KR20170141503A - 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법, 이를 수행하는 데이터 전송 장치, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법 및 이를 수행하는 데이터 추출 장치 - Google Patents

아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법, 이를 수행하는 데이터 전송 장치, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법 및 이를 수행하는 데이터 추출 장치 Download PDF

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Abstract

아날로그 음향 신호를 사용한 코드 데이터 전송 방법, 이를 수행하는 데이터 전송 장치, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법 및 이를 수행하는 데이터 추출 장치가 개시된다. 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법은 코드 생성부를 사용하여 코드 데이터에 대응되는 코드 음파를 생성하는 단계, 믹싱부를 사용하여 코드 음파를 디지털 음향 신호에 삽입하는 단계, 제1 변환부를 사용하여 코드 음파를 포함하는 디지털 음향 신호를 아날로그 음향 신호로 전환하는 단계, 및 송신부를 사용하여 아날로그 음향 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 코드 음파는 아날로그 음향 신호의 특정 주파수 영역내에서 최대 데시벨(dB)을 갖는다.

Description

아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법, 이를 수행하는 데이터 전송 장치, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법 및 이를 수행하는 데이터 추출 장치 {METHOD OF TRANSPORTING A CODE DATA USING AN ANALOGUE AUDIO SIGNAL, DATA TRANSMISSION APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME, METHOD OF EXTRACTING A CODE DATA FROM AN ANALOGUE AUDIO SIGNAL, AND DATA EXTRACTION APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법, 이를 수행하는 데이터 전송 장치, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법 및 이를 수행하는 데이터 추출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아날로그 음향 신호를 이용하여 특정 데이터를 전송 및 수신할 수 있는 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법, 이를 수행하는 데이터 전송 장치, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법 및 이를 수행하는 데이터 추출 장치에 관한 것이다.
최근, 음향 신호를 이용한 데이터 통신 방법이 연구되고 있다. 음향 신호를 이용한 데이터 통신 방법은 가청 주파수 대역 중에서도 사람이 실질적으로 들을 수 없는 주파수 대역의 음파를 사용하여 데이터를 전송한다.
구체적으로, 사람은 이론적으로, 20 Hz 내지 20,000 Hz의 주파수의 소리를 들을 수 있다. 그러나, 평균적인 사람은 청각 기관의 노화로 18,000 Hz 이상의 음파를 거의 듣지 못한다. 음향 신호를 이용한 데이터 통신 방법은 평균적인 사람이 거의 듣지 못하는 18,000 Hz 내지 20,000 Hz의 주파수의 소리를 이용해 데이터를 전송한다.
특히, 최근에 음향 및 영상 컨텐츠를 제공하는 다양한 전자 장치가 개발되면서, 대부분의 전자 장치에는 스피커 및 마이크가 탑재된다. 이러한 전자 장치에 탑재되는 대부분의 스피커 및 마이크는 사람의 가청 주파수를 고려하여 20 Hz 내지 20,000 Hz 주파수 대역의 음향 신호를 송신하거나 수신하도록 설계된다. 따라서, 전자 장치를 사용하여 사람이 거의 듣지 못하는 18,000 Hz 내지 20,000 Hz의 음파를 전송 및 수신할 수 있으며, 음향 신호를 이용한 데이터 통신이 가능하다.
음향 신호를 이용한 데이터 통신 방법은 음향 신호에 특정 주파수의 코드 음파를 삽입하여 이를 전송용 전자 장치의 스피커를 통해 송신하고, 마이크를 통해 수신한 음향 신호에서 특정 주파수의 코드 음파를 인식함으로써, 데이터를 수신한다.
일반적으로 코드 음파는 코드 데이터를 이진 데이터(binary data)로 전환한 후 이를 아날로그 형태의 음파로 전환함으로써 생성된다. 구체적으로, 십진법으로 '25'의 데이터 값을 갖는 코드 데이터를 코드 음파로 전환하는 경우, 십진 데이터 '25'는 '011001'의 이진 데이터로 전환된다. '011001'의 이진 데이터는 각 자리수에 대응되는 주파수를 갖는 코드 음파로 전환된다. 즉, 20 자리수의 데이터 값은 1 이므로, 20에 대응되는 주파수의 음파는 임계값 이상의 데시벨을 갖도록 생성된다. 21 및 22 자리수의 데이터 값들은 모두 0이므로, 21 및 22에 대응되는 주파수의 음파는 임계값 이하의 데시벨을 갖도록 생성된다. 23 및 24 자리수의 데이터 값들은 모두 1이므로, 23 및 24 에 대응되는 주파수의 음파는 임계값 이상의 데시벨을 갖도록 생성된다. 또한, 25 자리수의 데이터 값은 0이므로, 25에 대응되는 주파수의 음파는 임계값 이하의 데시벨을 갖도록 생성된다. 결과적으로, 일반적인 음향 신호를 이용한 데이터 통신 방법은 코드 데이터를 이진 데이터로 전환하고, 이진 데이터를 코드 음파로 전환하여 전송한다. 또한, 음향 신호를 수신한 후, 임계값 이상의 데시벨을 갖는 코드 음파를 이진 데이터 '1'로 인식하고, 임계값 이하의 데시벨을 갖는 코드 음파를 이진 데이터 '0'으로 인식함으로써 '011001'의 이진 데이터를 인식하고, 이진 데이터로부터 '25'의 코드 데이터를 추출한다.
그러나, 이러한 방식의 통신 방법은 장거리 통신에 적합하지 않다. 예를 들어, '63'의 코드 데이터를 전송하는 경우, '111111'의 이진 데이터는 서로 상이한 주파수를 갖는 총 6개의 코드 음파로 변환되며, 6개의 코드 음파들은 스피커를 통해 전송된다. 이 경우, 복수의 코드 음파들이 동시에 송신되므로, 복수의 코드 음파들을 포함한 음향 신호의 전체적인 에너지가 감소되며, 음향 신호를 장거리 전송하기 위해서는 그만큼 큰 에너지가 필요하다. 따라서, 음향 신호의 장거리 전송에 어려움이 있다.
또한, 음향 신호를 수신하여 이를 코드 데이터로 전환하는 과정에서 코드 데이터를 제대로 추출하지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 즉, 음향 신호를 수신하는 과정에서 주변 소음으로 인한 노이즈가 수신될 수 있고, 아날로그 음향 신호를 디지털 형태의 음향 신호로 변환하는 과정에서 노이즈가 발생될 수 있다. 만약, 이러한 노이즈가 임계값 이상의 데시벨을 갖는 경우, 노이즈는 코드 음파로 오인식될 수 있으며, 잘못된 코드 데이터가 추출될 수 있다.
