KR20110119477A - Signal processing apparatus and method for reducing noise and enhancing target signal quality - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A signal processing apparatus is provided to improve the quality of a purpose signal and to eliminate noise by revising voice using the ingredient of harmonic. CONSTITUTION: A noise canceling unit(102) eliminates noise form an input signal including a purpose signal and the noise. The noise canceling unit obtains the purpose signal. A first harmonic component is extracted from the purpose signal. A second harmonic component is extracted from the input signal. A purpose signal restoration unit(103) restores the purpose signal through calculated harmonics SNR(Signal to Noise Raito) based on the second harmonic component and the first harmonic component.

Description

잡음을 제거하고 목적 신호의 품질을 향상시키기 위한 신호 처리 장치 및 방법{Signal processing apparatus and method for reducing noise and enhancing target signal quality}Signal processing apparatus and method for reducing noise and improving the quality of the target signal

잡음 제거 및 음성 복원을 위한 신호 처리 기술과 관련된다.It relates to signal processing techniques for noise cancellation and speech recovery.

일반적으로 스펙트럼 기반 잡음 제거 기술은 잡음 스펙트럼을 추정하고, 이를 기반으로 잡음/음성 혼합 사운드에서 잡음만을 제거하는 단계로 구성된다. 이러한 잡음 제거 기술에 있어서, 잡음 스펙트럼 추정 시 본래의 잡음 성분보다 많은 양이 잡음 스펙트럼으로 추정되거나 잡음/음성 혼합 사운드에서 잡음을 제거할 때 잡음 제거 정도가 높아지면, 잡음/음성 혼합 사운드에 포함된 음성 성분까지 제거되어 듣기에 거북한 musical noise등의 신호가 남게 된다. 또한 잡음 스펙트럼 추정 시 잡음 성분이 적게 추정되거나, 잡음/음성 혼합 사운드에서 잡음 제거 정도를 낮춘 경우에는, 잡음 음성에서 잡음이 충분히 제거되지 않아, 제거된 신호에 residual noise 등이 남아 귀에 거슬리게 된다. In general, spectral-based noise cancellation techniques consist of estimating the noise spectrum and removing only the noise from the noise / voice mixed sound. In this noise cancellation technique, when the noise spectrum is estimated by a larger amount than the original noise component, or when the noise removal level increases when the noise is removed from the noise / voice mixed sound, the noise / voice mixed sound is included. Even the audio component is removed, leaving behind a signal that is awkward to hear musical noise. In addition, when the noise component is estimated in the noise spectrum estimation or the noise reduction is reduced in the noise / voice mixed sound, the noise is not sufficiently removed from the noise speech, and residual noise, etc. remain in the removed signal, which is annoying to the ear.

음질 측면에서는 residual noise보다 musical noise 성분에 의한 왜곡이 더욱 문제가 된다. 따라서, musical noise에 의해 잡음 제거 후 음성의 음질이 왜곡되는 것을 방지하기 위해, 1차적으로 잡음 제거에 주력하고 2차적으로 음질 복원을 하려는 시도들이 주목 받고 있다. In terms of sound quality, the distortion caused by musical noise components is more problematic than residual noise. Therefore, in order to prevent the sound quality of the voice from being distorted after the noise is eliminated by musical noise, attempts have been focused on noise removal and secondly, to restore the sound quality.

음질 복원 과정에 있어서 사용자의 음성 정보를 활용할 수 있는데, 이는 크게 사용자의 음성 정보를 직접적으로 활용하는 방식과 간접적으로 활용하는 방식으로 구분될 수 있다.The voice information of the user may be used in the sound quality restoration process, which can be largely divided into a method of directly using the user's voice information and an indirect method.

사용자의 음성 정보를 간접적으로 활용하는 방법으로는 HRNR(harmonic regeneration noise reduction) 방식이 대표적이다. HRHR 방법은 SNR이 높은 부분에서는 음성의 왜곡이 작게 일어난다고 보고 잡음을 제거하고, SNR이 낮은 부분에서는 음성이 크게 왜곡되어 harmonics 성분이 약화될 가능성이 있다고 보고, harmonics 성분만을 강조하도록 개선된 SNR을 추정하는 방식이다. 하지만, HRNR 방법은 harmonics 성분이 포함된 voiced 음성이 왜곡되는 경우에만 적용되어, unvoiced 음성이 왜곡되는 경우에는 적용하기가 부적절하다.A typical method of indirectly utilizing the voice information of the user is a HRNR (harmonic regeneration noise reduction) method. The HRHR method sees that the distortion of the voice is small in the high SNR and removes the noise, and the distortion of the voice is likely to be weakened by the large distortion of the voice in the low SNR, and the improved SNR is emphasized to emphasize only the harmonics component. It is an estimation method. However, the HRNR method is applied only when the voiced voice including the harmonics component is distorted, which is inappropriate to apply when the unvoiced voice is distorted.

