KR20040048435A

KR20040048435A - 음성 제어 텔레비젼 수상기 및 음성 제어 방법

Info

Publication number: KR20040048435A
Application number: KR1020020076117A
Authority: KR
Inventors: 조미화
Original assignee: 조미화
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-06-10

Abstract

본 발명은 음성 인식 제어 텔레비젼 수상기에 관한 것으로, 특히 텔레비젼 수상기 자체 스피커 발생음에 의한 시청자 음성 명령 인식률의 저하 문제를 해결한 음성 제어 텔레비젼 수상기 기술을 개시한다.

본 발명은 텔레비젼 수상기의 스피커를 구동하는 내부 전기 신호를 이용하여 스피커 간섭음을 모방한 전기 신호를 발생시키고, 마이크로폰에 의해 전기로 변환된 입력 신호에서 제거함으로써, 스피커 발생음의 간섭이 제거된 음성 명령 신호를 획득하게 된다. 그 결과, 스피커 간섭음이 제거된 음성 명령이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 음성 명령 인식 모듈에 전달되어 텔레비젼 수상기의 전원 온/오프, 채널 변경, 볼륨 조정, 화면 조정 등의 기본 작동을 제어하는 정보를 발생하게 된다.

Description

음성 제어 텔레비젼 수상기 및 음성 제어 방법{VOICE-CONTROLLED TELEVISION SET AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 시청자의 음성 명령을 인식하는 텔레비젼 수상기 및 제어 방법에 관한 것으로, 특히 텔레비젼 수상기 스피커에서 발생되는 자체음 간섭을 해결한 음성 인식 텔레비젼 수상기 및 음성 제어 방법에 관한 것이다.

음성 인식 텔레비젼 수상기는 텔레비젼 리모콘과는 별도로 수상기 본체에 내장되거나 외장된 마이크로폰을 통하여 시청자의 음성 명령을 받아 전원 온/오프, 채널 변경, 볼륨 조절 등의 기본 작동이 음성으로 제어되고 있다. 음성 인식 텔레비젼 수상기에 대한 제어 기술은 미합중국 특허 제6,119,088호, 일본국 특허 제5,289,690호 등에 개시되어 있다.

그런데, 종래 기술에 따른 음성 인식 텔레비젼 수상기의 경우, 텔레비젼 수상기 자체 스피커에서 발생되는 음향이 직접 또는 주변 물체에 반사되어 시청자의 음성과 함께 마이크로폰에 입력되기 때문에, 시청자의 음성 명령 신호가 심하게 간섭받게 된다. 그 결과, 시청자의 음성 명령 인식률이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 본체에 내장하거나 외장한 마이크로폰을 통해 시청자의 음성 명령을 인식하여 제어되는 텔레비젼 수상기 및 제어 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 텔레비젼 수상기의 스피커 발생음이 음성 인식 입력용 마이크로폰에 입력된 것을 텔레비젼 수상기 내부에서 제거하는 간섭음 제거 장치를 구비한 텔레비젼 수상기 및 제어 방법을 제공하는데 있다.

도1은 본 발명에 따른 내장형 또는 외장형 마이크로폰을 장착한 음성 제어 텔레비젼 수상기의 일 실시예를 나타낸 도면.

도2는 본 발명에 따른 음성 제어 텔레비젼 수상기의 스피커 간섭음 제거를 위한 구성 블럭의 일 실시예를 나타낸 도면.

도3은 본 발명에 따른 스피커 간섭음 제거 장치의 구성의 일 실시예를 나타낸 도면.

도4는 본 발명에 따른 가변 계수 디지털 지연선 필터의 일 실시예를 나타낸 도면.

도5는 본 발명에 따른 필터 계수 발생기의 일 실시예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 :외장형 마이크로폰

20 :내장형 마이크로폰

30 :좌스피커

31 :우스피커

32 :텔레비젼 수상기

40 :증폭기

41 :스피커 구동 신호

42 :아날로그-디지털 변환기(A/D 변환기)

51 :음성 명령 신호

60 :스피커 간섭음 제거 장치

62 :가변 계수 디지털 지연선 필터

63 :가산/감산기(Adder)

