KR20090007700A - 오디오 신호 처리 - Google Patents

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Abstract

오디오 신호를 처리하는 시스템 및 방법이 개시된다. 오디오 신호는 청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함한다. 적어도 하나의 오디오 필터는 오디오 신호의 각각에 대하여 두 개의 필터링 신호를 발생시킨다. 우측 및 좌측 오디오 출력 채널로부터 사운드 소스의 공간적 위치가 인식 가능하도록, 두 개의 필터링 신호가 다른 오디오 신호로부터의 다른 필터링 신호와 믹싱되어 우측 오디오 출력 채널 및 좌측 오디오 출력 채널을 생성한다.

Description

오디오 신호 처리{AUDIO SIGNAL PROCESSING}
본 발명은 일반적으로 오디오 신호 처리에 관한 것이다.
사운드 신호는 향상된 청취(listening) 효과를 제공하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 다양한 처리 기술로 인해 사운드 소스가 청취자에 대하여 상대적으로 고정되어 있거나 이동하고 있는 것으로서 인식되게 할 수 있다. 이러한 기술은 제한된 구성 및 성능을 갖는 스피커를 사용하는 경우라도 청취자(listener)가 시뮬레이션된 3차원 청취 경험을 즐길 수 있게 해준다.
그러나 수많은 사운드 인식 향상 기술은 복잡하고, 종종 상당한 연산 능력 및 리소스를 필요로 한다. 따라서, 제한된 연산 능력 및 리소스를 갖는 많은 전자 디바이스에 적용될 때 이러한 기술의 사용은 실용적이지 못하다. 휴대폰, PDA, MP3 플레이어 등과 같은 많은 휴대용 디바이스는 일반적으로 이러한 범주에 속하는 것들이다.
본 명세서에서 개시된 바와 같은 오디오 신호 처리를 위한 시스템 및 방법의 다양한 실시예들에 의해 전술한 문제점들의 적어도 일부에 대처할 수 있다.
일 실시예에서, 개별(discrete) 수의 간단한 디지털 필터가 오디오 주파수 범위의 특정 부분에 대하여 발생될 수 있다. 연구에 따르면, 특정 주파수 범위가 사람 귀의 위치 감별(location-discriminating) 능력에 대하여 특히 중요한 반면, 다른 범위는 일반적으로 무시된다는 것을 보여주었다. 헤드 관련 전달 함수(HRTF; Head-Related Transfer Function)는 귀가 서로 다른 위치에 위치되어 있는 사운드를 어떻게 인식하는지를 특성화한 응답 함수의 예이다. 이러한 응답 함수의 하나 이상의 "위치 관련" 부분을 선택함으로써, 청취를 시뮬레이션하는데 사용될 수 있는 비교적 간단한 필터를 구성할 수 있는데, 위치 감별 능력은 실질적으로 유지된다. 필터의 복잡성이 감소될 수 있기 때문에, 제한된 연산 능력 및 리소스를 갖는 디바이스에 수많은 원하는 오디오 효과를 위한 기반을 형성하는 위치 감별 응답을 제공하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 일 세트의 헤드폰에 대하여 오디오 신호를 처리하는 방법으로서, 각각이 청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 복수의 오디오 신호 입력을 수신하는 단계, 상기 오디오 신호 입력 중 둘 이상의 오디오 신호 입력을 믹싱(mixing)하여 복수의 믹싱 오디오 신호를 생성하는 단계, 상기 믹싱 오디오 신호의 각각을 복수의 위치 필터(positional filter)에 제공하는 단계로서, 상기 위치 필터 각각은 시뮬레이션된 청취 응답(simulated hearing response)을 제공하는 헤드 관련 전달 함수를 포함하는 것인, 제공 단계, 믹싱되지 않은(unmixed) 오디오 신호로서 상기 오디오 신호 입력의 각각을 상기 복수의 위치 필터 중 하나 이상의 위치 필터에 전달하는 단계로서, 상기 믹싱 오디오 신호 및 상기 믹싱되지 않은 오디오 신호는 상기 각각의 오디오 신호 입력이 상기 위치 필터 중 둘 이상의 위치 필터에 믹싱 형태 및 믹싱되지 않은 형태로 제공되도록 배열되는 것인, 전달 단계, 상기 믹싱 오디오 신호 및 상기 믹싱되지 않은 오디오 신호에 상기 위치 필터를 적용하여 복수의 좌측 채널 필터링 신호 및 복수의 우측 채널 필터링 신호를 생성하는 단계, 및 일 세트의 헤드폰의 좌측 및 우측 출력 채널로부터 상기 복수의 사운드 소스의 공간적 위치가 인식 가능하도록, 상기 복수의 좌측 채널 필터링 신호를 좌측 오디오 출력 신호로 다운믹싱(downmixing)하고 상기 복수의 우측 채널 필터링 신호를 우측 오디오 출력 신호로 다운믹싱하는 단계를 포함하는 오디오 신호 처리 방법에 관한 것이다.
다른 실시예에서, 오디오 신호의 처리 방법은 청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 다수의 오디오 신호를 수신하는 단계, 각각의 오디오 신호에 대하여 두 개의 대응하는 필터링 신호를 산출하도록 상기 각각의 오디오 신호에 적어도 하나의 오디오 필터를 적용하는 단계, 및 상기 필터링 신호를 믹싱하여 좌측 오디오 출력 및 우측 오디오 출력을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 사운드 소스의 공간적 위치는 우측 및 좌측 출력 채널로부터 인식 가능하다.
본 발명의 다양한 실시예는 각각이 청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 다수의 오디오 신호 입력, 복수의 위치 필터로서, 각각의 오디오 신호 입력이 상기 위치 필터 중 둘 이상의 위치 필터에 제공되어 상기 각각의 오디오 신호에 대하여 적어도 하나의 우측 채널 필터링 신호 및 적어도 하나의 좌측 채널 필터링 신호를 생성하는 것인, 위치 필터, 및 우측 및 좌측 출력 채널로부터 상기 복수의 사운드 소스의 공간적 위치가 인식 가능하도록, 상기 우측 채널 필터링 신호를 우측 오디오 출력 채널로 다운믹싱하고 상기 좌측 채널 필터링 신호를 좌측 오디오 출력 채널로 다운믹싱하는 다운믹서를 포함하는 오디오 신호 처리 장치를 고려한다.
또한, 다른 실시예에서, 오디오 신호의 처리 장치는 청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 오디오 신호를 수신하는 수단, 시뮬레이션된 청취 응답을 제공하는 헤드 관련 전달 함수를 포함하는 것인 적어도 하나의 오디오 필터를 선택하는 수단, 두 개의 대응하는 필터링 신호를 산출하도록 상기 오디오 신호에 상기 적어도 하나의 오디오 필터를 적용하는 수단으로서, 상기 필터링 신호의 각각은 상기 사운드 소스에 적용된 헤드 관련 전달 함수의 시뮬레이션된 효과를 갖는 것인, 수단, 및 각각의 채널로부터 상기 사운드 소스의 공간적 위치가 인식 가능하도록, 좌측 오디오 채널에 상기 필터링 신호 중 하나를 제공하고 우측 오디오 채널에 다른 하나의 필터링 신호를 제공하는 수단을 포함한다.
도 1은 위치 오디오 엔진(positional audio engine)이 헤드폰을 사용하는 청취자에게 서라운드 사운드 효과를 제공할 수 있는 다른 예시적인 청취 상황을 도시한다.
도 2는 위치 오디오 엔진의 기능성의 일 실시예의 블록도를 도시한다.
도 3은 위치 오디오 엔진에 관련하여 입력 및 출력 모드의 일 실시예의 블록도를 도시한다.
도 4는 위치 오디오 엔진의 실시예의 다른 블록도를 도시한다.
도 5는 위치 오디오 엔진의 예시적인 기능성의 블록도를 도시한다.
도 6 내지 도 8은 위치 오디오 엔진의 부가적인 실시예들의 블록도를 도시한다.
도 9 내지 도 12는 위치 오디오 엔진의 위치 필터의 실시예들의 블록도를 도시한다.
도 13 내지 도 24는 위치 오디오 엔진의 컴포넌트 필터의 실시예들의 그래프도를 도시한다.
도 25는 컴포넌트 필터의 필터 계수의 실시예를 예시하는 표를 도시한다.
도 26 내지 도 28은 위치 필터를 갖는 위치 오디오 엔진이 구현될 수 있는 오디오 시스템의 비한정적인 예를 도시한다.
다음의 상세한 설명을 첨부 도면을 참조하여 보면, 본 발명의 이들 및 기타 양상, 이점, 및 신규 특징이 명백하게 될 것이다. 도면에서, 유사한 구성요소는 유사한 참조 부호를 갖는다.
본 발명은 일반적으로 오디오 신호 처리 기술에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 본 발명의 다양한 특징 및 기술은 오디오 또는 오디오/시각 디바이스 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 특징은 사운드 신호의 효율적인 처리를 가능하게 하며, 그리하여 일부 적용예에서 감소된 신호 처리 리소스를 갖는다 해도 사실적인(realistic) 위치 사운드 이미징이 달성될 수 있다. 이와 같이, 일부 실시예에서, 연산 능력이 제한될 수 있는 핸드헬드 디바이스와 같은 휴대용 디바이스에 의해 청취자에게 사실적인 효과를 미치는 사운드가 출력될 수 있다. 본 명세서에서 개시된 다양한 특징 및 개념은 휴대용 디바이스에서의 구현에 한정되지 않고, 사운드 신호를 처리하는 광범위하고 다양한 전자 디바이스에 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 청취자(102)가 헤드폰(124)과 같은 2-스피커 디바이스로부터 사운드를 듣고 있는 예시적인 상황(120)을 도시한다. 헤드폰에 신호(122)를 발생시키고 제공하는 것으로서 위치 오디오 엔진(104)이 도시되어 있다. 이 예시적인 구현예에서, 청취자(102)에 의해 인식되는 사운드는 청취자(102)에 대하여 실질적으로 고정된 위치에 있는 다수의 사운드 소스에서 오는 것으로서 인식된다. 예를 들어, 사운드 소스(126)(이 예에서는 5개이지만, 다른 수와 구성도 또한 가능함)가 특정 위치에 위치되어 있는 것으로 보이게 함으로써, 서라운드(surround) 사운드 효과가 생성될 수 있다. 다양한 구현예에서 특정 사운드는 또한 청취자(102)에 대하여 움직이고 있는 것으로서 보일 수도 있다.
