KR100580783B1 - 측정 모드에 따른 음질 평가 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

측정 모드별로 오디오 시스템의 물리적 특성을 측정하여 청취 평가와 유사한 결과를 나타내는 음질 평가 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 무향실 및 룸 측정 모드를 선택하는 과정, 선택된 무향실 및 룸 측정 모드별로 오디오의 물리적 음질 음향 특성을 계측하고, 그 계측된 음질 음향 특성을 바탕으로 항목별 복수개의 음질 평가 인자들을 추출하고, 추출된 항목별 음질 평가 인자들에 대해 평가인단의 항목별 음질 평가치를 기초로 설정된 점수로 매핑하고, 각 음질 평가 인자들의 점수에 소정의 가중치를 부가하여 항목별로 점수화하는 과정, 점수화된 음질 평가 점수를 측정 모드별로 화면에 디스플레이하는 과정을 포함한다

Description

측정 모드에 따른 음질 평가 장치 및 방법{Method and apparatus for measuring the speech quality according to measuring mode}
도 1은 본 발명에 따른 자동음질 평가 시스템의 구조도이다.
도 2는 도 1의 음질 평가 기기의 내부 블록도이다.
도 3은 도 1의 음질 평가 기기의 전체 프로그램이다.
도 4는 도 1의 음질 평가기기에서 음질 평가를 시뮬레이션하는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 음질 평가 인자(x)의 계산 과정을 보이는 일실시예이다.
본 발명은 자동 음질 평가 시스템에 관한 것이며, 특히 측정 모드별로 오디오 시스템의 물리적 특성을 측정하여 청취 평가와 유사한 결과를 나타내는 음질 평가 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적인 오디오 및 AV 시스템의 음질 평가는 대부분 주관적 평가를 수단으로 하는 숙련된 음질 평가 집단에 의해서 보편적으로 행하여진다. 그러나 이러한 방법은 평가자가 바뀔 때마다 변화하는 기준과 불확실성 그리고 오디오 시스템만큼 이나 음질에 영향을 주는 다양한 음향 청취 환경에 의해 평가 결과가 편차를 갖게 된다. 이 때문에 사람이 느끼는 음질을 가장 잘 표현하는 주관적인 음질 평가 방법은 음질 평가자의 체감 음질과 직접적인 관계가 있음에도 불구하고 정확성과 시불변성에 문제점을 내포하고 있다. 뿐만 아니라 오디오 시스템의 개발 대상이 되는 모든 오디오 및 AV 시스템의 음질 평가를 다수로 주관적 음질 평가자로 구성된 집단에게 구속되어 항상 평가를 받고 개발하는데 많은 시간과 노력 그리고 비용이 소모되므로 개발 효율에 좋지 않은 영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 오디오 시스템의 물리적 특성을 측정하여 객관적 데이터에 근거한 평가 점수를 도출하고, 또한 무향실과 룸 모드를 선택적으로 이용함으로써 룸 모드에서의 음질 성능을 비교할 수 있는 음질 평가 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 음질 평가 방법에 있어서,
(a) 무향실 및 룸 측정 모드를 선택하는 과정;
(b) 상기 과정에서 선택된 무향실 및 룸 측정 모드별로 오디오의 물리적 음질 음향 특성을 계측하고, 그 계측된 음질 음향 특성을 바탕으로 항목별 복수개의 음질 평가 인자들을 추출하고, 추출된 항목별 음질 평가 인자들에 대해 평가인단의 항목별 음질 평가치를 기초로 설정된 점수로 매핑하고, 각 음질 평가 인자들의 점수에 소정의 가중치를 부가하여 항목별로 점수화하는 과정;
(c) 상기 과정에서 점수화된 음질 평가 점수를 측정 모드별로 화면에 디스플레이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 음질 평가 장치에 있어서,
무향실 모드와 룸 모드를 선택하는 키이 패드부;
상기 키이 패드부에서 선택된 측정 모드 별로 테스트 신호의 물리적 음질 음향 특성에 근거한 항목별 복수개의 음질 평가 인자들을 계산하고, 항목별 음질 평가 인자들에 대해 평가인단의 항목별 음질 평가치를 기초로 설정된 점수로 매핑하고, 각 음질 평가 인자들의 점수에 정해진 가중치를 부가하여 항목별로 점수화하는 디지털 신호 처리부;
상기 신호 처리부에 의해 처리된 음질 평가 점수를 측정 모드별로 화면에 디스플레이하는 마이크로 콘트롤러부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동음질 평가 시스템의 구조도이다.
