KR20030040610A - A method for enhancing speech quality of sound signal inputted from bone conduction microphone - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 골 전도 마이크로 입력된 음성신호의 음질 향상방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는, 정확한 음성 인식 성능을 위해 골 전도 마이크를 통해 채집한 사람의 음성 신호를 더욱 명확하고 분명하게 만드는 골 전도 마이크로 입력된 음성신호의 음질 향상방법 및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the sound quality of a voice signal input to a bone conduction microphone, and more particularly, to a bone conduction micro input which makes the voice signal of a person collected through the bone conduction microphone more precise and clear for accurate speech recognition performance. The present invention relates to a method for improving sound quality of a sound signal and a computer readable recording medium storing a program for realizing the same.
일반적으로 마이크는 방송이나 레코드 녹음을 위한 음질의 향상을 위하여 여러 방식이 개발되어 왔으며 반도체를 사용한 소형·고성능인 것이 실용화되고 있다. 이러한 마이크에는 음파를 받기 쉬운 모양을 한 용기 속에 음파에 의해 진동하고 기계적 진동을 전기신호로 변환시키는 소자가 들어 있고, 소형화된 고체화 또는 IC화 증폭기와 그 전원용 전지를 내장한 것도 있다. 최근에는 무선 마이크가 실용화되고 있으며 이러한 무선 마이크의 소자 자체가 소형 주파수변조 송신회로의 일부를 형성하도록 만들어지는 것이 보통이다.In general, microphones have been developed in various ways to improve sound quality for broadcast or record recording, and small and high performance using semiconductors has been put into practical use. These microphones contain a device that vibrates by sound waves and converts mechanical vibrations into electrical signals in a container shaped to receive sound waves, and has a built-in miniaturized or IC amplifier and a battery for its power supply. Recently, wireless microphones have been put into practical use, and the elements of such wireless microphones are usually made to form part of a small frequency modulation transmission circuit.
사람이 발성한 음성은 공기를 통해 외부로 전달되는데 상기 음성은 이러한 마이크에 의해 채집되고 음성 신호로 변환하여 소정의 프로세스를 통해 다시 사람이 들을 수 있는 음성으로 복원되어 출력된다.The voice spoken by a person is transmitted to the outside through the air. The voice is collected by such a microphone, converted into a voice signal, and restored to a voice that can be heard by a human through a predetermined process.
그러나, 이러한 사람의 음성은 고 잡음 환경에서 음성에 섞여 있는 잡음으로 인해 정확한 음성 구간 검출이 불가능하며 이런 잡음으로 인하여 입력된 음성 자체의 고유한 특징을 추출해 내기가 매우 어렵다. 이와 같이 고 잡음 환경에서도 유용하게 사용되는 것이 골 전도 마이크(bone conduction microphone)이다. 상기 골 전도 마이크는 고 잡음 환경에서 사람의 음성이 공기 중에 전달될 때 포함될 수 있는 잡음의 영향을 받지 않고 많은 악조건 속에서도 유용하게 사용된다.However, such a human voice cannot accurately detect the speech section due to the noise mixed in the voice in a high noise environment, and it is very difficult to extract the unique features of the input voice itself. A useful bone conduction microphone is used in such a high noise environment. The bone conduction microphone is useful in many adverse conditions without being affected by the noise that may be included when the human voice is transmitted in the air in a high noise environment.
일반적으로 사람이 발성한 음성은 공기를 통해 외부로 전달되는 동시에 뼈와 두개골을 통하여 발성자의 내이로 직접 전달되는데, 상기 골 전도 마이크는 음성 발성으로 인한 뼈와 두개골의 진동을 측정하여 오디오 신호로 바꾸는 마이크로서, 공기를 통해 전달되는 동안 발생할 수 있는 잡음을 원천적으로 배제할 수 있어 잡음이 많은 환경에서 효과적으로 사용된다.In general, the voice of a person is transmitted to the outside through air and at the same time directly through the bone and skull to the speaker's inner ear. The bone conduction microphone measures the vibration of the bone and skull caused by the voice and converts it into an audio signal. As a microser, it can effectively eliminate the noise that can occur during transmission through the air, effectively used in noisy environments.