스펙트럼 기반 잡음 제거 기술과 관련하여 목적 신호의 복원율을 높여서 잡음을 제거하고 목적 신호의 품질을 향상시키기 위한 신호 처리 장치 및 방법이 제공된다.Provided are a signal processing apparatus and method for removing noise by improving a recovery rate of a target signal and improving the quality of the target signal in connection with a spectrum-based noise cancellation technique.

본 발명의 일 양상에 따른 신호 처리 장치는 목적 신호 및 잡음을 포함하는 입력 신호로부터 잡음을 제거하고 목적 신호를 획득하는 잡음제거부 및 목적 신호로부터 추출된 제 1 하모닉스 성분 및 입력 신호로부터 추출된 제 2 하모닉스 성분에 기초하여 계산된 하모닉스 신호 대 잡음비(harmonics signal to noise ratio, harmonics SNR)를 이용하여 목적 신호를 복원하는 목적 신호 복원부를 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, a signal processing apparatus includes a noise removing unit configured to remove noise from an input signal including an object signal and noise, and to obtain an object signal, and a first harmonic component extracted from the object signal and an input signal extracted from the input signal. And a target signal reconstruction unit for reconstructing the target signal using a harmonics signal to noise ratio (harmonics SNR) calculated based on the harmonics component.

본 발명의 일 양상에 따른 신호 처리 방법은 목적 신호 및 잡음을 포함하는 입력 신호로부터 잡음을 제거하고 목적 신호를 획득하는 단계, 목적 신호로부터 제 1 하모닉스 성분을 추출하는 단계, 입력 신호로부터 제 2 하모닉스 성분을 추출하는 단계, 제 1 하모닉스 성분 및 제 2 하모닉스 성분을 이용하여 하모닉스 신호 대 잡음비(harmonics signal to noise ratio, harmonics SNR)를 계산하는 단계 및 계산된 하모닉스 신호 대 잡음비를 이용하여 목적 신호를 복원하는 단계를 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, a signal processing method includes removing noise from an input signal including an object signal and noise, obtaining an object signal, extracting a first harmonic component from the object signal, and extracting a second harmonic from the input signal. Extracting the component, calculating a harmonics signal to noise ratio using the first harmonic component and the second harmonic component, and restoring the desired signal using the calculated harmonic signal to noise ratio It includes a step.

개시된 내용에 따르면, 1차적으로 잡음이 제거된 신호의 하모닉스 성분과 원래의 잡음/음성 혼합 사운드의 하모닉스 성분을 모두 이용해서 음성을 복원하기 때문에 잡음 제거 시의 음성 왜곡을 방지할 수 있고 소리의 품질을 향상시킬 수가 있다.According to the disclosed information, since the speech is restored using both the harmonic component of the noise-reduced signal and the harmonic component of the original noise / voice mixed sound, it is possible to prevent the speech distortion during noise removal and to improve the sound quality. Can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 목적 신호 복원부를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법을 도시한다.1 shows a signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates an object signal recovery unit according to an embodiment of the present invention.
3 shows a signal processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
4 illustrates a signal processing method according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 상세히 설명한다. Hereinafter, specific examples for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 장치를 도시한다.1 shows a signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 신호 처리 장치(100)는 주변 잡음 제거를 통해 음질을 향상시킬 필요가 있는 각종 기기에 적용된다. 예를 들어, 신호 처리 장치(100)는 소리 출력, 소리 인식 및 음성 통화 등의 기능을 수행하는 사운드 처리 칩(sound processing chip)의 기능 요소가 될 수 있다. Referring to FIG. 1, the signal processing device 100 is applied to various devices that need to improve sound quality by removing ambient noise. For example, the signal processing apparatus 100 may be a functional element of a sound processing chip that performs functions such as sound output, sound recognition, and voice call.

신호 처리 장치(100)는 음성과 잡음이 혼합된 신호에서 잡음 스펙트럼을 추정하고, 추정된 잡음 스펙트럼을 기반으로 음성/잡음 혼합 신호에서 잡음을 제거한다. 만약 잡음 스펙트럼이 원래의 잡음보다 크거나 작게 추정되는 경우, 잡음 제거 시에 음성이 함께 제거되거나 잡음이 많이 잔류하여 음성이 왜곡될 수 있다. 잡음 제거 시에 음성이 왜곡되는 것을 방지하기 위해 신호 처리 장치(100)는 음성의 하모닉스 성분과 잡음의 하모닉스 성분을 이용하여 왜곡된 음성을 복원하는 것이 가능하다.The signal processing apparatus 100 estimates a noise spectrum from a signal mixed with speech and noise, and removes noise from the speech / noise mixed signal based on the estimated noise spectrum. If the noise spectrum is estimated to be larger or smaller than the original noise, the speech may be removed together or the noise may remain large when the noise is removed. In order to prevent the voice from being distorted when the noise is removed, the signal processing apparatus 100 may restore the distorted voice by using the harmonic component of the voice and the harmonic component of the noise.

