KR20200143965A - 음향 통신 시스템 및 그의 데이터 송수신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 음향 통신 시스템 및 그의 데이터 송수신 방법에 관한 것으로, 차량에서 다중 톤 부호화 기법을 이용하여 전송할 데이터를 음향 신호로 생성하여 외부로 출력하는 송신기, 및 상기 음향 신호를 수신하여 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 복호화하고 복호화된 음향 신호를 분석하여 경고를 출력하는 수신기를 포함한다.

Description

음향 통신 시스템 및 그의 데이터 송수신 방법{SOUND COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING DATA THEREOF}
본 발명은 음향 통신 시스템 및 그의 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.
전기차는 내연기관을 가지고 있지 않아 모터 구동 시 소음이 거의 발생하지 않는다. 이로 인해, 보행자들이 차량이 다가오는 것을 인지하지 못하여 사고가 발생하는 경우가 많다. 이에, 여러 나라에서는 전기차에 인위적으로 엔진소리 출력이 가능한 외부 스피커를 설치하는 것을 강제화하고 있다. 예를 들어, 전방 카메라를 통해 보행자를 감지하는 경우 스피커 음량을 키우는 방법, 및 내비게이션 지도 정보를 받아 사람이 많이 지나다니는 거리나 어린이가 많이 지나다니는 학교 근처에서 음량을 키워주는 방법들이 적용되고 있다. 그럼에도 불구하고 보행자가 스마트폰을 사용하거나 이어폰을 착용한 경우 여전히 접근하는 차량을 인지하기 어려운 문제가 있다. 이러한 외부 스피커를 통해 보행자에게 경고음을 출력하는 방식으로는 보행자들의 주의를 끄는데 한계가 있다.
이에, 종래에는 차량의 접근 정보를 V2X(Vehicle to Everything) 등의 정보통신망을 이용하여 보행자가 사용 중인 사용자 기기(예: 스마트폰, 이어폰 또는 헤드폰 등)로 직접 전달하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 종래기술은 정보통신망을 매개로 차량과 보행자의 정보통신단말 간 정보 공유가 가능하지만 다음과 같은 문제점이 있다. 첫 번째로, 통신망 경로에 따른 시간 지연이 발생할 가능성이 높아 경고의 즉시성이 저하되고, 두 번째로, 차량과 보행자가 밀집한 도심의 경우 어떤 차량이 어떤 보행자에게 경고해야 하는지 등을 판단하는 복잡성이 매우 높아져 고도의 연산처리 시스템 없이는 구현이 불가능하며, 세 번째로, V2X 인프라가 구축되어 있지 않는 환경에서는 여전히 정보 전달이 불가능하다.
이에, 음파를 통한 데이터 송수신 방법도 제안되고 있다. 음파를 매개로 사용하는 경우, 한정된 거리 내에서만 송수신이 가능하며 보행자 단말기 및 이어폰/헤드폰의 마이크로폰을 통해 신호 수신이 가능하므로, 별도의 통신망 인프라 구축이 필요없고, 차량과 단말기 간 시간 지연없이 즉시 신호 송수신이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 종래기술도 다음과 같은 문제점이 있다. 첫 번째로, 신호 주파수 배열 중 일부와 동일한 주파수의 소음이 존재할 때 이 소음에 의해 해당 신호열이 왜곡되거나 유실되어 정보 전달이 불가능하게 된다. 두 번째로, 단일 주파수 톤(single tone)의 배열을 코드화하여 전송하므로, 송신단 및 수신단 모두 움직이지 않을 때만 정상적인 송/수신이 가능하다. 둘 중 하나 혹은 둘 다 이동을 하여 상대 속도가 발생하는 경우 도플러 효과(Doppler effect)에 의해 신호음의 주파수가 변화하게 되어 데이터가 변질되므로 정상적인 신호 수신 및 복원이 불가능해진다.
KR 1020197001619 A
본 발명은 다중 톤(주파수) 부호화 및 복호화를 이용하여 데이터 송신 및 수신을 수행하는 음향 통신 시스템 및 그의 데이터 송수신 방법을 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템은 차량에서 다중 톤 부호화 기법을 이용하여 전송할 데이터를 음향 신호로 생성하여 외부로 출력하는 송신기, 및 상기 음향 신호를 수신하여 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 복호화하고 복호화된 음향 신호를 분석하여 경고를 출력하는 수신기를 포함한다.
