KR20050117850A - Hearing aid having noise reduction function and method for reducing noise - Google Patents

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KR20050117850A KR1020040043103A KR20040043103A KR20050117850A KR 20050117850 A KR20050117850 A KR 20050117850A KR 1020040043103 A KR1020040043103 A KR 1020040043103A KR 20040043103 A KR20040043103 A KR 20040043103A KR 20050117850 A KR20050117850 A KR 20050117850A
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Abstract

본 발명은 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 둘 이상의 마이크와, 마이크 각각에 결합되어, 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 둘 이상의 A/D 컨버터와, A/D 컨버터로부터 디지털 사운드 신호를 전달받아 신호처리 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 음성 신호 분리부와, 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 특성 주파수 증폭부와, 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 D/A 컨버터와 아날로그 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법에 관한 것으로, 잡음 환경 내에서도 보청기 착용 환자가 음성 신호만을 선택적으로 제공받을 수 있도록 한다.The present invention includes two or more microphones for receiving an external sound and generating an analog sound signal, two or more A / D converters coupled to each of the microphones, and converting the analog sound signal into a digital sound signal, and digital from the A / D converter. A voice signal separation unit for receiving a sound signal and separating a digital voice signal and a digital noise signal using a signal processing algorithm, a characteristic frequency amplifier for amplifying the digital voice signal according to a preset amplification condition for each frequency, and amplified digital signal The present invention relates to a digital hearing aid having a noise canceling function and a noise canceling method including a D / A converter for converting a voice signal into an analog voice signal and an output unit for outputting an analog voice signal. It can be provided selectively.

Description

잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법{Hearing aid having noise reduction function and method for reducing noise} Hearing aid having noise reduction function and method for reducing noise

본 발명은 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법에 관한 것으로, 주변 잡음이 강한 환경(in the background noise or noisy environment)에서 청각 환자가 어음을 보다 명확히 들을 수 있도록 하는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital hearing aid having a noise canceling function and a noise canceling method. The present invention relates to a digital hearing aid and a noise canceling method. A digital hearing aid and noise canceling method.

일반적으로 사람의 귀는 크게 외이, 중이, 내이 세 부분으로 구분된다. 사람의 귀에서 소리를 들을 수 있게 되는 경로를 살펴보면 다음과 같다. 소리의 진동이 귓바퀴에 모여져 외이도를 따라 고막으로 전달된다. 외이도는 한쪽이 고막에 의해 막힌 일종의 공명관 형태이고, 고막의 진동은 중이 안에 있는 세 이소골(즉, 망치뼈, 모루뼈, 고리뼈)을 통해 내이로 전달된다. 이소골의 진동이 고리뼈의 족판을 통해 내이 안에 있는 달팽이관에 전달되면 달팽이관 내부의 림프액이 움직이고, 달팽이관의 가운데층에 있는 수천개의 미세한 유모 세포들이 림프액의 진동을 감지하여 그 자극을 전기적인 신호로 바꾼다. 이후 전기적인 신호가 청신경을 통해 뇌로 전달됨으로써 사람이 소리를 들을 수 있게 되는 것이다.In general, the human ear is divided into three parts: the outer ear, middle ear, and inner ear. The path through which sound can be heard in the human ear is as follows. Sound vibrations are collected in the ear canal and transmitted along the ear canal to the eardrum. The ear canal is a type of resonance tube that is blocked by one eardrum, and the vibrations of the eardrum are transmitted to the inner ear through the three osseous bones (ie, hammerbone, anvil bone, and ring bone) in the middle ear. When the oscillations of the osseous bone are transmitted to the cochlea in the inner ear through the annulus of the annulus, the lymph fluid inside the cochlea moves, and thousands of fine hair cells in the middle layer of the cochlea detect the vibration of the lymph and convert the stimulus into an electrical signal. . The electrical signal is then transmitted to the brain through the auditory nerve, which allows a person to hear sounds.

청각이 저하 또는 상실된 상태에 있는 난청(難聽, impaired hearing) 환자의 경우 보청기의 착용을 필요로 한다. 보청기는 정상인이 들을 수 있는 대역의 음을 증폭 혹은 변형하여 난청자로 하여금 정상인과 같은 정도로 지각하도록 만들기 위한 것이다.Hearing aids are required for impaired hearing patients with hearing loss or loss. Hearing aids are designed to amplify or transform the sound in the band that normal people can hear so that the hearing impaired person is perceived as normal.

이러한 보청기는 주변 환경의 소음 정도에 관계없이 착용 환자에게 정확한 어음 전달을 필요로 한다. 최근 신호 처리 기술이 발전함에 따라 발전된 디지털 보청기의 신호 처리 알고리즘(예를 들어, multi-band compression algorithm, noise suppression algorithm, adaptive algorithm, feedback suppression algorithm, single or multi microphone procession and its location 등)이 개발되고 있다.Such hearing aids require accurate speech delivery to the wearing patient, regardless of the degree of noise in the environment. With the recent development of signal processing technology, advanced signal processing algorithms (e.g., multi-band compression algorithm, noise suppression algorithm, adaptive algorithm, feedback suppression algorithm, single or multi microphone procession and its location) have been developed. have.

