WO2011078458A1 - 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치 - Google Patents

가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치 Download PDF

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data
data signal
bit
frequency band
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김문기
최근환
유재황
김민석
김남수
윤환식
조기호
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에스케이 텔레콤주식회사
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G—PHYSICS
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    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/005—Correction of errors induced by the transmission channel, if related to the coding algorithm
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to audible frequency band acoustic communication, and more particularly, by modifying the audio signal itself or by adding a specific signal to the audio signal, audible to reduce data reception errors in the receiver when performing acoustic communication in the audible frequency band.
  • an analog audio transmission method in which an infrared audio is frequency-modulated by an analog audio signal to generate a transmission signal and spatially transmitted is used.
  • This analog audio signal transmission method is used for audio signal transmission between a CD player and a speaker, for example.
  • analog audio signal transmission method modulates infrared rays into analog audio signals, and therefore, there is a problem in that sound quality is easily degraded during transmission.
  • an audio signal transmission apparatus capable of optically transmitting an audio signal of a digital format having low sound quality deterioration in a transmission path has been developed, and audio such as a scheme for solving sound quality degradation of an audio signal, etc. Research is underway to efficiently transmit signals.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • MCLT Modified Complex Lapped Transform
  • the goal of this scheme is to plant audio signals that are difficult for humans to recognize, enabling acoustic communication while maintaining the utility of the audio signal itself.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to modify the audio signal itself or to add a specific signal to the audio signal, so that the noise is due to the characteristics of the sound signal when performing acoustic communication in the audio frequency band.
  • the present invention provides a system and method for reducing data reception errors in an audio frequency band acoustic communication to reduce data reception errors in a receiver in consideration of severe changes and environmental changes, and an apparatus applied thereto.
  • another object of the present invention is to apply a bit determination method suitable for acoustic-based communication in the process of extracting the data signal in the audio signal in the receiver in audible frequency band acoustic communication, thereby reducing the error for the data bit data transmission
  • the present invention provides a system and method for reducing data reception errors in audio frequency band acoustic communication and a device applied thereto.
  • a data reception error reduction system in an audible frequency band acoustic communication comprising: a transmitter for transmitting an audio signal based on an audible frequency band acoustic communication; And after receiving the audio signal, converting the signal into a frequency axis signal according to a preset conversion scheme, detecting a synchronization signal included in the frequency axis signal, and including the detected audio signal in the frequency axis signal based on the position of the detected synchronization signal. And detecting a received data signal on complex coordinates, and clustering the data signal values on the complex coordinates in a predetermined level range and determining a bit for the data signal based on the clustering unit. It is done.
  • the receiver performs detection of the synchronization signal and detection of the data signal through a Modified Complex Lapped Transform (MCLT) transformation.
  • MCLT Modified Complex Lapped Transform
  • the receiver for reducing data reception error in the audio frequency band acoustic communication for achieving the above object, the predetermined conversion of the audio signal received based on the audio communication of the audio frequency band
  • a converting unit converting the frequency axis signal according to a scheme;
  • a first detector configured to perform a correlation operation for detecting the sync signal among the sync signal and data signal included in the frequency axis signal;
  • a second detector detecting the data signal based on the position of the synchronization signal;
  • a bit determiner configured to display the data signal on a complex coordinate and cluster the data signal values on the complex coordinate in a preset level range, and determine a bit for the data signal based on the cluster unit;
  • an extracting unit for extracting data by determining bits of the data signal.
  • the first detection unit performs an MCLT (Modified Complex Lapped Transform) transform on each sample frame of the audio signal, and then performs a correlation operation to form a correlation value and determine a position of a peak detected from the correlation value. It is characterized by determining the synchronization position through.
  • MCLT Modified Complex Lapped Transform
  • the first detection unit forms a correlation value by performing a correlation operation after performing a modified complex lapped transform (MCLT) transformation on a sample frame of a predetermined interval unit among the frames constituting the audio signal. And determining the synchronization position through the position of the peak detected from.
  • MCLT modified complex lapped transform
  • the bit determining unit derives an initial value of a bit from a pilot signal stored in advance, and then performs a calculation on a phase delay of the data signal through the initial value of the bit to form a mapping means value.
  • the bit determining unit performs mapping on the data signal on the basis of the mapping means and displays the complex determination on complex coordinates.
  • the bit determination unit reflects a result of the mapping of the data signal based on the mapping means value, and performs the update on the mapping means value.
  • the bit determination unit adjusts an area forming the cluster by reflecting a result of the mapping of the data signal based on the mapping means value.
  • a method for reducing data reception error in an audible frequency band acoustic communication in accordance with a preset conversion method for an audio signal received based on an acoustic communication in an audible frequency band is provided.
  • the step of determining the bit is characterized by deriving a bit initial value from a pilot signal that is stored in advance and performing a calculation on the phase delay of the data signal through the bit initial value to form a mapping means value. .
  • the step of determining the bit is characterized in that the mapping on the data signal based on the mapping means value and displayed on the complex coordinates.
  • the step of determining the bit is characterized in that for updating the mapping means value by reflecting the result of the mapping on the data signal based on the mapping means value.
  • the step of determining the bit is characterized by adjusting the area of the cluster by reflecting the result of the mapping to the data signal based on the mapping means value.
  • the audio signal itself is modified or a specific signal is added to the audio signal. Therefore, when performing acoustic communication in the audible frequency band, there is an advantage in that the reliability of data transmission can be improved by reducing the data reception error in the receiver even in an environment in which noise is severe due to the characteristics of the acoustic signal and influenced by changes in the surrounding environment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a data reception error reduction system in an audio frequency band acoustic communication according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a receiver according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a bit determination method in a receiver according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a complex coordinate screen for bit determination in a receiver according to the present invention.
