KR102294192B1

KR102294192B1 - 음향 신호의 렌더링 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Info

Publication number: KR102294192B1
Application number: KR1020150091586A
Authority: KR
Inventors: 전상배; 김선민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2021-08-26
Also published as: RU2759448C2; CN110418274A; CA2953674A1; EP3163915A4; JP2019062548A; MX2019006683A; KR102362245B1; CN110418274B; JP2017523694A; CN106797524B; KR20160001712A; US10484810B2; US10299063B2; CN106797524A; MX365637B; MX2017000019A; RU2018112368A; AU2019200907B2; CA2953674C; JP6444436B2

Abstract

22.2 채널과 같은 멀티 채널 신호를 5.1 채널로 렌더링 하는 경우, 2차원 출력 채널을 이용해 3차원 음향 신호를 재생할 수 있지만 입력 채널의 고도가 기준 고도와 다른 경우, 기준 고도에 따른 고도 렌더링 파라미터를 이용하면 음상의 왜곡이 발생하게 된다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하며, 서라운드 출력 채널에 의한 앞뒤 혼동 현상을 방지하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 신호를 렌더링하는 방법은, 복수 개의 출력 채널로 변환될 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티채널 신호를 수신하는 단계; 각 출력 채널들이 기준 고도각에서 고도감 있는 음상을 제공하도록, 정면 높이(frontal height) 입력 채널에 소정의 지연을 부가하는 단계; 상기 부가된 지연에 기초하여, 상기 정면 높이 입력 채널에 대한 고도 렌더링 파라미터를 수정하는 단계; 및 상기 수정된 고도 렌더링 파라미터에 기초하여, 상기 정면 높이 입력 채널에 대해 지연된 고도 렌더링된 서라운드 출력 채널을 생성함으로써, 앞-뒤 혼동(front-back confusion)을 방지하는 단계;를 포함한다.

Description

음향 신호의 렌더링 방법, 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{METHOD, APPARATUS AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM FOR RENDERING AUDIO SIGNAL}

본 발명은 음향 신호를 렌더링하는 방법 및 그 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 입력 채널의 고도가 표준 레이아웃에 따른 고도보다 높거나 낮은 경우, 고도 패닝 계수 또는 고도 필터 계수를 수정함으로써 음상의 위치 및 음색을 보다 정확하게 재현하기 위한 렌더링 방법 및 장치에 관한 것이다.

입체 음향이란, 음의 고저, 음색뿐만 아니라 방향이나 거리감까지 재생하여 임장감을 가지게 하고, 음원이 발생한 공간에 위치하지 않은 청취자에게 방향감, 거리감 및 공간감을 지각할 수 있게 하는 공간 정보를 부가한 음향을 의미한다.

22.2 채널과 같은 채널 신호를 5.1 채널로 렌더링 하는 경우 2차원 출력 채널을 통해 3차원 입체 음향을 재생할 수 있지만, 입력 채널의 고도각이 기준 고도각과 차이가 있는 경우 기준 고도각에 따라 결정된 렌더링 파라미터들을 이용하여 입력 신호를 렌더링 하는 경우 음상의 왜곡이 발생하게 된다.

상술한 바와 같이 22.2 채널과 같은 멀티 채널 신호를 5.1 채널로 렌더링 하는 경우, 2차원 출력 채널을 이용해 3차원 음향 신호를 재생할 수 있지만 입력 채널의 고도각이 기준 고도각과 차이가 있는 경우 기준 고도각에 따라 결정된 렌더링 파라미터들을 이용하여 입력 신호를 렌더링 하는 경우 음상의 왜곡이 발생하게 된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하며, 입력 채널의 고도가 기준 고도보다 높거나 낮은 경우라도 음상의 왜곡을 줄일 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 신호를 렌더링하는 방법은, 복수 개의 출력 채널로 변환될 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티채널 신호를 수신하는 단계; 각 출력 채널들이 기준 고도각에서 고도감 있는 음상을 제공하도록, 정면 높이(frontal height) 입력 채널에 소정의 지연을 부가하는 단계; 부가된 지연에 기초하여, 정면 높이 입력 채널에 대한 고도 렌더링 파라미터를 수정하는 단계; 및 수정된 고도 렌더링 파라미터에 기초하여, 정면 높이 입력 채널에 대해 지연된 고도 렌더링된 서라운드 출력 채널을 생성함으로써, 앞-뒤 혼동(front-back confusion)을 방지하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수 개의 출력 채널은 수평 채널이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 고도 렌더링 파라미터는, 패닝 게인 및 고도 필터 계수 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 정면 높이 채널은, CH_U_L030, CH_U_R030, CH_U_L045, CH_U_R045 및 CH_U_000 채널 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 서라운드 출력 채널은 CH_M_L110 및 CH_M_R110 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 소정의 지연은, 샘플링 레이트에 기초하여 결정된다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 신호를 렌더링하는 장치는, 복수 개의 출력 채널로 변환될 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티채널 신호를 수신하는 수신부; 각 출력 채널들이 기준 고도각에서 고도감 있는 음상을 갖는 정면 높이(frontal height) 입력 채널에 소정의 지연을 부가하고, 부가된 지연에 기초하여 정면 높이 입력 채널에 대한 고도 렌더링 파라미터를 수정하는 렌더링부; 및 수정된 고도 렌더링 파라미터에 기초하여, 정면 높이 입력 채널에 대해 지연된 고도 렌더링 서랄운드 출력 채널을 생성함으로써, 앞뒤 혼동을 방지하는 출력부;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 고도 렌더링 파라미터는 패닝 게인 및 고도 필터 계수 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 정면 높이 입력 채널은 CH_U_L030, CH_U_R030, CH_U_L045, CH_U_R045 및 CH_U_000 채널 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 신호를 렌더링하는 방법은, 복수 개의 출력 채널로 변환될 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티채널 신호를 수신하는 단계; 각 출력 채널들이 기준 고도각에서 고도감 있는 음상을 제공하도록, 높이 입력 채널에 대한 고도 렌더링 파라미터를 획득하는 단계; 및 기준 고도각 이외의 소정의 고도각을 갖는 높이 입력 채널에 대하여 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 단계;를 포함하고, 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 단계는, 탑 프론트 센터(top front center)의 높이 입력 채널을 서라운드 출력 채널로 패닝하는 패닝 게인을 갱신하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수 개의 출력 채널은 수평 채널(horizontal channel)이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 단계는, 기준 고도각 및 소정의 고도각에 기초하여, 패닝 게인을 갱신하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 소정의 고도각이 기준 고도각보다 작은 경우, 갱신된 고도 패닝 게인 중 소정의 고도각을 가지는 출력 채널과 동측에 있는 출력 채널에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인은, 갱신 전의 고도 패닝 게인보다 크고, 입력 채널 각각에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인의 제곱의 합은 1이 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 소정의 고도각이 기준 고도각보다 큰 경우, 갱신된 고도 패닝 게인 중 소정의 고도각을 가지는 출력 채널과 동측에 있는 출력 채널에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인은, 갱신 전의 고도 패닝 게인보다 작고, 입력 채널 각각에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인의 제곱의 합은 1이 된다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 신호를 렌더링하는 장치는, 복수 개의 출력 채널로 변환될 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티채널 신호를 수신하는 수신부; 및 각 출력 채널들이 기준 고도각에서 고도감 있는 음상을 제공하도록, 높이 입력 채널에 대한 고도 렌더링 파라미터를 획득하고, 기준 고도각 이외의 소정의 고도각을 갖는 높이 입력 채널에 대하여 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 렌더링부;를 포함하고, 갱신된 고도 렌더링 파라미터는, 탑 프론트 센터(top front center)의 높이 입력 채널을 서라운드 출력 채널로 패닝하는 패닝 게인을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 갱신된 고도 렌더링 파라미터는, 기준 고도각 및 소정의 고도각에 기초하여, 갱신된 패닝 게인을 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 신호를 렌더링하는 방법은, 복수 개의 출력 채널로 변환될 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티채널 신호를 수신하는 단계; 각 출력 채널들이 기준 고도각에서 고도감 있는 음상을 제공하도록, 높이 입력 채널에 대한 고도 렌더링 파라미터를 획득하는 단계; 및 기준 고도각 이외의 소정의 고도각을 갖는 높이 입력 채널에 대하여 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 단계;를 포함하고, 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 단계는, 높이 입력 채널의 위치에 기초하여, 저주파 대역을 포함하는 주파수 범위에 대해 갱신된 패닝 게인을 획득하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 갱신된 패닝 게인은, 후면(rear) 높이 입력 채널에 대한 패닝 게인이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 단계는, 기준 고도각 및 소정의 고도각에 기초하여, 고도 필터 계수에 가중치를 적용하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 가중치는, 소정의 고도각이 기준 고도각보다 작은 경우, 고도 필터 특징이 완만하게 나타나도록 결정되고, 소정의 고도각이 기준 고도각보다 큰 경우, 고도 필터 특징이 강하게 나타나도록 결정된다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음향 신호를 렌더링하는 장치는, 복수 개의 출력 채널로 변환될 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티채널 신호를 수신하는 수신부; 및 각 출력 채널들이 기준 고도각에서 고도감 있는 음상을 제공하도록, 높이 입력 채널에 대한 고도 렌더링 파라미터를 획득하고, 기준 고도각 이외의 소정의 고도각을 갖는 높이 입력 채널에 대하여 고도 렌더링 파라미터를 갱신하는 렌더링부;를 포함하고, 갱신된 고도 렌더링 파라미터는, 높이 입력의 위치에 기초하여, 저주파 대역을 포함하는 주파수 범위에 대해 갱신된 패닝 게인을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 갱신된 고도 렌더링 파라미터는, 기준 고도각 및 소정의 고도각에 기초하여, 가중치가 적용된 고도 필터 계수를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 갱신된 고도 렌더링 파라미터는, 기준 고도각 및 소정의 고도각에 기초하여 갱신된 패닝 게인을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 소정의 고도각이 기준 고도각보다 작은 경우, 상기 갱신된 고도 패닝 게인 중 소정의 고도각을 가지는 출력 채널과 동측에 있는 출력 채널에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인은, 갱신 전의 고도 패닝 게인보다 크고, 입력 채널 각각에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인의 제곱의 합은 1이 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 소정의 고도각이 기준 고도각보다 큰 경우, 상기 갱신된 고도 패닝 게인 중 소정의 고도각을 가지는 출력 채널과 동측에 있는 출력 채널에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인은, 갱신 전의 고도 패닝 게인보다 작고, 입력 채널 각각에 적용될 갱신된 고도 패닝 게인의 제곱의 합은 1이 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 방법을 실행하기 위한 프로그램 및 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공된다.

