KR100348223B1 - 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법에 관한 것으로, 마이크를 통하여 전달되는 음성신호나 핸드폰으로부터 전달되어 스피커로 출력되는 음성신호의 표본값을 수집하는 단계와,

스피커의 표본값이 크면 스피커를 닫고 스피커의 표본값이 작으면 스피커를 열은 상태에서 스피커 대 마이크 신호의 비율을 계산하는 단계와,

적응필터의 적응시간을 설정한 후 적응필터 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 수행하는 단계와,

스피커 신호 * 적응필터 계수에 의하여 에코값을 구하는 단계와,

마이크 신호 - 에코값에 의하여 출력 마이크 신호를 산출하는 단계와,

상기의 출력 마이크 신호 - 주변의 잡음에 의하여 에코음과 주변의 잡음에 의한 노이즈가 제거된 정상출력 마이크 신호를 출력하도록 함으로써 CDMA와는 다른 고주파의 주파수를 사용하는 GSM 핸드폰의 핸즈프리에서 발생하는 GSM 노이즈를 제거할 수 있으며 핸즈프리의 특성상 스피커에서 증폭된 음성신호가 다시 마이크로 들어가 전달되는 에코를 제거할 수 있도록 한 것이다.

Description

전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법{The full duplex noise and echo elimainating method for handsfree}

본 발명은 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법에 관한 것으로, 특히 마이크를 통하여 전달되는 음성신호나 핸드폰으로부터 전달되어 스피커로 출력되는 음성신호의 표본값을 수집하여 스피커의 표본값이 크거나 작은 상태에 따라 스피커를 닫거나 열은 상태에서 출력 마이크 신호를 산출한 후 다시 주변의 잡음을 감안한 정상출력 마이크 신호를 출력하도록 함으로써 CDMA와는 다른 고주파의 주파수를 사용하는 GSM 핸드폰의 핸즈프리에서 발생하는 GSM 노이즈와 에코음을 제거할 수 있도록 한 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법에 관한것이다.

요즈음에는 전체적인 생활수준이 향상되어 감에 따라 핸드폰을 사용하는 사람이 더욱 많아지고 있다. 그리고 차량을 운전하는 중에도 급한 연락을 받아야 할 경우가 있으므로 핸드폰을 손으로 잡지 않은 상태에서도 통화가 가능하도록 하기 위해 핸즈프리를 이용하고 있다.

더구나 핸드폰은 신호의 송수신을 위하여 기기에서 채택하고 고주파 주파수의 대역에 따라 CDMA 방식과 GSM 방식 등으로 나누고, 미국이나 한국에서 주로 사용하는 CDMA 방식에 비해 유럽이나 세계각처에서 주로 사용하는 GSM 방식이 고주파 주파수 대역을 사용한다.

그러므로 상기의 CDMA 방식의 핸드폰을 핸즈프리에서 사용하는 상태에 비해 상대적으로 고주파 주파수인 GSM 방식의 핸드폰을 핸즈프리에서 사용하는 상태에서 고주파수를 유기시키게 되고, 이러한 고주파수가 유기되는 과정에 의해 핸즈프리에 GSM 노이즈가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 GSM 노이즈는 주로, 스피커를 통해 출력된 음성이 다시 마이크로 입력되고 다시 스피커로 출력되거나 유무선 라인을 통해 음성이 회귀되는 것을 말한다. 이러한 상태에서는 음의 복원이 어렵고 심할 경우에는 전혀 의미를 알아들을 수 없을 정도의 상태가 되어 '삐'하는 고음의 소리가 나기도 한다.

