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KR100601729B1 - Spatial inverse filtering device and method considering human cognitive aspect and computer readable recording medium storing computer program controlling the device - Google Patents

Spatial inverse filtering device and method considering human cognitive aspect and computer readable recording medium storing computer program controlling the device Download PDF

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Publication number
KR100601729B1
KR100601729B1 KR1020050055098A KR20050055098A KR100601729B1 KR 100601729 B1 KR100601729 B1 KR 100601729B1 KR 1020050055098 A KR1020050055098 A KR 1020050055098A KR 20050055098 A KR20050055098 A KR 20050055098A KR 100601729 B1 KR100601729 B1 KR 100601729B1
Authority
KR
South Korea
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speaker
angle
nth
unit
filter
Prior art date
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Application number
KR1020050055098A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최철민
성굉모
이신렬
Original Assignee
블루텍 주식회사
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Publication date
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04S7/00Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04R5/00Stereophonic arrangements
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    • H04S2420/01Enhancing the perception of the sound image or of the spatial distribution using head related transfer functions [HRTF's] or equivalents thereof, e.g. interaural time difference [ITD] or interaural level difference [ILD]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치 및 방법과 이 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 개시된다. 제1 내지 제N 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들로 각각 출력하는 이 장치는, 제1 내지 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하는 제1 내지 제N 필터들 및 제1 내지 상기 제N 필터들에서 출력되는 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하는 추출부를 구비하고, 제n(1≤n≤N) 필터는 제n 오디오 입력 신호로부터 제n 스피커의 공간 전달 함수를 측정하는 공간 전달 함수 측정부와, 제n 오디오 입력 신호로부터 제n 스피커의 각도를 측정하는 각도 측정부 및 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 보정된 결과를 이용하여 제n 스피커의 각도를 보정하여 추출부로 출력하는 특성 보정부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 스피커 및 공간의 비 이상적인 특성을 보상하여 전 대역의 음질을 보정하면서도 스피커의 방향 보정을 포괄적으로 수행하여 ITU-T BS 775가 권고하는 최적의 청취 조건을 성취할 수 있는 효과를 갖는다.Disclosed are an apparatus and method for spatial inverse filtering considering a human cognitive aspect and a computer-readable recording medium storing a computer program for controlling the apparatus. The apparatus for filtering first to Nth audio input signals and outputting the first to Nth speakers, respectively, includes first to Nth filters and first to nth filters for filtering first to Nth audio input signals, respectively. An extracting unit for extracting N filtered results by combining the 2N filtered results output from the N th filters, wherein the n (1 ≦ n ≦ N) filter is a space of the n th speaker from the n th audio input signal; A spatial transfer function measuring unit measuring a transfer function, an angle measuring unit measuring an angle of the n th speaker from an n th audio input signal, and a spatial transfer function of the n th speaker, and correcting the n th speaker using the corrected result Characteristic correction unit for correcting the angle of the output to the extraction unit. Therefore, it is possible to achieve the optimal listening conditions recommended by the ITU-T BS 775 by compensating the speaker's direction and compensating the sound quality of the entire band by compensating the non-ideal characteristics of the speaker and the space.

Description

인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치 및 방법과 이 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체{Room inverse filtering apparatus and method considering human's perception and computer-readable recording media storing computer program controlling the apparatus}Spatial inverse filtering apparatus and method considering human's perception and computer-readable recording media storing computer program controlling the apparatus}

도 1은 일반적인 시스템 등화를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining general system equalization.

도 2는 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치의 블럭도이다.2 is a block diagram of a spatial inverse filtering apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 공간 역 필터링 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.3 is a flowchart illustrating a spatial inverse filtering method according to the present invention.

도 4는 도 2에 도시된 제n 필터의 본 발명에 의한 블럭도이다.4 is a block diagram according to the present invention of the n-th filter shown in FIG.

도 5는 도 4에 도시된 RTF 측정부의 이해를 돕기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for better understanding of the RTF measurement unit illustrated in FIG. 4.

도 6은 N=5인 경우, 각도 측정부의 이해를 돕기 위한 도면이다.6 is a diagram for aiding in understanding the angle measuring unit when N = 5.

도 7 (a) 및 (b)들은 각도 측정부에서 제n 스피커의 위치를 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.7 (a) and 7 (b) are diagrams for describing a process of obtaining a position of an n-th speaker in the angle measuring unit.

도 8은 제n 스피커의 각도를 측정하기 위한 마이크로폰 들의 실제 외관을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating an actual appearance of microphones for measuring an angle of an nth speaker.

도 9 (a) ~ (c)들은 각 채널 즉, 각 마이크로 폰에서 측정된 결과를 나타내 는 도면이다.9 (a) to 9 (c) show the results measured in each channel, that is, in each microphone.

도 10은 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치 및 방법의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.10 is an exemplary diagram for explaining the effect of the apparatus and method for space inverse filtering according to the present invention.

도 11은 도 4에 도시된 특성 보정부의 본 발명에 의한 실시예의 블럭도이다.FIG. 11 is a block diagram of an embodiment according to the present invention of the characteristic corrector shown in FIG. 4.

도 12는 도 11에 도시된 공간 전달 함수 보정부의 본 발명에 의한 실시예의 블럭도이다.12 is a block diagram of an embodiment according to the present invention of the space transfer function correction unit shown in FIG. 11.

도 13 (a) ~ (d)들은 도 12에 도시된 공간 전달 함수 보정부에 입/출력되는 파형들을 예시적으로 나타낸다.13A to 13D illustrate waveforms input and output to the space transfer function correcting unit illustrated in FIG. 12.

도 14는 가상적인 5.1 채널 스피커의 배치를 예시적으로 나타내는 도면이다.14 exemplarily shows an arrangement of a virtual 5.1 channel speaker.

도 15는 도 11에 도시된 각도 보정부의 본 발명에 의한 실시예의 블럭도이다.FIG. 15 is a block diagram of an embodiment of the present invention according to the present invention.

도 16 (a) 및 (b)들은 제1 가상 음원 합성부의 이해를 돕기 위한 도면들이다.16 (a) and (b) are diagrams to help understanding of the first virtual sound source synthesis unit.

도 17은 도 15에 도시된 음색 보정 필터의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 블럭도이다.17 is a block diagram of a preferred embodiment of the present invention of the tone correction filter shown in FIG.

도 18은 제1, 제2 또는 제3 가상 음원 합성부의 본 발명에 의한 실시예의 블럭도이다.18 is a block diagram of an embodiment according to the present invention of a first, second or third virtual sound source synthesis unit.

도 19는 전술한 수학식들 5 및 6에 각각 표현된 속도 이득들의 정위 각도에 따른 분포를 나타내는 그래프이다.FIG. 19 is a graph illustrating a distribution according to a stereotactic angle of velocity gains represented in Equations 5 and 6, respectively.

도 20은 전술한 수학식들 5 및 6에 각각 표현된 에너지 이득들의 정위 각도 에 따른 분포를 나타내는 그래프이다.FIG. 20 is a graph illustrating a distribution according to an orientation angle of energy gains represented in Equations 5 and 6, respectively.

도 21은 도 18에 도시된 제1, 제2 또는 제3 가상 음원 합성부의 실시예의 블럭도이다.FIG. 21 is a block diagram of an embodiment of the first, second, or third virtual sound source synthesizer shown in FIG. 18.

도 22는 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치 및 방법의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.22 is an exemplary view for explaining the effect of the apparatus and method for space inverse filtering according to the present invention.

본 발명은 홈 씨어터(home theater)등의 음질을 개선시키기 위해 사용되는 공간 역 필터의 설계에 관한 것으로서, 특히, 거실 등 일반적인 청취 환경에서 스피커(speaker) 자체의 특성 및 그 배치가 이상적이지 못하여 발생하는 음질의 열화를 보상할 수 있는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치 및 방법과 이 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the design of a spatial inverse filter used to improve the sound quality of a home theater. In particular, the speaker itself is not ideal and its arrangement in a general listening environment such as a living room. The present invention relates to an apparatus and method for spatial inverse filtering in consideration of a human cognitive aspect capable of compensating for deterioration of sound quality, and a computer-readable recording medium storing a computer program for controlling the apparatus.

음질의 열화를 유발하는 주요 요소로는 스피커의 특성, 스피커들과 청(취)자간 거리의 불균일함, 청취 공간의 특성, 청자를 기준으로 한 스피커의 배치 각도의 비 대칭성 등을 들 수 있다. 종래에 음질의 열화를 보정하는 기법들이 많이 있으나, 영상과 음향의 동기 문제로 인하여 충분한 저음 대역까지 보정할 수 없는 문제점이 있다. 게다가, 종래의 방법은 스피커 배치 각도에 의한 영향을 고려하지 못하므로 스피커 배치 각도 비대칭에 의한 '사운드 스테이지'의 열화를 보정할 수 도 없는 문제점을 갖는다.The main factors causing the deterioration of sound quality are speaker characteristics, non-uniformity of the distance between the speakers and the listener, characteristics of the listening space, and asymmetry of the speaker's placement angle with respect to the listener. Conventionally, there are many techniques for correcting deterioration of sound quality, but there is a problem in that a sufficient low tone band cannot be corrected due to synchronization problem of image and sound. In addition, since the conventional method does not consider the influence of the speaker arrangement angle, there is a problem that the degradation of the 'sound stage' due to the speaker arrangement angle asymmetry cannot be corrected.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스피커 및 공간의 비 이상적인 특성을 보상할 수 있는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a spatial inverse filtering apparatus in consideration of human cognitive aspects that can compensate for the non-ideal characteristics of speakers and space.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 스피커 및 공간의 비 이상적인 특성을 보상할 수 있는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a spatial inverse filtering method in consideration of human cognitive aspects that can compensate for the non-ideal characteristics of the speaker and the space.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a computer-readable recording medium for storing a computer program for controlling a spatial inverse filtering device in consideration of the human cognitive aspect.

상기 과제를 이루기 위해, 제1 내지 제N(여기서, N은 2이상의 양의 정수이다.) 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들로 각각 출력하는 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치는, 상기 제1 내지 상기 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하는 제1 내지 제N 필터들 및 상기 제1 내지 상기 제N 필터들에서 출력되는 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하는 추출부로 구성되고,In order to achieve the above object, the spatial inverse filtering apparatus according to the present invention for filtering the first to N-th (where N is a positive integer of 2 or more) and output to the first to N-th speakers, respectively, Extracts N filtered results by combining first through Nth filters that respectively filter the first through Nth audio input signals, and 2N filtered results output by the first through Nth filters. Consists of extracting unit to

제n(1≤n≤N) 필터는 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 측정하는 공간 전달 함수 측정부와, 상기 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 각도를 측정하는 각도 측정부 및 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 상기 보정된 결과를 이용하여 상기 제n 스피커의 각도를 보정하여 상기 추출부로 출력하는 특성 보정부로 구성되는 것이 바람직하다.The n th (1 ≦ n ≦ N) filter measures a space transfer function measurement unit for measuring a space transfer function of the n th speaker from an n th audio input signal, and measures an angle of the n th speaker from the n th audio input signal. Preferably, the angle measuring unit and the spatial transfer function of the n-th speaker are corrected, and the characteristic correction unit corrects the angle of the n-th speaker using the corrected result and outputs the extracted part to the extraction unit.

상기 다른 과제를 이루기 위해, 제1 내지 제N(여기서, N은 2이상의 양의 정수이다.) 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들로 각각 출력하는 본 발명에 의한 공간 역 필터링 방법은, 상기 제1 내지 상기 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하는 단계 및 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하는 단계로 이루어지고,In order to achieve the above object, the first to the N-th (where N is a positive integer of 2 or more). The spatial inverse filtering method according to the present invention for filtering the audio input signals and output to the first to N-th speakers, respectively Filtering each of the first to Nth audio input signals and extracting N filtered results by combining 2N filtered results,

제n (1≤n≤N) 오디오 입력 신호를 필터링하는 단계는 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수와 상기 제n 스피커의 각도를 측정하는 단계 및 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 상기 보정된 결과를 이용하여 상기 제n 스피커의 각도를 보정하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.Filtering the n th (1 ≦ n ≦ N) audio input signal comprises measuring a spatial transfer function of the n th speaker and an angle of the n th speaker from an n th audio input signal and the spatial transfer of the n th speaker Compensating a function, and correcting the angle of the n-th speaker using the corrected result.

