KR100318144B1 - 핸드프리장치를갖는이동무선송수신기 - Google Patents

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Abstract

핸드 프리 장치를 갖는 이동 무선 송수신기
본 발명은 핸드 프리 장치(6)를 포함한 이동 무선 송수신기에 관한 것으로서 이 핸드 프리 장치는 적어도 두 음향 입력 신호(9)를 조합하는 조합 수단(30)과 이 조합 수단(30)의 조합된 출력 신호(23)를 여파하는 적응 필터(14)를 포함한다.
개선된 통화 품질을 얻기 위하여 음향 입력 신호(9)를 여파하는 고대역 통과 필터(11)가 제안된다.

Description

핸드 프리 장치를 갖는 이동 무선 송수신기
본 발명은 핸드 프리(hand-free) 장치를 갖는 이동 무선 트랜시버에 관한 것이며, 이 핸드 프리 장치는 적어도 두 음량 입력 신호를 조합하는 조합 수단과 이 조합 수단의 조합된 출력신호를 여파하는 적응 필터를 구비한다.
본 발명은 적어도 두 음향 입력 신호를 조합하는 조합 수단과 이 조합 수단의 조합된 출력 신호를 여파하는 적응 필터를 구비한 핸드 프리 장치에 더 관련된 것이다.
4 개의 마이크로폰을 갖는 핸드 프리 장치가 예컨대 Rainer Zelinski 저 "잔향실의 잡음을 감소시키는 적응 포스트 필터링을 갖는 마이크로폰 어레이(A microphone array with adaptive postfiltering for noise reduction in reverberant room)" ICASSP 88, pp 2578-2581 에 알려져 있다. 제 1 처리단계에서는 2 차원 배열된 마이크로폰의 지향성 이득이 잡음 감소에 이용된다. 제 2 처리 단계에서는 소망 스피치 신호를 추정하는 적응 위너 필터로 마이크로폰 신호가 더 처리된다.
위너 필터의 파리미터들을 계산하기 위하여 입력 신호들의 자동상관 함수와 교차 상관 함수가 측정된다.
본 발명의 목적은 이동 무선 송수신기와 전술한 형태의 핸드 프리 장치내의 통화 품질(speecg quality)을 개선하는데 있다.
전술한 형태의 핸드 프리 장치와 마찬가지로 이등 무선송수신기에서도 고대역 통과 필터가 음향 입력 신호를 여파하기 위해 제공되어 위 목적이 달성된다.
본 발명은 마이크로폰 신호 즉, 적응 필터의 파라미터가 계산될 때 자동차의 음향 입력 신호의 큰 잡음 성분의 결과로서 여러가지 바람직스럽지 못한 부수적 효과가 발생한다는 인식에 기초한다. 이 부수적 효과가 출력 신호의 통화품질의 저하를 초래한다. 한 어레이내에 배열된 일군의 마이크로폰으로 부터 오는 음향 아날로그 신호를 처리하기 위하여 이러한 입력신호들은 예컨대 먼저 아날로그-디지탈 변환기에 의해 디지털신호로 변환된다. 회로내의 조합 수단이 디지털 입력 신호의 조합에 이용되어 최소 간섭을 포함하는 출력 신호가 얻어진다.
조합 수단의 하방에 배열된 적응 필터가 이용되어 예컨대 엔진 잡음의 결과로 자동차내에 배열된 핸드 프리 장치에 흔히 발생하는 방해 잡음을 감소시킨다. 특히, 고급 마이크로폰을 이용하면 핸드 프리 장치의 출력 신호의 저하를 야기한다.
음향 입력 신호의 고대역 통과 여파에 의해 이러한 영향들이 상당히 감소된다. 예컨대, 4 차 디지털 IIR 필터기 고대역 통과 필터로 이용될 수 있다. 입력 신호에 이러한 고대역 통과 여파가 적용되면 핸드 프리 장치내의 입력 신호의 저주파 부분과 관련된 더 저급한 신호 처리가 생략될 수 있어서 전체적으로 이동 무선 트랜시버의 핸드 프리 장치의 출력 신호의 통화 품질이 개선된다. 이에 의하여 저주파 범위의 주로 간섭 신호에 의해 형성되는 비교적 높은 신호 에너지가 여파되어 이동 무선송수신기의 핸드 프리 장치의 통화 품질이 개선된다.
고대역 통과 필터의 한계 주파수 범위가 200Hz 내지 4OOHz 인 경우에 이동 무신 송수신기의 핸드 프리 장치의 통화 품질이 개선된다. 특히, 고대역 통과 필터의 3OOHz 한계 주파수에서 출력 신호가 상당히 개선되고 3OOHz 미만의 주파수에서는 이동 무선 송수신기와 관련된 전화 스피치에 어떠한 영향도 주지 못한다.