종래의 보청기 알고리즘은 주변 잡음이 있는 경우 그 잡음 성분을 최소화시켜 주는 방법을 이용하고 있었다. 그러나, 콤피스(kompis) 등의 보고서(즉, 'A combined fixed/adaptive beam forming noise-reduction system for hearing aids., Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 20th Annual International of the IEEE, Volume: 6, 29 Oct.-1 Nov. Pages:3136 - 3139 vol. 6')에 따르면, 여전히 많은 보청기 착용 환자들은 잡음 환경에서 상대방의 음성을 잘 듣지 못함으로 인해 디지털 보청기 성능에 불만을 제기하고 있다.The conventional hearing aid algorithm uses a method of minimizing noise components when there is ambient noise. However, reports of kompis et al. (I.e. 'A combined fixed / adaptive beam forming noise-reduction system for hearing aids., Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 20th Annual International of the IEEE, Volume: 6 , 29 Oct.-1 Nov. Pages: 3136-3139 vol. 6 '), many hearing aid wearers still complain about the performance of digital hearing aids due to their inability to hear the other party in a noisy environment.

도 1은 종래의 디지털 보청기 구성을 나타낸 블록 구성도이다.1 is a block diagram showing a conventional digital hearing aid configuration.

도 1을 참조하면, 종래의 디지털 보청기(100)는 마이크(110), 전-증폭기(Pre-Amplifier)(115), A/D 컨버터(Analog-to-Digital Converter)(120), 시그널 처리부(125), 저장부(130), D/A 컨버터(Digital-to-Analog Converter)(135), 후-증폭기(Final-Amplifier)(140) 및 리시버(145)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the conventional digital hearing aid 100 includes a microphone 110, a pre-amplifier 115, an analog-to-digital converter 120, and a signal processing unit ( 125, a storage unit 130, a digital-to-analog converter 135, a post-amplifier 140, and a receiver 145.

마이크(110)는 외부의 아날로그 사운드 신호(예를 들어, 음성 등)를 입력받아 전-증폭기(115)로 전달하고, 전-증폭기(115)는 마이크(110)로부터 전달받은 아날로그 사운드 신호를 미리 지정된 크기로 증폭시킨다. 그리고, 증폭된 아날로그 사운드 신호는 A/D 컨버터(120)로 전달되고, A/D 컨버터는 전달받은 증폭된 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환한다. 변환된 디지털 사운드 신호는 시그널 처리부(125)로 전달되며, 시그널 처리부(125)는 저장부(130)에 저장된 신호 처리 알고리즘(즉, 시그널 프로세싱 알고리즘)을 이용하여 디지털 시그널 신호를 처리하고, 처리된 디지털 시그널 신호를 D/A 컨버터(135)로 전달한다. D/A 컨버터(135)는 전달받은 디지털 시그널 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 아날로그 시그널 신호를 후-증폭기(140)로 전달한다. 후-증폭기(140)는 전달받은 아날로그 시그널 신호를 미리 지정된 크기로 증폭한 후, 증폭된 아날로그 시그널 신호를 리시버(145)로 전달한다. 리시버(145)는 전달받은 아날로그 시그널 신호를 보청기를 착용한 청각 환자에게 제공한다. The microphone 110 receives an external analog sound signal (for example, voice, etc.) and transmits it to the pre-amplifier 115, and the pre-amplifier 115 advances the analog sound signal received from the microphone 110 in advance. Amplify to the specified size. The amplified analog sound signal is transmitted to the A / D converter 120, and the A / D converter converts the received amplified analog sound signal into a digital sound signal. The converted digital sound signal is transmitted to the signal processing unit 125, and the signal processing unit 125 processes the digital signal signal by using a signal processing algorithm (ie, a signal processing algorithm) stored in the storage unit 130 and processed. The digital signal signal is transmitted to the D / A converter 135. The D / A converter 135 converts the received digital signal signal into an analog signal, and transfers the converted analog signal signal to the post-amplifier 140. The post-amplifier 140 amplifies the received analog signal signal to a predetermined size, and then transfers the amplified analog signal signal to the receiver 145. The receiver 145 provides the received analog signal signal to an auditory patient wearing a hearing aid.

이와 같은 종래의 디지털 보청기(100)는 스펙트럼 차감법(Spectrum Subtraction) 등이 주로 사용되고 있었다. 그러나, 이러한 방법은 외부의 잡음이 강할 경우 외부 잡음이 적절히 제거되지 못하고 오히려 잡음마저 증폭되어 청각 환자에게 불편함을 제공하는 원인이 되고 있었다.In the conventional digital hearing aid 100, spectrum subtraction or the like has been mainly used. However, this method has been a cause of discomfort to the hearing patient because external noise is not properly removed when the external noise is strong, but rather amplified even.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 잡음 환경 내에서도 보청기 착용 환자가 음성 신호만을 선택적으로 제공받을 수 있도록 하는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a digital hearing aid and a noise canceling method having a noise canceling function for allowing a hearing aid wearing patient to selectively receive only a voice signal even in a noisy environment.

