KR101821608B1 - 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하고, 정상채널신호의 경우 무손실 부호화하며, 고장채널신호의 경우 기 설정된 송신모드에 따라 부호화하지 않거나 전처리 후 무손실 부호화하는 부호화 장치, 상기 부호화 장치에서 생성된 부호화 프레임 정보를 분석하여, 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하고, 정상채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화하며, 고장채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화 후 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하는 복호화 장치를 포함한다.

Description

음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법 {Encoding /Decoding System for Processing Lossless Acoustic Sensor Signal and Method thereof}
본 발명은 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법 에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음향센서의 고장 유무를 판단하고, 그 판단결과에 따라 센서 신호를 무손실 부호화/복호화하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
소나(SONAR, sound navigation and ranging)는 음파를 이용하여 수상 또는 수중에 있는 표적을 탐지하는 레이더 장비이다. 소나는 음파를 발생 및 수중에 방사하고, 수중의 물체로부터 반사되어 되돌아오는 반사파를 받아들여 이를 해석함으로써, 수상 및 수중의 표적을 탐지할 수 있도록 이루어진다.
한편, 수십 개의 음향센서로 구성된 배열형태의 소나 시스템에서 획득되는 센서신호를 송수신 또는 저장하는데 있어서 데이터량 측면에서 어려움이 발생할 수 있다. 따라서 센서신호의 데이터량을 줄이기 위한 부호화(신호압축) 기술이 필요하다.
또한, 수십 개의 음향센서로 구성된 배열형태의 소나 시스템을 운용하는데 있어, 센서에 대한 물리적 또는 전기적인 충격에 의해 음향센서에 고장이 발생할 수 있다. 이러한 고장 또는 결함이 발생한 센서 신호는 센서 결함에 따른 잡음의 유입 등으로 인해 오탐지 가능성이 높아지는 등 소나 시스템의 탐지 성능 저하를 야기한다.
선행기술1: 한국공개특허 제2006-0014903호(발명의 명칭: 센서의 고장 유형 판단 시스템 및 그 방법)
본 발명의 목적은 미약한 표적신호를 탐지해야 하는 소나 시스템에서 센서신호를 정보손실 없이 부호화하도록 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 음향 센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 센서신호를 부호화하지 않거나, 전처리 수행을 통하여 압축율을 향상할 수 있는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 센서상태정보를 생성하는 센서채널 고장탐지기, 상기 센서상태정보를 이용하여 상기 배열 센서신호를 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하는 디멀티플렉서, 상기 디멀티플렉서에서 분리된 정상채널신호를 무손실 부호화하는 제1 부호화기, 기 디멀티플렉서에서 분리된 고장채널신호를 기 설정된 송신모드에 근거하여 전처리 수행 후, 무손실 부호화하는 고장채널신호 처리기, 상기 센서상태정보, 상기 제1 부호화기에서 부호화된 정상채널 부호화 비트스트림, 고장채널신호 처리기에서 생성된 고장채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보 중 적어도 하나를 통합하여 부호화 프레임정보를 생성하는 멀티플렉서를 포함하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치가 제공된다.
상기 센서채널 고장탐지기는, 현재 설정된 동작모드를 판단하는 동작모드 판단부, 동작모드가 고전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 실효치를 계산하고, 각 센서신호의 실효치를 기초로 각 센서신호의 실효치 교차율을 계산하며, 그 실효치 교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산하고, 상기 제1 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여 각 채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단하는 고전력 모드 고장탐지기, 동작모드가 저전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 영교차율을 계산하고, 각 센서신호의 영교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하며, 상기 제2 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여, 각 채널과 관련된 음향센서의 고장 여부를 판단하는 저전력 모드 고장탐지기를 포함할 수 있다.
상기 고장채널신호 처리기는, 현재 설정된 송신모드가 온(on)상태 또는 오프(off)상태인지 판단하는 송신모드 판단부, 송신모드가 온상태인 경우, 상기 고장채널신호에 대해 전처리를 수행하는 고장채널신호 전처리기, 상기 전처리된 고장채널신호를 무손실 부호화하여 상기 멀티플렉서로 전송하는 제2 부호화기를 포함하고, 상기 송신모드 판단부는 송신모드가 오프상태인 경우, 송신모드정보를 상기 멀티플렉서로 전송할 수 있다.
상기 고장채널신호 전처리기는, 상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하는 산출부, 상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하는 양자화부, 상기 양자화부에서 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하여 전처리된 신호를 생성하는 전처리 신호 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 부호화 프레임정보를 분석하여 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하는 디멀티플렉서, 상기 정상채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 정상채널신호를 출력하는 제1 복호화기, 상기 고장채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 고장채널신호를 출력하는 제2 복호화기, 상기 제2 복호화기에서 출력된 고장채널신호에 대하여 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하는 고장채널신호 후처리기, 상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 복호화 배열 센서신호를 재구성하는 멀티플렉서를 포함하는 복호화 장치가 제공된다.
상기 멀티플렉서는, 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호에 해당하는 신호 값을 0값으로 설정하여 배열 센서신호를 재구성하고, 송신모드정보가 온(On)인 경우 상기 후처리된 고장채널신호를 이용하여 배열 센서신호를 재구성할 수 있다.
상기 제1 복호화기 또는 제2 복호화기는 MPEG-4 ALS 복호화기일 수 있다.
