KR20200143198A - 음파 통신 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

음파 통신 장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 상기 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 상기 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력하는 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 음파 통신 장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.

Description

음파 통신 장치 및 이의 제어 방법{SOUND COMMUNICATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 음파 통신을 이용하는 음파 통신 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 서로 상대 거리 변동 가능한 위치를 점유하는 송신측 음파 통신 유니트와 수신측 음파 통신 유니트 간의 비가청 대역의 음파 통신을 이루는 음파 통신 장치 및 이의 제어 방법에 대한 것이다.
비가청 사운드(sound) 통신기술은 인간의 청력에 의하여 들려지지 않는 고주파 대역의 음파(音波)에 디지털 데이터를 실어 기기간의 통신을 수행하는 기술로서 이러한 비가청 사운드 통신기술을 스마트 응원도구 또는 스마트 토이 등 다양한 일상 생활의 영역에 사용되는 기기에 활용할 수 있는 방안이 요구되는데, 가정용에서의 활용성에 대한 필요성 이외에도 활용 범위는 산업 다양한 분야에 논의가 활발히 이루어지고 있다.
한편, 산업 생산 설비의 자동화로 인하여 장치 간의 통신을 위하여 요구되는 I/O 모듈에 대한 필요성 및 수요는 급격히 증대되고 있다. I/O 모듈은 산업용 시장에서 매우 많이 사용되는데, 통상적으로 산업 생산 설비, 즉 컨베이어 벨트 내지 컨베이어 벨트 라인 상의 운반 대차 등의 여러 산업 생산 설비 등에 사용된다.
종래의 경우 유선 I/O 모듈의 비중이 훨씬 높았다. 산업용 공정중에서, 특히 장비가 이동하는 공정에서는, 종래의 유선 모듈의 경우 접속이 용이하지 않을 수 있고, 특정 공정에서의 접속 문제가 발생하는 경우 전체 생산 라인의 셧다운으로 생산성의 문제가 수반되고, 유선의 물리적 접속 구조로 인하여 유지보수의 문제가 발생하였다.
예를 들어 대표적인 컨베이어벨트 생산 라인인 자동차 생산 라인 등 다양한 생산 라인 상에서, 종래의 유선 방식 I/O 모듈은 접촉 방식으로 해당 작업자 내지 작업 로봇 등의 작업 주체가 배치된 스테이션 위치로 운반 대차가 이동 위치하는 경우 물리적인 접속 방식을 통하여 통신 모듈 간의 접속이 이루어지고 이러한 유선 물리적 접속 방식은 설치 및 유지 보수의 어려움이 존재하고, 안전 사고 방지를 위한 갑작스런 정지 상태 발생시 접속 모듈의 손상이 발생하거나 이러한 접속 과정 상에서의 물리적 오류발생 가능성이 농후하였다.
이러한 물리적 접속의 문제를 해소하기 위하여, 근래 무선 I/O 모듈에 대한 수요 및 이에 따른 연구 개발 생산도 활발히 이루어지고 있다. 예를 들어, 지그비, WIFI, BLE 등의 무선 방식의 접속 통신 구조의 경우 작업 스테이션과 운반 대차 간의 무선 통신을 통한 통신 접속을 이루어 물리적 접속을 배제하여 상기 접속 및 물리적 타격 이슈를 배제 가능하였다.
다만, 무선 I/O 모듈의 경우 페어링(Pairing)한 모듈끼리의 통신을 수행하는 제품으로 구성되는데, 무선 모듈을 적용하려는 시도가 이루어졌으나 페어링에 대한 문제점 이슈가 수반된다. 즉, 무선 모듈을 페어링 하는 과정 중 페어링 대상 모듈을 감지하기 어렵다는 문제점이 수반되었다. 예를 들어, 산업 생산 설비 현장의 작업 환경에 수반되는 문제점, 즉 금속성 산업 현장 환경 하에서 무선 모듈 간의 무선 통신 페어링이 원활하게 이루어지지 않아 발생하는 통신 불량 내지 이와 같은 통신 불량 문제를 최소화시키기 위하여 복잡하거나 고가의 장비들을 추가로 설치함으로써 이에 따른 설치 비용이 급증하는 문제점이 수반되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안된 것으로서,인간의 청력에 의하여 들려지지 않는 고주파 대역의 음파(音波)에 디지털 데이터를 실어 산업 생산 설비에서도 통신을 수행하는 비가청 사운드 통신기술을 활용하여 데이터의 전송을 이루는 음파 통신 장치 및 이의 제어 을 제공한다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 상기 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 상기 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력하는 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 음파 통신 장치를 제공한다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)는, 입력 데이터를 비가청 고주파 대역의 음파에 실어서 상기 스피커(61)를 통하여 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 측으로 송출하는 음파 송출부(140)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 음파송출부(140)는, 상기 스피커(SP)를 통하여 송출되는 음파의 잔향음 제거를 위하여 데이터의 진법을 변경할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 음파송출부(140)는, 전송할 데이터를 비가청 음파 전송에 적합하도록 디지털 형성(변환)하는 디지털신호생성부(141); 상기 디지털신호생성부(141)에서 변환된 디지털 데이터를 인코딩시키는 디지털신호인코딩부(142); 상기 디지털신호인코딩부(142)에서 인코딩된 데이터를 신호 처리하여 음파 데이터로 변환시키는 고주파생성부(143); 변환된 고주파를 페이드 처리하는 고주파 필터링부(144);를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 디지털신호 생성부(141)에서 입력 데이터는 사전 설정 진법(radix)으로 디지털 변환될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 디지털신호인코딩부(142)는 잔향음 제거를 위하여 입력 데이터의 진법을 변경하는 구성을 취할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 잔향음 제거를 위한 상기 입력 데이터(inputi)의 진법 변환은:
Figure pat00001
과 같은 관계식을 통하여 진법 변환된 데이터(encodedi)가 산출될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 고주파 생성부(143)는 고주파 음원이 시작됨과 음원이 끝남을 알리는 데이터를 추가할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간에 다수의 입력 센서로부터의 입력 데이터가 존재하되, 각각의 입력 데이터에 대하여 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당 가능하고, 각각의 입력 데이터는 상기 고주파생성부(143)에서 각각의 음파 데이터로 변환되되, 상기 음파 송출부(140)는 상기 각각의 음파 데이터를 통합하는 음파 믹서와 같은 고주파 및 음원 합성부를 더 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파 송출부(140)로부터 송출된 고주파 대역의 음파를 수신하는 마이크로폰센서(51)를 포함하는 입력부(50)를 구비하고, 수신된 고주파 대역의 음파에 포함된 입력 데이터를 해석하여 디지털데이터로 디코딩하는 음파수신부(210)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 음파수신부(210)는, 마이크로폰센서로부터 수신한 데이터를 단수/복수개의 높은 이득(gain)을 가지는 대역주파수 증폭필터를 거쳐서 증폭할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 음파수신부(210)는, 상기 대역주파수 증폭필터는 OPAMP 증폭 회로일 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 음파수신부(210)는, 수신된 입력 데이터를 신호 처리하여 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 데이터로 저장할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 음파수신부(210)가 데이터에 시작 신호가 있는지 확인하고, 시작 신호가 없을 경우 연산을 중단하고, 시작 신호가 감지되면, 상기 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 입력 데이터에서 잔향음을 제거하고 최종 처리된 주파수 신호를 해석할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 음파수신부(210)는, 상기 신호의 시작을 감지하기 위하여, 스펙트로그램(Spectrogram)에서 가장 신호가 센 인덱스를 검출하고, 인덱스의 검출을 수행하기 위하여 시작 신호의 해당 주파수 대역에서 신호 세기와 시작 신호가 아닌 주파수 대역의 신호 세기를 동시에 측정하여 두 값 사이의 비율을 구하고, 두 신호 세기의 비율이 지정된 값 이상이고, 지정된 값 이상인 상태가 지정된 시간 이상 유지된다면 입력 데이터 신호가 시작되었다고 판단하는 구성을 취할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 스펙트로그램 상 상기 입력 데이터의 단위 데이터는 사전 설정된 개수의 데이터 프래그먼트(BLF)로 구성되는 단위 데이터 길이(BL)를 구비하고, 상기 음파 수신부(210)는, 상기 입력 데이터 신호의 시작이 감지되는 경우에 어느 시간(x)에서부터 상기 입력 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 정렬시, 어느 시간(x) 이후의 나머지 영역에 대하여 단위 데이터 길이(BL) 단위로 상기 스펙트로그램 중 동일 시간 대의 데이터 프래그먼트(BLF)에 대한 가장 신호가 큰 인덱스의 동일 개수의 최대값의 합을 어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 산출했을 때 제일 큰 값을 형성하는 어느 시간(x)이 시작 지점으로 설정될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 정렬된 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL)만큼 후속하는 후속 데이터에 대하여 상기 정렬된 데이터에 사전 설정 감쇠율(echoGain)로 감쇠시켜 잔향음을 제거할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 잔향음 제거된 후, 상기 정렬된 데이터(encodedi)의 진법 변환은:
Figure pat00002
과 같은 관계식을 통하여 잔향음 제거 진법 역변환된 데이터(outputi)가 산출될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 상호간 거리를 반영한 거리 인덱스를 고려하여 통신 연결이 이루어질 수도 있다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 본 발명은 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)를 구비하는 제 1 음파 통신 그룹과, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 상기 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 상기 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력하는 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 제 2 음파 통신 그룹을 구비하는 음파 통신 장치를 제공한다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 상호간 거리를 반영한 거리 인덱스를 고려하여 통신 연결이 이루어질 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고, 상기 거리 인덱스는 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 수신하는 신호를 세기를 기반으로 정렬되고 최대 세기 값을 제외한 사전 설정 값을 기준으로 산출되고, 상기 복수 개의 제 2 음파 통신 유니트 중 최대 거리 인덱스를 구비하되, 산출된 거리 인덱스가 사전 설정 거리 인덱스 이상인 제 2 음파 통신 유니트와 상기 제 1 음파 통신 유니트가 통신 연결될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 사전 설정 값은 세기를 기반으로 정렬된 신호 중 하위 50% 이하의 값 중 선택될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 모두 음파 송수신이 가능할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치에 있어서, 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 거리 측정 음파를 사전 설정 측정 주기(T)로 송신하고, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)로부터의 거리 측정 음파를 수신하는 경우 수신 후 사전 설정 측정 주기(T) 후에 반송 거리 측정 음파를 송신하고, 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 상기 반송 거리 측정 음파를 수신하여 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간의 사이 거리를 측정할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 본 발명은 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 상기 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 상기 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력하는 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 음파 통신 장치를 제공하는 제공 단계(S1)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파송출부(140)가 상기 입력 데이터를 비가청 고주파 대역의 음파에 실어서 상기 스피커(61)를 통하여 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)에 송출하는 음파 송출 단계(S10)와, 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 음파수신부(210)가 상기와 같이 음파송출단계를 통하여 송출된 고주파 대역의 입력 데이터를 마이크로폰센서로 수신하고, 수신된 고주파 대역의 음파에 포함된 입력 데이터를 분석하여 디지털데이터를 복호화하는 음파수신단계(S20)를 포함하는 음파 통신 장치 제어 방법을 제공한다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 음파 송출 단계(S10)는: 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파 송출부(140)의 디지털 신호 생성부(141)에서 전송할 상기 입력 데이터를 비가청 음파 전송에 적합하도록 디지털 데이터 형태로 준비 형성되는 디지털 데이터 생성 단계(S11)와, 상기 음파 송출부(140)의 디지털신호인코딩부(142)에서 준비된 디지털 데이터를 인코딩시키는 디지털 데이터 인코딩 단계(S13)와, 상기 음파 송출부(140)의 고주파생성부(143)에서 인코딩된 데이터를 신호 처리하여 음파 데이터로 변환시키는 음파 변환 단계(S16)와, 상기 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 음파 출력되는 음파 출력 단계(S19)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 디지털 데이터 생성 단계(S11)에서 상기 입력 데이터는 사전 설정 진법(radix)으로 디지털 변환이 이루어질 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 디지털 데이터 인코딩 단계(S13)에서 잔향음 제거를 위하여 상기 디지털화된 입력 데이터를 잔향음 제거를 위하여 진법 변환시킬 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 디지털 데이터 인코딩 단계(S13)에서 상기 잔향음 제거를 위한 상기 디지털화된 입력 데이터(inputi)의 진법 변환을 통하여 진법 변환된 데이터(encodedi)가 산출되고, 상기 진법 변환은:
Figure pat00003
과 같은 관계식을 통하여 가 산출될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 음파 변환 단계(S16)는: 상기 인코딩된 입력 데이터의 전후에 시작과 끝을 알리는 알림 데이터를 추가하는 시종 데이터 추가 단계(S161)와, 상기 인코딩된 입력 데이터를 주파수 도메인으로 변환하는 주파수 도메인 변환 단계(S163)와, 상기 주파수 도메인 변환된 입력 데이터를 출력 가능한 음파 형태로 변환하는 시간 도메인 변환 단계(S165)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 음파 송출부(140)의 고주파 필터링부(144)에서 상기 음파 변환 단계(S16)에서 변화된 고주파가 페이드 처리되는 음파 필터링 단계(S17)가 더 포함될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간에 다수의 입력 센서로부터의 입력 데이터가 존재하되, 각각의 입력 데이터에 대하여 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당한 주파수 할당 단계(S15)와, 상기 음파 송출부(140)의 고주파 및 음원 합성부(145)에서 음파 출력 단계(S19) 전에 상기 각각의 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당된 음파 데이터가 통합되는 음파 믹싱 단계(S18)가 더 구비될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 음파수신단계(S20)는: 상기 마이크로폰센서(51)를 통하여 음파 데이터 형태의 고주파 대역의 입력 데이터를 포함하는 음파 신호를 감지하는 음파 신호 수신 단계(S21)와, 상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터를 포함하는 주파수를 분리하여 음파 데이터를 신호 처리하는 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)와, 상기 분리된 음파 신호 중 음파 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)와, 상기 디지털 데이터로 디코딩된 신호의 정합성을 확인하는 디지털 데이터 정합성 확인 단계(S25)와, 상기 정합성이 확인된 디지털 데이터를 출력하는 디지털 데이터 출력 단계(S26)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)는: 상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터 형태의 입력 데이터를 주파수 신호 데이터로 변환하고 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 데이터로 생성 저장하는 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)와, 상기 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)에서 변환된 입력 데이터의 시작 여부를 확인 정렬 신호 처리하는 주파수 신호 데이터 처리 단계(S233)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)는: 상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터 형태의 입력 데이터를 주파수 도메인 변환하여 주파수 신호 데이터를 형성하는 주파수 도메인 변환 단계(S2311)와, 상기 변환된 주파수 신호 데이터를 스펙트로그램(Spectrogram) 형태 변환하는 주파수 신호 스펙트로그램 