KR20010052483A

KR20010052483A - 외부 음성 활동 검출을 이용한 잡음 억제

Info

Publication number: KR20010052483A
Application number: KR1020007013593A
Authority: KR
Inventors: 제임스브라이언 피켓; 크리스토퍼웨인 스프링필드; 첸어니스트페이칭
Original assignee: 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨; 모토로라 인코포레이티드
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-06-25
Also published as: CN1300417A; EP1086453B1; US6618701B2; KR100676216B1; AU3893700A; HK1041739A1; DE60020317T2; CN1133152C; EP1086453A1; JP2002542692A; WO2000063887A1; US20020152066A1; DE60020317D1

Abstract

이동 전화기로서 작동하는 통신 송신기는 송신된 음성 신호의 배경 잡음을 감소시키는 잡음 억제기(100, 도 1)를 병합한다. 잡음 억제기(100)와 연계하여 작동하는 외부 음성 활동 검출기(150)는, 인입 음성 신호의 신호 전력을 추정하고, 이것을 추정된 잡음 바닥(estimated noise floor)과 비교한다. 상기 비교의 결과로, 음성 활동 인자는 음성 활동 임계 추정값을 생성하기 위하여 갱신된 잡음 바닥 추정값에 인가된다. 그러면, 음성 활동 임계 추정값은 잡음 억제기(100)에게 인입 음성 신호의 잡음 함유량 추정값(noise content estimate)의 갱신을 강제로 수행시킬지를 결정하기 위하여 사용된다.

Description

외부 음성 활동 검출을 이용한 잡음 억제{NOISE SUPPRESSION USING EXTERNAL VOICE ACTIVITY DETECTION}

통신 시스템에 있어서, 송신국은 송신된 음성 신호의 잡음 함유량을 감소시키기 위하여 잡음 억제 메커니즘을 채택할 수 있다. 이것은 송신국이 배경 잡음이 존재하는 곳에서 작동하는 이동 핸드셋 또는 핸즈 프리(hands-free) 전화기일 때 특히 유용하다. 이러한 상황에서, 배경 잡음의 갑작스런 증가는 종단 청취자(far-end listener)가 바람직하지 못한 레벨의 잡음을 듣는 원인일 수 있다. 이러한 문제는 특히 송신국이 이동국으로서 작동하고, 송신국이 잡음 억제 기술을 포함할 때 나타난다. 현재의 잡음 억제 기술이 정적이거나 천천히 변화하는 잡음 환경에서 배경 잡음을 감소시키는데 효과적인 반면, 송신국이 잡음 상황의 빠른 변화가 존재하는 곳에서 작동될 때, 잡음 억제 성능은 현저히 떨어질 수 있다.

본 발명은 통신 시스템에 관한 것이고, 좀 더 구체적으로는 송신된 음성 신호의 잡음 억제에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 외부 음성 활동 검출기를 이용하는 음성 활동 검출을 채택한 송신기의 블록도.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 외부 음성 활동 검출기를 이용하는 잡음 억제를 위한 방법의 흐름도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 잡음 억제 알고리즘에 의해 수행되는 갱신 잡음 함유량 추정을 제어하기 위하여 외부 음성 활동 검출기가 사용하는 방법의 흐름도.

이동 환경에서, 이동 송신기 사용자가 팬(fan)을 동작시키거나, 이동국이 움직이는 동안 창문을 내리거나, 그렇지 않으면 이동국내 배경 잡음의 현저하고 갑작스러운 변화에 영향 받기 쉬울 때, 배경 잡음의 큰 변화가 야기될 수 있다. 이동 유닛내의 배경 잡음은 또한 이동국내의 많은 다른 변화에 영향 받을 수 있다.

