KR20110100960A

KR20110100960A - 가변 대역 폭 적응 노치 필터, 및 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 이용하여 하울링을 제거하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20110100960A
Application number: KR1020100020064A
Authority: KR
Inventors: 이준호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-15
Also published as: US20110216910A1; EP2364037A3; US9036829B2; EP2364037B1; EP2364037A2; KR101671389B1

Abstract

입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터가 개시된다.

Description

가변 대역 폭 적응 노치 필터, 및 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 이용하여 하울링을 제거하는 방법 및 장치{Adaptive notch filter with variable bandwidth, and method and apparatus for cancelling howling using the adaptive notch filter with variable bandwidth}

본 발명은 가변 대역 폭 적응 노치 필터, 및 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 이용하여 하울링을 제거하는 방법 및 장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 주파수 워핑 기술을 이용하여 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터, 및 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 이용하여 하울링을 제거하는 방법 및 장치에 대한 것이다.

확성장치나 전축과 같은 증폭기 장치에서 출력 측(스피커나 리시버)의 음이나 진동이 입력 측에 되돌아와 다시 증폭되고 그 출력이 다시 입력 측에 되돌아가 되풀이하는 과정에서 일어나는 저주파 발진 음을 하울링(howling)이라 한다. 하울링은 보통 스피커에서 마이크로 음이나 진동이 피드백되어 생기는 소리로, 하울링이 발생할 경우, 장치는 순식간에 최대 파워 상태가 되어 장치의 음향 시스템이 파손되게 된다.

하울링은 특정 주파수가 공진이 되어 발진이 되는 것이므로, 하울링을 제거하기 위해서는 그 특정한 주파수를 찾아서 감쇠를 시키면 된다.

일반적으로 특정한 주파수를 줄이기 위해서 이퀄라이저라는 기기를 사용한다. 이퀄라이저를 이용하여 하울링을 제거하기 위해서는 그래픽 이퀄라이저를 평탄하게 조정하고, 평탄한 특성을 가진 무지향성 마이크를 연결하고, 시스템의 이득을 올리면서 어느 주파수 대역에서 하울링이 발생하는지를 관찰한다. 하울링이 발생한 주파수 대역을 찾은 경우, 그 주파수 대역의 이퀄라이저 슬라이더를 내리는 과정을 충분한 확성 이득을 얻을 수 있을 때까지 반복하여 수행한다. 이 방법을 통해 하울링이 발생하지 않는 최대 안정 이득을 얻을 수 있다.

그러나 이 방법은 넓은 주파수 특성의 변화로 음색이 변하는 단점을 가진다. 또한 음향 시스템의 위치 변화에 따라 하울링의 원인이 되는 주파수 대역이 변하므로 이에 대한 지속적인 조율이 필요하다. 또한, 하울링을 제거하는 주파수 대역 폭이 고정되어 있으므로 음성 성분이 분포하는 저주파수 대역에서는 하울링과 함께 음성 성분도 함께 제거될 수 있다.

본 발명은 가변 대역 폭 적응 노치 필터, 및 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 이용하여 하울링을 제거하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 하울링 제거 방법을 제공할 수 있다.

바람직한 실시 예에서, 상기 하울링을 제거하는 단계는 상기 입력 신호에서 상기 하울링 주파수가 작을수록 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 하울링을 제거하는 단계는 상기 입력 신호를 이용하여 피드 포워드 신호를 생성하는 단계; 상기 출력 신호를 이용하여 피드 백 신호를 생성하는 단계; 및 상기 피드 포워드 신호 및 상기 피드 백 신호를 더하여 상기 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 피드 포워드 신호를 생성하는 단계는 상기 입력 신호에 한 번부터 N번까지(N은 2 이상의 자연수) 주파수 워핑 필터를 적용하는 단계; 상기 입력 신호 및 상기 한 번부터 N번까지 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 제1 계수부터 제N+1 계수를 곱하는 단계; 및 상기 계수가 곱해진 신호들을 모두 더하여 상기 피드 포워드 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 피드 백 신호를 생성하는 단계는 상기 출력 신호에 한 번부터 N번까지 주파수 워핑 필터를 적용하는 단계; 상기 한 번부터 N번까지 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 제 1’계수부터 제N’ 계수를 곱하는 단계; 및 상기 계수가 곱해진 신호들을 더하여 상기 피드 백 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주파수 워핑 필터의 전달 함수 D(z)는 다음의 수학식에 의해 구해지고,

, 상기 λ는 주파수 응답을 워핑시키기 위한 조절 파라미터이고, 1보다 작거나 같은 양의 실수일 수 있다.

또한, 상기 N이 2인 경우, 상기 제1 계수부터 상기 제N+1 계수를 곱하는 단계는 상기 입력 신호 및 상기 한 번부터 N번까지 상기 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 1, -a(n), 1을 곱하는 단계를 포함하고, 상기 제 1’계수부터 상기 제N’ 계수를 곱하는 단계는 상기 한 번부터 N번까지 상기 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 a(n)ρ, ρ²을 곱하는 단계를 포함하고, 상기 a(n)은 하울링 주파수를 결정하는 파라미터이고, 상기 ρ는 1보다 작거나 같은 양의 실수로 하울링 제거 대역 폭을 결정하는 파라미터일 수 있다.

또한, 상기 방법은 w0와 상기 w0에 한번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 w1부터 M(M은 2 이상의 자연수)번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 wm까지를 상기 입력 신호로 생성하는 단계; 및 상기 입력 신호를 x(n)이라고 하고, 상기 피드 포워드 신호를 z(n)이라고 하고, 상기 출력 신호를 y(n)이라고 할 때, 아래의 수학식을 이용하여 상기 a(n)을 구하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법은 상기 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계 이전에, 하울링을 제거하려는 신호에서 제1 주파수 대역에 있는 신호를 필터링하여 상기 입력 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법은 상기 하울링을 제거하려는 신호에서 상기 제1 주파수 대역에 있는 신호를 제외한 신호를 상기 출력 신호에 더하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계는 상기 입력 신호에 대해 주파수 워핑을 수행하는 단계; 상기 주파수 워핑된 신호의 하울링 주파수에서 일정한 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계; 및 상기 하울링이 제거된 신호에 대해 주파수 디워핑을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 일정한 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계는 상기 주파수 워핑된 신호에서 하울링 주파수를 추정하는 단계; 상기 추정된 하울링 주파수에서의 하울링을 일정한 대역 폭으로 제거하는 단계; 상기 추정된 하울링 주파수에서의 하울링이 제거되기 전의 신호와 상기 하울링이 제거된 신호의 에너지 차를 구하는 단계; 및 상기 에너지 차가 임계 값을 넘는 경우, 상기 하울링이 제거된 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 제공할 수 있다.

