KR20080087939A - Directional voice filtering system using microphone array and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템의 구성도1 is a block diagram of a directional sound filtering system using a microphone array according to a preferred embodiment of the present invention
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법을 설명하기 위한 설명도2 and 3 are explanatory diagrams for explaining a directional sound source filtering method using a microphone array according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 광대역 빔포밍 회로의 구성도4 is a configuration diagram of a broadband beamforming circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 광대역 빔포밍 회로에서 배열 계수을 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면5 is a view for explaining a method for calculating an array coefficient in a wideband beamforming circuit of the present invention.
도 6은 '어레이 축에 입사하는 신호의 입사각()=0°' 일 때의 배열 계수을 나타낸 도면6 shows the incident angle of the signal incident on the array axis ( A diagram showing the array coefficient at) = 0 ° '
도 7은 '어레이 축에 입사하는 신호의 입사각()=20°' 일 때의 배열 계수을 나타낸 도면7 shows the angle of incidence of the signal incident on the array axis ( A diagram showing the array coefficient when) = 20 ° '
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법을 나타낸 동작 흐름도8 is a flowchart illustrating a method of filtering a directional sound source using a microphone array according to an exemplary embodiment of the present invention.
[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ][Description of Code for Major Parts of Drawing]
10 : 마이크 센서 어레이 20 : 음성 증폭기10
100 : 광대역 빔포밍(wideband beamforming) 회로100: wideband beamforming circuit
110 : 버퍼(Buffer) 120 : 주파수변환부(FFT)110: buffer 120: frequency converter (FFT)
130 : 제 1 곱셈기 140 : 제 2 곱셈기130: first multiplier 140: second multiplier
150 : 합산기 160 : 역 주파수변환부(IFFT)150: summer 160: inverse frequency converter (IFFT)
본 발명은 마이크 어레이(array)(또는, '배열'이라고도 함)를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 기존의 마이크 어레이를 사용하여 원하는 방향의 소리만을 입력할 수 있는 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a directional sound source filtering system using a microphone array (or 'array'), and a method thereof. In particular, a microphone array capable of inputting sound in a desired direction using a conventional microphone array is provided. The present invention relates to a directional sound source filtering system used and a method thereof.
일반적으로, 빔 포밍(Beam Forming) 방식은 원하는 방향으로부터 전파되어오는 신호만을 수신하고, 그 외의 방향으로부터 전파되어 오는 신호는 제거하는 기술로서, 알고리즘을 사용하여 신호처리를 하고 있다.In general, a beam forming method receives a signal propagating from a desired direction and removes a signal propagating from the other direction. Signal processing is performed using an algorithm.
그러나, 종래의 음원 필터링 시스템은 원하는 방향의 신호를 수신하기 위해 마이크 어레이를 신호가 수신되는 방향으로 그때그때 변경해 주어야 하는 불편함이 있었고, 신호를 처리하는 알고리즘이 복잡하여 구현하기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 음원을 필터링할 때 제대로 필터링이 되지 않아 잡음이 심하게 발생하는 문제점이 있었다. However, in the conventional sound source filtering system, there is an inconvenience of changing the microphone array in the direction in which the signal is received in order to receive the signal in the desired direction, and there is a problem that the algorithm for processing the signal is difficult to implement. In addition, there is a problem that the noise is badly generated when the sound source is not properly filtered.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 마이크 시스템을 기계적으로 움직이지 않더라도 전자적으로 각각의 마이크 센서의 가중치를 변화시킴으로써 원하는 방향으로의 조향이 가능한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to provide a microphone array capable of steering in a desired direction by electronically changing the weight of each microphone sensor even without mechanically moving the microphone system. It is to provide a directional sound source filtering system used.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 마이크 어레이를 이용하여 원하는 방향의 신호만을 선택적으로 입력하고 원하지 않는 방향의 음원을 제거할 수 있는 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템을 제공하는 데 있다.It is also a second object of the present invention to provide a directional sound source filtering system using a microphone array capable of selectively inputting only a signal in a desired direction using a microphone array and removing a sound source in an undesired direction.
또한, 본 발명의 제 3 목적은 마이크 시스템을 기계적으로 움직이지 않더라도 전자적으로 각각의 마이크 센서의 가중치를 변화시킴으로써 원하는 방향으로의 조향이 가능한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법을 제공하는 데 있다.In addition, a third object of the present invention is to provide a directional sound source filtering method using a microphone array capable of steering in a desired direction by electronically changing the weight of each microphone sensor even if the microphone system is not mechanically moved.
