KR101405956B1 - 오디오 신호 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오디오 신호에서 음성(voice) 신호를 제거하거나 향상시킬 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 제1 채널신호 및 제2 채널신호를 포함하는 시간 도메인의 오디오 신호를 수신하는 단계; 상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호 각각을 주파수 도메인의 신호로 변환하는 단계; 채널간 위상 차이, 채널간 크기 차이, 및 음성이 존재할 확률 중 하나 이상을 근거로 하여, 가중치를 추정하는 단계; 및, 상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호에 상기 가중치를 적용하는 단계를 포함하고, 상기 채널간 위상 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 위상 차이에 해당하고, 상기 채널간 크기 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 크기 차이에 해당할 수 있다.
Figure R1020070139699
오디오, 음성, 음악

Description

오디오 신호 처리 방법 및 장치{METHOD FOR PROCESSING FOR AN AUDIO SIGNAL, AND APPARATUS FOR IMPLEMENTING THE SAME}
본 발명은 오디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오디오 신호에서 음성(voice) 신호를 제거하거나 향상시킬 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, DMB, DAB 등과 같은 디지털 방송을 수신하면서, 비디오 또는 오디오와 같은 미디어를 재생하는데 그치지 않고, 녹화 또는 녹음하여 저장할 수 있는 기능까지 플레이어에서 제공하고 있다. 한편, 방송 신호뿐만 아니라 DVD 디스크 등의 저장 매체를 통해서도 미디어 신호를 수신할 수 있다.
이와 같이 오디오를 재생하거나 저장하는 데 있어서, 사용자는 오디오 신호 중에서 음성(voice) 신호만을 제거하고 배경음악 내지 반주음악만을 생성하고자 한다. 이러한 요구에 따라, 오디오 신호에서 음성 신호만을 추출하는 다양한 방법들이 제안되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 왼쪽 채널 신호 및 오른쪽 채널 신호 각각에 가중치(마스커)를 적용함으로써, 음성 신호를 보다 정교하게 제거하거나 향상시킬 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 채널간 위상 차이, 채널간 크기 차이, 및 음성이 존재할 확률을 이용하여 마스커를 추정할 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 오디오 신호 처리 방법은, 제1 채널신호 및 제2 채널신호를 포함하는 시간 도메인의 오디오 신호를 수신하는 단계; 상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호 각각을 주파수 도메인의 신호로 변환하는 단계; 채널간 위상 차이, 채널간 크기 차이, 및 음성이 존재할 확률 중 하나 이상을 근거로 하여, 가중치를 추정하는 단계; 및, 상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호에 상기 가중치를 적용하는 단계를 포함하고, 상기 채널간 위상 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 위상 차이에 해당하고, 상기 채널간 크기 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 크기 차이에 해당한다.
본 발명에 따르면, 상기 가중치는, 각 프레임별, 및 각 주파수 밴드별로 다른 값을 갖을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가중치는, 상기 채널간 위상차이, 상기 채널간 크기 차이, 1에서 상기 음성이 존재할 확률을 뺀 값 중 최소값 또는 최대값에 해당할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가중치는, 상기 채널간 위상차이, 상기 채널간 크기 차이, 및 1에서 상기 음성이 존재할 확률을 뺀 값의 곱 또는 평균에 해당할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가중치는 0부터 1사이의 값에 해당할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가중치는, 해당 프레임 및 해당 주파수밴드에 음성이 존재하지 않는 경우 1이 되고, 해당 프레임 및 해당 주파수밴드에 음성만 존재하는 경우 0일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가중치를 적용하는 단계 이후, 상기 제1 채널신호 및 제2 채널신호 각각을 시간 도메인 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1 채널신호 및 제2 채널신호를 포함하는 시간 도메인의 오디오 신호를 수신하고, 상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호 각각을 주파수 도메인의 신호로 변환하는 주파수 도메인 변환부; 채널간 위상 차이, 채널간 크기 차이, 및 음성이 존재할 확률 중 하나 이상을 근거로 하여, 가중치를 추정하는 가중치 추정부; 상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호에 상기 가중치를 적용하는 가중치 적용부를 포함하고, 상기 채널간 위상 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 위상 차이에 해당하고, 상기 채널간 크기 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 크기 차이에 해당하는 오디오 신호 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 왼쪽 채널 신호 및 오른쪽 채널 신호 각각에 가중치(마스커)를 적용함으로써, 음성 신호를 보다 정교하게 제거하거나 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 채널간 위상 차이, 채널간 크기 차이, 및 음성이 존재할 확률을 이용하여 마스커를 추정할 수 있기 때문에, 보다 정확하고 정교하게 음성신호를 제거하거나 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법의 순서를나타내는 도면이다. 우선 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신 호 처리 장치(100)는 제1 주파수 도메인 변환부(110), 제2 주파수 도메인 변환부(120), 가중치 추정부(130), 제1 가중치 적용부(140), 제2 가중치 적용부(150), 제1 시간 도메인 변환부(160), 제2 시간 도메인 변환부(170)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 우선 제1 주파수 도메인 변환부(110)는 시간 도메인의 신호인 왼쪽 채널 신호(Lin(t))를 푸리에 변환, 웨이블릿 변환, 필터뱅크 분석 등을 방법을 이용하여, 아래 수학식 1과 같이 주파수 도메인의 신호로 변환한다(S110 단계). 제2 주파수 도메인 변환부(120)도 마찬가지로 아래 수학식 2와 같이 오른쪽 채널 신호(Rin(t))를 주파수 도메인의 신호로 변환한다(S120 단계).
