KR100664271B1 - 음원분리가 가능한 휴대용 단말기 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 단말기에 관한 것으로, 특히 여러사람의 목소리중 통화자의 음성만을 필터링하여 수신 통화음을 향상시킬 수 있도록 한 음원분리가 가능한 휴대용 단말기 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 호 착발신에 대한 음성신호를 처리하는 무선통신부와; 상기 무선통신부에서 출력되는 수신 오디오신호를 재생하여 스피커로 출력하거나 또는 마이크로부터 발생되는 송신 오디오신호를 상기 무선통신부에 전송하는 오디오 처리부와; 화자의 기준 음원이 기설정되는 메모리와; 통화중, 상기 마이크를 통해 입력되는 음원을 블럭화하고, 그 블럭으로부터 선형 예측 계수(LPC)를 추출하고, 그 선형예측 계수를 연산하여 포만트를 추출해서 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 화자의 음성만을 전송할 수 있도록 제어하는 제어부로 구성된다.

Description

음원분리가 가능한 휴대용 단말기 및 그 방법{MOBILE TERMINAL HAVING SOUND SEPARATION AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 단말기의 음원분리방법을 보인 흐름도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

11: 무선통신부 12: 오디오 처리부

13: 키패드 14: 메모리

15: 제어부 16: 표시부

ANT: 안테나 MIC: 마이크

SPK: 스피커

본 발명은 휴대용 단말기에 관한 것으로, 특히 여러사람의 목소리중 통화자의 음성만을 필터링하여 수신 통화음을 향상시킬 수 있도록 한 음원분리가 가능한 휴대용 단말기 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 휴대용 단말기는 언제어디서나 음성통화 혹은 메시지 전송 서비스를 통해 상호 커뮤니케이션이 가능하도록 서비스한다.

이러한, 종래 휴대용 단말기의 음성통화시 통화자의 음성과 함께 주위의 잡음이 통화 상대방에게 전송됨으로써, 상대방은 외부 잡음에 의해 통화자의 음성을 명확하게 알아들을 수 없는 상태가 발생되는 문제점이 있다. 이에, 원활한 통화를 위해 외부 잡음이 발생하지 않는 장소로 이동하여 통화를 하거나, 통화중인 상태를 끊고 재차 통화를 시도하여 통화를 해야 하는 번거로운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하고자 종래 휴대용 단말기에서는 일정 주파수영역대의 데이터를 감소시키거나 미리 선행 작업 되어진 잡음들의 특성 데이터를 적용하여 잡음을 제거해왔다. 이는 선형 복적분을 이용하여 잡음을 제거할 수 있다. 잡음이 섞인 원신호x(n)의 길이를 N이라 하고 잡음의 특성을 가지고 있는 신호 h1(n),h2(n),h3(n) 등의 길이를 K라 할 경우, 다음과 같은 수학식 1에 의해 구현이 가능하다.

Y1(n)=(to m=unlimited from m=0)SUM h1(n-m)×(m)

Y2(n)=(to m=unlimited from m=0)SUM h2(n-m)×(m)

Y3(n)=(to m=unlimited from m=0)SUM h3(n-m)×(m)

여기서 상기 Yk(n)은 k번째 화자의 음원의 n번째 신호를 의미하고, hk(n-m)은 k번째 화자의 목소리에 포함되어 있는 노이즈를 의미하며, x(m)은 원 화자의 m번째 신호를 의미한다.

그러나 이 또한 일정한 화이트 노이즈 혹은 임펄스 노이즈성의 음원만을 제거함으로써, 다른 음원에 대한 제거가 원활히 이루어지지 않는 문제점이 있었다. 즉 화자의 음원은 잡음으로 인식하지 아니함으로 동시에 여러 화자가 이야기하는 공간에서 여러 화자의 음원이 섞여들어 올 경우에는, 통화자의 음성만을 들려줄 수 있도록 하는 것이 불가능하였다. 또한 배경 잡음을 제거하기 위한 선행작업으로 다양한 잡음의 특성을 파악하고 있어야 하므로 많은 데이터 양과 연산이 필요한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 여러 사람의 목소리중 통화자의 음성만을 필터링하여 수신 통화음을 향상시킬 수 있도록 한 음원분리가 가능한 휴대용 단말기 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 호 착발신에 대한 음성신호를 처리하는 무선통신부와;

