KR102443510B1 - Apparatus for reducing noise from voice signal of low-impedance microphone in intercom system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 인터컴 시스템에서, 높은 증폭이 요구되는 저임피던스 마이크를 적용함에 따라 음성 신호 중의 잡음이 필연적으로 높아지게 되는 것을 억제한 잡음 감쇄 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a noise attenuation device that suppresses the inevitability of noise in an audio signal from increasing in an intercom system by applying a low-impedance microphone requiring high amplification.
또한, 음성신호와 함께 유입되는 잡음 신호는 주변 소음과 전기적 증폭에 따른 잡음 신호를 포함하게 되는데, 본 발명은, 유입되는 잡음 신호를 효율적으로 감쇄시키는 장치 및 그 감쇄 처리 방법에 관한 것이다. In addition, the noise signal introduced together with the voice signal includes ambient noise and a noise signal due to electrical amplification, and the present invention relates to an apparatus for effectively attenuating an incoming noise signal and a method for processing the attenuation.
일반적으로, 마이크에 유입되는 다양한 소리로부터 사람의 말소리만을 더 강조하면서도 명료하게 하고, 말소리를 제외한 주변 소음 및 전기적 잡음을 감쇄시키기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. In general, various methods are being studied to emphasize and clarify only the human voice from the various sounds introduced into the microphone, and to attenuate ambient noise and electrical noise other than the voice sound.
등록특허 제10-1395329호 (명칭: 두 개의 마이크를 이용하여 잡음을 제거하는 방법 및 이동통신 단말기)(이하, 종래기술이라 함)에서는, 주변 소음 및 그 외 잡음들을 감쇄시키기 위하여 단말기에 2개 이상의 마이크를 적용하여 처리하는 방법을 개시하고 있다. 각각의 마이크들은 소리를 수음하는 기능은 동일하나 설치되는 위치에 따라 역할이 다르다. 단말기의 앞쪽을 향하여 배치된 수음 마이크는 통화자의 목소리를 잘 수음하기 위한 용도이며, 단말기의 뒤쪽을 향해 배치된 마이크는 주변 환경의 잡음을 수음하기 위한 용도이다. 이러한 마이크의 수음된 신호에 근거하여 통화자의 말소리와 주변 환경의 잡음을 분리하고, 각 마이크의 신호에 서로 다른 가중치를 적용하고, 단말기의 앞쪽에서 수음되는 부분으로부터 단말기의 뒤쪽에서 수음되는 부분을 감쇄시키는 방법이 구현된다. 이처럼, 향하는 방향 및 설치된 위치에 따라 각각의 마이크의 기능이 명확히 구분되어 있다는 것이 종래 기술의 특징이다. In Registered Patent No. 10-1395329 (Name: Method for removing noise using two microphones and a mobile communication terminal) (hereinafter referred to as the prior art), in order to attenuate ambient noise and other noises, two A method of processing by applying the above microphone is disclosed. Each microphone has the same function of collecting sound, but the role is different depending on the location where it is installed. The sound pickup microphone disposed toward the front of the terminal is used to well pick up the caller's voice, and the microphone disposed toward the rear of the terminal is used to collect noise from the surrounding environment. Based on the received signal from the microphone, the caller's speech sound and the noise of the surrounding environment are separated, different weights are applied to the signals of each microphone, and the portion received at the rear of the terminal is attenuated from the portion received at the front of the terminal. method is implemented. As such, it is a characteristic of the prior art that the function of each microphone is clearly divided according to the direction it faces and the installed position.
하지만, 이러한 방식은, 각 마이크가 유사한 또는 근접한 위치에 설치된다면, 주변 잡음을 분석하기 어려워질 수 있다는 문제가 있다. However, this method has a problem that it may be difficult to analyze ambient noise if each microphone is installed in a similar or adjacent position.
또한, 이러한 방식은, 단일의 마이크를 이용하는 경우에는 잡음 감쇄를 구현할 수 없다. In addition, this method cannot implement noise reduction when a single microphone is used.
또한, 사용되는 마이크의 개수가 늘어남에 따라, 단일의 지점에서의 응집력은 높일 수 있으나, 각 마이크에 수음된 음성들을 입사각에 대응하여 보정하기 위한 추가 연산이 필요하고, 추가 연산에 따른 각 신호들 사이의 지연이 발생할 수 있다. 또한, 발화자의 움직임에 따라 각 마이크에서 수음한 음성 신호들 간의 지연이 발생할 수도 있다. 이러한 음성 신호들 사이의 지연은, 음성 신호를 조합하는 경우에 오히려 신호를 왜곡시킬 수 있다. 그리고 이러한 왜곡은 비주기적 잡음을 발생시킬 수 있다. In addition, as the number of microphones used increases, cohesion at a single point can be increased, but an additional operation is required to correct the voices collected by each microphone corresponding to the angle of incidence, and each signal according to the additional operation is There may be delays between Also, depending on the movement of the talker, a delay may occur between voice signals picked up by each microphone. The delay between these audio signals can rather distort the signal when combining the audio signals. And this distortion can generate aperiodic noise.
본 발명은, 인터컴 시스템을 구성하는 단일의 저임피던스 마이크로 수음한 입력 신호로부터, 주변으로부터 유입되는 주기성 잡음과 비주기성 잡음 그리고 전기적 잡음을 효율적으로 감쇄시킬 수 있는 장치를 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of efficiently attenuating periodic noise, aperiodic noise, and electrical noise introduced from the surroundings from an input signal collected by a single low-impedance microphone constituting an intercom system.
상기한 바와 같은 목적들 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크가 수음한 음성신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치는: 상기 저임피던스 마이크에 의해 생성된 음압 신호(Xmic1(t))를, 임피던스 매칭 처리를 수행하고, 원하는 증폭도에 따른 가변증폭 처리를 수행하고, 디지털 변환 처리를 수행하여 전처리 신호(Xsm(n))를 출력하는, 입력매칭가변증폭변환부(100); 상기 전처리 신호(Xsm(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성하는, 신호분석부(150); 상기 전처리 신호(Xsm(n))의 음색을 제어하고, 상기 전처리 신호(Xsm(n))의 임계레벨 기울기를 제한하는 처리를 수행하여 임계처리 신호(Xcr(n))를 생성하는, 음색기울기처리부(110); 상기 임계처리 신호(Xcr(n))로부터 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 근거하여 감지되는 주기/비주기 신호를 감쇄시킨 신호(Np(n))와, 상기 신호(Np(n))의 음량을 입력 레벨에 따라 능동적으로 조정하여 신호(Ncp(n))를 생성하고, 상기 주기/비주기 신호를 감쇄시키는 처리에 수반하는 시간 지연을 상기 임계처리 신호(Xcr(n))에 적용하여 신호(Nnp(n))를 생성하고, 상기 신호(Np(n)), 상기 신호(Ncp(n)), 및 상기 신호(Nnp(n))를 합성하여 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 생성하는, 잡음관리부(120); 상기 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 인터컴 시스템에서 요구하는 특성의 아날로그 신호들(Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t))로 변환하여 출력하는 신호선별합성부(130); 상기 아날로그 신호들(Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t))의 각각을 각자의 출력 수단에서 요구하는 전력으로 증폭하여 출력하는, 전력증폭부(140); 및 상기 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 기초하여 상기 구성부들에서 수행되는 필터링 또는 레벨 제어의 가중치를 변경하는, 시스템운용부(160)를 포함할 수 있다. In order to achieve the above objects, an apparatus for attenuating noise from a voice signal picked up by a low-impedance microphone in the intercom system proposed by the present invention is: an input matching variable
여기서, 상기 저임피던스 마이크는, 5Ω에서 150Ω 사이의 임피던스를 가질 수 있다.Here, the low impedance microphone may have an impedance of 5Ω to 150Ω.
한편, 상기 잡음관리부(120)는: 상기 임계처리 신호(Xcr(n))의 샘플링된 샘플들의 역신호(H's(n))들을 소정 개수씩 적응퍼필터LMS단에 입력하고, 상기 적응퍼필터LMS단의 출력신호(Xo(n))와 상기 임계처리 신호(Xcr(n))의 샘플링된 샘플들의 정신호(Hs(n))와 비교하여 에러 신호(Xerr(n))를 산출하고, 산출된 상기 에러 신호(Xerr(n))가 소정의 목표치에 도달할 때까지, 상기 출력신호(Xo(n))를 다시 상기 적응퍼필터LMS단에 입력시키는 것을 반복함으로써, 상기 출력신호(Xo(n))에서 잡음을 감쇄시키도록 구성될 수 있다. Meanwhile, the noise management unit 120: inputs a predetermined number of inverse signals H's(n) of sampled samples of the threshold processing signal Xcr(n) to the adaptive per-filter LMS terminal, and the adaptive per-filter The error signal Xerr(n) is calculated by comparing the output signal Xo(n) of the LMS stage with the mental symbol Hs(n) of the sampled samples of the threshold processing signal Xcr(n) By repeating inputting the output signal Xo(n) back to the adaptive per-filter LMS stage until the error signal Xerr(n) reaches a predetermined target value, the output signal Xo( n))).
또한, 상기 잡음관리부(120)는: 상기 적응퍼필터LMS단에 입력할 상기 샘플들의 개수를 조절하고, 또한, 상기 에러 신호(Xerr(n))의 상기 목표치를 0 초과 0.2 이하의 값으로 설정함으로써, 상기 출력신호(Xo(n))에서 비주기성 잡음을 감쇄시키도록 구성될 수 있다. Also, the noise management unit 120: adjusts the number of samples to be input to the adaptive per-filter LMS stage, and sets the target value of the error signal Xerr(n) to a value greater than 0 and less than or equal to 0.2 By doing so, it may be configured to attenuate aperiodic noise in the output signal Xo(n).
이때, 상기 샘플들의 개수는, 샘플링 윈도우를 300ms의 범위에서 넓거나 작게 조절함으로써 조절될 수 있다.In this case, the number of samples may be adjusted by adjusting the sampling window to be wide or small in the range of 300 ms.
또한, 상기 잡음관리부(120)는, 상기 출력신호(Xo(n))에, 상기 임계처리 신호(Xcr(n))에 상기 적응퍼필터LMS단의 시간 지연을 적용하여 생성된 보상 신호(Nnp(n))를 합성하도록 구성될 수 있다. In addition, the
상술한 바와 같은 구성에 의하면, 본 발명은 인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크를 단지 하나만 이용하면서도 효율적으로 주변으로부터 유입되는 주기성 잡음과 비주기성 잡음, 그리고 전기적 잡음을 감쇄시킬 수 있다.According to the above-described configuration, the present invention can effectively attenuate periodic noise, aperiodic noise, and electrical noise introduced from the surroundings while using only one low-impedance microphone in the intercom system.
