KR20100120684A - 입체 음향 확장 - Google Patents

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돌비 레버러토리즈 라이쎈싱 코오포레이션
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Abstract

입체 음향 응답을 확장하는 것은 적어도 두 개의 라우드스피커를 구비한 음향 재생 시스템에서 달성된다. 다수의 주파수 성분을 포함하는 스테레오 신호 입력이 액세스된다. 라우드스피커는 서로 인접하다. 주파수 성분의 주파수 범위는, 예를 들어, 스테레오 신호를 예비 프로세싱할 때 역상관된다. 음향 재생 시스템의 입체 음향 응답이 상기 역상관에 기반하여 확장된다.

Description

입체 음향 확장{STEREOPHONIC WIDENING}
관련 미국 출원
본 출원은, 본 출원의 양수인에게 양도되고, 마치 본원에서 충분하게 설명되어 있는 것처럼 본원에 참조되어 있으며, Stereophonic Widening(Dolby Laboratories 참조 번호 D08003 US01에 의한)라는 명칭으로 Guillaume Potard에 의하여 2008년 2월 14일에 출원된, 공동 계류중인 관련 미국 가출원 번호 61/028,656의 우선권을 주장한다.
본 발명은, 일반적으로 오디오 재생에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 입체 음향 확장에 관한 것이다.
풍부함(richness), 충만함(fullness), 깊이(depth), 및 광범위함(spaciousness)과 같은 음향 심리학적으로 인지되는 오디오 품질은 청취자의 오디오 체험과 관련된 "사운드스테이지(soundstage)"를 기술한다. 이와 같은 품질은 청취자의 주관적인 오디오 관련성뿐만 아니라, 자신의 사운드스테이지에 대한 전반적인 인식에 영향을 미칠 수 있다. 입체 음향 오디오("스테레오")는 다수의 라우드스피커에 의해 음향을 재생하기 위해서 적어도 두 개(2)의 개별 또는 독립의 오디오 채널을 사용한다. 스테레오 오디오는 음향이 다수의 방향으로부터 인지될 수 있도록 음향을 재생한다.
본질적으로 정상적인 두 귀로 청취를 하는 사람의 경우, 스테레오 오디오는 어느 면에서 청각적으로 만족스러운 것으로 고려될 수 있는 어느 정도의 자연스런 사운딩 청취 체험을 제공할 수 있다. 스테레오 오디오는 입체 음향 프로젝션(projection)을 사용할 수 있고, 여기서 오디오 콘텐츠(contents)의 기록된 음향 성분과 관련된 상대적인 위치가 인코딩(encoding)되고 재생되어 사운드스테이지의 요소 또는 성분이 생성된다. 라우드스피커 배치 및 분리는 사운드스테이지 인식에 영향을 미칠 수 있다.
이 섹션은 추구될 수 있었던 방법이 기술되지만, 그러나 반드시 이전에 생각했거나 추구되었던 방법만 기술되는 것은 아니다. 그러므로, 달리 표시되지 않으면, 이 섹션에 기술된 방법 중 어느 방법도 단지 본 섹션에 자신이 포함되는 것만으로 종래 기술로서 한정되는 것으로 가정되지 않아야 한다. 이와 유사하게, 하나 이상의 방법에 관하여 식별되는 논점은, 달리 표시되지 않으면, 본 세션에 기초한 임의의 종래 기술로 인식되는 것으로 가정하지 않아야 한다.
본 발명은, 오디오 재생을 제공하고, 보다 구체적으로, 입체 음향 확장을 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명은 첨부 도면의 형상에서 예를 통해서 도시되지만 제한하기 위해서는 아니며, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따라, 스테레오 확장 시스템을 역상관(decorrelate)하는 예를 도시하는 도면.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따라, 크로스오버(cross-over) 필터를 구비한 스테레오 확장 시스템을 역상관하는 예를 도시한 도면.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따라, 전역 통과 필터에 의해 스테레오 확장 시스템을 역상관하는 예를 도시한 도면.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 크로스오버 필터를 또한 사용하는 스테레오 확장 시스템을 역상관하는 예를 도시한 도면.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라, 예시적인 필터 뱅크(filter bank)를 도시한 도면.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따라, 예시적인 역상관 필터를 도시한 도면.
도 7은, 예시적인 구현에서, 진폭과 위상 응답의 스크린샷(screeshot)을 도시한 도면.
도 8은, 예시적인 구현에서, 상이한 이득 설정에서의 오디오 채널 사이의 위상 응답차를 플롯팅(plotting)하는 스크린샷을 도시한 도면.
도 9는, 본 발명의 실시예에 따라, 예시적인 크로스오버 필터를 도시한 도면.
도 10은, 예시적인 구현에서, 크로스오버 필터와 관련된 진폭과 위상 응답 플롯의 스크린 샷을 도시한 도면.
도 11은, 예시적인 구현에서, 역상관 필터 및 크로스오버 필터와 각각 관련된, 위상 응답과 진폭 플롯의 스크린 샷을 도시한 도면.
입체 음향 확장이 본원에 기술되어 있다. 다음 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 설명된다. 그러나 본 발명은 이 특정한 세부사항이 없더라도 실시될 수 있음이 인정될 것이다. 다른 예에서, 널리 공지되어 있는 구조와 디바이스는 본 발명을 불필요하게 차단하거나, 불명료하거나, 또는 불명확하게 하는 것을 방지하기 위해서 철저한 세부사항으로 기술되는 것은 아니다.
I. 개요
본원에 기술되는 예시적인 실시예는 입체 음향 확장에 관한 것이다. 입체 음향 응답의 확장은 둘 이상의 라우드스피커를 갖는 음향 재생 시스템에서 달성된다. 음향 재생 시스템으로의 스테레오 신호 입력이 액세스되고(예를 들어, 수신되고 액세스된다), 이는 다수의 주파수 성분을 포함한다. 라우드스피커는 서로 부근에 배치될 수 있다. 스테레오 신호의 주파수 성분의 범위는 역상관된다. 예를 들어, 실시예는 상대적으로 높은 주파수 범위를 역상관하지만, 보다 낮은 주파수 범위를 역상관할 수 없다. 주파수 범위는 스테레오 신호를 예비 프로세싱할 때 역상관될 수 있다. 음향 재생 시스템의 입체 음향 응답은 역상관에 기반하여 확장된다.
라우드스피커의 이격은 10 내지 20 센티미터(10 내지 20cm) 이내일 수 있다. 인접한 라우드스피커 부근은 적어도 부분적으로, 음향 재생 시스템의 입체 음향 응답으로 충만함을 감소시킬 수 있다. 그러나, 실시예는 그와 같이 밀접하게 부근에 있는 스피커가 역상관을 사용하면서도 입체 음향 확장을 가능하게 하는 기능을 한다. 역상관은 스테레오 확장과 관련된 프로세싱 이전에 수행되는 예비 프로세싱 기능으로서 수행될 수 있다. 주파수 범위는 상대적으로 높은 주파수에 대응할 것이다. 그러므로, 역상관은 임계 주파수 값을 초과하는 주파수에서 수행될 수 있다. 실시예에서, 임계 주파수 값은 삼백 헤르츠(300Hz) 및 삼 킬로헤르츠(3KHz) 사이에서 삼백 헤르츠 및 삼 킬로헤르츠를 포함하는 주파수 범위 내에 있다.
본 발명의 실시예는 어느 정도 인접하게 이격된 스피커(예를 들어, 20 cm 이하로 분리된 "좌" 및 "우"의 쌍)와 기능을 하는 것이 충분히 적절하고, 상기 스피커는 위상 상쇄를 방지하고, 예를 들어, 적절한 베이스(bass) 응답을 생성하기 위해, 저 주파수에서 필수적으로 동상으로 존재하는 각각의 신호에 의해 구동된다. 고 주파수(예를 들어, 300Hz 및 3kHz를 포함하여 300Hz 이상 내지 3kHz의 컷오프(cut-off) 주파수)에서의 역상관은 일부 가능한 산란, 및 중심 이미지 시프트(shift)(예를 들어, 오디오 콘텐츠의 중심 패닝(panning))와 때때로 관련될 수 있는 것과 같은 원하지 않은 효과를 감소시킬 수 있다. 중심 이미지 시프팅은 스테레오 확장을 방지하거나 감소시키고, 낮은 주파수에서의 역상관에 의해 발생할 수 있다. 더욱이, 음원(sound source)의 범위가 공간에서 확장될 수 있는 한, 낮은 주파수는 어느 정도 중심화된 위치 및 더 높은 주파수, 어느 정도 보다 큰 공간 확장을 가질 수 있다. 그러므로, 고 주파수 역상관을 사용하는 실시예는 들을 수 있는 미적 음향 품질을 달성할 수 있다.
