KR20230132899A - Ultrasonic Sound Guide System and Method for the Visually Impaired - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시각 장애인의 안전한 보행을 수행하기 위해 최종 단계에서 목적지 위치를 알려주는 초음파 음향 안내 시스템 및 방법을 개시한다. 초음파 음향 안내 시스템은 녹음된 가청 음향을 초음파 신호로 변조하여 초음파 방송하는 송신기(100), 초음파 방송을 수신하여 가청 주파수로 변환하여 녹음된 가청 음향을 발생시키는 수신기(200), 및 한 개 또는 두 개의 수신기를 포함하는 형상으로 이루어진 단일채널 또는 이중채널 수신장치를 포함한다. 초음파 음향 안내 방법에서는 사용자(300)는 단일 또는 이중채널 수신장치를 사용하여 스피커(202)에서 전달된 내용을 인지하고 원하는 방향으로 진행하게 된다. 이중채널 수신장치 사용자는 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력을 사용하여 송신기의 방향을 추정하며, 단일채널 수신장치 사용자는 수신장치의 방향에 따라 달라지는 음향크기를 인지하여 송신기 방향을 추정하게 된다. 사용자는 계속적인 방향전환과 전진을 통해 송신기가 위치하는 최종 목적지에 안전하게 도착하게 된다. 본 발명에 따르면, 비가청 주파수인 초음파 음향을 사용하여 수신기를 소지한 시각 장애인에게만 선택적으로 음향정보를 제공하고 안전하게 비접촉 방식으로 목적지 인지 및 방향을 유도하게 하게 할 수 있다.The present invention discloses an ultrasonic sound guidance system and method that informs the destination location at the final stage to enable visually impaired people to walk safely. The ultrasonic sound guidance system includes a transmitter 100 that modulates the recorded audible sound into an ultrasonic signal and broadcasts the ultrasonic sound, a receiver 200 that receives the ultrasonic broadcast and converts it to an audible frequency to generate the recorded audible sound, and one or two It includes a single-channel or dual-channel receiving device configured to include two receivers. In the ultrasonic sound guidance method, the user 300 uses a single or dual channel receiver to recognize content transmitted from the speaker 202 and proceeds in a desired direction. Users of dual-channel receivers estimate the direction of the transmitter using the human ear-based sound source direction measurement ability, while users of single-channel receivers estimate the direction of the transmitter by recognizing the sound level that varies depending on the direction of the receiver. The user safely arrives at the final destination where the transmitter is located by continuously changing direction and moving forward. According to the present invention, by using ultrasonic sound, which is an inaudible frequency, it is possible to selectively provide acoustic information only to visually impaired people holding a receiver and enable them to recognize the destination and guide direction in a safe and non-contact manner.

Description

시각 장애인을 위한 초음파 음향 안내 시스템 및 그 동작 방법 {Ultrasonic Sound Guide System and Method for the Visually Impaired}Ultrasonic sound guide system and method for the visually impaired {Ultrasonic Sound Guide System and Method for the Visually Impaired}

본 발명은 시각 장애인을 위한 음향 안내 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송신기를 다양한 목적지에 설치하고 시각 장애인은 수신장치를 사용하여 비가청 초음파 대역의 음향 안내 및 음향 특징을 통해 원하는 장소를 찾을 수 있도록 안내하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an acoustic guidance system for the visually impaired. More specifically, a transmitter is installed at various destinations and the visually impaired can use a receiver to find a desired location through acoustic guidance and sound characteristics in the inaudible ultrasonic band. It's about a system that guides you.

시각 장애인(맹인 또는 정상 수준에 가까운 시력 교정이 불가능한 사람, 본 발명에서는 사용자라고도 함)은 일반적인 주변상황을 인지하여 보행하는 데 다양한 어려움을 경험한다. 안내견, 지팡이, 촉각 점자, 오디오 알람 등과 같은 기존의 방법은 보행의 안전성과 효율성을 향상시킨다. 최근에는 GPS(Global Positioning System), 카메라 및 센서를 기반으로 하는 스마트 장치가 시각 장애인에게 촉각 또는 음향을 이용하여 주변 상황을 전달한다. 그러나 시각 장애인 관점에서는 목적지의 위치 모호성으로 인해 최종 단계에서 보행은 여전히 어렵다. 시각 정보가 부족하여 시각 장애인은 사전 경험이 없으면 목적지 근방에서 정확한 최종 위치를 지정할 수 없다. 실내 보행은 위치 간의 구조적 유사성으로 인해 목적지 모호성을 더욱 악화시킨다. 스마트 장치는 카메라와 센서를 사용하여 정확한 위치를 찾을 수 있지만 사용자에게 정보를 전달하는 데에는 여전히 문제가 있다. 스마트 장치는 일반적으로 일관되지 않은 성능과 함께 구현 복잡성으로 인해 보편적으로 사용되지 않고 있다.Visually impaired people (blind or people whose vision cannot be corrected to near normal levels, also referred to as users in the present invention) experience various difficulties in recognizing general surroundings and walking. Existing methods such as guide dogs, canes, tactile Braille, and audio alarms improve the safety and efficiency of walking. Recently, smart devices based on GPS (Global Positioning System), cameras, and sensors convey the surrounding situation to visually impaired people using touch or sound. However, from the perspective of the visually impaired, walking is still difficult in the final stage due to the ambiguity of the location of the destination. Due to a lack of visual information, visually impaired people cannot specify an accurate final location near the destination without prior experience. Indoor walking further exacerbates destination ambiguity due to structural similarities between locations. Smart devices can use cameras and sensors to pinpoint their exact location, but there are still problems communicating that information to the user. Smart devices are not widely used due to implementation complexity along with generally inconsistent performance.

목적지 인근, 최종 단계 보행 문제에 대한 간단한 해결책은 누군가가 목적지에서 위치 이름을 말하는 것이다. 인간의 음원방향 측정능력은 본능적으로 목적지를 찾아낸다. 목적지까지의 방향과 거리는 크기, 시간 및 주파수를 기반으로 귀 사이의 도착 신호 차이에 의해 추측된다. 스피커에서 나오는 미리 녹음된 메시지가 최종 단계 보행에 대한 해결방안을 제공할 수 있다. 음향 기반 보조장치는 거리와 인도, 특히 교차로에서 구현 및 사용된다. 신호기의 위치와 횡단보도 방향은 지정된 음성 신호에 의해 안내된다. 음향장치는 야외활동을 지원하기 위해 시각 장애인의 스포츠 활동, 관심지점 식별, 안전한 보행 등에 사용할 수 있다. 음향 신호를 기반으로 한 보조장치의 지속 가능성을 유지하려면 접근성과 환경 간의 균형이 필요하다. 가청 음향 방송으로 인해 음향 기반 장치는 일반적인 설치에 제한이 따른다. A simple solution to the near-destination, last-mile walking problem is to have someone say the name of the location at the destination. Humans' ability to measure the direction of a sound source instinctively finds the destination. Direction and distance to the destination are inferred by differences in arrival signals between ears based on magnitude, time, and frequency. A pre-recorded message from a speaker could provide a solution for last-mile walking. Sound-based assistive devices are implemented and used on streets and sidewalks, especially at intersections. The location of the signal and the direction of the crosswalk are guided by designated voice signals. Sound devices can be used to support outdoor activities, such as sports activities for the visually impaired, identification of points of interest, and safe walking. Maintaining the sustainability of assistive devices based on acoustic signals requires a balance between accessibility and the environment. Due to the audible sound broadcast, sound-based devices have limitations in typical installations.

적절한 송신기로 비가청 음향 전파는 수신기를 소유한 선별된 사람에게 정보가 전달되기 때문에 소음공해에 의한 설치 문제를 극복한다. 초음파는 가청 범위를 넘어선 주파수 대역 신호로서 지향성, 감쇠 및 중첩과 같은 음향적 특성을 나타낸다. 따라서 초음파에 의해 전달되는 음향신호 또한 신호 강도와 지연적 특징 기반에 따라 수신기 사용자에게 동일한 음원방향 측정 정보를 전달한다. 사용성을 향상시키기 위해 수신기는 안경, 넥밴드, 지팡이 부착 장치, 핸드헬드 장치를 포함하는 웨어러블 또는 독립된 형태로 구현될 수 있다. 또한, 수신장치는 시각 장애인의 주변소리 위치파악 능력을 유지하기 위해 외이도로 향하는 외부음향 흐름을 방해해서는 안된다. 이중채널 수신장치 구성은 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력을 명시적으로 사용하여 최종 단계 보행 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 발명은 초음파를 통해 음향신호를 방송하는 송신기와 초음파로부터 음향신호를 복구하는 수신기로 구성된다. 수신장치는 수신기를 기반으로 형성되는 장치로서 사용자가 착용 또는 소지하여 음향 안내를 받게 된다. 수신기는 핸드폰의 마이크로폰과 스피커를 기반으로 스마트폰 응용 소프트웨어로도 구현될 수 있다.With an appropriate transmitter, inaudible acoustic propagation overcomes installation problems caused by noise pollution because information is transmitted to selected persons who own the receiver. Ultrasound is a frequency band signal beyond the audible range and exhibits acoustic properties such as directivity, attenuation, and overlap. Therefore, the acoustic signal transmitted by ultrasonic waves also delivers the same sound source direction measurement information to the receiver user based on signal strength and delay characteristics. To improve usability, the receiver can be implemented as a wearable or stand-alone device, including glasses, a neckband, a wand attachment, or a handheld device. Additionally, the receiving device must not interfere with the flow of external sound toward the external auditory canal in order to maintain the visually impaired person's ability to localize ambient sounds. The dual-channel receiver configuration can further improve final-step walking performance by explicitly using the human binaural-based sound source direction measurement ability. The present invention consists of a transmitter that broadcasts an acoustic signal through ultrasonic waves and a receiver that recovers the acoustic signal from the ultrasonic waves. The receiving device is a device that is formed based on a receiver and is worn or carried by the user to receive acoustic guidance. The receiver can also be implemented with smartphone application software based on the cell phone's microphone and speaker.

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Pulkki, V., McCormack, L. & Gonzalez, R. Superhuman spatial hearing technology for ultrasonic frequencies. Sci Rep 11, 11608 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-90829-9 Pulkki, V., McCormack, L. & Gonzalez, R. Superhuman spatial hearing technology for ultrasonic frequencies. Sci Rep 11, 11608 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-90829-9 상기 비특허문헌 1 요약문에서 인간이 초음파 음향의 음원 위치를 파악하게 하는 시스템은 존재하지 않는다고 명시하고 있다. 상기 논문이 제시하는 방법은 다수의 초음파 마이크로폰을 통해서 정교한 음원 방향을 추정하고, 이러한 정보를 기반으로 수학적 공간 음향 모델링 적용한 가청 음향을 생성 후 인간이 음원 위치를 추정하게 하는 것이다. 반면에 본 발명은 초음파 음향을 가청대역으로 변환 후 초음파 음향의 물리적 특징과 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력을 적극적으로 사용하여 단순하게 초음파 음향의 음원 위치 파악 기능을 제시하고 있다.The summary of Non-Patent Document 1 states that there is no system that allows humans to determine the location of the sound source of ultrasonic sound. The method presented in the above paper estimates the precise direction of the sound source through multiple ultrasonic microphones, generates audible sound by applying mathematical spatial acoustic modeling based on this information, and then allows humans to estimate the location of the sound source. On the other hand, the present invention converts the ultrasonic sound into the audible band and then actively uses the physical characteristics of the ultrasonic sound and the ability to measure the direction of the sound source based on both ears of the human being to simply present a function to determine the location of the sound source of the ultrasonic sound.

본 발명은 시각 장애인의 안전한 보행을 수행하기 위해 최종 단계에서 목적지 위치를 알려주는 시스템 및 방법을 제공한다. 현재 시각 장애인이 보행하는 경우, 지팡이 및 인도의 점자블록을 사용하여 보행하며 횡단보도에서는 음향신호기의 도움으로 인도를 건널 수 있다. 하지만, 시각 장애인에게 필요한 안전 및 목적지 정보는 부분적으로 점자블록 또는 점자안내판으로 구현되어 있지만 직접적인 접촉이 필요하기 때문에 인지에 많은 어려움이 있다. 협소한 점자블록 및 점자안내판으로는 시각 장애인의 동선 전체를 포함할 수 없기 때문이다. 특히 초행길인 경우에는 주변인의 도움이 필요하여 독립적인 보행이 불가능하다. The present invention provides a system and method for informing a visually impaired person of a destination location at the final stage in order to safely walk. Currently, visually impaired people use canes and Braille blocks on the sidewalk to walk, and at crosswalks, they can cross the sidewalk with the help of sound signals. However, although the safety and destination information needed by the visually impaired is partially implemented through Braille blocks or Braille information boards, there are many difficulties in recognition because it requires direct contact. This is because narrow Braille blocks and Braille information boards cannot cover the entire movement path of the visually impaired. Especially if it is your first time walking, independent walking is impossible as you need help from people around you.

현재 첨단 장비들이 개발되면서, 시각 장애인을 위한 보조기구도 다양하게 제시되고 있다. 이러한 목적의 보조기구는 기술적으로 두가지 부분으로 나누어지는데, 주변인식과 정보전달이다. 주변인식은 카메라 및 다양한 센서로서 구현이 가능하지만 정보전달은 시각 장애인의 청각 또는 촉각을 사용해서 전달해야 하기 때문에 많은 도전이 필요하다. 3차원적인 주변상황을 정확하게 시각 장애인에게 전달하는 것은 많은 연구가 선행되어야 한다. 쉬운 접근방법은 안내장소 또는 목적지에 스피커를 위치하고 정보를 음향으로 전달한다면 주변인식과 정보전달 모두 해결하게 된다. 음향으로 정보를 인지하게 되어 주변인식이 되며, 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력이 정보전달 수단이 된다. 하지만 음향은 모든 사람이 듣기 때문에 소음공해로 인해서 제한적으로 사용되어야 한다.Currently, as cutting-edge equipment is being developed, a variety of assistive devices for the visually impaired are being proposed. Assistive devices for this purpose are technically divided into two parts: peripheral awareness and information transmission. Peripheral awareness can be implemented using cameras and various sensors, but conveying information requires many challenges because it must be conveyed using hearing or touch of the visually impaired. Much research must be done to accurately convey three-dimensional surroundings to the visually impaired. An easy approach is to place a speaker at the guidance location or destination and transmit information through sound, which solves both surrounding awareness and information delivery. Perceiving information through sound leads to peripheral awareness, and the human's ability to measure the direction of sound sources based on both ears becomes a means of transmitting information. However, because everyone hears sound, its use should be limited due to noise pollution.

