KR100827146B1 - 이동 단말에서 반향 제거 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 단말을 일반적인 통화이외의 화상회의나 스피커폰 모드로 구동시킬 시에 발생하는 반향신호(Echo)를 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 동시 통화 검출기에서 출력되는 신호를 다운 샘플러에서 저역 통과 필터링을 거친 후 다운 샘플링하여 반향 제거기로 입력하고, 상기 반향 제거기에서 출력된 잔여 반향 신호를 출력하고, 상기 신호를 업 샘플러에서 제로 패딩을 시킨 후 저역 통과 필터링을 거쳐 보코더로 입력하여 종래의 NLMS 알고리즘을 사용하는 반향 제거기에 비해 연산량 및 메모리 사용량을 줄이면서도 반향 제거 성능은 우수한 방법 및 장치를 제공한다.

AES, 반향제거, NLMS, tap

Description

이동 단말에서 반향 제거 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ELIMINATION ACOUSTIC ECHO IN MOBILE TERMINAL}

도 1은 일반적인 이동 단말에 장착되는 반향 제거기의 블록도,

도 2는 일반적인 이동 단말에 구비된 반향 제거기의 블록 구성도,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 단말에 구비된 반향 제거 장치의 구성도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 단말에서 반향 신호를 제거하는 과정을 도시한 흐름도,

도 5는 본 발명과 종래 기술에서의 반향 성분 제거 능력을 시각적으로 도시한 도면.

본 발명은 반향(Echo) 제거 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 통화시 발생하는 반향 신호를 제거하는 방법 및 장치에 관 한 것이다.

일반적으로 반향이란, 음원(音源)에서 나온 음파가 물체 면에서 반사하여 다시 들려오는 현상을 일컫는 것이다. 이런 반향은 일상 생활에서도 쉽게 찾을 수 있는 것으로 단순한 1회 반사의 예로 메아리가 있다. 반향과 대별되는 것으로 직접 음이 있다. 상기 직접 음이란, 물체 면에서 반사되지 않고 직접 들리는 음을 말한다. 따라서 반향은 감각적으로는 직접 음보다 약 0.05초 이상 늦게 도달하는 반사 음으로서, 직접 음과 구별할 수 있게 들린다. 한편, 실내나 동굴 안과 같이 반사면을 가진 구조물의 내부에서는 반사가 여러 차례 반복될 뿐 아니라 반사파의 방향도 각각이어서 복잡하게 울린다. 이것은 다중반향의 예이며, 잔향(殘響)이라고도 한다.

한편, 현대 사회는 정보화 사회로 빠르게 발전하고 있다. 이러한 정보화 사회로 진행하는 과정에서 통신 수단은 매우 중요한 요소로 부각되고 있다. 상기한 통신 수단은 사회의 발전에 더불어 유선 통화 방식에서 무선 통신 방식으로 바뀌어 가고 있으며, 보다 편리한 통화 환경을 제공하기 위해 송수화기를 사용하지 않고 마이크와 스피커를 이용하는 핸드프리(Hand-free) 방식으로 발전해가고 있다. 이러한 핸드프리 방식은 자동차용 핸드프리 전화기, 원거리 회의 시스템, 스피커 폰(Speaker-phone) 시스템, IMT-2000(International Mobile Telephone) 단말기 등에 응용할 수 있으며, 사용 범위가 점차 확대되고 있다.

그러나 일반적으로 사람과 기계장치간의 자연스러운 음성통신을 하는데 있어 스피커와 마이크로 이루어진 통신 수단에서는 스피커에서 출력된 음성 또는 음향이 마이크로 입력되는 것을 고려하여야 한다. 즉, 반향 성분을 고려해야만 원활한 통화를 할 수 있다. 왜냐하면, 전 이중(full duplex) 방식의 핸드프리 음성 통화 시스템에서 반향 성분을 적절히 제거하지 않는다면 원단화자(Far-End-User)는 근단화자(Near-End-User)의 음성 신호와 함께 자신이 한 말을 일정 시간 후에 다시 듣게 된다. 즉, 통화 중에 메아리와 같은 현상을 느끼게 될 수 있다. 이러한 현상으로 인하여 음성 통화를 하는 사람들은 통화 시에 이질감을 느끼게 되어 통화에 불편함을 초래한다.

이러한 반향이 발생하는 이유는 스피커를 통해 출력된 원단화자 신호가 반향 경로를 경유하여 마이크로폰으로 잡음과 함께 입력되어 다시 원단화자에게 송신되게 되므로 발생한다. 그 결과 원단화자는 근단화자 신호와 더불어 원치 않는 반향 신호를 수신하게 되는 것이다. 이러한 현상을 통신 공학에서는 하울링 현상이라고도 한다. 또한 반향 신호의 영향은 반향 신호의 크기와 지연시간에 비례하여 증가하는 특성을 가진다.

