KR20020082643A - 고속 푸우리에 변환(ｆｆｔ) 및 역고속 푸우리에변환(ｉｆｆｔ)을 이용한 송,수신기의 동기검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 수신기에서의 미세 고속 푸우리에 변환의 FFT,IFFT를 이용한 송,수신기의 동기검출장치에 관한 것으로서, 특히 마이크로폰을 통해 잡음이 혼입된 아날로그의 음성신호가 입력되면 이를 디지틀신호로 변환하는 A/D변환수단과; 상기 A/D 변환수단에서 디지틀신호로 출력되는 잡음이 섞인 음성신호를 고속 푸우리에 변환시켜 주는 주파수 분석수단으로서의 FFT수단과; 상기 FFT수단에 의해 푸우리에 변환된 신호에 대해서 캡스트럼(cepstrum) 분석을 행하는 캡스트럼 분석수단과, 이렇게 분석된 캡스트림을 이용해서 신호부분을 검출하는 신호판별수단을 구비하고 상기 FFT수단에 의해 주파수 분석된 잡음섞인 신호를 입력받아 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음을 예측하는 m채널잡음 예측수단과; 상기 FFT수단에 의해 주파수 분석되어 출력되는 잡음섞인 음성신호로부터 m채널잡음 예측수단에 의해 예측된 잡음을 빼내주는 소거수단과; 상기 소거수단에 의해서 얻어진 잡음소거음성신호를 역푸우리에 변환하는 신호합성수단으로써의 IFFT수단과; 상기 IFFT수단에 의해서 얻어진 디지틀신호인 잡음 소거음성신호를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환수단과; 상기 D/A 변환수단을 통해 얻어진 잡음이 소거된 음성신호에 대해서 그것이 어떠한 말인지를 인식하는 음성인식장치로 구성하여 잡음을 확실히 제거한 음성신호를 생성할 수 있도록 한 것이다.

Description

고속 푸우리에 변환(ＦＦＴ) 및 역고속 푸우리에 변환(ＩＦＦＴ)을 이용한 송,수신기의 동기검출장치{synchronous detector by using fast fonrier transform(FFT) and inverse fast fourier transform (IFFT)}

본 발명은 고속 푸우리에 변환(Fast Fourier Transform: 이하 FFT라 약칭함) 및 역고속 푸우리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform: 이하 IFFT라 약칭함)을 이용한 송,수신기의 동기검출장치에 관한 것으로 더욱 상세히는, 송수신간의 정해진 복소신호 값을 전송하는데 사용하는 반송파들의 FFT출력값의 위상 왜곡, 혹은 허수부의 영점 교차 횟수를 이용하여 오류를 보상하는 방식을 통해 시스템의 신뢰성을 보장할 수 있도록 발명한 것이다.

도 1은 종래의 잡음억압 시스템 개요를 도시한 블록 구성도이다.

이에 따르면, 입력에 있어서 이용 가능한 음성+잡음신호를 채널 분할기(19)에 의해서 다수의 선택된 채널로 분리한 다음 이들 각각의 처리전의 음성채널의 이득은 후술하는 변경신호에 응답해서 채널이득 변경기(21)에 의해서 조정되므로, 저음성대 잡음비를 표시하는 채널의 이득은 저하한다.

또한, 처리후의 음성을 포함한 각각의 채널은, 채널결합기(26)에 의해 재결합되어 이용 가능한 잡음이 억제된 음성신호를 만든다.

또, 처리전의 음성을 포함한 각각의 채널은 채널에너지 추정기(20)에 인가되고, 이 추정기(20)는 각 채널마다의 에너지 엔벌로프치를 발생시킨다. 또 채널에너지추정치(22)에는, 처리후의 음성이 입력된다.

처리후의 채널에너지 추정치(22)는 음성/잡음 결정을 행하기 위한 배경소음추정기(23)에 의해서 사용된다.

한편, 채널 SNR 추정기(24)는 배경소음 추정기(23)와 채널에너지 추정기(20)의 출력을 비교해서 SNR 추정치를 발생시킨다.

