KR100264389B1 - 키변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴퓨터 음악반주기에 관한 것으로, 미디 음악 연주중에 키변환이 요청된 경우 미디음악의 키변환 및 보이스 코러스의 키변환을 구현할 수 있는 컴퓨터 음악반주기를 제공하기 위한 것이다. 상기 컴퓨터 음악반주기는 템포변환 및 키 변환을 위한 엔코더 데이터를 저장하는 프리-엔코딩 장치와; 상기 엔코더 데이터 및 보이스 코러스 데이터를 저장하는 데이터 저장부와; 시스템 제어부로부터 출력되는 키변환 요구 명령에 응답하여 보이스 코러스 요청 신호를 출력하는 컨트롤러와; 상기 엔코더 데이터 및 보이스 코러스 데이터를 저장하며, 상기 보이스 코러스 요청 신호에 응답하여 키 및 템포 엔코더 데이터를 전송하는 데이터 제어부와; 상기 데이터 저장부로부터 오디오 엠팩 디코더 데이터를 입력받아 내부의 버퍼에 저장하는 엠팩 디코더부와; 상기 엠팩 디코더의 내부에 설치되며, 템포 변환을 위해 상기 데이터 저장부로부터의 템포변환 엔코더 데이터를 입력받아 변환된 템포의 파형을 실시간으로 재생시키는 템포변환 디코딩부와; 상기 엠팩 디코더의 내부에 설치되며, 키 변환을 위해 상기 템포변환 디코딩부로부터 템포 변환된 데이터를 입력받아 키 변환신호로 합성하여 실시간으로 재생시키는 키변환 디코딩부로 구성된 것이다.

Description

키변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기

본 발명은 컴퓨터 음악반주기에 관한 것으로서, 특히 보이스 코러스 데이터에 대한 키변환 기능을 구현할 수 있는 컴퓨터 음악반주기에 관한 것이다.

제1도는 종래 기술에 따른 컴퓨터 음악반주기의 구성을 도시한 블럭도로서, 보이스 코러스(Voice Chrous)를 출력부 24에 출력을 하기 위해서는 시스템 제어부 14에서 컨트롤러(Controller) 12에 컨트롤 데이터(Control Data)를 출력하고, 상기 컨트롤러 12는 데이터 저장부 10에 데이터 출력 요청 명령을 출력한다. 상기 데이터 저장부 10은 오디오 엠팩 디코더(Audio MPEG Encoded Data)를 엠팩 디코더(이하“MPEG 디코더”라 칭함) 18에 내 보낸다. 상기 MPEG디코더 18은 오디오 엠팩 디코더 데이터를 디코딩(Decoding)하여 내부에 있는 버퍼(Buffer)에 저장한다. 시스템 제어부 14는 미디 제어신호를 미디(MIDI) 제어부 16으로 출력하고, 미디 제어신호와 동기가 맞도록 컨트롤러 12에 명령(Command)을 출력한다. 상기 컨트롤러 12는 시스템 제어부 14로부터 받은 명령에 따라 동기제어(SYNC Control) 신호를 MPEG 디코더 18에 출력한다. 이때, 상기 MPEG디코더 18은 컨트롤러 12로부터 동기 제어신호를 받으면 버퍼 내에 있는 오디오 엠팩 디코더 데이터를 키 변환부 20에 출력한다. 그리고 상기 키 변환부 20은 컨트롤러 12로부터 키변환 명령을 받은 경우에만 키 변환처리를 하고 그렇지 않은 경우는 바이패스(Bypass)시킨다. 또한 상기 키 변환부 20은 PCM 데이터를 출력하며, D/A(Digital to Analog) 변환부 22는 상기 PCM 데이터를 아날로그(Analog) 신호로 변환시켜 출력부 24로 출력한다.