음파신호를 이용한 통신방법, 통신장치 및 정보제공 시스템 (특허출원번호 제10-2013-0107771호)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 코드 데이터를 이진 데이터로 전환하지 않고, 코드 데이터를 특정 주파수 영역 내에서 최대 데시벨을 갖는 코드 음파로 전환함으로써, 장거리 전송이 가능한 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법 및 이를 수행하는 데이터 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 특정 주파수 영역 내에서 최대 데시벨을 갖는 코드 음파를 선택하고, 코드 음파의 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 추출함으로써, 코드 데이터에 대한 오인식률이 현저히 감소된 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법 및 이를 수행하는 데이터 추출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법은 코드 생성부를 사용하여 코드 데이터에 대응되는 코드 음파를 생성하는 단계, 믹싱부를 사용하여 코드 음파를 디지털 음향 신호에 삽입하는 단계, 제1 변환부를 사용하여 코드 음파를 포함하는 디지털 음향 신호를 아날로그 음향 신호로 전환하는 단계, 및 송신부를 사용하여 아날로그 음향 신호를 출력하는 단계를 포함한다. 코드 음파는 아날로그 음향 신호의 특정 주파수 영역내에서 최대 데시벨(dB)을 갖는다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 코드 음파를 생성하는 단계는, 코드 데이터의 데이터 값의 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역을 선택하는 단계, 특정 주파수 영역에서 각 자리수의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 선택하는 단계, 및 특정 주파수의 코드 음파를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용하여 코드 데이터를 전송하기 위한 데이터 전송 장치는, 코드 데이터에 대응되는 특정 주파수의 코드 음파를 생성하되, 코드 음파가 아날로그 음향 신호의 특정 주파수 영역 내에서 최대 데시벨을 갖도록 코드 음파를 생성하도록 구성된 코드 생성부, 코드 음파를 디지털 음향 신호에 삽입하도록 구성된 믹싱부, 디지털 음향 신호를 아날로그 음향 신호로 변환하는 제1 변환부 및 아날로그 음향 신호를 출력하도록 구성된 송신부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 코드 생성부는, 코드 데이터의 데이터 값의 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역을 선택하고, 특정 주파수 영역에서 각 자리수의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 선택하고, 특정 주파수의 코드 음파를 생성하도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법은, 제2 변환부를 사용하여 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환하는 단계, 분석부를 사용하여 디지털 음향 신호 중 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨(dB)을 갖는 코드 음파를 선택하는 단계, 분석부를 사용하여 코드 음파에 대응되는 특정 주파수를 결정하는 단계, 및 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 추출함으로써, 코드 음파의 코드 데이터를 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 코드 음파를 선택하는 단계는, 디지털 음향 신호를 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)함으로써, 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들의 집합인 스펙트럼을 생성하는 단계, 스펙트럼을 복수의 주파수 영역으로 분할하는 단계, 및 복수의 주파수 영역 각각에서의 코드 음파를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 코드 데이터를 추출하는 단계는, 특정 주파수 영역으로부터 코드 데이터의 자리수를 결정하는 단계, 특정 주파수 영역에 속하는 코드 음파의 주파수로부터 자리수의 데이터 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 코드 데이터를 추출하는 단계 이후에, 추출된 코드 데이터를 메모리에 저장하는 단계, 및 메모리에 연속적으로 저장된 코드 데이터가 동일한 경우, 코드 데이터를 최종 출력 데이터로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 데이터 추출 장치는 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환하도록 구성된 제2 변환부 및 디지털 음향 신호 중 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨(dB)을 갖는 코드 음파를 선택하고, 코드 음파에 대응되는 특정 주파수를 결정하며, 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 추출함으로써, 코드 음파의 코드 데이터를 추출하도록 구성된 분석부를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제2 변환부는, 아날로그 음향 신호를 미리 설정된 샘플링 레이트(sampling rate)에 따라 샘플링하여 디지털 음향 신호를 생성하도록 구성되고, 분석부는 디지털 음향 신호를 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)함으로써, 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들의 집합인 스펙트럼을 생성하고, 스펙트럼을 복수의 주파수 영역으로 분할하도록 구성된 스펙트럼 생성부, 및 스펙트럼으로부터 코드 음파를 선택하고, 코드 음파로부터 코드 데이터를 추출하도록 구성된 코드 추출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 코드 추출부는 복수의 주파수 영역으로부터 코드 데이터의 자리수를 결정하고, 스펙트럼에 포함된 복수의 음향 신호들 중 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 코드 음파로 결정하고, 코드 음파의 주파수에 대응되는 데이터 값을 자리수의 데이터 값으로 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 데이터 추출 장치는 코드 추출부를 통해 추출된 코드 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하고, 코드 추출부는 메모리에 연속적으로 저장된 코드 데이터가 동일한 경우, 코드 데이터를 최종 출력 데이터로 선택하도록 구성될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 코드 데이터를 이진 데이터로 전환하지 않고, 특정 주파수 영역 내에서 최대 데시벨을 갖는 코드 음파로 변환하여 전송함으로써, 장거리 전송을 가능하게하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 임계값 이상의 데시벨을 갖는 음향 신호를 코드 음파로 선택하지 않고, 특정 주파수 영역 내에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 코드 음파로 선택함으로써, 코드 데이터의 인식률을 현저히 상승시키고, 주변 소음이 크고 노이즈가 많은 환경에서도 정확하게 코드 데이터를 추출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 통신 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법을 통해 생성된 코드 음파의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 추출 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 5의 데이터 추출 장치를 이용하여 코드 데이터를 추출하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 도 7의 스펙트럼으로부터 코드 데이터가 추출되는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 통신 장치의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 아날로그 음향 신호를 이용한 통신 장치(1000)는 데이터 전송 장치(100) 및 데이터 추출 장치(200)를 포함한다. 아날로그 음향 신호(AS)는 소리를 의미하며, 다양한 주파수를 갖는 음파들의 집합을 의미한다. 즉, 아날로그 음향 신호(AS)는 사람의 가청 주파수인 20 Hz 내지 20,000 Hz의 음파들뿐 아니라 사람이 듣지 못하는 비가청 주파수의 음파들도 포함한다.
데이터 전송 장치(100)는 사용자로부터 입력된 코드 데이터(DS)에 기초하여 코드 음파를 생성하고, 생성된 코드 음파를 디지털 음향 신호(DS)에 삽입하고, 디지털 음향 신호(DS)를 아날로그 음향 신호(AS)로 변환하여 아날로그 음향 신호(AS)를 출력하도록 구성된다. 데이터 전송 장치(100)의 세부적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.
데이터 추출 장치(200)는 아날로그 음향 신호(AS)를 수신하고, 아날로그 음향 신호(AS)를 디지털 음향 신호로 변환하고, 디지털 음향 신호로부터 코드 데이터(CD)를 추출한다. 데이터 추출 장치(200)의 세부적인 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. 도 2를 참조하면, 데이터 전송 장치(100)는 믹싱부(110), 코드 생성부(130), 제1 변환부(120) 및 송신부(140)를 포함한다.
