[논문]An Ultrasonic Wave Encoder and Decoder for Indoor Positioning of Mobile Marketing System

Kim, Young-Mo; Jang, Se-Young; Park, Byeong-Chan; Bang, Kyung-Sik; Kim, Seok-Yoon

doi:10.9708/jksci.2019.24.07.093

[국내논문] An Ultrasonic Wave Encoder and Decoder for Indoor Positioning of Mobile Marketing System 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.24 no.7, 2019년, pp.93 - 100

Kim, Young-Mo (Dept. of Computer Science and Engineering, Soongsil University) , Jang, Se-Young (Dept. of Computer Science and Engineering, Soongsil University) , Park, Byeong-Chan (Dept. of Computer Science and Engineering, Soongsil University) , Bang, Kyung-Sik (itbab) , Kim, Seok-Yoon (Dept. of Computer Science and Engineering, Soongsil University)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose an intelligent marketing service system that can provide custom advertisements and events to both businesses and customers by identifying the location and contents using the ultrasonic signals and feature information in voice signals. We also develop the encoding and decoding algorithm of ultrasonic signals for this system and analyze the performance evaluation results. With the development of the hyper-connected society, the on-line marketing has been activated and is growing in size. Existing store marketing applications have disadvantages that customers have to find out events or promotional materials that the headquarters or stores throughusing the corresponding applications whenever they visit them. To solve these problems, there are attempts to create intelligent marketing tools using GPS technology and voice recognition technology. However, this approach has difficulties in technology development due to accuracy of location and speed of comparison and retrieval of voice recognition technology, and marketing services for customer relation are also much simplified.

주제어

표/그림 (21)

그림 Fig. 1. Classification by Frequency Band of Sound
그림 Fig. 2. Ultrasonic Signal Generation and Recovery System Configuration Diagram
그림 Fig. 3. General Ultrasonic Encoding Conceptual Plot
그림 Fig. 4. Packet Format (For 6 datacodes)
그림 Fig. 5. Android Ultrasonic Retrofit Schematic
표 Table. 1. Band Configuration
표 Table. 2. Requirements for Generating and Restoring Ultrasonic Signals
그림 Fig. 6. Detection Failure Example
그림 Fig. 7. Sinkband Allocation Format
그림 Fig. 8. New Encoding Format
표 Table. 3. Results of Accuracy Measurement in the Cafe Environment
그림 Fig. 9. Effects of Ultrasonic Encoding
그림 Fig. 12. Example of Partial Loss Recovery
그림 Fig. 13. Chirp Signal Generation C Code
그림 Fig. 14. Sink Sound Generation C Code (M=4)
그림 Fig. 15. Data Generation C Code (M=4)
그림 Fg. 10. Decodable Structure if Overlaps with other Signals in the Ultrasound Area
그림 Fig. 11. Recovered Ultrasonic Signal
그림 Fig. 16. Spectrogram of Ultrasonic Waves Received through the Microphone
그림 Fig. 17. Ultrasonic Regeneration and Rehabilitation Device Implementation
표 Table. 4. Results of Experiments in the Environment of the Cafe

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 지능형 마케팅을 위해 마케팅 어플리케이션에서 이용할 모바일 마케팅시스템에서 마케팅 정보를 초음파를 통해 전송하기 위한 초음파 생성기 및 복호기를 제안하였고 실험을 통하여 성능 평가한 결과를 제시하였다. 또한, 강인성을 확보하기 위하여 연결된 chirp 형태의 초음파 인코딩 방식과 새로운 인코딩 포맷을 제안하였다.
본 논문에서는 초음파를 이용하여 정보를 전송하려고 한다. 관련 기술로서 초음파 정보 전송 기술을 살펴보도록 한다.
본 논문은 지능형 마케팅 서비스를 위해 초음파 신호와 콘텐츠의 음성신호에서 콘텐츠가 가지는 고유 정보를 이용하여 특정 장소와 광고 등의 콘텐츠를 식별하여 업주와 고객에 맞춤형 광고 및 이벤트를 지능형으로 서비스할 수 있는 시스템을 개발하기 위하여 필요한 초음파 신호 생성 및 복호기를 제안한다.

