KR20070008232A - 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 디코딩된 디지털 오디오 데이터를 제어신호에 따른 배속율로 PCM 데이터를 변환하는 오디오 TSM부; 및 상기 오디오 TSM 부가 변환한 오디오 신호에 따라 디코딩된 디지털 비디오 데이터의 프레임 수를 변환하는 비디오 TSM부를 포함하여 구성되는 디지털 멀티미디어 재생 기기가 TSM 알고리즘에 의해 배속 조절되는 오디오 신호에 따라 비디오 프레임수를 변환함으로써 자연스러운 화면과 소리를 제공할 수 있도록 한다.
디지털 멀티미디어, 배속, 오디오, TSM, 비디오
Description
도 1은 종래의 DVD 플레이어의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 프레임 배속 조절 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 배속 조절 방법의 동작 순서도이다.
도 4는 본 발명이 실시 예에 따른 비디오 프레임 배속 조절 방법의 동작 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 멀티미디어 프레임 배속 조절의 오디오 및 비디오 데이터의 변경을 나타낸다.
본 발명은 음성 처리 시스템에 관한 것으로서, 특히 재생 속도에 따라 화면과 소리가 자연스럽게 재생되도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 재생 중 속도 조절시 화면의 배속율을 소리 쪽의 배속율에 맞추어 업 샘플링(Up-sampling)/다운 샘플링(Down-sampling)방법을 통해 조절하는 장치 및 방법이다.
TSM(Time Scale Modification) 알고리즘은 디지털 신호의 빠르기를 조절해주는 방법으로써 어학용이나 신호압축 등에 적용되어지고 있다.
TSM 알고리즘의 가장 기본적인 형태인 업 샘플링/다운 샘플링은 사람의 목소리나 음악신호의 음질을 크게 떨어뜨려 이후 OLA, SOLA, PSOLA 및 WSOLA 등의 다양한 알고리즘으로 음성이나 음악의 음질을 크게 떨어뜨리지 않고 속도 조절을 할 수 있도록 한다.
즉, 음성(Speech) 및 오디오(Audio)의 속도를 음색의 큰 변화 없이 제어하는 음성 신호의 변속 재생은 재생속도의 변경이 있더라고 음색의 변질이나 손실 없이 사람이 빨리 혹은 천천히 이야기하는 것처럼 들리게 하는 기법이다.
음성 및 오디오의 정확한 배율의 속도 조절이 응용된 경우를 보면, DTV의 타임 쉬프트(Time Shift) 기능의 비디오와 정확한 동기가 맞추어져야하며, MP3 플레이어, 멀티미디어 플레이어, 휴대폰 등의 경우에서도 속도 조절에서 배속율을 정확히 맞추어 주는 것은 매우 중요하다.
음성 및 오디오의 속도를 음색의 큰 변화 없이 제어하는 방법은 1985년 미국의 Salim Roucos가 OLA와 SOLA 알고리즘을 제안하면서 급격히 발전하였고, OLA의 기본 개념은 도 1에서 축소(Compress)와 확장(Expand)으로 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이 타임 스케일(Time Scale)의 확장은 실제 재생시 느리게 재생되게 되며, 축소(압축)는 반대로 빠르게 재생되는 효과가 있다.
TSM은 시간 축에서 입력신호를 압축하거나 확장하여 신호의 재생속도를 변화시키는 것으로서, 음악 재생기기에서 템포의 변환, 외국어 학습을 위한 음성 속도의 변환, 데이터 압축 및 복원(MPEGx, H.26x 등) 등 다양한 분야에 응용된다. 특히 MP3 플레이어, 멀티미디어 플레이어, 휴대폰 등에도 적용된다.
TSM 알고리즘은 시간 축을 변환하는 방법으로 크게 시간 영역방법과 주파수 영역방법으로 나눌 수 있다
대표적인 시간 영역방법으로는 입력신호를 윈도우(window) 단위로 세그먼테이션 하여 이웃한 윈도우 간에 소정의 연산 과정(overlap amp; add)을 거쳐 입력신호를 압축하거나 확장하는 OLA 알고리즘과, 이웃한 윈도우 간의 피치(pitch) 동기를 이용하여 상기와 같은 연산을 함으로써 OLA의 클리킹(clicking) 현상(압축시)과 반향(reverberation) 현상(확장시)의 단점을 극복하여 보다 자연스러운 출력 음성을 얻을 수 있도록 하는 SOLA 알고리즘과, 다양한 SOLA 변형 알고리즘이 존재한다.
