KR100711869B1 - 반향 제거 장치를 구현하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

반향 신호를 제거하기 위한 시스템 및 방법. 입력 파형이 음향 프로세서에 제공되고, 상기 입력 파형이 반향 신호를 나타내는 정보를 포함하는지 여부의 결정이 이루어진다. 상기 입력 파형이 반향 신호를 나타내는 정보를 포함한다면 음향 프로세서에 의해 잔여 파형을 감쇠시킴으로써 출력 파형이 형성된다. 잔여 파형은 상기 감쇠 단계 동안 초기 감쇠 값에서 최종 감쇠 값으로 점진적으로 변화하는 감쇠 인자에 의해 감쇠된다. 음향 프로세서에 의해 음향 신호에 적용되는 감쇠 인자를 변화시킴으로써 음향 신호를 뮤트 상태에서 언뮤트 상태로 조절하기 위한 시스템 및 방법. 음향 신호가 음향 프로세서에 제공된다. 감쇠 인자를 뮤트된 상태에서 언뮤트된 상태와 관련된 제1 감쇠 값으로 조절함으로써 음향 프로세서로부터 출력 파형이 형성된다. 감쇠 인자가 제1 감쇠 값으로 조절된 후에, 감쇠 인자를 제1 감쇠 값에서 제2 감쇠 값으로 점진적으로 변화시킴으로써 출력 파형이 형성된다. 입력 파형은 음향 신호에 상기 제1 감쇠 값이 적용될 때보다 상기 음향 신호에 상기 제2 감쇠 값이 적용될 때 더 적은 양으로 감쇠된다.

Description

반향 제거 장치를 구현하는 시스템 및 방법{IMPROVED SYSTEM AND METHOD FOR IMPLEMENTATION OF AN ECHO CANCELLER}

본 발명은 일반적으로 반향 제거 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 본 발명은 반향 제거 장치를 사용하는 양방향 시스템에서 끊겨 들리는 현상(choppiness)을 줄이기 위한 신규하고 개선된 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 다른 비음향(non-acoustic) 시스템이나 네트워크에서 사용되는 반향 제거 장치뿐만 아니라 음향 반향 제거 장치(acoustic echo cancellers)에도 적용이 가능하다.

음향 반향 제거 장치(ACE)는 화상회의나 핸즈프리 전화 장치에서 원단 화자와 마이크로폰 사이의 피드백 음향을 제거하기 위해 사용된다. 운전자가 핸즈프리 전화기를 사용하는 셀룰러 폰 시스템에서, 음향 반향 제거 장치는 이동국에서 양방향 통신을 제공하는데 사용된다. 종래의 음향 반향 제거 장치의 블럭 다이아그램이 도1에 예시되어 있다.

참고로, 운전자는 음성 신호 v(n)가 입력되는 근단 화자(near-end talker)이고 다른 연결 측에 있는 사람은 디지털 신호 x(n)가 입력되는 원단 화자(far-end talker)이다. 원단 화자의 음성은 이동국에서 확성기를 통해 방송된다. 만약 이 음성을 마이크로폰(10)이 포착하면, 원단 화자는 불쾌한 자신의 반향 목소리를 듣게 된다. 상기 마이크로폰(10)의 출력 r(n)은 디지털 신호이다. 전형적으로, 마이크로폰(10)이 수행하는 기능들은 음성 신호를 아날로그 전기 신호로 전환하는 마이크로폰과 아날로그-디지털(A/D) 변환기에 의해 이루어진다. 상기 AEC는 스피커(2)와 마이크로폰(10) 사이의 임펄스 응답을 식별하고, 적응형 필터(14)를 사용하여 반향의 복제를 생성하며, 합산기(12)에서 그것을 마이크로폰 출력 r(n)으로부터 감산함으로써 원단 화자의 반향 y(n)을 제거한다. 상기 적응형 필터는 보통 모든 반향을 제거할 수 없으므로, 잔여 반향 억제 구성요소(18)(예를 들어, 비선형 포스트 프로세서)가 제공하는 어떤 형태의 반향 억제를 사용하여 잔여 반향을 제거한다.

도1에서, 원단 화자의 반향 신호 y(n)는 확성기(2) 및 마이크로폰(10) 부근에서 만들어진 음향 반향 경로 구성요소(4)의 출력으로 예시되어 있다. 원단 화자의 반향 신호 y(n)에는 각각 합산 구성요소(6, 8)로 나타낸 잡음 신호w(n)와 근단 음성 신호 v(n)가 더해진다. 합산 구성요소(6, 8) 및 음향 반향 경로(4)는 이동 환경에 의해 만들어진 것이며 예시를 위해 제시된다는 점에 유의해야 한다.

적응형 필터(14)는 원단 음성 신호 x(n)를 기준 신호로 사용한다. 만약 적응형 필터(14)가 v(n)에 대해 적응될 수 있다면, 근단 음성에 잡음 신호 e(n)가 더해질 것이며, 이것은 음향 반향 경로(4)의 평가를 변질시키는 필터 탭 계수 적응을 유발한다. 따라서 두 화자가 모두 말할 때(이하 이중토크(doubletalk)), 계수 적응을 불활성화할 필요가 있다. 이중토크 동안에, 잔여 반향 억제 구성요소(18) 또한 불활성되어 근단 화자의 음성이 변질되는 것을 방지하여야 한다. 이중토크 탐지기(미도시)는 전형적으로 이중토크의 존재를 탐지하고, 이중토크가 존재할 때 적응형 필터(14)와 잔여 반향 억제 구성요소(18)를 불활성하는 제어 신호를 제공한다.

