KR101182017B1 - 휴대 단말기에서 복수의 마이크들로 입력된 신호들의잡음을 제거하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대 단말기에서 신호의 잡음 제거에 관한 것으로, 특히 휴대 단말기로 입력되는 위상차가 있는 신호로부터 잡음을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 마이크와 제 2 마이크를 구비하는 휴대 단말기에서, 상기 마이크들로 입력된 신호들로부터 잡음을 제거하는 방법은 상기 제 1 및 제 2 마이크들로 입력된 신호들을 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들로 각각 변환하는 과정과, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 위상값 및 주파수별 크기값을 계산하는 과정과, 상기 계산된 위상값들 간의 차이를 계산하고, 상기 위상값들 간의 차이에 반비례하는 게인값을 계산하는 과정과, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들의 주파수별 크기값에 상기 게인값을 곱하여 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 얻는 과정과, 상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 시간 영역의 신호들로 변환하여 출력하는 과정을 포함한다.

위상차, 감쇠게인, 채널별 에너지비, 잡음

Description

휴대 단말기에서 복수의 마이크들로 입력된 신호들의 잡음을 제거하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for removing noise from signals inputted to a plurality of microphones in a portable terminal}

도 1은 빔포밍 방식을 이용하여 잡음을 제거하기 위한 구조를 도시하는 도면.

도 2는 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 개의 마이크들을 구비하는 휴대 단말기의 예시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잡음 레벨을 감소시키는 구조를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잡음 제거 과정을 도시하는 흐름도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 두 개의 마이크들을 통하여 수신된 신호와 잡음이 제거된 신호를 보여주는 그래프.

본 발명은 휴대 단말기에서 신호의 잡음 제거에 관한 것으로, 특히 휴대 단말기로 입력되는 위상차가 있는 신호로부터 잡음을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

휴대 단말기를 이용하여 상대방과 음성통신을 하는 경우에 통상적으로 휴대 단말기를 사용자의 얼굴에 가까이 붙여서 마이크와 입과의 거리가 가까운 상황에서 음성통화를 한다. 이때에는 마이크와 신호와의 거리가 가깝기 때문에 화자의 음성이 크게 입력되어 비교적 주변잡음의 영향을 덜 받게 된다. 그러나, 최근 휴대 단말기를 이용한 화상통화 또는 음성인식 등을 이용하는 통신의 경우, 기존처럼 휴대 단말기를 얼굴에 붙여 사용할 수 없다. 즉, 화상통화를 하기 위해서는 휴대 단말기 화면 창에 표시되는 상대방 얼굴을 보면서 통화를 해야 하기 때문에 휴대 단말기에 장착된 마이크와 화자의 입과의 거리가 멀어지게 된다. 또한, 음성인식 응용 프로그램을 이용하기 위해서도 휴대 단말기 화면창의 메뉴를 보면서 사용하기 때문에 휴대 단말기의 마이크와 화자의 입과의 거리가 멀어지게 된다.

그런데, 화자의 입 즉, 신호 소스(Source)와 마이크의 거리가 멀어지면 멀어질수록 상기 신호 소스와 마이크 사이의 거리 제곱에 반비례하게 수신 감도가 떨어지게 되면서 주변 잡음이 음성신호와 비슷한 에너지로 입력되기 때문에 음성신호의 음질이 저하되어 화상통화의 경우에는 내용전달이 어려워지고, 음성인식을 이용한 통신의 경우에는 인식오류의 문제점을 초래한다. 따라서, 이를 개선하기 위하여 종래에는 스펙트럼 차감법, 칼만(Kalman) 필터, 위너(Wiener) 필터와 같은 단일 채널 잡음제거 방식을 사용하였다 그러나, 상기 단일 채널 잡음 제거 방식은 잡음 제거 에 한계가 있기 때문에 더 좋은 잡음제거 성능을 갖기 위하여 다수의 마이크 배열을 이용한 방식을 모색하게 되었다.

다수의 마이크 사용은 입력 신호들 간의 위상 차이를 만들 수 있다. 신호가 다수의 마이크 등을 통하여 입력될 때, 상기 신호가 동시에 마이크들을 통하여 입력되면 상기 마이크들을 통하여 입력된 신호들 사이에는 위상차가 존재하지 않으나, 상기 신호가 마이크들과의 거리가 상이하여 상기 마이크들에 동시에 입력되지 않는 경우에는 위상차가 발생된다.

