KR20040079085A

KR20040079085A - 마이크로폰 어레이 구조, 이를 이용한 일정한 지향성을갖는 빔 형성방법 및 장치와 음원방향 추정방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040079085A
Application number: KR1020030014006A
Authority: KR
Inventors: 김재우; 공동건; 최창규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-14
Also published as: KR100493172B1; EP1455552A2; US20040175006A1; EP1455552A3; JP2004274763A

Abstract

마이크로폰 어레이 구조, 이를 이용한 빔 형성방법 및 장치와 음원방향 추정방법 및 장치가 개시된다. 일정한 지향성을 갖는 빔 형성장치는 제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰, 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하는 마이크로폰 어레이, 제1 내지 제i 서브어레이로부터 출력되는 음성신호를 입력으로 하여 서브어레이별로 빔을 형성하는 빔형성부, 빔형성부로부터 서브어레이별로 출력되는 빔을 필터링하는 필터링부, 및 필터링부로부터 서브어레이별로 필터링되어 출력되는 신호를 가산하는 가산부로 이루어진다.

Description

마이크로폰 어레이 구조, 이를 이용한 일정한 지향성을 갖는 빔 형성방법 및 장치와 음원방향 추정방법 및 장치{Microphone array structure, method and apparatus for beamforming with constant directivity and method and apparatus for estimating direction of arrival, employing the same}

본 발명은 마이크로폰 어레이를 이용한 음성관련 응용에 관한 것으로서, 특히 마이크로폰 어레이 구조, 이를 이용한 일정한 지향성을 갖는 빔 형성방법 및 장치와 음원방향 추정방법 및 장치에 관한 것이다.

핸즈프리 통신, 영상회의 또는 음성인식 등은 음성관련 응용분야로서, 잡음 및 반향이 존재하는 실제 환경에서 동작시 강인한 음성획득시스템을 필요로 한다. 최근 강인한 음성획득시스템을 구현하기 위하여 잡음 및 반향의 영향을 제거함으로써 신호 대 잡음비를 높일 수 있는 빔 형성기법을 적용한 마이크로폰 어레이를 널리 사용하고 있다.

유한 갯수의 마이크로폰으로부터 출력되는 신호들의 직접적인 합산방식을 사용하는 유형의 마이크로폰 어레이는 주파수에 좌우되는 지향성을 나타낸다. 지향성은 통상 마이크로폰 어레이의 유효 길이 및 관련 주파수에서의 음향 파장에 좌우되는데, 마이크로폰 어레이의 길이보다 훨씬 긴 파장을 갖는 저주파수에서는 낮은 지향성을 갖고, 마이크로폰 어레이의 길이보다 훨씬 짧은 파장을 갖는 고주파수에서는 높은 지향성을 갖는 등, 지향성은 주파수와 함께 증가한다. 마이크로폰 어레이가 일정한 지향성을 제공할 수 있는 가장 낮은 파장은 마이크로폰 어레이의 전체 길이에 좌우되고, 지향성에 중요한 영향을 미치는 측면 로브(Side lobe)를 갖지 않게 되는 가장 높은 주파수는 어레이의 마이크로폰들 사이의 거리에 좌우된다. 따라서, 마이크로폰 어레이의 길이, 마이크로폰들 사이의 거리 및 마이크로폰의 갯수는 주어진 지향성의 일정한 한계내에서 요구되는 주파수 범위에 좌우된다.

한편, 빔형성을 위한 마이크로폰 어레이의 지오메트리를 살펴보면, 한편, 빔형성을 위한 마이크로폰 어레이의 지오메트리를 살펴보면, 선형(Linear) 또는 비선형(Non-linear) 어레이 및 균일(Uniform) 또는 비균일(Non-uniform) 어레이로 나누어질 수 있다. 여기서, 균일 어레이는 구현 및 분석이 간단하나 지향성이 주파수에 따라서 변하기 때문에 근래 들어 비균일 어레이 구조를 이용하여 주파수에 상관없이 일정한 지향성을 가지도록 하는 노력이 계속 되어 오고 있다.

상기한 다양한 지오메트리로 구성되는 마이크로폰 어레이를 이용한 빔형성과 관련된 기술은 미국특허 USP 5,657,393호, USP 5737485호, USP 6339758호, USP 6449586호 등에 기재되어 있고, 일정한 지향성을 갖는 빔 형성(Constant Directivity Beamforming)과 관련된 기술은 Ward et. al 의 "Constant Directivity Beamforming" (Microphone Arrays Signal Processing Techniques and Applications: Brandstein and Ward Eds. Springer, page 3-17) 등에 기재되어 있다.

