KR100862663B1 - 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법 및장치 - Google Patents

입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 신체에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 1 정보를 추출하고, 상기 머리전달함수로부터 상기 음원의 위치에서 발생한 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달 시, 상기 양 귀에서 생성되는 음압의 차이를 나타내는 제 2 정보를 추출하고, 상기 머리전달함수로부터 상기 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달하는데 소요되는 시간의 차이를 나타내는 제 3 정보를 추출한 후, 입력되는 신호를 추출된 제 1 정보, 제 2 정보 및 제 3 정보를 이용하여 공간상의 위치로 음상 정위함으로서, 머리전달함수로부터 추출한 가상 음원의 음상 정위에 영향을 미치는 중요한 정보만을 이용하여 적은 수의 필터 계수로 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위할 수 있다.

Description

입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법 및 장치{Method and apparatus to localize in space position for inputting signal.}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 음상 정위를 위해 사용하는 음파가 청취자의 귀로 전달되는 경로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 장치를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 4a는 외귀가 장착된 더미헤드를 나타낸 도면이다.
도 4b는 외귀가 장착되지 않은 더미헤드를 나타낸 도면이다.
도 4c는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 외귀가 장착된 더미헤드로부터 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 외귀가 장착되지 않은 더미헤드로부터 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 그래프이다.
도 5c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 외귀에 의해 반사되는 제 2 반사음을 나타내는 머리전달함수의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 이용되는 ITD 상호 상관성의 개념을 설명하기 위해 나타낸 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 측정된 머리 전달함수로부터 추출한 ITD 상호 상관성을 나타낸 그래프이다.
도 8c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 측정된 머리전달함수에서 ITD 상호 상관성을 감산한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 수학식 3을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 측정을 통해 획득한 ITD 상호 상관성과 수학식을 통해 획득한 ITD 상호 상관성을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 방법을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 청취자에 의해 반사되는 반사음에 관한 정보를 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.
본 발명은 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가상 음원의 음상 정위에 영향을 미치는 중요한 정보만을 추출하고, 추출된 정보를 이용하여 적은 수의 필터 계수로 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
음원의 3 차원적인 공간적 정위를 실현하기 위한 가상 입체 음향(3D sound)을 구현하는 경우, 일반적으로 측정된 머리전달함수(HRIR: Head Related Impulse Response)를 사용한다. 측정된 머리전달함수는 하나의 음원의 위치에 대한 청취자의 고막까지의 전달함수로, 음원에서 생성된 음파가 청취자의 고막까지 전달될 때까지 청취자의 청각 특성에 영향을 주는 많은 물리적인 효과를 포함하고 있다. 이러한 머리전달함수는 인간의 신체적인 구조를 평균화하여 만든 마네킹을 이용하여 음원의 삼차원적인 위치 변화 및 주파수의 변화에 따라 측정된 HRIR 데이터베이스로 구성된다. 따라서, 이 측정된 HRIR 데이터베이스를 이용하여 실제적인 가상 입체 음향 구현 시 다음과 같은 문제점이 있었다.