일부 실시예에서, 이러한 오디오 인식이 대응하는 시각 인식(예를 들어, 스크린으로부터)과 조합되면 청취자에게 효과적이고 강력한 지각(sensory) 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 헤드폰, 스피커 등을 통하여 핸드헬드 디바이스를 듣고 있는 청취자에 대하여 서라운드 사운드 효과가 생성될 수 있다. 위치 오디오 엔진(104)의 다양한 실시예 및 특징은 아래에 보다 상세하게 설명된다.
도 2는 입력 신호(132)를 수신하고 출력 신호(134)를 발생시키는 위치 오디 오 엔진(130)의 블록도를 도시한다. 여기에서 설명되는 바와 같은 특징을 이용한 이러한 신호 처리는 다수의 방식으로 구현될 수 있다. 비한정적인 예에서, 위치 오디오 엔진(130)의 기능성 중 일부 또는 전부는 전자 디바이스에서 운영 시스템과 멀티미디어 애플리케이션 사이의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)로서 또는 소프트웨어 애플리케이션으로서 구현될 수 있다. 다른 비한정적인 예에서, 위치 오디오 엔진(130)의 기능성 중 일부 또는 전부는 소스 데이터에(예를 들어, 데이터 파일 또는 스트리밍 데이터에) 통합될 수 있다.
다른 구성도 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 개념 및 특징은 아날로그 시스템에서의 신호 처리에 대하여 구현될 수 있다. 이러한 시스템에서는, 위치 오디오 엔진(130)에서의 다양한 필터의 아날로그 등가물이 여기에 설명된 다양한 기술과 마찬가지의 방식으로 위치 관련 정보에 기초하여 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 개념 및 특징이 디지털 시스템에 한정되는 것은 아님을 이해할 수 있을 것이다.
도 3은 위치 오디오 엔진(130)과 관련하여 입력 및 출력 모드의 일 실시예를 도시한다. 위치 오디오 엔진(130)은 가변(variable) 수의 입력을 수신하고 가변 수의 출력을 생성하는 다양한 구성으로 도시되어 있다. 입력은 디코더(142) 및 채널 디코더(144, 146, 및 148)에 의해 제공된다.
디코더(142)는 상대적으로 작은 수의 오디오 채널 입력(141)을 디코딩하여 상대적으로 큰 수의 오디오 채널 출력(143)을 제공하는 컴포넌트이다. 예시적인 실시예에서, 디코더(142)는 좌측 및 우측 오디오 채널 입력(141)을 수신하고 위치 오 디오 엔진(130)에 6개의 오디오 채널 출력(143)을 제공한다. 오디오 채널 출력(143)은 서라운드 사운드 채널에 대응할 수 있다. 오디오 채널 입력(141)은, 예를 들어, 서클 서라운드(Circle Surround) 5.1 인코딩 소스, 돌비 서라운드(Dolby Surround) 인코딩 소스, 종래의 2채널 스테레오 소스(로우 오디오(raw audio), MP3 오디오, RealAudio, WMA 오디오 등으로서 인코딩됨), 및/또는 단일 채널 모노럴(monaural) 소스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 디코더(142)는 서클 서라운드 5.1에 대한 디코더이다. 발명의 명칭이 "5-2-5 매트릭스 시스템(5-2-5 MATRIX SYSTEM)"인 미국 특허 제5,771,295호('259 특허)(이는 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함됨)에 개시된 바와 같은 서클 서라운드 5.1(CS 5.1) 기술은 다채널(multi-channel) 오디오 전달 기술로서 사용하기 위해 적응 가능하다. CS 5.1은 오디오의 2 채널 상에 5.1 고품질 채널의 매트릭스 인코딩을 가능하게 한다. 그 다음, 이들 2 채널은, 임의의 이용가능한 대중적인 압축 방식(MP3, RealAudio, WMA 등)을 사용하여 또는 대안으로서 압축 방식을 사용하지 않고서, 디코더(142)에 효율적으로 전송될 수 있다. 디코더(142)는, 일 실시예에서는 인터넷을 통하여 스트리밍되는, 2 채널로부터의 풀(full) 다채널 오디오 출력을 디코딩하는데 사용될 수 있다. CS 5.1 시스템은 '259 특허에서 5-2-5 시스템으로 불리는데, 5 채널이 2 채널로 인코딩된 다음, 2 채널이 다시 5 채널로 디코딩되기 때문이다. "CS 5.1"에서 사용되는 바와 같은 "5.1" 표시는 통상적으로 5개의 채널(예를 들어, 좌측, 우측, 센터, 후방 좌측(좌측 서라운드로도 알려짐), 후방 우측(우측 서라운드로도 알려짐))과 5 채널로부터 유도되는 선택적 서브우퍼 채널을 칭한다.
'259 특허에서는 하드웨어 용어 및 도면을 사용하여 CS 5.1 시스템을 설명하고 있지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 소프트웨어로 구현되고자 하는 신호 처리 시스템이라도, 신호 처리 시스템의 하드웨어 중심의 설명이 당해 기술 분야에 일반적이고 편리하며 신호 처리 알고리즘의 명확한 개시를 효율적으로 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 당해 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자라면, '259 특허에 설명되어 있는 CS 5.1 시스템은 설명된 하드웨어의 동작을 본딴 디지털 신호 처리 알고리즘을 사용함으로써 소프트웨어로 구현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
다채널 오디오 신호를 인코딩하는데 CS 5.1 기술의 사용은 구형 버전과도 호환가능하며 전(fully) 업그레이드가 가능한 오디오 전달 시스템을 생성한다. 예를 들어, CS 5.1 디코더로서 구현되는 디코더(142)는 임의의 오디오 소스로부터 다채널 출력을 생성할 수 있기 때문에, 오디오 소스의 오리지널 포맷은 돌비 서라운드, 종래의 스테레오, 또는 모노럴 소스를 비롯한 광범위하고 다양한 인코딩 및 비인코딩 소스 포맷을 포함할 수 있다. 인터넷을 통하여 오디오 신호를 스트리밍하는데 CS 5.1 기술이 사용되는 경우, CS 5.1은 인터넷 오디오 스트리밍을 수행하는 웹사이트 개발자와 인터넷을 통하여 오디오 신호를 수신하는 청취자 둘 다에 대하여 무결절성(seamless) 아키텍쳐를 생성한다. 웹사이트 개발자가 클라이언트 측에서의 보다 높은 품질의 오디오 경험을 원하는 경우, 오디오 소스는 스트리밍 전에 먼저 CS 5.1로 인코딩될 수 있다. 그러면 CS 5.1 디코딩 시스템은 최적의 오디오 경험을 제공하는 전 대역폭 오디오의 5.1 채널을 발생시킬 수 있다.
CS 5.1 디코더로부터 유도되는 서라운드 채널은 다른 이용가능한 시스템과 비교할 때 보다 높은 품질로 이루어진다. 돌비 프로로직(Dolby ProLogic) 시스템에서 서라운드 채널의 대역폭은 7 kHz 모노럴에 제한되지만, CS 5.1은 전송 매체의 대역폭에 의해서만 제한되는 스테레오 서라운드 채널을 제공한다.
채널 디코더(144, 146, 및 148)는 다수 채널의 사운드를 제공하는 서라운드 사운드 디코더의 다양한 구현예들이다. 예를 들어, 채널 디코더(144)는 5.1 서라운드 사운드 채널을 제공한다. 5.1에서의 "5"는 통상적으로 좌측, 우측, 센터(center), 좌측 서라운드, 및 우측 서라운드 채널을 칭한다. 5.1에서의 "1"은 통상적으로 서브우퍼를 칭한다. 따라서, 5.1 채널 디코더(144)는 6개의 입력을 위치 오디오 엔진(130)에 제공한다. 마찬가지로, 6.1 채널 디코더(146)는 센터 서라운드 채널을 더하여 7개의 채널을 위치 오디오 엔진(130)에 제공한다. 센터 서라운드 채널 대신에, 7.1 채널 디코더(148)는 좌측 백(back) 및 우측 백 채널을 추가함으로써, 8개의 채널을 위치 오디오 엔진에 제공한다. 예를 들어 3.0, 4.0, 4.1, 10.2, 또는 22.2를 포함하여, 도시된 실시예에서 나타낸 바보다 더 많거나 더 적은 채널이 위치 오디오 엔진(130)에 제공될 수 있다.
위치 오디오 엔진(130)은 좌측 및 우측 헤드폰 스피커에 대응하는 두 개의 출력(150)을 제공한다. 그러나, 청취자는 스피커에 전송된 사운드를 위치 오디오 엔진(130)에의 입력 채널의 수에 대응하는 가상(virtual) 스피커 위치로부터 오는 것으로서 인식한다. 많은 구현예에서, 서브우퍼의 사운드 위치는 인간의 귀로 식별 하기가 어렵다. 따라서, 예를 들어 위치 오디오 엔진(130)에 입력을 제공하는데 5.1 채널 디코더가 사용된 경우, 청취자는 청취자에 대하여 실질적으로 고정된 위치에 있는 최대 5개의 사운드 소스를 인식할 것이다.
도 4는 위치 오디오 엔진(130)의 다른 블록도를 도시한다. 위치 오디오 엔진(130)은 채널 디코더에 의해 제공될 수 있는 입력(180)을 수신한다. 마찬가지로, 위치 오디오 엔진(130)은 좌측 출력(192) 및 우측 출력(194)을 포함하는 출력(190)을 제공한다.
