KR20000040570A

KR20000040570A - 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20000040570A
Application number: KR1019980056232A
Authority: KR
Inventors: 권오일; 이봉우; 박성희; 류승표
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-07-05

Abstract

본 발명은 차량에서의 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량(10)의 내부에 설치되어 있는 2개의 마이크로폰(microphone)(30, 40)과, 상기 마이크로폰(30)을 통해서 출력되는 음성신호에 포함되어 있는 저주파수 만을 통과시키기 위한 로우 패스 필터(low pass filter)(32)와, 아날로그(analog)의 음성 신호를 디지탈(digital)로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부(34)와, 음성 신호에 포함되어 있는 잡음을 제거하도록 상기 잡음 신호의 위상 및 진폭과 반대로 이루어진 신호를 부가함으로써 잡음 신호를 제거하도록 역위상 알고리즘을 수행하는 마이컴(50)과, 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지탈 아날로그 변환부(36)와, 저주파수 성분만을 통과시키는 로우 패스 필터(38)와, 저주파수 신호가 증폭되는 증폭부(39)와, 상기 로우 패스 필터(42)에서 출력된 저주파 신호의 성분을 입력받아 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부(44)와, 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음을 제거하는 마이컴(50)과, 상기 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음이 제거된 후의 음성을 인식하는 음성인식기(60)로 구성되어 있어서, 음성 신호에 포함된 잡음 성분을 용이하게 제거할 수 있는 발명이다.

Description

두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치 및 방법

본 발명은 차량에서의 잡음 제거 장치에 관한 것으로서, 특히 차량에서 발생하는 많은 잡음에 대해서 먼저 역위상 알고리즘을 사용하고 다음에 잡음 대역 알고리즘을 사용하여 잡음을 효과적으로 감소시키기 위한 두 채널(channel)의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 내부에서는 차량이 구동하면서 발생하는 소음이 과다하게 생기게 되는데, 예를 들면 엔진의 경우에서는 특히 소음이 과다하게 발생하게 되며, 이러한 소음은 차량의 실내에 전달되어 차내에 있는 탑승자가 대화를 할 경우 상기와 같은 소음으로 인하여 대화를 하는데 많은 불편함이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 차량의 내부에서 발생하는 잡음에 대해서 1차적으로 역위상 알고리즘을 이용하여 잡음의 음압을 저하시킨 후 다음에 잡음대역 제거법을 이용하여 잡음을 제거하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치는, 차량의 내부에 설치되어 있는 2개의 마이크로폰(microphone)과, 상기 마이크로폰을 통해서 출력되는 음성신호에 포함되어 있는 고주파수 성분을 제거하고 저주파수 성분만을 통과시키기 위한 로우 패스 필터(low pass filter)와, 상기 로우 패스 필터에 의해서 음성 신호에 포함되어 있는 잡음 성분이 제거된 후, 아날로그의 음성 신호를 디지탈 성분으로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부와, 상기 아날로그 디지탈 변환부에서 아날로그 신호가 디지탈 신호의 성분으로 변환된 후 음성 신호에 포함되어 있는 잡음을 제거하도록 역위상 알고리즘을 수행하는 마이컴과, 상기 마이컴에서 잡음을 제거하도록 역위상 알고리즘을 수행하여 잡음이 제거된 신호는 다시 디지탈 신호의 성분을 아날로그 신호의 성분으로 변환하는 디지탈 아날로그 변환부와, 상기 디지탈 아날로그 변환부에서 디지탈 신호의 성분이 아날로그 신호의 성분으로 변환된 후 저주파수 성분만을 통과시키는 로우 패스 필터와, 상기 로우 패스 필터에서 저주파수 신호의 성분이 제거된 신호가 증폭되는 증폭부와, 상기 차량의 운전석에 설치되어 있는 마이크로폰을 통해서 음성 신호와 잡음 신호를 감지하여 저주파 신호의 성분을 통과시키는 로우 패스 필터와, 상기 로우 패스 필터에서 출력된 저주파 신호의 성분을 입력받아 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부와, 상기 아날로그 디지탈 변환부에서 아날로그 신호가 디지탈 신호로 변환된 신호와 상기 마이크로폰에서 발생한 잡음이 디지탈 신호로 변환된 신호를 입력받아 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음을 제거하는 마이컴과, 상기 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음이 제거된 후의 음성을 인식하는 음성인식기로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법은, 차량의 엔진에서 발생하는 잡음을 엔진 주위에 설치되어 있는 마이크로폰에서 잡음 신호를 입력 받는 단계(S11)와, 저주파 성분의 신호를 통과시키고 고주파 성분의 신호를 제거한 후 이러한 아날로그 성분의 잡음 성분의 신호를 디지탈 신호로 변환하는 단계(S12)와, 상기 단계(S12)를 수행하여 잡음성분이 디지탈 신호로 변환된 후에는 역위상 알고리즘에 의해서 잡음 신호를 감소시키는 단계(S13)와, 상기 단계(S13)에 의해서 엔진에서 발생하는 잡음이 감소된 후 디지탈 신호의 성분을 아날로그 성분의 신호로 변환하고 저주파 성분의 신호를 통과시킨 후 신호를 증폭하는 단계(S14)와, 상기 차량의 운전자의 전면에 설치되어 있는 스피커를 통해서 차량의 내부로 신호를 출력되는 단계(S15)와, 상기 단계(S15) 후 출력된 신호는 다시 엔진 주위에 설치된 마이크로폰에 입력되어 상기에서 수행한 과정을 다시 수행하여 계속적으로 잡음을 저하시키고, 한편, 상기 운전석 주위에 설치된 스피커를 통해서 출력되는 신호와 탑승자의 음성 신호는 상기 차량의 운전석 주위에 설치되어 있는 마이크로폰을 통해서 출력된 후 잡음 신호와 음성 신호에 포함되어 있는 고주파 성분의 제거하고 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 디지탈 성분의 스펙트럼을 분석하는 단계(S16)와, 상기 단계(S16)를 수행한 후 잡음 대역 제거법을 이용하여 잡음 성분을 제거하는 단계(S17)와, 상기 단계(S17)에서 잡음이 충분히 제거된 후에는 음성인식기에 입력되어 음성 신호를 인식하는 단계(S18)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치에 대한 개략적인 블럭도이며,

