KR20150056277A - 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 집음한 내부 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 변환부, 상기 디지털 신호에서 외부 신호 성분을 분리하는 신호 분리부, 분리된 외부 신호 성분의 음량을 조절하는 음량조절부, 내부 신호로부터 에코를 제거하는 에코 제거부를 포함하여 구성되며, 핸즈프리 시스템의 마이크로 감지한 차량 내부 음성 신호에 스피커가 재생한 차량 외부 음성 신호가 혼입하는 경우 차량 외부 음성 신호를 분리하고 음량을 자동으로 조절함으로써, 통화음으로부터 에코 및 음성의 왜곡을 제거하고 통화 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ELIMINATING ECHO FOR A HANDS FREE SYSTEM}
본 발명은 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핸즈프리 시스템의 마이크로 감지한 차량 내부 음성 신호에 스피커가 재생한 차량 외부 음성 신호가 혼입하는 경우 차량 외부 음성 신호를 분리할 수 있는, 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 핸즈 프리 환경에서 음성 통신에서 발생하는 에코를 제거하는 에코 제거기는 적응적 필터를 이용하여 에코 추정 데이터를 생성하고, 음향 결합 채널을 모델링함으로써 에코를 제거한다. 이때 에코 제거기는 후 에코 제거기 업링크 데이터를 생성하기 위해 마이크에 의해 수신되는 전 에코 제거기 업링크 데이터로부터 에코 추정 데이터를 차감하며, 후 에코 제거기 업링크 데이터는 유한 임펄스 응답 필터의 가중치 계수를 적응적으로 업데이트하는데 이용될 수 있다.
이러한 에코 제거기를 사용하는 핸즈 프리 시스템이 최근 차량내 오디오 시스템에 통합되어 사용되고 있다.
특히 실내가 협소하고, 사용자가 사용하는 마이크와 상대방의 음성이 재생되는 스피커의 거리가 가깝다는 특징이 있는 차량용 핸즈 프리 시스템에서는 스피커 및 마이크로폰 사이의 음향 결합 현상이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
이러한 문제에 대처하기 위하여 상술한 바와 같이 적응적 필터를 사용하는 에코 제거기를 사용하여 차량용 핸즈 프리 시스템에서 에코를 제거하고 있다. 그러나 일반적인 적응적 필터를 사용하는 에코 제거기의 경우, 마이크를 통하여 수신한 차량 내부에서 발음한 내부 신호와 스피커가 재생하는 차량 외부로부터 수신한 외부 신호가 시간적으로 충분히 가까울 경우, 에코를 제거하기 어렵다는 문제가 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제1992-0022725호(1992.12.19 공개, 발명의 명칭 : 핸즈프리 전화기에 있어서 음향 에코 캔슬러)가 있다.
본 발명은, 핸즈프리 시스템의 마이크로 감지한 차량 내부 음성 신호에 스피커가 재생한 차량 외부 음성 신호가 혼입하는 경우 차량 외부 음성 신호를 분리함으로써, 통화음으로부터 에코 및 음성의 왜곡을 제거하고 통화 품질을 향상시킬 수 있는, 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치는 차량 내부의 음향을 집음하여 생성된 내부 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부, 상기 디지털 신호로부터 외부 신호 성분을 분리하는 신호 분리부 및 분리된 외부 신호 성분의 음량을 조절하는 음량조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 신호 분리부는 입력받은 디지털 신호를 스펙트럼 분석하여 에코 성분의 피크 레벨 및 내부 신호 성분과의 시간차를 감지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 신호 분리부는 상기 피크 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상이고 상기 시간차가 기설정된 기준 한계 미만인 경우 상기 에코 성분을 외부 신호 성분으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 기준 레벨은 150mV이고, 상기 기준 한계는 50ms인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 음량조절부는 상기 외부 신호 성분의 음량이 -60db 이하가 되도록 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법은, 차량 내부의 음향을 집음하여 생성된 내부 신호를 아날로그 디지털 변환부가 디지털 