특히, 저임피던스의 마이크를 이용함으로써, 유입되는 주기성 및 비주기성 주변 잡음을 1차적으로 제어할 수 있다. 그리고 저임피던스의 마이크에 의해 생성된 음성 신호를 높은 증폭도로 증폭하더라도, 전기적 잡음을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에, 원하는 음성 신호만을 명료하게 청취할 수 있게 된다. In particular, by using a low-impedance microphone, it is possible to primarily control incoming periodic and non-periodic ambient noise. In addition, even when the audio signal generated by the low-impedance microphone is amplified to a high amplification level, electrical noise can be efficiently removed, so that only a desired audio signal can be clearly heard.
또한, 음성 신호에 대하여, 가변증폭 처리를 수행하고 음색을 제어하고 주파수 구간별 능동적인 증폭량 제어를 수행함으로써, 청취 음성의 음색을 최적의 음질로 구현할 수 있다. In addition, by performing variable amplification processing on the voice signal, controlling the timbre, and performing active amplification control for each frequency section, the timbre of the listening voice can be realized with the optimal sound quality.
또한, 입력된 음성 신호를 분석한 주파수 구간별 스펙트럼 정보에 근거하여 주파수의 순간적인 레벨 변화(즉, 순간 음량 변화)를 시간적 범위에서 분석하고, 분석한 결과에 따라 음성 신호의 샘플링 합을 조절하고, 데이터를 매칭시키고, 레벨 리미트 조절에 의해 순간적인 레벨들을 보상하고, 잡음 제어를 위한 가중치를 제어함으로써, 비주기 잡음도 효율적으로 제거할 수 있다. In addition, the instantaneous level change (ie, instantaneous volume change) of the frequency is analyzed in the temporal range based on the spectrum information for each frequency section that analyzed the input voice signal, and the sampling sum of the voice signal is adjusted according to the analysis result. , by matching data, compensating for instantaneous levels by adjusting the level limit, and controlling the weight for noise control, aperiodic noise can also be effectively removed.
또한, 본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치는, 단일의 마이크만을 사용하므로, 인터컴 시스템에서 헤드셋에 마이크를 배치하는 데에 있어, 설계의 자유도가 높다. In addition, since the noise attenuating device according to the present invention uses only a single microphone, the degree of freedom in design is high in disposing the microphone in the headset in the intercom system.
특히, 대부분 주기적인 잡음으로 이루어져 있는 전기적 잡음이 우선적으로 제거된다. 한편, 음압 수음 기법을 통해 음성 신호를 수음함으로써 비주기 잡음의 유입량을 줄인다. 또한, 비주기 잡음을 처리하는 동안에 수반된 감쇄를 보상한다. 이로써 음질의 열화를 일으키지 않으면서도 비주기 잡음을 효율적으로 제거한다. In particular, electrical noise, which consists mostly of periodic noise, is preferentially removed. On the other hand, the amount of aperiodic noise is reduced by collecting a voice signal through the sound pressure acquisition technique. It also compensates for the attenuation involved during processing of aperiodic noise. This effectively removes aperiodic noise without causing deterioration in sound quality.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크가 수음한 음성신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 입력매칭가변증폭변환부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 상기 잡음 감쇄 장치 중 신호분석부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 상기 잡음 감쇄 장치 중 음색기울기처리부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 음색기울기처리부에서 음색조절을 위한 필터를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 유입 음량에 따라 기울기조절단에 있어서 입력값과 출력값 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음관리부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음관리부를 구성하는 주기/비주기잡음감쇄처리단을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 주기/비주기잡음감쇄처리단을 구성하는 적응 퍼필터(Fir Filter) LMS단을 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 주기/비주기잡음감쇄처리단을 구성하는, 비주기성 잡음을 감쇄시키기 위한 레벨리미트단을 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음관리부를 구성하는 변위조절단을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 잡음 변위 기울기의 입력값과 출력값 사이의 관계를 보여주는 도면이다.
도 13은 상기 잡음 감쇄 장치 중 잡음관리부를 구성하는 잡음조절합성단을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 상기 잡음 감쇄 장치 중 신호선별합성부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 상기 잡음 감쇄 장치 중 신호선별합성부를 구성하는 신호분배조절단 및 신호처리매칭단을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 상기 잡음 감쇄 장치 중 전력증폭부를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 1 is a block diagram schematically illustrating the configuration of an apparatus for attenuating noise from a voice signal picked up by a low-impedance microphone in an intercom system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining in more detail the input matching variable amplification conversion unit shown in FIG. 1 .
3 is a diagram for explaining in more detail a signal analyzer of the noise attenuation apparatus.
4 is a diagram for explaining in more detail a tone gradient processing unit of the noise attenuation apparatus.
5 is a diagram for explaining in more detail a filter for tone control in the tone gradient processing unit.
6 is a diagram illustrating a relationship between an input value and an output value in a tilt adjustment stage according to an inflow volume.
7 is a diagram for explaining in more detail a noise management unit of the noise attenuation apparatus.
FIG. 8 is a diagram for explaining in detail a periodic/aperiodic noise reduction processing unit constituting a noise management unit among the noise attenuation apparatus.
FIG. 9 is a diagram for explaining in more detail an adaptive Fir Filter LMS stage constituting the periodic/aperiodic noise reduction processing stage shown in FIG. 8 .
FIG. 10 is a diagram for explaining in more detail a level limit stage for attenuating aperiodic noise, which constitutes the periodic/aperiodic noise reduction processing stage shown in FIG. 8 .
11 is a diagram for explaining in detail a displacement adjusting unit constituting a noise management unit among the noise attenuation apparatus.
12 is a diagram illustrating a relationship between an input value and an output value of a noise displacement slope.
13 is a diagram for explaining in detail a noise control and synthesis unit constituting a noise management unit among the noise attenuation apparatus.
14 is a diagram for explaining in more detail a signal selection and synthesis unit among the noise attenuation apparatus.
15 is a diagram for explaining in detail a signal distribution control stage and a signal processing matching stage constituting a signal selection and synthesis unit among the noise attenuation apparatus.
16 is a diagram for explaining in more detail a power amplifier of the noise attenuation apparatus.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크로 들어오는 음성신호의 주기/비주기 잡음 감쇄 및 증폭에 따른 전기적 주기 잡음을 감쇄시키는 장치의 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 안 될 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of an apparatus for attenuating periodic/aperiodic noise attenuation and amplification of a voice signal entering a low-impedance microphone in an intercom system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. For reference, since the terms referring to each component of the present invention are named by way of example in consideration of their functions, it should not be understood as predicting and limiting the description of the present invention by the terms themselves.
음성 획득 시스템의 주변에 배치된 2개 이상의 마이크의 각자에 의해서 생성된 2개 이상의 음성 신호로부터, 음성 신호를 제외한 주변에서 발생하여 유입되는 소리를 잡음으로 인식하고, 인지된 잡음 신호를 선택적으로 감쇄시켜 원하는 음성 신호만을 명료하게 만들고자 하는 시스템이 공지되어 있다. 이러한 공지된 시스템은, 2개 이상의 마이크 중 적어도 하나의 마이크는 발성자의 음성이 주로 유입되도록 발성자의 근방에 배치하고, 다른 마이크들은 주변 잡음이 주로 유입되도록 배치하고, 각각의 신호들을 서로 비교하여 발성자의 음성을 제외한 주변 잡음을 삭제 또는 감쇄시키는 방식으로 작동한다. From two or more voice signals generated by each of two or more microphones disposed in the periphery of the voice acquisition system, a sound generated in the vicinity except for the voice signal is recognized as noise, and the recognized noise signal is selectively attenuated A system for making only a desired voice signal intelligible is known. In such a known system, at least one of the two or more microphones is disposed in the vicinity of the speaker so that the speaker's voice mainly enters, the other microphones are arranged so that ambient noise mainly enters, and each signal is compared with each other to speak It works in a way that cancels or attenuates ambient noise except for the person's voice.
하지만, 이러한 공지된 시스템은, 주변으로부터의 잡음의 강도가 커지면, 주변 잡음을 제거할 때, 음성 신호까지도 손상시킬 수 있다는 문제점이 있다. However, such a known system has a problem in that, when the intensity of noise from the surrounding increases, when the surrounding noise is removed, even a voice signal may be damaged.
또한, 이러한 공지된 시스템은, 2개 이상의 마이크를 이용해야 하기 때문에, 각각의 마이크가 감도 특성이 서로 일치하도록 조정되어야 하고, 마이크들이 배치되는 위치 및 방향에 대해서도 최적 설계가 필요하다. 그리고 수음되어 생성되는 신호들로부터 주변 잡음의 패턴을 검출해야 하고, 검출된 패턴을 감쇄시키기 위한 처리가 필요하다. In addition, since this known system uses two or more microphones, each microphone has to be adjusted so that the sensitivity characteristics match each other, and an optimal design is required for the position and direction in which the microphones are arranged. In addition, it is necessary to detect a pattern of ambient noise from the signals generated by being picked up, and a process for attenuating the detected pattern is required.
또한, 2개 이상의 마이크들을 이용하는 경우에는, 각각의 마이크가 설치된 위치에 따라 음성 신호 간의 시간차가 발생할 수 있고, 또한 발화자의 움직임에 기인하여 각각의 마이크들에 수음되는 음성 신호 간의 시간차가 발생할 수 있다. 이러한 시간차를 갖는 음성 신호들을 그대로 조합하게 되면, 오히려 신호의 비주기적 왜곡을 유발할 수 있고, 이러한 왜곡은 새로운 잡음을 발생시킨다. In addition, when two or more microphones are used, a time difference between voice signals may occur depending on the location where each microphone is installed, and also a time difference between voice signals received by the respective microphones may occur due to the movement of the talker. . If voice signals having such a time difference are directly combined, aperiodic distortion of the signal may be caused, and this distortion may generate new noise.
이에 비하여, 본 발명의 잡음 감쇄 장치는, 단일의 마이크를 이용하므로, 마이크 각자의 특성이 조정되어야 하는 필요성이 해소되며, 또한 각 마이크의 설치된 위치에 따른 신호들의 시간차로 인해 음성 신호의 비주기적 왜곡 및 새로운 잡음이 유발되는 것과 같은 문제점을 근본적으로 해소할 수 있다. 또한, 본 발명에서 제공하는 잡음 감쇄 장치는, 음압에 의해 음성 신호를 생성하는 저임피던스 마이크를 이용하므로, 음압이 낮은 주변 잡음의 유입을 차단할 수 있다. On the other hand, since the noise attenuation apparatus of the present invention uses a single microphone, the need to adjust the characteristics of each microphone is eliminated, and aperiodic distortion of the voice signal due to the time difference between signals according to the installed position of each microphone and problems such as the generation of new noise can be fundamentally solved. In addition, since the noise reduction device provided in the present invention uses a low-impedance microphone that generates a voice signal by sound pressure, it is possible to block the inflow of ambient noise having a low sound pressure.
