KR101296765B1 - Method and apparatus for active audio matrix decoding based on the position of speaker and listener - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멀티 채널의 스피커들로부터 재생되는 임의의 신호로부터 각 스피커 신호의 특성 및 각 스피커 각도를 추출하는 과정, 스테레오 신호를 멀티 채널의 신호로 디코딩하고, 상기 각 채널별로 추출된 신호 특성값을 바탕으로 상기 디코딩된 멀티 채널의 신호들을 보정하는 과정, 보정된 각 채널 신호의 크기에 상기 각 채널의 스피커 각도를 반영하여 채널별 신호의 파워 벡터를 추출하고, 각 채널별 신호의 파워 벡터를 서로 결합하여 각 채널 사이에 존재하는 가상 음원의 벡터를 추출하는 과정, 추출된 가상 음원들의 벡터의 결합에 의해 도미넌트한 음상의 벡터값을 추출하고, 그 도미넌트 음상의 벡터값을 기준으로 각 채널 스피커의 위치를 정규화하는 과정, 디코딩된 채널 전체의 신호 크기와 각 채널의 신호 크기를 비교하여 상 기 정규화된 각 채널별 스피커 위치에 게인값을 분배하는 과정을 포함한다.
The present invention extracts the characteristics of each speaker signal and each speaker angle from an arbitrary signal reproduced from the multi-channel speakers, decodes the stereo signal into a multi-channel signal, and extracts the signal characteristic values extracted for each channel. Compensating the decoded multi-channel signals based on the extracted signal, the power vector of each channel signal is extracted by reflecting the speaker angle of each channel in the corrected size of each channel signal, and the power vector of each channel signal Extracting the vector of the virtual sound source existing between each channel by combining, extracting the vector value of the dominant sound image by combining the extracted virtual sound sources, and extracting the vector value of each channel speaker based on the vector value of the dominant sound image The process of normalizing the position, comparing the signal magnitude of the entire decoded channel with the signal magnitude of each channel, It comprises the step of distributing the gain on each channel speaker position.
Description
도 1은 종래의 매트릭스 디코더를 도시한 것이다.Figure 1 shows a conventional matrix decoder.
도 2는 본 발명에 따른 능동적 오디오 매트릭스 디코딩 장치를 보이는 블록도이다.2 is a block diagram showing an active audio matrix decoding apparatus according to the present invention.
도 3a는 도 2의 스피커 성분 추출부의 일실시예이다. FIG. 3A is an embodiment of the speaker component extractor of FIG. 2.
도 3b은 본 발명에 따라 각 채널별 스피커와 가상 음원들의 위치에 따라 에너지를 재분배하는 도면을 나타낸 것이다.Figure 3b is a diagram showing the redistribution of energy according to the position of the speaker and the virtual sound source for each channel according to the present invention.
도 4는 도 2의 패시브 매트릭스 디코더부의 일실시예이다.4 is an embodiment of the passive matrix decoder unit of FIG.
도 5는 도 2의 채널 파워 벡터 추출부의 일실시예이다.5 is an embodiment of the channel power vector extracting unit of FIG.
도 6은 도 2의 가상 음원 파워 벡터 추정부의 일실시예이다.FIG. 6 shows an embodiment of the virtual sound source power vector estimation unit of FIG. 2. FIG.
도 7은 도 2의 글로벌 파워 벡터 추출부의 일실시예이다.FIG. 7 shows an embodiment of the global power vector extracting unit of FIG.
도 8은 도 2의 채널 선택부의 일실시예이다.FIG. 8 is an embodiment of the channel selector of FIG. 2.
도 9는 도 2의 채널 파워 분배부의 일실시예이다.FIG. 9 is an embodiment of the channel power distribution unit of FIG. 2.
도 10은 본 발명에 따른 오디오 매트릭스 디코딩 방법을 보이는 흐름도이다. 10 is a flowchart showing an audio matrix decoding method according to the present invention.
본 발명은 오디오 재생 시스템에 관한 것이며, 특히 스피커와 청취자 위치를 반영한 능동적 오디오 매트릭스 디코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an audio reproduction system, and more particularly, to an active audio matrix decoding method and apparatus reflecting speaker and listener positions.
