KR100251497B1 - 음성신호 변속재생방법 및 그 장치 - Google Patents

음성신호 변속재생방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 음성신호 변속재생방법 및 그 장치는 음성신호의 재생장치를 이용하여 기록매체에 기록된 음성신호를 재생할 경우에 음성신호의 재생속도를 변경함에 따라 음색의 변질 및 손실이 발생하는 것을 방지하고, 사람이 빨리 또는 천천히 이야기하는 것처럼 들리도록 음성신호의 재생속도를 조절할 수 있도록 하기 위하여 평균크기의 차함수(AMDF방식)를 이용하여 입력된 디지탈 음성신호의 주기를 찾는 제 1 과정과, 제 1 과정을 통하여 음성신호 중 유성음과 무성음을 분리하는 제 2 과정과, 제 2 과정에 의해 분리된 무성음을 메모리에 일시 저장하는 제 3 과정과 제 2 과정에 의해 분리된 유성음의 일부분을 복수하거나, 제거하여 음성신호의 길이를 변조하는 제 4 과정과, 제 4 과정에 의해 변조된 유성음과 제 3 과정에 의해 메모리에 일시 저장된 무성음을 합성하는 제 5 과정을 외부에서 입력되는 아날로그 음성신호를 디지탈 음성신호로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기와, 아날로그/디지탈 변환기에 의해 디지탈형태로 변환된 음성신호를 신호처리하는 디지탈신호 처리부와, 디지탈신호 처리부에 의해 신호처리된 디지탈 음성신호를 아날로그 음성신호로 변환하여 출력하는 디지탈/아날로그 변환기와, 디지탈신호 처리부에 인가된 디지탈 음성신호를 일시 저장하는 메모리와, 외부에서 인가된 제어신호에 따라 디지탈신호 처리부를 제어하는 마이크로 컴퓨터로 구성된 장치를 이용하여 구현하였다.

Description

음성신호 변속재생방법 및 그 장치
본 발명은 음성신호 변속재생방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테이프 플레이어(tape player), 비데오 테이프 레코더(video tape recorder), 멀티미디어장치 및 컴퓨터 등의 음성신호 재생장치를 이용하여 저장매체에 저장된 음성신호를 재생할 경우, 음성신호의 재생속도를 변경함에 따라 음색의 변질 및 손실이 발생하는 것을 방지하고, 전술한 음성신호를 이용하여 사람이 빨리 또는 천천히 이야기하는 것처럼 들리도록 음성신호의 재생속도를 조절할 수 있도록 한 음성 신호 변속재생방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 테이프 플레이어 또는 비데오 테이프 레코더 등의 재생장치에 있어서, 그 재생(play back) 속도를 가변시키는 경우 기록된 음성신호의 음색이 변경된다. 즉 속도를 빠르게 재생시키면 재생된 음성신호는 원래의 음의 높이로부터 벗어나서 ′삐리삐리′하는 소리처럼 들리게 된다. 그리고, 속도를 느리게 재생시키면 통상적으로 ′테이프 늘어지는 소리 ′처럼 들리게 된다.
이러한 현상이 발생하는 이유는, 기록매체에 기록된 음성신호의 속도가 변경됨에 따라 해당 음성신호의 주파수와 피치(pitch) 성분의 레벨(level)이 변경되기 때문이다. 이러한 현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 종래에는 일본국 공개특허공보 평4-168499호(1992.6.16)에 기재된 바와 같이, 음성신호를 버퍼(buffer)에서 읽어들여 그 중 일부분만을 재생하는 방법을 사용하였다.
즉, 종래에는 음성신호를 메모리에 저장하고, 재생속도를 2배로 하는 경우에는 2개의 시간단편(time-slice) 중에서 하나만을 재생시키는 방법을 사용하였다.
따라서 , 종래의 방법으로 ′나는 영희와 함께 학교에 간다′를 2배속으로 재생시키면 제1도에 도시된 바와 같이 원음 중에서 무늬진 부분의 음성은 탈락되어 ′나는 함께 간다′만이 재생된다.
