KR20190131441A - 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 방법은, 제1 신호 및 제2 신호를 획득하기 위해 수집된 혼합 신호를 분리하는 단계; 제1 신호 및 제2 신호 중 하나를 현재 기준 신호로서 그리고 다른 하나를 현재 기대 신호로서 선택하는 단계; 및 선택된 현재 기준 신호 및 선택된 현재 기대 신호에 기초하여 적응형 필터링을 수행하는 단계를 포함한다. 이 방법 및 장치에 의해, 기준 신호가 하드웨어로부터 직접 획득될 수 없는 경우에, 잡음이 상당히 감소되거나 제거될 수 있다.

Description

혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING NOISE OF MIXED SIGNAL}
[0001] 본 개시는 일반적으로 신호 프로세싱 분야에 관한 것이고, 특히 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
[0002] 일반적으로, 신호의 신호대 잡음비는 단일 채널 상에서 정상 상태 잡음을 감소시키는 것, 빔 형성을 수행하는 것 등에 의해 개선될 수 있다. 그러나, 이러한 방식들에 획득되는 신호대 잡음비의 개선은 또한 매우 제한될 수 있고, 예를 들어, 매우 많은 잡음 잔여물이 존재할 수 있고, 심지어 잡음을 감소시키기 위한 필터링 프로세싱(예를 들어, 적응형 필터링)은 수행되지 않을 수 있는데, 이는 기준 신호가 획득될 수 없기 때문이다.
[0003] 본 개시의 일 양상에 따르면, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 제1 신호 및 제2 신호를 획득하기 위해 혼합된 신호를 분리하는 단계; 제1 신호 및 제2 신호 중 하나를 현재 기준 신호로서 그리고 다른 하나를 현재 기대 신호로서 선택하는 단계; 및 선택된 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호에 기초하여 적응형 필터링을 수행하는 단계를 포함한다.
[0004] 본 개시의 다른 양상에 따르면, 프로그램 명령들이 저장된 비일시적 저장 매체가 제공되고, 프로그램 명령들은 실행되는 경우 앞서 설명된 방법을 수행한다.
[0005] 본 개시의 다른 양상에 따르면, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 장치는 앞서 설명된 방법을 수행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함한다.
[0006] 본 개시의 다른 양상에 따르면, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 장치는, 제1 신호 및 제2 신호를 획득하기 위해 혼합된 신호를 분리하도록 구성된 신호 분리기; 제1 신호 및 제2 신호 중 하나를 현재 기준 신호로서 그리고 다른 하나를 현재 기대 신호로서 선택하도록 구성된 신호 선택기; 및 선택된 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호에 기초하여 적응형 필터링을 수행하도록 구성된 적응형 필터를 포함한다.
[0007] 본 개시의 실시예들에 따른 방법 및 장치를 이용하여, 심지어 유효 기준 신호가 하드웨어로부터 직접 획득될 수 없는 경우에도, 잔여 잡음이 효과적으로 제거될 수 있고 신호대 잡음비가 상당히 개선될 수 있다.
[0008] 도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법의 흐름도를 예시한다.
[0009] 도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치의 구조도를 예시한다.
[0010] 본 개시의 실시예들에 따른 방법 및 장치의 원리는 스피치 신호를 프로세싱하는 것을 본 발명의 예로서 취함으로써 설명된다. 그러나, 본 개시의 실시예들에 따른 방법 및 장치는 다른 종류의 신호들, 예를 들어, 생물 의학 신호, 어레이 신호, 이미지 신호, 모바일 통신 신호 등을 프로세싱하도록 추가로 적용될 수 있다.
[0011] 예를 들어, 음향 수집 디바이스에 의해 수집된 신호(예를 들어, 하나 이상의 마이크로폰들을 포함하는 마이크로폰 어레이, 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기들 등)는 환경에서 하나 이상의 사용자의 스피치 및 잡음을 포함할 수 있는 혼합된 신호일 수 있다.
[0012] 예를 들어, 환경에서 텔레비전 잡음, 에어 컨디셔닝 잡음 등과 같은 방향을 갖는 잡음이 존재하는 경우, 단일 채널 상에서 정상 상태 잡음을 감소시키는 것, 빔 형성을 실행하는 것, 신호 블라인드 프로세싱 등과 같은 일반적 신호 프로세싱 방식들에 의해 획득될 수 있는 신호대 잡음비의 개선이 매우 제한되고; 또한 시스템 식별, 채널 등화, 신호 향상 및 예측, 예를 들어, 적응형 필터링에 사용될 수 있는 기술적 수단은 효과적인 기준 신호들의 부재로 인해 사용될 수 없다.
