KR101631611B1 - 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법 - Google Patents

시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101631611B1
KR101631611B1 KR1020140065798A KR20140065798A KR101631611B1 KR 101631611 B1 KR101631611 B1 KR 101631611B1 KR 1020140065798 A KR1020140065798 A KR 1020140065798A KR 20140065798 A KR20140065798 A KR 20140065798A KR 101631611 B1 KR101631611 B1 KR 101631611B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
time delay
signals
acoustic signals
microphones
frequency domain
Prior art date
Application number
KR1020140065798A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150138911A (ko
Inventor
권휴상
조완호
Original Assignee
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국표준과학연구원 filed Critical 한국표준과학연구원
Priority to KR1020140065798A priority Critical patent/KR101631611B1/ko
Priority to US15/315,017 priority patent/US9791537B2/en
Priority to PCT/KR2015/005206 priority patent/WO2015182936A1/ko
Publication of KR20150138911A publication Critical patent/KR20150138911A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101631611B1 publication Critical patent/KR101631611B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/808—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using transducers spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/316—Testing of analog circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/14—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/26—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
    • G01S13/28—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave with time compression of received pulses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/30—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2430/20—Processing of the output signals of the acoustic transducers of an array for obtaining a desired directivity characteristic
    • H04R2430/23—Direction finding using a sum-delay beam-former

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

본 발명은 시간 지연 추정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 시간 지연 추정 장치는 복수개의 마이크들을 통해 음향 신호들을 검출하는 음향 신호 검출부, 검출된 음향 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환하는 주파수 영역 변환부, 및 주파수 영역으로 변환된 음향 신호들 간의 위상차의 기울기에 근거하여 시간 지연을 추정하는 시간 지연 추정부를 포함한다.

Description

시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법{TIME DELAY ESTIMATION APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING TEME DELAY THEREOF}
본 발명은 위치 탐지 시스템에 관한 것으로, 특히 음향 신호에서 발생된 시간 지연을 추정하는 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법에 관한 것이다.
음향 신호를 이용하여 음원이 발생한 위치를 추정하는 기술은 두 개 이상의 음향 센서를 초점으로 쌍곡선이나 원을 그려 교차하는 지점으로 위치를 파악하는 삼각법 또는 원교차법 등을 이용한다.
음향 신호을 이용하여 위치를 추정하기 위해서는 음향센서배열과 음향 신호 도달의 시간차를 이용하며, 대표적인 기법으로 도래각(Angle of Arrival, 이하 'AoA'라 칭하기로 함) 기법, 도래 시간(Time of Arrival, 이하 'ToA'라 칭하기로 함) 기법, 도래 시간차(Time difference of Arrival, 이하 'TDoA'라 칭하기로 함) 기법 등이 있다.
AoA 기법은 수신되는 음향 신호의 도달 시간차와 도달각을 측정하여 위치를 측정하는 방식이다. ToA 기법은 기준이 되는 한 개의 음향 센서에 음향 신호가 도달한 시간과 다른 두 개 이상의 음향 센서에 음향 신호가 도달한 시간 정보를 이용하여 위치를 측정하는 방식으로 음향 센서들 간의 시간 동기화가 필요하고, 다중 경로에 의한 오차를 고려해야한다. TDoA 기법은 다수의 음향 센서에 음향 신호가 도달한 시간차를 이용하여 위치를 측정하는 방식으로 시간차 정보를 이용하여 장거리 측정이 가능하다.
