KR102097641B1 - 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법 - Google Patents

구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음원의 입사 방향 추정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법은, 구면에 배치된 구형 마이크로폰 어레이에 입사되는 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호를 주파수 영역으로 변환하는 단계; 상기 수신한 신호의 주파수별 방향 조화 계수를 산출하는 단계; 상기 방향 조화 계수를 이용하여, 주파수별 구면 조화 공분산 행렬을 생성하는 단계; 상기 공분산 행렬에 고유값 분해를 적용하여 신호 고유벡터를 추출하는 단계; 상기 신호 고유백터를 사인함수 기반의 점화식에 대입하여, 음원의 입사 방향 정보를 나타내는 행렬을 산출하는 단계; 및 상기 행렬에 고유값 분해를 적용하여 고유값을 산출하고, 음원의 방향을 추정하는 단계;를 포함한다.

Description

구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법{METHOD FOR ESTIMATING DIRECTION OF INCIDENCE OF SOUND SOURCE USING SPHERICAL MICROPHONE ARRAYS}
본 발명은 음원의 입사 방향 추정방법에 관한 것이다.
음원의 입사 방향은, 여러 개의 마이크로폰으로 이루어진 마이크로폰 어레이로부터 얻은 음압 신호를 처리하여 추정될 수 있다. 구 표면상에 마이크로폰을 배치하여 사용하는 구형 마이크로폰 어레이를 이용하는 기법 중에 eigenbeam-ESPRIT (EB-ESPRIT) 방법이 있다.
EB-ESPRIT 기법은 구면 조화 함수(spherical harmonics)의 점화식(recurrence relation)을 이용해서 음원들의 입사방향을 직접 계산할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 음원의 입사 방향을 나타내는 방향 파라미터의 고도각(
Figure 112018081094421-pat00001
)을 나타내는 항이 탄젠트 함수이기 때문에, 음원이 적도 (
Figure 112018081094421-pat00002
) 근처에 위치하는 경우에 음원 파라미터가 발산하며 결과적으로 음원의 방향을 찾는 것이 불가능해진다.
이러한 점을 해결하기 위해, 종래 기술에서는 특이성을 갖는 방향에서 음원이 입사하는 경우, 기준 좌표를 회전하여 특이성을 해결하려는 시도를 하였다. 그러나, 이러한 경우 특이성을 해결하기 위해 추가적인 계산이 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 두 개의 사인 함수 기반의 구면 조화 함수 점화식을 이용하여 상기와 같은 eigenbeam-ESPRIT (EB-ESPRIT) 기법의 특이성을 해결할 수 있도록 하는 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 구면에 배치된 구형 마이크로폰 어레이에 입사되는 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호를 주파수 영역으로 변환하는 단계; 상기 수신한 신호의 주파수별 방향 조화 계수를 산출하는 단계; 상기 방향 조화 계수를 이용하여, 주파수별 구면 조화 공분산 행렬을 생성하는 단계; 상기 공분산 행렬에 고유값 분해를 적용하여 신호 고유벡터를 추출하는 단계; 상기 신호 고유백터를 사인함수 기반의 점화식에 대입하여, 음원의 입사 방향 정보를 나타내는 행렬을 산출하는 단계; 및 상기 행렬에 고유값 분해를 적용하여 고유값을 산출하고, 음원의 방향을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원의 입사 방향 추정방법을 제공한다.
실시 예에 있어서, 상기 수신한 신호의 주파수별 방향 조화 계수를 산출하는 단계;는, 구형 푸리에 변환을 통해 상기 주파수별 방향 조화 계수를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 행렬에 고유값 분해를 적용하여 고유값을 산출하고, 음원의 방향을 추정하는 단계;는, 상기 고유값을 이용해서 구면 좌표계의 방위각(
Figure 112018081094421-pat00003
)과 고도각(
Figure 112018081094421-pat00004
)을 각각 독립적으로 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 추정된 음원의 방향과 사인함수의 대칭성에 의해 산출되는 후보방향 중 최종 방향을 결정하기 위해, EB-MUSIC의 빔파워를 산출하고 비교하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원 방향 추정기법인 EB-ESPRIT 방법을 사용함에 있어, 본질적인 적도 근처의 음원들에 대한 특이성을 추가적인 연산 없이 새로운 구면조화함수의 점화식들을 이용해서 극복 할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 EB-ESPRIT 방법에 비해 독립된 식들을 더 많이 생성할 수 있기 때문에, 더 많은 음원들의 입사 방향을 추정할 수 있다.
