KR20110103355A - 오디오 신호에서 음량 레벨의 자동 보정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상이한 신호 레벨 범위를 갖는 적어도 2개의 상이한 트랙을 포함하는 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법에 관한 것으로서, 이 방법은,
-사람 청각의 음향 심리학적 모델을 기초로 하여 오디오 입력 신호의 인지된 음량을 동적으로 결정하는 단계와,
-인지된 음량을 수신하고 결정된 이득을 갖는 오디오 출력 신호를 출력하는 이득 결정 유닛(35)에 의해 출력되는 오디오 출력 신호의 이득을 동적으로 결정하는 단계로서, 상기 이득은 오디오 출력 신호의 적어도 2개의 트랙이 신호 레벨 또는 음량 범위의 예정된 범위를 커버하여 출력되도록 결정되는 단계와,
-오디오 출력 신호가 출력되는 공간에서 주위 노이즈를 추정하는 단계와,
-이득 결정 유닛에 의해 결정된 이득이 오디오 출력 신호에 영향을 미치는 범위를 결정하는 단계로서, 오디오 출력이 이득 결정 유닛에 의해 영향을 받는 범위는 추정된 주위 노이즈를 기초로 하여 결정되는 단계를 포함한다.

Description

오디오 신호에서 음량 레벨의 자동 보정{AUTOMATIC CORRECTION OF LOUDNESS IN AUDIO SIGNALS}

본 발명은 다른 신호 레벨의 적어도 2개의 트랙을 포함하는 오디오 출력 신호의 이득을 적합화하는 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.

음악 및/또는 음성을 포함하는 다양한 소스의 오디오 신호가 당업계에 알려져 있다. 음악 신호는 CD, DVD 또는 소정의 다른 저장 매체에 저장될 수 있다. 특히 MPEG 등의 새로운 압축 형식의 개발에 따라, 상이한 장르와 아티스트를 갖는 오디오 신호가 저장 매체에 저장되고 사용자에게 재생될 재생 리스트에 결합될 수 있다. 특히 차량 환경에서, 탑승자가 인지하는 오디오 신호는 오디오 신호 자체와 도로 타이어 노이즈, 공기 역학 노이즈 및 엔진 노이즈를 포함한다. 다른 오디오 소스의 다른 오디오 신호는 다른 신호 및 음향 에너지 압축 레벨을 가진다. 오디오 출력 신호의 다른 트랙들은 사용자가 다른 음량 레벨로 인지하는 다른 신호 레벨 범위를 가지는 경우가 빈번하다. 특히 차량 환경에서, 수신된 오디오 신호는 사용자가 인지 가능하여야 하는데, 이는 해당 신호가 차량 내에 존재하는 노이즈를 넘어서야 함을 의미한다. 동시에, 전체 오디오 신호 레벨은 청음 손상이 발생하거나 사용자에게 인지가 고통스러운 소정의 레벨을 넘어서는 안된다.

더욱이, 차량 환경에서 주위 노이즈는 차속에 따라 크게 좌우된다.

따라서, 상이한 운행 조건에서 차량의 오디오 신호의 음량 레벨을 동적으로 자동 보정할 필요가 존재한다.

이러한 필요는 독립 청구항의 특징에 의해 만족된다. 종속 청구항에는 본 발명의 바람직한 실시예가 기술된다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 다른 신호 레벨 범위의 적어도 2개의 다른 트랙을 포함하는 오디오 출력 신호의 이득을 적합화하는 방법이 제공된다. 해당 방법은 인간의 청음의 음향 심리학적 모델(심리-음량 모델)에 기초하여 인지된 오디오 입력 신호의 음량을 동적으로 결정하는 단계를 포함한다. 추가로, 결정된 음량을 수신하고 오디오 출력 신호를 출력하는 이득 결정 유닛에 의해 상기 오디오 출력 신호의 이득이 동적으로 결정되는데, 해당 이득은 상기 오디오 출력 신호의 적어도 2개의 트랙이 미리 정해진 범위의 신호 레벨 내에서 출력되도록 결정된다. 더욱이, 오디오 출력 신호가 출력되는 공간에서 주변 노이즈가 추정되고, 이득 결정 유닛에 의해 결정된 이득이 오디오 출력 신호에 영향을 미치는 범위가 결정된다. 오디오 출력 신호가 이득 결정 유닛에 의해 영향을 받는 범위는 추정된 주위 노이즈를 기초로 하여 결정된다. 주위 노이즈가 매우 낮으면, 예컨대 차량이 정지 상태에 있거나 매우 낮은 속도로 운행하는 경우, 이득 결정 유닛에 의한 이득 적합화가 전혀 필요하지 않다. 그러나, 높은 차속에서, 신호 레벨은 사용자에게 인지될 수 있을 정도로 충분히 높아야 하지만 너무 높아서는 안되기 때문에 동적으로 결정된 이득 적합화는 더욱 유용할 수 있다. 다른 트랙이 미리 정해진 범위의 범위 내에서 출력되도록 상기 출력 신호 레벨을 자동으로 적합화하는 것에 의해, 다른 트랙에 대한 하나의 등가의 음량이 얻어질 수 있다. 또한, 사용자에 의한 볼륨 조정은 더 이상 필요하지는 않다. 비교적 낮은 신호 압력 레벨을 갖는 오디오 신호의 경우 볼륨의 증가는 물론, 특히 높은 신호 압력 레벨(SPL)을 갖는 오디오 신호 또는 트랙의 볼륨의 감소가 방지된다. 따라서, 오디오 신호의 동적 구조를 보존하면서 모든 상이한 오디오 신호 소스의 등가의 음량을 가지는 것이 가능하다.

