KR101418023B1 - 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치 및 방법 - Google Patents

위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치 및 방법 Download PDF

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KR101418023B1
KR101418023B1 KR1020080024011A KR20080024011A KR101418023B1 KR 101418023 B1 KR101418023 B1 KR 101418023B1 KR 1020080024011 A KR1020080024011 A KR 1020080024011A KR 20080024011 A KR20080024011 A KR 20080024011A KR 101418023 B1 KR101418023 B1 KR 101418023B1
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Abstract

본 명세서는, 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치 및 방법이 개시된다. 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치는 복수의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호를 주파수 입력신호로 변환하는 주파수 변환부, 상기 주파수 입력신호의 위상차를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득차이에 따른 스케일링 계수를 결정하는 계수 결정부 및 상기 스케일링 계수에 따라 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 스케일링 수행부를 포함한다.
이득차이, 자동 이득 조절, 이득보상, 목적음, 위상정보

Description

위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC GAIN CONTROL USING PHASE INFORMATION}
본 발명은, 자동 이득 조절 장치 및 방법에 관한 것으로 특히 위상정보를 이용하여 음향 입력신호 상호간의 이득을 자동으로 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 고정밀 보청기와 같은 첨단 의료기기와 휴대폰, UMPC, 캠코더 등의 모바일 컨버전스 단말이 확산됨에 따라 마이크 어레이를 이용한 응용제품의 수요가 증가하고 있다. 현재 마이크어레이를 이용한 대부분의 연구는 빔형성(Beamforming) 알고리즘을 기본으로 하는 잡음제거 방법을 사용하고 있다. 또한, 이러한 마이크어레이를 이용한 연구는 방향성 잡음 제거를 통해 음성 통화 및 녹음 음질을 개선하는 방법, 화자의 위치를 자동으로 추적할 수 있는 원격 화상 회의 시스템 및 목표음을 추적하는 로봇 기술 등과 관련하여 활발히 수행되고 있다.
그러나, 대부분의 빔형성 알고리즘은 센서 간의 이득차에 의하여 심각한 성능 저하를 가져올 수 있다. 예를 들어, 대표적인 적응형 빔형성 알고리즘인 GSC(Generalized sidelobe canceller)에서는 신호간 이득차에 의하여 블록킹 신호 에 목표음 성분이 포함되며, 이 때문에 적응필터 결과신호에서 목표음이 누설되는 leakage 현상이 발생된다. 또한, GSC는 기본적인 빔형성 과정에서도 마이크 간의 이득차로 인하여 빔모양이 왜곡되어 적절하게 빔을 형성할 수 없는 경우를 발생시키고 있다.
일반적으로 마이크 간의 이득차는 제조 과정에서 허용되는 오차 및 사용에 따른 노화에 의한 마이크 특성 차이로 인하여 발생하게 된다. 이러한 마이크 간의 이득차이를 해결하기 위하여 마이크 제조과정에서 품질오차가 적은 마이크를 생산하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 방법이 비용 절감 측면에서 최선의 선택이 될 수는 없다. 따라서, 저가의 마이크 어레이를 사용하는 상황에서 마이크 간의 특성 차이에 둔감할 수 있는 알고리즘의 개발이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치는 복수의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호를 주파수 입력신호로 변환하는 주파수 변환부, 상기 주파수 입력신호의 위상차를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득차이에 따른 스케일링 계수를 결정하는 계수 결정부 및 상기 스케일링 계수에 따라 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 스케일링 수행부를 포함한다.
