RLS (Recursive Least Squares)와 RTLS (Recursive Total Least Squares)의 결합을 이용한 새로운 FIR 시스템 인식 방법

임준석,편용국,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Gook 한국음향학회 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.6

잡음이 섞인 입출력 신호를 갖는 시스템 인식 문제는 완전 최소 자승법 (Total Least Squares (TLS))으로 알려져 있다. 완전 최소 자승법의 성능은 입력 신호 부가 잡음 파워와 출력 신호 부가 잡음간의 분산비에 매우 민감하다. 본 논문에서는 TLS의 성능 향상을 위해서 LS (Least Squares)와의 결합을 제안한다. 그 한 형태로 재차적인 TLS (Recursive TLS)와 재차적인 LS (Recursive Least Squares)간의 결합 알고리즘을 제안한다. 이 결합은 잡음간 분산비에 강인한 결과를 낳았다. 모의실험을 통해 얻은 결과로부터 입력 신호에 신호대 잡음비가 5dB를 유지히는 잡음을 부가할 경우 입력 잡음과출력 잡음의 비 $\gamma$가 약 20 정도까지로 적용 범위가 확대되는 결과를 얻었다. 따라서 제안된 결합 방법이 기존의 TLS의 적용 범위를 넓힐 수 있음을 알 수 있다. It is known that the problem of FIR filtering with noisy input and output data can be solved by a total least squares (TLS) estimation. It is also known that the performance of the TLS estimation is very sensitive to the ratio between the variances of the input and output noises. In this paper, we propose a convex combination algorithm between the ordinary recursive LS based TLS (RTLS) and the ordinary recursive LS (RLS). This combined algorithm is robust to the noise variance ratio and has almost the same complexity as the RTLS. Simulation results show that the proposed algorithm performs near TLS in noise variance ratio ${\gamma}{\approx}1$ and that it outperforms TLS and LS in the rage of 2 < $\gamma$ < 20. Consequently, the practical workability of the TLS method applied to noisy data has been significantly broadened.

직교 정사영 CMA와 대수학적 스텝 사이즈 CMA 간 스위칭 방법을 통해 개선된 수렴성을 갖는 CMA형 블라인드 음향 통신 채널 등화기 연구

임준석,편용국,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Guk 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.5

음향 통신용 등화기 기술 중에서, 훈련 신호를 사용하지 않는 블라인드 채널 등화기의 일종인 Constant Modulus Algorithm(CMA)방식 등화기의 수렴 속도는 일반적인 훈련 신호를 사용하는 비블라인드 방법에 비해서 느린 경향이 있다. 이런 느린 수렴 속도를 향상 시키기 위한 방법으로는 직교 정사영 망각인자를 도입한 직교 정사영 CMA와 대수적인 방법으로 스텝 사이즈를 계산하는 대수학적 스텝 사이즈 CMA 등이 제안되어 있다. 이들 두 방법 모두 수렴 속도를 향상시키지만 경우에 따라서 성능이 기대에 못 미치는 결과가 발생하기도 한다. 본 논문에서는 직교 정사영 CMA와 대수학적 스텝 사이즈 CMA를 각각 요약 설명 하고, 이 각각을 스위칭을 이용하여 결합하는 방법을 제안한다. 그리고 시뮬레이션을 통해서 여러 시불변 채널과 시변 채널에 대해서 그 수렴 성능이 개선됨을 보인다. CMA (Constant Modulus Algorithm) is one of the well-known algorithms in blind acoustic channel equalization. Generally, CMA converges slowly and the speed of convergence is dependent on a step-size in the CMA procedure. Many researches have tried to speed up the convergence speed by applying a variable step-size to CMA, e.g. the orthogonal projection CMA and algebraic optimal step-size CMA. In this paper, we summarize these two algorithms, and we propose a new CMA with improved convergence performance. The improvement comes from the switching between the orthogonal projection CMA and algebraic optimal step-size CMA. In simulation results, we show the performance improvement in the time invariant channels as well as in time varying channel.