이와 같은 마이크로폰 어레이와 음성인식기를 결합시키는 경우, 음성인식기는 기본적으로 근거리 대화(Close-talk) 환경에서 음향모델을 만들기 때문에 각 주파수 채널마다 동일한 특성을 갖는 신호가 들어오기를 기대한다. 여기서, 동일한 특성이란 목적원으로부터 입력되는 신호에 대한 증폭의 정도가 동일함과 동시에 잡음원으로부터 유입된 신호에 대한 감쇄의 정도로 동일함을 의미한다. 그러나, 마이크로폰들이 등간격으로 배열되어 있기 때문에 입사각이 같더라도 주파수가 달라지는 경우에는 메인 로브(Main lobe)의 이득 특성이 달라지는 단점이 있다. 또한, 이동로봇과 같이 움직이는 목적원이거나 마이크로폰 어레이와 같이 음성획득기 자체가 음직이는 경우에는 룩 디렉션 에러(look direction error)가 발생하고, 따라서 음성인식율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 대부분의 원거리 대화(Far-talk) 음성인식 환경에서는 저주파수 잡음이 유입될 가능성이 높기 때문에 음성인식율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주파수에 상관없이 동일한 특성의 메인로브와 낮은 측면로브를 가지면서 일정한 지향성을 갖는 빔 형성을 위한 마이크로폰 어레이 구조를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 마이크로폰 어레이구조를 적용하여 목적원의 위치 추정시 오류가 발생하더라도 강인하게 목적신호를 획득할 수 있는 빔형성방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 마이크로폰 어레이 구조를 적용하여 정확하게 음원방향을 추정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이 구조는 제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰; 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제s 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일정한 지향성을 갖는 빔 형성장치는 제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰; 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하는 마이크로폰 어레이; 상기 제1 내지 제i 서브어레이로부터 출력되는 음성신호를 입력으로 하여 서브어레이별로 빔을 형성하는 빔형성부; 상기 빔형성부로부터 서브어레이별로 출력되는 빔을 필터링하는 필터링부; 및 상기 필터링부로부터 서브어레이별로 필터링되어 출력되는 신호를 가산하는 가산부를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일정한 지향성을 갖는 빔 형성방법은 제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰; 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하는 마이크로폰 어레이를 이용한 빔형성방법에 있어서, (a) 상기 제1 내지 제i 서브어레이로부터 출력되는 음성신호를 입력으로 하여 지연-합 빔형성기법에 의거하여 서브어레이별로 빔을 형성하는 단계; (b) 상기 (a) 단계로부터 서브어레이별로 생성되는 빔을 상기 제1 내지 제i 목적주파수에 따라서 저역통과필터링, 대역통과필터링 및 고역통과필터링 중 하나를 수행하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계로부터 서브어레이별로 필터링되어 출력되는 신호를 가산하는 단계를 포함한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 음원방향 추정장치는 제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰; 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하여 (2i+1)개의 마이크로폰으로 구성되는 마이크로폰 어레이; 상기 (2i+1)개의 마이크로폰으로부터 출력되는 음성신호에 대하여 각각 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하는 고속퓨리에변환부; 및 상기 고속퓨리에변환부로부터 제공되는 각 마이크로폰별 주파수영역의 음성신호에 대하여 주파수빈별로 생성되는 공간 스펙트럼으로부터 모든 주파수영역에서의 피크값을 검출하고, 피크값이 검출된 θ값을 음원의 방향으로 추정하는 음원방향 검출수단을 포함한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 음원방향 추정방법은 제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰; 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하여 총 (2i+1)개의 마이크로폰으로 구성되는 마이크로폰 어레이를 이용한 음원방향 추정방법에 있어서, (a) 상기 (2i+1)개의 마이크로폰으로부터 출력되는 음성신호에 대하여 각각 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계로부터 제공되는 마이크로폰별 주파수영역의 음성신호에 대하여 주파수빈별로 생성되는 공간 스펙트럼으로부터 모든 주파수영역에서의 피크값을 검출하고, 피크값이 검출된 θ값을 음원의 방향으로 추정하는 단계를 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이의 구조를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이를 적용한 빔 형성장치의 제1 실시예의 구성을 나타내는 블럭도,

도 3은 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이를 적용한 따른 빔 형성장치의 제2 실시예의 구성을 나타내는 블럭도,

도 4는 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이를 적용한 음원방향 추정장치의 일실시예의 구성을 나타낸 블럭도,

도 5a 및 도 5b는 본 발명과 종래기술에 따른 빔형성방법의 성능을 비교하기 위하여 사용된 마이크로폰 어레이의 예, 및

도 6a 내지 도 6f는 도 5a 및 도 5b에 도시된 마이크로폰 어레이를 사용한 경우 본 발명과 종래기술에 따른 빔형성방법에 의해 생성되는 빔패턴을 비교한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1a은 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이 구조의 지오메트리를 나타낸 것이고, 도 1b는 7개의 마이크로폰과 3개의 마이크로폰 서브어레이로 이루어지는 어레이 구조의 실제 예를 나타낸다. 여기서는 일실시예로서 원형 마이크로폰 어레이 구조를 도시하였으나, 마이크로폰들 간에 후술할 수학식 1을 만족하는 구조이면 어떠한 형태라도 무방하다. 도 1a를 참조하면 본 발명에 따른 어레이 구조는 반평판, 예를 들면 반원판에 배열되며, 마이크로폰 어레이에 결합되는 음성인식기에 사용되는 음향모델의 주파수 채널 수(i)에 해당하는 i개의 서브어레이로 이루어진다. 즉, 음향모델의 주파수 채널 수가 변경되면 서브어레이의 수(i) 및 마이크로폰 어레이를 구성하는 전체 마이크로폰의 수(2i+1)가 변경된다. 여기서, 각 마이크로폰(M₁,...,M_n, 여기서 n=2i+1)은 무지향성 마이크로폰, 단일 지향성 마이크로폰 또는 양 지향성 마이크로폰 중의 어느 하나에 해당될 수 있다. 한편, 참조부호 11은 목적원 즉 음원의 방향을 나타내며, 미리 음원방향 탐지(Sound Source Localization) 과정이 행해져서 목적원 방향(11)을 알고 있으며, 목적원 방향에 오류가 생길 가능성을 고려하여 도시한 것이다.

