KR19990001296A - Adaptive Noise Canceling Device and Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음성 신호의 잡음 제거 장치에 관한 것으로, 특히 두개의 마이크를 이용하여 잡음 음성의 음질을 개선시킬 수 있도록, 음성과 배경 잡음을 입력받는 제 1 마이크(10)와 ; 배경 잡음과 음성을 입력받는 제 2 마이크(20) ; 상기 제 2 마이크(20)의 신호를 입력으로, 제 1 마이크(10)의 신호를 참조 신호로 하여, 두 입력 신호 사이의 관계를 구하는 적응 잡음 추정부(30) ; 상기 제 1 마이크(10)의 신호 및 상기 적응 잡음 추정부(30)의 결과와 조절 상수를 입력으로, 지연부(60)로부터 입력되는 과거 M/2 시간 전의 잡음 추정부의 결과를 참조 신호로 하여, 이들 신호간의 관계를 적응 필터 계수에 저장하는 적응 잔차 잡음 추정부(40) 및 ; 상기 적응 잡음 추정부(30)의 결과를 입력으로 하고, 상기 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 필터 계수를 이용하여, 잔차 잡음이 감쇠된 음성 신호를 추정하는 적응 잔차 잡음 감쇠부(50)를 포함하여 구성한, 적응 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a noise canceling device for a voice signal, and in particular, a first microphone (10) for receiving voice and background noise so as to improve the sound quality of a noise voice using two microphones; A second microphone 20 for receiving background noise and voice; An adaptive noise estimator (30) for obtaining a relationship between two input signals by using the signal of the second microphone (20) as an input and the signal of the first microphone (10) as a reference signal; The signal of the first microphone 10, the result of the adaptive noise estimator 30, and an adjustment constant are input, and the result of the noise estimator of the previous M / 2 time input from the delay unit 60 is used as a reference signal. An adaptive residual noise estimator 40 for storing the relationship between these signals in an adaptive filter coefficient; An adaptive residual noise attenuation unit 50 for estimating a speech signal attenuated by the residual noise using the filter coefficients of the adaptive residual noise estimator 40 as the input of the result of the adaptive noise estimator 30 is input. The present invention relates to an apparatus and a method for adaptive noise reduction.
Description
본 발명은 음성 신호의 잡음 제거 장치에 관한 것으로, 특히 두개의 마이크를 이용하여 잡음 음성의 음질을 개선시킬 수 있도록 한, 적응 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a noise canceling device for speech signals, and more particularly, to an adaptive noise canceling device and method for improving the sound quality of noise speech using two microphones.
대부분의 적응 필터를 이용한 잡음 제거 장치는, 두개의 마이크를 이용해 한쪽 마이크는 배경 잡음만을 입력받고, 다른쪽 마이크는 음성과 배경 잡음을 함께 입력받도록 설치한다.Most noise reduction devices using adaptive filters use two microphones so that one microphone receives only background noise and the other receives both voice and background noise.
종래의 잡음 제거 장치는 도 1 에 도시된 바와 같이, 제 1 마이크(1)와 제 2 마이크(2)를 통하여 입력되는 음성 구간을 검출하는 음성 검출부(3)와 ; 상기 음성 검출부(3)에서 검출된 음성에서 배경 잡음을 추정하여 제거하는 배경 잡음 제거부(4) 및 ; 상기 상기 음성 검출부(3)에서 검출된 잡음을 필터링하는 적응 필터 갱신부(5)로 구성된다.The conventional noise canceling apparatus includes a voice detector (3) for detecting a voice section input through the first microphone (1) and the second microphone (2), as shown in FIG. A background noise remover (4) for estimating and removing background noise from the voice detected by the voice detector (3); It consists of an adaptive filter update unit 5 for filtering the noise detected by the voice detector 3.
상기와 같이 구성된 종래의 잡음 제거 장치는, 먼저 잡음만 존재하는 구간의 찾기부터 시작한다.The conventional noise canceling apparatus configured as described above starts with searching for a section in which only noise exists.
이러한 잡음 구간에서, 두 마이크(1, 2)로 입력되는 입력 신호간의 어떤 관계를 적응 필터링 방법을 이용하여 구한다.In this noise section, a relation between the input signals input to the two microphones 1 and 2 is obtained by using an adaptive filtering method.
