KR101721621B1 - Audio amplifying apparatus united microphone and speaker - Google Patents

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KR101721621B1
KR101721621B1 KR1020160025020A KR20160025020A KR101721621B1 KR 101721621 B1 KR101721621 B1 KR 101721621B1 KR 1020160025020 A KR1020160025020 A KR 1020160025020A KR 20160025020 A KR20160025020 A KR 20160025020A KR 101721621 B1 KR101721621 B1 KR 101721621B1
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황정진
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(주) 로임시스템
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Abstract

The present invention relates to an audio amplifying apparatus integrated with a microphone and a speaker, capable of collecting a sound by performing beamforming toward a speaker after accurately tracking the speaker under an echo environment when a multi-party conversion is performed, and amplifying and outputting a voice of the speaker in an output direction matched with a communication direction of the speaker. The audio amplifying apparatus integrated with a microphone and a speaker is configured to be installed in the center part of a place where persons are gathered, collects the sound by performing the beamforming toward the speaker after tracking the position of the speaker by using a microphone array, suppresses an echo element to be matched with a beamforming direction according to a pre-trained method, and sets and uses the output direction to accurately communicate with all other conversion parties to be matched with the position of the speaker, if possible. The audio amplifying apparatus integrated with a microphone and a speaker includes an echo learning processor which obtains a filer coefficient, an echo remover which suppresses the echo element, a sound source tracker which tracks a sound source direction, and a switch which outputs a sound signal to suppress the echo element.

Description

마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치{AUDIO AMPLIFYING APPARATUS UNITED MICROPHONE AND SPEAKER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an audio amplifying apparatus,

본 발명은 다자간 대화할 시에 반향 환경 하에서도 화자를 정확하게 추적한 후 화자를 향해 빔포밍하여 집음하며, 화자의 의사 전달 방향에 맞는 출력 방향으로 화자 음성을 증폭 출력하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microphone-speaker-integrated audio amplifying apparatus for accurately tracking a speaker even in an echo environment when multiply-communicated, beam-forming and collecting the speaker toward a speaker, and amplifying and outputting the speaker's voice in an output direction corresponding to a communication direction of the speaker .

다자간 대화의 일례로서 다수의 사람들이 모여 회의하는 경우, 발성하여 의사 전달하려는 내용을 모든 사람에게 정확하게 전달하기 위해서 오디오 증폭 장치를 사용한다.As an example of a multi-party conversation, when a large number of people gather for a meeting, an audio amplifying device is used in order to accurately transmit the contents to be uttered and communicated to all persons.

이러한 오디오 증폭 장치는 일반적으로 마이크 및 스피커를 구비한 마이크 유닛을 각각의 사람들이 하나씩 갖고 사용하게 하고, 각각의 마이크 유닛을 상호 중계 연결하여, 발언자의 음성을 인식한 마이크 유닛이 있을 시에 그 음성을 모든 마이크 유닛에 전달하여 출력시키는 동작을 수행한다. 또한, 확성 동작하게 하는 기능 또는 하울링 발생을 감소시키기 위한 볼륨 조절 기능을 위해 기능선택 버튼을 마이크 유닛에 설치하기도 한다.In such an audio amplifying apparatus, a microphone unit having a microphone and a speaker is generally used by each person, and when there is a microphone unit that relays each microphone unit and recognizes the voice of the speaker, To all the microphone units and outputs them. In addition, a function selection button may be provided in the microphone unit for the function of performing the amplification operation or the volume control function for reducing the occurrence of howling.

또한, 등록특허 제10-1074188에서 보여주는 바와 같이 발언자의 음성을 개별채널을 통해 선택적으로 출력하게 할 수도 있다. In addition, as shown in Patent No. 10-1074188, it is possible to selectively output the voice of a speaker through an individual channel.

그렇지만, 이러한 오디오 증폭 장치는 사람 수만큼 마이크 유닛을 갖추어야 하고, 각 마이크 유닛 사이를 중계하기 위한 장치를 별도 설치하여야 하므로, 운반, 설치 및 관리하기 어렵고, 설치하는데도 많은 시간이 소요되며, 각 마이크 유닛마다 반향 성분 억제 수단을 구비하여야 하므로, 고가의 장치일 수밖에 없었다.However, such an audio amplifying apparatus is required to have a microphone unit as many as the number of people, and a device for relaying between the microphone units must be additionally installed, so that it is difficult to carry, install and manage, It is necessary to provide an echo component suppressing means every time.

다른 예로서, 소수의 사람이 마주앉아 상담할 시에도 오디오 증폭 장치가 필요할 수 있지만, 이런 경우, 운반, 설치 및 관리가 어렵고 고가인 종래의 오디오 증폭 장치를 사용하는 것은 매우 비효율적이다.As another example, an audio amplifying device may be required even when a small number of people sit facing each other. However, in such a case, it is very inefficient to use a conventional audio amplifying device which is difficult to transport, install and manage and is expensive.

더욱이, 2인 이상이 모여 대화, 회의 또는 상담할 시에 마주하거나 또는 둘러앉는 것이 일반적이고, 화자의 음성을 증폭하여 출력할 시에는 발언자를 중심으로 마주하는 방향 또는 되도록 많은 사람이 들리는 방향을 향해 증폭 출력하는 것이 좋지만, 각각의 사람이 마이크 유닛을 사용하는 종래 오디오 증폭 장치에서는 그렇게 할 수 없거나 어렵다.Furthermore, when two or more people gather to face each other, or to sit in a conversation, a meeting, or a consultation, it is common to amplify and output the voice of the speaker so that the direction toward the speaker It is preferable to amplify and output it, but it is difficult or impossible in a conventional audio amplifying apparatus in which each person uses a microphone unit.

KR 10-1074188 B1 2011.10.10.KR 10-1074188 B1 Oct. 10, 2011.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 각각의 사람이 하나씩 마이크 유닛을 사용하지 않는 간편한 구조로 구성되며, 운반, 설치 및 사용하기에 보다 편리하고, 발언자를 정확하게 추적하여 지향성으로 집음한 후 발언자 위치에 맞게 출력 방향을 정하여 발언자 음성을 증폭 출력하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to provide a speaker system in which each person is constituted by a simple structure that does not use a microphone unit one by one and is more convenient for carrying, installing and using, And an output direction is set according to the output of the microphone, thereby amplifying and outputting the voice of the speaker.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치에 있어서, 마이크와 마이크에서 획득되는 음향 신호를 확성하여 출력할 스피커를 하나의 케이스에 일체화하거나 또는 1m 이내로 인접하게 구비하며, 상기 스피커와 마이크가 위치한 공간 상의 반향 채널을 사전에 필터로 모델링하여 필터 계수를 획득하는 반향 학습 처리기 및 상기 마이크에서 획득되는 음향 신호에 대해 상기 필터 계수를 적용한 필터로 반향 채널에 의한 반향 성분을 억제하며 상기 스피커로 출력되게 하는 반향 제거기가 내장됨을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an audio amplifying apparatus comprising a microphone and a microphone, wherein the speaker for amplifying and outputting acoustic signals obtained from the microphone and the microphone is integrated into one case or adjacent thereto within 1m, An echo learning processor for modeling an echo channel on a space where a microphone is located by using a filter in advance to obtain a filter coefficient and a filter to which the filter coefficient is applied to an acoustic signal acquired by the microphone to suppress an echo component due to an echo channel, And an echo canceller for outputting the echo canceller.

상기 스피커를 복수 개로 마련하여 마이크를 중심으로 둘레방향을 따라 배치한 것임을 특징으로 한다.And a plurality of the speakers are arranged in the circumferential direction around the microphone.

상기 마이크는 복수 개로 마련되어 상호 이격되게 배치되며, 마이크별 음향 신호를 상관분석하여 음원 방향을 추적하는 음원 추적기를 더욱 구비함을 특징으로 한다.The microphones are further provided with a plurality of microphones and are spaced apart from each other. The microphones further include a sound source tracker for correlating and analyzing sound signals of the microphones to track the direction of sound sources.

사전에 음원 방향별로 약속한 음원 방향별 음향 출력 방향에 근거하여 출력 방향의 스피커를 선택한 후 반향 성분을 억제한 음향 신호를 출력시키는 스위치를 더욱 구비함을 특징으로 한다.And a switch for selecting a speaker in the output direction based on the sound output direction of each sound source direction which is predetermined for each sound source direction in advance and outputting an acoustic signal suppressing the echo component.