본 발명의 다른 목적은 외부 잡음 신호 가운데 음성 신호만을 분리하여 청각 환자의 청각 손실 특성에 맞게 신호 처리하여 제공할 수 있는 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a digital hearing aid and a noise canceling method having a noise canceling function capable of separating and processing only a voice signal among external noise signals and processing the signal according to hearing loss characteristics of an auditory patient.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 디지털 보청기에 있어서, 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 둘 이상의 마이크; 마이크 각각에 결합되어, 상기 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 둘 이상의 A/D 컨버터; 상기 둘 이상의 A/D 컨버터로부터 상기 디지털 사운드 신호를 전달받아 신호처리 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 음성 신호 분리부; 상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 특성 주파수 증폭부; 상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 D/A 컨버터; 및 상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, in the digital hearing aid, at least two microphones for receiving an external sound to generate an analog sound signal; Two or more A / D converters coupled to each of the microphones to convert the analog sound signal into a digital sound signal; A voice signal separation unit receiving the digital sound signal from the at least two A / D converters and separating the digital voice signal and the digital noise signal using a signal processing algorithm; A characteristic frequency amplifier for amplifying the digital voice signal according to a preset amplification condition for each frequency; A D / A converter converting the amplified digital voice signal into an analog voice signal; And an output unit for outputting the analog voice signal.

상기 둘 이상의 마이크는 서로간에 상이한 지향 방향을 가지고, 각각의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.The two or more microphones have different directing directions from each other, and each microphone has at least one of an omnidirectional sound input unit and a directional sound input unit.

상기 음성 신호 분리부의 상기 신호처리 알고리즘은 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘일 수 있다.The signal processing algorithm of the voice signal separation unit may be an independent component analysis (ICA) algorithm.

상기 디지털 보청기는 상기 아날로그 사운드 신호 및 상기 디지털 음성 신호를 각각 미리 지정된 크기 또는 배율로 증폭하는 증폭부를 더 포함할 수 있다.The digital hearing aid may further include an amplifier configured to amplify the analog sound signal and the digital voice signal at a predetermined size or magnification, respectively.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 디지털 보청기가 음성 신호만을 추출하여 출력하는 방법에 있어서, 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 단계; 상기 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 사운드 신호를 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 단계; 상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 단계; 상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 단계; 및 상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 단계를 포함하되, 상기 외부의 소리는 서로 상이한 지향 방향을 가지는 둘 이상의 마이크를 통해 입력되는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기의 잡음 제거 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a method of extracting and outputting only a voice signal by a digital hearing aid, the method comprising: generating an analog sound signal by receiving external sound; Converting the analog sound signal into a digital sound signal; Separating the digital sound signal from the digital noise signal using an independent component analysis (ICA) algorithm; Amplifying the digital voice signal according to a preset amplification condition for each frequency; Converting the amplified digital voice signal into an analog voice signal; And outputting the analog voice signal, wherein the external sound is input through two or more microphones having different directing directions.

상기 둘 이상의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.The two or more microphones are each provided with at least one of an omnidirectional sound input unit and a directional sound input unit.

본 발명은 주변 잡음이 강한 환경에서 청각 환자가 어음을 보다 더 잘 들을 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이며, ICA 알고리즘을 디지털 보청기에 탑재하여 적어도 두개 이상의 마이크에 의해 입력된 음성 신호와 주변 잡음 신호를 분리하여 잡음 환경 속에서도 높은 노이즈 감쇄 효과를 얻을 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 단순히 난청자의 비선형적인 라우드니스 증가를 보상하는 것에 그치지 않고, 신호원 분리 기술(Source Separation)을 적용하여 원천적인 노이즈 감쇄(Noise Reduction)를 수행한 후 환자의 청각 손실 특성에 맞게 신호 처리를 수행하는 디지털 보청기에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for enabling hearing patients to hear speech better in an environment with high ambient noise, and the ICA algorithm is incorporated into a digital hearing aid to provide a voice signal and an ambient noise signal input by at least two microphones. The present invention relates to a method and an apparatus for separating a to obtain a high noise reduction effect even in a noisy environment. In other words, the present invention not only compensates for the nonlinear increase in loudness of the hearing loss, but also applies the source separation technique to perform the original noise reduction and then the signal according to the hearing loss characteristics of the patient. A digital hearing aid for performing processing.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the reference numerals in order to facilitate the overall understanding.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기의 구성을 나타낸 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 외형을 나타낸 도면이다.2 is a block diagram showing the configuration of a digital hearing aid with a noise canceling function according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view showing the appearance of the digital hearing aid according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기(200)는 2개 이상의 마이크(210a, 210b - 마이크의 수량은 둘 이상으로 구현될 수 있으나, 여기서는 두개로 구성된 경우를 가정하여 제1 마이크(210a), 제2 마이크(210b)라 칭함), 각각의 마이크(210a, 210b)와 각각 결합된 전-증폭기(215a, 215b), 각각의 전-증폭기(215a, 215b)와 각각 결합된 A/D 컨버터(220a, 220b), 음성 신호 분리부(225), 저장부(227), 특성 주파수 증폭부(230), D/A 컨버터(235), 후-증폭기(240) 및 리시버(245)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the digital hearing aid 200 having the noise canceling function according to the present invention may be implemented as two or more microphones 210a and 210b-two or more microphones, but it is assumed here that two or more microphones are configured. The first microphone 210a, the second microphone 210b), the pre-amplifiers 215a and 215b coupled to the respective microphones 210a and 210b, and the respective pre-amplifiers 215a and 215b, respectively. Combined A / D converters 220a and 220b, voice signal separation unit 225, storage unit 227, characteristic frequency amplifier 230, D / A converter 235, post-amplifier 240 and Receiver 245 is included.

