KR20040035887A - 멀티채널 로직 매트릭스 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티채널 신호의 디코딩에 있어서 청각 이미지의 안전성을 향상시킨다. 출력 중앙-채널 및 백-서라운드 채널 신호는 매트릭스 디코더 같은 신호 처리기를 멀티채널 입력신호에 적용하여 얻어지거나 증대된다.

Description

멀티채널 로직 매트릭스 디코딩 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MULTICHANNEL LOGIC MATRIX DECODING}
음악 산업은 반세기동안 2-채널 스테레오를 사용해 왔다. 전형적으로, 주요 음성신호(또는 다른 중심부에 위치된 신호)는 좌- 및 우-채널 스피커(loudspeaker)에서 등거리에 위치한 청취자에 대하여 중앙 "팬텀" 이미지(center "phantom" image)를 생성하기 위해 좌 및 우 채널로 동일하게 믹스(mix)된다.
2-채널 스테레오 청취의 잘 알려진 단점은 이상적인 중앙 "스위트 스폿(sweet spot)"에서 떨어져 이동함에 따라 음장(sound field)이 붕괴된다는 것이다. 중앙 신호는 두 개의 채널의 스피커 사이의 한 점으로부터 보다는 청취자에게 가장 가까운 스피커로부터 나오는 것으로 나타난다. 이 문제를 피하거나 감소시키는 한 가지 알려진 방법은 제3 중앙 채널을 사용하는 것이다; 그러나, 3-채널원(source) 재료는 그다지 일반적이지 않다.
이 문제를 감소시키는 다른 알려진 방법은 중앙 채널 신호를 포함하는 하나 이상의 추가 신호를 얻기 위해 로직 매트릭스 디코더를 2-채널원에 적용하는 것이다. 예컨대, 돌비 프로 로직(Dolby Pro Logic) 디코더는 2개의 입력 신호를 받고 좌(L), 중앙(C), 우(R) 및 서라운드(S) 출력 신호를 얻는다. 프로 로직 II 디코더는 L, C, R, 좌-서라운드(Ls) 및 우-서라운드(Rs) 출력 신호를 2-채널원으로부터 얻고 돌비 서라운드 인코드된 재료나 종래의 스테레오 레코딩과 함께 작동하도록 의도된다.
프로 로직 서라운드 디코딩의 핵심적인 이점은, 스피커 시스템의 중앙축에서 떨어져 앉은 청취자에 대하여 중앙 신호 이미지의 안정성을 향상시키는 중앙-채널 출력이라는 것이 잘 확인되었다. 이 이점은 돌비 3 스테레오로서 알려진 단순 3-채널(L,C,R) 매트릭스 디코딩 시스템에서도 동일하게 이용할 수 있다. 상기 모든 디코더에 관한 적용은 가정 및 차량 오디오 시스템을 포함한다.
종래의 5 또는 5.1-채널 분리원(discrete source) 신호를 제공하는 시스템 같은 멀티채널 시스템에 로직 매트릭스 디코더를 제공하여, 유사한 이점이 서라운드 채널 신호에 관하여 얻어질 수 있다. 서라운드 EX(Surround EX)로 불리는 이 적용에서, 로직 매트릭스 디코더에는 원래의 2개의 채널로부터 3개의 서라운드 채널(Ls,Bs,Rs)을 얻기 위해 5-채널 사운드트랙(soundtrack)의 Ls 및 Rs 신호가 공급된다. 도1은 이 적용의 블록도를 제공한다. 중앙에서 떨어져 앉은 청취자는 Ls와 Rs 채널 스피커 사이로부터 나오는 것으로 의도된 지향 신호(directional cue)를 보다 잘 감지할 수 있다.
