KR100714768B1 - 통계적 적응 필터 제어기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보다 일관된 에코 제거 결과(즉,고품질의 출력 신호)와 보다 단순화된 AEC 유닛의 구현을 달성하는, 핸즈-프리 전화기에서 디지털 음향 에코 제어를 위한 통계적 적응 필터 제어기를 기술하고 있다. 간단한 통계적 적응 필터 제어기를 사용하는 데 따른 개선 사항은 에코 제거기 및 포스트필터의 공동 제어를 최적화함으로써 달성된다.

Description

통계적 적응 필터 제어기{Statistical adaptive-filter controller}
본 발명은 일반적으로 전화기들에서의 디지털 음향 에코 제어(AEC, Acoustic Echo Control)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 일관된 에코 제거 결과(즉, 높은 출력 신호 품질)를 얻고 이전에 비해 간단해진 AEC 유닛의 구현을 수행하기 위한 부가적 통계적 적응-필터 제어기를 도입하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 전화기의 디지털 음향 에코 제어(AEC) 유닛에 관한 것이다. AEC의 목적은 원단(far-end) 화자의 말이 근단(near-end) 전화 사용자 확성기에서 나온 다음에 에코로서 다시 순환하고 전화기 마이크에 의해 부분적으로 포착되는 것을 방지하려는 것이다. 그 일반적 개념이 도 1에 도시되며, 도 1에서 "i"는 샘플링 시간 인덱스를 나타낸다. 진일보된 AEC 유닛들은, 일반적으로 에코 제거기(10) 및 그레디언트(점진적) 적응 수단(21)으로 이뤄진 에코 제거 모듈(21), 및 잔여 에코 억제를 위한 포스트필터(14)를 포함한다.
핸즈 프리(hands-free) 전화기들에서 AEC 유닛의 수요는 로컬 확성기(16)로부터 로컬 마이크(18)로의 임펄스 응답 h(i)를 갖는 음향 에코 경로에서 생겨난다. 임펄스 응답 w(i)를 갖는 에코 제거기(10)의 목적은, 음성 신호 x(i)에 응하여 음향 출력 신호를 제공하는 확성기(16)에 의해 수신되는 음성 신호 x(i)의 에코 신호 d(i)(22)를 보상하기 위해, 에코 경로와 똑같은 것을 찾음으로써, 마이크(18)에서 마이크 신호 y(i)=d(i)+s(i)+n(i)(28)의 성분들 중 하나인 에코 신호 d(i)(22)를 생성할 수 있다는 데 있다. s(i)(24)는 마이크 음성 신호이고 n(i)(26)는 배경 잡음 신호이다. 시스템 식별 프로세스는 항상 관측 노이즈(로컬 음성+배경 잡음) s(i)+n(i)가 존재할 때 수행되기 때문에, w(i)=h(i)으로의 목적이 정확히 달성될 수 없다. 에코 제거기(10)는 가산기(30)를 통해 마이크 신호(18)에 반대 부호로서 더해지는 에코 추정 신호 d'(i)(32)를 생성하며, 가산기(30)는 부분적으로 보상된 에코 신호를 포함하는 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34)를 출력한다. 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34)는 그레디언트 적응 수단(21) 및 포스트필터(14)로 더 보내진다. 그레디언트 적응 수단(12)은 입력신호들인 음성 신호 x(i)(20)와 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34)를 이용해 소정 기준에 따라 제어 신호의 그레디언트(gradient)를 결정함으로써 에코 제거기(10)에 제어 신호(15)를 더 제공한다. 포스트필터(14)의 용도는 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34)의 잔여 에코 성분들을 더 감소시키는데 있다. 그리고 나서 포스트필터(14)에 의한 잔여 에코 억제 이후의 결과로서 나타나는 출력 시스템 신호 s'(i)+n'(i)(36)가 원단 스피커로 전송된다.
에코 제거기(10) 및 포스트필터(14)를 생성 및 제어하는 기본 원리들은 잘 알려져 있다. 그러나, 이들을 가장 적합한 방식으로 제어하는 데 있어 몇 가지 문제점들이 존재한다. 전체적인 제어 이슈에서 핵심 변수는 잔여 에코, b(i)=d(i)-d'(i)이며, 이것은 에코 감소된 마이크 신호 e(i)=b(i)+s(i)+n(i)(34)에 고유하게 임베디드(embedded)되기 때문에, 유감스럽게도 바로 정해질 수 없다.
