KR20060099644A

KR20060099644A - 차량용 핸즈 프리 시스템 및 그것의 음성신호 처리방법

Info

Publication number: KR20060099644A
Application number: KR1020050020995A
Authority: KR
Inventors: 황건
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-20

Abstract

스피커에서 출력되어 마이크로 재 입력되는 상대방의 음성인 반향신호의 영향을 최소화하면서 동시에 양방향 동시 통화(Full Duplex)가 가능하도록 하는 차량용 핸즈 프리 시스템으로,

상대방과 통화가 형성되면 수신되는 상대방의 음성신호 레벨을 검출하여 설정된 제1임계값 이상인지 판단하는 과정과, 상대방의 음성신호 레벨이 제1임계값 이하이면 반향 신호가 없는 상태이므로, 마이크에서 입력되는 운전자의 음성 신호를 그대로 출력하는 과정과, 상대방의 음성신호 레벨이 제1임계값 이상이면 상대방의 수신 음성이 존재하는 상태이므로, 운전자와 상대방의 동시 통화를 검출하여 검출값이 설정된 제2임계값 이상인지 판단하는 과정과, 동시 통화 검출값이 설정된 제2임계값 이하이면 반향신호만이 존재하는 것으로 판단하여 마이크로 입력되는 신호가 상대방에 전송되지 못하도록 출력을 차단 제어하는 과정과, 동시 통화 검출값이 설정된 제2임계값 이상이면 통시 통화가 수행되는 상태로 판단하여 상대방의 음성신호의 세기로부터 반향 신호를 추정한 다음 이를 적용하여 반향 신호를 제거시켜 운전자의 음성만을 상대방에게 송신하는 과정을 포함한다.

핸즈 프리 시스템, 반향 신호, 적응계수

Description

차량용 핸즈 프리 시스템 및 그것의 음성신호 처리방법{HANDS FREE SYSTEM OF VEHICLE AND VOICE SIGNAL PROCESSING METHOD THEREOF}

도 1은 일반적인 차량용 핸즈 프리 시스템 및 통화 형성에 대한 개념을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 핸즈 프리 시스템의 상세 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 핸즈 프리 시스템의 음성신호 처리에 대한 흐름도이다.

도 4는 도 3에 도시된 반향신호 제거기(적응필터)의 상세 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 핸즈 프리 시스템 110 : 음성 검출기

120 : 동시 통화 검출기 130 : 반향신호 제거기

140 : 가산기 150 : 출력 제어기

본 발명은 차량용 핸즈 프리 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 스피커에서 출력되어 마이크로 재 입력되는 상대방의 음성인 반향신호의 영향을 최소화하면 서 동시에 양방향 동시 통화(Full Duplex)가 가능하도록 하는 차량용 핸즈 프리 시스템 및 그것의 음성신호 처리방법에 관한 것이다.

운전자의 주의 분산을 감소시켜 교통 사고의 위험을 줄이기 위해 방안으로 운행중 핸드폰을 사용하게 되는 경우 반드시 핸즈 프리 시스템을 사용하도록 하고 있으며, 이를 어기는 운전자에게는 범칙금을 부과하도록 하는 방안이 도로교통법에 규정되어 있다.

그러나, 이러한 도로교통법의 규정에도 불구하고 많은 운전자들은 핸즈 프리 시스템의 사용 시 통화 품질 저하로 인한 불만이 야기됨에 따라 핸즈 프리 시스템의 사용을 기피하고 있는 실정이다.

핸즈 프리 시스템을 사용함에 있어 통화 품질을 저하시키는 요인으로는, 첨부된 도 1에 나타난 바와 같이 차량(A)내의 핸드폰(10)와 차량 외부의 임의의 상대방과 통화가 형성되어 있는 경우, 핸즈 프리 시스템(20)의 스피커(SPK)로 출력되는 상대방의 음성이 차량 내에서 반사된 후 약간의 시간 지연을 가지고 핸즈 프리 시스템(20)의 마이크(MIC)로 다시 유입된다.

따라서, 상대방은 자신의 목소리를 메아리와 같이 다시 듣게 되는 음향 반향신호의 영향과 운전자와 상대방이 동시에 말하는 경우 음향 반향 신호와 운전자의 목소리가 섞여서 상대방에게 전달됨으로써 상대방이 운전자의 목소리를 정확히 인식하기 힘들다는 점을 들 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 기존에 사용되고 있는 방법으로서 상대방의 음성 구간을 검출하여 이 구간에서는 마이크(MIC)로 유입되는 소리를 묵음 처리하 여 음향 반향 신호가 상대방에게 전달되지 않도록 하는 단 방향(Half-Duplex) 통화 방식이 널리 사용되고 있다.

