KR101277041B1 - 멀티 채널 음향 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

멀티 채널 음향 신호 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

연산 부하를 경감한 멀티 채널 음향 신호 처리 장치를 제공한다.
멀티 채널 음향 신호 처리 장치(100)는, 입력 신호 x에 대해 잔향 처리를 행함으로써, 입력 신호 x가 나타내는 음에 잔향이 포함되는 음을 나타내는 무상관신호 w'를 생성하는 무상관신호 생성부(181)와, 그 무상관신호 생성부(181)에 의해 생성된 무상관신호 w' 및 입력 신호 x에 대해, 신호 강도 레벨의 배분 및 잔향의 배분을 나타내는 행렬 R3을 이용한 연산을 행함으로써, m채널의 오디오 신호를 생성하는 매트릭스 연산부(187) 및 제3 연산부(186)를 구비한다.

Description

멀티 채널 음향 신호 처리 장치 및 방법{MULTI-CHANNEL ACOUSTIC SIGNAL PROCESSING DEVICE AND METHOD}
본 발명은, 복수의 오디오 신호를 다운믹스하고, 그 다운믹스된 신호를 원래 복수의 오디오 신호로 분리하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 복수의 오디오 신호를 다운믹스하고, 그 다운믹스된 신호를 원래 복수의 오디오 신호로 분리하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치가 제공되고 있다.
도 1은, 멀티 채널 음향 신호 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
멀티 채널 음향 신호 처리 장치(1000)는, 오디오 신호의 세트(組)에 대한 공간 음향 부호화를 실시해 음향 부호화 신호를 출력하는 멀티 채널 음향 부호화부(1100)와, 그 음향 부호화 신호를 복호화하는 멀티 채널 음향 복호화부(1200)를 구비한다.
멀티 채널 음향 부호화부(1100)는, 1024 샘플이나 2048 샘플 등에 의해 나타내는 프레임 단위로 오디오 신호(예를 들면, 2채널의 오디오 신호 L, R를 처리하는 것으로서, 다운믹스부(1110)와, 바이노럴 큐(binaural queue) 산출부(1120)와, 오디오 인코더부(1150)와, 다중화부(1190)를 구비한다.
다운믹스부(1110)는, 2채널의 스펙트럼 표현된 오디오 신호 L, R의 평균을 취함으로써, 즉, M=(L＋R)/2에 의해, 오디오 신호 L, R가 다운믹스된 다운믹스 신호 M을 생성한다.
바이노럴 큐 산출부(1120)는, 스펙트럼 밴드 마다, 오디오 신호 L, R 및 다운믹스 신호 M을 비교함으로써, 다운믹스 신호 M을 오디오 신호 L, R에 귀환하기 위한 바이노럴 큐 정보를 생성한다.
바이노럴 큐 정보는, 채널간 레벨차(inter-channel level／intensity difference) IID, 채널간 상관(inter－channel coherence／correlation) ICC, 채널간 위상차(inter－channel phase／delay difference) IPD, 및 채널 예측 계수(Channel Prediction Coefficients) CPC를 나타낸다.
일반적으로, 채널간 레벨차 IID는, 음의 밸런스나 정위(定位)를 제어하기 위한 정보로서, 채널간 상관 ICC는, 음상의 폭이나 확산성을 제어하기 위한 정보이다. 이들은, 모두 청취자가 청각적인 정경을 머릿속에서 구성하는 것을 돕는 공간 파라미터이다.
스펙트럼 표현된 오디오 신호 L, R 및 다운믹스 신호 M는, 「파라미터 밴드」로 이루어지는 통상 복수의 그룹으로 구분되어 있다. 따라서, 바이노럴 큐 정보는, 각각의 파라미터 밴드마다 산출된다. 또한, 「바이노럴 큐 정보」와, 「공간 파라미터」라는 용어는 자주 동의(同義)적으로 사용된다.
오디오 인코더부(1150)는, 예를 들면, MP3(MPEG Audio Layer-3)나, AAC(Advanced Audio Coding) 등에 의해, 다운믹스 신호 M을 압축 부호화한다.
다중화부(1190)는, 다운믹스 신호 M과, 양자화된 바이노럴 큐 정보를 다중화 함으로써 비트스트림을 생성해, 그 비트스트림을 상술한 음향 부호화 신호로서 출력한다.
멀티 채널 음향 복호화부(1200)는, 역다중화부(1210)와, 오디오 디코더부(1220)와 분석 필터부(1230)와, 멀티 채널 합성부(1240)와, 합성 필터부(1290)를 구비한다.
역다중화부(1210)는, 상술한 비트스트림을 취득하고, 그 비트스트림으로부터 양자화된 바이노럴 큐 정보와, 부호화된 다운믹스 신호 M을 분리해 출력한다. 또한, 역다중화부(1210)는, 양자화된 바이노럴 큐 정보를 역양자화하고 출력한다.
오디오 디코더부(1220)는, 부호화된 다운믹스 신호 M을 복호화하여 분석 필터부(1230)에 출력한다.
분석 필터부(1230)는, 다운믹스 신호 M의 표현 형식을, 시간／주파수 하이브리드 표현으로 변환하여 출력한다.
멀티 채널 합성부(1240)는, 분석 필터부(1230)로부터 출력된 다운믹스 신호 M과, 역다중화부(1210)로부터 출력된 바이노럴 큐 정보를 취득한다. 그리고, 멀티 채널 합성부(1240)는, 그 바이노럴 큐 정보를 이용하여, 다운믹스 신호 M로부터, 2개의 오디오 신호 L, R을 시간／주파수 하이브리드 표현으로 복원한다.
합성 필터부(1290)는, 복원된 오디오 신호의 표현 형식을, 시간／주파수 하이브리드 표현을 시간 표현으로 변환하여, 그 시간 표현의 오디오 신호 L, R를 출력한다.
또한, 상술에서는, 2채널의 오디오 신호를 부호화하고 복호화하는 예를 들어 멀티 채널 음향 신호 처리 장치(1000)를 설명했지만, 멀티 채널 음향 신호 처리 장치(1000)는 2채널보다 많은 채널의 오디오 신호(예를 들면, 5.1채널 음원을 구성하는, 6개의 채널의 오디오 신호)를, 부호화 및 복호화할 수도 있다.
도 2는, 멀티 채널 합성부(1240)의 기능 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
멀티 채널 합성부(1240)는, 예를 들면, 다운믹스 신호 M을 6개의 채널의 오디오 신호로 분리할 경우, 제1 분리부(1241)와, 제2 분리부(1242)와, 제3 분리부(1243)와, 제4 분리부(1244)와, 제5 분리부(1245)를 구비한다. 또한, 다운믹스 신호 M는, 청취자의 정면에 배치되는 스피커에 대한 정면 오디오 신호 C와, 시청자의 좌전방에 배치되는 스피커에 대한 좌전방 오디오 신호 Lf와, 시청자의 우전방에 배치되는 스피커에 대한 우전방 오디오 신호 Rf와, 시청자의 왼쪽 옆에 배치되는 스피커에 대한 왼쪽 옆 오디오 신호 Ls와, 시청자의 오른쪽 옆에 배치되는 스피커에 대한 오른쪽 옆 오디오 신호 Rs와, 저음 출력용 서브 우퍼 스피커에 대한 저역 오디오 신호 LFE가 다운믹스되어 구성되어 있다.
제1 분리부(1241)는, 다운믹스 신호 M으로부터 제1 다운믹스가 신호 M1과 제4 다운믹스 신호 M4를 분리해 출력한다. 제1 다운믹스 신호 M1은, 정면 오디오 신호 C와, 좌전방 오디오 신호 Lf와, 우전방 오디오 신호 Rf와, 저역 오디오 신호 LFE가 다운믹스되어 구성되어 있다. 제4 다운믹스 신호 M4는, 왼쪽 옆 오디오 신호 LS 와, 오른쪽 옆 오디오 신호 RS가 다운믹스되어 구성되어 있다.
