KR100911689B1 - A method and an apparatus for detecting realtime music beat period - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입력되는 음악 신호를 주파수응답으로 변환하는 단계, 상기 변환된 주파수응답을 주파수 대역별로 구분하여, 주파수 대역별 파워 및 최대 인접 파워를 측정하는 단계, 상기 구분된 주파수 대역 별로 인접 파워 증가량 및 연속 인접 파워 증가율을 결정하는 단계, 상기 결정된 연속 인접 파워 증가율의 주기성을 파악하여 비트 주기를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 음악 비트 주기 추출 방법을 제공한다.The present invention includes the steps of converting an input music signal into a frequency response, dividing the converted frequency response for each frequency band, measuring power for each frequency band and maximum adjacent power, increasing amount of adjacent power for each of the divided frequency bands, and Determining a continuous contiguous power increase rate; and extracting a bit period by grasping the determined periodicity of the contiguous contiguous power increase rate.
따라서, 본 발명에 의하면, 정확성을 높이면서도, 구현이 간단하며, 실시간성을 높일 수 있는 음악 비트 주기 추출 방법 및 장치의 제공이 가능하다. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a method and apparatus for extracting a music beat period which can be easily implemented and improve real-time while improving accuracy.
음악 비트 주기 추출 Music beat cycle extraction
Description
본 발명은 실시간으로 입력되는 음악의 오디오 신호를 분석하여 음악의 비트 주기를 추출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 장치 및 방법을 통해 음악의 비트 주기를 추출하여, 다양한 산업분야에 유용하게 사용될 수 있다. The present invention relates to a method and apparatus for extracting a beat period of music by analyzing an audio signal of music input in real time. By extracting the beat period of the music through the apparatus and method provided by the present invention, it can be usefully used in various industries.
기존의 음악 비트를 검출하기 위한 방법은, 비트를 추출함에 있어서 정확성이 떨어지는 단점이 있거나, 또는 정확성을 높일 수 있다면 실제 구현하는데 있어서 그 방법이 복잡하고 실시간성이 떨어지는 단점을 가진다. Existing methods for detecting music beats have the disadvantage of inferior accuracy in extracting the beats, or if the accuracy can be increased, the methods are complicated and in real time poor in realization.
따라서 정확성을 높이면서도, 구현이 간단하며, 실시간성을 높일 수 있는 음악 비트 추출 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a method of extracting music beats that can be easily implemented and improve real-time while increasing accuracy.
본 발명은 종래기술의 복잡한 알고리즘과 달리, 주파수 대역별 온셋 관리자들을 유지하지 않고 화성변화나 드럼패턴을 추출하지 않기 때문에 구현하기 쉬우며 실시간으로 입력되는 음악을 분석해서 실시간으로 비트를 정확하게 추출하는 음악 비트 주기 추출 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Unlike the complicated algorithm of the related art, the present invention is easy to implement because it does not extract the harmonic change or drum pattern without maintaining the onset manager for each frequency band, and analyzes the music input in real time and accurately extracts the beat in real time. An object of the present invention is to provide a bit period extraction method and apparatus.
또한 음향 패턴을 결정하여 주파수 대역별 파워 변화량을 단순 측정하는 종래 기술과 달리, 본 발명에서는 인접 주파수 대역까지 파워 변화량을 비교하여 연속인접파워증가율을 추출함으로써, 그 정확성을 혁신적으로 높일 수 있는 음악 비트 주기 추출 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, in contrast to the conventional technology of determining a sound pattern and simply measuring the power variation for each frequency band, the present invention compares the power variation to an adjacent frequency band and extracts a continuous adjacent power increase rate, thereby innovating the accuracy of the music beat. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for extracting a cycle.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 입력되는 음악 신호를 주파수응답으로 변환하는 단계, 상기 변환된 주파수응답을 주파수 대역별로 구분하여, 주파수 대역별 파워 및 최대 인접 파워를 측정하는 단계, 상기 구분된 주파수 대역 별로 인접 파워 증가량 및 연속 인접 파워 증가율을 결정하는 단계, 상기 결정된 연속 인접 파워 증가율의 주기성을 파악하여 비트 주기를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 음악 비트 주기 추출 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of converting an input music signal into a frequency response, by dividing the converted frequency response for each frequency band, measuring the power and frequency of each adjacent band, the separated A method of extracting a real-time music beat period may include determining an adjacent power increase amount and a continuous adjacent power increase rate for each frequency band, and extracting a beat period by identifying the periodicity of the determined continuous adjacent power increase rate.
이때, 상기 음악 신호를 주파수 응답으로 변환하는 단계는 고속 퓨리에 변환 또는 웨이블렛 변환 중 하나를 사용하여, 시간 영역의 음악 신호를 주파수 응답으 로 변환하는 것을 특징으로 한다.In this case, the step of converting the music signal into a frequency response is characterized by converting the music signal of the time domain into a frequency response using one of a fast Fourier transform or a wavelet transform.