상기 또 다른 과제를 이루기 위해, 제1 내지 제N(여기서, N은 2이상의 양의 정수이다.) 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들로 각각 출력하는 공간 역 필터링 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 본 발명에 의한 기록 매체에 있어서, 컴퓨터 프로그램은 상기 제1 내지 상기 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하는 단계 및 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하는 단계를 수행하고,In order to achieve the above object, the first to the Nth (where N is a positive integer of 2 or more) to control the spatial inverse filtering device for filtering the audio input signals and output to the first to Nth speakers, respectively In a computer-readable recording medium according to the present invention for storing a computer program, the computer program comprises filtering the first through the N-th audio input signals and combining the 2N filtered results into N filtered results. Take the steps to extract the results,

제n (1≤n≤N) 오디오 입력 신호를 필터링하는 단계는 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수와 상기 제n 스피커의 각도를 측정하는 단계 및 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 상기 보정된 결과를 이용하여 상기 제n 스피커의 각도를 보정하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.Filtering the n th (1 ≦ n ≦ N) audio input signal comprises measuring a spatial transfer function of the n th speaker and an angle of the n th speaker from an n th audio input signal and the spatial transfer of the n th speaker Compensating a function, and correcting the angle of the n-th speaker using the corrected result.

본 발명을 설명하기에 앞서, 종래의 일반적인 공간 등화 기법에 대해 다음과 같이 설명한다. 공간 등화 기법에 대해서는 "Discrete-Time Signal Processing"라는 제목으로 'Oppenheim, A. V.' 및 'Schafer, A.W.'에 의해 저술되고 Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ에 의해 1989년도에 출간된 책 및 "Adaptive Filter Theory"라는 제목으로 'Haykin, S.'에 의해 저술되고 Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ에 의해 1996년도에 출간된 3판 책에 개시되어 있다.Prior to describing the present invention, a conventional general spatial equalization technique is described as follows. For spatial equalization techniques, titled "Discrete-Time Signal Processing", "Oppenheim, A. V." And a book by Schafer, AW, published in 1989 by Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, and entitled "Adaptive Filter Theory", by Haykin, S., Prentice-Hall, Englewood 3rd edition, published in 1996 by Cliffs, NJ.

도 1은 일반적인 시스템 등화(system equalization)를 설명하기 위한 도면으로서, 공간 역 필터(room inverse filter)[H(z)](10) 및 공간 전달 함수(RTF:Room Transfer Function)[G(z)](12)로 구성된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining general system equalization, a room inverse filter [H (z)] 10 and a room transfer function (RTF) [G (z). ] (12).

일반적인 경우 입력 신호(x[n])는 공간 전달 함수[G(z)]로 인해 왜곡되며, 이러한 왜곡을 보상하기 위해 공간 역 필터[H(z)](10)가 마련된다. 공간 역 필터[H(z)](10)가 이론적으로 완벽하다면, 공간 전달 함수[G(z)]와 공간 역 필터[H(z)]의 곱은 다음 수학식 1과 같이 단위 임펄스 함수가 될 수 있다.In the general case, the input signal x [n] is distorted due to the space transfer function G (z), and a space inverse filter H (z) 10 is provided to compensate for this distortion. If the space inverse filter [H (z)] (10) is theoretically perfect, then the product of the space transfer function [G (z)] and the space inverse filter [H (z)] becomes a unit impulse function as Can be.

Figure 112005033835922-pat00001
Figure 112005033835922-pat00001

그러나, 실제로 공간 전달 함수[G(z)]는 여러 가지 위상 특성을 포함하고 있고 스피커가 재생할 수 있는 영역도 일반적으로 제한되어 있으므로, 다음 수학식 2 와 같이 수학식 1의 우변에 '1' 대신에 소정의 목적 함수[T(z)]를 채택한다.However, since the space transfer function [G (z)] actually includes various phase characteristics and the area that the speaker can reproduce is generally limited, instead of '1' on the right side of Equation 1 as shown in Equation 2 below. A predetermined objective function [T (z)] is adopted.

Figure 112005033835922-pat00002
Figure 112005033835922-pat00002

여기서, E(z)는 다음 수학식 3과 같이 표현되는 오차를 나타내는 오차 함수이다.Here, E (z) is an error function representing an error expressed as in Equation 3 below.

Figure 112005033835922-pat00003
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일반적으로 H(z)를 구하기 위해, G(z)와 동일한 위상 특성을 갖고 등화를 원하는 주파수 영역에서 '1'의 크기 특성을 갖도록 T(z)를 설정하고, E(z)를 소정의 기준(criterion)에 의해 최소화하는 방법으로 구한다. 이를 위해 주로 사용하는 H(z)의 구현 형태로서, 무한 임펄스 응답(IIR:Infinite Impulse Response) 필터에 의한 밴드 등화기, 선형 위상 유한 임펄스 응답(FIR:Finite Impulse Response) 필터에 의한 크기 특성 등화기 등이 있다. 이외에도, 적응 필터 구현 기법에 의해 G(z)의 위상 특성까지 보상하는 역 위상 FIR 필터도 있으나, 이는 실용상 계산량이 지나치게 많고 기술적으로도 구현이 어려우므로 거의 사용되지 않는다. 여기서, H(z)를 구하는 대표적인 3가지의 종래의 일반적인 기법들을 기술한다.In general, in order to obtain H (z), T (z) is set to have the same phase characteristic as G (z) and a magnitude characteristic of '1' in the frequency region where equalization is desired, and E (z) is a predetermined reference. Obtained by the method of minimization by criterion. For this purpose, the implementation of H (z), which is mainly used for this, is a band equalizer by an infinite impulse response (IIR) filter and a magnitude characteristic equalizer by a linear phase finite impulse response (FIR) filter. Etc. In addition, there is an inverse phase FIR filter that compensates for the phase characteristic of G (z) by an adaptive filter implementation technique, but this is rarely used because of the excessive computational amount and the difficulty of implementation. Here, three representative conventional general techniques for obtaining H (z) are described.

먼저, IIR 필터에 의한 밴드 등화기를 사용하는 기법은 공간 전달 함수를 몇 개의 밴드로 나누고 각 밴드 내에 포함된 에너지를 구한 후, 그 에너지들을 균등하게 하는 각 밴드별 이득을 구한다. 이 경우, 목표 주파수 크기 응답 곡선을 설정한 후, 설정된 곡선과 공간 임펄스 응답에 대한 주파수 크기 응답 곡선에서 구한 옥타브 밴드(octave band)별 평균 에너지의 차를 보상하는 방식으로 역 필터링이 행해진다. 이러한 기법은 바이쿼드(Biquad) 필터등의 간단한 IIR 필터를 이용해 구성할 수 있으므로 그 구현이 간단하여, H(z)를 구하는 데 가장 널리 이용된다. 그러나, 이러한 기법은 동일 밴드 내에서 발생하는 급격한 음의 크기 변화는 보상할 수 없는 즉, 밴드 내에 나타나는 세밀한 특성을 보상할 수 없는 한계를 가지며, 2개의 밴드가 중첩되는 영역에서 위상 왜곡을 크게 발생시키는 문제점을 갖는다.First, the technique using the band equalizer by the IIR filter divides the spatial transfer function into several bands, finds the energy contained in each band, and then obtains the gain for each band to equalize the energies. In this case, after the target frequency magnitude response curve is set, inverse filtering is performed in a manner that compensates for the difference in average energy for each octave band obtained from the frequency magnitude response curve for the set curve and the spatial impulse response. Since this technique can be configured using a simple IIR filter such as a Biquad filter, its implementation is simple and is most widely used to obtain H (z). However, this technique has a limitation in that it is not possible to compensate for a sudden change in loudness occurring in the same band, that is, it cannot compensate for the minute characteristics appearing in the band, and large phase distortion occurs in an area where two bands overlap. Has a problem.

다음으로, 선형 위상 FIR 필터에 의한 크기 특성 등화기를 사용하는 기법은 공간 전달 함수의 크기 특성을 구한 후, 그 특성으로 목적 함수를 다음 수학식 4와 같이 나누어 준 크기 응답과 선형의 위상 응답을 갖는 FIR 필터를 구하는 방식이다.Next, the technique using the magnitude characteristic equalizer by the linear phase FIR filter obtains the magnitude characteristic of the spatial transfer function, and has the magnitude response and the linear phase response divided by the objective function as This is how to get the FIR filter.

Figure 112005033835922-pat00004
Figure 112005033835922-pat00004

이러한 종래의 기법은 부가적인 위상 왜곡없이 상대적으로 세밀한 주파수 특성을 보상할 수 있는 장점을 가지나, 계산량이 많아서 구현이 복잡하므로 실제 제품화된 례는 많지 않다. 이 기법에서 얻을 수 있는 주파수 해상도는 전체 필터의 길이에 비례하는 데 이를 지나치게 높일 경우 이 필터링으로 인해 발생하는 음의 지연이 크게 나타나므로 목적에 따라 적절한 조절이 필요하며 일반적인 오디오 비디오(AV) 기기에 활용하기 위해서는 립 싱크(lip sync)를 해치지 않는 범위에서 활 용하는 것이 중요하다. 또한, 이 기법은 IIR 필터 기반의 밴드 등화기보다 세밀한 보상이 가능하지만 저 음역의 특성을 세밀하게 보상하기 위해서 많은 탭(tap)수를 요구하므로 저 음역의 세밀한 보상을 위해서는 적합하지 않는 문제점을 갖는다. 즉, 이러한 종래의 기법은 저주파 대역까지 충분한 해상도를 얻기 위해서는 많은 계산량을 요구하는 문제점을 갖는다.This conventional technique has the advantage of compensating for relatively fine frequency characteristics without additional phase distortion. However, since the implementation is complicated due to a large amount of calculation, there are not many examples of actual products. The frequency resolution that can be obtained with this technique is proportional to the length of the overall filter, but if you increase it too much, the delay of the sound caused by this filtering will be large, and according to the purpose, appropriate adjustment is necessary. In order to utilize it, it is important to utilize the lip sync as long as it does not hurt. In addition, this technique can provide finer compensation than an IIR filter-based band equalizer, but it requires a large number of taps to finely compensate the characteristics of the low range, which is not suitable for fine compensation of the low range. . That is, this conventional technique has a problem of requiring a large amount of computation in order to obtain sufficient resolution up to the low frequency band.

마지막으로, IIR 필터에 의한 공간 모드 등화기를 사용하는 기법은 공간 전달 함수에서 가장 두드러지는 문제로 야기되는 공간의 공진 모드를 줄여준다. 우선 공간 전달 함수를 구한 후, 공간의 공진 모드를 측정하여 그에 해당하는 노치(notch) 필터를 만들어 주어 공진 모드를 줄여준다. 전술한 IIR 필터에 의한 밴드 등화기를 사용하는 기법과 선형 위상 FIR 필터에 의한 크기 특성 등화기를 사용하는 기법이 공간의 특성 뿐만 아니라 스피커의 잘못된 배치, 스피커의 완벽하지 못한 주파수 특성에 의한 문제를 해소시키는 반면, IIR 필터에 의한 공간 모드 등화기를 사용하는 기법은 단지 폐공간에서 불가피하게 나타나는 음향 전달의 결함만을 보상할 뿐이다.Finally, the technique using the spatial mode equalizer by the IIR filter reduces the resonance mode of the space caused by the most prominent problem in the space transfer function. First, the space transfer function is obtained, and then the resonance mode of the space is measured and a notch filter corresponding to the space is measured to reduce the resonance mode. The technique of using the band equalizer by the IIR filter and the size characteristic equalizer by the linear phase FIR filter described above solve the problems of not only the spatial characteristics but also the speaker's misplacement and the speaker's incomplete frequency characteristics. On the other hand, the technique using the spatial mode equalizer by the IIR filter only compensates for the defects in sound transmission which are inevitable in the closed space.

결국, 전술한 종래의 기법들은 모두 이상적이지 못한 스피커 배치 각도에 의해 발생하는 입체 음향 청취에 가장 중요한 '사운드 스테이지' 열화는 보정하지 못하는 문제점을 갖는다.As a result, the above-mentioned conventional techniques all have a problem in that the 'sound stage' degradation, which is most important for stereoscopic listening caused by an undesired speaker placement angle, cannot be corrected.

이하, 본 발명에 의한 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치의 구성 및 동작과 이 장치에서 수행되는 공간 역 필터링 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the spatial inverse filtering apparatus in consideration of the human cognitive aspect and the spatial inverse filtering method performed in the apparatus according to the present invention will be described as follows.

