KR20090017208A - 음원 위치 추적 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20090017208A
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Abstract

본 발명은 음원의 위치를 추적하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 방법은, 수신된 음원 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 주파수 대역별 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 산출하는 단계; 상기 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 장치는, 수신되는 음원 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털 음성 신호를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 영역 변환부; 상기 주파수 영역 변환부에 의해 변환된 주파수 영역의 신호에서 각 주파수 대역별 음원의 존재 확률을 산출하는 음원 존재 확률 판단부; 및 각 주파수 대역별 음원의 시간차를 산출하고, 상기 주파수 대역별 음원 존재 확률 및 상기 주파수 대역별 음원의 시간차를 이용하여 음원의 최종 시간차를 산출하며, 상기 음원의 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 제어부를 포함한다.
음원, 주파수, TDOA, 시간차, 가중치, 신호 존재 확률

Description

음원 위치 추적 방법 및 장치{METHOD OF TRACING THE SOUND SOURCE AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 음원이 발생하는 위치를 추적하는 방법 및 그 방법을 이용한 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 두 개 이상의 음원수신기를 이용하여 위치 추적시 음원 신호가 존재할 확률이 높은 주파수 대역에 높은 가중치를 부여하여 음원 위치 추적의 성능을 극대화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 음원이 발생하는 위치를 추적하는 방법 및 그 방법을 이용한 장치에 관한 것이다.
음원이 발생하는 위치를 추적하는 방법으로서 현재 다양한 방법이 개발 및 사용되고 있다. 음원이 발생하는 위치를 추적하는 방법으로는 신호의 세기를 측정하고 거리에 따른 경로 손실을 고려하여 음원의 위치를 찾아내는 방법, 두 개 이상의 음원수신부로의 도달각(AOA)을 이용하여 음원의 위치를 찾아내는 방법, 공간 스펙트럼을 이용하는 방법, 음원 전달 시간을 이용하여 음원의 위치를 찾아내는 방법 등이 있다.
상기 음원 전달 시간을 이용하여 음원의 위치를 찾아내는 방법은 다시 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째 방법은 음원과 음원수신기 간의 음원 전달 시간을 측정하여 거리를 구하는 방법이다(TOA 측위 방식). 이 방법은 각 음원수신부에서 측정된 값으로부터 각 음원수신부를 중심으로 하는 원들을 형성하고, 이러한 원들의 교점을 음원이 발생하는 위치로 결정하게 된다.
두 번째 방법은, 서로 다른 곳에서 수신된 신호의 시간차를 이용하여 음원의 위치를 결정하는 방식이다(TDOA 측위 방식). 이 방법은 절대적인 시각 정보를 측정하는 것이 아니라 수신된 시간차만을 측정하므로 상기 TOA 측위 방식에 비해서 구현하기가 쉽다.
TDOA 측위 방식은 음원의 도달 시간 자체가 아닌 그 도달 시간차를 이용하므로, 두 음원수신부에서의 거리 차가 일정한 곳 즉, 두 음원수신부를 초점으로 하는 쌍곡선이 형성되고, 이러한 쌍곡선의 교점이 음원이 발생하는 위치가 된다.
상기 TDOA 방식은 LORAN이나 DECCA 등에 사용되는 등, 음원 위치 추적에 있어서 많이 사용되는 방법이다. 일반적으로 TDOA의 측정은 상호상관함수(cross-correlation function)를 이용한다.
상기 상호 상관 방법은 주파수 영역에서 상호 상관 함수를 구현하여 계산된 시간차 값을 이용하여 음원의 최종 시간차를 결정하고, 이를 이용하여 음원의 위치를 결정한다.
TDOA 방식은 전대역의 주파수 또는 관심 있는 주파수 대역에서의 시간차를 산출하여 이를 근거로 하여 음원의 위치를 추적한다. 일반적으로 화자의 음원, 즉 음성의 위치를 추적하여 화자를 포착하는 경우가 많기 때문에 음성 신호가 주로 존재하는 4KHz 이하의 주파수 대역에서 산출된 시간차를 이용하게 된다. 하지만, 음성 신호가 주로 존재하는 대역을 사용한다고 해도, 음성이 존재하지 않는 주파수 부분이 상당히 많이 포함되어 있기 때문에 그로 인해 발생하는 오차는 음원 추적에 있어서 성능을 떨어뜨릴 수 있을 정도로 심각하다.