코드 생성부(130)는 코드 데이터(CD)를 코드 음파(CW)로 변환한다. 코드 데이터(CD)는 사용자로부터 입력된 데이터로서 데이터 전송 장치(100)를 통해 데이터 추출 장치(200)로 송신하고자 하는 특정 정보를 포함하는 데이터를 의미한다. 코드 생성부(130)는 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 특정 주파수의 코드 음파(CW)를 생성한다.
구체적으로, 코드 생성부(130)는 코드 데이터(CD)를 이진 데이터로 변환하지 않고, 코드 데이터(CD)를 직접 코드 음파(CW)로 변환한다. 즉, 코드 생성부(130)는 코드 데이터(CD)의 데이터 값의 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역을 선택하고, 특정 주파수 영역에서 각 자리수의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 선택하고, 선택된 주파수를 갖는 코드 음파(CW)를 생성한다.
예를 들어, 코드 데이터(CD)가 십진 데이터 "25"인 경우, 코드 생성부(130)는 100 자리수에 대응되는 제1 주파수 영역을 선택하고, 100 자리수에 대응되는 제1 주파수 영역에서 데이터 값 '5'에 대응되는 제1 주파수를 선택하고, 선택된 제1 주파수를 갖는 코드 음파(CW)를 생성한다. 또한, 코드 생성부(130)는 101 자리수에 대응되는 제2 주파수 영역을 선택하고, 101 자리수에 대응되는 제2 주파수 영역에서 데이터 값 '2'에 대응되는 제2 주파수를 선택하고, 선택된 제2 주파수를 갖는 코드 음파(CW)를 생성한다.
코드 생성부(130)에 의해 생성된 코드 음파(CW)는 코드 데이터(CD)의 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역 내에서 최대 데시벨(dB)을 갖는다. 즉, 100 자리수에 대응되는 제1 주파수 영역의 음파들 중 데이터 값 '5'에 대응되는 코드 음파(CW)는 최대 데시벨을 가지며, 101 자리수에 대응되는 제2 주파수 영역의 음파들 중 데이터 값 '2'에 대응되는 코드 음파(CW)는 최대 데시벨을 갖는다.
한편, 코드 생성부(130)에 의해 생성된 코드 음파(CW)는 가청 주파수 대역 즉, 20 Hz 내지 20,000 Hz 대역에서 사람이 실질적으로 들을 수 없는 주파수 대역의 주파수를 갖는다. 예를 들어, 일반적인 사람은 청각 기관의 노화로 18,000 Hz 내지 20,000 Hz 대역의 고주파 소리를 듣지 못할 수 있으며, 코드 음파(CW)는 일반적인 사람이 실질적으로 듣지 못하는 18,000 Hz 내지 20,000 Hz 대역의 주파수를 가질 수 있다. 코드 생성부(130)에 의해 코드 음파(CW)가 생성되는 세부적인 과정은 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
믹싱부(110)는 코드 생성부(130)에서 생성된 코드 음파(CW)를 디지털 음향 신호(DS)에 삽입하도록 구성된다. 구체적으로, 믹싱부(110)는 송신부(140)를 통해 최종 출력되는 아날로그 음향 신호(AS)와 코드 음파(CW)가 같이 출력되도록 코드 음파(CW)를 디지털 음향 신호(DS)에 삽입한다. 예를 들어, 믹싱부(110)는 원본 디지털 음향 신호(DS) 및 코드 음파(CW)를 각각 수신하고, 원본 디지털 음향 신호(DS)에 코드 음파(CW)를 삽입한다. 믹싱부(110)는 디지털 형태의 음향 신호를 처리하는 다양한 프로세서로 구성될 수 있다.
제1 변환부(120)는 코드 음파(CW)를 포함하는 디지털 음향 신호(DS)를 아날로그 음향 신호(AS)로 변환하도록 구성된다. 제1 변환부(120)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하도록 구성된 DAC(Digital to Analogue Converter)로 구성될 수 있다.
송신부(140)는 제1 변환부(120)에서 출력된 아날로그 음향 신호(AS)를 출력하도록 구성된다. 송신부(140)는 소리를 재생하는 스피커 및 스피커를 구동하도록 구성된 앰프를 포함할 수 있다. 그러나 송신부(140)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 송신부(140)는 전기적 신호에 기초하여 소리를 재생할 수 있는 다양한 장치들로 구성될 수 있다.
송신부(140)는 가청 주파수 대역의 소리를 재생한다. 예를 들어, 송신부(140)는 20 Hz 내지 20,000 Hz 대역의 주파수를 갖는 소리를 재생할 수 있다. 이 경우, 18,000 Hz 내지 20,000 Hz 대역의 주파수를 갖는 코드 음파(CW)는 송신부(140)를 통해 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 전송 장치(100)는 코드 데이터(CD)를 코드 음파(CW)로 전환하고, 전환된 코드 음파(CW)를 디지털 음향 신호(DS)에 삽입하도록 구성된다. 특히, 코드 데이터(CD)는 이진 데이터로 변환되지 않으며, 코드 데이터(CD)의 각 자리수의 데이터 값은 각 자리수에 대응되는 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 특정 주파수의 코드 음파(CW)로 변환된다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법을 설명함으로써, 코드 음파(CW)의 생성 과정을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3의 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법은 도 2의 데이터 전송 장치(100)를 통해 수행되므로, 도 3의 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법을 설명함에 있어서, 도 2를 함께 참조한다.
도 3을 참조하면, 코드 데이터(CD)에 대응되는 특정 주파수의 코드 음파(CW)를 생성(S310)한다.
앞서 언급한 바와 같이, 코드 데이터(CD)는 사용자에 의해 입력되는 데이터로서, 아날로그 음향 신호(AS)를 이용해 전송하고자 하는 특정 정보에 대한 데이터를 의미한다. 코드 생성부(130)는 코드 데이터(CD)의 데이터 값의 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역을 선택하고, 특정 주파수 영역에서 각 자리수의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 선택하고, 특정 주파수의 코드 음파(CW)를 생성한다. 코드 음파(CW)의 생성 과정을 보다 세부적으로 설명하기 위해 도 4를 참조한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법을 통해 생성된 코드 음파의 개략도이다. 도 4를 참조하면, 코드 음파(CW)는 특정 주파수의 음파들을 포함한다. 예를 들어, 코드 음파(CW)를 구성하는 음파들은 사람의 가청 주파수 대역 20 Hz 내지 20,000 Hz 중에서 실질적으로 사람이 들을 수 없는 주파수 대역인 18,000 Hz 내지 20,000 Hz의 주파수를 갖는 음파들이다. 그러나, 코드 음파(CW)의 음파들이 반드시 18,000 Hz 내지 20,000 Hz의 주파수를 갖는 것은 아니며, 코드 음파(CW)는 가청 주파수 또는 비가청 주파수 대역의 다양한 음파들로 구성될 수 있다. 설명의 편의를 위해 이하에서는 18,000 Hz 내지 20,000 Hz 대역의 음파들을 포함하는 코드 음파(CW)를 기준으로 설명한다.
