KR100584608B1 - 가상 음향 공간에서 음성 선명도 인핸싱 장치 - Google Patents

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Abstract

기존의 가상 음향 공간에서 음성이나 모노 사운드의 음이 심하게 왜곡되는 것을 보상하여 선명한 사운드를 재생할 수 있는 음성 선명성 인핸싱 장치가 개시되어 있다. 본 발명은 좌, 우 채널 신호의 주파수 특성의 유사도에 따라 모노 사운드 성분 또는 음성 성분을 판단하는 음성 체크부, 좌, 우 채널의 신호에 대해 머리 전달 함수를 바탕으로 가상 음원으로 형성시키고, 좌, 우 채널의 음원 신호와 가상 음원 사이의 신호 특성을 조정하여 스테레오 사운드로 재생하는 가상 음원 재생부, 음성 체크부에서 입력 신호가 모노 사운드 성분 또는 음성 성분으로 판단하면 가상 음원 재생부에서 재생되는 스테레오 신호의 특정 포만트 성분 대역을 부스트하는 사운드 인핸싱 필터부를 포함한다.

Description

가상 음향 공간에서 음성 선명도 인핸싱 장치{Apparatus for enhancing clarity for virtual sound}
도 1은 본 발명에 따른 음성 선명도 인핸싱 장치의 전체 블록도이다.
도 2는 도 1의 사운드 인핸싱 필터부를 주파수 응답에 기초하여 설계된 일실시예이다.
도 3은 도 1의 가상 음원 재생부의 일실시예이다.
도 4는 도 1의 음성 체크부에서 모노 사운드를 체크하는 일실시예이다.
본 발명은 와이드 스테레오 재생 시스템에 관한 것이며, 특히 기존의 가상 음향 공간에서 음성이나 모노 사운드의 음이 심하게 왜곡되는 것을 보상하여 선명한 사운드를 재생할 수 있는 음성 선명성 인핸싱 장치에 관한 것이다.
일반적인 텔레비전의 경우 본체의 좌,우 혹은 아래에 2채널의 스피커가 부착되어 있다. 따라서 이러한 텔레비전은 청취 각도가 좁아 DVD/CD 재생기 혹은 텔레비전 방송에서 나오는 스테레오 사운드가 마치 모노 사운드처럼 들리게 된다. 특히, 영화를 시청할 때 좁은 스테레오 사운드 스테이지는 영화의 재미를 반감시켜 시청자들로 하여금 별도의 스피커 시스템 구매를 유발하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가상 음향 기술을 이용한다.
통상적으로 가상 음향 재생 시스템은 두 개의 스피커만을 이용하여 5.1 채널 시스템과 같은 서라운드 음향 효과를 제공해준다.
이러한 가상 음향 재생 시스템에 관련된 기술이 WO 99/49574(PCT/AU99/00002 filed 6 Jan. 1999 entitled AUDIO SIGNAL PROCESSING METHOD ABD APPARATUS), WO 97/30566(PCT/GB97/00415 filed 14 Feb. 1997 entitled SOUND RECORD AND REPRODUCTION SYSTEMS)등에 개시되어 있다.
종래의 가상 음향 재생 시스템에 관련된 기술을 보면, 멀티 채널의 오디오 신호는 HRTF(head related transfer function)을 이용해 2개 채널의 오디오 신호로 다운 믹스된다. 이어서, 이 2개 채널의 오디오 신호는 크로스토크 캔설레이션 알고리즘이 적용된 레프트와 라이트 귀 전달 함수(H1(z) & H2(z))에 의해서 디지털 필터링된다. 이어서, 그 필터링된 오디오 신호는 디지털-아날로그 변환기(Digital-to-Analog Converter:DAC)를 통해 아날로그 오디오 신호로 변환된다. 이어서, 아날로그 오디오 신호는 앰프를 통해 증폭되어 2개 채널 스피커인 레프트 및 라이트 채널로 각각 출력된다. 최종적으로 2개 채널 오디오 신호는 3D 오디오 데이터를 갖고 있으므로 청취자에게 서라운드 사운드 효과를 느끼게 한다.
그러나 이러한 HRTF를 이용한 가상 음향 기술은 가청 주파수 영역의 정보를 왜곡해야만 하는 데 어느 대역보다 사람이 가장 민감하게 느끼는 목소리 부분의 왜곡이 더욱 심하게 느껴지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 기존의 가상 음향 공간에서 음성이나 모노 사운드의 음이 심하게 왜곡되는 것을 선명도 필터링에 의해 보상함으로써 선명한 사운드를 재생할 수 있는 음성 선명성 인핸싱 장치에 관한 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 가상 음향 공간에서 음의 선명도를 인핸싱시키는 사운드 재생 장치에 있어서,
좌, 우 채널 신호의 주파수 특성의 유사도에 따라 모노 사운드 성분 또는 음성 성분을 판단하는 음성 체크부;
좌, 우 채널의 신호에 대해 머리 전달 함수를 바탕으로 가상 음원으로 형성시키고, 좌, 우 채널의 음원 신호와 가상 음원 사이의 신호 특성을 조정하여 스테레오 사운드로 재생하는 가상 음원 재생부;
상기 음성 체크부에서 입력 신호가 모노 사운드 성분 또는 음성 성분으로 판단하면 상기 가상 음원 재생부에서 재생되는 스테레오 신호의 특정 포만트 성분 대역을 부스트하는 사운드 인핸싱 필터부를 포함하며,
상기 사운드 인핸싱 필터부는 제1포만트 대역을 감쇄시키고 제2포만트 이상의 대역을 증폭시키는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 음성 선명도 인핸싱 장치의 전체 블록도이다.