도 2는 본 발명의 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법에 대한 흐름도이며,

도면의 중요부분에 대한 부호의 설명

10 : 차량 30, 40 : 마이크로폰

32, 38, 42 : 로우 패스 필터 34, 36 : 아날로그 디지탈 변화기

50 : 마이컴 60 : 음성인식기

본 발명의 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치 및 방법에 대해서는 첨부한 도면을 참고로 상세히 기술하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 대한 개략적인 블럭도로서, 차량(10)의 내부에 설치되어 있는 2개의 마이크로폰(microphone)(30, 40)과, 도시되지 않은 엔진 등이 구동하는 부분에 설치되어 있는 상기 마이크로폰(30)을 통해서 출력되는 음성신호에 포함되어 있는 고주파수 성분을 제거하고 저주파수 성분만을 통과시키기 위한 로우 패스 필터(low pass filter)(32)와, 상기 로우 패스 필터(32)에 의해서 음성 신호에 포함되어 있는 잡음 성분이 제거된 후, 아날로그(analog)의 음성 신호를 디지탈(digital) 성분으로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부(34)와, 상기 아날로그 디지탈 변환부(34)에서 아날로그 신호가 디지탈 신호의 성분으로 변환된 후 음성 신호에 포함되어 있는 잡음을 제거하도록 상기 잡음 신호의 위상 및 진폭과 반대로 이루어진 신호를 부가함으로써 잡음 신호를 제거하도록 역위상 알고리즘을 수행하는 마이컴(50)과, 상기 마이컴(50)에서 잡음을 제거하도록 역위상 알고리즘을 수행하여 잡음이 제거된 신호는 다시 디지탈 신호의 성분을 아날로그 신호의 성분으로 변환하는 디지탈 아날로그 변환부(36)와, 상기 디지탈 아날로그 변환부(36)에서 디지탈 신호의 성분이 아날로그 신호의 성분으로 변환된 후 저주파수 성분만을 통과시키는 로우 패스 필터(38)와, 상기 로우 패스 필터(38)에서 저주파수 신호의 성분이 제거된 신호가 증폭되는 증폭부(39)로 구성되어 있다.

