KR101713926B1

KR101713926B1 - 단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101713926B1
Application number: KR1020160128284A
Authority: KR
Inventors: 이병묵; 라홍운
Original assignee: (주)디브이알씨앤씨
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2017-03-09

Abstract

본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치는, 단일의 아날로그 음성 신호를 디지털 변환하여 생성한 디지털 신호(Xad(n)의 레벨을 임의의 레벨 이내로 제한하여 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성하는 EQ처리부와; 상기 음색처리 신호(Xeq(n))에서 주기적 잡음을 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 주기음감쇄부와; 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성하는 ALC조절부와; 상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 및 상기 레벨조절 신호(Xcl(n)) 중 적어도 하나를 합성하여 잡음감쇄 정도가 제어된 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 잡음조절제어부에 의하여 잡음 감쇄 처리가 수행될 수 있다. 여기서, 상기 결과음성 신호(Xsc(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 생성하는 신호분석부; 및 상기 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여 상기 EQ처리부, 상기 주기음감쇄부, 상기 ALC조절부 및 상기 잡음조절제어부의 신호 가중치 및 필터 계수를 조정하는 시스템운용부가 더 포함된다.

Description

단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ATTENUATING NOISE AT SINGLE SOUND SIGNAL}

본 발명은 단일 음성 신호에서 주변 잡음 및 전기적 잡음를 감쇄하는 장치 및 처리 방법에 관한 것으로서, 특히, 다양한 음성 신호 및 주변잡음 신호가 함께 유입되는 녹음용 신호를 고배율 증폭처리함에 따라 생성되는 잡음 및 유입된 잡음을 감쇄 처리하는 장치 및 그 감쇄 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크에 유입되는 다양한 음향으로부터 인간의 말소리인 음성을 더 크게 증폭하고, 음성을 제외한 주변으로부터의 잡음을 감쇄시키기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.

주변 잡음를 감쇄시키는 방법은 통상적으로 수동적 차단과 능동적 차단 방법으로 구분된다. 수동적 차단 방법은 흡음재 및/또는 차음재에 의한 차단 방법과 낮은 입력 임피던스 마이크를 사용하여 처리하는 방법이 있다. 그러나 주변 소음이 높은 경우 잡음 감쇄에 한계가 있다. 그래서 최근에는 능동적 방법인 액티브 잡음 캔슬링(ANC) 방법을 이용하여 능동적으로 잡음를 감쇄시키고 있다.

유입되는 수음 잡음 감쇄를 위한 액티브 잡음 캔슬링 방법은 수음되는 음을 비교하기 위한 마이크를 별도로 배치하고 있다. 즉, 마이크를 2개 이상 구비하고, 하나의 마이크는 원하는 음성을 주로 입력받도록 배치하고, 다른 하나의 마이크는 제거할 잡음이 주로 입력되도록 배치하고, 각 마이크로부터의 입력을 서로 비교하여 잡음와 음성 신호를 처리하는 과정을 포함한다.

한편, 현재 실용적으로 많이 적용되고 있는 액티브 잡음 캔슬링 방법은, 유입되는 신호음 또는 마이크로 유입되는 음성 신호를 자체 처리하기 보다는, 헤드폰이나 이어폰에서 스피커와 사람의 귀 사이에 유입되는 잡음를 캔슬링 하도록 구성된다.

스피커와 사람의 귀 사이에 유입되는 잡음를 감쇄시키기 위하여, 스피커 주변에 피드백(FB) 타입 및/또는 피드포워드(FF) 타입의 잡음 감지용 마이크를 설치하고, 이 마이크를 통해 외부 잡음 신호를 수음하고, 원래 신호를 스피커를 통하여 전송하면서 각각의 마이크에서 수음한 잡음 신호의 역 신호를 동시에 전송하는 방법으로, 외부 잡음 신호를 감쇄 처리한다.

하지만, 상술한 종래 기술에서는, 잡음을 제거하기 위하여 별도의 마이크를 추가하여야 하고, 이로써 별개인 2개의 음성 신호를 각각 입력받아 처리해야한다는 문제점이 있다. 또한, 청취자 주변 즉 스피커 주변의 소리를 잡음으로 처리하므로, 원래 신호에 포함된 잡음은 그대로 통과한다는 문제점이 있다.

본 발명은, 이미 수음된 음성 신호에 포함된 주변 잡음을 효율적으로 감쇄시킴으로써, 잡음이 원천적으로 제거된 상태로 녹음하거나 청취할 수 있도록 하고자 한다. 특히, 본 발명은 하나의 음성 신호로부터 잡음을 선택적으로 분석하여 감쇄시킬 수 있도록 하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치는, 단일의 아날로그 음성 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호(Xad(n))를 생성하는 신호변환A/D부; 상기 디지털 신호(Xad(n)의 레벨을 임의의 레벨 이내로 제한하여 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성하는 EQ처리부; 상기 음색처리 신호(Xeq(n))에서 주기적 잡음을 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 주기음감쇄부; 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성하는 ALC조절부; 상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 및 상기 레벨조절 신호(Xcl(n)) 중 적어도 하나를 합성하여 잡음감쇄 정도가 제어된 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 잡음조절제어부; 상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 스피커를 통해 출력될 아날로그 음성 신호로 변환하는 음성위치제어부; 상기 결과음성 신호(Xsc(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 생성하는 신호분석부; 및 상기 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여 상기 EQ처리부, 상기 주기음감쇄부, 상기 ALC조절부 및 상기 잡음조절제어부의 신호 가중치 및 필터 계수를 조정하는 시스템운용부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 잡음조절제어부는, 상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)), 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))를 서로 동일 위상이 되도록 각각의 시간지연을 보상하는 신호지연매칭단를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 잡음조절제어부는, 상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 및 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))의 각각에 임의의 가중치를 부여하여 서로 합성함으로써 상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 생성할 수 있다.