실시예는 스테레오 확장 시스템에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따라, 예시적인 스테레오 확장 시스템(100)을 도시한다. 스테레오 확장 시스템(100)은 확장을 위해 스테레오 신호를 예비 프로세싱한 역상관 필터 모듈(역상관기)(102)를 갖는다. 스테레오 신호 입력은 우측 채널 오디오 입력 성분 및 좌측 채널 오디오 입력 성분을 포함할 수 있는 여러 신호 성분을 포함할 수 있다.
역상관기(decorrelator)(102)는 좌측 채널 오디오 입력 및 우측 채널 오디오 입력을 수신하고/하거나 액세스한다. 역상관기(102)는 임계 주파수 값을 초과하는 주파수에서 역상관을 수행한다. 낮은 주파수의 역상관은 수행되지 않는다. 실시예에서, 임계 주파수 값은 300Hz와 3kHz 사이에서 300Hz 및 3kHz를 포함하는 주파수 범위 내에 있다.
역상관기(102)는 효과 강도 파라미터(effect strength parameter) 입력 신호를 더 수신하고/하거나 액세스한다. 효과 강도 입력 신호는, 예를 들어, 시스템(100)의 채널 또는 컴포넌트와 관련된 역상관의 정도(예를 들어, 역상관 강도) 및 스케일링 이득(scaling gain)에 관련될 수 있다. 예를 들어, 좌측과 우측 채널 사이의 역상관의 강도를 증가시켜, 차동 채널(difference channel) 에너지와 관련된 에너지를 증가시킬 수 있어서, 시스템(100)의 스테레오 확장 효율성을 증가시킬 것이다. 역상관기(102)는 스테레오 확장기 모듈(104)에 역상관된 오디오 신호를 출력한다.
확장 모듈(widening module)(확장기)(104)은 역상관기(102)의 역상관된 출력을 수신하고/하거나 액세스한다. 확장기(104)는 스테레오 신호를 확장하는 것과 관련된 프로세싱을 수행한다. 확장기 모듈(104)은 원 스테레오 입력 신호로부터 확장된 출력 스테레오 신호를 발생시킨다. 그러므로, 스테레오 출력 신호는 우측 채널 오디오 출력 성분 및 좌측 채널 오디오 출력 성분을 포함할 수 있다.
확장기 모듈(104)은 효과 강도 파라미터 입력 신호를 더 수신하고/하거나 액세스한다. 효과 강도 파라미터 입력 신호는 시스템(100)의 채널 또는 성분과 관련된 스케일링 이득 및/또는 역상관 강도와 관련될 수 있다. 예를 들어, 스케일링 이득은 합산 및 차동 채널(sum and differnece channel)과 관련될 수 있다. 합산 채널에 대하여 차동 채널을 증가시키는 것이 스테레오 필드(stereo field)를 확장하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 이동 전화, 휴대용 디바이스와 같은 다양한 전자 오디오 디바이스 및 장치에 의해 구현, 사용, 배치되고/되거나 배열될 수 있다. 실시예는, 예를 들어, 상대적으로 협소한 스피커 이격 공간(예를 들어, 예상 스피커 이격이 10 내지 20cm 이상인) 및/또는 상대적으로 낮은 주파수 롤오프(roll-off)(예를 들어, 약 1kHz에서의)를 가질 수 있는 전자 오디오 디바이스에 의해 제공되는 스테레오 이미지의 폭을 현저하게 증가시키는 기능을 할 수 있다.
실시예는 컴퓨터 판독 가능 매체와 함께 저장되고 컴퓨터 시스템 또는 필수적으로 컴퓨터화된(예를 들어, 디지털) 음향 재생을 제어하는 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서, 역상관 및 스테레오 확장 기능을 수행하는 통신 및 네트워킹 장치 및 디바이스에 의해 구현될 수 있다.
실시예는 주문형 반도체 IC(ASIC), 마이크로제어기, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA), 또는 프로그램 가능 논리 디바이스(PLD)를 포함하여(제한되는 것은 아니다), 집적 회로(IC)와 같은 회로와 디바이스에 의해 구현될 수 있다. 실시예와 관련된 스테레오 확장 및 역상관 기능은 ASIC와 같은 디바이스의 구조 및 설계의 양상에서 발생한다. 대안적으로 또는 추가로, 스테레오 확장 및 역상관 기능은 마이크로제어기, PLD 및 FPGA와 같이, 프로그램 가능 IC에 적용되는 프로그래밍 명령, 논리 상태 및/또는 논리 게이트 구성에 의해 달성될 수 있다.
II. 예시적인 역상관 스테레오 확장 시스템
실시예는 고주파수 임계값 이상의 상대적으로 높은 오디오 주파수에서 역상관을 진행시키는 기능을 할 수 있고, 여기서 임계값은 약 300Hz 내지 3kHz의 범위 내에 있다. 실시예에서, 고주파수에서 진행되는 것 이외에, 역상관은 낮은 주파수에 대해서 선택적일 수 있다.
A. 크로스오버 필터(crossover filter) 예
실시예에서, 주파수 종속 역상관기는 좌측과 우측 오디오 입력 신호에 대해 작용할 수 있는 크로스오버 필터 네트워크(크로스오버 필터)에 의해 구현된다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 크로스오버 필터(202, 204)를 구비한 예시적인 역상관 스테레오 확장 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 좌측과 우측 오디오 입력을 수신하고/수신하거나 액세스한다. 시스템(200)은 크로스오버 필터(202)에 의해서 좌측 채널 오디오 입력에 액세스한다. 시스템(200)은 크로스오버(204)에 의해서 우측 채널 오디오 입력에 액세스한다.
크로스오버 필터(202, 204)는 좌측과 우측 채널 입력과 관련된 오디오 스펙트럼을 다수의 주파수 대역으로 분할한다. 크로스오버 필터(202, 204)는 고역 통과 및 저역 통과 필터에 의해서 달성될 수 있다. 고역 통과 필터 컴포넌트는 미리 결정된 크로스오버 지점 주파수 값을 초과하는 주파수를 통과시키고 상기 값 이하에서 주파수를 감쇄시킨다. 저역 통과 필터 컴포넌트는 크로스오버 지점 이하의 주파수를 통과시키고 상기 값 이상의 주파수를 감쇄시킨다.
크로스오버 필터(202, 204)는 각각 좌 및 우측 오디오 입력을 저 및 고주파수 성분으로 분리하는 기능을 한다. 실시예에서, 크로스오버 필터(202, 204)는 유사(또는 본질적으로 동일)할 수 있다. 예를 들어,네트워크(202, 204)의 각각의 크로스오버 지점은 모두 1kHz에서 구현될 수 있다. 크로스오버 필터(202, 204)의 고역 통과 출력은 제 1 역상관기 'A'(210) 및 제 2 역상관기 'B'(212) 각각에 입력을 제공한다. 역상관기 A(210)와 역상관기 B(212)는 유사한 구조적 특성 및/또는 다른 특징을 가질 수 있다. 그러나 중요하게도, 역상관기(210, 212)는 서로 상이한 동작 특징으로 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 역상관기(210)는 역상관기(212)에 의해 수행되는 역상관보다 더 큰(또는 더 작은) 정도로 역상관할 수 있다. 예를 들어, 역상관기(210)는 승산 파라미터를 위한 제 1 값(g)에 따라 역상관할 수 있고, 반면에 역상관기(212)에 의해 수행되는 역상관은, 예를 들어, 아래 도 6과 도 7을 참조한 식 1에 기술되어 있는 바와 같이, 승산 파라미터(g')를 위한 제 2 값으로 역상관할 수 있다.
크로스오버 필터(202)의 저역 통과 필터 컴포넌트의 출력은 지연 요소(206)에 공급된다. 크로스오버 필터(204)의 저역 통과 필터 컴포넌트의 출력은 지연 요소(208)에 공급된다. 지연 요소(206 및 208)는 서로 유사한 지연을 부과할 수 있다.
크로스오버 필터(202)의 고역 통과 필터 컴포넌트의 출력은 역상관 필터(역상관기)(210)에 공급된다. 크로스오버 필터(204)의 고역 통과 필터 컴포넌트의 출력은 상관기(212)에 공급된다. 상관기(210, 212)는 크로스오버 임계 주파수 값을 초과하는 주파수에 대하여 최소한의 역상관을 수행한다. 저 주파수의 역상관은 선택적이다. 역상관기가 모든 주파수에 걸쳐 동작할 수 있으나, 크로스오버 필터는 저 주파수에서 역상관기를 우회하는 기능을 할 수 있다. 두 역상관기는, 역상관기(210)의 출력인 역상관기(212)의 출력과 역상관되도록, 서로에 대해 역상관되는 각각의 출력을 제공하는데 사용될 수 있다. 역상관기(210, 212)의 각각의 출력이 역상관되는 정도는 서로 상이하고/상이하거나 가변될 수 있음이 인식되어야 한다.