본 발명으로 해결하고자 하는 과제는 시각 장애인이 목적지 및 안전위치의 정보를 효율적으로 인식하는 문제를 해결하고자 함에 있다. 실내외에서 시각 장애인이 화장실, 회의실, 엘리베이터와 같은 특정 위치나 계단, 공사장소등의 주의가 필요한 장소를 정보내용뿐만 아니라 위치까지 안전하게 인식하고자 한다. 음향 스피커를 특정위치마다 배치하여 소리를 들려주면 시각 장애인은 안전하게 인식할 수 있지만 모든 사람에게 필요한 음향정보가 아니기 때문에 선택적으로 사용되어야 한다. 본 발명에서 제시하는 방법은 비가청 주파수 음향 즉 초음파 음향을 사용하여 수신기를 소지한 시각 장애인에게만 선택적으로 음향정보를 제공하는 것이다. 초음파 음향 또한 음향의 특징을 가지고 있기 때문에 시각 장애인은 양귀기반 음원방향 측정 능력을 사용하여 음원의 위치를 파악할 수 있다. 또한 수신기의 방향을 전환해서 탐지하여 음원의 위치를 파악할 수도 있다. 하지만 본 발명은 주변 장애물의 능동 탐지 기능이 없기 때문에 시각 장애인의 지팡이 사용은 꼭 필요하다.The problem to be solved by the present invention is to solve the problem of visually impaired people efficiently recognizing destination and safe location information. We want to safely recognize not only the information content but also the location of places that require attention, such as specific locations such as restrooms, conference rooms, elevators, stairs, and construction sites, for visually impaired people both indoors and outdoors. If acoustic speakers are placed at specific locations and sound is played, visually impaired people can recognize the sound safely, but since acoustic information is not required for everyone, it must be used selectively. The method presented in the present invention uses inaudible frequency sound, that is, ultrasonic sound, to selectively provide sound information only to visually impaired people who possess a receiver. Because ultrasonic sound also has acoustic characteristics, visually impaired people can use binaural-based sound source direction measurement capabilities to determine the location of the sound source. Additionally, the location of the sound source can be determined by changing the direction of the receiver. However, since the present invention does not have an active detection function for surrounding obstacles, it is essential for visually impaired people to use a cane.

상기 목적의 일 실시예에 따른 초음파 음향 안내 시스템은 녹음된 가청 음향을 초음파 신호로 변조하여 초음파 방송하는 송신기; 상기 초음파 방송을 수신하여 가청 주파수로 변환하여 상기 녹음된 가청 음향을 발생시키는 수신기; 및 한 개 또는 두 개의 상기 수신기를 포함하는 형상으로 이루어진 단일채널 또는 이중채널 수신장치를 포함하고, 송신기는 녹음된 디지털 음향신호를 저장하는 디지털 메모리; 상기 녹음된 디지털 음향신호를 전달받아 초음파 아날로그 음향신호로 변환하는 송신 신호처리 장치; 및 상기 초음파 아날로그 음향신호를 공기중으로 방송하는 송신 전파장치를 포함하고, 그리고 수신기는 상기 송신기에서 전달하는 초음파 방송을 수신하여 초음파 신호를 생성하는 마이크로폰; 상기 수신된 초음파 신호를 증폭하여 증폭된 초음파 신호를 생성하는 아날로그 증폭기; 상기 증폭된 초음파 신호를 수정하여 상기 송신기에서 전송된 아날로그 음향신호를 복원하는 수신 신호처리 장치; 및 상기 아날로그 음향신호를 공기중으로 전파하는 수신 전파장치를 포함한다. An ultrasonic sound guidance system according to an embodiment of the above object includes a transmitter that modulates recorded audible sounds into ultrasonic signals and broadcasts ultrasonic waves; a receiver that receives the ultrasonic broadcast, converts it to an audible frequency, and generates the recorded audible sound; and a single-channel or dual-channel receiving device configured to include one or two of the receivers, wherein the transmitter includes a digital memory that stores the recorded digital sound signal. A transmission signal processing device that receives the recorded digital sound signal and converts it into an ultrasonic analog sound signal; and a transmission and propagation device that broadcasts the ultrasonic analog sound signal into the air, and the receiver includes a microphone that receives the ultrasonic broadcast transmitted from the transmitter and generates an ultrasonic signal. an analog amplifier that amplifies the received ultrasonic signal and generates an amplified ultrasonic signal; a receiving signal processing device that modifies the amplified ultrasonic signal to restore an analog sound signal transmitted from the transmitter; and a reception and propagation device that propagates the analog sound signal into the air.

또한, 상기 송신 신호처리 장치는, 상기 녹음된 디지털 음향신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 디지털 음향신호를 생성하는 디지털 저주파 필터; 상기 대역제한 디지털 음향신호의 주파수 대역을 이동시켜 초음파 디지털 음향신호를 발생시키는 디지털 주파수 시프트; 및 상기 초음파 디지털 음향신호를 초음파 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기를 포함할 수 있다.In addition, the transmission signal processing device includes a digital low-frequency filter that generates a band-limited digital sound signal by allowing only the low-frequency band of the recorded digital sound signal to pass; Digital frequency shift for generating an ultrasonic digital sound signal by shifting the frequency band of the band-limited digital sound signal; And it may include a digital-to-analog converter that converts the ultrasonic digital sound signal into an ultrasonic analog sound signal.

또한, 상기 송신 신호처리 장치는, 상기 녹음된 디지털 음향신호를 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기; 상기 아날로그 음향신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 아날로그 음향신호를 생성하는 아날로그 저주파 필터; 및 상기 대역제한 아날로그 음향신호의 주파수 대역을 이동시켜 초음파 아날로그 음향신호를 발생시키는 아날로그 주파수 시프트를 포함할 수 있다.In addition, the transmission signal processing device includes a digital-to-analog converter that converts the recorded digital sound signal into an analog sound signal; an analog low-frequency filter that generates a band-limited analog sound signal by allowing only the low-frequency band of the analog sound signal to pass; and an analog frequency shift for generating an ultrasonic analog sound signal by shifting the frequency band of the band-limited analog sound signal.

또한, 상기 수신 신호처리 장치는, 상기 증폭된 초음파 신호를 디지털 초음파 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 상기 디지털 초음파 신호의 고주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 디지털 초음파 신호를 생성하는 디지털 고주파 필터; 상기 대역제한 디지털 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 디지털 음향신호를 발생시키는 디지털 주파수 시프트; 및 상기 디지털 음향신호를 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기를 포함할 수 있다.In addition, the receiving signal processing device includes an analog-to-digital converter that converts the amplified ultrasonic signal into a digital ultrasonic signal; A digital high-frequency filter that generates a band-limited digital ultrasound signal by allowing only the high-frequency band of the digital ultrasound signal to pass; Digital frequency shift for generating a digital sound signal by shifting the frequency band of the band-limited digital ultrasonic signal; And it may include a digital-to-analog converter that converts the digital sound signal into an analog sound signal.

또한, 상기 수신 신호처리 장치는, 상기 증폭된 초음파 신호의 고주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 아날로그 초음파 신호를 생성하는 아날로그 고주파 필터; 및 상기 대역제한 아날로그 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 아날로그 음향신호를 발생시키는 아날로그 주파수 시프트를 포함할 수 있다.In addition, the receiving signal processing device includes an analog high-frequency filter that generates a band-limited analog ultrasonic signal by allowing only the high-frequency band of the amplified ultrasonic signal to pass through; And it may include an analog frequency shift that generates an analog sound signal by shifting the frequency band of the band-limited analog ultrasonic signal.

또한, 상기 수신 신호처리 장치는, 상기 증폭된 초음파 신호를 디지털 초음파 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 상기 디지털 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 디지털 신호를 발생시키는 디지털 주파수 시프트; 상기 디지털 신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 디지털 음향 신호를 생성하는 디지털 저주파 필터; 및 상기 디지털 음향신호를 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기를 포함할 수 있다.In addition, the receiving signal processing device includes an analog-to-digital converter that converts the amplified ultrasonic signal into a digital ultrasonic signal; Digital frequency shift for generating a digital signal by shifting the frequency band of the digital ultrasonic signal; A digital low-frequency filter that generates a digital sound signal by allowing only the low-frequency band of the digital signal to pass through; And it may include a digital-to-analog converter that converts the digital sound signal into an analog sound signal.

또한, 상기 수신 신호처리 장치는, 상기 증폭된 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 아날로그 신호를 발생시키는 아날로그 주파수 시프트; 및 상기 아날로그 신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 아날로그 음향 신호를 생성하는 아날로그 저주파 필터를 포함할 수 있다.In addition, the receiving signal processing device includes an analog frequency shift for generating an analog signal by shifting the frequency band of the amplified ultrasonic signal; And it may include an analog low-frequency filter that generates an analog sound signal by allowing only the low-frequency band of the analog signal to pass.

또한, 상기 송신 전파장치는, 초음파 아날로그 음향신호를 증폭하여 증폭된 초음파 아날로그 음향신호를 생성하는 아날로그 증폭기; 및 증폭된 초음파 아날로그 음향신호를 공기중으로 방송하는 스피커를 포함할 수 있다.In addition, the transmitting radio wave device includes: an analog amplifier that amplifies an ultrasonic analog sound signal and generates an amplified ultrasonic analog sound signal; And it may include a speaker that broadcasts the amplified ultrasonic analog sound signal into the air.

또한, 상기 수신 전파장치는, 아날로그 음향신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 음향신호를 생성하는 아날로그 증폭기; 및 증폭된 아날로그 음향신호를 공기중으로 전달하는 스피커를 포함할 수 있다.In addition, the receiving radio wave device includes: an analog amplifier that amplifies an analog sound signal and generates an amplified analog sound signal; And it may include a speaker that transmits the amplified analog sound signal into the air.

또한, 특정 장소에 배치되는 송신기는, 송신기 하드웨어를 포함하는 케이스; 초음파를 포함한 광대역의 소리를 발산할 수 있는 스피커; 초음파대역 또는 가청대역을 선택할 수 있는 스위치; 소리크기를 조절할 수 있는 다이얼; 및 전력을 공급하는 전력시스템을 포함할 수 있다.Additionally, a transmitter placed at a specific location may include a case containing transmitter hardware; Speakers capable of emitting broadband sounds, including ultrasonic waves; Switch to select ultrasonic band or audible band; Dial to adjust sound volume; and a power system that supplies power.

또한, 사용자가 착용하는 이중채널 수신장치는, 이중채널 구성으로 독립된 두 개의 수신기들을, 사용자의 귀 사이 거리와 동일하게 두 개의 마이크로폰들을 배치하고, 사용자의 귀 앞에 두 개의 스피커들을 배치하는 것을 포함할 수 있다.In addition, the dual-channel receiving device worn by the user may include two independent receivers in a dual-channel configuration, two microphones placed at the same distance between the user's ears, and two speakers placed in front of the user's ears. You can.

또한, 사용자가 사용하는 단일채널 수신장치는, 단일채널 구성으로 독립된 한 개의 수신기를, 한 개의 마이크로폰과 한 개의 스피커를 각각 상기 단일채널 수신장치의 일측단에 배치하는 것을 포함할 수 있다.Additionally, the single-channel receiving device used by the user may include an independent single-channel receiver, one microphone, and one speaker disposed at one end of the single-channel receiving device.

또한, 안경형태의 상기 이중채널 수신장치는, 두 개의 수신기들을 포함하는 두 개의 안경다리 본체; 두 개의 마이크로폰들을 배치하는 안경 전면 테두리 (안경 림; Rim) 우측 및 좌측; 두 개의 스피커들을 배치하는 두 개의 안경다리 귀측; 및 배터리 및 명령스위치를 포함하는 두 개의 안경다리 본체를 포함할 수 있다.In addition, the dual-channel receiver in the form of glasses includes two temple bodies including two receivers; Right and left front rims of glasses that place two microphones; Two temples auricularis that place two speakers; And it may include two temple body bodies including a battery and a command switch.

또한, 넥밴드형태의 상기 이중채널 수신장치는, 두 개의 수신기들을 포함하는 두 개의 넥밴드 날개 본체; 두 개의 마이크로폰들을 배치하는 넥밴드 날개 전단부 우측 및 전단부 좌측; 두 개의 스피커들을 배치하는 사용자 귀 하단부의 넥밴드 날개 본체; 및 배터리 및 명령스위치를 포함하는 두 개의 넥밴드 날개 본체를 포함할 수 있다.In addition, the dual-channel receiving device in the form of a neckband includes two neckband wing bodies including two receivers; Right and left front ends of the neckband wings, which place two microphones; A neckband wing body at the bottom of the user's ears that places two speakers; and two neckband wing bodies containing a battery and a command switch.

또한, 핸드헬드형태의 상기 단일채널 수신장치는, 한 개의 수신기를 포함하는 핸드헬드 본체; 한 개의 마이크로폰을 배치하는 핸드헬드 한쪽면; 한 개의 스피커를 배치하는 핸드헬드 본체; 및 배터리 및 명령스위치를 포함하는 핸드헬드 본체를 포함할 수 있다.In addition, the single-channel receiving device in a handheld form includes a handheld main body including one receiver; One side of the handheld to place one microphone; A handheld body that places one speaker; and a handheld body including a battery and a command switch.

또한, 스마트폰형태의 상기 단일채널 수신장치는, 한 개 또는 그 이상의 마이크로폰, 한 개 또는 그 이상의 스피커, 및 한 개 또는 그 이상의 스위치를 포함하는 스마트폰; 및 한 개의 수신기 구조에서 수신 신호처리 장치부분을 소프트웨어로 구현한 어플리케이션 소프트웨어를 포함할 수 있다.In addition, the single channel receiving device in the form of a smartphone may include: a smartphone including one or more microphones, one or more speakers, and one or more switches; And it may include application software that implements the receiving signal processing device part in one receiver structure as software.