도 1의 음성 선명도 인핸싱 장치는 위상 반전부(110), 음성 체크부(120), 가상 음원 재생부(130), 사운드 인핸싱 필터부(140), 좌, 우 스피커(150, 160)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 우선, 입력 신호로서 모노(mono) 또는 두 채널 사운드를 입력한다. 본 발명에 따른 가상 음원 재생부(130)는 대칭적인 구조를 갖는 필터 행렬이 존재한다. 따라서 모노 사운드에 대해서 그 필터를 통과시키면 동일한 신호가 스피커로 재생된다. 이에 따라 모노 사운드를 입력하면 가상 스피커가 정 중앙에 형성되어 스테레오 효과가 없어지게 된다. 따라서 한 채널로 입력되는 모노 오디오 신호는 180도로 위상 변환하는 위상 반전부(110)를 통해 두 채널의 오디오 신호로 변환된다.
음성 체크부(120)는 위상 반전부(110)를 통해 좌, 우 채널로 입력되는 신호의 주파수 특성을 비교하여 유사도가 높으면 모노 성분 또는 음성 성분으로 판단하고, 입력 신호가 모노 사운드 또는 음성 성분으로 판단되면 사운드 인핸싱 인에이블 신호를 발생한다.
가상 음원 재생부(130)는 좌, 우 채널의 음원 신호에 대해 소정의 위치에서 측정한 머리 전달 함수(HRTF)를 바탕으로 가상 음원으로 형성시키고, 좌, 우 채널의 음원 신호와 가상 음원 사이의 신호 특성을 조정하여 스테레오 사운드로 재생한다.
사운드 인핸싱 필터부(140)는 미리 정해진 포만트 부스트 필터 계수를 구비하며, 음성 체크부(120)에서 발생하는 인핸싱 인에이블 신호에 따라 가상 음원 재 생부(130)에서 재생되는 와이드 좌,우 스테레오 신호에 대해 특정 포만트 대역의 부스트 필터 계수를 적용하여 음성의 선명도를 인핸스시킨다. 여기서 음성 포만트(formant)는 주파수 영역에서 다른 대역보다 지배적인 대역 부분에 해당된다. 통상 음성 신호는 4개 정도의 포만트가 관측된다. 도 2는 가상 음원 재생부(130)에서 재생되는 음원의 주파수 응답을 기초로 설계되는 사운드 인핸싱 필터부(140)의 필터 형태이다. 도 2를 보면 저주파 대역 즉, 제1 포만트(대략 220Hz - 1.5KHz)에 해당하는 대역이 단지 7 - 8dB 정도 강조되어 있으므로 이에 해당하는 부분을 음의 명료도 향상을 위해 감쇄시키고, 제2 포만트 이상(대략 2kHz이상)에 해당하는 대역에 대해 부스트시킨다. 이와 같이 두 대역을 동시에 감쇄 및 부스트해주는 것은 특정 대역에 너무 많은 값의 감쇄 또는 강조로 인한 음의 왜곡을 최소화하여 가상 음향의 왜곡을 막기 위해서다. 즉, 명료도를 향상하기 위해서는 유성음에 해당하는 2-3포만트 대역을 상대적으로 1 포만트보다 크게해 주지만 선명도를 고려하기 위해서는 유성음 뿐만 아니라 무성음도 중요한 요소가 되기 때문에 2포만트 대역 이상의 고주파 대역을 전체적으로 강조하게 된다.
최종적으로, 사운드 인핸싱 필터부(140)에서 음성의 선명도가 향상된 좌, 우신호는 좌, 우 스피커(150, 160)로 재생된다.
도 3은 도 1의 가상 음원 재생부(130)의 일실시예이다.
도 3을 참조하면, 좌/우 바이노럴 합성부(Binaural Synthesis부)(310, 320)는 2채널의 음원 신호를 소정의 위치에서 측정한 머리 전달 함수(HRTF)를 바탕으로 임의의 위치에 대한 가상 음원으로 형성한다. 즉, 좌/우 바이노럴 합성(Binaural Synthesis)부(310, 320)는 HRTF를 이용하여 가상 스피커를 정면에서 대칭적으로 배치시킨다. 청취자의 정면을 중심으로 왼쪽을 - 오른쪽을 +각도로 정의한다. 이때 청취자의 정면을 중심으로 -30도에서 측정한 좌/우 머리 전달 함수(HRTF) 또는 30도에서 측정한 좌/우 귀에 대한 전달 함수(HRTF)와 입력되는 스테레오 채널의 음원 신호를 콘볼루션한다. 따라서 -30도 왼쪽 귀에 대한 HRTF를 거친 신호와 30도 왼쪽 HRTF를 거친 신호가 합해져 오른쪽 가상 스피커로 출력되고, -30도 오른쪽 귀에 대한 HRTF를 거친 신호와 30도 오른쪽 HRTF를 거친 신호가 합해져 왼쪽 가상 스피커로 출력된다.