도 2는 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치의 블럭도로서, 제1 ~ 제N 필터들(22, 24, ... 및 26) 및 추출부(30)로 구성된다. 여기서, N은 2이상의 양의 정수이다.FIG. 2 is a block diagram of a spatial inverse filtering apparatus according to the present invention, and includes first to N-th filters 22, 24,..., And 26 and an extractor 30. Here, N is a positive integer of 2 or more.

도 3은 본 발명에 의한 공간 역 필터링 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서, 각 오디오 입력 신호를 필터링하는 단계(제40 및 제42 단계들) 및 필터링된 결과들중 일부만을 추출하는 단계(제44 단계)로 이루어진다.3 is a flowchart illustrating a spatial inverse filtering method according to the present invention, comprising: filtering each audio input signal (steps 40 and 42) and extracting only some of the filtered results (44) Step).

본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치 및 방법은 제1 내지 제N 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들(미도시)로 각각 출력한다.The apparatus and method for spatial inverse filtering according to the present invention filters the first to N th audio input signals and outputs the first to N th speakers (not shown), respectively.

먼저, 도 2에 도시된 제1 내지 제N 필터들(22, 24, ... 및 26)은 입력단자 IN1, IN2, ... 및 INN을 통해 각각 입력한 제1 내지 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하고, 필터링된 결과를 추출부(30)로 출력한다(제40 및 제42 단계들). 이 때, 각 필터의 동작을 살펴보면 다음과 같다.First, in the first to the N-th filter shown in Figure 2 (22, 24, ..., and 26) an input terminal IN 1, IN 2, ..., and first to N respectively input through the IN N The audio input signals are respectively filtered and the filtered result is output to the extractor 30 (40th and 42nd steps). At this time, the operation of each filter is as follows.

도 4는 도 2에 도시된 제n 필터의 본 발명에 의한 블럭도로서, 공간 전달 함수(RTF) 측정부(50), 각도 측정부(52) 및 특성 보정부(54)로 구성된다. 여기서, 1≤n≤N 이다.FIG. 4 is a block diagram according to the present invention of the n-th filter shown in FIG. 2 and includes a space transfer function (RTF) measuring unit 50, an angle measuring unit 52, and a characteristic correcting unit 54. Here, 1≤n≤N.

제n 필터의 공간 전달 함수 측정부(50)는 입력단자 INn을 통해 입력한 제n 오디오 입력 신호로부터 제n 스피커의 공간 전달 함수를 측정하고, 측정된 제n 스피커의 공간 전달 함수를 특성 보정부(54)로 출력한다(제40 단계). 여기서, 제n 스피커의 공간 전달 함수란, 제n 스피커로부터 청(취)자의 위치까지 음이 전달되는 경로의 주파수 특성을 의미한다. 여기서, 주파수 특성은 전달되는 음의 크기와 음이 전달되는 시간에 대한 정보를 포함한다. 공간 전달 함수에 대해서는 "Fundamentals of Acoustics"라는 제목으로 'H. Kuttruff'에 의해 저술되고 Wiley & Sons에 의해 2000년도에 출간된 4판 책에 개시되어 있다. 공간 전달 함수를 측정하기 위해 사용되는 신호로서는, 최대 길이 시퀀스(MLS:Maximum Length Sequence), 임펄스(Impulse), 사인 스윕(Sine Sweep)등이 있으며, 측정의 정밀도 및 편의성에 차이가 있으나 어느 신호를 사용해도 무방하다.The spatial transfer function measuring unit 50 of the n th filter measures the spatial transfer function of the n th speaker from the n th audio input signal input through the input terminal IN n , and measures the spatial transfer function of the n th speaker. Output to the government 54 (step 40). Here, the spatial transfer function of the n-th speaker refers to the frequency characteristic of the path through which sound is transmitted from the n-th speaker to the position of the listener. Here, the frequency characteristic includes information about the loudness and the time at which the sound is delivered. For the space transfer function, titled "Hundamentals of Acoustics". It is published in Kuttruff's fourth edition, published in 2000 by Wiley & Sons. Signals used to measure the space transfer function include maximum length sequence (MLS), impulse, sine sweep, and so on. You may use it.

도 5는 도 4에 도시된 RTF 측정부(50)의 이해를 돕기 위한 도면으로서, 룸(room)(64)의 내부에 마련되는 제n 스피커(60) 및 마이크로 폰(microphone)(62)을 나타낸다. 도 5에서, 비록 한 개의 마이크로 폰(62)만이 도시되어 있으나, 다수 개의 마이크로 폰들이 마련될 수 있다.FIG. 5 is a view for better understanding of the RTF measurement unit 50 shown in FIG. 4. The n-th speaker 60 and the microphone 62 provided in the room 64 are illustrated. Indicates. In FIG. 5, although only one microphone 62 is shown, multiple microphones may be provided.

도 5를 참조하면, 제n 스피커(60)를 통해 유출되는 음은 마이크로 폰(62)에 직접 수신되거나 룸(64)에 반사되어 수신될 수 있다. 이 경우, 공간 전달 함수 측정부(50)는 여러 개의 마이크로폰들이 충분히 근접하여 배치되어 있다는 가정하에서 마이크로 폰(62)에 수신되는 음을 이용하여 측정된 공간 임펄스 응답(Room Impulse Response)을 고속 푸리에 변환(FFT:Fast Fourier Transform)하여 공간 전달 함수를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 5, sound leaked through the n-th speaker 60 may be directly received by the microphone 62 or reflected by the room 64. In this case, the space transfer function measuring unit 50 performs fast Fourier transform of a room impulse response measured using a sound received by the microphone 62 on the assumption that several microphones are arranged in close proximity to each other. (FFT: Fast Fourier Transform) to measure the space transfer function.

또한, 제40 단계에서, 각도 측정부(52)는 입력단자 INn을 통해 입력한 제n 오디오 입력 신호로부터 제n 스피커의 각도를 측정하고, 측정된 각도를 특성 보정 부(54)로 출력한다. 여기서, 제n 스피커의 각도란, 청자의 위치로부터 제n 스피커의 배치 각도 즉, 어떠한 특정한 공간에 배치되어 있는 스피커와 청자의 위치간의 각도를 의미한다.In operation 40, the angle measuring unit 52 measures the angle of the n th speaker from the n th audio input signal input through the input terminal IN n, and outputs the measured angle to the characteristic correction unit 54. . Here, the angle of the n-th speaker means the arrangement angle of the n-th speaker from the position of the listener, that is, the angle between the position of the speaker and the listener arranged in a specific space.

도 6은 N=5인 경우, 각도 측정부(52)의 이해를 돕기 위한 도면으로서, 5개의 스피커들(70, 72, 74, 76 및 78)과 세 개의 마이크로폰 들(80, 82 및 84)로 구성된다.FIG. 6 is a diagram for better understanding of the angle measuring unit 52 when N = 5, and includes five speakers 70, 72, 74, 76, and 78 and three microphones 80, 82, and 84. It consists of.

도 6을 참조하면, 각도 측정부(52)는 세 개의 마이크로 폰들(80, 82 및 84)을 이용하여 제n 스피커(70, 72, 74, 76 또는 78)의 각도를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 6, the angle measuring unit 52 may measure the angle of the n-th speaker 70, 72, 74, 76, or 78 using three microphones 80, 82, and 84.

이하, 각도 측정부(52)가 제n 스피커의 각도를 측정하기 위해서 제n 스피커의 위치를 구하는 과정을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the process of obtaining the position of the n-th speaker to measure the angle of the n-th speaker by the angle measuring unit 52 will be described as follows with reference to the accompanying drawings.

도 7 (a) 및 (b)들은 각도 측정부(52)에서 제n 스피커의 위치를 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 (b)에서 c는 음속을 나타내고, t는 시간을 나타낸다.7 (a) and 7 (b) are diagrams for describing a process of obtaining a position of an n th speaker in the angle measuring unit 52. In FIG. 7B, c represents a sound velocity and t represents time.

도 8은 제n 스피커의 각도를 측정하기 위한 마이크로폰 들의 실제 외관을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating an actual appearance of microphones for measuring an angle of an nth speaker.

도 9 (a) ~ (c)들은 각 채널 즉, 각 마이크로 폰에서 측정된 결과를 나타내는 도면으로서, 각 그래프의 종축은 진폭을 나타내고 횡축은 샘플 수를 각각 나타낸다.9 (a) to 9 (c) show the results measured in each channel, that is, in each microphone, wherein the vertical axis of each graph represents an amplitude and the horizontal axis represents the number of samples, respectively.

청자를 중심으로 제n 스피커의 거리 및 각도로 이루어진 스피커의 위치를 측정하기 위해, 공간 임펄스 응답을 각기 다른 세 개의 채널들에서 동시에 측정한다. 각 채널별로 측정 시작 시점[도 7 (b)에 '0'으로 표기됨]부터 임펄스 응답 상에 직접 음이 나타나는 시점까지의 시간 차(to, tx 및 ty)를 도 7 (b)에 도시된 바와 같이 구해낼 수 있다. 이 시간 차(to, tx 및 ty)에 대한 정보로부터 측정점에서 스피커까지의 거리(R0, RX 및 RY)를 구할 수 있다. 측정점을 중심으로하여 계산된 시간차(to, tx 및 ty)에 해당하는 거리(R0, RX 및 RY)를 반지름으로 하는 원호 상에 제n 스피커가 존재한다. 이 때, 세 개의 채널들(ch1, ch2 및 ch3)에서 구한 시간 지연들을 모두 만족시키는 도 7 (a)에 도시된 바와 같은 3개의 원호의 교점(86)은 공간상에서 유일하게 정의되고 이 지점(86)이 제n 스피커의 위치가 된다. 이를 위해, 도 8에 도시된 바와 같이 마이크로 폰들을 배치시켜, 도 9 (a) ~ (c)에 도시된 바와 같이 직접 음을 감지할 수 있다.In order to measure the position of the speaker consisting of the distance and angle of the n-th speaker centered on the listener, the spatial impulse response is simultaneously measured on three different channels. For each channel, time difference t o , t x and t y from the measurement start time point (indicated by '0' in FIG. 7 (b)) to the time when a direct sound appears on the impulse response is shown in FIG. 7 (b). Can be obtained as shown in From the information on these time differences t o , t x and t y , the distances R 0 , R X and R Y from the measuring point to the speaker can be obtained. The n-th speaker exists on an arc whose radius is the distance R 0 , R X and R Y corresponding to the time differences t o , t x and t y calculated around the measuring point. At this time, the intersection point 86 of the three circular arcs as shown in Fig. 7 (a) satisfying all the time delays obtained from the three channels ch1, ch2 and ch3 is uniquely defined in space and the point ( 86) is the position of the n-th speaker. To this end, the microphones may be arranged as shown in FIG. 8 to directly detect sound as shown in FIGS. 9A to 9C.

제40 단계후에, 특성 보정부(54)는 RTF 측정부(50)로부터 입력한 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 보정된 결과를 이용하여 제n 스피커의 각도를 보정하며, 보정된 결과를 추출부(30)로 출력단자 OUTn을 통해 출력한다(제42 단계).After the 40th step, the characteristic corrector 54 corrects the spatial transfer function of the n-th speaker input from the RTF measuring unit 50, corrects the angle of the n-th speaker using the corrected result, and corrects the result. Is output to the extraction unit 30 through the output terminal OUT n (step 42).

제42 단계후에, 추출부(30)는 제1 내지 제N 필터들(22, 24, ... 및 26)에서 출력되는 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하고, 추출된 N개의 필터링된 결과들을 출력단자 OUT1, OUT2, ... 및 OUTN을 통해 각각 출력한다(제44 단계). 여기서, 각 필터(22, 24, ... 또는 26)는 오디오 입력 신호를 오른쪽 성분과 왼쪽 성분으로 나누어 필터링하므로, 각 필터(22, 24, .,.. 또는 26) 로부터 출력되는 성분들은 2개이다.After the 42 th step, the extractor 30 extracts N filtered results by combining 2N filtered results output from the first to Nth filters 22, 24,. The filtered N filtered results are output through the output terminals OUT 1 , OUT 2 ,..., And OUT N , respectively (step 44). Here, each filter 22, 24,... Or 26 filters the audio input signal by dividing the audio input signal into right and left components, so that the components output from each filter 22, 24,. Dog.

도 10은 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치 및 방법의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면으로서, 실제 위치에 존재하는 6개의 스피커들(90, 92, 94, 96, 98 및 100)과 가상적인 위치에 존재하는 6 개의 스피커들(110, 112, 114, 116, 118 및 120)을 나타낸다.FIG. 10 is an exemplary diagram for explaining the effect of the apparatus and method for spatial inverse filtering according to the present invention, and the virtual positions and six speakers 90, 92, 94, 96, 98, and 100 existing in actual positions. Six speakers 110, 112, 114, 116, 118 and 120 present in the FIG.