  • 5 and 6 are flowcharts illustrating a method for reducing data reception error in audio frequency band acoustic communication according to an embodiment of the present invention.
  • converter 220 first detector
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a system for reducing data reception error in an audible frequency band acoustic communication according to an embodiment of the present invention.
  • the system includes a transmitter 100 for transmitting an audio signal based on acoustic communication in an audible frequency band, and an audio signal received after receiving the audio signal from the transmitter 100. And a receiver 200 for extracting the included data signal and reading the extracted data.
  • the acoustic communication in the audio frequency band means that the audio signal itself is modified or the audio signal is transmitted to the human audio frequency band by adding a specific signal to the audio signal, and then the receiver 200 receives the audio signal. Refers to communication for extracting data included in.
  • a device such as a speaker for reproducing an audio signal may be defined as the transmitter 100
  • a spatial sound signal such as a microphone
  • a device for converting an electrical signal may be defined as the receiver 200.
  • the communication signal is transmitted by the transmitter 100 and is received by the receiver 200, but due to the characteristics of the acoustic signal, the noise is severe and affected by changes in the surrounding environment. This increases the error rate of the data to be transmitted.
  • reception errors may occur due to the influence of the communication channel.
  • the channel equalizer cancels the channel influence and makes data decisions. Since the characteristics of the sound wave transmitted to vary according to the environment only, it is difficult to apply normal channel equalization. Accordingly, the conventional communication detection method of determining the bit as '0' or '1' according to the sign of the real value after performing channel compensation with the equalizer is not suitable for acoustic-based communication.
  • the present invention applies a new type of bit determination method to reduce the error of data reception in the acoustic-based communication.
  • bit determination method of the present invention looking at the existing sound code system, a method of inserting digital data into an analog audio signal through a binary phase shift key (BPSK), which is an acoustic-based communication of the present invention.
  • BPSK binary phase shift key
  • the transmission performance is greatly changed according to the noise level of the surroundings, or the performance of the speaker and the microphone, so that communication reliability cannot be guaranteed.
  • the transmitter 100 and the receiver 200 are located close to each other and do not maintain the mutually facing directions, data inserted into an audio signal may be frequently broken due to a phase change of sound.
  • the signal received and decoded through the receiver 200 has a large difference from the original transmitted signal.
  • a delay difference between channels is corrected by implementing an equalizer, and then a synchronization process is performed.
  • the recognized signal is sprayed on the I-Q Plot, and then synchronized by adjusting the corresponding phase according to the PSK method.
  • the receiver 200 converts an audio signal received based on acoustic communication in an audible frequency band into a frequency axis signal according to a preset conversion method, and includes a synchronization signal included in the frequency axis signal; A correlation operation is performed to detect the synchronization signal among the data signals. More specifically, the receiver 200 performs a modified complex lapped transform (MCLT) transform on each sample frame of an audio signal converted into a frequency axis signal, and then performs the correlation operation to form a correlation value, and detects the correlation value. The position of the peak to be determined determines the synchronization position.
  • MCLT modified complex lapped transform
  • the receiver 200 detects the data signal based on the position of the detected sync signal, displays the detected data signal on the complex coordinates, and clusters the data signal values on the complex coordinates in a preset level range.
  • the bit for the data signal is determined based on a cluster unit. More specifically, the receiver 200 derives a bit initial value from a pilot signal that is previously stored, and then performs an operation on a phase delay of the data signal through the bit initial value to form a mapping means value. Based on this, the receiver 200 executes the mapping on the data signal based on the mapping means value and displays the complex signal on the complex coordinates, and reflects the result of the mapping on the data signal. Run a date. Furthermore, the receiver 200 adjusts the clustered area by reflecting the result of the mapping of the data signal.
  • the receiver 200 extracts data by determining bits of the data signal.
  • the receiver 200 for efficiently performing bit determination in acoustic-based communication includes a converter 210 for converting an audio signal into a frequency axis signal, and a first detector for performing a correlation operation to detect a synchronization signal. 220, a second detector 230 for detecting a data signal, a bit determiner 240 for determining bits for the data signal, and an extractor 250 for extracting data. .
  • the converter 210 receives an audio signal from the transmitter 100 based on acoustic communication in an audible frequency band and converts the signal into a frequency axis signal according to a preset conversion scheme. More specifically, since the corresponding signal is inserted into the frequency axis signal in order to minimize the degradation of the sound quality of the sync signal and the data signal included in the audio signal, the converter 210 converts the received audio signal into the frequency axis signal. .
  • the first detector 220 performs a correlation operation to detect a sync signal among the sync signal and the data signal included in the converted frequency axis signal. More specifically, the first detector 220 performs MCLT (Modified Complex Lapped Transform) transformation on each sample frame of the audio signal, performs a correlation operation to form a correlation value, and positions of peaks detected from the formed correlation value. Determine the synchronization location through. Alternatively, the first detector 220 performs a modified complex lapped transform (MCLT) transform on a sample frame of a predetermined interval unit among frames forming an audio signal, performs a correlation operation to form a correlation value, and then performs a correlation value. It can also be implemented in a manner to determine the synchronization position through the position of the peak detected from.
  • MCLT Modified Complex Lapped Transform
  • the second detector 230 detects a data signal based on the detected position of the synchronization signal. More specifically, the second detector 230 detects a data signal, and detects a data signal inserted in a frequency domain in the same manner as a detection method for a synchronization signal, wherein the data signal is a phase change of an audio signal. The value is determined according to. However, the data signal detected by the second detector 230 is not used as a signal for directly determining the bit of data because the phase change of the signal is severe depending on the surrounding environment.
