KR100809310B1 - 스테레오 서라운드 및/또는 오디오 센터 신호를 구동하기 위한 다중-채널 스테레오 컨버터 - Google Patents

스테레오 서라운드 및/또는 오디오 센터 신호를 구동하기 위한 다중-채널 스테레오 컨버터 Download PDF

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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

오디오 입력 신호들(L, R)간의 스테레오의 정도를 나타내는 스테레오 정보 신호(a/b;(ρ))를 발생시키기 위한 스테레오 크기 결정 수단(stereo magnitude determining means) 및 상기 스테레오 정보 신호(a/b;(ρ))에 기초한 상기 오디오 신호들(L, R)을 적어도 하나의 서라운드 신호(S)로 변환하기 위한 변환 수단을 포함하는 다중 채널 스테레오 컨버터(multi-channel stereo converter)가 기술된다. 공간 맵핑 해석(space mapping interpretation)이 제공되고, 스테레오 입력 신호들로부터 오디오 센터 신호도 도출된다. 그 결과, 오디오 신호들 내의 실질적인 누화 없이, 애플리케이션 및 디자인에 있어 더 많은 유연성을 갖는다.
오디오 신호, 스테레오 정도, 공간 맵핑 해석, 스테레오 정보 신호, 다중 채널 스테레오 컨버터

Description

스테레오 서라운드 및/또는 오디오 센터 신호를 구동하기 위한 다중-채널 스테레오 컨버터{Multi-channel stereo converter for deriving a stereo surround and/or audio centre signal}
본 발명은 입체음향 오디오 신호들(L,R)로부터 정보 신호를 발생시키는 스테레오 수단(stereo means) 및 상기 스테레오 수단에 결합되어 상기 오디오 신호들(L, R)을 다른 오디오 신호(C;S)로 변환하기 위한 변환 수단(transform means)을 포함하는 다중-채널 스테레오 컨버터에 관한 것이다.
본 발명은 또한 입체음향 오디오 신호들(L, R)로부터 오디오 신호들을 발생시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 정보 신호가 상기 오디오 신호들(L, R)로부터 도출되고, 상기 오디오 신호들(L, R)을 오디오 신호(S)로 변환하기 위해 사용된다.
이러한 다중-채널 스테레오 시스템 및 방법은 US-A-5,426,702로부터 알려져 있다. 알려진 시스템은, 입체음향 오디오 입력 신호들(L, R)로부터 도출되는 정보 신호를 발생시키기 위한 방향 검출 회로(direction detection circuit) 형태의 스테레오 수단을 포함한다. 정보 신호는 가장 강력한 사운드 소스(sound source)의 방향에 대한 가중 팩터 측정(weight factor measure)을 포함한다. 더욱이, 알려진 컨버터 시스템은 방향 검출 회로에 결합되어 상기 오디오 신호들(L, R)을 오디오 센터 신호(audio centre signal) 형태의 다른 오디오 신호로 변환하기 위한 변환 수단을 포함한다.
알려진 다중 채널 컨버터 및 방법의 단점은 서라운드 오디오 신호들을 생성하게 하지 않는다는 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 보조 오디오 신호들 간의 실질적인 누화(cross talk) 없이, 서라운드, 스테레오 서라운드 및/또는 센터 신호들과 같은 다양한 보조 오디오 신호들 발생시키고 조종할 수 있는 다중 채널 스테레오 컨버터 시스템 및 대응하는 방법을 제공하는 것이다.
