WO2014171706A1 - 가상 객체 생성을 이용한 오디오 신호 처리 방법 - Google Patents

가상 객체 생성을 이용한 오디오 신호 처리 방법 Download PDF

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WO2014171706A1
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audio signal
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PCT/KR2014/003250
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오현오
송명석
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인텔렉추얼디스커버리 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an audio signal processing method, and more particularly, to a method for encoding and decoding an object audio signal or rendering in a three-dimensional space.
  • the present invention is Korean Patent Application No. 10-2013-0040923 filed April 15, 2013, Korea Patent Application No. 10-2013-0040931 filed April 15, 2013, Korea filed April 15, 2013 Benefits of Patent Application No. 10-2013-0040957, Korean Patent Application No. 10-2013-0040960, filed April 15, 2013, and Korean Patent Application No. 10-2013-0045502, filed April 24, 2013 Claims, all of which are hereby incorporated by reference.
  • NHK's method to set up multi-channel audio environment by adding upper and lower layers.
  • a total of nine channels can be provided for the highest layer. You can see that there are a total of nine speakers, three in the front, three in the middle and three in the surround. In the middle layer, a total of three speakers can be arranged in front, five in the middle position and two in the surround position.
  • a total of three channels and two LFE channels may be installed at the bottom.
  • VBAP VectorBased Amplitude Panning
  • VBAP VectorBased Amplitude Panning
  • 1 illustrates the concept of VBAP.
  • Amplitude panning which determines the direction of sound sources between two speakers based on the size of the signal, or VBAP, which is widely used to determine the direction of sound sources using three speakers in three-dimensional space, As you can see, rendering can be implemented relatively conveniently.
  • the virtual speaker 1 (Virtual speaker 1, 140) can be generated using the three speakers 110, 120, 130 of FIG.
  • VBAP is a method of rendering a sound source by selecting a speaker around it so that a virtual source can be created based on a sweet spot and calculating a gain value controlling the speaker position vector. . Therefore, in case of object-based content, at least three speakers surrounding a target object (or virtual source) can be determined, and the VBAP can be reconstructed in consideration of their relative positions to reproduce the object at a desired position.
  • 3D audio using environment there may be a situation in which a sound source environment that sounds from the user's feet occurs, that is, a major event on the content is occurring at a lower position than the viewer.
  • the effects of positioning the sound source at a very low position vary widely.
  • the main character falls from a high place, a subway passes through the ground, or a huge explosion occurs.
  • it can be said to be a very useful effect in various scenes, such as horror scenes where unknown monsters pass under the feet.
  • by positioning the sound source at a position lower than the range of the installed speaker it can give the user a realistic sound field that the existing audio system cannot provide in many dramatic situations.
  • a line connecting BtFC, BtFL, SiL, BL, BC, BR, SiR, and BtFR becomes a speaker mesh, and the height of this mesh represents the minimum reproduction height. That is, an object of 45 degrees (BtFL) at an angle of up to 10 degrees is possible, and an object of a lower height is automatically adjusted to the minimum reproduction height (10 degrees) and reproduced. In short, the sound from the user's down position in the current setting cannot be played.
  • the present invention relates to a virtual object creation technique in a new technical issue of rendering of a speakermesh outer region.
  • the lower elevation may be one embodiment in which the necessity of Sound Extrapolation is the highest and the effect is most dramatic.
  • An audio signal processing method comprises the steps of: receiving object sound source information and an audio bit string including an object audio signal in playing an audio signal including an object signal; Determining a first reproduction area object and a second reproduction area object based on the object sound source information or reproduction range information; And rendering the first playback region object in a first manner and rendering the second playback region object in a second manner.
  • the first reproduction region object may include an object sound source signal designed to be reproduced in an area outside the reproduction range based on the received speaker position information and the object sound source position information.
  • the second reproduction region object may include an object sound source signal designed to be reproduced in an area within a reproduction range based on the received speaker position information and the object sound source position information.
  • the object sound source information may include object sound source position information or exception object display information.
  • exception object display information may be characterized in that the additional information displayed in 1 bit per object.
  • exception object display information may be characterized by including additional information of one or more bits different from the object sound source header according to the playback environment.
  • the first method may be a method of generating a virtual speaker and then rendering the virtual speaker by a panning technique between the virtual speaker and the real speaker.
  • the first method may be a mixture of a method for generating a low pass filtered signal and a method for generating a band pass filtered signal.
  • the first method may generate the downmixed signal from a sound source signal of the first reproduction region object for the plurality of object signals, and then generate a low pass filtered subwoofer signal using the downmixed signal. It may be.
  • the first method may be to generate a low pass filtered signal for the object audio signal.
  • the second method may be a flexible rendering method for positioning the second play area object at a position indicated in the object sound source information.
  • the first method may be a virtual object generating method including a filtering step for locating the first play area object at a position indicated in the object sound source information.
  • the second method may be a flexible rendering method for positioning the second playback area object at a position indicated in the object sound source information.
  • the first method may be a method of configuring filter coefficients based on the psychoacoustic characteristics of a person using the position (height, angle, distance) of the object and the relative position of the listener among the object sound source position information.
  • the present invention as a technique for positioning an object signal in a position that has been received from the outside, it is possible to create additional value when used to generate an object signal of the lower side / rear layer. It is additionally applicable between the decoder and the renderer, and as a result, it is possible to reproduce the high quality audio signal by effectively reproducing the audio signal.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a concept of a general rendering method (VBAP) using multiple speakers.
  • VBAP general rendering method
  • 2 is a layout diagram of speaker arrangement of 22.2ch as an example of the multi-channel.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating input and output of a renderer for describing a rendering system.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an audio signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram briefly illustrating input and output of a virtual object generator for generating a subwoofer signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is another block diagram of a virtual object generator for generating a subwoofer signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is another block diagram of a virtual object generator for generating a subwoofer signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram of an audio signal processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of an object sound source rendering technique according to an embodiment of the present invention.
  • Coding can be interpreted as encoding or decoding in some cases, and information is a term that encompasses values, parameters, coefficients, elements, and so on. It may be interpreted otherwise, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention relates to a technique for positioning an object signal in an area outside a speaker mesh in playing an object sound source using only a limited number of speakers fixed at a defined position.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a concept of a general rendering method (VBAP) using multiple speakers.
  • VBAP general rendering method
  • the existing technology may generate virtual speaker 1 (Virtual speaker 1, 140) by using three speakers 110, 120, and 130 that output real channel signals.
  • virtual speaker 1 Virtual speaker 1, 140
  • virtual speaker 2 Virtual speaker 2, 150
  • 2 is a layout diagram of speaker arrangement of 22.2ch as an example of the multi-channel.
  • a speaker arrangement of 22.2 channels will be described as an example.
  • the present invention is not limited thereto. That is, the present invention can be applied to the speaker arrangement of the arrangement different from FIG. 2 or the speaker of the number different from that of FIG.
  • 22.2 Channels may be an example of a multi-channel environment for enhancing the sound field, the present invention is not limited to a specific number of channels or a specific speaker arrangement.
  • 22.2ch may be located in three layers 210, 220, and 230.
  • the three layers 210, 220, and 230 are the top layer 210 of the three layers, the bottom layer 230 at the lowest position, the top layer 210 and the bottom layer ( A middle layer 220 between the layers 230.
  • a total of nine channels may be provided in the top layer 210.
  • the top layer 210 has three (TpFL, TpFC, TpFR) from left to right on the front, three from left to right (TpL, TpC, TpR) in the middle position, and left to right in the surround position.
  • TpFL, TpFC, TpFR three from left to right
  • TpL, TpC, TpR three from left to right
  • the front surface may mean the screen side.
  • a total of 10 channels (FL, FLC, FC, FRC, FR, L, R, BL, BC, BL) may be provided in the middle layer 220.