각 서브어레이는 마이크로폰(M_k)을 포함하는 3 개의 마이크로폰으로 이루어지는데, 예를 들면 M₁, M_k, M_n은 제1 서브어레이, M_k-2, M_k, M_k+2은 제 (i-1) 서브어레이, M_k-1, M_k, M_k+1은 제s 서브어레이를 이룬다. 각 서브어레이는 M_k를 꼭지점으로 하며, M_k를 제외한 나머지 두개 마이크로폰의 연결선이 밑변이 되는 삼각형 구조로 이루어진다. 각 마이크로폰 서브어레이의 목적 주파수(f_i, 여기서 i는 1 내지 i)는 음향모델의 각 채널에 할당되는 주파수로 설정되고, 목적 주파수(f_i)가 결정되면 각 마이크로폰 서브어레이에서 M_k를 제외한 나머지 두개의 마이크로폰의 위치가 결정된다. 반평판 상에서의 M_k를 제외한 나머지 두개의 마이크로폰이 위치하는 지점은 다음 수학식 1에 의해 결정되어질 수 있다.

여기서, c는 대기중 음속으로서 343 m/sec이며, f_i는 제1 내지 i 서브어레이에 할당된 목적주파수로서, 예를 들면, f₁은 음향모델의 주파수 채널 중 가장 저주파수에 해당하고, f_i는 가장 고주파수에 해당한다. 즉, 반평판 상에서 마이크로폰(M_k)과 중심축(13)의 연장선과 수직으로 d_i에 해당하는 두 지점에 M_k를 제외한 나머지 두개의 마이크로폰이 위치하게 된다. 한편, 마이크로폰 어레이에서 중심축(13)으로부터 제1 마이크로폰(M_k)까지의 거리(r)는 제1 서브어레이에 있어서 M₁과 M_k까지의 직선거리(2d₁)의 1/2 보다 작거나 같도록 설정된다.

이와 같이 음성인식기에서 필요로 하는 각 채널의 목적주파수에 따라서 밑변의 길이가 달라지는 삼각형 구조로 이루어지는 i개의 마이크로폰 서브어레이를 이용할 경우, 목적 주파수 근방에서는 측면로브가 발생할 가능성이 감소할 뿐 아니라 목적주파수의 주파수대역에 상관없이 동일한 특성, 즉 동일한 형태의 메인로브를 갖는 빔패턴을 생성할 수 있다.

한편, 도 1b를 참조하면 3개의 목적주파수를 필요로 함에 따라서 M₁내지 M₇의 7개의 마이크로폰, 3개의 마이크로폰 서브어레이로 이루어지는 경우, M₁, M₄, M₇은 제1 서브어레이, M₂, M₄, M₆은 제2 서브어레이, M₃, M₄, M₅은 제3 서브어레이를 형성한다. 제1 내지 제3 서브어레이는 상기 수학식 1에 의하여 각각 음향모델의 주파수 채널 중 저주파수대역, 중주파수대역, 고주파수대역에 대하여 최적화시킨 위치에 배열된다. 이에 따르면, 음향모델의 주파수 채널 수가 증가할수록 각 마이크로폰들 사이의 간격이 조밀해지는 경향을 가진다.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이 구조를 적용한 빔 형성장치의 제1 실시예를 나타낸 것으로서, 3개의 마이크로폰 서브어레이로 구성되는 마이크로폰 어레이(211), 각 마이크로폰 서브어레이(213,215,217)으로부터의 출력을 입력으로 하여 빔을 형성하는 제1 내지 제3 빔형성기(233,235,237)로 구성되는 빔형성부(231), 제1 내지 제3 빔형성기(22,2324)로부터의 출력에 대하여 필터링을 수행하는 제1 내지 제3 필터(253,255,257)로 구성되는 필터링부(251) 및 제1 내지 제3 필터(253,255,257)의 출력을 가산하는 가산부(271)로 이루어진다. 여기서는 설명의 편이를 위하여 음향모델이 저주파수대역, 중주파수대역 및 고주파수대역에서 각각 하나의 목적주파수, 즉 제1 내지 제3 목적주파수(f₁~f₃)를 갖는 경우로서, 이에 따라 7개의 마이크로폰과 3개의 마이크로폰 서브어레이로 이루어지는 경우를 예를 든 것이다.

도 2를 참조하면, 마이크로폰 어레이(211)는 본 발명의 마이크로폰 어레이 구조에 의거하여, 제1 내지 제3 목적주파수(f₁~f₃)에 해당하는 지오메트리를 가지며, 각 마이크로폰 서브어레이(213,215,217)의 출력은 해당하는 빔형성기(233,235,237)로 입력된다.