상기 고장채널신호 후처리기는, 상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하여 출력할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하고, 정상채널신호의 경우 무손실 부호화하며, 고장채널신호의 경우 기 설정된 송신모드에 따라 부호화하지 않거나 전처리 후 무손실 부호화하는 부호화 장치, 상기 부호화 장치에서 생성된 부호화 프레임 정보를 분석하여, 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하고, 정상채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화하며, 고장채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화 후 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하고, 상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 배열 센서신호를 재구성하는 복호화 장치를 포함할 수 있다.
상기 부호화 장치는, 설정된 송신모드가 온상태인 경우 상기 고장채널신호에 대해 전처리 후 무손실 부호화하고, 오프상태인 경우 상기 고장채널신호를 부호화하지 않고 송신모드정보만을 출력할 수 있다.
상기 전처리는, 상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하고, 상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하며, 상기 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하는 것을 의미할 수 있다.
상기 후처리는 상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 음향 센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 센서신호를 부호화하지 않거나, 전처리 수행 후 부호화 함으로써, 미약한 표적신호를 탐지해야 하는 소나 시스템에서 센서신호를 정보손실 없이 부호화할 수 있다.
또한, 센서신호의 자동고장 판단을 통한 고장 채널에 대한 사전 배제를 통해 센서신호의 압축 데이터량 감축과 동시에 압축 시 소요되는 계산량 감축이 가능하다. 이로 인해, 제한된 통신환경 및 연산량 및 전력 환경이 제한된 장비에서 효과적으로 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향센서신호의 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 센서채널 고장탐지기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 도 2에 도시된 고장채널신호 전처리기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 6은 도 5에 도시된 고장채널신호 후처리기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치가 음향센서신호를 무손실 부호화하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 채널 고장 탐지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치가 채널신호를 복호화 하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 ' 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템 및 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
일반적으로 고장 센서 신호의 경우 다른 정상 채널 신호에 비해 비이상적으로 크거나 작은 실효치 값을 보인다. 그래서 기존의 센서 결함 진단은 전체 센서에 입력되는 신호의 실효치를 각 센서 채널 별로 측정하여 운용 화면에 전시하고, 인접 센서 채널과의 실효치 차이가 가시적으로 크게 발생하는 경우 운용자가 주관적으로 센서의 결함 유무를 수동 판단하는 개념이 주로 적용되고 있다.
그런데 센서 배열 주변의 환경 소음이 크게 증가하는 경우, 인접 센서에 입력되는 신호의 실효치가 증가하게 되고, 고장이 발생한 채널과 정상 채널 간의 실효치 차이를 가시적으로 분간하기 어렵게 된다. 따라서 종래 방법으로는 고장이 발생한 채널과 정상 채널을 구분이 힘들어진다.
또한 운용자가 수동으로 고장 판단을 수행하기 때문에 고장 센서 채널에 대한 즉시 대응이 불가능하고 고장 센서로 판별되어 해당 센서 채널에 대한 고장 처리를 수행하기 전까지 센서 고장에 따른 잡음의 유입이 진행되어 탐지 시스템에서 오탐지가 지속적으로 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수중 음향 센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 고장으로 판단된 센서신호를 부호화하지 않거나, 전처리 수행 후 부호화 함으로써, 미약한 표적신호를 탐지해야 하는 소나 시스템에서 센서신호를 무손실 부호화/복호화하는 기술에 관한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향센서신호의 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 음향센서 신호 무손실 처리 시스템은 수중음향센서(100)로부터 입력되는 배열 센서신호를 무손실 부호화하는 부호화 장치(200), 부호화 장치(200)에서 생성된 부호화 프레임 정보를 무손실 복호화하여 센서신호를 복원하는 복호화 장치(300)를 포함한다.
수중음향센서(100)는 시스템에서 발생되는 전기적신호를 음향신호로 변환하여 외부로 방출하고, 외부로부터 수신되는 음향신호를 전기적신호로 변환하도록 이루어진다. 수중음향센서(100)는 수중 음향 센서 어레이(sensor array), 수중 음향 센서 모듈들(acoustic sensor modules) 등으로 구현될 수 있다.
수중 음향 센서 어레이나 아날로그 디지털 변환(A/D conversion)을 수행하기 위해 수중 음향 센서 어레이 각각에 전원을 공급하는 멀티플렉서(multiplexer)가 고장 나면(break down), 센서 결함(sensor fault)이 발생한다. 센서 결함이 발생하면, 특정 센서로부터 입력되는 신호는 인접하는 센서들로부터 입력되는 신호들과 큰 차이값을 가진다. 부호화 장치(200)는 이 점에 착안하여 수중 음향 센서의 고장을 탐지한다.
부호화 장치(200)는 음향센서 어레이(100)로부터 입력되는 배열센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리하고, 정상 채널 신호의 경우 무손실 부호화하며, 고장 채널 신호의 경우 전처리(pre-processing) 수행 후 무손실 부호화한다. 그러면, 부호화 장치(200)는 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 등을 포함하는 부호화 프레임 정보를 생성한다.
즉, 부호화 장치(200)는 센서신호에 대하여 고장탐지를 수행하여, 정상으로 판단된 정상채널 신호는 MPEG-4 ALS(Audio Lossless Coding) 부호화기를 이용하여 무손실 부호화를 수행하여 MPEG-4 ALS 비트스트림 생성한다. 또한, 부호화 장치(200)는 고장으로 판단된 고장 채널 신호에 대하여 송신모드에 따라 부호화하지 않거나, 전처리 수행 후 무손실 부호화를 수행한다. 이때, 부호화 장치(200)는 고장 채널 신호 전송 모드인 경우, 전처리(pre-processing) 수행 후, MPEG-4 ALS 부호화기를 이용하여 무손실 부호화를 수행하여 MPEG-4 ALS 비트스트림 생성하고, 비전송 모드인 경우 해당 고장 채널 신호를 부호화하지 않고, 그 채널의 상태정보만을 결합한다.
