KR100678194B1 - 수신 음성 자동 이득 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수신 음성 자동 이득 제어 방법(Rx Voice Automatic Gain Controller; Rx VAGC)에 관한 것으로, 이동통신 시스템의 단말기에 있어서, 상기 단말기의 마이크로폰으로부터 입력된 입력신호의 에너지를 계산하는 과정과, 상기 계산된 입력신호의 에너지 값에 비례하여 상기 단말기의 스피커의 출력 레벨을 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 음성 자동 이득 제어 방법을 구현하였다.

Rx, VAGC, 마이크로폰, 입력신호, 에너지, 스피커, 출력.

Description

수신 음성 자동 이득 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE GAIN OF RX VOICE AUTOMATICALLY}

도 1은 종래 기술에 따른 Tx VAGC(Voice Automatic Gain controller)의 구조를 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 Rx VAGC의 구조를 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Rx VAGC의 세부 구조를 나타낸 블록도.

본 발명은 수신 음성 자동 이득 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 수신측 출력신호의 세기를 자동으로 조절하는 이동통신 시스템 단말기에서의 수신 음성 자동 이득 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 이동통신 단말기는 대화의 상대방으로부터 수신된 음성신호가 스피커로 출력될 경우, 사용자가 상기 단말기에 구비된 키 버튼의 조작으로 상기 스피커의 출력 레벨을 수동 조절할 수 있도록 설계되었다. 즉, 상대방과의 통화시 상대방의 소리가 스피커를 통해 아주 크거나 아주 작게 들릴 경우에는 사용자가 판단하여 단말기의 음량 조절 키 버튼으로 스피커 음량을 조절할 수 있다.

한편, 종래의 디지털(Digital) 통신 기기 및 음향기기에 적용되는 음성(Voice) 처리에는 노이즈 서프레션(Noise Suppression) 이나 에코 제거기(Echo Canceller) 등과 함께 송신측 환경을 고려한 송신 음성 자동 이득 제어 장치(Tx Voice Automatic Gain Controller; 이하 Tx VAGC)가 제안되었다.

상기 Tx VAGC는 수신자로 하여금 일정한 레벨의 음성을 수신할 수 있도록 송신자의 단말기로부터 입력되는 입력신호의 레벨을 소정의 기준값으로 조절하여 수신측 단말기의 스피커로 출력시키는 장치이다.

상기 Tx VAGC를 도 1을 참조하여 설명하면, 이동통신 시스템의 단말기에서 마이크로폰(100)을 통해 입력된 아날로그 음성 신호는 부호화기(120)에 의해 소정의 디지털 코드로 부호화되며, 상기 부호화 과정 이후에, 컨볼루션(convolution), 인터리빙(interleaving) 등의 다소 복잡한 과정을 거쳐 안테나를 통해 무선 네트워크로 송신 된다.

이때, 상기 Tx VAGC는 송신신호의 출력 레벨을 일정하게 조절하는 것으로서, 상기 부호화기(120)를 통해 부호화된 디지털 신호(130)는 전력연산기(140)를 통해 상기 송신신호의 에너지를 계산하고, 상기 계산된 송신신호의 에너지값은 제어기(150)로 입력된다.

상기 제어기(150)로 입력된 에너지 값에 따라 증폭기(미도시)의 이득값을 조절하여 곱셈기(110)를 통해 상기 입력신호를 증폭함으로써 상기 송신신호의 출력 레벨을 일정하게 유지시킬 수 있다.

상기 Tx VAGC를 이용하면 송화자가 작은 소리로 말할 때, 상기 송신신호가 노이즈(Noise)가 아닐 경우에는 일정 크기로 증폭시키고, 반면에 너무 크게 말할 때에는 수신측의 출력 음량을 작게 만들 수 있다. 즉, 상기 Tx VAGC의 적용 환경 및 배경은 송신측 환경을 고려하여 수신측 음성신호의 출력을 일정한 크기로 가져오는 데 있다.

한편, 상기와 같은 Tx VAGC의 한계는 송신측 환경 위주의 알고리즘이라는 것이고, 수신측의 상황에 대한 고려는 전혀 되어 있지 않다는 점이다. 통상적으로 통화가 이루어질 때에 있어서 고려해야될 중요한 상황은 송신측 보다는 오히려 수신측의 상황인 경우가 많다.