상기 반향 학습 처리기는 마이크별로 형성된 반향 채널을 각각 필터로 모델링하여 마이크별 필터 계수를 획득하고, 상기 음원 추적기는 마이크별 필터 계수를 적용하여 마이크별 음향 신호에 대해 개별적으로 반향 성분을 억제한 이후 상관 분석하여 음원 방향을 추적함을 특징으로 한다.Wherein the echo learning processor obtains a filter coefficient for each microphone by modeling an echo channel formed for each microphone by a filter, and the sound source tracker suppresses an echo component individually for each microphone signal by applying a filter coefficient for each microphone, And the direction of the sound source is analyzed.

적어도 2개 이상의 마이크에서 획득한 음향 신호를 신호처리하여 음원 방향으로 빔포밍한 음향 신호를 획득하는 빔포머를 더욱 구비하며, 상기 반향 제거기는 빔포밍한 음향 신호에 대해 반향 성분을 억제하여 스피커로 출력할 음향 신호를 획득함을 특징으로 한다.Further comprising a beam former for processing an acoustic signal acquired from at least two or more microphones to acquire a beamformed acoustic signal in a sound source direction, wherein the echo canceller suppresses echo components of the beam- And acquires an acoustic signal to be output.

상기 반향 학습 처리기는 사전에 빔포밍 방향을 가변하며 빔포밍 방향별로 발생하는 반향 채널을 필터로 모델링하여서 빔포밍 방향별 필터 계수를 획득하고, 상기 반향 제거기는 빔포밍한 음향 신호에 대해 빔포밍 방향에 대응되는 필터 계수에 근거하여 반향 성분을 억제함을 특징으로 한다.Wherein the echo learning processor obtains a filter coefficient for each beam forming direction by modeling an echo channel generated by the beam forming direction in advance by varying a beam forming direction in advance, and the echo canceller performs a beam forming operation for a beam- The echo component is suppressed based on the filter coefficient corresponding to the filter coefficient.

스마트폰과 근거리 무선통신하기 위한 통신모듈을 더욱 구비하며, 반향 채널에 대한 필터 계수의 획득을 위한 상기 반향 학습 처리기의 실행과, 음원 방향별 음향 출력 방향의 선정은 스마트폰에 의해 이루어지게 함을 특징으로 한다.And a communication module for short-range wireless communication with the smartphone. The execution of the echo learning processor for acquiring the filter coefficient for the echo channel and the selection of the sound output direction for each sound source direction are performed by a smartphone .

상기 스위치는 적어도 음원 방향의 반대 방향에 배치한 스피커를 선택하여 음향 신호를 출력시킴을 특징으로 한다.Wherein the switch selects a speaker arranged at least in a direction opposite to a sound source direction and outputs a sound signal.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 반향을 억제하며 확성 출력하는 데 필용한 구성요소들을 하나의 장치에 구비되도록 일체화함으로써, 사람들이 모인 장소의 중앙에 놓고 전원만 연결하여 사용할 수 있는 간단한 구조에 의해 운반, 설치, 사용 및 관리가 간편하다. According to the present invention configured as described above, the components for suppressing echo and outputting the amplified output are integrated into one device so that they can be transported by a simple structure that can be used by connecting only the power source Easy to install, use and manage.

또한, 본 발명은 화자를 향해 빔포밍하여 집음하므로, 주변 잡음 및 반향 성분의 유입을 최소화한 상태에서 빔포밍 영역의 반향 성분만을 제거하며, 이에, 반향 억제 성능을 높일 수 있다.In addition, since the present invention collects signals by beamforming toward a speaker, only the echo components of the beamforming region are removed in a state where the inflow of the ambient noise and the echo components is minimized, and the echo suppression performance can be enhanced.

또한, 본 발명은 음원 방향별로 출력 방향을 달리하여 선정하므로, 화자의 의사를 정확하게 전달할 수 있다.In addition, since the present invention selects the output direction differently for each sound source direction, it is possible to accurately convey the intention of the speaker.

또한, 본 발명은 빔포밍 영역과는 별도로 마이크별로 반향 제거하여 화자를 추적하므로, 반향에 의한 허위 화자를 추적하는 일이 없이, 실제 화자만을 정확하게 추적하며 화자의 음성을 확성할 수 있다.Also, according to the present invention, the echo is removed for each microphone separately from the beamforming area to track the speaker, so that the speaker can accurately track the actual speaker without tracking the false speaker due to the echo.

또한, 본 발명은 마이크를 통해 입력되는 음향 신호에 대해 음원 추적을 위한 반향 제거와 집음을 위한 반향 제거를 독립적으로 수행하여, 정확한 음원 위치 추적 및 반향 억제된 신호 획득을 동시에 만족한다.Also, according to the present invention, echo cancellation for sound source tracking and echo cancellation for sound collection are independently performed on an acoustic signal inputted through a microphone, and accurate sound source position tracking and echo suppressed signal acquisition are simultaneously satisfied.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치에 대해 스피커의 배치 위치를 보여주기 위해 투시하여 도시한 상면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치의 전기 신호적 구성도.
도 4는 마이크 어레이(10)에 연결되는 음원 추적기(20)의 블록 구성도.
도 5는 음원 추적 원리를 설명하기 위한 도면.
도 6은 마이크 어레이(10)에 음원 추적기(20)와 병렬 연결되는 빔포머(30)의 개략적 블록 구성도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치에 의한 오디오 증폭 방법의 순서도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치의 사용 상태도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치의 사용 상태도.
FIG. 1 is a perspective view of an audio amplifying apparatus integrated with a microphone according to an embodiment of the present invention. FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to an audio amplifying apparatus, and more particularly,
3 is an electric signal configuration diagram of an audio amplifying apparatus with a built-in microphone in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a sound source tracker 20 connected to the microphone array 10. FIG.
5 is a view for explaining a principle of sound source tracking;
6 is a schematic block diagram of a beamformer 30 connected in parallel with a source tracker 20 to a microphone array 10. Fig.
7 is a flowchart of an audio amplification method by a microphone-integrated audio amplification apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a use state diagram of an audio amplifying apparatus with a built-in microphone speaker according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 9 is a use state diagram of an audio amplifying apparatus integrated with a microphone according to another embodiment of the present invention. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1의 사시도 및 도 2의 상면도를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치는 어느 방향에 있는 화자이든 화자의 음성에 의해 전달되는 음파를 전기적 음향 신호로 획득하는 마이크(M1,M2,M3,M4)와 마이크에서 획득되는 음향 신호를 후술하는 바와 같이 내장된 구성요소를 이용하여 반향 억제한 후 확성하여 출력하는 스피커(S1,S2,S3,S4)를 하나의 케이스(A)에 구비되도록 일체화함으로써, 예를 들어 주변에 있는 다수의 사람이 상호 의사 전달할 시에 화자의 음성을 확성하여 잘 들릴 수 있게 되어 있으며, 이러한 확성 동작을 수행하기 위한 구성요소들을 하나의 케이스(A)에 모두 구비함으로써 운반, 이동, 설치 및 사용이 편리하게 되어 있다. Referring to the perspective view of FIG. 1 and the top view of FIG. 2, a microphone-integrated audio amplifying apparatus according to an embodiment of the present invention includes a microphone for acquiring a sound wave transmitted by a speaker in any direction, S1, S2, S3, and S4 for echoing and outputting the acoustic signals obtained from the speakers M1, M2, M3, and M4 and the microphone by using the built-in components as described later, For example, when a plurality of people in the vicinity communicate with each other by communicating with each other, the voice of the speaker can be amplified and heard, and the components for performing the amplification operation are integrated into a single case (A), it is convenient to carry, move, install and use.

여기서, 상기 마이크(M1,M2,M3,M4)는 복수 개로 구비되는 것으로 도시하였으나 하나만 구비하는 것도 가능하며, 마찬가지로 상기 스피커(S1,S2,S3,S4)도 복수 개로 구비되는 것으로 도시하였으나 하나만 구비하는 것도 가능하다. Although a plurality of the microphones M1, M2, M3, and M4 are shown, it is also possible to provide only one microphone. Similarly, the plurality of speakers S1, S2, S3, and S4 may be provided. It is also possible to do.

그렇지만, 본 발명의 구체적인 실시예에서는 화자의 음성만 집음하여 출력하기 위해 복수 개의 마이크로 구성한 마이크 어레이(10)를 사용하였고, 음원 위치에 따라 출력 방향을 선택하기 위해 복수 개의 스피커(S1,S2,S3,S4)를 사용하였다. However, in a specific embodiment of the present invention, a plurality of micro-array microphones 10 are used for collecting and outputting only the speaker's voice, and a plurality of speakers S1, S2, S3 , S4) were used.

