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2차원 상의 음원위치 추정을 위한 효율적인 영역분할방법
An efficient space dividing method for the two-dimensional sound source localization 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.35 no.5, 2016년, pp.358 - 367  

김환용 (대진대학교 전자공학과) ,  최홍섭 (대진대학교 전자공학과)

초록
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음원의 위치를 찾는 SSL(Sound Source Localization)은 로봇과의 인터페이스, 화상회의, 스마트 자동차 등 여러 분야에서 꼭 필요한 기술이다. 일반적으로 음원의 위치 정보를 활용하는 기술들은 주로 측정 장치에 대한 음원의 각도 정보를 찾아서 이용하고 있다. 그러나 음원의 위치에 대한 각도를 추정할 때 이용하는 사인 역함수의 비선형적인 특성으로 추정된 각도에 오차가 발생하며, 이에 대한 방안으로 마이크가 담당하는 영역을 분할하는 방법이 제안되었다. 본 논문에서는 마이크 어레이 패턴에 따른 영역분할 방법을 제안하고 음원의 위치를 2차원상의 평면 좌표로 특정하는 방법으로 위치 추정 성능을 평가하였다. 실험에서 잡음에 강인한 GCC-PHAT(Generalized Cross Correlation Phase Transform) 방법을 사용했으며, 마이크 어레이의 패턴은 마이크 3개와 4개로 삼각형과 사각형 두 종류로 구성하였으며, 100개의 음성 데이터로 실험한 결과 실제 환경에서는 3개의 마이크 어레이를 사용해서는 영역 분할 해상도가 낮아서 음원의 위치를 정해진 특정 범위내로 추정하는데 실패했으나, 4개 마이크를 이용하여 해상도를 높였더니 위치추정 성공률이 67 %로 크게 향상됨을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

SSL (Sound Source Localization) has been applied to several applications such as man-machine interface, video conference system, smart car and so on. But in the process of sound source localization, angle estimation error is occurred mainly due to the non-linear characteristics of the sine inverse f...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 마이크 센서를 이용하여 음원의 각도를 찾을 때 이용하는 사인역함수의 비선형성에 의한 오차를 줄이기 위해 공간분할을 이용하여 음원 좌표를 구하는 방법을 제안하였다. 음원의 좌표를 찾는 방법은 먼저 GCC-PHAT 알고리즘을 이용하여 지연시간을 계산한 뒤, 각각의 마이크 쌍으로부터 계산되는 각도를 이용하여 음원이 존재하는 영역을 찾는다.

가설 설정

  • 따라서 세 개의 그래프를 모두 더하면 음원이 있는 지점에서 가장 큰 값을 가지게 되어 음원이 있는 위치의 각도를 찾을 수 있다. 3개의 상호상관값 모두를 더해서 일정 임계치를 초과할 때만 음원이 존재하는 것으로 하고, 그렇지 않을 경우에는 음원이 존재하지 않는 것으로 가정한다. 그러면 원으로 그려진 곳은 상대적으로 작아지게 되어 음원이 존재하지 않는 것으로 판별하고, 네모가 그려진 곳은 임계치 이상이 되어 음원이 존재하는 것으로 판별할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
음원 위치 추정기술은 어떤 분야에 적용할 수 있는가? 음원의 위치를 추정하는 기술은 인간과 기계의 친화적 인터페이스를 위해 연구되어야 하는 중요한 요소기술로 자리매김하고 있다. 이런 음원 위치 추정기술은 휴머노이드 로봇, 화상 회의, 스마트 자동차, 지능형 CCTV 등 여러 분야에 적용할 수 있다. 휴머 노이드 로봇은 인간과 의사소통을 위해 음원 위치 추정 기술을 초창기부터 적용해 왔다.
음원의 위치에 대한 각도를 추정할 이용하는 것은? 일반적으로 음원의 위치 정보를 활용하는 기술들은 주로 측정 장치에 대한 음원의 각도 정보를 찾아서 이용하고 있다. 그러나 음원의 위치에 대한 각도를 추정할 때 이용하는 사인 역함수의 비선형적인 특성으로 추정된 각도에 오차가 발생하며, 이에 대한 방안으로 마이크가 담당하는 영역을 분할하는 방법이 제안되었다. 본 논문에서는 마이크 어레이 패턴에 따른 영역분할 방법을 제안하고 음원의 위치를 2차원상의 평면 좌표로 특정하는 방법으로 위치 추정 성능을 평가하였다.
상호상관함수에 비해 상대적으로 계산량이 적은 GCC방법을 이용하면 실시간 처리가 가능해지는 이유는? 상호상관함수의 경우는 시간영 역에서 계산하는데 컨볼루션 연산이기 때문에 데이터량에 제곱비례하여 연산량이 증가한다. 그러나 GCC방법은 입력신호를 주파수 영역으로 넘겨 계산하기 때문에 컨볼루션 연산이 곱 연산으로 바뀌어 상호상관함수보다 연산량이 적다. 따라서 실시간으로 처리해야 할 경우에 상호상관함수에 비해 상대적으로 계산량이 적은 GCC방법을 이용하면 실시간 처리가 가능해진다.
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참고문헌 (6)

  1. W. Rhee and J. S. Choi, "Experimental studies for noise source positioning using TDOA algorithm" (in Korean), KSNVE. Suppl.1(s) 5, 108-112 (2006). 

  2. B. Jang, D. Y. Sim, C. D. Kim, C. B. Lee, and K. H. Cga, "A study for estimating absolute position of sound source using reference microphone and beamforming method" (in Korean), KSPC. Suppl.1(s) 10, 371-374 (1997). 

  3. S. M. Hwang, Sound source localization using HRTF database, (Master's. thesis, KAIST, 2005). 

  4. Y. J. Park, M. W. Lee, S. H. Min, and Y. H. Han, "Sound localization ased on LP residual and hilbert transform for intelligent robot" (in Korean), KIISS. 10, 382-385 (2008). 

  5. J. S. Koo and H. J. Park, Sound source localization based on PCA (in Korean), (Master's thesis, University of Kwangwoon, 2014). 

  6. Y. E. Kim, S. H. Cho, and J. G. Chung, "Efficient sound source localization system using angle division" (in Korean), KSPC. 46, 114-119 (2009). 

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