이때, 상기 변환된 주파수응답을 주파수 대역별로 구분하여, 주파수 대역별 파워를 측정하는 단계는 주파수 대역별로 주파수 성분들의 파워를 합산하여, 주파수 대역별 파워를 측정하는 것을 특징으로 한다.At this time, by dividing the converted frequency response for each frequency band, measuring the power for each frequency band is characterized by summing the power of the frequency components for each frequency band, measuring the power for each frequency band.
이때, 상기 변환된 주파수응답을 주파수 대역별로 구분하여, 주파수 대역별 최대 인접 파워를 측정하는 단계는 해당 주파수 대역의 파워와 인접 주파수 대역의 파워를 비교하여, 파워가 큰 값을 해당 주파수 대역의 최대 인접 파워로 결정하는 것을 특징으로 한다.At this time, by dividing the converted frequency response for each frequency band, measuring the maximum adjacent power for each frequency band by comparing the power of the corresponding frequency band and the power of the adjacent frequency band, a large value of the power of the corresponding frequency band It is characterized by determining the adjacent power.
이때, 상기 구분된 주파수 대역 별로 인접 파워 증가량을 결정하는 단계는 연속된 2개의 프레임에 대하여, 현재 프레임의 주파수 대역별 파워로부터, 이전 프레임의 주파수 대역별 최대인접 파워를 감산하여, 현재 프레임의 주파수 대역별 인접파워증가량을 결정하는 것을 특징으로 한다.In this case, the determining of the amount of adjacent power increase for each of the divided frequency bands is performed by subtracting the maximum adjacent power of each frequency band of the previous frame from the power of each frequency band of the current frame with respect to two consecutive frames. The amount of adjacent power increase for each band is determined.
이때, 상기 구분된 주파수 대역 별로 연속 인접 파워 증가율을 결정하는 단계는 연속된 2개의 프레임에 대하여, 현재 프레임의 주파수 대역별 인접파워증가량으로부터, 이전 프레임의 주파수 대역별 인접파워증가량을 감산하여, 현재 프레임의 주파수 대역별 인접파워증가량을 결정하는 것을 특징으로 한다.In this case, the determining of the successive adjacent power increase rate for each divided frequency band is, by subtracting the adjacent power increase by frequency band of the previous frame from the adjacent power increase by frequency band of the current frame, for the two consecutive frames. The amount of adjacent power increase for each frequency band of the frame is determined.
이때, 상기 결정된 연속 인접 파워 증가율의 주기성을 파악하여 비트 주기를 추출하는 단계는, 각 주파수 대역별 연속인접파워증가율의 주기들 중 가장 긴 주기의 소정 배수를 파워증가율 비교구간으로 설정하는 단계, 상기 설정된 파워증가율 비교구간에서 가장 주기성이 높은 주파수 대역을 선택하고, 해다 주파수 대역의 주기를 비트 주기로 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, extracting a bit period by grasping the determined periodicity of the continuous adjacent power increase rate, the step of setting a predetermined multiple of the longest period of the period of the continuous adjacent power increase rate for each frequency band as a power increase rate comparison interval, And selecting a frequency band having the highest periodicity in the set power increase rate comparison period, and extracting a period of the frequency band as a bit period.
이때, 상기 소정 배수는 음악의 박자에 상응하도록 설정되어, 상기 파워증가율 비교구간을 설정하는 것을 특징으로 한다.At this time, the predetermined multiple is set to correspond to the beat of the music, characterized in that for setting the power increase rate comparison section.
본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 실시간 입력되는 음악 신호를 주파수 응답으로 변환하는 주파수 응답 변환부, 상기 변환된 주파수 응답을 주파수 대역별로 구분하여, 주파수 대역별 연속 인접 파워 증가율을 측정하는 연속 인접 파워 증가율 측정부, 상기 측정된 연속 인접 파워 증가율의 소정 주기를 파워증가율비교구간으로 설정하여, 설정된 파워증가율비교구간에서 주기성이 높은 주기성을 갖는 주파수 대역을 선택하여, 해당 주파수 대역의 주기를 비트 주기로 추출하는 비트 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 음악 비트 주기 추출 장치를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a frequency response converting unit for converting a real-time input music signal into a frequency response, and continuous adjacent power for dividing the converted frequency response for each frequency band and measuring a continuous adjacent power increase rate for each frequency band An increase rate measuring unit sets a predetermined period of the measured continuous adjacent power increase rate as a power increase rate comparison section, selects a frequency band having a high periodicity in the set power increase rate comparison section, and extracts a period of the corresponding frequency band as a bit period. It provides a real-time music beat period extraction apparatus comprising a bit extraction unit.
이때, 상기 주파수 응답 변환부는 고속 퓨리에 변환 또는 웨이블렛 변환 중 하나를 사용하여, 시간 영역의 음악 신호를 주파수 응답으로 변환하는 것을 특징으로 한다.In this case, the frequency response converter converts the music signal in the time domain into a frequency response using one of a fast Fourier transform or a wavelet transform.
