KR20180073637A - 빔포밍 애플리케이션들을 위한 적응형 위상-왜곡없는 MRE(Magnitude Response Equalization) - Google Patents
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Abstract
시간 도메인 임펄스 응답 필터는 IFFT와 같은 도메인 변환들에 의해 도입되는 에러 및 아티팩트들을 회피하기 위해 시간 도메인에서 신호들을 등화시키는데 사용될 수 있다. 개시된 시간 도메인 임펄스 응답 필터는 개별 신호들의 매그니튜드 응답에 기초한다. 각각의 신호의 매그니튜드 응답들은 주파수 도메인에서 또는 다른 기술들, 예컨대, 자동-회귀 분석 및 수학적 신호 근사 알고리즘들, 예컨대, 
근사들로 계산될 수 있다. 그 후, 형 필터는 프로세싱된 신호들에 기초하여 계산된 필터를 사용하여 그의 원래의 시간 도메인 형태의 입력 센서 신호들을 등화시킬 수 있다.
Description
[0001]
본 개시는 다중-센서 시스템들에서의 매그니튜드 응답 등화(magnitude response equalization)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 부분들은 시간 도메인에서 적응형 필터링을 이용하여 다수의 마이크로폰 시스템들로부터의 신호들의 매그니튜드 응답 등화에 관한 것이다.
[0002]
다수의 마이크로폰들을 포함하는 시스템들은, 위상 시프트들 및 매그니튜드 차이들을 관찰하기 위해 적어도 2개의 마이크로폰들부터의 신호들이 비교되는 빔포밍 기술들(beam forming techniques)을 사용함으로써 지향성 사운드를 검출할 수 있다. 동일한 사운드들을 캡처하는 2개의 상이한 마이크로폰들로부터의 신호들의 프로세싱은 물리적 특성들 및 매그니튜드 응답들이 마이크로폰들 사이에서 변동될 수 있기 때문에 등화가 필요하다. 이러한 변동들은 사소한 제조 변동들로 인해 동일한 제조사(make) 및 모델의 마이크로폰들 사이에서도 존재할 수 있다. 변동들은 또한, 마이크로폰 부츠(microphone boots), 튜브 길이 차이들 및 다른 변동들과 같은 다수의 다른 요인들로 인해 야기될 수 있다. 빔포밍과 같은 애플리케이션들은 각각 마이크로폰에서 측정된 신호들의 차이가, 신호들이 측정된 방식의 차이가 아니라 환경적 및 공간적 차이들로만 기인한다고 가정하기 때문에, 마이크로폰들 사이의 변동들은 다수의 마이크로폰 시스템들로부터의 신호들의 프로세싱을 복잡하게 한다. 따라서, 다중-마이크로폰 시스템들에서의 신호 프로세싱은 신호 프로세싱 계산들의 정확도를 개선하기 위해 원시(raw) 신호들을 등화시키도록 시도한다.
[0003]
등화를 위한 하나의 종래의 기술은 시스템 생산 동안의 오프-라인 교정(off-line calibration)이다. 이 기술은 극도로 낮은 공차 에러들을 갖는 마이크로폰들의 제조를 요구하며, 이는 마이크로폰들의 비용 및 감도를 증가시킨다. 등화를 위한 다른 종래 기술은 자가-교정(self-calibration)이다. 이득 또는 매그니튜드 응답 기술들을 사용하는 온-라인 자가-교정은 전파 손실 및 위상 매칭을 계산하는 것을 포함한다. 주파수 응답 기술들을 사용하는 온-라인 자가-교정은 제어 자극의 위치를 알 것을 요구한다.
[0004]
매그니튜드 응답 기술을 사용하는 온-라인 자가- 교정은 일반적으로, 각각의 마이크로폰에 대한 시간 도메인 신호들(예를 들어, 2개의 별개의 마이크로폰들로부터의 2개의 신호들)을 주파수 도메인으로 변환하고, 그 후 주파수 범위에 걸쳐 제 1 및 제 2 신호들에 기초한 등화 비를 계산함으로써 동작한다. 그 후, 등화 비는 제 1 마이크로폰에 그것을 매칭시키기 위한 시도로 제 2 신호의 주파수 도메인에 적용된다. 조정된 제 2 신호는 그 후 시간 도메인으로 다시 변환되고, 빔포밍 계산들과 같은 추가의 프로세싱이 제 1 및 제 2 신호들과 관련하여 수행될 수 있다. 이 기술은 2개의 마이크로폰들에서의 변동들에 의해 도입되는 에러를 감소시키지만 등화 컴퓨테이션들에 부가적인 에러를 도입한다.
[0005]
모든 주파수들에 걸쳐 계산된 등화 비를 사용하여 제 2 신호의 주파수 도메인을 조작하고 그 후, 시간 도메인으로 다시 컨버팅하는 것은 계산들에 에러를 도입한다. 마이크로폰들의 매그니튜드 응답은 주파수들에 걸쳐 변동되어서, 계산된 등화 비는 단지 2개의 신호들의 매그니튜드 차이만 근사하고 상이한 주파수들에서 상이한 마이크로폰들의 변동된 매그니튜드 응답을 고려하지 않는다. 또한, 조정된 제 2 신호를 주파수 도메인으로부터 시간 도메인으로 다시 컨버팅할 때 I-FFT(Inverse Fast Fourier Transform)에 의해 생성된 신호는 본질적으로 I-FFT들의 수학적 제한들로 인해 에러를 도입한다. 이러한 종래 기술은 도 1에 예시되며, 여기서 x2[n]에 대한 주파수 도메인 신호는 블록(105)에서 주파수 도메인으로 컨버전 후 노드(101)로부터 취해지고 프로세싱 블록(103)에서 계산된 주파수 도메인 응답의 비를 사용하여 증폭기(102)에서 등화된다. x2[n]의 등화된 주파수 응답은 그 후 I-FFT 블록(104)에서 변환된다.
[0006]
여기에 언급된 단점들은 단지 대표적인 것이며, 특히 모바일 폰들과 같은 소비자-레벨 디바이스들에서 사용되는 다중 마이크로폰 시스템들에 대해 개선된 전기 컴포넌트들에 대한 요구가 존재한다는 것을 단순히 강조하기 위해 포함된다. 본원에서 설명된 실시예들은 소정의 단점들을 해결하지만 여기서 설명된 또는 당 업계에 알려진 각각의 그리고 모든 단점을 반드시 해결하는 것은 아니다.
[0007]
다수의 센서 시스템들의 매그니튜드 응답 등화는, 원하는 주파수 스펙트럼에 걸쳐 다수의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답을 등화시키기 위해 개별 신호의 매그니튜드 응답들에 기초하는 시간 도메인 임펄스 응답 필터를 사용함으로써 개선될 수 있다. 종래의 기술들은 주파수 도메인에서 신호들을 등화하며, 이는 등화된 신호가 주파수 도메인으로부터 시간 도메인으로 변환될 때 등화된 신호의 시간 도메인 표현으로 전파되는 에러들 및 아티팩트들을 생성한다. 본원에서 설명된 방법들 및 장치들은 시간 도메인에서 신호들을 등화시키는 시간 도메인 임펄스 응답 필터를 생성함으로써 종래의 주파수 도메인 등화 기술들에 의해 도입된 신호 에러를 감소시키거나 제거한다. 따라서, I-FFT와 같은 도메인 변환들에 의해 도입되는 에러 및 아티팩트들이 회피한다. 추가로, 신호 프로세싱은 입력 신호들 사이의 위상 차이들의 도입을 감소시키거나 방지하도록 제한된다.
