KR20150100305A - 입체 사운드를 재생하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스피커와 적어도 하나 이상의 마이크를 이용하여 입체 사운드를 재생하는 장치 및 방법에 관한 것으로 본 발명에 따른 입체 사운드 재생 방법은 무선 통신망을 통해 좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 수신하고, 외부 스피커로부터 출력되는 제1 신호 및 배경 잡음이 포함된 제3 신호를 마이크를 통해 수신한 뒤, 제1 신호와 제3 신호로부터 스피커로 출력될 제4 신호의 보상 변수를 결정하고, 결정한 변수를 이용하여 제4 신호를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

입체 사운드를 재생하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR 3D SOUND REPRODUCTION}
본 발명은 입체 사운드를 재생하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 단일(Single) 스피커와 적어도 하나 이상의 외부 스피커를 이용하여 입체 사운드를 재생하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
입체 사운드는 현장감과 몰입감이 우수한 방향성을 갖는 음향신호이다. 입체 사운드 구현을 위한 기본적인 아이디어는 3차원 공간상에서 인간이 방향성을 인지하는데 활용하는 강도차이(IID, Interaural Intensity Difference), 시간차이(ITD, Interaural Time Delay), 귓바퀴 효과(Pinna effect)등을 전달하고자 하는 음향신호에 신호처리를 이용하여 부가하는 것이다.
입체 사운드의 구현은 헤드폰을 이용한 경우와 스피커를 이용한 경우를 고려해 볼 수 있다.
헤드폰을 이용한 방식의 경우에는, 단일(Single) 스피커에는 적용할 수 없다는 단점이 있었다. 또한 스피커를 이용한 방식의 경우 청자가 이동하거나, 스피커 간의 거리에 따라서 효과적인 입체 사운드 재생이 어렵다는 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 입체 사운드 재생방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 휴대장치의 입체(3D)사운드 재생 방법은 무선 통신망을 통해 좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 미디어 재생 장치로부터 수신하는 단계, 상기 미디어 재생 장치의 외부스피커로부터 출력되는 상기 제1 신호 및 배경 잡음이 포함된 제3 신호를 상기 마이크를 통해 수신하는 단계 및 상기 제1 신호와 상기 제3 신호로부터 상기 스피커로 출력될 제4 신호와의 보상 변수를 결정하는 단계 및 상기 제2 신호로부터 결정된 상기 보상 변수를 이용하여 상기 제4 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 미디어 재생 장치의 입체(3D)사운드 재생방법은 좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 청자의 휴대장치로 송신하는 단계 및 상기 제1 신호에 대하여 미리 정한 신호처리를 수행한 뒤 외부스피커를 통해 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 입체 사운드 재생하는 휴대장치는 무선 통신망을 통해 좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 미디어 재생 장치로부터 수신하는 무선통신부, 상기 미디어 재생 장치의 외부스피커로부터 출력되는 상기 제1 신호 및 배경 잡음이 포함된 제3 신호를 수신하는 마이크 및 상기 제1 신호와 상기 제3 신호로부터 상기 스피커로 출력될 제4 신호의 보상 변수를 결정하여 상기 제4 신호를 생성하는 신호처리부를 포함한다.
또한 본 발명의 입체 사운드를 재생하는 미디어 재생 장치는 좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 청자의 휴대장치로 송신하는 무선통신부 및 상기 제1 신호에 대하여 미리 정한 신호처리를 수행한 뒤 출력하는 오디오 처리부를 포함한다.
본 발명에 따르면 단일 스피커와 하나 이상의 외부 스피커를 이용하여 입체 사운드를 재생할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 스피커를 착용한 청자의 위치가 변경되더라도, 무선통신부를 이용한 피드백을 이용하여 고품질의 입체 사운드를 재생할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 골전도 스피커의 경우에도, 간섭되는 신호를 제거하여 입체 사운드를 재생할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 미디어 재생 장치의 구성을 도시하는 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 장치의 구성을 도시하는 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 입체 사운드 재생 원리를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 장치의 신호처리부의 구성을 도시하는 블록도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대장치의 스피커 출력신호를 생성하는 과정을 도시하는 순서도,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 보상 변수를 결정하는 과정을 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 명세서에서 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
입체 사운드의 구현을 위해서는 강도차이(IID, Interaural Intensity Difference), 시간차이(ITD, Interaural Time Delay), 귓바퀴 효과(Pinna effect)등의 방향성을 인지하는데 활용되는 인자들을 반영하여 모델링 된 머리전달함수(HRTF, Head Related Transfer Function) 데이터베이스가 사용된다. HRTF 데이터베이스는 청자의 머리 위치를 기준으로 수평 및 수직 방향에 대해서 일정한 간격으로 측정한 복수의 HRTF로 구성된다. HRTF는 청자의 귀와 음원 사이의 공간적인 전달 함수로써 주요 연구기관에서 측정해서 공개한 데이터베이스를 활용할 수도 있다.