상기 송신기는, 기설정된 다중 톤 기반 코드를 사용하여 다중 톤 음향 신호를 생성하는 신호 생성부, 상기 다중 톤 음향 신호를 증폭하는 신호 증폭부, 및 상기 증폭부에서 증폭된 다중 톤 음향 신호를 소리 신호로 변환하여 차량 외부로 출력하는 음향 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 송신기로부터 출력되는 음향 신호를 수신하는 수음부, 상기 수음부에 의해 수신되는 음향 신호를 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 복호화하여 수신 데이터 내용을 확인하고, 상기 수신되는 음향 신호의 도플러 왜곡 정도를 분석하여 상대 속도를 산출하고, 상기 수신 데이터 내용 및 상기 상대 속도에 근거하여 경고 출력을 결정하는 처리부, 및 상기 처리부의 지시에 따라 경고를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 음향 통신 시스템은 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵을 저장하고 있는 저장부를 더 포함하고, 상기 처리부는 상기 수신되는 음향 신호와 상기 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵 내 기준 신호를 비교하여 상기 수신되는 음향 신호의 도플러 왜곡 여부 또는 변형 여부를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기 처리부는 상기 수신되는 음향 신호의 도플러 왜곡 또는 변형이 확인되면, 다중 톤 음향 신호 간의 상대 거리를 이용하여 원 신호를 복원하는 것을 특징으로 한다.
상기 처리부는 상기 상대 속도에 근거하여 상기 송신기와 상기 수신기가 서로 접근하는 위험 상황으로 판단되면 상기 출력부를 통해 경고를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 처리부는 상기 상대 속도에 근거하여 위험 상황으로 판단되지 않는 경우 경고를 출력하지 않고 무시 처리하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템의 데이터 송수신 방법은 다중 톤 부호화 기법을 사용하여 전송 데이터를 음향 신호로 생성하는 단계, 상기 생성된 음향 신호를 증폭하여 차량 외부로 출력하는 단계, 상기 차량 외부로부터 음향 신호를 수신하는 단계, 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 상기 음향 신호를 복호화하여 분석하는 단계, 및 상기 음향 신호를 분석한 결과에 근거하여 경고를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 음향 신호를 생성하는 단계는, 기설정된 다중 톤 기반 코드를 사용하여 다중 톤 음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 음향 신호를 복호화하여 분석하는 단계는, 상기 음향 신호와 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵 내 기준 신호를 비교하여 상기 음향 신호의 도플러 왜곡 또는 변형을 확인하는 단계, 신호 복원 알고리즘을 이용하여 도플러 왜곡 또는 변형된 신호를 복원하여 수신 데이터로 변환하는 단계, 상기 음향 신호의 도플러 왜곡 정도를 분석하여 상대 속도를 산출하는 단계, 및 상기 수신 데이터 및 상기 상대 속도에 근거하여 경고 필요 상황을 판단하여 경고를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수신 데이터로 변환하는 단계는, 다중 톤 음향 신호 간의 상대 거리를 이용하여 도플러 왜곡된 원 신호를 복원하는 것을 특징으로 한다.
상기 경고를 출력하는 단계에서, 상기 경고와 함께 수신 데이터 내용을 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 수신 데이터 및 상기 상대 속도에 근거하여 경고 불필요 상황으로 판단되면 무시 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다중 톤 부호화 및 복호화를 이용하여 데이터 송신 및 수신을 수행하므로 외부 환경에 강인한 신뢰성 있는 데이터 전송을 가능하게 하며 보행자 안전 확보에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 톤 부호 생성 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템의 데이터 전송 방법을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템의 데이터 수신 방법을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 송수신을 도시한 일 예.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 송수신을 도시한 다른 일 예.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다중 톤 부호 생성 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 음향 통신 시스템은 송신기(100) 및 수신기(200) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 송신기(100) 또는 송신기(100)과 수신기(200)를 포함하는 음향 통신 시스템은 차량에 탑재될 수 있다. 또한, 수신기(200)를 포함하는 음향 통신 시스템은 차량 또는 사용자 기기에 탑재될 수 있다. 여기서, 사용자 기기는 스마트폰, 이어폰 및/또는 헤드폰 등으로 구현될 수 있다.