[0013] 본 개시의 실시예들에 따른 방법 및 장치에서, 수집된 혼합된 신호가 분리되고, 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호가 분리된 신호들로부터 선택되고, 그 다음, 적응형 필터링은 선택된 현재 기준 신호 및 선택된 현재 기대 신호에 기초하여 수행된다. 따라서, 심지어 유효 기준 신호가 하드웨어로부터 직접 획득될 수 없는 경우에도, 잔여 잡음이 효과적으로 제거될 수 있고 신호대 잡음비가 상당히 개선될 수 있다.
[0014] 도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시의 실시예들에 따른 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법은 단계들(S10 내지 S30)을 포함할 수 있다.
[0015] 단계(S10)에서, 제1 신호 및 제2 신호를 획득하기 위해 혼합된 신호를 분리하는 단계. 그 다음, 단계(S20)에서, 획득된 제1 신호 및 제2 신호로부터 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호를 선택하는 단계. 그 다음, 단계(S30)에서, 선택된 현재 기준 신호 및 선택된 현재 기대 신호에 기초하여 적응형 필터링을 수행하는 단계.
[0016] 상이한 실시예들에 따르면, 단계(S10)에서, 혼합된 신호는 상이한 알고리즘들 또는 방법들을 사용함으로써 분리될 수 있다. 예를 들어, 혼합된 신호는 독립적 성분 분석에 기초하여 블라인드 소스 분리가 수행될 수 있다. 일반적으로, 독립적 성분 분석은 특정 수의 소스들을 미리 알도록 요구할 수 있다. 대응적으로, 일 실시예에서, 소스들의 수는 예를 들어, 마이크로폰 어레이에서 동작하는 마이크로폰들의 수에 따라 결정될 수 있다. 다른 실시예들에서, 블라인드 소스 분리 또는 다른 방식들을 사용함으로써 혼합된 신호를 분리하는 절차에서, 혼합된 신호는 또한, 소스들의 실제 수와 무관하게, 고정된 수(예를 들어, 2와 동일하거나 그보다 큰 임의의 다른 고정 수)의 신호들로 분리될 수 있다.
[0017] 일 실시예에서, 하나 이상의 프레임들을 포함하는 하나의 혼합된 신호의 경우, 단계(S10)에서 전체 혼합된 신호가 적어도 2개의 분리된 신호들로 분리될 수 있다. 다른 실시예에서, 단계(S10)는 혼합된 신호의 각각의 프레임에 대해 각각 수행될 수 있고, 예를 들어, 단계(S10)는, 혼합된 신호의 오직 일부만이 한번에 분리되도록 각각의 프레임이 수신될 때 실시간으로 수신된 프레임에 대해 수행된다. 다른 실시예에서, 단계(S10)는 혼합된 신호(예를 들어, 하나 이상의 연속적인 프레임들)의 일부에 대해 수행될 수 있다.
[0018] 일 실시예에서, 혼합된 신호는 한 쌍의 분리된 신호들로 분리될 수 있거나 또는 혼합된 신호는 소스들의 수에 대해 또는 예를 들어 단계(S30)에서 후속적으로 수행되는 적응형 필터링의 수에 따라 소스들의 수 또는 적응형 필터링의 수에 대응하는 수를 갖는 분리된 신호들의 다수의 쌍들로 분리될 수 있다. 그 다음, 단계(S20)에서 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호는 분리된 신호들의 각각의 쌍으로부터 각각 선택될 수 있고, 단계(S30)에서 대응하는 적응형 필터링은 선택된 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호에 기초하여 수행된다.
[0019] 다른 실시예들에서, 혼합된 신호는 요구되는 대로 적어도 2개의 분리된 신호들로 분리될 수 있다. 그 다음, 획득된 하나 이상의 분리된 신호들에 따라 제1 신호가 획득 또는 생성되어, 제1 신호는 하나 이상의 분리된 신호들의 집합물에 대응하거나 또는 하나 이상의 분리된 신호들의 복합 신호에 대응하거나 또는 상기 신호의 집합물 또는 복합 신호를 추가로 프로세싱함으로써 획득되는 신호에 대응한다. 유사하게, 획득된 하나 이상의 분리된 신호들에 따라 제2 신호가 획득 또는 생성되어, 제2 신호는 하나 이상의 분리된 신호들의 집합물에 대응하거나 또는 하나 이상의 분리된 신호들의 복합 신호에 대응하거나 또는 상기 신호들의 집합물 또는 복합 신호를 추가로 프로세싱함으로써 획득되는 신호에 대응한다.