다시 말해, 본 실시예에 따른 신호 처리 장치(100)는 잡음을 제거하고 목적 신호를 복원하는 경우, 잡음이 제거된 입력 신호(즉, 추정된 목적 신호)와 관련된 하모닉스 성분과 잡음이 포함된 입력 신호(즉 원래의 입력 신호)와 관련된 하모닉스 성분을 모두 이용하여 목적 신호의 하모닉스 성분을 복원하는 것이 가능하다. In other words, when the signal processing apparatus 100 according to the present embodiment removes noise and restores an object signal, an input including a harmonic component and noise associated with the noise-free input signal (ie, an estimated object signal) is included. It is possible to recover the harmonics component of the desired signal using all of the harmonic components associated with the signal (ie the original input signal).

본 실시예에 따라, 신호 처리 장치(100)가 수신하는 입력 신호는 수학식 1과 같이 주어질 수 있다.According to the present embodiment, the input signal received by the signal processing apparatus 100 may be given by Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서, x(t)는 입력 신호를 나타내고, s(t)는 목적 신호를 나타내고, n(t)는 잡음을 나타낸다. 즉, 신호 처리 장치(100)는, 수학식 1에서, n(t)를 제거하고 s(t)를 추출하는 것이 가능하다. In Equation 1, x (t) represents an input signal, s (t) represents a target signal, and n (t) represents noise. That is, the signal processing apparatus 100 can remove n (t) and extract s (t) in Equation (1).

이러한 입력 신호는 변환부(101)로 입력된다. 변환부(101)는 시간 도메인의 신호를 시간-주파수 도메인의 신호로 변환한다. 예를 들어, 변환부(101)는, 수학식 2와 같이, short-time Fourier transform을 이용하여 수신된 시간 도메인의 신호를 시간-주파수 도메인의 신호로 변환할 수 있다.This input signal is input to the converter 101. The converter 101 converts a signal in the time domain into a signal in the time-frequency domain. For example, the transform unit 101 may convert the received time domain signal into a time-frequency domain signal using a short-time Fourier transform as shown in Equation 2.

Figure pat00002
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수학식 2에서, τ는 시간 프레임 인덱스를 나타내고, k는 주파수 프레임 인덱스를 나타낸다.In Equation 2, τ represents a time frame index and k represents a frequency frame index.

시간-주파수 도메인으로 변환된 입력 신호는 잡음제거부(102)로 전달된다. 잡음제거부(102)는 잡음 스펙트럼을 기반으로 입력 신호에서 잡음을 제거한다. 즉 수학식 2에서, 잡음제거부(101)는 N(τ, k)를 제거하고 S(τ, k)를 출력한다. 예컨대, 잡음제거부(101)는 VAD(voice activity detector), MCRA(minima controlled recursive averaging), MS(minimum statistics) 등의 잡음 추정 방식을 따를 수 있다.The input signal converted into the time-frequency domain is transferred to the noise canceller 102. The noise removing unit 102 removes noise from the input signal based on the noise spectrum. That is, in Equation 2, the noise removing unit 101 removes N (τ, k) and outputs S (τ, k). For example, the noise removing unit 101 may follow a noise estimation method such as a voice activity detector (VAD), minimal controlled recursive averaging (MCRA), minimum statistics (MS), or the like.

그런데 잡음제거부(102)의 출력 신호는 추정된 값이므로 사용자가 원하는 최종 목적 신호와 구별이 필요하다. 이에, 잡음제거부(101)의 출력 신호를 제 1 목적 신호 S1(τ, k)라고 하고, 목적 신호 복원부(102)에서 출력되는 목적 신호를 제 2 목적 신호 S2(τ, k)라고 지칭한다. However, since the output signal of the noise canceling unit 102 is an estimated value, it is necessary to distinguish it from the final destination signal desired by the user. Accordingly, the output signal of the noise canceling unit 101 is referred to as the first target signal S 1 (τ, k), and the target signal output from the target signal recovery unit 102 is referred to as the second target signal S 2 (τ, k). It is called.

목적 신호 복원부(103)는 제 1 목적 신호 S1(τ, k)를 복원하여 제 2 목적 신호 S2(τ, k)를 출력한다. 수학식 2에서, 목적 신호 복원부(103)는 제 2 목적 신호 S2(τ, k)와 원래의 목적 신호인 S(τ, k) 간의 차이가 최소화될 때까지 제 2 목적 신호 S2(τ, k)를 계산한다.The object signal recovery unit 103 restores the first object signal S 1 (τ, k) and outputs the second object signal S 2 (τ, k). In Equation 2, it is an object signal restoring section 103 is a second object signal S 2 (τ, k) and until a difference between the original object signal of S (τ, k) to be minimized is a second object signal S 2 ( τ, k) is calculated.

