KR100636248B1 - 보컬 제거 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가라오케 시스템에서 보컬 성분을 제거하는 보컬 제거 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 좌, 우 채널의 입력 신호를 소정의 딜레이를 갖는 피드 포워드-크로스 믹싱에 의해 보컬 성분을 제거하는 1차 보컬 제거 수단, 1차 보컬 제거 수단에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 소정의 딜레이를 갖는 피드백-크로스 합산에 의해 사운드 스테이지를 확장하는 와이드닝 사운드 스테이지 수단, 와이드닝 사운드 스테이지 수단에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합하여 보컬 성분을 제거하는 2차보컬 제거 수단을 포함한다.
Description
도 1은 종래의 보컬 제거 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 보컬 제거 장치가 적용되는 가라오케 시스템의 전체 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 보컬 제거 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3의 보컬 제거 장치의 상세도이다.
본 발명은 가라오케 시스템에 관한 것이며, 특히 가라오케 시스템에서 보컬 성분을 제거하는 보컬 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
통상적으로 가라오케 시스템은 카세트 플레이어, 컴팩트 디스크 플레이어, 튜너등과 같은 오디오 기기로부터 출력되는 오디오 신호에서 사람의 보컬 성분만을 제거한 오디오 신호를 반주로 사용한다. 보컬 성분은 대부분 약 200㎐와 4㎑사이에 있다. 또한 보컬 신호는 오디오 시스템에서 단일 신호, 즉 모노 신호이다. 그리고 악기 소리를 비롯한 음악에 관한 소리 신호는 좌측과 우측의 스테레오로 분리된다. 따라서 좌측 입력단에 입력되는 오디오 신호와 우측 입력단에 입력되는 오디오 신 호는 모노 신호만을 제외하고 그 파형이 다르다. 따라서 좌측과 혹은 우측에서 입력되는 오디오 신호를 차감하면 보컬 신호가 제거된 오디오 신호를 발생할 수 있다. 통상적으로 스테레오 음악 파일에서 보컬 제거 방법은 보컬 즉, 가수의 목소리는 중앙에 위치하는 것을 이용하여 양 채널간의 차를 구하여 보컬 성분을 제거한다.
이러한 보컬 제거 회로에 관련된 기술이 US 6,690,799 B1(filed 6 Jun. 2000 entitled STEREO SIGNAL PROCESSING APPARATUS)에 개시되어 있다.
도 1을 참조하면, 우 채널용 필터 수단(121, 122)은 우 채널의 입력 신호로부터 우 채널의 저역 신호와 우 채널의 고역 신호를 추출한다. 좌 채널용 필터 수단(111, 112)은 좌 채널의 입력 신호로부터 좌채널의 저역 신호와 좌 채널의 고역 신호를 추출한다. 감산 수단(131)은 우 채널의 입력 신호와 좌 채널의 입력 신호를 감산하여 보컬 제거 신호를 생성한다. 좌 가산 수단(113)은 좌 채널용 필터 수단(111, 112)으로부터의 좌 채널의 저역 신호와 고역 신호 및 감산 수단(131)으로부터의 보컬 제거 신호를 가산하여 좌 채널의 출력 신호를 생성한다. 우 가산 수단(123)은 우 채널용 필터 수단(121, 122)으로부터의 우 채널의 저역 신호와 고역 신호 및 감산 수단(131)으로부터의 보컬 제거 신호를 가산하여 우 채널의 출력 신호를 생성한다.
