KR20060067881A - 수신 오디오의 제한 시스템 - Google Patents

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KR20060067881A
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KR1020050123072A
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게르하르트 우베 슈미트
팀 하울릭
클라렌스 추
데이비드 기스브레흐트
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하만 벡커 오토모티브 시스템스 - 웨이브마커 인크.
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Abstract

통신 시스템에서 수신된 오디오 신호를 제한하는 시스템이 제공된다. 상기 수신된 오디오 신호는 확성기를 통해 울리기 전에 제한되어, 상기 확성기 출력이 통신 시스템과 접속된 인접한 마이크로폰에 의해 포획될 때 이 확성기 출력은 클리핑되지 않는다. 이 마이크로폰에서 확성기 출력의 클리핑을 방지함으로써, 상기 확성기-엔클로저-마이크로폰 시스템의 전달 함수는 선형 상태를 유지하게 되며, 통신 시스템에 정확한 반향 소거를 용이하게 한다.

Description

수신 오디오의 제한 시스템{SYSTEM FOR LIMITING RECEIVE AUDIO}
본 발명은 아래의 도면 및 상세한 설명을 참조하면 더욱 손쉽게 이해될 것이다. 도면의 구성 요소는 반드시 비례하는 것은 아니며, 그 대신 본 발명의 원리를 설명하기 위해 강조되었다. 또한, 도면에 있어서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 향상된 반향 소거를 위한 수신된 오디오 리미터를 사용하는 통신 시스템의 블록 다이어그램.
도 2는 확성기-엔클로저-마이크로폰 시스템의 주파수 응답과, 무한 임펄스 응답 필터의 확성기-엔클로저-마이크로폰 시스템의 저차수의(low order) 스펙트럼 모델을 비교한 차트.
도 3은 무한 임펄스 응답 필터로부터의 확성기 출력 동력 추정치와, 마이크로폰에 기록된 확성기 출력의 대응하는 실제 단기 동력을 비교한 차트.
도 4는 본 발명의 실시예에 사용되는 무한 임펄스 응답 필터의 구조를 도시한 도면.
본 발명은 통신 시스템의 향상된 반향 소거(echo cancellation)에 관한 것이다. 자동차의 스피커폰 또는 핸즈 프리 모바일 텔레폰 등의 많은 통신 시스템에 있어서, 가청 신호는 원격 위치에서 수신되어 확성기를 통해 울리게 된다. 반대로, 국부적으로 형성된 음성은 확성기 부근에 있는 로컬 환경에 놓인 하나 이상의 마이크로폰에 의해 포획된다. 마이크로폰에 의해 변환된 가청 신호는 원격 위치로 다시 송신되는데, 이 가청 신호는 통신의 반대편에 있는 원격 당사자(remote party)를 위해 원격 위치에서 울리게 된다. 통상, 확성기는 마이크로폰에 인접하여 위치한다. 많은 경우에 있어서, 확성기로부터의 출력은 마이크로폰에 의해 포획되어, 원격 위치에서 사실상 시작된 음성이, 원격 위치로 다시 송신되는 가청 신호 내로 포함될 수 있다. 결과적으로, 원격 당사자는 그가 이미 말한 것의 약간 지체된 반향을 들을 수 있다. 이러한 유형의 음향 반향(acoustic echo)은 당사자들 사이에서 통신의 품질을 매우 손상시킬 수 있다.
반향 소거가 통신 시스템에 사용되어, 마이크로폰 포획 신호(pick-up signal)로부터 확성기 출력을 제거할 수 있다. 전형적인 반향 소거 시스템은, 확성기 출력이 확성기를 통해 울리게 되고 로컬 환경을 통해 이동하며 마이크로폰에 의해 포획되어 전기적 가청 신호로 다시 변환된 후에 그것이 무엇과 같은 지를 추정하기 위한 기준으로서, 확성기를 구동하는데 사용되는 라인 아웃 신호(Line-Out signal)를 사용한다. 그 후, 이 반향 신호의 추정치는 마이크로폰 포획 신호로부터 공제된다. 마이크로폰에서 변환된 실제 반향 신호의 반향 신호 추정치 사이의 정합(match)이 더욱 가까워지면, 반향 소거는 더욱 정확하고 완전하게 된다.
