KR101837990B1 - 음원 위치 추적 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음원 위치 추적 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 형태에 따른 음원 위치 추적 장치의 동작 방법은, 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역을 다수 개의 서브 주파수 대역으로 분리하는 과정과, 서로 다른 음원 위치에서 서로 다른 시간에 서로 다른 서브 주파수 대역의 음원 신호를 스피커를 통해 순차적으로 발생하는 과정과, 발생된 음원 신호를 다수의 마이크로폰을 통해 수신하는 과정과, 수신된 음원 신호의 지연시간을 측정하는 과정과, 음원 위치별 이상적인 지연시간을 정의한 테이블을 기반으로, 수신된 음원 신호의 음원 위치에 대응하는 이상적인 지연시간을 결정하는 과정과, 측정된 음원 신호의 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하는지 여부를 검사하는 과정과, 측정된 음원 신호의 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과할 경우, 수신된 음원 신호의 서브 주파수 대역을 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거하는 과정을 포함하며, 지연시간은, 동일 음원 위치에서 발생되어 다수의 마이크로폰에 도착한 음원 신호의 도착 시간차를 나타낸다.

Description

음원 위치 추적 장치 및 이의 동작 방법{SOUND SOURCE LOCALIZATION APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 음원 위치 추적 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 음원 위치 추적 기술은, 임의 공간에 두 개의 마이크로폰을 서로 다른 위치에 각각 설치하고, 동일 음원에서 발생하여 두 개의 마이크로폰에 도착한 음원 신호의 도착 시간차를 기반으로 해당 음원의 위치를 결정한다.

상기 음원 위치 추적 기술에서 가장 중요한 것은 추적 성능(예를 들어, 정확도 등)인데, 마이크로폰의 성능과 개수, 마이크로폰의 배치, 노이즈(noise)와 반향(echo)의 정도, 발성하는 화자의 수 등과 같은 요소들에 의해 추정 성능의 저하가 발생한다.

따라서, 음원의 위치 추적 성능을 보장할 수 있는 음원 위치 추적 장치 및 방법이 요구된다.

당해 기술분야에서는, 음원의 위치 추적 성능을 보장할 수 있는 음원 위치 추적 장치 및 이의 동작 방법이 요구되고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 태양은, 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역을 다수 개의 서브 주파수 대역으로 분리하는 과정과, 서로 다른 음원 위치에서 서로 다른 시간에 서로 다른 서브 주파수 대역의 음원 신호를 스피커를 통해 순차적으로 발생하는 과정과, 상기 발생된 음원 신호를 다수의 마이크로폰을 통해 수신하는 과정과, 수신된 상기 음원 신호의 지연시간을 측정하는 과정과, 음원 위치별 이상적인 지연시간을 정의한 테이블을 기반으로, 수신된 상기 음원 신호의 음원 위치에 대응하는 이상적인 지연시간을 결정하는 과정과, 측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하는지 여부를 검사하는 과정과, 측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과할 경우, 수신된 상기 음원 신호의 서브 주파수 대역을 상기 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거하는 과정을 포함하며, 상기 지연시간은, 동일 음원 위치에서 발생되어 다수의 마이크로폰에 도착한 음원 신호의 도착 시간차를 나타내는 음원 위치 추적 장치의 동작 방법을 제공한다.

본 발명의 제2 태양은, 음원 위치 추적 장치를 제공한다. 상기 음원 위치 추적 장치는, 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역을 다수 개의 서브 주파수 대역으로 분리하는 노이즈 주파수 대역 제거부와, 서로 다른 음원 위치에서 서로 다른 시간에 서로 다른 서브 주파수 대역의 음원 신호를 순차적으로 발생하는 스피커와, 상기 발생된 음원 신호를 수신하는 다수의 마이크로폰과, 수신된 상기 음원 신호의 지연시간을 측정하는 상호상관부를 포함하며, 상기 노이즈 주파수 대역 제거부는, 음원 위치별 이상적인 지연시간을 정의한 테이블을 기반으로, 수신된 상기 음원 신호의 음원 위치에 대응하는 이상적인 지연시간을 결정하고, 측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하는지 여부를 검사하고, 측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과할 경우, 수신된 상기 음원 신호의 서브 주파수 대역을 상기 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거하며, 상기 지연시간은, 동일 음원 위치에서 발생되어 다수의 마이크로폰에 도착한 음원 신호의 도착 시간차를 나타내는 음원 위치 추적 장치를 제공한다.

