KR100294919B1 - 입체적오디오신호재생장치및그방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입체적 오디오 신호 재생 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 녹음시 압축된 오디오 신호를 헤드폰 또는 이어폰 출력장치에 출력할 때, 입체감을 제공하는 입체적 오디오 신호 재생 방법은, 소정 압축된 오디오 신호를 소정의 단위시간대별로 나누어 저장하는 단계; 저장된 압축 오디오 신호에서, 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오 신호를 구분하여 각각 압축을 해제(decoding)하는 단계, 압축 해제된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 재현 환경에알맞는 소정의 전달 함수(필터계수)를 컨벌루션하여 각 신호의 재생 입력 신호를 만드는 단계; 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 각각 산출하는 단계; 산출된 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워, 오디오 신호가 재생될 재현 환경을 고려한 음원과 청취자간의 각도나 음원과청취자간의 거리 정보를 이용하여 재생될 오디오 신호의 잔향 효과를 발생시키는단계; 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 대한 재생 입력 신호 및 잔향효과를 더한 오디오 신호를 출력하는 단계를 구비한다.
본 발명에 의하면, 사용자가 원하는 재현환경을 고려하여 오디오 신호의 반사효과 및 잔향 효과를 발생하여 원래의 신호와 함께 재생함으로써 입체감있는 오디오 신호를 재현할 수 있다.

Description

입체적 오디오 신호 재생 장치 및 그 방법
본 발명은 오디오 신호처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축된오디오신호의 재생시에 음성의 입체감을 부여하기 위해 직접 출력 음성, 초기 반사음성 및 잔향에 대한 효과를 고려하여 오디오 신호를 재생하는 입체적 오디오 신호재생 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래에 녹음된 오디오 신호가 재생되어 출력될 때, 오디오 신호가 출력되는스피커의 위치와 청취자의 위치에 따라 직접 출력 오디오 신호, 반사 출력 오디오신호 및 잔향이 발생된다. 직접 출력 오디오 신호는 스피커로부터 청취자에게 직접 입력되는 신호이고, 반사 출력 오디오 신호는 청취자가 있는 주변 환경에 따라 스피커로부터 출력된 신호가 어느 구조물에 의해 반사된 후 청취자에게 들어오는 신호이다. 잔향은 반사가 여러차례 이뤄져, 음이 발생된 시점으로부터 소정의 긴 시간간격을 두고 청취자에게 입력되는 오디오 신호를 말한다. 오디오 신호가 재생되면서, 이러한 스피커와 사용자간의 청취각도와 스피커와 사용자간의 거리에 따른 직접 출력 오디오 신호, 반사 출력 오디오 신호 및 잔향의 효과들이 청취자에게 입체적인 음감을 제공한다.
오디오 신호가 청취자와 일정 각도 및 거리를 유지하는 스피커로 출력되지 않고 이어폰이나 헤드폰을 통해 출력될 때에는 상술한 직접 출력 오디오 신호만이존재하고 나머지 반사 출력 오디오 신호나 잔향 효과를 내는 신호가 존재할 수 없다. 따라서 이어폰이나 헤드폰을 통한 오디오 신호의 재생시에는 청취자에게 입체감있는 음감을 제공할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 오디오 신호 재생시에 청취자가 원하는 재현 환경(가령, 콘서트 홀 환경, 야외 환경등)을 고려하여 음을 재생하려고 해도, 오디오 신호 녹음시 어떤 환경이었는지에 대한 정보가 없기 때문에 새로운 재현환경으로의 보상 처리가 이뤄질수 없다. 또 종래에는 오디오 음이 발생되는 음원이 여럿 존재하는 경우에도 한개의 음원만을 대표로 고려해 그 잔향 효과를 산출한 오디오 재생 방법을 사용하기 때문에 각 음원의 배치에 따른 차별화된 처리가 되지 않아 현실감있는 오디오 재생을 수행할 수 없었다. 음원과 청취자간의 거리차에 대해 재생시 보상을 해주는 기존의 방식(US PAT 5,371,799)은, 음원이 청취자에게 전달되는 전달과정을 고려한,필터처리된 값에 거리에 따른 가중치를 보상해주는 연산 방법을 사용해 연산이 복잡하였다. 종래의 오디오 재생방식들은 압축된 데이터를 초기에 디코드하여 저장하므로 그를 위한 많은 메모리 용량이 소모되고, 압축 데이터 디코드시, 여러 디코더들을 병렬로 사용, 방식 구현에 대한 복잡도가 디코더 수에 따라 증가하는 문제점 이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 헤드폰 또는 이어폰으로 출력되는 오디오 신호 재생시, 오디오 신호의 반사효과 및 잔향 효과를 고려하여 입체감 있는 오디오 신호 재생이 이뤄지도록 하는 입체적 오디오 재생 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
제1(a)도∼제1(c)도는 여러 재현 환경에서의 오디오 신호의 재생을 도시한 것이다.
제2도는 본 발명의 입체적 오디오 신호 재생 장치의 구성도이다.
제3도는 제2도의 입력 레지스터부의 상세 구성도이다
제4도는 제2도의 프로세싱부의 상세 구성도이다.
