WO2016190535A1 - 음파 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Dansolplus Co Ltd
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    • H04L1/0061—Error detection codes
    • H04L1/0063—Single parity check

Definitions

  • the present invention relates to a sound wave communication apparatus and method, and a sound wave communication apparatus and method for transmitting and receiving sound waves to exchange data.
  • the system uses CW (Continuous Waveform) modulation such as Binary Frequency Shift Keying (BFSK) modulation and Amplitude Shift Keying (ASK) to transmit data.
  • CW Continuous Waveform
  • BFSK Binary Frequency Shift Keying
  • ASK Amplitude Shift Keying
  • the BFSK modulation method assigns 0 and 1 to each of two specific frequency sound waves
  • the CW modulation method assigns 1 to a sound that lasts more than a certain intensity for a certain time regardless of frequency, and specifies a state without sound. This is a way of assigning zero to anything that lasts longer than time. Communication based on this modulation scheme can transmit only one bit of data in two types of sound waves for a specific unit time.
  • the unit time which is a time for distinguishing the data strings to be transmitted, is considerably longer than the radio waves. Therefore, as shown in US Patent No. 5,848,027, when only one bit is transmitted during a unit time using only two types of sound waves, the transmission rate is low.
  • the frequency to be used is defined as the pitch frequency used in music
  • the data is digitally mapped to each pitch frequency, and various frequency tones are transmitted and decoded to communicate. In this way, a plurality of bits are transmitted per unit time.
  • the conventional sound wave communication has a problem in that data cannot be received when a plurality of sound waves are overlapped because there is no standard for separating data when generating different signals in the same region due to the characteristics of sound waves.
  • the technical problem of the present invention is to correct the error according to the hardware characteristics. In addition, even if a plurality of sound waves are duplicated to be able to receive the data transmitted from the closest accurately.
  • a hardware correction table configured to set a correction frequency band to which a correction frequency is assigned for each correction value for correcting an error according to hardware characteristics of the sound wave transmitter, and to assign a correction reference frequency to a correction value '0'; Generate a data frequency allocated to the number of data digits in the set basic decibel size, generate a separate receive filter frequency in the size of the basic decibel for receiving data carried in the sound wave transmitted from the nearest place when receiving the sound wave, and A sound wave transmitter for generating the correction reference frequency for the transmission correction in the size of the basic decibel; And receiving the sound wave signal transmitted from the sound wave transmitter, extracting and arranging decibels for each data frequency, and then shifting and correcting the array by the correction value extracted by using the hardware correction table, and performing a correction in the band of the separated reception filter frequency. And a sound wave receiver for recovering data by extracting the decibels of the data frequencies in ascending order of the number of array factors assigned to the separated reception filter frequency having the largest decibel
  • the sound wave transmitter generates a sound wave transmit / receive array having an array factor of data digits obtained by adding the number of binary transmission data and the number of parity bits, and assigns different data frequencies having the same interval to the data digits.
  • a data frequency generation module for generating a separate reception filter frequency block to which different separate reception filter frequencies are allocated for each data digit;
  • a data frequency transmission module for generating a separate reception filter frequency allocated to the number of data digits in the size of the basic decibels, and generating a correction reference frequency for the hardware transmission correction in the size of the basic decibels.
  • the sound wave transmitter generates an encryption key, generates an encrypted left shift value and an encrypted right shift value using the generated encryption key, and generates an odd number of data digits in a frequency block of the data frequency block and the separated reception filter frequency block.
  • a frequency block encryption module for shifting and replacing a frequency disposed in a column to the left by the encryption left shift value, and shifting and encoding a frequency disposed in an even column among the data digits of the frequency block to the right by the encryption right shift value;
  • the data frequency transmission module may perform frequency transmission on a frequency allocated to the data digits of an encrypted frequency block.
  • the separated reception filter frequency allocated to the N th data digit may be an intermediate frequency between the data frequency allocated to the N-1 data digit and the data frequency allocated to the N + 1 data digit.
  • the sound wave receiver may include: a fast Fourier transform module configured to perform fast Fourier transform (FFT) on a received sound wave signal at predetermined sampling intervals, extract decibels, and place the same in a sampling frequency array; A reception correction module which determines a frequency at which the largest decibel is detected in the correction frequency band as a correction frequency, and receives and corrects the decibels arranged in the sampling frequency array by a correction value assigned to the correction frequency; The decryption left shift value and the decryption right shift value are generated by using the encryption key, and the frequencies arranged in the odd columns among the array factors of the sound wave transmission / reception array are shifted to the left by the decryption left shift value and replaced.
  • FFT fast Fourier transform
  • a decoding module for extracting decibels disposed in the separated reception filter frequency and the separated reception filter frequency from a sampling frequency array and placing the decibels in the sound wave transmission / reception array; And decibels of the data frequency by the number of array factors of the sound wave transceiver array allocated to the separated reception filter frequency extracted by extracting the separated reception filter frequency having the largest decibel among the decibels arranged in the separated reception filter frequency in the decoded sound wave transceiver array.
  • a sound wave data separation module for restoring data by extracting the array factors in this large order.
  • the sound wave communication device may include a validation module configured to perform validation of the restored data using the parity bits in the data recovered through the sound wave data separation module.
  • a correction frequency band to which a correction frequency is assigned is set for each correction value for correcting an error according to a hardware characteristic of a speaker transmitting sound waves, and the hardware reference is assigned by assigning a correction reference frequency to the correction value '0'.
  • an acoustic wave transmission / reception array having an array factor of data digits obtained by adding the number of binary transmission data and the number of parity bits, and assigning different data frequencies having the same interval to the data digits are assigned data frequencies.
  • a frequency block generation step of generating a block and generating a separate reception filter frequency block to which different separate reception filter frequencies are allocated for each data digit; And converting the data to be transmitted to a binary number to generate a data frequency allocated to the number of data digits having the converted value '1' as the set default decibel, and the number of data having the converted value having the value '1'.
  • a frequency transmission process of generating a separate reception filter frequency allocated to the same data digits as the basic decibels, and generating a correction reference frequency for hardware transmission correction as the basic decibels.
  • an encryption key is generated, and an encrypted left shift value and an encrypted right shift value are generated using the generated encryption key, and the data frequency block is separated from the received filter frequency block. Shift a frequency arranged in an odd column among the data digits of a frequency block to the left by the encryption left shift value, and shift a frequency arranged in an even column among the data digits of the frequency block to the right by the encryption right shift value,
  • the method may further include encrypting, and may perform the frequency transmission process on a frequency allocated to the data digits of the encrypted frequency block.
  • the sound wave receiving process may include: a fast Fourier transform process of extracting decibels by fast Fourier transforming (FFT) the received sound wave signal at a set sampling interval and placing the decibels in a sampling frequency array; A reception correction step of determining, as a correction frequency, a frequency at which the largest decibel is detected in the correction frequency band, and receiving correction by moving the decibels arranged in the sampling frequency array by a correction value assigned to the correction frequency; The decryption left shift value and the decryption right shift value are generated by using the encryption key, and the frequencies arranged in the odd columns among the array factors of the sound wave transmission / reception array are shifted to the left by the decryption left shift value and replaced.
  • FFT fast Fourier transforming
  • the sound wave data separation module may have a validation process for performing validation of the data restored using the parity bits.
  • sound waves when transmitting sound waves through a speaker, sound waves may be transmitted on a different frequency having a slight error rather than the originally set reference frequency according to the hardware characteristics of the speaker. You can receive accurate data through. In addition, even when multiple sound waves overlap, data can be correctly received.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sound wave communication apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a hardware correction table according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a sound wave transmitter according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a data frequency generation module generates a hexadecimal frequency block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which an encryption key is generated and a shift value is generated according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a data frequency shifted and encrypted using a left shift value according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a data frequency shifted and encrypted using a right shift value according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of converting decimal data into binary numbers and carrying them on a frequency in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of converting hexadecimal data into binary numbers and carrying them on a frequency in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a sound wave receiving unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a table in which only a frequency band corresponding to sound wave communication according to an embodiment of the present invention is sequentially stored in a sampling frequency array having frequency intervals.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the use of a portion where a decibel value of received correction area data is detected as the correction value according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which a correction value of '-1' is used according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a table showing decibel values of a predefined receive filter band according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a diagram illustrating a state in which a data frequency is shifted and decoded using a shift value according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a table in which decibels arranged at a separate reception filter frequency and a separate reception filter frequency are extracted and stored in a reception corrected sampling frequency array according to an embodiment of the present invention.
  • 18 is an array factor of a sound wave transceiver array allocated to a separated reception filter frequency extracted by extracting a frequency separation filter filter having the largest decibels among decibels arranged in a separate reception filter frequency in a decoded sound wave transceiver array according to an embodiment of the present invention; A diagram showing how decibels of data frequencies are extracted in ascending order.
  • 19 is a flowchart illustrating a sound wave communication process according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a flowchart illustrating a sound wave transmission process according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a flowchart illustrating a sound wave receiving process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a sound wave communication apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing an example of the configuration of a hardware correction table according to an embodiment of the present invention.
  • the sound wave communication apparatus may include a hardware correction table, a sound wave transmitter 100, and a sound wave receiver 200.
  • the hardware correction table sets a correction frequency band to which a correction frequency is assigned for each correction value for correcting an error according to a hardware characteristic of the sound wave transmitter 100, and corrects the reference frequency to a correction value '0'.
  • the sound wave may be transmitted on another frequency having a slight error rather than the originally set reference frequency according to the hardware characteristic of the speaker. It is provided in the transmitter 100 and the sound wave receiver 200, respectively.
  • the correction frequency assigned to the correction value '0' will be referred to as a correction reference frequency.
  • An example of a hardware calibration table is shown in FIG. Referring to FIG.
  • the correction frequency band has an 18,095 Hz band at 18,065 Hz, the correction frequency is allocated at 5 Hz intervals, and has a correction value of 3 at 18,065 Hz, and has a correction value of 2 at 18,070 Hz, and at 18,075 Hz. It has a correction value of 1, has a correction value of 0 at 18,080 Hz, has a correction value of -1 at 18,085 Hz, has a correction value of -2 at 18,090 Hz, and has a correction value of -3 at 18,095 Hz. It can be seen that. Therefore, 18,080 Hz with a zero correction value corresponds to the correction reference frequency.
  • the correction value of the hardware correction table is stored at the same value in the sound wave transmitter 100 and the sound wave receiver 200.
  • the sound wave transmitter 100 generates a data frequency allocated to a data digit having a binary number of '1' with a set default decibel, and for receiving data loaded in a sound wave transmitted from the nearest place when receiving a sound wave.
  • a separate receive filter frequency is generated in the size of the basic decibel to transmit sound waves through the speaker.
  • the sound wave transmitter 100 transmits a sound wave signal after starting the microphone of the sound wave receiver 200.
  • the microphone is preferably made of a device with low impedance.
  • a sound wave signal is a signal carried in a sound wave frequency band, for example, 18,000 Hz to 19,800 Hz.
  • the sound wave transmitter 100 of the present invention includes hardware characteristic error correction means for correcting an error due to hardware characteristics, and sound wave receiver 200 when sound waves are repeatedly received due to sound wave transmission of a plurality of sound wave transmitters 100. It provides a redundant sound wave separation means that can extract and receive only the sound wave transmitted from the sound wave transmitter 100 closest to the.
  • the sound wave transmitter 100 selects a correction frequency for hardware transmission correction and transmits the signal at the size of the basic decibel.
  • the conventional sound wave communication has a problem in that data cannot be received when a plurality of sound waves are overlapped because there is no standard for separating data when generating different signals in the same region due to the characteristics of sound waves.
  • the sound wave transmitter 100 of the present invention generates a data frequency allocated to a data digit having a binary number of '1' as the overlapping sound wave separation means with a set default decibel size, and is closest to the sound wave reception.
  • a separate reception filter frequency for receiving data carried in sound waves transmitted from the place is generated in the size of the basic decibel to transmit sound waves through the speaker.
  • the sound wave transmitter 100 will be described in detail with reference to FIG. 3.
  • the sound wave receiver 200 receives a sound wave signal transmitted through the speaker of the sound wave transmitter 100 from the speaker and restores the data.