하지만, 상기와 같이 구성된 종래의 컴퓨터 음악반주기는 MPEG디코더가 템포 변환부 및 키 변환부를 내장하고 있지 않기 때문에 많은 문제점들을 야기시키고 있다. 즉, 상기 MPEG디코더가 템포 변환부를 내장하고 있지 않음으로 인해 보이스 코러스가 템포 가변이 요구되는 시점에 템포 가변이 되지 않고 뮤트(MUTE) 현상을 유발시켰다. 그리고 상기 키 변환부를 MPEG디코더의 외부에 별도로 설치함으로써 하드웨어가 복잡해질 뿐만 아니라 원가가 상승되며, 또한 신호간의 상관관계(Cross Correlation)를 고려하지 않고 신호처리를 하기 때문에 키 변환이 일어난 경우 음질손실(잡음)이 많아지는 문제점을 유발시켰다.

따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 MPEG디코더 내부에 템포 변환부를 내장한 컴퓨터 음악반주기가 개발되었으며, 이는 국내 출원번호: 97-82680호(명칭: TEMPO변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기)(이하“선행기술”이라 함)에 상세하게 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같은 선행기술은 MPEG디코더 내부에 템포 변환부만 내장되어 있기 때문에 키 변환부를 별도로 설치해야 하며, 이는 원가상승, 하드웨어의 복잡성 및 음질손실일 발생하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 미디 음악 연주중에 키변환이 요청된 경우 미디음악의 템포 변환 및 키 변환을 동시에 구현할 수 있는 컴퓨터 음악반주기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 미디 음악 연주중에 키변환이 요청된 경우 보이스 코러스의 템포 변환 및 키 변환을 동시에 구현할 수 있는 컴퓨터 음악반주기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 키 변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기는 템포변환 및 키변환을 위한 엔코더 데이터를 저장하는 프리-엔코딩장치와; 상기 엔코더 데이터 및 보이스 코러스 데이터를 저장하는 데이터 저장부와; 시스템 제어부로부터 출력되는 키변환 요구 명령에 응답하여 보이스 코러스 요청 신호를 출력하는 컨트롤러와; 상기 엔코더 데이터 및 보이스 코러스 데이터를 저장하며, 상기 보이스 코러스 요청 신호에 응답하여 키 및 템포 엔코더 데이터를 전송하는 데이터 제어부와; 상기 데이터 저장부로부터 오디오 엠팩 디코더 데이터를 입력받아 내부의 버퍼에 저장하는 엠팩 디코더부와; 상기 엠팩 디코더의 내부에 설치되며, 템포 변환을 위해 상기 데이터 저장부로부터의 템포변환 엔코더 데이터를 입력받아 변환된 템포의 파형을 실시간으로 재생시키는 템포변환 디코딩부와; 상기 엠팩 디코더의 내부에 설치되며, 키 변환을 위해 상기 템포변환 디코딩부로부터 템포 변환된 데이터를 입력받아 키 변환신호로 합성하여 실시간으로 재생시키는 키변환 디코딩부로 구성된 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래 기술에 따른 컴퓨터 음악반주기의 구성을 나타낸 블럭도.

제2도는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 템포 변환 및 키 변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기의 구성을 나타낸 블럭도.

제3도는 본 발명의 컴퓨터 음악반주기에서 키 및 템포 변환 프리-엔코딩 장치의 구성을 나타낸 블럭도.

제4도는 본 발명의 컴퓨터 음악반주기에서 템포변환 디코딩부를 통해 변환된 템포의 파형을 실시간으로 재생시키는 상태를 나타낸 그래프.

