KR100557752B1 - 분배 반향 소거 - Google Patents

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자링크 세미컨덕터, 인크
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Abstract

반향이 있는 신호를 수신하는 장치로부터 원격의 위치에서 반향 소거 기능을 수행하는 분배 반향 소거 구조가 제공된다. 반향 소거를 위해 반향 소거 기능은 장치에서 반향에 의해 손상된 기준 신호를 이용한다. 반향 소거 자원은 각 개별 장치에 할당되는 것이 아니라 중앙 시스템에 할당되므로 반향 소거 자원은, 이에 따라, 장치들 간에 공유될 수 있다.

Description

분배 반향 소거{DISTRIBUTED ECHO CANCELLING}
도 1은 종래의 반향 소거기의 블록도,
도 2는 통상적인 스피커 폰을 위한 종래의 전이중 헨즈프리(FDHF) 반향 소거기의 블록도,
도 3은 패킷망과 접속하기 위한 종래의 패킷망 기반 음향 반향 소거기의 블록도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 분배 음향 반향 소거기의 블록도,
도 5는 동기 영역에 인터페이스하는 패킷영역에 있어서의 도 4의 분배 음향 반향 소거기[전이중 헨즈프리(FDHF) 구조]의 블록도,
도 6은 패킷 영역에 있어서의 도 5의 폰 측에서의 상세블록도,
도 7은 분배 반향 소거구조를 갖는 전화 시스템의 블록도,
도 8은 신뢰성 망(reliable network)에 걸쳐 작동하는 분배 반향 소거기의 블록도,
도 9는 도 8의 분배 반향 소거기를 구비한 TDM 기반 전화 시스템의 블록도,
도 10은 라인 반향(line echo)에 대한 보상을 위한 패킷 기반 분배 라인 반향 소거기의 블록도,
도 11은 도 10의 분배 라인 반향 소거기를 이용한 VoIP 망의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
400 : 분배 음향 반향 소거기 410 : 시스템
412 : 분배기 414 : 음향 반향 추정·제어기
416 : 감산기 420 : 폰 장치
422 : 신호 합성기 424 : 마이크로폰
426 : 확성기 450 : 망
본 발명은 반향 소거에 관한 것으로, 특히 분배 반향 소거에 관한 것이다.
반향 소거의 목적은 마이크로폰에 매우 근접한 스피커로부터의 피드백을 포함하는 각종 소오스에 기인하는 반향에 대해서 신호를 보상하는 것이다. 통상적으로, 종래기술의 반향 소거기는 기준 신호를 사용하여 반향을 결정하고, 이에 따라 상기 신호로부터 반향의 추정치를 제거(감산)함으로써 신호를 보상한다.
그러나, 음향 또는 라인 반향 소거는 패킷 기반 망등의 긴 지연망에 있어서 특히, 고가일 수 있다. 통상적인 반향 소거기 구조에 있어서, 버퍼 사이즈를 증가시켜 메모리 요구를 증가시킴으로써 망에 있어서의 지연이 보상된다. 인터넷 프로토콜 망등의 신뢰성없는 전송 매체는 반향 소거기의 효율을 상당히 감소시킬 수 있는 패킷 손실의 부가적인 문제점을 갖는다.
도 1을 참조하여 보면, 종래 반향 소거기(100)의 블록도가 도시되어 있다. 종래의 반향 소거기(100)는 반향 추정·제어기(110) 및 감산기(120)를 포함한다. 입력 신호(Sin 130)는 반향(132)(반향들)과 근단 신호(near end signal)가 합성된 것이다. 상기 기술에서 알 수 있듯이, 반향 추정·제어기(110)는 기준신호(Rout 또는 Rin)와 감산기(120)를 사용하여 입력신호(130)로부터 반향의 추정치를 제거한다. 반향 소거기의 목표는 가능한 한 충분히 감소된 반향과 근접한 근단 신호와 정합하는 출력신호(Sout 136)를 생성하는 것이다.
