KR20070066820A - 청취 위치를 고려한 2채널 입체음향 재생 방법 및 장치 - Google Patents

청취 위치를 고려한 2채널 입체음향 재생 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

DVD, CD, MP3등과 같은 매체를 통해 재생되는 2채널 스테레오 사운드 신호를 청취자의 위치에 따라 적응적으로 입체 음향 스테레오 사운드를 재생하는 적응적 입체 음향 재생 방법 및 장치가 개시되어 있다. 본 발명은 청취 위치를 센싱하여 그 청취 위치에 대한 거리 및 각도 정보를 인식하는 과정, 센싱된 청취 위치의 거리 및 각도 정보를 근거로 두 스피커의 출력 게인과 딜레이값을 결정함과 함께 미리 설정된 위치화(Localization) 필터 테이블의 필터 계수를 선택하는 과정, 선택된 필터 계수를 바탕으로 상기 위치화 필터의 필터 계수를 업데이트하고, 결정된 게인 및 딜레이값으로 부터 두 스피커의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하는 과정을 포함한다.

Description

청취 위치를 고려한 2채널 입체음향 재생 방법 및 장치{Method and apparatus for reproducing a virtual sound of two channels based on the position of listener}
도 1은 종래의 입체음 생성 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 청취자 위치에 따라 변하는 크로스토크 캔설러를 도시한 것이다.
도 3은 두 스피커와 청취자 사이의 기하학적 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 입체 음향 재생 장치의 블록도이다.
도 5는 도 4의 파라메터 변환부의 상세도이다.
도 6은 도 4의 가상 음향 처리부의 상세도이다.
도 7은 가상 음향 생성부의 일실시예이다.
도 8은 신호 보정 필터부의 일실시예이다.
도 9는 가상 서라운드 필터부의 일실시예이다.
도 10은 위치화 필터부의 일실시예이다.
도 11은 위치화 필터부의 설계 블록도이다.
본 발명은 입체 사운드 생성 장치에 관한 것이며, 특히 DVD, CD, MP3등과 같은 매체를 통해 재생되는 2채널 스테레오 사운드 신호를 청취자의 위치에 따라 적응적으로 입체 음향 스테레오 사운드를 재생하는 적응적 입체 음향 재생 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로 가상 음향 재생 시스템은 두 개의 스피커만을 이용하여 5.1 채널 시스템과 같은 서라운드 음향 효과를 제공해준다.
이러한 가상 음향 재생 시스템에 관련된 기술이 WO 99/49574(PCT/AU99/00002 filed 6 Jan. 1999 entitled AUDIO SIGNAL PROCESSING METHOD ABD APPARATUS)에 개시되어 있다.
종래의 가상 음향 재생 시스템에 관련된 기술을 보면, 멀티 채널의 오디오 신호는 HRTF를 이용해 2개 채널의 오디오 신호로 다운 믹스된다.
도 1을 참조하면, 5. 1채널의 오디오 신호가 입력된다. 5. 1채널은 좌 프론트 채널, 우 프론트 채널, 센터 프론트 채널, 좌 서라운드 채널, 우서라운드 채널, 저주파 효과 채널이다. 각 채널에 대해 좌, 우 임펄스 응답 함수가 인가된다. 그러므로 좌 프론트 채널(2)에 대해, 해당 좌 프론트 임펄스 응답 함수(4)는 좌 프론트 신호(3)와 콘볼루션(6)된다. 그 좌 프론트 임펄스 응답 함수(4)는 이상적인 위치에 놓여진 좌 프론트 채널 스피커에서 출력되는 이상적인 스파이크(spike)로 왼쪽 귀로 수신될 임펄스 응답으로서 HRTF(Head Related Transfer Function)를 이용한다. 출력신호(7)는 헤드폰을 위한 좌 채널 신호(10)로 합쳐진다. 비슷하게, 우 채널 스피커를 위한 오른쪽 귀에 대한 해당 임펄스 응답 함수(5)는 우채널 신호(11)로 합 쳐질(11)출력신호(9)를 발생시키기 위해 좌 프론트 신호(3)와 콘볼루션(8)된다. 그러므로 도 2의 배열은 5.1 채널 신호들에 대해 약 12개의 콘볼루션 단계들을 필요로 한다. 결국, 5.1 채널의 신호들은 측정된 HRTF를 조합하여 다운 믹스됨으로써 2채널의 신호로 재생되더라도 멀티 채널로 재생될 때와 같은 서라운드 효과를 낼수 있다.