바람직한 실시 예에서, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터는 상기 입력 신호에서 상기 하울링 주파수가 작을수록 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거할 수 있다. 또한, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터는 N개의 주파수 워핑 필터, 상기 입력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호와 상기 입력 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N+1개의 곱셈기, 및 상기 곱셈기가 적용된 신호들을 더하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 포워드 부분; 및 N개의 주파수 워핑 필터, 상기 출력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N개의 곱셈기, 및 상기 곱셈기가 적용된 신호들 및 상기 피드 포워드 부분에서 생성된 신호를 더하여 출력 신호를 생성하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 백 부분을 포함할 수 있다.

또한, 상기 N이 2인 경우, 상기 피드 포워드 부분에 포함된 세 개의 곱셈기는 각각 상기 입력 신호에 1의 계수를 적용하고, 상기 입력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 -a(n)의 계수를 적용하고, 상기 입력 신호에 두 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 1의 계수를 적용하고, 상기 피드 백 부분에 포함된 두 개의 곱셈기는 상기 출력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 a(n)ρ의 계수를 적용하고, 상기 출력 신호에 두 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 ρ²의 계수를 적용하고, 여기서, 상기 a(n)은 하울링 주파수를 결정하는 파라미터이고, ρ는 1보다 작거나 같은 양의 실수로 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 대역 폭을 결정하는 파라미터일 수 있다.

또한, w0 및 상기 w0에 한번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 w1부터 M(M은 2 이상의 자연수)번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 wm까지를 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터에 시간 순서대로 x(n)으로 입력했을 때의 상기 피드 포워드 부분의 출력 신호를 z(n), 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 출력 신호를 y(n)이라고 할 때, 상기 a(n)은 아래의 수학식에 의해 구해질 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터부를 포함하는 하울링 제거 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 하울링 제거 방법을 실행하기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 주파수 워핑 기술을 이용하여 하울링을 제거하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터, 및 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 이용하여 하울링을 제거하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 적은 연산량으로 하울링을 효율적으로 제거할 수 있는 가변 대역 폭 적응 노치 필터, 및 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 이용하여 하울링을 제거하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가변 대역 폭 적응 대역 폭 노치 필터(adaptive notch filter with variable bandwidth)(100)의 구조도이다.
도 2는 주파수 워핑 필터(200)의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 주파수 워핑 필터(200)의 주파수 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하울링 제거 장치(400)를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 하울링 주파수 범위 설정부(430)의 일 실시 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하울링 제거 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 다른 하울링 제거 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)에 의해 하울링이 제거된 신호를 도시한 스펙트로그램(Spectrogram)이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가변 대역 폭 적응 대역 폭 노치 필터(adaptive notch filter with variable bandwidth)(100)의 구조도이다. 본 발명에 따른 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)는 하울링(howling) 주파수로 의심되는 주파수를 추적하고 이를 제거하는 적응 노치 필터이다.

노치 필터는 일반적으로 특정 주파수에 맞게 계수가 정해져서 설계되므로 특정 하울링 주파수만을 제거할 수 있으나, 적응 노치 필터는 계수가 상수가 아니고 변수이므로 입력 신호에 따라 계수가 계속 적응을 해 가면서 변하게 된다. 입력 신호에서 하울링 주파수는 계속 변하기 때문에, 적응 노치 필터는 하울링 주파수를 추적하고, 추적된 하울링 주파수에서의 하울링을 제거한다.

또한, 본 발명에 따른 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)는 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성한다. 즉, 본 발명에서 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)는 하울링 주파수가 작을수록 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하고, 하울링 주파수가 클수록 넓은 대역 폭으로 하울링을 제거한다.

하울링이 생기지 않으면서 최대한 올릴 수 있는 앰프 게인을 최대 안정 이득이라 한다. 일반적으로 하울링을 제거하는 필터의 대역 폭이 클수록 하울링이 잘 제거되므로 최대 안정 이득이 커지고, 하울링을 제거하는 필터의 대역 폭이 작을 수록 하울링이 잘 제거되지 않아 최대 안정 이득이 낮아지게 된다.

사람의 음성은 약 340Hz에서 3.4KHz 사이의 저주파수 성분을 갖는다. 따라서, 음성이 분포하지 않는 주파수 대역에서와 마찬가지로 음성이 분포하는 저주파 대역에서도 최대 안정 이득을 올리기 위해 적응 노치 필터의 대역 폭을 넓게 하여 하울링을 제거할 경우, 음성 성분까지 제거되어 음성의 왜곡이 발생할 수 있다.

따라서 본 발명은 음성이 분포하는 저주파 대역에서는 음성이 분포하지 않는 고주파 대역보다 더 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하여 음성의 왜곡을 막고, 음성이 분포하지 않는 고주파 대역에서는 저주파 대역보다 넓은 대역 폭으로 하울링을 제거하여 최대 안정 이득을 높일 수 있는 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 제안한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)는 피드 포워드 부분(110)과 피드 백 부분(120)을 포함한다. 피드 포워드 부분(110)은 제1 주파수 워핑 필터(111), 제2 주파수 워핑 필터(112), 제1 곱셈기(113), 제2 곱셈기(114), 제3 곱셈기(115), 제1 합산부(116) 및 제2 합산부(117)를 포함하고, 피드 백 부분(120)은 제3 주파수 워핑 필터(121), 제4 주파수 워핑 필터(122), 제4 곱셈기(123), 제5 곱셈기(124), 제3 합산기(125), 및 제4 합산기(126)를 포함한다.