그리고 상기 차량(10)의 운전석에 설치되어 있는 마이크로폰(40)을 통해서 음성 신호와 잡음 신호를 감지하여 전기신호로 출력한 후 고주파 성분의 신호를 차단하고 저주파 신호의 성분을 통과시키는 로우 패스 필터(42)와, 상기 로우 패스 필터(42)에서 출력된 저주파 신호의 성분을 입력받아 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부(44)와, 상기 아날로그 디지탈 변환부(44)에서 아날로그 신호가 디지탈 신호로 변환된 신호와 상기 마이크로폰(30)에서 발생한 잡음을 디지탈 신호로 변환한 신호를 입력받아 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음을 제거하는 마이컴(50)과, 상기 마이컴(50)에서 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음이 제거된 후의 음성을 인식하는 음성인식기(60)로 구성되어 있다.

음성 신호에 포함된 잡음의 스펙트럼(spectrum)은 많은 프레임(frame)을 평균할 수록 추정 잡음의 스펙트럼에 근접할 수 있으나, 그러나 음성 신호는 비정적(non-stationary)이기 때문에 제한된 수의 프레임의 평균이 가능하다. 즉, 인덱스(index)가 i=0인 프레임을 처리하고자 할 경우, i-1과 i+1 프레임을 평균하면 음성 신호의 왜곡이 거의 없어지고 잡음 신호의 스펙트럼은 추정 스펙트럼과 유사하게 될 확률이 증가하게 된다.

따라서 음성 신호의 왜곡없이 잠음 신호를 제거할 수 있는 것이며, 이러한 관계를 식으로 표현하면,

이 된다.

여기서, 위상값은 i=0일 때의 위상을 그대로 사용하여 위상 성분의 왜곡을 방지한다. 즉, 위상 성분은 i=0인 프레임 값을 출력값에서 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)할 때 이용한다.

상기에 기술한 바와 같이, 잡음의 스펙트럼을 추정하였고, 잡음이 섞인 음성 신호의 스펙트럼도 구하였으므로, 음성 신호의 스펙트럼은 잡음 대역 제거법에 의하여 다음과 같이 추정할 수 있으며,

인 경우, 가 되고, 상기의 조건이 아닌 경우에는 0이 된다.

여기서, 는 잡음이 제거된 신호를 의미하고, 는 잡음과 신호가 포함된 추정치를 의미하며, 는 미리 설정되어 있는 잡음을 의미한다.

즉, 추정한 음성 신호의 스펙트럼과 앞에서 미리 저장된 위상 정보(i= 0일 경우)를 이용하여 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호인 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)로 변환한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치 및 방법에 대한 작용, 효과를 첨부된 도면을 참고하여 기술하면 다음과 같다.

먼저, 차량(10)의 엔진에서 발생하는 잡음을 엔진 주위에 설치되어 있는 마이크로폰(30)에서 입력받아(S11), 저주파 성분의 신호를 통과시키고 고주파 성분의 신호를 제거한 후 이러한 아날로그 성분의 잡음 성분의 신호를 디지탈 신호로 변환한다(S12).

이와 같이 상기 차량(10)의 엔진에서 발생하는 잡음성분이 디지탈 신호로 변환된 후에는 역위상 알고리즘에 의해서, 즉 상기 엔진주위에서 발생하는 잡음의 위상 및 진폭과 반대되는 진폭과 위상의 신호를 발생시켜서 상기 차량(10)의 엔진에서 발생하는 잡음 성분을 제거한다(S13).

