KR20020036542A - 반향 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적은 수의 지연 탭(delay tap)으로 구성된 유한 충격 응답(Finite Impulse Response : FIR) 필터(filter)를 이용하여 반향 음을 제거하는 반향 제거 장치에 관한 것이다. 종래 유한 충격 응답 필터는 마이크로폰을 통해 제공되는 상대방의 음성 신호를 전 대역에 걸쳐 필터링하기 때문에, 그만큼 많은 샘플에 대해서 지연 및 가중치를 곱하기 위한 지연기 및 가중치 곱셈기를 많이 필요로 한다. 따라서, 가중치 곱셈기가 많기 때문에, 각 가중치 곱셈기가 순차적으로 가중치를 변경하는데 많은 시간이 소요된다. 본 발명에서는 마이크로폰을 통해 제공되는 상대방의 음성 신호를 다수의 대역으로 나누어 짧은 지연 탭을 갖는 다수의 유한 충격 응답 필터를 사용해서 각 대역별로 필터링하여 가중치를 신속하게 변경시키도록 한다. 따라서, 가중치를 신속하게 변경하기 때문에, 반향 음을 신속하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

반향 제거 장치{ECHO CANCELLER}
본 발명은 반향 제거 장치(echo canceller)에 관한 것으로, 특히, 적은 수의 지연 탭(delay tap)으로 구성된 유한 충격 응답(Finite Impulse Response : FIR) 필터(filter)를 이용하여 반향 음을 제거하는 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 반향 제거 장치의 일 실시 예를 나타낸 블록도로, 유한 충격 응답 필터(2) 및 가산기(4)로 구성된다. 좌측의 마이크로폰(microphone) 및 스피커(speaker)와 우측의 스피커 및 마이크로폰은 상대방과 사용자가 각각 들어가 있는 각기 다른 룸(room)에 설치된다.
동 도면에 있어서, 우측 룸의 사용자는 자신의 스피커를 통해 상대방의 음성을 듣고 자신의 마이크로폰을 통해 상대방 측의 스피커로 자신의 음성을 송출하여 상대방이 듣도록 한다. 상기 우측 룸 및 좌측 룸의 각 마이크로폰에서 출력되는 음성은 소정의 주파수로 샘플링(sampling)되어 디지털 신호(digital signal)로 변환된 것으로 가정한다. 또한, 상기 샘플링된 디지털 신호는 스피커에 인가되기 전에 아날로그 음성 신호로 변환되는 것으로 가정한다.
좌측 룸의 상대방은 자신의 스피커를 통해 사용자의 음성을 듣고 자신의 마이크로폰을 통해 사용자 측의 스피커로 자신의 음성을 송출하여 사용자가 듣도록 한다.
상술한 바와 같은 기술을 응용하면 원격 회의 시스템 등을 구성할 수 있다.
유한 충격 응답 필터(2)는 합산기, 다수의 가중치 곱셈기, 및 직렬로 연결된 다수의 지연기로 구성된다. 다수의 지연기는 상대방의 마이크로폰으로부터 제공되는 디지털화된 음성 신호의 각 샘플을 순차적으로 지연시킨다. 각각의 가중치 곱셈기는 각각의 지연기로 인입되는 각 음성 신호의 샘플 및 마지막 지연기가 출력하는 샘플을 각각 받아 각각의 가중치로 곱한다. 합산기는 각 가중치 곱셈기의 출력을 모두 합산하여 가산기로 제공한다. 각각의 가중치 곱셈기는 가산기(4)의 출력을 참조하여 적응 알고리즘인 정규화 된 최소 평균 자승(Normalized Least Mean Square : NLMS) 방법을 사용해서 자신의 가중치를 매번 새로 설정한다. 합산기의 출력과 우측의 스피커 출력이 우측의 마이크로폰을 통해 인입한 음성 신호가 동일하여 가산기(4)가 "0"를 출력하는 것이 이상적이다.
예로, 특정 룸의 환경에 따라 스피커의 음성 출력이 같은 룸의 마이크로폰까지 전달되는 경우에 있어, 총 지연 시간을 200ms로, 샘플 간격 시간을 0.25ms로 가정하면 각 지연기의 각 샘플 지연 시간은 0.25ms이다. 따라서, 지연기는 800 개(총 지연 시간 200ms/ 샘플 간격 시간 0.25ms)가 필요하다. 또한, 800 개의 가중치가 매 샘플마다 갱신되어야 한다.