음량은 상기 음향 심리학적 모델만을 사용하거나 오디오 입력 신호의 신호 통계와 조합하여 결정될 수 있다.

주위 노이즈를 추정하는 한가지 가능성은 오디오 출력 신호가 출력되는 차량의 차속을 결정하고 결정된 차속으로부터 주위 노이즈를 추론하는 것이다. 이 실시예에서, 마이크로폰을 통한 주위 노이즈의 정확한 측정은 필요하지 않고, 주위 노이즈는 차속으로부터 추론될 수 있다. 그러나, 대안으로서 마이크로폰이 또한 주위 노이즈를 추정하는 데에 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 마이크로폰 신호는 주위 노이즈를 추정하기 위하여 단독으로 또는 차속과 조합하여 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 추정된 주위 노이즈가 미리 정해진 임계값보다 낮으면, 이득 결정 유닛에 의해 전혀 영향을 받지 않을 수 있다. 예컨대, 차속에 의해 결정된 주위 노이즈가 낮은 경우에, 이득 결정 유닛에 의한 이득의 적합화가 필요하지 않고, 오디오 출력 신호는 오디오 소스에 의해 제공된 신호 레벨 범위를 이용하여 출력될 수 있다. 더욱이, 동적으로 결정된 이득이 주위 노이즈의 증가에 따라, 즉 차속의 증가에 따라 오디오 출력 신호에 영향을 미치는 범위를 증가시키는 것이 가능하다. 이는 차속이 높을수록, 이득 결정 유닛이 출력 신호의 신호 레벨 또는 음량 범위에 더 많이 영향을 미친다는 것을 의미한다.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 상기 적어도 2개의 트랙 사이에 포즈(pause) 또는 노이즈가 지배적인 오디오 입력 신호인 트랙 내에서 포즈를 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 노이즈에 의한 포즈가 검출되면, 노이즈의 증폭을 방지하기 위해 결정된 포즈에서 이득이 감소된다. 본 발명의 일 실시예에서, 노이즈는 입력 신호가 로컬화될 수 있는지 또는 오디오 입력 신호를 청음하는 청음자가 스테레오 로컬화 모델에 기초하여 오디오 입력 신호를 인지할 때 해당 오디오 입력 신호의 공간적 인지의 시뮬레이션을 사용하는지 여부를 결정하는 것에 의해 오디오 입력 신호에서 검출된다. 인간 청취의 음향 심리학적 모델을 사용하여 오디오 입력 신호를 로컬화하는 것이 가능한 경우, 오디오 입력 신호는 노이즈인 것으로 간주되지 않는다. 그러나, 오디오 입력 신호가 로컬화될 수 없으면, 오디오 입력 신호는 주로 노이즈를 포함하는 것으로 간주된다. 결국, 노이즈만을 포함하는 오디오 신호의 음량의 증가를 막을 수 있다. 바람직하게, 포즈가 미리 정해진 시간 주기, 예컨대 10-100 ms, 바람직하게는 약 50 ms에서 검출시 포즈에 대한 이득이 감소된다. 따라서, 약 50 ms가 넘는 시간 주기에 대해 포즈가 검출되는 경우에만, 음악 신호가 없는 매우 짧은 시간이 포함된 트랙 중에 이득을 낮추는 것을 방지하기 위해 이득이 감소된다. 그러나, 오디오 입력 신호가 더 많은 정보를 담고 있고 입력 신호 레벨이 매우 낮은 경우, 오디오 입력 신호가 미리 정해진 범위의 신호 레벨을 커버하도록 이득을 증가시키는 것에 의해 이득이 그에 따라 적합화될 것이다. 따라서, 너무 높은 오디오 입력 레벨을 갖는 오디오 입력 신호는 미리 정해진 범위의 신호 레벨이 커버되는 방식으로 이득을 제어하는 것에 의해 이득이 낮아지며, 입력 오디오 신호 레벨이 너무 낮으면, 동일 범위의 신호 레벨을 커버하기 위해 이득이 증가된다. 로컬화 모델은 입력 신호의 로컬화 가능성에 기초하여 포즈 검출을 위해 사용될 수 있다. 로컬화 모델은 부가적으로 음량의 평가를 위해 사용될 수 있다.

정상적으로, 오디오 신호는 개별 샘플 처리에 비해 처리 시간의 절약을 위해 블록으로 처리된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 블록의 이득은 하나의 신호 블록으로부터 다음 블록까지 음량의 변화를 기술하는 시간 상수를 사용하여 결정된다. 이 실시예에서, 2개의 연속 블록 사이의 상승 신호 음량의 표현에 상승 신호 상수가 사용되고, 2개의 연속 블록 사이의 하강 음량의 표현에 하강 시간 상수가 사용된다. 블록은 디지털 오디오 입력 신호의 하나 또는 여러 개의 신호 샘플을 포함한다. 바람직하게, 시간 상수는 상승 시간 상수가 하강 시간 상수가 음량 감소를 허용하는 것보다 빠른 음량 증가를 허용하도록 구성된다. 빠른 음량 증가는 하나의 블록으로부터 다른 블록으로 음량을 갑작스럽게 증가시키는 것이 필요한 신호 포즈 이후에 새로운 트랙의 시작시에 필요하다. 2개의 블록 사이의 가능한 음량 감소가 낮으면 오디오 신호에 원래 포함된 증가된 음량의 에너지를 유지하는 것이 허용된다.

