KR100612870B1 - 임펄스 이벤트 분리 장치 및 방법 - Google Patents

임펄스 이벤트 분리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

임펄스 이벤트 분리 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 임펄스 이벤트 분리 장치는 입력신호를 프레임 단위로 분할하는 전처리부; 프레임을 복수의 주파수 서브대역으로 분할하고, 각 서브대역별 신호에 대한 파워변화와 위상 변화를 구하여 복수의 온셋을 검출하며, 검출된 온셋들을 이용하여 복수의 이벤트를 검출하는 이벤트 검출부; 검출된 이벤트들을 저장하는 이벤트 버퍼; 및 임펄스 이벤트의 특성을 참조하여 이벤트들이 임펄스 이벤트인지를 판별하는 임펄스 이벤트 판별부를 포함함을 특징으로한다.

Description

임펄스 이벤트 분리 장치 및 방법{Appratus and method for seperating implusive event}
도 1은 본 발명에 따른 임펄스 이벤트 분리 장치에 대한 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 이벤트 검출부에 대한 상세 블록도이다.
도 3은 도 2의 스카우트에 대한 상세 블럭도를 도시한 것이다.
도 4는 국부 온셋 검출부에 대한 상세 블록도이다.
도 5는 복수의 국부 온셋들을 결합하기위해 외부 및 내부 영역을 정의하는 도면이다.
도 6은 각 주파수 서브대역별로 EC들을 추적하는 과정의 예를 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 입력 신호에 대한 로그 파워 신호를 근사한 결과를 도시한 것이다.
본 발명은 임펄스 이벤트(impulsive event) 분리 장치 및 방법에 관한 것으 로, 연속음으로부터 임펄스 이벤트를 분리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
임펄스 이벤트, 즉, 충격음은 물체들간에 기계적인 상호동작(mechanical interaction)에 의해 일어나는 소리로서, 짧은 지속시간(duration)과 상대적으로 높은 강도를 갖는다. 충격음은 상대적으로 안정되고 예측가능한 배경음(background sounds)에 대해 갑자기 터지는 것으로 볼 수 있다. 신호 처리 이론에 의하면, 충격음은 선형 시스템의 영상태(zero-state) 임펄스 응답으로 모델링(modeling)될 수 있다.
충격음의 예로는 딱딱한 막대로 유리를 두드리는 소리와 같은 심플렉스(simplex) 소리로부터 폭발음 또는 동전이 바닥에 떨어지는 소리와 같은 복잡한 소리를 포함한다.
충격음은 일반적으로 온셋 단계와(onset stage)아 감쇠 단계를 갖는다. 온셋 단계에서 충격음을 일으키는 물리적인 과정은 보통 짧은 지속시간(duration)과 높은 강도(high intensity)를 가지며 온셋을 형성한다. 이러한 온셋을 감지하면 충격음의 시작을 결정할 수 있다.
감쇠단계에서 이상적인 임펄스 신호는 보통 선형적으로 감쇠한다. 즉, 로그함수의 에너지는 거의 선형적인 감쇠 기울기를 갖는다. 이러한 특성에 따라 이벤트를 추적할 수 있고, 각 충격음의 에너지 분포를 계산할 수 있다.
충격음 또는 비충격음이 섞여있는 연속음은 보통 주파수 대역들을 공유하고 시간영역(time domain)에서 서로 충첩(overlap)되므로, 이러한 연속음으로부터 충격음을 구별하는 것이 필요하다.
충격음을 분리하는 종래기술로는 미국등록특허 US 6,249,749, US 6,182,018 및 US 5,831,936 등이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 입력 오디오 신호에 대해 주파수 대역별로 온셋을 검출하고 검출된 온셋을 이용하여 이벤트를 검출하며 검출된 이벤트가 임펄스 이벤트인지를 판별하는 임펄스 이벤트 분리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명의 임펄스 이벤트 분리 장치는 입력신호를 프레임 단위로 분할하는 전처리부; 상기 프레임을 복수의 주파수 서브대역으로 분할하고, 각 서브대역별 신호에 대한 파워변화와 위상 변화를 구하여 복수의 온셋을 검출하며, 검출된 온셋들을 이용하여 복수의 이벤트를 검출하는 이벤트 검출부; 검출된 이벤트들을 저장하는 이벤트 버퍼; 및 임펄스 이벤트의 특성을 참조하여 상기 이벤트들이 임펄스 이벤트인지를 판별하는 임펄스 이벤트 판별부를 포함함을 특징으로한다.
