음성인식 반도체 칩 국내최초 개발

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과학기술부 생명환경기술과 504-2366

- 과기부 뇌과학연구사업단 이수영박사팀

- 잡음에 강한 음성인식기술 반도체 칩으로 구현

- 음성인식 전자제품 등장 앞당겨...2003년 국내수요만 1000억원

국내연구진이 음성인식 반도체 칩을 미국과 일본에 이어 세계 3번째,  국내

에서는 최초로 개발했다.

과학기술부 중점국가연구개발사업으로 98년 출범한  뇌과학연구사업단(단장

이수영 KAIST 전자전산학과교수)은  26일 '화자독립형'  음성

인식 반도체 칩 개발에 성공했다고 밝혔다. '화자독립형'은  말하는 사람에

관계없이 여러 사람의 음성을 인식할 수 있는 음성인식방식. 95% 이상의  인

식률을 얻고 있어 특정사람의 음성만 인식하는 '화자종속형'에 비해  활용도

가 매우 높은 첨단기술이다.

그간 PC나 범용 반도체 소자인 DSP(Digital Signal  Processing:디지털신호

처리)에서 동작하는 음성인식 소프트웨어는 국내 여러 연구기관과  기업에서

개발됐으나 음성인식 전용 반도체 칩이 개발되기는 이번이 처음이다.

이수영 박사팀이 개발한 음성인식  전용 반도체 소자는 일반적인  음성인식

기술인 통계적 처리방법(Hidden Markov  Model: HMM)과 달리 인간의  청각기

관을 모방한 청각모델과 뇌의  인지기능을 모방한 신경회로망으로 구현,  실

생활 환경에서 꼭 필요한 잡음에 강한 성능을 지닌 것이 특징이다.

50개의 단어를 화자와 무관하게 인식할 수 있으며, 외부의 저장소자

(ROM; Read Only Memory)에 기록되는 값을 바꿈으로서 서로 다른 단어  세트

를 인식할 수 있는 범용성도 갖췄다. 반응시간은 0.1초 이하로 실시간  처리

되며, 실생활에서는 95% 이상의 인식율을 보인다. 화자적응 기법도 칩  속에

내장되어, 사용자가 사용하면 할수록 성능이 좋아지는 장점도 있다.  현재는

FPGA(Field Programmable Gate Array)에 구현되었으나,

ASIC(Application-Specific Integrated Circuits)로 구현하면 4mmx4mm의  작

은 칩으로 구현이 가능하다고 이박사는 설명했다.

최근 음성인식기술 발달로 이 분야 시장이 급팽창하고  있으나, 잡음이 있

는 실생활 환경에서는 인식율이 크게 저하되는 문제점으로 인해  시장확대의

걸림돌로 지적되어 왔다.

그러나 이박사팀이  개발한 음성인식  칩은  이러한 문제점을  개선, 시속

60km로 달리는 자동차 안에서도 카  오디오를 음성으로 동작시킬 정도로  성

능이 우수하다. 특히 카 오디오 소리는 음성명령어와 구별하기가 어려워  인

식에 어려움이 많았으나, 인간의  귀에서 일어나는 신호처리 기법을  모방함

으로서 이를 해결했다.

음성인식 전용 반도체 소자는 PC의 도움이 필요 없어 개별적으로 존재하는

전자제품에 적용할 수  있다. 또한 DSP를  사용하는 것 보다  가격이 저렴해

전화, 장난감 등 저가 전자제품과  hands-free 휴대폰, 무선헤드셋 등의  소

형전자제품에도 적용이 가능해졌다.

이수영박사는 "아직 음성인식 기술을 활용한  전자제품이 적으나 2003년경

에는 국내에서만 약 1000억원  정도의 음성인식칩 수요가 예상된다."며  "수

입대체효과 뿐 아니라 수출시장의  확대는 물론 음성인식기술의  활용범위를

대폭 확대하는 기폭제 역할을 할 것으로 기대된다."고 말했다.

한편 이박사팀이 개발한 음성인식 반도체  칩은 벤처기업 ㈜엑스텔(Extell

Technology Inc.)을 통해 상업적 기술개발과 상품화키로 해  정부프로젝트의

성공적 산업화의 좋은 본보기가 될 전망이다.(끝)

첨부: 특수용어 설명

1)화자종속

: 특정사용자의 음성만을 인식하는 음성인식방법으로 다른 사람의 음성이 입력

될 경우 인식하지 못하게 된다.  핸드폰에 음성을 입력하여 전화를 거는 방

식이 이에 해당되는데 음성을 입력한 사람만 사용이 가능해 그  활용도가 높

지 않다.

