KR100555547B1 - Ａｍｒ 배경잡음 제거방법 - Google Patents

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Abstract

통화중에 전달되는 잡음을 제거하기 위하여 부가적인 처리기를 사용하지 않고 AMR(Adaptive Multi-Rate codec)의 내부 파라미터를 이용하는 AMR 배경잡음제거방법을 개시한다. 상기 AMR 배경잡음제거방법은, 묵음구간으로 판단하는 단계, 묵음구간으로 판단된 경우 잡음에너지를 추정하는 단계, 상기 추정된 잡음에너지를 소정의 임계값과 비교하는 단계, 상기 추정된 잡음에너지가 상기 임계값을 초과하지 않는 경우에는 고정 코드 북의 이득을 조절하지 않는 단계 및 상기 추정된 잡음에너지가 상기 임계값을 초과하는 경우에는 고정 코드 북의 이득을 조절하는 단계를 구비한다.

Description

ＡＭＲ 배경잡음 제거방법{The method for removing the background noise of Adaptive Multi Rate codec}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래에 사용 중인 AMR 잡음제거과정을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 AMR 배경잡음 제거방법의 일 실시 예를 나타내는 신호흐름도(flowchart)이다.
도 3은 핑크 잡음에 오염된 음성 및 이 오염된 음성에 대하여 본 발명에 따른 AMR 배경잡음 제거방법을 적용한 결과를 나타내는 파형(waveform)이다.
도 4는 통화자의 주변에 존재하는 차량 등에 의한 잡음에 오염된 음성 및 이 오염된 음성에 대하여 본 발명에 따른 AMR 배경잡음 제거방법을 적용한 결과를 나타내는 파형이다.
본 발명은 IMT-2000에 관한 것으로서, 특히, IMT-2000의 음성 코덱(speech codec)에 관한 것이다.
휴대폰의 1세대를 셀룰러폰이라고 한다면, 제2세대는 PCS가 되고, 차세대 이동통신시장에서 각광받고 있는 영상이동전화인 IMT-2000(International Mobile Telecommunication)이 제3세대라고 할 수 있다. IMT-2000은 세계의 어느 지역에나 음성전화, 텔렉스, 무선호출, 전자우편 등의 서비스를 주고받을 수 있고, 또 동영상을 실현 할 수 있는 특징이 있다. 기존의 이동통신 서비스의 경우 송수신 범위가 제한되었다. IMT-2000의 단말기는 손바닥만한 크기지만 세계의 어느 곳에서나 양방향 멀티미디어 통신이 가능하다.
IMT-2000의 AMR(Adaptive Multi-Rate codec)는, 단말기를 통하여 입력되는 음성신호인 아날로그 신호를 음성생성모델에 맞춰 디지털 신호로 변환(encoding)하고, 디지털 신호를 수신하여 사용자가 인식할 수 있는 아날로그 신호로 변환(decoding)하는 음성 코덱(CODEC, Coder and Decoder)이다.
단말기를 통하여 수신되는 신호는, 사용자의 음성신호뿐만 아니라 사용자가 위치하는 장소에 따라 여러 가지 배경 잡음이 동반된다. 이러한 배경 잡음에는 자동차 소음 및 단위 주파수 대역에 포함시킨 성분의 세기가 주파수에 반비례하는 성분을 가진 잡음인 핑크(pink)잡음 등이 있다.
도 1은 종래에 사용 중인 AMR 잡음제거과정을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 상기 AMR 잡음제거과정은, 입력되는 음성신호에 대하여 전처리기(110)에서 배경잡음에 대한 사전 처리를 한 후 AMR 인코더(encoder,120)에 입력되어 전송되며, AMR 디코더(decoder,130)는 상기 전송된 데이터를 수신하여 디코딩(decoding)한 후 후처리기(140)에 전달하여 음성신호로 출력하는 단계를 거친다.
종래의 방법에 대한 관련기술을 나열하면 다음과 같다.
