KR20050064442A - 이동통신 시스템에서 입체음향 신호 생성 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 이동통신 시스템에서, 수신된 오디오 신호로부터 입체음향 신호를 생성하기 위한 장치에 있어서, 상기 입력된 오디오 신호에서 저주파 신호를 추출하는 저주파 추출부와, 상기 오디오 신호로부터 공간감을 갖는 신호를 생성하는 공간감 생성부와, 상기 공간감을 갖은 신호와 상기 추출된 저주파 신호를 입력하고, 출력장치에 따라 해당 신호를 출력하는 출력모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해 이동통신 시스템에서 3차원 입체음향효과 및 음성 통화시 음질 열화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동통신 시스템에서 입체음향 신호 생성 장치 및 방법{Device and Method for generating 3-dimensional sound in mobile communication system}

본 발명은 이동통신 시스템에서 음향신호 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 3차원 음향효과를 얻기 위해 입체음향 신호를 생성하는 장치 및 방법에 대한 것이다.

입체음향이란 음원이 발생한 공간에 위치하지 않은 청취자가 음향을 들었을 때 방향성과 거리감을 지각할 수 있도록 공간 정보가 부가된 음향 신호이다. 최근 멀티미디어를 비롯한 다양한 분야에 3차원 음향효과가 적용됨에 따라 보다 현장감(공간 정보)이 증대된 음향 신호의 녹음 및 재생기술이 요구되며, 나아가 3차원 음향효과에 대한 자유롭고 효과적인 제어가 필요한 상황이다. 현재의 입체 음향은 영화, TV, 오디오 및 홈시어터 등과 같은 분야에서 주로 다채널(5.1채널) 방식으로 제공되고 있다.

최근에는 이와 같은 3차원 음향효과를 핸드폰이나 PDA폰에 적용하기 위한 시도가 진행되고 있으나, 핸드폰이나 PDA폰에 장착되는 스피커의 크기가 작아 가정용 멀티미디어 기기에서 얻고 있는 저주파 음을 충분히 살릴 수 없다는 단점이 있다. 즉, 핸드폰이나 PDA폰에 장착되어 있는 크기가 작은 2개의 스피커로 음악, 벨소리 및 게임의 효과음 등을 재생할 경우 풍부한 음향효과를 주지 못한다.

이와 같은 문제점을 해결하여 핸드폰이나 PDA폰에서 보다 나은 3차원 음향효과와 음성통화 시 음질 열화를 최소화시키기 위한 방법이 필요하게 되었다. 이러한 입체음향 구현 방법은 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 주파수 대역별로 재생 시간에 차이를 두어 인위적으로 3차원 음향효과를 느끼도록 소리를 출력하는 방법(SRS: Sound Retrieval System)과, 여러 개의 스피커를 이용한 다채널 서라운드 방식이 있다. 그리고 마지막 방법은 인간의 방향지각 요소를 포함하는 머리전달함수(HRTF: Head Related Transfer Function)를 이용한 2채널 입체음향 재생 방법이 있다. 이러한 입체음향 구현 방법은 가정용 멀티미디어 기기에 적용되어 풍부한 3차원 음향효과를 얻을 수 있다.

그러나 상기 입체음향 구현 방법들은 3개의 스피커가 장착된 즉, 2개의 스피커로는 3차원 음향효과 재생용으로 또 다른 하나의 스피커는 통화용으로 사용하고 있는 핸드폰이나 PDA폰에서는 스피커 크기의 한계로 인해 풍부한 3차원 음향효과를 얻지 못하고 있는 실정이다. 또한, 스피커 크기의 한계로 인한 통화용 음질 열화가 발생한다.

그런데 기존 가정용 멀티미디어 기기에 적용되어 온 입체음향 재생기술은 풍부한 3차원 음향효과를 주고 있으며, 이는 주로 음향신호의 저주파 음 재생이 용이하기 때문이다. 하지만 스피커 크기의 제한을 받는 핸드폰이나 PDA폰 등의 이동통신 시스템에서는 저주파 음을 충분히 재생하지 못하므로 기존 가정용 멀티미디어 기기에서 얻고 있는 풍부한 3차원 음향효과를 얻는 데는 한계가 있다.