또한, 본 발명의 제 4 목적은 마이크 어레이를 이용하여 원하는 방향의 신호만을 선택적으로 입력하고 원하지 않는 방향의 음원을 제거할 수 있는 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법을 제공하는 데 있다.Further, a fourth object of the present invention is to provide a directional sound source filtering method using a microphone array capable of selectively inputting a signal in a desired direction using a microphone array and removing a sound source in an undesired direction.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법은, (a) 등간격 또는 비 등간격으로 설치되어 복수 개의 마이크 센서로 구성된 마이크 센서 어레이를 통해 음원 신호를 입력하는 단계와; (b) 상기 복수 개의 마이크 센서를 통해 입력된 각각의 신호를 증폭 및 A/D 변환한 후 저장하는 단계와; (c) 상기 저장된 신호를 각 마이크 센서별로 주파수 변환(FFT)하여 주파수별로 분해하는 단계와; (d) 상기 주파수별로 분해된 각각의 주파수 신호에 복소가중치를 적용하는 단계와; (e) 상기 복소가중치를 적용한 주파수 신호를 다시 역 주파수 변환(IFFT)하는 단계; 및 (f) 상기 역 주파수 변환(IFFT)된 신호를 D/A 변환하여 출력하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.Directional sound filtering method using a microphone array according to the present invention for achieving the above object, (a) the step of inputting a sound source signal through a microphone sensor array consisting of a plurality of microphone sensors are installed at equal intervals or boiling intervals; ; (b) amplifying and A / D converting each signal input through the plurality of microphone sensors and storing the amplified signal; (c) decomposing the stored signal by frequency conversion (FFT) for each microphone sensor for each frequency; (d) applying a complex weight to each frequency signal decomposed for each frequency; (e) inverse frequency converting (IFFT) the frequency signal to which the complex weight is applied; And (f) outputting the inverse frequency transformed (IFFT) signal by D / A conversion.
상기 복소가중치는 아래의 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 한다.The complex weighting value is calculated by the following equation.
[수학식][Equation]
여기서, 는 신호의 파장, 는 어레이의 인덱스이고, 는 각 어레이간의 간격이며,는 어레이 축으로 입사하는 신호의 입사각이다. 상기 수학식은 k번째 마이크센서의 i번째 주파수영역에서의 가중치를 나타낸다.here, Is the wavelength of the signal, Is the index of the array, Is the spacing between each array, Is the angle of incidence of the signal incident on the array axis. The above equation represents the weight in the i-th frequency domain of the k-th microphone sensor.
상기 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법은, 원하는 방향의 신호를 출력하기 위한 배열 계수를 아래의 수학식 1 내지 수학식 3에 의해 구하는 것 을 특징으로 한다.In the directional sound source filtering method using the microphone array, an array coefficient for outputting a signal in a desired direction is obtained by
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
여기서, 는 신호의 파장, 는 어레이의 인덱스이고, 는 각 어레이의 복소가중치이다. 그리고 는 각 어레이 간의 간격이며,는 어레이 축으로 입사하는 신호의 입사각이다. here, Is the wavelength of the signal, Is the index of the array, Is the complex weight of each array. And Is the spacing between each array, Is the angle of incidence of the signal incident on the array axis.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템은, 등간격 또는 비 등간격으로 설치되어 음원 신호를 각각 입력하는 복수 개의 마이크 센서로 구성된 마이크 센서 어레이와; 상기 복수 개의 마이크 센서를 통해 입력된 각각의 신호를 증폭하는 복수 개의 음성 증폭기; 및 상기 복수 개의 음성 증폭기로부터 상기 마이크 센서 어레이를 통해 수신된 신호를 입력하여 각각의 마이크 센서의 가중치를 변화시킴으로써 원하는 방향의 신호만을 선택적으로 출력하고 원하지 않는 방향의 신호는 제거하는 광대역 빔포밍 회로;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the directional sound source filtering system using the microphone array according to the present invention for achieving the above object, the microphone sensor array is composed of a plurality of microphone sensors are installed at equal intervals or non-equal intervals to input a sound source signal, respectively; A plurality of voice amplifiers for amplifying each signal input through the plurality of microphone sensors; And a wideband beamforming circuit for inputting a signal received through the microphone sensor array from the plurality of voice amplifiers to change a weight of each microphone sensor to selectively output only a signal in a desired direction and to remove a signal in an undesired direction; Characterized in that configured to include.
