KR101539268B1 - 수신기의 잡음 제거 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명이 제공하는 수신기의 잡음 제거 장치는, 수신 신호의 현재 프레임 구간의 비트율 정보를 이용하여 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인지 여부를 결정하고, 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인 경우 상기 수신 신호의 잡음 특성을 분석하는 잡음 분석부와, 상기 분석된 잡음 특성에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음의 제거 강도를 결정하고, 상기 결정된 제거 강도에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음을 제거하는 잡음제거부를 포함한다.
Figure R1020080131316
잡음제거부, 자동 이득 조절기(AGC), 노이즈 게이트

Description

수신기의 잡음 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR NOISE SUPPRESS IN A RECEIVER}
본 발명은 수신기의 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 자동 이득 조절기를 사용하는 수신기의 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서는 송신측이 전송한 신호는 유선 또는 무선으로 구성되는 네트워크를 통하여 최종적으로 수신측의 단말로 전송된다. 이때, 통신 품질을 높이기 위한 핵심적인 기술은 송수신 과정 중에 발생하는 잡음을 제거하는 것이다. 수신기에 최종적으로 수신된 신호에서 발생하는 잡음에는 크게 송신측 (단말)에서 발생하는 송신측 잡음과, 신호가 네트워크를 거치면서 발생하는 네트워크 잡음이 있다.
통상적으로 상기 네트워크 잡음은 백색 잡음의 특성을 보이는데, 이러한 네트워크 잡음을 제거하기 위하여 수신기에서는 일반적으로 자동 이득 조절기(Automatic Gain Controller: AGC)가 사용된다.
송신측에서 부호화되어 전송된 신호는 네트워크를 통하여 수신 단말에 입력된다. 즉, 네트워크를 통하여 전송된 신호는 수신기의 안테나를 통해 복호기(Decoder)(101)로 입력된다. 복호기(101)는 송신측에서 부호화된 패킷을 PCM(Pulse Coded Modulation) 신호로 복호한다. AGC(103)는 상기 복호된 PCM 신호의 진폭 변동을 검출하여 출력 신호의 진폭이 일정하게 수준으로 유지되도록 이득을 자동으로 조절한다. 디지털 수신 볼륨 조정기(Rx Volume)(105)는 수신측 사용자가　단말의 볼륨을 조정할 때, 그에 따라 상기 AGC(103)의 출력 신호에 대한 이득 값을 조정한다. 코덱 게인(Codec Gain)(107)은 상기 디지털 수신 볼륨 조정기(105)의 출력 신호에 대하여 적절한 수준으로 코덱의 이득을 조절하고, 이렇게 이득이 조절된 신호는 디지털/아날로그(D/A) 변환기(109)에서 아날로그 신호로 변환되고, 이후 앰프(111)를 통하여 출력된다.
여기서 상기 AGC(103)는 노이즈 게이트 임계값과 노이즈 게이트 기울기를 조절하여 네트워크 잡음을 제거하는데 이에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다.
AGC(103)는 노이즈 게이트 임계값과 노이즈 게이트 기울기를 조절하여 네트워크 잡음을 제거한다.
도 2는 AGC에서 노이즈 게이트 기울기 및 노이즈 게이트 임계값을 사용하여 네트워크 잡음을 제거하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 실선은 노이즈 게이트 기울기를 나타내는데, 노이즈 게이트 임계값(22)은 그 지점을 경계로 하여 노이즈 게이트 기울기가 다르게 설정된 지점을 말한다. 노이즈 게이트 임계값(22)의 좌측의 노이즈 게이트의 기울기(29)는 우측의 노이즈 게이트 기울기(27)보다 크게 설정되어 있다. 이렇게 설정된 노이즈 게이트 기울기에 따르면, 상기 노이즈 게이트 임계값(22)보다 레벨이 낮은 신호(21)의 입출력 비는 노이즈 게이트 임계값(22)보다 레벨이 큰 신호의 입출력비보다 작게 된다. 따라서 노이즈 게이트 임계값(22)보다 레벨이 낮은 신호는 AGC를 통과한 후에는 이득이 감소되어 신호 레벨이 작아진다.