  • the middle layer 220 has five left to right (FL, FLC, FC, FRC, FR) in the front, two left to right in the middle position (L, R), and left in the surround position. From the right side, the speakers may be arranged in three channels BL, BC, and BL. Of the five speakers in the front, three of the center positions may be included in the TV screen.
  • a total of three channels (BtFL, BtFC, BtFR) and two LFE channels 240 may be provided on the bottom layer 230.
  • a speaker may be disposed in each channel of the bottom layer 230.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating input and output of a renderer for describing a rendering system.
  • each input object sound source of the audio signal processing apparatus is rendered by the renderer 310 using respective object sound source information.
  • Each rendered object signal is then added to produce a speaker output (ie a channel signal).
  • the audio signal processing apparatus may be a sound rendering system.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an audio signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • An audio signal processing apparatus includes a sound source position determiner 410 for detecting a position of an input object sound source and a virtual object generator 430 for placing an object signal in an area outside the speaker range.
  • the audio signal processing apparatus also includes a renderer 420.
  • the renderer 420 according to the embodiment of the present invention may be the same as the renderer 310 described with reference to FIG. 3.
  • the renderer 420 also performs rendering in a conventional manner. That is, the renderer 420 performs rendering in a general manner.
  • Objects that are determined to be out of range of the speaker by the sound source position determiner 410 are rendered by the virtual object generator 430, and objects that are not (ie, coverable by the speaker range) are rendered by the renderer 420. Rendered.
  • FIG. 4 according to an embodiment of the present invention, only the configuration corresponding to the renderer 420 for one object sound source is described in detail.
  • the overall structure of the present invention is composed of the sum of the structures shown in FIG. 4.
  • An audio signal processing apparatus further includes a sound source position determining unit 410 and a virtual object generating unit 430 in the renderer 310 of FIG. 3. That is, the audio signal processing apparatus according to the embodiment of the present invention includes a sound source position determiner 410, a renderer 420, and a virtual object generator 430.
  • the sound source position determiner 410 allocates the object sound source to one of the renderer 420 and the virtual object generator 430 based on the object sound source information.
  • the allocated object sound source is rendered by the renderer 420 or the virtual object generator 430 to generate a speaker output.
  • the sound source position determiner 410 determines an object designed as an area outside the range of the speaker among the objects from the header information of the object sound source.
  • the range of the speaker may be a playable range.
  • the playable range is a virtual range following the set of speakers required for object source orientation.
  • the playable range can generally consist of a line connecting each speaker based on a method of selecting three speakers (VBAP) that can form the smallest triangle that contains the position where the sound source is to be positioned. have.
  • VBAP method of selecting three speakers
  • the playable range may be a speaker configuration capable of locating a sound source at all positions around the user at maximum, and may generally be a range covering only a limited position.
  • the playable range is 360 degrees to the left and right of the user's ear level.
  • the location where the speaker is installed may not be arranged according to the installation regulations. Therefore, the user may directly input the location information of the speaker (by using the UI), select the method from a given view set, or use a remote positioning technology. Can be entered using.
  • the sound source position determiner 410 compares the object sound source position information with the playable range and determines whether the position of the object sound source (object) is out of the playable range or within the playable range. At this time, the object sound source to be positioned at a position outside the playable range is rendered by the virtual object generating unit 430, otherwise it is rendered by the existing technology (that is, when playable by a combination of speakers). That is, the object sound source to be positioned at a position not out of the playable range is rendered by the renderer 420.
  • the sound source position determining unit 410 determines an object that is out of range, in addition to the method of discriminating the object using only the transmitted object information as described above, the content creator places the object outside the speaker range in the standard setup. There may be a method of adding a flag as additional information of the corresponding object.
  • the flag can be, in the simplest case, 1-bit information indicating that the object is exceptional and, more complexly, additional information needed to play the object more realistically using a few bits of information (eg, a standard setup). Or a method of adding additional information for reproducing in different ways according to a speaker arrangement environment of a specific setup.
  • the flag indicating the exception object may be determined by the content producer at the time of generating the sound source.
  • a producer who intends to position a specific object sound source at a location (for example, under a user's foot) that cannot be covered by a general speaker setup environment has an object turned on with the flag of the object turned on. Sound information can be configured.
  • the content production time may be various stages such as mastering, releasing, or targeting, even a flag that is initially set may be changed or expanded several times through the production stage.
  • the flag included in the object additional information may be configured with different information according to the user's environment.
  • a speaker mesh suitable for a use environment may be reconfigured from time to time in consideration of a change in the speaker layout structure of the current user.
  • the speaker range (or playable range) is initialized according to the screen of the installation environment and the layout of the speaker, and the rendering matrix once initialized can continue to be used without modification unless there is a change in the installation environment.
  • the user wants to generate a special trigger or arbitrarily perform an initial calibration process, it is possible to modify the playable range that has been initialized.
  • the location of the installed devices may be measured by the user directly inputting location information (using UI equipment) or by various methods (for example, automatic location tracking using an inter-device communication technology).
  • the virtual object generator 430 may provide various methods for effectively rendering an object that needs to be positioned at a position outside the play range.
  • the virtual object generator 430 according to an embodiment of the present invention may provide various virtual object creation methods for effectively rendering an object to be positioned at a position out of a playback range.
  • the virtual object creation method there is a method of performing a filtering process for locating a corresponding object at a desired location.
  • the filter coefficients are constructed based on the psychoacoustic characteristics of the person considering the position (height, angle, distance) of the object and the position of the listener.
  • the frequency cue corresponding to the position of the speaker itself may be removed from the signal output from the specific speaker and artificially inserted into the frequency cue corresponding to the position of the object sound source.
  • HRTF HeadRelated Transfer Function
  • a BtFL speaker 45 degrees angle, 10 degrees height
  • the filtering-based virtual object generation technique may be a technique for configuring a modified filter in order to minimize the disadvantage that distortion occurs in the signal due to the influence of the filter.
  • the listeners do not hear distortion of the signal by making a slight difference in the null position of the filtering applied to each speaker.
  • the height cues differ slightly depending on the individual, which is generalized to form nulls in a relatively wide frequency band, and a method of generating height cues by dividing different speakers within this generalized null frequency range.
  • the band is divided into a filter or a speaker group to which filtering is applied and a group to which a simple VBAP is applied to prevent the distortion of the signal to the listener.
  • the virtual object generating method of the virtual object generating unit 430 is to set the virtual speaker in the reproduction of the object signal outside the speaker playable range, the virtual speaker and the actual speaker complex It can be implemented by the panning method used as.
  • the virtual object generator 430 may implement a method of finally mapping a virtual speaker from the virtual speaker to a real speaker position when an object outside the speaker playable range is formed in the virtual speaker by panning.
  • the mapping to the actual speaker is implemented by a predetermined rule, and the filtering as described above may be used in this process.
  • the present invention is a virtual object generation technology of the virtual object generation unit 430 according to an embodiment of the present invention virtual object generation technology using a method for generating a subwoofer signal in the reproduction of the object signal outside the playable range of the speaker It may be about.
  • the low frequency effect (LFE) channel signal corresponding to .1 or .2 carries only low frequency information (below 120 Hz) and complements the overall low frequency content of the audio scene. Or to relieve the burden of other channels.
  • the LFE channel 240 of FIG. 2 is generally not the same as the subwoofer signal, and the encoding technique according to the embodiment of the present invention may not provide a subwoofer output at the time of encoding.
  • a subwoofer output may be generated.
  • the present invention encompasses a method of generating a subwoofer signal for reproducing an object signal (eg under a user's foot) that is outside the playable range.
  • FIG. 5 is a diagram briefly illustrating input and output of a virtual object generator for generating a subwoofer signal according to an embodiment of the present invention.
  • the virtual object generating unit 430 receives the subwoofer output signal by receiving the playable range calculated based on the location information of the speaker, the object sound source signal determined to be out of the play range, and the sound source information of the corresponding object. Output
  • the subwoofer output signal may be a signal allocated to one or more subwoofers according to the speaker setup of the use environment.