제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)는 각각 전방향과 후방향으로 독립하여 구비되어 외부의 아날로그 사운드 신호를 입력받는다. 제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)가 각각 상이한 방향으로 구비된 경우의 외형도가 도 3에 예시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)는 각각 상이한 지향 방향을 가지며, 각각의 마이크는 지향성 소리 입력부와 무지향성 소리 입력부를 함께 구비할 수 있다. The first microphone 210a and the second microphone 210b are independently provided in the front direction and the rear direction, respectively, to receive an external analog sound signal. 3 is an outline view when the first microphone 210a and the second microphone 210b are provided in different directions, respectively. As shown in FIG. 3, the first microphone 210a and the second microphone 210b each have different directing directions, and each microphone may include a directional sound input unit and an omnidirectional sound input unit.

제1 마이크(210a)와 제2 마이크(210b)를 통해 입력된 아날로그 사운드 신호는 각각 제1 전-증폭기(215a)와 제2 전-증폭기(215b)로 입력되며, 제1 전-증폭기(215a)와 제2 전-증폭기(215b)는 입력된 아날로그 사운드 신호를 미리 지정된 크기로 증폭한다. The analog sound signal input through the first microphone 210a and the second microphone 210b is input to the first pre-amplifier 215a and the second pre-amplifier 215b, respectively, and the first pre-amplifier 215a. And the second pre-amplifier 215b amplify the input analog sound signal to a predetermined magnitude.

그리고, 증폭된 아날로그 사운드 신호는 각각 제1 A/D 컨버터(220a)와 제2 A/D 컨버터(220b)로 전달되어 디지털 사운드 신호로 변환된다. 변환된 각각의 디지털 사운드 신호는 음성 신호 분리부(225)로 전달되고, 음성 신호 분리부(225)는 저장부(227)에 저장된 신호 처리 알고리즘을 이용하여 입력된 디지털 사운드 신호 내에서 음성 신호만을 추출(또는 잡음 신호 제거)한다. 이때, 저장부(227)는 독립된 구성 요소로 존재하거나 음성 신호 분리부(225)의 일 구성 요소로 포함될 수 있다. The amplified analog sound signal is transferred to the first A / D converter 220a and the second A / D converter 220b, respectively, and converted into a digital sound signal. Each converted digital sound signal is transferred to the voice signal separator 225, and the voice signal separator 225 uses only a voice signal in the input digital sound signal using a signal processing algorithm stored in the storage unit 227. Extract (or remove noise signal). In this case, the storage unit 227 may exist as an independent component or may be included as one component of the voice signal separator 225.

음성 신호 분리부(225)를 통해 분리된 디지털 음성 신호는 특성 주파수 증폭부(230)로 전달되고, 특성 주파수 증폭부(230)는 환자의 청각 손실 특성에 맞게 주파수별로 증폭한다. 이때, 특성 주파수 증폭부(230)는 당해 환자에 상응하는 청각 손실 특성이 저장부(227)에 저장되어 있는 경우 해당 정보를 이용하여 디지털 음성 신호를 증폭할 수 있을 뿐 아니라, 특성 주파수 증폭부(230)가 하드웨어 타입으로 동작하는 경우 설정된 동작 특성에 따라 디지털 음성 신호를 증폭할 수 있다. The digital voice signal separated by the voice signal separator 225 is transmitted to the characteristic frequency amplifier 230, and the characteristic frequency amplifier 230 amplifies the frequency according to the hearing loss characteristic of the patient. In this case, when the hearing loss characteristic corresponding to the patient is stored in the storage unit 227, the characteristic frequency amplifier 230 may not only amplify the digital voice signal using the corresponding information, but also the characteristic frequency amplifier ( When the 230 operates in a hardware type, the digital voice signal may be amplified according to the set operating characteristic.