그리고, 본 발명을 이용하면 추가적인 마이크로폰 없이 주어진 마이크로폰을 사용하면서 더 많은 음원들을 추정할 수 있게 된다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 구형 마이크로폰 어레이와 일반적인 구면 좌표계에서 음원의 입사 방향을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법의 실시 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 두 가지 구면 조화 함수의 점화식에 대한 독립적인 식 개수의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 구면조화함수의 최대 차수(N)와 음원의 개수(D)에 따른 방향추정 오차 결과를, 본 발명의 방법과 종래의 방법에 대해 비교한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 방법과 종래의 방법을 이용한 음원의 입사 방향 추정 오차 값을 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)에 따라 비교한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술할 것이다. 이하의 설명에서 본 발명의 모든 실시형태가 개시되는 것은 아니다. 본 발명은 매우 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에 개시되는 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시형태들은 출원을 위한 법적 요건들을 충족시키기 위해 제공되는 것이다. 동일한 구성요소에는 전체적으로 동일한 참조부호가 사용된다.
본 발명에서는 앞서 설명한 본질적인 EB-ESPRIT의 특이성 문제를 해결하기 위하여, 두 개의 사인 함수 기반의 구면 조화 함수의 점화식을 이용한 EB-ESPRIT 방법을 고안하였다. 종래 기술인 EB-ESPRIT 방법에서 사용했던 탄젠트 함수 대신 특이성이 없는 사인 함수를 사용함으로써 기존 방법의 특이성 문제를 해결할 뿐만 아니라, 기존의 EB-ESPRIT 방법에 비해 더 많은 음원들의 입사 방향을 추정할 수 있는 장점을 가진다.
이하, 본 발명의 실시 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 구형 마이크로폰 어레이를 통해 수신하는 음향 신호의 입사 방향을 추정하는 방법에 대한 것으로, 다음에서 도 1을 통해 먼저 구형 마이크로폰 어레이와 음원의 위치와 구면좌표계에 대한 정의에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 구형 마이크로폰 어레이와 일반적인 구면 좌표계에서 음원의 입사 방향을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1의 구면좌표계는 구형 마이크로폰 어레이(101)의 중심이 기준이 된다. 구형 마이크로폰 어레이에 입사하는 음향신호는 음원(102)으로부터 발생된다고 가정한다. 음원이 z축과의 이루는 각을 고도각
Figure 112018081094421-pat00005
(103), x축과 이루는 각을 방위각
Figure 112018081094421-pat00006
(104)이라고 설정한다.
도 2는 본 발명에 따른 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법의 실시 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 구형 마이크로폰 어레이를 이루고 있는 각 마이크로폰으로부터 음향 신호(음압 신호)를 수신하고, 주파수 영역으로 변환(FFT; Fast Fourier Transform)한다(201).
하나의 평면파가 마이크로폰 어레이에 입사한다고 가정했을 때, 임의의 l번째 마이크로폰에 수신된 음향신호는 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018081094421-pat00007
여기서, k와 r은 구면좌표계에서 각각 파수 벡터와 마이크로폰 위치 벡터를 나타낸다. 그리고 p(k,r)은 각 마이크로폰에서 측정된 음압데이터를 의미하고 s(k)는 각 주파수(파수)별로 k방향에서 오는 평면파의 복소 크기(complex amplitude)를 나타낸다.
임의의 음장은 구형 마이크로폰 어레이를 이용해서 측정하면 구형 푸리에 변환(Spherical Fourier transform)을 이용해 구면 조화 영역(spherical harmonics domain)으로 변환할 수 있다.