  • the virtual object generator 430 When one or more object sound source signals are reproduced, the virtual object generator 430 generates a final output signal by a linear sum of the subwoofer output signals generated from the individual object sound source signals.
  • FIG. 6 is another block diagram of a virtual object generator using a subwoofer signal generation method.
  • the virtual object generator 430 of FIG. 6 corresponds to an example of the virtual object generator 430 of FIG. 5, and the virtual object generator 430 of FIG. 6 includes an object sound source signal determined to be out of a playback range. Represents a system that receives sound source information of an object and outputs a subwoofer output signal.
  • the low pass filter 610 of the virtual object generator 430 extracts the low band signal of the corresponding object sound source through low pass filtering (LPF).
  • the decorrelater 620 generates two subwoofer output signals based on the output lowband signal.
  • the virtual object generator 430 determines the cutoff frequency and the decorrelator coefficient of the low band filtering by using the playable range calculated based on the location information of the speaker and the corresponding object sound source location information. Apply different filtering depending on.
  • the determined decorrelator coefficients give the final subwoofer output the gain and delay needed to locate the object in the destination.
  • FIG. 7 is another block diagram of a virtual object generator for generating a subwoofer signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 corresponds to an example of the virtual object generator 430 of FIG. 5.
  • the virtual object generator 430 of FIG. 7 inputs an object sound source signal and sound source information of the corresponding object determined to be out of a playback range. Represents a system that receives a subwoofer output signal.
  • the virtual object generator 430 first selects the down mixer 1 720 or the down mixer 2 740 using the LFE mapping unit 710.
  • the LFE mapping unit 710 may select the down mixer 1 720 or the down mixer 2 740 based on the LFE mapping.
  • the LFE mapping unit 710 determines a suitable downmixer using the playable range calculated based on the location information of the speaker and the corresponding object sound source location information.
  • each downmixer 720 and 740 downmixes the input object signals.
  • the low pass filters 730 and 750 extract the low band signal of the corresponding object sound source through low band filtering on the downmixed signal to generate two LFE channel signals.
  • the virtual object generating unit 430 according to the embodiment of the present invention requires only the downmixer and the low-band filtering as many as the number of subwoofers, and has a feature of obtaining complexity gains.
  • FIG. 8 is a block diagram of an audio signal processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the audio signal processing apparatus of FIG. 8 further includes an object to channel mapping unit 810, delay filters 820 and 840, and band pass filters 830 and 850 in the virtual object generator 430 of FIG. 7.
  • the present invention is not limited thereto. That is, the present invention can be applied to the case in which the virtual object generator 430 of FIG. 5 and FIG. 6 further includes the object to channel mapping unit 810, delay filters 820 and 840, and band pass filters 830 and 850. Do.
  • the audio signal processing apparatus of FIG. 8 uses the low-pass filters of FIGS. 5, 6, and 7 to generate a subwoofer output signal, in addition to reproducing sound for the sound source at a lower position.
  • a filter (830, 850) to add a method for producing a speaker output signal to reproduce the sound for the sound source of the low position.
  • the low frequency signal is output through the subwoofer to provide the overall sound field of the low position sound source, and in addition, the mid-range object sound source is output through the speaker to achieve more accurate sound source positioning.
  • the position of the object sound source of the intermediate band is implemented by a method of assigning a delay value corresponding to the position to position the sound source using the Haas effect.
  • the core of this technology is that the sound source location can be maximized by outputting an additional mid-band signal in addition to the output signal of the subwoofer.
  • the object to channel mapping 810 selects one or more necessary speaker channels using the object sound source information and allocates the object sound source.
  • the object signal assigned to the speaker channel passes through the delay filters 820 and 840 and is delayed as much as it can produce a Haas effect.
  • the band pass filters 830 and 850 receive signals passing through the delay filters 820 and 840 as inputs, and pass only the intermediate band of the object signal to generate speaker channel output.
  • the delay filters 820 and 840 and the band pass filters 830 and 850 may be used in a different order. That is, the object signal allocated to the channel may be first passed through the band pass filters 830 and 850 and then delayed through the delay filters 820 and 840 depending on the situation for the purpose of complexity or ease of implementation.
  • the subwoofer output generation method is not limited to that shown in the lower part of FIG. 9 and may use other methods described above according to the usage environment, the intention of the user and the content producer, or the characteristics of the object signal.
  • FIG. 9 shows a flowchart of the object sound source rendering technique of the present invention.
  • the sound source rendering technology relates to a method for calculating a playable range by using speaker position information of a use environment.
  • a position where a speaker is installed may not be arranged according to an installation rule, and thus a user may
  • the location information can be entered directly (using the UI), by selecting from a given set of views, or by using remote positioning techniques.
  • the playable range can generally consist of a line connecting each speaker based on a method of selecting three speakers (VBAP) that can form the smallest triangle that contains the position where the sound source is to be positioned. have.
  • the playable range may be a speaker configuration capable of locating a sound source at all positions around the user at maximum, and may generally be a range covering only a limited position. (E.g. a 360-degree plane to the left and right at your ear for a 5.1 speaker setup)
  • the sound source position determining unit 410 After the sound source position determining unit 410 configures the playable range based on the speaker arrangement information (S101), the sound source position determining unit 410 acquires the position information of the object sound source and the object sound source signal from the sound source bit string (S103). In addition, the sound source position determiner 410 compares the dual object sound source position information with the playable range and determines whether the object sound source should be positioned at a position outside the playable range (S105). In this case, the object sound source to be positioned at a position outside the playable range is rendered by the virtual object generating unit 430 (S107), and the object sound source within the non-playable range is rendered by the existing renderer 420 (S109). .
  • the audio signal processing method according to the present invention can be stored in a computer-readable recording medium which is produced as a program for execution in a computer, and multimedia data having a data structure according to the present invention can also be stored in a computer-readable recording medium.
  • the computer readable recording medium includes all kinds of storage devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CDROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). .
  • the bitstream generated by the encoding method may be stored in a computer-readable recording medium or transmitted using a wired / wireless communication network.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호처리 방법은 객체신호를 포함한 오디오 신호를 재생함에 있어서, 객체 음원 정보와 객체 오디오 신호를 포함한 오디오 비트열을 수신하는 단계, 객체 음원 정보 또는 재생 범위 정보에 기초하여 제1 재생 영역 객체와 제2 재생 영역 객체를 판별하는 단계 및 제1 재생 영역 객체는 제1 방법으로 렌더링하고, 제2 재생 영역 객체는 제2 방법으로 렌더링하는 단계를 포함한다.

Description

가상 객체 생성을 이용한 오디오 신호 처리 방법
본 발명은 오디오 신호 처리 방법(AUDIO SIGNAL PROCESSING METOD) 관한 것으로, 보다 상세하게는 객체 오디오 신호의 부호화 및 복호화하거나 3차원 공간에 렌더링하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 2013년 4월 15일 출원된 한국특허출원 제10-2013-0040923호, 2013년 4월 15일 출원된 한국특허출원 제10-2013-0040931호, 2013년 4월 15일 출원된 한국특허출원 제10-2013-0040957호, 2013년 4월 15일 출원된 한국특허출원 제10-2013-0040960호 및 2013년 4월 24일 출원된 한국특허출원 제10-2013-0045502호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
UHDTV의 대형 영상 크기의 디스플레이 환경에 대한 소비자의 요구가 늘어나는 추세이다. 이와 같이 고화질 고해상도의 대형 스크린이 설치된 경우, 대형 컨텐츠에 걸맞게 높은 현장감과 임장감을 갖는 사운드가 제공되는 것이 바람직할 수 있다. UHDTV의 경우, 좌우 시청각이 최대 100도 가까이 확장되는 것은 물론 위아래로의 시청각 역시 크게 넓어지게 된다. HDTV환경에서의 상하 시청각도가 10도 내외였던 것에 비해, 동일 시청 거리에서 UHDTV가 설치된 경우 시청 각도는 약 45도에 이르게 된다. 시청자가 마치 현장에 있는 것과 거의 동일한 환경을 제공 하기 위해서는 보다 넓은 범위에 음원을 위치시킬 수 있는 오디오 환경이 요구되고 있다.