송신기(100)는 다중 톤 부호화 기법을 이용하여 송신(전송)할 정보(데이터)를 음향 신호로 변환한다. 송신기(100)는 변환된 음향 신호를 차량 외부로 출력한다. 이러한 송신기(100)는 검출부(110), 저장부(120), 신호 생성부(130), 신호 증폭부(140), 음향 출력부(150) 및 처리부(160)를 포함한다.
검출부(110)는 차량에 장착된 각종 센서들을 이용하여 차량의 주변 정보를 검출한다. 검출부(110)는 이미지 센서, 거리 센서, ADAS(Advanced Driver Assistance System) 센서, 레이더(Radio Detecting And Ranging,radar) 및/또는 라이더(Light Detection And Ranging, LiDAR) 등을 이용하여 차량의 주변 정보를 획득한다.
저장부(120)는 처리부(160)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 저장부(120)는 전송할 정보(데이터)별로 매핑되는 음향 신호를 정의하고 있는 룩업테이블(lookup table) 및/또는 기설정된 다중 톤 기반 코드 등을 저장할 수 있다. 저장부(120)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), PROM(Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), EPROM(Erasable and Programmable ROM), 레지스터, 착탈형 디스크 및 웹 스토리지(web storage) 등의 저장매체 중 적어도 하나 이상의 저장매체(기록매체)로 구현될 수 있다.
신호 생성부(130)는 전송할 정보(데이터)를 전기 음향 신호(음향 신호)로 변환(생성)한다. 신호 생성부(130)는 다중 톤 부호화 기법을 이용하여 전송할 데이터를 다중 톤 부호(코드) 즉, 다중 톤 음향 신호로 생성한다. 다중 톤 음향 신호는 차량 이동 속도에 의한 도플러 왜곡 및 외부 소음 영향 등의 외부 환경에 강건하여 데이터 전송에 대한 신뢰성을 개선할 수 있다.
신호 증폭부(140)는 신호 생성부(130)로부터 출력되는 다중 톤 음향 신호를 증폭하는 역할을 한다. 다시 말해서, 신호 증폭부(140)는 다중 톤 음향 신호의 크기 및/또는 세기를 정해진 로직에 따라 증폭한다.
음향 출력부(150)는 차량에 장착되는 외부 스피커이다. 음향 출력부(150)는 신호 증폭부(140)에 의해 증폭된 다중 톤 음향 신호를 차량 외부로 출력한다. 즉, 음향 출력부(150)는 증폭된 다중 톤 음향 신호를 소리 신호로 변환하여 차량 외부로 출력한다.
처리부(160)는 검출부(110)를 통해 차량의 주변 정보를 획득하고 획득된 주변 정보를 분석하여 전송할 정보(이하, 전송 데이터)를 결정한다. 처리부(160)는 결정된 전송 데이터를 신호 생성부(130)로 전송한다.
처리부(160)는 송신기(100)를 구성하는 구성요소들의 전반적인 동작을 제어한다. 처리부(160)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로 컨트롤러(microcontrollers) 및 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나 이상으로 구현될 수 있다.
수신기(200)는 외부로부터 음향 신호를 수신하고, 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 수신된 다중 톤 음향 신호를 복호화하여 수신 데이터 내용을 확인한다. 또한, 수신기(200)는 수신된 음향 신호의 도플러 왜곡율을 분석하여 상대 속도를 산출할 수도 있다. 수신기(200)는 수신 데이터 내용 및 상대 속도를 기반으로 경고 필요 상황을 판단하여 경고를 출력할 수 있다. 이러한 수신기(200)는 수음부(210), 출력부(220), 저장부(230) 및 처리부(240)를 포함할 수 있다.
수음부(210)는 차량 또는 사용자 기기에 장착되어 외부로부터 소리 신호를 수음하는 마이크(미도시)를 포함할 수 있다. 수음부(210)는 마이크를 통해 수신되는 소리 신호를 음향 신호로 변환한다. 즉, 수음부(210)를 통해 송신기(100)로부터 송신되는 음향 신호를 수신할 수 있다.