본 발명의 일 실시예에 따른 시각 장애인용 초음파 음향 안내 방법은, 이중채널 수신장치 사용자가, 이중채널 수신장치 스피커에서 전달된 내용을 사용자가 인지하여 안내정보를 확인하는 단계; 상기 두 개의 스피커에서 발생하는 음향에서 시간 및 크기 차이를 인지하는 단계; 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력을 사용으로 상기 시간 및 크기 차이를 적용하여 송신기의 방향을 인식하는 단계; 사용자 및 상기 이중채널 수신장치의 방향을 송신기 방향으로 회전하는 단계; 사용자가 상기 두 개의 스피커에서 시간 및 크기가 균등한 음향이 발생하도록 유지하면서 송신기의 방향으로 접근하는 단계; 및 사용자가 상기 두 개의 스피커에서 가장 큰 음향을 인식하여 원하는 목적지에 도착했다는 것을 인식하는 단계를 포함한다.An ultrasonic sound guidance method for the visually impaired according to an embodiment of the present invention includes the steps of a user of a dual-channel receiver recognizing content transmitted from a speaker of the dual-channel receiver and confirming guidance information; Recognizing time and volume differences in sounds generated from the two speakers; Recognizing the direction of the transmitter by applying the time and magnitude difference using the human's binaural sound source direction measurement ability; Rotating the direction of the user and the dual-channel receiving device toward the transmitter; A user approaches the direction of the transmitter while maintaining equal time and loudness sounds from the two speakers; and recognizing that the user has arrived at the desired destination by recognizing the loudest sound from the two speakers.

본 발명의 일 실시예에 따른 시각 장애인용 초음파 음향 안내 방법은, 단일채널 수신장치 사용자가, 단일채널 수신장치 스피커에서 전달된 내용을 사용자가 인지하여 안내정보를 확인하는 단계; 사용자가 상기 단일채널 수신장치를 방향 흔들기 행동 단계; 상기 단일채널 수신장치의 방향에 따라 상기 스피커에서 발생하는 음향의 크기가 달라지는 것을 인식하는 단계; 사용자가 최고 음향 방향을 인식하는 단계; 사용자 및 상기 단일채널 수신장치의 방향을 송신기 방향으로 회전하는 단계; 사용자가 계속적으로 상기 방향 흔들기 행동 및 접근을 수행하여 최고 음향 방향으로 전진하는 단계; 및 사용자가 상기 스피커에서 가장 큰 음향을 인식하여 원하는 목적지에 도착했다는 것을 인식하는 단계를 포함한다.An ultrasonic sound guidance method for the visually impaired according to an embodiment of the present invention includes the steps of the user of a single-channel receiver recognizing the content transmitted from the speaker of the single-channel receiver and confirming the guidance information; A user shaking the single channel receiver in a direction; Recognizing that the size of the sound generated from the speaker varies depending on the direction of the single-channel receiving device; a user recognizing the highest sound direction; Rotating the direction of the user and the single channel receiving device toward the transmitter; the user continuously performing the directional shaking action and approaching to move forward in the highest sound direction; and recognizing that the user has arrived at the desired destination by recognizing the loudest sound from the speaker.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 시각 장애인은 원하는 목적지를 안전하게 효율적으로 찾아갈 수 있으며, 안전이 필요한 장소에서 회피하거나 인식해서 행동할 수 있게 된다. 예를 들어, 화장실, 엘레베이터, 및 각방에 송신기를 설치해서 초음파 음향을 방송하면, 수신장치를 가진 시각 장애인이 필요에 따라서 화장실 또는 307호실을 직접적인 점자안내판을 사용하지 않고 바로 찾아갈 수 있게 된다. 또한 공사위치나 계단에 송신기를 설치하면 수신장치에서의 음향을 듣고 시각 장애인은 적절하게 행동하여 안전하게 보행할 수 있게 된다. 수신장치를 통한 방향 인식은 이중채널 수신장치의 경우는 음향을 듣고 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력으로 바로 인식할 수 있으며, 단일채널 수신장치의 경우는 장치를 회전시켜 방향에 따른 소리크기의 변화를 감지하여 인식하면 된다. 주변의 장애물이나 보행의 조건을 감지하기 위해서는 시각 장애인의 지팡이 사용은 여전히 필요하다.As described above, according to the present invention, a visually impaired person can safely and efficiently find a desired destination and can avoid or recognize and act in places where safety is required. For example, if transmitters are installed in restrooms, elevators, and each room to broadcast ultrasonic sounds, a visually impaired person with a receiving device will be able to go directly to the restroom or room 307 as needed without using a direct Braille information board. Additionally, if a transmitter is installed at a construction site or on a staircase, visually impaired people can listen to the sound from the receiver and act appropriately and walk safely. Direction recognition through a receiving device can be recognized immediately by listening to the sound and measuring the direction of the sound source based on both ears in the case of a dual-channel receiving device. In the case of a single-channel receiving device, the sound volume changes according to direction by rotating the device. All you need to do is detect and recognize. The use of a cane is still necessary for visually impaired people to detect surrounding obstacles or walking conditions.

도 1은 시각 장애인을 위한 초음파 음향 안내 시스템의 간략화된 개략적 블록도를 도시한다.
도 2는 송신기의 간략화된 개략적인 블록도를 예시한다.
도 3은 개별 송신기 블록의 주파수 분포를 나타낸다.
도 4는 수신기의 간략화된 개략적인 블록도를 예시한다.
도 5는 개별 수신기 블록의 주파수 분포를 나타낸다.
도 6은 대안적인 수신기의 간략화된 개략적인 블록도를 예시한다.
도 7은 대안적인 구현을 위한 개별 수신기 블록의 주파수 분포를 예시한다.
도 8은 이중채널 수신장치가 송신기의 위치를 파악하기 위한 작동 예를 도시한다.
도 9는 단일채널 수신장치가 송신기의 위치를 파악하기 위한 작동 예를 도시한다.
도 10은 송신기의 실시예를 예시한다.
도 11은 안경형태 수신장치 실시예를 도시한다.
도 12는 안경형태 수신장치의 착용 예를 도시한다.
도 13은 넥밴드형태 수신장치 실시예를 도시한다.
도 14는 넥밴드형태 수신장치의 착용 예를 나타낸다.
도 15는 핸드헬드형태 수신장치 실시예를 도시한다.
도 16은 핸드헬드형태 수신장치의 사용 예를 도시한다.
도 17은 스마트폰형태 수신장치 실시예를 도시한다.
도 18은 스마트폰형태 수신장치의 사용 예를 도시한다.
1 shows a simplified schematic block diagram of an ultrasonic acoustic guidance system for visually impaired people.
Figure 2 illustrates a simplified schematic block diagram of a transmitter.
Figure 3 shows the frequency distribution of individual transmitter blocks.
Figure 4 illustrates a simplified schematic block diagram of a receiver.
Figure 5 shows the frequency distribution of individual receiver blocks.
Figure 6 illustrates a simplified schematic block diagram of an alternative receiver.
Figure 7 illustrates the frequency distribution of individual receiver blocks for an alternative implementation.
Figure 8 shows an operation example for a dual-channel receiver to determine the location of a transmitter.
Figure 9 shows an example of operation for a single-channel receiver to determine the location of a transmitter.
Figure 10 illustrates an embodiment of a transmitter.
Figure 11 shows an embodiment of a glasses-type receiving device.
Figure 12 shows an example of wearing a glasses-type receiving device.
Figure 13 shows an embodiment of a neckband type receiving device.
Figure 14 shows an example of wearing a neckband type receiving device.
Figure 15 shows an embodiment of a handheld receiving device.
Figure 16 shows an example of use of a handheld type receiving device.
Figure 17 shows an example of a smartphone type receiving device.
Figure 18 shows an example of use of a smartphone type receiving device.

아래 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발병의 기술적인 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached below. Terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their common or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it exists, it must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of this outbreak. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of filing the present application It should be understood that variations and variations may exist.

초음파 음향 안내 시스템 및 방법은 시각 장애인에게 음향 정보를 초음파 기반으로 제공하여 음원을 식별하고 위치를 파악할 수 있도록 한다. 음원은 개인보행에서 목적하는 목적지에 위치한 초음파 송신기를 가리킨다. 초음파는 음성 스펙트럼의 주파수 이동에 의해 생성되어 위치 또는 안내정보를 지속적이고 선택적으로 전달한다. 시각 장애인이 휴대하는 수신장치는 초음파를 수신하고 위치를 식별하기 위해 가청 주파수로 다시 이동하게 된다. 또한, 수신장치의 방향과 거리에 따른 가청음의 강도는 송신기 위치를 찾는 단서를 제공한다. 마이크로폰 사이에 물리적 거리가 있는 두 개의 수신기는 향상된 위치 파악 기능을 위해 이중채널 수신장치로 구성할 수 있다. 이중채널 수신장치의 두 스피커 출력은 개별 귀에 직접 전달된다. 도달음의 크기와 시간의 차이는 사람에 의한 양귀기반 음원방향 측정 능력 기반으로 향상된 송신기 측위 성능을 제공한다. 초음파 음향 안내 시스템은 들리지 않는 초음파를 이용하여 정보를 선택적으로 수신기로 전달하므로 설치 제약이 줄어든다.Ultrasonic sound guidance systems and methods provide acoustic information to visually impaired people based on ultrasound, allowing them to identify sound sources and determine their location. The sound source refers to an ultrasonic transmitter located at the intended destination during personal walking. Ultrasound is generated by shifting the frequency of the voice spectrum and continuously and selectively conveys location or guidance information. A receiving device carried by a visually impaired person receives ultrasonic waves and moves them back to audible frequencies to identify the location. Additionally, the intensity of audible sound depending on the direction and distance of the receiving device provides clues to locating the transmitter. Two receivers with a physical distance between the microphones can be configured as dual-channel receivers for improved localization capabilities. The output of the two speakers of the dual-channel receiver is delivered directly to each ear. The difference in the size and time of the arriving sound provides improved transmitter positioning performance based on the human ear-based sound source direction measurement ability. The ultrasonic acoustic guidance system uses inaudible ultrasonic waves to selectively transmit information to the receiver, reducing installation restrictions.

송신기의 물리적 구조는 스피커가 초음파를 적절하게 전달하는 한 자유롭게 설계할 수 있다. 반면 수신장치의 물리적 구조는 시각 장애인의 주변 공간 음향 정보를 유지하기 위해 세심한 설계가 필요하다. 수신장치는 단일 또는 이중채널 구성으로 실현될 수 있다. 각 채널은 수신기 하드웨어, 마이크로폰, 스피커 및 배터리로 구성되며 각 수신장치에는 전원 스위치와 충전 포트가 있다. 단일채널 구현은 핸드헬드 장치 및 스마트폰으로 설계할 수 있다. 스마트폰 구현은 추가 하드웨어를 사용하지 않고 스마트폰의 마이크로폰 및 스피커를 이용하여 소프트웨어에 의해 수신장치 역할이 수행된다. 단일채널 장치는 지팡이에 부착하거나 손으로 잡고 사용할 수 있다. 이중채널 장치는 좌우 채널 수신기를 포함하는 안경과 넥밴드로 형태로 구현될 수 있다. 이중채널 수신장치에서 마이크로폰 사이의 거리는 사용자의 귀 거리와 거의 동일해야 한다. 이중채널 수신장치의 스피커 출력은 개방형 구조로 개별 귀에 직접 제공된다. 이중채널 수신장치는 송신기의 공간 음향 정보를 제공할 뿐만 아니라 사용자에 대한 환경 음향을 유지한다. 일반적인 음향신호 중첩 특징으로 인해, 단일 및 이중채널 수신장치는 다수의 송신기 위치를 파악할 수 있다. 사용자는 수신기에서 여러 소리를 듣고 원하는 음향 강도와 시간지연을 따라 가면 특정 송신기의 위치를 파악할 수 있다. The physical structure of the transmitter can be freely designed as long as the speaker properly transmits ultrasonic waves. On the other hand, the physical structure of the receiving device requires careful design to maintain ambient spatial acoustic information for visually impaired people. The receiving device can be realized in a single or dual channel configuration. Each channel consists of receiver hardware, microphone, speaker, and battery, and each receiver has a power switch and charging port. Single-channel implementations can be designed with handheld devices and smartphones. In smartphone implementation, the role of a receiving device is performed by software using the smartphone's microphone and speaker without using additional hardware. The single-channel device can be attached to a cane or held in the hand. The dual-channel device can be implemented in the form of glasses and a neckband containing left and right channel receivers. The distance between the microphones in a dual-channel receiver should be approximately the same as the user's ear distance. The speaker output of the dual-channel receiver is provided directly to individual ears in an open structure. The dual-channel receiver not only provides spatial acoustic information from the transmitter but also maintains environmental acoustics for the user. Due to the typical acoustic signal overlapping characteristics, single and dual channel receivers can locate multiple transmitters. Users can determine the location of a specific transmitter by listening to various sounds from the receiver and following the desired sound intensity and time delay.

도 1은 시각 장애인을 위한 초음파 음향 안내 시스템의 간략화된 개략적 블록도를 도시한다. 초음파 음향 안내 시스템은 송신기(100)와 수신기(200)로 구성된다. 수신장치는 수신기(200)를 기반으로 형성되는 장치로서 사용자(300)가 착용 또는 소지하여 음향 안내를 받게 된다. 송신기(100)는 스피커(101)를 이용하여 비가청 초음파 음향(150)을 생성한다. 초음파 음향(150)은 공기 중으로 전파되어 수신기(200)의 마이크로폰(201)에 의해 수신된다. 수신기(200)는 스피커(202)를 이용하여 초음파 음향(150)을 가청음향(250)으로 전달한다. 송신기의 식별 및 위치 파악을 위해, 시각 장애인(300)은 지팡이(350)와 함께 수신기(200)를 사용하여 가청 음향(250) 정보를 수신 한다. 다중 수신기(200)는 실내 및 실외에서 다중 송신기(100)의 위치를 파악하고 식별하기 위해 동시에 작동될 수 있다. 초음파 음향(150)은 일반적인 음향 특성을 나타내며, 따라서 시각 장애인(300)을 위한 다중 소리로 중첩된 음향을 들을 수 있다. 1 shows a simplified schematic block diagram of an ultrasonic acoustic guidance system for visually impaired people. The ultrasonic acoustic guidance system consists of a transmitter 100 and a receiver 200. The receiving device is a device formed based on the receiver 200 and is worn or carried by the user 300 to receive sound guidance. The transmitter 100 uses the speaker 101 to generate inaudible ultrasonic sound 150. The ultrasonic sound 150 propagates into the air and is received by the microphone 201 of the receiver 200. The receiver 200 transmits the ultrasonic sound 150 as audible sound 250 using the speaker 202. To identify and locate the transmitter, the visually impaired person 300 uses the receiver 200 together with the cane 350 to receive audible sound 250 information. Multiple receivers 200 may operate simultaneously to locate and identify multiple transmitters 100 indoors and outdoors. The ultrasonic sound 150 exhibits general acoustic characteristics, and therefore, the visually impaired 300 can hear multiple sounds superimposed on each other.

