KR20160050812A - 환경적응형 오디오 빔 포밍장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환경적응형 오디오 빔 포밍장치를 개시한다. 본 발명에 따른 환경적응형 오디오 빔 포밍장치는, 설치된 영역으로부터 적어도 둘의 음원을 수신하는 마이크로폰어레이, 상기 마이크로폰어레이에 수음되는 상기 수신된 각 음원 간의 각도를 분석해서 상기 설치된 영역의 주 음원발생 포인트를 결정하고, 상기 주 음원발생 포인트를 포함하는 상관관계 정보를 통해 각 음원의 시간속성을 동기화하는 편향제어부 및 상기 동기화된 각 음원을 입력받아 다중화된 편향음원을 출력하는 믹서를 포함한다.

Description

환경적응형 오디오 빔 포밍장치{Environment adaptation type beam forming apparatus for audio}

본 발명은 환경적응형 오디오 빔 포밍장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변환경으로부터 최적의 오디오 빔을 추출하고, 추출된 최적의 오디오 빔에 대한 속성을 기초로 청음 효과를 개선하기 위한 환경적응형 오디오 빔 포밍장치에 관한 것이다.

감시카메라의 수음 획득은 무지향성 콘덴서의 음향신호를 전압으로 변환하는 것에 의해 가능하다. 이러한 음향 신호는 방향성이 없이 전방의 또는 마이크로폰의 지향성에 좌우되고, 탐지 거리 및 음향 품질에 상당한 영향을 미친다.

특히, 감시카메라가 설치될 장소는 어떠한 음향이 주되게 존재하는지 또는 어떠한 특정음향이 얼마 정도의 레벨로 존재하는지 등에 대한 음향 대상을 확정하는 것이 어렵다.

이와 같은 제약으로 감시카메라에서 음향 관련 기술은 극히 제한적인 기능으로 한정되고, 보다 특수한 음향관련 기능을 감시카메라에 구현하기 위해서는 상당한 별도 비용이 요구될 뿐만 아니라 상기 특수한 음향관련 기능을 뒷받침할 수 있는 상당량의 데이터베이스 구축이 이루어져야만 가능하다.

또한, 상기 특수한 음향관련 기능을 뒷받침할 수 있는 상당량의 데이터베이스 구축과 더불어 감시카메라에서 실행하기 위한 알고리즘이 확보된다고 하더라도, 음향 학습 도중에 출현하는 각종 잡음을 효과적으로 제거하여 음향탐지 능력을 실용화 가능한 정도로 확보하는 데에 한계가 있다.

그리고, 마이크로폰의 지향성 및 감도는 실내외 환경에 의해 상당한 성능 차이를 나타낸다.

실내의 경우, 마이크로폰이 위치한 주변의 공간 형상 및 크기뿐만 아니라, 벽면의 재질 등에 따라 반향 후 전해오는 음향들을 차별적으로 구별해서 신호 처리하는 데에 한계가 있다.

실외의 경우, 실내와 다르게 음향의 반향이 상대적으로 적을 수 있으나 동일 조건의 마이크로폰을 사용할 경우에 실내보다 감도에 따른 거리가 줄어드는 단점이 있다.

또한, 지하 주차장 등의 공조 시설과 인접해서 감시카메라가 설치되는 경우, 인접한 공조기등으로부터 발생되는 상당한 크기의 소음으로 인해 원활한 수음을 획득하는 것이 불가하다.