또한, 상기 주기음감쇄부는, 상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제1전달함수(H(n))에 의해 처리하여 주기 정신호(Xas(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 처리단 블록과, 상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제2전달함수(H'(n))에 의해 처리하여 주기 역신호(X'as(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록과, 상기 주기 역신호(X'as(n))에 최소 제곱 평균(LMS; Least Mean Square) 처리 및 Fir Filter 처리하여 출력 신호를 생성하는 적응 Fir Filter LMS단 블록과, 상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xas(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하는 신호합성블록을 포함하고, 상기 에러 신호(Xerr(n))가 원하는 값이 될 때까지, 상기 적응 Fir Filter LMS 블록단의 필터 계수를 조정한 후 상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 상기 적응 Fir Filter LMS 블록단에서 처리하는 것을 반복하고, 최종의 상기 출력 신호를 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))로서 출력할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 방법은: 단일의 아날로그 음성 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호(Xad(n))를 생성하는 단계; 상기 디지털 신호(Xad(n)의 레벨을 임의의 레벨 이내로 제한하여 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성하는 단계; 상기 음색처리 신호(Xeq(n))에서 주기적 잡음을 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 단계; 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성하는 단계; 상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 및 상기 레벨조절 신호(Xcl(n)) 중 적어도 하나를 합성하여 잡음감쇄 정도가 제어된 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 단계; 상기 결과음성 신호(Xsc(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 생성하는 단계; 상기 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여 상기 EQ처리부, 상기 주기음감쇄부, 상기 ALC조절부 및 상기 잡음조절제어부의 신호 가중치 및 필터 계수를 조정하여 상기한 신호처리 단계들을 반복하는 단계; 상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 스피커를 통해 출력될 아날로그 음성 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 단계는: 상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제1전달함수(H(n))에 의해 처리하여 주기 정신호(Xas(n))를 생성하는 것; 상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제2전달함수(H'(n))에 의해 처리하여 주기 역신호(X'as(n))를 생성하는 것; 상기 주기 역신호(X'as(n))에 최소 제곱 평균(LMS; Least Mean Square) 처리 및 Fir Filter 처리하여 출력 신호를 생성하는 것; 상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xas(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하는 것; 상기 에러 신호(Xerr(n))가 원하는 값이 될 때까지, 상기 LMS 처리 및 상기 Fir Filter의 필터 계수를 조정한 후 상기 출력 신호를 재처리하는 것을 포함할 수 있고, 그리고 상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 단계는: 상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)), 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))를 서로 동일 위상이 되도록 각각의 시간지연을 보상하는 것, 및 상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 및 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))의 각각에 임의의 가중치를 부여하여 서로 합성하는 것을 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의하면, 본 발명은 단지 하나의 음성 신호를 입력받고, 이 단일의 음성 신호로부터 주기적 잡음을 분석하여 효율적으로 및 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

또한, 수음되는 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시킴으로써, 잡음이 감쇄된 상태의 음성을 녹음할 수 있게 된다.

또한, 음성 처리시에 발생하는 신호 지연에 대하여 시간 보상 처리를 수행하므로, 청취하는 음성에서 나타나는 음상 분리 현상을 개선할 수 있게 된다. 이로써, 청취자가 명료도 높은 음성을 청취할 수 있게 된다.

또한, 단지 하나의 음성 신호만으로도 잡음 감쇄 처리가 가능하므로, 잡음을 주로 수음할 별도의 마이크를 배치할 필요가 없으며, 단지 하나의 신호 입력 수단을 가지는 것으로 충분하다.

특히, 본 발명은 주기적인 잡음에 대해서만 감쇄 기능을 제공하므로, 음성 신호와 같은 비주기 신호에 대해서는 음질의 열화를 일으키지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치, 즉, 잡음 감쇄 장치의 사용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 감쇄 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 잡음 감쇄 장치 중 프리증폭처리부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 상기 잡음 감쇄 장치 중 EQ처리부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 상기 잡음 감쇄 장치 중 주기음감쇄부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 주기음감쇄부를 구성하는 적응 Fir Filter LMS단을 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상기 잡음 감쇄 장치 중 ALC조절부의 구체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 8은 ALC조절부의 잡음변위 기울기 제어단의 구조와 잡음변위 기울기 제어단에 있어서 입력값과 출력값 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 9는 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음조절제어부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 상기 잡음 감쇄 장치 중 신호분석부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 음성위치제어부의 구체적인 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치 및 잡음 감쇄 처리 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 아니 될 것이다.

다시 한 번 요약하면, 본 발명은, 종래에 잡음 감쇄를 위하여 원음을 수음하고, 수음된 원음과 비교하기 위한 비교음을 수음하기 위하여 2개 이상의 센서 또는 마이크를 적용하여 처리했던 방식에서 나타나는 여러 가지 제한사항을 극복하고자, 음성 출력 소스로부터 입력되는 음성 신호 또는 마이크로 수음한 신호를 단지 하나만 이용하는 것으로서, 비교 신호 없이도 효율적으로 주변 잡음을 감쇄시킬 수 있는 잡음 감쇄 장치 및 잡음 감쇄 방법을 제공한다.

특히, 단일의 음성 신호를 이용함으로써, 비교음 신호에 의한 원음 신호의 일그러짐과 추가 잡음이 부가되는 현상을 방지할 수 있다.

더욱, 원음 신호와 비교음 신호를 합성하는 것이 아니므로, 복수 신호들 사이의 위상차에 의한 신호의 일그러짐을 고려하지 않아도 무방하다. 따라서, 최적의 음질을 갖는 음성 신호를 구현함과 동시에 원하는 조건(즉, 잡음의 제거 정도)에 부합하는 음색을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 하나의 음성 신호 또는 하나의 마이크로부터 수음된 음성 신호를 이용하지만, 음원의 공간적 위치를 표현할 수 있는 공간 음성을 처리를 부가함으로써, 입체적인 음향을 청취할 수 있다.

이와 같은 구성 및 특징을 갖는 본 발명에 따른 단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치 및 잡음 감쇄 처리 방법은, 녹음된 음성 신호를 재생할 때 잡음을 제거하여 청취하고자 하는 경우, 주변 소음이 많이 발생하는 곳에서 사람의 음성을 입력받아 녹음하거나 청취하고자 하는 경우, 미약하게 입력되는 음성을 고배율로 증폭하여 녹음하거나 청취하고자 하는 경우 등에 유용하다.