바람직하게, 시간 상수는 적응적 시간 상수이고, 해당 적용적 시간 상수는 트랙의 시작시에 시간 상수가 트랙에 있는 동안 나중보다 빠르게 변화되는 것이 허용되도록 적합화된다. 이것은 트랙의 시작시 음량의 빠른 적합화를 허용하고, 그럼에도 예컨대 음악 트랙에서 오디오 신호에 포함된 에너지를 유지하는데 도움을 준다. 특히 고전 음악을 포함하는 음악 트랙에서 신호 내에 원래 포함된 신호 레벨의 에너지가 유지될 수 있다.

바람직하게, 적응적 시간 상수는 2개의 트랙 사이에 포즈가 검출될 때 리셋된다. 오디오 신호 소스의 일부 사용자는 적합화된 음량에 대한 이득을 적합화하지 않고 원래 오디오 신호의 에너지 범위를 유지하는 것을 원할 수 있다.

또한, 오디오 입력 신호는 출력되기 전 지연될 수 있으며, 해당 지연은 적합화된 이득을 결정하는데 필요한 시간에 대응한다. 이 지연은 일정하거나 적합화된 이득의 계산에 따라 변화될 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 이득을 적합화하는 시스템에 관한 것이기도 하며, 해당 시스템은 인간 청취의 스테레오적인 음향 심리학적 모델과 궁극적으로는 음악 입력 신호의 신호 통계 또는 이들의 조합에 기초하여 오디오 입력 신호의 음량을 동적으로 결정하는 음량 결정 유닛을 포함한다. 이득 결정 유닛은 결정된 음량을 수신하는 시스템 내에 제공되며, 해당 이득 결정 유닛은 적합화된 이득을 갖는 음악 출력 신호를 출력하며, 이득 결정 유닛은 오디오 출력 신호의 상기 적어도 2개의 트랙이 미리 정해진 범위의 신호 레벨을 커버하는 방식으로 출력되도록 음악 출력 신호의 이득을 동적으로 결정한다.

더욱이, 시스템은 오디오 출력 신호가 출력되는 공간에서 주위 노이즈를 추정하도록 구성되는 주위 노이즈 추정 유닛을 포함한다. 또한, 이득 결정 유닛에 의해 결정된 이득이 오디오 출력 신호에 영향을 미치는 범위를 결정하도록 구성되는 이득 제어 유닛이 마련되고, 이득 제어 유닛은 추정된 주위 노이즈를 기초로 하여 오디오 출력 신호가 이득 결정 유닛에 의해 영향을 받는 범위를 결정한다. 상기 본 발명의 방법과 관련하여 설명된 바와 같이, 주위 노이즈 추정기는 차속을 이용하여 주위 노이즈를 추정할 수 있다. 이득 제어 유닛은 주위 노이즈가 미리 정해진 임계값보다 낮으면 이득 결정 유닛의 영향을 무효화할 수 있다.

오디오 분석 유닛은 입력 신호의 로컬화 가능성을 분석하거나 신호 통계를 사용하는 것에 의해 전술한 바와 같이 포즈(pause)를 결정한다. 음악 분석 유닛은 입력 신호의 공간적 적합화의 시뮬레이션을 사용하여 오디오 입력 신호를 로컬화하는 시도를 한다. 청음자에 의해 인지된 바와 같은 음악 입력 신호의 공간적 인지를 이용한 로컬화 방법의 일 실시예가 EP 1 522 868 A1에 기술된다. 로컬화를 더욱 상술하기 위해 이 문헌을 참조한다. 추가의 세부 사항이 2003년 10월의 115차 컨벤션인 오디오 엔지니어링 소사이어티 컨벤션 논문 5864에서 Wolfgang Hess 등에 의한 "스테레오 활성 패턴에 의한 가상 룸의 음향적 평가"에서도 찾을 수 있다. 신호 소스의 로컬화를 위해 1986년 12월자 어코스틱 소사이어티 오프 어메리카의 저널 80(6)권 1608-1622면에 기재된 W. Lindermann의 논문 "반대측(contralateral) 억제에 의한 스테레오 교차 상관 관계 모델의 확장. I. 정적 신호를 위한 편측화의 시뮬레이션"을 추가로 참고한다.

오디오 분석 유닛은 전술한 바와 같이 적응적 시간 상수를 결정하고, 포즈의 검출시 이들을 리셋시킨다. 오디오 신호의 다른 트랙은 전술한 포즈 검출을 이용하여 다른 트랙의 내용을 인지하는 것에 의해 구분될 수 있다.