따라서, 감시카메라의 수음 획득을 보다 용이하게 실현하기 위한 방안이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0068875 (2012.06.27)

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 과제는 주변환경으로부터 최적의 오디오 빔을 추출하고, 추출된 최적의 오디오 빔에 대한 속성을 기초로 전기적으로 편향 지연하는 동기화 방식을 통해 청음에 유리한 신호로 수음된 신호를 변환시키는 환경적응형 오디오 빔 포밍장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 환경적응형 오디오 빔 포밍장치는 설치된 영역으로부터 적어도 둘의 음원을 수신하는 마이크로폰어레이, 상기 마이크로폰어레이에 수음되는 상기 수신된 각 음원 간의 각도를 분석해서 상기 설치된 영역의 주 음원발생 포인트를 결정하고, 상기 주 음원발생 포인트를 포함하는 상관관계 정보를 통해 각 음원의 시간속성을 동기화하는 편향제어부 및 상기 동기화된 각 음원을 입력받아 다중화된 편향음원을 출력하는 믹서를 포함한다.

상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원의 유효 음원영역을 검출하는 음원영역 검출모듈, 상기 검출된 유효 음원영역들 간의 위상차 및 신호세기를 통해 상기 상관관계 정보를 계산하는 상관관계 추정모듈, 상기 상관관계 정보 및 미리 정해진 동기화 테이블을 통해 편향지연 계수를 계산하는 편향지연 계수 산출모듈 및 상기 편향지연 계수를 기초로 상기 수신된 각 음원의 시간속성을 동기화하는 편향지연 모듈을 포함할 수 있다.

상기 편향제어부는 상기 적어도 둘의 음원에 대한 소스 역할을 하는 탐색신호의 생성을 제어하는 탐색신호 생성모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하는 설치 모드 및 상기 설치 모드에서 미리 정해진 동기화 설정에 기초해서 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 실행하는 동작 모드를 갖추고, 각 모드별로 구분 실행할 수 있다.

상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원이 있을 때마다 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하고, 실시간으로 가변된 동기화 설정에 기초해서 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 실행할 수 있다.

상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하는 경우, 미리 정해진 분석 풀 선정 기준을 토대로 수신된 음원들 중 분석 대상의 음원들을 특정할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 주변환경으로부터 최적의 오디오 빔을 추출하고, 추출된 최적의 오디오 빔에 대한 속성을 기초로 전기적으로 편향 지연하는 동기화 방식을 통해 청음에 유리한 신호로 수음된 신호를 변환시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 환경적응형 오디오 빔 포밍장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 오디오 빔 포밍장치를 일 실시 예로 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1의 편향제어부를 일 실시 예로 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 편향제어부를 다른 실시 예로 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 1에 도시된 장치의 수음 방식을 일례로 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 장치의 수음 방식을 다른 예로 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 1에 도시된 장치의 수음 방식을 또 다른 예로 나타내는 개념도이다.
도 8은 도 1에 도시된 장치의 편향제어 방식을 일례로 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 1에 도시된 장치의 편향제어 방식을 다른 예로 나타내는 개념도이다.
도 10은 도 1의 오디오 빔 포밍장치의 동작 과정을 일례로 나타내는 순서도이다.
도 11은 도 1의 오디오 빔 포밍장치의 동작 과정을 다른 예로 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 1의 오디오 빔 포밍장치의 동작 과정을 또 다른 예로 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 발명의 오디오 빔 포밍을 통한 제1 수음 특성을 나타내는 예시도이다.
도 14는 본 발명의 오디오 빔 포밍을 통한 제2 수음 특성을 나타내는 예시도이다.
그리고, 도 15는 본 발명의 오디오 빔 포밍을 통한 제3 수음 특성을 나타내는 예시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 다음과 같이 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 환경적응형 오디오 빔 포밍장치를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 환경적응형 오디오 빔 포밍장치(100)는 주변환경으로부터 최적의 오디오 빔을 추출하고, 추출된 최적의 오디오 빔에 대한 속성을 기초로 전기적으로 편향 지연하는 동기화 방식을 통해 청음에 유리한 신호로 수음된 신호를 변환시키는 구성을 갖춘다.

또한, 환경적응형 오디오 빔 포밍장치(100)는 주변환경으로부터 음원을 수음하는 장비에 구비 가능하다. 예를 들면, 환경적응형 오디오 빔 포밍장치(100)는 감시카메라에 구비 가능하다. 이하에서는 보다 구체적인 설명을 위해, 감시카메라에 구비되는 환경적응형 오디오 빔 포밍장치(100)를 위주로 설명하기로 한다.