이와 같이, 종래의 방법은 재생속도를 빠르게 하는 경우에 음색을 유지하기 위하여 음성신호의 일부분만을 재생하게 되므로 원음성신호의 의미를 보존하지 못하고 상실하게 된다. 따라서, 음성신호 변속재생장치를 이용하여 음성신호를 변속 재생하는 경우, 음성의 의미를 이해하는데 많은 어려움을 겪게 되며 , 청취자로 하여금 거부감을 느끼게 하는 문제점이 있었다
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 음성신호의 재생장치를 이용하여 기록매체에 기록된 음성신호를 재생할 경우에 음성신호의 재생 속도를 변경함에 따라 음색의 변질 및 손실이 발생하는 것을 방지하고, 전술한 음성신호를 재생하는 경우 사람이 빨리 또는 천천히 이야기하는 것처럼 들리도록 음성신호의 재생속도를 조절할 수 있는 음성신호 변속재생방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
제1도는 종래의 음성신호 변속재생방식을 나타낸 도면.
제2도는 본 발명에 의한 음성신호 변속재생장치의 개략적 블록도.
제3도는 제2도의 상세 블록도.
제4도는 본 발명에 의한 음성신호 변속재생방법을 수행하기 위한 마이크로 컴퓨터의 동작 흐름도.
제5(a)도 내지는 제5(e)도는 제2도 내지 제4도에 의해 음성신호가 변조되는 과정을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 아날로그/디지탈 변환기 2 : 디지탈신호 처리부
3 : 디지탈/아날로그 변환기 4 : 메모리
5 : 마이크로 컴퓨터 6 : 멀티플렉서
7 : 신호처리기 8 : 복호부
9 : 리드/라이트 명령부 10 : 메모리어드레스 지정부
11 : 메모리데이타 출력부 12 : 데이타 출력부
13 : 메모리 제어부 14 : 메모리데이타 입력부
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 디지탈 음성신호를 인가받아 신호처리하는 신호처리기와, 신호처리기를 통해 신호처리된 음성신호를 저장하는 메모리, 및 전술한 각 구성부의 동작을 제어하는 마이크로 컴퓨터를 구비하는 음성신호 재생방법에 있어서, 평균크기의 차함수(AMDF방식)를 이용하여 입력된 디지탈 음성신호의 주기를 찾는 제 1 과정과, 제 1 과정을 통하여 음성신호 중 유성음과 무성음을 분리하는 제 2 과정과, 제 2 과정에 의해 분리된 무성음을 메모리에 일시 저장하는 제 3 과정과 제 2 과정에 의해 분리된 유성음의 일부분을 복수하거나, 제거하여 음성신호의 길이를 변조하는 제 4 과정과, 제 4 과정에 의해 변조된 유성음과 제 3 과정에 의해 메모리에 일시 저장된 무성음을 합성하는 제 5 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 음성신호 변속재생방법에 있다.
본 발명의 또다른 특징은, 외부에서 입력되는 아날로그 음성신호를 디지탈 음성신호로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기와, 아날로그/디지탈 변환기에 의해 디지탈형태로 변환된 음성신호를 신호처리하는 디지탈신호 처리부와, 디지탈신호 처리부에 의해 신호처리된 디지탈 음성신호를 아날로그 음성신호로 변환하여 출력하는 디지탈/아날로그 변환기와, 디지탈신호 처리부에 인가된 디지탈 음성신호를 일시 저장하는 메모리와, 외부에서 인가된 제어신호에 따라 디지탈신호 처리부를 제어하는 마이크로 컴퓨터로 구성된다.
이하, 본 발명에 의한 음성신호 변속재생장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다
제2도에는 본 발명에 의한 음성신호 변속재생장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도를 보면 입력된 아날로그 음성신호를 디지탈 음성신호로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기(1)와, 아날로그/디지탈 변환기(1)에 의해 디지탈형태로 변환된 음성신호를 신호처리하는 디지탈신호 처리부(digital signal processor: DSP)(2)와, 디지탈신호 처리부(2)에 의해 신호처리된 디지탈 음성신호를 아날로그 음성신호로 변환하여 출력하는 디지탈/아날로그 변환기(3)와, 디지탈신호 처리부(2)에 인가된 디지탈 음성신호를 일시 저장하는 메모리(4)와, 외부에서 인가된 제어신호에 따라 디지탈신호 처리부(2)를 제어하는 마이크로 컴퓨터(5)로 구성되어 있다.
