KR102892134B1 - Selective Speaker Output Management System Using Continuous Wave Cotrol Signal - Google Patents
Selective Speaker Output Management System Using Continuous Wave Cotrol SignalInfo
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Abstract
본 발명은 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템에 관한 것으로서, 오디오 출력 스피커 선택을 위한 사용자 인터페이스를 제공하고 오디오 신호와 스피커 선택을 위한 제어 데이터를 출력하는 제어패널과, 상기 오디오 신호와 고주파 연속파 신호 형태의 제어 데이터를 오디오 라인을 통해 송출하는 연속파 기반 제어 데이터 전송회로를 포함하는 스피커 출력 제어 관리기 및 오디오 라인을 통해 전송되는 신호로부터 고주파 연속파 신호를 분리한 후 디지털 신호로 변환하는 연속파 데이터 수신부와, 상기 디지털 신호로 변환된 고주파 연속파 신호가 미리 설정된 패턴과 일치하는 경우 상기 고주파 연속파 신호에 포함된 주소와 명령을 분석하여 주소가 일치하는 경우 스피커 출력 제어 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤 유닛 및 상기 마이크로 컨트롤 유닛의 스피커 출력 제어 신호에 따라 스피커로 입력되는 오디오 신호를 단속하는 스위칭부를 포함하는 선택적 스피커 출력 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 간단한 구성의 추가만으로 그룹 내 스피커의 선택적 출력이 가능하여 전관 방송의 효율을 극대화할 수 있고, 불필요한 방송 출력을 방지할 수 있고, 연속파 신호를 이용하므로 단순한 회로 구조를 갖고 변복조 과정이 생략되어 노이즈 감소 및 회로 안정성이 높아지는 장점이 있다.The present invention relates to a selective speaker output control system using a continuous wave control signal, and is characterized by including a speaker output control manager including a control panel that provides a user interface for selecting an audio output speaker and outputs an audio signal and control data for selecting a speaker, a continuous wave-based control data transmission circuit that transmits the audio signal and control data in the form of a high-frequency continuous wave signal through an audio line, a continuous wave data receiving unit that separates the high-frequency continuous wave signal from a signal transmitted through the audio line and converts it into a digital signal, a micro control unit that analyzes an address and a command included in the high-frequency continuous wave signal when the high-frequency continuous wave signal converted into the digital signal matches a preset pattern, and generates a speaker output control signal when the address matches, and a switching unit that controls an audio signal input to a speaker according to the speaker output control signal of the micro control unit.
According to the present invention, selective output of speakers within a group is possible with just the addition of a simple configuration, thereby maximizing the efficiency of public broadcasting, preventing unnecessary broadcasting output, and utilizing a continuous wave signal, thereby having a simple circuit structure and omitting the modulation/demodulation process, thereby reducing noise and increasing circuit stability.
Description
본 발명은 전관 방송을 위한 스피커 출력 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 오디오 라인에 포함된 연속파형 제어신호를 이용하여 그룹 내 개별 스피커의 선택적 출력을 제어할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a speaker output control system for public broadcasting, and more particularly, to a technology that enables selective output of individual speakers within a group to be controlled using a continuous waveform control signal included in an audio line.
전관 방송 시스템(Public Address System)은 건물의 안내방송이나 화재 등 비상 시에 사용되는 방송 시스템으로, 비상 상황 발생 시 한 기관이나 건물의 전체를 대상으로 하여 안전지대로 대피 유도를 위한 비상 방송 및 안내, 음악 방송 등의 일반 방송을 전달하는 구내 방송 시스템을 의미한다. The Public Address System is a broadcasting system used in emergencies such as building announcements or fires. It refers to an in-house broadcasting system that transmits emergency broadcasts, guidance, music broadcasts, and other general broadcasts to guide evacuation to a safe area to the entire organization or building in the event of an emergency.
전관 방송 설비에서는 실내외 회선별 음악 방송, 주차 관리, 기타 정보 전달을 위한 안내 방송, 층별 개별 안내 방송, 화재 및 비상 피난 유도 방송 등을 할 수 있다.The public address system can broadcast music for each indoor and outdoor line, announce parking management and other information, make individual announcements for each floor, and broadcast fire and emergency evacuation guidance.
전관방송 시스템은 학교, 아파트, 백화점, 쇼핑몰, 사무실 빌딩 등의 대형 건물이나 놀이공원, 스키장, 스포츠 경기장 등의 넓은 지역에 음악, 안내방송, 비상방송 등의 음성정보를 중앙통제장비에서의 간단한 조작만으로 전달할 수 있는 방송 시스템이다.The public address system is a broadcasting system that can transmit voice information such as music, announcements, and emergency broadcasts to large buildings such as schools, apartments, department stores, shopping malls, and office buildings, or to wide areas such as amusement parks, ski resorts, and sports stadiums, with simple operations from the central control equipment.
초기에는 마이크로폰을 통한 음성과 화재수신반을 통한 비상 음성정보를 방송하는 역할을 담당하였으나, 현재는 라디오 방송, TV음향, CD플레이어, MP3플레이어 등의 다양한 음원(sound source)을 방송할 수 있는 시스템으로 발전되었다.Initially, it was responsible for broadcasting voice information through a microphone and emergency voice information through a fire receiving panel, but it has now developed into a system that can broadcast various sound sources such as radio broadcasts, TV sound, CD players, and MP3 players.