예컨대, 회의 중에 전화가 왔을 경우, 송신측의 목소리는 스피커폰처럼 여러 사람이 모두 들을 수 있을 만큼 큰 경우가 많다. 이렇게 될 경우 스피커를 통해 출력되는 소리가 타인에게 들림으로 인해 난처한 상황에 빠질 수 있다. 상기와 같은 상황은 수신자가 조용한 상황에 처해 있으나, 상기 Tx VAGC에서는 송신측의 목소리를 적절하게 증폭한 결과를 출력시키기 때문에 발생한다.

반대로, 수신자가 지하철과 같은 시끄러운 곳에 있을 때에는 송신측의 목소리가 잘 들리지 않는 경우가 있다. 이것은, 수신자가 외부 잡음(Noise)이 심한 곳에 있음으로 인해 초래되는 결과이며, 상술한 바에 따라 수동으로 사용자가 볼륨을 높여 주는 경우가 많다.

상기와 같은 소음이 심한 곳에 있다는 것은 두가지로 해석할 수 있는데, 그 하나는 사람의 목소리에 의한 소음과 다른 하나는 주변 소음에 의한 것이다.

결국 송신측의 환경을 고려한 알고리즘은 수신자의 환경이 전혀 고려되지 않 음으로 인해, 원래 의도한 적절한 크기로의 음성 출력이 예기치 않은 불편함과 곤란함으로 올 수 있게 된다.

상기한 종래의 문제점을 극복하기 위해 제안된 본 발명은, 이동통신 시스템의 단말기에서 수신측의 환경을 고려하여 수신자 단말기의 마이크로폰을 통해 입력되는 입력신호의 크기에 따라 상기 수신자 단말기의 스피커로 출력되는 수신신호의 레벨을 조정해 주는 수신 음성 자동 이득 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

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상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동통신 시스템의 단말기의 수신 음성 자동 이득 제어 방법에 있어서, 상기 단말기의 마이크로폰으로부터 입력된 입력신호의 주변 신호에 대한 에너지 값인 제 1 에너지 값을 계산하는 과정과, 상기 단말기에서 스피커를 통해 출력되기 위한 수신 신호의 음성 데이터에 대한 에너지 값인 제 2 에너지 값을 계산하는 과정과, 상기 제 1 에너지 값이 잡음 판정을 위한 기준값인 제 1 기준값보다 낮고, 상기 제 2 에너지 값이 소정의 제 2 기준값보다 높은지를 확인하는 과정과, 상기 제 1 에너지 값이 상기 제 1 기준값보다 낮고, 상기 제 2 에너지 값이 상기 제 2 기준값보다 높으면, 상기 스피커의 출력 레벨을 상기 제 1 에너지 값에 비례하여 조정하는 과정을 포함한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동통신 시스템의 단말기의 수신 음성 자동 이득 제어 장치는, 상기 단말기의 마이크로폰으로부터 입력된 입력신호의 주변 신호 에너지 값인 제 1 에너지를 계산하고, 상기 제 1에너지 값이 소정의 제 1 기준값보다 낮은경우 제 1 제어신호를 출력하는 입력 신호 판단부와, 상기 단말기에서 수신 신호의 음성 데이터 값인 제 2 에너지 값을 계산하고, 상기 제 2 에너지 값이 소정의 제 2 기준값보다 높은 경우 제 2 제어 신호를 출력하는 수신신호 판단부와, 상기 제 1 제어신호와 상기 제 2 제어신호가 모두 출력되는 경우에, 상기 단말기의 스피커 출력 레벨을 상기 제 1 에너지 값에 비례하여 조정하는 제어기를 포함한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로서 이는 사용자 또는 칩설계자의 의도 또는 관례등에 따라 달라질 수 있으며, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 Rx VAGC의 구조를 나타낸 블록도이다.

상기 도 2에 도시된 바에 따르면, 이동통신 단말기의 마이크로폰(200)을 통해 입력된 아날로그 음성 신호는 부호화기(210)를 통해 디지털 신호(220)로 코딩된다. 상기 코딩된 디지털 신호(220)는 컨볼루션(convolution; 미도시), 인터리빙(interleaving; 미도시) 등의 다소 복잡한 과정을 거쳐 안테나를 통해 무선 네트워크로 송신 된다.

상기 코딩된 디지털 신호(220)는 입력신호의 에너지 값을 계산하기 위하여 전력연산기(230)로 입력된다. 상기 도 2에는 부호화기(210)로부터 출력된 신호가 전력연산기(230)로 입력되어 상기 부호화기(210)에서 출력된 신호의 에너지 값을 계산하도록 도시되어 있으나, 본 발명의 목적에 따라, 상기 에너지 값을 계산하는 대상 신호는 상기 송신과정의 어느 부분에서 출력된 신호를 계산하여도 본 발명에 적용될 수 있음은 자명하다. 즉, 상기 전력연산기(230)로 유입되는 대상 신호는 부호화기(210)를 통해 부호화되기 전의 신호가 될 수도 있으며, 상기 입력신호의 에너지 레벨의 고저를 구분할 수 있는 어떠한 부분의 신호에서도 상기 에너지 값을 산출하는 것이 가능하다.