먼저, 도 1의 블록도를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일의 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치, 즉, 잡음 감쇄 장치의 사용예를 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치 및 방법은, 입력되는 음성 신호에서 잡음을 감쇄시키는 데에 유용한데, 특히, 수사기관의 영상 녹화(진술 녹화) 조사실, 회의실, 강의실과 같이 대화하는 사람으로부터 멀리 떨어진 위치에 마이크를 배치하고 마이크에서 수음되는 음성을 고배율로 증폭하여 녹음하고자 하는 경우에 에어컨, 선풍기와 같은 주기적 잡음을 감쇄시키는 데에 유용하다.

잡음 감쇄 장치(10)로는 하나 또는 복수의 녹음용 음성 신호가 입력될 수 있다. 각각의 음성 신호는 모두 녹음될 음성을 포함하고 있는 것으로서, 잡음 제거용으로서 수음된 신호가 아니다. 입력되는 복수의 녹음용 음성 신호는, 선택된 하나만 영상/음성 합성 장치(30)로 전송되거나 2개 이상의 복수의 녹음용 음성 신호를 합성하여 하나의 음성 신호를 생성한 후 이 합성된 음성 신호가 영상/음성 합성 장치(30)로 전송될 수 있을 것이다.

영상 촬영 장치(20)는 녹음할 음성을 발하는 음원(예를 들면, 사람)을 포함하는 영상을 촬영하여 영상 신호를 생성하고, 생성한 영상 신호를 영상/음성 합성 장치(30)로 전송한다.

영상/음성 합성 장치(30)는 입력되는 영상 신호와 녹음용 음성 신호를 합성하여 하나의 동영상 파일을 구성할 수 있다.

기록 장치(40)는 구성된 동영상 파일을 기록할 저장 수단을 포함한다.

이렇게 저장된 동영상 파일은, 음성 신호에서 잡음이 이미 제거된 상태로 녹음되었으므로, 추후에 일반적인 재생 장치에서 재생하더라도, 잡음이 제거된 명료한 음성을 청취할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잡음 감쇄 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도면을 참조하면, 잡음 감쇄 장치는, 음성을 수음하여 생성하였거나 임의의 소스로부터 제공된 아날로그 음성 신호(Xin(t))를 입력받고 입력된 아날로그 음성 신호(Xin(t))를 이어지는 잡음 감쇄 처리에 적합한 프리증폭 신호(Xamp(t))로 증폭하는 프리증폭처리부(100)와, 프리증폭 신호(Xamp(t))를 디지털 신호(Xad(n))로 변환하는 신호변환A/D부(110)와, 디지털 신호(Xad(n))의 주파수 대역별 음색을 제어하고 임계레벨을 제한하여 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성하는 EQ처리부(120)와, 음색처리 신호(Xeq(n))에서 주기적 잡음 영역을 분석하고 분석된 주기적 잡음을 선택적으로 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 생성하는 주기음감쇄부(130)와, 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))에서 잡음 변위에 따른 적응 레벨 범위를 제어하여 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성하는 ALC조절부(140)와, 입력되는 신호들(즉, 음색처리 신호(Xeq(n)), 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)), 및 레벨조절 신호(Xcl(n)) 중 적어도 하나를 포함함) 각각의 이득을 조정하고 선택적으로 혼합하여 신호합성함으로써 적응 환경(잡음이 많거나 적은 주변의 환경, 또는 음악 소스(음악 소스는, 약간의 비주기성이면서 주기성을 띨 수 있어 잡음으로 처리될 수 있음)를 입력받는 환경)에 따라 적절히 음색을 보상하고 또한 주기적 잡음을 감쇄시켜 다양한 조건에 적응된 결과음성 신호(Xsc(n))를 생성하여 출력하는 잡음조절제어부(150)와, 주기적 잡음 성분이 제거된 결과음성 신호(Xsc(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 생성하는 신호분석부(170)와, 상기 각부의 동작을 제어하되 특히 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여 상기 각부의 신호 처리 동작에 필요한 인자(예를 들면, 증폭도, 신호 가중치, 필터계수 등)을 제어하는 시스템 운용부(180)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 잡음 감쇄 장치는, 잡음이 감쇄된 결과음성 신호(Xsc(n))를 스피커로 출력하기 위한 아날로그 신호로 변환하고 또한 출력되는 음성이 청취자에게 입체적으로 인식될 수 있도록 좌측 신호(Xsl(t))와 우측 신호(Xsr(t))로 분리하는 음성위치제어부(160)를 더 포함할 수 있다.

프리증폭처리부(100)는, 아날로그 음성 신호(Xin(t))를 임의의 증폭도로 증폭하여 프리증폭 신호(Xamp(t))를 생성한다. 이후의 잡음 감쇄 장치를 구성하는 각부는, 증폭된 프리증폭 신호(Xamp(t))를 이용하여 효율적으로 잡음 감쇄 처리를 수행할 수 있게 된다.

프리증폭처리부(100)의 구체적인 구성은, 도 3을 참조하여 설명된다. 가변증폭단(101)은 입력되는 아날로그 음성 신호(Xin(t))의 각각을 증폭한다. 증폭은 모든 주파수 대역에서 균일한 증폭도로 증폭하거나, 임의의 주파수 대역을 임의의 증폭도로 가변적으로 증폭할 수도 있다. 또는, 입력된 신호의 레벨이 기준 레벨보다 크면 임피던스가 큰 마이크에 의해 수음된 음압 신호인 것으로 간주하여 증폭도를 적절히 낮게 설정하고, 입력된 신호의 레벨이 기준 레벨보다 작으면 임피던스가 작은 마이크에 의해 수음된 신호인 것으로 간주하고 증폭도를 적절히 높일 수 있다.

여기서, 입력되는 아날로그 음성 신호(Xin(t))는 임피던스 매칭을 위한 상호 그라운드 분리된 상태에서 증폭될 수 있다. 이로써, 입력 신호와 증폭된 신호 간의 그라운드 유도 잡음을 줄일 수 있게 된다. 또한, 신호에 대한 잡음 제거 처리를 수행하기 이전에 적절히 음량 증폭을 수행하게 됨으로써, 신호에 내재된 미소한 잡음이나 신호 증폭에 의해 추가될 수 있는 후발 잡음을 미리 감지하여 확실히 제거할 수 있게 된다.