상기 기술적 과제를 이루기위한, 본 발명의 이펄스 이벤트 분리 방법은 입력신호를 프레임 단위로 분할하고, 분할된 각 프레임에 대해 복수의 주파수 서브대역으로 분할하는 단계; 각 서브대역별 신호의 파워변화와 위상 변화를 구하고, 상기 파워변화와 위상 변화를 이용하여 복수의 국부 온셋을 검출하는 단계; 상기 국부 온셋들로부터 글로벌 온셋을 구하고, 상기 국부 온셋들과 글로벌 온셋을 이용하여 복수의 이벤트 콤포넌트들을 트리거링하는 단계; 상기 이벤트 콤포넌트들을 상기 주파수 서브대역별로 추적하고 결합하여 복수의 이벤트를 형성하는 단계; 및 임펄스 이벤트의 특성을 참조하여 상기 이벤트들이 임펄스 이벤트인지를 판별하는 단계를 포함함을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로한다.
도 1은 본 발명에 따른 임펄스 이벤트 분리 장치에 대한 블록도를 도시한 것이다. 도시된 바에 따른 임펄스 이벤트 분리 장치는 전처리부(10), 이벤트 검출부(11), 이벤트 버퍼(12) 및 임펄스 이벤트 판별부(13)를 포함한다.
전처리부(10)는 입력 오디오 신호를 프레임 단위로 분리하고, 각 프레임에서 임펄스 이벤트에 해당하는 주파수 대역을 추출하며, 추출된 주파수 대역을 샘플링하여 디지털 신호로 변환한다.
이벤트 검출부(11)는 변환된 디지털 신호로부터 이벤트를 검출하고, 이벤트 버퍼(12)는 이벤트 검출부(12)에서 검출된 이벤트를 버퍼링한다. 임펄스 이벤트 판별부(13)는 이벤트 버퍼(12)에 저장된 이벤트가 임펄스 이벤트인지의 여부를 판별하여 임펄스 이벤트를 분리한다.
도 2는 도 1의 이벤트 검출부(11)에 대한 상세 블록도이다. 도시된 바에 따르면 이벤트 검출부(11)는 제어부(20), 복수의 스카우트(21a, 21b, 21k), 복수의 이벤트 콤포넌트(Event Component, EC) 풀(pool)(22a, 22b, 22k), 그리고 이벤트 형성부(23)를 포함한다.
제어부(20)는 전처리부(10)에서 출력되는 프레임을 복수의 서브 대역으로 분 할하여 각 스카우트(21a,21b,21k)로 출력한다. 각 스카우트(21a, 21b, 21k)는 해당 서브대역에서 국부 온셋(local onset)를 검출하고, 검출된 국부 온셋을 제어부(20)로 출력한다. 이 때, 제어부(20)는 각 스카우트(21a, 21b, 21k)에서 검출된 국부 온셋을 결합하여 글로벌 온셋을 검출하고, 검출된 글로벌 온셋을 각 스카우트(21a, 21b, 21k)로 피드백한다.
여기서, 각 서브대역은 해당 프레임의 주파수 대역에 대해 균등하게 분할될 수도 있고, 코클리어(cochlear) 필터의 출력에 따라 구분될 수도 있다. 코클리어 필터의 임펄스 응답은 다음 식과 같은 감마톤 함수를 통해 근사될 수 있다.
Figure 112004052111996-pat00001
여기서, f0는 코클리어 필터의 중심 주파수, n은 차수, φ는 위상차, b는 상수이다.
제어부(20)는 각 서브대역의 중심 주파수에 대해 수학식 1과 같은 임펄스 응답을 갖는 코클리어 필터 뱅크를 포함할 수 있으며, 그 출력을 각 스카우트(21a, 21b, 21k)에 제공할 수 있다. 이 때 제어부(20)는 각 스카우트(21a, 21b, 21k)를 실질적으로 동시에 구동하기위해 동기화부를 더 구비할 수 있다.
EC풀(22a, 22b, 22k)는 각 스카우트(21a, 21b, 21k)에서 검출되는 국부 온셋을 이용하여 트리거링되는 복수의 EC를 포함한다. 각 EC는 해당 서브대역내에서 갑작스런 파워 증가가 있으면 트리거링되고 파워가 제로 이벤트 콤포넌트 레벨 이하 로 떨어지면 동작을 멈춘다. 여기서 제로 이벤트 콤포넌트 레벨은 해당 서브대역에 EC가 없을 때 존재하는 음향 배경(acoustical background)의 파워를 말한다.
