(57)【要約】  指向性マイクアレイを用いた信号分離システム及びその提供方法が開示される。第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイク及び第１方向とは異なる方向を向くように設置される少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイを用いて第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号を受信し、少なくとも一つの第２マイクを介してレファレンス信号を受信するための信号受信部と、信号受信部によって受信された混合信号から第２音声信号を相殺するための音声信号分離部を有し、音声信号分離部は少なくとも一つの第２マイクを介して入力されたレファレンス信号を用いて第２音声信号を相殺することを特徴とする。
2014518053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイク及び前記第１方向とは異なる方向を向くように設置される少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイを用いて第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号を受信し、前記少なくとも一つの第２マイクを介してレファレンス信号を受信するための信号受信部と、
前記信号受信部によって受信された混合信号から前記第２音声信号を相殺するための音声信号分離部を含んでおり、
前記音声信号分離部は前記少なくとも一つの第２マイクを介して入力された前記レファレンス信号を用いて前記第２音声信号を相殺することを特徴とする指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項２】
前記混合信号は、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号、または、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号と前記少なくとも一つの第２マイクを介して受信された信号が混合された信号であることを特徴とする請求項１に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項３】
前記マイクアレイは、所定の音声出力システムと接続され、前記混合信号及び前記レファレンス信号を前記音声出力システムに含まれる前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムに出力することを特徴とする請求項１に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項４】
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、所定の音声出力システムに含まれて設置され、前記第２音声信号は、前記音声出力システムから出力された音声信号が前記マイクアレイを介して入力されたエコー信号であることを特徴とする請求項１に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項５】
前記第２方向は、前記第１方向と反対方向であることを特徴とする請求項１に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項６】
前記信号分離部は、前記第１音声信号に対応する第１音源信号を第１ＢＳＳ音源信号、前記第２音声信号に対応する第２音源信号を第２ＢＳＳ音源信号にして、前記少なくとも一つの第１マイクを介して入力された信号を第１ＢＳＳ入力信号、前記レファレンス信号を第２ＢＳＳ入力信号にしてＢＳＳを実行することを特徴とする請求項１に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項７】
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、所定の音声保存システムに含まれて設置され、前記第１音声信号は前記音声保存システムを基準とし、第１方向に位置する第１音源から出力されて前記音声記録システムに保存されるターゲット音声信号であり、前記第２音声信号は前記音声保存システムを基準とし、前記第１方向と反対方向に位置する第２音源から出力され、前記混合信号から除去される信号であることを特徴とする請求項１に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項８】
第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイクと、
前記第１方向とは反対方向を向くように設置される少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイを含んでおり、
前記マイクアレイは、
前記マイクアレイを介して第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号及び前記少なくとも一つの第２マイクを介して受信されるレファレンス信号をそれぞれの所定の信号分離システムに出力すると、
前記レファレンス信号に基づいて、前記信号分離システムによって前記混合信号から前記第２音声信号を相殺することを特徴とする指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項９】
第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイク及び前記第１方向とは異なる方向を向くように設置される少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイと、
前記マイクアレイを介して第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号を受信し、前記少なくとも一つの第２マイクを介してレファレンス信号を受信するための信号受信部と、
前記信号受信部によって受信された混合信号から前記第２音声信号を相殺するための音声信号分離部と、を含んでおり、