그러므로 이와 같은 종래의 핸즈프리에서 발생되는 노이즈를 제거하기 위하여 마이크의 음이 증폭기를 거쳐 아날로그/디지털 변환부에서 아날로그신호를 디지털신호로 바꾸어 디지털신호처리부에 전달하고,

상기의 디지털신호 처리부에서 내부에 내장된 에코음 제거 루틴에 의해 에코음을 제거한 디지털신호는 다시 디지털/아날로그 변환부에 의해 아날로그신호로 바뀐 후 증폭기를 경유하는 중에 증폭되어 입출력 연결부로 전달하여 다음의 음처리를 위하여 외부 또는 내부의 다른 처리 블록으로 전달되도록 하거나,

상기의 입출력 연결부로부터 전달되는 음성신호는 증폭기에서 전송에 따른 손실분을 감안하여 충분히 증폭되도록 하여 아날로그/디지털 변환부를 거치면서 디지털신호로 바뀌어 디지털 신호 처리부로 입력되어 에코음 제거 루틴에 의하여 에코음을 제거하도록 하고,

에코음이 제거된 음성의 디지털신호는 디지털/아날로그 변환기를 경유하는 중에 아날로그신호로 바뀌고 증폭기에서 증폭된 후 스피커로 음을 들을 수 있도록 하였다.

그리고 상기의 디지털 신호처리부(DSP : DIGITAL SIGNAL PROCESSING)에 의해 마이크로 입력되는 음을 컨벌루셔널 코딩(Convolutional Coding)을 하고, 코딩에 의해 얻어진 일정값을 스피커로 출력되는 음에서 감산하여 줌으로써 에코를 억제하는 방법을 주로 사용하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 에코음 제거를 위한 구성에 의하여서는 CDMA 방식의 핸드폰을 사용하는 상태에 비해 상대적으로 고주파 주파수인 GSM 방식의 핸즈프리에서 발생하는 고주파수의 에코음을 효과적으로 제거할 수 없을 뿐 아니라 GSM 노이즈를 발생시키는 문제점이 있었다.

그리고 전원공급부와 마이크 및 스피커를 공통접지의 방식으로 구성하는 상태에 의해 충전노이즈가 스피커나 마이크의 음성신호에 영향을 주게되고, 음성신호가 입력되거나 출력될 때 모든 대역의 주파수를 증폭시키므로 GSM 노이즈로 유기된 신호도 증폭시키게 되는 등의 단점이 있었다.

또한 한국 공개특허 1998-48460호(이동통신 시스템의 선형 예측계수를 이용한 반향 제거방법 및 장치)한국 공개특허 1999-80327호(계층적 구조의 적응반향 제거장치)가 제안되어 이용하도록 하였으나, 반향에 의한 성능을 개선하는 것으로서 반향에 의한 에코음과 노이즈를 모두 제거할 수 없어 그 효율이 제한적임은 물론, CDMA 방식의 핸드폰을 사용하는 상태에 비해 상대적으로 고주파 주파수인 GSM 방식의 핸즈프리에서 발생하는 고주파를 완전히 제거할 수 없는 단점이 있었다.

이에 따라 본 발명은 마이크를 통하여 전달되는 음성신호나 핸드폰으로부터 전달되어 스피커로 출력되는 음성신호의 표본값을 수집하여 스피커의 표본값이 크거나 작은 상태에 따라 스피커를 닫거나 열은 상태에서 출력 마이크 신호를 산출한 후 다시 주변의 잡음을 감안한 정상출력 마이크 신호를 출력하도록 함으로써 CDMA와는 다른 고주파의 주파수를 사용하는 GSM 핸드폰의 핸즈프리에서 발생하는 GSM 노이즈를 제거할 수 있으며 핸즈프리의 특성상 스피커에서 증폭된 음성신호가 다시 마이크로 들어가 전달되는 에코를 제거할 수 있도록 한 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 핸드폰에서 증폭기를 통하여 전달되는 상대방의 음성신호는 부호기·복호기를 경유하는 중에 어느 하나의 입력 단자에 대응하는 출력단자의 조합에 신호로 나타나도록 하는 부호화가 수행되고,

