KR102562180B1 - 웨어러블 음향 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동 노이즈 제거 모드의 구동 및 구동 정지를 주변 음향 환경에 따라서 선택적으로 수행하는 웨어러블 음향 변환 장치에 관한 것이다.
본 발명인 웨어러블 음향 변환 장치는 전자 통신 단말기와 유선 또는 무선 통신을 수행하는 통신부와, 데이터프로세서로부터 인가되는 전기 신호를 음향으로 방출하는 음향 출력부와, 주변 음향을 획득하여 데이터프로세서에 인가하는 음향 획득부와, 통신부를 제어하여 전자 통신 단말기와 통신을 수행하고 음향 출력부와 음향 획득부를 제어하여 음향 재생 기능과 전화 통화 기능 각각의 수행 중에 ANC 모드를 수행하되, 주변 음향 환경에 따라서, ANC 모드와 Ambient 모드 간의 변환 동작 또는 ANC 모드와 일반 모드 간의 변환 동작을 수행하는 데이터프로세서를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

웨어러블 음향 변환 장치{WEARABLE SOUND TRANSDUCER}
본 발명은 웨어러블 음향 변환 장치에 관한 것으로서, 특히 능동 노이즈 제거 모드의 구동 및 구동 정지를 주변 음향 환경에 따라서 선택적으로 수행하는 웨어러블 음향 변환 장치에 관한 것이다.
웨어러블 음향 변환 장치는 단말기로부터 음향신호를 수신하고 마이크를 통해 수집한 음향정보를 단말기에 전송하는 음향 장치를 의미한다.
종래에는 웨어러블 음향 변환 장치를 단말기의 이어잭에 단자를 꼽아 음향 신호를 받는 유선 방식을 이용하였으나, 이동성 및 사용의 편의성 측면에서 최근 무선통신방식의 웨어러블 음향 장치의 수요가 증가하고 있다.
웨어러블 음향 변환 장치는 음향출력부를 구비하며 음악재생, 전화통화 등의 기능을 수행할 수 있다. 자체적으로 기지국과 연결하여 전화를 통화하거나, 직접 외부 서버와 접속하여 음향데이터를 구할 수 있으며, 다른 단말기와 연결하여 페어링을 통해 상기 기능을 수행할 수 있다.
사용자의 몸에 휴대할 수 있도록 머리에 밴드형상으로 끼우는 헤드폰 타입, 귀에다 거는 타입 및 귀에 끼우는 타입 등 휴대성을 고려한 디자인의 웨어러블 음향 장치의 개발이 이루어지고 있다.
웨어러블 음향 변환 장치는 소리를 출력할 뿐만 아니라 마이크를 통해 사용자의 목소리를 수집하여 이를 저장하거나 통 화중인 상대방에게 전달한다. 이때, 사용자의 목소리와 외부 잡음을 구분하기 위해 다양한 노이즈 제거 알고리즘이 이용되고 있다. 이러한 노이즈 제거 알고리즘은 사용자로부터의 입력에 의해서만 구동 및 구동 중지가 가능하여, 사용자가 사용에 불편함이 있다.
본 발명은 능동 노이즈 제거 모드의 구동 및 구동 정지를 주변 음향 환경에 따라서 선택적으로 수행하는 웨어러블 음향 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 웨어러블 음향 변환 장치는 전자 통신 단말기와 유선 또는 무선 통신을 수행하는 통신부와, 데이터프로세서로부터 인가되는 전기 신호를 음향으로 방출하는 음향 출력부와, 주변 음향을 획득하여 데이터프로세서에 인가하는 음향 획득부와, 통신부를 제어하여 전자 통신 단말기와 통신을 수행하고 음향 출력부와 음향 획득부를 제어하여 음향 재생 기능과 전화 통화 기능 각각의 수행 중에 ANC 모드를 수행하되, 주변 음향 환경에 따라서, ANC 모드와 Ambient 모드 간의 변환 동작 또는 ANC 모드와 일반 모드 간의 변환 동작을 수행하는 데이터프로세서를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 데이터프로세서는 경고음과 대화 특성을 포함하는 주변 음향 환경에 따라서 ANC 모드와 Ambient 모드 간의 변환 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 데이터프로세서는 음향 획득부로부터의 주변 음향에서 경고음이 감지되는 경우와, 주변 음향에서 경고음이 감지되지 않더라도 대화가 감지되는 경우에 ANC 모드의 구동 중지를 수행하고 Ambient 모드를 수행하고, 주변 음향에서 경고음 및 대화가 모두 감지되지 않은 경우에 ANC 모드를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 데이터프로세서는 대화와 잡음 특성을 포함하는 주변 음향 환경에 따라서 ANC 모드와 일반 모드 간의 변환 