입력(180)은 위치 오디오 엔진(130) 내의 프리믹서(premixer)(182)에 제공된다. 프리믹서(182)는 합산 블록, 이득(gain) 블록, 및 지연 블록을 포함하도록 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 프리믹서(182)는 입력(180) 중 하나 이상의 입력을 믹싱하고, 믹싱된 입력(184)을 하나 이상의 위치 필터(186)에 제공한다. 대안의 실시예에서, 프리믹서(184)는 위치 필터(186) 중 하나 이상의 위치 필터에 바로, 믹싱되지 않은(unmixed) 형태로 특정 입력(180)을 전달한다. 또 다른 실시예에서, 입력(180) 중 특정 입력은 프리믹서(182)를 통하여 전달되고, 다른 입력(180)은 프리믹서(182)를 우회하여 위치 필터(186)에 직접 제공된다. 프리믹서의 보다 상세한 예는 도 6 내지 도 8에 대하여 아래에 설명된다.
도시된 위치 필터(186)는 신호 처리 기능을 수행하는 컴포넌트이다. 다양한 실시예의 위치 필터(186)는 프리믹싱된 출력(186)을 필터링하여, 입력(180)의 수에 대응하는 가상 스피커 위치로부터 오는 것으로서 청취자에 의해 인식되는 사운드를 제공한다.
위치 필터(186)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 위치 필터(186)는 아날로그 또는 디지털 회로, 소프트웨어, 펌웨어 등을 포함할 수 있다. 위치 필터(186)는 또한 수동 또는 능동, 불연속 시간(discrete-time)(예를 들어, 샘플링) 또는 연속 시간, 선형 또는 비선형, 무한 임펄스 응답(IIR) 또는 유한 임펄스 응답(FIR), 또는 상기의 일부 조합일 수도 있다. 또한, 위치 필터(186)는 다양한 방식으로 구현되는 전달 함수(transfer function)를 가질 수 있다. 예를 들어, 위치 필터(186)는 Butterworth 필터, Chebyshev 필터, Bessel 필터, 타원형(elliptical) 필터, 또는 다른 유형의 필터로서 구현될 수 있다.
위치 필터(186)는 2개, 3개, 또는 그 이상의 필터의 조합으로부터 형성될 수 있고, 이의 예가 아래에 설명된다. 또한, 위치 오디오 엔진(130)에 포함되는 위치 필터(186)의 수는 상이한 수의 프리믹싱된 출력(184)을 필터링하도록 다양할 수 있다. 대안으로서, 위치 오디오 엔진(130)은 변하는 수의 프리믹싱된 출력(184)을 필터링하는 일 세트 수의 위치 필터(186)를 포함한다.
일 실시예에서, 위치 필터(186)는, 발명의 명칭이 "오디오 처리를 위한 시스템 및 방법(Systems and Methods for Audio Processing)"인 미국 특허 출원 제11/531,624호(이는 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함됨)에 기재되어 있는 HRTF(head-related transfer function)와 같이, 위치 관련 정보에 기초하여 구성되는 HRTF이다. 설명의 목적으로, "위치 관련"은 사운드 소스 위치 감별이 특히 예리한 것으로 발견되는 인간의 청취 응답 스펙트럼(예를 들어, 주파수 응답 스펙트럼)의 일부를 의미한다. HRTF는 인간의 청취 응답 스펙트럼의 예이다. 연구(예를 들 어, E. A. Macperson에 의한 Journal of the Acoustical Society of America, 101, 3105, 1997의 "A comparison of spectral correlation and local feature-matching models of pinna cue processing")에 따르면, 인간 청취자는 일반적으로 사운드가 어디서 오는지 구분하기 위해 전체 HRTF 정보를 처리하지 않는 것으로 나타났다. 대신에, 그들은 HRTF에서의 특정한 특징에 집중한 것으로 보인다. 예를 들어, 4 KHz를 넘는 주파수에서의 국부적 특징 매칭 및 구배 상관(gradient correlation)은 사운드 방향 감별에 특히 중요한 것으로 보이는 반면에, HRTF의 다른 부분은 일반적으로 무시된다.
다양한 실시예의 위치 필터(186)는 선형 필터이다. 선형성은 입력들의 필터링된 합이 필터링된 입력들의 합과 동등함을 제공한다. 따라서, 일 구현예에서, 프리믹서(182)는 위치 오디오 엔진(130)에 포함되지 않는다. 그보다는, 프리믹서(182)의 동일하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하도록, 대신에 하나 이상의 위치 필터(186)의 출력들이 결합된다. 다른 실시예에서, 위치 필터(186)의 출력들을 결합하는 것 이외에도 프리믹서(182)도 또한 포함될 수 있다.
위치 필터(186)는 필터링된 출력을 다운믹서(188)에 제공한다. 프리믹서(182)와 같이, 다운믹서(188)는 하나 이상의 합산 블록, 이득 블록, 또는 둘 다를 포함한다. 또한, 다운믹서(188)는 지연(delay) 블록 및 잔향(reverb) 블록을 포함할 수 있다. 다운믹서(188)는 아날로그 또는 디지털 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 다양한 실시예에서, 다운믹서(188)는 필터링된 출력을 두 개의 출력 신호(190)로 결합한다. 대안의 실시에에서, 다운믹서(188)는 더 적거나 더 많은 출력 신호(190)를 제공한다.
도 5는 청취자(102)가 헤드폰(124)으로부터의 사운드를 듣고 있는, 예시적인 상황(120)과 유사한 예시적인 상황(200)을 도시한다. 헤드폰(124)에서의 서라운드 사운드 효과는 위치 필터링(positional-filtering)에 의해 시뮬레이션(시뮬레이션된 가상 스피커(210)에 의해 도시됨)된다. 오디오 디바이스(도시되지 않음)로부터 헤드폰(124)에 제공되는 출력 신호(214)로 인해 청취자(102)는 헤드폰(124)의 좌측 및 우측 스피커로만 들으면서 서라운드 사운드 효과를 경험할 수 있다.
예시적인 서라운드 사운드 구성(200)에 대하여, 위치 필터링은 5개의 사운드 소스(예를 들어, 5.1 서라운드 디코더의 5 채널로부터)를 처리하도록 구성될 수 있다. 사운드 소스(예를 들어, 5개의 가상 스피커(210)로 이루어짐)의 위치에 관한 정보는 일부 실시예에서 도 4의 위치 필터(186)에 의해 제공된다.
하나의 특정 구현예에서, 각각의 입력(180)에 대하여 두 개의 위치 필터가 채용된다. 결과적으로, 이러한 구현예에서는 두 개의 위치 필터가 각각의 가상 스피커(210)마다 사용된다. 하나의 실시예에서, 두 개의 위치 필터 중 하나는 좌측 귀에 의해 인식되는 사운드에 대응하고, 다른 하나는 우측 귀에 의해 인식되는 사운드에 대응한다. 따라서, 도 5는 점선(222, 224)이 각각의 가상 스피커(210)로부터 연장하는 것으로 도시한다. 점선(222)은 사운드가 가상 스피커(210)로부터 청취자의 좌측 귀(232)에 제공되는 것을 나타내고, 점선(224)은 사운드가 우측 귀(234)에 제공되는 것을 나타낸다. 실제 스피커는 보통 양측 귀에 의해 들리기 때문에, 이러한 페어링(pairing) 메커니즘의 특정 실시예는 시뮬레이션된 가상 스피커 위치 의 사실성을 향상시킨다.
도 6 내지 도 8은 위치 오디오 엔진의 보다 상세한 예시적인 실시예들을 도시한다. 구체적으로, 도 6은 5.1 채널 서라운드 시스템에 사용될 수 있는 위치 오디오 엔진(300)을 도시한다. 도 7은 6.1 채널 서라운드 시스템에 사용될 수 있는 위치 오디오 엔진(400)을 도시한다. 마찬가지로, 도 8은 7.1 채널 서라운드 시스템에 사용될 수 있는 위치 오디오 엔진(500)을 도시한다. 도 6 내지 도 8에 도시된 위치 오디오 엔진(300, 400, 및 500)의 다양한 블록들은 하드웨어 컴포넌트, 소프트웨어 컴포넌트, 또는 양자의 조합으로서 구현될 수 있다. 특정 실시예에서, 도 6 내지 도 8 중 하나 이상의 도면은 오디오 신호를 처리하기 위한 방법을 도시한다.
도 6을 참조하면, 위치 오디오 엔진(300)은 다채널 디코더(302)로부터 입력(304)을 수신한다. 도시된 실시예에서, 6개의 입력(304)이 제공되고, 다채널 디코더(302)는 5.1 채널 디코더이다. 입력(304)은 좌측, 센터, 우측, 서브우퍼, 좌측 서라운드, 및 우측 서라운드 스피커를 포함한, 5.1 서라운드 사운드 시스템에서의 상이한 스피커 위치에 대응한다.
입력(304)은 입력 이득 뱅크(306)에 제공된다. 도시된 실시예에서, 입력 이득 뱅크(306)는 입력(304)을 -6 dB(데시벨) 만큼 감쇄(attenuate)시킨다. 입력(304)을 감쇄시키는 것은 추가된 헤드룸(headroom)을 제공하며, 이는 추후의 신호 처리에 대하여 압축이나 왜곡(distortion) 없이 보다 높은 가능한 신호 레벨이다. 입력 이득 뱅크(304)는 좌측 출력(314), 센터 출력(316), 우측 출력(318), 서브우퍼 출력(320), 좌측 서라운드 출력(322), 및 우측 서라운드 출력(324)을 제공 한다.
프리믹서(308)는 입력 이득 뱅크(306)로부터 출력을 수신한다. 프리믹서(308)는 합산기(310, 312)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 프리믹서(308)는 합산기(310)를 통하여 센터 출력(316)을 좌측 출력(314)과 결합하여 좌측 센터 출력(326)을 생성한다. 마찬가지로, 프리믹서(308)는 합산기(312)를 통하여 센터 출력(316)을 좌측 출력(318)과 결합하여 우측 센터 출력(328)을 생성한다. 유리하게는, 센터 출력(316)을 좌측 및 우측 출력(314, 318)과 프리믹싱함으로써, 프리믹서(308)는 좌측, 센터, 및 우측 사운드를 혼합한다. 그 결과, 이들 사운드는 센터 채널에 대한 추가의 처리 없이 각각 가상의 좌측, 센터, 또는 우측 스피커로부터 오는 것으로서 보다 정확하게 인식될 수 있다. 그러나, 도시된 실시예에서, 프리믹서(308)는 서브우퍼, 좌측 서라운드, 및 우측 서라운드 출력(320, 322, 324)을 믹싱하지 않는다. 대안으로서, 프리믹서(308)는 이들 출력(320, 322, 324) 중 하나 이상의 출력에 대해 일부 믹싱을 수행한다.