또한, 제어된 이득을 가지고 출력되기 전에 오디오 입력 신호에 지연 시간을 도입하는 지연 유닛이 제공될 수 있다. 지연 요소는 적합화된 이득의 결정에 필요한 지연 시간에 대응하는 지연을 도입한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조로 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 노이즈와 오디오 성분을 포함하는 차량 내 음향의 성분을 개략적으로 보여주고 있으며,
도 2는 고른 음량에 대한 다른 시간 상수, 즉 감소하는 음량 레벨에서 증가하는 음량 및 지연된 반응에 대한 빠른 반응을 포함하는 오디오 입력 신호 및 이득 적합화 없이 평가된 음량의 예를 보여주며,
도 3은 전체 신호 내용을 알고 있을 때 이상적으로 수정되는 자동 음량 조정을 위해 조정되어야 할 때 오디오 입력 신호의 동적 레벨 조정을 보여주며, -12 평균 음량 라인을 보여주며,
도 4는 오디오 출력 신호의 이득을 적합화하는데 사용되는 시스템을 개략적으로 나타내며,
도 5는 오디오 입력 신호의 음량을 결정하는 데 사용되는 오디오 분석 유닛을 더 상세히 도시하며,
도 6은 하나의 블록으로부터 다른 블록으로 이득 변화를 나타내는 오디오 신호 내로의 시간 상수의 도입을 개략적으로 나타내며,
도 7은 자동 음량 적합화의 유무에 따른 오디오 입력 신호 레벨을 보여주며,
도 8은 자동 음량 적합화 전후의 오디오 입력 신호의 다른 예를 보여준다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 이용 차량에 따라 차량의 탑승자는 다른 주변 노이즈를 인식한다. 차량 음향 신호는 노이즈 성분(10)과 오디오 신호 성분(20)을 포함한다. 노이즈 신호 성분(10)은 도로 타이어 노이즈, 공기역학적 노이즈 또는 엔진 노이즈에 기인할 수 있다. 도 1의 우측 부분에서, 차량 속도에 따른 상이한 차량에 대한 노이즈가 지시된다. 곡선(11)은 로드스터(roadster) 또는 스포츠카에서 발생되는 노이즈를 나타내는 반면, 곡선(12)은 SUV의 속도-의존 노이즈를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 노이즈는 60-85 dB SPL(신호 압력 레벨)을 가질 수 있다. 청음 고통 한계가 약 120 dB SPL이므로, 오디오 신호 성분의 범위는 20-40 dB SPL 내에 있다.

도 2의 상부에, 오디오 입력 신호의 신호 레벨이 실제 스케일(full scale)로 보여지는데, 이는 0 dB의 실제 스케일(0 dBFS)이 디지털 도메인에서 최대의 가능한 신호 레벨에 할당됨을 의미하고, dB 실제 스케일은 실제 스케일에 대한 데시벨을 의미한다. 도 2의 상부로부터 알 수 있는 바와 같이, 신호 레벨과 그에 따라 사용자가 인지하는 신호에 대응하는 음량 레벨도 상당히 변화된다. 도 2의 하부에서는 대응하는 음량이 신호 입력 레벨로부터 추정되었다. 음량 추정을 위한 하나의 가능성이 ITU-RBS. 1770-1 권장 항목("오디오 프로그램 음량과 피크 오디오 레벨에 대한 측정 알고리즘")에 설명된다. 본 출원에서 음량은 스테레오 로컬화 모델을 통해 추정될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 음향 신호가 차량 내 사용자에게 재생 출력되면, 오디오 신호의 일부는 불편한 음량으로 인지될 수 있는 반면, 오디오 신호의 다른 부분은 사용자가 정확하게 인지하기에는 너무 낮은 것으로 간주될 수 있다. 도 3에는 도 2의 신호의 이상적으로 조정된 레벨이 보여진다. 예로써 범위(21) 내의 신호 샘플은 낮은 신호 레벨로 적합화되어야 하는 반면, 범위(22) 내의 신호는 사용자에 의한 양호한 인지를 위해 높은 신호 레벨로 적합화되어야 한다. 유사하게, 범위(23) 내의 신호는 크게 감소된 신호 레벨로 출력되어야 한다.

도 3의 하부에는 상부에서 이상적으로 조정된 레벨의 대응하는 추정된 음량이 보여진다. 도 2의 하부를 도 3의 하부와 비교시, 도 3에 나타낸 바와 같은 음량 추정이 도 2에 나타낸 바와 같은 음량 평가보다 좋다는 것을 도출할 수 있다. 도 3의 음량 추정은 도 2의 음량 추정보다 더 잘 인지될 수 있다. 여기서는 고르고 상대적으로 일정한 음량이 도달되고 구체화된다.

도 4에는 도 3의 실시예에 개략적으로 나타낸 바와 같이 음량을 적합화시킬 수 있는 시스템이 도시된다. 도시된 시스템은 엔터테인먼트 오디오 신호와 같은 오디오 입력 신호의 음량이 사람의 청음의 음향 심리학적 로컬화 모델과 신호 통계를 이용하여 결정되는 오디오 신호 분석 유닛(30)을 포함한다. 오디오 입력 신호(19)는 이득 제어 유닛(41)과 지연 요소(42)를 포함하는 신호 제어기(40) 내로 입력된다. 이득 제어 유닛에 의해 결정된 이득은 이득 결정 유닛에 의해 결정된 이득이 라우드스피커(60)를 통해 출력되거나 후처리 스테이지로 전달되기 전에 오디오 출력 신호(19)를 위해 사용되는지 여부와 사용되는 양의 정도를 결정할 수 있는 사용자 인터페이스(50)를 사용하여 제어된다. 엔터테인먼트 또는 오디오 입력 신호는 오디오 신호(18)로서 오디오 신호 분석 유닛과 신호 제어기(40)로 입력되는 2.0, 5.1 또는 7.1 오디오 신호 또는 다른 포맷일 수 있다.

