KR100677612B1 - 오디오 재생 속도 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

빠른 재생 속도 및 느린 재생 속도 모드에 따라 주파수 영역에서 데시메이션 및 인터폴레이션을 수행하여 오디오의 재생 속도를 제어하는 오디오 재생 속도 제어 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 입력되는 시간 영역의 오디오 신호를 주파수 영역의 오디오 신호로 변환하는 과정, 빠른 재생 속도 모드시 상기 주파수 영역의 오디오 신호를 데시메이션하고, 느린 재생 속도 모드시 상기 주파수 영역의 신호를 인터폴레이션하는 과정, 상기 데시메이션 또는 인터폴레이션된 주파수 영역의 오디오 신호를 시간 영역의 신호로 변환하여 원래의 오디오 신호로 복구하는 과정을 포함한다.

Description

오디오 재생 속도 제어 장치 및 그 방법{Method and apparatus for controlling playback speed}

도 1은 종래의 오디오 재생 속도 제어 방법을 보이는 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 빠른 재생시의 오디오 재생 속도 제어 장치를 보이는 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 느린 재생시의 오디오 재생 속도 제어 장치를 보이는 블록도이다.

본 발명은 오디오 재생 기기에 관한 것이며, 특히 빠른 재생 속도 및 느린 재생 속도 모드에 따라 주파수 영역에서 데시메이션 및 인터폴레이션을 수행하여 오디오의 재생 속도를 제어하는 오디오 재생 속도 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

통상적으로 디지털 오디오 재생 기기는 오디오 재생 속도를 제어하기 위해 SOLA(SOLA(Synchronized OverLap Add) 또는 WSOLA(Waveform Similarity OverLap Add)과 같은 시간축 변환 방식을 이용한다. 이중에서 도 1을 참조하여 SOLA 방식의 예를 설명한다. SOLA 방식은 합성하고자하는 프레임을 앞서 합성한 신호와의 상호 상관 함수가 최대가 되는 위치에 평균 중첩 가산하는 것이다.

입력 음성 신호 x(n)으로부터 비례상수 α= Ss/Sa에 의해 시간축 변환된 신호y(n)을 만드는 경우의 예를 들어보자. 여기서 길이가 N인 프레임이 주어질 때, Sa는 분석 구간의 프레임간 간격이고 Ss는 합성 구간의 프레임간 간격이다. 따라서 α가 1보다 크다는 것은 음성 신호의 재생 속도가 느려지는 것이고(도 1의 (b)에 해당), α가 1보다 작다는 것은 음성 신호의 재생 속도가 빠르다는 것(도 1(a)에 해당)을 의미한다.

음성 신호x(n)에서 매 분석 구간Sa 마다 N개의 샘플로 구성된 프레임들을 가지고 매 Ss마다 합성 신호 y(n)을 합성하는 데 사용한다면 분석 구간Sa과 합성 구간 Ss사이에는 Ss = αSa 와 같은 식이 성립한다.

우선, SOLA는 x(n)에서 y(n)으로 첫번째 프레임을 복사한다. 그리고 m번째 입력 신호(x(mSa+j)(0≤j≤N-1))는 프레임별로 인접한 시간축 변환 신호(y(mSs+j))에서 동기가 맞추어져서 더해진다. 현재 프레임과 이전 프레임간의 상호 상관(cross-correlation)을 최대화시키기 위해 현재 프레임이 이동된다. 그러므로 SOLA는 프레임 내에서 가변적인 중첩 영역(overlap region)을 허용하며, 이는 입력 신호의 피치에 영향을 주지 않고 입력 신호의 시간축을 변환한다. 프레임들을 중첩 영역에서 합칠 때 가중치 함수(wighting function)를 이용한다. m번째 프레임에서 SOLA의 정규화된 상호 상관(normalized cross-correlation) 계수(Rm)는 허용되는 범위의 프레임 배치 옵셋(k)에 대해서 수학 식 1과 같이 구해진다.

여기서 x(n)은 시간축 변환을 위한 입력 신호를 나타내며, y(n)은 시간축 변환된 신호를 나타낸다. 그리고 m은 프레임의 순서를 나타내며, L은 x(n)과 y(n)의 중첩(overlapping)되는 영역의 길이를 나타낸다.

따라서 Rm이 정해지면, 시간축 변환된 y(n)은 수학식 2와 같이 갱신된다.

여기서 Lm은 정해진 Rm이 포함되는 두 신호간의 중첩 영역을 나타내며, f(j)는 0≤f(j)≤1 이 되도록 하는 가중 함수(weighting function)를 나타낸다.

