KR20170094436A - 오디오 신호를 필터링하기 위한 오디오 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

오디오 신호를 필터링하기 위한 오디오 신호 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오디오 신호 처리 장치(100)에 관한 것으로서, 이러한 장치는 음향 전달 함수 행렬(H) 및 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된 결정기(101) - 상기 음향 전달 함수 행렬(H)은 스피커와 청자 사이의 음향 전파 경로의 전달 함수를 포함하고 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하며, 타깃 음향 전파 경로는 청자에 대한 가상 스피커 위치의 타깃 배치에 의해 정의됨 -, 필터링된 입력 오디오 신호를 획득하기 위해 필터 행렬(C)에 기초하여 입력 오디오 신호를 필터링 하도록 구성된 필터(103), 및 출력 오디오 신호를 획득하기 위해 필터링된 입력 오디오 신호를 결합하도록 구성된 결합기(105)를 포함한다.

Description

오디오 신호를 필터링하기 위한 오디오 신호 처리 장치 및 방법{AN AUDIO SIGNAL PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR FILTERING AN AUDIO SIGNAL}
본 발명은 오디오 신호 처리 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 오디오 신호를 필터링하여 가상 사운드 이미지를 생성하기 위한 오디오 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
오디오 신호 내의 누화(crosstalk)의 감소는 복수의 애플리케이션에서 주요 관심사이다. 예를 들어, 스피커를 사용하여 청자에게 바이노럴 오디오 신호(binaural audio signal)를 재생할 때, 예를 들어, 청자의 왼쪽 귀에서 청취될 오디오 신호는 일반적으로 청자의 오른쪽 귀에도 들린다. 이 효과는 누화로서 표시되고, 오디오 신호를 필터링하도록 구성된 오디오 재생 체인에 누화 제거 유닛으로서 본 기술 분야에서 언급된 역 필터를 추가함으로써 감소 될 수 있다.
수학적으로, 누화 소거를 실현하기 위한 역 필터는 누화 소거 필터 행렬(C)로 표현될 수 있다. 누화 소거의 목적은 누화 소거 필터 행렬(C)을 선택하는 것이고, 보다 구체적으로 누화 소거 필터 행렬(C)과 음향 전달 함수(ATF: acoustic transfer function) 행렬(H)의 행렬 곱셈의 결과가 단위행렬(I)과 본질적으로 동일하도록 하는 방법으로 계산된다. 즉, H*C≒I이고, ATF 행렬(H)은 스피커로부터 청자의 각각의 귀에의 전달 함수에 의해 정의된다.
정확한 누화 제거 해결 수단을 찾는 것은 불가능하며 근사치가 적용된다. 역 필터는 일반적으로 불안정하기 때문에 이러한 근사는 누화 제거 필터의 이득을 제어하고 동적 범위 손실을 줄이기 위해 정규화(regularization)를 사용한다. 그러나 잘못된 조건으로 인해 역 필터는 오류에 민감하다. 다시 말해, Takeuchi, T. 및 Nelson, PA, "Optimal source distribution for binaural synthesis over loudspeakers", Journal ASA 112(6), 2002.에서 설명된 것처럼 재생 체인에서의 작은 오차는 재생 지점에서 큰 오차를 초래할 수 있다.
누화 없는 가상 입체 음향, 즉 청자에 의해 인식된 누화 없는 음향을 가상의 스피커 위치에서 생성하는 누화 제거 유닛이 바이노럴리제이션 유닛(binauralization unit)과 결합하는 오디오 시스템은 본 업계에 공지되어있다. 그러나 종종 이러한 바이노럴리제이션 유닛은 어쩔 수 없는 작은 오차를 가져오고, 그 다음에 비완전 누화 제거 유닛에 의해 증폭되어 더 많은 왜곡(coloration) 및 잘못된 공간감(spatial perception)을 유발한다.
본 발명의 목적은 본질적으로 누화가 없는 가상 서라운드 사운드를 제공하기 위한개선된개념을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항에 의해 달성된다. 추가 구현형태는 종속항, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백하다.
본 발명은, 누화 제거 단계 및 바이노럴리제이션 스테이지(binauralization stage)의 오류가 발생하기 쉬운 직렬화가 아니라, 실제스피커에서 누화를 직접 제거하는 것을 시도하는 대신 원하는 가상 스피커 위치의 세트를 타깃(target)으로 하기 위해 누화 제거 단계를 조정하는 것으로 인한 문제를 해결하기 위한 사상에 기초한다. 이러한 방식으로, 통상 사용되는 바이노럴리제이션 스테이지는 필요하지 않으므로, 오류 직렬화(error serialization)가 회피되고, 정확한 가상 서라운드 사운드 및 양호한 음질을 렌더링할 수 있다.