이벤트 형성부(23)는 각 EC풀(22a, 22b, 22k)에서 트리거링된 EC들을 결합하여 이벤트를 형성한다. 또한 이벤트 형성부(23)는 전처리부(10)에서 출력되는 신호로부터 각 이벤트를 감산하여 제로 이벤트(zero event), 즉 전체적인 배경음을 출력한다.
도 3은 도 2의 스카우트(21a, 21b, 21k)에 대한 상세 블럭도를 도시한 것이다. 도시된 스카우트는 국부 온셋 검출부(30), 국부 예측부(31) 및 트리거부(32)를 포함한다. 임펄스 이벤트는 온셋으로부터 시작하는데, 이는 EC 풀(22a, 22b, 22k)의 각 EC가 온셋으로부터 시작됨을 의미한다. 따라서 모든 온셋을 검출함으로써 모든 가능한 이벤트의 시작을 검출할 수 있다.
국부 온셋 검출부(30)는 제어부(20)로부터 입력되는 신호의 진폭 스펙트럼과 위상 스펙트럼으로부터 국부 온셋을 검출한다. 도 4는 국부 온셋 검출부(30)에 대한 상세 블록도이다. 도시된 국부 온셋 검출부(30)는 순간 파워 측정부(40), 델타 파워 계산부(41), 로그 파워 측정부(42), 델타 로그 파워 계산부(43), 위상 스팬(phase span)부(44), 정합 필터(45), 온셋 필터부(46) 및 곱셈기(47)를 포함한다.
t프레임의 입력 신호의 진폭 스펙트럼을
Figure 112006015854249-pat00037
라고 하면, 이 진폭 스펙트럼으로부터 순간 파워 측정부(40), 델타 파워 계산부(41), 로그 파워 측정부(42) 및 델타 로그 파워 계산부(43)는 다음 식으로 표현되는 파워, 델터 파워, 로그 파워 및 델타 로그 파워를 각각 얻을 수 있다.
Figure 112004052111996-pat00003
여기서, power(t)는 순간 파워, DPower(t)는 델타 파워, Logpower(t)는 로그 파워 그리고 DlogPower(t)는 델타 로그 파워이다.
순간 파워와 로그 파워는 에너지의 절대값의 궤적(trace)을 보이고, 델타 파워와 델타 로그 파워는 프레임간 에너지의 변화를 반영한다. 이 값들은 온셋에서 급격하게 증가하고, 특히 델타 로그 파워는 그 변화가 두드러진다.
위상 스팬부(43)는 서브대역 주파수 영역에서 선형 위상 성분의 위상 변화를 측정한다. 푸리에 해석 이론에 따르면, 신호는 진폭 스펙트럼과 위상 스펙트럼으로 표현된다. 진폭은 신호의 주파수 컨텐츠를 부호화하고, 위상은 시간적인(temporal) 또는 공간적인(spatial) 구조를 나타낸다. 따라서 온셋의 시간적인 위치는 선형 위상의 기울기로 표현될 수 있다. t 프레임에서 인접하는 언래핑된 위상(unwrapped phase) 스펙트럼을
Figure 112004052111996-pat00004
이라 하면, 언래핑된 위상 스펙트럼은 다음 식과 같은 선형 함수로 근사할 수 있다.
Figure 112004052111996-pat00005
여기서, α(t)는 선형 위상 성분의 기울기를 나타낸다.
수학식 3에 따라 t에서 위상 스팬은 다음 식과 같이 계산된다.
Figure 112004052111996-pat00006
온셋의 일반적인 위상 스팬은 선형이므로, 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006015854249-pat00038
정합필터(45)는 패턴 매칭을 위해 사용되는 것으로, 다음 식과 같은 임펄스 응답을 갖는다.
Figure 112004052111996-pat00008
수학식 5의 위상 스팬 결과에 대한 정합필터의 출력은 다음 식과 같이 수학식 5와 6의 컨쥬게이트로 표현된다.
Figure 112004052111996-pat00009
여기서, c는 상수이다.
수학식 7의 결과의 최대가 1이 되도록 c는
Figure 112004052111996-pat00010
의 값을 갖는다.