통상적으로 가정에서 영화등을 즐기는 경우, 텔레비전 방송등에 의한 지상파 방송이 주류이었지만 근래에는 비디오 테이프, 비디오 디스크, 위성 방송등의 보급에 의해 영화등의 사운드를 오리지널로 들을 수 있다. 이러한 오리지널 사운드로 즐기는 것이 가능한 비디오 테이프, 비디오 디스크, 위성 방송등에서는 복수 채널의 오디오 신호에 매트릭스 처리를 수행하여 2채널의 오디오 신호로 인코딩한다. 또한 매트릭스 처리를 이용하여 인코드되는 2채널의 오디오 신호는 스테레오로 재생될 수 있다. 또한 전용 디코더를 이용하는 경우 2채널의 오디오 신호로부터 프론트 레프트(L), 센터(C), 프론트 라이트(R), 레프트 서라운드(Ls), 라이트 서라운드(Rs)의 5채널의 오디오 신호가 복원된다. 이러한 5채널의 오디오 신호중 센터 채널 신호는 소리의 명확성인 정위감를 얻는 역할을 수행하고, 서라운드 채널의 신호는 이동음, 환경음, 잔향음등에 의해 임상감을 높이는 역할을 한다. In general, when enjoying movies at home, terrestrial broadcasting by television broadcasting is the mainstream, but in recent years, sound of movies and the like can be heard originally by the spread of video tapes, video disks, satellite broadcasts and the like. Video tapes, video disks, satellite broadcasts, etc., which can be enjoyed with such original sound, perform matrix processing on a plurality of channels of audio signals and encode them into two-channel audio signals. Also, the two-channel audio signal encoded using the matrix processing can be reproduced in stereo. Also, when a dedicated decoder is used, five-channel audio signals of the front left (L), center (C), front light (R), left surround (Ls) and light surround (Rs) are restored from the audio signals of two channels. The center channel signal of the five-channel audio signal plays a role of obtaining a sense of stereotactic sound, and the surround channel signal enhances the clinical feeling by moving sound, environmental sound, and reverberation sound.
통상적으로 사용되고 있는 매트릭스 디코더는 양 채널의 신호의 합과 차를 이용하여 센터 채널과 서라운드 채널의 신호를 만들어 낸다. 매트릭스 특성들이 변하지 않는 오디오 매트릭스는 패시브 매트릭스 디코더(passive matrics decoder)는 로 알려져 있다. 패시브 매트릭스 디코더를 통해 분리된 각각의 채널 신호는 인코딩시 해당 채널 오디오 신호와 함께 다른 채널의 오디오 신호들이 스케일 다운되어 선형 결합되어 있다. 따라서 종래의 패시브 매트릭스 디코더를 통해 출력되는 채널들의 신호는 채널간의 분리도가 낮아 멀티 채널 환경에서 음상 정위가 명확하게 이루어지지 않는다. 액티브 매트릭스(active matrics) 디코더는 2채널 매트릭스 부호형 인코드 신호들중 분리도(separation)를 개선시키기 위해 매트릭스 특성을 적응적으로 변화시킨다. A commonly used matrix decoder generates the signals of the center channel and the surround channel using the sums and differences of the signals of both channels. An audio matrix in which the matrix characteristics are unchanged is known as a passive matrix decoder. Each channel signal separated by the passive matrix decoder is linearly combined by scaling down audio signals of other channels along with the corresponding channel audio signal at the time of encoding. Therefore, the signals of the channels output through the conventional passive matrix decoder have a low degree of separation between the channels, so that the sound localization is not clearly realized in the multi-channel environment. An active matrix decoder adaptively changes the matrix characteristics to improve separation of the two-channel matrix-coded code signals.
이러한 매트릭스 디코더에 관련된 기술이 US 4,799,260(filed 6 Feb. 1986 entitled VARIABLE MATRIX DECODER), WO 02/19768 A2(filed 31 August 2000 entitled METHOD FOR APPARATUS FOR AUDIO MATRIX DECODING)에 개시되어 있다. A technique related to such a matrix decoder is disclosed in US 4,799, 260 (filed 6 Feb. 1986 entitled VARIABLE MATRIX DECODER), WO 02/19768 A2 (filed 31 August 2000 entitled METHOD FOR APPARATUS FOR AUDIO MATRIX DECODING).
종래의 매트릭스 디코더를 보면, 게인 기능부(110, 116)는 주로 스테레오 신호(Rt, Lt)의 레벨의 균형을 맞추기 위해 입력 신호를 클리핑한다. 패시브 매트릭스 기능부(120)는 게인 기능부(110, 116)에서 출력되는 스테레오 신호((R't, L't)로부터 수동 매트릭스 신호를 출력한다. 가변게인신호발생부(130)는 패시브 매트릭스 기능부(120)에서 발생하는 수동 매트릭스 신호에 응답하여 6개의 제어신호(gL. gR, gF, gB, gLB, gRB)를 발생한다. 매트릭스 계수 발생부(132)는 가변게인신호발생부(130)에서 발생하는 6개의 제어 신호에 응답하여 12개의 매트릭스 계수를 발생한다. 적응매트릭스 기능부(114)는 입력되는 스테레오 신호(R't, L't) 및 매트릭스 계수 발생부(132)에서 발생하는 매트릭스 계수에 응답하여 출력 신호(L, C, R, L, Ls, Rs)를 발생시킨다. 가변게인신호발생부(130)는 채널별 신호의 레벨을 모니터링하고, 그 모니터링된 채널별 신호의 레벨에 따라 최적의 선형 계수값을 산출하여 멀티 채널의 오디오 신호를 재구성한다. 매트릭스 계수 발생부(132)는 가장 큰 레 벨을 갖는 채널의 레벨을 비선형적으로 증가시킨다. In a conventional matrix decoder, the
그러나 도 1과 같은 종래의 매트릭스 디코딩 시스템은 멀티 채널 환경하에서 생성되는 가상 음원의 위치를 고려하지 않기 때문에 공간상에 음상 정위가 정확하게 이루어지지 않는 문제점이 있고, 가상 공간에서 이동하는 음원의 위치 변화를 정확하게 표현하기 어려워 음상의 동적인 표현 능력이 부족한 단점이 있다. However, since the conventional matrix decoding system as shown in FIG. 1 does not consider the position of a virtual sound source generated in a multi-channel environment, there is a problem in that the sound image phase is not accurately positioned in space, It is difficult to accurately express it, and there is a disadvantage in that the dynamic expression ability of the image is insufficient.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 스피커와 청취자 위치를 반영하여 각 채널의 오디오 신호 레벨을 최적으로 튜닝하는 액티브 오디오 매트릭스 디코딩 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention is directed to an active audio matrix decoding method and apparatus for optimally tuning audio signal levels of respective channels by reflecting speaker and listener positions.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 매트릭스 디코딩 방법에 있어서, In order to solve the above technical problem, the present invention provides an audio matrix decoding method,
