KR102283964B1 - 인터콤시스템 통신명료도 향상을 위한 다채널다객체 음원 처리 장치 - Google Patents

인터콤시스템 통신명료도 향상을 위한 다채널다객체 음원 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력된 오디오 신호에서 필터링을 통해 잡음을 저감 처리하는 주변 노이즈 저감 처리부, 오디오 신호에 대해 모노음원 또는 스테레오 음원을 판단하여 모노음원의 경우 스테레오 음원으로 업믹싱(up mixing) 변환 처리하여 스테레오 오디오 신호로 출력하는 다채널다객체 음원 판단부, 입력된 정보와 청취자의 머리 움직임 정보를 상호 연동하여 3차원 공간상에 음상을 정위하고 공간감을 부여하는 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부 및 음량 평준화 및 출력장치의 출력 채널수에 맞춰 다운 믹싱처리한 후 이퀄라이저 처리하여 최종 출력하는 음원출력 처리부를 포함하여 각각의 채널 또는 객체에 대하여 음원의 위치, 방향 및 거리감을 적용하여 공간감을 제공하는 다채널다객체 음원 처리 장치를 제공한다.

Description

인터콤시스템 통신명료도 향상을 위한 다채널다객체 음원 처리 장치{ Multi-channel/multi-object sound source processing apparatus}
본 발명은 인터콤시스템 등 다채널 또는 다객체 음원이 동시에 재생되는 장치에서 다채널다객체 음원 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각의 채널 또는 객체에 대하여 음원의 위치, 방향 및 거리감을 적용하여 공간감을 제공하는 기술에 관한 것이다.
상호통신시스템인 인터콤시스템(Inter Communication System: ICS)은 마이크 등 통신 대상별로 입력된 각 신호 채널을 스테레오 또는 모노 채널로 믹싱하여 출력하는 다중통신 시스템으로 방송국 스튜디오와 조정실 또는 조정실 상호간의 지령이나 연락을 위한 통신을 제공하는데 사용되고, 항공기와 관제국 또는 항공기들 상호간의 지령이나 연락을 위한 통신을 제공하며, 전투기, 전차의 내부통신 등 다양한 다채널 통신분야에 적용되어 활용되고 있다.
그러나 종래의 상호통신시스템에서는 입력되는 다채널의 음원이 단순믹싱되어 출력됨으로써 음성 명료도와 상황판단 인지율이 감소되는 문제점이 있다.
또한, 전투기, 전차의 상호통신시스템의 경우 주변의 위험요소에 대해 위험신호를 소리로 표시하여 청취자에게 전달하고 있으나, 위험상황 판단을 위해서는 레이더 등 부가 장비를 이용하기 전에는 위험요소에 대한 방향 및 이동여부에 대한 상황파악이 어려워 소리로 위험요소에 대한 위치 및 이동정보를 표현하는 것에 대한 요구사항이 있다.
다채널다객체 음원 처리 장치에서 사용하는 음상정위 기능은 입력 오디오 신호를 입력된 위치로 3차원 공간상에 정위되도록 사람의 양귀에 전달되는 신호를 모델링하여 프로세싱하는 기능이다. 청취자는 음상정위 기능을 적용한 스테레오 출력 오디오 신호를 헤드폰/이어폰을 통해 청취함으로써 소리의 공간감을 느낄 수 있다. 따라서 다채널다객체 음원 처리 장치에서 음상정위 기능을 이용하여 입력된 채널별로 공간감을 적용시키면 청취자는 스테레오 청취 환경에서도 실제공간에서 소리를 청취하는 것과 같은 효과를 가져올 수 있다.
한국등록특허 제10-1501133호
본 발명은 다채널다객체 음원이 동시에 믹싱되어 재생됨으로서 소리가 혼합되어 어떤 채널에서 어떠한 내용이 전달되는지 확인이 불분명해져서 발생되는 통신 명료도 저하 문제를 해결하고자 한다.