이와 같은 위치 추정 기법들은 음향 신호를 발생한 음원의 위치를 정확하게 파악하기 위해 음향 신호를 탐지한다. 이때, 위치 추정 기법들은 탐지된 음향 신호를 이용하여 음향 신호들 시간차를 측정하게 된다. 이와 같은 시간차 측정에 있어서, 음향 신호들의 시간 지연은 위치 추정 성능에 큰 영향을 준다. 하지만, 기존의 음향 신호들의 시간 지연을 추정하는 다양한 방법들이 제안되고 있으나 시간 지연을 정확히 추정하지 못한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 음원의 시간 지연 추정을 정밀하게 할 수 있는 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 시간 지연 추정 장치는 복수개의 마이크들을 통해 음향 신호들을 검출하는 음향 신호 검출부, 상기 검출된 음향 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환하는 주파수 영역 변환부, 및 상기 주파수 영역으로 변환된 음향 신호들 간의 위상차의 기울기에 근거하여 시간 지연을 추정하는 시간 지연 추정부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 음향 신호 검출부는 복수개의 마이크들로부터 음향 신호들을 계측하는 음향 신호 계측부, 상기 계측된 음향 신호들을 트리거하여 상기 음향 신호들의 파형을 추출하는 트리거부, 및 상기 추출된 음향 신호들의 파형의 선택을 통해 상기 복수개의 마이크들 각각에 대한 음향 신호들을 검출하는 파형 선택부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 파형 선택부는 선택된 파형들에 제로 패딩을 통해 상기 음향 신호들을 생성한다.
이 실시예에 있어서, 상기 주파수 변환부는 상기 검출된 음향 신호들을 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호들로 변환한다.
이 실시예에 있어서, 상기 시간 지연 추정부는 상기 복수개의 마이크들 상호 간에 위상차들을 계산하고 상기 계산된 위상차들의 기울기들에 근거하여 시간 지연을 추정하는 위상차 계산부, 상기 시간 지연에 근거하여 방향 벡터를 추정하는 방향 벡터 추정부, 및 상기 추정된 방향벡터에 근거하여 상기 복수개의 마이크들 각각의 신호에 중심 위치의 보정을 통해 평균 신호 데이터를 생성하는 중심 위치 보정부를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 위상차 계산부는 상기 계산된 위상차에 근거하여 상기 파형 선택부에서 선택된 파형들 각각에 적용된 기준 시간들의 위치를 기울기가 0으로 수렴하는 조건을 만족하도록 조정한다.
본 발명에 따른 시간 지연 추정 장치의 시간 지연 추정 방법은 복수개의 마이크들을 통해 음향 신호들을 검출하는 단계, 상기 검출된 음향 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환하는 단계, 상기 변환된 주파수 영역으로 변환된 음향 신호들 간의 위상차의 기울기에 근거하여 시간 지연을 추정하는 단계를 포함하는 시간 지연 추정 방법.
이 실시예에 있어서, 상기 음향 신호들을 검출하는 단계는 상기 복수개의 마이크들로부터 음향 신호들을 계측하는 단계, 상기 계측된 음향 신호들을 트리거하여 음향 신호들의 파형을 추출하는 단계, 및 상기 추출된 음향 신호들의 파형의 선택을 통해 상기 복수개의 마이크들 각각에 대한 음향 신호들을 검출하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 음향 신호들의 파형을 추출하는 단계는 상기 선택된 파형들에 제로 패딩을 통해 상기 음향 신호들을 생성한다.
이 실시예에 있어서, 상기 주파수 영역의 신호들로 변환하는 단계는 상기 검출된 음향 신호들을 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호들로 변환한다.
이 실시예에 있어서, 상기 시간 지연을 추정하는 단계는 상기 복수개의 마이크들 상호 간에 위상차들을 계산하고 상기 계산된 위상차들의 기울기들로부터 시간 지연을 추정하는 단계, 상기 시간 지연에 근거하여 방향 벡터를 추정하는 단계, 및 상기 추정된 방향벡터에 근거하여 상기 복수개의 마이크들 각각의 신호에 중심 위치의 보정을 통해 평균 신호 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 시간 지연을 추정하는 단계는 상기 계산된 위상차에 근거하여 상기 선택된 파형들 각각에 적용된 기준 시간들의 위치를 기울기가 0으로 수렴하는 조건을 만족하도록 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 시간 지연 추정 장치는 주파수 영역에서 위상 변화의 기울기 추정을 통해 시간 지연을 추정함으로써 정밀한 시간 지연 추정을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시간 지연 추정 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시간 지연 추정 방법을 도시한 순서도, 및
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 시간 지연 추정에 따른 동작 시뮬레이션을 예시적으로 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 음향 신호를 이용하여 정밀한 시간 지연을 추정할 수 있는 시간 지연 추정 장치와 시간 지연 추정 장치의 시간 지연 추정 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시간 지연 추정 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 시간 지연 추정 장치(100)는 음향 신호 검출부(110), 주파수 영역 변환부(120), 및 시간 지역 추정부(130)를 포함한다.