도 2를 참조하여 보면, 통상적인 스피커폰을 위한 종래의 전이중 헨즈프리(FDHF) 반향 소거기(200)의 블록도가 도시되어 있다. FDHF 반향 소거기(200)는 망(미도시됨)으로 유입되는 라인 반향(217)(반향들)을 소거하기 위한 제 1 감산기(215) 뿐아니라 라인 반향 추정·제어기(210)를 포함한다. 확성기(226) 및 마이크로폰(228) 사이의 음향 반향(224)을 소거하기 위한 제 2 감산기(222) 및 제어기(220)와 함께 음향 반향 추정기가 제공된다.
도 3을 참조하여 보면, 패킷 망(350)과 접속하기 위한 종래의 패킷망 기반 음향 반향 소거기의 블록도가 도시되어 있다. 패킷망에 있어서, 라인 반향이 IP/PSTN 게이트웨이(미도시됨)에서 전형적으로 소거된다. 상기 소거기는 음향 반향 추정기(300), 감산기(310), 패킷타이저(packetizer)(320) 및 디-패킷타이저(de-packetizer)(330)를 포함한다.
통상적인 스피커폰에 있어서, 이들 반향 소거 자원들은 폰 상에 위치하여 폰 세트 각각에 대한 비용을 증가시킨다. 이들 반향 소거 자원들은 대부분의 시간동안 유저가 스피커폰 기능을 사용하지 않기 때문에 대개 불필요하다.
따라서, 상기한 바와 같은, 제공되는 반향 소거의 단점을 처리하는 반향 소거 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본원 발명에서는 반향이 있는 신호를 수신하는 장치로부터 원격에 있는 위치에서 반향 소거 기능을 수행하는 분배 반향 소거 구조가 제공된다. 상기 반향 소거 기능은 반향 소거를 위하여 상기 장치에서 수신된 기준신호의 복사본과 함께 장치에서 반향에 의해 손상된 입력(송신)신호를 사용한다. 반향 소거기 자원들이 중앙 시스템에 위치하며 각각의 개별 장치에 위치하지 않기 때문에 반향 소거기 자원들은 장치들간에 공유될 수 있다.
본 발명의 목적은 통신 시스템의 전체 비용을 줄이는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술의 반향 소거기보다 패킷/프레임 손실에 대해 강하고 망 지연에 대해 독립적인 반향 소거기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시형태에 의하면, 제 2 기준신호를 사용하여 하나이상의 신호로부터 반향을 소거하는 반향 소거 기능을 갖는 시스템; 및 상기 망을 통한 송신에 기인한 망 효과(network effect)에 의해서 수정된, 제 1 기준 신호를 포함하는 제 2 기준신호를 수신하고, 상기 반향의 제 2 기준 신호로의 합성을 시작하여 상기 하나이상의 신호 각각의 일부를 형성하며, 상기 하나이상의 신호를 망을 통해 상기 시스템과 송, 수신하기 위해 상기 망을 통한 상기 시스템으로부터 원격의 하나이상의 장치를 포함하는 분배 음향 반향 소거기가 제공된다.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 망을 통해 원격의 하나이상의 장치에 제 1 기준 신호를 송신하는 단계; 상기 망을 통한 송신에 기인한 망 효과에 의해서 수정된, 상기 제 1 기준 신호를 포함하는 제 2 기준 신호를 상기 하나이상의 장치에 의해서 수신하는 단계; 상기 하나이상의 장치에서의 반향의 상기 제 2 기준 신호로의 합성을 시작하여 적어도 하나의 신호가 상기 반향을 갖는 하나이상의 신호 일부를 형성하는 단계; 상기 망을 통해 상기 하나이상의 신호를 수신하는 단계; 및 상기 제 2 기준 신호를 이용하여 상기 하나이상의 신호로부터 반향을 소거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템에 있어서의 분배 반향 소거방법이 제공된다.