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 데이터프로세서는 음향 획득부로부터의 주변 음향에서 대화가 감지되는 경우와, 주변 음향에서 대화가 감지되지 않더라도 잡음 레벨이 감지되지 않는 경우에 ANC 모드의 구동 중지를 수행하고 일반 모드를 수행하고, 주변 음향에서 대화가 감지되지 않고 잡음 레벨이 감지되는 경우에 ANC 모드를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 웨어러블 음향 변환 장치는 주변 음향을 입력 신호로 하며, 입력 신호에 경고음이 포함되어 있는지를 판단하거나, 음성이 포함되어 있는지를 판단하고 판단된 출력값을 데이터프로세서에 인가하는 인공 지능 모듈을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 데이터프로세서는 주변 음향에서 대화를 감지하는 과정에서, 주변 음향에 음성이 존재하면 대화가 감지된 것으로 판단하고, 주변 음향에서 음성이 존재하지 않더라도 주변 음향에서 잡음을 제거하고 음압 레벨을 산정하고, 산정된 음압 레벨로부터 음성이 존재하는 것으로 판단되면 대화가 감지되는 것으로 판단하고, 주변 음향에 음성이 존재하지 않으며, 산정된 음압 레벨로부터 음성이 존재하지 않는 것으로 판단되면 대화가 감지되지 않은 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 데이터프로세서는 잡음 레벨을 감지하는 과정에서, 주변 음향의 음압 레벨을 산정하고, 산정된 음압 레벨로부터 주변 음향에 잡음이 포함된 것으로 판단하면, 정규 확률을 기준 감소 크기만큼 감소시키고, 산정된 음압 레벨로부터 주변 음향에 잡음이 포함된 것으로 판단하면, 정규 확률을 기준 증가 크기만큼 증가시키는 정규 확률 산정을 수행하고, 산정된 정규 확률이 변환 기준점 미만인 영역에 포함되면 잡음 레벨이 감지된 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 잡음 레벨이 감지되지 않은 것으로 판단하는 것이 바람직하다.
또한, 산정된 정규 확률은 0.0 이상이면서 1.0 이하인 범위에 속하며, ANC 모드의 기준점이 0.0이고, 일반 모드의 기준점은 1.0이며, 변환 기준점은 0.0을 초과하면서 1.0 미만인 범위에 속하는 것이 바람직하다.
본 발명은 능동 노이즈 제거 모드의 구동 및 구동 정지를 주변 음향 환경에 따라서 선택적으로 수행하도록 하여, 사용자의 편의성을 향상시키며, 능동 노이즈 제거 모드와 일반 모드 간의 변환이 천천히 이루어지도록 하여 사용자가 청취 시에 느끼는 혼란을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨어러블 음향 변환 장치 및 전자 통신 단말기를 포함하는 음향 처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 능동 노이즈 제거 모드와 주변 음향 청취 모드 간의 모드 변환 제어 방법의 제어 순서도이다.
도 3은 도 2의 대화 감지 단계의 상세 제어 순서도이다.
도 4는 능동 노이즈 제거 모드와 일반 모드 간의 모드 변환 제어 방법의 제어 순서도이다.
이하에서, 본 발명은 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 문서에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성(또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
본 명세서에서, 웨어러블 음향 변환 장치에서 구현되거나 수행되는 모드들이 우선적으로 설명된다.
먼저, ANC(Active noise cancellation: 능동 노이즈 제거) 모드는 웨어러블 음향 변환 장치의 주변 음향을 획득하고, 획득된 주변 음향과 반대 위상을 지닌 음향 신호를 생성하여 음향 출력부에 인가하여 사용자의 청각 기관으로 방출하여 사용자가 주변 음향을 듣지 않도록 제거하는 모드이다.
다음으로, 주변(Ambient) 음향 청취 모드는 웨어러블 음향 변환 장치의 주변 음향을 획득하고, 획득된 주변 음향의 위상을 유지하면서 음향 출력부에 인가하여 사용자의 청각 기관으로 방출하여 사용자가 주변 음향을 듣도록 하는 모드이다. 주변 음향 청취 모드에서, 획득된 주변 음향은 음향적인 튜닝(예를 들면, EQ 필터 등) 처리가 수행된 이후에 음향 출력부에 인가될 수도 있다.