본 발명의 일측에 따르면, 상기 계수 결정부는 상기 변환된 주파수 입력신호 상호간의 위상차를 계산하는 위상차 계산부, 상기 위상차를 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정하는 목표신호 결정부 및 상기 주파수 목표신호를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수를 결정하는 스케일링 계수 결정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일측에 따르면, 상기 목표신호 결정부는 상기 위상차를 이용하여 주파수 별 음파방향을 계산하는 음파방향 계산부, 상기 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출하는 목적음 우세성분 추출부 및 상기 주파수 입력신호 및 상기 목적음 우세성분을 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정하는 결정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일측에 따르면, 상기 스케일링 계수 결정부는 상기 입력신호로부터 기준신호 및 비교신호를 선택하는 기준 선택부, 상기 기준신호에 대응하 는 주파수 목표신호 및 상기 비교신호에 대응하는 주파수 목표신호 상호간의 크기 비율 또는 에너지 비율을 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수로 결정하는 비율 결정부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일측에 따르면, 상기 스케일링 수행부는 상기 스케일링 계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 결정하는 평균 스케일링 계수 결정부 및 상기 비교신호 및 상기 평균 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 시간영역 수행부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일측에 따르면, 상기 스케일링 수행부는 상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 주파수영역 수행부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 방법은 복수의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호를 주파수 입력신호로 변환하는 단계, 상기 주파수 입력신호의 위상차를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득차이에 따른 스케일링 계수를 결정하는 단계 및 상기 스케일링 계수에 따라 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 목적음 우세성분을 추출하고, 이를 이용함으로써, 자동으로 입력신호 상호간의 이득차이를 보정하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 위상차를 이용하여 입력신호에 대응하는 주파수 목표신호를 결정함으로써, 잡음이 존재하는 환경에서도 이득보상을 수행하는 위상정보를 이용 한 자동 이득 조절 장치 및 방법을 제공한다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치의 개괄적인 동작 모습을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(101)는 음향입력장치(102) 및 음향입력장치(103) 각각으로부터 목적음(104)에 관한 입력신호를 수신할 수 있다. 이 때, 상기 입력신호는 상호간의 이득의 차이를 가질 수 있다. 이러한 이득의 차이는 상기 목적음의 방향을 예측하고, 상기 목적음의 음파를 추출하는데 큰 저해 요인으로 작용할 수 있다.
위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(101)는 음향입력장치(102) 및 음향입력장치(103)로부터 수신한 입력신호 상호간의 위상차를 이용하여 이러한 이득의 차이를 보상할 수 있다. 특히, 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(101)는 상기 입력신호가 목적음(104) 이외에 다양한 잡음신호를 포함하는 상황에서도 목적음(104) 우세성분을 추출하고, 이러한 목적음(104) 우세성분을 이용하여 자동으로 입력신호 상호간의 이득의 차이를 보정할 수 있다.
여기서 목적음(104)의 신호는 음성이 될 수도 있으며 잡음도 될 수 있다. 따라서 목적음(104)의 방향을 추정할 필요가 없다. 단지, 위상정보를 이용한 자동 이 득 조절장치(101)에서는 미리 정의한 특정 방향 (예를 들어, 90도 방향)에서 입력되는 신호 성분만을 추출하고 신호들 간의 이득차이를 보정하는 것이 목적이기 때문이다. 따라서 기존의 방법들과는 다르게 목표음의 방향을 찾을 필요가 전혀 없다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(200)는 주파수 변환부(210), 계수 결정부(220) 및 스케일링 수행부(230)를 포함할 수 있다.
주파수 변환부(210)는 복수의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호를 주파수 입력신호로 변환할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서 주파수 변환부(210)는 서로 다른 적어도 둘 이상의 음향입력장치 각각으로부터 시간영역의 입력신호를 수신할 수 있다. 또한, 주파수 변환부(210)는 상기 수신한 입력신호를 주파수 입력신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 주파수 변환부(210)는 DFT(Discrete Fourier Transform) 또는 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용하여 상기 입력신호를 주파수 입력신호로 변환할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 주파수 변환부(210)는 수학식 1과 같이 두 개의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호 x1(t), x2(t)로부터 변환된 각각의 주파수 입력신호 X1(w), X2(w)의 복소수 값을 계산할 수 있다. 또한, 계수 결정부(220)는 X1(w), X2(w) 각각의 복소수 값을 이용하여 X1(w), X2(w)의 위상정보를 결 정할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00001
계수 결정부(220)는 상기 주파수 입력신호의 위상차를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득차이에 따른 스케일링 계수를 결정할 수 있다. 구체적으로, 계수 결정부(220)는 상기 주파수 입력신호 각각의 위상정보를 이용하여 위상차를 계산하고, 상기 위상차를 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정하고, 상기 주파수 목표신호를 기반으로 상기 스케일링 계수를 결정할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 계수 결정부(220)는 위상차 계산부(221), 목표신호 결정부(222) 및 스케일링 계수 결정부(223)를 포함할 수 있다.
위상차 계산부(221)는 상기 변환된 주파수 입력신호 상호간의 위상차를 계산할 수 있다.
수학식 2를 참조하면, 위상차 계산부(221)는 적어도 둘 이상의 음향입력장치 로부터 수신된 복수의 입력신호에서 변환된 복수의 주파수 입력신호의 복소수 값을 이용하여, 각각의 주파수 입력신호의 위상정보를 계산할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00002
이 때, Xk(w)는 k(k = 1, 2, ..., M)번째 음향입력장치로부터 수신한 입력신호에서 변환된 주파수 입력신호이고,
Figure 112008018845110-pat00003
는 Xk(w)의 위상정보이다.