제1 측면에 따르면, 본 발명은 오디오 신호 처리 장치를 제공하고, 이러한 오디오 신호 처리 장치는, 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하며, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1) 및 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 음향 전파 경로(acoustic propagation path)를 통해 청자(listener)에 전송되고, 상기 음향 전파 경로의 전달 함수는 음향 전달 함수 행렬(H)에 의해 정의되며, 상기 오디오 신호 처리 장치는, 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 타깃 음향 전달 함수 행렬(target acoustic transfer function matrix, VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된 결정기(101) - 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하고, 상기 타깃 음향 전파 경로는 상기 청자에 대한 가상 스피커(virtual loudspeaker) 위치의 타깃 배치(target arrangement)에 의해 정의됨 - ; 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고, 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호 및 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하도록 구성된 필터; 및 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 상기 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 결합하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 상기 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 결합하도록 구성된 결합기를 포함한다. 상기 필터는 누화 제거 유닛에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제1 구현 형태에서, 상기 결정기는 상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
Figure pct00001
에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고, 상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈(Hermitian transpose)이고 I는 단위행렬(identity matrix)이며 β는 정규화 인자(regularization factor)이고 M은 모델링 지연(modelling delay)이며 ω는 각주파수(angular frequency)이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제2 구현 형태에서, 상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
Figure pct00002
에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고,
상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈이고 M은 모델링 지연이며 ω는 각주파수이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제3 구현 형태에서, 상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
Figure pct00003
에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고, 상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈이고 I는 단위행렬이며 β는 정규화 인자이고 M은 모델링 지연(modelling delay)이며 ω는 각주파수이고 phase(A)는 행렬 A의 요소의 위상 성분만 포함하는 행렬을 리턴하는 행렬 연산이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제4 구현 형태에서, 상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
Figure pct00004
에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고, 상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈이고 M은 모델링 지연(modelling delay)이며 ω는 각주파수이고 phase(A)는 행렬 A의 요소 중 위상 성분만 포함하는 행렬을 리턴(return)하는 행렬 연산이다.
본 발명의 제1 측면 또는 이전 측면들 중 어느 하나에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제5 구현 형태에서, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)는 좌측 스피커와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제1 음향 전파 경로 및 상기 좌측 스피커와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제2 음향 전파 경로를 통해 전송되고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 우측 스피커와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제3 음향 전파 경로 및 상기 우측 스피커와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제4 음향 전파 경로를 통해 전송되며, 상기 제1 음향 전파 경로의 제1 전달 함수, 상기 제2 음향 전파 경로의 제2 전달 함수, 상기 제3 음향 전파 경로의 제3 전달 함수, 및 상기 제4 음향 전파 경로의 제4 전달 함수는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)을 생성한다.
본 발명의 제1 측면 또는 이전 측면들 중 어느 하나에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제6 구현 형태에서, 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)은 가상 좌측 스피커 위치와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제1 타깃 음향 전파 경로의 제1 타깃 전달 함수, 상기 가상 좌측 스피커의 위치와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제2 타깃 음파 경로의 제2 타깃 전달 함수, 가상 우측 스피커의 위치와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제3 타깃 음향 전파 경로, 및 상기 가상 우측 스피커의 위치와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제4 타깃 음향 전파 경로의 제4 타깃 전달 함수를 포함한다.
본 발명의 제1 측면 또는 이전 측면들 중 어느 하나에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제7 구현 형태에서, 상기 결정기(101)는 추가로, 데이터베이스로부터 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 또는 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)을 검색하도록 구성된다.
본 발명의 제1 측면 또는 이전 측면들 중 어느 하나에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제8 구현 형태에서, 상기 결합기(105)는, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(107)와 상기 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(111)를 더하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(109)와 상기 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 더하도록 구성된다.
본 발명의 제1 측면 또는 이전 측면들 중 어느 하나에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제9 구현 형태에서, 상기 오디오 신호 처리 장치는 상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 주된(primary) 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 보조(secondary) 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호로 분해하고, 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호로 분해하도록 구성된 분해기(315) - 상기 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 상기 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호는 미리 설정된 주된 주파수 대역에 할당하고, 상기 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 상기 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호는 미리 설정된 보조 주파수 대역에 할당됨 -; 및 보조 좌측 채널 출력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 보조 좌측 채널 출력 오디오 서브-신호를 시간 지연(time delay)만큼 지연시키고, 보조 우측 채널 출력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 추가 시간 지연(further time delay)만큼 지연시키도록 구성된 지연기(317)를 더 포함하고, 상기 필터(103)는 제1 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 제2 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 필터링하고, 제1 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 제2 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 필터링하도록 구성되며, 상기 결합기(105)는 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호, 상기 제1 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호, 및 상기 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 결합하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호, 상기 제2 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호, 및 상기 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 결합하도록 구성된다.
본 발명의 제1 측면에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제10 구현 형태에서, 상기 분해기(615)는 오디오 크로스오버 네트워크(audio crossover network)이다.
본 발명의 제1 측면 또는 이전 측면들 중 어느 하나에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제11 구현 형태에서, 상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 앞쪽(front) 좌측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)는 상기 멀티채널 입력 오디오 신호의 앞쪽 우측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되며, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)는 앞쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 앞쪽 우측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성되거나, 또는 상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 뒤쪽(back) 좌측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)는 상기 멀티채널 입력 오디오 신호의 뒤쪽 우측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되며, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)는 뒤쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 뒤쪽 우측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성된다.
본 발명의 제1 측면의 제11 구현 형태에 따른 상기 오디오 신호 처리 장치의 제12 구현 형태에서, 상기 멀티채널 입력 오디오 신호는 센터 채널 입력 오디오 신호를 포함하고,
상기 결합기(105)는 상기 센터 채널 입력 오디오 신호, 상기 앞쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호, 및 상기 뒤쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호를 결합하고, 상기 센터 채널 입력 오디오 신호, 상기 앞쪽 우측 채널 출력 오디오 신호, 및 상기 뒤쪽 우측 채널 출력 오디오 신호를 결합하도록 구성된다.