따라서 도 1의 보칼 제거 회로는 양 채널의 신호를 차감한 신호에 일정한 양의 저주파 성분과 고주파 성분을 더해준다. 그러나 저주파 패스 필터와 고주파 패스 필터는 항상 음원에 따라 컷오프(cutoff) 주파수를 정확하게 설정되어야 하는 단점이 있다. 그리고 사람의 귀에 민감한 200 - 4KHz 정도의 신호는 모노 신호로 됨으로써 원음에 비해 매우 딱딱하고 건조한 사운드로 변해버리는 단점이 있었다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 딜레이 크로스 믹스 구조를 사용하여 보컬 성분을 감쇄시킴으로서 일반 스테레오 파일을 이용한 가라오케 모드를 용이하게 구현하는 보컬 제거 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 딜레이 크로스 믹스 구조를 사용하여 보컬 성분을 감쇄시킴으로서 일반 스테레오 파일을 이용한 가라오케 모드를 용이하게 구현하는 가라오케 시스템을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 보컬 성분 제거 장치에 있어서,
좌, 우 채널의 입력 신호를 소정의 딜레이를 갖는 피드 포워드-크로스 믹싱에 의해 보컬 성분을 제거하는 1차 보컬 제거 수단;
상기 1차 보컬 제거 수단에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 소정의 딜레이를 갖는 피드백-크로스 합산에 의해 사운드 스테이지를 확장하는 와이드닝 사운드 스테이지 수단;
상기 와이드닝 사운드 스테이지 수단에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합하여 보컬 성분을 제거하는 2차보컬 제거 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 가라오케 시스템에 있어서,
오디오 소스를 좌우 채널로 생성하는 오디오 소스발생부;
상기 오디오 소스 발생부에서 생성된 오디오 소스를 소정의 신호 포맷에 의해 디코딩하는 디코더부;
상기 디코더부에서 디코딩된 좌, 우 채널의 입력 신호를 소정의 딜레이를 갖고 피드 포워드-크로스 믹싱하고, 그 믹싱된 좌, 우 채널의 신호를 소정의 딜레이를 갖고 피드백-크로스 합산하고, 그 합산된 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합하는 보컬 제거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 가라오케 시스템에 있어서, 보컬 성분 제거 방법에 있어서,
좌, 우 채널의 입력 신호중에서 어느 한 채널의 신호를 딜레이시키고, 그 딜레이된 채널의 입력 신호와 다른 채널의 입력 신호를 피드 포워드-크로스 믹싱하여 보컬 성분을 제거하는 1차보컬제거과정;
상기 과정에서 믹스된 좌, 우 채널의 신호중에서 어느 한 채널의 신호를 딜레이시키고, 그 딜레이된 채널의 신호와 다른 채널의 신호를 피드백-크로스 합산하여 사운드스테이지를 와이드닝시키는 사운드 스테이지 와이드닝 과정;
상기 과정에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합하여 보칼 성분 을 제거하는 2차보컬제거과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 보컬 제거 장치가 적용되는 가라오케 시스템의 전체 블록도이다.
오디오 소스 발생부(210)는 카세트 플레이어, 컴팩트 디스크 플레이어, 튜너등과 같은 오디오 재생 기기이며, 오디오 소스를 좌, 우 스테레오 채널로 출력한다.
디코더부(220)는 오디오 소스 발생부(210)에서 생성된 좌, 우 채널의 오디오 소스를 JPEG 이나 MP3 포맷과 같은 신호 포맷에 따라서 디코딩하여 PCM 데이터로 출력한다.
보컬 제거부(230)는 디코더부(220)에서 디코딩된 좌, 우 채널의 입력 신호를 짧은 딜레이를 갖는 피드-포워드 크로스 믹스 구조를 통해 1차 보컬 성분을 제거하고, 피드-백 크로스 믹스 구조를 통해 보컬 성분이 제거된 신호의 스테레오 스테이지를 와이드닝하고, 그 와이드닝된 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널 차의 고주파 성분을 혼합하여 2차 보컬 성분을 제거한다.
피치 스케일링부(240)는 보컬 제거부(230)에서 보컬 성분이 제거된 오디오 신호의 피치를 조절한다.
가산부(250)는 마이크로폰(270) 및 ADC(Analog Digital Converter)부(280)를 통해 입력된 음성 신호와 피치 스케일링부(240)에서 출력되는 오디오 신호를 합산한다.
DAC(Digital Analog Converter)부(260)는 가산부(250)에서 출력되는 디지털 음성 신호와 오디오 신호를 아날로그 음성 신호와 오디오 신호로 변환한다.
좌, 우 스피커(292, 294)는 DAC부(260)에서 출력되는 좌, 우 채널의 아날로그 음성 신호와 오디오 신호를 소리로 재생한다.
도 3은 본 발명에 따른 보컬 제거 장치의 블록도이다.
도 3의 보컬 제거 장치는 1차 보컬 제거부(310), 와이드닝 사운드 스테이지부(320), 2차 보컬 제거부(330)를 구비한다.
