KR101388864B1 - 시간 및 주파수 도메인에서의 분할 고속 콘볼루션 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유한 임펄스 응답, FIR, 필터링 수단에 의하여 디지털 입력 신호 처리하기 위한 방법으로서, 시간 도메인에서 디지털 입력 신호를 적어도 부분적으로 분할하여, 상기 디지털 입력 신호의 적어도 두 파티션을 얻는 단계; 상기 시간 도메인에서 상기 FIR 필터링 수단을 분할하여, 상기 FIR 필터링 수단의 적어도 두 파티션을 얻는 단계; 상기 디지털 입력 신호의 상기 적어도 두 파티션을 각각 푸리에 변환하여, 푸리에 변환된 신호 파티션을 얻는 단계; FIR 필터링 수단의 상기 적어도 두 파티션을 각각 푸리에 변환하여, 푸리에 변환된 필터 파티션을 얻는 단계; 상기 푸리에 변환된 신호 파티션과 대응 푸리에 변환된 필터 파티션을 콘볼루션하여, 스펙트럼 파티션을 얻는 단계; 상기 스펙트럼 파티션을 결합하여, 전체 스펙트럼을 얻는 단계; 및 상기 전체 스펙트럼을 푸리에 역변환하여, 디지털 출력 신호를 얻는 단계를 포함한다.

Description

시간 및 주파수 도메인에서의 분할 고속 콘볼루션 {Partitioned Fast Convolution in the Time and Frequency Domain}

본 발명은 디지털 신호 처리, 특히, 유한 임펄스 응답 (Finite Impulse Response; FIR)에 의한 오디오 신호의 필터링에 관한 것이다. 본 발명은 특히 긴 유한 임펄스 응답 필터에 의한 에코(echo) 보상과 이퀄라이제이션을 위한 필터링에관한 것이다.

통신 시스템에서 수신된 신호 품질을 향상시키는 것은 음향, 특히 음성 신호 처리 분야에서 주요 논제이다. 두 상대방 사이의 통신은 종종 소음이 있는 배경 환경하에서 이루어지고, 에코 보상뿐만 아니라 노이즈 감소는 명료도를 보장하기 위하여 필요하다. 특히 중요한 예는 차량에서 핸즈-프리 음성 통신을 수행하는 경우이다.

다른 불쾌한 에코가 음성 대화의 품질 및 명료도에 심각하게 영향을 줄 수 있기 때문에, 라우드스피커에 의하여 방출되고 따라서 마이크로폰에 의하여 다시 수신되는 원격 가입자의 신호를 조종하는 것은 특히 중요하다. 최악의 경우에, 음향 피드백은 통신을 완전히 결렬시킬 수조차 있다.

상기 언급한 문제점을 해결하기 위하여, 음향 에코 보상을 위한 수단이 제공되며, 근본적으로 다음과 같이 작동한다. 상기 음향 피드백의 복제(replica)가 합성되고, 라우드스피커의 수신 신호로부터 보상 신호가 얻어진다. 보상 신호는 마이크로폰의 송신 신호로부터 빼내어져, 원격 가입자에게 보내지는 결과 신호를 생성한다.

더욱이, 전달된 신호의 품질을 수용 가능한 레벨로 향상시키기 위하여, 예를 들면, 핸즈-프리 전화 통신에서 원격 통신 상대방에 의하여 송신되는 수신 음성 신호의 명료도를 증가시키기 위하여, 보통 오디오 신호의 이퀄라이제이션이 필요하다. 이퀄라이제이션 필터링 수단은 보통 미리 정해진 주파수 범위에 대하여 신호를 상승시키거나 감쇄함으로써 음향 입력 신호를 처리한다. 상기 이퀄라이제이션 필터링 수단은 저주파수 또는 고주파수 범위를 선택적으로 상승/감쇄시키기 위한 쉘빙 필터(shelving filter), 및 중심 주파수에서 신호를 상승/감쇄시키기 위한 피킹 필터(peaking filter)를 포함할 수 있고, 대역-내, 대역-외 대역폭 이득(bandwidth in-band and out-band gains)은 분리하여 조정가능하다. 이퀄라이제이션 필터링 수단은 하나 이상의 쉘빙 필터와 피킹 필터를 결합한 파라메트릭 이퀄라이저(parametric equalizer)를 더 포함할 수 있다.