도2에 나타낸 바와 같이, 종래 기술의 반향 제거 시스템에서 잔여 반향 억제 구성요소(18)는 상기 적응형 필터(14)가 반향을 탐지할 때마다 그것의 출력을 뮤트(muting)(즉, 게이트 오프)함으로써 잔여 반향을 제거하는 기능을 한다. 구성요소(18)의 이러한 양상이 도2의 "A" 부분에 예시되어 있다. 도2의 "A" 부분의 위 반쪽은 원단 화자가 "HELLO"라고 말할 때 확성기(2)와 마이크로폰(10) 사이의 음향 피드백에서 기인하는 반향 상태의 탐지를 예시하고 있다. 도2의 "A" 부분의 아랫부분은 t₁에서 반향이 탐지되자마자, 구성요소(18)의 출력이 전체적으로 뮤트된다. 그 후에, t₂에서 반향이 없어지자마자, 구성요소(18)의 출력이 언뮤트(unmuting)된다.

게다가, 적응형 필터(14)가 반향을 탐지했기 때문에 잔여 반향 억제 구성요소(18)의 출력이 뮤트되고, 동시에 이중토크 탐지기가 이중토크를 탐지한 경우, 잔여 반향 억제 구성요소(18)는 상기 이중토크 기간 동안 출력을 언뮤트할 것이다. 구성요소(18)의 이러한 양상은 도2의 "B" 부분에 예시되어 있다. 도2의 "B" 부분의 위 반쪽은 구성요소(18)의 출력이 t₃과 t₄ 사이에서 반향 상태의 탐지 결과로 뮤트되고 있을 때 t₄에서 이중토크 상태의 탐지를 예시하고 있다. 이중토크 상태는 원단 화자와 근단 화자가 동시에 얘기하는데서 비롯된다(즉, 원단 화자가 "HELLO"라고 얘기하는 동안 근단 화자가 "HI"라고 얘기한다). 도2의 "B" 부분의 아래 반쪽은 t₄에서 이중토크가 탐지되자마자, 구성요소(18)의 출력이 언뮤트되는 것을 보여준다. 그 후에, 이중토크 상태는 t₅에서 중단되고, 구성요소(18)의 출력은 다시 뮤트된다. 구성요소(18)의 출력은 원단 화자가 "HELLO"라고 말하는 것에 기인한 반향이 t6에서 중단될 때까지 완전히 뮤트된다. t₆에서 반향이 중단되자마자, 구성요소(18)의 출력은 언뮤트된다.

도2의 "C" 부분은 t₇과 t₈사이에서 이중토크 상태가 탐지될 때, 구성요소(18)의 출력이 언뮤트로 남아있는 유사한 예를 보여주고 있다. 그 후에, t₈에서 이중토크 상태가 중단되자마자, 구성요소(18)의 출력은 앞으로 진행되는 반향 상태 때문에 다시 뮤트된다. 구성요소(18)의 출력은 이 반향 상태가 t₉에서 중단될 때까지 완전히 뮤트된 상태로 남아있으며, 따라서 근단 화자가 말하는 "UP"이라는 단어는 t₈과 t₉ 사이에서 뮤트된다. t₉에서 반향이 중단되자마자, 상기 구성요소(18)의 출력은 언뮤트된다.

도1의 종래 기술 시스템 분야를 참고로, 반향 성분 y(n)이 특정 주기 동안 근단 화자의 음성 신호 v(n)를 지배할 때, 근단 화자의 음성은 구성요소(18)에 의해 뮤트될 것이다. 이러한 상황은 사용자가 듣는 음성 신호에서 바람직하지 않은 끊김 현상이 생기게 한다. 본 발명의 목적은 사용자에게 불쾌하고 괴로움을 줄 수 있는 끊김 현상을 매끄럽게 하는 것이다.

사용자에게 괴로움을 줄 뿐만 아니라, 이러한 끊김 현상은 종종 근단 음성 신호를 인코딩하기 위해 사용하는 보코더에 거친 에너지 커브를 제공한다. 가변율 보코더가 사용되는 응용에서, 에너지 커브에 있는 끊김 현상은 보코더가 필요 이상으로 완전 데이타율로 송신하도록 함으로써, 한정된 시스템 용량을 낭비한다. 따라서 본 발명의 또 다른 목적은 보코더에 보다 매끄러운 에너지 커브를 제공함으로써, 성능을 향상하는 것이다.

이러한 문제 및 단점들은 인식되고 있으며 이하 설명하는 본 발명의 방법으로 해결된다.

본 발명의 한 관점은 반향 신호를 제거하기 위한 시스템 및 방법이다. 본 발명의 이러한 관점은 예를 들어, 근단 화자의 음성 신호가 반향에 의해 지배되고 비선형 포스트 프로세서의 출력이 언뮤트에서 뮤트된 상태로 변하고 있을 때 발생할 수 있는 음성 신호의 뜻밖의 전송을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 관점에 따라, 입력 파형이 음향 프로세서에 제공되고, 상기 입력 파형이 반향 신호를 나타내는 정보를 포함하고 있는지 여부의 결정이 이루어진다. 입력 파형이 반향 신호를 나타내는 정보를 포함한다면, 음향 프로세서에 의해 잔여 파형을 감쇠함으로써 출력 신호가 형성된다. 잔여 파형은 감쇠 단계 동안 초기 감쇠 값에서 최종 감쇠 값으로 점진적으로 변화하는 감쇠 인자에 의해 감쇠된다. 또한, 본 발명의 이러한 관점은 예를 들어, 근단 화자의 음성이 반향에 의해 지배되고 비선형 포스트 프로세서의 출력이 언뮤트에서 뮤트된 상태로 변하고 있을 때 발생할 수 있는 음성 신호의 끊김 현상을 제거하기 위해 사용될 수 있다.