일반적인 음성 통화 뿐 아니라 화상회의 또는 스피커폰 모드로 이동 단말을 동작할 시엔 반향 신호의 반향 경로가 시간에 따라 매우 빠르게 변하게 된다. 예를 들어, 화상회의 중에 회의 참석자가 머리, 팔, 어깨 등을 움직이는것에 대해서도 반향 경로에 영향을 미치게 된다.

따라서 현재 이동 단말에는 상기와 같은 반향 현상을 제거하기 위하여 반향 제거기(Acoustic Echo Cancellation : 이하 "AEC"라 함)를 사용한다. 상기 반향 제거기는 원단화자의 음성 신호와 근단화자 신호로 입력되는 반향 신호를 적응 알고 리즘(Adaptive Algorithm)을 이용하여 추정한 후 차감하는 원리를 이용한다.

상기 적응 알고리즘을 사용하는 이유는 반향 제거기의 대표적인 입력신호인 음성 신호가 이웃 샘플들간의 상관도가 매우 높고 통계적 특성이 비정적이기 때문이다. 따라서 주위 환경에 따라 필터계수가 변하는 적응 알고리즘을 사용하여 반향 제거기를 구성해야 한다.

따라서 상기의 반향 제거기는 시간에 따라 변하는 반향 경로를 추정하여 반향 신호를 추정하는 적응 필터(Adative Filter) 기법이 활용되고 있다. 상기 적응 필터에는 구조가 간단하고 안정한 수렴을 위해 정규화된 최소 제곱 평균(Normalized Least Mean Square :이하 "NLMS"라 함) 알고리즘이 널리 사용되고 있다.

그러면 이하에서 도 1과 도 2를 참조하여 현재 이동 단말에 구비된 NLMS 알고리즘을 사용하는 반향 제거기에 대해 설명하기로 하겠다.

도 1은 이동 단말에 구비된 일반적인 반향 제거 장치의 블록 구성도이다. 이하 도 1을 참조하여 일반적인 반향 제거 장치의 블록 구성과 그 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

상기 도 1은 이동 단말에 구비된 반향 제거기와 그 주변 회로의 구성이다. 먼저 상기 주변 회로에는 원단화자 신호

(100)를 입력받아 출력하는 스피커(102)와 근단화자의 음성 신호

(130) 및 잡음 신호

(140)를 전기적인 음성 신호로 변환하는 마이크로폰(103)을 구비한다. 또한 마이크로폰(103)은 스 피커(102)를 통해 출력된 원단 화자의 출력 신호

(101)가 상기 근단화자의 음성 신호(130) 및 잡음 신호(140)와 함께 입력된다.

상기 마이크로폰의 출력 신호

(104)는 동시통화 검출기(106)로 입력된다. 상기 동시통화 검출기(106)는 원단화자의 음성 신호(100) 검출 여부에 따라 출력되는 경로를 설정한다. 즉, 동시통화 검출기(106)는 원단화자의 음성 신호(100)가 존재하는 경우에 반향 제거기(116)로 입력된 신호(104)를 출력하며, 원단화자의 음성 신호(100)가 존재하지 않는 경우에 입력된 신호(104)를 스위치(112)로 출력한다. 이와 같이 동시통화 검출기(106)에서 서로 다른 경로를 통해 출력하도록 하는 이유는 동시통화가 발생할 경우에 스피커(102)로부터 출력된 원단화자의 신호를 반향 제거기(116)를 통해 제거하기 위함이다.

상기 반향 제거기(116)는 앞에서 전술한 바와 같이 NLMS 알고리즘을 이용한 장치로, 원단화자의 신호를 입력받고, 동시통화 검출기(106)로부터 수신된 신호(104)에서 반향 경로를 통해 수신된 원단화자의 신호(101)를 제거하는 동작을 수행한다. 따라서 반향 제거기(116)는 원단화자의 신호(100)가 존재할 경우 입력된 신호

(104)로부터 이를 제거한 신호

(120)를 출력한다.

다음으로 스위치(112)는 반향 제거기(116)로부터 입력되는 신호 또는 동시통화 검출기(106)로부터 출력된 신호를 보코더(160)로 입력하도록 스위칭 동작을 수행한다. 즉, 스위치(112)는 반향 제거기(116)로부터 출력이 존재할 경우 반향 제거 기(116)와 보코더(160)를 연결하며, 반향 제거기(116)로부터 출력이 존재하지 않고 동시통화 검출기(106)로부터 출력이 존재하는 경우 동시통화 검출기(106)와 보코더(160)간을 연결한다.