2)화자독립

: 여러 사람의 음성을 인식하는 음성인식방법으로  말하는 사람에 관계없이 음

성을 인식할 수 있으므로 새로운 인터페이스 체계로서 시도되고 있는 방식이

다.화자종속에 비해 많은 사람의 음성을 인식할 수 있고 최근  95%이상의 인

식률을 얻고있어 활용도가 높다.

3)화자적응

: 기본적인 음성인식은 준비되어진 데이터와 입력된 음성과의 비교로 이루어지

는데 사용자가 많이 사용할수록 사용자의 음성패턴에 따라 데이터를 변경함으

로써 인식률을 보다 더 높일 수 있는 방법이다.

4)화자인증

: 말하는 사람이 누구인지 확인을 하는 기능으로  지문, 홍채인식과 같이 성문

을 분석하여 말하는 사람을 인증할 수 있다.  보안과 관련된 기능으로 사용

되어 지는데 음성도어락, 음성뱅킹시스템 등에 적용되어 질 수 있다.

5)ASIC

: ASIC(Application Specific  Integrated Circuit)는 특정용도로  설계, 제작되는

집적회로(IC)를 말하며 반특별주문  LSI라고도 하는 세미커스텀  LSI를 중심으로

주문자측이 원하는 설계·규격에 의해 제작되는 커스터머 사양의 IC를 말한다.

6)ASSP

: ASSP(Application Specific Standard Product)는 자사 상표 부착 방식의 특정용

도 표준형 제품을 말한다.  ASSP는 사용자의 주문에 따라 제작되는 ASIC과 달리

특정용도의 시스템에 사용키 위해  반도체 설계업체가 독자적으로 개발,  제작한

칩이다.  ASSP는 ASSP를 개발한 업체의 상표가 부착된다는 점과 복수의 주문자를

대상으로 한다는 점에서 ASIC과 차별화된다.

ASSP 제품의 개발 및 출시가 본격화됨에 따라 향후 국내 반도체 설계업체들의 매

출구조도 ASIC 설계사업을 통한 용역비 수입비중은 점차 줄어드는 대신  ASSP 제

품 판매 및 기술 로열티 수입은 더욱 확대되는 추세를 보이고 있다.

7)DSP

: DSP(Digital Signal Processing:디지털신호처리)는 아날로그 신호를 A/D(아날

로그/디지털)변환하여 얻어진 디지털 데이터에 대수적인 연산을 해 필터링이나

분석 등의 신호처리를 하는 것을 말한다. 기본적으로 아날로그 신호의 실시간

디지털 처리를 목적으로 한다.

DSP는 디지털신호를 수학적으로 빨리 계산할 수 있는 수학 연산 전문반도체로

마이크로프로세서도 이러한 기능을 수행하지만  수학연산만 전문으로 하는 DSP

에 비해 속도가 느리다. DSP는 범용마이크로프로세서의 하드웨어 아키텍처를

대폭적으로 개량, 고속 연산성과 컴팩트화를 추구한 전용 프로세서를 말한다.

8)청각모델

:청각모델(Auditory Model)은 인간의 청각에서 일어나는 일련의 과정들을 논리

및 산술적으로 모델링한 방법으로서 음성인식에서 전처리과정 중 입력된  신호

에서 유효한 신호를 추출해내도록 고안한 방법이다.

많은 청신경 섬유를 자극하는 음파를 인간의 청신경에서 처리하는 방법을 음성

인식에 적용한 부분이다.

9)선택적 주의집중

: 시끄러운 환경에서도 대화가 가능한 인간의 청각과 같이 불필요한 신

호를 제거하고 중요한 신호를 유효하게 처리할 수 있는  방법을 의미

한다.  신경회로망 이론을 적용하여 음성의 특징을 추출하고 이를 인

식함에 있어 중요한 음성에 대한 가중치를 높임으로써 인식률의 향상

을 가져오도록 구성하는 방법이다.

10)신경회로망

: 입력과 출력사이의 비선형 함수관계를 학습을 통해 보완해 나감으로써 궁

극에는 가장 우수한 입출력 특성을 가지도록 구성하는 방법. 학습에 의해

성능이 우수해지나 학습과 관련된 많은 데이터를 분석 적용하는데 시간적

인 부담이 있다. 신경회로망의 학습법칙은 목표치에 도달하도록 시냅스를

변화시키는 것으로 학습이 충분히 될 경우 목표치에 수렴시킬 수 있는 회

로가 구성되어진다.

11)HMM

: 음의 상태가 한 상태에서 다음 상태로 바뀌는 것을 천이 확률로 표현하여 음성의

시간적인 특성을 비교적 잘 수용하는 장점 때문에 음성인식의 방법으로 많이

사용되어지고 있으나 이웃한 입력의 상관관계를 처리함에 있어 방대한  변수를

다루어야 하는 문제가 발생된다.