이에 대해 두개의 마이크들을 구비하는 휴대 단말기를 예를 들어 자세히 설명한다. 만약 두개의 마이크들의 정면에서 화자의 음성 신호가 들어오면 두개의 마이크들로 입력받은 두개의 신호들은 에너지나 위상이 동일하다. 그러나 정면 이외의 다른 방향에서 들어오는 신호에 대해서는 두개의 마이크 입력 신호들 사이에 차이가 발생한다. 즉, 먼저 신호를 입력받는 마이크의 입력신호가 다른 마이크의 입력신호에 비해 에너지가 크다. 또한 마이크 간격과 신호의 입사각에 따라 두개의 마이크 입력신호들 사이에 시간 지연도 발생한다. 이와 같이 두개의 마이크들 정면에서 들어온 신호들 사이에는 지연이 없기 때문에 위상차가 발생하지 않지만 정면 이외의 방향에서 들어온 신호들 사이에는 지연이 발생하기 때문에 위상차가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 위상차는 잡음에 의해 발생된 것으로 볼 수 있기 때문에 위상차 정보는 잡음의 유무 및 정도를 나타내는 척도로 사용할 수 있다. 따라서, 위상차가 많이 발생한 주파수에서는 잡음이 심한 경우이므로 잡음제거 정도를 강하게 할 수 있고, 위상차가 작게 발생한 주파수에서는 잡음이 약한 경우이므로 잡음 제거 정도를 약하게 하여 잡음을 제거할 수 있다.

상기 다수의 마이크 배열을 이용한 잡음 제거 방식으로 종래에 사용되던 방식으로 빔포밍(Beamforming) 방식과 독립 성분 분석 방식을 들 수 있다.

상기 독립 성분 분석 방식은 2 개의 음성 또는 소리 신호들이 섞여 있는 경우, 상기 2 개의 신호들로부터 각각 독립적인 신호들을 각각 분리해내는 방식이다. 상기 독립 성분 분석 방식은 종래의 동작 원리를 따르므로 보다 구체적인 설명은 생략한다. 그런데, 상기 독립 성분 분석 방식은 여러 가지 비현실적인 가정을 필요로 하기 때문에 다양한 잡음과 잔향이 존재하는 실제 환경에서는 적용하기 까다롭다. 따라서, 상기 독립 성분 분석 방식은 분리하려 하는 음원의 방향과 마이크 방향 설정에 민감하기 때문에 다양한 방향에서 들어오는 신호들에 대해 적용하기가 어렵다는 단점이 있다. 그리고 원거리발성(Far-talking)의 경우에는 두개의 마이크들 간의 입력신호들의 에너지 레벨 차이가 작아짐으로 인해 잡음제거 성능이 저하되며, 신호분리에 실패했을 경우 신호 왜곡이 오히려 더 커지는 단점이 있다.

상기 빔포밍 방식은 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다.

도 1은 빔포밍 방식을 이용하여 잡음을 제거하기 위한 구조를 도시하는 도면이다.

#MIC1(110)는 음성 신호를 #MIC2(130)보다 먼저 입력받는 마이크이고, #MIC2(130)는 음성 신호 이외의 신호(예, 잡음)를 #MIC1(110)보다 먼저 입력받는 마이크라 가정한다.

상기 음성 신호 이외의 신호를 먼저 입력받는 #MIC2(130)를 통하여 아날로그 신호가 입력되면 아날로그 디지털 변환기(Analog/Digital Converter, 이하 'A/D'라 칭한다)(140)에서 디지털 신호로 변환되어 출력된다. 상기 A/D(140)로부터 출력된 신호는 지연기(Delay)(150)로 입력되어 상기 #MIC1(110)과 #MIC2(130) 간의 신호 입력 시간 차이만큼 지연시킨다. 여기에서, 상기 #MIC2(130)로 #MIC1(110)보다 먼저 신호가 입력된다고 가정한다.