가설 설정

비교적 먼 거리에서 신호를 수신 가능하다. 넷째 온도 변화에 따른 속도가 일정하다. 초음파는 온도 변화에 따른 파장의 진행속도가 비교적 일정하다.
두 번째 요구 사항은 원정보가 정확하게 복구되어야 한다는 것이다. 일반적인 모바일 장치의 마이크 감도를 고려할 때 초음파는 20kHz 이하여야 한다.
주파수와 파장은 반비례 관계를 가지고 있는데 가청 영역의 음파에 비해서 초음파는 높은 주파수 영역에 해당되며 파장은 짧아지게 된다. 둘째 지향성이 강하다. 지향성이란 소리가 어느 한 방향으로 전파되는 현상을 말하며, 소리의 강도가 방향에 따라 크게 달라지며 보통의 음파가 넓게 퍼지는 정도가 작아 수신감도가 좋다.

제안 방법

강인성을 위하여 구현 후 실험 환경은 소음이 심한 카페 환경에서 임의의 ID를 입력하여 초음파 재생, 오디오 재생 음량은 –80db ~ -20db 단말기에서 출력 결과를 확인하여 검출률, 오답률 측정을 진행하였다.
본 논문에서는 초음파를 이용하여 정보를 전송하려고 한다. 관련 기술로서 초음파 정보 전송 기술을 살펴보도록 한다. Fig.
동일한 방법으로 임의의 ID를 입력하여 초음파 재생, 오디오 재생 음량은 –80db ~ -20db로 하여 각 db 당 50회 진행하여 출력 결과를 확인하였다.
본 논문에서는 지능형 마케팅을 위해 마케팅 어플리케이션에서 이용할 모바일 마케팅시스템에서 마케팅 정보를 초음파를 통해 전송하기 위한 초음파 생성기 및 복호기를 제안하였고 실험을 통하여 성능 평가한 결과를 제시하였다. 또한, 강인성을 확보하기 위하여 연결된 chirp 형태의 초음파 인코딩 방식과 새로운 인코딩 포맷을 제안하였다. 이를 통하여 cafe와 같이 소음이 강한 환경에서는 약 –60db 정도로 음량을 높일 경우 90%의 검출률과 오답률이 0인 것을 확인하였다.
모바일 마케팅 활용을 위한 초음파 신호 생성기 및 복호기를 만들기 위해서는 2장에서 도출한 요구 사항을 기반으로 설계한다. Fig.
본 연구에 대한 실험을 하기 위하여 소음이 심한 카페 환경에서 초음파 재생기와 오디오 재생기, 그리고 스마트폰 단말기를 구비하여 실험하였다.
싱크 밴드 할당 형식은 Fig. 7과 같은 형식으로 싱크 밴드를 할당하였고 싱크 밴드 내의 peak 검출 (짧은 길이의 녹음 및 디코딩을 통하여 가능)을 통하여 전체 패킷의 디코딩 결정하여 자원 소비량을 현저히 감소시켰으며 패킷 시작/ 끝에 chirp 형태의 싱크음 변화를 주어서 패킷 디코딩의 alignment 기능까지 포함시켰다.
위의 문제점을 해결하기 위하여 특정 밴드에 싱크 신호를 할당하여 전체 패킷을 녹음 및 디코딩하기 전에 짧은 길이의 녹음을 통하여 싱크 신호의 존재 여부를 확인함으로써 자원 소비량 감소시켰다. 잡음 문제의 원인은 초음파 오디오의 음량이 시간 축 상에서 일정치 않고 심한 변화가 발생하는 지점이 존재하기 때문이다[10][11][12].

대상 데이터

밴드 구성은 Table. 1과 같이 초음파 오디오의 밴드를 싱크밴드 2개와 데이터 밴드 8개를 비가청주파수와 마이크 감도 허용치를 기준으로 18k ~ 20kHz 내에서 구성하였다. 패킷의 형식은 Fig.

