KR20100132280A - 고음질 가상 공간 음향 생성 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가상 공간 음향 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가상 공간 음향 생성 장치는 입력된 2채널 신호를 확장 분산 처리하여 복수의 분배 채널 신호로 출력하는 입력 신호 분배부와, 상기 입력신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제1 분배 채널 신호에 대하여 다단의 필터를 통한 공간 환경에 따른 음색 특성을 조절하여 음색 특성 신호로 출력하는 음색 특성 조절부와, 상기 음색 특성 조절부에서 출력된 상기 음색 특성 신호와 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제2 분배 채널 신호를 상호 비교 처리하여 음색 특성 비교 신호를 출력하는 상호 비교 처리부와, 상기 상호 비교 처리부에서 출력된 상기 음색 특성 비교 신호에 대하여 시간과 주파수 특성의 제어를 통한 하모닉 처리를 구현하여 하모닉 음색 신호를 출력하는 하모닉 구현부와, 및 상기 하모닉 구현부에서 출력된 상기 하모닉 음색 신호와 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 제2 분배 채널 신호를 합성하여 합성 특성 신호를 출력하는 믹싱 처리부를 포함함으로써, 음원의 위치 보정뿐만 아니라, 원음의 손실을 최소화하면서 특정 음색의 하모닉을 부과함으로 특정음의 경우 중첩되는 소리로 인하여 밀도를 증가시켜 청취 음량을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 고음질 가상 공간 음향 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 스테레오 음향에 부합하여 다양한 음원 위치 보정에 의한 고음질 가상 공간 음향 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 2채널 다차원 음향 생성은 기본적으로 2채널 스테레오 오디오신호를 이루는 레프트 신호(Left signal : 이하“L"이라 함)와 라이트 신호(Right signal: 이하 "R"이라 함)으로부터 원하는 다차원 음향에 필요한 성분을 얻은 후, 이 성분들을 합성함으로써 이루어진다.
이러한 다차원 음향 처리의 종래기술의 일실시예가 Danny D.Lowe등에 의해 발명된 1995년 8월 8일자 발행된 미합중국 특허번호 제5,440,638호 “STEREO ENHANCEMENT SYSTEM"에 구현되어 있다.
이 발명은 입력되는 L 신호 및 R 신호를 가지고 원신호의 L 성분 및 R 성분과 L+R 성분 및 L-R 성분을 얻은 후, L 성분, R 성분, L+R 성분, L-R 성분 및 대역제한 L-R 성분을 합성하여 공간 음향을 구현하였었다. 이러한 합성으로 공간 음향 을 구현할 경우 공간 음향은 가능하나, 음원의 중심과 효과음의 배분이 흐트러진다. 즉, 원래 스테레오신호는 음원의 위치와 효과음의 위치를 잘 분배하여 기록된 신호이다. 따라서 L+R 성분 및 L-R 성분으로 분리 후 다시 L 성분과 R 성분에 합성을 하면 많은 문제점이 발생한다.
예를 들면, L 신호 및 R 신호로부터 R-L 성분을 얻은 후에 원신호의 L 성분 및 R 성분에 합성을 할 경우 R-L+L 성분과 R-L+R 성분으로 된다. 결과적으로 R측은 2R-L과 L측은 R-2L로 된다. 이 경우 스테레오 신호에서는 공간의 변화를 느끼지만, 스테레오 음상 공간은 언밸런스된다. 그리고 모노 성분의 신호만 있다면, L = R임으로, L => R인 경우 R측은 R신호이고, L측은 -R신호가 되어 상호 채널 간에 위상이 180도 차로 인하여 음원의 중심이 흐트러진다. 따라서 이러한 방식은 스테레오의 공간효과는 구현되나, 음의 분리도 및 정위감은 상당히 저하됨을 볼 수 있다.
위의 예와 다른 예로서 L 성분과 R 성분에 각각의 대역을 제한한 신호를 합성할 때, 즉 L => a(L+L(LPF)-R(HPF)), R => a(R+R(LPF)-L(HPF))로 구현시(여기서 LPF는 저역 통과 필터, HPF는 고역 통과 필터, a는 가중치임), 모노 신호 경우는 저역 부분만 부스트(boost)된 상태가 되고, 스테레오 신호 경우는 상대 채널의 고주파 성분에만 변화를 줌으로써 음원의 중심은 개선되지만 공간 효과의 한계성을 가진다. 이뿐만 아니라 위의 방식은 단순한 형태의 음향 공간만 표현하는 한계성으로 청취자의 욕구를 만족시킬 수 없었다.