멀티 채널의 스피커들로부터 재생되는 임의의 신호로부터 각 스피커 신호의 특성 및 각 스피커 각도를 추출하는 과정;Extracting characteristics of each speaker signal and each speaker angle from an arbitrary signal reproduced from the multi-channel speakers;
스테레오 신호를 멀티 채널의 신호로 디코딩하고, 상기 각 채널별로 추출된 신호 특성값을 바탕으로 상기 디코딩된 멀티 채널의 신호들을 보정하는 과정;Decoding a stereo signal into a multi-channel signal and correcting the decoded multi-channel signals based on signal characteristic values extracted for each channel;
상기 보정된 각 채널 신호의 크기에 상기 각 채널의 스피커 각도를 반영하여 채널별 신호의 파워 벡터를 추출하고, 각 채널별 신호의 파워 벡터를 서로 결합하여 각 채널 사이에 존재하는 가상 음원의 벡터를 추출하는 과정;The power vector of each channel signal is extracted by reflecting the speaker angle of each channel to the corrected magnitude of each channel signal, and the power vector of each channel signal is combined with each other to obtain a vector of a virtual sound source existing between each channel. Extraction process;
상기 과정에서 추출된 가상 음원들의 벡터의 결합에 의해 도미넌트한 음상의 벡터값을 추출하고, 그 도미넌트 음상의 벡터값을 기준으로 각 채널 스피커의 위치 를 정규화하는 과정;Extracting a vector value of the dominant sound image by combining the vectors of the virtual sound sources extracted in the process, and normalizing the position of each channel speaker based on the vector value of the dominant sound image;
상기 디코딩된 채널 전체의 신호 크기와 각 채널의 신호 크기를 비교하여 상 기 정규화된 각 채널별 스피커 위치에 게인값을 분배하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.And comparing a signal size of the entire decoded channel with a signal size of each channel and distributing a gain value to the speaker positions of the respective normalized channels.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 매트릭스 디코딩 장치에 있어서, In order to solve the above other technical problem, the present invention provides an audio matrix decoding apparatus,
멀티 채널의 스피커들로부터 재생되는 임의의 신호로부터 각 스피커 신호의 특성 및 각 스피커 각도를 추출하는 스피커 성분 추출부;A speaker component extracting unit for extracting characteristics of each speaker signal and each speaker angle from an arbitrary signal reproduced from the multi-channel speakers;
스테레오 신호를 멀티 채널의 신호로 디코딩하는 패시브 매트릭스 디코더부;A passive matrix decoder for decoding a stereo signal into a multi-channel signal;
상기 스피커 성분 추출부에서 추출된 신호 특성값을 바탕으로 상기 디코더부에서 디코딩된 멀티 채널의 신호들을 보정하는 신호 보정부;A signal correcting unit correcting signals of the multi-channel decoded by the decoder based on the signal characteristic value extracted by the speaker component extracting unit;
상기 신호 보정부에서 보정된 각 채널 신호의 크기에 상기 각 채널의 스피커 각도를 반영한 각 채널별 신호의 파워 벡터를 서로 결합하여 각 채널 사이에 존재하는 가상 음원의 벡터를 추출하는 가상 음원 파워 벡터 추정부;The virtual sound source power vector weight extracting the vector of the virtual sound source existing between each channel by combining the power vector of each channel signal reflecting the speaker angle of each channel to the magnitude of each channel signal corrected by the signal correction unit. government;
상기 가상 음원 파워 벡터 추정부에서 추정된 상기 가상 음원 벡터들을 선형 결합하여 도미넌트한 음상의 위치 및 크기를 나타내는 글로벌 벡터를 추출하는 글로벌 벡터 추출부;A global vector extractor configured to linearly combine the virtual sound source vectors estimated by the virtual sound source power vector estimator to extract a global vector representing a position and a size of a dominant sound image;
상기 글로벌 벡터 추출부에서 추정된 도미넌트한 음상 위치를 기준으로 각 채널 스피커의 위치를 정규화하는 채널 선택부;A channel selector for normalizing the position of each channel speaker based on the dominant sound image position estimated by the global vector extractor;
상기 패시브 매트릭스 디코더에서 디코딩된 각 채널의 신호의 크기가 전체 채널의 신호의 크기에 차지하는 비율에 따라 각 채널 신호의 크기를 분배하는 채널 파워 분배부를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a channel power distribution unit that distributes the size of each channel signal according to the ratio of the signal of each channel decoded by the passive matrix decoder to the size of the signal of the entire channel.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 능동적 오디오 매트릭스 디코딩 장치를 보이는 블록도이다.2 is a block diagram showing an active audio matrix decoding apparatus according to the present invention.