이를 위하여 목적 신호 복원부(103)는 제 1 목적 신호 S1(τ, k)로부터 추출된 제 1 하모닉스 성분 및 입력 신호 X(τ, k)로부터 추출된 제 2 하모닉스 성분에 기초하여 계산된 하모닉스 신호 대 잡음비(harmonics signal to noise ratio, harmonics SNR)를 이용하여 제 1 목적 신호 S1(τ, k)를 복원하고 최종 목적 신호인 제 2 목적 신호 S2(τ, k)를 생성한다.To this end, the object signal recovery unit 103 calculates harmonics calculated based on the first harmonic component extracted from the first object signal S 1 (τ, k) and the second harmonic component extracted from the input signal X (τ, k). The first target signal S 1 (τ, k) is recovered using a harmonics signal to noise ratio (harmononics SNR), and a second target signal S 2 (τ, k) is generated.

제 2 목적 신호 S2(τ, k)는 역변환부(104)를 거쳐 시간 도메인의 함수로 변환되어 사용자에게 제공된다. 역변환부(104)는 변환부(101)의 변환과정을 역으로 수행한다.The second object signal S 2 (τ, k) is converted into a function of the time domain via the inverse transformer 104 and provided to the user. The inverse transform unit 104 reversely converts the transform unit 101.

이와 같이, 본 실시예에 따른 신호 처리 장치(100)는 1차적으로 잡음이 제거된 신호의 하모닉스 성분과 원래의 잡음/음성 혼합 사운드의 하모닉스 성분을 모두 이용해서 음성을 복원하기 때문에 잡음 제거 시의 음성 왜곡을 방지할 수 있고 소리의 품질을 향상시킬 수가 있다.As described above, the signal processing apparatus 100 according to the present exemplary embodiment restores speech using both harmonic components of the signal from which the noise is first removed and harmonic components of the original noise / voice mixed sound. Voice distortion can be prevented and sound quality can be improved.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 목적 신호 복원부를 도시한다.2 illustrates an object signal recovery unit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 목적 신호 복원부(103)는 제 1 추출부(201), 제 2 추출부(202), 하모닉스 신호 대 잡음비 계산부(203) 및 복원부(204)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the target signal recovery unit 103 includes a first extraction unit 201, a second extraction unit 202, a harmonic signal-to-noise ratio calculation unit 203, and a recovery unit 204.

제 1 추출부(201)는 제 1 목적 신호 S1(τ, k)에서 제 1 하모닉스 성분 Sh(τ, k)을 추출하고, 제 2 추출부(202)는 입력 신호 X(τ, k)에서 제 2 하모닉스 성분 Xh(τ, k)을 추출한다. 예컨대, 제 1 추출부(201) 및 제 2 추출부(202)는 콤 필터(comb filter)를 제 1 목적 신호 S1(τ, k) 및 입력 신호 X(τ, k)에 각각 적용하여 각 신호의 하모닉스 성분을 추출하는 것이 가능하다. 콤 필터를 적용하면, 하모닉스가 발생하는 주파수 위치는 동일하나 하모닉스 진폭은 편향된 값을 갖는 신호가 추출될 수 있다. The first extractor 201 extracts the first harmonic component S h (τ, k) from the first target signal S 1 (τ, k), and the second extractor 202 receives the input signal X (τ, k). ), The second harmonic component X h (τ, k) is extracted. For example, the first extraction unit 201 and the second extraction unit 202 apply a comb filter to the first target signal S 1 (τ, k) and the input signal X (τ, k), respectively. It is possible to extract the harmonic component of the signal. When the comb filter is applied, a signal having the same frequency position at which harmonics are generated but having a harmonic amplitude may be extracted.

하모닉스 신호 대 잡음비 계산부(203)는 제 1 하모닉스 성분 Sh(τ, k)과 제 2 하모닉스 성분 Xh(τ, k)에 기초하여 소정의 하모닉스 함수를, 수학식 3과 같이, 로그 스펙트럼 도메인에서의 가중치 합으로 정의한다. The harmonic signal-to-noise ratio calculation unit 203 calculates a predetermined harmonic function based on the first harmonic component S h (τ, k) and the second harmonic component X h (τ, k), as shown in Equation 3 Defined as the sum of weights in the domain.

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 3에서, α값은 0과 1사이의 값을 가질 수 있다. 그리고 α값은 목적 신호와 잡음 간의 신호 대 잡음비(SNR)에 의존할 수 있다. 예를 들어, SNR이 낮은 부분에서는 α값이 작아지고 SNR이 높은 부분에서는 α값이 커질 수 있다.In Equation 3, the α value may have a value between 0 and 1. And the α value may depend on the signal-to-noise ratio (SNR) between the target signal and the noise. For example, the value of α may be small in a portion having a low SNR and the value of α may be large in a portion having a high SNR.

일 실시예에 따라, α값은 1/2이 될 수 있다. 이러한 경우, 하모닉스 함수는 원래의 입력 신호의 하모닉스 성분과 잡음이 제거된 입력 신호의 하모닉스 성분들의 가중 기하학적 평균(weighted geometric mean)으로 주어질 수 있다.According to one embodiment, the α value may be 1/2. In this case, the harmonic function may be given as a weighted geometric mean of the harmonic components of the original input signal and the harmonic components of the noise-free input signal.