출력부(220)는 각종 정보를 출력하기 위한 것으로, 디스플레이, 음향 출력 모듈, 및 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 출력부(220)는 처리부(240)의 지시에 따라 경고를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(220)는 경고 메시지(예: 경고 사유 포함) 및/또는 경고음을 출력할 수 있다.
디스플레이는 시각 정보를 표시하는 장치로, 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED) 디스플레이, 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 투명디스플레이, 헤드업 디스플레이(head-up display, HUD), 터치스크린 및 클러스터(cluster) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 음향 출력 모듈은 저장부(230)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈은 리시버(receiver), 스피커(speaker), 및/또는 버저(buzzer) 등을 포함할 수 있다. 햅틱 모듈은 사용자가 촉각으로 인지할 수 있는 형태의 신호를 출력한다. 예를 들어, 햅틱 모듈은 진동자로 구현되어 진동 세기 및 패턴 등을 제어할 수 있다.
저장부(230)는 처리부(240)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(230)는 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵 및 신호 복원 알고리즘 등을 저장할 수도 있다. 여기서, 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵은 수신된 음향 신호 분석 시 기준 신호로 사용된다.
저장부(230)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), PROM(Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), EPROM(Erasable and Programmable ROM), 레지스터 및 착탈형 디스크 등의 저장매체 중 적어도 하나 이상의 저장매체(기록매체)로 구현될 수 있다.
처리부(240)는 수신기(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 처리부(240)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로 컨트롤러(microcontrollers) 및 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나 이상으로 구현될 수 있다.
처리부(240)는 수음부(210)를 통해 외부로부터 음향 신호를 수신한다. 처리부(240)는 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 수신된 음향 신호(아날로그 신호)를 복호화하여 수신 데이터(디지털 신호)로 변환한다. 이때, 처리부(240)는 수신된 음향 신호와 기준 신호를 비교 및 분석하여 해당 음향 신호에 도플러 왜곡이 발생했는지 및/또는 외부 소음 등으로 특정 주파수 신호음이 유실되거나 유입되어 신호 변형이 발생했는지를 확인(검사)한다. 다시 말해서, 처리부(240)는 수신된 음향 신호의 각 코드와 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵 내 기준 코드를 비교하여 해당 음향 신호의 도플러 왜곡 여부 및/또는 변형 여부를 확인할 수 있다.
처리부(240)는 신호 복원 알고리즘을 이용하여 도플러 왜곡되거나 변형된 신호를 복원하여 수신 데이터로 변환한다. 이때, 처리부(240)는 다중 톤 음향 신호 간의 상대 거리를 이용하여 도플러 왜곡된 원 신호를 복원한다. 처리부(240)는 다중 톤 음향 신호의 주파수 톤 간의 상대 거리를 이용하여 도플러 왜곡된 원 신호를 복원할 수 있다.
처리부(240)는 수신된 음향 신호의 도플러 왜곡 정보를 분석하여 상대 속도를 산출한다. 처리부(240)는 수신된 음향 신호의 도플러 왜곡율을 연산하고, 그 연산된 도플러 왜곡율로부터 상대 속도를 산출한다.
처리부(240)는 수신 데이터 내용 및 상대 속도에 근거하여 위험도를 판단한다. 처리부(240)는 위험도에 따라 경고 필요 상황 또는 경고 불필요 상황으로 판단한다.
처리부(240)는 위험한 상황으로 판단되면 경고를 출력부(220)로 출력한다. 처리부(240)는 출력부(220)의 디스플레이 화면에 수신 데이터 내용을 영상 또는 텍스트 등의 시각 정보 형태로 출력한다. 처리부(240)는 경고음과 같은 청각 정보 형태로 출력부(220) 예컨대, 스피커, 이어폰 및/또는 헤드폰 등으로 출력한다.
한편, 처리부(240)는 수신 데이터 내용과 상대 속도에 근거하여 위험한 상황이 아닌 것으로 판단되면 무시 처리한다. 다시 말해서, 처리부(240)는 수신 데이터 내용 및 상대 속도에 근거하여 위험도 판단결과 경고가 불필요한 상황으로 판단되면 경고를 출력하지 않고 무시 처리한다. 예를 들어, 송신기(100)과 수신기(200)이 서로 멀어지는 경우 처리부(240)는 경고가 불필요한 상황으로 판단하여 경고를 출력하지 않는다.