Figure 112007094218511-pat00001
Figure 112007094218511-pat00002
여기서, n은 프레임 인덱스, f는 주파수 인덱스,
Figure 112007094218511-pat00003
은 주파수 영역 변환.
가중치 추정부(130)는 가중치(마스커)(M(n,f))를 추정하기 위해, 우선, 채널간 위상 차이에 대응되는 제1 마스커 성분을 산출한다(S130 단계).
우선, 채널간 위상 차이는 다음 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007094218511-pat00004
여기서, δp는 채널간 위상 차이, ∠Lfin(n,f)은 왼쪽 채널 위상, ∠Rfin(n,f)은 오른쪽 채널 위상.
위 수학식 3에 의해 결정된 채널간 위상 차이를 이용하여, 다음 수학식 4와 같이, 위상 차이에 대응되는 제1 마스커 성분 Mp(n,f)를 구할 수 있다. 수학식 4에의해 정의된 제1 마스커 성분은 음성을 제거하기 위한 마스커이다.
Figure 112007094218511-pat00005
γ는 가파름(sharpness)을 결정하는 상수, δp는 채널간 위상 차이.
도 3은 음성 제거 시스템에서, 채널간 위상차이에 대응되는 제1 가중치(마스커) 성분(마스커)의 값 분포도이다. 우선 도 3을 참조하면, 위상차이(δ)가 0에 가까울수록, 제1 가중치 성분 M이 0에 가까운 것을 알 수 있다. 즉, 위상차이와 가중치 성분 M이 비례하는 관계를 갖는다. 다만, 가파름(γ)에 따라서 기울기의 가파름의 정도는 달라질 수 있다.
한편, 수학식 4는 음성 제거 시스템에서의 마스커인데 비해, 음성 향상 시스템에서의 마스커는 다음 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007094218511-pat00006
도 4는 음성 향상 시스템에서, 채널간 위상차이에 대응되는 제1 가중치(마스커) 성분의 값 분포도이다. 도 4를 참조하면, 위상차이가 0에 가까울수록 제1 마스커 성분 M은 1에 가까운 것을 알 수 있다. 즉, 위상차이 및 제1 마스커 성분은 반바례하는 관계를 갖는다. 마찬가지로, 가파름(γ)에 따라서 기울기의 가파름의 정도는 달라질 수 있다.
그런 다음 가중치 추정부(130)는, 다음 수학식 6과 같은 채널간 크기 차이를 이용하여, 수학식 7과 같이 채널간 크기 차이에 대응되는 제2 마스커 성분 Mm을 산출한다(S140 단계).
우선, 채널간 크기 차이(δm)는 다음 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007094218511-pat00007
수학식 6에 의해 정의된 채널간 크기 차이에 대응되는 제2 마스커성분 Mm은 다음 수학식 7과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007094218511-pat00008
γ는 가파름(sharpness)을 결정하는 상수, δp는 채널간 크기 차이.
여기서의 제2 마스커 성분 또한 도 3과 함께 설명된 특성과 동일한 특성을 갖는다. 즉, 음성 제거 시스템에서, 크기 차이가 0에 가까울수록, 제2 마스커값도 0에 가까운 값을 갖는다.
그런 다음, 가중치 추정부(130)는, 음성이 존재할 확률(Ps(n,f))에 대응되는 제3 마스커 성분(Ps(n,f))을 조회한다(S150 단계). 여기서, 음성이 존재할 확률이란, 특정 프레임 및 특정 주파수에서 음성이 존재할 가능성으로서, 예를 들어, 사람의 가청 주파수 범위는 20~20,000Hz인지만, 사람의 발성 주파수는 200Hz~7,000Hz이므로, 예컨대, 7,000Hz 이상이거나, 200Hz 이하의 경우 음성이 존재할 확률(Ps)은 0에 가까워지고, 200Hz~7,000Hz의 경우 음성이 존재할 확률(Ps) 0~1 사이의 값을 갖게 된다.
가중치 추정부(130)는 S130 단계에서 산출된 제1 마스터 성분, S140 단계에서 산출된 제2 마스커 성분, S150 단계에서 조회된 제3 마스커 성분 중 하나 이상을 이용하여 가중치(마스커)를 추정한다(S160).
첫 번째, 상기 3가지 성분 모두를 이용하여 가중치를 추정할 수 있는데, 일반적으로, 가중치는 다음 수학식 8과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007094218511-pat00009
여기서, Mp(n,f)는 채널간 위상 차이에 대응되는 제1 마스커 성분, Mm(n,f)는 채널간 크기 차이에 대응되는 제2 마스커 성분, Ps(n,f)는 음성이 존재할 확률에 대응되는 제3 마스커 성분.