상기 무선통신부에서 출력되는 수신 오디오신호를 재생하여 스피커로 출력하거나 또는 마이크로부터 발생되는 송신 오디오신호를 상기 무선통신부에 전송하는 오디오 처리부와;

화자의 기준 음원이 기설정되는 메모리와;

통화중, 상기 마이크를 통해 입력되는 음원을 블럭화하고, 그 블럭으로부터 선형 예측 계수(LPC)를 추출하고, 그 선형예측 계수를 연산하여 포만트를 추출해서 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 화자의 음성만을 전송할 수 있도록 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 휴대용 단말기를 이용하여 상대방 통화자와 통화함에 있어서,

통화중에 마이크로 입력되는 음원을 프레임별로 블럭화하고, 그 블럭으로부터 선형 예측 계수를 추출하고, 그 선형예측 계수를 연산하여 포만트를 추출해서 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 상기 포만트 특성과 기준 음원의 평균값을 취할 수 있도록 연산하는 과정과;

상기 연산결과에 따라 통화중인 상대 단말로 화자의 음성만을 전송하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

하기의 설명에서 본 발명의 음원분리가 가능한 휴대용 단말기 및 그 방법의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 휴대용 단말기 사용자의 LPC 파라미터 및 Vocal Track을 기존 학습을 통하여 정보를 습득, 이를 이용하여 화자의 음성에 포함되어 있는 노이즈를 제거하는 기술이다.

휴대용 단말기의 마이크를 통해 입력되는 음원을 프레임별로 나누어 각 프레임의 선형 예측 계수(LPC)를 이용 자모를 구별한 후 모음일 경우 주파수 영역에서의 포만트 특성을 기존에 가지고 있는 특성과 비교하여 두 포만트간의 평균값을 이용하여 원 화자의 포만트와 유사하게 함으로써, 노이즈및 타인의 음성을 제거하는 효과를 얻는다. 또한 자음인 경우 자음 프레임에 포함되어 있는 임펄스성 노이즈만을 제거하여도 향상된 음질을 얻을 수 있다. 여기서 상기 프레임은 일예로 200ms로 나뉘어질 수 있다.

여기서 상기 선형 예측 계수 공식은 하기의 수학식 1과 같다.

S(n)=(to m=P from m=1)SUM Ak*S(n-k)

여기서, 상기 P는 pitch period를 의미하고, S(n)은 n번째 신호를 의미하며, Ak는 K차 선형 예측 계수(LPC)를 의미한다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 단말기의 구성을 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 무선통신부(11)는 호 착발신에 대한 음성신호와 송수신 메시지 및 무선인터넷의 데이터신호를 처리한다. 여기서 상기 무선통신부(11)는 송신되는 신호의 주파수를 상승변환 및 증폭하는 RF송신기와, 수신되는 신호를 저잡음 증폭하고 주파수를 하강변환하는 RF수신기, 상기 송신되는 신호를 부호화 및 변조하며 상기 수신되는 신호를 복조 및 복호화하는 코덱으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 코덱은 패킷데이터 등을 처리하는 데이터 코덱과 음성 등의 오디오신호를 처리하는 오디오 코덱을 구비한다.

오디오 처리부(12)는 상기 무선통신부(11)에서 출력되는 수신 오디오신호를 재생하여 스피커(SPK)로 출력하거나 또는 마이크(MIC)로부터 발생되는 송신 오디오신호를 상기 무선통신부(11)에 전송하는 기능을 수행한다.