신호 분석 유닛(30)에서는 음량이 사람의 청음의 음향 심리학적 모델과 신호 통계를 기초로 결정되는 것을 기호로 나타낸다. 음향 심리학적 모델은 음향의 음량과 로컬화를 추정하고 예컨대 포즈 중에 또는 2개의 트랙 사이에 지배적인 인자로서 오디오 입력 신호에 노이즈가 존재하는지 여부를 결정하는데 사용된다. 신호 통계는 음량을 결정 또는 추정하고 그리고 노이즈를 갖는 포즈가 오디오 신호에 존재하는지 여부를 결정하기 위한 두 번째 기초이다. 예로써, 엔터테인먼트 오디오 신호의 신호 강도가 결정될 수 있다. 음향 심리학적 모델 단독으로 또는 통계적 신호 모델과 조합하여, 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이 적응적 시간 상수를 동적으로 결정하는 것에 의해 음량 적합화가 결정된다.

도 5에서는 오디오 신호 분석 유닛(30)이 보다 상세하게 도시된다. 오디오 신호 분석 유닛은 수신된 오디오 입력 신호의 음량을 추정하는 음량 결정 유닛(31)을 포함한다. 음량 결정 유닛(31)은 당업계에 공지되고 무엇보다도 ITU-R BS 1770-1에 기술되는 바와 같은 방법으로 음량을 결정할 수 있다. 음량 결정 유닛은 음량의 결정을 위해 그리고 오디오 입력 신호(18)가 해당 오디오 입력 신호를 청취한 사용자에 의해 로컬화될 수 있는지 여부와 그러한 경우를 결정하기 위해 사람의 청음의 스테레오 모델도 사용할 수 있다. 이러한 스테레오 모델은 오디오 입력 신호의 공간적 인지를 시뮬레이션하고 오디오 입력 신호가 노이즈 또는 음악이나 음성과 같은 임의의 다른 입력 신호를 주로 포함하고 있는지 여부를 결정하도록 할 수 있다. 오디오 입력 신호의 로컬화는 본 출원에서 초기에 언급한 문서, 전술한 W. Lindermann 또는 오디오 엔지니어링 소사이어티 컨벤션 논문 5864의 문헌, 주로 EP 1 522 868 A1에 보다 상세히 설명되고 있다. 이 로컬화 방법은 다른 음향 신호 중에서 노이즈를 구분할 수 있게 하며, 오디오 입력 신호에서 노이즈만 검출되는 경우 해당 노이즈가 증가된 이득으로 출력되지 않도록 하는 것을 돕는다. 상기 로컬화 방법은 또한 포즈의 검출시 적응적 시간 상수를 리셋할 수 있게 한다. 음량 결정 유닛은 사람의 청음의 심리-음향적 모델을 이용하여 오디오 입력 신호의 음량을 추정한다.

또한, 음량 결정 유닛(31)은 오디오 입력 신호의 음량을 추정하거나 신호 포즈를 검출하기 위해 통계적 신호 처리를 추가로 사용할 수 있다. 오디오 입력 신호의 통계적 분석에서 다른 샘플의 오디오 입력 신호의 실제 신호 레벨이 결정된다. 예시로써, 여러 개의 연속적인 샘플의 입력 신호의 신호 레벨이 가우스 분포를 따르면, 처리된 샘플이 노이즈를 포함하고 기타의 오디오 신호는 포함하지 않음을 추론할 수 있다.

오디오 신호 분석 유닛은 오디오 입력 신호 내로 도입되는 시간 상수를 계산하기 위해 음량 추정의 결과를 이용한다. 도 5에는 시간 상수의 계산이 시간 상수 발생기(32)에 의해 부호화된다.

오디오 신호 분석 유닛(30)은 오디오 출력 신호(17)의 이득을 적합화하는 이득 결정 유닛(35)을 더 포함한다. 음량 결정 유닛(31)은 dB 음량 등가치(dB loudness equivalent: dBLEQ)를 내는 것에 의해 음악 입력 신호의 소정 부분, 예컨대 여러 샘플을 갖는 블록에 대한 음량을 제공한다. 이득 결정 유닛은 예컨대, 도 7 및 도 8의 하부에 나타낸 -12 dB 또는 기타의 신호 레벨 임계치와 같이 오디오 신호를 출력시 만족되어야 하는 미리 정해진 신호 레벨을 가진다. 이득 결정 유닛에서 결정된 음량은 이들의 계산을 위해 획득될 평균 신호 레벨로부터 제해진다(subtracted). 예로써, 결정된 음량이 -5 dB에 대응하고 목표가 -12 dB의 실제 스케일인 경우, 이득은 약 -12 dB의 평균 신호 레벨을 갖기 위해 이득을 감소시키는 것에 의해 그에 따라 적합화되어야 한다.

