KR20050012085A - 3차원 입체 음향 재생 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 좌우 각각의 오디오 신호에 대하여 각각 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하여 방향성 정보를 포함시키는 머리 전달 함수 컨벌루션부, 상기 좌우 각각의 오디오 신호를 합성한 후, 상기 합성된 신호에 대하여 저주파 부분을 보상하는 저역 통과 필터, 상기 저역 통과 필터에서 저주파 부분이 보상된 신호를 미리 정해진 일정 시간동안 지연시키는 지연부, 상기 지연부로부터 전송된 신호와 상기 각 머리 전달 함수 컨벌루션부로부터 전송된 신호를 각각 합성하여 재생시키는 합성부로 구성된 것으로서, 저주파 부분의 감쇄가 적고, 왼쪽 신호가 오른쪽 귀에, 오른쪽 신호가 왼쪽 귀에 재생되지 않아서 스테레오의 효과가 향상된다.

Description

3차원 입체 음향 재생 방법 및 장치{Apparatus and Method for playing three-dimensional sound}

본 발명은 스테레오 채널을 사용하는 휴대용 오디오 재생 기기에서 3차원 오디오를 재생시키는 삼차원 입체 음향 재생 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 음향의 입체감을 강화하기 위하여 3차원 음향이라는 개념이 도입되고 있고 이의 구현에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

또한, 3차원 가상 현실을 이용하는 멀티미디어 콘텐츠, CD-ROM 타이틀, 게임기, 가상현실등의 멀티미디어 장치에서 고급 장비의 사용없이 2개의 스피커만을 사용하여 3차원 음향 효과를 낼수 있는 입체 음향 기법에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 2채널 방식에 근거한 3차원 가상 입체 음향 기술은 모노 음원에 음향의 방향과 위치 등의 방향감과 현장감을 부여하여 청취자에게 가상 청취 공간의 느낌을 전달할 수 있는 기술이다.

즉, 3차원 가상 입체 음향이란 헤드폰이나 스피커를 통해 가상 공간의 특정 위치에 음원을 형성하여 사용자가 듣는 소리가 마치 실제로 그 가상 음원이 위치하고 있는 곳에서 들려오는 것처럼 방향감, 거리감, 공간감을 형성해주는 것을 말한다.

사람의 눈은 전방의 일정 영역만 바라볼수 있기 때문에 들려오는 소리 정보에 의해서 시선을 움직이게 된다. 소리가 없고 영상만 있는 가상현실 시스템은 눈으로 볼수 있는 전방의 일정 영역에만 가상공간을 형성하지만, 3차원 음향 효과가 부여된 가상 현실 시스템은 사용자의 모든 주위 환경을 가상공간으로 형성하는 큰 효과가 있다.

입체 음향을 구현하기 위해서는 공간상의 특정 위치에 음원을 위치시키는 입체 음상 정위 기술이 필수적이다. 3차원 공간상의 특정 위치에 음원이 있는 것과 같은 효과를 내는 것을 위치 음 효과라고 한다. 2채널 재생 방식에서 위치음 효과는 모노 음원과 머리 전달 함수와의 시간축 컨벌루션을 통해서 이루어진다.

먼저 머리 전달 함수(HRTF, Head Related Transfer Function)에 대하여 살펴보기로 한다.

HRTF란 인간의 청각기관을 모델링한 더미 헤더 마이크(Dumy Head Microphone)를 이용하여 360도의 방위각(azimuth angle)과 180도의 고도각(elavation angle)사이를 특정간격을 두고 각각의 위치에 대한 좌 우 양쪽의 임펄스 응답을 구한 것이다.

HRTF는 움직이지 않고, 일정한 위치에 있는 더미헤더를 대상으로 측정하여, 극장과 같이 넓고 사람의 위치가 제 각각인 곳 또는 청취자(Listener)가 움직이는 곳에서는 HRTF가 그 특성을 잃어버린다. 또한 LoudSpeaker를 사용할 경우 Crosstalk에 의한 감쇄가 발생하여, 3차원 효과를 떨어뜨린다. 따라서 Crosstalk 줄이는 알고리즘의 연구와 HRTF의 개선에 대한 연구가 필요하다.