키패드(13)는 숫자 및 문자 정보를 입력하기 위한 키들 및 각종 기능 들을 설정하기 위한 기능키들을 구비한다. 또한 상기 키패드(13)는 본 발명의 실시 예에 따라

메모리(14)는 프로그램 메모리 및 데이터 메모리로 구성될 수 있다. 상기 프로그램 메모리에는 휴대용 단말기의 일반적인 동작을 제어하기 위한 프로그램들이 저장된다. 또한 상기 프로그램 메모리에는 본 발명의 실시 예에 따라 마이크(MIC)로 입력되는 음원중 화자의 기준음원과 비교하여 그 기준음원과 유사한 음원이 출력될 수 있도록 하는 프로그램들이 저장된다. 또한 상기 프로그램 메모리에는 화자의 기준 음원을 기설정하는 프로그램이 저장된다. 또한 상기 데이터 메모리에는 화자의 기준 음원이 기설정된다. 또한 상기 데이터 메모리에는 상기 프로그램들을 수행하는 중에 발생되는 데이터들을 일시 저장하는 기능을 수행한다.

제어부(15)는 휴대용 단말기의 전반적인 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 또한 상기 제어부(15)는 음원을 블럭화하여 선형 예측 계수(LPC: Linear Predictive Coefficient)를 이용하여 그 선형예측 계수를 추출하고, 그 추출한 선형예측 계수를 푸리에 변환(FFT)하여 연산이 어려운 시간 도메인의 신호를 단순한 산술 연산이 가능한 주파수 도메인으로 변환한다. 그래서 상기 제어부(15)는 상기 주파수 도메인의 선형 예측 계수의 푸리에 변환으로부터 포만트를 추출한다. 이후 상기 추출한 포만트와 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교하여 마이크(MIC)를 통해 입력되는 음원이 상기 기준 음원과 유사한 음원이 될 수 있도록 평균값 연산을 수행하여 통화중인 상대방 단말로 화자의 음성만이 출력될 수 있도록 제어한다.

표시부(16)는 상기 제어부(15)의 제어하에 프로그램 수행중에 발생되는 메시지들을 표시한다. 또한 상기 표시부(16)는 LCD제어부(LCD controller), 영상데이터를 저장할 수 있는 메모리 및 LCD표시소자 등을 구비할 수 있다. 여기서 상기 LCD를 터치스크린(touch screen) 방식으로 구현하는 경우, 상기 키패드(13)와 상기 LCD는 입력부가 될 수 있다.

상기 도 1을 참조하여 음원분리가 가능한 휴대용 단말기의 동작을 살펴보면, 우선 제어부(15)는 마이크(MIC)를 통해 입력되는 화자의 음원을 기준 음원으로 기설정하여 메모리(14)에 저장한다. 이후, 상기 제어부(15)는 통화중에 마이크(MIC)를 통해 입력되는 음원을 단말에서 처리할 수 있도록 변환하는 오디오 처리부(12)로부터 입력받아 프레임별로 나눠 블럭화한다. 이후, 상기 블럭화한 프레임으로부터 선형 예측 계수를 추출한다. 이때 추출된 선형 예측 계수를 푸리에 변환하여 주파수 도메인으로 변환한다. 그래서 상기 제어부(15)는 상기 주파수 도메인의 선형 예측 계수의 푸리에 변환으로부터 포만트를 추출한다. 그 추출한 포만트와 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교하여 마이크(MIC)를 통해 입력되는 사용자의 음성만이 무선 통신부(11)를 통해 통화중인 상대방측 단말로 전송되도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 단말기의 음원분리방법을 보인 흐름도이다. 본 발명중 화자의 음원을 기준 음원으로 기설정하는 과정은 통화중인 화자의 음원만을 통화중인 상대방에게 전송하기 위해서는 필요한 과정이며, 통화중 입력되는 음원과 비교되어야 하는 대상이다. 하기에서는 이러한 상기 기준 음원이 기 설정되어 있다는 가정하에서 설명하기로 한다. 또한 상기 도 2에는 이러한 과정에 대한 도시를 생략하였다.

상기 도 2를 참조하면, 201단계에서 제어부(15)는 통화중인가를 판단한다.

상기 판단결과 상기 통화중이면, 203단계에서 상기 제어부(15)는 마이크(MIC)로 입력되는 음원을 감지하고 205단계로 진행한다.