잡음 억제 알고리즘 내의 음성 활동 검출을 사용하는 통상적인 이동 송신기에 있어서, 배경 잡음의 증가는 이동 송신기의 사용자로부터 온 음성 신호로서 잡음 억제 알고리즘에 의해 해석될 수 있다. 이 상황은 잡음 억제 알고리즘에 의해 계산된 잡음 바닥 추정(noise floor estimate)과 음성 활동 검출 사이의 상호 의존성으로 인해 야기된다. 정지 스펙트럼 검사(stationary spectral check)같은 하나의 잡음 억제 기술은 배경 잡음의 갑작스런 증가에 대한 영향을 완화시키기 위하여 일부 성공적으로 사용될 수 있다. 그러나, 실제로, 이 해결책은 배경 잡음을 허용 가능한 레벨로 감소시키기 위하여 잡음 억제 알고리즘에 요구되는 시간 때문에, 많은 경우에서 부적절하게 나타났다. 일부 경우에서, 이 시간 주기는 지속시간으로 10 - 20 초가 될 수 있다. 나머지 다른 경우에서, 상기 시스템은 잡음 바닥 갱신의 발생이 중지되는 장애 상태 잠김(a locked fault condition)을 경험할 수 있다. 이것은 결국 수신자가 늘어난 주기의 시간(extended period of time)동안 수용할 수 없는 양의 잡음에 영향을 받기 쉬운 상태에 위치하는 송신기가 된다.

그러므로, 음성 활동 검출과 잡음 바닥 추정 사이의 감소된 상호 의존성을 갖는 음성 활동 검출기의 사용을 통해 배경 잡음의 갑작스런 증가에 적응시키기는 잡음 억제 방법 및 시스템이 매우 바람직하다. 이런 시스템은 이동국이 폭 넓게 변하는 배경 잡음이 있는 곳에서 작동되는 동안 더 낮은 잡음 송신을 위한 능력을 제공할 것이다.

본 발명은 첨부된 청구항에 구체적인 사항을 나타냈다. 그러나, 본 발명의 좀 더 완전한 이해는 도면과 관련하여 고려될 때 자세한 설명과 청구항들을 참고로 유도될 수 있는데, 도면 전체에서 같은 번호는 동일한 항목을 언급한다.

외부 음성 활동 검출기를 이용하는 개선된 잡음 억제를 위한 방법 및 시스템은 폭 넓게 변하는 배경 잡음이 있는 곳에서 음성 통신을 수행하는 능력을 제공한다. 상기 방법 및 시스템은 수신국에 들리는 잡음을 최소화하는 더 빠른 잡음 갱신을 제공함으로써, 많은 잡음 억제 기술에서의 단점을 정정한다. 추가로, 잡음 갱신의 발생이 중지하는 장애 상태 잠김을 피한다. 이러한 것들은 결국 배경 잡음의 증가가 일어날 때 종단 청취자가 잡음 버스트(noise burst)에 영향을 쉽게 받지 않는 핸즈 프리 통신 시스템이 된다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 외부 음성 활동 검출기를 이용하는 음성 활동 검출을 채택한 송신기의 블록도이다. 도 1에서, 마이크로 폰(50)은 음향 에너지를 수신하고 이 에너지를 전기 신호로 변환한다. 마이크로 폰(50)은 임의 형태의 마이크로폰이거나 기계적 진동 또는 음향 진동을 전기 신호로 변환하는 다른 트랜스듀서(transducer)가 될 수 있다. 마이크로폰(50)은 인입 아날로그 전기 신호를 디지털 표현으로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(75)에 접속된다. 아날로그/디지털 변환기(75)는 마이크로폰(50)으로부터의 인입 아날로그 음성 신호에 대한 정확한 디지털 표현을 생성하기 위하여 바람직하게 충분한 샘플링 속도 및 동적 범위를 갖춘 임의의 범용 형태의 변환기가 될 수 있다.