도 1의 에코 제거 모듈(21)은 보통 에코 신호 d(i)(22)에 대한 충분치 못한 추정치 d'(i)를 제공한다. 포스트필터(14)는 전화기의 전송 경로 상에서 잔여 에코 억제를 수행하지만, 많은 방법들에 있어서 이것은 유용한 신호 s(i)+n(i)의 왜곡(감쇠)이라는 대가를 치르고 달성된다. 다른 대안적 방법에서, 에코 제거 모듈(21)은 포스트필터(14) 없이 단독으로 사용될 수 있다. 이러한 방식은 주목할만한 신호 왜곡을 초래하지는 않지만, 보통 에코 제거기에 대해 매우 정교한 제어 메커니즘을 필요로 하므로, 보다 간단하고 효과적인 방법이 요구된다.
본 발명의 특성 및 목적에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면들을 참조해 상세한 설명이 이뤄질 것이다.
도 1은 음향 에코 제거를 위한 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 통계적 적응 필터 제어기를 이용한 음향 에코 제거 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따라, 통계적 적응 필터 제어기를 이용해 이산 퓨리에 변환(DFT) 도메인 안에서 구현된 음향 에코 제거 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4a, 4b, 및 4c는 도 3의 블록들인 10, 12, 및 14의 구조를 각각 보인 것이다.
도 5는 본 발명에 따라, 에코 제거를 최적화하기 위해 도 3 및 도 4의 통계적 적응 필터 제어기의 동작을 예시한 흐름도이다.
본 발명의 목적은 보다 일관된 에코 제거 결과들을 얻고, 전화기들에서 보다 간단한 음향 에코 제어를 구현할 수 있는 부가적 통계적 적응 필터 제어기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1양상에 따르면, 에코 제거 시스템은, 음성 신호에 응하여 음향 출력 신호를 제공하는 확성기로부터의 에코 신호에 반응하여, 마이크 신호의 성분인 에코 신호를 제공하는 마이크; 및 상기 음성 신호 및 에코 감소된 마이크 신호에 반응하여 제1제어 신호를 에코 제거 모듈로 제공하고 제2제어 신호를 포스트필터로 제공하는 통계적 적응 필터 제어기를 포함하고, 상기 제어 신호들은 상기 에코 신호의 제거를 최적화하기 위해 제공된다.
또, 본 발명의 제1양상에 따르면, 제1제어 신호는 소정 기준에 따라 에코 제거 모듈의 에코 제거기로 제공되는 에코 전달 함수 신호의 점진적(gradient) 변화를 결정하는데 사용되는 스텝-사이즈 신호이다.
또한, 본 발명의 제1양상에 따르면, 제2제어 신호는 포스트필터의 추가 전달 함수 신호일 수 있으며, 상기 추가 전달 함수 신호는 에코 감소된 마이크 신호에 가중치를 부과한다.
다시 또 본 발명의 제1양상에 따르면, 에코 제거 시스템은, 에코 감소된 마이크 신호 및 제2제어 신호에 반응하여 출력 시스템 신호를 제공하는 포스트필터를 더 구비한다.
또, 본 발명의 제1양상에 따르면, 에코 제거 시스템은, 음성 신호, 제1제어 신호, 및 에코 감소된 마이크 신호에 반응하여 에코 추정 신호를 가산기로 제공하는 에코 제거 모듈을 더 포함한다. 또, 에코 제거 시스템은 음성 신호 및 에코 전달 함수 신호에 반응하여 가산기로 에코 추정 신호를 제공하는 에코 제거기를 포함할 수 있다. 또한, 에코 제거 시스템은 음성 신호 및 제1제어 신호에 반응하여 에코 제거기로 에코 전달 함수 신호를 제공하는 그레디언트 적응 수단을 포함할 수 있다. 또, 에코 제거 모듈을 구비한 에코 제거 시스템은 에코 감소된 마이크 신호 및 제2제어 신호에 반응하여 출력 시스템 신호를 제공하는 포스트필터를 더 구비한다.
다시 본 발명의 제1양상에 따르면, 에코 제거 시스템은 마이크 신호와 에코 추정 신호에 반응해 에코 감소된 마이크 신호를 제공하는 가산기를 더 포함한다.
또 본 발명의 제1양상에 따르면, 통계적 필터 제어기, 에코 제거 모듈 및 포스트필터는 어떤 시간 도메인이나 주파수 도메인 안에서 동작하고, 상기 제1 및 제2제어 신호들은 각각 시간 도메인이나 주파수 도메인에서 제공된다.
또 다시 본 발명의 제1양상에 따르면, 통계적 적응 필터 제어기 및 에코 제거 모듈은 시간 도메인에서 동작하고 포스트필터는 주파수 도메인에서 동작하며, 각각 제1제어 신호는 시간 도메인에서 주어지고 제2제어 신호는 주파수 도메인에서 주어진다.