이러한 부호화 장치(200)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하기로 한다.
복호화 장치(300)는 부호화 장치(200)에서 생성된 부호화 프레임 정보를 분석하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리하고, 정상 채널 신호의 경우 무손실 복호화하며, 고장 채널 신호의 경우 복호화 후 후처리(post-processing)한다.
즉, 복호화 장치(300)는 부호화된 비트스트림의 헤더정보를 분석하여, 정상으로 판단된 채널 신호의 부호화 비트스트림은 MPEG-4 ALS 복호화기를 이용하여 센서신호를 복원한다. 또한, 복호화 장치(300)는 고장으로 판단된 채널 신호의 부호화된 비트스트림에 대하여 MPEG-4 ALS 복호화기를 이용하여 무손실 복호화한 후, 후처리(post-processing)를 수행하여, 고장 채널 신호를 복원한다.
이러한 복호화 장치(300)에 대한 상세한 설명은 도 5를 참조하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치의 구성을 나타낸 블럭도, 도 3은 도 2에 도시된 센서채널 고장탐지기의 구성을 나타낸 블럭도, 도 4는 도 2에 도시된 고장채널신호 전처리기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 부호화 장치(200)는 신호 획득부(210), 센서채널 고장탐지기(220), 디멀티플렉서(230), 제1 부호화기(240), 송신모드 판단부(250), 고장채널신호 전처리기(260), 제2 부호화기(270), 디멀티플렉서(280)을 포함한다.
신호 획득부(210)는 센서 어레이로부터 입력되는 배열 센서신호를 센서체널 고장탐지기(220)와 디멀티플렉서(230)로 전송한다.
센서채널 고장탐지기(220)는 신호 획득부(210)로부터 전송된 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 센서채널의 고장 여부를 판단한다. 이때, 센서채널 고장탐지기(220)는 시스템에 설정된 동작모드에 따라 다르게 고장탐지를 수행한다. 여기서, 동작모드는 고전력 모드와 저전력 모드를 포함할 수 있다.
센서채널 고장탐지기(220)에 대해 도 3을 참조하면, 센서채널 고장 탐지기(220)는 동작모드 판단부(222), 고전력 모드 고장탐지기(224), 저전력 모드 고장탐지기(226)를 포함한다.
동작모드 판단부(222)는 현재 시스템에 설정된 동작모드가 저전력 모드 또는 고전력 모드인지를 판단한다. 여기서, 저전력 모드는 압축을 수행하는 장비가 임베디드 보드 등 하드웨어 연산량이 제한된 경우, 이동운용을 위해 배터리 등을 사용하는 장비의 경우에 이용할 수 있고, 고전력 모드는 압축을 수행하는 장비가 PC 등 하드웨어 허용 연산량이 큰 경우, 케이블 등으로 연결되어 상시 전원 공급이 가능한 경우에 적용할 수 있다.
고전력 모드인 경우, 고전력 모드 고장 탐지기(224)가 동작하고, 저전력 모드인 경우, 저전력 모드 고장 탐지기(226)가 동작한다.
고전력 모드 고장 탐지기(224)는 입력되는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고, 선형적분이 수행된 각 채널 신호에 대하여 실효치(Root Mean Square)를 계산한다. 그런 후, 고전력 모드 고장 탐지기(224)는 각 채널신호의 실효치를 기초로 각 채널신호의 실효치 교차율(Root Mean Square Crossing Rate)을 계산하고, 그 실효치 교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산한다. 그런 후, 고전력 모드 고장 탐지기(224)는 각 채널의 제1 파라미터와 기 정의된 문턱값을 비교하여 각 채널의 고장여부를 판단한다.
이러한 고전력 모드 고장 탐지기(224)는 실효치 산출부(224a), 실효치 교차율 산출부(224b), 제1 파라미터 산출부(224c), 제1 고장채널 판단부(224d)를 포함한다.
실효치 산출부(224a)는 각 채널의 센서신호를 선형 적분한 후, 실효치를 산출한다. 즉, 실효치 산출부(224a)는 각 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행한다. 수중 음향 센서들로부터 M개 채널의 센서신호들이 입력되면, 실효치 산출부(224a)는 사전에 설정된 적분 시간 T를 기초로 이 M개 채널의 센서 신호들에 대하여 선형 적분을 수행할 수 있다. 이후 실효치 산출부(224a)는 각 채널의 센서 신호에 대한 실효치를 계산한다. 이때, 실효치 산출부(224a)는 다음 수학식 1을 이용하여 각 채널의 센서 신호에 대한 실효값(ri)을 계산할 수 있다.
Figure 112017063324875-pat00001
상기에서 ri는 i번째 센서 채널의 실효치를 의미한다. M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다. N은 프레임의 크기(frame size)를 의미하며, T는 적분 시간(integration time)을 의미하며, 단위는 초(second)이다. xi(n)은 i번째 센서 신호의 n번째 샘플을 의미한다. 여기서 i는 채널의 개수를 의미하며, n은 각 채널당 샘플의 개수를 의미한다. xi(n)은 다음 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112017063324875-pat00002
실효치 교차율 산출부(224b)는 각 채널 신호의 실효치를 기초로 각 채널 신호에 대하여 실효치 교차율(RMSCR: Root Mean Square Crossing Rate)을 계산한다. 이때, 실효치 교차율 산출부(224b)는 하기 수학식 3을 이용하여 각 채널 신호에 대한 실효치 교차율을 계산할 수 있다.