일반 마이크가 공기를 통해 전달된 음성 신호를 채집하는 반면, 골 전도 마이크는 음성 발성으로 인한 뼈와 두개골의 진동을 측정해 이를 음성 신호로 변환하게 되므로 공기 중에서 섞일 수 있는 잡음의 영향을 받지 않아 고 잡음 환경에서도 유용하게 사용되는 것이다.While ordinary microphones collect voice signals transmitted through the air, bone conduction microphones measure vibrations of bones and skulls caused by voice utterances and convert them into voice signals, so they are not affected by noise that can mix in the air. It is also useful in noisy environments.
그러나, 골 전도하는 음성 신호는 뼈와 피부를 통해 전도되기 때문에 일반 마이크와는 달리 입력되는 음성 신호의 고주파 성분이 많이 감쇄되어 채집된 음성 신호를 스피커를 통해 바로 들을 때 명확하지 않고 둔탁한 느낌을 받는다. 이러한 음성 신호가 저장되거나 통신 채널을 통해 전달되었을 때 편안한 청취감을 제공할 수 없으며 심한 경우 의사 전달이 제대로 되지 않는 문제가 있었다.However, since the bone conduction voice signal is conducted through the bones and skin, unlike high-frequency microphones, the high frequency components of the input audio signal are attenuated so that the collected sound signal is not clear and dull when directly heard through the speaker. . When such a voice signal is stored or transmitted through a communication channel, there is a problem in that it cannot provide a comfortable listening feeling and, in severe cases, communication is not properly performed.
이러한 문제를 극복하기 위한 한 예로서, 한국특허출원 제1997-64801호에 음성인식성능을 향상시키는 골도 마이크를 이용한 음성인식방법이 개시되어 있다. 상기 음성인식방법은 골드 마이크를 통해 입력된 사용자의 음성 명령어의 신호 중에서 신호 대 잡음비가 우수한 음성 구간만을 검출하고 이를 골도 마이크의 주파수 특성을 고려한 골도 음성 특징 벡터를 추출한 후 기저장된 단어 기준 패턴을 비교하여 가장 유사도가 큰 어휘를 출력하는 것이다.As an example for overcoming such a problem, Korean Patent Application No. 1997-64801 discloses a voice recognition method using a bone conduction microphone to improve voice recognition performance. The voice recognition method detects only a voice section having a good signal-to-noise ratio among the signals of a voice command of a user input through a gold microphone, extracts a bone conduction speech feature vector considering the frequency characteristics of the bone conduction microphone, and compares previously stored word reference patterns. Will output the most similar vocabulary.
그러나, 상기한 음성인식방법에서는 골드 마이크를 통해 입력되는 음성 신호가 전도되면서 감쇄되는 고주파 성분에 대한 보상방법이 없어 음질이 나빠지고 정확한 청취가 어려웠으며 인식 대상 단어들에 대한 기준패턴을 많이 저장해 놓아야 하는 문제점이 있었다.However, in the voice recognition method, there is no compensating method for high frequency components that are attenuated as the voice signal input through the gold microphone is inverted, so that sound quality is poor and accurate listening is difficult, and a lot of reference patterns for words to be recognized must be stored. There was a problem.
또한, 미국특허 제5,280,524호에는 이어폰과 마이크를 결합하여 상기 마이크가 사용자로부터의 오디오 진동의 형태로 전송된 진동을 나타내는 신호를 오디오 회로에 전송하고 상기 오디오 회로는 상기 진동을 처리하여 사용자의 목소리를 재생하는 골 전도 이어폰 및 골 전도 음성 재생방법이 개시되어 있지만, 상기 방법에서도 공기를 통해 전도되는 사용자의 음성은 주파수 특성이 달라져 듣는 사람이 청취감이 저하되는 문제가 있었다.In addition, U.S. Patent No. 5,280,524 discloses combining a earphone with a microphone to transmit a signal representing the vibration transmitted by the microphone in the form of audio vibration from a user to an audio circuit, and the audio circuit processes the vibration to provide a user's voice. Although bone conduction earphones and bone conduction speech reproducing methods for reproducing have been disclosed, the user's voice conducted through the air has a problem in that the listener's hearing is deteriorated because the frequency characteristics are changed.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 골 전도되는 음성 신호를 명확하고 분명한 오디오 신호로 만들어 냄으로써 음질을 향상시켜 청취감을 높이는 방법 및 이를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is a computer-readable recording which records a method for improving the sound quality and a program for realizing the sound signal by making the bone conduction voice signal into a clear and clear audio signal. The purpose is to provide the medium.