가산기(4)는 우측의 스피커 출력이 우측의 마이크로폰을 통해 제공되는 디지털화된 음성 신호에서 유한 충격 응답 필터(2)의 출력 즉, 합산기의 출력을 감산하여 반향 음이 제거된 사용자의 음성 신호를 상대방 스피커로 제공한다.
따라서, 유한 충격 응답 필터(2)는 좌측의 마이크로폰을 통해 제공되는 상대방의 음성 신호를 제거하기 위해 필요한 적응 필터이며, 전 대역에 걸쳐 필터링하기 때문에, 각 샘플에 대해서 다수 필터의 가중치를 단번에 갱신해야 하는 문제점이 발생한다. 따라서 각 가중치를 순차적으로 변경하여 최적의 가중치들을 얻게 될 때까지 많은 시간이 소요된다. 많은 가중치 곱셈기의 출력을 합산할 합산기도 필요하다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 마이크로폰을 통해 제공되는 상대방의 음성 신호를 다수의 대역으로 나누어 짧은 지연 탭을 갖는 다수의 유한 충격 응답 필터를 병렬로 사용해서 각 대역별로 필터링하여 가중치를 신속하게 변경시킬 수 있는 반향 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반향 음을 제거하는 장치에 있어서: 상대방으로부터 제공되는 특정 주파수로 샘플링된 디지털 음성 신호를 다수의 주파수 대역으로 각기 분리하는 제 1 주파수 대역 분리부; 상기 제 1 주파수 대역 분리부로부터 제공되는 다수의 주파수 대역을 각각 유한 충격 응답 필터링하는 다수의 유한 충격 응답 필터; 상기 음성 신호가 스피커 출력되어 특정 마이크로폰을 통해 입력된 후, 특정 주파수로 다시 샘플링된 디지털 음성 신호를 다수의 주파수 대역으로 각기 분리하는 제 2 주파수 대역 분리부; 상기 제 2 주파수 대역 분리부로부터 제공되는 각 주파수 대역별 샘플에서 상기 다수의 유한 충격 응답 필터로부터 상기 제 2 주파수 대역 분리부가 제공하는 샘플에 대응하여 제공되는 필터링된 각 주파수 대역별 샘플을 각각 감산하고 상기 감산 결과를 상기 다수의 유한 충격 응답 필터로 제공하여 상기 다수의 유한 충격 응답 필터 중에서 해당 유한 충격 응답 필터의 특정 가중치를 적응적으로 변경시키는 다수의 가산기; 상기 다수의 가산기의 출력에 따른 각 주파수 대역을 원래의 주파수 대역으로 합성하는 주파수 대역 합성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 반향 제거 장치의 일 실시 예를 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 반향 제거 장치의 일 실시 예를 나타낸 블록도,
도 3은 유한 충격 응답 필터의 일 실시 예를 나타낸 개략도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
12, 22 : 제 1, 제 2 주파수 대역 분리부
14, 16 : 제 1, 제 n 유한 충격 응답 필터
18, 20 : 제 1, 제 n 가산기 24 : 주파수 대역 합성부
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반향 제거 장치의 일 실시 예를 나타낸 블록도로, 제 1, 제 2 주파수 대역 분리부(12, 22), 다수의 유한 충격 응답 필터(14, 16), 다수의 가산기(18, 20), 및 주파수 대역 합성부(24)로 구성된다.
동 도면에 있어서, 제 1 주파수 대역 분리부(12)는 상대방 마이크로폰으로부터 제공되는 특정 주파수로 샘플링된 디지털 음성 신호를 다수의 주파수 대역으로 각기 분리하여 다수의 유한 충격 응답 필터(14, 16)로 각각 제공한다. 상기 디지털 음성 신호를 다수의 주파수 대역으로 각기 분리하는 경우에 있어, 샘플링 주파수를 높은 것을 사용할수록 지연 탭이 많은 유한 충격 응답 필터가 필요하기 때문에, 많은 주파수 대역으로 분리해야 한다.
다수의 유한 충격 응답 필터(14, 16)는 상기 제 1 주파수 대역 분리부(12)로부터 제공되는 다수의 주파수 대역을 각각 유한 충격 응답 필터링하여 다수의 가산기(18, 20)로 각각 제공한다.