반향 소거는 통상 선형 명제(linear proposition)이다. 확성기 출력의 변화는 예측될 수 있는 방법으로 마이크로폰 포획 신호에 반영된다. 그러나, 비선형성이 확성기-엔클로저-마이크로폰(LEM) 시스템에 도입될 때는 복잡성이 발생한다. 반향 소거 시스템의 공통적인 문제는 확성기가 마이크로폰에 너무 가까이 위치할 때 또는 확성기 출력이 너무 크게 울리게 될 때이다. 이 중 어느 하나의 경우에 있어서, 마이크로폰에 존재하는 음성의 음량이 통신 시스템의 포획 단계의 용량을 초과할 수 있다. 마이크로폰에서의 과다한 음량은 마이크로폰 그 자체 또는 A/D 이득 단계 중 어느 하나에 클리핑(clipping)을 야기할 수 있다. 확성기 출력이 과다 음량으로 인해 클리핑될 때, 반향 소거 시스템이 마이크로폰에서 변환될 실제 반향 신호를 예측하는 것은 불가능하게 된다. 이러한 LEM 전달 함수에서의 비선형성은 마이크로폰 포획 신호로부터 반향을 효과적으로 제거하는 것을 불가능하게 한다.
따라서, 통신 시스템에 반향 소거를 제공하기 위한 향상된 시스템이 요구된다. 이러한 요구는 확성기가 마이크로폰에 매우 인접하여 배치된 통신 시스템에 특히 중요하다. 이러한 요구는, 확성기 출력을 마이크로폰 쪽으로 반사시킬 수 있는 많은 인접한 표면이 있는 사무실 또는 자동차 등의 제한된 공간에 통신 시스템이 위치할 때 더욱 증가하게 된다. 향상된 반향 소거 시스템은, 마이크로폰에서 클리핑을 야기할 확성기 출력 음량을 예측하여 클리핑이 발생하기 시작하는 출력 동력 한계점 아래의 레벨로 확성기 출력을 제한할 수 있어야 한다. 확성기 출력을 선택적으로 제한함으로써, 확성기 거동 범위(dynamic range)는 LEM 시스템의 전달 함수의 선형 영역으로 제한될 수 있다. 확성기 출력 신호의 클리핑에 의해 야기된 비선형성이 없다면, 음향 확성기 반향은 마이크로폰 포획 신호로부터 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명은 음향 반향 소거를 향상시킬 목적으로 통신 시스템의 수신된 오디오 신호를 제한하는 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명은, 원격 공급원으로부터 수신된 오디오 신호를 울리게 하는 확성기와, 로컬 음성을 변환시키는 마이크로폰과, 오디오 신호를 원격 장치로부터 수신하고 원격 장치로 송신하는 트랜스시버(transceiver)를 포함하는 통신 시스템에 사용하는데 특히 적합하다.
본 발명에 따른 시스템은, 확성기 출력이 마이크로폰에 의해 포획될 때 확성기로부터의 음성 출력이 마이크로폰에서 클리핑되지 않도록 하기 위해, 수신된 오디오 신호가 확성기를 통해 울리기 전에 이들을 선택적으로 제한하도록 작동한다. 마이크로폰에서의 클리핑은 비선형성을 확성기 엔클로저 마이크로폰 시스템 전달 함수에 포함시키게 되는데, 이것은 만족스러운 반향 소거를 방해하게 된다. 클리핑을 야기하지 않는 주지의 범위 내로 확성기 출력을 유지함으로써, 효과적인 반향 소거가 전통적인 방법을 사용하여 수행될 수 있다.
트랜스시버, 확성기 및 마이크로폰과 아울러, 본 발명을 사용하는 통신 시스템은 마이크로폰 포획 신호로부터 확성기 출력을 제거하여 음향 반향을 제거하는 적응형(adaptive) 반향 소거 필터도 포함할 수 있다. 수신된 오디오 신호의 신호 경로에 소프트 리미터(soft limiter)가 마련되어, 수신된 오디오 신호를 필요한 만큼 선택적으로 제한하게 된다. 저차수(low order)의 무한 임펄스 응답(infinite impulse response ; IIR) 필터는 LEM 시스템 전달 함수를 모델링하고, 또한 기준으로서 수신된 오디오 신호를 사용하여 이 수신된 오디오 신호가 확성기를 통해 울리게 되는 경우 마이크로폰에 의해 포획되는 반향 신호의 추정을 형성한다. 단기 동력 추정치는 반향 신호의 추정치로부터 계산되어, 수신된 오디오 신호가 확성기를 통해 울리게 되는 경우 마이크로폰에서 클리핑을 야기할 것인지를 결정하는데 사용된다. 클리핑을 야기하는 경우, 확성기 출력이 마이크로폰에서 클리핑되지 않도록 하기 위하여 소프트 리미터의 이득(gain)은 수신된 오디오 신호를 충분히 약화시키도록 조정된다.