도 2는 송신기의 간략화된 개략적인 블록도를 예시한다. 송신기(100)는 도 1의 수신기(200)로 음향 정보를 전달한다. 음향 정보는 방 번호와 같은 장소 또는 위치를 식별하기 위한 음향 신호를 포함한다. 아날로그 음향 신호는 fs 샘플링 레이트(Sampling rate; 초당 샘플 수) 및 B 비트 분해능(Bit resolution; 샘플당 비트 수)의 아날로그-디지털 변환기에 의해 샘플링되고 양자화된다. 디지털 음향신호(102)는 디지털 메모리에 저장된다. 주어진 1/fs 시간 간격마다, 디지털 음향신호는 디지털 통신 라인(103)을 통해 디지털 메모리로부터 전송된다. 디지털 음향신호는 음향신호의 대역폭을 제한하기 위해 저주파 필터(104)에 의해 처리된다. 필터링된 음향 신호는 디지털 통신 라인(105)을 통해 저주파 필터(104)로부터 전송된다. 필터링된 음향 신호는 예를 들어 αcos(ωmn)와 같은 정현파(107)를 사용하여 원하는 주파수 범위로 이동된다. α는 크기 제어 계수이고 ωm은 주파수 이동량 매개변수이다. 디지털 신호처리에서의 시간은 정수 순서 번호 n으로 표시되고 실제 시간은 n/fs로 지정된다. ωm 라디안(Radian) 주파수는 단위 샘플당 라디안 단위로서 이산 시간 영역에서의 주파수를 나타낸다. 일반적인 주파수와 라디안 주파수의 관계는 다음과 같다.Figure 2 illustrates a simplified schematic block diagram of a transmitter. The transmitter 100 transmits acoustic information to the receiver 200 of FIG. 1. Acoustic information includes acoustic signals to identify a place or location, such as a room number. The analog acoustic signal is sampled and quantized by an analog-to-digital converter with f s sampling rate (samples per second) and B bit resolution (bits per sample). The digital sound signal 102 is stored in digital memory. At a given 1/f s time interval, a digital acoustic signal is transmitted from the digital memory via the digital communication line 103. The digital sound signal is processed by a low-frequency filter 104 to limit the bandwidth of the sound signal. The filtered acoustic signal is transmitted from the low-frequency filter 104 via a digital communication line 105. The filtered acoustic signal is shifted to the desired frequency range using a sinusoidal wave 107, for example αcos(ω m n). α is the size control coefficient and ω m is the frequency shift parameter. In digital signal processing, time is represented by the integer sequence number n, and real time is specified as n/f s . ω m Radian Frequency represents the frequency in the discrete time domain in radians per unit sample. The relationship between general frequency and radian frequency is as follows.

ω = 2πf/fs f = ωfs/(2π)ω = 2πf/f s f = ωf s /(2π)

주파수 시프트(106)에서 정현파(107)와 필터링된 음향신호 사이의 시간 영역 곱셈(도 2의 다이어그램에서 x로 표시됨)은 원하는 주파수 재배치를 위한 주파수 시프트를 수행한다. 시프트된 음향신호는 디지털 통신 라인(108)을 사용하여 주파수 시프트(106)로부터 전달된다. 시프트된 음향신호는 디지털-아날로그 변환기(109)를 이용하여 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 신호는 증폭기(110)에 의해 증폭된다. 증폭된 신호는 스피커(101)를 이용하여 초음파 음향(150)으로 변환된다. 증폭기(110) 및 스피커(101)의 동작 주파수 범위는 초음파 음향(150)의 정확한 전파를 위해 원하는 초음파 대역폭까지 확장되어야 한다. 송신 신호처리 장치(111)는 저주파 필터(104), 주파수 시프트(106), 디지털-아날로그 변환기(109), 및 이들을 연결하는 디지털 통신 라인들(105 및 108)을 포함하는 블록을 명칭 한다. 송신 전파장치(112)는 증폭기(110)와 스피커(101)를 포함하고 있다. 송신 신호처리 장치(111)는 동일한 기능을 아날로그 형태로 구현하여 사용할 수 있다.Time-domain multiplication (indicated by x in the diagram of FIG. 2) between the sinusoid 107 and the filtered acoustic signal in the frequency shift 106 performs a frequency shift for the desired frequency relocation. The shifted acoustic signal is transmitted from the frequency shift 106 using a digital communication line 108. The shifted sound signal is converted into an analog signal using a digital-to-analog converter 109. The analog signal is amplified by the amplifier 110. The amplified signal is converted into ultrasonic sound 150 using the speaker 101. The operating frequency range of the amplifier 110 and the speaker 101 must be extended to the desired ultrasonic bandwidth for accurate propagation of the ultrasonic sound 150. The transmission signal processing device 111 refers to a block including a low-frequency filter 104, a frequency shift 106, a digital-to-analog converter 109, and digital communication lines 105 and 108 connecting them. The transmission radio device 112 includes an amplifier 110 and a speaker 101. The transmission signal processing device 111 can be used by implementing the same function in analog form.

도 3은 개별 송신기 블록의 주파수 분포를 나타낸다. 각 분포도의 x축(401)은 라디안 주파수를 나타내고 각 분포도의 y축(400)은 주어진 주파수의 절대 신호 크기를 지정한다. 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)의 특성으로 인해 주파수 분포는 우대칭(Even symmetric) 특징을 보여주며, 가청 주파수 상한은 일반적으로 20 kHz 이다. 도 3의 개별 분포도에서 각각 가청 및 비가청 주파수의 범위를 나타내고 있다. 상부 분포도의 삼각형 모양(402)은 도 2의 디지털 음향신호(102) 및 디지털 통신 라인(103)에서의 주파수 분포를 나타낸다. 중간 분포도의 오각형 모양(404)은 도 2의 디지털 통신 라인(105)에서 필터링된 음향 신호의 주파수 분포를 보여준다. 중간 분포도의 직사각형 점선(403)은 ωc 라디안 주파수까지 통과시키는 도 2의 저주파 필터(104) 주파수 응답을 표시한다. 하단 분포도에서 두 개의 이동된 오각형 모양들(405 및 406)은 도 2의 디지털 통신 라인(108)에서 시프트된 음향 신호의 주파수 분포를 나타낸다. 도 2의 주파수 시프트(106)는 입력 음향에 대해서 좌우로 ωm 라디안 주파수만큼 이동하는 주파수 재배치를 수행한다. 시프트된 음향 신호가 하단 분포도에서 비가청 주파수 범위를 차지하는지 확인할 수 있으므로, 일반적인 사람의 귀로는 도 2의 송신기(100)로부터 어떠한 가청 소리도 들을 수 없다.Figure 3 shows the frequency distribution of individual transmitter blocks. The x-axis 401 of each distribution diagram represents the frequency in radians, and the y-axis 400 of each distribution diagram specifies the absolute signal size at a given frequency. Due to the characteristics of the Discrete Fourier Transform, the frequency distribution shows even symmetry characteristics, and the upper audible frequency limit is generally 20 kHz. The individual distribution diagrams in Figure 3 show the ranges of audible and non-audible frequencies, respectively. The triangular shape 402 in the upper distribution diagram represents the frequency distribution in the digital sound signal 102 and the digital communication line 103 in FIG. 2. The pentagon shape 404 in the middle distribution diagram shows the frequency distribution of the filtered acoustic signal on the digital communication line 105 in FIG. 2. The rectangular dashed line 403 in the middle plot indicates the frequency response of the low-frequency filter 104 in Figure 2, which passes up to a frequency of ω c radians. The two shifted pentagonal shapes 405 and 406 in the lower distribution diagram represent the frequency distribution of the shifted acoustic signal in the digital communication line 108 of FIG. 2. The frequency shift 106 in FIG. 2 is ω m left and right with respect to the input sound. Frequency realignment is performed by moving the frequency in radians. Since it can be seen whether the shifted acoustic signal occupies the subaudible frequency range in the lower distribution diagram, no audible sound can be heard from the transmitter 100 of FIG. 2 to the normal human ear.

도 4는 수신기의 간략화된 개략적인 블록도를 예시한다. 수신기(200)는 음향 정보가 포함된 초음파(150)를 수신하여 시각 장애인용 가청음향(250)으로 변환한다. 마이크로폰(201)은 초음파 음향(150)을 수용하고 증폭기(203)는 후단 처리를 위해 수신된 아날로그 신호를 증폭한다. 아날로그 신호는 fs 샘플링 레이트(Sampling rate; 초당 샘플 수) 및 B 비트 분해능(Bit resolution; 샘플당 비트 수)을 갖는 아날로그-디지털 변환기(204)에 의해 실시간으로 샘플링 및 양자화된다. 디지털 초음파 신호는 디지털 통신 라인(205)을 이용하여 고주파 필터(206)로 전달된다. 고주파 필터(206)는 초음파 주파수 신호를 통과시키고 가청 주파수 범위를 차단한다. 필터링된 초음파 신호는 디지털 통신 라인(207)을 통해 고주파 필터(206)로부터 전송된다. 필터링된 초음파 신호는 예를 들어 βcos(ωmn)와 같은 정현파 신호(209)를 사용하여 원하는 주파수 범위로 이동된다. β는 크기 제어 계수이고 ωm은 주파수 이동량 매개변수이다. 주파수 시프트(208)에서 정현파(209)와 필터링된 초음파 신호(207)사이의 시간 영역 곱셈(도 4의 다이어그램에서 x로 표시)은 원하는 주파수 재배치를 위한 주파수 시프트를 수행한다. 시프트된 음향 신호는 디지털 통신 라인(210)을 사용하여 주파수 시프트(208)로부터 전달된다. 시프트된 음향 신호는 디지털-아날로그 변환기(211)를 이용하여 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 신호는 증폭기(212)에 의해 증폭되고, 증폭된 신호는 스피커(202)를 이용하여 가청 음향(250)으로 변환된다. 수신 신호처리 장치(216)는 아날로그-디지털 변환기(204), 고주파 필터(206), 주파수 시프트(208), 디지털-아날로그 변환기(211), 및 이들을 연결하는 디지털 통신 라인들(205, 207, 및 210)을 포함하는 블록을 명칭 한다. 수신 전파장치(217)는 증폭기(212)와 스피커(202)를 포함하고 있다. 수신 신호처리 장치(216)는 동일한 기능을 아날로그 형태로 구현하여 사용할 수 있다. 수신기(200)는 사용자 안전을 위해 신속하게 응답해야 하기 때문에, 모든 작업이 실시간으로 수행되어 대기 시간을 최소화해야 한다.Figure 4 illustrates a simplified schematic block diagram of a receiver. The receiver 200 receives ultrasonic waves 150 containing sound information and converts them into audible sound 250 for the visually impaired. The microphone 201 receives the ultrasonic sound 150 and the amplifier 203 amplifies the received analog signal for later processing. The analog signal is sampled and quantized in real time by an analog-to-digital converter 204 with f s sampling rate (samples per second) and B bit resolution (bits per sample). The digital ultrasonic signal is transmitted to the high-frequency filter 206 using a digital communication line 205. The high frequency filter 206 passes ultrasonic frequency signals and blocks the audible frequency range. The filtered ultrasonic signal is transmitted from the high frequency filter 206 through a digital communication line 207. The filtered ultrasonic signal is shifted to the desired frequency range using a sinusoidal signal 209, for example βcos(ω m n). β is the size control coefficient and ω m is the frequency shift parameter. Time-domain multiplication (indicated by x in the diagram of FIG. 4) between the sinusoidal wave 209 and the filtered ultrasound signal 207 in the frequency shift 208 performs a frequency shift for the desired frequency relocation. The shifted acoustic signal is conveyed from the frequency shift 208 using a digital communication line 210. The shifted sound signal is converted into an analog signal using a digital-to-analog converter 211. The analog signal is amplified by an amplifier 212, and the amplified signal is converted into audible sound 250 using a speaker 202. The receiving signal processing device 216 includes an analog-to-digital converter 204, a high-frequency filter 206, a frequency shift 208, a digital-to-analog converter 211, and digital communication lines 205, 207, and Names the block containing 210). The receiving radio wave device 217 includes an amplifier 212 and a speaker 202. The receiving signal processing device 216 may implement the same function in analog form. Because the receiver 200 must respond quickly for user safety, all operations must be performed in real time to minimize waiting time.