이때, SNR추정치는 실험적으로 결정한 이득으로 이루어진 채널이득표로부터 특정한 이득치를 선택하는데 사용된다.

또한, 채널이득콘트롤러(25)는 상기 SNR 추정치에 응답해서 변경신호의 각각의 채널 이득치를 발생시킨다.

그러나, 이와 같은 종래의 잡음억제시스템에 있어서는 이득을 조정함으로써 잡음을 억제하도록 되어 있으며, 소거하는 것은 아니므로, 잡음을 충분히 없앤 신호를 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 잡음을 확실히 제거한 신호를 생성할 수 있는 FFT 및 IFFT을 이용한 송,수신기의 동기검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 마이크로폰을 통해 잡음이 혼입된 아날로그의 음성신호가 입력되면 이를 디지틀신호로 변환하는 A/D변환수단과; 상기 A/D 변환수단에서 디지틀신호로 출력되는 잡음이 섞인 음성신호를 고속 푸우리에 변환시켜 주는주파수 분석수단으로서의 FFT수단과; 상기 FFT수단에 의해 푸우리에 변환된 신호에 대해서 캡스트럼(cepstrum) 분석을 행하는 캡스트럼 분석수단과, 이렇게 분석된 캡스트림을 이용해서 신호부분을 검출하는 신호판별수단을 구비하고 상기 FFT수단에 의해 주파수 분석된 잡음섞인 신호를 입력받아 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음을 예측하는 m채널잡음 예측수단과; 상기 FFT수단에 의해 주파수 분석되어 출력되는 잡음섞인 음성신호로부터 m채널잡음 예측수단에 의해 예측된 잡음을 빼내주는 소거수단과; 상기 소거수단에 의해서 얻어진 잡음소거음성신호를 역푸우리에 변환하는 신호합성수단으로써의 IFFT수단과; 상기 IFFT수단에 의해서 얻어진 디지틀신호인 잡음 소거음성신호를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환수단과; 상기 D/A 변환수단을 통해 얻어진 잡음이 소거된 음성신호에 대해서 그것이 어떠한 말인지를 인식하는 음성인식장치로 구성하므로써 달성할 수 있다.

따라서, 주파수 분석된 잡음섞인 신호로부터 신호부분을 검출하여, 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음을 예측하고, 잡음섞인 신호로부터 예측된 잡음을 빼므로, 잡음을 확실히 제거한 신호를 생성할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 잡음억제처리 시스템을 도시한 블록 구성도.

도 2는 본 발명 장치의 블록 구성도.

도 3의 (a)(b)는 본 발명 장치에 있어서의 스펙트럼 및 캡스트림을 나태낸 그래프.

도 4는 본 발명 장치에 있어서 잡음예측방법을 설명하기 위한 그래프.

도 5의 (a)-(c)는 본 발명 장치에 있어서 시간을 기준으로 한 소거방법을 설명하기 위한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 마이크로폰2 : A/D변환수단

3 : EFT수단4 : m채널잡음 예측수단

5 : 소거수단6 : IFFT수단

7 : D/A변환수단8 : 음성인식장치

41 : 캡스트럼 분석수단42 : 신호판별수단

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 3의 (a)(b)는 본 발명 장치에 있어서의 스펙트럼 및 캡스트림을 나태낸 그래프이며, 도 4는 본 발명장치에 있어서 잡음예측방법을 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이고, 도 5의 (a)-(c)는 본 발명 장치에 있어서 시간을 기준으로 한 소거방법을 설명하기 위한 그래프를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 마이크로폰(1)을 통해 잡음(N)이 혼입된 상태로 입력되는 아날로그의 음성신호(S)를 디지틀신호로 변환하는 A/D변환수단(2)과;

상기 A/D 변환수단(2)에서 디지틀신호로 출력되는 잡음이 섞인 음성신호(S+N)를 주파수대별로 분석하여 고속 푸우리에 변환시켜 주는 FFT수단(3)과;