상/하위 레이어를 추가하여 다채널 오디오 환경을 설정한 NHK의 방식이다. 가장 높은 레이어에 총 9개 채널이 제공될 수있다. 전면에 3개, 중간 위치에 3개, 서라운드 위치에 3개 총 9개의 스피커가 배치되어 있음을 알 수 있다. 중간 레이어에는 전면에 5개, 중간 위치에 2개, 서라운드 위치에 총 3개의 스피커가 배치될 수 있다. 바닥에는 전면에 총 3개의 채널 및 2개의 LFE 채널이 설치될 수 있다.
일반적으로 다수의 스피커의 출력을 조합함(VBAP, VectorBased Amplitude Panning)으로써 특정 음원을 3D 공간상에 위치시키게 된다. 도1은 VBAP의 개념을 예시한다. 신호의 크기를 기준으로 두 스피커 사이의 음원의 방향 정보를 결정하는 Amplitude Panning이나 3차원 공간상에서 3개의 스피커를 이용하여 음원의 방향을 결정하는데 널리 사용되는 VBAP을 이용하면 객체별로 전송된 객체 신호에 대해서는 상대적으로 편리하게 렌더링을 구현할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 도1의 세 개의 스피커(110, 120. 130)를 이용하여 가상 스피커1(Virtual speaker 1, 140))을 생성할 수 있다. VBAP는 청취자의 위치(Sweet Spot)을 기준으로 virtual source가 위치하고자 하는 목적 벡터를 생성할 수 있도록 그 주변의 스피커를 선택하고, 스피커 위치 벡터를 제어하는 게인 값을 계산하여 음원을 렌더링하는 방법이다. 따라서 객체에 기반한 컨텐츠의 경우, 타겟 객체(혹은 virtual source)를 둘러싼 최소 3개의 스피커를 결정하고 이들의 상대적 위치를 고려하여 VBAP을 재형성함으로써 객체를 원하는 위치에 재생시킬 수 있다.
3D 오디오 사용환경에 있어, 사용자 발밑에서 소리가 나는 음원 환경이 발생하는 상황, 즉, 컨텐츠 상의 주요 사건이 시청자보다 낮은 위치에서 벌어지고 있는 경우가 있을 수 있다.
요컨데 매우 낮은 위치에 음원을 정위 시킴으로써 얻을 수 있는 효과는 매우 다양하다. 주인공이 높은 곳에서 떨어지는 상황이나, 땅속에서 지하철이 지나가거나 거대한 폭발이 벌어지는 상황 등이 예가 된다. 혹은 발밑에서 알 수 없는 괴물이 지나다니는 공포스러운 장면처럼 다양한 씬에서 매우 유용하게 응용될 수 있는 효과라고 할 수 있다. 즉, 설치된 스피커의 범위보다 더 낮은 위치에도 음원을 정위시킴으로써 많은 극적인 상황들에서 기존의 오디오 시스템이 제공하지 못했던 현실감 있는 음장을 사용자에게 부여할 수 있다.
일반적인 VBAP 기술만으로는 스피커가 존재하지 않는 공간상에 렌더링을 하는 것은 불가능하다. 22.2채널 멀티채널 시스템의 경우, 스피커가 사용자 머리 위쪽으로는 모든 범위를 커버할 수 있을만한 스피커 배치가 사용되었으나, 사용자의 발 아래쪽으로는 전면에 3개의 채널만 존재하게 된다. 즉, 예를 들어 22.2 채널 스피커 환경을 고려할 경우, 3개의 바닥 레이어의 스피커가 존재하는 전방의 일부 영역을 제외하고 청취자보다 낮은 위치의 virtual source는 재생하지 못하는 문제가 발생한다. 렌더러가 객체의 각도에 따라 최저 재생 높이 값을 갖는다고 말할 수 있다. 이 최저 재생 높이 값은 가장 낮은 스피커들을 연결한 선(speakermesh)에 의해 결정된다. 예를 들어 22.2채널 환경의 경우, BtFC, BtFL, SiL, BL, BC, BR, SiR, BtFR를 연결한 선이 speakermesh가 되고 이 mesh의 높이가 최저 재생 높이를 나타낸다. 즉, 각도 45도(BtFL)의 객체는 10도까지의 높이만 가능하게 되고, 더 낮은 높이의 객체는 자동적으로 최저 재생 높이 (10도) 값으로 조정되어 재생된다. 간단히 말해, 현재의 설정에서 사용자의 아래 방향에서 나는 소리는 재생이 불가능하다.
본 발명은 speakermesh 바깥쪽 영역에 대한 렌더링이라는 새로운 기술 이슈에 있어서, 가상 객체 생성기술에 관한 것이다. 이때, lower elevation은 Sound Extrapolation의 필요성이 가장 높고, 가장 드라마틱하게 효과가 나타나는 하나의 실시예 일수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법은 객체신호를 포함한 오디오 신호를 재생함에 있어서, 객체 음원 정보와 객체 오디오 신호를 포함한 오디오 비트열을 수신하는 단계; 상기 객체 음원 정보 또는 재생 범위 정보에 기초하여 제1 재생 영역 객체와 제2 재생 영역 객체를 판별하는 단계; 및 상기 제1 재생 영역 객체는 제1 방법으로 렌더링하고, 상기 제2 재생 영역 객체는 제2 방법으로 렌더링하는 단계를 포함하는 오디오 신호처리 방법.
또한, 스피커 위치 정보를 수신하는 단계; 및 상기 스피커 위치 정보를 이용하여 재생 범위 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 재생 영역 객체는 상기 수신된 스피커 위치 정보와 상기 객체 음원 위치 정보에 기초할 때, 재생 범위를 벗어난 영역에서 재생되도록 디자인된 객체 음원 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 재생 영역 객체는 상기 수신된 스피커 위치 정보와 상기 객체 음원 위치 정보에 기초할 때, 재생 범위 내의 영역에서 재생되도록 디자인된 객체 음원 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 객체 음원 정보는 객체 음원 위치 정보 또는 예외 객체 표시 정보를 포함할 수 있다.
또한 상기 예외 객체 표시 정보는 객체별 1비트로 표시되는 부가정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 예외 객체 표시 정보는 재생 환경에 따라 객체 음원 헤더에 서로 다른 1비트 이상의 부가 정보포함 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 방법은 가상 스피커를 생성한 후 상기 가상 스피커와 실제 스피커 사이의 패닝 기법에 의해 렌더링되는 방법일 수 있다.
또한, 상기 제1 방법은 저역 통과 필터링된 신호를 생성하는 방법과 밴드 통과 필터된 신호를 생성하는 방법을 혼합하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 방법은 상기 복수의 객체 신호에 대한 상기 제 1 재생 영역 객체의 음원 신호로부터 상기 다운믹스된 신호를 생성하고, 이후 상기 다운믹스된 신호를 이용하여 저역 필터된 서브 우퍼 신호를 생성하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 방법은 상기 객체 오디오 신호에 대한 저역통과 필터링된 신호를 생성하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제2 방법은 상기 제2 재생 영역 객체를 상기 객체 음원 정보에 나타난 위치에 정위시키기 위한 유연한 렌더링 방법일 수 있다.
또한, 상기 제1 방법은 상기 제1 재생 영역 객체를 상기 객체 음원 정보에서 나타난 위치에 정위 시키기 위한 필터링 단계를 포함하는 가상 객체 생성 방법일 수 있다.
또한, 상기 제2 방법은 상기 제2 재생 영역 객체를 상기 객체 음원 정보에 나타난 위치에 정위 시키기 위한 유연한 렌더링 방법일 수 있다.