도 2의 능동적 오디오 매트릭스 디코딩 장치는 스피커 성분 추출부(200), 패시브 매트릭스 디코더부(210), 신호 보정부(214), 채널 파워 벡터 추출부(220), 가상 음원 파워 벡터 추정부(230), 글로벌 파워 벡터 추출부(240), 채널 선택부(250), 채널 파워 분배부(260)로 이루어진다. The active audio matrix decoding apparatus of FIG. 2 includes a
우선, 신호 공급 장치(도시안됨)는 비디오 테이프, 비디오 디스크, 위성 방송등으로부터 신호를 얻어, 비디오 신호 및 오디오 신호를 재생한다. 이때 오디오 신호는 매트릭스 인코딩된 두 채널의 스테레오 신호이다. 최종적으로 영상 신호는 모니터(도시안됨)에 공급된다. First, a signal supply device (not shown) obtains signals from video tapes, video disks, satellite broadcasts, and the like to reproduce video signals and audio signals. In this case, the audio signal is a stereo signal of two channels that are matrix-encoded. Finally, the video signal is supplied to a monitor (not shown).
스피커 성분 추출부(200)는 멀티 채널의 스피커들로부터 재생되는 임의의 신호에 적절한 신호 처리 및 빔 포밍 기술을 적용하여 각 스피커 신호의 특성 및 각 스피커 각도를 추출한다. 즉, 스피커 성분 추출부(200)는 스피커에서 재생되는 임의의 신호의 레벨로부터 게인값을 추출하고, 스피커에서 출력되는 시점으로부터 마이크로폰으로 입력되는 시점까지의 딜레이를 해당 스피커의 딜레이값으로 추출하 고, 한 쌍의 마이크로폰에서 수신되는 신호의 경로 차를 감지하여 해당 스피커의 각도를 추출한다. The
패시브 매트릭스 디코더부(210)는 매트릭스 인코딩된 스테레오 신호(Lt, Rt)를 채널들의 선형 결합에 의해 레프트채널 신호(L_p), 센터채널 신호(C_p), 라이트채널 신호(R_p), 레프트 서라운드 채널 신호(SL_p), 라이트 서라운드 채널 신호(SR_p)로 디코딩된다. The passive matrix decoder 210 converts the matrix-encoded stereo signals Lt and Rt into a left channel signal L_p, a center channel signal C_p, a right channel signal R_p, (SL_p), and the light surround channel signal SR_p.
신호 보정부(214)는 패시브 매트릭스 디코더부(210)에서 디코딩된 각 채널의 신호들에다 스피커 성분 추출부(200)에서 추출된 각 채널의 스피커 게인 및 딜레이값을 적용하여 보정된 신호를 생성한다. 따라서 신호 보정부(214)는 가변된 스피커의 위치의 음상을 의도된 음상의 위치로 복구한다. 다른 실시예로 신호 보정부(214)는 스피커 성분 추출부(200)에서 추출된 스피커 게인 및 딜레이값 대신에 사용자에 의해 미리 설정된 스피커 게인 및 딜레이값을 사용할 수 있다.The signal corrector 214 generates the corrected signal by applying the speaker gain and delay value of each channel extracted by the
채널 파워 벡터 추출부(220)는 신호 보정부(214)에서 보정된 각 채널 신호들(L_p, C_p, R_p, SL_p, SR_p)의 크기에다 스피커 성분 추출부(200)에서 추출된 각 스피커 각도를 곱하여 5채널의 파워 벡터(P{L_p}, P{C_p}, P{R_p}, P{SL_p}, P{SR_p}를 추출한다. 다른 실시예로 채널 파워 벡터 추출부(220)는 스피커 성분 추출부(200)에서 추출된 각 채널의 스피커 각도 대신에 사용자에 의해 미리 설정된 스피커 각도값을 사용할 수 있다.The channel
가상 음원 파워 벡터 추정부(230)는 채널 파워 벡터 추출부(220)에서 추출된 각 채널의 파워 벡터들(P{L_p}, P{C_p}, P{R_p}, P{SL_p}, P{SR_p}로부터 각 채널 사이에 존재하는 가상 음원 벡터들(vs1, vs2, vs3, vs4, vs5)을 계산한다. The virtual sound source
글로벌 벡터 추출부(240)는 가상 음원 파워 벡터 추정부(230)에서 계산된 가상 음원 벡터들(vs1, vs2, vs3, vs4, vs5)들의 선형 결합에 의해 글로벌 파워 벡터(Gv)를 추출하여 전체 음상중에서 가장 도미넌트(dominent)한 음상의 위치 및 크기를 파악한다.The
채널 선택부(250)는 글로벌 벡터 추출부(240)에서 추출된 글로벌 파워 벡터(Gv)에 해당하는 도미넌트 음상 위치를 기준으로 각 채널의 스피커 위치를 정규화한다. 즉, 채널 선택부(250)는 신호의 게인을 향상시키기 위해 필요한 채널들을 선별한다. The
채널 파워 분배부(260)는 패시브 매트릭스 디코더부(210)에서 디코딩된 각 채널의 신호의 크기(L_p, C_p, R_p, SL_p, SR_p)와 전체 채널 신호의 크기(Lp2+R_p2+C_p2+SL_p2+SR_p2)를 비교하여 각 채널별로 신호 게인을 조절하고, 채널 선택부(250)에서 정규화된 각 채널의 위치에 조절된 신호 게인을 재분배한다. 따라서 채널 파워 분배부(260)는 채널별로 게인이 재분배된 신호들(L_e, R_e, C_e, SL_e, SR_e)을 출력한다.The channel