도 5는 개별 수신기 블록의 주파수 분포를 나타낸다. 각 분포도의 x축(401)은 라디안 주파수를 나타내고 각 분포도의 y축(400)은 주어진 주파수의 절대 신호 크기를 지정한다. 상부 분포도에서는 도 4의 디지털 통신 라인(205)에서 디지털화된 수신 신호의 주파수 분포를 나타낸다. 오각형 모양들(407 및 408)은 송신기에서 전파된 신호에서 유도되어 형성되었으며 비가청 주파수 범위를 차지하고 있다. 넓게 분포된 잔물결(409)은 주변 및 마이크로폰으로부터 수신된 광대역 잡음이다. 수신된 잡음(409)은 ωc 라디안 주파수 이상을 통과시키는 도 4의 고주파 필터(206)를 사용하여 중간 분포도에서 부분적으로 제거된 것을 확인할 수 있다. 중간 분포도의 점선(410)은 도 4의 고주파 필터(206) 주파수 응답을 제공한다. 하단 분포도의 오각형 모양(411)은 도 4의 디지털 통신 라인(210)에서 시프트된 신호의 주파수 분포 를 표시한다. 도 4의 주파수 시프트(208)는 입력 신호에 대해서 좌우 ωm 라디안 주파수만큼 이동하는 주파수 재배치를 수행한다. 도 5의 중간 분포도 오각형 형상들(407 및 408) 이동 방향 중 하나는 하단 분포도의 0 라디안 주파수 근처 오각형 형상(411)으로 재배열되고 중첩된다. 특정 잡음 또한 0 라디안 주파수 근처로 이동되고 잔류된 잔물결(412) 형태로 남아 있을 수도 있다. 시프트된 신호는 하단 분포도의 가청 주파수 범위에 포함되기 때문에, 시각 장애인은 도 4의 수신기(200)로부터 가청 음향정보를 들을 수 있다.Figure 5 shows the frequency distribution of individual receiver blocks. The x-axis 401 of each distribution diagram represents the frequency in radians, and the y-axis 400 of each distribution diagram specifies the absolute signal size at a given frequency. The upper distribution diagram shows the frequency distribution of the digitized received signal on the digital communication line 205 of FIG. 4. The pentagonal shapes 407 and 408 are formed derived from signals propagated from the transmitter and occupy the subaudible frequency range. The widely distributed ripples 409 are broadband noise received from the surroundings and the microphone. It can be seen that the received noise 409 is partially removed from the intermediate distribution using the high-frequency filter 206 of FIG. 4, which passes frequencies above ω c radians. The dashed line 410 in the middle plot provides the frequency response of the high-frequency filter 206 in FIG. 4. The pentagonal shape 411 in the lower distribution diagram indicates the frequency distribution of the signal shifted in the digital communication line 210 of FIG. 4. The frequency shift 208 of FIG. 4 performs frequency realignment by shifting the input signal by a left and right ω m radian frequency. One of the moving directions of the middle distribution pentagonal shapes 407 and 408 in Figure 5 is rearranged and overlapped with the pentagonal shape 411 near the 0 radian frequency of the lower distribution. Certain noise may also be shifted near the 0 radian frequency and remain in the form of residual ripples 412. Because the shifted signal is included in the audible frequency range of the lower distribution chart, a visually impaired person can hear audible sound information from the receiver 200 of FIG. 4.

도 6은 대안적인 수신기의 단순화된 개략적 블록도를 예시한다. 수신기(200)에서 마이크로폰(201)은 초음파 음향(150)을 수신하고 증폭기(203)는 후단 처리를 위해 수신된 아날로그 신호를 증폭한다. 아날로그 신호는 아날로그-디지털 변환기(204)에 의해 실시간으로 샘플링되고 양자화된다. 디지털 초음파 신호는 디지털 통신 라인(205)을 이용하여 주파수 시프트(208)로 전달된다. 디지털 초음파 신호는 예를 들어 βcos(ωmn)와 같은 정현파 신호(209)를 사용하여 원하는 주파수 범위로 이동된다. 주파수 시프트(208)에서 정현파(209)와 디지털 초음파 신호(205)사이의 시간 영역 곱셈(도 6의 다이어그램에서 x로 표시)은 원하는 주파수 재배치를 위한 주파수 시프트를 수행한다. 시프트된 음향 신호는 디지털 통신 라인(214)을 사용하여 주파수 시프트(208)로부터 전달된다. 저주파 필터(213)는 가청 주파수 신호는 통과시키고 고주파 성분을 차단한다. 필터링된 음향 신호는 디지털 통신 라인(215)을 통해 저주파 필터(213)로부터 전송된다. 필터링된 음향 신호는 디지털-아날로그 변환기(211)를 이용하여 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 음향 신호는 증폭기(212)에 의해 증폭된다. 증폭된 신호는 스피커(202)를 이용하여 가청 음향(250)으로 변환된다. 대안적인 수신기 구현은 도 4의 고주파 필터(206)를 대신해서 저주파 필터(213)를 포함하고 위치 이동된 주파수 시프트(208)를 사용하고 있다. 대안적 수신 신호처리 장치(218)는 아날로그-디지털 변환기(204), 주파수 시프트(208), 저주파 필터(213), 디지털-아날로그 변환기(211), 및 이들을 연결하는 디지털 통신 라인들(205, 214, 및 215)을 포함하는 블록을 명칭 한다. 수신 전파장치(217)는 증폭기(212)와 스피커(202)를 포함하고 있다. 대안적 수신 신호처리 장치(218)는 동일한 기능을 아날로그 형태로 구현하여 사용할 수 있다. Figure 6 illustrates a simplified schematic block diagram of an alternative receiver. In the receiver 200, the microphone 201 receives the ultrasonic sound 150, and the amplifier 203 amplifies the received analog signal for later processing. The analog signal is sampled and quantized in real time by the analog-to-digital converter 204. The digital ultrasound signal is transmitted to the frequency shift 208 using a digital communication line 205. The digital ultrasound signal is shifted to the desired frequency range using a sinusoidal signal 209, for example βcos(ω m n). Time-domain multiplication (indicated by x in the diagram of FIG. 6) between the sinusoidal wave 209 and the digital ultrasound signal 205 in the frequency shift 208 performs a frequency shift for the desired frequency relocation. The shifted acoustic signal is conveyed from frequency shift 208 using digital communication lines 214. The low-frequency filter 213 passes audible frequency signals and blocks high-frequency components. The filtered acoustic signal is transmitted from the low-frequency filter 213 through a digital communication line 215. The filtered sound signal is converted into an analog signal using a digital-to-analog converter 211. The analog sound signal is amplified by the amplifier 212. The amplified signal is converted into audible sound 250 using a speaker 202. An alternative receiver implementation includes a low frequency filter 213 in place of the high frequency filter 206 of Figure 4 and uses a shifted frequency shifter 208. An alternative receiving signal processing device 218 includes an analog-to-digital converter 204, a frequency shift 208, a low-frequency filter 213, a digital-to-analog converter 211, and digital communication lines 205, 214 connecting them. , and 215). The receiving radio wave device 217 includes an amplifier 212 and a speaker 202. The alternative receiving signal processing device 218 can be used by implementing the same function in analog form.

도 7은 대안적인 구현을 위한 개별 수신기 블록의 주파수 분포를 예시한다. 각 분포도의 x축(401)은 라디안 주파수를 나타내고 각 분포도의 y축(400)은 주어진 주파수의 절대 신호 크기를 지정한다. 상부 분포도는 도 6의 디지털 통신 라인(205)에서 디지털화된 수신 신호의 주파수 분포를 나타낸다. 오각형 모양들(407 및 408)은 송신기에서 전파된 신호에서 유도되어 형성되었으며 비가청 주파수 범위를 차지하고 있다. 넓게 분포된 잔물결(409)은 주변 및 마이크로폰으로부터 수신된 광대역 잡음이다. 중간 분포도의 오각형 모양(413)은 도 6의 디지털 통신 라인(214)에서 시프트된 신호의 주파수 분포를 나타낸다. 도 6의 주파수 시프트(208)는 입력 신호에 대해서 좌우 ωm 라디안 주파수만큼 이동하는 주파수 재배치를 수행한다. 도 7의 상단 분포도 오각형 형상들(407 및 408) 이동 방향 중 하나는 중간 분포도의 0 라디안 주파수 근처 오각형 형상(413)으로 재배열되고 중첩된다. 시프트된 잡음(409) 은 ωc 라디안 주파수 이하를 통과시키는 도 6의 저주파 필터(213)를 사용하여 하단 분포도에서 제거된 것을 확인할 수 있다. 하단 분포도의 직사각형 점선(414)은 도 6의 저주파 필터(213)의 주파수 응답을 제공한다. 잡음 제거 및 시프트된 신호(415)는 하단 분포도의 가청 주파수 범위에 포함되기 때문에, 시각 장애인은 도 6의 수신기(200)로부터 가청 음향정보를 들을 수 있다.Figure 7 illustrates the frequency distribution of individual receiver blocks for an alternative implementation. The x-axis 401 of each distribution diagram represents the frequency in radians, and the y-axis 400 of each distribution diagram specifies the absolute signal size at a given frequency. The upper distribution diagram shows the frequency distribution of the digitized received signal on the digital communication line 205 in FIG. 6. The pentagonal shapes 407 and 408 are formed derived from signals propagated from the transmitter and occupy the subaudible frequency range. The widely distributed ripples 409 are broadband noise received from the surroundings and the microphone. The pentagon shape 413 in the middle distribution diagram represents the frequency distribution of the signal shifted on the digital communication line 214 in FIG. 6. The frequency shift 208 of FIG. 6 performs frequency realignment by moving the input signal by a left and right ω m radian frequency. One of the moving directions of the upper distribution pentagonal shapes 407 and 408 in Figure 7 is rearranged and overlapped with the pentagonal shape 413 near the 0 radian frequency of the middle distribution. It can be seen that the shifted noise 409 has been removed from the lower distribution diagram using the low-frequency filter 213 of FIG. 6, which passes frequencies below ω c radians. The rectangular dotted line 414 in the bottom distribution diagram provides the frequency response of the low-frequency filter 213 in FIG. 6. Since the noise-removed and shifted signal 415 is included in the audible frequency range of the lower distribution chart, a visually impaired person can hear audible sound information from the receiver 200 of FIG. 6.

도 8은 이중채널 수신장치가 송신기의 위치를 파악하기 위한 작동 예를 도시한다. 이중채널 수신장치는 두 개의 마이크로폰에서 두 개의 스피커까지의 처리를 두 개의 독립적인 수신기로 수행하는 장치를 나타낸다. 개별 마이크로폰에서 각 채널은 도 4 또는 도 6에 도시된 수신기 동작을 수행하여 개별 스피커를 사용하여 가청 음향 정보를 전달한다. 마이크로폰 사이의 거리는 귀 사이의 거리와 동일하다. 스피커는 각 채널의 음향크기와 시간지연의 차이를 인식할 수 있도록 열린 구조로 각 귀 근처에 배치된다. 시각 장애인의 주변공간 음향 감지를 유지하기 위해 귀의 음향 흐름이 수신장치에 의해 차단되어서는 안 된다. 도 8은 이중채널 수신장치를 기반으로 사용자에 의한 음향 안내 처리방법을 보여준다. 세 개의 그림이 왼쪽에서부터 시간 순서로 오른쪽으로 표시된다. 왼쪽, 가운데, 오른쪽 그림은 아래와 같은 동일한 구성을 포함하고 있다. 송신기(100)는 스피커(101)를 이용하여 초음파(150)를 방송한다. 초음파(150)는 공기 중으로 전파되고 초음파의 전달면은 원거리에서 평면파(301) 특징을 나타낸다. 시각 장애인(300)은 귀와 귀 사이로 만들어진 선과 평행하게 이중채널 수신장치를 소지하고 있다. 이중채널 수신장치는 대칭 구조로 두 개의 마이크로폰(201), 두 개의 수신기(200), 및 두 개의 스피커(202)를 포함한다. 수신장치 스피커(202)는 시각 장애인(300)의 개별 귀 근처에 위치한다. 왼쪽 그림에서 사용자(300)는 간접적인 방향과 원거리에 위치하여 위치 식별을 위해 송신기(100)로부터 가청 음향(250)을 수신한다. 사용자(300)는 이중채널 수신장치의 방향으로 인해 수신장치 스피커(202) 사이의 가청 음향(250) 차이를 경험한다. 스피커(101)와 마이크로폰(201) 사이의 직접적인 거리 차이(302)는 크기 및 지연시간에서 가청 음향(250) 차이를 생성한다. 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력은 송신기 스피커(101)의 방향을 인지하고 사용자(300)는 중간 그림에서 송신기(100)를 향해 신체 방향을 돌린다. 중간 그림의 사용자(300)는 송신기(100)를 향하고 있으며, 수신장치 스피커(202)로부터 크기 및 지연시간이 균일한 가청 음향(250)을 경험한다. 우측 그림의 사용자(300)는 더 큰 크기의 가청 음향(250)을 수신하기 위해 송신기(100)로 접근하고, 사용자는 목적지에 도달했다는 것을 인지한다.Figure 8 shows an operation example for a dual-channel receiver to determine the location of a transmitter. A dual-channel receiver refers to a device that performs processing from two microphones to two speakers with two independent receivers. In the individual microphone, each channel performs the receiver operation shown in Figure 4 or Figure 6 to transmit audible acoustic information using an individual speaker. The distance between the microphones is the same as the distance between your ears. Speakers are placed near each ear in an open structure so that differences in sound size and time delay of each channel can be recognized. To maintain acoustic perception of the surrounding space for visually impaired people, the acoustic flow to the ear should not be blocked by the receiving device. Figure 8 shows a method of processing sound guidance by a user based on a dual-channel receiver. The three pictures are displayed in chronological order from left to right. The left, middle, and right pictures contain the same configuration as shown below. The transmitter 100 broadcasts ultrasonic waves 150 using the speaker 101. The ultrasonic waves 150 are propagated into the air, and the transmission surface of the ultrasonic waves exhibits the characteristics of a plane wave 301 at a long distance. The visually impaired person 300 holds a dual-channel receiver parallel to the line made between the ears. The dual-channel receiving device has a symmetrical structure and includes two microphones 201, two receivers 200, and two speakers 202. The receiver speaker 202 is located near the individual ears of the visually impaired person 300. In the left figure, the user 300 is located indirectly and at a distance and receives audible sound 250 from the transmitter 100 for location identification. User 300 experiences audible sound 250 differences between receiver speakers 202 due to the orientation of the dual-channel receiver. The direct distance difference 302 between the speaker 101 and the microphone 201 creates an audible sound 250 difference in loudness and delay time. The human's binaural-based sound source direction measurement ability recognizes the direction of the transmitter speaker 101, and the user 300 turns his body toward the transmitter 100 in the middle figure. The user 300 in the middle picture is facing the transmitter 100 and experiences audible sound 250 of uniform size and delay time from the receiver speaker 202. The user 300 in the picture on the right approaches the transmitter 100 to receive a larger-sized audible sound 250, and the user recognizes that he has reached his destination.