전관방송 시스템은 전체 건물 또는 전체 지역에 동일한 음성정보를 동시에 전달하는 기능을 갖기 때문에, 기본적으로 중앙통제장비에 구비되는 1개의 오디오 전력증폭기(audio power amplifier), 전체 음성정보 송출지역을 단일 선로로 모두 연결한 방송선로, 그리고 단일 방송선로에 병렬로 연결된 다수의 종단 스피커로 구성되어 있다.Since the public address system has the function of simultaneously transmitting the same voice information to the entire building or the entire area, it basically consists of one audio power amplifier installed in the central control equipment, a broadcast line that connects the entire voice information transmission area with a single line, and a number of terminal speakers connected in parallel to the single broadcast line.
한국등록특허 제1605661호에는 구식 전관방송 시스템의 음성정보 송출지역(402)에 있는 다수의 종단 스피커(403)의 입력단에 스피커 스위치를 추가하고, 구식 중앙 통제장비에 제어기를 추가 설치하여, 각 스피커에 부여된 ID를 통해 스피커들을 구별하여 개별 스피커 구동이 가능하도록 하는 기술이 제시되어 있다.Korean Patent No. 1605661 discloses a technology for adding a speaker switch to the input terminal of a plurality of terminal speakers (403) in the voice information transmission area (402) of an old-fashioned public address system, and installing an additional controller in an old-fashioned central control device to enable individual speaker operation by distinguishing the speakers through an ID assigned to each speaker.
기존에 이미 포설된 전관방송 시스템의 방송선로(412)는 20Hz로부터 20kHz까지의 주파수를 갖는 오디오 신호가 전송되기 때문에, 동일한 방송선로(412)를 사용하는 제어신호는 오디오 신호와의 간섭을 피하기 위해서 20kHz 이상의 주파수를 갖는 반송파신호(carrier signal)를 사용하는데, 개별/그룹별 아이디(ID)와 명령어를 나타내는 디지털 신호를 반송파신호에 싣기 위한 디지털 변조방법으로 진폭편이방식(amplitude shift keying, ASK)을 사용하고 있고, 그 외 주파수편이방식(frequency shift keying, FSK), 위상편이방식(phase shift keying, PSK), 직교진폭변조(quadrature amplitude modulation, QAM) 등의 디지털 변조방법 등을 제시하고 있다.Since the broadcast line (412) of the existing public address system transmits audio signals having a frequency from 20 Hz to 20 kHz, the control signal using the same broadcast line (412) uses a carrier signal having a frequency of 20 kHz or higher to avoid interference with the audio signal. Amplitude shift keying (ASK) is used as a digital modulation method for loading a digital signal indicating an individual/group ID and a command onto the carrier signal, and other digital modulation methods such as frequency shift keying (FSK), phase shift keying (PSK), and quadrature amplitude modulation (QAM) are also suggested.
상기 선 등록특허는 제어 데이터 송수신을 위해, 중앙 통제장비의 제어기에 ASK 변조기를 구비하고, 스피커 스위치에 ASK 복조기를 구비하여야 하므로 구조가 복잡하고 제조 단가가 상승하는 단점이 있다. The above-mentioned pre-registered patent has the disadvantage of being complex in structure and increasing manufacturing cost because it requires an ASK modulator in the controller of the central control equipment and an ASK demodulator in the speaker switch for control data transmission and reception.
특히, 스피커 스위치는 대역통과필터, ASK 복조기, 딥 스위치, DC 전력 어댑터 등의 복잡한 부품들을 구비하여야 하므로 제조 단가가 높아지는 문제점이 있다.In particular, speaker switches have the problem of high manufacturing costs because they must be equipped with complex components such as a bandpass filter, ASK demodulator, dip switch, and DC power adapter.
한국공개특허 제2014-0005650호에는 본체부에 마이컴으로부터 입력된 어드레스신호와 볼륨레벨신호를 컨트롤신호로 인코딩하는 인코딩부를, 수신 출력부에 컨트롤신호 전송라인을 통해 전송된 컨트롤신호를 디코딩하여 출력하는 디코딩부를 구비하여 스피커를 개별적으로 제어하는 기술이 제시되어 있다.Korean Patent Publication No. 2014-0005650 discloses a technology for individually controlling speakers by providing an encoding unit for encoding address signals and volume level signals input from a microcomputer into control signals in the main body, and a decoding unit for decoding and outputting control signals transmitted through a control signal transmission line in the receiving output unit.
상기 선행기술도 마찬가지로 변복조 과정이 요구되는 동일한 문제점을 안고 있다.The above prior art also has the same problem of requiring a modulation/demodulation process.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연속파 제어신호를 오디오 신호와 함께 전송하는 것을 통해 변복조 과정이 없이도 그룹 내 개별 스피커의 선택적 출력을 효과적으로 제어할 수 있도록 하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to enable effective control of the selective output of individual speakers within a group without a modulation/demodulation process by transmitting a continuous wave control signal together with an audio signal.
본 발명의 다른 목적은 임피던스 매칭 파워 트랜스포머를 통해 전력 전송 효율을 높이고 원활한 신호 전송 및 스피커 간 균일한 음향 출력을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to increase power transmission efficiency and provide smooth signal transmission and uniform sound output between speakers through an impedance matching power transformer.