현재 이용가능한 필터링 수단의 주요 문제 중 하나는 처리된 오디오 신호의 품질을 향상시키기 위하여 적합하게 하거나 최적화하여야 하는 필터 계수의 양이 많고, 그로 인하여 매우 메모리 요구 조건이 커지고, 신호 처리 수단의 프로세서 로드(load)가 크다는 점이다. 에코 보상 필터링 수단의 경우에, 샘플링 속도는 음 성 신호에 대해 용인 가능한 한계로 간주되는 약 8kHz로 종종 제한된다.

유한 임펄스 응답(FIR) 필터의 실행은 위에서 기재한 이유로 인하여 성공적이라는 것을 증명하지 못하였기 때문에, 이퀄라이제이션 필터링 수단에 대하여, 무한 임펄스 응답(IIR) 필터가 통상 사용된다. 이퀄라이제이션은 고 주파수 및 중간 주파수 범위에서 주로 수행되어야 하고, 또 예를 들면 수용가능한 결과를 위해 약 44kHz의 감소되지 않는 샘플링 속도에 대하여 비교적 높은 정확성을 갖고 실현되어야 한다. 따라서, 많은 필터 계수를 포함하는 매우 긴 필터가 필요하게 된다. 하지만, FIR 필터가 유리한데, 왜냐하면 예를 들면, FIR 필터는 무조건의 안정한 필터(필터 출력은 피드백되지 않는다)이고 설계하기가 용이하기 때문이다.

위에서 기재한 문제를 해결하기 위하여, 소위 뒤틀린(warped) FIR 또는 IIR 필터와 같이 왜곡된 주파수 범위에서 설계된 짧은(short) 필터를 이용하는 것이 제안되고 있다. 하지만, 뒤틀린 필터는 또한 긴 계산 시간을 필요로 하는 단점이 있다. 또 다른 접근에 따르면, 평행한 대역 통과 필터들에 의하여 복수의 주파수 범위에서 처리되는 오디오 신호를 분할하기 위한 멀티레이트 디지털 시스템 또는 필터 뱅크가 이퀄라이제이션에 이용된다. 하지만, 이러한 접근법은 메모리 요구 조건이 크고 대기 시간이 길며, 즉, 필터링 수단의 입력에서 출력까지 신호의 이동 시간이 길다는 단점이 있다.

최근의 발전과 개량에도 불구하고, FIR 필터링 수단에 의해 디지털 신호의 필터링을 개선하는 것에 대한 요구가 여전히 있다. 따라서, 위에서 기재한 단점을 해결하고, 디지털 신호를 필터링하기 위한 방법을 제공하고, 컴퓨터 리소스에 대한 감소된 요구조건 및 줄어든 대기 시간을 갖는 긴 FIR 필터링 수단을 제공하는 것이 본 발명의 기초를 이루는 문제점이다. 더욱이, FIR 필터링 수단은 제공된 종류의 디지털 신호 프로세서에 용이하게 적용가능해야 한다.

위에서 기재한 문제들은 청구항 제1항에 따른 유한 임펄스 응답(FIR) 필터링 수단에 의하여 디지털 입력 신호를 처리하는 방법에 의하여 해결된다. FIR 필터링 수단에 의하여 디지털 입력 신호를 처리하는 방법은:

시간 도메인에서 디지털 입력 신호를 적어도 부분적으로 분할하여, 상기 디지털 입력 신호의 적어도 두 개의 파티션(partitions)을 얻는 단계;

상기 시간 도메인에서 상기 FIR 필터링 수단을 분할하여, 상기 FIR 필터링 수단의 적어도 두 개의 파티션을 얻는 단계;

상기 디지털 입력 신호의 상기 적어도 두 개의 파티션을 각각 푸리에 변환하여, 푸리에 변환된 신호 파티션을 얻는 단계;

상기 FIR 필터링 수단의 상기 적어도 두 개의 파티션을 각각 푸리에 변환하여, 푸리에 변환된 필터 파티션을 얻는 단계;

상기 푸리에 변환된 신호 파티션과 대응하는 푸리에 변환된 필터 파티션을 콘볼루션(convolution)하여, 스펙트럼 파티션(spectral partitions)을 얻는 단계;

상기 스펙트럼의 파티션을 결합하여 전체 스펙트럼을 얻는 단계; 및

상기 전체 스펙트럼을 푸리에 역변환하여 디지털 출력 신호를 얻는 단계

를 포함한다.