이와 같이 고음질의 가상 공간 음향 구현을 위해서는 중심 음원 유지와 음원의 분포를 유지하는 것이 우선 과제이고, 다양한 공간 설정에 따른 효과를 얻기 위 해서는 음원의 위치 보정이 이뤄져야 한다. 이러한 보정을 구현하기 위해, 디지털 신호처리 이외에 아날로그 신호처리를 하는 경우 시스템 구성이 복잡해지고, 많은 부품이 요구되어 고음질의 신호처리에서 요구되는 오디오 성능 부분에서 한계에 봉착한다.
또한, 물체의 움직임 중심의 파노라마 효과를 추구하는 돌비사의 경우에는 멀티 채널 구현시는 현장감이 좋으나, 스테레오 신호 구현시는 음상이 한쪽 채널로 빠지는 현상이 나타난다. 그래서 영화를 볼 때는 좋으나, 스테레오 음악을 청취하는 경우에는 문제가 많아 이런 기능을 사용하기 어렵다. 한편, 분위기 중심의 효과를 추구하는 SRS사의 경우에는 많은 공간 효과부분을 가지기 위해서 저음 보강을 단순 EQ로 베이스 보강을 하는데 이 경우 공간 효과 측면은 개선되나, 음의 왜곡이 많이 생기며, 음이 탁한 느낌이 있어서 고음질 구현에서 또한 한계점이 되고 있다. 이들의 각 문제점을 개선하여 공간의 분위기와 움직임을 모두 만족하는 시스템은 일부 고가 시스템으로 출시되고 있으나, 공간의 위치 변화 보정까지 만족하는 시스템 구현은 아직 발표되고 있지는 않다.
상술한 바와 같이 종래의 공간음향의 경우 움직임을 중심으로 하는 것과 분위기를 중심으로 하는 공간음향 효과와 단순 공간효과 등등 다양화 되고 있다. 이런 부분들을 총괄하여 구현하는 부분에서는 노력은 하고 있으나, 아직 미진함이 많이 있다. 특히 2.1채널 또는 3.1채널이 요구되는 시장 경우, 예를 들면 TV시장은 큰 영상과 슬림화를 추구하고 있는 과정에서, PDP TV, LCD TV 및 LED TV로 발전하면서 TV내에 음성 처리 부분은 구조상 구현이 점점 어려워지고 있다. 특히 슬림화 가 가속화된 LED TV는 음량을 높이고자 하는 경우 LED TV의 얇은 폭으로 인하여 스피커의 위치와 배치 등에 있어 한계를 가진 시스템 구조가 되고, 또한 영상과 음성 전달 부분에서 청취시 위치에 따른 상호 매칭이 되지 아니하는 경우가 있다. 이런 경우를 립싱크라고 하는데, 일반적으로 영상과 음성 전달 간에 시간차 정보 전달로 인한 부분으로만 알고 있으나(시간적 립싱크), 사실 영상의 이미지 위치와 음성 간의 위치에 대한 부분도 존재 한다(위치 립싱크). 특히 위치 립싱크 부분은 현재까지 소홀이 되어온 부분이다. 그리고 기존에는 이 위치 립싱크 부분을 소리의 크기로 극복하려 했으나, 상술한 바와 같이 슬림화로 인하여 구현이 어렵다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 음원의 위치를 보정하여 청취 음량을 높이는 고음질 가상공간 음향생성 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소리의 크기가 아닌 소리의 밀도를 청취 음량을 높이는 고음질 가상공간 음향생성 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 자동으로 모드 전환이 이루어져 입력 신호에 따라 다양한 음원의 위치 보정에 의한 가상공간 음향의 구현이 가능한 고음질 가상공간 음향생성 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가상 공간 음향 생성 장치는 입력된 2채널 신호를 확장 분산 처리하여 복수의 분배 채널 신호로 출력하는 입력 신호 분배부와, 상기 입력신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제1 분배 채널 신호에 대하여 다단의 필터를 통한 공간 환경에 따른 음색 특성을 조절하여 음색 특성 신호로 출력하는 음색 특성 조절부와, 상기 음색 특성 조절부에서 출력된 상기 음색 특성 신호와 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제2 분배 채널 신호를 상호 비교 처리하여 음색 특성 비교 신호를 출력하는 상호 비교 처리부와, 상기 상호 비교 처리부에서 출력된 상기 음색 특성 비교 신호에 대하여 시간과 주파수 특성의 제어를 통한 하모닉 처리를 구 현하여 하모닉 음색 신호를 출력하는 하모닉 구현부와, 및 상기 하모닉 구현부에서 출력된 상기 하모닉 음색 신호와 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 제2 분배 채널 신호를 합성하여 합성 특성 신호를 출력하는 믹싱 처리부를 제공한다.