다음, 본 발명에서 사용되는 다중 톤 코드 생성 및 복원하는 원리를 설명한다.
도 2와 같이 복수 개의 주파수 톤(f1 내지 f5) 배열에 따라 이진 또는 16진 신호 등의 부호(코드)를 부여한 뒤 이를 이용하여 코드를 생성한다. 이때, [표 1]과 같이 배열된 주파수 간의 상대 거리 조합이 상이하도록 부호화한다.
Figure pat00001
도플러 왜곡은 상대 속도에 따라 다중 톤 코드 내 모든 주파수 톤들이 동일한 비율로 변화하므로, 수신된 각 톤 성분들의 상대 비율로부터 원래 부호 추정이 가능하며, 다음 [수학식 1]을 통해 주파수 변화 비율로부터 상대 속도를 산출할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, f는 파동의 실제 진동수이며, f'은 관측자가 관측한 진동수이고, v는 파동의 매질 내에서의 속도, vs는 매질에 대한 파원의 속도로, 파원이 관측자 쪽의 방향으로 움직일 때 양수이고, v0는 매질에 대한 관측자의 속도로, 관측자가 파원 쪽의 방향으로 움직일 때 양수이다. 두 속력 vs와 v0는 관측되는 주파수가 파원이 관측자로 접근하거나 관측자가 파원 쪽으로 움직일 때에는 증가한다. 주파수는 서로 멀어지는 경우에 줄어든다.
또한, 다중 톤으로 부호화하면 외부 소음 등에 의한 다중 톤 중 일부가 유실되었더라고 남은 주파수 성분들 간의 상대 비율을 통해 원래 신호를 복원할 수도 있다. 이러한 원리로 외부 환경에 강인한 음향 기반 데이터 송수신이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템의 데이터 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
처리부(160)는 전송할 데이터 즉, 전송 데이터를 결정한다(S110). 처리부(160)는 전송 데이터를 신호 생성부(130)로 전송한다. 처리부(160)는 검출부(110)를 통해 차량의 주변 정보를 획득하고, 획득된 주변 정보에 근거하여 전송 데이터(예컨대, 보행자 보호음)를 결정한다.
신호 생성부(130)는 다중 톤 부호화 기법을 사용하여 전송 데이터를 음향 신호로 생성한다(S120). 즉, 신호 생성부(130)는 전송 데이터를 다중 톤 음향 신호로 변환한다.
신호 생성부(130)는 생성된 다중 톤 음향 신호를 차량 외부로 출력한다(S130). 신호 생성부(130)는 생성된 다중 톤 음향 신호를 신호 증폭부(140)로 출력하고, 신호 증폭부(140)는 다중 톤 음향 신호를 증폭하여 음향 출력부(150)로 전달한다. 음향 출력부(150)는 다중 톤 음향 신호를 소리 신호로 변환하여 차량 외부로 출력한다.
예를 들어, 보행자가 스마트폰 화면에만 집중한 상태로 좁은 골목길을 걸어가거나 차도를 횡단하는 경우 또는 사용자가 이어폰(또는 헤드폰)을 착용한 상태로 이동하는 경우, 송신기(100)는 보행자 보호음을 다중 톤 음향 신호로 변환하여 차량 외부로 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음향 통신 시스템의 데이터 수신 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 수신기(200)는 수음부(210)를 통해 외부로부터 음향 신호를 수신한다(S210). 수음부(210)는 외부로부터 소리 신호를 수신하여 음향 신호로 변환한다.
수신기(200)의 처리부(240)는 수신된 음향 신호와 기준 신호를 비교하여 도플러 왜곡 및 신호 변형을 확인한다(S220). 처리부(240)는 수신된 음향 신호에 도플러 왜곡이 발생했는지 및/또는 신호 유실 또는 신호 유입 등과 같은 변형(변질)이 발생했는지를 확인한다.