그러나 SOLA 또는 WSOLA 방식은 오디오 재생 속도 제어에 있어 상관도를 계산하는 과정에서 많은 계산량을 필요로하기 때문에 제한된 하드웨어 리소스를 사용하는 디지털 오디오 재생기기에서 적용하기에는 어려움이 있었다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 오디오 재생 기기에 있어서 빠른 재생 속도 및 느린 재생 속도 모드에 따라 주파수 영역에서 데시메이션 및 인터폴레이션을 수행하여 오디오의 재생 속도를 제어하는 오디오 재생 속도 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 재생 기기의 오디오 재생 속도 제어 방법에 있어서,

(a) 입력되는 시간 영역의 오디오 신호를 주파수 영역의 오디오 신호로 변환하는 과정;

(b) 빠른 재생 속도 모드시 상기 주파수 영역의 오디오 신호를 데시메이션하고, 느린 재생 속도 모드시 상기 주파수 영역의 신호를 인터폴레이션하는 과정;

(c) 상기 데시메이션 또는 인터폴레이션된 주파수 영역의 오디오 신호를 시간 영역의 신호로 변환하여 원래의 오디오 신호로 복구하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 재생 속도 제어 장치에 있어서,

입력되는 N개 샘플의 오디오 데이터에 대해 FFT를 수행하여 주파수 영역의 오디오 샘플값으로 변환하는 FFT부;

빠른 재생 속도 모드시 상기 FFT부에서 변환된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 주파수 영역에서 데시메이션하는 데시메이션부;

느린 속도 재생 모드시 상기 FFT부에서 FFT 변환된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 주파수 영역에서 인터폴레이션하는 인터폴레이션부;

상기 데시메이션부 또는 상기 인터폴레이션부에서 데시메이션 또는 인터폴레이션된 주파수 영역의 오디오 신호를 역 푸리에 변환하여 시간 영역의 오디오 신호로 복원하는 IFFT부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 빠른 재생시의 오디오 재생 속도 제어 장치를 보이는 블록도이다.

먼저, 빠른 재생 모드 명령이 입력되면 시간 영역의 N개 샘플의 오디오 데이터가 입력된다.

FFT부(210)는 입력되는 N개 샘플의 오디오 데이터에 대해 N 포인트를 갖는 FFT를 수행하여 도 2의 (a)에 도시된 그래프와 같이 주파수 영역의 오디오 샘플값으로 변환한다. 일실시 예를 들면, FFT부(210)는 N개 샘플의 오디오 데이터들을 프레임 단위로 나누어 매 프레임마다 윈도우(window)를 취하고, 그 프레임 단위로 분할된 신호들을 푸리에 변환(Fast Foruier Transform: FFT)을 통해 주파수 스펙트럼 정보로 변환한다. 이때 윈도윙 방법은 일반적으로 해밍 윈도우(Hamming window)나 해닝 윈도우(Hanning window)등을 이용한다.

데시메이션부(220)는 FFT부(210)에서 FFT 변환된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 도 2의 (b)에 도시된 그래프와 같이 주파수 도메인에서 데시메이션(decimation)한다. 예를 들면, 원래 오디오 신호의 주파수 스펙트럼이 X(0), X(1), X(2),.........X(N-1) {여기서 N = 2ⁿ (n은 정수)} 이라고 하자. 이때 두 배로 재생속도를 빠르게 할 경우 원래 오디오 신호의 주파수 스펙트럼에서 그 재생 속도 에 해당하는 정수배의 데시메이션을 수행한다. 데시메이션은 원래 오디오 신호주파수 스펙트럼 X(0), X(1), X(2),.........X(N-1)으로 부터 X(0), X(2), X(4), .... , X(N-2)의 값만을 취하여 새로운 X'(0), X'(1), X'(2), .... , X'(N/2 - 1)의 스펙트럼을 생성한다. 데시메이션 신호(X'(k))는 2배 빠른 재생 속도일 경우 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

X'(k) = X(k *2) k = 0,1,2, .... , N/2 - 1

IFFT부(230)는 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 데시메이션부(220)에서 데시메이션된 주파수 영역의 오디오 신호를 역 푸리에 변환(Inverse Fast Foruier Transform:IFFT)를 통해 원래의 시간 영역의 N/2 샘플들의 오디오 신호로 복원한다. 즉, 데시메이션부(220)에서 생성된 X'(0), X'(1), X'(2), .... , X'(N/2 - 1)의 스펙트럼을 원래의 FFT 포인트반(N/2 포인트)으로 IFFT를 수행하면 2배의 빠른 재생속도를 가지는 오디오 신호를 생성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 느린 재생시의 오디오 재생 속도 제어 장치를 보이는 블록도이다.

먼저, 느린 재생 모드 명령이 입력되면 시간 영역의 N개 샘플의 오디오 데이터가 입력된다.

FFT부(310)는 입력되는 N개 샘플의 오디오 데이터에 대해 N포인트를 갖는 FFT를 수행하여 도 3의 (a)에 도시된 그래프와 같이 주파수 영역의 오디오 샘플값으로 변환한다. 일실시 예를 들면, FFT부(310)는 N개 샘플의 오디오 데이터들을 프 레임 단위로 나누어 매 프레임마다 윈도우(window)를 취하고, 그 프레임 단위로 분할된 신호들을 푸리에 변환(Fast Foruier Transform: FFT)을 통해 주파수 스펙트럼 정보로 변환한다.