역상관 필터(210, 212)는 선택적으로 각각 효과 강도 파라미터 입력 신호를 수신하고/수신하거나 액세스한다. 효과 강도 파라미터는 역상관 강도와 관련될 수 있다. 좌측과 우측 채널 사이의 역상관 강도를 증가시키는 것은 차동 채널 에너지와 관련된 에너지를 증가시켜, 시스템(200)에 대한 스테레오 확장 효과를 증가시킬 수 있다.
좌측 오디오 채널에 대응하는 지연 요소(206) 및 역상관 필터(210)의 출력은 가산기(adder)(214)에 의해 합산된다. 우측 오디오 채널에 대응하는 지연 요소(208) 및 역상관 필터(212)의 출력은 가산기(216)에 의해 합산된다. 가산기(214, 216)는 각각 역상관된 신호를 출력하고, 이 신호는 상술한 바와 같이(예를 들어, 도 1에 관한) 본질적으로 기능할 수 있는 스테레오 확장기(104)에 입력을 제공한다. 그러므로, 확장기 모듈(104)은 각각의 역상관된 입력 신호에 대응하는 확장된 좌측과 우측 채널 출력 스테레오 신호를 발생시킨다.
B. 위상 정정 필터 예
실시예에서, 주파수 관련(예를 들어, 종속) 역상관기는 위상 시프트 필터에 의해서 구현된다. 도 3은 위상 시프팅(예를 들어, 위상 정정) 필터(302, 304)을 구비한 예시적인 역상관 스테레오 확장 시스템(300)을 도시한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "위상 시프트"와 "위상 정정"이라는 용어는 필터에 관하여 상호 교환하여 사용될 수 있다. 실시예에서, 위상 시프트 필터(302, 304)는 전역 통관 필터에 의해 구현될 수 있다. 위상 시프트 필터(302 또는 304) 중 하나 이상이 도 3에 도시된 바와 같이 전역 통과 위상 시프트 필터로 구현될 수 있지만, 다른 필터{본원에서 도 3에서의 위상 필터(302, 304)로 표시되는}가 위상 정정을 위해 사용될 수 있음이 오디오 재생 및 입체 음향과 관련된 분야의 당업자에게 인식되어야만 한다. 시스템(300)은 좌측과 우측 오디오 입력을 수신하고/하거나 액세스한다.시스템(300)은 위상 시프트 필터(302)를 가지고 좌측 채널 오디오 입력에 액세스한다. 시스템(300)은 위상 시프트 필터(304)를 가지고 우측 채널 오디오 입력에 액세스한다. 위상 시프트 필터(302, 304)는 각각 좌측과 우측 오디오 입력 신호에 대하여 동작하여 이에 대응하는 위상이 시프트된 오디오 신호 출력을 생성한다. 위상 정정 필터는 저 주파수에서 상호 채널 위상 차를 필수적으로 영으로 맞추는데 사용될 수 있다. 실시예는, 예를 들어, 특정한 위상 응답을 갖는 전역 통과 필터를 사용할 수 있다. 실시예는, 예를 들어, 저주파수에서 다른 채널의 위상과 정합하기 위한, 하나의 채널의 단일 '위상 정정' 필터를 사용할 수 있다. 실시예에서, 위상 정정 또는 크로스오버 네트워크가 제거될 수 있다. 예를 들어, 역상관기는 저 주파수가 정기적으로 충돌되지 않는 주파수 범위에 걸쳐 기능을 할 수 있다. 이 예에서, 도 3에 도시된 위상 정정 필터(302, 304)는 위상 또는 진폭 변화가 도입되지 않은 것으로, 선택적인 것으로, 존재하지 않은 것으로 고려될 수 있다. 위상 정정 필터(302, 304)는 크로스오버 필터 없이도 주파수 선택 역상관이 가능할 수 있다.
위상이 시프트된 오디오 신호는 위상 시프트 필터(302)에 의해 제 1 역상관 필터(역상관기) 'A'(310)로 제공된다. 위상이 시프트된 오디오 신호는 위상 시프트 필터(304)에 의해 제 2 역상관기 'B'(312)에 제공된다. 역상관기 A(310) 및 역상관기 B(312)는 유사한 구조적 특성 및/또는 다른 특징을 가질 수 있다. 그렇지만, 중요하게도, 역상관기(310, 312)는 서로 상이한 동작 특징에 의해 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 역상관기(310)는 역상관기(312)에 의해 수행되는 역상관보다 더 큰(또는 더 적은) 정도로 역상관할 수 있다. 예를 들어, 역상관기(310)는 승산 파라미터를 위한 제 1 값(g)에 따라 역상관할 수 있고, 반면에 역상관기(312)에 의해 수행되는 역상관은, 예를 들어, 아래 도 6과 도 7을 참조한 식 1에 기술되어 있는 바와 같이, 승산 파라미터(g')를 위한 제 2 값으로 역상관할 수 있다. 역상관기(310, 312)는 임계 주파수 값을 초과하는 주파수에 대해서 최소한의 역상관을 수행한다. 위상 시프트 필터(302)는 역상관기(310)와 함께 기능을 할 수 있고 위상 시프트 필터(304)는 역상관기(312)와 함께 기능을 하여, 임계값 아래의 주파수 범위에 걸쳐 부근에서 정합하는 결합된 효과를 발생시키며, 여기서 임계값은 300Hz 내지 3kHz이다.
역상관기(310 및 312)는 각각 효과 강도 파라미터 입력 신호를 수신하고/하거나 액세스한다. 효과 강도 파라미터는 역상관 강도와 관련될 수 있다. 좌측과 우측 채널 사이의 역상관 강도를 증가시키는 것은 차동 채널 에너지와 관련된 에너지를 증가시켜, 시스템(300)에 대한 스테레오 확장 효과를 증가시킬 수 있다. 선택적으로, 효과 강도 파라미터는 또한 위상 시프트 필터(302, 304)에 입력으로 공급될 수 있다.
좌측 오디오 채널에 대응하는 역상관 필터(310)의 출력 신호 및 우측 오디오 채널에 대응하는 역상관 필터(312)의 출력은 스테레오 확장기(104)로의 입력으로 기능을 한다. 스테레오 확장기(104)는 필수적으로 상술한 바와 같이(예를 들어, 도 1에 관한) 기능을 할 수 있다. 그러므로, 확장기 모듈(104)은 각각의 역상관된 스테레오 입력 신호에 대응하는 확장된 좌측과 우측 채널 출력 스테레오 신호를 발생시킨다.
C. 합산/차산 신호를 갖는 예에 대한 크로스오버 동작
일 실시예에서, 주파수 종속 역상관기(frequency dependent decorrelator)는, 합산 및 차산 신호에서 동작하는 크로스오버 필터(cross-over filter)에 의해서 구현된다. 오디오 입력 신호가 합산 및 차산(sum and difference)과 관련된 도메인(domain)("합산/차산 도메인")에 존재하는 경우, 상기 신호는 전환(conversion), 변환(transformation) 등과 관련될 수 있는 것과 같은 추가 예비 프로세싱을 겪게 된다. 예를 들어, 합산/차산 도메인에서 입력 신호는 역상관 전에, 오디오 방향성(예를 들어, 좌측과 우측 방향: "좌측/우측 도메인")과 관련된 도메인으로 변환될 수 있다. 실시예에서, 스테레오 확장기 모듈은 합산/차산 도메인에서 구현된다. 추가(또는 대안) 실시예에서, 스테레오 확장기 모듈은 좌측/우측 도메인에서 구현된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 크로스오버 필터를 사용하는 예시적인 역상관 스테레오 확장 시스템(400)을 도시한다. 시스템(400)은 합산 및 차산 도메인에서 오디오 입력을 수신하고/수신하거나 액세스한다. 시스템(400)은 크로스오버 필터(402)에 의해 합산 채널 오디오 입력을 액세스한다. 시스템(400)은 크로스오버 필터(404)에 의해 차동 채널 오디오 입력을 액세스한다.
크로스오버 필터(402 및 404)는 합산 및 차동 채널 입력과 각각 관련된 오디오 스펙트럼을 다수의 주파수 대역으로 분할한다. 크로스오버 필터(402 및 404)는 능동 고역 통과 및 저역 통과 필터에 의해서 달성될 수 있다. 고역 통과 필터 컴포넌트는 미리 결정된 크로스오버 지점 주파수를 초과하는 주파수를 통과시키고 상기 값 이하의 주파수를 감쇄시킨다. 저역 통과 필터 컴포넌트는 크로스오버 지점 이하의 주파수를 통과시키고 상기 값 이상의 주파수를 감쇄시킨다.
크로스오버 필터(402 및 404)는 각각 합산 및 차산 오디오 입력을 저 및 고 주파수 성분들로 분리하는 기능을 한다. 실시예에서, 크로스오버 필터(402 및 404)는 유사(본질적으로 동일)할 수 있다. 예를 들어, 네트워크(402 및 404)의 각각의 크로스오버 지점은 모두 1kHz에서 구현될 수 있다. 크로스오버 필터(402 및 404)의 고역 통과된 출력 신호는 크로스오버 필터(402 및 404)의 저역 통과된 출력 신호와 어느 정도 상이할 수 있다.