본 발명에 의하면, 입력 채널의 고도가 기준 고도보다 높거나 낮은 경우라도 음상의 왜곡이 적어지도록 입체 음향 신호를 렌더링 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 서라운드 출력 채널에 의한 앞뒤 혼동 현상을 방지할 수 있다.

도 1 은 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치의 내부 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2 는 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치의 구성 중 렌더러의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 일 실시 예에 의한 복수 개의 입력 채널이 복수 개의 출력 채널로 다운믹스 되는 경우의 각 채널의 레이아웃에 대한 도면이다.
도 4 는 출력 채널의 표준 레이아웃과 설치 레이아웃 사이에 위치 편차가 있는 경우 일 실시예에 의한 패닝부를 나타내는 도면이다.
도 5 는 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치의 구성 중 디코더 및 입체 음향 렌더러의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6 내지 도 8 은 일 실시 예에 의한 채널 레이아웃에서, 어퍼레이어의 고도에 따른 어퍼레이어 채널들의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11 은 일 실시예에 있어서, 채널의 고도에 따른 음상의 변화 및 고도 필터의 변화를 나타낸 도면이다.
도 12 는 일 실시예에 있어서, 입체 음향 신호를 렌더링 하는 방법의 순서도이다.
도 13 은 일 실시예에 있어서, 입력 채널의 고도각이 임계값 이상일 때, 좌우 음상이 역전되는 현상을 나타낸 도면이다.
도 14 는 일 실시예에 따른 수평 채널과 정면 높이 채널을 도시한다.
도 15 는 일 실시예에 의한 정면 높이 채널의 인식 확률에 대한 도면이다.
도 16 은 일 실시예에 따른 앞뒤 혼동을 방지하기 위한 방법의 순서도이다.
도 17 은 일 실시예에 따라 서라운드 출력 채널에 지연이 추가된 수평 채널과 정면 높이 채널을 도시한다.
도 18 은 일 실시예에 따른 수평 채널과 정면 중앙 채널(TFC 채널)을 도시한다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.

예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치의 내부 구조를 나타내는 블록도이다.

일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치(100)는 복수 개의 입력 채널이 재생될 복수 개의 출력 채널로 믹싱(mixing)된 멀티채널(multi-channel) 음향 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 출력 채널의 개수가 입력 채널의 개수보다 더 적다면, 입력 채널은 출력 채널 개수에 맞추어 다운믹싱(downmixing) 된다.

이하 설명에서 음향 신호의 출력 채널은 음향이 출력되는 스피커의 개수를 의미할 수 있다. 출력 채널 수가 많을수록, 음향이 출력되는 스피커의 개수가 많아질 수 있다. 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치(100)는 입력 채널 수가 많은 멀티채널 음향 신호가 출력 채널 수가 적은 환경에서 출력되고 재생될 수 있도록, 멀티채널 음향 입력 신호를 재생될 출력 채널로 렌더링하고 믹싱할 수 있다. 이때 멀티채널 음향 신호는 고도 음향(elevated sound)을 출력할 수 있는 채널을 포함할 수 있다.

고도 음향을 출력할 수 있는 채널은 고도감을 느낄 수 있도록 청취자의 머리 위에 위치한 스피커를 통해 음향 신호를 출력할 수 있는 채널을 의미할 수 있다. 수평면 채널은 청취자와 수평한 면에 위치한 스피커를 통해 음향 신호를 출력할 수 있는 채널을 의미할 수 있다.

상술된 출력 채널 수가 적은 환경은 고도 음향을 출력할 수 있는 출력 채널을 포함하지 않고, 수평면 상에 배치된 스피커를 통해 음향을 출력할 수 있는 환경을 의미할 수 있다.

또한, 이하 설명에서 수평면 채널(horizontal channel)은 수평면 상에 배치된 스피커를 통해 출력될 수 있는 음향 신호를 포함하는 채널을 의미할 수 있다. 오버헤드 채널(Overhead channel)은 수평면이 아닌 고도 상에 배치되어 고도음을 출력할 수 있는 스피커를 통해 출력될 수 있는 음향 신호를 포함하는 채널을 의미할 수 있다.

도 1 을 참조하면, 일 실시예에 의한 입체 음향 재생 장치(100)는 오디오 코어(110), 렌더러(120), 믹서(130) 및 후처리부(140)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의한, 입체 음향 재생 장치(100)는 멀티채널 입력 음향 신호를 렌더링하고, 믹싱하여 재생될 출력 채널로 출력할 수 있다. 예를 들면, 멀티채널 입력 음향 신호는 22.2 채널 신호이고, 재생될 출력 채널은 5.1 또는 7.1 채널일 수 있다. 입체 음향 재생 장치(100)는 멀티채널 입력 음향 신호의 각 채널들을 대응시킬 출력 채널을 정함으로써 렌더링을 수행하고 재생될 채널과 대응된 각 채널들의 신호를 합쳐 최종 신호로 출력함으로써 렌더링된 오디오 신호들을 믹싱할 수 있다.

인코딩된 음향 신호는 오디오 코어(110)에 비트스트림 형태로 입력되며, 오디오 코어(110)는 음향 신호가 인코딩 된 방식에 적합한 디코더 도구를 선택하여 입력된 음향 신호를 디코딩한다.

렌더러(120)는 멀티채널 입력 음향 신호를 채널 및 주파수에 따라 멀티채널 출력 채널로 렌더링할 수 있다. 렌더러(120)는 멀티채널 음향 신호를 오버헤드 채널과 수평면 채널에 따른 신호를 각각 3D(dimensional) 렌더링 및 2D(dimensional) 렌더링할 수 있다. 렌더러의 구성 및 구체적 렌더링 방법에 관하여는 이하 도 2 에서 더 자세히 설명한다.

믹서(130)는 렌더러(120)에 의해 수평 채널과 대응된 각 채널들의 신호를 합쳐 최종 신호로 출력할 수 있다. 믹서(130)는 소정 구간별로 각 채널들의 신호를 믹싱할 수 있다. 예를 들면, 믹서(130)는 1 프레임 별로 각 채널들의 신호를 믹싱할 수 있다.

일 실시 예에 의한 믹서(130)는 재생될 각 채널들에 렌더링된 신호들의 파워 값에 기초하여 믹싱할 수 있다. 다시 말하면, 믹서(130)는 재생될 각 채널들에 렌더링된 신호들의 파워 값에 기초하여 최종 신호의 진폭 또는 최종 신호에 적용될 게인(gain)을 결정할 수 있다.

후처리부(140)는 믹서(130)의 출력 신호를 각 재생장치(스피커 또는 헤드폰 등)에 맞추어 멀티밴드 신호에 대한 동적 범위 제어 및 바이노럴라이징(binauralizing) 등을 수행한다. 후처리부(140)에서 출력된 출력 음향 신호는 스피커 등의 장치를 통해 출력되며, 출력 음향 신호는 각 구성부의 처리에 따라 2D 또는 3D 로 재생될 수 있다.

도 1 에 도시된 일 실시에에 의한 입체 음향 재생 장치(100)는 오디오 디코더의 구성을 중심으로 도시되어 있으며 부수적인 구성은 생략되어 있다.

도 2 는 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치의 구성 중 렌더러의 구성을 나타내는 블록도이다.

렌더러(120)는 필터링부(121)와 패닝부(123)로 구성된다.

필터링부(121)는 디코딩 된 음향 신호를 위치에 따라 음색 등을 보정해주며 HRTF(머리 전달 함수, Head-Related Transfer Function) 필터를 이용해 입력 음향 신호를 필터링할 수 있다.

필터링부(121)는 오버헤드 채널을 3D 렌더링하기 위해 HRTF(머리 전달 함수, Head-Related Transfer Function) 필터를 통과한 오버헤드 채널을 주파수에 따라 각각 다른 방법으로 렌더링할 수 있다.

HRTF 필터는 두 귀간의 레벨 차이(ILD, Interaural Level Differences) 및 두 귀 간에서 음향 시간이 도달하는 시간 차이(ITD, Interaural Time Differences) 등의 단순한 경로 차이뿐만 아니라, 머리 표면에서의 회절, 귓바퀴에 의한 반사 등 복잡한 경로상의 특성이 음의 도래 방향에 따라 변화하는 현상에 의하여 입체 음향을 인식할 수 있도록 한다. HRTF 필터는 음향 신호의 음질을 변화시킴으로써 입체 음향이 인식될 수 있도록 오버헤드 채널에 포함된 음향 신호들을 처리할 수 있다.

패닝부(123)는 입력 음향 신호를 각 출력 채널에 대해 패닝시키기 위해 각 주파수 대역별, 각 채널별로 적용될 패닝 계수를 구하고 적용한다. 음향 신호에 대한 패닝은 두 출력 채널 사이의 특정 위치에 음원을 렌더링하기 위해 각 출력 채널에 인가하는 신호의 크기를 제어하는 것을 의미한다. 패닝 계수는 패닝 게인이라는 용어와 혼용이 가능하다.

패닝부(123)는 오버헤드 채널 신호 중 저주파 신호에 대하여는 애드-투-클로지스트-채널(Add to the closest channel) 방법에 따라 렌더링하고, 고주파 신호에 대하여는 멀티채널 패닝(Multichannel panning) 방법에 따라 렌더링할 수 있다. 멀티채널 패닝 방법에 의하면, 멀티채널 음향 신호의 각 채널의 신호가 각 채널 신호에 렌더링될 채널마다 서로 다르게 설정된 게인 값이 적용되어 적어도 하나의 수평면 채널에 각각 렌더링될 수 있다. 게인 값이 적용된 각 채널의 신호들은 믹싱을 통해 합쳐짐으로써 최종 신호로 출력될 수 있다.

저주파 신호는 회절성이 강하므로, 멀티채널 패닝 방법에 따라 멀티채널 음향 신호의 각 채널을 여러 채널에 각각 나누어 렌더링하지 않고, 하나의 채널에만 렌더링하여도 청취자가 듣기에 비슷한 음질을 가질 수 있다. 따라서, 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치(100)는 저주파 신호를 애드-투-클로지스트-채널 방법에 따라 랜더링함으로써 하나의 출력 채널에 여러 채널이 믹싱됨에 따라 발생될 수 있는 음질 열화를 방지할 수 있다. 즉, 하나의 출력 채널에 여러 채널이 믹싱되면 각 채널 신호 간의 간섭에 따라 음질이 증폭되거나 감소되어 열화될 수 있으므로, 하나의 출력 채널에 하나의 채널을 믹싱함으로써 음질 열화를 방지할 수 있다.

애드-투-클로지스트 채널 방법에 의하면, 멀티채널 음향 신호의 각 채널은 여러 채널에 나누어 렌더링하는 대신 재생될 채널들 중 가장 가까운 채널에 렌더링될 수 있다.