상응하는 다른 관점에서, 본 발명은 음향 프로세서에 의해 음향 신호에 적용되는 감쇠 인자를 변화시킴으로써 음향 신호를 뮤트 상태에서 언뮤트 상태로 조절하기 위한 시스템 및 방법에 관련된다. 본 발명의 이러한 관점은 예를 들어, 반향 상태의 끝이 탐지되고 비선형 포스트 프로세서의 출력이 뮤트에서 언뮤트 상태로 변할 때 발생할 수 있는 음성 신호의 끊김 현상을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 관점을 따라, 음향 신호가 음향 프로세서에 제공되고, 감쇠 인자를 뮤트된 상태에서 언뮤트된 상태와 관련된 제1 감쇠 값으로 조절함으로써 음향 프로세서로부터 출력 파형이 형성된다. 감쇠 인자가 제1 감쇠 값으로 조절된 후에, 감쇠 인자를 제1 감쇠 값에서 제2 감쇠 값으로 점진적으로 변화시킴으로써 출력 파형이 형성된다. 입력 파형은 음향 신호에 제1 감쇠 값이 적용될 때보다 음향 신호에 제2 감쇠 값이 적용될 때 더 적은 양으로 감쇠된다. 또한, 본 발명의 이러한 관점은 예를 들어, 이동국이 AMPS 모드에서 작동하고 돌발적인 잡음이 있을 때에 발생할 수 있는 음성 신호의 끊김 현상을 제거하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 특징, 목적 및 장점은 이하 동일한 도면 번호가 사용되는 도면을 참고로 하여 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.

도1은 종래 기술의 음향 반향 제거 장치의 블럭 다이아그램이다.

도2는 도1에서 보여지는 종래 기술의 잔여 반향 억제 구성요소의 작동을 보여주는 타이밍 다이아그램이다.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 상응하게 기능하는 신규한 비선형 포스트 프로세서의 블럭 다이아그램이다.

도4는 도3에서 보여지는 비선형 포스트 다이아그램의 작동 방법을 보여주는 흐름도이다.

도5는 반향 및 이중토크 상태가 나타나는 경우에 도3에 도시된 비선형 포스트 프로세서의 작동을 보여주는 타이밍 다이아그램이다.

도6은 돌발적인 잡음이 원단 화자에 존재할 때 도3의 비선형 포스트 프로세서의 작동을 보여주는 타이밍 다이아그램이다.

도3을 참고로, 본 발명의 바람직한 실시예와 상응하게 기능하는 음향 프로세서(300)의 블럭 다이아그램을 보여주고 있다. 음향 프로세서(300)는 예를 들어 도1과 관련하여 상술한 에러 신호 e(n)를 입력으로 받아들이는 비선형 포스트 프로세서이다. 음향 프로세서(300)는 오프 상태와 상향/하향 상태 간 프로세서 상태를 변화시키기 위한 스위치(310)를 포함한다. 음향 프로세서(300)가 오프 상태에서 작동하고 있을 때, 입력 신호 e(n)는 입력 신호를 완전히 게이트 오프하도록 기능하는 뮤팅 수단(320)에 적용됨으로써, 프로세서(300)의 출력에서는 완전히 뮤트된 출력 신호를 생성한다. 음향 프로세서(300)가 상향/하향 상태에서 작동하고 있을 때, 입력 신호 e(n)는 부분적으로 입력 신호를 감쇠함으로써 출력신호를 생산하는 가변 감쇠기(330)에 적용된다. 가변 감쇠기(330)에 의해 입력 신호에 적용되는 감쇠 인자(k)는 도4에 나타낸 방법(400)을 사용하여 계산되고 조절된다. 하기에 더 자세히 설명되는 것과 같이, 가변 감쇠기(330)는 세 개의 상태, 즉 상향(UP), 하향(DOWN), 오프(OFF)를 가지고 있다. 이러한 상태들은 가변 감쇠기가 입력 신호 e(n)에 적용되는 감쇠 인자(k)를 증가시킬(ramp-up) 것인지, 감소시킬(ramp-down) 것인지 또는 오프할 것인지에 따라 선택적으로 사용된다.

도4를 참고로, 도3에 나타낸 음향 프로세서(300)의 작동 방법(400)을 예시하는 흐름도를 보여주고 있다. 방법(400)은 스위치(330)를 제어하고(이에 따라 오프 상태와 상향/하향 상태 간에 프로세서를 스위칭함) 가변 감쇠기(330)에 의해 입력 신호에 적용되는 감쇠 인자(k)를 변화시키는데 사용된다. 방법(400)은 음향 프로세서(300)의 제어기(340)에 사용되는 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 방법(400)은 CDMA 변조를 사용하는 기지국과 이동국 사이에 전송되는 신호를 처리하기 위해 사용되는 음향 프로세서를 조절하기에 특히 적당하다. 다중 접속 통신 시스템에서 CDMA 기술의 사용은 공지되었으며 예를 들어, 본 발명의 출원인에게 양도되었고 이하 참고되는 "위성 또는 지상 중계기를 사용하는 확산 스펙트럼 다중 접속 통신 시스템(SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS)"이라는 제하의 미국 특허 제 4,901,307에 공시되어 있다.