본 발명은 통신 시스템에서 음향 반향을 소거하는 향상된 방법도 포함한다. 이 방법에 따르면, 오디오 신호가 수신될 때, 단기 동력 추정치는 수신된 신호에 기초하여 형성된다. 단기 동력 추정치는, 수신된 오디오 신호가 제한 없이 확성기를 통해 울리게 된다면 마이크로폰에 수신될 추정된 오디오 동력에 대응한다. 그 후, 단기 동력 추정치는 주지의 동력 한계점(threshold)과 비교되는데, 이 동력 한계점 위에서는 신호는 마이크로폰에 의해 클리핑된다. 단기 동력이 클리핑 한계점을 초과한다면, 수신된 오디오 신호는, 확성기에 의해 형성되고 마이크로폰에서 수신된 오디오 동력 출력이 주지의 클리핑 한계점 아래로 떨어지도록 제한된다.
본 발명의 또 다른 시스템, 방법, 특징 및 이점은 아래의 도면 및 상세한 설명을 고찰하는 경우 당업자에게 명백해질 것이다. 모든 이러한 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 이점은 본 명세서 및 본 발명의 요지 내에 포함되고, 아래의 청구 범위에 의해 보호된다.
본 발명은 통신 시스템의 향상된 반향 소거에 관한 것이다. 본 발명에 따른 향상된 반향 소거를 사용하는 통신 시스템(100)이 도 1에 도시된다. 통신 시스템(100)은 트랜스시버(transceiver ; 102), 확성기(loudspeaker ; 104) 및 마이크로폰(microphone ; 106)을 포함한다. 트랜스시버(102)는 이와 유사한 원격 트랜스시버 장치로부터 오디오 신호를 수신하고 이 장치로 오디오 신호를 송신하게 된다. 트랜스시버(102)가 또 하나의 원격 트랜스시버와 함께 통신 세션에 사용될 때, 이러한 두 개의 트랜스시버는 트랜스시버(102)에 접속된 로컬 당사자와 원격 트랜스시버에 접속된 원격 당사자 사이의 양방향(two-way) 통신을 제공한다. 트랜스시버(102)는, 예를 들어, 모바일 텔레폰, 스피커폰 베이스 유닛 또는 로컬 당사자와 원격 당사자 사이의 양방향 통신을 제공하는 어떤 다른 장치일 수 있다. 이러한 원격 장치로부터 수신된 오디오 신호는 확성기를 통해 울리게 된다. 마이크로폰(106)에 의해 포획된 음성은 트랜스시버(102)에 의해 원격 장치로 다시 송신되는 오디오 신호로 변환된다. 이와 같이, 로컬 당사자 및 원격 당사자는 통신 시스템(100)을 사용하여 서로 통신할 수 있다.
설명한 바와 같이, 반향의 문제점은, 확성기(104)로부터의 출력이 마이크로폰(106)에 의해 포획되어 그 원래의 공급원으로 다시 송신될 때 통신 시스템(100)과 같은 통신 시스템에서 비롯된다. 원격 당사자가 듣게 될 결과적인 반향은 이들 둘의 당사자가 경험한 통신의 품질에 상당히 불리한 영향을 줄 수 있다.
반향 소거 필터(108)는 마이크로폰(106)에 의해 변환된 오디오 신호로부터 확성기(104) 출력의 효과를 제거하도록 마련된다. 반향 소거 필터(108)는 확성기-엔클로저-마이크로폰(LEM) 시스템의 특성에 맞게 만들어진 적응형 필터이다. 확성기를 구동하는데 사용되는 라인 아웃 신호(line-out signal ; 126)를 사용하기 때문에, 이 반향 소거 필터(108)는 LEM 시스템의 임펄스 응답을 모방한다. 반향 소거 필터(108)는, 확성기(106)에 의해 변환될 것으로 예상되는 오디오 신호를 나타내는 반향 신호 추정치(130)를 형성한다. 반향 소거 필터(108)는 기준 신호 및 LEM 시스템의 주지의 특성에 기초하여 반향 신호 추정치(130)를 형성한다. 이 반향 신호 추정치(130)는 합산 정션(summing junction ; 120)에서 실제의 마이크로폰 포획 신호(128)로부터 공제된다.