아날로그/디지털 변환기(75)의 출력은 전처리기(110), 음성 활동 검출기(120), 잡음 함유량 추정기(130) 및 채널 이득 계산 요소(140)를 포함하는 잡음 억제기(100)에 대한 입력이다. 아날로그/디지털 변환기(75)의 출력은 또한 외부 음성 활동 검출기(150)에 접속된다. 바람직한 실시예에서, 잡음 억제기(100)는 본 발명과 관련된 이용에 적합한 여러 잡음 억제기를 도시한다. 추가적으로, 잡음 억제기(100)의 기능은 하나 이상의 소프트웨어 프로세싱 요소로서 전적으로 수행되거나, 개별 기능이 분리 및 전용 프로세싱 요소들(discrete and dedicated processing elements)에 의해 수행되는 하드웨어에서 수행될 수 있다.

도 1에서, 전처리기(110)는 아날로그/디지털 변환기(75)로부터 온 음성 신호의 디지털 표현을 수신한다. 바람직한 실시예에서, 전처리기(110)는 특정 스펙트럼 대역, 바람직하게는 주로 음성을 포함하는 대역이 앰퍼사이징되는(emphasized) 임의의 요구되는 스펙트럼 조정 기능들을 수행하는 반면, 주로 잡음을 포함하는 대역 같은 나머지 스펙트럼 대역은 디앰퍼사이징된다. 이에 더하여, 전처리기(110)는 또한, 잡음 억제기(100)의 남아있는 부분들이 음성 신호의 디지털 표현에 추가적인 조작을 행하도록 하기 위하여 시간 도메인 신호에서 주파수 도메인 신호로의 변환을 수행할 수 있다.

전처리기(110)의 출력은 음성 활동 검출기(120)와 잡음 함유량 추정기(130)에 접속된다. 바람직한 실시예에서, 음성 활동 검출기(120)는 전처리기(110)로부터 온 음성 신호의 디지털 표현에 대한 잡음 바닥 및 채널 에너지 통계에 기초한 음성 검출을 수행한다. 잡음 함유량 추정기(130)는 전처리기(110)로부터 온 음성 신호의 디지털 표현에 존재하는 배경 잡음을 측정한다.

그 다음에, 음성 활동 검출기(120) 및 잡음 함유량 추정기(130)의 출력은 채널 이득 계산 요소(140)에 접속된다. 바람직한 실시예에서, 채널 이득 계산 요소(140)는 음성 신호의 디지털 표현을 한 그룹의 주파수 빈(frequency bins)으로 분할한다. 주파수 빈으로의 음성 신호 분할을 통해, 채널 및 이득 계산은 주로 음성 정보를 포함하는 특정 주파수 대역에서 수행될 수 있다. 추가로, 주로 잡음 정보를 포함하는 이들 주파수 대역은 감쇠될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 잡음 함유량 추정기(130) 및 음성 활동 검출기(120)는 전처리기(110)로부터 온 음성 신호에 대한 디지털 표현의 잡음 함유량에 기초하는 음성 활동 결정을 수행하기 위하여 접속된다. 따라서, 음성 활동 검출기(120)는 잡음 함유량 추정기(130)로부터 온 입력의 수신을 통해 음성 활동을 결정한다.

도 1에서, 외부 음성 활동 검출기(150)는 잡음 함유량 추정기(130)가 전처리기(110)로부터 온 음성 신호에 대한 디지털 표현의 잡음 함유량을 결정하는데 도움을 주기 위하여 분리된 음성 활동 결정을 수행한다. 바람직한 실시예에서, 외부 음성 활동 검출기는 잡음 함유량 추정기(130)로부터의 입력 없이 음성 활동을 결정한다. 중요하게도, 외부 잡음 바닥 추정은 구속되지(tied) 않는다. 음성 활동 검출 결정에 대한 잡음 바닥 결정 의존성의 제거를 통하여, 배경 잡음이 빠르게 변하는 상황에서 사용하기 위해 좀 더 신뢰할 수 있는 음성 활동 검출 메커니즘이 제공될 수 있다.