제5도는 제2도의 잔향 신호 발생부의 상세 구성도이다.
제6도는 제2도의 출력 레지스터부의 상세 구성도이다.
제7도는 본 발명의 입체적 오디오 신호 재생 방법의 흐름도이다.
상기 과제를 해결하기 위한, 압축되어 녹음된 오디오 신호를 헤드폰 또는 이어폰을 통해 출력될 때 입체감을 넣어 재생하는 입체적 오디오 재생 장치는, 상기압축된 오디오 신호를 소정 단위 시간대마다 저장하고 저장된 신호중 필요한 부분을 선택하여 출력하는 입력 레지스터부; 상기 입력 레지스터부로부터 유입한 신호의 압축을 풀어 복호화하는 복호화부; 상기 복호화부로부터 유입한 신호중 반사없이 청취자에게 직접 전달되는 직접 출력 오디오 신호 및 반사되어 청취자에게 전달되는 반사신호중 가장 빠르게 청취자에게 전달되는 초기 반사 오디오 신호의 효과를 처리하는 프로세싱부; 상기 프로세싱부에서 처리된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 산출하고, 그 파워와 오디오 신호를 재현할 환경을 고려하여, 여러차례 반사되어 소정 시간뒤에 청취자에게 전달되는 잔향 신호를합성해주는 잔향신호 발생부; 상기 소정 시간대에서의 직접 출력 오디오 신호, 상기 초기 반사 오디오 신호 및 상기 잔향신호를 더하여 출력하는 출력 레지스터부;및 상기 입력 레지스터부터에 저장된 압축 오디오 신호중 소정 부분의 신호선택을위한 선택 제어 신호를 상기 입력 레지스터부에 출력하고, 상기 오디오 신호가 재현될 환경을 고려한 제어신호를 상기 프로세싱부에 출력하며, 상기 잔향 신호 발생부에 잔향신호를 위한 재현환경 정보를 출력하는등, 오디오 신호의 재현 환경에 따라 오디오 재생을 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비한다
상기 입력 레지스터부는, 소정 단위시간대별로 상기 녹음된 압축 오디오를 저장하는 압축 오디오 신호 저장부; 및 상기 제어부로부터 선택 제어 신호를 유입하여 상기 압축 오디오 신호 저장부에 들어있는 신호의 일부를 선택하여 출력하는디멀티플렉서(demultiplexer)를 구비함이 바람직하다.
상기 압축 오디오 신호 저장부는, 상기 소정 단위시간대가 지날 때마다 상기소정 단위시간대별로 저장된 압축 오디오 신호가 현재 저장된 위치 n으로부터 n+1번째로 이동하는 것임이 바람직하다.
상기 입력 레지스터부는, 상기 제어부에서 입력되는 선택 제어 신호는 상기소정 단위시간과 동기되어 상기 압축 오디오 신호 저장부에 입력된 최근의 신호로부터 상기 직접 출력 오디오 신호를 선택하고, 최근 입력된 신호 시점으로부터 소정 시간 먼저 저장된 신호를 초기 반사 오디오 신호로서 선택하여 출력함이 바람직하다.
상기 프로세싱부는, 상기 음원과 청취자간 음전달 각도를 고려한 음전달 계수들을 저장하는 필터계수 저장부; 상기 제어부에서 제공한 오디오 신호 재현 환경정보에 따라 상기 필터계수 저장부로부터 알맞는 음전달 계수를 선택하는 음전달 계수 선택부; 상기 음전달 계수 선택부에서 선택한 음전달 계수에 상기 제어부에서제공한 오디오 신호 재현시의 음원과 청취자간 거리를 곱하여 출력하는 가중치 계산부; 및 상기 가중치 계산부에서 산출한 결과와 상기 복화화부에서 출력한 오디오신호를 컨벌루션하여 출력하는 컨벌루설부를 포함함이 바람직하다.
상기 잔향 신호 발생부는, 프로세싱부로부터 직접 출력 오디오 신호 및 초기반사 오디오 신호를 입력받아 각각의 파워를 구하는 파워산출부; 상기 파워산출부에서 구한 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 각각저장하는 파워 저장부; 및 상기 파워 저장부에 있는 직접 출력 오디오 신호의 파워및 초기 반사 오디오 신호의 파워와 상기 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오 신호의 시간차 및 상기 오디오 신호가 재현될 환경 정보에 따라 잔향 효과를 산출하는 잔향 효과 발생부를 구비함이 바람직하다.
상기 직접 출력 오디오 신호와 상기 초기 반사 오디오 신호 사이의 시간간격을 k, 상기 직접 출력 오디오 신호와 소정의 잔향 신호사이의 시간간격을 m이라 할때, 잔향 효과의 산출은 아래의 수학식 1과 같이,
[수학식 1]
(여기서, α, β는 오디오 신호를 재현할 환경과 관련된 값으로, α는 직접출력오디오 신호에 비해 잔향 신호가 갖는 파워의 가중치, β는 직접출력오디오신호와 잔향신호의 시간간격에 대한 가중치임)
잔향 신호의 파워 및 잔향신호가 발생될 시간, 즉 직접 출력 신호가 출력된이후 m만큼의 시간 간격을 둔 시간을 산출하는 것임이 바람직하다.