본 발명의 제2 측면은 오디오 신호 처리 방법을 제공하고, 이러한 오디오 신호 처리 방법은 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하는 방법이고, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1) 및 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 음향 전파 경로를 통해 청자에 전송되며, 상기 음향 전파 경로의 전달 함수는 음향 전달 함수 행렬(H)에 의해 정의되고, 상기 오디오 처리 신호 방법은, 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하는 단계 - 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하고, 상기 타깃 음향 전파 경로는 복수의 상기 청자에 대한 가상 스피커 위치의 타깃 배치에 의해 정의됨 - ; 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고, 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호 및 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하는 단계; 및 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 상기 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 결합하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 상기 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 방법은 본 발명의 제1 측면에 따른 장치에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 제2 측면에 따른 방법의 다른 특징은 본 발명의 제1 측면에 따른 장치 및 그 상이한 구현형태의 기능으로부터 직접적으로 얻어진다.
제3 측면에 따르면, 본 발명은 컴퓨터상에서 실행될 때 본 발명의 제2 측면에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명은 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예는 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 우측 채널 입력 오디오 신호를 필터링하기 위한 오디오 신호 처리 장치의 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 우측 채널 입력 오디오 신호를 필터링하기 위한 오디오 신호 처리 방법의 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 우측 채널 입력 오디오 신호를 필터링하기 위한 오디오 신호 처리 장치의 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 미리 결정된 주파수 대역에 대한 주파수 할당을 도시한 것이다.
도 5는 일 실시예에 따른 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 우측 채널 입력 오디오 신호를 필터링하기 위한 오디오 신호 처리 장치를 도시한 것이다.
도 6은 종래의 크로스 누화 제거 기술과 본 발명의 실시예 사이의 A/B 테스트 결과를 도시한 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치(100)를 도시한다. 오디오 신호 처리 장치(100)는 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하여 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하고 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하여 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하도록 구성된다.
좌측 채널 출력 오디오 신호(X1) 및 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 청자에게 음향 전파 경로를 통해 전송되고, 음향 전파 경로의 전달 함수는 음향 전달 함수(ATF:acoustic transfer function:) 행렬(H)에 의해 정의된다.
오디오 신호 처리 장치(100)는, ATF 행렬(H) 및 타깃 ATF 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된 결정기(101)를 포함하며, 타깃 ATF 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하고, 타깃 음향 전파 경로는 청자에 대한 가상 스피커 위치의 타깃 배치에 의해 정의된다.
"가상 스피커 위치"(및 "가상 스피커")라는 용어는 당업자에게 잘 알려졌다. 적절한 전달 함수를 선택함으로써, 청자가 스피커에 의해 방출된 오디오 신호를 수신하는 것으로 인식되는 위치는 스피커의 실제위치와 다를 수 있다. 이 위치는 본 명세서에서 사용되는 "가상 스피커 위치"이며, 되는 스테레오 확장(widening) 및 가상 서라운드와 같은 기술과 관련되고, 가상 스피커 위치는 예를 들어, 스테레오 쌍의 스피커 및 이들 사이의 위치의 물리적 배치를 넘어 확장된다.
오디오 신호 처리 장치(100)는, 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(107) 및 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(109)를 획득하기 위해 필터 행렬(C)에 기초하여 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고, 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(111) 및 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 획득하기 위해 필터 행렬(C)에 기초하여 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하도록 구성된 필터(103) 및 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 필터링된 제1 좌측 채널 입력 오디오 신호(107)와 필터링된 제1 우측 채널 입력 오디오 신호(111)를 결합하고, 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 필터링된 제2 좌측 채널 입력 오디오 신호(109)와 필터링된 제2 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 결합하도록 구성된 결합기(105)를 더 포함한다.
수학적으로 말하면, 오디오 신호 처리 장치(100)는 ATF 행렬(H)과 필터 행렬(C)의 프로덕트(product)가 단위행렬(I)과 본질적으로 동일하도록(즉, 종래의 누화 제거 유닛에서와같이) 그 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되지 않고, ATF 행렬(H)과 필터 행렬(C)의 프로덕트가 청자에 대한 가상 스피커 위치의 타깃 배열에 의해 정의된 타깃 ATF 행렬(VH)과 동일하도록 그 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 타깃 ATF 행렬(VH)의 요소는, 원하는 가상 스피커 위치로부터 청자의 귀로의 각각의 음향 전파 경로를 기술하는 전달 함수에 의해 정의된다. 이러한 전달 함수는 데이터베이스 또는 일부 모델 기반 전달 함수에서 가져온 헤드 관련 전달 함수(head related transfer function, HRTF) 일 수 있다.
일 실시예에서, 결정기(101)는 ATF 행렬(H) 및 타깃 ATF 행렬(VH)에 기초하여 다음의 수식:
Figure pct00005
에 따라 최소 제곱근 근사법(least squares approximation)을 사용하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된다. 여기에서, HH는 ATH 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈(Hermitian transpose)이고, I는 단위행렬(identity matrix)이며, β는 정규화 인자(regularization factor)이고, M은 모델링 지연(modelling delay)이며, ω는 각주파수(angular frequency)이다.