상기 두 마이크(1, 2)로 입력되는 입력 신호간의 관계는 식 1 과 같이 쓸 수 있다.The relationship between the input signals input to the two microphones 1 and 2 can be written as in Equation 1.
[수학식 1][Equation 1]
x1[n] = x2[n] * h[n]x1 [n] = x2 [n] * h [n]
여기서, x1[n]은 제 1 마이크(1)의 입력 신호이고, x2[n]는 제 2 마이크(2)의 입력 신호이며, h[n]은 제 1 마이크(1)의 신호와 제 2 마이크(2)의 신호 사이의 임펄스 특성을 나타낸다.Here, x1 [n] is an input signal of the first microphone 1, x2 [n] is an input signal of the second microphone 2, and h [n] is a signal of the first microphone 1 and a second signal. The impulse characteristic between the signals of the microphone 2 is shown.
이러한 방법은 다음의 세가지의 문제점을 안고 있다.This method has three problems.
첫째 : 잡음 구간 검출의 문제이다.First is the problem of noise section detection.
음성의 자음과 잡음은 구분이 어렵고 시변 잡음은 모음을 포함한 음성 구간과도 구분이 어렵기 때문에 잡음 구간의 검출 성공률은 보장할 수 없다.Since the consonants and noise of speech are difficult to distinguish, and the time-varying noise cannot be distinguished from the speech section including vowels, the detection success rate of the noise section cannot be guaranteed.
둘째 : 제 2 마이크(2)에는 잡음만을 입력받는 것을 가정하지만, 실제 상황에선 이루기 힘든 가정이다.Second: It is assumed that only the noise is input to the second microphone 2, but it is difficult to achieve in actual situations.
따라서, 상기 식 1 은 다음 식과 같이 변형되어야 한다.Therefore, Equation 1 should be modified as follows.
하기 식 2 와 식 3 에서는, 두 마이크(1, 2) 입력 신호에 음성 신호가 혼재한다는 것을 알 수 있다.In Expressions 2 and 3 below, it can be seen that voice signals are mixed in two microphones 1 and 2 input signals.
[수학식 2][Equation 2]
x1[n] = s[n] + n1[n]x1 [n] = s [n] + n1 [n]
[수학식 3][Equation 3]
x2[n] = s[n] * g[n] + n2[n]x2 [n] = s [n] * g [n] + n2 [n]
여기서, n1[n]은 제 1 마이크(1)에 입력되는 잡음 신호이며, g[n]은 제 1 마이크(1)와 제 2 마이크(2) 에 입력되는 각 음성에 대한 어떤 관계를 뜻한다.Here, n1 [n] is a noise signal input to the first microphone 1, and g [n] means some relation to each voice input to the first microphone 1 and the second microphone 2. .
즉, 동일한 음원에 대해서도 마이크의 위치 및 주변 환경에 의해서 두 개의 마이크에 입력되는 음성 신호는 달라진다.That is, even for the same sound source, the voice signals input to the two microphones vary according to the position of the microphone and the surrounding environment.
n1[n], n2[n]은 각각 제 1 마이크(1), 제 2 마이크(2)에 입력되는 잡음 신호를 말한다.n1 [n] and n2 [n] refer to noise signals input to the first microphone 1 and the second microphone 2, respectively.
그러므로, 기존의 방법처럼 두 마이크 신호 중 잡음간의 관계를 구해, 제 1 마이크(1)에 들어있는 잡음 성분을 제거해도, 지금처럼 음성 신호 성분이 제 2 마이크(2)에 들어있는 경우, 음성 사이의 관계를 알지못하므로, 제 1 마이크(1)에 들어 있는 음성 신호 성분을 왜곡시켜, 잡음 제거 성능을 떨어뜨린 결과를 초래하게 된다.Therefore, even if the noise component contained in the first microphone 1 is removed by calculating the relationship between the noise of the two microphone signals as in the conventional method, if the voice signal component is contained in the second microphone 2 as it is now, Since the relationship between is not known, distorting the speech signal component contained in the first microphone 1 results in a reduction in the noise canceling performance.
