KR20230109543A - Vr 공간에서 앰비소닉 신호를 재생하는 방법 및 장치 - Google Patents

Vr 공간에서 앰비소닉 신호를 재생하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

VR 공간에서 앰비소닉(ambisonic) 신호를 재생하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 앰비소닉 신호를 수신하는 단계, 상기 앰비소닉 신호를 상기 앰비소닉 신호의 차수에 따른 ESD(Equivalent Spatial Domain) 규격에 따라 구면 상에 정위된 채널들로 매핑시키는 단계, 및 상기 구면 상에 정위된 채널들에 기초하여 상기 VR 공간에서 음장 재생을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

VR 공간에서 앰비소닉 신호를 재생하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for Ambisonic Signal Reproduction in a Virtual Reality Space}
아래의 개시는 오디오 신호 처리 기술 분야에 관한 것이다.
VR(Virtual Reality) 공간에서의 렌더링을 위한 오디오 신호 처리 장치에서 사용되는 오디오 신호의 종류에는 채널 신호, 객체 신호 및 HOA 신호가 있다. 채널 신호는 전통적인 모노 신호와 스테레오 신호를 비롯하여 5.1채널 신호, 10.2채널 신호, 22.2채널 신호와 같이 스피커의 수와 재생 채널의 수가 일치하는 포맷의 신호이다. 객체 신호는 가수의 목소리, 피아노 소리 등과 같이 특정 사운드에 대한 오디오 신호가 개별적으로 존재하는 오디오 신호이다. HOA(High Order Ambisonic) 신호는 구면 조화(spherical harmonics)로부터 얻어지는 W, X, Y, Z 등과 같은 B-포맷의 많은 채널들로 구성되는 오디오 신호를 말한다. VR 응용 환경에서는 위 3가지의 오디오 신호들이 모두 활용되는 경우가 있으며 이렇게 다양한 오디오 신호들을 어떻게 청취자에게 제공하는지가 렌더링 이슈가 된다.
위와 같은 3가지의 오디오 신호들 중에서 장면 기반(scene-based) 오디오 렌더링 방식인 앰비소닉이 전체적인 콘텐츠 장면(scene)에 대한 음장을 가장 손쉽게 제작하고 재생할 수 있다는 점에서 가장 많이 활용되고 있는 추세이다. 현재 표준화가 진행 중인 MPEG-I에서도 앰비소닉(ambisonic) 신호를 사용하여 VR 오디오를 제공하는 방식을 포함시키고 있고, 페이스북을 비롯한 대다수의 VR 콘텐츠 제작 환경에서도 VR 콘텐츠 제작을 위한 오디오 렌더링 방식으로 앰비소닉을 선호하고 있다. 그러나 앰비소닉 신호는 정밀한 신호를 얻기 위해서 차수(order)를 높여야 하는데, 차수가 증가할수록 구면 조화(spherical harmonics)가 증가함으로 인해 오디오 신호 처리가 복잡해지는 단점이 있다.
본 개시에 의해 해결하고자 하는 과제는 VR 공간과 같이 청취자를 중심으로 하는(listener-centric) 환경에서 적은 연산량으로 효과적으로 앰비소닉 신호를 재생할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 개시에 의해 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 측면에 따르면, VR 공간에서 앰비소닉(ambisonic) 신호를 재생하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 앰비소닉 신호를 수신하는 단계, 상기 앰비소닉 신호를 상기 앰비소닉 신호의 차수에 따른 ESD(Equivalent Spatial Domain) 규격에 따라 구면 상에 정위된 채널들로 매핑시키는 단계, 및 상기 구면 상에 정위된 채널들에 기초하여 상기 VR 공간에서 음장 재생을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구면은 반지름이 1m인 단위 구면이다.
일 실시예에서, 상기 구면의 중심은 WCS(world coordinate system)의 원점(origin)의 위치이다.
일 실시예에서, 상기 구면의 중심은 상기 VR 공간에서의 청취자의 위치와 일치하도록 설정된다.
일 실시예에서, 상기 채널들은, 상기 채널들 중 인덱스 1의 채널이 상기 VR 공간에서의 청취자의 정면을 마주하도록 상기 구면 상에 정위된다.
본 개시의 다른 측면에서, VR 공간에서 앰비소닉 신호를 재생하기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는, 인스트럭션들을 포함하는 메모리; 및 상기 메모리와 전기적으로 연결되고, 상기 인스트럭션들을 실행하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서에 의해 상기 인스트럭션들이 실행될 때, 상기 프로세서는 복수의 동작을 수행하고, 상기 복수의 동작은, 앰비소닉 신호를 수신하는 단계, 상기 앰비소닉 신호를 상기 앰비소닉 신호의 차수에 따른 ESD 규격에 따라 구면 상에 정위된 채널들로 매핑시키는 단계, 및 상기 구면 상에 정위된 채널들에 기초하여 상기 VR 공간에서 음장 재생을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 실시예들에 따르면, VR 공간과 같이 청취자를 중심으로 하는 환경에서 적은 연산량으로 효과적으로 앰비소닉 신호를 재생할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 개시에 따라 VR(virtual reality) 공간에서 앰비소닉(ambisonic) 신호를 재생하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 2는 앰비소닉 신호에서의 4차까지의 구면 조화를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 3은 W, X, Y 및 Z 채널들을 가지는 1차 앰비소닉 신호의 ESD 표현(representation) 정보를 나타낸 도면이다.