그러나 종래 가상음향 재생 시스템은 스위트 스폿(Sweet Spot)이 일부 지역(일반적으로 두 스피커의 중앙)으로 한정되어 있으므로 청취자가 스위트 스폿(sweet spot)을 벗어나면 입체감이 현저히 저감되는 특징을 갖고 있다. 그리고 TV에 종래 가상음향 재생 시스템을 적용할 경우 정 중앙에서 벗어난 위치에서 TV를 시청하는 시청자는 입체감을 느낄 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 청취자의 위치가 스위트 스폿(sweet spot)을 벗어날 경우 청취 위치를 고려하여 최적의 입체 음향 사운드를 생성하는 적응적 입체 음향 재생 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다중 채널의 오디오 신호를 2채널의 출력으로 재생하는 입체 음향 재생 방법에 있어서,
(a) 청취 위치를 센싱하여 그 청취 위치에 대한 거리 및 각도 정보를 인식하는 과정;
(b) 상기 (a)과정에서 센싱된 청취 위치의 거리 및 각도 정보를 근거로 두 스피커의 출력 게인과 딜레이값을 결정함과 함께 미리 설정된 위치화 (Localization) 필터 테이블의 필터 계수를 선택하는 과정;
(c) 상기 (b)과정에서 선택된 필터 계수를 바탕으로 상기 위치화 필터의 필터 계수를 업데이트하고, 상기 (b)과정에서 결정된 게인 및 딜레이값으로 부터 두 스피커의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 입체 음향 재생 장치에 있어서,
청취 위치를 센싱하여 청취자와 두 스피커 사이의 각도와 거리를 측정하는 청취자 인식수단;
상기 위치 인식수단에서 추출된 거리 정보로부터 두 스피커간의 출력 게인 및 딜레이값을 추출하고, 미리 설정된 위치화 필터 테이블로부터 상기 각도 정보에 매칭되는 필터 타입 인덱스 정보를 추출하는 파라메터 변환 수단;
상기 파라메터 변환 수단에서 변환된 두 스피커간의 출력 게인 및 딜레이로부터 두 스피커의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하고, 상기 필터 타입 인덱스 정보에 해당하는 필터 계수로부터 상기 위치화 필터를 업데이트 하는 가상 음향 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 청취 위치에 최적화된 2채널 입체 음향을 재현하는 기술의 개요를 설명한다.
도 2는 청취자 위치에 따라 변하는 크로스토크 캔설러를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 음원(200)은 두 귀의 HRTF(HL, HR)을 통해 입체감을 형성한다. 두 스피커를 이용하여 입체음향을 재현하기 위해서는 두 스피커(222, 224)와 청취자(230) 사이의 크로스토크(Crosstalk)현상을 제거하기 위한 크로스토크 캔설러 필터(210)가 필요하다. 이는 청취자의 특정 위치로부터 설계가 되기 때문에 청취자의 위치가 변하면 크로스토크 캔설러 필터(210)의 필터 계수(Filter Coefficient)도 변해야 한다. 따라서, 적응 입체음향생성 장치의 핵심 기술은 청취자의 위치에 따른 크로스토크 캔설러 필터의 설계 기술에 있다.
다음 비대칭 크로스토크 캔설러 필터의 설계를 설명한다.