다른 실시예에 따라 α값은 후술할 ρ값과 같은 값을 가질 수도 있다. ρ값은 시간-주파수 도메인에서 SNR 값에 의존하는 0과 1 사이의 변수가 될 수 있다.According to another embodiment, the α value may have the same value as the p value to be described later. The p value may be a variable between 0 and 1 depending on the SNR value in the time-frequency domain.

또 다른 실시예에 따라, 하모닉스 함수는 수학식 3 이외에도 사용목적 및 응용예에 따라 다양한 방식으로 정의될 수 있으며, 예컨대, 로그를 취하지 않고 하모닉스 성분을 그대로 사용할 수도 있다.According to another embodiment, the harmonics function may be defined in various ways according to the purpose of use and application in addition to Equation 3, for example, the harmonics component may be used without taking a log.

수학식 3과 같은 소정의 하모닉스 함수가 산출되면, 하모닉스 신호 대 잡음비 계산부(203)는, 수학식 4와 같이, 제 1 목적 신호 S1(τ, k)와 하모닉스 함수 간의 가중치 합을 잡음 N(τ, k)으로 나누어서 사전 신호 대 잡음비(priori SNR)의 일종인 하모닉스 신호 대 잡음비(harmonics SNR)를 계산한다.When a predetermined harmonic function such as Equation 3 is calculated, the harmonic signal-to-noise ratio calculation unit 203 calculates the weighted sum between the first target signal S 1 (τ, k) and the harmonics function, as shown in Equation 4, by noise N. The harmonics signal-to-noise ratio (harmonics SNR), which is a kind of prior signal-to-noise ratio (priori SNR), is calculated by dividing by (τ, k).

Figure pat00004
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수학식 4에서, ρ값은 0과 1 사이의 값을 갖는 값으로, 시간-주파수 도메인에서 SNR 값에 의존할 수 있다.In Equation 4, p is a value having a value between 0 and 1, and may be dependent on the SNR value in the time-frequency domain.

하모닉스 신호 대 잡음비가 계산되면 복원부(204)는, 수학식 5와 같이, 입력 신호 X(τ, k) 및 계산된 하모닉스 신호 대 잡음비 Gh(τ, k)를 이용하여 제 1 목적 신호 S1(τ, k)를 복원하고 최종 목적 신호인 제 2 목적 신호 S2(τ, k)를 생성한다.When the harmonic signal-to-noise ratio is calculated, the recovery unit 204 uses the input signal X (τ, k) and the calculated harmonic signal-to-noise ratio G h (τ, k), as shown in Equation 5, to calculate the first target signal S. 1 (τ, k) is recovered and a second target signal S 2 (τ, k) is generated.

Figure pat00005
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예컨대, 복원부(204)는 위너 필터(Wiener filter)에 기초하여 수학식 5와 같은 필터링을 수행하는 것이 가능하다.For example, the reconstructor 204 may perform filtering as shown in Equation 5 based on a Wiener filter.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 장치를 도시한다.3 shows a signal processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 신호 처리 장치(300)는 변환부(101), 잡음제거부(102), 목적 신호 복원부(103), 역변환부(104), SNR 계산부(301) 및 가중치 설정부(302)를 포함한다. 이 중 변환부(101), 잡음제거부(102), 목적 신호 복원부(103) 및 역변환부(104)는 도 1에서 설명한 것과 동일하다.Referring to FIG. 3, the signal processing apparatus 300 includes a converter 101, a noise remover 102, a target signal recovery unit 103, an inverse transformer 104, an SNR calculator 301, and a weight setting unit. 302. The conversion unit 101, the noise removing unit 102, the target signal recovery unit 103, and the inverse conversion unit 104 are the same as those described with reference to FIG. 1.

도 3에서, SNR 계산부(301)는 입력 신호 X(τ, k)에서 추정된 잡음 N(τ, k)이 제거된 제 1 목적 신호 S1(τ, k)와 추정된 잡음 N(τ, k) 간의 신호 대 잡음비(SNR)를 계산한다. In Figure 3, SNR calculating section 301 is the input signal X (τ, k), the noise N (τ, k) the estimated and the removed first object signal S 1 (τ, k), noise N (τ estimated from Calculate the signal-to-noise ratio (SNR) between k).

그리고 가중치 설정부(302)는 SNR 계산부(301)가 계산한 SNR에 따라 전술한 α값 및/또는 ρ값을 설정하는 것이 가능하다. 예를 들어, SNR이 낮은 경우, α값을 낮추어서 입력 신호의 하모닉스 성분, 즉 2 하모닉스 성분 Xh(τ, k)을 강화하여 하모닉스 함수를 구하고, ρ값 역시 낮추어서 하모닉스 함수에 가중치를 더 주고 목적 신호를 복원하는 것이 가능하다. 또한 SNR이 높은 경우, α값을 높여서 목적 신호의 하모닉스 성분, 즉 제 1 하모닉스 성분 Sh(τ, k)을 강화하여 하모닉스 함수를 구하고, ρ값 역시 높여서 목적 신호에 가중치를 더 주고 목적 신호를 복원하는 것이 가능하다.The weight setting unit 302 can set the above-described α value and / or ρ value according to the SNR calculated by the SNR calculation unit 301. For example, when the SNR is low, the α value is lowered to strengthen the harmonic component of the input signal, that is, the 2 harmonic component X h (τ, k) to obtain the harmonic function, and the ρ value is also lowered to give more weight to the harmonic function. It is possible to restore the signal. If the SNR is high, the α value is increased to strengthen the harmonic component of the target signal, that is, the first harmonic component S h (τ, k) to obtain the harmonic function, and the ρ value is also increased to give more weight to the target signal and provide the target signal. It is possible to restore.