본 발명의 또 다른 목적은 화재나 기타 재난신호를 실시간으로 감지하여 전달할 수 있고 온디바이스 TTS 엔진을 사용하여 재난 신호 입력 시 경고 메시지를 다국어 음성으로 변환하여 제공하여 재난 방송에 대하여 여러 언어의 폭넓은 지원이 가능하도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to detect and transmit fire or other disaster signals in real time, and to convert warning messages into multilingual voices and provide them when disaster signals are input using an on-device TTS engine, thereby enabling wide support in multiple languages for disaster broadcasting.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 오디오 출력 스피커 선택을 위한 사용자 인터페이스를 제공하고 오디오 신호와 스피커 선택을 위한 제어 데이터를 출력하는 제어패널과, 상기 오디오 신호와 고주파 연속파 신호 형태의 제어 데이터를 오디오 라인을 통해 송출하는 연속파 기반 제어 데이터 전송회로를 포함하는 스피커 출력 제어 관리기 및 오디오 라인을 통해 전송되는 신호로부터 고주파 연속파 신호를 분리한 후 디지털 신호로 변환하는 연속파 데이터 수신부와, 상기 디지털 신호로 변환된 고주파 연속파 신호가 미리 설정된 패턴과 일치하는 경우 상기 고주파 연속파 신호에 포함된 주소와 명령을 분석하여 주소가 일치하는 경우 스피커 출력 제어 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤 유닛 및 상기 마이크로 컨트롤 유닛의 스피커 출력 제어 신호에 따라 스피커로 입력되는 오디오 신호를 단속하는 스위칭부를 포함하는 선택적 스피커 출력 제어기를 포함하는 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a selective speaker output control system using a continuous wave control signal is provided, including a speaker output control manager including a control panel that provides a user interface for selecting an audio output speaker and outputs an audio signal and control data for selecting a speaker, a continuous wave-based control data transmission circuit that transmits the audio signal and control data in the form of a high-frequency continuous wave signal through an audio line, a continuous wave data receiving unit that separates the high-frequency continuous wave signal from a signal transmitted through the audio line and converts it into a digital signal, a micro control unit that analyzes an address and a command included in the high-frequency continuous wave signal when the high-frequency continuous wave signal converted into the digital signal matches a preset pattern and generates a speaker output control signal when the address matches, and a switching unit that controls an audio signal input to a speaker according to the speaker output control signal of the micro control unit.
여기서, 연속파 데이터 수신부는 오디오 라인으로 입력되는 신호로부터 고주파 연속파 신호를 분리하는 신호 분리부, 분리된 상기 고주파 연속파 신호를 증폭하고 엔벨로프를 검출하는 증폭 및 검출부 및 아날로그 고주파 연속파 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부를 포함하여 구성될 수 있다.Here, the continuous wave data receiving unit may be configured to include a signal separation unit that separates a high-frequency continuous wave signal from a signal input to an audio line, an amplification and detection unit that amplifies the separated high-frequency continuous wave signal and detects an envelope, and an A/D conversion unit that converts an analog high-frequency continuous wave signal into a digital signal.
그리고, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 디지털 신호로 변환된 고주파 연속파 신호가 미리 설정된 패턴과 일치하는지 여부를 검출하고 노이즈 성분을 제거하며 소프트웨어적으로 주파수 선택적 필터링을 수행하는 필터링 연속파 신호 분석 및 필터링부, 상기 고주파 연속파 신호를 임시 저장하고 해당 신호 패턴의 시작과 끝을 동기화하는 버퍼 및 동기화 처리부 및 상기 고주파 연속파 신호에 포함된 주소와 명령을 분석하여 스피커 출력 제어 신호를 생성하는 데이터 처리 및 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the microcontroller unit may be configured to include a filtering continuous wave signal analysis and filtering unit that detects whether the high-frequency continuous wave signal converted into the digital signal matches a preset pattern, removes noise components, and performs frequency-selective filtering through software, a buffer and synchronization processing unit that temporarily stores the high-frequency continuous wave signal and synchronizes the start and end of the corresponding signal pattern, and a data processing and control unit that analyzes an address and command included in the high-frequency continuous wave signal to generate a speaker output control signal.
그리고 상기 오디오 라인과 스피커 입력단 간에 오디오 라인에서 최대 전력을 추출하기 위한 임피던스 정합 파워 트랜스포머가 개재되는 것이 바람직하다.And it is preferable that an impedance matching power transformer be interposed between the audio line and the speaker input terminal to extract maximum power from the audio line.
또한, 제어 패널은 경보 음성을 설정된 언어의 음성으로 변환하기 위한 TTS 엔진을 포함하는 것이 보다 바람직하다.Additionally, it is preferable that the control panel include a TTS engine to convert the alarm voice into a voice in the set language.
또한, 상기 스피커 출력 제어 관리기는 경보 신호가 입력되는 경보 신호 입력포트를 구비하고, 상기 경보 신호 입력포트를 통해 화재 접점 또는 재난 신호가 입력되는 경우 송출중인 방송을 중지하고 화재 경보 또는 재난 경보를 우선적으로 송출하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, it is more preferable that the speaker output control manager has an alarm signal input port into which an alarm signal is input, and when a fire contact or disaster signal is input through the alarm signal input port, the broadcast being transmitted is stopped and the fire alarm or disaster alarm is transmitted as a priority.
본 발명에 의하면, 간단한 구성의 추가만으로 그룹 내 스피커의 선택적 출력이 가능하여 전관 방송의 효율을 극대화할 수 있고, 불필요한 방송 출력을 방지할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, selective output of speakers within a group is possible with the addition of a simple configuration, thereby maximizing the efficiency of public broadcasting and preventing unnecessary broadcasting output.
그리고 연속파 신호를 이용하므로 단순한 회로 구조를 갖고 변복조 과정이 생략되어 노이즈 감소 및 회로 안정성이 높아지는 장점이 있다.And since it uses a continuous wave signal, it has the advantage of having a simple circuit structure and omitting the modulation/demodulation process, thereby reducing noise and increasing circuit stability.