AGC는 이러한 노이즈 게이트 기울기 및 임계값의 특성을 이용하여 네트워크 잡음을 제거한다. 즉, 네트워크 잡음의 레벨을 사전에 측정하여 네트워크 잡음의 레벨보다 높은 값으로 노이즈 게이트 임계값을 설정하고, 노이즈 게이트 기울기를 원하는 수준으로 설정하면 네트워크 잡음의 레벨을 감소시킬 수 있다.
그런데 이렇게 AGC에서 네트워크 잡음을 제거하는 과정에서 무전기 현상 및 스윙 현상이 발생하는데 이는 통화 품질을 저하시키는 원인이 된다. 상기 무전기 현상이란 음성이 끝난 후 AGC 에 의해 잡음이 제거될 때, 칙~ 하면서 잡음이 사라지는 현상을 말하고, 상기 스윙 현상이란 AGC의 노이즈 게이트 임계값 수준의 작은 음성이 AGC 에 의해 음이 울렁거리거나 특정 음소가 사라지는 현상을 말한다. 이러한 무전기 현상 및 스윙 현상은 심야 통화처럼 조용한 환경에서 작은 소리로 통화할 때 두드러지게 발생한다.
또한, 일반적으로 송신측 단말의 음성 부호화기에는 잡음제거부가 포함되어 있는데, 상기 잡음제거부는 송신측 단말에서 발생하는 정적 잡음을 거의 완전히 제거할 수 있으나 비정적 잡음을 완전히 제거하기는 어렵다. 상기 정적 잡음이란 백색 잡음과 같이 전체 주파수 대역에서 잡음 레벨이 일정한 수준을 유지하는 잡음을 말하고, 상기 비정적 잡음이란 주파수 대역에 따라 잡음 레벨이 변화하는 잡음을 말한다. 이렇게 제거되지 않은 비정적 잡음은 상기 잡음제거부를 통과하면서 잡음 레벨이 커진다. 결국, 송신측에서 발생하는 잡음이 잡음제거부를 통과하게 되면, 정적 잡음은 제거되나 비정적 잡음의 레벨은 더욱 커지게 된다.
한편, 송신측의 신호가 네트워크를 통과하면서 상기 비정적 잡음의 레벨은 더욱 커지며, 네트워크에서도 정적 잡음이 발생하게 된다. 따라서 수신기에 도달하는 잡음은 상기 레벨이 커진 비정적 잡음에 네트워크에서 발생한 정적 잡음이 더해지게 되어 잡음 레벨이 매우 커진다. 따라서 이러한 높은 레벨의 잡음을 제거하기 위하여 수신기는 AGC의 노이즈 게이트 임계값과 기울기를 크게 설정하므로 상기 무전기 현상과 스윙 현상이 두드러지게 발생하게 된다.
또한, 한 번 고정된 값으로 상기 노이즈 게이트 임계값이 설정되면 잡음 레벨이 변화하여도 이를 반영하지 못하였기 때문에 잡음을 효율적으로 제거하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 수신기의 잡음 제거 과정에서 발생하는 스윙 현상 및 무전기 현상을 감소시키는 수신기의 잡음 제거 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 AGC에서 노이즈 게이트 임계값과 기울기를 작게 설정하기 위한 수신기의 잡음 제거 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 AGC에서 잡음 레벨의 변화를 반영하여 노이즈 게이트 임계값을 설정할 수 있는 수신기의 잡음 제거 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 비음성 구간의 잡음 특성에 따라 결정된 잡음 제거의 강도에 의해 1차로 잡음을 제거하고, 잡음 레벨 및 잡음 특성에 따라 조정된 AGC의 노이즈 게이 트 임계값에 의해 2차로 잡음을 제거하는 수신기의 잡음 제거 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 제공하는 수신기의 잡음 제거 장치는, 수신 신호의 현재 프레임 구간의 비트율 정보를 이용하여 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인지 여부를 결정하고, 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인 경우 상기 수신 신호의 잡음 특성을 분석하는 잡음 분석부와, 상기 분석된 잡음 특성에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음의 제거 강도를 결정하고, 상기 결정된 제거 강도에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음을 제거하는 잡음제거부를 포함한다.