제2 분리부(1242)는, 제1 다운믹스 신호 M1로부터 제2 다운믹스 신호 M2와, 제3 다운믹스 신호 M3을 분리해 출력한다. 제2 다운믹스 신호 M2는, 좌전방 오디오 신호 Lf와, 우전방 오디오 Rf가 다운믹스되어 구성되어 있다. 제3 다운믹스 M3은, 정면 오디오 신호 C와, 저역 오디오 신호 LFE가 다운믹스되어 구성되어 있다.
제3 분리부(1243)는, 제2 다운믹스 신호 M2로부터 좌전방 오디오 신호 Lf와, 우전방 오디오 신호 Rf를 분리해 출력한다.
제4 분리부(1244)는, 제3 다운믹스 신호 M3으로부터 정면 오디오 신호 C와, 저역 오디오 신호 LFE를 분리해 출력한다.
제5 분리부(1245)는, 제4 다운믹스 신호 M4로부터 왼쪽 옆 오디오 신호 Ls와, 오른쪽 옆 오디오 신호 Rs를 분리해 출력한다.
이와 같이, 멀티 채널 합성부(1240)는, 멀티 스테이지의 방법에 의해, 각 분리부에서 1개의 신호를, 2개의 신호로 분리해, 단일 오디오 신호가 분리될 때까지 재귀적으로 신호의 분리를 반복한다.
도 3은, 바이노럴 큐 산출부(1120)의 구성을 나타내는 블록도이다.
바이노럴 큐 산출부(1120)는, 제1 레벨차 산출부(1121), 제1 위상차 산출부(1122) 및 제1 상관 산출부(1123)와, 제2 레벨차 산출부(1124), 제2 위상차 산출 부(1125) 및 제2 상관 산출부(1126)와, 제3 레벨차 산출부(1127), 제3 위상차 산출부(1128) 및 제3 상관 산출부(1129)와, 제4 레벨차 산출부(1130), 제4 위상차 산출부(1131) 및 제4 상관 산출부(1132)와, 제5 레벨차 산출부(1133), 제5 위상차 산출부(1134) 및 제5 상관 산출부(1135)와, 가산기(1136, 1137, 1138, 1139)를 구비한다.
제1 레벨차 산출부(1121)는, 좌전방 오디오 신호 Lf와, 우전방 오디오 신호 Rf 사이의 레벨차를 산출하여, 그 산출 결과인 채널간 레벨차 IID를 나타내는 신호를 출력한다. 제1 위상차 산출부(1122)는, 좌전방 오디오 신호 Lf와, 우전방 오디오 신호 Rf 사이의 위상차를 산출하여, 그 산출 결과인 채널간 위상차 IPD를 나타내는 신호를 출력한다. 제1 상관 산출부(1123)는, 좌전방 오디오 신호 Lf와, 우전방 오디오 신호 Rf 사이의 상관을 산출하여, 그 산출 결과인 채널간 상관 ICC를 나타내는 신호를 출력한다. 가산기(1136)는, 좌전방 오디오 신호 Lf와, 우전방 오디오 신호 Rf를 가산하고, 소정의 계수를 곱셈함으로써, 제2 다운믹스 신호 M2를 생성하고 출력한다.
제2 레벨차 산출부(1124), 제2 위상차 산출부(1125) 및 제2 상관 산출부(1126)는, 상술한 바와 같이, 왼쪽 옆 오디오 신호 LS와, 오른쪽 옆 오디오 신호 RS 사이의 채널간 레벨차 IID, 채널간 위상차 IPD 및 채널간 상관 ICC의 각각을 나 타내는 신호를 출력한다. 가산기(1137)는, 왼쪽 옆 오디오 신호 LS와, 오른쪽 옆 오디오 신호 RS를 가산해 소정의 계수를 곱셈함으로써, 제3 다운믹스 신호 M3을 생성해 출력한다.
제3 레벨차 산출부(1127), 제3 위상차 산출부(1128) 및 제3 상관 산출부(1129)는, 상술한 바와 같이, 정면 오디오 신호 C와, 저역 오디오 신호 LFE 사이의 채널간 레벨차 IID, 채널간 위상차 IPD 및 채널간 상관 ICC의 각각을 나타내는 신호를 출력한다. 가산기(1138)는, 정면 오디오 신호 C와, 저역 오디오 신호 LFE를 가산해 소정의 계수를 곱셈함으로써, 제4 다운믹스 신호 M4를 생성하고 출력한다.
제4 레벨차 산출부(1130), 제4 위상차 산출부(1131) 및 제4 상관 산출부(1132)는, 상술한 바와 같이, 제2 다운믹스 신호 M2와, 제3 다운믹스 신호 M3 사이의 채널간 레벨차 IID, 채널간 위상차 IPD 및 채널간 상관 ICC의 각각을 나타내는 신호를 출력한다. 가산기(1139)는, 제2 다운믹스 신호 M2와, 제3 다운믹스 신호 M3을 가산하여 소정의 계수를 곱셈함으로써, 제1 다운믹스 신호 M1을 생성하여 출력한다.
제5 레벨차 산출부(1133), 제5 위상차 산출부(1134) 및 제5 상관 산출부(1135)는, 상술한 바와 같이, 제1 다운믹스 신호 M1과, 제4 다운믹스 신호 M4 사이의 채널간 레벨차 IID, 채널간 위상차 IPD 및 채널간 상관 ICC의 각각을 나타내 는 신호를 출력한다.
도 4는, 멀티 채널 합성부(1240)의 구성을 나타내는 구성도이다.
멀티 채널 합성부(1240)는, 프리매트릭스 처리부(1251)와, 포스트매트릭스 처리부(1252)와, 제1 연산부(1253) 및 제2 연산부(1255)와, 무상관신호 생성부(1254)를 구비한다.
프리매트릭스 처리부(1251)는, 신호 강도 레벨의 각 채널로의 배분을 나타내는 행렬 R을 바이노럴 큐 정보를 이용해 생성한다.
예를 들면, 프리매트릭스 처리부(1251)는, 다운믹스 신호 M의 신호 강도 레벨과, 제1 다운믹스 신호 M1, 제2 다운믹스 신호 M2, 제3 다운믹스 신호 M3 및 제4 다운믹스 신호 M4의 신호 강도 레벨과의 비율을 나타내는 채널간 레벨차 IID를 이용하고, 벡터 요소 R1[0]~R1[4]에 의해 구성되는 행렬 R1을 생성한다.
제1 연산부(1253)는, 분석 필터부(1230)로부터 출력된 시간／주파수 하이브리드 표현의 다운믹스 신호 M을 입력 신호 x로서 취득하고, 예를 들면 (수식 1) 및 (수식 2)에 나타내는 바와 같이, 그 입력 신호 x와 행렬 R1의 곱을 산출한다. 그리고, 제1 연산부(1253)는, 그 행렬 연산 결과를 나타내는 중간 신호 v를 출력한다. 즉, 제1 연산부(1253)는, 분석 필터부(1230)로부터 출력된 시간／주파수 하이브리드 표현의 다운믹스 신호 M에서 4개의 다운믹스 신호 M1~M4를 분리한다.
［수식 1］
Figure 112008014466418-pct00001
［수식 2］
Figure 112008014466418-pct00002
무상관신호 생성부(1254)는, 중간 신호 v에 대해 올패스필터 처리를 실시함으로써 (수식 3)에 나타내는 바와 같이, 무상관신호 w를 출력한다. 또한, 무상관신호 w의 구성요소 Mrev 및 Mi , rev는 다운믹스 신호 M, Mi에 대해 무상관처리가 실시된 신호이다. 또, 신호 Mrev 및 신호 Mi , rev는, 다운믹스 신호 M, Mi와 동일한 에너지를 가지고, 음이 퍼져 있는 것 같은 인상을 주는 잔향을 포함한다.
［수식 3］
Figure 112008014466418-pct00003
도 5는, 무상관신호 생성부(1254)의 구성을 나타내는 블록도이다.