구체적으로는 음원으로부터 청자의 귀에 이르는 채널에 대한 HRTF를 음원 신호에 신호처리 하여 청자의 좌, 우측 귀에 재생하는 원리이다. 이 경우 헤드폰을 이용한 경우와 스피커를 이용한 입체 사운드 재생방법이 고려될 수 있다.
먼저 헤드폰을 이용한 입체 사운드 재생방법의 원리를 간략하게 설명한다.
헤드폰을 이용한 경우 5.1채널 입력 신호를 이용하여 입체 사운드를 전달하기 위해서 5개 채널과 청자의 양쪽 귀 사이의 전달함수에 해당하는 HRTF 데이터베이스(좌측: 5개, 우측: 5개)가 필요하다. 만일, C, L, R, Ls, Rs를 중앙, 좌측, 우측, 좌측 서라운드, 우측 서라운드의 각 채널 신호라 하고, 중앙채널로부터 좌측 귀까지의 HRTF를 hrcl, 우측 귀까지의 HRTF를 hrgr, 좌측채널로부터 좌측 귀까지의 HRTF를 hrLl, 우측 귀까지의 HRTF를 hrLr, 우측채널로부터 좌측 귀까지의 HRTF를 hrLi, 우측 귀까지의 HRTF를 hrcr, 좌측 서라운드 채널로부터 좌측 귀까지의 HRTF를 hrLSl, 우측 귀까지의 HRTF를 hrLSr, 우측 서라운드 채널로부터 좌측 귀까지의 HRTF를 hrRSl, 우측 귀까지의 HRTF를 hrRSr 이라고 하면, 입체 사운드를 위한 헤드폰 좌측 및 우측 신호는 다음 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00001
따라서 위의 sL(t)를 헤드폰의 좌측 즉, 청자의 좌측 귀에 전달하고, sR(t)를 헤드폰의 우측 즉, 청자의 우측 귀에 전달하여 입체 사운드를 재생할 수 있다.
다음으로 좌, 우측 2개의 스피커를 이용한 경우 입체 사운드 재생 방법을 설명한다.
스피커로부터 우측 귀와 좌측 귀에 전달된 신호(yR(t), yL(t))를 수식으로 나타내면 다음[수학식 2]와 같다.
Figure pat00002
여기서 hRR, hLR은 우측과 좌측 스피커로부터의 우측 귀로의 채널 응답을, 그리고 hLL, hRL은 좌측과 우측 스피커로부터 좌측 귀로의 채널 응답을 나타낸다. 스피커를 이용하는 경우 공간상 전달 경로를 통하여 좌, 우측 귀에 양쪽 스피커의 신호가 모두 인지되기 때문에 의도된 신호를 제외하고는 제거되어야 한다 (크로스토크(Crosstalk)). 효과적인 입체 사운드의 재생을 위해서는 크로스토크를 포함하는 부분이 제거되어야 하고, 이를 위해서 출력신호 yR(t), yL(t)에 추가적인 신호처리가 필요하다. 이때 hLR, hRL이 포함된 부분을 제거하기 위한 적절한 신호처리 파라미터를 p00, p01, p10, p11이라고 하면 y=HPs로 나타낼 수 있다.
크로스토크를 제거하기 위한 조건은 yR(t)=sR(t), yL(t)=sL(t)이므로, 이를 만족하는 P의 값은 P=H-1이 된다.
본 발명의 입체 사운드 재생 방법 및 장치는 적어도 하나 이상의 외부 스피커를 포함하는 미디어 재생 장치(100) 및 스피커와 적어도 하나 이상의 마이크를 포함하는 휴대 장치(200)로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 미디어 재생 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 미디어 재생 장치(100)는 무선 통신부(110), 오디오 처리부(120), 입력부(130), 표시부(140), 저장부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
본 발명의 미디어 재생 장치(100)는 통신 기능을 갖추고 오디오 신호를 포함하는 영상 데이터의 재생이 가능한 모든 장치를 의미한다. 예를 들어 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 태블릿PC, 스마트폰 등일 수 있으나, 이들 중 어느 하나에 한정하는 것은 아니다.