프리믹서(308)는 하나 이상의 위치 필터(330)에 출력 중 적어도 일부를 제공한다. 구체적으로, 좌측 센터 출력(326)은 전방(front) 좌측 위치 필터(332)에 제공되고, 좌측 출력(314)은 전방 우측 위치 필터(334)에 제공된다. 우측 출력(318)은 전방 좌측 위치 필터(336)에 제공되고, 우측 센터 출력(328)은 전방 우측 위치 필터(338)에 제공된다. 마찬가지로, 좌측 서라운드 출력(322)은 후방(rear) 좌측 위치 필터(340) 및 후방 우측 위치 필터(342) 둘 다에 제공되고, 우측 서라운드 출력(324)은 후방 좌측 위치 필터(344) 및 후방 우측 위치 필터(346) 둘 다에 제공된 다. 대조적으로, 도시된 실시예에서 서브우퍼 출력(320)은 위치 필터(330)에 제공되지 않지만, 대안의 구현예에서 서브우퍼 출력(320)이 위치 필터(330)에 제공될 수도 있다.
위치 필터(330)는 가상 스피커 위치를 시뮬레이션하도록 쌍을 이루어 결합될 수 있다. 한 쌍의 위치 필터(330) 내에서, 하나의 위치 필터(330)는 청취자의 좌측 귀에서 들리는 가상 스피커 위치를 나타내고, 다른 하나의 위치 필터(330)는 우측 귀에서 들리는 가상 스피커 위치를 나타낸다. 실제 스피커는 보통 양측 귀에 의해 들리기 때문에, 이러한 페어링 메커니즘의 특정 실시예는 시뮬레이션된 가상 스피커 위치의 사실성을 향상시킨다.
특정 위치 필터(330) 쌍을 참조하면, 전방 좌측 위치 필터(332) 및 전방 우측 위치 필터(334)는 가상의 전방 좌측 스피커에 대응한다. 전방 좌측 위치 필터(336) 및 전방 우측 위치 필터(338)는 가상의 전방 우측 스피커에 대응한다. 전방 좌측 위치 필터(332, 336)는 가상의 전방 스피커의 좌측 채널에 대응하고, 전방 우측 위치 필터(334, 338)는 가상의 전방 스피커의 우측 채널에 대응한다. 마찬가지로, 후방 좌측 위치 필터(340) 및 후방 우측 위치 필터(342)는 좌측 서라운드 가상 스피커에 대응하고, 후방 좌측 위치 필터(344) 및 후방 우측 위치 필터(346)는 우측 서라운드 가상 스피커에 대응한다. 후방 좌측 위치 필터(340, 344) 및 후방 우측 위치 필터(342, 346)는 각각 가상의 좌측 및 우측 서라운드 스피커 위치의 좌측 및 우측 채널에 대응한다.
센터 출력(316)은 좌측 및 우측 출력(314, 318)과 믹싱되고, 그리하여 전방 좌측 위치 필터(332) 및 전방 우측 위치 필터(338)는 가상의 센터 스피커로부터의 좌측 및 우측 채널에 대응한다. 그 결과, 전방 좌측 및 전방 우측 위치 필터(332, 338)는 다수 쌍의 가상 스피커 위치를 발생시키는데 사용된다. 결과적으로, 5개의 가상 스피커를 나타내는데 10개의 위치 필터(330)를 사용하는 것이 아니라, 위치 오디오 엔진(300)은 8개의 위치 필터(330)를 채용한다. 대안의 실시예에서, 별개의 위치 필터(330)가 가상의 센터 스피커 위치에 사용될 수 있다.
위치 필터(330)의 출력(350)은 다운믹서(360)에 제공된다. 다운믹서(188)는 이득 블록(362, 363, 368, 370), 합산기(364, 366, 372), 및 잔향(reverberation) 컴포넌트(374)를 포함한다. 다운믹서(188)의 다양한 컴포넌트는 필터링된 출력(350)을 좌측 채널 출력(380) 및 우측 채널 출력(382)을 포함한 두 개의 출력으로 다운믹싱한다.
출력(350)은 이득 블록(362)을 통과한다. 이득 블록(362)은, 존재할 수 있으며 위치 필터(330) 중 하나 이상의 적용에 의해 고려되지 않는 임의의 IID(interaural intensity difference)를 고려하도록, 개별적으로 좌측 및 우측 채널을 조정한다. 일 실시예에서, 다양한 이득 블록(362)은 IID를 보상하도록 상이한 값을 가질 수 있다. IID를 고려한 이러한 조정은 사운드 소스가 청취자에 대한 좌측 스피커 위치에 위치되어 있는지 우측 스피커 위치에 위치되어 있는지 판정하는 것을 포함한다. 조정은 사운드 소스와 반대 측에 있는 좌측 필터링 신호나 우측 필터링 신호를 더 약한 신호로서 할당하는 것을 더 포함한다.
다양한 이득 블록(362)은 출력을 합산기(364)에 제공한다. 합산기(364a)는 전방 좌측 위치 필터(332, 336)의 이득된(gained) 출력을 결합하여 각각의 가상 전방 스피커로부터의 좌측 채널 출력을 생성한다. 합산기(364b)는 마찬가지로 전방 우측 위치 필터(334, 338)의 이득된 출력을 결합하여 각각의 가상 전방 스피커로부터의 우측 채널 출력을 생성한다. 합산기(364c 및 364d)는 마찬가지로 좌측 서라운드 및 우측 서라운드 가상 스피커로부터의 좌측 및 우측 출력에 각각 대응하는 이득된 위치 필터 출력을 결합한다.
합산기(366a)는 전방 좌측 위치 필터(332, 336)의 이득된 출력을 좌측 서라운드 위치 필터(340, 344)의 이득된 출력과 결합하여 좌측 채널 신호(367a)를 생성한다. 합산기(366b)는 전방 우측 위치 필터(334, 338)의 이득된 출력을 우측 서라운드 위치 필터(342, 346)의 이득된 출력과 결합하여 우측 채널 신호(367b)를 생성한다.
좌측 및 우측 채널 신호(367a, 367b)는 출력 신호(367a, 367b)에 잔향 효과를 제공하도록 잔향 컴포넌트(374)에 의해 더 처리된다. 잔향 컴포넌트(374)는, 사운드 이미지를 헤드 밖으로 이동시키는 효과를 향상시키고 또한 사운드 이미지를 3D 공간으로 더 공간화(spatialize)하도록, 다양한 구현예에서 사용된다. 그 다음, 좌측 및 우측 채널 신호(367a, 367b)는 값 1-G1을 갖는 이득 블록(370a, 370b)에 의해 승산된다. 이와 병행하여, 좌측 및 우측 채널 신호(367a, 367b)는 값 G1을 갖는 이득 블록(368b)에 의해 승산된다. 그 후에, 이득 블록(368a, 368b) 및 이득 블록(370a, 370b)의 출력은 합산기(372a, 372b)에서 결합되어 좌측 채널 출력(380) 및 우측 채널 출력(382)을 생성한다.
따라서, 다양한 실시예의 위치 오디오 엔진(300)은 서라운드 사운드 시스템 및 필터에 대응하는 다수의 입력을 수신하고 입력들을 결합하여 사운드의 2 채널을 제공한다. 그리하여 다양한 실시예의 위치 오디오 엔진(300)은 헤드폰 또는 기타 2 스피커 청취 디바이스의 청취 경험을 향상시킨다.
도 7을 참조하면, 6.1 채널 서라운드 시스템에 채용될 수 있는 위치 오디오 엔진(400)이 도시되어 있다. 6.1 채널 서라운드 시스템의 하나의 구현예에서는, 5.1 서라운드 시스템의 모든 채널이 포함되고, 추가의 센터 서라운드 채널이 포함된다. 따라서, 위치 오디오 엔진(400)은 5.1 서라운드 시스템의 좌측, 우측, 센터, 좌측 서라운드, 및 우측 서라운드 채널에 대응하는 위치 오디오 엔진(300)의 많은 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 위치 오디오 엔진(400)은 프리믹서(408), 위치 필터(430), 및 다운믹서(460)를 포함한다.
하나의 실시예에서 프리믹서(408)는 도 6의 프리믹서(308)와 유사하다. 프리믹서(308)에 의해 수행되는 기능에 더하여, 프리믹서(408)는 합산기(402, 404)를 포함한다. 도 6의 프리믹서(308)에 제공되는 출력 이외에도, 프리믹서(408)는 이득된 센터 서라운드 채널에 대응하는 센터 서라운드 출력(410)을 수신한다.
프리믹서(408)는 합산기(402)를 통하여 센터 서라운드 출력(410)을 좌측 서라운드 출력(332)과 결합하여 좌측 서라운드 센터 출력(432)을 생성한다. 마찬가지로, 프리믹서(408)는 합산기(404)를 통하여 센터 서라운드 출력(410)을 우측 서라운드 출력(324)과 결합하여 우측 서라운드 센터 출력(434)을 생성한다. 유리하게는, 센터 서라운드 출력(410)을 좌측 및 우측 서라운드 출력(322, 324)과 프리믹싱 함으로써, 프리믹서(408)는 좌측, 센터, 및 우측 서라운드 사운드를 혼합한다. 그 결과, 이들 사운드는 센터 서라운드에 대한 추가의 처리 없이 각각 가상의 좌측, 센터, 또는 우측 서라운드 스피커로부터 오는 것으로서 보다 정확하게 인식될 수 있다.
위치 필터(430)를 참조하면, 위치 필터(430)의 일부 또는 전부는 도 6에 도시된 위치 필터(330)와 동일하거나 실질적으로 동일하다. 대안으로서, 위치 필터(430) 중 특정 위치 필터가 위치 필터(330)와 상이할 수 있다. 그러나, 위치 필터(430) 중 특정 위치 필터는 또한 추가의 센터 서라운드 출력(410)을 처리하기도 한다. 도시된 실시예에서, 센터 서라운드 출력(410)은 좌측 및 우측 서라운드 출력(322, 324)과 믹싱되고, 좌측 서라운드 위치 필터(440) 및 우측 서라운드 위치 필터(448)에 제공된다. 이들 필터(440, 448)는 또한 좌측 및 우측 서라운드 출력(322, 324)을 필터링하는데 사용된다. 그 결과, 좌측 및 우측 서라운드 위치 필터(440, 448)는 다수 쌍의 가상 스피커 위치를 발생시키는데 사용된다.
