KR100626672B1 - 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 인간의 머리형태를 구체로 단순화하고, 이러한 구체위에 마이크를 배치하여 3차원 오디오 신호를 획득하고, 획득한 3차원 오디오 신호를 기존의 다양한 재생 시스템에 적용하기 위한, 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법을 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템에 있어서, 상기 구체위에 배치된 다수개의 마이크를 이용하여 오디오 신호를 획득하는 3차원 오디오 신호 획득 수단; 및 상기 3차원 오디오 신호 획득 수단에 의해 획득된 오디오 신호에 대해, 재생시스템에서 LFE(Low Frequency Effect) 채널을 제외한 5개 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 5X5 필터링과, 5개의 채널 중 중앙(Center) 채널을 제외한 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커와 왼쪽 서라운드(Left Surround), 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커를 통해 4개의 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 4X4 필터링과, 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링, 및 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호를 스테레오 및 스테레오 다이폴 모드로 재생하기 위한 2X2 필터링 중 적어도 어느 하나 이상을 수행하는 3차원 오디오 신호 후처리 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 오디오 시스템 등에 이용됨.
3차원 오디오 신호, 크로스토크 제거, 더미헤드 마이크, 멀티채널 재생, 헤드폰 재생, 스테레오 재생, 스테레오 다이폴 재생

Description

구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법{3D audio signal processing(acquisition and reproduction) system using rigid sphere and its method }
도 1 은 본 발명에 따른 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템의 일실시예 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템의 마이크 배치를 설명하기 위한 일실시예 설명도.
도 3 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템 중 3차원 오디오 신호 후처리부의 일실시예 상세 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 5채널 재생시 구체위의 타겟을 나타내는 일실시예 설명도.
도 5 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 4채널 재생시 구체위의 타겟을 나타내는 일실시예 설명도.
도 6 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 헤드폰 재생신호의 생성을 위한 스피커와 구체를 나타내는 일실시예 설명도.
도 7 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 헤드폰 신호의 생성을 위한 필터를 나타내는 일실시예 설명도.
도 8 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 헤드폰 신호의 생성 과정을 설명하기 위한 일실시예 설명도.
도 9 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 2채널 재생시 구체위의 타겟을 나타내는 일실시예 설명도.
도 10 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템 중 3차원 오디오 신호 재생부의 일실시예 상세 구성도.
도 11 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 3차원 오디오 신호 획득부 120 : 3차원 오디오 신호 후처리부
130 : 3차원 오디오 신호 재생부
본 발명은 구체위에 배치된 마이크를 이용하여 3차원 오디오 신호를 획득하고, 다양한 환경에서 재생하기 위한, 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
기존의 3차원 오디오 신호 획득 시스템은 인간의 형태를 띤 더미헤드의 귀에 마이크를 설치하여 오디오 신호를 획득한 후 이를 헤드폰을 통해 재생하는 바이노럴(Binaural) 기술이 주를 이루고 있다.
이러한 기술은 실제 인간의 형태를 띤 더미헤드의 귀에 마이크를 설치하여 오디오 신호를 획득하기 때문에, 헤드폰을 통해 들을 경우에 음을 획득한 장소에 있는 것과 같은 느낌을 줄 수 있다.
그런데, 상기 더미헤드를 이용하여 획득한 바이노럴 신호를 스피커에서 재생하는 경우에, 헤드폰 재생과 달리, 좌측 스피커 출력신호가 우측 귀에 들리고, 우측 스피커 출력신호가 좌측 귀에 들리는 크로스토크 현상이 발생한다. 이러한 크로스토크를 제거하기 위해 다양한 방법을 통해 크로스토크 제거를 위한 역필터를 설계하는 방법이 제안되었다.
최근 인간의 형태를 한 더미헤드를 구체로 단순화한 후, 3차원 오디오 신호를 획득하는 시스템에 대한 연구가 많이 진행 중인데, 이 기술은 구체의 특성상 신호의 형태에 대한 예측이 가능하기 때문에, 구체를 이용하여 3차원 오디오 신호를 획득하고 신호처리를 통해 더미헤드와 같은 느낌을 주는 기술이다.