코드 음파(CW)를 구성하는 음파들은 코드 데이터(CD)의 각 자리수의 데이터 값에 대응된다. 예를 들어, 코드 데이터(CD)가 십진 데이터 '131071'으로 구성된 경우, 코드 음파(CW)는 코드 데이터(CD)의 100 자리수의 데이터 값인 '1'에 대응되는 제1 음파, 101 자리수의 데이터 값인 '7'에 대응되는 제2 음파, 102 자리수의 데이터 값인 '0'에 대응되는 제3 음파, 103 자리수의 데이터 값인 '1'에 대응되는 제4 음파, 104 자리수의 데이터 값인 '3'에 대응되는 제5 음파, 105 자리수의 데이터 값인 '1'에 대응되는 제6 음파를 포함한다.
코드 음파(CW)의 각 자리수는 특정 주파수 영역에 대응된다. 코드 데이터(CD)가 십진 데이터인 경우, 십진 데이터에서 각 자리수의 데이터 값은 0 내지 9가 가능하므로, 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역은 적어도 10개의 주파수를 포함하는 주파수 영역이다. 코드 데이터(CD)가 상술한 바와 같이, 6자리의 숫자로 구성된 데이터 값을 갖는 경우, 코드 음파(CW)는 6개의 주파수 영역을 포함한다. 제1 음파 내지 제6 음파는 각각 코드 데이터(CD)의 각 자리수의 데이터 값에 대응되며, 특정 주파수를 갖는다. 예를 들어, 코드 데이터(CD)를 구성하는 데이터 값에 대응되는 주파수는 하기 [표 1]과 같을 수 있다.
데이터 값 100 자리
(f1)		 101 자리
(f2)		 102 자리
(f3)		 103 자리
(f4)		 104 자리
(f5)		 105 자리
(f6)
0 18,000 Hz 18,300 Hz 18,600 Hz 18,900 Hz 19,200 Hz 19,500 Hz
1 18,030 Hz 18,330 Hz 18,630 Hz 18,930 Hz 19,230 Hz 19,530 Hz
2 18,060 Hz 18,360 Hz 18,660 Hz 18,960 Hz 19,260 Hz 19,560 Hz
3 18,090 Hz 18,390 Hz 18,690 Hz 18,990 Hz 19,290 Hz 19,590 Hz
4 18,120 Hz 18,410 Hz 18,710 Hz 19,010 Hz 19,310 Hz 19,610 Hz
5 18,150 Hz 18,450 Hz 18,750 Hz 19,050 Hz 19,350 Hz 19,650 Hz
6 18,180 Hz 18,480 Hz 18,780 Hz 19,080 Hz 19,380 Hz 19,680 Hz
7 18,210 Hz 18,510 Hz 18,810 Hz 19,110 Hz 19,410 Hz 19,710 Hz
8 18,240 Hz 18,540 Hz 18,840 Hz 19,140 Hz 19,440 Hz 19,740 Hz
9 18,270 Hz 18,570 Hz 18,870 Hz 19,170 Hz 19,470 Hz 19,770 Hz
예를 들어, 코드 데이터(CD)가 '131071'의 데이터 값을 갖는다면, 100 자리수의 데이터 값인 '1'에 대응되는 제1 음파는 18,030 Hz (f1-1)의 주파수를 갖는다. 마찬가지 방법으로, 101 자리수의 데이터 값인 '7'에 대응되는 제2 음파는 18,510 Hz (f2-7)의 주파수를 가지고, 102 자리수의 데이터 값인 '0'에 대응되는 제3 음파는 18,600 Hz (f3-0)의 주파수를 가지고, 103 자리수의 데이터 값인 '1'에 대응되는 제4 음파는 18,930 Hz (f4-1)의 주파수를 가지고, 104 자리수의 데이터 값인 '3'에 대응되는 제5 음파는 19,290 Hz (f5-3)의 주파수를 가지고, 105 자리수의 데이터 값인 '1'에 대응되는 제6 음파는 19,530 Hz (f6-1)의 주파수를 갖는다.
제1 음파 내지 제6 음파는 코드 데이터(CD)의 각 자리수에 대응되는 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는다. 예를 들어, 100 자리수에 대응되는 주파수 영역(f1) 18,000 Hz 내지 18,299 Hz의 음파들 중 제1 음파는 최대 데시벨을 갖는다. 마찬가지로 제2 음파 내지 제6 음파는 각각 101 자리수 내지 105 자리수에 대응되는 각각의 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는다.
사용자로부터 입력된 코드 데이터(CD)가 입력되며, 코드 생성부(130)는 코드 데이터(CD)의 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역을 선택하고, 특정 주파수 영역에서 각 자리수의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 선택하고, 특정 주파수의 코드 음파(CW)를 생성한다. 즉, '131071'의 코드 데이터(CD)가 입력된 경우, 코드 생성부(130)는 100 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역(18,000 Hz 내지 18,299 Hz)을 선택하고, 100 자리수의 데이터 값인 '1'에 대응되는 특정 주파수(18,030 Hz)를 선택하고, 특정 주파수(18,030 Hz)를 갖는 제1 음파를 생성한다. 이 경우, 제1 음파는 100 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역(18,000 Hz 내지 18,299 Hz)의 음파들 중 최대 데시벨을 갖는다. 코드 생성부(130)는 마찬가지 방법으로 101 자리수 내지 105 자리수의 데이터 값에 기초하여 제2 내지 제6 음파를 생성한다.
다시 도 3을 참조하면, 이후, 믹싱부(110)를 사용하여 코드 음파(CW)를 디지털 음향 신호(DS)에 삽입(S320)한다.
디지털 음향 신호(DS)는 데이터 전송 장치(100)에 입력된 음향 신호로서, MP3, WAV, AIFF, FLAC, WMA 등과 같은 오디오 파일에 저장된 디지털 음향 데이터 또는 마이크를 통해 수신되어 디지털 신호로 변환된 음향 신호일 수 있다. 믹싱부(110)는 코드 음파(CW)를 디지털 음향 신호(DS)에 삽입하고, 코드 음파(CW)가 삽입된 디지털 음향 신호(DS)를 제1 변환부(120)로 송신한다.
이후, 제1 변환부(120)를 사용하여 코드 음파(CW)를 포함하는 디지털 음향 신호(DS)를 아날로그 음향 신호(AS)로 변환(S330)한다.