음향 신호 검출부(110)는 복수개의 마이크들을 통해 음향 신호들을 검출한다. 음향 신호 검출부(110)는 음향 신호 계측부(111), 트리거부(112), 및 파형 선택부(113)를 포함한다.
음향 신호 계측부(111)는 복수개의 마이크들로부터 음향 신호들을 검출한다. 음향 신호 계측부(111)는 복수개의 마이크들로부터 음향 신호들의 검출을 위해 복수개의 마이크들과 연결된다. 일예로 3개의 마이크들로부터 검출된 음향 신호들이 음향 신호 계측부(111)의 하단에 예시적으로 도시되어 있다. 음향 신호 계측부(111)는 검출된 음향 신호들을 트리거부(112)로 출력한다.
트리거부(112)는 계측된 음향 신호들의 트리거를 통해 음향 신호의 파형을 추출한다. 트리거부(112)는 미리 설정된 기준 시간 이상 음향 신호들 각각을 트리거한다. 이때, 트리거부(112)는 미리 설정된 기준 시간 이상 음향 신호들이 트리거 되지 못하면 음향 신호들을 이용한 시간 지연 추정 동작을 중지한다. 음향 신호들의 파형을 추출하는 동작은 트리거부(112)의 상단에 도시되어 있다. 트리거부(112)는 추출된 음향신호들을 파형 선택부(113)로 출력한다.
파형 선택부(113)는 추출된 음향 신호들로부터 파형의 선택을 통해 복수개의 마이크들 각각에 대한 음향 신호들을 검출한다. 즉, 파형 선택부(113)는 복수개의 마이크들 각각에 대해 일정한 시간 간격에 존재하는 파형을 선택한다. 파형 선택부(113)는 선택된 파형들에 대해 기준 시간(일예로, 타임 스탬프(time stamp))을 설정하고, 제로 패딩을 한다. 즉, 파형 선택부(113)는 선택된 파형이 존재하지 않는 부분에 제로(0)를 삽입한다. 기준 시간이 설정된 파형들은 각 마이크 음향 신호별로 파형 선택부(113) 상단에 도시되어 있다. 음향 신호의 파형을 추출하는 동작은 트리거부(112)의 상단에 도시되어 있다. 파형 선택부(113)는 제로 패딩된 신호들을 주파수 영역 변환부(120)로 출력한다.
또한, 파형 선택부(113)는 위상차 제어부에서 출력되는 기준 시간 제어 신호에 응답하여 선택된 파형들에 적용된 기준 시간들을 조정할 수 있다.
주파수 영역 변환부(120)는 검출된 음향 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환한다. 주파수 영역 변환부(120)는 시간 영역에서 검출된 음향 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환한다. 이를 위해 주파수 영역 변환부(120)는 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)을 수행한다. 따라서, 주파수 영역 변환부(120)는 고속 푸리에 변환기로 구현될 수 있다. 주파수 영역 변환부(120)는 주파수 영역으로의 변환을 위한 대역을 설정한다. 주파수 영역으로 신호를 변환하기 위한 동작이 주파수 영역 변환부(120)의 하단에 도시되어 있다. 이때, 주파수 영역 변환부(120)에서 설정된 대역은 일예로, 10MHz 내지 100MHz일 수 있고, 크기 성분과 위상 성분이 구분되어 도시되어 있다. 주파수 영역 변환부(120)는 주파수 영역으로 변환된 신호를 시간 지연 추정부(130)로 출력한다.