前記音声信号分離部は、前記少なくとも一つの第２マイクを介して入力された前記レファレンス信号を用いて前記第２音声信号を相殺することを特徴とする指向性マイクアレイを用いた信号分離システム。
【請求項１０】
指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイク及び前記第１方向とは異なる方向を向くように設置された少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイを介して第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号を受信するステップと、
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが前記マイクアレイに含まれる前記少なくとも一つの第２マイクを介してレファレンス信号を受信するステップと、
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが受信された前記混合信号から前記第２音声信号を相殺するステップと、を含んでおり、
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが受信された前記混合信号から前記第２音声信号を相殺するステップは、
前記レファレンス信号を用いて前記第２音声信号を相殺することを特徴とする指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法。
【請求項１１】
前記混合信号は、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号、または、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号と前記少なくとも一つの第２マイクを介して受信された信号が混合された信号であることを特徴とする請求項１０に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法。
【請求項１２】
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが受信された前記混合信号から前記第２音声信号を削除して入力信号を生成するステップは、
前記第１音声信号に対応する第１音源信号を第１ＢＳＳ音源信号、前記第２音声信号に対応する第２音源信号を第２ＢＳＳ音源信号にして、前記少なくとも一つの第１マイクを介して入力された信号を第１ＢＳＳ入力信号、前記レファレンス信号を第２ＢＳＳ入力信号にしてＢＳＳを実行するステップを含むことを特徴とする請求項１０に記載の指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法。
【請求項１３】
請求項１０ないし請求項１２のいずれか一項に記載の方法を実行するためのプログラムを記録したコンピューター判読可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異なる方向、好ましくは互いに反対方向に向くように取り付けられている複数のマイクを含むマイクアレイを用いて効果的に所望の信号だけを分離することができるシステム及びその提供方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの音声関連システム（例えば、ＴＶ、コンピューター、音声認識装置、ビデオカメラ）は所望の信号だけを受信する。しかし、騒音や残響のある環境では、所望の信号外にも様々な信号が発生しており、所望の信号とともにマイクロホンに受信される。騒音や残響をなくすために様々な技術−マイクロホンアレイノイズ低減（Ｎｏｉｓｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）、アコースティックエコーキャンセル、ブラインド信号源分離（ＢＳＳ：Ｂｌｉｎｄ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）など−が研究されている。
【０００３】
音声関連システムはマイク（マイクロホン）またはマイクアレイから所望の信号と騒音、残響など不要な信号が混合された混合信号が受信される。したがって、音声関連システムではこのような混合信号に含まれる不要な信号は信号レベルでの所望の動作を実行するために困難を引き起こしたり、ユーザーに不便さをもたらすという問題を生じる。
【０００４】
例えば、音声関連システムが特定の音声命令を認識するシステムであれば、音声認識率が低くなる問題点が生じ得る。もし、音声関連システムがビデオカメラやカムコーダーのように特定の方向（例えば、撮影方向）で受信される音を主として記録しようとする場合、他の方向（例えば、後方）で受信される不要な音（例えば、撮影者の騒音など）はユーザーが記録または受信したくない音となりうる。
【０００５】
したがって、このような不要な音と所望の音を分離することは音声関連システムの性能やユーザーの利便性に大きな影響を与える。
【０００６】
所望の音と不要な音を分離する様々な技術が広く知られている。不要な音は音声関連システムが分かっている音であることも、分からない音であることもありうる。例えば、本出願人（または出願人の代表者）が出願して公開された韓国特許出願（出願番号１０−２００９−０１１１３２３、“信号分離方法、信号分離方法を用いた通信システム及び音声認識システム”、以下‘以前の出願’）には音声関連システムが混合信号から既に分かっている不要な音をリアルタイムで効果的に分離する技術的思想が開示されている。以前の出願に開示された内容及びその記載は本明細書のレファレンスとして含まれる。
【０００７】
さらに、不要な音が音声関連システムにとって既知であるかどうかに関係なく、混合信号に含まれる不要な音を所望の音と分離するための様々な方法（例えば、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）、ＢＳＳ、独立成分分析など）も存在している。
【０００８】