한편, 전술한 제2도의 구성부분에 대하여 제3도를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도를 보면, 아날로그/디지탈 변환기(1)에 의해 변환된 디지탈형태의 음성신호와 메모리(4)에 저장된 변조 음성신호를 동시에 인가받아 마이크로 컴퓨터(5)의 제어신호에 따라 입력된 두 개의 음성신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서(6)와, 멀티플렉서(6)로부터 공급된 음성신호 또는 변조 음성신호를 신호처리하고 합성함과 동시에 디지탈신호 처리부(2)의 동작을 제어하는 신호처리기(7)와, 신호처리기(7)로부터 출력된 신호를 복호화하는 복호부(8)와, 복호부(8)로 부터 출력되는 제어신호에 따라 디지탈신호 처리부(2)의 각 구성부 중 선택된 해당 구성부에 따라 메모리(4)가 리드 상태인가 혹은 라이트 상태인가를 체크하여 해당 상태에 따라 리드/라이트 명령을 출력하는 리드/라이트 명령부(9)와 복호부(8)로 부터 인가된 제어신호에 따라 메모리(4)에 데이타가 저장되어야 할 어드레스를 지정하는 메모리어드레스 지정부(10)와, 복호부(8)로부터 인가된 제어신호에 따라 신호처리기(7)를 통하여 신호처리된 변조 음성신호를 메모리(4)에 출력하는 메모리데이타 출력부(11)와, 복호부(8)로부터 인가된 제어신호에 따라 신호처리기(7)를 통하여 신호처리된 변조 음성신호를 디지탈/아날로그 변환기(3)에 출력하는 데이타 출력부(12)와 리드/라이트 명령부(9)로부터 리드 또는 라이트 명령을 인가받아 메모리(4)에 새로운 음성신호를 기록하거나, 기록된 음성신호를 검출하는 것을 제어하는 메모리 제어부(13)로 구성되어 있다
여기서, 미설명부호 14는 메모리(4)에 저장된 데이타를 입력받아 멀티플렉서(6)에 전달하기 위한 메모리데이타 입력부이다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대하여 제4도 내지 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 제4도를 보면, 초기에 마이크로 컴퓨터(5)는 신호처리기(7)에 제어신호를 출력하여 아날로그/디지탈 변환기(1)로부터 입력되는 디지탈 음성신호를 샘플링한다. 이때, 1개의 샘플링데이타가 16비트의 용량을 차지하고, 1회의 샘플링갯수는 80개로 설정하며, 160개의 음성신호가 샘플링되었을 때 1프레임 분량의 샘플링 데이타가 입력되었다고 가정하여 신호처리를 개시한다고 가정하면, 마이크로 컴퓨터(5)는 아날로그/디지탈 변환기(1)에 의해 변환된 디지탈 음성신호(80개의 샘플링데이타)가 신호처리기(7)에 입력되도록 멀티플렉서를 제어한다(S1). 이후, 마이크로 컴퓨터(5)는 신호처리기(7)에 입력된 음성신호(샘플링데이타)의 개수를 파악하여 신호처리기(7)에 입력된 음성신호(샘플링데이타)의 개수가 1프레임분량인가를 체크한다(S2). 이 단계(S2)에서 1프레임분량의 샘플링데이타가 입력되지 않았다고 판단되면 마이크로 컴퓨터(5)는 단계(S1)로 귀환하여 멀티플렉서(6)의 제어신호를 출력하고, 멀티플렉서(6)는 마이크로 컴퓨터(5)로부터 제어신호를 인가받아 아날로그/디지탈 변환기(1)로부터 입력된 디지탈 음성신호(80개의 샘플링데이타)를 신호처리기(7)로 출력한다.
만약, 위의 단계(S2)에서 음성신호(샘플링데이타)의 개수가 1프레임분량이라고 판단되면, 마이크로 컴퓨터(5)는 신호처리기(7)에서 평균크기의 차함수(AMDF;average magnitude difference function)방식의 신호 처리과정을 수행하도록 제어하고(S3), 이에 따라 신호처리기(7)는 AMDF 신호처리과정을 통하여 음성신호(160개의 샘플링데이타)의 신호주기를 찾는다.
여기서, AMDF 방식은 일정주기의 창함수(window)를 사용하여 음성신호의 주기를 찾는 방법으로서, 음성신호가 일정주기를 갖는 경우에는 유성음이 되고, 음성신호가 일정주기를 갖지 않는 경우에는 무성음이 된다. 이러한 AMDF 방식을 식으로 표현하면 다음과 같다.
[수학식 1]
여기서, N은 창함수의 일정간격(segment)이고, m은 샘플링위치이며, k는 피치를 찾아내는 시간정수이다.