상기 잡음 분석부는, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부를 판단하고, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인 경우, 상기 정적 잡음의 에너지가 소정 임계값을 초과하면 상기 정적 잡음의 특성을 송신측 정적 잡음으로 판정하고, 상기 정적 잡음의 에너지가 상기 소정 임계값 이하이면 상기 정적 잡음의 특성을 네트워크 정적 잡음으로 판정하는 것을 특징으로 하고,
상기 잡음 제거부는, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 비정적 잡음인 경우, 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도로 설정하고, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 네트워크 정적 잡음인 경우, 상기 잡음의 제거 강도를 최대 강도로 설정하고, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 송신측 정적 잡음인 경우, 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도와 최대 강도 사이에서 미리 결정된 강도로 설정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 잡음 제거 장치는, 상기 분석된 잡음 특성에 따라 노이즈 게이트 임계값을 실시간으로 조절하여, 상기 잡음제거부의 출력 신호에 포함된 잔여 잡음을 제거하는 자동 이득 조정기를 더 포함한다.
본 발명이 제공하는 수신기의 잡음 제거 방법은, 수신 신호의 현재 프레임 구간의 비트율 정보를 이용하여 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인지 여부를 결정하는 과정과, 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인 경우 상기 수신 신호의 잡음 특성을 분석하는 과정과, 상기 분석된 잡음 특성에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음의 제거 강도를 결정하는 과정과, 상기 결정된 제거 강도에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음을 제거하는 과정을 포함한다.
상기 잡음 특성을 분석하는 과정은, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부를 판단하는 과정과, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인 경우, 상기 정적 잡음의 에너지가 소정 임계값을 초과하면 상기 정적 잡음의 특성을 송신측 정적 잡음으로 판정하고, 상기 정적 잡음의 에너지가 상기 소정 임계값 이하이면 상기 정적 잡음의 특성을 네트워크 정적 잡음으로 판정하는 과정을 포함하고,
상기 잡음의 제거 강도를 결정하는 과정은, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 비정적 잡음인 경우 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도로 설정하고, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 네트워크 정적 잡음인 경우 상기 잡음의 제거 강도를 최대 강도로 설정하고, 상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 송신측 정적 잡음인 경우 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도와 최대 강도 사이에 미리 결정된 강도로 설정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 수신기의 잡음 제거 방법은, 상기 분석된 잡음 특성에 따라 자동 이득 조정기 노이즈 게이트 임계값을 실시간으로 조절하는 과정과, 상기 조정된 임계값에 따른 노이즈 게이트를 이용하여 상기 잡음이 제거된 수신 신호에 포함된 잔여 잡음을 제거하는 과정을 더 포함한다.
본 발명의 구성에 따른 효과는 다음과 같다.
본 발명은 비음성 구간의 잡음 특성을 실시간으로 분석하고 상기 잡음 특성에 따라 잡음 제거의 강도를 결정하여 잡음을 1차적으로 제거하여 AGC로 입력되는 신호의 잡음 레벨을 감소시키며, 또한, 실시간으로 변화하는 잡음의 레벨 및 잡음의 특성에 따라 AGC의 임계값을 조정할 수 있기 때문에, AGC만으로 잡음을 제거하는 경우보다 스윙 현상 및 무전기 현상이 현저히 감소하여 통화 품질을 향상시키고 결과적으로 가입자의 서비스 만족도를 높일 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명의 주요 개념에 대하여 설명한다.
본 발명은 수신기에서 잡음제거부와 AGC를 동시에 사용하여 잡음을 제거한다. 구체적으로, 수신 신호를 음성 구간과 비음성 구간으로 나누고 비음성 구간의 잡음 특성이 비정적 잡음인지 정적 잡음인지를 분석하고, 정적 잡음인 경우 다시 네트워크에 의한 것인지 송신측 단말에 의한 것인지를 분석한다. 이렇게 분석된 잡음 특성에 따라 잡음제거부는 잡음 제거의 강도를 결정하여 잡음을 1차적으로 제거하고, 이를 AGC에 입력한다. AGC는 1차적으로 잡음이 제거된 신호의 잡음을 2차적으로 제거하는데, 이때, AGC의 임계값은 상기 잡음 특성에 따라 실시간으로 조정되며 또한, 상기 1차 제거된 잡음에 의하여 잡음의 레벨이 낮아졌기 때문에 AGC의 임계값이 낮게 설정될 수 있으므로 종래의 스윙 현상 및 무전기 현상이 감소한다.