또한, 입체 음향 재생 장치(100)는 주파수에 따라 다른 방법으로 렌더링을 수행함으로써 스위트 스팟(sweet spot)을 음질 열화 없이 넓힐 수 있다. 즉, 회절 특성이 강한 저주파 신호에 대하여는 애드-투-클로지스트 채널 방법에 따라 렌더링함으로써, 하나의 출력 채널에 여러 채널이 믹싱됨에 따라 발생될 수 있는 음질 열화를 방지할 수 있다. 스위트 스팟이란, 청취자가 왜곡되지 않은 입체 음향을 최적으로 청취할 수 있는 소정 범위를 의미한다.

스위트 스팟이 넓을수록 청취자는 넓은 범위에서 왜곡되지 않은 입체 음향을 최적으로 청취할 수 있고, 청취자가 스위트 스팟에 위치하지 않는 경우, 음질 또는 음상 등이 왜곡된 음향을 청취할 수 있다.

도 3 은 일 실시 예에 의한 복수 개의 입력 채널이 복수 개의 출력 채널로 다운믹스 되는 경우의 각 채널의 레이아웃에 대한 도면이다.

3차원 영상과 같이 실제와 동일하거나 더욱 과장된 현장감과 몰입감을 제공하기 위해 3차원 입체 영상과 함께 3차원 입체 음향을 제공하기 위한 기술이 개발되고 있다. 입체 음향은 음향 신호 자체가 음의 고저 및 공간감을 가지는 음향을 의미하는 것으로, 이와 같은 입체 음향을 재생하기 위해서는 최소 2개 이상의 라우드스피커, 즉 출력 채널이 필요하다. 또한, HRTF를 이용하는 바이노럴(binaural) 입체 음향을 제외하고는 음의 고저감, 거리감 및 공간감을 보다 정확하게 재현하기 위해 많은 수의 출력 채널을 필요로 한다.

따라서, 2 채널 출력을 가지는 스테레오 시스템에 이어, 5.1 채널 시스템, Auro 3D 시스템, Holman 10.2 채널 시스템, ETRI/Samsung 10.2 채널 시스템, NHK 22.2 채널 시스템 등 다양한 멀티 채널 시스템이 제안되고 개발되어 있다.

도 3 은 22.2 채널의 입체 음향 신호를 5.1 채널의 출력 시스템으로 재생하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

5.1 채널 시스템은 5채널 서라운드 멀티채널 사운드 시스템의 일반적인 명칭으로, 가정의 홈씨어터 및 극장용 사운드 시스템으로 가장 보편적으로 보급되어 사용되고 있는 시스템이다. 모든 5.1 채널은 FL(Front Left) 채널, C(Center) 채널, FR(Frong Right)채널, SL(Surround Left) 채널 및 SR(Surround Right) 채널을 포함한다. 도 3 에서 알 수 있는 바와 같이, 5.1 채널의 출력은 모두 같은 평면상에 존재하기 때문에 물리적으로는 2차원 시스템에 해당하며 5.1 채널 시스템으로 3차원 입체 음향 신호를 재생하기 위해서는 재생될 신호에 입체감을 부여하기 위한 렌더링 과정을 거쳐야 한다.

5.1 채널 시스템은 영화에서뿐만 아니라, DVD 영상, DVD 음향, SACD(Super Audio Compact Disc) 또는 디지털 방송에 이르기까지 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나, 5.1 채널 시스템이 비록 스테레오 시스템에 비하여 향상된 공간감을 제공하기는 하지만, 보다 넓은 청취공간을 형성하는 데 있어서 여러가지 제약이 있다. 특히 스위트 스팟이 좁게 형성되고, 고도각(elevation angle)을 가지는 수직 음상을 제공할 수 없기 때문에 극장과 같이 넓은 청취공간에는 적합하지 않을 수 있다.

NHK에서 제안한 22.2 채널 시스템은 도 3 과 같이 세 층의 출력채널로 이루어져 있다. 어퍼레이어(Upper Layer, 310)는 VOG(Voice of God), T0, T180, TL45, TL90, TL135, TR45, TR90 및 TR45 채널을 포함한다. 이 때, 각 채널 이름의 제일 앞의 T라는 인덱스는 어퍼레이어를 의미하고, L 또는 R이라는 인덱스는 각각 좌측 또는 우측를 의미하며 뒤의 숫자는 중심 채널(center channel)로부터의 방위각(azimuth angle)을 의미한다. 어퍼레이어는 흔히 탑레이어라고 불리기도 한다.

VOG 채널은 청자의 머리 위에 존재하는 채널로, 90도의 고도각을 가지며 방위각은 없다. 다만, VOG 채널은 위치가 조금만 틀어져도 방위각을 가지며 고도각이 90도가 아닌 값을 가지게 되므로 더 이상 VOG 채널이 아닐 수 있다.

미들레이어(Middle Layer 320)는 기존 5.1 채널과 같은 평면으로, 5.1 채널의 출력 채널 외에 ML60, ML90, ML135, MR60, MR90 및 MR135 채널을 포함한다. 이 때, 각 채널 이름의 제일 앞의 M이라는 인덱스는 미들레이어를 의미하고, 뒤의 숫자는 중심(center) 채널로부터의 방위각을 의미한다.

로우레이어(Low Layer, 330)는 L0, LL45, LR45 채널을 포함한다. 이 때, 각 채널 이름의 제일 앞의 L이라는 인덱스는 로우레이어를 의미하고, 뒤의 숫자는 중심(center) 채널로부터의 방위각을 의미한다.

22.2 채널에서 미들레이어는 수평 채널(horizontal channel)이라고 부르며, 방위각 0도 또는 방위각 180도에 해당하는 VOG, T0, T180, T180, M180, L 및 C 채널들은 수직 채널(vertical channel)이라고 부른다.

22.2 채널 입력 신호를 5.1 채널 시스템으로 재생할 경우, 가장 일반적인 방법은 다운믹스 수식을 이용하여 채널 간 신호를 분배할 수 있다. 또는, 가상의 고도감을 제공하는 렌더링을 수행하여 5.1 채널 시스템으로 고도감을 가지는 음향 신호를 재생하도록 할 수 있다.

도 4 는 출력 채널의 표준 레이아웃과 설치 레이아웃 사이에 위치 편차가 있는 경우 일 실시예에 의한 패닝부를 나타내는 도면이다.

멀티 채널 입체 음향 신호를 입력 신호의 채널 수보다 적은 출력 채널로 재생하는 경우 본래의 음장이 왜곡될 수 있으며 이와 같은 왜곡을 보정하기 위해 여러 가지 기술이 연구되고 있다.

일반적인 렌더링 기술들은 스피커, 즉 출력 채널들이 표준 레이아웃에 맞추어 설치된 경우를 기준으로 렌더링을 수행하도록 되어 있다. 그러나, 출력 채널이 표준 레이아웃과 정확히 일치되도록 설치되지 않은 경우 음상 위치의 왜곡 및 음색의 왜곡이 발생한다.

음상의 왜곡은 크게 고도감의 왜곡, 위상각의 왜곡이 있으나 어느 정도의 낮은 레벨에서는 크게 민감하지 않는다. 그러나, 사람의 두 귀가 좌-우에 위치하는 신체적인 특성상, 좌-중앙-우의 음상이 바뀌는 경우 음상 왜곡을 보다 민감하게 인지할 수 있다. 특히 정면의 음상에 대해서는 더 민감하게 인지하게 된다.

따라서 도 3 과 같이 22.2 채널을 5.1 채널로 재현하는 경우 좌우에 있는 채널들보다 0도 또는 180도에 위치하는 VOG, T0, T180, T180, M180, L 및 C와 같은 채널들은 음상이 틀어지지 않도록 특히 유의해야 한다.

오디오 입력 신호를 패닝할 때는 기본적으로 2 단계의 과정을 거치게 된다. 첫번째 단계는, 입력된 멀티 채널 신호를 출력 채널의 표준 레이아웃에 따라 패닝 계수를 계산하는 단계로, 초기화(initializing) 과정에 해당한다. 두번째 단계는, 출력 채널이 실제로 설치된 레이아웃에 기초하여 계산된 계수를 수정하는 단계이다. 이와 같은 패닝 계수 수정 단계를 거치면 출력 신호의 음상이 보다 정확한 위치에 존재하도록 할 수 있다.

따라서, 패닝부(123)의 처리를 위해서는 오디오 입력 신호 외에도 출력 채널의 설치 레이아웃 및 출력 채널의 표준 레이아웃에 대한 정보가 필요하다. L 채널과 R 채널로부터 C 채널을 렌더링하는 경우라면, 오디오 입력 신호는 C에서 재생되어야 할 입력 신호를, 오디오 출력 신호는 설치 레이아웃에 따라 L 채널과 R 채널에서 출력된 수정된 패닝 신호를 의미한다.

방위 편차(azimuth deviation)만을 고려하는 2차원 패닝 방법은, 출력 채널의 표준 레이아웃과 설치 레이아웃 사이에 고도 편차(elevation deviation)가 있는 경우 고도 편차에 의한 효과를 보정하지 못한다. 따라서, 출력 채널의 표준 레이아웃과 설치 레이아웃 사이에 고도 편차가 있는 경우라면 도 4 와 같이 고도 효과 보정부(124)를 통해 고도 편차에 의한 고도 상승 효과를 보정해야 한다.

도 5 는 일 실시 예에 의한 입체 음향 재생 장치의 구성 중 디코더 및 입체 음향 렌더러의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 5 를 참조하면, 일 실시예에 의한 입체 음향 재생 장치(100)는 디코더(110) 및 입체음향 렌더러(120)의 구성을 중심으로 도시되어 있으며 그 외의 구성은 생략되어 있다.

입체 음향 재생 장치에 입력된 음향 신호는 인코딩 된 신호로, 비트스트림의 형태로 입력된다. 디코더(110)는 입력 음향 신호를 음향 신호가 인코딩 된 방식에 적합한 디코더 도구를 선택하여 입력된 음향 신호를 디코딩하고, 디코딩 된 음향 신호를 입체 음향 렌더러(120)로 전달한다.

입체 음향 렌더러(120)는 필터 계수와 패닝 계수를 획득하고 갱신하는 초기화부(125) 및 필터링과 패닝을 수행하는 렌더링부(127)로 구성된다.

렌더링부(127)는 디코더에서 전달된 음향 신호에 대해 필터링 및 패닝을 수행한다. 필터링부(1271)는 소리의 위치에 대한 정보를 처리하여 렌더링된 음향 신호가 원하는 위치에서 재생될 수 있도록 하며, 패닝부(1272)는 소리의 음색에 대한 정보를 처리하여 렌더링된 음향 신호가 원하는 위치에 적합한 음색을 가질 수 있도록 한다.