도 1을 참조하면, 라우드 스피커(loudspeaker)는 음질 평가를 위한 측정 대상이다. 마이크로 폰(Mic)은 라우드 스피커에서 재생된 음압을 전기적 신호로 변환한다. 앰프(Amp)는 마이크로 폰에서 변환된 전기적 신호를 일정 레벨로 증폭한다. 오디오 입출력주변부는 PC에 장착되어 마이크로폰 앰프에서 증폭된 오디오 신호를 입력하고 소스 음원을 출력한다. 음질 측정 기기(100)는 테스트 신호 출력(Test Signal Out)을 통해 테스트 신호를 입력받고, 마이크 인(Mic In) 포트를 통하여 측정 임펄스 응답(Impulse Response)를 입력 받는다. USP 포트(USB port)는 소프트 웨어의 업그레이드를 위한 다운로드 또는 데이터를 외부에서 가져오거나 저장된 데이타를 외부로 전송하는데 사용할 수 있다. 추가적으로 설치된 포트(Additional port)는 무향실 측정시 턴테이블 제어등에 이용하기 위한 것이다. 디스플레이 패널(Display Pannel)은 음질 평가 점수를 디스플레이한다. 키이 패드(Keypad)는 각종 입력 키이를 구비하고, 특히 무향실 모드 및 룸 모드를 선택하는 모드 키이를 구비한다.
도 2는 도 1의 음질 평가 기기(100)의 내부 블록다이어그램이다.
도 2를 참조하면, D/A는 테스트 신호를 아날로그 신호로 변환한다. A/D는 마이크에서 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호 처리기(DSP)는 키이 패드(Keypad)에서 선택된 측정 모드 별로 마이크 인(Mic In) 포트로부터 입력되는 오디오 신호로부터 물리적 특성을 측정하고, 그 물리적 음질 음향 특성에 근거한 항목별 복수개의 음질 평가 인자들을 계산하고, 항목별 음질 평가 인자들에 대해 평가인단의 항목별 음질 평가치를 기초로 설정된 점수로 매핑하고, 각 음질 평가 인자들의 점수에 정해진 가중치를 부가하여 항목별로 점수를 계산한다. 그리고 마이크로 콘트롤로(Micro-controller)는 키 패드 입력(Key pad) 입력, 디스플레이(Display), USB 통신 등의 인터럽트(Interrupt)를 처리하고, 실시간적으로 음질 평가 시뮬레이션을 수행한다. 특히, 마이크로 콘트롤로(Micro-controller) 는 점수화된 음질 평가 점수를 측정 모드별로 화면에 각각 디스플레이한다. 메모리(memory)는 디지털 신호 처리기(DSP) 및 마이크로 콘트롤로(Micro-controller)를 위한 프로그램 및 데이터를 저장한다. PC 프로그램(도시안됨)은 PC내에 장착되어 오디오 입출력 및 스피커 장착 턴테이블을 제어한다.
도 3은 도 1의 음질 평가 기기의 전체 프로그램이다.
먼저 음질 평가 기기를 리셋트한다(310 과정).
이어서, 키이 입력을 대기한다(320 과정).
이어서, 키이 입력 확인 과정(330 과정) 및 파워 오프 확인 과정(340 과정)을 통해 입력 키이에 할당된 루틴을 실행한다(350 과정).
도 4는 도 1의 음질 평가기기에서 음질 평가를 시뮬레이션 하는 흐름도이다.
음질 평가를 시뮬레이션하기 전에 주관적 음질 평가 모델링을 구축한다. 즉, 음질 평가단에서 다수의 오디오 및 오디오/비디오 시스템을 평가하여 주관적 음질 평가치를 산출한다. 이어서, 평가대상이 되는 오디오 및 오디오/비디오 시스템에서 물리적 음향 데이터를 측정하고, 그 음향 데이터로부터 여러 음질 평가 후보 인자로 변환한다. 이어서, 측정된 음질 평가 인자를 주관적 음질 평가치에 부합시킨다. 이때 음질 평가 모델링은 객관적 음질 평가 인자 데이터를 입력 받아 주관적 음질 평가 데이터와 동일한 점수폭을 갖도록 근사화한다.
