KR100545832B1 - Sound echo canceller robust to interference signals - Google Patents
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Abstract
본 발명은 음향 반향 제거장치에 관한 것이다. 특히, 핸즈프리, 영상회의 시스템과 같은 음성 통신기기에서 발생되는 음향 반향을 근단 화자의 음성과 배경 잡음의 간섭 없이 제거하기 위한 음향 반향 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to an acoustic echo canceller. In particular, the present invention relates to an acoustic echo canceller for removing acoustic echo generated in a voice communication device such as a hands-free and video conferencing system without interference of the near end speaker's speech and background noise.
본 발명에 의하면, 원단의 화자로부터 근단의 화자로 수신되어 출력되는 스피커단과, 상기 근단의 화자로부터 원단의 화자로 송신하는 마이크단 및 음향 반향경로를 갖는 음향 반향 제거장치에 있어서, 상기 원단화자의 마이크 신호로부터 갱신된 적응필터 계수를 사용하여 음향 반향 신호를 생성하는 FIR 필터와; 상기 추정된 반향신호를 원단화자의 마이크 신호로부터 뺀 추정 오차신호를 입력으로 하여 배경 잡음 레벨을 구하는 배경잡음 추정기; 상기 배경잡음 레벨과 동시통화 여부에 따라 스텝 크기를 결정하는 스텝크기 조절기; 적응필터 계수 갱신기로부터 미리 계산된 원단 화자의 스피커 신호와 추정 오차신호와의 상호 상관도로부터 동시통화 상태를 결정하는 동시통화 검출기; 및 상기 원단화자의 스피커 신호와 스텝 크기, 추정 오차신호로부터 적응 반향 계수를 갱신하는 적응필터 계수 갱신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 반향 제거장치를 제시한다.According to the present invention, an acoustic echo canceller having a speaker stage which is received and output from a far-end speaker to a near end speaker, a microphone stage which is transmitted from the near end speaker to a far end speaker, and an acoustic echo path, A FIR filter for generating an acoustic echo signal using updated adaptive filter coefficients from the microphone signal; A background noise estimator for calculating a background noise level by inputting an estimated error signal obtained by subtracting the estimated echo signal from a microphone signal of a far-end speaker; A step size adjuster for determining a step size according to the background noise level and whether a simultaneous call is present; A simultaneous call detector for determining a simultaneous call state from a cross correlation between the speaker signal of the far-end speaker and the estimated error signal calculated in advance from the adaptive filter coefficient updater; And an adaptive filter coefficient updater for updating the adaptive reflection coefficient from the speaker signal, the step size, and the estimated error signal of the far-end speaker.
음향, 반향, 제거장치, 배경잡음 추정기, 동시통화 검출기Acoustic, Echo, Canceller, Background Noise Estimator, Simultaneous Call Detector
Description
도 1은 종래의 실시예에 따른 음향 반향 제거장치의 블럭 구성도이다.1 is a block diagram of an acoustic echo canceller according to a conventional embodiment.
도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 음향 반향 제거장치의 블럭 구성도이다.2 is a block diagram of an acoustic echo canceling device according to another exemplary embodiment.
도 3은 본 발명에 따른 음향 반향 제거장치의 블럭 구성도이다.3 is a block diagram of the acoustic echo canceller according to the present invention.
도 4는 도 3에 도시된 배경잡음 추정기의 상세 구성도이다.4 is a detailed block diagram of the background noise estimator illustrated in FIG. 3.
도 5는 도 3에 도시된 적응필터 계수 갱신기의 상세 구조도이다.FIG. 5 is a detailed structural diagram of the adaptive filter coefficient updater shown in FIG. 3.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
300,560 : FIR 필터 310 : 적응필터 계수 갱신기300,560: FIR filter 310: adaptive filter coefficient updater
320 : 배경잡음 추정기 330,550 : 스텝크기 조절기320: background noise estimator 330,550: step size adjuster
340,540 : 동시통화 검출기 400 : 배경잡음 추정부340,540: simultaneous call detector 400: background noise estimation unit
500 : 상호상관도 산출기 510 : 적응필터 계수 저장부500: cross-correlation calculator 510: adaptive filter coefficient storage unit
520,530 : 시간지연520,530: time delay
본 발명은 간섭신호에 강인한 음향 반향 제거장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 핸즈프리, 영상회의 시스템과 같은 음성 통신기기에서 발생되는 음향 반향을 근단 화자의 음성과 배경 잡음의 간섭 없이 제거하기 위한 음향 반향 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to an acoustic echo canceller that is robust to interference signals. More particularly, the present invention relates to an acoustic echo canceller for removing acoustic echo generated by a voice communication device such as a hands-free and video conferencing system without interference between the near end speaker's voice and background noise.
