KR20060061259A

KR20060061259A - 잔향 추정 및 억제 시스템

Info

Publication number: KR20060061259A
Application number: KR1020050116299A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 기스브레흐트; 필립 헤더링턴
Original assignee: 하만 벡커 오토모티브 시스템스 - 웨이브마커 인크.
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2006-06-07
Also published as: US20060115095A1; CA2527461A1; KR100750440B1; JP2006157920A; CN1783214A; CA2527461C; US8284947B2; EP1667416A2

Abstract

신호 처리 시스템은 잔향을 검출한다. 시스템은 잔향을 억제하여 신호 품질을 향상시킬 수도 있다. 시스템은 입력 신호의 주파수 대역들을 분석하여, 잔향 특성들이 존재하는지의 여부를 판정한다. 잔향이 검출되면, 시스템은 잔향 주파수 대역을 감쇄시켜, 잔향을 감소시키거나 제거할 수도 있다.

Description

잔향 추정 및 억제 시스템{REVERBERATION ESTIMATION AND SUPPRESSION SYSTEM}

도 1은 잔향 추정 및 억제 시스템이다.

도 2는 잔향 분석 로직이다.

도 3은 주파수 대역 분석과 잔향 특성 비교이다.

도 4는 주파수 대역 분석과 잔향 특성 비교이다.

도 5는 주파수 대역 분석과 잔향 특성 비교이다.

도 6은 잔향 처리 로직과 출력 처리 로직이다.

도 7은 잔향 추정 및 억제 시스템에 의하여 행해질 수도 있는 동작 흐름도이다.

도 8은 선-처리 및 후-처리 로직을 가지는 잔향 추정 및 억제 시스템이다.

본 발명은 신호 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 잔향(reverberation)을 추정하여 억제할 수도 있는 시스템에 관한 것이다.

소리는, 소리의 맑음(clarity), 양해도(intelligibility), 방향성(directionality) 또는 다른 특성을 불순화하고, 마스킹하고 또는 그렇지 않으면 영향을 미칠 수 있는 잡음에 민감하다. 반사음은 흔한 잡음원이다. 반사음은, 원래의 신호의 시간-지연된 버전의 마이크로폰과 같은 센서에서 소스 신호와 오버랩된다. 또한 잔향으로서 알려진 오버랩은, 때로는 스피치나 다른 소리의 지각성(perceptibility)을 감소시킨다.

잔향은 소리가 멀리 있는 것처럼 또는 무의미한 것처럼 만들거나, 터널이나 동굴에서 나오는 것처럼 보이거나, 그렇지 않으면 소리의 품질 또는 양해도를 손상시킬 수도 있다. 잔향은 개방되고 밀폐된 공간에서 공통적이다. 차, 사무실, 체육관, 교회 및 다른 밀폐된 공간들은 잔향의 메아리 효과에 의하여 영향을 받을 수도 있다. 잔향은 또한 벽, 건물, 절벽 또는 다른 구조물들 근처의 개방된 영역에도 영향을 미칠 수도 있다.

일부 종래의 신호 처리 시스템은 블라인드 디콘볼루션(blind deconvolution)을 통하여 잔향을 감소시키는 시도를 행한다. 블라인드 디콘볼루션은 방, 사무실 또는 다른 잔향 신호 환경의 전달 함수를 추정하는 시도를 행한다. 감지된 신호는 역 필터(inverse filter)에 적용되어, 원래 신호를 추정한다.

블라인드 디콘볼루션은 결정된 신호 환경 전달 함수를 통하여 원래 신호를 정확하게 복구하는 시도를 행한다. 이 프로세서는 상당히 복잡하며, 연산적으로 집중적인 기술이다. 따라서, 이것은 실시간 응답을 제공하는 이동 전화와 같은 장치 또는 적절한 처리 자원을 블라인드 디콘볼루션에 사용할 수도 없을 것인 장치에 대하여 부적절할 수 있다.

잔향 신호 성분을 추정하여 억제하는 시스템이 필요하다.

본 발명은, 음향 환경에서 기원하는 비-정적 신호에서의 잔향 효과를 추정하여 억제하는 신호 처리 시스템을 제공한다. 처리될 수도 있는 신호들의 예는 방 또는 차에서 마이크로폰에 의하여 기록된 스피치 또는 음악을 포함한다. 시스템은 입력 신호에서의 주파수 대역을 분석하여, 각 주파수 대역에서의 잔향 감쇄율(decay rate)을 적응성있게 추정한다. 각 주파수 대역에서의 잔향 감쇄율은 데시벨(dB) 대 시간 단위의 선형 관계인 것으로 간주될 수 있다. 추정되는 잔향 감쇄율은, 주어진 주파수 대역이 잔향 신호 에너지에 의하여 우세할 때 결정되는 데 사용되어, 시스템이 신호의 잔향 부분을 감쇄시킬 수도 있다.