[0020] 상이한 실시예들에 따르면, 제1 신호 및 제2 신호를 생성하기 위해 각각 사용되는 하나 이상의 분리된 신호들은 완전히 동일하지 않을 수 있고, 분리된 신호들의 교차점을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다.
[0021] 즉, 상이한 실시예들에 따르면, 단계(S30)에서 적응형 필터링에 대응하는 신호들의 각각의 쌍의 각각의 신호는 혼합된 신호로부터 분리된 복수의 신호들 중 하나 이상의 신호들을 포함하거나 혼합된 신호로부터 분리된 복수의 신호들 중 하나 이상의 신호들로부터 발생할 수 있고; 전체적으로, 단계(S10)에서 제1 신호의 수는 하나 이상일 수 있고, 제2 신호의 수는 또한 하나 이상일 수 있다.
[0022] 예를 들어, 혼합된 신호가 3개의 마이크로폰들을 포함하는 마이크로폰 어레이에 의해 획득되고, 기준 신호가 하드웨어에 의해 직접 획득될 수 없다고 가정하면, 각각의 마이크로폰에 의해 각각 수집된 신호(또는 각각의 소스로부터의 신호)가 제거된 또는 감소된 잡음이 되도록 기대되는 경우, 획득된 혼합된 신호는 복수의 신호들, 예를 들어, 2, 3 또는 그 초과로 분리될 수 있다.
[0023] 그 다음, 각각의 마이크로폰으로부터 대응하는 제1 신호 및 제2 신호의 하나의 쌍을 획득하고, 전체적으로 하나 이상의 제1 신호들 및 하나 이상의 제2 신호들을 획득하기 위해, 각각의 마이크로폰에 대해, 하나의 신호 또는 신호들의 세트(예를 들어, 마이크로폰과 관련된 하나 이상의 신호들 또는 하나 이상의 신호들의 집합물로서 결정된 복합 신호)에 따라 제1 신호가 획득 또는 형성될 수 있고, 추가적인 하나의 신호 또는 신호들의 세트(예를 들어, 제1 신호 또는 제1 신호를 형성하기 위해 사용되는 신호로서 사용되는 신호를 제외한 모든 다른 신호의 집합물 또는 복합 신호)에 따라 제2 신호가 획득 또는 형성될 수 있다.
[0024] 이후, 설명의 편의를 위해, 본 개시의 실시예들에 따른 방법의 원리는 2개의 신호들 s1(n) 및 s2(n)로 분리되는 혼합된 신호를 예로서 취함으로써 설명된다.
[0025] 단계(S10) 이후, 신호의 각각의 프레임에 기초하여 단계(S20 및 S30)가 수행될 수 있는데, 즉, 예를 들어, 단계(S10)에서 2개의 신호들 s1(n) 및 s2(n)가 블라인드 소스 분리에 의해 획득되는 것으로 가정되고, 여기서 1≤n≤KN이고, K는 신호들 s1(n) 및 s2(n) 각각에서 프레임들의 수이고(단계(S10)에서 혼합된 신호의 각각의 프레임에 대해 블라인드 소스 분리가 수행되면, K=1), N은 각각의 프레임에서 샘플링 포인트들의 수이고, 그 다음, 단계(S20 및 S30)는 1부터 K까지의 각각의 k(즉, 각각의 현재 프레임)에 대해 신호들 s1(nk) 및 s2(nk)(여기서, (k-1)N+1≤nk≤kN)의 각각의 쌍에 대해 수행될 수 있다.
[0026] 본 개시의 실시예들에 따르면, 단계(S20)에서, 적응형 필터링에 대한 기준 신호로서 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 어느 신호가 현재 선택될 수 있는지는 신호들 s1(nk) 및 s2(nk)과 연관된 에너지 정보에 따라 결정된다.
[0027] 일 실시예에서, 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk)의 현재 에너지는 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk) 내의 모든 샘플링 포인트들의 진폭들의 제곱들의 합에 따라 결정될 수 있다.
[0028] 예를 들어, 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk)의 현재 에너지 E1(k) 또는 E2(k)는 하기 대응하는 수식에 따라 계산될 수 있다.