다양한 서비스의 요구에 따라 무선 통신 및 인터넷 통신의 발전은 급속도로 이루어 지고 있으며, 원거리 회의 시스템, 자동차용 핸즈프리 전화기, 스피커폰 시스템, 회상 회의 등 그 응용분야를 점점 넓혀 가고 있다.The development of wireless communication and Internet communication is rapidly progressing according to the demand of various services, and its application fields such as long distance conference system, hands-free phone for automobile, speakerphone system, and video conferencing are gradually expanding.
이러한 음성 통신의 응용 분야에 기본적으로 사용되는 공통적인 장치인 스피커와 폰 장치 사이에는 그 공간 환경에 따라 음향 반향의 영향이 크게 작용할 수 있으며, 이러한 음향 반향은 통화 품질을 크게 저하하는 중요한 요인이 된다.The effect of acoustic echo can be greatly influenced by the spatial environment between the speaker and the phone apparatus, which is a common device basically used in the field of voice communication, and such acoustic echo is an important factor that greatly degrades the call quality. .
상기와 같은 음향 반향을 제거하기 위한 반향 제거기는 일반적으로 적응 필터를 사용하는데, 마이크로부터 입력되는 통화자(근단 화자)와 배경 잡음의 간섭은 적응 필터의 성능 저하시켜 결국 반향 제거 성능을 크게 저하시키는 요인이 된다. 따라서 간섭 신호에 강인한 구조의 음향 반향 제거장치에 대한 필요성이 제기되었다.The echo canceller is generally used for the adaptive filter to remove the acoustic echo. The interference between the caller (near end speaker) and the background noise input from the microphone degrades the adaptive filter and ultimately degrades the echo cancellation performance. It becomes a factor. Therefore, there is a need for an acoustic echo canceller having a structure robust to interference signals.
도 1은 종래의 실시예에 따른 음향 반향 제거장치의 블럭 구성도이다. 도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 음향 반향 제거장치의 블럭 구성도이다.1 is a block diagram of an acoustic echo canceller according to a conventional embodiment. 2 is a block diagram of an acoustic echo canceling device according to another exemplary embodiment.
도 1에 도시된 음향 반향 제거장치는 반향 경로의 선형 임펄스 응답 계수를 추적하여 적응 필터의 출력으로 동일한 반향 신호를 추정해 낸다. 그 후, 추정된 반향 신호를 마이크 입력신호로부터 상쇄(140)시킴으로써 반향신호를 제거하게 된다.The acoustic echo canceller shown in FIG. 1 tracks the linear impulse response coefficient of the echo path and estimates the same echo signal at the output of the adaptive filter. Thereafter, the echo signal is canceled by canceling the estimated
여기서, 가장 중요한 부분은 반향 경로의 선형 임펄스 응답 계수를 추정하는 과정으로 이 과정에 따라 실제 반향신호의 추정 정확도 및 수렴속도가 달라지게 된다. 종래에 많이 쓰여지는 방법으로는 LMS(Least Mean Square) 계열의 NLMS(Normalized Least Mean Square) 알고리즘을 들 수 있으며 비교적 간단한 구조로 구현이 쉬워 선호되고 있다. NLMS는 고정스텝 적응필터 계수 갱신기(120)에서 k+1번째 샘플에 대한 반향 경로의 선형 임펄스 응답 계수 w(k+1)을 구한다. 이것은 수학식 1과 수학식 2와 같이 선형 임펄스 응답 계수 w(k)에 원단화자의 오디오 신호 x(k), 반향 추정 오차 신호 e(k), 스텝 항 μ(k)를 모두 곱한 값을 더함으로써 계산된다. 특히, 스텝 항 μ(k)는 스텝 계수 β를 원단 화자 신호 x(k)의 평균파워 Px(k)로 나눈 값으로, 추정정확도 및 수렴속도를 결정하는 중요한 인자 이다.Here, the most important part is a process of estimating the linear impulse response coefficient of the echo path, and the estimation accuracy and convergence speed of the actual echo signal vary according to this process. Conventionally used methods include the Normalized Least Mean Square (NLMS) algorithm of the Least Mean Square (LMS) series, and are preferred because they can be easily implemented in a relatively simple structure. The NLMS obtains the linear impulse response coefficient w (k + 1) of the echo path for the k + 1 th sample in the fixed step adaptive
여기서 k는 시간 축 샘플 번호를 뜻한다. Px(k)는 오디오 신호 x(k)의 주변 샘플에 대한 평균파워 (제곱의 평균값에 대한 1/2 승)로 정의된다.