N은 6인 경우, 도 10을 참조하면, 출력단자 OUT1을 통해 추출부(30)로부터 출력되는 신호는 청자(102)를 중심으로 앞 오른쪽(FR:Front Right)에 위치해야 하는 스피커(90)로 입력되고, 출력단자 OUT2를 통해 추출부(30)로부터 출력되는 신호는 청자(102)를 중심으로 앞의 중앙(C:Center)에 위치해야 하는 스피커(92)로 입력되고, 출력단자 OUT3을 통해 추출부(30)로부터 출력되는 신호는 청자(102)를 중심으로 앞 왼쪽편에 위치해야 하는 서브 우퍼(SW:SubWoofer)(94)로 입력되고, 출력단자 OUT4를 통해 추출부(30)로부터 출력되는 신호는 청자(102)를 중심으로 앞 왼쪽(FL:Front Left)에 위치해야 하는 스피커(96)로 입력되고, 출력단자 OUT5를 통해 추출부(30)로부터 출력되는 신호는 청자(102)를 중심으로 뒷 왼쪽(RL:Rear Left)에 위치해야 하는 스피커(98)로 입력되고, 출력단자 OUT6을 통해 추출부(30)로부터 출력되는 신호는 청자(102)를 중심으로 뒷 오른쪽(RR:Rear Right)에 위치해야 하는 스피커(100)로 입력된다. 이 때, 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치 및 방법에 의해 제1 ~ 제6 오디오 입력 신호들이 필터링된 후 추출부(30)에서 추출되어 스피 커들(90 ~ 100)로 각각 입력되므로, 청자(102)는 마치 스피커가 가상의 위치들(110 ~ 120)에 배치되어 음을 발생하는 것처럼 음을 청취할 수 있다.When N is 6, referring to FIG. 10, the signal output from the extractor 30 through the output terminal OUT 1 should be located at the front right (FR: Front Right) centered on the listener 102. ) And the signal output from the extraction unit 30 through the output terminal OUT 2 is input to the speaker 92 to be located in the center (C: Center) in front of the listener 102, the output terminal The signal output from the extractor 30 through OUT 3 is input to a subwoofer (SW) 94 which should be located on the front left side around the celadon 102 and the extractor through the output terminal OUT 4 . The signal output from the 30 is input to the speaker 96 which should be located on the front left (FL: Front Left) centered on the celadon 102, and the signal output from the extraction unit 30 through the output terminal OUT 5 is a rear left around the listener (102) is input to the speaker (98) to be located at (RL rear left), through the output terminal OUT 6 Signal output from chulbu 30 rear right around the listener (102) is input to the speaker 100 to be located in the (RR Rear Right). In this case, the first to sixth audio input signals are filtered and extracted by the extraction unit 30 and input to the speakers 90 to 100, respectively, by the spatial inverse filtering apparatus and method according to the present invention. ) Can listen to the sound as if the speaker is placed at the virtual positions 110-120 to generate sound.

도 11은 도 4에 도시된 특성 보정부(54)의 본 발명에 의한 실시예(54A)의 블럭도로서, 공간 전달 함수 보정부(130) 및 각도 보정부(132)로 구성된다.FIG. 11 is a block diagram of an embodiment 54A according to the present invention of the characteristic corrector 54 shown in FIG. 4, which is composed of a space transfer function corrector 130 and an angle corrector 132.

공간 전달 함수 보정부(130)는 입력단자 IN1을 통해 입력한 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 보정된 결과를 각도 보정부(132)로 출력한다. 실질적으로 대부분의 경우 공간 전달 함수의 심각한 문제들은 저주파 영역에서 나타나며, 이와 같이 공간 전달 함수 보정부(130)에서 공간 전달 함수를 보정할 경우, 공간과 스피커 자체의 특성 예를 들면, 주파수 특성 및 이상적이지 않은 스피커 배치에 의해 발생하는 음의 열화를 보정할 수 있다.The space transfer function correction unit 130 corrects the space transfer function of the n-th speaker input through the input terminal IN1, and outputs the corrected result to the angle correction unit 132. In most cases, serious problems of the space transfer function appear in the low frequency range. When the space transfer function is corrected by the space transfer function correcting unit 130, the characteristics of the space and the speaker itself, for example, frequency characteristics and ideal It is possible to compensate for the deterioration of sound caused by non-speaker arrangement.

각도 보정부(132)는 공간 전달 함수 보정부(130)에서 보정된 결과로부터 입력단자 IN2를 통해 입력한 제n 스피커의 각도를 보정하고, 보정된 결과를 출력단자 OUT1을 통해 출력한다.The angle corrector 132 corrects the angle of the n-th speaker input through the input terminal IN2 from the result corrected by the space transfer function corrector 130, and outputs the corrected result through the output terminal OUT1.

도 12는 도 11에 도시된 공간 전달 함수 보정부(130)의 본 발명에 의한 실시예(130A)의 블럭도로서, 제1 옥타브 밴드 스무딩(octave band smoothing)부(140), 전 대역 필터(142) 및 공진 모드 제거 필터(144)로 구성된다.FIG. 12 is a block diagram of an embodiment 130A according to the present invention of the spatial transfer function correcting unit 130 shown in FIG. 11, wherein the first octave band smoothing unit 140 and the full band filter ( 142 and a resonance mode cancellation filter 144.

도 12에 도시된 제1 옥타브 밴드 스무딩부(140)는 입력단자 IN3을 통해 RTF 측정부(50)로부터 입력한 제n 스피커의 공간 전달 함수를 소정 비율 예를 들면, 1/3 밴드 옥타브 스무딩하여 주파수 특성의 급격한 변화를 줄인다. 이에 대해서는 "Generalized Fractional-Octave Smoothing of Audio and Acoustic Responses"라는 제목으로 'P.D. Hatziantoniou' 및 'J.N. Mourjopoulos'에 의해 저술되고 Journal of Audio Engineering Society., Vol 48, No.4에 2000년도에 실린 논문에 개되어 있다.The first octave band smoothing unit 140 shown in FIG. 12 performs a predetermined ratio, for example, 1/3 band octave smoothing on the spatial transfer function of the n-th speaker input from the RTF measurement unit 50 through the input terminal IN3. Reduce drastic changes in frequency characteristics. This is referred to as "Generalized Fractional-Octave Smoothing of Audio and Acoustic Responses." Hatziantoniou 'and' J.N. Mourjopoulos' and published in a 2000 article in the Journal of Audio Engineering Society., Vol 48, No.4.

전 대역 필터(142)는 제1 옥타브 밴드 스무딩부(140)의 출력의 역을 취한 값을 그 크기 특성으로서 갖는 선형 위상 FIR 필터로서, 제1 옥타브 밴드 스무딩부(140)의 출력을 필터링한다. 이를 위해, 본 발명에 의하면, 전 대역 필터(142)는 저주파 FIR 필터(150) 및 고주파 FIR 필터(152)로 구현될 수 있다.The full band filter 142 is a linear phase FIR filter having the inverse of the output of the first octave band smoothing unit 140 as its magnitude characteristic, and filters the output of the first octave band smoothing unit 140. To this end, according to the present invention, the full band filter 142 may be implemented as a low frequency FIR filter 150 and a high frequency FIR filter 152.

여기서, 저주파 FIR 필터(150)는 제1 옥타브 밴드 스무딩부(140)의 출력의 저주파 대역을 유한 임펄스 응답(FIR:Finite Impulse Response) 역 필터링하고, 그 결과를 공진 모드 제거 필터(144)로 출력한다. 고주파 FIR 필터(152)는 제1 옥타브 밴드 스무딩부(140)의 출력의 고주파 대역을 유한 임펄스 응답 역 필터링하고, 그 결과를 공진 모드 제거 필터(144)로 출력한다. 이와 같이, 전 대역 필터(142)를 저주파 대역과 고주파 대역으로 나누어서 필터링하므로서, 저주파 영역에 좀 더 높은 해상도를 부여할 수 있다.Here, the low frequency FIR filter 150 inversely filters the low frequency band of the output of the first octave band smoothing unit 140 by a finite impulse response (FIR) and outputs the result to the resonance mode cancellation filter 144. do. The high frequency FIR filter 152 filters the high frequency band of the output of the first octave band smoothing unit 140 by the finite impulse response inverse, and outputs the result to the resonance mode cancellation filter 144. As described above, the full band filter 142 is divided into low frequency bands and high frequency bands, and thus higher resolution can be given to the low frequency area.

공진 모드 제거 필터(144)는 전 대역 필터(142)의 출력으로부터 공간 전달 함수의 공진 모드를 보정하고, 보정된 결과를 출력단자 OUT2를 통해 각도 보정부(132)로 출력한다. 이를 위해, 공진 모드 제거 필터(144)는 전 대역 필터(142)의 출력에 나타나는 공간 공진 모드를 제거하는 다수의 바이쿼드 노치 필터(Biquad notch filter)들로 구현되므로, 청취 공간에서 발생하는 공진 모드들을 감소시킬 수 있다. 이에 대해서는 "Digital Filters"라는 제목으로 'A. Antonius'에 의해 저 술되고 McGraw-Hill에 의해 2000년도에 출간된 2판 책에 개시되어 있다.The resonance mode cancellation filter 144 corrects the resonance mode of the space transfer function from the output of the full band filter 142, and outputs the corrected result to the angle correction unit 132 through the output terminal OUT2. To this end, the resonance mode cancellation filter 144 is implemented as a plurality of biquad notch filters that eliminate the spatial resonance mode appearing at the output of the full-band filter 142, so that the resonance mode occurring in the listening space Can reduce them. This is referred to as "Digital Filters" under the heading 'A. It is published in the second edition, written by Antonius' and published in 2000 by McGraw-Hill.

이 때, 공진 모드 제거 필터(144)의 상한 주파수는 공간의 크기에 의해 결정되는 쉬뢰더(Schroeder) 주파수에 의해 결정될 수 있다. 이에 대해서는, "Fundamentals of Acoustics"라는 제목으로 'H. Kuttruff'에 의해 저술되고 Wiley & Sons에 의해 2000년도에 출간된 4판 책에 개시되어 있다. 이 쉬뢰더 주파수는 실측된 마이크로폰과 스피커들간의 간격에 의해 추정하여 사용된다. 이와 같이 정확하지는 않지만 실용적으로 활용 가능한 쉬뢰더 주파수의 근사값을 사용할 수 있다.At this time, the upper limit frequency of the resonance mode cancellation filter 144 may be determined by the Schroeder frequency determined by the size of the space. In this regard, entitled "Fundamentals of Acoustics", the 'H. It is published in Kuttruff's fourth edition, published in 2000 by Wiley & Sons. This Schröder frequency is used to estimate the distance between the measured microphone and speakers. This inaccurate but practically practical approximation of Schröder frequency can be used.

이 때, 공진 모드들을 감소시킬 때, 지나친 다이나믹 레인지(dynanmic range)의 손실과 비선형 왜곡을 방지하기 위해, 도 12에 도시된 전 대역 필터(142)와 공진 모드 제거 필터(144)의 주파수별 음량 변동을 소정 레벨로 제한될 수도 있다. 여기서, 소정 레벨은 -10 데시벨(decibel) 내지 3 데시벨이 될 수 있다.At this time, the frequency-specific volume of the full-band filter 142 and the resonance mode cancellation filter 144 shown in FIG. 12 in order to prevent loss of excessive dynamic range and nonlinear distortion when reducing the resonance modes. The variation may be limited to a certain level. Here, the predetermined level may be -10 decibels to 3 decibels.

도 13 (a) ~ (d)들은 도 12에 도시된 공간 전달 함수 보정부(130A)에 입/출력되는 파형들을 예시적으로 나타낸다. 도 13 (c)에서 가는 실선은 공간 전달 함수 보정부(130A)로부터 출력되는 신호를 나타내고, 일점 쇄선은 공간 전달 함수 보정부(130A)에 입력되는 신호를 나타내고, 점선은 바이쿼드 노치 필터 1(biquad #1)의 주파수 특성(FR:Frequency Response)를 나타내고, 이점 쇄선은 바이쿼드 노치 필터 2(biquad #2)의 주파수 응답(FR)을 나타내고, 굵은 실선은 바이쿼드 노치 필터 3(biquad #3)의 주파수 응답(FR)을 각각 나타낸다.13A to 13D illustrate waveforms input / output to the space transfer function correcting unit 130A shown in FIG. 12. In FIG. 13 (c), the thin solid line represents the signal output from the space transfer function correcting unit 130A, the dashed-dotted line represents the signal input to the space transfer function correcting unit 130A, and the dotted line represents the biquad notch filter 1 ( shows the frequency response (FR) of biquad # 1), the dashed line shows the frequency response (FR) of biquad notch filter 2 (biquad # 2), and the thick solid line shows the biquad notch filter 3 (biquad # 3). Denotes the frequency response (FR) of each.