변환 단계(S2313)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 주파수 신호 데이터 처리 단계(S233)는: 상기 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)에서 변환된 입력 데이터의 시작 여부를 확인하는 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)와, 상기 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)에서 시작 여부가 확인되는 경우, 상기 스펙트로그램(Spectrogram)에서 데이터 비트 별로 구분하는 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)와, 상기 정렬된 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL)만큼 후속하는 후속 데이터에 대하여 상기 정렬된 데이터에 사전 설정 감쇠율(echoGain)로 감쇠시켜 잔향음을 제거하는 잔향음 제거 단계(S2335)와, 상기 잔향음이 제거된 데이터를 사전 설정된 방식으로 정규화시키는 데이터 복원 단계(S2337)와, 상기 정규화된 데이터로부터 데이터 비트별 에너지 세기를 구하여 데이터 비트 값을 산출하는 데이터 평가 단계(S2339)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)는: 상기 스펙트로그램(Spectrogram)에서 신호 세기가 가장 센 인덱스를 검출하고, 시작 신호의 해당 주파수 대역에서의 신호 세기(spectrum(index,start_freq))와, 시작 신호가 아닌 주파수 대역의 신호 세기를 측정하여 두 신호 세기로 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))를 산출하고, 상기 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))이 사전 설정 저장된 사전 설정 신호 세기 비율(ssrs) 이상인 상태의 유지 지속 시간을 산출하는 시작 신호 세기 비율 및 유지 지속 시간 산출 단계(S23311)와, 상기 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))과 사전 설정 저장된 사전 설정 신호 세기 비율(ssrs)을 그리고 유지 지속 시간과 사전 설정 저장된 사전 설정 유지 지속 시간을 비교하여, 시작 여부를 판단하는 시작 신호 여부 판단 단계(S23313)을 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 스펙트로그램 상 상기 입력 데이터의 단위 데이터는 사전 설정된 개수의 데이터 프래그먼트(BLF)로 구성되는 단위 데이터 길이(BL)를 구비하고, 상기 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)에서, 상기 입력 데이터 신호의 시작이 감지되는 경우에 어느 시간(x)에서부터 상기 입력 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 정렬하는 경우, 어느 시간(x) 이후의 나머지 영역에 대하여 단위 데이터 길이(BL) 단위로 상기 스펙트로그램 중 동일 시간 대의 데이터 프래그먼트(BLF)에 대한 가장 신호가 큰 인덱스의 동일 개수의 최대값의 합을 어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 산출했을 때 제일 큰 값을 형성하는 어느 시간(x)이 시작 지점으로 설정될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)는: 상기 어느 시간(x)에서부터 동일 데이터 프래그먼트(BLF) 중 가장 신호가 큰 데이터 프래그먼트(BLF)의 인덱스인 맥스 에너지 인덱스(MaxEnergyIndex(x))를 산출하는 맥스에너지인덱스 산출 단계(S23331)와, 상기 맥스 에너지 인덱스(MaxEnergyIndex(x)) 중에서 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 동일한 인덱스의 개수인 새임카운트(SameCount(val,x))를 산출하는 새임카운드 산출 단계(S23333)와, 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 상기 스펙트로그램의 상기 어느 시간(x) 이후 나머지 영역에 대하여 상기 새임카운트(SameCount(val,x))의 최대값의 합인 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))를 산출하는 맥스리피트카운터 산출 단계(S23335)와, 어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 상기 맥스리피트카운턴 산출 단계를 산출하여 도출되는 복수 개의 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x)) 중 최대 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))를 형성하는 어느 지점(x)을 시작 지점으로 설정하고 해당 어느 지점(x)의 인덱스를 시작 인덱스(StartIndex)로 설정하는 시작 인덱스 산출 단계(S23337)을 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)에서,
Figure pat00004
과 같은 관계식을 통하여 상기 정렬 후 잔향음이 제거된 데이터(encodedi)의 진법 변환이 실행되어 잔향음 제거 진법 역변환된 데이터(outputi)가 산출될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 음파수신단계(S20)는: 상기 마이크로폰센서(51)를 통하여 음파 데이터 형태의 고주파 대역의 입력 데이터를 포함하는 음파 신호를 감지하는 음파 신호 수신 단계(S21)와, 상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터를 포함하는 주파수를 분리하여 음파 데이터를 신호 처리하는 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)와, 상기 분리된 음파 신호 중 음파 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)와, 상기 디지털 데이터로 디코딩된 신호의 정합성을 확인하고 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 상호간 거리를 반영한 거리 인덱스로부터 정밀성을 판단하여 통신 연결 여부를 확인하는 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)와, 상기 정합성이 확인된 디지털 데이터를 출력하는 디지털 데이터 출력 단계(S26)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는: 상기 디코딩된 디지털 데이터의 체크섬을 확인하는 체크섬 확인 단계(S251a)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리를 산출하는 거리 산출 단계(S252)와, 상기 체크섬 확인 단계(S251a)에서 확인된 상기 체크섬이 적합한지 판단하는 체크섬 적합 판단 단계(S253)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리인 거리 인덱스와 사전 설정 거리(ds)를 비교하는 거리 적합 판단 단계(S254)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는: 상기 디코딩된 디지털 데이터의 체크섬을 산출 확인하는 체크섬 확인 단계(S251a)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스 (DI)를 산출하는 거리 인덱스 (DI) 산출 단계(S252a)와, 상기 체크섬 확인 단계(S251a)에서 산출 확인된 상기 체크섬이 적합한지 판단하는 체크섬 적합 판단 단계(S253)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스(DI)와 사전 설정 거리 인덱스(DIs)를 비교하는 거리 적합 판단 단계(S254a)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고, 상기 거리 인덱스는 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 수신하는 신호를 세기를 기반으로 정렬되고 최대 세기 값을 제외한 사전 설정 값을 기준으로 산출되고, 상기 거리 적합 판단 단계(S254a)에서, 산출된 거리 인덱스가 사전 설정 거리 인덱스 이상인 제 2 음파 통신 유니트와 상기 제 1 음파 통신 유니트가 통신 연결될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 거리 인덱스는 아래 수학식을 통하여 산출될 수도 있다.
(수학식)
Figure pat00005
여기서, 어레이(array = strength of data signal)는 입력 데이터의 데이터 비트의 신호 세기 배열이고, 어레이 정렬(sorted_array = sort(array,descend))은 어레이의 순서 정렬임.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 사전 설정 값은 세기를 기반으로 정렬된 신호 중 하위 50% 이하의 값 중 선택될 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는: 상기 디코딩된 디지털 데이터의 체크섬을 산출 확인하는 체크섬 확인 단계(S251a)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스인 TOF 거리(DTOF)를 산출하는 TOF 거리 인덱스 산출 단계(S252b)와, 상기 체크섬 확인 단계(S251a)에서 확인된 상기 체크섬이 적합한지 판단하는 체크섬 적합 판단 단계(S253)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스(DTOF)와 사전 설정 거리 인덱스(Ds)를 비교하는 거리 적합 판단 단계(S254b)를 포함할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 모두 음파 송수신이 가능할 수도 있다.
상기 음파 통신 장치 제어 방법에 있어서, 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)에서 거리 측정 음파를 사전 설정 측정 주기(T)로 송신하는 거리 측정 마스터 음파 신호 송신 단계(S2521b)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 상기 거리 측정 음파를 수신하는 거리 측정 마스터 음파 신호 수신 단계(S2522b)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)로부터의 거리 측정 음파를 수신하는 경우 수신 후 사전 설정 측정 주기(T) 후에 반송 거리 측정 음파를 송신하는 거리 측정 슬레이브 음파 신호 송신 단계(S2523b)와, 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 상기 반송 거리 측정 음파를 수신하는 거리 측정 슬레이브 음파 신호 수신 단계(S2524b)와, 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)에서 상기 반송 거리 측정 음파의 송신 시간(trans) 및 수신 시간(trecv)와 사전 설정 주기를 이용하여 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간의 사이 거리를 산출하는 거리 인덱스 산출 단계(S2526b)를 포함할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 음파통신을 이용하는 음파 통신 장치 및 그 방법의 효과는 다음과 같다.
첫째, 종래 RF 통신방식 또는 WIFI/BLE 통신방식에서 사용되는 통신 모듈 대신 마이크로폰 센서를 사용하기 때문에 음파 통신 유니트를 구비하는 음파 통신 장치의 가격을 낮출 수 있는 효과가 있다.
둘째, 철재 구조의 빔 등이 배치되는 산업 현장에서도 종래 RF 등의 무선 통신으로 인한 통신 상의 제약을 해소하여 보다 정확한 입력 데이터의 송수신을 통한 작업 강인성을 확보할 수도 있다.
셋째, 산업 현장에 사용되는 경우, 무선 통신을 위한 복잡한 부가 설비의 장착을 불필요하게 함으로써, 설치 비용 및 기간이 절감되는 효과가 있다.
셋째, 잔향음에 대한 문제를 해결함으로써 신속하고 안정적인 통신이 가능한 효과를 가진다.
넷째, 통신 연결의 정합성과 더불어 거리 관련 정보를 이용하여 통신 연결의 정밀성을 높여 복수 개의 음파 통신 유니트 간의 통신 연결 여부의 원활한 조정이 가능하고 공정내 적용시 장비간 페어링에 대한 복잡한 설정을 불필요하게 하여 사용 편의성 및 신속성을 증진시킬 수도 있다.
다섯번째, 음파만으로로 거리 정보의 취득하고 통신을 가능하게 함으로써, 자동차 라인 공정처럼 철제 구조물이 많은 환경에서 기존 전파 통신이 갖는 통신 품질 저하 문제를 방지할 수도 있다.
도 1 은 본 발명의 음파통신을 이용하는 음파 통신 장치의 블럭다이어그램,
도 2 는 본 발명의 음파 통신 장치의 음파 통신 유니트의 송수신측 구성예의 개략도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 음파 통신 장치의 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 마이크포폰센서 및 스피커의 이득 관련 선도이다.
도 6은 잔향음의 형성 상태를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 음파 통신 장치의 송출측 음파 통신 유니트에서 고주파의 음원을 스피커로 송출하고, 수신측 음파 통신 유니트의 마이크로폰센서로 수신한 데이터를 시간에 따른 주파수의 변화를 나타내는 스펙트로그램(Spectrogram)으로 변형한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 음파 통신 장치의 제어 방법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 음파 통신 장치의 제어 방법의 입력 데이터의 양단에 시작 및 끝 신호가 추가된 최종 신호를 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에서 사용되는 주파수 대역의 할당 상태를 나타내는 선도이다.
도 11은 본 발명의 음파 통신 장치가 사용하는 주파수 대역의 할당 상태를 설명하는 개략도이다.
도 11a는 페이드처리를 위한 윈도우가 사용된 주파수를 나타내는 도면이다.
도 12는 대역주파수 증폭필터를 거쳐서 증폭하는 구성도이다.
도 13은 단말 SDK Core 신호 해석 플로우의 도면이다.
도 14 내지 도 17b는 본 발명의 제어 방법의 흐름도이다.
도 18은 스펙트로그램 분석을 수행한 예를 도시한 도면이다.
도 19 내지 23은 스펙트로그램의 데이터 정렬 과정을 나타내는 선도이다.
도 24는 스펙트로그램(Spectrogram)에 대한 복원을 위한 정규화 알고리즘을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 25는 스펙트로그램에 대한 데이터 비트별 최대의 에너지를 갖는 값을 적색 그림으로 나타낸 도면이다.
도 26 및 도 27은 송신측 음파 통신 유니트와 수신측 음파 통신 유니트의 거리 관계를 나타내는 선도이다. '
도 28 및 도 29는 음파 통신 장치의 산업 현장의 사용예의 사시도 및 평면도이다.
도 30 내지 도 33은 본 발명의 제어 방법의 흐름도이다.
도 34는 충격음이 발생한 경우의 스펙트로그램의 선도이다.
도 35는 거리 인덱스를 산출하기 위한 해당 데이터 비트가 표시된 스펙트로그램의 선도이다.
도 36은 해당 데이터 비트의 세기별 정렬 상태를 나타내는 선도이다.
도 37은 복수 개의 수신측 음파 통신 유니트와 송신측 음파 통신 유니트의 거리 관계이 상태도이다.
도 38 및 도 39는 반송파를 이용한 거리 측정의 과정을 설명하는 흐름도이다.
도 40 및 도 41은 반송파의 송수신측 반영 상태를 설명하는 상태도이다.
도 42 및 도 43은 본 발명의 음파 통신 장치의 다른 산업 현장에서의 사용일예의 선도이다.
도 44는 본 발명의 음파 통신 장치의 다른 산업 현장에서의 사용일예의 선도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 음파통신을 이용하는 음파 통신 장치 및 그 방법의 구성을 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 음파 통신 장치는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 음파 통신 장치는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는데, 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력 가능하고, 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 입력 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력한다(도 2 (a) 참조).
즉, 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 입력 데이터를 인코딩하여 음파 송출부(140)에서 변환하고 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력 가능하고, 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 입력 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 음파 수신부(210)에서 변환하고 디코딩하여 출력한다. 여기서, 입력 데이터는 I/O 데이터나 아날로그 데이터 또는 디지털 데이터일 수도 있는 등 사용 및 설계 환경에 따라 다양한 선택 적용이 가능하다.
여기서, 본 발명의 음파 통신 장치의 경우 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트가 형성하는 제 1 음파 통신 유니트 그룹을 형성하고, 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트가 형성하는 제 2 음파 통신 유니트 그룹을 형성하는 구조를 취할 수 있는데, 본 실시예에서는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 경우를 중심으로 설명한다.
또한, 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 각각 하기되는 음파 송출부(140) 또는 음파 수신부(210)를 구비하여 어느 하나는 송신 기능을 다른 하나는 수신 기능을 수행하는 한 쌍의 구성을 취할 수도 있고(도 2(a) 참조), 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 음파 송출부(140)와 음파 수신부(210)를 각각 모두 구비하여 동일한 구성(도 2 (b) 참조)을 취할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능한다. 본 실시예에서는 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 동일한 구성을 이루는 실시예를 중심으로 설명하나, 앞서 기술한 바와 같이 각각의 송수신 기능을 조합 배치가 가능하다.
먼저, 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 제 2 음파 통신 유니트(10R), 즉 음파 통신 유니트(10)는 음파 송출부(140)와 음파 수신부(210)를 포함하고, 제어부(20)와 저장부(30)와 연산부(40)와 입력부(50)와 출력부(60)와 통신부(70)와 감지부(80)를 포함할 수 있다. 여기서, 음파 송출부(140)와 음파 수신부(210)는 모듈화되어 각각의 독립 제어 구조를 취할 수도 있는데, 본 실시예에서는 제어부(20), 저장부(30) 및 연산부(40)를 구비하는 경우를 일예로 기술하나 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
제어부(20)는 음파 통신 유니트(10)의 다른 구성요소와 연결되어 제어 신호를 인가하고, 저장부(30)에는 음파 통신을 위한 사전 설정 데이터가 저장되고 음파 통신 과정 상에서의 송출 내지 수신되는 데이터의 저장을 실행하고, 연산부(40)는 제어부(20)의 연산 제어 신호에 따라 소정의 신호 처리를 위한 연산 과정을 실행한다. 제어부 및 연산부와 저장부는 전체 음파 통신 장치의 제어 과정 상 사용될 수도 있고, 경우에 따라 이러한 신호 처리 내지 통합 제어 기능이 각각의 음파 송출부 내지 음파 수신부 등의 모듈에 내장되는 구성을 취할 수도 있고 병존하는 구성을 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.