온셋 필터부(46)는 입력되는 신호의 변화정도를 강조하기위한 것으로, 딜레이-가산 필터 형태의 1차 필터를 연결한 2차 필터를 복수개 구비한다. 각 온셋 필터는 순간 파워 측정부(40), 델터 파워 계산부(41), 로그 파워 계산부(42) 및 델타 로그파워 계산부(43)의 출력들 각각을 필터링한다. 각 온셋 필터는 다음 식과 같은 임펄스 응답을 갖는다.
Figure 112004052111996-pat00011
여기서,
Figure 112006015854249-pat00012
이고, T1 및 T2는 연결된 두 1차 필터의 시정수(time constant)를 각각 나타내며, T1 < T2이다.
수학식 8과 같은 임펄스 응답을 갖는 온셋 필터는 상대적으로 빨리 변하는 입력에 대해 민감하다.
곱셈기(47)는 온셋 필터부(46)에서 출력되는 복수의 필터 출력들과 정합필터(45)의 출력을 곱하여 해당 서브대역에 대한 국부 온셋을 출력한다.
제어부(20)는 각 스카우트(21a, 22b, 21k)에서 검출된 복수의 국부 온셋들로부터 글로벌 온셋을 검출한다. 도 5는 복수의 국부 온셋들을 결합하기위해 외부 및 내부 영역(domain)을 정의하는 도면이다.
도시된 f(t)는 로그 파워 계산부(42)의 출력에 적용된 온셋 필터의 출력을 나타낸다. t0 및 t3는 메인 피크(main peak)에 가까운 f(t)의 제로점을 나타내고, t1 및 t2는 메인 피크에 가까운 f(t)-z의 제로점을 나타낸다. 여기서, z는 실험적으로 선택되는 상수이다. (t0,t3)의 구간을 외부 영역으로 정의하고, (t1 ,t2)를 내부 영역으로 정의한다. 제어부(20)는 하나의 국부 온셋의 외부 영역이 다른 국부 온셋의 내부 영역과 중첩되었을 때 두 국부 온셋을 결합하여 하나의 글로벌 온셋을 만든다.
글로벌 온셋이 만들어지면, 제어부(20)는 국부 온셋이 검출되지않은 스카우트의 국부 예측부(31)에게 글로벌 온셋이 만들어졌음을 통지(notice)한다. 통지를 받는 국부 예측부(31)는 글로벌 온셋 시간에서 해당 서브대역에 대한 파워를 검출한다. 파워가 예측치보다 크다면, 트리거부(32)를 통해 노티스 트리거 EC를 트리거링한다. 국부 예측부(31)는 파워의 예측치를 추정한다. 예측치는 글로벌 온셋 시간 이전의 최근의 파워를 말한다.
트리거부(32)는 국부 온셋 검출부(30)에서 출력되는 국부 온셋 또는 국부 예측부(31)에서 출력되는 통지에 따라 EC를 트리거링한다.
EC풀(22a, 22b, 22k)은 트리거부(32)에 의해 트리거링된 복수의 EC를 구비한다. 각 EC에 대해서는 그 지속시간(duration)과 지속시간동안의 파워가 추정된다. 각 EC는 마스킹(masking) 상태와 마스크트(masked) 상태중 어느 하나가 되고, 하나의 서브대역에는 마스킹 상태의 EC가 하나 존재한다. 마스킹 EC는 그 순간에 해당 서브대역을 지배한다. 이 때, 마스킹 EC이외의 다른 EC들은 모두 마스크트 상태가 된다. 트리거부(32)에 의해 새로운 EC가 트리거링되면, 새로운 EC는 마스킹 상태가 된다.
EC풀(22a, 22b, 22k)은 또한 제로 EC를 포함한다. 제로 EC는 각 서브대역에 제로 이벤트 콤포넌트 레벨을 설정하기위한 것으로, 해당 서브대역에서 음향 배경의 특성을 나타낸다. 제로 EC는 서브대역내에서 자신이 유일한 EC라면 마스킹 상태가 되고, 그 이외에는 항상 다른 EC에 의해 마스크트 상태가 된다. 제로 EC가 마스킹 상태인 경우 국부 예측치는 해당 서브대역에 대한 음향 배경에 빠르게 수렴한다. 제로 EC에 대한 파워는 제로 이벤트 콤포넌트 레벨을 의미하고, 그 외의 EC는 자신의 파워가 제로 이벤트 콤포넌트 레벨 이하로 떨어질 때 소멸한다. 마스크트 EC의 순간 파워는 해당 순간에 국부 예측부(31)에서 추정되고, 마스킹 EC의 순간 파워는 해당 주파수 대역의 전체 파워에서 모든 마스크트 EC의 파워의 합이 감산된 값이다.