무상관신호 생성부(1254)는 초기 지연부(D100)와 올패스필터(D200)를 구비한 다.
초기 지연부(D100)는 중간 신호 v를 취득하면 그 중간신호 v를 미리 정해진 시간만 지연시켜, 즉, 위상을 지연시켜 올패스필터(D200)에 출력한다.
올패스필터(D200)는 주파수 진폭 특성에는 변화가 없고, 주파수 위상 특성만 변화시키는 올패스 특성을 가지고, IIR(lnfinite Impulse Response)필터로서 구성되어 있다.
이러한 올패스필터(D200)는 곱셈기(D201~D207)와, 지연기(D221~D223)와, 가감산기(D211~D223)를 구비한다.
도 6은 무상관신호 생선부(1254)의 임펄스 응답을 나타내는 도면이다.
무상관신호 생성부(1254)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 시각 0에 임펄스 신호를 취득해도 시각 t10까지 신호를 출력하지 않고 지연시켜, 시각 t10으로부터 점차 진폭이 작아지는 신호를 잔향으로서 시각 t11까지 출력한다. 즉, 이와 같이 무상관신호 생성부(1254)에서 출력되는 신호 Mrev, Mi , rev는, 다운믹스 신호 M, Mi의 음에 잔향이 부가된 음을 나타낸다.
포스트매트릭스 처리부(1252)는, 잔향의 각 채널로의 배분을 나타내는 행렬 R2을, 바이노럴 큐 정보를 이용해 생성한다.
예를 들면, 포스트매트릭스 처리부(1252)는, 음상(音像)의 폭이나 확산성을 나타내는 채널간 상관 ICC로부터 믹싱 계수 Hij를 도출해, 그 믹싱 계수 Hij로부터 구성되는 행렬 R2를 생성한다.
제2 연산부(1255)는, 무상관신호 w와 행렬 R2의 곱을 산출해, 그 행렬 연산 결과를 나타내는 출력 신호 y를 출력한다. 즉, 제2 연산부(1255)는 무상관신호 w로부터 6개의 오디오 신호 Lf, Rf, Ls, Rs, C, LFE를 분리한다.
예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 좌전방 오디오 신호 Lf는, 제2 다운믹스 신호 M2로부터 분리되기 때문에, 그 좌전방 오디오 신호 Lf의 분리에는, 제2 다운믹스 신호 M2와, 그것에 대응하는 무상관신호 w의 구성요소 M2 , rev가 이용된다. 마찬가지로, 제2 다운믹스 신호 M2는, 제1 다운믹스 신호 M1로부터 분리되기 때문에, 그 제2 다운믹스 신호 M2의 산출에는, 제1 다운믹스 신호 M1과, 그것에 대응하는 무상관신호 w의 구성요소 M1 , rev가 이용된다.
따라서, 좌전방 오디오 신호 Lf는, 아래와 같은 (수식 4)에 의해 나타난다.
［수식 4］
Figure 112008014466418-pct00004
여기에서, (수식 4)중의 Hij ,A는, 제3 분리부(1243)에 있어서의 믹싱 계수이고, Hij,D는 제2 분리부(1242)에 있어서의 믹싱 계수이고, Hij ,E는 제1 분리부(1241)에 있어서의 믹싱 계수이다. 수식 4에 나타내는 3개의 수식은, 이하의 (수식 5)에 나타내는 하나의 벡터 곱셈식으로 정리할 수 있다.
［수식 5］
Figure 112008014466418-pct00005
좌전방 오디오 신호 Lf 이외의 다른 오디오 신호 Rf, C, LFE, Ls, Rs도, 상술한 바와 같은 행렬과 무상관신호 w의 행렬의 연산에 의해 산출된다. 즉, 출력 신호 y는 아래와 같은 (수식 6)에 의해 나타난다.
［수식 6］
Figure 112008014466418-pct00006
도 7은, 다운믹스 신호를 설명하기 위한 설명도이다.
다운믹스 신호는, 통상, 도 7에 나타내는 바와 같이 시간／주파수 하이브리드 표현으로 표현된다. 즉, 다운믹스 신호는, 시간축 방향을 따라 시간 단위인 파라미터 세트 ps로 나눠지고, 또한, 공간축 방향을 따라 서브 밴드 단위인 파라미터 밴드 pb로 나눠져서 표현된다. 따라서, 바이노럴 큐 정보는, 밴드(ps, pb)마다 산출된다. 또, 프리매트릭스 처리부(1251) 및 포스트매트릭스 처리부(1252)는 각각 밴드(ps, pb)마다 행렬 R1(ps, pb)과 행렬 R2(ps, pb)를 산출한다.
도 8은, 프리매트릭스 처리부(1251) 및 포스트매트릭스 처리부(1252)의 상세한 구성을 나타내는 블록도이다.
프리매트릭스 처리부(1251)는, 행렬식 생성부(1251a)와, 내삽(內揷)부(1251b)를 구비한다.
행렬식 생성부(1251a)는, 밴드(ps, pb)마다의 바이노럴 큐 정보로부터, 밴드(ps, pb)마다의 행렬 R1(ps, pb)을 생성한다.
내삽부(1251b)는, 밴드(ps, pb)마다의 행렬 R1(ps, pb)을, 주파수 고분해능 시간 인덱스 n 및 하이브리드 표현의 입력 신호 x의 서브·서브 밴드 인덱스 sb를 따라 매핑, 즉, 내삽한다. 그 결과, 내삽부(1251b)는, (n, sb)마다의 행렬 R1(n, sb)을 생성한다. 이와 같이 내삽부(1251b)는 복수의 밴드의 경계를 건너는 행렬 R1의 천이가 매끄러운 것을 보증한다.
포스트매트릭스 처리부(1252)는 행렬식 생성부(1252a)와 내삽부(1252b)를 구비한다.
행렬식 생성부(1252a)는, 밴드(ps, pb)마다의 바이노럴 큐 정보로부터, 밴드(ps, pb)마다의 행렬 R2(ps, pb)를 생성한다.
내삽부(1252b)는, 밴드(ps, pb)마다의 행렬 R2(ps, pb)를 주파수 고분해능 시간 인덱스 n, 및 하이브리드 표현의 입력 신호 x의 서브·서브 밴드 인덱스 sb를 따라 매핑 즉, 내삽한다. 그 결과, 내삽부(1252b)는 (n, sb)마다의 행렬 R2(n, sb) 를 생성한다. 이와 같이 내삽부(1252b)는, 복수의 밴드의 경계를 건너는 행렬 R1의 천이가 매끄러운 것을 보증한다.
비특허 문헌 1： J, Herre, et al, "The Reference Model Architecture for MPEG Spatial Audio Coding", 118th AES Convention, Barcelona
그러나, 종래의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치에서는 연산 부하가 다대하는 문제가 있다.
즉, 종래의 멀티 채널 합성부(1240)의 프리매트릭스 처리부(1251), 포스트매트릭스 처리부(1252), 제1 연산부(1253) 및 제2 연산부(1255)에 있어서의 연산 부하는 막대한 것이 된다.