[0029]
Figure pat00001
（1）
[0030]
Figure pat00002
（2）
[0031] 여기서 sa1(i) 또는 sa2(i)는 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk) 내의 샘플링 포인트 i의 진폭을 표현한다.
[0032] 그 다음, 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk)과 관련된 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 롱타임 에너지는 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk)의 현재 에너지 E1(k) 또는 E2(k)와, 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk) 이전의 미리 결정된 시간 기간 내의 이전 롱타임 에너지의 가중된 합에 따라 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 현재 에너지 E1(k) 또는 E2(k)에 대한 가중치와 이전 롱타임 에너지에 대한 가중치의 합은 1일 수 있다.
[0033] 일 실시예에서, 이전 롱타임 에너지는 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk) 이전의 미리 결정된 시간 기간 내의 평균 에너지일 수 있다.
[0034] 다른 실시예에서, 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk)와 관련된 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 롱타임 에너지 EL1(k) 또는 EL2(k)는 하기 대응하는 수식에 따라 회귀적으로 계산될 수 있다.
[0035]
Figure pat00003
（3）
[0036]
Figure pat00004
（4）
[0037] EL1(k-1) 또는 EL2(k-1)가 현재 프레임 s1(nk) 또는 s2(nk) 전에 이전 롱타임 에너지인 경우, EL1(0) 및 EL2(0)는 미리 초기 값(예를 들어, 0 또는 특정한 경험적 값)으로 설정될 수 있다. EL1(k)의 경우, a1 및 b1은 각각 EL1(k-1) 및 E1(k)에 대한 가중치들이다. 일 실시예에서, a1 및 b1은 0보다 크거나 그와 동일할 수 있다. 일 실시예에서, a1 및 b1의 합은 1과 동일할 수 있다. 상이한 실시예들에 따르면, 상이한 프레임의 EL1(k)(즉, 상이한 값의 k)에 대해, 선택된 가중치들 a1 및 b1은 동일하거나 상이할 수 있다. 유사하게, EL2(k)의 경우, a2 및 b2는 각각 EL2(k-1) 및 E2(k)에 대한 가중치들이다. 일 실시예에서, a2 및 b2는 0보다 크거나 그와 동일할 수 있다. 일 실시예에서, a2 및 b2의 합은 1과 동일할 수 있다. 상이한 실시예들에 따르면, 상이한 프레임의 EL2(k)(즉, 상이한 값의 k)의 경우, 선택된 가중치들 a2 및 b2는 동일하거나 상이할 수 있다.
[0038] 그 다음, 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 에너지 비는 현재 에너지 E1(k) 또는 E2(k) 및 현재 롱타임 에너지 EL1(k) 또는 EL2(k)에 따라 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 신호 s1(n) 또는 s2(n)의 현재 에너지 비 R1(k) 또는 R2(k)는 대응하는 하기 수식에 따라 계산될 수 있다:
[0039]
Figure pat00005
（5）
[0040]
Figure pat00006
（6）
[0041] 여기서 Δ1 또는 Δ2는, 나누기 연산이 수행될 때 제로로 나누는 에러가 발생하지 않는 한, 임의의 상수(0을 포함함), 예를 들어, 임의의 작은 양의 수(예를 들어, 10-6)일 수 있는 대응하는 조절 양이다. 상이한 실시예들에 따르면, Δ1 및 Δ2는 동일하거나 상이할 수 있다.
[0042] 그 다음, 신호 s1(n)의 획득된 현재 에너지 비 R1(k) 및 신호 s2(n)의 현재 에너지 비 R2(k)에 따라, 제k 프레임의 시간에 현재 기준 신호로서 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 어느 신호가 선택되는지가 결정된다.
[0043] 일 실시예에서, 제k 프레임의 시간에 현재 기준 신호로서 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 어느 신호가 선택되는지는 하기 표 1에 따라 결정된다.
[0044] 표 1
Figure pat00007
[0045] 표 1에 따르면, 현재 에너지 비 R1(k) 및 R2(k)는 임계 TH와 각각 비교된다(조건 1). 상이한 실시예들에서, 임계치 TH는 프로세싱되는 신호의 타입 및 실제 요건에 따라 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 정규화된 청각 신호에 대해, 임계치 TH는 9*10-6일 수 있다.