또한, 움직이는 물체(위험 신호 등)을 오디오로 표시할 때 방향과 거리 등을 청취 시 알 수 있도록 동적으로 소리의 위치를 표시하고자 한다.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 입력된 통신 채널별 오디오 신호에 대해 음상정위감 및 공간감을 처리 적용하기 위한 다채널다객체 음원 처리장치는, 입력된 채널 또는 객체별 오디오 신호에서 주변 잡음 및 통신상황에 따른 잡음에 대해 필터링을 통해 잡음을 저감 처리한 수정 오디오 신호를 생성하는 주변 노이즈 저감 처리부, 노이즈 저감 처리부에서 처리된 각 채널 또는 객체별 오디오 신호에 대해 모노음원 또는 스테레오 음원을 판단하여 모노음원의 경우 스테레오 음원으로 업믹싱(up mixing) 변환 처리하여 스테레오 오디오 신호로 출력하는 다채널다객체 음원 판단부, 다채널다객체 음원 판단부에서 처리 출력된 오디오신호에 대해 입력된 정보와 청취자의 머리 움직임 정보를 상호 연동하여 3차원 공간상에 음상을 정위하고 공간감을 부여하는 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부 및 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부에서 처리된 오디오 신호에 대해 음량 평준화 및 출력장치의 출력 채널수에 맞춰 다운 믹싱처리한 후 이퀄라이저 처리하여 최종 출력하는 음원출력 처리부를 포함할 수 있다.
상기 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부는, 음원의 왜곡을 방지하기 위한 전처리부, 음원의 공간감을 만들어주는 잔향처리부, 음상의 위치를 정하는 음상정위부 및 사용자의 머리 움직임 정보를 추출하여 처리하는 헤드트레킹정보 처리부를 포함할 수 있다.
상기 음상정위부는, 입력된 좌(L), 우(R) 음원신호에 대하여 음상의 높낮이 위치에 대한 pinna 효과를 처리하기 위한 elevation pinna filter, 입력된 좌(L), 우(R) 음원신호에 대하여 음상의 방향각 위치에 대한 pinna효과를 처리하기 위한 azimuth pinna filter 및 elevation pinna filter와 azimuth pinna filter에서 출력된 좌(L), 우(R) 신호에 대하여 사람의 머리 형상에 따른 효과를 처리하기 위한 head shadow filter를 포함할 수 있다.
상기 음원 출력 처리부는, 음상의 공간감, 위치감이 처리되어 출력된 여러 개의 처리된 음원들의 음량차이를 조정하는 음량 노멀라이징부, 음량 조정된 여러 개의 음원들을 설정된 출력 장치의 채널 수에 맞춰 다운믹싱하는 다운믹싱부 및 다운믹싱된 좌(L), 우(R) 오디오 신호에 대해서 청취자 또는 적용 기기에 맞춰 이퀄라이저 조정하는 이퀄라이저 처리부를 포함할 수 있다.
상기 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부는, 입력된 복수개의 다채널다객체 음원신호 중에서 사전에 선택된 소수의 음원신호만 음상정위하여 음상의 위치공간감을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 다채널다객체 음원 처리 장치는 상호통신시스템 뿐 아니라 다채널로 통신하는 시스템과 가상현실 등에서 전달되는 정보를 이용하여 실시간으로 3차원공간상에 위치된 소리를 재생하여, 어떤 채널에서 어떠한 내용이 전달되는지 공간감 있고 분명하게 확인할 수 있어 통신 명료도를 향상시킬 수 있다.
또한, 음원의 이동경로가 입력될 경우, 청취자의 머리 움직임과 연동하여 3차원 공간상에서 위치가 이동되는 소리를 실시간으로 재생하여, 어떤 채널에서 어떠한 내용이 전달되는지 공간감 있고 분명하게 확인할 수 있어 통신 명료도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인터콤시스템 통신명료도 향상을 위한 다채널다객체 음원 처리 장치를 도시하는 전체적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에서 다채널다객체 음원의 채널분리를 위한 오디오 효과 랜더링부의 구성도이다.
