KR20120063421A - 적응형 필터를 이용한 어커스틱 에코 제거 장치 및 그 방법 - Google Patents

적응형 필터를 이용한 어커스틱 에코 제거 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

입력되는 원화자 신호를 복수개의 적응형 필터를 토대로 필터링 하여 유사 에코 신호를 생성하며, 상기 적응형 필터들은 필터 계수를 토대로 필터링을 수행하는 어커스틱 제어 장치는, 입력되는 근화자 신호에서 상기 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 생성한다. 그리고 에러 신호를 토대로 필터 계수의 수렴 상태를 판단하고, 필터 계수가 수렴 상태인 것으로 판단되면 적어도 하나의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하여, 해당 필터 계수들에 대한 새로운 값을 산출하는 동작이 수행되지 않도록 한다.

Description

어커스틱 에코 제거 장치 및 그 방법{method and apparatus for cancelling acoustic echo}
본 발명은 어커스틱 에코 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 어커스틱 신호 전달시 발생되는 에코를 제거하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
어커스틱 에코란 단말기의 스피커로부터 출력된 음성 신호가 다양한 경로를 통해 마이크로폰으로 입력되어 원화자에게 전달되는 것을 의미하며, 이러한 어커스틱 에코는 통화시에 혼란을 야기시키므로 이를 제거하기 위한 방법들이 사용되고 있다.
어커스틱 에코를 제거하는 방법은 시간 도메인과 주파수 도메인을 이용한 다양한 방법들이 있으며, 이들 방법들은 에코를 일정 수준 이하로 떨어뜨리기 위한, 수렴 시간, 긴 에코 경로 처리 능력, 동시 통화 감지 시간, 또는 계산량 등에 관련된 기준을 만족시키기 위해 개선되어 왔다. 이러한 방법들 중에서 중 서브 블록 주파수 도메인(Partitioned Block Frequency Domain: PBFD) 최소 평균 자승(Least Mean Square: LMS) 방법을 이용한 어커스틱 에코 제거 방법은 다른 알고리즘과 비교하여 상대적으로 빠른 수렴 시간을 갖고, 긴 에코 경로에 대해서도 강한 성능을 갖는다. 하지만, 긴 경로의 신호를 서브 블록으로 나누어 처리하기 때문에, 그 계산량이 많아 단말기 상에서 실시간으로 처리하는데 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보다 저전력으로 빠른 처리 속도를 가지는 어커스틱 에코 제거 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 방법은, 어커스틱 에코를 제거하는 방법이며, 근화자 신호에서 원화자 신호로부터 생성된 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 획득하는 단계; 상기 에러 신호를 토대로 저전력 모드의 설정 여부를 판단하는 단계; 및 저전력 모드가 설정되는 경우, 어커스틱 에코를 제거하기 위한 적응형 필터알고리즘에 사용되는 적어도 하나의 필터 계수를 이전에 사용된 계수 값으로 설정하는 단계를 포함한다.
상기 설정 여부를 판단하는 단계는, 현재 획득한 에러 신호의 값과 이전에 획득한 적어도 하나의 에러 신호의 값의 차이값을 토대로 에러값의 변동 추이를 나타내는 추세값들을 획득하는 단계; 상기 추세값을 비교하여 에러값이 감소하고 있는 추세인지 증가하고 있는 추세인지를 판단하는 단계; 에러값이 감소하고 있는 추세로 판단되는 경우, 현재 에러 신호의 값을 설정된 적어도 하나의 임계값과 비교하는 단계; 현재 에러 신호의 값이 상기 임계값보다 작은 경우에 상기 저전력 모드를 설정하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
상기 이전에 사용된 계수 값으로 설정하는 단계는, 현재 에러 신호의 값이 제1 임계값보다 작은 경우에 제1 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계; 상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 크고 제2 임계값보다 작은 경우에 제2 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계; 및 상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제2 임계값보다 크고 제3 임계값보다 작은 경우에 제3 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계를 