도 4를 참조하여 보면, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 분배 음향 반향 소거기(400)의 블록도가 도시되어 있다. 분배 음향 반향 소거기(400)는 분배기(412), 음향 반향 추정·제어기(414) 및 감산기(416)가 설치된 시스템(410); 신호 합성기(422), 마이크로폰(424) 및 확성기(426)가 설치된 폰 장치(420)를 포함한다. 음향 반향 추정·제어기(414)는 그 분야의 당업자에게는 적응형 필터(adaptive filter)(예컨대, "Adaptive Filter Theory", 3rd edition. Simon Haykin, Prentice Hall, 1996. ISBN 0-13-322-760-X 참조)로 이해될 것이다.
PBX등의 시스템(410)은 제 1 기준신호(Ro)를 폰 장치(420)로 보낸다. 제 1 기준신호(Ro)는 폰 장치(420)에 제 2 기준신호(Ro')로 도달할 때 망(450)(패킷 손실/프레임 삭제 보상/보코딩/지연 지터 등)에 의해서 잠재적으로 손상되고 지연된 다. 제 2 기준 신호(Ro')는 폰 장치(420)의 확성기(426)로 보내진다. 음향 결합으로 인해 근단 신호(음성신호 등) 및 음향 반향 신호를 포함하는 제 1 신호(Si)(Sin과 같음)는 마이크로폰(424)으로부터 수신된다. 송신 신호(Ro')와 합성되어 제 1 신호(Si)가 시스템(410)으로 다시 보내진다.
시스템(410)에서 분배기(412)는 합성된 합성신호(Si, Ro')를 분배하고, 제 2 기준 신호(Ro')는 음향 반향 추정·제어기(414)에 있어서 기준 신호로서 사용되어 반향 소거된 신호(So)가 된다. 또한, 분배기(412)는 인입되는 합성신호(Si, Ro')에 대해서 손실된 패킷 및 기타 손상을 감시하여 이에 따라 음향 반향 추정·제어기(414)를 제어한다.
여기에서, 폰 장치(420)는 압축 장치(미 도시됨)를 더 포함하며, 음향 반향 추정·제어기(414)가 비 압축된 샘플에 대해 작동하기 때문에 합성된 신호는 또한, 분배기(412)에서 압축해제된다. 예컨대, G.729 등의 몇몇 음성 보코더는 자신의 패킷 손실 보상/프레임 삭제 방식을 갖는다. 따라서, 송신 경로(460)상에서 패킷 손실이 있으면 음향 반향 추정·제어기(414)의 적응이 패킷 손실 상태에 있어서 분배 음향 반향 소거기(400)의 다이버전스(divergence)를 방해하도록 고정된다.
따라서, 분배 음향 반향 소거기(400)는 제 2 기준 신호(Ro')(Ro가 아님)가 기준신호로서 사용될 때 어떤 망 지연에 의해서도 영향을 받지 않는다. 더욱이, 망 효과후에 확성기(426)로 보내어진 제 2 기준 신호(Ro')의 정확한 복사본이 존재하기 때문에 패킷 손실등의, 수신경로(470)에 있어서의 비선형 효과는 중요하지 않다. 송신 경로(460)(Si+Ro')에 있어서의 패킷 손실은 망(450)의 프로코콜에 의해 결정된다. 결과적으로, 이 반향 소거 구조는 망 지연과 관계없고, 패킷 손실/프레임 삭제와 관련하여 보다 완전하게 이루어질 수 있다.
송신 경로 상의 신호 손상은 망 프로토콜(즉, 패킷 손실 표시)에 의해 처리된다. 손실 패킷상에서의 반향 소거기의 적응(adaptation)은 패킷 손실/프레임 삭제 보상 방식에 의해서 보상된다. PCM 음성용 방식의 일예는 다음과 같다:
시작:
어떠한 패킷 손실도 없으면(정상 작동)
Si 및 Ro'를 이용하여 반향을 적응 및 소거
ELSE(패킷 손실)이 있으면
So 및 Ro'에 대해서 패킷 손실 보상을 활성화시킴
패킷 손실 기간동안 적응중지
패킷 손실 기간동안 소거중지
종료
제로 삽입(zero insertion), 이전 패킷의 반복, 잡음 삽입등의 다양한 패킷 손실 방식이 공지되어 있다. 이러한 반향 소거에 적용되는 방식의 일예로서 Goubran, Schulz등에 의한, 발명의 명칭이 "PACKET LOSS COMPENSATION METHOD USING INJECTION OF SPECTRALLY SHAPED NOISE"인 캐나다 특허 출원 제 2331228호가 있다.