도 3a는 도 2의 스피커 성분 추출부(200)의 상세도이다. 3A is a detailed view of the
신호 발생부(310)는 디지털 광 대역 신호를 발생하여 테스트 신호를 발생한다, 예를 들면 테스트 신호는 화이트 노이즈 신호 또는 임펄스 노이즈 신호와 같은 소정 신호가 될 수 있다.The
스피커(320)는 신호 발생부(310)에서 발생된 신호를 사운드로 재생한다.The
한 쌍의 마이크로폰(330a, 330b)은 스피커(320)로부터 재생되는 사운드를 전기적 신호로 변환한다. The pair of
신호 분석부(340)는 한 쌍의 마이크로폰(330a, 330b)으로부터 입력되는 신호의 특성을 분석한다.The
제어부(350)는 신호 분석부(340)에서 분석된 신호의 레벨로 게인값을 추출하고, 신호 발생부(310)에서 임의의 신호를 발생시킨 시점과 한 쌍의 마이크로폰(330a, 330b)에서 수신되는 신호간의 신호 딜레이값을 추출하고, 스피커(320)를 통해 한쌍의 마이크로폰(330a, 330b)에서 수신되는 신호의 경로 차를 감지하여 스피커의 각도를 추출한다. The
도 3b은 본 발명에 따라 각 채널별 스피커와 가상 음원들의 위치에 따라 에너지를 재분배하는 도면을 나타낸 것이다. Figure 3b is a diagram showing the redistribution of energy according to the position of the speaker and the virtual sound source for each channel according to the present invention.
도 3b은 신호 보정부(214)에서 각 채널의 신호가 게인 및 딜레이 보정후 스피커들의 가상 위치를 보여주고 있다. 즉, 청취자의 위치 변화에 따라 재생 스피커들(L, C, R, SL, SR)(빗금친 부분으로 보여짐)의 레이아웃(layout)이 달라질 수 있다. 따라서 신호 보정부(214)는 청취자의 위치 변화로 인하여 왜곡된 음상을 신호 보정을 통해 의도된 원래의 음상으로 복구한다. 도 3b를 보면, 스피커들의 가상 위치(L', C', R', SL', SR')는 게인 및 딜레이 보정에 따라 청취자의 위치를 중심으로 배치된다. 3B illustrates a virtual position of the speakers after the signal of each channel is corrected by the gain and delay in the signal corrector 214. That is, the layout of the reproduction speakers L, C, R, SL, and SR (shown as hatched portions) may vary depending on the position of the listener. Accordingly, the signal corrector 214 restores the distorted sound image due to the positional change of the listener to the intended original sound image through signal correction. Referring to FIG. 3B, the virtual positions L ', C', R ', SL', and SR 'of the speakers are arranged around the listener's position according to gain and delay correction.
또한 레프트, 센터, 라이트, 레프트 서라운드, 라이트 서라운드 채널의 스피 커들(L, C, R, SL, SR)의 각도가 각각 AngL, AngC, AngR, AngSL, AngSR로 표시된다. 또한 각 채널 스피커들 사이에 가상 음원 벡터들(vs1, vs2, vs3, vs4, vs5)이 존재한다. 또한 글로벌 파워 벡터(Gv)는 전체 음상 중에서 가장 도미넌트한 음상의 위치를 나타낸다. 따라서 글로벌 파워 벡터(Gv)를 기준으로 정규화된 각 채널의 스피커의 위치에 게인 조절 함수에 의해 조정된 신호 레벨을 재분배한다. In addition, the angles of the speakers (L, C, R, SL, and SR) of the left, center, light, left surround, and light surround channels are expressed as AngL, AngC, AngR, AngSL, and AngSR, respectively. Also, virtual sound source vectors (vs1, vs2, vs3, vs4, vs5) exist between the respective channel speakers. Also, the global power vector Gv indicates the position of the most dominant sound image among the entire sound images. Therefore, the signal level adjusted by the gain control function is redistributed to the position of the speaker of each channel normalized based on the global power vector Gv.