기존의 더미헤드를 이용한 3차원 오디오 신호 획득기술은 실제 인간의 형태를 한 더미헤드를 이용하여 오디오 신호를 획득하기 때문에, 상당히 자연스러운 소리를 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 종래 기술은 인간마다 머리의 크기 및 형태가 조금씩 다르기 때문에 특정 형태의 더미헤드를 이용하여 획득한 오디오 신호가 모든 사람에게 만족할만한 결과를 줄 수는 없다.
또한, 상기와 같은 종래 기술은 바이노럴 신호를 스피커를 통해 재생하는 경우에, 더미헤드의 귀에 설치한 마이크를 이용하여 획득한 신호가 다시 청취자의 귀를 통해 전달되므로, 이중으로 귀에 영향을 받게 된다.
또한, 기존의 사람 형태의 더미헤드는 크기 및 형태 때문에 공공장소에서의 녹음에는 많은 제약이 따르는 문제점이 있었다.
한편, 인간은 방향을 판단할 때 머리를 좌/우로 조금씩 회전한다. 그러나, 더미헤드를 이용하여 녹음한 신호는 더미헤드의 고정된 귀의 위치 때문에 방향판단에 어려움이 있어서, 전방의 신호를 후방의 신호로 판단하거나 후방의 신호를 전방의 신호로 판단하는 전/후방 혼동(front-back confusion)이 발생한다.
또한, 기본적으로 더미헤드의 출력은 2채널 신호이기 때문에 멀티채널로 확장하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 인간의 머리형태를 구체로 단순화하고, 이러한 구체위에 마이크를 배치하여 3차원 오디오 신호를 획득하기 위한, 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 인간의 머리형태를 구체로 단순화하고, 이러한 구체위에 마이크를 배치하여 3차원 오디오 신호를 획득하고, 획득한 3차원 오디오 신호를 기존의 다양한 재생 시스템에 적용하기 위한, 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템에 있어서, 상기 구체위에 배치된 다수개의 마이크를 이용하여 오디오 신호를 획득하는 3차원 오디오 신호 획득 수단; 및 상기 3차원 오디오 신호 획득 수단에 의해 획득된 오디오 신호에 대해, 재생시스템에서 LFE(Low Frequency Effect) 채널을 제외한 5개 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 5X5 필터링과, 5개의 채널 중 중앙(Center) 채널을 제외한 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커와 왼쪽 서라운드(Left Surround), 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커를 통해 4개의 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 4X4 필터링과, 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링, 및 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호를 스테레오 및 스테레오 다이폴 모드로 재생하기 위한 2X2 필터링 중 적어도 어느 하나 이상을 수행하는 3차원 오디오 신호 후처리 수단을 포함한다.
삭제
한편, 본 발명의 방법은, 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 방법에 있어서, 구체위에 배치된 다수개의 마이크를 이용하여 오디오 신호를 획득하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계에서 획득된 오디오 신호에 대해, 재생시스템에서 LFE(Low Frequency Effect) 채널을 제외한 5개 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 5X5 필터링과, 5개의 채널 중 중앙(Center) 채널을 제외한 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커와 왼쪽 서라운드(Left Surround), 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커를 통해 4개의 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 4X4 필터링과, 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링, 및 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호를 스테레오 및 스테레오 다이폴 모드로 재생하기 위한 2X2 필터링 중 적어도 어느 하나 이상을 수행하는 제2 단계를 포함한다.
삭제
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템의 일실시예 구성도이다.
먼저, 기존 구체의 양쪽 90도의 위치에 설치된 마이크를 이용한 3차원 오디오 신호 획득 기술은 인간이 방향을 감지하는데 사용하는 두 귀간의 시간차(Interaural Time Difference) 및 레벨차(Interaural Level Difference)를 어느 정도 묘사할 수 있기 때문에 3차원 오디오 효과를 줄 수 있다. 그러나, 구체의 특성 때문에 전면과 후면의 동일한 각에서 입사되는 신호는 동일한 특성을 가지기 때문에, 전면에서 들어오는 신호와 후면에서 들어오는 신호를 구별하기 힘든 전/후방 혼동 현상이 많이 발생된다.