[0008]
일부 실시예들에서, 시간 도메인 임펄스 응답 필터는 개별 신호들의 매그니튜드 응답들에 기초하며, 원하는 주파수 스펙트럼에 걸친 다수의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답들을 등화시키는데 사용된다. 각각의 신호의 매그니튜드 응답들은 주파수 도메인에서 또는 다른 기술들, 예컨대, 
근사들과 같은 자동-회귀 분석 및 수학적 신호 근사 알고리즘들로 계산될 수 있다. 제 2 마이크로폰을 제 1 마이크로폰과 등화시키기 위해 시간 도메인에서 시스템의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답에 기초한 시간 도메인 임펄스 응답 필터를 적용하는 것은 제 2 신호의 등화가 주파수 도메인에서 행해지는 종래 기술의 시스템들에서 도입된 에러를 회피한다.
[0009]
일 실시예에 따라, 방법은, 복수의 센서들에 커플링되는 프로세서에 의해, 복수의 센서들로부터 시간 도메인에서 적어도 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 수신하는 단계; 프로세서에 의해, 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 시간 도메인으로부터 주파수 도메인 입력 신호로 컨버팅(converting)하는 단계; 프로세서에 의해, 주파수 도메인 입력 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이(magnitude response difference)를 추정하는 단계; 프로세서에 의해, 매그니튜드 응답 차이를 시간 도메인 임펄스 응답으로 컨버팅하는 단계; 프로세서에 의해, 선형 위상 응답을 갖도록 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및/또는 프로세서에 의해, 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.
[0010]
소정의 실시예들에서, 필터링하는 단계는 복수의 센서들로부터 수신된 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답을 등화시키는 단계를 포함할 수 있고; 매그니튜드 응답 차이를 추정하는 단계는 적응형 필터에 대한 필터 계수들을 계산하는 단계를 포함하고; 제한하는 단계는 필터 계수들을 짝수 대칭 및 홀수 길이가 되도록 제한하는 단계를 포함하고, 필터링하는 단계는 계산되고 제한되는 필터 계수들을 갖는 적응형 필터를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
[0011]
일부 실시예들에서, 방법은 추가로, 수신된 입력 신호들의 적응형 등화를 제공하기 위해 수신하는 단계, 추정하는 단계, 컨버팅하는 단계, 제한하는 단계 및 필터링하는 단계를 반복하는 단계; 필터링에 의해 도입된 지연을 보상하기 위해 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 기초하여, 필터링되지 않은, 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 지연시키는 단계를 포함할 수 있고, 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 공간 인식을 위해 추가로 필터링될 수 있고; 그리고/또는 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 빔포밍(beamforming)을 위해 추가로 필터링될 수 있다.
[0012]
다른 실시예에 따라, 장치는, 제 1 입력 신호를 수신하도록 구성된 제 1 입력 노드; 제 2 입력 신호를 수신하도록 구성된 제 2 입력 노드; 및/또는 제 1 입력 노드에 커플링되고 제 2 입력 노드에 커플링되는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는, 시간 도메인에서 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 수신하는 단계; 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 시간 도메인으로부터 주파수 도메인 입력 신호로 컨버팅(converting)하는 단계; 주파수 도메인 입력 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이(magnitude response difference)를 추정하는 단계; 매그니튜드 응답 차이를 시간 도메인 임펄스 응답으로 컨버팅하는 단계; 선형 위상 응답을 갖도록 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및/또는 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함하는 소정의 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다.
[0013]
일부 실시예들에서, 제어기는, 복수의 센서들로부터 수신된 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답을 등화시킴으로써 필터링하는 단계를 수행할 수 있고; 그리고/또는 적응형 필터에 대한 필터 계수들을 계산함으로써 매그니튜드 응답 차이를 추정하는 단계를 포함할 수 있고, 제한하는 단계는 필터 계수들을 짝수 대칭 및 홀수 길이가 되도록 제한하는 단계를 포함하고, 필터링하는 단계는 계산되고 제한되는 필터 계수들을 갖는 적응형 필터를 적용하는 단계를 포함한다.
[0014]
소정의 실시예들에서, 제어기는 또한, 수신된 입력 신호들의 적응형 등화를 제공하기 위해 수신하는 단계, 추정하는 단계, 컨버팅하는 단계, 제한하는 단계 및 필터링하는 단계들을 반복하도록 구성되고; 그리고/또는 필터링에 의해 도입된 지연을 보상하기 위해 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 기초하여, 필터링되지 않은, 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 지연시키도록 구성될 수 있다.
[0015]
다른 실시예에 따라, 방법은, 복수의 센서들로부터의 프로세서에 의해, 시간 도메인에서 적어도 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 수신하는 단계; 프로세서에 의해, 선형 예측 분석을 사용함으로써 입력 신호들의 자동-회귀(auto-regressive; AR) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계; 프로세서에 의해, 2개의 입력 신호들 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 자동-회귀 이동 평균(auto-regressive moving average; ARMA) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계; 프로세서에 의해, 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 시간 도메인 임펄스 응답을 컴퓨팅하는 단계 ― 매그니튜드 응답 차이는 자동 회귀 모델 파라미터들 및 자동-회귀 이동 평균 모델 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여 
근사를 사용하여 계산됨 ― ; 및 프로세서에 의해, 선형 위상 응답을 갖도록 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및/또는 프로세서에 의해, 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.
[0016]
소정의 실시예들에서, 선형 예측 분석을 적용하는 단계는 선형 예측 계수들을 생성하는 단계를 포함할 수 있고; 그리고/또는 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호들은 오디오 정보를 포함할 수 있다.
[0017]
또 다른 실시예에서, 장치는, 제 1 오디오 신호를 수신하도록 구성된 제 1 입력 노드; 제 2 오디오 신호를 수신하도록 구성된 제 2 입력 노드; 및/또는 제 1 입력 노드에 커플링되고 제 2 입력 노드에 커플링되는 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는, 시간 도메인에서 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 수신하는 단계; 프로세서에 의해, 선형 예측 분석을 사용하여 입력 신호들의 자동-회귀(auto-regressive; AR) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계; 프로세서에 의해, 2개의 입력 신호들 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 자동-회귀 이동 평균(auto-regressive moving average; ARMA) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계; 프로세서에 의해, 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 시간 도메인 임펄스 응답을 컴퓨팅하는 단계 ― 매그니튜드 응답 차이는 자동 회귀 모델 파라미터들 및 자동-회귀 이동 평균 모델 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여 
근사를 사용하여 계산됨 ― ; 및 선형 위상 응답을 갖도록 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및/또는 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함하는 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다.
[0018]
소정의 실시예들에서, 제어기는 선형 예측 계수들을 생성함으로써 선형 예측 분석을 적용하도록 구성될 수 있고; 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호들은 오디오 정보를 포함할 수 있고; 그리고/또는 오디오 정보는 제 1 마이크로폰 및 제 2 마이크로폰으로부터 수신된 오디오 정보일 수 있다.
[0019]
전술한 것은, 후속하는 상세한 설명이 더 양호하게 이해될 수 있게 하기 위해, 본 발명의 실시예들의 소정의 특징들 및 기술적 이점들을 다소 광범위하게 약술하였다. 본 발명의 청구항들의 요지를 형성하는 부가적인 특성들 및 이점들이 아래에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정한 실시예가 동일하거나 유사한 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들을 수정 또는 설계하기 위한 토대로서 용이하게 이용될 수 있다는 것이 당업자들에 의해 인지되어야 한다. 또한, 그러한 등가의 구성들이 첨부된 청구항들에 기술된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것이 당업자들에 의해 인식되어야 한다. 부가적인 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 고려될 때 다음의 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 도면들의 각각이 단지 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되며, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 명백히 이해될 것이다.