피드 포워드 부분(110)의 제1 주파수 워핑 필터(111)는 입력 신호에 대해 한 번 주파수 워핑을 수행하여 입력 신호의 주파수 해상도를 왜곡시킨다. 제2 주파수 워핑 필터(112)는 제1 주파수 워핑 필터(111)에 의해 한 번 주파수 워핑된 입력 신호에 대해 다시 한 번 주파수 워핑을 수행한다.

제1 곱셈기(113)는 입력 신호에 계수 1을 곱한다. 제2 곱셈기(114)는 제1 주파수 워핑 필터(111)에 의해 한 번 주파수 워핑된 입력 신호에 가변 계수 -a(n)을 곱한다. 가변 계수 a(n)는 도 2의 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 구해질 수 있다. 즉, 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100) 설계자나 설계 장치는 도 2의 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 계수 a(n)의 값을 구하고, 이를 이용하여 도 1과 같은 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 설계할 수 있다. 가변 계수 a(n)의 값을 구하는 방법에 대해서는 도 2에 대한 설명에서 구체적으로 살펴보기로 한다.

제3 곱셈기(115)는 제2 주파수 워핑 필터(112)에 의해 두 번 주파수 워핑된 입력 신호에 계수 1을 곱한다.

제1 합산기(116)는 제2 곱셈기(114)와 제3 곱셈기(115)에 의해 계수가 곱해진 신호를 더한다. 제2 합산기는 입력 신호에 계수 1이 곱해진 신호와 제1 합산기(116)에 의해 더해진 신호를 더하여 피드 포워드 부분(110)의 출력 신호를 생성한다. 피드 포워드 부분(110)의 출력 신호를 이하 피드 포워드 신호라 부르기로 한다.

피드 백 부분(120)의 제3 주파수 워핑 필터(121)는 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 출력 신호에 대해 한 번 주파수 워핑을 수행한다. 제4 주파수 워핑 필터(122)는 제3 주파수 워핑 필터(121)에 의해 한 번 주파수 워핑된 출력 신호에 대해 다시 한 번 주파수 워핑을 수행한다.

제4 곱셈기(123)는 제3 주파수 워핑 필터(121)에 의해 한 번 주파수 워핑된 출력 신호에 가변 계수 a(n)ρ를 곱한다. 여기서, ρ는 1보다 작거나 같은 양의 실수로, 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)가 하울링을 제거할 때의 대역 폭을 결정하는 파라미터이다.

하울링을 제거하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 대역 폭(B)은 ρ와 최대 주파수 pi를 이용하여 구해진다. 즉, 대역 폭 B=pi * (1-ρ)로 구할 수 있다. 여기서 pi는 가장 높은 주파수를 의미한다. 예컨대 샘플링 주파수가 16000Hz인 경우, pi는 8000Hz를 의미한다.

ρ 값은 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100) 설계자나 설계 장치에 의해 주어질 수 있다. 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)는 주어진 ρ 값을 이용하여 대역 폭을 결정하고, 결정된 대역 폭으로 하울링을 제거한다. 이 때 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100) 내에서 ρ 값은 저주파에서는 원래의 ρ 값보다 큰 값으로 매핑되고 고주파에서는 원래의 ρ 값보다 작은 값으로 매핑된다. 따라서 저주파에서는 1-ρ 값이 작아지게 되어 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)가 저주파에서의 하울링을 제거하는 대역 폭 B 또한 작아지게 되고, 고주파에서는 1-ρ 값이 커지게 되어 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)가 고주파에서 하울링을 제거하는 대역 폭 B 또한 커지게 된다.

제5 곱셈기(124)는 제4 주파수 워핑 필터(122)에 의해 두 번 주파수 워핑된 출력 신호에 계수 ρ²을 곱한다.

제3 합산기(125)는 제4 곱셈기(123)와 제5 곱셈기(124)에 의해 각각 계수가 곱해진 신호들을 더하여 피드 백 신호를 생성한다. 제4 합산기(126)는 제3 합산기(125)에 의해 생성된 피드 백 신호에 피드 포워드 신호를 더하여 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 출력 신호를 생성한다.

도 1에서는 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)로 연산량 측면에서 가장 효율적인 2차의 IIR(infinite impulse response) 형태의 적응 노치 필터를 사용하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 2차가 아닌 다른 차수의 IIR 적응 노치 필터를 이용할 수도 있음은 물론이다.

차수가 N차인 경우, 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 포워드 부분은 N개의 주파수 워핑 필터, N+1개의 곱셈기, 및 N개의 합산기를 포함하고, 피드 백 부분은 N개의 주파수 워핑 필터, N개의 곱셈기 및 N개의 합산기를 포함한다.

차수가 N차인 경우, 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 피드 포워드 부분에 포함된 N개의 주파수 워핑 필터는 입력 신호에 대해 한 번부터 N번까지 주파수 워핑을 수행하여 신호를 왜곡한다. 피드 포워드 부분에 포함된 N+1개의 곱셈기는 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호와 입력 신호에 각각 가변 계수를 적용하고, N개의 합산기는 곱셈기가 적용된 신호들을 더하여 피드 포워드 신호를 생성한다.

가변 대역 폭 적응 노치 필터의 피드 백 부분에 포함된 N개의 주파수 워핑 필터는 출력 신호에 한 번부터 N번까지 주파수 워핑을 수행하여 출력 신호의 주파수를 왜곡시킨다. 피드 백 부분에 포함된 N개의 곱셈기는 주파수 워핑 필터가 적용된 N개의 신호에 각각 가변 계수를 적용하고, N개의 합산기는 곱셈기가 적용된 신호들과 피드 포워드 부분에서 생성된 피드 포워드 신호를 더하여 출력 신호를 생성한다.