도 4는 도 2의 패시브 매트릭스 디코더부(210)의 일실시예이다.4 is an embodiment of the passive matrix decoder unit 210 of FIG.
매트릭스 인코딩된 스테레오 신호(Lt, Rt)는 승산기들(412, 414, 422, 424, 432, 430)과 가산기들(410, 420, 432)을 이용한 선형 결합에 의해 레프트, 센터, 라이트, 레프트 서라운드, 라이트 서라운드의 5채널의 오디오 신호(L_p, C_p, R_p, SL_p, SR_p)로 디코딩된다. 예를 들면, L_p = Lt, R_p = Rt, C_p = 0.7 * (Lt + Rt), SL_p = -0.866Lt + 0.5Rt, SR_p = -0.5Lt + 0.866Rt 이다. The matrix encoded stereo signals Lt and Rt are fed to the left, center, right, and left surround by linear combination using the
도 5는 도 2의 채널 파워 벡터 추출부(220)의 일실시예이다.FIG. 5 is an embodiment of the channel
도 5를 참조하면, 제1,제2,제3,제4,제5제곱기들(512, 514, 516, 518, 519)은 패시브 매트릭스 디코더부(210)에서 디코딩된 레프트, 센터, 라이트, 레프트 서라운드, 라이트 서라운드 채널의 신호들(L_p, C_p, R_p, SL_p, SR_p)을 제곱하여 각각의 파워값을 계산한다.Referring to FIG. 5, the first, second, third, fourth, and
제1곱셈기(532)는 제1제곱기(512)에서 계산된 레프트 채널 신호의 파워값에 추출된 레프트 채널 스피커의 각도(AngL)(예를 들면, 120도)을 곱하여 레프트 채널의 파워 벡터(P{L_p})를 추출한다. The
제2곱셈기(534)는 제2제곱기(514)에서 계산된 라이트 채널 신호의 파워값에 추출된 라이트 채널 스피커의 각도(AngR)(예를 들면, 60도)을 곱하여 라이트 채널의 파워 벡터(P{R_p})를 추출한다.The
제3곱셈기(536)는 제3제곱기(516)에서 계산된 센터 채널 신호의 파워값에 추출된 센터 채널 스피커의 각도(AngC)(예를 들면 90도)을 곱하여 센터 채널의 파워 벡터(P{C_p})를 추출한다.The
제4곱셈기(538)는 제4제곱기(518)에서 계산된 라이트 서라운드 채널 신호의 파워값에 추출된 레프트 서라운드 채널 스피커의 각도(AngSL)(예를 들면 200도)을 곱하여 레프트 서라운드 채널의 파워 벡터(P{SL_p})를 추출한다.The
제5곱셈기(539)는 제5제곱기(519)에서 계산된 레프트 서라운드 채널 신호의 파워값에 추출된 라이트 서라운드 채널 스피커의 각도(AngSR)(예를 들면 340도)을 곱하여 라이트 서라운드 채널의 파워 벡터(P{SR_p})를 추출한다.The
도 6은 도 2의 가상 음원 파워 벡터 추정부(230)의 일실시예이다.FIG. 6 is an embodiment of the virtual sound source
제1가산기(610)는 레프트 채널의 파워 벡터(P{L_p})와 센터 채널의 파워 벡터(P{C_p})를 합하여 제1가상 음원 벡터값(vs1)을 추출한다.The
제2가산기(620)는 센터 채널의 파워 벡터(P{C_p})와 라이트 채널의 파워 벡터(P{R_p})를 합하여 제2가상 음원 벡터값(vs2)을 추출한다.The
제3가산기(630)는 라이트 채널의 파워 벡터(P{R_p})와 라이트 서라운드 채널의 파워 벡터(P{SR_p})를 합하여 제3가상 음원 벡터값(vs3)을 추출한다.The
제4가산기(640)는 라이트 서라운드 채널의 파워 벡터(P{SR_p})와 레프트 서라운드 채널의 파워 벡터(P{SL_p})를 합하여 제4가상 음원 벡터값(vs4)을 추출한 다.The
제5가산기(650)는 레프트 서라운드 채널의 파워 벡터(P{SL_p})와 레프트 채널의 파워 벡터(P{L_p})를 합하여 제5가상 음원 벡터값(vs5)을 추출한다.The
도 7은 도 2의 글로벌 파워 벡터 추출부(240)의 일실시예이다.FIG. 7 is an embodiment of the global
제1,제2,제3,제4,제5가상 음원 벡터값(vs1,vs2, vs3, vs4, vs5)들은 가산기들(710, 720, 730)들을 통해 선형 결합됨으로써 글로벌 벡터값(Gv)으로 생성된다. 이 글로벌 벡터값(Gv)은 도 3에서 도시된 바와 같이 전체 음상중에서 가장 도미넌트한 음상의 위치 및 크기를 나타낸다. The first, second, third, fourth and fifth virtual sound source vector values (vs1, vs2, vs3, vs4, vs5) are linearly combined through
도 8은 도 2의 채널 선택부(250)의 일실시예이다.FIG. 8 is an embodiment of the
제1감산기(826)는 레프트 채널 스피커의 각도(AngR)에서 글로벌 벡터값(Gv)의 위치값을 감산하여 정규화된 레프트 채널의 스피커 위치(θch1)를 구한다. The
제2감산기(824)는 라이트 채널 스피커의 각도(AngL)에서 글로벌 벡터값(Gv)의 위치값을 감산하여 정규화된 라이트 채널 스피커의 위치(θch2)를 구한다. The
제3감산기(822)는 센터 채널 스피커의 각도(AngC)에서 글로벌 벡터값(Gv)의 위치값을 감산하여 정규화된 센터 채널 스피커의 위치(θch3)를 구한다. The
제4감산기(818)는 레프트 서라운드 채널 스피커의 각도(AngRS)에서 글로벌 벡터값(Gv)의 위치값을 감산하여 정규화된 레프트 서라운드 채널 스피커의 위치(θch4)를 계산한다. The