그리고 대표적인 주파수 영역방법으로는 STFT를 이용한 그리핀 앤드 림(Griffin and Lim) 알고리즘 등이 있다.
상기 SOLA 알고리즘은 시간영역에서 템포를 변환시키는 대표적인 방법으로 이웃한 윈도우간의 피치정보를 이용하여 'overlap-add'연산을 수행함으로써 기존 OLA 방법의 단점을 개선한 알고리즘이다.
Roucos의 SOLA나 이후에 제안된 PSOLA/WSOLA 등은 다양한 방법으로 최적의 OLA 위치를 찾아주는 방법에 관한 이론으로써 다양한 형태로 발전되었다.
그러나 현재의 DVD 플레이어에서는 재생 속도를 조절하는 경우, 화면 재생만 을 조절할 수 있으며 소리는 들려주지 않는 방식을 이용하고 있다.
따라서 DVD를 통해 멀티미디어를 감상하는 경우 사용자가 2배속 또는 0.5배속으로 속도 조절을 하여도 화면만 조절되고 소리가 들리지 않으므로 불편함을 초래한다.
본 발명의 목적은 재생의 배속율을 0.5배에서 2.0 사이로 정할 수 있고, 자연스럽게 화면과 소리가 재생되는 디지털 영상 기기의 기능을 제공하기 위한 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 TSM 알고리즘을 이용하여 디지털 영상 기기의 재생 시 소리쪽 신호를 0.5배에서 2.0 배사이의 배속율로 자연스럽고 정확하게 조절할 수 있도록 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 디지털 영상 기기의 재생 중 속도 조절시 화면 배속율을 소리 배속율에 맞추어 업 샘플링/다운 샘플링할 수 있도록 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치는,
디지털 멀티미디어 재생 배속 조절을 위한 장치에 있어서, 디코딩된 디지털 오디오 데이터를 제어신호에 따른 배속율로 PCM 데이터를 변환하는 오디오 TSM부; 및 상기 오디오 TSM 부가 변환한 오디오 신호에 따라 디코딩된 디지털 비디오 데이 터의 프레임 수를 변환하는 비디오 TSM부를 포함한다.
또한 상기 본 발명의 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치에 있어서, 상기 오디오 TSM부는 TSM 알고리즘에 의해 선택된 채널의 오디오 데이터를 변환하고, 선택되지 않은 채널의 오디오데이터를 0x0로 변환하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 본 발명의 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치에 있어서, 상기 비디오 TSM부는 상기 오디오 TSM부가 변환한 오디오 신호의 배속율에 따라 비디오 프레임의 삭제 또는 삽입을 수행하여 프레임 수를 변환하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 본 발명의 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법에 있어서, 디지털 멀티미디어의 재생 배속 조절 방법에 있어서, 디코딩된 오디오 데이터를 로딩 하여 제어신호에 따른 배속율로 TSM 알고리즘에 따라 변환하는 단계; 상기 변환된 오디오 데이터의 배속율에 따라 디코딩된 오디오 데이터의 프레임수를 변환하는 단계; 및 상기 변환된 오디오 데이터 및 비디오 데이터의 싱크를 동기화하여 출력하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법에 있어서, 상기 제어신호에 따른 배속율이 1보다 작은 경우 TSM 확장을 적용하여 느리게 재생을 수행하고, 상기 배속율이 1보다 큰 경우 TSM 축소를 적용하여 빠르게 재생을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명의 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법에 있어서, 상기 비디오 데이터의 프레임은 상기 오디오 데이터의 배속율에 따라 선택된 프레임을 삭제 하거나, 복사하여 삽입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명의 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법에 있어서, 상기 비디오 데이터의 프레임 수는 다음의 식에 의해 정해지며, 정수배가 아닌 경우 반올림하여 정하는 것을 특징으로 한다.
<< V_N' == V_N *(S_N'/S_N)>>
이때, 상기 V_N 은 원래 비디오 프레임의 수, V_N'은 변환된 비디오 프레임의 수, S_N'/S_N은 오디오 데이터의 배속율을 나타낸다.