1 개의 가상 음원을 3 차원의 임의 위치에 음상 정위하는 경우, 측정된 머리전달함수 필터를 사용하는데, 다채널의 경우 그 채널의 수만큼 머리전달함수 필터의 수도 늘어나고, 정확한 음상 정위를 구현하기 위해서는 각각의 필터의 계수도 늘어나게 되어 대용량, 고성능의 프로세서가 요구된다는 문제점이 있었다. 또한, 청취자가 이동하는 경우에, 예상되는 청취자의 이동 위치들에서 측정된 대용량의 HRIR 데이터베이스와 이러한 대용량의 HRIR 데이터베이스를 이용하여 실시간으로 인터폴레이션(Interpolation) 알고리즘을 수행할 수 있는 대용량, 고성능의 프로세서가 요구된다는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가상 음원의 음상 정위에 영향을 미치는 중요한 정보만을 추출하고, 추출된 정보만을 이용하여 실험적으로 구해진 머리전달함수 필터를 대체하여 작은 용량, 저성능의 프로세서만으로도 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
또한, 상기된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법은 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 신체에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 1 정보를 추출하는 단계; 상기 머리전달함수로부터 상기 음원의 위치에서 발생한 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달 시, 상기 양 귀에서 생성되는 음압의 차이를 나타내는 제 2 정보를 추출하는 단계; 상기 머리전달함수로부터 상기 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도 달하는데 소요되는 시간의 차이를 나타내는 제 3 정보를 추출하는 단계; 및 입력되는 신호를 상기 추출된 제 1 정보, 제 2 정보 및 제 3 정보를 이용하여 공간상의 위치로 음상 정위하는 단계를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 장치는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 신체에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 1 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 1 정보를 이용하여 설정한 제 1 필터; 상기 머리전달함수로부터 상기 음원의 위치에서 발생한 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달 시, 상기 양 귀에서 생성되는 음압의 차이를 나타내는 제 2 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 2 정보를 이용하여 설정한 제 2 필터; 및 상기 머리전달함수로부터 상기 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달하는데 소요되는 시간의 차이를 나타내는 제 3 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 3 정보를 이용하여 설정한 제 3 필터를 포함하고, 입력되는 신호는 상기 설정된 제 1 필터, 제 2 필터 및 제 3 필터를 통해 공간상의 위치로 음상 정위되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 음상 정위를 위해 사용하는 음파가 청취자의 귀로 전달되는 경로를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 음원(100)은 소리가 생성되는 위치를 나타낸다. 음원(100)에서 생성된 음파는 청취자의 귀로 전달되고, 청취자는 귀의 고막(110)에 전달된 음파의 진동을 통해 음원(100)에서 생성된 소리를 청취하게 된다. 이 때, 음파는 여러 경로를 통해 청취자의 귀로 전달되는데, 본 발명의 일 실시예에서는 음원(100)에서 생성되어 청취자의 귀로 전달되는 음파를 3 가지로 분류하고, 분류된 음파를 이용하여 음상 정위한다. 이때, 음상 정위(Sound Image Localization)란, 인간이 느끼는 특정 음원의 위치를 가상의 위치에 정위시키는 것을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에서는 음파를 직접음(Direct Sound Wave), 청취자의 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음(Reflection Sound Wave) 및 청취자의 외귀(Pinna)에 의해 반사되는 제 2 반사음으로 분류한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 직접음은 경로 A를 통해 청취자의 귀로 직접적으로 전달된다. 제 1 반사음은 청취자의 어깨에 의해 반사되어, 경로 B를 통해 청취자의 귀로 전달된다. 제 2 반사음은 청취자의 외귀에 의해 반사되어, 경로 C를 통해 청취자의 귀로 전달된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 장치는 반사음 모델 필터(200), ILD 모델 필터(210) 및 ITD 모델 필터를 포함한다.
반사음 모델 필터(200)는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 어깨 및 외귀에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 정보를 추출하고, 추출된 정보를 이용하여 설정한다. 이때, 머리전달함수(Head Related Impulse Response, HRIR)란, 음원에서 생성된 임펄스 응답을 청취자의 양귀에서 측정한 데이터로서, 음원과 청취자의 고막 사이의 전달함수를 의미한다.
ILD(Interaural Level Difference) 모델 필터(210)는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 음원의 위치에서 발생한 직접음이 청취자의 양 귀까지 도달 시, 양 귀에서 생성되는 음압의 차이를 나타내는 정보를 추출하고, 추출된 정보를 이용하여 설정한다.
ITD(Interaural Time Difference) 모델 필터(220)는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 음원의 위치에서 발생한 직접음이 청취자의 양 귀까지 도달하는데 소요되는 시간의 차이를 나타내는 정보를 추출하고, 추출된 정보를 이용하여 설정한다.