  • the sound wave receiver 200 of the present invention performs correction in consideration of the characteristics of the speaker that transmitted the sound wave, and can also restore data by extracting only the sound wave signal transmitted closest from the overlapping sound wave signals.
  • the sound wave receiver 200 receives a sound wave signal transmitted from the sound wave transmitter 100, extracts and arranges decibels for each of the data frequencies, and then shifts the array by a correction value extracted using a hardware correction table.
  • the data is recovered by extracting the decibels of the data frequencies in ascending order of the number of array factors assigned to the separated receive filter frequencies having the largest decibels among the bands of the separated receive filter frequencies. This will be described in detail below.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a sound wave transmitter 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the sound wave transmitter 100 may include a data frequency generation module 110, a frequency block encryption module 120, and a data frequency transmission module 130.
  • the data frequency generation module 110 may generate a binary data frequency block and selectively generate a data frequency of the hexadecimal data frequency block.
  • the binary frequency block generation generates a separate receive filter frequency block in which a separate receive filter frequency is allocated for receiving data in the vicinity of data transmission in the same area as the data frequency block for receiving data in binary format.
  • the data frequency generation module 110 generates an acoustic wave transmission / reception array having the data digits plus the number of binary transmission data and the number of parity bits as an array factor, and assigns different data frequencies having the same interval to the data digits.
  • a data frequency block may be generated, and a separate reception filter frequency block may be generated in which different separate reception filter frequencies are allocated for each data digit.
  • a block having a total of 34 array factors is generated to generate a data frequency block and a separate receive filter frequency block each having a data frequency of 50 Hz.
  • frequency interval is adjusted according to the size of data to be transmitted, larger data can be transmitted, and the last two blocks are used as parity areas for validation.
  • the reception filter frequency for the separation of the overlapping sound wave signals due to the transmission of multiple speakers uses the center frequency of the data frequency interval.
  • the separate reception filter frequency assigned to the Nth data digit the intermediate frequency of the data frequency assigned to the N-1 data digit and the data frequency assigned to the N + 1 data digit is used.
  • 32 unique powers of 2 may be transmitted to two blocks for validating 32 blocks for data transmission.
  • 2 32 4,294,967,296 valid codes can be sent.
  • the last 33 blocks of the data frequency block of FIG. 4 are generated by dividing the sum of the number of odd block frequency occurrences by 2 by the parity detection frequency by generating the remainder of 1 and not generating by 0.
  • the last 34 blocks of the data frequency block of FIG. 4 are generated by dividing the sum of the number of even-block frequency occurrences by 2 as parity detection frequencies by generating the remainder of 1 and not generating by 0.
  • the reception filter frequency generates only one frequency during data transmission and represents the number of frequency generations 1 to 34 of the data transmission block. For example, when '11111111111111111111111111111' (32 data frequencies and 2 parity frequencies) occurs in binary, a total of 34 frequencies of 1,9750 Hz are generated.
  • binary frequency transmission can produce more combinations in a limited frequency range than hexadecimal frequency transmission, but generation of hexadecimal frequency blocks with enhanced validation is desirable in places where frequency interference is extremely high.
  • the data frequency generation module 110 generates the hexadecimal frequency block together with FIG. 5 will be described.
  • the hexadecimal frequency block generation generates a sound wave data separation reception filter frequency block for receiving data in the vicinity of data transmission in the same area as the data frequency block for receiving data in hexadecimal format.
  • a total of 40 blocks of 5 ⁇ 8 are generated, and the frequencies are arranged in units of 40 Hz.
  • the reception filter frequency for separation of the sound wave signals superimposed due to the transmission of a plurality of speakers uses the center frequency of the data frequency interval (same as the generation of binary frequency blocks).
  • a frequency block for transmitting data that can be represented to FFFFFFF, which is 7 hexadecimal digits, is generated.
  • the data frequency Y-axis parity check of FIG. 5 is divided into two to the sum of the columns of the frequency blocks to be transmitted, and if the remainder is 1, a frequency is generated.
  • the X-axis parity check divides the sum of each row of the transmitted frequency block by 2 and generates a frequency when the remainder is 1, and does not occur when 0.
  • the parity check is divided into two sums of the generation blocks of the Y-axis parity and the X-axis parity, and if the remainder is 1, the frequency is not generated.
  • a reception filter frequency When generating a hexadecimal frequency block, like generating a binary frequency block, a reception filter frequency generates only one frequency during data transmission and represents the number of frequency generations 1 to 34 of the data transmission block.
  • the frequency block encryption module 120 has a problem that binary or hexadecimal frequency blocks may be exposed and used for malicious purposes.
  • the present invention enhances security by changing the frequency of the frequency block in real time. That is, the present invention can solve the problem that can be used for malicious purposes even if the frequency generated by implementing the frequency value of the frequency block is changed and transmitted from time to time.
  • the frequency block encryption module 120 generates an encrypted left shift value and an encrypted right shift value by using the generated encryption key, and an odd sequence of data digits of the frequency block of the data frequency block and the separated reception filter frequency block. Or shift the frequency arranged in any one column of the even column to the left by the encryption left shift value, and shift the frequency arranged in the column not shifted to the left among the data digits of the frequency block to the right by the encryption right shift value. Replace and encrypt.
  • the sound wave communication transmitter via S / W generates an encryption key using a combination of year + month + day + hour + minute in a time of a central server or a local server.
  • the sender through an independent H / W sound generator generates an encryption key with a combination of year + month + day + hour + minute using the built-in timer.
  • the encryption key may be generated by combining the times of the timer built in the sound wave transmitter 100 or by combining the times of the servers connected to the network.
  • the encryption key may have the form of YYYYMMDDhhmm (201504271202).
  • the sum of any one of odd and even columns of the encryption key is calculated as an encryption left shift value, and the other columns of the encryption key are combined to generate an encryption right shift value.
  • a left shift value and a right shift value as shown in FIG. 6 (b) may be generated. That is, the left shift value may correspond to a reference column + odd column, and the right shift value may correspond to a reference column + even column.
  • the reference string is a 'l' column which is the last column of the encryption key, the left shift value and the right shift value can be generated as shown in Equation 1 below to obtain the value of FIG. 6 (b).
  • the odd column of the number of digits of the frequency block is shifted by the corresponding value using the left shift value and replaced with the frequency of the shifted digit. If you move to the first digit while moving to, move to the last digit and rotate the loop.
  • the even column among the number of digits in the frequency block is replaced with the frequency of the digit shifted by the corresponding value using the right shift value as shown in FIG. 8, except that the last digit shifts to the right when the next digit is moved. Move around and loop.
  • the data frequency transmission module 130 converts the data to be transmitted to binary to generate a data frequency assigned to the data digit having the converted value '1' with the set default decibel size, and the converted value is '1'.
  • the frequency block is encrypted, and then the decimal data to be transmitted is converted to binary to generate a frequency of the corresponding digit.
  • a frequency corresponding to the number of digits of the reception filter frequency is generated by adding the number of frequencies generated in the data frequency block. Generates a frequency located at the calibration value '0' of the calibration reference frequency for hardware outgoing calibration.
  • the decimal data '1234' when '1234' is converted into a binary number, the following frequency corresponding to the binary number of 10011010010 is transmitted. Since the number of frequencies generated in the data frequency block is six, 18,350 Hz corresponding to the sixth digit of the separated reception filter frequency block is transmitted as the basic decibel. The 18,080 Hz frequency located at the correction value '0' of the correction reference frequency for hardware transmission correction is generated as the basic decibel.
  • a sinusoidal wave (sine wave) is generated using the extracted transmission frequency as the same basic decibel and transmitted through a speaker.
  • the transmission frequency is rearranged through the frequency block encryption module 120 and then transmitted again.
  • the frequency block is encrypted and then the hexadecimal data to be transmitted is converted to binary to generate a frequency of the corresponding digit.
  • a frequency corresponding to the number of digits of the reception filter frequency is generated by adding the number of frequencies generated in the data frequency block. Generates a frequency located at the calibration value '0' of the reference frequency for hardware outgoing calibration.
  • the hexadecimal data called 'F00000F' when converted to binary numbers, seven four-byte binary numbers of 1111, 0000, 0000, 0000, 0000, and 1111 are generated.
  • the data frequency block Since the number of frequencies generated in the data frequency block is eight, 18,390 Hz corresponding to the eighth digit of the separated reception filter frequency block is transmitted as the basic decibel.
  • the 18,080 Hz frequency located at the correction value '0' of the correction reference frequency for hardware transmission correction is generated as the basic decibel.
  • the frequency block encryption module 120 encrypts the frequency block generated by the data frequency generation module 110 as an example in which the frequency block encryption module 120 is applied.
  • An example of performing frequency transmission on a frequency allocated to data digits of an encrypted frequency block has been described.
  • the present invention is not limited thereto, and it will be apparent that an embodiment of generating a frequency block in the data frequency generation module 110 and transmitting data through the data frequency transmission module 130 directly without encryption is also possible.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a sound wave receiver according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the sound wave receiver 200 of the present invention receives sound wave data by automatically detecting an output error (hz) generated according to characteristics of a speaker or an acoustic device (H / W) when transmitting data frequencies through the same sound wave communication transmission software. All H / W can be used as a transmitter to do so.
  • H / W can be used as a transmitter to do so.
  • the sound wave transmitter 100 encrypts the frequency of the frequency block to perform an encryption analysis that can be interpreted at the time of transmission, in which case the encryption analysis allows the same frequency array as the sound wave transmitter 100 to be synchronized in real time.
  • a module that separates sound wave data so that it can receive sound wave data from the nearest place when the data frequencies of different signals are transmitted in the same place, so that multiple sound wave signals can be used in the same place without interference.
  • the sound wave receiver 200 may include a sound wave data receiving module 210, a fast Fourier transform module 220, a reception correction module 230, a sound wave data separating module 240, and a validation module 250. Can be.
  • the sound wave data receiving module 210 corresponds to a microphone provided in a smartphone or a tablet PC, and receives sound wave data of about 10 ms at a predetermined time interval through the microphone resource.
  • the fast Fourier transform module 220 extracts decibels by fast Fourier transforming (FFT) the received sound wave signal at a set sampling interval and places the decibels in the sampling frequency array.
  • FFT Fast Fourier transforming
  • the FFT Fast Fourier Transform
  • FFT analysis can convert time data into frequency data in 5hz units with 44,100 sampling rates of 8820 blocks. As the data size transmitted from the sound wave transmitter 100 increases, the number of blocks is increased to narrow the frequency interval. As shown in FIG. 12, the analyzed FFT data is sequentially stored in a sampling frequency array having frequency intervals of only frequency bands (18000 hz to 19800 hz) corresponding to sound wave communication.
  • the reception correction module 230 determines, as a correction frequency, a frequency at which the largest decibel is detected in the correction frequency band, and receives and corrects the decibels arranged in the sampling frequency array by a correction value assigned to the correction frequency.
  • the reception correction module 230 is a module developed to receive accurate data that is not limited to mechanical characteristics by correcting a frequency error generated by the mechanical (H / W) characteristic of the transmitter.
  • the fast Fourier transform module 220 detects the frequency array of the reception correction region in the array analyzed. As shown in the diagram of FIG. 13, the portion where the decibel value of the reception correction area data is detected is used as the correction value. If the correction value is '0', the encryption analysis module is performed without applying correction logic to the original FFT analysis data.
  • the encryption analysis module is executed after shifting the decibel value of the original FFT analysis data by the correction value. For example, if 18,085 Hz has a decibelly large decibel at the frequency of the reception correction band, it may be regarded that the 18,080 Hz reference frequency has been shifted by 5 Hz. Thus, as shown in FIG. 14, reception correction is performed to move the decibel by a correction value '-1' allocated to 18,085 Hz.
  • the decoding module processes only the frequencies of the predefined reception filter band after the other processes are blinded through the reception filter. Accordingly, as shown in FIG. 15, a predefined reception filter band may be extracted and processed.