이러한 적응필터의 갱신은 마이크 입력으로부터 근단 화자의 음성신호가 같이 들어올 경우 간섭을 일으켜 잘못된 적응필터 계수로 결과할 수 있다. 따라서, 근단 화자의 음성신호가 같이 들어오는 상태를 검출하는 동시통화 검출기(130)를 사용하여 동시통화 상태에서는 적응필터의 갱신을 하지 않는 방법을 사용한다.Where k is the time axis sample number. P x (k) is defined as the average power (1/2 power of the mean of the squares) of the surrounding samples of the audio signal x (k).
The update of the adaptive filter may cause interference when the near end speaker's voice signal comes from the microphone input, resulting in an incorrect adaptive filter coefficient. Therefore, the
도 2에 도시된 또 다른 음향 반향 제거장치는 수학식 3에서와 같이 추정 오차신호의 파워 Px(k)를 첨가하여 간섭신호가 커지면 스텝 항 μ(k)이 작아지도록 하는 Sum-LMS 방법을 사용하였다. 또한, 수학식 4와 같이 원단화자로부터의 스피커 출력신호 x(k)와 추정 오차 신호 e(k)에 대한 상호 상관도 값을 저역 필터링한 c(k)를 이용하여 스텝크기가 간섭신호에 덜 영향 받도록 하는 방법도 제시되었다.The acoustic echo canceller shown in FIG. 2 uses the Sum-LMS method to add the power P x (k) of the estimated error signal to decrease the step term μ (k) as shown in Equation 3 so that the interference signal increases. Used. Also, as shown in Equation 4, the step size is reduced to the interference signal by using c (k), which is low-pass filtered on the speaker output signal x (k) from the far-end speaker and the estimated error signal e (k). A method of making it affected is also presented.
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상기 도 1, 2에 제시된 종래의 기술들을 요약하면 동시통화 검출기를 사용하는 방법, Sum-LMS방법, 상호상관도 값을 이용하는 방법이 사용된다.Summarizing the conventional techniques shown in FIGS. 1 and 2, a method using a simultaneous call detector, a Sum-LMS method, and a method using cross-correlation values are used.
그러나, 상기의 동시통화 검출기만을 사용할 경우 배경 잡음에 대한 성능저하가 우려되고, 대부분의 음향 반향에 대한 동시통화 검출이 원단 화자의 스피커 출력과 근단 화자의 마이크 입력간의 상호 상관도나 원단화자의 스피커 출력과 추정 오차신호와의 상호 상관도에 바탕을 두기 때문에 많은 계산 량을 요구한다.However, if only the simultaneous call detector is used, performance degradation against background noise is concerned, and the simultaneous call detection for most acoustic reflections is correlated between the speaker output of the far end speaker and the microphone input of the far end speaker or the speaker output of the far end speaker. Because it is based on the correlation between the estimated error signal and the estimated error signal, a large amount of computation is required.