잔향 억제 시스템은 신호 분석 로직을 포함한다. 신호 분석 로직은 하나 이상의 주파수 대역에서, 선형 쇠퇴와 같은 잔향 특성을 식별하여, 이들 주파수 대역에서의 잔향 감쇄율을 적응성있게 추정할 수도 있다. 잔향 시스템은 또한 감쇄 로직을 포함한다. 감쇄 로직은 하나 이상의 잔향 주파수 대역들에서의 신호 내용을 독립적으로 억제할 수도 있다. 본 발명은 실시간 신호 처리 시스템으로서 실행될 수도 있고, 또는 오프-라인 시스템으로서 실행될 수도 있다.

본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 다음의 도면과 상세한 설명을 이해하여 당업자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 부가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 본 설명 내에, 본 발명의 범위 내에 포함되며, 다음의 청구 범위에 의하여 보호되고자 한다.

본 발명은 다음의 도면 및 상세한 설명을 참조하여 더욱 이해될 것이다. 도면의 구성요소들은 본 발명의 원리를 도시하는 것에 따라 위치되는 것 대신에, 크기를 조정하고 강조하는 것은 필수적인 것은 아니다. 또한, 도면에서, 동일한 도면 부호는 상이한 도면 전체를 통해 대응하는 부분을 지정한다.

바람직한 실시예의 상세한 설명

잔향 추정 및 억제 시스템은 잔향의 특성에 대한 비-정적 신호를 조사한다. 시스템은 하나 이상의 주파수 대역들에서의 신호를 조사하여, 각 주파수 대역에서의 잔향 특성을 적응성있게 추정한다. 잔향이 주파수 대역에서 검출되면, 시스템은 이 주파수 대역에서의 신호를 감쇄시킨다. 이 시스템은 실-시간 신호 처리 알고리즘으로서 실행될 수도 있고, 또는 오프-라인 시스템으로서 실행될 수도 있다.

도 1에서, 잔향 추정 및 억제 시스템(100)("시스템(100)")은 신호 입력(102)을 통하여 신호를 수신한다. 신호 입력(102)은, 음향 잔향의 효과를 나타낼 수도 있는 마이크로폰 입력 신호 또는 다른 입력 신호일 수도 있다. 신호 입력(102)은 입력 처리 로직(104)에 접속된다. 입력 처리 로직(104)은, 신호가 잔향 분석 로직(106)에 의하여 분석되기 전에, 신호의 샘플링 및 신호-대-잡음 비(SNR) 추정과 같은 선-처리를 수행할 수도 있다.

잔향 분석 로직(106)은 잔향 특성에 대한 신호를 조사한다. 잔향 분석 로직(106)은 분석 출력(108)을 통하여 다른 시스템들과 특성 정보를 통신할 수도 있다. 부가적으로, 잔향 분석 로직(106)은 특성 정보를 잔향 처리 로직(110)에 제공할 수 도 있다.

잔향 처리 로직(110)은 신호에서의 잔향을 억제한다. 잔향 처리 로직(110)은 하나 이상의 주파수 대역들에서의 잔향 신호 내용을 억제할 수도 있다. 주어진 시각(instant in time)에서, 잔향 분석 로직(106)에 의하여 잔향 에너지를 포함하는 것으로 식별된 주파수 대역에서 억제가 발생할 수도 있다. 다음, 출력 처리 로직(112)은, 잔향 억제된 신호의 디지털-아날로그 변환 및/또는 신호 송신과 같은 후-처리를 수행한다.

도 2에서, 시스템(100)은 신호 입력(202)을 통하여 신호를 수신한다. 필터링 로직(204)은 신호를 하나 이상의 주파수 대역들로 분리한다. 예컨대, 부-대역(sub-band) 필터링은, 오버랩된 시간 세그먼트의 윈도우-FFT, 대역 통과 필터뱅크, 다상(多相) 필터뱅크, 웨이브렛(wavelet) 분해 또는 다른 부-대역 필터링 기술에 의하여 사용되고 실행될 수도 있다. 잔향 특성은 주파수에 따라 가변할 수도 있다. 따라서, 각 주파수 대역은 잔향 내용에 대하여 독립적으로 조사될 수도 있다. 3개의 주파수 대역들이 도 2에 대역-1(206), 대역-2(208), 및 대역-n(210)으로 라벨이 붙혀져 있다. 주파수 대역들의 정확한 번호 및 구성은 요구되는 애플리케이션과 시스템의 실행에 따를 수도 있다.

신호는 잔향 분석에 대한 선형 주파수 대역들로 분리될 수도 있다. 스피치 처리 애플리케이션에서, 신호는 요구되는 주파수 범위에 걸쳐 2 내지 16 주파수 대역들 이상으로 분리될 수도 있다. 전화 통신 스피치에 대하여, 주파수 범위는 약 250 Hz에서 약 3500 kHz일 수도 있다. 시스템(100)은 또한 이 신호를 주파수 대역 들로 비-선형적으로 분리할 수도 있다.