도 4는 2차 앰비소닉 신호의 ESD 표현 정보를 나타낸 도면이다.
도 5는 3차 앰비소닉 신호의 ESD 표현 정보를 나타낸 도면이다.
도 6은 1차 앰비소닉 신호를 반지름이 1m인 단위 구면 상에 정위된 채널들로 매핑시키는 예를 도시한 도면이다.
도 7은 1차 앰비소닉 신호의 인덱스 1의 채널이 VR 공간에서의 청취자의 정면을 마주하도록 채널들을 구면 상에 정위시킨 예를 도시한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 개시의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
"제1" 또는 "제2" 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, "제1 구성요소"는 "제2 구성요소"로 명명될 수 있고, 유사하게 "제2 구성요소"는 "제1 구성요소"로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 개시에 따라 VR(virtual reality) 공간에서 앰비소닉(ambisonic) 신호를 재생하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
본 방법은 앰비소닉 신호를 수신하는 단계(S105)로부터 시작된다. 앰비소닉 신호는 구면 조화(spherical harmonics)로 나타내어지는 방향성분 정보를 이용하여 음장(sound field)을 처리하는 오디오 신호처리 방식에 따른 신호를 말한다. 앰비소닉 신호는 5.1채널, 10.2채널 등의 전통적인 채널 기반 신호나 음원 신호를 개별 트랙으로 처리하는 객체 기반 신호와 달리 장면 기반 신호로 구분되나, W, X, Y 및 Z 채널들의 신호를 가진다는 점에서는 채널 기반 신호로 구분하기도 한다. 3차원의 앰비소닉 신호는 아래의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
여기서, 및 은 차수(order)와 단계(degree)를 각각 나타내고, 는 푸리에 계수(Fourier coefficient)를 나타내고, 는 방사형 함수(radial function)로서 구면 베셀 함수(spherical Bessel function) 또는 헨켈 함수(Hankel function)가 사용되고, 은 정규화 상수(normalization constant)를 나타내고, 는 르장드르 연관 함수(Associated Legendre function)를 나타내고, 는 방위 조화(azimuthal harmonics)를 나타내고, 를 함께 가리켜 구면 조화(spherical harmonics)라고 부른다.
음장을 표현하기 위해 앰비소닉 신호를 활용할 경우 0차에서부터 무한대 차수까지의 구면 조화 정보를 이용해야 한다. 예를 들어 앰비소닉 신호에서의 4차까지의 구면 조화를 도식화하여 나타내면 도 2와 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 차수()별 구면 조화는 가지의 종류를 가지며, 특정 차수 N까지는 만큼의 채널이 존재한다.
단계(S110)에서는, 수신된 앰비소닉 신호를 앰비소닉 신호의 차수에 따른 ESD 규격(ETSI TS 126 260 V15.0.0 (2018-10))에 따라 구면 상에 정위된 채널들로 매핑시킨다. 도 3에는 W, X, Y 및 Z 채널들을 가지는 1차 앰비소닉 신호의 ESD 표현(representation) 정보를 나타내었다. 도 4에는 2차 앰비소닉 신호의 ESD 표현 정보를 나타내었다. 도 5에는 3차 앰비소닉 신호의 ESD 표현 정보를 나타내었다. 도 3 내지 도 5에서 Index j는 채널 번호를 나타내고, N은 차수를 나타내고, 는 라디안(radian)으로 표현된 수직 각도를 나타내고, 는 라디안으로 표현된 수평 각도를 나타낸다. 와 는 함께 반지름이 1m인 단위 구면 상에서의 구면 좌표들을 정의한다. 전술한 바와 같이, 1차 앰비소닉 신호에는 4개의 채널이 존재하고, 2차 앰비소닉 신호에는 9개의 채널이 존재하고, 3차 앰비소닉 신호에는 16개의 채널이 존재한다. 예컨대 도 3의 1차 앰비소닉 신호의 ESD 표현 정보를 각도(degree)로 변환하여 1차 앰비소닉 신호를 반지름이 1m인 단위 구면 상에 분포된 가상 스피커들(채널들)로 매핑시킬 수 있다. 이를 도식화하여 나타내면 도 6과 같다. 일 실시예에서, 도 6에서의 구면의 중심은 VR 공간에서의 화면의 중앙의 위치인, WCS(world coordinate system)의 원점(origin)의 위치일 수 있다. 이와 같이 ESD 표현 정보를 이용하게 되면 앰비소닉 신호를 별도의 가공없이 공간 상에 매핑해 줄 수 있게 된다.