또한, Sum-LMS 방법의 경우 추정 오차신호의 영향에 의해 적응상수의 크기가 작아져 수렴 속도가 느려지게 되는 단점이 있다. 그리고, 상호 상관도 값을 이용할 경우 역시 반향경로가 긴 환경일 경우 많은 계산 량을 요구하는 단점이 있고, 추정오차신호의 파워의 영향이 완전히 사라진 것이 아니기 때문에 좀더 낮은 계산량을 만족하면서 간섭신호에 영향 없이 수렴성능을 보장하는 새로운 방법이 필요하다.In addition, in the case of the Sum-LMS method, the size of the adaptation constant decreases due to the influence of the estimated error signal, resulting in a slow convergence speed. In addition, the use of the cross-correlation value also has the disadvantage of requiring a large amount of computation in an environment with long echo paths, and the influence of the power of the estimated error signal is not completely eliminated, thus affecting the interference signal while satisfying a lower computation amount. There is a need for a new way to ensure convergence performance.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 원단 화자로부터 수신되는 음향 신호가 반향 경로를 통해 마이크로 입력될 때 근단 화자의 음향 신호 및 배경 잡음과 같은 간섭신호가 반향 신호 추정 성능을 저하시키는 것을 방지하는 저 복잡도의 음향 반향 제거장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to estimate an interference signal such as an acoustic signal and a background noise of a near-end speaker when an acoustic signal received from a far-end speaker is input into a microphone through an echo path. It is to provide a low-acoustic acoustic echo canceller that prevents the degradation.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은As a technical idea for achieving the above object of the present invention
원단의 화자로부터 근단의 화자로 수신되어 출력되는 스피커단과, 상기 근단의 화자로부터 원단의 화자로 송신되는 마이크단 및 음향 반향경로를 갖는 음향 반향 제거장치에 있어서,In the acoustic echo cancellation device having a speaker stage that is received and output from the speaker of the far end to the speaker of the near end, a microphone stage transmitted from the speaker of the far end to the speaker of the far end, and the acoustic echo path,
상기 원단화자의 마이크 신호로부터 갱신된 적응필터 계수를 사용하여 음향 반향 신호를 생성하는 FIR 필터와;A FIR filter for generating an acoustic echo signal using updated adaptive filter coefficients from the far-end speaker's microphone signal;
상기 추정된 반향신호를 원단화자의 마이크 신호로부터 뺀 추정 오차신호를 입력으로 하여 배경 잡음 레벨을 구하는 배경잡음 추정기;A background noise estimator for calculating a background noise level by inputting an estimated error signal obtained by subtracting the estimated echo signal from a microphone signal of a far-end speaker;
상기 배경잡음 레벨과 동시통화 여부에 따라 스텝 크기를 결정하는 스텝크기 조절기; A step size adjuster for determining a step size according to the background noise level and whether a concurrent call is present;
적응필터 계수 갱신기로부터 미리 계산된 원단 화자의 스피커 신호와 추정 오차신호와의 상호상관도로부터 동시통화 상태를 결정하는 동시통화 검출기; 및A simultaneous call detector for determining a simultaneous call state from a cross-correlation view between a speaker signal and an estimated error signal of a far-end speaker previously calculated from an adaptive filter coefficient updater; And
상기 원단화자의 스피커 신호와 스텝 크기, 추정 오차신호로부터 적응 반향 계수를 갱신하는 적응필터 계수 갱신기를 구비하는 것을 특징으로 하는 음향 반향 제거장치를 제공한다.And an adaptive filter coefficient updater for updating the adaptive reflection coefficient from the speaker signal, the step size, and the estimated error signal of the far-end speaker.
이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명에 따른 음향 반향 제거장치의 블럭 구성도이다. 4는 도 3에 도시된 배경잡음 추정기의 상세 구성도이다. 도 5는 도 3에 도시된 적응필터 계수 갱신기의 상세 구조도이다.3 is a block diagram of the acoustic echo canceller according to the present invention. 4 is a detailed block diagram of the background noise estimator shown in FIG. 3. FIG. 5 is a detailed structural diagram of the adaptive filter coefficient updater shown in FIG. 3.
본 발명에서 표기된 n은 n번째 프레임(현재프레임)을 뜻하며, n-1은 n-1번째 프레임(과거 프레임)을 뜻한다. n과 n-1이 표기되지 않은 수식은 기본적으로 n번째 프레임(현재프레임)에 대한 수식을 뜻한다. 예로 x(k)는 n번째 프레임(현재프레임)에 대한 원단화자로부터 수신되는 k번째 샘플의 음향 신호이다.
