 웨이브형 진동 패턴을 제공할 수 있다. 이 때, 출력부(600)는 촉각 자극 주파수, 자극 신호간의 간격, 자극 세기 등을 고려한 촉각 자극 패턴인 진동 패턴을 생성하여 제공할 수 있다. 한편, 제어부(500)가 상기 아날로그 웨이브형 진동 패턴의 출력을 제어할 수 있다.

이와 같이, 음성 인식 장치(10)가 주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 청각 장애인 등에게 제공함으로써, 청각 장애인이 주위의 음성 신호를 즉각적으로 인식하여 대응할 수 있다. 또한, 사전에 특정된 음성 신호를 저장하기 위한 별도의 데이터베이스를 구비할 필요 없이, 포락선 검출 방법 및 지수 평균화 방법을 이용하여 음성 신호와 기준 신호를 효율적으로 비교하여 사용자에게 촉각 신호를 제공할 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 센서부의 동작을 설명하기 위한 도면이다

도 2 및 도 5를 참조하면, 음성 인식 장치(10)는 센서부(700)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 센서부(700)는 속도 변화를 갖는 동작, 즉 가속도 동작을 감지하기 위한 가속 센서(accelerometer)로 이루어진다.

이에 사용자가 출력부(600)로부터의 촉각 신호, 즉 진동 패턴을 전달받아 음성 신호를 인식한 경우, 사용자는 음성 인식 장치(10)를 흔드는 동작과 같이 가속 동작을 수행한다. 예를 들어, 사용자는 음성 인식 장치(10)를 좌우 또는 상하로 흔들거나 회전하는 동작 등의 다양한 가속 동작을 수행할 수 있다. 이에 센서부(700)가 사용자의 상기 가속 동작을 센싱하여 사용자가 수신된 음성 신호를 인식하였음을 나타내는 센싱 신호를 제어부(500)로 전달한다.

이에 제어부(500)가 센서부(700)로부터의 상기 센싱 신호를 전달받고, 일정 시간동안 대기한다. 예를 들어, 제어부(500)는 약 3 내지 5초의 시간동안 대기할 수 있다. 이어서, 상기 일정 시간 대기한 후, 제어부(500)는 상기 기준 신호를 초기화한다. 이와 달리, 제어부(500)는 센서부(700)로부터 상기 센싱 신호를 전달받고, 즉각적으로 상기 기준 신호를 초기화할 수도 있을 것이다.

이어서, 제어부(500)는 지수 평균화 방법을 이용하여 새러운 기준 신호를 설정할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 수신된 음성 신호를 연속적으로 필터링하고, 필터링된 음성 신호들의 지수 평균값을 기초로 새로운 기준 신호를 설정한다.

이와 같이, 가속 센서로 이루어진 센서부(700)가 사용자와 일종의 인터액티브(interactive) 통신을 수행하여 시스템을 초기화할 수 있다. 따라서 사용자가 수동적으로 음성 신호를 인식하는데 그치지 않고 음성 신호의 인식 여부를 적극적, 능동적으로 시스템에 전달할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법을 설명하기 위한 순서도들이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법(이하 ‘음성 인식 방법’이라고 한다)에 따르면, 주위에서 발생하는 음성 신호를 수신하고(S10), 수신된 음성 신호를 증폭하며(S12), 증폭된 음성 신호를 필터링한다(S14). 그리고 아날로그 신호인 음성 신호를 디지털 신호로 변환하고(S16), 음성 신호와 기준 신호의 크기를 비교하여 음성 신호가 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는지 여부를 판단한다(S18). 판단한 결과, 음성 신호가 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우에는 제어 신호를 출력한다(S20). 이어서, 제어 신호를 전달받 은 경우, 촉각 신호를 제공한다(S22). 이와 달리, 판단한 결과, 음성 신호가 기준 신호의 오차 범위를 벗어나지 않는 경우에는 초기 단계로 돌아가서 음성 신호를 수신하여 상기 언급한 단계들을 반복적으로 수행한다.

구체적으로 살펴보면, 마이크로폰으로 이루어진 입력부가 주위에서 발생하는 음성 신호를 수신한다. 그리고 적어도 하나의 연산 증폭기로 이루어진 증폭부가 수신된 음성 신호를 분석하기 위하여 음성 신호의 레벨을 증폭시킨다.

필터부가 증폭된 음성 신호를 필터링한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 필터부는 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 음선 신호를 연속적으로 필터링한다. 따라서 상기 필터부가 음성 신호를 연속적으로 필터링함으로써, 분석 대상이 되는 음성 신호의 정보량이 감소될 수 있다. 상기 필터부의 음성 신호에 대한 필터링 방법은 앞에서 상세하게 언급하였으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

아날로그-디지털 변환부가 아날로그 신호인 음성 신호를 디지털 신호로 변환한다.

한편, 상기 필터부와 상기 아날로그-디지털 변환부는 위치를 서로 바꾸어서, 음성 신호를 디지털 변환한 후 필터링할 수도 있을 것이다.