또한, 3차원 음향효과 즉, 공간감을 얻기 위해서는 머리전달함수(HRTF)와 크로스토크 제거 필터와의 콘볼루션 연산을 해야 한다. 이로 인해 음향신호의 저주파 음의 감쇠(attenuation)가 더욱 심해진다.

게다가 스피커 크기의 제한을 받기 때문에 저주파 음을 용이하게 재생 할 수 없고, 머리전달함수(HRTF)와 크로스토크 제거 필터와의 콘볼루션 연산이 저주파 감쇠를 수반하므로 풍부한 3차원 음향효과를 핸드폰이나 PDA폰에서 얻기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 본 발명은 핸드폰이나 PDA폰에서 저주파 음의 감쇠를 최소화 하여 풍부한 3차원 입체음향을 얻고 음성통화 시 저주파음의 감쇠를 최소화 하여 통화 품질을 개선하기 위한 입체음향 신호 생성 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 장치는, 이동통신 시스템에서, 수신된 오디오 신호로부터 입체음향 신호를 생성하기 위한 장치로서, 상기 입력된 오디오 신호에서 저주파 신호를 추출하는 저주파 추출부와, 상기 오디오 신호로부터 공간감을 갖는 신호를 생성하는 공간감 생성부와, 상기 공간감을 갖은 신호와 상기 추출된 저주파 신호를 입력하고, 출력장치에 따라 해당 신호를 출력하는 출력모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 방법은, 이동통신 시스템에서, 공간정보가 부가된 입체음향 신호를 생성하기 위한 방법으로서, 상기 입력된 오디오 신호에서 저주파 신호를 추출하고 추출된 저주파 신호를 보정하는 과정과, 상기 오디오 신호에 머리전달함수를 적용하여 공간감을 갖는 신호를 생성하는 과정과, 상기 공간감을 갖은 신호와 상기 추출된 저주파 신호를 입력하고, 출력장치에 따라 해당 신호를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

후술되는 본 발명은 머리전달함수(HRTF)와 크로스토크 제거 필터와의 콘볼류션 연산 결과를 3차원 음향 효과를 주기 위해 2개의 스테레오 스피커로 전달하고, 입력음향 신호에 저역 통과 필터를 통과한 신호를 통화용 스피커로 전달하여 저주파 음을 재생하는 알고리즘으로 구성한다. 또한, 본 발명은 기존 스피커에 비해 공진주파수가 더 낮은 스피커를 사용하여 더 풍부한 3차원 음향효과를 얻고, 음성 통화 시 저주파 음의 감쇠를 최소화하여 통화 품질을 개선하기 위한 장치를 사용한다. 이러한 통화 품질을 개선하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 입체음향 신호 생성 장치의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 또한, 하기 설명에서 입체음향 신호는 공간감을 갖는 신호로도 혼용하여 사용하고 있으나, 모두 3차원 음향효과를 갖는 신호를 나타내는 동일한 의미임을 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 입체음향 신호 생성 장치의 구조를 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 스테레오 입체음향 신호를 생성하기 위한 장치의 저주파신호 추출부의 구체적인 구조를 도시한 블록도이다.

입체음향 신호 장치(100)는 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 입력 신호의 종류를 결정하는 입력신호 선택부(110)와, 상기 결정된 입력신호의 저주파 신호를 추출하는 저주파 신호 추출부(120)와, 상기 입력신호에서 입체 음향 신호를 생성하는 공간감 생성부(123)와, 상기 입체음향 신호 생성을 제어하는 제어부(130)를 구비한다. 그리고 상기 입체음향 신호 장치(100)는 상기 입체음향 생성에 따라 출력모드를 선택하는 출력모드 선택부(140)와, 최종 신호를 출력하는 출력부(150)를 구비한다.

상기 입력 신호 선택부(110)는 입력 신호의 종류를 결정한다. 여기서 상기 입력 신호가 통화용 음성 신호이면, 상기 입력 신호 선택부(110)는 저주파 신호 추출부(120) 및 공간감 생성부(123)을 거치지 않고 바로 출력 모드 선택부(140)로 전송한다. 반면, 상기 입력 신호가 오디오 신호이면, 상기 입력 신호 선택부(110)는 저주파 신호 추출부(120) 및 공간감 생성부(123)로 오디오 신호를 전송한다.