도 13 (c)의 경우는 공진 모드 제거 필터(144)가 세 개의 바이쿼드 노치 필터들로 구성될 경우의 파형도들이다. 이 때, 바이쿼드 노치 필터들 각각은 하나씩 공진 모드에 대한 억제(suppression)를 수행한다. 도 13 (c)에 도시된 일점 쇄선은 모든 주파수 대역에 대해 평탄한 크기 레벨을 갖는 신호가 인가되었을 때 출력되는 신호의 0 ~ 150㎐ 대역의 주파수 특성을 나타내고, 실선은 공진 모드 제거 필터(144)를 통과하였을 때 전술한 주파수 특성이 변화하는 결과를 보여준다.13 (c) shows waveform diagrams when the resonance mode cancellation filter 144 is composed of three biquad notch filters. At this time, each of the biquad notch filters performs suppression for the resonance mode one by one. The dashed-dotted line shown in FIG. 13 (c) shows frequency characteristics of a 0 to 150 kHz band of a signal output when a signal having a flat magnitude level is applied to all frequency bands, and a solid line shows a resonance mode cancellation filter 144. It shows the result of changing the above-described frequency characteristics when passing through.

결국, 본원 발명은 실제 환경에서 야기되는 왜곡과 반대의 왜곡을 부여하여, 실제로 왜곡들이 상쇄되도록 한다.As a result, the present invention imparts distortion opposite to that caused in the actual environment, so that the distortions are actually canceled out.

공간 전달 함수가 도 13 (a)에 도시된 바와 같다고 할 때, 전 대역 필터(142)는 도 13 (b)에 도시된 바와 같이 전 주파수 대역 성분을 등화(equalization)시킨다. 이 때, 전 대역 필터(142)는 저주파 대역에서는 공간의 공진 모드를 제거할 수 있을 만큼 충분한 해상도를 가지고 있지 못한다. 그러므로, 공진 모드 제거 필터(144)를 마련한다. 공진 모드 제거 필터(144)는 도 13 (c)에 도시된 바와 같이 도 13 (a)에 도시된 저주파 대역의 공진을 화살표 방향으로 억제(supression)시킨다.When the spatial transfer function is as shown in Fig. 13A, the full band filter 142 equalizes the full frequency band components as shown in Fig. 13B. In this case, the full band filter 142 does not have sufficient resolution to remove the resonance mode of the space in the low frequency band. Therefore, the resonance mode cancellation filter 144 is provided. The resonance mode cancellation filter 144 suppresses the resonance of the low frequency band shown in FIG. 13A in the direction of the arrow as shown in FIG. 13C.

결국, 공간 보정의 과정에서 주된 역할은 전 대역 필터(142)가 수행하고, 공진 모드 제거 필터(144)는 보조적인 역할을 수행한다. 전 대역 필터(142)도 가장 낮은 주파수까지도 보정하기는 한다. 그러나, 여러 가지 사정상 낮은 주파수 대역에서는 정밀한 보정이 어렵기 때문에 이를 보완하기 위해서 공진 모드 제거 필터(144)가 마련된다.As a result, in the process of spatial correction, the main band filter 142 plays a main role, and the resonance mode cancellation filter 144 plays a secondary role. The full band filter 142 also corrects even the lowest frequency. However, due to various circumstances, it is difficult to precisely correct in a low frequency band, and thus a resonance mode cancellation filter 144 is provided to compensate for this.

이 때, 공간 전달 함수 보정부(130 또는 130A)로부터 도 13 (d)에 도시된 바와 같은 파형이 출력될 수 있다. In this case, a waveform as shown in FIG. 13D may be output from the space transfer function corrector 130 or 130A.

도 14는 가상적인 5.1 채널 스피커의 배치를 예시적으로 나타내는 도면으로서, 실제 위치에 존재하는 스피커들(160, 162, 164, 166 및 168)로 나타낸다.FIG. 14 is a diagram illustrating an exemplary arrangement of a virtual 5.1 channel speaker, which is represented by the speakers 160, 162, 164, 166, and 168 that exist at actual positions.

공간 전달 함수가 도 11 또는 도 12에 도시된 바와 같은 공간 전달 함수 보정부(130 또는 130A)에서 보정될 경우, 실제의 위치에 존재하는 스피커들(160, 162, 164, 166 및 168)로부터 발생되는 음은 청자(167)에게 마치 도 14에 도시된 화살표 방향의 가상적인 위치들에 존재하는 스피커들(161, 163, 165, 166 및 169)로부터 발생되는 것처럼 들릴 수 있다.When the space transfer function is corrected by the space transfer function correcting unit 130 or 130A as shown in FIG. 11 or 12, it is generated from the speakers 160, 162, 164, 166, and 168 present in the actual position. The sound being heard may be heard to the listener 167 as if it were generated from speakers 161, 163, 165, 166 and 169 present at virtual positions in the direction of the arrow shown in FIG. 14.

일반적으로, 공간 전달 함수의 저주파 대역을 보정하기 위해서는 매우 높은 해상도를 갖는 필터를 설계하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 높은 계산량와 신호 처리에 의한 지연 시간이 발생한다. 그러나, 공간 전달 함수 보정부(130)가 도 12에 도시된 바와 같이 구현될 경우, 이러한 문제들을 유발시키지 않으면서도 공간 전달 함수의 저주파 대역을 효과적으로 처리할 수 있다.In general, in order to correct the low frequency band of the space transfer function, it is necessary to design a filter having a very high resolution, which causes a high calculation amount and a delay time due to signal processing. However, when the space transfer function correcting unit 130 is implemented as shown in FIG. 12, the low frequency band of the space transfer function can be effectively processed without causing such problems.

한편, 본 발명에 의하면, 도 11에 도시된 각도 보정부(132)는 제n 스피커의 각도를 ITU-T BS775가 권고하는 각도로 보정할 수 있다. 이를 위해서, 각도 보정부(132)는 정위(panning) 기법을 이용하며 공간 전달 함수 보정부(130)에서 보정된 결과로부터 입력단자 IN2를 통해 입력한 제n 스피커의 각도를 가상 라우드 스피커 위치(VLP:Virtual Loudspeaker Positioning)법을 활용하여 보정할 수도 있다. 이에 대해서는 "Enhanced Constant Power Panning Law for Surround Sound Systems"라는 제목으로 'Sin-Lyul Lee', 'Ki-Young Han', 'Seung-Rae Lee' 및 'Koeng-Mo Sung'에 의해 저술되고, Proceedings of ICA 2004, VI-3155 ~ V1-3156에 실린 논문에 개시 되어 있다. VLP법은 일종의 균등 전력 음상 정위(CPP:Constant Power Panning) 기법으로서, 음질의 왜곡이 적고 가장 정확한 가상 음원 포지셔닝(positioning)이 가능한 것으로 알려져 있다. 이러한 CPP기법은 'H. D. Harwood'에 의해"Stereophonic image sharpness"라는 제목으로 1968년도에 출간된 Wireless World. vol.74의 페이지 207-211쪽들에 개시되어 있다. 또는, 마이애미 대학(University of Miami)에 음악공학부(Music Engineering)의 'West J. R'에 의해 "Five-channel panning laws: an analytic and experimental comparison"라는 제목으로 1998에 발표된 학위 논문(Master's thesis)에 개시되어 있다. VLP법 이외에도, 각도 보정부(132)는 사인-코사인(Sine-Cosine) CPP나 HRTF(Head Related Transfer Function) 정위 등의 기법도 활용 가능하다.Meanwhile, according to the present invention, the angle corrector 132 illustrated in FIG. 11 may correct the angle of the nth speaker to an angle recommended by the ITU-T BS775. To this end, the angle correction unit 132 uses a panning technique and uses the virtual loudspeaker position (VLP) to determine the angle of the n th speaker input through the input terminal IN2 from the result corrected by the space transfer function correction unit 130. It can also be corrected by using the Virtual Loudspeaker Positioning method. This is written by 'Sin-Lyul Lee', 'Ki-Young Han', 'Seung-Rae Lee' and 'Koeng-Mo Sung' under the heading "Enhanced Constant Power Panning Law for Surround Sound Systems", Proceedings of ICA 2004, VI-3155 to V1-3156. The VLP method is a kind of constant power panning (CPP) technique. It is known that the distortion of sound quality is small and the most accurate virtual sound source positioning is possible. This CPP technique is known as' H. Wireless World, published in 1968 by D. Harwood, entitled "Stereophonic image sharpness." vol. 74, pages 207-211. Or Master's thesis, published in 1998 by West J. R of the School of Music Engineering at the University of Miami, entitled "Five-channel panning laws: an analytic and experimental comparison." ) Is disclosed. In addition to the VLP method, the angle correction unit 132 may use techniques such as sine-cosine (CPP) CPP or Head Related Transfer Function (HRTF) positioning.

이하, VLP법을 활용하는 각도 보정부(132)의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 구성 및 동작을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the angle correction unit 132 using the VLP method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 15는 도 11에 도시된 각도 보정부(132)의 본 발명에 의한 실시예(132A)의 블럭도로서, 제1 가상 음원 합성부(170) 및 음색 보정 필터(SCC:Sound Color Correction filter)(172)로 구성된다.FIG. 15 is a block diagram of an embodiment 132A according to the present invention of the angle corrector 132 shown in FIG. 11, and includes a first virtual sound source synthesizer 170 and a sound color correction filter (SCC). 172.

도 15를 참조하면, 각도 보정부(132A)의 제1 가상 음원 합성부(170)는 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 입력단자 IN4를 통해 입력한 제n 스피커의 각도를 이용하여 결정된 이득들과 입력단자 IN5를 통해 공간 전달 함수 보정부(130)로부터 입력한 보정된 결과로부터 분리된 고 및 저 주파수 성분들을 연산하고, 연산된 결과를 음색 보정 필터(172)로 출력한다.Referring to FIG. 15, the first virtual sound source synthesizing unit 170 of the angle corrector 132A may consider gains determined by using the angle of the n th speaker input through the input terminal IN4 in consideration of the human psychological factor. The high and low frequency components separated from the corrected result input from the space transfer function corrector 130 through the input terminal IN5 are calculated, and the calculated result is output to the tone correction filter 172.

도 16 (a) 및 (b)들은 제1 가상 음원 합성부(170)의 이해를 돕기 위한 도면들로서, 도 16 (a)는 청자(173)를 중심으로 하는 스피커들(174, 176, 178, 181 및 182)을 나타내고, 도 16 (b)는 청자(189)를 중심으로 하는 스피커들(183, 184, 185, 186 및 187)을 나타낸다. 여기서, 도 16 (a)에서 화살표는 정위에 의해 스피커의 심리적 위치가 이동하는 것을 나타낸다.16 (a) and (b) are diagrams to help understanding of the first virtual sound source synthesizer 170, and FIG. 16 (a) shows speakers 174, 176, 178, centered on the listener 173. 181 and 182, and FIG. 16 (b) shows the speakers 183, 184, 185, 186 and 187 around the listener 189. Here, the arrow in Fig. 16 (a) indicates that the psychological position of the speaker is moved by positioning.

결국, 도 15에 도시된 제1 가상 음원 합성부(170)에 의해, 도 16 (a)에 도시된 바와 같이 가상 음원의 위치는 정위에 이용된 2개의 스피커 사이의 일직선상에 위치하게 된다. 그러므로, 다시 시간 지연을 부가하여 도 16 (b)에 도시된 바와 같이 각 스피커(183, 184, 185, 186, 187)와 청자(189)간의 거리를 화살표 방향으로 일정하게 조정해주도록 한다.As a result, by the first virtual sound source synthesizing unit 170 shown in FIG. 15, the position of the virtual sound source is located in a straight line between two speakers used for positioning as shown in FIG. Therefore, time delay is added again to adjust the distance between each speaker 183, 184, 185, 186, 187 and the listener 189 in the direction of the arrow as shown in FIG. 16 (b).