주파수 대역들은 귀의 기저막을 따라 하나 이상의 청각 임계 주파수 대역(auditory critical frequency band)에 대응할 수도 있다. 청각 임계 대역 분석은 바크(Bark) 스케일 또는 ERB(Equivalent Rectangular Bandwidth) 스케일과 같은 비-선형 주파수 스케일을 채용할 수도 있다. 임계 대역 주파수 스케일은 시스템(100)의 전화 통신 애플리케이션에서 사용될 수도 있다.

주파수 대역들은 또한 지각할 정도로 서로간에 동일하게 떨어져 있는 피치의 스케일에 대응할 수도 있다. 약 500 Hz를 넘어서, 점점 더 큰 대역들은 지각할 수 있는 동일한 피치 증분을 생성한다. 지각 가능한 동일한 피치 증분들은 멜(Mel) 주파수 대역들으로서 형성될 수도 있다. 멜 주파수 스케일은, 시스템(100)이 스피치 인식 애플리케이션의 일부일 때 사용될 수도 있다.

시스템(100)은 하나 이상의'n' 주파수 대역들(206~210)에 대한 신호-대-잡음(SNR) 추정 로직(212)을 제공할 수도 있다. 상기 주파수 대역들 중 3개의 대역들에 대한 SNR 추정 로직은 214, 216 및 218의 라벨이 붙혀져 있다. SNR 추정값(214~218)은, 최소 통계법 또는 다른 SNR 추정 기술과 같은 배경 잡음 추정 기술을 사용하여 달성될 수도 있다.

주어진 시각에서, 감쇄율 검출 로직(220)은 각 부-대역 신호를 조사하여, 주어진 분석 시간 간격에 걸쳐 그 현재 감쇄율을 추정한다. 감쇄율 추정은 시간 간격에 대한 각 부-대역에서 선형 기울기를 에너지(dB 단위)에 맞춤으로써 달성될 수도 있다. 선형 기울기는 선형 회귀 또는 다른 기울기 추정 기술을 사용하여 추정 될 수도 있다. 사용된 시간 간격은, 주어진 애플리케이션에 대한 잔향 감쇄율의 예측 범위, 신호의 평균 SNR, 또는 다른 인자들과 같은 인자들에 의존할 수도 있다. 약 100ms의 시간 간격은 약 300ms의 잔향 시간(RT60)을 가지는 인클로저에 기록된 20-30 dB SNR을 가지는 스피치 신호에 대하여 채용될 수도 있다. 분석 시간 간격은 상이한 주파수 대역들에 대하여 상이할 수도 있다. 시간 간격은 또한 SNR 및 추정된 잔향 감쇄율과 같은 현재 신호 특성에 따라 적응성있게 변할 수도 있다. 주어진 부-대역에 대한 현재의 추정된 감쇄율은 이 부-대역에 대하여 추정된 잔향 감쇄율(dB/s 단위)을 갱신하는데 사용될 수도 있다. 이 갱신은, 현재 감쇠율과 신호가, SNR이 선택된 임계값을 초과하고, 현재 감쇄율이 음이며, 선형 회귀 에러가 작은 것과 같은 특정 기준, 또는 다른 기준을 만족할 때 발생할 수도 있다. 추정된 잔향 감쇄율은 누설 통합기(leaky integrator)(즉, 1차 IIR 필터) 또는 일부 다른 데이터 시간-평균법을 사용하여 적응될 수도 있다. 누설 통합기의 적응률은 주파수 대역에서의 신호의 현재 감쇄율에 비례할 수도 있다. 신속한 쇠퇴 신호는 신속하게 적응하는 잔향 감쇄율 추정값의 결과를 낳을 수도 있다.

잔향 감쇄율 검출 로직(220)은 다수의 주파수 대역들에 대한 잔향 감쇄율의 추정값을 유지한다. 환경이 변함에 따라, 시스템은 이 환경에 적응하여, 이 환경에서 예측되는 잔향 감쇄율의 추정값을 제공한다. 또는, 예측된 잔향 감쇄율의 추정값은 하나 이상의 주파수 대역들에 대하여 시스템(100)에서의 메모리에 선-저장될(pre-stored) 수도 있다.

각 주파수 대역에서, 잔향 감쇄율은 dB/s의 단위의 대략 일정한 음의 기울기 로 표현될 수도 있다. 주어진 시각에서, dB의 각 주파수 대역에서의 신호 에너지는 20^*log ('크기')로서 표현될 수도 있으며, 여기서 '크기(amplitude)'는, 주파수 대역에서의 우세 주파수 성분의 크기, 주파수 대역에서의 주파수 성분의 평균 크기, 주파수 대역에서의 주파수 성분의 가중된 평균, 또는 주파수 대역에서의 신호의 다른 측정값일 수도 있다.