상호 결합이 적은 두 개의 공진점을 갖는 광대역 전기 음향 변화기를 위한 역률 개선 회로 설계 방법 연구

임준석,편용국,Lim, Jun-Seok,Pyeon, Yong-Guk 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.7

음향 변환기용 외부 회로를 구성할 때, 파워 앰프의 내부저항이 매우 작은 경우 정합 회로를 구성하기 보다는 부하측의 역률을 개선하는 것을 선호 한다. 기존 연구의 결과를 살펴 보면 광대역에서 최대 파워를 전달하게 하는 정합회로를 구하는 방법을 많이 연구되어 왔으나, 두 개의 공진점을 갖는 광대역 전기 음향 변화기에 적용할 만한 광대역 역률 개선용 튜닝 회로를 구성하는 방법은 논문화된 결과는 드물다. 본 논문에서는 기존의 정합회로 설계에서 사용하는 체비세프 설계법을 기본으로 하여, 좀 더 낫은 결과를 가질 수 있도록 하는 복합 최적화 과정을 제안한다. In the design of electro acoustic transducer, power factor improvement circuit is more required rather than impedance matching if the driving power amplifier has little inner resistance. Many research results have been focused on the power matching circuit designing for transferring maximum power in the wideband. There are few results in the designing study on the power factor improvement for the wide band electro acoustic transducer. In this paper, we propose a new design method on the power factor improvement for the wide band electro acoustic transducer. The proposed method consists of two steps, the chebyschev matching method and the constrained optimization, respectively.

An Adaptive Time Delay Estimation Method Based on Canonical Correlation Analysis

임준석,홍우영,Lim, Jun-Seok,Hong, Wooyoung The Acoustical Society of Korea 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.6

음원 위치 추정은 여러 방면에서 쓰임이 있는 응용 기술이다. 음원의 위치를 추정하기 위한 기본 기법 중에는 시간 지연 추정 기법이 있다. 이 기법에선 음원의 위치를 추정하기 위해서 두 개 또는 그 이상의 수신기에 들어오는 신호간의 상대적 시간 지연을 알아내야 한다. 시간 지연 추정 기법에는 GCC (Generalized Cross-Correlation) 대표적이지만, 최소 고유치에 대응하는 고유 벡터를 이용하는 방법도 많이 쓰인다. 이 방법은 최소 고유치에 해당하는 고유벡터를 이용한다. 최소 고유치에 대응하는 고유 벡터를 이용하는 방법은 낮은 신호 대 잡음비 환경에서나 상관도가 있는 잡음환경에서, 최소 고유치에 해당하는 고유 벡터를 추정하는데 어려움이 있어서, 성능이 떨어진다. 본 논문에서는 정준형 상관 분석 (CCA)를 이용한 새 기법을 제안한다. 이 방법은 일반 고유치 분해 중에서 최대 고유치에 대응하는 고유벡터를 사용한다. 따라서 추정에 사용하는 고유벡터는 시간 지연 추정에 필요한 정보가 충분히 들어있다. 본 논문에서는 여러 서로 다른 신호 대 잡음비 환경 하에서 상관도가 없는 경우와 상관도가 있는 경우의 잡음 에 대해 비교 모의실험을 하였고, 이 비교 실험을 통하여 얻는 데이터를 통해서 제안한 CCA 기반 알고리즘이 기존 최소 고유치에 해당하는 고유벡터를 사용하는 시간 지연 추정법의 성능보다 더 우수하다는 것을 보인다. The localization of sources has a numerous number of applications. To estimate the position of sources, the relative delay between two or more received signals for the direct signal must be determined. Although the generalized cross-correlation method is the most popular technique, an approach based on eigenvalue decomposition (EVD) is also popular one, which utilizes an eigenvector of the minimum eigenvalue. The performance of the eigenvalue decomposition (EVD) based method degrades in the low SNR and the correlated environments, because it is difficult to select a single eigenvector for the minimum eigenvalue. In this paper, we propose a new adaptive algorithm based on Canonical Correlation Analysis (CCA) in order to extend the operation range to the lower SNR and the correlation environments. The proposed algorithm uses the eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue in the generalized eigenvalue decomposition (GEVD). The estimated eigenvector contains all the information that we need for time delay estimation. We have performed simulations with uncorrelated and correlated noise for several SNRs, showing that the CCA based algorithm can estimate the time delays more accurately than the adaptive EVD algorithm.