이하에서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 잡음 제거를 위한 구성을 포함하는 수신기를 설명하는 도면이다.
도 3의 구성 중 복호기(101), AGC(103), 디지털 수신 볼륨 조정기(105), 코데 게인(107), 디지털/아날로그 변환기(109), 앰프(111)의 기능은 상기 도 1에서 설명된 바와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 본 발명의 수신기에는 잡음 분석부(Noise Analysis)(113)와 잡음제거부(Noise suppressor)(115)의 구성이 추가된다. 한편, 본 발명의 동작을 위하여 상기 복호기(101)는 상기 복호기(101)의 프레임 정보(Rate 정보) 및 출력 신호인 복호된 PCM 신호를 잡음분석부(113)로 전달한다.
상기 잡음분석부(113)는 상기 복호기(101)로부터 전달받은 프레임 정보 및 복호된 PCM 신호의 잡음 특성을 분석하여 그 결과를 잡음제거부(115)와 AGC(103)에 출력한다. 한편, 상기 잡음제거부(115)는 상기 잡음분석부(113)로부터 전달받은 잡음 특성에 따라 잡음제거의 강도를 조절한다.
상기 잡음분석부(113)의 동작을 상세히 설명한다. 잡음분석부(113)는 (a)복호기의 비트율에 따라 PCM 신호를 음성 구간과 비음성 구간으로 나누는 동작과 (b)상기 음성 및 비음성 구간에 대한 잡음 특성을 분석하는 동작을 수행한다.
(a) PCM 신호를 음성 구간과 비음성 구간으로 나누는 동작
잡음분석부(113)는 프레임의 비트율 정보에 따라 상기 PCM 신호를 음성 구간과 비음성 구간으로 구분할 수 있다. PCM 신호가　음성 구간이라면 음성 구간의 프레임은 비트율(bit rate)이 일정 수준을 초과하는 높은 값이 되며, 비음성 구간의 프레임이라면 비트율이 일정 수준 이하의 낮은 값이 된다.　예를 들어, IMT-2000의 비동기 방식에서 채택한 음성 부호화 방식인 AMR(Adaptive MultiRate)의 경우 음성 구간은 비트율에 따라 ARM_12.0(12.20 kbit/s), AMR_10.20(10.20 kbit/s), AMR _7.95(7.95 kbit/s), AMR_7.40(7.40 kbit/s), AMR_6.70(6.70 kbit/s), AMR_5.90(5.90 kbit/s), AMR_5.15(5.15 kbit/s), AMR_4.75(4.75 kbit/s) 모드 중 하나로 전송되며, 비음성 구간은 AMR_SID(1.80 kbit/s) 모드로 전송되기 때문에 상기 모드 정보로부터 비음성 구간을 판단할 수 있다.
(b) 음성 구간과 비음성 구간에 대한 잡음 특성을 분석하는 동작
이렇게 복호기의 비트율을 이용하여 현재의 프레임이 음성 구간인지 비음성 구간인지 여부를 판단한 결과, 현재의 프레임이 비음성 구간이라면, 후술하는 방식을 이용하여 현재의 비음성 구간 프레임 내의 PCM 신호의 잡음이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부를 판정한다. 한편, 현재의 프레임이 음성 구간이라면 초기 디폴트(default)값 또는 이전의 비음성 구간의 잡음분석 결과를 이용하여 잡음 특성을 판정할 수 있다.
상기　비음성 구간 프레임의 PCM 신호의 잡음 특성을 분석하는 방식은 여러 가지가 있을 수 있으나, 여기서는 신호의 에너지를 이용하는 3 가지 방식을 설명한다.