필터링부(1271) 및 패닝부(1272)는 도 2 에서 설명한 필터링부(121) 및 패닝부(123)와 유사한 기능을 수행한다. 다만, 도 2 의 필터링 부 및 패닝부(123)는 간략화하여 나타낸 도면으로 초기화부 등 필터 계수 및 패닝 계수를 구하기 위한 구성이 생략되었을 수 있음을 유의해야 한다.

이 때, 필터링을 수행하기 위한 필터 계수 및 패닝을 수행하기 위한 패닝 계수는 초기화부(125)로부터 전달된다. 초기화부(125)는 고도 렌더링 파라미터 획득부(1251) 및 고도 렌더링 파라미터 갱신부(1252)로 구성된다.

고도 렌더링 파라미터 획득부(1251)는 출력 채널, 즉 라우드 스피커의 구성 및 배치를 이용하여 고도 렌더링 파라미터의 초기값을 획득한다. 이 때, 고도 렌더링 파라미터의 초기값은 표준 레이아웃에 따른 출력 채널의 구성 및 고도 렌더링 설정에 따른 입력 채널의 구성에 기초하여 고도 렌더링 파라미터의 초기값을 산출하거나, 입력/출력 채널간의 맵핑 관계에 따라 기 저장된 초기값을 읽어온다. 고도 렌더링 파라미터는, 필터링부(1251)에서 이용하기 위한 필터 계수 또는 패닝부(1252)에서 이용하기 위한 패닝 계수를 포함할 수 있다.

그러나, 상술한 바와 같이 고도 렌더링을 위한 고도 설정값이 입력 채널의 설정과 편차가 존재할 수 있다. 이러한 경우 고정된 고도 설정값을 이용하면 원래의 입력 입체 음향 신호를, 입력 채널과 구성이 다른 출력 채널을 통해 보다 유사하게 입체적으로 재생하고자 하는 가상 렌더링의 목적을 달성하기 어렵다.

일 예로, 고도감이 너무 높을 경우 음상이 작고 음질이 열화되는 현상이 발생되며, 고도감이 너무 낮을 경우 가상 렌더링의 효과를 느끼기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 사용자의 설정에 따라 또는 입력 채널에 적합한 가상 렌더링 정도에 따라 고도감을 조절하는 것이 필요하다.

고도 렌더링 파라미터 갱신부(1252)는 고도 렌더링 파라미터 획득부(1251)에서 획득한 고도 렌더링 파라미터의 초기값들을 입력 채널의 고도 정보 또는 사용자 설정 고도에 기초하여 고도 렌더링 파라미터를 갱신한다. 이 때, 만일 출력 채널의 스피커 레이아웃이 표준 레이아웃과 비교하여 편차가 존재한다면, 이에 따른 영향을 보정하기 위한 과정이 추가될 수 있다. 이때의 출력 채널의 편차는 고도각 또는 방위각 차이에 따른 편차 정보를 포함할 수 있다.

초기화부(125)에서 획득 및 갱신된 고도 렌더링 파라미터를 이용하여 렌더링부(127)에서 필터링 및 패닝을 마친 출력 음향 신호는 각 출력 채널에 대응하는 스피커를 통해 재생된다.

도 6 내지 도 8 은 일 실시 예에 의한 채널 레이아웃에서, 어퍼레이어의 고도에 따른 어퍼레이어 채널들의 레이아웃을 나타낸 도면이다.

입력 채널 신호가 22.2 채널의 입체 음향 신호로, 도 3 과 같은 레이아웃에 따라 배치된다고 하면, 입력 채널 중 어퍼레이어는 고도각에 따라 도 4 와 같은 레이아웃을 가진다. 이 때, 고도각은 각각 0도, 25도, 35도 및 45도인 경우를 가정하며, 고도각이 90도에 해당하는 VOG 채널은 생략되어 있다. 고도각이 0도 인 어퍼레이어 채널들은 수평면(미들 레이어, 320)에 존재하는 것과 같다.

도 6 은 어퍼레이어 채널들을 정면에서 바라보았을 때의 채널 배치를 나타낸다.

도 6 을 살펴보면, 8 개의 어퍼레이어 채널이 각각 45도씩의 방위각 차이를 가지는 경우이므로 수직 채널 축을 기준으로 정면에서 어퍼레이어 채널을 바라보면, TL90 채널 및 TR90 채널을 제외한 나머지 여섯개의 채널들은 각각 TL45 채널과 TL135 채널, T0 채널과 T180 채널, TR45 채널과 TR135 채널이 두개씩 겹쳐서 나타나게 된다. 이는, 도 8 과 비교하여 살펴보면 더욱 명확히 알 수 있을 것이다.

도 7 은 어퍼레이어 채널들을 위에서 바라보았을 때의 채널 배치를 나타낸다. 도 8 은 어퍼레이어 채널 배치를 3차원으로 나타낸 것이다. 8 개의 어퍼레이어 채널이 각각 45도씩의 방위각 차이를 가지며 등간격으로 배치되어 있는 것을 확인할 수 있다.

고도 렌더링을 통해 입체 음향으로 재생될 컨텐트가 예를 들어 고도각 35도를 갖도록 고정되어 있다면, 모든 입력 음향 신호에 대해 35도의 고도각 으로 고도 렌더링을 수행해도 무방하며 최적의 결과를 얻을 수 있을 것이다.

그러나, 컨텐트에 따라 해당 컨텐트의 입체 음향에 대한 고도각이 다르게 적용될 수 있으며, 도 6 내지 도 8 에서 확인할 수 있는 바와 같이 채널의 고도에 따라 각 채널의 위치 및 거리 등이 달라지며 이에 따른 신호의 특성 역시 달라지게 된다.

따라서, 고정된 고도각으로 가상 렌더링을 수행할 경우 음상의 왜곡이 발생하게 되며 최적의 렌더링 성능을 얻기 위해서는 입력 입체 음향 신호의 고도각, 즉 입력 채널의 고도각을 고려한 렌더링을 수행하는 것이 필요하다.

도 9 내지 도 11 은 일 실시예에 있어서, 채널의 고도에 따른 음상의 변화 및 고도 필터의 변화를 나타낸 도면이다.

도 9 는 높이 채널의 고도가 각각 0도, 35도 및 45도 인 경우 각 채널의 위치를 나타낸 도면이다. 도 9 의 도면은 청자의 뒤에서 바라본 모습으로, 도면에 표시된 채널들은 각각 ML90 채널 또는 TL90 채널이다. 고도각이 0도인 경우는 수평면에 존재하는 채널로 ML90 채널에 해당하며 고도각이 35도 및 45도 인 경우는 어퍼레이어 채널로 TL90 채널에 해당한다.

도 10 은 도 9 와 같이 위치하는 각 채널에서 음향 신호가 출력될 때, 청자의 좌우 귀에 느껴지는 신호의 차이를 설명하기 위한 도면이다.

고도각이 없는 ML90에서 음향 신호가 출력된다고 하면, 원칙상 왼쪽 귀에서만 음향 신호가 인식되고 오른쪽 귀에서는 음향 신호가 인식되지 않는다.

그러나, 고도가 높아질수록 왼쪽 귀에서 인식되는 음향과 오른쪽 귀에서 인식하는 음향 신호의 차이는 점점 줄어들게 되며 채널의 고도각이 점차 증가하여 고도각이 90도가 되면, 청자의 머리 위에 있는 채널 즉 VOG 채널이 되어 양쪽 귀에 동일한 음향 신호가 인식되게 된다.

따라서, 고도각에 따른 양 귀가 인식하는 음향 신호에 대한 변화는 도 7B 와 같이 나타나는 것이다.

고도각이 0도일 때의 좌우 귀에서 인식하는 음향 신호를 살펴보면, 왼쪽 귀에서만 음향 신호를 인식하고, 오른쪽 귀에서는 음향 신호를 인식하지 못한다. 이와 같은 경우 ILD(Interaural Level Difference) 및 ITD(Interaural Time Difference)가 최대가 되며 청자는 좌측 수평면 채널에 존재하는 ML90 채널의 음상으로 인식하게 되는 것이다.

고도각이 35도 일 때 좌우 귀에서 인식하는 음향 신호 및 고도각이 45도 일 때 좌우 귀에서 인식하는 음향 신호의 차이를 살펴보면, 고도각이 높아짐에 따라 좌우 귀에서 인식하는 음향 신호의 차이가 줄어들게 되며 이와 같은 차이에 의해 청자는 출력 음향 신호에서 고도감의 차이를 느낄 수 있게 되는 것이다.

고도각 35도인 채널의 출력 신호는 고도각 45인 채널의 출력 신호에 비해 음상 및 스위트 스팟이 넓고 음질이 자연스러운 특징을 가지며, 고도각 45도인 채널의 출력 신호는 고도각이 35도인 채널의 출력 신호에 비해 음상이 좁아지며 스위트 스팟도 좁아지지만, 강함 몰입감을 제공하는 음장감을 얻을 수 있는 특징이 있다.

앞서 언급한 바와 같이 고도각이 높아질수록 고도감이 높아져 몰입감이 강해지지만, 음상의 폭은 좁아지게 된다. 이와 같은 현상은, 고도각이 높아질수록 채널의 물리적 위치는 점점 안쪽으로 들어와 결국 청자와 가까워지기 때문이다.

따라서, 고도각의 변화에 따른, 패닝 계수의 갱신은 다음과 같이 결정된다. 고도각이 높아질수록 음상이 넓어지도록 패닝 계수를 갱신하고 고도각이 낮아질수록 음상이 좁아지도록 패닝 계수를 갱신한다.

예를 들어, 가상 렌더링을 위한 기본 설정 고도각이 45도이며 고도각을 35도로 낮춰 가상 렌더링을 하고자 하는 경우를 가정하자. 이와 같은 경우 렌더링 하고자 하는 가상 채널과 동측(ipsilateral) 출력 채널에 적용할 렌더링 패닝 계수를 증가시키고, 나머지 채널에 적용할 패닝 계수는 파워 노말라이즈(power normalization)을 통해 결정한다.

구체적인 설명을 위해 22.2 채널의 입력 멀티채널 신호를 5.1 채널의 출력 채널(스피커)를 통해 재생하고자 하는 경우를 가정하자. 이와 같은 경우 입력 채널 중 가상 렌더링이 적용되는, 고도각을 갖는 22.2 채널의 입력 채널들은 CH_U_000(T0), CH_U_L45(TL45), CH_U_R45(TR45), CH_U_L90(TL90), CH_U_R90(TR90), CH_U_L135(TL135), CH_U_R135(TR135), CH_U_180(T180), CH_T_000(VOG)의 9개 채널이 되고 5.1 채널의 출력 채널은 수평면 상에 존재하는 CH_M_000, CH_M_L030, CH_M_R030, CH_M_L110, CH_R_110의 5개 채널이 된다(우퍼채널은 제외).