가상 공간 음향 생성 장치는 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제3 분배 채널 신호을 병렬로 이루어진 복수의 필터에 통과시켜 공간의 방향에 영향을 주는 주파수 응답 특성을 출력하는 공간 특성 조절부와, 및 상기 믹싱 처리부에서 출력된 상기 합성 특성 신호와 상기 공간 특성 조절부에서 출력된 상기 주파수 응답 특성 신호를 HRTF 원리에 따라 상호 크로스 결선하여 합성한 프런트 L/R 신호를 출력하는 공간 조절부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 공간 조절부는 상기 믹싱 처리부에서 출력된 상기 합성 특성 신호의 레프트 신호와 라이트 신호를 합성하여 밴드패스필터를 통과한 프런트 센터 신호를 더 출력하는 것이 바람직하다.
상기 입력 신호 분배부는 상기 베이스 신호를 바이패스한 분배 베이스 신호를 출력하고, 가상 공간 음향 생성 장치는 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 분배 베이스 신호와 상기 하모닉 구현부에서 출력된 상기 하모닉 음색 신호를 합성하여 저역 통과 필터를 통과한 베이스 채널 신호를 출력하는 베이스 신호 합성부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
가상 공간 음향 생성 장치는 2채널 스테레오 신호 또는 멀티 채널 신호를 매핑하여 상기 2채널 신호와 상기 베이스 신호를 출력하는 채널 매핑부를 더 포함할 수 있다.
가상 공간 음향 생성 장치는 자동으로 모드 전환을 위해 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 제2 분배 채널 신호를 이용하여 모노 신호 또는 스테레오 신호인지를 분석하는 신호 분석부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 가상 공간 음향 생성 방법은, 입력된 2채널 신호를 확장 분산 처리하여 복수의 분배 채널 신호로 출력하는 단계와, 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제1 분배 채널 신호에 대하여 다단의 필터를 통한 공간 환경에 따른 음색 특성을 조절하여 음색 특성 신호로 출력하는 단계와, 상기 음색 특성 신호와 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제2 분배 채널 신호를 상호 비교 처리하여 음색 특성 비교 신호를 출력하는 단계와, 상기 음색 특성 비교 신호에 대하여 시간과 주파수 특성의 제어를 통한 하모닉 처리를 구현하여 하모닉 음색 신호를 출력하는 단계와, 및 상기 하모닉 음색 신호와 상기 제2 분배 채널 신호를 합성하여 합성 특성 신호를 출력하는 단계를 제공함으로써 상술한 목적을 달성한다.
상술한 구성에 의해, 본 발명은 음원의 위치를 보정하여 청취 음량을 높일 수 있으며, 또한 소리의 크기가 아닌 소리의 밀도를 증가시켜 청취 음량을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 자동으로 모드 전환이 이루어져 입력 신호에 따라 다양한 음원의 위치 보정에 의한 가상공간 음향의 구현이 가능함으로써 청취자가 다양한 음원의 위치 보정 효과를 손수 선택하는 불편을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 고음질 가상 공간 음향 생성 장치 및 방법을 첨부한 예시 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고음질 가상 공간 음향 생성 장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 음색 특성 조절부의 구체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 하모닉 구현부의 구체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 공간 특성 조절부의 구체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 공간 조절부의 구체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 베이스 신호 합성부의 구체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 7은 도 1에 도시된 신호 분석부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고품질 가상 공간 음향 생성 장치는 채널 매핑부(1), 입력 신호 분배부(2), 음색 특성 조절부(3), 상호 비교 처리부(4), 하모닉 구현부(5), 믹싱 처리부(6), 공간 특성 조절부(7), 공간 조절부(8), 베이스 신호 합성부(9), 신호 분석부(10) 및 중앙 처리부(11)를 포함한다. 이러한 구성들 중에서 소리의 밀도를 높이기 위하여 입력 신호 분배부(2), 음색 특성 조절부(3), 상호 비교 처리부(4), 하모닉 구현부(5) 및 믹싱 처리부(6)가 이용되며, 또한 다양한 음원의 위치 보정을 위하여 상술한 소리의 밀도를 높이는 구성들 이외에 공간 특성 조절부(7) 및 공간 조절부(8)가 이용된다.
채널 매핑부(1)는 입력 신호에 대한 매핑 신호를 출력한다. 채널 매핑부(1) 는 입력 신호인 2채널 스테레오 신호 또는 멀티 채널 신호를 매핑하여 2채널 신호와 베이스 신호를 출력한다.