이때, 상기 연속 파워 증가율 측정부는, 상기 구분된 주파수 대역별로 파워를 측정하고, 인접한 주파수 대역 사이에서 최대인접파워를 결정하여, 인접한 주파수 대역의 인접 파워 증가량을 측정하고, 현재 프레임과 이전 프레임 사이의 연속 인접 파워 증가율을 측정하는 것을 특징으로 한다.In this case, the continuous power increase rate measuring unit measures power for each of the divided frequency bands, determines a maximum adjacent power between adjacent frequency bands, measures an adjacent power increase amount of adjacent frequency bands, and measures a current between a current frame and a previous frame. The continuous adjacent power increase rate is measured.
이때, 상기 비트 추출부는 상기 측정된 연속 인접 파워 증가율의 주기들 중에서 가장 긴 주기의 소정 배수를 파워증가율비교구간으로 설정하는 것을 특징으로 한다.In this case, the bit extracting unit may set a predetermined multiple of the longest period among the measured continuous adjacent power increase rates as a power increase rate comparison section.
이때, 상기 비트 추출부는 음악의 박자에 따라 상기 소정 배수를 선택하여 상기 파워증가율비교구간을 설정하는 것을 특징으로 한다.In this case, the beat extraction unit may select the predetermined multiple according to the beat of the music to set the power increase rate comparison section.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 음악 비트 주기 추출 방법 및 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effects of the music beat period extraction method and apparatus according to the present invention described above are as follows.
본 발명의 실시간 음악 비트 주기 추출 방법은, 단순하게 주파수 대역별 파워 변화량을 활용하는 종래의 방법과 달리, 인접 주파수 대역의 파워도 함께 비교하는 최대인접파워증가량을 기준으로 연속되는 프레임들에 대한 연속인접파워증가율을 계산하기 때문에, 2개의 주파수 대역을 거치는 사운드의 경우에도 오류 없이 정확하게 비트 주기를 추출할 수 있다. The real-time music beat period extraction method of the present invention, unlike the conventional method that simply utilizes the amount of power variation for each frequency band, continuous for successive frames based on the maximum adjacent power increase amount that compares the power of adjacent frequency bands together By calculating the adjacent power growth rate, even in the case of sound passing through two frequency bands, the beat period can be accurately extracted without error.
또한 쉽게 구현할 수 있어 실용성이 뛰어나다. 더구나 음악의 마디 단위로 비트를 추출하지 않고 실시간으로 입력되는 음악 신호로부터 바로 비트의 주기성을 추출하기 때문에 입력된 음악 신호에 대해 실시간으로 비트를 추출할 수 있다.It is also easy to implement, which makes it very practical. In addition, since the periodicity of the bit is extracted directly from the music signal input in real time without extracting the beat in the unit of music, the beat can be extracted in real time with respect to the input music signal.
본 발명에 의해 추출된 음악 비트에 맞춰서 애니메이션 동작을 제어하거나 분수, 로봇 등의 동작을 제어하는 등, 다양한 산업분야에 유용하게 사용될 수 있다. The present invention may be usefully used in various industrial fields, such as controlling animation motions or controlling operations of fountains, robots, etc. according to the extracted music beats.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described. At this time, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described as at least one embodiment, by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation is not limited.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 음악 비트 주기를 추출하는 방법의 순서도를 도시한다. 도 1을 참조하면, 실시간 음악 비트 주기를 추출하는 방법은, 입력되는 음악 신호를 주파수응답으로 변환하는 단계, 상기 변환된 주파수응답을 주파수 대역별로 구분하여, 주파수 대역별 파워 및 최대 인접 파워를 측정하는 단계, 상기 구분된 주파수 대역 별로 인접 파워 증가량 및 연속 인접 파워 증가율을 결정하는 단계, 상기 결정된 연속 인접 파워 증가율의 주기성을 파악하여 비트 주기를 추출하는 단계를 포함한다. 1 shows a flowchart of a method for extracting a real time music beat cycle according to an embodiment of the invention. Referring to FIG. 1, a method of extracting a real-time music beat period may include converting an input music signal into a frequency response, dividing the converted frequency response by frequency band, and measuring power and maximum adjacent power for each frequency band. And determining the adjacent power increase amount and the continuous adjacent power increase rate for each of the divided frequency bands, and extracting a bit period by identifying the periodicity of the determined continuous adjacent power increase rate.