제5도는 본 발명의 컴퓨터 음악반주기에서 키변환 디코딩부를 통해 변환된 키 신호의 파형을 나타낸 그래프.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 따라 템포 변환 및 키 변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기의 구성을 도시한 블럭도이다. 도면에서, 참조번호 100은 프리-엔코딩(Pre-Encoding) 장치로서 MPEG디코더 106에 내장된 템포변환 디코딩부 108 및 키변환 디코딩부 110이 실시간(Real Time)으로 데이터를 디코딩하도록 키 및 템포 변환에 관련된 데이터 및 파라미터(Parameter)를 저장하는 장치이다. 즉, 상기 프리-엔코딩 장치 100은 항상 외부에서 키(Key)값이 변하는 것을 예상하여 임의의 값을 설정해 놓은 곳이다. 이때 상기 프리-엔코딩 장치 100은 음악반주기와 분리하여 사용하며, 혹은 음악반주기에 직접 붙여서 사용할 수도 있다. 참조번호 102는 상기 프리-엔코딩 장치 100으로부터 출력되는 키 및 템포변환을 위한 엔코더 데이터(Encoded Data) 및 보이스 코러스 데이터를 저장하는 데이터 저장부이다. 참조번호 116은 시스템 제어부로서 미디 제어신호를 미디 제어부 118로 출력하고 상기 미디제어신호와 동기가 맞도록 커맨드(Command)를 출력하는 장치이며, 118은 미디 제어부로서 상기 미디 제어신호를 아날로그 신호로 변환시켜 출력부 114로 출력한다. 참조번호 104는 상기 시스템 제어부 116으로부터 받은 명령에 따라 동기 제어신호를 출력하고, 또한 상기 시스템 제어부 116으로부터 출력되는 키변환 요구 명령에 응답하여 보이스 코러스 요청 신호를 출력하는 컨트롤러이다. 참조번호 106은 상기 데이터 저장부 102로부터 오디오 엠팩 디코더 데이터를 입력받아 내부의 버퍼에 저장하며, 상기 컨트롤러 104로부터의 동기 제어신호에 응답하여 버퍼내에 있는 오디오 엠팩 디코더 데이터를 출력하는 MPEG디코더이다. 참조번호 108은 상기 MPEG디코더 106에 내장되어 있는 템포변환 디코딩부로서 템포변환을 위해 상기 데이터 저장부 102로부터의 템포변환 엔코더 데이터를 입력받아 변환된 템포의 파형을 실시간으로 재생시키는 장치이다. 참조번호 110은 상기 MPEG디코더 106의 내부에 설치되며, 키 변환을 위해 상기 템포변환 디코딩부로부터 템포 변환된 데이터를 입력받아 키 변환신호로 합성하여 실시간으로 재생시키는 키변환 디코딩부이다. 끝으로 참조번호 112는 상기 MPEG디코더 106으로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 출력부 114로 출력시키는 D/A 변환부이다. 여기서, 상기 키변환 및 템포변환 프리-엔코딩(Pre-Encoding) 장치 100의 구성을 제3도를 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다.

제3도는 본 발명의 컴퓨터 음악반주기에서 키변환 및 템포변환을 위한 엔코더 데이터를 저장하는 프리-엔코디 장치의 블럭도를 도시한 도면으로서, 코러스 데이터 입력부 120, 분석구간 분류부 130, 합성구간 분류부 140 및 상관값 계산부 150으로 구성된다. 즉, 상기 코러스 데이터(Chorus Data) 입력부 120은 변환되는 키(Key)값에 해당하는 원래의 음성 신호를 일정한 간격으로 샘플링한 데이터를 저장하며, 상기 코러스 데이터 분석구간 분류부 130은 상기 코러스 데이터 입력부 120으로부터 입력된 신호를 일정한 분석구간 간격으로 잘라내어 템포 변환의 기본데이터를 만드는 장치이다. 상기 코러스 데이터 합성구간 분류부 140은 상기 코러스 데이터 분석구간 분류부 130에서 분류된 분석구간 데이터 각각에 대해 정해진 키 및 템포 가변 단계에 따라 해당비율을 곱한 합성구간 데이터를 만드는 장치이다. 상기 코러스 데이터 상관값(Maximum-Correlation) 계산부 150은 상기 코러스 데이터 합성구간 분류부 140에서 구한 각각의 합성구간에 대해 최대 상관값을 구하는 장치이다.

이하, 상기와 같이 구성된 컴퓨터 음악반주기에서 미디음악 연주중에 키변환이 요청될 때 음악미디의 키 및 보이스 코러스의 키를 변환시키는 방법을 상세히 설명하면 하기와 같다.