포함하며, 제1 개수 > 제2 개수 > 제3 개수의 관계가 성립된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 어커스틱 에코 제거 방법은, 입력되는 원화자 신호를 복수개의 적응형 필터를 토대로 필터링 하여 유사 에코 신호를 생성하며, 상기 적응형 필터들은 필터 계수를 토대로 필터링을 수행하는 어커스틱 에코 제거 방법에서, 입력되는 근화자 신호에서 상기 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 생성하고, 상기 에러 신호를 토대로 상기 필터 계수의 수렴 상태를 판단하는 단계; 상기 필터 계수가 수렴 상태인 것으로 판단되면, 적어도 하나의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계; 및 상기 필터 계수가 수렴 상태가 아닌 것으로 판단되면 상기 적응형 필터의 필터 계수의 값을 산출하고 산출된 값으로 해당 필터 계수를 갱신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 어커스틱 에코 제거 장치는, 원격의 장치로부터 발생되어 입력되는 원화자 신호를 샘플링하여 N (N=양의 정수)개의 샘플링 신호를 출력하는 신호 샘플링부; 상기 신호 샘플링부에서 출력되는 N개의 샘플링 신호 각각에 대응하여 필터 계수에 따라 샘플링 신호를 처리하여 출력하는 M(M=양의 정수) 개의 필터 모듈, 상기 M개의 필터 모듈로부터 출력되는 신호들을 합하여 유사 에코 신호를 생성하는 가산 모듈을 포함하는, 적응형 필터부; 입력되는 근화자 신호에서 상기 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 생성하는 에러 신호 생성부; 및 상기 에러 신호를 토대로 필터 계수의 수렴 상태를 판단하고, 필터 계수가 수렴 상태인 것으로 판단되면 상기 적응형 필터부의 필터 모듈이 사용하는 적어도 하나의 필터 계수를 이전에 사용한 값으로 설정하는 필터 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 적응형 필터 알고리즘을 사용하여 어커스틱 에코를 제거하는 경우, 필터 계수가 수렴한 것으로 판단되는 경우에는 설정 개수의 필터 계수들의 값을 이전 값으로 유지시킴으로써, 필터 계수 갱신에 소요되는 과정이 생략되어 전체적으로 에코 신호 제거 처리에 대한 속도가 향상될 수 있으며, 그 결과 처리 과정에 소모되는 전력 또한 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 제거 장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 장치에서 에러 신호를 생성하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 FFT 연산기의 구조를 나타낸 예시도이다
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 제거 방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 장치 및 그 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 장치의 구조도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 장치에서 에러 신호를 생성하는 과정을 나타낸 예시도이다.
첨부한 도 1과 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 장치(1)는, 신호 샘플링부(10), 적응형 필터부(20), 에러 신호 생성부(30), 그리고 필터 제어부(40)를 포함한다.
신호 샘플링부(10)는 원격의 장치로부터 발생되어 입력되는 신호(이하, 원화자 신호(remote speaker signal)이라고 명명함)를 샘플링하여 출력하며, 도 2에서와 같이 입력되는 원화자 신호(x(n))를 샘플링하여 N개의 샘플링 신호를 출력한다.
적응형 필터부(20)는 신호 샘플링부(10)에서 출력되는 샘플링된 원화자 신호를 처리하여 유사 에코 신호를 생성한다. 구체적으로 적응형 필터부(20)는 N개의 샘플링 신호 각각에 대응하여 필터 계수에 따라 샘플링 신호를 처리하여 출력하는 M개의 필터 모듈(211, 212, …, 21M), M개의 필터 모듈로부터 출력되는 신호들을 합하여 유사 에코 신호(yfM(n)) 을 생성하는 가산 모듈(23)을 포함한다. 이러한 적응형 필터부(20)는 전체 N × M 개의 신호에 대한 어커스틱 에코 즉, 유사 에코 신호를 생성한다.
에러 신호 생성부(30)는 도 2에서와 같이, 근화자 신호(d(n))에서 유사 에코 신호를 감산하여 에코 신호 즉, 에러 신호를 생성한다.