또 본 발명의 제1양상에 따르면, 통계적 적응 필터 제어기, 에코 제거 모듈 및 포스트필터는 주파수 도메인에서 동작하고, 상기 제1 및 제2제어 신호 역시 주파수 도메인에서 제공된다. 상기 주파수 도메인은 이산 퓨리에 변환(DFT) 도메인에서 구현된다. 또, DFT 도메인에서 구현되는 통계적 적응 필터 제어기는, 음성 신호에 반응하여 그 음성 신호의 제1전력 스펙트럼 밀도 신호를 제공하는 제1전력 스펙트럼 밀도 수단; 에코 감소된 마이크 신호에 반응하여 그 에코 감소된 마이크 신호에 대한 제2전력 스펙트럼 밀도 신호를 제공하는 제2전력 스펙트럼 밀도 수단; 및 제1 및 제2전력 스펙트럼 밀도 신호들에 반응하여 제1 및 제2제어 신호들을 제공하는 통계적 적응 필터 추정기를 포함할 수 있다. 또, 제1제어 신호로서 스텝-사이즈 신호를 산출하고 제2제어 신호로서 전달 함수 신호를 산출하는 예들이 제공된다.
본 발명의 제2양상에 따르면, 음향 에코 제어 방법은, 음성 신호에 응답하여 음향 출력 신호를 제공하는 확성기로부터의 에코 신호에 반응하는 마이크의 마이크 신호 성분인 에코 신호를 제공하는 단계; 및 상기 에코 신호의 에코 제거를 최적화하기 위해 상기 음성 신호와 에코 감소된 마이크 신호에 반응하는 통계적 적응 필터 제어기에 의해 제1제어 신호를 에코 제어기로 제2제어 신호를 포스트필터로 제공하는 단계를 포함한다.
또, 본 발명의 제2양상에 따르면, 제1제어 신호는, 소정 기준에 따라 에코 제거 모듈의 에코 제거기로 제공되는 에코 전달 함수 신호의 점진적 변화를 결정하는데 사용되는 스텝-사이즈 신호일 수 있다.
또한, 본 발명의 제2양상에 따르면, 제2제어 신호는 포스트필터의 추가 전달 함수 신호이고, 상기 추가 전달 함수 신호는 에코 감소된 마이크 신호에 가중치를 부과한다.
다시 또 본 발명의 제2양상에 따르면, 본 발명의 방법은, 전화 통화 중에 측음(sidetone) 적응 신호를 수화기와 연결하는 단계; 및 측음 오디오 신호를 사용자에게 제공하는 단계를 더 포함한다.
또 본 발명의 제2양상에 따르면, 제1 및 제2제어 신호들을 제공하기 앞서, 본 발명의 방법은, 통계적 적응 필터 제어기에 의해 제1 및 제2제어 신호들을 결정하는 단계를 더 포함한다. 도, 제1 및 제2제어 신호들을 결정한 다음, 본 발명의 방법은 통계적 적응 필터 제어기에 의해 제공된 제1제어 신호를 이용해 에코 제거 모듈에서 에코 추정 신호를 결정하는 단계; 및 상기 에코 추정 신호를 마이크 신호에 더함으로써 가산기에서 에코 감소된 마이크 신호를 결정하는 단계를 더 포함한다. 또, 가산기에 의해 에코 감소된 마이크 신호를 결정하는 단계 다음에, 본 발명의 방법은 통계적 적응 필터 제어기에 의해 제공된 제2제어 신호를 이용하여 포스트필터에서 출력 시스템 신호를 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 일반적으로, 보다 일관된 에코 제어 결과들(따라서 고품질의 출력 신호)을 얻고 이전보다 간단한 AEC 유닛들을 구현하는 핸즈 프리 전화기에서의 디지털 음향 에코 제어에 대한 통계적 적응 필터 제어기를 개시한다.
간단한 통계적 적응 필터 제어기는 도 1의 에코 제거 모듈(21) 및 포스트필터(14)의 합동 제어에 대해 최적화된다. 에코 제거 모듈(21) 및 포스트필터(14)의 합동 제어는 에코 제거 모듈(21)과 포스트필터(14)의 개별적 최적화에 비해 간단할 뿐 아니라, 보다 일관된 결과 및 높은 출력 신호 품질을 가져다 준다. 간단한 통계적 적응 필터 제어기는 단지 에코 제거 모듈(21) 하나에만 부분적으로 유용할 따름이다.