이와 같이 5.1 출력 채널들을 이용해 CH_U_L45 채널을 렌더링 하는 경우, 기본 설정 고도각이 45도이며 고도각을 35도로 낮추고자 한다면, CH_U_L45 채널과 동측에 있는 출력 채널인 CH_M_L030 및 CH_M_L110에 적용될 패닝 계수를 3dB 증가시키도록 갱신하고, 나머지 세개의 채널들의 패닝 계수는 감소시켜

을 만족시키도록 갱신하는 것이다. 이 때, N은 임의의 가상 채널을 렌더링 하기 위한 출력 채널의 개수를 의미하고, g_i는 각 출력 채널에 적용될 패닝 계수를 의미한다.

이와 같은 과정은, 각 높이 입력 채널에 대해 각각 수행되어야 한다.

반대로, 가상 렌더링을 위한 기본 설정 고도각이 45도이나 고도각 55도로 높여 가상 렌더링을 하고자 하는 경우를 가정하자. 이와 같은 경우 렌더링 하고자 하는 가상 채널과 동측(ipsilateral) 출력 채널에 적용할 렌더링 패닝 계수를 감소시키고, 나머지 채널에 적용할 패닝 계수는 파워 노말라이즈(power normalization)을 통해 결정한다.

앞서 예로 든 5.1 출력 채널들을 이용해 CH_U_L45 채널을 렌더링 하는 경우, 기본 설정 고도각을 45도이나 55도로 높이고자 낮추고자 한다면, CH_U_L45 채널과 동측에 있는 출력 채널인 CH_M_L030 및 CH_M_L110에 적용될 패닝 계수를 3dB 감소시키도록 갱신하고, 나머지 세개의 채널들의 패닝 계수는 증가시켜

다만, 이와 같이 고도감을 높이는 경우는 패닝 계수 갱신에 의해 좌우 음상이 역전되지 않도록 유의할 필요가 있으며 이에 대해서는 도 8 에서 설명한다.

이하 도 11 을 참조하여 음색 필터 계수를 갱신하는 방법을 설명한다.

도 11 은 채널의 고도각이 35도인 경우와 고도각이 45도인 경우 주파수에 따른 음색 필터의 특징을 나타낸 도면이다.

도 11 에 나타난 바와 같이, 고도각이 45도인 채널의 음색 필터는 고도각이 35도인 채널의 음색 필터에 비해 고도각에 의한 특징이 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

결국, 기준 고도각보다 더 큰 고도각을 갖도록 가상 렌더링을 하고자 하는 경우, 기준 고도각에 대해 렌더링을 할때 크기(magnitude)를 증가시켜야 하는 주파수 대역(원래의 필터 계수가 1보다 큰 대역)에 대해서는 더 크게 증가(갱신된 필터 계수를 1보다 크게 증가)시키고, 크기를 감소시켜야 하는 하는 주파수 대역(원래의 필터 계수가 1보다 작은 대역)에 대해서는 더 작게 감소(갱신된 필터 계수를 1보다 작게 감소)시키는 것이다.

이와 같은 필터 크기 특징을 데시벨(decibel) 스케일로 나타내면, 도 11 와 같이 출력 신호의 크기를 증가시켜야 하는 주파수 대역에서는 양의 값으로 출력 신호의 크기를 감소시켜야 하는 주파수 대역에서는 음의 값을 가지게 된다. 또한, 도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, 고도각이 낮을수록 필터 크기의 모양(shape)이 평평(plat)하게 나타난다.

수평면 채널을 이용하여 높이 채널을 가상 렌더링 하는 경우 고도각이 낮을수록 수평면 채널의 신호와 유사한 음색을 가지고, 고도각이 높아질수록 고도감의 변화가 크게 나타나기 때문에 고도각이 높아질수록 음색 필터에 의한 영향을 키워주어 고도각 상승에 의한 고도감 효과를 강조하는 것이다. 반대로, 고도각이 낮아질수록 음색 필터에 의한 영향을 감소시켜 고도감 효과를 감소시킬 수 있다.

따라서, 고도각의 변화에 따른, 필터 계수의 갱신은 원래의 필터 계수를 기본 설정 고도각 및 실제로 렌더링을 하고자 하는 고도각에 기초한 가중치를 이용하여 갱신한다.

가상 렌더링을 위한 기본 설정 고도각이 45도이고, 기본 고도각보다 낮은 35도로 렌더링을 하여 고도감을 낮추고자 하는 경우라면, 도 11 의 45도의 필터에 해당하는 계수들이 초기 값으로 결정되어 있고 35도의 필터에 해당하는 계수들로 갱신되어야 하는 것이다.

따라서, 기본 설정 고도각인 45도에 비해 낮은 고도각인 35도로 렌더링하여 고도감을 낮추고자 하는 경우라면, 주파수 대역에 따른 필터의 골과 마루가 모두 45도의 필터에 비해 완만하게 수정되도록 필터 계수가 갱신되어야 하는 것이다.

반대로, 기본 설정 고도각이 45도이나, 기본 고도각보다 높은 55도로 렌더링을 하여 고도감을 높이고자 하는 경우라면, 주파수 대역에 따른 필터의 골과 마루가 모두 45도의 필터에 비해 강하게 수정되도록 필터 계수가 갱신되어야 하는 것이다.

도 12 는 일 실시예에 있어서, 입체 음향 신호를 렌더링 하는 방법의 순서도이다.

렌더러는 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티 채널 음향 신호를 수신한다(1210). 입력된 멀티 채널 음향 신호는 렌더링을 통해 복수 개의 출력 채널 신호로 변환되며, 입력 채널의 수 보다 출력 채널의 수가 더 적은 다운믹스의 예를 들면 22.2 채널을 갖는 입력 신호가 5.1 채널을 갖는 출력 신호로 변환되는 것이다.

이와 같이 3차원의 입체 음향 입력 신호를 2차원의 출력 채널을 이용하여 렌더링 할 경우, 수평면 입력 채널들에 대해서는 일반 렌더링이 적용되며 고도각을 갖는 높이 채널들에 대해서는 고도감을 부여하기 위한 가상 렌더링이 적용된다.

렌더링을 수행하기 위해서는 필터링에 이용될 필터 계수 및 패닝에 이용될 패닝 계수가 필요하다. 이 때, 초기화 과정에서 출력 채널의 표준 레이아웃 및 가상 렌더링을 위한 기본 설정 고도각에 따라 렌더링 파라미터를 획득한다(1220). 기본 설정 고도각은 렌더러에 따라 다양하게 결정될 수 있으나, 이와 같이 고정된 고도각으로 가상 렌더링을 수행하는 경우 사용자의 취향에 따라 또는 입력 신호의 특성에 따라 가상 렌더링의 만족도 및 효과가 떨어지는 결과가 나타날 수 있다.

따라서, 출력 채널의 구성이 해당 출력 채널의 표준 레이아웃와 편차가 존재하거나 가상 렌더링을 수행해야 하는 고도가 렌더러의 기본 설정 고도와 다르다면, 렌더링 파라미터를 갱신한다(1230).

이 때, 갱신되는 렌더링 파라미터는 필터 계수의 초기값에 고도각 편차에 기초하여 결정된 가중치를 부여하여 갱신된 필터 계수 또는 입력 채널의 고도와 기본 설정 고도의 크기 비교 결과에 따라 패닝 계수의 초기값을 증가 또는 감소 시켜 갱신된 패닝 계수를 포함할 수 있다.

필터 계수 및 패닝 계수를 갱신하는 구체적인 방법은 도 9 내지 도 11에서 상세히 설명하였으므로 생략한다. 다만, 갱신된 필터 계수 및 패닝 계수는 추가로 수정되거나 확장될 수 있는데, 이에 대해서는 추후 보다 상세히 설명한다.

만일 출력 채널의 스피커 레이아웃이 표준 레이아웃과 비교하여 편차가 존재한다면, 이에 따른 영향을 보정하기 위한 과정이 추가될 수 있으나 이에 대한 구체적인 방법의 설명은 생략한다. 이때의 출력 채널의 편차는 고도각 또는 방위각 차이에 따른 편차 정보를 포함할 수 있다.

도 13 은 일 실시예에 있어서, 입력 채널의 고도각이 임계값 이상일 때, 좌우 음상이 역전되는 현상을 나타낸 도면이다.

사람은 두 귀에 도달한 소리의 시간차, 크기차, 주파수 특성차에 의해 음상의 위치를 구별한다. 두 귀에 도달한 신호 특성의 차이들이 클 때는 그 위치를 보다 쉽게 파악할 수 있을 뿐 아니라, 약간의 오차가 발생하여도 음상의 앞뒤 혹은 좌우 혼동은 일어나지 않는다. 그러나, 머리의 정후방이나 정전방 부근에 위치하는 가상 음원은 두 귀에 도달하는 시간차 및 크기차가 거의 없으므로 주파수 특성 차이만으로 그 위치를 인지해야 한다.

도 10 의 경우와 마찬가지로, 도 13 은 청자의 뒤쪽에서 바라본 모습으로 네모로 표시된 채널은 CH_U_L90 채널이다. 이 때, CH_U_L90의 고도각이 φ라고 하면, φ가 증가할수록 청자의 좌측 귀와 우측 귀에 도달하는 음향 신호의 ILD 및 ITD는 점점 작아지게 되고 양측 귀에서 인식하는 음향 신호는 비슷한 음상을 가지게 된다. 고도각 φ의 최대값은 90도로, φ가 90도가 되면 청자의 머리위에 존재하는 VOG 채널이 되어 양쪽 귀에 동일한 음향 신호가 수신되게 된다.

도 13 의 좌측 도면과 같이, φ가 상당히 큰 값을 가진다면 고도감이 높아져 강함 몰입감을 제공하는 음장감을 느낄 수 있다. 그러나 고도감이 높아짐에 따라 음상이 좁아지고 스위트 스팟이 좁게 형성되므로 청자의 위치가 조금만 이동되거나 채널이 조금만 어긋나는 경우라도 음상의 좌우 역전 현상이 나타날 수 있다.

도 13 의 우측 도면은 청자가 좌측으로 약간 이동한 경우 청자와 채널의 위치를 나타낸 도면이다. 채널 고도각 φ가 큰 값을 가져 고도감이 높게 형성된 경우이므로 청자가 조금만 이동해도 좌우 채널의 상대적인 위치가 크게 변화하게 되며, 최악의 경우 좌측 채널임에도 불구하고 우측 귀에 도달하는 신호가 더 크게 인식되어 도 13 의 우측 도면과 같이 음상의 좌우 반전이 발생할 수 있다.