입력 단자 IN 1을 통해 입력된 신호는 반사음 모델 필터(200), ILD 모델 필터(210) 및 ITD 모델 필터(220)를 통해 필터링된 후, 좌채널 및 우채널에 각각 대응시킨 후, 출력 단자 OUT 1 및 OUT 2를 통해 출력된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 장치를 상세하게 나타낸 도면이다.
반사음 모델 필터(200)는 제 1 반사음 모델 필터(300) 및 제 2 반사음 모델 필터(310)를 포함한다.
제 1 반사음 모델 필터(300)는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 어깨에 의해 반사되는 정도를 나타내는 제 1 반사음의 정보를 추출하고, 추출된 제 1 반사음의 정보를 이용하여 설정한다.
제 1 반사음 모델 필터(300)는 저대역 필터(301), 이득 처리부(302) 및 지연 처리부(303)를 포함한다. 저대역 필터(301)는 입력 단자 IN 1을 통해 입력되는 신호를 필터링하여 저대역 신호를 출력한다. 출력된 저대역 신호는 이득 처리부(302)를 통해 이득이 조절된 후, 지연 처리부(303)를 통해 지연 처리된다.
제 2 반사음 모델 필터(310)는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 외귀에 의해 반사되는 제 2 반사음의 정보를 추출하고, 추출된 제 2 반사음의 정보를 이용하여 설정한다.
제 2 반사음 모델 필터(300)는 다수의 이득 및 지연 처리부(311, 312 및 313)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 3 개의 이득 및 지연 처리부를 포함하였으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 입력 단자 IN 1을 통해 입력되는 신호는 이득 및 지연 처리부를 통해 이득이 조절되고, 지연 처리된 후 출력된다.
ILD 모델 필터(210)는 좌채널에 대응시켜 이득을 조절하는 이득 처리부(L)(211) 및 우채널에 대응시켜 이득을 조절하는 이득 처리부(R)(212)를 포함한다. 이득 처리부(L)(211) 및 이득 처리부(R)(212)의 이득 값은 주파수 영역의 한 위치에서 측정한 음원에 대한 양 귀의 전달함수의 음압비를 통해 설정한다. 이는
[수학식 1]로 나타낼 수 있다.
Figure 112007007671967-pat00001
(Xright 는 특정 음원에서 측정한 오른쪽 귀의 음압이고, Xleft 는 특정 음원에서 측정한 왼쪽 귀의 음압이다.)
수학식 1에 표현된 음압비는 음원의 위치에 따라 다른 값을 나타낸다.
ITD 모델 필터(220)은 좌채널에 대응시켜 지연 처리하는 지연 처리부(L)(221) 및 우채널에 대응시켜 지연 처리하는 지연 처리부(R)(222)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 장치는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 반사음 모델 필터(200), ILD 모델 필터(210) 및 ITD 모델 필터(220)을 설정한다. 이하 하기와 같은 도면을 참조하여, 그 과정을 살펴본다.
도 4a는 외귀가 장착된 더미헤드를 나타낸 도면이다.
더미헤드(Dummy Head)란, 청취자의 머리와 유사하게 만든 인형으로, 청취자의 고막 대신에 고성능 마이크로폰을 부착하여, 음원에서 발생한 임펄스 응답을 측정하여 음원의 위치에 따른 머리전달함수를 구한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 외귀를 장착한 더미헤드를 이용하여 측정한 머리전달함수에는 외귀에 의해 반사되는 제 2 반사음이 포함되어 있다.
도 4b는 외귀가 장착되지 않은 더미헤드를 나타낸 도면이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 외귀를 장착하지 않는 더미헤드를 이용하여 측정한 머리전달함수에는 외귀에 의해 반사되는 제 2 반사음이 포함되어 있지 않다.
도 4c는 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 도면이다.