상기 입력되는 음악 신호를 주파수응답으로 변환하는 단계(S101)는 외부에서 입력되는 오디오 디지털 신호를 주파수 성분으로 분해한 후, 복수개의 프레임에 순차적으로 저장하는 단계이다. 이때, 시간영역의 신호를 주파수 성분으로 분해하는방법의 실시예로는 고속 퓨리에 변환을 사용할 수 있으며, wigner-ville변환이나, wavelet변환 등을 사용할 수 도 있다. 각 방법은 연산시간이나 정확성에 있어서 트레이드 오프(trade off)를 가진다. 본 발명의 관련분야에 있어서 실시간성을 고려할 때 고속연산이 가능하고 적용이 쉬운 고속푸리에 변환을 주로 사용할 수 있다. 그러나 이는 실시예에 불과하며, 다른 주파수 변환 방법을 사용한 다양한 실시예는 본 발명의 권리 범위에 포함된다 할 것이다. The step of converting the input music signal into a frequency response (S101) is to decompose the audio digital signal input from the outside into a frequency component, and then sequentially store in a plurality of frames. In this case, a fast Fourier transform may be used as a method of decomposing a time domain signal into frequency components, and a wigner-ville transform or a wavelet transform may be used. Each method has a trade off in computation time or accuracy. In the related field of the present invention, a fast Fourier transform, which can be performed quickly and is easy to apply, can be mainly used in consideration of real time. However, this is only an embodiment, and various embodiments using other frequency conversion methods will be included in the scope of the present invention.
상기 변환된 주파수응답을 주파수 대역별로 구분하여(S102), 주파수 대역별 파워 및 최대 인접 파워를 측정하는 단계(S103)은 상기 단계에서 저장한 프레임의 주파수 성분들을 소정의 주파수 대역별로 구분하고, 구분한 주파수 대역별로 주파수 성분들의 파워를 합산하여, 주파수 대역별로 파워를 계산하며, 상기 계산된 해당 주파수 대역의 파워와 인접 주파수 대역의 파워를 비교하여 파워가 큰 값을 해당 주파수 대역의 최대인접파워로 결정하는 단계이다. By dividing the converted frequency response by frequency band (S102), and measuring the power and the maximum neighboring power by frequency band (S103), the frequency components of the frame stored in the step are classified by predetermined frequency bands and classified. Calculate power for each frequency band by summing the power of frequency components for each frequency band, and comparing the calculated power of the corresponding frequency band with the power of an adjacent frequency band, and converting the larger power into the maximum adjacent power of the frequency band. It is a decision step.
상기 각 프레임의 주파수 성분들을 소정의 주파수 대역별로 구분하는 실시예를 살펴보면, 저주파 대역부터 순차적으로 1/64, 1/64, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 비율로 나누어서 1~7번 주파수 대역으로 구분할 수 있다. 또한 다른 개수로 구분하여 본 발명을 실시할 수도 있으며 예를 들어, 5개로 나누는 경우에는, 저주파 대역부터 순차적으로 1/64, 1/32, 1/16... 등과 같이 나눌 수 있을 것이다. 10개로 나눈다면, 저주파 대역부터 순차적으로 1/128, ... 등과 같이 나눌 수도 있다. 보다 일반적으로는 N개의 주파수 대역으로 구분할 수 있다. 뿐만 아니라 균등하지 않은 구간으로 나누거나, 연속하지 않은 구간으로 나누거나, 관심있는 영역 만을 선정하여 나눌 수도 있다. 주파수대역을 구분할 때, 그 숫자가 늘어날수록 연산량이 기하급수적으로 증가하게 되지만, 반대로 추출하는 비트의 정확도가 높아지게 된다. 이와 같이 본 발명을 실시함에 있어서, 주파수대역을 나누는 다양한 방법에 따라 성능과 시간의 트레이드오프를 갖기 때문에, 실시 목적에 따라 적절한 구분 개수를 선정하도록 한다.Looking at an embodiment for dividing the frequency components of each frame by a predetermined frequency band, 1/64, 1/64, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1 / sequentially from the low frequency band It can be divided into 1 ~ 7 frequency band by dividing by 2 ratio. In addition, the present invention may be implemented by dividing into other numbers. For example, when dividing into five, the low frequency band may be sequentially divided into 1/64, 1/32, 1/16, and so on. If divided into 10, it may be divided into 1/128, ... etc. sequentially from the low frequency band. More generally, it can be divided into N frequency bands. In addition, it may be divided into non-uniform sections, non-contiguous sections, or only selected regions of interest. When dividing the frequency band, as the number increases, the amount of computation increases exponentially, but the accuracy of extracting bits increases. As described above, since the tradeoff between performance and time is determined by various methods of dividing the frequency band, an appropriate number of divisions is selected according to the purpose of implementation.
각 주파수 대역별로 파워를 계산하는 방법의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 다만, 이와같이 주파수 대역별로 파워를 계산하는 방법은 실시예에 불과하며, 실시예에 의하여, 권리 범위를 제한하지 아니한다. An embodiment of a method of calculating power for each frequency band is as follows. However, the method of calculating the power for each frequency band in this manner is only an embodiment, and the scope of rights is not limited by the embodiment.
시간 영역의 디지털 입력 신호 x[n]의 에너지 E는, 주파수 영역에서 파시발의 정리(Parseval's Theorem)에 의해서 다음 수학식과 같이 정의할 수 있다. The energy E of the digital input signal x [n] in the time domain can be defined as the following equation by Parseval's Theorem in the frequency domain.