또한, 위상차 계산부(221)는 복수의 주파수 입력신호 상호간의 위상정보 차이를 통해 상기 위상차를 계산할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 위상차 계산부(221)는 수학식 3과 같이 두 개의 음향입력장치로부터 수신하여 변환된 각각의 주파수 입력신호 X1(w), X2(w)의 위상정보인
Figure 112008018845110-pat00004
,
Figure 112008018845110-pat00005
를 이용하여 위상차
Figure 112008018845110-pat00006
를 계산할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00007
목표신호 결정부(222)는 상기 위상차를 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정할 수 있다. 구체적으로, 목표신호 결정부(222)는 상기 위상차를 이용하여 주파수 별 음파방향을 계산하고, 상기 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출하고, 상기 주파수 입력신호 및 상기 목적음 우세성분을 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정할 수 있다. 또한, 이와 같은 목표신호 결정부(222)에 관한 내용은 도 3을 통하여 더욱 상세하게 살펴보도록 하겠다.
스케일링 계수 결정부(223)는 상기 주파수 목표신호를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수를 결정할 수 있다.
구체적으로, 스케일링 계수 결정부(223)는 상기 주파수 목표신호 상호간의 크기 배율 또는 에너지 비율을 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수로 결정할 수 있다. 또한, 이와 같은 스케일링 계수 결정부(223)에 대해서는 추후 도 5를 통하여 더욱 상세하게 살펴보도록 하겠다.
스케일링 수행부(230)는 상기 스케일링 계수에 따라 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 의하면, 스케일링 수행부(230)는 상기 스케일링 계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 결정하고, 상기 비교신호 및 상기 평균 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 스케일링 수행부(230)는 상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행할 수 있다.
즉, 스케일링 수행부(230)는 시간영역의 신호인 상기 입력신호 및 상기 평균 스케일링 계수를 이용하여 시간영역에서 이득보상을 수행하고, 나아가 시간영역에서 이득보상이 수행된 결과신호를 출력할 수 있거나, 또는 스케일링 수행부(230)는 주파수영역의 신호인 상기 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수를 이용하여 주파수영역에서 이득보상을 수행하고, 나아가 주파수영역에서 이득보상이 수행된 결과신호를 출력할 수 있다. 또한, 이와 같은 스케일링 수행부(230)에 대해서는 추후 도 5 또는 도 6을 통하여 더욱 상세하게 설명하도록 하겠다.
또한, 이와 같은 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(200)는 서로 다른 입력신호의 위상차를 이용함으로써 음향입력장치의 이득 조절모드가 따로 존재하지 않는 상황에서 동작 중 적은 계산량으로 이득의 보상을 수행할 수 있고, 시간 경과에 따른 마이크의 특성변화에 사용자의 개입 없이 자동으로 대응할 수 있다.
또한, 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(101)는 입력신호의 이득차 보 상을 수행함으로써 일반적으로 사용되는 멀티채널 잡음제거 알고리즘 또는 빔포밍 알고리즘과 결합하여 안정된 성능을 제공할 수 있다. 또한, 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(101)는 음파용 수신전용 기기뿐만 아니라, 레이터 등의 군사용 센서의 이득 값의 차이를 보정하기 위하여 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 목표신호 결정부를 나타낸 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 목표신호 결정부(222)는 음파방향 계산부(301), 목적음 우세성분 추출부(302) 및 결정부(303)를 포함할 수 있다.
음파방향 계산부(301)는 상기 위상차를 이용하여 주파수 별 음파방향을 계산할 수 있다.
구체적으로, 음파방향 계산부(301)는 상기 위상차, 음파의 속도, 상기 복수의 음향입력장치 상호간의 간격 또는 각주파수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 주파수 별 음파방향을 계산할 수 있다. 이 때, 음파방향 계산부(301)는 주파수 별 음파방향을 계산하기 위해서, 상기 위상차를 입력값으로 하고 상기 주파수 별 음파방향을 결과값으로 하는 수학식 4를 이용할 수 있다. 또한, 상기 주파수 별 음파방향은 특정주파수에 해당하는 음파의 예측방향을 의미할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00008
이 때,
Figure 112008018845110-pat00009
는 주파수 별 음파방향이고,
Figure 112008018845110-pat00010
는 위상차이고, c는 음파의 속도(예를 들어, 340 m/s)이고, d는 음향입력장치 상호간의 간격이고, w(w =
Figure 112008018845110-pat00011
)는 각주파수이다.