입력부(50)는 마이크로폰 센서(51)를 포함하고, 신호입력부(53)와 입력 표시부(55)를 포함할 수 있다. 신호입력부(53)는 다양한 신호의 입력을 위한 유/무선 입력 포트로 형성될 수 있고, 입력 표시부(55)는 신호 입력부(53)의 입력 상태를 표시하는 LED 등의 형태로 구현될 수도 있고 별도의 디스플레이 형태로 구현될 수도 있는 등 다양한 구성이 가능하다.
출력부(60)는 스피커(61)를 포함하고, 신호출력부(63)와 출력표시부(65)를 포함한다. 스피커(61)는 입력된 데이터를 음파 통신 방식으로 이격된 거리에 배치되는 다른 음파 통신 유니트의 마이크로폰 센서(51)를 향하여 음파를 출력한다. 신호출력부(63)는 디지털 데이터 신호 내지 경우에 따라 A/D 컨버터가 구비되는 경우 아날로그 신호 형태로 출력하기 위한 유/무선 신호출력포트로 형성될 수 있고, 출력 표시부(65)는 신호 출력부(63)의 출력 상태를 표시하는 LED 등의 형태로 구현될 수도 있고 별도의 디스플레이 형태로 구현될 수도 있는 등 다양한 구성이 가능하다.
또한, 입력부(50)와 출력부(60)는 개별 모듈 단위로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라 입력부(50)의 마이크로폰 센서(51)와 출력부(60)의 스피커(61)가 음향 통신 모듈(sound communication module;SCM)의 형태로 일체형으로 조합 구성될 수도 있고, 신호입력부(53)와 입력 표시부(55)와 신호출력부(63)와 출력표시부(65)가 인터페이스 모듈(Interface Modul,IFM)의 개별 일체형 형태로 조합 구성될 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. 신호 입출력의 연결 내지 통신은 RS-485, CAN, Ethernet일 수도 있다.
경우에 따라 필요시 별도의 통신부(70)가 더 구비될 수도 있는데, 통신부(70)는 음파 통신 유니트(10)가 외부 장치와의 통신을 위한 구성요소로서, 유선 통신부(71)와 무선 통신부(73)를 포함하는데, 경우에 따라 별도의 근거리 무선 통신부 등을 포함할 수도 있다.
통신부가 사용하는 통신, 통신망 내지 통신 네트워크는 예를 들어, 셀룰러 통신 프로토콜로서, 예를 들어 LTE, LTE-A, 5G, WCDMA, CDMA, UMTS, Wibro, GSM 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 통신 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 통신 유형을 가리지 않고 구성될 수 있으며, 단거리 통신망(PAN;Personal Area Network), 근거리 통신망(LAN;Local Area Network), 도시권 통신망(MAN;Metropolitan Area Network_, 광역 통신망(WAN;Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구현될 수 있고, 통신, 통신망, 통신 네트워크는 공지의 월드와이드웹(WWW;World Wide Web)일 수도 있고, 적외선(Infrared Data Association;IrDA) 또는 블루투스(Bluetooth) 내지 저전력 블루투스(Bluetooth Lowenergy)와 RF 무선 통신을 다양한 통신 방법을 포함할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 적절한 선택 조정이 이루어질 수 있다.
감지부(80)는 주변 환경 내지 주변 상태 내지 음파 통신 유니트 자체의 변화를 감지하기 위한 구성요소로서, 근접 센서, 거리 센서 등과 같이 음파 통신 유니트가 배치되는 환경에 필요한 다양한 설계 사양에 따라 다양한 선택이 가능하다.
송신 기능을 수행하는 음파 통신 유니트(10), 즉 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 음파 송출부(140)를 포함하는데, 음파 송출부(140)는 입력 데이터를 비가청 고주파 대역의 음파에 실어서 스피커(61)를 통하여 수신 기능을 수행하는 음파 통신 유니트(10), 즉 제 2 음파 통신 유니트(10R) 측으로 송출한다.
음파 송출부(140)는 디지털신호생성부(141)와 디지털신호인코딩부(142)와 고주파생성부(143)와 고주파 필터링부(144)를 포함한다.
디지털신호생성부(141)는 전송할 데이터를 비가청 음파 전송에 적합하도록 디지털 형성 변환한다. 즉, 디지털신호생성부(141)는 전송할 데이터인 입력 데이터를 디지털 신호 형태로 변환하는 과정 중, 데이터 전송의 오류 체크 확인을 위한 체크섬이 추가되고 진법 변경이 실행된다.
보다 상세하게는, 상기 디지털신호생성부(141)는 데이터 정합성 확인을 위하여 체크섬을 추가하고, 체크섬이 추가된 데이터를 필요한 진법으로 변경한다.
본 발명의 실시예는 4bytes 의 데이터를 7진수의 형태로 전송하나, 전송할 데이터의 바이트(bytes)나 사용될 진법은 본 실시예에서의 7진수와 8진수의 변환 진법 형태에 국한되지 않고, 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.
통상적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 비가청 사운드 통신은 18kHz 이상의 비가청 대역을 사용하여 통신을 수행한다.
이때, 44100Hz의 샘플링 레이트로 제작된 고주파 음원은 나이퀴스트 이론상 22kHz의 주파수까지 사용할 수 있으나, 일반적으로, 스피커(61)나 마이크로폰센서(51)는 18kHz 이상에서 낮은 이득률을 가지도록 설계되어 있다.
그러므로, 비가청 사운드 통신에서 사용되는 주파수가 너무 높으면, 스피커(61)나 마이크로폰센서(51)의 주파수 응답 곡선에 따라 전송 신호 세기가 약해져서 전송 성공률이 감소하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 비가청 음파 전송에 적합하도록 디지털데이터가 18-20kHz의 주파수를 가지도록 하였다.
아울러, 디지털신호 생성부(141)에서 입력 데이터는 사전 설정 진법(radix)으로 디지털 변환시킨다. 본 발명의 디지털신호생성부(141)는 좁은 주파수 대역에서 효과적으로 데이터를 전송하기 위하여 5bytes 의 디지털데이터를 15 개의 7 진수 형태로 변형된다. 하지만, 본 변형될 진수나 한번에 전송할 바이트(bytes)는 어플리케이션이나 사용되는 스피커(61), 마이크로폰 센서(51)의 성능에 따라 변경가능하다.
디지털신호인코딩부(142)는 디지털신호생성부(141)에서 변환된 디지털 데이터를 인코딩시킨다. 본 발명의 디지털신호인코딩부(142)에서는 디지털신호 생성부(141)에서 7진수로 변형된 데이터를 잔향음에 강하게 변경되도록 하기 위하여 8진수로 다시 변경된다.
데이터가 포함된 음파가 음파 통신 유니트(10), 즉 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 스피커(61)를 통하여 출력되면, 직접적으로 이격된 다른 음파 통신 유니트, 즉 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 마이크로폰 센서(51)에 도달하는 직접음 외에 벽 등에 부딛혀서 발생하는 반사음도 마이크로폰센서(61)에 도달하게 된다(도 6 참조). 또한, 반사음 외에 스피커(61)의 느린 응답 속도에 의한 영향도 받게 된다.
도 7은 고주파의 음파를 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 스피커(61)를 통하여 송출하고, 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 마이크로폰센서(51)로 수신한 데이터를 시간에 따른 주파수의 변화를 나타내는 스펙트로그램(Spectrogram)으로 변형한 그래프이다.
상기 그래프에서 청색 부분은 해당 시간 및 주파수에서 신호가 감지되지 않았음을 나타내며, 황색 부분은 신호가 강하게 감지되었음을 나타낸다.
상기 그래프에서 직접음은 실제로 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 스피커(61)로 송출된(혹은, 송출되었음이 기대되는) 부분의 파형인데, 해당 직접음이 원하는 구간보다 길어지는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 현상은 반사음 때문에 발생한다.
디지털신호생성부(141)에서 7 진수로 변형된 데이터는 디지털신호인코딩부(142)에서 잔향음에 강인하게 변경되기 위하여 8 진수로 다시 변경된다.
이때, 8 진수로 변경된 데이터는 그 이전 값과 동일한 값을 갖지 않도록 설계되었다. 이는 예전 데이터의 잔향음에 의한 영향을 받지 않기 위함이다.
(수학식 1)
Figure pat00006
상기 수학식 1 은 잔향음 제거를 위한 상기 입력 데이터(inputi)의 진법 변환에 사용되는 수식으로, 입력 데이터(inputi)는 수식을 통하여 진법 변환되어 데이터(encodedi)가 산출되는데, 본 실시예에서의 7진수 데이터는 8진수 데이터로 변경된다.
같은 8진수 값이 연속으로 나오지 않게 하기 위하여 출력되는 8진수 데이터(endcodedi)는 8진수로 변환하고자 하는 7진수 데이터(inputi) 에 먼저 변환된 8진수 데이터(endcodedi-1) 와 일을 더한 값과 원래 진법에 1을 더한 값인 8의 모듈러 연산으로 얻어지며, 먼저 변환된 8진수 데이터(endcodedi-1)값이 없는 경우 해당 7진수는 그대로 8진수로 변경된다.
일례로, 디지털신호생성부(141)가 0xFC, 0x12, 0x04, 0xAD 의 4bytes를 전송하기 위해서 체크섬을 연산하면 해당 데이터는 예를 들어 0xFC, 0x12, 0x04, 0xAD, 0x41의 5bytes로 변경된다.
그리고, 디지털신호생성부(141)에서 5bytes의 데이터를 7진수의 데이터로 환산하면 결과는 [1,4,1,1,3,4,4,5,2,4,2, 6, 1, 3, 5] 이다.
이후, 상기 디저털신호복호부(142)에서 생성된 7진수의 데이터를 잔향음에 의한 영향을 받지 않기 위하여 상기 수학식 1 에 의한 8진수의 데이터인 [1,6,0,2,6,3,0,6,1,6,1,0,2,6,4]로 변경한다.
고주파생성부(143)는 디지털신호인코딩부(142)에서 인코딩된 데이터를 신호 처리하여 음파 데이터로 변환시켜 고주파 주파수 신호를 형성한다. 고주파생성부(143)에서 디지털 인코딩된 입력 데이터가 주파수 도메인 연산과 시간 도메인 연산을 거쳐 음파 통신 가능하도록 스피커를 통한 출력 가능한 형태로 변환한다.
고주파생성부(143)는 신호 처리된 입력 데이터가 포함되는 고주파 음파(음원)이 시작됨과 음파가 끝남을 알리는 데이터를 추가하는데, 이는 추후 이격된 다른 음파 통신 유니트(10), 즉 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 음파 수신부 측의 신호 처리, 즉 본 실시예에서 하기되는 단말 SDK Core 구성으로 구현되는 음파 수신부 등의 구성요소의 작동시 중요하게 사용된다.
본 이러한 시작과 끝을 알리는 데이터의 추가는 고주파생성부에서 실행되나, 경우에 따라 디지털인코딩부에서 실행될 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.
디지털신호복호부(142)는 고주파 음원이 시작됨과 음원이 끝남을 알리는 데이터를 추가한다. 본 실시예에서는 시작됨을 알리는 데이터는 2개의 진수 데이터와 동일한 크기를 갖으며, 고주파 음파 신호의 끝남을 알리는 데이터는 1개의 진수 데이터와 동일한 크기를 갖는데, 본 발명은 다양한 형태의 시작 및 종점을 알리는 다양한 구성이 가능하다.
도 9에는 디지털신호인코딩부(142)에 의하여 시작 및 끝 신호가 추가된 0xFC, 0x12, 0x04, 0xAD 의 최종 신호를 분석한 결과를 나타내는 그래프가 도시된다. 중간에는 입력 데이터 및 체크섬의 변환되어 음파 변환된 데이터가 그리고 이의 양단에 시작을 알리는 시작 데이터 및 종료 데이터, 즉 시종데이터가 양단에 각각 배치된다.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파생성부(143)는 디지털신호인코딩부(142)에서 연산된 8 진수의 데이터를 고주파 주파수로 변환시킨다.
이때, 본 발명의 실시예의 경우에는 기본 샘플링 레이트 44100Hz에 대하여 512 의 분해능을 갖도록 설계되었으며, 각 비트간 주파수 간격은 약 86.13Hz로 구성되나, 이는 일예로 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 모든 비트는 주파수 간격의 배수로 구성되어 있으며, 본 발명 실시예의 각 비트별 주파수는 다음의 표 1 과 같다.
Bit 주파수 비고
0 18174.0234375Hz 44100/512x211
1 18260.1562500Hz 44100/512x212
2 18346.2890625Hz 44100/512x213
3 18432.4218750 Hz 44100/512x214
4 18518.5546875Hz 44100/512x215
5 18604.6875000 Hz 44100/512x216
6 18690.8203125HZ 44100/512x217
7 18776.9531250 Hz 44100/512x218
start bit 18863.0859375Hz 44100/512x219
다음으로, 고주파 생성부(143)는 주파수 도메인 형태로 연산된 결과는 음원 출력이 가능한 형태로 변환된다. 이때, 주파수 도메인을 시간 도메인으로 변환하는 공식은 다음과 같다.
(수학식 2)
Figure pat00007
한편, 본 발명의 음파 통신 장치의 음파 통신 유니트에서, 서로 이격되어 상대 위치 변동 가능한 장치에 배치되어 상대 위치 변동되는 서로 다른 내지 서로 다른 그룹의 음파 통신 유니트(10)로서의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간에 다수의 입력 센서로부터의 입력 데이터가 존재하되, 각각의 입력 데이터에 대하여 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당 가능하고, 각각의 입력 데이터는 고주파생성부(143)에서 각각의 음파 데이터로 변환되되, 음파 송출부(140)는 각각의 음파 데이터를 통합하는 음파 믹서와 같은 고주파 및 음원 합성부를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 음파 통신 장치의 음파 통신 유니트는 입력부/출력부/감지부로 구현되는 다수의 송/수신부를 포함할 수 있는데, 음파 통신 유니트에 포함된 각각의 송/수신부에 적합한 주파수 대역을 설정할 필요성이 요구되는 경우가 있으며, 각각의 주파수 대역은 송신용인지 수신용인지 정의되어야 한다. 음파 통신 유니트에서 사용하는 주파수 대역은 입력부/출력부/감지부로 구현되는 인터페이스부에 연결되어 있는 센서 내지 포트에 순차적으로 할당될 수 있다.
주파수 대역이 송신용인지 수신용인지는 입력부/출력부/감지부로 구현되는 인터페이스부에 구비되어 있는 스위치나 펌웨어 업데이트 등을 통해 설정될 수 있으며, 예를 들어 음파 통신 유니트가 자동차 생산 라인과 같은 산업 설비 공정에 사용되는 경우 산업 설비 공정 내의 설정은 모두 동일해야 한다.
본 발명의 음파 통신 유니트를 포함하는 음파 통신 장치의 음파 송신 및 수신 알고리즘으로서의 음파 통신 장치 제어 방법이 사용되는 경우 1개의 주파수 대역을 사용한다. 한 음파 통신 유니트에서 동시에 송/수신을 수행하거나, 혹은 여러 채널의 송신 혹은 수신을 사용하여 데이터 전송률을 높일 수도 있다.