しかし、このような従来の多くの方法は音声関連システムを製造及び設計する時からハードウェア構造的に正確に設計しなければならなかったり、既に分かっている不要な音を信号分離プロセスに用いるための別途のハードウェアまたはソフトウェアリソースが必要であった。また、その計算が複雑すぎて、所望の信号と不要な信号とをリアルタイムで分離することに適していないという問題点も存在した。
【０００９】
したがって、音声関連システムのハードウェア的構造を変更することなく、または信号分離のための高価なハードウェア及び/またはソフトウェアリソース（ｒｅｓｏｕｒｃｅ）を使用することなく、簡単で効率的に混合信号から所望の信号を分離することができる技術的思想が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国特許出願番号第１０−２００９−０１１１３２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明が解決しようとする技術的な課題は、互いに異なる方向（例えば、反対方向）に設置された指向性（方向性）マイクを含むマイクアレイを用いて音声関連システムの特定の方向から受信される音だけを混合信号から容易に分離することができるシステム及びその提供方法を提供することである。
【００１２】
また、音声関連システムが複雑な構造的変更やハードウェアのような別途のリソースを必要とせずに、既存の音声関連システムに簡便に適用することができるシステム及びその提供方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
技術的課題を果たすため、第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイク及び前記第１方向とは異なる方向を向くように設置される少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイを用いて第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号を受信し、前記少なくとも一つの第２マイクを介してレファレンス信号を受信するための信号受信部と、前記信号受信部によって受信された混合信号から前記第２音声信号を相殺するための音声信号分離部を含んでおり、前記音声信号分離部は、前記少なくとも一つの第２マイクを介して入力された前記レファレンス信号を用いて前記第２音声信号を相殺することを特徴とする。
【００１４】
前記混合信号は、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号、または、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号と前記少なくとも一つの第２マイクを介して受信された信号が混合された信号であることを特徴とすることができる。
【００１５】
前記マイクアレイは所定の音声出力システムと接続され、前記混合信号及び前記レファレンス信号を前記音声出力システムに含まれる前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムに出力することを特徴とすることができる。
【００１６】
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、所定の音声出力システムに含まれて設置され、前記第２音声信号は前記音声出力システムから出力された音声信号が前記マイクアレイを介して入力されたエコー信号であることを特徴とすることができる。
【００１７】
前記第２方向は、前記第１方向と反対方向であることを特徴とすることができる。
【００１８】
前記信号分離部は、前記第１音声信号に対応する第１音源信号を第１ＢＳＳ音源信号、前記第２音声信号に対応する第２音源信号を第２ＢＳＳ音源信号にして、前記少なくとも一つの第１マイクを介して入力された信号を第１ＢＳＳ入力信号、前記レファレンス信号を第２ＢＳＳ入力信号にしてＢＳＳを実行することを特徴とすることができる。
【００１９】
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、所定の音声保存システムに含まれて設置され、前記第１音声信号は前記音声保存システムを基準とし、第１方向に位置する第１音源から出力されて前記音声記録システムに保存されるターゲット音声信号であり、前記第２音声信号は前記音声保存システムを基準とし、前記第１方向と反対方向に位置する第２音源から出力され、前記混合信号から除去される信号であることを特徴とすることができる。
【００２０】
技術的課題を解決するため、指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイクと、前記第１方向とは反対方向を向くように設置される少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイを含んでおり、前記マイクアレイは、前記マイクアレイを介して第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号及び前記少なくとも一つの第２マイクを介して受信されるレファレンス信号をそれぞれの所定の信号分離システムに出力すると、前記レファレンス信号に基づいて、前記信号分離システムによって前記混合信号から前記第２音声信号を相殺することを特徴とすることができる。
【００２１】
技術的課題を解決するため、指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイク及び前記第１方向とは異なる方向を向くように設置される少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイと、前記マイクアレイを介して第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号を受信し、前記少なくとも一つの第２マイクを介してレファレンス信号を受信するための信号受信部と、前記信号受信部によって受信された混合信号から前記第２音声信号を相殺するための音声信号分離部と、を含んでおり、前記音声信号分離部は、前記少なくとも一つの第２マイクを介して入力された前記レファレンス信号を用いて前記第２音声信号を相殺することを特徴とすることができる。
【００２２】