렌더링 과정에서는, 고도감을 부여하는 것 보다 음상의 좌우 밸런스(balance)를 유지하고, 음상의 좌우 위치를 정위시키는 것이 보다 중요한 과제이므로 이와 같은 상황이 발생하지 않기 위해서는 가상 렌더링을 위한 고도각을 일정 범위 이하로 제한하는 것이 필요할 수 있다.

따라서, 렌더링을 위한 기본 설정 고도각보다 더 높은 고도감을 얻기 위해 고도각을 상승시키는 경우 패닝 계수를 감소시켜야 하는데, 일정 값 이하로는 작아지지 않도록 패닝 계수의 최소 임계값을 설정할 필요가 있다.

예를 들어, 60도 이상의 렌더링 고도를 60도 이상으로 증가시킨 경우라도 강제적으로 임계 고도각 60도에 대해 갱신된 패닝 계수를 적용하여 패닝을 수행한다면 음상의 좌우 역전 현상을 방지할 수 있다.

가상 렌더링을 이용하여 입체 음향을 생성하면 서라운드 채널의 재생 성분에 의하여 음향 신호의 앞뒤 혼동(front-back confusion) 현상이 발생하기도 한다. 앞뒤 혼동 현상이란, 입체 음향에서 가상 음원이 앞쪽(front)에 존재하는지 뒤쪽(back)에 존재하는지를 판단할 수 없는 현상을 의미한다.

도 13 에서는 청자가 이동한 경우를 가정하였으나, 음상이 높아질수록 청자가 이동하지 않더라도 개개인의 청각기관 특성에 따라 음상의 좌우 혼동 또는 앞뒤 혼동이 발생할 가능성이 높다는 점은 당업자에게 자명할 것이다.

이하에서는, 고도 렌더링 파라미터 즉 고도 패닝 계수 및 고도 필터 계수를 초기화하고 갱신하는 구체적인 방법에 대해 설명한다.

높이 입력 채널 i_in의 고도각 elv가 35도보다 클 때, i_in이 정면(frontal) 채널인 경우(방위각 -90도 ~ +90도)라면, 갱신된 고도 필터 계수

는 수학식 1 내지 수학식 3에 의해 결정된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

반면, 높이 입력 채널 i_in의 고도각 elv가 35도보다 클 때, i_in이 후면(rear) 채널인 경우(방위각 -180도 ~ -90도 또는 90도 ~ 180도)라면, 갱신된 고도 필터 계수

는 수학식 4 내지 수학식 6 에 의해 결정된다.

[수학식 4]

[수학식 5]

[수학식 6]

이 때, fk는 k번째 주파수 밴드의 노말라이즈된 중심 주파수, fs는 샘플링 주파수이고

는 기준 고도각일 때의 고도 필터 계수 초기값이다.

고도 렌더링을 위한 고도각이 기준 고도각이 아닌 경우, TBC 채널(CH_U_180) 및 VOG 채널(CH_T_000)을 제외한 다른 높이 입력 채널에 대한 고도 패닝 계수 역시 갱신되어야 한다.

기준 고도각(elevation angle)이 35도이고 i_in이 TFC 채널(CH_U_000)인 경우라면, 갱신된 고도 패닝 계수

및

은 각각 수학식 7 및 수학식 8 과 같이 결정된다.

[수학식 7]

[수학식 8]

이 때,

는 기준 고도각 35도로 TFC 채널을 가상 렌더링 하기 위한 SL 출력 채널의 패닝 계수,

는 기준 고도각 35도로 TFC 채널을 가상 렌더링 하기 위한 SR 채널의 패닝 계수이다.

TFC 채널은 고도감을 제어하기 위해 좌우 채널 게인을 조절하는 것이 불가능하므로, 정면(frontal) 채널에 대한 후면(rear) 채널인 SL 채널 및 SR 채널에 대한 게인의 비율을 조절하여 고도감을 제어하는 것이다. 보다 자세한 내용은 후술한다.

TFC 채널 이외의 채널에 대해서는, 높이 입력 채널의 고도각이 기준 고도각인 35도보다 클 때,

와

의 게인차에 의해 입력 채널과 동측(ipsilateral) 채널의 게인은 감소하고 입력 채널과 이측(contralateral) 채널의 게인은 증가된다.

예를들어 입력 채널이 CH_U_L045 채널이라면, 입력 채널과 동측에 있는 출력 채널은 CH_M_L030 및 CH_M_L110 이고, 입력 채널과 이측에 있는 출력 채널은 CH_M_R030 및 CH_M_R110이 된다.

이하에서는, 입력 채널이 측면 채널인 경우 또는 정면 채널이나 후면 채널인 경우

및

를 구하고 이로부터 고도 패닝 게인을 갱신하는 구체적인 방법을 설명한다.

고도각 elv를 갖는 입력 채널이 측면 채널(방위각 -110도 ~ -70 도 또는 70도 ~ 110도)일 때,

및

는 각각 수학식 9 및 수학식 10 에 의해 결정된다.

[수학식 9]

[수학식 10]

고도각 elv를 갖는 입력 채널이 정면 채널(방위각 -70도 ~ +70 도) 또는 후면 채널(방위각 -180도 ~ -110 도 또는 110도 ~ 180도)일 때,

및 c

는 각각 수학식 11 및 수학식 12 에 의해 결정된다.

[수학식 11]

[수학식 12]

수학식 9 내지 수학식 12에 의해 얻어진

및

에 기초하여 고도 패닝 계수를 갱신할 수 있다.

입력 채널과 동측에 있는 출력 채널에 대한 갱신된 고도 패닝 계수

및 입력 채널과 이측에 있는 출력 채널에 대한 갱신된 고도 패닝 계수

는 각각 수학식 13 및 수학식 14에 의해 결정된다.

[수학식 13]

[수학식 14]

출력 신호의 에너지 레벨을 일정하게 유지하기 위해 수학식 13 및 수학식 14에 의해 얻어진 패닝 계수는 수학식 15 및 수학식 16에 따라 파워 노말라이즈된다.

[수학식 15]

[수학식 16]

이와 같이, 입력 채널의 패닝 계수의 제곱의 합이 1이 되도록 파워 노말라이즈 과정을 거침으로써 패닝 계수 갱신 전 출력 신호의 에너지 레벨과 패닝 계수 갱신 후 출력 신호의 에너지 레벨을 동일하게 유지할 수 있다.

및

에서 H 라는 인덱스는 고주파 영역에서만 고도 패닝 계수가 갱신됨을 나타낸다. 수학식 13 및 수학식 14의 갱신된 고도 패닝 계수는 고주파 대역, 2.8 kHz ~ 10 kHz 대역에서만 적용된다. 그러나, 서라운드 채널에 대해 고도 패닝 계수를 갱신할 때는 고주파 대역 만이 아니라 저주파 대역에 대해서도 고도 패닝 계수를 갱신한다.

고도각 elv를 갖는 입력 채널이 서라운드 채널(방위각 -160도 ~ -110 도 또는 110도 ~ 160 도)일 때, 2.8 kHz 이하의 저주파 대역에서 입력 채널과 동측에 있는 출력 채널에 대한 갱신된 고도 패닝 계수

는 각각 수학식 17 및 수학식 18 에 의해 결정된다.

[수학식 17]

[수학식 18]

고주파 대역과 마찬가지로, 저주파 대역의 갱신된 고도 패닝 게인 역시 출력 신호의 에너지 레벨을 일정하게 유지하기 위해 수학식 15 및 수학식 16에 의해 얻어진 패닝 계수는 수학식 19 및 수학식 20에 따라 파워 노말라이즈된다.

[수학식 19]

[수학식 20]

도 14 내지 도 17 은 일 실시예에 따른 음상의 앞뒤 혼동을 방지하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 14 는 일 실시예에 따른 수평 채널과 정면 높이 채널을 도시한다.

도 14 에 도시된 실시예에 따르면, 출력 채널은 5.0 채널(우퍼 채널 미도시)이며 정면 높이 입력 채널을 이와 같은 수평 출력 채널로 렌더링하는 경우를 가정한다. 5.0 채널은 수평면(1410)에 존재하며 FC(Front Center)채널, FL(Front Left)채널, FR(Front Right)채널, SL(Surround Left)채널 및 SR(Surround Right)채널을 포함한다.

정면 높이 채널은 도 4 에서 어퍼레이어(1420)에 해당하는 채널들로, 도 14 의 실시예에서는 TFC(Top Front Center, 정면 높이 중심)채널, TFL(Top Front Left, 정면 높이 좌)채널 및 TFR(Top Front Right, 정면 높이 우)채널을 포함한다.

도 14 에 도시된 실시예에서, 입력 채널이 22.2 채널이라고 가정하면 24 채널의 입력 신호를 렌더링(다운믹스)하여 5 채널의 출력 신호를 생성한다. 이 때, 5 채널 출력 신호에는 24 채널의 입력 신호 각각에 해당하는 성분이 렌더링 규칙에 의해 배분되어 있다. 따라서, 출력 채널인 FC(Front Center, 정면 중심)채널, FL(Front Left, 정면 좌)채널, FR(Front Right, 정면 우)채널, SL(Surround Left, 좌 서라운드)채널 및 SR(Surround Right, 우 서라운드)채널 신호들은, 입력 신호 각각에 해당하는 성분을 포함한다.

이 때, 정면 높이 채널 및 수평면 채널의 개수, 방위각 및 높이 채널의 고도각은 채널 레이아웃에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 입력 채널이 22.2 채널 또는 22.0 채널이라면, 정면 높이 채널은 CH_U_L030, CH_U_R030, CH_U_L045, CH_U_R045 및 CH_U_000 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 출력 채널이 5.0 채널 또는 5.1 채널이라면, 서라운드 채널은 CH_M_L110 및 CH_M_R110 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다만, 입출력 멀티 채널이 표준 레이아웃을 따르지 않더라도, 각 채널의 고도각 및 방위각에 따라 다양한 멀티 채널 레이아웃 구성이 가능함은 당업자에게 자명하다.

수평면 출력 채널(horizontal channel)을 이용해 높이 입력 채널(height channel) 신호를 가상 렌더링 하는 경우 서라운드 출력 채널은 소리에 고도감을 부여하여 음상의 고도를 높여주는 역할을 한다. 그러므로 정면 높이 입력 채널의 신호를 수평면 채널인 5.0 출력 채널로 가상렌더링 하는 경우 서라운드 출력 채널인 SL 채널 및 SR 채널 출력 신호에 의해 고도감이 부여되고 조절될 수 있다.

그러나, HRTF 는 사람마다 고유한 특성을 가지므로 정면 높이 채널로 가상 렌더링된 신호가 청자의 HRTF 특성에 따라 뒤에서 들리는 것처럼 인식되는 앞뒤 혼동 현상이 발생할 수 있다.

도 15 는 일 실시예에 의한 정면 높이 채널의 인식 확률에 대한 도면이다.