이벤트 형성부(23)는 각 EC풀(22a, 22b, 22k)에 포함된 EC들을 추적하여 각 EC의 종료점과 매 순간의 EC에 대한 파워를 추정함으로써 각 EC에 대한 파워 함수를 얻는다.
도 6은 각 주파수 서브대역별로 EC들을 추적하는 과정의 예를 도시한 것이다. 도 6(a)는 두 임펄스 이벤트 콤포넌트 A, B 가 도시되어있고, B는 A의 중간부분과 겹쳐있다. 도 6(b)에서 실선은 해당 서브대역의 국부 데이터를 나타내고, 점선은 각 EC의 예측 파워를 나타낸다. 도 6(c)는 이벤트 형성부(32)가 도 6(a)에 도시된 데이터를 세 EC, 즉, 제로 EC(60), A(61) 및 B(62)로 분리한 결과를 도시한 것이다. 섹션 1을 보면 임펄스 EC는 없고 따라서 제로 EC가 마스킹 EC가 되며, 제로 EC의 파워가 제로 이벤트 콤포넌트 레벨이 된다. 섹션 2에서 A가 발생하고 제로 EC를 마스킹한다. 섹션 3에서 B가 일어나고 마스킹 상태가 되어서 A와 제로 EC를 마스킹한다. 섹션 4에서 B의 파워는 A의 파워보다 작아지므로 A가 마스킹 상태가 된다. 섹션 4의 끝에서 B의 파워는 제로 이벤트 콤포넌트 레벨보다 작아지므로 B는 소멸한다. 섹션 5에서 A는 마스킹 EC가 되고, 섹션 5의 끝에서 A의 파워는 제로 이벤트 콤포넌트 레벨보다 작아지므로 A는 소멸한다. 섹션 6에서 제로 EC는 다시 마스킹 상태가 된다.
따라서 이벤트 콤포넌트의 추적은 결과적으로 매 순간의 마스킹 EC들의 파워의 변화에 따라 이루어진다. 이벤트 형성부(23)는 상술한 과정의 이벤트 추적이 완료되면 각 EC에 대한 시작점과 종료점을 참조하여 지속시간을 결정하고 이벤트를 형성한다. 즉, 도 6(a) 내지 6(c)를 참조하면, 마스킹 EC의 파워가 제로 이벤트 콤포넌트 레벨보다 커질 때가 이벤트의 시작점이고, 제로 이벤트 콤포넌트 레벨보다 작아질 때가 이벤트이 종료점이 된다.
이벤트 버퍼(12)는 이벤트 형성부(23)에서 형성된 이벤트들을 일시 저장한다.
임펄스 이벤트 판별부(13)는 임펄스 이벤트의 공통 특성을 참조하여 이벤트 버퍼(12)에 저장된 이벤트들이 임펄스 이벤트인지 아닌지를 판별한다.
임펄스 이벤트의 충격성(impulsiveness) 판별에는 두가지의 검사가 필요하다. 하나는 검출된 온셋이 충분히 빠른 파워 증가를 보이는가 하는 것이다. 이는 국부 온셋 검출부(30)에서도 행해지는 것인데, 국부 온셋 검출부(30)에서는 충격의 시작점을 가능한 한 많이 찾는다. 그러나 임펄스 이벤트를 판별하기 위해서는, 어느 한 시간구간[a,b]동안 온셋과 파워 피크점 사이의 신호에 대한 순간 파워 함수가 b시간에 충분히 큰 값에 도달하고, [a,b]시간구간동안 순간 파워함수가 충분히 크게 증가하였으며, 시간구간[a,b]가 충분히 작은가를 검사한다.
여기서 순간 파워가 충분히 증가하였는가에 대한 검사는 다음의 댐핑 발진(damped oscillation)과 같은 필요조건을 만족하여야한다.
신호가 감쇠하는 구간동안의 로그 파워는 피크로부터 잡음레벨까지 거의 선형적이다. 이러한 패턴은 단일모드 댐핑 발진의 감쇠패턴과 같다. 댐핑 발진의 감쇠패턴은 다음 식과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112004052111996-pat00013
파워 피크 시간은 tp, 잡음레벨을 nl 그리고 파워가 잡음레벨 이하로 떨어지는 시간은 te라 하면, 이들 파라미터를 이용하여 수학식 9의 부등식을 다음 식으로 표현되는 파워함수를 이용하여 정량화할 수 있다.