한편, 아날로그 음성 신호(Xin(t))는 하나 또는 복수의 소스로부터 전송되는 신호일 수 있는데, 가변증폭단(101)은 이러한 각각의 아날로그 음성 신호(Xin(t)) 각각을 개별적으로 증폭하고, 신호합성단(102)에서 증폭된 각각의 아날로그 음성 신호(Xin(t)) 중 하나 또는 복수를 선택하고 합성하여 프리증폭 신호(Xamp(t))로서 출력하게 된다.

신호변환A/D부(110)는, 프리증폭처리부(100)에서 전송하는 프리증폭 신호(Xamp(t))를 디지털 신호(Xad(n))로 변환한다.

생성된 디지털 신호(Xad(n))는 EQ처리부(120)에 제공된다. EQ처리부(120)는, 시스템 운용부가 제공하는 가중치 및 잡음 변위 조절 변수(신호분석부에 의한 스펙트럼 정보에 기초하여 시스템 운용부가 생성할 수 있음)를 제공받는다. 그리고, 상기 가중치 및 잡음 변위 조절 변수에 근거하여, 디지털 신호(Xad(n))를 주파수 대역별 필터링 처리하고, 원하는 주파수의 음색을 제어하고, 불필요한 부분을 제거하고, 음색 매칭하고, 신호음의 레벨을 임계레벨 이내로 제한하는 처리를 수행하여, 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성한다. 신호음의 레벨을 임계레벨 이내로 제한함으로써, 주변의 소음량이 순간적으로 높아지는 경우에도 순간적인 큰 소리로 인하여 청취자에게 불쾌감 및 청각 손상을 일으키게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 4는 EQ처리부의 구조를 도시하는 블록도이다. 디지털 신호(Xad(n))는 복수의 필터 블록을 통과하여 주파수 대역별 음색 매칭이 이루어지고 또한 신호음의 레벨이 임계레벨 이내로 제한되게 된다.

즉, 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 분석하여 각 주파수별 필터링 계수 제어가 이루어질 수 있는데, 이는 필터 블록들을 구성하는 직렬 연결된 다단 필터들(Filter1, Filter2, ... FilterN) 각각의 이득을 제어함으로써, 원하는 주파수의 음색이 제어되고, 불필요한 음원이 제거되는 전처리가 이루어지게 된다. 이로써, 원하는 주파수의 음색을 튜닝하고 피드백 발진이 발생한 주파수를 제어할 수 있다.

또한, 각 필터의 리미터 기능을 이용함으로써, 순간 음 피크치를 검출하고 -ΔG__Limit를 적용함으로써 순간 감쇄 처리를 수행하게 된다.

이로써, 음색처리 신호(Xeq(n)) = -ΔG__Limit × ([gN FilterN] × Xad(n)) 으로 된다.

주기음감쇄부(130)는, 음색 및 임계레벨 처리가 수행된 음색처리 신호(Xeq(n))로부터 잡음을 상쇄시키는 처리를 수행한다.

도 5는 주기음감쇄부의 구조를 설명하는 도면이다. 주기음감쇄부(130)는, 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(131)과, 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록(132)과, 적응 Fir Filter LMS단 블록(133)과, 이들에 의한 결과 신호를 합산하여 피드백하는 블록을 포함한다.

여기서, LMS는 최소 제곱 평균(Least Mean Square) 처리를 의미한다.

잡음을 감쇄시키기 위해서는 일반적으로 LMS(Least Mean Square) 이론 관련 기술을 사용한다. LMS 기술을 기반으로 하는 다양한 변형된 알고리즘을 사용하여 잡음 감쇄 기술이 실용화되고 있다.

LMS 처리는, 상대적 잡음을 감쇄시키는 원리이므로, 원음에 비하여 잡음으로 간주될 음성을 수음하는 별도의 마이크가 필수이다. 따라서, 마이크가 추가되어 소스 신호가 추가되고, 복수의 신호들을 개별로 처리하고 합성함에 따라, 두 입력 신호간의 미묘한 위상차로 인해, 결과음성 신호가 일그러지거나 신호 처리 과정에서 추가적인 잡음을 유발할 수 있다는 한계를 갖는다.

이에 비하여, 본 발명은, 단일의 음성 신호 소스로부터 전송되는 하나의 음성 신호를 이용하여 정신호 및 역신호를 생성하고, 생성된 정신호와 역신호를 LMS 처리함으로써 주기적 잡음(즉, 차이 신호)을 검출할 수 있다. 그리고, 검출된 주기적 잡음을 최소화하기 위하여, 정신호와 역신호 그리고 이들의 합성신호에 대하여 LMS 처리를 반복 수행하는 방식을 적용한다.

음색처리 신호(Xeq(n))는 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(131)과 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록(132)에 각각 입력된다.

주기 및 잡음신호합 처리단 블록(131)은 음색처리 신호(Xeq(n))를 H(n) 함수 처리하여 주기 정신호(Xas(n))를 생성한다.

주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록(132)은 음색처리 신호(Xeq(n))를 H'(n) 함수 처리하여 주기 역신호(X'as(n))를 생성한다.

적응 Fir Filter LMS단 블록(133)은 주기 정신호(Xas(n))와 주기 역신호(X'as(n))와 에러 신호(Xerr(n))를 이용하여 주기적 잡음을 감쇄시킨다.

적응 Fir Filter LMS단 블록(133)의 출력 신호는 신호합성블록에서 다시 주기 정신호(Xas(n))와 합산되며, 이들의 차이 신호는 주기적 잡음을 의미할 수 있는 에러 신호(Xerr(n))가 된다. 따라서, 에러 신호(Xerr(n))가 최소가 될 때 주기적 잡음이 최소화되었다고 판단할 수 있다.

Fir Filter(Finite Impulse Response Filter)는 디지털 필터의 한 종류로서, 입력 신호 중 일정한 값들만을 가지고 원하는 주파수 성분에 대해 필터링을 수행하며, 회귀 성분이 없어 위상이 선형적인 것이 특징이다. Fir Filter는 위상 제어의 측면에서는 아날로그 필터와 유사하게 작용하며, 이로써, 위상 신호 처리를 수행함에 있어서 필수적으로 사용되는 기본 필터이다.

참고적으로, IIR Filter(Infinite Impulse Response Filter)는 회귀 성분에 의해 위상이 비선형적이라는 문제점이 있어 주기적 잡음 제거에 사용하기에는 문제가 많다.