  • the decryption module generates a decryption left shift value and a decryption right shift value by using an encryption key to shift a frequency disposed in any one of an odd column or an even column among the array factors of the sound wave transmission / reception array to the left by the decryption left shift value. And shift the frequency arranged in the column which is not shifted to the left among the array factors of the sound wave transmission / reception array to the right by the decoding right shift value, and replace the frequency.
  • the decibel is extracted, and decibels disposed at the separated reception filter frequency and the separate reception filter frequency are extracted from the received corrected sampling frequency array and placed in the sound wave transmission / reception array.
  • the encryption key is generated based on the GPS time of the central server, the local server, or the smartphone.
  • Generation of the encryption key is the same as the encryption key generated by the frequency block encryption module 120 of the sound wave transmitter 100, and the specific columns of the generated encryption keys are summed to determine the left shift value and the right shift value.
  • the frequencies of the odd array elements are shifted by the left shift value as shown in Fig. 16 (a), and the odd number array factors are shown in Fig. 16 (b) according to the right shift value. Shift the frequencies by the left shift value.
  • the decibels arranged at the separate reception filter frequency and the separation reception filter frequency are extracted and stored from the reception-corrected sampling frequency array.
  • the same shift value is used to move the same as the transmitter.
  • both encryption and decryption only the frequency is shifted.
  • the sound wave transmitter transmits the frequency of the corresponding block after shifting the frequency to the extracted shift value
  • the sound wave transmitter shifts the frequency to the specific block with the corresponding key value and transmits the frequency, so that the decoding module of the sound wave receiver 200
  • the received frequency is marked and interpreted in the corresponding block.
  • the sound wave data separation module 240 is allocated to the separated reception filter frequency extracted by extracting the separation reception filter frequency having the largest decibel among the decibels arranged in the separation reception filter frequency in the decoded sound wave transmission / reception array as shown in FIG. 18. Data is recovered by decibeling the data frequencies in ascending order of the number of array factors of the sound wave transceiver array.
  • Conventional sound wave communication has a problem in that data cannot be received because there is no standard for separating data when different signals are generated in the same area due to the characteristics of sound waves, but signals transmitted from the nearest place through the sound wave data separation module of the present invention. Can be received.
  • the separated reception filter frequency having the largest decibel among the decibels arranged in the separated reception filter frequency is 18,350 Hz
  • six array factors may be extracted in the order of having the largest decibels among the decibels of the data frequency. Therefore, as shown in FIG. 9, when the parity bit is '00' and becomes '10001101001' (data) + '00' (parity) and the entire data is transmitted as '100110100100', the separated reception filter frequency is 22,25, An array factor of 26, 28, 31, and 34 may be extracted and '100110100100' may be received as received data.
  • the decibel value of the separated reception filter frequency is the value of the frequency data reception number of the transmitter originating from the closest factor value of the array factor.
  • the sound wave transmitting unit 100 transmits data frequencies with the same basic decibels, when the data frequency decibels are received as much as the value of the array factor extracted in order, the data frequency can be received from the nearest place. It is.
  • n array factor of Max (receive filter decibels)
  • the validation module 250 performs validation of the restored data using the parity bits in the data recovered through the sound wave data separation module 240.
  • the frequency of block 33 must be received simultaneously. If the frequency corresponding to the number 33 is not received even though it is odd, it is recognized that the data reception is wrong and is received again and analyzed. This analysis can be done for example five times in total.
  • the frequency of the 34th block should be simultaneously received. If it is odd and the frequency corresponding to block 34 is not received, the data is recognized as wrong and received again and analyzed. This analysis can be done for example five times in total. For reference, if an error occurs during the validation and a certain number of times (for example, a total of five times) are accumulated, the reception is performed again after waiting for a predetermined time.
  • the frequency block encryption module 120 performs encryption on a frequency block generated by the data frequency generation module 110 and performs frequency transmission on a frequency allocated to data digits of an encrypted frequency block.
  • the present invention is not limited thereto, and the data frequency generation module 110 may receive the data when the data is directly transmitted through the data frequency transmission module 130 without encryption of the frequency block, and then receive the data to restore the data without decryption. Will be self explanatory.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating a sound wave communication process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a sound wave transmission process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 21 is a sound wave reception according to an embodiment of the present invention. This is a flowchart showing the process.
  • the sound wave communication process of the present invention may have a hardware correction table generation process (S190), a sound wave transmission process (S200), and a sound wave reception process (S210).
  • the hardware correction table generation process sets a correction frequency band to which a correction frequency is assigned for each correction value correcting an error according to a hardware characteristic of a speaker transmitting sound waves, and assigns a correction reference frequency to the correction value '0'. To generate a hardware correction table.
  • the sound wave When transmitting a sound wave signal, the sound wave may be transmitted on another frequency having a slight error rather than the originally set reference frequency according to the hardware characteristic of the speaker. It is provided in the transmitter 100 and the sound wave receiver 200, respectively.
  • the correction frequency assigned to the correction value '0' will be referred to as a correction reference frequency.
  • An example of a hardware calibration table is shown in FIG. Referring to FIG. 2, the correction frequency band has an 18,095 Hz band at 18,065 Hz, the correction frequency is allocated at 5 Hz intervals, and has a correction value of 3 at 18,065 Hz, and has a correction value of 2 at 18,070 Hz, and at 18,075 Hz.
  • the sound wave transmission process (S200) generates a data frequency block for allocating data for each data frequency, and generates a separate reception filter frequency block for receiving data contained in sound waves transmitted from the closest place at the time of sound wave reception. to be.
  • the sound wave transmission process S200 will be described in detail with reference to FIG. 20 and may include a frequency block generation process S202, an encryption process S204, and a frequency transmission process S206.
  • an acoustic wave transmission / reception array having an array factor of data digits obtained by adding the number of binary transmission data and the number of parity bits is generated, and assigning different data frequencies having the same interval to the data digits.
  • a frequency block generation process (S202) of generating a data frequency block and generating a separate reception filter frequency block in which a separate reception filter frequency is allocated to each data digit is performed. For example, as shown in FIG. 4, an acoustic wave transmit / receive array having an array factor of 34 data digits including 32 number of binary transmission data and 2 number of parity bits is generated, and the data frequency and Assign separate receive filter frequencies, respectively.
  • the encryption key is generated by combining the time of the central server or the local server with year + month + day + hour + minute.
  • the sender through an independent H / W sound generator generates an encryption key with a combination of year + month + day + hour + minute using the built-in timer.
  • the encryption key may be generated by combining the times of the timer built in the sound wave transmitter 100 or by combining the times of the servers connected to the network.
  • the encryption key may have the form of YYYYMMDDhhmm (201504271202).
  • the sum of any one of odd and even columns of the encryption key is calculated as an encryption left shift value, and the other right columns of the encryption key are combined to generate an encryption right shift value.
  • the odd column of the number of digits of the frequency block is shifted by the corresponding value using the left shift value and replaced with the frequency of the shifted digit. If you move to the first digit while moving to, move to the last digit and rotate the loop. Similarly, the even column among the number of digits in the frequency block is replaced with the frequency of the digit shifted by the corresponding value using the right shift value as shown in FIG. 8, except that the last digit shifts to the right when the next digit is moved. Move around and loop.
  • the data to be transmitted is converted into binary to generate the data frequency assigned to the data digit having the converted value '1' with the set default decibel size, and the converted value is '1'.
  • decimal data is converted to binary and loaded on a frequency
  • FIG. 10 in which binary data is converted to binary and loaded on a frequency
  • the number of data digits having a value of '1' is shown. It transmits as the size of the basic decibels to the data frequency assigned to the, and transmits as the size of the basic decibels to the separate reception filter frequency and the correction reference frequency.
  • frequency block encryption is applied, frequency block encryption is performed, and frequency transmission is performed on a frequency allocated to the data digits of the encrypted frequency block.
  • the present invention is not limited thereto and may generate a frequency block to transmit data through direct data frequency transmission without encryption.
  • the other side has a sound wave reception process (S210).
  • the sound wave receiving process S210 after receiving the sound wave signal transmitted from the sound wave transmitter 100, extracting and arranging decibels for each data frequency, the array is corrected by shifting the arrangement by the correction value extracted using a hardware correction table. The process of restoring data by extracting the decibels of the data frequencies in ascending order of the number of array factors assigned to the separated receive filter frequencies having the largest decibels among the bands of the separated receive filter frequencies.
  • the sound wave reception process S210 will be described in detail with reference to FIG. 21, and may include a fast Fourier transform process S212, a reception correction process S214, a decoding process S216, and a sound wave data separation process S218. In addition, it may have a validation process (S219).
  • the fast Fourier transform process (S212) is a process of extracting decibels by performing fast Fourier transform (FFT) on a received sound wave signal at a set sampling interval and arranging the decibels in a sampling frequency array.
  • FFT fast Fourier transform
  • FFT analysis can convert time data into frequency data in 5hz units with 44,100 sampling rates of 8820 blocks. As the data size transmitted from the sound wave transmitter 100 increases, the number of blocks is increased to narrow the frequency interval. As shown in FIG. 12, the analyzed FFT data is sequentially stored in a sampling frequency array having frequency intervals of only frequency bands (18000 hz to 19800 hz) corresponding to sound wave communication.
  • a frequency at which the largest decibel is detected in the correction frequency band is determined as the correction frequency, and the reception correction is performed by moving the decibels arranged in the sampling frequency array by the correction value assigned to the correction frequency.
  • the portion where the decibel value of the reception correction area data is detected is used as the correction value. If the correction value is '0', the encryption analysis module is performed without applying correction logic to the original FFT analysis data. However, if the correction value is not 0, the encryption analysis module is executed after shifting the decibel value of the original FFT analysis data by the correction value.
  • reception correction is performed to move the decibel by a correction value '-1' allocated to 18,085 Hz.
  • a decryption left shift value and a decryption right shift value are generated by using an encryption key, and the frequency arranged in an odd column among the array factors of the sound wave transmission / reception array is shifted left by the decryption left shift value, and replaced.
  • After shifting the frequency arranged in the even-numbered sequence to the right by the decoding right shift value in the array factor of the sound wave transmission / reception array extracting the data frequency and the decibels arranged in the data frequency from the received-corrected sampling frequency array, and receiving the The decibels arranged at the separated reception filter frequency and the separated reception filter frequency are extracted from the corrected sampling frequency array and placed in the sound wave transmission / reception array.
  • the generation of the encryption key is the same as the encryption key generated by the frequency block encryption module 120 of the sound wave transmitter 100.
  • the specific column of the generated encryption key is summed into a left shift value and a right shift value.
  • Decide According to the determined left shift value, the frequencies of the odd array elements are shifted by the left shift value as shown in Fig. 16 (a), and the odd number array factors are shown in Fig. 16 (b) according to the right shift value. Shift the frequencies by the left shift value. As shown in FIG. 17, the decibels arranged at the separate reception filter frequency and the separation reception filter frequency are extracted and stored from the reception-corrected sampling frequency array.
  • the data are recovered by extracting the array factors in ascending order of decibels of the data frequency by the number of. For example, as illustrated in FIG. 18, an array of sound wave transmit / receive arrays allocated to the separated receive filter frequency extracted by extracting the separated receive filter frequency having the largest decibel among decibels arranged in the separated receive filter frequency in the decoded sound wave transmit / receive array shown in FIG. 18.
  • Data is recovered by decibeling the data frequencies in the order of the number of factors.
  • Conventional sound wave communication has a problem in that data cannot be received because there is no standard for separating data when different signals are generated in the same area due to the characteristics of sound waves, but signals transmitted from the nearest place through the sound wave data separation module of the present invention. Can be received.
  • the received data recovered by separating the sound wave data may further have a validation process (S219).
  • the validation process (S219) the data restored through the sound wave data separation module 240 is validated using the parity bits.