핸드 프리 장치의 통화 품질은 적응 필터의 출력 신호를 여파하는 또 다른 고대역 통과 필터가 제공되어 더 개선된다. 이 다른 고대역 통과 여파를 이용하면 적응 필터에 의해 충분히 억제되지 않은 다른 저주파 간섭 신호 부분이 감소된다. 이는 적응 필터의 시간 변이의 결과로서 비록 입력 신호가 저주파 신호 부분을 포함하지 않더라도 에너지가 더 낮은 주파수 범위에 집중되는 부가적인 현상이 유발된다는 인식에 기초한다. 이 다른 고대역 통과 여파가 이러한 주파수 신호 부분을 감쇠시키고 동시에 더 높은 신호 주파수를 증가시켜 고주파 신호 부분의 감쇠에 대한 오류 동작으로 야기될 탁음 영향(dull sound impression)를 방지한다.
이동 무선 송수신기의 핸드 프리 장치의 또 다른 통화 품질의 개선은 다른 고대역 통과 필터의 한계 주파수가 2OOHz 내지 4OOHz 범위에 있는 경우에 달성될 수 있다. 특히, 이 고대역 통과 필터의 3OOHz 한계 주파수에서 출력 신호가 상당히 개선된다.
마이크로폰 어레이등에 의해 기록된 음향 입력 신호들의 지연 차이는 조합 수단이 입력 신호들의 차이를 통화하는 지연 등화 수단을 구비함으로써 간단히 고려된다.
그러므로, 지연 등화 수단은 입력 신호 합산 회로의 특히 상방에 삽입되고음향 입력 신호 즉 마이크로폰 신호의 스피치 신호부분 사이의 시간 오프셋에 기초한 지연 차이를 등화하는데 이용된다.
통화 품질의 또 다른 개선은 지연 등화 수단이 출력 신호의 개시점부터 통화자까지의 정의된 거리 및/또는 방향이 소정 한계값을 초과하는지 여부를 검사하는 개연성(plausibility) 검사 수단을 구비하여 달성된다. 이러한 개연성 검사 동안에 통화자까지의 정의된 거리가 통화자에 중심이 맞추어질 때 소정 한계값을 초과하는지 검사되고, 이 한계값은 자동차의 내부 크기에 따라 선택될 수 있다. 부가적으로, 입력 신호가 기록되는 방향도 개연성 검사에 고려될 수 있고 그 결과 오류 즉 불가능한 통화자 위치 예컨대 마이크로폰 뒤의 통화자 위치는 배제될 수 있다.
잘못 추정된 상관 함수 및/또는 수치 문제의 결과로서 발생하는 특히 저급한 통화 품질은 핸드 프리 장치가 입력 신호의 자동상관 함수 및 교차 상관 함수로부터 적응 필터의 파라미터들을 계산하는 장치를 포함함으로써 개선된다. 특히, 자동상관 함수 및/또는 교차상관 함수의 시간에 대한 평균이 취해진다.
교차상관 함수를 계산하는 유리한 가능성은 자동 상관함수의 크기가 정해지고 이 자동상관 함수에 의해 교차상관 함수가 영향을 받는다는 점이다.
핸드 프리 동작동안의 성가신 효과는 핸드 프리 장치가 차동상관 함수 및/또는 교차 상관 함수를 계산하는 동안 계수 오버플로어가 있는 경우에 적응 필터를 이용하지 않도록 제공된 스위칭 수단을 구비함으로써 더 감소된다.
적응 필터로서는 위너 필터가 적절하다.
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명을 설명한다.
제 1 도는 개략적으로 나타낸 핸드 프리 장치를 갖는 자동차의 일부 절단 도면이다.
제 2 도는 핸드 프리 장치의 한 실시예를 도시한다.
제 1 도는 운전자(3)와 자동차(7)의 일부 절단도를 도시한다. 또한 제 1 도에는 핸드 프리 장치(6)를 갖는 이동전화(4)가 자동차에 설치되고, 이 핸드 프리 장치(6)가 원거리가입자로부터 수신한 신호를 스피커(2)를 거쳐 음향 환경인 자동차(7)의 내부로 방사하여 국지 가입자가 들을 수 있게 한다. ("확성 청취 동작: loud hearing operation"). 마이크로폰 군(1)이 자동차(7)내의 통화자(3)위에 배치되고, 환경으로부터 다른 음향 신호만이 아니라 통화자(3)의 스피치를 포착하여 핸드 프리 장치(6)와 이동 무선 송수신기(4)를 거쳐 무선 채널(5)에 의해 이동 무선 송수신기(4)에 접속된 원거리 가입자에게 음향 입력 신호(9)로서 보낸다("핸드 프리 동작(hands-free operation). 이하에서는 "핸드 프리 동작"은 항상 "확성 청취 동작"과 "핸드 프리 동작"의 두 기능의 조합으로 이해된다.