신호로 변환하는 단계, 신호 분리부가 스펙트럼 분석을 통하여 상기 디지털 신호로부터 에코 성분을 분리하는 단계 및 상기 에코 성분이 외부 신호 성분인 경우 음량조절부가 그 음량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법에서, 상기 신호분리부가, 상기 에코 성분을 분리하는 단계에서, 상기 에코 성분의 피크 레벨 및 내부 신호 성분과의 시간차를 감지하고, 상기 음량을 조절하는 단계에서, 상기 피크 레벨 및 내부 신호 성분에 근거하여 상기 에코 성분이 외부 신호 성분인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법에서, 상기 신호분리부는 상기 피크 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상이고 상기 시간차가 기설정된 기준 한계 미만인 경우 상기 에코 성분을 외부 신호 성분으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법에서, 상기 기준 레벨은 150mV이고, 상기 기준 한계는 50ms인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법에서, 상기 음량을 조절하는 단계에서, 상기 음량조절부는 상기 외부 신호 성분의 음량이 -60db 이하가 되도록 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 핸즈프리 시스템의 마이크로 감지한 차량 내부 음성 신호에 스피커가 재생한 차량 외부 음성 신호가 혼입하는 경우 차량 외부 음성 신호를 분리하고 음량을 자동으로 조절함으로써, 통화음으로부터 에코 및 음성의 왜곡을 제거하고 통화 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 성분 분리의 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법의 동작을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 수동 조작에 기반한 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치는 아날로그 디지털(Analog to Digital, AD) 변환부(200), 신호 분리부(300), 음량조절부(400)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 핸즈프리 시스템은 마이크부(100)가 집음한 사용자의 음성을 디지털로 변환하여 신호 처리를 거친 뒤, 무전 전화 등의 통신망을 통하여 통화 상대방에게 송신한다.
이 때, 에코 제거부(500)가 행하는 디지털 신호로 변환된 내부 신호 내의 에코의 제거가 상기 신호 처리에 포함될 수 있다. 에코 제거부(500)는 예컨대 적응적 필터를 사용하여 내부 신호로부터 에코를 제거할 수 있다.
또한 송신부(600)가 상기 신호 처리를 거친 사용자의 음성을 통화 상대방에게 송신할 수 있다.
또한 핸즈프리 시스템은 통화 상대방이 송신한 음성을 포함하는 외부 신호를 수신하여 스피커를 통하여 차량 내부의 사용자가 들을 수 있도록 재생한다.
이 때 수신한 외부 신호는 디지털 아날로그(Digital to Analog, DA) 변환부(700)에 의해 아날로그 신호로 변환된 뒤, 앰프부(800)를 통해 증폭되어 스피커로 재생될 수 있다.
아날로그 디지털 변환부(200)는 마이크부(100)가 차량 내부의 음성을 집음하여 생성한 내부 신호를 디지털 신호로 변환한다. 여기에서, 마이크부(100)는 차량 내부에서 사용자가 말하는 음성을 집음하여 내부 신호로서 출력할 수 있다.
신호 분리부(300)는 상기 디지털 신호로부터 외부 신호 성분을 분리한다.
이 때, 신호 분리부(300)는 입력받은 디지털 신호를 스펙트럼 분석하여 에코 성분의 피크 레벨 및 내부 신호 성분과의 시간차를 감지할 수 있다.
상술한 바와 같이 외부 신호가 스피커를 통하여 차량 내부에서 재생되므로, 재생된 외부 신호가 사용자의 음성과 함께 마이크부(100)를 통해 집음되어 내부 신호 내에 섞일 수 있다. 즉, 내부 신호로부터 생성된 디지털 신호에는 외부 신호에 대항하는 성분이 포함되어 있을 수 있다.
도 2를 참조하여 신호 분리부(300)의 신호 성분 분리를 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 입력받은 디지털 신호의 스펙트럼을 분석하면 디지털 신호 안의 주된 음향 성분인 내부 신호 성분과 그 외의 성분인 에코 성분을 식별할 수 있다.
또한 식별된 에코 성분과 피크 레벨을 감지할 수 있으며, 에코 성분이 내부 신호 성분보다 시간적으로 얼마나 뒤에 발생하는가를 나타내는 에코성분과 내부 신호 성분의 시간차를 감지할 수 있다.