따라서 주관적 음질 평가 모델링을 구축한 후 음질 평가를 시뮬레이션하기 위해 "Measure" 키이가 입력되는가를 확인한다(410 과정).
이어서, "Measure" 키이가 입력되면 룸 측정 모드 및 무향실 측정 모드인가 를 체크한다(420 과정). 이때 무향실 측정 모드가 선택되면 다음과 같은 음질 평가 점수를 계산한다.
MLS 신호 혹은 임펄스 신호에 해당하는 테스트 신호를 이용하여 임펄스 응답(impulse response)을 측정한다(424 과정). 이어서, 스피커를 회전하는 턴 테이블을 정해진 각도만큼 회전하며 지향성(directivity) 데이터를 측정한다(426 과정). 이어서, 측정된 임펄스 응답 및 지향성 데이터는 신호 처리 이론에 입각하여 각 항목을 구성하는 복수개의 음질 평가 인자(x)들로 계산된다(330 과정). 예컨대, 예컨대, 1. Tonal Balance 2. Clarity 3. Spatial, 4. Ambience에 해당하는 인자들을 신호 처리 알고리듬에 의해 계산한다.
1. Tonal Balance
☞ Spectral Deviation
☞ Normalized Area of Peak/Dip
☞ Bass Level, Mid Level, Treble Level
☞ Crossover 주파수의 레벨과 평균 레벨과의 차이
☞ Midrange 의 Spectral Deviation
☞ High Treble과 Treble level과의 차이
☞ Volume에 따른 주파수 대역별 레벨 변화량
2. Clarity
☞ Bass, Midrange and Treble 영역의 Time Decay 량
☞ Bass, Midrange and Treble 각 영역별 주파수 응답 특성의 출렁거림의 정 도
3. Spatial
☞ 30˚ off - axis 에서 주파수 특성상 0˚ 대비 -3dB 이상 dip의 개수
☞ 30˚ 각도에서 주파수 응답특성의 추세선 대비 출렁거림의 정도
4. Ambience
☞ 타 밴드 대비 Bass Level
☞ Bass 와 Mid 영역의 응답특성의 추세선 대비 출렁거림의 정도
☞ 30˚ 각도에서 주파수 응답특성의 추세선 대비 출렁거림의 정도
이어서, 항목별 음질 평가 인자 데이터(x)들은 평가인단의 항목별 음질 평가치를 기초로 설정된 룩-업 테이블을 통해 점수(y)로 매핑된다(432 과정). 이때 음질 평가 후보 인자들에 대한 점수 매핑 방법은 바람직하게 룩-업 테이블을 이용하나, 다른 실시예로 폴리노미널 혹은 지수, 로그 함수등을 이용할 수 있다. 룩-업 테이블에는 항목별 음질 평가 인자 데이터에 대해 평가인단의 항목별 음질 평가 점수와 동일한 스케일을 갖도록 근사화한 점수가 매핑되어 있다. 음질 평가 인자는 주관적 음질 평가자가 평가한 결과와 동일한 점수 형태로 표현된다. 이어서, 각 음질 평가 인자들의 점수에 가중치(weighting factor)를 정한다(434 과정). 이때 가중치(weighting factor)는 음질을 점수화시키는 데 주관적인 영향을 미치며, 사용자 원하는 스타일의 음질 기준에 따라 조정된다. 이어서 정해진 가중치를 부가하여 항목별로 점수를 계산한다(436과정). 예컨대, Tonal Balance 및 Clarity, Spatial에 대한 점수는 다음과 같이 수치화할 수 있다.