도1은 종래의 음원 위치 추적 방법의 과정을 도시한 순서도이다.
마이크폰과 같은 음원수신기를 이용하여 음원 신호를 수신한다(S105). 수신된 음원 신호를 디지털 신호로 변환한다(S100). 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다(S115). 주파수 영역에서 주파수 대역별 시간차를 산출한다(S120). 상기 산출된 주파수 대역별 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출한다(S125). 상기 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적한다(S130).
상기와 같이 종래에는 주파수 대역별로 시간차를 산출함에 있어서, 각 주파수 대역에 존재하는 음원 신호의 존재 정도를 고려하지 않았기 때문에 최종 결과에 있어서 발생하는 오차를 피할 수 없었다.
이러한 오차의 발생은 음원 추적 장치의 성능을 저하시키는 원인이 되고, 사용자의 장치에 대한 신뢰성은 떨어지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 음원의 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 방법 및 장치에 있어서, 각 주파수 대역에 존재하는 음원 신호의 정도를 고려하지 않았기 때문에 발생하는 오차를 최소화하는데 있다.
상기 목적을 위해서, 본 발명은 각 주파수 대역별로 음원 신호가 존재할 확률을 구하고 산출된 확률 값을 바탕으로 추정된 시간차의 신용도를 결정하여 정확한 음원 위치의 추적을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 주파수 대역별로 음원 신호 존재 확률을 기반으로 산출된 시간차에 서로 다른 가중치를 부여하여 음원이 상대적으로 많은 주파수 대역의 신호에 더 많은 비중을 둠으로써, 음성 위치 추적에 있어서 오차를 최소화하고 장치의 성능을 극대화할 수 있다.
본 발명은 음원이 발생하는 위치를 추적하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 두 개 이상의 음성수신기를 이용하여 위치 추적시 음원 신 호가 존재할 확률이 높은 대역에 높은 가중치를 주어 위치 추적의 성능을 극대화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 방법은, 수신된 음원 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 주파수 대역별 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 산출하는 단계; 상기 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 주파수 대역별로 음원 신호 존재 확률을 산출하는 단계는 신호대잡음비(SNR)를 이용하고, 상기 주파수 대역별로 음원의 시간차를 산출하는 단계는 상호상관함수(Generalized Cross-Correlation, GCC)를 이용하여 시간차를 계산하고, 구체적으로는 다음의 식을 사용하며,
Figure 112007058830599-PAT00001
여기서 X1(ωk)는 제1 음원수신기에 수신된 음원 신호의 주파수 영역 신호, X2(ωk)는 제2 음원수신기에 수신된 음원 신호의 주파수 영역 신호, K는 DFT의 길이를 나타내며, 소정 주파수 대역에서 상기 식을 최대로 만드는 τ가 상기 제1,2 음원수신기에 도달하는 음원의 시간차이다.
바람직하게는, 상기 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출하는 단계는, 산출된 음원 신호 존재 확률에 따라 이에 대응하는 시간차 값에 서로 다른 가중치를 부여하는 단계를 더 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 가중치는 상기 산출된 음원 신호 존재 확률에 비례한다.