인터폴레이션부(320)는 FFT부(310)에서 FFT 변환된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 도 3의 (b)에 도시된 그래프와 같이 인터폴레이션(interpolation)한다. 예를 들면, 두배로 재생속도를 느리게 할 경우 원래 오디오 신호의 주파수 스펙트럼에서 인터폴레이션을 수행한다. 즉, 오디오 신호의 주파수 스펙트럼이 X(0), X(1), X(2),.........X(N-1) {여기서 N = 2ⁿ (n은 정수)} 이라고 하자. 2배 느린 재생 모드 일 경우 인터폴레이션은 원래 오디오 신호의 주파수 스펙트럼 X(0), X(1), X(2),.........X(N-1)으로 부터 X(0), Xi(0), X(1), Xi(1), .... X(N-1), Xi(N-1)를 만들기 위해서 Xi(0), Xi(1), Xi(2), .... , Xi(N-1) 이라는 새로운 값을 만들어 낸다. 인터폴레이션 방법은 여러 가지가 있으나 일실시예로 리니어 인터폴레이션(linear interpolation)을 적용하면 디지털 원래 오디오 신호의 주파수 스펙트럼의 인접 두 스펙트럼 빈(bin)의 중간 값을 가지고 새로운 스펙트럼 빈(bin)을 생성할 수 있다. 인터폴레이션된 신호(xi(k))는 수학 식4와 같이 나타낼 수 있다.

Xi(k) = (X(k) + X((k+1))/2 k = 0, 1, 2, ... , N - 1

IFFT부(330)는 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 인터폴레이션(320)에서 인터폴레이션된 주파수 영역의 오디오 신호를 역 푸리에 변환(Inverse Fast Foruier Transform:IFFT)를 통해 원래의 시간영역의 오디오 신호로 복원한다. 즉, 인터폴레이션부(320)에서 생성된 X(0), Xi(0), X(1), Xi(1), .... X(N-1), Xi(N-1)의 스펙트럼을 N*2포인트의 IFFT를 수행하면 2배의 느린 재생속도를 가지는 N*2샘플들의 오디오 신호를 생성할 수 있다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 SOLA 또는 WSOLA 방식과 같이 시간 영역에서 복잡한 연산을 통해서 오디오의 재생속도를 제어하는 것이 아니라 빠른 재생 속도 및 느린 재생 속도 모드에 따라 주파수 영역에서의 데시메이션과 인터폴레이션을 통해서 오디오의 재생속도를 제어함으로써 복잡한 연산을 필요로 하지 않는다. 또한 주파수 영역에서의 어플리케이션이 적용되는 분야에서는 추가적인 주파수 영역으로의 변환을 필요로 하지 않으면서 바로 주파수 영역에서 오디오의 재생속도를 제어함으로써 계산량을 절감할 수 있다.

Claims (4)

1. 오디오 재생 기기의 오디오 재생 속도 제어 방법에 있어서,

   (a) 입력되는 시간 영역의 오디오 샘플들을 주파수 영역의 오디오 샘플값으로 변환하는 과정;

   (b) 빠른 재생 속도 모드시 상기 주파수 영역의 오디오 샘플값을 데시메이션하고, 느린 재생 속도 모드시 상기 주파수 영역의 오디오 샘플값을 인터폴레이션하는 과정;

   (c) 상기 데시메이션 또는 인터폴레이션된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 시간 영역의 신호로 변환하여 원래의 오디오 신호로 복구하는 과정을 포함하는 오디오 재생 속도 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 데시메이션된 신호(X'(k))는

   오디오 신호의 주파수 스펙트럼이 X(0), X(1), X(2),.........X(N-1)라 하면

   X'(k) = X(k *2), k = 0,1,2, .... , N/2 - 1 로 생성되는 것임을 특징으로 하는 오디오 재생 속도 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 인터폴레이션된 신호(Xi(k))는

   오디오 신호의 주파수 스펙트럼이 X(0), X(1), X(2),.........X(N-1)라 하면 Xi(k) = (X(k) + X(k+1))/2, k = 0, 1, 2, ... , N - 1 로 생성되는 것임을 특징으로 하는 오디오 재생 속도 제어 방법.
4. 오디오 재생 속도 제어 장치에 있어서,

   입력되는 N개 샘플의 오디오 데이터에 대해 FFT를 수행하여 주파수 영역의 오디오 샘플값으로 변환하는 FFT부;

   빠른 재생 속도 모드시 상기 FFT부에서 변환된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 주파수 영역에서 데시메이션하는 데시메이션부;

   느린 속도 재생 모드시 상기 FFT부에서 FFT 변환된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 주파수 영역에서 인터폴레이션하는 인터폴레이션부;

   상기 데시메이션부 또는 상기 인터폴레이션부에서 데시메이션 또는 인터폴레이션된 주파수 영역의 오디오 샘플값을 역 푸리에 변환하여 시간 영역의 오디오 신호로 복원하는 IFFT부를 포함하는 오디오 재생 속도 제어 장치.

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