또한, 상기 본 발명의 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법에 있어서, 상기 싱크는 정해진 단위를 기준으로 오디오 데이터 및 비디오 데이터의 싱크를 동기화하는 것을 특징으로 한다.
언급된 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법은 디지털 영상 기기의 재생에서 0.5배에서 2.0배까지의 배속율로 소리와 화면이 자연스럽게 조절될 수 있도록 하며, 이하에서는 도면을 참조하여 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서 종래에 공지가 되어 알려진 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 프레임 배속 조절 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, DVD 미디어의 데이터를 로딩하여 디코딩하기 위한 DVD 디코딩부(210)와, 상기 DVD 디코딩부(210)가 디코딩한 DVD 데이터에서 비디오 데이터를 처리하는 비디오 처리부는 비디오 데이터가 저장되는 비디오 데이터부(220)와 오디오 속도 조절에 따라 비디오 프레임을 조절하는 비디오 TSM부(230) 및 비디오 TSM부(230)가 출력하는 비디오 프레임을 화면에 출력하는 비디오 출력부(24))를 포함하여 구성된다.
그리고 오디오 데이터를 처리하는 오디오 처리부는 오디오 데이터가 저장되는 오디오 데이터부(250)와, 상기 오디오 데이터부(250)에 저장된 오디오 신호를 제어신호에 따라 빠르게 혹은 느리게 조절하는 오디오 TSM부(260)와, 상기 TSM 부(240)에 의해 속도가 조절된 디지털 오디오 신호를 아날로그로 변환하는 DAC(270)와, 상기 DAC(270)가 변환한 아날로그 오디오 신호를 출력하는 다수의 스피커(280)를 포함한다.
상기 DAC(270)가 5.1채널의 오디오 신호를 출력한다고 가정할 때, 스피커(280)는 좌, 우 채널(281, 282)과, 가운데 채널(283)과, 서라운드 좌, 우 채널(284, 285) 및 우퍼(286)를 포함하게 된다.
우선, 오디오 처리부의 오디오 TSM부(260)는 TSM 알고리즘에 의해 0.5배에서 2.0배속까지의 오디오 신호를 압축 또는 확장한다.
이때, 오디오 신호의 압축 또는 확장은 복수개의 채널 중 TSM 알고리즘에 의해 선택되는 채널만을 수행하며, 나머지 채널의 오디오 신호는 0x0으로 변경하여 조절된다.
압축 또는 확장된 오디오 신호는 DAC(270)가 수신하여 아날로그 오디오 신호로 변환하고, 변환된 오디오 신호는 채널별로 스피커(280)를 통해 출력된다.
또한, 상기 비디오 TSM부(230)는 비디오 프레임을 오디오 TSM부(260)가 처리 하는 오디오 신호와 맞추어 조절하게 된다.
즉, 원래 소리 부분의 PCM 데이터가 S_N에서 속도 조절을 거쳐 S_N'로 변환되면, 비디오 TSM부(230)는 비디오 프레임을 V_N에서 V_N'으로 만든다.
이때, 상기 V_N'는 V_N ㅧ (S_N/S_N')로 계산할 수 있으며, V_N'이 정수값이 나오지 않는 경우는 반올림하여 처리한다.
또한, 상기 복호화 단위마다 화면의 싱크를 맞추어 주어 자연스럽게 처리되도록 한다.
상기한 오디오 및 비디오의 배속 조절을 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 오디오 배속 조절 방법의 동작 순서도이고, 도 4는 본 발명이 실시 예에 따른 비디오 프레임 배속 조절 방법의 동작 순서도이다.
도 3을 참조하면, 오디오 배속을 조절하기 위해서 제어신호에 의해 배속 조절 명령이 전달되면, DVD 디코딩부(210)는 1프레임(frame)의 오디오 부분을 디코딩한다(S301). 이때 1프레임은 디코딩의 한 단위를 나타낸다.
또한, 정확히 설명하자면, 상기 DVD 디코딩부(210)는 디지털 멀티미디어 미디어(DVD 등)에서 1프레임의 비디오와 오디오를 동시에 로딩하여 디코딩하고 각각 비디오 데이터부(220)와 오디오 데이터부(250)에 저장하게 된다.
오디오 TSM부(260)는 오디오 데이터부(250)에 저장된 오디오 PCM 데이터를 각 채널별로 로딩한다(S302). 이때 오디오 데이터는 S_N개로 샘플링 되어 있다.