자동차 내부에 배열된 핸드 프리 장치(6)는 이동 무선 송수신기(4)의 구성 부분을 형성하고 개별 장치로서 이동 무선 송수신기(4)에 접속될 수 있다. 이동 무선 송수신기의 동작에 이용되는 다른 소자들은 명료하게 하기 위해 제 1 도에 도시된 실시예에 나타내지 않았다.
자동차의 핸드 프리 동작 동안에 기초적인 문제들이 발생한다. 마이크로폰(1) 또는 마이크로폰 군(1) 각각은 통화자(3)의 소망 스피치 신호뿐만 아니라 음향 환경으로부터의 다른 신호들도 포착한다. 이 다른 신호들은 가용한 기술적인 해결에 관하여 두 유형으로 분류될 수 있다. 하나는 스피커 신호의 음향 에코이고 다른 하나는 예컨대 엔진, 환기 장치, 타이어, 바람, 비등에 의한 국지 잡음이다. 이러한 신호들은 실제 유용한 신호 즉 국지 가입자(3)의 음성에 대한 방해요소로 작용하며 이동 무선 송수신기(4)와 무선 채널(5)에 의해 설정된 전화 링크의 통화 품질에 결정적인 영향을 미친다. 이러한 신호들은 유용한 신호의 이해도들 저하시키고 또한 스피치 코딩 방법이 이용될 때 신호 품질을 손상시킨다. 또한, 예컨대 GSM 코덱을 이용하여 전송 비트율이 감소되고 예컨대 이동 전화(4)의 음성 제어 동작에 제공될 수 있는 음성 인식기의 인식율이 감소될때 이 손상의 영향은 증대한다. 이동 무선 송수신기(4)를 통해 실현되는 실제 전화 동작에서 위 두 영향이 중요하지만 원거리 가입자만이 이를 의식할 수 있다. 예컨대, 원거리 가입자는 약 3Oms 시호 지연 즉 GSM 으로는 18Oms 지연으로 더 현저하게 그 자신의 에코를 듣는다. 원거리 가입자는 손상된 통화 품질로 국지 잡음의 영향을 인지한다. 국지가입자(3)는 스피커 신호의 마이크로폰으로의 피드백이 전화 접속에 안정성 문제를 야기할 경우에만 반응들을 겪는다. 음성 인식 기능과 관련하여 예컨대 이동 전화(4)의 음성이 제어될때 국지 가입자는 인식율의 저하에 의해 교란의 영향을 즉시 감지한다.
원하는 스피커 신호(2)와 관련 에코와 더불어 국지 가입자(3)는 부가적으로 국지 잡음을 듣게 되므로 부가 잡음 레벨이 존재할 경우에는 음향 인상과 이해도가 손상된다. 마이크로폰 신호(1)로부터 국지 잡음을 제거하기 위하여 잡음 감소를 위한 다양한 고안이 이용될 수 있다. 원리적으로 유용한 신호와 잡음 신호를 각각 분석하고 유용한 신호에 영향을 미치지 않고 특성에 응답하여 잡음 신호를 억제해야 한다.
제 2 도는 제 1 도에 도시된 이동 무선 송수신기(4) 내부에 또는 이와 결합하여 이용될 수 있는 핸드 프리 장치(6)의 예시적 실시예를 도시한다. 제 2 도의 핸드 프리 장치(6)는 예컨대 마이크로폰 어레이로서 배열된 마이크로폰 군(1)을 포함하며, 개별 마이크로폰에 의해 포착된 그 음향 입력 신호(9)는 아나로그-디지털 변환기(22)를 거쳐 고대역 통과 필터(11)로 인가되어 여파된다. 고대역 통과 필터(11)는 입력 신호(9)를 조합하도록 배열된 조합 수단(30)의 일부를 형성하며, 이 조합 수단(30)은 입력 신호들을 최적 가중하는 장치(12), 지연 등화 회로(13), 지연 추정기(17)와 합산 회로(15)를 더 포함한다. 조합 수단(30)의 출력에 가용한 조합된 입력 신호(23)는 필터 추정기(19)와 함께 핸드 프리 장치(6)의 필터 수단(40)을 형성하는 적응 필터(14)로 입력된다. 적응 필터(14)의 출력 신호(23)를 여파하기 위하여 핸드 프리 장치(6)의 출력 신호를 생성하는 다른 고대역 통과 필터가 부가적으로 제공된다. 제 2 도의 핸드 프리 장치(6)의 예시적 실시예에는 본 발명의 범위와 관련된 핸드 프리 장치의 일부만이 도시되어 있고 명료하게 하기 위해 통상의 핸드 프리 장치의 다른 소지들은 생략한다.