#MIC1(110)를 통하여 아날로그 신호가 입력되면 A/D(120)에서 디지털 신호로 변환되어 출력된다. 상기 A/D(120)로부터 출력된 신호는 합산기(160)로 전달된다. 이때, 지연기(150)를 통해 지연된 신호도 합산기(160)로 전달되어 상기 A/D(120)로부터 전달된 신호와 가감된다.

상기 음성 신호 이외의 신호를 먼저 입력받는 #MIC2(130)를 통하여 입력된 신호는 불필요한 잡음일 확률이 크다. 따라서, 상기 도 1의 빔포밍 방식에 의해 최종적으로 합산기(160)에서 상기 잡음이 '0'이 된다.

상술한 바와 같이, 상기 빔포밍 방식은 원신호를 왜곡이 없이 복원할 수 있는 강인한 알고리즘(Algorithm)이지만 신호 대 잡음 비(Signal-to-Noise Ratio: SNR) 향상에 제한이 있어 잡음이 심한 환경에서는 깨끗한 원신호를 얻기 어렵다. 그리고 마이크 개수가 증가함에 따라 신호 대 잡음 비가 향상되는 특성을 갖고 있는데 휴대 단말기 같은 소형 장치에 여러 개의 마이크를 장착하는데 한계가 있고, 또한 마이크 배열 방향에 따라 마이크의 빔패턴 방향이 결정되기 때문에 상기 빔포밍 방식은 휴대 단말기에 매우 제한적으로 적용된다.

따라서, 잡음이 심한 환경에서 신호의 잡음을 효율적으로 제거하는 방법에 대한 필요성이 대두되었다.

따라서 본 발명은 잡음이 심한 환경에서 잡음 레벨을 감소시키는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 두 개의 무지향성 마이크들을 사용하여 잡음이 심한 환경에서 잡음 레벨을 감소시켜 신호 대 잡음 비를 향상시키고 잡음 제거 시 생길 수 있는 음질 왜곡 현상을 최소화하여 음질 향상 및 인식률을 향상시키는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 제 1 마이크와 제 2 마이크를 구비하는 휴대 단말기에서, 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크로 입력된 신호들로부터 잡음을 제거하는 방법은, 상기 입력된 신호들을 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들로 각각 변환하는 과정과, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 위상값들 및 주파수별 크기값을 계산하는 과정과, 상기 계산된 위상값들 간의 차이를 계산하고, 상기 위상값들 간의 차이에 반비례하는 게인값을 계산하는 과정과, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들의 주파수별 크기값에 상기 게인값을 곱하여 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 얻는 과정과, 상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 시간 영역의 신호들로 변환하여 출력하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명에 따른 제 1 마이크와 제 2 마이크를 구비하는 휴대 단말기에서, 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크로 입력된 신호들로부터 잡음을 제거하는 장치는, 상기 입력된 신호들을 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들로 각각 변환하는 주파수 영역 변환부와, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 위상값들을 계산하는 위상부와, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 주파수별 크기값을 계산하는 크기부와, 상기 계산된 위상값들 간의 차이를 계산하는 위상차 계산부와, 상기 위상값들 간의 차이에 반비례하는 게인값을 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대해 각각 계산하는 게인 계산부와, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들의 주파수별 크기값에 상기 게인값들을 각각 곱하여 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 얻는 마스킹부와, 상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 시간 영역의 신호들로 변환하여 출력하는 시간 영역 변환부를 포함한다.

전술한 바와 같은 내용들은 당해 분야 통상의 지식을 가진 자가 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로부터 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 특징들 및 기술적인 장점들을 다소 넓게 약술한 것이다. 이러한 특징들 및 장점들 이외에도 본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 후술되는 본 발명의 구체적인 설명으로부터 잘 이해될 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여 후술되는 발명의 개시된 개념 및 구체적인 실시예가 변경 또는 변형되어 사용될 수도 있다는 사실을 잘 인식할 것이다. 또한 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 개시하는 개념 및 구조와 균등한 개념들 및 구조들이 본 발명의 가장 넓은 형태의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 사실을 잘 인식할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명에서 제안하는 잡음 제거 방법을 설명하기 위하여 이하 다수의 마이크 배열 중에서 두 개의 무지향성 마이크들을 적용함을 가정하여 설명한다. 여기에서, 상기 무지향성 마이크는 어느 특정 방향에 치우치지 않고 모든 방향으로부터 신호를 동일하게 수신하는 마이크를 의미한다. 상술하였듯이, 신호가 두 개의 마이크들을 통하여 입력될 때, 상기 신호가 동시에 마이크들을 통하여 입력되면 상기 마이크들을 통하여 입력된 신호들 사이에는 위상차가 존재하지 않으나, 상기 신호가 마이크들과의 거리가 상이하여 상기 마이크들로 동시에 입력되지 않는 경우에는 위상차가 발생된다.