부가적으로나 대안적으로, 주어진 시각에서, dB의 각 주파수 대역에서의 신호 에너지는 10*log('파워')로서 표현될 수도 있으며, 여기서 파워는, 주파수 대역에서의 평균 파워, 주파수 대역에서의 최대 파워 성분, 또는 주파수 대역에서의 파워의 다른 측정값일 수도 있다.

도 2에서, 감쇄율 검출 로직(220)은 주파수 대역에 영향을 미치는 잔향 특성에 대한 각 신호 주파수 대역을 조사한다. 감쇠율 검출 로직(220)은 각 주파수 대역에서 시간에 대한 dB로 표현된 신호 강도를 추적할 수도 있다. 대역-1(206)에서, 신호는 대략 선형의 신호 감쇄율(222)을 가진다. 대역-2(208)에서, 신호 레벨은 대략 일정(224)하다. 대역-3(210)에서, 신호는 신호 성장률(226)을 가진다.

비교 로직(228)은 신호 특성과, 공지되거나 예측된 잔향 특성과의 비교를 수행할 수도 있다. 음향 잔향은, dB 대 시간으로 표현되어, 종종 선형으로 또는 거의 선형으로 쇠퇴한다. 비교 로직(228)은, 신호 쇠퇴가 주파수 대역에서 선형인지 또는 거의 선형인지를 판정할 수도 있다. 이러한 신호들에 대하여, 비교 로직(228)은 또한, 주파수 대역에서의 감쇄율을, 230, 232 및 234로 라벨이 붙혀진 바 와 같은 예측된 잔향 감쇄율에 비교할 수도 있다. 임의의 예측된 잔향 감쇄율은 상술된 바와 같은(예컨대, 누설 통합기를 사용하여) 시간-평균 기술을 사용하여 적응성있게 추정될 수도 있거나, 주파수 대역에 대하여 특정적으로 설정될 수도 있거나, 다수의 주파수 대역들 간에 공유될 수도 있다.

특성화 로직(236)은 잔향이 신호에 영향을 미치는 지의 여부를 판정한다. 각 주파수 대역에 대하여, 특성화 로직(236)은, 잔향이 존재하는지의 여부를 독립적으로 판정할 수도 있다. 특성화는 하드 임계값(hard threshold)일 수도 있거나, 주어진 주파수 대역에 대하여 및/또는 또한 주파수 대역들 간에 대하여 '잔향'과 '비-잔향' 간의 원활한 천이를 선택적으로 포함하는 소프트 판정 로직을 채용할 수도 있다. 판정은 비교 로직(228)에 의하여 수행된 비교에 기초할 수도 있다.

도 3에서, 신호 감쇄율(222)은 대략 선형적이다. 도 3은 또한, 쇠퇴 하한(230)과 쇠퇴 상한(302)의 2개의 다른 감쇄율 플롯을 포함한다. 이들 감쇄율 하한들은 부-대역에서의 신호가 잔향 에너지에 의하여 현재 우세한지를 판정하는 데 사용될 수도 있다. 현재 신호 감쇄율(222)이 쇠퇴 하한(230)에 근접하면, '잔향'으로서 특징화될 수도 있다. 다른 테스트들이 채용될 수도 있다. 그러나, 현재의 신호 감쇄율(222)이 쇠퇴 상한(302)에 근접하거나 그 보다 크면, '비-잔향'으로서 특징화될 수도 있다. 통상의 환경에서, 음향 신호는 잔향 감쇄율보다 빠르게 쇠퇴하지 않는다. 따라서, 쇠퇴 하한(230)은 이 주파수 대역에 대한 예측된 잔향 감쇠율(예컨대, 쇠토율 검출 로직(220)에서 결정된 바와 같은)에 대응할 수도 있다. 쇠퇴 상한(302)은 쇠퇴 하한(230)과 상수 K-1(dB/s의 단위)을 더한 값에 설정될 수 도 있다. 이 상수 K-1은, 평균 SNR, 예측된 잔향 감쇄율 등과 같은 신호 특성들에 따를 수도 있다. 또는, K-1은 전체 시스템에 대한 잔향 억제의 요구되는 양에 따를 수도 있다(따라서, K-1에 대한 보다 높은 값에 의하여 보다 적극적인 잔향 억제의 결과를 낳을 수도 있다). 음향 시스템이, 시간에 따라 감소하는 잔향 쇠퇴 곡선을 나타내므로, 쇠퇴 하한(230)과 쇠퇴 상한(302) 모두는 0보다 작은 기울기를 가질 수도 있다.

도 3에서, 대역-1(206)에서의 신호에 대한 쇠퇴 기울기는 쇠퇴 상한(302)과 쇠퇴 하한(230) 사이에 있으며, 쇠퇴 하한(230)에 근접하다. 그러므로, 특성화 로직(236)은, 밴드-1(206)가 현재 잔향 주파수 대역인 것으로 판정한다.