첫 번째 방식은 비음성 구간의 에너지 변화율을 이용하는 방식이다. 즉, 해당 프레임에 대한 에너지 분산값이 소정 임계값 이하이면 해당 프레임의 에너지가 일정하게 유지되는 것이므로 이 경우는 정적 잡음으로 판정하며, 해당 프레임에 대한 에너지 분산값이 소정 임계값을 초과한다면 비정적 잡음으로 판정한다.　
두 번째 방식은 비음성 구간의 주파수 신호의 에너지 변화율을 이용하는 방식이다. 즉, 비음성 구간의 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)을 이용하여 주파수 영역 신호로 변환한 이후, 주파수 밴드 별 에너지를 구하고, 주파수 밴드 에너지 별로 분산값을 계산한다. 상기 주파수 밴드 에너지 별 분산값이 밴드 별로 소정 임계값 이하이면 정적 잡음으로 판정하고, 소정 임계값을 초과한다면 비정적 잡음으로 판정한다.
세 번째 방식은 기존 통신망의 네트워크 잡음에 대한 통계적 모델과 현재 수신한 신호의 비음성 구간의 통계 값을 비교하여 현재의 비음성 구간의 잡음이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부를 판정한다.
만일 비음성 구간의 잡음 특성이 정적 잡음으로 판정된 경우, 잡음분석부(113)는　상기 정적 잡음이 송신측 배경 잡음에 의해 발생한 것인지 또는 네트워크에서 발생한 것인지를 판정한다. 즉, 정적 잡음의 에너지가 소정 임계값을 초과하면 상기 정적 잡음을 송신측 배경 잡음에 의해서 발생된 "송신측 정적 잡음"으로 판정하며, 상기 정적 잡음의 에너지가 소정 임계값 이하라면 상기 정적 잡음을 네트워크에서 발생한 "네트워크 정적 잡음"으로 판정한다. 이는 송신측 정적 잡음의 에너지가 네트워크 정적 잡음의 에너지보다 크다는 성질을 이용한 것이다.
참고로 앞서 배경 기술의 설명에서 송신측 정적 잡음은 송신기의 잡음제거부에서 제거된다고 설명하였으나, 여기서 송신측 정적 잡음을 고려한 이유는 경우에 따라서 송신측 정적 잡음이 완전히 제거되지 않거나, 송신기가 잡음제거부를 사용하지 않는 경우에 수신기에서 수신한 신호에 송신측 정적 잡음이 포함될 수 있기 때문이다.
이하에서는 상기 잡음제거부(115)의 동작을 설명한다.
잡음제거부(115)는 상기 잡음분석부(113)의 결과에 따라 잡음제거의 강도를 조정한다. 이때, 잡음제거부(115)로 입력되는 신호에 음성과 잡음이 뒤엉켜(Convolutive) 섞여 있다고 가정하면, 잡음제거부(115)의 입력 신호 x(t)는 하기 <수학식 1>로 표현된다.
　　　　　　　　　　　　　　x(t) = s(t) * n(t)
　여기서 s(t)는 음성신호이며, n(t)는 잡음을 나타낸다.
　상기 <수학식 1>을 주파수 변환하면 상기 <수학식 1>은 다시 하기 <수학식 2>로 표현된다.
　　　　　　　　　　　　　　X(f) = S(f) × N(f)
본 발명에서 잡음제거부(115)는 상기 <수학식 2>의 X(f)에서 실제 잡음(N(f))을 제거하기 위하여 소정 이득(G(f)) 값을 곱할 것이다. 그런데 잡음제거부(115)는 현재 상기 실제 잡음(N(f))을 알지 못하는 상태이기 때문에 본 발명에서는 상기 실제 잡음(N(f))을 추정한 추정 잡음(N'(f))을 구하는 방식을 사용한다.
상기 추정 잡음을 구하기 위하여 잡음제거부(115)는 수신 신호의 신호대잡음비(Signal-Noise Ratio: SNR) 값을 이용한다. 한편, 잡음제거부(115)는 잡음분석부(113)의 분석에 의한 잡음 특성을 반영하여 추정 잡음을 구하기 위하여 적응 계수 μ 를 포함하여 추정 잡음을 계산한다. 상기 μ 는 잡음 특성에 따라 다르게 설정된다. 이는 하기 <수학식 3>에 표현되었다.