크로스오버 필터(402)의 저역 통과 필터 컴포넌트의 출력은 지연 요소(406)에 공급된다. 크로스오버 필터(404)의 저역 통과 필터 컴포넌트의 출력은 지연 요소(408)에 공급된다. 지연 요소(406 및 408)는 유사한 지연을 부과할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "셔플(shuffle)"은 두 스테레오 신호, 예를 들어, 좌측과 우측을 액세스(예를 들어, 수신 및 액세싱)하고, 합산 및 차산(예를 들어, 합산 및 차산 신호)에 대응하여 이와 함께 생성하는 것을 나타낼 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "셔플러(shuffler)"라는 용어는, 이러한 셔플 기능을 수행하는 컴포넌트(예를 들어, 스테레오 확장 시스템의)를 나타낼 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "디셔플(deshuffle)"이라는 용어는, 두 개의 이전의 셔플된 신호, 예를 들어, 합산 및 차산을 액세스하고 이것을 좌측과 우측(또는 다른 공간에서 기원하는) 신호로 복구하는 것을 나타낼 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "디셔플러(deshuffler)"는 그와 같은 디셔플 기능을 수행하는 컴포넌트(예를 들어, 스테레오 확장 시스템의)를 나타낼 수 있다. 크로스오버 필터(402 및 404)의 고역 통과 필터링된 출력은 디셔플러 모듈(디셔플러)(418)에 공급된다. 디셔플러(418)는 필수적으로 크로스오버 필터(402 및 404) 각각으로부터 고역 통과 필터링된 합산 및 차산 신호를 좌측과 우측 도메인으로 전환(예를 들어, 변환)한다. 그러므로, 디셔플러(418)는 고역 통과된 합산 및 차산 입력 각각에 대응하는 디셔플된 신호를 제 1 역상관 필터(역상관기) 'A'(410) 및 제 2 역상관기 'B'(412)로 제공한다. 역상관기 A(410) 및 역상관기 B(412)는 유사한 구조적인 특성 및/또는 다른 특징을 가질 수 있다. 그러나 중요하게도, 역상관기(410 및 412)를 상이한 동작 특징에 의해 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 역상관기(410)는 역상관기(412)에 의해 수행되는 역상관보다 더 큰(또는 더 작은) 정도로 역상관할 수 있다. 예를 들어, 역상관기(410)는 승산 파라미터를 위한 제 1 값(g)에 따라 역상관할 수 있고, 반면에 역상관기(412)에 의해 수행되는 역상관은, 예를 들어, 아래 도 6 및 도 7을 참조한 식 1에 기술되어 있는 바와 같이, 승산 파라미터(g')를 위한 제 2 값으로 역상관할 수 있다.
역상관기(410 및 412)로의 효과 강도 파라미터 입력에 관하여, 스테레오 필드 폭과 관련된 모드에 작용할 수 있는 사용자 제어 가능 입력을 구현할 수 있다. 예를 들어, 하프 모드(half mode) 및 풀 모드(full mode) 레벨을 포함하는 둘 이상의 폭 모드 레벨이 선택적으로 구현될 수 있다. 폭 모드 입력은 역상관 강도를 조정할 수 있다. 좌측과 우측 채널 사이의 역상관 강도를 증가시키면 차동 채널 에너지와 관련된 에너지를 증가시킬 수 있어서, 스테레오 필드를 확장시키기 위해 시스템(400)에 의해서 사용될 수 있다. 좌측/우측 도메인 구현에서, 좌측과 우측 채널 사이의 더 많은 역상관은 또한 차동 채널 에너지의 에너지를 증가시켜서, 따라서 스테레오 확장의 강도가 달성된다.
상관기(410 및 412)는 임계 주파수 값을 초과하는 주파수에 대하여 최소한의 역상관을 수행한다. 더 낮은 주파수의 역상관은 선택적이다. 실시예에서, 임계 주파수 값은 300Hz와 3kHz 사이에서 300Hz 및 3KHz를 포함하는 주파수 범위 내에 있다. 좌측 신호에 대응하는 역상관 필터(410)의 출력 신호 및 우측 신호에 대응하는 상관 필터(412)의 출력은 리셔플링(reshuffling) 모듈(셔플러)(420)에 제공된다.
셔플러(420)는 역상관된 좌측/우측 신호를 프로세싱하여 이와 함께 역상관된 합산 및 차산 신호를 생성한다. 셔플러(420)는 역상관된 합산 신호를 가산기(414)에 제공하고 역상관된 차산 신호를 가산기(416)에 제공한다.
지연 요소(406)로부터 지연된, 저주파수 필터링된 합산 입력 신호는 가산기(414)에서 역상관된, 리셔플된 합산 신호에 180°(도)의 위상 시프트해서 재삽입된다. 지연 요소(408)로부터 지연된, 저역 통과된 차산 입력 신호는 가산기(416)에서 역상관된, 리셔플된 합산 신호에 180°(도)의 위상 시프트해서 재삽입된다. 그러므로, 위상 시프트는 180°에 인접할 수 있다. 그러므로, 위상 시프트는 실질적으로 같지 않은 상이다. 가산기(414)는 이와 결합된 신호를 합산 승산기(422)에 제공한다. 가산기(416)는 이와 결합된 신호를 차산 승산기(424)에 제공한다. 180°위상 시프트는 저역 통과 필터링된 신호 성분이 크로스오버 주파수에서 역상관된 고역 통과 필터링된 신호 성분과 최대 위상 정합으로 재결합되도록 선택된다. 위상 시프트의 다른 선택(위상 시프트의 사용하지 않는 것을 포함하여)은 역상관 필터의 작동이 크로스오버 주파수에서 상이한 다른 환경에 적절할 수 있다. 적절한 위상 시프트의 선택은 듣기 평가에 의해서 수행될 수 있는데, 여기서 주관적인 음향 품질에 기반하여 선택이 행해질 수 있다.
합산 승산기(422) 및 차산 승산기(424)는 각각 이득을, 가산기(414) 및 가산기(416) 각각에 의해 제공되는 결합된 합산 및 차산 신호로 스케일링, 감쇄, 또는 추가시킨다. 예를 들어, 차동 채널을 증가시키고 합산 채널을 감소시키는 것이 스테레오 필드를 확장시키기 위해 사용될 수 있다. 합산 승산기(422)로부터의 합산은 합산 유한 임펄스 응답(finite impulse response: FIR) 필터(426)에 제공된다. 차산 승산기(424)로부터의 차산 신호는 차산 FIR 필터(428)에 제공된다.
효과 강도 파라미터 입력은 또한 승산기(422 및 424)에 의해, 그리고 FIR 필터(426 및 428) 각각에 의해 액세스될 수 있다. 실시예는 스테레오 필드 폭과 관련된 모드에 작용할 수 사용자 제어 가능 입력을 구현할 수 있다. 하프 모드 및 풀 모드를 포함하는 두 개의(또는 둘 이상의) 폭 모드 레벨은 선택적으로 구현될 수 있다. 폭 모드 입력은 임펄스 응답 또는 FIR 필터(426 및 428)의 다른 특성 또는 기능뿐만 아니라, 합산 및 차동 채널의 이득을 조정할 수 있다. 중요하게도, 가산 및 차산에 적용되는 이득은 서로 다를 수 있다.
FIR 필터(426)는 수정된 합산 신호에 대하여 기능을 한다. FIR 필터(428)는 수정된 차산 신호에 대하여 기능을 한다. 또한, FIR 필터(426 및 428) 각각은 크로스토크(crosstalk) 제거 및 스피커 가상화(virtualization)를 제공하는 기능을 한다. FIR 필터(426 및 428)는 크로스토크 제거 기능과 더불어, 청취자가 두 개의 라우드스피커 사이의 공간 외부로부터 발산하는 좌측과 우측 신호를 감지하도록 한다.
D. 예시적인 FIR 필터
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 필터 데이터 흐름(500)을 도시한다. 그러므로, 합산 및 차동 채널을 위한 FIR 필터(도 4) 계수의 생성이 도시될 수 있다. 크로스토크 제거 필터(504)는 헤드 섀도우 모델(502)(head shadow model)에 의해 구현될 수 있다. 실시예에서, 크로스토크 제거 필터(504)는, 특히 Schroeder에 의해 제안되거나 구현된 것과 같은 크로스토크 제거 기술과 적어도 유사한 오디오 기술 및 입체 음향과 관련하여 당업자에게 알려져 있는 크로스토크 제거 기술에 기반할 수 있다.
청취자 앞에서 90°만큼 이격되어 배치되는 가상 스피커에 대응하는 헤드 관련 전송 기능(HRTF)(506)은 크로스토크 제거 필터(506) 상에서 중합(superpose)될 수 있다. 중요하게도, 크로스토크 제거 필터(504) 및 HRTF 필터(506)는 필터 결합기(508)에서 기능적으로 결합되거나 캐스케이딩(cascading)될 수 있다. 결합된 필터는 균등화 정정 및 라우드스피커 보호(EQ)(510)로의 입력을 제공한다.