[0020]
개시된 시스템 및 방법들의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 설명에 대한 참조가 이제 이루어진다.
[0021] 도 1은 종래 기술에 따라 주파수 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 시스템의 예시적인 블록도이다.
[0022] 도 2는 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 적응형 필터의 예시적인 블록도이며, 여기서 적응형 필터는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초한다.
[0023] 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 예시적인 단계들의 예시적인 흐름도이다.
[0024] 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라, 주파수 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 예시적인 단계들의 예시적인 흐름도이다.
[0025] 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라, 주파수 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 적응형 필터의 예시적인 블록도이다.
[0026] 도 6a는 본 개시의 일 실시예에 따라, 등화 없는 2개의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답을 예시하는 예시적인 그래프이다.
[0027] 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 매그니튜드 응답 등화 기술을 적용한 후에 2개의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답을 예시하는 예시적인 그래프이다.
[0028] 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라, 자동-회귀 모델링을 사용하여 시간 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 예시적인 단계들의 예시적인 흐름도이다.
[0029] 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라, 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 적응형 필터의 예시적인 블록도이며, 여기서 적응형 필터는 자동-회귀 모델링을 사용하여 시간 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초한다.
[0021] 도 1은 종래 기술에 따라 주파수 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 시스템의 예시적인 블록도이다.
[0022] 도 2는 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 적응형 필터의 예시적인 블록도이며, 여기서 적응형 필터는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초한다.
[0023] 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 예시적인 단계들의 예시적인 흐름도이다.
[0024] 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라, 주파수 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 예시적인 단계들의 예시적인 흐름도이다.
[0025] 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따라, 주파수 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 적응형 필터의 예시적인 블록도이다.
[0026] 도 6a는 본 개시의 일 실시예에 따라, 등화 없는 2개의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답을 예시하는 예시적인 그래프이다.
[0027] 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 매그니튜드 응답 등화 기술을 적용한 후에 2개의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답을 예시하는 예시적인 그래프이다.
[0028] 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라, 자동-회귀 모델링을 사용하여 시간 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초하는 적응형 필터로 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 예시적인 단계들의 예시적인 흐름도이다.
[0029] 도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라, 시간 도메인에서 제 1 신호에 대해 제 2 신호를 등화시키기 위한 적응형 필터의 예시적인 블록도이며, 여기서 적응형 필터는 자동-회귀 모델링을 사용하여 시간 도메인에서 계산되는 제 1 및 제 2 신호들의 매그니튜드 응답에 기초한다.
[0030]
본 개시의 실시예들로 해결될 수 있는, 다중 마이크로폰 시스템에서 상이한 마이크로폰들의 매그니튜드 응답의 불일치들 및 변동들의 예가 도 6a에 도시된다. 도 6a의 그래프는 라인들(602 및 604)에서 제어 신호에 대한 2개의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답을 예시한다. 예를 들어, 제조 동안 발생할 수 있는 마이크 미스매치들로 인해, 마이크로폰들은 각각의 주파수의 자극에 대해 상이하게 응답한다. 다른 마이크로폰의 응답에 대해 하나의 마이크로폰의 응답을 등화시키는 것은 사용자 음성과 같이 마이크로폰들에 의해 캡처되는 오디오의 프로세싱을 개선할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시간 도메인 임펄스 응답 필터가 신호들의 등화 동안 적용될 수 있다.
[0031]
이제 도 2를 참조하면, 2개의 마이크로폰들의 매그니튜드 응답을 등화시키기 위한 하나의 기술이 도시된다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 적응형 필터로 매그니튜드 응답 등화를 구현하기 위한 그러한 예시적인 시스템(200)을 도시한다. 제 1 및 제 2 마이크로폰으로부터의 시간 도메인 오디오 신호들과 같은 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])이 신호 프로세싱 시스템(200)의 입력 노드(211 및 212)에서 수신된다. 신호들(x1[n] 및 x2[n])은 각각의 시간 도메인 신호에 대한 매그니튜드 응답을 계산하는 프로세싱 블록(201 및 202)에 제공된다. 그 후, 계산된 매그니튜드 응답(
및 
)은 제한된 시간 도메인 임펄스 응답 필터(204)를 계산하도록 프로세싱 블록(203)에서 사용된다. 그 후, 제한된 시간 도메인 임펄스 응답 필터(h[n])는, 제 2 센서로부터의 제 2 신호(x2[n])에 대해 제 1 센서로부터의 제 1 신호(x1[n])를 등화시키도록 필터(204)에 의해 시간 도메인 입력 신호들 중 하나에 적용된다. 일 실시예에서, 지연 블록(205)은 필터(204)에 의해 도입된 지연을 보상하기 위해 프로세싱 블록(201)의 것과 같은 매그니튜드 응답 계산 후에 삽입될 수 있다.
[0032]
신호들(x1[n] 및 x2[n])이 디지털 MEMS(microelectromechanical systems) 마이크로폰으로부터 수신된 것들과 같은 마이크로폰 신호들인 것으로 소정의 실시예들에서 설명되었지만, 임의의 센서 신호들은 본원에서 설명된 시스템들 및 방법들로 프로세싱될 수 있다. 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])은 시간 도메인 표현의 디지털 신호들일 수 있다. 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])은 메모리, 버퍼들로부터 또는 센서들 또는 마이크로폰들에 커플링된 ADC(analog-to-digital converter)들로부터 직접 수신될 수 있다.
[0033]
도 2의 매그니튜드 응답 등화는, 제 1 신호에 대한 제 2 신호의 등화가 양자의(both) 마이크로폰들의 매그니튜드 응답에 기초하는 시간 도메인의 필터를 사용하여 수행되기 때문에, 매칭되지 않는 마이크로폰들의 더 양호한 매칭을 제공할 수 있다. 이러한 매칭은 제 2 마이크로폰의 등화가 통상적으로 주파수 도메인에서 수행되고 이어서 등화된 제 2 마이크로폰 신호가 주파수 도메인으로부터 시간 도메인으로 변환되는 종래 시스템들에서 도입되는 에러를 감소시킨다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 시간 도메인에서 매그니튜드 응답을 매칭시키기 위한 예시적인 신호 프로세싱 흐름이다. 시간 도메인 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])은 각각 입력 노드들로부터 블록들(301 및 302)에서 수신된다. 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 각각에 대한 매그니튜드 응답은 각각 블록들(303 및 304)에서 계산된다. 각각의 신호의 매그니튜드 응답은 시간 도메인 또는 주파수 도메인 또는 이 둘의 결합에서 추정될 수 있다. 블록들(303 및 304)에서 매그니튜드 응답을 계산한 후에, 계산된 매그니튜드 응답들에 기초한 시간 도메인 임펄스 응답이 블록(305)에서 계산된다. 시간 도메인 임펄스 응답은 일부 위상 왜곡을 포함할 수 있기 때문에, 시간 도메인 임펄스 응답은 블록(306)에서 제한될 수 있다. 그 후, 블록(307)에서, 제한된 시간 도메인 임펄스 응답이 입력 신호들 중 하나, 예를 들어, x2[n]에 적용되어, 신호를 필터링하고 마이크로폰 수신 신호(x1[n])에 대해 마이크로폰 수신 신호(x2[n])의 마이크로폰 응답을 등화시킨다.