바람직하게는, 상기 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출하는 단계는 음원의 존재 확률이 소정의 임계값 이상이 되는 주파수 대역의 신호만을 이용하여 최종 시간차를 산출한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 장치는, 수신되는 음원 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털 음성 신호를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 영역 변환부; 상기 주파수 영역 변환부에 의해 변환된 주파수 영역의 신호에서 각 주파수 대역별 음원의 존재 확률을 산출하는 음원 존재 확률 판단부; 및 각 주파수 대역별 음원의 시간차를 산출하고 상기 주파수 대역별 음원 존재 확률 및 주파수 대역별 음원의 시간차를 이용하여 음원의 최종 시간차를 산출하며 상기 음원의 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 음원을 수집하는 다수의 음원수신기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 음원 존재 확률 판단부는 각 주파수 대역별 신호대잡음비를 이용하여 음원의 존재 확률을 산출하고, 상기 제어부는 상기 산출된 음원 신호 존재 확률에 따라 이에 대응하는 시간차 값에 서로 다른 가중치를 부여하여 최종 시간차를 산출한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 산출된 음원 신호 존재 확률에 비례하여 가중치를 부여하고, 상기 제어부는 상기 산출된 음원 신호 존재 확률이 소정의 임계값 이상이 되는 주파수 대역의 신호만을 이용하여 최종 시간차를 산출한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 장치는, 수신되는 음원 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(21); 상기 A/D 변환부(21)에 의해 변환된 디지털 음성 신호를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 영역 변환부(22); 상기 주파수 영역 변환부(22)에 의해 변환된 주파수 영역의 신호에서 각 주파수 대역별로 음원의 존재 확률을 산출하는 음원 존재 확률 판단부(23); 및 각 주파수 대역별 음원의 시간차를 산출하고, 상기 주파수 대역별 음원 존재 확률 및 상기 주파수 대역별 음원의 시간차를 이용하여 음원의 최종 시간차를 산출하며, 상기 음원의 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 제어부(24)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 장치는 음원을 수집하는 다수의 음원수신부(25)를 더 포함할 수 있다.
상기 A/D 변환부(21)는 아날로그인 음원 신호를 디지털 신호로 변환한다. 일반적으로 음성 신호는 연속(continuous) 신호 형태의 아날로그 신호이지만, 이를 이산(discreet) 신호의 형태인 디지털 신호로 변환한다.
일반적으로, 아날로그 신호 자체를 프로세싱하는 것은 고유 신호의 심각한 왜곡을 초래하기 때문에 상대적으로 다루기 쉬운 디지털 신호로 변환하여 신호를 처리하는 것이 신호 처리(signal processing) 과정에서 일반적이다.
상기 주파수 영역 변환부(22)는 상기 A/D 변환부(21)에 의해 디지털 신호로 변환된 음원 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다. 즉, 시간 축에서의 신호를 주파수 축으로의 신호로 변화시켜 아래의 과정들을 수행하게 된다.
상기 주파수 영역 변환부(22)는 입력되는 이산 신호를 변환하므로, 이산푸리에변환(DFT: Discrete Fourier Transform) 또는 고속푸리에변환(FFT: Fast Fourier Transform)등의 주파수 변환이 수행된다.
상기 음원 존재 확률 판단부(23)는 상기 주파수 영역 변환부(22)에 의해 주파수 영역으로 변환된 신호에 대해서, 각 주파수 대역별 음원의 존재 확률을 산출한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 음원 존재 확률을 산출하는 것은 각 주파수 대역별 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio:SNR)를 이용한다.
상기 신호대잡음비는 증폭기, 송신기 또는 수신기를 포함하는 일반 전송계에서 취급하는 신호와 잡음(noise) 사이의 비율을 말하며, 그 단위로는 데시벨(dB)을 사용한다.
상기 제어부(24)는 각 주파수 대역별 음원의 시간차를 산출한다.
상기 주파수 대역별 음원의 시간차를 산출하는 방법은 상호상관함수(GCC)를 이용하고, 구체적으로는 다음의 식을 사용하며,
Figure 112007058830599-PAT00002
-(식1)
여기서 X1(ωk)는 제1 음원수신기에 수신된 음원 신호의 주파수 영역 신호, X2(ωk)는 제2 음원수신기에 수신된 음원 신호의 주파수 영역 신호, K는 DFT의 길이를 나타내며, 소정 주파수 대역에서 상기 식을 최대로 만드는 τ가 상기 제1,2 음원수신기에 도달하는 음원의 시간차이다.
(식1)은 TDOA 방식에 있어서 일반적으로 사용되는 상호상관함수(Genaralized Cross-Correlation:GCC)의 GCC-PHAT 값이다. 따라서, 소정 주파수 대역에서 τ의 값을 변화시켜가면서 (식1)의 값이 최대가 되는 τ의 값을 찾으면 그 값이 제1 및 제2 음원수신기에 음원이 도달한 시간차이다.
즉, (식1)의 값이 최대가 되는 τ는 두 음원수신기에 몇 초 또는 몇 샘플 떨어진 곳에서 최대값을 가지는지를 산출하며, 즉 이것은 두 음원 입력 신호 간의 시간차를 나타낸다.
