KR101401775B1 - 스피커 어레이 기반 음장 합성을 이용한 음장 재생 장치 및 방법 - Google Patents

스피커 어레이 기반 음장 합성을 이용한 음장 재생 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

음상 정위 정보가 없는 멀티 채널 신호를 음장 합성하는 방법 및 장치가 개시된다. 음장 합성 재생 장치는 입력 받은 멀티 채널 신호를 주요 신호(Primary Signal)와 부가 신호(Ambient Signal)로 분류하는 신호 분류부; 상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 음상 정위 정보 추정부; 및 상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보 및 청취자 환경 정보를 기초로 상기 주요 신호와 상기 부가 신호를 렌더링하는 렌더링부를 포함할 수 있다.

Description

스피커 어레이 기반 음장 합성을 이용한 음장 재생 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REPRODUCING SURROUND WAVE FIELD USING WAVE FIELD SYNTHESIS BASED SPEAKER ARRAY}
본 발명은 음장 합성 재생 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음상 정위 정보가 없는 멀티 채널 신호를 음장 합성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
음장 합성(WFS) 재생 기술은 재생하고자 하는 음원을 평면파(plane wave) 재생함으로써 청취 공간 상에 있는 여러 청취자에게 동일한 음장을 제공할 수 있는 기술이다.
그러나, 음장 합성 재생 기술로 음장 신호를 가공하기 위해서는 음원 신호와 상기 음원 신호를 청취 공간 상에 어떻게 정위할 것인지에 대한 음상 정위 정보가 필요하다. 따라서, 믹싱되어 음상 정위 정보가 존재하지 않는 디스크리트 멀티 채널 신호에는 음장 합성 재생 기술을 적용하기 어려운 실정이다.
그에 따라, 스피커 배치 각도 정보를 이용하여 5.1채널과 같은 멀티 채널 신호의 각 채널을 음원과 음상 정위 정보로 간주함으로써 WFS 렌더링을 수행하는 방법이 개발되었으나, 상기 방법은 의도하지 않은 음장 왜곡 현상을 초래할 수 있다는 문제점과, 음장 합성 기술의 장점 중 자유로운 음상 정위를 이룰 수가 없다는 한계가 있었다.
따라서, 음장 왜곡 현상 없이 디스크리트 멀티 채널 신호에서 음장 합성 렌더링을 수행할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 멀티채널 신호를 주요 신호와 부가 신호로 분류하여 재생함으로써 음장 정보에 대한 왜곡을 최소화하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치는 입력 받은 멀티 채널 신호를 주요 신호(Primary Signal)와 부가 신호(Ambient Signal)로 분류하는 신호 분류부; 상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 음상 정위 정보 추정부; 및 상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보 및 청취자 환경 정보를 기초로 상기 주요 신호와 상기 부가 신호를 렌더링하는 렌더링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치의 렌더링부는 방향 정보와 주요 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는 경우, 주요 신호를 음장 합성 방법(WFS: Wave Field Synthesis)을 사용하여 렌더링하고, 방향 정보와 주요 신호의 음상 정위 정보가 다른 방향을 가리키는 경우, 주요 신호를 빔 포밍(Beam forming) 방법을 사용하여 렌더링할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치의 렌더링부는 방향 정보와 부가 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는 경우, 부가 신호를 음장 합성 방법을 사용하여 렌더링하고, 방향 정보와 부가 신호의 음상 정위 정보가 다른 방향을 가리키는 경우, 부가 신호를 빔 포밍 방법을 사용하여 렌더링할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 방법은 입력 받은 멀티 채널 신호를 주요 신호(Primary Signal)와 부가 신호(Ambient Signal)로 분류하는 단계; 상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 단계; 및 상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보 및 청취자 환경 정보를 기초로 상기 주요 신호와 상기 부가 신호를 렌더링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 멀티 채널 신호를 주요 신호와 부가 신호로 분류하여 재생함으로써 음장 정보에 대한 왜곡을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 멀티 채널 신호를 주요 신호와 부가 신호로 분류함으로써 해당 신호에 대한 개별적인 인터랙션을 추가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치가 입력 받는 멀티 채널 신호 생성 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 방법은 음장 합성 재생 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치는 신호 분류부(110), 음상 정위 정보 추정부(120), 및 렌더링부(130)를 포함할 수 있다.
신호 분류부(110)는 입력 받은 멀티 채널 신호를 주요 신호(Primary Signal)와 부가 신호(Ambient Signal)로 분류할 수 있다. 이때, 멀티 채널 신호는 5.1 채널 신호와 같은 디스크리트 멀티 채널 신호일 수 있다. 또한, 신호 분류부(110)는 주요 신호와 부가 신호를 구분하는 구조의 업 믹서(Up mixer)일 수 있다. 이때, 신호 분류부(110)는 주요 신호와 부가 신호를 구분하는 다양한 알고리즘 중 임의의 하나를 사용하여 주요 신호와 부가 신호를 구분할 수 있다.