1. Tonal Balance Score = {T1σFull + T2AFull-pd + T3dLowFreq. + T4LBass + T5L Mid +T6LTreble + T7σMid + T8dHighTreble + T9dSatSubCrossover}
T1 ∼ T9 = Tonal Balance 인자 가중치(weighting factor)
σFull = Spectral Deviation Full Range
AFull-pd = Normalized Area of Peaks/Dips
LBass = Bass Level, LMid = Midrange Level, LTreble = Treble Level
σMid = Midrange Deviation
dHighTreble = High Treble
dSatSubCrossover = Satellite and Subwoofer Crossover Difference
2. Clarity Score = {C1ABass + C2τBass + C 3AMid + C4τMid + C5ATreble +C 6τTreble τMid }
C1 ∼C6 = Clarity 인자 가중치(weighting factor)
τBass = Bass Decay Time, τMid = Midrange Decay Time, τTreble = Treble Decay Time, ABass = Fluctuation Area-Bass, AMid = Fluctuation Area-Mid, A Treble = Fluctuation Area-Treble
3. Spatial Score(anechoic Mode) = {SA1Aoff-axis + SA2NDip30 }
SA1, SA2 : 무향실 모드 spatial 인자 가중치
Aoff-axis : Off-Axisfluctuation Area, NDip30 : 30 각도에서 dip의 개수
4. Spatial Score(Room Mode) = {Sr1LFF + Sr2σR + S r3LRR}
Sr1, Sr2, Sr3 : 룸 모드 spatial 인자 가중치
LFF: Front Channel Stereo Matching, σR : Rear Speaker Spectral Deviation, LRR: Rear Channel Level Matching.
이어서, 항목별로 점수를 합산하여 전체 점수를 계산한다(438과정).
한편, 룸 측정 모드에서는 지향성 데이터를 측정하지 않으며, 측정 시스템의 사양에 따라 채널별 데이터를 모두 측정한다(446 과정). 따라서 룸 측정 모드는 지향성 데이터 측정 및 채널별 측정을 제외하고는 무향실 측정 모드와 동일하게 평가 인자 계산 및 항목별 점수를 계산한다(442, 444, 448, 452, 454, 456, 458 과정).
또한 평가 인자를 계산하는 데 있어 지향성 데이터를 측정하지 않으므로 다음과 같은 인자들로 Spational 항목의 점수를 계산한다. 즉, 1)스테레오 매칭-프론트 L,R 채널의 주파수 영역에서 응답 특성의 평균 레벨의 차이. 2)리어(rear) 채널 Spectral Deviation-Rear Channel 응답 특성의 Spectral deviation. 3) Rear Channel Matching - 리어(rear) L,R 채널의 주파수 영역에서 응답 특성의 평균 레벨의 차이.
이어서, 룸 측정 모드 및 무향실 측정 모드에 따른 전체 항목 점수를 계산 했으면 그 결과를 화면에 디스플레이한다(460 과정).
이어서, 계속해서 키이 입력을 대기한다(462 과정).
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 음질 평가 인자(x)의 계산 과정을 보이는 일실시예이다.
도 5a는 Spectral Deviation을 계산하는 과정이다. 우선, 임펄스 응답을 불러와서 FFT 변환을 수행한다. 이어서, 임펄스 응답을 1/8 옥타브 밴드로 스무딩한다. 이어서, 100Hz-20Kz 영역의 임펄스 응답에서 스펙트럴 평균(mean)을 산출한다. 이어서, 100Hz-20Kz 영역의 임펄스 응답에서 표준 편차(standard deviation)를 산출한다.
도 5b는 Normalized Area of Peak/Dip을 계산하는 과정이다. 우선, 임펄스 응답을 불러와서 FFT 변환을 수행한다. 이어서, 임펄스 응답을 1/8 옥타브 밴드 및 1 옥타브 밴드로 스무딩한다. 이어서, 100Hz-20Kz 영역의 임펄스 응답에서 Ydiff = Y1/8 - Y1 를 산출한다. 이어서, Ydiff 의 절대값을 모두 더한다. 결국, Area of Peak/Dip은
Figure 112004018616752-pat00001
로 나타낼 수 있다.
도 5c는 30도 오프 엑시스에서 주파수 특성상 0도 대비 -3dB 이상 딥의 개수를 계산하는 과정이다. 우선, 30도의 지향성(directivity) 데이터를 불러온다. 이어서, 그 지향성 데이터를 1/8 옥타브 밴드 및 1 옥타브 밴드로 스무딩한다. 이어서, Ydiff = Y1/8 - Y1 를 산출한다. 이어서, 400Hz - 14.4kHz 영역에서 Ydiff > 2.1dB의 피크 및 딥을 검출한다. 이어서, 검출한 피크와 딥의 개수를 카운트한다. 이어서 400Hz - 14.4kHz 영역에서 Ydiff의 절대값을 모두 더한다.