이를 다음의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018081094421-pat00008
여기서,
Figure 112018081094421-pat00009
는 마이크로폰이 위치한 방향을 나타내며,
Figure 112018081094421-pat00010
는 차수(order) n과 등급(degree) m에 대한 구면 조화 함수를 나타낸다.
이는 다음의 수학식 3과 같이 연관 르장드르 함수(associated Legendre function;
Figure 112018081094421-pat00011
)로 표현할 수 있다.
Figure 112018081094421-pat00012
평면파로 입사하는 하나의 음원에 대해서 구면 조화 계수(spherical harmonic coefficients;
Figure 112018081094421-pat00013
)는 다음의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018081094421-pat00014
여기서,
Figure 112018081094421-pat00015
은 방향 조화 계수(directional harmonic coefficients, 202)로써 각 음원의 입사 방향 정보(
Figure 112018081094421-pat00016
)를 포함하며, 거리 의존 항인
Figure 112018081094421-pat00017
은 파수(wave number)와 구형 마이크로폰 어레이의 반지름에 의해 결정되는 항(term)을 의미하며, 이는 구형 마이크로폰 어레이의 임계 조건에 따라 달라진다. 예를 들어 마이크로폰이 딱딱한 구표현상에 위치하는 구형 어레이를 구성한 경우
Figure 112018081094421-pat00018
이다. 여기서
Figure 112018081094421-pat00019
은 1차 구형 한켈 함수(spherical Hankel function of first kind)의 미분값을 의미한다.
D개의 평면파 음원들이 동시에 입사한다고 가정하면 방향 조화 계수는 다음의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018081094421-pat00020
여기서, a(k)는 파수 k에 대한 각각의 n과 m에 대한 방향 조화 계수로 이루어진 열벡터를 나타내며, s(k)는 파수 k에 대한 D개의 음원에 대한 복소 크기로 이루어진 열벡터를 나타낸다.
구면 조화 함수 행렬 Y는
Figure 112018081094421-pat00021
크기의 구면 조화 함수를 원소로 하는 행렬이다. 방향 조화 계수 a를 이용해서 파수 k에 대한 공분산 행렬 R을 다음 의 수학식 6과 같이 계산한다(203).
Figure 112019136278113-pat00073
음원의 개수 D를 이미 알고 있을 때, 파수 k에 대한 공분산 행렬 R을 고유값 분해를 통해 D개의 큰 고유값에 대응하는 고유벡터를 추출할 수 있고, 이는 신호 부분 공간(signal subspace)을 생성(span)하는 고유벡터
Figure 112019136278113-pat00074
이다(204).
본 발명에서는 종래기술인 EB-ESPRIT에서 사용한 탄젠트 함수 기반의 구면 조화함수의 점화식 대신 다음의 수학식 7로 표현되는 사인 함수 기반의 점화식들을 사용한다. 하기 수학식 7로 표현되는 구면 조화 함수의 점화식들은 연관 르장드르 함수의 점화식들로부터 유도할 수 있다.
Figure 112018081094421-pat00024
Figure 112018081094421-pat00025
과
Figure 112018081094421-pat00026
는 n과 m에 의해 정해지는 상수이다. 구면 조화 영역에서 점화식 1번과 2번을 그림으로 도식화 할 수 있으며, 2차에 대한 예시를 도 3에 나타내었다.
1번 점화식은
Figure 112018081094421-pat00027
과
Figure 112018081094421-pat00028
인 경우를 제외하고
Figure 112018081094421-pat00029
를 만족하는
Figure 112018081094421-pat00030
과
Figure 112018081094421-pat00031
에 대해서 사용될 수 있다(304). 따라서 1번 점화식을 이용해서는
Figure 112018081094421-pat00032
개의 독립적인 식을 생성할 수 있다(301).
2번 점화식은
Figure 112018081094421-pat00033
를 만족하는
Figure 112018081094421-pat00034
과
Figure 112018081094421-pat00035
에 대한 식은 사용할 수 없다(305). 따라서 2번 점화식을 이용해서는
Figure 112018081094421-pat00036
개의 독립적인 식을 생성할 수 있다(302).