무선통신부(110)는 무선 통신을 통해 데이터를 송수신한다. 무선통신부(110)는 무선 인터페이스를 통해 제어신호 및 오디오 신호의 송수신을 위한 일련의 동작을 수행한다. 무선통신부(110)는 블루투스(Bluetooth), 인프라레드(Infrared), 지그비(Zigbee)등의 통신방식을 이용할 수 있으나, 이들 중 어느 하나의 방식에 한정되는 것은 아니다. 또한, 무선통신부(110)는 무선 통신으로 수신한 데이터를 제어부(160)로 출력하고, 제어부(160)로부터 출력된 데이터를 무선 통신을 통해 전송할 수 있다.
오디오 처리부(120)는 오디오 신호를 처리하는 오디오 코덱을 포함할 수 있다. 또한 오디오 처리부(120)는 아날로그 오디오 신호를 출력하는 외부스피커(122) 및 외부스피커(122)로 출력되는 오디오 신호에 대한 일정 신호처리를 수행하는 지연보상부(121)를 포함할 수 있다. 외부스피커(122)로 출력되는 신호에 대해서 수행하는 일정 신호처리의 대표적인 것은 신호를 지연시켜 출력하는 것이다.
또한 본 발명의 오디오 처리부(120)의 지연보상부(121)는 신호를 지연시키기 위해서 필요한 값들을 무선통신부(110)를 통해 수신할 수 있다.
입력부(130)는 본 발명의 미디어 재생 장치(100)를 제어하기 위한 사용자의 조작을 입력 받고 입력 신호를 생성하여 제어부(160)에 전달한다. 입력부(130)는 미디어 재생 장치(100)에 직접 위치할 수도 있고, 원격지에서 유무선통신방식을 통해 입력 신호를 전달할 수 있다. 또한 본 발명이 터치스크린을 구비하는 미디어 재생 장치에 적용되고, 터치스크린 만으로 모든 조작이 가능한 경우에는 입력부(130)가 생략될 수 있다.
표시부(140)는 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diodes), 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED, Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 등으로 형성될 수 있다. 표시부(140)는 미디어 재생 장치(100)의 메뉴, 입력된 데이터 및 기타 다양한 미디어 재생 정보를 사용자에게 시각적으로 제공한다.
본 발명의 미디어 재생 장치(100)는 터치스크린을 구비할 수 있다. 이 경우 터치스크린은 터치센서와 표시부(140)를 포함할 수 있다. 터치센서는 사용자의 터치 입력을 감지한다. 터치센서는 정전용량 방식(capacitive overlay), 압력식 저항막 방식(resistive overlay), 적외선 감지 방식(infrared beam) 등의 터치 감지 센서로 구성되거나, 압력 감지 센서(pressure sensor)로 구성될 수 있다. 터치센서는 사용자의 터치 입력을 감지하고, 감지 신호를 발생시켜 제어부(160)로 전송한다. 감지 신호에는 사용자가 터치를 입력한 좌표 데이터가 포함된다.
본 발명의 미디어 재생 장치(100)는 상술한 바와 같이 터치스크린을 포함하여 구성될 수 있지만, 이하에서 기술되는 본 발명의 실시 예가 반드시 터치스크린을 구비하는 미디어 재생 장치(100)에만 적용되는 것은 아니다. 본 발명이 터치스크린을 구비하지 않는 미디어 재생 장치(100)에 적용될 경우에는, 터치스크린은 표시부(140)의 기능만을 수행하도록 변형 적용될 수 있다.
저장부(150)는 미디어 재생 장치(100)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행하며, 프로그램 영역과 데이터 영역으로 구분될 수 있다.
프로그램 영역은 휴대 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어하는 프로그램 및 미디어 재생 장치(100)를 부팅시키는 운영체제(OS, Operating System), 멀티미디어 컨텐츠 재생 등에 필요한 응용 프로그램, 미디어 재생 장치(100)의 기타 옵션 기능들을 저장할 수 있다.
제어부(160)는 미디어 재생 장치(100)의 각 구성 요소에 대한 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 제어부(160)는 미디어 재생 장치(100)가 입체 사운드를 재생함에 있어, 오디오 처리부(120)내의 지연보상부(121)의 동작 및 외부스피커(122)에 출력되는 오디오 신호를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 장치(200)의 구성을 도시하는 블록도를 나타낸 것이다.
도 2에 따르면, 본 발명의 휴대장치(200)는 무선통신부(210), 마이크(220), 스피커(230) 및 신호처리부(240)를 포함할 수 있다.