도1은 본 발명에 따른 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 스피커 출력 제어 관리기의 세부 구성을 도시한 것이다.
도 3은 선택적 스피커 출력 제어기의 세부 구성을 도시한 것이다.
도 4는 연속파 데이터 수신회로와 마이크로 컨트롤 유닛의 세부 구성을 도시한 것이다.
도 5는 디지털 소프트웨어 필터로서 FIR 필터의 구현 방법을 예시한 것이다.Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a selective speaker output control system using a continuous wave control signal according to the present invention.
Figure 2 illustrates the detailed configuration of the speaker output control manager.
Figure 3 illustrates the detailed configuration of the optional speaker output controller.
Figure 4 illustrates the detailed configuration of a continuous wave data receiving circuit and a micro control unit.
Figure 5 illustrates a method for implementing an FIR filter as a digital software filter.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The embodiments described in the present invention and the configurations illustrated in the drawings are only preferred embodiments of the present invention and do not express all of the technical ideas of the present invention. Therefore, the scope of the rights of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments and drawings described in the text. That is, since the embodiments can be modified in various ways and can have various forms, the scope of the rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical ideas. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all of them or only such effects, and therefore the scope of the rights of the present invention should not be construed as being limited thereby.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with their meaning within the context of the relevant technology, and should not be interpreted to have idealized or overly formal meanings not explicitly defined herein.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도1은 본 발명에 따른 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템의 전체 구성도이다.Figure 1 is a diagram showing the overall configuration of a selective speaker output control system using a continuous wave control signal according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템은 스피커 출력 제어 관리기(10), 믹서(20), 증폭기(30), 셀렉터(40), 선택적 스피커 출력 제어기(50) 및 스피커(60)를 포함한다.As illustrated in FIG. 1, a selective speaker output control system using a continuous wave control signal according to the present invention includes a speaker output control manager (10), a mixer (20), an amplifier (30), a selector (40), a selective speaker output controller (50), and a speaker (60).
일반적인 전관 방송 시스템과 동일하게 안내 음성이 입력되는 마이크 신호, 음악 신호, 라디오 신호 등이 믹서(20)로 입력되면, 그 중 하나의 신호가 증폭기(30)에서 증폭된 후, 셀렉터(40)를 통해 선택된 그룹의 스피커(60)로 방송 내용이 출력된다.As with a general public address system, when a microphone signal, music signal, radio signal, etc., which is a voice guidance signal, is input to a mixer (20), one of the signals is amplified by an amplifier (30), and then the broadcast content is output to the speakers (60) of the selected group through a selector (40).
본 발명에서 스피커 출력 제어 관리기(10)와 선택적 스피커 출력 제어기(50)의 조합을 통해 방송이 출력되는 그룹에 속하는 스피커(60) 중에서 하나 이상의 스피커(60)를 선택적으로 구동할 수 있다.In the present invention, one or more speakers (60) among speakers (60) belonging to a group from which broadcasts are output can be selectively driven through a combination of a speaker output control manager (10) and a selective speaker output controller (50).
그리고, 스피커 출력 제어 관리기(10)는 화재 접점이 입력되거나 외부로부터 재난 방송이 입력되는 경우 현재 방송을 중지하고 긴급 방송이 우선적으로 송출되도록 제어한다.In addition, the speaker output control manager (10) controls the current broadcast to be stopped and the emergency broadcast to be transmitted with priority when a fire contact is input or a disaster broadcast is input from outside.
도 2는 스피커 출력 제어 관리기의 세부 구성을 도시한 것이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 스피커 출력 제어 관리기(10)는 제어패널(11)과 연속파 기반 제어 데이터 전송회로(12)를 포함하여 구성된다.Fig. 2 illustrates a detailed configuration of a speaker output control manager. As illustrated in Fig. 2, the speaker output control manager (10) is configured to include a control panel (11) and a continuous wave-based control data transmission circuit (12).
제어패널(11)은 오디오 출력 스피커 선택을 위한 사용자 인터페이스를 제공하고 오디오 신호와 스피커 선택을 위한 제어 데이터를 출력한다. 관리자는 사용자 인터페이스를 통해 특정 방송을 송출할 스피커의 주소(또는 ID)를 선택할 수 있다.The control panel (11) provides a user interface for selecting audio output speakers and outputs audio signals and control data for speaker selection. The administrator can select the address (or ID) of the speaker to transmit a specific broadcast through the user interface.
제어패널(11)은 온디바이스(On-Device) 다양한 언어 지원이 가능한 TTS 엔진을 탑재하여 재난 신호 입력 시 경고 메시지를 다국어로 음성 변환하여 제공할 수 있다. 이 때 재난의 유형에 따라 미리 설정된 텍스트가 TTS 엔진에 입력되면 TTS 엔진이 이를 설정된 언어의 음성으로 변환하여 다른 방송 송출을 중단하고 최우선으로 재난방송을 해당 언어의 음성으로 송출된다.The control panel (11) is equipped with a TTS engine capable of supporting multiple languages on-device, so that when a disaster signal is input, warning messages can be converted into voices in multiple languages and provided. When a preset text is input into the TTS engine according to the type of disaster, the TTS engine converts it into a voice in the preset language, suspends other broadcasts, and prioritizes transmitting the disaster broadcast in the voice in the corresponding language.