성능/효과

9는 소음에 강하고 전력소비를 줄이기 위해 제안한 인코딩 방식의 효과를 나태낸 것으로 amplitude가 일정하여 잡음이 없고, linear chirp sound를 통하여 다른 신호와 중첩이 가능하도록 하였고, 부분 소실 시 Recovery가 가능하게 하였다. 또한, 병력 신호 전송을 위해 data capacity를 높였고, 모바일 기기의 자원을 절약하기 위하여 녹음 길이를 최소화했다.
본 연구를 통해 사용자는 매장의 정보에 대해서 매장 이벤트 등을 따로 찾아볼 필요 없이 지능형 마케팅을 활용하여 더욱 편리하게 매장을 이용 가능 할 수 있다. 본 논문에서 제안한 연결된 chirp 형태의 초음파 인코딩 방식은 기존 인코딩 방식의 주요한 제한점들인 잡음 발생 문제, 소음이 심한 환경에서의 검출률 저하 문제, 오검출 발생 문제를 모두 큰 폭으로 개선한 효과가 있다. 하지만, 시간축 상에서 일시적으로 소음이 강하게 발생할 경우 초음파 성분 소실 문제가 발생하였으며, 3초 이상의 길이를 가진 패킷 디코딩을 주기적으로 사용할 경우 전력소비가 여전히 높았다.
지향성이란 소리가 어느 한 방향으로 전파되는 현상을 말하며, 소리의 강도가 방향에 따라 크게 달라지며 보통의 음파가 넓게 퍼지는 정도가 작아 수신감도가 좋다. 셋째 먼 거리 수신이 가능하다. 비교적 먼 거리에서 신호를 수신 가능하다.
실험 시 소음에 대한 강인성 저하 문제가 심각하였고 초음파 영역에 다른 초음파 신호가 발생할 경우 오검출 위험이 높았다. 또한 3초 길이의 패킷 디코딩을 주기적으로 할 경우 전력소비가 매우 심했으며 코드 병렬화에 어려움이 있었다.
이를 통하여 cafe와 같이 소음이 강한 환경에서는 약 –60db 정도로 음량을 높일 경우 90%의 검출률과 오답률이 0인 것을 확인하였다.

후속연구

이를 통하여 cafe와 같이 소음이 강한 환경에서는 약 –60db 정도로 음량을 높일 경우 90%의 검출률과 오답률이 0인 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 사용자는 매장의 정보에 대해서 매장 이벤트 등을 따로 찾아볼 필요 없이 지능형 마케팅을 활용하여 더욱 편리하게 매장을 이용 가능 할 수 있다. 본 논문에서 제안한 연결된 chirp 형태의 초음파 인코딩 방식은 기존 인코딩 방식의 주요한 제한점들인 잡음 발생 문제, 소음이 심한 환경에서의 검출률 저하 문제, 오검출 발생 문제를 모두 큰 폭으로 개선한 효과가 있다.
하지만, 시간축 상에서 일시적으로 소음이 강하게 발생할 경우 초음파 성분 소실 문제가 발생하였으며, 3초 이상의 길이를 가진 패킷 디코딩을 주기적으로 사용할 경우 전력소비가 여전히 높았다. 향후 이러한 문제를 개선하기 위한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초음파란 무엇인가?	1은 소리의 주파수 대역별 구분을 나타낸다. 초음파는 소리의 파동 중에서 사람이 들을 수 있는 소리인 가청 주파수(16 Hz ~ 20,000 Hz)를 넘는 진동수 2만 Hz 이상의 음파를 초음파라고 한다[3].
	Smoothing으로 검출률이 저하된 문제점을 해결하기 위해 무엇을 하였는가?	위의 문제점을 해결하기 위하여 특정 밴드에 싱크 신호를 할당하여 전체 패킷을 녹음 및 디코딩하기 전에 짧은 길이의 녹음을 통하여 싱크 신호의 존재 여부를 확인함으로써 자원 소비량 감소시켰다. 잡음 문제의 원인은 초음파 오디오의 음량이 시간 축 상에서 일정치 않고 심한 변화가 발생하는 지점이 존재하기 때문이다[10][11][12].
	초음파의 특성상 초음파 밴드 내의 샘플링이 촘촘할수록 검출 정확도가 떨어지는 이유는?	세 번째 요구 사항은 강인성에 관한 것으로 소음과 섞이더라도 초음파가 검출되어야 한다. 초음파의 특성상 초음파 밴드(18kHz ~ 20kHz) 내의 샘플링이 촘촘할수록 많은 정보를 인코딩할 수 있으며 오디오 단위의 길이가 짧아지므로 복호 반응성이 좋아지지만 간섭으로 인하여 검출 정확도가 떨어질 수 있다. 초음파의 신호 세기(음량)을 강하게 할수록 실제 환경에서의 소음으로 인한 왜곡에 대하여 강한 검출이 가능하지만, 음량이 강해질수록 반향 등의 다양한 사이드 이펙트로 인하여 비가천성이 저하되는 문제점이 발생한다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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