상세히 설명하면, 주변 잡음이 없는 환경에서 두 개의 마이크들이 음성 신호를 정면으로부터 받아들인다고 하면, 상기 두 개의 마이크들에 입력된 신호들 사이에는 위상 차이가 발생하지 않는다. 이런 경우의 위상차(Phase_Diff)는 하기 <수학식 1>에서 보는 바와 같이 '0'이다. 상기 두 개의 마이크들 중 하나의 입력을 첫 번째 마이크 채널 신호라 하고, 다른 하나의 입력을 두 번째 마이크 채널 신호라 한다.

여기에서, CH1(K)와 CH2(K)는 각각 첫 번째 마이크 채널 신호와 두 번째 마이크 채널 신호의 주파수 영역 변환된 신호이고 K는 주파수를 나타낸다.

이때, 에너지 레벨도 거의 동일하기 때문에 두개의 마이크 채널 신호들의 크기 비(Mag_Ratio)는 하기 <수학식 2>와 같이 1이 된다.

그러나, 만약 음성 신호 이외의 신호가 상기 두 개의 마이크들로 입력되는 경우에는 여러 방향으로부터 여러 각도로 입력되기 때문에, 이런 경우 두개의 마이크 채널들의 신호들 간에 위상 차이가 발생하게 된다. 이때, 상기 위상 차이는 음성 신호에 의한 것이라기보다 잡음에 의해 발생된다고 볼 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 위상차가 있는 신호를 제거함으로써 잡음 레벨을 낮출 수 있고, 음성 통신 시 음질을 향상시킬 수 있다.

상기 위상차이는 특정 프레임의 특정 주파수에서의 잡음 존재 여부 및 레벨 로 나타난다. 그러므로, 상기 위상차이를 이용하여 주파수에 따른 감쇠게인(G(K))을 <수식 3>에 의해 구하고, 상기 감쇠게인에 각 채널들에 대한 에너지비 값들(MG1(K), MG2(K))을 각각 곱하여 잡음을 억제한다. 해당 주파수에서 위상차가 크면 잡음이 심한 경우를 의미하는 것이므로, '0' 에 가까운 감쇠 게인을 마이크 채널 신호에 곱하여 잡음의 영향을 줄인다. 반대로 해당 주파수에서 위상차가 작으면 잡음이 약한 경우이므로 1 에 가까운 감쇠 게인을 마이크 채널 신호에 곱하여 원신호의 손실을 적게 한다. 상기 각 채널들에 대한 에너지비 값들(MG1(K), MG2(K))은 하기의 <수학식 4>, <수학식 5>에 의해 각각 구해질 수 있다.

여기에서, G(K)를 구하는 식에서 분모의 1은 0으로 나누어지는 것을 방지하기 위한 것이며, C는 게인의 강도를 정하는 상수이다. 상기 C 값을 크게 하면 전체적으로 게인이 강하게 적용되어 음성 신호까지 왜곡시킬 수 있으며, 반대로 C 값을 작게 하면 게인이 약하게 적용되어 잡음이 많이 남을 여지가 있다. 이러한 C값은 실험적으로 정해질 수 있다.

상기 <수학식3>, <수학식4>, 및 <수학식5>으로부터 계산된 감쇠 게인값 및 마이크 채널별 에너지비 값을 이용하여 각 마이크 채널 신호로부터 잡음을 제거할 수 있다. 하기의 <수학식6>에 따라 상기 감쇠게인 값과 에너지비 값을 곱한 값에 주파수 영역변환된 마이크 채널 신호를 곱함으로써 잡음을 제거할 수 있다.