1. Kato, M.; Sugiyama, A; Serizawa, M., "A wideband noise suppressor for the AMR wideband speech codec", Speech Coding, 2002, IEEE Workshpo Proceedings, 6-9 Oct. 2002
2. Kato, M.; Sugiyama, A; Serizawa, M., "A family of 3GPP-standard noise suppressors for the AMR codec and the evaluation results", Acoustics, Speech, and Signal Processing, 2003 Proceedings.(ICASSP '03). 2003 IEEE International Conference on, Volume: 6-10 April 2003, Page(s): I_916 - I_919
3. Furuta, S.; Takahashi, S., "A noise suppressor for the AMR speech codec and evaluation test results based on 3GPP specifications", Speech Coding, 2002, IEEE Workshop Proceedings., 6-9 Oct. 2002 Page(s0; 159-161
4. Murashima, A.; Serizawa, M.; Ozawa, K., "A post-processing technique to improve coding quality of CELP under background noise", Speech Coding, 2000. Proceedings. 2000 IEEE Workshop on, 17-20 Sept. 2000, Page(s) 02-104
상기 1내지 3의 기술은 전처리기를 이용하며, 특히 1 및 2의 기술은 MMSE-STSA(Minimum Mean Squared Error-Short Time Spectral Amplitude) 방법에 기반을 둔 전처리기를 AMR 인코더의 앞단에 설치하여 배경잡음의 제거를 시도하였다. MMSE-STSA는 상당한 계산 량과 복잡한 과정을 요구하는 방법이다. 상기 4의 기술은 후처리기를 사용하는 방법이다.
종래의 방법들은 주파수 도메인에서 계산이 이루어지기 때문에, 20-30 ms 길이의 프레임에 대하여 512 포인트 FFT(Fast Fourier Transform)만 하더라도 2304번의 곱셈이 추가되는 등 계산이 복잡하게 된다. 또한 실시간으로 통화를 해야 하기 때문에 3 GPP(the 3rd Generation Partnership Project)에서는 10ms 이내에 전처리기에서 모든 잡음처리를 하도록 권고하고 있다. 따라서 1 초당 230400 번의 곱셈이 요구되며, 이 후에 역 FFT를 수행하여야 하므로 곱셈의 최소 양은 460800 번이 필요하다.
상술한 바와 같이 종래에 사용 중인 AMR 잡음제거과정은, 단말기에서 이를 구현하는데 처리기를 부가적으로 설치하여야 하기 때문에, 제품의 생산비용이 증가하게 되며 단말기에서 사용되는 소자가 증가함으로써 단말기 사용에러의 발생 확률이 높아지고 전력의 소비가 증가하게 되어 단말기의 배터리 수명을 단축시키는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 통화중에 전달되는 잡음을 제거하기 위하여 부가적인 처리기를 사용하지 않고 AMR(Adaptive Multi-Rate codec)의 내부 파라미터를 이용하는 AMR 배경잡음제거방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 AMR 배경잡음제거방법은, 묵음구간으로 판단하는 단계, 묵음구간으로 판단된 경우 잡음에너지를 추정하는 단계, 상기 추정된 잡음에너지를 소정의 임계값과 비교하는 단계, 상기 추정된 잡음에너지가 상기 임계값을 초과하지 않는 경우에는 고정 코드 북의 이득을 조절하지 않는 단계 및 상기 추정된 잡음에너지가 상기 임계값을 초과하는 경우에는 고정 코드 북의 이득을 조절하는 단계를 구비한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 AMR 배경잡음 제거방법의 일 실시 예를 나타내는 신호흐름도(flowchart)이다.
도 2를 참조하면, 상기 AMR 배경잡음 제거방법은, 묵음구간여부를 판단하는 단계(210), 묵음구간이라고 판단된 경우의 잡음에너지(
Figure 112004001665534-pat00001
)를 추정하는 단계(220), 추정된 잡음의 값이 일정한 문턱 값(
Figure 112004001665534-pat00002
)을 초과하는 지 여부를 판단하는 단계(230), 상기 판단결과에 의하여 고정 코드 북의 이득을 조절하는 단계(240) 및 조절하지 않는 단계(250)를 구비한다.
Voice Activity Detector(VAD)에서 묵음구간으로 판정된 구간에서 일정수준 이상의 잡음에너지가 검출된다면, 이는 잡음에너지로 볼 수 있다. 검출된 잡음에너지의 레벨(level)에 따라 AMR 내부 파라미터 값인 고정 코드 북(fixed code book)의 이득을 조절함으로써 배경잡음을 제거할 수 있다. 잡음에너지(
Figure 112004001665534-pat00003
)는 수학식 1과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112004001665534-pat00004
여기서, 0<
Figure 112004001665534-pat00005
<1이고,
Figure 112004001665534-pat00006
은 묵음구간 중에 현재의 서브프레임(sub frame)의 에너지를 나타낸다.