또한, 상기 제1 방법은 상기 객체 음원 위치 정보 중 객체의 위치(높이, 각도, 거리)와 청취자의 상대적 위치를 이용하여 사람의 심리 음향 특성에 기반하여 필터 계수를 구성하는 방법일 수 있다.
본 발명에 의하면, 외면 받아왔던 위치에 객체 신호를 위치시킬 수 있는 기술로써, 측면/후방 하위 레이어의 객체 신호를 생성하는데 사용될 경우 추가적인 가치를 만들어낼 수 있다. 복호화기와 렌더러 사이에 추가로 적용가능하며, 결과적으로 오디오신호를 효과적으로 재생하여 고품질 오디오 신호를 재생할 수 있다.
도 1은 다수 스피커를 이용한 일반적 렌더링 방법(VBAP)의 개념의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 멀티 채널의 일 예로서 22.2ch의 스피커 배치 구성도이다.
도 3은 렌더링 시스템을 설명하기 위한 렌더러의 입출력을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브 우퍼 신호 생성을 위한 가상 객체 생성부의 입출력을 간략히 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서브 우퍼 신호 생성을 위한 가상 객체 생성부의 또 다른 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서브 우퍼 신호 생성을 위한 가상 객체 생성부의 또 다른 블록도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 객체 음원 렌더링 기술의 흐름도이다.
본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이고, 도면에 도시된 형상은 필요에 따라 본 발명의 이해를 돕기 위하여 과장되어 표시된 것이므로, 본 발명이 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략한다.
본 발명에서 다음 용어는 다음과 같은 기준으로 해석될 수 있고, 기재되지 않은 용어라도 하기 취지에 따라 해석될 수 있다. 코딩은 경우에 따라 인코딩 또는 디코딩으로 해석될 수 있고, 정보(information)는 값(values), 파라미터(parameter), 계수(coefficients), 성분(elements) 등을 모두 아우르는 용어로서, 경우에 따라 의미는 달리 해석될 수 있는 바, 그러나 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 객체 오디오 신호의 처리 방법 및 장치에 관하여 설명한다.
본 발명은 규정된 위치에 고정된 제한된 숫자의 스피커들만을 이용하여 객체 음원을 재생하는데 있어서, 스피커 범위(speakermesh)를 벗어난 지역에 객체 신호를 위치시키는 기술에 관한 것이다.
도 1은 다수 스피커를 이용한 일반적 렌더링 방법(VBAP)의 개념의 예를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 기존의 기술(예를 들어 VBAP)은 실제 채널 신호를 출력하는 세 개의 스피커(110, 120, 130)를이용하여 가상 스피커1(Virtual speaker 1, 140)을 생성해낼 수 있는데 반해, 가상 스피커2(Virtual speaker 2, 150)를 생성하는데 문제점을 갖는다.
다음은 도 2를 참조하여 멀티 채널의 일 예로서 22.2ch의 스피커 배치를 설명한다.
도 2는 멀티 채널의 일 예로서 22.2ch의 스피커 배치 구성도이다.
이하에서는 22.2 채널의 스피커 배치를 예를 들어 설명하겠다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 본 발명은 얼마든지 도 2와 다른 배치의 스피커 배치 또는 도 2와 다른 수의 스피커에서도 적용이 가능하다.
22.2 채널(Channel, ch)는 음장감을 높이기 위한 멀티 채널 환경의 일 예일 수 있으며, 본 발명은 특정 채널 수 또는 특정 스피커 배치에 한정되지 아니한다. 도 2를 참조하면, 22.2ch은 세 개의 레이어(210, 220, 230)에 부산되어 배치된다. 세 개의 레이어(210, 220, 230)는 세 개의 레이어 중 가장 높은 위치의 탑 레이어(top layer, 210), 가장 낮은 위치의 바텀 레이어(bottom layer, 230), 탑 레이어(210)와 바텀 레이어(230) 사이의 미들 레이어(middle layer, 220)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 탑 레이어(top layer, 210)에는 총 9개의 채널(TpFL, TpFC, TpFR, TpL, TpC, TpR, TpBL, TpBC, TpBR)이 제공될 수 있다. 도 2를 참조하면 탑 레이어(210)에는 전면에 좌측부터 우측으로 3개(TpFL, TpFC, TpFR), 중간 위치에 좌측부터 우측으로 3개(TpL, TpC, TpR), 서라운드 위치에 좌측부터 우측으로 3개(TpBL, TpBC, TpBR)의 채널에 총 9개의 채널에 스피커가 배치되어 있음을 알 수 있다. 본 명세서에서 전면이란 스크린 쪽을 의미할 수 도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 미들 레이어(middle layer, 220)에는 총 10개 채널(FL, FLC, FC, FRC, FR, L, R, BL, BC, BL)이 제공될 수 있다. 도 2를 참조하면 미들 레이어(220)에는 전면에 좌측부터 우측으로 5개(FL, FLC, FC, FRC, FR), 중간 위치에 좌측부터 우측으로 2개(L, R), 서라운드 위치에 좌측부터 우측으로 3개(BL, BC, BL)의 채널에 스피커가 배치될 수 있다. 전면의 5개 스피커 중에 중앙 위치의 3개는 TV 스크린의 내에 포함될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 바텀 레이어(bottom layer, 230)에는 전면에 총 3개의 채널(BtFL, BtFC, BtFR) 및 2개의 LFE 채널(240)이 제공될 수 있다. 도 2를 참조하면 바텀 레이어(230)의 각 채널에는 스피커가 배치될 수 있다.
도 3은 렌더링 시스템을 설명하기 위한 렌더러의 입출력을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면 오디오 신호 처리 장치의 각각의 입력 객체 음원은 각각의 객체 음원 정보를 이용하여 렌더러(310)에 의해 렌더링된다. 이후 렌더링된 각 객체 신호들은 더해져서 스피커 출력(즉, 채널신호)를 만든다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치는 사운드 렌더링 시스템일 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치는 입력 객체 음원의 위치를 파악하는 음원 위치 판별부(410)와 스피커 범위를 벗어난 지역에 객체 신호를 위치시키는 가상 객체 생성부(430)를 포함한다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치는 렌더러(420)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 렌더러(420)는 도 3 에서 설명한 렌더러(310)과 동일 할 수도 있다. 또한 렌더러(420)는 종래의 방식으로 렌더링을 수행한다. 즉 렌더러(420)는 일반적인 방식으로 렌더링을 수행한다.
음원 위치 판별부(410)에 의해 스피커의 범위를 벗어난 것으로 판단된 객체는 가상 객체 생성부(430)에 의해 렌더링되며, 그렇지 않은 (즉, 스피커 범위로 커버가능한) 객체들은 렌더러(420)에 의해 렌더링 된다.
본 발명의 실시예에 따른 도 4에서는 하나의 객체 음원을 위한 렌더러(420)만에 대응되는 구성만을 상세히 나타낸 것으로 본 발명의 전체구조는 도 4에 나타난 구조들의 합으로 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치는 도 3의 렌더러(310)에 음원위치 판별부(410)와 가상 객체 생성부(430)를 추가로 갖는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명의 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치는 음원 위치 판별부(410), 렌더러(420) 및 가상 객체 생성부(430)을 포함한다.
음원 위치 판별부(410)는 객체 음원 정보를 기반으로 해당 객체를 렌더러(420)과 가상 객체 생성부(430) 중 하나에 객체 음원을 할당 한다.
할당된 객체 음원은 렌더러(420) 혹은 가상 객체 생성부(430)에 의해 렌더링되어 스피커 출력을 생성한다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 음원 위치 판별부(410)에 대하여 설명한다.
<음원 위치 판별부>
음원 위치 판별부(410)는 객체 음원의 헤더 정보로부터 각 객체들 중 스피커의 범위를 벗어난 영역으로 디자인된 객체를 판별한다. 본 명세서에서 스피커의 범위는 재생 가능 범위일 수 있다.