EQ(510)는 크로스토크 제거 필터(504) 및 HRTF 필터(506)의 균등화되고 결합된 특성을 최종 필터(512)에 제공한다. 최종 필터(512)는 저주파수 성분(예를 들어, 200Hz 이하의 주파수 값들을 갖는 성분)을 감쇄시킬 수 있으므로, 이는 저주파수로부터 라우드스피커를 어느 정보 보호할 수 있다. 저주파수는 상대적으로 작은 크기, 전력 처리 용량 또는 다른 작은 특성들의 스피커에 의해 재생되는 것이 어려울 수 있으므로, 왜곡 또는 과부하 결과를 방지할 수 있다.
주파수에 기초한 역상관의 예
실시예는 본원에서 다양한 방법으로 기술된 주파수 기반(예를 들어, 주파수 종속) 역상관 기술과 상대적인 고주파수가 역상관되는 기술을 구현할 수 있다. 실시예에서, 상대적 고주파수가 역상관되며, 반면에 본질적으로 동시에 저주파수가 동상으로 유지된다. 주파수 종속 역상관을 달성하기 위해, 실시예는 본원에서 도시된 예(예를 들어, 도 2 및 도 4에 관하여)에서, 역상관 필터를 구비한 크로스오버 필터를 사용한다. 대안으로, 실시예는, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 보상 정정 필터를 사용하여 저주파수에서의 역상관을 제거하거나 감소시켜 주파수 종속 역상관을 달성할 수 있다.
실시예는 선택적으로 또는 배타적으로 신호의 위상에 영향을 미칠 수 있는 전역 통과 역상관을 사용할 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 예시적인 역상관 필터(600)를 도시한다. 본원에서 기술되는 역상관은 계산의 관점에서 상대적으로 또는 현저하게 효율적이다. 예를 들어, 본원에서 사용되는 역상관기는 지연 요소(602)가 제공되는 두(2) 탭(tap)(예를 들어, 2 승산, 2 가산) 및 지연 라인에 의해서 기능을 한다. 가산기(604)는 입력을 역상관기(600)에 액세스한다.
가산기(604, 606)는 가산을 수행할 수 있다. 승산기(608, 608)는 승산을 수행할 수 있다. 승산기(610)는 입력을 지연 요소(602)와 공유하고 그것과 함께 출력을 가산기(606)에 제공한다. 지연 요소(602)의 출력은 또한 입력을 승산기(608)에 제공한다. 가산기(606)는 오디오 입력 및 지연 요소(602)로부터의 승산기(608)의 출력으로부터의 입력을 수신한다. 가산기(606)는 역상관기(600)로부터의 출력을 제공한다.
실시예에서, 역상관 필터의 전송 함수 H(z)는 아래 식 1에 따라 기술될 수 있다.
Figure pct00001
(식 1)
식 1에서, g는 [-1, 1]에 대응하는 범위 내의 실수이고 승산기(608 및 610)의 함수와 관련된 값을 나타내며, N은 지연 요소(602)와 관련될 수 있는 지연 값을 나타낸다. 예를 들어, 25 샘플에 대응하는 지연 값을 갖는 구현이 48kHz의 주파수를 갖는 신호에 대해 채택되면, 더욱 고주파수에 대한 충분한 위상 변화를 발생시켜 오디오 입력을 효율적으로 역상관한다.
일 실시예에서, g, 또는 상이한 역상관 필터에 대한 서로 상이한 값에 의해 기능을 하는 유사한 역상관기는 좌측과 우측(또는 합산 및 차산) 채널 상에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기의 상관기 쌍(210과 212, 310과 312, 또는 410과 412)에서 역상관기 각각(각각 본원에서 도 2, 도 3 및 도 4에 관한)은 값 g로 기능할 수 있고 각 쌍의 다른 역상관기는 g'의 값으로 기능할 수 있다. 역상관기(210, 310, 및 410) 중 하나 이상은 값 g로 기능할 수 있고, 역상관기(212, 312, 및 412) 중 하나 이상은 값 g'로 기능할 수 있다. 역상관기(212, 312, 및 412) 또는 역상관기(410, 412) 각각은 유사한 구조적 특성 및 다른 특징을 가질 수 있다. 그러나 중요하게도, 이들은 각각의 스테레오 확장 시스템 내의 다른 역상관기와는 다른 동작 특징으로 각각 기능을 할 수 있다. 절대값 │g - g'│= 0일 경우, 필수적으로 역상관이 발생하지 않을 것이다. g가 식 1에 대해서 [-1, 1]의 범위 내의 실수이므로, │g - g'│= 2인 경우, 역상관의 정도가 최대화될 수 있다. 0.8 내지 1.6 범위에 대한 │g - g'│의 값으로 현저한 역상관이 존재할 것이다. 실시예에서, 유사한(또는 동일한) 지연 길이는 각각의 역상관과 관련될 수 있고, 이는 균일하고 필수적으로 일정한 위상 랩핑(wrapping)(예를 들어, 선형 스케일에 대한)을 가능하게 할 수 있다. 실시예는 실질적으로 동일한 지연 및 실질적으로 동일하지만 g에 대해, 그리고 g'에 대해 부호가 반대여서 하나가 양이고 다른 하나가 음인 역상관기에 의해 기능을 할 수 있다. 실시예에서, 각각의 시스템에서의 역상관기 중 하나(또는 다른 하나)는 지연 함수에 의해 대효과적으로 교체(예를 들어, 교환)될 수 있는데, 이 경우에, 주파수 관련 위상 시프팅은 단독 역상관기에서 수행될 수 있다. 좌측과 우측 오디오 입력 채널을 필터링하는 역상관은 주파수에 걸쳐 위상차를 상이하게 발생시킨다. g(또는 g')에 대하여 상이한 값을 사용함으로써, 좌측과 우측(또는 합산 및 차산 도메인) 채널을 위한 상이한 위상 응답이 획득될 수 있다. 우측 및 좌측 채널의 위상 응답을 변화시켜 상호 채널 역상관이 발생될 수 있다.
도 7은 예시적인 구현에서, 진폭 및 위상 응답의 스크린샷(screenshot)(700)을 도시한다. 스크린샷(700)은 역상관 구현을 통한 좌측과 우측 채널(721 및 722 각각의)에 대한 진폭 응답 자취(710) 및 위상 응답 플롯(plot)(720)을 포함하고, 여기서 식 1의 값 g는 좌측 채널 역상관기에 대해 g=0.8에 대응하고, 우측 채널 역상관기에 대해 g=-0.8에 대응한다. 자취(710)에서, 진폭 응답(715)은 좌측과 우측 채널 응답 모두에 대하여, 실질적으로 전체 주파수 범위에 걸쳐 약 영(0) 데시벨(dB)로 진행된다. 플롯(720)에서, 자취(721)는 좌측 오디오 채널에 대응하고, 자취(722)는 우측 오디오 채널에 대응한다. 자취(721 및 722)는 약 1kHz의 주파수 범위에서 역상관 크로스오버 지점을 공유할 수 있음을 보여준다.
일 실시예에서, 역상관의 정도는 승산기(608 및 610)와 관련된 계수 g 및 g'를 변경함으로써 제어될 수 있다. "g" 계수를 변경하여 채널 사이의 위상차가 영향을 받을 수 있다. 본원에 도시된 효과 강도 파라미터 및 폭 모드는 증폭기(608 및 610)의 이득 계수로의 변화와 관련될 수 있다. 그러므로, 실시예는 이득 계수의 값을 변경함으로써 역상관의 양(예를 들어, 강도)을 제어하는 기능을 할 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 선택 가능한(예를 들어, 프로그램 가능, 조정 가능한) 폭 모드가 구현될 수 있다.
도 8은 예시적인 구현에서, 좌측과 우측 채널 사이의 위상 응답차를 상이한 이득 설정으로 플롯팅(plotting)하는 스크린샷(800)을 도시한다. 자취(801)는 좌측 채널에 대하여 0.8 및 우측 채널에 대하여 -0.8의 g로의 값 설정에 의해 오디오 채널 사이의 예시적인 위상 응답차를 플롯팅한다. 자취(802)는 좌측 채널에 대하여 0.4 및 우측 채널에 대하여 -0.4의 이득 값 설정에 의해 오디오 채널 사이의 예시적인 위상 응답 차를 플롯팅한다. 그러므로, 자취(801)는 "풀 폭 모드" 위상 응답을 나타낼 수 있다. 그러므로, 자취(802)는 "하프 폭 모드" 위상 응답을 나타낼 수 있다. 자취(801)와 자취(802)는 각각 약 1kHz의 1 주파수 값에서 크로스오버 지점을 공유한다.
