초록 ▼

본 “스마트 TV용 음성 인터페이스를 위한 원거리 음성개선 기술 개발” 과제에서는 총 5년(60개월) 간의 연구를 통하여 스마트 TV에서의 음성인터페이스를 위한 다채널 기반의 음성개선 시스템의 구현에 대해서 연구하였다. 총 5년간의 연구를 통해서 TV 재생(echo)신호 잡음제거 알고리즘 구현, 음성인식 활성화 알고리즘 구현, 원거리 음성취득을 위한 다채널 빔포밍 알고리즘의 구현, 빔포밍의 성능향상을 위한 채널보상 알고리즘의 구현, MCU 보드를 이용한 다채널 음성취득 하드웨어 구현에 관한 연구성과를 도출하였다. 각 연차별 연구결과

본 “스마트 TV용 음성 인터페이스를 위한 원거리 음성개선 기술 개발” 과제에서는 총 5년(60개월) 간의 연구를 통하여 스마트 TV에서의 음성인터페이스를 위한 다채널 기반의 음성개선 시스템의 구현에 대해서 연구하였다. 총 5년간의 연구를 통해서 TV 재생(echo)신호 잡음제거 알고리즘 구현, 음성인식 활성화 알고리즘 구현, 원거리 음성취득을 위한 다채널 빔포밍 알고리즘의 구현, 빔포밍의 성능향상을 위한 채널보상 알고리즘의 구현, MCU 보드를 이용한 다채널 음성취득 하드웨어 구현에 관한 연구성과를 도출하였다. 각 연차별 연구결과는 다음과 같다.

① (1차년도 연구) TV 재생(echo) 신호 잡음제거에 관한 연구
- 효과적인 TV 재생(echo) 신호의 제거를 위하여 TV 스피커에서 전기적으로 microphone 간의 전기적 결선 (1/200의 감폭기 활용)을 통하여 참조잡음의 취득 수행
- AWGN을 발생시켜 TV 스피커와 참조잡음 취득을 위한 microphone 간의 전달함수 추정법 구현
- TV echo의 재생 시간차 및 참조잡음 주파수 이득 변경 등이 적용된 Wiener filter 알고리즘 구현
- FFT size 512, Wiener filter length 45일 때, 평균출력 SNR 14.14 dB 취득, 종래 LMS, RLS보다 우수

② (2차년도 연구) 음성인식활성화 알고리즘 구현에 관한 연구
- 음성특징 파라미터(MFCC) 추출 알고리즘 구현
- 원거리 및 잡음환경에서 구축된 음성 데이터베이스를 활용한 monophone 단위 HMM 구축, 음성인식활성화 어휘는 단어단위의 HMM 구현
- Filler network를 이용한 핵심어 검출 알고리즘 구현, 신뢰도 측정은 간소화된 최대우도값 누적 계산법 활용
- GCC-PHAT 기반의 음성인식활성화어휘 발성각도 추정 알고리즘 구현
- 입력 SNR 10 dB에서 5개의 TV 음성인식활성화 어휘에 대하여 90.2%의 검출 성공률 얻음

③ (3차년도 연구) 원거리 음성취득을 위한 다채널 빔포밍 알고리즘 구현에 관한 연구
- 주파수 영역 GSC 빔포밍 알고리즘 구현
- 2채널 위상차 검출을 통한 목표 음성신호 구간 검출 알고리즘 구현
- Bayes rule을 통한 target speech absence probability 추정에 기반한 목표 음성신호 구간 검출 알고리즘 구현
- 다채널(7채널) 원거리 음성개선 테스트를 위한 고립어 데이터베이스 구축
- 입력 SNR 5 dB에서 출력 SNR 개선 8.38 dB 획득, 음성인식률 86.1 % 획득

④ (4차년도 연구) 빔포밍 성능 향상을 위한 채널 보상 알고리즘 구현에 관한 연구
- 주파수 영역 LCMV 빔포밍 알고리즘 구현
- GSC 성능 개선을 위한 인접채널 차감 기반의 참조잡음 생성 알고리즘 구현
- Noiseless 조건에서 수집된 DB를 활용한 채널 보상 비용함수의 제안
- 주파수 영역에서의 비용함수 최적화 방법 도출 및 최적 채널 보상 함수 추정 알고리즘 구현
- 종래에 구현된 주파수 영역 GSC 알고리즘 및 LCMV 알고리즘에 기능 추가
- 입력 SNR 5 dB에서 출력 SNR 개선 12.4 dB 획득, 음성인식률 88.5% 획득

⑤ (5차년도 연구) MCU 보드를 이용한 다채널 음성취득 하드웨어의 구현
- 다채널 데이터의 취득 PC 전송에 유리한 MCU 자료조사 및 Raspberry PI 2 선정
- Microphone(SMD형), pre-amplifier(OPA365), lowpass filter(MAX7426) 등의 테스트
- A/D converter(ADS8326) 선정 및 데이터 전송을 위한 SPI 통신 방식 조사 및 firmware 구현
- 8채널 데이터의 순차적 취득을 위한 demultiplexer(74HC138D)의 동작 조사 및 firmware 구현
- Micropohones, pre-amplifers, lowpass filters, demultiplexer의 PCB 구현 및 동작 확인
- 취득된 데이터를 활용한 MCU 상에서의 실시간 beamforming 알고리즘 동작 확인
- 취득된 데이터를 UDP를 활용한 client(Raspberry PI 2)→server PC(JAVA) 전송 및 beamforming 동작 확인
- Client (POSIX 2 thread 활용)상에서의 GSC 빔포밍(20ms단위 8채널) 동작 속도 11ms 얻음

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 5
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 9