입력 신호로 멀티 채널 신호 Fin, Sin, Rin, Cin 및 Bin이 입력되는 경우는 2채널 신호 F(L/R) = a*Fin(L/R)+b*Sin(L/R 180도 위상차)+b*Rin(L/R 180도 위상차)+b*Cin로 매핑하고, 베이스 신호 B = a*Bin로 매핑한다. 이 경우는 베이스 신호 B는 서브우퍼(SubWoofer)신호이다. 만약 Bin이 없는 경우는 베이스 신호 B = a*LPF(Fin(L/R)+Sin(L/R)+Rin(L/R)+Cin)로 얻는다. 한편, 입력 신호로 2채널 스테레오 신호 Fin이 입력되는 경우는 2채널 신호 F(L/R) = a*Fin(L/R)로 매핑되고, 베이스 신호 B = a*LPF(Fin(L/R))로 매핑된다. 이 경우 베이스 신호 B는 중저음으로 한다. 여기서 상수 a, b는 가중치를 의미하고, LPF는 저역통과 필터를 의미한다.
입력 신호 분배부(2)는 채널 매핑부(1)에서 출력된 2채널 신호 F(L/R)와 베이스 신호 B에 대하여 각각의 특성처리를 위하여 다시 확장 분산 처리를 수행한다. 따라서 2채널 신호 F는 제1 분배 채널 신호 F1, 제2 분배 채널 신호 F2 및 제3 분배 채널 신호 F3로 분배되고, 베이스 신호 B는 바이패스 처리되어 베이스 신호 B'가 출력된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2로 인하여 최종 출력 신호인 프런트 L/R 신호 FS(L/R)에 원음의 특성이 유지되므로, 원음의 손실을 최소화할 수 있다.
음색 특성 조절부(3)는 공간 환경에 따른 음색 특성을 조절하기 위해, 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제1 분배 채널 신호 F1를 공간 환경에 따른 원하는 특정 신호만을 제어한다. 음색 특성 조절부(3)는 입력된 제1 분배 채널 신호에 대하 여 이득과 주파수 특성 처리를 수행하여 다단의 음색 특성 신호 F_s를 출력한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 음색 특성 조절부(3)는 직렬 처리 구조로 이루어져 음색 특성 신호 F_s = F1(g1*filter1+g2*filter2+....+gN*filterN)를 출력한다.
여기서 g1 내지 gN은 +/- 이득이고, filter1 내지 filterN은 여러 종류의 신호를 처리하는 부분으로 밴드패스회로, 밴드스톱회로, 저역스톱회로 및 고역스톱회로 등이다.
상호 비교 처리부(4)는 음색 특성 조절부(3)에서 출력된 음색 특성 신호 F_s와 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2를 상호 비교 처리하여 음색 특성 비교 신호 F_c를 출력한다. 즉, 상호 비교 처리부(4)에서 출력되는 음색 특성 비교 신호 F_c = nF_s - mF2이다. 여기서 n, m는 가중치이다. 따라서 n = m이면 음색 특성 비교 신호 F_c는 음색 특성 조절 신호만 얻는 경우이고, n != m이면 상호 신호원인 음색 특성 신호 F_s 및 제2 분배 채널 신호 F2 간에 음색 특성 조절 신호 외에 간섭신호를 합성하여 처리하는 경우이다. 상호 비교 처리부(4)는 음원의 위치를 상하로 확장할 수 있을 뿐만 아니라, n과 m을 동일하게 설정하거나 n과 m의 차이를 근소하게 설정하면, 하모닉 구현부(5)에서 음색 특성 조절 신호의 소리의 밀도를 높일 수 있는 신호를 얻을 수 있다.
하모닉 구현부(5)는 특정 부분의 음색 특성을 강조하여 특정 음색의 밀도를 높이기 위하여 상호 비교 처리부(4)의 음색 특성 비교 신호 F_c신호를 입력받아 시간과 주파수 특성에 관한 제어를 통하여 하모닉 신호를 구현하여 하모닉 음색 신호 F_h를 출력한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하모닉 구현부(5)에서 출력되는 하모닉 음색 신호 F_h=F_c(1+g4Z^(-k1)+g5+LPF((g1Z^(k2/2))+g2Z^(k2))-BPF(g3Z^(k2))이다. 여기서 g1,g2,g3 및 g4는 가중치를 갖는 이득이며, -1 < g1,g2,g3,g4, < 1의 조건을 갖는다. 또한, k1 및 k2 역시 가중치로, 시간 진연 폭을 의미한다. 따라서 하모닉 구현부(5)는 신호의 시차로 인한 특정 음성 부분의 하모닉 처리로 인하여 청취시 소리의 밀도가 증가할 수 있다.