본 발명에 따른, 단일의 저임피던스 마이크에 의해 유입되는 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치는, 주변 소음이 많이 발생하는 인터컴 시스템에서 사람의 음성을 입력받기 위한 전용 헤드셋 또는 무전기 등에 적용될 수 있다. The apparatus for attenuating noise from a voice signal introduced by a single low-impedance microphone according to the present invention may be applied to a dedicated headset or a walkie-talkie for receiving a human voice in an intercom system in which a lot of ambient noise is generated.
먼저, 도 1의 블록도를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 저임피던스의 마이크에 의한 음성 신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치(본 명세서에서, 잡음 감쇄 장치라고 지칭함)의 구성을 개략적으로 설명한다. 도면을 참조하면, 잡음 감쇄 장치는, 다음과 같은 구성부들을 포함하여 구성된다. First, with reference to the block diagram of FIG. 1, the configuration of an apparatus for attenuating noise from a voice signal by a low-impedance microphone according to an embodiment of the present invention (herein, referred to as a noise attenuation apparatus) will be schematically described. . Referring to the drawings, the noise attenuation apparatus is configured to include the following components.
각 채널별로 단일의 저임피던스 마이크들(90-1, 90-2, 90-3)이 배치된다. 각각의 저임피던스의 마이크들(90-1, 90-2, 90-3)은, 수음되는 음성에 해당하는 음압신호들(Xmic1(t), Xmic2(t), Xmicn(t))을 생성한다. Single low-impedance microphones 90-1, 90-2, and 90-3 are disposed for each channel. Each of the low-impedance microphones 90-1, 90-2, and 90-3 generates sound pressure signals Xmic1(t), Xmic2(t), and Xmicn(t) corresponding to the received voice.
입력매칭가변증폭변환부(100)는, 음압 신호에 대하여, 처리부 간의 임피던스를 매칭시키고, 설정된 증폭도에 따른 가변증폭 처리를 수행하고, 디지털변환 처리를 수행하여 전처리 신호(Xsm(n))로 출력한다. The input matching variable
신호분석부(150)는, 디지털 변환된 전처리 신호(Xsm(n))의 주파수 대역별 레벨을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성한다.The
음색기울기처리부(110)는, 전처리 신호(Xsm(n))의 음색을 제어하고, 전처리 신호(Xsm(n))의 임계레벨 기울기를 제한하는 처리를 수행하여 임계처리 신호(Xcr(n))를 생성한다.The tone
잡음관리부(120)는, 임계처리 신호(Xcr(n))로부터 주기/비주기 주변 잡음 및 전기적 잡음을 감쇄시킨 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 생성한다.The
신호선별합성부(130)는, 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 다양한 음성 출력 수단에 대응하는 각각의 신호들(Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t))로서 구분한다.The signal selection and
전력증폭부(140)는, 각각의 신호(Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t))를 청취자가 요구하는 출력에 맞춰 개별적으로 또는 통합하여 증폭한 후, 대응하는 음성 출력 수단에 제공한다.The
시스템운용부(160)는, 상기 각부의 동작을 제어한다. 특히, 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 근거하여 상기 각부의 신호 처리 동작에 필요한 가중치들을 설정/변경할 수 있다. 시스템운용부(160)는 각 구성부에 대하여 제어 신호(Ctl_io)를 제공한다.The system operation unit 160 controls the operation of each unit. In particular, it is possible to set/change weights necessary for the signal processing operation of each unit based on the spectrum information Xspec(n). The system operation unit 160 provides a control signal Ctl_io to each component.
본 발명에서 개시하는 잡음 감쇄 장치는, 복수의 입력 채널을 구비하는 것으로 도시되었지만, 채널들의 각각은 단일의 마이크를 구비한다. 특히, 본 발명에서, 어느 한 채널의 단일의 마이크로부터 수음된 음향은, 다른 채널의 음향을 처리하는 데에 영향을 미치지 않는다. 즉, 다른 채널의 음향에서 잡음을 제거하는 데에 사용되지 않는다. 한편, 본 발명의 잡음 감쇄 장치는, 단지 하나의 입력 채널을 구비하여도 무방하다. Although the noise attenuation device disclosed herein is shown as having a plurality of input channels, each of the channels includes a single microphone. In particular, in the present invention, the sound picked up from a single microphone of one channel does not affect processing of the sound of the other channel. That is, it is not used to remove noise from the sound of other channels. Meanwhile, the noise attenuation device of the present invention may include only one input channel.
본 발명의 마이크는 5Ω에서 150Ω사이의 저임피던스를 갖는 마이크인 것이 바람직하다. 일반적으로, 인터컴 시스템에 적용되는 마이크는, 콘덴서 타입과 다이나믹 타입이 대부분이다. 콘덴서 타입의 마이크는 120Ω부터 수 MΩ 정도의 넓은 범위의 다양한 임피던스를 가지며, 다이나믹 타입의 마이크는 5Ω에서 600Ω 정도의 임피던스를 갖는다. 이에 비하여, 본 발명에서 사용하는 저임피던스 마이크는, 150Ω 이하의 임피던스, 특히 5Ω에서 150Ω 범위의 임피던스를 갖는 것으로 정의한다. The microphone of the present invention is preferably a microphone having a low impedance between 5Ω and 150Ω. In general, most of the microphones applied to the intercom system are a condenser type and a dynamic type. A condenser type microphone has a wide range of impedance from 120Ω to several MΩ, and a dynamic type microphone has an impedance of 5Ω to 600Ω. In contrast, the low-impedance microphone used in the present invention is defined as having an impedance of 150Ω or less, in particular, an impedance ranging from 5Ω to 150Ω.
저임피던스의 마이크는, 공기를 통해 전달되는 음압을 감지하는 방식으로 음성을 수음한다. 이러한 저임피던스 마이크는, 음압 기반의 수음 방식으로 인해, 음압이 상대적으로 낮은 주변의 소리(특히, 잡음)에는 민감하지 않다. 그 결과, 저임피던스 마이크는, 마이크 자체의 특성에 의하여, 주변 잡음을 1차로 억제할 수 있는 효과가 있다. 헤드셋이나 이어셋을 포함하는 인터컴 시스템에서, 저임피던스 마이크는 발화자가 입에 가까이 대고 말하는 방식으로 사용되므로, 발화자의 음성에 의한 음압은 수음할 수 있다. A low-impedance microphone picks up sound by sensing the sound pressure delivered through the air. Such a low-impedance microphone is not sensitive to ambient sounds (especially noise) having a relatively low sound pressure due to a sound-pressure-based sound-collecting method. As a result, the low-impedance microphone has the effect of primarily suppressing ambient noise due to the characteristics of the microphone itself. In an intercom system including a headset or earphone, the low-impedance microphone is used in such a way that the speaker puts his/her mouth close to his/her mouth and speaks, so that sound pressure generated by the speaker's voice can be picked up.
하지만, 이러한 저임피던스의 마이크에 의해 생성된 아날로그 음압 신호는 감도가 낮으므로, 높은 증폭도를 요구한다. 따라서, 미약하게나마 입력된 주변잡음과 전기적 잡음일지라도, 높은 증폭도에 의한 증폭 과정에서 함께 증폭될 수 있어서, 오히려, 원하는 음성이 증폭된 잡음에 묻혀버릴 수 있다는 문제점도 내포한다. However, since the analog sound pressure signal generated by the low impedance microphone has low sensitivity, high amplification is required. Therefore, even if the input ambient noise and electrical noise are weak, they can be amplified together in the amplification process by a high amplification degree, and, on the contrary, a desired voice may be buried in the amplified noise.
본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치는, 이렇게 높은 증폭 동작에서도 주변 잡음과 전기적 잡음을 효율적으로 감쇄시킬 수 있는 탁월한 효과를 보여준다. The noise attenuation apparatus according to the present invention exhibits an excellent effect of efficiently attenuating ambient noise and electrical noise even in such a high amplification operation.
입력매칭가변증폭변환부(100)는, 신호 처리의 효율을 높이기 위하여, 입력된 아날로그 음압 신호에 전처리를 수행한다. 입력매칭가변증폭변환부(100)는, 저임피던스 마이크들로부터 수신된 음압 신호들을 후속 처리부와 임피던스 매칭 처리하는 구성부와 수신된 음압 신호들을 기준레벨에 대응하여 가변증폭하는 처리를 수행하는 구성부를 포함한다. The input matching
도 2는, 입력매칭가변증폭변환부(100)의 구조를 보여준다. 입력매칭분리단(101)은, 입력된 음압 신호들(Xmic1(t), Xmic1(t), Xmicn(t))을 선택적으로 통합하여 신호(Ims(t))를 구성한다. 가변증폭단(102)은, 신호(Ims(t))를 증폭하고 A/D 변환하여 전처리 신호(Xsm(n))를 생성한다. 2 shows the structure of the input matching variable
입력매칭분리단(101)은 매칭 트랜스를 활용하여 임피던스 매칭을 수행하게 된다. 가변증폭단(102)은 입력매칭분리단(101)에서 생성한 입력매칭 신호(Ims(t))의 음량을 기준레벨에 대응하여 선별적으로 가변증폭시킨다. 증폭된 신호는 A/D 변환 처리되어 전처리 신호(Xsm(n))로 구성된다. The
본 발명은 저임피던스 마이크로부터 음압 신호를 입력받기 때문에, 작은 음량의 신호를 높은 증폭도로 충분히 증폭하는 것이 필요하다. Since the present invention receives a sound pressure signal from a low-impedance microphone, it is necessary to sufficiently amplify a low-volume signal with a high amplification degree.
본 발명에서, 기준레벨에 대응하여 가변증폭한다는 것은 다음과 같이 정의될 수 있다. In the present invention, variable amplification corresponding to the reference level may be defined as follows.
(1) 입력된 신호가 기준 레벨보다 크면, 5Ω 이상 150Ω 이하인 범위 중 비교적 높은 정도, 예를 들면, 50Ω 이상 150Ω 이하의 임피던스를 갖는 마이크로부터의 입력으로 간주하고, 상기 입력된 신호는 기준 가변증폭도(예를 들면, 100배)보다 낮은 증폭도로 증폭한다. (1) If the input signal is greater than the reference level, it is regarded as an input from a microphone having a relatively high degree of impedance in the range of 5 Ω or more and 150 Ω or less, for example, 50 Ω or more and 150 Ω or less, and the input signal is a reference variable amplification It is amplified at an amplification level lower than the degree (eg, 100 times).