이상적으로는, 이 반향 신호 추정치(130)는 마이크로폰(106)에 의해 포획된 실제 반향 신호와 정확히 일치할 것이다. 이 경우에 있어서, 반향 신호 추정치(130)가 마이크로폰 포획 신호(128)로부터 공제될 때, 잔류 에러 신호는 0이 될 것이고, 확성기 반향은 송신 오디오 신호(124)로부터 완전히 제거되어 트랜스시버(102)에 의해 통신의 반대편에 있는 원격 트랜스시버로 전달될 것이다. 대부분의 경우에 있어서, 반향 신호 추정치(130)는 실제의 반향 신호와 정확히 일치하지 않는다. 적응형 반향 소거 필터(103)의 계수는 LEM 시스템의 반향 소거 필터의 모델을 유지 및 향상시키도록 주기적으로 재계산되어야 한다. 이 반향 신호 추정치와 실제의 반향 신호와의 차이는, 적응형 반향 소거 필터(108) 내로 피드백되어 필터의 계수를 재계산하고 LEM 시스템의 반향 소거 필터 모델을 정제하는데 사용될 수 있는 에러 신호를 형성한다. 적응형 반향 소거 필터의 계수가 캘리브레이션되면, 확성기(104) 출력으로부터의 반향은 실질적으로 송신 오디오 신호(124)로부터 제거될 것이다. 이와 같이, 송신 오디오 신호(124)가 원격 트랜스시버에 의해 수신되고 원격 당사자를 위해 재생될 때, 원격 당사자는 로컬 당사자로부터 비롯된 음성만을 듣게 될 것이다. 모든 반향 자취는 실질적으로 제거될 것이다.
통신 시스템(100)의 반향 소거 특성은 LEM 시스템의 반향 응답 경로의 전달 함수가 선형을 유지하는 한은 효과적이다. 그러나, 마이크로폰에 도달하는 확성기 출력이 마이크로폰이 다룰 수 없을 정도로 너무 크다면, 마이크로폰(106)이 수용한 반향 신호는 클리핑될 수 있다. 마이크로폰(106)에서의 클리핑에 기인한 비선형성은 반향 소거 필터(108)가 마이크로폰 포획 신호(128) 내로 사실상 포함될 반향 신호를 예측하게 하는 것을 불가능하게 한다. 이러한 경우에 있어서, 반향 소거 필터(108)는 확성기 반향 신호가 무엇이 될 것인지를 더 이상 정확히 예측할 수 없기 때문에, 마이크로폰 포획 신호(128)로부터 확성기 반향을 효과적으로 제거할 수 없다. LEM 시스템의 전달 함수에서의 비선형성에 대한 직접적인 결과는 반향이 오디오 송신 신호(124) 내로 다시 유입(creep)될 수 있다는 것이다.
통신 시스템(100)은 마이크로폰(106)에서의 클리핑을 야기하지 않는 것으로 알려진 레벨로 확성기(104)의 출력을 제한함으로써 이러한 문제를 해결한다. 소프트 리미터(118)는, 라인 아웃 신호(126)의 거동 범위를 제한하여 확성기(104) 외부의 음량을 제어하도록 수신된 오디오 신호(122)의 신호 경로에 배치된다. 소프트 리미터(118)는 저차수의 무한 임펄스 응답(IIR) 필터(112)의 출력에 의해 제어된 다. 저차수의 IIR 필터(112)는 LEM 시스템의 이득 및 스펙트럼 엔벌로프(spectral envelope)를 모델링한다. 후술하는 바와 같이, 저차수의 IIR 필터(112)의 계수는 반향 소거 필터(108)로부터 유도된다. 처리 시간 및 자원을 절약하기 위하여, LEM 시스템에 대한 IIR 필터의 스펙트럼 모델은 이 LEM 시스템의 실제 주파수 응답의 과정 연출(course representation)인 것이 필요할 뿐이다. 예를 들어, 도 2는 적응형 반향 소거 필터(108)과 같은 적응형 반향 소거 필터에 의해 측정된 LEM 시스템의 주파수 응답과, IIR 필터(112)와 같은 저차수의 무한 임펄스 응답 필터에 의해 형성된 것과 동일한 LEM 시스템의 스펙트럼 엔벌로프의 저차수(N=10) 모델의 비교를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 곡선(200)의 특성은 뽀죡한 피크 및 가파른 기울기이다. LEM 시스템의 주파수 응답을 모델링함에 있어서의 이러한 레벨의 세부 사항은 확성기 반향을 마이크로폰 포획 신호로부터 정확하고 완전하게 제거하는데 필요하다. 제2 곡선(202)은 세부적인 주파수 응답 곡선(200)보다 더욱 매끄럽지만, 세부적인 주파수 응답 곡선(200)과 동일한 일반적 형상을 유지한다. 더욱 조악한 이러한 모델은, 확성기 출력을 제한할 목적으로 마이크로폰(106)에 도달하는 확성기 출력의 동력을 추정하는데 충분하다.