상기 전력연산기(230)를 통해 계산된 에너지 값은 제어기(240)로 입력되고, 상기 제어기(240)에서는 상기 입력된 에너지 값을 기초로 스피커(270)로 출력되는 신호의 증폭 이득(gain)값을 조정한다. 상기 에너지 값에 의해 조정된 증폭 이득값은 스피커(270)로 출력되는 신호와 멀티플렉서(260)에 의해 곱하여져서, 상기 스피커(270)로 출력된다.

상기 도 2에서는 상기 에너지 값에 의해 조정된 증폭 이득값이 복호화기(250)를 거쳐 디코딩된 신호에 멀티플렉싱 되는 것으로 도시되어 있으나, 송신신호의 전력연산 과정에서와 마찬가지로, 상기 스피커(270)로 수신되는 신호의 증폭은 수신 신호의 복조 과정중 어떠한 부분에서도 가능하며, 일례로 상기 스피커(270)의 출력 가변 저항의 저항값을 조정함으로써 출력 증폭값을 제어할 수 있다.

상기와 같은 과정에 의해 마이크로폰(200)에 의해 입력되는 신호의 에너지 값에 따라 스피커(270)로 입력되는 수신신호의 조절이 가능하다.

이하에서는 상기 도 2에 도시된 본 발명에 따른 Rx VAGC를 도 3을 참조하여 세부적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Rx VAGC의 세부 구조를 나타낸 블록도이다.

상기 도 3에 도시된 바에 따르면, 마이크로폰(300)을 통해 입력된 음성 신호는 음향 반향 제거기(Acoustic Echo Canceller; 301) 및 음성 부호화기(Voice Encoder; 302)를 통해 디지털로 코딩된 신호(303)가 출력된다.

상기 음향 반향 제거기(301)는 마이크로폰(300)을 통해 입력된 음성신호에서 울림(Echo) 현상을 일으키는 성분들을 제거하여 고품질의 데이터를 얻도록 하는 역할을 하며, 상기 음성 부호화기(302)는 아날로그 음성신호를 디지털로 바꾸는 기능을 한다.

상기 음성 부호화기(302)를 통해 출력된 신호는 제곱근 연산기(sqrt; 304)를 통해 상기 신호의 에너지 값이 계산된다. 즉, 상기 제곱근 연산기(304)는 상술한 도 2의 전력 연산기(230)에 해당되는 기능을 하게 된다.

상기 제곱근 연산기(304)로부터 계산되어 출력된 에너지 값은 상술한 도 2의 제어기(240)에 해당되는 선택기(311), 루프필터(314), 엑추에이터(315) 및 노미널이득(316)을 통해 스피커(320)로 출력되는 수신 신호의 출력 레벨을 제어한다.

본 발명을 적용함에 있어 보다 효과적인 상황으로서, 상기 입력신호가 소정의 기준값(Threshold)보다 낮을 경우에만 상기 출력 신호 레벨을 제어하도록 레벨 필터(305)를 추가함으로써 수신측 사용자의 환경이 조용한 상황일 경우(예컨대, 회의중의 상황)에 더 민감하게 적용되도록 하는 것이 가능하다. 즉, 마이크로폰(300)을 통해 입력되는 입력 신호가 소정의 기준값(E_Th2) 이하일 경우에는 음성 신호의 세기가 작은 경우이므로 음성 입력 신호의 출력 레벨에 따라 스피커의 출력 레벨을 조정함으로써 조용한 상황에서 스피커를 통해 출력되는 음성이 외부로 하여금 인식되지 않도록 할 수 있다. 또한, 상기 기준값을 조정하여 일정크기의 소음을 포함하는 환경에서 적용되도록 하는 것이 가능하다.