상기 광대역 빔포밍 회로는, 상기 복수 개의 음성 증폭기로부터 상기 마이크 센서 어레이를 통해 수신된 신호를 입력하여 각각 저장하는 복수 개의 버퍼와; 상기 복수 개의 버퍼로부터 신호를 수신받아 각 마이크 센서별로 주파수 변환(FFT)하여 주파수별로 분해하는 복수 개의 주파수 변환부와; 상기 복수 개의 주파수 변환부로부터 신호를 수신하여 각각의 주파수에 해당하는 복소 가중치를 곱하는 복수 개의 제 1 및 제 2 곱셈기와; 상기 복수 개의 제 2 곱셈기로부터 출력되는 신호 중에서 각각 2개의 신호를 더하여 출력하는 복수 개의 합산기; 및 상기 복수 개의 합산기로부터 신호를 수신받아 역주파수 변환(IFFT)하여 원하는 방향의 신호만을 출력하는 역주파수 변환부(IFFT);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The wideband beamforming circuit includes: a plurality of buffers configured to input and store signals received through the microphone sensor array from the plurality of voice amplifiers; A plurality of frequency converters which receive signals from the plurality of buffers and perform frequency conversion (FFT) for each microphone sensor and decompose them for each frequency; A plurality of first and second multipliers for receiving signals from the plurality of frequency converters and multiplying complex weights corresponding to respective frequencies; A plurality of adders for adding and outputting two signals from among signals output from the plurality of second multipliers; And an inverse frequency converter (IFFT) for receiving signals from the plurality of summers and outputting only a signal in a desired direction by performing inverse frequency conversion (IFFT).
따라서, 마이크 어레이를 이용하여 원하는 방향의 신호만을 선택적으로 입력하고 원하지 않는 방향의 음원을 제거할 수 있으며, 음원의 방향성을 이용하여 방향이 다른 곳에서 입사하는 잡음을 제거할 수 있다.Accordingly, the microphone array may be used to selectively input only a signal in a desired direction and to remove a sound source in an undesired direction, and to remove noise incident from a different direction by using the directionality of the sound source.
또한, 마이크 시스템을 기계적으로 움직이지 않더라도 전자적으로 각각의 마이크 센서의 가중치를 변화시킴으로써 원하는 방향으로의 조향이 가능하다.In addition, even if the microphone system is not mechanically moved, steering in the desired direction is possible by electronically changing the weight of each microphone sensor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 Directional sound source using microphone array 필터링Filter 시스템 system
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a directional sound filtering system using a microphone array according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 등간격 또는 비 등간격으로 설치되어 음원 신호를 각각 입력하는 복수 개의 마이크 센서로 구성된 마이크 센서 어레이(10)와, 상기 복수 개의 마이크 센서를 통해 입력된 각각의 신호를 증폭하는 복수 개의 음성 증폭기(20)와, 상기 복수 개의 음성 증폭기(20)로부터 상기 마이크 센서 어레이(10)를 통해 수신된 신호를 입력하여 각각의 마이크 센서의 가중치를 변화시킴으로써 원하는 방향의 신호만을 선택적으로 출력하고 원하지 않는 방향의 신호는 제거하는 광대역 빔포밍 회로(100)를 포함하여 구성한다.Directional sound filtering system using a microphone array according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, a microphone sensor array consisting of a plurality of microphone sensors are installed at equal or non-equal intervals to input a sound source signal, respectively ( 10) and a plurality of
상기 복수 개의 마이크 센서는 전방향성(360도)에서 120도 정도의 거의 방향성이 없는 센서이며, 이를 이용한 마이크 센서 어레이(10)는 등간격 또는 비 등간격으로 구성될 수 있다. The plurality of microphone sensors are sensors having almost no directivity of about 120 degrees in all directions (360 degrees), and the