오디오 빔 포밍장치(100)에서, 오디오 빔, 즉 특정 음원을 수음하기 위해서는 마이크로폰어레이(110)를 구비한다. 여기서, 마이크로폰어레이(110)는 다수의 마이크로폰이 배열된 구조물을 일컫는다.

전술한 마이크로폰의 수음 패턴은 무지향성, 양지향성 및 단일 지향성으로 분류 가능하다. 즉, 무지향성, 양지향성 및 단일 지향성 중 특정 수음 패턴을 갖는 마이크로폰의 경우, 주변환경의 모든 음원을 수음하는 것이 불가능하고, 특정 수음 패턴과 상응하는 음원만을 수음하는 것이 가능하다. 이것은 감시카메라의 FOV(Field Of View)과 마이크로폰의 수음 패턴이 일치할 수 없다는 한계가 있다는 것을 의미한다.

무지향성 콘덴서 마이크로폰의 경우 SNR(Signal to Noise Ratio)에 따라 상대적인 거리를 산출할 수 있으나, 이는 잡음이 불규칙하게 발생하는 장소에 감시카메라와 마이크로폰이 설치되었을 경우 신호에 비해 잡음의 세기가 같거나 클 경우 음향 신호를 분석하기 어렵고, 또한 실외의 경우 거리에 따른 대기모델의 음향의 거리별 음향의 감쇄 dB SPL(Sound Pressure Level)은 거리가 증가할 때마다 감쇄 폭도 증가한다.

예를 들어, 마이크로폰을 통해 현재 측정 잡음이 50 dB SPL이고, 1m에서 음원 발생시 70 dB가 측정되었다면(SNR 20dB), 동일한 크기의 소리가 10m에서 발생하는 경우 -20dB가 감쇄하여 50dB정도가 되면 감시카메라의 인접 소음과 차이가 없게 된다.

잡음과 음원이 동일 크기이기 때문에 음원의 탐지가 어려울 뿐만 아니라 마이크로폰에 들어오는 입력이 잡음인지 탐지하고자 하는 음원인지를 판정하는 것도 용이하지 않은 측면이 있다. 그러므로, 거리보다는 마이크로폰으로 입력되는 SNR에 의해 음향 방향을 추정하는 성능에 대한 개선이 요구된다.

또한, 감시카메라에서 사용하는 무지향성 콘덴서 마이크로폰의 경우, 음향 검출 가능 레벨이 10dB이고 민감도가 대략 -44dB의 성능을 갖는 마이크로폰이라고 가정하면 음향 검출 거리는 10dB 이상 차이가 있어야 음향 검출이 가능하므로 '-44 - (10dB) = -33dB'와 같이 계산됨에 따라, 4~5m 거리로 예상할 수 있다. 즉, 저가의 무지향성 콘덴서 마이크로폰으로는 실, 내외에 설비되는 감시카메라에 적용하여 잡음 변화에 민감한 특성으로 수음 가능한 감시카메라를 구현하는 데에 한계가 있다.

지향성 측면에서 무지향성일 경우, 전면부 중심으로 좌우 90도로 커버되는 범위의 음향을 감지할 수 있고, 180도 방향의 음향은 전면부보다 감도가 줄어들기는 하나 반향되는 음향들 및 박스형 감시카메라의 FOV를 벗어난 부분의 음향도 함께 수음할 수 있다. 반면에, 감시하고자 하는 영역만을 수음하는 경우 마이크로폰의 설치방향을 조정할 필요가 있다.

또한, 지향 영역을 좁게하거나 넓게하는 경우, 지향성 마이크로폰으로 교체가 필요하며, 감시카메라의 특성상 기계적으로 관련 부품을 탑재할 수 있는 공간이 한정되어 있음에 따라, 전술한 조정을 위한 관련 부품의 탑재가 한정적이다.