본 발명의 다른 목적은 골 전도에 따른 뼈와 두개골의 진동만을 채집하는 통상의 골 전도 마이크를 이용하여도 부가적인 회로 없이 좋은 음질의 음성신호를 저장하거나 통신 채널을 통해 전달할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for storing a good sound quality signal or transmitting it through a communication channel without an additional circuit using a conventional bone conduction microphone that collects only bone and skull vibrations in accordance with bone conduction. have.
도 1은 본 발명에 따른 음성의 음질 향상방법을 구현하는 장치의 구성블럭도이다.1 is a block diagram of an apparatus for implementing a method for improving sound quality of speech according to the present invention.
도 2를 본 발명에 따른 필터 계수의 설정을 위한 적응 신호 처리 기법의 흐름도이다.2 is a flowchart of an adaptive signal processing technique for setting filter coefficients according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11 : 음성입력부 12 : A/D 변환부11: voice input unit 12: A / D conversion unit
13 : FIR 필터링부 14 : 저장부13: FIR filtering unit 14: storage unit
15 : 스피커 21 : 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호15: speaker 21: bone conduction microphone input voice signal
22 : 필터링 연산부 23 : 비교부22: filtering operation unit 23: comparison unit
24 : 원하는 음성 신호 25 : 에러신호24: desired audio signal 25: error signal
26 : 필터계수 적용부26: filter coefficient application unit
상기 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서의 본 발명은, 고 잡음 환경에서적용되는 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호의 음질 향상방법에 있어서,The present invention as a construction means for achieving the above object, in the sound quality improvement method of the bone conduction micro-input voice signal applied in a high noise environment,
골 전도 마이크로 입력된 음성 신호를 필터링하여 상기 음성 신호의 감쇄된 주파수 성분을 보상하는 제1 단계;A first step of filtering the speech signal input to the bone conduction microphone to compensate for the attenuated frequency component of the speech signal;
상기 보상된 음성 신호와 원하는 음성 신호를 비교하는 제2 단계; 및Comparing the compensated speech signal with a desired speech signal; And
상기 제2 단계의 비교 결과에 따라 상기 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호와 상기 원하는 음성 신호의 차이를 줄이도록 필터 계수를 상기 제1 단계의 필터링에 적용에 적용하는 제3 단계를 포함하여,A third step of applying a filter coefficient to the filtering of the first step so as to reduce a difference between the bone conduction microphone input voice signal and the desired voice signal according to the comparison result of the second step,
상기 필터 계수를 변화시켜 반복적으로 필터링에 적용하여 상기 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호와 상기 원하는 음성 신호의 차이가 최소가 되도록 한다.The filter coefficient is changed and repeatedly applied to the filtering so that the difference between the voice signal input into the bone conduction microphone and the desired voice signal is minimized.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고 잡음 환경에서 적용되는 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호를 처리하는 시스템에,In addition, the present invention for achieving the above object, in the system for processing a bone conduction micro-input voice signal applied in a high noise environment,
골 전도 마이크로 입력된 음성 신호를 필터링하여 상기 음성 신호의 감쇄된 주파수 성분을 보상하는 제1 기능;A first function of filtering a speech signal input into a bone conduction microphone to compensate for attenuated frequency components of the speech signal;
상기 보상된 음성 신호와 원하는 음성 신호를 비교하는 제2 기능; 및A second function of comparing the compensated speech signal with a desired speech signal; And
상기 제2 단계의 비교 결과에 따라 상기 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호와 상기 원하는 음성 신호의 차이가 최소가 되도록 필터 계수를 변화시켜 반복적으로 상기 제1 단계의 필터링에 적용에 적용하는 제3 기능;A third function of changing the filter coefficient so as to minimize the difference between the bone conduction microphone input voice signal and the desired voice signal according to the comparison result of the second step and repeatedly applying it to the filtering of the first step;
을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.A computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing the program is provided.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 음성의 음질 향상방법을 구현하는 장치의 구성블럭도를 도시한 것으로서, 골 전도 마이크로 입력된 사람의 음성의 음질을 향상시키는 방법을 구현하는 장치의 구성도를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 음성입력부(11)와, A/D변환부(12)와, FIR필터링부(13)와, 저장부(14)와, 그리고 스피커(15)로 구성된다.1 is a block diagram of a device for implementing a method for improving sound quality of voice according to the present invention, and shows a block diagram of a device for implementing a method for improving sound quality of a human voice input to a bone conduction microphone. As shown in FIG. 1, the apparatus comprises a voice input unit 11, an A / D converter 12, an FIR filtering unit 13, a storage unit 14, and a speaker 15. do.