상기 출력 레지스터부는, 상기 프로세싱부에서 재현 환경을 고려하여 출력한오디오 신호들 중 직접 출력 오디오 신호, 초기 반사 오디오 신호 및 상기 잔향 신호 발생부의 출력신호인 잔향 신호를 하나씩 선택하는 멀티플렉서; 상기 선택된 신호와 기존에 선택된 신호를 더하여 출력하는 가산기, 및 상기 가산기에서 출력한 신호를 저장하여 상기 가산기로 보내거나 외부로 출력하는 레지스터를 구비함이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위한, 녹음시 압축된 오디오 신호를 헤드폰 또는 이어폰 출력장치에 출력할 때, 입체감을 제공하는 입체적 오디오 신호 재생 방법은, 소정 상기 압축된 오디오 신호를 소정의 단위시간대별로 나누어 저장하는 단계, 상기저장된 압축 오디오 신호에서, 음원으로부터 청취자에게 직접 전달되는 직접 출력오디오 신호와 음원으로부터 가장 짧게 반사되어 청취자에게 전달되는 초기 반사 오디오 신호를 구분하여 각각 압축을 해제(decoding)하는 단계; 상기 압축 해제된직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 재현 환경에 알맞는 소정의 전달 함수(필터계수)를 컨벌루션하여 상기 각 신호의 재생 입력 신호를 만드는 단계;상기 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 각각 산출하는 단계; 산출된 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워, 오디오 신호가 재생될 재현 환경을 고려한 음원과 청취자간의 각도나 음원과 청취자간의 거리 정보를 이용하여 재생될 오디오 신호의 잔향 효과를 발생시키는 단계; 상기 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 대한 재생 입력 신호 및 상기 잔향효과를 더한 오디오 신호를 출력하는 단계를 구비한다.
소정 상기 압축된 오디오 신호를 소정의 단위시간대별로 나누어 저장하는 단계는, 상기 단위시간마다 초기 입력된 새로운 압축 오디오 신호에 대해 직접 출력오디오 신호를 추출하는 단계, 및 상기 직접 출력 오디오 신호로부터 소정 시간 간격을 두고 저장된 압축 오디오 신호를 추출하여 상기 직접 출력 오디오 신호에 대한 초기 반사 오디오 신호로 정하여 추출하는 단계를 구비함이 바람직하다.
상기 압축된 오디오 신호의 저장은 피포(FIFO) 방식으로 이뤄지며, 저장된 신호에 대한 상기 직접 출력 오디오 신호의 추출은 가장 나중에 저장된 압축 신호에 대해 이뤄짐이 바람직하다.
상기 재현 환경을 고려한 소정의 정보는, 상기 청취자와 음이 발생하는 음원과의 거리 및 각도임이 바람직하다.
상기 직접 출력 오디오 신호와 상기 초기 반사 오디오 신호 사이의 시간간격을 k, 상기 직접 출력 오디오 신호와 소정의 잔향 신호사이의 시간간격을 m이라 할때, 잔향 효과의 산출은 상기 수학식 1과 같이하여, 잔향 신호의 파워 및 잔향신호가 발생될 직접 출력 신호로부터의 시간간격 m을 산출하는 것임이 바람직하다.
상기 압축 해제된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 재현환경에 알맞는 소정의 전달 함수(필터계수)를 컨벌루션하는 단계는, 재현 환경에서청취자와 음원과의 각도를 고려한 음전달 함수(필터계수)를 산출하는 단계; 상기 음전달 함수에 재현 환경에서의 청취자와 음원과의 거리에 따른 가중치를 곱하는 단계; 및 상기 음전달 함수와 가중치를 곱한 값에, 직접 출력 오디오 신호 또는 초기 반사 오디오 신호를 컨벌루션하여 출력하는 단계를 구비함이 바람직하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1(a)도-제1(c)도는 여러 재현 환경에서의 오디오 신호의 재생을 도시한 것이다. 제1(a)도는 오디오 신호가 출력되는 음원(100)과 청취자(110)가 모두 벽으로부터 가까이 있는 경우이다. 제1(b)도는 오디오 신호가 출력되는 음원(120)은 방가운데에 위치하고, 청취자(130)는 벽 가까이 위치하고 있는 경우의 오디오 신호 전달을 보인 것이다. 제1(c)도는 음원(140)은 벽 가까이에, 청취자(150)는 방의 가운데에 위치하는 경우를 도시한 것이다. 제1(a)도∼제1(c)도에 보이는 실선의 화살표는 음원(100, 120, 140)으로부터 청취자(110, 130, 150)에게 직접 전달되는 직접 출력 오디오 신호이고, 점선의 화살표는 음원(100, 120, 140)으로부터 출력된 오디오 신호가 둘러싼 벽에 부딪쳐 반사되어 청취자(110, 130, 150)에게 전달되는 반사파 신호이다. 잔향, 또는 잔향 신호는 반사파 신호의 일부로서, 반사 경로가 길어 음원으로부터 발생된지 소정 시간 이상 지난 신호들을 말한다. 제1(a)도-제1(c)도에서와 같이 음원과 청취자의 위치, 즉 오디오 신호가 재생되는 재현 환경에 따라 청취자에게 전달되는 오디오 신호가 차이가 나게 되고, 재현 환경의 특성에 따라 청취자가 느끼는 음감 또한 달라지게 된다. 만약 어떤 오디오 신호가 재생될 때, 소정 환경에 놓인 스피커를 통하지 않고 헤드폰이나 이어폰을 통해 재생된다면, 상술한 직접 출력 오디오 신호외에 어떤 반사파 신호나 잔향 신호가 존재할 수 없고,직접 출력 오디오 신호만으로는 청취자에게 입체적인 음감을 야기할 수 없다.