셋째 : 잡음 구간에서만 적응 필터의 계수를 갱신하므로, 실제로 적응 필터를 적용하는 음성 구간에서는, 과거의 적응 필터 계수와 현 시점의 적응 필터 계수 차이에 의한 에러 발생이 부득이하게 된다.Third: Since the coefficient of the adaptive filter is updated only in the noise section, an error caused by the difference between the past adaptive filter coefficient and the current adaptive filter coefficient is unavoidable in the speech section to which the adaptive filter is actually applied.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점등을 해소시키기 위하여 창안된 것으로, 두 개의 마이크를 이용하여 잡음 음성의 음질을 개선시킬 수 있도록 한, 적응 잡음 제거 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the related art as described above, and an object of the present invention is to provide an adaptive noise canceling apparatus and method, which can improve the sound quality of a noise voice using two microphones. .
도 1 은 종래 적응 잡음 제거 장치의 블록 구성도,1 is a block diagram of a conventional adaptive noise canceller;
도 2 는 본 발명에 따른 적응 잡음 제거 장치의 블록 구성도,2 is a block diagram of an adaptive noise canceling apparatus according to the present invention;
도 3 은 도 2 의 적응 잡음 추정부의 상세 구성도,3 is a detailed configuration diagram of an adaptive noise estimator of FIG. 2;
도 4 는 도 2 의 적응 잔차 잡음 추정부의 상세 구성도,4 is a detailed configuration diagram of an adaptive residual noise estimation unit of FIG. 2;
도 5 는 도 2 의 적응 잔차 잡음 감쇠부의 상세 구성도이다.5 is a detailed configuration diagram of the adaptive residual noise attenuation unit of FIG. 2.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
10,20 :마이크 30 : 적응 잡음 추정부10,20: Microphone 30: Adaptive noise estimation unit
40 : 적응 잔차 잡음 추정부 50 : 적응 잔차 잡음 감쇠부40: adaptive residual noise attenuation unit 50: adaptive residual noise attenuation unit
60 : 지연부60: delay unit
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 음성과 배경 잡음을 입력받는 제 1 마이크(10)와 ; 배경 잡음과 음성을 입력받는 제 2 마이크(20) ; 상기 제 2 마이크(20)의 신호를 입력으로, 제 1 마이크(10)의 신호를 참조 신호로 하여, 두 입력 신호 사이의 관계를 구하는 적응 잡음 추정부(30) ; 상기 제 1 마이크(10)의 신호 및 상기 적응 잡응 추정부(30)의 결과와 조절 상수를 입력으로, 지연부(60)로부터 입력되는 과거 M/2 시간 전의 잡음 추정부의 결과를 참조 신호로 하여, 이들 신호간의 관계를 적응 필터 계수에 저장하는 적응 잔차 잡음 추정부(40) 및 ; 상기 적응 잡음 추정부(30)의 결과를 입력으로 하고, 상기 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 필터 계수를 이용하여, 잔차 잡음이 감쇠된 음성 신호를 추정하는 적응 잔차 잡음 감쇠부(50)를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first microphone 10 for receiving a voice and background noise; A second microphone 20 for receiving background noise and voice; An adaptive noise estimator (30) for obtaining a relationship between two input signals by using the signal of the second microphone (20) as an input and the signal of the first microphone (10) as a reference signal; The signal of the first microphone 10, the result of the adaptive adaptation estimator 30, and the adjustment constant are input, and the result of the noise estimator of the previous M / 2 time input from the delay unit 60 is used as a reference signal. An adaptive residual noise estimator 40 for storing the relationship between these signals in an adaptive filter coefficient; An adaptive residual noise attenuation unit 50 for estimating a speech signal attenuated by the residual noise using the filter coefficients of the adaptive residual noise estimator 40 as the input of the result of the adaptive noise estimator 30 is input. It is characterized by including the configuration.