크로스토크 캔설러(330)는 좌/우 바이노럴 합성부(310, 320)에서 형성된 가상 음원의 크로스토크를 머리 전달함수를 반영한 필터 계수(C11, C12, C21 , C22)에 근거하여 캔설링한다. 즉, 크로스토크 캔설러(230)는 왼쪽(오른쪽) 스피커에서 재생되는 신호가 청취자의 오른쪽 귀(또는 왼 쪽 귀)에서 들리지 않도록 양 신호의 크로스토크를 캔설링한다.
좌/우 다이렉트 필터(340, 350)는 두 채널의 음원 신호와 크로스토크 캔설러(330)에서 크로스토크 캔설링된 가상 음원 신호 사이의 레벨 크기와 시간 지연을 조정한다. 즉, 좌/우 다이렉트 필터(340, 350)는 가상의 스피커 출력과 실제 스피커 출력 사이의 시간 지연과 신호 레벨의 차이를 조정해 자연스러운 소리를 생성한다.
최종적으로 좌/우 다이렉트 필터(340, 350)에서 필터링된 두 채널의 음원 신 호와 크로스토크 캔설러(330)에서 크로스토크가 캔설링된 가상 음원 신호가 합쳐져 각각 좌/우 채널로 출력된다.
도 4는 도 1의 음성 체크부(120)에서 모노 사운드를 체크하는 일실시예이다.
먼저, 좌, 우 채널의 신호를 입력한다(410 과정).
이어서, 좌, 우 채널 신호의 주파수 특성을 비교한다(420 과정).
이때 좌, 우 채널 신호의 주파수 특성이 일정 시간 동안 같으면(430 과정) 두 채널의 유사도가 높은 것으로 판단한다. 따라서 두 채널 신호의 유사도가 높으면 모노 사운드로 판단하여 사운드 인핸싱 인에이블 신호를 발생하고(440 과정), 그렇지 않으면 스테레오 사운드로 판단하여 사운드 인핸싱 인에이블 신호를 발생하지 않는다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 사운드 인핸싱 필터부(140)는 가상 음원 재생부(130)의 전단에 연결하여, 그 음성 체크부(120)에서 발생하는 인핸싱 인에이블 신호에 따라 좌,우 신호에 대해 제2포만트 대역 이상을 부스트시킨 후 가상 음원 재생부(130)로 출력한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 가상 음향 공간에서 음성이나 모노 사운드의 음이 심하게 왜곡되는 것을 선명도 필터링에 의해 보상함으로써 선명한 사운드를 재생할 수 있다. 따라서 기존의 가상 음향 알고리듬을 수정하지 않고 단순히 전처리 또는 후처리를 통해 모노 사운드 및 뉴스와 같은 음성의 선명도 를 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 가상 음향 공간에서 음의 선명도를 인핸싱시키는 사운드 재생 장치에 있어서,
    좌, 우 채널 신호의 주파수 특성의 유사도에 따라 모노 사운드 성분 또는 음성 성분을 판단하는 음성 체크부;
    좌, 우 채널의 신호에 대해 머리 전달 함수를 바탕으로 가상 음원으로 형성시키고, 좌, 우 채널의 음원 신호와 가상 음원 사이의 신호 특성을 조정하여 스테레오 사운드로 재생하는 가상 음원 재생부;
    상기 음성 체크부에서 입력 신호가 모노 사운드 성분 또는 음성 성분으로 판단하면 상기 가상 음원 재생부에서 재생되는 스테레오 신호의 특정 포만트 성분 대역을 부스트하는 사운드 인핸싱 필터부를 포함하는 음성 선명도 인핸싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음성 체크부는 좌, 우 채널 신호의 주파수를 비교하여 두 채널의 주파수 특성이 일정 시간 동안 유사한 경우 모노 사운드 성분으로 판단하는 것임을 특징으로 하는 음성 선명도 인핸싱 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 사운드 인핸싱 필터부는 음성 우세 구간 및 모노 사운드 성분을 부스트하는 것임을 특징으로 하는 음성 선명도 인핸싱 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 사운드 인핸싱 필터부는 제1포만트 대역을 감쇄시키고 제2포만트 이상의 대역을 부스트시키는 필터 계수를 구비하는 것을 특징으로 하는 음성 선명도 인핸싱 장치.
  5. 제1항에 있어서, 입력되는 모노 사운드를 180도 위상 반전하여 상기 가상 음원 재생부로 출력하는 위상 반전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 선명도 인핸싱 장치.
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