상기 <수학식 6>의 결과 신호들을 시간영역변환(IFFT)을 통해 시간 영역의 신호들로 만들고 난 후, 어느 한 채널만 선택하여 사용하거나 상술한 빔포밍 같은 두개의 채널들을 이용하는 알고리즘을 적용하여 결합함으로써 추가적으로 잡음 제거를 할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 두 개의 마이크들을 구비하는 휴대 단말기의 예시도이다.

상기 도 2a를 참조하면, 휴대 단말기(210)가 정면 하단의 양쪽에 두개의 마이크들(MIC1(220), MIC2(230))을 구비한다.

상기 도 2a와 같이 휴대 단말기 정면에 두 개의 마이크들이 장착된 경우 원거리발성 시에 음성 신호에 대한 두개의 마이크 신호들 사이에 지연은 거의 발생하지 않으며 주파수별 크기도 동일하므로, 음성 신호에 위상지연이 발생하지 않는다. 따라서 두개의 마이크 신호들 사이의 위상 차이는 음성신호에 의한 것이 아니라 주변 잡음에 의한 것이라 할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 상기 도 2a와 같은 구조로 마이크들을 구비하는 경우, 주변 잡음에 의한 위상차를 계산하고, 각 채널에 대한 게인값들을 구한 후 주파수 영역 변환 된 각 채널 신호에 곱하여 잡음이 억제된 채널 신호를 얻는다.

상기 도 2b를 참조하면, 휴대 단말기(250)가 상기 단말기의 앞쪽에 마이크(MIC1(260) 및 상기 단말기의 뒤쪽에 마이크(MIC2(270))를 구비한다.

상기 도 2b와 같이 휴대 단말기의 앞뒤로 마이크가 장착되었을 경우 두개의 마이크들 간의 거리에 해당되는 사운드 패스(sound path)에 따라 두개의 마이크들로 입력된 음성신호들 사이에는 지연이 발생하여 음성신호에 대해 에너지 및 위상 차이가 생긴다. 그러나 이런 지연에 해당되는 만큼 위상 보상을 해주면 음성신호에 대해서 위상 차이를 없앨 수 있다. 따라서 마이크의 위치에 따른 차이에 대해서 위상보상을 해 주면 두개의 마이크 신호들 사이에 발생하는 위상차이는 주변 잡음에 의한 것이라 할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 상기 도 2b와 같은 구조로 마이크들을 구비하는 경우, 위상차를 이용하여 게인값들을 구하고 주파수 영역 변환 된 채널 신호에 곱하면 잡음이 억제된 채널 신호를 얻는다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잡음 레벨을 감소시키는 구조를 도시하는 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 마이크1(#MIC1(302))과 마이크2(#MIC2(304))를 통하여 위상차가 있는 아날로그 신호들이 각각 입력된다.

A/D(305, 307)는 상기 입력된 아날로그 신호들 각각을 디지털 신호로 변환하고 윈도우부(Windowing)(310, 312)로 출력한다.

윈도우부(Windowing)(310, 312)는 상기 변환된 디지털 신호들을 주파수영역 변환을 수행하기 위한 미리 정해진 크기의 프레임(Frame)으로 윈도우윙(Windowing)하여 주파수 영역 변환부(Fast Fourier Transform: FFT)(315, 317)로 출력한다.

주파수 영역 변환부(315, 317)는 상기 윈도우윙된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하고, 위상부(320, 322)와 크기부(325, 327)로 각각 출력한다.

위상부(320, 322)는 상기 주파수 영역 변환부(315, 317)로부터 각각 입력된 신호에서 위상 값을 계산하여 위상차 계산부(335)로 출력한다.

크기부(325, 327)는 상기 주파수 영역 변환부(315, 317)로부터 각각 입력된 신호에서 각 주파수의 크기값을 계산하여 에너지비 계산부(350)로 출력한다.

블록(360)은 본 발명에서 제안하는 잡음을 제거하는 블록들로써 위치보상 부(330), 위상차 계산부(335), 감쇠게인 계산부(340), 마스킹부(345, 347), 에너지비 계산부(350)로 구성된다.