상기 부호기·복호기를 경유한 상대방의 음성신호는 디지털 신호 처리부에서 콘트롤러의 제어를 받으면서 노이즈의 제거를 수행하도록 하고,

상기의 디지털 신호 처리부에서 노이즈가 제거된 상대방의 음성신호가 부호기·복호기를 경유하는 중에 부호화된 신호가 원래의 상태로 복원되도록 하고,

상기의 부호기·복호기에서 원래의 상태로 복원된 상대방의 음성신호는 증폭기를 경유하는 중에 증폭된 후 핸즈프리의 스피커로 출력되어 사용자가 핸드폰을 귀에 대지 않고도 잘 들을 수 있도록 하고,

핸즈프리의 마이크에서 증폭기를 통하여 전달되는 사용자의 음성신호는 부호기·복호기를 경유하는 중에 어느 하나의 입력 단자에 대응하는 출력단자의 조합에 신호로 나타나도록 하는 부호화가 수행되고,

상기 부호기·복호기를 경유한 사용자의 음성신호는 디지털 신호 처리부에서 콘트롤러의 제어를 받으면서 에코음 및 노이즈의 제거를 수행하도록 하고,

상기의 디지털 신호 처리부에서 에코음 및 노이즈가 제거된 사용자의 음성신호가 부호기·복호기를 경유하는 중에 부호화된 신호가 원래의 상태로 복원되도록 하고,

상기의 부호기·복호기에서 원래의 상태로 복원된 사용자의 음성신호는 증폭기를 경유하는 중에 증폭된 후 핸드폰을 통해 상대방에게 출력되도록 하되,

상기 디지털 신호 처리부에서는 마이크를 통하여 전달되는 음성신호나 핸드폰으로부터 전달되어 스피커로 출력되는 음성신호의 표본값을 수집하는 단계와,

스피커의 표본값이 크면 스피커를 닫고 스피커의 표본값이 작으면 스피커를 열은 상태에서 스피커 대 마이크 신호의 비율을 계산하는 단계와,

적응필터의 적응시간을 설정한 후 적응필터 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 수행하는 단계와,

스피커 신호 * 적응필터 계수에 의하여 에코값을 구하는 단계와,

마이크 신호 - 에코값에 의하여 출력 마이크 신호를 산출하는 단계와,

상기의 출력 마이크 신호 - 주변의 잡음에 의하여 에코음과 주변의 잡음에 의한 노이즈가 제거된 정상출력 마이크 신호를 출력하도록 함으로써 CDMA와는 다른 고주파의 주파수를 사용하는 GSM 핸드폰의 핸즈프리에서 발생하는 GSM 노이즈를 제거할 수 있으며 핸즈프리의 특성상 스피커에서 증폭된 음성신호가 다시 마이크로 들어가 전달되는 에코를 제거할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 동작과정을 나타낸 플로우차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

2, 7, 10, 11 : 증폭기 3, 6 : 부호기·복호기

4 : 디지털 신호 처리부 5 : 콘트롤러

이하 본 발명을 일실시예에 따라 상세히 기술하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전체 구성을 개략적으로 도시한 것으로,

핸드폰(1)에서 증폭기(2)를 통하여 전달되는 상대방의 음성신호는 부호기·복호기(CODEC)(3)를 경유하는 중에 어느 하나의 입력 단자에 대응하는 출력단자의 조합에 신호로 나타나도록 하는 부호화가 수행되고,

상기의 부호기·복호기(3)를 경유한 상대방의 음성신호는 디지털 신호 처리부(4)에서 콘트롤러(5)의 제어를 받으면서 노이즈를 제거하는 과정이 수행되도록 하고,

상기의 디지털 신호 처리부(4)에서 노이즈가 제거된 상대방의 음성신호는 다시 부호기·복호기(6)를 경유하는 중에 부호화된 신호가 원래의 상태로 복원되도록 하고,

상기의 부호기·복호기(6)에서 원래의 상태로 복원된 상대방의 음성신호는 증폭기(7)를 경유하는 중에 증폭된 후 핸즈프리(A)의 스피커(8)로 출력되어 사용자가 핸드폰(1)을 귀에 대지 않고도 잘 들을 수 있도록 하고,