증폭된 디지털 음성 신호는 D/A 컨버터(235)로 전달되고, D/A 컨버터(235)는 전달받은 디지털 음성 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 후-증폭기(240)는 전달받은 아날로그 음성 신호를 증폭하여 리시버(245)로 전달한다. 리시버(245)는 전달받은 아날로그 음성 신호를 보청기 착용 환자의 귀에 출력한다.The amplified digital voice signal is transferred to the D / A converter 235, and the D / A converter 235 converts the received digital voice signal into an analog signal. The post-amplifier 240 amplifies the received analog voice signal and delivers it to the receiver 245. The receiver 245 outputs the received analog voice signal to the ear of a patient wearing a hearing aid.

이외에도, 도 2에는 도시되지 않았으나 전원 공급부 및 제어 신호 입력부 등이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 보청기(200)는 후크(Ear hook)(310), 푸쉬 버튼(Push Button)(315), 배터리 소켓(Battery Socket)(320) 등을 포함할 수 있다.In addition, although not shown in FIG. 2, a power supply unit and a control signal input unit may be further included. For example, as shown in FIG. 3, the digital hearing aid 200 according to the present invention includes an ear hook 310, a push button 315, a battery socket 320, and the like. It may include.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 잡음 제거 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음성 신호와 잡음 신호를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거된 음성 신호를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 신호 처리 방법과 종래의 스펙트럼 차감 방법에 의한 신호 처리시의 신호 대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 향상비를 나타낸 도면이다.4 is a flowchart illustrating a method for removing noise of a digital hearing aid according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram illustrating a voice signal and a noise signal according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a noise canceled speech signal according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a signal vs. signal processing method according to a signal processing method and a conventional spectrum subtraction method according to the present invention according to a preferred embodiment of the present invention. A diagram showing an improvement ratio of a signal-to-noise ratio (SNR).

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 보청기(200)는 2개 이상의 마이크(210a, 210b)를 통해 외부의 아날로그 사운드 신호를 입력받고, 입력된 아날로그 사운드 신호는 전-증폭기(215a, 215b)를 통해 증폭된다(단계 410). Referring to FIG. 4, the digital hearing aid 200 according to the present invention receives an external analog sound signal through two or more microphones 210a and 210b, and the input analog sound signal is pre-amplifiers 215a and 215b. Is amplified (step 410).

단계 415에서 디지털 보청기(200)는 두개 이상의 A/D 컨버터(220a, 220b)를 이용하여 복수의 전-증폭기(215a, 215b)를 통해 증폭된 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환한다.In operation 415, the digital hearing aid 200 converts the analog sound signal amplified by the plurality of pre-amplifiers 215a and 215b into digital sound signals using two or more A / D converters 220a and 220b.

단계 420에서 디지털 보청기(200)의 음성 신호 분리부(225)는 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘을 이용하여 음성 신호만을 추출한다. 음성 신호 분리부(225)가 ICA 알고리즘을 이용하여 음성 신호만을 추출하는 방법을 구체적으로 설명하면 아래와 같다.In operation 420, the voice signal separator 225 of the digital hearing aid 200 extracts only the voice signal using an independent component analysis (ICA) algorithm. Hereinafter, a method of extracting only a voice signal using the ICA algorithm by the voice signal separator 225 will be described below.

독립 요소 분석(ICA)이란 선형적으로 혼합된(Mixing) 신호들로부터 통계적으로 상호 독립적인 신호들을 분리해내는 기술이다.Independent element analysis (ICA) is a technique for separating statistically independent signals from linearly mixed signals.

2개의 마이크(210a, 210b)를 통해 입력된 신호원들은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.Signal sources input through the two microphones 210a and 210b may be expressed by Equation 1 below.

여기서, s1(t), s2(t)는 독립적인 신호들로서 각각의 마이크(210a, 210b)를 통해 입력받은 신호원들을 의미하고, , 는 a11, a12, a21, a22의 가중치에 의해 선형적인 조합으로 만들어진 신호들을 의미한다. 즉, 각각의 신호원들은 음향 필드(acoustic field)에서 임의로 섞여서 마이크로 입력되는데, 이러한 과정을 가중치를 각 신호원에 곱하여 표시한 것이다.Here, s 1 (t), s 2 (t) means the signal sources received through the microphone (210a, 210b) as independent signals, , Denotes signals made in a linear combination by the weights of a 11 , a 12 , a 21 , and a 22 . In other words, each of the signal sources are randomly mixed into the acoustic field and input into the microphone. This process is expressed by multiplying each signal source by a weight.

예를 들어, 2개의 마이크가 존재하고, 남성, 여성 두 명의 목소리 신호가 있다고 가정한다. For example, suppose there are two microphones and two male and female voice signals.