제5감산기(816)는 라이트 서라운드 채널 스피커의 각도(AngSL)에서 글로벌 벡터값(Gv)의 위치값을 감산하여 정규화된 라이트 채널 스피커의 위치(θch5)를 계산한다. The
도 9는 도 2의 채널 파워 분배부(260)의 일실시예이다.FIG. 9 is an embodiment of the channel
제1,제2,제3,제4,제5곱셈기들(922, 924, 926, 928, 929)은 정규화된 채널의 위치값들(θch1, θch2, θch3, θch4, θch5)을 파라미터로 갖는 배치함수(f(x)(912, 914, 916, 918, 919)와 디코딩된 채널의 신호 크기값(L_p, R_p, C_p, SL_p, SR_p)을 파라메터로 갖는 게인 조절 함수(g(x))(922, 924, 926, 928, 929)를 곱하여 재분배된 각 채널의 신호((L_e, R_e, C_e, SL_e, SR_e)를 출력한다. The first, second, third, fourth, and
이때 게인 조절 함수(g(x))는 디코딩된 채널 전체 신호의 크기와 각 채널의 신호 크기를 비교하여 채널 전체 신호의 크기에 대한 각 채널의 신호 크기의 비율에 따라 각 채널 신호의 크기를 조절한다. 예를 들면, 라이트 채널의 신호 크기(R_p)가 전체 채널의 신호 크기(L_p2+R_p2+C_p2+SL_p2+SR_p2)의 20% 이상이면 대수 함수에 비례하여 라이트 채널의 신호의 크기(R_p)를 증가시킨다. 라이트 채널의 신호 크기(R_p)가 전체 신호 크기(L_p2+R_p2+C_p2+SL_p2+SR_p2)의 20% 이하이면 대수 함수에 비례하여 라이트 채널의 신호의 크기(R_p)를 감소시킨다. At this time, the gain control function g (x) adjusts the size of each channel signal according to the ratio of the signal size of each channel to the size of the entire channel signal by comparing the size of the decoded channel- do. For example, if the signal size (R_p) of the write channel is 20% or more of the signal size (L_p 2 + R_p 2 + C_p 2 + SL_p 2 + SR_p 2 ) of the entire channel, (R_p). If the signal size R_p of the write channel is 20% or less of the total signal magnitude (L_p 2 + R_p 2 + C_p 2 + SL_p 2 + SR_p 2 ), the magnitude R_p of the write channel is reduced in proportion to the logarithm function .
도 10은 본 발명에 따른 오디오 매트릭스 디코딩 방법을 보이는 흐름도이다. 10 is a flowchart showing an audio matrix decoding method according to the present invention.
먼저, 멀티 채널의 스피커들로부터 재생되는 임의의 신호로부터 각 스피커 신호의 게인 및 딜레이 및 각 스피커 각도를 추출한다(1008 과정).First, the gain and delay of each speaker signal and the angle of each speaker are extracted from an arbitrary signal reproduced from the speakers of the multichannel (step 1008).
이어서, 매트릭스 인코딩된 스테레오 신호는 소정의 패시브 매트릭스 디코딩 알고리듬을 통해 멀티 채널의 신호로 디코딩된다(1010 과정). Subsequently, the matrix encoded stereo signal is decoded into a multi-channel signal through a predetermined passive matrix decoding algorithm (step 1010).
이어서, 디코딩된 각 채널의 신호들에다 추출된 각 채널 스피커 게인 및 딜레이값을 적용하여 보정된 신호를 생성한다.Subsequently, each channel speaker gain and delay value is applied to the signals of each decoded channel to generate a corrected signal.
이어서, 보정된 각 채널 신호의 크기에 추출된 복수 채널의 스피커의 각도를 곱하여 채널별 신호의 파워 벡터를 계산한다(1020 과정).Subsequently, the power vector of the signal for each channel is calculated by multiplying the corrected magnitude of each channel signal by the angles of the extracted channels.
이어서, 각 채널의 파워 벡터값들을 서로 선형 결합하여 각 채널 사이에 존재하는 가상 음원의 벡터를 추출한다(1030 과정). Subsequently, the power vector values of the respective channels are linearly combined with each other to extract a vector of the virtual sound source existing between the respective channels (step 1030).