게다가, 본 발명에 따른 다중-채널 스테레오 변환기는, 상기 스테레오 수단은 상기 오디오 신호들(L, R)간의 스테레오의 정도를 나타내는 스테레오 정보 신호(a/b;ρ)를 발생시키기 위한 스테레오 크기 결정 수단이고, 상기 변환 수단은 상기 스테레오 정보 신호(a/b;ρ)에 기초하여 상기 오디오 신호들(L, R)을 적어도 하나의 서라운드 신호(S)로 변환하기 위해 구현되는 것을 특징으로 한다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 방법은, 상기 정보 신호는 상기 오디오 신호들(L, R)간의 스테레오의 정도를 나타내는 스테레오 정보 신호(a/b;ρ)이고, 상기 스테레오 정보 신호(a/b;ρ)에 기초하여 상기 오디오 신호들(L, R)은 적어도 하나의 서라운드 신호(S)로 변환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중-채널 스테레오 컨버터 및 방법의 이점은, 서라운드 신호들, 좌 및 우 스테레오 서라운드 신호들, 및/또는 원한다면, 두 개의 입체음향 좌(L) 및 우(R) 오디오 신호들에 근거한 오디오 센터 신호와 같은 부가적인 관련 오디오 신호들을 발생시킬 수 있다는 점이다. 이것은 출력 오디오 신호들 간의 실질적인 누화 없이 애플리케이션 가능성들 및 디자인 모두에 큰 자유를 준다.
본 발명에 따른 스테레오 컨버터의 실시예는, 상기 변환 수단이 상기 스테레오 정보 신호(a/b; ρ)를 오디오 신호들이 정의된 평면상의 각(β)으로 맵핑하는 상기 변환에 대한 관계를 사용하는 것을 특징으로 한다. 매우 간단한 실시예의 실행에서, 상기 변환은 고니오메트릭 관계(goniometric relation)를 사용한다. 실제로, 0 과 π/2 사이의 각(β)으로 스테레오 정보 신호(a/b;ρ)를 맵핑하는 어떤 변환을 사용하는 것을 고려한다.
본 발명에 따른 다중-채널 스테레오 컨버터의 특정 실시예는, 상기 변환 수단은 상기 오디오 신호들(L, R)을 직교 표현에서 상기 오디오 신호들(L, R)이 직선상에 놓여 있어 부가적인 오디오 센터 신호(C)를 나타내는 표현으로 부가적으로 변환하기 위해 구현되는 것을 특징으로 한다.
양호하게, 이 실시예는 사용 가능한 오디오 좌(L), 우(R), 서라운드(S) 또는 서라운드 좌(SL) 및 서라운드 우(SR) 및 오디오 센터 신호(C)를 갖는 다중-채널 구성을 위해 제공된다.
양호하게, 약 2인 배수와의 벡터 승산은 특히 행렬 변환과 함께 칩 상에 용이하게 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 다중-채널 스테레오 컨버터의 다른 실시예에서, 상기 행렬 변환의 행렬 계수들은 오디오 신호들(R,L,C,S)의 주축 상으로의 실제 오디오 신호의 투영(projection)에 기초하고, 예를 들면, Dolby
Figure 112007065738527-pct00001
Surround, Dolby Pro Logic
Figure 112007065738527-pct00002
, Circle Surround
Figure 112007065738527-pct00003
, 및 Lexicon
Figure 112007065738527-pct00004
시스템들 및 다른 서라운드 시스템들을 커버하는 경험적으로 결정된 계수들과 같은 다른 계수들과 결합될 수도 있다.
실제로, 본 발명에 따른 다중-채널 스테레오 컨버터의 다른 실시예는, 상기 스테레오 컨버터는, 예를 들면, 라우리젠 역상관 필터들(Lauridsen decorrelation filter)과 같은 하나 이상의 역상관 필터들을 구비하고, 스테레오 서라운드 신호(S)는 스테레오 서라운드 좌 신호(SL) 및 스테레오 서라운드 우 신호(SR)를 발생시키기 위해 필터들에 인가되는 것을 특징으로 한다. 이러한 종류의 역상관 필터들은 시장에서 쉽게 이용 가능하다.
현재, 본 발명에 따른 다중 채널 스테레오 컨버터 및 대응하는 방법은 첨부된 도면을 참조하여 부가적인 이점들과 함께 명백해 질 것이며, 유사한 구성요소들은 동일한 참조 번호에 의해 표시될 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 다중-채널 스테레오 컨버터의 동작 부분을 설명하기 위한 좌(L) 및 우(R) 오디오 신호 진폭의 조합에 의해 정의된 이차원 상태 영역을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 다중 채널 스테레오 컨버터의 몇몇 실시예의 일반적인 개략도.
도 3은 좌 및 우 입체음향 신호들의 방향 백터 플롯들을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 다중-채널 스테레오 컨버터에서 서라운드 신호를 발생시키는데 사용되는 공간 맵핑의 개략도.