따라서, 감시카메라의 설치 주변환경에 맞게 음향 추적한 후 빔 포밍 조정을 기계적 방식이 아닌 전기적 방식으로 실현하는 것에 대한 이점이 있다.

이를 위한, 본 발명의 환경적응형 오디오 빔 포밍장치(100)는 설치된 영역으로부터 적어도 둘의 음원을 수신하는 마이크로폰어레이(110), 마이크로폰어레이(110)에 수음되는 각 음원 간의 각도를 분석해서 설치된 영역의 주 음원발생 포인트를 결정하고, 결정된 주 음원발생 포인트를 포함하는 상관관계 정보를 통해 각 음원의 시간속성을 동기화하는 편향제어부(120) 및 동기화된 각 음원을 입력받아 다중화된 편향음원을 출력하는 믹서(130)를 포함한다.

도 2는 도 1의 오디오 빔 포밍장치를 일 실시 예로 나타내는 회로도이다.

도 2를 참조하면, 빔 포밍장치(100)는 증폭기(140), 스테레오 ADC(Analog-Digital Converter, 150) 및 DAC(Digital-Analog Converter, 160)를 더 포함할 수 있다.

증폭기(140)는 마이크로폰어레이(110)로부터 제공되는 음원을 증폭해서 신호 해석을 용이하게 하거나, 믹서(130)로부터 출력되는 다중화된 편향음원을 미리 정해진 출력 값으로 증폭할 수 있다.

스테레오 ADC(150)는 증폭된 음원을 양자화 처리해서 신호 해석이 가능한 상태로 변환한 후 변환된 신호를 출력한다.

전술한 편향제어부(120)는 감시카메라의 메인 프로세서와 별개로 존재하는 DSP 형태로 구비될 수 있다.

스테레오 ADC(150)로부터 출력된 변환된 신호는 DSP 형태의 편향제어부(120)로 전달됨에 따라, 감시카메라의 주변환경에 대응하는 신호 처리를 실행하여 보다 청음 효과가 개선된 신호를 생성할 수 있다.

DAC(160)는 DSP로부터 출력된 신호를 아날로그 신호로 변환한 후, 변환된 신호를 믹서(130)로 전달한다.

도 3은 도 1의 편향제어부를 일 실시 예로 나타내는 블록도이고, 도 4는 도 1의 편향제어부를 다른 실시 예로 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 편향제어부(120)는 스테레오 ADC(150)로부터 출력된 변환된 신호들인 각 음원의 유효 음원영역을 검출하는 음원영역 검출모듈(120-1-1), 검출된 유효 음원영역들 간의 위상차 및 신호세기를 통해 상관관계 정보를 계산하는 상관관계 추정모듈(120-1-2), 계산된 상관관계 정보 및 미리 정해진 동기화 테이블을 통해 편향지연 계수를 계산하는 편향지연 계수 산출모듈(120-1-3) 및 편향지연 계수를 기초로 수신된 각 음원의 시간 속성을 동기화하는 편향지연 모듈(120-1-4)을 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 편향제어부(120)는 음원영역 검출모듈(120-2-1), 상관관계 추정모듈(120-2-2), 편향지연 계수 산출모듈(120-2-3), 및 편향지연 모듈(120-2-4)을 포함할 뿐만 아니라, 탐색신호 생성모듈(120-2-5)을 더 포함할 수도 있다.

탐색신호 생성모듈(120-2-5)은 적어도 둘의 음원에 대한 소스 역할을 하는 탐색신호의 생성을 제어하는 모듈로서, 감시카메라를 설치하여 주변환경으로부터 직접 음원을 수음하는 것이 아니라 감시카메라의 설치 주변환경을 예측해서 인위적으로 음원을 생성하기 위한 용도로 활용될 수 있다. 따라서, 탐색신호 생성모듈은 특정 음원의 탐색신호만이 아니라, 다양한 종류의 탐색신호를 생성하는 것이 바람직하다.

