KR101536650B1 - 음성 신호 처리 방법 및 이를 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음성 신호 처리 장치에 있어서, 디지털 신호와 아날로그 신호를 각각 수취하는 적어도 두 개의 마이크와, 상기 마이크들로부터 감지된 아날로그 신호 및 디지털 신호를 수취하는 디지털 신호 처리부(DSP) 및 상기 디지털 신호 처리부로부터 처리된 신호를 외부로 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 장치를 제공한다.

Description

음성 신호 처리 방법 및 이를 포함하는 장치 {A method for controlling voice signal and Device including the Same}

본 발명은 음성 신호 제어 방법 및 이를 포함하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 마이크로폰은 소형 케이스 내에 얇은 박막의 진동막이 있다. 외부 음원으로부터 음성 신호에 따른 음압 (sound pressure)이 진동막을 진동시키면, 미세한 진동막의 진동을 감지하여 전기적 신호로 변환시키게 되는데, 이 때에 어떻게 전기적 신호로 변환시키는 원리에 따라 여러 가지 종류의 마이크로폰이 존재한다.

현재 마이크로폰 중 가장 널리 쓰이고 있는 마이크로폰은 ECM (Electret Condenser Microphone)이라는 방식으로, 진동막을 얇은 금속막 (전극)으로 구성하고, 그 진동막 과 일정 간격을 두고 전하가 주입되어 분극 상태로 보존되는 일렉트릿(electret)를 위치시켜 진동막의 진동에 의하여 일렉트릿과 진동막 사이에 형성되는 정전기장을 변화시켜 음성 신호를 전기신호로 변환시키는 것을 기본 원리로 한다.

이 경우 진동막과 일렉트릿(electret)에 의해 발생한 미세한 신호를 외부로 전달하기 위하여 보통 소형의 FET(Field Effect Transistor)를 내장하여 진동막과 일렉트릿(electret)에 의해 발생하는 음향 임피던스(Impedance) 값과 마이크로폰 외부 회로의 임피던스 값을 서로 매칭 시켜준다. 이와 같이 음성신호가 진동막과 일렉트릿(electret)에 의해 전기신호로 변환되어 FET에 의해 외부단자에 전달되는 방식이 가장 보편화된 종래의 ECM 방식이다. 보통의 경우 FET로는 JFET(Junction FET)를 사용하고 있는데 이 경우 FET의 출력은 음성 신호를 동일한 형태의 전기신호로 전달하는 아날로그 신호이다.

그러나, 이러한 아날로그 마이크로폰의 경우의 문제점은, 마이크로폰의 출력이 주변의 음성 신호 증폭기 혹은, 디지털화하는 주변기기까지의 전송선로 도중에서 주변 전자회로 등과의 간섭 등으로 신호의 왜곡이 쉽게 발생하여 원래의 음성 신호로부터 왜곡되는 치명적인 단점이 있다. 특히 선로의 길이가 걸거나 주변 전자파와의 간섭이 있는 경우는 더욱 심각하게 되며, 점점 더 미세한 PCB 기판 상에서 선폭이 좁아지거나 다층의 PCB 기판이 사용되어질 때 이런 아날로그 음성 신호를 그대로 보존한다는 것은 매우 어렵다. 특히 크고 작은 간섭에 의해 왜곡된 신호의 원인을 규명하기는 더욱 어려운 것이 현실이다.

더욱이, 주변의 전자회로부터 잡음이 마이크로폰으로 역류되어 내장된 FET와 간섭하여 원래 신호에 없는 잡음을 생성하는 문제점 역시 심각하다. 또한 최근 통신상에 사용되는 주파수들은 전송 효율 및 감쇠를 최소화하기 위하여 고주파대(Radio-Frequency)의 반송파를 사용하고 있다. 그러나 이러한 고주파대 신호들은 반사특성도 높아지기 때문에 반사된 신호가 역류되어 잡음의 원인이 되는 문제점들이 나타나고 있다.

