KR20110102719A - 오디오 업믹싱 장치 및 방법 - Google Patents

오디오 업믹싱 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 7.1채널 오디오 시스템에서 5.1채널 오디오 신호를 처리하기 위해 고안된 것으로, 측면 채널에 대한 7.1채널 오디오 정보는 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널과 후면 채널을 이용하여 생성하고 후면 채널에 대한 7.1 채널 오디오 정보는 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호에 대해 비상관기(decorrelator)를 이용하여 생성함으로써 기존 5.1채널 오디오 신호보다 폰은 입체음향 사운드와 풍부한 음장 효과를 제공하는 고품질 오디오 신호를 생성한다.

Description

오디오 업믹싱 장치 및 방법 {Audio up-mixing apparatus and method}
본 발명은 오디오 신호에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 오디오 업믹싱 방안에 관한 것이다.
다채널 오디오 시스템은 기존 스테레오 오디오 시스템보다 높은 입체 음향과 음장 효과 서비스를 제공할 수 있다는 장점을 가지고 있어 큰 주목을 받고 있으며 이에 따라 다채널 오디오 시스템에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다.
하지만 기존의 7.1채널 오디오 시스템에서 5.1채널 오디오 신호를 재생하고자 할 경우, 5.1 채널 오디오 신호는 7.1 채널 오디오 신호보다 적은 채널의 정보를 가지고 있어서 7.1채널 오디오 시스템의 효과가 나타나지 못하는 제약이 있다. 이러한 문제점은 현재 대부분의 오디오 신호가 스테레오 오디오 신호 혹은 5.1채널 오디오 신호인 것을 고려할 때, 7.1채널 오디오 시스템의 활용성을 저해하는 요인임이 분명하므로 반드시 해결되어야 한다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 7.1 채널 오디오 시스템에서 5.1채널 오디오 신호를 처리하기 위해 본래의 5.1채널 오디오 신호보다 높은 실감 효과를 제공하는 고품질 오디오 신호를 생성하는 오디오 업믹싱 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 7.1 채널 오디오 시스템에서 5.1채널 오디오 신호를 처리하기 위해 본래의 5.1채널 오디오 신호보다 높은 실감 효과를 제공하는 고품질 오디오 신호를 생성하는 오디오 업믹싱 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예가 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 7.1 채널 오디오 시스템에서 5.1채널 오디오 신호를 처리하기 위해 본래의 5.1채널 오디오 신호보다 높은 실감 효과를 제공하는 고품질 오디오 신호를 생성하는 오디오 업믹싱 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 오디오 업믹싱 장치는 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호와 비상관된(decorrelated) 신호를 생성하는 비상관부; 및 상기 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호로서 출력하는 채널 생성부를 포함한다.
여기서, 상기 비상관부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각에 대해 동작하고, 상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각의 상기 비상관된 신호에 따라 상기 7.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각을 독립적으로 생성한다.
여기서 상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호 및 후면 채널 신호를 이용하여 상기 7.1 채널 오디오 신호의 측면 채널 신호를 생성한다.
여기서, 상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호로서 출력한다.
여기서, 상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호로서 출력한다.
여기서, 상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 LFE(Low Frequency Enhancement) 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 LFE 채널 신호로서 출력한다.
상기 다른 과제를 이루기 위해, 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 오디오 업믹싱 방법은 (a) 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호와 비상관된(decorrelated) 신호를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호로서 출력하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (a) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각에 대해 동작하고, 상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각의 상기 비상관된 신호에 따라 상기 7.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각을 독립적으로 생성한다.
여기서, 상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호 및 후면 채널 신호를 이용하여 상기 7.1채널 오디오 신호의 측면 채널 신호를 생성한다.
여기서, 상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호로서 출력한다.
여기서, 상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호로서 출력한다.
여기서, 상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 LFE(Low Frequency Enhancement) 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 LFE 채널 신호로서 출력한다.
상기 또 다른 과제를 이루기 위해, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호와 비상관된(decorrelated) 신호를 생성하는 단계; 및 상기 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호로서 출력하는 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한다.
본 발명은 7.1채널 오디오 시스템에서 5.1채널 오디오 신호를 처리하기 위해 고안된 것으로, 측면 채널에 대한 7.1채널 오디오 정보는 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널과 후면 채널을 이용하여 생성하고 후면 채널에 대한 7.1 채널 오디오 정보는 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호에 대해 비상관기(decorrelator)를 이용하여 생성함으로써 기존 5.1채널 오디오 신호보다 폰은 입체음향 사운드와 풍부한 음장 효과를 제공하는 고품질 오디오 신호를 생성한다. 본 발명은 7.1 채널 오디오 시스템 뿐만 아니라 게임, 가상현실 및 실감 방송 등 다양한 서비스에 적용이 가능하다.
도 1은 오디오 장치를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도이다.
도 2는 ITU-R에서 표준으로 하고 있는 5.1채널 스피커의 배치도이다.
도 3은 ITU-R에서 표준으로 하고 있는 7.1채널 스피커의 배치도이다.
도 4는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 오디오 업믹싱 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 오디오 업믹싱 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 그 첨부 도면을 설명하는 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 본 발명의 적어도 일 실시예에 의한 오디오 업믹싱 장치 및 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 오디오 장치를 설명하기 위한 일 실시예의 블록도로서 오디오 디코더(100), 오디오 재생환경 제어부(200), 오디오 업믹서(300) 및 오디오 재생부(400)를 포함한다. 도 1의 오디오 장치는 7.1채널 오디오 시스템에서만 해당될 수 있는 것이 아니라 모든 다채널 오디오 업믹싱 시스템에도 해당될 수 있다.
오디오 디코더(100)는 5.1채널 오디오 신호를 디코딩(decoding)한다. 도 1의 오디오 디코더(100)에 입력되는 오디오 비트스트림은 5.1채널 오디오 신호이다.