도 5는 도 1에 도시된 장치의 수음 방식을 일례로 나타내는 개념도이고, 도 6은 도 1에 도시된 장치의 수음 방식을 다른 예로 나타내는 개념도이며, 도 7은 도 1에 도시된 장치의 수음 방식을 또 다른 예로 나타내는 개념도이다.

도 5를 참조하면, 마이크로폰어레이(110)에 좌측 45도 방향으로 편향된 두 개의 음원이 수음되는 경우, 각 음원이 마이크로폰어레이(110)에 도달되는 시간 차가 발생한다. 이에 따라, 마이크로폰어레이(110)는 발생한 시간 차로 인해 각 음원을 출력할 때에도 고스란히 이미 발생한 시간 차가 각 음원 사이에 존재한 상태로 출력을 한다.

이때, 본 발명의 편향제어부(120)를 통해 전기적인 편향 지연 방식으로 동기화하지 않을 경우, 마이크로폰어레이(110)로부터 각 음원 사이에 존재하는 시간 차가 그대로 유지된 상태로 출력된 신호가 믹서(130)로 전달된다. 결국, 믹서(130)는 각 음원 사이에 존재하는 시간 차가 반영된 상태로 각 음원을 가중합함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 두 신호 간의 상관관계가 낮아진 것을 원인으로 한 신호의 손실이 발생하고, 이에 따른 신호의 왜곡도 발생할 수 있다.

도 6을 참조하면, 마이크로폰어레이(110)에 편향되지 않은 두 개의 음원이 수음되는 경우, 각 음원이 마이크로폰어레이(110)에 도달되는 시간 차가 발생하지 않는다.

이에 따라, 마이크로폰어레이(110)는 각 음원을 동시에 수음함에 따라, 시간 차가 없는 각 음원을 그대로 출력한다.

이때, 본 발명의 편향제어부(120)를 통해 전기적인 편향 지연 방식으로 동기화하지 않을 경우, 마이크로폰어레이(110)로부터 출력된 신호가 믹서(130)로 전달된다. 결국, 믹서(130)는 시간 차가 없는 상태의 각 음원을 가중합함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 두 신호 간의 상관관계가 높아짐에 따라 신호의 손실이 발생하지 아니하고 최대의 신호 세기를 형성할 수 있다. 이와 같은 경우, 편향제어부(120)를 실행하지 않은 상태에서도 감시카메라의 주변으로부터 수음된 음질을 개선하기 위한 최적의 오디오 빔을 추출할 수 있다.

도 7을 참조하면, 마이크로폰어레이(110)에 우측 45도 방향으로 편향된 두 개의 음원이 수음되는 경우, 각 음원이 마이크로폰어레이(110)에 도달되는 시간 차가 발생한다. 이에 따라, 마이크로폰어레이(110)는 발생한 시간 차로 인해 각 음원을 출력할 때에도 고스란히 이미 발생한 시간 차가 각 음원 사이에 존재한 상태로 출력을 한다.

이때, 본 발명의 편향제어부(120)를 통해 전기적인 편향 지연 방식으로 동기화하지 않을 경우, 마이크로폰어레이(110)로부터 각 음원 사이에 존재하는 시간 차가 그대로 유지된 상태로 출력된 신호가 믹서(130)로 전달된다. 결국, 믹서(130)는 각 음원 사이에 존재하는 시간 차가 반영된 상태로 각 음원을 가중합함으로써, 도 7에 도시된 바와 같이 두 신호 간의 상관관계가 낮아진 것을 원인으로 한 신호의 손실이 발생하고, 이에 따른 신호의 왜곡도 발생할 수 있다.

따라서, 도 5 및 도 7과 같은 상태로 수음되는 경우에는 편향제어부(120)를 실행해서 수음된 음원의 시간 속성을 동기화하는 보정이 필요하다.