  • the bit determiner 240 displays the data signal on the complex coordinates and then clusters the data signal values on the complex coordinates within a preset level range and determines the bits for the data signal based on the clustering unit. More specifically, as shown in FIG. 3, the bit determiner 240 derives the bit initial value from the pilot signal that is present and then performs a calculation on the phase delay of the data signal using the derived bit initial value. do. In this case, the pilot signal is inserted together with the synchronization signal, and according to the pilot data insertion rule, it is possible to determine the phase delay of the input data signal through mutual comparison of the pilot signals. Further, the data signal extracted from the audio signal is mapped using the mapping means value formed as a result of the calculation for the phase delay.
  • this process does not determine the bits of the data but forms a clustered area according to the data concentration.
  • the bit determining unit 240 performs mapping on the data signal to be applied based on the mapping means value and displays it on the complex coordinates. Accordingly, the bit determination unit 240 not only updates the mapping means value by reflecting the result of the mapping on the data signal, but also data consisting of the mapping data by reflecting the result of the mapping on the data signal. Rebalance clustering areas by concentration.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a complex coordinate screen for determining a bit in the bit determiner 240 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the complex coordinate screen for bit determination in the bit determination unit 240 is described.
  • an equalizer is implemented to model the image. Since it is difficult to compensate, when the value input to the receiver 200 is sprinkled on the IQ Plot as it is, the phenomenon of spreading does not occur in one place as shown in FIG. 4. Accordingly, in the present invention, bits are not determined by dividing the data of the I-Q Plot based on a phase of '0' or ' ⁇ ', but are determined by clusters formed by forming clusters according to the concentration of data.
  • the extractor 250 extracts data by determining bits of the data signal.
  • a sound-based method of extracting a data signal in an audio signal from a receiver in audio frequency band acoustic communication By applying the bit determination method suitable for communication, even when the audio signal itself is modified or when a specific signal is added to the audio signal to perform audio communication in the audio frequency band, even in an environment where noise is severe due to the characteristics of the sound signal and is greatly affected by changes in the surrounding environment.
  • the receiver has an advantage of increasing data reliability by reducing data reception errors.
  • the method for reducing data reception error in the audio frequency band acoustic communication proceeds by transmitting the audio signal to the receiver 200 based on the audio communication in the audio frequency band at the transmitter 100 (S110).
  • the receiver 200 converts the received audio signal into a frequency axis signal according to a preset conversion method (S120-S130).
  • the receiver 200 inserts the audio signal received from the transmitter 100 into the frequency axis signal since the signal is inserted into the frequency axis signal in order to minimize the degradation of the sound quality of the synchronization signal and the data signal included in the audio signal. Will be converted to.
  • the receiver 200 performs a correlation operation to detect a synchronization signal among the synchronization signal and the data signal included in the converted frequency axis signal (S140).
  • the receiver 200 takes a modified complex lapped transform (MCLT) transform on each sample frame of the audio signal and then performs a correlation operation to form a correlation value, and through the position of the peak detected from the formed correlation value. Determine the synchronization location.
  • MCLT modified complex lapped transform
  • the receiver 200 detects a data signal based on the detected position of the synchronization signal (S150).
  • the receiver 200 detects the data signal inserted in the frequency domain in the same manner as the detection method for the synchronization signal.
  • the value of the data signal is determined according to the phase change of the audio signal.
  • the receiver 200 sprays and displays the detected data signal on the complex coordinate (S160).
  • the receiver 200 derives a bit initial value from a pilot signal that is previously stored, and then performs an operation on a phase delay of the data signal through the bit initial value to form a mapping means value. Based on this, the receiver 200 performs the mapping on the data signal based on the mapping means value and displays it on the complex coordinates.
  • the receiver 200 determines the corresponding bits based on the data concentration based on the clustering unit (S170).
  • the receiver 200 extracts the corresponding data by determining the bit determined in step S15 (S180).
  • an audio signal is received from the transmitter 100 based on acoustic communication in an audible frequency band, and then converted into a frequency axis signal according to a preset conversion scheme (S210-S230).
  • a preset conversion scheme S210-S230
  • the converter 210 converts the audio signal received from the transmitter 100 into the frequency axis. Will be converted into a signal.
  • the first detector 220 performs an MCLT (Modified Complex Lapped Transform) transform on each sample frame of the audio signal, performs a correlation operation to form a correlation value, and positions of peaks detected from the formed correlation value. Determine the synchronization location through.
  • the first detector 220 performs a modified complex lapped transform (MCLT) transform on a sample frame of a predetermined interval unit among frames forming an audio signal, performs a correlation operation to form a correlation value, and then performs a correlation value. It can also be implemented in a manner to determine the synchronization position through the position of the peak detected from.
  • MCLT Modified Complex Lapped Transform
  • the data signal is detected based on the detected position of the synchronization signal (S260-S270).
  • the second detection unit 230 detects the data signal inserted in the frequency domain in the same manner as the detection method for the synchronization signal, wherein the value of the data signal is determined according to the phase change of the audio signal.
  • the data signal detected by the second detector 230 is not used as a signal for directly determining the bit of data because the phase change of the signal is severe depending on the surrounding environment.
  • the bit determiner 240 derives a bit initial value from a pilot signal that is present, and then performs a calculation on a phase delay of the data signal using the derived bit initial value. do.
  • the pilot signal is inserted together with the synchronization signal, and according to the pilot data insertion rule, it is possible to determine the phase delay of the input data signal through mutual comparison of the pilot signals.
  • the data signal extracted from the audio signal is mapped using the mapping means value formed as a result of the calculation for the phase delay.
  • this process does not determine the bits of the data but forms a clustered area according to the data concentration.