DVD 오디오의 출현과 함께, 5.1-채널 오디오 프로그램이 보다 일반적으로 되었다. 음장 붕괴에 관한 문제는 5.1-채널 시스템을 사용하여 쉽게 피할 수 있다고기대할 수도 있는데, 그것이 분리 중앙 채널을 제공하기 때문이다. 불행하게도, 그 문제는 이 시스템이 음성 신호가 3개의 전방 채널 사이에서 믹스되는 방법에 있어서 부가적인 유연성(flexibility)을 제공할 수 있기 때문에 피할 수 없을 것이다. 몇몇 경우에 있어서, 팬텀 중앙 이미지를 생성하기 위하여, 음성신호는 L/R 채널에서만 이전과 같이 믹스된다. 다른 경우에 있어서, 음성신호는 중앙 채널로만 믹스된다. 또 다른 경우에 있어서, 음성신호는 비율을 변화시키면서 모든 3개의 전방 채널로 믹스된다. 이들 믹싱 선택이 음성신호의 통합(integration)이나 청명도(clarity)에 영향을 주더라도, 대부분의 경우에 음성은 사운드스테이지의 중앙으로부터 나오는 것으로서 인식되는 것으로 의도된다. 음성 및 다른 중앙 신호를 중앙 채널보다는 L/R 채널로 배치하는 그러한 믹스에 관해서는, 음장 붕괴가 중앙 청취 위치나 그 근처에 위치하지 않은 청취자에 대하여 여전히 발생할 것이다.
중앙에서 떨어져 앉은 청취자에 관해서는, 중앙 스피커에서만 음성 신호와의 믹스가 청취자 위치와 관계없이 사운드스테이지의 중앙과 가장 가까운 음성 신호의 청각 이미지를 줄 것이다. 중앙 채널이 비례적으로 적게 사용됨에 따라서, 음성 이미지는 청취자의 위치 쪽으로 이동한다. 이것은 전술한 2-채널원에 관하여 설명한 문제와 유사하다; 그러나, 그 문제의 해결은 중앙-채널 신호의 존재에 의해 복잡하게 된다. 중앙 채널에서만 음성신호와의 5.1 채널 프로그램은 청취자 위치에도 불구하고 중앙 청각 이미지를 유지할 수 있고 더 이상의 변경이 불필요하다. L과 R 채널만을 사용하는 프로그램은 표준 2-채널 레코딩과 같은 한계를 가지며, 음성신호를 L, C 및 R 채널로 배치하는 프로그램은 이들 두 극단에 의해 제공되는 것사이 어딘가에서 위치 안정성을 가지는 중앙 청각 이미지를 생성할 것이다. 최종 결과는 현행 믹싱 기술이 모든 청취자 위치에 대하여 일관된 음성 이미징 결과를 보증하지 않는다는 것이다. 이것은 가정의 청취자에 대해서 문제가 종종 있지만, 자동차의 청취자에 관해서는 일반적으로 어떤 청취자도 스피커와 관련하여 중앙으로 위치하지 않기 때문에 문제가 항상 있다.
본 발명은 일반적으로 오디오 신호 처리(audio signal processing)에 관련된 것이고, 보다 상세하게는 멀티채널 신호들을 디코딩하는 기술에 관련된 것이다.
도1은 서라운드 EX 디코딩을 사용하는 멀티채널 오디오 디코더의 블록도이다.
도2는 중앙 채널 신호를 재분배하는 멀티채널 오디오 디코더의 블록도이다.
도3은 하이브리드 분리/매트릭스(hybrid discrete/matrix) 3-채널 프로세서를 사용하는 멀티채널 오디오 디코더의 블록도이다.
도4는 매트릭스-강화(matrix-enhanced) 5-채널 시스템에 관한 오디오 디코더의 블록도이다.
본 발명은 이들 문제를 극복한다.