그래서, 본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 연산 부하를 경감한 멀티 채널 음향 신호 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 멀티 채널 음향 신호 처리 장치는, m채널(m＞1)의 오디오 신호가 다운믹스되어 구성되는 입력 신호로부터, 상기 m채널의 오디오 신호를 분리하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치로서, 상기 입력 신호에 대해 잔향 처리를 행함으로써, 상기 입력 신호가 나타내는 음에 잔향이 포함되는 음을 나타내는 무상관신호를 생성하는 무상관신호 생성 수단과, 상기 무상관신호 생성 수단에 의해 생성된 무상관신호 및 상기 입력 신호에 대해서, 신호 강도 레벨의 배분 및 잔향의 배분을 나타내는 행렬을 이용한 연산을 행함으로써, 상기 m채널의 오디오 신호를 생성하는 행렬 연산 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 무상관신호가 생성된 후에, 신호 강도 레벨의 배분 및 잔향의 배분을 나타내는 행렬을 이용한 연산이 행해지기 때문에, 종래와 같이 신호 강도 레벨의 배분을 나타내는 행렬의 연산과 잔향의 배분을 나타내는 행렬의 연산을 무상관신호의 생성의 전후로 나누어 행하지 않고, 이들의 행렬 연산을 모아서 행할 수 있다. 그 결과, 연산 부하를 경감할 수 있다. 즉, 신호 강도 레벨의 배분을 행하는 처리가 무상관신호의 생성 후에 실행되어 분리된 오디오 신호와, 신호 강도 레벨의 배분을 행하는 처리가 무상관신호의 생성 전에 실행되어 분리된 오디오 신호와는 유사하다. 따라서, 본 발명에서는 근사 계산을 적용함으로써, 행렬 연산을 모을 수 있는 것이다. 그 결과, 연산에 이용되는 메모리의 용량을 줄일 수 있고, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또, 상기 행렬 연산 수단은, 상기 신호 강도 레벨의 배분을 나타내는 레벨 배분 행렬과, 상기 잔향의 배분을 나타내는 잔향 조정 행렬과의 곱을 나타내는 통합 행렬을 생성하는 매트릭스 생성 수단과, 상기 무상관신호 및 상기 입력 신호에 의해 나타나는 행렬과 상기 매트릭스 생성 수단에 의해 생성된 통합 행렬과의 곱을 산출함으로써, 상기 m채널의 오디오 신호를 생성하는 연산 수단을 구비하는 것을 특징으로 해도 된다.
이에 의해, 통합 행렬을 이용한 행렬 연산을 1회만 행하면, 입력 신호로부터 m채널의 오디오 신호가 분리되기 때문에, 연산 부하를 확실히 경감할 수 있다.
또, 상기 멀티 채널 음향 신호 처리 장치는, 상기 무상관신호 및 통합 행렬에 대한 상기 입력 신호의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 해도 된다. 예를 들면, 상기 위상 조정 수단은, 경시적으로 변화하는 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시킨다.
이에 의해, 무상관신호의 생성에 지연이 생겨도, 입력 신호의 위상이 조정되기 때문에, 무상관신호 및 입력 신호에 대해, 적절한 통합 행렬을 이용한 연산을 행할 수 있고, m채널의 오디오 신호를 적절히 출력할 수 있다.
또, 상기 위상 조정 수단은, 상기 무상관신호 생성 수단에 의해 생성되는 상기 무상관신호의 지연 시간만큼, 상기 통합 행렬 또는 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 해도 된다. 또는, 상기 위상 조정 수단은 상기 무상관신호 생성 수단에 의해 생성되는 상기 무상관신호의 지연 시간에 가장 가까운, 미리 정해진 처리 단위의 정수 배의 처리에 필요한 시간만큼, 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 해도 된다.
이에 의해, 통합 행렬 또는 입력 신호의 지연량이, 무상관신호의 지연 시간과 대략 동일해지기 때문에, 무상관신호 및 입력 신호에 대해, 더 적절한 통합 행렬을 이용한 연산을 행할 수 있고 m채널의 오디오 신호를 더 적절히 출력할 수 있다.
또, 상기 위상 조정 수단은, 미리 정해진 검지 한도 이상으로 프리 에코가 발생할 경우에, 상기 위상을 조정하는 것을 특징으로 해도 된다.
이에 의해, 프리 에코가 검지되는 것을 확실히 막을 수 있다.
또한, 본 발명은, 이러한 멀티 채널 음향 신호 처리 장치로서 실현되는 것이 가능할 뿐만 아니라, 집적회로나, 방법, 프로그램, 그 프로그램을 격납하는 기억 매체로서도 실현할 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치는, 연산 부하를 경감할 수 있다는 작용 효과를 가진다. 즉, 본 발명에서는 비트스트림 신택스의 변형이나, 인식이 가능할 정도의 음질 저하를 일으키는 일 없이, 멀티 채널 음향 디코더의 처리의 복잡성을 경감할 수 있다.
도 1은 종래의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 상술한 멀티 채널 합성부의 기능 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 3은 상술한 바이노럴 큐 산출부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 상술한 멀티 채널 합성부의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 5는 상술한 무상관신호 생성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 상술한 무상관신호 생성부의 임펄스 응답을 나타내는 도면이다.
도 7은 상술한 다운믹스 신호를 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 상술한 프리매트릭스 처리부 및 포스트매트릭스 처리부의 상세한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 상술한 멀티 채널 합성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 상술한 멀티 채널 합성부의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 12는 상술한 간략화된 멀티 채널 합성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 13은 상술한 간략화된 멀티 채널 합성부의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 14는 상술한 멀티 채널 합성부에 의해 출력되는 신호를 설명하기 위한 설명도이다.
도 15는 상술한 변형예 1에 관한 멀티 채널 합성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은 상술한 변형예 1에 관한 멀티 채널 합성부에 의해 출력되는 신호를 설명하기 위한 설명도이다.
도 17은 상술한 변형예 1에 관한 멀티 채널 합성부의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 18은 상술한 변형예 2에 관한 멀티 채널 합성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19는 상술한 변형예 2에 관한 멀티 채널 합성부의 동작을 나타내는 플로차트이다.
[부호의 설명]
100 : 멀티 채널 음향 신호 처리 장치
100a : 멀티 채널 음향 부호화부
100b : 멀티 채널 음향 복호화부
110 : 다운믹스부
120 : 바이노럴 큐 산출부
130 : 오디오 인코더부
140 : 다중화부
150 : 역다중화부
160 : 오디오 디코더부
170 : 분석 필터부
180 : 멀티 채널 합성부
181 : 무상관신호 생성부
182 : 제1 연산부
183 : 제2 연산부
184 : 프리매트릭스 처리부
185 : 포스트매트릭스 처리부
186 : 제3 연산부
187 : 매트릭스 처리부
190 : 합성 필터부
이하, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치(100)는, 연산 부하를 경감한 것으로서, 오디오 신호의 세트에 대한 공간 음향 부호화를 행하여 음향 부호화 신호를 출력하는 멀티 채널 음향 부호화부(100a)와, 그 음향 부호화 신호를 복호화하는 멀티 채널 음향 복호화부(100b)를 구비한다.
멀티 채널 음향 부호화부(100a)는, 1024 샘플이나 2048 샘플 등에 의해 나타난 프레임 단위로 입력 신호(예를 들면, 입력 신호 L, R)를 처리하는 것으로서, 다운믹스부(110)와 바이노럴 큐 산출부(120)와 오디오 인코더부(130)와 다중화부(140)를 구비한다.
다운믹스부(110)는, 2채널의 스펙트럼 표현된 오디오 신호 L, R의 평균을 취함으로써, 즉, M=(L＋R)/2에 의해, 오디오 신호 L, R가 다운믹스된 다운믹스 신호 M을 생성한다.
바이노럴 큐 산출부(120)는, 스펙트럼 밴드마다, 오디오 신호 L, R 및 다운믹스 신호 M을 비교함으로써, 다운믹스 신호 M을 오디오 신호 L, R로 되돌리기 위한 바이노럴 큐 정보를 생성한다.
바이노럴 큐 정보는, 채널간 레벨차(intel-channel level/intensity difference) IID, 채널간 상관(inter－channel coherence／correlation) ICC, 채널간 위상차(inter－channel phase／delay difference) IPD, 및 채널 예측 계수(Channel Prediction Coefficients) CPC를 나타낸다.
일반적으로, 채널간 레벨차 IID는, 음의 밸런스나 정위를 제어하기 위한 정보이고, 채널간 상관 ICC는, 음상의 폭이나 확산성을 제어하기 위한 정보이다. 이들은, 모두 청취자가 청각적 정경을 머릿속에서 구성하는 것을 돕는 공간 파라미터이다.
스펙트럼 표현된 오디오 신호 L, R 및 다운믹스 신호 M는, 「파라미터 밴드」로 이루어지는 통상 복수의 그룹으로 구분되어 있다. 따라서, 바이노럴 큐 정보는, 각각의 파라미터 밴드마다 산출된다. 또한, 「바이노럴 큐 정보」와「공간 파라미터」라는 용어는 자주 동의적으로 이용된다.