믹싱 처리부(6)는 하모닉 구현부(6)에서 출력된 하모닉 음색 신호 F_h와 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2를 합성하여 합성 특성 신호 F_mix를 출력한다. 믹싱 처리부(6)에서 출력되는 합성 특성 신호 F_mix = n*F_h + m*F2이다. 여기서 n 및 m은 0 < (n,m) < 1 조건을 갖는다. 이 합성 특성 신호 F_mix는 소리의 밀도와 탄성 계수를 높이고, 음상을 상승시키는 효과를 가진다.
믹싱 처리부(6)에서 이런 합성 처리를 수행하는 이유는 하모닉 음색 신호 F_h의 경우 음색 특성 비교 신호 처리로 인하여 모든 신호에 대하여 위상 특성이 변화되어 전체적으로 위상 특성 불안을 초래할 수 있기 때문이다. 이 위상 특성 불안을 방지하기 위하여 음색 환경에 따른 특성 강조 부분만 하모닉 처리를 하고, 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2에 이 하모닉 처리된 하모닉 음색 신호 F_h를 합성한다. 따라서 믹싱 처리부(6)에 의해 하모닉은 강조되면서 원래 신호의 특성은 유지될 수 있다.
공간 특성 조절부(7)는 공간의 방향에 영향을 주는 주파수 응답 특성 신호 F_a를 얻는다. 즉 공간 특성 조절부(7)는 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제3 분 배 채널 신호 F3에 대하여 병렬로 이루어진 복수의 필터를 이용하여 공간 방향 요소인 주파수 특성을 얻어 주파수 응답 특성 신호 F_a를 출력한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공간 특성 조절부(7)는 병렬 처리 구조로 이루어지며, 주파수 응답 특성 신호 F_a = F3(g1*filter1+g2*filter2+....+gN*filterN)이다. 여기서 g1 내지 gN는 +/- 이득이고, filter1 내지 filterN는 여러 종류의 신호를 처리하는 부분으로 밴드패스회로, 밴드스톱회로, 저역스톱회로 및 고역스톱회로 등이다. 이와 같이 복수의 필터가 병렬로 연결된 공간 특성 조절부(7)는 복수의 필터가 직렬로 연결된 경우 비해 다른 필터의 주파수 특성에 영향을 받지 않는다는 장점이 있다.
공간 조절부(8)는 믹싱 처리부(6)에서 출력된 합성 특성 신호 F_mix와 공간 특성 조절부(7)에서 출력된 주파수 응답 특성 신호 F_a를 합성하여 프런트 L/R 신호 FS(L/R)를 출력한다. 즉, 공간조절부(9)는 믹싱 처리부(6)에 입력된 제2 분배 채널 신호 F2에 의해 원래 신호는 그대로 유지하면서, 공간 특성 응답 처리에 따른 주파수 응답 특성 신호 F_a와 소리의 밀도를 강조하는 하모닉 음색 신호 F_h 간의 합성을 통하여 음원의 위치는 일단 위로 위치시키고, 또한 음원의 위치를 앞뒤로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 공간의 넓이를 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 공간 조절부(8)는 음상과 음의 공간을 조절함에 있어서 합성 특성 신호 F_mix의 L/R신호와 주파수 응답 특성 신호 F_a의 L/R 신호 간의 상호 크로스 신호를 결선하는 HRTF(Head related transfer function)원리를 적용한다.
즉, 도 5에서 음상이 앞으로 오는 듯한 효과를 구현하기 위해서 합성 특성 신호 F_mix와 주파수 응답 특성 신호 F_a가 양의 신호라면, 프런트 L/R 신호 FSL 및 FSR는 다음과 같은 조건에 의해 생성된다.
FSL = g1*F_mixL + g3*F_aR. g1 > 0, g3 > -0.2
FSR = g2*F_mixR + g4*F_aL. g2 > 0, g4 > -0.2
이 경우 g1 = g2, g3 = g4 조건에서 스트레오 바란스를 유지하면서, g3 및 g4가 -0.2보다 큰 경우부터 모노 성분 공간이 강조되어, 음상이 앞으로 나오는 부분을 강조한다. 한편, g3 및 g4의 값이 크면 클수록 모노 성분 공간은 강조되나, 공간효과에 따라 조절이 필요하다.
또한, 음상이 좌우확산에 따른 공간의 넓이를 얻는 효과를 구현하기 위해서 합성 특성 신호 F_mix와 주파수 응답 특성 신호 F_a가 양의 신호라면, 프런트 L/R 신호 FSL 및 FSR는 다음과 같은 조건에 의해 생성된다.