우선, 제3도를 참조하여 프리-엔코팅 장치 100의 동작 상태 즉, 키변환 및 템포변환을 엔코딩(Encoding)하는 방법을 설명하면, 코러스 데이터 입력부 120으로 부터 일정한 간격으로 샘플링된 PCM 데이터를 코러스 데이터 분석구간 분류부 130에서 일정한 분석구간(이하 기호“S_a”라 약칭함) 간격으로 잘라내어 템포변환의 기본 데이터를 만든다. 이때 키변환은 템포 변환된 데이터를 재합성하여 이루어진다. 이어서 코러스 데이터 분석구간 분류부 140은 상기 분석구간“S_a”각각에 대하여 정해진 키(즉, 키 변화부에서 키값을 변화시키는 것을 예상해서 설정해 놓은 키값을 말함) 및 템포가변 단계에 따라 해당비율을 곱하여 합성구간(이하 기호“S_s”로 약칭함) 데이터를 만든다. 이후 상관값 계산부 150은 상기 코러스 데이터 합성구간 분류부 140에서 구한 각각의“S_s”에 대하여 앞, 뒤 일정구간의 교차 상관값(Cross-Correlation)을 구하여 그 값이 최대가 되는 값을 구한다. 즉, 최대 상관값(Maximum-Correlation)(이하 기호“K”로 약칭함)을 구한다. 이때 상기 최대 상관값“K”는 두 개의“S_s”가 있을 때 그 구간 사이의 동기가 일치되는 점으로 합성 구간을 재배치시키기 위한 값이다.

여기서, 상기의 과정을 예를 들어 설명하면, 지금 기준 키를 1/2키(반음)를 높게 올리려고 할 경우에는 먼저 코러스 데이터 분석구간 분류부 120에서“S_s”를 구한 다음, 코러스 데이터 합성구간 분류부 140에서“S_s/S_a”=1.06이 되는“S_s”를 구한 다음, 상관값 계산부 150이“K”를 구한다. 이때 상기“S_s”는 “S_a”보다 긴 간격으로 분할된다. 여기서 상기“S_a”,“S_s”, “K”를 활용하여 합성구간을 재배치하면 106%로 템포가 가변된 신호를 합성할 수 있으며, 합성된 신호에서 다시 1/2 키를 높일 수 있도록 길이는 원래 신호의 길이와 같게 되며 키값은 1/2 키만큼 높아진 신호로 합성된다. 이때 상기 과정은 템포변환 디코딩부 108 및 키변환 디코딩부 110이 수행한다.

다음, MPEG 디코더 106에 내장되어 있는 템포변환 디코딩부 108 및 키변환 디코딩부 110의 동작 과정을 제2도를 참조하여 상세히 설명하면, 프리-엔코딩 장치 100의 전체값은 항상 데이터 저장부 102에 입력되며, 외부에서 키값이 MPEG디코더 112로 입력되면 상기 데이터 저장부 102에 저장된 엔코더 데이터 중에서 상기 해당 키값에 맞는 값이 입력된다. 예를 들어, 외부에서 입력되는 키값이 4스텝이면 4스텝의 엔코더 데이터가 템포변환 디코딩부 108에 입력된다. 즉, 시스템 제어부 116이 키변환 요구 커맨드(Command)를 컨트롤러 104에 내 보내면 상기 컨트롤러 104는 보이스 코러스 데이터 요청 신호를 출력한다. 이어서 데이터 저장부 102는 상기 보이스 코러스 데이터 요청 신호에 응답하여 오디오 엠팩(Audio MPEG), 키(Key) 및 템포 엔코드 데이터(Tempo Encoded Data)를 MPEG디코더 106으로 전송한다. 이때 상기 컨트롤러 104는 키 컨트롤 시그널(Key Control Singal)을 MPEG디코더 106에 전송하며, 상기 MPEG디코더 106은 MPEG디코더에 내장되어 있는 템포변환 디코딩부 108에 키변환을 하기 위한 전단계로 키 변환비율에 해당하는 키 제어 신호를 전달해 주고 키변환 디코딩부 110에 키 제어신호를 전송한다. 이후 상기 템포변환 대코딩부 108은 상기 MPEG디코더 106으로부터의 템포 제어신호를 기준으로 템포변환 요구단계를 파악한다. 여기서 상기 템포변환 디코딩부 108로부터 파악된 템포변환 요구단계에 따라 MPEG디코더 106이 데이터 저장부 102로부터 입력받은 오디오 엠팩, 키 및 템포 엔코더 데이터 내에서 해당 템포의 파라미터와 데이터를 읽어 템포가 변환된 신호를 1차 합성한다. 이어서 키변환 디코딩부 110은 상기 템포변환 디코딩부 108로부터 1차 합성된 신호를 입력받아 키 가변비율에 비례하는 만큼 잘라내고 합성하는 과정을 수행하여 2차 합성된 신호를 만든다. 이때 상기 1차 합성된 신호는 원래의 신호에서 키변환을 하기에 필요한 만큼의 길이변환이 이루어진 신호이며, 상기 2차 합성된 신호는 길이가 변환된 1차 합성신호에서 키가변비율 만큼 신호를 잘라 내거나 신호를 더한 신호이다.