이를 위한 오디오 증폭 장치는 도 3의 전기 신호적 구성도에 도시한 바와 같이 배치 방향이 서로 다르게 한 복수의 스피커(S1,S2,S3,S4), 반향채널이 있는 상황에서도 화자(음원)의 위치를 정확하게 추적하여 화자의 방향으로 빔포밍한 음향 신호를 획득하기 위해 마이크 어레이(10)를 채용한 빔포밍 수단(10, 20, 30), 음향 신호에 섞인 반향성분을 제거하여 하울링을 억제하는 반향 제거기(40), 음향 신호의 출력 방향을 정하는 스위치(60), 반향성분의 억제를 위해 사전에 반향 환경을 학습시키는 반향 학습 처리기(50), 및 사용자의 요구에 따른 동작모드를 수행하도록 제어하는 제어부(70)를 하나의 케이스(A)에 구비되도록 구성된다.As shown in the electric signal configuration diagram of FIG. 3, the audio amplifying apparatus for this purpose includes a plurality of speakers S1, S2, S3, and S4 having different arranging directions, and a speaker (sound source) Beam forming means (10, 20, 30) employing a microphone array (10) to obtain an acoustic signal beam -formed in the direction of a speaker accurately by tracking the echo component, A switch 60 for determining an output direction of a sound signal, an echo learning processor 50 for learning an echo environment in advance for suppressing echo components, and an operation mode according to a request of the user And the control unit 70 is provided in one case A.

상기 복수의 스피커(S1,S2,S3,S4)는 케이스(A)의 외측 측면에 둘레방향을 따라 간격을 두고 배치되며, 바람직하게는 등방사각으로 배치하여서 어느 방향이든 음향 출력이 가능하게 하는 것이 좋다.The plurality of loudspeakers S1, S2, S3, and S4 are disposed on the outer side surface of the case A at intervals along the circumferential direction, and are preferably arranged in an isosceles square shape to enable sound output in any direction good.

여기서, 케이스(A)는 스피커 및 마이크 어레이(10)를 제 기능의 수행에 적합하게 설치할 수 있는 구조이면 되며, 먼저, 스피커의 설치를 위한 구조로서, 도면에 도시한 구체적인 실시예에서는 4각 기둥 형상의 직육면체로 구성하여, 4방향 측면에 각각 1개의 스피커를 설치할 수 있으나, 구획된 측면 개수가 4개 이외인 다각 기둥 형상으로 하여 각 측면에 스피커를 설치하여도 좋고, 원기둥 형상으로 하여 등방사각 위치에 스피커를 설치하여도 좋다.Here, the case (A) may be a structure in which the speaker and the microphone array 10 can be installed so as to be suitable for the performance of the function. First, as the structure for installing the speaker, in the specific embodiment shown in the figure, And a speaker may be provided on each side of the speaker. Alternatively, a speaker may be provided on each side of the speaker in a rectangular column shape having an isosceles right angle Speakers may be installed at the position.

한편, 마이크 어레이(10)를 케이스(A)의 상면에 설치하여 마이크 어레이(10)를 구성하는 각각의 마이크(M1,M2,M3,M4)가 독립적으로 사방에서 전파되어 오는 음파를 받아 전기적 음향 신호로 변환하게 하며, 도면의 구체적인 실시예에서는 마이크 어레이(10)를 구성하는 각 마이크(M1,M2,M3,M4)를 케이스(A)의 상면에 돌출되게 설치할 시에 상호 이격시켜 설치하였다.On the other hand, the microphone array 10 is installed on the upper surface of the case A so that each of the microphones M1, M2, M3, and M4 constituting the microphone array 10 receives sound waves propagated independently from each other, M2, M3, and M4 constituting the microphone array 10 are provided so as to be spaced apart from each other when they are installed on the upper surface of the case A so as to protrude therefrom.

상기 빔포밍 수단(10, 20, 30)은 주변에서 소리를 발생시키는 음원(예를 들어 화자)의 방향을 추적하여 빔포밍한 음향 신호를 획득하는 수단으로서, 마이크 어레이(10), 음원 추적기(20) 및 빔포머(beamformer, 30)를 포함하여 구성된다.The beam forming means 10, 20 and 30 are means for acquiring a beamformed acoustic signal by tracking the direction of a sound source (e.g., a speaker) that generates sound in the surroundings and includes a microphone array 10, a sound source tracker 20, and a beamformer 30. As shown in FIG.

상기 마이크 어레이(10)는 주변의 음원에서 발생한 소리에 의해 전파되어 오는 음파를 받아들여 전기적 음향 신호로 변환하는 마이크(M1,M2,M3,M4)를 적어도 2개 이상 배치하여 구성한 것으로서, 복수의 마이크(M1,M2,M3,M4)가 상호 이격되어 있어 음파를 받아들이는 시간이 차이 날 수 있게 되어 있다.The microphone array 10 is constituted by arranging at least two microphones M1, M2, M3, and M4 for receiving sound waves propagated by sounds generated from nearby sound sources and converting the sound waves into electric acoustic signals, Since the microphones M1, M2, M3, and M4 are spaced apart from each other, the time for receiving sound waves may be different.

복수의 마이크(M1,M2,M3,M4)에 대한 배치 방식은 케이스(A)의 상면 중심을 기준으로 등방사각에 등거리로 배치하는 방식을 채용하는 것이, 음원 추적 및 빔포밍을 위한 프로그램의 복잡도를 낮추는 데 좋다. 즉, 케이스(A)의 상면 중심을 기준으로 원을 그리고, 등각도로 구획한 지점에 각각 마이크를 설치하여 둘레 방향으로 따라 마이크 사이의 간격을 균일하게 함으로써, 음원 추적 및 빔포밍 시의 계산을 비교적 간단하게 한다.It is preferable to employ a method of arranging the plurality of microphones M1, M2, M3, and M4 equidistantly on an isosceles right angle with respect to the center of the upper surface of the case A in terms of the complexity of programs for source tracking and beamforming It is good to lower. That is, a microphone is provided at each of the circles on the basis of the center of the upper surface of the case (A) and at the equally divided positions, and the intervals between the microphones are uniform along the circumferential direction. Make it simple.

여기서, 각각의 마이크(M1,M2,M3,M4)는 어느 방향에서 들어오는 음파든 감지하는 전방향성 마이크이면 좋지만, 180°이내의 방향성이 있되 거의 방향성이 없는 것으로 간주되는 마이크라면 방사상의 방향을 향하게 각각 설치하는 것이 좋다.Here, each of the microphones M1, M2, M3, and M4 may be an omnidirectional microphone that senses sound waves coming from any direction, but if the microphone is regarded as having a direction of less than 180 but almost no direction, Respectively.

상기 음원 추적기(20)는 각각의 마이크(M1,M2,M3,M4)에서 획득한 음향 신호에 대해 개별적으로 반향 성분을 억제하는 반향 제거부(21)를 이용하여 선행적으로 신호처리한 후, 각각 반향 성분을 억제한 마이크별 음향 신호 사이의 상호 상관관계를 구하여 각 마이크에 도착하는 소리의 시간차에 근거한 음원 방향을 추적하는 상관 분석부(22)로 신호처리함으로써, 반향 성분이 억제된 음향 신호로부터 더욱 정확한 음원 방향을 추적한다.The sound source tracker 20 performs signal processing on the acoustic signals acquired by the microphones M1, M2, M3, and M4 in advance by using the echo canceling unit 21 that suppresses the echo components individually, A correlation analysis unit 22 that obtains a cross correlation between acoustic signals for respective microphones in which echo components are suppressed and tracks a sound source direction based on a time difference of sounds arriving at the respective microphones, To more accurately track the direction of the sound source.

도 4에 도시한 블록 구성도를 참조하면, 마이크 어레이(10)에서 각 마이크(M1,M2,M3,M4)를 통해 획득한 아날로그 음향 신호를 증폭기(11)로 증폭한 후 A/D변환기(12)를 이용하여 디지털 음향 신호로 변환한 후 전달함으로써, 음원 추적기(20)에서 디지털 신호처리 가능하게 된다. 4, an analog sound signal obtained through the microphones M1, M2, M3, and M4 is amplified by the amplifier 11 in the microphone array 10, and then amplified by an A / D converter 12 to be converted into a digital sound signal and then transmitted to the sound source tracker 20 so that digital signal processing can be performed.

그리고, 음원 추적기(20)에서 반향 제거부(21)는 스피커로 출력되는 음향 신호를 반향 제거 필터(21a)로 필터링하여 생성한 반향 신호를 감산기(21b)에 의해 음향 신호에서 차감하도록 구성되며, 각각의 마이크(M1,M2,M3,M4)로부터 전달받는 음향 신호를 개별적으로 신호처리하도록 복수 개로 마련되어 있다. The echo canceler 21 in the sound source tracker 20 is configured to subtract an echo signal generated by filtering the acoustic signal output from the speaker with the echo cancellation filter 21a from the acoustic signal by the subtracter 21b, And a plurality of acoustic signals received from the respective microphones M1, M2, M3, and M4 are individually provided for signal processing.