(2) 입력된 신호가 기준 레벨보다 작으면, 상기 임피던스 범위 중 비교적 낮은 정도의 임피던스, 예를 들면, 5Ω 이상 50Ω 미만의 임피던스를 갖는 마이크로부터의 입력으로 간주하고, 상기 입력된 신호를 기준 가변증폭도보다 높은 증폭도로 증폭한다. (2) If the input signal is smaller than the reference level, it is regarded as an input from a microphone having a relatively low impedance in the impedance range, for example, an impedance of 5Ω or more and less than 50Ω, and the input signal is regarded as a reference variable It is amplified at an amplification level higher than the amplification level.
이때, 각 채널마다의 출력량은 임의로 설정될 수 있으며, 미리 정해진 출력량에 도달할 만큼, 각 채널마다 적절한 증폭도(즉, 가변증폭도)를 적용할 수 있다. In this case, the output amount for each channel may be arbitrarily set, and an appropriate amplification level (ie, variable amplification level) may be applied to each channel enough to reach a predetermined output amount.
한편, 음압 신호는, 그라운드 상호 분리 방식에 따른 아날로그 신호인 상태인데, 매칭트랜스를 활용하여 각각의 음압 신호를 입력매칭시킴으로써, 일부분을 증폭시킨 하나의 입력 신호와 또 다른 일부분을 증폭시킨 입력 신호 간의 그라운드 유도성 잡음을 줄일 수 있게 된다. 신호에 대한 잡음 제거 처리를 수행하기 전에 입력 신호의 일부분을 미리 증폭함으로써, 신호에 내재된 미소한 잡음이나 신호 증폭에 의해 추가될 수 있는 전기적 잡음을 미리 어느 정도 제거할 수 있게 된다. On the other hand, the sound pressure signal is an analog signal according to the ground mutual separation method, and by input matching each sound pressure signal using a matching transformer, one input signal amplified in part and the input signal amplified in another part Ground inductive noise can be reduced. By amplifying a portion of the input signal in advance before performing noise reduction processing on the signal, it is possible to remove in advance a small amount of noise inherent in the signal or electrical noise that may be added by signal amplification.
생성된 디지털 변환된 전처리 신호(Xsm(n))는 음색기울기처리부(110)와 신호분석부(150)에 각각 제공된다. The generated digitally converted preprocessing signal Xsm(n) is provided to the tone
도 3은 신호분석부의 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 신호분석부(150)는 전처리 신호(Xsm(n))로부터 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성한다. 스펙트럼 정보는, 주파수 대역 구간별로, 레벨 정보와 순간 레벨 변화(순간 음량 변화) 정보를 포함한다. 이러한 스펙트럼 정보를 활용하여, 음색 구성 정보와 순간 소리 크기의 변화 및 최대치 정보를 분석할 수 있다. 특히, 순간 소리 변화를 300ms 범위의 구간 단위로 분석하여, 주기 잡음과 비주기 잡음을 구분할 수 있다. 예를 들면, 300ms 구간에서 반복되는 잡음은 주기 잡음으로 간주될 수 있다. 따라서, 300ms 구간에서 반복되지 않는 잡음은 비주기 잡음으로 간주되어 처리될 것이다. 3 is a diagram for explaining the structure of the signal analysis unit in more detail. The
추가적인 구현 방식에서, 만일, 300ms 구간에서 반복되는 잡음이 감지된 경우에는 이후의 샘플링 주기 및/또는 빈도를 낮추는 처리를 수행할 수 있으며, 또는, 300ms 구간에서 반복되는 잡음이 감지되지 않은 경우에는 이후의 샘플링 주기 및/또는 빈도를 높여서 더 긴 주기의 주기성 잡음을 감지하기 위한 처리가 수행될 수 있을 것이다.In an additional implementation method, if repeated noise is detected in the 300 ms interval, a process for lowering the sampling period and/or frequency may be performed afterward, or if repeated noise is not detected in the 300 ms interval, thereafter Processing may be performed to detect a longer period periodic noise by increasing the sampling period and/or frequency of .
신호분석부(150)는, 전처리 신호(Xsm(n))를, 서로 다른 주파수 통과 대역을 가지는 병렬 연결된 필터들에 동시에 입력할 수 있다. 각 필터들은 각자의 주파수 대역별로 신호를 분석한다. 분석된 정보를 종합하면 모든 주파수 대역에 대한 스펙트럼 정보(Xspec(n))가 구성될 수 있다.The
특히, 신호분석부(150)는, 본격적인 음성 처리를 수행하기 이전의 신호, 즉, 전처리 신호(Xsm(n))를 이용하여 스펙트럼분석하게 된다. 이렇게, 본격적인 음성 처리되기 전의 전처리 신호(Xsm(n))를 이용하여 신호를 분석함으로써, 음압 신호에 포함된 원래 노이즈 및 순간 음압 변화량을 정확하게 분석하여 해당하는 주파수를 특정할 수 있게 된다. 또한, 분석 결과에 의하여 본격적인 음성 처리에 사용되는 필터링에 필요한 가중치 및 레벨 제어를 위한 가중치를 정확하게 결정할 수 있게 된다. In particular, the
스펙트럼 정보(Xspec(n))는 다음과 같은 형태로 구성된다. The spectrum information Xspec(n) is configured in the following form.
Xspec(n) = [gN BandpassFilter]T × Xsm(n) Xspec(n) = [gN BandpassFilter] T × Xsm(n)
[gN BandpassFilter]T는, 각자의 주파수 성분을 분석하여 데이터화하는 복수의 필터들이 병렬로 배치된 구조를 의미하며, 각 필터단마다 분석된 주파수 성분이 디지털 데이터로 변환되어 스펙트럼 정보(Xspec(n))가 생성된다. 이러한 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 기초하여, 시스템운용부(160)가 각 처리부의 기능을 제어할 수 있게 된다. 즉, 입력매칭가변증폭변환부(100)에서 수행하는 가변증폭 처리량과, 음색기울기처리부(110)에서 수행하는 신호 처리량과, 잡음관리부(120)를 위한 다양한 가중치를 설정할 수 있다. 또한, 상기한 제어는, 음색기울기처리부(110)를 구성하는 다단 직렬 필터들의 필터링 정도를 조정하기 위한 가중치를 설정하는 것, 비주기 잡음 감쇄를 위한 샘플링(Sampling)을 조절하는 것(예를 들면, 처리 주기마다 사용할 샘플의 개수 조절, 샘플링 주기/윈도우 조절 등), 데이터 매칭을 제어하는 것, 레벨 리미트를 조절하는 것, 및 퍼필터LMS단의 에러값의 크기를 조절하는 것 등을 포함할 수 있다. [gN BandpassFilter] T means a structure in which a plurality of filters that analyze and data each frequency component are arranged in parallel, and the frequency component analyzed for each filter stage is converted into digital data to obtain spectrum information (Xspec(n) ) is created. Based on the spectrum information Xspec(n), the system operation unit 160 can control the function of each processing unit. That is, the variable amplification processing amount performed by the input matching variable
도 4는 음색기울기처리부의 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 음색기울기처리부(110)는, 신호분석부(150)에서 생성한 스펙트럼 정보에 기초하여 (즉, 스펙트럼 정보에 기초하여 시스템운용부가 생성한 가중치 및/또는 잡음 변위 조절 변수를 제공받아 이용함으로써), 증폭된 전처리 신호(Xsm(n))를 주파수 대역별로 구분하여 필터링 처리하고, 처리된 신호로부터 원하는 주파수의 음색을 선택적으로 제어하여 불필요한 음원을 제거하고, 음색 매칭시키고, 신호음의 레벨의 기울기를 선택적으로 제한 및 조절하는 처리를 수행하여, 기울기 임계처리 신호(Xcr(n))를 생성한다. 이처럼, 신호음의 레벨을 기준선 및 변위선에 근거하여 임계 레벨 이상의 음량을 제한함으로써(도 6 참조), 주변의 소음량이 순간적으로 높아지더라도 소음의 유입을 방지할 수 있어서, 청취자의 불쾌감 및 청각 손상을 방지할 수 있다. 4 is a diagram for explaining the structure of a tone gradient processing unit in more detail. The tone
증폭된 전처리 신호(Xsm(n))는 음색조절필터(111)를 통과하여 음색이 조절되고, 기울기조절단(112)을 통과하여 신호음이 기울기 임계레벨 이내로 제한되게 된다. The amplified pre-processing signal Xsm(n) passes through the
즉, 스펙트럼 정보를 분석하여 각 주파수별 제어가 이루어질 수 있는데, 음색조절필터(111)를 구성하는 직렬 다단 필터들(Filter1, Filter2, ... FilterN)(도 5 참조)의 각각의 이득을 제어함으로써, 원하는 주파수의 음색이 제어되고 불필요한 음색이 제거되는 처리가 이루어지게 된다. 이로써, 원하는 주파수의 음색을 튜닝한 신호(Sc(n))를 얻을 수 있다.That is, each frequency can be controlled by analyzing the spectrum information, and each gain of the series multi-stage filters (Filter1, Filter2, ... FilterN) (refer to FIG. 5) constituting the
기울기조절단(112)은, 순간적인 높은 입력 신호(즉, 높은 임계치 레벨의 신호)가 유입되면, 도 6에 도시된 바와 같은 레벨의 기울기 특성에 따라, -Gain 가중치를 적용하여 순간감쇄처리하고, 그 외의 임계치는 설정한 기울기(즉, 기준선 또는 변위선)에 따라 처리한다. 이로써, 임계처리 신호는 다음과 같이 표현된다.The
Xcr(n) = ΔGain × Sc(n)Xcr(n) = ΔGain × Sc(n)
도 7은 잡음관리부의 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 잡음관리부(120)는, 주기/비주기잡음처리단(121)과 변위조절단(122)과 잡음조절합성단(123)을 구비한다.7 is a diagram for explaining the structure of the noise management unit in more detail. The
주기/비주기잡음처리단(121)은, 시스템운용부(160)의 제어 신호(ctl_io)에 따라, 잡음 제거에 사용할 샘플의 개수를 조절하거나 샘플링 주기/윈도우 크기 등을 조절하고 적응퍼필터LMS단의 에러 신호 처리의 가중치를 조절하여, 주기/비주기 신호를 감쇄시킨 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))를 출력한다. The periodic/aperiodic
여기서, 샘플의 개수는, 음성 데이터를 처리하기 위해서, 소정의 주기마다 샘플링된 샘플들을 얼마만큼씩 모아서 처리할 것인가를 나타낸다. 예를 들면, 샘플들은, 256, 512, 1024개씩 처리될 수 있다. 많은 개수의 샘플을 단위로 처리하게 되면, 분석 시간이 오래 걸리지만, 처리의 정확도를 높일 수 있다. 반대로 적은 개수의 샘플을 단위로 처리하게 되면, 분석 시간은 신속하지만, 처리의 정확도가 낮아지게 된다. Here, the number of samples indicates how many samples sampled every predetermined period are collected and processed in order to process voice data. For example, samples may be processed by 256, 512, 1024. If a large number of samples are processed as a unit, analysis time is long, but processing accuracy can be increased. Conversely, if a small number of samples are processed as a unit, the analysis time is quick, but the processing accuracy is lowered.
