KR100239167B1 - 오디오 신호의 음조를 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

오디오 신호의 음조는 입력신호의 실제 양의 값표시 X(k)를 생성하기 위한 디지탈입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수 변환단계와: 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분들의 음조 T를 결정하는 단계로 구성되는 방법에 의해 결정된다.
Figure kpo00006
상기 식에서 k는 주파수라인의 지수이며, F1은 첫 번째로 미분특성을 가지는 제1디지탈 필터의 필터함수이고, F2는 평탄 또는 적분 특성을 갖거나 상기 첫 번째의 미분특성보다 덜 강한 미분특성을 가지는 제2디지탈 필터의 필터함수이며, d1 － 및 d2는 필터변수에 따라 각 경우마다 필터의 지연을 보상하도록 선택되는 적분상수이다.

Description

오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 오디오 신호의 음조(tonality)를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
청취조절코딩(Hearing-adjusted coding) 및 오디오신호의 데이터 축소를 위한 기본은 코딩시에 발생하는 코딩에러가 스펙트럼으로 형성되어 소위 차폐청취한계(masked hearing threshold) 아래에서 코딩에러가 일어나 들리지 않게 되는 것이다. 그 결과, 오디오 신호의 코딩 시 또는 코더(coder)내에서 순간적으로 차폐청취한계가 결정되는 것이 결정적인 역할을 하게 된다.
차폐청취한계의 측정은 일반적으로 "지각적인 모델(perceptual model)"이라고 불리는 청취모델을 사용하여 얻어진다. 한편 오디오 입력신호는 "지각적인 모델" 또는 청취모델로 입력되며, 다른 한편 필터 뱅크에 의한 변환이나 블럭 기본으로 실행되는 주파수 변환 후, 청취모델 또는 지각적인 모델의 출력신호에 의해 엑세스되는 양자/코딩 단계로 입력된다.
이러한 관계에 있어서, 노이즈신호는 음조 신호 성분을 행하는 것보다 더 강한 코딩에러 차폐효과를 가지므로, 신호의 차폐 능력은 신호가 톤과 같은 신호나 톤신호인지 또는 노이즈나 비음조 신호인지에 의존한다. 이에 대해 알.피.헬만(R.P.Hellmann)은 "Asymmetry of Masking between Noise and Tone", Perception and Psychophysics, Vol. 11, pp. 241－246, 1972을 발표하였다.
이러한 이유로 ISO/MPEG 규격(cf. ISO/IEC 11172－3, Annex D)에서 설명한 통상적인 정신음향 모델들은 이미 음조신호성분을 검출하기 위한 메커니즘을 포함한다. 예를 들면 "정신음향모델 1 (psychoacoustic model 1)"에서 설명된 바와 같이, 만약 신호성분의 레벨이 주변 주파수라인의 레벨보다 큰 어떤 계수(7dB)라면 그 신호 성분은 "음조"로 분류된다. "정신음향모델 2 (psychoacoustic model 2)"에서 음조의 결정은 이상적인 경우 음조신호에 대한 매우 작은 예측에러를 나타내는 복합 에프티(FFT) 색인들의 예측을 기본으로 수행된다. 이렇게 하여 신호성분의 음조가 추측된다.
그러나, 상술한 종래의 두 가지 방법은 신뢰할 수 없는 음조의 검출만을 허락한다.
이러한 종래 기술에서 시작하여, 신호의 음조 등록에 있어서 신뢰성을 높이는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이 목적은 청구범위의 독립항에 따른 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법 및 장치에 의해 달성된다.
먼저 본 발명은 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값표시 X(k)를 생성하기 위한 디지탈입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수 변화단계와 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분의 음조 T를 결정하는 단계를 제공한다.
Figure kpo00001
상기 식에서 k는 주파수 라인의 지수이며, F1은 첫 번째로 미분 특성을 가지는 제1디지탈 필터의 필터 함수이고, F2는 평탄 또는 적분 특성을 갖거나 상기 첫 번째의 미분 특성보다 덜 강한 미분특성을 가지는 제2디지탈 필터의 필터함수이며, d1및 d2는 필터변수에 따라 선택되어 각 경우마다 필터의 지연이 보상되는 적분상수이다.
두 번째로 본 발명은 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값표시 X(k)를 생성하기 위한 입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수 변환단계와 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분들의 음조 T를 결정하는 단계를 제공한다.