직교설 전후방 PAST (Projection Approximation Subspace Tracking) 알고리즘

임준석,Lim, Jun-Seok 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.6

PAST (projection approximation subspace tracking)는 여러 연구자들에 의해 비교 연구가 되는 대표적인 신호 부공간을 추정하는 알고리즘이다. 이 방법은 신호 부공간 추정에 있어 상대적으로 낮은 계산 복잡도를 요구하기 때문에 인기가 있는 방법이 되었다. 그러나 이 방법은 개선의 여지가 많아서 추정 정확도나 공간의 직교성 등에서 계속 개선된 알고리즘이 연구되고 있다. 본 논문은 기존에 연구된 PAST 알고리즘의 추정 정확도 개선을 위해 연구된 알고리즘 중 하나인 FB-PAST(Forward-Backward PAST) 알고리즘에 사용할 직교성 알고리즘을 제안한다. The projection approximation subspace tracking (PAST) is one of the attractive subspace tracking algorithms, because it estimates the signal subspace adaptively and continuously. Furthermore, the computational complexity is relatively low. However, the algorithm still has room for improvement in the subspace estimation accuracy. FE-PAST (Forward-Backward PAST) is one of the results from the improvement studies. In this paper, we propose a new algorithm to improve the orthogonality of the FB-PAST (Forward-Backward PAST).

기울기 벡터의 직교 정사형을 사용한 CMA 등화기에 관한 연구

임준석,Lim, Jun-Seok 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.7

블라인드 채널 등화기의 일종인 CMA방식의 수렴 속도는 일반적을 훈련열을 바탕으로 한 방법에 비해서 느린 경향이 있다. 또 그 수렴 속도는 정해진 스텝사이즈에 따라 정해진다. 본 논문은 기존 고정 스텝사이즈 CMA 알고리즘의 수렴 속도를 개선하기 위한 직교 정사형 망각인자를 도입하여 수렴성능이 개선된 새로운 알고리즘을 제안한다. CMA (Constant Modulus Algorithm) is one of the famous algorithms in blind channel equalization. Generally, CMA converges slowly and the speed of convergence is dependent on a step-size in the CMA procedure. Many researches have tried to speed up the convergence speed by applying a variable step-size to CMA. In this paper, we propose a new CMA algorithm with improved convergence performance. The improvement comes from an orthogonal projection of an average error gradient. We show the improvement in simulation results.

비선형 전처리와 주파수 영역 저역 필터에 의한 임펄스성 잡음 환경에 강인한 위상 변환 일반 상호 상관 시간 지연 추정기 연구

임준석,이근화,Jun-Seok Lim,Keunwa Lee 한국음향학회 2024 韓國音響學會誌 Vol.43 No.4

본 논문은 임펄스성 잡음에 견실한 시간 지연을 추정 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 Generalized Cross Correlation - Phase Transform(GCC-PHAT) 방법에 비선형 전처리와 주파수 영역 저역 통과 필터를 사용한다. 본 논문에서는 GCC-PHAT의 연산 과정을 DFT로 다시 해석함으로써 GCC-PHAT에서 시간 지연 추정에 실제 사용되는 유효한 주파수 대역이 있음을 파악하고, 저역 통과 필터 사용하여 유효 대역만을 사용하면 잡음 성분을 줄여서 시간 추정 성능을 향상시킬 수 있음을 보인다. 제안한 방법을 임펄스성 잡음 환경에서 전통적인 GCC-PHAT와 비교함으로써 추정 견실성이 향상됨을 보인다. The proposed method uses Generalized Cross Correlation - Phase Transform (GCC-PHAT) method with nonlinear preprocessing and a frequency domain low-pass filter. In this paper, by reinterpreting the calculation process of GCC-PHAT as DFT, we derive that there is an effective frequency band used for time delay estimation in GCC-PHAT, and by using only the effective band using a low-pass filter, the noise component is reduced and it improvesthe time delay performance in impulsive noise environments. By comparing the proposed method with the traditional GCC-PHAT in an impulsive noise environment, we show that the GCC-PHAT becomes more robust to the impulsive noise.