[0034]
시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 것은 신호(x1[n] 또는 x2[n])에 대한 위상 왜곡의 도입을 최소로 하거나 0이 되게 한다. 빔포밍 및 다른 신호 프로세싱 기술들은, 마이크로폰들에서 수신된 신호들의 도달 시간차에 기초하여 파라미터들을 계산한다. 이 도달 시간차 정보는, 마이크로폰 신호들의 위상 정보가 신호 프로세싱 기술들에 의해 왜곡되는 경우 변경될 수 있다. 임펄스 응답을 제한함으로써, 위상 왜곡은 감소되거나 제거될 수 있어서, 후속 신호 프로세싱에 관한 어떠한 현저한 영향도 발생하지 않는다. 예를 들어, 빔포밍은 특정 방향의 빔 또는 널을 형성하도록 마이크로폰 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 사이의 위상차 정보에 의존한다. 블록(307)에서 응답을 제한하는 것은 빔포밍 또는 널 포밍(null forming)이 감소된 에러로 동작하도록 허용한다.
[0035]
매그니튜드 응답 등화 필터를 생성하는데 사용되는 신호들, 예를 들어, 도 3의 블록(307)의 필터 및 도 2의 프로세싱 블록(204)의 필터(h[n])는 임의의 신호를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호는 원하는 주파수 범위에 걸쳐 균일한 매그니튜드, 예를 들어, 백색 노이즈를 생성하도록 프로세싱될 수 있다. 그러나, 매그니튜드 응답 등화는 임의의 시간에 임의의 입력 신호에 적용될 수 있고 주파수 범위들에 걸쳐 균일한 매그니튜드 응답을 갖는 제어 신호를 필요로 하지 않는다.
[0036]
일부 실시예들에서, 적응형 필터를 생성하는데 있어 적용되는 매그니튜드 응답 등화는 신호들의 주파수 도메인 표현들을 사용하여 계산될 수 있다. 도 4는 본 개시의 일 실시예에 따라 시간 도메인에서 매그니튜드 응답을 매칭시키기 위한 예시적인 신호 프로세싱 흐름이며, 여기서 적응형 필터는 본 개시의 일 실시예에 따라 주파수 도메인에서 신호들의 매그니튜드 응답에 기초한다. 도 4의 예시적인 흐름에서, 적어도 2개의 별개의 센서들로부터의 적어도 2개의 신호들이 블록들(401 및 402)에서 수신된다. 일부 실시예들에서, 2개의 신호들(x1[n] 및 x2[n])은 각각, 제 1 및 제 2 센서로부터 시간 도메인에서 수신된다. 그 후, 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])은 각각, 블록들(403 및 404)에서 주파수 도메인으로 컨버팅된다. 신호들(x1[n] 및 x2[n])의 주파수 도메인 표현들은 각각, 블록들(403 및 405)에서 주파수 도메인 표현들(X1(z) 및 X2(z))로서 도시되지만, 다른 주파수 도메인 표현들이 일부 실시예들에서 사용될 수 있다. 주파수 도메인 표현들(X1(z) 및 X2(z)) 사이의 매그니튜드 응답 차이가 블록(405)에서 계산된다. 매그니튜드 응답 차이는 여러 주파수들에서 센서 1과 센서 2에 대한 매그니튜드 응답의 차이를 나타내는 계수들을 포함한다. 그 후, 매그니튜드 응답 차이는 블록(406)에서, 시간 도메인 임펄스 응답 필터(h[n])로 컨버팅된다. 일부 실시예들에서, 필터(h[n])는 적응형 필터이다. 일부 실시예들에서, 시간 도메인 임펄스 응답 필터(h[n])는 블록(407)에서, 입력 신호에 필터(h[n])를 적용할 때 위상 왜곡들을 방지하기 위해 선형 위상을 갖는 것으로 제한된다. 그 후, 필터(h[n])는 블록(408)에서, 입력 신호들 중 하나, 예를 들어, 신호(x2[n])에 적용된다.
[0037]
적응형 필터는 도 5의 시스템에 도시된 바와 같이 신호들의 주파수 도메인 컨버전 후에 계산될 수 있다. 도 5의 시스템은 노드들(501 및 502)에서, 2개의 마이크로폰들과 같은 제 1 및 제 2 센서로부터 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])을 수신한다. 노드들(501 및 502)은 각각의 프로세싱 블록들(503 및 504)에 커플링되며, 여기서 시간 도메인 신호들(x1[n] 및 x2[n])은 버퍼링되고, 윈도윙되고(windowed) 그리고/또는 중첩될 수 있다. 프로세싱 블록들(503 및 504)은 각각의 FFT(fast Fourier transform) 프로세싱 블록들(505 및 506)에 커플링되며, 여기서 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])이 주파수 도메인으로 변환된다. FFT 프로세싱 블록(505)은 매그니튜드 평활화 블록들(507 및 509)에 커플링되고, FFT 프로세싱 블록(506)은 매그니튜드 평활화 블록들(508 및 510)에 커플링된다. 매그니튜드 평활화 블록들은 다음의 방법들, 즉 평균 제곱 변위(프로세싱 블록들(509 및 510)에 도시됨), 캡스트럼(Cepstrum) 방법, 러닝 평균 필터링(running average filtering), Savitzky-Golay 평활화 또는 다른 평활화 알고리즘들 중 하나를 사용하여 MSD(magnitude spectral density)를 추정할 수 있다. 매그니튜드 평활화 블록들(507-510)은 소프트웨어로 또는 하드웨어에서 매그니튜드 평활화를 수행할 수 있다. 하드웨어 컴포넌트들에서의 매그니튜드 평활화는 예를 들어, 저역-통과 또는 대역 통과 필터를 사용하여 달성될 수 있다.
[0038]
주파수 도메인에서의 이러한 프로세싱 후에, 신호들은 시간 도메인으로 다시 컨버팅되고 적응형 필터 블록들(514 및 515)에 대한 계수들을 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 매그니튜드 평활화 블록들(507 및 509)은 I-FFT(Inverse-Fast Fourier Transform) 블록(511)에 커플링되고 매그니튜드 평활화 블록들(508 및 510)은 I-FFT 블록(512)에 커플링된다. I-FFT 블록들(511 및 512)은 각각, 마이크로폰 신호들(x1[n] 및 x2[n])의 평활화된 매그니튜드 스펙트럼들의 시간 도메인 표현들인 신호들(
및 
)을 각각 생성한다. I-FFT 블록(511)은 적응형 필터(514)에 커플링되는 에러 신호 프로세싱 블록(513)에 커플링된다. 적응형 필터(514)는 또한 
를 수신하기 위해 I-FFT 프로세싱 블록(512)에 커플링된다. 적응형 필터(514)는 필터(h[n])에 대한 FIR 계수들을 생성하고, 필터(h[n])가 에러 신호 프로세싱 블록(513)에 대한 입력인 피드백 루프를 생성하도록 에러 신호 프로세싱 블록(513)에 추가로 커플링될 수 있다. 적응형 필터(514)에 대한 에러 신호 피드백은 
및 
의 컨버전스(convergence)를 획득하도록 적응형 필터의 필터(h[n])에 대한 FIR 계수들을 정제한다. 동일한 계수들이 시간 도메인 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 중 하나에 필터를 적용하는 적응형 필터(515)에 의해 적용될 수 있다.
[0039]
일부 실시예들에서, I-FFT 프로세싱 블록(511)은 추가로, I-FFT 블록(511)과 에러 신호 프로세싱 블록(513) 사이의 지연 블록(518)에 커플링되며, 이는 지연, 예를 들어, 필터(h[n])에 의해 생성된 단순 지연(
)을 부과하여서, 
가 지연 블록(518)의 출력이 되며, 
는 에러 신호가 에러 신호 프로세싱 블록(513)에서 계산될 때, 적응형 필터(514)를 통과한 
와 동기화된다.