본 발명에서는, 주기성 잡음을 제거하는 데에는 처리하는 샘플의 개수를 줄일 수 있지만, 비주기성 잡음을 처리하고자 할 때에는 샘플의 개수를 늘리도록 구현하고 있다. 일반적인 조건에서, 샘플들의 개수는, 샘플링을 수행하는 윈도우의 크기를 변경하는 방식을 사용할 수 있는데, 예를 들면, 20ms 내지 500ms 범위에서 조절될 수 있다. 샘플링 윈도우의 바람직한 크기는 300ms일 수 있다. 300ms보다 윈도우를 줄이면 샘플링된 샘플의 개수가 줄어들게 되고, 300ms보다 윈도우를 넓히면 샘플의 개수가 많아지게 된다. 예를 들면, 샘플링 윈도우의 크기는 100ms 에서 500ms의 범위에서 조절될 수 있다. 심지어는 10ms에서 1s의 범위에서 조절될 수도 있을 것이다. In the present invention, it is possible to reduce the number of samples to be processed to remove periodic noise, but to increase the number of samples to process aperiodic noise. In a general condition, the number of samples may use a method of changing the size of a window for performing sampling, for example, may be adjusted in the range of 20 ms to 500 ms. A preferred size of the sampling window may be 300 ms. If the window is smaller than 300 ms, the number of sampled samples is reduced, and if the window is wider than 300 ms, the number of samples is increased. For example, the size of the sampling window may be adjusted in the range of 100 ms to 500 ms. It may even be adjustable in the range of 10ms to 1s.
상기 윈도우의 크기와 샘플링 빈도는 임의로 설정될 수 있으며, 가변적이거나 고정적일 수 있다. The size and sampling frequency of the window may be arbitrarily set, and may be variable or fixed.
한편, 주기/비주기잡음처리단(121)은, 신호로부터 주기/비주기 잡음을 감쇄시킴에 따라 수반되는 신호 왜곡 및 레벨 저하 등을 보상 처리하기 위해 활용될 수 있는 보상 신호(Nnp(n))를 출력할 수 있다. 보상 신호(Nnp(n))는, 임계처리 신호(Xcr(n))를 데이터매칭단과 레벨리미트단에 의해 처리한 신호일 수 있다. On the other hand, the periodic/aperiodic
변위조절단(122)은 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))를 음량변위 기울기(도 6 참조)에 따라 조절하여 신호(Ncp(n))를 생성한다. The
잡음조절합성단(123)은 신호들(Np(n), Nnp(n), Ncp(n)) 각각에 개별적으로 가중치 값을 반영한 후, 선택적으로 합성하여 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 출력한다.The noise control and
도 8은 주기/비주기잡음처리단의 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 주기/비주기잡음처리단(121)은, 샘플링조절합정처리단과 샘플링조절합역처리단, 적응퍼필터(Fir Filter)LMS단, 데이터매칭단, 및 레벨리미트단을 포함한다. 8 is a diagram for explaining the structure of a periodic/aperiodic noise processing stage in more detail. The periodic/aperiodic
주기/비주기잡음처리단(121)은, 음색기울기처리부(110)로부터의 기울기 임계처리 신호(Xcr(n))를 입력으로 받아들인다. 그리고 신호(Xcr(n))에서 샘플링을 수행하여 얻어진 샘플들을 소정의 개수씩 퍼필터LMS단에 입력하고 퍼필터LMS단에서 산출되는 에러의 가중치를 조절함으로써, 주변 공간으로부터 유입된 주기적 잡음과 전기적 회로에 의해 유입된 주기 잡음을 제거한다. 또한, 임계처리 신호(Xcr(n))에 데이터매칭단과 레벨리미트단을 통한 처리를 적용하여, 잡음 제거시 부수적으로 열화된 음성을 보상하기 위한 보상 신호(Nnp(n))를 생성한다. The periodic/aperiodic
샘플링조절합정처리단은 신호(Xcr(n))를 샘플링 영역 조절(샘플 개수, 샘플링 주기 및 윈도우 크기 등)에 의해 샘플링하고, 샘플들을 H(n) 함수로 처리하여 정신호(Hs(n))를 생성한다.The sampling adjustment and matching processing stage samples the signal (Xcr(n)) by adjusting the sampling area (number of samples, sampling period, window size, etc.) create
샘플링조절합역처리단은 신호(Xcr(n))를 샘플링 영역 조절(샘플 개수, 샘플링 주기 및 윈도우 크기 등)에 의해 샘플링하고, 샘플들을 H'(n) 함수로 처리하여 역신호(H's(n))를 생성한다. The sampling adjustment sum processing stage samples the signal Xcr(n) by adjusting the sampling area (the number of samples, the sampling period and the window size, etc.) )) is created.
LMS는 최소 제곱 평균(Least Mean Square) 처리를 의미한다. 퍼필터LMS단은, 도 9를 참조하면, LMS 처리에 의해 산출되는 가중치인 능동 계수를 얻고, 이 능동 계수를 적응시키고자 하는 퍼필터의 계수에 적용함으로써 잡음을 제거하는 처리를 수행한다. 즉, 적응퍼필터LMS단은 연산 처리 출력 신호(Xo(n))와 역신호(H's(n)), 그리고 에러 신호(Xerr(n))를 이용하여 주기/비주기 잡음을 감쇄시킨다. LMS means Least Mean Square processing. Referring to FIG. 9 , the per-filter LMS stage obtains an active coefficient, which is a weight calculated by the LMS process, and applies the active coefficient to the coefficient of the per-filter to be adapted, thereby removing noise. That is, the adaptive per-filter LMS stage attenuates periodic/aperiodic noise using the arithmetic processing output signal Xo(n), the inverse signal H's(n), and the error signal Xerr(n).
퍼필터를 이용하면, 반복적 주기 신호 처리에서 정신호와 역신호를 합성하더라도 위상이 유지되므로 잡음을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다. If the per-filter is used, the phase is maintained even when the mental signal and the inverse signal are synthesized in the iterative periodic signal processing, so that noise can be effectively attenuated.
즉, 퍼필터LMS단의 LMS 처리의 결과 가중치인 능동 계수를 얻고, 능동 계수를 임의의 퍼필터 계수에 적용하는 방식으로 신호 처리를 수행한다. 가중치의 계산에 필요한 T주기 또는 G가중치는 퍼필터LMS단에서 자체 생성되거나 시스템운용부로부터 제공받을 수 있다. 그리고 시스템운용부로부터 제공되는 비주기 관련 정보에 따라, 퍼필터 LMS의 에러(Error) 목표치 설정에 따른 에러량 처리를 한다. That is, an active coefficient that is a weight as a result of the LMS processing of the per-filter LMS stage is obtained, and signal processing is performed in such a way that the active coefficient is applied to an arbitrary per-filter coefficient. The T period or G weight required for weight calculation may be generated by the per-filter LMS stage or provided from the system operation unit. And, according to the aperiodic-related information provided from the system operation unit, the error amount is processed according to the error target value setting of the per-filter LMS.
적응퍼필터LMS단은, 적응퍼필터LMS단의 출력인 Xo(n)과 샘플링조절합정처리단의 출력인 Hs(n)을 합성하여 생성되는 차 신호를 에러 신호(Xerr(n))로서 입력받는다. 주기 잡음을 감쇄시키고자 하는 경우에는, 에러 신호(Xerr(n))가 0에 가까워질 때까지, 특히, 에러 신호가 0이 될 때까지 적응퍼필터의 계수값을 수정하면서 반복적으로 필터링을 수행한다(순환 신호 처리). The adaptive per-filter LMS stage inputs, as an error signal (Xerr(n)), a difference signal generated by synthesizing Xo(n), which is the output of the adaptive per-filter LMS, and Hs(n), which is the output of the sampling adjustment and matching processing stage. receive When the periodic noise is to be attenuated, the filtering is repeatedly performed while modifying the coefficient values of the adaptive per-filter until the error signal Xerr(n) approaches 0, in particular, until the error signal becomes 0. (cyclic signal processing).
비주기성 잡음이라고 인식된 부분이 존재하면, 해당 부분의 스펙트럼 정보를 얻고, 해당 부분의 에러 신호의 목표치를 설정하고, 에러 신호(Xerr(n))가 목표치에 도달할 때까지 상기한 순환 신호 처리를 계속한다. 예를 들면, 목표치는 0 이상(바람직하게는, 0 초과) 0.2 이하로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 0.1일 수 있다. If there is a part recognized as aperiodic noise, the spectral information of the part is obtained, the target value of the error signal of the part is set, and the above-described cyclic signal processing is performed until the error signal Xerr(n) reaches the target value. continue with For example, the target value may be set to 0 or more (preferably, more than 0) 0.2 or less, preferably 0.1.
이와 같은 절차로, 주기/비주기잡음처리단에 입력되는 신호(Xcr(n))에 포함된 주기/비주기 잡음이 제거될 수 있다. Through this procedure, periodic/aperiodic noise included in the signal Xcr(n) input to the periodic/aperiodic noise processing stage may be removed.
에러 신호(Xerr(n))가 0이거나 임의의 목표치 수준으로 낮아질 때, 퍼필터LMS단의 출력 신호(Xo(n))에서 주기/비주기 잡음에 대응하는 주파수 성분이 감쇄되었다고 간주할 수 있다. When the error signal Xerr(n) is 0 or lowered to an arbitrary target level, it can be considered that the frequency component corresponding to periodic/aperiodic noise in the output signal Xo(n) of the per-filter LMS stage is attenuated. .
