KR20060085392A - 어레이 마이크 시스템 - Google Patents

Abstract

차량용 핸즈 프리 시스템(Hands Free System)에 적용되는 어레이 마이크 시스템(Arrary Microphone System)에서 노이즈(Noise)의 유입방향 및 노이즈의 세기정도에 따라 빔 포밍(Beam Forming)을 동적으로 변화시켜 핸즈 프리 시스템의 성능 향상을 제공하도록 하는 어레이 마이크 시스템에 관한 것으로,

2개 내지 4개의 마이크로 폰이 어레이로 구성되어 차량 실내의 음원을 수집하는 어레이 마이크와, 윈도우의 개폐를 제어하며, 개폐되는 윈도우의 위치 및 개방 정도에 대한 정보를 추출하여 그에 대한 신호를 제어부에 제공하는 윈도우 제어기와, 차속과 주행 거리의 정보를 운전자에게 지시하며, 핸즈 프리 시스템이 동작되는 경우 현재의 주행 차속 정보를 제어부에 제공하는 클러스터와, 윈도우 제어기에서 입력되는 윈도우의 개폐 위치 및 개방 정도와 클러스터에서 입력되는 현재 차속의 정보에 따라 노이즈 유입 방향과 유입되는 노이즈의 세기를 추정하고, 추정된 결과에 따라 빔 포밍의 파라메타 값을 조정하여 어레이 마이크에서 입력되는 음성 신호의 빔 포밍 영역을 가변 조정하는 제어부 및 상기 제어부에 의해 처리되어 입력되는 음성신호를 설정된 통신방식의 데이터 프레임으로 가공하여 통화로가 형성된 상대방의 전화기에 송신하는 핸즈 프리 시스템을 포함한다.

어레이 마이크, 빔 포밍, 가변 조정, 윈도우 개방, 핸즈 프리 시스템

Description

어레이 마이크 시스템{ARRAY MICROPHONE SYSTEM}

도 1은 종래의 어레이 마이크 시스템 구조를 도시한 구성도이다.

도 2는 종래의 어레이 마이크 시스템에서 빔 포밍을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 어레이 마이크 시스템의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 어레이 마이크 시스템의 빔 포밍을 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 ; 어레이 마이크(Array Microphone) 102 ; 윈도우

103 ; 윈도우 제어기 104 ; 클러스터

105 ; 제어부 106 ; 핸즈프리 시스템

본 발명은 차량용 핸즈 프리 시스템(Hands Free System)에 적용되는 어레이 마이크 시스템(Arrary Microphone System)에 관한 것으로, 더 상세하게는 노이즈(Noise)의 유입방향 및 노이즈의 세기정도에 따라 빔 포밍(Beam Forming)을 동적으로 변화시켜 핸즈 프리 시스템의 성능 향상을 제공하도록 하는 어레이 마이크 시스템에 관한 것이다.

어레이 마이크 시스템은 다중의 마이크를 이용하여 주변 잡음 혹은 간섭음 등의 영향을 최소화하는 시스템으로써, 차량용 핸즈 프리 시스템 혹은 인성 인식 시스템에 적용되며, 차량과 같은 좁은 공간의 실내의 경우에는 통상적으로 2개의 마이크가 어레이로 적용되고, 개방된 공간에서는 통상적으로 4개의 마이크가 에레이로 적용된다.

일 예를 들어 종래의 차량용 핸즈 프리 시스템용 어레이 마이크 시스템은 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 다중 마이크로 폰으로 구성되어 음원 신호를 수집하는 어레이 마이크(10)와, 상기 어레이 마이크(10)에서 수집되는 음원 신호를 처리하여 사용자의 음성 신호만을 추출하는 프로세서 유닛(20)으로 구성된다.

상기하 구조를 갖는 종래의 어레이 마이크 시스템에서 사용자 음원의 추출에 대한 동작은 다음과 같다.

어레이 마이크(10)에는 사용자의 음원신호(A)와 라디오 방송, 라디에이터 팬, 엔진 소음 등의 다양한 주변 잡음의 성분인 인터페이스 음원신호(B), 주변 환경/회로상 노이즈(C) 등이 동시에 추출되어 프로세서 유닛(20)에 인가된다.

이때, 프로세서 유닛(20)은 입력되는 각종 신호들에 대한 파라메터를 추정하는 제1처리를 수행하고, 추정된 파라메터로부터 실질적인 사용자의 음성신호, 주변 잡음인 인터페이스 노이즈, 환경/회로상 노이즈를 분리하는 제2처리를 수행한다.

이후, 필터링을 통해 주변 잡음인 인터페이스 노이즈만을 제거하여 사용자의 음성신호와 환경/회로상 노이즈만으로 추출하는 제3처리를 수행하고, 제3처리된 신호에 대하여 필터링을 통해 환경/회로상 노이즈를 제거하여 순수한 사용자의 음성 신호만을 추출하는 제4처리를 수행한다.