Figure 112004052111996-pat00014
여기서, c는 상수, λ는 음의 충격성을 판별하는 값, z(t)는 순간 파워이다.
수학식 10의 함수는 λ가 0과 1 사이의 값일 때 수학식 9의 부등식을 만족한다. λ>>1이면, 임펄스 이벤트로 보기 어렵다. 이상적인 λ는 1에 접근하는 값이고, 대부분의 임펄스 이벤트는 3보다 크지않다.
도 7a 내지 도 7d는 입력 신호에 대한 로그 파워 신호를 수학식 10에 따라 근사한 결과를 도시한 것이다. 참조번호 90-1,90-2, 90-3 및 90-4는 각각 원신호를 나타내고, 91-1, 91-2, 91-3 및 91-4는 각각 원신호에 대한 로그 파워를 도시한 것이다. 92-1, 92-2, 92-3 및 92-4 는 로그 파워 신호를 근사한 것을 나타낸다. 도시된 바에 따르면, 근사된 로그 파워 신호는 각 신호에 대해 설정된 잡음 레벨과 그보다 높은 임계치 사이의 해당하는 로그 파워에 대해서는 0으로, 온셋으로부터 임계치까지 감쇄하는 로그 파워에 대해서는 λ를 각각 0.520, 0.959, 1.435 및 37.59로 하여 근사했음을 알 수 있다. 도 7b는 λ가 1에 근접하는 이상적인 임펄스 이벤트를 보인다. 도 7a 및 도 7c도 임펄스 이벤트 이다. 도 7d의 경우 급격한 파워 레벨 증가를 보이기는 하지만 λ>>1이므로 임펄스 이벤트로 볼 수 없다. 실제로 도 7d는 임펄스 이벤트가 아닌 음성신호에 관한 것이다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인 터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연속 오디오 스트림을 주파수 서브대역별로 분리하여 국부 온셋을 검출하고, 검출된 온셋을 이용하여 이벤트를 형성하며, 이벤트의 로그파워를 검사함으로써 임펄스 이벤트를 분리할 수 있다. 이로써 주변환경에서 발생하는 소리로부터 임펄스 이벤트, 예를 들어 유리 깨짐, 총소리 또는 발자국 소리 등을 식별함으로써 보안시스템에 응용할 수 있고, 음향 진단(acoustic diagnosis)등을 통해 구조물의 결함 등을 진단할 수도 있다.

Claims (24)

  1. 입력신호를 프레임 단위로 분할하는 전처리부;
    상기 프레임을 복수의 주파수 서브대역으로 분할하고, 각 서브대역별 신호에 대한 파워변화와 위상 변화를 구하여 복수의 온셋을 검출하며, 검출된 온셋들을 이용하여 복수의 이벤트를 검출하는 이벤트 검출부;
    검출된 이벤트들을 저장하는 이벤트 버퍼; 및
    임펄스 이벤트의 특성을 참조하여 상기 이벤트들이 임펄스 이벤트인지를 판 별하는 임펄스 이벤트 판별부를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이벤트 검출부는
    상기 프레임을 주파수 서브대역으로 분할하고, 입력되는 국부 온셋들로부터 글로벌 온셋을 검출하여 출력하는 제어부;
    상기 주파수 서브대역에서 신호의 파워변화와 위상변화를 이용하여 국부 온셋을 검출하여 제1타입의 이벤트 콤포넌트를 트리거링하고 상기 국부 온셋을 상기 제어부로 출력하며 상기 글로벌 온셋을 이용하여 제2타입의 이벤트 콤포넌트를 트리거링하는 복수의 스카우트;
    각 스카우트에서 트리거링된 이벤트 콤포넌트들을 포함하는 이벤트 콤포넌트 풀; 및
    상기 이벤트 콤포넌트들을 추적하고 결합하여 이벤트를 형성하는 이벤트 형성부를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 프레임을 상기 주파수 서브대역으로 균등하게 분할하는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  4. 제2항에 있어서 상기 제어부는
    감마톤 함수를 통해 근사되는 임펄스 응답을 갖는 복수의 코클리어 필터를 포함하고, 상기 코클리어 필터를 이용하여 상기 프레임을 상기 주파수 서브대역으로 분할하는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 각 스카우트는