앞서 언급한 바와 같이, 제1 변환부(120)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC로 구성될 수 있으며, 디지털 음향 신호(DS)는 제1 변환부(120)를 통해 아날로그 음향 신호(AS)로 변환된다. 디지털 음향 신호(DS)는 코드 음파(CW)를 포함하므로, 디지털 음향 신호(DS)로부터 변환된 아날로그 음향 신호(AS)는 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 특정 주파수의 코드 음파(CW)들을 포함한다.
이후, 송신부(140)를 사용하여 아날로그 음향 신호(AS)를 출력(S340)한다.
송신부(140)는 가청 주파수 대역 즉, 20 Hz 내지 20,000 Hz 대역의 소리를 재생할 수 있는 스피커 및 스피커를 구동하는 앰프로 구성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 아날로그 음향 신호(AS)는 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 특정 주파수의 코드 음파(CW)들을 포함하며, 특정 주파수 영역은 18,000 Hz 내지 20,000 Hz 대역일 수 있다. 송신부(140)는 가청 주파수 대역의 소리를 재생할 수 있으므로, 송신부(140)를 통해 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 특정 주파수의 코드 음파(CW)들이 출력될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법은 코드 데이터(CD)에 기초하여 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 특정 주파수의 코드 음파(CW)들을 생성한다. 특히, 코드 생성부(130)는 코드 데이터(CD)를 이진 데이터로 변환하지 않고, 코드 데이터(CD)의 데이터 값을 직접 코드 음파(CW)로 변환한다. 이에, 생성되는 코드 음파(CW)의 개수는 감소될 수 있고, 코드 데이터(CD)의 송신 거리가 증가될 수 있다. 만약, '131071'의 십진 형태의 코드 데이터(CD)를 이진 데이터로 변환하여 코드 음파(CW)를 생성하는 경우, '131071'의 십진 데이터는 '11111111111111111'의 이진 데이터로 변환된다. 상기 이진 데이터는 총 17 자리수의 데이터 값을 가지며, 서로 상이한 주파수를 갖는 17개의 코드 음파(CW)로 변환될 수 있다. 반면, '131071'의 코드 데이터(CD)를 직접 코드 음파(CW)로 변환하는 경우, 코드 데이터(CD)는 총 6개의 코드 음파(CW)로 변환될 수 있다. 즉, 코드 데이터(CD)를 직접 코드 음파(CW)로 변환하는 경우, 아날로그 음향 신호(AS)에 삽입되는 코드 음파(CW) 개수는 줄어들게 되며, 송신부(140)를 통해 출력되는 소리의 전체적인 에너지는 감소될 수 있다. 즉, 동일한 양의 데이터를 전송하는 필요한 에너지는 감소될 수 있다. 따라서, 아날로그 음향 신호(AS)를 이용해 코드 데이터(CD)를 더욱 먼 거리로 송신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 추출 장치를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 추출 장치(200)는 데이터 전송 장치(100)를 통해 전송된 아날로그 음향 신호를 수신하고, 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환하고, 디지털 음향 신호로부터 음파 코드를 추출하여 코드 데이터를 추출한다.
도 5를 참조하면, 데이터 추출 장치(200)는 수신부(210), 제2 변환부(220) 및 분석부(230)를 포함한다.
수신부(210)는 데이터 전송 장치(100)로부터 송신된 아날로그 음향 신호를 수신한다. 수신부(210)는 소리를 전기적 신호로 변환하도록 구성된 다양한 디바이스로 구성될 수 있다. 예를 들어, 수신부(210)는 마이크로 구성될 수 있다.
제2 변환부(220)는 수신부(210)를 통해 수신된 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환하도록 구성되며, ADC(Analogue to Digital Converter)를 포함한 오디오 인터페이스(audio interface)로 구성될 수 있다. 제2 변환부(220)는 아날로그 음향 신호를 미리 설정된 샘플링 레이트(sampling rate)에 따라 샘플링하여 디지털 음향 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 디지털 신호 생성부(221)는 PCM(Pulse-code modulation)을 사용하여 44.1kHz의 샘플링 레이트로 아날로그 음향 신호를 샘플링하여, 이를 디지털 음향 신호로 변환할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환하는 방법 및 샘플링 레이트는 조건에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
분석부(230)는 디지털 음향 신호 중 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 코드 음파를 선택하고, 코드 음파에 대응되는 특정 주파수를 결정하며, 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 추출함으로써, 코드 음파의 코드 데이터를 추출한다. 분석부(230)는 스펙트럼 생성부(231), 코드 추출부(233) 및 메모리(235)를 포함한다.
스펙트럼 생성부(231)는 디지털 음향 신호를 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT) 함으로써, 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들의 집합인 스펙트럼을 생성하고, 스펙트럼을 복수의 주파수 영역으로 분할한다. 디지털 신호 생성부(231)를 통해 변환된 디지털 음향 신호는 시간 영역에서 정의된 음향 신호들을 포함한다. 스펙트럼 생성부(231)는 시간 영역의 디지털 음향 신호를 고속 퓨리에 변환함으로써, 주파수 영역의 디지털 음향 신호로 변환한다. 스펙트럼 생성부(231)는 주파수 영역의 디지털 음향 신호를 주파수 별로 정렬함으로써, 스펙트럼을 생성한다. 즉, 스펙트럼은 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들의 집합이다. 스펙트럼을 구성하는 복수의 음향 신호들은 주파수 별로 분리되어 있으므로, 특정 주파수 영역 내의 특정 코드 음파가 보다 용이하게 감지될 수 있으며, 코드 음파로부터 코드 데이터가 용이하게 추출될 수 있다.
또한, 스펙트럼 생성부(231)는 스펙트럼을 미리 설정된 주파수 간격으로 분할하여 복수의 주파수 영역을 정의한다. 앞서 언급한 바와 같이, 코드 음파는 코드 데이터의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 가지며, 코드 데이터의 데이터 값의 각 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는다. 스펙트럼 생성부(231)는 코드 추출부(233)가 코드 음파를 용이하게 분석할 수 있도록 코드 데이터의 각 자리수에 대응되는 주파수 영역을 정의한다. 예를 들어, 코드 데이터의 데이터 값이 상기 [표 1]의 주파수에 대응된다면, 코드 음파는 300 Hz 간격으로 분할된 6개의 주파수 영역 내에서 특정 주파수를 갖는 6개의 음파들로 구성된다. 스펙트럼 생성부(231)는 스펙트럼의 주파수를 300 Hz의 간격으로 분할하여 6개의 주파수 영역을 정의한다. 그러나, 코드 데이터의 데이터 값의 자리수가 6개를 초과하는 경우, 스펙트럼 생성부(231)는 스펙트럼의 주파수를 미리 설정된 주파수 간격으로 분할하여 6개보다 많은 주파수 영역을 정의할 수 있다.