기울기 평균 벡터를 사용한 가변 스텝 최소 자승 알고리즘과 시변 망각 인자를 사용한 시변 음향 채널 추정

임준석,Lim, Jun-Seok 한국음향학회 2019 韓國音響學會誌 Vol.38 No.3

RLS (Recursive-least-squares) algorithm is known to have good convergence and excellent error level after convergence. However, there is a disadvantage that numerical instability is included in the algorithm due to inverse matrix calculation. In this paper, we propose an algorithm with no matrix inversion to avoid the instability aforementioned. The proposed algorithm still keeps the same convergence performance. In the proposed algorithm, we adopt an averaged gradient-based step size as a self-adjusted step size. In addition, a variable forgetting factor is introduced to provide superior performance for time-varying channel estimation. Through simulations, we compare performance with conventional RLS and show its equivalency. It also shows the merit of the variable forgetting factor in time-varying channels. RLS(Recursive-least-squares) 알고리즘은 수렴성이 좋고, 수렴 후 오차 수준도 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나 알고리즘 내에 역행렬 계산이 포함되어 수치적 불안정성을 나타내는 단점도 있다. 본 논문에서는 언급한 불안정성을 회피하기 위해서 역행렬이 없지만 수렴성이 유사한 알고리즘을 제안한다. 이를 위해서 기울기 평균 벡터를 사용한 가변 스텝 최소 자승 알고리즘을 사용한다. 또 시변 채널 추정에 우수한 성능을 내기 위해서 계산량이 적은 가변 망각인자를 도입한다. 시뮬레이션을 통해서 기존 RLS와의 성능을 비교하고 그 유사성을 보인다. 또 시변 채널에서 가변 망각인자의 우수성도 보인다.

기울기 평균 벡터를 사용한 가변 스텝 최소 평균 사승을 사용한 음향 채널 추정기

임준석,Lim, Jun-Seok 한국음향학회 2018 韓國音響學會誌 Vol.37 No.3

LMF(Least Mean Fourth) 알고리즘은 특히 비정규 잡음 상황에서 안정성 및 빠른 수렴성을 나타낼 뿐만아니라 추정 오차도 낮은 것으로 잘 알려져 있다. 최근 LMS (Least Mean Square) 알고리즘 분야에서는 가변 스텝 크기를 적용한 알고리즘들에 대한 관심이 증대되어 왔다. 그 이유는 가변 스텝 크기 LMS가 다양한 환경에서 고정 스텝 크기 LMS보다 우수한 결과를 내기 때문이다. 본 논문에선 LMF에 대한 가변 스텝 크기의 한 방법으로 기울기 평균 벡터를 사용한 가변 스텝 크기를 사용하는 LMF 알고리즘을 제안한다. 제안된 방법은 가변 스텝 크기 LMS와 마찬가지로 고정 스텝 크기 LMF보다 우수할 것이 예상된다. 본 논문은 그 우수성을 시불변 채널과 시변 채널 각각의 채널 환경하에서 시뮬레이션을 통하여 보인다. The LMF (Least Mean Fourth) algorithm is well known for its fast convergence and low steady-state error especially in non-Gaussian noise environments. Recently, there has been increasing interest in the LMS (Least Mean Square) algorithms with self-adjusted step size. It is because the self-adjusted step-size LMS algorithms have shown to outperform the conventional fixed step-size LMS in the various situations. In this paper, a self-adjusted step-size LMF algorithm is proposed, which adopts an averaged gradient based step size as a self-adjusted step size. It is expected that the proposed algorithm also outperforms the conventional fixed step-size LMF. The superiority of the proposed algorithm is confirmed by the simulations in the time invariant and time variant channels.

입출력 변수에 부가 잡음이 있는 FIR형 시스템 인식을 위한 견실한 추정법에 관한 연구

임준석,Lim, Jun-Seok 한국음향학회 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.2

일반적으로 시스템 인식 방법은 입출력에 잡음이 없거나, 출력에만 잡음이 있는 경우를 주 대상으로 한다. 본 논문은 입력 및 출력이 모두 잡음으로 오염되었을 뿐만 아니라 입력에 비해서 출력에 같거나 더 많은 양의 잡음이 개입된 환경에 노출된 Finite Impulse Response 형태의 시스템을 인식하는 새로운 방법을 제안한다. 이를 위해서 입출력의 잡음 수준이 같을 때 최적인 완전최소자승 기법과 출력에만 잡음이 있을 때 최적인 최소자승 기법을 서로 볼록 결합 (convex combination)하여 앞에서 언급한 것과 같은 좀 더 일반화된 잡음 환경에서도 향상된 결과가 나오도록 하였다. 또 제안한 방법이 다양한 잡음 환경에서 응용 가능함을 모의 실험을 통해서 확인하였다. FIR type system identification with noisy input and output data can be solved by a total least squares (TLS) estimation. However, the performance of the TLS estimation is very sensitive to the ratio between the variances of the input and output noises. In this paper, we propose an iterative convex combination algorithm between TLS and least squares (LS). This combined algorithm shows robustness against the noise variance ratio. Consequently, the practical workability of the TLS method with noisy data has been significantly broadened.