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[AI 기반의 혁신적인 무선 이어폰 'ClearBuds': 배경 소음 제거의 새로운 지평]-[Researchers Use AI to Help Earbud Users Mute Background Noise - Ep. 180]

NVIDIA AI Podcast · B2 · 2022-10-02

Technology
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📋 Summary

ClearBuds: AI와 하드웨어의 결합으로 완성한 차세대 개인용 오디오

워싱턴 대학교의 대학원생 트리오인 마루치 김(Maruchi Kim), 이샨 채터지(Ishan Chatterjee), 비벡 자야람(Vivek Jayaram)은 팬데믹 기간 동안 겪은 재택근무의 불편함을 해소하기 위해 'ClearBuds'라는 혁신적인 무선 이어폰 시스템을 개발했습니다. 이들은 하드웨어, 네트워킹, 머신러닝 분야의 전문성을 결합하여 기존 상용 제품들이 해결하지 못한 '통화 중 배경 소음 제거' 문제를 근본적으로 해결했습니다.

기존 기술의 한계와 ClearBuds의 차별점

기존의 액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancellation)은 사용자가 외부 소음을 듣지 않게 하는 데 초점이 맞춰져 있습니다. 하지만 ClearBuds가 집중한 '음성 강화(Speech Enhancement)' 기술은 통화 상대방에게 전달되는 소음까지 제거해야 하는 훨씬 복잡한 문제입니다.

개발진에 따르면, 기존의 AirPods와 같은 제품들은 두 개의 마이크를 탑재하고 있음에도 불구하고, 블루투스 표준의 한계로 인해 통화 시 한쪽 마이크만 사용하는 경우가 많습니다. ClearBuds는 이를 극복하기 위해 다음과 같은 혁신을 도입했습니다:

  • 시간 동기화 마이크 시스템: 블루투스 저전력(BLE) 프로토콜 위에 독자적인 무선 프로토콜을 구축하여, 양쪽 이어폰의 마이크 데이터를 70마이크로초 이내의 오차로 동기화했습니다. 이를 통해 사용자의 음성 위치를 삼각측량하여 배경 소음과 분리할 수 있게 되었습니다.
  • 온디바이스 딥러닝: 기존에는 클라우드의 강력한 GPU가 필요했던 음성 강화 신경망을 경량화하여 iPhone의 신경 엔진(Neural Engine)에서 실시간으로 구동시켰습니다. 특히 시간 도메인 네트워크와 주파수 도메인 네트워크를 결합하는 방식을 통해 모델 크기는 줄이면서도 높은 음질을 유지하는 성과를 거두었습니다.

데이터 수집과 연구의 과정

연구팀은 AI 모델 학습을 위해 창의적인 방법을 동원했습니다. 다양한 억양과 성별의 음성 샘플을 포함한 합성 데이터를 생성했을 뿐만 아니라, '프랭크(Frank)'라고 명명한 마네킹 머리에 ClearBuds를 착용시키고 수 시간 동안 진공청소기, 건설 현장 소음 등을 재생하며 실제 환경 데이터를 수집했습니다. 이러한 노력은 학술적 연구를 넘어 실제 환경에서도 범용성을 갖춘 모델을 만드는 밑거름이 되었습니다.

미래를 향한 비전

현재 ClearBuds 프로젝트는 모든 하드웨어 설계, 펌웨어, 소프트웨어를 오픈소스로 공개하여 연구 커뮤니티에 기여하고 있습니다. 개발진은 이 기술이 향후 보청기 분야에서 특정 화자의 음성을 추출하는 데 활용되거나, 다중 노드 무선 센서 네트워크를 통한 공간 오디오 기술로 발전할 가능성이 있다고 설명합니다.

마루치, 이샨, 비벡은 각자의 박사 과정 연구를 이어가며 공간 오디오 매핑, 지능형 웨어러블 시스템, 인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 등 차세대 기술 개발에 매진하고 있습니다. 이들의 사례는 학문적 지식과 실제적인 하드웨어 엔지니어링이 결합했을 때, 일상적인 불편함을 어떻게 혁신적인 사용자 경험으로 전환할 수 있는지를 잘 보여줍니다.

🎯Key Sentences

1
I'd hazard to guess that headphone and earbud use went up broadly speaking over the past few years.
제 생각에는 지난 몇 년 동안 헤드폰과 이어폰 사용량이 전반적으로 증가했을 것 같습니다.
2
Our guests today went through their own version of an earbud-assisted pandemic, but with a significant twist.
오늘 저희 게스트분들은 이어폰을 활용한 자신들만의 팬데믹 경험을 하셨는데, 거기에는 상당한 반전이 있었습니다.
3
I will throw this out there and you guys can decide who's going to start answering the question first.
제가 이 질문을 던질 테니, 누가 먼저 답할지 여러분이 결정해 보세요.
4
Tell us a bit, if you will, about where the idea came to start working on ClearBugs
클리어벅스 개발을 시작하게 된 아이디어가 어디서 나왔는지 간략하게 설명해 주시겠어요?
5
So as you alluded to, in addition to being classmates, Maruchi, Vivek, and I were also roommates
말씀하신 대로, 마루치, 비벡, 그리고 저는 같은 반 친구였을 뿐만 아니라 룸메이트이기도 했습니다.
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📝Key Phrases

1
advancing the state of the art
최첨단 기술의 발전을 이끌다
2
born out of necessity
필요에 의해 탄생했다
3
in close quarters
좁은 공간에서
4
take on this task
이 임무를 맡으세요
5
readily available solutions
쉽게 구할 수 있는 솔루션
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📖 Transcript

Hello, and welcome to the NVIDIA AI Podcast.
I'm your host, Noah Kravitz. The COVID pandemic is affecting people in different ways.
I haven't seen any data on this, but I'd hazard to guess that headphone and earbud use went up broadly speaking over the past few years.
I know that the four people in my own home definitely started using our earbuds and headphones more over the past few years than ever before. whether to escape reality into a playlist or podcast, or just enjoy a little noise cancellation enhanced peace and quiet.
Our guests today went through their own version of an earbud-assisted pandemic, but with a significant twist.
Rather than just popping earbuds in to escape the noise of a crowded apartment, they designed earbuds that could cancel out background noise even better than anything else out there on the market.

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