  • the frequency of block 33 must be received simultaneously. If the frequency corresponding to the number 33 is not received even though it is odd, it is recognized that the data reception is wrong and is received again and analyzed. Also, if the sum of the frequencies marked in the even columns of the frequency blocks 1 to 32 of the data area is an odd number, the frequency of the 34th block should be simultaneously received. If it is odd and the frequency corresponding to block 34 is not received, the data is recognized as wrong and received again and analyzed. This analysis can be done for example five times in total.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 음파 통신 장치에 관한 것으로서, 음파를 송신하고 이를 수신하여 데이터를 주고 받는 음파 통신 장치이다. 본 발명의 실시 형태는 상기 음파 송신부의 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는 보정값별로 보정 주파수가 할당된 보정 주파수 대역을 설정하여, 보정값 '0'에 보정 기준 주파수를 할당한 하드웨어 보정 테이블; 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키고, 하드웨어 발신 보정을 위한 상기 보정 기준 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 음파 송신부; 및 상기 음파 송신부에서 송신한 음파 신호를 수신하여 상기 데이터 주파수별로 데시벨을 추출하여 배열시킨 후, 상기 하드웨어 보정 테이블을 이용하여 추출한 보정값만큼 배열을 시프트시켜 보정을 하고, 분리 수신 필터 주파수의 대역 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수에 할당된 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원하는 음파 수신부;를 포함할 수 있다.

Description

음파 통신 장치 및 방법
본 발명은 음파 통신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 음파를 송신하고 이를 수신하여 데이터를 주고 받는 음파 통신 장치 및 방법이다.
와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 근거리 무선 통신을 이용한 게임 및 채팅이 활성화되려면 현재 시중에서 사용 중인 거의 모든 이동통신단말기에서 별도의 장치를 추가하지 않고 소프트웨어 다운로드만으로 사용 가능한 근거리 통신방식이 필요하다. 이동통신단말기는 기본적으로 음성통신 기능이 구비되어 있는 점에 착안하면 음파를 이용한 통신이 유효한 대안이 될 수 있다.
또한, 많은 경우에 음파통신은 블루투스 등 RF 통신보다 저전력 통신이 가능하다. 음파통신은 바이오메트릭스(Biometrics, Inc.)의 미국 특허 제 5,848,027호에 개시되어 있다. 상기 특허에서는 디지털 디스플레이 손목시계 등의 휴대용 단말의 비프음을 이용하여 PC에 디지털 데이터를 전송하는 방법과 시스템을 기술한다.
이 시스템은 데이터를 전송하기 위하여 BFSK(Binary Frequency Shift Keying)변조와 ASK(Amplitude Shift Keying) 등의 CW(Continuous Waveform)변조를 이용한다.
BFSK 변조 방식은 2개의 특정 주파수 음파에 각각 0과 1을 할당하는 방식이고, CW 변조 방식은 주파수와 무관하게 특정 세기 이상의 소리를 특정 시간 이상 지속하는 것을 1로 할당하고, 소리가 없는 상태를 특정 시간 이상 지속하는 것을 0으로 할당하는 방식이다. 이러한 변조 방식에 의한 통신은 특정 단위 시간 동안 2개 형태의 음파로 1비트의 데이터만을 전송할 수 있다.
통상적인 이동통신단말기에서 사용하는 음파는 전파에 비해 상당히 저주파이기 때문에 전송할 데이터 열을 구분할 시간인 단위 시간이 전파에 비해 상당히 길다. 따라서 미국 특허 제 5,848,027호와 같이 2가지 형태의 음파만을 이용하여 단위 시간 동안 1비트만을 전송할 경우 전송속도가 낮을 수밖에 없다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 2가지 형태의 음파만이 아닌 다양한 주파수음을 갖는 음파를 사용하여 통신하는 방식이 제안되었다. 즉, 사용되는 주파수음을 음악에서 사용되는 음높이 주파수로 정하여 각각의 음높이 주파수에 데이터 디지털값을 대응시키고 다양한 주파수음을 전송하여 디코드함으로써 통신한다. 이렇게 하여 단위 시간당 다수의 비트를 전송하게 된다.
그런데, 상기와 같이 2진수 비트 또는 2진수를 초과하는 비트를 이용하여 음파 통신을 하는데 있어서, 하드웨어 특성을 고려하지 않은 단점이 있다. 즉, 스피커를 통하여 음파를 발신할 때 스피커의 하드웨어 특성에 따라서 원래 설정된 기준 주파수가 아닌 약간의 오차를 가지는 다른 주파수에 실려 음파가 발신될 수 있는데, 이를 수신한 마이크에서 원래의 기준 주파수에서 복조하기 때문에 정확한 데이터를 수신하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
또한 기존의 음파 통신은 음파의 특성상 동일한 영역에서 서로 다른 신호를 발생시에 데이터를 분리할 수 있는 기준이 없기 때문에, 다수의 음파가 중복되는 경우 데이터를 수신할 수 없는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는데 있다. 또한 다수의 음파가 중복되는 경우에도 가장 가까운 곳에서 발신되는 데이터를 정확하게 수신할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 상기 음파 송신부의 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는 보정값별로 보정 주파수가 할당된 보정 주파수 대역을 설정하여, 보정값 '0'에 보정 기준 주파수를 할당한 하드웨어 보정 테이블; 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키고, 하드웨어 발신 보정을 위한 상기 보정 기준 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 음파 송신부; 및 상기 음파 송신부에서 송신한 음파 신호를 수신하여 상기 데이터 주파수별로 데시벨을 추출하여 배열시킨 후, 상기 하드웨어 보정 테이블을 이용하여 추출한 보정값만큼 배열을 시프트시켜 보정을 하고, 분리 수신 필터 주파수의 대역 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수에 할당된 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원하는 음파 수신부;를 포함할 수 있다.
상기 음파 송신부는, 2진수 송신 데이터의 개수와 패리티 비트의 개수를 더한 데이터 자리수를 배열 인자로 가지는 음파 송수신 배열을 생성하여, 상기 데이터 자리수에 동일한 간격을 가지는 각각 다른 데이터 주파수를 할당한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 상기 데이터 자리수마다 각각 다른 분리 수신 필터 주파수를 할당한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 데이터 주파수 생성 모듈; 및
송신하려는 데이터를 2진수로 변환하여 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 상기 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터의 개수와 동일한 데이터 자리수에 할당된 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 데이터 주파수 발신 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 음파 송신부는, 암호화키를 생성하고, 생성되는 암호화 키를 이용하여 암호화 좌측 시프트값과 암호화 우측 시프트값을 생성하여, 상기 데이터 주파수 블록과 분리 수신 필터 주파수 블록으로 된 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하여, 상기 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체하여 암호화하는 주파수 블록 암호화 모듈;을 포함하며, 상기 데이터 주파수 발신 모듈은, 암호화된 주파수 블록의 데이터 자리수에 할당된 주파수에 대하여 주파수 발신을 수행할 수 있다.
음파 송신부에 내장된 타이머의 시간을 조합하거나, 네트워크에 연결된 서버의 시간을 조합하여 암호화 키를 생성하며, 상기 암호화 키의 홀수열이나 짝수열 중 어느 하나의 열을 합하여 암호화 좌측 시프트값으로 산출하며, 상기 암호화 키의 나머지 다른 열을 합하여 암호화 우측 시프트값을 생성할 수 있다.
N번째 데이터 자리수에 할당되는 분리 수신 필터 주파수는, N-1 데이터 자리수에 할당되는 데이터 주파수와 N+1 데이터 자리수에 할당되는 데이터 주파수의 중간 주파수임을 특징 할 수 있다.
상기 음파 수신부는, 수신되는 음파 신호를 설정된 샘플링 간격으로 고속퓨리에변환(FFT)하여 데시벨을 추출하여 샘플링 주파수 배열에 배치하는 고속 퓨리에 변환 모듈; 상기 보정 주파수 대역에서 가장 큰 데시벨이 검출되는 주파수를 보정 주파수로서 결정하며, 상기 보정 주파수에 할당된 보정값만큼 상기 샘플링 주파수 배열에 배치된 데시벨을 이동시켜 수신 보정하는 수신 보정 모듈; 상기 암호화 키를 이용하여 복호화 좌측 시프트값과 복호화 우측 시프트값을 생성하여 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하며, 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체한 후, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 데이터 주파수와 상기 데이터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하며, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 분리 수신 필터 주파수와 상기 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 상기 음파 송수신 배열에 배치하는 복호화 모듈; 및 상기 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 배열 인자를 추출하여 데이터를 복원하는 음파 데이터 분리 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 음파 통신 장치는, 상기 음파 데이터 분리 모듈을 통하여 복원된 데이터에서 상기 패리티 비트를 이용하여 복원된 데이터의 유효성 검증을 수행하는 유효성 검증 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태는, 음파를 송신하는 스피커의 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는 보정값별로 보정 주파수가 할당된 보정 주파수 대역을 설정하여, 보정값 '0'에 보정 기준 주파수를 할당하여 하드웨어 보정 테이블을 생성하는 과정; 데이터 주파수별로 데이터를 할당하기 위한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 음파 송신 과정; 및 음파 송신부에서 송신한 음파 신호를 수신하여 상기 데이터 주파수별로 데시벨을 추출하여 배열시킨 후, 상기 하드웨어 보정 테이블을 이용하여 추출한 보정값만큼 배열을 시프트시켜 보정을 하고, 분리 수신 필터 주파수의 대역 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수에 할당된 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원하는 음파 수신 과정;을 포함할 수 있다.
상기 데이터 송신 과정은, 2진수 송신 데이터의 개수와 패리티 비트의 개수를 더한 데이터 자리수를 배열 인자로 가지는 음파 송수신 배열을 생성하여, 상기 데이터 자리수에 동일한 간격을 가지는 각각 다른 데이터 주파수를 할당한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 상기 데이터 자리수마다 각각 다른 분리 수신 필터 주파수를 할당한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 주파수 블록 생성 과정; 및 송신하려는 데이터를 2진수로 변환하여 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 상기 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터의 개수와 동일한 데이터 자리수에 할당된 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 주파수 발신 과정;을 포함할 수 있다.
상기 주파수 블록 생성 과정과 주파수 발신 과정 사이에, 암호화키를 생성하고, 생성되는 암호화 키를 이용하여 암호화 좌측 시프트값과 암호화 우측 시프트값을 생성하여, 상기 데이터 주파수 블록과 분리 수신 필터 주파수 블록으로 된 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하여, 상기 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체하여 암호화하는 과정;을 더 포함하며, 상기 암호화된 주파수 블록의 데이터 자리수에 할당된 주파수에 대하여 상기 주파수 발신 과정을 수행할 수 있다.
상기 음파 수신 과정은, 수신되는 음파 신호를 설정된 샘플링 간격으로 고속퓨리에변환(FFT)하여 데시벨을 추출하여 샘플링 주파수 배열에 배치하는 고속 퓨리에 변환 과정; 상기 보정 주파수 대역에서 가장 큰 데시벨이 검출되는 주파수를 보정 주파수로서 결정하며, 상기 보정 주파수에 할당된 보정값만큼 상기 샘플링 주파수 배열에 배치된 데시벨을 이동시켜 수신 보정하는 수신 보정 과정; 상기 암호화 키를 이용하여 복호화 좌측 시프트값과 복호화 우측 시프트값을 생성하여 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하며, 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체한 후, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 데이터 주파수와 상기 데이터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하며, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 분리 수신 필터 주파수와 상기 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 상기 음파 송수신 배열에 배치하는 복호화 과정; 및 상기 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 배열 인자를 추출하여 데이터를 복원하는 음파 데이터 분리 과정;을 포함할 수 있다.