[0046] R1(k)≥TH 및 R2(k)≥TH인 경우, 추가적인 비교 결과에 따라 현재 기준 신호로서 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 어느 하나를 선택하기 위해, R1(k) 및 R2(k)가 추가로 비교될 수 있다(조건 2),
[0047] 조건 "R1(k)≥TH 및 R2(k)≥TH"가 충족되지 않는 경우, 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 어느 하나가 현재 기준 신호로서 선택될 수 있거나, 이전 프레임(즉, 제k-1 프레임)의 시간에서의 선택에 따라 현재 기준 신호가 결정될 수 있다. 예를 들어, 신호 s1(n)이 이전 프레임의 시간에 기준 신호로서 선택되면, 현재 프레임에 대해, 신호 s1(n)이 현재 기준 신호로서 계속 사용되고, 그렇지 않으면, 신호 s2(n)가 현재 기대 신호로서 사용될 수 있다. 다른 예들에서, 신호 s1(n)이 이전 프레임의 시간에 기준 신호로서 선택되면, 현재 프레임에 대해, 요구되는 대로 신호 s2(n)가 현재 기준 신호로서 사용될 수 있고, 신호 s1(n)은 현재 기대 신호로서 사용된다.
[0048] 이전 프레임의 시간에서의 선택에 따라 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 어느 신호가 현재 프레임의 시간에서의 현재 기준 신호로서 선택되는지가 결정되는 경우, 신호 s1(n)의 현재 프레임 및 신호 s2(n)의 현재 프레임이 각각 신호 s1(n)의 초기 프레임 및 신호 s2(n)의 초기 프레임이면, 즉 현재 프레임의 인덱스 값 k가 1이면, 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 어느 하나가 현재 기준 신호로서 초기에 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 초기화된 세팅은 (예를 들어, 시스템 초기화의 시간에) 신호 s1(n)의 초기 프레임(k=1) 및 신호 s2(n)의 초기 프레임(k=1)에 대해 표 1에서 정의된 검사 이전에 완료될 수 있다.
[0049] 다른 실시예들에서, 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 하나가 신호 s1(n)의 초기 프레임 및 신호 s2(n)의 초기 프레임을 프로세싱하는 시간에 또는 시스템 초기화 시에 현재 기준 신호으로서 고정적으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 신호 s1(n)은 현재 기준 신호로서 고정적으로 선택된다.
[0050] 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 하나가 현재 기준 신호로서 선택되는 경우, 대응적으로 다른 하나가 현재 기대 신호가 된다.
[0051] 제k 프레임(현재 프레임)의 시간에 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호를 선택한 후, 방법은 선택된 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호에 따라 적응형 필터링을 수행하기 위해 단계(S30)로 진행할 수 있다.
[0052] 예를 들어, 시간 도메인에서 적응형 필터링은 M차원 적응형 필터를 사용함으로써 수행될 수 있고, 필터의 계수는 W(j)=[w1, w2,…,wM]T일 수 있고, 대응하는 초기 값 W(0)=[0,0,…,0]T이고, T는 전치 연산이다.
[0053] 이러한 예에서, 각각의 현재 프레임(즉 제k 프레임)에서 각각의 샘플링 포인트 p (1≤n≤N)에 대해, 적응형 필터링에 의해 획득된 대응하는 에러 값은 e(p)=d(p)-W(p-1)TX(p)이고, 여기서 X(p)=[x(p),x(p-1),…,x(p-M+1)]이고, d(·) 및 x(·)는 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호에서의 샘플링 포인트들을 각각 표현한다. X(p)에서 특정 x(·)의 인덱스 값이 0보다 작거나 그와 동일하면, x(·)의 값은 0일 수 있다. 예를 들어, M=4, p=2이면, X(2)=[x(2), x(1), x(0), x(-1)]=[x(2), x(1), 0, 0]이다. 적응형 필터링의 계수는 W(p)=W(p-1)+μe(p)X(p-1)로 조절될 수 있고, 여기서 μ는 조절 계수, 예를 들어, 단일 조절의 스트라이드(stride)이다.
[0054] 따라서, 제k 프레임의 시간에, 제k 프레임의 시간에서의 에러 신호는 현재 기준 신호 및 현재 기대 신호(및 잠재적으로, 모든 이전 기준 신호들)에 따라 결정될 수 있고, 추가적인 잡음 감소는 획득된 에러 신호에 따라 구현될 수 있다.
[0055] 상기 예에서, 시간 도메인에서의 적응형 필터링은 단계(S30)에서 채택된다. 그러나, 본 개시는 적응형 필터링의 타입 및 구현 모드로 제한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 주파수 도메인의 적응형 필터링이 채택될 수 있고, 선형 또는 비선형 적응형 필터링이 채택될 수 있다. 추가로, 본 개시는 채택된 적응형 필터링의 계수의 차원 및 조절 모드로 제한되지 않는다.