도 1로 다시 되돌아가서, 저차수의 IIR 필터(112)는, 반향 소거 필터(108)와 같이, 마이크로폰(106)에 의해 포획될 확성기 출력의 추정치를 나타내는 확성기 출력 추정 신호(132)를 출력한다. 물론, LEM 시스템에 대한 IIR 필터의 모델이 반향 소거 필터(108)의 모델보다 덜 정확하기 때문에, 확성기 출력 추정치(132)는 적응형 반향 소거 필터(108)에 의해 출력된 반향 신호 추정치(130)보다 더욱 거친 반향 신호의 추정치일 것이다.
소프트 리미터(118)는 단기 동력 추정 단계(114) 및 이득 계산 단계(116)를 포함한다. 저차수의 IIR 필터(112)로부터 출력된 확성기 출력 추정치(132)는 단기 동력 추정 단계(114)에 먼저 적용된다. 이 단기 동력 추정 단계(114)는 확성기 출력 추정치(132)의 단기 동력을 계산한다. 이 단기 동력 추정 단계(114)는 확성기 출력 추정치(132)를 제곱하고 매끄럽게 하기 위한 제1 차수의 IIR 필터에 상기 제곱된 추정치를 적용한다. 그 결과적인 신호는 마이크로폰(106)에 수신될 확성기(104)의 출력 동력에 대한 충분히 정확한 추정치를 제공한다. 도 3은 방금 앞서 설명한 바와 같이 계산된 단기 동력 추정치(204)와 마이크로폰(106)에 수신된 대응하는 실제 단기 동력(206)과의 비교를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 이 두 개의 곡선은 밀접하게 일치하며, 확성기 출력 단기 동력 추정치의 형성 방법의 신뢰성을 확고하게 한다.
신뢰성 있는 단기 동력 추정치를 갖기 때문에, 추정된 확성기 출력 신호가 마이크로폰 단계의 클리핑 한계점을 초과하게 될 것인지 그리고 만약 초과하게 된다면 어느 정도까지 초과할 것인지를 결정할 수 있다. 단기 동력 추정치 및 그 관련 클리핑 한계점에 기초하여, 마이크로폰에서 클리핑되지 않을 레벨로 확성기 출력을 제한하는데 필요한 감쇠가 결정될 수 있다. 이득 계산 단계(116)는 신호 이득을 계산하는데, 이 신호 이득은, 그것이 마이크로폰(106)에서 클리핑될 우려 없이 확성기를 통해 울릴 수 있기 전에, 소프트 리미터(118)에 의해 수신 오디오 신호(122)에 가해져야 한다.
소프트 리미터(118)는 이득 계산 단계(116)에 의해 결정된 바와 같이 수신된 오디오 신호(122)를 감쇠시킨다. 이 소프트 리미터 출력은 라인 아웃 신호(126)를 확성기(104)에 공급하고, 또한 기준 신호를 반향 소거 필터(108)에 공급한다. 이와 같이, 확성기(104)의 출력은 마이크로폰(106)에서 클리핑을 야기하지 않는 레벨로 제한된다. LEM 시스템의 전달 함수는 선형으로 유지되며, 음성 반향은 그것이 트랜스시버(102)에 의해 원격 장치로 전달되기 전에 오디오 송신 신호(124)로부터 효과적으로 제거된다.
상술한 바와 같이, 저차수의 IIR 필터(112)에 대한 계수는 적응형 반향 소거 필터(108)로부터 유도될 수 있다. 이것은 도 1의 계수 계산 단계(110)에 의해 나타난다. 저차수의 IIR 필터(112)의 구조는 도 4에 도시된다. 이 IIR 필터(112)는 역 예측 에러 필터의 구조를 갖는다. 필터 계수는 필터 안정성을 보증하기 위해 레빈슨-듀르빈 재귀 알고리즘(Levinson-Durbin recursion algorithm)을 사용하여 계산될 수 있다.