이때, 신호 분류부(110)가 주요 신호와 부가 신호의 분류를 위하여 사용하는 알고리즘은 오디오 신호에 포함된 전체 음원 중 일부의 음원 객체만을 분리하므로 오디오 신호에 포함된 전체 음원을 추출하는 음원 분리 알고리즘과는 다르다.
음상 정위 정보 추정부(120)는 신호 분류부(110)에서 분류된 주요 신호와 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정할 수 있다.
이때, 음상 정위 정보 추정부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 주요 신호 음상 정위 정보 추정부(121)와 부가 신호 음상 정위 정보 추정부(122)를 포함할 수 있다. 이때, 주요 신호 음상 정위 정보 추정부(121)는 주요 신호와 멀티 채널 신호의 정위 정보(Localization Info)를 기초로 주요 신호의 음상 정위 정보를 추정할 수 있다. 또한, 부가 신호 음상 정위 정보 추정부(122)는 부가 신호와 멀티 채널 신호의 정위 정보를 기초로 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정할 수 있다. 이때, 멀티 채널 신호의 정위 정보는 멀티 채널 신호의 각 채널 간의 분포에 대한 정보를 포함할 수 있다.
렌더링부(130)는 주요 신호의 음상 정위 정보와 부가 신호의 음상 정위 정보 및 청취자 환경 정보를 기초로 주요 신호와 부가 신호를 렌더링할 수 있다. 이때, 청취자 환경 정보는 신호를 재생하기 위한 라우드 스피커의 배치 환경에 대한 정보로서, 멀티 채널 신호가 재생되는 스피커의 개수 정보와 각 스피커 간의 간격 정보, 및 각 스피커의 방향 정보를 포함할 수 있다. 또한, 각 스피커의 방향 정보는 전방, 측방, 후방과 같이 스피커 어레이가 설치된 방향을 나타내는 정보일 수 있다.
그리고, 렌더링부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 WFS 렌더링부(131)와 빔 포밍부(132)를 포함할 수 있다. 이때, WFS 렌더링부(131)는 주요 신호나 부가 신호를 음장 합성(WFS: Wave Field Synthesis)으로 렌더링할 수 있다. 또한, 빔 포밍부(132)는 부가 신호를 빔 포밍(Beam forming)으로 렌더링할 수 있다.
구체적으로 렌더링부(130)는 청취자 환경 정보에 포함된 스피커의 방향 정보와 주요 신호의 음상 정위 정보 및 부가 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는 경우, WFS 렌더링부(131)를 실행하여 주요 신호와 부가 신호를 음장 합성으로 렌더링할 수 있다.
반면, 청취자 환경 정보에 포함된 스피커의 방향 정보와 주요 신호의 음상 정위 정보, 또는 부가 신호의 음상 정위 정보가 다른 방향을 가리키는 경우, 렌더링부(130)는 다른 방향을 가리키는 주요 신호나 부가 신호를 빔 포밍(Beam forming)으로 렌더링할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치가 입력 받는 멀티 채널 신호 생성 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 장치에 입력되는 멀티 채널 신호는 도 2에 도시된 바와 같이 패닝 방식으로 구성된 채널 믹서(Channel Mixer)가 복수의 음원 객체를 합성하여 생성된 신호일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음장 합성 재생 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(S410)에서 신호 분류부(110)는 입력 받은 멀티 채널 신호를 주요(primary) 신호와 부가(ambient) 신호로 분류할 수 있다.
단계(S420)에서 음상 정위 정보 추정부(120)는 단계(S420)에서 분류된 주요 신호와 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정할 수 있다. 구체적으로 주요 음상 정위 정보 추정부(121)는 주요 신호와 부가 신호 및 멀티 채널 신호의 정위 정보(Localization Info)를 기초로 주요 신호의 음상 정위 정보와 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정할 수 있다.
단계(S430)에서 렌더링부(130)는 청취자 환경 정보와 단계(S420)에서 추정된 주요 신호의 음상 정위 정보 및 부가 신호의 음상 정위 정보를 입력 받고, 청취자 환경 정보에 포함된 스피커의 방향 정보와 주요 신호의 음상 정위 정보 및 부가 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는지 여부를 확인할 수 있다.
단계(S430)에서 스피커의 방향 정보와 주요 신호의 음상 정위 정보 및 부가 신호의 음상 정위 정보 중 적어도 하나의 정보가 같은 방향을 가리키는 것으로 판단되는 경우, 단계(S440)에서 렌더링부(130)는 청취자 환경 정보에 포함된 스피커의 방향 정보와 같은 방향을 가리키는 것으로 판단된 주요 신호, 또는 부가 신호를 음장 합성(WFS)으로 렌더링할 수 있다.
반면, 단계(S430)에서 스피커의 방향 정보와 주요 신호의 음상 정위 정보 및 부가 신호의 음상 정위 정보 중 적어도 하나의 정보가 다른 방향을 가리키는 것으로 판단되는 경우, 단계(S450)에서 렌더링부(130)는 다른 방향을 가리키는 것으로 판단된 주요 신호, 또는 부가 신호를 빔 포밍(Beam forming)으로 렌더링할 수 있다.
본 발명은 멀티 채널 신호를 주요 신호와 부가 신호로 분류하여 재생함으로써 음장 정보에 대한 왜곡을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 멀티 채널 신호를 주요 신호와 부가 신호로 분류함으로써 해당 신호에 대한 개별적인 인터랙션을 추가할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 신호 분류부
120: 음상 정위 정보 추정부
130: 렌더링부