도 4에서, 대역-2는 쇠퇴 하한을 형성하는 예측된 잔향 감쇄율(232)을 가진다. 쇠퇴 상한(304)은 또한 도 3에 대하여 설명된 것과 유사한 방식으로 형성될 수도 있다. 도 4에 도시된 예에서, 신호 감쇄율(224)은 대략 일정하다. 특성화 로직(236)은, 대역-2(208)이 현재 비-잔향 주파수 대역이라는 것으로 판정한다.

도 5에서, 대역-n(210)은 대략 선형의 신호 성장률(226)을 가진다. 성장률(226)의 양의 기울기는, 잔향 에너지가 이 주파수 대역에 우세하지 않다는 것을 의미한다. 특성화 로직(236)은, 대역-n(210)이 현재 비-잔향 주파수 대역이라는 것으로 판정한다.

예측된 잔향 감쇄율은 감쇄율 검출 로직(220)에서 설명된 적응성 추정법을 사용하여 형성될 수도 있다. 감쇄율은 또한 특정 환경에서 행해지는 측정에 기초하여 형성될 수도 있다. 감쇄율은 자동차 또는 다른 차량에서 하나 이상의 주파수 대역에서 잔향 시간을 추정할 수도 있다. 마찬가지로, 감쇄율은, 사무실, 비교적 공개된 외부 또는 밀폐된 공간 또는 다른 환경에서 잔향 시간의 측정으로부터 형성될 수도 있다.

도 6에서, 잔향 처리 로직(110)은 잔향 주파수 대역을 감쇄시킨다. 잔향 처리 로직(110)은 각 주파수 대역에 대한 이득 제어 로직, 이득 상수 및 감쇄 로직을 포함할 수도 있다. 이득 제어 로직(602, 604 및 606), 이득 파라미터(608, 610, 612), 및 감쇄 로직(614, 616, 618)가 대역-1(206), 대역-2(208) 및 대역-n(210)에 대하여 도시되어 있다. 각 주파수 부-대역에 대하여, 감쇄 로직(614, 616, 618)은 이득 파라미터(608, 610, 612)에 크기 단위의 현재 부-대역 신호를 곱한다.

도 1의 잔향 처리 로직(110)은, 각 주파수 대역이 잔향 주파수 대역인지의 여부의 판정에 응답하여 동작할 수도 있다. 잔향 주파수 대역이 검출되면, 잔향 처리 로직(110)은 그 주파수 대역에서의 신호 성분들을 전체적으로 감쇄시키거나 감소시킬 수도 있다. 비-잔향 주파수 대역에서, 잔향 처리 로직(110)은 변경되지 않은 주파수 대역에서 신호 성분들을 통과시킬 수도 있다.

잔향 처리 로직(110)은 주파수 대역에서의 신호 성분들을 그 감쇄율에 관하여 감쇄시킬 수도 있다. 감쇄율이 대역에서의 예측된 잔향 감쇄율에 도달할 때, 감쇄가 증가할 수도 있다. 감쇄는, 감쇄율이 주파수 대역에서의 예측된 잔향 감쇄율과 일치할 때 최대일 수도 있다.

감쇄는 또한 신호 대 잡음 비(SNR)에 의하여 영향을 받을 수도 있다. 저 SNR의 기간 동안, 잔향의 일부 또는 전부는 배경 잡음에 의하여 마스킹될 수도 있 다. 잡음은 잔향 에너지의 정확한 검출을 억제할 수도 있다. SNR이 낮으면, 최대 허용 감쇄 또한 낮을 수도 있다. SNR이 높으면, 잔향은 더욱 정확하게 검출될 수도 있다. 최대 허용 감쇄는 고 SNR에서 증가하여, 잔향 신호 내용을 적극적으로 억제할 수도 있다.

잔향 처리 로직(110)은 하나 이상의 주파수 대역들에 대한 SNR 추정값(214)을 사용할 수도 있다. SNR 추정값은 도 2에 도시된 바와 같이 SNR 추정 로직(212)으로부터 획득될 수도 있다.

잔향 주파수 대역인 대역-1(206)에 응답하여, 이득 제어 로직(602)은 이득 파라미터(608)를 조정할 수도 있다. 이득 제어 로직(602)은 이득 파라미터(608)를 1(즉, 신호 감쇄 없음)과 0 이상인 하한 사이의 값에 설정될 수도 있다. 이 하한은 상술된 바와 같이, 주어진 부-대역에 대한 현재 최대 허용가능 신호 감쇄에 대응할 수도 있다. 실제로, 주어진 시각에서 이득 파라미터(608)의 값은, 특성화 결과(236) 뿐만 아니라, 신호 SNR, 신호 감쇄율, 이전 이득 파라미터값들 또는 다른 파라미터들에 기초할 수도 있다. 감쇄 로직(614)은 주파수 대역-1(206)에서의 모든 주파수에서 주파수 성분을 감소하거나 제거할 수도 있고, 주파수 대역-1(206)에서의 임계값보다 큰 주파수 성분들을 제거할 수도 있거나, 그렇지 않으면 주파수 대역-1(206)을 감쇄시킬 수도 있다.