도4를 참고로, 과정(402)에서, 상기 시스템은 프로세서(300)가 입력 신호 e(n)를 감쇠하기 시작할 것인지 여부를 테스트한다. 과정(402)은 예를 들어, 반향 상태가 적응형 필터(14)에 의해 처음으로 탐지되었을 때나 돌발적인 잡음이 원단 화자에 존재할 때 또는 이중토크 기간의 종료에 이어 여전히 반향 상태가 존재할 때에 입력 신호 e(n)의 감쇠를 시작할 것인지 여부를 결정한다. 과정(402)에서 입력 신호의 감쇠가 시작할 것이라고 결정하면, 처리는 과정(404)으로 진행하여 프로세서(300)의 상태가 상향/하향(즉 스위치(310)가 입력 신호를 가변 감쇠기(330)로 전달한다)로 설정되고, 가변 감쇠기의 상태는 UP으로 설정되며, 감쇠기에 의해 입력 신호에 적용되는 감쇠 인자(k)의 현재 값은 0db로 설정된다. 다음으로, 과정(406)에서, 감쇠 인자(k)의 현재 값은 다음의 식(1)에 따라 계산되는 임계값 k_up와 비교된다:

(1)

여기서 E는 M개의 샘플에 대한 입력 파형 e(n)의 에너지 추정치를 나타내며, bnS는 w(n)를 발생하는데 사용되는 정규 분포 랜덤 잡음 발생기와 관련된 배경 잡음 척도 값이며, G_pred는 기지국과 이동국 사이의 음성 신호 x(n) 송신 및 수신에 사용되는 CDMA 변조와 관련된 LPC 정형 필터(shaping filter)의 예측 이득이다. 상수 α는 바람직하게 1.0으로 설정되어 있다. e(n)의 감쇠가 보다 빨리 증가되는 것이 바람직한 선택적인 실시예에서, α는 바람직하게 1.0보다 큰 값으로 설정될 것이다. bnS와 G_pred의 값은 바람직하게 이하 참고되는 "반향 제거 장치의 잡음 교체 시스템(Noise Replacement System in an Echo Canceller)"이라는 제하의 미국 특허 제5,646,691호에 설명된 것과 같이 계산된다.

과정(406)에서 감쇠 인자(k)의 현재 값이 임계값 K_up보다 작지 않다고 결정되면, 처리는 과정(402)으로 다시 돌아간다. 입력 신호 e(n)의 감쇠가 시작하는 과정(402)의 이전 반복에서 결정이 이루어지는 경우에, 가변 감쇠기(330)의 현재 상태는 UP으로 설정될 것이며, 과정(402)에서의 테스트는 NO 값으로 돌아가고, 마찬가지로 과정(408)(입력 신호의 감쇠가 막 끝났는지를 결정하는)에서의 테스트는 NO 값으로 돌아갈 것이다. 그러한 경우에, 처리는 이후에 가변 감쇠기의 현재 상태가 UP인지를 결정하는 과정(410)으로 진행된다. 가변 감쇠기의 현재 상태가 UP이면, 과정(412)에서 입력 신호에 적용되는 감쇠 인자(k)의 현재 값은 증가한다. 바람직한 실시예에서, 감쇠 인자는 -1.5db/5msec 간격과 같은 양만큼 증가하지만, 당업자는 반복되는 과정(412)에서 k에 적용되는 증가량이 선택 사항이며 각 과정당 -1.5db보다 클 수도 있고 작을 수도 있음을 이해할 것이다. 다음으로, 과정(406)에서, 감쇠 인자(k)의 현재 값은 임계값 k_up와 비교된다. 과정(406)에서 감쇠 인자(k)의 현재 값이 임계값 K_up보다 작지 않다고 결정되면, 과정(412)에서 k 값의 반복되는 증가 결과 상기 감쇠 인자(k)의 현재 값이 과정(406)에서의 임계값 K_up보다 작다고 결정될 때까지 상기 설명한 처리 루프가 계속해서 반복된다.

감쇠 인자(k)의 현재 값이 과정(406)에서 임계값 K_up의 최대값 또는 감마(gamma)(예를 들어, 감마=30dB)보다 작다고 결정되면, 과정(414, 416)에서 프로세서(300)의 상태는 상향/하향 상태에서 오프 상태(즉, 스위치(310)가 상기 입력 신호를 가변 감쇠기(330)에서 뮤팅 수단(320)으로 재전달한다)로 변화하여, 감쇠 인자(k)의 현재 값은 0으로 재설정되며 가변 감쇠기(330)의 상태는 OFF로 설정된다.

따라서, 예를 들어 처음에 반향 상태가 적응형 필터(14)에 의해 탐지되거나, 원단 화자에 돌발적인 잡음이 존재하거나 또는 반향 상태가 이중토크 기간의 종료에 이어 계속해서 존재하기 때문에 입력 신호 e(n)의 감쇠가 시작되는 경우에, 감쇠는 감쇠 인자의 현재 값이 K_up에 도달할 때까지 점진적으로 증가하며(-1.5db/5msec 간격으로 단계적인 방법으로), 이 지점에서 입력 신호는 전체적으로 뮤트된다. 본 발명의 이러한 관점의 예는 반향이 처음 시작되는 t₁에서 시작하여 감쇠 인자(k)의 점진적인 증가를 보여주는 도5에 예시되어 있다. 감쇠 인자(k)의 점진적인 증가는 t₁에서 시작하여 감쇠 인자(k)의 값이 K_up에 도달하는 t₂까지 계속된다. t₂ 직후, 상기 가변 감쇠기(330)는 멈추고 입력 신호는 전체적으로 뮤트(즉, 게이트 오프)된다. t₂에서 입력 신호를 게이트 오프하기 전에 감쇠 인자(k)를 점진적으로 증가시킴으로써, 본 발명은 종래 반향 제거 장치의 사용자가 통상적으로 듣는 가청 신호의 "끊김 현상(choppiness)"을 상당히 제거한다. 반향 상태가 처음 시작될 때 감쇠 인자(k)의 점진적인 증가는 또한 도5의 t₅에서 t₆까지 발생한 것으로 보여진다.