이와 같이 목적 신호와 입력 신호의 하모닉스 성분을 모두 이용하여 목적 신호를 복원하기 때문에 잡음 제거 시 소리의 품질을 높일 수가 있다.As such, since the target signal is restored using both the harmonic components of the target signal and the input signal, the sound quality can be improved when the noise is removed.

또한 SNR이 낮은 경우에는 입력 신호의 하모닉스 성분이 강화되고 SNR이 높은 경우에는 목적 신호의 하모닉스 성분이 강화되기 때문에 잡음 제거 과정에서 하모닉스 성분의 일부 또는 전부가 유실되더라도 복원율을 일정 수준으로 높일 수가 있다. In addition, when the SNR is low, the harmonic component of the input signal is strengthened, and when the SNR is high, the harmonic component of the target signal is enhanced, so that even if some or all of the harmonic components are lost during the noise reduction, the recovery rate can be increased to a certain level.

동작원리를 좀 더 부연 설명하면, 보통 입력 SNR이 낮은 신호에서 잡음을 제거하는 경우, 1단계의 잡음 제거 단계에서 목적 음성 성분이 왜곡되는 정도가 크고, 원래 목적 음성의 하모닉스 성분도 상당부분 사라지게 될 수 가능성이 있으므로, SNR이 낮은 신호가 입력으로 들어오면, 잡음 제거 이후에 2단계로 하모닉스 성분이 강화되는 정도를 높여주는 (즉, ρ값을 0에 가깝도록 설정) 방법을 사용하고, 반대로 입력 SNR이 높은 신호가 들어오면, 1단계의 잡음 제거 단계에서 목적 음성 성분이 왜곡되는 정도가 낮기 때문에, 2단계의 하모닉스 성분 강화 정도도 낮춰주는(즉, ρ값을 1에 가깝도록 설정) 방법을 사용하게 되는 것이다.To further explain the operation principle, when the noise is removed from a signal having a low input SNR, the target speech component is largely distorted in the first stage of noise removing, and the harmonic component of the original target speech may be largely lost. As a possibility, if a signal with a low SNR enters the input, use a method of increasing the harmonic content in two steps after noise reduction (that is, setting the value of ρ close to 0) and vice versa. When this high signal comes in, the level of distortion of the target speech component is low in the first stage of noise reduction, so the method of lowering the harmonic component enhancement of the second stage (ie, setting the ρ value close to 1) is used. Will be done.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법을 도시한다. 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 신호 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.4 illustrates a signal processing method according to an embodiment of the present invention. 1, 2 and 4, the signal processing method according to the present embodiment will be described.

먼저, 신호 처리 장치(100)는 목적 신호와 잡음이 포함된 입력 신호를 수신한다(401). 입력 신호의 예는 수학식 1과 같다.First, the signal processing apparatus 100 receives an input signal including an object signal and noise (401). An example of the input signal is shown in Equation 1.

이어서, 신호 처리 장치(100)는 시간 도메인의 입력 신호를 시간-주파수 도메인의 입력 신호로 변환한다(402). 예컨대, 변환부(101)가 수학식 2와 같이 입력 신호를 변환하는 것이 가능하다.Subsequently, the signal processing apparatus 100 converts an input signal in the time domain into an input signal in the time-frequency domain (402). For example, the conversion unit 101 may convert the input signal as shown in Equation (2).

이어서, 신호 처리 장치(100)는 잡음이 제거된 입력 신호, 즉 목적 신호로부터 제 1 하모닉스 성분을 추출한다(403). 예컨대, 제 1 추출부(201)가 제 1 목적 신호 S1(τ, k)에 콤 필터를 적용해서 목적 신호와 관련된 하모닉스 성분 Sh(τ, k)을 추출하는 것이 가능하다.Subsequently, the signal processing apparatus 100 extracts the first harmonic component from the noise-free input signal, that is, the target signal (403). For example, it is possible for the first extraction unit 201 to extract a harmonic component S h (τ, k) associated with the target signal by applying a comb filter to the first target signal S 1 (τ, k).