오디오 인코더부(130)는, 예를 들면, MP3(MPEG Audio Layer-3)이나, AAC(Advanced Audio Coding) 등에 의해 다운믹스 신호 M을 압축 부호화한다.
다중화부(140)는, 다운믹스 신호 M과 양자화된 바이노럴 큐 정보를 다중화함으로써 비트스트림을 생성해, 그 비트스트림을 상술한 음향 부호화 신호로서 출력한다.
멀티 채널 음향 복호화부(100b)는, 역다중화부(150)와, 오디오 디코더부(160)와, 분석 필터부(170)와, 멀티 채널 합성부(180)와, 합성 필터부(190)를 구비한다.
역다중화부(150)는 상술한 비트스트림을 취득하고 그 비트스트림으로부터 양자화된 바이노럴 큐 정보와 부호화된 다운믹스 신호 M을 분리해 출력한다. 또한, 역다중화부(150)는 양자화된 바이노럴 큐 정보를 역양자화하여 출력한다.
오디오 디코더부(160)는 부호화된 다운믹스 신호 M을 복호화하여 분석 필터 부(170)에 출력한다.
분석 필터부(170)는 다운믹스 신호 M의 표현 형식을, 시간／주파수 하이브리드 표현으로 변환하여 출력한다.
멀티 채널 합성부(180)는, 분석 필터부(170)로부터 출력된 다운믹스 신호 M과 역다중화부(150)로부터 출력된 바이노럴 큐 정보를 취득한다. 그리고, 멀티 채널 합성부(180)는 그 바이노럴 큐 정보를 이용하여, 다운믹스 신호 M으로부터 2개의 오디오 신호 L, R을 시간／주파수 하이브리드 표현으로 복원한다.
합성 필터부(190)는 복원된 오디오 신호의 표현 형식을 시간／주파수 하이브리드 표현에서 시간 표현으로 변환해, 그 시간 표현의 오디오 신호 L, R을 출력한다.
또한, 상술에서는, 2채널의 오디오 신호를 부호화해 복호화하는 예를 들면 본 실시 형태의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치(100)를 설명했지만, 본 실시 형태의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치(100)는, 2채널보다 많은 채널의 오디오 신호(예를 들면 5.1채널 음원을 구성하는 6개 채널의 오디오 신호)를 부호화 및 복호화할 수도 있다.
여기에서, 본 실시 형태에서는, 멀티 채널 음향 복합 처리부(100b)의 멀티 채널 합성부(180)에 특징이 있다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)는, 연산 부하를 경감한 것 으로서, 무상관신호 생성부(181)와 제1 연산부(182)와 제2 연산부(183)와 프리매트릭스 처리부(184)와 포스트매트릭스 처리부(185)를 구비한다.
무상관신호 생성부(181)는, 상술한 무상관신호 생성부(1254)와 동일하게 구성되어 올패스필터(D200) 등을 구비한다. 이러한 무상관신호 생성부(181)는 시간／주파수 하이브리드 표현의 다운믹스 신호 M을 입력 신호 x로서 취득한다. 그리고, 무상관신호 생성부(181)는 그 입력 신호 x에 대해 잔향 처리를 행함으로써, 그 입력 신호 x가 나타내는 음에 잔향이 포함되는 음을 나타내는 무상관신호 w'를 생성하여 출력한다. 즉, 무상관신호 생성부(181)는 입력 신호 x를 나타내는 벡터를 x=(M, M, M, M, M)로서, (수식 7)에 나타내는 바와 같이 무상관신호 w'를 생성한다. 또한, 무상관신호 w'는, 입력 신호 x에 대해 상호 상관이 낮은 신호이다.
［수식 7］
Figure 112008014466418-pct00007
프리매트릭스 처리부(184)는 행렬식 생성부(184a)와, 내삽부(184b)를 구비하고 바이노럴 큐 정보를 취득해, 그 바이노럴 큐 정보를 이용하여 신호 강도 레벨의 각 채널로의 배분을 나타내는 행렬 R을 생성한다.
행렬식 생성부(184a)는 바이노럴 큐 정보의 채널간 레벨차 IID를 이용하여 벡터 요소(R1[1]~R1[5])에 의해 구성되는 상술한 행렬 R1를 밴드(ps, pb)마다 생성 한다. 즉, 행렬 R1은 시간 경과에 따라 변화한다.
내삽부(184b)는, 밴드(ps, pb)마다의 행렬 R1(ps, pb)을, 주파수 고분해능 시간 인덱스 n, 및 하이브리드 표현의 입력 신호 x의 서브·서브 밴드 인덱스 sb에 따라 매핑 즉, 내삽한다. 그 결과 내삽부(184b)는 (n, sb)마다의 행렬 R1(n, sb)을 생성한다. 이와 같이 내삽부(184b)는, 복수의 밴드의 경계를 건너는 행렬 R1의 천이가 매끄러운 것을 보증한다.
제1 연산부(182)는 무상관신호 w'의 행렬과 행렬 R1의 곱을 산출함으로써(수식 8)에 나타내는 바와 같이 중간 신호 z를 생성하여 출력한다.
［수식 8］
Figure 112008014466418-pct00008
포스트매트릭스 처리부(185)는, 행렬식 생성부(185a)와 내삽부(185b)를 구비하고 바이노럴 큐 정보를 취득해, 그 바이노럴 큐 정보를 이용하여 잔향의 각 채널로의 배분을 나타내는 행렬 R2를 생성한다.
행렬식 생성부(185a)는 바이노럴 큐 정보의 채널간 상관 ICC로부터 믹싱 계수 Hij를 도출해, 그 믹싱 계수 Hij로부터 구성되는 상술한 행렬 R2를 밴드(ps, pb)마다 생성한다. 즉, 행렬 R2는 시간 경과에 따라 변화한다.
내삽부(185b)는, 밴드(ps, pb)마다의 행렬 R(ps, pb)을, 주파수 고분해능 시간 인덱스 n, 및 하이브리드 표현의 입력 신호 x의 서브·서브 밴드 인덱스 sb에 따라 매핑 즉, 내삽한다. 그 결과, 내삽부(185b)는 (n, sb)마다의 행렬 R2(n, sb)를 생성한다. 이와 같이 내삽부(185b)는 복수 밴드의 경계를 건너는 행렬 R2의 천이가 매끄러운 것을 보증한다.
제2 연산부(183)는 (수식 9)에 나타내는 바와 같이 중간 신호 z의 행렬과 행렬 R2의 곱을 산출하여, 그 연산 결과를 나타내는 출력 신호 y를 출력한다. 즉, 제2 연산부(183)는, 중간 신호 z로부터, 6개의 오디오 신호 Lf, Rf, Ls, Rs, C, LFE를 분리한다.
［수식 9］
Figure 112008014466418-pct00009
이와 같이 본 실시 형태에서는, 입력 신호 x에 대해 무상관신호 w'가 생성되 고, 그 무상관신호 w'에 대해 행렬 R1을 이용한 행렬 연산을 한다. 즉, 종래는, 입력 신호 x에 대해 행렬 R1을 이용한 행렬 연산이 행해져서, 그 연산 결과인 중간 신호 v에 대해서 무상관신호 w가 생성되지만, 본 실시 형태에서는 그 반대의 순서로 처리를 한다.
그러나, 이와 같이 처리 순서를 반대로 해도 (수식 8)에 나타내는 R1 decorr(x)가, (수식 3)에 나타내는 decorr(v) 즉, decorr(R1x)에 대략 동일한 것을 경험상 알 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서의 제2 연산부(183)에서 행렬 R2의 행렬 연산의 대상이 되는 중간 신호 z는 종래의 제2 연산부(1255)에서 행렬 R2의 행렬 연산의 대상이 되는 무상관신호 w와 대략 동일하다.