외부 음성 활동 검출기(150)는 아날로그/디지털 변환기(75)로부터 온 음성 신호에 대한 디지털 표현의 입력들을 받는다. 이들 입력은 신호 전력 추정기(154) 및 잡음 바닥 추정기(156)에 접속된다. 신호 전력 추정기(154)는 입력 신호에 존재하는 신호 전력을 결정하기 위하여 계산을 수행한다. 잡음 바닥 추정기(156)는 신호 입력의 잡음 바닥을 확인하기 위하여 입력 신호의 계산을 수행한다.

신호 전력 추정기(154) 및 잡음 바닥 추정기(156)로부터의 출력은 잡음 함유량 추정기(130)의 갱신이 수행되어야 하는지 여부를 결정하기 위하여 신호 전력 및 잡음 바닥의 레벨들을 비교하는 음성 활동 프로세서(158)에 접속된다. 신호 전력 추정기(154), 잡음 바닥 추정기(156) 및 음성 활동 프로세서(158)에 의해 사용되는 방법은 도 3의 참조에서 좀 더 논의된다. 음성 활동 프로세서(158)의 출력은 잡음 억제기(100)에 접속된다. 바람직한 실시예에서, 이 출력은 잡음 함유량 추정기(130)에게 전처리기(110)로부터 온 음성 신호의 디지털 표현에 대한 잡음 추정을 강제로 수행시킬 수 있는 지시기로 구성된다.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 외부 음성 활동 검출기에 의해 수행되는 방법에 대한 흐름도이다. 도 1 의 외부 음성 활동 검출기(150)는 상기 방법을 수행하는데 적합하다. 도 2의 방법은 배경 잡음 바닥 추정을 계산하는 음성 활동 검출기로 시작한다. 제한이 아닌 예제로서, 이 추정은 특정 신호의 잡음 바닥에서의 변화를 추적하도록 설계된 천천히 상승하고 빠르게 하강하는 기술(slow-rise/fast-fall technique)에 기초한다. 바람직하게는, 상기 기술은 음성 신호의 인입 디지털 표현이 음성이거나 잡음인 것에 따른 가정을 요구하지 않는다. y(n)으로 표시된 각 예제가 처리된 바와 같이, 현재의 신호 전력 추정값은 아래의 수학식에 도시된 누설 적분기 같은 적분 함수(integration function)로 단계(220)에서 바람직하게 갱신된다.

여기서≒ 0.9875 이다.

단계(230)에서, 현 신호 전력의 추정값은 잡음 바닥 추정값과 비교된다. 신호 전력 추정값이 잡음 바닥 추정값을 초과하면, 이것은 인입 음성 신호의 잡음 레벨의 감소를 지시할 수 있는데, 이렇다면, 갱신된 잡음 바닥은 단계(245)에서 신호 전력 추정값과 동일하게 설정된다. 이것은 잡음 바닥에 원하는 "빠른 하강(fast fall)"을 생성한다. 신호 전력 추정값이 잡음 바닥 추정값을 초과하면, 이는 잡음 레벨의 증가를 상징하는데(symbolizing), 슬로프 인자(slope factor)는 단위 시간(초)당 β데시벨의 속도로 현재의 잡음 바닥 추정값의 천천히 상승하는 램블링(a slow rise rambling)을 일으키도록 잡음 바닥 추정값에 {단계(240)에서} 인가된다. 단계(230, 240 및 245)에 대한 알고리즘은 아래와 같이 표현될 수 있다.

If(P_y(n)＜NF_y(n-1)) then NF_y(n)=P_y(n)

else

NF_y(n) = β(NF_y(n-1)) where β≒ 2 to 8 dB per second

endif

단계(250)에서, 음성 활동 인자(α)는 음성 활동 임계 추정값{α(NF_y(n))}을 생성하기 위하여 갱신된 잡음 바닥 추정값에 인가된다. 그러면, 상기 방법은 신호 전력 추정값이 단계(250)로부터의 음성 활동 임계 추정값과 비교되는 단계(260)에서 계속된다. 단계(260)는, 통상적인 구현이 또한 행오버 주기 및 히스테리시스 같은 공지된 기술을 바람직하게 채용할지라도, 잡음 억제 기술이 음성 신호에 대한 디지털 표현의 잡음 함유량 추정값을 강제로 갱신하는지에 관한 초기 결정(primary decision)이다.