상기 음파 데이터 분리 과정이 있은 후, 상기 음파 데이터 분리 모듈을 통하여 복원된 데이터에서 상기 패리티 비트를 이용하여 복원된 데이터의 유효성 검증을 수행하는 유효성 검증 과정을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 스피커를 통하여 음파를 발신할 때 스피커의 하드웨어 특성에 따라서 원래 설정된 기준 주파수가 아닌 약간의 오차를 가지는 다른 주파수에 실려 음파가 발신될 수 있는데, 이를 수신하는 수신단에서 수신 보정을 통하여 정확한 데이터를 수신할 수 있다. 또한 다수의 음파가 중복되는 경우에도 데이터를 정확하게 수신할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음파 통신 장치의 구성 블록도를 도시한 그림.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하드웨어 보정 테이블의 구성 예시를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음파 송신부의 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 블록을 나타낸 도표.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 주파수 생성 모듈이 16진법 주파수 블록을 생성하는 예를 도시한 도표.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 암호화키를 생성하고 시프트값이 생성되는 예를 도시한 도표.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 좌측 시프트값을 이용하여 데이터 주파수가 이동되어 암호화되는 모습을 도시한 그림.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 우측 시프트값을 이용하여 데이터 주파수가 이동되어 암호화되는 모습을 도시한 그림.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 10진 데이터를 2진수로 변환하여 주파수에 실어 발생시키는 예를 도시한 도표.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 16진 데이터를 2진수로 변환하여 주파수에 실어 발생시키는 예를 도시한 도표.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 음파 수신부의 구성 블록도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 음파통신에 해당하는 주파수 대역만 주파수 간격을 가지는 샘플링 주파수 배열에 순차적으로 저장한 도표.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 수신 보정 영역 데이터의 데시벨 값이 가장 크게 검출된 부분을 보정 값으로 사용하는 모습을 도시한 도표.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 '-1'의 보정값이 이용되는 모습을 도시한 도표.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 미리 정의된 수신 필터 대역의 데시벨값들을 나타낸 도표.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 시프트값을 이용하여 데이터 주파수가 이동되어 복호화되는 모습을 도시한 그림.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 분리 수신 필터 주파수와 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 저장한 도표.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하는 모습을 도시한 도표.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 음파 통신 과정을 도시한 플로차트.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 음파 송신 과정을 도시한 플로차트.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 음파 수신 과정을 도시한 플로차트.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해서 보다 명확해질 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음파 통신 장치의 구성 블록도를 도시한 그림이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하드웨어 보정 테이블의 구성 예시를 도시한 그림이다.
음파 통신 장치는, 하드웨어 보정 테이블, 음파 송신부(100), 및 음파 수신부(200)를 포함할 수 있다.
하드웨어 보정 테이블은, 도 2에 도시한 바와 같이 음파 송신부(100)의 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는 보정값별로 보정 주파수가 할당된 보정 주파수 대역을 설정하여, 보정값 '0'에 보정 기준 주파수를 할당한 메모리 테이블이다. 음파 신호를 발신할 때 스피커의 하드웨어 특성에 따라서 원래 설정된 기준 주파수가 아닌 약간의 오차를 가지는 다른 주파수에 실려 음파가 발신될 수 있는데, 이러한 하드웨어 특성에 의한 오차를 보정하기 위하여 동일한 하드웨어 보정 테이블을 음파 송신부(100) 및 음파 수신부(200)에 각각 구비한다. 보정값 '0'에 할당된 보정 주파수를 보정 기준 주파수라 하기로 한다. 하드웨어 보정 테이블의 예시를 도 2에 도시하였다. 도 2를 참조하면, 보정 주파수 대역은 18,065Hz에서 18,095Hz 대역을 가지며, 보정 주파수가 5Hz 간격으로 할당되어 18,065Hz에서는 3의 보정값을 가지며, 18,070Hz에서는 2의 보정값을 가지며, 18,075Hz에서는 1의 보정값을 가지며, 18,080Hz에서는 0의 보정값을 가지며, 18,085Hz에서는 -1의 보정값을 가지며, 18,090Hz에서는 -2의 보정값을 가지며, 18,095Hz에서는 -3의 보정값을 가질 수 있음을 알 수 있다. 따라서 0의 보정값을 가지는 18,080Hz가 보정 기준 주파수에 해당된다.
이러한 하드웨어 보정 테이블의 보정값은 음파 송신부(100) 및 음파 수신부(200)에 동일한 값으로 저장된다.
음파 송신부(100)는, 2진수의 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시켜 스피커를 통해 음파를 송신한다.
음파 송신부(100)는, 음파 수신부(200)의 마이크를 기동시키고 나서 음파 신호를 송신한다. 마이크는 임피던스가 작은 소자로 제작됨이 바람직하다. 음파 신호는 음파 주파수 대역, 예컨대, 18,000Hz ~ 19,800Hz 사이에 실리는 신호이다.
특히, 본 발명의 음파 송신부(100)는, 하드웨어 특성에 의한 오차를 보정하는 하드웨어 특성 오차 보정 수단과, 다수의 음파 송신부(100)의 음파 송신으로 인하여 음파가 중복되어 수신되는 경우 음파 수신부(200)에서 제일 가까운 음파 송신부(100)에서 송신되는 음파만을 추출하여 수신할 수 있는 중복 음파 분리 수단을 제공한다.
음파 송신부(100)는, 하드웨어 특성 오차 보정 수단으로서, 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 주파수를 선택하여 기본 데시벨의 크기로 발신한다.
또한 기존의 음파 통신은 음파의 특성상 동일한 영역에서 서로 다른 신호를 발생시에 데이터를 분리할 수 있는 기준이 없기 때문에, 다수의 음파가 중복되는 경우 데이터를 수신할 수 없는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 본 발명의 음파 송신부(100)는, 중복 음파 분리 수단으로서 2진수의 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시켜 스피커를 통해 음파를 송신한다. 이하, 도 3과 함께 음파 송신부(100)에 대하여 상술한다.
음파 수신부(200)는, 음파 송신부(100)의 스피커를 통해 전송되는 음파 신호를 스피커에서 수신하여 데이터를 복원한다. 특히 본 발명의 음파 수신부(200)는 음파를 송신한 스피커의 특성을 고려한 보정을 수행하며, 또한 중복되는 음파 신호 중에서 가장 가까이서 발신된 음파 신호만을 추출하여 데이터를 복원할 수 있다. 이를 위해 음파 수신부(200)는, 음파 송신부(100)에서 송신한 음파 신호를 수신하여 상기 데이터 주파수별로 데시벨을 추출하여 배열시킨 후, 하드웨어 보정 테이블을 이용하여 추출한 보정값만큼 배열을 시프트시켜 보정을 하고, 분리 수신 필터 주파수의 대역 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수에 할당된 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원한다. 이하, 상술한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음파 송신부(100)의 구성 블록도이다.
음파 송신부(100)는, 데이터 주파수 생성 모듈(110), 주파수 블록 암호화 모듈(120), 및 데이터 주파수 발신 모듈(130)을 포함할 수 있다.
데이터 주파수 생성 모듈(110)은, 2진법 데이터 주파수 블록을 생성하고 16진법 데이터 주파수 블록을 선택적으로 데이터 주파수를 생성할 수 있다.
우선, 2진법 데이터 주파수 블록을 생성하는 예를 도 4와 함께 상술한다.
2진법 주파수 블록 생성은 2진수 형식의 데이터를 수신하기 위한 데이터 주파수 블록과 동일한 영역에서 데이터 발신시 가까운 곳의 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수를 할당한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성한다.
이를 위해 데이터 주파수 생성 모듈(110)은, 2진수 송신 데이터 개수와 패리티 비트 개수를 더한 데이터 자리수를 배열 인자로 가지는 음파 송수신 배열을 생성하여, 데이터 자리수에 동일한 간격을 가지는 각각 다른 데이터 주파수를 할당한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 데이터 자리수마다 각각 다른 분리 수신 필터 주파수를 할당한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 총 34개의 배열 인자를 가지는 블록을 생성하여 각각 50Hz 단위의 데이터 주파수를 각각 가지는 데이터 주파수 블록과 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성한다.
전송하려는 데이터의 크기에 따라 주파수 간격을 조절하면 더 큰 데이터를 전송 할 수 있으며 마지막 2블록은 유효성 검사를 위한 패리티 영역으로 사용한다.
다수의 스피커의 발신으로 인해 중첩 수신되는 음파 신호의 분리를 위한 수신 필터 주파수는 데이터 주파수 간격의 가운데 주파수를 사용한다. N번째 데이터 자리수에 할당되는 분리 수신 필터 주파수는, N-1 데이터 자리수에 할당되는 데이터 주파수와 N+1 데이터 자리수에 할당되는 데이터 주파수의 중간 주파수가 사용된다. 도 4의 예시를 참조하면 데이터 전송을 위한 블록 32개 유효성 검사를 위한 블록 2개로 2의 32승의 고유 값을 전송할 수 있다. 따라서 232= 4,294,967,296개의 유효한 코드를 보낼 수 있다.
도 4의 데이터 주파수 블록의 맨 마지막 33블록은 패리티 검출 주파수로 홀수 블록 주파수 발생 건수의 합을 2로 나누어 나머지가 1이면 발생, 0이면 발생시키지 않는다. 도 4의 데이터 주파수 블록의 맨 마지막 34블록은 패리티 검출 주파수로 짝수 블록 주파수 발생 건수의 합을 2로 나누어 나머지가 1이면 발생, 0이면 발생시키지 않는다.
수신 필터 주파수는 데이터 전송 시 유일하게 1개의 주파수를 발생시키며 데이터 전송 블록의 1부터 34까지의 주파수 발생 개수를 표현한다. 예를 들어 2진수로 '11111111111111111111111111111111'(32개의 데이터 주파수와 2개의 패리티 주파수)발생시 총 34개에 해당하는 1,9750Hz의 주파수를 발생한다.
한편, 2진법 주파수 전송은 16진법 주파수 전송보다 제한된 주파수 범위에서 더 많은 조합을 만들어 낼 수 있으나 주파수 간섭이 극히 많은 장소에서는 유효성 검사가 강화된 16진법 주파수 블록 생성이 바람직하다. 이하, 도 5와 함께 데이터 주파수 생성 모듈(110)이 16진법 주파수 블록을 생성하는 예를 설명한다.
16진법 주파수 블록 생성은 16진수 형식의 데이터를 수신하기 위한 데이터 주파수 블록과 동일한 영역에서 데이터 발신 시 가까운 곳의 데이터를 수신하기 위한 음파데이터 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성한다.
도 5의 데이터 주파수 블록의 예시를 보면 5 × 8의 총 40개의 블록을 생성하여 각각 40hz 단위로 주파수를 나열하였다.
전송하려는 데이터의 크기에 따라 주파수 간격을 조절하고 16진수 자리 수를 늘려주면 더 큰 데이터를 전송할 수 있으며 최 상단 열과 최 우측 열은 유효성 검사를 위한 패리티 영역으로 사용한다.
다수의 스피커의 발신으로 인해 중첩 수신되는 음파 신호의 분리를 위한 수신필터 주파수는 데이터 주파수 간격의 가운데 주파수를 사용한다(2진법 주파수 블록 생성과 동일). 도 5의 예시는 16진수 7자리인 FFFFFFF까지 표현할 수 있는 데이터를 전송하는 주파수 블록을 생성한 것이다.
도 5의 데이터 주파수 Y축 패리티 체크는 전송하는 주파수 블록의 열의 합에 2로 나누어 나머지가 1이면 주파수를 발생, 0이면 발생하지 않는다. X축 패리티 체크는 전송하는 주파수 블록의 각 행의 합에 2로 나누어 나머지가 1이면 주파수를 발생, 0이면 발생하지 않는다. 패리티 체크는 Y축 패리티와 X축 패리티의 발생블록의 합에 2로 나누어 나머지가 1이면 주파수를 발생 0이면 발생하지 않는다.
16진법 주파수 블록 생성시에도 2진법 주파수 블록 생성과 마찬가지로, 수신 필터 주파수는 데이터 전송 시 유일하게 1개의 주파수를 발생시키며 데이터 전송 블록의 1부터 34까지의 주파수 발생 개수를 표현한다.
이하 설명에서는 2진법 주파수 블록을 예로 들어 설명하겠으나, 16진법 주파수 블록도 본 발명이 마찬가지로 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
주파수 블록 암호화 모듈(120)은, 2진법 또는 16진법 주파수 블록이 노출되어 악의적인 목적으로 사용될 수 있는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시간으로 주파수 블록의 주파수를 변경하여 보안을 강화한다. 즉, 본 발명은 주파수 블록의 주파수 값이 수시로 변경되어 송출되도록 구현하여 발생되는 주파수가 노출되더라도 악의적인 목적으로 사용될 수 있는 문제를 해결할 수 있다.
이를 위해 주파수 블록 암호화 모듈(120)은, 생성되는 암호화 키를 이용하여 암호화 좌측 시프트값과 암호화 우측 시프트값을 생성하여, 데이터 주파수 블록과 분리 수신 필터 주파수 블록으로 된 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 홀수열이나 짝수열 중 어느 하나의 열에 배치된 주파수를 상기 암호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하여, 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 좌측으로 이동되지 않은 열에 배치된 주파수를 암호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체하여 암호화한다.