덧붙여 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시 형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

음원의 위치 추적 성능을 보장할 수 있는 음원 위치 추적 장치 및 이의 동작 방법이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 음원 위치 추적 장치의 구성을 도시한 블럭도,
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 음원 위치 추적 장치 내 스피커의 구조를 도시한 예시도, 및
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 음원 위치 추적 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은 음원의 위치 추적 성능을 보장할 수 있는 음원 위치 추적 장치 및 이의 동작 방법에 대해 설명한다. 특히, 음원 위치 추적에 기여하지 않는 노이즈 주파수 대역을 제거하고, 음원 위치 추적에 기여하는 주파수 대역만을 이용하여 음원 위치를 결정함으로써 그 정확도를 높이기 위한 장치 및 방법에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 음원 위치 추적 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.

도시된 바와 같이, 음원 위치 추적 장치는, 다수의 마이크로폰(100), 필터(110), 상호상관부(120), 노이즈 주파수대역 제거부(130), 스피커(140), 음원위치 결정부(150), 위치참조테이블 생성부(160)을 포함한다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 다수의 마이크로폰(100)은, 배치 형태에 따라 정해진 위치에 배치되어 음원으로부터 전송되는 음원신호를 수신한다.

상기 필터(110)는 상기 배치된 다수의 마이크로폰(100)을 통해 수신된 음원신호들에 대해 필터링을 수행한다. 여기서, 상기 필터(110)는 예를 들어 기 결정된 주파수 영역에 존재하는 신호만을 통과시키는 대역통과 필터(Band Pass Filter), 임펄스 성질의 노이즈(impulse noise)를 제거하는 평균 필터를 포함한다. 여기서, 평균 필터의 경우, 상호상관레벨 값에 따라 평균화 정도를 조정하여 사용한다.

상기 상호상관부(120)는 상기 필터링 수행된 음원신호들에 대해 주파수 영역에서 상호상관(CC: Cross-Correlation)을 수행하여 지연시간과 상호상관레벨 값을 획득한다. 여기서, 지연시간은 동일 음원으로부터 전송되어 두 개의 마이크로폰에 도착한 음원신호의 도착 시간차 TDE(Estimated Time Delay)를 나타내고, 상호상관레벨 값은, 동일 음원으로부터 전송되어 두 개의 마이크로폰에 도착한 음원신호의 정합정도를 나타내는 값으로서, 0에서 1 사이의 값으로 표현된다.

상기 노이즈 주파수대역 제거부(130)는 상기 획득된 상호상관 레벨값을 모니터링하고, 상기 모니터링된 상호상관 레벨값이 임계치 미만일 경우, 스피커(140)를 구동하고, 기 결정된 해상도(resolution)로, 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역을 다수 개의 서브 주파수 대역으로 분리한다. 이후, 상기 노이즈 주파수대역 제거부(130)는 스피커(140)를 제어하여 서로 다른 음원 위치에서 서로 다른 시간에 서로 다른 서브 주파수 대역의 음원 신호를 순차적으로 발생한다. 상기 발생된 음원 신호가 다수의 마이크로폰(100)을 통해 수신되고, 상기 수신된 음원 신호의 지연시간이 상호상관부(120)를 통해 측정되면, 상기 노이즈 주파수대역 제거부(130)는 음원 위치별 이상적인 지연시간을 정의한 테이블을 기반으로, 상기 수신된 음원 신호의 음원 위치에 대응하는 이상적인 지연시간을 결정하고, 상기 수신된 음원 신호의 측정 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하는지 여부를 검사한다. 만약, 상기 수신된 음원 신호의 측정 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과할 경우, 상기 노이즈 주파수대역 제거부(130)는 상기 수신된 음원 신호의 서브 주파수 대역을 상기 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거한다. 이에 따라, 이후 상기 필터(110)에서 음원 위치 추적에 기여하지 않는 노이즈 주파수 대역은 필터링되고, 음원 위치 추적에 기여하는 주파수 대역만이 음원 위치 추적에 이용될 수 있다.