제어부는 음성 신호를 분석하기 위하여 사전에 기준 신호를 설정한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 지수 평균화 방법(exponential average)을 이용하여 상기 기준 신호를 설정한다. 즉, 상기 제어부는 연속적으로 입력된 음성 신호의 지수 평균값과 현재 입력된 음성 신호의 값을 이용하여 기준 신호를 산출할 수 있다. 따라서 상기 제어부는 연속적으로 수신된 음성 신호를 이용하여 기준 신호를 계속적으로 갱신하면서 새로운 기준 신호를 설정한다. 이에 상기 제어부는 연속적으로 입력된 음성 신호들의 평균값을 취하여 상기 기준 신호로 설정함으로써, 주변 소음에 너무 민감하게 반응하지 않도록 한다.

상기 제어부는 설정된 기준 신호와 입력된 음성 신호를 비교한다. 이 때, 상기 제어부는 설정된 기준 신호와 입력된 음성 신호의 차이값을 산출하여 상기 차이값을 분석함으로써, 상기 기준 신호와 음성 신호를 비교할 수도 있을 것이다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는지 여부를 판단한다. 여기서, 기준 신호의 오차 범위는 상기 기준 신호를 기준으로 그 절대값이 십 퍼센트 이내일 수 있으나, 본 발명의 권리 범위가 상기 오차 범위에 한정될 것은 아니라고 할 것이다.

상기 제어부가 상기 기준 신호와 음성 신호를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어난 경우, 상기 제어부는 제어 신호를 출력한다.

출력부는 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 사용자에게 촉각 신호를 제공한다. 예를 들어, 상기 촉각 신호는 일정 주기와 크기를 갖는 진동 패턴을 포함한다. 따라서 상기 출력부는 구형파 형태의 진동 패턴, 아날로그 웨이브형 진동 패턴 등의 촉각 신호를 사용자에게 전달 할 수 있다.

한편 사용자가 상기 출력부가 제공한 촉각 신호를 통하여 음성 신호를 인식한 후에는 기준 신호를 새롭게 설정할 필요가 있다. 이에 도 7을 참조하면, 사용자의 가속 동작을 센싱하고(S24), 일정 시간 대기한 후(S26), 기준 신호를 초기화시 킨다(S28).

구체적으로 살펴보면, 사용자가 음성 신호를 인식한 경우, 사용자는 음성 인식 장치를 좌우 또는 상하로 흔들거나 회전시키는 등의 가속 동작을 수행한다. 이 때, 가속 센서로 이루어진 센서부가 사용자의 상기 가속 동작을 센싱하여 상기 제어부에 센싱 신호를 전달한다.

상기 제어부는 상기 센서부로부터 상기 센싱 신호를 전달받은 경우 일정 시간 대기한다. 이 때, 상기 대기 시간은 약 3 내지 5초 정도가 될 수 있다.

상기 제어부는 상기 일정 시간동안 대기한 후, 상기 기준 신호를 초기화한다. 즉, 상기 제어부는 수신된 음성 신호와 비교할 대상인 기준 신호를 포맷(format)시켜 시스템을 초기화할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 지수 평균화 방법을 이용하여 기준 신호를 새롭게 설정할 수 있다.

이와 같이, 상기 전술한 음성 인식 방법에 따르면 음성 신호를 수신하고 포락선 검출 방법 및 지수 평균화 방법을 이용하여 기준 신호와 음성 신호를 비교하여 사용자에게 촉각 신호를 전달할 수 있다. 따라서 사용자가 주위의 음성 신호를 인식하여 신속하게 대처할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이와 같은 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치 및 방법에 따르면, 청각 장애인에게 주위에서 발생한 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 즉시 전달함으로써, 사용자가 외부의 음성 신호에 대하여 즉각적으로 대응할 수 있다. 또한, 기존의 포락선 검출 방법과 지수 평균화 방법을 사용하여 외부의 음성 신호와 기준 신호를 비교함으로써, 외부의 음성 신호를 효율적으로 분석할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 및 장치의 구조를 단순화시킬 수 있다. 이에 장치가 간단하고 단순하므로, 휴대가 용이하고 다양한 시스템에 적용이 용이하다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치를 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 음성 인식 장치를 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다.

도 3a 내지 도 3c는 포락선 검출 방법 및 지수 평균화 방법을 설명하기 위한 그래프들이다.