본 발명의 한 태양에 따라서, 오디오 디코더(audio decoder)는 좌-채널 입력신호를 전달하는 제1 입력신호 패스(path), 우-채널 입력 신호를 전달하는 제2 입력신호 패스 및 중앙-채널 입력신호를 전달하는 제3 입력신호 패스를 포함하는 다수의 입력신호 패스; 제1 및 제2 입력신호 패스에 연결된 입력을 가지며 좌-채널 및 우-채널 입력신호로부터 얻은 처리된 신호(processed signal)를 제공하는 다수의 입력을 가지는 신호 프로세서(processor), 여기서 제1 출력이 좌-채널 처리된 신호를 제공하고, 제2 출력이 우-채널 처리된 신호를 제공하며, 제3 출력이 중앙-채널 처리된 신호를 제공한다; 제3 입력신호 패스 및 신호 프로세서의 제3 출력에 연결된 입력을 가지고, 중앙-채널 입력신호와 중앙-채널 처리된 신호의 결합(combination)을 나타내는 신호를 제공하는 출력을 가지는 신호 콤바이너(combiner); 및 신호 프로세서의 제1 출력에 연결된 제1 출력신호 패스, 신호 프로세서의 제2 출력에 연결된 제2 출력신호 패스 및 신호 콤바이너의 출력에 연결된 제3 출력신호 패스를 포함하는 다수의 출력신호 패스;를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 오디오 디코더는 좌-채널 입력신호를 전달하는 제1 입력신호 패스, 우-채널 입력신호를 전달하는 제2 입력신호 패스 및 중앙-채널 입력신호를 전달하는 제3 입력신호 패스를 포함하는 다수의 입력신호 패스; 제1, 제2 및 제3 입력신호 패스에 연결된 입력을 가지며 좌-채널과 중앙-채널 입력신호의 믹스, 우-채널과 중앙-채널 입력신호의 믹스로부터 얻은 처리된 신호를 제공하는 출력을 가지는 신호 프로세서, 여기서 제1 출력이 좌-채널 처리된 신호를 제공하고, 제2 출력이 우-채널 처리된 신호를 제공하며, 제3 출력이 중앙-채널 처리된 신호를 제공한다; 신호 프로세서의 제1 출력에 연결된 제1 출력신호 패스, 신호 프로세서의 제2 출력에 제2 출력신호 패스 및 신호 프로세서의 제3 출력에 연결된 제3 출력신호 패스를 포함하는 다수의 출력신호 패스;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 오디오 디코딩 방법은 좌-채널 입력신호, 우-채널 입력신호 및 중앙-채널 입력신호를 수신하는 것; 좌-채널 및 우-채널 입력신호로부터 좌-채널 처리된 신호, 우-채널 처리된 신호 및 중앙-채널 처리된 신호를 포함하는 다수의 처리된 신호를 얻는 것; 중앙-채널 입력신호와 중앙-채널 처리된 신호를 결합하는 것; 및 좌-채널 처리된 신호, 우-채널 처리된 신호, 및 중앙-채널 입력신호와 중앙-채널 처리된 신호의 결합된 신호를 나타내는 다수의 출력신호를 제공하는 것;을 포함한다.
본 명세서에서 "음성 신호"와 "음성 이미지"에 대해 보다 상세하게 기재하는 데, 사운드 스테이지의 중앙에서 이런 형태의 신호를 나타내기 위해 2 이상의 채널의 음악 프로그램이 전형적으로 디자인되기 때문이다. 본 발명은 어떤 형태의 신호에도 적용될 수 있고 음성신호에 한정되지 않는다. 여기서 음성신호 등에 관한 언급은 사운드스테이지의 중앙이나 그 근처에서 표현되도록 의도되는 어떤 형태의 청각 신호라도 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
안정된 중앙 청각 이미지를 제공할 수 있는 시스템의 일실시에가 도2에 도시된다. 이 실시예에서, 2-채널 신호를 제공하기 위해 C 채널 신호가 L 및 R 채널로 분배되거나 믹스된다. C 채널에 미리 존재하는 음성신호는 동일 레벨에서 L 및 R 채널로 믹스된다. 그 다음에, 결과 2-채널 신호는 음성신호의 주요 부분이 C 채널에 있는 3 채널(L,C,R)을 얻기 위해 처리되며, 그것은 3개의 전방 스피커를 사용하여 일관된 중앙 청각 이미지를 제공한다.