이에 비해, Fir Filter를 이용하면, 반복적 주기 신호 처리에서 정신호와 역신호를 합성하더라도 위상이 유지되므로 잡음을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.

적응 Fir Filter LMS단(133)에서 LMS 처리에 따른 결과 가중치인 능동 계수를 얻고, 얻어진 능동 계수를 다시 Fir Filter에 적용하여 신호처리를 반복 수행한다. Fir Filter 계수는 LMS 처리에 따라 생성되는 능동 계수인 LMS 결과 가중치에 의해 제어된다. 가중치의 계산에 필요한 T_주기 또는 G_가중치는 Fir Filter LMS단(133)에서 자체 생성되거나 시스템 운용부(180)로부터 제공받을 수 있다. 이로써, 주기음감쇄부(130)의 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(131)과 주기 및 잡음신호합 역처리단 블록(132)과 적응 Fir Filter LMS단(133)의 순환 신호처리가 이루어진다.

적응 Fir Filter LMS단(133)은, 적응 Fir Filter LMS단(133)의 출력인 Xpsr(n)과 주기 및 잡음신호합 처리단 블록(131)의 출력인 Xas(n)를 합성하여 생성되는 차이 신호를 에러 신호(Xerr(n))로서 입력받게 된다. 에러 신호(Xerr(n))는 주기음감쇄부(130)에 입력되는 신호(예를 들면, 잡음레벨 조정 신호(Xnad(n))에 포함된 주기적 잡음을 나타낸다.

LMS 처리된 결과 신호에서 주기적 잡음(또는, 에러 신호(Xerr(n)))을 판단하고, 에러 신호가 0에 가까워질 때까지 Fir Filter의 능동 계수를 조정하여 반복 적용하는 방법으로 주기적 잡음을 감쇄시킨다.

주기 역신호(X'as(n))를 입력으로 하여 Fir Filter 계수가 반영된 출력 신호, 즉 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 값이 주기 정신호(Xas(n))와 합성되고, 이때 생성되는 에러 신호(Xerr(n))가 0에 가까워질 때까지 Fir Filter의 계수값이 재수정될 수 있고, 계수값이 재수정된 적응 Fir Filter LMS단(133)에 의해 결과 신호를 처리하는 동작이 반복될 수 있다.

에러 신호(Xerr(n))가 0이거나 임의의 적절한 수준으로 낮아지면, Fir Filter LMS단(133)의 출력인 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))는 주기적 잡음에 대응하는 주파수 성분이 충분히 감쇄되었음을 의미할 수 있다.

한편, Fir Filter는 각 탭에 가중치(W₀(n), W₁(n), W₂(n), ... Wm(n))를 적용함에 따라 원하는 주파수를 임의의 정도로 제어하는 필터링을 구현할 수 있지만, 탭(tap) 딜레이가 발생할 수 있다.

도 6은 적응 Fir Filter LMS단 블록의 구조를 설명하는 도면이다. 적응 Fir Filter LMS단 블록(133)은 주기 역신호(X'as(n))를 신호처리하여 입력된 신호(즉, 음색처리 신호(Xeq(n))일 수 있음)에 포함된 주기적 잡음을 분석한다. 또한, 에러 신호(Xerr(n))에 따른 LMS 능동 계수를 반영하여 Fir Filter 계수를 조정함으로써 에러 신호(Xerr(n))가 0에 가까워지도록 한다.

에러 신호(Xerr(n))는 주기적 잡음에 해당한다. 에러 신호(Xerr(n))의 크기가 잡음 감쇄를 위해 미리설정된 정도보다 크다면, 주기적 잡음을 더욱 감쇄시키기 위해서 적응 Fir Filter LMS단 블록(133)의 LMS 능동 계수가 더욱 조정되고, 이후 생성되는 새로운 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 다시 주기 정신호(Xas(n))와 합산하여 생성되는 새로운 에러 신호(Xerr(n))의 크기에 따라 LMS 능동 계수를 재조정하는 처리를 반복한다.

본 발명에서 Fir Filter를 이용하는 이유는 잡음 감쇄 처리될 신호의 선형 위상을 유지하기 위함이다. 즉, Fir Filter가 선형성을 가지므로, 주기적 신호(즉, 잡음)의 역상을 혼합할 때, 주기적 신호가 선형적으로 제거될 수 있다.

주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))는 X'as(n) × W_m(n)가 되는 Fir Filter를 통과한 신호로서, Xpsr(n) = ∑ W_m(n) × X'as(n-m)가 된다.

주기음감쇄부(130)는, 능동 알고리즘을 이용하여 신호(X'as(n))에 적응 Fir Filter 계수(W_m(n))를 적용함으로써, 평균 제곱의 에러로 인지되는 신호(즉, 에러 신호)를 최소화할 수 있다.

여기서 에러 신호로 인지되는 부분은, 도 5를 참고할 때, Xerr(n) = Xas(n) + Xpsr(n)로 된다. 여기서, 주기 및 잡음신호합 처리단(131)의 전달 함수를 H(n)으로 하고, 주기 및 잡음신호합 역 처리단(132)의 전달 함수를 H'(n)이라고 하면, Xas(n) = Xeq(n) × H(n)라고 정리되며, 마찬가지로 X'as(n) = Xeq(n) × H'(n)라고 정리될 수 있다.

결국, Xerr(n) = Xas(n) + Xpsr(n)이며, 능동 알고리즘의 평균 제곱근을 취하면, 다음과 같이 정리된다.

▽²Xerr(n) = 2 Xerr(n)×(dXerr(n)/dW(n))

= 2 Xerr(n)×d{Xas(n) + (X'as(n) × [W_m(n)]_T)}/dW(n)

즉, Xas(n)와 X'as(n)는 서로 역상 관계에 있는 신호이므로, [W_m(n)]_T와 같이 능동 계수 벡터 테이블에 의한 [W_m(n)]_T의 주기적 상호 상쇄 처리를 수행하면 Xerr(n)는 0에 근접할 것이고, 마침내 Xpsr(n)에서는 비주기적 신호만 포함하게 된다.