제 2 주파수 대역 분리부(22)는 상기 음성 신호가 스피커 출력되어 특정 마이크로폰을 통해 입력된 후, 특정 주파수로 다시 샘플링된 디지털 음성 신호를 다수의 주파수 대역으로 각기 분리하여 다수의 가산기(18, 20)로 각각 제공한다.
다수의 가산기(18, 20)는 상기 제 2 주파수 대역 분리부(22)로부터 제공되는 각 주파수 대역별 샘플에서 상기 다수의 유한 충격 응답 필터(14, 16)로부터 상기 제 2 주파수 대역 분리부(22)가 제공하는 샘플에 대응하여 제공되는 필터링된 각 주파수 대역별 샘플을 각각 감산한다. 이 후, 상기 감산 결과를 상기 다수의 유한 충격 응답 필터(14, 16)로 각각 제공하여 상기 다수의 유한 충격 응답 필터(14, 16)의 해당 유한 충격 응답 필터의 가중치를 적응적으로 갱신시키며 상기 감산 결과들은 주파수 대역 합성부(24)로 제공된다.
주파수 대역 합성부(24)는 상기 다수의 가산기(18, 20)의 출력에 따른 각 주파수 대역을 원래의 주파수 대역으로 환원하고 이를 합성하여 전달되고 상대방 측의 스피커를 통해 음성 출력시킨다.
도 3은 유한 충격 응답 필터의 일 실시 예를 나타낸 개략도로, 상술한 바와 같이 다수의 지연기(32, 34), 다수의 가중치 곱셈기(36, 38), 및 합산기(40)로 구성된다. 상기 다수의 가중치 곱셈기(36, 38)의 총 개수는 다수의 지연기(32, 34)의 총 개수보다 1 개 더 많다.
동 도면에 있어서, 다수의 지연기(32, 34)는 마이크로폰으로부터 제공되는 디지털화된 음성 신호의 각 샘플을 순차적으로 지연시킨다. 각각의 가중치 곱셈기(36, 38)는 각각의 지연기(32, 34)로 인입되는 각 음성 신호의 샘플 및 마지막 지연기(34)가 출력하는 샘플을 각각 받아 각각의 가중치로 곱한다. 합산기(40)는 각 가중치 곱셈기(36, 38)의 출력을 모두 합산한다. 각각의 가중치 곱셈기(36, 38)는 에러 값을 참조하여 적응 알고리즘을 사용해서 자신의 가중치를 매 샘플마다 새로 설정한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 마이크로폰을 통해 제공되는 상대방의 음성 신호를 다수의 대역으로 나누어 짧은 지연 탭을 갖는 다수의 유한 충격 응답 필터를 사용해서 각 대역별로 필터링하여 가중치를 신속하게 변경시키도록 한다. 따라서, 가중치를 신속하게 변경하기 때문에, 반향 음을 신속하게 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 반향 음을 제거하는 장치에 있어서:
    상대방으로부터 제공되는 특정 주파수로 샘플링된 디지털 음성 신호를 다수의 주파수 대역으로 각기 분리하는 제 1 주파수 대역 분리부;
    상기 제 1 주파수 대역 분리부로부터 제공되는 다수의 주파수 대역을 각각 유한 충격 응답 필터링하는 다수의 유한 충격 응답 필터;
    상기 음성 신호가 스피커 출력되어 특정 마이크로폰을 통해 입력된 후, 특정 주파수로 다시 샘플링된 디지털 음성 신호를 다수의 주파수 대역으로 각기 분리하는 제 2 주파수 대역 분리부;
    상기 제 2 주파수 대역 분리부로부터 제공되는 각 주파수 대역별 샘플에서 상기 다수의 유한 충격 응답 필터로부터 상기 제 2 주파수 대역 분리부가 제공하는 샘플에 대응하여 제공되는 필터링된 각 주파수 대역별 샘플을 각각 감산하고 상기 감산 결과를 상기 다수의 유한 충격 응답 필터로 제공하여 상기 다수의 유한 충격 응답 필터 중에서 해당 유한 충격 응답 필터의 특정 가중치를 적응적으로 변경시키는 다수의 가산기;
    상기 다수의 가산기의 출력에 따른 각 주파수 대역을 원래의 주파수 대역으로 합성하는 주파수 대역 합성부를 포함하는 반향 제거 장치.
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