Figure 112017063324875-pat00003
상기에서 Ri는 i번째 채널의 센서신호에 대한 실효치 교차율을 의미한다. N은 프레임의 크기(frame size)를 의미하며, T는 적분 시간(integration time)을 의미한다. 또한, w(x)는 실효치 교차율, 즉 RMSCR 값을 계산하기 위한 교차 여부 판단 함수이며, 하기 수학식 4를 이용하여 구할 수 있다. w(x)는 직전 샘플 신호와 현재 샘플 신호의 값 사이에 실효치 값이 존재 하는 경우(실효치를 기준으로 교차하는 경우)에 증가값에 대해서는 1, 감소값에 대해서는 -1, 교차하지 않는 경우에는 0이 되는 함수이다.
Figure 112017063324875-pat00004
상기에서 ri는 i번째 채널 신호의 실효치(RMS)를 의미하고, v(x)는 영 교차율, 즉 ZCR 값을 계산하기 위한 교차 여부 판단 함수이다. v(x)는 직전 샘플 신호와 현재 샘플 신호의 값 사이에 0 값이 존재 하는 경우(0을 기준으로 교차하는 경우)에 증가값에 대해서는 1, 감소값에 대해서는 -1, 교차하지 않는 경우에는 0이 되는 함수이다. 0값을 교차하는 샘플 수를 카운트하는 v(x)에 대하여 실효치값 교차 샘플 수 카운트하는 함수로 확장한 함수가 w(x) 이다.
이처럼 실효치 교차율 산출부(224b)는 제1 센서신호의 실효치와 제1 채널로 입력된 제2 센서신호를 기초로 제1 센서신호의 실효치 교차율을 계산할 수 있다.
제1 파라미터 산출부(224c)는 각 센서신호의 실효치 교차율을 기초로 각 센서채널의 고장 판단을 위한 제1 파라미터를 산출한다. 즉, 제1 파라미터 산출부(224c)는 각 채널 신호에 대한 실효치 교차율을 기초로 최종적으로 고장 센서인지 여부를 판단하기 위한 채널별 고장 판단 파라미터를 계산한다. 이때, 제1 파라미터 산출부(224c)는 수학식 5를 이용하여 채널별 고장판단을 위한 제1 파라미터((
Figure 112017063324875-pat00005
)를 각각 계산할 수 있다.
Figure 112017063324875-pat00006
상기에서
Figure 112017063324875-pat00007
는 i번째 채널 센서가 고장센서인지 여부를 판단하기 위한 파라미터를 의미한다. M은 센서 어레이(array)에 포함되는 센서들의 전체 개수를 의미한다.
제1 고장채널 판단부(224d)는 제1 파라미터와 적어도 하나의 제1 임계치(threshold)를 비교하여 제1채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단한다. 즉, 제1 고장채널 판단부(224d)는 각 채널에 대한 고장판단 파라미터인 제1 파라미터와 기 정의된 고장판단 임계치를 비교하여 각 센서의 고장여부를 판단한다. 이때, 제1 고장채널 판단부(224d)는 i번째 센서 채널의 제1 파라미터 값이 제1 최소 문턱값보다 크고, 제1 최대 문턱값보다 작은 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단한다. 또한, 제1 고장채널 판단부(224d)는 i번째 센서 채널의 제1 파라미터 값이 제1 최소 문턱값보다 작거나, 제1 최대 문턱값보다 큰 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단한다.
다음으로, 저전력 모드 고장 탐지기(226)는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고, 선형 적분이 수행된 각 채널 입력 신호에 대하여 영교차율(Zero Crossing Rate)을 계산한다. 그런 후, 저전력 모드 고장 탐지기(226)는 영교차율을 이용하여 영교차율 기반 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하고, 각 채널의 고장판단을 위한 제2 파라미터와 기 정의된 문턱값을 비교하여, 각 채널의 고장 여부를 판단한다.
이러한 저전력 모드 고장 탐지기(226)는 영교차율 산출부(226a), 제2 파라미터 산출부(226b), 제2 고장채널 판단부(226c)를 포함한다.
영교차율 산출부(226a)는 각 채널의 센서신호를 선형 적분한 후, 영교차율(ZCR: Zero Crossing Rate)을 산출한다. 즉, 영교차율 산출부(226a)는 입력되는 센서신호에 대하여 기 설정된 적분시간에 대하여 선형적분을 수행하고, 선형적분이 수행된 각 채널 신호의 영교차율을 계산한다. 이때, 영교차율 산출부(226a)는 수학식 6을 이용하여 영교차율(Zi)을 구할 수 있다.
Figure 112017063324875-pat00008
제2 파라미터 산출부(226b)는 각 센서신호의 영교차율을 기초로 각 채널의 고장판단을 위한 제2 파라미터를 각각 산출한다. 이때, 제2 파라미터 산출부(226b)는 수학식 7을 이용하여 각 채널의 고장판단을 위한 제2 파라미터를 산출할 수 있다.
Figure 112017063324875-pat00009
제2 고장채널 판단부(226c)는 제2 파라미터와 기 정의된 제2 임계치(threshold)를 비교하여 각 채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단한다. 즉, 제2 고장채널 판단부(226c)는 각 채널의 고장판단 파라미터인 제2 파라미터와 고장판단 문턱값을 비교하여, 각 채널의 고장여부를 판단한다. 이때, 제2 고장채널 판단부(226c)는 i번째 센서 채널의 제2 파라미터 값이 기 정의된 최소 문턱값보다 큰 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단하고, i번째 센서 채널의 제2 파라미터 값이 최소 문턱값보다 작은 경우 i번째 채널을 고장 채널로 판단한다.