상기 적응 잡음 추정부(30)는, 현 시점부터 N개의 입력 데이터와 N개의 적응 필터 계수를 중첩(convolution)하여 필터링하는 유한 임펄스 응답 필터(Finite Impulse Responce Filter 이하 FIR Filter 라 칭함)(31)와 ; 상기 유한 임펄스 응답 필터(31)로부터 필터링된 결과와 입력 신호를 1차 선형 예측하여 백색화시키는 1차 선형 예측기(32) ; 상기 1차 선형 예측기(32)로부터 출력된 결과 신호와 입력 신호의 상관관계(correlation)를 구하는 상관정도 측정기(33) ; 상기 1차 선형 예측기(32)로부터 출력된 결과 신호와 입력 신호의 파워(powr)를 구하는 파워 측정기(34) ; 상기 상관정도 측정기(33)와 파워 측정기(34)로부터 출력된 상관관계와 파워 결과를 이용하여 현 시점의 스텝 사이즈를 구하는 스텝 사이즈 추정기(35) ; 상기 스텝 사이즈 추정기(35)에서 구한 스텝 사이즈를 이용하여 적응 필터 계수를 구하는 적응필터 갱신기(36) 및 ; 상기 적응필터 갱신기(36)에서 구한 적응 필터 계수를 다음 데이터 입력시 상기 유한 임펄스 응답 필터(31)에서 사용하도록 저장하는 필터 계수 메모리(37)를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.The adaptive noise estimator 30 includes a finite impulse response filter (hereinafter referred to as a FIR filter) 31 that convolutionally filters N input data and N adaptive filter coefficients from this point in time. ; A first-order linear predictor 32 which first-order linearly predicts and whitens the result filtered from the finite impulse response filter 31 and the input signal; A correlation degree measurer (33) for obtaining a correlation between a result signal output from the first linear predictor (32) and an input signal; A power meter (34) for obtaining the power of the resultant signal and the input signal output from the first linear predictor (32); A step size estimator (35) for obtaining a step size at this point in time using the correlation and power results output from the correlation measurer (33) and the power measurer (34); An adaptive filter updater 36 for obtaining adaptive filter coefficients using the step size obtained by the step size estimator 35; And a filter coefficient memory 37 for storing the adaptive filter coefficients obtained by the adaptive filter updater 36 for use in the finite impulse response filter 31 at the next data input.
상기 적응 잔차 잡음 추정부(40)는, 상기 제 1 마이크(10)로부터 입력되는 신호와 유한 임펄스 응답 필터(31)에서 필터링된 제 2 마이크(20)로부터 입력되는 신호를 이용하여, 입력을 만드는데 필요한 제어 입력 상수를 생성하는 제어입력 상수 생성기(41)와 ; 상기 제어입력 상수 생성기(41)에서 생성된 제어 입력 상수를 이용하여 제어 입력을 구하는 제어입력 산출기(42) ; 상기 제어입력 산출기(42)로부터 출력된 제어 입력 데이터와 적응 필터 계수를 가지고 중첩(convolution)을 구하는 유한 임펄스 응답 필터(43) ; 상기 적응 잡음 추정부(30)로부터 출력된 결과 중 과거 M/2 것을 사용하여 참조 신호를 산출하는 참조 신호 산출기(44) 및 ; 상기 유한 임펄스 응답 필터(43)에서 구한 중첩된 입력 신호와, 상기 참조 신호 산출기(44)에서 산출된 참조 신호를 변경하여, 추정된 적응 잔차 잡음 계수를 저장하는 필터 계수 메모리(45)를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.The adaptive residual noise estimator 40 generates an input using a signal input from the first microphone 10 and a signal input from the second microphone 20 filtered by the finite impulse response filter 31. A control input constant generator 41 for generating a necessary control input constant; A control input calculator 42 for obtaining a control input by using the control input constant generated by the control input constant generator 41; A finite impulse response filter (43) for obtaining convolution with control input data output from the control input calculator (42) and adaptive filter coefficients; A reference signal calculator (44) for calculating a reference signal by using the past M / 2 among the results output from the adaptive noise estimation unit (30); And a filter coefficient memory 45 for storing the estimated adaptive residual noise coefficient by changing the superimposed input signal obtained by the finite impulse response filter 43 and the reference signal calculated by the reference signal calculator 44. It is characterized by the configuration.
상기 적응 잔차 잡음 감쇠부(50)는, 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 필터 계수 메모리(45)에 저장된 필터 계수와 적응 잡음 추정부(30)에서 구한 잔차 신호를 이용하여 잔차 신호를 줄여주는 유한 임펄스 응답 필터(51)를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.The adaptive residual noise attenuation unit 50 reduces the residual signal by using the filter coefficients stored in the filter coefficient memory 45 of the adaptive residual noise estimation unit 40 and the residual signal obtained by the adaptive noise estimation unit 30. It comprises a finite impulse response filter (51).
