KR101121505B1 - 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스테레오 음원으로부터 가수의 음성을 제거하여 스테레오 반주음악만의 출력이 가능하도록 하는 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법에 관한 것으로, 좌,우 양 채널에 각각 실린 음원, 및 상기 좌,우 양 채널 각각에 실린 음원 신호의 차신호에 대하여 각각 주파수 영역으로 변환시킨 후, 상기 좌,우 양 채널상의 주파수 성분과 상기 차신호의 주파수 성분을 비교하여 상기 좌,우 양 채널상의 주파수 성분중 보컬 성분이 내재된 주파수 성분을 제거함으로써 비보컬 신호를 복원하는 방법을 제안한다.

Description

스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법{Method for extracting non-vocal signal from stereo sound contents}
본 발명은 반주음악과 가수의 음성으로 이루어진 음원으로부터 가수의 음성을 제거하여 반주음악을 추출하는 방법에 관한 것으로, 보다 바람직하게는 스테레오 음원으로부터 가수의 음성을 제거하여 스테레오 반주음악만의 출력이 가능하도록 하는 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 카라오케 기기, 노래 반주기, MP3 플레이어, 기타 오디오 기기의 스피커로 출력되는 스테레오 음원(AR :ALL Recorded)은 가수의 노래 성분인 보컬 성분(Vocal recorded)과 적어도 하나 이상의 악기 등을 이용한 반주 음악인 비보컬 성분(MR : Music recorded)을 포함한다.
이러한 스테레오 음원은 모노 음원과 달리 좌우측 채널에 각각에 서로 다른 악기음을 레코딩한 후 양 채널에 음성 신호를 공통으로 실어보냄으로써 음원 청취자는 입체감을 느끼며 음악을 감상할 수 있다.
음반 제작사는 이러한 음원 제작을 위하여 스튜디오에서 작업을 수행하고 그 최종 결과물인 음원을 CD 등과 같은 오프라인 매체를 통하여 또는 파일 형태로 가공하여 오프라인 유통망 또는 온라인 유통망를 통하여 음원을 판매한다.
수요자는 음반 제작사에서 온,오프라인 유통망을 통하여 판매하는 이러한 음원을 다양한 방법으로 구매하여 자신이 소지한 음향 기기를 통하여 감상하게 된다.
그런데,최근 들어 소비자들 사이에서 최초 음원으로부터 반주 음악을 제거하여 직접 가수의 육성만을 청취하고자 하거나 가수의 음성을 제거하고 반주 음악만을 청취하고자 하는 욕구들이 분출되고 있고 음악 관련 업계에서는 이에 대한 다양한 연구를 진행하고 있다.
본 발명은 이러한 연구 활동의 한 성과물로 제안되는 것으로, 스테레오 음원중에서 가수의 음성인 보컬 신호를 제거하여 반주 음악이 비보컬 신호만을 추출하는 새로운 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법에 관한 것으로, 좌,우 양 채널에 각각 실린 음원, 및 상기 좌,우 양 채널 각각에 실린 음원 신호의 차신호에 대하여 각각 주파수 영역으로 변환시킨 후, 상기 좌,우 양 채널상의 주파수 성분과 상기 차신호의 주파수 성분을 비교하여 상기 좌,우 양 채널상의 주파수 성분중 보컬 성분이 내재된 주파수 성분을 제거함으로써 비보컬 신호를 복원하는 방법을 제안한다.
본 발명에서, 전술한 좌, 우 양 채널상의 음원 신호 및 상기 차신호에 대한 주파수 영역 변환은 FFT(Fast Fourier Transform), DCT(Discrete Cosine Transform) 등과 같은 일반적인 주파수 변환 처리에 의하여 이루어진다.
본 발명의 좌,우 양 채널상의 주파수 성분과 상기 차신호의 주파수 성분비교는 상기 좌,우 채널상의 각 주파수 성분이 상기 차신호 주파수 성분의 소정 배수 이상인 경우인지 여부를 판별하는 방식으로, 상기 좌,우 채널상의 각 주파수 성분이 상기 차신호 주파수 성분의 소정 배수보다 큰 경우에는 보컬 신호가 실렸다고 판단하여 해당 주파수 성분을 제거하고 그렇지 않은 경우에는 반주 음악인 비보컬 신호라고 판단하여 잔존시킴으로써 비보컬 신호를 추출한다.