퍼필터의 각 탭에 가중치(W0(n), W1(n), W2(n), ... Wm(n))를 적용함에 따라, 원하는 주파수를 제어하는 필터링을 구현할 수 있다. 이런 처리를 수행한 후 LMS 결과에서 주기/비주기 잡음(또는, 에러 신호(Xerr(n)))을 판단한다. 주기성 신호인 경우에는, 에러 신호가 0에 가까워질 때까지 능동 계수를 조정하여 반복 적용하는 방식으로 주기적 잡음을 감쇄시킨다. 비주기성 신호인 경우에는 신호분석부(150)의 스펙트럼 정보에 따른 시스템운용부(160)의 제어 신호(ctl_io)에 따라, 샘플링 조건을 조절하고 또한 퍼필터LMS단의 에러 신호 목표치를 설정하고, 에러 신호가 목표치에 도달할 때까지 퍼필터의 능동 계수를 조정하여 반복 처리하는 방식으로 비주기적 잡음을 감쇄시키게 된다. By applying weights (W 0 (n), W 1 (n), W 2 (n), ... Wm(n)) to each tap of the perfilter, filtering that controls a desired frequency can be implemented. After performing this process, periodic/aperiodic noise (or error signal Xerr(n)) is determined from the LMS result. In the case of a periodic signal, the periodic noise is attenuated in such a way that the active coefficient is adjusted and applied repeatedly until the error signal approaches zero. In the case of an aperiodic signal, according to the control signal (ctl_io) of the system operation unit 160 according to the spectrum information of the
예를 들면, 정신호(Hs(n))와 역신호(H's(n))를 능동적으로 신호 처리하여 에러 신호(Xerr(n))를 산출하게 되는데, 스펙트럼 정보에 따른 순간 변위량을 감시하여 잡음이 주기성인 것으로 판단되면 에러 신호의 목표치를 0으로 설정하고, 잡음이 비주기성인 것으로 판단되면 에러 신호 목표치를 0.2 이하 또는 0.1 근처의 값, 즉, 0에 가깝지만 0이 아닌 값으로 설정할 수 있다. For example, an error signal (Xerr(n)) is generated by actively processing the mental signal (Hs(n)) and the inverse signal (H's(n)). If it is determined that the error signal is periodic, the target value of the error signal may be set to 0, and if it is determined that the noise is non-periodic, the target value of the error signal may be set to a value of 0.2 or less or near 0.1, that is, a value close to 0 but not 0.
일반적으로, LMS 알고리즘에서, 주기 신호는, 비교에 의한 에러값이 0이 될 때까지 수행함으로써, 최대로 감쇄될 수 있다. 하지만, 비주기 신호를 감쇄시키려는 경우에는, 처리하는 샘플의 개수를 늘려서 분석량을 높이게 되는데, 이때 에러값을 0으로 설정하면, 감쇄 대상인 주기/비주기 신호를 포함한 주변 신호까지 감쇄될 수 있어서, 오히려 음질의 열화를 초래하게 된다. 따라서, 비교에 의한 에러 신호의 목표치를 0이 아니면서 0에 가까운 임의의 값으로 설정함으로써, 음질 열화를 줄이면서도 비주기 잡음을 제거할 수 있게 된다. 에러 신호의 바람직한 목표치는, 0.1 이하일 수 있다(이것은 잡음의 90% 감쇄에 해당할 수 있다). In general, in the LMS algorithm, the periodic signal can be maximally attenuated by performing until the error value by comparison becomes 0. However, in the case of attenuating the aperiodic signal, the amount of analysis is increased by increasing the number of samples to be processed. Rather, it causes deterioration of sound quality. Therefore, by setting the target value of the error signal by comparison to an arbitrary value close to zero, but not zero, it is possible to reduce sound quality deterioration and to remove aperiodic noise. A desirable target for the error signal may be 0.1 or less (this may correspond to a 90% attenuation of noise).
한편, 퍼필터는 각 탭(tap)마다 딜레이를 가지고 있다. 따라서, 주기 잡음 및/또는 비주기 잡음을 감쇄시키는 경우, 잡음 제거의 경계치(Threshold)에서의 음손실을 방지하기 위해서, 입력된 임계처리 신호(Xcr(n))를 퍼필터의 처리 시간만큼 지연(Δt)시켜서 지연 신호(Xbuf(n))를 생성한다. 이 지연 신호(Xbuf(n))는 레벨리미트단에 의해 음량 가중치가 조절될 수 있다. 즉, 도 10에 나타낸 바와 같이, 레벨리미트단의 가중치 특성에 따라 기준선 이하의 낮은 레벨의 유효영역만을 활용하여 출력신호(Nnp(n))를 생성할 수 있다. 생성된 신호는, 주기/비주기 잠음 감쇄 처리에 의하여 수반된 신호 왜곡 및 레벨 저하 등을 보상하기 위한 보상 신호(Nnp(n))로서 출력된다.On the other hand, the per-filter has a delay for each tap. Therefore, in the case of attenuating periodic noise and/or aperiodic noise, in order to prevent sound loss at the threshold of noise removal, the input threshold processing signal Xcr(n) is reduced by the processing time of the perfilter. A delay signal Xbuf(n) is generated by delaying [Delta]t. The volume weight of this delay signal Xbuf(n) may be adjusted by the level limit stage. That is, as shown in FIG. 10, it is possible to generate the output signal Nnp(n) by using only the effective area of a low level below the reference line according to the weight characteristic of the level limit stage. The generated signal is output as a compensation signal Nnp(n) for compensating for signal distortion and level drop, etc. accompanied by periodic/non-periodic locking sound attenuation processing.
결과적으로, 보상 신호(Nnp(n))는, 잡음으로서 간주될 주기/비주기 신호의 경계치(Threshold)에서의 음손실에 따른 음성의 명료도 저하 문제를 개선하기 위한 것이다. 즉, 입력된 임계처리 신호(Xcr(n))를 주기/비주기 잡음 감쇄 처리에 소요된 시간만큼 데이터를 지연시키고 이를 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))에 합성함으로써, 잡음 제거 처리에 수반하여 왜곡되고 레벨 저하된 잡음 주변 음성 부분에 대하여 보상이 이루어져서, 잡음은 저하되면서도 음성은 보상되어 명료해진 신호를 얻을 수 있게 된다. As a result, the compensation signal Nnp(n) is intended to improve the problem of speech intelligibility degradation due to sound loss at the threshold of a periodic/aperiodic signal to be regarded as noise. That is, noise is removed by delaying the input thresholding signal Xcr(n) by the time required for periodic/aperiodic noise reduction processing and synthesizing it with the periodic/aperiodic noise reduction signal Np(n). Compensation is made for a portion of the noise surrounding the noise, which has been distorted and lowered in level due to the processing, so that the voice is compensated while the noise is lowered, so that a clearer signal can be obtained.
본 발명에서 퍼필터를 이용하는 이유는, 잡음 감쇄 처리될 신호의 선형 위상을 유지하기 위함이다. 즉, 퍼필터가 선형성을 가지므로, 신호의 역상을 혼합할 때, 잡음 신호가 선형적으로 제거될 수 있다. The reason for using the per-filter in the present invention is to maintain the linear phase of the signal to be subjected to noise reduction processing. That is, since the perfilter has linearity, when mixing the opposite phases of the signal, the noise signal can be linearly removed.
주기/비주기 잡음이 감쇄된 신호(Np(n))는, H's(n) × Wm(n)로 표현되는 퍼필터를 통과한 신호로서, Np(n) = ∑ Wm(n) × H's(n-m)로 표현될 수 있다. The signal (Np(n)) in which periodic/aperiodic noise is attenuated is a signal that has passed through a perfilter expressed by H's(n) × Wm(n), and Np(n) = ∑ Wm(n) × H's( n-m).
주기/비주기잡음처리단(121)은, 능동 알고리즘을 이용하여 신호(H's(n))에 적응퍼필터 계수(Wm(n))를 적용하여, 평균 제곱의 에러로 인지되는 신호를 최소화하는 처리를 수행한다. 여기서, 에러 신호로 인지되는 부분은, 도 9를 참고할 때, Xerr(n) = Hs(n) + Xo(n)으로 표현된다. Xo(n)은 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))와 동일한 신호이다. 다만, Xo(n)은 에러 신호가 목표치에 도달할 때까지 순환처리된다.The periodic/aperiodic
여기서, 샘플링조절합정처리단의 전달 함수를 Hs(n)으로 하고, 샘플링조절합역처리단의 전달 함수를 H's(n)라고 하면, 에러 신호는 Xerr(n) = Hs(n) + Xo(n)로 표현되며, 여기에 능동 알고리즘의 평균 제곱근을 취하면, 다음과 같이 정리된다.Here, if the transfer function of the sampling adjustment processing stage is Hs(n) and the transfer function of the sampling adjustment processing stage is H's(n), the error signal is Xerr(n) = Hs(n) + Xo(n) ), and taking the root mean square of the active algorithm, it is arranged as follows.
▽²Xerr(n) = 2 Xerr(n)×(dXerr(n)/dW(n)) = 2 Xerr(n)×d{Hs(n) + (H's(n) × [Wm(n)]t)}/dW(n) ▽²Xerr(n) = 2 Xerr(n)×(dXerr(n)/dW(n)) = 2 Xerr(n)×d{Hs(n) + (H’s(n) × [Wm(n)]t )}/dW(n)
즉, Hs(n)와 H's(n)는 서로 역상 관계에 있는 신호이다. 따라서, [Wm(n)]t에 대하여 능동 계수 벡터 테이블에 의한 주기적 상호 상쇄 처리를 수행할 때, Xerr(n)가 0에 근접하게 되면 주기성 신호가 제거되었음을 의미할 수 있고, Xerr(n)가 0이 아닌 임의의 설정값(예를 들면, 0.2 이하의 목표치)에 근접하게 되면 (비주기성 신호를 고려한 주기성 신호의 감쇄 처리에 해당하여) 주기성 신호가 완전히 상쇄되지는 않았지만 비주기성 신호가 충분히 상쇄되었다고 간주될 수 있다. 이러한 처리의 결과로, Xo(n)에 포함된 주기적 신호들이 제거된다. That is, Hs(n) and H's(n) are signals in an antiphase relation to each other. Therefore, when Xerr(n) approaches 0 when performing periodic mutual cancellation processing by the active coefficient vector table on [Wm(n)]t, it may mean that the periodicity signal is removed, and Xerr(n) When is close to any non-zero set value (for example, a target value of 0.2 or less), the periodic signal is not completely canceled (corresponding to the attenuation processing of the periodic signal considering the aperiodic signal), but the aperiodic signal is sufficiently can be considered offset. As a result of this processing, periodic signals contained in Xo(n) are removed.