Claims (17)

  1. 입력 받은 멀티 채널 신호를 주요 신호(Primary Signal)와 부가 신호(Ambient Signal)로 분류하는 신호 분류부;
    상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 음상 정위 정보 추정부; 및
    상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보 및 청취자 환경 정보를 기초로 상기 주요 신호와 상기 부가 신호를 렌더링하는 렌더링부
    를 포함하고,
    상기 음상 정위 정보 추정부는
    상기 주요 신호와 상기 멀티 채널 신호의 정위 정보(Localization Info)를 기초로 상기 주요 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 주요 음상 정위 정보 추정부; 및
    상기 부가 신호와 상기 멀티 채널 신호의 정위 정보를 기초로 상기 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 부가 음상 정위 정보 추정부
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 청취자 환경 정보는,
    상기 멀티 채널 신호가 재생되는 스피커의 개수 정보와 각 스피커 간의 간격 정보, 및 각 스피커의 방향 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 렌더링부는,
    상기 방향 정보와 상기 주요 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는 경우, 상기 주요 신호를 음장 합성 방법(WFS: Wave Field Synthesis)을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌더링부는,
    상기 방향 정보와 상기 주요 신호의 음상 정위 정보가 다른 방향을 가리키는 경우, 상기 주요 신호를 빔 포밍(Beam forming) 방법을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 렌더링부는,
    상기 방향 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는 경우, 상기 부가 신호를 음장 합성 방법을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 렌더링부는,
    상기 방향 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보가 다른 방향을 가리키는 경우, 상기 부가 신호를 빔 포밍 방법을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 채널 신호는 복수의 음원 객체를 패닝 방식으로 구성된 채널 믹서(channel mixer)로 합성하여 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 신호 분류부는,
    주요 신호와 부가 신호를 구분하는 구조의 업 믹서(Up mixer)인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 입력 받은 멀티 채널 신호를 주요 신호(Primary Signal)와 부가 신호(Ambient Signal)로 분류하는 단계;
    상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 단계; 및
    상기 주요 신호의 음상 정위 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보 및 청취자 환경 정보를 기초로 상기 주요 신호와 상기 부가 신호를 렌더링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 추정하는 단계는,
    상기 주요 신호와 상기 멀티 채널 신호의 정위 정보(Localization Info)를 기초로 상기 주요 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 단계; 및
    상기 부가 신호와 상기 멀티 채널 신호의 정위 정보를 기초로 상기 부가 신호의 음상 정위 정보를 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 청취자 환경 정보는,
    상기 멀티 채널 신호가 재생되는 스피커의 개수 정보와 각 스피커 간의 간격 정보, 및 각 스피커의 방향 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 렌더링하는 단계는,
    상기 방향 정보와 상기 주요 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는 경우, 상기 주요 신호를 음장 합성 방법(WFS: Wave Field Synthesis)을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 렌더링하는 단계는,
    상기 방향 정보와 상기 주요 신호의 음상 정위 정보가 다른 방향을 가리키는 경우, 상기 주요 신호를 빔 포밍(Beam forming) 방법을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 렌더링하는 단계는,
    상기 방향 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보가 같은 방향을 가리키는 경우, 상기 부가 신호를 음장 합성 방법을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 렌더링하는 단계는,
    상기 방향 정보와 상기 부가 신호의 음상 정위 정보가 다른 방향을 가리키는 경우, 상기 부가 신호를 빔 포밍 방법을 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제10항에 있어서,
    상기 멀티 채널 신호는 복수의 음원 객체를 패닝 방식으로 구성된 채널 믹서(channel mixer)로 합성하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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