KR20110108449A

KR20110108449A - 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템

Info

Publication number: KR20110108449A
Application number: KR1020100027640A
Authority: KR
Inventors: 강민수
Original assignee: 강민수
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-06

Abstract

본 발명은 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템에 관한 것으로, 상세하게는, GPS(위성항법장치)를 이용하여 말하는 이와 듣는 이의 상대적 위치를 계산한 후, 말하는 이의 음성을 입체 음향으로 생성하여 듣는 이에게 재생함으로써 음성 통신 참여자들로 하여금 입체 음향으로 음성을 통신할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 1-채널 마이크를 이용하여 말하는 이의 음성을 모노(Mono) 형태의 음향 데이터로 변환하는 단계, 모노 형태의 음향 데이터와 말하는 이의 위치 정보를 인코딩하여 듣는 이에게 RF 신호를 이용하여 송신하는 단계, 상기 RF 신호를 수신하여 디코딩하는 단계, 말하는 이와 듣는 이의 상대적 위치를 계산하는 단계, 말하는 이의 음성을 바이노럴(Binaural) 형태의 입체 음향으로 생성하는 단계, 입체 음향을 듣는 이의 2-채널 헤드폰으로 출력하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명에 의하여, 입체 음향으로 음성 통신 참여자의 인지능력을 향상시킴으로써 효과적으로 음성 통신을 할 수 있게 된다.

Description

입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 {Digital Wireless Sound Communication System using Stereophonic Sound}

본 발명은 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템에 관한 것으로, 상세하게는, GPS(위성항법장치)를 이용하여 말하는 이와 듣는 이의 상대적 위치를 계산한 후, 말하는 이의 음성을 입체 음향으로 생성하여 듣는 이에게 재생함으로써 음성 통신 참여자들로 하여금 입체 음향으로 음성을 통신할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.

디지털 무선 음성 통신 시스템은 말하는 이의 음성을 디지털 데이터로 변환하여, 듣는 이에게 무선으로 송신하여 원거리에서도 듣는 이로 하여금 말하는 이의 음성을 들을 수 있도록 하는 시스템이다. 일반적으로, 군사작전, 구조활동, 경호활동 등에 이용된다.

최근의 디지털 무선 음성 통신 시스템에는 1-채널 마이크와 2-채널 헤드폰을 일체화시킨 휴대용 기기가 많이 이용되고 있다. 사용료 없이 광범위하게 사용되고 있는 생활 무전기(Family Radio Service; FRS)의 경우에는 27MHz(차량용)나 447MHz 또는 462MHz 대의 주파수 영역을 사용하고, 3Km 이내에서 무선 음성 통신이 이루어진다. 10Km ~ 20Km 이내에서 무선 음성 통신을 이용하는 업무용 무전기의 경우 일정 금액을 내고 초단파 또는 극초단파의 주파수 영역을 사용한다.

도 1은 종래의 디지털 무선 음성 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 이하, 도 1을 참조하여 종래의 디지털 무선 음성 통신 구현 방법을 설명한다. 말하는 이의 음성이 1-채널 마이크(100)를 통해 아날로그 형태의 전기 신호로 변환되고, ADC(101)를 통해 모노(Mono) 형태의 디지털 데이터로 바뀐 뒤, 음성 통신 장치(102)를 거쳐 송신할 수 있게 처리되고, RF 송신기(103)를 통해 듣는 이에게 송신된다. 상기 RF 신호는 듣는 이의 RF 수신기(104)에 의해 수신되고, 음성 통신 장치(105)를 거쳐 재생할 수 있게 처리된 후, DAC(106)을 통해 아날로그 형태의 전기 신호로 변환된 후, 2-채널 헤드폰(107)으로 재생된다.

한편, 종래의 디지털 무선 음성 통신 시스템은 말하는 이의 입 앞에 고정된 1-채널 마이크를 사용하여, 모노 형태의 음성 데이터를 통신하기 때문에 음성만으로는 듣는 이가 말하는 이의 위치를 전혀 알 수 없을 뿐만 아니라, 말하는 이의 음성만으로 듣는 이가 말하는 이의 위치를 인지하게 할 수 있는 입체 음향을 통신에 이용하기 위해서는 2-채널 마이크가 필요한데, 이는 음성 통신 기기의 편의성을 낮추는 문제점이 있다.