예시적인 크로스오버 필터
실시예는 상대적 고주파수 범위 성분 및 상대적 저주파수 범위 성분(예를 들어, 고주파수 성분의 역상관 이전의)을 분리할 수 있는 크로스오버 필터 네트워크(예를 들어, 각각의 크로스오버 필터(202, 204) 및 크로스오버 필터(402, 404); 도 2와 도 4)를 사용할 수 있다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 예시적인 크로스오버 필터(900)를 도시한다.
크로스오버 필터(900)는 풀 대역 오디오 입력 신호를 수신하고/하거나 액세스한다. 입력 신호는 무한 임펄스 응답(infinite impulse response: IIR) 필터(901) 및 믹서(mixer)(가산기)(902)에 제공될 수 있다. 더욱 급격한 필터 스커트(skirt) 및 부수적으로 더 적은 중첩을 발생시키는 것과 같이, IIR 특징 이외의 특징을 갖는 필터가 또한 사용된다. 일 실시예에서, IIR 필터(901)는 제 2차 IIR 필터로 구현된다. 실시예에서, IIR 필터(901)는 버터워스(Butterworth) 특징에 의해 구현된다. 실시예에서, IIR 필터(901)는 제 2차 버터워쓰 필터로서 구현된다. IIR 필터는 또한 Chebyshev, Bessel, elliptic 또는 다른 IIR 특징에 의해 구현될 수 있다. 실시예에서 단일 2차 IIR 필터(901) 및 단일 믹서(902)를 사용하는 것은 크로스오버 필터(900)를 구현하는 것과 관련된 계산 자원을 보존할 수 있다. 크로스오버 필터(900)는 풀 대역 입력 신호를 저역 통과 및 고역 통과 신호 성분으로 분리한다.
도 10은 예시적인 구현에서, 크로스오버 필터와 관련된 진폭 및 위상 응답 플롯의 스크린샷(1000)을 도시한다. 스크린샷(1000)은 진폭 플롯(1010) 및 위상 응답 플롯(1020)을 포함한다. 진폭 플롯(1010)은 저역 통과 응답 자취(1011), 고역 통과 응답 자취(1012), 및 재구성된 신호에 대응하는 자취(1015)를 포함한다. 위상 응답 플롯(1020)은 저역 통과 응답 자취(1021), 고역 통과 응답 자취(1022), 및 재구성된 신호에 대응하는 자취(1025)를 포함한다.
고역 통과 필터 응답은 제 1차 경사에 접근할 수 있다. 실시예는 크로스오버 지점에 대해 상대적 고주파수 값을 사용할 수 있다. 그러므로, 제 1차 경사 고역 통과 필터 응답은 이와 함께 역상관을 구현하는 상황에서 충분할 수 있다.
도 11은 예시적인 구현에서, 역상관 필터 및 크로스오버 필터와 각각 관련된 위상 응답 및 진폭 플롯의 분리된 스크린 샷(1100)을 도시한다. 스크린 샷 세그먼트(1110)는 좌측 채널 자취(721) 및 우측 채널 자취(722)에서의(도 7) 예시적인 역상관기와 관련된 위상 응답을 플롯팅한다.
실시예는 실질적으로 선형으로 간격의 위상 랩핑 주기에 의해 구현되는 역상관 필터를 사용할 수 있다. 플롯팅된 대수화된, 고주파수 위상차는 상대적인 저주파수에서보다 상대적 고주파수에서 더욱 빠르게 변할 수 있다.
1kHz 이하의 주파수는 플롯(1110)에서 실질적으로 위상이 다르다. 음향 심리학적 관점에서, 역상관되고 위상이 다른 좌측과 우측 주파수 낮은 신호는, 예를 들어, 실질적으로 평범한 양 귀의 청력을 갖는 인간 청취자에 의해, 다소 약해진 베이스(bass) 콘텐츠로서 감지될 수 있다. 약해진 베이스 콘텐츠는 위상이 다른 채널 콘텐츠로부터 발생할 수 있는 유해한 간섭을 통해 베이스 주파수의 제거로부터 적어도 부분적으로 발생할 수 있다. 더욱이, 팬덤(phandom)(예를 들어, 가상의) 음향스테이지 센터(soundstage center)의 위치는 한쪽(또는 다른 쪽)으로 시프트된 것으로 감지될 수 있다. 사운드스테이지 센터를 시프팅함으로써 다소 부자연스런 체험이 발생되는 것으로 감지될 수 있다. 그러므로, 바람직하지 않은 위상차(1113)의 범위는 1kHz 이하의 주파수에서 발생할 것이다.
일 실시예는 상대적 고주파수를 역상관하고, 상대적 저주파수의 역상관을 감소시키거나, 최소화하거나, 또는 방지하는 기능을 한다. 실시예는 1kHz의 주파수에서 크로스오버 지점을 구현할 수 있고, 여기서 역상관 필터의 좌측과 우측 채널 사이의 위상차는 48kHz 역상관기 지연 라인에서, 예를 들어, 25 샘플의 레이트(rate)에 대응하는 지연에 의해서 최소화(예를 들어, 영(0) 또는 대략 영)될 수 있다.
고주파수 필터 성분은 1차 롤오프(또는 1차에 가까운 롤오프)에 의해 구현될 수 있다. 그러므로, 역상관 필터는 1kHz의 크로스오버 주파수 이하에서 어떤 효과를 유지할 수 있다. 그러나, 역상관기의 효과는 주파수에 따라 감소할 수 있다. 실시예에서, 감소하는 역상관 효과는 주파수 감소시 현저하게(예를 들어, 아마도 상당한) 될 수 있다.
1kHz에서, 좌측과 우측 역상관기 출력은 실질적으로 동상일 수 있다. 그러나, 1kHz에서, 좌측과 우측 역상관기 출력은, 역상관기 입력에 관하여, 180°(또는 그의 부근에) 위상이 다를 수 있다. 그러므로, 실시예는 역상관 이후 필수적으로 위상이 다른 저주파수를 재삽입{예를 들어, 믹서(214, 216) 및/또는 414, 416; 도 2 및 도 4 각각} 할 수 있다.
그러므로, 실시예는 10cm 미만과 같은, 상대적으로 작은 거리에 의해 분리되는 라우드스피커에 의해 재생되는 오디오 콘텐츠의 스테레오 이미지 폭을 확장(연장)할 수 있다. 그러므로, 실시예에 따른 스테레오 확장은 이동 전화, 개인용 휴대 정보 단말기, MP3 재생기(또는 다른 코덱들과 관련되거나 다른 포맷에 따른 오디오 콘텐츠의 재생기) 및 게임 디바이스와 같은 휴대용 음향 재생 디바이스와 같은 장치 및 디바이스, 다른 엔터테인먼트 관련 또는 휴대용 디바이스, 랩탑 및 팜탑 컴퓨터 등에 경제적으로 사용할 수 있다. 실시예에서, 라우드스피커 주파수 응답을 보상하기 위한 필터는 FIR 필터(예를 들어, FIR 필터(426, 428); 도 4)와 같이 포함될 수 있다. 그러므로, 실시예는 스테레오 확장 효과를 조정(예를 들어, 최대화)하기 위한, 그리고/또는 이동 전화 및 다른 디바이스 및 장치에 의해 사용될 수 있는 다양한 핸드셋, 헤드셋 등으로 맞추는 것과 같이 주문화될 수 있다.
III. 예시적인 실시예
그러므로, 본 발명의 예시적인 실시예는 아래 문단에서 열거된 예시적인 실시예 중 하나 이상과 관련될 수 있다.
1. 적어도 두 개의 라우드스피커를 포함하는 음향 재생 시스템으로 스테레오 신호 입력을 액세스하는 단계로서,
상기 스테레오 신호는 복수의 주파수 성분을 포함하고;
상기 적어도 두 개의 라우드스피커는 서로 부근에 배치되는, 스테레오 신호 입력을 액세스하는 단계;
상기 주파수 성분의 주파수 범위를 역상관하는 단계; 및
상기 역상관 단계를 기초로 상기 음향 재생의 입체 응답을 확장하는 단계를 포함하는 방법.
2. 상기 스테레오 신호를 예비 프로세싱하는 단계를 더 포함하고;
상기 예비 프로세싱 단계는 상기 역상관 단계를 포함하는 열거된 예시적인 실시예 1을 인용하는 방법.
3. 상기 부근은, 상기 역상관하는 단계 이전에, 상기 입체 음향 응답과 관련된 풍부함을 적어도 부분적으로 감소시키는 상기 적어도 두 개의 라우드스피커의 분리에 대응하는 열거된 예시적인 실시예 1을 인용하는 방법.
4. 상기 분리는 20 센티미터를 초과하지 않는 열거된 예시적인 실시예 3을 인용하는 방법.
5. 상기 분리는 10 센티미터를 초과하지 않는 열거된 예시적인 실시예 3을 인용하는 방법.
6. 상기 주파수 범위는 고주파수에 대응하는 열거된 예시적인 실시예 1을 인용하는 방법.