이때, 
이때 X[k]는 각 주파수에서의 크기성분을 의미한다. 이와 같이 정의된 에너지 E를 시간에 대해 다음 수학식과 같이 미분하면, 각 시간의 파워 P t를 계산할 수 있다.X [k] means the magnitude component at each frequency. If the energy E defined in this way is differentiated with respect to time as in the following equation, the power P t of each time can be calculated.
특정 주파수 대역 N이 L에서 M까지의 주파수를 포함하는 경우, 특정 주파수 대역(n = N)에서의 에너지 E N를 구하는 방법은 다음 수학식과 같다. When a specific frequency band N includes frequencies from L to M , a method of obtaining energy E N in a specific frequency band (n = N) is as follows.
따라서, 본 발명의 각 주파수 대역별로 파워를 계산하는 하나의 방법으로 다음과 같은 수학식을 사용할 수 있다. Accordingly, the following equation may be used as one method of calculating power for each frequency band of the present invention.
상기 최대인접파워를 계산하는 방법의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 주파수대역을 N개로 구분한 경우에 있어서 (단, N>2), 1번 주파수 대역에서는 2개의 주파수 대역이 인접하고 있기 때문에, 1번 주파수 대역과 2번 주파수 대역의 파워를 비교하여 파워가 큰 값을 1번 주파수 대역의 최대인접파워로 결정한다. 대부분의 주파수 대역에서는 (2~N-1번째 주파수 대역) 3개의 주파수 대역이 인접하기 때문에, n-1번 주파수 대역과 n번 주파수 대역, 그리고 n+1번 주파수 대역 의 파워를 비교하여 파워가 큰 값을 n번 주파수 대역의 최대인접파워로 결정한다. N번 주파수 대역에서는, 2개의 주파수 대역이 인접하고 있기 때문에, n-1번 주파수 대역과 n번 주파수 대역의 파워를 비교하여 파워가 큰 값을 해당 주파수 대역의 최대인접파워로 결정하는 것이다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.An embodiment of the method for calculating the maximum adjacent power is as follows. For example, in the case of dividing the frequency band into N pieces (where N> 2), since the two frequency bands are adjacent in the frequency band 1, the power of the frequency band 1 and the frequency band 2 is compared. The large power value is determined as the maximum adjacent power of frequency band 1. In most frequency bands (the 2nd to N-1th frequency bands), three frequency bands are adjacent to each other, so that the power is increased by comparing the power of the n-1 frequency band, the n frequency band, and the n + 1 frequency band. A large value is determined as the maximum adjacent power of frequency band n. In frequency band N, since two frequency bands are adjacent to each other, the power of the frequency band n-1 and the frequency band n is compared to determine the maximum power as the maximum adjacent power of the frequency band. This is expressed as an equation.
최대인접파워=max( power(n-1), power(n), power(n+1) ) if n==2~N-1, orAdjacent power = max (power (n-1), power (n), power (n + 1)) if n == 2 ~ N-1, or
최대인접파워=max( power(n-1), power(n) ) if n==NAdjacent power = max (power (n-1), power (n)) if n == N
여기에서, n은 주파수 대역 번호 1~N을 나타내고, power(n)은 n번째 주파수 대역의 파워를 의미한다.Here, n represents frequency band numbers 1 to N, and power (n) means power of the nth frequency band.
상기 구분된 주파수 대역 별로 인접 파워 증가량 및 연속 인접 파워 증가율을 결정하는 단계(S105)는 저장된 프레임 중 연속된 2개의 프레임에 대하여, 주파수 대역별 파워로부터, 주파수 대역별 최대인접파워를 감산하여, 두 번째 프레임의 주파수 대역별 인접 파워 증가량을 계산하고, 두 번째 프레임의 주파수 대역별 인접파워증가량으로부터, 첫 번째 프레임의 주파수 대역별 인접 파워증가량을 감산하여, 두 번째 프레임의 주파수 대역별 연속인접파워증가율을 계산하는 단계이다. Determining the adjacent power increase amount and the continuous adjacent power increase rate for each divided frequency band (S105) is performed by subtracting the maximum adjacent power for each frequency band from the power for each frequency band, for two consecutive frames among stored frames. Calculate the adjacent power increase by frequency band of the first frame, subtract the adjacent power increase by frequency band of the first frame from the increase of adjacent power by frequency band of the second frame, and increase the continuous adjacent power increase by frequency band of the second frame. It is a step of calculating.
각 주파수 대역에서의 인접파워증가량을 계산하는 방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.The method of calculating the neighbor power increase in each frequency band is described in detail as follows.
인접파워증가량은 이전 프레임에 대한 현재 프레임의 파워증가량을 나타낸 다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.The adjacent power increase represents the power increase of the current frame with respect to the previous frame. This is expressed as the following equation.
인접파워증가량 = 0 (otherwise)Advance Power Increase = 0 (otherwise)
여기에서, From here,
파워증가량(현재 프레임) = 파워(현재 프레임) - 최대인접파워(이전 프레임)Power increase (current frame) = power (current frame)-maximum adjacent power (previous frame)
이기 때문에, 인접파워증가량은 다음 수학식과 같이 표현할 수 있다.Because of this, the adjacent power increase can be expressed as the following equation.