빔형성부(231)에 있어서, 제1 빔형성기(233)는 제1 서브어레이(213)의 마이크로폰(M₁, M₄, M₇)으로부터 출력되는 음성신호를 각각 소정시간 지연시킨 후 가산하여 빔을 형성한다. 제2 빔형성기(235)는 제2 서브어레이(215)의 마이크로폰(M₂, M₄, M₆)으로부터 출력되는 음성신호를 각각 소정시간 지연시킨 후 가산하여 빔을 형성한다. 제3 빔형성기(237)는 제3 서브어레이(217)의 마이크로폰(M₃, M₄, M₅)으로부터 출력되는 음성신호를 각각 소정시간 지연시킨 후 가산하여 빔을 형성한다. 제1 내지 제3 빔형성기(233,235,237)는 지연-합 빔형성기법(Delay and Sum beamforming)을 사용하는데 이를 간단하게 설명하면 다음과 같다. 제1 내지 제3 빔형성기(233,235,237)는 3개의 마이크로폰으로부터 각각 음성신호를 입력받고, 3개의 마이크로폰을 통하여 입력되는 음성신호들의 상관도를 구하여 각 음성신호간의 시간지연을 계산한다. 다음, 3개의 지연소자에서 계산된 지연시간만큼 각 음성신호를 지연시키고, 지연된 음성신호를 출력한다. 여기서, 지연시간 추정은 상관도 계산 이외에 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 제1 내지 제3 빔형성기(233,235,237)의 출력은 각각 제1 내지 제3 필터(253,255,257)로 제공된다.

필터링부(251)에 있어서, 제1 필터(253)는 제1 빔형성기(233)로부터의 출력에 대하여 저역통과필터링을 수행하기 위한 것으로서, 제1 빔형성기(233)로부터의출력에 대하여 저주파수대역에 대한 제1 목적주파수(f₁)보다 낮은 대역의 신호를 필터링하여 출력한다. 제2 필터(255)는 제2 빔형성기(235)로부터의 출력에 대하여 대역통과필터링을 수행하기 위한 것으로서, 제2 빔형성기(235)로부터의 출력에 대하여 저주파수대역에 대한 제1 목적주파수(f₁)와 중주파수대역에 대한 제2 목적주파수(f₂) 사이에 존재하는 대역의 신호를 필터링하여 출력한다. 제3 필터(257)는 제3 빔형성기(237)로부터의 출력에 대하여 고역통과필터링을 수행하기 위한 것으로서, 제3 빔형성기(237)로부터의 출력에 대하여 중주파수대역에 대한 제2 목적주파수(f₂)보다 높은 대역의 신호를 필터링하여 출력한다. 만약, 음향모델의 주파수채널이 i개인 경우 필터링부(251)는 i개의 필터로 이루어지는데, i개의 필터 중 제1 필터는 저역통과필터링, 제2 내지 제(i-1) 필터는 대역통과필터링, 제i 필터는 고역통과필터링을 수행하게 되고, 각 채널의 목적주파수에 따라서 각 필터의 컷오프 주파수를 결정할 수 있다.

가산부(271)는 필터링부(251)로부터 필터링되어 출력되는 각 주파수대역 신호를 가산하여 음성인식기(미도시)로 입력한다.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이 구조를 이용한 빔 형성장치의 제2 실시예를 나타낸 것으로서, 3개의 마이크로폰 서브어레이(313,315,317)으로 구성되는 마이크로폰 어레이(311), 마이크로폰에 대응하는 고속퓨리에변환기를 포함하는 제1 내지 제3 고속퓨리에변환부(333,335,337)로 이루어지는 시간/주파수 변환부(331), 제1 내지 제3 빔형성기(353,355,357)로 이루어지는 빔형성부(351),주파수빈 결합부(371), 및 주파수/시간 변환부(391)로 이루어진다. 도 2에 도시된 제1 실시예에서와 마찬가지로 음향모델이 저주파수대역, 중주파수대역 및 고주파수대역에서 각각 하나의 목적주파수, 즉 제1 내지 제3 목적주파수(f₁~f₃)를 갖는 경우로서, 이에 따라 7개의 마이크로폰과 3개의 마이크로폰 서브어레이로 이루어지는 경우를 예를 든 것이다.

도 3을 참조하면, 마이크로폰 어레이(311)는 본 발명의 마이크로폰 어레이 구조에 의거하여, 제1 내지 제3 목적주파수(f₁~f₃)에 해당하는 지오메트리를 가지며, 각 마이크로폰 서브어레이(313,315,317)에서 각 마이크로폰(M₁~M₇)의 출력은 해당하는 고속퓨리에변환기(FFT1a~FFT3c)로 제공된다.

시간/주파수 변환부(331)에 있어서, 제1 고속퓨리에변환부(333, FFT1a~FFT1c)에서는 제1 서브어레이(313)의 마이크로폰(M₁, M₄, M₇)으로부터 출력되는 시간영역의 음성신호에 대하여 각각 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하고, 마이크로폰(M₁, M₄, M₇)의 주파수영역의 음성신호에 대하여 각각 제1 목적주파수에 해당하는 주파수영역의 값인 제1 주파수빈을 추출하여 제1 빔형성기(353)로 제공한다. 제2 고속퓨리에변환기(353, FFT2a~FFT2c)에서는 제2 서브어레이(315)의 마이크로폰(M₂, M₄, M₆)으로부터 출력되는 시간영역의 음성신호에 대하여 각각 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하고, 마이크로폰(M₂, M₄, M₆)의 주파수영역의 음성신호에 대하여 각각 제2 목적주파수에 해당하는 주파수영역의 값인 제2 주파수빈을 추출하여 제2 빔형성기(355)로 제공한다. 제3 고속퓨리에변환기(337, FFT3a~FFT3c)에서는 제3 서브어레이의 마이크로폰(M₃, M₄, M₅)으로부터 출력되는 시간영역의 음성신호에 대하여 각각 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하고, 마이크로폰(M₃, M₄, M₅)의 주파수영역의 음성신호에 대하여 각각 제3 목적주파수에 해당하는 주파수영역의 값인 제3 주파수빈을 추출하여 제3 빔형성기(357)로 제공한다. 여기서는, 각 고속퓨리에변환기에서 하나의 목적주파수에 해당하는 주파수빈을 추출하였으나, 2개 이상의 목적주파수를 추출하여 빔형성부(315)로 제공할 수 있다.