FS_L = g1*F_mixL + g3*F_aR. g1 > 0, g3 < -0.2
FS_R = g2*F_mixR + g4*F_aL. g2 > 0, g4 < -0.2
이 경우 g1 = g2, g3 = g4 조건에서 스트레오 바란스를 유지하면서, g3 및 g4가 -0.2보다 작은 경우부터 스테레오 신호가 강조되어, 음상이 좌우 확산과 함께 음상의 크기 또한 같은 크기로 음원의 위치에 맞게 구성된다. 또한, g3 및 g4의 값에 따라 좌, 우 폭은 넓어진다. 따라서 신호 구현에 있어서 전면 2채널의 효과를 얻을 수 있다.
음상의 변화와 음의 중심 간에는 모노 성분의 강조를 위하여 별도의 채널이 필요하다. 이 경우 프런트 센터 신호 FC = BPF(g5*F_mix(L)+g6*F_mix(R))에 의하여 얻는다. 여기서 BPF는 밴드패스형의 필터이며, g5, g6은 가중치로써 믹싱 처리부(6) 신호를 입력으로 한다. 즉, 프런트 센터 신호 FC는 합성 특성 신호 F_mix의 L과 R이 합성되어 밴드패스필터를 통과한 신호이다.
베이스 신호 합성부(9)는 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 분배 베이스 신호 B’와 하모닉 구현부(5)에서 출력된 하모닉 음색 신호 F_h를 합성하고 저역 통과 필터를 통과시켜 베이스 채널 신호 B'S를 출력한다. 즉, 신호 합성부(8)는 2.1채널 또는 3.1채널의 특징을 얻기 위한 .1채널의 신호 처리부로, 원래의 저음에 하모닉 구현을 통한 신호를 합성후 저역 통과 필터를 통과시킴으로써 저음의 강조를 음량의 크기가 아닌 하모닉 처리한 신호로 음량을 크게 하면서 탄성계수를 높인다.
도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 신호 합성부(9)에서 출력되는 베이스 채널 신호 B'S = LPF(n*B'+ m*F_h)이다. 여기서 n 및 m은 가중치 이득이고, 필요에 따라 n > m, 또는 n < m이 될 수도 있다.
신호 분석부(10)는 자동으로 모드 전환을 위해 입력 신호 분배(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2를 이용하여 모노 신호 또는 스테레오 신호인지를 분석하여 중앙 처리부(11)로 출력한다. 즉, 신호 분석부(10)는 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2을 입력받아 모노인지, 스테레오인지 또는 스테레오 경우 주파수 스펙트럼 상에서 변위도를 얻어 자동으로 모드 전환이 되도록 중앙 처리부(11)에 정보를 제공하고, 중앙 처리부(11)는 음색 특성 조절부(3), 공간 특성 조절부(7), 하모닉 구현부(5), 믹싱 처리부(6), 공간 조절부(8) 및 신호 합성부(8) 등에 변경하고자 하는 파라미터를 제공한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 신호 분석부(10)에서 출력되는 분석 신호 Signal Out = (g10*F2(L)+g20*F2(R))(BPF1+BPF2+BPF3)에 대하여 스펙트럼 신호를 분석함으로써 얻을 수 있다. 여기서 BPF는 밴드패스만 통과하는 신호 분석 필터로서 필요에 따라 더 추가하여 사용할 수 있다.
즉, 신호 분석부(10)에 의해, 본 발명은 자동으로 공간 효과를 감지하여 모드를 자동으로 전환함으로써, 음장의 형태 변화를 능동적으로 구현할 수 있다. 예로 TV 경우 뉴스, 드라마와 영화 음악 프로그램 경우 효과 처리가 상이하다. 뉴스나 드라마 경우는 모노 상태가 많고, 스테레오 상태는 적으나 영화 또는 음악 방송의 경우는 그 반대이다. 이런 경우 음상과 음의 강조부분이 상이한데, 자동으로 모드를 전환함으로써, 조정에 따른 번거로움을 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고품질 가상 공간 음향 생성 방법을 도시한 흐름도이다.
채널 매핑부(1)는 입력 신호에 대한 매핑 신호를 출력한다(S1). 즉, 채널 매핑부(1)는 입력 신호인 2채널 스테레오 신호 또는 멀티 채널 신호를 매핑하여 2채널 신호와 베이스 신호를 출력한다.
입력 신호 분배부(2)는 채널 매핑부(1)에서 출력된 2채널 신호 F(L/R)와 베이스 신호 B에 대하여 각각의 특성처리를 위하여 다시 확장 분산처리를 수행한다(S2). 즉, 입력 신호 분배부(2)로 입력된 2채널 신호 F는 제1 분배 채널 신호 F1, 제2 분배 채널 신호 F2 및 제3 분배 채널 신호 F3로 분산되고, 베이스 신호 B는 바이패스 처리되어 분배 베이스 신호 B'가 출력된다.