도 15 는 수평 출력 채널을 이용하여 정면 높이 채널, TFR 채널을 가상 렌더링 한 경우 사용자가 음상의 위치(앞뒤)를 인식하는 확률을 나타낸 도면이다. 도 15 에서 사용자가 인식하는 높이는 높이 채널(1420)이며 원의 크기는 확률의 크기와 비례한다.

도 15 를 살펴보면 원래의 가상 렌더링된 채널의 위치인 우측 45도에서 음상을 인식하는 사용자가 가장 많지만 상당수의 사용자들은 우측 45도가 아닌 다른 위치에서 음상을 인식한다. 앞서 언급한 바와 같이, 이와 같은 현상은 개개인의 HRTF 특성이 다르기 때문이며 어떤 사용자의 경우는 우측 90도 보다 더 치우쳐 후방에 음상이 존재하는 것으로 인식함을 확인할 수 있다.

HRTF는 머리 주변 임의의 위치에 자리한 음원으로부터 고막까지의 소리의 전달 경로를 수학적 전달함수로 표현한 것을 의미하며 머리 중심에 대한 음원의 상대적 위치와 사람의 머리와 외이(pinna)의 크기나 형상에 따라 매우 달라지게 된다. 정확한 가상 음원의 묘사를 위해서는 대상이 되는 사람의 HRTF를 일일이 측정하여 사용해야 하나 이는 현실적으로 어려우므로 일반적으로는 인체와 비슷한 마네킹의 고막 위치에 마이크를 설치하여 측정한 비개별화된(non-individualized) HRTF를 사용한다.

이러한 비개별화된 HRTF를 이용하여 가상 음원을 재현한 경우, 개인의 머리나 외이가 마네킹 또는 더미 헤드 마이크로폰 시스템(dummy head microphone system)과 맞지 않는 경우 음상 정위와 관련한 다양한 문제가 발생된다. 수평면상에서 느껴지는 각도의 오차는 개인의 머리 크기를 고려하여 보정이 가능하나, 고도감에 발생하는 오차 또는 앞뒤 혼동 현상은 외이의 크기와 형상이 개개인마다 다르기 때문에 발생하는 문제이므로 이를 보정하기는 쉽지 않다.

앞서 언급한 바와 같이, 머리 크기 및 모양 등에 의해 개개인마다 고유한 HRTF를 가지만 각각의 청자마다 서로 다른 HRTF를 적용하는 것은 현실적으로 어려움이 따른다. 따라서 비개별화된 HRTF, 즉 공통된 HRTF를 사용하게 되는데 이와 같은 경우 앞뒤 혼동 현상이 발생할 가능성이 있다.

이 때, 서라운드 출력 채널 신호에 소정의 시간 지연(time delay)를 부여하면 앞뒤 혼동 현상을 방지할 수 있다.

소리는 모든 사람에게 동일하게 인식되지 않으며 주변 환경이나 청자의 심리상태에 의해 서로 다르게 들리게 된다. 이것은 소리가 전파되는 공간에서의 물리적 현상은 청자에게 주관적이고 감각적으로 인식되기 때문이다. 이와 같이 청자의 주관적 또는 심리적 요인에 기초하여 인식하게 되는 음향 신호를 심리음향(psychoacoustic)이라고 한다. 심리 음향에는 음압, 주파수, 시간 등의 물리적 변수 외에도 크기(loudness), 피치(pitch), 음색(timble) 및 소리에 대한 경험 등의 주관적 변수등이 영향을 미친다.

심리음향에서는 각 상황에 따른 여러 가지 효과가 나타날 수 있는데, 대표적으로 마스킹 효과, 칵테일 효과, 방향 지각 효과, 거리지각 효과 및 선행음 효과 등이 있다. 심리음향에 기초한 기술은 청자에게 보다 적절한 음향 신호를 제공하기 위해 다양한 분야에서 응용되고 있다.

선행음 효과(precedence effect)는 하스 효과(Hass effect)라고도 하며, 서로 다른 소리가 1ms 내지 30ms 의 시간 차이로 순차적으로 발생되는 경우 가장 먼저 소리가 난 방향에서 소리가 나는 것으로 청자에게 인식되는 현상을 말한다. 그러나 두 소리의 발생 시간이 50ms 이상 차이가 나면 각기 다른 방향으로 인지된다.

예를 들어 음상이 정위된 상태에서 오른쪽 채널의 출력 신호를 지연시키면 음상이 왼쪽으로 옮겨가서 오른쪽에서 재생되는 신호로 인식되는데, 이러한 현상을 선행음 효과 또는 하스 효과라 한다.

서라운드 출력 채널은 음상에 고도감을 부여하기 위해 사용되는데, 도 15 에 도시된 것처럼 일부 청자에게는 서라운드 출력 채널 신호로 인해 정면 채널(frontal channel)의 신호가 후면에서 들리는 것처럼 인식되는, 앞뒤 혼동(front-back confusion) 현상이 발생하게 된다.

앞서 언급한 선행음 효과를 이용하면 이와 같은 문제를 해결할 수 있다. 정면 높이 입력 채널을 재생하기 위한 서라운드 출력 채널 신호에 소정의 시간 지연을 부가하면, 정면 높이 채널 입력 신호를 재생하는 출력 신호 중 정면을 기준으로 -90도 ~ +90도에 존재하는 정면 출력 채널들의 신호보다, 정면을 기준으로 -180도 ~ -90도 또는 +90도 ~ +180도에 존재하는 서라운드 출력 채널들의 신호가 더 늦게 재생된다.

따라서, 청자 고유의 HRTF로 인해 정면 입력 채널의 음향 신호가 후면에서 재생되는 것으로 인식되는 경우라도, 선행 효과에 의해 음향 신호가 먼저 재생되는 정면에서 재생되는 것으로 인식하게 되는 것이다.

도 16 은 일 실시예에 따른 앞뒤 혼동을 방지하기 위한 방법의 순서도이다.

렌더러는 복수 개의 입력 채널을 포함하는 멀티 채널 음향 신호를 수신한다(1610). 입력된 멀티 채널 음향 신호는 렌더링을 통해 복수 개의 출력 채널 신호로 변환되며, 입력 채널의 수 보다 출력 채널의 수가 더 적은 다운믹스의 예를 들면 22.2 채널을 갖는 입력 신호가 5.1 채널 또는 5.0 채널을 갖는 출력 신호로 변환된다.

렌더링을 수행하기 위해서는 필터링에 이용될 필터 계수 및 패닝에 이용될 패닝 계수가 필요하다. 이 때, 초기화 과정에서 출력 채널의 표준 레이아웃 및 가상 렌더링을 위한 기본 고도각에 따라 렌더링 파라미터를 획득한다. 기본 고도각은 렌더러에 따라 다양하게 결정될 수 있으나, 사용자의 취향 또는 입력 신호의 특성에 따라 기본 고도각이 아닌 소정의 고도각으로 설정함으로써 가상 렌더링의 만족도 및 효과를 향상시킬 수 있다.

서라운드 채널에 의한 앞뒤 혼동 현상을 방지하기 위해, 정면 높이 채너에 대한 서라운드 출력 채널에 시간 지연을 추가한다(1620).

정면 높이 입력 채널을 재생하기 위한 서라운드 출력 채널 신호에 소정의 시간 지연을 부가하면, 정면 높이 채널 입력 신호를 재생하는 출력 신호 중 정면을 기준으로 -90도 ~ +90도에 존재하는 정면 출력 채널들의 신호보다, 정면을 기준으로 -180도 ~ -90도 또는 +90도 ~ +180도에 존재하는 서라운드 출력 채널들의 신호가 더 늦게 재생된다.

따라서, 청자 고유의 HRTF로 인해 정면 입력 채널의 음향 신호가 후면에서 재생되는 것으로 인식되는 경우라도, 선행 효과에 의해 음향 신호가 먼저 재생되는 정면에서 재생되는 것으로 인식하게 된다.

이와 같이 정면 높이 채널에 대한 서라운드 출력 채널을 지연시켜 재생하기 위해, 렌더러는 서라운드 출력 채널에 추가된 지연에 기초하여 고도 렌더링 파라미터를 수정한다(1630).

고도 렌더링 파라미터가 수정되면, 렌더러는 수정된 고도 렌더링 파라미터에 기초하여, 고도 렌더링 된 서라운드 출력 채널을 생성한다(1640). 구체적으로 살펴보면, 수정된 고도 렌더링 파라미터를 높이 입력 채널 신호에 적용하여 렌더링함으로써, 서라운드 출력 채널 신호를 생성한다. 이와 같이, 수정된 고도 렌더링 파라미터에 기초하여 정면 높이 입력 채널에 대해 지연된 고도 렌더링 서라운드 출력 채널은, 서라운드 출력 채널에 의한 앞뒤 혼동을 방지할 수 있다.

서라운드 출력 채널에 적용되는 시간 지연은 약 2.7ms, 거리상 약 91.5 cm가 적당하며, 이는 48kHz에서 128 샘플 즉 2 QMF(Quadrature Mirror Filter) 샘플에 해당한다. 다만, 앞뒤 혼동을 방지하기 위해 서라운드 출력 채널에 추가되는 지연은 샘플링 레이트와 재생 환경에 따라 달라질 수 있다.

이 때, 출력 채널의 구성이 해당 출력 채널의 표준 레이아웃와 편차가 존재하거나 가상 렌더링을 수행해야 하는 고도가 렌더러의 기본 설정 고도와 다르다면, 이에 기초하여 렌더링 파라미터를 갱신한다. 갱신되는 렌더링 파라미터는 필터 계수의 초기값에 고도각 편차에 기초하여 결정된 가중치를 부여하여 갱신된 필터 계수 또는 입력 채널의 고도와 기본 설정 고도의 크기 비교 결과에 따라 패닝 계수의 초기값을 증가 또는 감소 시켜 갱신된 패닝 계수를 포함할 수 있다.

만일 공간 고도 렌더링 될 정면 높이 입력 채널이 존재한다면, 정면 입력 채널의 지연된 QMF 샘플들이 입력 QMF 샘플에 더해지고 다운믹스 매트릭스는 수정된 계수로 확장된다.

소정의 정면 높이 입력 채널에 시간 지연을 부가하고 렌더링(다운믹스) 매트릭스를 수정하는 구체적인 방법은 다음과 같다.

입력 채널의 개수가 Nin인 경우 [1 Nin] 채널 중 i번째 입력 채널에 대해, i번째 입력 채널이 높이 입력 채널(CH_U_L030, CH_U_L045, CH_U_R030, CH_U_R045 및 CH_U_000)중 하나라면, 입력 채널의 QMF 샘플 지연 및 지연된 QMF 샘플은 수학식 21 및 수학식 22 와 같이 결정된다.