빔형성부(351)에 있어서, 제1 빔형성기(353)는 고속퓨리에변환기(FFT1a~FFT1c)로부터 각각 제공되는 제1 주파수빈에 대하여 빔을 형성한다. 제2 빔형성기(355)는 고속퓨리에변환기(FFT2a~FFT2c)로부터 각각 제공되는 제2 주파수빈을 포함하는 음성신호에 대하여 빔을 형성한다. 제3 빔형성기(357)는 고속퓨리에변환기(FFT3a~FFT3c)로부터 각각 제공되는 제3 주파수빈을 포함하는 음성신호에 대하여 빔을 형성한다. 여기서, 제1 내지 제3 빔형성기(353,355,357)가 각각 단일의 빔형성기로 이루어지나, 제1 내지 제3 고속퓨리에변환부(333, 335,337)에서 추출되는 목적주파수에 따라서 가변적인 갯수의 빔형성기로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 고속퓨리에변환부(333)에서 3개의 목적주파수에 해당하는 주파수빈을 추출하는 경우 제1 빔형성기(353)는 각 주파수빈에 대응하는 3개의 빔형성기로 이루어질 수 있다. 한편, 제1 내지 제3빔형성기(353,355,357)는 도 2에 도시된 제1 실시예에서와 마찬가지로 지연-합 빔형성기법을 이용하거나 최소분산기법(Minimum Variance)을 이용한 빔형성기법을 이용할 수 있다. 제1 내지 제3 빔형성기(353,355,357)에 적용되는 최소분산 기법은마이크로폰으로부터 들어오는 음성신호의 입사각에 따라서 가중치를 달리 줌으로써 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 이와 같은 성질은 공간 스펙트럼이 날카로운 공간 대역통과필터와 같이 보이게 하며, 가까이 위치한 두 신호에 대한 분해능을 향상시키는 효과를 낳는다. 최소분산 기법의 가중치 벡터를 구하기 위한 최적화 문제는 다음 수학식 2와 같은 선형 제한(linearly constrained) 조건을 갖는 빔형성기법으로부터 유도된다.

제1 빔형성기(353)에 있어서 고속퓨리에변환기(FFT1a~FFT1c)로부터 제공되는 제1 주파수빈[x_a(k)={x₁(k), x₄(k), x₇(k)}]에 대응하는 가중치 벡터[w={w₁(k), w₄(k), w₇(k)}]는 수학식 3으로 나타낼 수 있다. 한편, k는 (f_k/f_s)× FFT 포인트수로 표시될 수 있으며, f_k는 제k 목적주파수, f_s는 고속퓨리에변환기로 제공하기 위하여 마이크로폰의 출력신호에 대한 아날로그/디지털 변환시의 샘플링주파수를 각각 나타낸다.

상기 수학식 2 및 수학식 3에 있어서,은 서브어레이(313)에 대한 고속퓨리에변환기(333) 출력의 공분산행렬,a(θ)[={a₁(θ), a₄(θ), a₇(θ)}]는 스티어링벡터, θ는 룩 디렉션을 각각 나타낸다. 최소분산 기법 및 스티어링 벡터(a(θ))를 획득하는 방법에 대해서는 Futoshi et al.에 의한 논문 "Speech Enhancement Based on the Subspace Method" (IEEE Transaction on Speech and Audio Processing, Vol. 8, No. 5, Sep. 2000)에 자세히 개시되어 있다.

제1 빔형성기(353)에서는 상기 수학식 3에 의해 산출된 가중치를 3개의 제1 주파수빈에 각각 곱한 다음 가산하여 빔을 형성한다. 제2 및 제3 빔형성기(355,357)에서도 상기의 과정이 동일하게 수행된다.

주파수빈 결합부(371)에서는 제1 내지 제3 빔형성기(353,355,357)로부터 제공되는 제1 내지 제3 주파수빈에 대한 빔을 결합하여 주파수/시간 변환부(391)로 제공한다.

주파수/시간 변환부(391)는 주파수빈 결합부(371)로부터 제공되는 주파수영역의 음성신호에 대하여 역고속퓨리에변환을 수행하여 시간영역의 음성신호로 변환하여 출력한다.

도 4는 본 발명에 따른 마이크로폰 어레이 구조를 이용한 음원방향 추정장치를 나타낸 것으로서, M₁내지 M₇의 7개의 마이크로폰으로 구성되는 마이크로폰 어레이(411), 제1 내지 제7 FFT(FFT1~FFT7, 422~428)로 구성되는 고속퓨리에변환부(421), 주파수빈 다중화기(431), 제1 내지 제i 스펙트럼 발생기(442,443,444)로 스펙트럼 발생부(441), 스펙트럼 결합기(451) 및 피크검출기(461)로 이루어진다. 여기서, 주파수빈 다중화기(431), 스펙트럼 발생부(441), 스펙트럼 결합기(451) 및 피크검출기(461)는 음원방향 검출수단을 구성한다. 도 2 및 도 3에서와 마찬가지로, 설명의 편이를 위해 3개의 서브어레이로 구성됨에 따라서 전체 7개의 마이크로폰이 사용된 경우를 예로 들었으나, i개의 서브어레이로 구성되어 전체 (2i+1)개의 마이크로폰이 사용된 경우에도 그대로 적용가능하다.