상기 디지털 입력 신호는, 예를 들면, 오디오 신호 또는 음성 신호일 수 있다. 특히, 상기 기재된 방법은 음성 신호 처리와 관련하여 특히 유용하다. 푸리에 변환에 기초하여, 상기 콘볼루션은 주파수 도메인(시간 도메인에서 소위 순환(circular) 콘볼루션으로 전환된다)에서 수행된다. 상기 디지털 입력 신호는 상기 시간 도메인에서 일부 시간 지연 필터링(분할 지연 라인)에 의하여 분할되고, 그 결과 생성된 파티션들은 콘볼루션을 위하여 푸리에 변환된다. 원칙적으로, 상기 디지털 입력 신호의 분할은 특정 주파수 범위에 대한 통과 필터(고역, 대역 통과 및 저역 필터)를 포함하는 필터 뱅크에 의하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 푸리에 변환은 고속 푸리에 변환에 의해 수행되어, 그 결과 분할된 고속 콘볼루션이 얻어진다.

상기 방법은 푸리에 변환 단계들을 필수적으로 포함하는 반면, 푸리에 변환은 필터링 처리 동안 온라인으로 계산될 필요가 있는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다. 오히려, FIR 필터 파티션은 미리 푸리에 변환될 수 있고, 외부 메모리에 저장될 수 있다. 이것은 컴퓨터 자원이 제한되어 있고 충분히 큰 외부 메모리가 있는 경우에 특히 유용한다. FIR 필터링 수단이 시간에 대하여 변화하지 않는다 면, 변환된 필터 파티션의 저장 역시 효과적이다.

필터 파티션의 푸리에 변환에 대한 부분적인 또는 완전한 계산 및 푸리에 변환된 필터 파티션의 저장은 특정한 응용분야에서 이용 가능한 하드웨어 리소스에 따라서 미리 수행될 수 있다.

시간 도메인에서 신호 파티션에 대응하는 개개의 푸리에 변환된 신호 파티션(X₁(ω), ..., X_p(ω))은 분할된 FIR 필터링 수단에 대응하는 각각의 푸리에 변환된 필터 파티션(FIR₁(ω), ..., FIR_p(ω))과 곱해진다. 원칙적으로, 시간 도메인에서 오디오 신호의 파티션 갯수(N_X)와 FIR 필터링 수단의 파티션 갯수(N_FIR)는 서로 다를 수 있다. 순환 인공음영(circular artifact)을 피하기 위하여, 시간 도메인에서 오디오 신호와 시간 도메인에서 필터 파티션은 푸리에 변환에 앞서서 영(zero)으로 패딩되어(padded), 각각의 길이가 N_X+N_FIR-1이 되도록 할 수 있다.

FIR 필터링 수단의 분할은 전적으로 시간 도메인에서 수행된다는 점을 강조해야 한다. 상기 파티션들은 스펙트럼 (주파수) 도메인에서 콘볼루션된다. 혼합된 시간-주파수 처리는 시간 및 주파수 처리의 장단점을 각각 고려하여 실제 응용분야에서 실행을 가능하게 한다.

순환 또는 고속 콘볼루션과는 다르게, 일반적인 콘볼루션 처리의 경우에서처럼, 시간 영역에서의 처리는 계산과 관련하여 상당히 비싸다는 점이 잘 알려져 있다. 반면, 주파수 도메인에서의 신호 처리는 메모리 요구 조건이 매우 크다는 단점이 있다.

주어진 하드웨어 리소스에 대하여, 본 발명에 따른 방법은 선택된 파티션의 길이를 적절하게 선택함으로써, 긴 FIR 필터링 수단에 의한 디지털 신호의 필터링을 위한 이용가능한 컴퓨터 리소스를 최적화하여 이용할 수 있도록 해준다. 해당 분야에서 필터링 방법에 의한 프로세서의 로드 및/또는 메모리 요구조건에 관하여 실행가능하지 않은 필터 길이가 채용될 수 있다.

또한, 내부 메모리 요구조건과 프로세서 로드뿐만 아니라 본 발명의 방법에 다른 신호 처리의 대기 시간은 고속 푸리에 변환(FFT)의 길이에 의하여 제어될 수 있다. 상기 대기 시간은 채용된 FFT의 길이의 두 배로 제공된다. 내부 메모리 요구 조건은 FFT 길이에 비례하여 증가하고, 대략 FFT 길이의 네 배이다. 프로세서 로드는 FFT 길이가 감소함에 따라 증가한다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 디지털 입력 신호는 시간 도메인에서 부분적으로 분할되어, 입력 신호의 파티션들을 얻는데, 이들 파티션은 후속하여 푸리에 변환되고 스펙트럼 도메인에서 부분적으로 분할된다. 상기 실시예에 따르면, 시간과 스펙트럼 도메인에서 디지털 입력 신호의 합쳐진 분할 고속 콘볼루션을 수행할 수 있는데, 이는 이용 가능한 컴퓨터 리소스에 따라서 선택되는 시간 및 스펙트럼 도메인 각각에서 파티션의 갯수를 선택할 수 있도록 해준다. 다른 한편으로, 시간을 계산하는 것이 (청취가능한 인공음영을 일으키지 않으면서) 효율적인 신호 처리를 위해 받아들여질 수 있도록, 시간 도메인 내에서의 파티션의 갯수를 선택할 수 있다. 다른 한편, 메모리에 대한 요구조건이 이용가능한 메모리 리소스 및/또는 데이터 전송을 위하여 사용되는 인터페이스의 용량을 초과하지 않 도록, 스펙트럼 도메인 내에서의 파티션의 갯수(복소수 값(complex values))를 선택할 수 있다. 시간 및 스펙트럼의 도메인에서 파티션의 할당(분포)은 자동으로 또는 사용자에 의하여 제어될 수 있다.