T(k)=F[log[X]](k+d)
상기 식에서 k는 주파수라인의 지수이며, F는 미분특성을 갖는 디지탈 필터의 필터함수이고, d는 필터의 지연이 보상되도록 선택되는 적분상수이다.
세 번째로 본 발명은 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값표시 X(k)를 생성하기 위한 디지탈입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수변환을 위한 변환수단과, 필터함수 F1, F2를 갖는 두 개의 디지탈 필터와 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분들의 음조 T를 결정하는 수단을 제공한다.
Figure kpo00002
상기 식에서 k는 주파수라인의 지수이며, F1은 첫 번째로 미분특성을 가지는 제1디지탈 필터의 필터함수이고, F2는 평탄(Flat) 또는 적분 특성을 갖거나 상기 첫 번째의 미분특성보다 덜 강한 미분특성을 가지느 제2디지탈 필터의 필터함수이며, d1및 d2는 필터변수에 따라 선택되어서 각 경우마다 필터의 지연이 보상되는 적분상수이다.
네 번째로 본 발명은 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값표시 X(k)를 생성하기 위한 다지탈입력신호 x(n)의 블럭방식주파수변환을 위한 변환수단과, 필터함수 F를 가지는 디지탈 필터와, 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분들의 음조 T를 결정하는 수단을 제공한다.
T(k)=F[log[X]](k+d)
상기 식에서 k는 주파수라인의 지수이며, F는 미분특성을 갖은 디지탈필터의 필터함수이고, d는 필터 F의 필터변수에 따라 필터의 지연이 보상되는 적분상수이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 통해 상세히 설명될 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치의 첫 번째 실시 예를 나타내는 블럭도이다.
제2도는 본 발명에 따른 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치의 두 번째 실시 예를 나타내는 블럭도이다.
제1도를 참조하면, 디지탈 입력신호 x(n)는 블럭 기본으로 실제 양의 스펙트럼 절대값 표시(real positive－value spectral absolute value representation) X(k)로 첫 번째 변환된다. 여기서 k는 주파수라인의 지수이며, 상기 변환은 주파수변환에 의해 이루어지는 예를 들면, 이산 주파수변환 및 차기 절대값 형성을 수행하기 위한 계산장치(1)에 의해 수행될 수 있다.
디에프티(DFT) 스펙트럼 진폭의 절대값 형성과는 달리, 절대값 표시(absolute value representation)는 절대값의 제곱이나, 에너지 보존, 변환 등을 사용하여 적절히 얻어질 수 있다.
이러한 절대값 표시나 주파수영역에서의 이산 입력신호의 에너지표시에서 시작하여, 본 발명은 지수 k를 갖는 주파수 라인에 대한 신호성분의 음조 T(k)를 결정하기 위해 두가지 평가 개념을 관찰한다.
제1도를 참조하여 설명될 첫 번째 실시 예에서, 절대값표시 X(k)는 미분특성을 갖는 필터함수 F1을 가지는 제1필터(2)와 입력값과 동일한 출력값을 갖는 평범한 필터함수를 가지는 제2필터(3)로 입력된다.
적분상수 d1, d2를 통해 두 필터의 지연이 보상된다. 디지탈 필터설계분야에서 알려진 것처럼, 이러한 상수들은 선택된 필터계수에 의존한다.
완전한 지수장치가 스펙트럼의 값 표시X(k)와 시작하여 하기 식에 따른 k번째 신호의 음조T(k)를 구하도록, 지수형성회로 4(Quotient formation circuit)는 스펙트럼 절대값표시 X(k)로 시작하여, 완전한 계산장치가 하기 식과 같이 k번째 신호라인의 음조 T(k)를 계산하도록 지수형성을 통해 상기 두 디지탈필터(2, 3)의 출력값을 결합한다.
Figure kpo00003
상술한 바람직한 실시 예에서 사용된 필터는 에프아이알(FIR)필터, 즉 대칭펄스응답(Symmetric pulse response)의 "유한임펄스응답(Finite Impulse response)" 필터이다. 상기 제1필터는 이미 언급했듯이, 우선적으로 고주파 성분을 변환시키는 미분필터함수 F1을 갖는다.
제2필터(3)는 앞서 고려된 평범한 특성(F2[X]=1)에 추가하여, 가산 또는 적분특성을 가질 수 있다. 중요한 것은 상기 제1필터(2)의 특성이 상기 제2필터(3)의 특성보다 더 강하게 미분되어야 한다는 것이다.
제1도를 참조하여 설명한 실시예외에도, 음조값 T(k)는 제2도에 보여진 오디오 신호의 음조를 결정하기 위한 장치의 다른 실시 예에 의해 결정되어질 수도 있다.