도 5를 참조하여 보면, 동기 영역(510)에 인터페이스하는 패킷 영역(500)에 있어서의 도 4의 분배 음향 반향 소거기[전이중 헨즈프리(FDHF) 구조]의 블록도가 도시되어 있다. 패킷 영역(500)은 IP(VoIP) 망 상에서의 음성을 포함한다. 동기 영역(510)은 PSTN 등의 시 분할 다중화(TDM) 망을 포함한다. 폰 장치(420)(폰측)를 도 4에서 도시하였다. 레이트 어댑터(Rate adapter)(520, 522)는 동기 영역(510)과 패킷 영역(500)을 인터페이스하기 위해 필요하다. 수신경로에 있어서의 레이트 어댑터(522)는 또한, 음성 압축이 필요할 경우 음성 압축 유닛을 포함할 수 있다. 동기 영역(510)에서 라인 반향 소거기(530, 535)가 사용되어 라인 반향(550)을 소거한다.
도 6을 참조하여 보면, VoIP(Voice-Over-IP) 망 등의 패킷 영역(500)에 있어서의, 도 5의 폰측에서 바라본 상세 블록도가 도시되어 있다. 디-패킷타이저(600)는 패킷 데이터를 확성기(426)로 보낼 제 2 기준 신호(Ro')로 변환한다. 디-패킷타이저(600)는 손실된 패킷/프레임 삭제 및 클록 드리프트(clock drift)(샘플율 조정)등의 망 효과에 대해서 보상을 한다. 이 망 효과의 결과로서 수신된 패킷은 손상될것이며, 결과적으로 제 2 기준 신호(Ro')에 의해서 표시된다. 패킷타이저(610)는 확성기(426)로 보내진 제 2 기준 신호(Ro')를 다시 패킷 합성기(620)용 패킷 데이터로 변환한다. 패킷타이저(630)는 마이크로폰(424)으로부터 수신된 신호를 패킷화한다. 양 패킷은 이후, 패킷 합성기(620)에 의해서 합성되어 망(450)을 통해 보내어진다. 패킷타이저(610, 630)는 각각 신호(Si) 및 제 2 기준신호(Ro')(동기 음성 스트림)를 패킷으로 디지털화한다.
이 기술분야의 당업자는 음성 압축해제가 디-패킷타이저(600)에 의해서 수행되며, 음성 압축이 패킷타이저(610, 630)에 의해서 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 음성 압축 규격의 예는 국제 전기 통신 연합(ITU) 규격 G.711, G.729 및 G.732.1이 있다.
도 7을 참조하여 보면, 분배 반향 소거 구조를 가진 전화 시스템(700)의 블록도가 도시되어 있다. 전화 시스템(700)은 전이중 헨즈프리(FDHF) 반향 소거기의 풀(pool)(720)을 제어하는 제어 로직(715)을 갖는 시스템(710); 및 망(750) 상에서 스위치(710)에 접속된 복수의 폰 장치(730, 740)를 포함한다. 이와 같은 하나의 폰 장치(740)는 스피커폰 모드로 도시된다. 시스템으로서의 스위치(710)는 예컨대, IP PBX 스위치이다.
상기 전화 시스템(700)에 있어서, 디폴트값으로 모든 폰 장치(730, 740)는 대화를 위해 유저가 헨드셋을 사용함과 아울러 확성기를 사용하지 않는 헨드셋 모드에 있다. 이 헨드셋 모드에서는 음향 반향 소거등의 스피커폰 자원이 전혀 필요없다.