시간 지연 추정부(130)는 주파수 영역으로 변환된 음향 신호들 간의 위상차의 기울기로부터 시간 지연을 측정한다. 시간 지연 추정부(130)는 위상차 계산부(131), 방향 벡터 추정부(132), 및 중심 위치 보정부(133)를 포함한다.
위상차 계산부(131)는 주파수 영역으로 변환된 신호들로부터 위상차를 계산한다. 위상차 계산부(131)는 복수개의 마이크들 상호 간에 위상차들을 계산하고, 계산된 위상차의 기울기(즉, 위상차)가 0으로 수렴하기 위한 조건에 따라 상기 파형 선택부(113)를 제어하기 위한 기준 시간 제어 신호를 출력한다.
이를 통해, 위상차 계산부(131)는 선택된 파형들에 적용된 기준 시간(일예로, 타임 스탬프)들을 조정할 수 있다. 위상차 계산부(131)는 위상차의 기울기에 근거하여 시간 지연을 추정, 즉 위상차의 기울기를 최소화시키는 기준 시간들의 조정을 통해 시간 지연을 추정할 수 있다. 위상차 계산부에서 각 마이크들로부터 수신된 음향 신호들 간의 위상차 계산 결과를 위상차 계산부(131)의 상단에 도시되어 있다. 위상차 계산부(131)는 시간 지연 추정 결과를 방향 벡터 추정부(132)로 출력한다.
방향 벡터 추정부(132)는 시간 지연 추정 결과에 근거하여 음향 신호가 발생된 위치, 즉 음원의 위치를 탐지하기 위한 방향 벡터를 추정한다. 방향 벡터 추정부(132)는 추정된 방향 벡터 정보를 중심 위치 보정부(133)로 출력한다.
중심 위치 보정부(133)는 방향 벡터에 근거하여 각 마이크들의 음향 신호들의 중심 위치를 보정한다. 여기서, 중심 위치를 보정한 음향 신호들은 중심 위치 보정부(133)의 하단에 도시되어 있다. 중심 위치 보정부(133)는 중심 위치 보정을 통해 평균 신호 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 중심 위치 보정부(133)는 평균 신호 데이터와 시간 지연 추정에 따라 획득된 정보들을 음원의 위치 계산을 위한 모듈로 출력한다.
여기서, 음원의 위치 계산 모듈은 도래각(Angle of Arrival, 이하 'AoA'라 칭하기로 함) 기법, 도래 시간(Time of Arrival, 이하 'ToA'라 칭하기로 함) 기법, 및 도래 시간차(Time difference of Arrival, 이하 'TDoA'라 칭하기로 함) 기법 등을 이용할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 시간 지연 추정 장치(100)는 주파수 영역에서 수신된 음향 신호들 간의 위상차 기울기에 근거하여 시간 지연을 계산한다. 시간 지연이 발생한 비분산 음향 신호에서 시간 지연은 주파수 영역에서 선형적인 위상 변화로 나타난다. 따라서, 시간 지연 추정 장치(100)는 위상차 기울기에 따라 시간 지연을 계산함에 따라 위상의 정밀 측정을 할 수 있고, 이를 통해 보다 정확한 시간 지연을 추정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시간 지연 추정 방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 시간 지연 추정 장치(100)는 복수개의 마이크들로부터 음향 신호들을 계측한다(S111단계). 시간 지연 추정 장치(100)는 복수개의 마이크들로부터 음향 신호들을 계측한다.
시간 지연 추정 장치(100)는 계측된 음향 신호들에 근거하여 음향 신호들을 트리거한다. 시간 지연 추정 장치(100)는 음향 신호들의 트리거를 통해 음향 신호의 파형을 추출한다.
시간 지연 추정 장치(100)는 트리거된 음향 신호들이 기준 시간 이상 트리거되었는지 판단한다(S113단계).
판단결과, 시간 지연 추정 장치(100)는 음향 신호들이 기준 시간 이상 트리거되지 못하면 종료 단계로 진행한다. 즉, 시간 지연 추정 장치(100)는 시간 지연 추정 동작을 종료한다.