도 4를 참조하면, 마이크로폰 어레이(411)는 본 발명의 마이크로폰 어레이 구조에 의거하여, 제1 내지 제3 목적주파수(f₁~f₃)에 해당하는 지오메트리를 가지며, 각 마이크로폰(M₁~M₇)의 출력은 해당하는 고속퓨리에변환기(FFT1~FFT7, 422~428)로 제공된다.

고속퓨리에변환부(421)에 있어서, 제1 내지 제7 FFT(FFT1~FFT7, 422~428)는 각각 마이크로폰(M₁~ M₇의)으로부터 출력되는 시간영역의 음성신호에 대하여 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환한다.

주파수빈 다중화기(431)는 제1 내지 제7 FFT(FFT1~FFT7, 422~428)로부터 제공되는 주파수영역의 음성신호에 대하여 제1 내지 제i 목적주파수에 대응하는 주파수영역의 값인 제1 주파수빈 내지 제i 주파수빈을 추출하여 7개의 제1주파수빈(f_b1)으로 이루어지는 제1 다중신호를 제1 스펙트럼 발생기(442)로, 7개의 제2 주파수빈(f_b2)으로 이루어지는 제2 다중신호를 제2 스펙트럼 발생기(443)로, 7개의 제i 주파수빈(f_bi)으로 이루어지는 제i 다중신호를 제i 스펙트럼 발생기(443)로 각각 제공한다.

스펙트럼 발생부(441)에 있어서, 제1 내지 제i 스펙트럼 발생기(442,443,444)는 제1 내지 제i 주파수빈에 대한 각각의 공간 스펙트럼을 발생시킨다. 제1 내지 제i 스펙트럼 발생기(442,443,444)에서 MUSIC(Multiple Signal Classification) 알고리즘을 이용하는 경우, 제1 내지 제i 주파수빈에 대한 MUSIC 공간 스펙트럼은 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,는 i 번째 주파수빈의 공분산 행렬의 잡음 부공간에 해당하는 고유벡터의 행렬,는 i 번째 주파수빈에 해당하는 스티어링 벡터를 각각 나타낸다. MUSIC 알고리즘에 대해서는 일본 특개평 2001-337694에 자세히 기재되어 있다.

스펙트럼 결합기(451)는 제1 내지 제i 스펙트럼 발생기(442,443,444)로부터 제공되는 제1 내지 제i 주파수빈에 대한 공간 스펙트럼을 결합하여 전체적인 공간 스펙트럼을 피크검출기(461)로 제공한다.

피크검출기(461)는 스펙트럼 결합기(451)로부터 제공되는 공간 스펙트럼으로부터 모든 주파수영역에서의 피크값을 검출하고, 피크값이 검출된 θ값을 실제 음원의 방향()으로 추정한다.

<실험예>

다음, 본 발명에 따른 빔형성방법과 종래기술의 빔형성방법의 성능을 비교하기 위한 실험을 하였다. 성능비교를 위해 본 발명에서는 도 5a에 도시된 바와 같은 마이크로폰 어레이를, 종래기술에 대해서는 도 5b에 도시된 바와 같은 마이크로폰 어레이를 사용한다. 마이크로폰 어레이의 중심으로부터 목적원(Target)까지의 거리는 3m, 룩 디렉션은 0°이나, 빔형성기는 10°즉, 룩 디렉션 에러가 존재한다고 가정한다. 한편, 마이크로폰 어레이의 중심으로부터 잡음원(Noise)까지의 거리는 3m, 룩 디렉션은 90°로서, 이때 빔형성기는 잡음원의 정확한 위치는 모르는 것으로 가정한다. 여기서 잡음원의 종류는 팬 노이즈이다. 마이크로폰 어레이를 구성하는 마이크로폰의 갯수는 7개이며, 본 발명의 각 서브어레이 즉, 제1 내지 제3 서브어레이에 최적화된 목적주파수는 각각 680 Hz, 1.3 KHz, 2.7 KHz로 설정한다. 임베디드 디바이스용 음성인식기가 사용되었으며, 테스트된 음성은 고립단어 50개이며, 빔형성기는 모두 최소분산 기법을 적용하는 것으로 가정하였다. 사용된 음성인식기는 혼합된 가우시안 확률밀도함수는 8개, 상태수는 3개, 모델수는 255개인 HMM 음향모델과, 100 명으로부터 발화된 20,000개의 발화음성을 저장하는 데이터베이스를 사용하였다. 사용된 음성 특징 파라미터는 12차 스태틱 MFCC, 12차 델타 MFCC, 1차 델타 에너지, CMS(Cepstral Mean Substraction)이다.