결과적으로, 6개의 가상 스피커를 나타내는데 12개의 위치 필터(430)를 사용하는 것이 아니라, 위치 오디오 엔진(400)은 8개의 위치 필터(430)를 채용한다. 그러나, 대안의 실시예에서 별개의 위치 필터(430)가 센터 및 센터 서라운드 가상 스피커 위치에 사용될 수도 있다.
다양한 위치 필터(430)는 필터링된 출력(450)을 다운믹서(460)에 제공한다. 도시된 실시예에서 다운믹서(460)는 상기 도 6에 대하여 설명된 다운믹서(360)와 동일한 컴포넌트를 포함한다. 다운믹서(360)에 의해 수행되는 기능에 더하여, 다운 믹서(460)는 필터링된 센터 서라운드 출력을 좌측 및 우측 채널 신호(367a, 367b) 둘 다로 믹싱한다.
도 8은 7.1 채널 서라운드 시스템에 채용될 수 있는 위치 오디오 엔진(500)이 도시되어 있다. 7.1 채널 서라운드 시스템의 하나의 구현예에서는, 5.1 서라운드 시스템의 모든 채널이 포함되고, 추가의 좌측 백 및 우측 백 채널이 포함된다. 따라서, 위치 오디오 엔진(500)은 5.1 서라운드 시스템의 채널, 즉 좌측, 우측, 센터, 좌측 서라운드, 및 우측 서라운드 채널에 대응하는 위치 오디오 엔진(300)의 많은 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 위치 오디오 엔진(500)은 프리믹서(508), 위치 필터(530), 및 다운믹서(560)를 포함한다.
하나의 실시예에서 프리믹서(508)는 도 6의 프리믹서(308)와 유사하다. 프리믹서(308)에 의해 수행되는 기능에 더하여, 프리믹서(508)는 지연 블록(506), 이득 블록(514), 및 합산기(520)를 포함한다. 도 6의 프리믹서(308)에 제공되는 출력 이외에도, 프리믹서(508)는 이득된 좌측 백 및 우측 백 채널에 대응하는 좌측 백 출력(502) 및 우측 백 출력(504)을 각각 수신한다.
지연 블록(506)은 지연된 신호를 이득 블록(514)에 제공하는 컴포넌트이다. 지연 블록(506)은 입력 이득 뱅크(306)로부터 출력 신호를 수신한다. 구체적으로, 좌측 서라운드 출력(322)이 지연 블록(506a)에 제공되고, 좌측 백 출력(502)이 지연 블록(506b)에 제공되고, 우측 백 출력(504)이 지연 블록(506d)에 제공되고, 우측 서라운드 출력(324)이 지연 블록(506c)에 제공된다. 다양한 지연 블록(506)은 청취자에 대한 3D 공간에서의 가상 스피커의 공간적 위치에 기초하여 ITD(interaural time difference)를 시뮬레이션하는데 사용된다.
지연 블록(506)은 지연된 출력 신호(322, 324, 502, 504)를 이득 블록(514)에 제공한다. 구체적으로, 좌측 서라운드 출력(322)은 이득 블록(514a)에 제공되고, 좌측 백 출력(502)은 이득 블록(514b 및 514c)에 제공되고, 우측 백 출력(504)는 이득 블록(514e 및 514f)에 제공되고, 우측 서라운드 출력(324)은 이득 블록(514d)에 제공된다. 이득 블록(514)은 3D 공간에서 상이한 위치에 배치되어 있는 가상 서라운드 및 백 스피커로부터 IID를 조정하는데 사용된다.
그 후에, 이득 블록(514)은 이득된 출력 신호(322, 324, 502, 504)를 합산기(520)에 제공한다. 합산기(520a)는 지연된 좌측 서라운드 출력(322)을 지연된 좌측 백 출력(502)과 믹싱한다. 합산기(520b)는 좌측 서라운드 출력(322)을 좌측 백 출력(502)과 믹싱한다. 합산기(520c)는 우측 서라운드 출력(324)을 우측 백 출력(504)과 믹싱한다. 마지막으로, 합산기(520d)는 지연된 우측 서라운드 출력(324)을 지연된 우측 백 출력(504)과 믹싱한다.
합산기(520)는 결합된 출력을 위치 필터(540, 542, 546, 및 548)에 제공한다. 도시된 실시예에서 위치 필터의 일부 또는 전부는 도 6에 도시된 위치 필터(330)와 동일하거나 실질적으로 동일하다. 대안으로서, 위치 필터(530) 중 특정 위치 필터는 위치 필터(330)와 상이할 수 있다. 그러나, 위치 필터(530) 중 특정 위치 필터는 또한 합산기(520)로부터 수신된 지연 및 미지연된(non-delayed) 좌측 및 우측 백 출력(502, 504)을 처리하기도 한다. 도시된 실시예에서, 믹싱된 지연 좌측 서라운드 출력(322) 및 지연 좌측 백 출력(502)은 후방 우측 위치 필터(540) 에 제공된다. 믹싱된 지연 우측 서라운드 출력(324) 및 지연 우측 백 출력(504)은 후방 좌측 위치 필터(548)에 제공된다. 마찬가지로, 믹싱된 좌측 서라운드 출력(322) 및 좌측 백 출력(502)은 후방 좌측 위치 필터(542)에 제공되고, 믹싱된 우측 서라운드 출력(324) 및 우측 백 출력(504)은 후방 우측 위치 필터(546)에 제공된다.
그리하여, 4개의 출력 신호(322, 324, 502, 504) 각각은 4개의 위치 필터(540, 542, 546, 548) 중 하나에 두 번 제공된다. 그 결과, 이들 위치 필터(540, 542, 546, 548)는 다수 쌍의 가상 스피커 위치를 발생시키는 데 사용된다. 따라서, 7개의 가상 스피커를 나타내는데 14개의 위치 필터(530)를 사용하는 것이 아니라, 위치 오디오 엔진(500)은 8개의 위치 필터(530)를 채용한다. 그러나, 대안의 실시예에서 별개의 위치 필터(530)가 좌측 백 및 우측 백 가상 스피커 위치에 사용될 수도 있다.
다양한 위치 필터(530)는 필터링된 출력(550)을 다운믹서(560)에 제공한다. 도시된 실시예에서 다운믹서(560)는 상기 도 6에 대하여 설명된 다운믹서(360)와 동일한 컴포넌트를 포함한다. 다운믹서(360)에 의해 수행되는 기능에 더하여, 다운믹서(560)는 필터링된 센터 서라운드 출력을 좌측 및 우측 채널 신호(367a, 367b) 둘 다로 믹싱한다.
도 9 내지 도 12는 위치 오디오 엔진(300, 400, 및 500)의 위치 필터(330, 430, 530)의 보다 구체적인 실시예를 도시한다. 위치 필터(330, 430, 530)는 3개의 개별 컴포넌트 필터(610)를 포함하는 것으로서 도시되어 있으며, 이들은 합산 기(605)에서 모두 함께 결합되어 단일 위치 필터(330, 430, 또는 530)를 형성한다. 도시된 실시예에서는 12개의 컴포넌트 필터(610)가 도시되어 있고, 위치 필터(330, 430, 및 530)를 생성하는데 12개의 컴포넌트 필터(610)의 다양한 조합이 사용된다. 12개의 컴포넌트 필터(610)의 예시적인 그래픽 도면이 도시되고, 아래에 도 13 내지 도 24와 관련하여 설명된다.
도 9 내지 도 12는 12개의 컴포넌트 필터(610)의 구성을 도시하지만, 대안의 실시예에서 다른 구성이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 12개보다 더 많거나 더 적은 컴포넌트 필터(610)가 위치 필터(330, 430, 530)를 구성하도록 채용될 수 있다. 예를 들어, 1개, 2개, 또는 그 이상의 컴포넌트 필터(610)가 위치 필터를 형성하는데 사용될 수 있다. 도시된 12개의 컴포넌트 필터(610)는, 상이한 컴포넌트 필터(610)가 도시된 바와 다른 구성의 위치 필터(330, 430, 530)에 제공되도록 재배열될 수도 있다. 추가적으로, 컴포넌트 필터(610) 중 하나 이상의 컴포넌트 필터가 하나 이상의 다른 필터로 교체될 수 있으며, 이는 여기에서 도시되거나 설명되지 않는다. 또 다른 실시예에서, 위치 필터(330, 430, 530) 중 하나 이상의 위치 필터는 컴포넌트 필터(610)의 조합으로부터 형성되는 것이 아니라 맞춤형 필터 커널(kernel)로부터 형성된다. 더욱이, 하나의 실시예에서, 도시된 컴포넌트 필터(610)는 특정 HRTF로부터 유도된다. 컴포넌트 필터(610)는 또한 상이한 HRTF로부터 유도된 다른 필터로 교체될 수도 있다.
도시된 컴포넌트 필터(610) 중에는, 대역 소거 필터(band-stop filter), 대역 통과 필터(band-pass filter), 및 고역 통과 필터(high pass filter)를 포함하 는 3가지 유형이 존재한다. 또한, 도시되지 않았지만, 일부 실시예에서 저역 통과 필터(low pass filter)가 채용된다. 컴포넌트 필터(610)의 특성은 원하는 위치 필터(330, 430, 또는 530)를 생성하도록 다양할 수 있다. 이들 특성은 차단(cutoff) 주파수, 대역폭, 진폭, 감쇄, 위상, 롤오프(rolloff), Q 팩터(factor) 등을 포함할 수 있다. 더욱이, 컴포넌트 필터(610)는 컴포넌트 필터(610)의 퓨리에(Fourier), 라플라스(Laplace), 또는 Z-변환(Z-transform) 표현에 따른 단극 또는 다극 필터로서 구현될 수 있다.