상기 실시예에서, 디지털 입력 신호는 시간 도메인에서 여러 블록으로 분리되는 것이 유리할 수 있고, 콘볼루션은 중첩-보류(overlap-save) 블록(block) 콘볼루션에 의하여 수행될 수 있다. 디지털 입력 신호는 똑바른 처리(straightforward processing)를 위하여 동일한 크기의 여러 블록으로 분할되거나, 또는 별법으로서, 상이한 크기의 여러 블록으로 분할될 수 있다. 보다 짧은 블록은 상대적으로 짧은 대기 시간을 제공하는 반면, 보다 긴 블록은 처리 능력과 관련하여 전체 콘볼루션을 덜 비싸게 한다.

중첩-보류 블록 콘볼루션에 따르면, 긴 디지털 입력 신호는 N_x 샘플개의 연속된 블록으로 나뉘어지고, 각각의 블록은 N_FIR 샘플에 의하여 앞의 블록과 중첩된다. 각각의 블록의 순환 콘볼루션은 FIR 필터링 수단에 의하여 수행된다. 각각의 출력 불록에서 제1의 N_FIR-1 포인트들은 폐기되고, 나머지 포인트들이 연결되어(concatenate) 출력 신호를 생성한다. 일반적으로 50%의 중첩이 이용되는데, 이는 최대로 허용된 크기이고 크리티컬하게 샘플링된 뱅크에 대응한다.

중첩-보류 방법을 대신하여, 특히 단순한 블록 필터링 방법을 나타내는 중첩-가산(overlap-add) 방법이 이용될 수 있다. 중첩-가산 설계가 주파수 도메인에서 이용된다면, 균일한 블록 크기는 성능 최적화를 위한 가능성을 제공한다. 하지만, FIR 필터링 수단의 임펄스 응답이 블록 길이(N_X)보다 짧다면, 중첩-가산 방법이 실용적이다.

더욱이, 고속 콘볼루션에 의하여 얻어지는 전체 스펙트럼은 특히 푸리에 변환된 필터 파티션들의 푸리에 성분의 갯수의 절반만을 이용함으로써 얻어질 수 있다. 따라서, 효율적인 처리가 가능해진다.

본 명세서에 기재된 방법의 특히 효율적인 실시에 있어서, 푸리에 변환된 신호 파티션 및 푸리에 변환된 필터 파티션들은 모두 동일한 대역폭을 갖고, 중간 주파수는 등거리의 이산 주파수 래스터(raster) 상에 분포된다. 중간 주파수의 분포의 계산을 위한 더욱 복잡한 알고리즘이 가능하고, 실제 응용분야에 따라서 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 상기 실시예에 대한 대안으로서, 데시메이션(decimation) 필터 뱅크, 특히, 크리티컬 데시메이션 필터 뱅크에 의한 FIR 필터링을 시간 도메인에서 실현할 수 있다는 점에 유의하여야 한다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 방법의 상기 설명한 예의 단계를 수행하기 위한 컴퓨터-실행 가능한 명령어들을 갖는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.

상기 문제점은 청구항 제11항에 따른, 디지털 입력 신호, 특히 오디오 신호 또는 음성 신호를 처리하기 위한 신호 처리 수단에 의하여 해결되며, 이 수단은,

디지털 입력 신호를 (고속) 푸리에 변환하도록 구성된 푸리에 변환 수단;

시간 도메인에서 분할되고 고속 콘볼루션에 의하여 상기 디지털 입력 신호를 필터링하여 스펙트럼 파티션을 얻도록 구성된 FIR 필터링 수단;

상기 스펙트럼 파티션들을 합산하도록 구성된 가산기(adder); 및

상기 가산된 스펙트럼 파티션들을 푸리에 역변환하여 시간 도메인에서 디지털 출력 신호를 얻도록 구성된 푸리에 역변환 수단

을 포함한다.