오디오 TSM부(260)는 로딩한 오디오 PCM 데이터중 TSM 알고리즘에 의해 선택 되는 채널만을 S_N 개의 PCM 데이터에서 S_N'개로 변환한다(S303).
이때, 상기 오디오 TSM부(260)가 TSM 알고리즘에 의해 오디오 PCM 데이터를 변환하는 것은 업 샘플링/다운 샘플링과 OLA/SOLA/WSOLA/"Optimized AMDF & OLA" 등 다양한 방법이 있으며 TSM의 품질을 좋게 하기 위해서는 OLA/SOLA/WSOLA/"Optimized AMDF & OLA" 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기한 알고리즘은 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고 오디오 TSM부(260)는 선택되지 않은 채널의 PCM 데이터를 모두 0x0으로 변경하여 소리 제거한다(S304).
상기 단계 S303 및 S304에 의해 변환된 오디오 PCM 데이터는 DAC(270)로 입력되며, 각 채널에 따라 스피커(280)를 통해 출력된다(S305).
만약 상기 오디오 TSM부(260)가 서라운드 좌, 우 채널의 오디오 PCM 데이터만을 S_N'개로 변환하여 출력하였다면 사용자는 서라운드 좌, 우 채널 스피커(284, 285)를 통해서만 조절된 오디오출력을 들을 수 있을 것이다.
그리고 처리할 데이터가 더 있다면(S306), 상기 단계 S301 내지 단계 305의 과정을 통해 오디오 배속 조절을 수행한다.
상기한 오디오 배속 조절에 따른 비디오 프레임의 배속 조절은 도 4를 참조하여 설명하겠다.
도 4를 참조하면, 상기 도 3에서 설명한 바와 같이 DVD 디코딩부(210)가 디지털 멀티미디어 데이터를 디코딩하여 비디오 데이터를 비디오 데이터부(220)에 저 장하면, 비디오 TSM부(230)가 프레임을 조절한다.
먼저 비디오 TSM부(230)는 1프레임의 비디오 부분을 디코딩하여 로딩하고(S401), V_N 개의 프레임을 오디오 배속 조절에 맞도록 V_N'개로 변환한다(S402).
상기 V_N'는 다음의 수학식 1에 의해 구해질 수 있다.
그리고 비디오 TSM부(230)가 V_N'로 프레임수를 변환하는 방식은 V_N 개의 비디오 프레임 중에서 정해진 규칙에 따라 선택되는 프레임을 삭제하거나 복사함으로써 가능하다.
예를 들어, 오디오 배속 조절이 2.0배로 되는 경우는 짝수(또는 홀수) 번째 프레임을 삭제하고, 오디오 배속 조절이 0.5배로 되는 경우는 앞의 프레임을 복사하여 다음 프레임과의 사이에 집어넣는 방법으로 프레임 수를 변환한다.
또한, 상기 프레임 수의 변환은 V_N'가 정수배로 나누어지지 않을 경우 반올림하여 처리하도록 하기 때문에 오디오 싱크와 어긋날 수 있는 문제가 있는데, 이는 디코딩 단위마다 오디오 배속 조절과의 싱크를 맞추어 싱크가 어긋나지 않도록 한다(S403).
상기한 도 3 및 도 4에서 설명한 바와 같은 디지털 멀티미디어 배속 조절을 실제 데이터를 이용하여 나타내면 도 5와 같다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 멀티미디어 프레임 배속 조절의 오디오 및 비디오 데이터의 변경을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 오디오 데이터와 비디오 데이터가 각각 본 데이터(a)와 같은 모양으로 나타날 때 2배속의 TSM 데이터(b)에서는 오디오 데이터가 압축된 모양으로 나타나며, 비디오 데이터는 짝수 번째의 프레임을 제거하여 싱크를 맞춘 것을 알 수 있다.
또한, 0.5배속 TSM 데이터(c)에서는 오디오 데이터가 2배로 길게 확장되어있는 모양과, 각각의 프레임을 복사하여 다음 프레임과의 사이에 삽입한 비디오 데이터의 모양을 알 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법은 TSM 알고리즘을 이용하여 오디오 데이터의 배속 조절을 수행하고, 이에 맞추어 비디오 데이터의 배속을 조절하도록 함으로써 화면과 소리가 자연스럽게 재생되도록 하는 특징이 있으며, 본 발명을 올바르게 이해하는 당업자는 본 발명의 사상 범위 내에서 구성 요소의 취사선택에 의해서 또 다른 실시 예를 만들어 내는 것은 쉬운 일이다.