상기 FFT수단(3)에 의해 주파수 분석된 잡음섞인 신호를 입력받아 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음을 예측하는 m채널잡음 예측수단(4)과;

상기 FFT수단(3)에 의해 주파수 분석되어 출력되는 잡음섞인 음성신호로부터 m채널잡음 예측수단에 의해 예측된 잡음을 빼내어 소거시켜 순수 음성신호(S)만을 출력시켜 주는 소거수단(5)과;

상기 소거수단(5)에 의해서 얻어진 잡음이 소거된 음성신호를 역푸우리에 변환하는 신호합성수단으로써의 IFFT수단(6)과;

상기 IFFT수단(6)에 의해서 얻어진 디지틀신호의 음성신호(즉, 잡음이 소거된 음성신호)를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환수단(7)과;

상기 D/A 변환수단(7)을 통해 얻어진 잡음이 소거된 음성신호에 대해서 그것이 어떠한 말인지를 인식하는 음성인식장치(8)로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 m채널잡음 예측수단(4)은 FFT수단(3)에 의해 푸우리에 변환된 신호에 대해서 캡스트럼(cepstrum) 분석을 행하는 캡스트럼 분석수단(41)과, 이렇게 분석된 캡스트림을 이용해서 신호부분을 검출하는 신호판별수단(42)으로 구성한 것을 부가적인 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마이크로폰(1)에는 통상 음성신호(S)외에 엔진음 등과 같은 잡음신호(N)이 들어오기 때문에, 마이크로폰(1)은 잡음섞인 음성신호(S+N)를 출력한다.

따라서, A/D변환수단(2)은 아날로그신호인 잡음섞인 음성신호를 디지틀신호를 변환하고, 주파수분석수단의 일례로서의 FFT수단(3)은 이렇게 디지틀신호로 변환된 잡음섞인 음성신호에 대해서 고속푸우리에 변환을 행하하게 된다.

한편, 신호검출수단의 기능을 수행하는 m채널잡음 예측수단(4)은 상기 FFT수단(3)에 의해 고속 푸우리에 변환된 잡음섞인 신호로부터 신호부분을 검출하는 수단인데, 이는 푸우리에 변환된 신호에 대해서 캡스트럼 분석을 행하는 캡스트럼분석수단(41)과, 그렇게 분석된 캡스트림(cepstrum)을 이용해서 신호부분을 검출하는 신호판별수단(42)을 구비한 것이다.

여기서, 캡스트럼이란 파형의 단시간 진폭 스펙트럼의 대수의 역푸우리에 변환으로서, 도 3의 (a)(b)에 도시한 바와같은 것이다.

이때, 도 3의 (a)는 단시간 스펙트럼이고, (b)는 그 캡스트럼이다.

상기에 있어서, 신호판별수단(42)은 그 캡스트럼을 이용해서 신호부분과 잡음부분을 판별하기 위한 수단으로, 그 캡스트럼을 이용해서 신호부분을 판별하는방법으로서는 예를들면 캡스트럼의 피이크를 검출해서 신호와 잡음을 판별하는 방법이 알려져 있다.

즉, 분석된 캡스트럼에 대해서 그 피이크를 검출하는 피이크검출수단과, 그렇게 검출된 피이크 정보에 의거해서 신호를 판별하는 신호잡음판별수단을 이용하는 방법이다.

도 3의 (b)에서 P가 그 피이크이며, 그 피이크가 존재하는 부분이 음성신호부분이라고 판단하는 것이다. 그 피이크의 검출은 예를들면 소정의 역치를 미리 설정해두고, 그것과 비교함으로써 검출한다.

이와같이 상기 m채널잡음 예측수단(6)은 전체적으로 보았을 때 상기에서 푸우리에 변환된 잡음섞인 신호를 입력받아 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음을 예측하는 수단으로, 예를들면 도 4에 도시한 바와 같이, X축에 주파수, Y축에 음성레벨, Z축에 시간을 취한다.