상기와 같이 구성된 센서채널 고장탐지기(220)는 각 채널의 센서신호의 고장여부를 판단하고, 그 판단결과에 따른 센서상태정보를 생성하여 디멀티플렉서(230)와 멀티플렉서(280)로 전송한다. 여기서, 센서상태정보는 센서식별정보, 각 센서의 고장(정상) 여부 등을 포함할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 디멀티플렉서(230)는 센서상태정보를 이용하여 배열 센서신호를 정상채널신호와 고장채널신호로 분리한다. 즉, 디멀티플렉서(230)는 신호 획득부(210)로부터 전송된 센서신호를 센서채널 고장탐지기(230)로부터 전송된 채널상태정보에 근거하여 정상채널신호와 고장채널신호로 분리한다. 채널상태정보는 센서채널 식별정보와 고장여부를 포함하므로, 디멀티플렉서(230)는 각 센서신호를 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리할 수 있다. 그런 후, 디멀티플렉서(230)는 정상채널신호를 제1 부호화기(240)로 전송하고, 고장채널신호를 송신모드 판단부(250)로 전송한다.
제1 부호화기(240)는 디멀티플렉서(230)로부터 전송된 정상채널신호를 무손실 부호화한다. 여기서, 제1 부호화기(240)는 MPEG-4 ALS 부호화기일 수 있고, 정상채널신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다.
송신모드 판단부(250)는 현재 시스템에 설정된 송신모드가 온(om)상태인지 또는 오프(off)상태인지를 판단하고, 그 판단결과에 따라 고장채널신호의 전처리가 수행되도록 한다. 즉, 송신모드 판단부(250)는 고장채널신호에 대하여 송신모드가 오프인 경우 고장채널신호에 대한 송신모드정보를 멀티플렉서(280)로 전송하고, 송신모드가 온인 경우 고장채널신호를 고장채널신호 전처리기(260)로 전송한다.
송신모드 판단부(250)는 모든 고장채널신호를 무손실 부호화하는 것이 아니라, 송신모드가 오프인 고장채널신호는 부호화하지 않고, 송신모드가 온인 고장채널신호는 전처리 수행 후 부호화되도록 함으로서, 센서신호의 압축 데이터량을 감소시킬 수 있다.
고장채널신호 전처리기(260)는 고장 채널 신호에 대해 무손실 부호화하기 전에 전처리(pre-processing) 수행한다. 즉, 고장채널신호 전처리기(260)는 고장 채널 신호에 대하여 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 16-bit 양자화기를 이용하여 정수값으로 변환하며, 고장채널신호에서 정수값으로 변환된 평균값을 차감하여 전처리된 신호를 생성한다. 고장채널의 경우 특정 값으로 편향(biased)되어 신호가 출력된다. 신호의 분산값이 작을수록 압축 효율이 좋아지므로, 이를 위하여 고장 채널에 대한 신호 값의 편향 성분을 제거하도록 평균값을 차감한다.
이러한 고장채널신호 전처리기(260)에 대해 도 4를 참조하면, 고장채널신호 전처리기(260)는 평균값 산출부(262), 양자화부(264), 전처리 신호 생성부(268)를 포함한다.
평균값 산출부(262)는 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 계산한다. 이때, 평균값 산출부(262)는 수학식 8을 이용하여 short-time average(
Figure 112017063324875-pat00010
)를 계산할 수 있다.
Figure 112017063324875-pat00011
여기서, M은 고장채널신호 센서들의 전체 개수를 의미한다.
Figure 112017063324875-pat00012
은 고장채널신호이고, i는 고장 센서 채널 번호, m은 프레임 번호를 의미한다. N은 1개 프레임 번호에 있는 전체 샘플 수를 의미한다. 따라서, 수학식 8은 i번째 센서에 수신되는 센서신호에 대하여 m번째 프레임의 전체 샘플에 대한 평균을 계산하는 의미한다.
양자화부(264)는 평균값 산출부(262)에서 계산된 short-time average를 16비트 양자화하여 정수값으로 변환한다. 즉, 양자화부(264)는 short-time average를 16비트 스칼라양자화부(Q) 및 비양자화부(Q-1)를 이용하여 값을 변환한다. 이때, 양자화부(264)는 수학식 9를 이용하여 short-time average의 값을 변환한다.
센서신호 값은 16비트 정수로 양자화 되어있는 값이며, 부호화기의 입력으로 16비트 정수값을 입력해야 한다. 센서신호에 대해 평균을 취하는 경우, 부동소수 값이 나오기 때문에 이를 원래 센서신호에서 빼주게 되면 결과값 역이 부동소수 값이 되므로, 이를 방지하기 위하여 평균에 대해 정수만 취하기 위하여 스칼라양자화부(Q) 및 비양자화부(Q-1)를 이용해 16비트 정수값으로 변환하게 된다.
Figure 112017063324875-pat00013
양자화부(264)는 변환된 short-time average를 멀티플렉서(280)로 전송한다.
전처리 신호 생성부(268)는 양자화부(264)에서 변환된 short-time average를 고장 채널 신호에서 차감하여 전처리된 신호를 생성한다. 즉, 전처리 신호 생성부(268)는 수학식 10을 이용하여 전처리된 신호(
Figure 112017063324875-pat00014
)를 생성한다.
Figure 112017063324875-pat00015
전처리 신호 생성부(268)는 전처리된 고장채널신호를 제2 부호화기(270)로 전송한다.
제2 부호화기(270)는 고장채널신호 전처리부(260)로부터 전송된 전처리된 고장채널신호를 무손실 압축한다. 여기서, 제2 부호화기(270)는 MPEG-4 ALS 부호화기일 수 있고, 전처리된 고장채널신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다.