하지만, 판단결과, 시간 지연 추정 장치(100)는 음향 신호들이 기준 시간 이상 트리거되면, S117단계로 진행한다.
시간 지연 추정 장치(100)는 추출된 음향 신호들로부터 일정 시간 간격에 존재하는 파형들을 선택한다(S117단계). 시간 지연 추정 장치(100)는 선택된 파형들 각각에 설정된 기준 시간(일예로, 타임 스탬프)들을 설정하고, 제로 패딩을 한다.
시간 지연 추정 장치(100)는 선택된 파형들을 주파수 영역의 신호로 변환한다(S119단계). 시간 지연 추정 장치(100)는 주파수 영역의 신호들로의 변환을 위해 선택된 파형들을 고속 푸리에 변환을 한다.
시간 지연 추정 장치(100)는 고속 푸리에 변환된 신호들 간의 위상차를 계산한다(S121단계). 예를 들어, 3개의 마이크로부터 신호를 수신한다고 가정할 때, 시간 지연 추정 장치(100)는 제 1 마이크와 제 2 마이크로부터 고속 푸리에 변환된 신호들 간의 위상차, 제 2 마이크와 제 3 마이크로부터 고속 푸리에 변환된 신호들 간의 위상차, 제 1 마이크와 제 3 마이크로부터 고속 푸리에 변환된 신호들 간의 위상차를 각각 계산한다. 시간 지연 추정 장치(100)는 계산된 위상차에 근거하여 파형 선택 시 설정된 기준 시간들을 조정한다. 이때, 시간 지연 추정 장치(100)는 위상차의 기울기를 0으로 만드는 기준 시간들을 설정하도록 제어한다.
시간 지연 추정 장치(100)는 위상차의 기울기를 0으로 만드는 기준 시간들의 설정을 통해 시간 지연을 추정한다(S123단계).
시간 지연 추정 장치(100)는 추정된 시간 지연에 근거하여 방향 벡터를 추정한다(S125단계).
시간 지연 추정 장치(100)는 방향 벡터에 근거하여 각 마이크로부터의 선택된 파형들의 중심 위치를 보정한다(S127단계).
시간 지연 추정 장치(100)는 중심 위치가 보정된 파형들로부터 평균 신호 데이터를 생성할 수 있다(S129단계). 이를 통해, 시간 지연 추정 장치(100)는 시간 지연, 방향 벡터, 평균 신호 데이터 등을 통해 음원의 위치 추정을 위한 정보를 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시에에 따른 시간 지연 추정에 따른 동작 시뮬레이션을 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 세 개의 마이크에 대한 제 1 마이크, 제 2 마이크, 제 3 마이크의 위치에 따른 음향 신호들이 도시되어 있다. 이때, 음향 신호의 입사 방향(200)이 도시되어 있다.
도면의 우측에 제 1 마이크, 제 2 마이크, 제 3 마이크 각각의 음향 신호가 시간축 상에 도시되어 있다.
이때, 제 1 마이크와 제 2 마이크의 위상차, 제 1 마이크와 제 3 마이크의 위상차, 제 2 마이크와 제 3 마이크의 위상차가 주파수축 상에서 일정 기울기를 갖고 형성되어 있다.