도 1에서는 제Ⅱ 직접형 구조(direct form Ⅱ)의 IIR 필터로 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)를 설계하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제Ⅱ 직접형 구조의 IIR 필터와 동일한 전달 함수를 갖는 제Ⅰ 직접형 구조(direct form Ⅰ)의 IIR 필터로 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)를 설계할 수도 있음은 물론이다. 제Ⅰ 직접형 구조로 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 설계할 경우, 필터에 포함되는 주파수 워핑 필터의 개수는 제Ⅱ 직접형 구조로 설계된 필터에 포함된 주파수 워핑 필터의 개수의 반이 된다. 즉, 차수가 N차인 경우, 제Ⅱ 직접형 구조로 설계된 IIR 필터에는 총 2N개의 주파수 워핑 필터가 포함되는 반면, 제Ⅰ 직접형 구조로 설계된 IIR 필터에는 총 N개의 주파수 워핑 필터가 포함되게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 입력 신호의 하울링 주파수 별로 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 제공할 수 있다.

도 2는 주파수 워핑 필터(200)의 구조를 도시한 도면이다. 고 음질과 높은 최대 안정이라는 상충된 목적을 동시에 이루기 위해서는 음성이 존재하는 저주파 대역에서는 적응 노치 필터의 대역 폭이 좁아야 하며, 음성이 존재하지 않는 고주파 대역에서는 적응 노치 필터의 대역 폭이 넓어야 한다. 이와 같이 적응 노치 필터가 가변 대역 폭 특성을 갖도록 하기 위해 본 발명에서는 주파수 워핑 기술을 이용한다. 주파수 워핑 기술은 주파수에 따라 해상도를 달리 할 수 있는 기술로, 주파수 워핑 필터를 이용하여 구현될 수 있다.

도 2는 주파수 워핑 필터(200)의 구조를 도시한 것으로 주파수 워핑 필터(200)는 1차의 전대역 통과(all-pass) 필터로 구현될 수 있다. 주파수 워핑 필터(200) 하나의 전달 함수 D(z)는 아래 수학식 1로 표현할 수 있다.

여기서, λ는 주파수 응답을 워핑시키기 위한 조절 파라미터로, 1보다 작거나 같고 -1보다 크거나 같은 실수이다. λ 값이 양수이면서 증가하면, 즉, λ 값이 1에 가까워질수록 저주파의 해상도가 커지며, λ 값이 음수이면서 감소하면, 즉, λ 값이 -1에 가까워질수록 고주파의 해상도가 커진다.

전술한 바와 같이, 사람의 음성은 약 340Hz에서 3.4KHz 사이의 저주파수 성분을 가지므로 음성이 분포하는 저주파 대역에서는 고주파 대역보다 더 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하는 것이 바람직하다, 따라서, 본 발명의 실시 예에서 λ는 1보다 작거나 같은 양의 실수인 것이 바람직하다.

도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 가변 계수 a(n)는 도 2의 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 구해진다. 즉, 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 설계자나 설계 장치는 도 2의 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 가변 계수 a(n)의 값을 구하고, 이를 이용하여 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)를 설계할 수 있다. 이하, 가변 계수 a(n)의 값을 구하는 방법에 대해 살펴본다.

도 2에서 신호 w0가 첫 번째 주파수 워핑 필터에 입력으로 들어갔을 때 첫 번째 워핑 필터를 통과하여 출력되는 신호를 w1이라 하고, w1이 다시 두 번째 주파수 워핑 필터에 입력으로 들어갔을 때 두 번째 워핑 필터에서 나오는 신호를 w2라 하고, wm-1이 M(M은 자연수)번째 주파수 워핑 필터에 입력으로 들어갔을 때 M번째 주파수 워핑 필터에서 나오는 M번째 출력 신호를 wm이라 하자. 이 때, 주파수 워핑 필터에 들어가는 입력 신호 w0부터 주파수 워핑 필터를 M번 통과하여 생성된 신호 wm까지를, 즉, w0, w1,…, wm을 시간 순서대로 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)에 입력 신호 x(n)으로 넣고, w0부터 wm이 입력 신호 x(n)으로 들어갔을 때 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 피드 포워드 부분(100)에서 시간 순서대로 출력되는 피드 포워드 신호들을 z(n)이라 하고, 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 피드 백 부분(120)에서 시간 순서대로 출력되는 출력 신호들을 y(n)으로 구한다. 이 때, steepest descent 기반의 알고리즘을 사용하면 a(n)은 아래의 [수학식 2]와 같이 구할 수 있다.

여기서 n은 시간을 의미하고, ρ는 하울링을 제거할 때의 적응 노치 필터의 대역 폭을 결정하는 파라미터를 의미한다.

파라미터 a(n)으로부터, 하울링이 발생하는 중심 주파수는 아래 수학식 3을 이용하여 구할 수 있다.

도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100) 설계자나 설계 장치는 수학식 2를 통해 구해진 가변 계수 a(n)을 도 1의 구조를 갖는 필터에 적용함으로써 도 1과 같은 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)를 구현할 수 있다.

a(n)은 도 2의 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 생성된 신호, 즉, 주파수 워핑된 신호를 이용하여 생성된 계수이므로, 가변 계수 a(n)이 적용된 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)는 주파수 워핑된 신호를 처리할 수 있는 구조가 된다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 구해진 가변 계수로 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)를 설계함으로써, 저주파에서는 좁은 대역 폭으로 적응 노치 필터링을 고주파에서는 넓은 대역 폭으로 적응 노치 필터링을 수행하는 필터를 구현할 수 있게 된다.

도 3은 도 2의 주파수 워핑 필터(200)의 주파수 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3의 그래프에서 가로 축과 세로 축은 모두 주파수를 나타내고 radian 단위로 표시된다. 도 3의 그래프는 입력 주파수(linear frequency)를 주파수 워핑 필터(200)에 넣었을 때 생성되는 왜곡된 주파수(warped frequency)를 나타낸다.

