KR20010010326A

KR20010010326A - 반향 지연 추정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010010326A
Application number: KR1019990029138A
Authority: KR
Inventors: 엄광섭
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-02-05
Also published as: US6625279B1; CA2313507C; CN1281298A; KR100330237B1; CN1188959C; AU751184B2; AU4869200A; CA2313507A1

Abstract

본 발명은 반향 지연 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 데시메이션과 적응여파기를 사용하여 반향지연을 추정함으로써 반향 제거 장치에서 적은 계산량으로 반향을 제거할 수 있다.

Description

반향 지연 추정 장치 및 방법{apparatus and method for estimating an echo path delay}

본 발명은 반향 지연을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 데시메이션과 적응여파기를 사용하여 반향 지연을 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 통신시스템에서 반향(echo) 현상은 PSTN내의 하이브리드라고하는 4-2변환장치(4 wire-2 wire converter)의 저항 부정합(impedance mismatch)에 의하여 발생한다. 이러한 반향 현상을 제거하기 위해서 반향 제거 장치를 사용한다. 이때, 반향 제거 장치는 NLMS(Normalized Least Mean Square)라고 하는 적응여파기를 이용하여 하이브리드에서 되돌아오는 반향을 추정하여 반향을 상쇄하게 된다. 그런데, NLMS 적응여파기는 반향 지연이 커질수록 많은 계산량을 필요로 한다. 만약, 8kHz 샘플링을 하고 반향 지연이 DL개의 샘플이고 반향 지속 시간 DP개의 샘플일때 그 합을 D라고 하면,(D=DL+DP) 각 샘플당 필요한 계산량은 약 4*D가 된다. 하지만, 순수 반향 지연 시간에 해당하는 반향 지연 시간(DL)내에는 시간 지연외에 아무런 정보가 들어있지 않고, 반향 지속 시간(DP)에만 반향 전달 함수에 관한 정보가 들어 있다. 따라서, 반향 제거 장치는 반향 지연 시간(DL)만 알아내면, 4*DP에 대한 계산량으로도 반향을 추정할 수 있기 때문에 반향 지연을 추정할 수 있다면, 반향 지연에 상관없이 일정한 계산량으로 반향 제거 장치를 구현할 수 있다.

종래 반향 지연 추정없이 반향 제거 장치를 구현할 때 많은 계산량이 요구된다는 문제점이 있다. 예를 들어 8kHz 샘플링의 경우에 MIPS로 계산하면, 종래 반향 추정 장치가 없는 반향 제거 장치는 4*D*8000MIPS가 소요되면 이 값은 D=512 즉 64msec의 전체 반향 지연((DL+DP)/8msec)에 대해 16.384MIPS의 계산량을 요구한다.

하지만, 실제로 이중에서 순수 반향 지연 DL/8msec를 제외한 DP/8msec는 대개 8msec내이므로 꼭 필요한 계산량은 4*64*8000=2.048MIPS이면 충분하다. 실제로 DP값은 전체 반향 지연에 관계없이 거의 일정한 값을 나타내므로 전체 반향 지연이 커질수록 반향 추정 장치를 사용하는 것이 효율면에서 휠씬 뛰어나다.

따라서, 본 발명의 목적은 반향 지연을 추정하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제1음성신호를 입력받아 저역 통과시키는 제1저역통과여파기와, 상기 제1저역통과여파기로부터 출력되는 신호를 데시메이션하는 제1데시메이터와, 제2음성신호를 입력받아 저역 통과시키는 제2저역통과여파기와, 상기 제2저역통과여파기로부터 출력되는 신호를 데시메이션하는 제2데시메이터와, 상기 제1데시메이터로부터 출력되는 신호와 상쇄기로부터 출력되는 신호를 입력받아 반향 지연 추정치를 계산하는 적응여파기와, 상기 적응여파기로부터 출력되는 신호와 상기 제2데시메이터로부터 출력되는 신호를 입력받아 상쇄하는 상쇄기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 반향 제거 장치의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 반향 지연 추정 장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 반향 지연을 추정하는 과정을 나타내는 도면.

이하 본 발명을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 반향 제거 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, A측에서 입력되는 제1음성신호(R)은 하이브리드(110)를 거쳐 B측으로 전달된다. 그리고, B측에서 입력되는 음성신호(N)은 하이브리드(110)에서 발생하는 제1음성신호(R)의 반향(E)와 함께 제2음성신호(S)를 구성하여 반향 지연 추정 장치(120)로 전달된다. 반향 지연 추정 장치(120)는 제1음성신호(R1)와 제2음성신호(S)를 입력받아 반향 지연 추정치(DL)를 구한 다음 반향 제거 장치(130)로 전달한다. 그러면, 반향 제거 장치(130)는 반향 지연 추정 장치(120)로부터 전달받은 반향 지연 추정치(DL)를 이용하여 전체 반향 지연(D)중에서 순수 반향 지연에 해당하는 처음 반향 지연 추정치(DL)만큼의 계수값을 항상 0으로 하고, 나머지 반향 지속 시간에 해당하는 DP만큼의 계수를 이용하여 반향 추정치(EHAT)를 만든다. 즉, 반향 제거 장치(130)는 제1음성신호와 제2음성신호와 반향 지연 추정치(DL)를 입력받아 반향 추정치(EHAT)를 만들어내고, 그 결과를 상쇄기(140)로 전달한다. 상쇄기(140)는 제2음성신호에서 반향 추정치(EHAT)만큼을 뺀 결과를 비선형 처리 장치(150)로 전달한다. 그러면, 비선형 처리 장치(150)는 B측에서 입력되는 음성신호(N)이 없는 경우에 입력된 신호를 0 또는 잡음(Comfort Noise)의 형태로 바꾸어 A측으로 전달한다.