[0056] 본 개시의 실시예들에 따른 방법을 이용하여, 심지어 유효 기준 신호가 하드웨어로부터 직접 획득될 수 없는 경우에도, 잔여 잡음이 효과적으로 제거될 수 있다. 실험 데이터는, 본 개시의 실시예들에 따른 방법이 신호대 잡음비를 상당히 개선할 수 있음을 표시한다.
[0057] 도 2는 본 개시의 실시예들에 따라 앞서 설명된 방법을 구현할 수 있는 장치의 구조도를 예시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 장치는 신호 분리기 SS, 신호 선택기 SEL 및 적응형 필터 AF를 포함할 수 있다.
[0058] 신호 분리기 SS는 신호들 s1(n) 및 s2(n)를 획득하기 위해, 즉, 앞서 설명된 방법의 단계(S10)를 수행하기 위해 수신된 혼합된 신호 y(n)를 분리하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 신호 분리기 SS는 독립적 성분 분석에 기초하여 혼합된 신호에 대해 블라인드 소스 분리를 수행하도록 구성될 수 있고, 대응적으로, 학습 알고리즘을 실행하도록 구성된 하이브리드 행렬 회로, 학습 네트워크 및 알고리즘 프로세서를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 신호 분리기 SS는 앞서 설명된 방법의 단계(S10)를 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, 범용 프로세서)을 포함할 수 있다.
[0059] 신호 선택기 SEL은 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 하나를 현재 기준 신호 x(n)로서, 그리고 대응적으로 신호들 s1(n) 및 s2(n) 중 다른 하나를 예를 들어, 프레임 유닛에서 현재 기대 신호 d(n)으로서 선택하도록, 즉, 앞서 설명된 방법의 단계(S20)를 수행하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 신호 선택기 SEL은 각각의 샘플링 포인트의 에너지를 검출하고 단계(S20)에서 요구되는 에너지 정보를 계산하도록 구성된 에너지 검출기(미도시); 에너지 검출기로부터의 에너지 비 정보를 비교하도록 구성된 비교기(미도시); 및 비교기의 출력 결과에 따라 신호들 s1(n) 및 s2(n) 사이의 연결부들 및 기준 신호의 입력단 및 적응형 필터 AF의 기대 신호의 입력단을 확립 및 스위칭하도록 구성된 신호 스위치를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 신호 선택기 SEL은 앞서 설명된 방법의 단계(S20)를 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 범용 프로세서들)를 포함할 수 있다.
[0060] 적응형 필터 AF의 수는 하나 이상일 수 있고, 각각의 적응형 필터 AF는 기준 신호의 입력단으로부터의 현재 기준 신호 x(n), 기대 신호의 입력단으로부터의 현재 기대 신호 d(n) 및 에러 신호 출력단으로부터 리턴하는 에러 신호 e(n) 자체에 따라 적응형 필터링을 수행하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 적응형 필터 AF는 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, 범용 프로세서들)을 포함할 수 있고, 가상 적응형 필터링을 구현하거나 이러한 하나 이상의 프로세서들에 의한 적응형 필터링 알고리즘을 수행할 수 있다.
[0061] 다른 실시예들에 따르면, 본 개시의 실시예들에 따른 방법을 구현할 수 있는 장치는 하나 이상의 프로세서들(예를 들어, 범용 프로세서들)을 포함할 수 있고, 본 개시의 실시예들에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 이러한 하나 이상의 프로세서들을 구성할 수 있다.
[0062] 일 실시예에서, 장치는 또한 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 다양한 종류들의 컴퓨터 판독가능 및 기록가능 저장 매체들, 예를 들어, 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리는 예를 들어, RAM(random access memory) 및/또는 캐시 메모리(캐시) 등을 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리는 예를 들어, ROM(read-only memory), 하드 디스크, 플래시 메모리 등을 포함할 수 있다. 판독가능 및 기록가능 저장 매체는 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치 또는 디바이스 또는 전술한 것의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되는 것은 아님). 메모리는 실행되는 경우 본 개시의 실시예들에 따른 방법을 수행할 수 있는 프로그램 명령들을 포함할 수 있다.
[0063] 또한, 장치는 또한 입력/출력 인터페이스 및 신호 수집 디바이스 또는 컴포넌트, 예를 들어, 마이크로폰 어레이 또는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.