技術的課題を解決するため、指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法は、指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが第１方向を向くように設置される少なくとも一つの第１マイク及び前記第１方向とは異なる方向を向くように設置された少なくとも一つの第２マイクを含むマイクアレイを介して第１音声信号と第２音声信号が混合された混合信号を受信するステップと、前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが前記マイクアレイに含まれる前記の少なくとも一つの第２マイクを介してレファレンス信号を受信するステップと、前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが受信された前記混合信号から前記第２音声信号を相殺するステップと、を含んでおり、前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが受信された前記混合信号から前記第２音声信号を相殺するステップは、前記レファレンス信号を用いて前記第２音声信号を相殺することを特徴とすることができる。
【００２３】
前記混合信号は、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号、または、前記少なくとも一つの第１マイクを介して受信された信号と前記少なくとも一つの第２マイクを介して受信された信号が混合された信号であることを特徴とすることができる。
【００２４】
前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが受信された前記混合信号から前記第２音声信号を削除して入力信号を生成するステップは、前記第１音声信号に対応する第１音源信号を第１ＢＳＳ音源信号、前記第２音声信号に対応する第２音源信号を第２ＢＳＳ音源信号にして、前記少なくとも一つの第１マイクを介して入力された信号を第１ＢＳＳ入力信号、前記レファレンス信号を第２ＢＳＳ入力信号にしてＢＳＳ（Ｂｌｉｎｄ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を実行するステップを含むことができる。前記指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法は、プログラムを記録したコンピューター判読可能な記録媒体に保存されることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、混合信号から所望の信号を分離する機能が備えられていない音声関連システムにも本発明の実施例によるマイクアレイを用いて簡便に信号分離機能を提供することができる効果がある。
【００２６】
また、特定の方向から受信される音だけを、混合信号から容易に分離することができる効果がある。
【００２７】
また、音声関連システムで受信する混合信号から音声関連システムが既知の信号（例えば、音声関連システムが出力した出力信号のエコー（ｅｃｈｏ）信号など）を相殺するために、出力信号を記憶するリソースを別途必要としない。信号分離を実行する構成（例えば、エコーキャンセラーなど）として記憶された出力信号を受信するためのハードウェア構成を新しく設けたり変更する必要がないという効果がある。
【００２８】
また、不要な信号が音声関連システムが未知の新しく入力される信号であっても、特定の方向から受信される音だけを混合信号から分離することができるので、所望の音が特定の方向から主に受信される音である場合に簡便に適用することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の詳細な説明で引用される図面をより十分に理解するために、各図面の簡単な説明が提供される。
【図１】図１は本発明の実施例によるマイクアレイの概念を説明するための図面である。
【図２】図２は本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの概略的構成を示す図面である。
【図３】図３は本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの概念を説明するためのビームパターンを示す図面である。
【図４】図４は本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが適用された音声関連システムを説明するための図面である。
【図５】図５は本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法によって形成されたビームパターンのシミュレーション結果を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を充分に理解するために、本発明の好ましい実施例を例示する添付図面及び添付図面に記載した内容が参照される。
【００３１】
また、本明細書においては一方の構成要素が他方の構成要素にデータを‘送信’する場合、一方の構成要素から他方の構成要素に直接データを送信する場合だけでなく、一方の構成要素からその他の少なくとも一つの構成要素を介して他方の構成要素に送信する場合も含まれる。
【００３２】
反対に、一方の構成要素が他方の構成要素にデータを‘直接送信’する場合にはいずれの構成要素も介さないで一方の構成要素から他方の構成要素にデータが送信されることを意味する。
【００３３】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明することで、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００３４】
図１は本発明の実施例によるマイクアレイの概念を説明するための図面である。
【００３５】
まず、図１ａを参照すると、本発明の実施例によるマイクアレイ２００は第１方向を向くように設置された少なくとも一つの第１マイク２１０、２１１、２１２、２１３を含む。また、マイクアレイ２００は第１方向とは異なる方向（例えば、反対方向）を向くように設置された少なくとも一つの第２マイク２２０を含む。図１ではマイクアレイ２００に第２マイク２２０が含まれる場合を図示しているが、第１方向とは異なる方向（例えば、反対方向）を向くように設置されたマイクが複数含まれることができる。このような場合、第２マイク２２０は複数の第１マイク２１０、２１１、２１２、２１３の間に位置することもできるし、第２マイク２２０同士隣接するように位置することもできる。