연속파 기반 제어 데이터 전송회로(12)는 스피커 출력 제어 관리기(10)로부터 오디오 신호와 제어 데이터를 수신하고, 제어 데이터를 고주파 연속파 신호의 형태로 오디오 라인을 통해 송출한다. 연속파 기반 제어 데이터 전송회로(12)는 방송할 오디오 신호의 전송 전에 고주파 연속파 신호 형태의 제어 데이터를 오디오 라인을 통해 송출하고 이어서 방송할 오디오 신호를 오디오 라인을 통해 송출한다.A continuous wave-based control data transmission circuit (12) receives audio signals and control data from a speaker output control manager (10), and transmits the control data in the form of a high-frequency continuous wave signal through an audio line. The continuous wave-based control data transmission circuit (12) transmits control data in the form of a high-frequency continuous wave signal through an audio line before transmitting an audio signal to be broadcast, and then transmits the audio signal to be broadcast through the audio line.
연속파(CW : Continuous Wave)는 일정한 주파수와 진폭을 유지하는 연속적인 신호로, 시간 변화가 없으며 특정 주파수로 고정된 사인파 형태의 아날로그 신호로서 연속적인 주파수의 신호를 On/Off하여 정보를 전달한다. A continuous wave (CW) is a continuous signal that maintains a constant frequency and amplitude. It is an analog signal in the form of a sine wave that does not change over time and is fixed at a specific frequency, and transmits information by turning the signal of a continuous frequency on and off.
연속파는 신호의 On/Off로 정보를 전달하므로 복잡한 변조 없이도 간단하게 정보를 주고받을 수 있고, 잡음이 많아도 상대적으로 강한 수신 품질 유지가 가능하며, 연속적인 신호이므로 적은 전력으로도 장거리 신호 전송이 가능하다.Continuous waves transmit information by turning the signal on and off, so they can easily exchange information without complex modulation, and they can maintain relatively strong reception quality even when there is a lot of noise. Since they are continuous signals, they can transmit signals over long distances with little power.
연속파 신호는 간섭의 영향을 받을 수 있으므로, 송수신 신호 대역과 수신 민감도를 최적화하여 신호 간섭을 최소화하는 것이 필요하다.Since continuous wave signals can be affected by interference, it is necessary to minimize signal interference by optimizing the transmission and reception signal bandwidth and reception sensitivity.
스피커 출력 제어 관리기(10)는 경보 신호가 입력되는 경보 신호 입력포트(13)를 구비하고, 경보 신호 입력포트(13)를 통해 화재 접점 또는 재난 신호가 입력되는 경우 송출중인 방송을 중지하고 화재 경보 또는 재난 경보가 우선적으로 송출되도록 제어한다.The speaker output control manager (10) is equipped with an alarm signal input port (13) into which an alarm signal is input, and when a fire contact or disaster signal is input through the alarm signal input port (13), the broadcast being transmitted is stopped and the fire alarm or disaster alarm is controlled to be transmitted with priority.
도 3은 선택적 스피커 출력 제어기의 세부 구성을 도시한 것이고, 도 4는 연속파 데이터 수신회로와 마이크로 컨트롤 유닛의 세부 구성을 도시한 것이다.Fig. 3 illustrates a detailed configuration of an optional speaker output controller, and Fig. 4 illustrates a detailed configuration of a continuous wave data receiving circuit and a micro control unit.
도 3에 도시된 바와 같이, 선택적 스피커 출력 제어기(50)는 연속파 데이터 수신회로(51), 마이크로 컨트롤 유닛(52), 스위칭부(53) 및 임피던스 정합 파워 트랜스포머(54)를 포함하여 구성된다.As shown in Fig. 3, the optional speaker output controller (50) is configured to include a continuous wave data receiving circuit (51), a micro control unit (52), a switching unit (53), and an impedance matching power transformer (54).
연속파 데이터 수신회로(51)는 오디오 라인을 통해 전송되는 신호로부터 고주파 연속파 신호를 분리한 후 디지털 신호로 변환하는 것이다. 도 4를 참조하면, 연속파 데이터 수신회로(51)는 신호 분리부(511), 증폭 및 신호처리부(512) 및 AD 변환기(513)를 포함하여 구성된다.The continuous wave data receiving circuit (51) separates a high-frequency continuous wave signal from a signal transmitted through an audio line and then converts it into a digital signal. Referring to Fig. 4, the continuous wave data receiving circuit (51) is configured to include a signal separation unit (511), an amplification and signal processing unit (512), and an AD converter (513).
신호 분리부(511)는 오디오 라인으로 입력되는 신호로부터 고주파 연속파 신호를 분리하기 위한 것으로서, 고주파 연속파 신호만을 통과시키고 저주파 오디오 신호를 차단하는 대역 통과 필터와, 오디오 신호를 복구하기 위한 저역 필터를 포함할 수 있다. 예시적으로, 대역 통과 필터는 중심 주파수 50KHz 대역의 필터가 사용될 수 있다.The signal separation unit (511) is for separating a high-frequency continuous wave signal from a signal input to an audio line, and may include a band-pass filter that passes only high-frequency continuous wave signals and blocks low-frequency audio signals, and a low-pass filter for restoring the audio signal. For example, a filter with a center frequency of 50 kHz may be used as the band-pass filter.
증폭 및 신호처리부(512)는 분리된 고주파 연속파 신호를 증폭하여 신호 대 잡음비를 높이고 안정적인 데이터 처리를 수행한다.The amplification and signal processing unit (512) amplifies the separated high-frequency continuous wave signal to increase the signal-to-noise ratio and perform stable data processing.