안정된 중앙 이미지를 제공할 수 있는 시스템의 다른 실시예가 도3에 도시된다. 제1 실시예와 달리, 이 제2 실시예는 C 채널 신호를 L 및 R 채널 신호로 믹스하지 않는다. 대신, L 및 R 채널에 있는 음성신호를 추출하고 추출된 음성신호를 C 채널 신호에 부가한다. 그 결과, C 채널에 미리 존재하는 신호에 의하여 표현되는 음성 이미지의 안전성이 불리하게 영향을 받지 않고, 다른 채널로 C 채널의 신호의 누손(leakage)이나 연결(coupling)이 방지된다. 이것은 일반적으로 보다 깨끗하고 안정적인 음향 이미지, 그리고 L 및 R 채널 신호에 의해 생성된 이미지의 보다 우수한 측음 분리(lateral separation)를 제공한다. 만일 멀티-채널 프로그램이 C 채널에 존재하는 상당한 신호를 가지지 않는다면, 이 제2 실시예는 도2에 도시된 제1 실시예에 의해 제공되는 것과 본질적으로 같은 결과를 제공한다.
본 발명의 원리는 다른 채널에 또한 적용될 수 있다. 예컨대, 도4에 도시된 것처럼, 5-채널 디코더는 도3과 관련하여 전술한 것과 같은 C 채널 신호를 얻으며, 또한 오리지널 Ls 및 Rs 채널 신호에 추가되는 한 쌍의 서라운드 채널 신호를 얻는다. 이 기술은 전방 채널 신호로 오리지널 서라운드 채널 신호의 어떠한 누손을 초래하지 않고 프로그램의 공간 효과를 높이는데 사용될 수 있다.
몇몇 도면과 관련 본문은 실제 실행에 있어서 중요할 수 있지만 본 발명을 상술하는데는 필수적이지 않은 다양한 양상들을 생략한다. 예컨대, 도면에 도시된 디코더 성분의 실시예는 그것이 처리하는 신호에 있어서 위상 이동이나 시간 지연을 도입할 수 있다. 그러한 경우에, 바람직한 실시예는 모든 채널에 관한 위상 이동 및 시간 지연이 동일하거나 실질상 동일하도록 직접 신호 패스(direct signal paths)에서 지연 요소나 다른 처리 성분을 포함한다. 도4와 관련하여, 예컨대, 적당한 위상 이동이나 시간 지연을 제공하는 성분이 합산 성분(summing components)앞이나 "위쪽"에서 C, Ls 및 Rs 채널에 관한 신호 패스에 삽입될 수 있다.

Claims (8)

  1. 좌-채널 입력신호를 전달하는 제1 입력신호 패스, 우-채널 입력신호를 전달하는 제2 입력신호 패스, 및 중앙-채널 입력신호를 전달하는 제3 입력신호 패스를 포함하는 다수의 입력신호 패스;
    제1 및 제2 입력신호 패스에 연결된 입력, 및 좌-채널 및 우-채널 입력신호로부터 얻어진 처리된 신호를 제공하는 다수의 출력을 가지며, 여기서 제1 출력은 좌-채널 처리된 신호를 제공하고 제2 출력은 우-채널 처리된 신호를 제공하며 제3 출력은 중앙-채널 처리된 신호를 제공하는, 신호 프로세서;
    제3 입력신호 패스 및 신호 프로세서의 제3 출력에 연결된 입력, 및 중앙-채널 입력신호와 중앙-채널 처리된 신호의 결합을 나타내는 신호를 제공하는 출력을 가진 신호 콤바이너; 및
    신호 프로세서의 제1 출력에 연결된 제1 출력신호 패스, 신호 프로세서의 제2 출력에 연결된 제2 출력신호 패스, 및 신호 콤바이너의 출력에 연결된 제3 출력신호 패스를 포함하는 다수의 출력신호 패스;
    를 포함하는 오디오 디코더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 프로세서는 로직 매트릭스 디코더에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 오디오 디코더.