다음으로 입체 음상 정위에 대해서 설명하기로 한다.

청취자가 지각하는 음상에 대한 위치를 파악하는 것을 음상 정위라 하고, 음상을 공간상의 특정 장소에 위치시키는 기술을 음상 정위 기술이라 한다.

2채널 스테레오 방식은 두 스피커 사이의 공간에 음상을 형성하는데 반해서, 입체 음향은 2채널 스피커를 이용하여 3차원 공간상의 임의의 방향에 위치한 입체 음상을 생성하는 기술이다.

3차원 공간상에 음상을 위치하기 위해서는 모노 음원과 청취자 사이의 음원전달 경로를 모델링한 머리 전달 함수 데이터베이스를 이용하게 된다. 즉, 특정 방향의 음원으로부터 두 귀까지의 좌우 머리 전달 함수 쌍을 모노 음에 대해서 각각 필터링하는 양이 머리 전달 함수 필터링을 수행함으로써 3차원 음상 정위를 구현한다.

이 기술을 이용하면 고정된 특정 위치에서 소리가 지각되는 효과와 소리가 한 위치에서 다른 위치로 움직이는 효과를 생성할 수 있다. 위치음 생성은 해당 위치의 머리 전달 함수를 모노 음원과 컨볼루션 연산을 행함으로써 얻을수 있고, 이동음 생성은 소리가 이동하는 궤적상에 해당하는 연속적인 머리 전달 함수들을 모노 음원과 컨볼루션을 수행함으로써 얻을수 있다.

이하 도면을 참조하여 3차원 입체 음향의 재생 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 3차원 입체 음향의 재생 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 3차원 입체 음향의 재생 장치는 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부(100), 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부(110)를 포함한다.

상기 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부(100)와 상기 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부(110)는 입력되는 오디오 신호에 대해서 재생하고자 하는 위치에 해당하는 좌우 머리 전달 함수와 각각 컨볼루션을 수행하고 이들을 각각 좌측 및 우측 스피커 또는 헤드폰으로 재생함으로써 위치음을 생성하게 된다.

상기와 같은 장치에 의한 오디오 신호의 재생은 도 2와 같이 된다.

도 2는 종래의 3차원 입체 음향의 재생을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 3차원 입체 음향의 재생 장치에 의해 오디오 신호가 재생되면, 왼쪽 스피커에 의해 오른쪽 귀에 들어가는 소리 및 오른쪽 스피커에 의해 왼쪽귀에 들어가는 소리가 발생한다.

따라서, 상기와 같은 종래에는 헤드폰이나 이어폰으로 재생되는 스테레오 신호에 대해 적용했을 경우, 상대적으로 저음이 많이 감쇄되는 문제점이 있다.

또한, 왼쪽 신호가 오른쪽 귀에 오른쪽 신호가 왼쪽 귀에 재생되는 부분이 생기게되어 스테레오의 효과를 떨어뜨리는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 저주파 부분의 감쇄가 적고, 왼쪽 신호가 오른쪽 귀에, 오른쪽 신호가 왼쪽 귀에 재생되지 않는 삼차원 입체 음향 재생 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 3차원 입체 음향의 재생 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 2는 종래의 3차원 입체 음향의 재생을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 삼차원 입체 음향 재생 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 머리 전달 함수 컨벌루션을 이용하여 오디오 신호를 재생하는 것을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 삼차원 입체 영상 재생에 대한 충격 응답을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 300 : 좌측 머리 전달 함수 컨볼루션부

110, 310 : 우측 머리 전달 함수 컨볼루션부

320, 350, 360 : 혼합부 330 : LPF

340 : 지연부

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 좌우 각각의 오디오 신호에 대하여 각각 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하여 방향성 정보를 포함시키는 머리 전달 함수 컨벌루션부, 상기 좌우 각각의 오디오 신호를 합성한 후, 상기 합성된 신호에 대하여 저주파 부분을 보상하는 저역 통과 필터, 상기 저역 통과 필터에서 저주파 부분이 보상된 신호를 미리 정해진 일정 시간동안 지연시키는 지연부, 상기 지연부로부터 전송된 신호와 상기 각 머리 전달 함수 컨벌루션부로부터 전송된 신호를 각각 합성하여 재생시키는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 음향 재생 장치가 제공된다.