이후, 상기 템포변환 디코딩부 108에서 구한“S_s”값과“K”값(K값의 개수는 S_s개수와 동일함)을 가지고 1×S_s+K1, 2×S_s+K2, 3×S_s+K3, ……의 방법으로 신호를 합성한다. 즉, 제4도에 도시한 바와 같이 (c), (d), (e)의 과정을 거쳐 (f)와 같은 템포가 가변된 합성 신호를 얻게된다. 다음, 키값은 가변하지 않고 신호의 길이만 길게 하거나 혹은 짧게 한 신호(즉, 템포가 가변된 합성신호)는 상기 템포변환 디코딩부 108에 의해 키변환 디코딩부 110으로 입력되며, 상기 키변환 디코딩부 110은 상기 합성신호를 다시 키가 가변된 신호로 만든다. 즉, 제5도에 도시한 바와 같이 원래의 신호 (a)를 템포변환 디코딩부 108이 키값은 가변하지 않고 신호의 길이만 가변시켜 (b)와 같은 신호로 변환시키며, 이어서 상기 키변환 디코딩부 110은 상기 신호(b)를 일정율로 잘라 내거나 신호를 더하여 신호의 길이는 원래의 신호와 동일하게 하고 키값만 변환시켜 (c)와 같은 신호를 만든다.

여기서, 상기와 같은 과정을 수행하는 템포변환 디코딩부 108 및 키변환 디코딩부 110의 동작과정을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

첫번째로 키(Key)를 높이고자 할 때는, 먼저 프리-엔코딩 장치 100은 엔코더 데이터를 MPEG 디코더 106으로 출력하며, 템포변환 디코딩부 108은 컨트롤러 104로 부터 입력된 키변환 신호를 엔코더 데이터의 신호(원래의 신호)보다 길게 합성시킨다. 그러면 상기 합성된 신호는 원래의 신호길이보다 길어지나 키값은 변화되지 않는다. 이어서 1차 합성된 신호에서 키 가변비율에 비례하는 만큼 잘라내어 합성하며, 이때 상기 합성된 신호는 원래의 신호 길이와 같아지고 키값만 높아지게 된다. 이어서 상기 데이터 저장부 102로부터 입력된 오디오 엠팩 데이터 내의 최대 상관 값을 이용하여 원래의 신호길이를 약 6% 정도 늘인다. 이렇게 하면 키값은 변화되지 않고 신호의 길이만 늘어난 1차 합성신호가 만들어진다. 이후 상기 1차 합성신호를 다시 일정한 비율(키를 반음 높게 하기 위한 비율) 만큼 신호를 잘라내면 신호의 길이는 원래의 신호와 동일하게 되고 신호의 키값만 1/2(반음) 만큼 높아지게 된다.