제2도는 본 발명의 입체적 오디오 신호 재생 장치의 구성도로서, 압축되어 녹음된 오디오 신호를 헤드폰 또는 이어폰을 통해 출력될 때 입체감을 넣어 재생하는 입체적 오디오 재생 장치는 입력 레지스터부(200), 복호화부(210), 프로세싱부 (220), 잔향신호 발생부(230), 출력 레지스터부(240) 및 제어부(250)를 구비한다.
입력 레지스터부(200)는 압축되어 녹음된 오디오 신호를 소정 단위 시간대마다 저장하고 저장된 신호중 필요한 부분을 선택하여 출력한다. 저장과 '필요한 신호'의 선택 및 출력은 상술한 소정 단위 시간대마다 수행된다. 여기서 '필요한 신호'는 제1(a)도-제1(c)도에서 설명한 직접 출력 오디오 신호 및 상술한 반사파 신호들중 청취자에게 가장 짧은 경로로 전달되는 신호를 말하는 초기 반사 오디오 신호들이 된다.
직접 출력 오디오 신호는 압축된 오디오 신호가 최근에 입력 레지스터부 (200)로 입력될 때 소정 기준에 의한 가장 최근의 신호를 얻으며, 초기 반사 오디오 신호는 재생할 오디오 신호를 청취자가 원하는 재현환경의 특성에 따라 직접 출력 오디오 신호로부터 소정 시간간격 k이후에 저장된 신호로부터 얻는다. 복호화부(210)는 입력 레지스터부(200)로부터 유입한 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 압축을 풀어 복호화(decoding)한다. 프로세싱부(220)는 복호화부(210)로부터 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 효과를 처리한다. 즉, 음전달 계수 또는 필터 계수들을 음원의 각도나 거리와 같은 재현 환경에 맞게 선택하여 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호와 함께 연산함으로써 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 대한 효과를 처리한다. 잔향신호 발생부(230)는 프로세싱부(220)에서 처리된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사오디오 신호의 파워를 산출하고, 그 파워와 오디오 신호를 재현할 환경을 고려하여, 여러차례 반사되어 소정 시간뒤에 청취자에게 전달되는 잔향 신호를 합성해낸다. 출력 레지스터부(240)는 상기 소정 단위 시간대에서의 직접 출력 오디오 신호, 초기 반사 오디오 신호 및 잔향신호를 더하여 출력한다. 제어부(250)는 입력 레지스터부(200)에 새로운 압축 오디오 신호가 입력되었을 때, 그로부터 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호를 선택하여 출력하라는 명령을 보내고, 오디오 신호가 재생될 소정의 재현 환경을 고려하여 프로세싱부(220)에 그 재현환경에 대한 음원과 청취자간의 각도나 거리등에 대한 정보를 제공한다. 또한 잔향 신호 발생부(230)에 오디오 신호가 재현될 환경에 맞도록 모델링된, 직접 출력 오디오 신호나 초기 반사 오디오 신호등의 파워에 대한 잔향신호의 가중치 및 초기 반사 오디오 신호에 대해 잔향이 발생되는 시간간격에 따른 가중치등의 정보를 제공한다.
제3도는 제2도의 입력 레지스터부(200)의 상세 구성도를 도시한 것으로서, 입력 레지스터부(200)는 압축 오디오 신호 저장부(300) 및 디멀티플렉서(310)로 구성된다. 압축 오디오 신호 저장부(300)는 소정 단위시간대별로 녹음된 압축 오디오신호를 저장한다. 압축 오디오 신호 저장부(300)는 소정 단위시간대마다 현재 저장된 압축 오디오 신호가 위치 n으로부터 n+1의 위치로 이동하는 쉬프트 레지스터 이다. 여기서 직접 출력 오디오 신호의 산출은 소정 단위시간대마다 수행되며, 직접 출력 오디오 신호는 가장 최근에 들어온 레지스터 영역의 신호들가운데 가장 최근에 들어온 신호들이 된다. 즉, 레지스터의 좌측부터 1, 2‥k‥n+1의 레지스터 영역의 번호가 매겨질 때, 1번 영역에 든 압축 오디오 신호 가운데 직접 출력 오디오 신호가 선택되고: k번 영역에 든 압축 오디오 신호가운데 초기 반사 오디오 신호가 선택되는 것이다. 1과 k 사이의 간격 k는 사용자가 바라는 오디오 신호의 재현 환경에 따라 결정된다. 이는 예를들면 평범한 실내에서의 반사 신호와 콘서트 홀에서의 반사 신호에 있어 반사되어 청취자에게 들어오는 시간 간격이 서로 달라지기 때문이다. 이러한 k는, 이상적인 재현 환경에서 이미 알려진 값을 사용할 수 있으나, 일반적으로 재현환경이 이상적이지 못하기 때문에 경우에 따라, 즉 바라는 재현 환경이 야외, 콘서트 홀 또는 방안인지에 대한 정보와 녹음시의 공간 정보를 이용해 각각에 대한 k값을 구하여 사용한다. 아래의 표 1은 이러한 여러 경우의 k값을 정하여 번호매김을 하고 각각의 번호에 대해 그 간격, 즉 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사파 사이의 시간 간격을 정한 것이다.