70 :음성 인식 장치

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시청자의 음성 명령을 인식하여 제어되는 음성 인식 텔레비젼 수상기에 있어서, 상기 음성 인식 텔레비젼 수상기의 스피커를 구동하는 스피커 구동 신호를 표본화하고 양자화하여 디지털 신호으로 변환하는 제1 A/D 변환기;으로 구성되는 N 개의 필터 계수를 사용하여 상기 디지털 신호으로부터 간섭음 추정 신호,을 생성하는 가변 계수 디지털 지연선 필터; 상기 텔레비젼 수상기가 구비한 마이크로폰에 입력되는 상기 시청자의 음성 명령과 상기 텔레비젼 수상기의 스피커를 통해 직접 또는 간접적으로 울려 나오는 스피커 음향의 간섭음을 표본화하고 양자화하여 디지털 신호으로 변환하는 제2 A/D 변환기; 상기 간섭음의 디지털 신호과 상기 가변 계수 디지털 지연선 필터의 출력 신호인 간섭음 추정 신호의 차이 신호을 산출하는 가산/감산기; 및 상기 차이 신호을 최소화하도록 특정 순간의 계수을 이용하여,순간의 계수을 상기및으로부터 산출하여 상기 가변 계수 디지털 지연선 필터에 제공하는 필터 계수 발생기를 포함하는 스피커 간섭음 제거 장치를 제공한다.

이하, 첨부 도면 도1 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 스피커 간섭음 제거 장치 및 방법의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 내장형 또는 외장형 마이크로폰을 장착한 음성 제어 텔레비젼 수상기의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도1을 참조하면, 외장형 마이크로폰(10) 또는 내장형 마이크로폰(20)이 장착되어 시청자의 음성 명령, 즉 전원 온/오프, 채널 변경, 볼륨 조정, 화면 조정 등의 명령을 감지하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 좌스피커(30) 및 우스피커(31)에서 울려 나오는 스피커음과 실내에서 반사되는 간접 스피커음은 시청자의 음성 명령과 함께 합성되어마이크로폰(10, 20)에 입력되게 된다. 이 때에, 본 발명에 따른 텔레비젼 수상기 (32)는 스피커음이 합성된 간섭음으로부터 시청자의 음성 명령만을 추출할 수 있는 스피커 간섭음 제거 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

마이크로폰(10, 20)에 입력되는 간섭 신호는 스피커를 구동시킨 원래의 신호가 감쇠, 지연, 위상 변화를 거쳐서 만들어진 신호들에 의해 중첩된 것으로 간주되어질 수 있으며, 음성 명령이 주어지지 않은 상태에서 원래의 스피커 구동 신호를라하면 마이크로폰(10, 20)으로부터 입력되는 자체음 간섭 신호는

로 표현된다. 여기서는 음향의 전파 경로에 따른 감쇠 또는 위상 변화를 나타내고,는 지연 시간을 나타낸다.

도2는 본 발명에 따른 음성 제어 텔레비젼 수상기의 스피커 간섭음 제거를 위한 구성 블럭을 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 스피커 간섭음 제거 장치(60)는 스피커(31, 32)를 구동하는 전기 신호를 따로이 추출하여를 정밀하게 추정하고, 이 추정 신호를 마이크로폰 입력 신호에서 제거함으로써 자체 간섭음을 제거하게 된다.

음성 명령 신호(51)는 스피커 구동 신호(41)와 아무러한 관련성이 없으므로 시청자의 음성 신호가 입력될 때에도, 스피커 간섭음 제거 장치(60)를 통과한 신호에는 순수한 음성 명령 신호(52)만 남게 된다. 그 결과, 스피커 간섭음이 제거된 음성 명령 신호(52)는 음성 인식 장치(70)에 전달되어 명령 인식률이 높아지게 된다.

본 발명에 따른 음성 인식 장치는 종래의 다른 응용예에서 흔히 사용되는 하드웨어 또는 마이크로프로세서 내부의 소프트웨어로 구현된 것을 사용할 수 있다. 최종적으로 간섭음이 제거된 음성 명령은 음성 인식 장치(70)에 의해 텔레비젼 제어에 필요한 데이터로 변환되게 된다.

도3은 본 발명에 따른 스피커 간섭음 제거 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도3을 참조하면, 스피커 구동 신호는 증폭기(40)에서 적절한 크기로 조정된 다음 아날로그-디지털 변환기(A/D 변환기; 42)에 의해 표본화(sample)되고 양자화 (quantize)되어 디지털 신호으로 변환된다.

여기서,은번째 표본화된 디지털 값을 의미한다. 이어서, A/D 변환기(42)에 의해 변환된 디지털 신호은 가변 계수 디지털 지연선 필터(adaptive digital tapped-delay line filter; 62)에 의해 간섭음 추정 신호으로 산출된다. 즉, 본 발명에 따른 가변 계수 디지털 지연선 필터(62)는 입력 디지털 신호으로부터 출력 디지털 신호을 발생시킨다.

이 때에,등을 필터 계수라 하며, 이 N개의 필터 계수를 조정하여이 스피커에 의한 간섭음을 추정한 신호가 되도록 조정하게 된다.

한편, 본 발명에 따라 정밀한 간섭음 추정 신호을 발생시키기 위해 필요한 필터 계수값들은 필터 계수 발생기(61)에 의하여 산출되게 되는데, 그 상세한 구성은 도5에서 후술하기로 한다.