상기 도 1에서 보코더(160)는 송신 신호를 처리하는 보코더(160)와 수신 신호를 처리하는 보코더(161)로 구분하여 도시하였다. 그러나 실제로 이동 단말에 칩으로 구성될 경우에 하나의 칩에서 수신 신호와 송신 신호를 동시에 처리하도록 구성할 수 있다. 상기 도 1에서는 설명의 편의를 위해 송신할 신호를 처리하는 보코더(160)와 수신할 신호를 처리하는 보코더(161)를 구분하여 도시한 것이다.

도 2는 상기 도 1에 도시한 반향 제거기의 개략적인 동작을 설명하기 위한 단순화한 모델이다. 이하 도 2를 참조하여 반향 제거기(116)의 개략적인 동작과 신호의 흐름에 대하여 더 상세히 살펴보기로 한다.

상기 도 2에서는 간략화를 위해 원단화자 신호

(100)를 입력받는 스피커(102)와, 근단화자 신호

(130)와 주변 잡음 신호

(140) 및 반향되어 입력되는 원단화자의 신호를 수신하여 전기적인 신호로 변환하는 마이크로폰(103)과 반향 제거기(116) 및 반향 제거기(116)로부터 출력과 마이크로폰(103)의 출력 신호의 차를 계산하는 가산기(206)만을 도시하였다.

상기 스피커(102)는 앞에서 상술한 바와 같이 상기 원단화자 신호

(100)를 입력받아 출력한다. 그리고 상기 마이크로폰(103)은 근단화자 신호

(130)와 상기 근단화자 주변의 잡음

(140)와 상기 스피커(102)로부터 출력된 상기 원단화자 신호

(100)가 반향 경로를 거친 반향 신호

(101)를 수신한다. 이와 같이 수신된 신호들은 마이크로폰(103)에 의해 모두 하나의 신호 형태로 합쳐져서 전기적인 신호로 변환되며, 상기 전기적인 신호로 변환된

(104) 신호를 출력한다.

한편, 상기 반향 제거기(116)는 상술한 바와 같이 NLMS 알고리즘을 적용한 적응 필터를 사용한다. 상기 반향 제거기(116)는 상기 원단화자 신호

(100)를 입력받아 반향 추정신호

(204)를 생성하여 출력한다. 이와 같이 반향 제거기(116)에서 출력된 반향 추정신호(204)는 가산기(206)로 입력된다. 따라서 가산기(206)는 상기 마이크로폰(103)으로부터 출력된 전기적인 신호(104)에서 상기 반향 추정신호(204)를 차를 계산하여 출력한다. 이와 같이 출력된 차의 신호는 잔여 반향 신호

(120)로서, 도 2에 도시하지 않은 보코더(160)로 입력되며, 동시에 상기 반향 제거기(116)로 입력되어 적응 필터의 추정 능력을 제어한다.

앞에서 상술한 바와 같이 상기 가산기(206)는 상기 마이크로폰(103)에서 출력된 상기

신호(104)와 상기 반향 제거기(116)에서 출력된 상기 반향 추정신호

(204)를 감산하여 잔여 반향 신호

(120)를 출력한다. 따라서 상기 마이크로폰(103)에서 출력되는 신호

(104)는 하기의 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 반향 제거기(116)는

(100)를 참조 입력 신호(reference input signal)로 하여 예측된 반향 신호

(204)를 하기의 <수학식 2>를 이용하여 생성한다.

상기 <수학식 2>에서

(100)의 전치행렬이며,

는 상기 적응 필터의 계수를 의미한다. 상기 적응 알고리즘을 이용한 반향 제거기(116)는 매순간 반향 성분을 추정하여 추정된 값(204)과 실제 반향 성분의 차이 즉 오차가 작아지도록 필터계수를 조정해야한다.

상기 도 2에서 가산기(206)는

(104)에서 상기의 <수학식 2>에서 구한

(204)을 감산해줌으로써 잔여 반향 신호

(120)의 평균 파워를 구하게 되는데 이는 하기의 <수학식 3>과 같다.

상기 <수학식 3>에서 구한 잔여 반향 신호

(120)를 이용하여 상기 반향 제거기(116)의 적응 필터의 계수인

를 구하여 새로운 반향 성분을 추정하여야 하는데 이는 하기의 <수학식 4>와 하기 <수학식 5>를 이용한다.