상술하면, S/W를 통한 음파통신 발신기는 중앙서버 혹은 로컬서버의 시간을 년 + 월 + 일 + 시간 + 분의 조합으로 암호화 키를 생성한다. 독립적인 H/W 음파 발생기를 통한 발신기는 내장된 타이머의 시간을 년 + 월 + 일 + 시간 + 분의 조합으로 암호화 키를 생성한다. 음파 송신부(100)에 내장된 타이머의 시간을 조합하거나, 네트워크에 연결된 서버의 시간을 조합하여 암호화 키를 생성한다. 예컨대, 암호화키는 YYYYMMDDhhmm(201504271202)의 형태를 가질 수 있다.
그리고 암호화 키의 홀수열이나 짝수열 중 어느 하나의 열을 합하여 암호화 좌측 시프트값으로 산출하며, 상기 암호화 키의 나머지 다른 열을 합하여 암호화 우측 시프트값을 생성한다.
예를 들어, 도 6(a)와 같은 시간의 조합된 암호화 키가 있다고 가정할 경우, 도 6(b)와 같은 좌측 시프트값과 우측 시프트값을 생성할 수 있다. 즉, 좌측 시프트값은 기준열+홀수열의 값이며, 우측 시프트값은 기준열+짝수열의 값이 해당될 수 있다. 기준열이 암호화 키의 제일 마지막 열인 'l'열이라고 할 때, 하기의 [식 1]과 같이 좌측 시프트값과 우측 시프트값을 생성하여 도 6(b)의 값을 얻을 수 있다.
[식 1]
좌측 시프트값 = l + a + c + e + g + i + k
우측 시프트값 = l + b + d + f + h + j
상기와 같이 좌측 시프트값과 우측 시프트값이 생성되면, 도 7과 같이 주파수 블록의 자리 수 중 홀수 열은 좌측 시프트값을 사용하여 해당 값 만큼 이동하여 이동한 자리의 주파수와 교체한다, 다만, 좌측으로 이동중 1번 자리 수 뒤로 이동 시 마지막 자리수로 이동하여 루프를 돌린다.
마찬가지로, 주파수 블록의 자리 수 중 짝수 열은, 도 8과 같이 우측 시프트값을 사용하여 해당 값 만큼 이동하여 이동한 자리의 주파수와 교체한다, 다만, 우측으로 이동중 마지막 자리 수 다음 이동 시 1자리수로 이동하여 루프를 돌린다.
데이터 주파수 발신 모듈(130)은, 송신하려는 데이터를 2진수로 변환하여 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터의 개수와 동일한 데이터 자리수에 할당된 분리 수신 필터 주파수를 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수를 기본 데시벨의 크기로 발생시킨다.
상술하면, 10진 데이터를 전송하고자 하는 경우, 주파수 블록을 암호화 한 후 전송하려는 10진 데이터를 2진수로 변환하여 1이면 해당 자리 수의 주파수를 발생시킨다. 데이터 주파수 블록에 발생되는 주파수 개수를 합하여 수신필터 주파수의 자리 수에 해당하는 주파수를 발생시킨다. 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수의 보정 값 '0'에 위치한 주파수를 발생시킨다.
예를 들어 '1234'라는 10진 데이터를 전송하고자 하는 경우, 도 9에 도시한 바와 같이 '1234'를 2진수로 변환하면 10011010010의 이진수에 해당하는 아래 주파수를 송출한다. 그리고, 데이터 주파수 블록에 발생되는 주파수의 개수가 6개이므로 분리 수신 필터 주파수 블록의 6번째 자리에 해당하는 18,350Hz를 기본 데시벨로서 송출한다. 그리고 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수의 보정 값 '0'에 위치한 18,080Hz 주파수를 기본 데시벨로서 발생시킨다.
추출된 송출 주파수를 동일한 기본 데시벨로서 정현파(사인파)를 생성하여 스피커를 통하여 발신한다. 타이머의 분이 변경될 경우 송출 주파수를 주파수 블록 암호화 모듈(120)을 통하여 재 배열한 후 다시 송출한다.
만약, 16진 데이터를 전송하고자 하는 경우, 주파수 블록을 암호화 한 후 전송하려는 16진 데이터를 2진수로 변환하여 1이면 해당 자리 수의 주파수를 발생시킨다. 데이터 주파수 블록에 발생되는 주파수 개수를 합하여 수신필터 주파수의 자리 수에 해당하는 주파수를 발생시킨다. 하드웨어 발신 보정을 위한 기준 주파수의 보정 값 '0'에 위치한 주파수를 발생시킨다.
예를 들어 'F00000F'라는 16진 데이터를 전송 시 각 자리 수를 2진수로 변환하면 1111, 0000, 0000, 0000, 0000, 0000, 1111의 4바이트 2진수 총 7개 생성되어 도 10에 도시한 바와 같이 데이터 주파수 블록에 할당된다. 그리고, 데이터 주파수 블록에 발생되는 주파수의 개수가 8개이므로 분리 수신 필터 주파수 블록의 8번째 자리에 해당하는 18,390Hz를 기본 데시벨로서 송출한다. 그리고 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수의 보정 값 '0'에 위치한 18,080Hz 주파수를 기본 데시벨로서 발생시킨다.
한편, 상기의 음파 송신부(100)의 구성 설명에서는 주파수 블록 암호화 모듈(120)이 적용된 예로서 데이터 주파수 생성 모듈(110)에서 생성한 주파수 블록을 주파수 블록 암호화 모듈(120)이 암호화를 수행하고, 암호화된 주파수 블록의 데이터 자리수에 할당된 주파수에 대하여 주파수 발신을 수행하는 예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고 데이터 주파수 생성 모듈(110)에서 주파수 블록을 생성하여 암호화없이 직접 데이터 주파수 발신 모듈(130)을 통하여 데이터를 전송하는 실시예도 가능함은 자명할 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 음파 수신부의 구성 블록도이다.
본 발명의 음파 수신부(200)는, 동일한 음파통신 발신 소프트웨어를 통한 데이터 주파수 발신 시 스피커 또는 음향기기(H/W)의 특성에 따라 발생되고 있는 출력오차(hz)를 자동 감지하여 음파 데이터를 수신할 수 있도록 모든 H/W를 발신기로 사용할 수 있도록 한다.
음파 송신부(100)에서 주파수 블록의 주파수를 암호화 하여 발신시에 이를 해석할 수 있는 암호화 해석을 하며, 이때 암호화 해석은 음파 송신부(100)와 동일한 주파수 배열을 실시간으로 동기화 되도록 한다. 또한 동일한 장소에서 각각 다른 신호의 데이터 주파수를 발신하고 있을 경우 가장 가까운 곳에서 발신되고 있는 음파 데이터를 수신 할 수 있도록 음파 데이터를 분리하는 모듈을 제안하여 여러개의 음파신호를 동일한 장소에서 혼선 없이 사용할 수 있도록 한다.
이를 위해 음파 수신부(200)는, 음파 데이터 수신 모듈(210), 고속 퓨리에 변환 모듈(220), 수신 보정 모듈(230), 음파 데이터 분리 모듈(240), 및 유효성 검증 모듈(250)을 포함할 수 있다.
음파 데이터 수신 모듈(210)은, 스마트폰 또는 태블릿 PC에 마련된 마이크에 해당하며, 이러한 마이크 리소스를 통하여 일정 시간 간격으로 10ms 내외의 음파 데이터를 수신받는다.
고속 퓨리에 변환 모듈(220)은, 수신되는 음파 신호를 설정된 샘플링 간격으로 고속퓨리에변환(FFT)하여 데시벨을 추출하여 샘플링 주파수 배열에 배치한다. 음파 송신부(100)에서 송출한 데이터 주파수를 해석하기 위하여 FFT(고속 퓨리에 변환)공식을 적용하여 시간데이터를 주파수 데이터로 변환 하는 작업을 수행한다.
FFT 분석은 44100 Sampling rate 를 8820개의 블록으로 5hz단위로 시간 데이터를 주파수 데이터로 변환할 수 있다. 음파 송신부(100)에서 전송하는 데이터 크기가 클 수록 블록의 수를 늘려 주파수 간격을 좁힌다. 분석된 FFT 데이터는 도 12에 도시한 바와 같이 음파통신에 해당하는 주파수 대역(18000hz ~ 19800hz)만 주파수 간격을 가지는 샘플링 주파수 배열에 순차적으로 저장해 놓는다.
수신 보정 모듈(230)은, 보정 주파수 대역에서 가장 큰 데시벨이 검출되는 주파수를 보정 주파수로서 결정하며, 보정 주파수에 할당된 보정값만큼 상기 샘플링 주파수 배열에 배치된 데시벨을 이동시켜 수신 보정한다.
수신 보정 모듈(230)은 발신기의 기계적(H/W) 특성에 의하여 발생되는 주파수 오차를 보정하여 기계적 특성에 제약적이지 않은 정확한 데이터를 수신할 수 있도록 개발 된 모듈이다. 고속 퓨리에 변환 모듈(220)을 통하여 분석된 배열에서 수신 보정 영역대의 주파수 배열을 검출한다. 도 13에 도시한 도표와 같이 수신 보정 영역 데이터의 데시벨 값이 가장 크게 검출된 부분을 보정 값으로 사용한다. 보정 값이 '0'인 경우는 FFT분석 원본 데이터를 별도의 보정 로직을 적용하지 않고 암호화 해석 모듈을 수행한다.
그러나, 만약 보정값이 0이 아닌 경우 FFT 분석 원본 데이터의 데시벨 값을 보정 값 만큼 Shift 시킨 후 암호화 해석 모듈을 수행 한다. 예를 들어, 수신 보정 영역대의 주파수에서 18,085Hz가 가증 큰 데시벨을 가진다면, 18,080Hz의 보정 기준 주파수가 5Hz 이동되어 전송된 것이라 볼 수 있다. 따라서 18,085Hz에 할당된 보정값 '-1'만큼 도 14에 도시한 바와 같이 데시벨을 이동시키는 수신 보정을 한다.
복호화 모듈은, 수신 필터를 통하여 다른 주파수는 다 블라인드 처리 후 미리 정의된 수신필터 대역의 주파수만 처리한다. 따라서 도 15에 도시한 바와 같이 미리 정의된 수신 필터 대역을 추출하여 처리할 수 있다.
복호화 모듈은, 암호화 키를 이용하여 복호화 좌측 시프트값과 복호화 우측 시프트값을 생성하여 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 홀수열이나 짝수열 중 어느 하나의 열에 배치된 주파수를 복호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하며, 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 좌측으로 이동되지 않은 열에 배치된 주파수를 상기 복호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체한 후, 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 데이터 주파수와 데이터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하며, 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 분리 수신 필터 주파수와 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 상기 음파 송수신 배열에 배치한다.
즉, 중앙 서버 또는 로컬서버, 스마트폰의 GPS 시간을 기준으로 암호화 키를 생성해 놓는다. 암호화 키의 생성은 음파 송신부(100)의 주파수 블록 암호화 모듈(120)에서 생성한 암호화 키와 동일하며 생성된 암호화 키의 특정 열을 합하여 좌측 시프트값, 우측 시프트값으로 결정한다. 결정된 좌측 시프트값에 따라서 도 16(a)에 도시한 바와 같이 홀수열의 배열인자의 주파수들을 좌측 시프트값만큼 이동시키며, 또한 우측 시프트값에 따라서 도 16(b)에 도시한 바와 같이 홀수열의 배열인자의 주파수들을 좌측 시프트값만큼 이동시킨다. 그리고 도 17에 도시한 바와 같이 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 분리 수신 필터 주파수와 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 저장한다.