[0064] 그러나, 본 개시의 일부 실시예들이 설명되었지만, 이러한 실시예들은 오직 예로서 제시되며, 본 개시의 보호 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 앞서 설명된 방법 및 장치는 구현할 다양한 종류들의 다른 형태들을 채택할 수 있다. 추가로, 앞서 설명된 방법 및 장치는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 경우, 형태에서 다양한 종류들의 생략, 대체 및 변형으로 행해질 수 있다.

Claims (14)

  1. 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법으로서,
    제1 신호 및 제2 신호를 획득하기 위해 상기 혼합된 신호를 분리하는 단계;
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 하나를 현재 기준 신호로서 그리고 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 다른 하나를 대응적으로 현재 기대 신호로서 선택하는 단계; 및
    상기 현재 기준 신호 및 상기 현재 기대 신호에 기초하여 적응형 필터링을 수행하는 단계를 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는,
    상기 제1 신호의 제1 현재 프레임의 제1 현재 에너지를 계산하는 단계;
    상기 제1 현재 프레임과 관련된 상기 제1 신호의 제1 현재 롱타임 에너지를 계산하는 단계;
    상기 제1 현재 에너지 및 상기 제1 현재 롱타임 에너지에 따라 제1 현재 에너지 비를 계산하는 단계;
    상기 제2 신호의 제2 현재 프레임의 제2 현재 에너지를 계산하는 단계;
    상기 제2 현재 프레임과 관련된 상기 제2 신호의 제2 현재 롱타임 에너지를 계산하는 단계;
    상기 제2 현재 에너지 및 상기 제2 현재 롱타임 에너지에 따라 제2 현재 에너지 비를 계산하는 단계; 및
    상기 제1 현재 에너지 비 및 상기 제2 현재 에너지 비에 따라 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하는 단계를 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 현재 에너지는 상기 제1 현재 프레임에서 모든 샘플링 포인트들의 진폭들의 제곱들의 합이고, 상기 제2 현재 에너지는 상기 제2 현재 프레임에서 모든 샘플링 포인트들의 진폭들의 제곱들의 합이거나, 또는
    상기 제1 현재 롱타임 에너지는 상기 제1 현재 에너지와 제1 이전 롱타임 에너지의 가중된 합이고, 상기 제1 이전 롱타임 에너지는 상기 제1 현재 프레임의 이전 프레임에 대응하는 상기 제1 신호의 이전 롱타임 에너지이고, 상기 제2 현재 롱타임 에너지는 상기 제2 현재 에너지와 제2 이전 롱타임 에너지의 가중된 합이고, 상기 제2 이전 롱타임 에너지는 상기 제2 현재 프레임의 이전 프레임에 대응하는 상기 제2 신호의 이전 롱타임 에너지이거나, 또는
    상기 제1 현재 에너지 비는 제1 값을 갖는 상기 제1 현재 에너지의 비이고, 상기 제1 값은 상기 제1 현재 롱타임 에너지의 값을 포함하고, 상기 제2 현재 에너지 비는 제2 값을 갖는 상기 제2 현재 에너지의 비이고, 상기 제2 값은 상기 제2 현재 롱타임 에너지의 값을 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 설정하는 단계는,
    상기 제1 현재 에너지 비 및 상기 제2 현재 에너지 비 중 적어도 하나가 임계치보다 크거나 그와 동일한 경우,
    상기 제1 현재 에너지 비가 상기 제2 현재 에너지 비보다 작으면, 상기 제1 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하는 단계, 및
    상기 제1 현재 에너지 비가 상기 제2 현재 에너지 비보다 크면, 상기 제2 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하는 단계를 더 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 신호가 상기 제1 현재 프레임의 이전 프레임의 시간에 상기 기준 신호로서 선택되었다면, 초기에 상기 제1 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하고, 그렇지 않으면, 초기에 상기 제2 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하는 단계, 또는
    상기 제1 현재 프레임 및 상기 제2 현재 프레임이 각각 상기 제1 신호의 초기 프레임 및 상기 제2 신호의 초기 프레임이면, 초기에 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 어느 하나를 상기 현재 기준 신호로서 설정하는 단계를 더 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리하는 단계는,
    적어도 2개의 분리된 신호들을 생성하기 위해 독립적 성분 분석에 기초하여 상기 혼합된 신호에 대해 블라인드 소스 분리를 수행하는 단계; 및
    상기 적어도 2개의 분리된 신호들에 기초하여 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 획득하는 단계를 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 방법.