마이크 등으로 이루어진 음성입력부(11)로 사람의 음성이 입력된다. 여기서, 본 발명에 따른 상기 음성입력부(11)는 골 전도 마이크로 구현된다. 상술한 바와 같이 상기 골 전도 마이크는 음성 발성으로 인한 뼈와 두개골의 진동을 측정하여 이를 음성 신호로 변환하게 된다. 상기 음성 신호는 A/D변환부(12)에서 디지털 신호로 변환된다. 상기 변환된 디지털 신호는 FIR필터링부(13)에서 필터링된다. 저장부(14)는 상기 FIR필터링에 적용되는 필터 계수를 저장한다. 상기 FIR필터링부(13)는 상기 저장부(14)에 저장된 필터계수를 적용하여 필터링을 실행하고 그 출력 신호를 스피커(15)로 입력시키고 결국 원래 음성으로 복원되어 출력된다.A human voice is input to the voice input unit 11 made of a microphone or the like. Here, the voice input unit 11 according to the present invention is implemented as a bone conduction microphone. As described above, the bone conduction microphone measures vibration of bone and skull due to voice utterance and converts it into a voice signal. The voice signal is converted into a digital signal by the A / D converter 12. The converted digital signal is filtered by the FIR filtering unit 13. The storage unit 14 stores filter coefficients applied to the FIR filtering. The FIR filtering unit 13 performs the filtering by applying the filter coefficients stored in the storage unit 14, inputs the output signal to the speaker 15, and finally restores and outputs the original voice.
상기 FIR필터링부(13)에서의 필터링은 신호로부터 원하는 특정 성분의 신호를 제거하거나 강조하여 신호를 원하는 대로 변형시키는 것이다. 이와 같은 디지털 신호의 필터링 기법은 크게 FIR(Finite Impulse Response)와 IIR(Infinite Impulse Response)로 나뉜다. 특히, 상기 FIR필터링 기법은 현재 입력과 과거 유한개의 입력을 이용해서 원하는 특성을 만들어 내는 것이며 이는 하기의 수식 1과 같이 구현될 수 있다.The filtering in the FIR filtering unit 13 removes or emphasizes a signal of a specific desired component from the signal to modify the signal as desired. Such filtering methods of digital signals are largely divided into finite impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR). In particular, the FIR filtering technique generates a desired characteristic by using the current input and the past finite number of inputs, which can be implemented as Equation 1 below.
[수식 1][Equation 1]
여기서, h(k)는 필터의 계수이고 x(n-k)는 k시간 전의 입력 신호이며, n은 필터의 차수이다.Where h (k) is the coefficient of the filter, x (n-k) is the input signal k hours ago, and n is the order of the filter.
이와 같이, 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호는 고주파 성분이 약해지기 때문에 상기 필터 계수를 조정하여 상기 약화된 고주파 성분을 보상함으로써 원래의 특성을 갖는 고주파 성분을 갖도록 하는 것이다. 즉, 상기 필터 계수와 입력 신호를 이용하여 원하는 출력값을 만들어 있는데, 입력 신호의 성분 중에서 고주파 성분이 미약하다면 필터의 계수를 적절히 조정하여 필터링을 실행함으로써 약화된 고주파 성분을 강조하여 원하는 신호를 얻을 수 있는 것이다. 극단적으로는 상기 필터 계수를 어떻게 적용하느냐에 따라서는 고주파 성분을 없애버릴 수도 있는 것이다.As described above, since the high frequency component is weakened, the audio signal input to the bone conduction microphone is adjusted to compensate the weakened high frequency component by adjusting the filter coefficient so as to have a high frequency component having original characteristics. That is, a desired output value is made using the filter coefficient and the input signal. If the high frequency component is weak among the components of the input signal, the desired signal can be obtained by emphasizing the weakened high frequency component by performing filtering by adjusting the filter coefficient appropriately. It is. Extremely, high frequency components may be removed depending on how the filter coefficient is applied.
