KR100377797B1

KR100377797B1 - 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거장치

Info

Publication number: KR100377797B1
Application number: KR10-2000-0087458A
Authority: KR
Inventors: 윤대희; 박선준
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2003-03-26
Also published as: KR20020057183A

Abstract

본 발명은 음향 반향 제거기와 잡음 제거기를 결합하여 사용하는 핸즈프리용 단말기에 있어서 잔여 반향의 백색화를 통해 효과적으로 잔여 반향을 제거하도록 한 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치에 관한 것으로서,

이러한 본 발명은, 근단(近端) 화자(話者)(near-end talker) 신호의 유무 판별 결과에 따라 마이크로폰으로부터 입력되는 신호에서 원단(遠端) 화자(話者)(far-end talker) 신호로부터 추정한 반향신호를 감산하여 획득한 오차신호(e(k))를 후단의 잡음 제거부 또는 AR(Auto Regressive)분석 및 역필터링부에 선택적으로 제공해주며, AR분석 및 역필터링부에서 근단화자 신호가 포함되지 않은 오차신호에서 AR분석을 통해 AR계수를 추정하고, 추정한 AR계수를 이용하여 입력되는 오차 신호를 역필터링하여 백색화된 신호를 만들어 잡음 제거부의 입력으로 사용함으로써, 배경잡음 및 잔여 잔향이 제거되도록 한다.

Description

이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거장치{Apparatus for cancelation residual echo using mobile communication hands-free terminal}

본 발명은 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 음향 반향 제거기와 잡음 제거기를 결합하여 사용하는 핸즈프리용 단말기에 있어서 잔여 반향의 백색화를 통해 효과적으로 잔여 반향을 제거하도록 한 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치에 관한 것이다.일반적으로 이동통신 기술을 이용한 전화 통신이 사회 전 분야에 확산되면서 안정성과 편이성을 고려한 차량내 핸즈프리 통신에 대한 관심이 고조되고 있다. 핸즈프리를 이용한 원활한 음성통신을 위해서는 스피커와 마이크로폰의 커플링에 의하여 발생하는 음향 반향과 음성 부호화기를 통해 전송해야하는 근단(近端) 화자(話者)(near-end talker)의 음성을 손상시키는 배경잡음을 제거하여야 한다.