제2도의 블럭1은 제1도의 블럭1과 동일하며, 입력신호 X(n)의 블럭방식 이산 퓨리에 변환(discrete Fourier transform)을 통하여 스펙트럼 절대값표시 X(k)를 형성한다.
k번째 신호성분의 음조 T(k)를 결정하기 위한 계산장치(5)는 하기 관계식의 원리에 따라 음조를 결정한다.
T(k)=F[log[X]](k+d)
상기 식에서, 상수 d는 선택된 필터계수에 의존하는 필터의 지연을 보상하기 위한 적분값은 나타낸다. 디지탈 필터에 대한 바람직한 실시예는 대칭펄스응답을 가지는 FIR필터이다, 필터 F는 우선적으로 고주파 성분을 변환시키는 미분특성을 나타낸다.
이 분야의 당업자에게는 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 얻어지는 음조값 T(k)가 익숙치 않은 것임에 틀림없다. 비록 이것이 중요하게 여겨지지 않더라도, 적절한 비선형 적응함수 수단에 의해 사용되고 있는 정신음향 모델에 적용할 수 있는 값이다. 입력신호의 차폐효과를 결정하기 위해 상술한 음조값을 직접 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값 표시 X(k)를 생성하기 위한 디지탈 입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수 변환 단계와 : 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분의 음조 T를 결정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법.
    Figure kpo00004
    k는 주파수라인의 지수, F1은 첫 번째로 미분특성을 가지는 제1디지탈 필터의 필터함수, F2는 평탄 또는 적분 특성을 갖거나 상기 첫 번째의 미분특성보다 덜 강한 미분특성을 가지는 제2디지탈 필터의 필터함수, d1및 d2는 필터변수에 따라 각 경우마다 필터의 지연을 보상하도록 선택되는 적분상수.
  2. 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값 표시 X(k)를 생성하기 위한 디지탈 입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수 변환 단계와 : 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분의 음조 T를 결정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법.
    T(k)=F[log[X]](k+d)
    k는 주파수라인의 지수, F는 미분특성을 가지는 디지탈 필터의 필터함수, d는 필터의 지연을 보상하도록 선택되는 적분상수.
  3. 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값 표시 X(k)를 생성하기 위한 디지탈 입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수 변환을 위한 변환수단 (1)과 : 필터함수 F1, F2를 가지는 두 개의 디지탈 필터(2, 3)과 : 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분의 음조 T를 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법.
    Figure kpo00005
    k는 주파수라인의 지수, F1은 첫 번째로 미분특성을 가지는 제1디지탈 필터의 필터함수, F2는 평탄 또는 적분 특성을 갖거나 상기 첫 번째의 미분특성보다 덜 강한 미분특성을 가지는 제2디지탈 필터의 필터함수, d1및 d2는 필터변수에 따라 각 경우마다 필터의 지연을 보상하도록 선택되는 적분상수.
  4. 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법에 있어서, 입력신호의 실제 양의 값 표시 X(k)를 생성하도록 디지탈 입력신호 x(n)의 블럭방식 주파수 변환을 위한 변환수단(1)과: 필터함수 F를 가지는 디지탈 필터와: 하기 식에 따르는 주파수 라인 k에 대한 신호성분의 음조 T를 결정하는 수단(5)을 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치.
    T(k)=F[log[X]](k+d)
    k는 주파수라인의 지수, F는 미분특성을 가지는 디지탈 필터의 필터함수, d는 필터의 지연을 보상하도록 선택되는 적분상수.
  5. 제1항에 있어서, 블럭방식 주파수변환 단계에서 입력신호의 실제 절대값 표시 X(k)가 형성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 변환수단은 상기 디지탈 입력신호의 주파수 변환 값에 대한 실제 절대값 표시 X(k)를 형성하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호의 음조를 결정하기 위한 장치.
  7. 제3항에 있어서, 제1 및 제2디지탈필터(2, 3)가 FIR필터로써 충족되는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치.
  8. 제4항에 있어서, 필터 F가 FIR필터로써 충족되는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치.
  9. 제2항에 있어서, 블럭방식 주파수 변환 단계에서 입력신호의 실제 절대값 표시 X(k)가 형성되는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 변환수단은 상기 디지탈 입력신호의 주파수 변환 값에 대한 실제 절대값표시 X(k)를 형성하는 것을 특징으로 하는 오디오신호의 음조를 결정하기 위한 장치.
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