상기 <수학식 4>에서

는 새로운 반향 성분을 추정하기 위해 업데이트된 적응필터 계수이며,

는 이동 단말 중 슬라이드형과 폴더형같이 기구적인 특성이 다름으로써 생기는 특성을 고려한 값이다. 상기 <수학식 5>는 상기 적응필터가 방향신호를 추정하기 위한 원단화자 신호인

(100)의 값들이며 이를 칼럼 행렬로 나타낸 것이다. 상기 <수학식 5>에서 n은 반향 신호의 경로 길이인 적응 필터의 탭(tap) 수를 나타낸다.

상술한 바와 같은 현재 이동 단말에 적용된 반향 제거기는 반향 경로가 짧은 일반적인 통화에서는 우수한 반향 제거 성능을 보여준다. 하지만, 이동 단말에서 화상 회의 또는 스피커 폰 모드 등의 모드로 동작할 경우에 반향 경로의 길이가 길어지게 된다. 이와 같이 반향 경로의 길이가 길어지는 경우 적응 필터의 길이 즉, n 값이 커지게 된다. 결과적으로 상기 <수학식 2>와 상기 <수학식 4>에서 알 수 있는 바와 같이 보다 긴 시간의 지연 값들을 추정하여 계산해야 하므로 전체 연산량이 증가되게 된다.

또한 이동 단말을 스피커폰 모드로 전환하게 되면, 이동 단말의 스피커의 볼륨은 높아지고 이동 단말의 마이크로폰의 감도 또한 민감하게 셋팅 된다. 그러면 상기 스피커를 통해서 출력된 원단화자의 음성이 벽이나 물체들에 반사되거나 혹은 직접 고감도의 마이크로폰을 통해서 원단화자에게 들리게된다. 이때 벽이나 물체에 반사된 반향 신호들의 경로가 증가되어 이를 제거하기 위해서는 NLMS 알고리즘의 적응 필터 탭(tap) 수를 증가시켜야 한다.

일반적으로 AEC의 경우 64ms ~ 128ms 정도의 경로 지연에 최적으로 설계되어 있으며 8KHz의 표본화 주파수를 갖는 디지털 신호에서는 적응 필터의 탭 수가 512 ~ 1024 탭이 된다. 그러나 이동 단말은 메모리와 배터리의 제한으로 인하여 상술한 바와 같은 복잡한 연산량을 수행하기가 어렵다.

따라서 본 발명의 목적은 이동 통신 시스템의 이동 단말에서 연산량을 크게 증가시키지 않으면서 각 모드에 적응적인 반향 제거기 장치와 그 제어 방법을 제공 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동통신 시스템의 이동 단말에서 화자의 거리에 따라 변화하는 반향 성분을 효과적으로 제거하기 위한 반향 제거 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템의 이동 단말에서 적응 필터의 탭 수를 크게 증가시키지 않고 적응적으로 반향 성분을 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템의 이동 단말에서 메모리를 크게 증가시키지 않고 반향 성분을 효과적으로 제거하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 마이크로폰으로부터의 입력 신호와 원단화자가 동시에 존재하는가를 검출하여 동시에 존재할 시 제1경로로 출력하며, 동시에 존재하지 않을 시 제2경로로 출력하는 동시통화 검출기와, 상기 제1경로의 출력단에 연결되어 입력된 신호의 샘플링 율을 낮추는 다운 샘플러와, 상기 다운 샘플러의 출력과 상기 원단화자의 신호를 수신하여 상기 원단화자의 반향을 추정하고, 추정된 값을 제거하는 반향 제거기와, 상기 반향 제거기의 출력에 제로 패딩하여 업 샘플링을 수행하는 업 샘플러와, 상기 업 샘플러의 출력 또는 제2경로의 출력 중 하나를 보코더로 연결하는 스위치를 포함함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 원단화자 신호와 근단화자 신호를 입력받아 반향 신호를 제거하는 반향 제거기를 구비한 이동 단말에서 반향 을 제거하는 방법에 있어서, 동시통화가 검출될 시 출력되는 신호를 수신하여 저역 통과 필터링한 후 다운 샘플링을 수행하여 과정과, 원단 화자의 신호를 이용하여 반향 신호를 추정하고, 상기 다운 샘플링된 신호에서 상기 추정된 반향 신호를 제거하여 잔여 반향 신호를 출력하는 과정과, 상기 잔여 반향 신호에 제로 패딩하여 업 샘플링한 후 저역 필터링 하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하겠다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호를 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반향 제거기(Acoustic echo canceller : AEC)와 그 주변 회로의 블록 구성도이다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 반향 제거기 및 그 주변 장치의 블록 구성과 그 동작에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 상기 주변 회로에는 원단화자 신호