증폭 및 신호처리부(512)는 신호의 강도를 높이고 고주파 대역에서 효율적인 증폭처리를 수행하는 RF 증폭기(Low Noise Amplifier : LNA)와, 다이오드와 RC 회로로 구성되어 연속파 신호의 엔벨로프를 검출하는 엔벨로프 검출기를 포함할 수 있다.The amplification and signal processing unit (512) may include an RF amplifier (Low Noise Amplifier: LNA) that increases the intensity of a signal and performs efficient amplification processing in a high-frequency band, and an envelope detector that is composed of a diode and an RC circuit and detects the envelope of a continuous wave signal.
AD 변환기(513)는 아날로그 고주파 연속파 신호를 디지털 신호로 변환하는 것으로서, 연속파 신호 주파수의 2배 이상의 샘플링 속도를 사용한다. 예를 들어 50kHz CW 신호의 경우 최소 100kHz 이상의 샘플링 속도를 사용한다. AD 변환기(513)는 Microchip사의 MCP3008 또는 Texas Instruments의 ADS1115 또는 상용 ADC 칩이 사용될 수 있다.The AD converter (513) converts an analog high-frequency continuous wave signal into a digital signal, and uses a sampling rate that is more than twice the frequency of the continuous wave signal. For example, for a 50 kHz CW signal, a sampling rate of at least 100 kHz is used. The AD converter (513) can be Microchip's MCP3008, Texas Instruments' ADS1115, or a commercial ADC chip.
마이크로 컨트롤 유닛(52)은 디지털 신호로 변환된 고주파 연속파 신호가 미리 설정된 패턴과 일치하는 경우 상기 고주파 연속파 신호에 포함된 주소와 명령을 분석하여 주소가 일치하는 경우 스피커 출력 제어 신호를 생성하는 것이다. 도 4를 참조하면, 마이크로 컨트롤 유닛(52)은 연속파 신호 분석 및 필터링부(521), 버퍼 및 동기화 처리부(512) 및 데이터 처리 및 제어부(523)을 포함하여 구성된다.The microcontrol unit (52) analyzes the addresses and commands included in the high-frequency continuous wave signal converted into a digital signal when the high-frequency continuous wave signal matches a preset pattern, and generates a speaker output control signal when the addresses match. Referring to Fig. 4, the microcontrol unit (52) is configured to include a continuous wave signal analysis and filtering unit (521), a buffer and synchronization processing unit (512), and a data processing and control unit (523).
연속파 신호 분석 및 필터링부(521)는 수신된 연속파 신호가 미리 설정된 패턴과 일치하는지 여부를 검출하는 것으로서, 설정된 패턴과 수신된 신호를 비교하는 비교회로를 통해 양 신호 패턴의 일치 여부를 판단하는 연속파 신호 검출부와, 노이즈를 감소시키고 유효 신호만을 추출하여 신호의 안정성을 향상시키기 위한 것으로서 노이즈를 제거하고 원하는 대역폭만 통과하도록 설정된 디지털 필터 알고리즘으로 구현되는 소프트웨어 필터를 포함할 수 있다.The continuous wave signal analysis and filtering unit (521) detects whether the received continuous wave signal matches a preset pattern, and may include a continuous wave signal detection unit that determines whether the two signal patterns match through a comparison circuit that compares the preset pattern with the received signal, and a software filter implemented with a digital filter algorithm that removes noise and is set to pass only a desired bandwidth to improve the stability of the signal by reducing noise and extracting only valid signals.
소프트웨어 필터는 입력신호를 처리하여 특정 주파수 성분을 제거하거나 강화하는 소프트웨어 알고리즘으로 하드웨어적으로 복잡한 필터 회로가 필요하지 않고 유연한 신호 처리가 가능하다.A software filter is a software algorithm that processes an input signal to remove or enhance specific frequency components. It allows flexible signal processing without requiring complex hardware filter circuits.
디지털 필터로는 선형 위상을 유지하므로 입력 신호의 왜곡이 적고, 필터의 안정성이 보장되지만 동일한 성능을 달성하기 위해 IIR보다 더 높은 차수(더 많은 연산) 필요한 FIR(Finite Impulse Response) 필터와, 적은 연산량으로도 높은 필터링 성능을 제공하나 안정성을 확인해야 하고 위상 왜곡이 발생할 수 있는 IIR (Infinite Impulse Response) 필터가 사용될 수 있다. Digital filters can be used with FIR (Finite Impulse Response) filters, which maintain a linear phase, so there is less distortion in the input signal, and the stability of the filter is guaranteed, but require a higher order (more calculations) than IIR filters to achieve the same performance, and IIR (Infinite Impulse Response) filters, which provide high filtering performance with less calculations, but stability must be verified and phase distortion may occur.
임베디드 환경에서는 안정성 보장이 중요하며, FIR 필터는 단순히 계수 연산으로 구성되어 있어 구현이 비교적 용이하므로 본 발명과 같은 환경에서는 FIR 필터가 효과적이다.In embedded environments, ensuring stability is important, and since FIR filters are composed of simple coefficient operations and thus relatively easy to implement, FIR filters are effective in environments such as the present invention.
버퍼 및 동기화 처리부(512)는 수신된 데이터의 동기화와 일시적인 저장을 담당하여 원활한 신호 해석을 지원하기 위한 것으로서, 신호가 분석되기 전에 임시 저장되어 안정적인 데이터 처리를 보장하기 위한 목적의 데이터 버퍼와, 수신 신호를 실시간으로 분석하여 신호 패턴의 시작과 끝을 동기화하는 동기화 회로를 포함한다.The buffer and synchronization processing unit (512) is responsible for synchronizing and temporarily storing received data to support smooth signal interpretation. It includes a data buffer for the purpose of temporarily storing signals before they are analyzed to ensure stable data processing, and a synchronization circuit that analyzes received signals in real time to synchronize the start and end of signal patterns.