목적음 우세성분 추출부(302)는 상기 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출할 수 있다.
구체적으로, 목적음 우세성분 추출부(302)는 목적음 방향각 및 목적음 허용각으로 결정된 바이너리 필터를 통하여 상기 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출할 수 있다.
도 4는 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출하는 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 목적음 우세성분 추출부(302)는 상호간의 거리가 d인 음향입력장치 1 및 음향입력장치 2를 기준으로 목적음의 방향을 나타내는 목적음 방향각(
Figure 112008018845110-pat00012
) 및 목적음으로 인정하기 위한 목적음 허용각(
Figure 112008018845110-pat00013
)을 기 결정할 수 있다. 또한, 목적음 우세성분 추출부(302)는 상기 목적음 방향각 및 목적음 허용각으로 구성된 바이너리 필터를 이용하여 상기 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출할 수 있다.
수학식 5를 참조하면, 목적음 우세성분 추출부(302)는 상기 주파수 별 음파방향을 이용하여 특정주파수의 방향각이 상기 목적음 방향각 및 목적음 허용각으로 결정된 범위 내에 포함되는 경우 필터를 통과시키고, 상기 결정된 범위 내에 포함되지 않는 경우 필터를 통해 그 값을 제거시킬 수 있다. 이 때, 목적음 우세성분 추출부(302)는 상기 필터를 효율적으로 운용하기 위해, g1을 1에 가까운 상수값으로 결정하고, g2를 0에 가까운 상수값으로 결정할 수 있다. 따라서, 목적음 우세성분 추출부(302)는 상기 필터를 통해 미리 결정된 목적음의 방향각 및 목적음의 허용각 내의 목적음 우세성분을 추출함으로써, 잡음이 존재하는 상황에서도 입력신호의 이득차 보정을 가능하게 할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00014
이 때,
Figure 112008018845110-pat00015
는 주파수 별 음파방향이고,
Figure 112008018845110-pat00016
은 목적음 방향각이고,
Figure 112008018845110-pat00017
는 목적음 허용각이다. G(w)는 목적음 우세성분이다.
결정부(303)는 상기 주파수 입력신호 및 상기 목적음 우세성분을 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정할 수 있다.
구체적으로, 수학식 6을 참조하면, 결정부(303)는 상기 각각의 입력신호로부 터 변환된 주파수 입력신호에 상기 목적음 우세성분을 곱하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호로 결정할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00018
이 때, X1(w) 및 X2(w) 복수의 음향입력장치로부터 입력된 입력신호 각각에 대한 주파수 입력신호이고, G(w)는 목적음 우세성분이고,
Figure 112008018845110-pat00019
는 X1(w)로부터 결정된 주파수 목표신호이고,
Figure 112008018845110-pat00020
는 X2(w)로부터 결정된 주파수 목표신호이다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(200)는 목표음이 고정되어 있을 때, 목적음 우세성분을 이용하여 자동으로 입력신호의 이득차를 보상할 수 있다. 또한, 목표음이 고정되어 있지 않을 때와 목표음이 존재하지 않을때도 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치(200)에서는 항상 기 설정한 특정 방향의 신호를 추정하여 이를 기준으로 마이크 간의 이득차를 보상한다. 즉, 조절 장치(200)는 불특정 방향에서 잡음이 발생되는 상황에서도 또한 목표 음의 방향을 모를 때도 기 설정된 방향의 목표성분추정을 통하여 이득의 보정을 최적으로 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스케일링 계수 결정부를 나타낸 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스케일링 계수 결정부(223)는 기준 선택부(501), 비율 결정부(502) 및 재결정부(503)를 포함할 수 있다.
기준 선택부(501)는 상기 입력신호로부터 기준신호 및 비교신호를 선택할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 위상정보를 이용한 이득 조절 장치(200)는 적어도 둘 이상의 음향입력장치로부터 입력된 입력신호 중 기준신호를 결정하고, 상기 기준신호 이외의 입력신호의 이득을 상기 기준신호의 이득으로 보상함으로써, 이득을 자동으로 조절할 수 있다. 따라서, 기준 선택부(501)는 적어도 둘 이상의 입력신호 중 하나의 입력신호를 선택하여 기준신호로 결정하고, 상기 둘 이상의 입력신호 중 상기 기준신호 이외의 입력신호는 비교신호로 결정할 수 있다. 예를 들어, 기준 선택부(501)는 두 개의 음향입력장치로부터 입력된 입력신호 x1(t) 및 x2(t) 중 x1(t)를 기준신호로 결정하고, x2(t)를 비교신호로 결정할 수 있다. 또한, 기준 선택부(501)는 세 개의 입력신호 x1(t), x2(t) 및 x3(t) 중 x1(t)를 기준신호로 결정하고, x2(t) 및 x3(t)를 비교신호로 결정할 수 있다.