마이크로폰 군(1)에 의해 포착된 음향 입력 신호(9)는 먼저 변환 수단(A/O 변환기)(22)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 디지털 입력 신호의 변환에 다음 조합 수단(30)이 이용되고 다음 필터 수단(40)에 의해 신호 품질이 더 개선되는 최소 잡음 출력 신호(23)가 얻어진다. 이를 위해 디지털화된 입력 신호(9)가 먼저 제 2도에 도시된 핸드 프리 장치(6)내의 고대역 통과 필터(11)어 의해 제 1 고대역 통과 여파되어 매우 단순한 방식으로 음향 입력 신호(9)의 간섭이 감소될 수 있다. 이러한 고대역 통과 필터는 예컨대 2 내지 4차 디지털 IIR (무한 임펄스 응답: Infinite Impulse Response) 필터로 배열될 수 있다. 예를들면 3O0Hz 가 고대역 통과 필터(11)의 한계 주파수로서 이용된다. 3OOHz 이하의 주파수는 이동 무선 송수신기에서 처리되는 스피치 신호와 그로부터의 전화 스피치에 어떠한 영향도 미치지 않는다. 장치(12)는 공지 방법으로 고대역 통과 여파된 입력 신호의 최적 가중을 실행하며 또한 고대역 통과 필터(11)의 출력상의 고대역 통과 여파된 입력신호가 이용되어 적응 필터(14)의 파라미터(20)를 추정하는 필터 추정기(19)에 대한 지연뿐만 아니라 지연 추정기(16)에 대한 지연을 추정하는데 이용된다.
합산 회로(15)에 의해 입력 신호가 조합되기 전에 마이크로폰 군(1)의 입력 신호(9)의 지연이 제 2 도의 핸드 프리 장치(6)에 대한 실시예에서 지연 등화 회로(13)로 등화된다. 이를 위하여 지연 등화 회로(13)는 입력 신호(9)의 개시점부터 통화자까지의 정의된 거리가 소점 한계값을 초과하는지 여부를 검사하기 위한 개연성 검사 수단을 포함한다.
따라서 이러한 개연성 검사 회로는 통화자에 중심이 맞추어질 때 통화자까지의 정의된 거리가 소정 한계값을 초과하는지를 검사한다. 이 한계값은 자동차의 내부 크기에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 거리가 1 미터 이상이면 통화자가 자동차 외부에 있음을 뜻할 수 있다. 부가적으로 입력 신호의 방향이 이러한 개연성 검사에 고려될 수 있다. 그 결과 제안된 통화자 위치 예컨대 윈드스크린 방향의 마이크로폰 위에 스피커 위치는 운전자 위치의 좌측의 스피커 위치와 다르게 인식될 수 있다. 있을법하지 않은 통화자 위치가 인식될 때는 가장 최근의 있음직한 통화자 위치인 이전 추정이 이용된다. 이는 제 2 도에 도시된 조합 수단(30)에 포함된 스위칭 수단(18)에 의해 확실해진다. 다음 지연 등화를 갖는 마이크로폰 어레이(1)에 의해 공간 선택도를 입력 신호(9)의 유용한 성분과 잡음 성분을 분리할 수 있다. 동시에, 마이크로폰 신호내의 잡음 성분이 교대로 상관되지 않고 합산하는 동안에 부분적으로 삭제된다면 유용한 신호원이 집중되고 개별 마이크로폰 신호(9)가 평균이 취해될 때 부가적인 어레이 이득이 얻어진다.
필터 수단(40)의 부차 적응 필터(14)의 목적은 조합신호(23)의 유용한 부분을 강조하고 부가적으로 나머지 잡음신호를 억제하는데 있다. 이를 위해 입력 신호(9)의 자동상관 함수와 교차 상관 함수가 필터 추정기(19)를 통해 예컨대 위너 필터로 배열된 적응 필터(14)에 대한 파라미터들로서 계산된다. 더욱이, 자동 상관 함수 및/또는 교차 상관 함수를 계산하는 동안 계수 오버플로어의 발생 여부가 검사되고 이 경무 적응 필터(14)가 이용되지 않는다. 또한, 이는 스위칭 수면(18)에 의해서도 가능히다. 다른 고대역 통과 필터(21)가 적응 필터(14)의 출력에 유용한 신호(24)에서 저주파 잡음 신호 성분을 여파해낼 수 있으며 이 성분을 적응 필터(14)에 의해 충분히 억제되지 않아 핸드 프리 장치(6)의 출력 신호(22)는 더 개선된 통화 품질을 갖는다.

