In this paper, we propose new convolutive source separation and selective null beamforming method using a pilot-based channel estimation technique in reverberation environments. First, we show convolutive sound source separation method in determined and overdetermined cases. For the acoustic channel estimation, we propose new channel estimation method using pilot sequence conceptually similar to a pilot code of wireless communication. Acoustic channel estimation considered the effect of spectral sampling with frequencies matching STFT frequencies provides precise channel information we want to know and has the less computational loads than other competitive methods. After channel estimation, we can separate the signals from observations using estimated channel information. We show the proposed method has better performance than Griffith-Jim beamformer and Lee's method in a various measures. Second, we show the new convolutive sound source separation method for underdetermined case. This method combines frequency domain beamforming and independent component analysis(ICA). The convergence and the result of the separation of gradient-based algorithms is very much influenced bye the initial value. This is a key motivation of proposed method. To use standard time domain ICA, the number of sources must equals the number of observations. We generated new input initial signals for ICA stage using frequency domain beamforming as same as the number of source signals. This approach provides well conditioned initial input signals for ICA stage and we can improve the performance of separation in underdetermined case. Finally, we propose selective null beamforming using estimated channel information. If we use same pilot sequence at each source position, we can obtain relative difference of acoustic channel between transmitters as well as between microphone array. From above channel information, we can calculate beamforming weight vectors to null the signals at target location and to transmit the signals at desired location without distortion using singular value decomposition or QR factorization. We show the performance of proposed method from the experiments as well as the computer simulations.
본 논문에서는 우리는 반향(reverberation)이 존재하는 실제 환경에서 파일럿 기반의 채널 추정 방식을 이용한 컨벌루티브 신호 분리와 선택적 무효화 빔성형 기법을 제안한다. 신호원의 수보다 센서의 수가 많은 경우를 overdetermined case, 신호원의 수와 센서의 수가 같은 경우를 determined case, 신호원의 수가 센서의 수보다 많은 경우를 underdetermined case라 한다. 첫째, 우리는 오직 음향 채널 추정치만을 이용해서 overdetermined case, determined case에서 신호를 분리하는 방식을 보인다. 주파수 영역에서의 표본화 정확성을 고려하여 STFT 주파수에 해당하는 주파수에서의 채널 추정을 통하여 우리는 컨벌루티브 채널의 신호 분리를 해낼 수 있다. 둘째, 채널 정보만으로 under-determined case에서 신호원의 분리가 불가능 하므로 독립 요소 분석(ICA : Independent Component Analysis)과 빔성형의 결합된 구조를 제안한다. 마지막으로 채널 정보만으로 원하는 지점(desired location)에는 신호가 그대로 전달이 되고 또 다른 목표 지점(nulling location)에서는 신호원이 들리지 않는 무효화 빔성형 기법을 제안한다. 컴퓨터 모의 실험 뿐 아니라 실제 반향이 존재하는 환경에서의 실측 데이터를 이용한 실험을 통해서 제안한 방식의 성능을 보인다.