상기 단계(S13)에서 엔진에서 발생하는 잡음이 제거된 후에는 디지탈 신호의 성분을 다시 아날로그 성분의 신호로 변환한 후 고주파 성분의 신호를 제거하고 저주파 성분의 신호를 통과시키고, 미약한 성분의 신호를 증폭한 후(S14), 상기 차량(10)의 내부에 설치되어 있는 스피커(22,24)중에서 하나는 엔진 주위에 설치되어 있으며, 다른 하나는 운전자의 전면에 설치되어 있어서 차량(10)의 내부로 출력되고(S15), 이와 같이 출력된 신호는 다시 마이크로폰(30)에 입력되어 상기에서 수행한 과정을 다시 수행함으로써 계속적으로 잡음을 저하시킨다.

한편, 상기 스피커(24)를 통해서 출력되는 신호와 탑승자의 음성 신호는 상기 차량(10)의 운전자 좌석 주위에 설치되어 있는 마이크로폰(40)을 통해서 출력되고 그후, 잡음 성분의 신호와 음성 신호에 포함되어 있는 고주파 성분의 신호를 제거한 후 아날로그 성분의 신호를 디지탈 성분의 신호로 변환한다.

이와 같이, 아날로그 성분의 신호가 디지탈 성분의 신호로 변환된 후에는 상기 디지탈 신호의 스펙트럼을 분석한 후(S16), 잡음 대역 제거법을 이용하여 즉, 인 경우, 가 되고, 상기의 조건이 아닌 경우에는 0이 되므로, 음성 신호에 포함되어 있는 잡음이 제거된다(S17).

이와 같이, 상기 차량(10)에서 발생하는 잡음이 충분히 제거된 후에는 음성인식기(60)에 입력되어 탑승자의 음성 신호를 인식하게 된다(S18).

상기와 같이 구성된 본 발명의 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치 및 방법은, 차량에서 발생하는 잡음 성분의 신호가 음성 신호에 포함되는 경우 일차적으로 역위상 알고리즘을 이용하여 차내에 존재하는 음압을 저하시킨 후, 2차적으로 잡음 대역 제거법을 이용하여 음성 신호에 포함된 잡음 성분을 용이하게 제거할 수 있는 발명이다.