[수학식 21]

delay = round(fs*0.003/64)

[수학식 22]

이 때, fs는 샘플링 주파수를,

는 k번째 밴드의 n번째 QMF 서브밴드 샘플을 나타낸다. 서라운드 출력 채널에 적용되는 시간 지연은 약 2.7ms, 거리상 약 91.5cm가 적당하며, 이는 48kHz에서 128 샘플 즉 2 QMF 샘플에 해당한다. 다만, 앞뒤 혼동을 방지하기 위해 서라운드 출력 채널에 추가되는 시간 지연은 샘플링 레이트와 재생 환경에 따라 달라질 수 있다.

수정된 렌더링(다운믹스) 매트릭스는 수학식 23 내지 수학식 25 와 같이 결정된다.

[수학식 23]

[수학식 24]

[수학식 25]

Nin = Nin + 1

이 때,

는 고도 렌더링을 위한 다운믹스 매트릭스,

는 일반 렌더링을 위한 다운믹스 매트릭스를 나타내며 Nout은 출력 채널의 개수를 나타낸다.

각 입력 채널에 대한 다운믹스 매트릭스를 완성하기 위해, Nin을 1씩 증가시키며 수학식 3 및 수학식 4의 과정을 반복한다. 하나의 입력 채널에 대한 다운믹스 매트릭스를 획득하기 위해서는, 각 출력 채널에 대한 다운믹스 파라미터를 획득해야 한다.

i번째 입력 채널에 대한 j 번째 출력 채널의 다운믹스 파라미터는 다음과 같이 결정된다.

출력 채널의 개수가 Nout인 경우 [1 Nout] 채널 중 j 번째 출력 채널에 대해, j 번째 출력 채널이 서라운드 채널(CH_M_L110 또는 CH_M_R110)중 하나라면, 출력 채널에 적용될 다운믹스 파라미터는 수학식 26 과 같이 결정된다.

[수학식 26]

출력 채널의 개수 Nout에 대해 [1 Nout] 중 j 번째 출력 채널에 대해, 만일 j 번째 출력 채널이 서라운드 채널(CH_M_L110 또는 CH_M_R110)이 아니라면, 출력 채널에 적용될 다운믹스 파라미터는 수학식 27 과 같이 결정된다.

[수학식 27]

도 17 은 일 실시예에 따라 서라운드 출력 채널에 지연이 추가된 수평 채널과 정면 높이 채널을 도시한다.

도 17 에 도시된 실시예는, 도 14 에 도시된 실시예와 마찬가지로, 출력 채널은 5.0 채널(우퍼 채널 미도시)이며 정면 높이 입력 채널을 이와 같은 수평 출력 채널로 렌더링하는 경우를 가정한다. 5.0 채널은 수평면(1410)에 존재하며 FC(Front Center)채널, FL(Front Left)채널, FR(Front Right)채널, SL(Surround Left)채널 및 SR(Surround Right)채널을 포함한다.

정면 높이 채널은 도 4 에서 어퍼레이어(1420)에 해당하는 채널들로, 도 14 의 실시예에서는 TFC(Top Front Center)채널, TFL(Top Front Left) 채널 및 TFR(Top Front Right)채널을 포함한다.

도 17 에 도시된 실시예는, 도 14 에 도시된 실시예와 마찬가지로 입력 채널이 22.2 채널이라고 가정하면 24 채널의 입력 신호를 렌더링(다운믹스)하여 5 채널의 출력 신호를 생성한다. 이 때, 5 채널 출력 신호에는 24 채널의 입력 신호 각각에 해당하는 성분이 렌더링 규칙에 의해 배분되어 있다. 따라서, 출력 채널인 FC채널, FL채널, FR채널, SL채널 및 SR채널 신호들은, 입력 신호 각각에 해당하는 성분을 포함한다.

이 때, SL 채널 및 SR 채널에 의해 발생하는 앞뒤 혼동 현상을 방지하기 위해, 서라운드 출력 채널을 통해 렌더링되는 정면 높이 입력 채널에 대해 소정의 지연을 부가한다. 수정된 고도 렌더링 파라미터에 기초하여 정면 높이 입력 채널에 대해 지연된 고도 렌더링 서라운드 출력 채널은, 서라운드 출력 채널에 의한 앞뒤 혼동을 방지할 수 있다.

지연이 부가된 음향 신호 및 부가된 지연에 기초하여 수정된 고도 렌더링 파라미터를 구하는 방법은 수학식 1 내지 수학식 7 에 나와 있다. 앞서 도 16 의 실시예에서 이에 대해 상세히 설명하였으므로, 도 17 의 실시예에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

서라운드 출력 채널에 적용되는 시간 지연은 약 2.7ms, 거리상 약 91.5 cm가 적당하며, 이는 48kHz에서 128 샘플 즉 2 QMF 샘플에 해당한다. 다만, 앞뒤 혼동을 방지하기 위해 서라운드 출력 채널에 추가되는 지연은 샘플링 레이트와 재생 환경에 따라 달라질 수 있다.

도 18 은 일 실시예에 따른 수평 채널과 정면 중앙 채널(TFC 채널)을 도시한다.

도 18 에 도시된 실시예에 따르면, 출력 채널은 5.0 채널(우퍼 채널 미도시)이며 TFC(Top Front Center) 채널을 이와 같은 수평 출력 채널로 렌더링하는 경우를 가정한다. 5.0 채널은 수평면(1810)에 존재하며 FC(Front Center)채널, FL(Front Left)채널, FR(Front Right)채널, SL(Surround Left)채널 및 SR(Surround Right)채널을 포함한다. TFC 채널은 도 4 에서 어퍼레이어(1820)에 해당하는 채널로, 방위각은 0도이며 소정의 고도각에 위치하는 경우를 가정한다.

앞서 언급한 바와 같이, 음상의 좌우 역전이 발생하지 않도록 하는 것은 음향 신호를 렌더링하는 방법에서 매우 중요하다. 수평 출력 채널로 고도각을 갖는 높이 입력 채널을 렌더링하기 위해서는 가상 렌더링을 수행해야 하며 렌더링을 통해 멀티 채널 입력 채널 신호들은 멀티 채널 출력 신호들로 패닝된다.

특정 고도에서 고도감을 제공하는 가상 렌더링을 위해 각 패닝 계수 및 필터 계수를 결정하게 되는데, TFC 채널 입력 신호는 청자의 정면 즉 중심(center)에 음상이 위치해야 하므로 FL 채널 및 FR 채널의 패닝 계수는 TFC 채널의 음상이 정면에 존재하도록 결정된다.

출력 채널의 레이아웃이 표준 레이아웃을 따르는 경우라면, FL 채널 과 FR 채널의 패닝 계수는 동일해야 하며, SL 채널과 SR 채널의 패닝 계수 역시 동일해야 하는 것이다.

이와 같이 TFC 입력 채널을 렌더링하기 위한 좌우측 채널의 패닝 계수는 동일해야 하므로 TFC 입력 채널의 고도감을 조절하기 위해 좌우측 채널의 패닝 계수를 조절하는 것이 불가능하다. 따라서, TFC 입력 채널을 렌더링하여 고도감을 부여하기 위해서는 전후(front-rear) 채널 간의 패닝 계수를 조절한다.

기준 고도각(elevation angle)이 35도이고 렌더링 하고자 하는 TFC 입력 채널의 고도각을 elv라 하면, TFC 입력 채널을 고도각 elv로 가상 렌더링을 하기 위한 SL 채널 및 SR 채널의 패닝 계수는 각각 수학식 28 및 수학식 29 와 같이 결정된다.

[수학식 28]

[수학식 29]

이 때,

는 기준 고도각 35도로 가상 렌더링을 하기 위한 SL 채널의 패닝 계수,

는 기준 고도각 35도로 가상 렌더링을 하기 위한 SL 채널의 패닝 계수이다. i_in은 높이 입력 채널에 대한 인덱스로 수학식 8 및 수학식 9 는 높이 입력 채널이 TFC 채널인 경우의 패닝 계수의 초기값과 갱신된 패닝 계수의 관계를 나타낸다.

여기서, 출력 신호의 에너지 레벨을 일정하게 유지하기 위해 수학식 28 및 수학식 29에 의해 얻어진 패닝 계수를 그대로 사용하지 않고 수학식 30 및 수학식 31에 따라 파워 노말라이즈 하여 사용한다.

[수학식 30]

[수학식 31]

이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

오디오 신호를 고도 렌더링하는 방법에 있어서,
높이 입력 채널 신호를 포함하는 멀티채널 신호들을 수신하는 단계;
상기 멀티채널 신호들을 위한 제 1 고도 렌더링 파라미터들을 획득하는 단계;
상기 높이 입력 채널 신호의 레이블(label)이 정면 높이(frontal height) 채널 레이블 중 하나인 경우, 상기 높이 입력 채널 신호에 소정의 지연을 부가하여 지연된 높이 입력 채널 신호를 획득하는 단계;
상기 높이 입력 채널 신호의 레이블이 정면 높이 입력 채널 레이블 중 하나인 경우, 두 개의 출력 채널 신호들의 레이블에 기초하여 제2 고도 렌더링 파라미터들을 획득하는 단계-여기서 상기 두 개의 출력 채널 신호들의 레이블은 서라운드 채널 레이블임-,
상기 높이 입력 채널 신호의 레이블이 정면 높이 입력 채널 레이블 중 하나인 경우, 상기 제 1 고도 렌더링 파라미터들 및 상기 제 2 고도 렌더링 파라미터들에 기초하여 상기 멀티채널 신호들 및 상기 지연된 높이 입력 채널 신호를 고도 렌더링하여 복수의 출력 채널 신호들을 출력하는 단계;를 포함하는,
오디오 신호를 렌더링하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 출력 채널 신호는 수평 채널 신호들인, 오디오 신호를 렌더링하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 고도 렌더링 파라미터들 및 상기 제2 고도 렌더링 파라미터들은, 패닝 게인들 및 고도 필터 계수들 중 적어도 하나를 포함하는, 오디오 신호를 렌더링하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 정면 높이 채널 레이블은, CH_U_L030, CH_U_R030, CH_U_L045, CH_U_R045 및 CH_U_000 중 적어도 하나를 포함하는, 오디오 신호를 렌더링하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 서라운드 채널 레이블은, CH_M_L110 및 CH_M_R110 중 적어도 하나를 포함하는, 오디오 신호를 렌더링하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소정의 지연은, 상기 멀티채널 신호들의 샘플링 레이트에 기초하여 결정되는, 오디오 신호를 렌더링하는 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 소정의 지연은 다음과 같은 방정식
에 의해 결정되며,
여기서 상기 fs는 상기 멀티채널 신호들의 샘플링 레이트인, 오디오 신호를 렌더링하는 방법.
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