상기된 바와 같은 본 발명에 따른 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법은 TSM 알고리즘을 이용하여 오디오 데이터의 배속 조절을 수행하고, 이에 맞추어 비디오 데이터의 배속을 조절하도록 함으로써 소리 배속율에 화면 배속율을 맞추도록 하여 화면과 소리가 자연스럽게 재생되도록 하는 효과가 있다.
Claims (8)
- 디지털 멀티미디어 재생 배속 조절을 위한 장치에 있어서,디코딩된 디지털 오디오 데이터를 제어신호에 따른 배속율로 PCM 데이터를 변환하는 오디오 TSM부; 및상기 오디오 TSM 부가 변환한 오디오 신호에 따라 디코딩된 디지털 비디오 데이터의 프레임 수를 변환하는 비디오 TSM부;를 포함하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치
- 제 1항에 있어서,상기 오디오 TSM부는 TSM 알고리즘에 의해 선택된 채널의 오디오 데이터를 변환하고, 선택되지 않은 채널의 오디오데이터를 0x0로 변환하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 비디오 TSM부는 상기 오디오 TSM부가 변환한 오디오 신호의 배속율에 따라 비디오 프레임의 삭제 또는 삽입을 수행하여 프레임 수를 변환하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치.
- 디지털 멀티미디어의 재생 배속 조절 방법에 있어서,디코딩된 오디오 데이터를 로딩 하여 제어신호에 따른 배속율로 TSM 알고리즘에 따라 변환하는 단계;상기 변환된 오디오 데이터의 배속율에 따라 디코딩된 오디오 데이터의 프레임수를 변환하는 단계; 및상기 변환된 오디오 데이터 및 비디오 데이터의 싱크를 동기화하여 출력하는 단계를 포함하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법.
- 제 4항에 있어서,상기 제어신호에 따른 배속율이 1보다 작은 경우 TSM 확장을 적용하여 느리게 재생을 수행하고, 상기 배속율이 1보다 큰 경우 TSM 축소를 적용하여 빠르게 재생을 수행하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법.
- 제 4항에 있어서,상기 비디오 데이터의 프레임은 상기 오디오 데이터의 배속율에 따라 선택된 프레임을 삭제 하거나, 복사하여 삽입하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법.
- 제 4항에 있어서,상기 비디오 데이터의 프레임 수는 다음의 식에 의해 정해지며, 정수배가 아 닌 경우 반올림하여 정하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법.<< V_N' == V_N *(S_N'/S_N)>>이때, 상기 V_N 은 원래 비디오 프레임의 수, V_N'은 변환된 비디오 프레임의 수, S_N'/S_N은 오디오 데이터의 배속율을 나타낸다.
- 제 4항에 있어서,상기 싱크는 정해진 단위를 기준으로 오디오 데이터 및 비디오 데이터의 싱크를 동기화하는 것을 특징으로 하는 디지털 멀티미디어 배속 조절 방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050063298A KR20070008232A (ko) | 2005-07-13 | 2005-07-13 | 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법 |
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KR1020050063298A KR20070008232A (ko) | 2005-07-13 | 2005-07-13 | 디지털 멀티미디어 배속 조절 장치 및 방법 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100782261B1 (ko) * | 2006-05-18 | 2007-12-04 | 엘지전자 주식회사 | 오디오 배속 조절 기반 비디오 동기화방법 |
KR101298658B1 (ko) * | 2007-03-16 | 2013-08-21 | 삼성전자주식회사 | 재생속도 조절기능을 구비한 오디오 재생장치 및 그 방법 |
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2005
- 2005-07-13 KR KR1020050063298A patent/KR20070008232A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100782261B1 (ko) * | 2006-05-18 | 2007-12-04 | 엘지전자 주식회사 | 오디오 배속 조절 기반 비디오 동기화방법 |
KR101298658B1 (ko) * | 2007-03-16 | 2013-08-21 | 삼성전자주식회사 | 재생속도 조절기능을 구비한 오디오 재생장치 및 그 방법 |
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