음원을 공간상의 특정의 위치로 정위시키기 위해서는 청취자(400)를 기준으로 위치를 이동하여 측정한 머리전달함수가 필요하다. 이 때, 음원의 위치는 청취자(400)를 기준으로 나타낸 평면의 각인 방위각으로 나타낼 수 있다. 따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 청취자를 기준으로 방위각을 이동시킨 음원의 위치들 각각에서 도 4a 및 도 4b의 더미헤드를 이용하여 머리전달함수를 측정한다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 외귀가 장착된 더미헤드로부터 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 그래프이다.
도 5a에 도시된 그래프에서 z축은 음압의 크기(Mag.)를 나타내고, y축은 평면상에서 음원의 위치를 나타낸 방위각(azimuth angle)을 나타내고, x축은 측정된 HRIR 데이터 수를 나타낸다. 이때 샘플링 비(Sampling ratio)를 알기 때문에 x축은 시간으로 치환할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 외귀가 장착되지 않은 더미헤드로부터 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 데이터들은 양 귀간의 시간 지연 차이를 나타내는 ITD 상호 상관성(ITD cross correlation)이 제거된 데이터들이다. 도 5a 및 도 5b를 이용하여 계산한 도 5c는 외귀에 의한 반사음만을 나타내기 때문이다.
도 5c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 외귀에 의해 반사되는 제 2 반사음을 나타내는 머리전달함수의 그래프이다. 도 5c에 도시된 외귀에 의해 반사되는 반사음은 도 5a의 그래프에서 도 5b의 그래프를 감산하여 얻는다. 즉, 외귀를 장착한 더미헤드로부터 측정한 머리전달함수로부터 외귀를 장착하지 않은 더미헤드로부터 측정한 머리전달함수를 감산함으로서, 외귀에 의해 반사되는 제 2 반사음을 나타낸 도 5c의 그래프를 얻을 수 있다.
도 5c에 도시된 그래프를 통해 청취자의 외귀에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 2 반사음의 정보를 추출하고, 추출된 제 2 반사음의 정보를 이용하여 도 3에 도시된 제 2 반사음 모델 필터(310)를 설정한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 반사음 모델 필터(310)는 이득을 조절하고, 지연 처리하는 이득 및 지연 처리부를 다수 개 포함한다. 이득 및 지연 처리부는 음원의 위치에 대응하여 설정되는데, 이득 및 지연 처리부의 이득 값은 도 5c에 도시된 그래프의 각 음원의 위치에서 가장 큰 음압을 나타내는 음압의 분포를 이용하여 모델링한다. 모델링 시 이득 값의 데이터 량을 줄이기 위하여 가장 음압이 큰 것부터 하여 3 내지 4 정도만을 고려한다.
이 때, 이득 및 지연 처리부의 이득 값과 지연 값은 [수학식 2]을 통해 함께 표현할 수 있다.
Figure 112007007671967-pat00002
(τ(θ)는 음원의 위치에 따른 지연 처리 값을 나타내고, θ는 음원의 방위각, An, Bn 및 Dn은 도 5c의 그래프로부터 추출한 값이다.)
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음을 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 그래프는 외귀가 없는 더미헤드를 사용하여 측정한 머리전달함수를 음원의 위치, 시간 및 음압으로 나타낸 그래프이다. 음원에서 발생한 음파가 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음은 도 6에 도시된 바와 같이, 음원의 위치에 따라 음압 및 시간이 다르게 나타난다. 따라서, 도 6에 도시된 그래프를 통해 청취자의 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음의 정보를 추출하고, 추출된 제 1 반사음의 정보를 이용하여 도 3에 도시된 제 1 반사음 모델 필터(300)를 설정한다. 도 6에 도시된 그래프를 통해 이득 값과 지연처리 값을 음원의 위치에 따라 추출하고, 추출된 값들을 이용하여 테이블 형식으로 메모리에 저장하여 필요한 각도의 경우에만 사용한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 반사음 모델 필터(300)는 이득을 조절하는 이득 처리부(302), 지연 처리하는 처리부(303)를 포함하는데, 테이블 형식으로 메모리에 저장된 이득 값으로 이득 처리부(302)의 이득 값을 설정하고, 저장된 지연 처리 값으로 지연 처리부(303)의 지연 처리 값을 설정한다. 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음은 주파수가 낮은 음파에 대해서 주로 발생하므로, 제 1 반사음 모델 필터(300)는 저대역 필터(301)를 구비하여 저대역 신호만을 필터링한 후, 지연 처리부(302) 및 이득 처리부(303)를 통해 신호 처리한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 이용되는 ITD 상호 상관성의 개념을 설명하기 위해 나타낸 그래프이다.