위상 보상부(330)는 상술하였듯이, 음성 신호가 아닌 잡음으로 추정되는 신호만을 만들기 위하여 마이크들의 거리 차 즉, 사운드 패스에 따라 입력되는 음성 신호 사이에 발생되는 지연값을 위상차 계산부(335)로 출력한다. 이렇게 함으로써, 음성 신호에서 발생될 수 있는 위상차를 보상해 줄 수 있다. 다시 말해서, 마이크1(302)과 마이크2(304)로 입력되는 신호의 위상차에 따라 미리 저장된 두개의 마이크들 사이의 사운드 패스에 따른 지연값을 위상차 계산부(335)로 제공한다. 예를 들어, 만약 상기 도 2a처럼 마이크들이 장착된 경우 위상 보상을 위해 '0'을 위상차 계산부(335)로 제공한다. 그런데 만약 상기 도 2b처럼 마이크들이 장착된 경우에는 미리 저장된 지연 값을 상기 위상차 계산부(335)로 제공함으로써 위상 보상을 해준다. 이렇게 제공된 지연값을 이용하여 상기 위상차 계산부(335)에서 하기 <수학식 7>에 의해 위상차를 계산한다. 따라서, 상기 위상차 계산부(335)에서 상기 위상차를 구하기 위하여 상기 위상 보상부(330)는 상기 도 2a의 경우 지연(Delay) 값을 '0'으로 상기 위상차 계산부(335)로 출력하고, 상기 도 2b의 경우, 미리 정해진 지연 값을 상기 위상차 계산부(335)로 출력한다.

여기에서, Delay는 두개의 마이크들 간의 거리에 따른 지연샘플들의 개수 즉, 지연값이다.

위상차 계산부(Phase_Diff)(335)는 상기 위상부(320, 322)로부터 출력된 위상값을 이용하여 위상 차이를 계산한다. 여기에서 상기 위상 차이는 소스 신호가 동시에 마이크1(#MIC1(302))과 마이크2(#MIC2(304))에 입력되지 않고 상이하게 상기 마이크1(302)과 마이크2(304)로 입력됨으로 인해 입력된 신호들 간에 생기는 위상의 차이를 의미한다. 상기 위상차 계산부(335)에서 계산된 위상차(Phase_Diff) 값을 감쇠게인 계산부(340)로 출력한다. 상기 위상차는 신호간의 지연이 없는 경우 상기 <수학식 7>에 지연값(Delay)을 '0'으로 적용하여 계산될 수 있다. 그리고, 신호간의 지연이 있는 경우 위상차는 상기 <수학식 7>에 상기 위치 보상부(330)로부터 제공된 지연값을 적용시켜 계산될 수 있다.

감쇠게인 계산부(340)는 상기 위상차 계산부(335)로부터 출력된 위상차 값을 이용하여 감쇠게인을 계산한 후 마스킹부(Masking)(345, 347)로 출력한다. 상기 감쇠게인은 상술한 <수학식 3>을 이용하여 얻을 수 있다.

에너지비 계산부(Energy-Ratio)(350)는 상기 크기부(325, 327)로부터 출력된 주파수별 크기 값을 이용하여 각각의 마이크 채널에 대한 에너지 비율을 계산한 후 마스킹부(345, 347)로 출력한다. 상기 마이크들 각각에 대한 에너지 비율은 상술한 <수학식 4> 및 <수학식 5>을 이용하여 각각 얻을 수 있다.

마스킹부(345, 347)는 상기 위상차 감쇠게인 계산부(340)와 에너지비 계산부(350)로부터 전달된 감쇠게인값, 에너지비 값들을 이용하여 잡음이 감소된 신호 를 얻는다. 상기 값들을 상기 <수학식 6>에 적용함으로써 잡음이 감소된 신호를 얻을 수 있다. 이렇게 잡음이 감소된 신호는 시간영역 변환부(Inverse FFT: IFFT)(350, 352)로 출력된다.

시간영역 변환부(350, 352)는 상기 마스킹부(345, 347)로부터 출력된 주파수 영역의 신호를 시간 영역의 신호로 변환한 후, 결합기(355)로 출력한다.

결합기(355)는 잡음이 감소되어 시간 영역으로 변환된 신호들을 결합하여 잔여잡음을 제거한다. 상기 결합이라 함은 한 신호의 선택 혹은 독립 성분 분석 방식 등을 통한 신호들의 단순 조합 등을 포함한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잡음 제거 과정을 도시하는 흐름도이다.