정규화 인자(β)는 일반적으로 안정성을 달성하고 필터의 이득을 제한하기 위해 사용된다. 정규화 인자(β)가 클수록 필터 이득은 작지만, 재생 정확도와 음질의 익스펜스(expenses)이다. 정규화 인자(β)는 제어된 부가 잡음(controlled additive noise)으로 간주 될 수 있고, 이것은 안정성을 달성하기 위해 도입된다. 방정식 시스템의 부적절한 조정은 주파수에 따라 다를 수 있으므로 이 요소는 주파수에 의존적으로 설계될 수 있다.
놀랍게도, 본 발명에 의해 제안된 접근법은 종래의 누화 제거 유닛과 비교하여 비교적 작은 정규화 인자(β)가 선택될 수 있는 유리한 효과를 갖는다. 이는 방정식(
Figure pct00006
)의 두 번째 항이, 원하는 바이노럴 큐(binaural cue)를 정확하게 재생할 수 있도록 최적화된 게인 제어로 작용하기 때문이다. 즉 바이노럴 재성의 정확성을 손상시키지 않으면서 필터의 안정성 및 견고성이 유지된다.
따라서, 또 다른 실시예에서, 정규화 인자(β)는 0으로 설정될 수 있으므로,
본 실시예에서 결정기(101)는 ATF 행렬(H) 및 타깃 ATF 행렬(VH)에 기초하여 다음 수식:
Figure pct00007
에 따라 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된다.
본 발명의 출력 음질은, 타깃 ATF 행렬(VH)에 포함된 위상 정보만을 사용하여 추가로 개선될 수 있다. 즉,:
Figure pct00008
이고, phase(A)는 행렬 A의 요소 중 위상 성분만 포함하는 행렬을 리턴(return)하는 행렬 연산이다.
따라서, 다른 실시예에서, 결정기(101)는 다음 수식:
Figure pct00009
에 따라 ATF 행렬(H) 및 타깃 ATF 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된다.
이러한 접근법은 본질적으로 헤드 관련 전달 함수(HRTF) 또는 전달 함수를 올-패스 시스템(all-pass system), 즉 일정한 크기 및 가변 위상으로 근사하는 것에 대응한다. 이러한 방식으로 ITD(inter-aural time differences)가 보존되고 잘못된 ILD(inter-aural level difference)가 회피되어 서라운드 사운드 효과에 큰 영향을 미치지 않으면서 왜곡을 상당히 줄인다.
상술한 정규화 인자(β)에 대한 본 발명의 접근법의 유리한 효과 때문에, 또한 본 실시예에서 정규화 인자(β)는 0으로 설정될 수 있다. 따라서, 다른 실시예에서, 결정기(101)는 다음 수식:
Figure pct00010
에 따라 ATF 행렬(H) 및 타깃 ATF 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된다.
도 2는 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법(200)의 다이어그램을 도시한다. 오디오 신호 처리 방법(200)은 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하여 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하고 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하여 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 얻도록 구성된다.
좌측 채널 출력 오디오 신호(X1) 및 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 청자에게 음향 전파 경로를 통해 전송되고, 음향 전파 경로의 전달 함수는 음향 전달 함수(ATF) 행렬(H)에 의해 정의된다.
오디오 신호 처리 방법(200)은 ATF 행렬(H) 및 타깃 ATF 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하는 단계(201) - 타깃 ATF 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하며, 타깃 음향 전파 경로는 청자에 대한 복수의 가상 스피커 위치의 타깃 배치에 의해 정의됨 -, 필터링된 제1 좌측 채널 입력 오디오 신호(107) 및 필터링된 제2 좌측 채널 입력 오디오 신호(109)를 획득하기 위해 필터 행렬(C)에 기초하여 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고, 필터링된 제1 우측 채널 입력 오디오 신호(111) 및 필터링된 제2 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 획득하기 위해 필터 행렬(C)에 기초하여 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하는 단계(203), 및 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 필터링된 제1 좌측 채널 입력 오디오 신호(107)와 필터링된 제1 우측 채널 입력 오디오 신호(111)를 결합하고 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 필터링된 제2 좌측 채널 입력 오디오 신호(109) 및 필터링된 제2 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 결합하는 단계(205)를 포함한다.
당업자는 상술한 단계가 순차적, 병렬, 또는 이들의 조합으로 수행될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 단계(201 및 203)는 단계(205)에 대해 서로 병렬로 그리고 직렬로 수행될 수 있다.
다음으로, 오디오 신호 처리 장치(100) 및 오디오 신호 처리 방법(200)의 다른 구현 형태 및 실시예가 설명된다.
도 3은 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치(100)의 다이어그램을 도시한다. 오디오 신호 처리 장치(100)는 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하여 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하고 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하여 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 얻도록 구성된다.
좌측 채널 출력 오디오 신호(X1) 및 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 청자에게 음향 전파 경로를 통해 전송되고, 음향 전파 경로의 전달 함수는 음향 전달 함수(ATF) 행렬(H)에 의해 정의된다.
오디오 신호 처리 장치(100)는 도 3의 실시예에서의 누화 보정기의 형태로 필터(103)의 일부로서 구현되는 결정기(101)를 포함한다. 결정기(101)는 ATF 행렬(H) 및 타깃 ATF 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고, 타깃 ATF 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하고, 타깃 음향 전파 경로는 청자에 대한 가상 스피커 위치의 타깃 배치에 의해 정의된다.
