KR20000034465A - 구간분할에 의한 피크성 잡음 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신시스템에서 구간분할에 의해 피크성 잡음을 검출하는 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 방법은 입력신호를 고역필터링하는 제1 단계, 고역필터링된 신호를 프레임단위로 구분하고, 각 프레임을 멀티레벨로 구간분할하는 제2 단계, 분할된 각 구간에서 최대치를 구하는 제3 단계, 분할된 구간들중에서 현 구간(K)의 최대치에 임계비를 곱하는 제4 단계, 제4단계에서 구한 현 구간(K구간)의 계산값과 인접구간(K-1구간과 K+1구간)의 최대치를 비교하는 제5 단계; 및 비교결과, 현 구간의 계산값이 인접구간의 최대치보다 크면, 현 구간에 피크성 잡음이 존재하는 것으로 판정하고, 인접구간의 어느 한 최대치라도 현 구간의 계산값보다 크거나 같으면 피크성 잡음이 존재하지 않는 것으로 판정하는 단계로 구성된다.

따라서, 본 발명에 따르면 오디오신호를 소정의 샘플수를 갖는 프레임으로 일차 구분한 후 각 프레임을 다단계에 걸쳐 미소 구간으로 분할하여 각 구간의 최대치와 인접구간의 최대치를 비교하여 피크성 잡음 여부를 검출하므로써 용이하게 피크성 잡음을 검출할 수 있다.

Description

구간분할에 의한 피크성 잡음 검출방법(Method of detecting peak noise by band segmentation)

본 발명은 통신시스템에서 구간분할에 의해 피크성 잡음을 검출하는 방법에 관한 것이다.

실제 물리적인 시스템에서 수신기에 도달한 신호는 송신기에서 보내온 신호전압에 시간변화에 대해 전혀 예측할 수 없는 파형을 동반하게 되는 바, 이를 잡음(noise)이라 한다. 이와 같이 수신된 신호는 대부분 잡음에 의해 와전되거나 오염되어 원래의 신호를 재생하기 어려워지므로 효과적으로 잡음을 제거할 필요가 있다. 이때 잡음을 제거하기 위해서는 수신신호에 포함된 잡음의 특성을 파악할 필요가 있는데, 이러한 잡음은 통신채널의 종류에 따라 다양한 특성을 나타낸다. 예컨대, 잡음을 주파수영역으로 특성화시켜 볼 때 가우스성 잡음, 백색잡음, 피크성 잡음 등으로 구분될 수 있고, 각 잡음을 제거하기 위하여 필터링을 하게 된다.

그런데, 피크성 잡음은 순간적으로 발생되기 때문에 검출이 용이하지 않고, 따라서 이를 제거하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 종래에 피크성 잡음을 검출하는 방법은 단구간 에너지를 이용하여 임계값을 정하고, 그 구간의 에너지를 비교하여 결정하였는데, 파열음이나 타악기음과 같은 신호를 피크성 잡음과 구별하기 힘든 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 수신된 신호의 프레임을 다수개의 구간으로 구분한 후, 각 구간의 최대치를 인접 구간의 최대치와 비교하여 피크성 잡음을 검출하기 위한 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 입력신호를 고역필터링하는 제1 단계; 고역필터링된 신호를 프레임단위로 구분하고, 각 프레임을 멀티레벨로 구간분할하는 제2 단계; 분할된 각 구간에서 최대치를 구하는 제3 단계; 분할된 구간들중에서 현 구간(K)의 최대치에 임계비를 곱하는 제4 단계; 상기 제4단계에서 구한 현 구간(K구간)의 계산값과 인접구간(K-1구간과 K+1구간)의 최대치를 비교하는 제5 단계; 및 상기 비교결과, 현 구간의 계산값이 인접구간의 최대치보다 크면, 현 구간에 피크성 잡음이 존재하는 것으로 판정하고, 인접구간의 어느 한 최대치라도 현 구간의 계산값보다 크거나 같으면 피크성 잡음이 존재하지 않는 것으로 판정하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 통신시스템을 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따라 피크성 잡음을 검출하는 방법을 도시한 흐름도,

도 3은 본 발명을 설명하기 위하여 도시한 신호 파형도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11: 소스코딩부 12: 채널코딩부

13: 변조부 14: 전송채널

15: 복조부 16: 채널디코딩부

17: 소스디코딩부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 통신시스템의 송수신 구성을 도시한 블록도이다. 통신시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 송신부가 소스코딩부(11), 채널코딩부(12), 변조부(13)로 이루어지고, 수신부가 복조부(15), 채널디코딩부(16), 소스디코딩부(17)로 이루어져 전송채널(14)을 통해 신호를 송수신한다. 이때 송신신호(S(t))는 통신과정에서 잡음에 의해 변질되어 수신측에서 재생된 신호는 송신시의 신호와 다를 수 있다. 그리고 이러한 오차를 줄이기 위하여 수신측에서는 잡음을 제거하기 위한 각종 필터를 사용하고, 오류를 정정하기 위하여 채널코딩/디코딩을 사용한다.