보다 구체적으로, 대역 소거 컴포넌트 필터(610)의 다양한 구현예는 특정 주파수를 소거하거나 감쇄시키고 그 외에는 통과시킨다. 특정 주파수를 감쇄시키는 소거대역(stopband)의 폭은 특정 주파수를 덜 강조(deemphasize)하도록 조정될 수 있다. 마찬가지로, 통과대역(passband)은 특정 주파수를 강조(emphasize)하도록 조정될 수 있다. 유리하게는, 대역 소거 컴포넌트 필터(610)는 청취자가 이들 주파수를 가상 스피커 위치와 연관시키도록 사운드 주파수를 형상화(shape)한다.
유사한 속성으로, 대역 통과 컴포넌트 필터(610)의 다양한 구현예는 특정 주파수를 통과시키고 그 외에는 감쇄시킨다. 통과대역의 폭은 특정 주파수를 강조하도록 조정될 수 있고, 소거대역은 특정 주파수를 덜 강조하도록 조정될 수 있다. 따라서, 대역 소거 컴포넌트 필터(610)와 같이, 대역 통과 컴포넌트 필터(610)는 청취자가 이들 주파수를 가상 스피커 위치와 연관시키도록 사운드 주파수를 형상화한다.
고역 통과 또는 저역 통과 컴포넌트 필터(610)의 다양한 구현예도 또한 특정 주파수를 통과시키고 그 외에는 감쇄시킨다. 이들 필터의 통과대역의 폭은 특정 주파수를 강조하도록 조정될 수 있고, 소거대역은 특정 주파수를 덜 강조하도록 조정될 수 있다. 따라서 고역 및 저역 통과 컴포넌트 필터(610)도 또한 청취자가 이들 주파수를 가상 스피커 위치와 연관시키도록 사운드 주파수를 형상화한다.
도 9에서의 위치 필터(330)의 특정 예를 참조하면, 전방 좌측 위치 필터(332)는 대역 소거 필터(602), 대역 통과 필터(604), 및 고역 통과 필터(606)를 포함한다. 전방 우측 위치 필터(334)는 대역 소거 필터(608), 대역 소거 필터(612), 및 대역 소거 필터(614)를 포함한다. 전방 좌측 위치 필터(336)는 대역 소거 필터(608), 대역 소거 필터(610), 및 대역 소거 필터(612)를 포함한다. 전방 우측 위치 필터(338)는 대역 소거 필터(612), 대역 통과 필터(604), 및 고역 통과 필터(606)를 포함한다.
도 10에서의 위치 필터(330)의 특정 예를 참조하면, 후방 좌측 위치 필터(340)는 대역 소거 필터(642), 대역 통과 필터(644), 및 대역 소거 필터(646)를 포함한다. 후방 우측 위치 필터(342)는 대역 소거 필터(648), 대역 통과 필터(650), 및 대역 소거 필터(652)를 포함한다. 후방 좌측 위치 필터(344)는 대역 소거 필터(648), 대역 통과 필터(650), 및 대역 소거 필터(652)를 포함한다. 후방 우측 위치 필터(346)는 대역 소거 필터(642), 대역 통과 필터(644), 및 대역 소거 필터(646)를 포함한다.
도 11에서의 위치 필터(430)의 특정 예를 참조하면, 예시적인 좌측 서라운드 위치 필터(440)는 후방 좌측 위치 필터(340)와 동일한 컴포넌트 필터(610)를 포함 한다. 우측 서라운드 위치 필터(442)는 후방 우측 위치 필터(342)와 동일한 컴포넌트 필터(610)를 포함한다. 마찬가지로, 좌측 서라운드 위치 필터(446)는 후방 좌측 위치 필터(344)와 동일한 컴포넌트 필터(610)를 포함하고, 우측 서라운드 위치 필터(448)는 후방 우측 위치 필터(346)와 동일한 컴포넌트 필터(610)를 포함한다.
도 12에서의 위치 필터(530)의 특정 예를 참조하면, 후방 우측 위치 필터(540)는 대역 소거 필터(648), 대역 통과 필터(650), 및 대역 소거 필터(652)를 포함한다. 후방 좌측 위치 필터(542)는 대역 소거 필터(642), 대역 통과 필터(644), 및 대역 소거 필터(646)를 포함한다. 후방 우측 위치 필터(546)는 대역 소거 필터(642), 대역 통과 필터(644), 및 대역 소거 필터(646)를 포함한다. 마지막으로, 후방 좌측 위치 필터(548)는 대역 소거 필터(648), 대역 통과 필터(650), 및 대역 소거 필터(652)를 포함한다.
도 13 내지 도 24는 컴포넌트 필터(610)의 실시예들의 그래프를 도시한다. 각각의 예시적인 그래프는 예시적인 컴포넌트 필터에 대응한다. 따라서, 도 13의 그래프(702)는 컴포넌트 필터(602)에 사용될 수 있고, 도 14의 그래프(704)는 컴포넌트 필터(604)에 사용될 수 있고, 컴포넌트 필터(652)에 사용될 수 있는 도 24의 그래프(752)까지의 기타 그래프도 마찬가지이다. 다른 실시예에서, 상이한 필터 특성을 제공하기 위해 다양한 컴포넌트 필터(620)가 재배열되거나 교체되거나 변경되도록, 다양한 그래프가 변경되거나 다른 그래프로 바뀔 수 있다.
그래프는 대수의(logarithmic) 주파수 척도(840) 및 진폭 척도(850)에 대해 작성된다. 위상 그래프는 도시되지 않았지만, 하나의 실시예에서, 각각의 도시된 그래프는 대응하는 위상 그래프를 갖는다. 상이한 그래프들은, 사운드의 특정 부분을 강조하고 그 외에는 덜 강조하기 위해 서로 다른 필터가 서로 다른 진폭을 가질 수 있음을 반영하는 다양한 크기의 척도(850)를 가질 수 있다.
도시된 실시예에서, 각각의 그래프는 통과대역(820) 및 소거대역(830)을 갖는 트레이스(810)를 도시한다. 도시된 그래프의 일부에서는, 통과대역(820)과 소거대역(830) 간의 전이가 덜 명백하기 때문에, 통과대역(820) 및 소거대역(830)이 덜 뚜렷하다. 통과대역(820) 및 소거대역(830)을 포함함으로써, 트레이스(810)는 어떻게 컴포넌트 필터(610)가 특정 주파수를 강조하고 그 외에는 덜 강조하는지를 그래픽적으로 도시한다.
보다 상세한 예를 참조하면, 도 13의 그래프(702)는 예시적인 대역 통과 필터를 도시한다. 트레이스(810a)는 20 Hz에서 -42와 -46 dBu(0.775볼트 RMS(root-mean square)에 대한 전압 비율의 데시벨) 사이에 감쇄하는 필터를 도시한다. 트레이스(810a)는 그 다음 4와 5 kHz 사이에서 대략 0 내지 -2 dBu까지 상승하며, 그 후에 20 kHz에서 대략 -18 내지 -22 dBu로 하강한다. 차단 주파수, 예를 들어 트레이스(810a)가 트레이스(810a)의 최대값 아래로 3 dBu인 주파수는 대략 2.2 kHz 내지 2.5 kHz에서 그리고 대략 8 kHz 내지 9 kHz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820a)은 대략 2.2-2,5 kHz 내지 대략 8-9 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 대략 20 Hz 내지 2.2-2.5 kHz 및 대략 8-9 kHz 내지 20kHz 범위의 주파수는 소거대역(830)에 속한다.
도 14의 그래프(704)는 예시적인 대역 소거 필터를 도시한다. 트레이 스(810b)는 20 Hz에서 대략 175-250 Hz까지 대략 -7 내지 -8 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810b)는 대략 700-800 Hz에서 대략 -26 내지 -28 dBu 감쇄로 롤오프(roll off)한다. 그 후에, 트레이스(810b)는 대략 2 kHz 내지 4 kHz에서 -7과 -8 dBu 사이로 올라가고, 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 480-520 Hz 및 980-1200 Hz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820b)은 대략 20 Hz 내지 480-520 Hz 및 980-1200 Hz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830b)은 대략 480-520 Hz 내지 980-1200 Hz 범위의 주파수를 포함한다.
도 15의 그래프(706)는 예시적인 고역 통과 필터를 도시한다. 트레이스(810c)는 대략 35 내지 40 Hz에서 대략 -50 dBu의 값을 갖는 필터를 도시한다. 트레이스(810c)는 그 다음 대략 400 내지 600 Hz에서 대략 -10과 -12 dBu 사이의 값으로 올라간다. 그 후에, 트레이스(810c)는 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 290-330 Hz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820c)은 대략 290-330 Hz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함하고, 소거대역(830c)은 대략 20 Hz 내지 290-330 Hz 범위의 주파수를 포함한다.
도 16의 그래프(708)는 대역 소거 필터의 다른 예를 도시한다. 트레이스(810d)는 20 Hz에서 대략 60 내지 100 Hz 까지 대략 -13 내지 -14 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810d)는 대략 500 내지 550 Hz에서 -48 dBu 감쇄보다 더 크게 롤오프한다. 그 후에, 트레이스(810d)는 대략 2.5 kHz와 5 kHz 사이에서 -13과 -14 dBu 사이로 올라가고, 적어도 20 kHz 까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 230-270 Hz 및 980-1200 Hz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820d)은 대략 20 Hz 내지 290-330 Hz 및 980-1200 Hz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830d)은 대략 290-330 Hz 내지 980-1200 Hz 범위의 주파수를 포함한다.
도 17의 그래프(710)도 또한 예시적인 대역 소거 필터를 도시한다. 트레이스(810e)는 20 Hz에서 대략 4 내지 7 kHz까지 대략 -16 내지 -17 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810e)는 대략 10 내지 12 kHz에서 -32 dBu 감쇄보다 더 크게 롤오프한다. 그 후에, 트레이스(810e)는 대략 13 내지 16 kHz에서 -16과 -17 dBu 사이로 올라라고, 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 8.8-9.2 kHz 및 12-14 kHz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820e)은 대략 20 Hz 내지 8.8-9.2 kHz 및 12-14 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830e)은 대략 8.8-9.2 kHz 내지 12-14 kHz 범위의 주파수를 포함한다.