음원에서 생성된 음파가 양귀까지 도달하는 시간의 차이를 나타낸 ITD 상호 상관성(ITD cross correlation)은 한쪽 귀를 기준으로 서로 다른 위치의 두개의 음원의 HRIR이 도 7에 도시된 바와 같이 나타난다. 이때, 하나의 음원의 위치를 기준으로 할 때 다음 음원에서 발생한 음파가 귀까지 도달하는 상대적인 시간의 차이가 ITD 상호 상관성이다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 기준 HRIR과 다른 HRIR에서 최대 크기에 해당하는 시간을 검출하여, ITD 상호 상관성을 추출한다.
도 8a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 도 7에 도시된 ITD 상호 상관성의 개념을 이용하여, 음원의 위치에 따라 한쪽 귀에 전달되는 머리전달함수를 나타낸 도면이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 한쪽 귀에 전달되는 머리전달함수는 음원의 위치에 따라 다른 값을 나타낸다.
도 8b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 측정된 머리 전달함수로부터 추출한 ITD 상호 상관성을 나타낸 그래프이다.
즉, 도 8b는 하나의 각도를 기준으로 나머지 위치의 음원의 상대적인 시간차 인 ITD 상호 상관성을 나타낸 도면이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, ITD 상호 상관성은 음원의 위치에 따라 변하는데, 그 형태는 정현파와 유사하다.
이와 같이, 음원의 위치에 대응하는 ITD 상호 상관성을 나타낸 도 8의 그래프는 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 수학식 3을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 9에 도시된 도면을 참조하여, 수학식 3을 설명한다.
Figure 112007007671967-pat00003
도 9에 도시된 바와 같이, [수학식 3]에서 a는 청취자(900)의 머리 반경을 나타내고, θa(920)는 청취자의 정면을 기준으로 할 때, 음원(910)의 위치를 나타낸 방위각이다. θear는 청취자의 정면을 기준으로 할 때, 귀의 위치를 나타낸 방위각이다.
따라서, [수학식 3]을 통해, ITD 모델 필터(220)의 좌채널에 대응시켜 지연 처리하는 지연 처리부(L)(221) 및 우채널에 대응시켜 지연 처리하는 지연 처리부(R)(222)의 지연 처리 값을 설정한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 측정을 통해 획득한 ITD 상호 상관성과 수학식을 통해 획득한 ITD 상호 상관성을 비교한 그래프이다.
[수학식 3]를 통해 획득한 ITD 상호 상관성을 나타낸 그래프(1000)와 측정된 머리전달함수로부터 추출한 ITD 상호 상관성을 나타낸 그래프(1100)는 도 10에 도시된 바와 같이 유사함을 알 수 있다.
도 8c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 측정된 머리전달함수에서 ITD 상호 상관성을 감산한 그래프이다.
음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수에서 음원의 위치의 변화에 따른 ITD 상호 상관성을 감산하면, 도 8c와 같은 도면을 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 음상 정위 장치를 나타낸 도 3을 참조하여, 음상 정위하는 방법을 살펴본다.
제 1100 단계에서 머리전달함수로부터 청취자의 신체에 의해 반사되는 반사음에 관한 제 1 정보를 추출한다. 보다 상세하게는, 도 4c에 도시된 바와 같이, 더미헤드를 기준으로 이동한 음원의 위치에서 생성한 임펄스 응답을 청취자의 양귀에서 측정한 머리전달함수로부터 반사음에 관한 제 1 정보를 추출한다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 청취자에 의해 반사되는 반사음에 관한 정보를 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.