신호 분리부(300)는 상기와 같이 감지한 에코 성분의 피크 레벨과 에코 성분 및 내부 신호 성분의 시간차에 근거하여 에코 성분이 외부 신호 성분인지 여부를 판단할 수 있다.
이 때, 신호 분리부(300)는 피크 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상이고 시간차가 기설정된 기준 한계 미만인 경우 상기 에코 성분을 외부 신호 성분으로 판단할 수 있다.
이 경우, 예컨대, 상기 기준 레벨은 150mV이고, 상기 기준 한계는 50ms일 수 있다.
예컨대, 상기 도 2에서 내부 신호 성분 이후 첫 번째로 도달한 에코 성분은 시간차가 50ms 미만이므로 외부 신호 성분으로 판단되며, 나머지 에코 성분은 외부 신호 성분으로 판단되지 않을 수 있다.
음량조절부(400)는, 상기 외부 신호 성분의 음량을 조절한다.
이 때, 음량조절부(400)는 상기 외부 신호 성분의 음량이 -60db이하가 되도록 감쇄시킬 수 있다.
예컨대, 실험 결과에 의하면, 감지한 피크 레벨이 107mV인 에코 성분을 재생하는 경우 음량이 -65db 일 수 있고, 피크 레벨이 158mV 인 경우에는 음량이 -55db일 수 있으며, 176mV 인 경우에는 -42db 일 수 있다.
이 때, 음량조절부(400)는 상기 에코 성분들 중 외부 신호 성분으로 판단된 에코 성분의 음량이 -60db 내지 -80db 이 되도록 감쇄시킬 수 있다. 이렇게 외부 신호 성분의 음량을 감쇄시킴으로써, 내부 신호를 통화 상대방에게 전송하는 경우 상대방측의 에코 발생 또는 음성의 왜곡을 방지할 수 있다.
또한, 음량조절부(400)는 디지털 신호 처리(Diginal Signal Processing, DSP)를 이용하여 내부 신호 성분의 음량을 감쇄시킬 수 있다. 예컨대, 음량의 감쇄에 사용할 수 있는 디지털 신호 처리에는 디지털 라디오 뉴 오디오(Digital Radio New Audio, Dirana) 디지털 신호 처리가 있다.
상술한 바와 같이 음량조절부(400)가 외부 신호 성분의 음량을 감쇄시킨 신호로부터 에코제거부(500)가 다시 내부 신호 성분과의 시간차 50ms 이상인 에코 성분을 제거한 뒤, 송신부(600)를 통하여 통화 상대방에게 송신함으로써 상대방과의 통화가 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법의 동작을 도시한 순서도이다.
도 3에 따라 본 실시예에 따른 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법을 설명한다.
먼저 차량 내부의 음성을 집음하여 생성된 내부 신호를 아날로그 디지털 변환부(200)가 디지털 신호로 변환한다(S110).
이 때, 아날로그 디지털 변환부(200)는 마이크부(100)가 차량 내부의 음성을 집음하여 생성한 내부 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있으며, 마이크부(100)는 차량 내부에서 사용자가 말하는 음성을 집음하여 내부 신호로서 출력할 수 있다.
이후, 신호분리부(300)가 스펙트럼 분석을 통하여 아날로그 디지털 변환부(200)로부터 입력받은 디지털 신호로부터 에코 성분을 분리한다(S120).
즉, 신호분리부(300)는 스펙트럼 분석을 통하여 입력받은 디지털 신호로부터 예컨대 상기 도 2에 나타난 바와 같은 에코 성분들을 그 피크 레벨 및 내부 신호 성분과의 시간차를 감지할 수 있도록 식별할 수 있다.
이후, 신호 분리부(300)는 에코 성분의 피크 레벨 및 내부 신호 성분과의 시간차를 감지한다(S130).
이어서, 신호 분리부(300)는 피크 레벨 및 내부 신호 성분에 근거하여 에코 성분이 외부 신호 성분인지 여부를 판단한다(S140).
이 때, 신호 분리부(300)는 피크 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상이고 시간차가 기설정된 기준 한계 미만인 경우 에코 성분을 외부 신호 성분으로 판단할 수 있다. 예컨대, 기준 레벨은 150mV이고, 기준 한계는 50ms일 수 있다.
