본 논문에서는 핸즈프리 전화통신을 위한 동시통화(double-talk) 및 잡음에 강건한 반향제거 시스템을 제안한다. 제안하는 반향제거 시스템은 동시통화 상황을 판별하기 위해 마이크 입력신호와 추정한 마이크 입력신호의 분산을 기반으로한 동시통화 검출 알고리즘을 사용하고 반향 경로 추정을 위한 적응 필터는 잔여반향 오차 전력과 AP 알고리즘의 투영차수를 곱하여 입력 신호의 자기공분산 행렬에 더해 정규화시킨 알고리즘을 적용한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 동시통화 및 주변 잡음이 큰 핸즈프리 환경에서 제안하는 방법이 AIC(acoustic interference cancellation) 측면에서 우수함을 보인다.
본 논문에서는 배경잡음과 반향이 존재하는 차량환경에서 음성인식 성능을 향상시키기 위해 상관계수를 이용한 동시통화 검출 알고리즘을 적용한 음향 반향제거기와 barge-in 기능을 갖는 음성 인터페이스를 구현하였다. 상관계수를 이용한 동시통화 검출 알고리즘은 임계치 설정 및 배경잡음의 영향 등으로 인해 검출 오류가 발생한다. 이를 보완하기 위해 동시통화 검출 조건으로 매 샘플마다 입력신호에서 추정한 배경잡음 및 반향신호의 평균 전력을 이용하여 동시통화 검출 오류를 줄였으며, 시변의 임계치를 적용한 후처리 단을 통해 시변의 잔여 잡음 성분을 제거하였다. 또한 안내음성 중에 음성입력이 가능하도록 barge-in 기능을 적용한 음성 인터페이스 시스템을 구현하였다. 제안한 음성 인터페이스 시스템은 동시통화 검출 오류와 이로 인해 발생되는 문제점을 효율적으로 해결할 수 있음을 실험을 통하여 확인하였다.
본 논문에서는 송수화기를 사용하지 않고도 통화 가능한 핸즈프리 통화방식에서 스피커의 출력신호가 마이크로 입력되는 음향반향(acoustic echo)을 효과적으로 제거할 수 있는 음향반향 제거기가 적용된 핸즈프리 전화기의 구현에 관하여 연구한다. 적응필터만을 적용한 기존의 음향반향 제거기는 반향신호와 동시통화의 문제를 동시에 해결하는데 있어서 많은 어려움을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 modified NLMS 알고리즘이 적용된 적응필터, 두 개의 독립된 망각인자(forgetting factor)를 이용하여 원단신호의 음성구간을 정확하게 검출하는 VAD, 마이크신호와 잔여반향신호의 상호상관계수를 이용하여 동시통화 구간을 신속하고 정확하게 판단하기 위한 동시통화 검출기, 그리고 VAD와 동시통화 검출기를 이용한 출력제어부로 구성된 음향반향 제거기를 제안한다. 이러한 구조의 음향반향 제거기가 적용된 핸즈프리 전화기는 기존의 핸즈프리 전화기와 차별되게 반향도 없고 동시통화도 원활한 성능을 보여준다.
본 논문에서는 반향이 큰 로봇 환경에 강인한 음성 끝점 검출 방법을 제안한다. 양방향 대화 로봇과 같이 반향대 신호 비가 -5 dB 이하인 반향환경에서는, 반향제거기의 성능이 저하되어 사용자 음성 에너지와 비슷한 크기의 에너지를 갖는 잔여반향이 생긴다. 잡음에 강인한 기존의 음성 끝점검출 방법이라도, 사용자 음성과 비슷한 수준의 에너지를 갖는 잔여반향은 음성으로 오검출하기 때문에 정확한 음성 끝점검출이 어렵다. 반향 환경에 강인한 끝점검출을 위해, 본 논문에서는 음성/반향 구간 판별에 좋은 성능을 보이는 동시통화검출의 결과를 기존의 음성끝점검출 방법과 AND 연산하여 음성끝점검출기를 구성하였다. 제안하는 방법의 평가를 위해 반향이 큰 환경에서 고립단어 인식을 실험하였고, 다양한 실험환경에서 기존 음성 끝점검출 방법보다 평균 30 % 이상의 인식 성능 향상을 확인할 수 있었다.
본 논문은 적응 반향 제거기인 parametric wiener filter (PWF)의 반향신호 제거 파라미터를 구간 조건에 따라 차등적으로 적용시키는 새로운 음향학적 반향제거 (Acoustic Echo Suppression, AES) 알고리즘을 제안한다. PWF는 반향 신호 추정의 부정확성을 보상하고자 반향신호 제거 파라미터를 사용한다. 기존의 방법은 단일통화 구간과 동시통화 구간에 관계없이 동일한 반향신호 제거파라미터 값을 적용하여 동시통화 환경에서 근단 신호의 왜곡을 발생 시킨다. 본 논문에서는 상관계수 (Correlation Coefficient)를 이용한 동시통화(Double-Talk) 검출 알고리즘과 음성구간검출기 (Voice Activity Detector, VAD)의 결과로부터, 원단 화자만 있는 구간과 동시통화 구간을 구분하고 각각의 경우에 반향제거 파라미터를 달리 적용하여 동일한 반향신호 제거 파라미터를 사용함에 따른 동시통화 구간내의 근단 화자신호의 음질 저하 없이 반향신호를 보다 효과적으로 제거하는 방법을 제안한다. 제안된 방법의 결과는 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 우수한 성능을 보였다.