이 때, 마이크를 녹음 상태로 설정하고, 남성과 여성이 동시에 각자 말하기 시작하면, 결국 마이크 1과 마이크 2에서 각각 얻게 되는 신호는 남성과 여성의 목소리가 적당히 섞여 있는 음성 신호이다. 이와 같은 과정, 즉 음향 필드(acoustical field)에서 임의로 섞이는 과정을 통해 각각의 목소리가 마이크로 입력된다. ICA 알고리즘에서 고려하는 신호는 바로 센서에서 검출된(detected) 신호만을 가지고 위 남성과 여성 목소리를 각각 분리하고자 하는 개념입니다. 이 때, 음향 필드(acoustical field)에서 섞이는 과정을 a11, a12, a21, a22 라는 원소를 가진 행렬로 보는 것이다. 따라서, 수학식 1에 제시된 바와 같이 마이크에서 얻는 신호는 원래의 신호와 가중치 행렬의 곱으로 설명할 수 있다.At this time, if the microphone is set to the recording state and the male and the female begin to speak at the same time, the signal obtained in the microphone 1 and the microphone 2, respectively, is a voice signal in which the male and female voices are properly mixed. Each voice is input into the microphone through such a process, that is, a process of random mixing in the acoustic field. The signal considered in the ICA algorithm is to separate the male and female voices with only the signals detected by the sensor. In this case, the mixing process in the acoustic field is regarded as a matrix having elements a 11 , a 12 , a 21 , and a 22 . Therefore, as shown in Equation 1, the signal obtained by the microphone can be described as the product of the original signal and the weight matrix.

이와 같이, 아날로그 사운드 신호는 신호원들과 가중치들의 곱의 합의 형태로 마이크(210a, 210b)를 통해 전-증폭기(215a, 215b)로 전달된다. 이러한 과정을 일반화시켜 하나의 통계적인 모델로 정립하면 하기의 수학식 2와 같이 표시할 수 있다.As such, the analog sound signal is transmitted to the pre-amplifiers 215a and 215b through the microphones 210a and 210b in the form of the sum of the signal sources and the weights. If this process is generalized and established as a statistical model, it can be expressed as Equation 2 below.

여기서, A는 미지의 가역 행렬로 혼합 행렬이라 한다. ICA 알고리즘은 마이크 등의 입력 장치를 통해 측정한 신호 X만을 이용하여 혼합 행력 A의 역행렬을 찾음으로써 음원 신호를 복원한다. 따라서, 혼합 행렬 A의 역행렬인 분리 행렬 W가 추정(estimation)되어야 하며, 이는 하기의 수학식 3과 같이 표시할 수 있다.Here, A is an unknown reversible matrix and is called a mixing matrix. The ICA algorithm recovers the sound source signal by finding the inverse of the mixed action A using only the signal X measured through an input device such as a microphone. Therefore, the separation matrix W, which is the inverse of the mixing matrix A, must be estimated, which can be expressed as Equation 3 below.

여기서, 분리 행렬 W를 추정하기 위해서 신호원들은 서로 독립이라고 가정한다. 즉, 하나의 음원에서 나오는 원신호가 다른 음원에서 나오는 원신호에 상호 영향을 주지않는다고 가정한다. Here, it is assumed that the signal sources are independent of each other in order to estimate the separation matrix W. That is, it is assumed that the original signal from one sound source does not mutually affect the original signal from another sound source.

상술한 분리 행렬 W를 추정하기 위해 현재까지 다양한 방법들이 제시되고 있다. 이러한 방법으로는 예를 들어, 엔트로피 최대화 방법, Information Maximization 방법, Negentrophy maximization 방법, Mutual Information Minimization 방법, Maximum Likelihood Estimation 방법 등이 있다. 이중 엔트로피 최대화 방법으로 분리 행렬 W를 추정하는 방법은 하기 수학식 4와 같다. 물론, 분리 행렬 W를 추정하는 방법이 엔트로피 최대화 방법으로 제한되지 않음은 자명하다.Various methods have been proposed to date to estimate the aforementioned separation matrix W. Such methods include, for example, entropy maximization method, information maximization method, negentrophy maximization method, mutual information minimization method, and maximum likelihood estimation method. A method of estimating the separation matrix W by the double entropy maximizing method is given by Equation 4 below. Of course, it is obvious that the method of estimating the separation matrix W is not limited to the entropy maximizing method.

음성 신호 분리부(225)는 상술한 수학식 4를 이용하여 음성 신호와 잡음 신호가 혼합된 아날로그 사운드 신호로부터 음성 신호를 추출(즉, 음성 신호와 잡음 신호의 분리)할 수 있다. The speech signal separator 225 may extract the speech signal (ie, separating the speech signal and the noise signal) from the analog sound signal in which the speech signal and the noise signal are mixed by using Equation 4 described above.

그리고, 음성 신호 분리부(225)에 의해 분리된 디지털 음성 신호는 특성 주파수 증폭부(230)로 전달되어 환자의 청각 손실 특성에 맞게 주파수별로 증폭된다(단계 425). The digital voice signal separated by the voice signal separator 225 is transferred to the characteristic frequency amplifier 230 and amplified for each frequency according to the hearing loss characteristic of the patient (step 425).