필터 제어부(40)는 적응형 필터부(20)의 필터 계수를 갱신하며, 특히 본 발명의 실시 예에서 필터 제어부(40)는 에러 신호 생성부(30)에서 생성되어 입력되는 현재의 에러 신호와 이전에 생성되었던 과거의 에러 신호를 토대로 필터 계수의 갱신 여부를 판단한다. 이를 위하여, 필터 제어부(40)는 현재 에러 신호와 과거 에러 신호들을 토대로 에러 신호의 변동 추이를 판단하는 에러 신호 변동 추적 모듈(41), 에러 신호의 변동 추이를 토대로 적응형 필터 계수의 수렴 상태를 판단하는 수렴 판단 모듈(42), 적응형 필터 계수를 산출하는 계수 산출 모듈(44) 그리고 수렴 상태 판단 결과에 따라 계수 산출 모듈(44)을 선택적으로 동작시키는 제어 모듈(43)을 포함한다. 이외에도 적응형 필터부의 필터 계수를 저장하는 계수 저장 모듈(45)을 더 포함한다. 계수 저장 모듈(45)에는 필터 계수별로 계수 산출 모듈(44)에 의하여 산출된 값이 새로이 저장되거나 제어 모듈(43)에 의하여 설정되는 값(예를 들어, 이전에 산출된 값)이 저장될 수 있다. 필터 제어부(40)의 구체적인 동작에 대해서는 이후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
필터 모듈(211, 212, …, 21M)은 적응형 필터 알고리즘에 따라 샘플링된 신호들을 처리하여, 이를 위하여 FFT 연산기를 포함한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 FFT 연산기의 구조를 나타낸 예시도이다. 도 3에 예시된 FFT는 radix-2 FFT이며, 버터플라이 구조로 이루어진다. 일반적으로 이러한 radix-2 FFT에서는 4번의 실수 곱셈과 2번의 실수 덧셈을 포함하는 복소수 곱셈이 수행된다.
이러한 버터플라이 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 FFT 연산기(OP)는 도 3에서와 같이, 곱셈기(OP1)와, 가산기(OP2) 그리고 감산기(OP3)를 포함한다.
곱셈기(OP1)는 입력되는 신호 B와 필터 계수 W를 곱셈하여 출력하며, 가산기(OP2)는 입력되는 신호 A와 곱셈기(OP1)로부터의 출력을 가산한다. 그리고 감산기(OP3)는 입력되는 신호 A에서 곱셈기(OP1)의 출력으로부터 입력되는 신호를 감산하여 출력한다. 따라서 가산기(OP2)로부터 출력되는 신호는 A+B×W이며, 감산기(OP3)로부터 출력되는 신호는 A-B×W 이다. 여기서 필터 계수 W는 트위들 팩터(twiddle factor) 이러한 구조의 FFT 연산기(OP)의 동작은 공지된 기술임으로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시 예에서는 서브 블록 주파수 도메인(Partitioned Block Frequency Domain: PBFD) 최소 평균 자승(Least Mean Square: LMS) 방법(이하, PBFD-LMS 방법이라고 명명함)을 사용하여 어커스틱 에코를 제거하는 것을 토대로 한다. PBFD-LMS 방법은 기존의 시간 도메인 최소 평균 자승(Time Domain Least Mean Square: TD-LMS) 방법에 비하여, 예를 들어 +30dB ERLE(Error Return Loss Enhancement)에 도달하는 데까지 1/6의 시간이 소모되며, N×M개의 샘플에 대한 어커스틱 에코를 추적하기 때문에, 긴 에코 경로의 신호에 대해서도 뛰어난 성능을 가진다. 본 발명의 실시 예에서는 PBFD-LMS 방법을 사용하면서 보다 빠른 처리 속도 및 저전력으로 어커스틱 에코를 제거하기 위하여, 적응형 필터를 위한 필터 계수를 선택적으로 갱신한다.
본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 장치는 임베디드 시스템에 탑재된 형태로 구현될 수 있으며, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다.
다음에는 위에 기술된 바와 같은 장치를 토대로 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 어커스틱 에코 제거 방법의 흐름도이다.
원격의 장치로부터 발생된 원화자 신호 x(n)는 어커스틱 에코 제거 장치(1)로 입력되어 샘플링된 다음에 적응형 필터부(20)에 의하여 처리되며, 적응형 필터부(20)는 샘플링된 원화자 신호를 설정된 적응형 필터 계수(이하, 필터 계수라고 명명함)를 토대로 처리하여 유사 에코 신호를 생성한다. 필터 계수를 사용하는 적응형 알고리즘, 특히 PBFD-LMS 알고리즘을 토대로 샘플링된 원화자 신호를 처리하는 방법은 공지된 기술임으로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
적응형 필터부(20)를 통하여 생성된 유사 에코 신호는 에러 신호 생성부(30)로 입력되며, 에러 신호 생성부(30)는 입력되는 근화자 신호에서 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 출력한다(S100, S110).