이와 같이, 본 발명에서 제안된 시간 지연 추정 방법은 시간 지연 추정의 정확도를 향상시킴에 따라서 음원의 위치 측정을 위한 AoA 기법, ToA 기법, TDoA 기법이 적용된 장치들에 활용될 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 시간 지연 추정 장치 110: 음향 신호 검출부
111: 음향 신호 계측부 112: 트리거부
113: 파형 선택부 120: 주파수 영역 변환부
130: 시간 지연 추정부 131: 위상차 계산부
132: 방향 벡터 추정부 133: 중심 위치 보정부

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 복수개의 마이크들로부터 음향 신호들을 계측하는 음향 신호 계측부;
    상기 음향 신호들을 트리거하여 상기 음향 신호들의 파형을 추출하는 트리거부;
    상기 파형의 선택을 통해 상기 복수개의 마이크들 각각에 대한 음향 신호들을 검출하는 파형 선택부;
    상기 검출된 음향 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환하는 주파수 영역 변환부;
    상기 주파수 영역으로 변환된 음향 신호들로부터 상기 복수개의 마이크들 상호 간에 위상차들을 계산하며, 상기 계산된 위상차들의 기울기들에 근거하여 시간 지연을 추정하고, 상기 계산된 위상차들의 기울기가 영(0)으로 수렴하기 위한 조건을 만족하도록 하는 기준 시간 제어 신호를 출력하는 위상차 계산부;
    상기 시간 지연에 근거하여 방향 벡터를 추정하는 방향 벡터 추정부; 및
    상기 추정된 방향벡터에 근거하여 상기 복수개의 마이크들 각각의 신호에 적용된 기준 시간에 따른 중심 위치의 보정을 통해 평균 신호 데이터를 생성하는 중심 위치 보정부를 포함하고,
    상기 파형 선택부는 선택된 파형들에 제로 패딩을 하고, 상기 기준 시간의 설정을 위한 타임 스탬프의 설정을 통해 상기 음향 신호들을 생성하고, 상기 타임 스탬프를 상기 기준 시간 제어 신호에 따라 제어하는 시간 지연 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 변환부는 상기 검출된 음향 신호들을 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호들로 변환하는 시간 지연 추정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 시간 지연 추정 장치의 시간 지연 추정 방법에 있어서,
    복수개의 마이크들로부터 음향 신호들을 계측하는 단계;
    상기 음향 신호들을 트리거하여 상기 음향 신호들의 파형을 추출하는 단계;
    상기 파형의 선택을 통해 상기 복수개의 마이크들 각각에 대한 음향 신호들을 검출하는 단계;
    상기 검출된 음향 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환하는 단계;
    상기 주파수 영역으로 변환된 음향 신호들로부터 상기 복수개의 마이크들 상호 간에 위상차들을 계산하며, 상기 계산된 위상차들의 기울기들로부터 시간 지연을 추정하고, 상기 계산된 위상차들의 기울기가 영(0)으로 수렴하기 위한 조건을 만족하도록 하는 기준 시간 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 시간 지연에 근거하여 방향 벡터를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 방향벡터에 근거하여 상기 복수개의 마이크들 각각의 신호에 적용된 기준 시간에 따른 중심 위치의 보정을 통해 평균 신호 데이터를 생성하는 단계를 포함하고,상기 음향 신호들의 파형을 추출하는 단계는
    상기 선택된 파형들에 제로 패딩을 하고, 상기 기준 시간의 설정을 위한 타임 스탬프의 설정을 통해 상기 음향 신호들을 생성하고, 상기 타임 스탬프를 상기 기준 시간 제어 신호에 따라 제어하는 시간 지연 추정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주파수 영역의 신호들로 변환하는 단계는
    상기 검출된 음향 신호들을 고속 푸리에 변환을 통해 주파수 영역의 신호들로 변환하는 시간 지연 추정 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020140065798A 2014-05-30 2014-05-30 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법 KR101631611B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140065798A KR101631611B1 (ko) 2014-05-30 2014-05-30 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법
US15/315,017 US9791537B2 (en) 2014-05-30 2015-05-22 Time delay estimation apparatus and time delay estimation method therefor
PCT/KR2015/005206 WO2015182936A1 (ko) 2014-05-30 2015-05-22 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140065798A KR101631611B1 (ko) 2014-05-30 2014-05-30 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150138911A KR20150138911A (ko) 2015-12-11
KR101631611B1 true KR101631611B1 (ko) 2016-06-20

Family

ID=54699212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140065798A KR101631611B1 (ko) 2014-05-30 2014-05-30 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9791537B2 (ko)