  • the bit determining unit 240 performs mapping on the data signal to be applied based on the mapping means value and displays it on the complex coordinates. Accordingly, the bit determination unit 240 not only updates the mapping means value by reflecting the result of the mapping on the data signal, but also data consisting of the mapping data by reflecting the result of the mapping on the data signal. Rebalance clustering areas by concentration.
  • the extractor 250 determines the bit of the data signal and extracts data (S320).
  • a sound-based method of extracting a data signal in an audio signal from a receiver in audio frequency band acoustic communication By applying the bit determination method suitable for communication, even when the audio signal itself is modified or when a specific signal is added to the audio signal to perform audio communication in the audio frequency band, even in an environment where noise is severe due to the characteristics of the sound signal and is greatly affected by changes in the surrounding environment.
  • the receiver has an advantage of increasing data reliability by reducing data reception errors.
  • the present invention considers that the noise is severe due to the characteristics of the acoustic signal and affected by changes in the surrounding environment when the acoustic signal is modified in the audio frequency band by modifying the audio signal itself or adding a specific signal to the audio signal.
  • it is an invention with industrial applicability because the possibility of marketing or business is not only sufficient but also practically obvious.

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Abstract

본 발명은 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템은, 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 때에 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경변화에 영향을 많이 받는 것을 감안하여 수신기에서의 데이터 수신에러를 줄이기 위한 구성으로 이루어진다. 따라서, 본 발명은 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 때에 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경변화에 영향을 많이 받는 환경에서도 수신기에서 데이터 수신 에러를 줄여 데이터 전달의 신뢰도를 높일 수 있다.

Description

가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치
본 발명은 가청주파수 대역 음향통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가함으로써, 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 경우 수신기에서의 데이터 수신에러를 줄이기 위한 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치에 관한 것이다.
오디오 신호의 전송 방식에 있어서는, 아날로그 오디오 신호에 의해 적외선을 주파수 변조해 전송신호를 생성하고, 공간적으로 전송하는 아날로그식의 오디오 전송방식이 이용되고 있다. 이러한 아날로그식 오디오 신호전송 방식은, 예를 들면 CD 플레이어와 스피커 사이의 오디오 신호 전송에 이용된다.
하지만, 아날로그식의 오디오 신호 전송방식은 적외선을 아날로그 오디오 신호로 주파수 변조하므로, 전송 중에 음질이 열화하기 쉬운 문제가 있다.
또한, 아날로그식의 오디오 신호 전송방식은 아날로그 형식의 오디오 신호와 오디오 기기 사이에서 음질 조절 등을 행하기 위한 디지털 형식의 제어신호를 같은 전송 신호에 포함시키는 것이 어렵기 때문에, 제어 신호를 오디오 신호와는 별개로 전송할 필요가 있다.
이에 의해, 상기의 문제점으로 인하여 전송로에서 음질의 열화가 적은 디지털 형식의 오디오 신호를 광 전송할 수 있는 오디오 신호 전송장치가 개발되고 있으며, 오디오 신호에 대한 음질 열화 등을 해결하기 위한 방안 등과 같이 오디오 신호를 효율적으로 전송하기 위한 연구가 진행되고 있다.
이에 대한 일환으로, 오디오 신호의 일부 주파수 대역을 디지털 필터를 사용하여 잘라내고 무선 통신에 주로 사용하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 신호를 그 주파수 대역에 삽입하거나, MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 통해 일부 주파수 대역의 위상을 바꾸어서 음향 통신을 하는 방안이 연구된바 있다.
이 방안의 목표는 오디오 신호에 사람이 인지하기 어려운 신호를 심어서 오디오 신호 자체가 가지는 효용성을 유지하면서도 음향 통신을 가능하게 하는 것이다.
그러나, 음향기반 통신의 경우 주변의 잡음이나 공기 전달 상의 특성으로 인하여 통신 성능이 저하될 수 있기 때문에 기존의 음향 기반 통신 방식으로는 신뢰성 있는 정보 전달이 어루어기 어렵다. 특히, 종래와 같이 하나의 데이터를 보낼 때 하나의 부반송파를 사용하면 잡음이 심하고 주변 환경 변화의 영향을 많이 받는 음향 기반 통신 방식에서는 데이터의 BER(Bit Error Rate)이 올라가 통신 성능을 보장해 주지 못하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 때에 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경변화에 영향을 많이 받는 것을 감안하여 수신기에서의 데이터 수신에러를 줄이기 위한 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 가청주파수 대역 음향통신에서의 수신기에서 오디오 신호 내의 데이터 신호를 추출하는 과정 중 음향 기반의 통신에 적합한 비트 결정 방식을 적용함에 따라, 데이터 비트에 대한 에러를 줄여 데이터 전달의 신뢰도를 높이기 위한 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템은, 오디오 신호를 가청주파수 대역의 음향통신에 기반하여 송출하는 송신기; 및 상기 오디오 신호를 수신하여 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환한 후 상기 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호를 검출하고, 상기 검출된 동기신호의 위치를 기준으로 상기 주파수 축 신호에 포함된 데이터 신호를 검출하여 복소수 좌표 상에 나타내며, 상기 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨범위로 군집 형성한 후 상기 군집 단위를 기반으로 상기 데이터 신호에 대한 비트를 결정하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 수신기는 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 통해 상기 동기 신호에 대한 검출 및 상기 데이터 신호에 대한 검출을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치는, 가청주파수 대역의 음향통신에 기반하여 수신되는 오디오 신호를 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환하는 변환부; 상기 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 상기 동기 신호를 검출하기 위한 상관 연산을 실행하는 제 1 검출부; 상기 동기 신호의 위치를 기준으로 하여 상기 데이터 신호를 검출하는 제 2 검출부; 상기 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 나타낸 후 상기 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨 범위로 군집 형성하고, 상기 군집 단위를 기반으로 상기 데이터 신호에 대한 비트를 결정하는 비트결정부; 및 상기 데이터 신호에 대한 비트를 판별하여 데이터를 추출하는 추출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 검출부는 상기 오디오 신호의 각 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상기 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 상기 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 검출부는 상기 오디오 신호를 이루는 프레임 중 기 설정된 간격 단위의 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상기 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 상기 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 비트결정부는 기 저장중인 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 상기 비트 초기값을 통해 상기 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행하여 맵핑 수단값을 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 비트결정부는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타내는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 비트결정부는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 맵핑 수단값에 대한 업 데이트를 실행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 비트결정부는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 군집을 이루는 영역을 조정하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 관점에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법은, 가청주파수 대역의 음향통신에 기반하여 수신되는 오디오 신호를 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환하는 변환 단계; 상기 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 상기 동기 신호를 검출하기 위한 상관 연산을 실행하는 제 1 검출 단계; 상기 동기 신호의 위치를 기준으로 하여 상기 데이터 신호를 검출하는 제 2 검출 단계; 상기 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 나타낸 후 상기 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨 범위로 군집 형성하고, 상기 군집 단위를 기반으로 상기 데이터 신호에 대한 비트를 결정하는 비트결정 단계; 및 상기 데이터 신호에 대한 비트를 판별하여 데이터를 추출하는 추출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다..