음원 위치 판별을 위해서는 재생 가능 범위를 설정할 필요가 있다.
재생 가능 범위는 객체 음원 정위를 위해 필요한 스피커들의 집합을 이은 가상의 범위이다. 재생 가능 범위는 일반적으로 음원을 정위시키고자 하는 위치를 포함하는 가장 작은 크기의 삼각형을 구성할 수 있는 세개의 스피커를 선택하는 방법(VBAP)에 기반하여 각각의 스피커를 연결한 선으로 구성될 수 있다.
따라서 재생 가능 범위는 최대로는 빈틈없이 사용자 주변의 모든 위치에 음원을 정위 시킬 수 있는 스피커 구성일 수 있으며, 일반적으로는 한정된 위치만을 커버하는 범위일수 있다. 예를 들어 5.1의 스피커 셋업의 경우에서 재생 가능 범위는 사용자의 귀높이에서 좌우로 360도 평면이 된다. 이때 스피커가 설치된 위치는 설치 규정에 따라 배치되어 있지 않을 수 있으므로 사용자가 스피커의 위치 정보를 (UI를 이용하여) 직접 입력하거나, 주어진 보기 세트에서 선택하는 방법으로 입력하거나, 혹은 원거리 위치 확인 기술 등을 이용하여 입력 가능하다.
음원 위치 판별부(410)는 객체 음원 위치 정보와 재생 가능 범위를 비교하여 해당 객체 음원(객체)의 정위 위치가 재생 가능 범위를 벗어나는지 혹은 재생 가능 범위내에 포함되는지의 여부를 판별한다. 이때 재생 가능 범위를 벗어난 위치에 정위되어야 하는 객체 음원은 가상 객체 생성부(430)에 의해 렌더링 되고, 그렇지 않은 (즉, 스피커의 조합으로 재생 가능한 경우는) 기존 기술에 의해 렌더링 된다. 즉 재생 가능 범위를 벗어나지 않은 위치에 정위 되어야 하는 객체 음원은 렌더러(420)에 의해 렌더링 된다.
음원 위치 판별부(410)가 범위를 벗어난 객체를 판별함에 있어, 상기한 것과 같이 전송된 객체 정보만으로 해당 객체를 판별해내는 방법 이외에, 컨텐츠 제작자가 표준 셋업에서의 스피커 범위를 벗어난 지역에 위치 시키고자 하는 해당 객체의 부가정보로써 플래그(flag)를 추가하는 방법이 있을 수 있다.
플래그는 가장 간단하게는 해당 객체가 예외적임을 표시하는 1비트 정보일 수 있고, 보다 복잡하게는 수비트의 정보를 사용하여 해당 객체를 보다 실감있게 재생하기 위해 필요한 부가 정보(예를 들어, 표준 셋업 혹은 특정한 셋업의 스피커 배치 환경에 따라 서로 다른 방법으로 재생하기 위한 부가 정보를 추가하는 방법)를 포함하는 방법일 수 있다.
예외 객체를 표시하는 플래그는 음원 생성 시점에서 컨텐츠 제작자에 의해 결정되는 것일 수 있다. 즉, 오디오 컨텐츠 제작시 특정 객체 음원을 일반적인 스피커 셋업 환경에서는 커버할 수 없는 위치(예를 들면 사용자의 발 아래)에 정위 시키고자 하는 의도를 갖고 있는 제작자가 해당 객체의 플래그를 on 시킨 상태로 객체 음원 정보를 구성할 수 있다. 이때 컨텐츠 제작 시점은 mastering, releasing, 혹은 targeting 등의 다양한 단계일 수 있으므로, 최초 설정된 플래그라 할지라도 제작 단계를 거치며 수 차례 변경 혹은 확대될 수 있다. 뿐만 아니라 객체 부가 정보에 포함된 플래그는 사용자의 환경에 맞게 서로 다른 정보로 구성될 수 있다.
또한, 판별과정에 있어 현재 사용자의 스피커 배치 구조의 변경을 고려하여 사용 환경에 맞는 스피커 범위 (speakermesh)를 수시로 재구성할 수 있다. 일반적으로 스피커 범위 (혹은 재생 가능 범위)는 설치 환경의 스크린과 스피커의 배치에 맞추어 초기화되고, 일단 초기화된 랜더링 매트릭스는 이후 설치 환경의 변화가 있지 않는 이상 수정 없이 계속 사용가능하다. 그러나 사용자가 특별한 trigger를 발생시키거나 임의로 초기 교정 과정을 실행하고자 하는 경우, 초기화 되었던 재생 가능 범위를 수정하는 것이 가능하다. 이때, 설치된 기기들의 위치는 사용자가 직접 위치 정보를 (UI장비를 이용해) 입력하거나, 다양한 방법(예를 들어, 기기간 통신 기술을 이용한 자동 위치 추적)에 의해 측정될 수 있을 것이다.
<가상 객체 생성부>
가상 객체 생성부(430)는 재생 범위를 벗어난 위치에 정위되어야 하는 객체에 대해 효과적으로 렌더링하기 위한 여러가지 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 가상 객체 생성부(430)는 재생 범위를 벗어난 위치에 정위되어야 하는 객체에 대해 효과적으로 렌더링하기 위한 여러가지 가상 객체 생성 방법을 제공할 수도 있다.
가상 객체 생성 방법의 일 실시예로써 해당 객체를 목적한 위치에 정위 시키기 위한 필터링 과정을 수행하는 방법이 있다. 필터 계수는 해당 객체의 위치(높이, 각도, 거리)와 청취자의 위치를 고려하여 사람의 심리 음향 특성에 기반하여 구성된다. 이때, 특정 스피커에서 출력되는 신호에 스피커 자체의 위치에 상응하는 주파수 단서는 제거하고 객체 음원의 위치에 해당하는 주파수 단서를 인위적으로 삽입함으로써 이루어지는 방법일 수 있다.
상세히 설명하면, 서로 다른 높이에 위치하는 음원으로부터 얻어진 HRTF(HeadRelated Transfer Function)를 분석하면 사람이 음원의 높이를 인지하는 단서(elevation spectral cue)가 주파수 도메인에 존재함을 알 수 있다. HRTF는 그 높이에 따라 사람의 귓바퀴의 외형적 특성에 영향으로 인해 이상의 고주파 대역에서 낫치(notch)가 생성된다. 따라서, 이러한 특정 주파수 대역에 virtual source를 원하는 높이에 재생할 수 있다. 뿐만 아니라, 청취자의 상반신에 의해 반사되는 경로의 영향으로 주파수 스팩트럼의 변화가 생기게 된다. 따라서, 귓바퀴와 상반신에 의한 스펙트럼 변화를 고려한 필터링 구조를 형성한다.
이는 특정 스피커에서 출력되는 신호에 스피커 자체의 위치에 상응하는 주파수 단서는 제거하고 virtual source의 위치에 해당하는 주파수 단서를 인위적으로 삽입함으로써 이루어진다. 예를 들면, 각도는 45도, 높이는 50도의 virtual source를 생성하기 위해 BtFL 스피커(각도 45도, 높이 10도)를 사용한다고 가정하자. BtFL에 입력되는 신호에 스피커의 위치(각도 45도, 높이 10도)에 상응하는 elevation spectral cue가 생성되지 않도록 선처리 하고, virtual source의 위치정보(각도는 45도, 높이는 50도)를 나타내는 elevation spectral cue를 삽입하여 virtual source의 높이에 해당하는 음상을 재생한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 필터링 기반의 가상 객체 생성 기술은 필터의 영향으로 신호에 왜곡이 발생하는 단점을 최소화하기 위해, 변형된 필터를 구성하는 기술일 수 있다. 먼저 각 스피커들에 적용되는 필터링의 null의 위치에 조금씩의 차이를 주는 방법으로 청취자에게 신호의 왜곡을 들리지 않게 한다. 개인에 따라 높이 단서는 null의 위치가 조금씩 다른데 이는 비교적 넓은 영역의 주파수 밴드에 null을 형성하는 것으로 일반화되며, 이러한 일반화된 null 주파수 범위 내에서 서로 다른 스피커들이 나누어 높이 단서를 생성하는 방법이다. 이때, 밴드를 나누어 필터링을 적용하거나, 혹은 필터링을 적용하는 스피커 그룹과 단순한 VBAP를 적용하는 그룹으로 나누는 방법을 통해 청취자에게 신호의 왜곡이 가급적 들리지 않도록 한다.