무선통신부(210)는 무선 통신을 통해 데이터를 송수신한다. 무선통신부(210)는 무선 인터페이스를 통해 휴대장치(200)의 제어신호 및 오디오 신호의 송수신을 위한 일련의 동작을 수행한다. 무선통신부(210)는 블루투스(Bluetooth), 인프라레드(Infrared), 지그비(Zigbee)등의 통신방식을 이용할 수 있으나, 이들 중 어느 하나의 방식에 한정되는 것은 아니다. 또한, 무선통신부(210)는 무선 통신으로 수신한 데이터를 신호처리부(240)로 출력하고, 신호처리부(240)로부터 출력된 데이터를 무선 통신을 통해 전송할 수 있다.
마이크(220)는 미디어 재생 장치(100)의 외부스피커(122)에서 출력되는 오디오 신호를 받아서 신호처리부(240)로 전달할 수 있다. 또한 본 발명의 휴대장치(200)는 복수의 마이크를 포함할 수 있고, 이 경우 각 마이크가 수신한 오디오 신호가 신호처리부(240)로 전달된다.
스피커(230)은 신호처리부(240)에서 처리된 오디오 신호를 출력한다. 본 발명의 휴대장치(200)의 스피커(230)은 한쪽 귀에만 착용할 수 있는 단일(Single) 스피커일 수 있다.
신호처리부(240)는 무선통신부(210)를 통해 수신한 오디오 신호와 마이크(220)를 통해 수신한 오디오 신호의 불균형 변수를 추정할 수 있다. 추정한 불균형 변수로부터 스피커(230)로 출력할 신호를 보상하기 위한 보상변수를 결정할 수 있다. 신호처리부(240)는 결정된 보상변수를 이용하여 무선통신부(210)를 통해 수신한 오디오 신호의 일부를 변형한 뒤, 스피커(230)에 출력할 수 있다.
구체적으로 신호처리부(240)는 가청 대역으로 수신된 마이크(220)의 신호와 무선통신부(210)를 통해 수신된 입체 사운드의 좌, 우측 신호 간의 불균형 변수를 추출한다. 불균형 변수는 볼륨, 에코, 배경 잡음 차이, 주파수응답 차이 등의 파라미터를 포함할 수 있다.
또한 신호처리부(240)는 추출한 불균형 변수를 이용하여 스피커(230)로 출력할 신호를 보상할 보상변수를 결정한다. 결정된 보상 변수를 이용하여 스피커(230)로 출력할 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 휴대장치(200)는 단일(Single)스피커와 마이크를 구비한 헤드셋 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입체 사운드 재생 방법을 간략히 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 입체 사운드 재생 방법을 상세히 설명한다. 다만, 설명의 용이함을 위해, 청자는 본 발명의 휴대장치(200)의 스피커(230)를 우측 귀에 착용한 것으로 가정하여 설명한다.
입체 사운드의 구현은 오디오 신호에 청자의 좌측 또는 우측 귀까지의 전달함수를 이용한 신호처리를 한 뒤, 청자의 각 귀에 전달하여 달성될 수 있다. 청자의 좌측 또는 우측 귀까지의 전달함수는 머리함수(HRTF, Head Related Transfer Function) 데이터베이스에서 본 발명의 휴대장치(200)를 착용한 청자의 위치에 따라 적절한 전달함수가 선택될 수 있다.
이하, 청자의 좌측 귀까지의 HRTF 신호처리된 신호를 제1 신호, 청자의 우측 귀까지의 HRTF 신호처리된 신호를 제2 신호라고 한다.
즉, 제1 신호는 좌측 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호이고, 제2 신호는 우측 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호이다.
고성능의 입체 사운드의 구현을 귀해서는 제1 신호를 청자의 좌측 귀에 전달하고, 제2 신호를 청자의 우측 귀에 전달하여야 한다. 청자는 본 발명의 휴대단말(200)의 스피커(230)에서 출력되는 신호를 우측 귀로 직접 전달받고, 본 발명의 미디어 재생 장치(100)의 외부스피커(122)에서 출력되는 신호를 좌측 귀에 전달 받는다.
따라서, 양쪽 귀에 전달되는 신호가 입체 사운드로 구현되기 위해서는 스피커(230) 및 외부스피커(122)로 출력되는 신호에 적절한 신호처리가 수반되어야 한다.
먼저, 미디어 재생 장치(100)는 무선통신부(110)를 통해 제1 신호 및 제2 신호를 본 발명의 휴대단말(200)로 전송한다. 또한 제어부(160)는 외부스피커(121)를 통해 출력할 제1 신호를 오디오 처리부(120)로 전달한다.