필터 계수의 계산은 적응형 반향 소거 필터(108)에 의해 형성된 반향 소거 벡터 h(n)의 필터 계수의 래그(lag) i에서 자체상관 함수(autocorrelation function) ri(n)의 계산으로 시작된다. 시간 영역 반향 소거의 경우에 있어서,
Figure 112005073084113-PAT00001
여기에서,
Figure 112005073084113-PAT00002
계수 ri(n)는 선형 방정식 시스템의 해를 구함으로써 저차수의 필터 계수로 변환된다.
Figure 112005073084113-PAT00003
이것은 레빈슨-듀르빈 재귀 알고리즘을 사용하여 그 해를 구할 수 있다.
반향 소거가 분석 및 합성 필터 뱅크(bank)를 사용하여 서브 대역(sub-bands)에서 실시될 때, 계수 ri(n)의 계산은 반향 소거 필터(108)의 각 서브 대역에서 모든 계수의 제곱 크기의 합산을 계산함으로써 시작된다. 이 작업의 결과는 음이 아닌 요소를 가진 벡터이다. 이 벡터는 캔 IDFT(can IDFT)를 통해 시간 영역으로 변환된다. 실제의 요소로 인해, 트위들 인자(twiddle factors)의 코사인 항만이 계산될 필요가 있다. 또한, 제1의 M 빈[first M bins ; M=IIR 필터의 필터 차수]만이 계산될 필요가 있다. 그 후, 시간 영역 반향 소거 필터의 경우와 동일한 계산이 실시된다.
계산의 수를 줄이는 것이 필요한 실시를 위하여, IIR 필터 계수를 계산하기 위한 또 다른 방법이 고려될 수 있다. x(n)에 대한 주어진 입력 기준 신호 y(n)에 있어서 확성기 출력 추정치(132)의 계산을 위해 저차수의 IIR 필터 계수를 계산하는 것 대신에, 이 IIR 필터는 스칼라 값으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 이 스칼라 값은 반향 소거 필터(108)의 제곱된 모든 필터 계수의 합산일 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상술한 전체 대역 실시를 개개의 주파수 대역으로 확장하는 것이 가능하다. 이러한 접근 방법을 사용하여, 임계적인 클리핑 한계점 위에 있는 주파수만을 제한하는 것이 가능하다. 이러한 배치에 있어서, 소프트 리미터(118)의 구조는, 이러한 다중-대역 변화에서 각각의 저차수의 서브 대역(예를 들어 심리-음향학적으로 자극된 임계적 서브 대역)에 대해 형성된 독립적인 리미터가 존재한다는 것을 제외하고는, 도 1에 도시한 것과 동일하게 유지된다. 각각의 임계 대역에 있어서, LEM 시스템은 이 임계 대역에 속하는 모든 서브 대역들의 반향 소거 필터 계수의 제곱의 합산인 스칼라 값으로 나타날 것이다.
한층 더 큰 주파수 분석을 달성하기 위하여, 독립적인 리미터가 기준 신호의 주파수 서브 대역 분석에서 계산된 모든 서브 대역에 대해 실시될 수 있다. 그 후, LEM 서브 대역은 상기 대역의 반향 소거 필터 계수의 제곱의 합산인 스칼라 값일 것이다.
본 발명의 다양한 실시예가 설명되기는 했지만, 더욱 많은 실시예 및 변형예가 본 발명의 범위 내에서 가능하다는 것이 당업자에게는 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물을 제외하고는 제한되지 않을 것이다.
통신 시스템에서 수신된 오디오 신호를 제한하는 시스템이 제공된다. 상기 수신된 오디오 신호는 확성기를 통해 울리기 전에 제한되어, 상기 확성기 출력이 통신 시스템과 접속된 인접한 마이크로폰에 의해 포획될 때 이 확성기 출력은 클리핑되지 않는다. 이 마이크로폰에서 확성기 출력의 클리핑을 방지함으로써, 상기 확성기-엔클로저-마이크로폰 시스템의 전달 함수는 선형 상태를 유지하게 되며, 통신 시스템에 정확한 반향 소거를 용이하게 한다.