이상에서는 도 3 내지 도 5의 1차 내지 3차 앰비소닉 신호들의 ESD 표현 정보를 활용하여 해당 앰비소닉 신호들을 구면 상에 분포된 채널들로 매핑시키는 것으로 설명하였으나, 4차, 5차 등의 다양한 차수의 ESD 정보를 활용하여 앰비소닉 신호를 구면 상에 분포된 채널들로 매핑시키는 실시예들이 가능하다. 이러한 실시예들에 따라 재생되는 앰비소닉 신호는 많은 채널 수로 인하여 공간 상의 배경음으로서 재생되는 경우가 많으므로, 이러한 배경음은 청취자의 위치 및 지향 방향과 무관하게 항상 일정하게 재생되어야 한다. 이를 고려하여, 일 실시예에서, 도 6에서의 구면의 중심이 VR 공간에서의 청취자의 위치와 일치하도록 설정될 수 있다. 이러한 실시예에서, 인덱스 1의 채널( = 0, = 0)이 VR 공간에서의 청취자의 정면을 마주하도록 채널들을 구면 상에 정위시킬 수 있다. 이를 도식화하여 나타내면 도 7과 같다. 이와 같이 VR 시스템에서 실시간으로 변화하는 청취자 위치 및 지향 방향 정보에 무관하게 청취자 정면으로부터 1m 떨어진 위치가 항상 = 0, = 0인 채널이 되도록 채널별 음상 정위를 설정하면, 청취자에게 항상 일정한 HOA(high order ambisonic) 음장 재생 효과를 제공할 수 있다.
단계(S115)에서는, 구면 상에 정위된 채널들에 기초하여 VR 공간에서 음장 재생을 수행한다. 일 실시예에서, 단위 구면 상에 배치된 음원들 중 특정한 방향 혹은 실제로 음원이 존재하는 방향에 있는 음원들 만을 활용하여 음장 재생을 수행할 수 있다. VR 공간에서의 음장 재생은 입체 음향을 제공해 주는 다양한 방법들 중의 하나를 이용하여 이루어 질수 있다. 일 실시예에서, HRTF(head related transfer function) 방식을 이용하여 구면 상에 정위된 채널들에 기초하여 VR 공간에서 음장 재생을 수행하는 것이 가능하다. 일 실시예에서, 앰비소닉 신호를 더 높은 차수의 ESD 표현으로 업믹싱하거나 더 낮은 차수의 ESD 표현으로 다운믹싱해서 음장을 재생하는 것도 가능하다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. VR 공간에서 앰비소닉(ambisonic) 신호를 재생하는 방법으로서,
    앰비소닉 신호를 수신하는 단계,
    상기 앰비소닉 신호를 상기 앰비소닉 신호의 차수에 따른 ESD(Equivalent Spatial Domain) 규격에 따라 구면 상에 정위된 채널들로 매핑시키는 단계, 및
    상기 구면 상에 정위된 채널들에 기초하여 상기 VR 공간에서 음장 재생을 수행하는 단계를 포함하는
    앰비소닉 신호 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구면은 반지름이 1m인 단위 구면인,
    앰비소닉 신호 재생 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구면의 중심은 WCS(world coordinate system)의 원점(origin)의 위치인,
    앰비소닉 신호 재생 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구면의 중심은 상기 VR 공간에서의 청취자의 위치와 일치하도록 설정되는,
    앰비소닉 신호 재생 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 채널들은, 상기 채널들 중 인덱스 1의 채널이 상기 VR 공간에서의 청취자의 정면을 마주하도록 상기 구면 상에 정위되는,
    앰비소닉 신호 재생 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능 기록매체.
  7. VR 공간에서 앰비소닉 신호를 재생하기 위한 장치로서,
    인스트럭션들을 포함하는 메모리; 및
    상기 메모리와 전기적으로 연결되고, 상기 인스트럭션들을 실행하기 위한 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서에 의해 상기 인스트럭션들이 실행될 때, 상기 프로세서는 복수의 동작을 수행하고,
    상기 복수의 동작은,
    앰비소닉 신호를 수신하는 단계,
    상기 앰비소닉 신호를 상기 앰비소닉 신호의 차수에 따른 ESD 규격에 따라 구면 상에 정위된 채널들로 매핑시키는 단계, 및
    상기 구면 상에 정위된 채널들에 기초하여 상기 VR 공간에서 음장 재생을 수행하는 단계를 포함하는
    앰비소닉 신호 재생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구면은 반지름이 1m인 단위 구면인,
    앰비소닉 신호 재생 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 구면의 중심은 WCS(world coordinate system)의 원점(origin)의 위치인,
    앰비소닉 신호 재생 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 구면의 중심은 상기 VR 공간에서의 청취자의 위치와 일치하도록 설정되는,
    앰비소닉 신호 재생 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구면 상에 정위된 채널들 중 인덱스 1의 채널은 상기 VR 공간에서의 청취자의 정면을 마주하도록 정위되는,
    앰비소닉 신호 재생 장치.
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