오디오 처리부(120)는 외부스피커(122)를 통해서 제1 신호를 출력할 수 있다. 외부스피커(122)를 통해 출력된 오디오 신호는 휴대 단말(200)의 마이크(220)에 수신될 수 있다.
오디오 처리부(120)의 지연보상부(121)는 외부스피커(122)로 출력하는 신호의 처리를 위해 적절한 전처리(Pre-processing)을 할 수 있다. 지연보상부(121)는 출력하는 신호에 대한 다양한 처리를 수행할 수 있고, 그 중 가장 대표적인 것이 지연보상이다.
만일 미디어 재생 장치(100)의 외부스피커(122)와 휴대장치(200)의 마이크(220) 간의 거리가 먼 경우에는 외부스피커(122)로부터 출력된 제1 신호와 휴대장치(200)의 마이크(220)로 수신되는 제3 신호 간의 시간 지연의 문제가 발생할 수 있다. 이 경우 본 발명의 휴대장치(200) 내의 신호처리부(240)는 지연된 시간에 관한 데이터를 무선통신부(210)를 통해 미디어 재생 장치(100)로 전송할 수 있다.
제어부(160)는 휴대장치(200)로부터 지연된 시간에 관한 데이터를 수신하여 오디오 처리부(120)에 전달하고, 오디오 처리부(120)내 지연보상부(121)는 지연된 시간에 관한 데이터를 이용하여 제1 신호를 보상한 뒤, 외부스피커(122)를 통해 출력한다.
한편, 휴대장치(200)의 무선통신부(210)는 미디어 재생 장치(100)로부터 제1 신호 및 제2 신호를 수신한다. 수신된 신호는 신호처리부(240)로 전달된다.
또한 마이크(220)는 미디어 재생 장치(100)의 외부스피커(122)로부터 출력되는 오디오 신호를 수신하여 신호처리부(240)로 전달한다.
마이크(220)와 청자의 왼쪽 귀와의 거리는 매우 가깝기 때문에 마이크(220)에 수신되는 신호와 청자의 왼쪽 귀에 수신되는 신호를 동일하게 볼 수 있다. 이하, 미디어 재생 장치(100)의 외부스피커(122)에서 출력되어 청자의 왼쪽 귀에 도달한 신호를 제3 신호라 하고, 이는 마이크(220)에서 수신한 신호와 같다.
신호처리부(240)는 무선통신부(210)을 통해 수신한 제1 신호와, 마이크(220)를 통해 수신한 제3 신호의 차이로부터 다양한 불균형 변수들을 추정할 수 있다. 추정된 불균형 변수들을 이용하여 제2 신호를 보상할 보상변수를 결정하면, 제2 신호에 보상변수를 이용한 신호처리를 수행한다. 보상변수를 이용하여 제2 신호에 대한 신호처리를 수행한 신호(이하 제4 신호라 한다.)는 스피커(230)을 통해 출력된다.
청자는 좌측 귀에는 외부스피커(122)를 통해 제3 신호를 전달받고, 우측 귀에는 스피커(230)을 통해 제4 신호를 전달받는다. 제4 신호는 제2 신호에 보상 변수를 이용하여 신호처리 한 신호이므로 청자에게는 입체 사운드가 재생될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대 장치(200)의 신호처리부(240)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4에 따르면, 본 발명의 신호처리부(240)는 제1 불균형 변수 추정부(241), 제2 불균형 변수 추정부(242), 제3 불균형 변수 추정부(243), 보상 변수 결정부(244) 및 신호보상부(245)를 포함할 수 있다.
제1 불균형 변수 추정부(242)는 외부스피커(122)와 청자 간의 채널을 추정하는 장치로써, 무선통신부(210)를 통해서 전송된 제1 신호와 마이크(220)를 통해 수신된 신호인 제3 신호의 비교를 통해, 외부스피커(122)와 마이크(220) 간의 채널 응답을 구할 수 있다. 채널 응답으로부터 추정할 수 있는 정보는 마이크(220)와 외부스피커(122) 간의 거리에 따른 지연정보, 외부스피커(122)와 마이크(220)의 위치 상관 관계 및 주파수 응답 특성 등을 포함할 수 있다. 제1 불균형 변수 추정부(241)는 추정한 불균형 변수인 채널 응답에 관한 데이터를 보상 변수 결정부(244)로 전달한다.