도 2는 본 발명에 따른 반향 지연 추정 장치의 구성도로서, 제1저역통과여파기(211)와 제2저역통과여파기(212)와 제1데시메이터(221)와 제2데시메이터(222)와 적응여파기(230)과 상쇄기(240)로 구성된다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 반향 지연 추정 장치의 동작을 설명한다. 제1저역통과여파기(211)는 입력되는 제1음성신호(R)를 저역만 통과시켜 출력한다. 즉, 제1저역통과여파기(211)는 엘리어싱(aliasing)을 피하기 위한 것으로 4kHz 대역인 음성신호의 대역폭을 낮추어 주는 역할을 수행한다. 제1데시메이터(221)는 제1저역통과여파기(211)로부터 출력된 신호를 입력받아 데시메이션하여 출력한다.

제2저역통과여파기(212)는 입력되는 제2음성신호(S)를 저역만 통과시켜 출력한다. 즉, 제2저역통과여파기(212)는 엘리어싱(aliasing)을 피하기 위한 것으로 4kHz 대역인 음성신호의 대역폭을 낮추어 주는 역할을 수행한다. 제2데시메이터(222)는 제2저역통과여파기(212)로부터 출력된 신호를 입력받아 데시메이션하여 출력한다.

이때, 어느정도의 데이메이션(decimation)을 이용할 것인지에 따라 각기 다른 저역통과여파기를 구성하여야 한다. 예를 들어 1/4데시메이션을 사용할 경우에는 수학식 1과 같은 대역폭이 1kHz인 저역통과여파기를 사용할 수 있다.

y(n) = 0.9428y(n-1) - 0.3333y(n-2) + 0.0976(x(n) + 2x(n-1) + x(n-2))

이와 같이 데시메이션은 목적에 따라 정도를 달리할 수 있겠지만 본 발명에 따른 반향 지연 추정 장치에서는 1/4 데시메이션 정도면 적합한 성능을 얻을 수 있다.

적응여파기(230)는 제1데시메이터(212)에서 출력되는 신호와 상쇄기(240)로부터 입력되는 신호를 입력받아 반향 지연 추정치를 계산한다. 본 발명에 따른 적응여파기(230)는 NLMS(Normalized Least Mean Square) 알고리즘을 사용하는 것이 계산량 측면에서 무난하다. 예를 들어, 1/4 데시메이션을 사용한다고 했을때 계산량은 총 64msec 반향 지연과 8kHz 샘플링에 대해 512/4*8000/4 = 0.256MIPS이므로 이 정도 계산량이면 부담스럽지 않을 정도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반향 지연을 추정하는 과정을 나타낸다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반향 지연을 추정하는 방법을 설명한다. 제310단계에서 적응여파기(230)는 크기가 3인 3개의 버퍼를 만들고, 초기값을 모두 0으로 만든다. 여기서, 3개의 버퍼는 다음과 같다.

positon[3], height[3], erle[3]

제320단계에서 적응여파기(230)는 하이브리드(110)의 반향 전달 함수를 모델링한다. 여기서, 반향 전달 함수는 적응여파기(230)의 계수값에 저장되게 된다.

제330단계에서 적응여파기(230)는 계수값중에서 절대값이 가장 큰 계수의 위치를 찾는다. 예를 들면, 총 반향 지연 시간 64msec와 1/4데시메이션에 대해 적응여파기(230)는 128개의 개수를 갖고, 그중에서 절대값이 가장 큰 계수가 어느 것인가를 찾는다.

제340단계에서 적응여파기(230)는 다음과 같은 동작을 수행한다.

position[2]=position[1]; position[1]=position[0]; position[0]=절대값이 가장 큰 계수의 위치

height[2]=height[1]; height[1]=height[0]; height[0]=절대값이 가장 큰 계수의 실제값

제350단계에서 적응여파기(230)는 제2음성신호(S)와 출력을 이용하여 하기 수학식 2에 의해 ERLE(Echo Return Loss Enhancement)값을 계산한다.