따라서, 본 발명에서는 FIR필터링을 실행함으로써 골 전도되는 음성 신호의 감쇄된 고주파 성분을 강조하여 보상하기 위해서는 상기 필터 계수를 어떻게 적용하느냐가 중요한 사항이다. 왜냐하면, 상기한 FIR필터링 기법을 이용하여 골 전도 마이크를 통해 입력된 음성 신호의 고주파 성분을 강조하고 보다 명확하게 함으로써 음질이 향상되기 때문이다. 따라서, 음성 신호에 어떤 변형을 가하는가는 필터 계수에 의해 결정되기 때문에 알맞은 필터 계수를 정해야 한다.Therefore, in the present invention, it is important to apply the filter coefficients in order to emphasize and compensate the attenuated high frequency component of the speech signal conducted by FIR filtering. This is because the sound quality is improved by emphasizing and clarifying the high frequency components of the voice signal input through the bone conduction microphone using the FIR filtering technique. Therefore, it is necessary to determine the appropriate filter coefficient because the deformation of the speech signal is determined by the filter coefficient.
이하, 도 2를 참조하여 상기 필터 계수를 설정하는 방법에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 2를 본 발명에 따른 필터 계수의 설정을 위한 적응 신호 처리 기법의 흐름을 보이는 도면이다.Hereinafter, the method of setting the filter coefficient will be described in more detail with reference to FIG. 2. 2 is a flowchart illustrating an adaptive signal processing technique for setting filter coefficients according to the present invention.
상술한 바와 같이, 상기 필터 계수의 설정은 필터링을 실행하는데 있어 중요한 요소이다. 왜냐하면, 상기 필터 계수에 따라 필터링의 결과가 달라지기 때문이다. 상기 필터 계수의 설정은 적응 신호 처리(adaptive signal process)기법을 이용한다. 상기 적응 신호 처리 기법은 골 전도 마이크를 통해 입력되는 음성 신호가 원하는 음성 신호와 비교하여 차이가 나는 에러 신호를 보상하기 위해 필터 계수를 반복적으로 적용하여 상기 에러 신호를 최소화시키는 필터 계수를 찾는 기법이다. 여기서, 상기 에러 신호는 바람직하게는 골 전도되는 음성 신호에서 감쇄된 고주파 성분에 해당하는 차이며, 부가적으로는 원래 신호와는 다른 변형이 발생한 성분이다.As described above, the setting of the filter coefficient is an important factor in performing the filtering. This is because the result of filtering varies according to the filter coefficients. The setting of the filter coefficients uses an adaptive signal process technique. The adaptive signal processing technique is a technique for finding a filter coefficient that minimizes the error signal by repeatedly applying filter coefficients to compensate for an error signal in which a voice signal input through a bone conduction microphone is different from a desired voice signal. . Here, the error signal is preferably a difference corresponding to the attenuated high frequency component in the bone conduction voice signal, and additionally, a component in which a deformation different from the original signal occurs.
이를 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에는 골 전도 마이크를 통해 입력된 음성 신호(21)가 원하는 음성 신호(24) 즉, 사람이 듣기에 둔탁한 느낌이 없는 명료한 음성이 되는 신호에 최상으로 근접하도록 하기 위해 필터 계수를 계속 반복적으로 필터링의 실행에 적용하여 가장 근접한 경우에서의 필터 계수를 찾아내기 위한 과정을 도시한 것이다. 상기 원하는 음성 신호(24)는 일반 마이크로 입력되는 음성 신호일 수도 있고 다른 일반적인 장치를 통한 음성 신호일 수도 있다.This will be described with reference to FIG. 2. In Fig. 2, the filter coefficients are repeatedly repeated so that the voice signal 21 input through the bone conduction microphone is best approached to the desired voice signal 24, i.e., a signal that is clear voice without feeling dull for human hearing. Figure 2 shows the process for finding filter coefficients in the closest case by applying to the filtering. The desired voice signal 24 may be a voice signal input to a general microphone or a voice signal through another general device.