【００３６】
マイクアレイ２００は第１マイク２１０、２１１、２１２、２１３及び第２マイク２２０が固定設置されるようにする所定のハウジングを含みうる。また、第１マイク２１０、２１１、２１２、２１３及び第２マイク２２０は互いに隣接するように設置されることもできるし、所定の間隔で離隔されて設置されるようにもできる。離隔されて設置される場合には、離隔された距離による信号の遅延を信号分離プロセスで考慮することができる。
【００３７】
本明細書において、第１マイク２１０、２１１、２１２、２１３及び第２マイク２２０それぞれは、指向性（方向性）マイクまたはカーディオイド（ｃａｒｄｉｏｉｄ）マイクとして実装されうる。公知のように指向性マイクは、カーディオイド形態のビームパターンを形成するマイクであることができる。したがって、本明細書で所定のマイクが特定の方向を向くように設置することは、マイクが形成するビームパターンが特定の方向を向くように設置することを意味することができる。特定の方向はマイクアレイ２００の垂直面を基準に設定される方向（例えば、前面方向または背面方向など）を意味することができる。したがって、複数のマイクが第１方向または第２方向を向くように設置することは、複数のマイクそれぞれが共通の所定の点（ｐｏｉｎｔ）を向くように設置されるのではなく、共通の方向（例えば、前面または背面）を向くように設置されることを意味する。
【００３８】
本発明の技術的思想をより明確に説明するために図１ｂに図示されるように指向性マイクアレイ２００に第１マイク２１０を一つ含み、第２マイク２２０を一つ含む場合を説明すると、次のようになる。
【００３９】
第１マイク２１０は例えば、マイクアレイ２００の垂直面を基準に前面を向くように設置されうる。また、第２マイク２２０は第１マイク２１０が設置された方向とは反対方向、すなわちマイクアレイ２００の垂直面を基準に背面を向くように設置されることができる。第１マイク２１０及び第２マイク２２０それぞれから受信される信号は所定の信号送信手段（例えば、ジャック、信号線など）２３０、２３１を介して他の装置またはシステムに送信されることができる。このようなマイクアレイ２００が形成するビームパターンは、図３ｂに図示されたビームパターン４０のようになる。
【００４０】
したがって、マイクアレイ２００を介して信号を受信する場合、マイクアレイ２００の前面及び背面からそれぞれ所望の信号すなわち、第１音声信号と不要な信号の第２音声信号が混合された混合信号が入力されることができる。
【００４１】
すなわち、第１マイク２１０を介して受信される混合信号にも不要な第２音声信号が混在されうるし、第２マイク２２０を介して受信される信号、すなわちレファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）信号にも不要な第２音声信号が混在されうる。しかし、第２マイク２２０を介して受信されるレファレンス信号には、含まれる第２音声信号の信号レベルが第１マイク２１０を介して受信される混合信号に含まれる第２音声信号の信号レベルより高いことがある。
【００４２】
例えば、所望の信号、すなわち第１音声信号に対応する音源信号をＳ１とし、不要な信号、すなわち第２音声信号に対応する音源信号をＳ２とする。
【００４３】
この時、第１マイク２１０を介して入力された信号（ｘ１（ｔ））及び第２マイク２２０を介して入力された信号（ｘ２（ｔ））は数式１のように表現することができる。
【００４４】
【数１】
2014518053.tif 000003
【００４５】
ここで、ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２はそれぞれの音源とマイクロホンとの間の距離によるゲインファクター（Ｇａｉｎ  Ｆａｃｔｏｒ）を示すことができる。
【００４６】
この時、第１音源が第１マイク２１０が向く方向に存在する場合、または第１音源から出力された第１音声信号が第１マイク２１０を介して大部分が入力され、第２マイク２２０を介してはわずかな量が入力される場合を仮定することができる。すなわち、第１マイク２１０を介して受信される信号に含まれる第１音声信号の信号レベルは、第２マイク２２０を介して受信される信号に含まれる第１音声信号の信号レベルより高いことがある。
【００４７】
一方で、不要な信号、すなわち第２音声信号は主に第２マイク２２０を介して受信される。このような場合、第１マイク２１０を介して受信される信号に含まれる第２音声信号の信号レベルは、第２マイク２２０を介して受信される信号に含まれる第２音声信号の信号レベルより低いことがある。
【００４８】
このような場合には、ａ１１Ｓ１（ｔ）>>ａ２１Ｓ１（ｔ）であることができるし、ａ２２Ｓ２（ｔ）>>ａ１２Ｓ２（ｔ）が成立する。したがって、第２マイク２２０を介して信号分離を実行する場合、所望の信号、すなわちＳ１（ｔ）の信号レベルの減少は少なく、不要な信号、すなわちＳ２（ｔ）の信号レベルは大部分が減少する効果がある。
【００４９】
すなわち、本発明の技術的思想による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは、所望の第１音声信号が第１方向から主に入力され、不要な第２音声信号が第２方向から主に入力される場合には、前述したマイクアレイ２００を用いて簡便に混合信号から第２音声信号を相殺して所望の第１音声信号を分離することができる。
【００５０】
様々な場合において、第１音声信号が第１方向から主に入力され、不要な第２音声信号が第２方向から主に入力されることがある。このような場合を図４を参照して説明する。
【００５１】
図４は、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが適用された音声関連システムを説明するための図面である。
【００５２】