또한, 신호 처리 장치(100)는 잡음이 포함된 입력 신호, 즉 원래의 입력 신호로부터 제 2 하모닉스 성분을 추출한다(404). 예컨대, 제 2 추출부(202)가 입력 신호 X(τ, k)에 콤 필터를 적용해서 입력 신호와 관련된 하모닉스 성분 Xh(τ, k)을 추출하는 것이 가능하다.In addition, the signal processing apparatus 100 extracts the second harmonic component from the input signal containing the noise, that is, the original input signal (404). For example, it is possible for the second extraction unit 202 to apply a comb filter to the input signal X (τ, k) to extract the harmonic components X h (τ, k) associated with the input signal.

그리고, 신호 처리 장치(100)는 제 1 하모닉스 성분 및 제 2 하모닉스 성분에 기초하여 소정의 하모닉스 SNR을 계산한다(405). 예컨대, 하모닉스 신호 대 잡음비 계산부(203)가 수학식 3과 같이 소정의 하모닉스 함수를 정의하고 수학식 4와 같이 Gh(τ, k)를 계산하는 것이 가능하다. The signal processing apparatus 100 calculates a predetermined harmonics SNR based on the first harmonic component and the second harmonic component (405). For example, it is possible for the harmonic signal-to-noise ratio calculation unit 203 to define a predetermined harmonic function as shown in Equation 3 and calculate G h (τ, k) as shown in Equation 4.

그리고, 신호 처리 장치(100)는 계산된 하모닉스 SNR에 기초하여 목적 신호를 복원한다(406). 예컨대, 복원부(204)가 위너 필터를 이용하여 수학식 5와 같이 최종 목적 신호인 제 2 목적 신호 S2(τ, k)를 생성하는 것이 가능하다.The signal processing apparatus 100 restores the target signal based on the calculated harmonics SNR (406). For example, it is possible for the reconstructor 204 to generate the second target signal S 2 (τ, k), which is the final target signal as shown in Equation 5, by using the Wiener filter.

이상에서 살펴본 바와 같이, 신호 처리 장치(100)는 입력 신호와 관련된 하모닉스 성분 및 목적 신호와 관련된 하모닉스 성분을 적절히 조합하여 목적 신호를 복원하기 때문에, 입력 신호에서 잡음을 제거하는 경우 목적 신호의 왜곡 없이 잡음을 제거할 수 있고 복원량을 정확하게 조절할 수 있다.As described above, since the signal processing apparatus 100 restores the object signal by appropriately combining the harmonic component related to the input signal and the harmonic component related to the object signal, when the noise is removed from the input signal, the signal is not distorted. Noise can be removed and the amount of recovery can be adjusted accurately.

한편, 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.Meanwhile, the embodiments of the present invention can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which may also be implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet). Include. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily deduced by programmers skilled in the art to which the present invention belongs.

이상에서 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 살펴보았다. 전술한 실시 예들은 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 특정 실시 예에 한정되지 아니할 것이다.In the above, the specific example for the implementation of the present invention has been described. The above-described embodiments are intended to illustrate the present invention by way of example and the scope of the present invention will not be limited to the specific embodiments.

Claims (11)