본 발명의 음파 통신 유니트를 포함하는 음파 통신 장치가 사용되는 장비가 이동하여 음파 통신 유니트 간의 상대 위치 변동이 가능한 공정에서, 음파 통신 유니트가 탑재되는 장비는 이동하는 장비와 고정되어 있는 장비 등 두 개의 종류로 나눌 수 있는데, 예를 들어, 이동하는 장비로서 대차이며, 고정되어 있는 장비로서 설비, 즉 설비 스테이션이다.
이때, 고정되어 있는 장비 내에 삽입되는 장비들은 Device T와 Device R로 구분될 수 있다.
음파는 주파수 대역이 좁아 유휴 주파수 대역 확보가 어려우므로, 한정된 주파수 대역의 활용이 필수적인데, 예를 들어 3채널의 주파수 대역을 사용할 경우, 공정의 필요에 따라 음파에 적용되는 송.수신 음파 채널을 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이 구성할 수도 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 작업자가 공정에 따라 주파수 채널을 설정해 놓으면, Device T나 Device R는 모두 송/수신을 동시에 수행할 수 있다.
주파수 할당이 실행되는 경우 고주파 및 음원 합성부(145)가 다수의 음파를 하나의 음파 데이터로 통합한다. 즉, 다수의 입력부/출력부/감지부의 입출력 센서/포트가 입력부 및 출력부로 구현되는 인터페이스부에 연결되어 있는 경우, 입력 받은 입력 데이터들을 음파 통신 유니트(10)의 출력부(60)의 스피커(61)를 통해 전송해야 한다. 이때, 주파수 할당 시에 할당된 주파수로 고주파생성부에서의 시간 도메인 연산을 통해 생성된 음파(yi(t))는 하나의 데이터로 통합되어야 한다. 이때, 본 발명의 일실시예의 경우 음파의 신호 합이 스피커의 출력범위를 벗어나는 것(Clipping)을 방지하기 위하여, 생성된 각각의 음파들은 고주파 및 음원 합성부(145)를 통해 출력한다(speaker outpu(t)).
(수학식 3)
Figure pat00008
여기서, weight는 가중치인데, 고주파수 대역에서는 스피커나 마이크로폰센서의 주파수 응답곡선이 주파수 대역에 따라 달라질 수 있으므로, 이를 보완하기 위한 가중치를 추가할 수도 있다.
고주파 필터링부(144)는 변환된 고주파를 페이드 처리한다. 예를 들어, 갑작스럽게 스피커에 신호가 인가되면, 팝핑 노이즈가 발생될 수 있다. 고주파필터링부(144)는 이러한 현상을 방지하기 위하여 음원의 세기가 부드럽게 증가하고 부드럽게 감소하게끔 고주파를 페이드(fade) 처리하는 부분이다.
본 발명의 실시예에서는 페이드 처리를 위하여 사인(sin) 함수 형태의 윈도우(window)를 사용하였으나 다른 형태의 윈도우를 사용할 수도 있으며, 도 11a는 페이드처리를 위한 윈도우가 사용된 주파수를 나타내고 있다.
본 발명의 음파 통신 장치의 음파 통신 유니트(10)로 앞서 기술된 음파를 송신 출력하는 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능한 음파 통신 유니트(10R)에는 음파 수신부(210)가 구비된다. 경우에 따라 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 음파 수신부 없이 음파 송출부만을 그리고 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 음파 송출부 없이 음파 수신부만을 구비하는 구성을 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하나, 앞서 기술한 바와 같이, 본 실시예의 경우 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 실질적으로 동일한 구성을 취하는 경우를 중심으로 설명한다.
음파 통신 장치의 음파 통신 유니트는 앞서 기술한 마이크로폰센서(51)를 포함하는 입력부(50)를 구비하는데, 마이크로폰센서(510)를 통하여 음파 통신 송출부 측 음파 통신 유니트(10), 즉 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파 송출부(140)로부터 송출된 고주파 대역의 음파를 수신할 수 있다. 음파수신부(210)는 이와 같이 수신된 고주파 대역의 음파에 포함된 입력 데이터를 해석하여 디지털데이터로 디코딩한다.
본 발명 실시예의 음파수신부(210)는 18~20kHz 의 음파 대역은 가지며, 마이크로폰 센서나 스피커의 주파수 응답 곡선에 따라 전송 신호 세기가 약해져서 전송 성공률이 감소하게 되고, 실제 MCU 가 구비한 아날로그-디지털변환(ADC)의 비트 해상도(bit resolution)의 한계로 인하여 신호 해석에도 한계가 있으므로 이러한 한계점을 극복하기 위하여, 경우에 따라 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명 실시예의 음파수신부(210)는 마이크로폰센서로부터 수신한 데이터를 단수/복수개의 높은 이득(gain)을 가지는 대역주파수 증폭필터를 거쳐서 증폭하는 구성을 취할 수도 있다. 본 발명 실시예는 상기 대역주파수 증폭필터로서 아날로그 방식의 OPAMP 증폭 회로를 채용한다.
이때, 수신 측 음파 통신 유니트(10), 즉 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 마이크로폰센서(51)와 송출 측 음파 통신 유니트(10), 즉 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 스피커(61)의 거리가 가까운 경우, 그 음압이 커서 여러 단계의 증폭을 거친 최종 신호에 클리핑(cliping)이 발생할 수도 있다.
따라서, 본 발명 실시예의 음파수신부(210)는 각 증폭필터 단계마다 별도의 아날로그-디지털 변환(ADC)를 수행하고, 마지막 단계부터 이전 단계까지 순차적으로 검색하면서 일정시간 동안 클리핑이 발생하지 않는 제일 높은 크기를 갖는 단계의 신호를 찾도록 구성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 송신된 음파 신호를 수신하는데 음파 수신부(210)가 사용된다. 도 13에는 음파 수신부(210)의 신호 흐름에 관한 단말 SDK Core 신호 해석 플로우가 도시된다. 음파수신부(210)는 마이크로폰센서(51)로부터 수신한 데이터를 환 버퍼에 푸쉬(Push)한다. 환 버퍼는 저장부(30)에 포함될 수 있고, 경우에 따라 음파 수신부에 별도로 구비되는 구성을 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.
환 버퍼에 저장된 데이터는 연산에 필요한 만큼 팝(Pop)되어 푸리에연산(FFT)을 수행하여 수집된 음파 속에 포함된 음파 데이터로서의 입력 데이터를 주파수 도메인 상에서의 신호로 변환하는데, 환 버퍼에 스펙트로그램(Spectrogram)의 형태로 저장한다. 이와 같은 연산 과정은 제어부(20)의 연산 제어 신호에 따라 연산부(40)에서 실행될 수 있는데, 설계 사양에 따라 별도의 연산부가 음파 수신부(210)에 개별 탑재될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
주파수 도메인 변환 연산인 푸리에연산(FFT)은 시간 데이터로부터 주파수를 취득하기 위한 것으로서, 본 발명 실시예에서는 한 번에 1024 개의 샘플을 취득하여 주파수 도메인으로 변환한다. 주파수 도메인으로 변환된 데이터는 512 개의 샘플을 갖는데, 각 샘플은 하기 수학식에 의해 해당 주파수의 신호 세기를 의미한다.
(수학식 4)
Figure pat00009
여기서, 고주파 음원에 해당하는 주파수 대역 샘플만을 취하고 나머지는 버리는 것이 바람직하며, 본 발명 실시예의 주파수 도메인의 샘플 중에서 고주파 음원에 해당하는 샘플의 인덱스(수학식 4 의 i) 는 421 부터 442 까지가 사용되었으나, 이는 일예로서 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니며 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.
음파 수신부(210)에서 주파수 도메인 변환 연산인 푸리에 연산을 수행하고 그 결과를 환 버퍼에 스펙트로그램의 형태로 저장시, 푸리에 연산에서 구한 고주파 음원의 주파수 해석 결과는 시간에 따른 주파수의 변화를 알 수 있는 스펙트로그램의 형태로 변형된다.
이때, 본 발명의 스펙트로그램(Spectrogram)은 환버퍼의 형태로 제작되었으며, 이를 통해 연산 속도를 증가시킬 수 있게 된다.
도 18에는 스펙트로그램 분석을 수행한 예를 도시한 것으로서, 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0x01 의 4bytes 의 데이터를 가지는 고주파 음원을 출력하고 이를 수신한 결과가 도시된다.
한편, 음파 수신부(210)는 실제 전송되는 입력 데이터가 포함된 음파인지 여부를 확인하고 해당 음파 데이터가 아닌 경우 연산 과정을 중단하게 되는데, 이는 앞서 송신측 음파 통신 유니트(10), 즉 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 고주파 생성부(143)에서 디지털 생성 및 디지털인코딩된 입력데이터 및 체크섬 데이터의 전송 데이터 전후에 시종데이터를 부가하는 구성을 취하는데, 이 시종데이터를 음파 수신부(210)가 체크한다. 즉, 고주파 음원은 해당 데이터를 전송하기 전에 시작 신호를 전송하는데, 음파수신부(210)는 시작 신호가 있는지 확인하고, 시작 신호가 없을 경우 연산을 중단한다.
음파 수신부(210)는 수신된 음파 데이터에 시작 신호 데이터가 포함된 경우, 즉 시작 신호 데이터가 감지된 경우, 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 데이터에서 잔향음을 제거하여 정확한 데이터를 추출한다. 그리고, 최종 처리된 주파수 신호를 평가하여 올바른 신호로 판단되면 해당 신호를 해석하게 된다.
즉, 음파 수신부(210)는 고주파 신호의 시작을 감지하기 위하여 스펙트로그램(Spectrogram)에서 가장 신호가 센 인덱스를 검출하며, 검출을 강인하게 수행하기 위하여 시작 신호의 해당 주파수 대역에서 신호 세기(spectrum(index, freq))와 시작 신호가 아닌 주파수 대역의 신호 세기를 동시에 측정하고 이의 합을 도출하여 두 값 사이의 비율을 구한다(수학식 5 참조).
(수학식 5)
Figure pat00010
만일, 두 신호 세기 관련 요소의 비율이 지정된 값 이상이고, 음파 수신부(210) 내지 제어부(20)는 지정된 값 이상인 상태가 지정된 시간 이상 유지되는지 여부를 판단하여 고주파 신호 중 입력 데이터가 존재 여부 및 신호의 시작 여부를 판단한다.
여기서, 시작 데이터를 확인한 경우를 중심으로 기술되었으나, 고주파 신호의 시작을 감지하는 판단 방법이 신호 종료 데이터를 검출하는 경우에도 동일하게 사용될 수 있다.
또한, 음파 수신부(210)는 수신된 고주파 대역의 음파에 포함된 입력 데이터를 해석하여 디지털데이터로 디코딩한다. 이러한 일련의 해석 과정을 수행하도록 음파 수신부(210)는 감지된 신호를 데이터 정렬한다.
예를 들어, 스펙트로그램에서 한 개의 비트는 여러 행의 스펙트로그램으로 구현되며, 이러한 행들을 데이터 비트별로 정확하게 나누기 위한 처리가 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 음파 통신 장치의 음파 통신 유니트(10) 중 수신 측 음파 통신 유니트, 즉 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 음파 수신부(210)는 어느 시간(x) 이후의 나머지 영역에 대하여 단위 데이터 길이(BL) 단위로 스펙트로그램 중 동일 시간 대의 데이터 프래그먼트(BLF)에 대한 가장 신호가 큰 인덱스의 동일 개수의 최대값의 합을 어느 시간(x)을 사전 설정 크기인 데이터 프래그먼트(BLF)만큼 증분시켜 산출했을 때 제일 큰 값을 형성하는 어느 시간(x)을 시작 지점으로 설정한다.
보다 구체적으로, 음파 수신부(210)는 시작 데이터를 체크하여 입력 데이터가 포함된 음파 데이터, 즉 고주파 신호임을 확인하여 신호 처리 과정의 연산이 속계되는데, 신호 처리 과정 상 정확한 입력 데이터를 추출하기 위하여 데이터 프래그먼트(BLF)라 후술되는 스펙트로그램 상의 행에 대한 데이터를 사전 설정된 단위 데이터 길이(BL)만큼 모아 정확하게 구획하는 처리인 데이터 정렬을 음파 수신부(210)가 실행한다.
음파수신부(210)는 시종 데이터 중 시작 데이터를 확인하여 신호 시작 감지가 이루어지면 일정 기간 동안 데이터를 취득하고, 취득된 데이터가 어떤 인덱스를 기준으로 정렬될 때 가장 큰 에너지를 갖는지 검토하여 정렬 인덱스를 구한다.
도 19에는 음파 수신부(210)가 데이터 정렬을 실행하기 위하여 스펙트로그램 상에서 각 인덱스 별로 에너지를 구하는 방법이 도시된다.
즉, 도 19에서 스펙트로그램 상의 데이터를 2차원 배열 SpectArray라 하고, 데이터 한 개의 길이, 즉 한 개이 데이터 비트가 형성하는 단위 데이터 길이를 BL 이라 하고, 음파 통신 유니트 간의 음파 통신이 한번 수행 될 때, 단위 데이터 길이(BL)를 갖는 데이터가 사전 설정된 데이터 개수인 NS개 모여 전송된다.
이때, 맥스인덱스(MaxIndex(array1dim))를 1차원 배열의 값(array1dim) 중 가장 큰 값을 갖는 원소의 인덱스(index) 값이라고 하면, 맥스인덱스(MaxIndex(array1dim))는 다음과 같이 표현된다(수학식 6).
(수학식 6)
Figure pat00011
이를 스펙트로그램의 2차원 배열, 즉 2차원 평면 상에서 표현할 경우, 맥스에너지인덱스(MaxEnergyIndex(x))는 스펙트로그램의 2차원 배열에서 x축으로 x번째 어느 지점(x)에 해당하는 y축 데이터 배열의 최대 Index를 구하는 수식(수학식 7)이다.(도 20 참조)
(수학식 7)
Figure pat00012
세임카운트(SameCount())는 맥스에너지인덱스(MaxEnergyIndex) 중에서 어느 지점(x)으로부터 일정구간동안, 즉 사전 설정된 단위 데이터 길이(BL)에 대하여 val값과 같은 것의 개수를 산출하는 것으로 수학식 8로 표현된다.(도 21 및 도 22 참조)
(수학식 8)
Figure pat00013
맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))는 사전 설정된 데이터의 진법을 고려한 주파수 대역 범위에 대하여 어느 지점(x)에서 일정 구간, 즉 단위 데이터 길이(BL)에 대한 세임카운트(SameCount())의 최대값을 어느 지점(x) 이후의 영역에 단위 데이터 길이(BL)만큼씩 이동시키면서 얻은 합을 나타낸다(수학식 9).
(수학식 9)
Figure pat00014
여기서, 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))가 최대가 되는 x값을 구하면, 즉 어느 지점(x) 이후의 영역에 대하여 데이터 프래그먼트(BLF)만큼씩 증분시키면서 얻은 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))가 최대가 되는 x 값, 그 값이 시작 인덱스(StartIndex)이다(수학식 10).