일반적으로 크로스토크 캔설러는 스피커와 청취자의 두 귀 사이에 해당하는 HRTF라고 불리는 4개의 음향학적 경로(Acoustic Path)를 이용하여 설계된다. 크기 2의 역 행렬을 수행하여 크로스토크 캔설러가 설계된다. 청취자를 중심으로 두 스피커가 대칭적으로 배치되어 있는 경우 청취자와 두 스피커 사이의 거리가 같기 때문에 측정된 HRTF를 그대로 사용하여 크로스토크 캔설러를 설계할 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 두 스피커(222, 224)가 청취자(230)를 중심으로 비 대칭적으로 배치되어 있는 경우 청취자(230)와 두 스피커(222, 224) 사이의 거리가 같지 않다. 따라서 비대칭적 크로스토크 캔설러는 측정된 HRTF를 그대로 사용할 수 없으며, 거리에 대한 영향을 고려하기 위한 음향학적 모델(Acoustic Model)을 추가하여 설계된다. 음향학적 모델(Acoustic Model)은 알려진 프리 필드(Free Field) 모델이나 다이렉트 및 반향(Direct and Reverberant)모델등을 이용한다.
도 3은 두 스피커와 청취자 사이의 기하학적 관계를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 두 스피커 사이의 거리의 반은 d이고, 두 스피커의 중앙과 청취자의 위치에 대한 거리는 r, 각도는 θ, 왼쪽 스피커와 청취자와의 거리는 r1, 오른쪽 스피커와 청취자와의 거리는 r2, r과 r1벡터에 의해 이루어진 각도는 θ1, r과 r2에 의해 이루어진 각도는 θ2라고 한다.
도 3에 도시된 바와 같이 청취자는 두 스피커 사이의 중앙을 본다는 가정 하에 왼쪽 스피커와 두 귀에 해당하는 HRTF는 각각 HL(θ1)과 HR(θ1), 오른쪽 스피커와 두 귀에 해당하는 HRTF는 각각 HL(θ2)과 HR(θ2)라고 할 수 있다. 4개의 측정된 HRTF와 프리 필드 음향학적 모델(Free Field Acoustic Model)를 사용하여 수학식 1과 같이 스피커의 거리가 고려된 크로스토크 캔설러가 설계된다.
Figure 112006013851930-PAT00001
그러나, 청취자의 모든 위치에 따라 수학식 1과 같은 크로스토크 캔설러를 설계해야 하므로 설계에 많은 시간과 노력이 필요할 뿐만 아니라 시스템 구현 시 방대한 양의 메모리가 필요하다. 예를 들면 청취자의 위치를 고려하여 설계되는 크로스토크 캔설러는 청취자의 모든 위치를 고려해야하기 때문에 수천 ~ 수만개의 필 터 계수들을 필요로 한다.
따라서, 청취자의 각도에 대한 정보와 거리에 대한 정보에 대해서 각각 분리하여 크로스토크 캔설러를 설계할 필요가 있다. 수학식 1은 간단한 과정을 통해서 수학식 2와 같이 변환될 수 있다.
Figure 112006013851930-PAT00002
여기서, 시간 지연(△1, △2)은 수학식 3과 같이 두 스피커 사이의 거리(r1, r2)와 샘플링 주파수(Fs) 및 음파의 속도(c:(343m/s))에 의해서 수학식 3과 같이 계산된다. 여기서, int(.)는 integer로 만드는 연산자이다.
Figure 112006013851930-PAT00003
따라서 수학식 2에서 알 수 있듯이 크로스토크 캔설러(C)는 거리에 의해 표현되는 행렬과 각도의 함수인 측정된 HRTF에 의해 표현되는 역행렬로 분리가 가능하다.
분리된 두 개의 행렬 중 거리에 의해 표현되는 행렬은 계산이 복잡하지 않기 때문에 실시간으로 계산이 가능하다. 수학식 2와 수학식 3으로부터 두 스피커의 출력 레벨과 시간지연을 결정하는 게인값과 딜레이값을 계산한다. 따라서 두 스피커의 최종 출력값 바로 전 신호에 그 게인값과 딜레이값을 곱하여 출력 레벨과 시간 지연을 조절한다.
HRTF의 역행렬은 실시간 계산이 어렵기 때문에 미리 설계하여 룩-업 테이블(Lookup-Table)형태로 만들어 놓는다. 따라서 청취자의 위치에 해당하는 역행렬을 룩-업 테이블에서 찾아 크로스토크 캔설러에 적용한다. 일반적으로 청취자 대부분의 위치는 수 개 ~ 수십 개 정도의 HRTF 역행렬만으로 표현할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 입체 음향 재생 장치의 블록도이다.
도 4의 입체 음향 재생 장치는 위치 인식 시스템(410), 파라메터 변환부(420), 가상 음향 처리부(430)로 구성된다.
도 4를 참조하면, 입체 음향 재생 장치는 5. 1채널의 PCM 사운드 입력을 받아 2채널의 입체음향을 생성해 준다. 기존의 입체 음향 재생 장치는 청취자의 특정위치에 대해서 설계되므로 청취자가 상기 특정위치를 벗어나면 입체감 성능이 현저하게 저하된다.
위치인식 시스템(410)은 청취자의 위치를 인식한다. 위치 인식 시스템(410)은 기존에 잘 알려진 기술을 사용 가능하므로 본 발명에서는 특정한 방법을 국한하지 않는다. 일 예로 카메라나 초음파 센서를 사용하여 청취자의 위치를 인식할 수 있다. 다만, 위치인식시스템(410)에서는 청취자의 수평면에 대한 위치 정보(거리, 각도)가 인식된다고 가정한다.
파라메터 변환부(420)는 위치 인식 시스템(410)에서 인식된 청취자의 위치 정보(거리와 각도)를 가상 음향 처리부(430)에서 필요로 하는 파라메터 형태로 변환한다. 즉, 파라메터 변환부((420)는 청취자의 위치 정보(거리와 각도)를 이용하 여 게인값, 딜레이값 및 필터타입 인덱스 정보를 생성한다.
가상 음향 처리부(430)는 5. 1채널의 PCM 사운드 입력을 받아 2채널의 입체음향을 생성하며, 특히 파라메터 변환 수단(420)에서 변환된 두 스피커간의 출력 게인값 및 딜레이값으로 부터 두 스피커(442, 444)의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하고, 필터 타입 인덱스 정보로 부터 위치화 필터의 필터 계수를 업데이트 한다.
도 5는 도 4의 파라메터 변환부(420)의 상세도이다.
도 5를 참조하면, 기하학적변환(Geometry Conversion)부(510)는 청취자의 위치 정보(r, θ)에 두 스피커 사이의 거리 정보(d)를 추가로 이용하여 두 스피커와 청취자 사이의 기하학적 관계를 계산한다.
음향학적 모델(Acoustic Model)부(520)는 음향학적 모델을 이용하여 스피커와 청취자간의 거리 정보(r1, r2)로부터 두 스피커 출력의 게인값들(gL, gR)과 딜레이값들(△L,△R )을 계산한다. 수학식 4는 기하학적 변환과 음향학적 모델을 통해 두 스피커와 청취자 사이의 기하학적 관계와 두 스피커 출력의 게인값들(gL, gR)과 딜레이값들(△L,△R )을 계산하는 과정을 나타낸다.
Figure 112006013851930-PAT00004
테이블 매칭부(530)는 미리 설계된 크로스 토크 캔설러의 록-업 테이블(Lookup-Table)에서 청취자의 위치 정보(각도)에 해당하는 필터 계수 ??트(Filter Coefficient Set)를 선택하기 위한 필터 타입 인덱스(Filter Type Index)값을 결정한다. 예컨대, 타입 인덱스(1): θ1 = 5°, θ2 = 5°, 타입 인덱스(2): θ1 = 5°, θ2 = 10°, 타입 인덱스(3): θ1 = 5°, θ2 = 15°..........등으로 설정한다.
도 6은 도 4의 가상 음향 처리부(430)의 상세도이다.
필터 테이블(610)는 필터 타입 인덱스(Filter Type Index)들 각각에 대응하는 위치화 필터 계수들이 저장되어 있다.
파라메터 변환부(420)에서 정해진 필터 타입 인덱스(Filter Type Index)에 해당하는 위치화 필터 계수를 필터 테이블(610)에서 선택한다.
가상 음향 생성부(620)는 필터 테이블(610)에서 선택된 필터 계수들을 이용 해 위치 필터(Localization Filter)의 필터 계수를 업데이트하고, 입력되는 5.1 채널의 PCM 사운드를 가상 음향으로 생성한다
가상 음향 생성부(620)는 음원의 위치화(Localization)를 위해 FIR 필터를 사용하는 구조라면 어떤 구조를 사용해도 무방하다. 가상 스피커 필터부(620)는 바이노럴 합성(Binaural Synthesis)과 크로스토크 캔설러(Crosstalk Canceller)가 분리되어 있는 구조일 경우 청취자의 다양한 위치에서 크로스토크 캔설러를 미리 설계하여 필터 테이블을 구축해 놓고 청취자의 위치에 해당하는 필터 계수를 사용한다. 또한 가상 음향 생성부(620)는 바이노럴 합성(Binaural Synthesis)과 크로스토크 캔설러(Crosstalk Canceller)가 곱해져서 사용되는 구조인 경우 청취자의 다양한 위치에 해당하는 크로스토크 캔설러 행렬과 바이노럴 합성 행렬을 미리 곱해서 필터 테이블을 구축해 놓고 청취자의 해당 위치에 해당하는 필터 계수를 사용한다.
출력 제어부(630)는 파라메터 변환부(420)에서 계산된 게인값과 딜레이값을 이용하여 가상 음향 생성부(620)에서 출력되는 신호의 레벨과 시간지연을 조정한다. 결국, 출력 제어부(630)는 두 스피커의 출력 레벨과 시간지연을 조정한다.
즉, 좌 출력 신호(yL) = gL ㆍZ-ΔL, 우 출력 신호(yR) = gR ㆍZ-ΔR 으로 나타낼 수 있다.
도 7은 가상 음향 생성부(620)의 일실시예이다.
다중 채널의 오디오 신호(100)는 좌 채널 신호(L), 센터 채널 신호(C), 저음역 효과 채널 신호(LFE), 우 채널 신호(R), 좌 서라운드 채널 신호(Ls) 및 우 서라 운드 채널 신호(Rs)로 구성된다. 본 실시예에서는 5.1채널을 예로 설명하고 있으나, 6.1채널 및 7.1채널 등의 다중 채널의 경우도 본 실시예를 적용할 수 있음은 당업자의 측면에서 자명하다할 것이다.
가상 서라운드 필터부(704)는 다중 채널의 오디오 신호들중 좌 서라운드 채널 신호(Ls) 및 우 서라운드 채널 신호(Rs)를 입력한다.
가상 서라운드 필터부(704)는 입력된 좌 및 우 서라운드 채널 신호간의 상관도를 저하시킴과 동시에 임장감을 형성시키고, 청취자의 좌측 후방 및 우측 후방에 가상 음원을 생성시키는 역할을 수행한다.
신호 보정 필터부(700)는 다중 채널의 오디오 신호중 좌 채널 신호(L), 센터 채널 신호(C), 저음역 효과 채널 신호(LFE) 및 우 채널 신호(R)를 입력한다.
가상 서라운드 필터부(704)를 통하여 출력된 좌 및 우 서라운드 채널의 신호는 출력 게인이 변화하고, 시간 지연이 발생하게 된다. 신호 보정 필터부(700)는 좌 및 우 서라운드 채널 신호의 출력 게인과 시간 지연에 맞게, 좌 채널 신호(L), 센터 채널 신호(C), 저음역 효과 채널 신호(LFE) 및 우 채널 신호(R)들의 게인과 시간 지연을 조절한다.
제1, 제2가산부(701, 702)는 가상 서라운드 필터부(704) 및 신호 보정부(700)로부터 출력되는 좌 채널의 신호끼리 가산하고, 우 채널의 신호끼리 가산한다. 그리고 나서, 가산된 좌측 신호는 좌측 채널 스피커(442)로 출력되고, 가산된 우측 신호는 상기 우측 채널 스피커(444)로 출력된다.
도 8은 신호 보정 필터부(700)의 일실시예이다.
좌 채널 신호(L)는 게인부(Ga)(810)를 통하여 출력 게인이 변화되며, 지연부(Z-△)(815)에 의해 지연된다.
센터 채널 신호(C)는 게인부(Gb)(820)를 통하여 출력 게인이 변화되며, 지연부(Z-△)(825)에 의해 지연된다.
저음역 효과 채널 신호(LFE)는 게인부(Gc)(830)를 통하여 출력 게인이 변화되며, 지연부(Z-△)(835)에 의해 지연된다.
우 채널 신호(R)는 게인부(Gc)(840)를 통하여 출력 게인이 변화되며, 지연부(Z-△)(845)에 의해 지연된다.
제1합산부(800-1)는 지연부들(815, 825, 835)에서 출력되는 신호를 합산한다. 제2합산부(800-2)는 지연부들(825, 835, 845)에서 출력되는 신호를 합산한다.
도 9는 가상 서라운드 필터부(704)의 일실시예이다.
전처리필터부(920)는 입력되는 좌 서라운드 채널 신호(Ls)와 우 서라운드 채널 신호(Rs)간의 상관도를 저하시켜 서라운드 채널 사운드의 정위감을 향상시키는 동시에 임장감(臨場感)을 형성시킨다. 좌 서라운드 채널 및 우 서라운드 채널 신호의 상관도가 높을 경우에는 음상(Sound Image)이 청취자의 좌/우 뒤쪽에 생기지 않고 청취자의 정중앙 뒤쪽에 환상(Phantom Image)으로 생기게 되고, 프론트/백 혼동(Front/Back Confusion)현상에 의해 음상이 다시 앞쪽으로 넘어올 수가 있으므로, 서라운드 효과를 느끼기 어렵다. 따라서, 전처리필터부(920)는 좌 서라운드 채널 신호 및 우측 서라운드 채널신호(Ls, Rs)간의 상관도를 저하시키고, 임장감을 형성시켜 자연스러운 서라운드 채널 효과를 생성한다.
위치화 필터(Localization Filter)부(980)는 입체음향을 재현하기 위해 바이노럴 합성 행렬과 크로스토크 캔설러 행렬을 미리 곱한 2의 행렬 구조를 사용한다. 위치화 필터(Localization Filter)부(980)는 전처리필터부(920)에서 출력된 신호를 수신하여, 청취자의 좌측/우측 후방에 가상 음원을 배치하여 입체감을 형성시킨다. 이때 청취자의 다양한 위치에 해당하는 크로스토크 캔설러 행렬과 바이노럴 합성 행렬을 미리 곱해서 필터 테이블로 구축해 놓는다.
도 10은 위치화 필터부(980)의 일실시예이다.
도 10에 도시된 위치화 필터부(980)는 전처리필터부(920)로 부터 출력된 좌 서라운드 채널 신호(Ls) 및 우 서라운드 채널 신호(Rs)를 좌측 후방 및 우측 후방 위치에서의 가상 음원으로 변환시킨다.
위치화 필터부(980)는 전처리필터부(220)로부터 출력된 좌 서라운드 채널 및 우 서라운드 채널의 신호와 네 개의 FIR 필터(K11, K12, K21, K22)와 컨벌루션하여 서로 더하는 구조로 구성된다.
좌 서라운드 채널 신호(Ls)와 FIR 필터(K11) 컨벌루션되고, 우 서라운드 채널 신호(Rs)와 FIR 필터(K12)가 컨벌루션된 후, 두 신호는 서로 더해져 좌 채널의 출력 신호를 생성한다. 좌 서라운드 채널 신호(Ls)와 FIR 필터(K21)이 컨벌루션되 고, 우 서라운드 채널의 신호와 FIR 필터(K22)가 컨벌루션된 후, 두 신호는 서로 더해져 우 채널 출력 신호를 생성한다.
따라서 네 개의 FIR 필터(K11, K12, K21, K22)는 룩-업 테이블을 이용하여 청취자의 위치 정보에 따라 미리 설정된 필터 계수들로 대체된다.
도 11은 위치화 필터부(980)의 설계 블록도이다.
위치화 필터부(980)는 가상 음원과 가상 청취자 사이의 머리 전달 함수 행렬로 구현된 바이노럴 합성(binaural synthesis) 필터부(B11, B12, B21, B22) 및 가상 청취자와 두 채널 출력 위치 사이의 머리 전달 함수 행렬의 역행렬로 구현된 크로스토크 제거 필터부(C11, C12, C21, C22)에 의해서 계산된다.
바이노럴 합성 필터부(B11, B12, B21, B22)는 가상의 스피커를 좌 서라운드 스피커와 우 서라운드 스피커의 위치로 정위시키는 필터 행렬이고, 크로스토크 소거 필터부(C11, C12, C21, C22)는 두 스피커와 두 귀 사이의 크로스토크 현상을 제거하는 필터 행렬이다. 따라서 바이노럴 합성 행렬과 크로스토크 캔설러 행렬을 곱해서 위치화 필터부(980)의 행렬 K(z)를 계산한다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨 터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 2채널의 스피커를 통해 5.1채널(혹은 7.1채널 이상)의 사운드 입력을 들어도 마치 다채널 스피커 시스템을 통해 듣는 것과 같은 입체감을 느낄 수가 있다. 또한, 기존의 입체음향 시스템은 청취자가 특정 위치를 벗어나는 경우에 입체감이 현저히 저하되는 반면, 본 발명에 의한 방법은 청취자의 위치에 최적화된 입체음향을 재현하므로 청취자가 어느 위치에 있더라도 최적의 입체감을 느낄 수가 있다. 또한 본 발명은 청취자의 여러 위치에 따른 크로스토크 캔설러의 필터 계수 또는 위치화 필터 계수를 미리 룩-업 테이블로 구축함으로써 메모리의 절감을 구현할 수 있다.

Claims (13)

  1. 다중 채널의 오디오 신호를 2채널의 출력으로 재생하는 입체 음향 재생 방법에 있어서,
    (a) 청취 위치를 센싱하여 그 청취 위치에 대한 거리 및 각도 정보를 인식하는 과정;
    (b) 상기 (a)과정에서 센싱된 청취 위치의 거리 및 각도 정보를 근거로 두 스피커의 출력 게인과 딜레이값을 결정함과 함께 미리 설정된 위치화(Localization) 필터 테이블의 위치화 필터 계수를 선택하는 과정;
    (c) 상기 (b)과정에서 선택된 필터 계수를 바탕으로 상기 위치화 필터의 필터 계수를 업데이트하고, 상기 (b)과정에서 결정된 게인 및 딜레이값으로 부터 두 스피커의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하는 과정을 포함하는 입체 음향 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 청취 위치 센싱 과정은 청취자를 중심으로 두 스피커의 중앙 위치의 각도와 거리를 측정하는 것임을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 위치화 필터는 바이노럴 합성 행렬과 크로스토크 캔설러 행렬을 곱한 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 두 스피커의 출력 게인 및 딜레이 결정 과정은 청취자와 두 스피커 사이의 거리를 바탕으로 계산하는 것임을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 두 스피커의 좌, 우 출력 게인과 좌, 우 딜레이값은
    gL = r2 / r1, gR = r1 / r2
    △L = ｜integer(Fs(r2-r1)/c)｜, △R = ｜integer(Fs(r1-r2/c)｜
    여기서, r1은 왼쪽 스피커와 청취자와의 거리, r2는 오른쪽 스피커와 청취자와의 거리, Fs는 샘플링 주파수이고, c는 음속이고 integer는 반올림하여 정수로 만드는 연산자임을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필터 계수 선택 과정은
    바이노럴 합성 행렬과 크로스토크 캔설러 행렬을 곱한 위치화 필터 테이블을 미리 구축하는 과정;
    두 스피커와 청취자간의 각도에 해당하는 필터 타입 인덱스를 선택하는 과정;
    상기 필터 타입 인덱스에 해당하는 상기 위치화 필터 계수를 추출하는 과정임을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 필터 테이블은 청취자의 여러 위치에서 미리 계산된 바이노럴 합성 행렬과 크로스토크 캔설러 행렬을 미리 곱한 계수들이 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 방법.
  8. 입체 음향 재생 장치에 있어서,
    청취 위치를 센싱하여 청취자와 두 스피커 사이의 각도와 거리를 측정하는 청취자 인식수단;
    상기 위치 인식수단에서 추출된 거리 정보로부터 두 스피커간의 출력 게인 및 딜레이값을 추출하고, 미리 설정된 필터 테이블로부터 상기 각도 정보에 매칭되는 필터 타입 인덱스 정보를 결정하는 파라메터 변환 수단;
    상기 파라메터 변환 수단에서 변환된 두 스피커간의 출력 게인 및 딜레이로부터 두 스피커의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하고, 상기 필터 타입 인덱스 정보에 해당하는 필터 계수로부터 상기 위치화 필터를 업데이트 하는 가상 음향 처리 수단을 포함하는 입체 음향 재생 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 파라메터 변환 수단은
    상기 두 스피커와 청취자 위치간의 거리 및 각도 정보를 근거로 두 스피커와 청취자 사이의 기하학적 관계를 계산하는 기하학적 변환부;
    상기 기하학적 변환부에서 계산된 거리 정보로부터 음향학적 모델링을 통해 두 스피커간의 출력 게인과 딜레이를 추출하는 음향학적 모델부;
    상기 기하학적 변환부에서 계산된 각도 정보와 미리 설정된 위치화 필터 계수 테이블로부터 청취자의 위치에 해당하는 상기 위치화 필터 계수 ??트를 선택하기 위한 필터 타입 인덱스를 추출하는 테이블 매칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 가상 음향 처리 수단은
    상기 필터 타입 인덱스들 각각에 매칭되는 미리 계산된 위치화 필터 계수가 저장된 필터 테이블부;
    상기 필터 타입 인덱스 정보에 매칭되는 위치화 필터 계수로부터 위치화 필터의 필터 계수를 업데이트하고, 두 채널의 오디오 신호를 소정 위치에서의 가상 음원으로 변환시키는 가상 음향 생성부;
    상기 두 스피커간의 출력 게인 및 딜레이값에 근거하여 상기 가상 음향 생성부에서 출력되는 신호의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하는 출력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가상 음향 생성부는 바이노럴 합성 행렬과 크로스토크 캔설러 행렬가 곱해진 필터 행렬 구조를 구비함을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 필터 테이블부는 청취자의 여러 위치에서 계산된 위치화 필터 계수를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 재생 장치.
  13. 다중 채널의 오디오 신호를 2채널의 출력으로 재생하는 입체 음향 재생 방법을 수행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체에 있어서,
    청취 위치를 센싱하여 그 청취 위치에 대한 거리 및 각도 정보를 인식하는 코드;
    상기 과정에서 센싱된 청취 위치의 거리 및 각도 정보를 근거로 두 스피커의 출력 게인과 딜레이값을 결정함과 함께 미리 설정된 위치화(Localization) 필터 테이블의 필터 계수를 선택하는 코드;상기 과정에서 선택된 필터 계수를 바탕으로 상기 위치화 필터의 필터 계수를 업데이트하고, 상기 과정에서 결정된 게인 및 딜레이값으로 부터 두 스피커의 출력 레벨과 시간 지연을 조절하는 코드를 포함하는 기록 매체.
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