도 18의 그래프(712)는 또 다른 예시적인 대역 소거 필터를 도시한다. 트레이스(810f)는 20 Hz에서 대략 500 Hz 내지 1 kHz 까지 대략 -7 내지 -8 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810f)는 1.6 kHz 내지 2 kHz에서 대략 -40 내지 -41 dBu 감쇄로 롤오프한다. 그 후에, 트레이스(810f)는 대략 3 kHz 내지 6 kHz에서 -7과 -8 dBu 사이로 올라가고, 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 480-1.5-1.8 Hz 및 2.3-2.5 Hz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820f)은 대략 20 Hz 내지 1.5-1.8 kHz 및 2.3-2.5 kHz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830f)은 대략 1.5-1.8 kHz 내지 2.3-2.5 kHz 범위의 주파수를 포함한다.
도 19의 그래프(742)는 다른 예시적인 대역 소거 필터를 도시한다. 트레이스(810g)는 20 Hz에서 대략 500 Hz 내지 900 Hz 까지 대략 -5 내지 -6 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810g)는 대략 1.4 kHz 내지 1.8 kHz에서 대략 -19 내지 -20 dBu 감쇄로 롤오프한다. 그 후에, 트레이스(810g)는 대략 3 kHz 내지 5 kHz에서 -5와 -6 dBu 사이로 올라가고, 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 1.4-1.6 kHz 및 1.7-1.9 kHz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820g)은 대략 20 Hz 내지 1.4-1.6 kHz 및 1.7-1.9 kHz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830g)은 대략 1.4-1.6 Hz 내지 1.7-1.9 kHz 범위의 주파수를 포함한다.
도 20의 그래프(744)는 추가의 예시적인 대역 소거 필터를 도시한다. 트레이스(810h)는 20 Hz에서 대략 2 kHz 내지 4 kHz까지 대략 -5 내지 -6 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810h)는 대략 5.5 kHz 내지 6 kHz에서 대략 -12 내지 -13 dBu 감쇄로 롤오프한다. 그 후에, 트레이스(810h)는 대략 9 kHz 내지 13 kHz에서 -5와 -6 dBu 사이로 올라가고, 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 5.5-5.8 kHz 및 6.5-6.8 kHz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820h)은 대략 20 Hz 내지 5.5-5.8 kHz 및 6.5-6.8 kHz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830h)은 대략 5.5-5.8 kHz 내지 6.5-6.8 kHz 범위의 주파수를 포함한다.
도 21의 그래프(746)는 예시적인 대역 통과 필터를 도시한다. 트레이스(810i)는 200 Hz에서 대략 -50 dBu에 감쇄하는 필터를 도시한다. 트레이스(810i)는 13 kHz와 17 kHz 사이에서 대략 -4 내지 -6 dBu까지 상승하며, 그 후에 20 kHz에서 대략 -18 내지 -20 dBu로 하강한다. 차단 주파수는 대략 11-13 kHz 및 15-17 Hz에서 발견된다. 통과대역(820i)은 대략 11-13 kHz 내지 대략 15-17 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 대략 20 Hz 내지 15-17 kHz 및 15-17 kHz 내지 20 kHz 범위의 주파수는 소거대역(830i)에 속한다.
도 22의 그래프(748)는 다른 예시적인 대역 소거 필터를 도시한다. 트레이스(810j)는 20 Hz에서 대략 500 Hz 내지 800 Hz 까지 대략 -7 내지 -8 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810j)는 대략 16 kHz 내지 18 kHz에서 대략 -40 내지 -41 dBu 감쇄로 롤오프한다. 그 후에, 트레이스(810j)는 대략 3 kHz 내지 5 kHz에서 -7과 -8 dBu 사이로 올라가고, 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 480-1.2-1.5 kHz 및 1.8-2.1 kHz에서 발견된다. 따라서 통과대역(820j)은 대략 20 Hz 내지 1.2-1.5 kHz 및 1.8-2.1 kHz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830j)은 대략 1.2-1.5 kHz 내지 1.8-2.1 kHz 범위의 주파수를 포함한다.
도 23의 그래프(750)는 대역 소거 필터의 또 다른 예를 도시한다. 트레이스(810k)는 20 Hz에서 대략 3-4 kHz까지 대략 -15 내지 -16 dBu의 크기를 갖는 필터를 도시하는데, 트레이스(810k)는 대략 6-6.5 kHz에서 대략 -43 내지 -44 dBu 감쇄로 롤오프한다. 그 후에, 트레이스(810k)는 대략 8-10 kHz에서 -5와 -16 dBu 사 이로 올라가고, 적어도 20 kHz까지 대략 동일한 크기로 남아 있는다. 차단 주파수는 대략 5.3-5.7 kHz 및 6.8-7.2 kHz에서 발견된다. 따라서, 통과대역(820k)은 대략 20 Hz 내지 5.3-5.7 kHz 및 6.8-7.2 kHz 내지 20 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 소거대역(830k)은 대략 5.3-5.7 kHz 내지 6.8-7.2 kHz 범위의 주파수를 포함한다.
도 24의 그래프(752)는 대역 통과 필터의 마지막 예를 도시한다. 트레이스(810L)는 400 Hz에서 -56과 -58 dBu 사이에 감쇄하는 필터를 도시한다. 필터는 14와 17 kHz 사이에서 대략 -19 내지 -20 dBu까지 상승하며, 그 후에 20 kHz에서 대략 -28 내지 -30 dBu로 하강한다. 차단 주파수는 대략 11-13 kHz 및 17-19 kHz에서 발견된다. 통과대역(820L)은 대략 11-13 kHz 내지 대략 17-19 kHz 범위의 주파수를 포함한다. 대략 20 Hz 내지 11-13 kHz 및 17-19 kHz 내지 20 kHz 범위의 주파수는 소거대역(830L)에 속한다.
도시된 예시적인 실시예들에서, 컴포넌트 필터(610)는 IIR 필터로 구현된다. 하나의 실시예에서, IIR 필터는 가중치된 입력과 이전의 출력을 합산하는 순환(recursive) 필터이다. IIR 필터는 순환형이기 때문에, 컨볼루션(convolution) 기반의 FIR 필터와 같은 다른 필터 유형보다 더 빠르게 계산될 수 있다. 따라서, IIR 필터의 일부 구현예는 종종 다른 디바이스보다 적은 처리 능력을 갖는 핸드헬드 디바이스 상에서 보다 용이하게 오디오 신호를 처리할 수 있다.
IIR 필터는 입력 신호가 출력 신호와 어떻게 관련되는지를 정의하는 차동(difference) 방정식에 의해 표현될 수 있다. 2차 IIR 필터에 대한 예시적인 차 동 방정식은 다음 형식을 갖는다:
Figure 112008070480348-PCT00001
(1)
여기서 xn은 입력 신호이고, yn은 출력 신호이고, bn은 피드포워드(feedforward) 필터 계수이고, an은 피드백(feedback) 필터 계수이다.
상기 설명된 예시적인 위치 오디오 엔진 중 특정 위치 오디오 엔진에서, 입력 신호 xn은 컴포넌트 필터(610)에의 입력이고, 출력 신호 yn은 컴포넌트 필터(610)의 출력이다. 도 13 내지 도 24에 도시된 12개의 예시적인 컴포넌트 필터(610)에 대한 예시적인 필터 계수(870)가 도 25에서의 표(860)에 나타나 있다. 예시적인 필터 계수에 대한 샘플링 레이트는 48 kHz이지만, 다른 샘플링 레이트도 사용될 수 있다.
표(860)에 나타낸 필터 계수(870)는 컴포넌트 필터(610)의 실시예와, 이어서 다양한 위치 필터(330, 430, 530)의 실시예가 가상 스피커 위치를 시뮬레이션할 수 있게 한다. 계수(870)는 서로 다른 가상 스피커 위치를 시뮬레이션하도록 또는 특정 가상 스피커 위치를 강조하거나 덜 강조하도록 다양화될 수 있다. 따라서, 예시적인 컴포넌트 필터(610)는 향상된 가상 청취 경험을 제공한다.
도 26 및 도 27은 위치 필터링의 다양한 기능성이 어떻게 구현될 수 있는지의 비한정적인 예시적인 구성을 도시한다. 도 26에 도시된 하나의 예시적인 시스템(910)에서, 위치 필터링은 3D 사운드 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)(920)로서 표시된 컴포넌트에 의해 수행될 수 있다. 이러한 API는 위치 필 터링 기능성을 제공하면서 운영 시스템(918)과 멀티미디어 애플리케이션(922) 사이의 인터페이스를 제공할 수 있다. 그 다음, 오디오 출력 컴포넌트(924)가 스피커 또는 헤드폰과 같은 출력 디바이스에 출력 신호(926)를 제공할 수 있다.
하나의 실시예에서, 3D 사운드 API(920)의 적어도 일부는 시스템(910)의 프로그램 메모리(916)에 상주할 수 있고, 프로세서(914)의 제어 하에 있을 수 있다. 하나의 실시예에서, 시스템(910)은 또한 청취자에게 시각적 입력을 제공할 수 있는 디스플레이(912) 컴포넌트를 포함할 수 있다. 디스플레이(912)에 의해 제공되는 시각적 큐(visual cue) 및 API(920)에 의해 제공되는 사운드 처리는 청취자/시청자에게의 오디오-시각적 효과를 향상시킬 수 있다.
도 27은 스피커 또는 헤드폰과 같은 디바이스에 위치 필터링된 신호(940)를 출력하는 오디오 출력 컴포넌트(938) 및 디스플레이 컴포넌트(932)도 포함할 수 있는 다른 예시적인 시스템(930)을 도시한다. 하나의 실시예에서, 시스템(930)은 위치 필터링을 위해 필요한 적어도 일부 정보를 갖는 데이터(934)에 대한 액세스 또는 내부 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터(934)로부터 프로세서(936)의 제어 하에 실행될 일부 애플리케이션(도시되지 않음)에 다양한 필터 계수 및 기타 정보가 제공될 수 있다. 다른 구성도 가능하다.