도 8은 도 1에 도시된 장치의 편향제어 방식을 일례로 나타내는 개념도이다.

도 8을 참조하면, 마이크로폰어레이(110)에 좌측 45도 방향으로 편향된 두 개의 음원이 수음되는 경우, 편향제어부(120)는 두 개의 음원 사이에 존재하는 위상차를 계산함에 따라 두 음원 간의 시간차를 포함한 상관관계 정보를 계산하고, 계산된 상관관계 정보를 이용해서 수음된 음원들 간의 시간 속성을 동기화한다.

편향제어부(120)는 수음된 두 개의 음원 중 제1 음원을 동기화 기준으로 하고, 두 개의 음원인 제1 음원과 제2 음원 간의 시간 차를 계산한다. 그리고, 편향제어부(120)는 계산된 시간 차만큼 제2 음원의 시간 속성을 지연시켜서 상기 두 개의 음원 간에 대한 시간 속성을 동기화한다.

예를 들어, 편향제어부(120)는 수음된 두 개의 음원 중 마이크로폰어레이(110)에 늦게 도달된 음원을 상기 동기화 기준인 제1 음원으로 설정하고, 상기 두 개의 음원 중 마이크로폰어레이(110)에 먼저 도달된 음원을 제2 음원으로 설정하여 편향 제어의 대상으로 한다.

도 9는 도 1에 도시된 장치의 편향제어 방식을 다른 예로 나타내는 개념도이다.

도 9를 참조하면, 마이크로폰어레이(110)에 편향되지 아니한 두 개의 음원이 수음되고, 도 8에서 설정된 편향 제어 설정이 유지되는 경우를 상정할 수 있다. 이 경우, 편향되지 아니한 두 개의 음원 중 어느 하나를 편향 제어함에 따라 원하지 않는 왜곡 현상이 발생할 수도 있다.

즉, 편향제어부(120)는 마이크로폰어레이(110)에 수음되는 적어도 두 개의 음원 간에 대한 편향 정도를 판정하고, 판정 결과를 기초로 편향 제어를 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 편향제어부(120)는 수음되는 음원이 3개 이상인 경우, 3개 이상의 음원들 중 동기화 대상이 되는 두 개의 음원을 추출해서 최적의 오디오 빔을 선정할 수 있다. 즉, 편향제어부(120)는 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하는 경우, 미리 정해진 분석 풀 선정 기준을 토대로 수신된 음원들 중 분석 대상의 음원들을 특정할 수 있다.

예를 들어, 편향제어부(120)는 좌측 45도 방향으로 편향된 두 개의 음원이 수음되고 우측 45도 방향으로 한 개의 음원이 수음되는 경우, 주 편향 방향이 일치하는 좌측 45도 방향의 두 개의 음원을 동기화 대상으로 설정할 수 있다.

한편, 편향제어부(120)는 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하는 설치 모드와, 설치 모드에서 미리 정해진 동기화 설정에 기초해서 수신된 각 음원 간의 동기화를 실행하는 동작 모드를 갖추고, 각 모드별로 구분 실행할 수 있다.

다른 방식으로, 편향제어부(120)는 수신된 각 음원들이 있을 때마다 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하고, 실시간으로 가변된 동기화 설정에 기초해서 수신된 각 음원 간의 동기화를 실행하는 것도 가능하다.

도 10은 도 1의 오디오 빔 포밍장치의 동작 과정을 일례로 나타내는 순서도이다.

도 10을 참조하면, 빔 포밍장치(100)는 감시카메라의 출고 전에 무음실에서 자체 스피커로부터 재생한 음원을 자체 마이크로폰어레이(110)로 수음하는 방식으로 빔 포밍을 할 수 있으며, 이를 위해 먼저 상기 자체 스피커로부터 재생하는 음원의 생성을 위한 탐색 신호의 생성 제어를 실행한다(S100).