또한 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 가상 객체 생성부(430)의 가상 객체 생성 방법은 스피커 재생 가능 범위를 벗어난 객체 신호를 재생하는 데에 있어 가상 스피커를 설정하고, 가상 스피커와 실제 스피커를 복합적으로 이용한 패닝 방법에 의해 구현될 수 있다.
가상 객체 생성부(430)는 스피커 재생 가능 범위를 벗어난 객체가 패닝에 의해 가상 스피커에 값이 형성된 경우, 해당 가상 스피커로부터 실제 스피커 위치로 최종적으로 매핑되는 방법을 구현할 수 있다. 이때, 실제 스피커로의 매핑은 정해진 규칙에 의해 구현되며, 이 과정에서 앞서 설명한 방법과 같은 필터링이 이용될 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명의 실시예에 따른 가상 객체 생성부(430)의 가상 객체 생성 기술은 스피커 재생 가능 범위를 벗어난 객체 신호를 재생하는데에 있어 서브 우퍼 신호를 생성하는 방법을 이용한 가상 객체 생성 기술에 관한 것일 수 있다. 기존 5.1, 10.1, 혹은 22.2 채널 신호의 경우, .1 혹은 .2에 해당하는 LFE(Low frequency effect) 채널 신호는 저역 정보 (120 Hz 미만)만 전달하며 오디오 신(Scene)의 전체적인 저역 내용을 보완하거나 다른 채널의 부담을 덜어주기 위한 목적을 갖는다.
다시 도 2를 참조하여 설명하면, 도 2의 LFE 채널(240)은 일반적으로 서브 우퍼 신호와 동일한 것이 아니며, 본 발명의 실시예에 따른 부호화 기술은 부호화시에 서브 우퍼 출력을 제공하지 않을 수 있고, LFE 채널(240)을 포함하지 않는 오디오 컨텐츠를 재생함에 있어 저역 정보를 온전히 재생할 수 없는 메인 스피커의 한계를 보완하기 위해 서브 우퍼 출력을 만들어낼 수도 있다.
본 발명은 재생 가능 범위를 벗어난 객체 신호 (예를 들어 사용자의 발아래)를 재생하기 위해 서브 우퍼 신호를 생성하는 방법을 포함한다.
일반적으로 사운드 트랙의 감각 지향성에 직접적인 효과를 미치지 않는 것으로 알려져 있으나, 발 아래와 같이 사람의 지향 인지 능력이 특별히 낮은 특별한 케이스의 경우 서브 우퍼 출력의 레벨을 조정하는 것만으로도 음장 재생의 실감도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 스피커가 존재하지 않는 위치에 음원을 정위시키는 것은 VBAP에 근거한 기존 기술로는 애초에 불가능에 가까운 일이기 때문에, 서브 우퍼 출력을 이용한 가상 음원의 재생은 사용자의 임장감 있는 공간적 객체 음원 인지에 플러스 요인이 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서브 우퍼 신호 생성을 위한 가상 객체 생성부의 입출력을 간략히 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 가상 객체 생성부(430)는 스피커의 위치 정보에 기반하여 계산된 재생 가능 범위, 재생 범위를 벗어난 것으로 판별된 객체 음원 신호, 그리고 해당 객체의 음원 정보를 입력 받아 서브 우퍼 출력 신호를 출력한다.
이때 서브 우퍼 출력 신호는 사용 환경의 스피커 셋업에 따라 1개 이상의 서브 우퍼에 할당되는 신호일 수 있다. 1개 이상의 객체 음원 신호를 재생되는 경우, 가상 객체 생성부(430)는 개별 객체 음원 신호로부터 만들어진 서브 우퍼 출력 신호들의 선형 합으로 최종 출력신호를 생성한다.
도6는 서브 우퍼 신호 생성 방법을 이용한 가상 객체 생성부의 또 다른 블록도이다.
도 6의 가상 객체 생성부(430)는 도 5의 가상 객체 생성부(430)의 일예에 해당하는 것으로, 도 6의 가상 객체 생성부(430)는 재생 범위를 벗어난 것으로 판별된 객체 음원 신호와 해당 객체의 음원 정보를 입력으로 받아 서브 우퍼 출력 신호를 출력하는 시스템을 나타낸다.
이를 위해, 가상 객체 생성부(430)의 저역 필터(610)는 저대역 필터링(LPF, low pass filtering)을 통해 해당 객체 음원의 저대역 신호를 추출한다. 디코릴레이터(decorrelater, 620)는 출된 저대역 신호에 기초하여 두개의 서브 우퍼 출력 신호를 생성한다.
이때, 가상 객체 생성부(430)는 스피커의 위치 정보에 기반하여 계산된 재생 가능 범위와 해당 객체 음원 위치 정보를 이용하여 저대역 필터링의 차단 주파수 (cutoff frequency)와 디코릴레이터 계수를 결정하므로 객체에 따라 서로 다른 필터링을 적용한다. 결정된 디코릴레이터 계수는 목적 위치에 해당 객체 음원을 정위 시키기에 필요한 이득과 딜레이 값을 최종 서브 우퍼 출력에 부여하는 역할을 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서브 우퍼 신호 생성을 위한 가상 객체 생성부의 또 다른 블록도이다.
도 7은 도 5의 가상 객체 생성부(430)의 일 예에 해당하는 것으로, 도 7의 가상 객체 생성부(430)는 재생 범위를 벗어난 것으로 판별된 객체 음원 신호와 해당 객체의 음원 정보를 입력으로 받아 서브 우퍼 출력 신호를 출력하는 시스템을 나타낸다.
이를 위해, 가상 객체 생성부(430)는 먼저 LFE 맵핑부(710)를 이용하여 다운믹서1(720) 또는 다운믹서2(740)를 선택한다. LFE 맵핑부(710)는 LFE 맵핑에 기초하여 다운믹서1(720) 또는 다운믹서2(740)를 선택할 수도 있다. 이때, LFE 맵핑부(710)는 스피커의 위치 정보에 기반하여 계산된 재생 가능 범위와 해당 객체 음원 위치 정보를 이용하여 적합한 다운믹서를 결정한다. LFE 맵핑부(710)가 입력 객체 신호들에 대해 각각 알맞은 다운믹서를 선택하게 되면, 각 다운믹서(720, 740)는 입력 객체 신호들을 다운믹스한다. 저역 필터(730, 750)는 다운믹스된 신호를 저대역 필터링을 통해 해당 객체 음원의 저대역 신호를 추출하여 두개의 LFE 채널 신호를 생성한다. 본 발명의 실시예에 따른 가상 객체 생성부(430)는 서브 우퍼 개수만큼의 다운믹서와 저대역 필터링만을 필요로하게 되어 복잡도의 이득을 얻는 특징을 갖는다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 블록도이다.
도 8의 오디오 신호 처리 장치는 도7의 가상 객체 생성부(430)에서 객체to채널 맵핑부(810), 지연필터(820, 840) 및 밴드 통과 필터(830, 850)를 더 포함한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉 본 발명은 도5, 도6의 가상 객체 생성부(430)에서 객체to채널 맵핑부(810), 지연필터(820, 840) 및 밴드 통과 필터(830, 850)를 더 포함한 경우에도 적용 가능하다.