또한, 데이터매칭단에서 퍼필터를 통과하는 처리 시간만큼의 지연 시간을 보상하고, 레벨리미트단에서 소정의 유효 영역만 처리함으로써, 보상 신호(Nnp(n))를 생성할 수 있다. In addition, the compensation signal Nnp(n) can be generated by compensating for a delay time corresponding to the processing time passing through the per-filter at the data matching stage and processing only a predetermined effective area at the level limit stage.
한편, LMS 능동 알고리즘으로 주기/비주기성 신호를 감쇄시키기 위해서는 어느 정도까지를 주기성 신호로 볼 것인지 또는 비주기성 신호로 볼 것인지에 대한 판단이 필요하고 또한, 주기/비주기성 신호를 어느 정도까지 감쇄시킬 것인지에 대한 판단이 필요하다.On the other hand, in order to attenuate the periodic/aperiodic signal with the LMS active algorithm, it is necessary to determine to what extent the periodic/aperiodic signal is regarded as a periodic signal or an aperiodic signal. judgment is required for
이러한 판단 및 감쇄 정도는, 시스템운용부(160)가 샘플링조절합정처리단과 샘플링조절합역처리단과 적응퍼필터LMS단에 적용되는 주기(t)와 가중치(G)를 자동으로 또는 수동으로 제어함으로써 조절될 수 있다.The determination and the degree of attenuation are adjusted by the system operation unit 160 automatically or manually controlling the period (t) and the weight (G) applied to the sampling adjustment sum processing stage, the sampling adjustment sum processing stage, and the adaptive per-filter LMS stage. can be
음향 신호로부터 주기/비주기 신호를 감쇄시키는 정도가 커지면, 오히려 잔상 효과를 일으키는 잡음이 발생하게 된다. 그래서 이러한 문제를 해결하고자, 데이터매칭단을 통과한 신호(Xbuf(n))에 레벨리미트단의 가중치인 낮은 레벨의 유효영역만을 활용한 보상 신호(Nnp(n))를 이용하는 것이다. When the degree of attenuation of the periodic/aperiodic signal from the acoustic signal is increased, noise causing an afterimage effect is generated. So, in order to solve this problem, a compensation signal Nnp(n) using only a low-level effective region, which is a weight of the level limit stage, is used for the signal Xbuf(n) that has passed through the data matching stage.
도 11은 변위조절단의 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 변위조절단(122)은, 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))에 여전히 잔류하는 유발 잡음 부분을 감쇄시키기 위해 추가될 수 있다. 11 is a view for explaining the structure of the displacement control stage in more detail. The
변위조절단(122)은, 전처리 이득(Pre G), 잡음 변위기울기, 후처리 이득(Post G)을 포함하여 구성된다. 전처리 이득과 후처리 이득은 신호의 레벨을 평준화하기 위해 적용될 수 있으며. 잡음 변위 기울기는 유발 잡음 부분의 일부를 감쇄시키기 위해 적용된다. 잡음 변위 기울기는 소리의 시간 변형을 제어하는 Attack, Release, Sustain, Decay Time에 따른 음파의 변형과 음량의 높낮이에 따른 이득 기울기를 제어함으로써, 잔상 잡음을 감쇄시킨다. 임계범위보다 높은 부분과 낮은 부분을 모두 감쇄시키는 기울기 특성 기능을 갖는다.The
도 12는 잡음 변위기울기 특성에 따라 레벨을 제어하는 예를 보여준다. 도면에서 가로축은 신호의 입력값이고, 세로축은 신호의 출력값이다. 기준선은, 신호의 입력 대 출력의 비가 선형적으로 증가하도록 구성된 일정한 기울기를 가진 직선이다. 변위선은, 신호의 이득을 어떤 입력값에 대해서는 기준선보다 높이고 다른 부분은 기준보다 레벨을 낮추는 방식으로 제어하는 것을 나타낸다. 이러한 변위선을 조절함으로써 잔상 잡음을 제어할 수 있다. 12 shows an example of controlling the level according to the noise displacement gradient characteristic. In the figure, the horizontal axis is the input value of the signal, and the vertical axis is the output value of the signal. The reference line is a straight line with a constant slope configured such that the ratio of the input to output of the signal increases linearly. The displacement line indicates that the gain of the signal is controlled in such a way that for some input values, the gain is higher than the reference line, and for others, the level is lower than the reference line. By adjusting these displacement lines, the afterimage noise can be controlled.
즉, 변위조절단(122)은, 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))에 대하여 음량 제어, 기울기에 따른 임계치 처리를 통한 잔상 잡음 제어를 수행함으로써, 신호(Ncp(n))를 생성한다.That is, the
도 13은 잡음조절합성단의 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 잡음조절합성단(123)은, 변위조절단(122)으로부터의 신호(Ncp(n))와, 주기/비주기잡음처리단(121)으로부터의 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))와, 보상 신호(Nnp(n))의 각각에 대하여, 각자의 이득을 조정하기 위한 가중치 블럭들(G1, G2, G3)을 적용한다. 그리고 이득 조정된 신호들을 합성하여 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))로서 출력하는 신호합성단 블럭을 구비한다. 13 is a diagram for explaining the structure of a noise control synthesis stage in more detail. The noise control and
입력되는 주기/비주기 잡음 감쇄 신호(Np(n))와, 음량변위 기울기 신호(Ncp(n))와, 시간지연과 유효영역 리미트 제어가 이루어진 보상 신호(Nnp(n))를 합성함으로써, 신호 위상의 시간 지연에 의해 발생하는 울림 현상이 제거될 수 있으며, 주기/비주기 잡음 감쇄에 향상된 효과가 나타난다. By synthesizing the input periodic/aperiodic noise attenuation signal Np(n), the volume displacement slope signal Ncp(n), and the compensation signal Nnp(n) with time delay and effective area limit control, The ringing phenomenon caused by the time delay of the signal phase can be eliminated, and an improved effect on periodic/aperiodic noise attenuation appears.
도 14는, 신호선별합성부의 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 도 15는 도 14의 구성을 다른 방식으로 도시한 도면이다. 14 is a diagram for explaining the structure of the signal selection and synthesis unit in more detail. 15 is a diagram illustrating the configuration of FIG. 14 in another manner.
신호선별합성부(130)는, 잡음조절합성단(123)이 출력한 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를, 다양한 출력 수단(예를 들면, 헤드셋, Com, Dts 등)에 맞추어, 각자의 가중치를 부가하여 조절함으로써 출력 신호들(Sh(n), Sc(n), Sd(n))을 생성한다. The signal selection and
Sh(n) = Xnc(n) × Gh, Sc(n) = Xnc(n) × Gc, Sd(n) = Xnc(n) × Gd으로 표현될 수 있다.Sh(n) = Xnc(n) × Gh, Sc(n) = Xnc(n) × Gc, and Sd(n) = Xnc(n) × Gd.
각각의 디지털 신호들은, 음성을 출력하는 출력 수단의 종류에 따라, 아날로그 신호로 변환하는 DAC에 서로 다른 기준값을 설정할 필요가 있다. DAC들의 변환 특성은, 회로(예를 들면, 디지털-아날로그 컨버터)의 고유의 특성에 따라, 0.6 ~ 2까지 다를 수 있다. 이러한 DAC 특성을 보상하기 위해서 가중치들(Gh, Gc, Gd)을 적용할 수 있다. For each digital signal, it is necessary to set different reference values for the DAC that converts the digital signals into analog signals according to the type of output means for outputting the audio. The conversion characteristics of the DACs may vary from 0.6 to 2 depending on the inherent characteristics of the circuit (eg, digital-to-analog converter). In order to compensate for such a DAC characteristic, weights Gh, Gc, and Gd may be applied.
인터컴 시스템에서, 헤드셋 출력은 사용자들이 직접 듣기 위한 신호이고, Com 신호 출력은 통신을 통하여 외부 장치로 전송하는 신호이며, Dts 신호 출력은 상호 통화한 모든 음성 신호를 녹음하기 위한 신호로서 블랙박스 등에 녹음하기 위한 신호이다. 이러한 다양한 출력 신호들은, 수행, 전송, 기록 매체에 따라 출력값이 각기 다른 기준치를 가질 수 있다. 그래서 이러한 신호들을 디지털적으로 1차 매칭하여 출력하는 기능을 신호선별합성부(130)에서 처리할 수 있다. In the intercom system, the headset output is a signal for users to hear directly, the COM signal output is a signal transmitted to an external device through communication, and the Dts signal output is a signal for recording all voice signals communicated with each other and recorded in a black box, etc. is a signal to These various output signals may have different reference values of output values according to performance, transmission, and recording media. Therefore, the function of digitally primary matching and outputting these signals can be processed by the signal selection and
도 16은 전력증폭부 구조를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 전력증폭부(140)는, 신호선별합성부(130)에서 출력하는 헤드셋 신호(Xsh(t)), Com 신호(Xsc(t)), Dts 신호(Xsd(t))를 각각 입력받아서, 각 신호의 출력 수단에 맞는 전력 증폭을 위하여 각자의 가중치(PGh, PGc, PGd)를 부가한 전력 증폭 처리를 수행한다. 16 is a diagram for explaining the structure of the power amplifier in more detail. The
헤드셋 신호(Xsh(t))에 대하여, 헤드셋 전력 증폭에 필요한 가중치(PGh)를 제공함으로써, 최적의 출력 신호를 제공한다. 이것은, Headset_Out = Xsh(t) × PGh으로 표현될 수 있다. For the headset signal Xsh(t), an optimal output signal is provided by providing a weight PGh necessary for headset power amplification. This may be expressed as Headset_Out = Xsh(t) × PGh.
Com 신호(Xsc(t))에 대하여, Com 통신의 전력 증폭에 필요한 가중치(PGc)를 제공하여, 원하는 출력 신호를 제공한다. 이것은, Com_Out = Xsc(t) × PGc으로 표현될 수 있다. With respect to the Com signal Xsc(t), a weight PGc necessary for power amplification of Com communication is provided to provide a desired output signal. This can be expressed as Com_Out = Xsc(t) x PGc.
Dts 신호(Xsd(t))에 대하여, Dts 기록 신호의 전력 증폭에 필요한 가중치(PGd)를 제공하여, 원하는 출력 신호를 제공한다. 이것은, Dts_Out = Xsd(t) × PGc로 표현될 수 있다. For the Dts signal Xsd(t), a weight PGd necessary for power amplification of the Dts write signal is provided to provide a desired output signal. This can be expressed as Dts_Out = Xsd(t) x PGc.