이하 기준 선택부(501)가 두 개의 음향입력장치로부터 수신한 입력신호 x1(t) 및 x2(t) 중 x1(t)를 기준신호로 결정하고, x2(t)를 비교신호로 결정한 일예를 통해 발명을 설명하도록 하겠다. 다만, 이러한 설명을 통해 본 발명의 권리범위가 두 개의 입력신호만으로 한정되는 것은 아니다.
비율 결정부(502)는 상기 기준신호에 대응하는 주파수 목표신호 및 상기 비교신호에 대응하는 주파수 목표신호 상호간의 크기 비율 또는 에너지 비율을 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수로 결정할 수 있다.
이 때, 수학식 7에 나타난 바와 같이 비율 결정부(502)는 상기 비교신호에 대응하는 주파수 목표신호의 크기 또는 에너지가 기 결정된 기준값(Eth)보다 작은 경우, 이전 프레임의 스케일링 계수를 상기 스케일링 계수로 결정하고, 상기 주파수 비교신호의 크기 또는 에너지가 기 결정된 크기 기준값보다 크거나 같은 경우, 상기 주파수 기준신호 및 주파수 비교신호 상호간의 크기 비율 또는 에너지 비율을 상기 스케일링 계수로 결정할 수 있다. 이 때, 비율 결정부(502)는 상기 기 결정된 기준값(Eth)을 0의 가까운 양의 상수값으로 결정하여, 추출된 목표신호가 거의 없거나 매우 작을 때는 스케일링 계수를 계산할 때 이전프레임의 결과를 이용하기 위함이다. 추가적으로, 상기 주파수 비교신호의 크기가 0으로 나누어지는 것을 방지할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00021
이 때,
Figure 112008018845110-pat00022
는 결정된 스케일링 계수이고,
Figure 112008018845110-pat00023
는 현재 프레임의 스케일링 계수이고,
Figure 112008018845110-pat00024
는 이전프레임의 스케일링 계수이고, Eth는 기 결정된 기준값이고,
Figure 112008018845110-pat00025
는 기준신호 x1(t)에 대응하는 주파수 목표신호이고,
Figure 112008018845110-pat00026
는 x2(t)에 대응하는 주파수 목표신호이다. 특히,
Figure 112008018845110-pat00027
는 앞서 설명한 바와 같이 입력신호 x1(t)로부터 변환된 주파수 입력신호 X1(w)에서 결정된 주파수 목표신호이고,
Figure 112008018845110-pat00028
입력신호 x2(t)로부터 변환된 주파수 입력신호 X2(w)에서 결정된 주파수 목표신호이다.
재결정부(503)는 상기 결정된 스케일링 계수, 이전 프레임의 스케일링 계수 및 학습계수를 이용하여 스케일링 계수를 재결정할 수 있다.
구체적으로, 재결정부(503)는 시간의 경과에 따라 급격한 이득 변화를 방지하기 위하여 이전 프레임의 스케일링 계수, 현재 프레임의 스케일링 계수 및 학습계수를 이용한 수학식 8을 통해 현재 프레임의 스케일링 계수를 재결정할 수 있다. 이 때, 상기 현재 프레임의 스케일링 계수는 비율 결정부(502)에서 결정한 스케일 링 계수를 의미할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00029
이 때,
Figure 112008018845110-pat00030
는 비율 결정부(502)에서 계산한 현재 프레임의 스케일링 계수이고,
Figure 112008018845110-pat00031
는 이전프레임의 스케일링 계수이고,
Figure 112008018845110-pat00032
재결정된 스케일링 계수이고,
Figure 112008018845110-pat00033
는 학습계수이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일링 수행부를 나타낸 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 스케일링 수행부(230)는 평균 스케일링 계수 결정부(601), 시간영역 수행부(602) 및 시간영역 출력부(603)를 포함할 수 있다.
평균 스케일링 계수 결정부(601)는 상기 스케일링 계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 결정할 수 있다. 이 때, 평균 스케일링 계수 결정부(601)는 상기 스케일링 계수를 이용하여 분석 프레임마다 평균 스케일링 계수를 결정할 수 있다.