본 발명의 목적에 따른 적응 잡음 제거 장치의 동작 원리를 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the adaptive noise canceling apparatus according to the object of the present invention will be described in detail as follows.
도 2 에 도시한 바와 같이, 제 1 마이크(10)는 음성과 배경 잡음을 입력 받고, 제 2 마이크(20)는 주로 배경 잡음을 입력 받는다.As shown in FIG. 2, the first microphone 10 receives voice and background noise, and the second microphone 20 mainly receives background noise.
이때, 잡음 음성의 음질을 개선시키기 위해 유한 임펄스 응답(FIR) 필터 구조의 적응 필터를 이용한다.In this case, an adaptive filter having a finite impulse response (FIR) filter structure is used to improve the sound quality of the noise speech.
한편, 제 1 마이크(10)의 신호는 이 적응 필터의 참조신호이고, 제 2 마이크(20)의 신호는 적응 필터의 입력신호이다.On the other hand, the signal of the first microphone 10 is a reference signal of this adaptive filter, and the signal of the second microphone 20 is an input signal of the adaptive filter.
즉, 제 1 마이크(10) 신호의 잡음 성분과 제 2 마이크(20) 신호의 잡음 성분과의 관계를 적응 필터를 이용하여 매 샘플마다 갱신하고, 이 관계를 이용하여 제 1 마이크(10)의 신호에 포함되어 있는 잡음 성분을 제거한다.That is, the relationship between the noise component of the first microphone 10 signal and the noise component of the second microphone 20 signal is updated for each sample using an adaptive filter, and the relationship of the first microphone 10 is updated using this relationship. Eliminate noise components in the signal.
상기와 같이, 적응 필터를 거쳐 1차 잡음이 제거된 제 1 마이크(10)의 신호는, 적응 필터 타입의 잔차 잡음 감쇠기(residual noise attenuator)를 통과해 더욱 정확히 잡음을 제거한다.As described above, the signal of the first microphone 10 whose primary noise has been removed through the adaptive filter passes through a residual noise attenuator of the adaptive filter type to remove noise more accurately.
이러한 적응 필터의 적응 과정은, 본 발명에서 제안한 1차 선형 예측 기법과, 시변 스텝사이즈 알고리즘과, 기존의 최소 제곱 평균 정규화(Normalized Least Mean Square 이하 NLMS 라 칭함) 방법을 이용하여, 매 샘플마다 이루어 진다.The adaptive process of the adaptive filter is performed for each sample by using the first-order linear prediction technique, the time-varying step size algorithm, and the existing least square mean normalization (NLMS) method proposed by the present invention. Lose.
이러한 적응 필터링 과정을 기존의 최소 제곱 평균 정규화(NLMS) 적응 방법과 비교하여 화이트닝 가변 스텝사이즈-최소 제곱 평균 정규화(Whitening and Variable stepsize - Normalized LMS 이하 WVS-NLMS 라 칭함) 방법이라 칭한다.This adaptive filtering process is referred to as Whitening and Variable stepsize-WVS-NLMS (Normalized LMS) method compared to the conventional least squares average normalization (NLMS) adaptive method.
시변 스텝사이즈 알고리즘이란, 최소 제곱 평균 정규화(NLMS) 방식에서 필터 계수의 변화를 매 샘플마다 최적의 값을 갖도록 하기위하여, 입력신호의 파워, 출력신호의 파워, 입력신호와 출력신호와의 상관 관계를 이용하여 스텝 사이즈를 구하는 것을 말한다.The time-varying step size algorithm refers to the correlation between the power of the input signal, the power of the output signal, the input signal and the output signal in order to have the optimal value for each sample of the change in the filter coefficient in the least square average normalization (NLMS) method. It means to find the step size using.
또한, 시변 스텝사이즈 알고리즘은 입력 파워와 출력 파워에 반비례하게 스텝 사이즈가 정해지므로, 잡음이 있는 경우 적응 필터의 출력이 이상하게 커지지만, 이에 비례해서 스텝 사이즈가 작아지므로 적응 필터의 발산 가능성이 없어지는 장점이 있다.In addition, the time-varying step size algorithm determines the step size in inverse proportion to the input power and the output power. Therefore, when there is noise, the output of the adaptive filter is abnormally large. There is an advantage.