도 3의 그래프를 참조하면, 주파수 응답을 워핑시키기 위한 조절 파라미터 λ 값에 따라 주파수 해상도가 왜곡되는 정도가 다르다는 것을 알 수 있다. 즉, λ 값이 양수이면서 증가하면, 즉, λ 값이 1에 가까워질수록 저주파의 왜곡이 커지고, λ 값이 음수이면서 감소하면, 즉, λ 값이 -1에 가까워질수록 고주파의 왜곡이 커짐을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서 λ는 양의 실수를 갖는 것이 바람직하다. λ가 양의 실수 값을 갖는 경우, 저주파의 왜곡이 커지게 되며, 이는 저주파의 해상도가 커진다는 것을 의미한다. 저주파의 해상도가 커진다는 것은 곧 저주파 신호가 고주파 신호보다 더 늘어나는 것을 의미한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하울링 제거 장치(400)를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하울링 제거 장치(400)는 입력부(410), ADC(420), 하울링 주파수 범위 설정부(430), 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440), 하울링 판정부(450), 합산부(460), DAC(470) 및 출력부(480)를 포함한다.

입력부(410)는 하울링을 제거하려는 신호를 입력 받고 이를 ADC(420)로 보낸다. ADC(Analog to Digital Converter)(420)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 신호를 하울링 주파수 범위 설정부(430)로 보낸다.

하울링 주파수 범위 설정부(430)는 하울링을 제거하려는 신호에서 소정 주파수 대역의 신호만을 추출한다.

일반적으로 하울링은 100Hz 이하와 8kHz 이상의 대역에서는 거의 발생하지 않는다. 따라서 하울링을 추정하기 전에, 하울링이 발생하지 않는 주파수 대역, 즉, 100Hz이하의 신호와 8KHz 이상의 신호를 먼저 차단하는 것이 효율적이다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에서 하울링 주파수 범위 설정부(430)는 하울링이 발생할 수 있는 주파수 대역의 신호, 즉, 100Hz~8KHz 대역의 신호만을 추출한다. 하울링이 발생할 수 있는 주파수 대역을 제1 주파수 대역이라고 할 때, 하울링 주파수 범위 설정부(430)는 제1 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 BPF(Band Pass Filter)로 구현될 수 있다.

하울링 주파수 범위 설정부(430)는 추출한 제1 주파수 대역의 신호를 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)와 하울링 판정부(450)로 보낸다.

가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 제1 주파수 대역의 신호에서 하울링을 추정하고 동시에 추정된 하울링 주파수에서의 하울링을 제거한다. 본 발명의 실시 예에서 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거한다. 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 제1 주파수 대역의 신호에서 하울링 주파수가 작을수록 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하고, 하울링 주파수가 클수록 넓은 대역 폭으로 하울링을 제거한다.

이를 위해 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 제1 주파수 대역의 신호에 대해 주파수 워핑을 수행할 수 있다. 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)가 도 2의 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 제1 주파수 대역의 신호에 대해 주파수 워핑을 수행할 경우, 제1 주파수 대역의 신호는 주파수에 따라 해상도가 왜곡되게 된다. 이 때 λ값이 1보다 작거나 같은 양의 실수인 경우, 저주파 신호는 늘어나게 되고 고주파 신호는 줄어들게 된다.

가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 주파수 해상도가 왜곡된 신호에서 하울링 주파수를 추정하여 추정된 하울링을 동일한 대역 폭으로 제거할 수 있다. 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 하울링을 제거한 후 원래의 주파수 해상도를 갖도록 신호를 다시 역 왜곡시킬 수 있다. 저주파가 늘어난 상태에서 저주파와 고주파에서 동일한 대역 폭으로 하울링을 제거했으므로, 신호의 주파수 해상도가 원래대로 변환되면 상대적으로 저주파에서 하울링이 제거된 대역 폭이 고주파에서 하울링이 제거된 대역 작보다 작아지게 된다.

가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)로 구현될 수 있다. 이 경우, 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 도 1과 같이 피드 포워드 신호를 생성하는 피드 포워드 부분(110)과 출력 신호를 생성하는 피드 백 부분(120)을 포함할 수 있다.

가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)와 같이 2차 IIR 필터로 구현될 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 N차 IIR 필터로 구현될 수도 있다. 이 경우, 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 N개의 주파수 워핑 필터, 제1 주파수 대역의 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호와, 제1 주파수 대역의 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N+1개의 곱셈기, 및 곱셈기가 적용된 신호들을 더하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 포워드 부분과, N개의 주파수 워핑 필터, 출력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N개의 곱셈기, 및 곱셈기가 적용된 신호들 피드 포워드 부분에서 생성된 피드 포워드 신호를 더하여 출력 신호를 생성하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 백 부분을 포함할 수 있다.

가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)가 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)로 구현된 경우, 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)의 계수 a(n)은 도 2의 주파수 워핑 필터(200)를 이용하여 구해질 수 있다.

가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)는 제1 주파수 대역의 신호 및 제1 주파수 대역의 신호에서 하울링이 제거된 신호를 모두 저장하고 있다가, 하울링 판정부(450)의 제어에 따라, 하울링이 제거된 신호를 합산부(460)로 보내거나 또는 하울링이 제거되기 전의 신호, 즉, 제1 주파수 대역의 신호를 합산부(460)로 보낸다.

하울링 판정부(450)는 하울링 주파수 범위 설정부(430)로부터 제1 주파수 대역의 신호를 입력 받는다. 또한 하울링 판정부(450)는 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)로부터 하울링이 제거된 신호를 입력 받는다. 하울링 판정부(450)는 하울링 주파수 범위 설정부(430)로부터 받은 제1 주파수 대역의 신호와 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)로부터 받은 하울링이 제거된 신호의 에너지를 비교한다.

제1 주파수 대역의 신호에 하울링이 포함되어 있는 경우, 하울링이 포함된 제1 주파수 대역의 신호는 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)에서 하울링이 제거되므로 신호의 에너지가 제1 주파수 대역의 신호보다 작아지게 된다.

하울링 주파수 범위 설정부(430)로부터 받은 제1 주파수 대역의 신호와 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)로부터 받은 하울링이 제거된 신호의 에너지 차가 임계 값을 넘는 경우, 하울링 판정부(450)는 하울링이 발생했다고 판단하고 하울링이 제거된 신호가 합산부(460)로 들어가도록 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)를 제어한다.

하울링 주파수 범위 설정부(430)로부터 받은 제1 주파수 대역의 신호와 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)로부터 받은 하울링이 제거된 신호의 에너지 차가 임계 값을 넘지 않는 경우, 하울링 판정부(450)는 하울링이 발생하지 않았다고 판단하고 하울링이 제거되기 전의 신호, 즉, 제1 주파수 대역의 신호가 합산부(460)로 들어가도록 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)를 제어한다.