필터 제어부(40)의 에러 신호 변동 추적 모듈(41)은 이전에 획득하였던 복수의 이전 에러 신호와, 에러 신호 생성부(30)에 의하여 처리되어 현재 입력되는 에러 신호(이하, 현재 에러 신호라고 명명함)를 토대로 에러 신호의 변동 추이를 판단한다(S120). 즉, L개의 이전 에러 신호와 입력되는 현재 에러 신호를 토대로 변동 추이를 판단한다. 단순히 현재 에러 신호의 값에서 이전 에러 신호의 값을 감산하면 순간적인 에러 신호의 변동만을 알 수 있으므로, 본 발명의 실시 예에서는 L개의 이전 에러 신호들에 대한 차이값들을 산출하고, 차이값들을 토대로 에러 신호의 변동 추이를 나타내는 추세값을 산출한다. 그리고 산출된 추세값을 토대로 에러 신호의 변동 추이를 판단하며, 특히 추세값들 사이의 변동을 체크하여 에러 신호의 변동 추이를 판단한다.
현재 에러 신호를 E(L) 이라 하고, L개의 이전 신호들을 E(L-1), E(L-2), …, E(L-(L-1)), E(L-L)이라고 하자. 그리고 차이값은 하나의 에러 신호와 바로 이전 에러 신호의 차이값의 절대값으로, E'(L)=｜E(L)｜-｜E(L-1)｜, E'(L-1)=｜E(L-1)｜-｜E(L-2)｜와 같이 나타낼 수 있다. 이와 같이 산출되는 차이값들에 대해서, 하나의 차이값과 이전 차이값의 차이를 구하여 그것을 추세값으로 사용한다. 즉, 추세 값 E"(L)=E'(L)-E'(L-1)로 정의할 수 있다. 이를 토대로 복수의 차이값들에 대한 복수의 추세값들 {E"(L)=E'(L)-E'(L-1), E"(L-1)=E'(L-1)-E'(L-2), …, E"(L-L) = E'(L-L) -E'(L-(L-1)}이 획득된다.
이와 같이 획득되는 추세값들에 대하여 각각 이전 추세값과의 비교 동작을 수행하여 에러 신호의 감소 또는 증가 추세 여부를 판단한다(S130).
하나의 추세값 E"(L)과 이것의 이전 추세값 E"(L-1)를 비교하며, 비교 결과 E"(L)이 E"(L-1)와 동일하면 현재 에러 신호의 값이 감소하고 있는 것으로 판단한다. 특히 동일한 추세로 에러 신호의 에러 값이 감소하고 있는 상태로 판단한다.
반면, 하나의 추세값이 이전 추세값보다 작다면 즉, E"(L) < E"(L-1)이라면, 에러 신호의 값이 감소하고 있는 추세이고 감소 추세가 둔화되고 있는 상태로 판단한다. 본 발명의 실시 예에서는 이와 같이 에러 신호의 값이 감소하고 있는 추세이지만, 그 감소 추세가 둔화되고 있는 상태로 판단되면 현재 에러 신호의 값을 설정된 임계값들과 비교하여 필터 계수의 수렴 상태를 판단한다.
한편, E"(L) > E"(L-1)인 경우에는 에러 신호의 값이 증가되고 있는 추세인 것으로 판단하고, 본 발명의 실시 예에 따른 에러 신호 감소 추세가 둔화되고 있는 상태가 될 때까지 위에 기술된 바와 같이 에러 신호의 값들의 변동 추이를 추적한다.
에러 신호 감소 추세가 둔화되고 있는 것으로 판단되면, 즉, 현재 추세 값이 이전 추세 값과 비교하여 작거나 같을 때, 현재 에러 신호의 에러 값을 설정된 임계값들과 비교하는데, 본 발명의 실시 예에서는 3개의 임계값들 T0, T1, T2와 에러값을 각각 비교한다(S140). 설명의 편의상 T0를 제1 임계값, T1을 제2 임계값, 그리고 T2를 제3 임계값이라고 명명하며, 임계값들 사이에는 T0 < T1 < T2 의 관계가 성립되는 것으로 가정한다.