다음으로, 일반(Normal) 모드는 웨어러블 음향 변환 장치의 주변 음향을 획득하지 않는 모드이다.
위 ANC 모드와 Ambient 모드 및 일반 모드 각각은 전화 통화 기능이나 음향 재생 기능과 동시에 수행될 수 있다.
본 발명에서의 주변 음향 환경은 경고음과, 사용자와 상대방 간의 대화, 잡음 등을 포함한다. 경고음은 예를 들면, 자전거 벨소리, 응급차량 사이렌, 경찰차 사이렌, 기차 경적음 등을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨어러블 음향 변환 장치 및 전자 통신 단말기를 포함하는 음향 처리 시스템의 구성도이다.
음향 처리 시스템은 사용자의 청각 기관에 착용되는 웨어러블 음향 변환 장치(100)와, 웨어러블 음향 변환 장치(100)와 유선 통신 또는 무선 통신을 수행하는 전자 통신 단말기(200)를 포함하여 구성된다. 웨어러블 음향 변환 장치(100)와 전자 통신 단말기(200) 간의 통신에 의해, 음향 재생 기능과 전화 통화 기능 등이 수행되며, 이러한 기능들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 알려진 기술에 해당하여 그 설명이 생략된다.
웨어러블 음향 변환 장치(100)는 사용자로부터의 입력(예를 들면, 전원 온/오프, ANC 기능의 구동 선택/구동 정지 선택, Ambient 모드의 구동 선택/구동 정지 해제, 일반 모드의 구동 선택 등)을 획득하여 데이터프로세서(30)에 인가하는 입력부(10)와, 데이터프로세서(30)로부터의 정보(예를 들면, 전원 상태, 현재 구동 모드 등)을 시각적 또는 청각적으로 표시하는 표시부(12)와, 전원을 데이터프로세서(30) 등의 구성요소들에 인가하는 전원부(14)와, 전자 통신 단말기(200)와 유선 또는 무선 통신을 수행하는 통신부(16)와, 데이터프로세서(30)로부터 인가되는 전기 신호를 음향으로 방출하는 음향 출력부(20)와, 주변 음향을 획득하여 데이터프로세서(30)에 인가하는 음향 획득부(22)(예를 들면, 마이크로폰, 마이크로폰 어레이, 가속도계 등)와, 주변 음향을 입력 신호로 하며, 입력 신호에 경고음이 포함되어 있는지를 판단하거나, 음성이 포함되어 있는지를 판단하고 판단된 출력값을 데이터프로세서(30)에 인가하는 인공 지능 모듈(24)과, 상술된 구성요소들을 제어하여 음향 재생 기능과 전화 통화 기능을 수행하여, 음향 재생 기능과 전화 통화 기능 각각의 수행 중에 주변 음향 환경에 따라서, ANC 모드, Ambient 모드 및 일반 모드 중의 하나의 모드를 선택적으로 수행하는 데이터프로세서(30)를 포함한다. 다만, 입력부(10), 표시부(12), 전원부(14), 통신부(16), 음향 출력부(20), 음향 획득부(22) 등은 본 발명이 속하는 기술 분야에 익숙한 통상의 기술자에게 널리 알려진 기술에 해당되어, 그 상세한 설명이 생략된다.
인공 지능 모듈(24)은 주변 음향을 입력 신호로 하며, 입력 신호에 경고음이 포함되어 있는지를 판단하거나, 음성이 포함되어 있는지를 판단할 수 있는 Neural Network (NN) 종류의 CNN 모델 알고리즘(모듈)을 포함하는 인공 지능 실행기에 해당된다. 인공 지능 모듈(24)은 관리 서버(미도시)에서 학습된 모델 가중치값(weights)을 저장하여 주변 음향을 입력 받아 포함된 알고리즘에 의해 출력값을 산정한다. 출력값은 기준 크기의 입력 신호에 경고음의 포함(감지) 또는 미포함(미감지)과, 음성의 포함(감지) 또는 미포함(미감지) 등을 포함한다. 예를 들면, 구글의 yamnet 모델을 적용할 경우, Convolution Neural Network가 사용되며, Convolution layer 14개가 적용되며, 입력 신호는 주변 음향의 MFCC Feature data이며, AI Classification에 의해서 산출되는 출력값은 521가지의 환경에 대하여 계산된 점수(scores)이며, 출력단에 Sigmoid 함수가 사용되어, 확률적으로 점수가 계산된다. 점수는 각각의 환경에 얼마나 부합되는지에 대한 점수로서, 예를 들면, 521가지의 환경 중에 Warning Sound가 점수가 높으면 경고음 감지(포함)이고, 그렇지 않으면 경고음 미감지(미포함)이며, 521가지의 환경 중에 Speech Scores가 높으면 대화 감지(포함)이고, 그렇지 않으면 대화 미감지(미포함)이다.