만약 압축 오디오 신호 저장부(300)의 압축 오디오 신호를 나누어 저장하는 단위 시간이 10ms이고, 재현 환경에서 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오신호 사이의 시간간격이 시뮬레이션이라든가 여러 방법에 의해 구해진 약 23ms이었다면 k는 3, 즉 압축 오디오 신호 저장부(300)의 3번째 영역에 저장된 압축 오디오 신호로부터 초기 반사 오디오 신호를 선택하게 된다. 표 2는 k와 압축 오디오 신호 저장부(300)에 저장된 신호의 시간대를 나타낸 것이다.
디멀티플렉서(310)는 제어부(250)로부터 직접 출력 오디오 신호 또는 초기 반사 오디오 신호를 선택하라는 선택 제어 신호를 유입하여, 압축 오디오 신호 저장부(300)로부터 1, 즉 최근의 레지스터 영역에 들어있는 신호의 일부를 직접 출력오디오 신호로서 선택하여 출력하고, k번째 영역에 들어있는 신호의 일부를 초기 반사 오디오 신호로서 선택하여 출력한다. 이렇게 출력된 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오 신호를 제2도의 복화화부(210)에서 그 압축을 해제한다. 기존에는 통상적으로 압축된 신호를 재생시에, 신호의 압축을 먼저 해제한 이후 신호 처리를 수행했으나, 본 발명에서는 압축 레지스터부(200)에서 압축된 오디오 신호를 먼저 소정 시간대별로 나누어 저장한 후, 필요한 신호인 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호를 선택한 이후 그 선택된 신호에 대해서만 복호화하는 일을 수행하게 된다. 이에따라 본 발명에서는 압축 해제된 신호를 저장할 메모리가 기존만큼 많이 필요하지 않게 되고, 복호화할 데이터량이 한꺼번에 많이 입력되지 않아 복호화기 구성이 간단해진다.
제4도는 제2도의 프로세싱부(220)의 상세 구성도로서, 프로세싱부(220)는 필터 계수 저장부(400), 음전달 계수 선택부(410), 가중치 계산부(420) 및 컨벌루션부(430)를 구비한다. 필터 계수 저장부(400)는 음원과 청취자간 음전달 각도를 고려한 음전달 계수(필터계수)들을 저장하는 룩업테이블이다. 필터 계수를 각각의 경우에 대해 미리 저장해 놓았기 때문에 필터를 병렬로 구성해놓고 연산하여 필터계수를 산출하는 것보다 구성 및 필터계수 산출에 필요한 시간에 있어 그 효과가 빠르게 된다. 입력되는 신호에 따라 음전달 계수 선택부(410)는 제어부(250)로부터 받은 재현 환경에 대한 정보, 즉 음원과 청취자간 각도에 따라 필터 계수 저장부 (400)로부터 해당 필터계수를 선택하여 출력한다. 가중치 계산부(420)는 음전달 계수 선택부(410)에서 출력한 음전달 계수와, 제어부(250)로부터 입력받은 오디오 신호 재현시의 음원과 청취자간 거리를 곱한 값을 출력한다. 예를 들어 가중치가 1이면 소정 기준거리과 동일한 거리에 대한 것이고, 가중치가 1보다 작으면 상기 기준거리보다 먼 거리에 대한 것이며, 가중치가 1보다 크면 상기 기준거리보다 가까운 재현환경의 거리(음원과 청취자간 거리)에 대한 것이된다. 거리차에 따라 보상을 해주는 가중치에 대한 효과는 기존 방식(US PAT 5,371,799)이 필터 처리된 결과에 가중치를 곱해 보상을 해주는데 반해, 본 발명에서는 직접 필터 계수에 반영을 하여 보상을 해주기 때문에 종래보다 연산량이 줄어들게되는 효과가 있다. 컨벌루션부(430)는 복화화기(210)로부터 유입한 직접 출력 오디오 신호 또는 초기 반사 오디오 신호에, 가중치 계산부(420)에서 출력한 음전달 필터계수와 거리에 따른 가중치를 곱하여 산출한 값을 컨벌루션(convolution)한 결과를 출력한다.
제5도는 제2도의 잔향 신호 발생부(230)의 상세 구성도로서, 잔향 신호 발생부(230)는 파워산출부(500), 파워저장부(510) 및 잔향효과발생부(520)를 구비한다.