상기 저주파 신호 추출부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 저주파 신호 필터(Low Pass Filter : LPF)(121)를 구비하며, 상기 저주파 신호 필터(121)는 입력 신호 재생 시 손실되는 저주파 영역의 신호를 별도로 보상하기 위해 입력 신호로부터 저주파 신호를 추출한다. 여기서, 상기 저주파 영역 신호의 보상은 3차원 입체음향 즉, 공간감을 갖는 신호를 생성하기 위한 머리 전달함수와의 콘볼루션과, 상기 공간감을 갖는 신호를 스테레오 스피커에서 재생하기 위한 크로스토크 제거 필터링으로 인한 입력 신호의 저주파 성분이 감쇠를 방지하기 위함이다. 그리고 상기 저주파 신호 추출부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 저주파 신호 조절기(Gain)(122)를 구비한다. 상기 저주파 신호 조절기(122)는 추출된 저주파 신호를 수신하여 입체음향 효과 즉, 공간 정보가 부가된 출력 오디오 신호와 적절히 결합하기 위해 상기 수신된 저주파 신호에 대한 시간지연이나 크기 등을 조정한다.

상기 공간감 생성부(125)는 상기 입력 신호 선택부(110)로부터 입력된 오디오 신호에 머리전달함수(HRTF)를 이용하여 원하는 입체음향 효과 즉, 공간감을 갖는 스테레오 오디오 신호를 생성한다. 여기서 상기 머리전달함수는 모바일 장치의 메모리 용량의 한계를 극복하기 위해 선형 보간 방법을 통해 구한다. 즉, 공간감 생성부(123)는 도 2에 도시된 바와 같이, 방위각(Azimuth) 및 높이(Elevation)를 입력받아 머리전달함수를 보간하는 머리전달함수 보간을 통해 좌측 및 우측 머리전달함수를 출력한다.

한편, 상기 제어부(130)는 각 파트에서 필요한 정보를 제공하고 입체음향 생성을 위한 전체적인 제어를 수행한다. 상기 제어부(130)는 공간감 생성부(123)로 원하는 음성을 정위시키도록 방향 정보와 움직임 정보를 제공하고, 저주파신호 추출부(120)로 출력 신호가 보다 자연스럽고 음감이 풍부한 신호가 되도록 파라미터를 조절하기 위한 제어 신호를 전송한다. 또한, 상기 제어부(130)는 출력모드 선택부(140)로 입력 신호의 종류와 어떤 출력을 사용할지를 결정하기 위한 제어 신호를 전송한다.

상기 출력 모드 선택부(140)는 입력되는 신호에 따라 모드를 선택하며, 입력신호 선택부(110)로부터 음성 신호를 직접 수신한 경우, 상기 출력 모드 선택부(140)는 음성통화모드를 선택하여 아무런 처리를 하지 않은 입력 신호를 출력부(150)로 출력한다. 반면, 저주파신호 추출부(120) 및 공간감 생성부(123)로부터 저주파신호 및 공간감을 갖는 신호를 수신한 경우, 상기 출력 모드 선택부(140)는 혼합 모드 또는 스테레오 모드를 선택하여 상기 신호들을 출력부(150)로 출력한다.

상기 출력부(150)는 음성 신호 및 오디오 신호의 저주파 신호를 출력하는 저주파 재생용 스피커(151)와, 입체음향과 저주파신호를 혼합하는 혼합기(152)와, 혼합된 신호를 출력하는 이어폰(153)과, 입체음향 효과를 높이기 위한 확장기(154)와, 스테레오 신호를 출력하는 스테레오 스피커(155)를 구비한다.

상기 저주파 재생용 스피커(151)는 음성통화 모드 시 상기 출력 모드 선택부(140)로부터 출력되는 음성신호를 출력하고, 음성 통화 시 일반적인 스피커보다 더 많은 저음을 재생시켜 줌으로써 통화음질과 개인의 음색을 좋게 한다. 또한, 상기 저주파 재생용 스피커(151)는 입체음향 효과를 주기 위해 처리하는 머리전달함수와의 콘볼루션과 크로스토크제거 필터링으로부터 야기되는 저주파 감쇠를 최소화하기 위해 원 오디오 신호의 저주파 성분을 저주파 재생 스피커를 통해서 출력한다.

