KR20090053464A - 오디오 신호 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DVD, CD, MP3 등과 같은 매체를 통해 수신된 오디오 신호를 디코딩하고 재생할 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 청자의 위치를 검출하는 단계; 상기 청자의 위치에 근거로 하여, 오디오 신호의 채널별 레벨차이 및 지연 중 하나 이상을 변환하는 단계; 및, 상기 변환된 오디오 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 청자가 권고안에 따른 위치를 벗어난 경우라도, 권고안의 위치에서 듣는 것과 같은 오디오 신호를 제공받을 수 있고, 청자의 위치가 실시간으로 변화하는 경우에도, 권고안의 위치에서 듣는 것과 같은 오디오 신호를 지속적으로 제공받을 수 있다.
Figure P1020070120317
오디오

Description

오디오 신호 처리 방법 및 장치{METHOD FOR PROCESSING AN AUDIO SIGNAL AND APPARATUS FOR IMPLEMENTING THE SAME}
본 발명은 오디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 DVD, CD, MP3 등과 같은 매체를 통해 수신된 오디오 신호를 디코딩하고 재생할 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스테레오 신호나 5.1 채널과 같은 멀티채널 오디오 신호는 청자(listener)의 특정 위치에 적합하도록 제작되기 때문에, ITU라는 표준 단체의 권고안에 따라 각 스피커들을 배치하고, 청자는 그 스피커들의 상대적인 위치를 고려한 특정 위치에서 오디오를 듣는 것이 바람직하다. 예를 들어, 5.1 채널에서 전방 스피커(좌측 스피커, 우측 스피커)간의 각도가 60도 이고, 후방 스피커(좌측 후방 스피커, 우측 후방 스피커)간의 각도가 140도가 되는 지점이 청자의 위치가 될 수가 있다.
그러나 스피커의 배치는 적절하더라고 하더라도, 청자가 ITU 권고안에 따른 위치를 이탈하는 경우, 현장감 있는 오디오를 감상할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 청자가 권고안에 따른 위치를 벗어난 경우라도, 권고안의 위치에서 듣는 것과 같은 오디오 신호를 제공할 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 청자의 위치가 실시간으로 변화하는 경우에도, 권고안의 위치에서 듣는 것과 같은 오디오 신호를 지속적으로 제공할 수 있는 오디오 신호 처리 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 오디오 신호 처리 방법은, 청자의 위치를 검출하는 단계; 상기 청자의 위치에 근거로 하여, 오디오 신호의 채널별 레벨차이 및 지연 중 하나 이상을 변환하는 단계; 및, 상기 변환된 오디오 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 청자의 위치를 검출하는 단계는, 영상을 촬영하는 단계; 상기 촬영된 영상을 이용하여 얼굴인식을 수행하는 단계; 및, 상기 인식된 얼굴을 근거로 스피커와의 상대적인 청자의 위치를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 청자의 위치는, 전방 스피커 및 청자와의 거리를 포함하고, 상기 전방 스피커 및 청자와의 거리는, 청자의 얼굴 크기를 근거로 산출된 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 청자의 위치를 검출하는 단계는, 하나 이상의 초음파 센서를 통해 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 청자의 위치는, 청자의 위치가 둘 이상 검출될 때, 각 청자의 위치들의 평균값 및 중앙값 중 하나에 해당하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 청자의 위치를 검출하는 단계는, 소정 주기에 따라 반복적으로 수행되고, 상기 검출된 청자의 위치가 변경한 경우, 상기 변경된 청자의 위치를 근거로, 상기 변환하는 단계 및 출력하는 단계가 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 변환하는 단계는, 청자의 가상 위치가 ITU 권고안에 따른 청자 위치에 해당되도록 하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 ITU 권고안에 따른 청자 위치는, 5.1 채널 스피커인 경우, 좌측 스피커 및 우측 스피커간의 각도가 60도, 좌측 후방 스피커 및 우측 후방 스피커간의 각도가 140도가 되는 위치인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 변환된 오디오 신호는, 2 채널 스피커의 경우, 입체 음향이 구현된 스테레오 신호인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 변환하는 단계는, 상기 오디오 신호에 HRTF(Head Related Transfer Function)를 적용함으로써 수행되는 것일 수 있다.