데이터프로세서(30)는 전자 통신 단말기(200)와 통신부(16)를 통하여 통신 연결 상태에서, 음향 재생 기능과 전화 통화 기능을 수행한다. 또한, 데이터프로세서(30)는 사용자의 선택에 의해서 또는 디폴트 설정에 의해서 ANC 모드를 수행하되, 주변 음향 환경에 따라서, ANC 모드와 Ambient 모드 간의 모드 변경(제 1 모드 변경) 또는 ANC 모드와 일반 모드 간의 모드 변경(제 2 모드 변경)을 수행한다. 본 실시예에서, 제 1 및 제 2 모드 변경 중의 어느 하나가 사용자의 선택에 의해서 또는 디폴트 설정에 의해서 수행된다. 제 1 및 제 2 모드 변경에 대해서는 하기에서 상세하게 기재된다.
전자 통신 단말기(200)는 웨어러블 음향 변환 장치(100)와 유선 또는 무선 통신을 수행하는 통신부(216)와, 상술된 인공 지능 모듈(24)과 동일하거나 학습 기능을 지닌 인공 지능 모듈(224)과, 통신부(216)를 제어하여 웨어러블 음향 변환 장치(100)와 통신을 수행하며 음향 재생 기능과 전화 통화 기능을 수행하는 데이터프로세서(230) 등을 포함하여 구성된다. 다만, 전원부(미도시), 입력부(미도시), 표시부(미도시), 통신부(216) 등은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 통상의 기술자에게 널리 알려진 기술에 해당되어, 그 상세한 설명이 생략된다.
인공 지능 모듈(224)은 상술된 인공 지능 모듈(24)과 같은 실행기로 동작할 수도 있고, 관리 서버와 같이 학습을 수행하여 모델 가중치값(weights)을 생성할 수도 있다.
데이터프로세서(230)는 음향 재생 기능과 전화 통화 기능 이외에, 주변 음향을 웨어러블 음향 변환 장치(100)로부터 수신하여 상술된 제 1 및 제 2 모드 변경에 대한 판단을 수행하고, 그 판단 결과를 웨어러블 음향 변환 장치(100)에 전송하여 모드 변경이 이루어지도록 할 수도 있다. 이러한 점은 하기에서 상세하게 기재된다.
웨어러블 음향 변환 장치(100)의 통신부(16)와 전자 통신 단말기(200)의 통신부(216)는 블루투스 4.0 이상의 무선 통신 방식으로 서로 통신을 수행한다.
하기에서는, 웨어러블 음향 변환 장치(100)의 데이터 프로세서(30)가 제 1 및 제 2 모드 변경을 수행하는 것이 설명된다.
도 2는 능동 노이즈 제거 모드와 주변 소리 청취 모드 간의 모드 변환 제어 방법의 제어 순서도이다. 시작 단계에서, 음향 획득부(22)는 주변 음향을 획득하여 기준 크기 또는 기준 시간 단위로 또는 연속적으로 데이터프로세서(30)에 인가하며, 데이터프로세서(30)는 ANC 모드 또는 Ambient 모드 중의 어느 하나의 모드를 수행하는 중이다.
단계(S1)에서, 데이터프로세서(30)는 인가된 주변 음향에서의 기준 크기마다의 주변 음향에 경고음이 포함되어 있는지를, 즉 주변 음향에서 경고음이 감지되었는지를 판단한다. 경고음 감지의 판단을 위해서, 데이터프로세서(30)는 기준 크기의 주변 음향(제 1 주변 음향)을 입력 신호로서 주파수축 변환(예를 들면, FFT)을 수행하고, 주파수축 변환된 신호로부터 Mel Frequency Cepstral Coefficient(MFCC) 피쳐(Feature) 데이터를 추출하고, 이러한 피쳐 데이터를 인공 지능 모듈(24)에 인가한다. 데이터 프로세서(30)에 의한 이러한 주파수 변환 및 피쳐 데이터의 추출은 입력 시간(예를 들면, 0.98초)이 소요된다. 즉, 인공 지능 모듈(24)은 입력 시간 이전의 주변 음향을 인가 받는 것이다. 인공 지능 모듈(24)은 주변 음향의 특징을 포함하는 피쳐 데이터를 입력값으로 하고, 출력값으로 경고음 감지 또는 미감지를 데이터프로세서(30)로 인가한다. 데이터프로세서(30)는 주변 음향을 인가 받은 시간으로부터 입력 시간과 인공 지능 모듈(240의 처리 시간의 합산 시간 이후에 출력값을 획득한다. 만약 데이터프로세서(30)가 경고음 감지 출력값을 인가 받으면, 즉 주변 음향에서 경고음이 감지되면 데이터프로세서(30)는 단계(S5)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S3)로 진행한다.