Figure 112008087953037-pat00001
　　　　　　　　　　　　　
한편, G(f)는 상기 N'(f)의 역수이며, 이는 하기 <수학식 4>에 표현되었다.
　G(f) = 1 / N'(f) or
Figure 112008087953037-pat00002
이렇게 계산된 상기 G(f)를 상기 <수학식 2>의 잡음이 포함된 신호인 X(f)에 곱하면 잡음이 제거된 음성 신호 S'(f) 를 구할 수 있다. 이는 하기 <수학식 5>에 표현되었다.
X(f) × G(f) = S(f) × N(f) ×(1/N'(f)) ≒ S'(f)
　상기 <수학식 3> 내지 <수학식 5>에서 설명된 과정은 잡음 특성이 시간에 따라 일정한 정적 잡음에 대해서 적용될 수 있다. 만일 잡음의 특성이 시간에 따라 변하는 비정적 잡음이라면 N'(f)를 추정하기 어려우며, 그에 따라 이득(G(f))값도 계산하기 어렵기 때문에 잡음이 원하는 수준으로 제거되지 않고, 음성 신호마저 왜곡될 수 있다.
　잡음제거부(115)는 상기 잡음분석부(113)의 잡음 특성 판정 결과에 따라 이득(G(f)) 값을 다르게 설정하여 음성 왜곡을 일으키지 않으면서 잡음을 제거한다. 구체적인 방식은 아래와 같다.
만일　SNR이 크면 음성 신호의 에너지가 잡음 에너지에 비하여 매우 큰 상태이므로 상기 이득(G(f)) 값이 거의 1에 가까운 값이 되도록 하여 잡음제거의 강도를 작게 하고, SNR이 작으면 잡음 에너지가 큰 상태이므로 이득(G(f)) 값을 0에 가까운 값이 되도록 하여 잡음제거의 강도를 최대로 한다. 여기서 SNR은 잡음제거부(115)가 변경시킬 수 없는 값이므로 이득값을 조정하기 위하여 잡음제거부(115)는 잡음분석부(113)의 잡음 특성 분석 결과에 따라 μ의 값을 조정한다. 잡음분석부의 잡음 특성 분석에 따라 μ의 값을 조정하는 방식은 아래와 같다.
(1) 비음성 구간의　잡음이 (송신측에서 발생한) 비정적 잡음인 경우, 잡음 제거를 크게 하면 이 과정에서 음성 왜곡이 발생할 수 있으므로 잡음 제거의 강도를 최소로 해야 한다. 따라서 G 값은 1 에 가까운 값이 되도록 설정하기 위하여, μ값을 0 에 근접한 작은 값으로 설정한다. 이때의 μ = μnonstationary로 정의하며, 상기 μnonstationary는 시스템에 따라 달라질 수 있다.
(2) 비음성 구간의 잡음이 네트워크 정적 잡음인 경우, 네트워크 정적 잡음은 에너지가 작기 때문에 잡음 제거의 강도를 크게 하여도 음성 왜곡은 거의 일어나지 않는다. 따라서 G 값을 0에 가까운 값이 되도록 하기 위하여 μ를 큰 값으로 설정한다. 이때의 μ = μnetwork　로 설정하며, 상기 μnetwork의 값은 시스템에 따라 달라질 수 있다.
(3) 한편, 비음성 구간의 잡음이 송신측 정적 잡음인 경우, 상기 송신측 정적 잡음은 네트워크 정적 잡음보다 에너지가 큰 값이므로 잡음 제거의 강도를 최대로 할 경우 이 과정에서 음성 신호의 왜곡이 발생할 우려가 있다. 따라서 이때의 잡음 제거의 강도를 상기 네트워크 정적 잡음의 제거 강도와 비정적 잡음의 제거 강도 사이에서 일정한 수준이 되도록 한다. 바람직하게는 송신측 정적 잡음의 80% 정도를 제거할 수 있을 정도로 G값을 설정하는 것이 좋다. 이때의 μ = μstationary 로 정의하며 μstationary는 시스템에 따라 달라질 수 있다.