도 6에서는 다른 샘플(25)의 오디오 입력 신호가 시간 상수(26)로 구분된 것으로 도시되어 있다. 시간 상수(26)는 음량이 하나의 샘플로부터 다음 샘플로 어떻게 적합화되는 지를 지시한다. 시간 상수는 상승 시간 상수 또는 하강 시간 상수일 수 있다. 상승 시간 상수는 신호 이득이 하나의 샘플로부터 다음 샘플로 어떻게 증가되는 지를 지시하는 반면, 하강 시간 상수는 하나의 샘플로부터 다음 샘플로 이득 감소를 지시한다. 시간 상수(26)는 상승 시간 상수가 하강 시간 상수보다 훨씬 빠르게 적합화될 수 있도록 결정된다. 예시로써, 신호 포즈가 2개의 트랙 사이 또는 하나의 트랙 내에 결정되는 경우, 오디오 신호 레벨은 노이즈의 증폭을 방지하기 위해 증가돼서는 안된다. 새로운 트랙이 시작될 때, 매우 낮은 신호 레벨 직후에 높은 신호 레벨이 생길 수 있다. 음향 추정의 상승 시간 상수는 새로운 트랙의 시작시 신호 레벨이 크게 증가되는 것을 피하기 위해 대응하여 적합화되어야 한다. 오디오 신호 레벨이 감소하는 경우의 하강 시간 상수는 증가되는 경우에 비해 느린 신호 레벨의 감소만을 허용한다. 또한, 시간 상수는 트랙이 길수록 시간 상수의 반응이 느려지는 것을 의미하는 적응적 시간 상수이다. 이것은 증가하고 감소하는 시간 상수들에 대해 유효할 수 있다. 고른(smoothed) 음량 추정은 사람이 음량을 인지하는 것과 같은 식으로 음량 추정을 보장하기도 한다. 피크와 골(dip)은 인간의 가청 시스템에 의해 평탄화된다. 시간 상수가 오디오 트랙의 증가 시간에 따라 변화되는 사실은 오디오 신호의 에너지를 유지시키는데 도움이 된다. 그러나, 음악 신호의 실행 시간이 길어지면, 증가하는 음량의 반응이 짧은 것이 빠른 신호 증가에 대한 적절한 반응을 보장한다.

도 6의 하부에 시간에 대한 음악 신호에 있어서의 이득 증가 및 감소를 나타낸다. 음악 샘플의 제1 블록(61)의 경우, 제1 이득이 도시된 바와 같이 결정된다. 다음의 단일 블록(62)의 경우, 증가된 이득이 결정된 후에 약간 감소된 이득을 갖는 신호 블록(63)이 이어진다. 시간 상수를 이용하는 음량 적합화를 기초로 하여, 각 블록의 이득이, 즉 각 블록에 대한 목표 이득이 결정된다. 블록(n)에 대한 목표 이득은 이전 블록(n-1)의 목표 이득에서 시작하는 선형 경사 라인에서 달성된다.

트랙에 또는 2개의 트랙 사이에 포즈가 결정되면, 시간 상수가 리셋될 수 있다. 신호 분석 유닛(30)에서 수행된 포즈 검출 또는 트랙 검출은 포즈 검출 유닛(33)과 트랙 검출 유닛(34)에 의해 부호화된다. 도 5의 실시예에서, 음량 결정 유닛(31), 시간 상수 발생기(32), 일지 중지 및 트랙 검출 유닛(33, 34) 및 이득 결정 유닛(35)이 별개의 유닛으로서 도시되어 있다. 그러나, 여러 유닛들이 보다 적은 유닛으로 통합될 수 있고 유닛들은 여러 개의 유닛으로 또는 심지어는 하나의 유닛으로 결합될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 더욱이, 신호 분석 유닛은 하드웨어 요소 또는 소프트웨어 요소 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구성될 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 신호 분석 유닛의 신호 출력(17)은 아래에서 더 설명되는 바와 같이 오디오 입력 신호의 이득을 제어하는 이득 제어 유닛(41)으로 입력된다. 더욱이, 신호 제어 유닛(40)은 신호 분석 유닛에서 이득의 결정을 위해 요구되는 지연을 오디오 입력 신호(18)에 도입하는 지연 요소를 포함한다. 지연 요소는 신호 분석 유닛(30)에 의해 처리된 신호가 결정된 오디오 신호에 대응하는 정확한 시간 상수에 의해 실제로 제어되는 것을 보장하는 것을 돕는다.