상기 스피커(140)는 상기 다수의 마이크로폰(100)과 유선연결되고, 도 2와 같이, 서로 다른 3차원 위치를 가지는 3개의 뿔을 가지며, 상기 노이즈 주파수대역 제거부(130)의 제어에 따라 각 뿔의 끝을 통해 음원 신호를 순차적으로 발생한다. 여기서, 상기 노이즈 주파수대역 제거부(130)는 기어가 장착된 모터를 구동하여 모터 하우징 내외로 스피커(140)가 이동하도록 제어하고 상기 3개의 뿔의 위치 및 길이를 조정할 수 있다. 또한, 상기 노이즈 주파수대역 제거부(130)는 스피커(140)의 동작이 종료되면, 상기 모터를 구동하여 스피커(140)를 모터 하우징 내로 이동시킴으로써 스피커(140)를 음원 위치 추적 장치 내부로 감출 수 있다.

상기 음원위치 결정부(150)는 상기 배치된 다수의 마이크로폰(100)을 통해 수신된 음원신호들을 기반으로 해당 음원의 위치를 결정한다. 특히, 상기 음원위치 결정부(150)는 위치참조테이블 생성부(160)에 의해 생성된 위치참조테이블을 기반으로 상기 상호상관부(120)에 의해 획득된 지연시간에 대응하는 음원 위치의 3차원 좌표를 결정한다.

상기 위치참조테이블 생성부(160)는 현재 환경에 대한 음원위치의 3차원(XYZ) 좌표별 시간지연을 정의하는 위치참조테이블을 생성한다. 즉, 상기 위치참조테이블 생성부(160)는 기 정해진 해상도(즉, 정밀도)에 따라 스피커(140)를 제어하여 서로 다른 3차원 음원 위치에서 음원 신호를 순차적으로 발생하면서, 동일 위치의 음원으로부터 수신되는 음원신호들 간 상호상관을 통해 시간지연을 결정하고, 이를 통해 음향에 영향을 미치는 외부환경에 의한 변수(예를 들어, 노이즈)가 고려된 위치참조테이블을 생성한다. 상기 위치참조테이블 생성부(160)는 이후 수신되는 음원신호들에 대한 상호상관레벨 값을 모니터링하여, 상호상관레벨 값의 평균이 임계치 이하로 떨어짐이 인지되면, 주변 음향 환경 변화에 따라 음원 위치 추적의 정확도가 떨어졌다고 판단하고, 상기 스피커(140)를 제어하여 변화된 환경에 대한 위치참조테이블을 재생성할 수 있다. 이를 통해 음원 위치 추적의 정확도를 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 음원 위치 추적 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 음원 위치 추적 장치는 301단계에서 다수의 마이크로폰을 통해 수신되는 음원 신호에 대한 상호상관 레벨값을 모니터링한다. 상기 음원 위치 추적 장치는 다수의 마이크로폰을 통해 수신되는 음원신호들에 대해 주파수 영역에서 상호상관을 수행하여 지연시간과 상호상관레벨 값을 획득하며, 이에 따라 수신되는 음원 신호의 상호상관레벨 값에 대한 모니터링이 가능하다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 303단계에서 상기 모니터링된 상호상관 레벨값이 임계치 미만인지 여부를 검사한다.