합산부(460)는 하울링 주파수 범위 설정부(430)에 의해 필터링되지 않은 신호, 즉, 제1 주파수 대역에 포함되지 않은 신호를 가변 대역 폭 적응 노치 필터부(440)의 출력 신호와 더한다.

DAC(Digital to Analog Converter, 470)는 합산부(460)에 의해 생성된 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 출력부(480)는 스피커 등을 통해 아날로그 신호를 출력한다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하면, 하울링 제거 장치(400)는 하울링을 제거하려는 신호에서 제1 주파수 대역의 신호만을 먼저 추출하고, 추출된 제1 주파수 대역의 신호에서 하울링을 제거함으로써 신호 처리의 효율성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 하울링 제거 장치는 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링이 제거되도록 함으로써 음성 신호가 왜곡되지 않으면서 높은 최대 안정 이득을 얻을 수 있다.

도 5는 도 4의 하울링 주파수 범위 설정부(430)의 일 실시 예를 도시한다. 언급한 바와 같이 하울링 주파수 범위 설정부(430)는 하울링이 발생할 수 있는 제1 주파수 대역의 신호만을 필터링함으로써 하울링이 발생하지 않는 고주파 및 저주파 대역의 신호들을 제거한다.

하울링 주파수 범위 설정부(430)의 일 실시 예로, 도 5에서는 2차의 대역 통과 필터(Band Pass Filter) 형태의 IIR 필터를 도시하였다. 도 5의 2차의 IIR 필터는 피드 포워드 부분(510)과 피드 백 부분(520)을 포함하는 제Ⅱ 직접형 구조(direct form Ⅱ)의 IIR 필터 구조를 갖는다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하울링 주파수 범위 설정부(402)는 제Ⅰ 직접형 구조(direct form Ⅰ)의 IIR 필터로 구현될 수도 있고 다른 차수의 필터로 구현될 수도 있음은 물론이다.

도 5의 필터의 피드 포워드 부분(510)에는 두 개의 지연 소자, 세 개의 곱셈기 및 두 개의 합산기가 포함되고, 피드 백 부분(520)에는 두 개의 지연 소자, 두 개의 곱셈기 및 두 개의 합산기가 포함된다. 도 5의 2차 IIR 필터에 포함된 지연 소자의 계수 p1, p2, p3, q1, q2는 모두 상수로, 제1 주파수 대역의 신호만을 추출하도록 설계된다. 한 실시 예로, 제1 주파수 대역이 100Hz와 8KHz라고 할 때, 지연 소자의 계수 p1, p2, p3, q1, q2는 100Hz와 8KHz의 저역, 고역 차단 주파수를 갖도록 설계될 수 있다.

피드 포워드 부분(510)은 ADC(420)에서 받은 신호를 입력 신호로 하여 입력 신호로부터 필터의 탭수만큼 하나씩 지연시킨 것을 원소로 하는 입력 벡터를 구성하여 p1, p2, p3을 원소로 하는 벡터와 내적을 취하여 피드 포워드 신호를 생성한다. 또한 피드 백 부분(520)은 대역 통과 필터를 통과한 출력 신호로부터 필터의 탭수만큼 하나씩 지연시킨 것을 원소로 하는 출력 벡터를 구성하여 1, -q1, -q2을 원소로 하는 벡터와 내적을 취하여 피드 백 신호를 생성한다. 피드 백 부분(520)은 피드 포워드 신호와 피드 백 신호를 더하여 대역 통과 필터의 출력 신호를 구한다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하면, 하울링 주파수 범위 설정부(430)는 2차의 IIR 필터로 구현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하울링 제거 방법을 도시한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 하울링 제거 장치(400)는 하울링을 제거하려는 신호에서 제1 주파수 대역의 신호를 필터링한다(단계 610). 일반적으로 하울링은 8kHz 이상의 대역과 100Hz 이하의 대역에서는 거의 발생하지 않으므로, 제1 주파수 대역은 하울링이 발생할 수 있는 주파수 대역, 즉, 100Hz~8KHz 대역이 될 수 있다.

하울링 제거 장치(400)는 제1 주파수 대역의 신호에 대해서 하울링을 제거한다(단계 620).

하울링 제거 장치(400)는 제1 주파수 대역 외의 신호, 즉, 하울링을 제거하려는 신호 중 8kHz 이상의 대역과 100Hz 이하의 대역을 갖는 신호를 하울링이 제거된 신호와 더한다(단계 630).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하면, 하울링이 발생하는 주파수 대역의 신호만을 먼저 추출하여 하울링을 제거함으로써, 신호 처리의 효율성을 높일 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 다른 하울링 제거 방법을 도시한 순서도이다. 도 7을 참조하면, 하울링 제거 장치(400)는 입력 신호의 주파수 해상도를 왜곡시킨다(단계 710). 하울링 제거 장치(400)는 입력 신호의 주파수 해상도를 조절하여 저주파 신호는 늘어나고 고주파 신호는 줄어들도록 입력 신호를 왜곡시킬 수 있다. 하울링 제거 장치(400)는 왜곡된 신호에서 동일한 대역 폭으로 하울링을 추정하여 제거한다(단계 720).

하울링 제거 장치(400)는 하울링이 제거된 신호의 주파수 해상도를 역 왜곡시켜 원래의 입력 신호의 주파수 해상도와 같아지도록 한다(단계 730). 입력 신호가 왜곡된 상태에서 동일한 대역 폭으로 하울링을 제거했으므로, 신호가 왜곡되지 않은 원래 신호에서는 저주파에서의 하울링 제거 폭이 고주파에서의 하울링 제거 폭보다 상대적으로 더 좁아지게 된다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하면, 하울링 주파수에 따라 하울링을 제거하는 대역 폭이 달라지도록 하여 하울링을 제거할 수 있다.