본 발명에 따른 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법의 바람직한 실시예는 (a)보컬 신호와 제 1 비보컬 신호가 혼합된 제 1 음원을 제 1 채널을 통하여 수신하고 상기 보컬 신호와 제 2 비보컬 신호가 혼합된 제 2 음원을 제 2채널을 통하여 수신하는 단계; (b)상기 제 1 및 제 2 음원의 차신호 생성하여 상기 보컬 신호를 제거하는 단계; (c)상기 제 1, 제 2 음원 및 차신호의 각각의 주파수 성분을 구하는 단계; (d)상기 제 1 및 제 2 음원의 각 주파수 성분의 에너지와 상기 차신호의 주파수 성분 에너지의 α배를 각각 비교하는 단계(α＞1 인 유리수); (e)상기 제 1 및 제 2 음원의 각 주파수 성분의 에너지가, 상기 차신호의 주파수 성분 에너지의 α배보다 큰 경우에는 그에 해당하는 제 1및 제 2 음원의 주파수 성분에 보컬 신호가 존재하는 것으로 판단하고, 상기 차신호의 주파수 성분 에너지의 α배보다 작은 경우에는 제 1 및 제 2 보컬 신호가 비존재하는 것으로 판단하는 단계를 구비한다.
본 발명에 따른 실시예는, 상기 (e)단계에서, 상기 제 1및 제 2 음원의 주파수 성분에 보컬 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우에는 상기 제 1 및 제 2 음원의 해당 주파수 성분을 제거하고, 상기 상기 제 1및 제 2 음원의 주파수 성분에 보컬 신호가 비존재하는 것으로 판단된 경우에 해당 주파수 성분을 보존하는 단계를 더 구비한다.
본 발명에 따른 실시예는 상기 제 1 및 제 2 음원의 주파수 성분을 주파수 역변환 처리하여 시간 영역으로 전환하는 단계를 더 구비한다.
본 발명에 따른 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법을 스테레오 음원에 적용하는 경우 가수의 육성이 제거된 상태에서 음반 제작사가 최초에 녹음한 반주 음악만을 감상할 수 있다.
또한 본 발명에서 제안하는 방법을 노래방 기기 등에 적용하는 경우, 노래 반주기 제작업체로서는 반주 음악의 제작에 따른 고비용을 절감할 수 있다는 이점이 있고, 노래방을 이용하는 일반 소비자의 경우에는 음반 제작사가 최초에 녹음한 원음에 근접한 반주 음악을 배경으로 실감나게 노래를 부를 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 좌우 채널의 원음 신호와 각 채널간의 차신호의 주파수 성분 비교를 통하여 보컬 성분을 제거함에 있으므로, 스테레오 음원뿐만 아니라 모노 음원 또는 3채널 이상의 원음 신호에서 본 발명의 기술적 사상을 응용하는 경우에도 본 발명의 기술적 범위가 내포되며, 본 발명에서 제안하는 비보컬 신호의 처리 방법을 당업자 수준에서 단순히 부가 변경 삭제하여 제안하는 방법 역시 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법 중 주파수 영역에서의 처리 과정을 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법을 설명하는 프로세스 도면이다.
도 1의 단계(S110)에 도시된 바와같이, 좌채널(110)과 우채널(120)은 음반 제작사에서 제작한 스테레오 음원이 전송되는 채널이다. 좌채널(110)은 반주음악(MRL)과 가수의 음성(Vocal)을 전송하는 채널이고, 우채널(120)은 반주음악(MRR)과 가수의 음성(Vocal)을 전송하는 채널이다.
반주음악(MRL,MRR)은 음반 제작시 소정의 악기로 연주한 반주 음악으로 스테레오 음향 효과를 얻기 위하여 각 채널에는 서로 다른 악기의 반주 음악이 내재되는 것이 일반적이며, 경우에 따라서 특정 악기의 반주 음악은 좌우 양 채널에 동일하게 레코딩될 수 있다. 한편, 본 발명에서 가수의 음성(Vocal)은 좌우 양채널에 동일하게 레코딩된고 가정한다.
한편, 본 발명에서는 기술적 이해의 편의 및 용어 사용의 일관성을 위하여 이하에서 반주 음악(MRL,MRR)은 비보컬 신호로, 가수의 음성(Vocal)은 보컬 신호로, 좌우 각 채널에 실린 음원인 반주 음악과 가수의 음성은 각각 제 1 및 제 2 음원으로 표현하기로 한다.
따라서, 본 명세서에서 제 1 음원은 좌채널상의 반주음악(MRL)과 가수의 음성(Vocal)을 통칭한 표현이고, 제 2 음원은 우채널상의 반주음악(MRR)과 가수의 음성(Vocal)을 통칭한 표현이라고 이해하는 것이 바람직하다.
참고로, 본 발명에서 적용되는 제 1 및 제 2 음원은 디지털 신호를 의미한다.
따라서, 아날로그 음원인 경우, 디지털 신호로 변환된 후에는 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 기술적 사상이 동일하게 적용 가능하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1의 단계(S120)에 도시된 바와같이, 본 발명에서는 좌우 양채널을 통하여 전송된 제 1 및 제 2 음원에 대한 차신호 처리 과정(130)을 수행한다.