대역-2(208)이 비-잔향 주파수 대역이라는 판정에 응답하여, 이득 제어 로직(604)은 이득 파라미터(610)를 조정할 수도 있다. 이득 파라미터(610)는 1에 근접하거나 동일한 값을 가질 수도 있고, 대역-2(208)에서의 하나 이상의 주파수 성분 을 선택적으로 통과시킬 수도 있다. 대역-n(210)이 비-잔향 주파수 대역이라는 판정에 응답하여, 이득 제어 로직(606)은 또한 이득 파라미터(612)를 1에 근접한 또는 이와 동일한 값에 설정하여, 대역-n(210)에서의 하나 이상의 신호 성분들을 통과시킬 수도 있다.

신호는, 일단 처리되면, 출력 처리 로직(112)으로 보내질 수도 있다. 출력 처리 로직(112)은, 출력(114)에 잔향 억제된 신호를 출력하기 전에, 어떠한 바람직한 방식으로 신호를 변형시킬 수도 있다. 출력 처리 로직(112)은, 합성 필터뱅크, IFFT와 오버랩-앤드-애드(overlap-and-add) 기술과 같은 주파수 대역 재합성 처리를 포함할 수도 있다. 상기 기술들은 개별 주파수 부-대역 신호들을 최종 재합성된 출력 신호(114)로 재조합시킬 수도 있다. 출력 처리 로직(112)의 구성 및 실행은 입력 부-대역 필터링(204)의 구성에 기초하여 가변할 수도 있다. 출력 처리 로직(112)은 또한 디지털-아날로그 변환기를 포함할 수도 있거나, 잔향 억제된 신호를 증폭하거나, 그렇지 않으면 처리할 수도 있다.

도 7는 신호를 분석하고 및/또는 처리하여 잔향을 추정하고 억제하는 동작의 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 현재 입력 데이터 패킷을 획득한다(단계 702). 입력 데이터 패킷은 마이크로폰으로부터 기록되고, 데이터 파일에 기억되거나, 다른 소리 입력으로부터 획득된 디지털화된 음향 데이터를 나타낼 수도 있다. 시스템(100)은 Bark 또는 ERB 스케일 또는 다른 세트의 주파수 대역들에 따라 입력 신호를 주파수 부-대역들로 분리한다(단계 702). 각 부-대역에서의 신호의 크기는 데시벨(dB) 단위로 결정될 수도 있으며, 시스템(100)은 하나 이상의 대 역들에서의 SNR을 추정할 수도 있다(단계 704).

스피치의 기간 동안과 같이, SNR이 양이면(단계 706), 시스템(100)은 시간에 대한 신호 내용을 추적할 수도 있고(단계 708), 잔향 특성에 대한 각 대역을 조사한다. 시스템(100)은 부-대역 신호의 현재 감쇄율을 추정할 수도 있다(단계 710). 감쇄율(예컨대, dB 대 초의 단위)이 대략 선형이면, 시스템(100)은 이 부-대역에 대한 잔향 쇠퇴 추정값을 적응시킬 수도 있다(단계 714). 추정된 잔향 감쇄율은, 시스템이 주어진 시각에서 '잔향' 또는 '비-잔향'으로서 부-대역을 특성화하기 위하여 채용한 감쇄율 제한을 갱신하도록 사용될 수도 있다(단계 716).

양의 SNR을 가지는 부-대역 신호가 시간에 따라 선형으로 쇠퇴하면, 시스템(100)은, 선형 신호 쇠퇴가 쇠퇴 상한 및/또는 하한 내에 있는지를 판정할 수도 있다(단계 716). 주파수 대역에서의 신호 내용이 잔향에 의하여 영향을 받으면, 시스템(100)은 이 대역에 대한 플래그를 설정할 수도 있거나, 주파수 대역이 잔향 내용을 포함한다는 것을 나타내는 다른 정보를 제공할 수도 있다(단계 718). 신호 내용이 비-잔향이면, 시스템(100)은 대역에 대한 플래그를 클리어할 수도 있거나, 다른 정보를 제공할 수도 있다(단계 720).