본 발명의 실시 예에서는 현재 신호의 에러값이 모든 임계값들보다 작은 경우에 필터 계수의 값이 이미 수렴한 상태인 것으로 판단하며, 수렴 상태에서 어커스틱 에코 제거 장치(1)는 이하에 기술된 바와 같이 일부 필터 계수들에 대한 연산을 수행하지 않는 저전력 모드로 동작한다. 적응형 필터 계수의 값이 이미 수렴한 상태라면, 그 값의 변화는 크지 않게 되고, 음성 신호의 많은 에너지가 모여 있는 저주파 대역의 신호의 변화보다 고주파 대역의 신호는 상대적으로 변화가 더 작다 할 수 있다. 따라서, 이 수렴 상태를 근거로 설정 대역 이상의 고주파 대역의 신호에 대한 필터 계수 연산을 바이패스 한다.
특히, 본 발명의 실시 예에서는 필터 계수의 값이 수렴한 상태를 에러값과 임계값들 사이의 관계에 따라 제1 내지 제3 상태로 구분하고 각 수렴 상태별로 연산을 바이패스 하는 필터 계수들의 수를 다르게 설정한다.
필터 제어부(40)의 제어 모듈(43)은 필터 계수가 수렴한 상태에서, 현재 에러 신호의 에러 값이 제1 임계값 (T0)보다 작은 제1 상태(L0)인 경우(S150), 적응형 필터부(20)에서 고주파 대역의 신호를 처리하기 위한 N 개의 필터 계수를 이전 값으로 유지한다(S160). 그리고 제어 모듈(43)은 계수 산출 모듈(44)이 N개의 필터 계수에 대하여 새로운 값을 산출하는 업데이트 로직을 수행하지 않도록 제어함으로써, 고주파수 대역의 신호에 대한 필터 계수를 산출하는 연산이 수행되지 않도록 한다(S170).
한편, 현재 에러 신호의 에러 값이 제1 임계값 (T0)보다는 크지만 제2 임계값(T1)보다 작은 제2 상태(L1)의 경우(S180), 적응형 필터부(20)에서 고주파 대역의 신호를 처리하기 위한 N-m개의 필터 계수를 이전 값으로 유지한다(S190). 그리고 제어 모듈(43)은 계수 산출 모듈(44)이 N-m개의 필터 계수에 대하여 새로운 값을 산출하는 업데이트 로직을 수행하지 않도록 제어함으로써 고주파수 대역의 신호에 대한 필터 계수를 산출하는 연산이 수행되지 않도록 한다(S200).
현재 에러 신호의 에러 값이 제2 임계값(T1)보다 크지만 제3 임계값(T2)보다 작은 제3 상태(L2)의 경우(S210), 적응형 필터부(20)에서 고주파 대역의 신호를 처리하기 위한 N-2m개의 필터 계수를 이전 값으로 유지한다(S220). 그리고 제어 모듈(43)은 계수 산출 모듈(44)이 N-2m개의 필터 계수에 대하여 새로운 값을 산출하는 업데이트 로직을 수행하지 않도록 제어함으로써 고주파수 대역의 신호에 대한 필터 계수를 산출하는 연산이 수행되지 않도록 한다(S230).
이와 같이 현재 에러 신호의 에러 값이 제1 임계값보다 작은 제1 상태(L0)의 경우에는 필터 계수의 값의 변화가 제일 크지 않고 고주파 대역의 신호는 상대적으로 변화가 더 작은 상태인 것으로 판단하여, 다른 상태(L1, L2)보다 많은 수의 필터 계수들에 대한 연산을 바이패스하고 해당 필터 계수들에 대하여 이전 값들을 그대로 사용한다. 제2 상태(L1)에서 연산이 바이패스되는 필터 계수들의 수는 제3 상태(L2)에서 연산이 바이패스되는 필터 계수들의 수보다 많다.
필터 제어부(40)의 제어 모듈(43)은 적응형 필터부(20)를 제어하기 위한 계수들이 저장되는 적응형 필터 메모리 즉, 계수 저장 모듈(45)에 현재 적응형 필터 처리시 사용되어야 하는 소정 개수의 고주파 대역의 신호 처리를 위한 필터 계수의 값들을 이전에 산출되었던 값들로 저장하여, 소정 개수의 필터 계수들이 이전값을 유지하도록 할 수 있다(S240).