데이터 처리 및 제어부(523)는 검출된 연속파 데이터를 분석하여 주소와 명령을 분석하고 해석된 명령에 따라 스피커의 온/오프를 제어하는 것으로서, 수신된 연속파 데이터를 분석하여 주소와 명령을 해석하는 데이터 처리부와, 분석된 데이터를 기반으로 스피커 출력 제어 명령을 실행하는 출력 제어모듈을 포함한다. 즉, 데이터 처리 및 제어부(523)는 추출된 주소 데이터가 해당 스피커(60)의 주소 데이터와 일치하고 명령이 스피커 온 제어신호인 경우 해당 스피커(60)를 온 시키고 반대의 경우 해당 스피커를 오프 시킨다.The data processing and control unit (523) analyzes the detected continuous wave data to analyze addresses and commands and controls the on/off of the speaker according to the interpreted commands. It includes a data processing unit that analyzes the received continuous wave data to interpret addresses and commands, and an output control module that executes a speaker output control command based on the analyzed data. That is, the data processing and control unit (523) turns on the speaker (60) if the extracted address data matches the address data of the speaker (60) and the command is a speaker on control signal, and turns off the speaker if the opposite is true.
스위칭부(53)는 출력 제어모듈의 스피커 출력 제어 신호에 따라 스피커(60)로 입력되는 오디오 신호를 단속한다. The switching unit (53) controls the audio signal input to the speaker (60) according to the speaker output control signal of the output control module.
임피던스 정합 파워 트랜스포머(54)는 오디오 라인과 스피커 입력단 간에 연결되어 고출력 오디오 신호에서 최대 전력을 안정적으로 추출할 수 있도록 하며, 그 후단에 정류기가 설치되어 DC 전력으로 변환되어 마이크로 컨트롤 유닛(52)으로 공급된다. An impedance matching power transformer (54) is connected between the audio line and the speaker input terminal to stably extract maximum power from a high-output audio signal, and a rectifier is installed at the rear end to convert it into DC power and supply it to the micro control unit (52).
본 발명에서 오디오 라인에는 오디오 신호 외에 전력 신호가 같이 전송되며, 임피던스 정합 파워 트랜스포머(54)는 오디오 및 전력 전송 시스템에서 소스와 부하의 임피던스를 동일하게 하여 전송 효율을 극대화하고 출력을 균등하게 분배하여 스피커 간의 균일한 음향 출력을 제공하고, 장거리 전송 시에 신호 왜곡과 손실을 감소시킨다.In the present invention, a power signal is transmitted along with an audio signal through an audio line, and an impedance matching power transformer (54) maximizes transmission efficiency by making the impedance of the source and load the same in the audio and power transmission system, distributes the output evenly, provides uniform sound output between speakers, and reduces signal distortion and loss during long-distance transmission.
도 5는 디지털 소프트웨어 필터로서 FIR 필터의 구현 방법을 예시한 것이다.Figure 5 illustrates a method for implementing an FIR filter as a digital software filter.
FIR 필터는 입력 신호의 현재 샘플과 과거의 제한된 수의 샘플에 대한 선형 결합을 통해 출력 신호를 생성한다.An FIR filter generates an output signal by linearly combining the current sample of the input signal with a limited number of past samples.
FIR 필터의 생성 수식은 다음과 같다.The generation formula for the FIR filter is as follows.
여기서, y[n]은 FIR 필터 출력, M은 필터 계수의 개수 (필터의 차수), h[k]는 필터의 계수(임펄스 응답), x[n-k]는 입력 신호의 현재 및 과거 샘플이다.Here, y[n] is the FIR filter output, M is the number of filter coefficients (the order of the filter), h[k] are the coefficients of the filter (the impulse response), and x[n-k] are the current and past samples of the input signal.
도 5의 프로그램코드에서 fir_coeff는 필터 계수를 저장하는 배열로서 필요에 따라 설계 도구를 통해 최적화된 계수 사용된다.In the program code of Fig. 5, fir_coeff is an array that stores filter coefficients, and coefficients optimized through a design tool are used as needed.
그리고 fir_filter 함수는 입력 신호 배열과 출력 신호 배열을 받아 FIR 필터링을 수행한다. i는 현재 출력 샘플의 인덱스, j는 필터 계수의 인덱스를 나타낸다. 조건 if (i - j >= 0)는 경계를 넘지 않도록 하는 조건이다.The fir_filter function receives an input signal array and an output signal array and performs FIR filtering. i represents the index of the current output sample, and j represents the index of the filter coefficient. The condition if (i - j >= 0) prevents the boundary from being crossed.
그리고 C_Main 함수는 임베디드 C Entry 입력 신호를 초기화하고 fir_filter 함수를 호출하여 필터링된 출력 생성하며, 출력 신호는 시리얼 콘솔에 출력된다.Then, the C_Main function initializes the embedded C Entry input signal and calls the fir_filter function to generate the filtered output, which is output to the serial console.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments mentioned above, various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the appended claims shall encompass such modifications and variations as fall within the spirit of the present invention.