코드 추출부(233)는 스펙트럼의 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 코드 음파를 선택하고, 코드 음파가 속한 특정 주파수 영역을 코드 데이터의 자리수로 결정하고, 코드 음파의 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 코드 데이터의 상기 자리수의 데이터 값으로 결정한다. 코드 추출부(233)를 사용하여 코드 데이터를 추출하는 방법의 세부적인 설명은 도 8을 참조하여 후술한다.
메모리(235)는 코드 추출부(233)를 통해 추출된 코드 데이터를 저장한다. 코드 추출부(233)는 미리 설정된 시간 간격으로 코드 데이터를 추출하고, 추출된 코드 데이터는 메모리(235)에 저장된다. 코드 추출부(233)는 연속적으로 저장된 코드 데이터가 동일한 경우, 저장된 코드 데이터를 최종 출력 데이터로 선택한다. 예를 들어, 코드 추출부(233)는 연속적으로 저장된 5개의 코드 데이터를 비교하여 5개의 코드 데이터가 모두 동일한 경우, 코드 데이터를 최종 출력 데이터로 선택한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법은 도 5에 도시된 데이터 추출 장치(200)를 사용하여 수행되므로, 도 6을 설명함에 있어 도 5를 함게 참조한다.
도 6을 참조하면, 먼저, 제2 변환부(220)를 사용하여 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환(S610)한다.
구체적으로, 수신부(210)를 통해 수신된 아날로그 음향 신호는 제2 변환부(220)로 송신된다. 제2 변환부(220)는 아날로그 음향 신호를 미리 설정된 샘플링 레이트로 샘플링하여 디지털 음향 신호를 생성한다. 예를 들어, 제2 변환부(220)는 아날로그 음향 신호를 44.1kHz의 샘플링 레이트로 샘플링 하고, PCM을 사용하여 디지털화하여 디지털 음향 신호를 생성한다.
이후, 분석부(230)를 사용하여 디지털 음향 신호중 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 코드 음파를 선택(S620)한다.
분석부(230)는 스펙트럼 생성부(231), 코드 추출부(233) 및 메모리(235)를 포함한다. 분석부(230)는 디지털 음향 신호를 주파수 별로 분리된 스펙트럼으로 변환하고, 스펙트럼으로부터 코드 음파를 선택하여 코드 데이터를 추출한다. 이에 대한 상세한 설명을 위해 도 7을 함께 참조한다.
도 7은 도 5의 데이터 추출 장치를 이용하여 코드 데이터를 추출하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 도 7을 참조하면,
제2 변환부(220)를 통해 생성된 디지털 음향 신호(DS)는 스펙트럼 생성부(231)로 전달된다. 스펙트럼 생성부(231)는 시간 영역에서 정의된 디지털 음향 신호(DS)를 고속 퓨리에 변환함으로써 주파수 영역에서 정의된 디지털 음향 신호로 변환한다. 디지털 음향 신호(DS)는 고속 퓨리에 변환을 통해 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들로 변환되며, 스펙트럼 생성부(231)는 복수의 음향 신호들을 주파수 별로 정렬함으로써, 스펙트럼(SP)을 생성할 수 있다.
이후, 스펙트럼 생성부(231)는 스펙트럼(SP)을 복수의 주파수 영역으로 분할한다. 예를 들어, 스펙트럼 생성부(231)는 스펙트럼(SP)을 미리 설정된 주파수 간격으로 분할하여 복수의 주파수 영역을 정의한다. 주파수 간격은 코드 데이터의 데이터 크기에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 코드 데이터가 6자리의 십진 데이터로 구성된 경우, 스펙트럼 생성부(223)는 6개의 주파수 영역을 정의할 수 있다. 6개의 주파수 영역은 예를 들어, 상기 [표 1]과 같이 정의될 수 있다. 즉, 코드 데이터의 100 자리수에 대응되는 주파수 영역으로서, 18,000 Hz 내지 18,299 Hz의 주파수 영역이 정의되고, 101 자리수에 대응되는 주파수 영역으로서, 18,300 Hz 내지 18,599 Hz의 주파수 영역이 정의되고, 102 자리수에 대응되는 주파수 영역으로서, 18,600 Hz 내지 18,899 Hz의 주파수 영역이 정의되고, 103 자리수에 대응되는 주파수 영역으로서, 18,900 Hz 내지 19,199 Hz의 주파수 영역이 정의되고, 104 자리수에 대응되는 주파수 영역으로서, 19,200 Hz 내지 19,499 Hz의 주파수 영역이 정의되고, 105 자리수에 대응되는 주파수 영역으로서, 19,500 Hz 내지 19,799 Hz의 주파수 영역이 정의될 수 있다.
복수의 주파수 영역이 정의된 스펙트럼(SP)은 코드 추출부(233)로 전달되며, 코드 추출부(233)는 주파수 영역 각각에서 코드 음파를 선택하고, 코드 음파의 주파수를 결정함으로써, 코드 데이터를 추출할 수 있다. 구체적으로, 코드 추출부(233)는 스펙트럼의 분할된 복수의 주파수 영역 중 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 코드 음파로 선택한다. 만약, 스펙트럼이 6개의 주파수 영역으로 분할된 경우, 코드 추출부(233)는 18,000 Hz 내지 18,299 Hz의 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 제1 코드 음파로 선택하고, 18,300 Hz 내지 18,599 Hz의 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 제2 코드 음파로 선택하고, 18,600 Hz 내지 18,899 Hz의 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 제3 코드 음파로 선택하고, 18,900 Hz 내지 19,199 Hz의 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 제4 코드 음파로 선택하고, 19,200 Hz 내지 19,499 Hz의 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 제5 코드 음파로 선택하고, 19,500 Hz 내지 19,799 Hz의 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 제6 코드 음파로 선택한다.
다시 도 6을 참조하면, 이후, 분석부(230)를 사용하여 코드 음파에 대응되는 특정 주파수를 결정(S630) 한다.
코드 음파에 대응되는 특정 주파수는 분석부(230)의 코드 추출부(233)를 통해 결정된다. 앞서 언급한 바와 같이, 스펙트럼(SP)은 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들의 집합이므로, 스펙트럼(SP)을 통해 음향 신호의 주파수가 용이하게 식별될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 스펙트럼(SP)의 특정 주파수 영역 내에는 다양한 주파수의 음향 신호가 존재한다. 그러나, 다양한 음향 신호는 각각 상이한 데시벨을 가지며, 그 중 가장 높은 데시벨을 갖는 신호가 코드 음파로 선택될 수 있다. 코드 추출부(233)는 스펙트럼(SP)으로부터 코드 음파의 주파수를 결정한다.
이후, 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 추출함으로써, 코드 음파의 코드 데이터를 추출(S640)한다.
앞서 언급한 바와 같이, 코드 음파의 주파수로부터 코드 데이터의 데이터 값이 결정될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명을 위해 도 8을 함께 참조한다.