    상기 주파수 서브대역에서 신호의 파워변화와 위상변화를 이용하여 국부 온셋을 검출하는 국부 온셋 검출부;
    상기 글로벌 온셋이 검출되는 시간에 상기 주파수 서브대역 신호의 파워를 측정하는 국부 예측부; 및
    상기 국부 온셋에 의해 상기 제1타입의 이벤트 콤포넌트를 트리거링하고, 상기 국부 예측부에서 측정된 파워가 소정 예측치보다 크다면 제2타입의 이벤트 콤포넌트를 트리거링하는 트리거부를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 국부 온셋 검출부는
    상기 주파수 서브대역 신호의 파워 및 파워의 변화를 검출하는 파워변화 검출부;
    상기 주파수 서브대역 신호의 위상 변화를 검출하는 위상변화 검출부; 및
    상기 파워 변화와 위상 변화를 곱하여 국부 온셋을 출력하는 곱셈기를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 파워변화 검출부는
    상기 주파수 서브대역 신호의 파워를 측정하는 순간 파워 측정부;
    측정된 파워를 이용하여 이전 프레임에 대한 파워의 변화를 계산하는 델타 파워 계산부;
    상기 주파수 서브 대역 신호에 로그가 취해진 로그파워를 측정하는 로그파워 측정부;
    상기 로그파워를 이용하여 이전 프레임에 대한 로그파워의 변화를 계산하는 델타 로그파워 계산부; 및
    상기 파워, 파워의 변화, 로그파워 및 로그파워의 변화를 각각 입력으로하여 변화 정도를 강조하는 온셋 필터부를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 온셋 필터부는
    딜레이-가산 필터 형태의 1차 필터를 연결한 2차 필터를 포함하고, 상기 파워, 파워의 변화, 로그파워 및 로그파워의 변화에 대해 각각 다음 식
    Figure 112006015854249-pat00017
    여기서,
    Figure 112006015854249-pat00018
    이고, T1 및 T2는 연결된 두 1차 필터의 시정수로서, T1 < T2
    로 표현되는 임펄스 응답을 갖는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 위상변화 검출부는
    상기 주파수 서브대역신호의 위상을 선형함수로 근사하고, 근사된 위상의 변화를 검출하는 위상 스팬부; 및
    측정된 위상 변화에 대한 패턴 매칭을 수행하는 정합 필터를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 스카우트로부터 출력되는 상기 주파수 서브대역 신호의 파워를 나타내는 곡선으로부터 상기 곡선의 메인 피크를 기준으로 제로점내의 영역을 외부 영역으로 정의하고, 상기 곡선에서 소정 값만큼 조정된 곡선의 제로점내의 영역을 내부 영역으로 정의할 때, 하나의 국부 온셋의 외부 영역이 다른 국부 온셋의 내부 영역과 중첩되었을 때 상기 두 국부 온셋을 결합하여 하나의 글로벌 온셋을 만드는 형식으로 상기 글로벌 온셋을 검출하는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 임펄스 이벤트 판별부는
    상기 임펄스 이벤트의 소정 시간구간동안 파워 증가의 정도 및 파워 감쇠시의 감쇠패턴을 기반으로하여 상기 이벤트의 충격성 여부를 판별하는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 감쇠패턴은
    상기 주파수 서브대역 신호의 파워 z(t)를 다음 식
    Figure 112006015854249-pat00019
    여기서, tp는 상기 주파수 서브대역신호의 파워 피크 시간, te는 주파수 서브대역신호의 파워가 잡음레벨 이하로 떨어지는 시간, c는 상수, λ는 음의 충격성을 판별하는 값
    으로 표현할 때, 상기 λ가 소정 조건을 만족하는 것임을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 장치.