이렇게 잡음제거부(115)에서 잡음 특성에 따라 잡음이 제거된 신호는 AGC(103)로 입력되며, 상기 AGC(103)의 노이즈 게이트를 통하여 나머지 잡음이 제거된다.
즉, 잡음제거부(115)에서 잡음이 일정 수준으로 제거된 이후에 남아있는 잡음의 에너지 레벨을 고려하여 AGC(113)의 노이즈 게이트 임계값이 실시간으로 변화하여 설정된다. 상기 임계값은 상기 잡음분석부(113)가 분석한 잡음 특성에 따라 실시간으로 설정될 수 있다. 네트워크 정적 잡음의 경우 잡음제거부(115)를 통과한 후 잡음의 에너지 레벨이 낮아졌기 때문에 AGC(103)의 노이즈 게이트 임계값을 종래보다 작게 설정할 수 있다. 따라서 AGC(103)에 의하여 음성신호가 제거되는 강도 가 낮아지게 되므로 종래에 문제가 되었던 스윙 현상이 개선될 수 있다. 동시에 AGC(103)에 의해서 제거되는 잡음의 양도 종래보다 적기 때문에 무전기 현상도 완화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수신기에서의 잡음 제거 방법을 설명하는 도면이다.
401 단계에서는 잡음분석부는 비트율 정보를 이용하여 현재 입력되는 PCM신호가 비음성 구간의 신호인지 여부를 판단한다. 403 단계에서 비음성 구간의 신호가 아니라면, 즉, 음성 구간의 신호라면 429 단계로 진행하여 이전의 잡음 분석에 의한 잡음 특성을 적용한다.
한편, 비음성 구간의 신호라면 407 단계로 진행하여 PCM 신호의 잡음 특성을 분석하고, 409 단계에서 분석 결과가 정적 잡음이라면 411 단계로 진행한다. 한편, 정적 잡음이 아니라면, 즉, 비정적 잡음이라면 421 단계로 진행하여 현재 PCM 신호의 잡음 특성을 송신측 비정적 잡음으로 판정한다. 이후, 423 단계에서 잡음제거부는 적응 계수를 μnonstationary로 설정하여 이득값 G를 계산하고, 그에 따라 425 단계에서 잡음을 제거한다.
상기 411 단계에서는 정적 잡음의 에너지 레벨이 소정 기준값보다 큰지를 판단하여, 소정 기준값보다 크다면 413 단계로 진행하여 현재 비음성 구간의 PCM 신호의 잡음 특성을 송신측 정적 잡음으로 판정한다. 415 단계에서 잡음제거부는 상기 송신측 정적 잡음을 제거하기 위하여 적응 계수를 μstationary로 설정하여 G를 계산하고, 그에 따라 425 단계에서 잡음을 제거한다.
한편, 411 단계에서 잡음분석부는 현재 구간의 정적 잡음의 에너지 레벨이 상기 기준값 이하라면, 417 단계로 진행하여 현재 구간의 정적 잡음을 네트워크 정적 잡음으로 판정하고, 잡음제거부는 419 단계에서 적응 계수를 μnetwork　로 설정하여 G 값을 계산하고 그에 따라 425 단계에서 잡음을 제거한다.
한편, 427 단계에서는 상기 415 단계, 419 단계, 423 단계 중 적어도 하나의 단계에서 잡음 특성에 따라 잡음이 제거된 신호에 대한 잔여 잡음을 제거한다. 이 때 AGC 노이즈 게이트 임계값이 종래보다 작게 설정될 수 있음은 앞서 설명된 바와 같다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 수신기에서 잡음제거부와 AGC를 사용하여 잡음을 제거한 결과를 설명하는 도면이다.
(a)는 네트워크 정적 잡음이 섞인 음성 신호를 나타내며, (b)는 종래 AGC만을 사용하여 네트워크 정적 잡음을 제거한 경우의 음성 신호를 나타내며, (c)는 본 발명의 실시예에 따라 잡음제거부와 AGC를 동시에 사용한 경우의 음성 신호를 나타낸다.
(b)의 참조 번호 501은 음성 제거로 인한 스윙 현상을 나타내며, 참조 번호 503은 급격한 잡음 제거로 인한 무전기 현상이 발생됨을 나타낸다. 반면 (c)에서는 이러한 스윙 현상과 무전기 현상이 거의 없음을 볼 수 있다.