도 3은 본 발명에서 사용자의 머리 움직임에 따라 오디오의 위치, 공간감을 변화시키는 음상정위부의 구성도이다.
도 4는 본 발명에서 오디오 효과 랜더링 처리된 오디오 신호의 출력을 위한 음원 출력부의 구성도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다채널다객체 음원 처리 장치를 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면 다채널다객체 음원 처리 장치는 주변 노이즈 저감처리부(100), 다채널다객체 음원 판단부(200), 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부(300), 음원출력 처리부(400)를 포함할 수 있다.
주변 노이즈 저감 처리부(100)는 항공기, 전차, 차량 등의 큰 소리의 외부 발생 소음과 통신 회선에서 발생하는 노이즈에 대하여 능동소음제어(ANC: Active Noise Control) 및 능동소음감소(ANR: Active Noise Reduction), 전자소음 제거(ENC: Electronic Noise Cancelling)을 이용하여 입력된 채널 또는 객체별 신호에서 노이즈 신호를 저감 처리한 수정 오디오 신호를 생성한다.
주변 노이즈 저감 처리부(100)에서 수정 처리된 오디오 신호는 모노 또는 스테레오 포맷으로 출력된다. 음원의 위상을 정위하기 위해서는 해당 음원이 스테레오로 처리가 되어야 한다. 따라서 주변 노이즈 저감 처리부에서 출력된 오디오 신호는 다채널다객체 음원 판단부(200)에서 각 오디오 신호의 정보를 확인하여 스테레오 신호는 그대로 전달하고 모노 신호의 경우 스테레오 신호로 업믹싱(up mixing) 변환 처리하여 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부의 구성도이다.
다채널다객체 오디오 효과 랜더링부(300)에서는 다채널다객체 음원 판단부(200)에서 처리된 오디오 신호를 채널 또는 객체별로 변환 처리하여 입력되는 오디오 신호의 음상의 위치 및 청취자의 머리 움직임에 맞춰 오디오 신호의 공간감 및 위치감이 적용된 신호로 처리 생성한다.
일반적으로 얼굴 정면에서 들려오는 소리는 양쪽 귀에 전달되는 음압차가 거의 없지만, 측방에서 들려오는 소리는 좌우가 약 1/1000초 차이가 발생하는 두영효과(head shadow effect)가 있어 음원의 방향을 인지할 수 있다.
두영효과로 음원의 방향 등을 구분하지 못할 경우에는 귀바퀴의 생김새에 따라 음색을 구분할 수 있는데 이를 귓바퀴효과(pinna effect)라 한다.
다채널다객체 오디오 효과 랜더링부(300)로 입력된 신호는 상호통신시스템의 특성에 맞춰 음상 정위시 목소리 부분이 왜곡되는 것을 보강하기 위한 전처리를 진행한다. 전처리된 오디오 신호는 가상의 공간에 음원이 있는 것처럼 느껴지도록 음상정위부(304)에서 처리되어 출력된다. 음상정위부에서는 기존에 머리 전달 함수(HRTF : Head Related Transfer Function)를 이용해 구현하는 경우 연산량과 메모리 사용량이 과다하여 고성능의 하드웨어가 아니면 실시간 처리가 어려운 것을 해결하기 위하여 본 발명에서는 두영효과을 이용하여 소리의 방향에 따라 귀의 거리차와 사람의 머리 형상에 따른 영향을 측정하여 얻어낸 임펄스응답(HRIR: Head Related Impulse Response) 곡선을 모델링하여 head shadow filter를 개발하고, 귓바퀴 효과를 적용하여 elevation pinna filter 및 azimuth pinna filter를 개발하여 실제로 측정된 신호와 유사하게 음상 정위가 구현되도록 개발하였다.
head shaow filter는 사람의 머리에 의하여 발생하는 음상차를 처리하여 좌우 방향으로의 음원을 인지하고, elevation pinna filter는 음상의 높낮이를 처리하고, azimuth pinna filter는 음상의 방향각 효과를 처리한다.