본 발명의 음향 반향 제거장치는 블록 적응필터에 기반을 두며, 도 3에 도시된 것과 같이 원단의 화자로부터 근단의 화자로 수신되어 출력되는 스피커단과 근단의 화자로부터 원단의 화자에게로 송신되는 마이크단을 갖춘 소정의 음성 입출력 기기가 구비된 상태에서, 원단화자로부터 수신되는 음향 신호 x(k)를 갱신된 적응필터 계수 w(k)로 필터링하여 음향 반향 신호를 생성하는 FIR(Finite Impluse Response)필터기(300)와; 상기 추정된 반향신호 y(k)를 원단화자의 마이크신호 d(k)로부터 뺀 추정 오차신호를 입력으로 하여 배경 잡음 레벨을 구하는 배경잡음 추정기(320); 상기 배경잡음 계수 Rn과 동시통화 여부 gn에 따라 스텝 크기 μn을 결정하는 스텝크기 조절기(330); 상기 적응필터 계수 갱신기로부터 미리 계산된 (원단 화자의 스피커신호 x(k)와 추정오차신호 e(k)와의) 상호상관도로부터 동시통화 상태를 결정하는 동시통화 검출기(340); 상기 원단화자의 스피커 신호 x(k)와 스텝 크기 μ(k), 추정오차 신호 e(k)로부터 적응 반향 계수 w(k)를 갱신하는 적응필터 계수 갱신기(310)를 구비한다.In the present invention, n denotes an nth frame (current frame), and n-1 denotes an n-1th frame (past frame). An expression without n and n-1 basically means an expression for the nth frame (the current frame). For example, x (k) is an acoustic signal of the kth sample received from the far-end speaker for the nth frame (the current frame).
The acoustic echo cancellation apparatus of the present invention is based on a block adaptive filter, and the speaker stage is received from the far-end speaker as the near-end speaker and is output from the far-end speaker to the far-end speaker as shown in FIG. A finite stimulus response (FIR) filter for generating an acoustic echo signal by filtering the acoustic signal x (k) received from the far-end speaker with the updated adaptive filter coefficient w (k) in the state where a predetermined voice input / output device is provided.
본 발명은 블록 적응필터에 기반을 두어 낮은 복잡도의 특징을 갖는다. 이것은 블록 적응필터 구조가 되면 동시통화 검출시 사용되는 원단화자의 마이크 신호와 추정 오차신호의 상호 상관도 값이 적응 필터 계수 갱신기(310)에서 미리 계산되기 때문이다.The present invention is based on a block adaptive filter and has a low complexity. This is because, in the block adaptive filter structure, the cross-correlation value of the far-end speaker's microphone signal and the estimated error signal used in the simultaneous call detection is calculated in advance by the adaptive
또한, 본 발명은 배경잡음레벨을 따로 추정하여 추정오차신호 레벨에서 빼낸 값을 사용함으로써 배경잡음의 간섭을 제거하는 특징을 갖는다.In addition, the present invention has a feature of eliminating the interference of the background noise by separately estimating the background noise level and using a value extracted from the estimated error signal level.
이어서, 본 발명이 반향을 제거하는 과정을 상세히 설명하기 위해 각 단계별로 설명하기로 한다.Next, the steps of the present invention will be described in detail to explain the process of removing echo.
우선, 원단화자로부터 수신된 스피커 출력신호x(k)는 음향 반향경로를 통해 반향신호로 변형되어 근단화자의 마이크로 입력된다. 이때 마이크에는 외부로부터의 배경잡음 및 근단 화자의 음성 신호가 반향신호와 함께 입력될 수 있다. 또한, 스피커 출력신호 x(k)를 입력으로 적응필터 계수를 컨벌루션 함으로써 반향 신호는 FIR 필터(300)에서 다음의 수학식 5와 같이 예측될 수 있다.First, the speaker output signal x (k) received from the far-end speaker is transformed into an echo signal through the acoustic echo path and input into the microphone of the near-end speaker. In this case, the background noise from the outside and the voice signal of the near-end speaker may be input to the microphone together with the echo signal. In addition, by convolving the adaptive filter coefficients with the input of the speaker output signal x (k), the echo signal may be predicted in the
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여기서, w(i)는 현재 프레임(n번째 프레임)에 대한 k번째 적응필터 계수를 뜻하는 w(k)값들 중 1번째부터 L번째 값들을 나타내며 이를 표현하기 위해 i를 정의하여 계산한다. 따라서, w(k)는 다른 표현으로 w(k,n)으로도 표기되며, w(k)는 수학식7에 의하여 구해진다. L값은 적응필터 계수의 개수로 값이 클수록 큰 지연을 가진 반향신호까지 예측하게 된다. 적응 필터의 계수 w(k)가 반향 경로에 대한 임펄스 응답을 가지게 되면 y(k)는 실제 반향 신호에 가깝게 되는 원리를 가진다.