[0040]
프로세싱 블록들(503 및 504)을 다시 참조하면, 블록들(503 및 504)은 입력 신호들을 버퍼링, 중첩 및/또는 윈도윙(windowing)하고, 그 후 다음 등식에 기초하여 주파수 도메인으로 컨버팅함으로써 신호들을 프로세싱할 수 있다:
여기서, w[n]은 윈도윙 함수이고, xi[n, m]은 m번째 수퍼프레임에 대응하는 버퍼링되고 중첩된 입력 신호이고, N은 튜닝 가능한 파라미터를 통해 변경될 수 있는 FFT 크기이고, l은 주파수 빈 인덱스(frequency bin index)이다. 중첩은 50 %로 고정될 수 있으며 Kaiser-Bessel 유도 윈도우가 이 분석 스테이지에서 사용될 수 있다. 매그니튜드 응답 등화 시스템들 및 방법들의 성능은 전체적으로 윈도우 함수에 의해 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 직사각형 윈도우 이외의 윈도우가 적용될 수 있다.
[0041]
이제 프로세싱 블록들(507, 508, 509 및 510)을 참조하면, 매그니튜드 스펙트럼은 복소 주파수 스펙트럼으로부터 컴퓨팅되고 다음 등식에 기초하여 1차 지수 평균화 필터를 사용하여 평활화될 수 있다 :
여기서 α는 사용자 또는 프로세서 상에서 실행되는 알고리즘에 의해 변경될 수 있는 평활화 파라미터이다.
[0042]
그 후, 평활화된 매그니튜드 스펙트럼은 다음의 등식에 기초하여 블록들(511 및 512)에서 역 푸리에 변환을 사용하여 시간 도메인으로 변환될 수 있다 :
[0043]
출력 신호(
)는 입력 신호(xi[n])가 컬러링 필터(gi[n])에 의해 화이트 노이즈 신호를 필터링함으로써 획득되는 것으로 가정함으로써 해석될 수 있다.
[0044]
WSS(wide sense stationary system)에 대해,
여기서, 
는 입력 신호(xi[n])의 파워 스펙트럼 밀도이고, 
는 컬러링 필터의 주파수 응답이고, 
는 여기 화이트 노이즈 신호의 주파수 응답이다. WSS 가정에 있어서, 출력 신호(
)는 다음과 같이 작성될 수 있다:
[0045]
따라서, 신호(
)는 컬러링 필터(gi[n])의 매그니튜드 응답 정보만을 포함한다. MRE 시스템 및 방법들의 목적은 컬러링 필터들의 매그니튜드 응답을 추정하고 컬러링 필터들 중 하나의 매그니튜드 응답을 다른 것에 대한 매그니튜드 응답과 매칭시키는 등화 필터를 설계하는 것이다. 이 등화 필터의 매그니튜드 응답은 다음과 같을 수 있다:
[0046]
매그니튜드 차이 보상은 종래 기술에서 행해진 바와 같이, 마이크로폰 신호들 중 하나의 복소 스펙트럼에 실제 이득 함수를 곱함으로써 주파수 도메인에서 구현될 수 있다. 그러나, 주파수 도메인에서의 이러한 스케일링은 합성된 시간 도메인 신호에 아티팩트들을 도입할 수 있다. 본원에서 설명된 실시예들은 시간 도메인 필터, 예를 들어, FIR 필터를 통한 등화를 대신 수행한다. 필터 계수들은 마이크로폰 신호들의 평활화된 매그니튜드 스펙트럼의 시간 도메인 표현 상에서 동작하는 적응형 필터를 통해 추정된다. 일부 실시예들에서, 매그니튜드 응답 등화 블록은 매그니튜드 응답 차이들에 대해서만 등화할 수 있다. 그러므로, 계수들은 필터의 위상 응답이 선형이 되도록 제한되는 방식으로 업데이트될 수 있다. 이 선형 위상 응답은 등화된 출력에서 단순한 지연의 도입으로 치환될 수 있다. 적응형 필터에 대한 참조는 다음과 같이 정의된다:
여기서 L은 입력 파라미터를 통해 튜닝될 수 있는 필터 계수들의 수이다. 에러 신호는 그 후, 다음의 등식에 의해 주어진다.
여기서, 
는, 매그니튜드 스펙트럼이 필터 계수들에 의해 필터링되는 기준 신호에 의해 매칭되어야 하는 신호의 지연된 버전이다. 제한되지 않은 적응형 필터에 대한 필터 계수들은 다음과 같이 NLMS(normalized least mean squares) 리커시브 업데이트 등식을 사용하여 획득될 수 있다 :
여기서, 
는 0에 의한 나눗셈을 방지하기 위한 작은 정규화 요소이다. 선형 위상 제한 적응형 필터 업데이트 등식은 선형 위상 FIR 필터의 계수 대칭 속성들의 이용을 통해 위의 등식을 수정함으로써 획득될 수 있다. FIR 필터의 이동 평균 형태는 다음 등식에 의해 주어질 수 있다:
[0047]
유형 I 선형 위상 FIR 시스템에 대해, 계수들은 다음 등식에 정의된 바와 같이 짝수 대칭 및 홀수 길이가 되도록 제한될 수 있고:
이 필터에 의해 도입된 지연은 (L-1)/2개의 샘플들일 수 있다. 이 필터의 출력은 다음과 같이 정의할 수 있다
[0048]
따라서, 기준 버퍼를 재정렬함으로써, 선형 위상 FIR 필터 계수들은 표준 NLMS 업데이트 등식을 사용하여 추정될 수 있다. 특히, 기준 벡터 및 계수 벡터는 다음과 같이 감소될 수 있다 :
[0049]
유형 1 선형 위상 필터에서 고유한 계수들의 수는 ((L-1)/2 + 1)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 이들 고유한 계수들만이 추정될 수 있다. 선형 위상 제한 FIR 필터에 대한 NLMS 업데이트 등식은 다음의 등식에서 도시된 바와 같이 수정될 수 있다
[0050]
지연(λ)는 에러 신호를 유도하기 위해 (L-1)/2개의 샘플들에 대해 세팅될 수 있다. 그 후, 적응 레이트는 튜닝 가능한 파라미터를 통해 튜닝되거나, 사용자에 의해 선택되거나 또는 프로세서에 의해 결정될 수 있다. 신호(
)의 자동-상관은 다음 등식에서 도시된 바와 같이 입력 신호(xi[n])와 동일할 수 있다:
여기서 p는 자동-상관 래그 인덱스(auto-correlation lag index)이다. 이 관계는 신호들(
)에 기초하여 구현되는 적응형 필터의 컨버전스 속성들이 원래의 입력 신호들(xi[n])의 자동-상관 속성들에 의해 관리될 수 있음을 의미한다.
[0051]
등화 필터 계수들이 매그니튜드 스펙트럼과 등가의 시간 도메인으로부터 추정될 때, 필터는 원시 입력 신호(x2[n])에 별개로 적용될 수 있다. 특히, 등화된 출력은 다음 등식에 의해 정의될 수 있다
[0052]
비등화 입력은 다음 등식에 의해 주어진 선형 위상 FIR 필터에 의해 도입된 지연을 보상하도록 지연될 수 있다:
[0053]
지연 블록(518)의 출력은 y1[n]일 수 있고, 적응형 필터(514)의 출력은 y2[n]일 수 있다. 신호들(y1[n] 및 y2[n])은 빔포밍 애플리케이션들(예를 들어, 빔포밍 또는 공간 필터링)을 위해 추가로 필터링될 수 있다. 예를 들어, y1[n] 및 y2[n]에 있어서의 빔포밍은 신호들(x1[n] 및 x2[n])을 필터링하는 것을 포함할 수 있다. 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 중 적어도 하나의 위상 또는 매그니튜드를 변경하도록 신호들(x1[n] 및 x2[n])을 필터링하는 것은 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 내의 신호들을 증폭 또는 널화(nullify)하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, y1[n] 및 y2[n]을 사용한 빔포밍 필터링은 예를 들어, 신호들(x1[n] 및 x2[n])을 생성하는 센서들 사이의 공간적 관계에 의해 적어도 부분적으로 야기되는 y1[n]와 y2[n] 사이의 매그니튜드 및 위상 시프트 차이들을 계산함으로써 신호 소스의 위치를 검출하는데 사용될 수 있다.