주파수 f1부분의 데이터 p1,p2, ...pi를 취하고, 그 앞의 pj를 예측하게 되는데, 예를들면 잡음부분 p1-pi의 평균을 잡아 pj라고 하거나, 혹은 또 음성신호부분이 계속될 때는 pj에 감쇠계수를 곱하는 등의 처리를 한다.

본 실시예에서는 상기 잡음 예측수단(4)은, 상기 신호판별수단(42)에 의해서 검출된 신호부분정보를 이용해서 그 신호부분의 잡음을 예측하도록 되어 있는데, 예를들면 신호가 검출되었을 경우, 그 신호부분이 시작되는 시점에서부터 보아 가장 가까운 과거의 부분의 잡음데이터에 의거해서 그 신호부분의잡음을 예측하는 것이다.

또한, 잡음 예측수단(4)은 신호판별수단(42)에 의해서 검출된 신호부분(잡음부분) 정보를 이용해서, 과거의 잡음정보를 축직하는 것이 바람직하다.

한편, 소거수단(5)은 상기 FFT수단(3)에 의해 푸우리에 변환된 잡음섞인 신호로부터 잡음예측수단(4)에 의해 예측된 잡음을 빼는 수단인데, 예를들면 시간을 기준으로 한 소거는 도 5의 (a)-(c)에 도시한 바와 같이, 잡음혼입 음성신호(a)로부터 예측된 잡음파형(b)를 감산하여 (c)와 같은 신호만 추출한다.

그리고, 신호합성수단의 일례로서의 IFFT수단(6)은 상기 소거수단(5)에 의해서 얻어진 잡음소거음성신호를 역푸우리에 변환하는 수단이고, D/A변환수단(7)은 상기 IFFT수단(6)에 의해서 얻어진 디지틀신호인 잡음 소거 음성신호를 아날로그신호로 변환하는 수단인데, 이때 f는 그 아날로그신호인 잡음소거신호를 표시한다.

음성인식장치(10)는 이와 같이해서 얻어진 잡음이 소거된 음성신호에 대해서 그것이 어떠한 말인지를 인식하기 위한 음성인식장치이다.

본 발명 장치의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마이크로폰(1)은 잡음섞인 음성신호를 입력받아 잡음이 섞인 상태의 음성신호(S+N)(도 2의 a참조)를 출력하고, 이를 입력받은 A/D변환수단(2)은 그 아날로그신호인 잡음섞인 음성신호를 디지틀신호로 변환하녀, 그 후단의 FFT수단(3)은 이렇게 디지틀신호로 변환된 잡음섞인 음성신호에 대해서 고속 푸우리에 변환을 행한다(b참조).

잡음예측수단(4)인 신호검출수단은 푸우리에 변환된 잡음섞인 신호 b로부터 신호부분을 검출하게 되는데, 예를들면 캡스트럼 분석수단(41)이 푸우리에 변환된신호에 대해서 캡스트럼분석을 행하고, 신호판별수단(42)이 그렇게 분석된 캡스트림(c참조)을 이용해서 신호부분을 검출한다.

예를들면 캡스트림의 피이크를 검출해서 신호와 잡음을 판변한다.

이와같이 잡음예측수단(4)은 상기 푸우리에 변환된 잡음섞인 신호를 입력하고, 도 4에 도시한 바와 같이, 주파수 f1부분의 데이터p1, p2, ..., pi를 취하고, 잡음부분 pl-pi의 평균을 취하여 pj라고 한다.

또한 본 실시예에서는, 이 잡음예측수단(4)은 상기 신호판별수단(42)에 의해서 검출된 신호부분정보를 이용해서 신호가 검출되었을 경우, 그 신호부분이 시작된 시점에서부터 보아 가장 가까운 과거부분의 잡음의 데이터에 의거해서, 그 신호부분의 잡음을 예측한다(d참조).