상기 FIR 필터링 수단은 푸리에 변환된 신호 파티션과 동일한 주파수 범위의 대응하는 푸리에 변환된 필터 파티션을 콘볼루션함으로써 상기 디지털 입력 신호의 필터링을 수행한다.

또한, 상기 신호 처리 수단은 상기 디지털 입력 신호를 동일 또는 상이한 크기의 블록들로 나누도록 구성된 블록 분할 수단을 더 포함할 수 있고, 상기 FIR 필터링 수단은 중첩-보류 블록 콘볼루션을 수행하도록 구성되는 것이 유리할 수 있다.

상기 신호 처리 수단의 실시예에 따르면, 상기 푸리에 변환 수단은 시간 도메인에서 분할된 디지털 입력 신호의 각각의 파티션을 별도로 고속 푸리에 변환하여 푸리에 변환된 신호 파티션들을 얻도록 구성된다. 이 실시예에 따르면 각각의 파티션은 외부 저장 수단으로부터 별도로 검색될 수 있으므로, 고가의 내부 메모리를 절약할 수 있다. 이 경우에 복수의 FFT가 필요하므로, 계산 시간이 증가하고, 또한 외부 메모리에의 고속 인터페이스가 필요하다.

본 발명에 따른 신호 처리 수단의 상기 예는 유리하게도, 적용가능하도록 만 들 수만 있다면, 에코 보상 필터링 수단뿐만 아니라 이퀄라이제이션 필터링 수단에서 이용될 수 있다. 특히, 이퀄라이제이션 필터링 수단은 대기 시간이 조정 가능한 길게 고정된 FIR 필터를 이용하여 정적 콘볼루션(static convolution)을 실현하는데 적용될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 본 발명에 따른 신호 처리 수단의 위에서 기재한 실시예 중 하나를 각각 포함하는 핸즈-프리 세트, 및 음성 인식 시스템과 음성 대화 시스템을 제공한다. 음성 인식 시스템은 대응하는 디지털화된 음성 신호를 분석함으로써 구두의 발성을 인식하기 위한 수단이다. 음성 대화 시스템은 음성 입력을 처리하기 위한 음성 인식 시스템을 포함하고, 또한 합성 음성 출력 수단을 포함한다.

본 발명에 따르면, 컴퓨터 리소스에 대한 감소된 요구조건 및 줄어든 대기 시간을 갖는 긴 FIR 필터링 수단이 제공된다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점은 도면을 참고하여 설명한다. 아래의 설명에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하기 위한 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 본 발명의 전체 범위를 나타내는 것이 아니라는 점을 이해하여야 한다.

본 발명에 따르면, 품질을 만족하는 음향 또는 음성 신호를 얻기 위하여 많은 수의 필터 계수가 사용되어야 하는 경우에도, 오디오 신호의 에코 보상 또는 이퀄라이제이션이 FIR 필터링 수단에 의하여 수행될 수 있다. 본 명세서에서 설명한 방법은 주파수 도메인에서 디지털 입력 신호의 콘볼루션을 포함한다. 도 1에서 도 시되듯이, 정수 i에 의하여 색인된 입력 신호(x_i[n])의 파티션들은 고속 푸리에 변환(FFT)되어, 소정의 주파수 범위에 대한 푸리에 변환된 신호 부분(X_i(ω))을 얻는다.

본 발명의 주요 태양에 따르면, FIR 필터는 시간 도메인에서 전체적으로 분할되어 필터 파티션들(FIR_i[n])을 얻는다. 본 실시예에 따르면, 동일한 개수의 필터 파티션(FIR_i[n])과 신호 파티션(X_i(ω))을 선택한다. 긴 FIR 필터링 수단에 의한 콘볼루션은 각각의 필터 파티션을 갖는 수 많은 요소의 고속 콘볼루션에 의하여 수행될 수 있다.

FIR 필터 계수의 갯수와 독립적으로, 대기 시간은 선택된 FFT의 길이에 의하여 결정된다. 실제로, 대기 시간은 FFT 길이의 두 배로 제공된다. 고속 콘볼루션을 수행하기 위하여, 필터 파티션들(FIR_i[n])은 고속 푸리에 변환되어, 푸리에 변환된 필터 파티션들(FIR_i(ω))을 얻는다.

FFT는 O(N_FlogN_F) 동작에서 상기 합계를 계산하는 알고리즘이다. 실제로, FFT는, 예를 들면, 쿨리-투키(Cooley-Tukey) 알고리즘에 의하여 수행될 수 있다.