여기서, 반향 제거 필터(21a)는 대응되는 마이크와 복수 스피커(S1,S2,S3,S4) 사이의 공간 상에 형성되는 반향채널을 모델링한 필터로서, 후술하는 반향 학습 처리기(50)에 의해 필터 계수가 획득된다. 각각의 마이크(M1,M2,M3,M4)는 배열 위치에 차이가 있으므로, 마이크에 일대일로 대응되는 반향 제거 필터(21a)별로 필터 계수를 획득한다.The echo cancellation filter 21a is a filter modeling an echo channel formed on a space between a corresponding microphone and a plurality of speakers S1, S2, S3 and S4. Coefficients are obtained. Since the positions of the microphones M1, M2, M3, and M4 are different from each other, the filter coefficient is obtained for each echo cancellation filter 21a corresponding to one microphone.

한편, 각각의 스피커(S1,S2,S3,S4)도 서로 다른 방향으로 배치되어 있으므로, 반향채널도 스피커별로 다르게 형성될 것이다. 이에, 각각의 반향 제거 필터(21a)에 대한 필터 계수는 스피커별로 필터 계수를 획득하고, 필터 계수를 사용할 시에는 스피커별로 출력되는 음향 신호에 대해 각각 대응되는 필터 계수를 적용하여 얻는 반향 성분을 합산하여, 합산한 반향 성분을 감산기(21b)로 감산하게 하여도 좋다.On the other hand, since the respective speakers S1, S2, S3, and S4 are also arranged in different directions, the echo channels will also be formed differently for each speaker. The filter coefficient for each echo cancellation filter 21a is obtained by obtaining a filter coefficient for each speaker, and when the filter coefficient is used, the echo component obtained by applying a corresponding filter coefficient to the acoustic signal output for each speaker is summed , And the summed echo component may be subtracted by the subtracter 21b.

이와 같이 마이크별로 반향성분을 억제한 음향 신호는 반향에 의한 허위 음원이 제거되므로, 상관 분석부(22)로 음원 위치를 더욱 정확하게 추적할 수 있다. 여기서, 허위 음원은 반향 채널을 통해 입력되는 음향 신호에 의해 감지되는 음원이다.Since the false sound source due to the echo is removed from the acoustic signal in which the echo component is suppressed for each microphone, the correlation analyzer 22 can more accurately track the sound source position. Here, the false sound source is a sound source that is detected by an acoustic signal inputted through an echo channel.

상기 상관 분석부(22)에 대해서는 예를 들어 등록특허 제10-0877914호에 개시된 바와 같이 복수 마이크를 통해 획득한 음향 신호 사이의 상호 상관관계를 계산하여 음원 위치를 획득하는 공지의 기술이므로, 도 5를 참조하여 간략하게 설명한다.Since the correlation analyzer 22 is a known technique for acquiring sound source positions by calculating a cross correlation between sound signals obtained through a plurality of microphones as disclosed in, for example, Japanese Patent No. 10-0877914 5 will be briefly described.

도 5는 마이크(M1,M2,M3,M4)의 배열 및 마이크(M1,M2,M3,M4)와 음원(1) 사이의 배치를 좌표 평면상에 표시한 도면(a)과, 음원(1)의 소리를 각 마이크(M1,M2,M3,M4)를 통해 획득되는 음향 신호의 파형을 그래프로 표시한 도면(b)이다.5A and 5B show the arrangement of the microphones M1, M2, M3 and M4 and the arrangement between the microphones M1, M2, M3 and M4 and the sound source 1 on the coordinate plane, (B) is a graph showing waveforms of sound signals obtained through the microphones M1, M2, M3, and M4.

도 5를 참조하면, 마이크(M1,M2,M3,M4)의 배열 중심을 기준으로 방위각 θ의 방향에 있는 음원(1)에서 소리가 나면, 음원(1)의 소리에 의한 음파가 각 마이크(M1,M2,M3,M4)에 도달하는 시간(△1,△2,△3,△4)은 음원(1)과의 거리(L1,L2,L3,L4) 차이에 의해 상이하게 될 수 있다.5, when a sound source 1 in the direction of the azimuth angle? With respect to the arrangement center of the microphones M1, M2, M3 and M4 sounds, sound waves due to the sound of the sound source 1 are transmitted to the respective microphones The times (? 1,? 2,? 3,? 4) reaching the sound sources 1, M1, M2, M3 and M4 may be different depending on the distances L1, L2, L3, L4 from the sound source 1 .

이에, 서로 다른 시간(△1,△2,△3,△4)에 획득하는 음향 신호를 상호 상관분석(correlation analysis)하면 도착 지연시간차를 얻을 수 있다.Thus, correlation analysis of the acoustic signals acquired at different times (? 1,? 2,? 3,? 4) results in a difference in arrival delay time.

그리고, 음파의 전파 속도를 반영하여 거리차도 얻을 수 있으며, 음원과의 거리차 및 마이크 배열 위치를 적용하여 음원(1) 방향도 얻을 수 있다. 이와 같이 복수 마이크를 통해 획득한 음향 신호로부터 상관분석하여 음원 방향을 얻는 방법은 예를 들어 등록특허 제10-0877914호에 개시된 공지 기술이므로 상세 설명은 생략한다.Also, the distance difference can be obtained by reflecting the propagation speed of the sound wave, and the direction of the sound source 1 can also be obtained by applying the distance difference between the sound source and the microphone array position. The method of correlating and analyzing the acoustic signals obtained through the plurality of microphones to obtain the sound source direction is well known in, for example, Japanese Patent Application No. 10-0877914, and thus a detailed description thereof will be omitted.

다만, 음원 방향을 추적하기 위해서는 적어도 2개 이상의 마이크에서 획득한 음향 신호를 상관분석하여야 하며, 가능하면 많은 마이크에서 획득한 음향 신호를 상관분석하여 음원 방향을 더욱 정확하게 추적하는 것이 좋다.However, in order to track the direction of the sound source, it is necessary to correlate the acoustic signals acquired from at least two microphones, and if possible, correlate and analyze the sound signals obtained from many microphones to track the direction of the sound source more accurately.

이와 같이 추적한 음원 방향은 도 3에 파선(破線)으로 도시한 바와 같이 빔포머(30), 반향 제거기(40) 및 스위치(60)에 통지된다.The sound source direction thus tracked is notified to the beam former 30, the echo canceller 40, and the switch 60 as shown by the broken line in Fig.

상기 빔포머(30)는 각 마이크(M1,M2,M3,M4)를 통해 획득한 음향 신호 중에 적어도 2개 이상의 마이크에서 획득한 음향 신호를 신호처리하여 추적한 음원 방향으로 빔포밍한 음향 신호를 생성한다. The beam former 30 processes an acoustic signal obtained from at least two microphones among the acoustic signals acquired through the microphones M1, M2, M3, and M4, and generates an acoustic signal beam- .

여기서, 사용되는 음향 신호는 마이크별로 반향 성분을 억제한 음향 신호가 아니고, 각각의 마이크에서 획득한 음향 신호이다.Here, the acoustic signal to be used is not an acoustic signal suppressing the echo component for each microphone, but an acoustic signal obtained from each microphone.

음향에 대한 빔포밍(beamforming)은 원하는 방향으로부터 전파되어 오는 음파만을 추출하고, 그 외의 방향으로부터 전파되어오는 음파를 제거한 음향 신호를 생성하는 기술로서, 예를 들어 등록특허 제10-0873000호에 개시된 바와 같이 공지된 기술이므로, 도 6에 도시한 블록 구성도를 참조하여 간략하게 설명한다.Beamforming of sound is a technique for extracting only sound waves propagated from a desired direction and generating an acoustic signal from which sound waves propagated from other directions are removed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-0873000 It will be briefly described with reference to the block diagram shown in Fig.

상기 빔포머(30)는 마이크 어레이(10)로부터 마이크(M1,M2,M3,M4) 별로 전달받는 음향 신호에 대해 음원 방향을 빔포밍 방향으로 하는 복소 가중치(η,w)를 가한 후(31) 합산하여(32) 빔포밍한 음향 신호를 생성한다. 음향 신호에 대한 빔포밍은 주파수 종속성(frequency-variant)을 가지므로 일반적으로 주파수 영역으로의 변환, 가중치 가함, 합산 및 시간 영역으로의 변환하는 일련의 과정을 수행하여 빔포밍된 음향 신호를 생성한다.The beam former 30 adds complex weights w and w to the direction of the beam forming with respect to the acoustic signals received from the microphone array 10 for each of the microphones M1, M2, M3 and M4 ) To generate a (32) beamformed acoustic signal. Since the beamforming for a sound signal has a frequency-variant, a beamformed sound signal is generated by performing a series of processes of converting to a frequency domain, adding weighting, summing, and converting to a time domain .