도 9는 단일채널 수신장치가 송신기의 위치를 파악하는 작동 예를 도시한다. 단일 채널 수신장치는 단일 마이크로폰과 단일 스피커가 있는 수신장치를 나타낸다. 단일채널 수신장치는 사용자의 손으로 들고 다니거나 지팡이에 부착된다. 단일채널 수신장치의 물리적 방향 흔들기 행동은 수신장치 방향과 송신기로부터의 거리에 따라 가청 음향 크기 차이를 생성한다. 도 9는 단일채널 수신장치를 기반으로 사용자에 의한 음향 안내 처리방법을 보여준다. 세 개의 그림이 왼쪽에서부터 시간 순서로 오른쪽으로 표시된다. 왼쪽, 가운데, 오른쪽 그림은 아래와 같은 동일한 구성을 포함하고 있다. 송신기(100)는 스피커(101)를 이용하여 초음파(150)를 방송한다. 초음파(150)는 공기 중으로 전파되고 초음파의 전달면은 원거리에서 평면파(301) 특정을 나타낸다. 시각 장애인(300)은 사용자의 손에 또는 지팡이에 단일채널 수신장치를 보유 또는 설치한다. 단일채널 수신장치는 마이크로폰(201), 수신기(200) 및 스피커(202)를 포함한다. 왼쪽 그림에서 사용자(300)는 간접적인 방향과 원거리에 위치하여 위치 식별을 위해 송신기(100)로부터 가청 음향(250)을 수신한다. 사용자(300)는 수신장치 방향 흔들기 행동(303)을 개시하고 수신장치 방향으로 인해 수신장치 스피커(202)로부터 가청 음향(250) 차이를 경험한다. 사용자(300)가 가장 높은 음량 방향을 인식하면, 사용자(300)는 중간 그림에서 송신기(100)를 향하여 신체 방향을 돌린다. 중간 그림의 사용자(300)는 송신기(100)를 향하고 수신장치 스피커(202)로부터 가장 큰 크기의 가청 음향(250)을 찾기 위한 작은 방향 흔들기 행동(303)을 지속적으로 수행한다. 우측 그림의 사용자(300)는 더 큰 크기의 가청 음향(250)을 수신하기 위해 송신기(100)로 접근하고, 사용자는 목적지에 도달했다는 것을 인지한다.Figure 9 shows an operation example in which a single-channel receiver determines the location of a transmitter. A single channel receiver refers to a receiver with a single microphone and a single speaker. The single-channel receiver is carried in the user's hand or attached to a cane. The physical directional rocking behavior of a single-channel receiver creates audible loudness differences depending on receiver orientation and distance from the transmitter. Figure 9 shows a method of processing sound guidance by a user based on a single-channel receiving device. The three pictures are displayed in chronological order from left to right. The left, middle, and right pictures contain the same configuration as shown below. The transmitter 100 broadcasts ultrasonic waves 150 using the speaker 101. The ultrasonic waves 150 are propagated into the air, and the transmission surface of the ultrasonic waves represents a plane wave 301 at a long distance. The visually impaired 300 holds or installs a single-channel receiving device in the user's hand or cane. The single-channel receiving device includes a microphone 201, a receiver 200, and a speaker 202. In the left figure, the user 300 is located indirectly and at a distance and receives audible sound 250 from the transmitter 100 for location identification. User 300 initiates a receiver shaking action 303 and experiences an audible sound 250 difference from receiver speaker 202 due to receiver orientation. When the user 300 recognizes the direction of the highest volume, the user 300 turns its body toward the transmitter 100 in the middle picture. The user 300 in the middle picture faces the transmitter 100 and continuously performs a small directional shake action 303 to find the loudest audible sound 250 from the receiver speaker 202. The user 300 in the picture on the right approaches the transmitter 100 to receive a larger-sized audible sound 250, and the user recognizes that he has reached his destination.

도 10은 송신기의 실시예를 예시한다. 송신기의 물리적 구조는 다양한 형식으로 구현될 수 있으며 이 그림은 구현의 한 예를 보여준다. 송신기는 내부에 회로 기판과 전원 시스템을 포함하는 내구성 케이스(500)로 보호된다. 송신기 스피커(101)는 케이스(500)의 음향 구멍 아래에 위치한다. 송신기는 초음파 음향 지향성을 제어하기 위해 스피커 진동판 에지에 음향 가이드 링(501)을 가질 수 있다. 음향 모드 스위치(502)는 일반적인 음향으로 송신기를 테스트하기 위해 가청음향 모드와 초음파 모드 사이에서 출력 음향을 선택한다. 볼륨 노브(504)는 송신기 스피커(101)로부터의 초음파 및 가청 음향 레벨의 크기를 조절한다. 전원 스위치(503)는 송신기 시스템을 켜고 끈다. LED 발광 다이오드(505)는 송신기의 전원 상태를 나타낸다.Figure 10 illustrates an embodiment of a transmitter. The physical structure of the transmitter can be implemented in a variety of formats and this figure shows an example of an implementation. The transmitter is protected by a durable case 500 that contains the circuit board and power system inside. Transmitter speaker 101 is located below the acoustic hole of case 500. The transmitter may have an acoustic guide ring 501 at the edge of the speaker diaphragm to control ultrasonic sound directivity. The sound mode switch 502 selects the output sound between audible sound mode and ultrasonic mode to test the transmitter with normal sound. Volume knob 504 adjusts the level of ultrasonic and audible sound from transmitter speaker 101. Power switch 503 turns the transmitter system on and off. LED light emitting diode 505 indicates the power status of the transmitter.

도 11은 안경형태의 수신장치 실시예를 도시한다. 안경형태의 수신장치(600)는 이중채널 수신장치의 한 구현을 제시한다. 안경형태 수신장치의 개별 안경다리에 대칭 방식으로 각 채널 수신기를 포함한다. 수신장치의 두 개의 마이크로폰(201)은 안경형태 수신장치의 전면 테두리 (안경 림; Rim) 우측 및 좌측 부분에 위치한다. 수신기 하드웨어(200) 및 배터리 시스템(601)은 안경형태 수신장치의 안경다리 내에 배치된다. 수신장치의 두 개의 스피커(202)는 사용자 귀 근처인 안경다리 뒷단에 위치된다. 충전 포트(603)는 안경형태 수신장치의 한쪽 안경다리에 위치하고 전원 스위치(602)는 다른 안경다리에 위치한다.Figure 11 shows an embodiment of a receiving device in the form of glasses. The glasses-shaped receiving device 600 presents one implementation of a dual-channel receiving device. A spectacle-type receiver includes each channel receiver in a symmetrical fashion on individual temples. The two microphones 201 of the receiving device are located on the right and left sides of the front edge (rim) of the glasses-shaped receiving device. Receiver hardware 200 and battery system 601 are disposed within the temples of a spectacle-type receiver. The two speakers 202 of the receiving device are located at the back of the temples of the glasses near the user's ears. The charging port 603 is located on one temple of the glasses-type receiver, and the power switch 602 is located on the other temple.

도 12는 안경형태 수신장치의 착용 예를 도시한다. 시각 장애인(300)은 안경형태 수신장치(600)를 착용하고 지팡이(350)를 한 손에 쥐고 있다. 안경형태 수신장치의 한 쪽만 그림에 표시되어 있고 다른 쪽도 대칭이고 동일하다. 안경형태 수신장치의 두 개의 마이크로폰(201)은 송신기로부터의 초음파(150)를 수신한다. 수신장치는 초음파 음향(150)을 수신장치 스피커(202)에 의해 방출되는 가청 음향(250)으로 변환시킨다. 이중채널 수신장치를 기반으로 하여 송신기에 대한 위치 파악 및 접근 방법이 도 8에 설명 및 도시되어 있다.Figure 12 shows an example of wearing a glasses-type receiving device. A visually impaired person (300) wears a glasses-type receiving device (600) and holds a cane (350) in one hand. Only one side of the glasses-type receiver is shown in the picture, and the other side is symmetrical and identical. Two microphones 201 of the glasses-type receiver receive ultrasonic waves 150 from the transmitter. The receiving device converts the ultrasonic sound 150 into audible sound 250 emitted by the receiving device speaker 202. A method for locating and accessing a transmitter based on a dual-channel receiver is explained and shown in FIG. 8.

도 13은 넥밴드형태의 수신장치 실시예를 도시한다. 넥밴드형태 수신장치(700)는 이중채널 수신장치의 한 구현을 제시한다. 넥밴드형태 수신장치의 개별 날개는 대칭 방식으로 각 채널 수신기를 포함한다. 수신장치의 두 개의 마이크로폰(201)은 넥밴드 날개 전단부 우측 및 전단부 좌측 부분에 위치한다. 수신기 하드웨어(200) 및 배터리 시스템(701)은 넥밴드형태 수신장치 날개 내에 배치된다. 수신장치의 두 개의 스피커(202)는 사용자 귀 하단부의 넥밴드 날개 본체에 위치한다. 충전 포트(703) 및 전원 스위치(702)는 넥밴드형태 수신장치 임의의 위치에 배치된다.Figure 13 shows an embodiment of a neckband type receiving device. The neckband type receiving device 700 presents one implementation of a dual channel receiving device. The individual wings of the neckband-type receiver contain each channel receiver in a symmetrical manner. The two microphones 201 of the receiving device are located on the right and left sides of the front end of the neckband wings. Receiver hardware 200 and battery system 701 are disposed within neckband-type receiver wings. The two speakers 202 of the receiving device are located on the wing body of the neckband at the bottom of the user's ears. The charging port 703 and the power switch 702 are placed at any location in the neckband type receiving device.

도 14는 넥밴드형태 수신장치의 착용 예를 나타낸다. 시각 장애인(300)은 넥밴드형태 수신장치(700)를 착용하고 지팡이(350)를 한 손에 쥐고 있다. 넥밴드형태 수신장치의 한 쪽만 그림에 표시되어 있고 다른 쪽도 대칭이고 동일합니다. 넥밴드형태 수신장치의 두 개의 마이크로폰(201)은 송신기로부터의 초음파(150)를 수신한다. 수신장치는 초음파 음향(150)을 수신장치 스피커(202)에 의해 방출되는 가청 음향(250)으로 변환시킨다. 이중채널 수신장치를 기반으로 하여 송신기에 대한 위치 파악 및 접근 방법이 도 8에 설명 및 도시되어 있다.Figure 14 shows an example of wearing a neckband type receiving device. A visually impaired person (300) wears a neckband-type receiving device (700) and holds a cane (350) in one hand. Only one side of the neckband type receiver is shown in the picture, the other side is symmetrical and identical. Two microphones 201 of the neckband type receiving device receive ultrasonic waves 150 from the transmitter. The receiving device converts the ultrasonic sound 150 into audible sound 250 emitted by the receiving device speaker 202. A method for locating and accessing a transmitter based on a dual-channel receiver is explained and shown in FIG. 8.

도 15는 핸드헬드형태 수신장치 실시예를 도시한다. 핸드헬드형태 수신장치(800)는 단일채널 수신장치의 한 구현을 제시한다. 핸드헬드형태 수신장치에서 하나의 마이크로폰(201)은 수신장치 전면에 위치한다. 수신기 하드웨어(200) 및 배터리 시스템 (801)은 핸드헬드형태 수신장치 본체 내에 배치된다. 핸드헬드형태 수신장치에서 하나의 스피커(202)는 수신장치 후면에 위치한다. 단일채널 수신장치는 방향 흔들기 행동을 사용하여 송신기 위치를 추정한다. 따라서 사용자가 가청 음향을 들을 수 있는 한 스피커는 어떤 위치에도 삽입될 수 있다. 방향 흔들기 행동에 대한 추가 정보는 도 9에서 찾을 수 있다. 충전 포트(803) 및 전원 스위치(802)는 핸드헬드형태 수신장치의 임의의 위치에 배치될 수 있다.Figure 15 shows an embodiment of a handheld receiving device. Handheld receiving device 800 represents one implementation of a single channel receiving device. In the handheld type receiving device, one microphone 201 is located in the front of the receiving device. The receiver hardware 200 and battery system 801 are disposed within the main body of the handheld receiver. In the handheld type receiving device, one speaker 202 is located at the rear of the receiving device. A single-channel receiver uses directional waving behavior to estimate the transmitter location. Therefore, the speaker can be inserted in any position as long as the user can hear audible sound. Additional information about directional shaking behavior can be found in Figure 9. The charging port 803 and the power switch 802 may be placed in any location of the handheld type receiving device.

도 16은 핸드헬드형태 수신장치의 사용 예를 도시한다. 핸드헬드형태 수신장치는 지팡이에 부착된 장치로 사용하거나 사용자 손에 있는 독립 장치로 사용할 수 있다. 도 16의 좌측 및 우측 도면은 각각 부착 및 독립 장치 모드의 예를 보여준다. 부착 장치 모드는 지팡이의 움직임을 제어하여 방향 흔들기 행동을 만든다. 독립 장치 모드에서 사용자는 한 손에 지팡이를 잡고 다른 손에는 핸드헬드형태 수신장치를 잡는다. 방향 흔들기 행동은 수평 손동작에 의해 생성된다. 도 16의 좌측 및 우측 도면에서 핸드헬드형태 수신장치 위치를 제외하고 동일한 구성을 보여준다. 시각 장애인(300)은 왼쪽 그림의 부착 장치 모드와 오른쪽 그림의 독립 장치 모드에서 핸드헬드형태 수신장치(800)를 활용한다. 시각 장애인(300)은 한 손에 지팡이(350)를 반드시 들고 있어야 한다. 핸드헬드형태 수신장치의 하나의 마이크로폰 (201)은 송신기로부터의 초음파 음향(150)을 수신한다. 수신장치는 초음파 음향(150)을 수신장치 스피커(202)에 의해 방출되는 가청 음향(250)으로 변환시킨다. 단일채널 수신장치를 기반으로 하여 송신기에 대한 위치 파악 및 접근 방법이 도 9에 설명 및 도시되어 있다.Figure 16 shows an example of use of a handheld type receiving device. The handheld receiver can be used as a device attached to a cane or as a stand-alone device in the user's hand. The left and right views of Figure 16 show examples of attached and stand-alone device modes, respectively. The attachment mode controls the movement of the wand to create a directional waving behavior. In stand-alone device mode, the user holds the wand in one hand and the handheld receiver in the other. Directional shaking behavior is produced by horizontal hand movements. The left and right views of FIG. 16 show the same configuration except for the location of the handheld receiver. The visually impaired 300 uses the handheld receiving device 800 in the attached device mode shown on the left and the independent device mode shown on the right. A visually impaired person (300) must hold a cane (350) in one hand. One microphone 201 of the handheld receiving device receives ultrasonic sound 150 from the transmitter. The receiving device converts the ultrasonic sound 150 into audible sound 250 emitted by the receiving device speaker 202. A method for locating and accessing a transmitter based on a single-channel receiver is explained and shown in FIG. 9.