시스템(100)은 잔향 신호 내용을 감쇄시킨다(단계 722). 각 주파수 대역은 임의의 다른 주파수 대역에 독립적으로 감쇄될 수도 있다. 감쇄는 대역들 간에 가변화될 수도 있으며, 주파수 대역 내의 신호를 전체적으로 또는 부분적으로 감쇄시킬 수도 있다. 자음 앞의 모음과 같은 스피치는, 에너지가 증가하는 높은 주파수 대역을 포함하고, 에너지가 감소하는 낮은 주파수 대역을 포함할 수도 있다. 하부 주파수 대역은 잔향을 경험할 수도 있고, 자음을 전달하는 높은 주파수 대역에 영향을 미치지 않고 억제될 수도 있다.

부-대역 잔향 억제후, 시스템(100)은 현재의 부-대역 신호들을 시간 도메인 데이터로 재합성할 수도 있다(단계 724). 시스템(100)은 또한 신호 지속 시간의 전부 또는 일부에 대하여 입력 신호를 계속 모니터할 수도 있다. 신호가 존재하면, 시스템(100)은 신호 내용을 계속 추적하여 잔향을 억제한다. 그 동작 동안 어느 때라도, 시스템(100)은 잔향 임계값, 감쇄 이득, 주파수 대역들로의 분리, 또는 다른 파라미터들을 설정하거나 변경할 수도 있다.

도 8에서, 시스템(100)은 입력 처리 로직(104)과 후-처리 로직(802)으로 동작한다. 시스템(10)은 입력원들(804)을 통하여 입력을 받아 들일 수도 있다. 입력원들(804)은 통신 인터페이스(810)와 같은 디지털 신호원들 또는 마이크로폰(806)과 같은 아날로그 신호원들을 포함할 수도 있다.

마이크로폰(806)은 옴니-지향성(omni-directional) 마이크로폰, 지향성 마이크로폰, 다른 형태의 마이크로폰, 또는 다수의 마이크로폰들의 어레이일 수도 있다. 마이크로폰(806)은 샘플링 시스템(808)을 통하여 추정 및 억제 시스템(100)에 접속될 수도 있다. 샘플링 시스템(808)은 마이크로폰(806)에 의하여 감지된 아날로그 신호를 선택된 샘플링 속도로 디지털 형태로 변환시킬 수도 있다.

샘플링 속도는 관심의 임의의 비-정적 신호들에 대한 임의의 요구되는 주파수 내용을 캡쳐하도록 선택될 수도 있다. 스피치에 대하여, 샘플링 속도는 대략 8 kHz 또는 11kHz 이상일 수도 있다. 음악에 대해서, 샘플링 속도는 대략 22kHz 내 지 약 44 kHz일 수도 있다. 다른 샘플링 속도는 스피치, 음악 또는 다른 비-정적 신호들에 대하여 사용될 수도 있다.

디지털 신호원들은 통신 인터페이스(810), 시스템(100)이 실행되는 시스템에서의 다른 회로 또는 로직, 또는 다른 신호원들을 포함할 수도 있다. 시스템(100)은 부가적인 선-처리를 행하거나, 행하지 않는 디지털 신호 샘플을 받아들일 수도 있다. 시스템(100)은 또한 후-처리 로직(802)에 접속될 수도 있다. 후-처리 로직(802)은 음성 재생 시스템(812), 디지털 및/또는 아날로그 데이터 송신 시스템(814), 또는 다른 처리 로직을 포함할 수도 있다.

음성 재생 시스템(812)은 디지털-아날로그 변환기들, 필터들, 증폭기들 및 다른 회로 또는 로직을 포함할 수도 있다. 음성 재생 시스템(812)은 스피치 및/또는 음악 재생 시스템일 수도 있다. 음성 재생 시스템(812)은 셀룰러 전화, 카 폰, 디지털 미디어 재생기/리코더, 라디오, 스테레오, 휴대용 게임 장치, 또는 음성 재생을 채용하는 다른 장치에서 실행될 수도 있다.

송신 시스템(814)은 네트워크 접속, 디지털 또는 아날로그 송신기, 또는 다른 송신 회로 및/또는 로직을 제공할 수도 있다. 송신 시스템(814)은 시스템(100)에 의하여 생성된 잔향 억제된 신호들을 다른 장치들과 통신시킬 수도 있다. 카 폰에서, 송신 시스템(814)은 카 폰으로부터의 강화된 신호들을, ZigBee, Mobile-Fi, Ultrawideband, Wi-fi 또는 WiMax 포맷 또는 네트워크를 통해서와 같은 무선 접속을 통하여 기지국 또는 다른 수신기와 통신할 수도 있다.

시스템(100)은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으 로 실행될 수도 있다. 하드웨어와 소프트웨어는 메모리에 기억된 명령들을 실행하는 디지털 신호 처리기(DSP)를 포함할 수도 있다. 시스템(100)은 신호의 디지털 샘플들을 처리할 수도 있거나, 잔향 추정 및 억제를 위하여 아날로그 입력 신호를 디지털화할 수도 있다. 하드웨어가 잔향 추정 및 억제를 수행하도록 하는 명령은, 디스크, 플래시 카드 또는 다른 메모리와 같은 기계 판독가능 매체에 기억될 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시예가 설명되었으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 더욱더 많은 실시예와 실행이 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 이들 등가물의 관점에서 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면, 잔향을 억제하여 신호 품질을 향상시킬 수 있는 잔향 추정 및 억제 시스템을 획득할 수 있다.