まず、図４ａを参照すると、所定の音声出力システム（例えば、ＩＰＴＶ、セットトップボックス、電話機、コンピューターなど）３００が提供されうる。音声出力システム３００は自ら音声を生成し、出力することができる。このために、音声出力システム３００は所定の音声出力装置（例えば、スピーカー）３１０を含むことができる。また、音声出力システム３００は外部から音声信号を受信することもできる。このために、本発明の実施例によるマイクアレイ２００が音声出力システム３００と接続することができる。マイクアレイ２００は、図４ａに図示されるように音声出力システム３００の所定の位置（例えば、上端）に設置されることができるが、必ずこれらに限定されるものではない。
【００５３】
一般的に音声出力システム３００に備えられる音声出力装置３１０は、音声出力システム３００を使用しているユーザーの方向、すなわち第１方向（例えば、図４ａの前面方向）を向くように設置されることができる。また、音声出力装置３１０は音声出力システム３００の側面または実装例によっては背面に設置されることもできる。
【００５４】
そして、音声出力システム３００にとっての所望の信号（例えば、音声命令、通話音声など）は、ユーザーから出力された信号として送られる。この時、ユーザーは第１方向に位置することができる。
【００５５】
したがって、所望の信号、すなわち第１音声信号は主に第１方向を向くように設置された第１マイク２１０を介して受信されることができる。一方、第２音声信号、すなわち音声出力装置３１０によって出力された信号によるエコー信号は主に前記第２マイク２２０を介して受信されることができる。
【００５６】
例えば、図４ｂは、図４ａに図示されるような音声出力システム３００の側面を図示している図面である。図４ｂに図示されるように音声出力システム３００の音声出力装置３１０によって出力信号が出力される場合には、出力信号によるエコー信号は第１方向を向くように設置された第１マイク２１０より、主にその反対の方向に設置された第２マイク２２０を介して受信される。特に、音声出力システム３００の第２方向に壁などのような障害物が近接して位置する場合には、さらに、第２マイク２２０を介して受信されるエコー信号すなわち、第２音声信号の信号レベルが第１マイク２１０を介して受信される第２音声信号の信号レベルより高いことがある。
【００５７】
したがって、前述のように第２マイク２２０を介して受信されるエコー信号をレファレンス信号にして、マイクアレイ２００を介して受信される混合信号から相殺する場合、効果的に混合信号から第１音声信号を分離することができる。
【００５８】
また、従来では、音声出力システム３００が所定の出力信号を出力する場合に入力される混合信号からエコー信号を相殺するために、音声出力装置３１０を介して出力される出力信号をレファレンス信号として用いていた。すなわち、以前の出願または様々な従来のエコー信号を相殺する方式で、音声出力装置３１０を介して出力された出力信号を保存し、これを用いてエコー信号を相殺した。例えば、保存された出力信号を用いてチャンネル推定及びゲインファクターの計算などを通じてエコー信号を推定し、これを混合信号から相殺する過程を実行した。
【００５９】
一方で、本発明の技術的思想によれば、音声出力システム３００が出力した出力信号をレファレンス信号として用いるのではなく、実際にチャンネル及びゲインファクターが適用されて第２マイク２２０を介して受信された信号をレファレンス信号として用いるので、信号分離過程のための演算が早くて効率的となる効果がある。また、従来では音声出力システム３００が出力信号を保存するための保存手段及び信号分離装置（エコーキャンセラー）に保存された信号を送信するための手段などのハードウェア的及び/またはソフトウェア的に信号分離のためのリソースがあらかじめ実装されているか、実装されている構造を変更しなければならない問題点があった。しかし、本発明の技術的思想によると、マイクアレイ２００を音声出力システム３００の音声入力の端子に接続し、信号分離のための信号分離システムすなわち、所定のソフトウェアまたはアプリケーションを設置するだけで、本発明の技術的思想を実装することができる効果がある。実装例によっては、信号分離システムが音声出力システム３００に設置されず、マイクアレイ２００と一体型として備えることもできる。このような場合は、マイクアレイ２００すなわち、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムを音声出力システム３００と接続することで、音声出力システム３００は混合信号から第２音声信号が相殺された所望の信号だけを入力として受信することもできる。勿論、このような場合には、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システム自体が所定の演算能力を持つ処理装置を備える必要がある。勿論、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムは音声出力システム３００の製造の時に内蔵して設置することもできる。
【００６０】
一方、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法において、不要な信号は図４ａ及び図４ｂで説明したところのようなエコー信号ではない可能性がある。このような場合は、図４ｃを参照して説明する。
【００６１】
図４ｃは所定の音声受信システム（例えば、カムコーダー、ボイスレコーダーなど）４００に本発明の技術的思想が適用された一例を示す。音声受信システム４００は音声を受信及び/または保存することができるすべてのシステムを含む意味で使用される。もちろん、実装例によってカムコーダーとして映像信号をさらに受信することもできる。
【００６２】
本発明の実施例によるマイクアレイ２００は、音声受信システム４００と接続しているか、音声受信システム４００にあらかじめインストールされている。マイクアレイ２００に含まれる第１マイク２１０は音声受信システム４００が音声を受信したい第１音声信号に対応する方向を向くように設置または操作することができる。例えば、カムコーダーを一例として説明すると、マイクアレイ２００に含まれる第１マイク２１０はレンズの方向、すなわち第１方向に設置される。これにより、第１マイク２１０はユーザー（撮影者）が撮影したい対象の方向、すなわち第１方向に向くことができる。