전술한 과정에 의해 음성신호의 주기적 성분이 검출되면, 해당 음성신호가 무성음인가를 체크한다(S4). 이 단계(S4)에서 무성음이라고 판단되면(제5(a)도 참조), 마이크로 컴퓨터(5)는 신호처리기(7)에 제어신호를 출력하여 음성신호 중 해당부분을 신호처리하지 않고 메모리데이타 출력부(11)에 출력한다.
또한, 신호처리기(7)는 출력된 무성음 데이타를 메모리(4)에 저장하기 위한 제어신호를 복호부(8)에 출력하고, 복호부(8)는 신호처리기(7)로부터 인가된 제어신호에 따라 리드/라이트 명령부(9)와 메모리어드레스 지정부(10) 및 메모리데이타 출력부(11)에 제어신호를 출력한다.
리드/라이트 명령부(9)는 신호처리기(7)에서 출력된 무성음 데이타가 메모리(4)에 저장될 수 있도록 리드명령을 출력하고 이 제어신호는 메모리제어부(13)에 인가된 후 메모리(4)에 출력한다. 또한, 메모리어드레스 지정부(10)는 무성음 데이타가 저장되어야 할 어드레스를 출력한다. 따라서, 메모리(4)는 메모리어드레스 지정부(10)에 의해 지정된 어드레스에 메모리데이타 출력부(11)로부터 출력된 무성음데이타를 저장하게 된다.
만약, 위의 단계(S4)에서 무성음이 아니라고 판단되면 마이크로 컴퓨터(5)는 신호처리기(7)에 제어신호를 출력하여 음성신호 중 해당부분을 신호처리한다.
즉 제5(b)도 및 제5(c)도에 도시된 바와 같이, 유성음의 일부분을 복사하거나, 제거함으로써, 유성음의 길이를 변조한다(S6). 여기서, 유성음의 일부분을 복사하거나 제거하여 변조하는 과정에서 음성신호의 한주기와 다른 한주기의 신호를 합성하는 경우, 각각의 신호의 마디부분에는 신호간의 충돌이 발생하여 원하지 않는 리플(ripple)성분이 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위하여 음성신호의 주기를 기준으로 하여 각 신호성분마다 일정한 창함수를 씌운 후 변조과정을 진행한다. 이때 적용되는 창함수를 식으로 표현하면 다음과 같다.
[수학식 2]
여기서 Xm(n)은 변조된 음향신호이고, hm(n)은 창함수이며, tm은 음원의 위치이고, x(n)은 입력된 음향신호(시간축 n에서의 음량)이다.
이렇게 변조과정이 완료되면, 마이크로 컴퓨터는 신호처리기(7)에 제어신호를 출력하고, 제어신호를 인가받은 신호처리기(7)는 메모리(4)에 저장된 무성음데이타를 검출할 수 있도록 복호부(8)에 제어신호를 출력한다.
이에 따라 복호부(8)는 리드/라이트 명령부(9)에서 라이트명령이 출력되도록 제어하고, 이 라이트명령은 메모리제어부(13)를 통하여 메모리(4)에 전달된다. 한편 복호부(8)는 메모리어드레스 지정부(10)에 제어신호를 출력하여 메모리(4)내에 저장되어 있는 무성음데이타의 어드레스를 출력하도록 제어한다.
따라서, 메모리(4)는 지정된 어드레스에 저장되어 있는 무성음데이타를 출력한다. 메모리(4)로부터 출력된 무성음데이타는 메모리데이타 입력부(14)를 통하여 멀티플렉서(6)에 입력되고, 마이크로 컴퓨터(5)는 멀티플렉서(6)에 제어신호를 출력하여 메모리(4)에서 출력된 무성음데이타가 신호처리기(7)에 입력되도록 제어한다.
신호처리기(7)는 제5(d)도 및 제5(e)도에 도시된 바와 같이, 입력된 무성음 데이타와 신호처리과정을 통하여 변조된 유성음을 합성하여(S7) 합성된 최종 음성신호를 데이타 출력부(12)에 공급한다. 데이타 출력부(12)는 복호부(8)의 제어신호에 따라 최종 음성신호를 디지탈/아날로그 변환기(3)에 출력한다. 여기서, 합성된 최종 음성신호를 x(n)은 다음과 같은 식으로 표현된다.
[수학식 3]
여기서, αq는 합성음량 조절변수이고, x(n)=x(n-δq)는 변조된 음향특성이며, hq(n)는 창함수이고, tq(n)는 변조된 음원의 위치이며, δq는 재생속도 결정변수이다.