Claims (32)

  1. 스피커 및 마이크로폰을 갖는 통신 시스템에서 스피커로 가는 출력 신호를 제한하는 시스템으로서,
    상기 출력 신호가 상기 스피커에 의해 재생될 때, 상기 마이크로폰에 수신된 오디오 동력을 추정하는 반향 동력 추정기; 및
    상기 마이크로폰에 수신된 상기 추정된 오디오 동력이 한계점을 초과할 때, 상기 스피커로 가는 상기 출력 신호를 제한하도록 되어 있는 리미터를 포함하는 제한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한계점은 오디오 동력 레벨에 대응하며, 이 오디오 동력 레벨 위에서는 마이크로폰에 의해 변환된 오디오 신호가 클리핑되는 것인 제한 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반향 동력 추정기는 상기 스피커에서 상기 마이크로폰으로의 전달 함수의 모델을 포함하는 것인 제한 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모델은 저차수의 무한 임펄스 응답 필터를 포함하는 것인 제한 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 저차수의 무한 임펄스 응답 필터의 계수는 적응형 반향 소거 필터로부터 유도되는 것인 제한 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 모델은 복수 개의 적응형 반향 소거 필터 계수 각각의 제곱을 합산함으로써 계산된 스칼라량을 포함하는 것인 제한 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반향 동력 추정은 다양한 주파수 서브 대역에서 상기 스피커 출력의 오디오 동력을 추정하도록 되어 있고, 상기 리미터는 상기 스피커로 가는 상기 출력 신호의 개개의 주파수 서브 대역을 제한하도록 되어 있는 것인 제한 시스템.
  8. 오디오 신호를 수신 및 송신하는 트랜스시버;
    상기 트랜스시버에 의해 수신된 오디오 신호를 재생하는 확성기;
    음성을 상기 트랜스시버에 의해 송신될 오디오 신호로 변환하는 마이크로폰;
    수신된 오디오 신호가 상기 확성기에 의해 재생될 때 상기 마이크로폰에 수신될 것으로 예측되는 오디오 동력 추정치에 대한 오디오 동력을 형성하도록 되어 있는 동력 추정 회로; 및
    상기 오디오 동력 추정치가 한계값을 초과할 때 상기 수신된 오디오 신호를 제한하는 리미터를 포함하는 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 한계값은 상기 마이크로폰에 의해 변환된 오디오 신호가 클리핑되는 오디오 동력 레벨과 대응하는 것인 통신 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 마이크로폰에 의해 변환된 오디오 신호의 일부를 필터링하는 반향 소거 회로를 더 포함하여, 상기 마이크로폰이 상기 확성기 출력을 포획한 결과인 상기 변환된 오디오 신호의 일부를 제거하는 것인 통신 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 리미터는, 상기 확성기로부터 상기 마이크로폰을 통한 오디오 전달 특성이 선형으로 유지되는 거동 범위(dynamic range)로 상기 확성기 출력을 제한하도록 작동하는 것인 통신 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 반향 소거 회로는 적응형 필터를 포함하는 것인 통신 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 동력 추정 회로는 상기 적응형 반향 소거 필터로부터 유도된 계수를 갖는 저차수의 무한 임펄스 응답 필터를 포함하는 것인 통신 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 동력 추정 회로는 복수 개의 상이한 주파수 서브 대역에서 상기 마이크로폰에 의해 수신된 오디오 동력을 추정하도록 되어 있고, 상기 리미터는 상기 확성기로 가는 상기 출력 신호의 복수 개의 주파수 서브 대역을 개별적으로 제한하도록 되어 있는 것인 통신 시스템.
  15. 트랜스시버;
    상기 트랜스시버에 의해 수신된 수신 오디오 신호를 재생하는 확성기;
    로컬 음성을 상기 트랜스시버에 의해 송신될 송신 오디오 신호로 변환하는 마이크로폰;
    상기 마이크로폰에 의해 변환된 상기 오디오 신호로부터 오디오 전달 신호를 결정하기 위하여, 상기 확성기에 의해 재생되고 상기 마이크로폰에 의해 포획된 음성을 포함하는 반향 신호를 제거하도록 구성된 반향 소거 회로; 및
    상기 반향 신호가 상기 마이크로폰에서 클리핑이 되지 않도록 상기 확성기에 의해 재생된 오디오 신호를 제한하도록 구성된 제한 회로를 포함하는 반향 소거 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반향 소거 회로는 적응형 필터를 포함하는 것인 반향 소거 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 확성기, 상기 마이크로폰 및 이들이 배치되는 주위 환경을 포함하는 확성기-엔클로저-마이크로폰 시스템의 스펙트럼 엔벌로프(spectral envelope)의 모델을 더 포함하는 것인 반향 소거 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 확성기-엔클로저-마이크로폰 시스템의 스펙트럼 엔벌로프의 모델은 상기 적응형 반향 소거 필터로부터 유도된 계수를 갖는 저차수의 무한 임펄스 응답 필터를 포함하는 것인 반향 소거 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 확성기-엔클로저-마이크로폰 시스템의 스펙트럼 엔벌로프의 모델은 상기 적응형 반향 소거 필터의 계수를 제곱하여 합산함으로써 계산된 스칼라 값을 포함하는 것인 반향 소거 시스템.