Claims

차량의 내부에 설치되어 있는 2개의 마이크로폰(microphone)과, 상기 마이크로폰을 통해서 출력되는 음성신호에 포함되어 있는 고주파수 성분을 제거하고 저주파수 성분만을 통과시키기 위한 로우 패스 필터(low pass filter)와, 상기 로우 패스 필터에 의해서 음성 신호에 포함되어 있는 잡음 성분이 제거된 후, 아날로그의 음성 신호를 디지탈 성분으로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부와, 상기 아날로그 디지탈 변환부에서 아날로그 신호가 디지탈 신호의 성분으로 변환된 후 음성 신호에 포함되어 있는 잡음을 제거하도록 역위상 알고리즘을 수행하는 마이컴과, 상기 마이컴에서 잡음을 제거하도록 역위상 알고리즘을 수행하여 잡음이 제거된 신호는 다시 디지탈 신호의 성분을 아날로그 신호의 성분으로 변환하는 디지탈 아날로그 변환부와, 상기 디지탈 아날로그 변환부에서 디지탈 신호의 성분이 아날로그 신호의 성분으로 변환된 후 저주파수 성분만을 통과시키는 로우 패스 필터와, 상기 로우 패스 필터에서 저주파수 신호의 성분이 제거된 신호가 증폭되는 증폭부와, 상기 차량의 운전석에 설치되어 있는 마이크로폰을 통해서 음성 신호와 잡음 신호를 감지하여 저주파 신호의 성분을 통과시키는 로우 패스 필터와, 상기 로우 패스 필터에서 출력된 저주파 신호의 성분을 입력받아 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아날로그 디지탈 변환부와, 상기 아날로그 디지탈 변환부에서 아날로그 신호가 디지탈 신호로 변환된 신호와 상기 마이크로폰에서 발생한 잡음이 디지탈 신호로 변환된 신호를 입력받아 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음을 제거하는 마이컴과, 상기 잡음 대역 제거법으로 음성신호에 포함된 잡음이 제거된 후의 음성을 인식하는 음성인식기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 두개의 스피커중에서 하나는 엔진 주위에 설치되어 있으며, 다른 하나는 운전석 주위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 두개의 마이크로폰 중에서 하나는 엔진 주위에 설치되어 있으며, 다른 하나는 운전석 주위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 장치.
차량의 엔진에서 발생하는 잡음을 엔진 주위에 설치되어 있는 마이크로폰에서 잡음 신호를 입력 받는 단계(S11)와, 저주파 성분의 신호를 통과시키고 고주파 성분의 신호를 제거한 후 이러한 아날로그 성분의 잡음 성분의 신호를 디지탈 신호로 변환하는 단계(S12)와, 상기 단계(S12)를 수행하여 잡음성분이 디지탈 신호로 변환된 후에는 역위상 알고리즘에 의해서 잡음 신호를 감소시키는 단계(S13)와, 상기 단계(S13)에 의해서 엔진에서 발생하는 잡음이 감소된 후 디지탈 신호의 성분을 아날로그 성분의 신호로 변환하고 저주파 성분의 신호를 통과시킨 후 신호를 증폭하는 단계(S14)와, 상기 차량의 운전자의 전면에 설치되어 있는 스피커를 통해서 차량의 내부로 신호를 출력되는 단계(S15)와, 상기 단계(S15) 후 출력된 신호는 다시 엔진 주위에 설치된 마이크로폰에 입력되어 상기에서 수행한 과정을 다시 수행하여 계속적으로 잡음을 저하시키고, 한편, 상기 운전석 주위에 설치된 스피커를 통해서 출력되는 신호와 탑승자의 음성 신호는 상기 차량의 운전석 주위에 설치되어 있는 마이크로폰을 통해서 출력된 후 잡음 신호와 음성 신호에 포함되어 있는 고주파 성분의 제거하고 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 디지탈 성분의 스펙트럼을 분석하는 단계(S16)와, 상기 단계(S16)를 수행한 후 잡음 대역 제거법을 이용하여 잡음 성분을 제거하는 단계(S17)와, 상기 단계(S17)에서 잡음이 충분히 제거된 후에는 음성인식기에 입력되어 음성 신호를 인식하는 단계(S18)로 이루어진 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법.
제 4항에 있어서, 상기 역위상 알고리즘은 잡음의 위상 및 진폭과 반대되는 진폭과 위상의 신호를 발생시켜서 잡음 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법.
제 4항에 있어서, 상기 잡음 대역 제거법은 음성 신호에 포함된 잡음의 스펙트럼(spectrum)은 많은 프레임(frame)을 평균할 수록 추정 잡음의 스펙트럼에 근접하는 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법.
제 6항에 있어서, 상기 잡음 대역 제거법에서 인덱스(index)가 i=0인 프레임을 처리하고자 할 경우, i-1과 i+1 프레임을 평균함으로써 수행함을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법.
제 7항에 있어서, 상기 잡음 대역 제거법의 평균값은 이 되는 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법.
제 4항에 있어서, 상기 잡음 대역 알고리즘은 인 경우, 가 되고, 상기의 조건이 아닌 경우에는 0이 되며, 여기서 는 잡음이 제거된 신호를 의미하고, 는 잡음과 신호가 포함된 추정치를 의미하며, 는 미리 설정되어 있는 잡음을 의미하는 것을 특징으로 하는 두 채널의 마이크를 이용한 차량 잡음 제거 방법.