상기 303단계에서, 상기 모니터링된 상호상관 레벨값이 임계치 이상일 경우, 상기 음원 위치 추적 장치는 음원 위치 추적에 있어 노이즈의 영향이 무시 가능한 수준이라고 판단하고, 상기 301단계로 돌아가 이하 단계를 반복 수행한다. 이와 같이, 음원 위치 추적에 있어 노이즈의 영향이 무시 가능한 수준이라고 판단될 경우, 상기 음원 위치 추적 장치는 현재 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역으로 이후 수신되는 음원 신호에 대한 음원 위치를 계속해서 추적할 수 있다.

반면, 상기 303단계에서, 상기 모니터링된 상호상관 레벨값이 임계치 미만일 경우, 상기 음원 위치 추적 장치는 305단계에서 음원 위치 추적에 있어 노이즈의 영향이 무시 가능한 수준이 아니라고 판단하고 기준치 이상의 노이즈를 포함하는 음원 신호의 서브 주파수 대역을 제거하기 위해, 서로 다른 음원 위치, 시간, 서브 주파수 대역의 음원 신호의 순차적인 발생을 위한 스피커를 구동한다. 여기서, 상기 스피커는, 상기 도 2와 같이, 서로 다른 3차원 위치를 가지는 3개의 뿔을 가지며, 각 뿔의 끝을 통해 음원 신호를 순차적으로 발생한다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 307단계에서 기 결정된 해상도(resolution)로, 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역을 다수 개의 서브 주파수 대역으로 분리한다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 309단계에서 상기 구동된 스피커를 통해 서로 다른 음원 위치에서 서로 다른 시간에 서로 다른 서브 주파수 대역의 음원 신호를 순차적으로 발생한다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 311단계에서 상기 발생된 음원 신호를 다수의 마이크로폰을 통해 수신한다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 313단계에 상기 수신된 음원 신호의 지연시간을 측정한다. 여기서, 상기 지연시간은, 동일 음원 위치에서 발생되어 다수의 마이크로폰에 도착한 음원 신호의 도착 시간차를 나타낸다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 315단계에서 음원 위치별 이상적인 지연시간을 정의한 테이블을 기반으로, 상기 수신된 음원 신호의 음원 위치에 대응하는 이상적인 지연시간을 결정한다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 317단계에서 상기 수신된 음원 신호의 측정 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하는지 여부를 검사한다.

상기 317단계에서, 상기 수신된 음원 신호의 측정 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과할 경우, 상기 음원 위치 추적 장치는 상기 수신된 음원 신호의 서브 주파수 대역이 기준치 이상의 노이즈를 포함한다고 판단하고, 319단계에서 상기 수신된 음원 신호의 서브 주파수 대역을 상기 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거한 후, 321단계로 진행한다.

반면, 상기 317단계에서, 상기 수신된 음원 신호의 측정 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하지 않을 경우, 상기 음원 위치 추적 장치는 상기 321단계로 바로 진행한다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 상기 321단계에서 모든 서브 주파수 대역의 음원 신호가 발생되었는지 여부를 검사한다.

상기 321단계에서, 모든 서브 주파수 대역의 음원 신호가 발생되었음이 판단될 시, 상기 음원 위치 추적 장치는 323단계에서 상기 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거되지 않은 서브 주파수 대역으로 음원 위치를 추적한다. 즉, 측정 지연시간과 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하지 않는 음원 신호의 서브 주파수 대역만으로 이후 수신되는 음원 신호에 대한 음원 위치를 추적한다.

반면, 상기 321단계에서, 아직 발생되지 않은 서브 주파수 대역의 음원 신호가 존재함이 판단될 시, 상기 음원 위치 추적 장치는 상기 309단계로 돌아가 아직 발생되지 않은 다른 주파수 대역의 음원 신호를 발생한다.