KR (1) KR101631611B1 (ko)
WO (1) WO2015182936A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180136688A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 한국항공우주연구원 지연시간을 고려한 거리 모델링 방법 및 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10142730B1 (en) * 2017-09-25 2018-11-27 Cirrus Logic, Inc. Temporal and spatial detection of acoustic sources

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000235063A (ja) 1999-02-16 2000-08-29 Advantest Corp フェーズロックループ回路の遅延故障検出装置及び方法
JP2003337164A (ja) 2002-03-13 2003-11-28 Univ Nihon 音到来方向検出方法及びその装置、音による空間監視方法及びその装置、並びに、音による複数物体位置検出方法及びその装置
JP2007298503A (ja) 2006-04-03 2007-11-15 Mitsubishi Electric Corp 伝搬遅延時間測定装置およびレーダ装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6291979B1 (en) 1999-02-16 2001-09-18 Advantest Corporation Apparatus for and method of detecting a delay fault
JP5070873B2 (ja) * 2006-08-09 2012-11-14 富士通株式会社 音源方向推定装置、音源方向推定方法、及びコンピュータプログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000235063A (ja) 1999-02-16 2000-08-29 Advantest Corp フェーズロックループ回路の遅延故障検出装置及び方法
JP2003337164A (ja) 2002-03-13 2003-11-28 Univ Nihon 音到来方向検出方法及びその装置、音による空間監視方法及びその装置、並びに、音による複数物体位置検出方法及びその装置
JP2007298503A (ja) 2006-04-03 2007-11-15 Mitsubishi Electric Corp 伝搬遅延時間測定装置およびレーダ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180136688A (ko) 2017-06-15 2018-12-26 한국항공우주연구원 지연시간을 고려한 거리 모델링 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20170192080A1 (en) 2017-07-06
KR20150138911A (ko) 2015-12-11
WO2015182936A1 (ko) 2015-12-03
US9791537B2 (en) 2017-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180249267A1 (en) Passive microphone array localizer
US8351617B2 (en) Method for phase mismatch calibration for an array microphone and phase calibration module for the same
WO2018217355A3 (en) MAGNETIC FIELD SENSOR WITH ERROR CALCULATION
JP4647515B2 (ja) 座標検出装置、筆記具および座標入力システム
WO2014175502A3 (ko) 광 신호를 이용한 거리 측정 방법 및 장치
WO2014149092A3 (en) Frequency difference of arrival (fdoa) for geolocation
JP6741004B2 (ja) 音源位置検出装置、音源位置検出方法、音源位置検出プログラムおよび記憶媒体
JP2015507422A (ja) 音源位置推定
IN2014DN05651A (ko)
KR101631611B1 (ko) 시간 지연 추정 장치 및 그것의 시간 지연 추정 방법
KR101331833B1 (ko) 도래시간차를 이용한 위치 탐지방법
CN109188362A (zh) 一种麦克风阵列声源定位信号处理方法
KR101454827B1 (ko) 초음파 신호의 위상천이 검출에 의한 정밀 거리측정방법
KR101168743B1 (ko) 마이크로폰 모듈, 이를 이용한 음원 위치 측정 장치 및 그 방법
KR20110060183A (ko) 로봇 플랫폼에 의해 발생한 반사파 제거 신호처리 장치 및 방법
KR20140108817A (ko) 음원위치추적장치 및 음원위치추적방법
KR101490181B1 (ko) Fdoa를 위한 도플러 주파수 차이 추정장치 및 방법
JP7007806B2 (ja) 地上波測位システム
CN106779091B (zh) 一种基于超限学习机及到达距离的周期振动信号定位方法
JP5369734B2 (ja) 方位探知装置及び方位探知方法
Naba et al. Low cost but accurate ultrasonic distance measurement using combined method of threshold-correlation
KR101217254B1 (ko) 위치 변경된 음원 방향 검지 센서의 채널간 시간지연지도 생성 시스템 및 방법
JP2016180679A5 (ko)
KR20180084246A (ko) 음원 위치 추정 장치 및 방법
JP2012185009A (ja) 方位探知装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
GRNT Written decision to grant