상기 도 4를 참조하면, 410 단계에서 두 개의 마이크들이 각각 신호들을 수신한다.

420 단계에서 주파수 영역 변환부가 상기 신호들을 주파수 영역의 신호들로 변환한다.

430 단계에서 위상부 및 크기부는 상기 변환된 신호들로부터 각각 위상값 및 주파수별 크기값을 계산한다.

440 단계에서 위상차 계산부 및 감쇠게인 계산부가 상기 430 단계에서 계산된 위상값을 이용하여 각각 위상차 및 감쇠게인 계산한다. 여기에서, 상기 위상차는 상기 두 개의 마이크들 장착 위치의 차이로 인한 지연값을 위상 보상부로부터 제공받아서 상기 <수학식 7>을 통하여 계산될 수 있다. 이렇게 지연값을 통하여 마 이크간 거리로 인한 위상 차이를 보상함으로써 상기 변환된 신호는 잡음으로 추정되는 신호만 남게 된다. 감쇠게인 계산부는 상기 위상차 계산부로부터 제공된 위상차를 상기 <수학식 3>에 입력함으로써 감쇠게인을 계산한다.

450 단계에서 에너지비 계산부가 상기 430 단계에서 계산된 주파수별 크기값을 이용하여 마이크 채널별 에너지비를 계산한다. 상기 마이크 채널별 에너지비는 각각의 마이크를 통하여 수신된 신호의 에너지비를 의미하는 것으로, 상기 <수학식 4> 또는 <수학식 5>를 이용하여 계산된다. 여기에서, 상기 440 단계에서의 위상차 및 감성게인을 계산하는 과정과 상기 450 단계에서의 마이크 채널별 에너지비를 계산하는 과정은 상기 도 3에 도시된 장치들을 통하여 병렬적으로 수행된다.

460 단계에서 마스킹부는 상기 440 단계 및 450 단계에서 계산된 감쇠 게인값과 마이크 채널별 에너지비를 이용하여 상기 변환된 신호로부터 잡음을 제거한다.

470 단계에서 시간 영역 변환부가 상기 잡음이 제거된 신호를 주파수 영역으로부터 시간 영역의 신호로 변환한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 두 개의 마이크들을 통하여 수신된 신호와 잡음이 제거된 신호를 보여주는 그래프이다.

상기 도 5를 참조하면, CH1(K)(501)은 상기 도 3의 마이크1(302)를 통하여 입력되는 신호를 보여주고, CH2(K)(502)는 마이크2(304)를 통하여 입력되는 신호를 보여준다.

Y1(K)(503)은 상술한 본 발명의 잡음 제거 방법에 따라 상기 마이크 1(302) 를 통해 수신된 입력 신호로부터 잡음이 제거된 신호를 보여준다. 상기 Y1(K)(503) 신호는 상기 <수학식 6>을 통하여 얻어질 수 있다.

Y2(K)(504)는 상기 Y1(K)(503)과 같이 본 발명의 잡음 제거 방법에 따라 상기 마이크 2(304)를 통해 수신된 입력 신호로부터 잡음이 제거된 신호를 보여준다. 상기 Y2(K)(504) 신호도 상기 <수학식 6>을 통하여 얻어질 수 있다.

상기 도 5의 Y1(K)(503) 및 Y2(K)(504) 신호들에서 보는 바와 같이 마이크들로 입력되던 신호들에 비해 잡음이 거의 제거되고 음성만 남아있게 된다. 따라서, 통신을 위한 음질을 향상시킬 수 있고, 신호의 에너지가 증가함으로 인해 신호 대 잡음비의 향상을 이룰 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

상술한 바와 같이 본 발명은 두개의 신호들 사이의 위상정보로 잡음레벨을 추정하기 때문에 신호 대 잡음 비 추정이 간단하여 잡음 제거에 강인하다는 이점이 있다. 또한 마이크 장착 위치에 상관없이 두개의 채널들 정보를 사용할 수 있기 때문에 기존의 두개의 채널들 잡음제거 방식의 한계를 극복할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (16)

1. 제 1 마이크와 제 2 마이크를 구비하는 휴대 단말기에서, 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크로 입력된 신호들로부터 잡음을 제거하는 방법에 있어서,