1차 보컬 제거부(310)는 피드-포워드 크로스 믹스 구조로 구성되며 짧은 길이의 딜레이(Z-n)와 이득(G0)를 갖는다. 제1보컬 제거부(310)는 좌, 우 채널의 입력 신호중에서 어느한 채널의 입력 신호를 짧은 길이로 딜레이시키고, 그 딜레이된 채널의 입력 신호와 다른 한 채널의 입력 신호를 피드-포워드 크로스 믹싱(maixing)하여 보칼 성분을 제거한다.
와이드닝 사운드 스테이지부(320)는 피드백 크로스 믹스 구조로 구성되며 적정 길이의 딜레이(Z-n)와 이득(G0)를 갖는다. 1차보컬 제거부(310)에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호중에서 어느 한 채널의 신호를 적정 길이로 딜레이시키고, 그 딜 레이된 채널의 신호와 다른 한 채널의 신호를 피드백 크로스 합산(summation)믹시스하여 사운드 스테이지를 확장시킨다.
이때 1차 보컬 제거부(310) 및 와이드닝 사운드 스테이지부(320)는 저주 성분의 레벨을 저하시키고 고주파 성분을 키우는 효과가 있다. 따라서 고주파 성분(3KHz)의 증가는 보컬 성분의 명료도를 증가시키므로 저역패스필터를 통해 일정 주파수 이상의 고주파 성분을 제한해야한다. 또한 저역필터링된 좌 우 신호는 음의 박진감과 음장감을 떨어뜨리므로 저역필터링된 좌 우 신호에다 양 채널 신호차의 고주파 성분을 더해준다. 즉, 2차 보컬 제거부(330)는 와이드닝 사운드 스테이지부(320)에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합한다.
도 4는 도 3의 보컬 제거 장치의 상세도이다.
먼저, 1차 보컬 제거부(310)를 설명한다.
이득 조정기(411, 413)은 음성 대역의 게인 저감을 조절하기 위해 좌, 우채널로 입력되는 신호의 이득(G0)을 조정한다.
지연기(412, 414)는 음성 대역에 포함된 고주파 및 저주파 성분을 남기기 위해 이득 조정기(411, 413)에서 이득이 조정된 좌, 우 채널의 입력 신호를 소정 시간 지연시킨다. 이때 지연기(412, 414)는 바람직하게는 1-2샘플의 짧은 지연(Z-n)을 갖는다.
제1좌 차감기(416)는 좌 채널의 입력 신호와 이득(G0) 및 지연(Z-n)으로 지연된 우 채널의 입력 신호를 차감한다. 제1우 차감기(418)는 우 채널의 입력 신호와 이득(G0)과 지연(Z-n)으로 지연된 좌 채널의 입력 신호를 차감한다.
따라서 1차 보컬 제거부(310)는 시간상으로 상호 채널간에 강한 유사성을 갖는 성분을 제거한다. 1차 보컬 제거부(310)는 약간의 딜레이를 갖고 크로스 믹스 형태로 양 채널간의 차이를 구함으로써 스테이셔너리(stationary)한 성분 즉, 보컬 성분만 제거된다. 결국, 제1좌 차감기(416) 및 제1우 차감기(418)에서 언스테이셔너리(unstationary)성분은 제거되지 않으므로 사운드 스테이지를 넓힐 수 있다.
이어서, 와이드닝 사운드 스테이지부(320)를 설명한다.
이득 조정기(421, 423)은 좌, 우채널로 입력되는 신호의 이득(G1)을 조정한다.
지연기(422, 424)는 이득 조정기(421, 423)에서 이득이 조정된 좌, 우 채널의 입력 신호를 소정 시간 지연시킨다. 이때 지연기(422, 424)는 바람직하게는 1차 보컬 제거부(310)의 지연기(412, 414)보다 긴 지연(Z-M)을 갖는다.
제2좌 합산기(426)는 좌 채널의 신호와 이득(G1) 및 지연(Z-M)을 갖는 우 채널의 피드백 신호를 합산한다. 제2우 합산기(428)는 우 채널의 입력 신호와 이득 (G1)과 지연(Z-M)을 갖는 좌 채널의 피드백 신호를 합산한다.
따라서, 와이드닝 사운드 스테이지부(320)는 적정한 딜레이를 갖고 양 채널간의 신호를 크로스 합산함으로써 1차 보컬제거부(310)에서 좁아져 버린 사운드 스테이지를 다소 넓혀준다. 이때 딜레이((Z-M)는 1차 보컬제거부(310)에서 지연된 값보다 더 크게 하여 충분한 사운드 스테이지를 확보하도록 한다.