참고로, 복호화 할 때 역시 동일한 시프트 값으로 발신부와 동일하게 이동을 해주는 것이다. 암호화 및 복호화 모두 주파수만 이동되는 것이다. 음파 송신부가, 추출된 시프트값으로 주파수를 이동한 후 해당하는 블록의 주파수를 발신하면, 음파 송신부에서 해당 키 값으로 주파수를 특정 블록으로 이동하여 주파수를 전송하였기 때문에 음파 수신부(200)의 복호화 모듈 역시 동일한 시프트값으로 주파수를 이동하여 블록에 배치한 후 수신된 주파수를 해당 블록에 마킹하여 해석하는 것이다.
음파 데이터 분리 모듈(240)은, 도 18에 도시한 바와 같이 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원한다.
기존의 음파통신은 음파의 특성상 동일한 영역에서 서로 다른 신호를 발생시 데이터를 분리할 수 있는 기준이 없어 데이터를 수신 할 수 없는 문제점이 있었으나 본 발명의 음파 데이터 분리모듈을 통하여 가장 가까운 곳에서 발신되는 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수가 18,350Hz라면, 데이터 주파수의 데시벨 중에서 가장 큰 값의 데시벨을 가지는 순서대로 6개의 배열 인자를 추출할 수 있다. 따라서 도 9에 도시한 바와 같이 패리티 비트가 '00'으로서 '10001101001'(데이터)+'00'(패리티)가 되어 전체 데이터가 '100110100100'으로 송신될 경우, 분리 수신 필터 주파수는 22,25,26,28,31,34의 배열 인자를 추출하여, 수신 데이터로서 '100110100100'을 수신할 수 있다.
참고로, 분리 수신 필터 주파수의 데시벨 값이 가장 큰 배열 인자의 인자 값이 가장 가까운 곳에서 발신된 발신기의 주파수 데이터 수신 개수의 값이다. 본 발명에서 음파 송신부(100)는 동일한 기본 데시벨로 데이터 주파수를 송출하고 있으므로 데이터 주파수의 데시벨 값이 큰 순서로 추출된 배열 인자의 값만큼 수신을 하면 가장 가까운 곳에서 발신하고 있는 데이터를 수신 할 수 있는 것이다.
데이터 추출 기준 값: n = Max(수신필터 데시벨)의 배열인자
데이터 추출: data[n] = Max(데이터 주파수 데시벨)의 상위 n개
유효성 검증 모듈(250)은, 음파 데이터 분리 모듈(240)을 통하여 복원된 데이터에서 상기 패리티 비트를 이용하여 복원된 데이터의 유효성 검증을 수행한다.
유효성 검증은 데이터 영역의 주파수 블록 1~32중 홀수 블록으로 마킹된 주파수의 합이 홀수이면 33번 블록의 주파수가 동시에 수신 되어야 한다. 만약, 홀수인데 33번 블록에 해당하는 주파수가 수신이 안되어 있으면 데이터 수신이 잘못된 것으로 인식하여 다시 수신하여 분석한다. 이러한 분석은 예컨대 총 5회 분석이 이루어질 수 있다.
또한 동일한 검증으로 데이터 영역의 주파수 블록 1~32중 짝수열에 마킹된 주파수의 합이 홀수이면 34번 블록의 주파수가 동시에 수신되어야 한다. 만약 홀수인데 34번 블록에 해당하는 주파수가 수신이 안되어 있으면 데이터 수신이 잘못된 것으로 인식하여 다시 수신하여 분석한다. 이러한 분석은 예컨대 총 5회 분석이 이루어질 수 있다. 참고로, 유효성 검사중 오류가 발생되어 일정 횟수(예컨대, 총 5회)가 누적되면 일정 시간동안 대기후 다시 수신을 하게 된다.
한편, 상기의 음파 수신부(200)의 구성 설명에서는 주파수 블록 암호화가 이루어진 데이터를 수신하였을 때의 복호화를 포함한 예를 설명하였다. 모듈이 적용된 예로서 데이터 주파수 생성 모듈(110)에서 생성한 주파수 블록을 주파수 블록 암호화 모듈(120)이 암호화를 수행하고, 암호화된 주파수 블록의 데이터 자리수에 할당된 주파수에 대하여 주파수 발신을 수행하는 예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고 데이터 주파수 생성 모듈(110)에서 주파수 블록의 암호화없이 직접 데이터 주파수 발신 모듈(130)을 통하여 데이터를 전송한 경우 이를 수신하여 복호화없이 데이터를 복원 처리하는 경우에도 가능함은 자명할 것이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 음파 통신 과정을 도시한 플로차트이며, 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 음파 송신 과정을 도시한 플로차트이며, 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 음파 수신 과정을 도시한 플로차트이다.
본 발명의 음파 통신 과정은, 하드웨어 보정 테이블 생성 과정(S190), 음파 송신 과정(S200), 및 음파 수신 과정(S210)을 가질 수 있다.
하드웨어 보정 테이블 생성 과정(S190)은, 음파를 송신하는 스피커의 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는 보정값별로 보정 주파수가 할당된 보정 주파수 대역을 설정하여, 보정값 '0'에 보정 기준 주파수를 할당하여 하드웨어 보정 테이블을 생성하는 과정이다.
음파 신호를 발신할 때 스피커의 하드웨어 특성에 따라서 원래 설정된 기준 주파수가 아닌 약간의 오차를 가지는 다른 주파수에 실려 음파가 발신될 수 있는데, 이러한 하드웨어 특성에 의한 오차를 보정하기 위하여 동일한 하드웨어 보정 테이블을 음파 송신부(100) 및 음파 수신부(200)에 각각 구비한다. 보정값 '0'에 할당된 보정 주파수를 보정 기준 주파수라 하기로 한다. 하드웨어 보정 테이블의 예시를 도 2에 도시하였다. 도 2를 참조하면, 보정 주파수 대역은 18,065Hz에서 18,095Hz 대역을 가지며, 보정 주파수가 5Hz 간격으로 할당되어 18,065Hz에서는 3의 보정값을 가지며, 18,070Hz에서는 2의 보정값을 가지며, 18,075Hz에서는 1의 보정값을 가지며, 18,080Hz에서는 0의 보정값을 가지며, 18,085Hz에서는 -1의 보정값을 가지며, 18,090Hz에서는 -2의 보정값을 가지며, 18,095Hz에서는 -3의 보정값을 가질 수 있음을 알 수 있다. 따라서 0의 보정값을 가지는 18,080Hz가 보정 기준 주파수에 해당된다.
음파 송신 과정(S200)은, 데이터 주파수별로 데이터를 할당하기 위한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 과정이다.
음파 송신 과정(S200)을 도 20과 함께 상술하면, 주파수 블록 생성 과정(S202), 암호화 과정(S204), 및 주파수 발신 과정(S206)을 가질 수 있다.
주파수 블록 생성 과정(S202)은, 2진수 송신 데이터의 개수와 패리티 비트의 개수를 더한 데이터 자리수를 배열 인자로 가지는 음파 송수신 배열을 생성하여,데이터 자리수에 동일한 간격을 가지는 각각 다른 데이터 주파수를 할당한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 데이터 자리수마다 각각 다른 분리 수신 필터 주파수를 할당한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 주파수 블록 생성 과정(S202)을 가진다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 2진수 송신 데이터의 개수 32개와 패리티 비트의 개수 2개를 더한 34개의 데이터 자리수의 배열 인자를 가지는 음파 송수신 배열을 생성하고, 각 데이터 자리수마다 데이터 주파수와 분리 수신 필터 주파수를 각각 할당한다.
암호화키를 생성하고 상기 암호화 키를 이용하여 암호화 좌측 시프트값과 암호화 우측 시프트값을 생성하여, 상기 데이터 주파수 블록과 분리 수신 필터 주파수 블록으로 된 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하여, 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 암호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체하여 암호화하는 과정을 가진다. 즉, 중앙서버 혹은 로컬서버의 시간을 년 + 월 + 일 + 시간 + 분의 조합으로 암호화 키를 생성한다. 독립적인 H/W 음파 발생기를 통한 발신기는 내장된 타이머의 시간을 년 + 월 + 일 + 시간 + 분의 조합으로 암호화 키를 생성한다. 음파 송신부(100)에 내장된 타이머의 시간을 조합하거나, 네트워크에 연결된 서버의 시간을 조합하여 암호화 키를 생성한다. 예컨대, 암호화키는 YYYYMMDDhhmm(201504271202)의 형태를 가질 수 있다.
그리고 암호화 키의 홀수열이나 짝수열 중 어느 하나의 열을 합하여 암호화 좌측 시프트값으로 산출하며,암호화 키의 나머지 다른 열을 합하여 암호화 우측 시프트값을 생성한다.
상기와 같이 좌측 시프트값과 우측 시프트값이 생성되면, 도 7과 같이 주파수 블록의 자리 수 중 홀수 열은 좌측 시프트값을 사용하여 해당 값 만큼 이동하여 이동한 자리의 주파수와 교체한다, 다만, 좌측으로 이동중 1번 자리 수 뒤로 이동 시 마지막 자리수로 이동하여 루프를 돌린다. 마찬가지로, 주파수 블록의 자리 수 중 짝수 열은, 도 8과 같이 우측 시프트값을 사용하여 해당 값 만큼 이동하여 이동한 자리의 주파수와 교체한다, 다만, 우측으로 이동중 마지막 자리 수 다음 이동 시 1자리수로 이동하여 루프를 돌린다.
암호화 과정(S204)이 있은 후, 송신하려는 데이터를 2진수로 변환하여 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터의 개수와 동일한 데이터 자리수에 할당된 분리 수신 필터 주파수를 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수를 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 주파수 발신 과정(S206)을 가진다.
즉, 10진 데이터를 2진수로 변환하여 주파수에 실어 발생시키는 도 9 및 16진 데이터를 2진수로 변환하여 주파수에 실어 발생시키는 도 10에 도시한 바와 같이, '1'의 값을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수에 기본 데시벨의 크기로서 전송하고, 분리 수신 필터 주파수 및 보정 기준 주파수에 기본 데시벨의 크기로서 전송한다.
한편, 상기의 음파 송신 과정(S200)의 설명에서는 주파수 블록 암호화가 적용된 예로서 주파수 블록을 주파수 블록 암호화를 수행하고, 암호화된 주파수 블록의 데이터 자리수에 할당된 주파수에 대하여 주파수 발신을 수행하는 예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고 주파수 블록을 생성하여 암호화없이 직접 데이터 주파수 발신을 통하여 데이터를 전송할 수 있을 것이다.
한편, 상기와 같이 음파 송신이 있은 후에는, 상대편에서 음파 수신 과정(S210)을 가진다. 음파 수신 과정(S210)은, 음파 송신부(100)에서 송신한 음파 신호를 수신하여 상기 데이터 주파수별로 데시벨을 추출하여 배열시킨 후, 하드웨어 보정 테이블을 이용하여 추출한 보정값만큼 배열을 시프트시켜 보정을 하고, 분리 수신 필터 주파수의 대역 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수에 할당된 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원하는 과정이다.
음파 수신 과정(S210)을 도 21과 함께 상술하면, 고속 퓨리에 변환 과정(S212), 수신 보정 과정(S214), 복호화 과정(S216), 및 음파 데이터 분리 과정(S218)을 가질 수 있다. 이밖에 유효성 검증 과정(S219)을 가질 수 있다.
고속 퓨리에 변환 과정(S212)은, 수신되는 음파 신호를 설정된 샘플링 간격으로 고속퓨리에변환(FFT)하여 데시벨을 추출하여 샘플링 주파수 배열에 배치하는 과정이다.
FFT 분석은 44100 Sampling rate 를 8820개의 블록으로 5hz단위로 시간 데이터를 주파수 데이터로 변환할 수 있다. 음파 송신부(100)에서 전송하는 데이터 크기가 클 수록 블록의 수를 늘려 주파수 간격을 좁힌다. 분석된 FFT 데이터는 도 12에 도시한 바와 같이 음파통신에 해당하는 주파수 대역(18000hz ~ 19800hz)만 주파수 간격을 가지는 샘플링 주파수 배열에 순차적으로 저장해 놓는다.