유저가 스피커폰 키를 누르면 폰 장치(740)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 스피커폰 모드에 있게 된다. 이 스피커폰 모드에 있어서 수신된 기준 신호(Ro') 및 마이크로폰 신호(Si)를 포함하는 합성 신호(Si, Ro')는 망(750)을 통해 스위치(710)로 다시 보내어진다. 스위치(710)에서, 스피커폰 자원은 FDHF(720)의 풀에서 할당되어 합성된 신호(Si, Ro')에 대해서 반향 소거 기능을 수행한다.
액티브 스피커폰 호출 수는 전화 시스템에 부착된 폰 장치의 수보다 통상 적 기 때문에 전화시스템(700)의 스피커폰 자원은 유저들 사이에서 공유된다. 따라서, 비용 감소가 달성된다. 더욱이, 스위치에 있어서의 스피커폰 반향 소거 자원은 한명이상의 유저를 통해 비용이 감소되기 때문에 각 장치에서의 반향 소거 자원보다 고 품질일 수 있다.
도 8을 참조하여보면, 신뢰성 망(810)을 통해 작동하는 분배 반향 소거기(800)의 블록도가 도시되어 있다. 분배 반향 소거기(800)는 폰 장치(802)와, 감산기(808) 및 음향 반향 추정·제어기(AEC)(806)가 설치된 시스템(804)을 포함한다. 신뢰성 망(810)은 예컨대, TDM 접속이다.
망(810)이 신뢰될 수 있으며 지연이 결정적이면 기준신호(Ro')는 기준 신호(Ro)의 지연 버전이다. 따라서, 송신 경로(820)를 통해 다시 기준 신호(Ro')를 보낼 필요가 없다. 특히, 망 지연이 짧을 때에는 보낼 필요가 없다. 기준 신호(Ro') 대신에 음향 추정·제어기(806)는 기준 신호(Ro)를 사용한다.
도 9를 참조하여 보면, 도 8의 분배 반향 소거기를 갖춘 TDM 기반 전화 시스템(900)의 블록도가 도시되어 있다. TDM 기반 전화 시스템(900)은 지상 라인(902)(신뢰성 망)을 통해 시스템(910)에 접속된 복수의 전화 장치(920, 925)를 포함한다. 시스템(910)은 제어 로직(914)과 지상 라인(902)를 인터페이스하고, 제어 로직(914)과 PSTN(930)을 인터페이스하며, 전이중 헤즈프리(FDHF) 반향 소거기의 풀(916)을 제어하는 라인 카드(912)를 포함한다. TDM 기반 전화 시스템(900)은 도 7의 전화 시스템(700)과 비슷한 방법으로 동작하며, 도 7에서 FDHF는 스피커폰 모드에서 폰 장치(925)용 FDHF의 풀(916)로부터 할당된다. 따라서, 분배 반향 소거 구조는 또한, 신뢰성 망 상에서 조차도 반향 소거 자원을 공유하기 위해 사용될 수 있다.
VoIP(Voice-Over-IP) 망에 있어서 라인 반향 소거기는 PSTN 등의 통상적인 망에 VoIP 망을 접속하는 게이트웨이에 아날로그 POTS 폰과 함께 배치된다. 망으로 유입된 전송 지연이 증가하면 반향이 유저에게 더욱 현저하게 되기 때문에 반향 소거가 필요하다. 이들 인지된 반향은 음성 품질을 상당히 저하시킨다.
도 10을 참조하여 보면, 라인 반향(1010)을 보상하기 위한 패킷 기반 분배 라인 반향 소거기(1000)의 블록도가 도시되어 있다. 패킷 기반 분배 라인 반향 소거기(1000)는 패킷망(1030)을 통해 중앙 게이트웨이(1040)에 접속된 위성 게이트웨이(1020)를 포함한다. 라인 반향 소거기(1000)는 도 4, 5 및 6에 도시된 음향 반향 소거기와 같은 방식으로 작동한다. 근단 신호(near end signal)는 라인 반향(1010)에 의해서 손상된다. 위성 게이트웨이(1020)는 이후, 중앙 게이트웨이(1040)에 송신될 기준신호(Ro')와 신호(Si)를 합성한다. 중앙 게이트웨이(1040)에서는 감산기(1054) 및 라인 반향 추정·제어기(LEC)(1052)와 결합관계에 있는 분배기(1050)가 반향 소거를 수행한다.