이와 같은 실험환경에서 생성되는 빔 패턴은 도 6a 내지 도 6f에 도시된 바와 같다. 룩 디렉션 에러가 10°인 경우 도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명에 의한 마이크로폰 어레이를 이용한 빔형성방법 적용시 300 Hz ~ 680 Hz, 680 Hz ~ 1.3 KHz, 1.3 KHz ~ 3.4 KHz에 대한 빔패턴을, 도 6d 내지 도 6f는 종래기술에 의한 마이크로폰 어레이를 이용한 빔형성방법 적용시의 각 주파수대역의 빔패턴을 각각 나타낸다. 도 6a 내지 도 6f를 비교해 보면, 본 발명에 의한 마이크로폰 어레이를 이용한 빔형성방법을 적용하는 경우 각 주파수대역에 대하여 일정한 지향성을 갖는 것을 알 수 있다.

다음 표 1은 본 발명에 따른 빔형성방법과 종래기술에 의한 빔형성방법을 채용하는 음성인식기의 음성인식율을 비교한 테이블이다.

룩 디렉션 에러(°)	0	5	10	15	20
본 발명의 음성인식율(%)	82.5	82.5	80	72.5	77.5
감소율(%)		0	2.5	7.5	-5
종래기술의 음성인식율(%)	82.5	65	47.5	45	40
감소율(%)		17.5	17.5	2.5	5

상기 표 1에 있어서 룩 디렉션 에러는 최소분산기법을 채용하는 빔형성기의 룩 디렉션 에러를 나타내며, 표 1을 참조하면 본 발명에 의한 마이크로폰 어레이 를 이용한 빔형성방법에 의해 형성된 빔을 이용하여 음성인식을 수행하는 경우 룩 디렉션 에러가 존재함에도 불구하고 매우 우수한 음성인식성능을 나타냄을 알 수 있다.

한편, 상기한 본 발명은 해당 기능을 실현하는 전용 디바이스로 구현하거나, 플랫포옴인 컴퓨터의 중앙처리장치와 메모리에 의해 해당 기능을 실현하도록 기술된 처리 프로그램을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 주파수대역에 상관없이 메인로브의 폭이 일정하게 되어 주파수 변화에 따른 신호의 왜곡이 감소됨으로써 일정한 지향성을 갖는 빔을 형성할 수 있고, 목적원의 위치 추정시 오류가 발생하더라도 강인하게 목적신호를 획득할 수 있기 때문에 궁극적으로 음성인식율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는

평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰; 및

각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어레이 구조.
제1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제i 소정거리는 다음 수학식

(여기서, c는 대기중 음속이며, f_i는 제1 내지 i 서브어레이에 할당된 목적주파수임)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 어레이 구조.
제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰, 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰으로 이루어지는 마이크로폰 어레이를 포함하는 빔형성장치.
제3 항에 있어서, 상기 장치는

상기 제1 내지 제i 서브어레이로부터 출력되는 음성신호를 입력으로 하여 서브어레이별로 빔을 형성하는 빔형성부;

상기 빔형성부로부터 서브어레이별로 출력되는 빔을 필터링하는 필터링부; 및

상기 필터링부로부터 서브어레이별로 필터링되어 출력되는 신호를 가산하는 가산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔형성장치.
제4 항에 있어서, 상기 빔형성부는 지연-합 빔형성기법에 의해 수행되는 빔형성장치.
제4 항에 있어서, 상기 필터링부는

상기 제1 서브어레이에 대한 빔에 대하여 상기 제1 목적주파수보다 낮은 대역의 신호를 필터링하는 저역통과필터;

상기 제2 내지 제(i-1) 서브어레이에 대한 빔에 대하여 제1 내지 제(i-1) 목적주파수 중 인접하는 두개의 목적주파수 사이에 존재하는 대역의 신호를 필터링하는 (i-2)개의 대역통과필터; 및

상기 제i 서브어레이에 대한 빔을 제(i-1) 목적주파수보다 높은 대역의 신호를 필터링하는 고역통과필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 빔형성장치.
제3 항에 있어서, 상기 장치는

상기 제1 내지 제i 서브어레이의 각 마이크로폰으로부터 출력되는 음성신호에 대하여 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하고, 상기 제1 내지 제i 서브어레이에 대응하여 제1 내지 제i 주파수빈을 추출하는 시간/주파수 변환부;

상기 시간/주파수 변환부로부터 제공되는 제1 내지 제i 주파수빈을 입력으로 하여 빔을 형성하는 빔형성부;

상기 빔형성부로부터 제공되는 제1 내지 제i 주파수빈에 대한 빔을 결합하는 주파수빈 결합부; 및

상기 주파수빈 결합부로부터 출력되는 빔에 대하여 역고속퓨리에변환을 수행하여 시간영역의 빔으로 변환하는 주파수/시간 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔형성장치.
제7 항에 있어서, 상기 빔형성부는 지연-합 빔형성기법과 최소분산에 의한 빔형성기법 중 어느 하나에 의해 수행되는 빔형성장치.
제3 항에 있어서, 상기 제1 내지 제i 소정거리는 다음 수학식

(여기서, c는 대기중 음속이며, f_i는 제1 내지 i 서브어레이에 할당된 목적주파수임)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 빔형성장치.
제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰, 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰로 이루어지는 마이크로폰 어레이를 이용한 빔형성방법.
제10 항에 있어서, 상기 방법은

(a) 상기 제1 내지 제i 서브어레이로부터 출력되는 음성신호를 입력으로 하여 지연-합 빔형성기법에 의거하여 서브어레이별로 빔을 형성하는 단계;