수신 보정 과정(S214)은, 보정 주파수 대역에서 가장 큰 데시벨이 검출되는 주파수를 보정 주파수로서 결정하며, 보정 주파수에 할당된 보정값만큼 샘플링 주파수 배열에 배치된 데시벨을 이동시켜 수신 보정한다. 도 13에 도시한 표와 같이 수신 보정 영역 데이터의 데시벨 값이 가장 크게 검출된 부분을 보정 값으로 사용한다. 보정 값이 '0'인 경우는 FFT분석 원본 데이터를 별도의 보정 로직을 적용하지 않고 암호화 해석 모듈을 수행한다. 그러나, 만약 보정값이 0이 아닌 경우 FFT 분석 원본 데이터의 데시벨 값을 보정 값 만큼 Shift 시킨 후 암호화 해석 모듈을 수행 한다. 예를 들어, 수신 보정 영역대의 주파수에서 18,085Hz가 가증 큰 데시벨을 가진다면, 18,080Hz의 보정 기준 주파수가 5Hz 이동되어 전송된 것이라 볼 수 있다. 따라서 18,085Hz에 할당된 보정값 '-1'만큼 도 14에 도시한 바와 같이 데시벨을 이동시키는 수신 보정을 한다.
복호화 과정(S216)은, 암호화 키를 이용하여 복호화 좌측 시프트값과 복호화 우측 시프트값을 생성하여 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하며, 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 복호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체한 후, 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 데이터 주파수와 상기 데이터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하며, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 분리 수신 필터 주파수와 상기 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 음파 송수신 배열에 배치한다.
복호화 과정(S216)은, 암호화 키의 생성은 음파 송신부(100)의 주파수 블록 암호화 모듈(120)에서 생성한 암호화 키와 동일하며 생성된 암호화 키의 특정 열을 합하여 좌측 시프트값, 우측 시프트값으로 결정한다. 결정된 좌측 시프트값에 따라서 도 16(a)에 도시한 바와 같이 홀수열의 배열인자의 주파수들을 좌측 시프트값만큼 이동시키며, 또한 우측 시프트값에 따라서 도 16(b)에 도시한 바와 같이 홀수열의 배열인자의 주파수들을 좌측 시프트값만큼 이동시킨다. 그리고 도 17에 도시한 바와 같이 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 분리 수신 필터 주파수와 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 저장한다.
음파 데이터 분리 과정(S218)은, 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 배열 인자를 추출하여 데이터를 복원한다. 예를 들어, 도 18에 도시한 바와 같이 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원한다. 기존의 음파통신은 음파의 특성상 동일한 영역에서 서로 다른 신호를 발생시 데이터를 분리할 수 있는 기준이 없어 데이터를 수신 할 수 없는 문제점이 있었으나 본 발명의 음파 데이터 분리모듈을 통하여 가장 가까운 곳에서 발신되는 신호를 수신할 수 있다.
음파 데이터 분리되어 복원된 수신 데이터는 추가적으로 유효성 검증 과정(S219)을 가질 수 있다. 유효성 검증 과정(S219)은, 음파 데이터 분리 모듈(240)을 통하여 복원된 데이터에서 상기 패리티 비트를 이용하여 복원된 데이터의 유효성 검증을 수행한다.
유효성 검증은 데이터 영역의 주파수 블록 1~32중 홀수 블록으로 마킹된 주파수의 합이 홀수이면 33번 블록의 주파수가 동시에 수신 되어야 한다. 만약, 홀수인데 33번 블록에 해당하는 주파수가 수신이 안되어 있으면 데이터 수신이 잘못된 것으로 인식하여 다시 수신하여 분석한다. 또한 동일한 검증으로 데이터 영역의 주파수 블록 1~32중 짝수열에 마킹된 주파수의 합이 홀수이면 34번 블록의 주파수가 동시에 수신되어야 한다. 만약 홀수인데 34번 블록에 해당하는 주파수가 수신이 안되어 있으면 데이터 수신이 잘못된 것으로 인식하여 다시 수신하여 분석한다. 이러한 분석은 예컨대 총 5회 분석이 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.

Claims (12)

  1. 음파 송신부의 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는 보정값별로 보정 주파수가 할당된 보정 주파수 대역을 설정하여, 보정값 '0'에 보정 기준 주파수를 할당한 하드웨어 보정 테이블;
    데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키고, 하드웨어 발신 보정을 위한 상기 보정 기준 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 음파 송신부; 및
    상기 음파 송신부에서 송신한 음파 신호를 수신하여 상기 데이터 주파수별로 데시벨을 추출하여 배열시킨 후, 상기 하드웨어 보정 테이블을 이용하여 추출한 보정값만큼 배열을 시프트시켜 보정을 하고, 분리 수신 필터 주파수의 대역 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수에 할당된 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원하는 음파 수신부;
    를 포함하는 음파 통신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 음파 송신부는,
    2진수 송신 데이터의 개수와 패리티 비트의 개수를 더한 데이터 자리수를 배열 인자로 가지는 음파 송수신 배열을 생성하여, 상기 데이터 자리수에 동일한 간격을 가지는 각각 다른 데이터 주파수를 할당한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 상기 데이터 자리수마다 각각 다른 분리 수신 필터 주파수를 할당한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 데이터 주파수 생성 모듈; 및
    송신하려는 데이터를 2진수로 변환하여 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 상기 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터의 개수와 동일한 데이터 자리수에 할당된 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 데이터 주파수 발신 모듈;
    을 포함하는 음파 통신 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 음파 송신부는,
    암호화키를 생성하고, 생성되는 암호화 키를 이용하여 암호화 좌측 시프트값과 암호화 우측 시프트값을 생성하여, 상기 데이터 주파수 블록과 분리 수신 필터 주파수 블록으로 된 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하여, 상기 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체하여 암호화하는 주파수 블록 암호화 모듈;을 포함하며,
    상기 데이터 주파수 발신 모듈은, 암호화된 주파수 블록의 데이터 자리수에 할당된 주파수에 대하여 주파수 발신을 수행하는 음파 통신 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    음파 송신부에 내장된 타이머의 시간을 조합하거나, 네트워크에 연결된 서버의 시간을 조합하여 암호화 키를 생성하며, 상기 암호화 키의 홀수열이나 짝수열 중 어느 하나의 열을 합하여 암호화 좌측 시프트값으로 산출하며, 상기 암호화 키의 나머지 다른 열을 합하여 암호화 우측 시프트값을 생성하는 음파 통신 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    N번째 데이터 자리수에 할당되는 분리 수신 필터 주파수는, N-1 데이터 자리수에 할당되는 데이터 주파수와 N+1 데이터 자리수에 할당되는 데이터 주파수의 중간 주파수임을 특징 하는 음파 통신 장치.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 음파 수신부는,
    수신되는 음파 신호를 설정된 샘플링 간격으로 고속퓨리에변환(FFT)하여 데시벨을 추출하여 샘플링 주파수 배열에 배치하는 고속 퓨리에 변환 모듈;
    상기 보정 주파수 대역에서 가장 큰 데시벨이 검출되는 주파수를 보정 주파수로서 결정하며, 상기 보정 주파수에 할당된 보정값만큼 상기 샘플링 주파수 배열에 배치된 데시벨을 이동시켜 수신 보정하는 수신 보정 모듈;
    상기 암호화 키를 이용하여 복호화 좌측 시프트값과 복호화 우측 시프트값을 생성하여 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하며, 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체한 후, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 데이터 주파수와 상기 데이터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하며, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 분리 수신 필터 주파수와 상기 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 상기 음파 송수신 배열에 배치하는 복호화 모듈; 및
    상기 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 배열 인자를 추출하여 데이터를 복원하는 음파 데이터 분리 모듈;
    을 포함하는 음파 통신 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 음파 통신 장치는,
    상기 음파 데이터 분리 모듈을 통하여 복원된 데이터에서 상기 패리티 비트를 이용하여 복원된 데이터의 유효성 검증을 수행하는 유효성 검증 모듈;을 포함하는 음파 통신 장치.
  8. 음파를 송신하는 스피커의 하드웨어 특성에 따른 오차를 보정하는 보정값별로 보정 주파수가 할당된 보정 주파수 대역을 설정하여, 보정값 '0'에 보정 기준 주파수를 할당하여 하드웨어 보정 테이블을 생성하는 과정;
    데이터 주파수별로 데이터를 할당하기 위한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 음파 수신 시에 가장 가까운 곳에서 송신된 음파에 실린 데이터를 수신하기 위한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 음파 송신 과정; 및
    음파 송신부에서 송신한 음파 신호를 수신하여 상기 데이터 주파수별로 데시벨을 추출하여 배열시킨 후, 상기 하드웨어 보정 테이블을 이용하여 추출한 보정값만큼 배열을 시프트시켜 보정을 하고, 분리 수신 필터 주파수의 대역 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수에 할당된 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 추출하여 데이터를 복원하는 음파 수신 과정;
    을 포함하는 음파 통신 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 음파 송신 과정은,
    2진수 송신 데이터의 개수와 패리티 비트의 개수를 더한 데이터 자리수를 배열 인자로 가지는 음파 송수신 배열을 생성하여, 상기 데이터 자리수에 동일한 간격을 가지는 각각 다른 데이터 주파수를 할당한 데이터 주파수 블록을 생성하며, 상기 데이터 자리수마다 각각 다른 분리 수신 필터 주파수를 할당한 분리 수신 필터 주파수 블록을 생성하는 주파수 블록 생성 과정; 및
    송신하려는 데이터를 2진수로 변환하여 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터 자리수에 할당된 데이터 주파수를 설정된 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 상기 변환된 값이 '1'을 가지는 데이터의 개수와 동일한 데이터 자리수에 할당된 분리 수신 필터 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키며, 하드웨어 발신 보정을 위한 보정 기준 주파수를 상기 기본 데시벨의 크기로 발생시키는 주파수 발신 과정;
    을 포함하는 음파 통신 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 주파수 블록 생성 과정과 주파수 발신 과정 사이에,
    암호화키를 생성하고, 생성되는 암호화 키를 이용하여 암호화 좌측 시프트값과 암호화 우측 시프트값을 생성하여, 상기 데이터 주파수 블록과 분리 수신 필터 주파수 블록으로 된 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하여, 상기 주파수 블록의 데이터 자리수 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 암호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체하여 암호화하는 과정;을 더 포함하며,
    상기 암호화된 주파수 블록의 데이터 자리수에 할당된 주파수에 대하여 상기 주파수 발신 과정을 수행하는 음파 통신 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 음파 수신 과정은,
    수신되는 음파 신호를 설정된 샘플링 간격으로 고속퓨리에변환(FFT)하여 데시벨을 추출하여 샘플링 주파수 배열에 배치하는 고속 퓨리에 변환 과정;
    상기 보정 주파수 대역에서 가장 큰 데시벨이 검출되는 주파수를 보정 주파수로서 결정하며, 상기 보정 주파수에 할당된 보정값만큼 상기 샘플링 주파수 배열에 배치된 데시벨을 이동시켜 수신 보정하는 수신 보정 과정;
    상기 암호화 키를 이용하여 복호화 좌측 시프트값과 복호화 우측 시프트값을 생성하여 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 홀수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 좌측 시프트값만큼 좌측으로 이동시켜 교체하며, 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자 중에서 짝수열에 배치된 주파수를 상기 복호화 우측 시프트값만큼 우측으로 이동시켜 교체한 후, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 데이터 주파수와 상기 데이터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하며, 상기 수신 보정된 샘플링 주파수 배열 중에서 상기 분리 수신 필터 주파수와 상기 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨을 추출하여 상기 음파 송수신 배열에 배치하는 복호화 과정; 및
    상기 복호화된 음파 송수신 배열에서 분리 수신 필터 주파수에 배치된 데시벨 중에서 데시벨이 가장 큰 분리 수신 필터 주파수를 추출하여 추출한 분리 수신 필터 주파수에 할당된 상기 음파 송수신 배열의 배열 인자의 개수만큼 상기 데이터 주파수의 데시벨이 큰 순서대로 배열 인자를 추출하여 데이터를 복원하는 음파 데이터 분리 과정;
    을 포함하는 음파 통신 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 음파 데이터 분리 과정이 있은 후,
    상기 음파 데이터 분리 모듈을 통하여 복원된 데이터에서 상기 패리티 비트를 이용하여 복원된 데이터의 유효성 검증을 수행하는 유효성 검증 과정을 가지는 음파 통신 방법.
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