예외적인 경우로
Figure 112018081094421-pat00037
인 경우(306)에는 두 점화식이 서로 중복되는 식이 된다. 따라서
Figure 112018081094421-pat00038
개의 중복되는 식이 존재하게 된다(303). 최종적으로 점화식 1번과 2번을 이용해서
Figure 112018081094421-pat00039
개의 독립적인 식을 생성할 수 있다.
고유벡터를 생성하는 단계(204)에서 추출한 신호 고유벡터
Figure 112019136278113-pat00075
를 구면 조화 함수의 점화식(수학식 7)으로부터 계산된 다음의 수학식 8에 대입한다.
Figure 112018081094421-pat00041
여기서,
Figure 112019136278113-pat00042
는 음원이 입사하는 방향을 의미한다. 대각 행렬
Figure 112019136278113-pat00043
는 각각
Figure 112019136278113-pat00044
,
Figure 112019136278113-pat00045
,
Figure 112019136278113-pat00046
를 대각성분으로 하는 대각행렬을 나타낸다.
Figure 112019136278113-pat00047
는
Figure 112019136278113-pat00076
의 각각의 성분(element)들을 각각
Figure 112019136278113-pat00049
만큼 차수(n)와 등급(m)에 대해서 이동시킨 행렬을 의미한다.
Figure 112019136278113-pat00077
는 음원의 입사 방향 정보를 담고 있는 행렬이다.
상기 수학식 8을 블록 행렬의 형태로 표현하면 다음의 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018081094421-pat00051
상기 수학식 9로 표현된 식의
Figure 112019136278113-pat00078
에 대한 해는 유사 역행렬(pseudo inverse)을 이용해서 최소자승법(Least squares method)의 해로 다음의 수학식 10과 같이 구할 수 있다(205). 여기서 최소자승법이란 과결정 연립방정식(overdetermined system)에 대한 해를 구하는 방법으로써 각 방정식의 결과로 생성되는 나머지(오차) 값의 제곱의 합을 최소화하는 해를 구하는 과정을 의미한다.
Figure 112018081094421-pat00053
상기 수학식 10으로부터 구한
Figure 112018081094421-pat00054
의
Figure 112018081094421-pat00055
크기의 윗 부분 블록 행렬의 고유값 분해를 통해 고유값(
Figure 112018081094421-pat00056
)을 계산해서, D개의 음원에 대한 입사 고도각과 방위각을 다음의 수학식 11을 통해 계산할 수 있다(206).
Figure 112018081094421-pat00057
고유값의 절대값을 사인함수의 역함수(arc sine function)에 대입하여 고도각을 추정하며, 고유값의 복소 편각(complex argument)을 이용해서 방위각을 추정한다. 여기서 복소 편각은 극좌표(complex polar coordinate)에서 실수축과 이루는 각도를 의미한다.
본 발명은 종래기술과 마찬가지로 추정한 방향이 모호성을 가진다. 0에서 180도내에서 사인함수가 가지는 대칭성 때문에 방향 파라미터
Figure 112018081094421-pat00058
는
Figure 112018081094421-pat00059
과
Figure 112018081094421-pat00060
이 같은 값을 가진다.
이러한 모호성을 해결하기 위해 두 후보 방향(
Figure 112018081094421-pat00061
과
Figure 112018081094421-pat00062
)에 대해서 EB-MUSIC의 빔파워를 비교하여 최종적으로 입사 방향을 확정한다(207).
도 3은 두 가지 구면 조화 함수의 점화식에 대한 독립적인 식 개수의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 종래의 EB-ESPRIT 방법에 비해 독립된 식들을 더 많이 생성할 수 있기 때문에, 더 많은 음원들의 입사 방향을 추정할 수 있다.
도 4는 구면조화함수의 최대 차수(N)와 음원의 개수(D)에 따른 방향추정 오차 결과를, 본 발명의 방법과 종래의 방법에 대해 비교한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 4를 참조하면, 구면 조화 함수의 최대 차수 (N)과 추정 음원의 개수 (D)에 따라서 추정한 결과에 대한 방향 추정 오차를 Root-mean-squared error (RMSE)로 표현하였다.