푸리에 변환된 신호 파티션들(X_i(ω))은 대응하는 푸리에 변환된 필터 파티 션들(FIR_i(ω))과 콘볼루션되어, 도 1에서 도시한 것과 같은 개별적인 콘볼루션 프로세스(Y_i(ω))의 결과를 얻는다. 신호 처리의 결과로 얻어진 원하는 출력 신호(y[n])는 후속하여, 신호(Y_i(ω))를 합산하고, 결과적으로 얻어지는 전체 신호를 푸리에 역변환함으로써 얻어진다. 신호 처리의 대기 시간은 FFT의 길이, 즉, N_F에 의하여 제어될 수 있다. 기호 표기법에서 원하는 출력 신호는 다음의 식으로 얻어진다.

여기서, IFFT는 고속 푸리에 역변환을 표시한다.

도 2는 본 발명에 따른 분할된 고속 콘볼루션 방법의 일례를 도시한다. 고속 콘볼루션은 중첩-보류법에 의해 신호 블록에 대하여 수행된다. 중첩-보류 FFT의 세부적인 내용은, 예를 들면, 디지털 신호 처리의 이론 및 응용(Rabiner, L. 및 Gold, B.; Englewood Cliff, NJ, Prentice-Hall, 1975)에서 찾을 수 있다.

입력 오디오 신호(x[n])가 여러 블록으로 나뉘어진다. 들어오는 블록들은 처리를 위하여 순차적으로 연결된다(10). 들어오는 한 블록은 고속 푸리에 변환되어(12), 푸리에 변환된 신호 파티션들(X_i(ω))을 얻는다. 개개의 푸리에 변환된 신호 파티션(X_i(ω), i=1, ..., p)은 시간 도메인에서 각각의 신호 파티션의 스펙트럼의 표시를 나타내고, 따라서 주파수 영역에서 지연 필터링(13)에 의하여 얻을 수 있다.

시간 도메인에서 분할된 FIR 필터 수단의 파티션들은 고속 푸리에 변환되어(14), 푸리에 변환된 필터 파티션들(FIR_i(ω), i=1,...,p)을 얻는다. 각각의 푸리에 변환된 신호 파티션(X_i(ω))은 대응하는 푸리에 변환된 필터 파티션(FIR_i(ω))에 의하여 콘볼루션되고(15), 그 결과 생성된 Y_i(ω)는 합산되어(16), 전체 스펙트럼(Y(ω))을 얻는다. 본 실시예에 따르면, 전체 스펙트럼(Y(ω))은 시간 도메인에서 분할된 전체 FIR 필터링 수단을 이용하여 FFT 길이의 절반을 갖는 입력 신호 블록의 고속 콘볼루션을 한 결과이다.

출력 신호(y[n])는 Y(ω)의 고속 푸리에 역변환(IFFT; 17)에 의하여, 그리고, IFFT에 의하여 얻어진 출력 블록의 제2 절반을 유지함으로써 얻어진다(18).

도 3은 본 발명에 따른 분할된 고속 푸리에 방법의 위에서 설명한 일례의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 디지털 입력 신호(x[n])의 분할은 FFT 필터링 수단 그 자체에 의해서가 아니라, 선행하는 분할 지연 라인에 의하여 수행된다. 그 결과, FFT는 디지털 입력 신호(x[n])의 각각의 파티션에 대하여 수행된다. 또한, 도 2를 참고로 위에서 설명한 것과 같은 방식으로 추가의 처리가 수행된다.

디지털 입력 신호의 하나의 단일 FFT를 채용하는 실시예(도 2 참조)와 반대로, 복수의 FFT가 필요하다. 그 결과, 계산 시간이 증가하고, 외부 메모리에의 고속 인터페이스가 필요하다. 다른 한편, 각각의 파티션은 외부 메모리로부터 별도로 검색되고, 후속하여 내부 메모리에 로드되므로, 내부 메모리의 가격을 절감할 수 있다. 이용가능한 하드웨어 리소스에 따라서, 사용자는 위에서 언급한 두 개의 대안 중 하나를 선택할 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 분할된 고속 콘볼루션 방법의 융통성을 보여준다.

특정한 신호 처리 상황에서, 상대적으로 적은 갯수의 입력 신호가 상대적으로 많은 갯수의 FIR 필터와 콘볼루션 된다면, 신호 파티션들은 사전에 푸리에 변환될 수 있고, 이들 푸리에 변환된 신호 파티션은 저장될 수 있다는 것에 유의하여야 하는데, 이는 유리할 수 있다.