따라서, 본 실시 형태와 같이 처리 순서를 종래와 반대로 해도 멀티 채널 합성부(180)는, 종래와 같은 출력 신호 y를 출력할 수 있다.
도 11은 본 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)의 동작을 나타내는 플로차트이다.
우선, 멀티 채널 합성부(180)는, 입력 신호 x를 취득하고(단계 S100), 그 입력 신호 x에 대한 무상관신호 w'를 생성한다(단계 S102). 또, 멀티 채널 합성부(180)는, 바이노럴 큐 정보에 근거해 행렬 R1 및 행렬 R2를 생성한다(단계 S104).
그리고, 멀티 채널 합성부(180)는, 단계 S104에서 생성된 행렬 R1과, 입력 신호 x 및 무상관신호 w'에 의해 나타나는 행렬의 곱을 산출함으로써 즉, 행렬 R1에 의한 행렬 연산을 행함으로써 중간 신호 z를 생성한다(단계 S106).
또한, 멀티 채널 합성부(180)는, 단계 S104에서 생성된 행렬 R2와, 그 중간신호 z에 의해 나타나는 행렬과의 곱을 산출함으로써, 즉, 행렬 R2에 의한 행렬 연산을 행함으로써, 출력 신호 y를 생성한다(단계 S1O6).
이와 같이 본 실시 형태에서는, 무상관신호가 생성된 후에, 신호 강도 레벨의 배분 및 잔향의 배분을 나타내는 행렬 R1 및 행렬 R2를 이용한 연산을 하기 때문에, 종래와 같이 신호 강도 레벨의 배분을 나타내는 행렬 R1을 이용한 연산과 잔향의 배분을 나타내는 행렬 R2를 이용한 연산을 무상관신호의 생성의 전후로 나누어 행하지 않고, 이러한 행렬 연산을 모아서 행할 수 있다. 그 결과, 연산 부하를 경감할 수 있다.
여기에서, 본 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)에서는, 상술한 바와 같이, 동일한 처리 순서가 변경되기 때문에, 도 10에 나타내는 멀티 채널 합성부(180)의 구성을 더 간략화할 수 있다.
도 12는, 간략화된 멀티 채널 합성부(180)의 구성을 나타내는 블록도이다.
이 멀티 채널 합성부(180)는 제1 연산부(182) 및 제2 연산부(183) 대신에 제3 연산부(186)를 구비함과 더불어 프리매트릭스 처리부(184) 및 포스트매트릭스 처리부(185) 대신에 매트릭스 처리부(187)를 구비한다.
매트릭스 처리부(187)는 프리매트릭스 처리부(184)와 포스트매트릭스 처리부(185)를 통합해 구성되고 행렬식 생성부(187a)와, 내삽부(187b)를 구비한다.
행렬식 생성부(187a)는 바이노럴 큐 정보의 채널간 레벨차 IID를 이용하여, 벡터 요소 R1[1]~R1[5]에 의해 구성되는 상술한 행렬 R1을 밴드(ps, pb)마다 생성한다. 또한, 행렬식 생성부(187a)는 바이노럴 큐 정보의 채널간 상관 ICC로부터 믹싱 계수 Hij를 도출하고, 그 믹싱 계수 Hij로 구성되는 상술한 행렬 R2를 밴드(ps, pb)마다 생성한다.
또한, 행렬식 생성부(187a)는 상술한 바와 같이 생성된 행렬 R1과 행렬 R2의 곱을 산출함으로써, 그 산출 결과인 행렬 R2를 통합 행렬로서 밴드(ps, pb)마다 생성한다.
내삽부(187b)는 밴드(ps, pb)마다의 행렬 R3(ps, pb)을 주파수 고분해능 시간 인덱스 n, 및 하이브리드 표현의 입력 신호 x의 서브·서브 밴드 인덱스 sb에 따라 매핑 즉, 내삽한다. 그 결과, 내삽부(187b)는 (n, sb)마다의 행렬 R3(n, sb)을 생성한다. 이와 같이 내삽부(187b)는 복수의 밴드의 경계를 건너는 행렬 R3의 천이가 매끄러운 것을 보증한다.
제3 연산부(186)는 (수식 10)에 나타내는 바와 같이 무상관신호 w' 및 입력 신호 x에 의해 나타나는 행렬과 행렬 R3의 곱을 산출함으로써, 그 산출 결과를 나타내는 출력 신호 y를 출력한다.
［수식 10］
Figure 112008014466418-pct00010
이와 같이 본 실시 형태에서는 내삽부(187b)에 있어서의 내삽 회수(보간 회수)는 종래의 내삽부(1251b) 및 내삽부(1252b)에 있어서의 내삽 회수(보간 회수)와 비교해 대략 반(1/2)이 되고, 제3 연산부(186)에 있어서의 곱셈 회수(행렬 연산의 회수)는, 종래의 제1 연산부(1253) 및 제2 연산부(1255)에 있어서의 곱셈 회수(행렬 연산의 회수)와 비교해 대략 반이 된다. 즉, 본 실시 형태에서는 행렬 R3을 이용한 행렬 연산을 1회만 실시하면 입력 신호 x로부터 복수 채널의 오디오 신호가 분리된다. 한편, 본 실시 형태에서는, 행렬식 생성부(187a)의 처리가 약간 증가한다. 그러나, 행렬식 생성부(187a)에 있어서의 바이노럴 큐 정보의 밴드 분해능(ps, pb)은 내삽부(187b)나 제3 연산부(186)에 있어서 취급되는 밴드 분해능(n, sb)보다 거칠다. 따라서, 행렬식 생성부(187a)의 연산 부하는, 내삽부(187b)나 제3 연산부(186)에 비해, 전체의 연산 부하에 차지하는 비율은 낮다. 따라서, 멀티 채널 합성부(180)의 전체 및 멀티 채널 음향 신호 처리 장치(100)의 전체의 연산 부하를 대폭 삭감할 수가 있다.
도 13은 간략화된 멀티 채널 합성부(180)의 동작을 나타내는 플로차트이다.
우선, 멀티 채널 합성부(180)는 입력 신호 x를 취득하고(단계 S120) 그 입력 신호 x에 대한 무상관신호 w'를 생성한다(단계 S120). 또, 멀티 채널 합성부(180)는, 바이노럴 큐 정보에 근거하고, 행렬 R1 및 행렬 R2의 곱을 나타내는 행렬 R3을 생성한다(단계 S124).
그리고, 멀티 채널 합성부(180)는 단계 S124에서 생성된 행렬 R3과 입력 신호 x 및 무상관신호 w'에 의해 나타나는 행렬과의 곱을 산출함으로써 즉, 행렬 R3에 의한 행렬 연산을 행함으로써, 출력 신호 y를 생성한다(단계 S126).
[변형예 1]
여기에서, 본 실시 형태에 있어서의 제1의 변형예에 대해 설명한다.
상기 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)에서는, 무상관신호 생성부(181)가 무상관신호 w'를 입력 신호 x에 대해 지연시켜 출력하기 때문에, 제3 연산부(186)에 있어서, 연산의 대상이 되는 입력 신호 x와 무상관신호 w'와 행렬 R3을 구성하는 행렬 R1과의 사이에 차이가 생기고 동기가 취해지지 않는다. 또한, 무상관신호 w'의 지연은 그 무상관신호 w'의 생성을 위해 필연적으로 발생한다. 한편, 종래예에서는, 제1 연산부(1253)에 대해 연산의 대상이 되는 입력 신호 x와 행렬 R1 사이에 차이는 생기지 않는다.
따라서, 상기 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)에서는 본래 출력해야 할 이상적인 출력 신호 y를 출력할 수 없는 가능성이 있다.
도 14는 상기 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)에 의해 출력되는 신호를 설명하기 위한 설명도이다.