파워산출부(500)는 프로세싱부(220)로부터 출력된 직접 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호를 입력받아 각각의 신호의 파워를 산출한다. 기존의 오디오 재생시에는 잔향신호에 대해 랜덤(random)하게 만들어 그 출력에 감쇄를 해주는 처리를 하였으나 본 발명에서는 입력신호와 재현 하고자 하는 환경의 특성을 잔향 발생시 고려해 주는 특징을 보인다. 입력신호와 재현하고자 하는 환경의 특성을 고려하기위해, 프로세싱부(220)에서 유입된 처리할 입력신호(직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호)들에 대한 파워를 이용해 주기 위해 그 파워를 산출하는 것이다. 파워저장부(510)는 파워산출부(500)에서 구한 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 구분하여 각각 저장한다. 잔향효과 발생부 (520)는 파워 저장부(510)에 있는 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워와 상기 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오 신호의 시간차 및 상기 오디오 신호가 재현될 환경 정보에 따라 미리 정해진 랜덤 패턴(random pattern)을 사용하여 잔향 효과를 산출한다. 잔향 효과의 산출은 수학식 1에서와 같다. 잔향 효과는 잔향 신호의 파워와 직접 출력 오디오 신호로부터의 간격 m을 구하는 것이다. 아래의 표 3은 수학식 1에서 파워에 대한 가중치인 α와 직접 출력오디오 신호로부터의 시간 간격에 대한 가중치인 β를, 오디오 신호가 재생되는 환경에 따라 구분한 것이다.
제6도는 제2도의 출력 레지스터부(250)의 상세 구성도로서, 출력 레지스터부 (250)는 멀티플렉서(600), 가산기(610) 및 레지스터(620)를 구비한다. 멀티플렉서 (600)는 프로세싱부(220)에서 재현환경에 맞춰 출력된 직접 출력 오디오 신호 또는초기 반사 오디오 신호와 잔향신호 발생부(230)에서 출력된 잔향 효과 신호를 한개씩 선택하는 것이다. 가산기(610)는 멀티플렉서(600)에서 선택되어 출력한 신호와 레지스터(620)에 저장된 값을 더한다. 레지스터(620)는 가산기(610)의 결과를 저장 및 출력한다. 결국 레지스터(620)를 통해 출력되는 신호는 직접 출력신호, 직접 출력신호+초기 반사 오디오 신호, 직접 출력 신호+초기 반사 오디오 신호+잔향 효과 신호가 된다. 도면에서 레지스터(620)로 입력되는 클럭신호는 제어부(250)로부터 출력되어 레지스터(620)의 신호를 출력하기 위해 동기를 맞추는 신호이다.
제7도는 본 발명의 입체적 오디오 신호 재생 방법의 흐름도로서, 녹음시 압축된 오디오 신호를 헤드폰 또는 이어폰 출력장치에 출력할 때, 입체감을 제공하는입체적 오디오 신호 재생 방법은, 먼저, 소정 상기 압축된 오디오 신호를 소정의 단위시간대별로 나누어 저장한다(700단계). 이때, 상기 단위시간마다 초기 입력된새로운 압축 오디오 신호에 대해 직접 출력 오디오 신호를 추출한 후 직접 출력 오디오 신호로부터 소정 시간 간격을 두고 저장된 압축 오디오 신호를 직접 출력 오디오 신호에 대한 초기 반사 오디오 신호로 정하여 추출한다. 상기 녹음되어 압축된 오디오 신호의 저장은 피포(FIFO) 방식으로 이뤄지며, 저장된 신호에 대한 상기직접 출력 오디오 신호의 추출은 가장 나중에 저장된 압축 신호에 대해 이뤄진다. 저장된 압축 오디오 신호에서 추출된, 음원으로부터 청취자에게 직접 전달되는 직접 출력 오디오 신호와 음원으로부터 가장 짧게 반사되어 청취자에게 전달되는 초기 반사 오디오 신호의 압축을 해제(decoding)한다(710단계). 압축 해제된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 재현 환경에 알맞는 소정의 전달 함수(필터계수)를 컨벌루션하여 각 신호의 재생 입력 신호를 만든다(720단계) 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 각각 산출한다(730단계). 산출된 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워, 오디오 신호가 재생될 재현 환경을 고려한 음원과 청취자간의 각도나 음원과 청취자간의 거리 정보를 이용하여 재생될 오디오 신호의 잔향 효과를 발생시킨다(740단계). 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오 신호 사이의 시간간격을 k, 직접 출력 오디오 신호와 소정의 잔향 신호사이의 시간간격을 m이라 할 때, 잔향 효과의 산출은 수학식 1과 같이, 잔향 신호의 파워 및 잔향신호가 발생될 직접 출력 신호로부터의 시간간격 m을 산출하는 것이다. 720단계의 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 대한 재생 입력 신호 및 740단계에서 발생시킨 잔향효과를 더한 오디오 신호를 출력한다(750단계). 이렇게 출력된 오디오 신호는 헤드폰이나 이어폰을 통해 출력될 때에도 사용자가 원하는 재현환경에서 재생된 오디오 신호와 같은 음향 효과를 내게 되는 것이다.