여기서, 복소 가중치(η,w)는 등록특허 제10-0873000호에서 설명한 바와 같이 마이크별 음향 신호에 각각 음원 방향에 맞게 서로 다른 값으로 적용되는 것으로서, 이에, 음원 방향을 향해 빔포밍하기 위한 복소 가중치를 가한 후 합산하면, 음원 방향의 영역에서 전파되는 음파만 집음하고, 그 이외 방향의 영역에서 전파되는 음파는 제거된다.Here, the complex weights (?, W) are applied to acoustic signals of respective microphones in different values according to the direction of the sound source, as described in Patent No. 10-0873000, When the weight is added and then summed, only the sound waves propagated in the direction of the sound source are picked up, and the sound waves propagated in the other direction are removed.

이와 같이 빔포밍한 음향 신호는 반향 제거부(41)에 전달된다.The sound signal thus beamformed is transmitted to the echo canceling unit 41. [

상기 반향 제거기(40)는 빔포밍한 음향 신호에서 반향 성분을 억제하는 구성요소로서, 빔포밍 방향별로 반향채널을 모델링한 필터의 필터 계수를 저장하여 두는 영역별 필터 계수 저장부(42)와, 음원 방향을 음원 추적기(20)로부터 통지받고 빔포밍한 음향 신호를 빔포머(30)를 전달받을 시에 음원 방향에 대응되는 필터 계수를 로딩한 후, 빔포밍한 음향 신호에 섞인 반향 성분을 필터 계수를 적용하여 억제하는 반향 제거부(41)를 포함한다.The echo canceller 40 is a component for suppressing echo components in a beamformed acoustic signal. The echo canceller 40 includes a domain-specific filter coefficient storage 42 for storing filter coefficients of a filter modeling an echo channel for each beam forming direction, A filter coefficient corresponding to a direction of a sound source is loaded upon receipt of a sound source tracker 20 and a beamformer 30 receives a beamformed sound signal and then an echo component mixed with the beam- And an echo canceling unit 41 for suppressing by applying a coefficient.

빔포밍 방향에 따라 반향채널이 달라지고, 이에, 빔포밍 방향에 따라 스피커(S1,S2,S3,S4)에서 출력된 후 마이크(M1,M2,M3,M4)로 입력되는 반향 성분도 빔포밍 방향에 따라 달라지므로, 빔포밍 방향별 필터 계수는 후술하는 바와 같이 상기 반향 학습 처리기(50)에 의해 사전에 생성되어 저장된다.Echo components that are output from the speakers S1, S2, S3, and S4 and then input to the microphones M1, M2, M3, and M4 along the beam forming direction are also changed in the beam forming direction The filter coefficient for each beam forming direction is generated and stored in advance by the echo processing processor 50 as described later.

상기 반향 제거부(41)는 영역별 필터 계수 저장부(42)에서 로딩한 필터 계수를 반향 제거 필터(41a)에 적용한 후, 스피커로 출력하는 음향 신호를 반향 제거 필터(41a)로 필터링하여 반향 성분을 생성하고, 이후, 감산기(41b)를 이용하여 상기 빔포머(30)로부터 전달받는 빔포밍된 음향 신호에서 반향 성분을 감산한다.The echo canceller 41 applies the filter coefficient loaded from the filter coefficient storage unit 42 to the echo cancellation filter 41a and then filters the acoustic signal output to the speaker with the echo cancellation filter 41a, And then subtracts the echo component from the beamformed acoustic signal transmitted from the beam former 30 using the subtracter 41b.

이와 같이 빔포밍 방향의 반향 채널에 의한 반향 성분이 억제된 음향 신호는 상기 스위치(60)에 전달된다.Thus, the acoustic signal whose echo component is suppressed by the echo channel in the beam forming direction is transmitted to the switch 60.

상기 스위치(60)는 반향 성분을 억제한 음향 신호의 출력 방향을 정하여 출력 방향에 배치된 스피커를 통해 출력되게 하는 구성요소로서, 음원 방향별로 음향 출력 방향이 사전에 약속(또는 사전에 설정)되어 있으며, 상기 음원 추적기(20)로부터 음원 방향을 통지받고 상기 반향 제거기(40)로부터 음향 신호를 전달받을 시에, 사전 약속된 음원 방향별 음원 출력 방향에 근거하여 음원 방향에 매칭되는 출력 방향을 선정한 후 출력 방향에 배치된 스피커를 통해 음향 신호를 출력되게 한다.The switch 60 is a component for determining an output direction of an acoustic signal in which the echo component is suppressed and outputting it through a speaker disposed in the output direction. The acoustic output direction is preset (or preset) And when an acoustic signal is received from the echo canceller 20 and the sound signal is received from the echo canceller 40, an output direction matching the sound source direction is selected based on the predetermined sound source output direction according to the predetermined sound source direction Thereby outputting the acoustic signal through the speaker disposed in the rear output direction.

음원 방향별 음원 출력 방향은 적어도 음원 방향의 반대 방향에 배치한 스피커로 음향 신호를 출력하게 하는 것일 수 있다.The sound source output direction for each sound source direction may be to output a sound signal to a speaker disposed at least in a direction opposite to the sound source direction.

물론, 음향 신호는 D/A 변환기(미도시)에 의해 아날로그 변환된 후 스피커로 출력된다.Of course, the acoustic signal is analog-converted by a D / A converter (not shown) and then output to a speaker.

그런데, 다자간 대화를 확성하여 전달하는 데 본 발명을 사용할 시에, 사람이 있는 위치에 따라 확성 방향을 적절하게 조절하는 것이 좋다. 즉, 본 발명에 의한 장치의 사용 상황에 따라 음원 방향을 제외한 나머지 방향에 배치한 스피커 전체를 선택하는 방식이 적절할 수도 있고, 음원 방향을 제외한 나머지 방향에 배치한 스피커 중에 적어도 어느 하나를 선택하는 방식이 적절할 수도 있다.However, when using the present invention to amplify and transmit a multi-party conversation, it is preferable to appropriately adjust the direction of magnification depending on the position of the person. That is, depending on the use situation of the apparatus according to the present invention, a method of selecting all the speakers arranged in the remaining directions other than the sound source direction may be appropriate, or a method of selecting at least one of the speakers arranged in the remaining directions except for the sound source direction May be appropriate.

이에, 본 발명의 실시예에서는 후술하는 바와 같이 음원 방향별 음원 출력 방향을 상기 제어부(70)에 의해 설정할 수 있게 한다.Accordingly, in the embodiment of the present invention, the sound output direction of each sound source direction can be set by the controller 70 as described later.

상기 반향 학습 처리기(50)는 마이크별 반향 채널 및 빔포밍 방향별 반향 채널을 필터로 모델링하여 필터 계수를 획득하기 위한 구성요소로서, 스피커를 통해 훈련 신호를 출력시키기 위해 마련된 훈련 신호 발생부(51)와, 반향채널을 필터로 모델링하는 데 채용하는 공지의 적응 알고리즘을 활용하여 마이크별 반향 채널 및 빔포밍 방향별 반향 채널에 대해 각각 모델링한 필터의 계수를 획득하는 반향채널 모델링부(52)를 구비하며, 하기에서 도 7를 참조할 시에 상세하게 설명한다.The echo learning processor 50 is a component for modeling the echo channel for each microphone and the echo channel for each beam forming direction as a filter and acquiring a filter coefficient. The echo processor 50 includes a training signal generator 51 And an echo channel modeling unit 52 for obtaining the coefficients of the filters modeled on the echo channels for each microphone and the echo channels for each beam forming direction by using a known adaptive algorithm employed for modeling the echo channels as filters And will be described in detail below with reference to FIG.

상기 제어부(70)는 후술하는 설정단계(S10), 학습단계(20) 및 운용단계(30)를 수행하도록 제어한다.The control unit 70 controls to perform a setting step S10, a learning step 20 and an operation step 30, which will be described later.

본 발명의 실시예에서는 스마트폰과 근거리 무선통신하기 위한 통신모듈(71)을 구비하여, 설정단계(S10)의 실행, 학습단계(20)의 실행 및 운용단계(30)의 실행을 통신모듈(71)에 연결된 스마트폰으로 지시하게 하며, 상기 제어부(70)는 스마트폰에서 지시한 사항을 통신모듈(71)을 통해 전달받아 수행한다.In the embodiment of the present invention, a communication module 71 for short-range wireless communication with a smartphone is provided so that the execution of the setting step S10, the execution of the learning step 20 and the execution of the operation step 30 are performed by the communication module 71, and the control unit 70 receives the instruction from the smartphone through the communication module 71 and performs the instruction.