도 2를 참조하면, 골 전도 마이크로 입력되는 음성 신호(21)는 필터링을 연산할 수 있는 필터링연산부(22)로 입력되고 상기 필터링 연산부(22)에서 상기 음성 신호(21)를 필터링한다. 이때, 상기 필터링의 실행시 임의의 필터 계수(25)를 적용하여 실행한다. 상기 필터링연산부(22)는 바람직하게는 DSP 또는 CPU 등과 같은 필터링 연산장치이다.Referring to FIG. 2, the voice signal 21 input to the bone conduction microphone is input to a filtering operator 22 capable of calculating filtering, and the filtering operator 22 filters the voice signal 21. At this time, an arbitrary filter coefficient 25 is applied to perform the filtering. The filtering operation unit 22 is preferably a filtering operation unit such as a DSP or a CPU.
상기 필터링된 신호는 비교기(23)에서 원하는 원래의 음성 신호(24) 즉, 가장 이상적인 음성 신호와 비교한다. 이미 상술한 바와 같이, 골 전도되는 음성 신호(21)는 고주파 성분이 감쇄되기 때문에 원하는 음성 신호(24)와 차이가 발생하게 된다. 상기 비교기(23)에서는 상기 두 음성 신호(21,24)의 차이 즉, 에러 신호(25)를 출력한다. 이어, 상기 필터 계수 적용부(26)에서는 상기 비교기(23)로부터 출력되는 상기 에러 신호(25)가 최소가 되는 필터 계수를 계속하여 상기 필터링연산부(22)의 필터링시에 적용한다. 이를 계속적으로 반복하여 상기 필터링연산부(22)의 필터링 결과 상기 에러 신호(25)가 최소가 되는 필터 계수를 찾는다. 이로써, 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호(21)에 대한 최적의 필터링을 위한 필터 계수가 설정되는 것이다. 상기 필터 계수 적용부(26)는 마이크로 프로세서로도 구현이 가능하며 바람직하게는 프로그램으로도 구현이 가능하다. 이는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람은 용이하게 구현가능 할 것이다. 또한, 도면에는 미도시된 제어부가 상기와 같은 전반적인 플로우를 실행한다. 즉, 최적의 필터 계수를 설정하고 상기 설정된 필터 계수를 적용하여 FIR필터링함으로써 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호의 음질을 향상시키는 전반적인 제어를 미도시된 상기 제어부에서 수행한다.The filtered signal is compared in the comparator 23 with the desired original speech signal 24, i.e. the most ideal speech signal. As described above, since the high frequency component is attenuated by the bone conduction voice signal 21, a difference occurs with the desired voice signal 24. The comparator 23 outputs a difference between the two voice signals 21 and 24, that is, an error signal 25. Subsequently, the filter coefficient applying unit 26 continuously applies the filter coefficient at which the error signal 25 output from the comparator 23 becomes the minimum when filtering the filtering operation unit 22. This is repeated repeatedly to find a filter coefficient of which the error signal 25 is the minimum as a result of the filtering of the filtering operation unit 22. As a result, a filter coefficient for optimal filtering of the voice signal 21 input to the bone conduction microphone is set. The filter coefficient applying unit 26 may be implemented as a microprocessor, and preferably as a program. This may be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, the control unit not shown in the figure executes the overall flow as described above. In other words, the controller (not shown) performs overall control to improve the sound quality of the voice signal input to the bone conduction microphone by FIR filtering by setting the optimum filter coefficient and applying the set filter coefficient.
상기와 같이 최적의 필터 계수를 설정하기 위해서는 미리 골 전도 마이크를 통해 입력된 음성 신호(21)와 원하는 음성 신호(24) 예를 들어, 바람직하게는 일반적인 마이크를 통해 입력된 음성 신호의 샘플들이 충분히 있어야 한다. 도 2의 프로세서(22)는 계속적으로 변화되어 적용되는 필터 계수에 따라 필터를 바꾸어가며 상기 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호(21)를 변화시키고 이때 마다 원하는 음성 신호(24) 즉, 일반 마이크로 입력된 음성 신호(24)와 비교하여 그 차이 즉, 에러 신호(25)를 찾아내게 된다. 상기 에러 신호(25)를 최소화하도록 필터 계수를 변화시키는데 상기 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호(21)와 원하는 음성 신호(24)가 최대한 비슷하게 되는 필터 계수를 찾아내서 이를 필터링하게 되고 결국 상기 두 음성 신호가 최대로 비슷하게 만드는 것이다.In order to set the optimum filter coefficient as described above, a sufficient amount of samples of the voice signal 21 inputted through the bone conduction microphone and the desired voice signal 24, for example, the voice signal input through the general microphone is preferably sufficient. Should be The processor 22 of FIG. 2 continuously changes and changes the filter in accordance with the applied filter coefficients to change the bone conduction microphone input voice signal 21 and at this time, the desired voice signal 24, i. The difference, that is, the error signal 25, is found by comparing with the voice signal 24. The filter coefficients are changed to minimize the error signal 25. The filter coefficients in which the bone conduction micro-input voice signal 21 and the desired voice signal 24 are as similar as possible are found and filtered. To make it as similar as possible.