도 2는 본 발명에 따른, 통계적 적응 필터 제어기(SAFC)(40)를 이용하는 음향 에코 제거 시스템(11)을 나타낸 블록도이다. SAFC(40)는 기본적으로 음향 에코 제거를 위한 에코 제거 모듈(21)과 잔여 에코 억제를 위한 포스트필터(14) 사이의 부재(missing) 링크이다. 블록들(21 및 14)은 위에서 도 1과 관련해 기술되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, SAFC(40)는 노이즈 n(i)가 존재하더라도 빠르고 강력한 적응을 수행하기 위해, 에코 제거 모듈(21)의 그레디언트 적응 수단(12)으로 제1제어 신호(42)를 제공하고 포스트필터(14)로 제2제어 신호를 제공한다. 본 발명에 따르면, SAFC(40)는 순수하게 통계적 적응 프로세스로부터 얻어지기 때문에, 극도로 단순하면서 강력하다. 도 2에 도시된 바와 같이, SAFC(40)는 음성 신호 x(i)(20)와 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34)를 입력 패러미터로서 사용한다.
제1제어 신호(42)는 소정 기준에 따라 추가 제어 신호(15)의 점진적 변화를 결정하는데 사용되는 스텝-사이즈(step-size) 신호일 수 있다. 본 발명에 따르면, 그레디언트 적응 수단(12)은, 음성 신호 x(i)(20)와 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34)를 입력 신호로서(도 1에서와 같이) 사용하고 여기에 부가적으로 SAFC(40)로부터의 제1제어 신호(42)를 이용하여 소정 기준에 따라 추가 제어된 신호(15)의 그레디언트를 결정함으로써, 에코 제거 모듈(21)의 에코 제거기(10)로 추가 제어 신호(15)를 제공한다.
제2제어 신호(44)는 포스트필터(14)의 추가 전달 함수 신호일 수 있으며, 상기 추가 전달 함수 신호는 고품질의 왜곡되지 않은(에코가 강력하게 감소된) 마이크 신호(36)를 생성하기 위해 에코 제거된 마이크 신호(34)에 가중치를 부과한다. 에코 제거 시스템(11)은 시간 도메인이나 주파수 도메인에서 동작할 수 있다. 이것은 통계적 적응 필터 제어기(40), 에코 제거 모듈(21) 및 포스트필터(14)가 시간이나 주파수 도메인에서 동작할 수 있고, 제1 및 제2제어 신호들이 각각 시간 또는 주파수 도메인에서 제공될 수 있음을 의미한다.
도 3은 본 발명에 따라, 이산 퓨리에 변환(DFT) 도메인에서 구현되는 음향 에코 제거 실시를 위한 시스템을 나타낸 블록도의 예를 보인 것이다. 이 방식에서 신호 샘플들의 스트림은 프레임 베이스로 한 프레임에 대해 수행된다. 신호 프레임들은 "윈도윙(windowing)" 동작에 의해 얻어지며 "k"는 프레임 시간 인덱스이다. SAFC(40)는 에코 제거 모듈(21)의 그레디언트 적응 수단(12)에 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)를 제공한다. 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)는 이하에서 설명되는 것과 같은 마이크에서의 관측(observation) 노이즈의 양에 따라 추가 제어 신호 W(k+1)=W(k)+ΔW(k)의 그레디언트 ΔW(k)를 추정하는데 사용된다. 따라서 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)는 에코 제거기(10)의 강인성 및 동작 정확도를 책임진다. 최소 제곱 평균 에러(MMSE) 지향의 최적 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)는, 2002년 3월 부터 4월, 유럽 통신 회보, 13권 2호, 103-114 페이지에 있는 G.Enzner, R.Martin, 및 P.Vary의 주파수 도메인 음향 에코 제거 및 포스트필터링을 위한 구획화된 잔여 에코 전력 추정에 나와 있고, 그것은 다음과 같다:
와 는 각각 신호 x(i)(20) 및 e(i)(34)의 전력 스펙트럼 밀도(PSD) 신호들이고, 는 잔여 에코 임펄스 응답 g(i)=h(i)-w(i)에 대응하는 잔여 에코 전력 전달 함수이며, 여기서 h(i)와 w(i)는 각각 음향 에코 경로 및 에코 제거기(10)의 임펄스 응답들이다.
SAFC(40)는 포스트필터(14)로 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)인 제2제어 신호(44)를 제공하고, 이것은 에코 제거된 마이크 신호 e(i)(34)에 적용된다. 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)는 주파수 도메인 상에서의 포스트필터(14)의 추가 전달 함수 신호(도 2에서 정의됨)이다. 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)는 에코 제거된 마이크 신호 e(i)(34)의 잔여 에코 성분들에대한 효과적 억제를 담당함으로써, 유용한 신호 부분인 s(i)+n(i)의 청각적인 왜곡을 발생시키지 않는다. MMSE 지향 최적의 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)가 수학식 2와 같이 DFT 도메인 상의 뷔너(Wiener) 필터에 의해 주어진다.