제2 불균형 변수 추정부(242)는 외부스피커(122)에서 출력되는 제1 신호가 공간상 전달 경로를 통해서 진행될 때 더해지는 잡음(Noise)을 추정한다. 외부스피커(122)를 통해 출력되는 제1 신호는 청자의 귀에 배경 잡음과 함께 전달되는 반면, 스피커(230)을 통해 전달되는 제2 신호는 배경 잡음이 없는 오디오 신호만을 포함한다. 따라서, 제2 신호에 제1 신호에 더해지는 배경 잡음을 더하는 신호처리를 통해 청자의 양쪽 귀에 도달하는 오디오 신호의 불균형을 해소할 수 있다. 제2 불균형 변수 추정부(242)는 추정한 배경 잡음에 대한 데이터를 보상 변수 결정부(244)로 전달한다.
제3 불균형 변수 추정부(243)는 마이크(220)를 통해 도달하는 신호의 신호 강도를 추정한다. 제3 불균형 변수 추정부(243)에서 추정한 신호 강도에 관한 데이터를 이용하여 스피커(230)으로 출력하는 신호의 이득(Gain)을 청자의 좌측 귀에 전달되는 오디오 신호의 강도에 대응하도록 조절할 수 있다. 제3 불균형 변수 추정부(243)는 추정한 신호 강도에 관한 데이터를 보상 변수 결정부(244)로 전달한다.
보상 변수 결정부(244)는 제1 불균형 변수 추정부(241), 제2 불균형 변수 추정부(242) 및 제3 불균형 변수 추정부(243)에서 추정한 각 불균형 변수들을 전달 받아 제2 신호를 보상 처리하기 위한 파라미터인 보상 변수를 결정한다. 보상 변수 결정부(244)는 결정한 보상 변수를 신호 보상부(245)로 전달한다.
신호 보상부(245)는 무선통신부(210)를 통해 수신된 제1 신호와 제2 신호 중 우측 귀에 착용한 스피커(230)을 통해 출력할 제2 신호를 보상 처리할 수 있다. 구체적으로, 신호 보상부(245)는 좌측 귀에 도달하는 제3 신호와 유사한 신호 레벨 및 배경 잡음을 포함하도록 제2 신호를 보상 처리한 제4 신호를 생성한다. 신호 보상부(245)를 통해 생성된 제4 신호는 스피커(230)을 통해 출력되며, 청자의 우측 귀에 전달된다.
이하 도 5 및 도 6에 따라, 휴대장치(200)에서 입체 사운드를 재생하는 방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 스피커의 출력신호를 생성하는 과정을 도시하는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 보상 변수를 결정하는 과정을 도시하는 순서도이다.
본 발명의 휴대장치(200)는 단일(Single)스피커와 마이크를 구비한 헤드셋 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 장치(Wearable Device)가 사용될 수 있다. 휴대장치(200)에 사용되는 단일(Single)스피커는 외부 잡음이 차폐되는 정상 스피커 유닛과 스피커에 인접하는 신호가 유입되는 골전도(Bone Conduction) 스피커 유닛을 고려할 수 있다.
먼저, 정상 스피커 유닛이 사용되는 경우를 가정하여 설명한다.
정상 스피커 유닛의 경우, 외부스피커(122)로부터 스피커(230)에 전달되는 신호가 매우 적어서 무시할 수 있다.
청자의 좌측 귀에 전달하기 위한 제1 신호를 sL(t), 우측 귀에 전달하기 위한 제2 신호를 sR(t)라고 하고, 외부스피커(122)와 스피커(230)의 출력이 각각 yL(t), yR(t)인 경우를 나타내면 스피커(230)의 출력을 보상처리 하기 전 값은 다음 [수학식 3]과 같다.
Figure pat00003
상기 [수학식 3]에서 h는 외부스피커(122)와 좌측 귀 간의 채널을 나타낸다.
휴대장치(200)의 무선통신부(210)는 미디어 재생 장치(100)로부터 제1 신호 및 제2 신호를 수신한다(S400).
좌측 귀와 마이크(220)는 미디어 재생 장치(100)의 외부스피커(122)로부터 출력되는 오디오 신호를 수신한다. 외부스피커(122)는 좌측 귀에 전달하기 위한 제1 신호를 출력하지만, 공간적 전달 경로로 인해 좌측 귀와 마이크(220)에 도달하는 신호는 배경 잡음이 더해진 제3 신호를 수신한다(S410). 배경 잡음을 i(t)라고 하면, 제3 신호는 다음 [수학식 4]와 같다.
Figure pat00004
휴대장치(200)의 신호처리부(240)는 무선통신부(210)에서 수신한 신호 중 제1 신호와 마이크(220)를 통해 수신한 제3 신호로부터 불균형 변수를 추정한다(S420).