도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 출력부가 제공하는 촉각 신호를 설명하기 위한 도면들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치

20 : 외측면 30 : 내측면

40 : 수신 지역 100 : 입력부

200 : 증폭부 300 : 필터부

400 : 아날로그-디지털 변환부 500 : 제어부

600 : 출력부 700 : 센서부

Claims

주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 제공하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치에 있어서,

음성 신호를 수신하는 입력부;

상기 수신된 음성 신호의 레벨을 증폭시키는 증폭부;

일정 주기에 따라 상기 증폭된 음성 신호를 연속적으로 필터링하는 필터부;

아날로그 신호인 상기 필터링된 음성 신호들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부;

사전에 설정된 기준 신호와 상기 디지털 변환된 음성 신호를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 음성 신호의 크기 및 방향에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부; 및

상기 제어 신호에 대응하여 사용자에게 촉각 신호를 제공하는 출력부를 포함하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
제1항에 있어서,

상기 수신부는 주위에서 발생하는 모든 음성 신호를 수신 가능하도록 일정 간격 이격되도록 배치된 복수개의 마이크로폰으로 이루어진 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
제1항에 있어서,

상기 필터부는 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 상기 증폭된 음성 신호의 값을 연속적으로 필터링하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 지수 평균화 방법(exponential average)을 통하여 상기 디지털 신호로 변환된 음성 신호들을 지수 평균한 값을 이용하여 상기 기준 신호로 설정하며,

상기 기준 신호의 크기와 상기 수신된 음성 신호의 크기를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어부는 상기 제어 신호를 상기 출력부로 출력하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
제4항에 있어서,

상기 기준 신호의 오차 범위는 상기 기준 신호를 기준으로 십 퍼센트 이하의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
제1항에 있어서,

상기 출력부는 상기 제어 신호에 대응하여 일정 크기 및 주기를 갖는 진동 패턴을 상기 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
제1항에 있어서,

속도 변화를 갖는 동작을 감지하기 위한 가속 센서(accelerometer)로 이루어지고, 상기 수신된 음성 신호에 대한 사용자의 인식 여부를 나타내는 사용자의 가속 동작을 센싱하여 상기 제어부로 센싱 신호를 전달하기 위한 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 제공하며, 대칭되는 위치에 적어도 두 개가 배치된 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치에 있어서,

음성 신호를 수신하는 입력부;

상기 수신된 음성 신호의 레벨을 증폭시키는 증폭부;

일정 주기에 따라 상기 증폭된 음성 신호를 포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 연속적으로 필터링하는 필터부;

아날로그 신호인 상기 필터링된 음성 신호들을 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부;

지수 평균화 방법(exponential average)을 통하여 상기 디지털 신호로 변환된 음성 신호들을 지수 평균한 값을 이용하여 기준 신호로 설정하며, 상기 기준 신 호의 크기와 상기 수신된 음성 신호의 크기를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 음성 신호의 크기 및 방향에 대응하는 제어 신호를 출력하는 제어부; 및

상기 제어 신호에 따라 상기 음성 신호의 크기 및 방향에 대응되는 진동 패턴을 사용자에게 제공하는 출력부를 포함하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
제8항에 있어서,

속도 변화를 갖는 동작을 감지하기 위한 가속 센서(accelerometer)로 이루어지고, 상기 수신된 음성 신호에 대한 사용자의 인식 여부를 나타내는 사용자의 가속 동작을 센싱하여 상기 제어부로 센싱 신호를 전달하기 위한 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 장치.
주위에서 발생하는 음성 신호를 촉각 신호로 변환하여 사용자에게 제공하기 위한 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법에 있어서,

음성 신호를 수신하는 단계;

상기 수신된 음성 신호의 레벨을 증폭시키는 단계;

상기 증폭된 음성 신호를 연속적으로 필터링하는 단계;

아날로그 신호인 상기 필터링된 음성 신호들을 디지털 신호로 변환하는 단계;

사전에 설정된 기준 신호와 상기 디지털 변환된 음성 신호를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 음성 신호의 크기 및 방향에 대응하는 제어 신호를 출력하는 단계; 및

상기 제어 신호에 대응하여 사용자에게 촉각 신호를 제공하는 단계를 포함하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법.
제10항에 있어서, 상기 음성 신호를 필터링하는 단계는

포락선 검출 방법(envelope detection)을 이용하여 상기 증폭된 음성 신호의 값을 연속적으로 필터링하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법.
제10항에 있어서, 상기 기준 신호와 상기 디지털 변환된 음성 신호를 비교하여 상기 제어 신호를 출력하는 단계는

지수 평균화 방법(exponential average)을 통하여 상기 디지털 신호로 변환된 음성 신호들을 지수 평균한 값을 이용하여 상기 기준 신호로 설정하며, 상기 기준 신호의 크기와 상기 수신된 음성 신호의 크기를 비교하여 상기 음성 신호가 상기 기준 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법.
제12항에 있어서,

상기 기준 신호의 오차 범위는 상기 기준 신호를 기준으로 십 퍼센트 이하의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법.
제10항에 있어서, 상기 촉각 신호를 제공하는 단계는

상기 제어 신호에 대응하여 일정 크기 및 주기를 갖는 진동 패턴을 상기 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법.
제10항에 있어서,

상기 수신된 음성 신호에 대한 사용자의 인식 여부를 나타내는 사용자의 가속 동작을 센싱하는 단계;

상기 가속 동작을 센싱한 후, 일정 시간 대기하는 단계; 및

상기 일정 시간 대기한 후, 상기 기준 신호를 초기화 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 청각 장애인을 위한 음성 인식 방법.