이후, 상기 음원 위치 추적 장치는 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 마이크로폰
110: 필터
120: 상호상관부
130: 노이즈 주파수대역 제거부
140: 스피커
150: 음원위치 결정부
160: 위치참조테이블 생성부

Claims (8)

1. 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역을 다수 개의 서브 주파수 대역으로 분리하는 과정과,
   서로 다른 음원 위치에서 서로 다른 시간에 서로 다른 서브 주파수 대역의 음원 신호를 스피커를 통해 순차적으로 발생하는 과정과,
   상기 발생된 음원 신호를 다수의 마이크로폰을 통해 수신하는 과정과,
   수신된 상기 음원 신호의 지연시간을 측정하는 과정과,
   음원 위치별 이상적인 지연시간을 정의한 테이블을 기반으로, 수신된 상기 음원 신호의 음원 위치에 대응하는 이상적인 지연시간을 결정하는 과정과,
   측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하는지 여부를 검사하는 과정과,
   측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과할 경우, 수신된 상기 음원 신호의 서브 주파수 대역을 상기 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거하는 과정을 포함하며, 상기 지연시간은, 동일 음원 위치에서 발생되어 다수의 마이크로폰에 도착한 음원 신호의 도착 시간차를 나타내는 음원 위치 추적 장치의 동작 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 음원 위치 추적 장치의 동작 방법은, 상기 다수의 마이크로폰을 통해 수신된 음원 신호에 대한 상호 상관 레벨값이 임계치 미만일 때 수행되며,
   여기서, 상기 스피커는 서로 다른 3차원 위치를 가지는 3개의 뿔을 가지며, 각 뿔의 끝을 통해 음원 신호를 순차적으로 발생하고,
   여기서, 상기 3개의 뿔의 위치 및 길이는 상기 음원 위치 추적 장치에 의해 조정되는 음원 위치 추적 장치의 동작 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 음원 위치 추적 장치는, 기어가 장착된 모터를 구동하여 모터 하우징 내외로 스피커가 이동하도록 제어하는 음원 위치 추적 장치의 동작 방법.
   
5. 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역을 다수 개의 서브 주파수 대역으로 분리하는 노이즈 주파수 대역 제거부와,
   서로 다른 음원 위치에서 서로 다른 시간에 서로 다른 서브 주파수 대역의 음원 신호를 순차적으로 발생하는 스피커와,
   상기 발생된 음원 신호를 수신하는 다수의 마이크로폰과,
   수신된 상기 음원 신호의 지연시간을 측정하는 상호상관부를 포함하며,
   상기 노이즈 주파수 대역 제거부는, 음원 위치별 이상적인 지연시간을 정의한 테이블을 기반으로, 수신된 상기 음원 신호의 음원 위치에 대응하는 이상적인 지연시간을 결정하고, 측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과하는지 여부를 검사하고, 측정된 상기 음원 신호의 지연시간과 상기 이상적인 지연시간의 차가 허용오차범위를 초과할 경우, 수신된 상기 음원 신호의 서브 주파수 대역을 상기 음원 위치 추적에 사용되는 주파수 대역에서 제거하며,
   상기 지연시간은, 동일 음원 위치에서 발생되어 다수의 마이크로폰에 도착한 음원 신호의 도착 시간차를 나타내는 음원 위치 추적 장치.
   
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 노이즈 주파수 대역 제거부는, 음원 신호에 대한 상호상관 레벨값을 모니터링하고, 상기 모니터링된 상호상관 레벨값이 임계치 미만일 경우, 상기 음원 신호의 순차적인 발생을 위한 스피커를 구동하며,
   상기 스피커는, 서로 다른 3차원 위치를 가지는 3개의 뿔을 가지며, 각 뿔의 끝을 통해 음원 신호를 순차적으로 발생하고,
   여기서, 상기 3개의 뿔의 위치 및 길이는 상기 노이즈 주파수 대역 제거부에 의해 조정되는 음원 위치 추적 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 노이즈 주파수 대역 제거부는, 기어가 장착된 모터를 구동하여 모터 하우징 내외로 스피커가 이동하도록 제어하는 음원 위치 추적 장치.

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