포스트필터 가중 신호 H(k)(44)는 본 발명에 따라 이하에서 결정되는 잔여 에코 전력 전달 함수 를 포함하는, 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)와 동일한 패러미터들에 좌우된다. 수학식 1과 2로부터 μ(k)+H(k)=1이라는, 신호 처리 80권, 11호, 2295-2305 페이지의 E.Hansler 및 G.U.Schmidt의 핸즈-프리 전화기-에코 제거 및 포스트필터링의 공동 제어의 결론과 일치하는 결과가 나온다.
적응 필터들에 대한 이론 및 연구(Prentice Hall 출판사 2002년 판 A.Mader, H.PUder, 및 G.U. Schmidt의 음향 에코 제거 필터들을 위한 스텝-사이즈 제어-개요;2002년 3-4월, 유럽 통신 회의시 G.Enzner, R.Martin, 및 P.Vary의 주파수 도메인 음향 에코 제거 및 포스트필터링을 위한 구획된 잔여 에코 전력 추정)로부터 수학식 1과 2의 구현에 필요한 잔여 에코 전력 전달 함수 의 신뢰성 있는 추정치를 발견하기가 매우 어렵다는 것을 인식할 수 있었다. 본 발명에 따르면, 에 대한 간단한 통계적 추정기가 다음 문단에서 설명된 것과 같이 사용된다.
수학식 1의 최적 스텝-사이즈 신호(42)는 다음과 같이 추정될 수 있다.
은 미리 선택된 상수이다. 이론적으로 의 고유 선택이 음성 신호 x(i)(20)와 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34) 사이에 db이라는 에코 리턴 로스(ERL)가 도출된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 미리 선택된 의 값은 에코 제어 모듈(21)의 목표 수렴도(목표 정확도)로서 이해될 수 있다.
수학식 3을 이용해 추정된 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)가 주어지면, Prentice Hall 출판 적응 필터 이론에서 S.Haykin에 의해 기술된 방법을 따라 에코 제거기(10)의 통계적 수렴 분석을 수행하는 것이 가능하게 된다. 그 결과는 잔여 에코 전력 전달 함수 에 대해, 시간에 따라 가변되는 일차 차분 방정식이 된다:
수학식 (4)는 목표 수렴치 및 근사된 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)의 선택에 따라서만 달라진다. 어떤 초기 조건이 주어질 때, 수학식 4는 잔여 에코 전력 전달 함수 의 미지의 값에 대해 각각의 프레임 인덱스 "k" 마다 반복해서 구해질 수 있다. 그 해답은 수학식 2를 이용하는 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)를 결정하는데 사용될 수 있다.
수학식 3에서 스텝-사이즈 신호 μ(k)(42)의 근사는 매우 간단하기 때문에 에코 제거기(10)는 당연히 차최적으로(sub-optimum) 작동한다. 차최적 에코 제거기(10)가 주어지면, 수학식 4와 2에 따른 포스트필터(14)는 MMSE 지향시 통계적으로 거의 최적이 된다. 따라서, 포스트필터(14)는 에코 제거기(10)의 취약성을 어느 정도 정정할 수 있다.
그러면 수학식 2-4에서 기술된 알고리즘의 구현을 위해, 도 3에 도시된 SAFC(40)는 음성 신호 x(i)(20)의 제1전력 스펙트럼 밀도 신호 (46)를 제공하는 제1전력 스펙트럼 밀도(PSD) 수단(40b), 에코 제거된 마이크 신호 e(i)(34)의 제2전력 스펙트럼 밀도 신호 (48)를 제공하는 제2전력 스펙트럼 밀도(PSD) 수단(40c), 제1 및 제2전력 스펙트럼 밀도 신호 (46) (48)에 각각 응답하는 통계적 적응 필터 추정기(SAFE)(40a)를 포함하여, 수학식 2-4를 이용해 제1 및 제2제어 신호들(42 및 44)을 결정 및 제공한다. SAFE(40a)는 또한 상수를 미리 선택한다. 신호 프레임들을 결정하기 위한 윈도윙 기능은 PSD 블록들(40b 및 40c)에 포함된다.
도 4a, 4b, 및 4c는 각각 도 3의 블록들(10, 12 및 14)의 구성을 보인 것이다. 이 블록들의 구성은 이 분야의 당업자에게 잘 알려져 있으며, 여기에서는 예로서 도시된다. 신호들 x(i)(20) 및 e(i)(34)의 윈도윙은 각각 블록들(50 및 60, 그리고 70 및 80)을 이용해 구현된다. DFT는 블록들(52, 62 및 82)에 의해 수행되고, 역이산 퓨리에 변환(IDFT)은 블록들(56 및 82)에 의해 수행되며, 곱셈 연산은 블록들(54, 64, 66 및 84)에 의해 각각 수행된다. 도 4b의 추가 제어 신호(15)의 그레디언트는 정규화된 최소 제곱 평균(NLMS) 유형의 알고리즘을 소정 기준으로 사용함으로써 결정되는데, 가령 그 기준은 다음과 같이 DFT 도메인 상에서 표현될 수 있다.