예컨대, 상기 도 2에서 내부 신호 성분 이후 첫 번째로 도달한 에코 성분은 시간차가 50ms 미만이므로 외부 신호 성분으로 판단되며, 나머지 에코 성분은 외부 신호 성분으로 판단되지 않을 수 있다.
만일 상기 단계(S140)에서 에코 성분이 외부 신호 성분이라고 판단하였다면 음량조절부가 그 음량을 조절한다(S150).
이 때 상술한 바와 같이 음량조절부는 상기 외부 신호 성분의 음량이 -60db 이하가 되도록 감쇄시킬 수 있다.
예컨대, 음량조절부(400)는 상기 에코 성분들 중 외부 신호 성분으로 판단된 에코 성분의 음량이 -60db 내지 -80db 이 되도록 감쇄시킬 수 있다. 이렇게 외부 신호 성분의 음량을 감쇄시킴으로써, 내부 신호를 통화 상대방에게 전송하는 경우 상대방측의 에코 발생 또는 음성의 왜곡을 방지할 수 있다.
만일 상기 단계(S140)에서, 에코 성분이 외부 신호 성분이 아니라고 판단하였거나, 상기 단계(S150)에서 외부 신호 성분의 음량을 조절한 경우, 이어서 에코제거부(500)가 외부 신호 성분 이외의 에코 성분을 내부 신호로부터 제거(S160)할 수 있다.
이후, 송신부(600)가 신호 처리가 끝난 신호를 통화 상대방에게 송신하고(S170) 프로세스를 종료한다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 핸즈프리 시스템의 마이크로 감지한 차량 내부 음성 신호에 스피커가 재생한 차량 외부 음성 신호가 혼입하는 경우 차량 외부 음성 신호를 분리하고 음량을 자동으로 조절함으로써, 통화음으로부터 에코 및 음성의 왜곡을 제거하고 통화 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 마이크부
200 : 아날로그 디지털 변환부
300 : 신호분리부
400 : 음량조절부
500 : 에코제거부
600 : 송신부
700 : 디지털 아날로그 변환부
800 : 앰프부

Claims (10)

  1. 차량 내부의 음향을 집음하여 생성된 내부 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부;
    상기 디지털 신호로부터 외부 신호 성분을 분리하는 신호 분리부; 및
    분리된 외부 신호 성분의 음량을 조절하는 음량조절부를 포함하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 분리부는 입력받은 디지털 신호를 스펙트럼 분석하여 에코 성분의 피크 레벨 및 내부 신호 성분과의 시간차를 감지하는 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 신호 분리부는 상기 피크 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상이고 상기 시간차가 기설정된 기준 한계 미만인 경우 상기 에코 성분을 외부 신호 성분으로 판단하는 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기준 레벨은 150mV이고, 상기 기준 한계는 50ms인 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 음량조절부는 상기 외부 신호 성분의 음량이 -60db 이하가 되도록 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 장치.
  6. 차량 내부의 음향을 집음하여 생성된 내부 신호를 아날로그 디지털 변환부가 디지털 신호로 변환하는 단계;
    신호 분리부가 스펙트럼 분석을 통하여 상기 디지털 신호로부터 에코 성분을 분리하는 단계; 및
    상기 에코 성분이 외부 신호 성분인 경우 음량조절부가 그 음량을 조절하는 단계를 포함하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 신호분리부가, 상기 에코 성분을 분리하는 단계에서, 상기 에코 성분의 피크 레벨 및 내부 신호 성분과의 시간차를 감지하고, 상기 음량을 조절하는 단계에서, 상기 피크 레벨 및 내부 신호 성분에 근거하여 상기 에코 성분이 외부 신호 성분인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 신호분리부는 상기 피크 레벨이 기설정된 기준 레벨 이상이고 상기 시간차가 기설정된 기준 한계 미만인 경우 상기 에코 성분을 외부 신호 성분으로 판단하는 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기준 레벨은 150mV이고, 상기 기준 한계는 50ms인 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 음량을 조절하는 단계에서,
    상기 음량조절부는 상기 외부 신호 성분의 음량이 -60db 이하가 되도록 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 핸즈프리 시스템을 위한 에코 제거 방법.
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