도 1에는 종래의 마이크로폰의 구성을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 1 을 참조하면, 일반적인 마이크로폰(1)은 사용자의 음성과 외부 노이즈를 수취하는 아날로그 마이크(10), 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 오디오-디지털 변환기(20), 노이즈 소스(30), 음성 신호와 노이즈를 처리하는 신호 처리부(40) 및 증폭기(50)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.

이러한 종래의 마이크로폰 구조에서는 사용자의 음성과 외부로부터 유입되는 노이즈가 디지털 시그널 프로세스(40)에서 처리되는 과정에서 고정된 노이즈 소스(30) 값에 따라 일괄적으로 처리되므로, 주변 환경에 따라 노이즈 소스(30)에 대한 가변적인 변화값 입력이 불가능하여 능동적인 대응이 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제들을 근본적으로 해결하면서도 마이크로폰의 성능을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 아날로그 신호와 디지털 신호를 동시에 수취하여 음성 신호 처리부를 통해 합성하여 출력이 가능하도록 구성함으로써, 마이크로폰의 성능을 그대로 유지하면서도 노이즈 제거 등이 효과적으로 가능한 음성 신호 처리 방법 및 이를 포함하는 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음성 처리 장치는,

음성 신호 처리 장치에 있어서, 디지털 신호와 아날로그 신호를 각각 수취하는 적어도 하나의 마이크;

상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 오디오-디지털 변환기;

상기 마이크들로부터 감지된 아날로그 신호 및 디지털 신호를 수취하는 디지털 신호 처리부(DSP);

상기 디지털 신호 처리부로부터 처리된 디지털 신호를 오디오 신호로 변환하는 오디오 코덱; 및

상기 오디오 코덱을 통해 송출된 신호를 외부로 출력하는 출력부;를 포함하는 구조일 수 있다.

따라서, 사용자의 음성을 포함하는 아날로그 신호와 외부로 유입되는 디지털 신호를 동시에 수취하여 처리하도록 디지털 신호 처리부를 구성함으로써, 마이크로폰의 성능을 그대로 유지하면서도 노이즈 제거가 효율적으로 이루어 진다.

바람직하게, 상기 디지털 신호 처리부(Digital Signal Process)는 상기 마이크들로부터 수취된 디지털 신호와 아날로그 신호를 동시 또는 소정의 시간 간격으로 수취하여 처리하는 방식일 수 있다.

이러한 방식에서, 상기 디지털 신호와 상기 아날로그 신호는 하나의 신호로 프로그램화하여 합성되는 방식일 수 있고, 하나의 예에서, 상기 프로그램은 디지털 신호의 사칙연산 또는 함수에 의해 계산되는 방식으로 처리될 수 있다.

따라서, 사용자의 음성신호가 디지털 신호로 변환되어 상기 디지털 신호 처리부를 통해 능동적으로 처리될 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 디지털 신호 처리부에서 처리된 상기 디지털 신호는 PCM(Pulse code modulation) 신호로 출력이 이루어지는 구조일 수 있다. 따라서, 상기 디지털 신호는 별도의 변환 없이 상기 디지털 신호 처리부에서 그대로 입력되어 사용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 마이크는 디지털 마이크(MEMS) 또는 아날로그 마이크(ECM)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로, 종래의 마이크로폰은 무지향성 디지털 마이크만을 사용하는 반면에 본 발명에 따른 음성 신호 처리 장치는 외부 노이즈에 대해서는 무지향성 마이크를 통해 수취하고, 사용자의 음성 신호는 지향성 마이크를 통해 수취하는 형식으로 구현되는 구조일 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 음성 신호 처리 장치를 포함하는 차량용 마이크로폰을 제공한다. 이러한 차량용 마이크로폰의 구체적인 구성은 당업자에게 공지되어 있으므로 본 명세서 구체적인 구조에 대한 설명은 생략하기로 한다.

하나의 구체적인 예에서, 운전자의 위치(음성 신호)는 고정되어 있으므로 지향성 마이크를 적용하고 외부 노이즈(External Noise)는 여러 방향에서 유입되므로 무지향성 마이크를 적용하는 구조일 수 있다. 따라서, 마이크로폰의 성능을 그대로 유지하면서도 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있다.