한편, 통상적으로 LMS 능동 알고리즘만으로도 주기적인 신호를 어느 정도 제거할 수는 있다. 하지만, 어느 정도까지를 주기적 잡음으로 볼 것인지에 대한 판단과, 판단된 주기적 잡음을 어느 정도까지 상쇄할 것인지에 대한 판단이 필요하다.

이러한 판단은, 시스템 운용부(180)가 주기 및 잡음신호합 처리단(131)과 주기 및 잡음신호합 역 처리단(132)과 적응 Fir Filter LMS단(133)에 적용되는 T(주기)와 G(가중치)를 제어함으로써 조절될 수 있다. 시스템 운용부(180)는 신호분석부(170)에 의한 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여 상기 주기(T) 및 가중치(G)를 제어할 수 있다.

ALC조절부(140)는 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))의 레벨을 제어하여 레벨변위커브에 적응된 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성한다.

음성을 포함하는 신호로부터 주기적 신호 부분을 상쇄시키는 정도가 커지면, 청취할 때 잔상 효과를 일으키는 유발 잡음이 오히려 증가할 수 있다. 그래서 이러한 부작용을 해결하고자, ALC조절부(140)가 적용된다.

도 7은 ALC조절부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

음성을 포함하는 신호는 주기음감쇄부(130)를 거치면서 주기적 성분이 감쇄되어 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))로서 출력되는데, 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))에는 유발 잡음이 여전히 잔류할 수 있으며, ALC조절부(140)는 이러한 유발 잡음 부분을 추가로 제거하게 된다.

ALC조절부(140)는, 전처리 이득단(Pre G)과, 잡음변위 기울기 제어단(141)과, 후처리 이득단(Post G)을 포함한다. 전처리 이득단과 후처리 이득단은 신호의 레벨을 평준화하기 위해 적용된다. 잡음변위 기울기 제어단(141)은 유발 잡음 부분을 처리하기 위해 적용된다.

도 8은 ALC조절부의 잡음변위 기울기 제어단의 구조와 잡음변위 기울기 제어단에 있어서 입력값과 출력값 사이의 관계를 보여주는 도면이다.

도 8(a)에 도시된 바와 같은 잡음변위 기울기 제어단(141)은 주기음감쇄부(130)에서의 처리에 의해 의도하지 않게 추가된 유발 잡음 부분을 감쇄시키기 위하여, 직렬 연결된 등화 처리용 다단 필터(Filter1, Filter2 ... FilterN)와 이득 기울기 제어단(Gain Slop Control; GSC)을 포함하여 구성된다.

주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))는 음량 제어, 잔상 잡음 제어, 그리고 유발 잡음이 나타난 주파수 대역의 레벨이 제어되어, 레벨조절 신호(Xcl(n))가 된다. 레벨조절 신호(Xcl(n))는 다음과 같이 생성된다. Xcl(n) = Pre G × [gN FilterN] × GSC × Post G.

여기서, [gN FilterN]은, 유발 잡음이 나타난 주파수 대역의 레벨을 제어하기 위한 필터로서, 노치 필터, 쉐프 필터, 피크 필터 등으로 구성될 수 있다.

이득 기울기 제어단(GSC)에서는, 소리의 시간 변형을 제어하는 Attack, Release, Sustain, Decay Time에 따른 음파의 변형과 음량의 높낮이에 따른 이득 기울기를 제어함으로써, 잔상 잡음 제어 처리를 수행한다.

도 8(b)은 이득 기울기 제어단(GSC)에서 레벨이 제어되는 예를 보여준다. 도면에서 가로축은 신호의 입력값이고, 세로축은 신호의 출력값이다. 도면에서 일정한 기울기를 가진 직선은 신호의 입력 대 출력의 비가 선형적으로 증가하는 기준선을 나타낸다. 이때, 시스템 운용부(180)에서, 변위선으로 보여지는 바와 같이, 임의로 어떤 입력값에 대해서는 이득을 기준선보다 높이고 다른 부분은 기준보다 레벨을 낮추는 방식으로 제어할 수 있다. 이로써, 잔상 잡음 제어 처리를 할 수 있다.

잡음조절제어부(150)는 각 블록(즉, EQ처리부, 주기음감쇄부, ALC조절부)에서 출력하는 신호들을 입력받고, 각 신호들을 개별적으로 처리(지연 처리 및/또는 가중치 부여)하여 적응 환경에 따라 음색이 보상되고 주기적 잡음이 제거됨으로써 다양한 수음/청취 조건에 적응된 결과음성 신호(Xsc(n))를 생성하게 된다.

도 9는 잡음조절 제어부의 구조를 설명하는 도면이다.

잡음조절제어부(150)는, ALC조절부(140)로부터 레벨조절 신호(Xcl(n))를 입력받아서 이득 조정하기 위한 증폭단(G1)과, 주기음감쇄부(130)로부터 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 입력받아서 이득 조정하기 위한 증폭단(G2)과, EQ처리부(120)로부터의 음색처리 신호(Xeq(n))를 입력받아 이득 조정하기 위한 증폭단(G3)을 구비한다. 그리고, 각 증폭단에 의해 이득 조정된 신호들 중 어느 하나를 선택하여 출력하거나 둘 이상을 합성하여 결과음성 신호(Xsc(n))로서 출력하는 신호합성단(152)을 구비한다.

증폭단들(G1, G2, G3)과 신호합성단(152)에 의해 선택되어 합성된 결과음성 신호(Xsc(n))는 다음과 같이 표현될 수 있다. Xsc(n) = (G1 × Xcl(n)) + (G2 × Xpsr(n)) + (G3 × Xeq(n)).

여기서, 증폭단의 이득(G1, G2, G3)은, 청취자가 원하는 잡음 감쇄 정도에 따라서 임의로 조정될 수 있다.

종래의 잡음 감쇄 장치들은 여러 입력 신호들을 합성하여 처리하는 것이 아니라 하나의 신호 경로를 가지며 단순히 직렬 연결된 처리 블록을 통해 신호를 처리하도록 구성되었다. 따라서, 잡음 감쇄된 신호를 출력단에 대하여 단지 On/Off하는 것에 그치므로(예를 들면, 잡음 감쇄를 위하여, 별도 수음된 잡음 신호의 역상을 음성 신호에 합성할 것인지 여부(On/Off)의 선택), 주변의 환경 변화(즉, 잡음 발생/수음 정도의 변화)에 적응하기 어려웠고 잡음 감쇄 정도를 임의로 조정하는 청취자의 의도에 적응하기 어려웠다.