반면, 수신기를 통해 수신되어 스피커(320)를 통해 출력되는 수신 신호의 경우에는 일정크기 이상의 신호가 수신되었을 경우에만 본 발명이 적용되도록 고려하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 수신 신호의 에너지 값이 소정의 기준값(E_Th1) 이하일 경우에는 잡음(noise)으로 간주하거나, 수신자가 인식하기 어려울 정도의 낮은 레벨을 가지는 신호로 판단하여 상기 수신 신호의 출력 레벨을 불필요하게 제어하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 단말기의 안테나를 통해 수신된 신호가 복조되고, 음성 복호화기(318)를 거쳐 스피커(320)를 통해 출력될 때, 상기 수신 신호는 제곱근 연산기(312)에 의해 에너지 값이 계산된다.

상기 제곱근 연산기(312)에 의해 계산된 에너지 값은 레벨필터(313)에 의해 소정의 기준값(E_Th1) 이상의 신호에 대해서만 출력 신호를 제어하도록 구현한다.

상술한 두가지 조건을 만족할 때에만 출력 신호를 제어할 수 있도록 상기 각 레벨필터들(305 및 313)의 출력 신호를 논리곱(306) 연산한다. 즉, 상기 각 레벨필터들(305 및 313)을 통과한 결과가 모두 '1'일 경우에만 '1'을 출력하여 선택기(311)로 입력시킨다. 상기 선택기(311)로 입력된 신호가 '0'일 경우, 즉 상술한 두가지 조건 중 하나라도 만족하지 않을 경우에는 루프필터(314)로 유입되는 입력값을 '0'(310)으로 부과하여 출력 신호 레벨을 조정하지 않는다.

한편, 상기 논리곱(306) 결과로 '1'이 출력되어 상기 선택기(311)로 입력되면 마이크로폰(300)을 통해 입력된 입력 신호의 에너지 값에 따라 조정된 레벨 값이 루프필터(314)로 입력된다.

실제적으로 루프필터(314)로 입력되는 값은 사용자 또는 시스템 설계자가 설정한 소정의 기준 참조 신호 평균값(308)과 상기 입력 신호의 에너지 값의 차이값(309)이 입력되며, 상기 차이값의 크기에 따라 출력 신호의 레벨을 증가 또는 감소시키게 된다.

상기 기준 참조 신호 평균값(314)의 결정은 두가지 방법이 제안될 수 있다.

먼저, 단말기의 스피커(320)를 통해서 출력되는 음성신호 에너지의 평균값을 실험을 통해 구하는 방법이다. 상기와 같은 방법은 음성신호의 수신 에너지를 노멀라이즈(normalize)하여 얻어낸 상대적인 수치이며, 여러번의 실험을 통해서 평균적인 수신 에너지의 평균값(RMX Value)를 산출해 낼 수 있다. 상기 산출된 값은 양자화(Quantizing)된 상대적인 값이다.

또 다른 방법은 자신이 수신하고자 하는 에너지 레벨로 수신 신호의 평균값을 설정하는 것이다. 즉, 첫번째 방법에서 얻은 값을 임의대로 조정할 수 있도록 하여서 노멀라이즈된 값 내에서 크기를 조절할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 제곱근 연산기(304)로부터 계산된 입력신호의 에너지 값은 이득 최적화 블록(307)을 거침으로써 송신측과 수신측간의 출력 레벨의 고유한 차이를 보상(calibration)할 수 있다.

상기 이득 최적화 블록(307)은 노멀라이즈된 값을 비교하게 되므로 반드시 구비되어야 할 요소는 아니다. 그러나, 만약 단말기 알고리즘 상에서의 값이 아닌 실제 환경에서 마이크로폰(300)과 스피커(320)의 값을 비교하게 되면, 상기 이득 최적화 블록(307)이 더 구비될 수 있다.

상기 선택기(311)를 통해 출력된 레벨 조정 값은 루프필터(314) 및 엑추에이터(315)를 거침으로써 스피커(320)로 입력되는 출력 신호의 레벨을 조정하는 증폭기의 증폭 이득(gain)값을 출력한다. 상기 엑추에이터(315)를 통해 출력된 증폭 이득값은 종래에 기 설정된 노미널 이득(Nominal Gain; 316)값과 합산(317)하여 출력 신호의 레벨을 증폭시킨다.

상기 루프필터 및 엑추에이터를 통해 설정된 이득(gain) 값은 조용한 상황 위주의 설정이 되었을 경우, 노미널 이득(316)의 0.1배 내지 2배 정도가 되도록 설정(Tx VAGC의 경우 0.9배 내지 9배)하는 것이 바람직하다.

최종적으로, 상기 노미널 이득(316)과 합산된 증폭 이득값은 음성 복호화기(318)를 통해 디코딩되어 스피커(320)로 입력되는 출력 신호와 멀티플렉서(319)를 통해 곱하여진다. 따라서, 상기 곱하여진 증폭 이득값에 따라서 상기 출력 신호의 세기가 조절된다.