도 1에서 소스코딩부(11)는 전송하고자하는 신호를 부호화하는 것으로서 영상데이터의 경우 MPEG압축부호화 등이 이에 포함되고, 채널코딩부(12)는 전송중에 에러가 발생되면 이를 검출 및 정정하기 위한 것으로 리드솔로몬 부호화 등이 여기에 해당한다. 이와같이 부호화된 신호는 통신채널에 적합한 방식으로 변조되어 전송채널(14)을 통해 송신되고, 수신부에서는 송신시 변조방식에 대응하는 복조를 수행함과 아울러 채널디코딩, 소스디코딩 등을 처리하여 원래의 신호(s'(t))를 재생한다.

한편, 상기와 같은 통신시스템에서 전송채널을 통과하는 중에 피크성 잡음이 존재할 경우에 이를 효과적으로 검출하는 방법은 제 2 도에 도시된 바와 같이, 입력신호를 고역필터링하는 제1 단계; 고역필터링된 신호를 프레임단위로 구분하고, 각 프레임을 멀티레벨로 구간분할하는 제2 단계; 분할된 각 구간에서 최대치를 구하는 제3 단계; 분할된 구간들중에서 현 구간(K)의 최대치에 임계비를 곱하는 제4 단계; 상기 제4단계에서 구한 현 구간(K구간)의 계산값과 인접구간(K-1구간과 K+1구간)의 최대치를 비교하는 제5 단계; 및 상기 비교결과, 현 구간의 계산값이 인접구간의 최대치보다 크면, 현 구간에 피크성 잡음이 존재하는 것으로 판정하고, 인접구간의 어느 한 최대치라도 현 구간의 계산값보다 크거나 같으면 피크성 잡음이 존재하지 않는 것으로 판정하는 단계로 구성된다.

피크성 잡음(P(t))은 도 3의 (가)에 도시된 바와 같이, 시간축상에 극히 일시적으로 급격하게 상승하였다가 급격하게 감소하는 특성을 갖는다. 이에 비해 타악기 등과 같은 급격한 변화를 갖는 오디오신호(S(t))는 도 3의 (나)에 도시된 바와 같이, 급격히 상승하나 하강할 경우에는 어느정도 완만한 특성을 갖는다.

이러한 특성 이용하여 피크성 잡음과 급격히 변화하는 오디오 신호를 구분할기 위해서는 신호를 구간별로 구분한 후에 순방향(상승시)에서의 급격한 변화와, 역방향(하강시)에서의 급격한 변화를 검출하여 극격히 상승하고 급격히 하강하면 그 신호를 피크성 잡음으로 판정한다.

즉, 클릭이나 임펄스와 같이 시간영역에서의 피크성 잡음은 주파수 영역으로 변환하게 되면 전대역에 걸쳐 존재하는 특성을 갖는다. 따라서 이러한 피크성 잡음을 검출하기 위해서 고역통과필터를 거친 신호를 이용하여 대역분할을 하여 검출한다. 피크성 잡음에 의해 신호가 급격하게 변화할 때는 고주파 대역의 변화가 크게 나타나므로 신호에 묻혀있는 클릭성 잡음도 쉽게 찾을 수 있다.

오디오신호나 음성신호에 있어서 급격한 변화는 갖는 부분은 이와 같은 시간영역 피크성 잡음에 의한 영향 외에 타악기나 파열음 등에 의한 영향도 존재한다.그러나 타악기신호는 에너지의 급격한 변화가 일어나지만 클릭이나 임펄스 잡음의 경우처럼 양 방향(상승 및 하강)에서 급격하게 변화하는 특성을 갖지 않는다. 즉, 타악기 등의 오디오신호는 순방향으로는 급격한 변화가 존재하지만 역방향으로는 천천히 감쇄하는 특성을 갖게 되므로 피크성 잡음과 구분될 수 있다.

본 발명에 따라 피크성 잡음을 검출하기 위해서, 입력되는 오디오신호의 각 프레임을 다단계에 걸쳐 여러개의 구간으로 분할한 후, 각 구간에서 최대 크기값을 인접구간의 최대값과 다음 수학식1 및 수학식 2를 참조하여 비교한다. 예컨대, 44.1KHz의 표본화 주파수를 갖는 오디오신호는 8KHz 차단주파수를 갖는 고역통과필터를 통과시킨 후, 512샘플을 기본 프레임으로 결정한다. 여기에 256샘플, 128샘플 간격으로 512샘플을 구간 분할하여 각 구간에서 최대값을 찾는다. 기본 프레임과 그 프레임이 분할된 구간들에 대해 임계비를 결정하여 각 프레임의 최대값을 비교한다.

mag(P[j][k]×T[j])>mag(P[j][k-1])

mag(P[j][k]×T[j])>mag(P[j][k+1])

상기 수학식1 및 2에서 j는 구간을 나누는 단계를 나타내고, k는 각 단계에서 구간의 인덱스이다. 그리고 T[j]는 각 단계에서의 임계비로서 T[1] = 0.1, T[2] = 0.075, T[3] = 0.05이다.