단계 430에서 디지털 보청기(200)의 D/A 컨버터(235)는 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환한다. In operation 430, the D / A converter 235 of the digital hearing aid 200 converts the amplified digital voice signal into an analog voice signal.

이후, 변환된 디지털 음성 신호는 후-증폭기(240)로 전달되고, 후-증폭기(240)는 전달받은 디지털 음성 신호를 미리 지정된 크기로 증폭한 후, 환자의 외이도에 연결되어 있는 리시버(245)를 통해 출력한다(단계 435). Thereafter, the converted digital voice signal is transmitted to the post-amplifier 240, and the post-amplifier 240 amplifies the received digital voice signal to a predetermined size and then receives the receiver 245 connected to the patient's ear canal. Output via step 435.

도 5에는 음성 신호의 파형(510)과 잡음 신호의 파형(520)이 예시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 따른 ICA 알고리즘에 의해 잡음 제거된 음성 신호의 파형(610)과 스펙트럼 차감법에 의해 잡음 제거된 음성 신호의 파형(620)이 예시되어 있다.In FIG. 5, the waveform 510 of the speech signal and the waveform 520 of the noise signal are illustrated. In FIG. 6, the waveform 610 of the speech signal noise removed by the ICA algorithm according to the present invention and the spectrum subtraction method are shown. The waveform 620 of the noise canceled speech signal is illustrated.

즉, 음성 신호와 잡음 신호가 혼합되어 두개 이상의 마이크(210a, 210b)를 통해 입력된 경우, 본 발명에 따른 ICA 알고리즘에 의한 잡음 제거 파형(610)이 스펙트럼 차감법에 의한 잡음 제거 파형(620)의 경우보다 음성 신호의 정확한 추출이 가능함을 알 수 있다.That is, when a voice signal and a noise signal are mixed and input through two or more microphones 210a and 210b, the noise canceling waveform 610 by the ICA algorithm according to the present invention is the noise canceling waveform 620 by the spectral subtraction method. It can be seen that more accurate extraction of the speech signal is possible than.

도 7에는 다양한 잡음 환경 속에서 본 발명에 따른 ICA 알고리즘에 따른 신호 처리 결과와 스펙트럼 차감법에 따른 신호 처리 결과가 비교되어 표시되어 있다.In FIG. 7, the signal processing result according to the ICA algorithm according to the present invention and the signal processing result according to the spectrum subtraction method are compared and displayed in various noise environments.

도 7을 참조하면, Case A는 잡담 환경 속에서 남성 단음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이고, Case B는 잡담 환경 속에서 여성 2음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이며, Case C는 자동차 잡음 환경 속에서 여성 2음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이고, Case D는 공장 잡음 환경 속에서 여성 2음절 음성이 입력된 경우의 처리 결과를 비교한 것이다. 그리고, Average는 Case A 내지 Case D의 평균치를 나타낸 것이다. 또한, 도표의 세로축은 신호 대 잡음비(SNR)를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 ICA 알고리즘을 이용한 디지털 보청기가 종래의 스펙트럼 차감법에 의한 보청기에 비해 모든 경우에서 우수한 신호 대 잡음비(SNR)를 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, Case A is a comparison of the processing results when a male single-syllable voice is input in a chat environment, and Case B is a comparison of the processing results when a female two-syllable voice is input in a chat environment. In this case, Case C compares the processing results when the female two-syllable voice is input in the car noise environment and Case D compares the treatment results when the female two-syllable voice is input in the factory noise environment. And, Average represents the average value of Case A to Case D. In addition, the vertical axis of the diagram represents the signal-to-noise ratio (SNR). As shown in FIG. 7, it can be seen that the digital hearing aid using the ICA algorithm according to the present invention has an excellent signal-to-noise ratio (SNR) in all cases compared to the hearing aid by the conventional spectrum subtraction method.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기 및 잡음 제거 방법은 잡음 환경 내에서도 보청기 착용 환자가 음성 신호만을 선택적으로 제공받을 수 있도록 한다.As described above, the digital hearing aid and the noise canceling method having the noise canceling function according to the present invention allow the hearing aid wearer to selectively receive only the voice signal even in a noisy environment.

또한, 본 발명은 외부 잡음 신호 가운데 음성 신호만을 분리하여 청각 환자의 청각 손실 특성에 맞게 신호 처리하여 제공할 수 있다.In addition, the present invention can separate and provide only the speech signal from the external noise signal signal processing according to the hearing loss characteristics of the hearing patient.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.