바람직하게는, 상기 비트결정 단계는 기 저장중인 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 상기 비트 초기값을 통해 상기 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행하여 맵핑 수단값을 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 비트결정 단계는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타내는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 비트결정 단계는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 맵핑 수단값에 대한 업 데이트를 실행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 비트결정 단계는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 군집을 이루는 영역을 조정하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에서는 가청주파수 대역 음향통신에서의 수신기에서 오디오 신호 내의 데이터 신호를 추출하는 과정 중 음향 기반의 통신에 적합한 비트 결정 방식을 적용함으로써, 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 때에 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경변화에 영향을 많이 받는 환경에서도 수신기에서 데이터 수신 에러를 줄여 데이터 전달의 신뢰도를 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수신기의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 수신기에서의 비트 결정 방식을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명에 의한 수신기에서의 비트 결정을 위한 복소수 좌표 화면을 나타내는 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법을 설명하기 위한 순서도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 송신기 200 : 수신기
210 : 변환부 220 : 제 1 검출부
230 : 제 2 검출부 240 : 비트결정부
250 : 추출부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은, 오디오 신호를 가청주파수 대역의 음향 통신에 기반하여 송출하기 위한 송신기(100), 및 상기 송신기(100)로부터 오디오 신호를 수신한 후 수신한 오디오 신호에 포함되어 있는 데이터 신호를 추출하고 추출한 데이터를 리딩하기 위한 수신기(200)를 포함하는 구성을 갖는다. 여기서, 상기 가청주파수 대역에서의 음향 통신이라 함은 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 사람의 가청주파수 대역으로 오디오 신호를 송출한 후, 이를 수신한 수신기(200)에서 오디오 신호에 포함되어 있는 데이터를 추출할 수 있도록 하기 위한 통신을 일컫는다. 나아가, 음향 통신의 송신기(100) 및 수신기(200)를 정의하는 데에 있어서 예컨대, 오디오 신호를 재생하는 스피커 등의 장치가 송신기(100)로 정의될 수 있으며, 마이크와 같이 공간상의 음향 신호를 전기 신호로 바꿔주는 장치가 수신기(200)로서 정의될 수 있다.
참고로, 이와 같은 음향 기반 통신 시스템에서 통신 신호는 송신기(100)에 의해 전송이 되며, 수신기(200)에 의해 수신되나, 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경 변화의 영향을 많이 받기 때문에 기존 방식으로는 전송하고자 하는 데이터의 에러율이 높아진다. 또한, 일반적인 전파를 이용한 통신에서는 통신 채널에 의한 영향 때문에 수신 오류가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 통상적으로는, 채널 이퀄라이저로 채널 영향을 상쇄시키고 데이터 결정을 하지만, 본 발명의 음향 기반 통신에서는 공간상으로 전송되는 음파의 특성이 주변 환경에 따라 그 특성이 천차만별로 변하기 때문에 통상의 채널 이퀄라이징을 적용하기가 어려운 점이 있다. 이에 따라, 이퀄라이저로 채널 보상을 한 후 실수 값의 부호에 따라 비트를 '0' 또는 '1'로 결정하는 통상의 통신 검출 방식은 음향 기반 통신에 적절하다고 할 수는 없다.