이러한 과정을 통하여 필터 계수가 수렴한 것으로 판단되는 경우에는 고주파 대역의 신호에 대한 설정 개수의 필터 계수들의 값을 이전 값으로 유지시킬 수 있으며, 그 결과 설정 개수만큼의 고주파수 대역에 대한 필터 계수들에 대한 연산이 수행되지 않음으로써, 상기 연산 수행에 대한 처리 과정이 생략되어 전체적으로 에코 신호 제거 처리에 대한 속도가 향상될 수 있으며, 그 결과 처리 과정에 소모되는 전력 또한 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 적응형 필터부(20)에서 사용되는 필터 계수 W는 다음과 같은 식에 따라 구해질 수 있다.
Figure pat00001
여기서 Wold는 이전 필터 계수의 값을 나타내고, X는 원화자 신호이며, 특히FFT(fast furie transform)된 원화자 신호를 나타낸다. E는 에러 신호이며, 특히 FFT 된 에러 신호를 나타낸다. μ는 적응형 필터부의 스텝 사이즈 계수를 나타낸다. 여기서 W, X, E는 주파수 도메인의 메트릭스(matrix) 값으로 샘플 카운트(sample count) × 블록 카운트(block count)의 크기 즉, N×M의 크기를 갖는다. 따라서, 본 발명의 실시 예와 같이 제1 상태에서 N개의 필터 계수에 대해서 이전 값을 사용하게 되면, 수학식 1에 따라 필터 계수를 산출하기 위한 덧셈 연산이 N×(block count) 횟수, 곱셈 연산이 {N×(block count)}2 횟수만큼 수행되지 않음으로써, 필터 계수 산출에 소요되는 동작 시간을 절약할 수 있다. 또한 위의 횟수들만큼 덧셈 연산 및 곱셈 연산을 수행하기 위한 덧셈기와 곱셈기의 동작이 수행되지 않으므로 전력 소모도 감소시킬 수 있다.
한편, 위에 기술된 바와 같이 에러값의 변동 추이가 감소 추세이고 현재 에러 신호의 에러값을 토대로 필터 계수가 수렴한 상태인 것으로 판단되어 필터 계수들에 대한 연산이 바이패스되는 저전력 모드에서, 계속하여 에러 신호의 값의 변동 추이를 위에 기술된 바와 같이 관찰하여 에러 신호의 값이 증가하고 있는 추세로 판단되거나(예를 들어, 현재 추세값이 이전 추세값보다 큰 경우), 감소 추세인 경우에도 현재 에러 신호의 값이 임계값들보다 큰 경우에는 저전력 모드에서 다시 정상 동작 모드로 복구하여, 에코 신호 제거를 위한 적응형 필터부(20)의 필터 계수들을 새로 산출하고 산출된 값을 사용하는 갱신을 수행한다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 어커스틱 에코를 제거하는 방법에서,
    근화자 신호에서 원화자 신호로부터 생성된 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 획득하는 단계;
    상기 에러 신호를 토대로 저전력 모드의 설정 여부를 판단하는 단계; 및
    저전력 모드가 설정되는 경우, 어커스틱 에코를 제거하기 위한 적응형 필터알고리즘에 사용되는 적어도 하나의 필터 계수를 이전에 사용된 계수 값으로 설정하는 단계
    를 포함하는 어커스틱 에코 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서
    상기 설정 여부를 판단하는 단계는 에러 신호의 값들을 토대로 하는 에러값의 변동 추이와 현재 에러 신호의 값을 토대로 저전력 모드의 설정 여부를 판단하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서
    상기 설정 여부를 판단하는 단계는
    현재 획득한 에러 신호의 값과 이전에 획득한 적어도 하나의 에러 신호의 값의 차이값을 토대로 에러값의 변동 추이를 나타내는 추세값들을 획득하는 단계;
    상기 추세값을 비교하여 에러값이 감소하고 있는 추세인지 증가하고 있는 추세인지를 판단하는 단계;
    에러값이 감소하고 있는 추세로 판단되는 경우, 현재 에러 신호의 값을 설정된 적어도 하나의 임계값과 비교하는 단계;
    현재 에러 신호의 값이 상기 임계값보다 작은 경우에 상기 저전력 모드를 설정하는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  4. 제3항에 있어서
    상기 추세값을 획득하는 단계는, 하나의 차이값과 이전 차이값의 차이를 추세값으로 사용하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  5. 제4항에 있어서
    현재 에러 신호를 E(L) 이라 하고, L개의 이전 에러 신호들(E(L-1), E(L-2),…, E(0))을 사용하는 경우, 상기 하나의 차이값 E'(L) 및 이전 차이값 E'(L-1)은 다음의 조건을 만족하고, 추세값 E"(L)은 다음의 조건을 만족하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
    E'(L)= |E(L)| -|E(L-1)|
    E'(L-1) = |E(L-1)| - |E(L-2)|
    E"(L) = E'(L) -E'(L-1)
  6. 제5항에 있어서
    상기 추세인지를 판단하는 단계는,
    하나의 추세값 E"(L)과, 이것의 이전 추세값 E"(L-1) = E'(L-1)-E'(L-2)을 비교하고, 비교 결과 E"(L)이 E"(L-1)보다 작거나 같은 경우 에러값이 감소하고 있는 추세로 판단하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  7. 제3항에 있어서