도 1은 순간적인 좌(L) 및 우(R) 오디오 신호 진폭들에 의해 정의되는 2차원적인 소위 상태 영역(state area)의 구성을 도시한다. 세로축을 따라, 좌(L) 오디오 스테레오 신호의 입력 신호값들이 표시되고, 가로축을 따라, 우(R) 오디오 스테레오 신호의 입력 신호값들이 표시된다. 예를 들어 말(speech)로부터 방사하는 모노 신호들은 가로축과 45도 각을 이루는 영역의 원점을 지나는 라인 상에서 발견될 수 있다. 스테레오 음악은 상기 영역에 점들로서 도시된 많은 샘플들로 된다. 점찍힌 영역은 도시된 것처럼 길게 늘어진 형태를 갖고, 이러한 경우 두 개의 직교 축 y 및 q이 정의될 수도 있다. 축 y은 우위 신호(dominant signal)의 방향에 관한 정보를 제공하는 영역 내의 모든 점들의 어떤 평균에 의해 형성된다. 우위 방향 y을 추정하기 위해 알려져 있는 몇몇 추정 기술들이 있다. 적절한 방향 감지(sensing) 또는 국지화 알고리즘(localization algorithm)을 제공하기 위한 최소 제곱법(least square method)이 알려져 있다. 축 y에 직교하는 축은 축 q로 정의하고, 이것은 우위 방향 y으로부터의 오디오 신호들 편향에 관한 정보를 제공한다. 이러한 축 y 및 q의 방향을 결정한 후에, 각각의 축들 y 및 q을 따라 측정된 점찍힌 영역의 차원을 정의하는 양들 b 및 a 각각이 결정되거나 또는 추정될 수 있다. 부가적으로, 예를 들면, 비(a/b), 또는 원한다면, 신호들(L 및 R)의 잘 알려진 교차 상관(ρ)의 값은, 상기 오디오 신호들(L 및 R)간의 스테레오의 정도를 나타내는 스테레오 크기 정보를 제공한다. 교차 상관은 다음처럼 정의된다:
Figure 112002007831634-pct00005
밑줄은 평균값을 나타낸다. 비(a/b) 또는 교차 상관(ρ)의 실제 측정 또는 추정은 임의의 적절한 수단에 의해 발생할 수 있고, 원한다면, 이러한 신호들 각각은 스테레오 크기 정보를 제공하도록 취해질 수 있다.
도 2는 다중 채널 스테레오 컨버터(1)의 몇몇 가능한 실시예들의 조합을 도시한다. 컨버터(1)는, 상기 설명된 것처럼, 오디오 신호들(L 및 R)간의 상기 스테레오의 정도를 나타내는 스테레오 정보 신호를 발생시키기 위해 스테레오 크기 결정 수단(2) 형태의 스테레오 수단을 포함한다. 컨버터(1)는 또한 상기 스테레오 정보 신호에 기초하여 오디오 신호들(L 및 R)을 적어도 하나의 스테레오 서라운드 신호(S) 및/또는 하기에 설명될 적어도 하나의 오디오 센터 신호(C)로 변환하기 위한 변환 수단(3)을 포함한다.
변환 수단(3)은, 상기 설명된 방식으로, 축 y의 방향을 고려하여 예를 들면, 상관/가중치(WL 및 WR) 또는 각 정보(α)의 형태로 정보를 공급한다. 스테레오 크기 결정 수단(2)은 만일 필요하다면, 방향 센서 회로(4)로부터의 정보를 사용할 수도 있다. 더욱이, 가중치들(WL 및 WR) 및 스테레오 정보 신호(a/b 또는 ρ)는 제 1 가능한 실시예에서 좌(L), 우(R) 및 그것으로부터 서라운드 신호(S)를 도출하도록 사용된다. 게다가, 변환 수단(3)은 행렬 수단(5)을 포함한다. 스테레오 크기 신호에 기초하여 행렬 수단(5)에 의해 구현되고 예로서 제안되는 가능한 변환은 다음과 같다:
Figure 112002007831634-pct00006
스테레오 신호들(L 및 R)에 의해 정의된 평면상으로의 각으로서 β를 해석(interpret)함으로써, 맵핑 및 3차원적인 반구 좌표(hemisphere presentation)가 발생하고, 서라운드 신호의 축이 스테레오 신호축(L 및 R)과 직교하는 서라운드 신호(S)가 지금 생성된다. 다중-채널 스테레오 컨버터(1)의 실시예에서, 신호들(L 및 R)은 L, R 및 S로 변환된다. L 및 R은 도 3(a)에 도시된 것처럼 상호간에 직교하고, 하기에 설명될 것처럼 도 3(b) 및 4에 도시된 것처럼 거의 직선상에 놓일 것이다.