구체적으로 평균 스케일링 계수 결정부(601)는 시간영역의 입력신호에 스케일링을 수행하기 위해서, 수학식 9에 나타난 바와 같이 분석 프레임 별로 결정된 상기 스케일링 계수를 이용하여 모든 주파수에 대한 평균 스케일링 계수를 결정할 수 있다. 이 때, 상기 스케일링 계수는 비율 결정부(502) 또는 재결정부(503)에서 결정한 스케일링 계수 중 어느 하나일 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00034
이 때, TotalSF는 평균 스타일링 계수이고,
Figure 112008018845110-pat00035
결정된 스케일링 계수 또는 재결정된 스케일링 계수이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 있어서 평균 스케일링 계수 결정부(601)는 상기 스케일링 계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 결정하고, 상기 결정된 평균 스케일링 계수, 이전 프레임의 평균 스케일링 계수 및 학습계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 재결정할 수 있다.
구체적으로, 수학식 10을 참조하면, 평균 스케일링 계수 결정부(601)는 시간의 경과에 따라 평균 스케일링 계수가 급격하게 변하는 것을 방지하기 위해서, 먼저 상기 스케일링 계수를 이용하여 수학식 9를 통해 평균 스케일링 계수를 결정하고, 상기 평균 스케일링 계수, 이전 프레임의 평균 스케일링 계수 및 학습계수를 이용하여 현재 프레임의 평균 스케일링 계수를 재결정할 수 있다. 이 때, 상기 현재 프레임의 평균 스케일링 계수는 재결정된 스케일링 계수를 의미할 수 있다. 즉, 수학식 9를 통해 1차적으로 결정된 평균 스케일링계수가 수학식 10을 통해 갱신될 수 있는 것이다.
Figure 112008018845110-pat00036
이 때,
Figure 112008018845110-pat00037
는 현재 프레임의 스케일링 계수이고,
Figure 112008018845110-pat00038
는 이전 프레임의 스케일링 계수이다.
시간영역 수행부(602)는 상기 비교신호 및 상기 평균 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행할 수 있다.
구체적으로, 시간영역 수행부(602)는 상기 비교신호에 상기 평균 스케일링 계수를 곱하여 상기 기준신호 및 상기 비교신호 상호간의 이득차이를 보상할 수 있다.
앞서 기준 선택부(501)에서 기준신호로 선택된 입력신호 x1(t)와 비교신호 x2(t)는 상기 평균 스케일링 계수만큼 이득차이를 가질 수 있다. 따라서, 시간영역 수행부(602)는 상기 비교신호에 상기 평균 스케일링 계수를 곱하여 상기 기준신호 및 상기 비교신호 상호간의 이득차이를 보상할 수 있다. 이 때, 상기 비교신호 및 기준신호는 시간영역의 신호이고, 상기 평균 스케일링 계수는 시간영역에서 이득보상을 위해 결정된 것이다.
수학식 11을 참조하면, 시간영역 수행부(602)는 상기 이득보상을 수행하고, 기준신호 x1(t)에 대응하는 기준 출력신호 및 비교신호 x2(t)에 대응하는 비교 출력신호를 생성할 수 있다. 또한, 시간영역 출력부(603)는 이득보상 스케일링이 수행된 상기 입력신호를 출력할 수 있다. 즉, 시간영역 출력부(603)는 상기 기준 출력신호 및 상기 비교 출력신호를 출력할 수 있다.
다만, 본 발명의 명세서는 상기 입력신호가 두 개인 경우를 중심으로 설명하고 있으나, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 시간영역 수행부(602)는 적어도 두 개 이상의 입력신호 중 선택된 기준신호와 상기 입력신호 중 상기 기준신호를 제외한 각각의 비교신호와 1:1 비교하여 결정된 각각 평균 스케일링 계수를 이용하여 상기 적어도 두 개 이상의 입력신호 전체의 이득보상을 수행할 수 있다. 또한, 시간영역 출력부(603)는 이득보상 스케일링이 수행된 적어도 둘 이상의 입력신호를 출력할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00039
이 때, x1(t)는 기준신호, x2(t)는 비교신호, x' 1 (t)는 기준 출력신호, x' 2 (t)는 비교 출력신호이고, TotalSF는 평균 스케일링 계수이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일링 수행부를 나타낸 블록도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 스케일링 수행부(230)는 주파수 영역 수행부(701) 및 주파수영역 출력부(702)를 포함할 수 있다.