Claims (20)

  1. 적어도 두 음향 입력 신호들(9)을 조합하는 조합 수단(30)과 이 조합 수단(30)의 조합된 출력 신호(23)를 여파하는 적응 필터(14)를 포함한 핸드 프리 장치(6)를 갖는 이동 무선 송수신기에 있어서,
    상기 음향 입력 신호(9)를 여파하는 고대역 통과 필터(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고대역 통과 필터(30)의 한계 주파수가 2OOHz 내지 4OOHz 인 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 적응 필터(14)의 출력 신호(23)를 여파하는 다른 고대역 통과 필터(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 다른 고대역 통과 필터(21)의 한계 주파수는 2OOHz 내지 4OOHz 범위인 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 조합 수단(30)은 입력 신호(9) 사이의 지연을 등화시키는 지연 등화 회로(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  6. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 지연 등화 회로(13)는 입력 신호(9)의 개시점부터 통화자(3)까지의 정의된 거리 및/또는 방향이 소정 한계값을 초과하는지 여부를 검사하는 개연성 검사수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  7. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 핸드 프리 장치(6)는 상기 입력 신호(9)의 자동상관 함수 및/또는 교차상관 함수가 시간에 대해 평균이 취해지는 동안 이 자동 상관 함수와 교차 상관 함수로부터 적응 필터(14)의 파라미터(20)를 계산하는 장치(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  8. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    교차 상관 함수를 계산하기 위하여 자동 상관 함수의 크기가 정해지고 이 자동 상관 함수에 의해 교차 상관 함수가 영향을 받는 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  9. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 핸드 프리 장치는 자동 상관 함수 및/또는 교차 상관 함수를 계산하는 동안 계수 오버플로어가 존재할 때 적응 필터를 이용하지 않도록 제공된 스위칭 수단(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  10. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 적응 필터(14)는 위너 필터인 것을 특징으로 하는 이동 무선 송수신기.
  11. 적어도 두 음향 입력 신호(9)을 조합하는 조합 수단(30)과 이 조합 수단(30)의 조합된 출력 신호(23)를 여파하는 적응 필터(14)를 포함하는 핸드 프리장치(6)에 있어서,
    상기 음향 입력 신호(9)를 여파하기 위해 고대역 통과 필터(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고대역 통과 필터(11)의 한계 주파수가 2OOHz 내지 4OOHz 범위인 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  13. 제 11 항 또는 12 항에 있어서,
    상기 적응 필터(14)의 출력 신호(24)를 여파하기 위한 다르 고대역 통과 필터(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  14. 제 11 항 또는 12 항에 있어서,
    상기 다른 고대역 통과 필터(21)의 한계 주파수가 2OOHz 내지 4OOHz 범위인것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  15. 제 11 항 또는 12 항에 있어서,
    상기 조합 수단(30)은 상기 입력 신호(9) 사이의 지연을 등화시키는 지연 등화 회로(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  16. 제 11 항 또는 12 항에 있어서,
    상기 지연 등화 회로(13)는 입력 신호(9)의 개시점으로 부터 통화자(3)까지의 정의된 거리 및/또는 방향이 소정 한계값을 초과하는지 여부를 검사하는 개연성 검사 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  17. 제 11 항 또는 12 항에 있어서,
    상기 핸드 프리 장치(6)는 특히 입력 신호(9)의 자동 상관 함수 및/또는 교차 상관 함수의 시간에 대한 평균이 취해지는 동안 자동 상관 함수와 교차 상관 함수로부터 적응 필터(14)의 파라미터(20)를 계산하는 장치(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  18. 제 11 항 또는 12 항에 있어서,
    상기 교차 상관 함수를 계산하기 위하여 자동 상관 함수의 크기가 정해지고 이 자동 상관 함수에 의해 교차 상관 함수가 영향을 받는 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  19. 제 11 항 또는 12 항에 있어서,
    상기 핸드 프리 장치는 자동 상관 함수 및/또는 교차 상관 함수를 계산하는 동안 계수 오버플로어가 존재할 때 적응 필터를 이용하지 않도록 제공된 스위치 수단(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
  20. 제 11항 또는 12 항에 있어서,
    상기 적응 필터(14)는 위너 필터인 것을 특징으로 하는 핸드 프리 장치.
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