예를 들면, 입력 신호 x는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 시각 t=0으로부터 출력된다. 또, 행렬 R3을 구성하는 행렬 R1에는, 오디오 신호 L에 기여하는 성분인 행렬 R1L과, 오디오 신호 R에 기여하는 성분인 행렬 R1R이 포함된다. 예를 들면, 행렬 R1L 및 행렬 R1R은 바이노럴 큐 정보에 근거하여, 도 14에 나타내는 바와 같이 시각 t=O이전에는 오디오 신호 R에 레벨이 크게 배분되고, 시각 t=0~t1의 시간에서는 오디오 신호 L에 레벨이 크게 배분되고, 시각 t=t1 이후에서는 오디오 신호 R에 레벨이 크게 배분되도록 설정되어 있다.
여기에서, 종래의 멀티 채널 합성부(1240)에서는, 입력 신호 x와 상술한 행렬 R 사이에 동기가 취해지고 있기 때문에, 입력 신호 x로부터 행렬 R1L과 행렬 R1R에 따라 중간 신호 v가 생성되면 오디오 신호 L에 레벨이 크게 치우치는 중간 신호 v가 생성된다. 그리고, 이 중간 신호 v에 대해 무상관신호 w가 생성된다. 그 결과, 입력 신호 x로부터, 무상관신호 생성부(1254)에 의한 무상관신호 w의 지연 시간 td만 늦고, 잔향을 포함한 출력 신호 yL이 오디오 신호 L로서 출력되고, 오디오 신호 R인 출력 신호 yR는 출력되지 않는다. 이러한 출력 신호 yL, yR이 이상적인 출력의 일례로 생각된다.
한편, 상기 실시 형태에 있어서의 멀티 채널 합성부(180)에서는, 우선, 입력 신호 x로부터 지연 시간 td만큼 늦고, 잔향을 포함한 무상관신호 w'가 출력된다. 여기에서, 제3 연산부(186)에 의해 취급되는 행렬 R3에는, 상술한 행렬 R1(행렬 R1L 및 행렬 R1R)이 포함되어 있다. 따라서, 입력 신호 x와, 무상관신호 w'에 행렬 R3을 이용한 행렬 연산이 행해지면, 입력 신호 x, 무상관신호 w' 및 행렬 R1 사이에 동기가 취해지지 않기 때문에, 오디오 신호 L인 출력 신호 yL은, 시각 t=td~t1의 사이에만 출력되어, 오디오 신호 R인 출력 신호 yR은 시각 t=t1 이후에 출력된다.
이와 같이, 멀티 채널 합성부(180)에서는, 출력 신호 yL만을 출력해야 하지만, 출력 신호 yR도 출력한다. 즉, 채널 세퍼레이션의 열화가 발생한다.
그래서, 본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부는, 무상관신호 w' 및 행렬 R3에 대한 입력 신호 x의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 구비하며, 이 위상 조정 수단은 행렬식 생성부(187d)로부터 출력되는 행렬 R3을 지연시킨다.
도 15는, 본변형예에 관한 멀티 채널 합성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부(180a)는, 무상관신호 생성부(181a)와 제3 연산부(186)와, 매트릭스 처리부(187c)를 구비한다.
무상관신호 생성부(181a)는, 상술한 무상관신호 생성부(181)와 동일한 기능을 가짐과 더불어, 무상관신호 w'의 파라미터 밴드 pb에 있어서의 지연량 TD(pb)를 매트릭스 처리부(187c)에 통지한다. 예를 들면, 지연량 TD(pb)는, 무상관신호 w'의 입력 신호 x에 대한 지연 시간 td와 동일하다.
매트릭스 처리부(187c)는, 행렬식 생성부(187d)와 내삽부(187b)를 구비한다. 행렬식 생성부(187d)는 상술한 행렬식 생성부(187a)와 동일한 기능을 가짐과 더불어 상술한 위상 조정 수단을 구비하며, 무상관신호 생성부(181a)로부터 통지된 지연량 TD(pb)에 따른 행렬 R3을 생성한다. 즉, 행렬식 생성부(187d)는 (수식 11)에 나타내는 행렬 R3을 생성한다.
［수식 11］
Figure 112008014466418-pct00011
도 16은, 본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부(180a)에 의해 출력되는 신호를 설명하기 위한 설명도이다.
행렬 R3에 포함되는 행렬 R1(행렬 R1L 및 행렬 R1R)은, 입력 신호 x의 파라미터 밴드 pb에 대해 지연량 TD(pb)만큼 늦게 행렬식 생성부(187d)로부터 생성된다.
그 결과, 무상관신호 w'가 입력 신호 x로부터 지연 시간 td만큼 늦게 출력되어도, 행렬 R에 포함되는 행렬 R(행렬 R1L 및 행렬 R1R)도 지연량 TD(pb)만큼 늦어진다. 따라서, 이러한 행렬 R1과, 입력 신호 x와, 무상관신호 w' 사이의 차이를 해소하고 동기를 취할 수 있다. 그 결과, 멀티 채널 합성부(180a)의 제3 연산부(186)는 출력 신호 yL만을 시각 t=td에서 출력하고, 출력 신호 yR을 출력하지 않는다. 즉, 제3 연산부(186)는, 이상적인 출력 신호 yL, yR을 출력할 수 있다. 따라서, 본 변형예에서는 채널 세퍼레이션의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 본 변형예에서는 지연 시간 td=지연량 TD(pb)로 했지만 이들을 다르게 해도 된다. 또, 행렬식 생성부(187d)는 소정 처리 단위(예를 들면, 밴드(ps, pb))마다 행렬 R3을 생성하므로, 지연량 TD(ph)를 지연 시간 td에 가장 가까운 그 소정 처리 단위의 정수배의 처리에 필요한 시간으로 해도 된다.
도 17은, 본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부(180a)의 동작을 나타내는 플로차트이다.
우선, 멀티 채널 합성부(180a)는 입력 신호 x를 취득하고(단계 S140) 그 입력 신호 x에 대한 무상관신호 w'를 생성한다(단계 S142). 또, 멀티 채널 합성부(180a)는 바이노럴 큐 신호에 근거하여 행렬 R1 및 행렬 R2의 곱을 나타내는 행렬 R3을 지연량 TD(pb)만큼 지연시켜 생성한다(단계 S144). 환언하면, 멀티 채널 합성부(180a)는, 행렬 R3에 포함되는 행렬 R1을 위상 조정 수단에 의해 지연량 TD(pb)만큼 지연시킨다.
그리고, 멀티 채널 합성부(180a)는 단계 S144에서 생성된 행렬 R3과 입력 신호 및 무상관신호 w'에 의해 나타나는 행렬과의 곱을 산출함으로써 즉, 행렬 R3에 의한 행렬 연산을 행함으로써 출력 신호 y를 생성한다(단계 S146).
이와 같이 본 변형예에서는 행렬 R3에 포함되는 행렬 R1을 지연시킴으로써, 입력 신호 x의 위상을 조정하기 때문에, 무상관신호 w' 및 입력 신호 x에 대해, 적절한 행렬 R3을 이용한 연산을 행할 수 있고, 출력 신호 y를 적절히 출력할 수 있 다.
[변형예 2]
여기에서, 본 실시 형태에 있어서의 제2의 변형예에 대해 설명한다.
본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부는 상술한 변형예 1에 관한 멀티 채널 합성부와 동일하게 무상관신호 w' 및 행렬 R3에 대한 입력 신호 x의 위상을 조정하는 위상 조정 수단을 구비한다. 그리고, 본 변형예에 관한 위상 조정 수단은, 입력 신호 x의 제3 연산부(186)로의 입력을 지연시킨다. 이에 의해 본 변형예에 대해서도 상술한 바와 같이 채널 세퍼레이션의 열화를 억제할 수 있다.
도 18은 본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부(180b)는 입력 신호 x의 제3 연산부(186)로의 입력을 지연시키는 위상 조정 수단인 신호 지연부(189)를 구비한다. 신호 지연부(189)는 예를 들면 무상관신호 생성부(181)의 지연 시간 td만큼 입력 신호 x를 지연시킨다.