주파수영역 수행부(701)는 상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행할 수 있다. 즉, 주파수영역 수행부(701)는 상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호에 상기 스케일링 계수를 곱하여 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호 상호간의 이득차이를 보상할 수 있다.
앞서 기준 선택부(501)에서 기준신호로 선택된 입력신호 x1(t)와 비교신호 x2(t)는 상기 평균 스케일링 계수만큼 이득차이를 가질 수 있다. 또한, 주파수 변환부(210)에서 상기 x1(t)와 x2(t) 각각으로부터 변환된 주파수 입력함수 X1(w), X2(w)는 상기 스케일링 계수만큼 이득차이를 가질 수 있다. 이 때, 주파수영역 수 행부(701)는 상기 스케일링 계수를 이용하여 상기 주파수 입력함수 상호간에 이득보상 스케일링을 수행할 수 있다. 또한, 상기 각각의 주파수 입력신호는 주파수영역의 신호이고, 상기 스케일링 계수는 주파수영역에서 이득보상을 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 스케일링 계수는 비율 결정부(502) 또는 재결정부(503)에서 결정한 스케일링 계수 중 어느 하나일 수 있다.
수학식 12를 참조하면, 주파수영역 수행부(701)는 주파수영역에서 이득보상을 수행하고, 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호 X1(w)에 대응하는 주파수영역의 기준 출력신호 및 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호 X2(w)에 대응하는 주파수영역의 비교 출력신호를 생성할 수 있다. 또한, 주파수영역 출력부(702)는 상기 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수가 곱해진 주파수 입력신호를 출력할 수 있다. 즉, 주파수영역 출력부(702)는 상기 주파수영역의 기준 출력신호 및 상기 주파수영역의 비교 출력신호를 출력할 수 있다.
다만, 본 발명의 명세서는 상기 입력신호가 두 개인 경우를 중심으로 설명하고 있으나, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 주파수영역 수행부(701)는 적어도 두 개 이상의 입력신호 중 선택된 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호와, 상기 입력신호 중 상기 기준신호를 제외한 각각의 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호를 1:1 비교하여 결정된 각각의 스케일링 계수를 이용하여 상기 적어도 두 개 이상의 입력신호 전체의 이득보상을 수행할 수 있다. 또한, 주파수영역 출력부(702)는 상기 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수가 곱해진 주파수 입력신호를 출력할 수 있다.
Figure 112008018845110-pat00040
이 때, X1(t)는 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호이고, X2(t)는 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호이고, X' 1(t)는 주파수영역의 기준 출력신호이고, X' 2(t)는 주파수영역의 비교 출력신호이고,
Figure 112008018845110-pat00041
는 스케일링 계수이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 방법은 단계(S801) 내지 단계(S803)로 수행될 수 있다. 또한, 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 방법은 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치에 의해서 수행될 수 있다.
단계(S801)에서 상기 조절 장치는 복수의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호를 주파수 입력신호로 변환할 수 있다.
단계(S802)에서 상기 조절 장치는 상기 주파수 입력신호의 위상차를 이용하 여 상기 입력신호 상호간의 이득차이에 따른 스케일링 계수를 결정할 수 있다.
구체적으로, 상기 조절 장치는 상기 변환된 주파수 입력신호 상호간의 위상차를 계산하고, 상기 위상차를 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정하고, 상기 주파수 목표신호를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수를 결정할 수 있다.
단계(S803)에서 상기 조절 장치는 상기 스케일링 계수에 따라 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행할 수 있다.
또한, 이와 같은 도 8에 관하여 설명하지 아니한 내용은 앞서 도 2 내지 도 7을 통하여 설명한 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치의 동작 내용과 실질적으로 동일하거나, 당업자로부터 용이하게 유추할 수 있는 것으로, 이하 설명을 생략하도록 하겠다.
본 발명에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치의 개괄적인 동작 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 목표신호 결정부를 나타낸 블록도이다.