각 주파수 대역별로 음원의 시간차가 산출되면, 상기 제어부(24)는 상기 주파수 대역별 음원의 시간차 및 상기 주파수 대역별 음원 존재 확률을 이용하여 음원의 최종 시간차를 산출한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 방법 및 장치에서는, 산출된 음원 신호 존재 확률에 따라 이에 대응하는 시간차 값에 서로 다른 가중치를 부여하여 최종 시간차를 산출한다.
가중치를 부여하는 방법은 다양할 수 있으며, 음원 신호 존재 확률이 높으면 높은 가중치를 부여하고, 음원 신호 존재 확률이 낮으면 낮은 가중치를 부여하는 것이 일반적이다.
보다 바람직하게는 음원 신호 존재 확률에 비례하여 가중치를 부여할 수도 있다. 즉, 각 주파수 대역별로 산출된 신호대잡음비에 비례하여 가중치를 부여할 수도 있다.
또는 다른 방법으로서, 산출된 음원 신호 존재 확률이 소정의 임계값 이상이 되는 주파수 영역만을 취해서 그 부분만의 신호를 이용해서 최종 시간차를 산출할 수도 있다.
하나의 실시예로서 각 주파수 대역별로 산출된 음원 신호 존재 확률의 크기에 비례에서 가중치를 부여한 후 최종 시간차를 산출하는 방법은 도4에서 상술한다.
상기 음원수신부(25)는 음원을 수집하는 역할을 한다. 즉, 마이크폰과 같이 사람의 음성을 포함한 다양한 음원을 수집할 수 있는 기기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 음원수신부(25)는 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하므로 두 개 이상인 것이 바람직하다. 음원수신기가 2개인 경우에는 음원 신호가 원거리에서부터 들어오는 경우에는 그 도달 각도를 찾을 수 있다. 그러나 이 경우는 음원의 정확한 위치를 추적하기는 어렵고, 일반적으로 3개 이상의 음원수신기를 구비하는 경우에는 음원의 정확한 위치 및 거리를 추적할 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 방법의 과정을 설명하는 순서도이다.
음원수신부에서 다양한 음원 신호가 수신된다(S305). 상기 음원은 사람의 음성을 포함한 모든 소리를 포함한다. 음원 신호가 수신되면, 상기 A/D 변환부는 음원 신호를 디지털 신호로 변환한다(S310). 디지털 신호로 변환한 후에, 상기 주파수 영역 변환부는 이 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다(S315).
주파수 영역의 신호로 변환이 되면, 상기 음원 존재 확률 판단부는 주파수 대역별로 음원 신호 존재 확률을 산출한다(S320). 상기한 바와 같이, 음원 신호 존재 확률의 산출은 신호대잡음비를 이용한다. 또한, 주파수 영역의 신호로 변환이 되면, 상기 제어부는 주파수 대역별로 음원의 시간차를 산출한다(S325). 이 방법은 상기한 같이 (식1)을 이용하여 수행된다.
주파수 대역별 음원 신호 존재 확률 및 주파수 대역별 음원의 시간차가 산출되면 상기 제어부는 상기 음원 신호 존재 확률 및 상기 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출한다(S330). 이 과정에서 상기한 바와 같이 음원 신호 존재 확률에 따라 이에 대응하는 시간차 값에 서로 다른 가중치를 부여하여 산출한다. 최종 시간차가 산출되면 이를 이용하여 음원의 위치를 추적한다(S335).
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 각 주파수 대역별 음원의 존재 확률 및 시간차를 산출하여 최종 시간차를 산출하는 과정을 설명하기 위한 예시적 그래프이다.
도4의 그래프는 일정 주파수 대역에서 τ를 변화시키면서 GCC-PHAT 값이 최대가 되는 τ값을 산출하는 방법을 예시적으로 도시한다.
도4는 설명을 위해서 100Hz의 간격을 가지는 세 부분의 주파수 대역만을 예시적으로 도시한다.
주파수 대역마다 τ값이 다를 수 있는데, 이는 각 주파수 대역마다 잡음이 섞이는 정도가 다르고, 신호의 포함 정도도 다르며 그 외에 측정 오차 등의 외부 요인이 작용하기 때문에, 각 주파수 대역마다 각각 다른 시간차 값(τ)이 산출될 수 있다.