도 8은 도 7의 스펙트럼으로부터 코드 데이터가 추출되는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8을 참조하면, 스펙트럼(SP)을 통해 결정된 코드 음파의 주파수를 결정함으로써, 코드 데이터가 추출될 수 있다. 만약, 데이터 전송 장치가 코드 데이터를 18,000 Hz 내지 20,000 Hz 대역의 주파수를 갖는 코드 음파로 변환하였다면, 코드 음파는 스펙트럼(SP)의 18,000 Hz 내지 20,000 Hz 대역에 존재한다. 앞서 언급한 바와 같이, 데이터 전송 장치는 코드 음파가 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖도록 코드 음파를 생성하므로, 데이터 추출 장치(200)를 통해 생성된 스펙트럼(SP)의 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호가 코드 음파에 대응될 가능성이 높다.
도 8에 도시된 바와 같이, 18 kHz 내지 18.3 kHz의 주파수 영역에는 다양한 음향 신호들이 존재한다. 예를 들어, 18 kHz 내지 18.3 kHz의 주파수 영역에는 fa'의 주파수를 갖는 음향 신호와 fa의 주파수를 갖는 음향 신호가 존재한다. 그러나, 이 영역에서 최대 데시벨(dB)을 갖는 음향 신호는 fa의 주파수를 갖는 음향 신호이다. 따라서, fa의 주파수를 갖는 음향 신호가 코드 음파로 결정된다. 마찬가지 방법으로, 18.3 kHz 내지 18.6 kHz의 주파수 영역에는 fb의 주파수를 갖는 음향 신호가 코드 음파로 결정되며, 18.6 kHz 내지 18.9 kHz의 주파수 영역에는 fc의 주파수를 갖는 음향 신호가 코드 음파로 결정되며, 18.9 kHz 내지 19.2 kHz의 주파수 영역에는 fd의 주파수를 갖는 음향 신호가 코드 음파로 결정된다.
코드 추출부(233)는 코드 데이터를 추출하기 위해 코드 음파가 속한 주파수 영역으로부터 코드 데이터의 자리수를 결정한다. 앞서 언급한 바와 같이, 스펙트럼(SP)의 주파수 영역은 코드 데이터의 자리수에 대응되므로, 코드 음파가 속한 특정 주파수 영역은 코드 데이터의 특정 자리수에 대응된다. 만약, 코드 데이터의 자리수가 상기 [표 1]과 같이 결정된다면, 18 kHz 내지 18.3 kHz의 주파수 영역은 100 자리수가 된다.
이후, 코드 추출부(233)는 특정 주파수 영역에 속하는 코드 음파의 주파수로부터 특정 자리수에 데이터 값을 결정한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 18 kHz 내지 18.3 kHz의 주파수 영역에는 fa의 주파수를 갖는 음향 신호가 코드 음파로 결정되므로, 코드 음파의 주파수 fa에 대응되는 데이터 값이 100 자리수의 데이터 값으로 결정된다. 만약, fa의 주파수가 18,030 Hz에 대응된다면, 상기 [표 1]을 참조하여 알 수 있듯이 100 자리수의 데이터 값은 '1'로 결정된다.
마찬가지 방법으로 코드 추출부(233)는 101 자리수의 데이터 값 내지 105 자리수의 데이터 값을 추출할 수 있다. 상술한 방법으로 추출된 데이터 값을 나열함으로써, 코드 데이터가 추출될 수 있다. 예를 들어, 100 자리수의 데이터 값이 '1'로 결정되고, 101 자리수의 데이터 값이 '7'로 결정되고, 102 자리수의 데이터 값이 '0'으로 결정되고, 103 자리수의 데이터 값이 '1'로 결정되고, 104 자리수의 데이터 값이 '3'으로 결정되고, 105 자리수의 데이터 값이 '1'로 결정되는 경우, 코드 추출부(233)는 상기 데이터 값을 해당 자리수에 나열함으로써, '131071'의 데이터 값을 갖는 코드 데이터를 추출할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 이후, 추출된 코드 데이터를 메모리(235)에 저장(S650)한다. 코드 데이터는 미리 설정된 시간 간격으로 추출될 수 있으며, 추출된 코드 데이터는 메모리(235)에 시간별로 저장된다.
이후, 메모리(235)에 연속적으로 저장된 코드 데이터를 비교하여 연속적으로 저장된 코드 데이터가 동일한 경우(S660), 코드 데이터를 최종 출력 데이터로 선택(S670)한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법은 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 코드 음파로 결정하고, 결정된 코드 음파로부터 코드 데이터를 추출하므로, 주변의 환경에도 불구하고 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 정확하게 추출할 수 있다.
구체적으로, 수신부(210)를 통해 수신된 아날로그 음향 신호에는 코드 음파 이외에 다양한 음향 신호가 포함될 수 있다. 예를 들어, 데이터 전송 장치를 통해 전송된 아날로그 음향 신호 이외에 주변 소음이 수신부(210)를 통해 수신될 수 있고, 수신부(210)를 통해 수신된 아날로그 음향 신호가 처리되는 과정에서 다양한 노이즈가 발생될 수 있다. 주변 소음 및 노이즈를 포함하는 아날로그 음향 신호가 디지털 음향 신호로 변환되므로, 디지털 음향 신호에 기초하여 생성된 스펙트럼(SP)에는 소음 및 노이즈에 의한 다양한 음향 신호들이 존재할 수 있다. 경우에 따라서는 코드 음파가 속해있는 주파수 영역에도 소음 및 노이즈에 의한 음향 신호들이 존재할 수 있다.