이득 제어 유닛(41)은 이득 결정 유닛(35)에 의해 결정된 이득이 신호 출력 신호에 실제로 영향을 미치는 양을 결정하는 것을 돕는다. 이를 위해, 차량 객실 내에서 주위 노이즈를 추정하는 노이즈 추정기(50)가 마련된다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 차속은 차량 객실 내의 노이즈에 크게 영향을 미친다. 차량이 매우 느린 속도로 운행하거나 정지 상태에 있으면, 이득 결정 유닛에 의해 결정되는 이득 적합화는 필요하지 않은 것으로 간주될 수 있다. 음악 출력 신호가 이득 결정 유닛에 의해 전혀 영향을 받지 않는다면[유닛(30)에서 결정되는 보정이 출력에 전혀 사용되지 않는다는 것을 의미함], 이득 제어 유닛은 출력 신호가 유닛(30)에서 수행된 연산에 의해 영향을 받는 인자를 0%로 설정할 수 있다. 노이즈 추정기(50)는 차속을 수신할 수 있고 차속과 노이즈 간의 관계가 제공되는 테이블(51)에 접근할 수 있다. 이 테이블은 차량 제조업자에 의해 설정되는 예정된 테이블일 수 있다. 일반적으로, 운전자는 테이블(51)에 제공된 값을 적합화시킬 수 없다. 그러나, 테이블에 제공된 값은, 예컨대 음향 설정이 조절될 수 있는 소프트웨어 툴에 의해 변경될 수 있다. 차속이 높은 경우, 주위 노이즈는 도 1에 도시된 바와 같이 80 dB(A)에 있을 수 있다. 이 예에서, 105 dB(A)의 임계값을 초과하지 않는다면 25 dB(A)만이 유지된다. 80 dB(A)의 주위 노이즈의 경우, 오디오 출력 신호의 음량은 전술한 바와 같이 이득 결정 유닛에 의해 동적으로 결정될 수 있다. 이득 결정 유닛은 주위 노이즈를 기초로 하여 0% 내지 100%의 인자를 결정할 수 있고, 이 비율은 음량이 전술한 바와 같이 적합화되어야 하는 양을 나타낸다. 도시된 실시예에서, 차속은 주위 노이즈를 결정하는 유일한 변수이다. 그러나, 마이크로폰(도시 생략)에 의해 결정되는 바와 같이 주위 노이즈 등의 다른 인자가 단독으로 사용되거나 차속과 조합하여 사용될 수 있다.

도 7에는, 자동 음량 적합화의 제1 예가 도시되어 있다. 도 7의 상부에서, 음량 추정 전의 오디오 입력 신호(18)가 도시되어 있다. 오디오 입력 신호의 2개의 채널로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 신호는 상이한 입력 레벨 범위를 커버한다. 최대 입력 레벨은 0 dB의 실제 스케일일 수 있다. 도 7의 하부에서, 음량 추정 및 이득 적합화 후의 오디오 출력 신호(19)가 도시되어 있다. 도 7의 하부에서 알 수 있는 바와 같이, 평균 신호 레벨은 -12 dB의 실제 스케일로 세팅된다. 동시에, 오디오 신호의 동적 구조가 보존된다.

도 8에는, 입력 레벨이 -20 dB의 실제 스케일의 최대 입력 레벨을 갖는 다른 예가 도시되어 있다. 도 8의 하부에서, 음량 추정 및 이득 적합화 후의 오디오 출력 신호(19)가 도시되어 있다. 다시, 동적 구조가 보존되고 평균 신호 레벨은 다시 -12 dB의 실제 스케일이다. 도 7 및 8의 상부에 도시된 입력 신호가 사용자에게 출력되면, 사용자는 불쾌하게 높은 신호 레벨을 피하고 신호 레벨이 듣기에 너무 낮은 오디오 신호의 부분에 대한 신호를 증가시키기 위하여 볼륨을 자주 조절해야 한다.

본 발명의 경우, 시스템이 음량을 추정하고 출력 전에 이득을 자동적으로 그리고 동적으로 정렬시키기 때문에 사용자에 의한 빈번한 볼륨 조절이 더 이상 필요하지 않다.

Claims (17)