상기에서 설명한 송신모드 판단부(250), 고장채널신호 전처리기(260), 제2 부호화기(270)를 합하여 고장채널신호 처리기로 칭할 수 있고, 고장채널신호처리기는 디멀티플렉서(230)에서 분리된 고장채널신호를 기 설정된 송신모드에 근거하여 전처리 수행 후, 무손실 부호화하며, 송신모드 판단부(250), 고장채널신호 전처리기(260), 제2 부호화기(270)를 포함한다고 할 수도 있다.
멀티플렉서(280)는 제1 및 제2 부호화기(240,270)에서 압축된 부호화 비트스트림, 고장채널신호 전처리기(260)에서 생성된 short-time average, 고장채널 신호에 대한 송신모드정보, 센서상태정보 등을 통합하여 부호화 프레임정보를 생성한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 6은 도 5에 도시된 고장채널신호 후처리기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 복호화 장치(300)는 디멀티플렉서(310), 제1 복호화기(320), 제2 복호화기(330), 고장채널신호 후처리기(340), 멀티플렉서(350)를 포함한다.
디멀티플렉서(310)는 부호화 프레임정보의 헤더정보를 분석하여 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 등으로 분리한다. 이때, 디멀티플렉서(310)는 정상채널 부호화 비트 스트림을 제1 복호화기(320)로 전송, 고장채널 부호화 비트스트림을 제2 복호화기(330)로 전송, short-time average를 고장채널신호 후처리기(340)로 전송, 송신모드정보와 센서상태정보는 멀티플렉서(350)로 전송한다.
제1 복호화기(320)는 디멀티플렉서(310)에서 분리된 정상채널 부호화스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 정상 채널신호로 복원하고, 복원된 정상 채널신호를 멀티플렉서(350)로 출력한다. 이때, 제1 복호화기는 MPEG-4 ALS 복호화기일 수 있다.
제2 복호화기(330)는 디멀티플렉서(310)에서 분리된 고장채널 부호화스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 고장채널신호로 복원하고, 복원된 고장채널신호를 고장채널신호 후처리기(340)로 전송한다. 이때, 제2 복호화기(330)는 MPEG-4 ALS 복호화기일 수 있다.
고장채널신호 후처리기(340)는 복호화된 고장채널신호에 대하여 디멀티플렉서(310)에서 분리된 short-time average를 이용하여 후처리를 수행한다. 즉, 고장채널신호 후처리기(340)는 도 6에 도시된 바와 같이 복호화된 고장채널 신호에 short-time average를 합연산하여 후처리된 고장채널신호를 생성한다.
멀티플렉서(350)는 후처리된 고장채널 신호, 복호화된 정상채널신호, 송신모드 정보, 센서상태정보를 이용하여 고장 유무에 따라 분리된 고장채널 신호와 정상채널 신호를 센서 채널 번호 순서에 따라 센서신호를 재구성한다. 이때, 멀티플렉서(350)은 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호에 해당하는 신호 값을'0'값으로 설정하여 배열 센서신호를 재구성한다.
상기와 같이 구성된 시스템은 수중 음향 센서 기반 소나 시스템에 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 음향 마이크로폰을 이용하는 음향 장비 등에도 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부호화 장치가 음향센서신호를 무손실 부호화하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 부호화 장치는 센서 어레이(sensor array)로부터 배열 센서신호가 수신되면(S702), 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행한다(S704). 이때, 부호화 장치는 각 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리한다. 부호화 장치가 고장탐지를 수행하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 8을 참조하기로 한다.
고장탐지 수행 결과, 고장 채널 신호로 판단되면(S706), 부호화 장치는 현재 시스템에 설정된 송신모드가 온(on) 상태인지를 판단한다(S708).
송신모드가 온 상태이면, 부호화 장치는 고장 채널 신호에 대해 전처리(pre-processing)를 수행한다(S712). 즉, 부호화 장치는 고장 채널 신호에 대하여 평균값을 계산하고, 계산된 평균값을 16-bit 양자화기를 이용하여 정수값으로 변환하며, 고장채널신호에서 정수값으로 변환된 평균값을 차감하여 전처리된 신호를 생성한다.
부호화 장치는 전처리된 고장채널신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다(S712).
만약, S708의 판단결과, 송신모드가 오프 상태이면, 부호화 장치는 해당 고장채널신호에 대한 송신모드정보를 출력한다(S714).
또한, S706의 판단결과, 고장탐지 수행결과 정상채널 신호로 판단되면, 부호화 장치는 정상 채널 신호를 MPEG-4 ALS 부호화하여 MPEG-4 ALS 부호화 비트스트림을 출력한다(S716).
그 후, 부호화 장치는 부호화 비트스트림, short-time average, 고장채널 신호에 대한 송신모드정보, 센서상태정보 등을 통합하여 부호화 프레임정보를 생성한다(S718).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 채널 고장 탐지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 부호화 장치는 현재 시스템에 설정된 송신모드가 고전력 모드인지를 판단한다(S802).
S802의 판단결과 고전력 모드이면, 부호화 장치는 입력되는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고(S804), 선형적분이 수행된 각 채널 신호에 대하여 실효치를 계산한다(S806).
그런 후, 부호화 장치는 각 채널신호의 실효치를 기초로 각 채널신호의 실효치 교차율을 계산하고(S808), 그 실효치 교차율을 이용하여 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산한다(S810).
그런 후, 부호화 장치는 각 채널의 고장판단 제1 파라미터 값이 기 정의된 제1최소 문턱값 초과이고, 제1 최대 문턱값 미만인지를 판단한다(S812).