[0054]
도 6a는 Mic1 및 Mic2로 라벨링된 2개의 입력 센서들의 스펙트럼 플롯을 예시한다. 이 도면은 본원에서 개시된 시스템들 및 방법들에 의해 해결되는 문제를 강조한다. 도 6a의 Mic1 및 Mic2와 같이 상이한 스펙트럼 응답들을 갖는 2개의 센서들의 데이터 사이의 신호 비교들은 빔포밍과 같은 신호에 관한 추가 프로세싱을 수행하기 위해 등화되어야 한다. 도 6b는, Mic2로부터의 필터링된 원시 데이터의 스펙트럼 플롯과 함께 플로팅되는 Mic1의 원시 데이터의 스펙트럼 플롯을 예시하며, 여기서 Mic2 원시 데이터는 본원에서 설명된 시스템들 및 방법들의 일 실시예를 사용하여 필터링되었다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 필터링된 Mic2 신호(606)는 Mic1 신호(608)의 매그니튜드 응답과 매칭하도록 관련 주파수 스펙트럼에 걸쳐 등화된다. Mic1과 Mic2 사이의 비교 신호 분석은, 신호들(Mic1 및 Mic2)을 생성하는 제 1 및 제 2 마이크로폰들의 본질적 또는 환경적 차이에 의해 보통은 야기되었을 신호 프로세싱 에러들을 제거함으로써 본원의 실시예에 의해 강화될 수 있다.
[0055]
일부 환경들에서, 입력 신호는 노이즈 및 음성으로 구성되며 음성 및 노이즈의 상대적 매그니튜드 스펙트럼은 매우 상이할 수 있다. 이러한 시나리오들에서, 매그니튜드 스펙트럼을 항상 매칭시키는 것은 바람직하지 않은 결과들을 야기할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들은 추가로, 평활화된 매그니튜드 스펙트럼 추정이 인에이블되는 시간 인스턴스들을 제어하는 적응형 인에이블 입력 신호를 포함한다. 적응형 필터는, 평활화된 매그니튜드 스펙트럼 추정이 인에이블 될 때만 입력 신호들(
)이 변하기 때문에, 적응형 인에이블 입력 신호 제어 신호가 참일 때만 업데이트될 수 있다.
[0056]
일부 실시예들에서, 시간 도메인에서 신호들을 등화시키기 위한 적응형 필터를 생성하는데 있어 사용되는 매그니튜드 응답은 신호들의 시간 도메인 표현들의 통계적 근사들을 사용하여 계산될 수 있다. 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 시간 도메인에서 매그니튜드 응답을 매칭시키기 위한 예시적인 신호 프로세싱 흐름이다. 적응형 필터는, 예를 들어, 자동-회귀 기술들 및 
근사를 사용하여 발견된 신호들의 매그니튜드 응답에 기초할 수 있다. 도 7은 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])이 블록들(701 및 702)에서 각각 수신되는 본 발명의 방법들의 실시예를 예시한다. 블록(703)은 신호(x1[n])의 AR(Auto-Regressive) 모델 파라미터들의 추정을 계산하고, 블록(704)은 신호(x2[n])의 AR 모델 파라미터들의 추정을 계산한다. 다음으로, ARMA(Auto-Regressive Moving Average) 모델 파라미터들은 블록(705)에서, 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하도록 계산된다. 그 후, ARMA 모델 파라미터들은 블록(706)에서, 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 시간 도메인 임펄스 응답을 추정하는데 사용될 수 있다. 추정된 시간 도메인 임펄스 응답은 선형 위상을 갖는 시간 도메인 임펄스 응답 필터를 생성하도록 제한될 수 있다. 그 후, 신호들 중 하나, 예컨대, x2[n]는 블록(708)에서, 블록들(706 및 707)에서 계산된 제한된 시간 도메인 임펄스 응답을 사용하여 필터링된다. 부가적으로, 필터링되지 않은 신호(x1[n])는 일부 실시예들에서, 블록(708)에서 적용된 시간 도메인 임펄스 응답 필터에 의해 야기된 지연을 보상하도록 지연될 수 있다.
[0057]
적응형 필터는 도 8의 시스템에 도시된 바와 같이 시간 도메인 근사들을 이용하여 계산될 수 있다. 도 8의 시스템은 노드들(801 및 802)에서, 제 1 및 제 2 센서로부터 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])을 각각 수신한다. 노드들(801 및 802)은 각각의 프로세싱 블록들(803 및 804)에 커플링된다. 프로세싱 블록들(803 및 805)은 입력 신호(x1[n])에 대한 LPC(Linear Prediction Coefficient)들을 계산하고, 프로세싱 블록들(804 및 806)은 입력 신호(x2[n])에 대한 LPC들을 계산한다. 일부 실시예들에서, LPC들은 AR(auto-regressive) 모델 파라미터들을 사용하여 추정된다.
[0058]
프로세싱 블록(803)은 프로세싱 블록(805)에 커플링되고, 프로세싱 블록(804)은 프로세싱 블록(806)에 커플링된다. 프로세싱 블록들(805 및 806)은 각각 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])에 대한 LPC들을 수신하고, 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])의 ARMA(auto-regressive, moving average) 시스템 계수들 사이의 매그니튜드 응답 차이를 계산한다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 블록들(805 및 806)은 그 후, 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n]) 사이의 매그니튜드 차이에 대응하는 시간 도메인 임펄스 응답을 근사화하기 위해 ARMA 계수들을 사용하여 
근사를 수행한다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 블록(805)은 추가로 프로세싱 블록(807)에 커플링되고, 프로세싱 블록(806)은 추가로 프로세싱 블록(808)에 커플링된다. 프로세싱 블록들(807 및 808)은 도 5의 블록들(507-510)과 관련하여 설명된 것과 유사한 평활화를 수행한다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 블록들(807 및 808)은 또한, 시간 도메인 임펄스 응답이 선형 위상 응답을 갖도록, 프로세싱 블록들(805 및 806)에서 계산되는 추정된 시간 도메인 임펄스 응답을 제한할 수 있다. 추정된 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 것은, 예를 들어, 필터링 지연을 적용함으로써 아래에서 설명되는 바와 같이 수행될 수 있다.
[0059]
프로세싱 블록(807)은 에러 신호가 계산되는 에러 신호 프로세싱 블록(809)에 커플링된다. 프로세싱 블록(808)은 적응형 필터(810)에 커플링되며, 여기서 시간 도메인 임펄스 응답 계수들이 적응형 필터를 생성하는데 사용된다. 적응형 필터(810)는 추가로 피드백 루프를 통해 에러 신호 프로세싱 블록(809)에 커플링된다. 적응형 필터(810)는 프로세싱 블록(811)에서 원래의 입력 신호(x2[n])에 적용되는 필터(h[n])를 생성한다. 일부 실시예들은 시간 도메인 임펄스 응답의 지연을 계산하기 위해 프로세싱 블록(807)과 에러 신호 프로세싱 블록(809) 사이에 커플링된 지연 블록(812)을 포함할 수 있다. 지연 블록(812)으로부터의 계산된 지연은, x2[n]이 프로세싱 블록(811)에서 적응성 필터(h[n])에 의해 필터링된 후에, 입력 신호들(x1[n] 및 x2[n])을 동기화된 채로 유지하도록 필터링되지 않은 신호(도 8에 도시되지 않음)(x1[n])에 적용될 수 있다.