핸즈프리(A)의 마이크(9)에서 증폭기(10)를 통하여 전달되는 사용자의 음성신호는 부호기·복호기(6)를 경유하는 중에 어느 하나의 입력 단자에 대응하는 출력단자의 조합에 신호로 나타나도록 하는 부호화가 수행되고,

상기 부호기·복호기(6)를 경유한 사용자의 음성신호는 디지털 신호 처리부(4)에서 콘트롤러(5)의 제어를 받으면서 에코음 및 노이즈를 제거하는 과정을 수행하도록 하고,

상기의 디지털 신호 처리부(4)에서 에코음 및 노이즈가 제거된 사용자의 음성신호가 부호기·복호기(3)를 경유하는 중에 부호화된 신호가 원래의 상태로 복원되도록 하고,

상기의 부호기·복호기(3)에서 원래의 상태로 복원된 사용자의 음성신호는 증폭기(11)를 경유하는 중에 증폭된 후 핸드폰(1)을 통해 상대방에게 출력되도록 구성한 것이다.

이와 같이 구성한 본 발명의 동작상태를 도 2의 플로우차트에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

사용자가 운행하는 차량의 핸즈프리(A)에 핸드폰(1)을 연결하여 설치한 후 통화를 수행하면(단계 21), 핸드폰(1)에서 증폭기(2)를 통하여 전달되는 상대방의 음성신호는 부호기·복호기(3)를 경유하는 중에 어느 하나의 입력 단자에 대응하는

출력단자의 조합에 신호로 나타나도록 하는 부호화가 수행된 후 디지털 신호 처리부(4)에서 노이즈를 제거하는 과정을 수행한다(단계 22).

상기의 디지털 신호 처리부(4)에서 노이즈가 제거된 상대방의 음성신호는 부호기·복호기(6)를 경유하는 중에 부호화된 신호에서 원래의 상태로 복원된 후 증폭기(7)를 거쳐 핸즈프리(A)의 스피커(8)로 출력되어 사용자가 핸드폰(1)을 귀에 대지 않고도 잘 들을 수 있도록 한다(단계 23).

한편, 핸즈프리(A)의 마이크(9)에서 증폭기(10)를 통하여 전달되는 사용자의 음성신호는 부호기·복호기(6)를 경유하는 중에 어느 하나의 입력 단자에 대응하는 출력단자의 조합에 신호로 나타나도록 하는 부호화를 수행한 후 상기의 디지털 신호 처리부(4)에서 에코음 및 노이즈가 제거된 사용자의 음성신호가 부호기·복호기(3)를 경유하고 증폭기(11)를 거쳐 핸드폰(1)을 통해 상대방에게 출력되도록 한다 (단계 24).

상기 부호기·복호기(6)를 경유한 사용자의 음성신호는 디지털 신호 처리부(4)에서 에코음 및 노이즈를 제거하는 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

즉 변수를 초기화하고(단계 25), 노이즈 제거의 모드를 수행하기 위한 인터럽트를 온한다(단계 26).

마이크(9)를 통하여 전달되는 음성신호의 표본값을 수집하면서(단계 27), 핸드폰(1)으로부터 전달되어 스피커(8)로 출력되는 음성신호의 표본값을 수집한다(단계 28).

만약, 스피커의 표본값이 크면(단계 29), 스피커(8)를 닫고(단계 30) 노이즈를 측정한다(단계 31).

그리고 스피커(8)의 닫혀진 시간을 계산하여(단계 32) 적응필터의 플래그를 온시킨다(단계 33).

한편, 상기의 단계 30에서 스피커의 표본값이 작으면, 스피커(8)를 열고(단계 34) 스피커(8)를 열은 상태에서 스피커 신호와 마이크 신호를 계속 수집한다(단계 35).

수집된 스피커 신호 대 마이크 신호의 비율을 계산하면서(단계 36) 적응필터의 적응시간을 설정한다(단계 37).

다음에 적응필터 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 수행하면서(단계 38) 스피커 신호 * 적응필터 계수에 의하여 에코값을 구하고(단계 39), 마이크 신호 - 에코값에 의하여 출력 마이크 신호를 산출한다(단계 40).