S812의 판단결과, 제1 파라미터가 제1 최소 문턱값 초과, 제1 최대 문턱값 미만이면, 정상 센서채널로 판단하고(S814), 그렇지 않으면 고장 센서채널로 판단한다(S818).
만약, S802의 판단결과 저전력 모드이면, 부호화 장치는 입력되는 센서신호에 대하여 선형 적분을 수행하고(S718), 선형 적분이 수행된 각 채널 입력 신호에 대하여 영교차율을 계산한다(S820).
그런 후, 부호화 장치는 영교차율을 이용하여 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하고(S822), 제2 파라미터가 기 정의된 제2 최소 문턱값 초과인지를 판단한다(S824).
S824의 판단결과 제2 파라미터가 제2 최소 문턱값 초과이면, 해당 센서를 정상 센서로 판단하고(S826), 제2 최소 문턱값 초과가 아니면 해당 센서를 고장 센서로 판단한다(S828).
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 복호화 장치가 채널신호를 복호화 하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 복호화 장치는 부호화 프레임 정보를 분석하여 정상 채널 신호와 고장 채널 신호로 분리한다(S902).
복호화 장치는 고장채널 부호화스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 고장채널신호로 복원하고(S904), 복호화된 고장채널신호에 대하여 short-time average를 이용하여 후처리를 수행한다(S906). 즉, 복호화 장치는 복호화된 고장채널 신호에 short-time average를 합연산하여 후처리된 고장채널신호를 생성한다.
복호화 장치는 정상채널 부호화 스트림을 MPEG-4 ALS 복호화하여 정상채널신호로 복원한다(S908).
그 후, 복호화 장치는 후처리된 고장채널 신호, 복호화된 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 센서신호를 재구성한다(S910). 이때, 복호화 장치는 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호를 '0'값으로 설정 후 센서신호를 재구성하고, 송신모드정보가 온(On)인 경우 복호화된 고장채널신호를 센서신호 재구성에 그대로 이용한다.
한편, 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 방법은 프로그램으로 작성 가능하며, 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 방법에 관한 프로그램은 전자장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(Readable Media)에 저장되고, 전자장치에 의하여 읽혀지고 실행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 실시 형태로 실시될 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시 예들은 예시적인 것일 뿐이며, 그 범위를 제한해놓은 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 또한, 도면에 도시된 순서도들은 본 발명을 실시함에 있어서 가장 바람직한 결과를 달성하기 위해 예시적으로 도시된 순차적인 순서에 불과하며, 다른 추가적인 단계들이 제공되거나, 일부 단계가 삭제될 수 있음은 물론이다.
본 명세서에서 기술한 기술적 특징과 이를 실행하는 구현물은 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 기술하는 구조 및 그 구조적인 등가물 등을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현 가능하다. 또한 본 명세서에서 기술한 기술적 특징을 실행하는 구현물은 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 처리 시스템의 동작을 제어하기 위하여 또는 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어에 관한 모듈로서 구현될 수도 있다.
한편, 본 명세서에서 "시스템", "장치"라 함은 예를 들어, 프로세서, 컴퓨터 또는 다중 프로세서나 컴퓨터를 포함하여 데이터를 처리하기 위한 모든 기구, 장치 및 기계를 모두 포함한다. 처리 시스템은, 하드웨어에 부가하여 예를 들어, 프로세서 펌웨어를 구성하는 코드, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 제체 또는 이들 중 하나 이상의 조합 등 요청 시 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 형성하는 모든 코드를 포함할 수 있다. 프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트 또는 코드 등으로 알려진 컴퓨터 프로그램은 컴파일되거나 해석된 언어 또는 선험적, 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 블록도와 순서도에 포함된 본 발명의 기술적 특징을 실행하는 구성들은 상기 구성들 사이의 논리적인 경계를 의미한다. 그러나 소프트웨어나 하드웨어의 실시 예에 따르면, 도시된 구성들과 그 기능들은 독립형 소프트웨어 모듈, 모놀리식 소프트웨어 구조, 코드, 서비스 및 이들을 조합한 형태로 실행되며, 저장된 프로그램 코드, 명령어 등을 실행할 수 있는 프로세서를 구비한 컴퓨터에서 실행 가능한 매체에 저장되어 그 기능들이 구현될 수 있으므로 이러한 모든 실시 예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
따라서, 첨부된 도면과 그에 대한 기술은 본 발명의 기술적 특징을 설명하기는 하나, 이러한 기술적 특징을 구현하기 위한 소프트웨어의 특정 배열이 분명하게 언급되지 않는 한, 단순히 추론되어서는 안된다. 즉, 이상에서 기술한 다양한 실시 예들이 존재할 수 있으며, 그러한 실시 예들이 본 발명과 동일한 기술적 특징을 보유하면서 일부 변형될 수 있으므로, 이 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
또한, 순서도의 경우 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 가장 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 것으로서, 도시된 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 반드시 실행되어야 한다거나 모든 도시된 동작들이 반드시 실행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티 태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 이상에서 기술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
이와 같이, 본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 실시 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 수중음향센서 200 : 부호화장치
210 : 신호 획득부 220 : 센서채널 고장탐지기
230 : 디멀티플렉서 240 : 제1 부호화기
250 : 송신모드 판단부 260 : 고장채널신호 전처리기
270 : 제2 부호화기 280, 310 : 디멀티플렉서
300 : 복호화 장치 320 : 제1 복호화기
330 : 제2 복호화기 340 : 고장채널신호 후처리기
350 : 멀티플렉서

Claims (12)