도 17은 스마트폰형태 수신장치 실시예를 도시한다. 스마트폰형태 수신장치(900)는 단일채널 수신장치의 하나의 구현을 제시한다. 스마트폰형태 수신장치는 스마트폰 하드웨어를 활용하고 응용 소프트웨어를 사용하여 단일채널 수신장치를 구현한다. 스마트폰형태 수신장치에 추가로 부착된 하드웨어는 필요하지 않다. 스마트폰의 단일 또는 다중 마이크로폰(201)은 수신장치 마이크로폰용으로 설정된다. 스마트폰의 단일 또는 다중 스피커(202)는 수신장치 스피커로 사용된다. 단일채널 수신장치 구조에서 수신 신호처리 장치(216 또는 218)부분을 소프트웨어로 구현한 어플리케이션 소프트웨어를 적용한다. 단일채널 수신장치는 방향 흔들기 행동을 사용하여 송신기 위치를 추정하기 때문에 사용자가 가청 음향을 들을 수 있는 한 스피커는 어떤 위치에도 배치할 수 있다. 방향 흔들기 행동에 대한 추가 정보는 도 9에서 찾을 수 있다. 충전 포트(902)는 배터리 충전에 사용되며 다중 스위치(901)는 전원 및 볼륨 제어에 사용될 수 있다.Figure 17 shows an example of a smartphone type receiving device. The smartphone type receiving device 900 presents one implementation of a single channel receiving device. The smartphone-type receiving device utilizes smartphone hardware and uses application software to implement a single-channel receiving device. There is no need for additional hardware attached to the smartphone-type receiving device. The smartphone's single or multiple microphones 201 are configured as receiver microphones. The single or multiple speakers 202 of the smartphone are used as receiver speakers. In the single-channel receiving device structure, application software that implements the receiving signal processing device (216 or 218) in software is applied. Because single-channel receivers use directional waving behavior to estimate transmitter location, the speaker can be placed in any location as long as the user can hear audible sound. Additional information about directional shaking behavior can be found in Figure 9. Charging port 902 can be used for battery charging and multiple switches 901 can be used for power and volume control.

도 18은 스마트폰형태 수신장치의 사용 예를 도시한다. 스마트폰형태 수신장치는 지팡이에 부착된 장치로 사용하거나 사용자의 손에 있는 독립 장치로 사용할 수 있다. 도 18의 좌측 및 우측 도면은 각각 부착 및 독립 장치 모드의 예를 보여준다. 부착 장치 모드는 지팡이의 움직임을 제어하여 방향 흔들기 행동을 만든다. 독립 장치 모드에서 사용자는 한 손에 지팡이를 잡고 다른 한 손에는 스마트폰형태 수신장치를 잡는다. 방향 흔들기 행동은 수평 손동작에 의해 생성된다. 도 18의 좌측 및 우측 도면에서 스마트폰형태 수신장치 위치를 제외하고는 동일한 구성을 보여준다. 시각 장애인(300)은 왼쪽 그림의 부착 장치 모드와 오른쪽 그림의 독립 장치 모드에서 스마트폰형태 수신장치(900)를 활용한다. 시각 장애인(300)은 한 손에 지팡이(350)를 반드시 들고 있어야 한다. 스마트폰형태 수신장치의 단일 또는 다중 마이크로폰(201)은 송신기로부터 초음파 음향(150)을 수신한다. 수신장치는 초음파 음향(150)을 수신장치 스피커(202)에 의해 방출되는 가청 음향(250)으로 변환시킨다. 단일채널 수신장치를 기반으로 송신기에 대한 위치 파악 및 접근 방법이 도 9에 설명 및 도시되어 있다.Figure 18 shows an example of use of a smartphone type receiving device. The smartphone-type receiver can be used as a device attached to a cane or as a stand-alone device in the user's hand. The left and right views of Figure 18 show examples of attached and stand-alone device modes, respectively. The attachment mode controls the movement of the wand to create a directional waving behavior. In stand-alone device mode, the user holds the wand in one hand and a smartphone-type receiver in the other. Directional shaking behavior is produced by horizontal hand movements. The left and right drawings of FIG. 18 show the same configuration except for the location of the smartphone-type receiving device. The visually impaired 300 uses the smartphone-type receiving device 900 in the attached device mode shown on the left and the independent device mode shown on the right. A visually impaired person (300) must hold a cane (350) in one hand. A single or multiple microphone 201 of a smartphone-type receiving device receives ultrasonic sound 150 from a transmitter. The receiving device converts the ultrasonic sound 150 into audible sound 250 emitted by the receiving device speaker 202. A method for locating and accessing a transmitter based on a single-channel receiver is explained and shown in FIG. 9.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발병은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 청구 범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As above, although the present invention has been described with limited examples and drawings, the scope of the present invention is not limited thereto, and the technical idea and claims of the present invention can be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the range of equality.

100: 발신기
101: 발신기 스피커
102: 디지털 음향신호 (디지털 메모리)
103: 디지털 통신 라인 (디지털 음향신호(102) -> 저주파 필터(104))
104: 저주파 필터
105: 디지털 통신 라인 (저주파 필터(104) -> 주파수 시프트(106))
106: 주파수 시프트
107: 정현파
108: 디지털 통신 라인 (주파수 시프트(106) -> 디지털-아날로그 변환기(109))
109: 디지털-아날로그 변환기
110: 증폭기
111: 송신 신호처리 장치
112: 송신 전파장치
150: 초음파 음향 (비가청)
200: 수신기
201: 수신기 마이크로폰
202: 수신기 스피커
203: 증폭기
204: 아날로그-디지털 변환기
205: 디지털 통신 라인 (아날로그-디지털 변환기(204) -> 고주파 필터(206))
206: 고주파 필터
207: 디지털 통신 라인 (고주파 필터(206) -> 주파수 시프트(208))
208: 주파수 시프트
209: 정현파
210: 디지털 통신 라인 (주파수 시프트(208) -> 디지털-아날로그 변환기(211))
211: 디지털-아날로그 변환기
212: 증폭기
213: 저주파 필터
214: 디지털 통신 라인 (주파수 시프트(208) -> 저주파 필터(213))
215: 디지털 통신 라인 (저주파 필터(213) -> 디지털-아날로그 변환기(211))
216: 수신 신호처리 장치
217: 수신 전파장치
218: 대안적 수신 신호처리 장치
250: 가청 음향
300: 시각 장애인 또는 사용자
301: 발신기에서 방송된 초음파의 원거리 평면파
302: 이중채널 수신장치에서 각 수신기 마이크로폰으로부터 발신기까지 직선거리 차이
303: 방향 흔들기 행동
350: 지팡이
400: 주파수 분포도 y축 절대 신호 크기
401: 주파수 분포도 x축 라디안(Radian) 주파수
402: 녹음된 디지털 음향 주파수 분포
403: 저주파 필터 주파수 응답 분포
404: 저주파 필터링된 디지털 음향 주파수 분포
405: 저주파 필터링되고 주파수 시프트된 디지털 음향 주파수 한쪽 분포
406: 저주파 필터링되고 주파수 시프트된 디지털 음향 주파수 다른쪽 분포
407: 수신장치의 마이크로폰으로 수신된 초음파 음향 주파수 한쪽 분포
408: 수신장치의 마이크로폰으로 수신된 초음파 음향 주파수 다른쪽 분포
409: 수신장치의 마이크로폰으로 수신된 광대역 잡음 주파수 분포
410: 고주파 필터 주파수 응답 분포
411: 고주파 필터링되고 주파수 시프트된 수신된 디지털 음향 주파수 분포
412: 고주파 필터링되고 주파수 시프트된 수신된 디지털 잡음 주파수 분포
413: 주파수 시프트된 수신된 디지털 음향 주파수 분포
414: 저주파 필터 주파수 응답 분포
415: 주파수 시프트되고 저주파 필터링된 수신된 디지털 음향 주파수 분포
500: 발신기 케이스
501: 음향 가이드 링
502: 음향 모드 스위치
503: 발신기 전원 스위치
504: 발신기 볼륨 노브
505: 발신기 전원 LED 발광 디이오드
600: 안경형태 수신장치
601: 배터리 시스템
602: 전원 스위치
603: 충전 포트
700: 넥밴드형태 수신장치
701: 배터리 시스템
702: 전원 스위치
703: 충전 포트
800: 핸드헬드형태 수신장치
801: 배터리 시스템
802: 전원 스위치
803: 충전 포트
900: 스마트폰형태 수신장치
901: 다중 스위치
902: 충전 포트
100: Transmitter
101: Transmitter speaker
102: Digital sound signal (digital memory)
103: Digital communication line (digital sound signal (102) -> low frequency filter (104))
104: Low-frequency filter
105: Digital communication line (low frequency filter (104) -> frequency shift (106))
106: Frequency shift
107: Sine wave
108: Digital communication line (frequency shift (106) -> digital-to-analog converter (109))
109: Digital-to-analog converter
110: amplifier
111: Transmission signal processing device
112: Transmission radio device
150: Ultrasonic sound (inaudible)
200: receiver
201: Receiver microphone
202: Receiver speaker
203: amplifier
204: Analog-to-digital converter
205: Digital communication line (analog-digital converter (204) -> high frequency filter (206))
206: high frequency filter
207: Digital communication line (high frequency filter (206) -> frequency shift (208))
208: Frequency shift
209: Sine wave
210: Digital communication line (frequency shift (208) -> digital-analog converter (211))
211: Digital-to-analog converter
212: amplifier
213: Low-frequency filter
214: Digital communication line (frequency shift (208) -> low frequency filter (213))
215: Digital communication line (low frequency filter (213) -> digital-analog converter (211))
216: Receiving signal processing device
217: Receiving radio device
218: Alternative reception signal processing device
250: Audible sound
300: Visually impaired or user
301: Far-field plane wave of ultrasound broadcast from a transmitter
302: Difference in straight line distance from each receiver microphone to the transmitter in a dual-channel receiver
303: Directional shaking action
350: Staff
400: Frequency distribution y-axis absolute signal size
401: Frequency distribution chart x-axis radian frequency
402: Recorded digital sound frequency distribution
403: Low-frequency filter frequency response distribution
404: Low-frequency filtered digital acoustic frequency distribution
405: Low-frequency filtered and frequency-shifted digital acoustic frequency distribution on one side
406: Low-frequency filtered and frequency-shifted digital acoustic frequency distribution on the other side
407: Distribution of ultrasonic sound frequencies on one side received by the microphone of the receiving device
408: Distribution of ultrasonic sound frequencies received by the microphone of the receiving device
409: Broadband noise frequency distribution received by the microphone of the receiving device
410: High-frequency filter frequency response distribution
411: High-frequency filtered and frequency-shifted received digital acoustic frequency distribution
412: High-frequency filtered and frequency-shifted received digital noise frequency distribution
413: Frequency shifted received digital sound frequency distribution
414: Low-frequency filter frequency response distribution
415: Frequency shifted and low frequency filtered received digital acoustic frequency distribution
500: Transmitter case
501: Acoustic guide ring
502: Sound mode switch
503: Transmitter power switch
504: Transmitter volume knob
505: Transmitter power LED emitting diode
600: Glasses-type receiving device
601: Battery system
602: Power switch
603: Charging port
700: Neckband type receiving device
701: Battery system
702: Power switch
703: Charging port
800: Handheld receiving device
801: Battery system
802: Power switch
803: Charging port
900: Smartphone type receiving device
901: Multiple switches
902: Charging port

Claims (18)