제1 신호와 제3 신호로부터 불균형 변수를 추정하는 방법은 도 6을 통해 설명한다.
도 6에 따르면, 제1 불균형 변수 추정부(241)는 제1 신호와 제3 신호의 채널 응답을 이용하여 제1 불균형 변수를 추정한다(S500).
제1 불균형 변수를 추정하는 과정을 나타내면 다음의 [수학식 5]와 같다.
Figure pat00005
즉, 제1 불균형 변수 추정부(241)는 좌측 귀 신호인 제1 신호와 상관성이 있는 신호를 샘플링하여 제1 불균형 변수를 추정한다.
제2 불균형 변수 추정부(242)는 제3 신호에 포함된 배경 잡음으로부터 제2 신호에 가산하기 위한 배경 잡음을 추정할 수 있고(S510), 이를 나타내면 다음의 [수학식 6]과 같다.
Figure pat00006
또한, 제3 불균형 변수 추정부(243)는 마이크(220)를 통해 수신된 제3 신호의 강도로부터, 제2 신호의 적절한 출력 레벨을 추정할 수 있다(S520).
보상 변수 결정부(244)는 제1 불균형 변수 추정부(241), 제2 불균형 변수 추정부(242) 및 제3 불균형 변수 추정부(243)에서 추정한 각 변수들을 전달받아 제2 신호를 보상 처리하기 위한 파라미터인 보상 변수를 결정한다(S530). 추출된 보상 변수는 신호 보상부(245)로 전달된다.
신호 보상부(245)는 추정된 변수에 따라서 제2 신호를 보상 처리하여 제4 신호를 생성한다(S430). 생성된 제4 신호를 나타내면 다음의 [수학식 7]과 같다.
Figure pat00007
신호 보상부(245)가 좌측 귀에 수신되는 신호(제3 신호)와 유사한 신호 레벨과 배경 잡음이 발생하도록 생성한 제4 신호는 스피커(230)을 통해 청자의 우측 귀에 전달된다.
다음은 스피커(230)에 골전도 스피커 유닛이 사용되는 경우를 설명한다.
골전도 스피커 유닛의 경우, 마이크(220)에 전달되는 오디오 신호가 우측 귀에 전달되기 때문에, 청자의 좌측 귀에 전달하기 위한 제1 신호를 sL(t), 우측 귀에 전달하기 위한 제2 신호를 sR(t)라고 하면, 보상처리 하기 전 스피커(230)의 출력 yR(t)은 다음 [수학식 8]과 같다.
Figure pat00008
입체 사운드의 재생을 위해서는 스피커(230)의 출력에서 hsL(t) 부분이 제거되어야 한다. 따라서 채널 응답 추정부(241)에 의해 추정된 채널 응답을 무선통신부(210)을 통해 수신한 제1 신호 및 제2 신호 모두를 결정된 보상변수를 이용하여 보상 처리한 뒤, 두 신호가 제거된 신호를 스피커(230)에 출력한다. 이 경우 우측 귀에 도달하는 제4 신호를 나타낸 것은 다음의 [수학식 9]와 같다.
Figure pat00009
[수학식 9]에 따르면, 간섭을 주는 hsL(t) 부분이 제거되어 입체 사운드의 재생이 가능해 진다.
이상에서 본 발명의 입체 사운드 재생 방법 및 장치의 동작 원리에 대해서 상세히 설명하였다. 상술한 설명은 청자가 휴대장치(200)의 스피커(230)을 우측 귀에 착용한 것을 전제로 설명한 것이나, 본 발명의 특성상 스피커(230)의 착용 귀는 바뀔 수 있고, 그 경우에 외부스피커(122)에서 출력되는 오디오 신호는 청자의 우측 귀에 전달된다.