그러나, 단방향 통화 방식은 음향 반향 신호가 상대방에게 전달되는 것은 방지할 수 있으나 상대방이 말을 하고 있을 경우 운전자의 말이 상대방에게 전혀 전달되지 않기 때문에 통화 중 말이 끊기는 등 통화가 부자연스럽게 느껴지게 되는 단점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 차량용 핸즈프리 시스템에서 스피커에서 출력되어 마이크로 재 입력되는 반향신호의 영향을 최소화하면서 동시에 양방향 동시 통화의 성능을 향상시켜 핸즈 프리 시스템의 통화 품질 성능을 최적화하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 차량용 핸즈 프리 시스템에 있어서, 핸드폰의 수신 포트(Rx)와 연결되며, 핸드폰을 통해 수신되는 상대방의 음성 구간을 검출하는 음성 검출기와; 상대방과 운전자가 동시에 말을 하고 있는 구간을 검출하는 동시통화 검출기와; 적응필터로, 핸드폰을 통해 수신되는 상대방의 음성신호로부터 음향 반향 신호를 예측해 내고 이 예측된 반향 신호를 기준으로 실제 반향 신호와의 오차가 최소화되도록 반향 신호를 제거하는 반향신호 제거기와; 반향신호 제거기에서 예측된 추정 반향신호와 마이크에서 입력되는 운전자의 송신 음성을 가산하는 가산기와; 상기 음성 검출기와 동시통화 검출기의 결과에 따라 가산 기를 통해 인가되는 운전자의 송신 신호의 출력을 단속하는 출력제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 핸즈 프리 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 상대방과 통화가 형성되면 수신되는 상대방의 음성신호 레벨을 검출하여 설정된 제1임계값 이상인지 판단하는 과정과; 상대방의 음성신호 레벨이 제1임계값 이하이면 반향 신호가 없는 상태이므로, 마이크에서 입력되는 운전자의 음성 신호를 그대로 출력하는 과정과; 상대방의 음성신호 레벨이 제1임계값 이상이면 상대방의 수신 음성이 존재하는 상태이므로, 운전자와 상대방의 동시 통화를 검출하여 검출값이 설정된 제2임계값 이상인지 판단하는 과정과; 동시 통화 검출값이 설정된 제2임계값 이하이면 반향신호만이 존재하는 것으로 판단하여 마이크로 입력되는 신호가 상대방에 전송되지 못하도록 출력을 차단 제어하는 과정과; 동시 통화 검출값이 설정된 제2임계값 이상이면 통시 통화가 수행되는 상태로 판단하여 상대방의 음성신호의 세기로부터 반향 신호를 추정한 다음 이를 적용하여 반향 신호를 제거시켜 운전자의 음성만을 상대방에게 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 핸즈 프리 시스템의 음성신호 처리방법을 제공한다.

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

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 핸즈 프리 시스템은, 음성 검출기(110)와, 동시통화 검출기(120), 반향신호 검출기(130), 가산기(140) 및 출력 제어기(150)를 포함하여 구성된다.

상기 음성 검출기(110)는 도시되지 않은 핸드폰의 수신 포트(Rx)와 연결되 며, 핸드폰을 통해 수신되는 상대방의 음성 구간을 검출한다.

동시통화 검출기(120)는 상대방과 운전자가 동시에 말을 하고 있는 구간을 검출한다.

반향신호 제거기(130)는 적응필터로, 핸드폰을 통해 수신되는 상대방의 음성신호로부터 반향 신호를 추정해 내고 이 추정된 반향 신호를 기준으로 실제 반향 신호와의 오차가 최소화되도록 반향 신호를 제거한다.

상기 반향신호 제거기(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 적응필터로 반향시간을 대략 30ms로 설정하여, 30ms 이내에 유입되는 반향신호의 성분만 제거하도록 하며, 샘플링 주파수는 8KHz로 설정하고, 필터링 탭(Tap)수에 대해서는 반향시간 및 샘플링 주파수를 고려하여 설정한다.

상기의 반향신호 제거기(130)에서의 반향신호의 추적은 하기의 수학식 1의 적용으로 결정된다.