[0060]
예를 들어, 일 실시예에서, 프로세싱 블록들(803 및 804)은 다음의 등식에 기초하여 LPC(linear prediction coefficient)들을 계산할 수 있다:
여기서,
[0061]
파라미터들(
)은 다음의 등식에 기초하여 자동-상관 시퀀스의 추정을 통해 Levinson's-Durbin 알고리즘을 사용하여 추정될 수 있다:
[0062]
일부 실시예들에서, 프로세싱 블록(805 및 806)에서 계산된 매그니튜드 응답 차이는 다음과 같이 정의될 수 있다 :
[0063]
위에서 설명된 LPC 계수들을 계산하는 일부 실시예들에서, 적응형 필터는 다음 등식에 의해 정의될 수 있다 :
[0064]
프로세싱 블록들(805 및 806)이 Pade 근사를 적용할 때, H(z)로 표현되는 ARMA(auto-regressive, moving average system) 및 
로 표현되는 이동 평균은 다음의 등식에 정의된 바와 같이 대략적으로 동일할 수 있다:
그 후, 근사는 다음 등식에 의해 정의된 바와 같이 전개되어 표현될 수 있다:
그 후, 계수들(b0 ... bM)은 등식들의 선형 시스템들을 생성하도록 좌측 상의 분모를 우측으로 전달(carrying)하고 계수들을 등화시킴으로써 풀어질 수 있다.
[0065]
계수들은 예컨대, 필터링 지연을 적용함으로써 선형 위상으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 근사는 그 후 다음 등식에 의해 전개되어 표현될 수 있다:
선형 등식들의 세트는, 프로세싱 블록들(810 및 811)의 필터(h[n])에서 사용될 계수들의 제한된 세트를 생성하기 위해, 위에서 논의된 바와 같이 다항식들을 등화시키도록 이 등식으로부터 유사하게 공식화될 수 있다. 그 후, 등식들의 선형 시스템은 계수들(b0, ..., bh)을 획득하도록 풀어질 수 있다.
[0066]
일부 실시예들에서, 에러 신호 프로세싱 블록(809)에서 계산된 에러 신호는 다음의 등식에 기초하여 계산될 수 있다 :
[0067]
일부 환경들에서, 입력 신호는 노이즈 및 음성으로 구성되며 음성 및 노이즈의 상대적 매그니튜드 스펙트럼은 매우 상이할 수 있다. 이러한 시나리오들에서, 매그니튜드 스펙트럼을 항상 매칭시키는 것은 바람직하지 않은 결과들을 야기할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들은 추가로, 매그니튜드 등화 프로세싱 블록들(803-811) 중 임의의 것이 인에이블되는 시간 인스턴스들을 제어하는 적응형 인에이블 입력 신호를 포함한다. 프로세싱 블록(811)의 적응형 필터(h[n]), 매그니튜드 등화 프로세싱 블록들이 인에이블될 때만 입력 신호들(
)이 변하기 때문에, 적응형 인에이블 입력 신호 제어 신호가 참일 때만 업데이트될 수 있다.
[0068]
위에서 설명된 시간 도메인 적응형 필터 및 다른 컴포넌트들 및 방법들은 모바일 디바이스의 근거리 및/또는 원거리 마이크로폰들로부터 수신된 신호들을 프로세싱하도록 모바일 디바이스와 같은 디바이스의 오디오 제어기에서 구현될 수 있다. 모바일 디바이스는 예를 들어, 모바일 폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 또는 무선 이어폰일 수 있다. 디바이스의 애플리케이션 프로세서와 같은 모바일 디바이스의 프로세서는 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 7 및/또는 도 8을 참조하여 위에서 설명된 것들과 같은 프로세싱 기술 또는 프로세싱을 위한 다른 회로를 구현할 수 있다. 대안적으로, 모바일 디바이스는 DSP(digital signal processor)와 같이 이들 기능들을 수행하기 위한 특정 하드웨어를 포함할 수 있다. 제어기는 프로세서, DSP(digital signal processor), 및/또는 신호 프로세싱과 관련된 다른 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 AEC(adaptive echo cancellation), ANC(adaptive noise cancellation), PWM(pulse width modulator)들 및/또는 오디오 증폭기들과 같은 다른 오디오 프로세싱 회로와 함께 오디오 코더/디코더(CODEC) 칩에 통합될 수 있다.
[0069]
도 3, 도 4, 도 5, 도 7 및 도 8의 개략적인 흐름도들은 일반적으로 로지컬 흐름도로서 기술된다. 따라서, 도시된 순서 및 라벨링된 단계들은 개시된 방법의 양상을 표시한다. 예시된 방법의 하나 또는 그 초과의 단계들 또는 그의 부분들에 대해 기능, 로직 또는 효과 면에서 등가인 다른 단계들 및 방법들이 고려될 수 있다. 부가적으로, 사용된 포맷 및 심볼들은 방법의 로지컬 단계들을 설명하기 위해 제공되며, 방법의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해된다. 다양한 화살표 유형들 및 라인 유형들이 흐름도에 사용될 수 있지만, 이들은 대응하는 방법의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해된다. 실제로, 일부 화살표들 또는 다른 커넥터들이 단지 방법의 로지컬 흐름만을 표시하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 화살표는 도시된 방법의 열거된 단계들 사이에서 특정되지 않은 기간의 대기 또는 모니터링 기간을 표시할 수 있다. 부가적으로, 특정 방법이 발생하는 순서는 도시된 해당 단계들의 순서를 엄격하게 준수할 수 있거나 준수하지 않을 수 있다.
[0070]
펌웨어 및/또는 소프트웨어로 구현되는 경우, 위에서 설명된 기능들은 컴퓨터-판독 가능 매체 상에 하나 또는 그 초과의 명령들 또는 코드로서 저장될 수 있다. 예들은, 데이터 구조로 인코딩된 비-일시적인 컴퓨터-판독 가능 매체들 및 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 컴퓨터-판독 가능 매체들을 포함한다. 컴퓨터-판독 가능 매체들은 물리적 컴퓨터 저장 매체들을 포함한다. 저장 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터-판독 가능 매체들은, RAM(randomaccess memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically-erasable programmable read-only memory), CD-ROM(compact disc read-only memory) 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는데 사용될 수 있고, 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 디스크(disk 및 disc)는 CD(compact disc)들, 레이저 디스크(disc)들, 광학 디스크(disc)들, DVD(digital versatile disc)들, 플로피 디스크(disk)들 및 블루-레이 디스크(disc)들을 포함한다. 일반적으로, 디스크(disk)들은 데이터를 자기적으로 재생하고, 디스크(disc)들은 데이터를 광학적으로 재생한다. 위의 것들의 결합들이 또한 컴퓨터-판독 가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다.
[0071]
컴퓨터 판독-가능 매체 상의 저장에 부가하여, 명령들 및/또는 데이터는 통신 장치에 포함된 송신 매체들 상에서 신호들로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 통신 장치는, 명령들 및 데이터를 표시하는 신호들을 갖는 트랜시버를 포함할 수 있다. 명령들 및 데이터는 하나 또는 그 초과의 프로세서들로 하여금, 청구항들에서 약술된 기능들을 구현하게 하도록 구성된다.