이어서, 2차 보컬 제거부(330)를 설명한다.
좌, 우차감기(430)는 와이드닝 사운드 스테이지부(320)에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 차감하여 보컬 성분을 제거한다.
고역패스필터(432)는 좌,우차감기(430)에서 출력되는 신호의 고역 성분을 통과시킨다.
좌 저역패스필터(431)는 와이드닝 사운드 스테이지부(320)에서 출력되는 좌 채널의 신호의 고주파 성분을 제한하기 위해 저역 성분을 통과시킨다. 따라서 좌 저역패스필터(431)는 고주파 성분으로 인한 명료도를 감소시켜서 충분한 정도의 보컬 성분을 제거할 수 있다.
우 저역패스필터(433)는 와이드닝 사운드 스테이지부(320)에서 출력되는 우 채널의 신호의 고주파 성분을 제한하기 위해 고역 성분을 통과시킨다. 따라서 우 저역패스필터(433)는 고주파 성분으로 인한 명료도를 감소시켜서 충분한 정도의 보컬 성분을 제거할 수 있다.
이득조정기들(434, 435, 436)은 각각 고역패스필터(432) 및 좌 저역패스필 터(431) 및 우 저역패스필터(433)에서 출력되는 신호의 이득(G2, G3)을 조정한다.
제3좌 합산기(437)는 음의 박진감과 음장감을 증가시키기 위해 저주파 대역의 이득 조정기(434)와 고주파 대역의 이득 조정기(435)로부터 출력되는 신호를 합하여 우 채널의 신호(L')를 출력한다.
제3우 합산기(438)는 음의 박진감과 음장감을 증가시키기 위해 저주파 대역의 이득 조정기(436)와 고주파 대역의 이득 조정기(435)로부터 출력되는 신호를 합하여 우 채널의 신호(R')를 출력한다.
따라서 제3좌 합산기(437) 및 제3우 합산기(438)는 저역패스필터링된 신호에 양 채널의 차의 고주파 성분을 혼합시킴으로서 음의 박진감과 음장감을 더해준다.
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, 기존의 단순한 양 채널간의 차이를 이용함으로서 사운드 스테이지가 좁아지는 단점을 극복하고, 또한 보컬 제거후에 사운드 스테이지를 최대한 살려서 일반 스테레오 파일을 이용한 가라오케 모드를 용이하게 구현할 수 있다.
Claims (10)
- 보컬 성분 제거 장치에 있어서,좌, 우 채널의 입력 신호를 소정의 딜레이를 갖는 피드 포워드-크로스 믹싱에 의해 보컬 성분을 제거하는 1차 보컬 제거 수단;상기 1차 보컬 제거 수단에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 소정의 딜레이를 갖는 피드백-크로스 합산에 의해 사운드 스테이지를 확장하는 와이드닝 사운드 스테이지 수단;상기 와이드닝 사운드 스테이지 수단에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합하여 보컬 성분을 제거하는 2차보컬 제거 수단을 포함하는 보컬 성분 제거 장치.