(100)을 입력받아 출력하는 스피커(102)와 근단화자의 음성 신호

(130) 및 잡음 신호

(140)를 전기적인 음성 신호로 변환하는 마이크로폰(103)을 구비한다. 또한 마이크로폰 (103)은 스피커(102)를 통해 출력 및 반향된 원단화자의 출력 신호

(101)가 상기 근단화자의 음성 신호(130) 및 잡음 신호(140)와 함께 입력된다. 이외에 상기 도 3에 도시된 반향 제거 장치는 상기 도 1에 비해 반향 제거기(116)의 앞단과 뒷 단에 다운 샘플러(Down sampler)(300)와 업 샘플러(Up sampler)(302)가 각각 추가되었다.

상기 마이크로폰(103)의 출력 신호

(104)는 동시 통화 검출기(106)로 입력된다. 상기 동시 통화 검출기(106)는 원단화자의 음성 신호(100) 검출 여부에 따라 출력 경로를 설정한다. 즉, 동시 통화 검출기(106)는 원단화자의 음성 신호(100)가 존재하는 경우에 전기적인 신호로 변환된 신호(104)를 다운 샘플러(300)로 출력하며, 원단화자의 음성 신호(100)가 존재하지 않는 경우에 전기적인 신호로 변환된 신호(104)를 스위치(112)로 출력한다.

다운 샘플러(300)는 내부에 저역 통과 필터 부분과 다운 샘플링을 수행하는 부분으로 구성된다. 따라서 상기 다운 샘플러(300)로 입력된 신호 즉, 상기 동시 통화 검출기(106)에서 출력된 신호

(104)는 내부의 저역 통과 필터 부분에서 미리 설정된 낮은 대역의 신호만을 출력하는 필터링을 실시한다. 그런 후, 다운 샘플러(300)의 다운 샘플링 부분에서는 필터링된 디지털 신호 처리를 이용하여 다운 샘플링을 실시한다. 이와 같이 다운 샘플링을 수행함으로써 정보량이 줄어든 신호

(304)를 생성한다. 상기 정보량이 줄어든 신호(304)는 상기 반향 제거기 (116)로 입력된다.

상기 반향 제거거(116)는 앞에서 전술한 바와 같이 NMLS(Normalized least mean square) 알고리즘을 이용한 장치로, 원단화자의 신호(100)를 입력받고, 다운 샘플러(300)로부터 수신된 신호(304)에서 반향 경로를 통해 수신된 원단화자의 신호(101)를 제거하는 동작을 수행한다. 반향 제거 동작을 좀 더 상세히 설명하면 반향 제거기(116)는 다운 샘플링된

(304)로부터 원단화자의 신호(100)를 제거한 신호

(306)를 출력한다.

상술한 바와 같이 다운 샘플링을 하게 되면, 주파수 영역이 다운 샘플링 율 만큼 넓어지게 되어 앨리어싱(aliasing) 현상이 발생하게된다. 따라서, 다운 샘플러(300)에서는 앨리어싱(aliasing)을 방지하기 위해 저역 통과 필터(Low Pass Filter)로 필터링을 해주어야 하는 것이다. 이때 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수는 하기의 <수학식 6>을 이용하여 계산할 수 있다.

상기 <수학식 6>에서 W_{c_down}은 다운 샘플링 시에 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수(Cut-off frequency)를 의미하며, F_s는 상기 다운 샘플러(300)로 입력된 신호

(104)의 샘플링 주기를 나타내며, M은 다운 샘플링 간격을 나타낸다. 그리 고, 상기 다운 샘플러(300)는 샘플링 율이 낮아진 입력 신호

(304)은 반향 제거기(116)로 출력된다.

이렇게 다운 샘플링을 하여 샘플링 율을 낮추어서 NLMS알고리즘을 실시하게 되면 기존 적응 필터의 탭(tap) 수를 다운 샘플링 한 수로 나눈 값만큼의 지연으로 줄일 수 있다. 이는 필터 계수의 수를 줄이게 만들 수 있다.

상기 반향 제거기(116)는 앞에서 전술한 바와 같이 NLMS 알고리즘을 적용한 적응 필터를 이용한 장치로, 원단화자의 신호를 입력받고, 다운 샘플러(300)로부터 수신된 신호(304)에서 반향 경로를 통해 수신된 원단화자의 신호(101)를 제거하는 동작을 수행한다.