먼저, 적응 잡음 추정부(30)는 도 3 에 도시한 바와 같이, 유한 임펄스 응답(FIR) 필터(31)를 통하여 현 시점부터 N 개의 입력 데이터와 N 개의 적응 필터 계수를 가지고 필터링(Filtering)하여 중첩(convolution)을 구한다.First, as shown in FIG. 3, the adaptive noise estimator 30 filters N input data and N adaptive filter coefficients from the present time through a finite impulse response (FIR) filter 31. Find the convolution.
이 값은 도 2 에 도시한 바와 같이, 제 2 마이크(20)에 들어 있는 신호를 가지고, 제 1 마이크(10)에 들어 있는 잡음 성분을 추정한 신호로, 상기 신호는 제 1 마이크(10)로 입력되는 신호와의 차이를 나타내며, 적응 잡음 추정부(30)의 결과를 구하는데 사용한다.As shown in FIG. 2, the signal has a signal contained in the second microphone 20, and is a signal obtained by estimating a noise component contained in the first microphone 10. The signal is the first microphone 10. It represents the difference from the signal input to, and is used to obtain the result of the adaptive noise estimation unit 30.
이 결과를 이용하여, 화이트닝 가변 스텝사이즈-최소 제곱 평균 정규화(WVS-NLMS) 알고리즘을 적용한다.Using this result, a whitening variable stepsize-least squared mean normalization (WVS-NLMS) algorithm is applied.
상기 화이트닝 가변 스텝사이즈-최소 제곱 평균 정규화(WVS-NLMS) 알고리즘은 1차 선형 예측 단계 ; 상관정도 측정 단계 ; 파워 측정 단계 ; 스텝 사이즈 추정 단계 ; 적응 필터 갱신 단계의 다섯 부분으로 나누어 진다.The whitening variable step size-least squared mean normalization (WVS-NLMS) algorithm comprises a first linear prediction step; Correlation measure step; Power measurement step; Step size estimation step; It is divided into five parts of the adaptive filter update phase.
첫번째 ; 1차 선형 예측 단계는, 1차 선형 예측기(32)를 이용하여 입력 신호와 결과 신호를 1차 선형 예측하는 것으로, 유사-화이트닝(Whitening) 효과를 얻는다.first ; In the first linear prediction step, first-order linear prediction of the input signal and the resultant signal using the first-order linear predictor 32 obtains a pseudo-whitening effect.
계산 식은 다음과 같다.The calculation formula is as follows.
[수학식 4][Equation 4]
E(n) = e(n) - k * e(n-1)E (n) = e (n)-k * e (n-1)
[수학식 5][Equation 5]
X(n) = x(n) - k * x(n-1)X (n) = x (n)-k * x (n-1)
여기서, k 는 0.95라는 상수를 사용한다. 인덱스 n 은 시간 변수이다.Where k uses a constant of 0.95. Index n is a time variable.
두번째 ; 상관정도 측정 단계는, 상관정도 측정기(33)를 이용하여 상기 1차 선형 예측기(32)로부터 출력되는 결과 신호와 입력 신호와의 상관관계(correlation)를 구하는 것으로, 식 6 과 같다.second ; In the correlation measurement step, the correlation between the resultant signal output from the first linear predictor 32 and the input signal using the correlation degree measurer 33 is obtained as in Equation 6.
[수학식 6][Equation 6]
Pex[i] = a * Pex[i] + (1-a) * E(n) * X(n)Pex [i] = a * Pex [i] + (1-a) * E (n) * X (n)
여기서, 상수 a 는 0.995 값을 사용한다. 인덱스 i 는 0과 탭수(N) 사이의 값을 갖는다.Here, the constant a uses a value of 0.995. Index i has a value between 0 and the number of taps (N).
세번째 ; 파워 측정 단계는, 파워 측정기(34)를 이용하여 상기 1차 선형 예측기(32)의 입력 신호와 결과 신호에 대해, 다음 식 7 및 식 8 과 같이 파워를 구한다.third ; In the power measurement step, power is calculated using the power measurer 34 with respect to the input signal and the resultant signal of the first linear predictor 32 as shown in Equations 7 and 8 below.