ERLE = 10*log10(적응형여파기 입력의 평균 전력) - 10*log10(적응형여파기 출력의 평균 전력)

제360단계에서 적응여파기(230)는 ERLE값을 구했으면, 다음과 같이 erle버퍼에 저장된 데이터를 쉬프트시킨다.

erle[2]=erle[1]; erle[1]=erle[0]; erle[0]=ERLE값

제370단계에서 적응여파기(230)는 반향 지연(DL)을 구하기 위해 다음과 같은 동작을 수행한다.

if((position[0]==position[1] position[1]==position[2])

((height[0] 〉 0 height[0] 〉= height[1] height[1] 〉= height[2])

|| (height[0] 〈 0 height[0] 〈= height[1] height[1] 〈= height[2]))

(erle[0] 〉= erle[1] erle[1] 〉= erle[2]))

then, DL = 현재 찾은 위치*4

else, DL = 이전 DL

즉, 적응여파기(230)는 절대값이 가장 큰 계수의 위치가 이전에 절대값이 가장 큰 계수의 위치와 동일한지의 여부를 판단한다. 그리고, 적응여파기(230)는 절대값이 가장 큰 계수의 값이 점차 증가하는 것(+방향으로 점점 커짐)인지 또는 절대값이 가장 큰 계수의 값이 점차 감소하는 것(-방향으로 점점 커짐)인지를 판단한다. 그리고, 적응여파기(230)는 erle값이 점차적으로 작아지는지의 여부를 판단한다. 상기 판단 조건을 만족하는 위치를 4배하면, 반향 지연이 된다. 여기서, 상기 조건을 만족하는 위치를 4배하는 것은 1/4데시메이션하였기 때문이다.

이와 같이 반향 추정 장치(120)는 적응여파기(230)를 통해 상기 과정들을 되풀이 수행하여 반향 지연 추정치를 구하여 반향 제거 장치(130)로 제공한다.

그러면, 반향 제거 장치(130)는 반향 지연 추정 장치(120)에서 구한 반향 지연(DL)을 이용하여 반향 추정치를 구하여 반향을 제거한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 반향 지연에 상관없이 항상 일정한 계산량으로 반향 추정치를 구할 수 있다. 즉, 본 발명은 적은 계산량으로 반향 지연 추정치를 구할 수 있으므로 계산량에 대한 부담이 없어지는 이점이 있다.

Claims

반향 추정 장치에 있어서,

수신 음성신호인 제1음성신호를 입력받아 저역 통과시키는 제1저역통과여파기와,

상기 제1저역통과여파기로부터 출력되는 신호를 데시메이션하는 제1데시메이터와,

송신 음성신호와 함께 반향이 포함된 제2음성신호를 입력받아 저역 통과시키는 제2저역통과여파기와,

상기 제2저역통과여파기로부터 출력되는 신호를 데시메이션하는 제2데시메이터와,

상기 제1데시메이터로부터 출력되는 신호와, 상쇄기로부터 출력되는 신호를 입력받아 반향 지연 추정치를 계산하는 적응여파기와,

상기 적응여파기로부터 출력되는 신호를 가산하고, 상기 제2데시메시터로부터 출력되는 신호를 감산한 결과를 상기 적응여파기로 출력하는 상쇄기로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1데시메이터는,

1/4 데이메이션하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2데시메이터는,

1/4 데이메이션하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1저역통과여파기는,

하기 수학식 3과 같은 대역폭이 1kHz인 저역통과여파기임을 특징으로 하는 장치.

y(n) = 0.9428y(n-1) - 0.3333y(n-2) + 0.0976(x(n) + 2x(n-1) + x(n-2))
제1항에 있어서, 상기 제2저역통과여파기는,

하기 수학식 4와 같은 대역폭이 1kHz인 저역통과여파기임을 특징으로 하는 장치.

y(n) = 0.9428y(n-1) - 0.3333y(n-2) + 0.0976(x(n) + 2x(n-1) + x(n-2))
제1항에 있어서, 상기 적응형여파기는,

NLMS 알고리즘에 의해 반향 지연 추정치를 계산하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 적응형여파기는,

반향 전달 함수를 모델링하는 것을 특징으로 하는 장치.
적응여파기를 구비하는 반향 지연 추정 장치에서 반향 지연 추정 방법에 있어서,

3개의 버퍼를 만들고, 초기화하는 과정과,

반향 전달 함수를 모델링하는 과정과,

상기 적응여파기의 계수값중에서 절대값이 가장 큰 계수의 위치를 찾는 과정과,

상기 절대값이 가장 큰 계수의 위치를 구하는 과정과,

상기 절대값이 가장 큰 계수의 실제 값을 구하는 과정과,

상기 적응여파기의 입력과 출력을 이용하여 ERLE값을 구하는 과정과,

하기 조건식 1에 의해 반향 지연 추정치를 구하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.

[조건식 1]

if((position[0]==position[1] position[1]==position[2])

((height[0] 〉 0 height[0] 〉= height[1] height[1] 〉= height[2])

|| (height[0] 〈 0 height[0] 〈= height[1] height[1] 〈= height[2]))

(erle[0] 〉= erle[1] erle[1] 〉= erle[2]))

then, DL = 현재 찾은 위치*4

else, DL = 이전 DL
제8항에 있어서, 상기 3개의 버퍼는,

위치, 실제 값, erle임을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 반향 전달 함수는,

상기 적응여파기의 계수값에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 ERLE값은,

하기 수학식 5에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.

ERLE = 10*log10(적응형여파기 입력의 평균 전력) - 10*log10(적응형여파기 출력의 평균 전력)