상술한 입체적 오디오 신호의 재생 장치 또는 그 방법에서는 다음에 서술하는 여러 가지 효과를 가지게 된다. 첫째는 재생시 제공되는 녹음시의 환경정보를 이용해 보다 재현 환경에 가까운 처리를 해 줄 수 있고, 둘째는 프로세싱부(220)구성시, 응원과 거리차에 대한 보상을 출력시에 하지 않고 필터계수(음전달 계수) 선정시에 해주기 때문에 연산량이 감소된다. 셋째. 프로세싱부(220)의 구성시, 여러경우의 필터 계수들을 룩업테이블에 저장하여 필요한 필터 계수들만을 뽑아 사용함으로써 시간에 따라 필터계수가 바뀌는 경우에 대한 적응처리가 가능해진다. 넷째,녹음 환경에서의 상대적인 위치를 계산해 줄 수 있기 때문에, 거리에 대한 효과를동적으로 계산해서 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 거리에 적용할 수 있다. 다섯째, 압축된 오디오 데이터를 처음부터 압축 해제하지 않고 필요한 신호에 대해서만 압축을 해제한 후 처리하기 때문에 신호 저장에 필요한 저장부나 처리 시산이 오래 걸리지 않는다. 여섯째, 하나의 복호화기(210)와 출력 레지스터(240)를 사용해 연속적인 연산을 수행하므로 방식 구현에 대한 복잡도가 줄어든다. 일곱째, 잔향효과를 구현시, 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오 신호의 파워를 고려함으로써 보다 재현 상황에 적합한 잔향 효과를 합성시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 헤드폰 또는 이어폰으로 출력되는 오디오 신호 재생시, 사용자가 원하는 재현환경을 고려하여 오디오 신호의 반사효과 및 잔향 효과를 발생하여 원래의 신호와 함께 재생함으로써 입체감있는 오디오 신호를 재현할 수 있다.

Claims (12)

  1. 압축되어 녹음된 오디오 신호를 헤드폰 또는 이어폰을 통해 출력될 때 입체감을 넣어 재생하는 입체적 오디오 재생 장치에 있어서, 상기 압축된 오디오 신호를 소정 단위 시간대마다 저장하고 저장된 신호중 필요한 부분을 선택하여 출력하는 입력 레지스터부: 상기 입력 레지스터부로부터 유입한 신호의 압축을 풀어 복호화하는 복호화부; 상기 복호화부로부터 유입한 신호중 반사없이 청취자에게 직접 전달되는 직접 출력 오디오 신호 및 반사되어 청취자에게 전달되는 반사신호중 가장 빠르게 청취자에게 전달되는 초기 반사 오디오 신호의 효과를 처리하도록 하며,상기 음원과 청취자간 음전달 각도를 고려한 음전달 계수들을 저장하는 필터계수 저장부, 상기 제어부에서 제공한 오디오 신호 재현 환경 정보에 따라 상기 필터계수 저장부로부터 알맞는 음전달 계수를 선택하는 음전달 계수 선택부, 상기 음전달 계수 선택부에서 선택한 음전달 계수에 상기 제어부에서 제공한 오디오 신호 재현시의 음원과 청취자간 거리를 곱하여 출력하는 가중치 계산부, 및 상기 가중치 계산부에서 산출한 결과와 상기 복화화부에서 출력한 오디오 신호를 컨벌루션하여 출력하는 컨벌루션부를 구비하는 프로세싱부; 상기 프로세싱부에서 처리된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 산출하고, 그 파워와 오디오 신호를 재현할 환경을 고려하여, 여러차례 반사되어 소정 시간뒤에 청취자에게 전달되는 잔향 신호를 합성해주는 잔향신호발생부: 상기 소정 시간대에서의 직접 출력 오디오 신호, 상기 초기 반사 오디오 신호 및 상기 잔향신호를 더하여 출력하는 출력 레지스터부; 및 상기 입력 레지스터부터에 저장된 압축 오디오 신호중 소정 부분의 신호선택을 위한 선택 제어 신호를 상기 입력 레지스터부에 출력하고, 상기 오디오 신호가 재현될 환경을 고려한 제어신호를 상기 프로세싱부에 출력하며, 상기 잔향 신호 발생부에 잔향신호를 위한 재현환경 정보를 출력하는등, 오디오 신호의 재현 환경에 따라 오디오 재생을 위한 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함함을 특징으로하는 입체적 오디오 재생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입력 레지스터부는, 소정 단위시간대별로 상기 녹음된 압축 오디오를 저장하는 압축 오디오 신호 저장부; 및 상기 제어부로부터 선택 제어 신호를 유입하여 상기 압축 오디오 신호 저장부에 들어있는 신호의 일부를 선택하여 출력하는 디멀티플렉서(demultiplexer)를 포함함을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압축 오디오 신호 저장부는, 상기 소정 단위시간대가 지날 때마다 상기 소정 단위시간대별로 저장된 압축 오디오 신호가 현재 저장된 위치 n으로부터 n+1번째로 이동하는 것임을 특징으로하는 입체적 오디오 신호 재생 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입력 레지스터부는, 상기 제어부에서 입력되는 선택 제어 신호는 상기 소정 단위시간과 동기되어 상기 압축 오디오 신호 저장부에 입력된 최근의 신호로부터 상기 직접 출력 오디오 신호를 선택하고, 최근 입력된 신호 시점으로부터 소정 시간 먼저 저장된 신호를 초기 반사 오디오 신호로서 선택하여 출력함을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 잔향 신호 발생부는, 프로세싱부로부터 