처리부(240)는 수신된 음향 신호에 도플러 왜곡 및 신호 변형이 확인되는 경우 신호 복원 알고리즘을 이용하여 도플러 왜곡 및/또는 변형된 신호를 복원하여 수신 데이터(디지털 데이터)로 변환한다(S230). 처리부(240)는 다중 톤 음향 신호 간의 상대 거리를 이용하여 도플러 왜곡된 원 신호를 복원한다.
처리부(240)는 수신된 음향 신호의 도플러 왜곡 정도를 분석하여 상대 속도를 산출한다(S240). 처리부(240)는 수신된 음향 신호의 도플러 왜곡율을 연산하고 도플러 왜곡율로부터 상대 속도를 산출한다.
처리부(240)는 수신 데이터 내용 및 상대 속도에 근거하여 위험도를 분석한다(S250). 처리부(240)는 수신 데이터 내용과 상대 속도를 기반으로 경고 필요 상황 또는 경고 불필요 상황으로 판단한다.
처리부(240)는 위험도 분석결과를 토대로 경고 필요 상황인지를 판단한다(S260).
처리부(240)는 경고 필요 상황으로 판단되면 경고를 출력한다(S270). 이때, 처리부(240)는 수신 데이터 내용 및/또는 경고음 등을 출력한다.
한편, 처리부(240)는 경고 불필요 상황으로 판단되면 무시 처리한다(S280). 즉, 처리부(240)는 경고 필요 상황이 아니면 경고를 출력하지 않는다.
예를 들어, 스마트폰 내 수신기(200)는 스마트폰의 마이크를 통해 다중 톤 음향 신호를 수신하고, 수신된 다중 톤 음향 신호를 복호화하여 보행자 보호음으로 복원하고, 복원된 보행자 보호음을 분석하여 보행자쪽으로 차량이 다가오고 있다고 판단되면 스마트폰 화면에 경고 문구를 출력한다.
또는, 사용자가 착용한 이어폰(또는 헤드폰) 내 수신기(200)는 이어폰에 장착된 마이크 또는 스마트폰 내 마이크를 통해 차량에서 출력되는 음향 신호를 수신하고 음향 신호를 복호화하여 보행자 보호음으로 복원하고 복원된 보행자 보호음을 분석하여 보행자쪽으로 차량이 다가오고 있다고 판단될 경우 경고음 또는 안내 음성을 즉시 이어폰으로 출력한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 송수신을 도시한 일 예이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 주택가 및/또는 골목길 등 V2X 인프라가 구축되지 않은 환경에서 도로변에 주차된 차량들 사이에서 보행자가 차로 횡단을 시도하는 경우, 선행 차량의 송신기(100)는 서라운드뷰 등을 활용하여 이를 감지하고, 이에 매칭되는 전송 데이터를 다중 톤 음향 신호화하여 출력한다.
후행 차량의 수신기(200)는 다중 톤 음향 신호를 수신하여 분석하고 분석결과에 따라 전방에 보이지 않는 보행자 상황을 영상과 같은 시각 정보 형태로 출력하거나 또는 경고음 및/또는 안내음 등과 같은 청각 정보 형태로 출력하여 운전자에게 경고한다. 동시에, 후행 차량의 송신기(100)는 외부 스피커를 통해 출력되는 보행자 보호음의 출력을 증가시켜 보행자에게 경고함으로써 추가적인 사고를 방지할 수 있게 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 송수신을 도시한 다른 일 예이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 국도 등과 같이 V2X 인프라가 구축되지 않은 환경에서 안개 등으로 전방 시야가 양호하지 않은 경우, 선행 차량은 내비게이션 정보나 안개등 스위치 등과 연동을 통해 안개 지역 운행을 인식하는 경우 송신기(100)를 통해 안개 지역 운행 관련 음향 신호를 송출하면서 주행한다. 선행 차량은 주행 중 급정거가 발생하면 급정거를 알리는 음향 신호를 추가로 출력한다.
후행 차량의 수신기(200)는 안개 지역 운행과 관련한 음향 신호 및 급정거를 알리는 음향 신호를 수신하여 분석한다. 수신기(200)는 분석결과 급정거를 알리는 음향 신호를 수음한 경우 경고 메시지 및/또는 경고음 또는 안내음을 출력하여 운전자에게 경고한다. 동시에, 후행 차량은 ADAS 기능과 연동하여 사고를 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 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.