음향 반향은 원단(遠端) 화자(話者)(far-end talker) 음성이 근단화자 핸즈프리 단말기의 스피커와 마이크로폰 사이의 경로를 통해 궤환 됨으로써 발생한다. 음향반향은 통화 품질을 저해하는 가장 주요한 요소로 하울링을 방지하고 원단화자가 자신의 반향신호를 듣는 것을 방지하기 위하여 반드시 제거되어야 한다.배경 잡음은 운행 중인 차량 실내와 같이 잡음이 심한 상황에서 이동통신에 사용되는 저전송율 음성 부호화기를 이용하는 핸즈프리 단말기를 사용하여 통화를 할 경우에 음질을 저하시키는 요인이 된다. 따라서 핸즈프리 전화통신 상황에서 배경 잡음 제거는 특히 중요한 문제로 대두된다.최근 들어 핸즈프리 상황에서 이 두 가지 문제를 동시에 해결하기 위하여 음향 반향 제거와 배경 잡음 제거를 결합하는 문제가 크게 대두되고 있다. 특히 잡음 제거기를 음향 반향 제거기의 후처리단으로 결합하여 사용할 경우에 반향제거기의 추정오차로 발생하는 잔여 반향 성분을 추가로 제거할 수 있다는 장점을 갖게 된다.첨부한 도면 도 1은 종래 이동통신용 핸즈프리 단말기에 적용된 반향 제거기의 구성을 보인 도면이다.이러한 구조는 주지한 바와 같이 잡음 제거기(50)를 반향 제거기(30)의 후처리단으로 결합하여 사용하는 일반적인 반향 제거 장치의 구조이다.여기서 참조부호 10은 라우드스피커(Loudspeaker)를 나타내고, 참조부호 20은 마이크로폰을 나타내며, 참조부호 40은 가산기를 나타낸다.도 1에서는 반향경로 H를 적응 알고리즘을 이용하여 추정하는 것을 의미하며, G는 일반적인 잡음 제거기(50)를 의미한다(도1에, H, G 표시가 없음, 특히 H는 라우드스피커와 마이크로폰을 포함하여야 함). 여기서 x(k)는 원단화자의 신호, s(k)는 근단화자 신호, n(k)는 잡음 신호를 의미한다. 따라서 원단화자의 신호가 반향경로를 통과한 반향신호를 d(k)라고 할 경우, 근단화자 측의 마이크로폰(20)으로 입력되는 신호 y(k)는 아래와 같은 [수학식1]로 표현된다. 오차신호 e(k)는 상기 y(k)로부터 추정된를 감산함으로써 아래와 같은 [수학식2]로 얻을 수 있다. 상기 [수학식2]에서는 반향 제거기(30)의 성능에 따라 전력의 크기가 좌우되는 잔여 반향을 나타낸다.잔여 반향은 적응 알고리즘이 불일치(misadjustment)하는 경우와 실제 시스템에서 제한된 길이의 필터를 사용해야하는 제약 조건이 있는 경우에 발생하게 된다. 잔여 반향은 전화 통화 품질을 저하시키고 원단화자에게 불쾌감을 주는 요소가 되므로, 잡음 제거 기법을 반향 제거기(30)의 후처리단으로 사용함으로써 배경잡음 n(k)과 더불어 잔여 반향 r(k)를 동시에 제거한다.일반적으로 잡음 제거 기법에서는 배경 잡음이 WSS(Wide Sense Stationary) 신호이며, 시간에 따라 천천히 변화한다고 가정한다. 음성 신호에 천천히 변화하는 백색 혹은 유색잡음이 섞여 있는 경우 잡음만을 추정하여 제거함으로써 깨끗한 음성 신호를 얻을 수 있다. 그러므로 잔여 반향 신호가 WSS 특성을 갖는 백색 혹은 유색신호일 경우에 이를 배경 잡음 추정에 반영시켜 제거할 수 있다. 하지만 반향신호의 발생원이 음성 신호인 경우에는 반향 제거기의 출력으로 발생하는 잔여 반향 신호가 음성 신호의 특성을 갖게되므로 종래의 잡음 제거기에 포함된 VAD(Voice Activity Detector)는 이를 음성 신호로 판단하게 된다.따라서 핸즈프리 음성통신 환경에서 배경잡음을 WSS신호로 가정하여 추정한 후 제거하는 일반적인 잡음 제거기만을 음향 반향 제거기의 후처리단으로 이용하는 종래의 잔여 반향 제거 방법으로 잔여 반향을 제거한 경우, 잔여 반향은 제거되지 않은 채 그대로 원단화자에게 전송되고, 원단화자는 근단화자의 음성뿐만 아니라 자신의 음성의 잔여 반향까지 듣게되어 불쾌감을 초래하는 문제점을 유발한다.

이러한 문제점은 잔여반향의 특성상 잔여반향 전력이 잡음 제거기의 잡음 전력 추정에 적절하게 반영되지 못하기 때문이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 잔여 반향 제거 방법에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,본 발명의 목적은, 음향 반향 제거기와 잡음 제거기를 결합하여 사용하는 핸즈프리용 단말기에 있어서 잔여 반향의 백색화를 통해 효과적으로 잔여 반향을 제거하도록 한 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치를 제공하는 데 있다.상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,잔여반향의 전력을 잡음 제거기의 잡음전력 추정에 효과적으로 반영되도록 함으로써 잡음 제거기를 이용하여 효과적으로 잔여 반향을 제거한다.즉, 잔여 반향신호의 AR 분석을 기반으로 신호를 배경잡음과 유사한 특성을 같도록 하여 잡음 제거기의 입력으로 사용함으로써 잔여 반향 제거 성능을 크게 향상시킨다.또한 잔여 반향이 있는 부분에서도 신호가 백색화되어 음성 신호의 특성을 갖지 않으며, 원단화자에게 전송된 신호는 편안한 잡음(comfort noise)으로 들리게 된다. 따라서 핸즈프리 단말기를 이용한 음성통화에서 통화품질이 크게 향상된다.상기와 같은 개념의 본 발명에 의한 "이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치"는,근단화자 신호의 유무 판별 결과에 따라 마이크로폰으로부터 입력되는 신호에서 원단화자 신호로부터 추정한 반향신호를 감산하여 획득한 오차신호(e(k))를 후단의 잡음 제거부 또는 AR(Auto Regressive)분석 및 역필터링부에 선택적으로 제공해주는 경로 선택기와;상기 경로 선택기에서 제공되는 근단화자 신호가 포함되지 않은 오차신호에서 AR분석을 통해 AR계수를 추정하고, 상기 추정한 AR계수를 이용하여 입력되는 오차 신호를 역필터링하고, 그 결과 신호인 백색화된 신호를 상기 잡음 제거부에 전달해주는 상기 AR분석 및 역필터링부와;상기 AR분석 및 역필터링부에서 출력되는 백색화된 신호 또는 상기 경로 선택기에서 출력되는 근단화자의 음성 신호가 포함된 오차신호에서 배경 잡음 및 잔여 반향을 제거하는 잡음 제거기로 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 종래 이동통신용 핸즈프리 단말기에 적용된 반향 제거기의 구성을 보인 도면이고,