하지만, 본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치는 잡음조절제어부(150)의 증폭단들(G1, G2, G3)과 신호합성단(152)을 이용하여 다양한 정도로 잡음 감쇄 처리된 신호들을 적절히 선택하고 원하는 가중치를 부여하여 합성할 수 있음으로써, 잡음을 감쇄시키는 정도를 다변화할 수 있다. 따라서, 주변의 환경 요인이나 청취자의 요구에 효과적으로 적응할 수 있게 된다.

잡음조절제어부(150)의 제어 동작의 예시로서, 잡음 감쇄 정도를 작게 하려는 경우에는, G1 = 0, G2 = 0, G3 = 1으로 설정함으로써, 음색처리 신호(Xeq(n))만을 출력하도록 할 수 있다. Xsc(n) = (G3 × Xeq(n))(여기에서, G1 + G2 + G3 = 1일 수 있다). 이러한 출력에서는, 주기적 잡음이 포함되어 있지만, 음색, 피드백 발진 및 임계 레벨이 제어된 음성을 들을 수 있다.

또한, 잡음 감쇄 정도를 최대로 하고자 하는 경우에는, 예를 들면, G1 = 0.4, G2 = 0.6, G3 = 0의 값을 적용할 수 있다. Xsc(n) = (G1 × Xcl(n)) + (G2 × Xpsr(n)). 이로써, 레벨조절 신호(Xcl(n))와 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))가 합성되어 출력될 수 있다. 이러한 출력에서는, 음색, 피드백 발진 및 임계레벨이 제어되고, 주기적 잡음이 감쇄되고, 레벨이 조정된 음성을 들을 수 있다.

한편, 원음의 잡음을 어느 정도 수용함으로써 정감있는 음성을 청취하고자 하는 경우에는, G3을 0으로 하지않고 약간의 가중치를 설정하면 된다. 즉, G1, G2, G3는 고정치가 아닌 가변치이며, 적응 환경에 따라 가변하여 적용될 수 있다.

한편, 각 증폭단과 신호합성단(152)의 사이에는 신호지연매칭단(151)이 개재될 수 있다. 신호지연매칭단(151)은, EQ처리부(120)로부터의 음색처리 신호(Xeq(n))와 주기음감쇄부(130)로부터의 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))와 ALC조절부(140)로부터의 레벨조절 신호(Xcl(n)) 각각의 시간지연(Δt1, Δt2 및 Δt3)을 일치시킨다.

각 처리부들은 입력 신호를 처리하는 데에 고유한 시간 지연을 가진다. 따라서, 각 처리부를 통과한 결과 신호들은 최초 입력된 아날로그 음성 신호(Xin(t))에 비하여 서로 다른 시간 지연을 갖게 된다.

따라서, 잡음조절제어부(150)에서 신호들(Xeq(n), Xpsr(n), Xcl(n))을 시간 매칭하지 않고 그대로 합성한다면, 신호 위상의 시간차에 의해 울림 현상이 발생할 수 있다.

신호지연매칭단(151)에서 이러한 처리부 각각의 결과 신호들 사이의 시간 지연을 서로 일치시킴으로써, 상술한 울림 현상을 방지할 수 있다.

신호분석부(170)는 결과음성 신호(Xsc(n))로부터 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 생성한다. 스펙트럼 정보(Xsd(n))는, 주파수 대역별로 각각의 주파수에 대한 레벨 정보와, 주파수 대역의 순간 레벨 변화를 얻기 위해 활용될 수 있다.

스펙트럼 정보(Xsd(n))는 다음과 같은 형태로 구성된다. Xsd(n) = [gN FilterN]_T × Xad(n). 여기서, [gN FilterN]_T는 각 필터단이 병렬로 배치되며, 각각의 주파수 성분을 분석하여 데이터화함으로써 스펙트럼 정보가 생성된다.

시스템운용부(180)는 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여, 결과음성 신호(Xsc(n))의 구성 정보, 순간 음 피크치, 피드백 발진음을 찾을 수 있다.

이러한 스펙트럼 정보에 의하여, 각 처리부에서의 신호 처리를 위한 가중치 및/또는 필터 계수를 얻을 수 있다.

도 10은 신호분석부의 구조를 블록으로 도시한 도면이다. 디지털 신호(Xad(n))는 서로다른 주파수 통과 대역을 가지며 병렬연결된 필터들에 동시에 입력될 수 있으며, 각 필터들에서 주파수 대역별로 신호를 분석하고, 분석된 정보를 종합하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 구성한다.

특히, 신호분석부(170)가 결과음성 신호(Xsc(n))로부터 스펙트럼 분석을 수행함으로써, 잡음 감쇄 처리의 결과가 피드백될 수 있다.

시스템운용부(180)는 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여, 상기 EQ처리부, 상기 주기음감쇄부, 상기 ALC조절부 및 상기 잡음조절제어부의 신호 가중치 및 필터 계수를 조정한다. 이로써, 상기 EQ처리부, 상기 주기음감쇄부, 상기 ALC조절부 및 상기 잡음조절제어부는 잡음 감쇄된 결과음성 신호(Xsc(n))의 처리 결과를 피드백받아서 더욱 향상된 잡음 감쇄 처리를 수행할 수 있게 된다.

도 11은 음성위치제어부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 음성위치제어부(160)는, 결과음성 신호(Xsc(n))를 공간 제어함에 따라, 음성 신호로부터 인식되는 공간 감각과 상기 공간 감각에 의해 인식되는 시각적 감각 간에 나타날 수 있는 괴리감, 즉, 음상과 시각이 중첩되는 현상을 해소할 수 있다. 이로써, 청취자의 시각적 피로도를 줄이고, 장시간 동안 음성 신호를 청취하더라도 귀 및 머리의 통증과 어지러움이 발생하지 않게 된다.