  20. 제15항에 있어서, 상기 제한 회로는 상기 수신된 오디오 신호 내의 상이한 주파수 서브 대역을 개별적으로 제한하도록 되어 있는 것인 반향 소거 시스템.
  21. 수신된 오디오 신호를 재생하는 확성기;
    로컬 오디오 신호를 변환하는 마이크로폰;
    상기 확성기에 의해 재생되고 상기 마이크로폰에 의해 포획된 상기 오디오 신호에 기초하여 반향 신호를 추정하고, 상기 로컬 오디오 신호로부터 상기 반향 신호를 필터링하는 반향 소거 필터; 및
    상기 마이크로폰에서 클리핑을 야기하는 레벨 아래로 상기 수신된 오디오 신호를 제한하는 제한 회로를 포함하는 반향 소거 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제한 회로는 상기 반향 소거 필터로부터 유도된 계수를 갖는 저차수의 무한 임펄스 응답 필터를 포함하는 것인 반향 소거 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제한 회로는 상기 확성기와 상기 마이크로폰 사이의 오디오 전달 함수의 모델을 포함하는 것인 반향 소거 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 모델은 상기 반향 소거 필터의 계수로부터 유도된 스칼라 값을 포함하는 것인 반향 소거 시스템.
  25. 제21항에 있어서, 상기 제한 회로는 상기 수신된 오디오 신호의 복수 개의 상이한 주파수 서브 대역을 개별적으로 제한하도록 되어 있는 것인 반향 소거 시스템.
  26. 확성기 및 마이크로폰을 갖는 통신 시스템에서 반향을 소거하는 방법으로서,
    오디오 신호를 수신하는 단계;
    상기 마이크로폰에 의해 포획될 상기 확성기로부터의 반향 신호를 추정하는 기준으로서 상기 수신된 오디오 신호를 사용하는 단계;
    상기 확성기, 상기 마이크로폰 및 주위 환경의 신호 전달 특성이 선형 상태가 되는데 필요한 것으로서 상기 수신된 오디오 신호를 제한하는 단계;
    상기 확성기를 통해 상기 수신 및 제한된 오디오 신호를 울리는 단계; 및
    상기 마이크로폰에 의해 포획된 오디오 신호로부터 상기 추정된 반향 신호를 필터링하는 단계를 포함하는 반향 소거 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 수신된 오디오 신호를 제한하는 단계는 상기 수신된 오디오 신호의 개별적인 주파수 서브 대역을 제한하는 것을 포함하는 것인 반향 소거 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 마이크로폰에 의해 포획된 오디오 신호로부터 상기 추정된 반향 신호를 필터링하는 단계는 상기 마이크로폰 포획 신호로부터 적응형 반향 소거 필터의 출력을 공제하는 것을 포함하는 것인 반향 소거 방법.
  29. 확성기 및 마이크로폰을 갖는 통신 시스템에서 반향을 소거하는 방법으로서,
    오디오 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 오디오 신호가 상기 확성기를 통해 울리게 될 때 상기 마이크로폰에 수신될 오디오 동력의 단기 동력 추정치를 결정하는 단계;
    상기 단기 동력 추정치를 상기 마이크로폰에서 클리핑을 야기하는 것으로 알려진 수신된 동력 한계점과 비교하는 단계; 및
    상기 단기 동력 추정치가 상기 수신된 동력 한계점을 초과하는 경우 상기 수신된 오디오 신호를 제한하는 단계를 포함하는 것인 반향 소거 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 수신된 오디오 신호를 제한하는 단계는 상기 수신된 오디오 신호의 개별적인 주파수 서브 대역을 제한하는 것을 포함하는 것인 반향 소거 방법.
  31. 제29항에 있어서, 상기 마이크로폰에 의해 포획될 상기 확성기로부터의 반향 신호를 추정하는 단계는 상기 수신된 오디오 신호를 저차수의 무한 임펄스 응답 필터에 적용하는 것을 포함하는 것인 반향 소거 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 마이크로폰에 의해 포획된 오디오 신호로부터 상기 추정된 반향 신호를 필터링하는 단계는 상기 마이크로폰 포획 신호로부터 상기 적응형 반향 소거 필터의 출력을 공제하는 것을 포함하는 것인 반향 소거 방법.
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