도 8의 오디오 신호 처리 장치는 도5, 도6, 그리고 도7의 각각 저역 필터를 사용하여 서브 우퍼 출력 신호를 만들어내는 방법을 통해 낮은 위치의 음원에 대한 음감을 재생하는 데에서 더해, 밴드통과필터(830, 850)를 사용하여 스피커 출력신호를 만들어 내는 방법을 추가 하여 낮은 위치의 음원에 대한 음감을 재생한다.
저주파 신호는 서브 우퍼를 통해 출력되어 낮은 위치의 음원의 전체적인 음장감을 제공하고, 그에 더하여 중간 대역의 객체 음원이 스피커를 통해 출력되므로써 보다 정확한 음원 정위를 이룬다. 이때, 중간 대역의 객체 음원의 정위는 Haas effect를 이용하여 음원을 정위 시키고자 하는 위치에 해당하는 딜레이 값을 부여하는 방식을 통해 구현된다. 서브 우퍼의 출력 신호와 더불어 추가적인 중간대역 신호를 출력하여 음원 정위가 극대화될 수 있다는 점이 이 기술의 핵심이다.
이를 위해, 객체to채널 맵핑(810)은 객체 음원 정보를 이용하여 한 개 이상의 필요한 스피커 채널을 선택하여 객체 음원을 할당한다. 스피커 채널에 할당된 객체 신호는 지연필터(820, 840)를 통과하며 Haas effect를 만들어 낼 수 있는 만큼 딜레이 된다. 이후 밴드 통과 필터(830, 850)는 지연필터(820, 840)을 통과한 신호를 입력으로 받아 객체 신호의 중간 대역만 통과시켜 스피커 채널 출력을 생성한다.
본 발명에 있어서, 지연필터(820, 840)와 밴드 통과 필터(830, 850)는 그 순서가 필요에 따라 바뀌어 사용될 수 있다. 즉, 채널에 할당된 객체 신호는 복잡도 혹은 구현의 편이성 등의 목적을 위해 상황에 따라 밴드 통과 필터(830, 850)를 먼저 통과한 뒤 지연 필터(820, 840)를 통해 딜레이될 수도 있다.
반면, 서브우퍼 출력 생성 방법은 도 9의 하단에 나타난 바에 국한되지 않으며, 사용 환경, 사용자와 컨텐츠 제작자의 의도, 혹은 객체신호의 특성에 따라 위에서 설명한 다른 방법을 사용할 수 있다.
<전체 흐름도>
도9은 본 발명의 객체 음원 렌더링 기술의 흐름도를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 음원 렌더링 기술은 사용 환경의 스피커 위치 정보를 이용하여 재생 가능 범위를 계산하는 방법에 관한 것이며, 이때 스피커가 설치된 위치는 설치 규정에 따라 배치되어 있지 않을 수 있으므로 사용자가 스피커의 위치 정보를 (UI를 이용하여) 직접 입력하거나, 주어진 보기 세트에서 선택하는 방법으로 입력하거나, 혹은 원거리 위치 확인 기술 등을 이용하여 입력 가능하다. 재생 가능 범위는 일반적으로는 음원을 정위시키고자 하는 위치를 포함하는 가장 작은 크기의 삼각형을 구성할수 있는 세개의 스피커를 선택하는 방법(VBAP)에 기반하여 각각의 스피커를 연결한 선으로 구성될 수 있다.
따라서 재생 가능 범위는 최대로는 빈틈없이 사용자 주변의 모든 위치에 음원을 정위 시킬수 있는 스피커 구성일 수 있으며, 일반적으로는 한정된 위치만을 커버하는 범위일수 있다. (예를들어 5.1의 스피커 셋업의 경우에는 사용자의 귀높이에서의 좌우로 360도 평면)
음원 위치 판별부(410)가 스피커 배치 정보에 기반하여 재생 가능 범위를 구성하고(S101) 난 뒤, 음원 비트열로부터 객체 음원의 위치 정보와 객체 음원 신호를 습득한다(S103). 또한 음원 위치 판별구(410)가 이중 객체 음원 위치 정보와 재생 가능 범위를 비교하여 해당 객체 음원이 재생 가능 범위를 벗어난 위치에 정위되어야 하는지의 여부를 판별한다(S105). 이때 재생 가능 범위를 벗어난 위치에 정위되어야 하는 객체 음원은 가상 객체 생성부(430)에 의해 렌더링 되고(S107), 그렇지 않은 재생 가능 범위내의 객체 음원은 기존 렌더러(420)에 의해 렌더링된다(S109).
본 발명에 따른 오디오 신호 처리 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 본 발명에 따른 데이터 구조를 가지는 멀티미디어 데이터도 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CDROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 인코딩 방법에 의해 생성된 비트스트림은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되거나, 유/무선 통신망을 이용해 전송될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 객체신호를 포함한 오디오 신호를 재생함에 있어서,
    객체 음원 정보와 객체 오디오 신호를 포함한 오디오 비트열을 수신하는 단계;
    상기 객체 음원 정보 또는 재생 범위 정보에 기초하여 제1 재생 영역 객체와 제2 재생 영역 객체를 판별하는 단계; 및
    상기 제1 재생 영역 객체는 제1 방법으로 렌더링하고, 상기 제2 재생 영역 객체는 제2 방법으로 렌더링하는 단계를 포함하는 오디오 신호처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    스피커 위치 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 스피커 위치 정보를 이용하여 재생 범위 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 오디오 신호처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 재생 영역 객체는 상기 수신된 스피커 위치 정보와 상기 객체 음원 위치 정보에 기초할 때, 재생 범위를 벗어난 영역에서 재생되도록 디자인된 객체 음원 신호를 포함하는 오디오 신호처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 재생 영역 객체는 상기 수신된 스피커 위치 정보와 상기 객체 음원 위치 정보에 기초할 때, 재생 범위 내의 영역에서 재생되도록 디자인된 객체 음원 신호를 포함하는 오디오 신호처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 객체 음원 정보는 객체 음원 위치 정보 또는 예외 객체 표시 정보를 포함하는 오디오 신호처리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 예외 객체 표시 정보는 객체별 1비트로 표시되는 부가정보인 것을 특징으로 하는 오디오 신호처리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 예외 객체 표시 정보는 재생 환경에 따라 객체 음원 헤더에 서로 다른 1비트 이상의 부가 정보포함 하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호처리방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방법은 가상 스피커를 생성한 후 상기 가상 스피커와 실제 스피커 사이의 패닝 기법에 의해 렌더링되는 방법인 오디오 신호처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방법은 저역 통과 필터링된 신호를 생성하는 방법과 밴드 통과 필터된 신호를 생성하는 방법을 혼합하는 것인 오디오 신호처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방법은 상기 복수의 객체 신호에 대한 상기 제 1 재생 영역 객체의 음원 신호로부터 상기 다운믹스된 신호를 생성하고, 이후 상기 다운믹스된 신호를 이용하여 저역 필터된 서브 우퍼 신호를 생성하는 것인 오디오 신호처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방법은 상기 객체 오디오 신호에 대한 저역통과 필터링된 신호를 생성하는 것인 오디오 신호처리 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방법은 상기 제2 재생 영역 객체를 상기 객체 음원 정보에 나타난 위치에 정위시키기 위한 유연한 렌더링 방법인 오디오 신호처리 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방법은 상기 제1 재생 영역 객체를 상기 객체 음원 정보에서 나타난 위치에 정위 시키기 위한 필터링 단계를 포함하는 가상 객체 생성 방법인 오디오 신호처리 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방법은 상기 제2 재생 영역 객체를 상기 객체 음원 정보에 나타난 위치에 정위 시키기 위한 유연한 렌더링 방법인 오디오 신호처리 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방법은 상기 객체 음원 위치 정보 중 객체의 위치(높이, 각도, 거리)와 청취자의 상대적 위치를 이용하여 사람의 심리 음향 특성에 기반하여 필터 계수를 구성하는 방법인 오디오 신호처리 방법.
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