상기한 프로세서 유닛(20)에서의 순수한 사용자 음성신호 추출은 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 입력되는 음원 신호(Sound Signal)사이에서 발생하는 시간 지연(Time Delay ; △t)을 이용하여 특정 방향에서 입력되는 음원 신호만을 추출할 수 있도록 음원의 유입 방향을 고정하는 빔 포밍을 수행함으로써, 어레이 마이크에 대하여 사용자 음성의 유입방향을 고정시킨다.

상기한 빔 포밍의 방법은 특정 방향으로부터의 음원 신호만을 받아 들일 수 있도록 되어 있음에 따라 화자(사용자)의 발성 위치의 자유도를 제한하는 단점을 갖는다.

따라서, 차량용 핸즈 프리 시스템에서는 음원 신호의 유입 방향인 빔 포밍의 영역을 넓게(Broad) 형성하여 화자의 발성 위치에 변화가 있는 경우라도 이를 잘 받아들일 수 있도록 하고 있다.

그러나, 빔 포밍은 핸즈 프리 시스템의 듀닝이 완료되면 현재의 조건으로 빔 포밍의 레인지 및 방향이 고정되어 노이즈 유입 방향이 변화되거나 특정 방향의 노이즈가 커지는 경우 이를 적절하게 제거하지 못하게 되어 최종적으로 추출되는 음성 신호에 노이즈가 포함되어진다.

따라서, 신뢰성이 제공되는 핸즈 프리의 기능을 제공하지 못하여 양질의 통화 서비스를 제공하지 못하는 단점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 차량용 핸즈 프리 시스템에 적용되는 어레이 마이크 시스템에서 노이즈의 유입방향 및 노이즈의 세기정도에 따라 빔 포밍을 동적으로 변화시켜 핸즈 프리 시스템의 성능 향상을 제공하도록 한 것이다.

즉, 위도우의 개폐방향으로부터 노이즈의 유입 방향을 유추하고, 윈도으의 개폐정도 및 차속으로부터 노이즈의 세기를 유추하여 빔 포밍을 동적으로 가변 제어하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 2개 내지 4개의 마이크로 폰이 어레이로 구성되어 차량 실내의 음원을 수집하는 어레이 마이크와; 윈도우의 개폐를 제어하며, 개폐되는 윈도우의 위치 및 개방 정도에 대한 정보를 추출하여 그에 대한 신호를 제어부에 제공하는 윈도우 제어기와; 차속과 주행 거리의 정보를 운전자에게 지시하며, 핸즈 프리 시스템이 동작되는 경우 현재의 주행 차속 정보를 제어부에 제공하는 클러스터와; 윈도우 제어기에서 입력되는 윈도우의 개폐 위치 및 개방 정도와 클러스터에서 입력되는 현재 차속의 정보에 따라 노이즈 유입 방향과 유입되는 노이즈의 세기를 추정하고, 추정된 결과에 따라 빔 포밍의 파라메타 값을 조정하여 어레이 마이크에서 입력되는 음성 신호의 빔 포밍 영역을 가변 조정하는 제어부 및; 상기 제어부에 의해 처리되어 입력되는 음성신호를 설정된 통신방식의 데이터 프레임으로 가공하여 통화로가 형성된 상대방의 전화기에 송신하는 핸즈 프리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 마이크 시스템을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설 명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 어레이 마이크(101)와, 윈도우(102), 윈도우 제어기(103), 클러스터(104), 제어부(105), 핸즈 프리 시스템(106)을 포함하여 구성된다.

어레이 마이크(101)는 2개 내지 4개의 마이크로 폰이 어레이로 구성되며, 차량 실내의 각종 음원을 수집하여 그에 대한 전기적 신호를 출력한다.

윈도우 제어기(103)는 차량에 구비되는 윈도우(102)의 개폐를 제어하며, 개폐되는 윈도우(102)의 위치(예를 들어 FL,FR,RL,RR) 및 개방 정도에 대한 정보를 추출하여 그에 대한 신호를 제어부(105)에 제공한다.

클러스터(104)는 차량에서 차속과 주행 거리의 정보를 운전자에게 지시하며, 핸즈 프리 시스템이 동작되는 경우 현재의 주행 차속에 대한 정보를 제어부(105)에 제공한다.

제어부(105)는 윈도우 제어기(103)에서 입력되는 윈도우(102)의 개폐 위치 및 개방 정도의 정보와 클러스터(104)에서 입력되는 현재 차속의 정보에 따라 노이즈 유입 방향과 유입되는 노이즈의 세기를 추정하고, 추정된 결과에 따라 빔 포밍의 파라메타 값을 조정하여 어레이 마이크(101)에서 입력되는 음성 신호의 빔 포밍 영역을 가변 조정한다.