가산기(140)는 반향신호 제거기(130)에서 예측되어 인가되는 추정 반향신호와 마이크에서 입력되는 운전자의 송신 음성을 가산한다.

출력 제어기(150)는 음성 검출기(110)와 동시통화 검출기(120)의 결과에 따라 가산기(140)를 통해 인가되는 운전자의 송신 신호 출력 및 그 레벨을 제어한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 이루어지는 본 발명의 동작에 대하여 도 3를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

핸즈 프리 시스템을 통해 임의의 상대방과 통화가 형성되어 있는 상태에서 출력 제어가 시작되면(S101) 음성검출기(110)는 수신포트(Rx)를 통해 인가되는 상대방의 음성신호 레벨을 검출하여 음성신호 검출값이 설정된 제1임계값 이상인지를 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 상대방의 수신 음성신호의 검출값이 설정된 제1임계값 보다 작을 경우 반향신호가 없는 상태, 즉 상대방이 말을 하고 있지 않다고 판단하여 출력 제어기(150)는 마이크에서 유입되는 소리를 전부 송신포트(Tx)로 출력하여 상대방에게 전송한다(S103)(S107).

그러나, 상기 S102의 판단에서 상대방의 수신 음성신호의 검출값이 설정된 제1임계값 보다 클 경우 상대방이 말을 하고 있다고 판단하여 동시통화 검출기(120)를 통해 상대방과 운전자가 동시에 말을 하고 있는지를 검출하며, 검출되는 음성 레벨의 값이 설정된 제2임계값 이상인지를 판단한다(S104).

상기 S104의 판단에서 동시통화 검출기(120)에서 검출되는 음성레벨의 값이 설정된 제2임계값 보다 작으면 운전자는 말을 하고 있지 않다고 판단한다.

즉, 운전자가 말을 하고 있지 않음에 따라 스피커에서 출력되어 마이크로 입력되는 반향신호만이 존재하고 있는 것으로 판단하여 출력 제어기(150)를 통한 송신신호에 대하여 묵음 처리를 수행함으로써 음성 반향 신호가 상대방에게 전달되는 것을 방지하여 준다(S106)(S107).

그러나, 상기 S102에서 음성 검출기(120)에서 상대방의 수신음성이 설정된 제1임계값 보다 크게 검출되고, 동시통화 검출기(120)의 값이 제2임계값 보다 클 경우 운전자와 상대방 모두 말을 하고 있다고 판단하여 반향신호 제거기(130)를 통해 반향 신호를 제거한 다음 출력 제어기(150)를 통해 상대방에게 전송한다(S105).

상기에서 설정되는 제1,제2 임계값은 차량내 마이크 위치 및 차량 실내 크기 등 차량 환경에 따라 실험을 통해 도출해 낸 최상의 값을 적용하는 것으로 한다.

상기 반향신호 제거기(130)를 통한 반향신호의 제거에서 통상적으로, 하기의 수학식 2와 같이 도출되는 LMS(Least Mean Square) 방식을 적용하고 있으나, 본 발명에서는 도 4에 나타난 적응필터의 최적화를 위해 하기의 수학식 3과 같이 도출되어지는 NLMS(Normalized Least Mean Square) 방식을 적용한다.

H_k+1 = H_k + 2μr_kF_k

상기에서 H_k 는 필터계수 벡터이고, μ는 수렴상수이며, r_k는 잔여 에코신호이며, F_k는 원단신호 벡터이다.

H_k+1 = H_k + 2μ_Nr_kF_k

상기에서 μ_N = μ/P_k 이며, P_k+1 = (1-α)P_k + αF² _k 이다.

여기서, Pk는 원단신호의 세기이고, α는 0 < α <1의 값을 갖는 망각인자(Forgetting Factor)로, 일정한 값이 사용되는 것이 아니라 실차 상황에서 반복적 인 실험을 통해 산출한 값을 적용하여 보다 향상된 성능이 확보된다.

상기한 망각인자는 음성 검출기(110)에도 사용되어 지는데, 일정한 값의 망각인자를 사용할 경우 이 값이 너무 크다면 , 즉 음성신호 세기값의 변동 기울기가 급할 경우 음성신호 존재 유무를 판단하기 위한 임계값 근처에서 조그마한 음성 변동에서 급격이 음성신호 세기값이 변해 음성 구간을 오판하는 경우가 발생한다.