(수학식 10)
Figure pat00015
도 23은 음파 수신부(210)가 수행하는 데이터 정렬 과정에서 구해진 신호를 스펙트로그램(Spectrogram)으로 분석한 예인데, 도 18 대비하여, 정확하게 고주파 신호가 있는 영역이 감지되는 모습이 대비적으로 도시된다. 즉, 입력 데이터의 데이터 비트를 구획하는 위치를 정확하게 찾아 이를 기준으로 스펙트로그램 상의 각각의 행이 형성하는 데이터 프래그먼트들을 단위 데이터 길이(BL) 단위로 구획함으로써, 정렬된 스펙트로그램(도 23 참조)에서의 고주파 영역에서의 데이터의 표시는, 마이크로폰센서에서 수집되어 주파수 도메인 연산되어 스펙트로그램(도 18 참조)에서의 고주파 영역에서의 데이터보다 훨씬 선명하게 표시된다.
본 발명의 음파 수신부(210)는 데이터 정렬의 신호 처리와 더불어 데이터 분석을 실행한다. 즉, 음파 수신부(210)는 신호 처리된 정렬 데이터에서 잔향음을 이루는 데이터를 제거하여 잔향음으로 인한 데이터의 오류 발생을 방지한다. 즉, 본 발명의 음파 수신부(210)는 정렬된 데이터의 단위 데이터 길이(BL)만큼 후속하는 후속 데이터에 대하여 정렬된 데이터에 사전 설정 감쇠율(echoGain)로 감쇠시켜 잔향음을 제거한다.
본 발명의 음파 수신부(210)는 마이크로폰센서(51)를 통하여 스피커(61)로부터 송출된 고주파 음을 수신하는데, 이때 수신 과정 중 송신 측 음파 통신 유니트(10)인 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 스피커(61)로부터 출력되는 직접음 외에 공간 상의 다른 물체 등에 의하여 반사음 등도 동시에 수신된다. 그러므로, 고주파 음을 생성할 때, 잔향음에 대한 혼동을 방지하기 위하여, 각 비트별 데이터 값이 연속적으로 동일하게 나오는 경우가 없도록 설계함으로써 상기 스펙트로그램에서 직접음 뒤에 발생하는 잔향음을 감쇄시키더라도 직접음에 대한 인식률에 영향을 미치지 않도록 함이 바람직하며, 본 발명은 이러한 데이터의 손실 발생을 방지하며 잔향음을 감쇄 내지 제거하는 구성을 취한다.
데이터 정렬된 스펙트로그램의 선도인 도 23에 도시된 바와 같이, 일부 데이터에 잔향음에 대한 효과가 감지되는 것을 확인할 수 있는데, 본 발명은 고주파 음을 생성할 때, 잔향음에 대한 혼동을 방지하기 위하여, 각 비트별 데이터 값이 연속적으로 동일하게 나오는 경우는 없도록 설계하였는바, 다음과 같은 수학식 11을 통하여 잔향음이 제거될 수 있다.
(수학식 11)
Figure pat00016
즉, 본 발명의 음파 수신부(210)는 정렬된 데이터의 단위 데이터 길이(BL)만큼 후속하는 후속 데이터(Spectrogram(x,y))에 대하여 정렬된 데이터(Spectrogram(x-BL,y))에 사전 설정 감쇠율(echoGain)로 감쇠시켜 잔향음을 제거한다. 후속 데이터(Spectrogram(x,y))를 에코제거데이터(EchoRemoved(x,y))로 대체한다. 여기서, 에코제거데이터(EchoRemoved(x,y))가 음의 값을 갖는다면 0으로 치환한다.
따라서, 스펙트로그램에서 입력 데이터의 데이터 비트에 해당하는 직접음 뒤에 발생하는 잔향음을 감쇄시키더라도 직접음에 대한 인식률에 영향을 미치지 아니한다.
또한, 본 발명의 음파 수신부(210)는 스펙트로그램의 정규화 과정을 수행한다. 즉, 음파수신부(210)는 음원 신호를 보다 정확하게 분석이 필요한 경우, 스펙트로그램의 데이터를 최대한 복원할 수도 있다.
데이터 정렬된 스펙트로그램의 도 23에서 두번째 비트나, 마지막 비트는 데이트를 확인하기 어려운데, 이는 순간적인 임펄스(Impulse) 잡음이나, 통신에 사용된 스피커 혹은 마이크로폰 센서 등의 특성 등에 기인할 수 있으며, 음파 데이터로 수신되어 주파수 도메인 연산 변환된 고주파 신호의 스펙트로그램을 보다 정확하게 분석하기 위하여, 스펙트로그램의 데이터를 최대한 복원할 필요가 있다.
그러므로, 모든 신호의 정보가 스펙트로그램에 존재한다는 점과 스펙트로그램에서 한 개의 비트는 여러 행의 스펙트로그램으로 구현되는 점을 감안하여, 이러한 행들을 데이터 비트별로 정확하게 나누기 위하여 스펙트로그램의 데이터프래그먼트 단위의 행별로 정규화 알고리즘을 수행할 수 있다.
이러한 정규화 알고리즘은 다음의 수학식 12 에 의하여 수행된다.
(수학식 12)
Figure pat00017
도 24는 스펙트로그램(Spectrogram)에 대한 정규화 알고리즘을 수행한 결과로서, 관찰하기 힘들었던 두번째 비트 및 마지막 비트가 보이는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 해당 비트가 있는 행에서는 다른 비트들에 비해 상대적인 노이즈가 관찰된다.
한편, 음파 수신부(210)는 정렬 및 잔향음 제거와 입력 데이터의 선명성을 위한 정규화와 더불어 디지털 데이터 디코딩을 실행한다. 음파수신부(310)는 정규화 과정을 통하여 복원된 데이터에 기초하여 데이터 비트별각 값에 해당하는 에너지를 구한다.
도 25에는 비트별 최대의 에너지를 갖는 값을 적색 그림으로 나타낸 것이며,각 비트별 값을 8진법으로 나타낸 결과이다.
그 결과 [1, 2, 7, 2, 4, 6, 3, 2, 0, 7, 2, 1, 2, 3, 7] 의 15개의 값이 구해지며, 이러한 [1, 2, 7, 2, 4, 6, 3, 2, 0, 7, 2, 1, 2, 3, 7] 의 15개의 값은 음원 인코딩 단계에서 잔향음을 제거하기 위해 특수하게 인코딩된 데이터이다. 이와 같은 데이터를 다시 사전 설정된 진법으로 변환하여 7진법으로 디코딩하기 위해서 다음과 같은 수학식 13 를 사용한다.
(수학식 13)
Figure pat00018
상기 수학식 13은 8진수 데이터를 7진수 데이터로 변경할 때 사용하는 수식이며, 수학식 1을 통해 7진수 값들을 연속되지 않는 8진수로 변경한 값을 다시 원래의 7진수 값들로 복원하는 수식이다.
사전 선택된 진법(radix)가 7진수인 경우, 7진수 데이터(outputi)는 7진수로 변경하고자 하는 8진수(encodedi)와 이전 8진수 데이터(encodei-1)를 대입하여 얻을 수 있으며, 이전 8진수 데이터(encoded0) 가 없는 경우 해당 8진수 데이터(encoded1)는 그대로 7진수(output0)로 변경된다.
예시적으로, 앞서 음파 송출부에서의 디지털 인코딩 시 예시된 경우로 8진수 [1,6,0,2,6,3,0,6,1,6,1,0,2,6,4]인 경우, 이를 상기 수학식으로부터 7진수 [1,4,1,1,3,4,4,5,2,4,2,6,1,3,5]가 디코딩되어 진법 변환이 이루어 데이터의 변경이 이루어진다.
다시, 도 25에서의 [1, 2, 7, 2, 4, 6, 3, 2, 0, 7, 2, 1, 2, 3, 7] 의 15개 값은 수학식 6 를 통해 7진법 데이터 [1, 0, 4, 2, 1, 1, 4, 6, 5, 6, 2, 6, 0, 0, 3]의 값으로 변경되고, 이를 Hex 값으로 변경하면 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0x01, 0x97 이 된다.
음파 수신부(210)는 이렇게 구해진 5bytes의 데이터 중 앞 4bytes의 체크섬 값을 구하고, 이 값이 마지막 bytes와 동일한지 판단하여, 만약, 체크섬 결과가 적합하다면 수신한 4bytes 를 SDK(도 13 참조)에 알려준다.
한편, 본 발명의 음파 통신 장치는 송신/수신 측 음파 통신 유니트를 구비하되, 각각의 음파 통신의 연결 여부의 판단이 요구되는 상황을 감지하고 판단하기 위한 구성요소를 더 구비할 수도 있다.
즉, 본 발명의 음파 통신 장치(10)의 송수신측 음파 통신 유니트, 즉 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간에는 상대 위치 변동이 발생한다.
도 26의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 위치 고정되고 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 이동할 수도 있고, 도 27의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 위치 고정되고 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 이동하되 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 복수 개가 구비되어 제 2 음파 통신 그룹이 형성되어 상대 위치 변동이 이루어지는 구성을 이룰 수도 있다.
도 26의 (a) 내지 (c)는 각각 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 제 1 음파 통신 유니트(10T)와의 신뢰 가능한 음파 통신 유효 범위의 영역 외부로부터 근접하여 영역 내부로 진입하고 그리고 영역 외부로 다시 벗어나는 각각의 경우에 대한 상대 위치 변동 관계가 도시되고, 도 27의 (a) 내지 (c)는 제 1 음파 통신 유니트(10T)와제 2 음파 통신 유니트(10R)가 1:다 구조에 있어, 각각 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 제 1 음파 통신 유니트(10T)와의 신뢰 가능한 음파 통신 유효 범위의 영역 외부로부터 근접하여 영역 내부로 진입하고 그리고 영역 외부로 다시 벗어나고 다른 제 2 음파 통신 유니트(10R)까 제 1 음파 통신 유니트(10T)와의 신뢰 가능한 음파 통신 유효 범위로 진입하는 각각의 경우에 대한 상대 위치 변동 관계가 도시된다.
여기서, 도 27의 상태는 반대로 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 복수 개가 구비되어 제 1 음파 통신 유니트 그룹을 형성하는 구성을 취할 수도 있다. 또한, 앞서는 송신측 대 수신측의 1:1 내지 1:다 구조에 대하여 언급하였으나, 본 발명의 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 각각 복수 개가 구비되어 제 1 음파 통신 유니트 그룹 및 제 2 음파 통신 유니트 그룹을 형성하는 다:다 구성을 취할 수도 있다. 경우에 따라 본 발명의 송신 측 및 수신 측 음파 통신 유니트에는 다중 통신 구조를 이룰 수도 있겠으나, 본 실시예에서는 송신 측 음파 통신 유니트 어느 하나는 수신 측 음파 통신 유니트 어느 하나와만 통신을 이루는 구성을 취한다.
도 28 및 도 29에는 음파 통신 장치의 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 각각 복수 개가 구비되어 제 1 음파 통신 유니트 그룹 및 제 2 음파 통신 유니트 그룹을 형성하는 경우의 예시적 형태로, 산업 현장의 생산 설비 라인의 예시적 사시도 및 평면도가 도시된다. 본 실시예에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 제 1 음파 통신 유니트 그룹은 공정 로봇(R1,R2)이 배치되는 각각 스테이션(S1,S2) 측에 위치 고정 장착되고, 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 제 2 음파 통신 유니트 그룹은 위치 이동하는 컨베이어라인(CV) 상의 공정 타겟(T1,T2)가 배치되는 이동 대차(M1,M2)에 위치 고정 장착된다.
이와 같은 공장 설비 상에서의 음파 통신 유니트 간에는 음파 통신을 통한 연결을 체크해야 할 필요성이 요구되며, 본 발명은 이를 직접적 거리 내지 신호의 세기 등을 포함하는 거리적 요소가 반영되는 구성을 취한다.
먼저, 본 발명의 음파 통신 유니트(10)의 감지부(80)에는 거리를 감지하는 거리 센서(미도시)가 더 구비될 수도 있다.
즉, 감지부(80)의 거리 센서는 이격된 다른 음파 통신 유니트와의 상대 거리를 감지하여 측정된 거리를 사전 설정 거리와 비교하여 범위 내에 존재하는 경우 통신 여부를 실해하는 구성을 취할 수도 있다.
앞선 실시예에서는 별도의 거리 센서를 구비하는 구성을 언급하였으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 음파 통신 유니트가 구비하는 음파 수신부를 통하여 수신되는 음파 데이터를 통하여 음파 통신 유니트 간의 거리 정보로 거리 인덱스(Distance Index,DI)를 형성하고, 사전 설정 거리 인덱스(DIs)와 비교하는 구성을 취할 수도 있다.
앞서, 본 발명은 데이터 정렬된 후 정규화 과정을 거쳐 복원되기 전 스펙트로그램(도 23 참조)의 데이터 중 입력 데이터의 데이터 비트 해당하는 데이터를 세기 크기 순서로 정렬한 후 사전 설정된 범위 이하의 데이터, 즉 선택된 데이터 이하의 작은 세기를 갖는 값을 통하여 거리 인덱스(DI)를 산출한다. 도 25에 도시되는 경우 데이터라고 판단된 부분(빨간색 네모)에 대한 신호 세기를 정규화하기전 도 23의 스펙트로그램으로부터 데이터로부터 취득하고, 해당 신호 세기중에서 가장 적은 신호 세기의 신호를 거리로 환산할 수 있는데, 일부 데이터는 음파의 빠른 변동 등으로 유실될 수 있으므로, 경우에 따라 가장 적은 신호 세기를 바로 사용하기보다는, N번째로 가장 적은 신호를 사용하거나, 혹은 N번째로 가장 적은 신호부터 몇 개의 샘플을 평균내는 방식 등으로 데이터를 안정화 할 수 있다(수학식 14).
(수학식 14)
Figure pat00019
여기서, 어레이(array = strength of data signal)는 데이터 비트의 신호 세기 배열이고, 어레이 정렬(sorted_array = sort(array,descend))은 어레이의 순서 정렬로 본 실시예에서는 높은 순 정렬(하강 정렬)이다.
도 36에 도시된 바와 같이, 데이터를 세기 순서로 하강 나열할 때 상위단이 아닌 최저 내지 하위단의 N이 선택될 수 있다. 본 실시예에서 N는 전체 어레이의 개수(L)의 반보다 큰 값(순서상)으로 세기값으로 하위 50% 이하의 값이 선택될 수 있다. 이와 같이 본 발명은 데이터 신호의 최대 세기의 경우가 아닌 데이터 중 어느 값 특히 하위 50% 이하 내지 최저 값을 채택하여, 음파의 빠른 변동 등으로 일부 데이터가 유실될 수 있는 문제를 해속하기 위하여 가장 적은 신호 세기를 바로 사용하기보다는, 세기의 하강 순서로 N번째로 적은 신호를 사용하거나, 혹은 N번째로 적은 신호부터 몇 개의 샘플을 평균내는 방식 등으로 데이터를 안정화 할 수도 있다.