따라서, 상기와 같이 필터링의 실행시 필터 계수의 반복적인 적용으로 골 전도 마이크로 입력되는 음성 신호에 적합한 필터 계수를 미리 측정하고, 이를 도 1의 저장부(14)에 저장해 놓는다. 즉, 사람마다의 골격, 두개골의 구조 등에 따라 상기 골 전도 마이크로 입력되는 음성 신호는 그 특성이 다르기 때문에 상기 필터 계수를 사람별로 유한개의 전형적인 경우를 정해 미리 측정하여 저장해 놓는 것이다. 예를 들어, 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호의 주파수 등의 특징을 분석하여 음성 신호 A를 FIR필터링할 경우에는 a의 필터 계수를 적용하고, 음성 신호 B를 FIR필터링할 경우에는 b의 필터 계수를 적용하도록 미리 설정하여 저장해 놓는다. 상기 저장되는 필터 계수는 많은 개수로 유한개를 저장한다.Therefore, the filter coefficients suitable for the voice signal input to the bone conduction microphone are measured in advance by repeatedly applying the filter coefficients when performing the filtering as described above, and are stored in the storage unit 14 of FIG. 1. That is, since the voice signal input to the bone conduction microphone differs according to the structure of each person's skeleton, skull, etc., the filter coefficients are measured and stored in advance by determining a typical typical case for each person. For example, the filter coefficient of a is applied when FIR filtering the voice signal A by analyzing characteristics such as the frequency of the voice signal input to the bone conduction microphone, and the filter coefficient of b when FIR filtering the voice signal B. Save it in advance to apply it. The stored filter coefficients are stored in large numbers.
이와 같이 저장된 필터 계수를 이용하여 이후에 사용되는 골 전도 마이크에 입력된 음성 신호의 필터링에 적용한다. 즉, 사용자의 음성 신호에 대한 데이터를 이용하여 상기와 같이 미리 저장된 필터 계수 중 가장 좋은 음질을 제공하는 필터계수를 선택하여 FIR필터링시 적용하고 필터링되어 출력되는 음성 신호가 원하는 음성 신호에 최적으로 근접하여 최상의 음질이 되도록 한다.The filter coefficients thus stored are used to filter the voice signal input to the bone conduction microphone to be used later. That is, by using the data of the user's voice signal, the filter coefficient that provides the best sound quality among the pre-stored filter coefficients is selected and applied during FIR filtering, and the filtered and output voice signal is close to the desired voice signal. To ensure the best sound quality.
상기와 같이 음성 신호에 맞는 필터 계수를 구하고 이를 저장했다가 이후에 실제로 골 전도 마이크를 사용할 때 상기 저장된 필터 계수 중 최상의 필터 계수를 읽어 들여 필터링함으로써 골 전도 마이크로 입력된 음성 신호 중 감쇄된 고주파 성분을 보상하여 더 나은 음질이 되도록 한다. 이때, FIR필터링을 통해 고주파 성분을 강조하되 무조건 강조하는 것이 아니라 사람의 특성에 맞게 고주파 성분을 강조할 수 있도록 최적의 필터 계수를 사용하고 사용자는 자신의 신체 특성에 맞는 필터 계수를 선택하여 골 전도 마이크를 통한 음성 신호의 음질을 향상시킬 수 있는 것이다.As described above, the filter coefficients corresponding to the voice signal are obtained and stored, and then, when the bone conduction microphone is actually used, the highest frequency filter component of the voice signal input to the bone conduction microphone is read by filtering by reading the best filter coefficient among the stored filter coefficients. Compensate for better sound quality. In this case, the FIR filtering emphasizes the high frequency components, but instead of using the optimal filter coefficients to emphasize the high frequency components according to the characteristics of the person, the user selects the filter coefficients suitable for his / her physical characteristics and conducts bone conduction. The sound quality of the voice signal through the microphone can be improved.