도 4는 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출하는 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 스케일링 계수 결정부를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일링 수행부를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 스케일링 수행부를 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 방법을 도시한 동작 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치
220: 계수 결정부
230: 스케일링 수행부

Claims (19)

  1. 복수의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호를 주파수 입력신호로 변환하는 주파수 변환부;
    상기 주파수 입력신호의 위상차를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득차이에 따른 스케일링 계수를 결정하는 계수 결정부; 및
    상기 스케일링 계수에 따라 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 스케일링 수행부
    를 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계수 결정부는,
    상기 변환된 주파수 입력신호 상호간의 위상차를 계산하는 위상차 계산부;
    상기 위상차를 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정하는 목표신호 결정부; 및
    상기 주파수 목표신호를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수를 결정하는 스케일링 계수 결정부
    를 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 목표신호 결정부는,
    상기 위상차를 이용하여 주파수 별 음파방향을 계산하는 음파방향 계산부;
    상기 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출하는 목적음 우세성분 추출부; 및
    상기 주파수 입력신호 및 상기 목적음 우세성분을 이용하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호를 결정하는 결정부
    를 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 음파방향 계산부는,
    상기 위상차, 음파의 속도, 상기 복수의 음향입력장치 상호간의 간격 또는 각주파수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 주파수 별 음파방향을 계산하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 목적음 우세성분 추출부는,
    목적음 방향각 및 목적음 허용각으로 결정된 바이너리 필터를 통하여 상기 주파수 별 음파방향으로부터 목적음 우세성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 결정부는,
    상기 각각의 입력신호로부터 변환된 주파수 입력신호에 상기 목적음 우세성분을 곱하여 상기 입력신호 각각에 대응하는 주파수 목표신호로 결정하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 스케일링 계수 결정부는,
    상기 주파수 목표신호 상호간의 크기 배율 또는 에너지 비율을 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수로 결정하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 스케일링 계수 결정부는,
    상기 입력신호로부터 기준신호 및 비교신호를 선택하는 기준 선택부; 및
    상기 기준신호에 대응하는 주파수 목표신호 및 상기 비교신호에 대응하는 주파수 목표신호 상호간의 크기 비율 또는 에너지 비율을 상기 입력신호 상호간의 이득 차이에 따른 스케일링 계수로 결정하는 비율 결정부
    를 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비율 결정부는,
    상기 비교신호에 대응하는 주파수 목표신호의 크기 또는 에너지가 기 결정된 기준값보다 작은 경우, 이전 프레임의 스케일링 계수를 상기 스케일링 계수로 결정하고, 그리고
    상기 주파수 비교신호의 크기 또는 에너지가 기 결정된 크기 기준값보다 크거나 같은 경우, 상기 주파수 기준신호 및 주파수 비교신호 상호간의 크기 비율 또는 에너지 비율을 상기 스케일링 계수로 결정하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스케일링 계수 결정부는,
    상기 결정된 스케일링 계수, 이전 프레임의 스케일링 계수 및 학습계수를 이용하여 스케일링 계수를 재결정하는 재결정부
    를 더 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  11. 제8항에 있어서
    상기 스케일링 수행부는,
    상기 스케일링 계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 결정하는 평균 스케일링 계수 결정부; 및
    상기 비교신호 및 상기 평균 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 시간영역 수행부
    포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 평균 스케일링 계수 결정부는,
    상기 스케일링 계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 결정하고, 그리고
    상기 결정된 평균 스케일링 계수, 이전 프레임의 평균 스케일링 계수 및 학습계수를 이용하여 평균 스케일링 계수를 재결정하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 평균 스케일링 계수 결정부는,
    상기 스케일링 계수를 이용하여 분석 프레임마다 평균 스케일링 계수를 결정하고,
    상기 시간영역 수행부는,
    상기 비교신호에 상기 평균 스케일링 계수를 곱하여 상기 기준신호 및 상기 비교신호 상호간의 이득차이를 보상하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 스케일링 수행부는,
    이득보상 스케일링이 수행된 상기 입력신호를 출력하는 시간영역 출력부
    를 더 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 스케일링 수행부는,
    상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 주파수영역 수행부
    를 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스케일링 수행부는,
    상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호에 상기 스케일링 계수를 곱하여 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 비교신호로부터 변환된 주파수 입력신호 상호간의 이득차이를 보상하는 것을 특징으로 하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스케일링 수행부는,
    상기 기준신호로부터 변환된 주파수 입력신호 및 상기 스케일링 계수가 곱해진 주파수 입력신호를 출력하는 주파수영역 출력부
    를 더 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 장치.
  18. 복수의 음향입력장치로부터 수신한 각각의 입력신호를 주파수 입력신호로 변환하는 단계;
    상기 주파수 입력신호의 위상차를 이용하여 상기 입력신호 상호간의 이득차이에 따른 스케일링 계수를 결정하는 단계; 및
    상기 스케일링 계수에 따라 상기 입력신호 상호간의 이득보상 스케일링을 수행하는 단계
    를 포함하는 위상정보를 이용한 자동 이득 조절 방법.
  19. 제18항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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