초음파 음향 안내 시스템에 있어서,
녹음된 가청 음향을 초음파 신호로 변조하여 초음파 방송하는 송신기(100);
상기 초음파 방송을 수신하여 가청 주파수로 변환하여 상기 녹음된 가청 음향을 발생시키는 수신기(200); 및
한 개 또는 두 개의 상기 수신기(200)를 포함하는 형상으로 이루어진 단일채널 또는 이중채널 수신장치;
를 포함하고,
송신기(100)는,
녹음된 디지털 음향신호를 저장하는 디지털 메모리(102);
상기 녹음된 디지털 음향신호를 전달받아 초음파 아날로그 음향신호로 변환하는 송신 신호처리 장치(111); 및
상기 초음파 아날로그 음향신호를 공기중으로 방송하는 송신 전파장치(112);
를 포함하고, 및
수신기(200)는,
상기 송신기(100)에서 전달하는 초음파 방송을 수신하여 초음파 신호를 생성하는 마이크로폰(201);
상기 수신된 초음파 신호를 증폭하여 증폭된 초음파 신호를 생성하는 아날로그 증폭기(203);
상기 증폭된 초음파 신호를 수정하여 상기 송신기(100)에서 전송된 아날로그 음향신호를 복원하는 수신 신호처리 장치(216 또는 218); 및
상기 아날로그 음향신호를 공기중으로 전파하는 수신 전파장치(217);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
In the ultrasonic acoustic guidance system,
A transmitter 100 that modulates the recorded audible sound into an ultrasonic signal and broadcasts the ultrasonic sound;
a receiver 200 that receives the ultrasonic broadcast, converts it to an audible frequency, and generates the recorded audible sound; and
A single-channel or dual-channel receiving device configured to include one or two receivers (200);
Including,
Transmitter 100,
A digital memory 102 that stores recorded digital sound signals;
A transmission signal processing device 111 that receives the recorded digital sound signal and converts it into an ultrasonic analog sound signal; and
A transmission propagation device 112 that broadcasts the ultrasonic analog sound signal into the air;
Includes, and
The receiver 200 is,
A microphone 201 that receives the ultrasonic broadcast transmitted from the transmitter 100 and generates an ultrasonic signal;
an analog amplifier 203 that amplifies the received ultrasonic signal and generates an amplified ultrasonic signal;
a receiving signal processing device (216 or 218) that modifies the amplified ultrasonic signal to restore an analog sound signal transmitted from the transmitter (100); and
A reception propagation device 217 that propagates the analog sound signal into the air;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 송신 신호처리 장치(111)는,
상기 녹음된 디지털 음향신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 디지털 음향신호를 생성하는 디지털 저주파 필터(104);
상기 대역제한 디지털 음향신호의 주파수 대역을 이동시켜 초음파 디지털 음향신호를 발생시키는 디지털 주파수 시프트(106); 및
상기 초음파 디지털 음향신호를 초음파 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(109);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The transmission signal processing device 111,
A digital low-frequency filter (104) that generates a band-limited digital sound signal by allowing only the low-frequency band of the recorded digital sound signal to pass through;
A digital frequency shift 106 that generates an ultrasonic digital sound signal by shifting the frequency band of the band-limited digital sound signal; and
A digital-to-analog converter (109) that converts the ultrasonic digital sound signal into an ultrasonic analog sound signal;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 송신 신호처리 장치(111)는,
상기 녹음된 디지털 음향신호를 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기;
상기 아날로그 음향신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 아날로그 음향신호를 생성하는 아날로그 저주파 필터; 및
상기 대역제한 아날로그 음향신호의 주파수 대역을 이동시켜 초음파 아날로그 음향신호를 발생시키는 아날로그 주파수 시프트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The transmission signal processing device 111,
a digital-to-analog converter that converts the recorded digital sound signal into an analog sound signal;
an analog low-frequency filter that generates a band-limited analog sound signal by allowing only the low-frequency band of the analog sound signal to pass; and
Analog frequency shift for generating an ultrasonic analog sound signal by shifting the frequency band of the band-limited analog sound signal;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 수신 신호처리 장치(216)는,
상기 증폭된 초음파 신호를 디지털 초음파 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(204);
상기 디지털 초음파 신호의 고주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 디지털 초음파 신호를 생성하는 디지털 고주파 필터(206);
상기 대역제한 디지털 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 디지털 음향신호를 발생시키는 디지털 주파수 시프트(208); 및
상기 디지털 음향신호를 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(211);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The receiving signal processing device 216,
An analog-to-digital converter 204 that converts the amplified ultrasonic signal into a digital ultrasonic signal;
A digital high-frequency filter 206 that generates a band-limited digital ultrasound signal by allowing only the high-frequency band of the digital ultrasound signal to pass through;
A digital frequency shift 208 that generates a digital sound signal by shifting the frequency band of the band-limited digital ultrasonic signal; and
A digital-to-analog converter 211 that converts the digital sound signal into an analog sound signal;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 수신 신호처리 장치(216)는,
상기 증폭된 초음파 신호의 고주파 대역만 통과하게 하여 대역제한 아날로그 초음파 신호를 생성하는 아날로그 고주파 필터; 및
상기 대역제한 아날로그 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 아날로그 음향신호를 발생시키는 아날로그 주파수 시프트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The receiving signal processing device 216,
an analog high-frequency filter that generates a band-limited analog ultrasonic signal by allowing only the high-frequency band of the amplified ultrasonic signal to pass; and
Analog frequency shift for generating an analog sound signal by shifting the frequency band of the band-limited analog ultrasonic signal;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 수신 신호처리 장치(218)는,
상기 증폭된 초음파 신호를 디지털 초음파 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(204);
상기 디지털 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 디지털 신호를 발생시키는 디지털 주파수 시프트(208);
상기 디지털 신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 디지털 음향 신호를 생성하는 디지털 저주파 필터(213); 및
상기 디지털 음향신호를 아날로그 음향신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환기(211);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The receiving signal processing device 218,
An analog-to-digital converter 204 that converts the amplified ultrasonic signal into a digital ultrasonic signal;
A digital frequency shift 208 that generates a digital signal by shifting the frequency band of the digital ultrasonic signal;
A digital low-frequency filter 213 that generates a digital sound signal by allowing only the low-frequency band of the digital signal to pass through; and
A digital-to-analog converter 211 that converts the digital sound signal into an analog sound signal;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 수신 신호처리 장치(218)는,
상기 증폭된 초음파 신호의 주파수 대역을 이동시켜 아날로그 신호를 발생시키는 아날로그 주파수 시프트; 및
상기 아날로그 신호의 저주파 대역만 통과하게 하여 아날로그 음향 신호를 생성하는 아날로그 저주파 필터;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The receiving signal processing device 218,
Analog frequency shift for generating an analog signal by shifting the frequency band of the amplified ultrasonic signal; and
an analog low-frequency filter that generates an analog sound signal by allowing only the low-frequency band of the analog signal to pass;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 송신 전파장치(112)는,
초음파 아날로그 음향신호를 증폭하여 증폭된 초음파 아날로그 음향신호를 생성하는 아날로그 증폭기(110); 및
증폭된 초음파 아날로그 음향신호를 공기중으로 방송하는 스피커(101);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The transmitting propagation device 112,
An analog amplifier 110 that amplifies an ultrasonic analog sound signal and generates an amplified ultrasonic analog sound signal; and
A speaker 101 that broadcasts an amplified ultrasonic analog sound signal into the air;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
상기 수신 전파장치(217)는,
아날로그 음향신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 음향신호를 생성하는 아날로그 증폭기(212); 및
증폭된 아날로그 음향신호를 공기중으로 전달하는 스피커(202);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The receiving radio wave device 217,
An analog amplifier 212 that amplifies an analog sound signal and generates an amplified analog sound signal; and
A speaker 202 that transmits an amplified analog sound signal into the air;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
송신기(100)는,
송신기 하드웨어를 포함하는 케이스(500);
초음파를 포함한 광대역의 소리를 발산할 수 있는 스피커(101);
초음파대역 또는 가청대역을 선택할 수 있는 스위치(502);
소리크기를 조절할 수 있는 다이얼(504); 및
전력을 공급하는 전력시스템;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
Transmitter 100,
Case 500 containing transmitter hardware;
A speaker (101) capable of emitting a broadband sound including ultrasonic waves;
Switch 502 for selecting ultrasonic band or audible band;
Dial 504 for adjusting sound volume; and
a power system that supplies power;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제1 항에 있어서,
사용자가 착용하는 이중채널 수신장치는,
이중채널 구성으로 독립된 두 개의 수신기들(200)을,
사용자의 귀 사이 거리와 동일하게 두 개의 마이크로폰들(201)을 배치하고,
사용자의 귀 앞에 두 개의 스피커들(202)을 배치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The dual-channel receiving device worn by the user is,
Two independent receivers 200 in a dual-channel configuration,
Arrange two microphones 201 at the same distance between the user's ears,
An ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising placing two speakers (202) in front of the user's ears.
제1 항에 있어서,
사용자가 사용하는 단일채널 수신장치는,
단일채널 구성으로 독립된 한 개의 수신기(200)를,
한 개의 마이크로폰(201)과 한 개의 스피커(202)를 각각 상기 단일채널 수신장치의 일측단에 배치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 1,
The single channel receiving device used by the user is,
One independent receiver (200) with a single-channel configuration,
An ultrasonic sound guidance system for the visually impaired, comprising arranging one microphone (201) and one speaker (202) at one end of the single-channel receiver.
제11 항에 있어서,
안경형태의 상기 이중채널 수신장치(600)는,
두 개의 수신기들(200)을 포함하는 두 개의 안경다리 본체;
두 개의 마이크로폰들(201)을 배치하는 안경 전면 테두리 (안경 림; Rim) 우측 및 좌측;
두 개의 스피커들(202)을 배치하는 두 개의 안경다리 귀측; 및
배터리(601) 및 명령스위치(602)를 포함하는 두 개의 안경다리 본체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 11,
The dual-channel receiving device 600 in the form of glasses,
Two temple bodies containing two receivers (200);
Right and left front rims of glasses (rims) that place two microphones 201;
two temples on the auricular side, placing two speakers 202; and
Two temple body bodies including a battery 601 and a command switch 602;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제11 항에 있어서,
넥밴드형태의 상기 이중채널 수신장치(700)는,
두 개의 수신기들(200)을 포함하는 두 개의 넥밴드 날개 본체;
두 개의 마이크로폰들(201)을 배치하는 넥밴드 날개 전단부 우측 및 전단부 좌측;
두 개의 스피커들(202)을 배치하는 사용자 귀 하단부의 넥밴드 날개 본체; 및
배터리(701) 및 명령스위치(702)를 포함하는 두 개의 넥밴드 날개 본체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 11,
The dual-channel receiving device 700 in the form of a neckband,
Two neckband wing bodies containing two receivers (200);
a right and left front ends of the neckband wings that place two microphones 201;
A neckband wing body at the bottom of the user's ears that places two speakers 202; and
Two neckband wing bodies containing a battery (701) and a command switch (702);
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제12 항에 있어서,
핸드헬드형태의 상기 단일채널 수신장치(800)는,
한 개의 수신기(200)를 포함하는 핸드헬드 본체;
한 개의 마이크로폰(201)을 배치하는 핸드헬드 한쪽면;
한 개의 스피커(202)를 배치하는 핸드헬드 본체; 및
배터리(801) 및 명령스위치(802)를 포함하는 핸드헬드 본체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 12,
The single-channel receiving device 800 in a handheld form,
A handheld body including one receiver (200);
One side of the handheld to place one microphone (201);
A handheld body placing one speaker (202); and
A handheld body including a battery 801 and a command switch 802;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
제12 항에 있어서,
스마트폰형태의 상기 단일채널 수신장치(900)는,
한 개 또는 그 이상의 마이크로폰(201), 한 개 또는 그 이상의 스피커(202), 및 한 개 또는 그 이상의 스위치(901)를 포함하는 스마트폰; 및
한 개의 수신기 구조에서 수신 신호처리 장치(216 또는 218)부분을 소프트웨어로 구현한 어플리케이션 소프트웨어;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 시스템.
According to claim 12,
The single channel receiving device 900 in the form of a smartphone,
A smartphone including one or more microphones (201), one or more speakers (202), and one or more switches (901); and
Application software that implements the receiving signal processing device (216 or 218) in one receiver structure as software;
Ultrasonic acoustic guidance system for the visually impaired, comprising:
이중채널 수신장치 사용자(300)는,
이중채널 수신장치 스피커(202)에서 전달된 내용을 사용자가 인지하여 안내정보를 확인하는 단계;
두 개의 상기 스피커(202)에서 발생하는 음향에서 시간 및 크기 차이를 인지하는 단계;
인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력을 사용으로 상기 시간 및 크기 차이를 적용하여 송신기(100)의 방향을 인식하는 단계;
사용자 및 상기 이중채널 수신장치의 방향을 송신기(100) 방향으로 회전하는 단계;
사용자가 두 개의 상기 스피커(202)에서 시간 및 크기가 균등한 음향이 발생하도록 유지하면서 송신기(100)의 방향으로 접근하는 단계; 및
사용자가 두 개의 상기 스피커(202)에서 가장 큰 음향을 인식하여 원하는 목적지에 도착했다는 것을 인식하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 방법.
The dual-channel receiving device user 300,
A step of the user recognizing the content transmitted from the dual-channel receiver speaker 202 and confirming the guidance information;
Recognizing time and volume differences in sounds generated from the two speakers 202;
Recognizing the direction of the transmitter 100 by applying the time and magnitude difference using the human's binaural sound source direction measurement ability;
Rotating the direction of the user and the dual-channel receiving device toward the transmitter 100;
A user approaches the direction of the transmitter 100 while maintaining equal time and volume sound generation from the two speakers 202; and
Recognizing that the user has arrived at the desired destination by recognizing the loudest sound from the two speakers 202;
Ultrasonic sound guidance method for the visually impaired, comprising:
단일채널 수신장치 사용자(300)는,
단일채널 수신장치 스피커(202)에서 전달된 내용을 사용자가 인지하여 안내정보를 확인하는 단계;
사용자가 상기 단일채널 수신장치를 방향 흔들기 행동 단계;
상기 단일채널 수신장치의 방향에 따라 상기 스피커(202)에서 발생하는 음향의 크기가 달라지는 것을 인식하는 단계;
사용자가 최고 음향 방향을 인식하는 단계;
사용자 및 상기 단일채널 수신장치의 방향을 송신기(100) 방향으로 회전하는 단계;
사용자가 계속적으로 상기 방향 흔들기 행동 및 접근을 수행하여 최고 음향 방향으로 전진하는 단계; 및
사용자가 상기 스피커(202)에서 가장 큰 음향을 인식하여 원하는 목적지에 도착했다는 것을 인식하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시각 장애인용 초음파 음향 안내 방법.
The single channel receiving device user 300,
A step of the user recognizing the content transmitted from the single-channel receiver speaker 202 and confirming the guidance information;
A user shaking the single channel receiver in a direction;
Recognizing that the size of the sound generated from the speaker 202 varies depending on the direction of the single channel receiving device;
a user recognizing the highest sound direction;
Rotating the direction of the user and the single channel receiving device toward the transmitter 100;
the user continuously performing the directional shaking action and approaching to move forward in the highest sound direction; and
Recognizing that the user has arrived at the desired destination by recognizing the loudest sound from the speaker 202;
Ultrasonic sound guidance method for the visually impaired, comprising:
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상기 비특허문헌 1 요약문에서 인간이 초음파 음향의 음원 위치를 파악하게 하는 시스템은 존재하지 않는다고 명시하고 있다. 상기 논문이 제시하는 방법은 다수의 초음파 마이크로폰을 통해서 정교한 음원 방향을 추정하고, 이러한 정보를 기반으로 수학적 공간 음향 모델링 적용한 가청 음향을 생성 후 인간이 음원 위치를 추정하게 하는 것이다. 반면에 본 발명은 초음파 음향을 가청대역으로 변환 후 초음파 음향의 물리적 특징과 인간의 양귀기반 음원방향 측정 능력을 적극적으로 사용하여 단순하게 초음파 음향의 음원 위치 파악 기능을 제시하고 있다.

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