본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 1-채널 마이크와 2-채널 헤드폰과 같은 종래의 음성 통신 기기들을 그대로 사용하고, GPS가 제공하는 듣는 이와 말하는 이의 위치 정보를 이용하여 통신에 사용되는 말하는 이의 모노 형태의 음성을 바이노럴(Binaural) 형태의 입체 음향으로 변환한 후, 듣는 이의 2-채널 헤드폰으로 재생함으로써 효과적으로 음성을 통신할 수 있도록 하는 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 입체 음향을 이용한 디지털 무선 음성 통신 시스템은 입체 음향을 이용하여 무선으로 디지털 음성 통신을 하는데 있어서, 말하는 이의 모노 형태의 음성을 아날로그 전기 신호로 변환하는 1-채널 마이크, 상기 아날로그 전기 신호를 디지털 데이터로 변환하는 Analog Digital Converter(ADC), RF 신호를 송수신하는 RF 송수신기, 사용자의 위치를 FPGA에게 제공하는 GPS, 말하는 이의 음성과 위치 정보를 송신하는 모드에서 말하는 이의 음성 데이터와 위치 정보를 송신하기 위해 인코딩하고, 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신하는 모드에서 RF 송수신기에서 수신된 정보를 디코딩하여 입체 음향을 생성하는 FPGA, 입체 음향을 생성하는 과정에서 사용되는 SDRAM, 상기 생성된 입체 음향을 왼쪽 귀와 오른쪽 귀로의 아날로그 신호로 변환하는 각각의 Digital Analog Converter(DAC), 상기 입체 음향을 재생하는 2-채널 헤드폰을 포함하여 이루어지고, 말하는 이의 모노 형태의 음성 데이터와 위치 정보를 송신하는 시스템과, 수신된 데이터를 처리하여 듣는 이에게 입체 음향으로 재생하는 시스템이 하나의 FPGA에 구현되어 작동되는 것을 특징으로 한다.

제안되는 바와 같은 디지털 무선 음성 통신 시스템에 의해서, 듣는 이에게 2-채널 헤드폰을 통하여 말하는 이의 음성을 바이노럴 형태의 입체 음향으로 들려줌으로써, 듣는 이가 말하는 이의 음성을 듣는 것만으로 말하는 이의 위치를 인지할 수 있어 음성 통신이 효과적으로 이루어지는 장점이 있다.

도 1은 종래의 디지털 무선 음성 통신 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 중 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신하는 모드에 대한 데이터 흐름도.
도 4는 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 중 말하는 이의 음성과 위치 정보를 송신하는 모드에 대한 데이터 흐름도.
도 5는 본 발명에 의한 입체 음향을 사용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 의 칩 구조.
도 6은 본 발명에 의한 입체 음향을 사용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템이 생성하여 출력한 음성 그래프.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 중 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신할 때 사용하는 모드에 대한 데이터 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 중 말하는 이의 음성과 위치 정보를 송신할 때 사용하는 모드에 대한 데이터 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템이 FPGA에 구현이 되었을 때의 칩 구조이고, 도 6은 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템이 생성하여 출력한 입체 음향 파형이다.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템을 나타낸 블록도는 1-채널 마이크(200), ADC(201), 말하는 이의 GPS(202), 말하는 이의 시스템(203), RF 송신기(204), RF 수신기(205), 듣는 이의 GPS(206), 듣는 이의 시스템(207), 오른쪽 DAC(208), 왼쪽 DAC(209), 2-채널 헤드폰(210)을 포함한다. 도 2를 참조하여, 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템을 나타낸 블록도를 설명하면, 말하는 이의 음성이 1-채널 마이크(200)을 통해 아날로그 형태의 전기 신호로 변환되고, ADC(201)를 통해 모노 형태의 디지털 데이터로 바뀐 뒤, 말하는 이의 시스템(203)에서 GPS(202)가 제공하는 말하는 이의 위치 정보와 함께 인코딩되어 RF 송신기(204)를 거쳐 듣는 이에게 전송된다. 상기 RF 신호는 듣는 이의 RF 수신기(205)에 의해 수신되고, 듣는 이의 시스템(207)이 상기 수신된 데이터와 GPS(206)가 제공하는 듣는 이의 위치 정보를 이용하여 말하는 이의 음성을 입체 음향으로 생성하고, 상기 생성된 바이노럴 형태의 디지털 입체 음향 데이터는 오른쪽 DAC(208)와 왼쪽 DAC(209)를 통해 아날로그 형태의 전기 신호로 변환한 뒤 각각 2-채널 헤드폰(210)으로 재생된다. 도 2에 도시한 말하는 이의 시스템(203)과 듣는 이의 시스템(207)은 하나의 시스템에 구현되어, 사용자는 상기 시스템을 소지함으로써 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신에 참여할 수 있다.