즉, 대화 도중 음이 뚝뚝 끊겨 들리는 현상이 발생합니다.

또한, 임계값이 너무 작은 경우에는 음성 시작 부분을 판단하지 못해 대화 도중 첫음절이 잘 들리지 않는 현상이 발생하게 됩니다.

따라서 본 발명에서는 하기의 수학식4에 나타난 바와 같이 하이(High) 및 로우(Low)로 이루어지는 두개의 망각인자를 설정하고 현재 음성신호 신호의 세기값이 이전보다 크면 망각인자를 하이로 적용하고, 현재 음성신호의 세기값이 이전보다 작을 경우 망각인자를 로우로 적용하여 핸즈 프리 시스템의 성능을 향상시킨다.

P_k+1 = (1-α_high)P_k + α_highF² _k, P_k ≥ P_k-1

P_k+1 = (1-α_low)P_k + α_lowF² _k, P_k ≤ P_k-1

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 핸즈 프리 시스템에서 스피커에서 출력되어 마이크로 재 입력된 후 상대방에게 전송되어지는 음향 반향신호의 영향을 최소화하면서 동시에 양방향 동시 통화의 성능을 향상시켜 핸즈 프리 시스템의 통화 품질 성능 향상을 제공한다.

Claims

차량용 핸즈 프리 시스템에 있어서,

핸드폰의 수신 포트(Rx)와 연결되며, 핸드폰을 통해 수신되는 상대방의 음성 구간을 검출하는 음성 검출기와;

상대방과 운전자가 동시에 말을 하고 있는 구간을 검출하는 동시통화 검출기와;

적응필터로, 핸드폰을 통해 수신되는 상대방의 음성신호로부터 음향 반향 신호를 예측해 내고 이 예측된 반향 신호를 기준으로 실제 반향 신호와의 오차가 최소화되도록 반향 신호를 제거하는 반향신호 제거기와;

반향신호 제거기에서 예측된 추정 반향신호와 마이크에서 입력되는 운전자의 송신 음성을 가산하는 가산기와;

상기 음성 검출기와 동시통화 검출기의 결과에 따라 가산기를 통해 인가되는 운전자의 송신 신호의 출력을 단속하는 출력제어기;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 핸즈 프리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 반향신호 제거기는 반향시간을 30ms로 설정하여, 30ms 이내에 유입되는 반향신호의 성분만 제거하도록 하며, 샘플링 주파수는 8KHz로 설정하고, 필터링 탭(Tap)수에 대해서는 반향시간 및 샘플링 주파수를 고려하여 설정되는 것을 특징으 로 하는 차량용 핸즈 프리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 반향신호 제거기는 상기 가산기에서 출력 제어기로 전송되는 신호에 포함되어 있는 잔류 반향신호에 대하여 피드백 검출하여 반향 신호에 대한 제거를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 핸즈 프리 시스템.
상대방과 통화가 형성되면 수신되는 상대방의 음성신호 레벨을 검출하여 설정된 제1임계값 이상인지 판단하는 과정과;

상대방의 음성신호 레벨이 제1임계값 이하이면 반향 신호가 없는 상태이므로, 마이크에서 입력되는 운전자의 음성 신호를 그대로 출력하는 과정과;

상대방의 음성신호 레벨이 제1임계값 이상이면 상대방의 수신 음성이 존재하는 상태이므로, 운전자와 상대방의 동시 통화를 검출하여 검출값이 설정된 제2임계값 이상인지 판단하는 과정과;

동시 통화 검출값이 설정된 제2임계값 이하이면 반향신호만이 존재하는 것으로 판단하여 마이크로 입력되는 신호가 상대방에 전송되지 못하도록 출력을 차단 제어하는 과정과;

동시 통화 검출값이 설정된 제2임계값 이상이면 통시 통화가 수행되는 상태로 판단하여 상대방의 음성신호의 세기로부터 반향 신호를 추정한 다음 이를 적용하여 반향 신호를 제거시켜 운전자의 음성만을 상대방에게 송신하는 과정을 포함하 는 것을 특징으로 하는 차량용 핸즈 프리 시스템의 음성신호 처리방법.
제4항에 있어서,

상기 동시 통화에서 반향신호의 제거는 NLMS 방식을 적용하며, 하이와 로우로 설정되는 두 개의 망각인지를 적용하는 것을 특징으로 하는 차량용 핸즈 프리 시스템의 음성신호 처리방법.