핸즈 프리 시스템(106)는 상기 제어부(105)에 의해 처리되어 입력되는 음성신호를 설정된 통신방식의 데이터 프레임으로 가공하여 통화로가 형성된 상대방의 전화기에 송신한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에서 빔 포밍을 가변 제어하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

차량용 핸즈 프리 시스템(106)을 이용한 통화가 수행되면, 2개 내지 4개의 마이크로 폰으로 이루어지는 어레이 마이크(101)는 초기에 튜닝된 빔 포밍의 각도 및 방향으로 차량 실내의 음성을 수집하여 제어부(105)에 인가한다.

차량용 핸즈 프리 시스템에서 가장 큰 노이즈 소스(Noise Source)로는 주행중 윈도우가 개방된 경우 유입되는 윈드 노이즈(Wind Noise)로, 윈드 노이즈는 창문이 개방된 측에서 가장 많이 유입되므로 노이즈 유입 방향은 차량 윈도우의 개방 여부를 통해 유추 가능하다.

따라서, 제어부(105)는 윈도우 제어기(103)로부터 윈도우의 개방 방향(위치) 및 개방된 정도의 정보를 취득하고, 클러스터(104)로부터 현재의 주행 차속의 정보를 취득한 다음 설정된 알고리즘을 통해 윈도우의 개방 위치와 개방된 정도 및 차속의 정보에 따라 어레이 마이크(101)에 수집되는 음성신호의 빔 포밍 각도와 방향을 결정한다.

상기 제어부(105)에서의 빔 포밍 각도의 결정은 윈도우의 개방 정도 및 차속에 반비례하게 설정된다.

즉, 윈도우 개방정도는 '0' = FL(0) + FR(0) + RL(0) + RR(0)이고, 차속은 V 라 하면, 노이드 세기는 하기의 수학식 1로 결정된다.

노이즈 세기 = x /(k × 0 + p × V)

여기서, x,k,p는 튜닝에 의해 결정되는 비례계수이다.

또한, 빔 포밍의 방향 결정은 윈도우의 좌우 개방 정도의 차이로 결정된다.

즉, 노이즈 방향 D = [FL(0) + RL(0)] - [FR(0) + RR(0)]이다.

따라서, D가 양수이면 빔 포밍의 영역은 작아지고, D가 음수이면 빔 포밍의 영역은 넓어진다.

일 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 조수측 윈도우가 개방된 경우 빔 포밍의 방향은 초기 튜닝된 실선에서 점선의 위치로 그 중심점이 가변 조정되고, 빔 포밍의 각도 역시 운전석측을 중심으로 가변 조정되어 운전자(화자)의 음성이 어레이 마이크(101)에 안정되게 수집될 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이 제어부(105)에 의해 윈도우의 개방 위치와 개방 정도 및 차속에 따라 빔 포밍이 결정되면 어레이 마이크(101)에 수집되는 음성신호는 결정된 빔 포밍의 각도 및 방향으로 취득되어 핸즈 프리 시스템(106)에 제공됨으로써, 통화로가 형성되어 있는 상대방의 전화기에 주변 노이즈가 혼합되지 않은 양질의 발신자 음성이 전송된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 차량용 핸즈 프리 시스템에 적용되는 어레이 마이크에 대하여 음성 수집을 위한 빔 포밍의 영역을 윈도우의 개방 위치 및 개방 정도와 차속에 따라 가변함으로써, 노이즈가 혼합되지 않는 양질의 발신자 음성이 상대방에 전송되도록 함으로써, 핸즈 프리 시스템의 성능 향상을 제공한다.

Claims (3)

1. 2개 내지 4개의 마이크로 폰이 어레이로 구성되어 차량 실내의 음원을 수집하는 어레이 마이크와;

   윈도우의 개폐를 제어하며, 개폐되는 윈도우의 위치 및 개방 정도에 대한 정보를 추출하여 그에 대한 신호를 제어부에 제공하는 윈도우 제어기와;

   차속과 주행 거리의 정보를 운전자에게 지시하며, 핸즈 프리 시스템이 동작되는 경우 현재의 주행 차속 정보를 제어부에 제공하는 클러스터와;

   윈도우 제어기에서 입력되는 윈도우의 개폐 위치 및 개방 정도와 클러스터에서 입력되는 현재 차속의 정보에 따라 노이즈 유입 방향과 유입되는 노이즈의 세기를 추정하고, 추정된 결과에 따라 빔 포밍의 파라메타 값을 조정하여 어레이 마이크에서 입력되는 음성 신호의 빔 포밍 영역을 가변 조정하는 제어부 및;

   상기 제어부에 의해 처리되어 입력되는 음성신호를 설정된 통신방식의 데이터 프레임으로 가공하여 통화로가 형성된 상대방의 전화기에 송신하는 핸즈 프리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 마이크 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부의 빔 포밍 파라메타 값 조정에서 빔 포밍 각의 가변 조정은 윈도우 개방 정도 및 차속에 반비례하게 설정하는 것을 특징으로 하는 어레이 마이크 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부의 빔 포밍 파라메타 값 조정에서 빔 포밍 방향의 가변 조정은 좌우측 윈도우의 개방 정도의 차이로 결정하는 것을 특징으로 하는 어레이 마이크 시스템.

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