7. 상기 역상관하는 단계는 임계 주파수 값을 초과하는 고주파수에 대해 수행되는 열거된 예시적인 실시예 6을 인용하는 방법.
8. 상기 임계 주파수 값은 삼백 헤르츠(300Hz) 및 삼 킬로헤르츠(3kHz) 사이의, 삼백 헤르츠(300Hz) 및 삼 킬로헤르츠(3kHz)를 포함하는 범위 내인 열거된 예시적인 실시예 7을 인용하는 방법.
9. 시스템에 있어서:
적어도 두 개의 라우드스피커를 포함하는 음향 재생 시스템으로 스테레오 신호 입력을 액세스하는 수단으로서;
상기 스테레오 신호는 복수의 주파수 성분을 포함하고;
상기 적어도 두 개의 라우드스피커는 서로 부근에 배치되는, 스테레오 신호 입력을 액세스하는 수단;
상기 주파수 성분의 주파수 범위를 역상관하는 수단; 및
상기 역상관하는 수단의 기능을 기초로 상기 음향 재생 시스템의 입체 음향 응답을 확장하는 수단을 포함하는 시스템.
10. 상기 스테레오 신호를 예비 프로세싱하는 수단을 더 포함하고;
상기 예비 프로세싱 수단은 상기 역상관하는 수단을 포함하는 열거된 예시적인 실시예 9를 인용하는 시스템.
11. 상기 예비 프로세싱 수단은 상기 스테레오 신호 입력을 필터링하는 수단을 더 포함하는 열거된 예시적인 실시예 10을 인용하는 시스템.
12. 상기 필터링 수단은:
크로스오버 필터; 또는
위상 정정 필터 중 적어도 하나를 포함하고;
상기 필터링 수단은 다른 주파수 범위로부터 상기 역상관 주파수 범위를 분리하는 열거된 예시적인 실시예 11을 인용하는 시스템.
13. 상기 다른 주파수 성분은 상기 역상관 주파수 범위의 주파수 값 미만의 주파수 값을 갖는 주파수 성분을 포함하고;
상기 예비 프로세싱 수단은 상기 역상관 주파수 범위의 주파수 값 미만의 주파수 값에 지연을 추가하는 수단을 더 포함하는 열거된 예시적인 실시예 12를 인용하는 시스템.
14. 상기 시스템은:
상기 스테레오 입력과 관련된 방향성 성분에 기초한 도메인; 또는
상기 스테레오 입력과 관련된 합산 및 차산에 기초한 도메인 중 하나 이상을 통해 기능을 하는 열거된 예시적인 실시예 13을 인용하는 시스템.
15. 상기 스테레오 입력과 관련된 합산 및 차산에 기초한 도메인에 대해서, 상기 시스템은:
상기 역상관하는 수단의 기능 이전의 상기 스테레오 입력을 상기 방향성 기반 도메인으로 디셔플링하는 수단을 더 포함하는 열거된 예시적인 실시예 14을 인용하는 시스템.
16. 상기 시스템은:
상기 역상관하는 수단으로부터의 역상관된 신호를 상기 합산 및 차산 도메인으로 리셔플링하는 수단을 더 포함하는 열거된 예시적인 실시예 15을 인용하는 시스템.
17. 상기 리셔플링하는 수단으로부터의 리셔플링된 신호를 상기 역상관 주파수 범위의 지연된 주파수 값 미만인 상기 지연된 주파수 값과 혼합하는 수단을 더 포함하는 열거된 예시적인 실시예 16을 인용하는 시스템.
18. 상기 혼합하는 수단은 상기 역상관 주파수 범위의 지연된 주파수 값 미만의 지연된 주파수 값을 상기 리셔플된 신호에 대한 180도 위상 시프트와 혼합하는 기능을 하는, 열거된 예시적인 실시예 17을 인용하는 시스템.
19. 상기 혼합하는 수단으로부터 혼합된 신호를 스케일링하는 수단을 더 포함하는, 열거된 예시적인 실시예 17을 인용하는 시스템.
20. 상기 확장 수단은 확장 필터링 수단을 포함하는, 열거된 예시적인 실시예 9 또는 열거된 예시적인 실시예 19를 인용하는 시스템.
21. 상기 확장 필터링 수단은 유한 임펄스 응답 필터를 포함하는 열거된 예시적인 실시예 20을 인용하는 시스템.
22. 상기 확장 필터링 수단은:
상기 시스템에 의해 프로세스되는 적어도 두 개의 신호와 관련된 크로스-토크 성분을 제거하는 수단;
스피커 어레이(speaker array)를 가상화하는 수단; 또는
헤드 관련 전송 기능에 응답하는 수단 중 하나 이상을 포함하는 열거된 예시적인 실시예 20을 인용하는 시스템.
23. 상기 확장 필터링 수단은:
헤드 섀도우 모델; 또는 균등화 정정 컴포넌트 중 하나 이상을 더 포함하는, 열거된 예시적인 실시예 22을 인용하는 시스템.
24. 상기 역상관하는 수단은:
지연 요소;
상기 필터링 수단으로부터의 입력을 취하는 제 1 믹서;
상기 지연 요소로부터의 입력을 취하는 제 2 믹서;
상기 제 1 믹서로부터의 입력을 취하는 제 1 증폭기; 및
상기 지연 요소로부터의 입력을 취하는 제 2 증폭기를 포함하고;
상기 제 1 믹서는 상기 필터링 수단으로부터의 입력을 상기 제 2 증폭기의 출력과 혼합하고;
상기 제 2 믹서는 상기 지연 요소로부터의 출력을 상기 제 1 증폭기의 출력과 혼합하여 역상관된 신호를 생성하는 예시적인 실시예 11을 인용하는 시스템.
25. 상기 필터링 수단은 무한 임펄스 응답 필터를 포함하는 예시적인 실시예 11을 인용하는 시스템.
26. 상기 무한 임펄스 응답 필터는 버터워쓰 필터를 포함하는 예시적인 실시예 25을 인용하는 시스템.
27. 상기 무한 임펄스 응답 필터는 제 2차 버터워쓰 필터를 포함하는 예시적인 실시예 25을 인용하는 시스템.
28. 상기 무한 임펄스 응답 필터는 저역 통과 필터 기능을 수행하는 예시적인 실시예 25을 인용하는 시스템.
29. 상기 필터링 수단은:
고역 통과 필터 기능을 수행하는 믹서를 더 포함하고;
상기 믹서는 실질적으로 위상이 다른 상기 무한 임펄스 응답 필터의 출력을 상기 스테레오 입력 신호와 혼합하는, 예시적인 실시예 28을 인용하는 시스템.
30. 상기 부근은, 상기 역상관하는 수단의 기능 이전에, 상기 입체 음향 응답과 관련된 풍부함을 적어도 부분적으로 감소시키는 상기 적어도 두 개의 라우드스피커의 분리에 대응하는, 예시적인 실시예 9를 인용하는 시스템.
31. 상기 분리는 20센티미터를 초과하지 않는 예시적인 실시예 30을 인용하는 시스템.
32. 상기 분리는 10센티미터를 초과하지 않는 예시적인 실시예 30을 인용하는 시스템.
33. 상기 주파수 범위는 고주파수에 대응하는 예시적인 실시예 9를 인용하는 시스템.
34. 상기 역상관하는 수단은 임계 주파수 값을 초과하는 고주파수에 대하여 기능을 하는 예시적인 실시예 33을 인용하는 시스템.
35. 상기 임계 주파수 값은 삼백 헤르츠(300Hz) 및 삼 킬로헤르츠(3kHz) 사이의, 삼백 헤르츠(300Hz) 및 삼 킬로헤르츠(3kHz)를 포함하는 범위 내인 열거된 예시적인 실시예 34을 인용하는 시스템.
36. 하나 이상의 프로세서로 수행시, 열거된 예시적인 실시예 9 내지 35 중 하나 이상을 인용하는 시스템을 구성하는 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
37. 하나 이상의 프로세서로 수행시, 컴퓨터 시스템이 입체 음향 확장과 관련된 단계를 수행하도록 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서, 상기 단계는 열거된 예시적인 실시예 1 내지 8에서 인용된 단계 중 하나 이상을 포함하는, 상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
38. 입체 음향 확장과 관련된 단계를 수행하도록 구성되고, 상기 단계는:
열거된 예시적인 실시예 1 내지 8을 인용하는 방법의 하나 이상의 단계를 포함하는 집적 회로 디바이스.
39. 입체 음향 확장 시스템으로 구성되고, 상기 시스템은:
열거된 예시적인 실시예 9 내지 35 중 하나를 인용하는 시스템을 포함하는 집적 회로 디바이스.