이렇게, 단지 하나의 음성 소스에 의해 입력되는 하나의 음성 신호를 공간 내에서의 입체 음향으로 변환하는 기능을 수행하는 음성위치제어부(160)는, HRTF(Head Related Transfer Function)의 원리를 이용하여 신호를 처리하게 된다. 이를 위하여, 음성위치제어부(160)는, 좌측지연단(L Delay; 161), 좌측증폭단(Gl), 좌측위상처리단(L Phase; 162), 우측지연단(R Delay; 163), 우측증폭단(Gr), 우측위상처리단(R Phase; 164), D/A변환기(165)를 포함하여 구성될 수 있다.

일반적으로 HRTF는 직접음과 간접음의 음량을 동시에 조절하는데, 본 실시예에서는 간접음 부분에 대하여 추가적으로 처리한다. 또한, 일반적인 HRTF는 귀에 전달하는 공간 전달 평면음 밸런스만을 조절하는 기능을 제공할 뿐인데에 반하여, 본 실시예에서의 HRTF는 음성위치제어부(160)에서 동작함에 따라 공간 전달 공간 위치 제어가 가능하여 청취하는 음원의 위치를 입체적으로 조절할 수 있다.

처리 관계식은 Xsl(n) = Xsc(n) + Xsc(n) × (L Delay(n) + Gr + L Phase(n))이고, Xsr(n) = Xsr(n) + Xsr(n) × (R Delay(n) + Gr + R Phase(n))으로 된다.

HRTF에 의하여 처리된 신호(Xsl(n) 및 Xsr(n))는 D/A변환기(165)를 거치면서 아날로그 신호(Xsl(t) 및 Xsr(t))로 변환된다. 신호(Xsl(t))는 좌측 스피커에 입력될 수 있고, 신호(Xsr(t))는 우측 스피커에 입력될 수 있다.

신호표시부(190)는, 입력되는 신호 대 출력 신호의 제어 상태, 잡음 감쇄 장치의 동작 상태 등을 시각적으로 표시한다.

Claims

단일의 아날로그 음성 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호(Xad(n))를 생성하는 신호변환A/D부;
상기 디지털 신호(Xad(n)의 레벨을 임의의 레벨 이내로 제한하여 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성하는 EQ처리부;
상기 음색처리 신호(Xeq(n))에서 주기적 잡음을 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 주기음감쇄부;
상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성하는 ALC조절부;
상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 및 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))의 각각에 임의의 가중치를 부여하여 서로 합성함으로써 잡음감쇄 정도가 제어된 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 잡음조절제어부;
상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 스피커를 통해 출력될 아날로그 음성 신호로 변환하는 음성위치제어부;
상기 결과음성 신호(Xsc(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 생성하는 신호분석부; 및
상기 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여 상기 EQ처리부, 상기 주기음감쇄부, 상기 ALC조절부 및 상기 잡음조절제어부의 신호 가중치 및 필터 계수를 조정하는 시스템운용부를 포함하는, 잡음 감쇄 장치.
제1항에 있어서,
상기 잡음조절제어부는,
상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)), 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))를 서로 동일 위상이 되도록 각각의 시간지연을 보상하는 신호지연매칭단를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 잡음 감쇄 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 주기음감쇄부는,
상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제1전달함수(H(n))에 의해 처리하여 주기 정신호(Xas(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 처리단 블록과,
상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제2전달함수(H'(n))에 의해 처리하여 주기 역신호(X'as(n))를 생성하는 주기 및 잡음신호합 역 처리단 블록과,
상기 주기 역신호(X'as(n))에 최소 제곱 평균(LMS; Least Mean Square) 처리 및 Fir Filter 처리하여 출력 신호를 생성하는 적응 Fir Filter LMS단 블록과,
상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xas(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하는 신호합성블록을 포함하고,
상기 에러 신호(Xerr(n))가 원하는 값이 될 때까지, 상기 적응 Fir Filter LMS 블록단의 필터 계수를 조정한 후 상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 상기 적응 Fir Filter LMS 블록단에서 처리하는 것을 반복하고, 최종의 상기 출력 신호를 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))로서 출력하는 것을 특징으로 하는, 잡음 감쇄 장치.
단일의 아날로그 음성 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호(Xad(n))를 생성하는 단계;
상기 디지털 신호(Xad(n)의 레벨을 임의의 레벨 이내로 제한하여 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성하는 단계;
상기 음색처리 신호(Xeq(n))에서 주기적 잡음을 감쇄시켜 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 단계;
상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))의 레벨을 제어하여 임의의 레벨변위커브에 적응된 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성하는 단계;
상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)) 및 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))의 각각에 임의의 가중치를 부여하여 서로 합성함으로써 잡음감쇄 정도가 제어된 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 단계;
상기 결과음성 신호(Xsc(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xsd(n))를 생성하는 단계;
상기 스펙트럼 정보(Xsd(n))에 근거하여 상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 생성하는 단계, 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 단계, 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))를 생성하는 단계 및 상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 단계의 신호 가중치 및 필터 계수를 조정하여 각각의 신호처리를 반복하는 단계;
상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 스피커를 통해 출력될 아날로그 음성 신호로 변환하는 단계를 포함하는, 잡음 감쇄 방법.
제5항에 있어서,
상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n))를 출력하는 단계는:
상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제1전달함수(H(n))에 의해 처리하여 주기 정신호(Xas(n))를 생성하는 것;
상기 음색처리 신호(Xeq(n))를 제2전달함수(H'(n))에 의해 처리하여 주기 역신호(X'as(n))를 생성하는 것;
상기 주기 역신호(X'as(n))에 최소 제곱 평균(LMS; Least Mean Square) 처리 및 Fir Filter 처리하여 출력 신호를 생성하는 것;
상기 출력 신호와 상기 주기 정신호(Xas(n))와의 차이 신호인 에러 신호(Xerr(n))를 생성하는 것;
상기 에러 신호(Xerr(n))가 원하는 값이 될 때까지, 상기 LMS 처리 및 상기 Fir Filter의 필터 계수를 조정한 후 상기 출력 신호를 재처리하는 것을 포함하고, 그리고
상기 결과음성 신호(Xsc(n))를 출력하는 단계는:
상기 음색처리 신호(Xeq(n)), 상기 주기잡음감쇄 신호(Xpsr(n)), 상기 레벨조절 신호(Xcl(n))를 서로 동일 위상이 되도록 각각의 시간지연을 보상하는 것을 더 포함하는 잡음 감쇄 방법.