음색 특성 조절부(3)는 공간 환경에 따른 음색 특성을 조절하기 위해, 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제1 분배 채널 신호 F1를 공간 환경에 따른 원하는 특정 신호만을 제어한다(S3). 음색 특성 조절부(3)는 입력된 제1 분배 채널 신호에 대하여 이득과 주파수 특성 처리를 수행하여 다단의 음색 특성 신호를 출력한다.
상호 비교 처리부(4)는 음색 특성 조절부(3)에서 출력된 음색 특성 신호 F_s와 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2를 상호 비교 처리하여 음색 특성 비교 신호 F_c를 출력한다(S4).
하모닉 구현부(5)는 특정 부분의 음색 특성을 강조하여 특정 음색의 밀도를 높이기 위하여 상호 비교 처리부(4)의 음색 특성 비교 신호 F_c신호를 입력받아 시간과 주파수 특성에 관한 제어를 통하여 하모닉 신호를 구현하여 하모닉 음색 신호 F_h를 출력한다(S5).
믹싱 처리부(6)는 하모닉 구현부(5)에서 출력된 하모닉 음색 신호 F_h와 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제2 분배 채널 신호 F2를 합성하여 합성 특성 신호 F_mix를 출력한다(S6). 이 합성 특성 신호 F_mix는 소리의 밀도와 탄성 계수를 높이고, 음상을 상승시키는 효과를 가진다.
공간 특성 조절부(7)는 공간의 방향에 영향을 주는 주파수 응답 특성 신호 F_a를 얻는다(S8). 즉, 공간 특성 조절부(7)는 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 제3 분배 채널 신호 F3에 대하여 병렬로 이루어진 복수의 필터를 이용하여 공간 방향 요소인 주파수 특성을 얻어 주파수 응답 특성 신호 F_a를 출력한다.
공간 조절부(8)는 믹싱 처리부(6)에서 출력된 합성 특성 신호 F_mix와 공간 특성 조절부(7)에서 출력된 주파수 응답 특성 신호 F_a를 합성하여 프런트 L/R 신호 FS(L/R)를 출력한다(S7). 즉, 공간조절부(9)는 믹싱 처리부(6)에 입력된 제2 분배 채널 신호 F2에 의해 원래 신호는 그대로 유지하면서, 공간 특성 응답 처리에 따른 주파수 응답 특성 신호 F_a와 소리의 밀도를 강조하는 하모닉 음색 신호 F_h 간의 합성을 통하여 음원의 위치는 일단 위로 위치시키고, 또한 음원의 위치를 앞뒤로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 공간의 넓이를 조절할 수 있다.
또한, 공간 조절부(8)는 음상의 변화와 음의 중심 간에는 모노 성분의 강조를 위하여 별도의 채널로 프런트 센터 신호 FC를 출력한다. 이 경우 프런트 센터 신호 FC는 합성 특성 신호 F_mix의 L과 R이 합성되어 밴드패스필터를 통과한 신호이다.
베이스 신호 합성부(9)는 입력 신호 분배부(2)에서 출력된 분배 베이스 신호 B’와 하모닉 구현부(5)에서 출력된 하모닉 음색 신호 F_h를 합성하고 저역 통과 필터를 통과시켜 베이스 채널 신호 B'S를 출력한다(S9). 즉, 신호 합성부(8)는 2.1채널 또는 3.1채널의 특징을 얻기 위한 .1채널의 신호 처리부로, 원래의 저음에 하모닉 구현을 통한 신호를 합성후 저역 통과 필터를 통과시킴으로써 저음의 강조를 음량의 크기가 아닌 하모닉 처리한 신호로 음량을 크게 하면서 탄성계수를 높이다.
본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음원 위치 보정에 의한 고음질 가상 공간 음향 생성 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 음색 특성 조절부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 하모닉 구현부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 공간 특성 조절부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 공간 조절부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 베이스 신호 합성부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 신호 분석부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고음질 가상 공간 음향 생성 방법을 도시한 흐름도이다.