예측된 반향신호를 수학식 6과 같이 실제 근단의 마이크로부터 입력된 신호로를 뺀 신호e(k)가 반향제거된 반향 추정오차 신호가 되며 반향 제거기의 적응필터 계수를 갱신하기 위해 다시 사용된다.Here, w (i) represents the first to Lth values of w (k) values representing kth adaptive filter coefficients for the current frame (nth frame) and is calculated by defining i to represent them. Accordingly, w (k) is also represented by w (k, n) in another expression, and w (k) is obtained by the equation (7). The L value is the number of adaptive filter coefficients, and the larger the value is, the more predicted the echo signal having the larger delay is. If the coefficient w (k) of the adaptive filter has an impulse response to the echo path, y (k) is close to the actual echo signal.
As shown in Equation 6, the signal e (k) obtained by subtracting the input signal from the microphone of the actual near end becomes an echo canceled error estimation signal which is canceled and is used again to update the adaptive filter coefficient of the echo canceller.
이렇게 얻어진 추정오차 신호e(k)는 반향제거가 처음 시작되는 초기에는 다량의 제거되지 않은 반향신호를 포함하고 있다가 y(k)의 값이 실제 반향신호에 가까워지면 서서히 감소하게 된다. 포함된 반향 정보의 성분은 적응필터 계수 갱신기(310)에서 수학식 8과 같이 원단화자의 스피커 신호와의 상호상관을 구하는데 사용되어 수학식 7과 같이 적응 필터 계수를 갱신하는데 사용된다.The estimated error signal e (k) thus obtained includes a large amount of unremoved echo signals at the beginning of echo cancellation, and then gradually decreases as the value of y (k) approaches the actual echo signal. The component of the included echo information is used in the adaptive
여기서, N값은 프레임별 각 블록의 길이로 임의의 정해진 값이다. w(k,n)는 n번째 프레임(현재프레임)에 대한 k번째 적응필터 계수를 뜻하고 w(k,n-1)는 n-1번째 프레임(이전프레임)에 대한 k번째 적응필터 계수를 뜻한다. 위 수학식 7과 8은 프레임마다 1번씩만 계산된다.
근단 마이크에서 들어오는 신호가 순수한 반향신호라면 적응필터의 계수 갱신기는 최적 적응 필터 계수 값으로 수렴하게 된다. 그러나, 배경잡음이 있을 경우 수학식 9와 같이 반향신호에 의한 상호 상관 값이외에도 잡음에 해당하는 상호 상관 값항이 존재하게 되어 잡음성분이 클 경우 최적 계수 값과는 많이 다른 값을 얻을 수 있다.Here, the N value is an arbitrary value determined by the length of each block for each frame. w (k, n) denotes the kth adaptive filter coefficient for the nth frame (the current frame) and w (k, n-1) denotes the kth adaptive filter coefficient for the n-1th frame (previous frame). It means. Equations 7 and 8 are calculated only once per frame.
If the signal coming from the near-end microphone is a pure echo signal, the coefficient updater of the adaptive filter converges to the optimal adaptive filter coefficient value. However, when there is background noise, the cross-correlation value by the echo signal as shown in Equation 9 In addition, cross-correlation values corresponding to noise If the term is present and the noise component is large, a value very different from the optimal coefficient value can be obtained.