도 11을 참조하여 보면, 도 10의 분배 라인 반향 소거기를 이용한 VoIP 망(1100)의 블록도가 도시되어 있다. VoIP 망(1100)은 PSTN(1140)과 인터페이스하는 중앙 게이트웨이(1130)에 패킷망(1120)을 통해 접속된 복수의 위성 게이트웨이(1110)을 포함한다. 중앙 게이트웨이(1130)는 라인 반향 소거를 위한 분배 라인 반향 소거기(도 10)의 풀(1135)을 가진다. 중앙 게이트웨이(1130)는 PSTN(1140) 등의 통상적인 동기 망 또는 전화에 VoIP 망(1100)을 인터페이스시킨다.
전형적으로, 위성 게이트웨이는 라인 반향이 패킷 영역에 유입되기 전에 소거하기 위해 고가의 반향 소거 자원을 필요로 한다. 분배 반향 소거가 이루어짐에도 불구하고, 이 기능은 위성 게이트웨이와 중앙 게이트웨이간에 분배될 수 있다. 본 발명은 중앙 게이트웨이에 할당된, 전형적으로 비용에 부담이 없는 실제 라인 반향 소거 자원을 갖는다는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 그 분야의 당업자는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 본원 발명이 다양하게 실시될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 반향 소거기 및 그 방법에 의하면 통신 시스템의 전체 비용을 줄일 수 있으며, 종래 기술의 반향 소거기보다 패킷/프레임 손실에 대해 강하고 망 지연에 대해 독립적이라는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 분배기, 감산기 및 반향추종제어기를 구비하고, 망에 제 1기준신호(Ro)를 인가하며, 상기 망으로부터 합성신호(Si, Ro')를 수신하여 상기 제 1기준신호(Ro)의 수정된 버전인 제 2기준신호(Ro')를 이용하여서 그로부터 반향을 소거하는 시스템; 및
    (i) 상기 망을 통한 송신에 의해 손상된, 제 1기준신호(Ro)의 상기 수정된 버전인 제 2기준신호(Ro')를 수신하여 출력하고, (ii) 상기 수정된 제 2기준신호(Ro')의 반향을 포함하는 제 1신호(Si)를 수신하며, (iii) 상기 합성신호(Si, Ro')를 합성하여 상기 망을 통해 상기 수정된 제 2기준신호(Ro')를 이용하여, 상기 제 1신호(Si)의 반향 소거를 위한 시스템에 송신하는, 상기 망을 통해 상기 시스템으로부터 원격의 폰장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 분배 반향 소거기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폰장치는 핸즈프리 장치인 것을 특징으로 하는 분배 반향 소거기.
  4. 시스템으로부터 망에 제 1 기준신호를 송신하는 단계;
    상기 망을 통한 송신에 기인한 망 효과에 의해서 상기 제 1기준신호가 수정되어 형성된 제 2 기준 신호를 상기 망을 통해 상기 시스템으로부터 원격의 폰 장치에 의해서 수신하는 단계;
    상기 폰 장치로부터 상기 제 2 기준신호를 출력하는 단계;
    상기 폰 장치 내에서 상기 제 2 기준신호의 반향을 포함하는 추가적인 신호를 수신하는 단계;
    상기 폰 장치에서 상기 추가적인 신호와 상기 제 2 기준신호를 합성하는 단계;
    상기 폰 장치로부터 상기 망에 상기 합성된 합성신호를 송신하는 단계;
    상기 합성된 합성신호를 상기 시스템 내에서 수신하는 단계;
    상기 추가적인 신호로부터 상기 제 2 기준 신호를 분배하는 단계; 및
    상기 제 2 기준신호를 이용하여 상기 추가적인 신호로부터 상기 반향을 소거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분배 반향 소거방법.
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