신호 전력 추정값이 음성 활동 임계 추정값을 초과하면, 외부 음성 활동 검출기는 단계(270)에서 잡음 억제 기술이 잡음 함유량 추정값을 갱신하도록 한다. 신호 전력 추정값이 음성 활동 임계 추정값을 초과하지 않는 경우에, 침묵 카운터(silence counter)의 상위 한계에 도달됐는지에 대한 결정이 이루어지는 단계(262)가 실행된다. 침묵 카운터의 상위 한계에 도달되지 않았다면, 카운터가 증가되는 단계(263)가 실행되고, 상기 방법은 단계(260)로 되돌아간다. 침묵 카운터의 목적 및 바람직한 수치값에 대한 완전한 설명은 도 3의 참조와 함께 설명된다.

단계(262)의 결정이 침묵 카운터의 상위 한계에 도달됐다는 것을 지시하면, 외부 음성 활동 센서가 잡음 억제 기술로 잡음 함유량 추정값을 강제로 갱신하도록 하는 단계(265)가 실행된다. 그 다음에, 침묵 카운터가 리셋되는 단계(280)가 실행된다. 단계(265 내지 280)의 실행 후에, 방법은 단계(210)로 되돌아가는데, 여기서 음성 신호에 대한 디지털 재현의 다음 프레임 값이 구해진다. 단계(250 내지 280)에 대한 알고리즘은 아래와 같이 표현될 수 있다.

If P_y(n)＞α(NF_y(n)) then do not force update

else

force update, increment silence counter, and check threshold

endif

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 잡음 억제 알고리즘에 의해 수행되는 잡음 함유량 추정값의 갱신을 제어하기 위하여 외부 음성 활동 검출기에 의해 이용되는 방법에 대한 흐름도이다. 상기 방법은 단계(310)에서 시작하는데, 이 단계에서 도 1의 외부 음성 활동 검출기(150) 같은 외부 음성 활동 검출기가 음성 활동 존재 여부를 결정한다. 단계(310)는 도 2의 참조에서 기술된 것 같이 음성 활동 검출의 결과를 나타내는데, 이는 적절한 조건들이 존재하는지에 따라 강제로 잡음 함유량 추정이 이뤄진다. 단계(310)에서 음성 활동이 존재하지 않는다고 결정하면, 단계(320)에서 카운터의 값이 증가된다. 단계(330)에서, 카운터의 현재 값이 상한값에 도달했는지를 결정하기 위한 검사가 수행된다. 바람직한 실시예에서, 카운터의 상한값은 20으로 설정된다.

카운터의 상한값에 도달했다면, 외부 음성 활동 검출기는 음성 신호에 대한 인입 디지털 표현의 잡음 함유량을 강제로 갱신하고, 상기 방법은 단계(310)로 되돌아간다. 그러나, 단계(330)에서 상한값에 도달되지 않았다고 결정하면, 상기 방법은 단계(350)를 실행하는데, 여기서 외부 음성 활동 검출기는 잡음 억제 알고리즘이 음성 신호에 대한 인입 디지털 표현의 잡음 함유량 갱신이 요구되는지를 결정하도록 한다. 그 다음에, 상기 방법은 단계(310)로 되돌아간다. 외부 음성 활동 검출기가 단계(310)에서 음성 신호가 존재한다는 것을 결정하면, 카운터는 단계(315)에서 리셋되고, 상기 방법은 단계(310)로 되돌아간다.