오디오 신호 처리 장치(100)는 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호로 분해하고, 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호로 분해하도록 구성된 분해기(315)를 포함한다. 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호는 미리 설정된 주된 주파수 대역에 할당되고, 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호는 미리 설정된 보도 주파수 대역에 할당된다.
주파수 분해는, 낮은 복잡도의 필터 뱅크(low-complexity filter bank) 및/또는 오디오 크로스오버 네트워크(audio crossover network)를 사용하여 분해기(315)에 의해 달성될 수 있다. 오디오 크로스오버 네트워크는 아날로그 오디오 크로스오버 네트워크 또는 디지털 오디오 크로스오버 네트워크 일 수 있다. 단지 하나의 예로서, 분해기(315), 결정기(101), 지연기(317), 및 결합기(105)는 디지털 필터의 이산요소(discrete element)일 수 있다.
도 3에 도시된 오디오 신호 처리 장치(100)는, 보조 좌측 채널 출력 오디오 서브-신호를 얻기 위해 시간 지연만큼 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 지연하고, 보조 우측 채널 출력 오디오 서브-신호를 얻기 위해 추가 시간 지연만큼 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 지연시키도록 구성된 지연기(317)를 더 포함한다. 지연기(317)는 디지털 지연 선(digital delay line)일 수 있다.
누화 보정기의 형태인 필터(103)는 필터링된 제1 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 필터링된 제2 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 얻기 위해 필터 행렬(C)에 기초하여 제1 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 필터링하고, 필터링된 제1 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 필터링된 제2 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 얻기 위해 필터 행렬(C)에 기초하여 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 필터링하도록 구성된다.
도 3에 도시된 오디오 신호 처리 장치(100)는, 좌측 스피커(319)에 제공되는 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 제1 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호, 제1 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호, 및 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 결합하고, 우측 스피커(321)에 제공되는 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 제2 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호, 제2 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호, 및 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 결합하도록 구성된 결합기(105)를 포함한다.
일 실시예에서, 분해기(315)는, 입력 오디오 신호를 저주파 차단 및 고주파수 한계와 같은, 스피커(319 및 321)의 음향 특성을 고려한 서브 밴드(sub-band)로 분할한다. 왜곡을 피하기 위해 컷오프 주파수 이하 및 고주파 한계를 넘는 주파수는 바이패스(bypass)된다. 미리 설정된 주된 주파수 대역은 도 4에 도시된 중간 주파수의 대역일 수 있고, 미리 결정된 보조 주파수 대역은 도 4에 도시된 저주파 및 고주파의 대역일 수 있다. 일 실시예에서, 분해기(315)는 오디오 크로스오버 네트워크이다.
도 5는 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치(100)의 도면을 도시한다. 오디오 신호 처리 장치(100)는 좌측 채널 입력 오디오 신호를 필터링하여 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하고 우측 채널 입력 오디오 신호를 사전 왜곡(pre-distort)하여 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 얻도록 구성된다. 다이어그램은 멀티채널 오디오 신호를 필터링하기 위한 가상 서라운드 오디오 시스템을 나타낸다.
오디오 신호 처리 장치(100)는 2개의 분해기(315), 2개의 누화 보정기 형태의 2개의 필터(103), 각각의 누화 보정기의 일부로서 구현된 2개의 결정기(101), 2개의 지연기(317), 및 도 3과 관련하여 설명한 것과 동일한 기능을 가지는 결합기(105)를 포함한다. 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)는 좌측 스피커(319)를 통해 전송된다. 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 우측 스피커(321)를 통해 전송된다.
도면의 상부에서, 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 앞쪽 좌측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되고, 우측 채널 입력 오디오 신호(R)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 앞쪽 우측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성된다. 도면의 하부에서, 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 뒤쪽 좌측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되고, 우측 채널 입력 오디오 신호(R)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 뒤쪽 우측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성된다.
멀티채널 입력 오디오 신호는 센터 채널 입력 오디오 신호를 더 포함하며, 결합기(105)는 센터 채널 입력 오디오 신호, 앞쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호, 및 뒤쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호를 결합하고, 센터 채널 입력 오디오 신호, 앞쪽 우측 채널 출력 오디오 신호, 및 뒤쪽 우측 채널 출력 오디오 신호를 결합하도록 구성된다.
도 6은 종래의 누화 제거 기술들과 본 발명의 실시예 사이의 A/B 테스트 결과들의 다이어그램을 도시한다. 평가된 속성은 포락선(예: 인식된 공간적 인상)과 음질(예 : 선호도)이다. 데이터는 상대적 우선순위 척도를 제공하는 BTL(Bradley-Terry-Luce) 모델 및 Y축에 반영된 값을 사용하여 분석되었다. 신호는 TV 스피커를 통해 제공되었다. 총 13명의 피험자가 시험에 참여했다.
청취 테스트의 결과는 본 발명의 실시예(XTC1)와, 종래의 누화 제거(XTC) 및 원래의 스테레오를 비교한다. 본 발명은 공간감(wideness) 및 음질에 관한 최첨단 해결책(state-of-the-art solutions)에 비해 상당히 바람직하다는 것을 명확히 알 수 있다.