또 다른 실시예에서, 모노 서라운드 신호(S)는, 예를 들면, 잘 알려진 라우리젠 역상관 필터들(6)과 같은 하나 이상의 역상관 필터들에 의해 또한 변환될 수도 있다. 필터(6)로, 모노 서라운드 신호(S)가 스테레오 서라운드 좌 신호(SL) 및 스테레오 서라운드 우 신호(SR)를 발생시키기 위해 인가된다.
일반적인 임의 종류의 변환에서, 스테레오 정보 신호(a/b 또는 ρ)를 0과 π/2 사이의 각(β)으로 맵핑하는 고니오메트릭도 적용 가능하다.
도 2는 스테레오 컨버터(1)는 방향 센서(4)와 메트릭스 수단(5) 사이에 결합된 벡터 배율기(multiplicator)를 포함하는 또 다른 실시예를 도시한다. 배율기(7)는 부가적인 가능한 변환을 수행하거나, 오디오 센터 신호(C)를 생성하기 위해 도 3(a)에 도시된 가중치들(WL 및 WR)을 도 4에 도시된 새로운 가중치들(cLR 및 cC)에 맵핑한다. 이것은 예를 들면, 각(α)을 더블링(doubling)함으로써 행해질 수 있다. 주로, 양호하게 2에 가까운 어떠한 원하는 팩터에 의한 승산이 오디오 센터 신호(C)를 생성하기 위한 작업을 수행할 것이다. 행렬 수단(5)에서, 그것의 출력 신호들(L, R, C 및 S)은 신호들(y 및 q)의 항에서 표현되고 행렬의 계수들이 가중치들(wL 및 wR)과 도 4에 개략적으로 도시된 다양한 투영 계수들에 의존하는 행렬에 기초하는 순간적인 신호값들로부터 도출된다.
매트릭싱(matrixing)으로서 알려진 가능한 맵핑의 예는 다음의 식에 따라서, 시간 샘플들의 항으로 표현되는, L, C, R 및 S의 4개의 채널 출력 신호들을 생성하는 하기의 행렬에서 주어진다:
Figure 112002007831634-pct00007
기본 신호들(y(k) 및 q(k))은 다음 식에 따라 입력 신호들의 회전을 사용하여 계산된다:
Figure 112002007831634-pct00008
및
Figure 112002007831634-pct00009
일반적으로 상기 행렬 변환의 행렬 계수들은 오디오 신호들(R, L, C, S)의 도 4에서 도시된 주축 상으로의 실제 오디오 신호의 투영에 기초한다. 그러나, 원한다면, 이러한 행렬 계수들은 경험에 기초하여 부분적으로 결정되는 계수들과 조합될 수 있다.
상기에 설명된 3차원 서라운드 변환과 조합된 α의 더블링 및 승산의 효과들은 오디오 신호들(L, R, C 및 S)을 나타내는 도 4의 공간 맵핑상에 전체가 도시되고, 원한다면, S는 필터(6)를 사용하여 스테레오 서라운드 좌 신호(SL) 및 스테레오 서라운드 우 신호(SR)로 세분될 것이다. α의 승산 또는 가능한 더블링은 더 많이, 예를 들면, 2번 적용될 수 있다.
도 3(b) 및/또는 4의 예시적인 맵핑들은 하나 이상의 오디오 센터 신호(C)에 적용될 수 있도록 일반화될 수 있다. 이 경우, 도 3(b) 및 4의 오디오 평면에서, 부가적인 센터 축(예를 들면, C' 및 C")이 정의되고, 이 경우 실제 오디오 벡터는 각각이 투영들(CC, CC' 및 CC")을 나타내는 오디오 센터 축(CC, CC' 및 CC") 각각에 투영될 수 있다.