    상기 임계값과 비교하는 단계는 현재 에러 신호의 값을 제1 내지 제3 임계값들과 비교하고,
    상기 저전력 모드를 설정하는 것으로 판단하는 단계는 상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제1 내지 제3 임계값들보다 작은 경우에 상기 저전력 모드를 설정하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  8. 제7항에 있어서
    제1 임계값 < 제2 임계값 < 제3 임계값의 관계가 성립되는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  9. 제8항에 있어서
    상기 이전에 사용된 계수 값으로 설정하는 단계는,
    상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우에 제1 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계;
    상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 크고 상기 제2 임계값보다 작은 경우에 제2 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계; 및
    상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제2 임계값보다 크고 상기 제3 임계값보다 작은 경우에 제3 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계
    를 포함하고,
    제1 개수 > 제2 개수 > 제3 개수의 관계가 성립되는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  10. 제1항에 있어서
    상기 이전에 사용된 계수 값으로 설정하는 단계는,
    설정 대역 이상의 고주파 대역의 신호에 대한 필터 계수를 이전에 사용된 계수값으로 설정하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  11. 입력되는 원화자 신호를 복수개의 적응형 필터를 토대로 필터링하여 유사 에코 신호를 생성하며, 상기 적응형 필터들은 필터 계수를 토대로 필터링을 수행하는 어커스틱 에코 제거 방법에서,
    입력되는 근화자 신호에서 상기 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 생성하고, 상기 에러 신호를 토대로 상기 필터 계수의 수렴 상태를 판단하는 단계;
    상기 필터 계수가 수렴 상태인 것으로 판단되면, 적어도 하나의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계; 및
    상기 필터 계수가 수렴 상태가 아닌 것으로 판단되면 상기 적응형 필터의 필터 계수의 값을 산출하고 산출된 값으로 해당 필터 계수를 갱신하는 단계
    를 포함하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수렴 상태를 판단하는 단계는,
    현재 획득한 에러 신호의 값과 이전에 획득한 적어도 하나의 에러 신호의 값의 차이값을 토대로 에러값이 감소하는 추세로 판단되고, 현재 에러 신호의 값이 설정된 임계값보다 작은 경우에 상기 필터 계수가 수렴 상태인 것으로 판단하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수렴 상태를 판단하는 단계는, 상기 현재 에러 신호의 값과 제1 내지 제3 임계값들과 비교하고, 상기 현재 에러 신호의 값이 제1 내지 제3 임계값들보다 작은 경우에 필터 계수가 수렴 상태인 것으로 판단하고,
    상기 이전에 사용된 계수 값으로 설정하는 단계는,
    상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 작은 경우에 제1 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계;
    상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제1 임계값보다 크고 상기 제2 임계값보다 작은 경우에 제2 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계; 및
    상기 현재 에러 신호의 값이 상기 제2 임계값보다 크고 상기 제3 임계값보다 작은 경우에 제3 개수의 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계
    를 포함하고, 제1 개수 > 제2 개수 > 제3 개수의 관계가 성립되는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 이전에 사용된 값으로 설정하는 단계는
    설정 대역 이상의 고주파 대역의 신호에 대한 필터 계수를 이전에 사용된 계수값으로 설정하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 적응형 필터는 서브 블록 주파수 도메인(Partitioned Block Frequency Domain: PBFD) 최소 평균 자승(Least Mean Square: LMS) 방법을 사용하는, 어커스틱 에코 제거 방법.