또한, 앞선 실시예에서는 별도의 거리 센서를 구비하거나 음파의 세기를 선택되는 영역의 세기 값을 기준으로 거리 인덱스를 산출 비교하는 구성을 언급하였으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 적어도 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 복수 개가 구비되고, 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 모두 음파 송수신이 가능한 경우, 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 거리 측정 음파를 사전 설정 측정 주기(T)로 송신하고, 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 제 2 음파 통신 유니트(10R)로부터의 거리 측정 음파를 수신하는 경우 수신 후 사전 설정 측정 주기(T) 후에 반송 거리 측정 음파를 송신하고, 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 반송 거리 측정 음파를 수신하여 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간의 사이 거리를 측정한다.
즉, 음파는 전파신호에 비해 매우 느리게 전송되므로, 시간 지연(Time of Flight)을 사용하여 거리를 측정하기에 상대적으로 용이하다. 초음파의 경우 매우 높은 주파수 영역으로 강한 음파를 송출하기 때문에, 벽에 도달하여 반사되는 반사음을 측정하는 방식으로 거리를 측정하고 있다. 다만, 본 발명에서 사용되는 비가청 대역은 상대적으로 가청대역과 가까운 주파수 영역을 활용하기 때문에 강한 송출을 하는 것은 사람의 안전에 위험할 수 있다. 또한, 초음파 센서의 경우 고가의 비용이 소요되어 본 발명에 탑재되는 마이크나 스피커는 그것을 허용하지도 않는다.
따라서, 본 발명의 경우, 정밀한 거리 측정을 위하여 TOF기능을 구비할 수도 있다. 수신측 제 2 음파 통신 유니트(10R) 측의 음파 송출부(140)로부터 스피커(61)로부터 거리 측정용 음파를 송신하고, 원래 송신측 제 1 음파 통신 유니트(10T) 측의 마이크로폰센서(51)를 통하여 음파 수신부(210)가 거리 측정용 음파를 수신하면 송신측 제 1 음파 통신 유니트(10T) 측의 음파 송출부(140)에서 스피커(61)를 통하여 가상의 반사음을 송출하도록 한다. 이때 데이터 송신부는 신호 처리 등에 의해 발생되는 지연으로, 즉각적인 가상의 반사음을 송출이 불가한바, TOF를 구현한다. 즉, 수신측 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 사전 설정 주기(T)로 음파를 송출한다. 그리고, 수신측 제 2 음파 통신 유니트(10R)에서 송출된 거리 측정용 음파는 송신측 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 수신하면, 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 수신된 후 사전 설정 주기(T) 후에 반사음을 송출한다.
수신측 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 다음 주기에 반사음을 수신하게 되며, 이때, 송출 신호 시간 대비 수신 신호 시간을 측정함으로써, 기기간의 거리를 측정할 수 있는데 다음과 같은 수학식 15로 표현된다.
(수학식 15)
Figure pat00020
이때 거리 측정용 신호는 쳐프 신호(Chirp)의 형태로 구현하고, 코릴레이션(Correlation)을 통해 수신 시간을 감지할 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 앞서 기술한 본 발명의 음파 통신 장치의 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 일실시예에 따른 본 발명의 음파 통신 장치 제어 방법은 제공 단계(S1)와 음파 송출 단계(S10)와 음파수신단계(S20)를 포함한다. 제공 단계(S1)에서 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트와 적어도 하나의 제 2 음파 통신 유니트를 포함하는 음파 통신 장치가 제공되는데, 이에 대한 설명은 상기로 대체한다.
그런 후, 음파 송출 단계(S10)가 실행된다. 음파 송출 단계(S10)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파송출부(140)는 입력 데이터를 비가청 고주파 대역의 음파에 실어서 스피커(61)를 통하여 제 2 음파 통신 유니트(10R)에 송출한다. 즉, 입력되는 데이터를 스피커(61)를 통하여 이격되어 배치되는 다른 음파 통신 유니트(10;10R)에 탑재되는 마이크로폰센서(51)를 통하여 감지되어 음파 수신부(210)로 전달되도록 출력하게 한다.
음파 송출 단계(S10)는 도 4에 도시된 바와 같이, 디지털 데이터 생성 단계(S11)와, 디지털 데이터 인코딩 단계(S13)와, 음파 변환 단계(S16)와, 음파 출력 단계(S19)를 포함한다.
디지털 데이터 생성 단계(S11)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파 송출부(140)의 디지털 신호 생성부(141)에서 전송할 입력 데이터가 비가청 음파 전송에 적합하도록 디지털 데이터 형태로 준비 형성된다. 입력 데이터는 아날로그 형태의 데이터일 수도 있고 디지털 형태의 데이터일 수도 있는데, 아날로그 형태의 데이터일 경우 디지털 형태로 변환시킨다.
또한, 디지털 데이터 생성 단계(S11)에서 입력 데이터에는 체크섬이 부가되는데, 이는 추후 제 2 음파 통신 유니트의 음파 수신부 측에서 수신된 데이터의 정합성을 평가하는데 사용될 수 있다. 체크섬이 추가된 입력 데이터는 디지털 데이터 생성 단계(S11)에서 사전 설정 진법(radix)으로 디지털 변환이 이루어진다. 본 실시예에 따른 디지털 데이터 생성 단계(S11)에서는 4bytes의 데이터를 7진법으로의 형태로 변환되었으나, 변환 전후의 데이터의 크기 내지 진법은 설계 사양에 따라 다양한 선택이 가능하다.
디지털 데이터 인코딩 단계(S13)는 음파 송출부(140)의 디지털신호인코딩부(142)에서 준비된 디지털 데이터를 인코딩시킨다.
디지털 데이터 인코딩 단계(S13)에서 잔향음 제거를 위하여 상기 디지털화된 입력 데이터를 잔향음 제거를 위하여 진법 변환시킨다.
디지털 데이터 인코딩 단계(S13)에서 잔향음 제거를 위한 디지털화된 입력 데이터(inputi)의 진법 변환을 통하여 진법 변환된 데이터(encodedi)가 산출되고, 진법 변환은 앞서 기술된 수학식 1을 통하여 산출된다.
음파 변환 단계(S16)에서는 음파 송출부(140)의 고주파생성부(143)에서 인코딩된 데이터가 신호 처리되어 음파 데이터로 변환된다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 다른 음파 변환 단계(S16)는 시종 데이터 추가 단계(S161)와, 주파수 도메인 변환 단계(S163)와, 시간 도메인 변환 단계(S165)를 포함한다.
시종 데이터 추가 단계(S161)에서 인코딩된 입력 데이터의 전후에 시작과 끝을 알리는 알림 데이터를 추가된다.
주파수 도메인 변환 단계(S163)에서 인코딩된 입력 데이터를 주파수 도메인으로 변환된다.
시간 도메인 변환 단계(S165)에서 주파수 도메인 변환된 입력 데이터를 출력 가능한 음파 형태로 변환한다.
이와 같은 신호 처리는 연산부(40)에서 이루어질 수도 이쏙, 음파 송출부(140)에 별도 내장되는 개별 연산부가 실행할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다.
한편, 경우에 따라 음파 필터링 단계(S17)가 더 구비될 수도 있다. 음파 필터링 단계(S17)에서는 음파 송출부(140)의 고주파 필터링부(144)에서 음파 변환 단계(S16)에서 변화된 고주파가 페이드 처리된다.
또한, 주파수 할당 단계(S15)와 음파 믹싱 단계(S18)가 더 구비될 수도 있다. 주파수 할당 단계(S15)에서는 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간에 다수의 입력 센서로부터의 입력 데이터가 존재하되, 각각의 입력 데이터에 대하여 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당된다.
음파 믹싱 단계(S18)에서는 음파 송출부(140)의 고주파 및 음원 합성부(145)에서 음파 출력 단계(S19) 전에 각각의 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당된 음파 데이터가 통합된다.
이러한 소정의 과정을 거쳐 신호 처리되어 고주파 음파 데이터로 형성된 입력 데이터는 음파 출력 단계(S19)에서 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 수신측 음파 통신 유니트(10), 즉 제 2 음파 통신 유니트(10R) 측으로 음파 출력된다.
그런 후, 음파수신단계(S20)가 실행되는데, 음파수신단계(S20)에서 수신측 음파 통신 유니트(10)인 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 음파수신부(210)는 음파송출단계(S10)를 통하여 송출된 고주파 대역의 비가청 대역의 고주파 음파인 입력 데이터를 마이크로폰센서로 수신하고, 수신된 고주파 대역의 음파에 포함된 입력 데이터를 분석하여 디지털데이터를 디코딩한다.
먼저, 도 14에 도시된 바와 같이, 음파수신단계(S20)는 음파 신호 수신 단계(S21)와, 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)와, 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)와, 디지털 데이터 정합성 확인 단계(S25)와, 디지털 데이터 출력 단계(S26)를 포함한다.
음파 신호 수신 단계(S21)에서 마이크로폰센서(51)를 통하여 음파 데이터 형태의 고주파 대역의 입력 데이터를 포함하는 음파 신호가 감지된다.
주파수 분리 신호 처리 단계(S23)에서 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터를 포함하는 주파수를 분리하여 음파 데이터를 신호 처리된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)는 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)와, 주파수 신호 데이터 처리 단계(S233)를 포함한다.
주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)에서 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터 형태의 입력 데이터를 주파수 신호 데이터로 변환하고 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 데이터가 생성 저장된다.
주파수 신호 데이터 처리 단계(S233)에서 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)에서 변환된 입력 데이터의 시작 여부가 확인되고 입력 데이터의 정렬 신호 처리된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)는 주파수 도메인 변환 단계(S2311)와, 주파수 신호 스펙트로그램 변환 단계(S2313)를 포함한다.
주파수 도메인 변환 단계(S2311)에서 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터 형태의 입력 데이터를 주파수 도메인 변환하여 주파수 신호 데이터가 형성된다.
주파수 신호 스펙트로그램 변환 단계(S2313)에서 변환된 주파수 신호 데이터를 스펙트로그램(Spectrogram)로 형태 변환시킨다.
도 17에 도시된 바와 같이, 주파수 신호 데이터 처리 단계(S233)는 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)와, 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)와, 잔향음 제거 단계(S2335)와, 데이터 복원 단계(S2337)와, 데이터 평가 단계(S2339)를 포함한다.
주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)에서는 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)에서 변환된 입력 데이터의 시작 여부가 확인된다.
주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)에서는 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)에서 시작 여부가 확인되는 경우, 스펙트로그램(Spectrogram)에서 데이터 비트 별로 구분한다.
그런 후, 잔향음 제거 단계(S2335)에서 정렬된 데이터의 단위 데이터 길이(BL)만큼 후속하는 후속 데이터에 대하여 정렬된 데이터에 사전 설정 감쇠율(echoGain)로 감쇠시켜 잔향음을 제거한다.
데이터 복원 단계(S2337)에서 잔향음이 제거된 데이터가 사전 설정된 방식으로 정규화된다.
데이터 평가 단계(S2339)에서 정규화된 데이터로부터 데이터 비트별 에너지 세기를 구하여 데이터 비트 값이 산출된다.
주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)는 도 17a에 도시된 바와 같이, 시작 신호 세기 비율 및 유지 지속 시간 산출 단계(S23311)와, 시작 신호 여부 판단 단계(S23313)를 포함한다.
시작 신호 세기 비율 및 유지 지속 시간 산출 단계(S23311)에서 스펙트로그램(Spectrogram)에서 신호 세기가 가장 센 인덱스가 검출되고, 시작 신호의 해당 주파수 대역에서의 신호 세기(spectrum(index,start_freq))와, 시작 신호가 아닌 주파수 대역의 신호 세기를 측정하여 두 신호 세기로 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))가 산출되는데, 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))이 사전 설정 저장된 사전 설정 신호 세기 비율(ssrs) 이상인 상태의 유지 지속 시간을 산출한다.
시작 신호 여부 판단 단계(S23313)에서 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))과 사전 설정 저장된 사전 설정 신호 세기 비율(ssrs)를 그리고 유지 지속 시간과 사전 설정 저장된 사전 설정 유지 지속 시간을 비교하여, 시작 여부가 판단된다.
한편, 스펙트로그램 상 입력 데이터의 단위 데이터는 사전 설정된 개수의 데이터 프래그먼트(BLF)로 구성되는 단위 데이터 길이(BL)를 구비하는데, 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)에서, 입력 데이터 신호의 시작이 감지되는 경우에 어느 시간(x)에서부터 상기 입력 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 정렬하는 경우, 어느 시간(x) 이후의 나머지 영역에 대하여 단위 데이터 길이(BL) 단위로 상기 스펙트로그램 중 동일 시간 대의 데이터 프래그먼트(BLF)에 대한 가장 신호가 큰 인덱스의 동일 개수의 최대값의 합을 어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 산출했을 때 제일 큰 값을 형성하는 어느 시간(x)이 시작 지점으로 설정된다.
주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)는 도 17b에 도시된 바와 같이, 맥스에너지인덱스 산출 단계(S23331)와, 새임카운드 산출 단계(S23333)와, 맥스리피트카운터 산출 단계(S23335)와, 시작 인덱스 산출 단계(S23337)를 포함한다.
먼저, 맥스에너지인덱스 산출 단계(S23331)에서 어느 시간(x)에서부터 동일 데이터 프래그먼트(BLF) 중 가장 신호가 큰 데이터 프래그먼트(BLF)의 인덱스인 맥스 에너지 인덱스(MaxEnergyIndex(x))가 산출된다.
새임카운드 산출 단계(S23333)에서 맥스 에너지 인덱스(MaxEnergyIndex(x)) 중에서 단위 데이터 길이(BL) 단위로 동일한 인덱스의 개수인 새임카운트(SameCount(val,x))가 산출된다.
맥스리피트카운터 산출 단계(S23335)에서 단위 데이터 길이(BL) 단위로 스펙트로그램의 어느 시간(x) 이후 나머지 영역에 대하여 새임카운트(SameCount(val,x))의 최대값의 합인 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))가 산출된다.
시작 인덱스 산출 단계(S23337)에서 어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 맥스리피트카운턴 산출 단계를 산출하여 도출되는 복수 개의 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x)) 중 최대 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))를 형성하는 어느 지점(x)을 시작 지점으로 설정하고 해당 어느 지점(x)의 인덱스가 시작 인덱스(StartIndex)로 설정된다.
디지털 데이터 디코딩 단계(S24)에서 분리된 음파 신호 중 음파 데이터가 디지털 데이터로 변환된다.
즉, 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)에서,
Figure pat00021
과 같은 관계식을 통하여 정렬 후 잔향음이 제거된 데이터(encodedi)의 진법 변환이 실행되어 잔향음 제거 진법 역변환된 데이터(outputi)가 산출된다.
디지털 데이터 정합성 확인 단계(S25)에서 디지털 데이터로 디코딩된 신호의 정합성이 확인되고, 정합성 여부는 송신측 음파 통신 유니트 측에 신호를 송출시 디지털 데이터 생성 과정에서 추가된 체크섬을 확인 산출하는 방식을 취한다. 체크섬의 유형은 다양한 변형 방식이 선택될 수 있다.
데이터 출력 단계(S26)에서 정합성이 확인된 디지털 데이터가 출력된다.