본 발명의 실시예는 특히 다음과 같은 이점을 제공한다. 필터의 이득을 제어하기 위해 더 적은 정규화가 필요하다. 문제는 더는 정확한 반전이 아니라 전송 함수 세트에 가깝게 최적화되었기 때문에 결과 필터는 보다 안정적이고 견고하다. 견고한 필터는 넓은 스위트 스폿(wider sweet spot)을 의미한다. 재생 지점에서의 덜한 왜곡이 도입되고 현실적인 3D 사운드 효과가 기존 해결 수단의 경우처럼 음질을 손상시키지 않고도 달성될 수 있다. 본 발명은 바이노럴리제이션 유닛((binauralization unit)이 더는 필요하지 않다는 것을 고려하면, 필터의 복잡성을 실질적으로 감소시킨다. 본 발명은 모든 스피커 구성(상이한 스팬 각도(span angle), 기하학, 및 스피커 크기)과 함께 사용될 수 있으며, 2개 이상의 채널로 쉽게 확장될 수 있다.
본 발명의 실시예는 TV, HiFi 시스템(high fidelity system), 시네마 시스템, 스마트폰 또는 태블릿과 같은 이동 장치, 또는 원격 회의 시스템과 같은 적어도 2개의 스피커를 갖는 오디오 단말 내에 적용된다. 본 발명의 실시예는 반도체 칩셋으로 구현된다.
본 발명의 실시예는 컴퓨터 시스템과 같이 프로그램 가능한 장치에서 실행되거나 프로그래머블 장치가 본 발명에 따른 장치 또는 시스템의 기능을 수행할 수 있게 될 때, 적어도 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하기 위한 코드 부분들을 포함하는 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 특정 애플리케이션 및/또는 운영 체제와 같은 명령 리스트이다. 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 서브루틴(subroutine), 함수, 프로시저(procedure), 오브젝트 방법(object method), 오브젝트 구현, 실행 가능한 애플리케이션, 애플릿(applet), 서블릿(servlet), 소스 코드, 오브젝트 코드(object code), 공유 라이브러리/동적 로드 라이브러리(dynamic load library) 및/또는 컴퓨터 시스템에서의 실행을 위해 설계된 다른 명령 시퀀스 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 내부에 저장되거나 컴퓨터 판독 가능 전송 매체를 통해 컴퓨터 시스템에 전송될 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 전부 또는 일부는 정보 처리 시스템에 영구적으로, 제거 가능하게, 또는 원격으로 결합 된 일시적 또는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 제공될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어, 제한 없이, 다음: 디스크 및 테이프 저장 매체를 포함하는 자기 저장 매체; 콤팩트디스크 매체(예를 들어, CD-ROM, CD-R 등)와 같은 광학 저장 매체 및 디지털 비디오디스크 저장 매체; 플래시 메모리(FLASH memory), EEPROM, EPROM, ROM과 같은 반도체 기반 메모리 유닛을 포함하는 비휘발성 메모리 저장 매체; 강자성 디지털 메모리(ferromagnetic digital memory); MRAM; 레지스터, 버퍼 또는 캐시, 메인 메모리, RAM 등을 포함하는 휘발성 저장 매체(volatile storage media); 및 컴퓨터 네트워크, 포인트-투-포인트 통신 장비(point-to-point telecommunication equipment) 및 캐리어 전송 매체(carrier wave transmission media) 중 임의의 수를 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로세스는 전형적으로 프로그램의 실행(executing, running) 프로그램 또는 프로그램의 부분, 현재 프로그램 값 및 상태 정보, 및 프로세스의 실행을 관리하기 위해 운영 체제에 의해 사용되는 자원을 포함한다. 운영 체제(OS: operating system)는 컴퓨터 자원 공유를 관리하고 프로그래머에게 해당 자원에 액세스하는 데 사용되는 인터페이스를 제공하는 소프트웨어이다. 운영 체제는 시스템 데이터 및 사용자 입력을 처리하고 시스템의 사용자 및 시스템의 프로그램에 대한 서비스로서 작업 및 내부 시스템 자원을 할당 및 관리하여 대응한다.
컴퓨터 시스템은 예를 들어, 적어도 하나의 처리 유닛, 관련 메모리 및 다수의 입출력(I/O) 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램을 실행할 때, 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 프로그램에 따라 정보를 처리하고 I/O 장치를 통해 결과 출력 정보를 생성한다.
본 발명에서 논의되는 연결은, 예를 들어 중간 장치를 통해 각각의 노드, 유닛 또는 장치로부터 또는 그것들로 신호를 전송하기에 적합한 임의의 유형의 연결일 수 있다. 따라서, 묵시적으로 또는 달리 언급되지 않는 한, 이러한 접속은 예를 들어 직접 접속 또는 간접 접속일 수 있다. 연결은 단일 연결, 복수 연결, 단방향 연결 또는 양방향 연결이라는 것을 참조하여 설명하거나 설명될 수 있다. 그러나 상이한 실시예는 접속들의 구현을 변화시킬 수 있다. 예를 들어 양방향 연결이 아닌 별도의 단방향 연결이 사용될 수 있으며 반대의 경우도 가능하다. 또한, 복수의 접속은 다수의 신호를 순차적으로 또는 시간 다중화 방식으로 전송하는 단일 접속으로 대체될 수 있다. 마찬가지로, 다중 신호를 전송하는 단일 연결은 이들 신호의 서브 세트를 운반하는 다양한 연결로 분리될 수 있다. 따라서 신호를 전송하기 위한 많은 옵션이 있다.