- 주요부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 채널 매핑부 2 : 입력 신호 분배부
3 : 음색 특성 조절부 4 : 공간 특성 조절부
5 : 상호 비교 처리부 6 : 하모닉 구현부
7 : 믹싱 처리부 8 : 베이스 신호 합성부
9 : 공간 조절부 10 : 신호 분석부
11 : 중앙 처리부
Claims (10)
- 입력된 2채널 신호를 확장 분산 처리하여 복수의 분배 채널 신호로 출력하는 입력 신호 분배부와,상기 입력신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제1 분배 채널 신호에 대하여 다단의 필터를 통한 공간 환경에 따른 음색 특성을 조절하여 음색 특성 신호로 출력하는 음색 특성 조절부와,상기 음색 특성 조절부에서 출력된 상기 음색 특성 신호와 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제2 분배 채널 신호를 상호 비교 처리하여 음색 특성 비교 신호를 출력하는 상호 비교 처리부와,상기 상호 비교 처리부에서 출력된 상기 음색 특성 비교 신호에 대하여 시간과 주파수 특성의 제어를 통한 하모닉 처리를 구현하여 하모닉 음색 신호를 출력하는 하모닉 구현부와, 및상기 하모닉 구현부에서 출력된 상기 하모닉 음색 신호와 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 제2 분배 채널 신호를 합성하여 합성 특성 신호를 출력하는 믹싱 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 장치.
- 제1항에 있어서,상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제3 분배 채널 신호을 병렬로 이루어진 복수의 필터에 통과시켜 공간의 방향에 영향을 주는 주파수 응답 특성 신호를 출력하는 공간 특성 조절부와, 및상기 믹싱 처리부에서 출력된 상기 합성 특성 신호와 상기 공간 특성 조절부에서 출력된 상기 주파수 응답 특성 신호를 HRTF 원리에 따라 상호 크로스 결선하여 합성한 프런트 L/R 신호를 출력하는 공간 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 장치.
- 제2항에 있어서,상기 공간 조절부는 상기 믹싱 처리부에서 출력된 상기 합성 특성 신호의 레프트 신호와 라이트 신호를 합성하여 밴드패스필터를 통과한 프런트 센터 신호를 더 출력하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 장치.
- 제3항에 있어서,상기 입력 신호 분배부는 상기 베이스 신호를 바이패스한 분배 베이스 신호를 출력하고,상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 분배 베이스 신호와 상기 하모닉 구현부에서 출력된 상기 하모닉 음색 신호를 합성하여 저역 통과 필터를 통과한 베이스 채널 신호를 출력하는 베이스 신호 합성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 장치.
- 제4항에 있어서,2채널 스테레오 신호 또는 멀티 채널 신호를 매핑하여 상기 2채널 신호와 상기 베이스 신호를 출력하는 채널 매핑부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 장치.
- 제4항에 있어서,자동으로 모드 전환을 위해 상기 입력 신호 분배부에서 출력된 상기 제2 분배 채널 신호를 이용하여 모노 신호 또는 스테레오 신호인지를 분석하는 신호 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 장치.
- 입력된 2채널 신호를 확장 분산 처리하여 복수의 분배 채널 신호로 출력하는 단계와,상기 복수의 분배 채널 신호 중 제1 분배 채널 신호에 대하여 다단의 필터를 통한 공간 환경에 따른 음색 특성을 조절하여 음색 특성 신호로 출력하는 단계와,상기 음색 특성 신호와 상기 복수의 분배 채널 신호 중 제2 분배 채널 신호를 상호 비교 처리하여 음색 특성 비교 신호를 출력하는 단계와,상기 음색 특성 비교 신호에 대하여 시간과 주파수 특성의 제어를 통한 하모닉 처리를 구현하여 하모닉 음색 신호를 출력하는 단계와, 및상기 하모닉 음색 신호와 상기 제2 분배 채널 신호를 합성하여 합성 특성 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 방법.
- 제7항에 있어서,상기 복수의 분배 채널 신호 중 제3 분배 채널 신호를 병렬로 이루어진 복수의 필터에 통과시켜 공간의 방향에 영향을 주는 주파수 응답 특성 신호를 출력하는 단계와, 및상기 합성 특성 신호와 상기 주파수 응답 특성 신호를 HRTF 원리에 따라 상호 크로스 결선하여 합성한 프런트 L/R 신호와 상기 합성 특성 신호의 레프트 신호와 라이트 신호를 합성하여 밴드패스필터를 통과한 프런트 센터 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 방법.
- 제8항에 있어서,2채널 스테레오 신호 또는 멀티 채널 신호를 매핑하여 상기 2채널 신호와 상기 베이스 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 방법.
- 제9항에 있어서,복수의 분배 채널 신호로 출력하는 단계는 상기 베이스 신호를 바이패스한 분배 베이스 신호를 출력하는 단계를 더 포함하고,상기 분배 베이스 신호와 상기 하모닉 음색 신호를 합성하여 저역 통과 필터를 통과한 베이스 채널 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간 음향 생성 방법.
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