여기에 설명되는 바와 같이, 위치 필터링 및 관련 처리 기술의 다양한 특징은 과중한 연산 요건 없이도 사실적인 3차원 사운드 효과의 발생을 가능하게 한다. 이와 같이, 본 발명의 다양한 특징은 연산 능력 및 리소스가 제한될 수 있는 휴대용 디바이스에서의 구현에 특히 유용할 수 있다.
도 28은 위치 필터링의 다양한 기능성이 구현될 수 있는 휴대용 디바이스의 비한정적인 예를 도시한다. 도 28은 하나의 실시예에서 3D 오디오 기능성(956)이 휴대폰(950)과 같은 휴대용 디바이스에 구현될 수 있음을 보여준다. 수많은 휴대폰은 비디오 디스플레이(952) 및 오디오 출력(954)을 포함할 수 있는 멀티미디어 기능성을 제공한다. 하지만, 이러한 디바이스는 통상적으로 제한된 연산 능력 및 리소스를 갖는다. 따라서, 3D 오디오 기능성(956)은 휴대폰(950)의 사용자에게 향상된 청취 경험을 제공할 수 있다.
휴대용 뿐만 아니라 비휴대용 디바이스 상의 다른 구현예도 가능하다.
본 명세서에서의 설명에 있어서, 다양한 기능성이 컴포넌트 또는 모듈에 대하여 설명되고 도시된다. 이러한 도시는 설명을 위한 목적으로, 반드시 물리적 경계 또는 패키징 구성을 의미하는 것은 아니다. 이들 컴포넌트의 기능성은 단일 디바이스/소프트웨어, 개별 디바이스/소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 더욱이, 위치 필터와 같은 소정의 컴포넌트에 대하여, 그 기능성은 단일 디바이스/소프트웨어, 복수의 디바이스/소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
일반적으로, 프로세서는 예로써, 여기에 설명된 바와 같이 동작하는 데이터 및 명령을 나타내는 컴퓨터, 프로그램 로직, 또는 기타 기판 구성을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 프로세서는 컨트롤러 회로, 프로세서 회로, 프로세서, 범용 단일칩 또는 다수칩 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 내장형 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
또한, 하나의 실시예에서 프로그램 로직은 유리하게 하나 이상의 컴포넌트로서 구현될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 컴포넌트는 유리하게는 하나 이상의 프로세서 상에서 실행하도록 구성될 수 있다. 컴포넌트는 소프트웨어 또는 하드웨어 컴포넌트, 소프트웨어 모듈과 같은 모듈, 객체 지향형 소프트웨어 컴포넌트, 클래스 컴포넌트 및 태스크 컴포넌트, 프로세스 메쏘드, 함수, 속성, 절차, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이, 및 변수를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 개시된 실시예는 상기 개시된 실시예에 적용된 본 발명의 기본적인 신규 특징을 나타내고 설명하고 지적하였지만, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에 의해 상기 나타낸 디바이스, 시스템, 및/또는 방법 형태의 다양한 생략, 치환, 및 변경이 이루어질 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 범위는 전술한 설명에 한정되어서는 안 되고, 첨부된 청구범위에 의해 정의되어야 한다.

Claims (20)

  1. 일 세트의 헤드폰에 대하여 오디오 신호를 처리하는 방법으로서,
    각각이 청취자(listener)에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 복수의 오디오 신호 입력을 수신하는 단계;
    상기 오디오 신호 입력 중 둘 이상의 오디오 신호 입력을 믹싱(mixing)하여 복수의 믹싱 오디오 신호를 생성하는 단계;
    상기 믹싱 오디오 신호의 각각을 하나 이상의 위치 필터(positional filter)에 제공하는 단계로서, 상기 위치 필터 각각은 시뮬레이션된 청취 응답을 제공하도록 구성되는 헤드 관련 전달 함수(head-related transfer function)를 포함하는 것인, 제공 단계;
    믹싱되지 않은(unmixed) 오디오 신호로서 상기 오디오 신호 입력의 각각을 상기 복수의 위치 필터 중 하나 이상의 위치 필터에 전달하는 단계로서, 상기 믹싱 오디오 신호 및 상기 믹싱되지 않은 오디오 신호는 상기 각각의 오디오 신호 입력이 상기 위치 필터 중 둘 이상의 위치 필터에 믹싱 형태 및 믹싱되지 않은 형태로 제공되도록 배열되는 것인, 전달 단계;
    상기 믹싱 오디오 신호 및 상기 믹싱되지 않은 오디오 신호에 상기 위치 필터를 적용하여 복수의 좌측 채널 필터링 신호 및 복수의 우측 채널 필터링 신호를 생성하는 단계; 및
    일 세트의 헤드폰의 좌측 및 우측 출력 채널로부터 상기 복수의 사운드 소스 의 공간적 위치가 인식 가능하도록, 상기 복수의 좌측 채널 필터링 신호를 좌측 오디오 출력 신호로 다운믹싱(downmixing)하고 상기 복수의 우측 채널 필터링 신호를 우측 오디오 출력 신호로 다운믹싱하는 단계를 포함하는 오디오 신호 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각각의 오디오 신호 입력은 상기 위치 필터 중 두 개의 위치 필터에 믹싱 형태 또는 믹싱되지 않은 형태로 제공되는 것인 오디오 신호 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 오디오 신호 입력 중 하나 이상의 오디오 신호 입력은 상기 위치 필터에 믹싱 형태 및 믹싱되지 않은 형태 둘 다로 제공되는 것인 오디오 신호 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    센터 입력을 좌측 및 우측 입력 중 하나 이상의 입력과 믹싱하는 단계를 더 포함하는 오디오 신호 처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    센터 서라운드 입력을 좌측 서라운드 및 우측 서라운드 입력 중 하나 이상의 입력과 믹싱하는 단계를 더 포함하는 오디오 신호 처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 오디오 신호 입력 중 하나 이상의 오디오 신호 입력을 지연시키는 단계를 더 포함하는 오디오 신호 처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치 필터 중 하나 이상의 위치 필터는 대역 통과 필터, 대역 소거 필터, 고역 통과 필터, 및 저역 통과 필터로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 컴포넌트 필터를 포함하는 것인 오디오 신호 처리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치 필터 중 하나 이상의 위치 필터는 무한 임펄스 응답 필터인 것인 오디오 신호 처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간적 위치는 서라운드 사운드 시스템에서의 가상 스피커 위치를 포함하는 것인 오디오 신호 처리 방법.
  10. 오디오 신호를 처리하는 방법으로서,
    청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 다 수의 오디오 신호를 수신하는 단계;
    각각의 오디오 신호에 대하여 두 개의 대응하는 필터링 신호를 산출하도록 상기 각각의 오디오 신호에 적어도 하나의 오디오 필터를 적용하는 단계; 및
    상기 필터링 신호를 믹싱하여 좌측 오디오 출력 및 우측 오디오 출력을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 사운드 소스의 공간적 위치는 우측 및 좌측 출력 채널로부터 인식 가능한 것인 오디오 신호 처리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 오디오 필터는 두 개의 오디오 필터를 포함하고, 각각의 오디오 필터는 상기 두 개의 필터링 신호 중 하나를 제공하는 것인 오디오 신호 처리 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 오디오 필터는 대역 통과 필터, 대역 소거 필터, 고역 통과 필터, 및 저역 통과 필터로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 컴포넌트 필터를 포함하는 것인 오디오 신호 처리 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 오디오 필터는 무한 임펄스 응답 필터인 것인 오디오 신 호 처리 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 공간적 위치는 서라운드 사운드 시스템에서의 가상 스피커 위치를 포함하는 것인 오디오 신호 처리 방법.
  15. 오디오 신호를 처리하는 장치로서,
    각각이 청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 다수의 오디오 신호 입력;
    복수의 위치 필터로서, 각각의 오디오 신호 입력이 상기 위치 필터 중 둘 이상의 위치 필터에 제공되어 상기 각각의 오디오 신호에 대하여 적어도 하나의 우측 채널 필터링 신호 및 적어도 하나의 좌측 채널 필터링 신호를 생성하는 것인, 위치 필터; 및
    우측 및 좌측 출력 채널로부터 상기 복수의 사운드 소스의 공간적 위치가 인식 가능하도록, 상기 우측 채널 필터링 신호를 우측 오디오 출력 채널로 다운믹싱하고 상기 좌측 채널 필터링 신호를 좌측 오디오 출력 채널로 다운믹싱하도록 구성되는 다운믹서를 포함하는 오디오 신호 처리 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 각각의 오디오 신호 입력은 상기 위치 필터 중 두 개의 위치 필터에 제 공되는 것인 오디오 신호 처리 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 위치 필터 중 하나 이상의 위치 필터는 대역 통과 필터, 대역 소거 필터, 고역 통과 필터, 및 저역 통과 필터로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 컴포넌트 필터를 포함하는 것인 오디오 신호 처리 장치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 위치 필터 중 하나 이상의 위치 필터는 무한 임펄스 응답 필터인 것인 오디오 신호 처리 장치.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 공간적 위치는 서라운드 사운드 시스템에서의 가상 스피커 위치를 포함하는 것인 오디오 신호 처리 장치.
  20. 오디오 신호를 처리하는 장치로서,
    청취자에 대한 사운드 소스의 공간적 위치에 관한 정보를 포함하는 것인 오디오 신호를 수신하는 수단;
    시뮬레이션된 청취 응답을 제공하도록 구성되는 헤드 관련 전달 함수를 포함하는 것인 적어도 하나의 오디오 필터를 선택하는 수단;
    두 개의 대응하는 필터링 신호를 산출하도록 상기 오디오 신호에 상기 적어도 하나의 오디오 필터를 적용하는 수단으로서, 상기 필터링 신호의 각각은 상기 사운드 소스에 적용된 헤드 관련 전달 함수의 시뮬레이션된 효과를 갖는 것인, 수단; 및
    각각의 채널로부터 상기 사운드 소스의 공간적 위치가 인식 가능하도록, 좌측 오디오 채널에 상기 필터링 신호 중 하나를 제공하고 우측 오디오 채널에 다른 하나의 필터링 신호를 제공하는 수단을 포함하는 오디오 신호 처리 장치.
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