상기 머리 전달 함수 컨벌루션부는 좌측의 오디오 신호에 대하여 좌측 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하는 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부, 우측의 오디오 신호에 대하여 우측 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하는 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부를 포함한다.

상기 머리 전달 함수 컨벌루션부에서 출력된 신호와 상기 지연부에서 출력된 신호는 독립적인 성분이다.

상기 합성부는 상기 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부로부터 전송된 신호와 상기 지연부로부터 전송된 신호를 합성하는 제1 합성부와 상기 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부로부터 전송된 신호와 상기 지연부로부터 전송된 신호를 합성하는 제2 합성부를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 좌우 각각의 오디오 신호에 대하여 좌우 각각의 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하여 방향성 정보를 포함시키고, 상기 좌우 각각의 오디오 신호를 합성하여 저역 통과를 수행하고, 상기 저역 통과된 신호를 미리 정해진 일정 시간동안 지연시킨 후, 상기 머리 전달 함수와 컨벌루션이 수행된 좌우 각각의 신호와 각각 합성시켜서 재생시키는 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 영상 재생 방법이 제공된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 삼차원 입체 음향 재생 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 삼차원 입체 음향 재생 장치는 좌측머리 전달 함수 컨벌루션부(300), 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부(310), 제1 합성부(320), LPF(330), 지연부(340), 제2 합성부(350), 제3 합성부(360)를 포함한다.

상기 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부(300)는 입력되는 오디오 신호를 재생하고자 하는 위치에 해당하는 좌측 머리 전달 함수와 컨볼루션을 수행한다.

상기 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부(310)는 입력되는 오디오 신호를 재생하고자 하는 위치에 해당하는 우측 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행한다.

따라서, 상기 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부(300)와 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부(310)를 거친 오디오 신호는 방향성 정보를 포함하게된다.

상기 제1 합성부(320)는 좌측 오디오 신호와 우측 오디오 신호를 합하여LPF(330)에 전송한다.

상기 LPF(330)는 상기 제1 합성부(320)로부터 전송된 오디오 신호에 대하여 저주파 부분을 보상한다.

상기 지연부(340)는 상기 LPF(330)로부터 전송된 신호를 미리 정해진 일정 시간동안 지연시킨다. 상기 지연부(340)에 의해서 저주파에서의 머리 전달 함수 컨벌루션부(300, 310)와 저역 통과 필터(330)에 의한 성분들이 서로 상쇄되는 것이 방지된다.

상기 제2 합성부(350)는 상기 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부(300)로부터 전송된 오디오 신호와 상기 지연부(340)로부터 전송된 신호를 합하여 재생시킨다.

상기 제3 합성부(360)는 상기 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부(310)로부터 전송된 오디오 신호와 상기 지연부(340)로부터 전송된 신호를 합하여 재생시킨다.

이하 상기와 같이 구성된 삼차원 입체 음향 재생 장치의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

우선 좌우의 오디오 신호는 각각의 머리 전달 함수 컨벌루션부(300, 310)를 거쳐 방향성 정보를 포함하게 된다. 또한, 상기 좌우의 오디오 신호는 제1 합성부(320)에서 합성된 후, LPF(330)를 통해 저주파 성분이 보상된다.

상기 저주파 성분이 보상된 신호는 지연부(340)를 통하여 일정 시간 지연되어 상기 각 머리 전달 함수 컨벌루션부(300, 310)를 거친 신호와 합해진다.

즉, 상기 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부(300)로부터 전송된 신호와 상기 지연부(340)로부터 전송된 신호는 제2 합성부(350)에서 합성되어 재생되고, 상기우측 머리 전달 함수 컨벌루션부(310)로부터 전송된 신호와 상기 지연부(340)로부터 전송된 신호는 제3 합성부(360)에서 합성되어 재생된다.