당업자는 논리 블록들 사이의 경계가 단지 예시적인 것이며 대체 실시예는 논리 블록 또는 회로 요소를 병합하거나 다양한 논리 블록 또는 회로 요소에 기능의 대체 분해(alternate decomposition)를 부과할 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 여기에 도시된 구조는 단지 예시적인 것이며 실제로 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 구조가 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
따라서, 동일한 기능을 달성하기 위한 구성 요소의 임의의 배열은 효과적으로 "관련"되어 원하는 기능이 달성된다. 따라서, 특정 기능성을 달성하기 위해 결합 된 임의의 2개의 구성 요소는 구조 또는 중간 매개 구성 요소와 관계없이 원하는 기능이 달성되도록 서로 "관련된다"고 볼 수 있다. 마찬가지로 이와 같이 연관된 두 구성 요소는 원하는 기능을 달성하기 위해 "작동 가능하게 연결된" 또는 "작동 가능하게 결합 된"것으로 볼 수 있다.
또한, 당업자는 전술 한 동작들 사이의 경계가 단지 예시적이라는 것을 인식할 것이다. 다중 동작은 단일 동작으로 결합 될 수 있고, 단일 동작은 추가 동작으로 분산될 수 있으며, 동작은 적어도 부분적으로 또는 시간상으로 중복하여 실행될 수 있다. 또한, 대안적인 실시예는 특정 동작의 다수의 인스턴스를 포함할 수 있고, 동작의 순서는 다양한 다른 실시예에서 변경 될 수 있다.
또한, 예를 들어, 그 예 또는 그 예의 일부는 임의의 적절한 유형의 하드웨어 기술 언어와 같이, 물리적 회로 또는 물리적 회로로 변환 가능한 논리적 표현의 소프트 또는 코드 표현으로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명은 프로그램 가능하지 않은 하드웨어로 구현된 물리적 장치 또는 유닛에 제한되지 않지만, 메인 프레임, 미니 컴퓨터, 서버 등과 같은 적절한 프로그램 코드에 따라 동작함으로써 원하는 장치 기능을 수행할 수 있는 프로그램 가능한 장치 또는 유닛에 적용될 수 있다. 개인용 컴퓨터, 메모장, 개인용 정보 단말기, 전자 게임, 자동차 및 기타 임베디드 시스템, 휴대전화 및 기타 다양한 무선 장치(일반적으로 본 발명에서 '컴퓨터 시스템'으로 표기)을 포함한다.
그러나 다른 수정, 변형 및 대안 또한 가능하다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (15)

  1. 오디오 신호 처리 장치(100)로서,
    상기 오디오 신호 처리 장치는, 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하며, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1) 및 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 음향 전파 경로(acoustic propagation path)를 통해 청자(listener)에 전송되고, 상기 음향 전파 경로의 전달 함수는 음향 전달 함수 행렬(H)에 의해 정의되며,
    상기 오디오 신호 처리 장치는,
    상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 타깃 음향 전달 함수 행렬(target acoustic transfer function matrix, VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성된 결정기(101) - 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하고, 상기 타깃 음향 전파 경로는 상기 청자에 대한 가상 스피커(virtual loudspeaker) 위치의 타깃 배치(target arrangement)에 의해 정의됨 - ;
    제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(107) 및 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(109)를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고, 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(111) 및 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하도록 구성된 필터(103); 및
    상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(107) 및 상기 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(111)를 결합하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(109) 및 상기 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 결합하도록 구성된 결합기(105)
    를 포함하는, 오디오 신호 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
    Figure pct00011
    에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고,
    상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈(Hermitian transpose)이고 I는 단위행렬(identity matrix)이며 β는 정규화 인자(regularization factor)이고 M은 모델링 지연(modelling delay)이며 ω는 각주파수(angular frequency)인, 오디오 신호 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
    Figure pct00012
    에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고,
    상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈이고 M은 모델링 지연이며 ω는 각주파수인, 오디오 신호 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
    Figure pct00013
    에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고,
    상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈이고 I는 단위행렬이며 β는 정규화 인자이고 M은 모델링 지연(modelling delay)이며 ω는 각주파수이고 phase(A)는 행렬 A의 요소의 위상 성분만 포함하는 행렬을 리턴하는 행렬 연산인, 오디오 신호 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결정기(101)는 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 이하의 수식:
    Figure pct00014
    에 따라 상기 필터 행렬(C)을 결정하도록 구성되고,
    상기 HH는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)의 에르미트 트랜스포즈이고 M은 모델링 지연(modelling delay)이며 ω는 각주파수이고 phase(A)는 행렬 A의 요소 중 위상 성분만 포함하는 행렬을 리턴(return)하는 행렬 연산인, 오디오 신호 처리 장치(100).