고정 코드 북의 이득(gain code)은 수학식 2의 계산을 통하여 조절된다.
Figure 112004001665534-pat00007
여기서, E[m]은 현재 프레임의 m 번째 서브프레임의 에너지,
Figure 112004001665534-pat00008
는 유/무성음 분리에너지의 문턱(Threshold) 값, gain은 본래 AMR 인코더에서의 고정 코드 북의 이득이다. a 및 b는 수학식 3과 같다.
Figure 112004001665534-pat00009
여기서 A 및 B는 스케일 벡터이다.
도 3은 핑크 잡음(pink noise)에 오염된 음성 및 이 오염된 음성에 대하여 본 발명에 따른 AMR 배경잡음 제거방법을 적용한 결과를 나타내는 파형(waveform)이다.
도 4는 통화자의 주변에 존재하는 차량 등에 의한 잡음(vehicle noise)에 오염된 음성 및 이 오염된 음성에 대하여 본 발명에 따른 AMR 배경잡음 제거방법을 적용한 결과를 나타내는 파형(waveform)이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 핑크 잡음에 오염된 음성(도면 3의 상부) 및 차량에 의한 잡음에 오염된 음성(도면 4의 상부)에 대한 에너지와 상기 오염된 음성에 본 발명에 따른 배경잡음 제거방법을 적용한 결과로 출력된 에너지(도면 3 및 도면 4의 하부)를 비교하여 보면, 잡음이 제거된 것을 확인할 수 있다.
상기 잡음이 제거된 효과는 스펙트로그램(spectrogram)을 통하여 보다 분명하게 확인할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사 용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 AMR 배경잡음 제거방법은, 기존의 방법이 전처리기 혹은 후 처리기를 사용함으로써 부가적인 비용이 증가하게 되고, 상당한 양의 계산을 수행하여야 하기 때문에, 전력소모량이 증가하게 되어 배터리 수명이 감소되는 단점이 있은 것에 비해, 전처리기 및/또는 후처리기를 부가적으로 요하지 않고도 효과적으로 잡음을 제거할 수 있으며 따라서 비용이 증가하지 않는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 통화 중의 음성신호를 소정의 규칙에 따른 디지털 신호로 변환하거나, 소정의 규칙에 의하여 변환된 디지털 신호를 음성신호와 같은 아날로그 신호로 변환하는 음성 코덱(speech codec)에서의 배경잡음을 제거하는 방법에 있어서,
    묵음구간으로 판단하는 단계;
    묵음구간으로 판단된 경우 잡음에너지를 추정하는 단계;
    상기 추정된 잡음에너지를 소정의 임계값과 비교하는 단계;
    상기 추정된 잡음에너지가 상기 임계값을 초과하지 않는 경우에는 고정 코드 북의 이득을 조절하지 않는 단계; 및
    상기 추정된 잡음에너지가 상기 임계값을 초과하는 경우에는 고정 코드 북의 이득을 조절하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 AMR 배경잡음 제거방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잡음에너지(
    Figure 112004001665534-pat00010
    )는,
    Figure 112004001665534-pat00011
    를 이용하여 추정하며,
    여기서
    Figure 112004001665534-pat00012
    는 0<
    Figure 112004001665534-pat00013
    <1이고,
    Figure 112004001665534-pat00014
    은 묵음구간 중에 현재의 서브프레임(sub frame)의 에너지를 나타내는 것을 특징으로 하는 AMR 배경잡음 제거방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고정 코드 북의 이득(gain code)단계는,
    Figure 112004001665534-pat00015
    에 따라 조절되며,
    여기서, E[m]은 현재 프레임의 m 번째 서브프레임의 에너지,
    Figure 112004001665534-pat00016
    는 유/무성음 분리에너지의 문턱(Threshold) 값, gain은 본래 AMR 인코더에서의 고정 코드 북의 이득,
    Figure 112004001665534-pat00017
    ,
    Figure 112004001665534-pat00018
    , A 및 B는 스케일 벡터인 것을 특징으로 하는 AMR 배경잡음 제거방법.
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