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호를 입력받아 각각의 파워를 구하는 파워산출부: 상기 파워산출부에서 구한 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 각각 저장하는 파워 저장부; 및 상기 파워 저장부에 있는 직접 출력 오디오 신호의 파워 및 초기 반사 오디오 신호의 파워와 상기 직접 출력 오디오 신호와 초기 반사 오디오 신호의 시간차 및 상기 오디오 신호가 재현될 환경 정보에 따라 잔향 효과를 산출하는 잔향 효과 발생부를 포함함을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 직접 출력 오디오 신호와 상기 초기 반사 오디오 신호 사이의 시간간격을 k, 상기 직접 출력 오디오 신호와 소정의 잔향 신호사이의 시간간격을 m이라 할때, 잔향 효과의 산출은 아래의 수학식 1과 같이,
    [수학식 1]
    (여기서, α, β는 오디오 신호를 재현할 환경과 관련된 값으로, α는 직접출력오디오 신호에 비해 잔향 신호가 갖는 파워의 가중치, β는 직접출력오디오신호와 잔향신호의 시간간격에 대한 가중치임) 잔향 신호의 파워 및 잔향신호가 발생될 시간, 즉 직접 출력 신호가 출력된 이후 m만큼의 시간 간격을 둔 시간을 산출하는 것임을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 출력 레지스터부는, 상기 프로세싱부에서 재현 환경을 고려하여 출력한 오디오 신호들 중 직접 출력 오디오 신호, 초기 반사 오디오 신호 및 상기 잔향 신호 발생부의 출력신호인 잔향 신호를 하나씩 선택하는 멀티플렉서;상기 선택된 신호와 기존에 선택된 신호를 더하여 출력하는 가산기; 및 상기 가산기에서 출력한 신호를 저장하여 상기 가산기로 보내거나 외부로 출력하는 레지스터를 포함함을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 장치.
  8. 녹음시 압축된 오디오 신호를 헤드폰 또는 이어폰 출력장치에 출력할때, 입체감을 제공하는 입체적 오디오 신호 재생 방법에 있어서, 소정 상기 압축된 오디오 신호를 소정의 단위시간대별로 나누어 저장하는 단계; 상기 저장된 압축 오디오 신호에서, 음원으로부터 청취자에게 직접 전달되는 직접 출력 오디오 신호와 음원으로부터 가장 짧게 반사되어 청취자에게 전달되는 초기 반사 오디오 신호를 구분하여 각각 압축을 해제(decoding)하는 단계; 상기 압축 해제된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 재현 환경에 알맞는 소정의 전달 함수(필터계수)를 컨벌루션하여 상기 각 신호의 재생 입력 신호를 만드는 단계; 상기 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호의 파워를 각각 산출하는 단계; 상기 직접 출력 오디오 신호와 상기 초기 반사 오디오 신호 사이의 시간간격을 k, 상기 직접 출력 오디오 신호와 소정의 잔향 신호사이의 시간간격을 m이라 할때, 상기 수학식 1과 같이하여, 잔향 신호의 파워 및 잔향신호가 발생될 직접 출력 신호로부터의 시간간격 m을 산출하여 재생될 오디오 신호의 잔향 효과를 발생시키는 단계; 상기 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 대한 상기 재생 입력 신호 및 상기 잔향효과를 더한 오디오 신호를 출력하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 방법.
  9. 제8항에 있어서, 소정 상기 압축된 오디오 신호를 소정의 단위시간대별로 나
    누어 저장하는 단계는, 상기 단위시간마다 초기 입력된 새로운 압축 오디오 신호에 대해 직접 출력 오디오 신호를 추출하는 단계; 및 상기 직접 출력 오디오 신호로부터 소정 시간 간격을 두고 저장된 압축 오디오 신호를 추출하여 상기 직접 출력 오디오 신호에 대한 초기 반사 오디오 신호로 정하여 추출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 압축된 오디오 신호의 저장은 피포(FIFO) 방식으로 이뤄지며, 저장된 신호에 대한 상기 직접 출력 오디오 신호의 추출은 가장 나중에 저장된 압축 신호에 대해 이뤄짐을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 재현 환경을 고려한 소정의 정보는, 상기 청취자와 음이 발생하는 음원과의 거리 및 각도임을 특징으로 하는 입체적 오디오 신호 재생 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 압축 해제된 직접 출력 오디오 신호 및 초기 반사 오디오 신호에 재현 환경에 알맞는 소정의 전달 함수(필터계수)를 컨벌루션하는 단계는, 재현 환경에서 청취자와 음원과의 각도를 고려한 음전달 함수(필터계수)를 산출하는 단계; 상기 음전달 함수에 재현 환경에서의 청취자와 음원과의 거리에 따른 가중치를 곱하는 단계; 및 상기 음전달 함수와 가중치를 곱한 값에, 직접 출력 오디오 신호 또는 초기 반사 오디오 신호를 컨벌루션하여 출력하는 단계를 포함함을 특징으로하는 입체적 오디오 신호 재생 방법.
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