여기서, 사용자의 지시는 설정단계, 학습단계 및 운용단계를 각각 순차적으로 선택할 수 있는 사용자인터페이스(User Interface)을 구비하여 사용자로부터 직접 받게 할 수도 있다. 사용자인터페이스는 예를 들어 키패드로 할 수 있다.Here, the user's instruction may include a user interface for sequentially selecting the setting step, the learning step, and the operating step, and may be directly received from the user. The user interface can be, for example, a keypad.

도면에는 도시하지 아니하였지만, 본 발명의 동작을 위한 전원을 공급하는 구성요소도 물론 구비하며, 예를 들면 외부로부터 전기를 공급받아 사용하게 할 수 있다.Although not shown in the drawing, the power supply for the operation of the present invention is of course also provided, and for example, electricity may be supplied from the outside.

도 7에 도시한 순서도에 따르면, 설정단계(S10)의 수행, 학습단계(20)의 수행 및 운용단계(30)의 수행을 사용자가 순차적으로 선택하며 본 발명을 사용하게 되어 있다.According to the flowchart shown in FIG. 7, the user sequentially selects the execution of the setting step S10, the execution of the learning step 20 and the operation step 30, and uses the present invention.

먼저, 사용자가 설정단계(S10)의 수행을 지시하면, 제어부(70)는 음원 방향별 음향 출력 방향을 선정할 수 있게 안내한다. First, when the user instructs to perform the setting step S10, the controller 70 guides the sound output direction according to the sound source direction.

다자간 의사전달할 시에 획득되는 음향 신호를 확성하여 보내게 할 방향을 사용자가 선정하는 단계로서, 사람의 위치 및 본 발명에 의한 장치가 놓이는 위치에 따라 적절하게 음원 방향별 음향 출력 방향을 선정하는 것이 좋으며, 본 발명에 의한 장치를 중심으로 화자의 반대 방향을 적어도 선정하는 것이 좋다.The user selects a direction in which the acoustic signal obtained in the multi-party communication is amplified and sent, and selects the sound output direction according to the sound source direction according to the position of the person and the position of the apparatus according to the present invention It is preferable to select at least the opposite direction of the speaker centering on the device according to the present invention.

이때 선정한 음원 방향별 음향 출력 방향은 하기의 운용단계(S30)를 수행할 시에 스위치(60)에서 스피커를 선택하는 데 사용한다.At this time, the selected sound output direction for each sound source direction is used to select a speaker in the switch 60 when performing the following operation step S30.

다음으로, 사용자가 학습단계(S20)의 수행을 지시하면, 제어부(70)는 반향 학습 처리기(50)를 동작시켜 마이크별 반향채널에 의한 반향 환경을 학습하고(S21), 빔포밍 방향별 반향채널에 의한 반향 환경을 학습한다(S22).Next, when the user instructs the performance of the learning step S20, the control unit 70 operates the echo learning processor 50 to learn the echo environment by the echo channel for each microphone (S21) The echo environment by the channel is learned (S22).

여기서, 반향 환경의 학습은 훈련신호를 스피커로 출력시키고, 동시에, 마이크를 통해 입력되는 반향신호와, 훈련신호를 필터로 필터링하여 생성한 반향신호 추정신호 사이의 오차를 줄이도록 적응적으로 필터의 계수를 업데이트하는 공지의 적응 알고리즘을 채용한다.Here, the learning of the echo environment is performed by outputting a training signal to a speaker, and at the same time, adaptively changing an echo signal inputted through a microphone and an echo signal estimation signal generated by filtering the training signal with a filter, Employs a known adaptive algorithm that updates the coefficients.

음원 추적기(20)에 마이크별로 구비된 반향 제거 필터(21a)에 대해 각각 대응되는 마이크에 입력되는 반향신호에 근거하여 개별적으로 반향채널을 모델링하며, 순차적으로 모델링하거나 아니면 동시에 모델링하여도 좋다.The echo canceller may individually model the echo channels on the basis of the echo signals input to the microphones corresponding to the echo cancellation filters 21a provided for the respective microphones in the sound source tracker 20 and sequentially model them or simultaneously model them.

이때, 모델링하여 얻는 각각의 반향 제거 필터(21a)의 필터 계수는 하기의 운용단계(S30)에서 이용된다.At this time, the filter coefficient of each echo cancellation filter 21a obtained by modeling is used in the following operation step S30.

반향 제거기(40)에 구비된 반향 제거 필터(41a)로 반향채널을 모델링할 시에는, 상기 빔포머(30)에 적용되는 복소 가중치(η,w)를 조절하여 빔포밍 방향을 가변하며, 빔포밍 방향별로 형성되는 반향 채널을 각각 모델링한다. When modeling the echo channel by the echo cancellation filter 41a provided in the echo canceller 40, the beam weighting direction is varied by adjusting the complex weights w and w applied to the beam former 30, And the echo channels formed for each forming direction are respectively modeled.

즉, 이때에는 상기 빔포머(30)를 가동시켜 빔포밍된 음향 신호를 생성하게 하되, 빔포밍 방향을 소정 시간 간격으로 가변하고, 소정 시간 지속되는 각 빔포밍 방향의 반향채널에 대해서 빔포머(30)로 처리되어 반향 제거기(40)로 전달되는 음향 신호(여기서는 훈련신호의 반향신호)와, 훈련신호를 반향 제거 필터(41a)로 필터링하여 얻는 신호 사이의 오차를 줄이도록 필터 계수를 적응적 업데이트하여서 빔포밍 방향의 반향채널을 반향 제거 필터(41a)로 모델링한다. 이에, 빔포밍 방향별로 모델링할 시에 얻는 빔포밍 방향별 필터 계수를 얻을 수 있게 된다. That is, at this time, the beamformer 30 is operated to generate a beamformed acoustic signal, and the beamforming direction is varied at predetermined time intervals, and the beamformer (for example, 30) to reduce the error between the acoustic signal (here, the echo signal of the training signal) transmitted to the echo canceller 40 and the signal obtained by filtering the training signal with the echo cancellation filter 41a, And the echo channel in the beam forming direction is modeled by the echo cancellation filter 41a. Thus, it is possible to obtain a filter coefficient for each beam forming direction obtained when modeling by beam forming direction.

이때, 얻은 빔포밍 방향별 필터 계수는 영역별 필터 계수 저장부(42)에 저장시킨다.At this time, the obtained filter coefficient for each beam forming direction is stored in the filter coefficient storage unit 42.

한편, 마이크별 반향 채널에 대한 필터 계수를 획득하는 단계(S21)와 빔포밍 방향별 반향채널에 대한 필터 계수를 획득하는 단계(S22)의 수행 순서에 대해서는, 어느 단계를 먼저 수행하여도 좋다. 이는, 빔포머(30) 및 반향 제거기(40)로 이루어진 신호처리 블록과 음원 추적기(20)이 각각 마이크 어레이(10)에 직접 연결되어 병렬 배치되기 때문이다.Meanwhile, any of the steps of obtaining the filter coefficient for the microphone-specific echo channel (S21) and acquiring the filter coefficient for the echo channel for each beam forming direction (S22) may be performed first. This is because the signal processing block including the beam former 30 and the echo canceller 40 and the sound source tracker 20 are directly connected to the microphone array 10 and arranged in parallel.

다음으로, 상기한 바와 같이 설정단계(S10) 및 학습단계(S20)를 수행한 이후 사용자가 운용단계(S30)의 수행을 지시하면, 제어부(70)는 빔포밍 수단(10, 20, 30), 반향 제거기(40), 스위치(60) 및 스피커(S1,S2,S3,S4)를 가동시켜 확성 동작을 수행한다. Next, when the user instructs to perform the operation step S30 after performing the setting step S10 and the learning step S20 as described above, the control unit 70 controls the beam forming unit 10, 20, 30, The echo canceller 40, the switch 60, and the speakers S1, S2, S3, and S4 to perform the magnification operation.

설명의 편의를 위해서, 도 8에 도시한 사용 상태도처럼 음원이 사람임을 가정하여 설명한다.For convenience of explanation, it is assumed that the sound source is a person as shown in the use state diagram shown in Fig.