상기 혼합기(152)는 혼합모드 시 상기 출력 모드 선택부(140)로부터 출력되 는 신호들 즉, 저주파신호 재생 조절기(122)를 통해 조정된 저주파 신호와, 공간감 생성부(123)로부터 생성된 입체음향 신호를 혼합하여 이어폰(153)을 통해 출력 오디오 신호로 출력한다.

상기 확장기(154)는 스테레오모드 시 상기 출력 모드 선택부(140)로부터 출력되는 저주파 신호를 수신하여 크로스토크를 제거하고, 모바일 장치에서 입체음향 효과가 배가 되도록 청자 기준으로 좌/우 스피커가 넓게 벌려져 있는 것처럼 좌우로 음상을 가상 정위시킨다. 여기서 단순히 스피커를 통해서 입체음향을 재생할 경우, 좌우 스피커의 출력 신호가 서로 합쳐져 입체음향효과가 사라지기 때문에 청자는 입체음향효과를 기대할 수 없게 된다. 때문에 상기 확장기(154)는 크로스토크 제거 필터링을 함으로써 원래의 입체음향 효과를 얻을 수 있도록 한다.

이와 같은 구조를 갖는 입체음향 시스템에서 스테레오 신호의 저주파 신호 보정을 통한 입체 음향 재생 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 입체 음향 신호 생성을 위한 동작을 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 300단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 입력신호 선택부(110)로 입력되는 신호를 선택한다. 이때, 상기 입력 신호 선택부(110)가 음성 신호를 선택한 경우, 333단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 음성 신호를 저주파 재생용 스피커(151)로 출력한다. 즉, 입력 신호 선택부(110)로부터 출력된 음성 신호는 출력 모드 선택부(140)로 입력된다. 이에 따라 상기 출력 모드 선택부(140)는 스위치(도시되지 않음)가 음성 신호 경로로 접속(0N)되어 음성통화 모드를 선택한다. 이후, 상기 출력 모드 선택부(140)는 상기 음성 신호를 저주파 재생용 스피커(151)로 출력한다.

반면, 상기 입력신호 선택부(110)가 300단계에서 오디오 신호를 선택하면, 311단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 상기 입력신호 선택부(110)로부터 출력되는 오디오 신호를 공간감 생성부(123)로 입력한다. 이에 따라 공간감 생성부(123)는 입력 신호에 방향감과 거리감을 주기 위해 제어부(130)로부터 받은 거리 조정 정보를 통해 좌/우측 머리전달함수와의 콘볼루션 연산을 수행한다. 이때, 공간감 생성부(123)는 메모리에 저장할 머리전달함수의 데이터가 많음을 해결하기 위한 선형 보간을 수행하여 좌/우측 머리 전달함수를 출력한다. 이와 동시에 331단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 저주파 신호 추출부(120)로 오디오 신호를 입력한다. 이에 따라 저주파 신호 추출부(120)는 제어부(130)의 제어에 따라 저역통과 필터링을 통해 저주파 신호를 추출하고, 저주파 신호의 재생 정도를 조절한다.

그러면 312단계 및 332단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 출력 모드 선택부(140)를 통해 해당 모드를 선택한다. 이때, 312단계에서 상기 공간감 생성부(120)로부터 수신된 공간감을 갖는 신호에 따라 선택된 모드가 이어폰 모드로 선택된 경우, 313단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 출력부(150)내의 혼합기(152)를 통해 신호를 혼합하고, 314단계에서 혼합된 신호를 좌/우측으로 구성된 이어폰(153)을 통해 출력한다.

반면, 상기 출력모드 선택부(140)에 의해 이어폰 모드가 아닌 스피커 모드로 선택된 경우, 321단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 확장기(154)를 통해 크로스토크를 제거하고, 제어부(130)로부터 전송된 거리 및 방향 정보를 통해 좌/우 스피커가 넓게 벌려져 있는 것처럼 좌우로 음상을 가상 정위 시킨다. 이후, 322단계에서 입체음향 신호 생성 장치(100)는 크로스토크가 제거된 스테레오 오디오 신호를 좌/우측 스테레오 스피커(155)를 통해 출력한다.