도 3은 본 발명에 의한 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치의 구성을 보인 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ..... 경로 선택기

200 ..... AR분석 및 역필터링부

300 ..... 잡음 제거기

이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.첨부한 도면 도 3은 본 발명에 의한 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치의 구성을 보인 도면이다.여기서 참조부호 100은 근단화자의 존재 유무를 판단한 결과 신호에 따라 근단화자 측의 마이크로폰(도 1의 20)으로부터 입력되는 신호(y(k))에서 원단화자 신호(x(k))로부터 추정한 반향신호()를 감산하여 획득한 오차신호(e(k))를 후단의 잡음 제거부(300) 또는 AR분석 및 역필터링부(200)에 선택적으로 제공해주는 경로 선택기를 나타낸다.또한 참조부호 200은 상기 경로 선택기(100)에서 제공되는 근단화자 신호가 포함되지 않은 오차신호(e(k)=n(k)+r(k))에서 AR 분석을 통해 AR 계수를 추정하고, 상기 추정한 AR 계수를 이용하여 입력된 오차신호를 역필터링하여 그 결과치인 백색화된 신호()를 상기 잡음 제거부(300)에 전달해주는 상기 AR분석 및 역필터링부를 나타낸다.또한 참조부호 300은 상기 AR분석 및 역필터링부(200)에서 출력되는 백색화된 신호() 또는 상기 경로 선택기(100)에서 출력되는 근단화자의 신호가 포함된 오차신호(e(k)=s(k)+n(k)+r(k))에서 배경 잡음 및 잔여 반향을 제거하는 잡음 제거기를 나타낸다.이와 같이 구성된 본 발명에 의한 이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치는, 먼저 도면에는 도시하지 않았지만 통상적인 동시통화 검출기에서 입력되는 신호를 분석하여 근단화자의 신호 유무를 판단한다.여기서 근단화자 신호 유무 판단은, 원단화자 신호와 마이크로폰 입력 신호를 가지고 검출하거나, 다른 신호들의 조합을 이용하여 검출한다.다음으로 동시통화 검출기는 주지한 바와 같은 통상적인 방법으로 입력되는 신호에 근단화자의 신호가 존재하는지, 또는 근단화자의 신호가 존재하지 않는지를 판단하고, 그 판단 결과에 대응하여 경로 선택기(100)를 제어한다.이에 따라 경로 선택기(100)는 상기 동시통화 검출기에서 발생되는 경로 선택 제어신호(스위치 제어신호)에 대응하여 근단화자의 신호가 없는 오차신호(e(k)=n(k)+r(k))는 상기 AR 분석 및 역필터링부(200)에 전달해주고, 이와는 달리 근단화자의 신호(s(k))가 포함된 오차신호(e(k)=s(k)+n(k)+r(k))는 상기 잡음 제거기(300)에 전달해준다.이에 따라 상기 AR 분석 및 역필터링부(200)는 입력되는 오차신호로부터 AR 계수를 추정하고, 그 추정한 AR 계수에 의거 역필터링을 수행하고, 그 결과신호인 백색화된 신호()를 상기 잡음 제거기(300)에 전달한다.상기 AR 분석 및 역필터링부(200)의 동작을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.주지한 바와 같이 원단화자 신호가 음성 신호인 경우 잔여 반향 신호 r(k)는 음성 신호의 특성을 가지므로, p차의 AR 모델로 근사화할 수 있고, 또한 근사화한 AR 계수를 이용하여 역필터링함으로써 아래의 [수학식3]과 같이 백색화할 수 있다. 여기서는 추정된 AR 계수를 나타내고,는 r(k)가 백색화된 신호를 나타내고,는 n(k)의 백색화된 신호를 나타내며, p는 모델링 차수를 나타낸다.이때 근단화자의 음성이 왜곡되어 전송되는 현상을 방지하기 위하여 근단화자 신호의 유무를 판단하여 근단화자의 신호가 없는 경우에만 AR 분석과 역필터링 과정을 수행한다.상기 역필터링 과정이 종료된 백색화된 신호는 상기 잡음 제거기(300)에 입력되며, 잡음 제거기(300)는 통상적인 잡음 제거 방식으로 입력되는 백색화된 신호의 잡음 제거한다.여기서 백색화된 신호의 잡음 제거는 통상적인 잡음 제거기에서 충분히 제거할 수 있으며, 이로 인해 잡음 제거기(300)는 낮은 차수의 적응필터를 사용할 수 있으므로, 시스템의 연산량을 추가로 감소시킬 수 있다.아울러 상기 잡음 제거기(300)는 상기 경로 선택기(100)에서 바로 제공되는 근단화자의 신호가 포함된 오차신호(e(k)=s(k)+n(k)+r(k))의 배경 잡음 및 잔여 잔향도 통상적인 잡음 제거 방식으로 제거하게 된다.