그래프에서 알 수 있듯이 종래의 EB-ESPRIT은 최대
Figure 112018081094421-pat00063
개 음원의 방향을 추정할 수 있는데 반해, 본 발명에서 제안하는 방법은 최대
Figure 112018081094421-pat00064
개 음원의 방향을 추정할 수 있다.
이렇듯 본 발명을 이용하면 추가적인 마이크로폰 없이 주어진 마이크로폰을 사용하면서 더 많은 음원들을 추정할 수 있게 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 방법과 종래의 방법을 이용한 음원의 입사 방향 추정 오차 값을 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)에 따라 비교한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 방법이 높은 방향 추정 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 구형 마이크로폰 어레이를 사용하여 입사 방향에 따른 특이성 없이 음원의 입사 방향을 추정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명을 활용할 수 있는 예시는 다음과 같다.
반사파가 없는 야외 환경에서 구형 마이크로폰 어레이로 측정한 데이터로부터 음원들의 입사 방향 정보를 실시간으로 예측 한 후, 각 음원의 분리(source separation)나 특정 방향에서 오는 소리를 강조 혹은 저감하고자 할 때 활용할 수 있다.
또한, 가상현실(Virtual Reality) 용도로 구형 마이크로폰으로 3차원 음장(sound field)을 취득하여 스피커 혹은 헤드폰을 이용하여 재현(reproduction)하고자 할 때, 본 발명에서 제안하는 방법을 이용해 예측한 음원들의 입사 방향 정보를 활용할 수 있다.
본 발명에 따른 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원의 입사 방향 추정방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 구형 마이크로폰 어레이를 이용한 음원 방향 추정기법인 EB-ESPRIT 방법을 사용함에 있어, 본질적인 적도 근처의 음원들에 대한 특이성을 추가적인 연산 없이 새로운 구면조화함수의 점화식들을 이용해서 극복 할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 EB-ESPRIT 방법에 비해 독립된 식들을 더 많이 생성할 수 있기 때문에, 더 많은 음원들의 입사 방향을 추정할 수 있다.
그리고, 본 발명을 이용하면 추가적인 마이크로폰 없이 주어진 마이크로폰을 사용하면서 더 많은 음원들을 추정할 수 있게 된다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (4)

  1. 구면에 배치된 구형 마이크로폰 어레이에 입사되는 신호를 수신하고, 상기 수신한 신호를 주파수 영역으로 변환하는 단계;
    상기 수신한 신호의 주파수별 방향 조화 계수를 산출하는 단계;
    상기 방향 조화 계수를 이용하여, 주파수별 구면 조화 공분산 행렬을 생성하는 단계;
    상기 공분산 행렬에 고유값 분해를 적용하여 신호 고유벡터를 추출하는 단계;
    상기 신호 고유벡터를 사인함수를 기반으로 하는 2개의 점화식에 대입하여, 음원의 입사 방향 정보를 나타내는 행렬을 산출하는 단계; 및
    상기 행렬에 고유값 분해를 적용하여 고유값을 산출하고, 음원의 방향을 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원의 입사 방향 추정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신한 신호의 주파수별 방향 조화 계수를 산출하는 단계;는,
    구형 푸리에 변환을 통해 상기 주파수별 방향 조화 계수를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원의 입사 방향 추정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 행렬에 고유값 분해를 적용하여 고유값을 산출하고, 음원의 방향을 추정하는 단계;는,
    상기 고유값을 이용해서 구면 좌표계의 방위각(
    Figure 112018081094421-pat00065
    )과 고도각(
    Figure 112018081094421-pat00066
    )을 각각 독립적으로 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원의 입사 방향 추정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추정된 음원의 방향과 사인함수의 대칭성에 의해 산출되는 후보방향 중 최종 방향을 결정하기 위해, EB-MUSIC의 빔파워를 산출하고 비교하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원의 입사 방향 추정방법.
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