(if 0 < 파워증가량) (if 0 <increase power)
인접파워증가량 = 0 (if otherwise)Advance Power Increase = 0 (if otherwise)
각 주파수 대역에서의 연속인접파워증가율은 현재 프레임(n번째) 프레임의 인접 파워증가량에서 이전 프레임(n-1번째 프레임)의 인접파워증가량을 감산하여 결정할 수 있다. 이를 다음과 같은 수학식을 통해 계산할 수 있다.The continuous adjacent power increase rate in each frequency band may be determined by subtracting the adjacent power increase amount of the previous frame (n-1 th frame) from the adjacent power increase amount of the current frame (nth) frame. This can be calculated through the following equation.
상기 결정된 연속 인접 파워 증가율의 주기성을 파악하여 비트 주기를 추출하는 단계(S105)는 주파수 대역별로 계산된 연속인접파워증가율의 주기성을 계산하 여, 파워증가율비교구간을 설정하고, 소정의 주파수 대역을 선택하여, 해당 주파수 대역의 주기를 비트 주기로 추출하는 단계이다. The step of extracting the bit period by grasping the determined periodicity of the continuous adjacent power increase rate (S105) calculates the periodicity of the continuous adjacent power increase rate calculated for each frequency band, sets a power increase rate comparison interval, and sets a predetermined frequency band. In this step, the period of the frequency band is extracted as a bit period.
상기 연속인접파워증가율의 주기성을 판단하는 방법의 실시예는 계산된 각 주파수 대역별 연속인접파워증가율의 주기들 중에서 가장 긴 주기의 소정 배수의 구간을 파워증가율비교구간으로 선정할 수 있다. 이때 소정 배수는 음악의 박자에 따라 달리할 수 있는데, 예를 들면, 음악이 4박자인 경우, 상기 가장 긴 주기의 4배로 선정할 수 있고, 3박자 음악의 경우에는 3의 배수로 선정할 수 있다. 또한 필요에 따라서는 음악에 따라 자동으로 적절한 배수를 선택하여, 파워증가율비교구간을 선정하도록 할 수도 있다. 상기 설정된 파워증가율비교구간에서 가장 주기성이 높은 주파수 대역을 선택하고, 해당 주파수 대역의 주기를 비트 주기로 추출할 수 있다. According to an embodiment of the method for determining the periodicity of the continuous adjacent power increase rate, a period of a predetermined multiple of the longest period among the calculated continuous adjacent power increase rates for each frequency band may be selected as the power increase rate comparison interval. In this case, the predetermined multiple may vary according to the time signature of the music. For example, when the music is four beats, it may be selected as four times the longest period, and in the case of three-beat music, it may be selected as a multiple of three. . It is also possible to select a power increase rate comparison section by automatically selecting an appropriate multiple according to the music as needed. In the set power increase ratio comparison section, a frequency band having the highest periodicity may be selected, and a period of the corresponding frequency band may be extracted as a bit period.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 음악 비트 주기 추출 방법의 실시예의 상세한 순서도를 도시한다. Figure 2 shows a detailed flowchart of an embodiment of a real time music beat period extraction method according to the present invention.
먼저 음악 신호를 받아들이기 전에 변수값들을 초기화한다. 이때 모든 프레임의 N개의 주파수 대역들의 파워, 최대인접파워, 연속인접파워증가율을 모두 0으로 설정한다.Initialize the variable values before accepting a music signal. At this time, the power, maximum adjacent power, and continuous adjacent power increase rate of N frequency bands of all frames are all set to zero.
이후, 입력되는 디지털 신호를 고속 퓨리에 변환하여 주파수 성분들로 분해한 후에 현재 프레임에 순차적으로 저장한다(S201). 이때 고속 퓨리에 변환(fast Fourier transform : FFT)과 유사한 결과를 낼 수 있는 웨이블릿 등 다른 변환 방식을 사용해도 무방하다. FFT의 윈도우 크기는 입력 신호의 샘플링에 따라서 달라 질 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 16KHz 샘플링에서 512 윈도우 크기로 FFT를 실시하였다.Thereafter, the input digital signal is decomposed into high-speed Fourier transforms into frequency components and sequentially stored in the current frame (S201). In this case, other transform methods such as wavelets, which can produce a result similar to a fast Fourier transform (FFT), may be used. The window size of the FFT may vary depending on the sampling of the input signal. In an embodiment of the present invention, the FFT is performed with a 512 window size at 16 KHz sampling.