도 8의 사용 상태도에 따르면, 탁자의 둘레에는 의자에 착석하여 회의하는 사람이 다수 있으며, 탁자 위에 올려놓은 본 발명에 따른 장치는 상기한 바와 같이 설정단계(S10) 및 학습단계(S20)를 수행한 이후 다음과 같이 이루어지는 운용단계(30)에 의해 화자의 음성을 확성하여 출력한다.According to the use state diagram of FIG. 8, there are many people sitting on a chair and sitting in a chair around the table. The apparatus according to the present invention placed on the table performs the setting step S10 and the learning step S20 as described above After that, the speech of the speaker is amplified and output by the operation step 30 as follows.

음원 추적기(20)는 마이크 어레이(10)를 구성하는 복수의 마이크(M1,M2,M3,M4)를 통해 획득되는 마이크별 음향 신호를 마이크별 반향 제거부(21)로 신호처리하여 각 마이크별로 공간 상에 형성된 반향 채널에 의한 반향 성분을 제거하고, 이후, 반향 성분을 제거한 마이크별 음향 신호를 상호 상관분석하는 동작을 수행하며(S31), 동시에, 상관분석 결과를 이용하여 화자가 존재하는 지를 확인한다(S32).The sound source tracker 20 processes the acoustic signals of the microphones acquired through the plurality of microphones M1, M2, M3, and M4 constituting the microphone array 10 by a microphone-specific echo canceller 21, The echo component due to the echo channel formed on the space is removed, and then the cross-correlation analysis of the acoustic signal for each microphone by removing the echo component is performed (S31). At the same time, (S32).

화자가 말하는 중에 스피커로 출력하는 소리가 있게 되고, 다른 화자가 추가 발생하는 상황도 있을 수 있으므로, 반향 성분을 제거하는 것이다.There is a sound output from the speaker while the speaker speaks, and there may be a situation where another speaker is additionally generated. Therefore, the echo component is removed.

마이크를 통해 획득하는 음향 신호의 파워는 상관분석하는 과정 중에 추정하여 얻을 수 있으므로, 미리 설정한 파워 이상으로 감지되는 경우 사람이 발성한 것으로 하여도 좋다. 즉, 본 발명에 의한 장치를 실제 사용하는 환경에서는 사람의 발성에 의한 소리 이외에도 바람 소리, 물건에 의한 소리 등의 잡음도 존재할 수 있으므로, 상기 미리 설정한 파워를 적절하게 선정하여 잡음을 화자에 의한 발성처럼 확성되지 아니하게 한다.Since the power of the acoustic signal acquired through the microphone can be obtained by estimating during the correlation analysis process, it is also possible that a human being is uttered when it is sensed as a predetermined power or more. That is, in an environment where the apparatus according to the present invention is actually used, there may exist noise such as wind noise and object sound in addition to sounds due to human voices, so that the preset power is appropriately selected, It does not make it sound like a voice.

화자의 존재가 확인되면, 상관분석의 결과로부터 화자의 위치를 얻는다(S33).When the presence of the speaker is confirmed, the position of the speaker is obtained from the result of the correlation analysis (S33).

이때 얻은 화자 위치는 빔포머(30), 반향 제거기(40) 및 스위치(60)에 통지되어서, 빔포머(30)에 의한 빔포밍 동작(S34), 반향 제거기(40)에 의한 빔포밍 방향의 반향 성분 제거(S35, S36), 및 스위치(60)에 의한 스피커 선정(S37)이 순차적으로 수행되게 한다.The obtained speaker position is notified to the beam former 30, the echo canceller 40 and the switch 60 so that the beam forming operation S34 by the beam former 30 and the beam forming operation S43 by the echo canceller 40 Echo component removal (S35, S36), and speaker selection (S37) by the switch 60 are sequentially performed.

즉, 빔포머(30)는 마이크별로 획득되는 음향 신호에 대해 화자가 있는 위치에 맞게 빔포밍 신호처리하여 화자의 음성을 집음한 음향 신호를 생성한다(S34).That is, the beam former 30 processes a beamforming signal corresponding to the position of the speaker with respect to the acoustic signal obtained for each microphone, and generates a sound signal for collecting the speaker's voice (S34).

다음으로, 반향 제거기(40)는 사전에 저장하여 둔 빔포밍 방향별 필터 계수 중에 화자의 위치에 맞는 필터 계수를 적용하여(S35) 음향 신호에 섞인 반향성분을 제거한다(S36).Next, the echo canceller 40 applies a filter coefficient corresponding to the position of the speaker in the filter coefficient for each beam forming direction stored in advance (S35), and removes the echo component mixed in the acoustic signal (S36).

다음으로, 스위치(60)는 사전에 설정한 음원 방향별 음원 출력 방향 중에 화자의 위치에 대응되는 출력 방향을 선택하고(S37), 선택한 출력 방향의 스피커를 통해 음향 신호를 출력되게 한다(S38).Next, the switch 60 selects the output direction corresponding to the speaker's position in the sound source output direction for each sound source direction set in advance (S37), and outputs the sound signal through the speaker in the selected output direction (S38) .

이와 같이 운용단계(S30)를 수행함으로써, 화자가 존재할 시에 화자가 있는 위치를 지향성 마이크처럼 지향하여 집음한 음향 신호를 지향 방향에 맞게 반향 성분을 억제한 후 사전 설정한 바에 따라 선정한 스피커로 출력되게 한다.By performing the operation step S30 as described above, when the speaker exists, the position of the speaker is directed as a directional microphone, suppressing the echo component according to the direction of the sound signal collected, and then outputting the selected sound signal to the speaker .

한편, 복수의 사람이 동시에 말하는 경우가 있다.On the other hand, a plurality of people may speak simultaneously.

예를 들어, 어느 한 사람이 말하는 중에 다른 사람이 말하는 상황도 있을 수 있으며, 이 경우에, 어느 한 사람이 계속 말하는 중에는 음원 추적기(20)의 상관분석에 의해 그 사람이 계속 감지되므로 그 사람의 음성을 계속 확성하여 출력하는 중에 있게 되고, 그 와중에 다른 사람이 말하기 시작하면 그 순간부터 두 사람이 감지되는 상관분석 결과가 나타난다.For example, there may be situations in which one person is speaking while another person is speaking. In this case, while one person keeps talking, the person is continuously detected by correlation analysis of the sound source tracker 20, While the voice continues to be amplified and output, and the other person begins to speak, the result of correlation analysis in which two persons are detected from the moment appears.

따라서, 빔포머(30)는 말하는 두 사람을 향해 각각 빔포밍한 음향 신호를 생성하고, 반향 제거기(40)는 생성한 각각의 음향 신호에 대해 빔포밍 방향에 맞게 반향 성분을 억제한다. 그리고, 스위치(60)는 말하는 사람 각각에 대응되는 출력 방향의 스피커로 대응되는 음향 신호를 출력하게 된다. 이때, 두 사람의 음성을 동시에 하나의 스피커로 출력하는 상황도 발생할 수 있다.Accordingly, the beam former 30 generates an acoustic signal that is beam-shaped toward the two talkers, respectively, and the echo canceller 40 suppresses the echo components for the generated acoustic signals in accordance with the beam-forming direction. Then, the switch 60 outputs the corresponding acoustic signal to the speaker in the output direction corresponding to each speaker. At this time, there may be a situation where two persons are simultaneously outputting a voice to one speaker.

결국, 복수 사람의 음성을 확성하는 경우 하나의 빔포머(30) 및 하나의 반향 제거기(40)로 신호처리하면 신호처리 속도가 늦어져 발성 시간과 스피커 출력 시간 사이의 차이가 청각적으로 크게 인지될 수 있다. As a result, when the voice of a plurality of persons is amplified, the signal processing speed is delayed when the signal is processed by one beam former 30 and one echo canceller 40, so that the difference between the vocalization time and the speaker output time is largely auditory .

이에, 가능하면 빔포머(30) 및 반향 제거기(40)로 구성되는 신호처리 블록을 복수 개로 마련하여, 음원 추적기(20)에서 복수의 화자가 감지되는 경우 화자 위치별로 복수의 신호처리수단이 분담하여 신호처리하게 하는 것도 좋다. 그리고, 각각의 신호처리 블록으로 처리된 음향 신호를 개별적으로 스위치(60)에 전달하며, 스위치(60)에서 각각의 음향 신호의 출력방향에 맞게 스피커를 선택하게 하는 것이 좋다.If possible, a plurality of signal processing blocks constituted by the beam former 30 and the echo canceller 40 are provided, and when a plurality of speakers are detected by the sound source tracker 20, a plurality of signal processing means are allocated for each speaker position So that the signal processing is performed. Then, it is preferable that the acoustic signals processed by the respective signal processing blocks are individually transmitted to the switch 60, and the switch 60 selects the speakers in accordance with the output direction of each acoustic signal.