한편, 본 발명을 적용함에 있어 상술한 바와 같이 마이크로폰을 통해 입력되 는 신호가 소정 레벨 이하일 경우뿐만아니라, 시끄러운 상황에서와 같이 수신자가 스피커를 통해 출력되는 신호를 높여야 할 경우에도 상기 도 3의 레벨필터(305)의 기준값(Threshold)을 높이거나 소정 레벨 이상의 신호만을 통과시키도록 함으로써 구현가능하다.

즉, 상기 레벨필터(305)의 적절한 설계에 의해 보다 민감하게 반응하여야 되는 환경을 임의로 설정할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 수신자의 상황에 따라 스피커의 출력 신호의 크기를 자동으로 조정해 줌으로써, 단말기 사용자가 수동으로 조작해야 하는 불필요함을 줄일 수 있다.

즉, 스피커로 출력되는 음성 신호의 세기가 작아도 통화가 가능한 조용한 환경에서는 상기 환경에 따라 자동으로 출력 신호의 레벨을 줄여주며, 상대적으로 소음이 심한 환경에서는 자동으로 출력 신호의 레벨을 높여줌으로써 원활한 통화가 이루어지도록 할 수 있게 하는 장점이 있다.

Claims (10)

1. 이동통신 시스템의 단말기의 수신 음성 자동 이득 제어 방법에 있어서,

   상기 단말기의 마이크로폰으로부터 입력된 입력신호의 주변 신호에 대한 에너지 값인 제 1 에너지 값을 계산하는 과정과,

   상기 단말기에서 스피커를 통해 출력되기 위한 수신 신호의 음성 데이터에 대한 에너지 값인 제 2 에너지 값을 계산하는 과정과,

   상기 제 1 에너지 값이 잡음 판정을 위한 기준값인 제 1 기준값보다 낮고, 상기 제 2 에너지 값이 소정의 제 2 기준값보다 높은지를 확인하는 과정과,

   상기 제 1 에너지 값이 상기 제 1 기준값보다 낮고, 상기 제 2 에너지 값이 상기 제 2 기준값보다 높으면, 상기 스피커의 출력 레벨을 상기 제 1 에너지 값에 비례하여 조정하는 과정

   을 포함하는 상기 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 에너지 계산 과정 이전에, 상기 입력신호를 부호화하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 에너지 값이 상기 제 1 기준값 이상일 경우에는 상기 출력 레벨을 유지하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2 에너지 값이 상기 제 2 기준값 이하일 경우에는 상기 출력 레벨을 유지하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 조정하는 과정은, 상기 제 1 에너지 계산값을 소정의 기준 참조값과 비교하여 두 값의 차이에 따라 상기 스피커의 출력 레벨을 조정하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
6. 이동통신 시스템의 단말기의 수신 음성 자동 이득 제어 장치에 있어서,

   상기 단말기의 마이크로폰으로부터 입력된 입력신호의 주변 신호 에너지 값인 제 1 에너지를 계산하고, 상기 제 1에너지 값이 소정의 제 1 기준값보다 낮은경우 제 1 제어신호를 출력하는 입력 신호 판단부와,

   상기 단말기에서 수신 신호의 음성 데이터 값인 제 2 에너지 값을 계산하고, 상기 제 2 에너지 값이 소정의 제 2 기준값보다 높은 경우 제 2 제어 신호를 출력하는 수신신호 판단부와,

   상기 제 1 제어신호와 상기 제 2 제어신호가 모두 출력되는 경우에, 상기 단말기의 스피커 출력 레벨을 상기 제 1 에너지 값에 비례하여 조정하는 제어기

   를 포함하는 상기 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 마이크로폰 및 전력연산기 사이에 구비되어 상기 마이크로폰으로부터 입력된 입력신호를 부호화하여 상기 전력연산기로 출력하는 음성 부호화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 입력신호 판단부는,

   상기 제 1 에너지를 계산하는 연산부와, 상기 제 1 제어 신호를 출력하는 저 출력 제거기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
9. 제6항에 있어서,

   상기 수신 신호 판단부는, 상기 제 2 에너지를 계산하는 연산부와, 상기 제 2 제어신호를 출력하는 고입력 제거기를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
10. 제6항에 있어서,

    상기 제어기는, 상기 제 1 에너지 계산값을 소정의 기준 참조값과 비교하고, 상기 두 값의 차이를 계산하여 상기 출력 레벨을 조정하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.

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