  1. 센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열 센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 센서상태정보를 생성하는 센서채널 고장탐지기;
    상기 센서상태정보를 이용하여 상기 배열 센서신호를 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하는 디멀티플렉서;
    상기 디멀티플렉서에서 분리된 고장채널신호를 기 설정된 송신모드에 근거하여 전처리 수행 후, 무손실 부호화하는 고장채널신호 처리기; 및
    상기 센서상태정보, 상기 정상채널신호를 무손실 부호화하여 생성된 정상채널 부호화 비트스트림, 상기 고장채널신호 처리기에서 생성된 고장채널 부호화 비트스트림, short-time average 및 송신모드정보 중 적어도 하나를 통합하여 부호화 프레임정보를 생성하는 멀티플렉서; 를 포함하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서채널 고장탐지기는,
    현재 설정된 동작모드를 판단하는 동작모드 판단부;
    동작모드가 고전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 실효치를 계산하고, 각 센서신호의 실효치를 기초로 각 센서신호의 실효치 교차율을 계산하며, 그 실효치 교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제1 파라미터를 계산하고, 상기 제1 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여 각 채널과 관련된 음향 센서의 고장 여부를 판단하는 고전력 모드 고장탐지기; 및
    동작모드가 저전력 모드인 경우, 각 센서신호에 대하여 영교차율을 계산하고, 각 센서신호의 영교차율을 이용하여 각 채널별 고장판단 척도인 제2 파라미터를 계산하며, 상기 제2 파라미터를 기 정의된 문턱값과 비교하여, 각 채널과 관련된 음향센서의 고장 여부를 판단하는 저전력 모드 고장탐지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고장채널신호 처리기는,
    현재 설정된 송신모드가 온(on)상태 또는 오프(off)상태인지 판단하는 송신모드 판단부;
    송신모드가 온상태인 경우, 상기 고장채널신호에 대해 전처리를 수행하는 고장채널신호 전처리기; 및
    상기 전처리된 고장채널신호를 무손실 부호화하여 상기 멀티플렉서로 전송하는 제2 부호화기를 포함하고,
    상기 송신모드 판단부는 송신모드가 오프상태인 경우, 송신모드정보를 상기 멀티플렉서로 전송하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고장채널신호 전처리기는,
    상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하는 산출부;
    상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하는 양자화부; 및
    상기 양자화부에서 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하여 전처리된 신호를 생성하는 전처리 신호 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화를 위한 부호화 장치.
  5. 부호화 프레임정보를 분석하여 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하는 디멀티플렉서;
    상기 정상채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 정상채널신호를 출력하는 제1 복호화기;
    상기 고장채널 부호화 비트스트림을 무손실 복호화하여 고장채널신호를 출력하는 제2 복호화기;
    상기 제2 복호화기에서 출력된 고장채널신호에 대하여 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하는 고장채널신호 후처리기; 및
    상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 센서신호를 재구성하는 멀티플렉서;
    를 포함하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 멀티플렉서는 송신모드정보가 오프(Off)인 경우, 고장채널신호를 0값으로 설정하여 배열 센서신호를 재구성하고, 송신모드정보가 온(On)인 경우 상기 후처리된 고장채널신호를 이용하여 배열 센서신호를 재구성하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 복호화기 또는 제2 복호화기는 MPEG-4 ALS 복호화기인 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 고장채널신호 후처리기는,
    상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하여 출력하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 복호화를 위한 복호화 장치.
  9. 센서 어레이(sensor array)로부터 입력되는 배열센서신호에 대해 고장탐지를 수행하여 정상채널신호와 고장채널신호로 분리하고, 정상채널신호의 경우 무손실 부호화하며, 고장채널신호의 경우 기 설정된 송신모드에 따라 부호화하지 않거나 전처리 후 무손실 부호화하는 부호화 장치; 및
    상기 부호화 장치에서 생성된 부호화 프레임 정보를 분석하여, 고장채널 부호화 비트스트림, 정상채널 부호화 비트스트림, short-time average, 송신모드정보, 센서상태정보 중 적어도 하나로 분리하고, 정상채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화하며, 고장채널 부호화 비트스트림의 경우 무손실 복호화 후 상기 short-time average를 이용하여 후처리를 수행하고, 상기 후처리된 고장채널신호, 정상채널신호, 송신모드정보, 센서상태정보를 이용하여 배열 센서신호를 재구성하는 복호화 장치;
    를 포함하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부호화 장치는,
    설정된 송신모드가 온상태인 경우 상기 고장채널신호에 대해 전처리 후 무손실 부호화하고, 오프상태인 경우 상기 고장채널신호를 부호화하지 않고 송신모드정보만을 출력하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전처리는, 상기 고장 채널 신호에 대하여 short-time average를 산출하고, 상기 short-time average를 스칼라 양자화 및 비양자화하여 정수값으로 변환하며, 상기 변환된 short-time average를 고장채널신호에서 차감하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 후처리는 상기 고장채널신호에 상기 short-time average를 합 연산하는 것을 특징으로 하는 음향센서신호 무손실 부호화/복호화 처리를 위한 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100419546B1 (ko) 1994-06-13 2004-05-27 소니 가부시끼 가이샤 신호부호화방법및장치,신호복호화방법및장치,및신호전송방법
JP2007013871A (ja) 2005-07-04 2007-01-18 Toshiba Corp 無線通信システムおよびこの無線通信システムに用いられる復号装置
JP2009500658A (ja) 2005-06-30 2009-01-08 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド オーディオ信号をエンコーディング及びデコーディングするための装置とその方法

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