오디오 재생환경 제어부(200)는 디코딩된 신호가 입력될 재생 환경을 제어한다.
오디오 업믹서(up-mixer)(300)는 5.1채널 오디오 신호를 7.1채널 오디오 신호로 변환한다. 만일 본 발명의 오디오 장치에 오디오 업믹서(300)가 마련되지 않는다면, 오디오 디코더(100)가 5.1채널 오디오 신호를 입력받으면 그 5.1채널 오디오 신호를 디코딩하여 5.1채널 오디오 재생 환경으로만 재생이 가능하고, 7.1채널 오디오 신호를 입력받으면 그 7.1채널 오디오 신호를 7.1채널 오디오 재생환경으로만 재생이 가능하다. 반면, 본 발명의 오디오 장치에 오디오 업믹서(300)가 마련되었다면, 오디오 디코더(100)가 5.1채널 오디오 신호를 입력받더라도 오디오 업믹서(300)가 그 5.1채널 오디오 신호를 7.1채널 오디오 신호로 변환하므로 후술할 오디오 재생부(400)가 7.1채널 오디오 신호를 재생할 수 있는 것이다.
오디오 재생부(400)는 5.1채널 또는 7.1채널 오디오 신호를 재생한다.
도 2는 ITU-R에서 표준으로 하고 있는 5.1채널 스피커의 배치도이다.
스피커는 사용자를 기준으로 2 내지 3미터 거리에 떨어져 있으며 전면 좌우 (FL, FR) 채널은 중앙 채널(C)을 기준으로 30 도 간격으로 배치되며 후면 좌우(RL, RR) 채널은 중앙 채널(C)을 기준으로 110 도 간격으로 배치된다. 한편, LFE(low frequency enhancement) 채널은 저주파를 강조하기 위한 채널로서 저주파 성분에 대한 신호는 방향성을 느끼지 못하는 사람의 청각 특성 때문에 배치에 대한 특별한 제약을 받지 않는다.
도 3은 ITU-R에서 표준으로 하고 있는 7.1채널 스피커의 배치도이다.
스피커는 사용자를 기준으로 2 내지 3미터 거리에 떨어져 있으며 전면 좌우 (FL, FR) 채널은 중앙 채널(C)을 기준으로 30 도 간격으로 배치되며 측면 채널(SL, SR)은 중앙 채널(C)을 기준으로 90도 간격으로 배치되고 후면 좌우(BL, BR)채널은 중앙 채널(C)을 기준으로 130도 간격으로 배치된다. 한편, LFE(low frequency enhancement) 채널은 저주파를 강조하기 위한 채널로서 저주파 성분에 대한 신호는 방향성을 느끼지 못하는 사람의 청각 특성 때문에 배치에 대한 특별한 제약을 받지 않는다.
도 2 및 도 3에 대한 보다 상세한 설명은 ITU-R BS.775-1, Multi-Channel Stereophonic Sound System with or without Accompanying Picture, July 1994에 개시되어 있다.
도 4는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 오디오 업믹싱 장치를 나타내는 블록도로서, 적응 필터(311), 오디오 믹싱 연산부(312), 및 비상관부(321)를 포함한다. 본 명세서에서, 오디오 업믹싱 장치는 도 1의 오디오 업믹서(300)를 의미하고, 본 명세서상의 '채널 생성부'는 도 4에서 비상관부(321)를 제외한 나머지 모두를 의미한다.
우선, 채널 생성부는 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호(FL, FR)를 7.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호(FL, FR)로서 출력한다. 구체적으로 채널 생성부는 5.1채널 오디오 신호의 전면 좌측 채널 신호(FL)를 7.1채널 오디오 신호의 전면 좌측 채널 신호(FL)로서 출력하고 5.1채널 오디오 신호의 전면 우측 채널 신호(FR)를 7.1채널 오디오 신호의 전면 우측 채널 신호(FL)로서 출력한다.
또한 채널 생성부는 5.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호(C)를 7.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호(C)로서 출력한다. 사람의 목소리나 음성신호가 많이 가중되어 있는 중앙 채널은 정면에서 들리지 않고, 후면이나 측면에서 소리가 재생될 경우 사용자에게 시각적으로 정면에 있음에도 불구하고 다른 곳에서도 소리가 나타나는 이질감을 발생하므로 오디오 연산에 이용되지 않고 스피커로 직접 연결된다.
또한 채널 생성부는 5.1채널 오디오 신호의 LFE 채널 신호를 7.1채널 오디오 신호의 LFE 채널 신호로서 출력한다.
한편, 채널 생성부가 7.1채널 오디오 신호의 측면 채널 신호(SL, SR)를 생성하는 원리는 다음과 같다. 우선, 5.1채널 오디오 신호의 전면 좌측 채널을 F L , 전면 우측 채널을 F R , 후면 좌측 채널을 R L , 후면 우측 채널을 R R 이라 정의하고, 7.1채널 오디오 신호의 측면 좌측 채널을 S L , 측면 우측 채널을 S R 이라 정의한다.
오디오 믹싱 연산부(312)는 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호(FL, FR)와 후면 채널 신호(RL, RR) 를 믹싱(mixing)하여 7.1채널 오디오 신호의 측면 채널 신호(SL, SR)를 생성한다. 믹싱 방법은 R. Irwan과 R. M. Aarts가 스테레오 오디오 콘텐츠를 5.1채널 오디오 콘텐츠로 변환할 때 제안한 방식(R. Irwan, R. M. Aarts, "Two-to-five channel sound processing," J. Audio Eng. Soc., vol. 50, no. 11, pp. 914-926, Nov. 2002)을 활용하여 측면 채널을 생성한다. 이는 다음의 수학식1로 표현 가능하다.
Figure pat00001
여기서 n은 오디오 신호의 n번째 인덱스를 의미하며, i는 스피커의 좌측 혹은 우측으로 L 혹은 R을 나타낸다. W i,1 (n)과 W i, 2 (n)은 가중치에 해당하는 믹싱 계수를 나타낸다. 적응 필터(311)는 '믹싱 계수'와 '5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호(FL, FR) 또는 후면 채널 신호(RL, RR)'를 곱하고 곱해진 결과를 오디오 믹싱 연산부(312)에 전달하고 오디오 믹싱 연산부(312)는 수학식 1과 같은 믹싱을 수행하는 것이다.
한편, 적응 필터(311)는 믹싱 계수를 아래의 수학식 2, 3을 이용하여 갱신한다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서
Figure pat00004
는 스텝 사이즈를 의미하며, 본 발명에서는 10-10으로 설정하였다.
한편, 채널 생성부가 7.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호(BL, BR)를 생성하는 원리는 다음과 같다.
비상관부(321)는 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌측 채널 신호(RL)와 비상관된(decorrelated) 신호를 생성하고 채널 생성부는 그 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 좌측 채널 신호(BL)로서 출력한다.
비상관부(321)는 5.1채널 오디오 신호의 후면 우측 채널 신호(RR)와 비상관된(decorrelated) 신호를 생성하고 채널 생성부는 그 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 우측 채널 신호(BR)로서 출력한다.
이상에서 살펴본 비상관부(321)의 동작은 다음의 수학식 4로 표현된다.
Figure pat00005
여기서 D는 비상관부(321)의 동작을 의미하며, 마찬가지로 i는 5.1채널 오디오 신호의 왼쪽 혹은 오른쪽 채널을 의미한다.
도 5는 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 오디오 업믹싱 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
우선 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 오디오 업믹싱 장치는 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호와 비상관된(decorrelated)신호를 생성한다(제510단계).
제510 단계 후에, 본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 오디오 업믹싱 장치는 그 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호로서 출력한다(제520 단계).
이상에서 언급된 본 발명에 의한 오디오 업믹싱 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다.
여기서, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc))와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명을 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 오디오 디코더 200 : 오디오 재생 환경 제어부
300 : 외디오 업믹서 310 : 좌채널 오디오 입력부
311 : 적용 필터 312 : 오디오 믹싱 연산부
321 : 비상관부 400 : 오디오 재생부