  7. 프로그램 명령들이 저장된 비일시적 저장 매체로서,
    상기 프로그램 명령들은 실행되는 경우 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는, 비일시적 저장 매체.
  8. 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치로서,
    제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치.
  9. 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치로서,
    제1 신호 및 제2 신호를 획득하기 위해 상기 혼합된 신호에 대해 블라인드 소스 분리를 수행하도록 구성된 신호 분리기;
    상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 하나를 현재 기준 신호로서 그리고 다른 하나를 대응적으로 현재 기대 신호로서 선택하도록 구성된 신호 선택기; 및
    상기 현재 기준 신호 및 상기 현재 기대 신호에 기초하여 적응형 필터링을 수행하도록 구성된 적응형 필터를 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 신호 선택기는,
    상기 제1 신호의 제1 현재 프레임의 제1 현재 에너지를 계산하고;
    상기 제1 현재 프레임과 관련된 상기 제1 신호의 제1 현재 롱타임 에너지를 계산하고;
    상기 제1 현재 에너지 및 상기 제1 현재 롱타임 에너지에 따라 제1 현재 에너지 비를 계산하고;
    상기 제2 신호의 제2 현재 프레임의 제2 현재 에너지를 계산하고;
    상기 제2 현재 프레임과 관련된 상기 제2 신호의 제2 현재 롱타임 에너지를 계산하고;
    상기 제2 현재 에너지 및 상기 제2 현재 롱타임 에너지에 따라 제2 현재 에너지 비를 계산하고; 그리고
    상기 제1 현재 에너지 비 및 상기 제2 현재 에너지 비에 따라 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하도록 구성되는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 현재 에너지는 상기 제1 현재 프레임에서 모든 샘플링 포인트들의 진폭들의 제곱들의 합이고, 상기 제2 현재 에너지는 상기 제2 현재 프레임에서 모든 샘플링 포인트들의 진폭들의 제곱들의 합이거나, 또는
    상기 제1 현재 롱타임 에너지는 상기 제1 현재 에너지와 제1 이전 롱타임 에너지의 가중된 합이고, 상기 제1 이전 롱타임 에너지는 상기 제1 현재 프레임의 이전 프레임에 대응하는 상기 제1 신호의 이전 롱타임 에너지이고, 상기 제2 현재 롱타임 에너지는 상기 제2 현재 에너지와 제2 이전 롱타임 에너지의 가중된 합이고, 상기 제2 이전 롱타임 에너지는 상기 제2 현재 프레임의 이전 프레임에 대응하는 상기 제2 신호의 이전 롱타임 에너지이거나, 또는
    상기 제1 현재 에너지 비는 제1 값을 갖는 상기 제1 현재 에너지의 비이고, 상기 제1 값은 상기 제1 현재 롱타임 에너지의 값을 포함하고, 상기 제2 현재 에너지 비는 제2 값을 갖는 상기 제2 현재 에너지의 비이고, 상기 제2 값은 상기 제2 현재 롱타임 에너지의 값을 포함하는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 신호 선택기는, 상기 제1 현재 에너지 비 및 상기 제2 현재 에너지 비 중 적어도 하나가 임계치보다 크거나 그와 동일한 경우, 상기 제1 현재 에너지 비가 상기 제2 현재 에너지 비보다 작으면 상기 제1 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하고, 상기 제1 현재 에너지 비가 상기 제2 현재 에너지 비보다 크면 상기 제2 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하도록 구성되는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 신호 선택기는 상기 제1 신호가 상기 제1 현재 프레임의 이전 프레임의 시간에 상기 기준 신호로서 이전에 선택되었다면, 초기에 상기 제1 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하고, 그렇지 않으면, 초기에 상기 제2 신호를 상기 현재 기준 신호로서 설정하도록 추가로 구성되거나, 또는
    상기 신호 선택기는 상기 제1 현재 프레임 및 상기 제2 현재 프레임이 각각 상기 제1 신호의 초기 프레임 및 상기 제2 신호의 초기 프레임이면, 초기에 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 어느 하나를 상기 현재 기준 신호로서 설정하도록 추가로 구성되는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치.
  14. 제8 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 분리기는, 적어도 2개의 분리된 신호들을 생성하기 위해 독립적 성분 분석에 기초하여 상기 혼합된 신호에 대해 블라인드 소스 분리를 수행하고, 상기 적어도 2개의 분리된 신호들에 기초하여 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 획득하도록 구성되는, 혼합된 신호의 잡음을 감소시키기 위한 장치.
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