40. 상기 집적 회로 디바이스는:
프로그램 가능 논리 디바이스; 또는
주문형 집적 회로 중 적어도 하나를 포함하는, 열거된 예시적인 실시예 38 또는 39를 인용하는 집적 회로,
41. 상기 프로그램 가능 논리 디바이스는:
마이크로제어기; 또는
필드 프로그램 가능 게이트 어레이 중 적어도 하나를 포함하는 열거된 예시적인 실시예 40을 인용하는 집적 회로,
42. 프로세싱 엔티티에 의해 수행될 때, 열거된 예시적인 실시예 38 내지 41 중 하나 이상을 인용하는 집적 회로를 구성하는 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
43. 입체 음향 확장에 관련된 단계를 수행하도록 구성되고 상기 단계는:
열거된 예시적인 실시예 1 내지 8 중 하나를 인용하는 방법의 하나 이상의 단계를 포함하는 장치.
44. 입체 음향 확장 시스템으로 구성되고, 상기 시스템은:
열거된 예시적인 실시예 9 내지 35 중 하나를 인용하는 시스템을 포함하는 장치.
45. 통신 디바이스;
컴퓨터 디바이스; 또는
엔터테인먼트 디바이스 중 적어도 하나를 포함하는, 열거된 예시적인 실시예 43 또는 44 중 하나를 인용하는 장치.
46. 프로세싱 엔티티에 의해 수행될 때, 열거된 예시적인 실시예 43 내지 45 중 하나 이상을 인용하는 장치를 제어하는 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
47. 20cm 미만으로 이격된 한 쌍의 라우드스피커를 통해 재생될 때 확장된 인상을 제공하기 위해 좌측과 우측 입력 신호를 포함하는 스테레오 입력을 수정하는 방법에 있어서,
역상관하는 프로세스에 의해서, 상기 좌측과 우측 입력 신호를 수정하여 역상관된 좌측 채널 신호와 역상관된 우측 채널 신호를 생성하는 단계로서, 상기 역상관된 좌측 채널 신호는 상기 좌측 채널 위상 응답에 따라 상기 좌측 입력 신호에 대하여 동상으로 변화되고, 상기 역상관된 우측 채널 신호는 상기 우측 채널 위상 응답에 따라 상기 우측 입력 신호에 대하여 동상으로 변화되는, 좌측과 우측 채널 신호를 생성하는 단계,
상기 역상관된 좌측 채널 신호와 상기 역상관된 우측 채널 신호를 상기 스테레오 확장 프로세스를 통해 수정하는 단계, 및
상기 스테레오 확장 프로세스로부터의 출력을 상기 한 쌍의 라우드스피커로 공급하는 단계를 포함하고,
상기 좌측 채널 위상 응답은 임계 주파수 이하의 주파수에서 상기 우측 채널 위상 응답에 인접하게 정합하고, 좌측 채널 위상 응답은 상기 임계 주파수를 초과하는 주파수에서 상기 우측 채널 위상과 상이하고, 상기 임계 주파수는 300Hz와 3kHz 사이인 스테레오 입력을 수정하는 방법.
IV. 동일, 확장, 대안, 및 기타
스테레오 확장을 위한 예시적인 실시예가 기술된다. 상술한 명세서에서, 본 발명의 실시예는 구현마다 변화 가능한 다수의 특정 세부사항에 관하여 기술되었다. 그러므로, 발명이 무엇인지를 나타내고, 출원인에 위해 본 발명으로 의도되는 유일하고 배타적인 지표는, 이 출원서에서 특정한 형태로 발행되는 청구항으로서, 이러한 청구항은 임의의 후속 수정을 포함해서 발행된다. 상기 청구항에 포함된 용어에 대해 본 명세서에서 분명하게 기재된 임의의 정의는 청구항에 사용된 이러한 용어의 의미를 결정할 것이다. 따라서, 청구항에 분명하게 인용되지 않은 제한, 요소, 고유성, 특성, 장점 및 속성은 청구항의 범위를 제한하지 않을 것이다. 따라서, 명세서와 도면은 제한적인 의미보다는 설명적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims (10)

  1. 방법에 있어서,
    적어도 두 개의 라우드스피커를 포함하는 음향 재생 시스템에 스테레오 신호 입력을 액세스하는 단계로서,
    상기 스테레오 신호는 복수의 주파수 성분을 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 라우드스피커는 서로 인접하게 배치된, 상기 액세스 단계와,
    상기 주파수 성분의 주파수 범위를 역상관(decorrelation)하는 단계와,
    상기 역상관 단계를 기초로 상기 음향 재생 시스템의 입체 응답(stereophonic response)을 확장하는 단계를
    포함하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스테레오 신호를 예비 프로세싱하는 단계를 더 포함하고, 상기 예비 프로세싱 단계는 상기 역상관 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 인접함(proximity)은, 상기 역상관 단계 전에, 상기 입체 음향 응답과 관련된 풍부함 품질(fullness quality)을 적어도 부분적으로 감소시키는 상기 적어도 두 개의 라우드스피커의 분리에 해당하는, 방법.
  4. 시스템에 있어서,
    적어도 두 개의 라우드스피커를 포함하는 음향 재생 시스템에 스테레오 신호 입력을 액세스하는 수단으로서,
    상기 스테레오 신호는 복수의 주파수 성분을 포함하고,
    상기 적어도 두 개의 라우드스피커는 서로 인접하게 배치된, 상기 액세스 수단과,
    상기 주파수 성분의 주파수 범위를 역상관하는 수단과,
    상기 역상관 수단의 기능을 기초로 상기 음향 재생 시스템의 입체 응답을 확장하는 수단을
    포함하는, 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 스테레오 신호를 예비 프로세싱하는 수단을 더 포함하고,
    상기 예비 프로세싱 수단은 상기 역상관 수단을 포함하며,
    상기 예비 프로세싱 수단은 상기 스테레오 신호 입력을 필터링하는 수단을 더 포함하는, 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 필터링 수단은,
    크로스오버 필터(cross-over filter) 또는
    위상 정정 필터(phase correction filter) 중
    적어도 하나를 포함하고,
    상기 필터링 수단은 다른 주파수 범위로부터 상기 역상관 주파수 범위를 분리하는, 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다른 주파수 범위는 상기 역상관 주파수 범위의 주파수보다 낮은 주파수 값을 갖는 주파수 성분을 포함하고,
    상기 예비 프로세싱 수단은 상기 역상관 주파수 범위의 주파수보다 낮은 주파수 값에 지연을 추가하는 수단을 더 포함하는, 시스템.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 시스템은,
    상기 스테레오 입력과 관련된 방향성 성분(directionality component)에 기초한 도메인, 또는
    상기 스테레오 입력과 관련된 합산 및 차산에 기초한 도메인 중
    하나 이상을 통해 작용하는, 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 스테레오 입력과 관련된 합산 및 차산에 기초한 도메인에 대해서, 상기 시스템은,
    상기 역상관 수단의 기능 이전에 상기 스테레오 입력을 상기 방향성에 기초한 도메인으로 디셔플링(deshuffling)하는 수단,
    상기 역상관 수단으로부터 역상관 신호를 상기 합산 및 차산 도메인으로 다시 리셔플링하는 수단, 또는
    상기 리셔플링 수단으로부터 리셔플링된 신호를 상기 역상관 주파수 범위의 주파수보다 낮은 상기 지연된 주파수 값과 혼합하는 수단 중
    하나 이상을 더 포함하는, 시스템.
  10. 20cm 미만으로 이격된 한 쌍의 라우드스피커를 통해 재생시 확장된 인상을 제공하기 위해, 좌측과 우측 입력 신호를 포함하는 스테레오 입력을 수정하는 방법에 있어서,
    역상관 프로세스에 의해, 상기 좌측과 우측 입력 신호를 수정하여, 역상관된 좌측 채널 신호와 역상관된 우측 채널 신호를 생성하는 단계로서, 상기 역상관된 좌측 채널 신호는 상기 좌측 채널 위상 응답에 따라 상기 좌측 입력 신호에 대해 상이 변하고, 상기 역상관된 우측 채널 신호는 상기 우측 채널 위상 응답에 따라 상기 우측 입력 신호에 대해 상이 변하는, 좌측과 우측 입력 신호를 수정하는 단계와,
    상기 역상관된 좌측 채널 신호와 상기 역상관된 우측 채널 신호를 상기 스테레오 확장 프로세스를 통해 수정하는 단계와,
    상기 스테레오 확장 프로세스로부터의 출력을 상기 한 쌍의 라우드스피커에 공급하는 단계를
    포함하고,
    상기 좌측 채널 위상 응답은 임계 주파수보다 낮은 주파수에서 상기 우측 채널 위상 응답에 인접하게 정합하고, 좌측 채널 위상 응답은 상기 임계 주파수보다 높은 주파수에서 상기 우측 채널 위상과 서로 상이하며, 상기 임계 주파수는 300Hz 내지 3kHz인, 스테레오 입력을 수정하는 방법.
KR1020107020246A 2008-02-14 2009-02-11 스테레오 입력을 수정하기 위한 방법 및 음향 재생 시스템 KR101183127B1 (ko)

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