단계(S3)에서, 데이터프로세서(30)는 단계(S1)에서 인가된 주변 음향에서 대화가 감지되는지를 판단하고, 만약 대화가 감지되면 단계(S5)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S7)로 진행한다. 단계(S3)에 대해서는 도 3에서 상세하게 설명된다.
단계(S5)에서, 데이터프로세서(30)는 음향 출력부(20)와 음향 획득부(22)를 제어하여 ANC 모드의 구동 정지를 수행하고 Ambient 모드를 수행하면서 단계(S1)로 진행하여 단계(S1) 및/또는 (S3)에서 처리된 주변 음향에 이어지는 기준 크기의 주변 음향(제 2 주변 음향)에 대해서 단계(S1) 및/또는 단계(S3)를 수행한다.
단계(S7)에서, 데이터프로세서(30)는 음향 출력부(20)와 음향 획득부(22)를 제어하여 ANC 모드를 수행하면서 단계(S1)로 진행하여 단계(S1) 및/또는 (S3)에서 처리된 주변 음향에 이어지는 기준 크기의 주변 음향(제 2 주변 음향)에 대해서 단계(S1) 및/또는 단계(S3)를 수행한다.
상술된 단계(S1)과 (S3)의 순서가 변경될 수도 있으며, 경고음에 대한 판단이 대화 감지 판단보다 우선적으로 수행되는 것이 바람직하다. 데이터프로세서(30)는 주변 음향에서 경고음이 감지되거나 대화가 감지되는 경우에는 Ambient 모드를 수행하고, 주변 음향에서 경고음도 감지되지 않고 대화도 감지되지 않은 경우에는 ANC 모드를 수행한다.
도 3은 도 2의 대화 감지 단계의 상세 제어 순서도이다.
단계(S13)에서, 데이터프로세서(30)는 제 1 주변 음향에 음성이 포함되어 있는지 또는 존재하는지를 판단한다. 이러한 판단을 위해 데이터프로세서(30)는 기저장된 VAD(voice activity detection) 알고리즘을 실행하거나 인공 지능 모듈(24)로 피처 데이터를 인가하여 출력값을 획득하여 판단한다. 만약 제 1 주변 음향에 음성이 있다면, 데이터프로세서(30)는 단계(S15)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S7)로 진행한다.
단계(S15)에서, 데이터프로세서(30)는 제 1 주변 음향에 대해서 주파수축 변환을 수행하고 단계(S17)로 진행한다.
단계(S17)에서, 데이터프로세서(30)는 주파수축 변환된 신호에서 잡음 제거 과정을 수행하고, 단계(S19)로 진행한다. 데이터프로세서(30)는 잡음 제거를 위해, 예를 들면 향상된 최소값 제어 재귀 평균(Improved minima controlled recursive averaging, IMCRA) 알고리즘을 실행하여 주파수축 변환된 신호를 처리한다.
단계(S19)에서, 데이터프로세서(30)는 잡음이 제거된 주파수축 변환된 신호를 시간축 변환을 수행하여 잡음이 제거된 제 1 주변 음향을 생성하고 단계(S21)로 진행한다.
단계(S21)에서, 데이터프로세서(30)는 잡음이 제거된 제 1 주변 음향의 음압 레벨(SPL)을 산정하고, 단계(S23)로 진행한다.
단계(S23)에서, 데이터프로세서(30)는 산정된 음압 레벨(SPL)을 이용하여 제 1 주변 음향에 음성이 포함되어 있거나 존재하는지를 판단한다. 이러한 판단을 위해, 데이터프로세서(30)는 음성의 존재를 판단하기 위한 기준값인 기준 음압 레벨을 저장한다. 만약 산정된 음압 레벨(SPL)이 기준 음압 레벨보다 크면, 데이터프로세서(30)는 제 1 주변 음향에 음성이 존재하는 것으로 판단하여 단계(S5)로 진행하고, 그렇지 않으면 제 1 주변 음향에 음성이 존재하지 않는 것으로 판단하여 단계(S7)로 진행한다.