본 발명에서는 이러한 구체를 이용하여 획득한 신호의 전/후방 혼동 현상을 감소시키기 위해 구체위에 마이크를 여러개 배치하여 전/후방 신호에 차이를 주어서 전/후방 혼동 현상을 감소시키고, 부가적으로 상기 여러개의 마이크를 사용하여 획득한 신호를 5채널, 4채널, 헤드폰, 스테레오, 스테레오 다이폴 재생환경 등의 다양한 재생환경에서 재생하기 위한 시스템 및 방법을 제시하고자 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템은, 구체위에 배치된 여러개(예 : 5개)의 마이크를 이용하여 오디오 신호를 획득하기 위한 3차원 오디오 신호 획득부(110), 및 상기 3차원 오디오 신호 획득부(110)에 의해 획득된 오디오 신호를 헤드폰, 스테레오, 스테레오 다이폴, 4채널, 5채널 재생환경 등 다양한 재생환경에 맞도록 변환하기 위한 3차원 오디오 신호 후처리부(120)를 포함한다. 또한, 상기 3차원 오디오 신호 후처리부(120)에 의해 처리된 오디오 신호를 헤드폰, 스테레오, 스테레오 다이폴, 4채널, 5채널 재생환경 등 다양한 재생환경에서 재생하기 위한 3차원 오디오 신호 재생부(130)를 더 포함한다.
상기 3차원 오디오 신호 획득부(110)는 인간의 머리를 간략화한 구체위에 5개의 마이크를 배치하여 3차원 오디오 신호를 획득한다. 구체위의 마이크 배치는 정면의 이미지를 강조하기 위한 중앙 마이크, 인간의 머리 움직임을 보상하기 위한 좌/우측 각각 2개씩의 측면 마이크로 이루어진다.
상기 3차원 오디오 신호 후처리부(120)는 상기 3차원 오디오 신호 획득부(110)의 구체위에 배치된 5개의 마이크를 통해 획득된 3차원 오디오 신호를 다양한 재생환경에서 재생하기 위해 후처리를 수행한다. 여기서, 후처리는 기존 5.1채널 재생시스템에서 LFE(Low Frequency Effect) 채널을 제외한 5개의 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하기 위한 5X5 필터링, 5개의 채널 중 중앙(Center) 채널을 제외한 왼쪽(Left)/오른쪽(Right) 스피커와 왼쪽 서라운드(Left Surround)/오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커를 통해 재생하기 위해 크로스토크를 제거하기 위한 4X4 필터링, 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링 및 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호를 스테레오 및 스테레오 다이폴 재생환경에서 재생하기 위한 2X2 필터링을 포함한다.
상기 3차원 오디오 신호 재생부(130)는 3차원 오디오 신호 후처리부(120)에서 재생환경에 맞도록 변환된 3차원 오디오 신호를 헤드폰, 스테레오, 스테레오 다이폴, 4채널, 5채널 재생환경 등의 다양한 재생환경에서 3차원 오디오 신호의 재생을 수행한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에 대하여 하기의 도 2 내지 도 10을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템의 마이크 배치를 설명하기 위한 일실시예 설명도이다.
상기 3차원 오디오 신호 획득부(110)에서는 도 2와 같이 구체의 수평면(210) 위에 5개의 마이크를 배치하여 오디오 신호를 획득한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 1번 마이크는 구체의 정 중앙에 위치하여 정면의 오디오 신호를 획득하기 위한 것이고, 측면 마이크는 인간이 방향을 판단할 때 머리를 좌/우로 흔드는 것을 보상하기 위해 좌/우측 각각에 전/후 15도씩의 각도로 2개씩 배치된다.
전면의 마이크를 1번, 좌측의 마이크를 2번 및 4번, 우측의 마이크를 3번 및 5번 마이크라 하고, 각각의 마이크를 이용하여 획득된 오디오 신호를 u1, u2, u3, u4, u5라 한다.
상기 3차원 오디오 신호 후처리부(120)는 상기 3차원 오디오 신호 획득부(110)로부터의 5개의 마이크 출력신호 u1, u2, u3, u4, u5를 다양한 재생시스템에서 재생하기 위해 후처리를 수행한다.
도 3 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템 중 3차원 오디오 신호 후처리부의 일실시예 상세 구성도이다.
상기 3차원 오디오 신호 후처리부(120)의 동작은 다음과 같다.