100: 송신기 110: 검출부
120: 저장부 130: 신호 생성부
140: 신호 증폭부 150: 음향 출력부
160: 처리부 200: 수신기
210: 수음부 220: 출력부
230: 저장부 240: 처리부

Claims (13)

  1. 차량에서 다중 톤 부호화 기법을 이용하여 전송할 데이터를 음향 신호로 생성하여 외부로 출력하는 송신기, 및
    상기 음향 신호를 수신하여 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 복호화하고 복호화된 음향 신호를 분석하여 경고를 출력하는 수신기를 포함하는 음향 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신기는,
    기설정된 다중 톤 기반 코드를 사용하여 다중 톤 음향 신호를 생성하는 신호 생성부,
    상기 다중 톤 음향 신호를 증폭하는 신호 증폭부, 및
    상기 증폭부에서 증폭된 다중 톤 음향 신호를 소리 신호로 변환하여 차량 외부로 출력하는 음향 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신기로부터 출력되는 음향 신호를 수신하는 수음부,
    상기 수음부에 의해 수신되는 음향 신호를 다중 톤 복호화 기법을 이용하여 복호화하여 수신 데이터 내용을 확인하고, 상기 수신되는 음향 신호의 도플러 왜곡 정도를 분석하여 상대 속도를 산출하고, 상기 수신 데이터 내용 및 상기 상대 속도에 근거하여 경고 출력을 결정하는 처리부, 및
    상기 처리부의 지시에 따라 경고를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    기설정된 다중 톤 기반 코드 맵을 저장하고 있는 저장부를 더 포함하고,
    상기 처리부는 상기 수신되는 음향 신호와 상기 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵 내 기준 신호를 비교하여 상기 수신되는 음향 신호의 도플러 왜곡 여부 또는 변형 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 수신되는 음향 신호의 도플러 왜곡 또는 변형이 확인되면, 다중 톤 음향 신호 간의 상대 거리를 이용하여 원 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 상대 속도에 근거하여 상기 송신기와 상기 수신기가 서로 접근하는 위험 상황으로 판단되면 상기 출력부를 통해 경고를 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 상대 속도에 근거하여 위험 상황으로 판단되지 않는 경우 경고를 출력하지 않고 무시 처리하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템.
  8. 다중 톤 부호화 기법을 사용하여 전송 데이터를 음향 신호로 생성하는 단계,
    상기 생성된 음향 신호를 증폭하여 차량 외부로 출력하는 단계;
    상기 차량 외부로부터 음향 신호를 수신하는 단계,
    다중 톤 복호화 기법을 이용하여 상기 음향 신호를 복호화하여 분석하는 단계, 및
    상기 음향 신호를 분석한 결과에 근거하여 경고를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템의 데이터 송수신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 음향 신호를 생성하는 단계는,
    기설정된 다중 톤 기반 코드를 사용하여 다중 톤 음향 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템의 데이터 송수신 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 음향 신호를 복호화하여 분석하는 단계는,
    상기 음향 신호와 기설정된 다중 톤 기반 코드 맵 내 기준 신호를 비교하여 상기 음향 신호의 도플러 왜곡 또는 변형을 확인하는 단계,
    신호 복원 알고리즘을 이용하여 도플러 왜곡 또는 변형된 신호를 복원하여 수신 데이터로 변환하는 단계,
    상기 음향 신호의 도플러 왜곡 정도를 분석하여 상대 속도를 산출하는 단계, 및
    상기 수신 데이터 및 상기 상대 속도에 근거하여 경고 필요 상황을 판단하여 경고를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템의 데이터 송수신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수신 데이터로 변환하는 단계는,
    다중 톤 음향 신호 간의 상대 거리를 이용하여 도플러 왜곡된 원 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템의 데이터 송수신 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 경고를 출력하는 단계에서,
    상기 경고와 함께 수신 데이터 내용을 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템의 데이터 송수신 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 수신 데이터 및 상기 상대 속도에 근거하여 경고 불필요 상황으로 판단되면 무시 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 통신 시스템의 데이터 송수신 방법.
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