한편, 제1 가상 음원 합성부(170)에 의해 제n 스피커의 위치를 변경시키면, 제n 스피커와 청자의 귀 사이의 물리적 배치가 달라지는 것과 같기 때문에, 청자의 머리 및 몸통에 의해 발생하는 HRTF가 달라지게 된다. VLP법은 HRTF를 활용하는 정위 기법이 아니므로, 이 HRTF차에 의한 음색을 보정해줄 필요가 있다. 이와 같이, 음색 보정 필터(172)는 제n 스피커의 실제 위치에서의 HRTF와 가상 위치에서의 HRTF의 차를 구하고, 차 만큼의 음색을 보정하는 역할을 한다. 이를 위해서, 음색 보정 필터(172)는 제1 가상 음원 합성부(170)에서 연산된 결과를 이용하여 제n 스피커의 실제 위치와 가상 위치에서의 HRTF들의 차만큼 입력단자 IN4를 통해 입력한 제n 스피커의 각도를 보정하고, 보정된 결과를 출력단자 OUT3을 통해 추출부(30)로 출력한다.On the other hand, when the position of the n-th speaker is changed by the first virtual sound source synthesizing unit 170, since the physical arrangement between the n-th speaker and the listener's ear is different, the HRTF generated by the listener's head and torso is Will be different. Since the VLP method is not a stereotactic technique using the HRTF, it is necessary to correct the tone caused by the HRTF difference. In this way, the tone correction filter 172 calculates the difference between the HRTF at the actual position of the n-th speaker and the HRTF at the virtual position, and serves to correct the tone as much as the difference. To this end, the tone correction filter 172 is input through the input terminal IN4 by the difference between the HRTFs at the virtual position and the virtual position of the nth speaker by using the result calculated by the first virtual sound source synthesis unit 170. The angle of the speaker is corrected, and the corrected result is output to the extraction unit 30 through the output terminal OUT3.

도 17은 도 15에 도시된 음색 보정 필터(172)의 본 발명에 의한 바람직한 실시예(172A)의 블럭도로서, 제1, 제2 및 제3 HRTF 산출부들(190, 192 및 194), 제2 및 제3 가상 음원 합성부들(196 및 198), 가산부(200), 제2 및 제3 옥타브 밴드 스무딩부들(202 및 204), 성분차 산출부(206) 및 크기 역산부(208)로 구성된다.FIG. 17 is a block diagram of a preferred embodiment 172A according to the present invention of the tone correction filter 172 shown in FIG. 15, wherein the first, second and third HRTF calculation units 190, 192, and 194 are shown. To the second and third virtual sound source synthesis units 196 and 198, the adder 200, the second and third octave band smoothing units 202 and 204, the component difference calculator 206 and the size inverter 208. It is composed.

제1 HRTF 산출부(190)는 제n 스피커의 가상 위치에서의 HRTF를 산출하고, 산출된 결과를 제2 옥타브 밴드 스무딩부(202)로 출력한다. 제2 HRTF 산출부(192)는 입력단자 IN6을 통해 입력한 제n 스피커의 측정된 위치를 이용하여 제n 스피커의 실제 왼쪽 위치에서의 HRTF를 산출하고, 산출된 결과를 제2 가상 음원 합성부(196)로 출력한다. 제3 HRTF 산출부(194)는 입력단자 IN6을 통해 입력한 제n 스피커의 측정된 위치를 이용하여 제n 스피커의 실제 오른쪽 위치에서의 HRTF를 산출하고, 산출된 결과를 제3 가상 음원 합성부(198)로 출력한다.The first HRTF calculator 190 calculates an HRTF at the virtual position of the n-th speaker and outputs the calculated result to the second octave band smoothing unit 202. The second HRTF calculator 192 calculates an HRTF at an actual left position of the n-th speaker by using the measured position of the n-th speaker input through the input terminal IN6, and calculates the HRTF at the second left virtual sound source synthesizer. Output to (196). The third HRTF calculating unit 194 calculates an HRTF at an actual right position of the n-th speaker by using the measured position of the n-th speaker input through the input terminal IN6, and calculates the HRTF at the actual right position of the n-th speaker. Output to (198).

제2 가상 음원 합성부(196)는 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 입력단자 IN6을 통해 각도 측정부(52)로부터 입력한 제n 스피커의 각도를 이용하여 결정된 이득들과 제2 HRTF 산출부(192)에서 산출된 결과로부터 분리된 고 및 저 주파수 성분들을 연산하고, 연산된 결과를 가산부(200)로 출력한다.The second virtual sound source synthesis unit 196 may take into account gains determined by using the angle of the n-th speaker input from the angle measuring unit 52 through the input terminal IN6 and considering the human psychological factor, and the second HRTF calculating unit ( The high and low frequency components separated from the result calculated in 192 are calculated, and the calculated result is output to the adder 200.

제3 가상 음원 합성부(198)는 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 입력단자 IN6을 통해 각도 측정부(52)로부터 입력한 제n 스피커의 각도를 이용하여 결정된 이득들과 제3 HRTF 산출부(194)에서 산출된 결과로부터 분리된 고 및 저 주파수 성분들을 연산하고, 연산된 결과를 가산부(200)로 출력한다.The third virtual sound source synthesizing unit 198 considers the human psychology factor and uses the gains determined using the angle of the n-th speaker input from the angle measuring unit 52 through the input terminal IN6 and the third HRTF calculating unit ( The high and low frequency components separated from the result calculated in 194 are calculated, and the calculated result is output to the adder 200.

가산부(200)는 제2 및 제3 가상 음원 합성부들(196 및 198)에서 연산된 결과 들을 가산하고, 가산된 결과를 제3 옥타브 밴드 스무딩부(204)로 출력한다.The adder 200 adds the results calculated by the second and third virtual sound source synthesizers 196 and 198, and outputs the added result to the third octave band smoothing unit 204.

결국, 하나의 가상 스피커는 2개의 실제 스피커들을 이용하여 구현되므로, 이를 위해서 실제 스피커 쌍에 해당하며 제2 및 제3 HRTF 산출부들(192 및 194)에서 산출되는 HRTF들에 대해 제2 및 제3 가상 음원 합성부들(196 및 198)에서 각각 연산된 결과들을 가산부(200)에서 합성하여 하나의 HRTF에 대한 결과를 구한다.After all, since one virtual speaker is implemented using two real speakers, for this purpose, the second and third of the HRTFs corresponding to the real speaker pairs and calculated by the second and third HRTF calculators 192 and 194 are used. The results calculated by the virtual sound source synthesizers 196 and 198 are respectively synthesized by the adder 200 to obtain a result of one HRTF.

제2 옥타브 밴드 스무딩부(202)는 제1 HRTF 산출부(190)에서 산출된 결과를 예를 들면, 1/3 옥타브 밴드 스무딩하고, 옥타브 밴드 스무딩된 결과를 성분차 산출부(206)로 출력한다. 또한, 제3 옥타브 밴드 스무딩부(204)는 가산부(200)에서 가산된 결과를 예를 들면 1/3 옥타브 밴드 스무딩하고, 옥타브 밴드 스무딩된 결과를 성분차 산출부(206)로 출력한다. 성분차 산출부(206)는 제2 및 제3 옥타브 밴드 스무딩부들(202 및 204)의 출력 성분들간의 차를 산출하고, 산출된 차를 크기 역산부(208)로 출력한다.The second octave band smoothing unit 202 outputs the result calculated by the first HRTF calculating unit 190, for example, 1/3 octave band smoothing, and outputs the octave band smoothing result to the component difference calculating unit 206. do. In addition, the third octave band smoothing unit 204, for example, 1/3 octave band smoothing of the result added by the adding unit 200, and outputs the octave band smoothing result to the component difference calculating unit 206. The component difference calculator 206 calculates a difference between the output components of the second and third octave band smoothing units 202 and 204, and outputs the calculated difference to the magnitude inversion unit 208.

크기 역산부(208)는 성분차 산출부(206)에서 산출된 차의 역에 의해 결정되는 특성을 갖고, 제1 가상 음원 합성부(170)에서 연산된 결과를 입력단자 IN7을 통해 입력하여 필터링하고, 필터링된 결과를 제n 스피커의 각도를 보정한 결과로서 출력단자 OUT4를 통해 출력한다. 여기서, 크기 역산부(208)는 FIR 필터로 구현될 수 있다.The magnitude inversion unit 208 has a characteristic determined by the inverse of the difference calculated by the component difference calculator 206, and filters the result calculated by the first virtual sound source synthesis unit 170 through the input terminal IN7. The filtered result is output through the output terminal OUT4 as a result of correcting the angle of the n-th speaker. Here, the magnitude inversion unit 208 may be implemented as an FIR filter.

이하, 도 15 및 도 17에 도시된 제1, 제2 및 제3 가상 음원 합성부들(170, 196 및 198) 각각의 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 구성 및 동작을 첨부된 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the preferred embodiment according to the present invention of each of the first, second and third virtual sound source synthesizers 170, 196 and 198 shown in Figs. Explain together.

도 18은 제1, 제2 또는 제3 가상 음원 합성부(170, 196 또는 198)의 본 발명에 의한 실시예의 블럭도로서, 성분 분리부(220), 이득 생성부(222), 승산부(224) 및 가산부(226)로 구성된다.FIG. 18 is a block diagram of an embodiment of the first, second or third virtual sound source synthesizing unit 170, 196 or 198 according to the present invention, wherein the component separating unit 220, the gain generating unit 222, and the multiplication unit ( 224 and the adder 226.

도 18에 도시된 실시예가 제1 가상 음원 합성부(170)에 해당할 경우, 성분 분리부(220)는 공간 전달 함수 보정부(130)에서 보정된 결과를 입력단자 IN8을 통해 입력하여 소정의 기준 주파수를 기준으로 저 주파수 성분과 고 주파수 성분으로 분리하고, 분리된 고 주파수 성분과 저 주파수 성분을 승산부(224)로 출력한다.When the embodiment illustrated in FIG. 18 corresponds to the first virtual sound source synthesizing unit 170, the component separating unit 220 may input a result corrected by the spatial transfer function correcting unit 130 through the input terminal IN8 to provide a predetermined result. The low frequency component and the high frequency component are separated based on the reference frequency, and the separated high frequency component and the low frequency component are output to the multiplier 224.

그러나, 도 18에 도시된 실시예가 제2 또는 제3 가상 음원 합성부(196 또는 198)에 해당할 경우, 성분 분리부(220)는 제2 또는 제3 HRTF 산출부(192 또는 194)에서 산출된 결과를 입력단자 IN8을 통해 입력하여 소정의 기준 주파수를 기준으로 저 주파수 성분과 고 주파수 성분으로 분리하고, 분리된 고 주파수 성분과 저 주파수 성분을 승산부(224)로 출력한다. 기준 주파수는 주파수 대역에서 방향 심리 인자를 양분하는 주파수로서 사전에 결정되며, 700㎐가 될 수 있으며, 기준 주파수 성분은 고 주파수 성분에 속하는 것으로 결정될 수도 있고, 저 주파수 성분에 속하는 것으로 결정될 수도 있다. 여기서, 성분 분리부(220)의 세부적인 동작에 대해서는 'Michael A. Gerzon'에 의해 "General metatheory of auditory localization"라는 제목으로 1992년도 5월에 발표된 92nd Convention of the Audio Engineering Society, J. Audio Eng. Soc., preprint 3306에 개시되어 있다.However, when the embodiment illustrated in FIG. 18 corresponds to the second or third virtual sound source synthesizer 196 or 198, the component separator 220 may calculate the second or third HRTF calculator 192 or 194. The result is input through the input terminal IN8 to separate the low frequency component and the high frequency component based on the predetermined reference frequency, and output the separated high frequency component and the low frequency component to the multiplier 224. The reference frequency is previously determined as a frequency dividing the directional psychological factor in the frequency band, and may be 700 Hz, and the reference frequency component may be determined to belong to the high frequency component, or may be determined to belong to the low frequency component. Here, for the detailed operation of the component separation unit 220, 92nd Convention of the Audio Engineering Society, J. Audio, published in May 1992 under the title "General metatheory of auditory localization" by Michael A. Gerzon. Eng. Soc., Preprint 3306.