이에 따라, 본 발명에서는 음향 기반 통신에 데이터 수신의 에러를 줄이는 새로운 형태의 비트 결정 방식을 적용하고 있다. 이와 같은 본 발명의 비트 결정 방식을 구체적으로 이해하기 위해, 기존 사운드 코드 시스템을 살펴보면, BPSK(Binary Phase Shift Key)를 통하여 디지털 데이터를 아날로그 오디오 신호에 삽입하는 방식인데, 이는 본 발명의 음향 기반 통신에서는 주변의 소음 정도나 스피커, 마이크 등의 성능에 따라 그 전달 성능이 크게 변화하여 통신 신뢰도를 보장할 수가 없다. 또한, 송신기(100) 및 수신기(200)가 근거리에 위치하면서 상호 바라보는 방향을 유지하지 않으면, 소리의 위상 변화에 의해 오디오 신호에 삽입된 데이터가 깨지는 현상이 빈번하게 발생하게 된다. 따라서, 수신기(200)를 통해 수신되어 디코딩된 신호는 원래 송출된 신호와 큰 차이를 보이게 된다. 이뿐만 아니라, 수신기(200)로 수신되는 신호의 디지털 비트를 결정하는 과정에서도, 통상의 통신 시스템에서 사용하는 방식을 그대로 적용하기에는 어려움이 있다. 기존의 통신 시스템에서는 각 채널 간의 지연시간 차이를 이퀄라이저를 구현하여 보정한 후, 동기화 프로세스를 진행한다. 또한, 비정수지연(Non-integer delay)의 경우, 기존 통신 방식에서는 인식된 신호를 I-Q Plot 상에 뿌려준 뒤, PSK 방식에 따라 해당하는 위상만큼 조정하여 동기화를 진행한다. 이와 같은 과정을 거치면 BPSK(Binary Phase Shift Key) 신호의 경우, I-Q Plot 상에서 'O' 또는 'π'에 점이 찍히게 되는데, 이 위상의 차이로 '0' 또는 '1' 비트를 결정하게 된다. 하지만, 음향 기반 통신 시스템에서는 송신기(100) 및 수신기(200)의 위치나 방향, 상태에 따라 위상 변화가 심하게 일어나기 때문에 통상적인 방식의 비트 결정 알고리즘을 적용하기 어렵다. 특히, 송신기(100) 및 수신기(200) 간의 거리가 일정 범위보다 떨어져 있거나 음향 신호가 장애물을 돌아서 수신기(200)로 입력될 경우, π/2 이상의 위상 지연이 발생하여 비트 결정 자체가 어려운 상황이 빈번하게 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 상기 수신기(200)는 가청주파수 대역의 음향통신에 기반하여 수신되는 오디오 신호를 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환하고, 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 상기 동기 신호를 검출하기 위한 상관 연산을 실행한다. 보다 구체적으로, 수신기(200)는 주파수 축 신호로 변환된 오디오 신호의 각 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상기 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 상기 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정한다.
또한, 수신기(200)는 상기 검출된 동신 신호의 위치를 기준으로 하여 상기 데이터 신호를 검출하고, 검출된 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 나타낸 후 상기 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨 범위로 군집 형성함으로써, 군집 단위를 기반으로 상기 데이터 신호에 대한 비트를 결정한다. 보다 구체적으로, 수신기(200)는 기 저장중인 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 상기 비트 초기값을 통해 상기 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행하여 맵핑 수단값을 형성한다. 이를 기반으로, 수신기(200)는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타내며, 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 맵핑 수단값에 대한 업 데이트를 실행한다. 나아가, 수신기(200)는 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 군집을 이루는 영역을 조정한다.
아울러, 수신기(200)는 상기 데이터 신호에 대한 비트를 판별함으로써, 데이터를 추출한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수신기(200)의 보다 구체적인 구성을 살펴보기로 한다.
즉, 음향 기반 통신에서의 비트 결정을 효율적으로 수행하기 위한 수신기(200)는 오디오 신호를 주파수 축 신호로 변환하기 위한 변환부(210), 동기 신호를 검출하기 위해 상관 연산을 실행하는 제 1 검출부(220), 데이터 신호를 검출하기 위한 제 2 검출부(230), 데이터 신호에 대한 비트를 결정하기 위한 비트결정부(240), 및 데이터를 추출하기 위한 추출부(250)를 포함하는 구성을 갖는다.
상기 변환부(210)는 송신기(100)로부터 가청주파수 대역의 음향 통신에 기반하여 오디오 신호를 수신한 후 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환한다. 보다 구체적으로, 오디오 신호에 포함되는 동기 신호 및 데이터 신호에 대한 음질 저하를 최소화하기 위해 해당 신호는 주파수 축 신호에 삽입되므로, 변환부(210)는 수신되는 오디오 신호를 주파수 축 신호로 변환하게 된다.
상기 제 1 검출부(220)는 변환한 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 동기 신호를 검출하기 위해 상관 연산을 실행한다. 보다 구체적으로, 제 1 검출부(220)는 오디오 신호의 각 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 형성한 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정한다. 다른 방식으로, 제 1 검출부(220)는 오디오 신호를 이루는 프레임 중 기 설정된 간격 단위의 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성한 후, 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정하는 방식으로도 구현 가능하다.
상기 제 2 검출부(230)는 검출한 동기 신호의 위치를 기준으로 하여 데이터 신호를 검출한다. 보다 구체적으로, 제 2 검출부(230)는 데이터 신호를 검출하기 위한 것으로, 동기 신호에 대한 검출 방식과 동일한 방식으로 주파수 영역에 삽입된 데이터 신호를 검출하며, 이때, 데이터 신호는 오디오 신호의 위상 변화에 따라 그 값이 정해지게 된다. 하지만, 제 2 검출부(230)에서 검출한 데이터 신호는 주변 환경에 따라 신호의 위상 변화가 심하기 때문에 바로 데이터의 비트를 결정하기 위한 신호로 활용되지는 않는다.
상기 비트결정부(240)는 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 나타낸 후 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨 범위에서 군집 형성하고 이를 토대로 군집 단위를 기반으로 하는 데이터 신호에 대한 비트를 결정한다. 보다 구체적으로, 비트결정부(240)는 도 3에 도시한 바와 같이 기존에 가지고 있던 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 도출한 비트 초기값을 이용하여 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행한다. 이때, 파일롯 신호의 경우 동기 신호와 같이 삽입되며, 파일롯 데이터 삽입 규칙에 따라 기 정해진 비트 순서로 이루어짐에 따라 파일롯 신호의 상호 비교를 통해 입력되는 데이터 신호에 대한 위상 지연에 대한 판별이 가능하다. 또한, 상기 위상 지연에 대한 연산의 실행 결과로 형성되는 맵핑 수단값을 이용하여 오디오 신호로부터 추출한 데이터 신호를 맵핑한다. 다만, 이 과정에서는 데이터의 비트를 결정하는 것이 아니라 데이터 집중도에 따른 군집 영역을 형성하게 된다. 아울러, 또한, 비트결정부(240)는 맵핑 수단값을 토대로 인가되는 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타낸다. 이에, 비트결정부(240)는 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기의 맵핑 수단값을 업 데이트할 뿐만 아니라, 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 맵핑 데이터로 이루어지는 데이터 집중도별 군집 영역을 재조정한다.