상술한 본 발명에 의하면, 단일(Single)스피커와 1개 이상의 스피커를 이용하여 입체 사운드의 재생이 가능하다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 또한 앞서 설명된 본 발명에 따른 실시 예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 미디어 재생 장치
110: 무선 통신부
120: 오디오 처리부
121: 지연 보상부
122: 외부 스피커
130: 입력부
140: 표시부
150: 저장부
160: 제어부
200: 휴대 장치
210: 무선 통신부
220: 마이크
230: 스피커
240: 신호 처리부
241: 제1 불균형 변수 추정부
242: 제2 불균형 변수 추정부
243: 제3 불균형 변수 추정부
244: 보상 변수 결정부
245: 신호 보상부

Claims (14)

  1. 스피커 및 적어도 하나 이상의 마이크를 포함하는 휴대장치의 입체(3D)사운드 재생 방법에 있어서,
    무선 통신망을 통해 좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 미디어 재생 장치로부터 수신하는 단계;
    상기 미디어 재생 장치의 외부스피커로부터 출력되는 상기 제1 신호 및 배경 잡음이 포함된 제3 신호를 상기 마이크를 통해 수신하는 단계; 및
    상기 제1 신호와 상기 제3 신호로부터 상기 스피커로 출력될 제4 신호의 보상 변수를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 신호로부터 결정된 상기 보상 변수를 이용하여 상기 제4 신호를 생성하는 단계를 포함하는 휴대장치의 입체 사운드 재생 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보상 변수를 결정하는 단계는,
    상기 스피커와 상기 마이크 간의 채널에 대한 제1 불균형 변수를 추정하는 단계;
    상기 제3 신호에 포함된 배경 잡음에 대한 제2 불균형 변수를 추정하는 단계; 및
    추정한 상기 불균형 변수들에 기반해서 상기 보상 변수를 결정하는 단계를 포함하는 휴대장치의 입체 사운드 재생 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 불균형 변수를 추정하는 단계는,
    상기 제1 신호 및 상기 제3 신호를 비교하여 상기 제1 신호와 상관성이 있는 신호를 샘플링하여 상기 스피커와 상기 마이크 간의 채널을 추정하는 휴대장치의 입체 사운드 재생 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 신호와 제3 신호의 신호 강도의 차이에 대한 제3 불균형 변수를 추정하는 단계를 더 포함하는 휴대장치의 입체 사운드 재생 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피커는 한 개의 단일(Single) 스피커인 휴대 장치의 입체 사운드 재생 방법.
  6. 미디어 재생 장치의 입체(3D)사운드 재생방법에 있어서,
    좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 청자의 휴대장치로 송신하는 단계; 및
    상기 제1 신호에 대하여 미리 정한 신호처리를 수행한 뒤 외부스피커를 통해 출력하는 단계를 포함하는 미디어 재생 장치의 입체 사운드 재생 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 미리 정한 신호처리는,
    상기 제1 신호를 소정의 시간 동안 지연시키는 것인 미디어 재생 장치의 입체 사운드 재생 방법.
  8. 스피커를 포함하는 입체(3D) 사운드 재생 휴대장치에 있어서,
    무선 통신망을 통해 좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 미디어 재생 장치로부터 수신하는 무선통신부;
    상기 미디어 재생 장치의 외부스피커로부터 출력되는 상기 제1 신호 및 배경 잡음이 포함된 제3 신호를 수신하는 마이크; 및
    상기 제1 신호와 상기 제3 신호로부터 상기 스피커로 출력될 제4 신호의 보상 변수를 결정하여 상기 제4 신호를 생성하는 신호처리부를 포함하는 입체 사운드 재생 휴대장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 신호처리부는,
    상기 스피커와 상기 마이크 간의 채널에 대한 제1 불균형 변수를 추정하는 제1 추정부;
    상기 제3 신호에 포함된 배경 잡음에 대한 제2 불균형 변수를 추정하는 제2 추정부; 및
    추정한 상기 불균형 변수들에 기반해서 상기 보상 변수를 결정하는 보상변수 결정부를 포함하는 입체 사운드 재생 휴대장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제1 추정부는,
    상기 제1 신호 및 상기 제3 신호를 비교하여 상기 제1 신호와 상관성이 있는 신호를 샘플링하여 상기 스피커와 상기 마이크 간의 채널을 추정하는 입체 사운드 재생 휴대장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 신호와 제3 신호의 신호 강도의 차이에 대한 제3 불균형 변수를 추정하는 제3 추정부; 및
    상기 제2 신호로부터 결정된 상기 보상 변수를 이용하여 제4 신호를 생성하는 신호보상부를 더 포함하는 입체 사운드 재생 휴대장치.
  12. 제8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피커는,
    한 개의 단일(Single) 스피커인 입체 사운드 재생 휴대 장치.
  13. 입체 사운드를 재생하는 미디어 재생 장치에 있어서,
    좌측 또는 우측 중 일측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제1 신호와 타측의 방향성 정보를 포함하는 오디오 신호인 제2 신호를 청자의 휴대장치로 송신하는 무선통신부; 및
    상기 제1 신호에 대하여 미리 정한 신호처리를 수행한 뒤 출력하는 오디오처리부를 포함하는 미디어 재생 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 오디오처리부는,
    상기 제1 신호를 소정의 시간 동안 지연시키는 지연보상부; 및
    상기 지연된 신호를 출력하는 스피커를 포함하는 미디어 재생 장치.
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