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자동차 환경에서 TDOA를 이용한 화자위치추정 방법
On the speaker's position estimation using TDOA algorithm in vehicle environments 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.17 no.2, 2016년, pp.71 - 79  

이상헌 (Saman Corporation) ,  최홍섭 (Dept. of Electronic Eng., Daejin Univ.)

초록
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본 논문에서는 차량 내부 환경에서 음성인식 성능을 향상시켜 안정적인 차량 제어를 위한 방법으로 사용하는 음원 위치추정방법의 성능 비교와 개선 방법을 제안하였다. 일반적으로 음원 위치추정에는 TDOA알고리즘을 사용하는데 여기에는 시간영역에서 상호상관함수를 이용하는 방법과, 주파수 영역에서 계산하는 GCC-PHAT 방법이 있다. 이중 GCC-PHAT 방법은 상호상관함수보다 반향과 잡음에 강한 특성을 보인다고 알려져 있다. 본 연구에서는 반향과 잡음이 많은 차량 환경에서 위 두 방법의 성능을 비교하고 추가로 미디언 필터 사용을 제안하여 음원위치 추정 성능과 시스템의 안정성을 나타내는 지표로 사용하는 분산값이 모두 향상됨을 확인하였다. 실험결과에서 음성을 사용한 실험에서는 두 방법의 성능 차이가 거의 없지만, 노래신호를 사용한 음원위치 추정에서는 GCC-PHAT 방법이 상호상관함수에 비해 인식률이 10% 우수함을 확인하였다. 또한 미디언 필터를 추가한 경우에는 상호상관함수 방법의 인식률을 최고 11%까지 향상시킬 수 있었고 분산값에서도 두 방법 모두 안정적인 성능을 보여주었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is intended to compare the performances of sound source localization methods used for stable automobile control by improving voice recognition rate in automobile environment and suggest how to improve their performances. Generally, sound source location estimation methods employ the TDOA ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 차량 내부의 운전자석과 동승자석 사이에 3개의 마이크를 사용하므로 3개의 도달지연 시간을 계산할 수 있는데, 이중 2개의 지연시간을 이용하여 직선의 방정식을 구하고 이의 교점을 음원의 위치로 판단하게 된다. 본 논문에서는 성능 향상을 위하여 미디언 필터를 이용하여 신호를 가공하고, 음압에 임계치를 주어 비음성 구간을 검출하는 방법을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 차량 내부에서 음성인식 성능을 향상시켜 차량을 안정적으로 제어하기 위하여 사용하는 음원 위치추정 알고리즘의 개선방법을 제안하였다. 위치추정을 위한 알고리즘으로 TDOA를 이용하였으며, 시간영역에서 상호상관 함수를 이용하여 위상차를 계산하여 지연시간을 구하는 방법과, 주파수 영역에서 지연시간을 구하는 GCC-PHAT 방법의 성능을 비교분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
음성인식에서 음성의 발생 위치를 판단하여 차량제어에 활용하는 것이 중요한 이유는 무엇인가? 이중 음성인식은 2001년 GM을 시작으로 가장 먼저 관심을 받기 시작하였으며, 앞으로도 중요성이 높아질 것으로 예상할 수 있는데, 이것은 차량을 설계할 때 가장 최우선 적으로 고려되는 것이 안전이며, 안전을 위하여 가장 적합한 사용자 인터페이스가 BUI(Brain User Interface)를 제외하고는 VUI(Voice User Interface)가 가장 적합하다고 하기 때문이다. 하지만 차량 환경에서 음성정보는 다수의 화자가 존재할 수 있으며, 운전자를 제외한 다른 음성정보는 차량제어에 활용되어서는 안 되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 음성의 발생 위치를 판단하여 차량제어에 활용하는 것이 중요하다.
GCC-PHAT방법이 특정 환경에서 주로 사용되는 이유는 무엇인가? 이러한 도달지연시간을 구하기 위한 방법으로는 시간영역에서 상호상관함수와 주파수영역에서의 GCC-PHAT (Generalized Cross Correlation-Phase Transform) 방법이 있다. 상호상관함수는 시간영역에서 계산하는 방법으로 간단하고 비교적 정확성이 좋아 널리 쓰이는 반면에, GCC-PHAT방법은 입력 신호를 백색화하는 과정을 통해 해당 주파수의 음압을 제거한 뒤, 위상지연을 이용하여 위치를 추정하는 방법으로, 반향효과를 감소시키고 잡음을 줄일 수 있어 특정 환경에서 주로 사용한다.
도달지연시간을 구하기 위한 방법은 무엇이 있는가? TDOA는 음원에서 발생한 음압신호가 각 마이크에 서로 다른 위상 정보를 가지고 도달하게 되는데 이러한 위상 정보를 시간 정보로 변환하여 도달 지연시간을 구한다. 이러한 도달지연시간을 구하기 위한 방법으로는 시간영역에서 상호상관함수와 주파수영역에서의 GCC-PHAT (Generalized Cross Correlation-Phase Transform) 방법이 있다. 상호상관함수는 시간영역에서 계산하는 방법으로 간단하고 비교적 정확성이 좋아 널리 쓰이는 반면에, GCC-PHAT방법은 입력 신호를 백색화하는 과정을 통해 해당 주파수의 음압을 제거한 뒤, 위상지연을 이용하여 위치를 추정하는 방법으로, 반향효과를 감소시키고 잡음을 줄일 수 있어 특정 환경에서 주로 사용한다.
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참고문헌 (8)

  1. S. H. Kim, J. Y. Ahn, "Speech Recognition System in Car Noise Environment", DMC, vol 10, No 1, 121-127, 2009. 

  2. J. W. Choi, H. S. Park, K. H. Kim, "The Human Vehicle Interface System for Integrating and Managing the In-Vehicle Interactions with IT Devices," JESK. vol 30, No.5, 651-657, 2011. 

  3. S. M. Hwang, Y. J. Park, "Sound Source Localization Using HRTF Database," KAIST, 2005. 

  4. Y. J. Park, M. W. Lee, S. H. Min, Y. H. Han, "Sound Localization based on LP Residual and Hilbert Transform for Intelligent Robot," KIISS vol. 18, No 2 ,2008. 

  5. W. Rhee, J. S. Choi, "Experimental Studies for Noise Source Positioning Using TDOA Algorithm," KSNVE, 2006. 

  6. B. Jang, D. Y. Sim, C. D. Kim, C. B. Lee, K. H. Cga, "A Study for Estimating Absolute Position od Sound Source Using Reference Microphone and Beamforming Method," KSPC ,1997. 

  7. .C. H. Knapp, G. C. Carter, "The generalized correlation method for estimation of time delay," IEEE vol. ASSP-24, 320-327, 1976. 

  8. . B. C. Park, K. D. Ban, K. C. Kwak, H. S. Yoon, "Performance analysis of GCC-PHAT-based sound source localization for intelligent robots," KROS, 2007. 

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