도 8은 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)에 의해 하울링이 제거된 신호를 도시한 스펙트로그램(Spectrogram)이다. 도 8의 스펙트로그램(801, 803, 805)은 가로가 시간 축이고 세로가 주파수 축으로, 시간 축과 주파수 축의 변화에 따른 에너지의 진폭 차이를 농도로 나타낸다.

도 8의 최 상단에 있는 스펙트로그램(801)은 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)로 들어가는 입력 신호를 도시한다. 입력 신호는 500Hz~1.5KHz 사이의 주파수 대역을 갖는 제1 신호와 3.5KHz에서 4.5KHz 사이의 주파수 대역을 갖는 제2 신호를 포함한다.

도 8의 가운데에 도시된 스펙트로그램(803)은 일반적인 방법으로 입력 신호에서 하울링을 제거했을 때 출력되는 신호를 도시한다. 스펙트로그램(803)에 도시된 제1 신호와 제2 신호에는 각각 가운데에 검은 선이 도시되어 있으며 이는 제1 신호와 제2 신호에서 검은 선이 도시된 주파수 대역의 신호가 제거된 것을 의미한다. 제1 신호와 제2 신호에 포함된 검은 선의 두께는 동일함을 알 수 있다. 이는 제1 신호와 제2 신호에서 동일한 주파수 대역 폭만큼 하울링이 제거된 것을 의미한다.

도 8의 최하단에 도시된 스펙트로그램(805)은 도 1의 가변 대역 폭 적응 노치 필터(100)를 이용하여 입력 신호에서 하울링을 제거했을 때 출력되는 신호를 도시한다. 도 8의 최하단의 스펙트로그램(805)을 참조하면 제1 신호와 제2 신호에 포함된 검은 선의 두께가 다르며 제1 신호의 검은 선 두께가 제2 신호의 검은 선 두께보다 얇다는 것을 알 수 있다. 이는 제1 신호에서 제거된 신호의 주파수 대역 폭이 제2 신호에서 제거된 신호의 주파수 대역 폭보다 작다는 것을 의미한다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 하울링 주파수에 따라 하울링을 제거하는 주파수 대역 폭의 크기를 변화시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 하울링 제거 방법 및 장치는 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 기록 재생 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 … 가변 대역 폭 적응 노치 필터
200 … 주파수 워핑 필터
400 … 하울링 제거 장치
430 … 하울링 주파수 범위 설정부
440 … 가변 대역 폭 적응 노치 필터부
450 … 하울링 판정부

Claims

입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제1 항에 있어서, 상기 하울링을 제거하는 단계는 상기 입력 신호에서 상기 하울링 주파수가 작을수록 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제1 항에 있어서, 상기 하울링을 제거하는 단계는
상기 입력 신호를 이용하여 피드 포워드 신호를 생성하는 단계;
상기 출력 신호를 이용하여 피드 백 신호를 생성하는 단계; 및
상기 피드 포워드 신호 및 상기 피드 백 신호를 더하여 상기 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 피드 포워드 신호를 생성하는 단계는 상기 입력 신호에 한 번부터 N번까지(N은 2 이상의 자연수) 주파수 워핑 필터를 적용하는 단계;
상기 입력 신호 및 상기 한 번부터 N번까지 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 제1 계수부터 제N+1 계수를 곱하는 단계; 및
상기 계수가 곱해진 신호들을 모두 더하여 상기 피드 포워드 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
상기 피드 백 신호를 생성하는 단계는 상기 출력 신호에 한 번부터 N번까지 주파수 워핑 필터를 적용하는 단계;
상기 한 번부터 N번까지 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 제 1'계수부터 제N' 계수를 곱하는 단계; 및
상기 계수가 곱해진 신호들을 더하여 상기 피드 백 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제3 항에 있어서, 상기 주파수 워핑 필터의 전달 함수 D(z)는 다음의 수학식에 의해 구해지고,

상기 λ는 주파수 응답을 워핑시키기 위한 조절 파라미터이고, 1보다 작거나 같은 양의 실수인 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제4 항에 있어서, 상기 N이 2인 경우, 상기 제1 계수부터 상기 제N+1 계수를 곱하는 단계는 상기 입력 신호 및 상기 한 번부터 N번까지 상기 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 1, -a(n), 1을 곱하는 단계를 포함하고,
상기 제 1'계수부터 상기 제N' 계수를 곱하는 단계는 상기 한 번부터 N번까지 상기 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 각각 a(n)ρ, ρ²을 곱하는 단계를 포함하고,
상기 a(n)은 하울링 주파수를 결정하는 파라미터이고, 상기 ρ는 1보다 작거나 같은 양의 실수로 하울링 제거 대역 폭을 결정하는 파라미터인 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제5 항에 있어서, w0와 상기 w0에 한번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 w1부터 M(M은 2 이상의 자연수)번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 wm까지를 상기 입력 신호로 생성하는 단계; 및
상기 입력 신호를 x(n)이라고 하고, 상기 피드 포워드 신호를 z(n)이라고 하고, 상기 출력 신호를 y(n)이라고 할 때, 아래의 수학식을 이용하여 상기 a(n)을 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제1 항에 있어서, 상기 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계 이전에, 하울링을 제거하려는 신호에서 제1 주파수 대역에 있는 신호를 필터링하여 상기 입력 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제7 항에 있어서, 상기 하울링을 제거하려는 신호에서 상기 제1 주파수 대역에 있는 신호를 제외한 신호를 상기 출력 신호에 더하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제1 항에 있어서, 상기 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계는 상기 입력 신호에 대해 주파수 워핑을 수행하는 단계;
상기 주파수 워핑된 신호의 하울링 주파수에서 일정한 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계; 및
상기 하울링이 제거된 신호에 대해 주파수 디워핑을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
제9 항에 있어서, 상기 일정한 대역 폭으로 하울링을 제거하는 단계는 상기 주파수 워핑된 신호에서 하울링 주파수를 추정하는 단계;
상기 추정된 하울링 주파수에서의 하울링을 일정한 대역 폭으로 제거하는 단계;
상기 추정된 하울링 주파수에서의 하울링이 제거되기 전의 신호와 상기 하울링이 제거된 신호의 에너지 차를 구하는 단계; 및
상기 에너지 차가 임계 값을 넘는 경우, 상기 하울링이 제거된 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법.
입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터.
제11 항에 있어서, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터는 상기 입력 신호에서 상기 하울링 주파수가 작을수록 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하는 것을 특징으로 하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터.
제1 항에 있어서, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터는
N개의 주파수 워핑 필터, 상기 입력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호와 상기 입력 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N+1개의 곱셈기, 및 상기 곱셈기가 적용된 신호들을 더하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 포워드 부분; 및
N개의 주파수 워핑 필터, 상기 출력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N개의 곱셈기, 및 상기 곱셈기가 적용된 신호들 및 상기 피드 포워드 부분에서 생성된 신호를 더하여 출력 신호를 생성하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 백 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터.
제13 항에 있어서, 상기 주파수 워핑 필터의 전달 함수 D(z)는 다음의 수학식에 의해 구해지고,