10 : 스피커 출력 제어 관리기 11 : 제어 패널
12 : 연속파 기반 제어 데이터 전송회로 13 : 화재접점 포트
20 : 믹서 30 : 증폭기
40 : 셀렉터 50 : 선택적 스피커 출력 제어기
51 : 연속파 데이터 수신회로 52 : 마이크로 컨트롤 유닛
53 : 스위칭부 54 : 임피던스 정합 파워 트랜스포머
511 : 신호 분리부 512 : 증폭 및 신호처리부
513 : AD 변환기 521 : 연속파 신호분석 및 필터링부
522 : 버퍼 및 동기화 처리부 523 : 데이터 처리 및 제어부10: Speaker Output Control Manager 11: Control Panel
12: Continuous wave-based control data transmission circuit 13: Fire contact port
20: Mixer 30: Amplifier
40: Selector 50: Optional speaker output control
51: Continuous wave data receiving circuit 52: Micro control unit
53: Switching section 54: Impedance matching power transformer
511: Signal separation section 512: Amplification and signal processing section
513: AD converter 521: Continuous wave signal analysis and filtering unit
522: Buffer and Synchronization Processing Unit 523: Data Processing and Control Unit
Claims (6)
오디오 라인을 통해 전송되는 신호로부터 고주파 연속파 신호를 분리한 후 디지털 신호로 변환하는 연속파 데이터 수신부와, 상기 디지털 신호로 변환된 고주파 연속파 신호가 미리 설정된 패턴과 일치하는 경우 상기 고주파 연속파 신호에 포함된 주소와 명령을 분석하여 주소가 일치하는 경우 스피커 출력 제어 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤 유닛 및 상기 마이크로 컨트롤 유닛의 스피커 출력 제어 신호에 따라 스피커로 입력되는 오디오 신호를 단속하는 스위칭부를 포함하는 선택적 스피커 출력 제어기를 포함하되,
상기 연속파 데이터 수신부는 오디오 라인으로 입력되는 신호로부터 고주파 연속파 신호를 분리하는 신호 분리부, 분리된 상기 고주파 연속파 신호를 증폭하고 엔벨로프를 검출하는 증폭 및 검출부 및 아날로그 고주파 연속파 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부를 포함하고,
상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 디지털 신호로 변환된 고주파 연속파 신호가 미리 설정된 패턴과 일치하는지 여부를 검출하고 노이즈 성분을 제거하며 소프트웨어적으로 주파수 선택적 필터링을 수행하는 필터링 연속파 신호 분석 및 필터링부, 상기 고주파 연속파 신호를 임시 저장하고 해당 신호 패턴의 시작과 끝을 동기화하는 버퍼 및 동기화 처리부 및 상기 고주파 연속파 신호에 포함된 주소와 명령을 분석하여 스피커 출력 제어 신호를 생성하는 데이터 처리 및 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템.A speaker output control manager including a control panel that provides a user interface for selecting audio output speakers and outputs audio signals and control data for speaker selection, and a continuous wave-based control data transmission circuit that transmits the audio signals and control data in the form of high-frequency continuous wave signals through an audio line; and
A continuous wave data receiving unit that separates a high-frequency continuous wave signal from a signal transmitted through an audio line and then converts it into a digital signal, a micro control unit that analyzes an address and a command included in the high-frequency continuous wave signal when the high-frequency continuous wave signal converted into the digital signal matches a preset pattern and generates a speaker output control signal when the address matches, and an optional speaker output controller that includes a switching unit that controls an audio signal input to a speaker according to the speaker output control signal of the micro control unit.
The above continuous wave data receiving unit includes a signal separation unit that separates a high-frequency continuous wave signal from a signal input to an audio line, an amplification and detection unit that amplifies the separated high-frequency continuous wave signal and detects an envelope, and an A/D conversion unit that converts an analog high-frequency continuous wave signal into a digital signal.
A selective speaker output control system using a continuous wave control signal, characterized in that the microcontroller unit includes a continuous wave signal analysis and filtering unit that detects whether the high-frequency continuous wave signal converted into the digital signal matches a preset pattern, removes noise components, and performs frequency-selective filtering through software, a buffer and synchronization processing unit that temporarily stores the high-frequency continuous wave signal and synchronizes the start and end of the corresponding signal pattern, and a data processing and control unit that analyzes an address and command included in the high-frequency continuous wave signal to generate a speaker output control signal.
상기 오디오 라인과 스피커 입력단 간에 오디오 라인에서 최대 전력을 추출하기 위한 임피던스 정합 파워 트랜스포머가 개재되는 것을 특징으로 하는 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템.
In the first paragraph,
A selective speaker output control system using a continuous wave control signal, characterized in that an impedance matching power transformer is interposed between the audio line and the speaker input terminal to extract maximum power from the audio line.
상기 제어 패널은 경보 음성을 설정된 언어의 음성으로 변환하기 위한 TTS 엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템.
In the first paragraph,
A selective speaker output control system using a continuous wave control signal, characterized in that the above control panel includes a TTS engine for converting an alarm voice into a voice of a set language.
상기 스피커 출력 제어 관리기는 경보 신호가 입력되는 경보 신호 입력포트를 구비하고, 상기 경보 신호 입력포트를 통해 화재 접점 또는 재난 신호가 입력되는 경우 송출중인 방송을 중지하고 화재 경보 또는 재난 경보를 우선적으로 송출하는 것을 특징으로 하는 연속파 제어신호를 이용한 선택적 스피커 출력 제어 시스템.In the first paragraph,
The above speaker output control manager is a selective speaker output control system using a continuous wave control signal, characterized in that it has an alarm signal input port into which an alarm signal is input, and when a fire contact or disaster signal is input through the alarm signal input port, it stops the broadcast being transmitted and transmits the fire alarm or disaster alarm as a priority.
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