상술된 도 3에서, 데이터프로세서(30)는 단계(S23)에서의 [예]인 경우 주변 음향(제 1 주변 음향)에 음성(대화 음성)이 존재하는 것으로 최종적으로 판단하고, 단계(S13)에서의 [아니오]인 경우와 단계(S23)에서의 [아니오]인 경우 주변 음향(제 1 주변 음향)에 음성(대화 음성)이 존재하지 않는 것으로 최종적으로 판단한다.
데이터프로세서(30)는 기준 음압 레벨을 입력부(10)를 통하여 사용자가 가변할 수 있도록 할 수 있다. 또는, 전자 통신 단말기(200)의 데이터프로세서(230)가 내장된 입력부를 통하여 사용자가 설정한 기준 음압 레벨을 통신부(216)를 통하여 웨어러블 음향 변환 장치(100)로 전송하고, 데이터프로세서(30)가 통신부(16)를 통하여 수신된 기준 음압 레벨을 저장하여 단계(S23)에서 사용할 수도 있다.
다음으로 능동 노이즈 제거 모드와 일반 모드 간의 모드 변환 방법에서는, ANC 모드와 일반 모드 간의 변환(전환)이 이루어지는 동작이 천천이 이루어지도록 정규 확률(Normal Probability)을 이용한다. 주변 음향의 음압 레벨로 기준 잡음 레벨(예를 들면, 50dB) 이상인 경우에는 ANC 모드를 즉각적으로 또는 빠르게 수행하고, 주변 음향의 음압 레벨 레벨로 기준 잡음 레벨(예를 들면, 50dB) 미만인 경우에는 일반 모드를 즉각적으로 또는 빠르게 수행하게 되면, 예를 들면 그 변환이 1초에도 수회 이루어지게 되면, 사용자가 상당히 혼란을 느끼게 되므로, 이러한 점을 방지하기 위한 것이다.
본 실시예에서, ANC 모드의 기준점을 0.0으로, 일반 모드의 기준점(기준 확률)(RNP라 함)을 1.0으로, 변환 기준점(RNP)(0.0보다 크고 1.0보다 작은 범위 내의 수임)을 0.5로 하고, 데이터프로세서(30)가 주변 음향의 산정된 음압 레벨이 기준 잡음 레벨 이상인 경우에는 기준 감소 크기(예를 들면, 0.17)만큼 현재의 정규 확률을 감소시키고, 주변 음향의 산정된 음압 레벨이 기준 잡음 레벨 미만인 경우에는 기준 증가 크기(예를 들면, 0.17)만큼 현재의 정규 확률을 증가시키는 과정을 수행한다. 현재의 정규 확률(NP)은 0.0 이상이면서 1.0이하의 범위에 속하며, 기준 감소 크기로 감소되거나 기준 증가 크기로 증가되더라도 이 범위 내에서만 감소되거나 증가된다. 본 방법의 시작 단계에서의 정규 확률(NP)는 수행하는 모드에 따라서 ANC 모드의 기준점 또는 일반 모드의 기준점 중의 어느 하나로 설정된다. 현재의 정규 확률(NP)은 주변 음향의 음압 레벨 특성에 따라서 상술된 바와 같이 증가하거나 감소하며, 현재의 정규 확률(NP)가 변환 기준점(RNP) 이상이면서 일반 모드의 기준점인 1.0이하인 영역에 포함되면, 데이터프로세서(30)는 일반 모드를 수행하고, 그렇지 않고, 기준점(RNP) 미만이면서 ANC 모드의 기준점인 0.0 이상인 영역에 포함되면, ANC 모드를 수행한다. 위의 기준 감소 크기, 기준 증가 크기, 변환 기준점(RNP) 등은 사용자에 의해서 가변될 수 있다.
도 4는 능동 노이즈 제거 모드와 일반 모드 간의 모드 변환 제어 방법의 제어 순서도이다. 시작 단계에서, 음향 획득부(22)는 주변 음향을 획득하여 기준 크기 또는 기준 시간 단위로 또는 연속적으로 데이터프로세서(30)에 인가하며, 데이터프로세서(30)는 ANC 모드 또는 일반 모드 중의 어느 하나의 모드를 수행하는 중이며, 현재 수행되는 모드에 따른 현재의 정규 확률(NP)을 설정한다.