이는 저주파에서의 머리 전달 함수 컨벌루션(300, 310)과 저역 통과 필터(330)에 의한 성분들이 서로 상쇄되는 것을 막기 위해서다. 따라서, 시간 지연에 의해 저주파 부분은 머리 전달 함수 컨벌루션에 의해 필터링된 소리와는 도 5와 같이 독립적인 성분으로 인식된다.

다시말하면, 각 머리 전달 함수 컨벌루션부(300, 310)를 거친 신호가 먼저 디스플레이되고, 미리 정해진 일정 시간이 경과된 후, 상기 LPF(330)를 거친 신호가 디스플레이된다.

상기와 같이 머리 전달 함수 컨벌루션을 이용하여 오디오 신호를 재생시키면, 도 4과 같은 효과가 발생한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 머리 전달 함수 컨벌루션을 이용하여 오디오 신호를 재생하는 것을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 왼쪽 스피커에 의한 소리는 왼쪽 귀에, 오른쪽 스피커에 의한 소리는 오른쪽 귀에 들어간다.

따라서, 왼쪽 스피커에 의해 오른쪽 귀에 들어가는 소리 및 오른쪽 스피커에 의해 왼쪽 귀에 들어가는 소리가 발생하지 않으므로, 음색이 좋아진다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 삼차원 입체 영상 재생에 대한 충격 응답을 나타낸 도면이다.

이하에서는 좌우 스피커의 각도가 모두 40도이고, FIR 필터를 이용해저역 통과 필터를 구성, 이때의 좌우의 충격 응답은 같고 샘플링 주파수 44.1kHz이라고 가정하여 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 머리 전달 함수 컨벌루션에 의한 부분과 저역 통과 필터에 의한 부분은 분리되며, 이는 저주파 부분이 가상적인 독립 채널로 인식됨을 의미한다. 따라서, 저주파에서의 머리 전달 함수 컨벌루션부와 저역 통과 필터에 의한 성분들이 상쇄되는 것이 방지된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 저주파 부분의 감쇄가 적고, 왼쪽 신호가 오른쪽 귀에, 오른쪽 신호가 왼쪽 귀에 재생되지 않아서 스테레오의 효과를 향상시키는 삼차원 입체 음향 재생 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 좌우 각각의 오디오 신호에 대하여 각각 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하여 방향성 정보를 포함시키는 머리 전달 함수 컨벌루션부;

   상기 좌우 각각의 오디오 신호를 합성한 후, 상기 합성된 신호에 대하여 저주파 부분을 보상하는 저역 통과 필터;

   상기 저역 통과 필터에서 저주파 부분이 보상된 신호를 미리 정해진 일정 시간동안 지연시키는 지연부;및

   상기 지연부로부터 전송된 신호와 상기 각 머리 전달 함수 컨벌루션부로부터 전송된 신호를 각각 합성하여 재생시키는 합성부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 음향 재생 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 머리 전달 함수 컨벌루션부는 좌측의 오디오 신호에 대하여 좌측 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하는 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부;

   우측의 오디오 신호에 대하여 우측 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하는 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 음향 재생 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 머리 전달 함수 컨벌루션부에서 출력된 신호와 상기 지연부에서 출력된 신호는 독립적인 성분인 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 음향 재생 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 합성부는 상기 좌측 머리 전달 함수 컨벌루션부로부터 전송된 신호와 상기 지연부로부터 전송된 신호를 합성하는 제1 합성부와 상기 우측 머리 전달 함수 컨벌루션부로부터 전송된 신호와 상기 지연부로부터 전송된 신호를 합성하는 제2 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 영상 재생 장치.
5. 좌우 각각의 오디오 신호에 대하여 좌우 각각의 머리 전달 함수와 컨벌루션을 수행하여 방향성 정보를 포함시키는 단계;

   상기 좌우 각각의 오디오 신호를 합성하여 저역 통과를 수행하는 단계;및

   상기 저역 통과된 신호를 미리 정해진 일정 시간동안 지연시킨 후, 상기 머리 전달 함수와 컨벌루션이 수행된 좌우 각각의 신호와 각각 합성시켜서 재생시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 입체 영상 재생 방법.