(a)의 경우, 주파수가 1,000Hz이고 τ를 변화시켜감에 따라 GCC-PHAT 값의 변화를 살펴보면, τ가 5 ms인때 가장 큰 GCC-PHAT 값이 도출됨을 알 수 있다. 따라서, ω=1,000Hz인 경우에는 시간차 τ가 5ms로 산출되고, 이때의 신호대잡음비 값을 30dB라고 가정한다.
(b)의 경우도, 상기 (a)의 경우와 마찬가지로 방법으로, ω=1,100Hz인 경우에 시간차 τ가 8ms로 산출되고, 이때의 신호대잡음비 값을 20dB라고 가정한다.
(c)의 경우도 마찬가지로서, ω=1,200Hz인 경우에는 시간차 τ가 2ms로 산출되고, 이때의 신호대잡음비 값을 10dB라고 가정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 방법 및 장치에서는, 최종 시간차를 산출함에 있어서 각 산출된 음원 신호 존재 확률에 따라 이에 대응하는 시간차 값에 서로 다른 가중치를 부여하는 것을 특징으로 한다.
또한, 그 하나의 방법으로서 산출된 음원 신호 존재 확률에 비례하여 가중치를 부여할 수 있다.
예컨대, 산출된 음원 신호 존재 확률에 비례하여 가중치를 부여하는 경우를 예로 들어 설명하면, (c)의 경우를 기준으로 (b)의 경우는 신호대잡음비 값이 10배이고 (a)의 경우는 신호대잡음비 값이 100배이다.
따라서, 산출된 음원 신호 존재 확률에 비례하도록 가중치를 부여한다면 (a),(b),(c)에 각각 100,10,1의 가중치가 부여된다. 따라서, 최종적인 시간차 τ는 (100*5 + 10*8 + 1*2)/(100+10+1) = 5.243ms 가 산출된다.
상기 도4에서는 설명을 위해 세 부분의 주파수 대역을 예시하였지만, 응용예에 따라 주파수 대역의 개수 및 각각의 범위는 얼마든지 변형이 가능하며, 이는 당업자의 입장에서 명확하다.
또는 최종 시간차 τ를 구하는 또 다른 실시예로서, 임의의 주파수 대역에서 음원의 존재 확률이 소정 임계값보다 작은 경우에는 그 부분의 신호는 사용하지 않고 다른 부분의 신호만으로 τ를 구할 수도 있다.
상기 방법에 의해 산출된 τ값을 이용하여 음원의 위치를 추적한다. 산출된 시간차 값을 이용하여 음원의 위치를 추적하는 과정은 도6에서 상술한다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 음원 위치 추적에 대한 실험 데이터를 나타낸다.
도5에 도시된 바와 같이 그래프의 수평축은 시간 영역을 나타내고, 수직축은 주파수 영역을 나타낸다. 수직축에는 주로 음성 신호의 추적을 위해서 4KHz 이하의 주파수 대역에서 본 발명에 대한 실험을 수행하였다.
즉, 도5는 시간 축과 주파수 축을 동시에 도시하였으며, 스펙트럼이 짙게 표현되는 부분(51)은 음원의 신호 존재 확률이 높은 부분, 즉 신호대잡음비가 큰 부 분이다. 그러나, 반대로 스펙트럼이 옅게 표현되는 부분(52)은 음원의 신호 존재 확률이 낮은 부분, 즉 신호대잡음비가 작은 부분이다.
음원의 존재 확률이 높은 곳에서 음원 도달 시간차를 산출할 경우 정확한 추적이 가능하고, 반대로 음원의 존재 확률이 낮은 곳에서 음원 도달 시간차를 산출할 경우 위치 추적의 오차가 발생한다.
따라서 상기 두 영역의 가중치를 다르게 부여함으로써, 오차를 적게 하고 신용도를 향상시키는 음원 위치 추적 방법 및 장치를 제공할 수 있게 된다.
도6a 및 도6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 최종 시간차가 산출되면 음원의 위치를 결정하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도6a는 TDOA 방법을 사용함에 있어서 거리차가 산출이 되면 이를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 기본 원리를 나타내는 그래프이다.