한편, 소거수단(5)은 상기에서 푸우리에 변환된 잡음섞인 신호로부터, 잡음예측수단(4)에 의해 예측된 잡음을 빼고(e참조), IFFT수단(6)은 상기 소거수단(5)에 의해서 얻어진 잡음소거음성신호를 역푸우리에 변환하녀, D/A변환수단(7)은 상기 IFFT수단(8)에 의해서 얻어진 디지틀신호인 잡음 소거음성신호를 아날로그신호로 변환한다(f참조).

따라서, 음성인식장치(8)는 이와 같은 방식으로 얻어진 잡음이 소거된 음성신호에 대해서, 그것이 어떠한 말인지 인식하게 되는데, 이때 잡음이 혼입되어 있지 않으므로 그 인식률은 높아진다.

한편, 본 발명에서 잡음예측수단(4)은 신호판별수단(42)에 의해서, 검출된 신호를 이용하지 않고, 단지 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음성분을 예측하는 것이어도 는데, 예를들면 단순히 그 과거의 잡음이 그 신호부분에서도 계속된다고 예측하는 것 등이다.

또, 본 발명은 음성신호처리에 한정되지 않고, 다른 잡음섞인 신호의 처리에도 적용이 가능하다.

또, 본 발명은 컴퓨터를 이용해서 소프트웨어로 실현할 수 있으나, 전용의 하이드로를 이용해서 실현하는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고속 푸우리에 변환 동기검출장치는 주파수 분석된 잡음섞인 신호로부터 신호부분을 검출하여, 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음을 예측하고, 잡음섞인 신호로부터 예측된 잡음을 빼므로 잡음을 확실히 제거한신호를 생성할 수 있고, 또한 잡음예측수단이 신호검출수단에 의해서 검출된 신호를 트리거로 해서 그 신호부분의 잡음을 예측하는 수단일 경우는, 보다 정확하게 잡음을 예측할 수 있어 잡음을 보다 한층 확실히 제거한 신호를 생성할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 마이크로폰(1)을 통해 잡음(N)이 혼입된 상태로 입력되는 아날로그의 음성신호(S)를 디지틀신호로 변환하는 A/D변환수단(2)과;

   상기 A/D 변환수단(2)에서 디지틀신호로 출력되는 잡음이 섞인 음성신호(S+N)를 주파수대별로 분석하여 고속 푸우리에 변환시켜 주는 FFT수단(3)과;

   상기 FFT수단(3)에 의해 주파수 분석된 잡음섞인 신호를 입력받아 과거의 잡음정보에 의거해서 그 신호부분의 잡음을 예측하는 m채널잡음 예측수단(4)과;

   상기 FFT수단(3)에 의해 주파수 분석되어 출력되는 잡음섞인 음성신호로부터 m채널잡음 예측수단에 의해 예측된 잡음을 빼내어 소거시켜 순수 음성신호(S)만을 출력시켜 주는 소거수단(5)과;

   상기 소거수단(5)에 의해서 얻어진 잡음이 소거된 음성신호를 역푸우리에 변환하는 신호합성수단으로써의 IFFT수단(6)과;

   상기 IFFT수단(6)에 의해서 얻어진 디지틀신호의 음성신호(즉, 잡음이 소거된 음성신호)를 아날로그신호로 변환하는 D/A변환수단(7)과;

   상기 D/A 변환수단(7)을 통해 얻어진 잡음이 소거된 음성신호에 대해서 그것이 어떠한 말인지를 인식하는 음성인식장치(8)로 구성한 것을 특징으로 하는 고속 푸우리에 변환(FFT) 및 역고속 푸우리에 변환(IFFT)을 이용한 송,수신기의 동기검출장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 m채널잡음 예측수단(4)은 FFT수단(3)에 의해 푸우리에 변환된 신호에 대해서 캡스트럼(cepstrum) 분석을 행하는 캡스트럼 분석수단(41)과, 이렇게 분석된 캡스트림을 이용해서 신호부분을 검출하는 신호판별수단(42)으로 구성한 것을 특징으로 하는 고속 푸우리에 변환(FFT) 및 역고속 푸우리에 변환(IFFT)을 이용한 송,수신기의 동기검출장치.