상기 λ는 주파수 응답을 워핑시키기 위한 조절 파라미터이고, 1보다 작거나 같은 양의 실수인 것을 특징으로 하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터.
제14 항에 있어서, 상기 N이 2인 경우,
상기 피드 포워드 부분에 포함된 세 개의 곱셈기는 각각 상기 입력 신호에 1의 계수를 적용하고, 상기 입력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 -a(n)의 계수를 적용하고, 상기 입력 신호에 두 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 1의 계수를 적용하고,
상기 피드 백 부분에 포함된 두 개의 곱셈기는 상기 출력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 a(n)ρ의 계수를 적용하고, 상기 출력 신호에 두 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 ρ²의 계수를 적용하고,
여기서, 상기 a(n)은 하울링 주파수를 결정하는 파라미터이고, ρ는 1보다 작거나 같은 양의 실수로 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 대역 폭을 결정하는 파라미터인 것을 특징으로 하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터.
제15 항에 있어서, w0 및 상기 w0에 한번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 w1부터 M(M은 2 이상의 자연수)번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 wm까지를 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터에 시간 순서대로 x(n)으로 입력했을 때의 상기 피드 포워드 부분의 출력 신호를 z(n), 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 출력 신호를 y(n)이라고 할 때, 상기 a(n)은 아래의 수학식에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터.
입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 가변 대역 폭 적응 노치 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제17 항에 있어서, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터부는 상기 입력 신호에서 상기 하울링 주파수가 작을수록 좁은 대역 폭으로 하울링을 제거하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제17 항에 있어서, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터부는
N개의 주파수 워핑 필터, 상기 입력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호와 상기 입력 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N+1개의 곱셈기, 및 상기 곱셈기가 적용된 신호들을 더하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 포워드 부분; 및
N개의 주파수 워핑 필터, 상기 출력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호부터 N번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호까지의 N개의 신호에 각각 가변 계수를 적용하는 N개의 곱셈기, 및 상기 곱셈기가 적용된 신호들 및 상기 피드 포워드 부분에서 생성된 신호를 더하여 출력 신호를 생성하는 N개의 합산기를 포함하는 피드 백 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제19 항에 있어서, 상기 주파수 워핑 필터의 전달 함수 D(z)는 다음의 수학식에 의해 구해지고,

상기 λ는 주파수 응답을 워핑시키기 위한 조절 파라미터이고, 1보다 작거나 같은 양의 실수인 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제20 항에 있어서, 상기 N이 2인 경우,
상기 피드 포워드 부분에 포함된 세 개의 곱셈기는 각각 상기 입력 신호에 1의 계수를 적용하고, 상기 입력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 -a(n)의 계수를 적용하고, 상기 입력 신호에 두 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 1의 계수를 적용하고,
상기 피드 백 부분에 포함된 두 개의 곱셈기는 상기 출력 신호에 한 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 a(n)ρ의 계수를 적용하고, 상기 출력 신호에 두 번 주파수 워핑 필터가 적용된 신호에 ρ²의 계수를 적용하고,
여기서, 상기 a(n)은 하울링 주파수를 결정하는 파라미터이고, ρ는 1보다 작거나 같은 양의 실수로 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 대역 폭을 결정하는 파라미터인 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제21 항에 있어서, w0 및 상기 w0에 한번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 w1부터 M(M은 2 이상의 자연수)번 주파수 워핑 필터를 적용한 신호 wm까지를 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터에 시간 순서대로 x(n)으로 입력했을 때의 상기 피드 포워드 부분의 출력 신호를 z(n), 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터의 출력 신호를 y(n)이라고 할 때, 상기 a(n)은 아래의 수학식에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제17 항에 있어서, 하울링을 제거하려는 신호에서 제1 주파수 대역에 있는 신호를 필터링하여 상기 입력 신호를 생성하는 하울링 주파수 범위 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제23 항에 있어서, 상기 하울링을 제거하려는 신호에서 상기 제1 주파수 대역에 있는 신호를 제외한 신호를 상기 출력 신호에 더하는 합산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제17 항에 있어서, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터는 상기 입력 신호에 대해 주파수 워핑을 수행하고, 상기 주파수 워핑된 신호의 하울링 주파수에서 일정한 대역 폭으로 하울링을 제거하고, 상기 하울링이 제거된 신호에 대해 주파수 디워핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
제21 항에 있어서, 하울링이 발생했는지를 판단하는 하울링 판정부를 더 포함하고,
상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터부는 하울링 주파수를 추정하고, 상기 추정된 하울링 주파수에서의 하울링을 일정한 대역 폭으로 제거하고,
상기 하울링 판정부는 상기 추정된 하울링 주파수에서의 하울링이 제거되기 전의 신호와 상기 하울링이 제거된 신호의 에너지 차를 구하고, 상기 에너지 차가 임계 값을 넘는 경우, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 제어하여 하울링이 제거된 신호가 출력되도록 하고, 상기 에너지 차가 임계 값을 넘지 않는 경우, 상기 가변 대역 폭 적응 노치 필터를 제어하여 상기 하울링이 제거되기 전의 신호가 출력되도록 하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 장치.
입력 신호에서 하울링 주파수에 따라 다른 대역 폭으로 하울링을 제거하여 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하울링 제거 방법을 실행하기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체.