[0072]
본 개시 및 소정의 대표적인 이점들이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 변화들, 치환들 및 변경들이 본원에서 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 출원의 범위는, 명세서에서 설명된 프로세스, 머신, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법들 및 단계들의 특정한 실시예들로 제한되도록 의도되지는 않는다. 당업자가 본 개시로부터 용이하게 인지할 바와 같이, 본원에서 설명된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현재 존재하거나 추후에 개발될 프로세스들, 머신들, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법들, 또는 단계들이 활용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들은 그러한 프로세스들, 머신들, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법들, 또는 단계들을 그들의 범위 내에 포함하도록 의도된다.
Claims (24)
- 방법으로서,
복수의 센서들에 커플링되는 프로세서에 의해, 상기 복수의 센서들로부터 시간 도메인에서 적어도 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 수신하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 상기 시간 도메인으로부터 주파수 도메인 입력 신호로 컨버팅(converting)하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 주파수 도메인 입력 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 1 입력 신호와 상기 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이(magnitude response difference)를 추정하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 매그니튜드 응답 차이를 시간 도메인 임펄스 응답으로 컨버팅하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 선형 위상 응답을 갖도록 상기 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및
상기 프로세서에 의해, 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 필터링하는 단계는 상기 복수의 센서들로부터 수신된 상기 제 1 입력 신호와 상기 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답을 등화시키는 단계를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
수신된 입력 신호들의 적응형 등화를 제공하기 위해 상기 수신하는 단계, 상기 추정하는 단계, 상기 컨버팅하는 단계, 상기 제한하는 단계 및 상기 필터링하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 매그니튜드 응답 차이를 추정하는 단계는 적응형 필터에 대한 필터 계수들을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 제한하는 단계는 상기 필터 계수들을 짝수 대칭 및 홀수 길이가 되도록 제한하는 단계를 포함하고, 상기 필터링하는 단계는 계산되고 제한되는 필터 계수들을 갖는 적응형 필터를 적용하는 단계를 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 필터링에 의해 도입된 지연을 보상하기 위해, 상기 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 기초하여, 필터링되지 않은, 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 지연시키는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 공간 인식을 위해 추가로 필터링되는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 빔포밍(beamforming)을 위해 추가로 필터링되는,
방법. - 장치로서,
제 1 입력 신호를 수신하도록 구성된 제 1 입력 노드;
제 2 입력 신호를 수신하도록 구성된 제 2 입력 노드;
상기 제 1 입력 노드에 커플링되고 상기 제 2 입력 노드에 커플링되는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
시간 도메인에서 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호를 수신하는 단계;
상기 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 상기 시간 도메인으로부터 주파수 도메인 입력 신호로 컨버팅하는 단계;
상기 주파수 도메인 입력 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 1 입력 신호와 상기 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이를 추정하는 단계;
상기 매그니튜드 응답 차이를 시간 도메인 임펄스 응답으로 컨버팅하는 단계;
선형 위상 응답을 갖도록 상기 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및
제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함하는 단계들을 수행하도록 구성되는,
장치. - 제8항에 있어서,
상기 필터링하는 단계는 상기 복수의 센서들로부터 수신된 상기 제 1 입력 신호와 상기 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답을 등화시키는 단계를 포함하는,
장치. - 제8항에 있어서,
수신된 입력 신호들의 적응형 등화를 제공하기 위해 상기 수신하는 단계, 상기 추정하는 단계, 상기 컨버팅하는 단계, 상기 제한하는 단계 및 상기 필터링하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는,
장치. - 제8항에 있어서,
상기 매그니튜드 응답 차이를 추정하는 단계는 적응형 필터에 대한 필터 계수들을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 제한하는 단계는 상기 필터 계수들을 짝수 대칭 및 홀수 길이가 되도록 제한하는 단계를 포함하고, 상기 필터링하는 단계는 계산되고 제한되는 필터 계수들을 갖는 적응형 필터를 적용하는 단계를 포함하는,
장치. - 제8항에 있어서,
상기 필터링에 의해 도입된 지연을 보상하기 위해, 상기 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 기초하여, 필터링되지 않은, 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 지연시키는 단계를 더 포함하는,
장치. - 제8항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 공간 인식을 위해 추가로 필터링되는,
장치. - 제8항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 빔포밍(beamforming)을 위해 추가로 필터링되는,
장치. - 방법으로서,
복수의 센서들로부터, 프로세서에 의해, 시간 도메인에서 적어도 제 1 입력 신호 및 제 2 입력 신호를 수신하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 선형 예측 분석을 사용하여 상기 입력 신호들의 자동-회귀(auto-regressive; AR) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 2개의 입력 신호들 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 자동-회귀 이동 평균(auto-regressive moving average; ARMA) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 시간 도메인 임펄스 응답을 컴퓨팅하는 단계 ― 상기 매그니튜드 응답 차이는 상기 자동 회귀 모델 파라미터들 및 상기 자동-회귀 이동 평균 모델 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여근사를 사용하여 계산됨 ― ; 및
상기 프로세서에 의해, 선형 위상 응답을 갖도록 상기 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및
상기 프로세서에 의해, 제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함하는,
방법. - 제15항에 있어서,
상기 선형 예측 분석을 적용하는 단계는 선형 예측 계수들을 생성하는 단계를 포함하는,
방법. - 제15항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호는 제 1 마이크로폰 및 제 2 마이크로폰으로부터 수신된 오디오 정보를 포함하는,
방법. - 제15항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 공간 인식을 위해 추가로 필터링되는,
방법. - 제15항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 빔포밍(beamforming)을 위해 추가로 필터링되는,
방법. - 장치로서,
제 1 오디오 신호를 수신하도록 구성된 제 1 입력 노드;
제 2 오디오 신호를 수신하도록 구성된 제 2 입력 노드;
상기 제 1 입력 노드에 커플링되고 상기 제 2 입력 노드에 커플링되는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
시간 도메인에서 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호를 수신하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 선형 예측 분석을 사용하여 상기 입력 신호들의 자동-회귀(auto-regressive; AR) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 2개의 입력 신호들 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 자동-회귀 이동 평균(auto-regressive moving average; ARMA) 모델 파라미터들을 컴퓨팅하는 단계;
상기 프로세서에 의해, 상기 제 1 입력 신호와 제 2 입력 신호 사이의 매그니튜드 응답 차이에 대응하는 시간 도메인 임펄스 응답을 컴퓨팅하는 단계 ― 상기 매그니튜드 응답 차이는 상기 자동 회귀 모델 파라미터들 및 상기 자동-회귀 이동 평균 모델 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여근사를 사용하여 계산됨 ― ; 및
선형 위상 응답을 갖도록 상기 시간 도메인 임펄스 응답을 제한하는 단계; 및
제한된 시간 도메인 임펄스 응답에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호 중 적어도 하나를 필터링하는 단계를 포함하는 단계들을 수행하도록 구성되는,
장치. - 제20항에 있어서,
상기 제어기는 추가로, 선형 예측 분석을 사용함으로써 상기 입력 신호들의 자동-회귀(AR) 모델 파라미터들을 컴퓨팅할 때 선형 예측 계수들을 생성하도록 구성되는,
장치. - 제20항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 상기 제 2 입력 신호는 제 1 마이크로폰 및 제 2 마이크로폰으로부터 수신된 오디오 정보를 포함하는,
장치. - 제20항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 공간 인식을 위해 추가로 필터링되는,
장치. - 제20항에 있어서,
상기 제 1 입력 신호 및 필터링된 제 2 입력 신호는 빔포밍(beamforming)을 위해 추가로 필터링되는,
장치.
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