도 1은 AGC를 포함하는 수신기에서 오디오 신호를 출력하기 위한 구성을 설명하는 도면,
도 2는 AGC에서 노이즈 게이트를 기울기 및 노이즈 게이트 임계값을 사용하여 네트워크 잡음을 제거하는 방식을 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수신기에서 잡음 제거를 위한 구성을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수신기에서의 잡음 제거 방법을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 수신기에서 잡음제거부와 AGC를 사용하여 잡음을 제거한 결과를 설명하는 도면.

Claims (12)

  1. 수신기의 잡음 제거 장치에 있어서,
    수신 신호의 현재 프레임 구간의 비트율 정보를 이용하여 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인지 여부를 결정하고, 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인 경우 상기 수신 신호의 잡음이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부로 상기 수신 신호의 잡음 특성을 분석하는 잡음 분석부와,
    상기 분석된 잡음 특성에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음의 제거 강도를 결정하고, 상기 결정된 제거 강도에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음을 제거하는 잡음제거부를 포함하는 수신기의 잡음 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 잡음 분석부는,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부를 판단하고,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인 경우, 상기 정적 잡음의 에너지가 소정 임계값을 초과하면 상기 정적 잡음의 특성을 송신측 정적 잡음으로 판정하고, 상기 정적 잡음의 에너지가 상기 소정 임계값 이하이면 상기 정적 잡음의 특성을 네트워크 정적 잡음으로 판정하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 잡음 제거부는,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 비정적 잡음인 경우, 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도로 설정함을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 잡음 제거부는,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 네트워크 정적 잡음인 경우, 상기 잡음의 제거 강도를 최대 강도로 설정함을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 잡음 제거부는,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 송신측 정적 잡음인 경우, 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도와 최대 강도 사이에서 미리 결정된 강도로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 분석된 잡음 특성에 따라 노이즈 게이트 임계값을 실시간으로 조절하여, 상기 잡음제거부의 출력 신호에 포함된 잔여 잡음을 제거하는 자동 이득 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 장치.
  7. 수신기의 잡음 제거 방법에 있어서,
    수신 신호의 현재 프레임 구간의 비트율 정보를 이용하여 상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인지 여부를 결정하는 과정과,
    상기 현재 프레임 구간이 비음성 구간인 경우 상기 수신 신호의 잡음이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부로 상기 수신 신호의 잡음 특성을 분석하는 과정과,
    상기 분석된 잡음 특성에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음의 제거 강도를 결정하는 과정과,
    상기 결정된 제거 강도에 따라 상기 수신 신호에 포함된 잡음을 제거하는 과정을 포함하는 수신기의 잡음 제거 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 잡음 특성을 분석하는 과정은,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인지 비정적 잡음인지 여부를 판단하는 과정과,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 정적 잡음인 경우, 상기 정적 잡음의 에너지가 소정 임계값을 초과하면 상기 정적 잡음의 특성을 송신측 정적 잡음으로 판정하고, 상기 정적 잡음의 에너지가 상기 소정 임계값 이하이면 상기 정적 잡음의 특성을 네트워크 정적 잡음으로 판정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 잡음의 제거 강도를 결정하는 과정은,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 비정적 잡음인 경우 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 잡음의 제거 강도를 결정하는 과정은,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 네트워크 정적 잡음인 경우 상기 잡음의 제거 강도를 최대 강도로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 잡음의 제거 강도를 결정하는 과정은,
    상기 비음성 구간으로 결정된 수신 신호의 잡음 특성이 상기 송신측 정적 잡음인 경우 상기 잡음의 제거 강도를 최소 강도와 최대 강도 사이에 미리 결정된 강도로 설정하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 방법.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 분석된 잡음 특성에 따라 자동 이득 조정기 노이즈 게이트 임계값을 실시간으로 조절하는 과정과,
    상기 조정된 임계값에 따른 노이즈 게이트를 이용하여 상기 잡음이 제거된 수신 신호에 포함된 잔여 잡음을 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기의 잡음 제거 방법.
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