[수학식 7][Equation 7]
Px = a * Px + (1-a) * X * XPx = a * Px + (1-a) * X * X
[수학식 8][Equation 8]
Pe = a * Pe + (1-a) * E * EPe = a * Pe + (1-a) * E * E
네번째 ; 스텝 사이즈 추정 단계는, 스텝 사이즈 추정기(35)에서 상기 상관정도 추정기(33)와 파워 측정기(34)로부터 출력된 식 6 ~ 식 8 의 결과를 이용하여, 다음 식 9 와 같이 현 시점의 스텝 사이즈(u)를 구한다.fourth ; The step size estimating step uses the results of Equations 6 to 8 output from the correlation degree estimator 33 and the power meter 34 in the step size estimator 35, and as shown in Equation 9 below, the step size at this time Find (u).
[수학식 9][Equation 9]
다섯번째 ; 적응 필터 갱신 단계는, 상기 식 9 에서 구한 스텝 사이즈(u)를 이용하여, 적응 필터 갱신기(36)에서 식 10 과 같이 적응 필터 계수(W)를 구한다.Fifth ; In the adaptive filter updating step, the adaptive filter updater 36 obtains the adaptive filter coefficient W as in Equation 10 using the step size u obtained in Equation 9 above.
[수학식 10][Equation 10]
w(n) = w(n-1) + u * E * X(n) / X(n)TX(n)w (n) = w (n-1) + u * E * X (n) / X (n) T X (n)
여기서, w(n), w(n-1), X(n)은 시간 n 에 해당되는 N 차원의 벡터이다.Here, w (n), w (n-1), and X (n) are N-dimensional vectors corresponding to time n.
이렇게 구한 필터 계수(W)는, 적응 필터 계수 메모리(37)에 저장하여 다음 데이터 입력시, 상기 유한 임펄스 응답(FIR) 필터(31)에 사용하도록 한다.The filter coefficient W thus obtained is stored in the adaptive filter coefficient memory 37 to be used for the finite impulse response (FIR) filter 31 at the next data input.
상기 적응 잔차 잡음 추정부(40)는 도 4 에 도시한 바와 같이, 제어입력 상수 생성부(41)를 통하여 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 입력을 만든다.As shown in FIG. 4, the adaptive residual noise estimator 40 makes an input of the adaptive residual noise estimator 40 through the control input constant generator 41.
상기 제어입력 상수 생성부(41)에서 생성되는 제어 입력 상수(C)는, 식 11 과 같이 구한다.The control input constant C generated by the control input constant generator 41 is obtained as shown in Equation 11 below.
[수학식 11][Equation 11]
C = min(1.0, Ey/Ee)C = min (1.0, Ey / Ee)
여기서, min(a,b) 는 a,b 중 작은 값을 지정하고, Ey 는 적응 잡음 추정부(30)에서 추정된 M 개의 추정값 파워에 해당된다.Here, min (a, b) specifies a smaller value among a, b, and Ey corresponds to M estimated powers estimated by the adaptive noise estimation unit 30.
즉, 제 2 마이크(20)의 신호와 적응 필터 계수의 중첩(convolution)된 값들을 M 개 모아서 제곱한 후, 모두 더한 값이다.That is, M convolutioned values of the signal of the second microphone 20 and the adaptive filter coefficients are collected, squared, and then added together.
마찬가지로, Ee 는 적응 잡음 추정기의 결과값을 M 개 모아서 제곱한 후, 모두 더한 값이다.Similarly, Ee is the sum of the squares of the M noise values of the adaptive noise estimator and then the sum of them.
한편, 상기 제어 입력 상수(C)는, 1.0 보다 작은 값을 가져야 안정성을 유지하기 때문에, “min()” 함수를 사용하였다.On the other hand, since the control input constant (C) has a value smaller than 1.0 to maintain stability, the “min ()” function is used.
제어 입력 산출기(42)는, 상기 제어입력 상수 생성부(41)에서 생성된 제어 입력 상수(C)를 이용하여, 다음 식 12 와 같이 제어 입력(z)을 구한다.The control input calculator 42 obtains the control input z using the control input constant C generated by the control input constant generator 41 as shown in the following equation (12).
[수학식 12][Equation 12]
z(n) = C * d(n) + (1-C) * e(n)z (n) = C * d (n) + (1-C) * e (n)
여기서, d(n)은 제 2 마이크(20) 신호에 해당되며, e(n)은 적응 잡음 추정기의 결과값에 해당한다.Here, d (n) corresponds to the second microphone 20 signal, and e (n) corresponds to the result of the adaptive noise estimator.