이렇게 만들어진 현재 프레임의 주파수 성분들을 N개의 주파수 대역별로 구분하는데(S202), 저주파 대역부터 1/64, 1/64, 1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 비율로 나누어서 1~7번 주파수 대역으로 구분한다. 본 발명의 일 실시예에서는 0~125Hz, 125~250Hz, 250~500Hz, 500Hz~1KHz, 1~2KHz, 2~4KHz, 4~8KHz 등으로 구분된다.Thus, the frequency components of the current frame are divided into N frequency bands (S202). Divided by, divide into 1 ~ 7 frequency band. In one embodiment of the present invention is divided into 0 ~ 125Hz, 125 ~ 250Hz, 250 ~ 500Hz, 500Hz ~ 1KHz, 1 ~ 2KHz, 2 ~ 4KHz, 4 ~ 8KHz.
여기에서 각 주파수 대역에 포함된 주파수 성분들의 값을 합산하여 해당 주파수 대역의 파워 값이 도출된다(S203).Here, the sum of the frequency components included in each frequency band is summed to derive the power value of the corresponding frequency band (S203).
이후, 현재 프레임에 대해서 N개의 각 주파수 대역별로 해당 주파수 대역의 파워와 인접 주파수 대역의 파워를 비교하여 그 중 큰 값을 최대인접파워로 결정하는데(S204), 1번 주파수 대역은 인접 주파수 대역이 2번 주파수 대역만 존재하므로 둘 간의 파워를 비교하여 큰 값을 1번 주파수 대역의 최대인접파워로 결정하고, 2~N-1번 주파수 대역들은 자신보다 낮은 인접 주파수 대역과 높은 인접 주파수 대역이 모두 존재하므로 이들 인접한 3개 주파수 대역들의 파워를 비교하여 큰 값을 가운데 주파수 대역의 최대인접파워로 결정하고, N번 주파수 대역은 인접 주파수 대역이 N-1번 주파수 대역만 존재하므로 둘 간의 파워를 비교하여 큰 값을 N번 주파수 대역의 최대인접파워로 결정한다. 이로써, 현재 프레임에 대해서 N개 주파수 대역별로 최대인접파워가 도출된다.Thereafter, the power of the corresponding frequency band and the power of the adjacent frequency band are compared for each of the N frequency bands with respect to the current frame, and a larger value is determined as the maximum adjacent power (S204). Since only frequency band 2 exists, it compares the power between them and decides the large value as the maximum neighboring power of frequency band 1, and 2 ~ N-1 frequency bands have both lower and higher adjacent frequency bands. Because there exists, compare the power of these three adjacent frequency bands to determine a large value as the maximum adjacent power of the center frequency band, and compare the power between the two frequency bands N because the adjacent frequency band only exists N-1 frequency bands The large value is determined as the maximum adjacent power of frequency band N. As a result, the maximum adjacent power is derived for each N frequency bands with respect to the current frame.
이어서, N개의 주파수 대역들에 대해서 현재 프레임의 파워와 이전 프레임의 최대인접파워를 비교하여 현재 프레임의 특정 주파수 대역의 파워가 이전 프레임의 해당 주파수 대역의 최대인접파워보다 얼마나 커졌는지 차이를 계산하여 해당 주파수 대역의 인접파워증가량으로 결정한다(S205). 이로써, 현재 프레임에 대해서 N개 주파수 대역별로 인접파워증가량이 도출된다.Subsequently, for N frequency bands, the power of the current frame and the maximum adjacent power of the previous frame are compared to calculate the difference in how much the power of a specific frequency band of the current frame is larger than the maximum adjacent power of the corresponding frequency band of the previous frame. It is determined by the increase of the adjacent power of the frequency band (S205). As a result, the adjacent power increase amount is derived for each N frequency bands with respect to the current frame.
계속해서, N개 주파수 대역들에 대해서 현재 프레임의 인접파워증가량과 이전 프레임의 인접파워증가량을 비교하여 현재 프레임의 특정 주파수 대역의 인접파워증가량이 이전 프레임의 해당 주파수 대역의 인접파워증가량보다 얼마나 커졌는지 차이를 계산하여 해당 주파수 대역의 연속인접파워증가율로 결정한다(S206). 이로써, 현재 프레임에 대한 N개 주파수 대역별로 연속인접파워증가율이 도출된다. Subsequently, for N frequency bands, the neighboring power increase of the current frame is compared with the neighboring power increase of the previous frame, and how much the neighboring power increase of the specific frame of the current frame is larger than the neighboring power increase of the corresponding frequency band of the previous frame. The difference is calculated by determining the difference between the successive adjacent power increase rate of the corresponding frequency band (S206). As a result, the continuous adjacent power increase rate is derived for each of N frequency bands for the current frame.
이렇게 계산된 N개 주파수 대역별 연속인접파워증가율을 지나간 프레임들로부터 현재 프레임까지 나열한 후 이로부터 주기성을 계산한다(S207). 이때는 후보주기들에 대해서 자기상관계수를 구해서 가장 높은 값을 갖는 주기를 도출할 수도 있으며, 또는 후보 주기별로 만들어진 필터들을 구성해서 가장 높은 값을 갖는 주기를 도출할 수도 있다. 이로써, 현재 프레임에 대한 N개 주파수 대역별로 비트 주기가 도출된다.The periodicity is calculated from the frames passing through the continuous adjacent power increase rate for each of the N frequency bands calculated as described above, and the periodicity is calculated therefrom (S207). In this case, the period having the highest value may be derived by obtaining the autocorrelation coefficient for the candidate periods, or the filter having the highest value may be derived by configuring filters made for each candidate period. As a result, a bit period is derived for each of N frequency bands for the current frame.