참고로, 도 4는 본 발명에 의한비트결정부(240)에서의 비트 결정을 위한 복소수 좌표 화면을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 비트결정부(240)에서의 비트 결정을 위한 복소수 좌표 화면을 설명하면, 음향 기반 통신 시스템에서는 채널에 따른 시간 지연 차이가 일정하지 않기 때문에 이퀄라이저를 구현하여 모델링에 의한 보상을 하기가 어려우므로 수신기(200)에 들어오는 값을 그대로 I-Q Plot상에 뿌리면 도 4에 도시된 바와 같이 한곳으로 모이지 않고 퍼지는 현상이 발생한다. 이에 따라, 본 발명에서는 이러한 I-Q Plot의 데이터들을 '0' 또는 'π'의 위상 기반으로 나누어 비트 결정하는 것이 아니고, 데이터의 집중도에 따라 군집 형성하여 형성한 군집 별로 비트를 결정한다.
상기 추출부(250)는 상기 데이터 신호에 대한 비트를 판별하여 데이터를 추출한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템에 따르면, 가청주파수 대역 음향통신에서의 수신기에서 오디오 신호 내의 데이터 신호를 추출하는 과정 중 음향 기반의 통신에 적합한 비트 결정 방식을 적용함으로써, 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 때에 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경변화에 영향을 많이 받는 환경에서도 수신기에서 데이터 수신 에러를 줄여 데이터 전달의 신뢰도를 높일 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법을 설명하기로 한다.
우선, 도 5를 참조하여 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템의 구동 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법은 송신기(100)에서 가청주파수 대역의 음향 통신에 기반하여 오디오 신호를 수신기(200)에 전달하는 것으로 진행된다(S110).
그리고 나서, 수신기(200)는 수신된 오디오 신호를 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환한다(S120-S130). 바람직하게는, 수신기(200)는 오디오 신호에 포함되는 동기 신호 및 데이터 신호에 대한 음질 저하를 최소화하기 위해 해당 신호는 주파수 축 신호에 삽입되므로, 송신기(100)로부터 수신되는 오디오 신호를 주파수 축 신호로 변환하게 된다.
다음으로, 수신기(200)는 변환한 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 동기 신호를 검출하기 위해 상관 연산을 실행한다(S140). 바람직하게는, 수신기(200)는 오디오 신호의 각 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 형성한 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정한다.
그런 다음, 수신기(200)는 검출한 동기 신호의 위치를 기준으로 하여 데이터 신호를 검출한다(S150). 바람직하게는, 수신기(200)는, 동기 신호에 대한 검출 방식과 동일한 방식으로 주파수 영역에 삽입된 데이터 신호를 검출한다. 이때, 데이터 신호는 오디오 신호의 위상 변화에 따라 그 값이 정해지게 된다.
나아가, 수신기(200)는 검출된 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 뿌려 나타낸다(S160). 바람직하게는, 수신기(200)는 기 저장중인 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 상기 비트 초기값을 통해 상기 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행하여 맵핑 수단값을 형성한다. 이를 기반으로, 수신기(200)는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타낸다.
그리고 나서, 수신기(200)는 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들이 기 설정된 레벨 범위로 군집 형성되면, 이를 토대로 군집 단위를 기반으로 하는 데이터 집중도에 따라 각각 해당하는 비트를 결정한다(S170).
이후, 수신기(200)는 S15 단계에서 결정된 비트를 판별함으로써, 해당 데이터를 추출하게 된다(S180).
이하에서는, 도 6을 참조하여 청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소시키기 위한 수신기(200)의 동작 방법을 살펴보기로 한다.
먼저, 송신기(100)로부터 가청주파수 대역의 음향 통신에 기반하여 오디오 신호를 수신한 후 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환한다(S210-S230). 바람직하게는, 오디오 신호에 포함되는 동기 신호 및 데이터 신호에 대한 음질 저하를 최소화하기 위해 해당 신호는 주파수 축 신호에 삽입되므로, 변환부(210)가 송신기(100)로부터 수신되는 오디오 신호를 주파수 축 신호로 변환하게 된다.
그리고 나서, 변환한 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 동기 신호를 검출하기 위해 상관 연산을 실행한다(S240-S250). 바람직하게는, 제 1 검출부(220)가 오디오 신호의 각 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 형성한 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정한다. 다른 방식으로, 제 1 검출부(220)는 오디오 신호를 이루는 프레임 중 기 설정된 간격 단위의 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성한 후, 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정하는 방식으로도 구현 가능하다.
그런 다음, 검출한 동기 신호의 위치를 기준으로 하여 데이터 신호를 검출한다(S260-S270). 바람직하게는, 제 2 검출부(230)가 동기 신호에 대한 검출 방식과 동일한 방식으로 주파수 영역에 삽입된 데이터 신호를 검출하며, 이때, 데이터 신호는 오디오 신호의 위상 변화에 따라 그 값이 정해지게 된다. 하지만, 제 2 검출부(230)에서 검출한 데이터 신호는 주변 환경에 따라 신호의 위상 변화가 심하기 때문에 바로 데이터의 비트를 결정하기 위한 신호로 활용되지는 않는다.