목적 신호 및 잡음을 포함하는 입력 신호로부터 잡음을 제거하고 목적 신호를 획득하는 잡음제거부; 및
상기 목적 신호로부터 추출된 제 1 하모닉스 성분 및 상기 입력 신호로부터 추출된 제 2 하모닉스 성분에 기초하여 계산된 하모닉스 신호 대 잡음비(harmonics signal to noise ratio, harmonics SNR)를 이용하여 상기 목적 신호를 복원하는 목적 신호 복원부; 를 포함하는 신호 처리 장치.
A noise removing unit for removing noise from an input signal including the target signal and noise and obtaining the target signal; And
An object for restoring the object signal using a harmonics signal to noise ratio (harmonics SNR) calculated based on a first harmonic component extracted from the object signal and a second harmonic component extracted from the input signal A signal recovery unit; Signal processing apparatus comprising a.
제 1 항에 있어서, 상기 목적 신호 복원부는
상기 목적 신호를 수신하고, 상기 제 1 하모닉스 성분을 추출하는 제 1 추출부;
상기 입력 신호를 수신하고, 상기 제 2 하모닉스 성분을 추출하는 제 2 추출부;
상기 제 1 하모닉스 성분 및 상기 제 2 하모닉스 성분을 수신하고, 상기 하모닉스 신호 대 잡음비를 계산하는 하모닉스 신호 대 잡음비 계산부; 및
상기 입력 신호 및 상기 하모닉스 신호 대 잡음비를 수신하고, 상기 목적 신호를 복원하는 복원부; 를 포함하는 신호 처리 장치.
The method of claim 1, wherein the target signal recovery unit
A first extracting unit receiving the target signal and extracting the first harmonic component;
A second extracting unit receiving the input signal and extracting the second harmonic component;
A harmonic signal to noise ratio calculator for receiving the first harmonic component and the second harmonic component and calculating the harmonic signal to noise ratio; And
A restoration unit for receiving the input signal and the harmonic signal-to-noise ratio and restoring the target signal; Signal processing apparatus comprising a.
제 2 항에 있어서, 상기 하모닉스 신호 대 잡음비 계산부는
상기 제 1 하모닉스 성분과 상기 제 2 하모닉스 성분에 기초하여 소정의 하모닉스 함수를 정의하고, 상기 목적 신호와 상기 하모닉스 함수 간의 제 1 가중치 합을 계산하고, 상기 계산된 제 1 가중치 합과 상기 잡음 간의 비에 기초하여 상기 하모닉스 신호 대 잡음비를 계산하는 신호 처리 장치.
3. The harmonic signal to noise ratio calculator of claim 2, wherein
Define a predetermined harmonics function based on the first harmonic component and the second harmonic component, calculate a first weighted sum between the target signal and the harmonics function, and calculate the ratio between the calculated first weighted sum and the noise; And calculate the harmonic signal-to-noise ratio based on.
제 3 항에 있어서, 상기 하모닉스 함수는
상기 제 1 하모닉스의 로그 값 및 상기 제 2 하모닉스의 로그 값 간의 제 2 가중치 합에 기초하여 정의되는 신호 처리 장치.
The method of claim 3, wherein the harmonics function
And a second weighted sum between the log value of the first harmonics and the log value of the second harmonics.
제 4 항에 있어서, 상기 제 2 가중치는
상기 목적 신호와 상기 잡음 간의 신호 대 잡음비에 의존하는 신호 처리 장치.
The method of claim 4, wherein the second weight is
And a signal to noise ratio between the target signal and the noise.
제 2 항에 있어서, 상기 복원부는
위너 필터(Wiener filter)에 기초하여 형성되는 신호 처리 장치.
The method of claim 2, wherein the restoration unit
A signal processing device formed based on a Wiener filter.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 추출부 또는 상기 제 2 추출부는
콤 필터(comb filter)에 기초하여 형성되는 신호 처리 장치.
The method of claim 2, wherein the first extraction unit or the second extraction unit
A signal processing device formed based on a comb filter.
목적 신호 및 잡음을 포함하는 입력 신호로부터 잡음을 제거하고 목적 신호를 획득하는 단계;
상기 목적 신호로부터 제 1 하모닉스 성분을 추출하는 단계;
상기 입력 신호로부터 제 2 하모닉스 성분을 추출하는 단계;
상기 제 1 하모닉스 성분 및 상기 제 2 하모닉스 성분을 이용하여 하모닉스 신호 대 잡음비(harmonics signal to noise ratio, harmonics SNR)를 계산하는 단계; 및
상기 하모닉스 신호 대 잡음비를 이용하여 상기 목적 신호를 복원하는 단계; 를 포함하는 신호 처리 방법.
Removing noise from an input signal including the target signal and noise and obtaining the target signal;
Extracting a first harmonic component from the target signal;
Extracting a second harmonic component from the input signal;
Calculating a harmonics signal to noise ratio (harmonics SNR) using the first harmonic component and the second harmonic component; And
Restoring the target signal using the harmonic signal to noise ratio; Signal processing method comprising a.
제 8 항에 있어서, 상기 하모닉스 신호 대 잡음비를 계산하는 단계는
상기 제 1 하모닉스 성분과 상기 제 2 하모닉스 성분에 기초하여 소정의 하모닉스 함수를 정의하는 과정;
상기 목적 신호와 상기 하모닉스 함수 간의 제 1 가중치 합을 계산하는 과정; 및
상기 제 1 가중치 합과 상기 잡음 간의 비를 계산하는 과정; 을 포함하는 신호 처리 방법.
9. The method of claim 8, wherein calculating the harmonic signal to noise ratio
Defining a predetermined harmonics function based on the first harmonic component and the second harmonic component;
Calculating a first weighted sum between the target signal and the harmonics function; And
Calculating a ratio between the first weighted sum and the noise; Signal processing method comprising a.
제 9 항에 있어서, 상기 하모닉스 함수는
상기 제 1 하모닉스 성분의 로그 값 및 상기 제 2 하모닉스 성분의 로그 값 간의 제 2 가중치 합에 기초하여 정의되는 신호 처리 방법.
The method of claim 9, wherein the harmonic function
And a second weighted sum between the log value of the first harmonic component and the log value of the second harmonic component.
제 10 항에 있어서, 상기 제 2 가중치는
상기 목적 신호 및 상기 잡음 간의 신호 대 잡음비에 의존하는 신호 처리 방법.The method of claim 10, wherein the second weight is
And a signal to noise ratio between the target signal and the noise.
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KR20060089107A (en) * 2005-02-03 2006-08-08 삼성전자주식회사 Speech enhancement apparatus and method
KR20070015811A (en) * 2005-08-01 2007-02-06 삼성전자주식회사 Method of voiced/unvoiced classification based on harmonic to residual ratio analysis and the apparatus thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060089107A (en) * 2005-02-03 2006-08-08 삼성전자주식회사 Speech enhancement apparatus and method
KR20070015811A (en) * 2005-08-01 2007-02-06 삼성전자주식회사 Method of voiced/unvoiced classification based on harmonic to residual ratio analysis and the apparatus thereof

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