한편, 본 발명은 음성 신호를 변화하여 디지털 신호로 출력하는 방법을 제공한다.

하나의 구체적인 예에서, 음성 신호를 변화하여 디지털 신호로 출력하는 방법으로서,

(a) 디지털 신호와 아날로그 신호를 수취하는 과정;

(b) 상기 디지털 신호와 아날로그 신호를 디지털 신호 처리부(Digital Signal Process)를 통해 하나의 신호로 프로그램화하여 합성하는 과정;

(c) 상기 (b) 과정에서 합성된 하나의 디지털 신호를 출력부를 통해 외부로 출력하는 과정;

을 포함할 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 (a)과정에서 상기 디지털 신호와 상기 아날로그 신호는 동시에 수취되어 상기 디지털 신호 처리부(Digital Signal Process)에서 처리되는 구조일 수 있다.

상기 디지털 신호와 상기 아날로그 신호는 동시에 수취되어 처리되는 구조일 수 있지만, 경우에 따라서는, 소정의 시간간격으로 수취되는 방식도 가능함은 물론이다.

또, 상기 (a) 과정과 (b) 과정 사이에는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정과, 상기 (b) 과정과 (c) 과정 사이에는 합성된 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정을 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 음성 신호 처리 장치는 아날로그 신호와 디지털 신호를 동시에 수취하여 음성 신호 처리부를 통해 합성하여 출력이 가능하도록 구성함으로써, 마이크로폰의 성능을 그대로 유지하면서도 노이즈 제거 등이 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 음성 신호 처리 장치는 종래의 노이즈 제거를 위한 별도의 오디오-디지털 변환기(Audio Digital Converter)를 추가로 설치할 필요가 없으므로, 제조 과정이 간소해지고 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 마이크로폰의 구성을 나타내는 모식도이다;
도 2는 본 발명에 따른 음성 신호 처리장치의 구성을 나타내는 모식도이다;
도 3은 본 발명에 따른 아날로그 신호 및 디지털 신호 처리 과정을 나타내는 흐름도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명에 따른 음성 신호 처리장치의 구성을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 음성 신호 처리 장치는 디지털 신호를 수취하는 디지털 마이크(100), 아날로그 신호를 수취하는 아날로그 마이크(200), 상기 디지털 신호와 아날로그 신호를 수취하여 처리하는 오디오-디지털 변환기(300), 오디오-디지털 변환기(300)에서 송출되는 신호를 처리하는 디지털 신호 처리부(500) 및 디지털 신호 처리부(500)에서 송출되는 디지털 신호를 수신하는 오디오 코덱(600)을 포함하여 구성되어 있다.

디지털 마이크(100)는 MEMS(micro electro mechanical systems) 마이크로서 외부 노이즈를 취음하여 처리하고, 아날로그 마이크(200)는 ECM(electret condenser/capacitor microphone )으로서 사용자의 음성을 취음하여 처리한다. 여기서, 아날로그 마이크(200)에서 취음되는 음성 신호인 아날로그 신호는 오디오-디지털 변환기(300)를 통해 디지털 신호로 송출된다.

디지털 신호 처리부(500)는 상기 수취된 노이즈를 분석하는 노이즈 분석부(510)와 상기 디지털 신호를 사칙연산 또는 함수에 의한 알고리즘으로 구현 및 변환하는 디지털 신호 변환부(520)를 포함하고 있다. 따라서, 사용자의 음성 신호와 외부 노이즈가 각각 능동적으로 처리되어 음성 신호 처리 장치의 성능을 유지하면서도 외부 노이즈에 의한 잡음 등을 효과적으로 제거한다.

오디오 코덱(600)은 디지털 신호 처리부(500)의 노이즈 분석부(510)와 디지털 신호 변환부(520)를 통해 합성되어 출력되는 디지털 신호를 수취하여 아날로그 신호로 변환한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 음성 신호 처리 장치의 처리 과정을 도 3 을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 음성 신호 처리 장치를 통해 아날로그 신호 및 디지털 신호 처리 과정을 나타내는 흐름도가 개략적으로 도시되어 있다.