이 단계에서는 각 주파수 대역별로 비트 주기가 도출되는데, N개의 주파수 대역별 비트 주기가 모두 동일할 수도 있지만 경우에 따라서 서로 다른 값을 갖는 경우도 있다. 그렇기 때문에 가장 적합한 비트 주기를 선택해야 한다. 이를 위해서, N개 주파수 대역별 비트 주기들 중에서 가장 긴 주기를 기준으로 해당 주기의 4배에 달하는 구간을 파워증가율비교구간으로 설정한다(S208).In this step, bit periods are derived for each frequency band. The bit periods for each of N frequency bands may be the same, but may have different values in some cases. Therefore, the most appropriate bit period must be selected. To this end, a period of up to four times the period based on the longest period among the bit periods for each N frequency band is set as the power increase rate comparison section (S208).
마지막 단계로 앞서 설정된 파워증가율비교구간에서 N개의 주파수 대역별 비 트주기를 다시 계산해서 가장 높은 주기성을 갖는 주파수 대역의 주기를 선택하여 현재 프레임의 비트 주기로 도출한다(S209). In the last step, the bit period for each of the N frequency bands is recalculated in the previously set power increase rate comparison interval, and the period of the frequency band having the highest periodicity is selected to derive the bit period of the current frame (S209).
상기 단계에 의하여 입력되는 음악 신호를 디지털 신호로 받아들여서 하나의 프레임으로 구성하고 그 프레임의 비트 주기를 도출하는 과정을 거치는데, 본 방법이 시작된 후부터 사용자가 종료시키거나 입력 신호가 없는 등 종료에 해당하는 이벤트가 발생하지 않는 한(S210) 다음 프레임을 구성하고 그 프레임의 비트 주기를 도출하는 스텝 S201부터 스텝 S209에 이르는 과정을 반복한다.The music signal input by the above step is taken as a digital signal, which is composed of one frame and the bit period of the frame is derived. After the method starts, the user terminates or there is no input signal. As long as the corresponding event does not occur (S210), the process from step S201 to step S209 for forming the next frame and deriving the bit period of the frame is repeated.
반면에 종료 이벤트가 발생하면(스텝 S210) 비트 추출을 종료하게 된다.On the other hand, if an end event occurs (step S210), bit extraction ends.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 음악 비트 주기 추출 장치의 블록도를 도시한다. 실시간 음악 비트 주기 추출 장치는 도 3에서 도시한 바와 같이, 주파수 응답 변환부(300), 연속 인접 파워 증가율 측정부(310) 및 비트 추출부(320)를 포함한다.3 is a block diagram of an apparatus for extracting a real-time music beat period according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the real-time music beat period extracting apparatus includes a
상기 주파수 응답 변환부(300)는 실시간 입력되는 음악 신호를 주파수 응답으로 변환한다. 시간 영역의 음악 신호를 주파수 영역의 주파수 응답으로 변환하는 과정은 상기의 설명이 적용된다. The
상기 연속 인접 파워 증가율 측정부(310)는 상기 변환된 주파수 응답을 주파수 대역별로 구분하여, 주파수 대역별 연속 인접 파워 증가율을 측정한다. 이때, 상기 연속 인접 파워 증가율 측정부(310)는 상기 구분된 주파수 대역별로 파워를 측정하고, 인접한 주파수 대역 사이에서 최대인접파워를 결정하여, 인접한 주파수 대역의 인접 파워 증가량을 측정하고, 현재 프레임과 이전 프레임 사이의 연속 인 접 파워 증가율을 측정한다. 각각의 상세한 동작은 상기의 설명이 적용된다. The continuous adjacent power increase
상기 비트 추출부(320)는 상기 측정된 연속 인접 파워 증가율의 소정 주기를 파워증가율비교구간으로 설정하여, 설정된 파워증가율비교구간에서 주기성이 높은 주기성을 갖는 주파수 대역을 선택하여, 해당 주파수 대역의 주기를 비트 주기로 추출한다. 각각의 상세한 동작은 상기의 설명이 적용된다. The
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 음악 비트 주기를 추출하는 방법의 순서도이다. 1 is a flowchart of a method of extracting a real-time music beat period according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 음악 비트 주기 추출 방법의 실시예의 상세한 순서도이다.2 is a detailed flowchart of an embodiment of a real time music beat period extraction method according to the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 음악 비트 주기 추출 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of an apparatus for extracting a real time music beat period according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
300 : 주파수 응답 변환부300: frequency response converter
310 : 연속 인접 파워 증가율 측정부310: continuous adjacent power increase rate measurement unit
320 : 비트 추출부320: bit extraction unit
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