  16. 원격의 장치로부터 발생되어 입력되는 원화자 신호를 샘플링하여 N (N=양의 정수)개의 샘플링 신호를 출력하는 신호 샘플링부;
    상기 신호 샘플링부에서 출력되는 N개의 샘플링 신호 각각에 대응하여 필터 계수에 따라 샘플링 신호를 처리하여 출력하는 M(M=양의 정수) 개의 필터 모듈, 상기 M개의 필터 모듈로부터 출력되는 신호들을 합하여 유사 에코 신호를 생성하는 가산 모듈을 포함하는, 적응형 필터부;
    입력되는 근화자 신호에서 상기 유사 에코 신호를 감산하여 에러 신호를 생성하는 에러 신호 생성부; 및
    상기 에러 신호를 토대로 필터 계수의 수렴 상태를 판단하고, 필터 계수가 수렴 상태인 것으로 판단되면 상기 적응형 필터부의 필터 모듈이 사용하는 적어도 하나의 필터 계수를 이전에 사용한 값으로 설정하는 필터 제어부
    를 포함하는, 어커스틱 에코 제거 장치.
  17. 제16항에 있어서
    상기 필터 제어부는
    적응형 필터부의 필터 계수를 산출하는 계수 산출 모듈;
    적응형 필터부의 필터 계수별로 그 값이 저장되어 있는 계수 저장 모듈;
    현재 에러 신호와 과거 에러 신호들을 토대로 에러 신호의 변동 추이를 판단하는 에러 신호 변동 추적 모듈;
    상기 변동 추이를 판단한 결과 에러 신호가 감소하고 있는 추세인 경우, 현재 에러 신호의 값과 설정된 임계값을 비교하여 적응형 필터 계수의 수렴 상태를 판단하는 수렴 판단 모듈; 및
    상기 필터 계수가 수렴 상태인 경우 상기 적응형 필터부의 상기 적응형 필터부의 필터 모듈이 사용하는 적어도 하나의 제1 필터 계수를 이전에 사용한 값으로 설정하고, 상기 계수 산출 모듈을 동작시켜 상기 제1 필터 계수를 제외한 나머지 필터 계수를 산출하도록 하는, 제어 모듈
    을 포함하는, 어커스틱 에코 제거 장치.
  18. 제16항에 있어서
    상기 제1 필터 계수는 설정 대역 이상의 고주파 대역의 신호에 대한 필터 계수인, 어커스틱 에코 제거 장치.
  19. 제16항에 있어서
    상기 제어 모듈은
    상기 현재 에러 신호의 값이 제1 임계값보다 작은 경우에 제1 개수의 제1 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하고,
    상기 현재 에러 신호의 값이 제1 임계값보다 크고 제2 임계값보다 작은 경우에 제2 개수의 제1 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하며,
    상기 현재 에러 신호의 값이 제2 임계값보다 크고 제3 임계값보다 작은 경우에 제3 개수의 제1 필터 계수를 이전에 사용된 값으로 설정하는, 어커스틱 에코 제거 장치.
  20. 제16항에 있어서
    상기 필터 모듈은 서브 블록 주파수 도메인(Partitioned Block Frequency Domain: PBFD) 최소 평균 자승(Least Mean Square: LMS) 방법을 토대로 필터링을 수행하는, 어커스틱 에코 제거 장치.
KR1020110064854A 2010-12-07 2011-06-30 적응형 필터를 이용한 어커스틱 에코 제거 장치 및 그 방법 KR20120063421A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210091962A (ko) * 2020-01-15 2021-07-23 (주) 번영 아날로그 필터부와 연동한 능동소음제어방법
KR20220001747A (ko) * 2020-06-30 2022-01-06 (주) 번영 아날로그 신호합성부 및 전압분배부를 이용한 능동소음제어시스템

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