도 3은 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 중 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신할 때 사용하는 모드에 대한 데이터 흐름도로서 이에 도시한 바와 같이, 말하는 이의 시스템(300), FPGA(301), SDRAM(302), 오른쪽 DAC(303), 왼쪽 DAC(305), 2-채널 헤드폰(304)를 포함한다. 상기 모드의 시스템은 말하는 이의 시스템(300)으로부터 말하는 이의 모노 형태의 음성과 말하는 이의 위치 정보를 받아 SDRAM(302)에 저장한다. 상기 FPGA(301)는 SDRAM(302)에 저장되어 있는 말하는 이의 위치정보와 GPS로부터 받은 듣는 이의 위치 정보를 이용하여 말하는 이의 듣는 이에 대한 상대적 위치를 계산하고, 이를 이용하여 말하는 이의 음성을 입체 음향을 생성하여 SDRAM(302)에 저장하고, 상기 저장된 입체 음향은 2-채널 헤드폰(304)을 통해 재생된다. 보다 상세히, 상기 FPGA(301)는 위치 정보를 이용하여 말하는 이와 듣는 이의 왼쪽 귀 사이의 거리와 말하는 이와 듣는 이의 오른쪽 귀 사이의 거리를 계산한 후 이들을 공기 중 소리의 속도로 나누어, 말하는 이의 음성이 말하는 이로부터 듣는 이의 왼쪽 귀에 도달하는 데 걸리는 시간과 말하는 이의 음성이 말하는 이로부터 듣는 이의 오른쪽 귀에 도달하는 데 걸리는 시간을 구하고, 상기 시간의 차이를 계산한다. FPGA(301)는 상기 시간 차이를 이용하여 말하는 이의 음성을 바이노럴 형태의 입체 음향으로 생성한 뒤 SDRAM(302)에 저장하고, 오른쪽 DAC(303)와 왼쪽 DAC(305)를 통해 2-채널 헤드폰(304)에 재생한다. 또한, 생성한 입체 음향의 재생에 있어서, 듣는 이와 말하는 이 사이의 거리에 따라 입체 음향의 진폭이 결정되어 듣는 이로 하여금 말하는 이가 위치하는 방향뿐만 아니라, 말하는 이와 듣는 이 사이의 거리도 인지하도록 한다. 상기 SDRAM(302)은 입체 음향의 생성에 있어서 필요한 디지털 데이터를 저장하고, 상기 오른쪽 DAC(303)와 왼쪽 DAC(305)는 각각 듣는 이의 오른쪽 귀와 왼쪽 귀에 재생할 디지털 입체 음향 데이터를 아날로그 전기 신호로 변환하고, 상기 2-채널 헤드폰(304)은 듣는 이에게 입체 음향을 재생한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템 중 말하는 이의 음성과 위치 정보를 송신할 때 사용하는 모드에 대한 데이터 흐름도는 듣는 이의 시스템(400), FPGA(401), ADC(402), 1-채널 마이크(403), SDRAM(404)를 포함한다. 상기 모드의 시스템은 말하는 이의 음성을 1-채널 마이크(403)을 이용하여 아날로그 형태의 전기 신호로 변환한다. 상기 전기 신호는 ADC(402)를 통과하여 모노 형태의 디지털 데이터로 바뀐 뒤, 상기 FPGA(401)에서 GPS가 제공하는 말하는 이의 위치정보와 함께 인코딩되어 듣는 이의 시스템(400)으로 전송된다. 상기 전송 과정에 있어서, 말하는 이의 위치 정보는 말하는 이의 모노 형태의 음성 데이터보다 먼저 전송되고, 상기 통신 프로토콜은 사전에 약속되어 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신할 때 사용하는 모드의 시스템에도 프로그래밍 되어 있다.