도 5d는 30도 각도에서 주파수 응답 특성의 추세선 대비 출렁 거림의 정도를 계산하는 과정이다. 우선, 30도의 지향성(directivity) 데이터를 불러온다. 이어서, 그 지향성 데이터를 30도 1/8 옥타브 밴드 및 1옥타브 밴드 필터링을 수행한다. 이어서, 30도 1/8 옥타브 밴드 및 1 옥타브 밴드의 차이니 스펙트럴 차이(band_level_diff)를 구한다. 이어서, SUM(ABS((band_level_diff))/밴드 개수를 구한다. 이어서, 정규화된 면적값을 구한다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 청취자에 의해 주관적으로 평가하던 음질평가를 객관적 데이터를 근거하여 점수화 함으로써 객관적 데이터에 대한 음질 평가의 기준을 마련하고 소프트웨어를 DSP(Digital Signal Processor) 및 마이크로칩을 이용하여 구현함으로써 음질 평가에 있어서 간편화하였다. 또한 무향실과 룸 모드를 선택적으로 이용할 수 있어 룸 모드에서의 음질 성능을 비교할 수 있도록 하였으며 자동차용 오디와 같이 배치와 실내 음장이 고정되어 있는 경우 개발용 테스트에도 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 음질 평가 방법에 있어서,
    (a) 무향실 및 룸 측정 모드를 선택하는 과정;
    (b) 상기 과정에서 선택된 무향실 및 룸 측정 모드별로 오디오의 물리적 음질 음향 특성을 계측하고, 그 계측된 음질 음향 특성을 바탕으로 항목별 복수개의 음질 평가 인자들을 추출하고, 추출된 항목별 음질 평가 인자들에 대해 미리 평가되어 설정된 점수들로 매핑하여 항목별로 점수화하는 과정;
    (c) 상기 과정에서 점수화된 항목별 음질 평가 점수를 측정 모드별로 화면에 디스플레이하는 과정을 포함하는 음질 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무향실 모드에서 음질 평가는
    오디오 시스템에서 발생하는 오디오 신호로부터 임펄스 응답을 측정하고 그 시스템을 소정 각도 회전하여 지향성(directivity) 데이터를 측정하는 과정;
    상기 측정된 임펄스 응답 및 지향성 데이터로부터 소정의 신호 처리를 통해 항목별로 복수개의 음질 평가 인자들을 계산하는 과정;
    상기 항목별 음질 평가 인자 데이터들을 미리 평가되어 설정된 룩-엎 테이블을 통해 점수로 매핑하여 항목별로 점수를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 음질 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 룸 모드에서 음질 평가는
    오디오 시스템의 사양에 따라 채널별로 신호의 임펄스 응답을 측정하는 과정;
    상기 측정된 임펄스 응답으로부터 소정의 신호 처리를 통해 항목별로 복수개의 음질 평가 인자들을 계산하는 과정;
    상기 항목별 음질 평가 인자 데이터들을 미리 설정된 룩-엎 테이블을 통해 점수로 매핑하여 항목별로 점수를 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 음질 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 매핑 과정은 항목별 음질 평가 인자 데이터에 대해 기준으로 설정된 항목별 음질 평가 점수와 동일한 스케일을 갖도록 근사화한 점수로 매핑되는 것을 특징으로 하는 음질 평가 방법.
  5. 삭제
  6. 음질 평가 장치에 있어서,
    무향실 모드와 룸 모드를 선택하는 키이 패드부;
    상기 키이 패드부에서 선택된 측정 모드 별로 테스트 신호의 물리적 음질 음향 특성에 근거한 항목별 복수개의 음질 평가 인자들을 계산하고, 항목별 음질 평가 인자들에 대해 미리 평가되어 설정된 룩-엎 테이블을 통해 점수로 매핑하여 항목별로 점수화하는 디지털 신호 처리부;
    상기 신호 처리부에 의해 처리된 음질 평가 점수를 측정 모드별로 화면에 디스플레이하는 마이크로 콘트롤러부를 포함하는 음질 평가 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로 콘트롤러부에 의한 음질 평가 점수를 상기 측정 모드별로 다르게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음질 평가 장치.
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