먼저, 음성 신호 처리 장치를 통해 신호가 입력이 시작되면(S1), 아날로그 마이크(200)를 통해 노이즈를 포함한 운전자의 음성을 수취하는 과정(S2-1) 및 디지털 마이크(100)를 통해 외부 노이즈를 수취하는 과정(S2)이 각각 수행된다.

이 후, 아날로그 마이크(200)를 통해 수취된 운전자의 음성 신호는 오디오-디지털 변환기(300)을 통해 디지털 신호로 변환(S3-1)되고, 디지털 마이크(100)를 통해 수취된 외부 노이즈는 디지털 신호로 각각 출력된다(S3).

여기서, 상기 외부 노이즈는 지속적으로 모니터링 되어 가변적으로 추가 또는 변환 입력되도록 디지털 신호 처리부(500)의 노이즈 분석부(510)에서 실시간 분석되고, 상기 운전자의 음성 신호에 포함되어 있는 노이즈는 디지털 신호 처리부(500)의 디지털 신호 변환부(520)를 통해 제거 된다(S4).

그 다음, 디지털 신호 처리부(500)에서 출력되는 디지털 신호는 오디오 코덱(600)을 통해 아날로그 신호로 변환된 후 송출되고, 증폭기(도시하지 않음)를 통해 신호를 증폭시키는 과정(S6)을 거친 후, 최종적으로 스피커를 통해 외부로 출력된다(S7).

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (11)

1. 음성 신호 처리 장치에 있어서, 디지털 신호와 아날로그 신호를 각각 수취하는 적어도 두 개의 마이크;
   상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 오디오-디지털 변환기;
   상기 마이크들로부터 감지된 아날로그 신호 및 디지털 신호를 동시에 수취하여 처리하되, 사칙연산 또는 함수에 의한 알고리즘으로 구현 및 변환되는 상기 디지털 신호와 상기 아날로그 신호를 하나의 신호로 프로그램화하여 실시간으로 분석 및 합성하는 디지털 신호 처리부(Digital Signal Process);
   상기 디지털 신호 처리부로부터 처리된 디지털 신호를 오디오 신호로 송출하는 오디오 코덱; 및
   상기 오디오 코덱을 통해 송출된 신호를 외부로 출력하는 출력부;를 포함하며,
   아날로그 신호를 수취하는 마이크는 지향성 마이크이고 디지털 신호를 수취하는 마이크는 무지향성 마이크인 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 장치를 포함하는 차량용 마이크로폰.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부에서 처리된 상기 디지털 신호는 PCM(Pulse code modulation) 신호로 출력이 이루어지는 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 장치 장치를 포함하는 차량용 마이크로폰.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크는 디지털 마이크(MEMS) 또는 아날로그 마이크(ECM)인 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 장치 장치를 포함하는 차량용 마이크로폰.
7. 삭제
8. 제1항, 제5항 또는 제6항 중 어느 하나에 따른 차량용 마이크로폰을 사용하여 음성 신호를 변환하여 디지털 신호로 출력하는 방법으로서,
   (a) 디지털 신호와 아날로그 신호를 수취하는 과정;
   (b) 상기 디지털 신호와 아날로그 신호를 디지털 신호 처리부(DSP)를 통해 하나의 신호로 프로그램화하여 합성하는 과정;
   (c) 상기 (b) 과정에서 합성된 하나의 디지털 신호를 출력부를 통해 외부로 출력하는 과정;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 방법.
9. 제 8 항에 있어서, (a)과정에서 상기 디지털 신호와 상기 아날로그 신호는 동시에 수취되는 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 방법.
10. 제 8 항에 있어서, (a)과정과 (b)과정 사이에는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 방법.
11. 제 8 항에 있어서, (b)과정과 (c)과정 사이에는 합성된 상기 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 처리 방법.

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