【００６３】
そして、目的は第１音源信号を出力し、第１音源信号に基づいた第１音声信号を第１マイク２１０を介して主に受信することである。一方、音声受信システム４００が受信及び/または保存することを望まない信号、すなわち第２音声信号は主に第２方向から入力されうる。例えば、第２音声信号はユーザーによって誘発されたノイズ、不要な音などである。すなわち、音声受信システム４００は音声を受信しようとする対象に向くように操作されるので、反対方向から主に受信される様々な音は不要な音となる。したがって、本発明の技術的思想はこのような音声受信システム４００にも有用に適用されることができる。すなわち、マイクアレイ２００を介して受信される混合信号から第２音声信号を相殺する過程を通じて第１音声信号を分離することができる。分離された信号は音声受信システム４００に保存されたり、他のシステムに送信されたりすることができる。
【００６４】
このような技術的思想を実装するための本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの概略的な構成は図２に図示される。また、図２に図示された指向性マイクアレイを用いた信号分離システムが生成するビームパターンは図３に概略的に図示される。
【００６５】
まず、図２ａを参照すると、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システム１は信号分離システム１００を含むことができる。また、マイクアレイ２００を含む。信号分離システム１００はマイクアレイ２００から混合信号を受信することができる。また、信号分離システム１００はレファレンス信号を受信することができる。レファレンス信号は少なくとも一つの第２マイク２２０を介して受信されることができる。混合信号は少なくとも一つの第１マイク２１０を介して受信される。
【００６６】
これにより、信号分離システム１００は混合信号からレファレンス信号を相殺する機能を実行することができる。信号分離システム１００は信号受信部１１０及び信号分離部１２０を含むことができる。信号受信部１１０はマイクアレイ２００から混合信号及びレファレンス信号を受信し、信号分離部１２０に出力することができる。これにより、信号分離部１２０は混合信号からレファレンス信号を相殺することができる。信号分離部１２０が混合信号からレファレンス信号を相殺する方式は様々ある。すなわち、分かっているいずれか一つの信号（混合信号）で分かっている他のいずれか一つの信号（レファレンス信号）を相殺することができるすべての技術的思想（例えば、独立成分の分析、主成分の分析、信号抑圧など）を適用することができる。
【００６７】
本発明の実施例による信号分離部１２０はＢＳＳアルゴリズムを用いて混合信号からレファレンス信号を相殺することができる。この時、信号分離システム１００は従来のＢＳＳアルゴリズムに比べて、より効率的に混合信号からレファレンス信号を分離することができる。なぜなら、従来のＢＳＳアルゴリズムは、ｎ個の分からない信号がｎ個のマイクを介して受信される場合、ｎ個の分からない信号を分離することに比べて、本発明の実施例によると、一つの分離する信号すなわち、第２マイク２２０を介して受信されたレファレンス信号を既に分かっているからである。この時、適用されることができる技術的思想は前述したような以前の出願に詳しく開示されたことがある。したがって、簡単に説明すると、所望の信号すなわち、第１音声信号に対応する第１音源（Ｓ１）と不要な第２音声信号に対応する第２音源（Ｓ２）が存在することができる。これにより、第１音源（Ｓ１）の音源信号をｓ１（ｔ）とし、第２音源（Ｓ２）の音源信号をｓ２（ｔ）とすることができる。そして、第１マイク２１０を介して受信された信号（すなわち、混合信号）をｘ１（ｔ）とすることができる。また、第２マイク２２０を介して受信された信号すなわち、レファレンス信号をｘ２（ｔ）と設定することができる。
【００６８】
これにより、第１音源信号を第１ＢＳＳ音源信号、第２音声信号に対応する第２音源信号を第２ＢＳＳ音源信号とし、少なくとも一つの第１マイクを介して入力された信号を第１ＢＳＳ入力信号、レファレンス信号を第２ＢＳＳ入力信号に設定して、以前の出願と同様の方法でＢＳＳアルゴリズムを実行することができる。
【００６９】
この時、以前の出願の数学式１２のゲインファクター行列
2014518053.tif 000004
でａ２１は０であり、ａ１１及びａ２２を１に設定した一方、本発明の技術的思想に基づく仮定によると、演算量が十分な場合には、ａ１１、ａ２２を１にだけ設定して演算を実行することもできる。他の実施例によると、ａ１１、ａ２２を１に設定し、ａ１２を０に設定したり、ａ１１、ａ２２を１に設定し、ａ２１を０に設定することもできる。
【００７０】
また、それぞれの行列の結果の値を用いて信号抑圧を実施してＳ２信号成分の相殺率を高めることもできる。
【００７１】
他の様々な方式で受信された混合信号からレファレンス信号を相殺することができることを本発明の技術分野の平均的な専門家は容易に推論することができる。
【００７２】
一方、図２ｂを参照すると、信号受信部１１０が受信する混合信号は図２ａに図示したこととは異なり、第１マイク２１０を介して受信された信号と第２マイク２２０を介して受信された信号が混合された信号すなわち、マイクアレイ２００の全体によって受信された信号であることができる。このために所定の混合手段２４０が、さらに備えられることができる。混合手段２４０は前記マイクアレイ２００に含まれて実装されることもできるし、前記信号受信部１１０に含まれて実装されることもできる。混合手段２４０は単純なハードウェア的な構造（例えば、信号ラインの接続など）で実装されることもできる。このように、第１マイク２１０を介して受信された信号と第２マイク２２０を介して受信された信号が混合された信号で、第２マイク２２０を介して受信された信号を相殺する場合にも、本発明の実施例による技術的思想は良好な性能を示すことができる。これをビームパターンを用いて説明すると、次のようになる。
【００７３】