상기 마이크 센서 어레이(10)를 통해 수신된 각각의 음성신호는 상기 마이크 센서에 각각 대응되도록 구성된 상기 복수 개의 음성 증폭기(20)를 통해 적절하게 증폭된 후 상기 광대역 빔포밍 회로(100)로 입력된다.Each voice signal received through the
상기 광대역 빔포밍 회로(100)는 상기 복수 개의 음성 증폭기(20)로부터 상기 마이크 센서를 통해 수신된 복수 개의 음성신호를 수신한 후 미리 설정된 방향 (또는, 원하는 방향)의 음원만을 선택하여 출력하고 미리 설정되지 아니한 방향의 음원은 제거한다.The
상기 음성신호는 광대역 신호이므로 협대역 빔포밍 방식이 아닌 광대역 주파수 독립 빔포밍 방식을 사용하며, 이 방식은 각각의 센서별로 일정시간 데이터를 축척한 후 주파수영역으로 변환하여 각각의 주파수 별로 협대역 빔포밍을 행한 후 다시 역 주파수 변환을 하여 광대역 빔포밍을 수행하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 음원의 방향성을 이용하여 방향이 다른 곳에서 입사하는 잡음을 제거할 수 있다.Since the voice signal is a wideband signal, a wideband frequency independent beamforming method is used instead of a narrowband beamforming method. This method accumulates a predetermined time data for each sensor and converts it into a frequency domain to narrowband beam for each frequency. After forming, inverse frequency conversion is performed again to perform wideband beamforming. Therefore, in the present invention, noise incident from different directions may be removed by using the directivity of the sound source.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법을 설명하기 위한 설명도이다.2 and 3 are explanatory diagrams for explaining a directional sound source filtering method using a microphone array according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 영어 화자(English speaker)와 중국어 화자(Chinese speaker)가 90도와 30도의 방향에 존재하여 동시에 말을 할 경우, 마이크 시스템(마이크 센서 어레이)을 90도에 조향하면 영어화자의 목소리만 들리게 되고, 30도에 조향하게 되면 중국어 화자의 목소리만 들리게 된다. As shown in FIG. 2, when an English speaker and a Chinese speaker are present at 90 degrees and 30 degrees and speak at the same time, when the microphone system (microphone sensor array) is steered at 90 degrees, the English speaker Only the speaker's voice is heard, and when steered at 30 degrees, only the Chinese speaker's voice is heard.
본 발명에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템에서는 상기 마이크 시스템을 기계적으로 움직일 필요가 없으며 전자적으로 각각의 마이크 센서의 가중치를 변화시킴으로써 원하는 방향으로의 조향이 가능하다.In the directional sound source filtering system using the microphone array according to the present invention, it is not necessary to move the microphone system mechanically, and the steering in the desired direction is possible by electronically changing the weight of each microphone sensor.
또한, 집안에서 음성입력 홈네트워크 기기의 사용시 주위의 아이울음소리나 라디오소리 등의 방향성 잡음으로 인식이 불가능한 경우, 본 발명에 의한 시스템을 사용하게 되면 화자의 방향으로 조향이 가능하므로 이러한 잡음들을 필터링 할 수 있다. In addition, when using the voice input home network device in the home when it is not possible to recognize the directional noise, such as the surrounding noise, radio sound, etc., when using the system according to the present invention can be steered in the direction of the speaker to filter such noises can do.
또한, 자동차에서 전화 통화시 핸즈프리나 음성인식으로의 음성입력이 필요한 경우 자동차 엔진소리, 창문의 바람소리 등으로 인하여 잡음이 입력되는 경우 본 발명에 의한 시스템을 사용하게 되면 방향성 잡음을 제거할 수 있어 양질의 음성 입력이 가능하다.In addition, when a voice input is required by hands-free or voice recognition when a phone call is made in a car, when noise is input due to a car engine sound or a wind noise of a window, the system according to the present invention can remove directional noise. High quality voice input is possible.