   상기 입력된 신호들을 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들로 각각 변환하는 과정과,

   상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 위상값들 및 주파수별 크기값을 계산하는 과정과,

   상기 계산된 위상값들 간의 차이를 계산하고, 상기 위상값들 간의 차이에 반비례하는 게인값을 계산하는 과정과,

   상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들의 주파수별 크기값에 상기 게인값을 곱하여 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 얻는 과정과,

   상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 시간 영역의 신호들로 변환하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 게인값은,

   상기 위상값들 간의 차이에 게인의 강도를 조절할 수 있는 상수를 곱한 후 1을 더해서 역수를 취함으로써 계산됨을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 상기 시간 영역의 신호들로 변환하기 전에,

   상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 해당 마이크별 에너지비 값들을 각각 곱하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 마이크별 에너지비 값들 각각은,

   해당하는 상기 제 1 또는 제 2 주파수 영역의 신호에 대한 주파수별 크기값의 제곱 값을, 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 주파수별 크기값 각각을 제곱하여 합한 값으로 나눔으로써 계산됨을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 시간 영역의 신호들 중 하나를 선택하거나, 혹은 독립성분분석 방식으로 분리하여 조합하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 위상값들 간의 차이는,

   상기 제 1 주파수 영역의 신호에 대한 주파수별 크기값에서 상기 제 2 주파수 영역의 신호에 대한 주파수별 크기값을 뺀 값에서 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크간의 거리차에 대한 위상 보상값을 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들의 주파수별 크기값과 곱한 값을 뺀 값임을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 위상 보상값은 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크간의 거리차에 따라 정해지는 시간 지연값임을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 마이크와 제 2 마이크는 무지향성 마이크들임을 특징으로 하는 잡음 제거 방법.
9. 제 1 마이크와 제 2 마이크를 구비하는 휴대 단말기에서, 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크로 입력된 신호들로부터 잡음을 제거하는 장치에 있어서,

   상기 입력된 신호들을 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들로 각각 변환하는 주파수 영역 변환부와,

   상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 위상값들을 계산하는 위상부와,

   상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 주파수별 크기값을 계산하는 크기부와,

   상기 계산된 위상값들 간의 차이를 계산하는 위상차 계산부와,

   상기 위상값들 간의 차이에 반비례하는 게인값을 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대해 각각 계산하는 게인 계산부와,

   상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들의 주파수별 크기값에 상기 게인값들을 각각 곱하여 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 얻는 마스킹부와,

   상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 시간 영역의 신호들로 변환하여 출력하는 시간 영역 변환부를 포함함을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 게인값은,

    상기 위상값들 차이에 게인의 강도를 조절할 수 있는 상수를 곱한 후 1을 더해서 역수를 취함으로써 계산됨을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.
11. 제 9항에 있어서, 상기 마스킹부가 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들을 시간 영역의 신호들로 변환하기 전에, 상기 잡음 제거된 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 해당 마이크별 에너지비 값들을 각각 더 곱함을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 마이크별 에너지비 값들은,

    해당하는 상기 제 1 또는 제 2 주파수 영역의 신호에 대한 주파수별 크기값의 제곱 값을 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들에 대한 주파수별 크기값 각각을 제곱하여 합한 값으로 나눔으로써 계산됨을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 시간 영역의 신호들 중 하나를 선택하거나, 혹은 독립성분분석 방식으로 분리하여 조합하는 결합기를 더 포함함을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.
14. 제 9항에 있어서, 상기 위상값들 간의 차이는,

    상기 제 1 주파수 영역의 신호에 대한 주파수별 크기값에서 상기 제 2 주파수 영역의 신호에 대한 주파수별 크기값을 뺀 값에서 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크간의 거리차에 대한 위상 보상값을 상기 제 1 및 제 2 주파수 영역의 신호들의 주파수별 크기값과 곱한 값을 뺀 값임을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.
15. 제 14항에 있어서, 상기 위상 보상값은 상기 제 1 마이크와 상기 제 2 마이크간의 거리 차에 따라 미리 정해진 값으로, 시간 지연값임을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.
16. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 마이크와 제 2 마이크는 무지향성 마이크들임을 특징으로 하는 잡음 제거 장치.

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