도5에는, 이중토크 기간의 종료에 이어 여전히 반향 상태인 경우에 본 발명의 작동 예를 보여주고 있다. 특히, t₁₁에서 "HEY"라고 말하는 것(원단 화자에 의해)과 동시에 근단 화자가 "WHAT'S UP"이라는 문장을 시작함으로 인해 발생하는 이중토크 상태가 중단된다. 그러나 이와 동시에, 예를 들어 스피커(2)와 마이크로폰(10)의 음향 연결의 결과로 반향 상태가 그대로 유지된다. 감쇠 인자(k)의 점진적인 증가는 상기 이중토크 기간이 끝나고 그대로 반향 상태가 유지되는 t₁₁에서 시작한다. 감쇠 인자(k)의 점진적인 증가는 t₁₁에서 시작하여 감쇠 인자(k)가 K_up에 도달할 때까지 계속된다. t₁₂ 직후에, 가변 감쇠기(330)는 멈추고 입력 신호는 완전히 뮤트된다(즉, 게이트 오프). 입력 신호를 t₁₂에서 게이팅 오프하기 전에 점진적으로 감쇠를 증가시킴으로써, 비록 부분적으로 감쇠된 방식이지만 본 발명은 이중토크 기간의 종료 후에 남아있는 "WHAT'S UP(근단 화자가 말하는)" 문장의 일부가 프로세서(300)를 통해 송신될 수 있게 한다. 이러한 결과는 동일한 상황에서 이중토크 기간의 종료(도2에서 이중토크 기간의 종료는 t₈에서 일어남)에 이어 입력 신호를 완전히 게이트 오프함으로써 이중토크 기간의 중단 후에 남아있는 (근단 화자로부터의) "WHAT'S UP"이라는 문장의 일부가 원단 화자를 통해 전송되지 못하게 하는 종래 기술의 잔여 반향 억제 구성요소(18)(도2에서 도시된)에 의해 달성되는 다르다. 게다가, t₁₂에서 입력 신호를 게이트 오프하기 전에 감쇠 인자(k)를 점진적으로 증가시킴으로써, 본 발명은 종래 기술의 반향 제거 장치의 사용자에게 통상적으로 들리는 가청 신호의 "끊김 현상"을 상당히 줄일 수 있다.

다시 도4를 참고로, 과정(408)에서, 상기 시스템은 프로세서(300)가 입력 신호 e(n)의 뮤팅을 중단할 것인지를 테스트한다. 예를 들어, 적응형 필터(14)가 이전에 탐지된 반향 상태가 더 이상 존재하지 않는다고 결정할 때, 또는 이전의 돌발적인 잡음이 원단 화자의 음성에 더 이상 존재하지 않을 때 또는 이중토크 기간이 반향 상태의 존재 동안에 시작될 때, 과정(408)은 입력 신호 e(n)의 감쇠가 중단될 것이라는 결정을 할 것이다. 과정(402)에서 입력 신호의 감쇠가 중단할 것이라고 결정하면, 처리는 과정(418)으로 진행하여 가변 감쇠기의 상태가 DOWN으로 변경된다. 과정(420)에서, 상기 시스템이 가변 감쇠기(330)의 이전 상태가 UP이었는지를 결정하는 테스트를 한다. 만약 그러하면, 처리는 과정(422)으로 진행하여 프로세서(300)의 상태가 상향/하향으로 설정되고(즉, 스위치(310)는 입력 신호를 가변 감쇠기(330)로 전달한다), 감쇠기(330)에 의해 입력 신호에 적용되는 감쇠 인자(k)의 현재 값은 K_down으로 설정되며, 여기서 K_down은 다음 식(2)에 따라 계산된다:

(2)

여기서 E는 M개의 샘플에 대한 입력 파형의 에너지 추정치를 나타내며, bnS는 w(n)를 발생하는데 사용되는 정규 분포 랜덤 잡음 발생기에 대한 배경 잡음 척도 값이며, G_pred는 기지국과 이동국 사이의 음성 신호 x(n) 송신 및 수신에 사용되는 CDMA 변조와 관련된 LPC 정형 필터의 예측 이득이다. 상기 상수 B는 바람직하게 1.0으로 설정되어 있다. e(n)의 감쇠가 보다 빨리 감소되는 것이 바람직한 선택적인 실시예에서, B는 바람직하게 1.0보다 큰 값으로 설정될 것이다.