헤드폰이나 이어폰으로는 두영효과나 귓바퀴효과를 전혀 느낄 수 없으나 상기 필터들을 사용하면 거리감과 방향감 있는 3차원적인 실제 소리를 재생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음상정위부의 구성도이다.
음상정위부(304)는 head shadow filter로 구성된 head shadow 처리부와 elevation pinna filter 및 azimuth pinna filter로 구성된 pinna 처리부로 구성되며, 개발된 기술의 적용 분야를 휴대기기 등으로 확장할 수 있도록 최대한 연산량과 메모리 사용량을 줄이기 위해 각 필터의 차수를 1차 또는 2차로 낮추어 IIR (Infinite Impuse Response) 필터로 구현하여 8개 이상의 다채널다객체 각각에 대해 변화하는 위치, 거리값에 맞도록 실시간으로 음상 정위가 가능하도록 개발하였다.
다채널다객체 오디오 효과 랜더링부에서 음상정위부로 입력된 오디오 신호는 head tracking 정보처리부(305)에서 청취자의 머리 움직임에 따라 입력된 신호를 좌표신호로 변환 처리하여 만들어져 음상정위부로 전달되는 신호와 연동하여 음상 정위된 오디오 신호를 처리 출력하며, 오디오 신호의 공간감을 표현하기 위한 잔향처리부를 추가로 거치게 된다.
잔향처리부(302, 306)는 음상정위부의 앞 또는 뒤에 위치하며, 필요에 따라 오디오신호가 음상정위부의 앞 또는 뒤에 위치한 잔향처리부의 일부 또는 전부를 거치도록 선택할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 음원 출력부의 구성도이다.
다채널다객체 오디오 효과 랜더링부(300)에서 처리되어 출력된 오디오 신호는 음량 노멀라이징부(401)에서 각각의 음원의 음량이 조정되고 다운믹싱부(402)에서 최종 출력장치의 출력 채널수에 맞춰 다운믹싱(down mixing) 되며, 다운믹싱되어 출력된 오디오 신호는 이퀄라이저 처리부(403)를 통하여 청취자 또는 적용 기기의 특성에 맞춰 이퀄라이저(equalizer)조정이 되어 최종 변화 처리된 신호가 출력된다.
본 발명의 실시예에 따른 다채널다객체 음원 처리 장치에서 음상정위되는 채널 또는 객체의 종류와 개수를 시스템에서 처리 가능한 최대 가능 갯수 범위 내에서 사용자가 선택할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다채널다객체 입력 오디오 시스템에서 다채널다객체 음원 처리 장치를 전투기, 전차의 상호통신시스템에 적용하여 주변의 위험요소에 대해 위험신호를 경고표시용 오디오 신호로 표시하여 조종사에게 전달하는 경우, 복수 개의 음원 중에서 경고표시용 오디오신호만 방향과 거리감을 적용하여 음상정위하여 조종사에게 전달할 수 있으며, 조종사의 머리 움직임에 따라 입력된 신호와 연동하여 경고표시용 오디오 신호만 음상정위하여 조종사에게 전달하여 위험신호에 대한 경고표시효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 위험요소에 대한 경고표시용 오디오 신호에 대하여 위험요소의 움직임 방향과 거리를 나타내기 위하여 도플러효과를 추가할 수 있다.
이상에서 본 발명의 하나의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 실제 적용 시 입력 음원 및 다채널다객체 오디오 시스템의 특징에 따라 효과를 극대화 시킬 수 있도록 조정 가능한 장치를 제공하고 있기 때문에, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명에 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하며 각각의 장치들은 개별로도 적용이 가능하다는 점을 유의해야 한다.
예를 들어 본 발명을 VR/AR 재생장치에 적용할 경우 본 발명의 다채널다객체 음원 판단부와 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부 및 다운 믹싱 처리부를 이용하여 가상현실의 몰입감을 증가시키는 것이 가능하다.