청자의 위치를 검출하는 청자 위치 검출부; 상기 청자의 위치에 근거로 하여, 오디오 신호의 채널별 레벨차이 및 지연 중 하나 이상을 변환하는 오디오 신호 변환부; 및, 상기 변환된 오디오 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 오디오 신호 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 청자가 권고안에 따른 위치를 벗어난 경우라도, 권고안의 위치에서 듣는 것과 같은 오디오 신호를 제공받을 수 있기 때문에, 청취자는 적합한 청취 위치를 신경 쓰지 않고 자유롭게 오디오를 감상할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 청자의 위치가 실시간으로 변화하는 경우에도, 권고안의 위치에서 들을 수 있는 오디오 신호를 지속적으로 제공받을 수 있기 때문에, 청취자가 계속 이동하더라도 현장감 있는 오디오를 즐길 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법의 순서를 나타내는 도면이다. 도 1을 우선 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치(100)는 청자 위치 검출부(110), 오디오 신호 변환부(120), 출력부(130)를 포함하고, 청자 위치 검출부(100)는 영상 촬영부(110a), 얼굴 인식부(110b), 청자위치 인식부(110c)를 포함할 수 있다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치(100)의 각 구성요소를 설명하기에 앞서, ITU 권고안에 따른 스피커의 배치 및 청자의 위치에 관해서 설명하고자 한다. 도 3은 ITU 권고안에 따른 5.1 채널 스피커의 배치 및 청자의 위치를 나타낸 도면이고, 도 4는 스피커 배치 및 청자의 위치의 일 예이다. 도 3을 참조하면, 권고안에 따른 청자(listener)의 위치(p)를 기준으로, 센터 스피커(C)는 정면에, 좌측 스피커(L) 및 우측 스피커(R)는 센터 스피커(C)와 각각 30도 벌어진 위치에 존재하고, 후방 스피커(좌측 후방 스피커(Ls) 및 우측 후방 스피커(Rs))는 총 140도의 각도를 가지면서 좌우 대칭적인 지점에 위치한다. 물론, 멀티채널 신호의 유형(7.1 채널 등) 또는 오디오 신호 압축표준에 따라, 스피커 배치와 청자의 위치에 관한 권고안을 달라질 수 있다. 이와 같이 5.1 채널인 스피커가 홈 씨어터로 구현되었을 때의 일 예가 도 4에 도시되어 있다.
우선, 청자 위치 검출부(110)의 영상 촬영부(110a)는 스피커 주위의 영상을 촬영하는 입력장치로서, 구동신호에 따라 구동되어(S110 단계), 정지영상 또는 동영상을 촬영한다(S120 단계). 임의의 청자의 위치, 스피커의 배치, 및 영상 촬영부(카메라)의 위치의 일 예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 스피커의 배치는 도 3에 나타난 권고안에 따른 위치와 동일하고, 임의의 청자의 위치(rp)는 권고안에 따른 위치(p)로부터 벗어나 있다. 영상 촬영부(110a)는 청자의 예상 위치를 촬영할 수 있는 지점에 위치할 수 있는 데, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 센터 스피커(C) 주위에 위치할 수도 있고, 후방 스피커(Ls, Rs) 주위에 위치할 수도 있으나 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 물론, S120 단계에서 얼굴 감지 및 인식(Face Detection & Recognition) 기법을 적용하여, 촬영시에 얼굴에 자동 초점 조정(auto-focusing)이 되도록 할 수는 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
그런 다음 청자 위치 검출부(110)의 얼굴 인식부(110b)는 영상 촬영부(110a)에 의해 S120 단계에서 촬영된 영상으로부터, 얼굴 인식(FD: Face Detection) 기법을 적용하여 청자의 얼굴을 인식한다(S130 단계). 이때, 청자 얼굴의 크기를 산출하는 것이 바람직하다. 또한, 이때 얼굴 인식뿐만 아니라, 얼굴인식 기법과 유사한 알고리즘을 적용하여 스피커 인식도 수행하는 것이 바람직하다.