두 음원수신부(61,62)에 수신되는 음성의 시간차가 산출되면 음원이 두 음원수신부(61,62)로부터 떨어진 거리차가 산출된다. 따라서, 거리차가 일정한 점들의 집합에 음원이 존재하므로, 도6a에서와 같이 두 음원수신부(61,62)를 초점으로 하는 쌍곡선의 자취에 음원이 존재하게 된다.
도6b는 도6a의 원리를 이용하여 실제 음원을 추적하는 과정을 도시한 개략도이다.
도6b는 3개의 음원수신부(63,64,65)를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 방법을 예시적으로 도시한다. 먼저 제1음원수신부(63)와 제2음원수신부(64)의 시간차를 산출하고 이를 이용해 도6a의 방법으로 쌍곡선(ℓ1)을 형성한다.
동일한 방법으로 제1음원수신부(63)와 제3음원수신부(65)의 시간차를 산출하고 이를 이용해 쌍곡선(ℓ2)을 형성한다.
또한, 제2음원수신부(64)와 제3음원수신부(65)의 시간차를 산출하고 이를 이용해 쌍곡선(ℓ3)을 형성한다.
상기 세 개의 쌍곡선이 형성되는 이는 한 점(70)에서 만나는데, 이 지점(70)이 음원이 발생한 위치가 된다.
따라서, 상기와 같이 TDOA 방식을 이용하되 주파수 대역별로 음원 존재 확률에 따른 가중치를 부여하여 발생하는 오차를 최소화하는 음원 위치 추적을 할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대해서 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다.
여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도1은 종래의 음원 위치 추적 방법의 과정을 설명하는 순서도.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 장치의 블록도.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음원 위치 추적 방법의 과정을 설명하는 순서도.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 각 주파수 대역별 음원의 존재 확률 및 시간차를 산출하여 최종 시간차를 산출하는 과정을 설명하기 위한 예시적 그래프.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 음원 위치 추적에 대한 실험 데이터.
도6a 및 도6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 최종 시간차가 산출되면 음원의 위치를 결정하는 방법을 나타내는 개략도.
※도면의 주요 부분에 대한 설명※
20 : 음원 위치 추적 장치 21 : A/D 변환부
22 : 주파수 영역 변환부 23 : 음원 존재 확률 판단부
24 : 제어부 25 : 음원수신부

Claims (10)

  1. 수신된 음원 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 디지털 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;
    주파수 대역별 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 산출하는 단계;
    상기 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 대역별로 음원 신호 존재 확률을 산출하는 단계는 신호대잡음비(SNR)를 이용하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 대역별로 음원의 시간차를 산출하는 단계는, 상호상관함수(Generalized Cross-Correlation, GCC)를 이용하여 시간차를 산출하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출하는 단계는,
    산출된 음원 신호 존재 확률에 따라 이에 대응하는 시간차 값에 서로 다른 가중치를 부여하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가중치는 상기 산출된 음원 신호 존재 확률에 비례하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음원 신호 존재 확률 및 음원의 시간차를 이용하여 최종 시간차를 산출하는 단계는,
    음원의 존재 확률이 소정의 임계값 이상이 되는 주파수 대역의 신호만을 이용하여 최종 시간차를 산출하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 방법.
  7. 수신되는 음원 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부;
    상기 A/D 변환부에 의해 변환된 디지털 음성 신호를 주파수 영역으로 변환하는 주파수 영역 변환부;
    상기 주파수 영역 변환부에 의해 변환된 주파수 영역의 신호에서 각 주파수 대역별 음원의 존재 확률을 산출하는 음원 존재 확률 판단부; 및
    각 주파수 대역별 음원의 시간차를 산출하고, 상기 주파수 대역별 음원 존재 확률 및 상기 주파수 대역별 음원의 시간차를 이용하여 음원의 최종 시간차를 산출하며, 상기 음원의 최종 시간차를 이용하여 음원의 위치를 추적하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    음원을 수집하는 다수의 음원수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 산출된 음원 신호 존재 확률에 따라 이에 대응하는 시간차 값에 서로 다른 가중치를 부여하여 최종 시간차를 산출하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 산출된 음원 신호 존재 확률에 비례하여 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 음원 위치 추적 장치.
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