전술한 바와 같은 구성에 따른 본 발명에 따른 잡음 감쇄 장치는, 인터컴 시스템에서, 입력 채널마다 단일의 저임피던스 마이크를 구비하고, 단일의 저임피던스 마이크에 의해 수음된 음압 신호로부터, 유입된 주변 잡음 및 높은 증폭도의 증폭에 의해 발생한 잡음 성분을 선택적으로 감쇄시키고, 각 음향 처리 단계마다 생성되는 다양한 출력 신호들을 선별적으로 가중 혼합하여 청취자에게 제공함으로써, 청취자가 원하는 방식으로 소리를 청취할 수 있게 된다. The noise attenuation apparatus according to the present invention according to the above-described configuration includes a single low-impedance microphone for each input channel in an intercom system, and ambient noise introduced from the sound pressure signal picked up by the single low-impedance microphone and high amplification degree By selectively attenuating noise components generated by the amplification of , and selectively weighting and mixing various output signals generated in each sound processing step, and providing them to the listener, the listener can listen to the sound in the desired way.
또한, 다양한 출력 신호들(Np(n), Nnp(n), Ncp(n)) 간에 주기/비주기성 잡음 감쇄를 실행하며, 주기/ 비주기성 잡음 감쇄 처리에 필요한 시간 지연을 고려한 신호를 합성시키고, 음성의 주파수 분포 대역을 조절함으로써, 명료도 높은 소리를 제공할 수 있다.In addition, periodic/aperiodic noise reduction is performed between various output signals (Np(n), Nnp(n), and Ncp(n)), and a signal considering the time delay required for periodic/aperiodic noise reduction processing is synthesized. , by adjusting the frequency distribution band of the voice, it is possible to provide a sound with high intelligibility.
Claims (6)
상기 저임피던스 마이크에 의해 생성된 음압 신호(Xmic1(t))를, 임피던스 매칭 처리를 수행하고, 원하는 증폭도에 따른 가변증폭 처리를 수행하고, 디지털 변환 처리를 수행하여 전처리 신호(Xsm(n))를 출력하는, 입력매칭가변증폭변환부(100);
상기 전처리 신호(Xsm(n))의 주파수 성분을 분석하여 스펙트럼 정보(Xspec(n))를 생성하는, 신호분석부(150);
상기 전처리 신호(Xsm(n))의 음색을 제어하고, 상기 전처리 신호(Xsm(n))의 임계레벨 기울기를 제한하는 처리를 수행하여 임계처리 신호(Xcr(n))를 생성하는, 음색기울기처리부(110);
상기 임계처리 신호(Xcr(n))로부터 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 근거하여 감지된 주기/비주기 신호를 감쇄시킨 신호(Np(n))와, 상기 신호(Np(n))의 출력 레벨을 입력 레벨에 따라 능동적으로 조정하여 신호(Ncp(n))를 생성하고, 상기 주기/비주기 신호를 감쇄시키는 처리에 수반하는 시간 지연을 상기 임계처리 신호(Xcr(n))에 적용하여 신호(Nnp(n))를 생성하고, 상기 신호(Np(n)), 상기 신호(Ncp(n)), 및 상기 신호(Nnp(n))를 합성하여 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 생성하는, 잡음관리부(120);
상기 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 인터컴 시스템에서 요구하는 특성의 아날로그 신호들(Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t))로 변환하여 출력하는 신호선별합성부(130);
상기 아날로그 신호들(Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t))의 각각을 각자의 출력 수단에서 요구하는 전력으로 증폭하여 출력하는, 전력증폭부(140); 및
상기 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 기초하여, 상기 입력매칭가변증폭변환부(100), 상기 음색기울기처리부(110) 및 상기 잡음관리부(120)에서 수행되는 필터링 또는 레벨 제어의 가중치를 변경하는, 시스템운용부(160)를 포함하고,
상기 잡음관리부(120)는:
상기 임계처리 신호(Xcr(n))의 샘플링된 샘플들의 역신호(H's(n))들을 소정 개수씩 적응퍼필터LMS단에 입력하고, 상기 적응퍼필터LMS단의 출력신호(Xo(n) = Np(n))와 상기 임계처리 신호(Xcr(n))의 샘플링된 샘플들의 정신호(Hs(n))를 비교하여 에러 신호(Xerr(n))를 산출하고, 산출된 상기 에러 신호(Xerr(n))가 소정의 목표치에 도달할 때까지, 상기 출력신호(Xo(n))를 다시 상기 적응퍼필터LMS단에 입력시키는 것을 반복함으로써, 상기 출력신호(Xo(n))에서 잡음을 감쇄시키도록 구성되고,
상기 시스템 운용부(160)는:
상기 출력신호(Xo(n))에서 비주기성 잡음을 감쇄시키기 위하여, 상기 적응퍼필터LMS단에 입력할 상기 샘플들의 개수를 조절하고 - 상기 샘플들의 개수는, 상기 스펙트럼 정보(Xspec(n))에 기초하여 결정되되, 소정의 샘플링 윈도우 내에서 주기성 잡음과 비주기성 잡음의 감지 여부에 따라 결정됨 -, 또한, 상기 에러 신호(Xerr(n))의 상기 목표치를 0 초과 0.2 이하의 값으로 설정하고, 그리고
상기 잡음관리부(120)는:
상기 출력신호(Xo(n))에, 상기 임계처리 신호(Xcr(n))를 상기 적응퍼필터LMS단의 시간 지연만큼 지연시켜 생성한 보상 신호(Nnp(n)) - 상기 시간 지연은, 상기 개수 조절된 샘플들이 상기 적응퍼필터LMS단에서 처리되는 시간에 대응하여 조절됨 - 를 합성하여 상기 잡음 감쇄 신호(Xnc(n))를 생성하는 것을 특징으로 하는,
인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크가 수음한 음성신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치.A device for attenuating noise from a voice signal picked up by a low-impedance microphone in an intercom system, comprising:
The sound pressure signal (Xmic1(t)) generated by the low-impedance microphone is subjected to impedance matching processing, variable amplification processing is performed according to the desired amplification level, and digital conversion processing is performed to obtain the preprocessed signal (Xsm(n)) Outputting, the input matching variable amplification conversion unit 100;
a signal analysis unit 150 that analyzes a frequency component of the preprocessed signal Xsm(n) to generate spectrum information Xspec(n);
To control the tone of the pre-processed signal Xsm(n) and perform a process for limiting the slope of the threshold level of the pre-processed signal Xsm(n) to generate the threshold signal Xcr(n) processing unit 110;
A signal Np(n) obtained by attenuating a periodic/aperiodic signal sensed based on the spectral information Xspec(n) from the thresholding signal Xcr(n), and the signal Np(n) Actively adjusts the output level according to the input level to generate a signal Ncp(n), and applies a time delay accompanying the process of attenuating the periodic/aperiodic signal to the thresholding signal Xcr(n) to generate a signal Nnp(n), and synthesize the signal Np(n), the signal Ncp(n), and the signal Nnp(n) to obtain a noise attenuation signal Xnc(n) ), the noise management unit 120;
a signal selection and synthesis unit 130 for converting the noise attenuation signal Xnc(n) into analog signals Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t)) having characteristics required by the intercom system and outputting the converted signal;
a power amplifier 140 for amplifying and outputting each of the analog signals Xsh(t), Xsc(t), Xsb(t) with power required by each output means; and
Based on the spectrum information (Xspec(n)), the weight of filtering or level control performed by the input matching variable amplification conversion unit 100, the tone gradient processing unit 110, and the noise management unit 120 is changed. , including a system operation unit 160,
The noise management unit 120 includes:
A predetermined number of inverse signals H's(n) of sampled samples of the thresholding signal Xcr(n) are input to the adaptive per-filter LMS stage, and the output signal Xo(n) of the adaptive per-filter LMS stage = Np(n)) and the spirit signal Hs(n) of sampled samples of the thresholding signal Xcr(n) to calculate an error signal Xerr(n), and the calculated error signal Xerr(n) By repeating inputting the output signal Xo(n) back to the adaptive per-filter LMS stage until Xerr(n)) reaches a predetermined target value, noise in the output signal Xo(n) is repeated. is configured to attenuate
The system operation unit 160 is:
In order to attenuate aperiodic noise in the output signal Xo(n), the number of samples to be input to the adaptive per-filter LMS stage is adjusted - the number of samples is equal to the spectral information Xspec(n)) is determined based on, but determined according to whether periodic noise and aperiodic noise are detected within a predetermined sampling window - Also, the target value of the error signal Xerr(n) is set to a value greater than 0 and less than or equal to 0.2, , and
The noise management unit 120 includes:
The compensation signal Nnp(n)) generated by delaying the threshold processing signal Xcr(n) in the output signal Xo(n) by the time delay of the adaptive per-filter LMS stage - the time delay, characterized in that the noise attenuation signal Xnc(n) is generated by synthesizing the adjusted number of samples adjusted according to the time processed by the adaptive per-filter LMS stage,
A device that attenuates noise from a voice signal picked up by a low-impedance microphone in an intercom system.
상기 저임피던스 마이크는, 5Ω에서 150Ω 사이의 임피던스를 갖는 것을 특징으로 하는, 인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크가 수음한 음성신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치.The method of claim 1,
The low-impedance microphone is a device for attenuating noise from the voice signal collected by the low-impedance microphone in the intercom system, characterized in that it has an impedance between 5Ω and 150Ω.
상기 샘플들의 개수는, 상기 샘플링 윈도우를 300ms의 범위에서 넓거나 작게 조절함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는, 인터컴 시스템에서 저임피던스 마이크가 수음한 음성신호로부터 잡음을 감쇄시키는 장치.The method of claim 1,
The number of samples is an apparatus for attenuating noise from a voice signal picked up by a low-impedance microphone in an intercom system, characterized in that it is adjusted by adjusting the sampling window to be wide or small in a range of 300 ms.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220028921A KR102443510B1 (en) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | Apparatus for reducing noise from voice signal of low-impedance microphone in intercom system |
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| KR (1) | KR102443510B1 (en) |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101395329B1 (en) | 2008-01-23 | 2014-05-16 | 에스케이텔레콤 주식회사 | Method And Mobile Communication Terminal for Removing Noise by Using Two Microphones |
| KR101789781B1 (en) * | 2016-08-31 | 2017-10-25 | 주식회사 라스텔 | Apparatus and method for attenuating noise at sound signal inputted from low impedance single microphone |
-
2022
- 2022-03-07 KR KR1020220028921A patent/KR102443510B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 최영훈 외 2명, ‘능동소음제어를 위한 적응필터 알고리즘의 비교 연구’, 2010년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp.1934~1935, 2010.07.14.* * |
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