도 1은 종래의 디지털 보청기 구성을 나타낸 블록 구성도.1 is a block diagram showing a conventional digital hearing aid configuration.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거 기능을 구비한 디지털 보청기의 구성을 나타낸 블록 구성도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a digital hearing aid with a noise canceling function according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 외형을 나타낸 도면.3 is a view showing the appearance of the digital hearing aid according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디지털 보청기의 잡음 제거 방법을 나타낸 순서도.4 is a flowchart illustrating a noise canceling method of a digital hearing aid according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 음성 신호와 잡음 신호를 나타낸 도면.5 is a view showing a voice signal and a noise signal according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 잡음 제거된 음성 신호를 나타낸 도면.6 illustrates a noise canceled speech signal in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명에 따른 신호 처리 방법과 종래의 스펙트럼 차감 방법에 의한 신호 처리시의 신호 대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)의 향상비를 나타낸 도면.7 is a view illustrating an improvement ratio of a signal-to-noise ratio (SNR) during signal processing by a signal processing method and a conventional spectrum subtraction method according to an embodiment of the present invention. .

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

210a : 제1 마이크210a: first microphone

210b : 제2 마이크210b: second microphone

215a : 제1 전-증폭기215a: first pre-amplifier

215b : 제2 전-증폭기215b: second pre-amplifier

220a : 제1 A/D 컨버터220a: first A / D converter

220b : 제2 A/D 컨버터220b: second A / D converter

225 : 음성 신호 분리부225: voice signal separation unit

227 : 저장부227: storage unit

230 : 특성 주파수 증폭부230: characteristic frequency amplifier

235 : D/A 컨버터235: D / A Converter

240 : 후-증폭기240: post-amplifier

245 : 리시버245: receiver

Claims (6)

디지털 보청기에 있어서,In digital hearing aids, 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 둘 이상의 마이크;Two or more microphones for receiving an external sound and generating an analog sound signal; 마이크 각각에 결합되어, 상기 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 둘 이상의 A/D 컨버터;Two or more A / D converters coupled to each of the microphones to convert the analog sound signal into a digital sound signal; 상기 둘 이상의 A/D 컨버터로부터 상기 디지털 사운드 신호를 전달받아 신호처리 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 음성 신호 분리부;A voice signal separation unit receiving the digital sound signal from the at least two A / D converters and separating the digital voice signal and the digital noise signal using a signal processing algorithm; 상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 특성 주파수 증폭부;A characteristic frequency amplifier for amplifying the digital voice signal according to a preset amplification condition for each frequency; 상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 D/A 컨버터; 및A D / A converter converting the amplified digital voice signal into an analog voice signal; And 상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 출력부An output unit for outputting the analog voice signal 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.Digital hearing aid comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 둘 이상의 마이크는 서로간에 상이한 지향 방향을 가지고, 각각의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것The two or more microphones have different directing directions from each other, each microphone having at least one of an omnidirectional sound input unit and a directional sound input unit; 을 특징으로 하는 디지털 보청기.Digital hearing aid, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 신호처리 알고리즘은 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘인 것The signal processing algorithm is an independent component analysis (ICA) algorithm. 을 특징으로 하는 디지털 보청기.Digital hearing aid, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 아날로그 사운드 신호 및 상기 디지털 음성 신호를 각각 미리 지정된 크기 또는 배율로 증폭하는 증폭부An amplifier for amplifying the analog sound signal and the digital voice signal at a predetermined size or magnification, respectively 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 보청기.Digital hearing aid further comprises a. 디지털 보청기가 음성 신호만을 추출하여 출력하는 방법에 있어서,In the method that the digital hearing aid extracts only the audio signal, 외부의 소리를 입력받아 아날로그 사운드 신호를 생성하는 단계;Receiving an external sound to generate an analog sound signal; 상기 아날로그 사운드 신호를 디지털 사운드 신호로 변환하는 단계;Converting the analog sound signal into a digital sound signal; 상기 디지털 사운드 신호를 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis) 알고리즘을 이용하여 디지털 음성 신호와 디지털 잡음 신호를 분리하는 단계;Separating the digital sound signal from the digital noise signal by using an independent component analysis (ICA) algorithm; 상기 디지털 음성 신호를 미리 설정된 주파수별 증폭 조건에 따라 증폭하는 단계;Amplifying the digital voice signal according to a preset amplification condition for each frequency; 상기 증폭된 디지털 음성 신호를 아날로그 음성 신호로 변환하는 단계; 및Converting the amplified digital voice signal into an analog voice signal; And 상기 아날로그 음성 신호를 출력하는 단계Outputting the analog voice signal 를 포함하되,Including but not limited to: 상기 외부의 소리는 서로 상이한 지향 방향을 가지는 둘 이상의 마이크를 통해 입력되는 것The external sound is input through two or more microphones having different directing directions. 을 특징으로 하는 디지털 보청기의 잡음 제거 방법.Noise canceling method of a digital hearing aid, characterized in that. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 둘 이상의 마이크는 무지향성 소리 입력부, 지향성(directional) 소리 입력부 중 적어도 어느 하나를 각각 구비하는 것The two or more microphones are each provided with at least one of an omnidirectional sound input unit, a directional sound input unit. 을 특징으로 하는 디지털 보청기의 잡음 제거 방법.Noise canceling method of a digital hearing aid, characterized in that.
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