Claims (13)

  1. 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호와 비상관된(decorrelated) 신호를 생성하는 비상관부; 및
    상기 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호로서 출력하는 채널 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 비상관부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각에 대해 동작하고, 상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각의 상기 비상관된 신호에 따라 상기 7.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각을 독립적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호 및 후면 채널 신호를 이용하여 상기 7.1채널 오디오 신호의 측면 채널 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 채널 생성부는 상기 5.1채널 오디오 신호의 LFE(Low Frequency Enhancement) 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 LFE 채널 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 장치.
  7. (a) 5.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호와 비상관된(decorrelated) 신호를 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 비상관된 신호를 7.1채널 오디오 신호의 후면 채널 신호로서 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각에 대해 동작하고, 상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각의 상기 비상관된 신호에 따라 상기 7.1채널 오디오 신호의 후면 좌우 채널 신호 각각을 독립적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호 및 후면 채널 신호를 이용하여 상기 7.1채널 오디오 신호의 측면 채널 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 전면 채널 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 방법.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 5.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 중앙 채널 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 방법.
  12. 제7 항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 5.1채널 오디오 신호의 LFE(Low Frequency Enhancement) 채널 신호를 상기 7.1채널 오디오 신호의 LFE 채널 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 오디오 업믹싱 방법.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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