종래 기술에서도 설명한 바와 같이 상기 반향 제거기(116)는 상기

(304)가 입력되면 전술한 <수학식 1> 내지 <수학식 5>을 사용하여 잔여 반향 신호

(306)를 출력하게 된다.

다음으로 업 샘플러(302)는 반향 제거기(116)로부터 입력되는 신호

(306)를 제로 패딩시켜 원래의 샘플링 주파수로 복원한다. 이와 같이 복원된 신호를 다시 저역 통과 필터링을 실시하여 고주파 성분을 제거한다. 즉, 상기 업 샘플러(302) 또한 업 샘플링을 수행하는 부분과 필터 부분으로 구분된다. 업 샘플러(302)는 다운 샘플러(300)와 달리 업 샘플링을 수행한 이후에 고주파 성분을 제거하기 위해 저역 통과 필터링을 수행한다. 이를 통해 업 샘플러(302)는 잔여 반 향 신호

(300)를 출력한다. 상기 업 샘플러(302)는 업 샘플링을 수행하기 위해 제로 패딩(Zero-Padding)을 수행한다. 여기서 제로 패딩이란, 상기 다운 샘플러(300)에서 낮춘 샘플링 율을 복원하기 위해서 각 샘플들 사이에 원하는 샘플링 율에 맞도록 "0"을 삽입하는 방식을 의미한다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기 업 샘플러(302)에서 다운 샘플링으로 인하여 줄어든 정보들을 제로 패딩방식을 사용하여 업 샘플링을 실시하게 되면, 주파수 영역이 샘플링 율만큼 줄어들기 때문에 엘리어싱이 발생한다. 따라서 상기 업 샘플러(302)에서도 앨리어싱을 방지하기 위하여 저역 통과 필터로 필터링을 실시해 주어야한다. 이와 같이 저역 통과 필터를 이용하기 위한 차단 주파수는 하기의 <수학식 7>을 이용하여 계산할 수 있다.

상기 <수학식 7>에서 W_{c_up}은 업 샘플링 시에 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수(Cut-off frequency)를 의미하며, F_s는 상기 업 샘플러(302)에 입력된 신호

(306)의 샘플링 주기를 나타내며, L은 업 샘플링 간격을 나타낸다. 상기 <수학식 7>에서와 같이 신호의 샘플링 주기를 업 샘플링 간격으로 나눔으로써 본래의 표본화 주파수를 회복시켜 잔여 반향 신호

(308)를 출력한다.

제로 패딩된 신호는 스위치(112)로 입력된다. 상기 스위치(112)는 업 샘플러(302)로부터 입력되는 신호 또는 동시통화 검출기(106)로부터 출력된 신호를 보코더(160)로 입력하도록 스위칭 동작을 수행한다. 즉, 스위치(112)는 업 샘플러(302)로부터 출력이 존재할 경우 업 샘플러(302)와 보코더(160)를 연결하며, 업 샘플러(302)로부터 출력이 존재하지 않고 동시통화 검출기(106)로부터 출력이 존재하는 경우 동시통화 검출기(106)와 보코더(160)간을 연결한다.

상기 도 3에서 보코더(160)는 송신 신호를 처리하는 보코더(160)와 수신 신호를 처리하는 보코더(161)로 구분하여 도시하였다. 그러나 실제로 이동 단말에 칩으로 구성될 경우에 하나의 칩에서 수신 신호와 송신 신호를 동시에 처리하도록 구성할 수 있다. 상기 도 3에서는 설명의 편의를 위해 송신할 신호를 처리하는 보코더(160)와 수신할 신호를 처리하는 보코더(161)를 구분하여 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 단말에서 반향 신호를 제거하는 과정을 도시한 흐름도이다. 이하 상기 도 4를 참조하여 반향 신호를 제거하는 동작에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

400단계에서 이동 단말의 동시 통화 검출기(106)는 마이크로폰(103)에서 출력되는 전기적으로 변환된 신호(104)와 보코더(161)로부터 수신되는 원단화자 신호

(100)를 입력받는다.

402단계에서 이동 단말의 동시통화 검출기(106)는 상기 원단화자 신호

(100)의 입력 여부에 따라 상기 근단화자 신호

(130)의 유무를 검출 한다. 상기 근단화자 신호

(130)가 있다면 상기 이동 단말의 동시통화 검출기(106)는 414단계로 진행하여 스위치로 상기 근단화자 신호

(130)를 전송한다. 반면에 상기 근단화자 신호

(130)가 없다면 상기 이동 단말의 동시통화 검출기(106)는 404단계로 진행하여 상기

(104)신호를 상기 다운 샘플러(300)로 출력한다.

