다중채널 Wiener filter 기반의 잡음환경에 강인한 SRP-PHAT에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 다중채널 마이크를 이용한 매개변수 다중채널 Wiener filter (Parametric Multichannel Wiener Filter, PMWF)를 도입하여 잡음 환경에서 취약할 수 있는 Steered Response Power (SRP) 기반의 음원 도래각 (DOA) 추정 성능을 개선시키는 방법을 제안한다. 기존 SRP-PHAT을 이용한 음원 도래각 추정 기법의 경우, 잡음과 음성이 동시에 존재하는 환경에서 음성의 도래각을 추정해야하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 환경의 경우 배경 잡음의 영향으로 음성의 음원 도래각이 아닌 잡음의 도래각을 추정하여 추정성능을 저하시킬 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다중 채널 마이크의 음성향상 기법인 빔포머 (beamformer)를 사용하여 잡음을 제거하는 기법을 적용한다. 다중 채널 마이크로부터 공간상의 정보를 사용하지 않는 형태의 빔포머를 각 입력 마이크의 필터로써 적용하여, 배경 잡음이 제거된 필터를 거친 신호를 이용하여 음원 도래각을 추정한다. 제안된 기법은 객관적인 성능 평가를 위하여 다양한 잡음과 잔향 환경에서 음원 도래각 추정의 정확도 (Accuracy)와 절대 오차 평균 (mean absolute estimated error, MAEE)을 이용하여 평가 되었다. 또한 제안된 매개변수 다중채널 Wiener filter의 장점인 잡음 제거와 음성 왜곡도를 조정할 수 있는 이득 조절 파라미터를 실험적으로 적용하여, 신호대 잡음비에 따라 최적의 이득 조절 파라미터 값의 의미를 제안한다. 시뮬레이션 결과 제안된 매개변수 다중채널 Wiener filter를 적용하여 SRP-PHAT을 이용한 음원 도래각 추정 기법이 기존의 SRP-PHAT을 이용한 기법에 비하여 보다 높은 정확도의 음원 도래각 추정 성능을 보였다. 특히, 잡음이 극심한 환경에서 매개변수 다중채널 Wiener filter의 이득 조절 파라미터를 음성 왜곡이 많더라도 잡음을 더 많이 제거하는 값을 사용 했을 때, 좋은 성능을 보였다. 그렇지 않은 환경에서는 이득 조절 파라미터를 잡음 제거가 적고, 음성 왜곡이 거의 없는 이득 조절 파라미터가 더 좋은 성능을 보이며, 기존 SRP-PHAT을 사용한 음원 도래각 추정 기법보다 모든 잡음 환경에서 성능 향상이 있었다.