도 4에서, 시간 및 스펙트럼 도메인에서 디지털 입력 신호(x[n])의 결합된 파티셔닝이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 실시예와 다르게, 디지털 입력 신호(x[n])의 일부만이 시간 지연 필터링에 의하여 시간 도메인에서 분할된다. 반면, 입력 신호(x[n])의 T 파티션들(x₁[n], ..., x_T[n])은 각각 고속 푸리에 변환되어, T 푸리에 변환된 신호 파티션들(X₁(ω), ..., X_T(ω))을 얻는다. 반면, 입력 신호의 이미 푸리에 변환된 부분 S는 스펙트럼 도메인에서 분할되어, 스펙트럼 도메인에서 S 파티션(X_T+1(ω), ..., X_T+S(ω))을 얻는다. 이어서, 푸리에 변환된 신호 파티션(X₁(ω), ..., X_T+S(ω))은 대응하는 푸리에 변환된 필터 부분(FIR₁(ω), ..., FIR_T+S(ω))에 의하여 콘볼루션되고, 그 결과물(Y₁(ω), ..., Y_{T +S}(ω))이 합산되어, 전체 스펙트럼(Y(ω))을 얻는다.

도 1은 시간에서 FIR 필터링 수단의 분할을 포함하는 디지털 입력 신호를 처리하기 위한 여기에서 설명한 방법의 일례의 기초적인 구성요소를 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 디지털 입력 신호의 분할된 고속 콘볼루션의 일례에 의한 디지털 입력 신호의 처리를 도시한다.

도 3은 본 발명에 따른 디지털 입력 신호의 분할된 고속 콘볼루션의 다른 예에 의한 디지털 입력 신호의 처리를 도시한다.

도 4는 시간 및 스펙트럼의 도메인에서 결합되고 분할된 고속 콘볼루션에 의한 디지털 입력 신호의 처리를 도시한다.

Claims (12)

1. 삭제
2. 유한 임펄스 응답(FIR) 필터링 수단에 의하여 디지털 입력 신호(x[n])를 처리하기 위한 방법으로서,

   시간 도메인에서 상기 디지털 입력 신호(x[n])를 적어도 부분적으로 분할하여, 디지털 입력 신호의 적어도 두 파티션(x_i[n])을 얻는 단계;

   상기 시간 도메인에서 상기 FIR 필터링 수단을 분할하여, 상기 FIR 필터링 수단의 적어도 두 파티션(FIR_i[n])을 얻는 단계;

   상기 디지털 입력 신호(x[n])의 상기 적어도 두 파티션(x_i[n])을 각각 푸리에 변환하여, 푸리에 변환된 신호 파티션(X_i(ω))을 얻는 단계;

   상기 FIR 필터링 수단의 상기 적어도 두 파티션(FIR_i[n])을 각각 푸리에 변환하여(14), 푸리에 변환된 필터 파티션(FIR_i(ω))을 얻는 단계;

   상기 푸리에 변환된 신호 파티션(X_i(ω))과 대응하는 푸리에 변환된 필터 파티티션(FIR_i(ω))을 콘볼루션하여(15), 스펙트럼 파티션(Y_i(ω))을 얻는 단계;

   상기 스펙트럼 파티션(Y_i(ω))을 결합하여(16), 전체 스펙트럼(Y(ω))을 얻는 단계; 및

   상기 전체 스펙트럼(Y(ω))을 푸리에 역변환하여(17), 디지털 출력 신호(y[n])를 얻는 단계

   를 포함하고,

   상기 디지털 입력 신호(x[n])의 제 1 부분이 시간 도메인에서 분할되어, 상기 디지털 입력 신호의 T 파티션(x_T[n]; T는 정수)을 얻고, 이들 T 파티션은 푸리에 변환되어 푸리에 변환된 신호 파티션(X_T(ω))을 얻으며;

   상기 디지털 입력 신호(x[n])의 상기 제 1 부분과 다른 제 2 부분이 푸리에 변환되고, 상기 푸리에 변환된 제 2 부분은 분할되어 S 푸리에 변환된 신호 파티션(X_S(ω); S는 정수)을 얻으며;