한편, 앞선 실시예에서는 체크섬을 확인하는 방식과 같은 디지털 데이터의 정합성만을 확인하는 구성만을 구비하였으나, 본 발명의 음파 통신 장치 제어 방법이 이에 국한되는 것은 아니다. 도 30에 도시된 바와 같이, 본 발명의 음파 통신 장치 제어 방법의 음파 수신 단계(S20)는 음파 신호 수신 단계(S21)와, 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)와, 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)와, 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)와, 디지털 데이터 출력 단계(S26)를 포함하되, 음파 신호 수신 단계(S21)와, 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)와, 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)와, 디지털 데이터 출력 단계(S26) 이들의 구성은 앞서 기재된 내용과 동일하다. 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는 디지털 데이터로 디코딩된 신호의 정합성을 확인하고 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 상호간 거리를 반영한 거리 인덱스로부터 정밀성을 판단하여 통신 연결 여부를 확인한다.
보다 구체적으로, 도 31에 도시된 바와 같이, 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는 체크섬 확인 단계(S251a)와, 거리 산출 단계(S252)와, 체크섬 적합 판단 단계(S253)와, 거리 적합 판단 단계(S254)를 포함하는데, 체크섬 확인 단계(S251a)와, 체크섬 적합 판단 단계(S253)는 상기한 내용과 동일하다.
거리 산출 단계(S252)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리가 산출되는데, 앞서 기술된 바와 같이 감지부(80)에 별도의 거리 센서(미도시)가 구비되어 음파 송신측과 수신측 음파 통신 유니트 간의 상대 거리를 검축하고, 거리 적합 판단 단계(S254)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리인 거리 인덱스와 사전 설정 거리(ds)가 비교되어 제 1 음파 유니트와 제 2 음파 통신 유니트가 서로 음파 통신을 이루어야 하는지에 대한 보다 정밀한 판단 과정이 수행된다.
한편, 본 발명의 음파 통신 장치의 송수신 측 음파 통신 유니트(10)에 별도의 거리 측정을 위한 별도의 거리 센서가 구비되지 않고 탑재된 입력부/출력부의 마이크로폰센서 및 스피커로 거리 인자가 포함되는 거리 인덱스 내지 실제 거리를 측정하는 방식을 취할 수도 있음은 앞서 기술한 바와 같다.
먼저, 음파 통신으로 수신된 음파 데이터의 세기를 이용하되 세기의 최저값 내지 하위 값을 이용하는 제어 방법을 취한다. 즉, 도 34에 도시된 바와 같이, 실제 산업 현장에서 충격음의 발생이 빈번한데, 세기의 최대값을 기준으로 음파 통신을 통한 거리 가늠을 진행하는 경우 오작동 가능성이 상당히 농후하다.
도 32에 도시된 바와 같이, 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)의 경우 체크섬 확인 단계(S251a)와, 거리 인덱스(DI) 산출 단계(S252a)와, 체크섬 적합 판단 단계(S253)와, 거리 적합 판단 단계(S254a)를 포함한다.
체크섬 확인 단계(S251a)과 체크섬 적합 판단 단계(S253)는 앞서 기술된 내용과 동일하다.
거리 인덱스(DI) 산출 단계(S252a)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스(DI)가 산출되는데, 거리 인덱스(DI)는 앞서 기술된 수학식 14을 통하여 산출된다. 산출 과정은 상기한 내용으로 대체한다.
거리 적합 판단 단계(S254a)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스(DI)와 사전 설정 거리 인덱스(DIs)가 비교된다. 본 실시예에서 사전 설정 거리 인덱스(DIs)는 6.0으로 설정되었으나, 이는 일예로서 적용되는 산업 현장의 환경에 값을 변경이 가능하다.
도 37에 도시된 바와 같이, 제 1 음파 통신 유니트(10T,A)로부터 음파 데이터의 송신이 이루어지고, 제 2 음파 통신 유니트(10R,B1,B2,B3)는 복수 개가 구비되는데, 사전 설정 거리 인덱스(DIs)를 기준으로 사전 설정 거리 인덱스(DIs)보다 큰 경우에 인식이 가능한 인식 구간으로, 그리고 사전 설정 거리 인덱스(DIs)를 기준으로 사전 설정 거리 인덱스(DIs)보다 작은 경우에 인식이 불가능한 비인식 구간으로 구획된다.
물론, 복수 개의 제 2 음파 통신 유니트가 인식 구간에 있는 경우 별도의 통신을 통하여 보완할 수도 있으나, 도 28과 도 29에 도시된 바와 같은 실제 산업 현장의 경우 각각의 이동 대차(M1,M2)간에는 사이 거리가 존재하여 사전 설정 거리 인덱스와 이동 대차 간의 사이 거리의 조정을 통하여 복잡한 상황을 방지하는 설게 구성을 취할 수도 있다.
도 37에서 각각의 거리 인덱스(DI)는 사전 설정 거리 인덱스(DIs)를 기준으로 B1의 경우 접속 가능한 인식 구간의 영역에 존재하나, B2,B3의 경우 비인식 구간의 영역에 존재함으로써 B1으로 지시되는 제 2 음파 통신 유니트가 제 1 음파 통신 유니트 A1과 연결되고, 다른 B1,B2로 지시되는 제 2 음파 통신 유니트는 접속되지 않는다.
본 실시예에서는 인식 구간의 영역에 접근한지가 판단 기준이 되는데, 경우에 따라, 송수신 데이터의 추가를 통하여 복수 개이 음파 수신부 측에서의 거리 인덱스의 값을 정렬하여 사전 설정된 기준에 따라 접속 여부를 결정하는 방식이 실행될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
또 한편, 음파의 TOF(Time of Flight) 또는 TOA(Time of Arrival)를 이용하여 제 1 음파 통신 유니트와 제 2 음파 통신 유니트의 거리를 측정하는 방법을 취한다.
TOF를 이용하는 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는 체크섬 확인 단계(S251a)와, TOF 거리 인덱스 산출 단계(S252b)와, 체크섬 적합 판단 단계(S253)와, 거리 적합 판단 단계(S254b)를 포함한다.
체크섬 확인 단계(S251a)과 체크섬 적합 판단 단계(S253)는 앞서 기술된 내용과 동일하다.
TOF 거리 인덱스 산출 단계(S252b)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스인 TOF 거리(DTOF)가 산출되고, 거리 적합 판단 단계(S254b)에서 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스(DTOF)와 사전 설정 거리 인덱스(Ds)가 비교된다.
이 경우, 수신측의 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고, 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 모두 음파 송수신이 가능하다.
도 39에 도시된 바와 같이, 거리 인덱스 산출 단계(S252b)는 거리 측정 마스터 음파 신호 송신 단계(S2512b)와, 거리 측정 마스터 음파 신호 수신 단계(S2522b)와, 거리 측정 슬레이브 음파 신호 송신 단계(S2523b)와, 거리 측정 슬레이브 음파 신호 수신 단계(S2524b)를 포함한다.
거리 측정 마스터 음파 신호 송신 단계(S2512b)에서 제 2 음파 통신 유니트(10R)에서 거리 측정 음파를 사전 설정 측정 주기(T)로 송신한다.
거리 측정 마스터 음파 신호 수신 단계(S2522b)에서, 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 거리 측정 음파가 수신된다.
거리 측정 슬레이브 음파 신호 송신 단계(S2523b)에서, 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 제 2 음파 통신 유니트(10R)로부터의 거리 측정 음파를 수신하는 경우 수신 후 사전 설정 측정 주기(T) 후에 반송 거리 측정 음파가 송신된다.
거리 측정 슬레이브 음파 신호 수신 단계(S2524b)에서, 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 반송 거리 측정 음파가 수신된다.
거리 인덱스 산출 단계(S2526b)에서, 제 2 음파 통신 유니트(10R)에서 반송 거리 측정 음파의 송신 시간(trans) 및 수신 시간(trecv)와 사전 설정 주기를 이용하여 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간의 사이 거리가 산출된다.
앞선 실시예에서 본 발명의 음파 통신 장치 및 이의 제어 방법이 산업 현장 중 일괄 생산 라인 상에 적용되는 경우에 대하여 도 28 및 도 29에 도시되었는데, 본 발명의 음파 통신 장치 및 이의 제어 방법이 이에 국한되는 것은 아니다.
즉, 도 42에 도시된 바와 같이, 본 발명의 음파 통신 장치 및 이의 제어 방법는 AGV 차량 및 AGV 차량이 소정의 작업을 이루는 작업 스테이션과의 통신 구조를 이루는데 사용될 수도 있다.
또한, 지면 상에 가동하여 송신 측과 수신 측의 상대 위치 변동이 발생하는 경우에 대하여 사용되는 경우만이 아니라, OHT(Overhead Transport) 등의 천장형 이동 물류 장비에 사용될 수도 있다.
즉, 자동차 생산 라인 이외에도, 반도체 공정의 생산 라인, 물류 작업 현장 내지 병원 공공 기관 등의 서류 전달 등 다양한 산업 분야의 현장에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서 음파 통신을 이루는 입력 데이터의 유형도 복잡한 작업 명령에 관련된 데이터일 수도 있으나, 단순한 형태의 데이터일 수도 있는 등 데이터의 유형에 대하여 특별한 한정되지 않는다.
또한, 음파 통신을 이루는 음파 통신 장치의 송수신 측 음파 통신 유니트의 형태도 특정 유형에 제한되지 않는다. 단위 개별 모듈 타입으로 구현될 수도 있으나, 음파 통신 유니트는 스마트폰, 노트북, 태블릿, 컴퓨터, 스마트워치의 형태로 구현될 수도 있는 등 음파 송출부 내지 음파 수신부의 구성을 이루는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
즉, 도 44에 도시된 바와 같이, 특정 제조 산업 현장 이외에도 B2C 형태의 소비자가 물건을 구매하는 마트 등에서 각각의 매대에 비가청 대역의 음파를 출력하고, 소비자가 구비하는 스마트폰과의 음파 통신을 통한 물건 구매를 통하여, 직접 물건 운반하지 않고 구매 배송 가능하게 하는 온오프라인 통합 형태의 쇼핑을 실행할 수도 있는 등 다양한 산업 내지 일상 생활에의 적용이 가능하다.
10...음파 통신 유니트 20...제어부
30...저장부 40...연산부
50...입력부 51...마이크로폰센서
60...출력부 61...스피커
140...음파 송출부 210...음파 수신부

Claims (50)

  1. 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 상기 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 상기 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력하는 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 음파 통신 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)는, 입력 데이터를 비가청 고주파 대역의 음파에 실어서 상기 스피커(61)를 통하여 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 측으로 송출하는 음파 송출부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 음파송출부(140)는, 상기 스피커(SP)를 통하여 송출되는 음파의 잔향음 제거를 위하여 데이터의 진법을 변경하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 음파송출부(140)는,
    전송할 데이터를 비가청 음파 전송에 적합하도록 디지털 형성(변환)하는 디지털신호생성부(141);
    상기 디지털신호생성부(141)에서 변환된 디지털 데이터를 인코딩시키는 디지털신호인코딩부(142);
    상기 디지털신호인코딩부(142)에서 인코딩된 데이터를 신호 처리하여 음파 데이터로 변환시키는 고주파생성부(143);
    변환된 고주파를 페이드 처리하는 고주파 필터링부(144);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디지털신호 생성부(141)에서 입력 데이터는 사전 설정 진법(radix)으로 디지털 변환되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 디지털신호인코딩부(142)는 잔향음 제거를 위하여 입력 데이터의 진법을 변경하는 구성을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    잔향음 제거를 위한 상기 입력 데이터(inputi)의 진법 변환은:
    Figure pat00022

    과 같은 관계식을 통하여 진법 변환된 데이터(encodedi)가 산출되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 고주파 생성부(143)는 고주파 음원이 시작됨과 음원이 끝남을 알리는 데이터를 추가하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간에 다수의 입력 센서로부터의 입력 데이터가 존재하되, 각각의 입력 데이터에 대하여 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당 가능하고,
    각각의 입력 데이터는 상기 고주파생성부(143)에서 각각의 음파 데이터로 변환되되, 상기 음파 송출부(140)는 상기 각각의 음파 데이터를 통합하는 고주파 및 음원 합성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파 송출부(140)로부터 송출된 고주파 대역의 음파를 수신하는 마이크로폰센서(51)를 포함하는 입력부(50)를 구비하고, 수신된 고주파 대역의 음파에 포함된 입력 데이터를 해석하여 디지털데이터로 디코딩하는 음파수신부(210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 음파수신부(210)는,
    마이크로폰센서로부터 수신한 데이터를 단수/복수개의 높은 이득(gain)을 가지는 대역주파수 증폭필터를 거쳐서 증폭하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 음파수신부(210)는,
    상기 대역주파수 증폭필터는 OPAMP 증폭 회로인 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 음파수신부(210)는, 수신된 입력 데이터를 신호 처리하여 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 데이터로 저장하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 음파수신부(210)가 데이터에 시작 신호가 있는지 확인하고, 시작 신호가 없을 경우 연산을 중단하고,
    시작 신호가 감지되면, 상기 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 입력 데이터에서 잔향음을 제거하고 최종 처리된 주파수 신호를 해석하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 음파수신부(210)는,
    상기 신호의 시작을 감지하기 위하여, 스펙트로그램(Spectrogram)에서 가장 신호가 센 인덱스를 검출하고,
    인덱스의 검출을 수행하기 위하여 시작 신호의 해당 주파수 대역에서 신호 세기와 시작 신호가 아닌 주파수 대역의 신호 세기를 동시에 측정하여 두 값 사이의 비율을 구하고,
    두 신호 세기의 비율이 지정된 값 이상이고, 지정된 값 이상인 상태가 지정된 시간 이상 유지된다면 입력 데이터 신호가 시작되었다고 판단하는 구성을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 스펙트로그램 상 상기 입력 데이터의 단위 데이터는 사전 설정된 개수의 데이터 프래그먼트(BLF)로 구성되는 단위 데이터 길이(BL)를 구비하고,
    상기 음파 수신부(210)는, 상기 입력 데이터 신호의 시작이 감지되는 경우에 어느 시간(x)에서부터 상기 입력 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 정렬시,
    어느 시간(x) 이후의 나머지 영역에 대하여 단위 데이터 길이(BL) 단위로
    상기 스펙트로그램 중 동일 시간 대의 데이터 프래그먼트(BLF)에 대한 가장 신호가 큰 인덱스의 동일 개수의 최대값의 합을
    어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 산출했을 때
    제일 큰 값을 형성하는 어느 시간(x)이 시작 지점으로 설정되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 정렬된 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL)만큼 후속하는 후속 데이터에 대하여 상기 정렬된 데이터에 사전 설정 감쇠율(echoGain)로 감쇠시켜 잔향음을 제거하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    잔향음 제거된 후, 상기 정렬된 데이터(encodedi)의 진법 변환은:
    Figure pat00023

    과 같은 관계식을 통하여 잔향음 제거 진법 역변환된 데이터(outputi)가 산출되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 상호간 거리를 반영한 거리 인덱스를 고려하여 통신 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  20. 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)를 구비하는 제 1 음파 통신 그룹과,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 상기 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 상기 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력하는 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 제 2 음파 통신 그룹을 구비하는 음파 통신 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 상호간 거리를 반영한 거리 인덱스를 고려하여 통신 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고,
    상기 거리 인덱스는 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 수신하는 신호를 세기를 기반으로 정렬되고 최대 세기 값을 제외한 사전 설정 값을 기준으로 산출되고,
    상기 복수 개의 제 2 음파 통신 유니트 중 최대 거리 인덱스를 구비하되, 산출된 거리 인덱스가 사전 설정 거리 인덱스 이상인 제 2 음파 통신 유니트와 상기 제 1 음파 통신 유니트가 통신 연결되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 사전 설정 값은 세기를 기반으로 정렬된 신호 중 하위 50% 이하의 값 중 선택되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  24. 제 20항에 있어서,
    상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 모두 음파 송수신이 가능한 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 거리 측정 음파를 사전 설정 측정 주기(T)로 송신하고,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)는 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)로부터의 거리 측정 음파를 수신하는 경우 수신 후 사전 설정 측정 주기(T) 후에 반송 거리 측정 음파를 송신하고,