이하 도 12을 참조하여, 도 11의 제 1100 단계에서 수행되는 과정을 살펴본 다.
제 1200 단계에서 머리전달함수로부터 청취자의 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음의 정보를 추출한다. 제 1 반사음의 정보는 도 6에 도시된 바와 같이 음원의 위치에 따라서 음압 및 시간이 다르게 나타난다. 따라서 도 6에 도시된 그래프를 통해 청취자의 어깨에 의해 반사되는 제 1 반사음의 정보를 추출한다. 추출된 제 1 반사음의 정보를 이용하여, 도 3에 도시된 제 1 반사음 필터(300)의 이득 처리부(302)의 이득 값 및 지연 처리부(303)의 지연 처리 값을 설정한다.
제 1210 단계에서 머리전달함수로부터 청취자의 외귀에 의해 반사되는 제 2 반사음의 정보를 추출한다. 제 2 반사음의 정보는 5c에 도시된 그래프와 같다. 따라서, 도 5c에 도시된 그래프로부터 제 2 반사음의 정보를 추출하고, 추출된 제 2 반사음의 정보를 이용하여, 도 3에 도시된 제 2 반사음 필터(310)의 이득/지연 처리부의 이득/지연 값을 다수 개 설정한다. 설정되는 이득/지연 값은 도 5c에 도시된 그래프의 각 음원의 위치에서 가장 큰 음압을 나타내는 음압의 순서대로 3 내지 4 개 추출하여, 추출한 개수만큼 설정한다. 그러나, 이는 연산 데이터량을 줄이기 위해 본 발명에서 그 개수를 정한 것이므로, 추출하는 개수에는 제한이 없다.
다시 도 11을 참조하면, 제 1110 단계에서 머리전달함수로부터 청취자의 양 귀에서 생성되는 음압의 차이에 관한 제 2 정보를 추출한다. 추출된 제 2 정보는 좌채널 및 우채널에 각각 대응시켜, 도 3에 도시된 바와 같이 ILD 모델 필터(210)의 이득 처리부(211, 212)의 이득 값으로 각각 설정한다. 이 때, 좌채널 및 우채널에 각각 설정되는 이득 값은 주파수 영역의 한 위치에서 측정한 음원에 대한 양 귀 의 전달함수의 음압비를 이용하여 설정한다. 양 귀의 전달함수의 음압비는 [수학식 1]에 도시된 바와 같다.
제 1120 단계에서 머리전달함수로부터 청취자의 양 귀까지 도달하는데 소요되는 시간의 차이에 관한 제 3 정보를 추출한다. 이 때, 제 3 정보는 ITD 상호 상관성을 의미하므로, 제 3 정보는 8b에 도시된 그래프로부터 추출할 수 있다. 이 때, 제 3 정보를 나타낸 수학식 8b의 그래프는 수학식 3으로 나타낼 수 있으므로, 수학식 3을 통해, 도 3에 도시된 바와 같이 ITD 모델 필터(220)의 지연 처리부(221, 222)의 시간 지연 값을 좌채널 및 우채널에 각각 대응시켜 설정한다.
제 1130 단계에서 입력되는 신호를 추출된 제 1 정보, 제 2 정보 및 제 3 정보를 이용하여 공간상의 위치로 음상 정위한다. 즉, 입력되는 신호를 제 1100 단계, 제 1110 단계 및 제 1120 단계를 통해 추출한 정보들로 설정한 지연 처리 값 및 이득 값으로 신호 처리하여, 공간상의 위치로 음상 정위한다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한 다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의한 입력되는 신호를 공간상의 위치로 음상 정위하는 방법 및 장치에 따르면, 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 신체에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 1 정보를 추출하고, 상기 머리전달함수로부터 상기 음원의 위치에서 발생한 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달 시, 상기 양 귀에서 생성되는 음압의 차이를 나타내는 제 2 정보를 추출하고, 상기 머리전달함수로부터 상기 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달하는데 소요되는 시간의 차이를 나타내는 제 3 정보를 추출한 후, 입력되는 신호를 추출된 제 1 정보, 제 2 정보 및 제 3 정보를 이용하여 공간상의 위치로 음상 정위함으로서, 가상 음원의 음상 정위에 영향을 미치는 중요한 정보만을 추출하고, 추출된 정보를 이용하므로 적은 수의 필터 계수를 가지고 구현할 수 있다. 또한, 적은 용량의 프로세서만으로 구현이 가능하므로 모바일 기기와 같이 용량이 적은 기기에서도 구현할 수 있다.