차신호 처리결과 양 채널에 공통되는 성분인 보컬 성분은 제거되고 비보컬 신호(MRL,MRR)의 차신호(MRL-MRR)만 잔존하게 된다.
다음 단계(S130)에서, 제 1 음원(MRL+Vocal)과 제 2 음원(MRR+Vocal) 및 상기 차신호 (MRL-MRR) 각각에 대하여 FFT(Fast Fourier Transform), DCT(Discrete Cosine Transform) 등과 같은 일반적인 주파수 변환 변환을 수행하여 주파수 성분을 추출한다.
상기 FFT 처리에 의하여 제 1 음원(MRL+Vocal)은 비보컬 성분(MRL)과 보컬 성분(Vocal)의 주파수 성분을 모두 포함하는 주파수 신호(ML _ FFT)로 변환되고, 제 2 음원(MRR+Vocal)은 비보컬 성분(MRR)과 보컬 성분(Vocal)의 주파수 성분을 모두 포함하는 주파수 신호(MR _ FFT)로 변환되고, 차신호(MRL-MRR)는 비보컬 신호(MRL)에서 비보컬 신호(MRR)를 차감한 신호에 대한 주파수 신호(MD _ FFT)로 변환된다.
다음, 이들 각 신호에 대한 주파수 에너지를 비교하는 단계가 수행되며 이는 다음과 같은 식으로 표현된다.
[식 1]
주파수 신호(ML _ FFT)의 주파수 빈 에너지＞ α* 차신호(MRL-MRR)의 주파수 빈 에너지
[식 2]
주파수 신호(MR _ FFT)의 주파수 빈 에너지＞ α* 차신호(MRL-MRR)의 주파수 빈 에너지
여기서, α는 바람직하게는 1보다 큰 유리수이며, 실험에 의하여 유효한 비보컬 신호 추출을 위한 해서는 α의 범위는 대략 1.5 ＜α＜2.5 이었다. 그러나, α의 범위는 음반 제작사에 의하여 최초 레코딩되는 음원의 특성에 따라 상기 범위를 벗어날 수 있으며 α 수치 범위의 단순 변경은 본 발명의 기술적 사상에 당연히 포함된다.
식 1 에서, 주파수 신호(ML _ FFT)의 각 주파수 빈(frequency bin) 에너지가 이에 대응하는 α* 차신호(MRL-MRR)의 각 주파수 빈 에너지보다 큰 경우, 이에 대응하는 주파수 신호(ML _ FFT) 주파수 빈은 보컬 신호의 에너지가 내재되어 있고 또한 보컬 신호의 에너지기 크다고 판단하여 그에 대응하는 해당 주파수 신호(ML _ FFT)의 주파수 성분을 제거한다. 즉, 해당 주파수 빈을 제로로 초기화한다. 이러한 과정을 모든 주파수 빈에 대하여 개별적으로 수행하면 최종적으로 주파수 신호(ML _ FFT)의 주파수 성분에는 보컬 신호가 제거되는 효과가 발생한다.
마찬가지로, 식 2에 의하여 식 1과 동일한 과정이 즉, 주파수 신호(MR _ FFT)의 각 주파수 빈(frequency bin) 에너지가 이에 대응하는 α* 차신호(MRL-MRR)의 각 주파수 빈 에너지보다 큰 경우, 이에 대응하는 주파수 신호(MR _ FFT) 주파수 빈은 보컬 신호의 에너지가 내재되어 있고 또한 보컬 신호의 에너지기 크다고 판단하여 그에 대응하는 해당 주파수 신호(ML _ FFT)의 주파수 성분을 제거한다. 즉, 해당 주파수 빈을 제로로 초기화한다. 이러한 과정을 모든 주파수 빈에 대하여 개별적으로 수행하면 최종적으로 주파수 신호(MR _ FFT)의 주파수 성분에는 보컬 신호가 제거되는 효과가 발생한다.
다음 단계(S160)에서 알 수 있듯이, 식 1과 2의 조건을 만족하지 않는 주파수 빈은 비보컬 신호 성분이 우세하다고 보아 잔존시킨다.
따라서 식 1과 식2의 처리 과정이 완료되면 보컬 신호의 성분이 큰 주파수 빈 성분은 제거되고 보컬 신호의 성분이 약하거나 없는 주파수 빈 성분은 잔존하게 된다.
다음 단계(S170)에서 식 1과 식2의 처리 과정을 거친 주파수 성분에 대하여 시간영역 변환(Inverse FFT, Inverse DCT 등)을 하면 제 1 음원(MRL+Vocal)과 제 2 음원(MRR+Vocal)에서 보컬 신호(Vocal)가 제거된 효과를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 방법을 실시하는 경우 제 1 음원의 비보컬 신호인 반주음악(MRL)과 제 2 음원의 비보컬 신호인 반주음악(MRR)만을 추출하여 청취할 수 있다는 이점이 있다.