이에 의해, 본변형예에서는, 무상관신호 w'가 입력 신호 x로부터 지연 시간 td만큼 늦게 출력되어도, 입력 신호 x의 제3 지연부(186)로의 입력도 지연 시간 td만 지연되기 때문에 행렬 R3을 구성하는 행렬 R1과 입력 신호 x와 무상관신호 w'와의 사이의 차이를 해소하고 동기를 취할 수 있다. 그 결과, 멀티 채널 합성부(180a)의 제3 연산부(186)는 도 16에 나타내는 바와 같이 출력 신호 yL만을 시각 t=td로부터 출력하고, 출력 신호 yR를 출력하지 않는다. 즉, 제3 연산부(186)는 이 상적인 출력 신호 yL, yR을 출력할 수 있다. 따라서, 채널 세퍼레이션의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 본 변형예에서도, 지연 시간 td=지연량 TD(pb)로 했지만, 이들을 다르게 해도 된다. 또, 신호 지연부(189)가 소정 처리 단위(예를 들면, 밴드(ps, pb))마다 지연 처리를 할 경우에는, 지연량 TD(pb)을, 지연 시간 td에 가장 가까운, 그 소정 처리 단위의 정수 배의 처리에 필요한 시간으로 해도 된다.
도 19는, 본 변형예에 관한 멀티 채널 합성부(180b)의 동작을 나타내는 플로차트이다.
우선, 멀티 채널 합성부(180b)는, 입력 신호 x를 취득하고(단계 S160), 그 입력 신호 x에 대한 무상관신호 w'를 생성한다(단계 S162). 또한, 멀티 채널 합성부(180b)는 입력 신호 x를 지연시킨다(단계 S164).
또, 멀티 채널 합성부(180b)는, 바이노럴 큐 정보에 근거하여, 행렬 R1 및 행렬 R2의 곱을 나타내는 행렬 R3을 생성한다(단계 S166).
그리고, 멀티 채널 합성부(180b)는, 단계 S166에서 생성된 행렬 R3과, 단계 S164에서 지연된 입력 신호 x 및 무상관신호 w'에 의해 나타나는 행렬의 곱을 산출함으로써, 즉, 행렬 R3에 의한 행렬 연산을 행함으로써, 출력 신호 y를 생성한다(단계 S168).
이와 같이, 본 변형예에서는, 입력 신호 x를 지연시킴으로써 입력 신호 x의 위상을 조정하기 때문에 무상관신호 w' 및 입력 신호 x에 대해 적절한 행렬 R3을 이용한 연산을 행할 수 있고 출력 신호 y를 적절히 출력할 수 있다.
이상, 본 발명에 관한 멀티 채널 음향 신호 처리 장치에 대해 실시 형태 및 그 변형예를 이용해 설명했지만 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 변형예 1 및 변형예 2에 있어서의 위상 조정 수단은 미리 정해진 검지 한도 이상으로 프리 에코가 발생할 경우에 한해 위상을 조정해도 된다.
즉, 상술한 변형예 1에서는 행렬식 생성부(187d)에 포함되는 위상 조정 수단이 행렬 R3을 지연시키고, 상술한 변형예 2에서는 위상 조정 수단인 신호 지연부(189)가 입력 신호 x를 지연시켰다. 그러나, 그러한 위상 지연 수단은 프리 에코가 상기 검지 한도 이상으로 발생할 경우에 한해 지연시켜도 된다. 이 프리 에코는 충격음의 직전에 발생하는 노이즈로서 무상관신호 w'의 지연 시간 td에 따라 발생하기 쉬워진다. 이에 의해, 프리 에코가 검지되는 것을 확실히 막을 수 있다.
또, 멀티 채널 음향 신호 처리 장치(100)나, 멀티 채널 음향 부호화부(100a), 멀티 채널 음향 복호화부(100b), 멀티 채널 합성부(180, 180a, 180b), 또한, 이들에 포함되는 각 구성요소를, LSI(Large Scale Integration) 등의 집적회로에 의해 구성해도 된다. 또한, 본 발명은 이러한 장치 및 각 구성 요소에 있어서의 동작을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로서도 실현할 수 있다.
본 발명의 멀티 채널 음향 신호 처리 장치는, 연산 부하를 경감할 수 있는 효과를 가지고, 예를 들면, 홈시어터(home theater) 시스템, 차량 설치 음향 시스템 및 전자 게임 시스템 등에 적용 가능하고, 특히 방송 등의 낮은 비트 레이트의 응용에 대해 유용하다.

Claims (14)

  1. m채널(m＞1)의 오디오 신호가 다운믹스되어 구성되는 입력 신호로부터, 상기 m채널의 오디오 신호를 분리하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치로서,
    상기 입력 신호에 대해 잔향 처리를 행함으로써, 상기 입력 신호가 나타내는 음에 잔향이 포함되는 음을 나타내는 무상관신호를 생성하는 무상관신호 생성 수단과,
    상기 무상관신호 생성 수단에 의해 생성된 무상관신호 및 상기 입력 신호에 대해, 신호 강도 레벨의 배분을 나타내는 레벨 배분 행렬과 잔향의 배분을 나타내는 잔향 조정 행렬의 곱을 나타내는 통합 행렬을 생성하는 매트릭스 생성 수단과,
    상기 무상관신호 및 통합 행렬에 대한 상기 입력 신호의 위상을 조정하는 위상 조정 수단과,
    상기 위상 조정 수단에 의해 위상이 조정된 상기 입력 신호 및 상기 무상관 신호에 의해 나타나는 행렬과, 상기 매트릭스 생성 수단에 의해 생성된 통합 행렬의 곱을 산출함으로써, 상기 m채널의 오디오 신호를 생성하는 행렬 연산 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상 조정 수단은, 경시적으로 변화하는 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 위상 조정 수단은, 상기 무상관신호 생성 수단에 의해 생성되는 상기 무상관신호의 지연 시간만큼, 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 위상 조정 수단은, 상기 무상관신호 생성 수단에 의해 생성되는 상기 무상관신호의 지연 시간에 가장 가까운, 미리 정해진 처리 단위의 정수배의 처리에 필요한 시간만큼, 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으 로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상 조정 수단은, 미리 정해진 검지 한도 이상으로 프리 에코가 발생할 경우에, 상기 위상을 조정하는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 장치.
  8. m채널(m＞1)의 오디오 신호가 다운믹스되어 구성되는 입력 신호로부터 상기 m채널의 오디오 신호를 분리하는 멀티 채널 음향 신호 처리 방법으로서,
    상기 입력 신호에 대해서 잔향 처리를 행함으로써, 상기 입력 신호가 나타내는 음에 잔향이 포함되는 음을 나타내는 무상관신호를 생성하는 무상관신호 생성 단계와,
    상기 무상관신호 생성 단계에서 생성된 무상관신호 및 상기 입력 신호에 대해, 신호 강도 레벨의 배분을 나타내는 레벨 배분 행렬과 잔향의 배분을 나타내는 잔향 조정 행렬의 곱을 나타내는 통합 행렬을 생성하는 매트릭스 생성 단계와,
    상기 무상관신호 및 통합 행렬에 대한 상기 입력 신호의 위상을 조정하는 위상 조정 단계와,
    상기 위상 조정 단계에서 조정된 상기 입력 신호 및 상기 무상관 신호에 의해 나타나는 행렬과, 상기 매트릭스 생성 단계에서 생성된 통합 행렬의 곱을 산출함으로써, 상기 m채널의 오디오 신호를 생성하는 행렬 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 8에 있어서,
    경시적으로 변화하는 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 무상관신호 생성 단계에서 생성되는 상기 무상관신호의 지연 시간만큼, 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 무상관신호 생성 단계에서 생성되는 상기 무상관신호의 지연 시간에 가장 가까운, 미리 정해진 처리 단위의 정수배의 처리에 필요한 시간만큼, 상기 통합 행렬 또는 상기 입력 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    미리 정해진 검지 한도 이상으로 프리 에코가 발생할 경우에, 상기 위상을 조정하는 것을 특징으로 하는 멀티 채널 음향 신호 처리 방법.
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