한편, 본 발명에 따른 오디오 증폭 장치는 도 9에 도시한 바와 같이 각각의 스피커(S1,S2,S3,S4)를 케이스(A)에 설치하지 아니하고 분리 구성하여 케이블로 연결하게 하는 실시예도 가능하다. The audio amplifying apparatus according to the present invention may be configured such that the speakers S1, S2, S3, and S4 are not provided in the case A but are separated and connected by a cable as shown in FIG. 9 .

이 경우에는 각각의 스피커를 놓을 시에 놓는 위치 및 출력 방향을 사용자가 결정하여 개별적으로 음향 출력 방향을 정할 수 있으며, 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이 기다란 탁자의 양측에 일렬로 사람이 착석하는 경우 각각의 스피커 출력 방향을 사람들이 잘 들리는 방향으로 조절하며 배치할 수 있다.In this case, the user can determine the position and the output direction of each speaker when the speaker is placed, and the sound output direction can be determined individually. For example, as shown in FIG. 9, When seated, each speaker output direction can be adjusted in a direction in which people can hear sound.

여기서, 스피커(S1,S2,S3,S4)를 케이스(A)에 연결하기 위해 사용할 케이블은 출력 음향을 전달할 위치를 향하게 하는 것이 주 목적이고, 지나치게 길게 할 경우 사용하기 불편하므로, 적절한 길이로서 대략 1m 이내로 하는 것이 바람직하다. The cable used to connect the speakers S1, S2, S3, and S4 to the case A is directed mainly toward a position to transmit the output sound. When the speaker is excessively long, it is inconvenient to use. It is preferable to set it to be within 1 m.

또한, 각각의 스피커(S1,S2,S3,S4)를 출력방향이 방사상으로 향하도록 상기 케이스(A)에 걸어놓는 탈착 가능한 구조로 구성하여, 케이스(A)에 걸어놓고 사용하는 방식과 케이스(A)의 인접 위치에 놓고 사용하는 방식을 택일하여 사용하게 하는 것도 좋다.It is also possible to constitute a detachable structure in which each of the speakers S1, S2, S3 and S4 is hung on the case A such that the output direction thereof is radially directed, A) in the vicinity of each other.

다른 실시예로서, 각각의 스피커를 케이스(A)에 장착하되, 회동 가능하게 하여, 출력 방향을 조절할 수 있게 하는 것도 좋다.As another embodiment, it is also possible that the respective speakers are mounted on the case A so as to be rotatable so that the output direction can be adjusted.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, . ≪ / RTI > Accordingly, such modifications are deemed to be within the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the following claims.

A : 케이스
S1,S2,S3,S4 : 스피커
10 : 마이크 어레이 M1,M2,M3,M4 : 마이크
20 : 음원 추적기
21 : 마이크별 반향 제거부 21a : 반향 제거 필터
22 : 상관 분석부
30 : 빔포머
40 : 반향 제거기
41 : 반향 제거부 41a : 반향 제거 필터
42 : 영역별 필터 계수 저장부
50 : 반향 학습 처리기
51 : 훈련 신호 발생부 52 : 반향채널 모델링부
60 : 스위치
70 : 제어부 71 : 통신모듈
A: Case
S1, S2, S3, S4: Speaker
10: Microphone array M1, M2, M3, M4: Microphone
20: Sound tracker
21: Reverberation rejection by microphone 21a: Reverberation filter
22: correlation analysis section
30: Beamformer
40: echo canceller
41: Echo canceler 41a: Echo canceler
42: Filter coefficient storage unit for each region
50: echo processing processor
51: training signal generating unit 52: echo channel modeling unit
60: Switch
70: control unit 71: communication module

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 복수 개로 마련하여 상호 이격되게 배치할 마이크와 마이크에서 획득되는 음향 신호를 확성하여 출력하되 복수 개로 마련하여 마이크를 중심으로 둘레방향을 따라 배치할 스피커를 하나의 케이스에 일체화하거나 또는 1m 이내로 인접하게 구비하며,
상기 스피커와 마이크가 위치한 공간 상의 반향 채널을 사전에 필터로 모델링하여 필터 계수를 획득하는 반향 학습 처리기; 및
상기 마이크에서 획득되는 음향 신호에 대해 상기 필터 계수를 적용한 필터로 반향 채널에 의한 반향 성분을 억제하며 상기 스피커로 출력되게 하는 반향 제거기;
가 내장되되,
마이크별 음향 신호를 상관분석하여 음원 방향을 추적하는 음원 추적기; 및
사전에 음원 방향별로 약속한 음원 방향별 음향 출력 방향에 근거하여 음원 추적기에 의한 음원 방향에 대응되는 출력 방향의 스피커를 선택한 후 반향 성분을 억제한 음향 신호를 출력시키는 스위치;
를 더욱 구비함을 특징으로 하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치.
A plurality of microphone units and a plurality of microphone units may be arranged so that sound signals obtained from the microphones are amplified and output, and a plurality of speakers are arranged in a circumferential direction around the microphone, In addition,
An echo learning processor for modeling the echo channel on the space where the speaker and the microphone are located by using a filter to obtain a filter coefficient; And
An echo canceller for suppressing an echo component due to an echo channel and outputting the echo signal to the speaker by applying a filter coefficient to an acoustic signal obtained from the microphone;
Respectively,
A sound source tracker for tracking the direction of a sound source by correlating and analyzing acoustic signals per microphone; And
A switch for selecting a speaker in an output direction corresponding to a sound source direction by a sound source tracker and outputting an acoustic signal suppressing echo components based on sound output directions of the sound source directions which are predetermined for each sound source direction in advance;
And an audio amplifier for amplifying the audio signal.
제 4항에 있어서,
상기 반향 학습 처리기는 마이크별로 형성된 반향 채널을 각각 필터로 모델링하여 마이크별 필터 계수를 획득하고,
상기 음원 추적기는 마이크별 필터 계수를 적용하여 마이크별 음향 신호에 대해 개별적으로 반향 성분을 억제한 이후 상관 분석하여 음원 방향을 추적함을 특징으로 하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the echo learning processor models each of the echo channels formed by each microphone as a filter to obtain a microphone-specific filter coefficient,
Wherein the sound source tracker tracks the direction of the sound source by correlating and analyzing the echo components separately for each acoustic signal by applying a filter coefficient for each microphone.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,
적어도 2개 이상의 마이크에서 획득한 음향 신호를 신호처리하여 음원 방향으로 빔포밍한 음향 신호를 획득하는 빔포머를 더욱 구비하며,
상기 반향 제거기는 빔포밍한 음향 신호에 대해 반향 성분을 억제하여 스피커로 출력할 음향 신호를 획득함을 특징으로 하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치.
The method according to claim 4 or 5,
Further comprising a beam former for processing an acoustic signal acquired from at least two microphones to acquire a beam-shaped acoustic signal in a sound source direction,
Wherein the echo canceler obtains a sound signal to be output to a speaker by suppressing echo components of the beam-formed acoustic signal.
제 6항에 있어서,
상기 반향 학습 처리기는 사전에 빔포밍 방향을 가변하며 빔포밍 방향별로 발생하는 반향 채널을 필터로 모델링하여서 빔포밍 방향별 필터 계수를 획득하고,
상기 반향 제거기는 빔포밍한 음향 신호에 대해 빔포밍 방향에 대응되는 필터 계수에 근거하여 반향 성분을 억제함을 특징으로 하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the echo learning processor is configured to model an echo channel generated in each beam forming direction by varying a beam forming direction in advance and obtain a filter coefficient for each beam forming direction,
Wherein the echo canceller suppresses an echo component based on a filter coefficient corresponding to a beam forming direction with respect to a beamformed acoustic signal.
제 7항에 있어서,
스마트폰과 근거리 무선통신하기 위한 통신모듈을 더욱 구비하며,
반향 채널에 대한 필터 계수의 획득을 위한 상기 반향 학습 처리기의 실행과, 음원 방향별 음향 출력 방향의 선정은 스마트폰에 의해 이루어지게 함을 특징으로 하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치.
8. The method of claim 7,
And a communication module for short-range wireless communication with the smartphone,
Wherein the execution of the echo learning processor for acquiring the filter coefficient for the echo channel and the selection of the acoustic output direction for each sound source direction are performed by a smartphone.
제 4항에 있어서,
상기 스위치는 적어도 음원 방향의 반대 방향에 배치한 스피커를 선택하여 음향 신호를 출력시킴을 특징으로 하는 마이크 스피커 일체형 오디오 증폭 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the switch selects a speaker disposed at least in a direction opposite to a sound source direction, and outputs a sound signal.
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