이후, 빔 포밍장치(100)는 탐색 신호의 생성으로 상기 자체 스피커로 출력된 음원을 마이크로폰어레이(110)로 수음한 후, 수음된 음원을 편향 지연하기 위한 편향 계수를 가변한다(S102).

이후, 빔 폭이 고정된 상태에서 마이크로폰어레이(110)로부터 수음된 음원의 신호세기를 구한다(S104).

이후, 출하 전 저장된 음압 계수와 설치 현장에서 수음된 음압의 절대값 차이를 계산하고(S106), 설치 환경에서의 음압 계수를 저장하거나 이전 음압 계수를 갱신한다(S108).

상기 S102 내지 S108 단계를 미리 정해진 임계 실시회수까지 반복한다(S110).

S110 단계까지 거친 결과를 토대로 전방향에 대한 음압 계수를 획득한다. 획득한 음압 계수가 클수록 장애물이 인접해 있다는 정보 취득이 가능하다. 이러한 정보는 정상 동작에서 빔폭 및 빔 방향으로 조정하는 데에 사용될 지표로서 사용될 수 있다.

상기 임계 실시회수가 도래하면 탐색 신호의 생성 제어를 중지한다(S112).

도 11은 도 1의 오디오 빔 포밍장치의 동작 과정을 다른 예로 나타내는 순서도이다.

도 11을 참조하면, 빔 포밍장치(100)는 감시카메라의 설치환경에서 직접 설치환경 내의 음원을 수신한다(S200).

이후, 빔 포밍장치(100)는 설치환경 내의 음원을 마이크로폰어레이(110)로 수음한 후, 수음된 음원을 편향 지연하기 위한 편향 계수를 가변하고, 빔 폭이 고정된 상태에서 마이크로폰어레이(110)로부터 수음된 음원의 신호세기를 구한다(S202).

이후, 출하 전 저장된 음압 계수와 설치 현장에서 수음된 음압의 절대값 차이를 계산하고, 설치 환경에서의 음압 계수를 저장하거나 이전 음압 계수를 갱신한다(S204).

상기 S202 내지 S204 단계를 미리 정해진 임계 실시회수까지 반복한다(S206).

S206 단계까지 거친 결과를 토대로 전방향에 대한 음압 계수를 획득한다. 획득한 음압 계수가 클수록 장애물이 인접해 있다는 정보 취득이 가능하다. 이러한 정보는 정상 동작에서 빔폭 및 빔 방향으로 조정하는 데에 사용될 지표로서 사용될 수 있다.

상기 임계 실시회수가 도래하면 탐색 신호의 생성 제어를 중지한다(S208).

도 12는 도 1의 오디오 빔 포밍장치의 동작 과정을 또 다른 예로 나타내는 순서도이다.

도 12를 참조하면, 빔 포밍장치(100)는 사용자의 선택에 따라 메뉴얼 모드 또는 자동 모드로 동작할 수 있으며, 메뉴얼 운용은 감시카메라의 FOV 내에서 GUI 화면상에서 결정할 수 있다(S300).

S300 단계에서 메뉴얼 모드가 아닌 자동 모드로 설정되는 경우, 빔 포밍장치(100)는 감시카메라 주변으로부터 수음을 한 후 유효한 음원 영역을 검출한다(S302).

S302 단계에서 검출된 유효한 음원이 존재하는 경우, 유효한 음원을 이루는 음원들 간의 각도를 분석해서 설치된 영역 중 주 음원발생 포인트를 결정한다(S306).

이후, 상기 결정된 주 음원발생 포인트를 포함한 상관관계 정보를 통해 각 음원의 시간속성을 동기화해서 최적의 오디오 빔을 추출한 상태에서, 최초 설정된 유저 입력에 기초한 청음 수준으로 상기 최적의 오디오 빔의 방향 및 빔 폭을 청음하기 유리한 상태와 매칭되도록 조정한다(S308).

이후, 편향계수를 환산하여 반영하는 빔 포밍 조정을 지속하거나, 빔 포밍 조정을 종료할 수 있다(S310 및 S312).