상기 404단계에서 상기 다운 샘플러(300)는 앨리어싱(aliasing)을 방지하기 위해 상기 입력 신호

(104)를 저역 통과 필터링(Low pass filtering)을 실시한다. 406단계에서 상기 저역 통과 필터링된 신호(104)를 다운 샘플링을 실시하여 샘플링 율을 낮추어 상기 반향 제거기(116)로 출력한다.

그리고 408단계에서 상기 반향 제거기(116)는 상기 원단화자 신호(100)를 근거로 반향 성분이 제거된 잔여 반향 신호(306)를 출력한다. 그런 후 410단계에서 상기 업 샘플러(302)는 다운 샘플링으로 인해 샘플링 율이 낮아진 잔여 반향 신호의 샘플링 율을 높이기 위해 상기 잔여 반향 신호(306)를 제로 패딩(Zero-padding)한다. 412단계에서 이와 같이 제로 패딩한 신호의 처리가 이루어진다. 즉, 412단계에서 업 샘플러(302)는 샘플링 율을 높임으로 인해 발생하는 앨리어싱(aliasing)을 방지하기 위해 내부에 구비된 저역 통과 필터를 이용하여 저역 필터링을 수행한다. 이와 같이 저역 필터링된 신호(308)는 상기 스위치(112)로 입력된다.

따라서 414단계에서 상기 스위치(112)는 상기 412단계 또는 상기 402단계에 서 입력된 신호 중 하나의 신호를 선택하여 보코더(160)로 출력한다. 그러면 상기 보코더(160)는 416단계에서 입력된 신호의 인코딩을 수행한다.

그러면 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 반향 제거 효과를 시뮬레이션 결과를 통해 확인해 보기로 한다. 도 5는 원단화자 신호와 근단화자 신호를 근거로 본 발명의 실시 예와 일반적인 반향 제거기를 사용하여 반향 성분을 제거한 시뮬레이션 결과이다.

상기 도 5에서 (a)의 도면은 원단화자의 신호

(100)를 나타내고, (b)의 도면은 근단화자의 신호

(130), (c)는 본 발명의 실시 예에 따라 출력된 잔여 반향 신호

(300), (d)는 일반적인 NMLS 알고리즘을 적용한 반향 제거기에서 반향 성분이 제거된 잔여 반향 신호를 나타낸다.

상기 도 5에서 보이는 바와 같이 본 발명의 실시 예와 일반적인 NMLS 알고리즘을 적용하여 반향 신호를 적용한 것과의 비교를 보여준다. 종전에 이동 단말이라는 제약 때문에 고정 장치에 구비된 반향 제거기에 비해 반향 거리가 긴 반향 신호의 제거 능력이 낮았으나, 본 발명을 적용함으로써 이동 단말에서도 고정 장치에 구비된 반향 제거기와 비슷하거나 성능이 좀더 우수한 반향 제거 성능을 구비하게 되었다.

상기 도 5이외에 본 발명에 의해 제안된 방법이 일반적인 NMLS 알고리즘 보다 양호한 성능을 나타내며 연산과 메모리 사용 면에서 효율적인 것을 알 수 있는 데 하기의 <표 1>을 참조하여 살펴보기로 하겠다.

구분	평균 파워	총 파워	덧셈	곱셈	메모리
NLMS	-56.47dB	-51.51dB	2n	2n	n
본 발명	-57.52dB	-52.99dB	2n/M+p/M	2n/M+p/M	n/M+p

상기 <표 1>에서 n은 적응 필터의 탭 수를 나타내고, p는 표본화 주파수 변환 시 사용된 필터 계수의 길이이고, M은 데시메이션 코이피션트(Decimation Coefficient)를 나타낸다. 상기 <표 1>에서 보는 바와 같이 본 발명에 따라 적응 알고리즘을 통과한 잔여 반향 신호

의 평균 파워 및 총 파워가 종래의 NLMS 알고리즘에서 제안된 방법과 비슷한 정도로 감쇠되었고, 본 발명에 따른 연산량과 메모리 사용에서는 종래의 NLMS 알고리즘에 비해 줄어들었음을 알 수가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 일반적인 고정장치에 비해 메모리나 연산능력에 있어서 제약이 많은 이동 단말에서 화상회의나 스피커폰 모드 사용시 반향경로가 길어짐으로 인해 효율적으로 반향 신호를 제거하지 못했던 종래의 반향제거 성능을 향상시켜 줌으로써 사용자에게 편의를 제공해 줄 수 있다.