이상에서 상술한 본 발명 "이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치"에 따르면, 전송되는 잔여반향으로 인한 원단화자의 불편함을 크게 감소시킬 수 있으며, 높은 반향제거 성능을 얻을 수 있는 이점이 있다.또한 상기와 같은 이점으로 핸즈프리 단말기를 이용한 고품질의 음성통신을 가능토록 도모해주며, 낮은 차수의 적응필터를 사용함으로써 적응필터의 차수가 높을수록 초기부분에서 수렴속도가 저하되는 문제를 해소시키고, 시스템의 연산량을 줄일 수 있는 이점이 있다.또한, 반향제거 뿐만 아니라 배경잡음을 동시에 제거함으로써 이동통신에서 핸즈프리 상황과 같이 배경잡음이 존재하는 상황에서도 반향제거 성능을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.또한, 일반적인 이동통신용 음성부호화기의 부가기능으로 포함되어 있는 어떠한 잡음 제거기라도 후처리기로 사용할 수 있는 장점이 있으며, 이러한 장점으로 인해 이동통신 단말기에 사용되는 저전송율 음성부호화기의 부가기능으로 포함된 배경잡음 기법을 이용할 경우 매우 적은 부가 계산량으로 잔여반향을 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.

Claims

이동통신용 핸즈프리 단말기의 잔여 반향 제거 장치에 있어서,

근단(近端) 화자(話者)(near-end talker) 신호의 유무 판별 결과에 따라 마이크로폰으로부터 입력되는 신호에서 원단(遠端) 화자(話者)(far-end talker) 신호로부터 추정한 반향신호를 감산하여 획득한 오차신호(e(k))를 후단의 잡음 제거부 또는 AR(Auto Regressive)분석 및 역필터링부에 선택적으로 제공해주는 경로 선택기와;

상기 경로 선택기에서 제공되는 근단화자 신호가 포함되지 않은 오차신호에서 AR분석을 통해 AR계수를 추정하고, 상기 추정한 AR계수를 이용하여 입력된 오차신호를 역필터링하여 그 결과 신호인 백색화된 신호를 상기 잡음 제거부에 전달해주는 상기 AR분석 및 역필터링부와;

상기 AR분석 및 역필터링부에서 출력되는 백색화된 신호 또는 상기 경로 선택기에서 출력되는 근단화자의 신호가 포함된 오차신호에서 배경 잡음 및 잔여 반향을 제거하는 잡음 제거기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이동통신용 핸즈프리 단말기에서 잔여 반향 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 역필터링은 아래와 같은 <수학식>에 의거 역필터링하여 백색화하는 것을 특징으로 하는 이동통신용 핸즈프리 단말기에서 잔여 반향 제거 장치.

여기서는 추정된 AR 계수를 나타내고,는 r(k)의 백색화된 신호를 나타내고,는 n(k)의 백색화된 신호를 나타내며, p는 모델링 차수를 나타낸다.