다음으로, 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 나타낸 후 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨 범위에서 군집 형성하고 이를 토대로 군집 단위를 기반으로 하는 데이터 신호에 대한 비트를 결정한다(S280-S310). 바람직하게는, 비트결정부(240)가 도 3에 도시한 바와 같이 기존에 가지고 있던 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 도출한 비트 초기값을 이용하여 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행한다. 이때, 파일롯 신호의 경우 동기 신호와 같이 삽입되며, 파일롯 데이터 삽입 규칙에 따라 기 정해진 비트 순서로 이루어짐에 따라 파일롯 신호의 상호 비교를 통해 입력되는 데이터 신호에 대한 위상 지연에 대한 판별이 가능하다. 또한, 상기 위상 지연에 대한 연산의 실행 결과로 형성되는 맵핑 수단값을 이용하여 오디오 신호로부터 추출한 데이터 신호를 맵핑한다. 다만, 이 과정에서는 데이터의 비트를 결정하는 것이 아니라 데이터 집중도에 따른 군집 영역을 형성하게 된다. 아울러, 또한, 비트결정부(240)는 맵핑 수단값을 토대로 인가되는 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타낸다. 이에, 비트결정부(240)는 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기의 맵핑 수단값을 업 데이트할 뿐만 아니라, 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 맵핑 데이터로 이루어지는 데이터 집중도별 군집 영역을 재조정한다.
이후, 추출부(250)가 상기 데이터 신호에 대한 비트를 판별하여 데이터를 추출한다(S320).
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템에 따르면, 가청주파수 대역 음향통신에서의 수신기에서 오디오 신호 내의 데이터 신호를 추출하는 과정 중 음향 기반의 통신에 적합한 비트 결정 방식을 적용함으로써, 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 때에 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경변화에 영향을 많이 받는 환경에서도 수신기에서 데이터 수신 에러를 줄여 데이터 전달의 신뢰도를 높일 수 있는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명은 오디오 신호 자체를 변형하거나 오디오 신호에 특정 신호를 추가하여 가청주파수 대역에서 음향통신을 할 때에 음향 신호의 특성상 잡음이 심하고 주변 환경변화에 영향을 많이 받는 것을 감안하여 수신기에서의 데이터 수신에러를 줄이기 위한 것임에 따라, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (14)

  1. 오디오 신호를 가청주파수 대역의 음향통신에 기반하여 송출하는 송신기; 및
    상기 오디오 신호를 수신하여 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환한 후 상기 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호를 검출하고, 상기 검출된 동기신호의 위치를 기준으로 상기 주파수 축 신호에 포함된 데이터 신호를 검출하여 복소수 좌표 상에 나타내며, 상기 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨범위로 군집 형성한 후 상기 군집 단위를 기반으로 상기 데이터 신호에 대한 비트를 결정하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신기는 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 통해 상기 동기 신호에 대한 검출 및 상기 데이터 신호에 대한 검출을 실행하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 시스템.
  3. 가청주파수 대역의 음향통신에 기반하여 수신되는 오디오 신호를 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환하는 변환부;
    상기 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 상기 동기 신호를 검출하기 위한 상관 연산을 실행하는 제 1 검출부;
    상기 동기 신호의 위치를 기준으로 하여 상기 데이터 신호를 검출하는 제 2 검출부;
    상기 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 나타낸 후 상기 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨 범위로 군집 형성하고, 상기 군집 단위를 기반으로 상기 데이터 신호에 대한 비트를 결정하는 비트결정부; 및
    상기 데이터 신호에 대한 비트를 판별하여 데이터를 추출하는 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 검출부는 상기 오디오 신호의 각 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상기 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 상기 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 검출부는 상기 오디오 신호를 이루는 프레임 중 기 설정된 간격 단위의 샘플 프레임에 MCLT(Modified Complex Lapped Transform) 변환을 취한 후 상기 상관 연산을 실행하여 상관 값을 형성하고, 상기 상관 값으로부터 검출되는 피크의 위치를 통해 동기화 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 비트결정부는 기 저장중인 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 상기 비트 초기값을 통해 상기 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행하여 맵핑 수단값을 형성하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비트결정부는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타내는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 비트결정부는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 맵핑 수단값에 대한 업 데이트를 실행하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 비트결정부는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 군집을 이루는 영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소를 위한 수신장치.
  10. 가청주파수 대역의 음향통신에 기반하여 수신되는 오디오 신호를 기 설정된 변환방식에 따라 주파수 축 신호로 변환하는 변환 단계;
    상기 주파수 축 신호에 포함되어 있는 동기 신호 및 데이터 신호 중 상기 동기 신호를 검출하기 위한 상관 연산을 실행하는 제 1 검출 단계;
    상기 동기 신호의 위치를 기준으로 하여 상기 데이터 신호를 검출하는 제 2 검출 단계;
    상기 데이터 신호를 복소수 좌표 상에 나타낸 후 상기 복소수 좌표 상의 데이터 신호 값들을 기 설정된 레벨 범위로 군집 형성하고, 상기 군집 단위를 기반으로 상기 데이터 신호에 대한 비트를 결정하는 비트결정 단계; 및
    상기 데이터 신호에 대한 비트를 판별하여 데이터를 추출하는 추출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 비트결정 단계는 기 저장중인 파일롯 신호로부터 비트 초기값을 도출한 후 상기 비트 초기값을 통해 상기 데이터 신호의 위상 지연에 대한 연산을 실행하여 맵핑 수단값을 형성하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 비트결정 단계는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행하여 복소수 좌표 상에 나타내는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 비트결정 단계는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 맵핑 수단값에 대한 업 데이트를 실행하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 비트결정 단계는 상기 맵핑 수단값을 토대로 상기 데이터 신호에 대한 맵핑을 실행한 결과를 반영하여 상기 군집을 이루는 영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 가청주파수 대역 음향통신에서의 데이터 수신에러 감소 방법.
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