100 : 주변 노이즈 저감처리부 200 : 다채널다객체 음원 판단부
300 : 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부
301 : 전처리부 302 : 잔향처리부1
303 : Ear Boost 부
304 : 음상정위부 305 : 헤드트래킹정보 처리부
306 : 잔향처리부2 400 : 음원출력 처리부
401 : 음량 노멀라이징부 402 : 다운믹싱부
403 : 이퀄라이저 처리부

Claims (5)

  1. 입력된 통신 채널별 오디오 신호에 대해 음상정위감 및 공간감을 처리 적용하기 위한 다채널다객체 음원 처리장치에 있어서,
    입력된 채널 또는 객체별 오디오 신호에서 주변 잡음 및 통신상황에 따른 잡음에 대해 필터링을 통해 잡음을 저감 처리한 수정 오디오 신호를 생성하는 주변 노이즈 저감 처리부(100);
    상기 주변 노이즈 저감 처리부에서 처리된 각 채널 또는 객체별 오디오 신호에 대해 모노음원 또는 스테레오 음원을 판단하여 모노음원의 경우 스테레오 음원으로 변환 처리하여 스테레오 오디오 신호로 출력하는 다채널다객체 음원 판단부(200);
    상기 다채널다객체 음원 판단부에서 처리 출력된 오디오 신호에 대해 입력된 정보와 청취자의 머리 움직임 정보를 상호 연동하여 3차원 공간상에 음상을 정위하고 공간감을 부여하는 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부(300) 및
    상기 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부에서 처리된 오디오 신호에 대해 음량 평준화 및 출력장치의 출력 채널수에 맞춰 다운 믹싱처리한 후 이퀄라이저 처리하여 최종 출력하는 음원출력 처리부(400)를 포함하되,
    상기 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부(300)는,
    음원의 왜곡을 방지하기 위한 전처리부(301);
    음원의 공간감을 만들어주는 잔향처리부(302, 306);
    임펄스응답 곡선을 모델링하여 음상의 위치를 정하는 음상정위부(304) 및
    사용자의 머리 움직임 정보를 추출하여 처리하는 헤드트레킹정보 처리부(305)를 포함하고,
    상기 음상정위부(304)는,
    입력된 좌(L), 우(R) 음원신호에 대하여 음상의 높낮이 위치에 대한 pinna 효과를 처리하기 위한 elevation pinna filter;
    입력된 좌(L), 우(R) 음원신호에 대하여 음상의 방향각 위치에 대한 pinna효과를 처리하기 위한 azimuth pinna filter 및
    상기 elevation pinna filter와 azimuth pinna filter에서 출력된 좌(L), 우(R) 신호에 대하여 사람의 머리 형상에 따른 효과를 처리하기 위한 head shadow filter를 포함하고,
    상기 주변 노이즈 저감 처리부는 능동소음제어(ANC: Active Noise Control), 능동소음감소(ANR: Active Noise Reduction) 및 전자소음 제거(ENC: Electronic Noise Cancelling)을 이용하여 항공기, 전차, 차량의 외부 발생 소음과 통신 회선에서 발생하는 노이즈를 저감 처리하는 것을 특징으로 하는 다채널다객체 음원 처리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 음원 출력 처리부(400)는,
    음상의 공간감, 위치감이 처리되어 출력된 여러 개의 처리된 음원들의 음량차이를 조정하는 음량 노멀라이징부(401);
    음량 조정된 여러 개의 음원들을 설정된 출력 장치의 채널 수에 맞춰 다운믹싱하는 다운믹싱부(402) 및
    다운믹싱된 좌(L), 우(R) 오디오 신호에 대해서 청취자 또는 적용 기기에 맞춰 이퀄라이저 조정하는 이퀄라이저 처리부(403)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널다객체 음원 처리장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 다채널다객체 오디오 효과 랜더링부(300)는,
    입력된 복수개의 다채널다객체 음원신호 중에서 사전에 선택된 소수의 음원신호만 음상정위하여 음상의 위치공간감을 제공하는 것을 특징으로 하는 다채널다객체 음원 처리장치.
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