단계(S31)에서, 데이터프로세서(30)는 기준 크기의 주변 음향(제 1 주변 음향)에서 대화가 감지되는지를 판단한다. 이러한 판단을 위해, 데이터프로세서(30)는 상술된 도 3의 대화 감지 단계를 수행한다. 만약 대화가 감지되면, 데이터프로세서(30)는 단계(S43)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S33)로 진행한다.
단계(S33)에서, 데이터프로세서(30)는 제 1 주변 음향의 음압 레벨(SPL)을 산정하고, 단계(S35)로 진행한다.
단계(S35)에서, 데이터프로세서(30)는 음압 레벨로부터 잡음 레벨을 추정한다. 만약 산정된 음압 레벨이 기준 잡음 레벨 이상인 경우, 데이터프로세서(30)는 잡음이 있는 것으로 추정하고, 그렇지 않으면 잡음이 없는 것으로 추정한다. 데이터프로세서(30)는 잡음 또는 잡음 레벨의 추정을 수행하고, 단계(S37)로 진행한다.
단계(S37)에서, 데이터프로세서(30)는 현재의 정규 확률(NP)을 단계(S35)에서의 잡음 추정에 따라서 산정한다. 상술된 바와 같이, 잡음이 있는 것으로 추정된 경우에는, 데이터프로세서(30)는 기준 감소 크기만큼 현재의 정규 확률(NP)을 감소시키고, 잡음이 없는 것으로 추정된 경우에는 기준 증가 크기만큼 현재의 정규 확률(NP)을 증가시킨다. 데이터프로세서(30)는 단계(S37)를 수행하고 단계(S39)로 진행한다.
단계(S39)에서, 데이터프로세서(30)는 현재의 정규 확률(NP)와 변환 기준점(RNP)를 비교하여 만약 현재의 정규 확률(NP)가 변환 기준점(RNP) 이상이면 단계(S43)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S41)로 진행하다.
단계(S41)에서, 데이터프로세서(30)는 음향 출력부(20)와 음향 획득부(22)를 제어하여 ANC 모드를 수행하면서 단계(S31)로 진행하여 단계(S31)에서 처리된 주변 음향에 이어지는 기준 크기의 주변 음향(제 2 주변 음향)에 대해서 단계(S31)를 수행한다.
단계(S43)에서, 데이터프로세서(30)는 일반 모드를 수행하고, 단계(S31)로 진행하여 단계(S31)에서 처리된 주변 음향에 이어지는 기준 크기의 주변 음향(제 2 주변 음향)에 대해서 단계(S31)를 수행한다.
상술된 단계(S33) 내지 (S39)는 주변 음향의 잡음 레벨 감지로 지칭된다. 즉, 잡음 레벨 감지에서 잡음 레벨이 감지되면, 데이터프로세서(30)는 단계(S41)로 진행하고, 잡음 레벨이 감지되지 않으면 단계(S43)로 진행한다.
상술된 모드 변환은 웨어러블 음향 변환 장치(100)에서 수행된 경우이나, 전자 통신 단말기(200)에서 모드 변환을 수행하고 그 변환 결과를 웨어러블 음향 변환 장치(100)로 전송하여 모드 변환이 이루어질 수 있도록 할 수도 있다. 이를 위해, 데이터프로세서(30)는 음향 획득부(22)로부터의 주변 음향을 통신부(16)를 통하여 전송하고, 데이터프로세서(230)는 통신부(216)를 통하여 주변 음향을 수신하고, 수신된 주변 음향으로 상술된 도 2 내지 4의 제어를 수행한다. 데이터프로세서(230)는 ANC 모드와 Ambient 모드 간의 모드 변경(제 1 모드 변경) 또는 ANC 모드와 일반 모드 간의 모드 변경(제 2 모드 변경)을 결정하고, 그 결정된 모드 변환 결과를 통신부(216)를 통하여 웨어러블 음향 변환 장치(100)로 전송하고, 데이터 프로세서(30)는 모드 변환 결과에 포함되는 모드로 현재의 모드를 변환하거나 유지하는 제어를 수행할 수도 있다.
또한, 데이터프로세서(230)는 사용자가 가변 가능한 값들(예를 들면, 기준 잡음 레벨, 기준 증가 크기, 기준 감소 크기, 기준점 등)에 대한 설정값이나 인공 지능 모듈(24)의 업데이트 데이터를 웨어러블 음향 변환 장치(100)로 전송하고, 데이터프로세서(30)는 설정값이나 업데이트 데이터를 수신하여 설정값을 변경하거나 인공 지능 모듈(24)의 업데이트를 수행할 수도 있다.