다만, 본 발명에서 제안하는 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법을 실시하더라도 음반 제작시 레코딩한 반주음악을 100% 추출할 수는 없다. 다만, 실험에 의한 결과, 원래의 반주음악과 본 발명의 실시에 의하여 최종적으로 추출한 반주음악을 개별적으로 청취한 결과 청감의 차이를 크게 느낄 수가 없었으며 이는 본 발명에서 구현하고자 한 기술적 사상의 최종 목적에도 부응하였다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 기술적 사상인 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법의 보다 가시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 제 1 음원의 주파수 스펙트럼의 개념도이고, 도 2b는 제 2 음원의 주파스 스펙트럼 개념도이다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b에 도시한 제 1 음원과 제 2 음원간 차신호의 주파수 스펙트럼 개념도이고, 도 2d는 도 2c의 주파수 스펙트럼을 α배한 주파수 스펙트럼의 개념도이다.
도 2e는 도 2a의 주파수 스펙트럼과 도 2d의 주파수 스펙트럼의 에너지를 비교하여 보컬 성분이 포함되어 있다고 판단된 주파수 빈을 제거한 후의 주파수 스펙트럼이고, 도 2f는 도 2b의 주파수 스펙트럼과 도 2d의 주파수 스펙트럼의 에너지를 비교하여 보컬 성분이 포함되어 있다고 판단된 주파수 빈을 제거한 후의 주파수 스펙트럼 개념도이다.
도 2e와 도 2f에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 비보컬 신호 추출 방법을 사용한 경우 제 1 및 제 2 음원에 포함된 비보컬 신호 성분의 주요 성분을 추출할 수 있으며, 이를 시간 영역으로 변환한 후 실제 실험실에서 청취하여 본 결과 제 1 및 제 2 음원에 포함된 비보컬 신호와 상기 도 2e 및 도 2f의 주파수 성분을 시간 영역으로 변환하여 청취한 비보컬 신호의 음감에는 큰 차이가 나지 않다는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 따른 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법을 컴퓨터를 포함한 다양한 음향 기기에 적용하는 경우 가수의 음성이 제거된 상태의 반주 음악을 효율적으로 감상할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시는 음향기기내에 프로그램화되어 처리되는 것이 일반적이므로 노래 반주기 외에도 컴퓨터, 휴대폰, MP3 기기 등 본 발명의 실시를 가능하게 하는 프로그램을 다운로드 받을 수 있는 다양한 전자적 매체에도 적용 가능하다는 점에서 매우 간편하며 특히 스마트 폰용 어플리케이션으로도 유용하다.

Claims (3)

  1. 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법에 있어서,
    (a)보컬 신호와 제 1 비보컬 신호가 혼합된 제 1 음원을 제 1 채널을 통하여 수신하고, 상기 보컬 신호와 제 2 비보컬 신호가 혼합된 제 2 음원을 제 2채널을 통하여 수신하는 단계;
    (b)상기 제 1 및 제 2 음원의 차신호 생성하여 상기 보컬 신호를 제거하는 단계;
    (c)상기 제 1, 제 2 음원 및 차신호의 각각의 주파수 성분을 구하는 단계;
    (d)상기 제 1 및 제 2 음원의 각 주파수 성분의 에너지와 상기 차신호의 주파수 성분 에너지의 α배를 각각 비교하는 단계(α＞1 인 유리수);
    (e)상기 제 1 및 제 2 음원의 각 주파수 성분의 에너지가, 상기 차신호의 주파수 성분 에너지의 α배보다 큰 경우에는 그에 해당하는 제 1및 제 2 음원의 주파수 성분에 보컬 신호가 존재하는 것으로 판단하고, 상기 차신호의 주파수 성분 에너지의 α배보다 작은 경우에는 제 1 및 제 2 보컬 신호가 비존재하는 것으로 판단하는 단계;를 구비하는 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (f) 상기 (e)단계에서, 상기 제 1및 제 2 음원의 주파수 성분에 보컬 신호가 존재하는 것으로 판단된 경우에는 상기 제 1 및 제 2 음원의 해당 주파수 성분을 제거하고, 상기 제 1및 제 2 음원의 주파수 성분에 보컬 신호가 비존재하는 것으로 판단된 경우에 해당 주파수 성분을 보존하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    (g) 상기 (e) 단계를 거친 상기 제 1 및 제 2 음원의 주파수 성분을 주파수 역변환 처리하여 시간 영역으로 전환하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스테레오 음원으로부터의 비보컬 신호 추출 방법.
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