광대역 Broadband 빔포밍Beamforming 회로(100) Circuit (100)
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 광대역 빔포밍 회로(100)의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a
본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 광대역 빔포밍 회로는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 음성 증폭기(20)로부터 상기 마이크 센서 어레이(10)를 통해 수신된 신호(XK(t))를 입력하여 각각 저장하는 복수 개의 버퍼(110)와, 상기 복수 개의 버퍼(110)로부터 신호(XK ,M)를 수신받아 각 마이크 센서별로 주파수 변환(FFT)하여 주파수별로 신호를 분해하는 복수 개의 주파수 변환부(FFT)(120)와, 상기 복수 개의 주파수 변환부(120)로부터 신호를 수신하여 각각의 주파수에 해당하는 복소 가중치( )를 곱하는 복수 개의 제 1 및 제 2 곱셈기(130)(140)와, 상기 복수 개의 제 2 곱셈기(140)로부터 출력되는 신호 중에서 각각 2개의 신호를 더하여 출력하는 복수 개의 합산기(150)와, 상기 복수 개의 합산기(150)로부터 신호를 수신받아 역주파수 변환(IFFT)하여 원하는 방향의 신호만을 출력하는 역주파수 변환부(IFFT)(160)을 포함하여 구성한다.As shown in FIG. 4, the wideband beamforming circuit according to an exemplary embodiment of the present invention receives a signal X K (t) received from the plurality of
상기 구성을 갖는 본 발명의 광대역 빔포밍 회로의 동작을 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the broadband beamforming circuit of the present invention having the above configuration will be described below with reference to FIGS. 5 to 7.
먼저, K개의 등간격 선형 마이크 센서 어레이(10)가 도 5에 도시된 바와 같을 때 입력신호(x(t))와 각 센서에서 출력된 값을 복소가중치( )를 곱하여 더한 값(배열 계수(array factor: F))은 다음의 식과 같다.First, when the K equally spaced linear
여기서, 는 신호의 파장, 는 어레이의 인덱스이고, 는 각 어레이의 복소가중치이다. 그리고 는 각 어레이 간의 간격이며,는 어레이 축으로 입사하는 신호의 입사각이다. here, Is the wavelength of the signal, Is the index of the array, Is the complex weight of each array. And Is the spacing between each array, Is the angle of incidence of the signal incident on the array axis.
만약에 에서 배열 계수(Array factor) 가 최대의 응답일 때, 는 어레이 축에 입사하는 신호의 입사각이다. 즉 안테나 빔이 입사 하는 신호의 방향으로 조정되었다 할 수 있다. If the Array factor in Is the maximum response, Is the angle of incidence of the signal incident on the array axis. That is, the antenna beam may be adjusted in the direction of the incident signal.
상기 수학식 2를 등비수열의 합을 이용하여 전개하면 “sinc" 함수의 표현과 같은 형태로 배열 계수(Array factor)를 나타낼 수 있다.If
참고로, 도 6은 '어레이 축에 입사하는 신호의 입사각()=0°' 일 때의 배열 계수(array factor)를 나타낸 도면이고, 도 7은 '어레이 축에 입사하는 신호의 입사각()=20°' 일 때의 배열 계수(array factor)를 나타낸 도면이다For reference, FIG. 6 shows an incident angle of a signal incident on an array axis ( ) Is an illustration of an array factor when 0 ° ', and FIG. 7 shows an incident angle of a signal incident on an array axis ( Is an array factor when) = 20 ° '.
광대역 빔포밍(Broadband Beamforming WidebandWideband beamformingbeamforming ))
일반적으로, 음성 신호는 200Hz 내지 3000Hz 부근에 분포하는 광대역 신호이다. 상기 수학식 3에서의 가 변화하게 되므로 배열 계수(array factor)은 주파수에 따라 변화하게 된다. In general, the voice signal is a wideband signal distributed around 200 Hz to 3000 Hz. In Equation 3 Since is changed, the array factor changes with frequency.
빔 폭이 주파수의 함수가 되지 않게 하려면 신호를 각각의 주파수별로 나누어 가중치를 적용한 후 다시 합치면 주파수에 독립인 빔을 만들 수 있다. 즉, 광대 역 빔포밍(beamforming)은 각각의 마이크센서에서 입력된 신호를 일정기간 버퍼에 저장하였다가 각 센서별로 주파수변환(FFT)을 하여 주파수별로 분해한 뒤 각각의 주파수에 해당하는 가중치를 구하고 적용한 후 다시 역주파수변환(IFFT) 과정을 거쳐 필터링된 음성신호를 출력한다. 이 과정은 도 4의 그림과 같다. 복소 가중치는 각 주파수에 해당하는 파장의 함수로 주어진다. 즉 k번째 마이크센서의 i번째 주파수영역에서의 가중치는 수학식 4와 같다.If you do not want the beam width to be a function of frequency, you can divide the signal by each frequency, apply weights, and add them together to create an independent beam of frequency. In other words, wideband beamforming stores signals input from each microphone sensor in a buffer for a certain period, decomposes them by frequency by performing a frequency conversion (FFT) for each sensor, and obtains a weight corresponding to each frequency. After the application, the filtered voice signal is output again through an IFFT process. This process is shown in Figure 4. Complex weights are given as a function of the wavelength corresponding to each frequency. That is, the weight in the i-th frequency domain of the k-th microphone sensor is expressed by Equation 4.