여기서, 각 특성에 맞게 계속 필터 계수가 변해야 하지만 골 전도 마이크의 경우 수시로 변하는 환경이 아니라 사용자의 신체 특성 예를 들어, 키, 두개골의 크기 등에 따라서만 변화가 있으므로 특정인은 하나의 필터 계수를 이용해서 음성 변환이 가능하다.Here, the filter coefficient should be continuously changed according to each characteristic. However, in the case of the bone conduction microphone, the filter coefficient is changed only according to the physical characteristics of the user, for example, the height and the size of the skull. Voice conversion is possible.
통상의 통신 기기와 같은 응용 제품의 프로세서에서 상기 필터 계수를 적용하여 필터링된 골 전도 마이크의 입력은 다른 부가적인 하드웨어의 설치없이도 필터링 전보다 훨씬 명확한 음성으로 변환시킬 수 있게 된다.By applying the filter coefficients in a processor of an application such as a conventional communication device, the input of the filtered bone conduction microphone can be converted into a voice that is much clearer than before filtering without installing any additional hardware.
골 전도 마이크를 통해 입력된 음성 신호의 고주파 성분이 감쇄되었다고는 하나 주파수 성분에 대한 감쇄 정도가 일정하지 않기 때문에 이를 위하여 복잡한 특성을 갖는 필터가 필요하며 이에 합당한 필터를 설계하는 것이 중요하다.Although the high frequency component of the audio signal input through the bone conduction microphone is attenuated, the degree of attenuation of the frequency component is not constant. Therefore, a filter having a complex characteristic is required for this purpose, and it is important to design a suitable filter.
본 발명의 상세한 설명 및 도면에는 최적의 필터 계수를 적용하여 음성 신호를 FIR필터링함으로써 상기 음성 신호의 음질을 향상시키는 방법이 개시되어 있지만, 본 발명의 음성 신호의 음질 향상방법은 FIR필터링을 위한 최상의 파라메터를 적용하여 FIR필터링을 실시한다. 상기와 같은 필터 계수의 적용은 단지 본 발명의 설명하기 위한 바람직한 일례로서 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 즉, 상기와 같은 골 전도 마이크를 사용하는 자는 미리 저장된 파라메터들 중 가장 좋은 음질을 제공하는 것들을 적용함으로써 최상의 음질의 음성으로 변환시킨다.In the detailed description and drawings of the present invention, a method of improving the sound quality of the speech signal by applying the optimal filter coefficients to FIR filtering the speech signal is disclosed, but the method of improving the sound quality of the speech signal of the present invention is the best for FIR filtering. FIR filtering is performed by applying parameters. The application of the above filter coefficients is merely a preferred example of the present invention and does not limit the scope of the present invention. That is, a person using the bone conduction microphone as described above converts the voice of the best sound quality by applying the ones that provide the best sound quality among the pre-stored parameters.
따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상기한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 청구범위에 결정되어야만 할 것이다.Therefore, the scope of the present invention should be determined by the appended claims rather than by the foregoing description.
본 발명에 따르면, 별도의 부가적인 회로를 사용하지 않고도 응용 제품의 프로세서에서 소프트웨어만으로 간단한 필터링을 수행하여 골 전도 마이크의 입력을 명확하게 하여 청취감을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the listening feeling by clarifying the input of the bone conduction microphone by performing simple filtering by software only in the processor of the application without using an additional additional circuit.
또한, 고 잡음 환경에서 효과적인 골 전도 마이크와 무전기나 이동 전화기와 같은 기존의 통신 제품의 프로세서를 이용해 부가적인 하드웨어 없이 음질을 향상시킴으로써 잡음이 많은 환경 하에서 효과적으로 사용될 수 있다.It can also be used effectively in noisy environments by improving the sound quality without additional hardware by using bone conduction microphones and processors in existing communication products such as radios and mobile phones that are effective in high noise environments.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020010070959A KR20030040610A (en) | 2001-11-15 | 2001-11-15 | A method for enhancing speech quality of sound signal inputted from bone conduction microphone |
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| KR (1) | KR20030040610A (en) |
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