블록들(58, 72 및 88)에 의해 수행되는 선형화는 DFT/IDFT에 의해 발생된 주기적 컨볼루션/상관 성분들을 제거하는데 사용된다. 블록들(10 및 12)은 모두, 그 편차가 Prentice Hall 출판사의 2002년 판 S.Haykin의 적응 필터 이론 7장과, E.Ferrara의 주파수 도메인 적응 필터링, Prentice Hall 출판사의 1985년 판, C.Cowan, P.Grant의 적응 필터들에서 알 수 있다. 마지막으로, 그레디언트 적응 수단(12)의 블록(74)은 에코 제어기(10)에 의해 요구되는 제어 신호(15)를 계산하기 위한 덧셈 연산을 수행한다:W(k+1)=W(k)+ΔW(k).
도 3 및 4은 본 발명에 따른, 에코 제거 시스템(11) 구현의 일례를 도시한 것이다. 그러나, 다른 많은 가능한 변형들이 있을 수 있다. 예를 들어, 어떤 변형이 이뤄진 보다 진보한 실시예에서, 차분 방정식 4의 해는, 최적 스텝-사이즈 신호의 보다 나은 근사값을 찾기 위해 수학식 1 안에 대입될 수 있다. 그러면 전체적인 구조는 음향 에코 제어 문제에 대해, 훨씬 더 정밀하고 근사된 해를 지원한다. 상술한 방법은 기본적으로 본 발명의 직관적 구현예로서 간주되었다. 이것 역시 도 5에 도시된 것과 같은 동작 단계들을 함축한다.
도 5는 에코 제거를 최적화하는 통계적 적응 필터 제어기의 수행을 예시한 흐름도를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 방법에서, 일부가 에코 신호 d(i)(22)인 마이크 신호 y(i)(28)가 마이크(18)에 의해 제공지고 음성 신호 x(i)(20)는 전화기 수신 경로에 의해 제공된다(100 단계). 상기 에코 신호는 음성 신호 x(i)(20)에 응하여 확성기(16)에 의해 제공되는 음향 출력 신호에 대한 마이크 응답이다. 다음 단계(101 단계)에서, 상수 는 SAFC(40)의 SAFE(40a)에 의해 미리 선택된다. 다음 단계(102 단계)에서, 각각 음성 신호 x(i)(20)와 에코 감소된 마이크 신호(34)의 전력 스펙트럼 밀도 신호 (46) (48)들이 결정된다. 다음 단계(104단계)에서, SAFC(40a)에 의해 수학식 3을 이용한 스텝-사이즈 신호 μ(k)가 결정된다. 다음 단계(106 단계)에서, 잔여 에코 전력 전달 함수 가 수학식 4를 풀어서 정해지고 SAFE(40a)에 의해 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)가 수학식 2를 이용해 결정된다. 다음 단계(108 단계)에서, 스텝-사이즈 신호 μ(k)는 그레디언트 적응 수단(GAM)(12)으로 제공되고 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)는 SAFE(40a)에 의해 포스트필터(14)로 제공된다. 106 단계 후, 프로세스는 병렬로 일어나는 두 과정들을 개시하는 단계들(110 및 116)로 계속된다.
110 단계에서, 추가 제어 신호(15)의 그레디언트 신호 ΔW(k)는 그레디언트 적응 수단(12)에 의해 수학식 5를 이용해 정해지고, 상기 수단(12)은 덧셈 연산을 더 수행하고 W(k+1)=W(k)+ΔW(k) 에코 제거기(10)로 W(k+1)을 제공한다. 다음 단계(112 단계)에서, 에코 제거기(10)는 추정 에코 신호 d'(i)를 가산기(30)로 제공한다. 다음 단계(114 단계)에서, 에코 감소된 마이크 신호 e(i)(34)는 가산기(30)에 의해 출력되어 GAM(12), 포스트필터(14) 및 SAFC(40)의 전력 스펙트럼 밀도 수단(40b)으로 보내진다.
다음 단계(116 단계)에서, 포스트필터(14)는 고품질의 왜곡되지 않은(에코가 강력히 제거된) 마이크 신호(36)를 출력하기 위해 에코 감소된 마이크 신호(34)에 가중치를 부과하는 포스트필터 가중 신호 H(k)(44)를 이용해 에코 감소된 마이크 신호(34)의 잔여 에코 성분을 추가로 감소시킨다.