  3. 좌-채널 입력신호를 전달하는 제1 입력신호 패스, 우-채널 입력신호를 전달하는 제2 입력신호 패스, 및 중앙-채널 입력신호를 전달하는 제3 입력신호 패스를 포함하는 다수의 입력신호 패스;
    제1, 제2 및 제3 입력신호 패스에 연결된 입력, 및 좌-채널과 중앙-채널 입력신호의 믹스 및 우-채널과 중앙-채널 입력신호의 믹스로부터 얻어진 처리된 신호를 제공하는 출력을 가지며, 여기서 제1 출력은 좌-채널 처리된 신호를 제공하고 제2 출력은 우-채널 처리된 신호를 제공하며 제3 출력은 중앙-채널 처리된 신호를 제공하는, 신호 프로세서; 및
    신호 프로세서의 제1 출력에 연결된 제1 출력신호 패스, 신호 프로세서의 제2 출력에 연결된 제2 출력신호 패스, 및 신호 프로세서의 제3 출력에 연결된 제3 출력신호 패스를 포함하는 다수의 출력신호 패스;
    를 포함하는 오디오 디코더.
  4. 제3항에 있어서, 상기 신호 프로세서는, 좌-채널과 중앙-채널 입력신호를 결합시켜 좌-채널과 중앙-채널 입력신호의 믹스를 제공하는 제1 신호 콤바이너, 우-채널과 중앙-채널 입력신호를 결합시켜 우-채널과 중앙-채널 입력신호의 믹스를 제공하는 제2 신호 콤바이너, 및 제1 및 제2 신호 콤바이너의 출력에 연결된 입력을 가진 로직 매트릭스 디코더에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 오디오 디코더.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 입력신호 패스는 서라운드-채널 입력신호를 전달하는 제4 입력신호 패스를 포함하고;
    상기 다수의 신호 프로세서 출력은 서라운드-채널 처리된 신호를 제공하는 제4 출력을 포함하고;
    제4 입력신호 패스 및 신호 프로세서의 제4 출력에 연결된 입력, 및 서라운드-채널 입력신호와 서라운드-채널 처리된 신호의 결합을 나타내는 신호를 제공하는 출력을 가진 서라운드-채널 신호 콤바이너를 포함하고; 및
    상기 다수의 출력신호 패스는 서라운드-채널 신호 콤바이너의 출력에 연결된 제4 출력신호를 포함하는;
    오디오 디코더.
  6. 좌-채널 입력신호, 우-채널 입력신호, 및 중앙-채널 입력신호를 수신하기;
    좌-채널 및 우-채널 입력신호로부터 좌-채널 처리된 신호, 우-채널 처리된 신호, 및 중앙-채널 처리된 신호를 포함하는 다수의 처리된 신호를 얻기;
    중앙-채널 입력신호와 중앙-채널 처리된 신호를 결합하기; 및
    좌-채널 처리된 신호, 우-채널 처리된 신호, 및 중앙-채널 입력신호와 중앙-채널 처리된 신호의 결합된 신호를 나타내는 다수의 출력신호를 제공하기;
    를 포함하는 오디오 디코딩 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 좌-채널 처리된 신호, 우-채널 처리된 신호, 및 중앙-채널 처리된 신호는 로직 매트릭스 디코더를 좌-채널 및 우-채널 입력신호에 적용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 오디오 디코딩 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    서라운드-채널 입력신호를 수신하기;
    좌-채널 및 우-채널 입력신호로부터 서라운드-채널 처리된 신호를 얻기;
    서라운드-채널 입력신호와 서라운드-채널 처리된 신호를 결합하기; 및
    서라운드-채널 입력신호와 서라운드-채널 처리된 신호의 결합된 신호를 나타내는 출력신호를 제공하기;
    를 포함하는 오디오 디코딩 방법.
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