  13. 입력신호를 프레임 단위로 분할하고, 분할된 각 프레임에 대해 복수의 주파수 서브대역으로 분할하는 단계;
    각 서브대역별 신호의 파워변화와 위상 변화를 구하고, 상기 파워변화와 위상 변화를 이용하여 복수의 국부 온셋을 검출하는 단계;
    상기 국부 온셋들로부터 글로벌 온셋을 구하고, 상기 국부 온셋들과 글로벌 온셋을 이용하여 복수의 이벤트 콤포넌트들을 트리거링하는 단계;
    상기 이벤트 콤포넌트들을 상기 주파수 서브대역별로 추적하고 결합하여 복수의 이벤트를 형성하는 단계; 및
    임펄스 이벤트의 특성을 참조하여 상기 이벤트들이 임펄스 이벤트인지를 판별하는 단계를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 주파수 서브대역으로의 분할은
    상기 프레임을 상기 주파수 서브대역으로 균등하게 분할하는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 주파수 서브대역으로의 분할은
    감마톤 함수를 통해 근사되는 임펄스 응답을 갖는 복수의 코클리어 필터의 출력을 이용하여 분할하는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 서브대역별 신호의 파워변화는
    상기 서브대역별 신호의 파워 및 상기 서브대역별 신호에 로그가 취해진 로그파워를 구하는 단계;
    이전 프레임에 대한 상기 서브대역별 신호의 파워의 변화 및 이전 프레임에 대한 상기 서브대역별 신호의 로그파워의 변화를 구하는 단계; 및
    상기 파워, 파워의 변화, 로그파워 및 로그파워의 변화를 각각 입력으로하여 변화 정도를 강조하도록 필터링하는 단계를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 필터링 단계는
    딜레이-가산 필터 형태의 1차 필터를 연결한 2차 필터를 이용하여,
    다음 식
    Figure 112006015854249-pat00022
    여기서,
    Figure 112006015854249-pat00023
    이고, T1 및 T2는 연결된 두 1차 필터의 시정수로서 T1 < T2
    과 같은 임펄스 응답을 얻는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 위상 변화는
    상기 주파수 서브대역 신호의 위상을 선형함수로 근사하여 변화 정도를 검출하는 단계; 및
    검출된 변화정도에 대해 정합 필터링하는 단계를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  19. 제13항에 있어서. 상기 글로벌 온셋은
    상기 주파수 서브대역 신호의 파워를 나타내는 곡선으로부터 상기 곡선의 메인 피크를 기준으로 제로점내의 영역을 외부 영역으로 정의하고, 상기 곡선에서 소정 값만큼 조정된 곡선의 제로점내의 영역을 내부 영역으로 정의하는 단계; 및
    하나의 국부 온셋의 외부 영역이 다른 국부 온셋의 내부 영역과 중첩되었을 때 상기 두 국부 온셋을 결합하여 하나의 글로벌 온셋을 만드는 단계에 의해 형성되는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 이벤트 콤포넌트들의 추적은
    상기 이벤트 콤포넌트들의 파워에 따라 상기 이벤트 콤포넌트들이 각각 마스킹 또는 마스크트 상태로 되었을 때, 마스킹 상태가 되는 이벤트 콤포넌트들의 파워의 변화를 따라 이루어지는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 이벤트의 형성은
    상기 이벤트 콤포넌트들의 추적결과, 상기 마스킹 이벤트 콤포넌트의 파워가 소정 레벨보다 커질 때부터 작아질때까지를 검출하여 상기 이벤트의 지속시간으로 설정하여 이루어지는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  22. 제13항에 있어서, 상기 임펄스 이벤트의 판별은
    상기 임펄스 이벤트의 소정 시간구간동안 파워 증가의 정도 및 파워 감쇠시의 감쇠패턴을 기반으로하여 상기 이벤트의 충격성 여부를 판별하는 것을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 감쇠패턴은
    상기 주파수 서브대역 신호의 파워 z(t)를 다음 식
    Figure 112006015854249-pat00024
    여기서, tp는 상기 주파수 서브대역신호의 파워 피크 시간, te는 주파수 서브대역신호의 파워가 잡음레벨 이하로 떨어지는 시간, c는 상수, λ는 음의 충격성을 판별하는 값
    으로 표현할 때, 상기 λ가 소정 조건을 만족함에 따라 결정됨을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법.
  24. 입력신호를 프레임 단위로 분할하고, 분할된 각 프레임에 대해 복수의 주파수 서브대역으로 분할하는 단계;
    각 서브대역별 신호의 파워변화와 위상 변화를 구하고, 상기 파워변화와 위상 변화를 이용하여 복수의 국부 온셋을 검출하는 단계;
    상기 국부 온셋들로부터 글로벌 온셋을 구하고, 상기 국부 온셋들과 글로벌 온셋을 이용하여 복수의 이벤트 콤포넌트들을 트리거링하는 단계;
    상기 이벤트 콤포넌트들을 상기 주파수 서브대역별로 추적하고 결합하여 복수의 이벤트를 형성하는 단계; 및
    임펄스 이벤트의 특성을 참조하여 상기 이벤트들이 임펄스 이벤트인지를 판별하는 단계를 포함함을 특징으로하는 임펄스 이벤트 분리 방법을 실행할 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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