이득 생성부(222)는 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 결정된 에너지 벡터(energy vector) 방향 및 속도 벡터(velocity vector) 방향과 입력단자 IN9를 통해 입력한 제n 스피커의 각도를 이용하여 에너지 이득과 속도 이득을 생성하고, 생성된 에너지 이득과 속도 이득을 승산부(224)로 출력한다. 인간의 방향 심리 인자에 대한 연구는 'Gerzon'에 의해 체계화되었다. 'Gerzon'은 정위(panning) 규칙을 최적화하기 위해 속도 벡터, 에너지 벡터 및 페이스니스(phasiness)의 개념을 도입하였다. 이에 대해서는 'Michael A. Gerzon'에 의해 "Panpot laws for multispeaker stereo"라는 제목으로 1992년도 5월에 발표된 92nd Convention of the Audio Engineering Society, J. Audio Eng. Soc., preprint 3309, 또는 'Michael A. Gerzon'에 의해 "Psychoacoustic decoders for multispeaker stereo and surround sound"라는 제목으로 1992년 10월에 발표된 93rd Convention of the Audio Engineering Society, J. Audio Eng. Soc., preprint 3406에 개시되어 있다. 전술한 개념들중에서, 속도 벡터와 에너지 벡터가 각각 700㎐ 보다 적은 대역과 700㎐ 이상의 대역에 음상 정위에 있어서 가장 중요한 역할을 하고 있음이 주관 평가를 통해 확인되었다. 이를 이용한 본 발명의 실시예에 의하면, 이득 생성부(222)는 에너지 이득(gnE) 및 속도 이득(gnV)을 다음 수학식 5와 같이 생성할 수 있다.The gain generator 222 considers the human psychological factor and uses the determined energy vector direction and velocity vector direction and the angle of the n-th speaker input through the input terminal IN9, The speed gain is generated, and the generated energy gain and the speed gain are output to the multiplier 224. The study of human directional psychological factors was organized by Gerzon. Gerzon introduced the concept of velocity vectors, energy vectors, and phasiness to optimize panning rules. See, for example, the 92nd Convention of the Audio Engineering Society, J. Audio Eng., Published in May 1992, entitled "Panpot laws for multispeaker stereo" by Michael A. Gerzon. Soc., Preprint 3309, or 93rd Convention of the Audio Engineering Society, J. Audio Eng., Published in October 1992, entitled "Psychoacoustic decoders for multispeaker stereo and surround sound" by Michael A. Gerzon. Soc., Preprint 3406. Among the above-mentioned concepts, it was confirmed through subjective evaluation that the velocity vector and the energy vector play the most important role in the phase alignment in the band of less than 700 Hz and the band of 700 Hz or more, respectively. According to the exemplary embodiment of the present invention using this, the gain generator 222 may generate the energy gain g nE and the speed gain g nV as shown in Equation 5 below.

Figure 112005033835922-pat00005
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여기서, gnE는 에너지 이득을 나타내고, gnV는 속도 이득을 나타내고, θ1는 사용자가 위치할 것으로 예상되는 위치에 놓인 측정용 마이크로 폰과 제n 스피커의 위치간의 각도를 나타내고, θ2는 사용자가 위치할 것으로 예상되는 위치에 놓인 측정용 마이크로 폰과 제n 스피커와 이웃하는 스피커간의 각도를 나타내고, θV target 및 θE target는 사용자가 원하는 음상의 방향과 측정 결과로 나타나는 θ1과 θ2를 이용해 미리 설정되는 속도 벡터 방향의 목표치 및 에너지 벡터 방향의 목표치를 각각 나타낸다.Where g nE represents the energy gain, g nV represents the speed gain, θ 1 represents the angle between the position of the measurement microphone and the n-th speaker positioned at the position where the user is expected to be located, and θ 2 represents the user It represents an angle between the speaker adjacent the measuring microphone and the n speakers placed at the expected location to be present, θ V target and θ E target is θ 1 and θ 2 indicated by the direction and measurement results of the sound images the user wants Denotes a target value of the velocity vector direction and a target value of the energy vector direction which are preset using

또는, 이득 생성부(222)는 에너지 이득 및 속도 이득을 다음 수학식 6과 같이 생성할 수도 있다.Alternatively, the gain generator 222 may generate an energy gain and a speed gain as shown in Equation 6 below.

Figure 112005033835922-pat00006
Figure 112005033835922-pat00006

도 19는 전술한 수학식들 5 및 6에 각각 표현된 속도 이득(Gain)들의 정위 각도(Panning Angle)에 따른 분포를 나타내는 그래프로서, 횡축은 정위 각도를 나타내고 종축은 이득을 각각 나타낸다. 여기서, g1은 수학식 5에 표현된 속도 이득을 나타내고, g2는 수학식 6에 표현된 속도 이득을 각각 나타낸다.FIG. 19 is a graph illustrating a distribution according to a panning angle of speed gains represented by Equations 5 and 6, respectively, in which the horizontal axis represents the stereotactic angle and the vertical axis represents the gain. Here, g 1 represents the speed gain expressed in Equation 5, and g 2 represents the speed gain expressed in Equation 6, respectively.

도 20은 전술한 수학식들 5 및 6에 각각 표현된 에너지 이득들(g1 및 g2)의 정위 각도에 따른 분포를 나타내는 그래프로서, 횡축은 정위 각도를 나타내고 종축은 이득을 각각 나타낸다. 여기서, g1은 수학식 5에 표현된 에너지 이득을 나타내고, g2는 수학식 6에 표현된 에너지 이득을 각각 나타낸다.FIG. 20 is a graph showing a distribution according to an orthogonal angle of energy gains g1 and g2 represented in Equations 5 and 6, respectively, in which the horizontal axis represents the stereotactic angle and the vertical axis represents the gain, respectively. Here, g 1 represents the energy gain expressed in Equation 5, and g 2 represents the energy gain expressed in Equation 6, respectively.

결국, 수학식들 5 및 6에 표현된 이득들은 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 정위 각도에 따라 분포한다.As a result, the gains represented in Equations 5 and 6 are distributed according to the stereotactic angle as shown in FIGS. 19 and 20.

승산부(224)는 성분 분리부(220)로부터 입력한 고 주파수 성분과 저주파 성분에 에너지 이득과 속도 이득을 승산하며, 승산된 결과들을 가산부(226)로 출력한다.The multiplier 224 multiplies the energy gain and the speed gain by the high frequency component and the low frequency component input from the component separator 220, and outputs the multiplied results to the adder 226.

전술한 바와 같이, 저 주파수 성분과 고 주파수 성분에 각각 다른 이득값을 적용하는 이유는, 인간의 방향 인지 요인이 약 700㎐를 기준으로 저주파 대역과 고 주파수 대역에서 다른 양상을 보이기 때문이다.As described above, the reason why the different gain values are applied to the low frequency component and the high frequency component is that human orientation recognition factors show different aspects in the low frequency band and the high frequency band based on about 700 Hz.

가산부(226)는 승산부(224)에서 승산된 결과들을 가산하고, 가산된 결과를 출력단자 OUT5를 통해 출력한다. 여기서, 가산부(226)는 저주파 대역과 고주파 대역으로 나누어 처리된 신호를 전 대역의 신호로 재건하여 출력하는 역할을 수행한다.The adder 226 adds the results multiplied by the multiplier 224, and outputs the added result through the output terminal OUT5. Here, the adder 226 performs a function of reconstructing and outputting the processed signal divided into a low frequency band and a high frequency band into signals of all bands.

도 21은 도 18에 도시된 제1, 제2 또는 제3 가상 음원 합성부(170, 196 또는 198)의 실시예의 블럭도로서, 이득 생성부(240), 성분 분리부(242), 승산부(244) 및 가산부(246)로 구성된다.FIG. 21 is a block diagram of an embodiment of the first, second, or third virtual sound source synthesizing unit 170, 196, or 198 shown in FIG. 18, and includes a gain generator 240, a component separator 242, and a multiplier. 244 and an adder 246.

도 21에 도시된 이득 생성부(240), 성분 분리부(242), 승산부(244) 및 가산부(246)는 도 18에 도시된 이득 생성부(222), 성분 분리부(220), 승산부(224) 및 가산부(226)에 각각 해당하며, 동일한 기능을 수행한다.The gain generator 240, the component separator 242, the multiplier 244, and the adder 246 illustrated in FIG. 21 may include the gain generator 222, the component separator 220, It corresponds to the multiplier 224 and the adder 226, respectively, and performs the same function.

도 21에 도시된 성분 분리부(242)는 제1 및 제2 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)들(260 및 264) 및 제1 및 제2 고역 통과 필터(HPF:High Pass Filter)들(262 및 266)로 구성된다. 승산부(244)는 제1, 제2, 제3 및 제4 승산기들(270, 272, 274 및 276)로 구성된다. 가산부(246)는 가산기들(280 및 282)로 구성된다.The component separator 242 illustrated in FIG. 21 includes first and second low pass filters (LPFs) 260 and 264 and first and second high pass filters (HPFs). 262 and 266. The multiplier 244 is composed of first, second, third and fourth multipliers 270, 272, 274 and 276. The adder 246 is composed of adders 280 and 282.

도 21에 도시된 성분 분리부(242)의 제1 저역 통과 필터(260)는 입력단자 IN11을 통해 입력한 신호에서 소정의 기준 주파수보다 적은 성분을 저 주파수 성분으로서 분리해내고, 분리된 저 주파수 성분을 제1 승산기(270)로 출력한다. 제1 고역 통과 필터(262)는 입력단자 IN11을 통해 입력한 신호에서 소정의 기준 주파수 이상의 성분을 고 주파수 성분으로 분리해내고, 분리된 고 주파수 성분을 제2 승산기(272)로 출력한다.The first low pass filter 260 of the component separating unit 242 shown in FIG. 21 separates a component less than a predetermined reference frequency as a low frequency component from a signal input through the input terminal IN11, and separates the separated low frequency. The component is output to the first multiplier 270. The first high pass filter 262 separates a component having a predetermined reference frequency or more from the signal input through the input terminal IN11 into a high frequency component, and outputs the separated high frequency component to the second multiplier 272.

이 때, 이득 생성부(240)는 인간의 방향 심리 인자를 고려하여 결정된 에너지 및 속도 벡터 방향들을 각각 이용하여 에너지 이득(g1E)과 속도 이득(g1V)을 전술한 수학식 5와 같이 생성하고, 생성된 속도 이득(g1V)을 제1 승산기(270)로 출력하고, 생성된 에너지 이득(g1E)을 제2 승산기(272)로 출력한다. 이를 위해, 이득 생성 부(240)는 입력단자 IN10을 통해 수학식 5에 기재된 θ1, θ2, θV target 및 θE target를 입력할 수 있다.In this case, the gain generator 240 generates the energy gain g 1E and the speed gain g 1V using the energy and velocity vector directions determined in consideration of the human direction psychological factor, as shown in Equation 5 above. The generated speed gain g 1V is output to the first multiplier 270, and the generated energy gain g 1E is output to the second multiplier 272. To this end, the gain generator 240 may input θ 1 , θ 2 , θ V target and θ E target described in Equation 5 through the input terminal IN10.

승산부(244)의 제1 승산기(270)는 성분 분리부(242)의 제1 LPF(260)로부터 입력한 저 주파수 성분에 이득 생성부(240)로부터 입력한 속도 이득(g1V)을 승산하고, 승산된 결과를 가산부(280)로 출력한다. 제2 승산기(272)는 성분 분리부(242)의 제1 HPF(262)로부터 입력한 고 주파수 성분에 이득 생성부(240)로부터 입력한 에너지 이득(g1E)을 승산하고, 승산된 결과를 가산부(280)로 출력한다.The first multiplier 270 of the multiplier 244 multiplies the low frequency component input from the first LPF 260 of the component separation unit 242 by the speed gain g 1V input from the gain generator 240. The multiplied result is output to the adder 280. The second multiplier 272 multiplies the high frequency component input from the first HPF 262 of the component separator 242 by the energy gain g 1E input from the gain generator 240 and multiplies the multiplied result. Output to the adder 280.

가산부(246)의 가산기(280)는 제1 및 제2 승산기들(270 및 272)에서 승산된 결과들을 가산하고, 가산된 결과를 출력단자 OUT6을 통해 출력한다.The adder 280 of the adder 246 adds the results multiplied by the first and second multipliers 270 and 272, and outputs the added result through the output terminal OUT6.

이와 비슷하게, 성분 분리부(242)의 제2 저역 통과 필터(264)는 입력단자 IN11을 통해 입력한 신호에서 소정의 기준 주파수보다 적은 성분을 저 주파수 성분으로서 분리해내고, 분리된 저 주파수 성분을 제3 승산기(274)로 출력한다. 제2 고역 통과 필터(266)는 입력단자 IN11을 통해 입력한 신호에서 소정의 기준 주파수 이상의 성분을 고 주파수 성분으로 분리해내고, 분리된 고 주파수 성분을 제4 승산기(276)로 출력한다.Similarly, the second low pass filter 264 of the component separator 242 separates a component lower than a predetermined reference frequency as a low frequency component from a signal input through the input terminal IN11, and separates the separated low frequency component. Output to third multiplier 274. The second high pass filter 266 separates a component having a predetermined reference frequency or more from the signal input through the input terminal IN11 into a high frequency component, and outputs the separated high frequency component to the fourth multiplier 276.