여기서 적응필터 계수(h)는 적응필터의 성능에 따라 고유의 값을 가지므로 사용하는 적응필터에 따라 다른 값을 적용하면 된다.

상기의 출력 마이크 신호 - 주변의 잡음에 의하여 에코음과 주변의 잡음에 의한 노이즈가 제거된 정상출력 마이크 신호를 출력하는 과정을 반복적으로 수행하도록 함으로써 상기의 디지털 신호 처리부(4)에서 에코음 및 노이즈가 제거된 사용자의 음성신호가 부호기·복호기(3)를 경유하고 증폭기(11)를 거쳐 핸드폰(1)을 통해 상대방에게 출력되도록 한다(단계 41).

따라서 본 발명의 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법에 의하여서는 마이크를 통하여 전달되는 음성신호나 핸드폰으로부터 전달되어 스피커로 출력되는 음성신호의 표본값을 수집하는 단계와,

스피커의 표본값이 크면 스피커를 닫고 스피커의 표본값이 작으면 스피커를 열은 상태에서 스피커 대 마이크 신호의 비율을 계산하는 단계와,

적응필터의 적응시간을 설정한 후 적응필터 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 수행하는 단계와,

스피커 신호 * 적응필터 계수에 의하여 에코값을 구하는 단계와,

마이크 신호 - 에코값에 의하여 출력 마이크 신호를 산출하는 단계와,

상기의 출력 마이크 신호 - 주변의 잡음에 의하여 에코음과 주변의 잡음에 의한 노이즈가 제거된 정상출력 마이크 신호를 출력하도록 함으로써 CDMA와는 다른 고주파의 주파수를 사용하는 GSM 핸드폰의 핸즈프리에서 발생하는 GSM 노이즈를 제거할 수 있으며 핸즈프리의 특성상 스피커에서 증폭된 음성신호가 다시 마이크로 들어가 전달되는 에코를 제거할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 핸드폰(1)에서는 증폭기(2), 부호기·복호기(3), 디지털 신호 처리부(4), 부호기·복호기(6) 및 증폭기(7)를 거쳐 핸즈프리(A)의 스피커(8)로 출력되도록 하고, 핸즈프리(A)의 마이크(9)에서 증폭기(10), 부호기·복호기(6), 디지털 신호 처리부(4), 부호기·복호기(3) 및 증폭기(11)를 거쳐 핸드폰(1)을 통해 상대방에게 출력되도록 한 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법에 있어서,

   상기 부호기·복호기(6)를 경유한 사용자의 음성신호는 디지털 신호 처리부(4)에 의하여 변수를 초기화하고, 노이즈 제거의 모드를 수행하기 위한 인터럽트를 온하는 단계와,

   마이크(9)를 통하여 전달되는 음성신호의 표본값을 수집하면서 핸드폰(1)으로부터 전달되어 스피커(8)로 출력되는 음성신호의 표본값을 수집하는 단계와,

   스피커의 표본값이 크면, 스피커(8)를 닫고 노이즈를 측정하는 단계와,

   상기 스피커(8)의 닫혀진 시간을 계산하여 적응필터의 플래그를 온시키는 단계와,

   상기 스피커의 표본값이 작으면 스피커(8)를 열은 상태에서 스피커 신호와 마이크 신호를 계속 수집하는 단계와,

   수집된 스피커 신호 대 마이크 신호의 비율을 계산하면서) 적응필터의 적응시간을 설정하는 단계와,

   적응필터 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 수행하면서 스피커 신호 * 적응필터 계수에 의하여 에코값을 구하고, 마이크 신호 - 에코값에 의하여 출력 마이크 신호를 산출하는 단계와,

   상기의 출력 마이크 신호 - 주변의 잡음에 의하여 에코음과 주변의 잡음에 의한 노이즈가 제거된 정상출력 마이크 신호를 출력하는 과정을 반복적으로 수행하는 단계들에 의해 수행됨을 특징으로 하는 전 2중 방식의 핸즈프리의 노이즈 및 에코음 제거방법.