[디지털 신호 처리] DSP 활용 자료 _음성인식

DSP(Digital Signal Processing)란 디지털 신호 처리를 뜻하는 단어로, 연속신호를 샘플링하여 생성된 이산신호를 대상으로 그 신호의 특성을 이해하고, 분석하며 원하는 신호를 출력하기 위해 행하는 일련의 모든 처리 과정을 말한다.

 

DSP의 가장 큰 특징은 실시간 처리, 고성능 연산, 반복 연산을 고속으로 실행할 수 있는 회로가 내장되어 있어 신호를 빠르게 처리한다는 것이다. 현재 우리 삶에서 흔하게 접할 수 있는 멀티미디어, 디지털 통신 기기는 매우 복잡한 신호 처리를 요구하기에 DSP는 전자기기에 필수적인 과정이다.

 

DSP를 이용한 활용 자료 중 음성인식은 사용자의 입력 신호인 사람의 음성을 실시간으로 컴퓨터가 인식할 수 있는 형태로 변환하는 작업으로, DSP의 실시간 처리 특성을 이용하여 즉각적인 결과를 출력하는 시스템이다. 음성인식을 활용한 기기로는 녹음기, 보청기, 스피커 등이 있다. 

 

다양한 음성 인식 방법 중 사람이 음성을 인식하는 방식은 ‘파동’이다. 파동은 진동이 주위로 퍼져 나가는 현상으로 소리의 파동이 연속적으로 전달되어 사람에게 전달되는데, 컴퓨터는 연속적인 영역에서 존재할 수 없기에 DSP과정을 거쳐서 음성을 인식해야 한다. 이 과정은 아날로그 신호가 표본화, 양자화, 코드화의 과정을 거쳐 ‘이진 디지털 신호’로 변화시키는 것으로, 이를 통해 컴퓨터는 음성을 신호로 변환하여 음성을 인식하고 명령을 수행할 수 있게 된다. 만약 변환한 디지털 신호를 다시 음향신호로 변환하고 싶은 경우 복호화 과정을 거쳐 아날로그 신호로 복원할 수 있다.

 

아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하기 위한 DSP의 과정은 3단계로 이루어져 있다. 첫 단계인 표본화는 1초의 연속적인 시그널을 몇 개의 숫자로 표현할 것인지를 결정하는 과정으로, 연속 시간 신호를 이산 시간 신호로 변환하여 일정 시간 간격으로 신호를 추출한다. 이때, 1초 동안초동안 샘플링한 횟수가 높으면 데이터 양이 많아지고 낮으면 연속 시간 신호와의 오차가 커져 신호 정보가 손상이 되어 잡음 발생 현상이 나타난다. 따라서 적절한 샘플링 횟수를 조정하는 것이 중요하다. 표본화 다음 단계 양자화는 각 샘플의 값을 구간별로 묶는 작업이다. 양자화 레벨은 구간 수와 동일하고, 레벨이 증가하면 아날로그 신호와의 오차가 줄어들어 원래 신호와 근접해지지만 비트 수가 증가하는 단점이 있다. 마지막 단계인 코드화를 거쳐 양자화의 데이터 값을 2진수로 표현하면 최종으로 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호가 된다.

 

디지털 신호 처리는 이러한 처리 과정을 거쳐 주파수 변환, 신호 추출, 신호 세그멘테이션 등 다양한 신호 처리 기법을 수행할 수 있고 정확한 제어 및 조절이 가능하여 정밀한 결과를 도출할 수 있다. 따라서 데이터를 효율적으로 다루어야 하는 다양한 분야 속 현대 기술의 핵심으로 자리 잡고 있으며, 미래에는 DSP 기술의 발달이 우리의 삶에 다양한 가능성을 열어줄 것으로 예상한다.