상기 205단계에서 상기 제어부(15)는 입력되는 음원을 프레임별로 블럭화한다.

이후, 207단계에서 상기 제어부(15)는 상기 음원을 프레임별로 블럭화한 블럭으로부터 선형 예측 계수를 추출한다.

209단계에서 상기 제어부(15)는 상기 추출한 선형 예측 계수를 푸리에 변환하고, 그 선형 예측 계수의 푸리에 변환에 의해 포만트를 추출한다.

그래서, 211단계에서 상기 제어부(15)는 주파수 영역에서의 상기 포만트 특성과 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교한다.

이후, 213단계에서 상기 제어부(15)는 상기 비교결과에 근거하여 상기 포만트 특성과 기준 음원의 평균값을 취할 수 있도록 연산하고, 215단계로 진행한다.

상기 215단계에서 상기 제어부(15)는 평균값을 이용하여 얻은 연산결과(푸리에 변환)를 역푸리에 변환한후 그에 따라 통화중인 상대방 단말로 화자의 음성만을 전송한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 기 설정된 기준 음원과 통화중에 입력되는 화자의 음원을 비교하여 화자의 음원과 기준 음원의 평균값을 취하여 통화중인 상대 단말로 전송함으로써, 여러 사람의 목소리중 통화자의 음성만을 필터링하여 통화중인 상대 단말의 수신 통화음을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 통화중에 입력되는 화자의 음원을 블럭화한후 그 블럭으로부터 선형 예측 계수를 추출하여 음원의 특성을 파악하고, 그 음원의 블럭을 푸리에 변환해서 포만트를 추출하여 기준 음원과 비교해서 평균값으로 화자의 음원만을 통화중인 상대 단말로 전송함으로써, 많은 데이터 양과 연산을 필요로 하지 않는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 호 착발신에 대한 음성신호를 처리하는 무선통신부와;

   상기 무선통신부에서 출력되는 수신 오디오신호를 재생하여 스피커로 출력하거나 또는 마이크로부터 발생되는 송신 오디오신호를 상기 무선통신부에 전송하는 오디오 처리부와;

   화자의 기준 음원이 기설정되는 메모리와;

   통화중, 상기 마이크를 통해 입력되는 음원을 블럭화하고, 그 블럭으로부터 선형 예측 계수(LPC)를 추출하고, 그 선형예측 계수를 연산하여 포만트를 추출해서 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 화자의 음성만을 전송할 수 있도록 제어하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 음원분리가 가능한 휴대용 단말기.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,

   포만트 특성과 기준 음원의 평균값을 취할 수 있도록 연산하여 그 평균값의 음원으로 화자의 음성을 통화중인 상대방 단말로 전송할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 음원분리가 가능한 휴대용 단말기.
3. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,

   추출한 선형예측 계수를 푸리에 변환(FFT)해서 포만트를 추출하는 것을 특징 으로 하는 음원분리가 가능한 휴대용 단말기.
4. 휴대용 단말기를 이용하여 상대방 통화자와 통화함에 있어서,

   통화중에 마이크로 입력되는 음원을 프레임별로 블럭화하고, 그 블럭으로부터 선형 예측 계수를 추출하고, 그 선형예측 계수를 연산하여 포만트를 추출해서 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교하고, 그 비교결과에 근거하여 상기 포만트 특성과 기준 음원의 평균값을 취할 수 있도록 연산하는 과정과;

   상기 연산결과에 따라 통화중인 상대 단말로 화자의 음성만을 전송하는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 음원분리방법.
5. 제4 항에 있어서, 상기 연산과정은,

   추출한 선형예측 계수를 푸리에 변환(FFT)해서 포만트를 추출하는 단계와;

   상기 포만트와 기 설정된 화자의 기준 음원을 비교해서 포만트 특성과 기준 음원의 평균값을 취할 수 있도록 연산하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 음원분리방법.
6. 제4 항에 있어서, 상기 연산결과를 역푸리에 변환해서 그 역푸리에 변환된 결과값에 따라 화자의 음성만을 상대 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 휴대용 단말기의 음원분리 방법.

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