이상의 설명은 본질적으로 양호한 실시예들 및 가장 가능한 형태들을 참조하여 설명된 것이지만, 상기한 것과 같이 첨부된 청구범위 내에 속하는 다양한 변경, 특징들 및 특징들의 조합은 당업자에 의해 생각될 수 있는 것이기 때문에, 이러한 실시예들은 관련 장치들의 예들을 제한하지 않는 것으로 해석되는 것임을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 다중-채널 스테레오 컨버터(multi-channel stereo converter)로서, 입체음향 오디오 신호들(L, R)로부터 정보 신호를 발생시키기 위한 스테레오 수단 및 상기 스테레오 수단에 결합되어 상기 오디오 신호들(L, R)을 다른 오디오 신호(C;S)로 변환하기 위한 변환 수단을 포함하는, 상기 다중-채널 스테레오 컨버터에 있어서,
    상기 스테레오 수단은 상기 오디오 신호들(L, R)간의 스테레오의 정도를 나타내는 스테레오 정보 신호(a/b;ρ)를 발생시키기 위한 스테레오 크기 결정 수단이고, 상기 변환 수단은 상기 스테레오 정보 신호(a/b;ρ)에 기초하여 상기 오디오 신호들(L, R)을 적어도 하나의 서라운드 신호(S)로 변환하기 위해 구현되는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환 수단은 상기 스테레오 정보 신호(a/b; ρ)를 오디오 신호들이 정의된 평면상의 각(β)으로 맵핑하는 상기 변환에 대한 관계를 사용하는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변환은 고니오메트릭 관계(goniometric relation)를 사용하는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변환 수단은 상기 오디오 신호들(L, R)을 직교 표현(orthogonal representation)에서 상기 오디오 신호들(L, R)이 직선상에 놓여 있어 부가적인 오디오 센터 신호(C)를 나타내는 표현으로 부가적으로 변환하기 위해 구현되는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변환 수단은 상기 오디오 신호들(L, R)을 직교 표현에서 상기 오디오 신호들(L, R)이 직선상에 놓여 있어 부가적인 오디오 센터 신호(C)를 나타내는 표현으로 부가적으로 변환하기 위해 구현되고, 상기 변환은 고니오메트릭 관계를 사용하는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 부가적인 변환은 약 2인 배수(multiple)와의 벡터 승산(multiplication)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변환은 행렬 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변환은 행렬 변환을 수행하고, 상기 변환은 고니오메트릭 관계를 사용하는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 변환은 행렬 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는, 다중 채널 스테레오 컨버터.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 행렬 변환의 상기 행렬 계수들은 오디오 신호들(R, L, C, S)의 주축(principal axes) 상으로의 실제 오디오 신호의 투영들에 기초하는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스테레오 컨버터는, 예를 들면, 라우리젠 역상관 필터들(Lauridsen decorrelation filter)과 같은 하나 이상의 역상관 필터들(decorrelation filters)을 구비하고, 이 필터들에는 스테레오 서라운드 좌 신호(SL) 및 스테레오 서라운드 우 신호(SR)를 발생시키기 위해 상기 서라운드 신호(S)가 인가되는 것을 특징으로 하는, 다중-채널 스테레오 컨버터.
  12. 입체음향 오디오 신호들(L, R)로부터 오디오 신호들을 발생시키기 위한 방법으로서, 정보 신호가 상기 오디오 신호들(L, R)로부터 도출되고, 상기 오디오 신호들(L, R)을 오디오 신호(S)로 변환하기 위해 사용되는, 상기 오디오 신호들을 발생시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 정보 신호는 상기 오디오 신호들(L, R)간의 스테레오 정도를 나타내는 스테레오 정보 신호(a/b; ρ)이고, 상기 스테레오 정보 신호(a/b; ρ)에 기초하여, 상기 오디오 신호들(L, R)은 적어도 하나의 서라운드 신호(S)로 변환되는 것을 특징으로 하는, 오디오 신호들을 발생시키기 위한 방법.
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