청자 위치 검출부(110)의 청자위치 획득부(110c)는, S120 단계에서 촬영된 영상 및 S130 단계에서 인식된 얼굴을 근거로, 스피커와의 상대적인 청자의 위치를 검출한다(S140 단계). 예를 들어, 영상 촬영부(110a)가 도 5에 도시된 지점에 위치한 경우, 영상 내 좌측 스피커, 우측 스피커를 기준으로 청자의 얼굴이 그 사이에서 어느 지점에 위치하고 있는지(즉, 가로방향상의 위치)를 산출하고, 얼굴의 크기를 바탕으로 전방 스피커(좌측 스피커, 우측 스피커 또는 센터 스피커)와 청자의 거리는 어느 정도인지(즉, 세로방향상의 위치)를 산출할 수 있다. 한편, S130 단계 에서 청자의 위치가 둘 이상 검출될 때, 즉, 영상 내 청자가 얼굴이 둘 이상 있는 것으로 인식되는 경우, 그 청자들의 위치의 평균값(average) 또는 중앙값(median)을 산출하여, 그 값을 청자의 위치로 결정할 수 있다.
물론, 청자 위치 검출부(110)는 영상 촬영부(110a) 등을 포함하는 대신에, 전방 사물의 위치(거리, 방향)를 감지하는 초음파 센서부(미도시)를 포함할 수도 있다.
이와 같이, 청자의 위치가 검출되면, 오디오 신호 변환부(120)는 청자의 가상 위치(vp)가 ITU 권고안에 따른 청자 위치(p)에 해당하도록, 오디오 신호의 채널별 레벨차이 및 지연 중 하나 이상을 변환한다(S150 단계).
청자가 오디오 음원의 위치를 감지하는 원리를 설명하기 위한 도면이 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 (a)를 참조하면, 음원(sound source)이 고주파인 경우, 왼쪽 귀로 유입되는 신호의 음압(레벨)과 오른쪽 귀로 유입되는 신호의 음압(레벨)의 차이가 발생하는 데, 일반적으로 거리가 두 배 멀어질 때 신호의 레벨은 6dB이 감소하므로, 청자는 이 레벨 차이에 따라 음원의 위치를 감지하게 된다. 한편 도 6의 (b)를 참조하면, 음원(sound source)이 저주파인 경우, 왼쪽 귀로 유입되는 신호의 경로(L2)와 오른쪽 귀로 유입되는 신호의 경로(L1)간의 차이(L2-L1)가 존재하는 경우, 음속은 약 340m/s이기 때문에, 경로차이(L2-L1)가 1m라고 하면 약 3ms의 시간지연(delay)이 발생하고, 청자는 이 시간 지연에 따라 음원의 위치를 감지하게 된다. 일반적으로 샘플링 주파수가 44.1kHz일 경우, 한 샘플당 시간 해상도는 0.0227msec 로서, 1m에 해당하는 샘플이 130 개가 넘게 되므로, 시간 조정을 위한 충분한 해상도를 제공하는 것이 가능하다.
이와 같은 원리에 따라 청자는 음원의 위치를 감지하기 때문에, 각 스피커에서 출력되는 신호에 대해 레벨 차이 및/또는 시간 지연을 변화시키면, 음원의 가상 위치(vp: virtual point)를 변화시킬 수 있고, 청자는 이 가상 위치에 음원이 존재하는 것으로 감지할 수 있다.
도 7은 청자의 가상 위치에 해당하는 오디오 신호로 변환시키는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 (a)를 참조하면, 청자의 실제 위치(rp)를 기준으로 왼쪽 스피커(L)는 거리 d1 상에 오른쪽 스피커(R)는 거리 d2 상에 위치하는 데, 청자의 가상 위치(vp)가 ITU 권고안에 따른 청자의 위치인 경우, 왼쪽 스피커(L') 및 오른쪽 스피커(R')는 거리 d 상에 존재한다. 다른 말로 표현하자면, 청자의 위치를 기준으로 할 때, 실제 스피커는 도 5의 (a) 위치(L, R)에 존재하지만, 가상 음원이 도 5의 (b) 위치(L', R')에서 재생되도록 하는 것으로 생각할 수 있다.