1. 상이한 신호 레벨 범위를 갖는 적어도 2개의 상이한 트랙을 포함하는 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법으로서,
   -사람 청각의 음향 심리학적 모델을 기초로 하여 오디오 입력 신호의 인지된 음량을 동적으로 결정하는 단계와,
   -인지된 음량을 수신하고 결정된 이득을 갖는 오디오 출력 신호를 출력하는 이득 결정 유닛(35)에 의해 출력되는 오디오 출력 신호의 이득을 동적으로 결정하는 단계로서, 상기 이득은 오디오 출력 신호의 적어도 2개의 트랙이 신호 레벨의 예정된 범위 또는 음량 범위를 커버하여 출력되도록 결정되는 단계와,
   -오디오 출력 신호가 출력되는 공간에서 주위 노이즈를 추정하는 단계와,
   -이득 결정 유닛에 의해 결정된 이득이 오디오 출력 신호에 영향을 미치는 범위를 결정하는 단계로서, 오디오 출력이 이득 결정 유닛에 의해 영향을 받는 범위는 추정된 주위 노이즈를 기초로 하여 결정되는 단계
   를 포함하는 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
2. 제1항에 있어서, 추정된 주위 노이즈가 미리 정해진 임계값보다 낮으면, 오디오 출력 신호는 이득 결정 유닛에 의해 결정된 이득에 의해 영향을 받지 않는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주위 노이즈는 차속을 결정하는 것에 의해 추정되고, 상기 주위 노이즈는 차속으로부터 추론되는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 동적으로 결정된 이득이 오디오 출력 신호에 영향을 미치는 범위는 추정된 주위 노이즈의 증가에 따라 증가하는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 항에 있어서, 오디오 입력 및 출력 신호의 각 트랙은 음악 신호의 연속 블록을 포함하고, 각 블록의 음량은 시간 상수를 이용하여 결정되고, 상기 시간 상수는 하나의 블록으로부터 다음의 블록으로 음량의 변화를 나타내는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
6. 제5항에 있어서, 상승 시간 상수는 2개의 연속 블록들 사이에 상승 음량을 나타내는 데에 사용되고 하강 시간 상수는 2개의 연속 블록들 사이에 하강 음량을 나타내는 데에 사용되며, 시간 상수는 하강 시간 상수가 음량 감소를 허용하는 것보다 상승 시간 상수가 더 신속한 음량 증가를 허용하도록 구성되는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 시간 상수는 적응적 시간 상수이고, 상기 적응적 시간 상수는 트랙의 시작부에서 시간 상수가 나중의 트랙 중보다 매우 신속하게 되도록 적합화되는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 적응적 시간 상수는 2개의 트랙 사이에 포즈가 검출되는 경우에 리셋되고, 상기 포즈는 스테레오 로컬화 모델 단독으로 또는 신호 통계 모델을 조합하여 오디오 입력 신호의 로컬화 여부를 결정하는 것에 의해 검출되는 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서, 오디오 입력 신호가 출력되기 전에 오디오 입력 신호에 지연 시간을 포함하는 단계를 더 포함하고, 상기 지연 시간은 오디오 출력 신호의 이득을 결정하는 데 필요한 시간에 대응하는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 방법.
10. 상이한 신호 레벨 범위를 갖는 적어도 2개의 상이한 트랙을 포함하는 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템으로서, 이 시스템은 오디오 입력 신호를 수신하고 적합화된 이득을 갖는 오디오 출력 신호를 출력하며, 상기 시스템은,
    -사람 청각의 음향 심리학적 모델을 기초로 하여 오디오 입력 신호의 음량을 동적으로 결정하는 음량 결정 유닛(31)과,
    -결정된 음량을 수신하고 적합화된 이득을 갖는 오디오 출력 신호를 출력하는 이득 결정 유닛(35)으로서, 이 이득 결정 유닛(35)은 오디오 출력 신호의 적어도 2개의 트랙이 신호 레벨의 예정된 범위를 커버하여 출력되도록 오디오 출력 레벨의 이득을 동적으로 결정하는 이득 결정 유닛(35)과,
    -오디오 출력 신호가 출력되는 공간에서 주위 노이즈를 추정하도록 구성되는 주위 노이즈 추정 유닛(50)과,
    -이득 결정 유닛에 의해 결정된 이득이 오디오 출력 신호에 영향을 미치는 범위를 결정하도록 구성되는 이득 제어 유닛(41)으로서, 이득 제어 유닛은 오디오 출력 신호가 추정된 주위 노이즈를 기초로 하여 이득 결정 유닛에 의해 영향을 받는 범위를 결정하는 것인 이득 제어 유닛(41)
    을 포함하는 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.
11. 제10항에 있어서, 오디오 입력 신호가 오디오 입력 신호를 듣는 청음자가 인지하는 오디오 입력 신호의 공간적 인지의 시뮬레이션을 이용하여 오디오 입력 신호의 로컬화 여부를 결정하는 것에 의해, 노이즈가 오디오 입력 신호의 주요부인 트랙 내에 또는 적어도 2개의 상이한 트랙들 사이에 포즈를 결정하는 포즈 검출 유닛(33)을 더 포함하고, 이득 결정 유닛(35)은 예정된 포즈에서 이득을 감소시키는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 오디오 입력 및 출력 신호의 각 트랙은 오디오 신호의 연속 블록(25)을 포함하고, 시간 상수 발생 유닛(32)은 오디오 입력 신호의 연속 블록을 위한 시간 상수(26)를 결정하며, 상기 시간 상수(26)는 하나의 블록으로부터 다음의 블록으로 음량의 변화를 나타내고, 이득 결정 유닛(35)은 시간 상수를 기초로 하여 오디오 출력 신호의 이득을 결정하는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.
13. 제12항에 있어서, 상기 시간 상수 발생 유닛(32)은 2개의 연속 블록들 사이에 상승 음량을 나타내도록 상승 시간 상수를 사용하고 2개의 연속 블록들 사이에 하강 음량을 나타내도록 하강 시간 상수를 사용하며, 상기 시간 상수 발생 유닛은 상승 시간 상수가 하강 시간 상수가 이득 감소를 허용하는 것보다 신속한 이득 증가를 허용하도록 시간 상수들을 결정하는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 시간 상수 발생 유닛(32)은 시간 상수가 트랙의 시작에서 블록으로부터 블록으로 나중의 트랙 중보다 신속하게 변할 수 있는 적응적 시간 상수가 되도록 시간 상수를 결정하는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 항에 있어서, 상기 시간 상수 발생 유닛(32)은 2개의 트랙들 사이에 포즈가 검출될 때에 시간 상수를 리셋하는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.
16. 제11항 내지 제15항 중 어느 항에 있어서, 오디오 입력 신호가 출력 신호로서 출력되기 전에 오디오 입력 신호에 지연 시간을 도입하는 지연 요소(42)를 더 포함하고, 상기 지연 요소는 오디오 출력 신호를 위한 이득을 결정하는 데에 필요한 시간에 대응하는 지연 시간을 도입하는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.
17. 제10항 내지 제16항 중 어느 항에 있어서, 상기 이득 제어 유닛은 추정된 노이즈가 미리 정해진 임계값보다 낮은 경우, 오디오 출력 신호에 대한 이득 결정 유닛(35)의 영향을 제거하도록 구성되는 것인 오디오 출력 신호의 이득 적합화 시스템.

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