따라서, 상기 배경잡음 추정기(320)에서는 배경 잡음의 에너지를 추정하여 추정오차신호 에너지와의 비율을 구함으로써 스텝크기를 조절하는 인자로 사용한다. 배경잡음의 성분이 추정오차신호에 포함된 비율이 커지면 그만큼 간섭이 높아짐으로 적응 스텝크기를 줄이도록 조절한다. 이를 위해 수학식 11과 같이 배경잡음 계수 Rnx(k)를 정의 하여 사용한다. Therefore, the
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여기서, En(k)는 배경 잡음 추정기(320)에서 추정된 배경잡음 레벨을 뜻하며 뒤에 설명될 수학식 16에서 구하여진다.
상기 스텝크기 조절기(330)는 배경잡음 뿐만 아니라 근단 화자의 음향성분의 간섭도 제거해야 하므로 동시 통화 검출기를 필요로 한다. 근단 화자의 음향성분은 배경잡음에 비해 간섭정도가 심하기 때문에 상기 동시 통화 검출기(340)를 따로 두어 스텝 크기를 조절하는데 사용한다. 수학식 15와 같이 스탭 크기가 결정된다. 동시통화 검출의 결과인 동시통화 상태 g(k,n)는 수학식 13과 같이 계산되며 적응필터 계수 갱신기(310)에서 미리 계산된 상호 상관 값 Φ(k)를 사용함으로써 낮은 계산량을 가진다.
여기서, Px(k)는 x(k)신호의 주변 값에 대한 파워 값으로 정의된다. 수학식 15에서와 같이 과거 M개의 상호상관도 값에 대한 절대 값이 사용되는데, 근단 화자의 음향성분이 같이 들어올 경우 이러한 절대 값들에 대한 합이 갑자기 커지 된다는 원리를 이용한 것이다. 수학식 12에서 β값은 수렴 상수를 뜻하고 g(k,n-1)은 n-1번째 프레임(이전프레임)에 대한 k번째 동시통화 상태 값을 표시한 것이다. Here, E n (k) means the background noise level estimated by the
The
Here, P x (k) is defined as the power value for the peripheral value of the x (k) signal. As shown in Equation 15, the absolute values of the past M cross-correlation values are used, and when the acoustic components of the near-end speaker come together, the sum of these absolute values suddenly increases. In Equation 12, β denotes a convergence constant and g (k, n-1) denotes a k-th simultaneous call state value for an n-1 th frame (previous frame).
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상기 배경잡음 추정기(320)와 스텝 크기 조절기(330)는 부 대역 적응 필터와 함께 적용될 수 있는데, 적용될 경우 수학식 14와 같이 각 대역(Sub-band)별로 나뉘어져 각 대역별 파워로 정규화하는 구조를 가진다. 이러한 구조는 배경잡음 추정 정확도를 높여 수렴성능 향상을 기대할 수 있다. The
여기서 m은 각 주파수 대역에 대한 번호를 뜻한다. n-1은 이전프레임의 데이터라는 것을 표시한다. 따라서, Rnx(m,k)은 m번째 대역의 k번째 배경잡음계수를 뜻하고, m번째 주파수 대역에 대한 추정오차 에너지 레벨과 배경잡음 에너지값으로부터 수학식 11로 구하여진다. β(m)값은 m번째 주파수 대역에 대한 수렴 상수를 뜻하고 g(m,k,n-1)은 m번째 주파수 대역, n-1번째 프레임(이전프레임)에 대한 k번째 샘플의 동시통화 상태 값 것을 표시한 것으로 m번째 주파수 대역에 대해 수학식 13을 적용하여 구하여진다.
도 4는 배경잡음 추정기의 상세 구성도로서, 반향 추정 오차 신호 e(k)을 입력으로 하여 수학식 16과 같이 배경잡음 레벨을 추정한다. 음성레벨은 평균에너지 값으로 구현가능하나, 구현 시 복잡도의 감소와 배경잡음 레벨의 범위를 감소시키기 위해 각 음성 레벨은 절대 값의 합산을 사용한다.Where m is the number for each frequency band. n-1 indicates the data of the previous frame. Therefore, R nx (m, k) denotes the k-th background noise coefficient of the m-th band, and is obtained by Equation 11 from the estimated error energy level and the background noise energy value for the m-th frequency band. β (m) is the convergence constant for the m-th frequency band and g (m, k, n-1) is the simultaneous call of the k-th sample for the m-th frequency band and the n-1th frame (previous frame). The state value is expressed and obtained by applying Equation 13 to the m th frequency band.