다음으로, 처리는 과정(402)으로 진행된다. 과정(408)의 이전 반복에서 입력 신호 e(n)의 감쇠가 중단되는 것으로 결정된 경우에, 가변 감쇠기(330)의 현재 상태는 DOWN으로 설정될 것이며, 과정(402)에서의 테스트는 NO 값으로 돌아가고, 과정(408)에서의 테스트도 NO 값으로 돌아갈 것이다. 그러한 경우에, 그 후의 처리는 가변 감쇠기의 현재 상태가 DOWN인지를 결정하는 과정(426)으로 진행된다. 가변 감쇠기의 현재 상태가 DOWN이면, 과정(428)에서 입력 신호에 적용되는 감쇠 인자(k)의 현재 값은 감소한다. 바람직한 실시예에서, 감쇠 인자는 1.5db/5msec 간격과 동일한 양만큼 감소하지만, 당업자는 반복되는 과정(422)에서 k에 적용되는 감소량은 선택 사항이며 각 과정당 1.5db보다 클 수도 있고 작을 수도 있음을 이해할 것이다. 다음으로, 과정(430)에서, 상기 감쇠 인자(k)의 현재 값은 0db과 비교된다. 과정(430)에서 감쇠 인자(k)의 현재 값이 0db보다 작다고 결정되면, 과정(428)에서 k 값의 반복되는 감소로 감쇠 인자(k)의 현재 값이 과정(430)에서 0db보다 크거나 같다고 결정될 때까지 상기 설명한 처리 루프가 계속해서 반복된다. 감쇠 인자(k)의 현재 값dl 과정(430)에서 0db보다 크거나 같다고 결정되면, 과정(416)에서 가변 감쇠기(330)의 상태는 오프로 설정된다.

따라서 예를 들어 적응형 필터(14)가 이전에 탐지된 반향 상태가 더 이상 존재하지 않거나, 이전에 원단 화자의 음성에 존재하던 돌발적인 잡음이 더 이상 존재하지 않거나 또는 이중토크 기간이 반향 상태의 존재 동안에 시작하기 때문에 입력 신호 e(n)의 감쇠가 지배되는 경우에, 감쇠 인자는 K_down으로 초기 설정된다. 그 후에, 감쇠 인자는 감쇠 인자의 현재 값이 0dB에 이를 때까지 점진적으로 감소한다(1.0db/5msec 간격으로 단계적인 방식으로). 본 발명의 이러한 관점의 예는 반향 상태가 처음에 중단되는 t₃에 감쇠 인자를 K_down으로 설정하고 그 후에 감쇠 인자(k)가 0db에 도달하는 t₄까지 감쇠 인자(k)를 점진적으로 감소시키는 것을 보여주는 도5에서 예시되어 있다. t₄에서 0db에 도달할 때까지 감쇠 인자를 점진적으로 감소시킴으로써, 본 발명은 종래 반향 제거 장치의 사용자가 듣는 통상적인 가청 신호의 "끊김 현상"을 상당히 제거한다. 반향 상태 중단시 감쇠 인자(k)가 K_down으로 초기 설정되었다가 0db에 도달할 때까지 점진적으로 감소하는 예가 도5에서 t₉에서 t₁₀ 및 t₁₃에서 t₁₄에서 발생하는 것으로 도시된다.

도5에서는 이중토크 기간이 반향 상태가 존재하는 동안에 시작하는 경우의 본 발명의 작동 예를 보여주고 있다. 특히, t₇에서 원단 화자가 "HELLO"라고 말하는 동안에 근단 화자가 "HI"라고 말함으로써 이중토크 상태가 시작된다. 그러나 t₇ 직전에 원단 화자가 "HELLO"라는 문장의 시작을 말함으로써 이미 반향 상태가 존재하고 있었다. 반향 동안 t₇에서 처음 이중토크 기간이 시작될 때, 감쇠 인자(k)는 K_down으로 초기 설정되어, 이중토크 기간이 t₈에서 중단될 때까지 점진적으로 감소한다. t₈에서, 이중토크 기간은 끝나고 반향 상태는 여전히 존재한다. 보통, 상기 설명한 것과 같이, 이중토크 기간 다음에 반향 상태가 남아 있을 때, K_up에 도달할 때까지 감쇠 인자(k)의 점진적인 증가가 시작된다. 그러나 t₈에서 감쇠 인자(k)는 이미 K_up보다 작으므로 입력 신호는 t₈에서 간단히 뮤트된다.

말의 처음과 끝에서, 음성 세그먼트들은 전형적으로 에너지가 낮지만, 여전히 중요한 의미가 있다. 본 발명에서 상태들 간의 매끄러운 전이는 감쇠된 방식에서 말이 보다 쉽게 이해될 수 있음에도 다른 무성(unvoiced) 세그먼트가 통과할 수 있게 한다.

도6을 참조하면, 원단 화자의 음성에 돌발적인 잡음이 존재하는 경우의 본 발명의 작동 예를 보여주고 있다. 도6에 도시된 바와 같이, 돌발적인 잡음의 짧은 세그먼트가 원단 화자의 음성에 나타날 때마다 위에서 설명한 반향 상태와 유사한 상태가 발생한다. 따라서 각 돌발적인 잡음 세그먼트의 시작 부분에서, 감쇠 인자(k)는 증가하기 시작한다. 그러나 각 돌발적인 잡음 세그먼트는 상대적으로 짧기 때문에, 돌발적인 잡음 세그먼트는 시스템이 K_up에 도달하기 전에 끝난다. 각 돌발적인 잡음 세그먼트 끝에서, 감쇠 인자는 0db에 도달하기까지 증가하기 시작한다. 반향 상태의 끝에서 전형적으로 발생하는 감소와는 달리, 돌발적인 잡음 세그먼트의 끝에서 발생하는 감소는 K_down에서 시작되지 않는데 이는 각 돌발적인 잡음 세그먼트가 짧아서 상기 돌발적인 잡음 세그먼트에서 발생하는 증가 동안에 감쇠 인자(k)가 보통 K_down에 도달하지 않기 때문이다. 돌발적인 잡음 세그먼트 동안 감쇠 인자의 점진적인 증가와 감소는 동일한 상황에서 각 돌발적인 잡음 세그먼트 동안에 입력 신호를 완전히 게이트 오프하는 종래 기술 분야의 잔여 반향 억제요소(18)에 의해 이루어지는 작동과는 반대이다. 각 돌발적인 잡음 세그먼트 동안에 상기 감쇠 인자(k)를 점진적으로 증가 또는 감소시킴으로써(각 그러한 세그먼트 동안에 입력 신호를 완전히 게이트 오프하기 보다는), 본 발명은 종래 반향 제거 장치의 사용자가 통상적으로 듣는 가청 신호의 "끊김 현상"을 상당히 줄인다.