Claims (12)

  1. (a) 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 신체에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 1 정보를 추출하는 단계;
    (b) 상기 머리전달함수로부터 상기 음원의 위치에서 발생한 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달 시, 상기 양 귀에서 생성되는 음압의 차이를 나타내는 제 2 정보를 추출하는 단계;
    (c) 상기 머리전달함수로부터 상기 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달하는데 소요되는 시간의 차이를 나타내는 제 3 정보를 추출하는 단계; 및
    (d) 입력되는 신호를 상기 (a), (b) 및 (c) 단계를 통해 추출된 정보들을 이용하여 공간상의 위치로 음상 정위하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    (a 1) 상기 추출된 제 1 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 다수의 이득/지연 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (b) 단계는
    (b 1) 상기 추출된 제 2 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 이득 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (c) 단계는
    (c 1) 상기 추출된 제 3 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 시간 지연 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (d) 단계는 입력되는 신호를 상기 (a 1)를 통해 설정된 다수의 이득/지연 값과 (b 1) 및 (c 1) 단계를 통해 설정된 이득 값 및 시간 지연 값으로 이득을 조절하고, 지연 처리하여 공간상의 위치로 음상 정위하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (b 1) 단계는
    상기 추출된 제 2 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 이득 값을 좌채널 및 우채널에 각각 대응시켜 설정하고,
    상기 (c 1) 단계는
    상기 추출된 제 3 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 시간 지연 값을 좌채널 및 우채널에 각각 대응시켜 설정하고,
    상기 (d) 단계는
    (d 1) 상기 입력되는 신호를 상기 (a 1) 단계를 통해 설정된 다수의 이득/지연 값으로 이득을 조절하고, 지연 처리하는 단계; 및
    (d 2) 상기 (d 1) 단계를 통해 이득이 조절되고, 지연 처리된 신호를 상기 (b 1) 및 (c 1) 단계를 통해 설정된 이득 값 및 시간 지연 값으로 채널별로 각각 이득을 조절하고, 지연 처리하여 공간상의 위치로 음상 정위하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    (a 2) 상기 머리전달함수로부터 상기 청취자의 어깨에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 1 반사음의 정보를 추출하는 단계; 및
    (a 3) 상기 머리전달함수로부터 상기 청취자의 외귀에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 2 반사음의 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 (a 3) 단계는
    외귀를 장착한 더미헤드로부터 측정한 제 1 머리전달함수와 외귀를 장착하지 않은 더미헤드로부터 측정한 제 2 머리전달함수의 차로부터 상기 제 2 반사음의 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a 2) 단계는
    (a 21) 상기 추출된 제 1 반사음의 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 이득 값 및 시간 지연 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (a 3) 단계는
    (a 31) 상기 추출된 제 2 반사음의 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 다수의 이득/지연 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (b) 단계는
    (b 2) 상기 추출된 제 2 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 이득 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (c) 단계는
    (c 2) 상기 추출된 제 3 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 시간 지연 값을 설정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (d) 단계는