도 5는 본 발명에 의한 입체 음향을 사용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템이 구현되어 있는 칩의 구조로서 이에 도시한 바와 같이, 클럭 디바이더(500), RF 송신 모듈(501), RF 수신 모듈(502), 입체 음향 생성 모듈(503), SDRAM 제어 모듈(504)를 포함한다. 또한, 도 5는 도 3의 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신할 때 사용하는 모드와 도 4의 말하는 이의 음성과 위치 정보를 송신할 때 사용하는 모드가 하나의 FPGA에 모두 구현된 칩 구조를 나타낸다. 상기 클럭 디바이더(500)는 시스템을 구성하는 각 모듈에 적절한 클럭을 생성하여 제공하고, 상기 RF 송신 모듈(501)과 RF 수신 모듈(502)은 모노 형태의 음성과 위치 정보가 담긴 RF 신호를 송수신함에 있어서 필요한 데이터 처리를 하고, 상기 입체 음향 생성 모듈(503)은 말하는 이의 모노 형태의 음성을 바이노럴 형태의 입체 음향으로 변환하고, 상기 SDRAM 제어 모듈(504)는 입체 음향을 생성함에 있어서 필요한 디지털 데이터를 저장하는 SDRAM을 제어한다.

도 6은 본 발명에 의한 입체 음향을 사용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템이 생성하여 출력한 음성 그래프로서 이에 도시한 바와 같이, 1-채널 마이크에서 전기 신호로 변환된 말하는 이의 모노 형태의 음성 파형(600), 상기 모노 형태의 음성으로부터 변환된 오른쪽 귀로의 입체 음향 출력 파형(601), 상기 모노 형태의 음성으로부터 변환된 왼쪽 귀로의 입체 음향 출력 파형(602)을 포함한다. 상세히, 상기 그래프의 가로 축은 시간을 의미하고, 세로 축은 음성의 진폭을 의미한다. 또한, 상기 입체 음향은 말하는 이가 듣는 이의 오른 편에 위치하는 상황에서 생성된 입체 음향으로서, 말하는 이의 음성이 듣는 이의 오른쪽 귀에 왼쪽 귀보다 먼저 도달하여 오른쪽 귀로의 입체 음향 출력 파형(601)이 왼쪽 귀로의 입체 음향 출력 파형(602)보다 시간 축에서 앞서 있다. 또한, 상기 오른쪽 귀로의 입체 음향 출력 파형(601)과 왼쪽 귀로의 입체 음향 출력 파형(602)의 진폭은 거리에 따른 소리 에너지의 감쇠를 반영하는 본 발명의 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템에 의해 1-채널 마이크에서 전기 신호로 변환된 말하는 이의 모노 형태의 음성 파형(600)의 진폭보다 감소하였다.

Claims

입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템에 있어서, 말하는 이의 모노 형태의 음성을 아날로그 전기 신호로 변환하는 1-채널 마이크, 상기 아날로그 전기 신호를 디지털 데이터로 변환하는 ADC, 사용자의 위치정보를 FPGA에게 제공하는 GPS, RF 신호를 송수신하는 RF 송수신기, 말하는 이의 음성과 위치 정보를 송신하는 모드에서 말하는 이의 음성 데이터와 위치 정보를 송신하기 위해 인코딩하고, 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신하는 모드에서 RF 송수신기에서 수신된 정보를 디코딩하여 입체 음향을 생성하는 FPGA, 입체 음향을 생성하는 과정에서 사용되는 SDRAM, 상기 생성된 디지털 입체 음향 데이터를 왼쪽 귀와 오른쪽 귀로의 아날로그 전기 신호로 변환하는 각각의 DAC, 상기 입체 음향을 재생하는 2-채널 헤드폰이 포함되고, 말하는 이의 음성과 위치 정보를 송신하는 모드의 시스템과 말하는 이의 음성과 위치 정보를 수신하는 모드의 시스템이 하나의 FPGA 칩에 구현되어 있는 것을 특징으로 하는 입체 음향을 이용하는 디지털 무선 음성 통신 시스템.