    상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 상기 반송 거리 측정 음파를 수신하여 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간의 사이 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  26. 입력 데이터를 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 출력하는 적어도 하나 이상의 제 1 음파 통신 유니트(10T)와, 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상대 위치 변동 가능하도록 배치되고 상기 스피커(61)로부터 출력되는 음파로부터 상기 데이터를 마이크로폰 센서(51)를 통하여 수신하여 출력하는 적어도 하나 이상의 제 2 음파 통신 유니트(10R)를 포함하는 음파 통신 장치를 제공하는 제공 단계(S1)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파송출부(140)가 상기 입력 데이터를 비가청 고주파 대역의 음파에 실어서 상기 스피커(61)를 통하여 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)에 송출하는 음파 송출 단계(S10)와,
    상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)의 음파수신부(210)가 상기와 같이 음파송출단계를 통하여 송출된 고주파 대역의 입력 데이터를 마이크로폰센서로 수신하고, 수신된 고주파 대역의 음파에 포함된 입력 데이터를 분석하여 디지털데이터를 복호화하는 음파수신단계(S20)를 포함하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 음파 송출 단계(S10)는:
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)의 음파 송출부(140)의 디지털 신호 생성부(141)에서 전송할 상기 입력 데이터를 비가청 음파 전송에 적합하도록 디지털 데이터 형태로 준비 형성되는 디지털 데이터 생성 단계(S11)와,
    상기 음파 송출부(140)의 디지털신호인코딩부(142)에서 준비된 디지털 데이터를 인코딩시키는 디지털 데이터 인코딩 단계(S13)와,
    상기 음파 송출부(140)의 고주파생성부(143)에서 인코딩된 데이터를 신호 처리하여 음파 데이터로 변환시키는 음파 변환 단계(S16)와,
    상기 스피커(61)를 통하여 음파통신 방식으로 음파 출력되는 음파 출력 단계(S19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 생성 단계(S11)에서 상기 입력 데이터는 사전 설정 진법(radix)으로 디지털 변환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 인코딩 단계(S13)에서 잔향음 제거를 위하여 상기 디지털화된 입력 데이터를 잔향음 제거를 위하여 진법 변환시키는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 인코딩 단계(S13)에서 상기 잔향음 제거를 위한 상기 디지털화된 입력 데이터(inputi)의 진법 변환을 통하여 진법 변환된 데이터(encodedi)가 산출되고, 상기 진법 변환은:
    Figure pat00024

    과 같은 관계식을 통하여 가 산출되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 음파 변환 단계(S16)는:
    상기 인코딩된 입력 데이터의 전후에 시작과 끝을 알리는 알림 데이터를 추가하는 시종 데이터 추가 단계(S161)와,
    상기 인코딩된 입력 데이터를 주파수 도메인으로 변환하는 주파수 도메인 변환 단계(S163)와,
    상기 주파수 도메인 변환된 입력 데이터를 출력 가능한 음파 형태로 변환하는 시간 도메인 변환 단계(S165)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 음파 송출부(140)의 고주파 필터링부(144)에서 상기 음파 변환 단계(S16)에서 변화된 고주파가 페이드 처리되는 음파 필터링 단계(S17)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간에 다수의 입력 센서로부터의 입력 데이터가 존재하되, 각각의 입력 데이터에 대하여 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당한 주파수 할당 단계(S15)와,
    상기 음파 송출부(140)의 고주파 및 음원 합성부(145)에서 음파 출력 단계(S19) 전에 상기 각각의 사전 설정된 주파수 범위로 주파수 할당된 음파 데이터가 통합되는 음파 믹싱 단계(S18)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  34. 제 26항에 있어서,
    상기 음파수신단계(S20)는:
    상기 마이크로폰센서(51)를 통하여 음파 데이터 형태의 고주파 대역의 입력 데이터를 포함하는 음파 신호를 감지하는 음파 신호 수신 단계(S21)와,
    상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터를 포함하는 주파수를 분리하여 음파 데이터를 신호 처리하는 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)와,
    상기 분리된 음파 신호 중 음파 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)와,
    상기 디지털 데이터로 디코딩된 신호의 정합성을 확인하는 디지털 데이터 정합성 확인 단계(S25)와,
    상기 정합성이 확인된 디지털 데이터를 출력하는 디지털 데이터 출력 단계(S26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)는:
    상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터 형태의 입력 데이터를 주파수 신호 데이터로 변환하고 스펙트로그램(Spectrogram) 형태의 데이터로 생성 저장하는 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)와,
    상기 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)에서 변환된 입력 데이터의 시작 여부를 확인 정렬 신호 처리하는 주파수 신호 데이터 처리 단계(S233)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)는:
    상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터 형태의 입력 데이터를 주파수 도메인 변환하여 주파수 신호 데이터를 형성하는 주파수 도메인 변환 단계(S2311)와,
    상기 변환된 주파수 신호 데이터를 스펙트로그램(Spectrogram) 형태 변환하는 주파수 신호 스펙트로그램 변환 단계(S2313)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  37. 제 35항에 있어서,
    상기 주파수 신호 데이터 처리 단계(S233)는:
    상기 주파수 신호 데이터 변환 단계(S231)에서 변환된 입력 데이터의 시작 여부를 확인하는 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)와,
    상기 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S23331)에서 시작 여부가 확인되는 경우, 상기 스펙트로그램(Spectrogram)에서 데이터 비트 별로 구분하는 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)와,
    상기 정렬된 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL)만큼 후속하는 후속 데이터에 대하여 상기 정렬된 데이터에 사전 설정 감쇠율(echoGain)로 감쇠시켜 잔향음을 제거하는 잔향음 제거 단계(S2335)와,
    상기 잔향음이 제거된 데이터를 사전 설정된 방식으로 정규화시키는 데이터 복원 단계(S2337)와,
    상기 정규화된 데이터로부터 데이터 비트별 에너지 세기를 구하여 데이터 비트 값을 산출하는 데이터 평가 단계(S2339)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기 주파수 신호 데이터 시작 확인 단계(S2331)는:
    상기 스펙트로그램(Spectrogram)에서 신호 세기가 가장 센 인덱스를 검출하고, 시작 신호의 해당 주파수 대역에서의 신호 세기(spectrum(index,start_freq))와, 시작 신호가 아닌 주파수 대역의 신호 세기를 측정하여 두 신호 세기로 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))를 산출하고, 상기 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))이 사전 설정 저장된 사전 설정 신호 세기 비율(ssrs) 이상인 상태의 유지 지속 시간을 산출하는 시작 신호 세기 비율 및 유지 지속 시간 산출 단계(S23311)와,
    상기 시작 신호 세기 비율(start signal ration(index))과 사전 설정 저장된 사전 설정 신호 세기 비율(ssrs)를 그리고 유지 지속 시간과 사전 설정 저장된 사전 설정 유지 지속 시간을 비교하여, 시작 여부를 판단하는 시작 신호 여부 판단 단계(S23313)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  39. 제 37항에 있어서,
    상기 스펙트로그램 상 상기 입력 데이터의 단위 데이터는 사전 설정된 개수의 데이터 프래그먼트(BLF)로 구성되는 단위 데이터 길이(BL)를 구비하고,
    상기 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)에서, 상기 입력 데이터 신호의 시작이 감지되는 경우에 어느 시간(x)에서부터 상기 입력 데이터의 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 정렬하는 경우,
    어느 시간(x) 이후의 나머지 영역에 대하여 단위 데이터 길이(BL) 단위로
    상기 스펙트로그램 중 동일 시간 대의 데이터 프래그먼트(BLF)에 대한 가장 신호가 큰 인덱스의 동일 개수의 최대값의 합을
    어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 산출했을 때
    제일 큰 값을 형성하는 어느 시간(x)이 시작 지점으로 설정되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  40. 제 39항에 있어서,
    상기 주파수 신호 데이터 정렬 단계(S2333)는:
    상기 어느 시간(x)에서부터 동일 데이터 프래그먼트(BLF) 중 가장 신호가 큰 데이터 프래그먼트(BLF)의 인덱스인 맥스 에너지 인덱스(MaxEnergyIndex(x))를 산출하는 맥스에너지인덱스 산출 단계(S23331)와,
    상기 맥스 에너지 인덱스(MaxEnergyIndex(x)) 중에서 상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 동일한 인덱스의 개수인 새임카운트(SameCount(val,x))를 산출하는 새임카운드 산출 단계(S23333)와,
    상기 단위 데이터 길이(BL) 단위로 상기 스펙트로그램의 상기 어느 시간(x) 이후 나머지 영역에 대하여 상기 새임카운트(SameCount(val,x))의 최대값의 합인 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))를 산출하는 맥스리피트카운터 산출 단계(S23335)와,
    어느 시간(x)을 사전 설정 크기(상기 데이터 프래그먼트(BLF))만큼 증분시켜 상기 맥스리피트카운턴 산출 단계를 산출하여 도출되는 복수 개의 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x)) 중 최대 맥스리피트카운터(MaxRepeatCounter(x))를 형성하는 어느 지점(x)을 시작 지점으로 설정하고 해당 어느 지점(x)의 인덱스를 시작 인덱스(StartIndex)로 설정하는 시작 인덱스 산출 단계(S23337)을 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  41. 제 34항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)에서,
    Figure pat00025

    과 같은 관계식을 통하여
    상기 정렬 후 잔향음이 제거된 데이터(encodedi)의 진법 변환이 실행되어 잔향음 제거 진법 역변환된 데이터(outputi)가 산출되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  42. 제 26항에 있어서,
    상기 음파수신단계(S20)는:
    상기 마이크로폰센서(51)를 통하여 음파 데이터 형태의 고주파 대역의 입력 데이터를 포함하는 음파 신호를 감지하는 음파 신호 수신 단계(S21)와,
    상기 수신된 음파 신호에서 해당 음파 데이터를 포함하는 주파수를 분리하여 음파 데이터를 신호 처리하는 주파수 분리 신호 처리 단계(S23)와,
    상기 분리된 음파 신호 중 음파 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 디지털 데이터 디코딩 단계(S24)와,
    상기 디지털 데이터로 디코딩된 신호의 정합성을 확인하고 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 상호간 거리를 반영한 거리 인덱스로부터 정밀성을 판단하여 통신 연결 여부를 확인하는 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)와,
    상기 정합성이 확인된 디지털 데이터를 출력하는 디지털 데이터 출력 단계(S26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는:
    상기 디코딩된 디지털 데이터의 체크섬을 확인하는 체크섬 확인 단계(S251a)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리를 산출하는 거리 산출 단계(S252)와,
    상기 체크섬 확인 단계(S251a)에서 확인된 상기 체크섬이 적합한지 판단하는 체크섬 적합 판단 단계(S253)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리인 거리 인덱스와 사전 설정 거리(ds)를 비교하는 거리 적합 판단 단계(S254)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 제어 방법.
  44. 제 42항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는:
    상기 디코딩된 디지털 데이터의 체크섬을 확인하는 체크섬 확인 단계(S251a)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스 (DI)를 산출하는 거리 인덱스 (DI) 산출 단계(S252a)와,
    상기 체크섬 확인 단계(S251a)에서 확인된 상기 체크섬이 적합한지 판단하는 체크섬 적합 판단 단계(S253)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스(DI)와 사전 설정 거리 인덱스(DIs)를 비교하는 거리 적합 판단 단계(S254a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 제어 방법.
  45. 제 44항에 있어서,
    상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고,
    상기 거리 인덱스는 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 수신하는 신호를 세기를 기반으로 정렬되고 최대 세기 값을 제외한 사전 설정 값을 기준으로 산출되고,
    상기 거리 적합 판단 단계(S254a)에서, 산출된 거리 인덱스가 사전 설정 거리 인덱스 이상인 제 2 음파 통신 유니트와 상기 제 1 음파 통신 유니트가 통신 연결되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  46. 제 45항에 있어서,
    상기 거리 인덱스는 아래 수학식을 통하여 산출되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
    (수학식)
    Figure pat00026

    여기서, 어레이(array = strength of data signal)는 입력 데이터의 데이터 비트의 신호 세기 배열이고, 어레이 정렬(sorted_array = sort(array,descend))은 어레이의 순서 정렬임.
  47. 제 46항에 있어서,
    상기 사전 설정 값은 세기를 기반으로 정렬된 신호 중 하위 50% 이하의 값 중 선택되는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치.
  48. 제 42항에 있어서,
    상기 디지털 데이터 정합성 및 정밀성 확인 단계(S25a)는:
    상기 디코딩된 디지털 데이터의 체크섬을 확인하는 체크섬 확인 단계(S251a)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스인 TOF 거리(DTOF)를 산출하는 TOF 거리 인덱스 산출 단계(S252b)와,
    상기 체크섬 확인 단계(S251a)확인된 상기 체크섬이 적합한지 판단하는 체크섬 적합 판단 단계(S253)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 사이의 거리 인덱스(DTOF)와 사전 설정 거리 인덱스(Ds)를 비교하는 거리 적합 판단 단계(S254b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 제어 방법.
  49. 제 48항에 있어서,
    상기 제 2 음파 통신 유니트가 복수 개가 구비되고,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T) 및 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)는 모두 음파 송수신이 가능한 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
  50. 제 49항에 있어서,
    상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)에서 거리 측정 음파를 사전 설정 측정 주기(T)로 송신하는 거리 측정 마스터 음파 신호 송신 단계(S2521b)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 상기 거리 측정 음파를 수신하는 거리 측정 마스터 음파 신호 수신 단계(S2522b)와,
    상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)가 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)로부터의 거리 측정 음파를 수신하는 경우 수신 후 사전 설정 측정 주기(T) 후에 반송 거리 측정 음파를 송신하는 거리 측정 슬레이브 음파 신호 송신 단계(S2523b)와,
    상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)가 상기 반송 거리 측정 음파를 수신하는 거리 측정 슬레이브 음파 신호 수신 단계(S2524b)와,
    상기 제 2 음파 통신 유니트(10R)에서 상기 반송 거리 측정 음파의 송신 시간(trans) 및 수신 시간(trecv)와 사전 설정 주기를 이용하여 상기 제 1 음파 통신 유니트(10T)와 상기 제 2 음파 통신 유니트(10R) 간의 사이 거리를 산출하는 거리 인덱스 산출 단계(S2526b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 통신 장치 제어 방법.
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