- 제1항에 있어서, 1차보컬 제거 수단은좌, 우채널의 입력 신호의 이득을 조정하는 좌,우 이득 조정부;상기 좌,우 이득 조정부에서 조정된 좌, 우 채널의 입력 신호를 소정 시간 지연 시키는 좌,우 신호지연부;좌 채널의 입력 신호와 상기 우 지연부에서 지연된 우 채널의 입력 신호를 차감하여 좌 채널의 보컬 성분을 제거하는 제1좌 차감부;우 채널의 입력 신호와 상기 좌 신호 지연부에서 지연된 좌 채널의 입력 신 호를 차감하여 우 채널의 보컬 성분을 제거하는 제1우 차감부를 구비하는 것을 특징으로 하는 보컬 성분 제거 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 좌,우 지연부는 입력 신호를 소정 샘플 기간 동안 지연시키는 것임을 특징으로 하는 보컬 성분 제거 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 와이드닝 사운드 스테이지 수단은좌, 우채널의 신호의 이득을 조정하는 좌,우 이득 조정부;상기 좌,우 이득 조정부에서 조정된 좌, 우채널의 신호를 지연시키는 좌,우 신호지연부;상기 좌 채널의 신호와 상기 좌 신호 지연부를 통해 피드백-딜레이된 우 채널 신호를 합산하여 좌 채널의 사운드 스테이지를 와이드닝시키는 제2좌 합산부;상기 우 채널의 신호와 상기 우 신호 지연부를 통해 피드백-딜레이된 좌 채널 신호를 합산하여 우 채널의 사운드 스테이지를 와이드닝시키는 제2우 합산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 보컬 성분 제거 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 2차보컬 제거 수단은좌, 우 채널의 신호를 차감하는 신호 차감부;좌 채널의 신호의 저역 성분을 통과시키는 좌 저역패스필터;우 채널의 신호의 저역 성분을 통과시키는 우 저역패스필터;상기 신호 차감부에서 출력되는 신호의 고역 성분을 통과시키는 고역패스필터;상기 좌 저역패스필터와 상기 고역패스필터로부터 출력되는 신호를 합산하는 제3 좌 합산부;상기 우 저역패스필터와 상기 고역패스필터로부터 출력되는 신호를 합산하는 제3우 합산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 보컬 성분 제거 장치.
- 보컬 성분 제거 방법에 있어서,좌, 우 채널의 입력 신호중에서 어느 한 채널의 신호를 딜레이시키고, 그 딜레이된 채널의 입력 신호와 다른 채널의 입력 신호를 피드 포워드-크로스 믹싱하여 보컬 성분을 제거하는 1차보컬제거과정;상기 과정에서 믹스된 좌, 우 채널의 신호중에서 어느 한 채널의 신호를 딜레이시키고, 그 딜레이된 채널의 신호와 다른 채널의 신호를 피드백-크로스 합산하여 사운드스테이지를 와이드닝시키는 사운드 스테이지 와이드닝 과정;상기 과정에서 출력되는 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합하여 보칼 성분을 제거하는 2차보컬제거과정을 포함하는 보컬 성분 제거 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 1차보컬 성분 제거 과정은좌 채널의 입력 신호와 소정 샘플 지연된 우 채널의 입력 신호를 차감하여 좌 채널의 보컬 성분을 제거하는 과정;우 채널의 입력 신호와 소정 샘플 지연된 좌 채널의 입력 신호를 차감하여 우 채널의 보컬 성분을 제거하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 보컬 성분 제거 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 사운드 스테이지 와이드닝 과정은좌 채널의 신호와 피드백-딜레이된 우 채널 신호를 합산하여 좌 채널의 사운드 스테이지를 와이드닝 시키는 과정;우 채널의 신호와 피드백-딜레이된 좌 채널 신호를 합산하여 우 채널의 사운드 스테이지를 와이드닝 시키는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 보컬 성분 제거 방법.
- 제6항에 있어서 상기 2차보컬 성분 제거 과정은좌, 우 채널의 신호를 차감하는 과정;상기 과정에서 차감된 신호의 고역 성분을 통과시키는 과정;상기 좌 채널의 저역 패스 필터링된 신호와 상기 고역 패스 필터링된 신호를 함산하여 보컬 성분이 제거된 좌 채널의 신호를 출력하는 과정;상기 우 채널의 저역 패스 필터링된 신호와 상기 고역 패스 필터링된 신호를 합산하여 보컬 성분이 제거된 우 채널의 신호를 출력하는 과정을 구비하는 것을 특징으로하는 보컬 성분 제거 방법.
- 가라오케 시스템에 있어서,오디오 소스를 좌우 채널로 생성하는 오디오 소스발생부;상기 오디오 소스 발생부에서 생성된 오디오 소스를 소정의 신호 포맷에 의해 디코딩하는 디코더부;상기 디코더부에서 디코딩된 좌, 우 채널의 입력 신호를 소정의 딜레이를 갖고 피드 포워드-크로스 믹싱하고, 그 믹싱된 좌, 우 채널의 신호를 소정의 딜레이를 갖고 피드백-크로스 합산하고, 그 합산된 좌, 우 채널의 신호를 저역 필터링하고, 그 저역 필터링된 좌우 저주파 성분과 좌우 채널의 차의 고주파 성분을 혼합하는 보컬 제거부를 포함하는 가라오케 시스템.
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