4 is a detailed block diagram of the background noise estimator. The background noise level is estimated using the echo estimation error signal e (k) as shown in Equation (16). The speech level can be implemented as an average energy value, but each implementation uses a sum of absolute values to reduce the complexity and range of the background noise level.
배경잡음 에너지 레벨은 배경잡음의 에너지변화가 정적이라는 특성을 사용하여 수학식 20에서와 같이 시간에 따라 작게 증가하는 항과 추정오차 신호 중 작은 것을 선택하게 함으로써 간단히 추정된다.The background noise energy level is estimated by simply selecting a smaller one of the term and the estimated error signal that increases with time as shown in Equation 20 using the characteristic that the energy change of the background noise is static.
여기서, 수학식 15는 k번째 반향 추정오차신호 e(k)부터 k-(N+1)번째 샘플인 e(k-(N+1))까지의 절대값에 대한 평균값을 k번째 추정오차신호의 에너지 레벨 Ee(k)로 정의한다. 수학식 20은 k번째 추정오차신호의 에너지 레벨 Ee(k)가 k-1번째 구해진 배경잡음 에너지 레벨 En(k-1)보다 작은 경우 k번째 배경잡음 에너지 레벨 En(k)를 추정오차신호의 에너지 레벨 Ee(k)로 정의한다. 반대로 k-1번째 구해진 추정오차신호의 에너지 레벨 En(k-1)이 추정오차신호의 에너지 레벨 e(k)보다 작거나 같은 경우 ρ라는 에너지 증가 상수를 더하여 배경잡음 에너지 레벨 En(k)를 조금씩 증가시킨다.
도 5는 적응필터 갱신기와 동시통화 검출 및 스텝 크기조절에 대한 구성도로서, 적응필터 갱신기 내부의 추정오차 신호 e(k)와 원단 화자의 스피커 출력신호 x(k)의 상호상관도 산출기(500)와 동시통화 검출기(540), 스텝크기 조절기(550)의 상관 관계를 나타내었다.Here, Equation 15 is the k-th estimation error signal with the average value of the absolute value from the k-th echo estimation error signal e (k) to the k- (N + 1) -th sample, e (k- (N + 1)). It is defined as the energy level E e (k). Equation (20) is the estimated energy level E e (k) is k-1-th calculated background noise energy level is less than E n (k-1) k-th background noise energy levels E n (k) of the k-th estimation error signal It is defined as the energy level E e (k) of the error signal. On the contrary, when the energy level E n (k-1) of the k-th estimated error signal is less than or equal to the energy level e (k) of the estimated error signal, the energy increase constant ρ is added to the background noise energy level E n (k In small increments.
FIG. 5 is a block diagram illustrating simultaneous call detection and step size control of an adaptive filter updater. A correlation diagram of the estimated error signal e (k) and the speaker output signal x (k) of a far-end speaker are included in the adaptive filter updater. A correlation between 500 and the
상기 동시통화 검출기(540)는 적응필터 갱신기 내부에서 미리 계산된 상호상관도 산출기(500)의 출력 값을 사용하여 계산량을 감소시킨다. 또한, 동시 통화 검출기(540)의 출력 값과 배경잡음 계수 값 Rnx(k)을 입력으로 스텝크기 조절기(550)에서는 스텝 크기값 μ(k)을 조절 한다.The
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이상에서와 같이 본 발명에 의한 음향 반향 제거장치에 따르면, 마이크로부터 입력되는 동시 통화 상태의 근단 화자의 음향 신호나 배경잡음 신호에 상관 없이 핸즈프리 폰이나 화상회의 폰 등에서 발생되는 음향 반향을 깨끗이 제거하는 효과를 가진다. 또한, 장치 구현시 저 복잡도로 구현되기 때문에 개발 비용 절감에 더욱 유리하다.As described above, according to the acoustic echo canceller according to the present invention, it is possible to cleanly remove acoustic echo generated by a hands-free phone or a video conference phone regardless of a sound signal or a background noise signal of a near-end speaker in a simultaneous call input from a microphone. Has an effect. In addition, since the device is implemented at a low complexity when the device is implemented, it is more advantageous to reduce development costs.
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