먼저, 5채널 재생 시스템의 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00001
은 3차원 오디오 신호 획득부(110)의 출력 신호 u1, u2, u3, u4, u5와 5개의 스피커와 5개의 타겟 포인트(Target Point) 사이의 크로스토크를 제거하기 위한 5X5 역필터(310)의 콘볼루션 연산에 의해 생성된다. 여기서,
Figure 112006018616530-pat00002
은 중앙(Center) 스피커 입력신호,
Figure 112006018616530-pat00003
은 왼쪽(Left) 스피커 입력신호,
Figure 112006018616530-pat00004
은 오른쪽(Right) 스피커 입력신호,
Figure 112006018616530-pat00005
은 왼쪽 서라운드(Left Surround) 스피커 입력신호,
Figure 112006018616530-pat00006
은 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커 입력신호를 각각 나타낸다.
5개의 타겟 포인트(Target Point)는 도 4와 같이 구체위의 수평면(410) 5개의 점을 의미한다.
도 4 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 5채널 재생시 구체위의 타겟을 나타내는 일실시예 설명도이다.
5채널 재생인 경우, 중앙(Center) 스피커의 출력신호는 1번 타겟 포인트(Target Point), 왼쪽(Left) 스피커의 출력신호는 2번 타겟 포인트(Target Point), 오른쪽(Right) 스피커의 출력신호는 3번 타겟 포인트(Target Point), 왼쪽 서라운드(Left Surround) 스피커의 출력신호는 4번 타겟 포인트(Target Point), 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커의 출력신호는 5번 타겟 포인트(Target Point)에 각각 관찰되도록 하기 위해, 각각의 스피커와 타겟 포인트(Target Point) 사이의 크로스토크를 제거하기 위한 역필터가 사용된다.
이러한 5X5 역필터를 설계하기 위해 5개의 스피커 중앙에 구체를 두고, 5개의 스피커 각각에서 임펄스를 발생시킨 후, 구체위의 5개의 타겟 포인트(Target Point)에서의 응답을 측정하여 5개의 스피커와 5개의 타겟 포인트(Target Point) 사이의 임펄스 응답을 구한다.
상기 임펄스 응답의 역함수가 5채널 재생 시스템과 5개의 타겟 포인트(Target Point) 사이의 크로스토크를 제거하기 위한 5X5 역필터이다.
상기 5X5 역필터와 3차원 오디오 신호 획득부(110)의 출력 신호 u1, u2, u3, u4, u5의 콘볼루션 연산에 의해 5채널 재생 시스템의 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00007
가 생성된다.
한편, 4채널 재생신호를 생성하기 위해서, 3차원 오디오 신호 획득부(110)의 5개 출력신호 u1, u2, u3, u4, u5 중 1번 마이크 출력 신호 u1을 제외한 4개의 마이크 출력신호 u2, u3, u4, u5를 이용하여 5.1 채널 스피커 구성 중 LFE(Low Frequency Effect) 채널과 중앙(Center) 채널을 제외한 4개의 스피커 입력 신호를 생성한다.
4채널 재생시스템의 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00008
은 3차원 오디오 신호 획득부(110)의 출력 신호 u2, u3, u4, u5와 4개의 스피커와 4개의 타겟 포인트(Target Point) 사이의 크로스토크를 제거하기 위한 4X4 역필터(320)의 콘볼루션 연산에 의해 생성된다. 여기서,
Figure 112006018616530-pat00009
은 왼쪽(Left) 스피커 입력신호,
Figure 112006018616530-pat00010
은 오른쪽(Right) 스피커 입력신호,
Figure 112006018616530-pat00011
은 왼쪽 서라운드(Left Surround) 스피커 입력신호,
Figure 112006018616530-pat00012
은 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커 입력신호를 각각 나타낸다.
4개의 타겟 포인트(Target Point)는 도 5와 같이 구체위의 수평면(510) 4개의 점을 의미한다.
도 5 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 4채널 재생시 구체위의 타겟을 나타내는 일실시예 설명도이다.
4채널 재생인 경우, 왼쪽(Left) 스피커의 출력신호는 2번 타겟 포인트(Target Point), 오른쪽(Right) 스피커의 출력신호는 3번 타겟 포인트(Target Point), 왼쪽 서라운드(Left Surround) 스피커의 출력신호는 4번 타겟 포인트(Target Point), 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커의 출력신호는 5번 타겟 포인트(Target Point)에서만 관찰되도록 하기 위해, 각각의 스피커와 타겟 포인트(Target Point) 사이의 크로스토크를 제거하기 위한 역필터가 사용된다.
이러한 4X4 역필터를 설계하기 위해 4개의 스피커 중앙에 구체를 두고, 4개의 스피커 각각에서 임펄스를 발생시킨 후, 구체위의 4개의 타겟 포인트(Target Point)에서의 응답을 측정하여 4개의 스피커와 4개의 타겟 포인트(Target Point) 사이의 임펄스 응답을 구한다.
상기 임펄스 응답의 역함수가 4채널 재생 시스템과 4개의 타겟 포인트(Target Point) 사이의 크로스토크를 제거해주는 4X4 역필터이다.
상기 4X4 역필터와 3차원 오디오 신호 획득부(110)의 출력 신호 u2, u3, u4, u5의 콘볼루션 연산에 의해 4채널 재생 시스템의 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00013
가 생성된다.
한편, 헤드폰 재생신호는 두 가지 방법에 의해 생성된다.
첫 번째 방법은 도 6에 도시된 바와 같이 5채널 재생 시스템의 중앙에 구체를 두고, 5개의 스피커와 구체의 좌/우 90도 위치까지의 임펄스 응답을 이용하여 5채널 스피커 입력 신호를 2채널 헤드폰 재생신호로 변환한다.
도 6 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 헤드폰 재생신호의 생성을 위한 스피커와 구체를 나타내는 일실시예 설명도이다.
도 6에서 SIR은 구체의 임펄스 응답(Sphere Impulse Response)를 의미하고, "LT"는 구체의 왼쪽 90도 포인트(Point), "RT"는 구체의 오른쪽 90도 포인트(Point)를 각각 나타낸다. 즉, SIRC-LT는 중앙(Center) 스피커에서 LT까지의 임펄스 응답을 의미한다.
5개의 스피커에서 중앙에 위치한 구체의 좌/우 90 위치의 LT, RT까지의 전달함수를 구한 후, 이 값들과 5채널 재생을 위한 신호
Figure 112006018616530-pat00014
을 하기 [수학식 1]과 같은 콘볼루션 연산을 이용하여 좌/우 헤드폰 재생신호
Figure 112006018616530-pat00015
를 생성한다. 여기서,
Figure 112006018616530-pat00016
는 좌측 헤드폰 신호,
Figure 112006018616530-pat00017
는 우측 헤드폰 신호이고, "conv"는 콘볼루션 연산을 각각 나타낸다.
Figure 112004016229727-pat00018
Figure 112004016229727-pat00019
다음으로, 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호 생성의 두 번째 방법은 구체의 임펄스 응답을 변환한 필터를 이용하는 것이다.
도 7 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 헤드폰 신호의 생성을 위한 필터를 나타내는 일실시예 설명도이고, 도 8 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 헤드폰 신호의 생성 과정을 설명하기 위한 일실시예 설명도이다.
구체의 임펄스 응답은 도 7에 도시된 바와 같이 구체의 수평면 0도 위치에 마이크를 설치한 후, 수평면에서 스피커의 방향을 5도씩 바꾸어 가면서 임펄스를 발생시켜서 측정한다.
측정한 임펄스 응답 중 마이크와 스피커가 평행을 이루는 0도의 응답의 역 함수를 구하여, 하기 [수학식 2]와 같이 각각의 임펄스 응답과 콘볼루션을 수행하여 구한 필터를 이용하여 헤드폰 재생신호를 생성한다.
Figure 112004016229727-pat00020
여기서,
Figure 112004016229727-pat00021
은 0도의 임펄스 응답의 역함수를 의미하고,
Figure 112004016229727-pat00022
는 각 각도 별 구체의 임펄스 응답, "conv"는 콘볼루션 연산을 의미한다.
이와 같은 방법으로 구한 필터와 3차원 오디오 신호 획득부(110)의 출력신호 u1, u2, u3, u4, u5를 하기 [수학식 3]과 같은 콘볼루션 연산을 통해 헤드폰 재생신호를 생성한다.
Figure 112004016229727-pat00023
Figure 112004016229727-pat00024
한편, 스테레오 재생을 위한 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00025
,
Figure 112006018616530-pat00026
를 생성하기 위해서 스테레오 스피커(1040)와 도 9와 같이 구체의 좌, 우측 90도 LT, RT 사이의 전달함수를 이용하여 크로스토크를 제거해 주어야 한다.
도 9 는 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템에서 2채널 재생시 구체위의 타겟을 나타내는 일실시예 설명도이다.
스테레오 재생 시스템(1040)의 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커에서 임펄스를 발생시킨 후, 중앙에 위치한 구체의 좌/우측 90인 LT, RT에서 임펄스를 측정한 값이 스테레오 스피커와 구체의 LT, RT 사이의 임펄스 응답이다.
상기 임펄스 응답의 역함수가 스테레오 스피커와 구체 사이의 크로스토크를 제거해 주는 역필터(350)가 된다.
2채널 헤드폰 재생신호 A(330)나 B(340) 중 하나를 선택하여 2X2 역필터(350)와의 콘볼루션 연산을 통해 스테레오 재생시스템의 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00027
,
Figure 112006018616530-pat00028
를 각각 생성한다.
스테레오 다이폴 재생을 위한 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00029
,
Figure 112006018616530-pat00030
를 생성하기 위해서 스테레오 다이폴 재생 시스템(1050)과 도 9와 같이 구체의 좌, 우측 90도 LT, RT 사이의 전달함수를 이용하여 크로스토크를 제거해 주어야 한다.
스테레오 다이폴 재생 시스템(1050)의 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커에서 임펄스를 발생시킨 후, 중앙에 위치한 구체의 좌/우측 90인 LT, RT에서 임펄스를 측정한 값이 스테레오 다이폴 재생시스템의 스피커와 구체의 LT, RT 사이의 임펄스 응답이다.
상기 임펄스 응답의 역함수가 스테레오 다이폴 재생시스템의 스피커와 구체 사이의 크로스토크를 제거해 주는 역필터(360)가 된다.
2채널 헤드폰 재생신호 A(330)나 B(340) 중 하나를 선택하여 2X2 역필터(360)와의 콘볼루션 연산을 통해 스테레오 다이폴 재생시스템의 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커 입력신호
Figure 112006018616530-pat00031
,
Figure 112006018616530-pat00032
를 생성한다.
도 10 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 시스템 중 3차원 오디오 신호 재생부의 일실시예 상세 구성도이다.
3차원 오디오 신호 재생부(130)는 3차원 오디오 신호 후처리부(120)에서 재생환경에 맞는 변환필터를 통해 변환한 신호를 각각의 재생환경에서 재생한다.
3차원 오디오 신호 후처리부(120)의 5채널 재생 신호는 5채널 재생 시스템(1010)의 입력이고, 4채널 재생 신호는 4채널 재생 시스템(1020)의 입력이다.
헤드폰 재생 신호 A, B는 헤드폰(1030)의 입력신호이다.
스테레오 재생신호는 스테레오 재생 시스템(1040)의 입력신호이고, 스테레오 다이폴 재생신호는 스테레오 다이폴 재생시스템(1050)의 입력신호이다.
도 11 은 본 발명에 따른 3차원 오디오 신호 처리 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 먼저 구체위에 배치된 5개의 마이크를 이용하여 오디오 신호를 획득하고(1101), 획득한 오디오 신호를 5채널, 4채널, 스테레오, 스테레오 다이폴, 헤드폰 등의 재생환경에서 재생하기 위해 후처리를 수행한다(1102).
다음으로, 후처리하여 변환된 오디오 신호를 실제 재생환경에서 재생한다(1103).
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 구체위에 배치된 5개의 마이크를 이용하여 3차원 오디오 신호를 획득할 수 있으며, 후처리를 통해 5채널, 4채널, 헤드폰, 스테레오, 스테레오 다이폴 등과 같은 다양한 재생환경에서 재생이 가능하고, 구체에 배치된 마이크는 기존의 더미헤드와 달리 형태가 친근하기 때문에 음악회 등의 공공장소에서 3차원 오디오 신호 획득에 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 시스템에 있어서,
    상기 구체위에 배치된 다수개의 마이크를 이용하여 오디오 신호를 획득하는 3차원 오디오 신호 획득 수단; 및
    상기 3차원 오디오 신호 획득 수단에 의해 획득된 오디오 신호에 대해, 재생시스템에서 LFE(Low Frequency Effect) 채널을 제외한 5개 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 5X5 필터링과, 5개의 채널 중 중앙(Center) 채널을 제외한 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커와 왼쪽 서라운드(Left Surround), 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커를 통해 4개의 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 4X4 필터링과, 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링, 및 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호를 스테레오 및 스테레오 다이폴 모드로 재생하기 위한 2X2 필터링 중 적어도 어느 하나 이상을 수행하는 3차원 오디오 신호 후처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크는, 전면 이미지의 강조를 위한 전면에 설치된 제1 마이크, 인간의 머리 움직임을 보상하기 위해 좌/우에 각각 2개씩 설치된 제2 내지 제5 측면 마이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 5X5 필터링은,
    5채널 재생 신호의 생성을 위한 5X5 역필터링을 수행하며, 상기 역필터링 시 5채널의 스피커에서 구체의 타겟 포인트까지의 전달함수를 이용하여 역필터를 구해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 4X4 필터링은,
    4채널 재생 신호의 생성을 위해 상기 제1 마이크를 제외한 좌/우 제2 내지 제5 측면 마이크를 이용하여 3차원 오디오 신호를 획득하고, 4채널 재생신호의 생성을 위한 4X4 역필터링 시 4개의 스피커에서 구체의 타겟 포인트까지의 전달함수를 이용하여 역필터를 구해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링은,
    헤드폰 재생을 위한 2채널 신호의 생성을 위해 크로스토크 제거를 위한 역필터를 통과한 5채널 스피커 입력신호와 5채널 재생시스템의 각 스피커에서 중앙에 위치한 구체의 좌/우 90도 위치까지의 전달함수를 이용하여 2채널 재생신호로 변환시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링은,
    제1 내지 제5 마이크 출력 신호를 좌/우측 90도 위치까지 변경하여 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 2X2 필터링은,
    스테레오 재생을 위한 2채널 재생신호의 생성을 위해, 상기 3차원 오디오 신호 획득 수단의 출력신호인 5채널 오디오 신호를 헤드폰 재생을 위해 변환한 신호를 스테레오 스피커에서 구체위의 타겟까지의 전달함수를 이용하여 변환하고, 스테레오 다이폴 재생을 위한 2채널 재생신호의 생성을 위해, 상기 3차원 오디오 신호 획득수단의 출력신호인 5채널 오디오 신호를 헤드폰 재생을 위해 변환한 신호를 스테레오 다이폴 스피커에서 구체위의 타겟까지의 전달함수를 이용해 변환하여 이루D어지는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  9. 제 1 항과 제 2 항과 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차원 오디오 신호 후처리 수단에 의해 변환된 오디오 신호를 헤드폰, 스테레오, 스테레오 다이폴, 4채널, 5채널 재생 환경 중 어느 하나의 환경에서 재생하는 3차원 오디오 신호 재생 수단을 더 포함하는 3차원 오디오 신호 처리 시스템.
  10. 구체를 이용한 3차원 오디오 신호 처리 방법에 있어서,
    구체위에 배치된 다수개의 마이크를 이용하여 오디오 신호를 획득하는 제1 단계; 및
    상기 제1 단계에서 획득된 오디오 신호에 대해, 재생시스템에서 LFE(Low Frequency Effect) 채널을 제외한 5개 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 5X5 필터링과, 5개의 채널 중 중앙(Center) 채널을 제외한 왼쪽(Left), 오른쪽(Right) 스피커와 왼쪽 서라운드(Left Surround), 오른쪽 서라운드(Right Surround) 스피커를 통해 4개의 채널을 이용하여 재생하기 위해 크로스토크를 제거하는 4X4 필터링과, 멀티채널 신호를 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호로 변환하기 위한 필터링, 및 헤드폰 재생을 위한 2채널 신호를 스테레오 및 스테레오 다이폴 모드로 재생하기 위한 2X2 필터링 중 적어도 어느 하나 이상을 수행하는 제2 단계를 포함하는 3차원 오디오 신호 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    전면 이미지의 강조를 위한 전면 제1 마이크와, 인간의 머리 움직임을 보상하기 위한 좌/우 각각 2개씩 구비된 제2 내지 제5 측면 마이크를 이용해 오디오 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 3차원 오디오 신호 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 변환된 오디오 신호를 헤드폰, 스테레오, 스테레오 다이폴, 4채널, 5채널 재생 환경에서 재생하는 제3 단계를 더 포함하는 3차원 오디오 신호 처리 방법.
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