상기 식 12 와 같이 구한 제어 입력(z)은, 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 입력으로 사용하는데, 제어 입력 조절 상수(C)가 0 일때는 제 2 마이크(20)의 신호에 추정 잡음을 빼준 값에 해당된다.The control input z obtained as in Equation 12 is used as an input of the adaptive residual noise estimator 40. When the control input adjustment constant C is 0, the estimated noise is applied to the signal of the second microphone 20. Corresponds to the subtracted value
이 값은, 제어 입력 조절 상수(C)가 1 인 경우인 제 2 마이크(20) 신호보다, 잡음 성분을 덜 포함하고 있다.This value contains less noise components than the second microphone 20 signal, where the control input adjustment constant C is one.
참조 신호 산출기(44)는, 참조 신호(r)를 산출하기 위하여 상기 적응 잡음 추정부(30)의 결과 중 과거 M/2 것을 사용한다.The reference signal calculator 44 uses the past M / 2 of the results of the adaptive noise estimator 30 to calculate the reference signal r.
상기와 같이, 이렇게 화이트닝 가변 스텝사이즈-최소 제곱 평균 정규화(WVS-NLMS) 알고리즘에서, 입력(y2)과 참조 신호(r)를 변경한 것이 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 계수(H)이다.As described above, in the whitening variable step size-least-squared-average normalization (WVS-NLMS) algorithm, it is the coefficient H of the adaptive residual noise estimation unit 40 that changes the input y2 and the reference signal r. .
이렇게 구한 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 계수(H)는, 필터 계수 메모리(45)에 저장하여, 적응 잔차 잡음 감쇠부(50)에서 잔차 잡음 감쇠시, 필터 계수로 사용된다.The coefficient H of the adaptive residual noise estimator 40 thus obtained is stored in the filter coefficient memory 45 and used as a filter coefficient when the adaptive residual noise attenuator 50 attenuates the residual noise.
한편, 상기 적응 잔차 잡음 감쇠부(50)는 도 5 에 도시한 바와 같이, 상기 적응 잔차 잡음 추정부(40)의 필터 계수 메모리(45)에 저장된 필터 계수와, 적응 잡음 추정부(30)에서 구한 결과 값을 이용하여, 유한 임펄스 응답(FIR) 필터(51)를 통하여 필터링(Filtering)하므로서, 적응 잔차 잡음의 감쇠를 마무리하여, 잔차 잡음이 감쇠된 음성 신호를 추정한다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the adaptive residual noise attenuator 50 includes the filter coefficients stored in the filter coefficient memory 45 of the adaptive residual noise estimator 40 and the adaptive noise estimator 30. Using the obtained result value, the filtering is performed through the finite impulse response (FIR) filter 51, thereby attenuating the adaptive residual noise, and estimating the speech signal with the residual noise attenuated.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 디지털 휴대폰 같은 통신 시스템에서 잡음이 존재하는 경우, 음질이 급격히 떨어지는 코덱 알고리즘의 전처리부분으로 사용할 수 있으며, 이로 인하여 잡음 제거를 통한 음질 향상의 효과가 있다.As described in detail above, the present invention can be used as a preprocessing part of a codec algorithm in which sound quality drops sharply when noise is present in a communication system such as a digital cellular phone, thereby improving sound quality through noise removal.
또한, 음성 인식 시스템에서, 잡음이 심하면 음성 인식률이 많이 떨어짐은 물론 음성 구간 검출 조차도 많은 에러가 생기므로, 역시 전처리부분으로 사용하면 효과가 크다.In addition, in a speech recognition system, if the noise is severe, not only the speech recognition rate drops but also a large number of errors occur even in the detection of a speech section.
그리고, 화이트닝 가변 스텝사이즈-최소 제곱 평균 정규화(WVS-NLMS) 알고리즘을 이용해서 다양한 경우의 시스템 특성 추정 방법에 사용할 수 있다.The whitening variable step size-least squared mean normalization (WVS-NLMS) algorithm can be used in various system estimation methods.
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| KR1019970024559A KR19990001296A (en) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | Adaptive Noise Canceling Device and Method |
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1997
- 1997-06-13 KR KR1019970024559A patent/KR19990001296A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19970613 |
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| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |