KR20080031709A - 복수 채널 스피커 환경에서 가상 스피커 기술을 사용한입체음향 재생 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스테레오 입력 또는 멀티채널로 입력된 신호를 복수 채널 출력장치에서 재생시킬 때 청취자가 입체 음향 효과를 느낄 수 있도록 하는 가상 스피커 기술을 사용하는 입체음향 재생 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 입력된 음원 신호를 판별하여 스테레오 신호로 판별된 신호를, 음상영역 확장을 이용해 음상 위치가 두 스피커 사이에 위치하지 않고 바깥 영역에 위치하는 것처럼 느낌을 갖게 하는 가상 스피커 기술을 이용하여, 입체감을 제공하며, 멀티채널 신호로 판별된 신호는 다운믹싱(Down-mixing)을 통하여 2채널 스피커에 재생시킬 때, 스테레오 스피커와 가상 스피커를 이용하여 마치 5.1채널 스피커를 사용한 것과 같은 효과를 느낄 수 있도록 하는 입체음향 재생 시스템을 제공한다.
또한 본 발명에는 음성의 전달력은 잃지 않으면서 스테레오 음상만을 강화시키는 부가장치인 스테레오 음상강화장치를 제공한다.
입체 음향, 가상 서라운드, 5.1채널, 음상 확산, 다운믹싱, 가상스피커, 음상 강화
Description
본 발명은 복수 채널 스피커로 음원 파일을 출력할 때 가상스피커를 사용하여 입체음향 재생을 하는 장치에 관한 것이다.
입체 음향을 인식하는 기본원리는 사람의 두 귀로 입력되는 신호의 거리와 시간차 등으로부터 3차원 공간상에 음원의 위치를 찾을 수 있는 충분한 정보를 추출하여 음원의 위치를 판별하여 입체감을 느끼게 하는 것이다.
그런데, 스테레오 스피커로 음향을 재생하면 음상이 두 개의 스테레오 스피커 사이의 공간에 위치하게 되어 사람의 두 귀가 느끼는 현장감은 저하된다. 따라서 청취자로 하여금 스테레오 음향신호의 성분영역을 확대하여 음상 위치가 두 개의 스피커 영역의 바깥쪽에 위치하는 것처럼 느끼게 하는 것만으로도 현장감 있는 입체 음향을 생성할 수 있다. 그리고, 이렇게 스테레오 음향의 성분을 강화하여 음상이 스피커 영역 밖에 있도록 느끼게 하여 입체감을 형성하는 스테레오 강화 기술은 입체 음향 기술의 기본 기술로 이용되고 있다.
또한, 멀티채널(5.1채널) 음원을 입력 받아서 스테레오 스피커를 이용하여 출력하면 음상의 입체감을 느낄 수 없으므로, 최근에는 멀티채널로 입력된 음원이 스테레오 스피커에서 출력될 때 5.1채널 시스템에서 출력되는 것과 같은 서라운드 음향 효과를 제공하도록 가상 서라운드 효과를 제공하는 시스템들이 개발되고 있다.
이러한 2채널의 스피커를 통해 5.1채널의 오디오를 재생하는 시스템에 관련된 기술이 WO 99/49574(PCT/AU99/00002 filed 6 Jan. 1999 entitled AUDIO SIGNAL PROCESSING METHOD ABD APPARATUS)에 개시되어 있으며, 입체 음향 생성 시스템에 관련된 기술이 WO 99/49574(PCT/AU99/00002 filed 6 Jan. 1999 entitled AUDIO SIGNAL PROCESSING METHOD AND APPARATUS)에 개시되어 있다.
한편, 이러한 종래기술에 따른 입체음향 재생 기술에서는, 입력신호와 임펄스 응답(Impulse Response)을 콘볼루션하고, 머리전달함수(HRTF: Head Related Transfer Function)를 사용하여 원하는 곳에 음원을 정위시켰으며, 크로스톡제거(Cross-talk Cancellation)필터를 이용하여 스테레오 성분의 좌우 분리를 하여 청취자가 입장감을 느끼도록 하였으며, 입체 음향을 재생할 때 빈약한 저음영역을 보강하여 음의 영역을 확산하도록 적용하였다. 그리고 이러한 종래 기술에 적용된 저음영역 확산 방법으로는 저음영역통과필터(LPF)를 이용하여 저음영역 부분을 분리한 후 출력된 저음영역 신호에 대해 신호의 합과 차를 이용하는 기술 또는 고조 파를 적용하여 강화하는 방법, sine과 cosine 함수를 이용하는 방법 등이 사용되고 있다.
그러나 이러한 종래 기술의 경우에는, 음역을 강화시키는 과정에서 음원의 왜곡이 생길 수가 있으며, 확산감이 떨어진다는 문제점이 있으며, 멀티채널 재생 기술이 좌, 우 서라운드 채널의 상관도가 높은 경우에 음상이 뒤로 맺히기 어려운 문제점이 발생한다. 또한 HRTF 함수는 수평면상에서의 좌우 음상 구별은 용이하지만 표준 HRTF의 오차로 인하여 전후 음상의 구별이 어렵게 된다. 전후 위치의 구별을 위해서는 실제 사용자가 정확한 주파수 특성을 측정해야 하나, 표준 더미헤드를 사용하면 실제 사용자와의 주파수 특성에서 차이를 갖기 때문에 전/후 혼동 현상(front /back confusion)이 발생하게 된다.
또한, 종래기술에서는 서라운드 채널의 경우, 청취자의 좌, 우 및 좌측 후방과 우측 후방에 음상이 위치되어야 서라운드 채널의 효과를 얻을 수 있으나, 좌측 및 우측 서라운드 채널의 오디오 입력 신호의 상관도가 높은 경우에는 후방의 중앙부에 음상이 위치되는 효과가 발생하게 된다. 그리고 좌, 우 음상의 영역을 확산시키다 보면 정면의 음상이 약해지는 문제점이 발생하여 입체음향 재생에서 입체감을 약화시키게 된다.
본 발명은 종래의 기술들의 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 음원의 왜곡 현상을 방지하는 전처리 과정을 추가하였으며, 음상영역확대를 위한 저음영역 신호에 대한 강화 및 고음영역에 대한 강화를 적용하여 보다 넓은 영역에서 음상이 위치하도록 가상 스피커를 구현하였다.
또한 좌, 우 서라운드 채널의 음상이 상관관계에 영향 받지 않고 청취자의 후면에 위치하도록 개선하여 스테레오 출력 장치를 이용한 출력에 가상 서라운드 채널을 구현하여 청취자에게 깊은 현장감을 느끼게 하는 가상 스피커를 사용한 입체음향 재생 장치를 제공한다.
그리고, 본 발명은 스테레오 출력장치를 이용하여 다양한 채널의 입력 신호를 입체음향으로 재생하게 한다.
따라서 이러한 본 발명을 이용하면, 다양한 신호를 받는 영상 시스템 및 2채널 출력장치를 가지고 있는 휴대용 멀티미디어 장치에서 입체음향 재생 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 이상과 같은 본 발명은 2채널 출력장치(스피커) 시스템 뿐만 아니라, 5.1채널, 3채널, 2.1채널, 4채널 등(이하, 이러한 2채널 이상의 스피커를 복수 채널 스피커라고 약칭한다)에도 적용 가능하다.
이상과 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 복수 채널 스피커에 서 입체 음향을 제공하는 장치에 있어서,
입력되는 스테레오 음원 신호의 좌우 채널을 이용하여, 스테레오 음상을 강화하는 스테레오 채널 음상 강화장치(23);
입력되는 멀티채널 음원 신호의 좌 전방 채널, 우 전방 채널, 좌 서라운드 채널, 우 서라운드 채널, 전방 센터 채널, 저주파 효과 채널을 이용하여, 스테레오 음상을 강화하는 멀티 채널 음상 강화장치(27);
상기 스테레오 채널 음상 강화장치(23)에 의해 음상 강화되어 입력되는 스테레오 음원 신호의 좌우 채널 각각에 대하여, 저음 영역과 고음영역을 확산시키는 처리(5, 7)를 하고, 상기 고음 영역 확산 처리된 신호를 이용하여 음상 확산 처리(8) 및 정면 음상 유지 처리(9)를 하여, 그 처리들의 좌우 합을 각각 출력하는 스테레오 채널 가상 스피커 처리장치(1);
상기 멀티 채널 음상 강화장치(27)에 의해 음상 강화되어 입력되는 멀티채널 음원 신호의 좌 전방 채널, 우 전방 채널, 좌 서라운드 채널, 우 서라운드 채널 각각에 대하여, 저음 영역과 고음 영역을 확산시키는 처리(14, 15, 18, 20)를 하고, 상기 고음 영역 확산 처리된 신호(18, 20)를 이용하여 음상 확산 처리(19, 21)를 하며, 전방 센터 채널과 저주파 효과 채널을 이용하여 정면 음상 유지 처리(9)를 하여, 그 처리들 각각에 대하여 게인 조정을 하여 좌우 합을 각각 출력하는 멀티채널 가상 스피커 처리장치(2);상기 스테레오 채널 가상 스피커 처리장치(1) 또는 멀티채널 가상 스피커 처리장치(2)에서 출력된 신호를 상기 복수 채널 스피커로 출력하는 출력장치(3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 이용하면 2채널 출력 시스템이 멀티채널로 입력된 오디오 신호를 출력할 때 가상 서라운드 효과가 적용되어 멀티채널 출력 시스템으로 청취하고 있는 것과 같은 효과를 제공하는 것이 가능하며, 재생되는 음향을 넓은 영역의 가상 스피커에서 왜곡 없이 생성하는 것이 가능하게 되어 보다 풍부한 입체음향 재생이 가능하게 된다.
또한, 출력이 작은 스피커나 스피커 사이의 거리가 작은 미디어 장치에서는 상대적으로 약한 입체감을 느꼈으나, 본 발명을 이용하면 보다 풍부한 입체음향 재생이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에는 음성의 전달력은 잃지 않으면서 스테레오 음상만을 강화시킬 수 있어 풍부한 잔향효과를 달성할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 가상 스피커 처리 장치 및 출력장치를 도1을 참고로 하여 설명하기로 한다. 도1은 상기 가상 스피커 처리 장치 및 출력장치의 전체적인 구성도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 입력된 음원 파일은 신호에 따라 스테레오 신호는 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1)로 입력되고, 5.1채널 신호는 멀티채널 가상 스피커 처리 장치(2)에서 입체음향 재생을 위한 처리를 한다. 스테레오 채널 가 상 스피커 처리장치(1)와 멀티채널 가상 스피커 처리장치(2)의 출력은 2채널 출력장치(스피커)(3)를 통하여 재생된다.
즉, 입체음향 재생을 위한 처리 방법은 스테레오 신호인 경우 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1)를 이용하여 음상 영역을 확대하여 입체음향을 느낄 수 있도록 하며, 멀티채널에 경우 멀티채널 가상 스피커 처리 장치(2)에서 입력 신호의 채널 특성을 유지하면서 2채널에서 출력이 가능하도록 다운믹싱 처리과정을 이용하여 청취자 주위에 위치한 가상의 서라운드의 스피커를 인지할 수 있도록 재생한다.
한편, 스테레오 음원의 3차원 사운드효과를 위해서는 오디오 신호 일부 영역의 사운드 파워(Sound Power)를 증가시키게 된다. 이때 일부 영역에서 신호에 왜곡이 유발되어 잡음이 발생할 수 있다. 또한 MP3파일은 PCM으로 디코딩된 후 원음 자체가 찌그러짐이 느껴지지 않을 만큼 최대 레벨로 볼륨이 상향 조절되어 있다고 가정해야 하므로, 이러한 신호에 대하여 적절한 선 처리를 하지 않고 3차원 사운드 처리를 할 경우 상당한 음질 저하를 가져오게 된다. 따라서 3차원 처리 전에 원음에 적절한 보정 처리를 한 후 3차원 처리를 해야 음질 손상이 없이 3차원 사운드 효과를 부여할 수 있다.
입력된 신호는 특성에 따라 도1의 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1) 또는 멀티채널 가상 스피커 처리 장치(2)로 입력되어 음상이 좌우방향으로 확산된다.
이제, 스테레오 음원을 입체음향으로 생성하기 위한 스테레오 채널 가상 스피커 생성 장치(1)와, 멀티채널(5.1채널) 음원을 스테레오 출력 장치(3)로 입체음향 출력하기 위한 멀티채널 가상 스피커 생성 장치(2)의 구성 및 동작을 도2, 3를 참고로 하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도2, 도3의 음상 확산은 인간의 음향 확산감에 대한 청각 인지 형상을 고려하여, 오디오 신호에 적절한 오디오 필터를 적용하여 두 채널 사이의 상관관계를 줄이는 처리 과정이다. 도4, 도5는 음성의 전달력은 잃지 않으면서 스테레오 음상만을 강화시킬 수 있는 부가적인 기능을 처리하는 과정으로서, 도2, 3의 전단에서 선택적으로 처리되는 부가 처리과정이다.
일반적으로 음상의 확산감은 스테레오의 좌우 두 채널의 데이터 사이의 상관계수의 절대 값이 0에 가까울수록 커진다. 여기서, 상관계수는 두 데이터 사이의 공통부분이 존재하는 정도를 의미하며 1이면 완전히 동일한 데이터임을 의미하고, -1이면 절대 값은 같고 부호만 다른 데이터임을 의미하며, 0이면 전혀 다른 데이터임을 의미한다.
본 발명에서는 원음 보존의 정도를 조정하기 위한 방법으로서, 입력 데이터 모두에 스테레오 음상 확산 필터를 동일하게 작용하는 것이 아니라, 두 데이터 사이에 상이한 부분만을 부각시키는 방법을 적용한다.
도2에서와 같이 스테레오 신호(L, R)는 저음영역 부분을 확산하는 장치(5)와 고음 영역확산 장치(6)로 입력되고, 멀티채널 신호(L, R, Ls, Rs) 역시 저음 영역 부분을 확산하는 장치(14, 15)와 고음 영역 부분을 확산하는 장치(16, 17)로 입력되어, 가상스피커 재생을 위한 처리를 하게 된다. 여기서 멀티채널 신호의 L, R, Ls, Rs는 각각 좌 전방 채널(L), 우 전방 채널(R), 좌 서라운드 채널(Ls), 우 서라운드 채널(Rs)이고 멀티채널 신호에는 전방 센터 채널(C)과 저주파 효과 채널(LEF)도 존재한다.
좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
저음영역 확산을 위하여, 스테레오 입력신호(L, R)는 저음영역 확산장치(5)로 입력되고, 멀티채널 입력신호 (L, R, Ls, Rs)의 경우 저음영역 확산장치(14, 15)로 입력되어 처리된다. 이때 입력된 신호의 L과 R 신호는 L_process1와 R_process1로 출력되고, 서라운드 신호 Ls와 Rs는 Ls_process1, Rs_process1로 출력되며, 수학식 1과 같이 정리할 수 있다.
R_process1=G_low1*LPF(R)+G_bst*LPF(R)-G_lowI*LPF(L)
Ls_process1=G_low1*LPF(Ls)-G_lowI*LPF(Rs)
Rs _ process1=G_ low1*LPF(Rs)-G_ lowI*LPF(Ls)
여기서, G_low1, G_bst, G_lowI 는 게인으로서, 이 값들에 따라 저음영역의 강화 및 확산감이 변화하여 청취자가 느끼는 음색과 확산감의 정도가 달라지게 된다.
다음으로 고음영역을 확산하는 장치(6, 16, 17)에 대해 설명하기로 한다.
우선 입력신호는 스테레오 신호(L, R)의 경우에는 장치(7)로 입력되고, 멀티채널(L, R, Ls, Rs)의 경우 장치(18, 20)로 입력되어, 고음영역 부분을 분리한 후 처리하게 된다. 이때 고음영역만 추출할 경우 음색의 왜곡이 일어나게 되므로, 왜곡을 방지하기 위하여 저음영역의 값을 일부 적용하는데, 수학식 2로 정리할 수 있다.
R_high=G_low2*LPF(R)+G_high*HPF(R)
Ls_high=G_low2*LPF(Ls)+G_high*HPF(Ls)
Rs_high=G_low2*LPF(Rs)+G_high*HPF(Rs)
여기서 L_high, R_high , Ls_high, Rs_high 는 장치(7, 18, 20)에서 처리되어 출력된 신호이다.
장치(7, 18, 20)에서 처리된 출력신호는 장치(8, 19, 21)에 입력되어 가상 스피커 출력을 위해 음상 확산 효과를 수학식 3과 같이 적용하여 출력한다.
+(G_minus2*(G_minus2*(L_high-M1(L_high)))-M1(R_high))
R_process2=G_minus2*(L_high-R_high)
+(G_plus2*(G_plus2*(R_high+M1(R_high)))+M1(L_high))
Ls_process2=G_plus2*(Ls_high+Rs_high)
+(G_minus2*(G_minus2*(Ls_high-M1(Ls_high)))-M1(Rs_high))
Rs_process2=G_minus2*(Ls_high-Rs_high)
+(G_plus2*(G_plus2*(Rs_high + M1(Rs_high)))+M1(Ls_high))
여기서 M은 크로스톡을 제거하는 필터이고 L_process2, R_process2 는 L, R 신호에 대해 처리되어 출력되는 신호이고, Ls_process2, Rs_process2 는 Ls, Rs 신 호에 대해 처리되어 출력되는 신호이며, G_plus2, G_minus2는 게인이다.
한편, 수학식 3에 의해 음역을 확산시켜 가상스피커 처리를 적용할 경우, 음상을 스피커의 바깥 영역으로 옮기는 과정에서 청취자의 정면 음상이 약해지는 현상이 발생할 수 있으며, 크로스톡 제거 알고리즘의 특성상, 가운데 있어야 할 중심 음상(예를 들어 사람의 말소리 등)이 약하게 느껴지는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 이러한 청취자의 정면 음상이 약해지는 문제를 해결하기 위해, 스테레오 신호의 경우 두 음역 사이의 상관관계를 가지고 있는 (L+R)부분의 데이터를 처리하여 정면 음상을 유지하였으며, 멀티채널의 입력신호는 C 채널과 LEF 채널의 값을 이용하여 정면 음상이 약해지는 현상을 해결하였다. 도2의 장치(9)는 정면 음상을 유지하기 위해 처리하는 장치로 수학식 4로 처리한다.
여기서 G_plus1 은 정면 음상을 보정하는 게인이다.
다음으로, 음상 확산 장치에서 처리한 신호들의 특성을 유지하면서 좌측 신호와 우측 신호 성분들을 각각 합산하여 2채널 출력 시스템에서 출력할 수 있도록 해야 하며, 음원 왜곡을 방치하기 위하여 전처리 과정에서 했던 과정을 역으로 처리하는 후처리 과정이 필요하다.
이를 위해, 본 발명에서는 입력신호의 종류에 따라 스테레오 신호의 경우 좌측 신호와 우측 신호 성분들을 각각 합산하여 가상 스피커에서 출력 가능한 신호로 변환하는 장치(10)를 적용하고, 멀티채널 신호의 경우 각 채널의 특성까지 유지하면서 다운믹싱하여 스테레오 스피커로 출력 시에 가상 서라운드 스피커를 사용한 출력이 되도록 처리하는 장치(22)를 신호의 종류에 따라 적용하도록 처리하였다.
스테레오 신호에 대한 처리를 수행하는 장치(10)는 수학식 5로 처리하게 된다.
R_process=R_process1+R_process2+C_process
멀티채널 신호에 대한 처리를 수행하는 장치(22)는 수학식6으로 처리한다.
+G_level2*Ls_process1+G_level2*Ls_process2
+G_level3*(C+LEF)
R_process=G_level1*R_process1+G_level1*R_process2
+G_level2*Rs_process1+G_level2*Rs_process2
+G_level3*(C+LEF)
여기서 G_level1, G_level2, G_level3 은 출력레벨(output level) 조정 및 다운믹싱을 위한 게인이다.
한편, 이상의 도1에서 설명한 가상 스피커 처리장치(1, 2)와 출력장치(3)만을 사용하는 경우에는, 청취자가 소리에 둘러싸인 느낌이 들도록 하는 잔향(reverberation) 효과를 달성하기가 어렵다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 이러한 잔향 효과를 달성하기 위하여,도4, 5와 같은 스테레오 음상을 강화하는 스테레오 음상 강화장치를, 도1에서 설명한 가상 스피커 처리장치(1, 2)와 출력장치(3)의 전단에 추가적으로 설치한다.
이제, 이러한 스테레오 음상 강화장치를 도4, 5를 참고로 하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도4, 5에 도시된 바와 같이, 스테레오 음상 강화장치(23, 27)는 도2, 3의 장치의 전처리장치로 사용되어, 입력 신호에서 의사 스테레오 성분을 추출하여 잔향(reverberation) 효과를 추가함으로써 청취자가 소리에 둘러싸인 느낌이 들도록 하는 장치이다.
의사스테레오 생성장치(24, 28)는 입력된 신호 L, R을 이용하여 생성하는 장치로서, 스테레오 신호에 대한 의사스테레오 생성장치(24)와 멀티신호에 대한 의사스테레오 생성장치(28)는 하기 수학식7로 표현된다.
상기 수학식 7에서 VirLs, VirRs는 의사 스테레오 생성장치(24, 28)에서 생성된 의사스테레오의 L, R 신호이며
,
과 은 스테레오 성분의 세기 조절 및 추출 정도를 조정하는 게인이다.
의사 스테레오 장치(24, 28)에서 생성된 스테레오 신호 VirLs, VirRs 은 잔향 효과를 적용하기 위해 잔향음 효과 처리장치(25, 29)에 입력된다. 스테레오 신호에 대한 잔향음 효과 처리장치(25)는 하기 수학식8로 표현되며 멀티신호에 대한 잔향음 효과 처리장치(29)는 하기 수학식9로 표현된다.
상기 수학식 8에서 
, 
은 잔향음 효과처리 장치(25, 29)에서 생성된 신호이며 Ls, Rs는 멀티채널로 입력된 서라운드 L, R신호이다. 게인 
, 
, 
을 조절하여 자연스러운 음장 효과를 만들 수 있다.
잔향음 효과처리장치(25, 29)에서 출력된 신호는 도1의 가상 스피커 처리장치(1, 2)에 입력하기 위해 믹서장치(26, 30)를 통과하게 된다. 스테레오 채널에 대한 채널믹서장치(26)는 수학식10으로 표현된다.
여기서 
, 
는 믹서장치(26)에서 출력된 신호로 가상스피커장치(1, 2)로 입력되는 신호이고, 
, 
, 
는 게인이다.
멀티채널에 대한 채널믹서장치(30)는 전면 신호에 대한 전방 믹서장치(31), 서라운드에 대한 서라운드 믹서 장치(32), 중앙 신호와 LEF를 처리하는 센터/저주파믹서장치(33)로 구성되며 채널 믹서장치(30)는 하기 수학식11로 표현된다.
여기서 
과 
은 멀티채널의 정면 채널에 대한 출력신호이고, 
과 
은 좌,우 서라운드 채널에 대한 출력신호이며, 
, 
는 정면 중앙채널과 LEF에 대한 출력신호이고, 
, 
, 
는 게인이다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 실제 적용시 스피커의 상대적 위치, 스피커와 청취자의 상대적 위치에 따른 효과를 극대화시킬 수 있도록 조정 가능한 장치(예를 들면, TV, 전면배치형 Home Theater System, DVD Player, PMP Player 등의 장치)를 추가할 수 있는 등, 본 발명은 이상의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점을 유의해야 한다.
예를 들면, 실제 출력이 5.1채널, 3채널, 2.1채널, 4채널 등, 2채널 이상의 스피커(복수 채널 스피커)가 장착된 오디오 제품의 경우에도 본 발명의 믹싱장치(10, 22) 을 제거 또는 변형하면 다양한 스피커 개수에 대해서도 본 발명의 개선된 성능을 충분히 구현하여 사용할 수 있다.
또한 본 발명은 스피커 사이의 거리가 작거나 출력이 작은 스피커에 대해서도 적용이 가능하므로, 2채널 출력 시스템을 가지고 있는 휴대용 미디어 장치 및 출력이 작은 스피커를 사용하고 있는 미디어 장치를 포함한 다양한 미디어 장치에서 가상의 서라운드 채널을 재생하도록 적용하는 것이 가능하다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 스피커 처리장치 및 출력장치를 도시하는 전체적인 구성도.
도2는 본 발명에서 스테레오 음원을 입체음향으로 생성하기 위한 가상 스피커 생성 장치의 구성도.
도3은 본 발명에서 멀티채널 음원을 스테레오 출력 장치로 입체음향 출력하기 위한 멀티채널 가상 스피커 생성 장치의 구성도.
도4는 본 발명의 다른 실시예에서 적용되는 스테레오 음원용 스테레오 음상 강화장치의 구성도.
도5는 본 발명의 다른 실시예에서 적용되는 멀티채널 음원용 스테레오 음상 강화장치의 구성도.
Claims (17)
- 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치에 있어서,입력되는 스테레오 음원 신호의 좌우 채널을 이용하여, 스테레오 음상을 강화하는 스테레오 채널 음상 강화장치(23);입력되는 멀티채널 음원 신호의 좌 전방 채널, 우 전방 채널, 좌 서라운드 채널, 우 서라운드 채널, 전방 센터 채널, 저주파 효과 채널을 이용하여, 스테레오 음상을 강화하는 멀티 채널 음상 강화장치(27);상기 스테레오 채널 음상 강화장치(23)에 의해 음상 강화되어 입력되는 스테레오 음원 신호의 좌우 채널 각각에 대하여, 저음 영역과 고음영역을 확산시키는 처리(5, 7)를 하고, 상기 고음 영역 확산 처리된 신호를 이용하여 음상 확산 처리(8) 및 정면 음상 유지 처리(9)를 하여, 그 처리들의 좌우 합을 각각 출력하는 스테레오 채널 가상 스피커 처리장치(1);상기 멀티 채널 음상 강화장치(27)에 의해 음상 강화되어 입력되는 멀티채널 음원 신호의 좌 전방 채널, 우 전방 채널, 좌 서라운드 채널, 우 서라운드 채널 각각에 대하여, 저음 영역과 고음 영역을 확산시키는 처리(14, 15, 18, 20)를 하고, 상기 고음 영역 확산 처리된 신호(18, 20)를 이용하여 음상 확산 처리(19, 21)를 하며, 전방 센터 채널과 저주파 효과 채널을 이용하여 정면 음상 유지 처리(9)를 하여, 그 처리들 각각에 대하여 게인 조정을 하여 좌우 합을 각각 출력하는 멀티채널 가상 스피커 처리장치(2);상기 스테레오 채널 가상 스피커 처리장치(1) 또는 멀티채널 가상 스피커 처리장치(2)에서 출력된 신호를 상기 복수 채널 스피커로 출력하는 출력장치(3)을 포함하는 것을 특징으로하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치
- 제1항에 있어서, 상기 복수 채널 스피커는 스테레오 스피커인 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1)의 저음영역 확산은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_process1=G_low1*LPF(L)+G_bst*LPF(L)-G_lowI*LPF(R)R_process1=G_low1*LPF(R)+G_bst*LPF(R)-G_lowI*LPF(L)여기서,L_process1와 R_process1는 각각 좌우 채널의 출력값이고, G_low1, G_bst, G_lowI는 게인이며, LPF는 로우패스필터임.
- 제 1항에 있어서,상기 멀티채널 가상 스피커 처리 장치(2)의 저음영역 확산은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_process1=G_low1*LPF(L)+G_bst*LPF(L)-G_lowI*LPF(R)R_process1=G_low1*LPF(R)+G_bst*LPF(R)-G_lowI*LPF(L)Ls_process1=G_low1*LPF(Ls)-G_lowI*LPF(Rs)Rs_process1=G_low1*LPF(Rs)-G_lowI*LPF(Ls)여기서, L_process1와 R_process1와 Ls_process1와 Rs_process1는 각각 좌 전방 채널, 우 전방 채널, 좌 서라운드 채널, 우 서라운드 채널의 출력값이고, G_low1, G_bst, G_lowI는 게인이며, LPF는 로우패스필터임.
- 제 1항에 있어서,상기 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1)의 고음영역 확산은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_high=G_low2*LPF(L)+G_high*HPF(L)R_high=G_low2*LPF(R)+G_high*HPF(R)여기서,L_high, R_high는 각각 좌우채널의 출력값이고, G_low2와 G_high는 게인이며, HPF는 하이패스필터임.
- 제 1항에 있어서,상기 멀티채널 가상 스피커 처리 장치(2)의 고음영역 확산은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_high=G_low2*LPF(L)+G_high*HPF(L)R_high=G_low2*LPF(R)+G_high*HPF(R)Ls_high=G_low2*LPF(Ls)+G_high*HPF(Ls)Rs_high=G_low2*LPF(Rs)+G_high*HPF(Rs)여기서, L_high, R_high, Ls_high, Rs_high는 각각 좌 전방 채널, 우 전방 채널, 좌 서라운드 채널, 우 서라운드 채널의 출력값이고, G_low2와 G_high는 게인이며, HPF는 하이패스필터임.
- 제 5항에 있어서,상기 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1)의 음상확산은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_process2=G_plus2*(L_high+R_high)+(G_minus2*(G_minus2*(L_high-M1(L_high)))-M1(R_high))R_process2=G_minus2*(L_high -R_high)+(G_plus2*(G_plus2*(R_high+M1(R_high)))+M1(L_high))여기서, L_process2, R_process2는 각각 좌우채널의 출력값이고, M1은 크로스톡을 제거하는 필터이고, G_plus2, G_minus2게인임.
- 제 6항에 있어서,상기 멀티채널 가상 스피커 처리 장치(2)의 음상확산은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_process2=G_plus2*(L_high+R_high)+(G_minus2*(G_minus2*(L_high-M1(L_high)))-M1(R_high))R_process2=G_minus2*(L_high-R_high)+(G_plus2*(G_plus2*(R_high+M1(R_high)))+M1(L_high))Ls_process2=G_plus2*(Ls_high+Rs_high)+(G_minus2*(G_minus2*(Ls_high-M1(Ls_high)))-M1(Rs_high))Rs_process2=G_minus2*(Ls_high-Rs_high)+(G_plus2*(G_plus2*(Rs_high+M1(Rs_high)))+M1(Ls_high))여기서, L_process2, R_process2, Ls_process2, Rs_process2는 각각 좌 전방 채널, 우 전방 채널, 좌 서라운드 채널, 우 서라운드 채널의 출력값이고, M1은 크로스톡을 제거하는 필터이고, G_plus2, G_minus2는 게인임.
- 제 5항에 있어서,상기 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1)의 정면 음성 유지는 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.C_process=G_plus1*(L_high+R_high)여기서 G_plus1는 게인임.
- 제 7항에 있어서,상기 스테레오 채널 가상 스피커 처리 장치(1)의 좌우 합의 출력은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_process=L_process1+L_process2+C_processR_process=R_process1+R_process2+C_process
- 제 8항에 있어서,상기 멀티채널 가상 스피커 처리 장치(1)의 좌우 합의 출력은 하기의 수학식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.L_process=G_level1*L_process1+G_level1*L_process2+G_level2*Ls_process1+G_level2*Ls_process2+G_level3*(C+LEF)R_process=G_level1*R_process1+G_level1*R_process2+G_level2*Rs_process1+G_level2*Rs_process2+G_level3*(C+LEF)여기서, G_level1, G_level2, G_level3는 출력레벨(output level) 조정 및 다운믹싱을 위한 게인임.
- 제 1항에 있어서,상기 스테레오 채널 음상강화장치(23)와 멀티 채널 음상 강화장치(27)는 각각,스테레오 채널에서 의사 스테레오 신호 성분을 추출하는 의사 스테레오 생성장치(24, 28)와;상기 의사 스테레오 장치(24, 28)의 출력을 이용하여 잔향 효과를 달성하는 잔향음 효과처리장치(25, 29)와;상기 의사 스테레오 장치(24, 28)와 잔향음 효과처리장치(25, 29)의 출력들을 이용하여 믹싱을 하는 믹서장치(26, 30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.
- 제 12항에 있어서,상기 의사 스테레오 생성 장치(24, 28)는,입력된 신호 좌우 채널(L, R)을 하기 수학식으로 처리하여 의사 스테레오 성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.
여기서과
은 스테레오 성분의 세기 조절 및 추출 정도를 조정하는 게인임.
- 제 12항에 있어서,상기 잔향음 효과처리장치(25)는 하기 수학식으로 처리하는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.
여기서,
,
는 음장효과를 조절하는 게인임.
- 제 12항에 있어서,상기 잔향음 효과처리장치(29)는 하기 수학식으로 처리하는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.
여기서,
,
는 음장효과를 조절하는 게인이며, 와 는 멀티채널의 좌우 서라운드 채널 신호임.
- 제 14항에 있어서,상기 믹서장치(26)는 하기 수학식으로 믹스하는 것을 특징으로 하는 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.
여기서,
,
는 게인임.
- 제 15항에 있어서, 상기 믹서 장치(30)는 정면 출력을 위한 전방 믹서장치(31), 좌우 서라운드 출력을 위한 서라운드 믹서장치(32), 중앙신호와 LEF신호 출력을 위한 센터/저주파 믹서장치(33)로 구성되며, 각 믹서 장치(31, 32, 33)는 하기식으로 믹스하는 것을 특징으로 복수 채널 스피커에서 입체 음향을 제공하는 장치.
,
은 멀티채널의 정면 채널에 대한 출력신호
,
은 좌,우 서라운드 채널에 대한 출력신호
,
은 정면 중앙채널과 LEF에 대한 출력신호
,
,
는 게인이다.
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-
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