Claims (8)

1. 원단화자 신호와 근단화자 신호를 입력받아 반향 신호를 제거하는 반향 제거기를 구비한 이동 단말에서 반향을 제거하는 방법에 있어서,

   동시통화가 검출될 경우, 상기 원단화자 신호의 반향 신호와 상기 근단화자 신호 및 잡음 신호를 입력받은 마이크로폰으로부터 출력되는 신호를 수신하여 제1 저역 통과 필터링한 후 다운 샘플링을 수행하는 과정과,

   상기 원단 화자의 신호를 이용하여 상기 원단 화자 신호의 반향 신호를 추정하고, 상기 다운 샘플링된 신호에서 상기 추정된 반향 신호를 제거하여 잔여 반향 신호를 출력하는 과정과,

   상기 잔여 반향 신호에 제로 패딩하여 업 샘플링한 후 제2 저역 통과 필터링 하는 과정을 포함하는 이동 단말에서 반향 제거 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다운 샘플링을 수행할 때 상기 제1 저역 통과 필터링을 수행하기 위한 저역 통과 필터링의 차단 주파수는, 하기 <수학식 8>을 이용하여 계산됨을 특징으로하는 이동 단말에서 반향 제거 방법,

   

   상기 <수학식 8>에서 W_{c_down}은 다운 샘플링 시에 상기 제1 저역 통과 필터링의 차단 주파수(Cut-off frequency)를 의미하며, F_s는 상기 다운 샘플링 시에 입력된 신호의 샘플링 주기를 나타내며, M 은 다운 샘플링 간격을 나타낸다.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 업 샘플링을 수행할 때 상기 제2 저역 통과 필터링을 수행하기 위한 저역 통과 필터링의 차단 주파수는, 하기 <수학식 9>를 이용하여 계산됨을 특징으로하는 이동 단말에서 반향 제거 방법,

   

   상기 <수학식 9>에서 W_{c_up}은 업 샘플링 시에 상기 제2 저역 통과 필터링의 차단 주파수(Cut-off frequency)를 의미하며, F_s는 상기 업 샘플링 시에 입력된 신호의 샘플링 주기를 나타내며, L은 업 샘플링 간격을 나타낸다.
4. 이동 단말에서 반향 제거 장치에 있어서,

   마이크로폰으로부터의 입력 신호와 원단화자의 신호가 동시에 존재하는가를 검출하여 동시에 존재할 시 상기 마이크로폰으로부터 출력된 신호를 제1경로로 출력하며, 동시에 존재하지 않을 시 상기 마이크로폰으로부터 출력된 신호를 제2경로로 출력하는 동시통화 검출기와,

   상기 제1경로를 통해 상기 동시 통화 검출기의 출력단에 연결되어 상기 마이크로폰으로부터 출력된 신호의 샘플링 율을 낮추는 다운 샘플러와,

   상기 다운 샘플러의 출력과 상기 원단화자의 신호를 수신하여 상기 원단화자의 반향을 추정하고, 추정된 값을 제거하는 반향 제거기와,

   상기 반향 제거기의 출력에 제로 패딩하여 업 샘플링을 수행하는 업 샘플러와,

   상기 업 샘플러의 출력 또는 상기 제2경로의 출력 중 하나를 보코더로 연결하는 스위치를 포함하는 이동 단말에서 반향 제거 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 다운 샘플러는,

   상기 마이크로폰으로부터 출력된 신호에 포함된 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터를 더 포함하는 이동 단말에서 반향 제거 장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 업 샘플러는,

   상기 업 샘플링된 신호에 포함된 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터를 더 포함하는 이동 단말에서 반향 제거 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 다운 샘플러는,

   하기 <수학식 10>을 이용하여 다운 샘플링 시에 사용되는 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수를 계산함을 포함하는 이동 단말에서 반향 제거 장치,

   

   상기 W_{c_down}은 다운 샘플링 시에 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수(Cut-off frequency)를 의미하며, F_s는 상기 다운 샘플러에 입력된 신호의 샘플링 주기를 나타내며, M은 다운 샘플링 간격을 나타낸다.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 업 샘플러는,

   하기 <수학식 11>를 이용하여 업 샘플링 시에 사용되는 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수를 계산함을 특징으로 하는 이동 단말에서 반향 제거 장치,

   

   상기 <수학식 11>에서 W_{c_up}은 업 샘플링 시에 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수(Cut-off frequency)를 의미하며, F_s는 상기 업 샘플러에 입력된 신호의 샘플링 주기를 나타내며, L은 업 샘플링 간격을 나타낸다.

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