    (d 3) 상기 입력되는 신호를 상기 (a 21) 및 (a 31) 단계를 통해 설정된 다수의 이득/지연 값으로 이득을 조절하고, 지연 처리하는 단계; 및
    (d 4) 상기 (d 3) 단계를 통해 이득이 조절되고, 지연 처리된 신호를 상기 (b 2) 및 (c 2) 단계를 통해 설정된 이득 값 및 시간 지연 값으로 이득을 조절하고, 지연 처리하여 공간상의 위치로 음상 정위하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음상 정위하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (b 2)단계는
    상기 추출된 제 2 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 이득 값을 좌채널 및 우채널에 각각 대응시켜 설정하고,
    상기 (c 2) 단계는
    상기 추출된 제 3 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 시간 지연 값을 좌채널 및 우채널에 각각 대응시켜 설정하고,
    상기 (d 4) 단계는
    상기 (d 3) 단계를 통해 이득이 조절되고, 지연 처리된 신호를 상기 (b 2) 및 (c 2) 단계를 통해 설정된 이득 값 및 시간 지연 값으로 채널 별로 각각 이득을 조절하고, 지연 처리하여 공간상의 위치로 음상 정위하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음상 정위하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  9. 음원의 위치의 변화에 따라 측정한 머리전달함수로부터 청취자의 신체에 의해 반사되는 반사음을 나타내는 제 1 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 1 정보를 이용하여 설정한 제 1 필터;
    상기 머리전달함수로부터 상기 음원의 위치에서 발생한 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달 시, 상기 양 귀에서 생성되는 음압의 차이를 나타내는 제 2 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 2 정보를 이용하여 설정한 제 2 필터; 및
    상기 머리전달함수로부터 상기 직접음이 상기 청취자의 양 귀까지 도달하는데 소요되는 시간의 차이를 나타내는 제 3 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 3 정 보를 이용하여 설정한 제 3 필터를 포함하고,
    입력되는 신호는 상기 설정된 제 1 필터, 제 2 필터 및 제 3 필터를 통해 공간상의 위치로 음상 정위되는 것을 특징으로 하는 음상 정위 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 필터는
    상기 추출된 제 1 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 이득/지연 값을 설정하고, 상기 설정된 이득/지연 값으로 이득을 조절하고 지연 처리하는 이득/지연 처리부를 다수 개 포함하고,
    상기 제 2 필터는
    상기 추출된 제 2 정보로부터 음원의 위치의 변화에 대응하는 이득 값을 설정하고, 상기 설정된 이득 값으로 이득을 조절하는 제 2 이득 처리부를 포함하고,
    상기 제 3 필터는
    상기 제 3 정보로부터 음원의 위치에 변화에 대응하는 시간 지연 값을 설정하고, 상기 설정된 시간 지연 값으로 지연 처리하는 제 3 지연 처리부를 포함하고,
    입력되는 신호는 상기 제 1 필터의 다수의 이득/지연 처리부를 통해 설정된 지연/이득 값으로 지연 처리되고, 이득이 조절된 후, 상기 지연 처리되고 이득이 조절된 신호는 상기 제 2 필터의 제 2 이득 처리부를 통해 이득이 조절된 후, 상기 제 3 필터의 제 3 지연 처리부를 통해 지연 처리되어 공간상의 위치로 음상 정위되는 것을 특징으로 하는 음상 정위 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 필터는
    상기 머리전달함수로부터 상기 청취자의 어깨에 의해 반사되는 정도를 나타내는 제 1 반사음의 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 1 반사음의 정보를 이용하여 설정한 제 1 반사음 모델 필터; 및
    상기 머리전달함수로부터 상기 청취자의 외귀에 의해 반사되는 정도를 나타내는 제 2 반사음의 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 2 반사음의 정보를 이용하여 설정한 제 2 반사음 모델 필터를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 음상 정위 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 반사음 모델 필터는
    외귀를 장착한 더미헤드로부터 측정한 제 1 머리전달함수와 외귀를 장착하지 않은 더미헤드로부터 측정한 제 2 머리전달함수의 차로부터 상기 제 2 반사음의 정보를 추출하고, 상기 추출된 제 2 반사음의 정보를 이용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 음상 정위 장치.
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