아날로그 음향 신호를 이용한 일반적인 통신 방법은 코드 음파를 생성할 때, 코드 데이터의 이진 데이터 값이 '1'인 경우, 소정의 임계값 이상의 데시벨을 갖는 코드 음파를 생성하고, 코드 데이터의 이진 데이터 값이 '0'인 경우, 소정의 임계값 이하의 데시벨을 갖는 코드 음파를 생성한다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 아날로그 음향 신호를 수신하는 과정에서 주변 소음이 같이 수신될 수 있으며, 아날로그 음향 신호를 처리하는 과정에서 다양한 노이즈가 발생될 수 있다. 경우에 따라서는 소음 및 노이즈가 너무 커서 소음 및 노이즈가 임계값 이상의 데시벨을 가질 수 있다. 이 경우, 소음 및 노이즈는 '1'의 데이터 값을 갖는 코드 음파로 오인식 될 수 있으며, 데이터 추출 장치(200)는 정확한 코드 데이터를 추출하지 못할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법은 임계값 이상의 데시벨을 갖는 음향 신호를 모두 코드 음파로 선택하지 않으며, 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 하나의 음향 신호를 코드 음파로 선택한다. 따라서, 특정 주파수 영역에 소음이나 노이즈로 인한 다른 음향 신호가 존재하더라도 비교적 정확하게 코드 음파를 식별할 수 있고, 코드 음파로부터 정확한 코드 데이터를 추출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법은 추출된 코드 데이터를 메모리(235)에 저장한 이후, 연속적으로 저장된 코드 데이터를 서로 비교하여 동일한 경우에 해당 코드 데이터를 최종 데이터로 출력한다. 따라서, 소음이나 노이즈로 인해 음파 코드가 재대로 선택되지 않은 경우에 잘못된 코드 데이터가 출력되는 것을 최소화될 수 있다. 즉, 메모리(235)에 저장된 코드 데이터를 서로 비교함으로써, 추출된 코드 데이터의 정확성이 검증될 수 있고, 코드 데이터의 추출 정확도가 향상될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 아날로그 음향 신호를 이용한 통신 장치
100: 데이터 전송 장치
110: 믹싱부
120: 제1 변환부
130: 코드 생성부
140: 송신부
200: 데이터 추출 장치
210: 수신부
220: 제2 변환부
230: 분석부
231: 스펙트럼 생성부
233: 코드 추출부
235: 메모리
AS: 아날로그 음향 신호
DS: 디지털 음향 신호
CD: 코드 데이터
CW: 코드 음파
SP: 스펙트럼

Claims (12)

  1. 코드 생성부를 사용하여 코드 데이터에 대응되는 코드 음파를 생성하는 단계;
    믹싱부를 사용하여 상기 코드 음파를 디지털 음향 신호에 삽입하는 단계;
    제1 변환부를 사용하여 상기 코드 음파를 포함하는 상기 디지털 음향 신호를 아날로그 음향 신호로 전환하는 단계; 및
    송신부를 사용하여 상기 아날로그 음향 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 코드 음파는 상기 아날로그 음향 신호의 특정 주파수 영역내에서 최대 데시벨(dB)을 갖는, 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코드 음파를 생성하는 단계는,
    상기 코드 데이터의 데이터 값의 각 자리수에 대응되는 상기 특정 주파수 영역을 선택하는 단계;
    상기 특정 주파수 영역에서 상기 각 자리수의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 선택하는 단계; 및
    상기 특정 주파수의 상기 코드 음파를 생성하는 단계를 포함하는, 아날로그 음향 신호를 이용한 코드 데이터 전송 방법.
  3. 코드 데이터에 대응되는 코드 음파를 생성하되, 상기 코드 음파가 아날로그 음향 신호의 특정 주파수 영역 내에서 최대 데시벨을 갖도록 상기 코드 음파를 생성하도록 구성된, 코드 생성부;
    상기 코드 음파를 디지털 음향 신호에 삽입하도록 구성된 믹싱부;
    상기 디지털 음향 신호를 아날로그 음향 신호로 변환하는 제1 변환부; 및
    상기 아날로그 음향 신호를 출력하도록 구성된 송신부를 포함하는, 아날로그 음향 신호를 이용하여 코드 데이터를 전송하기 위한 데이터 전송 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코드 생성부는,
    상기 코드 데이터의 데이터 값의 각 자리수에 대응되는 상기 특정 주파수 영역을 선택하고, 상기 특정 주파수 영역에서 상기 각 자리수의 데이터 값에 대응되는 특정 주파수를 선택하고, 상기 특정 주파수의 상기 코드 음파를 생성하도록 구성된, 아날로그 음향 신호를 이용하여 코드 데이터를 전송하기 위한 데이터 전송 장치.
  5. 제2 변환부를 사용하여 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환하는 단계;
    분석부를 사용하여 상기 디지털 음향 신호 중 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨(dB)을 갖는 코드 음파를 선택하는 단계;
    상기 분석부를 사용하여 상기 코드 음파에 대응되는 특정 주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 추출함으로써, 상기 코드 음파의 코드 데이터를 추출하는 단계를 포함하는, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코드 음파를 선택하는 단계는,
    상기 디지털 음향 신호를 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)함으로써, 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들의 집합인 스펙트럼을 생성하는 단계;
    상기 스펙트럼을 복수의 주파수 영역으로 분할하는 단계; 및
    상기 복수의 주파수 영역 각각에서의 상기 코드 음파를 선택하는 단계를 포함하는, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코드 데이터를 추출하는 단계는,
    상기 특정 주파수 영역으로부터 상기 코드 데이터의 자리수를 결정하는 단계;
    상기 특정 주파수 영역에 속하는 상기 코드 음파의 주파수로부터 상기 자리수의 데이터 값을 결정하는 단계를 포함하는, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 코드 데이터를 추출하는 단계 이후에,
    추출된 상기 코드 데이터를 메모리에 저장하는 단계; 및
    상기 메모리에 연속적으로 저장된 상기 코드 데이터가 동일한 경우, 상기 코드 데이터를 최종 출력 데이터로 선택하는 단계를 포함하는, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 방법.
  9. 아날로그 음향 신호를 디지털 음향 신호로 변환하도록 구성된 제2 변환부; 및
    상기 디지털 음향 신호 중 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨(dB)을 갖는 코드 음파를 선택하고, 상기 코드 음파에 대응되는 특정 주파수를 결정하며, 상기 특정 주파수에 대응되는 데이터 값을 추출함으로써, 상기 코드 음파의 코드 데이터를 추출하도록 구성된 분석부를 포함하는, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 데이터 추출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 변환부는, 상기 아날로그 음향 신호를 미리 설정된 샘플링 레이트(sampling rate)에 따라 샘플링하여 디지털 음향 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 분석부는,
    상기 디지털 음향 신호를 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)함으로써, 주파수 별로 분리된 복수의 음향 신호들의 집합인 스펙트럼을 생성하고, 상기 스펙트럼을 복수의 주파수 영역으로 분할하도록 구성된 스펙트럼 생성부; 및
    상기 스펙트럼으로부터 상기 코드 음파를 선택하고, 상기 코드 음파로부터 코드 데이터를 추출하도록 구성된 코드 추출부를 포함하는, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 데이터 추출 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코드 추출부는 상기 복수의 주파수 영역으로부터 상기 코드 데이터의 자리수를 결정하고, 상기 스펙트럼에 포함된 상기 복수의 음향 신호들 중 상기 자리수에 대응되는 특정 주파수 영역에서 최대 데시벨을 갖는 음향 신호를 상기 코드 음파로 결정하고, 상기 코드 음파의 주파수에 대응되는 데이터 값을 상기 자리수의 데이터 값으로 결정하도록 구성된, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 데이터 추출 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 코드 추출부를 통해 추출된 상기 코드 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 코드 추출부는 상기 메모리에 연속적으로 저장된 상기 코드 데이터가 동일한 경우, 상기 코드 데이터를 최종 출력 데이터로 선택하도록 구성된, 아날로그 음향 신호로부터 코드 데이터를 추출하는 데이터 추출 장치.
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