114 및 116 단계 후, 다음 단계(120 단계)에서, 통신(가령, 전화 통화)이 아직 이뤄지고 있는지에 대한 판단이 이뤄진다. 통신이 이뤄지고 있지 않으면 프로세스는 중단된다. 통신이 여전히 수행 중이면, 프로세스는 102 단계로 돌아간다.

Claims (23)

  1. 에코 제거 시스템(11)에 있어서,
    음성 신호(20)에 응하여 음향 출력 신호를 제공하는 확성기(16)로부터의 에코 신호(22)에 반응하여, 마이크 신호(28)의 성분인 에코 신호를 제공하는 마이크(18); 및
    상기 음성 신호(20) 및 에코 감소된 마이크 신호(34)에 반응하여 제1제어 신호(42)를 에코 제거 모듈(21)로 제공하고 제2제어 신호(44)를 포스트필터(14)로 제공하는 통계적 적응 필터 제어기(40)를 포함하고,
    상기 제1 및 제2제어 신호들은 상기 통계적 적응 필터 제어기에 의해 공동으로 정해져서 주파수 도메인에서 상기 에코 신호 제거를 최적화하기 위해 제공되며, 상기 제1제어 신호(42)는 다음 식,
    에 따라 정해지고, 이 식에서 은 소정 상수이고, 및 는 각각 음성 신호(20) 및 에코 감소된 마이크 신호(34)의 전력 스펙트럼 밀도 신호들이며, 는 프레임 시간 인덱스임을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1제어 신호(42)는 소정 기준에 따라 에코 제거 모듈(21)의 에코 제거기(10)로 제공되는 에코 전달 함수 신호(15)의 점진적(gradient) 변화를 결정하는데 사용되는 스텝-사이즈 신호임을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2제어 신호(44)는 포스트필터(14)의 추가 전달 함수 신호이고, 상기 추가 전달 함수 신호는 에코 감소된 마이크 신호(34)에 가중치를 부과함을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    에코 감소된 마이크 신호(34) 및 제2제어 신호(44)에 반응하여, 출력 시스템 신호(36)를 제공하는 포스트필터(14)를 더 구비함을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음성 신호(20), 제1제어 신호(42), 및 에코 감소된 마이크 신호(34)에 반응하여 에코 추정 신호(32)를 가산기(30)로 제공하는 에코 제거 모듈(21)을 더 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 에코 제거 모듈(21)은 음성 신호(20) 및 에코 전달 함수 신호(15)에 반응하여 상기 가산기(30)로 에코 추정 신호(32)를 제공하는 에코 제거기(10)를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 에코 제거 모듈(21)은 음성 신호(20) 및 제1제어 신호(42)에 반응하여 에코 제거기(10)로 에코 전달 함수 신호(15)를 제공하는 그레디언트 적응 수단(12)을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    에코 감소된 마이크 신호(34) 및 제2제어 신호(44)에 반응하여 출력 시스템 신호(36)를 제공하는 포스트필터(14)를 더 구비함을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    마이크 신호(28)와 에코 추정 신호(32)에 반응해 에코 감소된 마이크 신호(34)를 제공하는 가산기(18)를 더 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 통계적 적응 필터 제어기(40), 에코 제거 모듈(21), 및 포스트필터(14)는 주파수 도메인에서 동작하고, 상기 제1 및 제2제어 신호들 역시 주파수 도메인에서 제공됨을 특징으로 하는 시스템.
  12. 에코 제거 시스템(11)에 있어서,
    음성 신호(20)에 응하여 음향 출력 신호를 제공하는 확성기(16)로부터의 에코 신호(22)에 반응하여, 마이크 신호(28)의 성분인 에코 신호를 제공하는 마이크(18); 및
    상기 음성 신호(20) 및 에코 감소된 마이크 신호(34)에 반응하여 제1제어 신호(42)를 에코 제거 모듈(21)로 제공하고 제2제어 신호(44)를 포스트필터(14)로 제공하는 통계적 적응 필터 제어기(40)를 포함하고,
    상기 에코 제거 모듈(21)은 시간 도메인에서 동작하고 상기 포스트필터(14)는 주파수 도메인에서 동작하고, 상기 제1제어 신호는 시간 도메인에서 제공되고, 상기 제2제어 신호는 주파수 도메인에서 각각 제공됨을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 주파수 도메인은 이산 퓨리에 변환(DFT) 도메인에서 구현됨을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 통계적 적응 필터 제어기(40)는,
    상기 음성 신호(20)에 반응하여 그 음성 신호(20)의 제1전력 스펙트럼 밀도 신호(46)를 제공하기 위한 제1전력 스펙트럼 밀도 수단(40b);
    상기 에코 감소된 마이크 신호(34)에 반응하여 그 에코 감소된 마이크 신호(34)에 대한 제2전력 스펙트럼 밀도 신호(48)를 제공하기 위한 제2전력 스펙트럼 밀도 수단(40c); 및
    상기 제1 및 제2전력 스펙트럼 밀도 신호들(46, 48)에 반응하여 제1 및 제2제어 신호들(42, 44)을 제공하기 위한 통계적 적응 필터 추정기(40a)를 더 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1제어 신호(42)는, 상기 에코 제거 모듈(21)의 에코 제거기(10)에 제공되는 에코 전달 함수 신호(15)의 점진적 변화를 결정하기 위해 소정 기준에 따라 사용되는 스텝-사이즈 신호임을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제2제어 신호(44)는 포스트필터(14)의 추가 전달 함수 신호이고, 상기 추가 전달 함수는 에코 감소된 마이크 신호(34)에 가중치를 부과하고 다음과 같이 결정되며,
    ,
    상기 는 의 차분 방정식의 해에 의해 결정됨을 특징으로 하는 시스템.