   상기 T 및 S 푸리에 변환된 신호 파티션(X_T(ω), X_S(ω))의 두 개 모두와 대응하는 푸리에 변환된 필터 파티션(FIR_T(ω), FIR_S(ω))의 콘볼루션(15)이 수행되어, 스펙트럼 파티션(Y₁(ω), ..., Y_T+S(ω))을 얻고, 상기 스펙트럼 파티션들은 결합되어 전체 스펙트럼(Y(ω))을 얻고, 상기 전체 스펙트럼은 푸리에 역변환되어 상기 디지털 출력 신호(y[n])를 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 디지털 입력 신호(x[n])는 시간 도메인에서 여러 블록으로 나뉘어지고, 상기 콘볼루션은 중첩-보류 블록 콘볼루션에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 전체 스펙트럼(Y(ω))은 상기 푸리에 변환된 필터 파티션들의 푸리에 성분의 갯수의 절반을 이용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 푸리에 변환된 신호 파티션(X_i(ω))과 상기 푸리에 변환된 필터 파티션(Y_i(ω))은 모두 대역폭이 동일하고, 중간 주파수가 등거리의 이산 주파수 래스터 상에 분포되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 2항 또는 제 3항에 따른 방법의 단계들을 수행하기 위한 컴퓨터-실행 가능한 명령어들을 갖는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
7. 삭제
8. 디지털 입력 신호, 특히, 오디오 또는 음성 신호를 처리하기 위한 신호 처리 수단으로서,

   시간 도메인에서 디지털 입력 신호(x[n])를 적어도 부분적으로 분할하여, 디지털 입력 신호의 적어도 두 파티션(x_i[n])을 얻도록 구성된 분할 수단;

   상기 디지털 입력 신호(x[n])의 파티션들(x_i[n])을 각각 푸리에 변환하여, 푸리에 변환된 신호 파티션(X_i(ω))을 별도로 얻도록 구성된 푸리에 변환 수단(12);

   시간 도메인에서 분할되고, 푸리에 변환된 신호 파티션(X_i(ω))과 대응하는 푸리에 변환된 필터 파티션(FIR_i(ω))을 콘볼루션하여(15) 상기 디지털 입력 신호(x[n])를 필터링하여, 스펙트럼 파티션(Y_i(ω))을 얻도록 구성된 FIR 필터링 수단;

   상기 스펙트럼 파티션(Y_i(ω))을 합산하도록 구성된 가산기(16); 및

   상기 가산된 스펙트럼 파티션들을 푸리에 역변환하여 시간 도메인에서 디지털 출력 신호(y[n])를 얻도록 구성된 푸리에 역변환 수단(17)

   을 포함하고,

   상기 분할 수단은 상기 디지털 입력 신호(x[n])의 제 1 부분을 분할하여, 상기 디지털 입력 신호의 T 파티션(x_T[n]; T는 정수)을 얻도록 구성되고;

   상기 푸리에 변환 수단(12)은 상기 T 파티션(x_T[n])을 각각 푸리에 변환하여, 푸리에 변환된 신호 파티션(X_T[ω])을 얻고, 상기 디지털 입력 신호(x[n])의 상기 제 1 부분과 다른 제 2 부분을 푸리에 변환하도록 구성되며;

   상기 분할 수단은 또한, 상기 디지털 입력 신호(x[n])의 상기 푸리에 변환된 제 2 부분을 분할하여, S 푸리에 변환된 신호 파티션(X_S(ω); S는 정수)을 얻도록 구성되고;

   상기 FIR 필터링 수단은, 상기 T 및 S 푸리에 변환된 신호 파티션(X_T(ω), X_S(ω))의 두 개 모두와 대응 푸리에 변환된 필터 파티션(FIR_T(ω), FIR_S(ω))을 콘볼루션하여, 상기 디지털 입력 신호(x[n])를 필터링하여, 스펙트럼 파티션(Y₁(ω), ..., Y_T+S(ω))을 얻도록 구성되며;

   상기 가산기는 상기 스펙트럼 파티션을(Y₁(ω), ..., Y_T+S(ω))을 합산하도록 구성되고;

   상기 푸리에 역변환 수단(17)은 상기 스펙트럼 파티션(Y₁(ω), ..., Y_T+S(ω))의 합을 푸리에 역변환하여 디지털 출력 신호(y[n])를 얻도록 구성되는 것인 신호 처리 수단.
9. 제 8항에 있어서, 상기 디지털 입력 신호(x[n])를 동일 또는 상이한 크기의 여러 블록으로 나누도록 구성된 블록 분할 수단을 더 포함하고, 상기 FIR 수단은 중첩-보류 블록 콘볼루션을 수행하도록 구성되는 것인 신호 처리 수단.
10. 제 8항 또는 제 9항에 따른 신호 처리 수단을 포함하는 핸즈-프리 세트.
11. 제 8항 또는 제 9항에 따른 신호 처리 수단을 포함하는 음성 인식 시스템.
12. 제 8항 또는 제 9항에 따른 신호 처리 수단을 포함하는 음성 대화 시스템.

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