마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 Directional sound source using microphone array 필터링Filter 방법 Way
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a directional sound source filtering method using a microphone array according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1, 도 4 및 도 8을 참조하면, 등간격 또는 비 등간격으로 설치되어 복수 개의 마이크 센서로 구성된 마이크 센서 어레이(10)를 통해 음원 신호를 입력한다(단계 S10).1, 4 and 8, the sound source signal is input through the
그 다음, 상기 복수 개의 마이크 센서를 통해 입력된 각각의 신호를 상기 음성 증폭기(20)를 통해 증폭 및 A/D 변환한 후, 상기 광대역 빔포밍 회로(100)의 버퍼(110)에 저장한다(단계 S20).Then, after amplifying and A / D converting each of the signals input through the plurality of microphone sensors through the
그 다음, 상기 복수 개의 주파수 변환부(FFT)(120)에서 상기 복수 개의 버퍼(110)로부터 저장된 신호를 수신받아 각 마이크 센서별로 주파수 변환(FFT)하여 주파수별로 분해한다(단계 S30).Next, the plurality of frequency converters (FFT) 120 receives the signals stored from the plurality of
그 다음, 상기 주파수별로 분해된 각각의 주파수 신호를 상기 제 1 및 제 2 곱셈기(130)(140) 및 합산기(150)를 통해 복소가중치를 적용한다(단계 S40). 이때, 상기 복소가중치는 아래의 수학식에 의해 산출할 수 있다.Then, a complex weight value is applied to each frequency signal decomposed for each frequency through the first and
여기서, 는 신호의 파장, 는 어레이의 인덱스이고, 는 각 어레이간의 간격이며,는 어레이 축으로 입사하는 신호의 입사각이다. 상기 수학식은 k번째 마이크센서의 i번째 주파수영역에서의 가중치를 나타낸다.here, Is the wavelength of the signal, Is the index of the array, Is the spacing between each array, Is the angle of incidence of the signal incident on the array axis. The above equation represents the weight in the i-th frequency domain of the k-th microphone sensor.
그 다음, 상기 복소가중치를 적용한 주파수 신호를 상기 역 주파수 변환부(IFFT)(160)를 통해 다시 역 주파수 변환(IFFT)함으로써, 원하는 방향의 신호만을 선택적으로 입력하고 원하지 않는 방향의 음원을 제거할 수 있다(단계 S50).Then, by inverting the frequency signal to which the complex weight value is applied, through the inverse frequency converter (IFFT) 160 again, only a signal in a desired direction is selectively input and a sound source in an unwanted direction is removed. It may be (step S50).
마지막으로, 상기 역 주파수 변환(IFFT)된 신호를 D/A 변환하여 출력한다(단계 S60).Finally, the inverse frequency transformed (IFFT) signal is subjected to D / A conversion and output (step S60).
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which should be regarded as included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. will be.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크 어레이를 이용한 방향성 음원 필터링 시스템 및 그 방법에 의하면, 마이크 어레이를 이용하여 원하는 방향의 신호만을 선택적으로 입력하고 원하지 않는 방향의 음원을 제거할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the directional sound source filtering system using the microphone array according to the present invention and the method, it is possible to selectively input only a signal in a desired direction and to remove a sound source in an undesired direction by using the microphone array. .
또한, 음원의 방향성을 이용하여 방향이 다른 곳에서 입사하는 잡음을 제거할 수 있다.In addition, the directionality of the sound source may be used to remove noise incident from different directions.
또한, 마이크 시스템을 기계적으로 움직이지 않더라도 전자적으로 각각의 마이크 센서의 가중치를 변화시킴으로써 원하는 방향으로의 조향이 가능한 장점이 있다.In addition, even if the microphone system is not mechanically moved, it is possible to steer in a desired direction by changing the weight of each microphone sensor electronically.
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