단계(320 내지 350)는 단지 상대적으로 긴 "행오버"주기가 발생한 이후에 잡음을 갱신한다. 행오버 주기의 사용은 잡음 억제 알고리즘이 단지 핸즈 프리 가입자가 말하기를 멈춘 후에 잡음 함유량 추정을 수행하도록 제한한다. 따라서, 잡음 함유량 추정은 일반 대화 중에 일어나는 음성 휴지(voice pauses) 동안에는 수행되지 않는다. 추가로, 음성 신호의 잡음 함유량에 대한 강제 갱신 사이의 시간을 제한하기 위한 카운터의 사용은 행오버 주기의 길이를 제한한다. 행오버 주기 길이를 제한함으로써, 잡음 억제 알고리즘이 잡음 함유량 추정의 갱신을 중지하는 장애 상태 잠김을 피할 수 있다. 따라서, 영향 받기 쉬운 높은 잡음 레벨로부터 종단 청취자를 보호한다.

외부 음성 활동 검출기를 이용하여 개선된 잡음 억제를 위한 방법 및 시스템은 넓게 변하는 배경 잡음이 존재하는 곳에서 음성 통신을 수행하기 위한 능력을 제공한다. 상기 방법 및 시스템은, 잡음 억제 기술이 특정 조건에서 음성 신호의 인입 디지털 표현에 대한 잡음 함유량 추정을 강제로 수행하게 함으로써, 많은 잡음 억제 기술에 존재하는 단점을 정정한다. 따라서, 이는 수신국에 들리는 잡음을 최소화한다. 추가로, 잡음 갱신의 발생을 중지시키는 장애 상태 잠김을 피한다. 결국 상기 방법 및 시스템은 종단 청취자가 배경 잡음의 증가가 일어날 때 잡음 버스트에 영향을 쉽게 받지 않는 핸즈 프리 통신 시스템이 된다.

따라서, 첨부된 청구항을 통해 본 발명의 진정한 사상과 범위 내에 있는 본 발명의 모든 변경물을 포함하려 한다.

Claims

내부 음성 활동 검출기를 이용하는 잡음 억제 기술로서, 인입 음성 신호에 관한 상기 잡음 억제 기술을 수행하는 송신기에서, 상기 인입 음성 신호의 잡음 함유량 추정값(noise content estimate) 갱신을 제어하는 방법에 있어서,

잡음 억제 기술 외부의(external to the noise suppression technique) 제 2 음성 활동 검출기를 이용하여 상기 인입 음성 신호의 배경 잡음 바닥을 추정하는 단계와,

제 2 음성 활동 검출기를 이용하여 상기 인입 음성 신호의 신호 전력을 추정하는 단계와,

상기 배경 잡음 바닥 추정값 및 상기 신호 전력 추정값에 기초하여 음성 활동을 결정하는 단계와,

상기 결정 단계에 기초하여 상기 잡음 함유량 추정값의 상기 갱신을 제어하는 단계를 포함하는, 인입 음성 신호의 잡음 함유량 추정값 갱신을 제어하는 방법.
제 1 음성 활동 검출기와,

상기 제 1 음성 활동 검출기에 접속된 잡음 바닥 추정기와,

상기 잡음 바닥 추정기에 접속되어, 상기 잡음 바닥 추정기에 의해 수행되는 상기 음성 신호의 잡음 바닥 함유량의 갱신을 제어하기 위한 제 2 음성 활동 검출기를 포함하는, 음성 신호를 원격 수신기에 전달하기 위한 송신기.
인입 음성 신호에 대한 잡음 억제를 수행하는 통신 시스템에서, 상기 인입 음성 신호의 잡음 함유량 갱신을 제어하는 방법에 있어서,

제 1 음성 활동 검출기를 이용하여 인입 음성 신호의 잡음 함유량을 추정하는 단계와,

제 2 음성 활동 검출기를 이용하여 음성 활동을 결정하는 단계와,

상기 결정 단계에 기초하여 상기 인입 음성 신호의 상기 잡음 함유량을 강제로 갱신시키는 단계를 포함하는, 인입 음성 신호의 잡음 함유량 갱신을 제어하는 방법.