    오디오 신호 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)는 좌측 스피커와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제1 음향 전파 경로 및 상기 좌측 스피커와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제2 음향 전파 경로를 통해 전송되고,
    상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 우측 스피커와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제3 음향 전파 경로 및 상기 우측 스피커와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제4 음향 전파 경로를 통해 전송되며,
    상기 제1 음향 전파 경로의 제1 전달 함수, 상기 제2 음향 전파 경로의 제2 전달 함수, 상기 제3 음향 전파 경로의 제3 전달 함수, 및 상기 제4 음향 전파 경로의 제4 전달 함수는 상기 음향 전달 함수 행렬(H)을 생성하는, 오디오 신호 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)은 가상 좌측 스피커 위치와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제1 타깃 음향 전파 경로의 제1 타깃 전달 함수, 상기 가상 좌측 스피커의 위치와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제2 타깃 음파 경로의 제2 타깃 전달 함수, 가상 우측 스피커의 위치와 상기 청자의 우측 귀 사이의 제3 타깃 음향 전파 경로, 및 상기 가상 우측 스피커의 위치와 상기 청자의 좌측 귀 사이의 제4 타깃 음향 전파 경로의 제4 타깃 전달 함수를 포함하는, 오디오 신호 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정기(101)는 추가로, 데이터베이스로부터 상기 음향 전달 함수 행렬(H) 또는 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)을 검색하도록 구성된, 오디오 신호 처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합기(105)는, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(107)와 상기 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(111)를 더하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호(109)와 상기 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호(113)를 더하도록 구성된, 오디오 신호 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오디오 신호 처리 장치는
    상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 주된(primary) 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 보조(secondary) 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호로 분해하고, 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호로 분해하도록 구성된 분해기(315) - 상기 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 상기 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호는 미리 설정된 주된 주파수 대역에 할당하고, 상기 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 상기 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호는 미리 설정된 보조 주파수 대역에 할당됨 -; 및
    보조 좌측 채널 출력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 보조 좌측 채널 출력 오디오 서브-신호를 시간 지연(time delay)만큼 지연시키고, 보조 우측 채널 출력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 추가 시간 지연(further time delay)만큼 지연시키도록 구성된 지연기(317)
    를 더 포함하고,
    상기 필터(103)는 제1 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 제2 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 필터링하고, 제1 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호 및 제2 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 필터링하도록 구성되며,
    상기 결합기(105)는 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호, 상기 제1 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호, 및 상기 보조 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호를 결합하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 주된 좌측 채널 입력 오디오 서브-신호, 상기 제2 필터링된 주된 우측 채널 입력 오디오 서브-신호, 및 상기 보조 우측 채널 입력 오디오 서브-신호를 결합하도록 구성된, 오디오 신호 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 분해기(615)는 오디오 크로스오버 네트워크(audio crossover network)인, 오디오 신호 처리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 앞쪽(front) 좌측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)는 상기 멀티채널 입력 오디오 신호의 앞쪽 우측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되며, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)는 앞쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 앞쪽 우측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성되거나, 또는
    상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)는 멀티채널 입력 오디오 신호의 뒤쪽(back) 좌측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)는 상기 멀티채널 입력 오디오 신호의 뒤쪽 우측 채널 입력 오디오 신호에 의해 형성되며, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)는 뒤쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성되고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 뒤쪽 우측 채널 출력 오디오 신호에 의해 형성되는, 오디오 신호 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 멀티채널 입력 오디오 신호는 센터 채널 입력 오디오 신호를 포함하고,
    상기 결합기(105)는 상기 센터 채널 입력 오디오 신호, 상기 앞쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호, 및 상기 뒤쪽 좌측 채널 출력 오디오 신호를 결합하고, 상기 센터 채널 입력 오디오 신호, 상기 앞쪽 우측 채널 출력 오디오 신호, 및 상기 뒤쪽 우측 채널 출력 오디오 신호를 결합하도록 구성된, 오디오 신호 처리 장치.
  14. 오디오 신호 처리 방법(200)으로서,
    상기 오디오 신호 처리 방법은 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하는 방법이고, 상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1) 및 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)는 음향 전파 경로를 통해 청자에 전송되며, 상기 음향 전파 경로의 전달 함수는 음향 전달 함수 행렬(H)에 의해 정의되고,
    상기 오디오 처리 신호 방법은,
    상기 음향 전달 함수 행렬(H) 및 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)에 기초하여 필터 행렬(C)을 결정하는 단계 - 상기 타깃 음향 전달 함수 행렬(VH)은 타깃 음향 전파 경로의 타깃 전달 함수를 포함하고, 상기 타깃 음향 전파 경로는 복수의 상기 청자에 대한 가상 스피커 위치의 타깃 배치에 의해 정의됨 - ;
    제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 좌측 채널 입력 오디오 신호(L)를 필터링하고, 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호 및 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 획득하기 위해 상기 필터 행렬(C)에 기초하여 상기 우측 채널 입력 오디오 신호(R)를 필터링하는 단계; 및
    상기 좌측 채널 출력 오디오 신호(X1)를 획득하기 위해 상기 제1 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 상기 제1 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 결합하고, 상기 우측 채널 출력 오디오 신호(X2)를 획득하기 위해 상기 제2 필터링된 좌측 채널 입력 오디오 신호 및 상기 제2 필터링된 우측 채널 입력 오디오 신호를 결합하는 단계
    를 포함하는, 오디오 신호 처리 방법.
  15. 컴퓨터 프로그램으로서,
    컴퓨터에서 실행될 때 제14항에 기재된 오디오 신호 처리 방법을 실행하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
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