추가로, S300 단계에서 메뉴얼 모드가 설정되는 경우, 빔 포밍장치(100)는 유저로부터 메뉴얼 입력을 받는 과정을 더 수행한다(S300-1).

참고로, 도 13은 본 발명의 오디오 빔 포밍을 통한 제1 수음 특성을 나타내는 예시도이고, 도 14는 본 발명의 오디오 빔 포밍을 통한 제2 수음 특성을 나타내는 예시도이며, 도 15는 본 발명의 오디오 빔 포밍을 통한 제3 수음 특성을 나타내는 예시도이다.

도 13에 도시된 제1 수음 특성은 좌측 45도 편향되어 수음되는 특성이고, 도 14에 도시된 제2 수음 특성은 편향되지 아니한 상태로 수음되는 특성이며, 도 15에 도시된 제3 수음 특성은 우측 45도 편향되어 수음되는 특성을 예시한 것이다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

또한, 본 발명은 주변환경으로부터 최적의 오디오 빔을 추출하고, 추출된 최적의 오디오 빔에 대한 속성을 기초로 전기적으로 편향 지연하는 동기화 방식을 통해 청음에 유리한 신호로 수음된 신호를 변환시키는 환경적응형 오디오 빔 포밍장치를 제공하기 위한 것임에 따라, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

100: 빔 포밍장치 110: 마이크로폰어레이
120: 편향제어부 120-1-1, 120-2-1: 음원영역 검출모듈
120-1-2, 120-2-2: 상관관계 추정모듈
120-1-3, 120-2-3: 편향지연 계수 산출모듈
120-1-4, 120-2-4: 편향지연 모듈
120-2-5: 탐색신호 생성모듈
130: 믹서 140: 증폭기
150: 스테레오 ADC 160: DAC

Claims (6)

1. 설치된 영역으로부터 적어도 둘의 음원을 수신하는 마이크로폰어레이;
   상기 마이크로폰어레이에 수음되는 상기 수신된 각 음원 간의 각도를 분석해서 상기 설치된 영역의 주 음원발생 포인트를 결정하고, 상기 주 음원발생 포인트를 포함하는 상관관계 정보를 통해 각 음원의 시간속성을 동기화하는 편향제어부; 및
   상기 동기화된 각 음원을 입력받아 다중화된 편향음원을 출력하는 믹서를 포함하는 환경적응형 오디오 빔 포밍장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원의 유효 음원영역을 검출하는 음원영역 검출모듈;
   상기 검출된 유효 음원영역들 간의 위상차 및 신호세기를 통해 상기 상관관계 정보를 계산하는 상관관계 추정모듈;
   상기 상관관계 정보 및 미리 정해진 동기화 테이블을 통해 편향지연 계수를 계산하는 편향지연 계수 산출모듈; 및
   상기 편향지연 계수를 기초로 상기 수신된 각 음원의 시간속성을 동기화하는 편향지연 모듈을 포함하는 환경적응형 오디오 빔 포밍장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 편향제어부는 상기 적어도 둘의 음원에 대한 소스 역할을 하는 탐색신호의 생성을 제어하는 탐색신호 생성모듈을 더 포함하는 환경적응형 오디오 빔 포밍장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하는 설치 모드 및 상기 설치 모드에서 미리 정해진 동기화 설정에 기초해서 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 실행하는 동작 모드를 갖추고, 각 모드별로 구분 실행하는 환경적응형 오디오 빔 포밍장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원이 있을 때마다 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하고, 실시간으로 가변된 동기화 설정에 기초해서 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 실행하는 환경 적응형 오디오 빔 포밍장치.
6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
   상기 편향제어부는 상기 수신된 각 음원 간의 동기화를 설정하는 경우, 미리 정해진 분석 풀 선정 기준을 토대로 수신된 음원들 중 분석 대상의 음원들을 특정하는 환경 적응형 오디오 빔 포밍장치.

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