이와 동시에 상기 332단계에서 상기 저주파 신호 추출부(120)로부터 추출된 저주파 신호에 따라 선택된 모드가 이어폰 모드이면, 313단계로 진행하고, 그렇지 않고 스피커 모드로 선택되면, 333단계로 진행하여 상기 저주파 신호를 저주파 재생용 스피커(151)로 출력한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 3차원 입체음향효과를 주기 위해 처리된 신호는 두 개의 스테레오 스피커로 출력하고 입력신호에 저역통과 필터링한 저주파 성분의 신호는 크기를 제어하여 저주파 재생용 스피커로 출력함으서, 이동통신 시스템에서 더 풍부한 3차원 입체음향 효과와 음성 통화 시 음질 열화를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존 음성 통화용 스피커보다 공진주파수가 낮은 스피커로 사용하함으로써, 저주파 영역 신호의 감쇠를 줄이고, 통화 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템에서 입체음향 신호 생성 장치의 구조를 도시한 블록도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 스테레오 입체음향 신호를 생성하기 위한 장치의 저주파신호 추출부의 구체적인 구조를 도시한 블록도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 입체 음향을 생성하기 위한 동작을 도시한 흐름도.

Claims (7)

1. 이동통신 시스템에서, 수신된 오디오 신호로부터 입체음향 신호를 생성하기 위한 장치에 있어서,

   상기 입력된 오디오 신호에서 저주파 신호를 추출하는 저주파 추출부와,

   상기 오디오 신호로부터 공간감을 갖는 신호를 생성하는 공간감 생성부와,

   상기 공간감을 갖은 신호와 상기 추출된 저주파 신호를 입력하고, 출력장치에 따라 해당 신호를 출력하는 출력모드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 저주파 추출부는,

   상기 입력 신호 선택부로부터 수신된 상기 입력 신호의 저주파 신호를 추출하는 저주파신호 추출기와,

   상기 추출된 저주파신호를 상기 제어부의 제어 신호에 따라 보정하는 저주파신호 조절기를 포함함을 특징으로 하는 상기 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 출력모드 선택부에서 출력된 신호를 출력하는 출력부와,

   상기 공간감 생성부에서 공간감을 갖은 신호를 생성하도록 공간 정보를 제공하고, 상기 출력모드 선택부에서 상기 출력 장치에 따라 상기 출력 신호를 재생하기 위한 제어를 수행하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 출력부는,

   입력된 음성 신호 및 상기 저주파 생성부로부터 출력된 저주파 신호를 출력하는 저주파 재생용 스피커와,

   상기 저주파 신호 및 상기 공간감을 갖는 신호를 혼합하고 상기 혼합된 신호를 이어폰으로 출력하는 혼합기와,

   상기 공간감 생성부에서 출력되는 상기 공간감을 갖는 신호에서 크로스토크를 제거하고, 좌우로 음상을 가상 정위시켜 원하는 스테레오 신호를 출력하는 확장기와,

   상기 원하는 스테레오 신호를 출력하는 스테레오 스피커를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
5. 이동통신 시스템에서, 공간정보가 부가된 입체음향 신호를 생성하기 위한 방법에 있어서,

   상기 입력된 오디오 신호에서 저주파 신호를 추출하고 추출된 저주파 신호를 보정하는 과정과,

   상기 오디오 신호에 머리전달함수를 적용하여 공간감을 갖는 신호를 생성하는 과정과,

   상기 공간감을 갖은 신호와 상기 추출된 저주파 신호를 입력하고, 출력장치에 따라 해당 신호를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 공간감을 갖는 신호를 생성하기 위한 공간 정보 및 제어 신호를 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 출력장치에 따라 해당 신호를 출력하는 과정은,

   상기 저주파 신호를 수신하고 스피커 모드를 선택한 경우, 상기 수신된 저주파 신호를 저주파 재생용 스피커로 출력하는 단계와,

   상기 저주파 신호 및 상기 공간감을 갖는 신호를 수신하고 이어폰 모드를 선택한 경우, 상기 저주파 신호 및 상기 공간감을 갖는 신호를 혼합하고 상기 혼합된 신호를 이어폰으로 출력하는 단계와,

   상기 공간감을 갖는 신호를 수신하고 스피커 모드를 선택한 경우, 크로스토크를 제거하고, 좌우로 음상을 가상 정위시켜 원하는 스테레오 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.