図３ａは、図２ａのように、第１マイク２１０を介して受信された信号を混合信号として使用している場合を示している。この時、第１マイク２１０が形成するビームパターン１０は図３ａに図示される通りである。また、第２マイク２２０が形成するビームパターン２０はビームパターン１０と反対方向のカーディオイド形状を有する。したがって、ビームパターン１０でビームパターン２０が相殺される場合は、所望の方向（第１方向）にビームパターン３０が形成されることができる。
【００７４】
一方、図３ｂは図２ｂのように、第１マイク２１０を介して受信された信号と第２マイク２２０を介して受信された信号が混合された信号を混合信号として使用している場合を示す。図３ｂに図示されるように、第１マイク２１０と第２マイク２２０に形成されるビームパターンはそれぞれビームパターン１０、ビームパターン２０であることができる。したがって、二つのビームパターン１０、２０が組み合されると、図３ｂに図示されたビームパターン４０が形成されることができる。
【００７５】
いずれの場合も、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システム１は本発明の実施例によるマイクアレイ２００を用いて所望の方向すなわち、第１方向のビームパターン３０、５０だけを容易に形成することができる。したがって、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システム１が適用される音声関連システムの種類及び環境によって、図２ａ及び図２ｂに図示されるような実施例が選択的に適用されうる。
【００７６】
一方、図３に図示されるようなビームパターンの形成は、理論的または概念的なビームパターンの形成を図示したことに過ぎず、実際に形成されるビームパターンの形態は環境によって多少変わる。
【００７７】
本発明の技術的思想によって形成されるビームパターンを実験を通じてシミュレーションした結果は、図５に図示される。
【００７８】
図５は本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法によって形成されたビームパターンのシミュレーション結果を示す図面である。図５ａ又は図５ｄは無響室で本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムをターンテーブルに固定させた後、０度から３６０度まで１５度の間隔で回転させながらシミュレーションを実行した結果の周波数別ポーラパターン（Ｐｏｌａｒ  Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す図面である。それぞれの音声信号が５００Ｈｚ、１ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、及び４ＫＨｚ帯域で形成されるビームパターンのシミュレーション結果を示している。ここでy軸は信号レベル（ｄｂ）を示す。
【００７９】
図５ａ又は図５ｄに図示されるように様々な周波数帯域で指向性マイクアレイを用いた信号分離システム１によって分離された信号は、第１方向から受信された信号の信号レベルが第２方向から受信された信号の信号レベルに比べてはるかに高いことが分かる。すなわち、前方での感度と比べ、後方の感度が４０ｄｂ以上落ちることで、従来の技術で見られない高い性能を得る可能性があることが分かる。
【００８０】
また、図２を参照すると、本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システム１のマイクアレイ２００及び信号分離システム１００は所定のハウジングに一体型に実装されることができる。これにより、指向性マイクアレイを用いた信号分離システム１は、信号分離システム１００によって分離された信号を所定の音声出力システム３００または音声受信システム４００に出力することができる。勿論、このような場合には、指向性マイクアレイを用いた信号分離システム１は、所定のデータプロセシングユニットをさらに備えることができる。
【００８１】
他の実施例によると、マイクアレイ２００は、所定の音声出力システム３００または音声受信システム４００にジャックなどを介して接続され、信号分離システム１００は、所定の音声出力システム３００または音声受信システム４００に含まれて設置されることもできる。このような場合、マイクアレイ２００を介して出力される混合信号及びレファレンス信号は、直接または所定の経路を経て信号分離システム１００に送信されることができる。信号分離システム１００は、所定のソフトウェアに実装されて所定の音声出力システム３００または音声受信システム４００に備えられたハードウェアと有機的に結合して本発明の技術的思想を実装することができる。
【００８２】
本発明の実施例による指向性マイクアレイを用いた信号分離システムの提供方法は、コンピューター読み取り可能な記録媒体にコンピューターが読み取り可能なコードとして記憶して構成することが可能である。コンピューター読み取り可能な記録媒体はコンピューターシステムによって読み取り可能なデータが保存されるすべての種類の記録装置を含む。コンピューター読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ記憶装置などがあり、また、搬送波（例えば、インターネット送信）の形態で具現化されることも含む。また、コンピューター読み取り可能な記録媒体はネットワークで連結されたコンピューターシステムに分散され、分散方式でコンピューターの読取可能なコードが保存され実行することができる。そして、本発明を実現するための機能的なプログラム、コード及びコードセグメントは本発明が属する技術分野のプログラマーたちによって容易に解釈されることができる。
【００８３】
本発明を図面に図示された一実施例を参照して説明したが、これは一例に過ぎず、本技術分野の当業者であれば思いつく多様な変形例及び均等な他の実施例も本発明に含まれうる。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は所望の音声信号と不要な音声信号を分離する必要がある様々なシステムに適用されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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