두 번째로 키(Key)를 내리고자 할 때는, 우선 프리-엔코딩 장치 100은 엔코더 데이터를 MPEG 디코더 106으로 출력하며, 템포변환 디코딩부 108은 컨트롤러 104로부터 입력된 키변환 신호를 엔코더 데이터의 신호(원래의 신호)보다 짧게 합성시킨다. 그러면 상기 합성된 신호는 원래의 신호 길이보다 짧아지나 키값은 변화되지 않는다. 이어서 1차 합성된 신호에서 키 가변비율에 비례하는 만큼 더하여 합성하며, 이때 상기 합성된 신호는 원래의 신호 길이와 같아지고 키값만 낮아지게 된다. 이어서 상기 데이터 저장부 102로부터 입력된 오디오 엠팩 데이터 내의 최대 상관값을 이용하여 원래의 신호길이를 약 6% 정도 줄인다. 이렇게 하면 키값은 변화되지 않고 신호의 길이만 줄어든 1차 합성신호가 만들어진다. 이후 상기 1차 합성신호를 다시 일정한 비율(키를 반음 낮게 하기 위한 비율) 만큼 신호를 더하면 신호의 길이는 원래의 신호와 동일하게 되고 신호의 키값만 1/2(반음) 만큼 낮아지게 된다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명의 컴퓨터 음악반주기는 프리-엔코드 보이스 코러스 데이터를 활용하여 보이스 코러스의 템포변환 및 키변환을 실시간(Real Time)으로 구현시킬 수 있다. 그리고 MPEG 디코더에 키변환 칩(Chip)을 별도로 부착하지 않고 템포 변환된 신호를 활용하여 간단히 키를 변환시킬 수 있기 때문에 제품의 원가를 절감할 수 있고, 또한 키변환시에도 잡음이 전혀 발생하지 않는 잇점이 있다.

Claims (2)

1. 컴퓨터 음악반주기에 있어서, 템포변환 및 키변환을 위한 엔코더 데이터를 저장하는 프리-엔코딩 장치와, 상기 엔코더 데이터 및 보이스 코러스 데이터를 저장하는 데이터 저장부와, 시스템 제어부로부터 출력되는 키변환 요구 명령에 응답하여 보이스 코러스 요청 신호를 출력하는 컨트롤러와, 상기 엔코더 데이터 및 보이스 코러스 데이터를 저장하며, 상기 보이스 코러스 요청 신호에 응답하여 키 및 템포 엔코더 데이터를 전송하는 데이터 제어부와, 상기 데이터 저장부로부터 오디오 엠팩 디코더 데이터를 입력받아 내부의 버퍼에 저장하는 엠팩 디코더부와, 상기 엠팩 디코더에 내장되며, 템포 변환을 위해 상기 데이터 저장부로부터의 템포변환 엔코더 데이터를 입력받아 변환된 템포의 파형을 실시간으로 재생시키는 템포변환 디코딩부와, 상기 엠팩 디코더에 내장되며, 키 변환을 위해 상기 템포변환 디코딩부로부터 템포 변환된 데이터를 입력받아 키 변환신호로 합성하여 실시간으로 재생시키는 키변환 디코딩부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 키 변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기.
2. 제1항에 있어서, 상기 프리-엔코딩 장치는 원래의 음성 신호를 일정한 간격으로 샘플링한 데이터를 저장하는 코러스 데이터 입력부와, 상기 코러스 데이터 입력장치로부터 입력된 신호를 일정한 분석구간 간격으로 잘라내어 템포 변환의 기본 데이터를 만드는 코러스 데이터 분석구간 분류부와, 상기 코러스 데이터 분석구간 분류부에서 분류된 분석구간 데이터 각각에 대해 정해진 키 및 템포 가변 단계에 따라 해당비율을 곱한 합성구간 데이터를 만드는 코러스 데이터 합성구간 분류부와, 상기 코러스 데이터 합성구간 분류부에서 구한 각각의 합성구간에 대해 최대 상관값을 구하는 최대 상관값 계산부로 구성됨을 특징으로 하는 키 변환 기능을 갖는 컴퓨터 음악반주기.