디지탈/아날로그 변환기(3)는 신호처리기(7)를 통하여 변조된 디지탈 최종 음성신호를 아날로그 음성신호 변환한 후 출력한다(S8). 따라서, 사용자는 음색의 변질 및 손실이 발생되지 않은 상태에서 재생속도가 변경된 음성신호를 청취할 수 있게 된다.
따라서, 상술한 바와 같이 본 발명은 음성신호 재생장치로부터 음성신호를 재생함에 있어서, 음성신호의 재생속도를 변경하는 경우에도 음색의 변질 및 손실이 발생하지 않게 되므로, 사용자에게 보다 진보된 서비스를 제공할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명은 전술한 음성신호 재생장치 이외에 멀티미디어장비의 고속스캐닝과 같은 기술에 응용이 가능하다는 것을 미리 밝혀두고자 한다.

Claims (3)

  1. 디지탈 음성신호를 인가받아 신호처리하는 신호처리기와, 신호처리기를 통해 신호처리된 음성신호를 저장하는 메모리, 및 전술한 각 구성부의 동작을 제어하는 마이크로 컴퓨터를 구비하는 음성신호 재생방법에 있어서, 평균크기의 차함수를 이용하여 입력된 디지탈 음성신호의 주기를 검출하는 제 1 과정; 상기 제 1 과정의 검출결과, 음성신호의 주기가 검출되면 유성음으로 인식하고, 음성신호의 주기가 검출되지 않으면 무성음으로 인식하여 입력되는 디지탈 음성신호에 대해 유성음과 무성음으로 분리하는 제 2 과정; 상기 제 2 과정에 의해 분리된 무성음을 메모리에 일시 저장하는 제 3 과정; 상기 제 2 과정에 의해 분리된 유성음의 일부분을 복수하거나, 제거하여 음성신호의 길이를 변조하는 제 4 과정; 상기 제 4 과정에 의해 변조된 유성음과 제 3 과정에 의해 메모리에 일시 저장된 무성음을 합성하는 제 5 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 음성신호 변속 재생방법.
  2. 외부에서 입력되는 아날로그 음성신호를 디지탈 음성신호로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기; 상기 아날로그/디지탈 변환기에 의해 디지탈형태로 변환된 음성신호를 신호 처리하는 디지탈신호 처리부; 상기 디지탈신호 처리부에 의해 신호처리된 디지탈 음성신호를 아날로그 음성신호로 변환하여 출력하는 디지탈/아날로그 변환기; 상기 디지탈신호 처리부에 디지탈 음성신호를 일시 저장하는 메모리; 및 외부에서 인가된 제어신호에 따라 디지탈신호 처리부를 제어하는 마이크로 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 하는 음성신호 변속재생장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 음성신호 변속재생장치는, 상기 아날로그/디지탈 변환기에 의해 변환된 디지탈형태의 음성신호와 메모리에 저장된 변조 음성신호를 동시에 인가받아 마이크로 컴퓨터의 제어신호에 따라 입력된 두 개의 음성신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서로부터 공급된 음성신호 또는 변조 음성신호를 신호처리하고 합성함과 동시에 디지탈신호 처리부의 동작을 제어하는 신호처리기; 상기 신호처리기로부터 출력된 출력된 신호를 복호화하는 복호부; 상기 복호부로부터 출력되는 제어신호에 따라 제어신호를 디지탈신호 처리부에 의해 메모리가 리드 상태인가 혹은 라이트 상태인가를 체크하여 해당 상태에 따라 리드/라이트 명령을 출력하는 리드/라이트 명령부; 상기 복호부로부터 인가된 제어신호에 따라 메모리에 데이타가 저장되어야 할 어드레스를 지정하는 메모리어드레스 지정부; 상기 복호부로부터 인가된 제어신호에 따라 신호처리기를 통하여 신호처리된 변조 음성신호를 메모리에 출력하는 메모리데이타 출력부; 상기 복호부로부터 인가된 제어신호에 따라 신호처리기를 통하여 신호처리된 변조 음성신호를 디지탈/아날로그 변환기에 출력하는 데이타 출력부와 리드/라이트 명령부로부터 리드 또는 라이트 명령을 인가받아 메모리에 새로운 음성신호를 기록하거나, 기록된 음성신호를 검출하는 것을 제어하는 메모리 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 음성신호 변속재생장치.
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