보다 구체적으로, 수학식 9와 같이, 3가지 성분 중 최대값으로 가중치를 결정할 수도 있고, 수학식 10과 같이, 3가지 성분 중 최소값으로 결정할 수도 있다.
Figure 112007094218511-pat00010
Figure 112007094218511-pat00011
뿐만 아니라, 다음 수학식 11과 같이, 3가지 성분의 곱으로 결정할 수도 있고, 수학식 12와 같이, 3가지 성분의 평균으로 결정할 수도 있다.
Figure 112007094218511-pat00012
Figure 112007094218511-pat00013
두 번째, 다음 수학식 13 내지 15와 같이, 상기 3가지 성분 중 하나의 성분만으로 가중치를 결정할 수 있다.
Figure 112007094218511-pat00014
Figure 112007094218511-pat00015
Figure 112007094218511-pat00016
세 번째, 다음 수학식 16 내지 18과 같이, 3가지 성분 중 2가지 성분을 이용하여 가중치를 결정할 수도 있다.
Figure 112007094218511-pat00017
Figure 112007094218511-pat00018
Figure 112007094218511-pat00019
위와 같이 S160 단계에서는, 상기 수학식 8 내지 수학식 18 중 하나를 이용하여 3가지 성분 중 하나 이상을 이용하여 가중치를 추정하는 것이다.
그런 다음, 제1 가중치 적용부(140)는 S160 단계에서 추정된 가중치(M(n,f))를 다음 수학식 19와 같이 왼쪽 채널 신호에 적용하고(S170 단계), 제2 가중치 적용부(150)는 S160 단계에서 추정된 가중치(M(n,f))를 다음 수학식 20과 같이 오른쪽 채널 신호에 적용한다(S180 단계).
Figure 112007094218511-pat00020
Figure 112007094218511-pat00021
그런 다음, 제1 시간 도메인 변환부(160)는, S170 단계에서 가중치가 적용된 왼쪽 채널 신호를 시간 도메인의 신호로 변환시키고, 제2 시간 도메인 변환부(170)는, S180 단계에서 가중치가 적용된 오른쪽 채널 신호를 시간 도메인의 신호로 변환시킨다(S190 단계). 이때, 역 푸리에 변환, 역 웨이블릿 변환, 필터뱅크 합성 등의 방법이 사용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
본 발명은 방송 수신기, 오디오 플레이어 등에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법의 순서도.
도 3은 음성 제거 시스템에서, 채널간 위상차이에 대응되는 제1 가중치(마스커) 성분(마스커)의 값 분포도.
도 4는 음성 향상 시스템에서, 채널간 위상차이에 대응되는 제1 가중치(마스커) 성분의 값 분포도.

Claims (8)

  1. 제1 채널신호 및 제2 채널신호를 포함하는 시간 도메인의 오디오 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호 각각을 주파수 도메인의 신호로 변환하는 단계;
    채널간 위상 차이, 채널간 크기 차이, 및 음성이 존재할 확률 중 하나 이상을 근거로 하여, 가중치를 추정하는 단계;
    상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호에 상기 가중치를 적용하는 단계; 및
    상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호 각각을 시간 도메인 신호로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 채널간 위상 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 위상 차이에 해당하고, 상기 채널간 크기 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 크기 차이에 해당하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는, 각 프레임별, 및 각 주파수 밴드별로 다른 값을 갖는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는, 상기 채널간 위상차이, 상기 채널간 크기 차이, 1에서 상기 음성이 존재할 확률을 뺀 값 중 최소값 또는 최대값에 해당하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는, 상기 채널간 위상차이, 상기 채널간 크기 차이, 및 1에서 상기 음성이 존재할 확률을 뺀 값의 곱 또는 평균에 해당하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는 0부터 1사이의 값에 해당하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가중치는, 해당 프레임 및 해당 주파수밴드에 음성이 존재하지 않는 경우 1이 되고, 해당 프레임 및 해당 주파수밴드에 음성만 존재하는 경우 0인 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 제1 채널신호 및 제2 채널신호를 포함하는 시간 도메인의 오디오 신호를 수신하고, 상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호 각각을 주파수 도메인의 신호로 변환하는 주파수 도메인 변환부;
    채널간 위상 차이, 채널간 크기 차이, 및 음성이 존재할 확률 중 하나 이상을 근거로 하여, 가중치를 추정하는 가중치 추정부;
    상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호에 상기 가중치를 적용하는 가중치 적용부; 및
    상기 제1 채널신호 및 상기 제2 채널신호 각각을 시간 도메인 신호로 변환하는 시간 도메인 변환부를 포함하고,
    상기 채널간 위상 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 위상 차이에 해당하고, 상기 채널간 크기 차이는, 상기 제1 채널 신호 및 제2 채널 신호간의 크기 차이에 해당하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
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