본 논문에서는 음향학적 반향 제거(AES, acoustic echo suppression)를 위해 주파수영역에서 soft decision 기법에 근거한 새로운 동시통화 검출 (DTD, double-talk detection) 알고리즘을 제안한다. 제시된 방법은 효과적인 DTD를 위해 상관계수 (cross-correlation coefficient)에 기반하여 hard decision을 사용하는 기존의 알고리즘 대신 주파수 영역에서 입력 및 원단신호의 VAD (voice activity detection) 결과와 음성 통계모델에 기반한 soft decision 방법을 도입하여 전역 근단화자존 재확률 (GNSPP, global near-end speech presence probability)을 DTD에 적용한다. 제안된 알고리즘은 기존의 방법과 객관적인 실험을 통해 비교 평가한 결과 다양한 배경잡음 환경에서 우수한 성능을 보였다.
본 논문은 기하학적 개념에 기반한 암묵신호분리를 이용하여 동시통화문제를 제어하는 음향반향제거기에 관한 것이다. 음향반향제거기는 동시통화 구간에서 성능이 저하되거나 발산하게 된다. 따라서 혼합된 마이크 입력신호로부터 근단화자신호를 분리해서 동시통화상태를 검출하기 위하여 암묵신호분리기술을 이용한다. 암묵신호분리는 미지의 입력신호들로부터 기하학적 개념에 기반하여 변형과 회전의 두 단계를 거쳐 근단화자신호를 추정해낸다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 이 음향반향제거기의 성능을 검증하였다. 동시통화 구간에서는 반향제거필터의 계수가 발산하는 것을 방지하기 위하여 계수 갱신작업을 중지하도록 하였다. 시뮬레이션 결과, 이 방법을 사용한 음향반향제거기는 암묵신호분리의 빠른 수렴속도로 인해 동시통화의 유무에 상관없이 안전하게 동작함을 확인하였다.
본 논문은 음향반향제거기에서 상관계수를 이용하영 동시통화(Double-Talk) 구간을 검출할 때 발생하는 끝점검출 지연 문제에 대하여 다룬다. 동시통화가 끝나는 지점과 같이 신호의 전력이 급격하게 줄어드는 구간에서 망각지수(Forgetting Factor0를 사용하여 전력을 추정할 경우, 추정된 현재 전력은 과거 전력의 영향으로 급격하게 줄어들지 못하여 끝점검출 지연이 발생한다. 본 논문에서는 끝점검출 지연을 줄이기 위한 방안으로 두 가지 방법을 제안하였다. 하나는 일정 간격마다 새로운 평균 전력을 구해서 현재의 추정 전력으로 사용하는 방버이고, 다른 하나는 순환식에서 일정 구간마다 과거의 큰 전력 성분을 제거하거나 들는 값으로 대체하는 방법이다. 제안된 방법은 기존의 방법에 비해 계산량에서는 큰 증가를 보이지 않으면서 끝점검출 성능에서는 우수함을 실험을 통해 확인하였다.
본 논문에서는 동시통화에 강인한 특성을 갖는 알고리즘의 추적성능을 개선시킬 수 있는 새로운 방법을 제안하였다. 반향경로의 변화를 검출하는 방법과 적응필터의 계수 적응식을 변경하는 방법을 제안하였다. 오차신호 대 스케일 파라메터의 비는 반향경로가 변화한 경우와 동시통화가 발생한 경우에 지속시간이 다른 특성을 가지며 이를 이용하여 반향경로 변화를 검출한다. 제안한 적응필터계수 적응식은 잘못된 오차신호선택을 방지하도록 하여 추적 성능을 개선시킨다. 실제 음성신호와 ITU-T G.168에서 제공하는 반향경로를 사용한 실험을 통하여 제안한 방법이 기존의 방법에 비해 4dB 이상 성능을 개선시킴을 확인하였다.
본 논문에서는 전이중(full duplex)으로 동작하는 멀티미디어 PC의 음성 명령어 인식기의 성능 향상을 위한 적응 음향 반향 제거기를 구현하였다. 최근 들어 일고 있는 인간과 컴퓨터의 인터페이스를 쉽고 친밀하게 하려는 노력은 음성으로 제어하는 컴퓨터의 탄생을 예고하고 있다. 이러한 시스템을 전이중 모드에서 사용할 경우 음향 반향은 피할 수 없는 현상이다. 본 논문에서는 이러한 음향 반향을 제거하기 위해서 서브밴드 적응 필터 구조를 이용하여 실시간 처리가 가능한 음향 반향 제거기를 설계하였다. 또한, 동시통화시 음성의 왜곡을 줄이는 스위칭 구조를 사용하였다. 동시통화의 검출은 상호상관도를 이용하여 구현하였다. 이렇게 구현된 반향제거기를 음향 입출력 루틴과 음성 인식기와 결합하여 Windows 95상에서 실시간으로 동작하는 음성 명령어 인식 소프트웨어를 완성하였다. 모의 실험 및 실시간 실험을 통하여 반향 제거기의 성능을 검증하였고, 음성인식 실험을 수행하여 반향 제거기가 인식율 향상에 기여함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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