(b) 상기 (a) 단계로부터 서브어레이별로 생성되는 빔을 상기 제1 내지 제i목적주파수에 따라서 저역통과필터링, 대역통과필터링 및 고역통과필터링 중 하나를 수행하는 단계; 및

(c) 상기 (b) 단계로부터 서브어레이별로 필터링되어 출력되는 신호를 가산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔형성방법.
제10 항에 있어서, 상기 방법은

(a) 상기 제1 내지 제i 서브어레이의 각 마이크로폰으로부터 출력되는 음성신호에 대하여 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하고, 상기 제1 내지 제i 서브어레이에 대응하여 제1 내지 제i 주파수빈을 추출하는 단계;

(b) 상기 (a) 단계로부터 제공되는 제1 내지 제i 주파수빈을 입력으로 하여 마이크로폰별로 지연-합 빔형성기법 및 최소분산에 의한 빔형성기법 중 어느 하나에 의거하여 빔을 형성하는 단계;

(c) 상기 (b) 단계로부터 제공되는 제1 내지 제i 주파수빈에 대한 빔을 결합하는 단계; 및

(d) 상기 (c) 단계로부터 출력되는 빔에 대하여 역고속퓨리에변환을 수행하여 시간영역의 빔으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔형성방법.
제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰, 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하여, 총 (2i+1)개의 마이크로폰으로 구성되는 마이크로폰 어레이를 포함하는 음원방향 추정장치.
제13 항에 있어서, 상기 장치는

상기 (2i+1)개의 마이크로폰으로부터 출력되는 음성신호에 대하여 각각 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하는 고속퓨리에변환부; 및

상기 고속퓨리에변환부로부터 제공되는 각 마이크로폰별 주파수영역의 음성신호에 대하여 주파수빈별로 생성되는 공간 스펙트럼으로부터 모든 주파수영역에서의 피크값을 검출하고, 피크값이 검출된 값을 음원의 방향으로 추정하는 음원방향 검출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음원방향 추정장치.
제13 항에 있어서, 상기 제1 내지 제i 소정거리는 다음 수학식

(여기서, c는 대기중 음속이며, f_i는 제1 내지 i 서브어레이에 할당된 목적주파수임)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 음원방향 추정장치.
제14 항에 있어서, 상기 음원방향 검출수단은

상기 고속퓨리에변환부로부터 제공되는 각 마이크로폰별 주파수영역의 음성신호에 대하여 주파수빈별로 다중화시키는 주파수빈 다중화부;

상기 주파수빈 다중화부로부터 제공되는 제1 내지 제k 주파수빈에 대하여 각각 공간 스펙트럼을 생성하는 스펙트럼 발생부;

상기 스펙트럼 발생부로부터 제공되는 제1 내지 제k 주파수빈에 대한 공간 스펙트럼을 결합하는 스펙트럼 결합부; 및

상기 스펙트럼 결합기로부터 제공되는 공간 스펙트럼으로부터 모든 주파수영역에서의 피크값을 검출하고, 피크값이 검출된 θ값을 음원의 방향으로 추정하는 피크검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원방향 추정장치.
제1 내지 제i 서브어레이로 이루어지며, 각 서브어레이는 평판의 소정 위치에 배치되는 제1 마이크로폰, 및 각 서브어레이의 제1 내지 제i 목적주파수(f₁~f_i, 여기서 f₁<f_i)에 따라서 상기 제1 마이크로폰과 상기 평판의 중심축의 연장선과 수직으로 제1 내지 제i 소정거리(d₁~d_i, 여기서 d₁>d_i)에 해당하는 위치에 배치되는 제2 및 제3 마이크로폰을 포함하여, 총 (2i+1)개의 마이크로폰으로 구성되는 마이크로폰 어레이를 포함하는 음원방향 추정방법.
제17 항에 있어서, 상기 제1 내지 제i 소정거리는 다음 수학식

(여기서, c는 대기중 음속이며, f_i는 제1 내지 i 서브어레이에 할당된 목적주파수임)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 음원방향 추정방법.
제17 항에 있어서, 상기 방법은

(a) 상기 (2i+1)개의 마이크로폰으로부터 출력되는 음성신호에 대하여 각각 고속퓨리에변환을 수행하여 주파수영역의 음성신호로 변환하는 단계; 및

(b) 상기 (a) 단계로부터 제공되는 마이크로폰별 주파수영역의 음성신호에 대하여 주파수빈별로 생성되는 공간 스펙트럼으로부터 모든 주파수영역에서의 피크값을 검출하고, 피크값이 검출된 θ값을 음원의 방향으로 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음원방향 추정방법.
제19 항에 있어서, 상기 (b) 단계는

(b1) 상기 (a) 단계로부터 제공되는 각 마이크로폰별 주파수영역의 음성신호에 대하여 주파수빈별로 다중화시키는 단계;

(b2) 상기 (b1) 단계로부터 제공되는 제1 내지 제k 주파수빈에 대하여 각각 공간 스펙트럼을 생성하는 단계;

(b3) 상기 (b2) 단계로부터 제공되는 제1 내지 제k 주파수빈에 대한 공간 스펙트럼을 결합하는 단계; 및

(b4) 상기 (b3) 단계로부터 제공되는 공간 스펙트럼으로부터 모든 주파수영역에서의 피크값을 검출하고, 피크값이 검출된 θ값을 음원의 방향으로 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원방향 추정방법.
제10 항 내지 제12 항, 및 제17 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시킬 수 있는 프로그램을 기재한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.