다양한 실시 예에 따른 장치(예: 프로세서 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 상기 명령어가 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는, 예를 들면, 메모리가 될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체(magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체(optical media)(예: CD-ROM, DVD(Digital Versatile Disc), 자기-광 매체(magnetoopticalmedia)(예: 플롭티컬 디스크(floptical disk)), 하드웨어 장치(예: ROM, RAM, 또는 플래시 메모리 등)등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시 예에 따른 프로세서 또는 프로세서에 의한 기능들은 전술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱(heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100: 웨어러블 음향 변환 장치 200: 전자 통신 단말기

Claims (9)

  1. 전자 통신 단말기와 유선 또는 무선 통신을 수행하는 통신부와;
    데이터프로세서로부터 인가되는 전기 신호를 음향으로 방출하는 음향 출력부와;
    주변 음향을 획득하여 데이터프로세서에 인가하는 음향 획득부와;
    통신부를 제어하여 전자 통신 단말기와 통신을 수행하고 음향 출력부와 음향 획득부를 제어하여 음향 재생 기능과 전화 통화 기능 각각의 수행 중에 ANC 모드를 수행하되, 주변 음향 환경에 따라서, ANC 모드와 Ambient 모드 간의 변환 동작 또는 ANC 모드와 일반 모드 간의 변환 동작을 수행하는 데이터프로세서를 포함하고,
    데이터프로세서는 대화와 잡음 특성을 포함하는 주변 음향 환경에 따라서 ANC 모드와 일반 모드 간의 변환 동작을 수행하고,
    데이터프로세서는 음향 획득부로부터의 주변 음향에서 대화가 감지되는 경우와, 주변 음향에서 대화가 감지되지 않더라도 잡음 레벨이 감지되지 않는 경우에 ANC 모드의 구동 중지를 수행하고 일반 모드를 수행하고,
    주변 음향에서 대화가 감지되지 않고 잡음 레벨이 감지되는 경우에 ANC 모드를 수행하고,
    데이터프로세서는 잡음 레벨을 감지하는 과정에서,
    주변 음향의 음압 레벨을 산정하고, 산정된 음압 레벨로부터 주변 음향에 잡음이 포함된 것으로 판단하면, 정규 확률을 기준 감소 크기만큼 감소시키고, 산정된 음압 레벨로부터 주변 음향에 잡음이 포함된 것으로 판단하면, 정규 확률을 기준 증가 크기만큼 증가시키는 정규 확률 산정을 수행하고,
    산정된 정규 확률이 변환 기준점 미만인 영역에 포함되면 잡음 레벨이 감지된 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 잡음 레벨이 감지되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    데이터프로세서는 경고음과 대화 특성을 포함하는 주변 음향 환경에 따라서 ANC 모드와 Ambient 모드 간의 변환 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 변환 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    데이터프로세서는 음향 획득부로부터의 주변 음향에서 경고음이 감지되는 경우와, 주변 음향에서 경고음이 감지되지 않더라도 대화가 감지되는 경우에 ANC 모드의 구동 중지를 수행하고 Ambient 모드를 수행하고,
    주변 음향에서 경고음 및 대화가 모두 감지되지 않은 경우에 ANC 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 변환 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    웨어러블 음향 변환 장치는 주변 음향을 입력 신호로 하며, 입력 신호에 경고음이 포함되어 있는지를 판단하거나, 음성이 포함되어 있는지를 판단하고 판단된 출력값을 데이터프로세서에 인가하는 인공 지능 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 변환 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    데이터프로세서는 주변 음향에서 대화를 감지하는 과정에서, 주변 음향에 음성이 존재하면 대화가 감지된 것으로 판단하고,
    주변 음향에서 음성이 존재하지 않더라도 주변 음향에서 잡음을 제거하고 음압 레벨을 산정하고, 산정된 음압 레벨로부터 음성이 존재하는 것으로 판단되면 대화가 감지되는 것으로 판단하고,
    주변 음향에 음성이 존재하지 않으며, 산정된 음압 레벨로부터 음성이 존재하지 않는 것으로 판단되면 대화가 감지되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 변환 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    산정된 정규 확률은 0.0 이상이면서 1.0 이하인 범위에 속하며,
    ANC 모드의 기준점이 0.0이고, 일반 모드의 기준점은 1.0이며,
    변환 기준점은 0.0을 초과하면서 1.0 미만인 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 음향 변환 장치.

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