본 발명의 바람직한 실시예는 CDMA 변조를 사용하는 이동국과 관련하여 상기에서 설명되었지만, 당업자는 예를 들어 시분할 다중 접속 변조 시스템과 같은 다른 변조 기술을 사용하는 이동 전화 시스템에서도 반향 제거 장치를 구현하기 위해 본 발명이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 당업자는 본 발명을 이동 전화 시스템 이외의 음향 시스템에서 반향 제거를 향상시키기 위해 사용될 수 있다는 것과 네트워크 응용기기에서 사용되는 것과 같은 비음향 반향 제거 장치에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

바람직한 실시예에 대한 상기 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 실시하고 사용할 수 있도록 한다. 이러한 실시예의 여러 수정이 당업자에게는 명확하며, 여기서 정의된 일반적인 원칙은 발명적인 능력을 발휘하지 않더라도 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기서 보여준 방법 및 장치들에 한정되지 않으며 이하 설명하는 청구항과 상응하는 최광의로 해석된다.

Claims (21)

1. 반향 신호를 제거하는 방법으로서,

   (A) 입력 파형을 음향 프로세서에 제공하는 단계;

   (B) 상기 입력 파형이 상기 반향 신호를 나타내는 정보를 포함하는지 여부를 결정하는 단계; 및

   (C) 상기 입력 파형이 상기 반향 신호를 나타내는 정보를 포함한다면, 상기 음향 프로세서에 의해 잔여 파형을 감쇠시킴으로써 출력 파형을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 출력 파형 생성 단계는,

   미리 결정된 샘플 수, 배경 잡음값 및 필터의 예측 이득에 대한 상기 입력 파형의 에너지 추정치의 함수에 따라 감쇠 임계값을 계산하는 단계;

   상기 감쇠 임계값을 감쇠 인자와 비교하는 단계; 및

   이에 응답하여 상기 감쇠 인자를 조절하는 단계를 포함하며,

   상기 잔여 파형은 상기 감쇠 단계 동안 초기 감쇠 값에서 최종 감쇠 값으로 점진적으로 변화하는 상기 감쇠 인자에 의해 감쇠되는, 반향 신호 제거 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 인자는 상기 감쇠 단계 동안 상기 초기 감쇠 값에서 최종 감쇠 값으로 선형적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
3. 제2항에 있어서,

   (D) 상기 잔여 파형이 상기 감쇠 단계 동안 상기 최종 감쇠량만큼 감쇠된 후에, 상기 출력 파형을 뮤트(muting)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 초기 감쇠 값은 0db인 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 감쇠 인자는 상기 감쇠 단계 동안에 동일한 단계적 증분으로 상기 초기 감쇠 값에서 상기 최종 감쇠 값으로 감소하는 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 감쇠 인자는 상기 감쇠 단계 동안에 매 5ms마다 1db의 비율로 상기 초기 감쇠 값에서 상기 최종 감쇠 값으로 감소하는 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 임계값(k_up)은 다음 식에 따라 계산되며,

   

   여기서 E는 M개의 샘플에 대한 상기 입력 파형의 에너지 추정치를 나타내며, bnS는 정규 분포 랜덤 잡음 발생기에 대한 배경 잡음 척도 값이며, G_pred는 CDMA 변조와 관련된 LPC 정형 필터의 예측 이득인 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 반향 신호는 원단 화자(far-end talker)와 관련된 장소에 위치한 마이크로폰과 스피커의 연결에 기인한 음향 반향을 나타내는 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 반향 신호는 원단 화자와 관련된 장소에서 전송 채널로 제공되는 돌발적인 잡음에 대응하는 것을 특징으로 하는 반향 신호 제거 방법.
10. 음향 프로세서에 의해 음향 신호에 적용되는 감쇠 인자를 변화시킴으로써 음향 신호를 뮤트 상태에서 언뮤트(unmuting) 상태로 조절하는 방법으로서,

    (A) 상기 음향 신호를 상기 음향 프로세서에 제공하는 단계;

    (B) 상기 감쇠 인자를 상기 뮤트된 상태에서 상기 언뮤트된 상태와 관련된 제1 감쇠 값으로 조절함으로써 상기 음향 프로세서로부터 출력 파형을 형성하는 단계; 및

    (C) 상기 (B) 단계에서 상기 감쇠 인자가 상기 제1 감쇠 값으로 조절된 후에, 상기 감쇠 인자를 상기 제1 감쇠 값에서 제2 감쇠 값으로 점진적으로 변화시킴으로써 상기 출력 파형을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 출력 파형 생성 단계는,

    미리 결정된 샘플 수, 배경 잡음값 및 필터의 예측 이득에 대한 입력 파형의 에너지 추정치의 함수에 따라 감쇠 임계값을 계산하는 단계;