이어서, 추출된 가상 음원들의 벡터의 선형 결합에 의해 도미넌트한 음상의 위치를 나타내는 글로벌 벡터를 계산하고, 그 도미넌트 음상의 위치를 기준으로 각 채널 스피커의 위치를 정규화한다(1050 과정).Subsequently, a global vector indicating the position of the dominant sound image is calculated by linear combination of the extracted virtual sound sources, and the position of each channel speaker is normalized based on the position of the dominant sound image (step 1050).
이어서, 디코딩된 채널 전체 신호의 크기와 각 채널의 신호 크기를 비교하여 채널 전체 신호의 크기에 대한 각 채널의 신호 크기의 비율에 따라 각 채널 신호의 크기를 조절하고, 채널별로 조절된 신호 크기(에너지)를 정규화된 각 채널별 스피커 위치에 재분배한다(1060 과정).Subsequently, by comparing the size of the decoded channel total signal and the signal size of each channel, the size of each channel signal is adjusted according to the ratio of the signal size of each channel to the size of the channel total signal, and the adjusted signal size for each channel ( Energy) is redistributed to the normalized speaker positions (step 1060).
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 다른 실시예로 본 발명은 5채널의 음원을 7채널 음원으로 확장할 수 있다. 즉, 7채널 매트릭스 디코더는 채널확장부(도시안됨), 채널 파워 향상부(도시안됨)를 구비한다. 채널 확장부는 벡터 프로젝트(vector project) 방법을 이용하여 5개 채널의 음원으로부터 Left Back 채널과 Right Back 채널에 해당하는 음원을 만들어 내고, Surround Left 채널신호와 Surround Right채널신호의 파워를 새로 생성된 Left Back 채널과 Right Back 채널 신호의 영향을 감안하여 재조정한다. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and of course, modifications may be made by those skilled in the art within the spirit of the present invention. In another embodiment, the present invention can extend a 5-channel sound source to a 7-channel sound source. That is, the seven-channel matrix decoder includes a channel expansion unit (not shown) and a channel power enhancement unit (not shown). The channel extension unit creates a sound source corresponding to the left back channel and the right back channel from the sound sources of five channels using a vector project method, and newly generates the power of the surround left channel signal and the surround right channel signal. Readjust the effect of the back channel and right back channel signals.
예를들면, 채널 확장부는 5채널의 좌, 우서라운드 채널(SL, SR)로부터 40˚와 100˚의 위치에 각각 자리를 하는 Left Back 채널과 Right Back채널의 값을 벡터 프로젝트 수식을 이용하여 유도한다. For example, the channel extension unit derives the values of the left back channel and the right back channel at positions 40 and 100 from the left and right surround channels (SL, SR) of five channels, respectively, using the vector project equation. do.
또한 채널 파워 향상부는 전체 음상의 위치에 따라 채널별로 향상 시켜야 할 정도를 선택하고 별도의 비선형 함수를 이용하여 레이아웃에 맞는 채널별 파워를 재분배한다. 다시말하면, 채널 파워 향상부는 7개의 채널의 전체 음상의 위치에 따라 채널별 향상 정도를 선택 한다. 따라서 채널 파워 향상부는 함수에 의해 각각의 채널 위치에 따른 향상 시켜야할 정도를 결정하고, 별도의 비선형 함수 g(x)를 이용하여 채널별로 파워를 재 계산하여 전 체 채널의 파워를 재 분배한다. In addition, the channel power enhancement unit selects the degree to be improved for each channel according to the position of the entire sound image and redistributes the power for each channel according to the layout using a separate nonlinear function. In other words, the channel power enhancement unit selects the degree of enhancement for each channel according to the position of the entire sound image of the seven channels. Therefore, the channel power improvement unit determines the degree to be improved according to each channel position by a function, and redistributes the power of the entire channel by recalculating the power for each channel using a separate nonlinear function g (x).
또한 본 발명은 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.The present invention can also be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, hard disk, floppy disk, flash memory, optical data storage, And the like. The computer readable recording medium may also be distributed over a networked computer system and stored and executed as computer readable code in a distributed manner.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스피커와 청취자 위치를 고려하여 생성되는 가상 음상의 위치를 기반으로 각 채널 신호 레벨을 최적으로 튜닝할 수 있다. 따라서 기존의 매트릭스 디코더가 가지고 있는 한계, 즉, 채널간에 필연적으로 발생하는 높은 상관성(high correction)으로 인한 낮은 분리도 문제를 심리 음향학적으로 해결할 수 있다. 또한 청취자의 위치 변화로 인하여 왜곡된 음상을 신호 보정을 통해 의도된 원래의 음상으로 복구할 수 있다.As described above, according to the present invention, each channel signal level can be optimally tuned based on the position of the virtual sound image generated in consideration of the speaker and listener positions. Therefore, it is possible to psychologically solve the problem of low separation due to the limitation of the existing matrix decoder, that is, the high correction inevitably generated between channels. In addition, it is possible to restore the distorted sound image due to the change of the position of the listener to the intended original sound image through signal correction.
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