  17. 음향 에코 제어 방법에 있어서,
    음성 신호(20)에 응답하여 음향 출력 신호를 제공하는 확성기(16)로부터의 에코 신호(22)에 반응하는 마이크(18)의 마이크 신호(28)의 한 성분인 에코 신호를 제공하는 단계(100); 및
    상기 음성 신호(20)와 에코 감소된 마이크 신호(34)에 반응하는 통계적 적응 필터 제어기(40)에 의해 제1제어 신호(42)를 에코 제거 모듈(21)로, 제2제어 신호(44)를 포스트필터(14)로 제공하는 단계(108)를 포함하고,
    상기 제1 및 제2제어 신호들은 상기 통계적 적응 필터 제어기에 의해 공동으로 정해져서 주파수 도메인에서 상기 에코 신호 제거를 최적화하기 위해 제공되며, 상기 제1제어 신호(42)는 다음 식,
    에 따라 정해지고, 이 식에서 은 소정 상수이고, 및 는 각각 음성 신호(20) 및 에코 감소된 마이크 신호(34)의 전력 스펙트럼 밀도 신호들이며, 는 프레임 시간 인덱스임을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1제어 신호(42)는, 소정 기준에 따라 에코 제거 모듈(21)의 에코 제거기(10)로 제공되는 에코 전달 함수 신호(15)의 점진적 변화를 결정하는데 사용되는 스텝-사이즈 신호임을 특징으로 하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제2제어 신호(44)는 포스트필터(14)의 추가 전달 함수 신호이고, 상기 추가 전달 함수 신호는 에코 감소된 마이크 신호(34)에 가중치를 부과함을 특징으로 하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2제어 신호들(42, 44)을 제공하는 단계(108) 이전에,
    통계적 적응 필터 제어기(40)에 의해 상기 제1 및 제2제어 신호들을 결정하는 단계(104, 106)를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 통계적 적응 필터 제어기(40)에 의해 제공된 제1제어 신호(40)를 이용해 에코 제거 모듈(21)에서 에코 추정 신호(32)를 결정하는 단계(112); 및
    가산기(28)에 의해 상기 에코 추정 신호(32)를 마이크 신호(18)에 더함으로써 에코 감소된 마이크 신호(34)를 결정하는 단계(114)를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 포스트필터(14)에 의해, 상기 통계적 적응 필터 제어기(40)에 의해 제공된 제2제어 신호를 이용하여 출력 시스템 신호(36)를 결정하는 단계(116)를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  23. 에코 제거 시스템(11)에 있어서,
    음성 신호(20)에 응하여 음향 출력 신호를 제공하는 확성기(16)로부터의 에코 신호(22)에 반응하여, 마이크 신호(28)의 성분인 에코 신호를 제공하는 마이크(18); 및
    상기 음성 신호(20) 및 에코 감소된 마이크 신호(34)에 반응하여 제1제어 신호(42)를 에코 제거 모듈(21)로 제공하고 제2제어 신호(44)를 포스트필터(14)로 제공하는 통계적 적응 필터 제어기(40)를 포함하고,
    상기 제1 및 제2제어 신호들은 주파수 도메인에서 에코 신호의 제거를 최적화하기 위해 제공되고,
    및 가 각각 음향 에코 경로 및 상기 에코 제거기 모듈(21)의 에코 제거기(10)의 임펄스 응답들일 때, 잔여 에코 임펄스 응답인 에 상응하는 잔여 에코 전력 전달 함수 는 이하의 차분 방정식의 해로서 정해지고
    ,
    이때 는 소정 상수이고, 는 제1제어 신호(42)이며 는 프레임 시간 인덱스임을 특징으로 하는 시스템.
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