    상기 감쇠 임계값을 상기 감쇠 인자와 비교하는 단계; 및

    이에 응답하여 상기 감쇠 인자를 조절하는 단계를 포함하며,

    상기 입력 파형은 상기 음향 신호에 상기 제1 감쇠 값이 적용될 때보다 상기 음향 신호에 상기 제2 감쇠 값이 적용될 때 더 적은 양으로 감쇠되는, 음향 신호 조절 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 감쇠 인자는 상기 (C) 단계 동안에 동일한 단계적 증분으로 상기 제1 감쇠 값에서 상기 제2 감쇠 값으로 증가하는 것을 특징으로 하는 음향 신호 조절 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 감쇠 인자는 상기 (C) 단계 동안에 매 5ms마다 1db의 비율로 상기 제1 감쇠 값에서 상기 제2 감쇠 값으로 증가하는 것을 특징으로 하는 음향 신호 조절 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 감쇠 임계값은 0db인 것을 특징으로 하는 음향 신호 조절 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 제2 감쇠 값(K_down)은 다음 식에 따라 계산되며,

    

    여기서 E는 M개의 샘플에 대한 상기 입력 파형의 에너지 추정치를 나타내며, bnS는 정규 분포 랜덤 잡음 발생기에 대한 배경 잡음 척도 값이며, G_pred는 CDMA 변조와 관련된 LPC 정형 필터의 예측 이득인 것을 특징으로 하는 음향 신호 조절 방법.
15. 제10항에 있어서, 상기 반향 신호는 근단 화자(near-end talker)와 관련된 위치에서 발생하는 음향 블립(blip)을 나타내는 것을 특징으로 하는 음향 신호 조절 방법.
16. 코드 분할 다중 접속 변조된 신호에서 반향 신호를 제거하기 위한 시스템으로서,

    입력 파형을 수신하는 음향 프로세서; 및

    상기 입력 파형이 상기 반향 신호를 나타내는 정보를 포함하는지 여부를 결정하는 적응형 필터를 포함하며,

    상기 음향 프로세서는 상기 입력 파형이 상기 반향 신호를 나타내는 정보를 포함한다면 잔여 파형을 감쇠시킴으로써 출력 파형을 형성하는 가변 감쇠기를 포함하고,

    상기 가변 감쇠기는 상기 입력 파형이 상기 반향 신호를 나타내는 정보를 포함한다면 초기 감쇠 값에서 최종 감쇠 값으로 점진적으로 변화하는 감쇠 인자에 의해 상기 잔여 파형을 감쇠시키며,

    상기 음향 프로세서는,

    미리 결정된 샘플 수, 배경 잡음값 및 필터의 예측 이득에 대한 상기 입력 파형의 에너지 추정치의 함수에 따라 감쇠 임계값을 계산하고;

    상기 감쇠 임계값을 감쇠 인자와 비교하고;

    이에 응답하여 상기 감쇠 인자를 조절함으로써 출력 파형을 형성하는, 반향 신호 제거 시스템.
17. 음향 프로세서에 의해 음향 신호에 적용되는 감쇠 인자를 변화시킴으로써 음향 신호를 뮤트 상태에서 언뮤트 상태로 조절하는 시스템으로서,

    음향 신호를 수신하는 음향 프로세서를 포함하며,

    상기 음향 프로세서는 우선 상기 감쇠 인자를 상기 뮤트된 상태에서 언뮤트된 상태와 관련된 제1 감쇠 값으로 조절하고, 상기 감쇠 인자가 상기 제1 감쇠 값으로 조절된 후 상기 감쇠 인자를 상기 제1 감쇠 값에서 제2 감쇠 값으로 점진적으로 변화시킴으로써 출력 파형을 형성하는 가변 감쇠기를 포함하고,

    상기 음향 프로세서는 감쇠 임계값을 계산하고, 상기 감쇠 임계값을 상기 감쇠 인자와 비교하고, 이에 응답하여 상기 감쇠 인자를 조절하며,

    상기 감쇠 임계값은 미리 결정된 샘플 수, 배경 잡음값 및 필터의 예측 이득에 대한 상기 입력 파형의 에너지 추정치의 함수이고,

    상기 입력 파형은 상기 음향 신호에 상기 제1 감쇠 값이 적용될 때보다 상기 음향 신호에 상기 제2 감쇠 값이 적용될 때 더 적은 양으로 감쇠되는, 음향 신호 조절 시스템.
18. 반향 신호를 제거하기 위한 장치로서,

    음향 프로세서에 입력 파형을 제공하는 수단;

    상기 입력 파형이 상기 반향 신호를 나타내는 정보를 포함하는지 여부를 결정하는 수단; 및

    상기 입력 파형이 상기 반향 신호를 나타내는 정보를 포함한다면 상기 음향 프로세서에 의해 잔여 파형을 감쇠시킴으로써 출력 파형을 형성하는 수단을 포함하며, 상기 출력 파형 형성 수단은,

    미리 결정된 샘플 수, 배경 잡음값 및 필터의 예측 이득에 대한 상기 입력 파형의 에너지 추정치의 함수에 따라 감쇠 임계값을 계산하고;

    상기 감쇠 임계값을 감쇠 인자와 비교하고;

    이에 응답하여 상기 감쇠 인자를 조절하며,

    상기 잔여 파형은 상기 감쇠 동안 초기 감쇠 값에서 최종 감쇠 값으로 점진적으로 변화하는 상기 감쇠 인자에 의해 감쇠되는, 반향 신호 제거 장치.
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