본 발명에 따른 가변 계수 디지털 지연선 필터(62)는 곱셈기와 덧셈기 등의 디지털 연산 회로 또는 마이크로프로세서 프로그램으로 구현될 수 있다. 한편, 마이크로폰으로 입력된 간섭 신호는 전술한 스피커 구동 회로와 같은 방식으로 증폭기(64)를 통해 적절한 세기로 조정한 다음, 아날로그-디지털 변환기(A/D 변환기; 65)에 의해 표본화되고 양자화되어 디지털 신호으로 변환된다.

전술한 수학식 1에서 보는 바와 같이 간섭음 신호는 스피커를 구동시킨 신호가 감쇠, 지연, 위상 변화 등을 거쳐 만들어진 신호들이 중첩된 것이므로, 가산/감산기(adder; 63)에서 전술한 과정을 통해 얻은 간섭음 추정 디지털 신호을 디지털 신호에서 빼주면 자체음이 제거된 상태가 된다.

그 결과, 음성 명령 입력 시에 간섭이 없는 음성 신호만 존재하게 된다. 이 자체 간섭음이 제거된 신호은 후단의 음성 인식 장치(70)에 입력되고, 동시에필터 계수 발생기(61)에도 입력되어 자체 간섭음과 일치하는 간섭음 추정 신호이 발생하도록등의 필터 계수를 조정하게 된다.

도4는 본 발명에 따른 가변 계수 디지털 지연선 필터를 나타낸 도면이다. 도4를 참조하면, 본 발명에 따른 가변 계수 디지털 지연선 필터(62)는 스피커 구동 디지털 신호과 필터 계수 발생기가 제공하는 필터 계수을 이용하여 간섭음 추정 신호을 곱셈기와 덧셈기를 이용하여 구현할 수 있음을 나타내고 있다.

도5는 본 발명에 따른 필터 계수 발생기의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도5를 참조하면, 본 발명에 따른 필터 계수 발생기는 간섭음 디지털 신호과 추정 디지털 신호사이의 오차인의 자승값 또는 누적 자승값을 최소화하는 방향으로 필터 계수를 점진적으로 조정할 수 있다.

본 발명에 따른 양호한 실시예로서, 필터 계수를 생성하기 위한 오차 최소화 방법으로 최소 평균 자승(LMS; least mean square) 방법 또는 반복 최소 자승(RLS; recursive least square) 방법을 사용할 수 있다. 보다 양호하게는 최소 평균 자승(LMS) 방법을 사용할 수 있으며, 이 때에, 어떤 순간의 계수들을 이용하여 다음 순간에서의 새로운 계수은과 오차을 이용하여,

단,와 같이 새로이 필터 계수가 정해진다. 여기서,는 필터 계수값이 한번에 변화하는 정도를 조정하는 변수로서, 보통 아주 작은 임의의 값을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 스피커 간섭음 제거를 위한 초기 연산 단계, 즉에서는 모든 필터 계수값을 영(zero)으로 놓고 시작할 수 있다. 이와 같이 얻어진 새로운 필터 계수는 도3에 도시한 가변 계수 디지털 지연선 필터(62)에 전달되어 새로운 출력이 생성되게 된다.

전술한 스피커 간섭음 추정 신호를 산출하기 위한 과정을 반복하게 되면, 오차의 절대값이 점점 작아지게 되고, 수학식 3에 의한 계수 수정이 미세하게 안정화하게 된다. 이 때에, 간섭음 디지털 신호과 추정 간섭음은 일치하게 되어 시청자가 음성 명령을 발할 때에은 자체음이 제거된 음성 명령 신호가 될 수 있다.

최종적으로, 자체 간섭음이 제거된 음성 명령 신호(52)는 음성 인식 장치 (70)에 전달되어 텔레비젼 제어에 필요한 데이터로 변환되게 된다. 본 발명에 따른 양호한 실시예로서, 음성 인식 장치는 종래 기술에서 사용되는 하드웨어 또는마이크로프로세서 내부의 소프트웨어로 구현된 것을 사용할 수 있다.