Claims

잔향 억제 시스템으로서,

신호의 제1 주파수 대역에서 제1 잔향 특성을 식별하도록 동작하는 신호 분석 로직; 및

상기 신호 분석 로직에 응답하여, 상기 제1 주파수 대역에서의 상기 신호를 감쇄하도록 동작 가능한 감쇄 로직

를 구비하는 잔향 억제 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 잔향 특성은 상기 제1 주파수 대역에서의 대략적으로 선형인 감쇄율(decay rate)인 것인, 잔향 억제 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 잔향 특성은, 제1 잔향 감쇄율 임계값과 대략 만족하는 상기 제1 주파수 대역에서의 감쇄율인 것인, 잔향 억제 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 잔향 감쇄율 임계값은 밀폐된 공간의 잔향 감쇄율 임계값인 것인, 잔향 억제 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 잔향 감쇄율 임계값은 차량 내부의 잔향 감쇄율 임계값인 것인, 잔향 억제 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 잔향 특성은 상기 제1 주파수 대역에서의 시간에 대한 dB에 있어서 대략적으로 선형인 쇠퇴인 것인, 잔향 억제 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 분석 로직은 제2 주파수 대역에서의 제2 잔향 특성을 식별하도록 더 동작 가능하고,

상기 감쇄 로직은 또한 상기 제2 주파수 대역에서의 상기 신호를 응답적으로 감쇄하도록 동작 가능한 것인, 잔향 억제 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 신호 분석 로직은, 제2 주파수 대역에서, 제2 잔향 감쇄율 임계값과 대략적으로 만족하는 제2 감쇄율을 구비하는 제2 잔향 특성을 식별하도록 더 동작 가능하고,

상기 감쇄 로직은 또한 상기 제2 주파수 대역에서의 상기 신호를 응답적으로 감쇄하도록 동작 가능한 것인, 잔향 억제 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 제1 잔향 감쇄율 임계값 및 상기 제2 잔향 감쇄율 임계값은 주파수 대역 임계값들인 것인, 잔향 억제 시스템.
제 1 항에 있어서, 신호-대-잡음 비 로직을 더 구비하며, 상기 신호-대-잡음 비 로직이 양의 신호-대-잡음 비를 결정할 때, 상기 신호 분석 로직이 상기 잔향 특성을 식별하는 것인, 잔향 억제 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 주파수 대역에서의 예측된 잔향 감쇄율의 추정값을 제공하도록 동작 가능한 적응성 필터 로직을 더 구비하는 것인, 잔향 억제 시스템.
잔향 억제 방법으로서,

주파수 대역들로의 신호의 분할을 결정하는 단계;

상기 주파수 대역들 중 적어도 하나의 주파수 대역에 존재하는 잔향 특성을 식별하는 단계;

상기 잔향 특성에 기초하여 잔향 주파수 대역을 식별하는 단계; 및

상기 잔향 주파수 대역에서의 상기 신호를 감쇄시키는 단계

를 구비하는 잔향 억제 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 잔향 특성을 식별하는 단계는, 신호 감쇄율을 결정하는 단계를 구비하는 것인, 잔향 억제 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 잔향 특성을 식별하는 단계는, 신호 감쇄율이 잔향 감쇄율 임계값과 대략 만족하는지의 여부를 판정하는 단계를 구비하는 것인, 잔향 억제 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 잔향 특성을 식별하는 단계는,

상기 주파수 대역들 각각에서의 신호 감쇄율을 결정하는 단계;

각 주파수 대역이 잔향 주파수 대역인지의 여부를 그 신호 감쇄율에 기초하여 판정하는 단계; 및

각 잔향 주파수 대역을 감쇄시키는 단계

를 구비하는 것인, 잔향 억제 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 잔향 특성을 식별하는 단계는, 신호 감쇄율이 선형인지의 여부를 판정하는 단계를 구비하는 것인, 잔향 억제 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 식별 단계는, 상기 신호 감쇄율이 잔향 감쇄율 임계값과 대략 만족하는지의 여부를 판정하는 단계를 더 구비하는 것인, 잔향 억제 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 잔향 감쇄율 임계값은 밀폐된 공간의 잔향 감쇄율 임계값인 것인, 잔향 억제 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 제1 잔향 감쇄율 임계값은 차량 내부의 잔향 감쇄율 임계값인 것인, 잔향 억제 방법.
기계 판독가능 매체; 및

프로세스가 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하도록 하는 상기 기계 판독가능 매체에 기억되는 기계 판독가능 명령들

을 구비하는 제품.