본 발명의 실시예에서 512샘플을 갖는 하나의 프레임을 3단계에 걸쳐 구간분할할 경우, 각 분할된 샘플 및 구간은 다음 표 1과 같다.

1차구간분할(프레임)	2차구간분할	임계비	3차구간분할	임계비
P[1][1]T[1]=0.1	P[2][1]	0.075	P[3][1]	0.05
			P[3][2]	0.05
	P[2][2]	0.075	P[3][3]	0.05
			P[3][4]	0.05

상기 표 1을 참조하면, 입력오디오신호는 1차 512개의 샘플단위로 프레임(P[1][1])이 형성되고, 각 프레임은 2차 구간분할에서 256개의 샘플을 갖는 2개의 구간(P[2][1], P[2][2])으로 나눠지고, 이어 3차 구간분할에서 128샘플을 갖는 4개의 구간(P[3][1], P[3][2], P[3][3], P[3][4])으로 구분된다. 이와 같이 다단계(멀티레벨)로 분할된 각 구간은 해당 단계에 따른 임계비를 갖고, 상기 수학식1 및 수학식2와 같이 각 구간별로 최대치가 구해진 후 비교되어 해당 구간이 상기 수학식1과 수학식2를 모두 만족하면 피크성 잡음을 갖는 것으로 판정되고, 어느 하나라도 만족하지 못하면 피크성 잡음이 포함되지 않은 것으로 판정된다.

도 2를 참조하면, 단계 S1에서는 고역통과 필터링을 통해 일정 주파수 이상의 고역신호만을 통과시키고, 단계 S2에서는 고역필터링된 신호들을 프레임단위로 구분한 후 각 프레임을 다단계에 걸쳐 구간 분할한다. 본 발명의 실시예에서는 앞서 설명한 바와 같이, 하나의 프레임을 512개의 샘플로 구성하고, 256샘플을 갖는 2개의 구간과 128샘플을 갖는 4개의 구간으로 구분하여 처리한다.

단계 S3에서는 각 구간의 최대치(mag(P[j][k])를 구한다. 즉, 4개의 구간으로 분할된 경우 각 4개의 최대값이 구해진다. 이어 단계 S4에서는 피크성이 존재하는 검사하고자 하는 현재 구간의 최대치에 임계비를 곱한다. 예컨대, 표 1의 P[3][2]의 최대값은 mag(P[3][2])이고, 여기에 T[3]=0.05를 곱하면 S4단계에서 구해지는 현재 구간의 계산값은 mag(P[3][2])×0.05가 된다.

이어 S5 단계에서는 S3 단계에서 구해진 인접구간의 최대값과 S4단계에서 구해진 현재구간의 계산값을 상기 수학식1 및 수학식2와 같이 비교한다. S6 단계에서는 비교결과 현재구간의 계산값이 2 인접구간의 최대값보다 크면, 단계 S7에서 그 구간에 피크성 잡음이 존재하는 것으로 판정하고, 현재구간의 계산값이 어느 하나의 인접구간의 최대값보다 작거나 같으면 단계 S8에서 그 구간에 피크성 잡음이 존재하지 않는 것으로 판정한다. 예컨대, 표 1의 P[3][2]의 계산값을 이전구간의 최대값과 비교할 경우의 식은 다음 수학식 3과 같고, 표 1의 P[3][2]의 계산값을 이후구간의 최대값과 비교할 경우의 식은 다음 수학식 4와 같다.

mag(P[3][2]×0.05)>mag(P[3][1])

mag(P[3][2]×0.05)>mag(P[3][3])

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따르면 오디오신호를 소정의 샘플수를 갖는 프레임으로 일차 구분한 후 각 프레임을 다단계에 걸쳐 미소 구간으로 분할하여 각 구간의 최대치와 인접구간의 최대치를 비교하여 피크성 잡음 여부를 검출하므로써 용이하게 피크성 잡음을 검출할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 입력신호를 고역필터링하는 제1 단계;

   고역필터링된 신호를 프레임단위로 구분하고, 각 프레임을 멀티레벨로 구간분할하는 제2 단계;

   분할된 각 구간에서 최대치를 구하는 제3 단계;

   분할된 구간들중에서 현 구간(K)의 최대치에 임계비를 곱하는 제4 단계;

   상기 제4단계에서 구한 현 구간(K구간)의 계산값과 인접구간(K-1구간과 K+1구간)의 최대치를 비교하는 제5 단계; 및

   상기 비교결과, 현 구간의 계산값이 인접구간의 최대치보다 크면, 현 구간에 피크성 잡음이 존재하는 것으로 판정하고, 인접구간의 어느 한 최대치라도 현 구간의 계산값보다 크거나 같으면 피크성 잡음이 존재하지 않는 것으로 판정하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 구간분할에 의한 피크성 잡음 검출방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 단계는 512샘플의 오디오신호를 256샘플단위와 128샘플단위로 다단계에 걸쳐 분할하는 것을 특징으로 하는 구간분할에 의한 피크성 잡음 검출방법.