따라서 실제 왼쪽 스피커(L)와의 거리는 d1이지만 d가 되도록 하기 위해, 왼쪽 스피커에서 재생되는 신호(l)의 레벨을 감소시키거나, 시간 지연을 많이 주고, 실제 오른쪽 스피커(R)와의 거리는 d2이지만 d가 되도록 하기 위해 오른쪽 스피커에서 재생되는 신호(r)의 레벨을 높이거나 시간 지연을 적게 줄 수 있다. 한편, 스피커의 각도(θ1, θ2)와 가상 음원의 각도(θ)의 차이를 보정해주기 위해, 진폭 패닝의 법칙(Amplitude panning' law)에 따라 왼쪽 스피커에서 출력되는 신호와 오른쪽 스피커에 출력되는 신호와의 레벨 차이(CLD: Channel Level Difference)를 조정할 수도 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
한편, S150 단계에서 오디오 신호를 변환하는 데 있어서, 머리 전달 함수(HRTF: Head Related Transfer Function)를 적용할 수도 있다. 예를 들어, 청자의 가상 위치(vp)에 대응되는 경로를 상쇄시키고, 청자의 실제 위치(rp)에 대응되는 경로를 추가하여, 현재 실제 위치에 적합한 오디오 신호로 변환할 수 있지만, 본 발명은 역시 이에 한정되지 아니한다.
만약, 스피커가 2 채널 스피커인 경우, HRTF를 적용함으로써 입체 음향을 적용할 수도 있다.
출력부(130)는 위와 같이 S150 단계에서 변환된 오디오 신호를 출력한다(S160 단계). 스피커를 통해 재생할 수도 있고, 통신 모듈을 통해 다른 장치로 전송할 수도 있다.
그런 다음, 소정 시간이 경과하면(S170 단계), 예컨대 약 30초가 경과하면 다시 S120 단계 이후 단계가 진행됨으로써, 새로 검출된 청자의 위치에 따라 오디오 신호를 변환하여 출력한다. 이 과정은 사용자가 일반 재생모드로 복귀하는 것을 선택하지 않는 동안(S160 단계)에는 지속적으로 반복되어, 청자의 이동에 따라 변환된 오디오 신호를 제공한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범 위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 오디오 신호를 재생할 수 있는 DVD 플레이어, CD 플레이어, PMP 등에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법의 순서도.
도 3은 ITU 권고안에 따른 5.1 채널 스피커의 배치 및 청자의 위치를 나타낸 도면.
도 4는 스피커 배치 및 청자의 위치의 일 예.
도 5는 임의의 청자의 위치, 스피커의 배치, 및 영상 촬영부의 위치의 일 예를 나타낸 도면.
도 6은 오디오 음원의 위치를 감지하는 원리를 설명하기 위한 도면.
도 7은 청자의 가상 위치에 해당하는 오디오 신호로 변환시키는 원리를 설명하기 위한 도면.

Claims (11)

  1. 청자의 위치를 검출하는 단계;
    상기 청자의 위치에 근거로 하여, 오디오 신호의 채널별 레벨차이 및 지연 중 하나 이상을 변환하는 단계; 및,
    상기 변환된 오디오 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 청자의 위치를 검출하는 단계는,
    영상을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 영상을 이용하여 얼굴인식을 수행하는 단계; 및,
    상기 인식된 얼굴을 근거로 스피커와의 상대적인 청자의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 청자의 위치는, 전방 스피커 및 청자와의 거리를 포함하고,
    상기 전방 스피커 및 청자와의 거리는, 청자의 얼굴 크기를 근거로 산출된 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 청자의 위치를 검출하는 단계는,
    하나 이상의 초음파 센서를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 청자의 위치는,
    청자의 위치가 둘 이상 검출될 때, 각 청자의 위치들의 평균값 및 중앙값 중 하나에 해당하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 청자의 위치를 검출하는 단계는, 소정 주기에 따라 반복적으로 수행되고,
    상기 검출된 청자의 위치가 변경한 경우, 상기 변경된 청자의 위치를 근거로, 상기 변환하는 단계 및 출력하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    청자의 가상 위치가 ITU 권고안에 따른 청자 위치에 해당되도록 하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 ITU 권고안에 따른 청자 위치는,
    5.1 채널 스피커인 경우, 좌측 스피커 및 우측 스피커간의 각도가 60도, 좌측 후방 스피커 및 우측 후방 스피커간의 각도가 140도가 되는 위치인 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환된 오디오 신호는, 2 채널 스피커의 경우, 입체 음향이 구현된 스테레오 신호인 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 오디오 신호에 HRTF(Head Related Transfer Function)를 적용함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
  11. 청자의 위치를 검출하는 청자 위치 검출부;
    상기 청자의 위치에 근거로 하여, 오디오 신호의 채널별 레벨차이 및 지연 중 하나 이상을 변환하는 오디오 신호 변환부; 및,
    상기 변환된 오디오 신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
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