음성 명령 인식 작업이 수행되면 그 결과는 텔레비젼 수상기를 제어하는 범용 마이크로크로세서에 전달되어 텔레비젼 수상기의 전원 온/오프, 채널 변경, 볼륨 조정, 화면 조정 등의 기본 작동이 이루어지게 된다. 전술한 음성 제어 텔레비젼의 음성 제어 기능을 기존의 리모콘이나 혹은 본체에 장치한 스위치를 사용하여 시청자가 그 기능 전체를 켜거나 끌 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 텔레비젼 수상기의 스피커를 구동하는 내부 전기 신호를 이용하여 스피커 간섭음을 모방한 전기 신호를 발생시키고, 마이크로폰에 의해 전기로 변환된 입력 신호에서 제거함으로써, 스피커 발생음의 간섭이 제거된 음성 명령 신호를 획득하게 된다. 그 결과, 스피커 간섭음이 제거된 음성 명령이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 음성 명령 인식 모듈에 전달되어 텔레비젼 수상기의 전원 온/오프, 채널 변경, 볼륨 조정, 화면 조정 등의 기본 작동을 제어하는 정보를 발생하게 된다.

Claims

시청자의 음성 명령을 인식하여 제어되는 음성 인식 텔레비젼 수상기에 있어서,

상기 음성 인식 텔레비젼 수상기의 스피커를 구동하는 스피커 구동 신호를 표본화하고 양자화하여 디지털 신호으로 변환하는 제1 A/D 변환기;

으로 구성되는개의 필터 계수를 사용하여 상기 디지털 신호으로부터 간섭음 추정 신호

을 생성하는 가변 계수 디지털 지연선 필터;

상기 텔레비젼 수상기가 구비한 마이크로폰에 입력되는 상기 시청자의 음성 명령과 상기 텔레비젼 수상기의 스피커를 통해 직접 또는 간접적으로 울려 나오는 스피커 음향의 간섭음을 표본화하고 양자화하여 디지털 신호으로 변환하는 제2 A/D 변환기;

상기 간섭음의 디지털 신호과 상기 가변 계수 디지털 지연선 필터의 출력 신호인 간섭음 추정 신호의 차이 신호을 산출하는 가산/감산기; 및

상기 차이 신호을 최소화하도록 특정 순간의 계수을 이용하여,순간의 계수을 상기및으로부터 산출하여 상기 가변 계수 디지털 지연선 필터에 제공하는 필터 계수 발생기

를 포함하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 필터 계수 발생기는 최소 평균 자승(LMS) 방법을 이용하여 상기 차이 신호을 최소화하는 것을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 필터 계수 발생기는 반복 최소 자승(RLS) 방법을 이용하여 상기 차이 신호을 최소화하는 것을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 필터 계수 발생기는순간의 필터 계수 산출을 위해

,

의 관계식으로부터 새로운 필터 계수를 산출하고, c는 선정된 값을 이용하며, 초기순간의 계수는 모두 영을 놓고 시작하는것을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 가변 계수 디지털 지연선 필터는 다수의 곱셈기와 덧셈기로 구성된 디지털 연산 회로 또는 마이크로프로세서 프로그램으로 구현됨을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 필터 계수 발생기는 다수의 곱셈기와 덧셈기 및 지연기로 구성된 디지털 연산 회로 또는 마이크로프로세서 프로그램으로 구현됨을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 시청자의 음성 명령은 전원 온/오프, 채널 변경, 볼륨 조정, 화면 조정의 작동 명령 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 A/D 변환기 또는 상기 제2 A/D 변환기는 전단에 입력 아날로그 신호의 세기를 조절하는 증폭기를 더 구비함을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이크로폰은 상기 텔레비젼 수상기 본체의 내부, 외부, 또는 리모콘에 장착됨을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 장치.
시청자의 음성 명령을 인식하여 제어되는 음성 인식 텔레비젼 수상기의 스피커가 발생하는 스피커음의 직간접 음향에 의해 간섭된 간섭음으로부터 시청자의 음성 명령 신호만을 추출 분리하는 방법에 있어서,

(a) 상기 음성 인식 텔레비젼 수상기의 스피커를 구동하는 스피커 구동 신호를 표본화하고 양자화하여 디지털 신호으로 변환하는 단계;

(b) 상기 텔레비젼 수상기가 구비한 마이크로폰에 입력되는 상기 시청자의 음성 명령과 상기 텔레비젼 수상기의 스피커를 통해 직접 또는 간접적으로 울려 나오는 스피커 음향의 간섭음을 표본화하고 양자화하여 디지털 신호으로 변환하는 단계;

(c)로 구성되는개의 필터 계수를 사용하여 상기으로부터 간섭을 추정 신호을

의 식으로부터 생성하는 단계;

(d) 상기 추정 신호과 상기 디지털 신호의 차이 신호을 산출하고, 상기이 최소화되도록순간의 필터 계수을순간의 필터 계수과으로부터 새로이 산출하는 단계;

(e) 상기 단계 (c) 및 상기 단계 (d)를 상기이 최소화될 때까지 반복하는 단계

를 포함하는 스피커 간섭음 제거 방법.
제10항에 있어서, 상기 단계 (d)는순간의 필터 계수은

의 관계식으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 스피커 간섭음 제거 방법.