이 때, 이득 생성부(240)는 인간의 방향 심리 인자를 고려하여 결정된 에너지 및 속도 벡터 방향들을 각각 이용하여 에너지 이득(g2E)과 속도 이득(g2V)을 전술한 수학식 6과 같이 생성하고, 생성된 속도 이득(g2V)을 제3 승산기(274)로 출력하 고, 생성된 에너지 이득(g2E)을 제4 승산기(276)로 출력한다. 이를 위해, 이득 생성부(240)는 입력단자 IN10을 통해 수학식 6에 기재된 θ1, θ2, θV target 및 θE target를 입력할 수 있다.In this case, the gain generator 240 generates the energy gain g 2E and the speed gain g 2V using the energy and velocity vector directions determined in consideration of the human direction psychological factor, as shown in Equation 6 above. The generated speed gain g 2V is output to the third multiplier 274, and the generated energy gain g 2E is output to the fourth multiplier 276. To this end, the gain generator 240 may input θ 1 , θ 2 , θ V target and θ E target described in Equation 6 through the input terminal IN10.

승산부(244)의 제3 승산기(274)는 성분 분리부(242)의 제2 LPF(264)로부터 입력한 저 주파수 성분에 이득 생성부(240)로부터 입력한 속도 이득(g2V)을 승산하고, 승산된 결과를 가산부(246)로 출력한다. 제4 승산기(276)는 성분 분리부(242)의 제2 HPF(266)로부터 입력한 고 주파수 성분에 이득 생성부(240)로부터 입력한 에너지 이득(g2E)을 승산하고, 승산된 결과를 가산부(246)로 출력한다.The third multiplier 274 of the multiplier 244 multiplies the low frequency component input from the second LPF 264 of the component separator 242 by the speed gain g 2V input from the gain generator 240. The multiplied result is output to the adder 246. The fourth multiplier 276 multiplies the high frequency component input from the second HPF 266 of the component separator 242 by the energy gain g 2E input from the gain generator 240 and multiplies the multiplied result. It outputs to the adder 246.

가산부(246)의 가산기(282)는 제3 및 제4 승산기들(274 및 276)에서 승산된 결과들을 가산하고, 가산된 결과를 출력단자 OUT7을 통해 출력한다.The adder 282 of the adder 246 adds the results multiplied by the third and fourth multipliers 274 and 276, and outputs the added result through the output terminal OUT7.

도 22는 본 발명에 의한 공간 역 필터링 장치 및 방법의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 여기서, RL, FL, C, FR 및 RR은 스피커들의 실제 위치를 나타내고, RL_p, FL_p, C_p, FR_p 및 RR_p은 청자(300)에게 인지된 스피커들의 가상 위치를 나타낸다. 도 22를 참조하면, 도 11 또는 도 15에 도시된 각도 보정부(132 또는 132A)를 이용할 경우, RL, FL, C, FR 및 RR 방향의 실제 위치에 위치한 스피커들로부터 발생되는 음이 청자(300)에게는 화살표 방향으로 이동된 가상 위치에 위치한 스피커들에서 발생되는 것처럼 인지된다.22 is an exemplary view for explaining the effect of the apparatus and method for space inverse filtering according to the present invention. Here, RL, FL, C, FR and RR represent actual positions of the speakers, and RL_p, FL_p, C_p, FR_p and RR_p represent virtual positions of the speakers recognized by the listener 300. Referring to FIG. 22, when using the angle corrector 132 or 132A illustrated in FIG. 11 or 15, sound generated from speakers located at actual positions in the RL, FL, C, FR, and RR directions may be heard. 300 is perceived as occurring in speakers located in a virtual position moved in the direction of the arrow.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 읽을 수 있는 코드/명령들 (instructions)/프로그램으로 구현될 수 있고, 매체, 예를 들면 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 코드/명령들/프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크, 마그네틱 테이프 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드를 내장하는 매체(들)로서 구현되어, 네트워크를 통해 연결된 다수개의 컴퓨터 시스템들이 분배되어 처리 동작하도록 할 수 있다. 본 발명을 실현하는 기능적인 프로그램들, 코드들 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 쉽게 추론될 수 있다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention may be embodied as computer readable codes / instructions / programs, and the codes / instructions may be implemented using a medium, for example, a computer readable recording medium. / Can be implemented in a general-purpose digital computer for operating the program. The computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, magnetic tape, etc.), optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.) and carrier wave (eg Storage media, such as through the Internet). In addition, embodiments of the present invention may be implemented as a medium (s) containing computer readable code, such that a plurality of computer systems connected through a network may be distributed and processed. Functional programs, codes and code segments for realizing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치 및 방법과 이 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 종래의 방법과 달리 영상과 음향의 동기를 보장할 수 있는 낮은 지연 시간을 갖고, 저음 대역에서 발생하는 음질의 열화를 정밀하게 보정할 수 있고, 스피커 배치 각도의 문제점으로 발생하는 음질의 열화를 보정할 수 있는 효과를 갖는다. 즉, 본원 발명은 스피커 및 공간의 비 이상적인 특성 예를 들면, 주파수 전달 특성을 보상하여 전 대역의 음질을 보정하면서도 스피커의 방향 보정을 포괄적으로 수행하여 ITU-T BS 775가 권고하는 최적의 청취 조건을 성취할 수 있는 효과를 갖는다.As described above, the apparatus and method for spatial inverse filtering in consideration of the human cognitive aspect of the present invention and the computer-readable recording medium storing the computer program for controlling the apparatus are different from the conventional methods. It has a low delay time that can ensure the synchronization of the sound quality, it is possible to precisely compensate for the degradation of the sound quality occurring in the low frequency band, and has the effect of correcting the degradation of the sound quality caused by the problem of the speaker placement angle. That is, the present invention compensates the non-ideal characteristics of the speaker and the space, for example, the frequency transfer characteristics, and compensates the sound quality of the entire band while comprehensively performing the direction correction of the speaker to thereby optimize the optimal listening conditions recommended by the ITU-T BS 775. Has the effect to achieve.

Claims (20)

제1 내지 제N(여기서, N은 2이상의 양의 정수이다.) 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들로 각각 출력하는 공간 역 필터링 장치에 있어서,A spatial inverse filtering device for filtering audio input signals and outputting the first through Nth filters, wherein N is a positive integer greater than or equal to 2; 상기 제1 내지 상기 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하는 제1 내지 제N 필터들; 및First to Nth filters for filtering the first to Nth audio input signals, respectively; And 상기 제1 내지 상기 제N 필터들에서 출력되는 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하는 추출부를 구비하고,An extraction unit for extracting N filtered results by combining 2N filtered results output from the first to Nth filters, 제n(1≤n≤N) 필터는The nth (1≤n≤N) filter 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 측정하는 공간 전달 함수 측정부;A space transfer function measuring unit configured to measure a space transfer function of the nth speaker from an nth audio input signal; 상기 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 각도를 측정하는 각도 측정부; 및An angle measuring unit measuring an angle of the nth speaker from the nth audio input signal; And 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 상기 보정된 결과를 이용하여 상기 제n 스피커의 각도를 보정하여 상기 추출부로 출력하는 특성 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.A space considering a cognitive aspect of a human being, characterized by correcting a spatial transfer function of the n-th speaker and correcting an angle of the n-th speaker using the corrected result and outputting the extracted feature to the extraction unit. Reverse filtering device. 제1 항에 있어서, 상기 특성 보정부는The method of claim 1, wherein the characteristic correction unit 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하는 공간 전달 함수 보정부; 및A space transfer function correcting unit configured to correct a space transfer function of the n-th speaker; And 상기 보정된 결과로부터 상기 제n 스피커의 각도를 보정하는 각도 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And an angle corrector configured to correct an angle of the n-th speaker from the corrected result. 제2 항에 있어서, 상기 공간 전달 함수 보정부는The method of claim 2, wherein the space transfer function corrector 상기 제n 스피커의 상기 공간 전달 함수를 소정 비율 밴드 옥타브 밴드 스무딩하는 제1 옥타브 밴드 스무딩부;A first octave band smoothing unit for smoothing the spatial transfer function of the nth speaker by a predetermined ratio band octave band; 상기 제1 옥타브 밴드 스무딩부에 출력의 역을 크기 특성으로서 갖는 전 대역 필터; 및A full band filter having an inverse of the output as a magnitude characteristic in the first octave band smoothing unit; And 상기 전 대역 필터의 출력으로부터 상기 공간 전달 함수의 공진 모드를 보정하는 공진 모드 제거 필터를 구비하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And a spatial inverse filtering device considering a cognitive aspect of a human being having a resonance mode cancellation filter for correcting a resonance mode of the spatial transfer function from an output of the full band filter. 제3 항에 있어서, 상기 전 대역 필터는4. The filter of claim 3, wherein the full band filter is 상기 제1 옥타브 밴드 스무딩부에 출력의 저주파 대역을 유한 임펄스 응답 역 필터링하는 저주파 FIR 필터; 및A low frequency FIR filter for inversely filtering a low frequency band of an output to the first octave band smoothing unit; And 상기 제1 옥타브 밴드 스무딩부에 출력의 고주파 대역을 유한 임펄스 응답 역 필터링하는 고주파 FIR 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And a high frequency FIR filter for performing a finite impulse response inverse filtering on the high frequency band of the output in the first octave band smoothing unit. 제3 항에 있어서, 상기 공진 모드 제거 필터는The filter of claim 3, wherein the resonance mode cancellation filter 상기 전 대역 필터의 출력을 바이쿼드 노치 필터링하는 바이쿼드 노치 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And a biquad notch filter configured to biquad-notch filter the output of the full-band filter. 제3 항에 있어서, 상기 공진 모드 제거 필터의 상한 주파수는 쉬뢰더 주파수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.The apparatus of claim 3, wherein the upper limit frequency of the resonance mode cancellation filter is determined by a Schroeder frequency. 제3 항에 있어서, 상기 소정 비율은 1/3인 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.The apparatus of claim 3, wherein the predetermined ratio is 1/3. 제3 항에 있어서, 상기 전 대역 필터와 상기 공진 모드 제거 필터의 주파수별 음량 변동은 소정 레벨로 제한되는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.The apparatus of claim 3, wherein the frequency variation of the full band filter and the resonance mode cancellation filter is limited to a predetermined level. 5. 제8 항에 있어서, 상기 소정 레벨은 -10데시벨 내지 3 데시벨인 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.The apparatus of claim 8, wherein the predetermined level is -10 decibels to 3 decibels. 제2 항에 있어서, 상기 각도 보정부는The method of claim 2, wherein the angle correction unit 상기 보정된 결과로부터 상기 제n 스피커의 각도를 가상 라우드 스피커 위치 법을 활용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.The spatial inverse filtering apparatus considering the cognitive aspect of human, characterized in that for correcting the angle of the n-th speaker using the virtual loudspeaker positioning method from the corrected result. 제10 항에 있어서, 상기 각도 보정부는The method of claim 10, wherein the angle correction unit 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 상기 제n 스피커의 각도를 이용하여 결정된 이득들과 상기 보정된 결과로부터 분리된 고 및 저 주파수 성분들을 연산하는 제1 가상 음원 합성부; 및A first virtual sound source synthesizer that considers a human directional psychological factor and calculates high and low frequency components separated from the corrected result and gains determined using the angle of the nth speaker; And 상기 제1 가상 음원 합성부에서 연산된 결과를 이용하여 제n 스피커의 실제 위치와 가상 위치에서의 HRTF들의 차만큼 상기 제n 스피커의 각도를 보정하는 음색 보정 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And a tone correction filter configured to correct an angle of the n-th speaker by a difference between HRTFs at an actual position and a virtual position of the n-th speaker using the result calculated by the first virtual sound source synthesis unit. Spatial inverse filtering device considering cognitive aspect. 제11 항에 있어서, 상기 제1 가상 음원 합성부는The method of claim 11, wherein the first virtual sound source synthesis unit 소정의 기준 주파수를 기준으로 상기 공간 전달 함수 보정부에서 보정된 결과를 상기 저 주파수 성분과 상기 고 주파수 성분으로 분리하고, 분리된 상기 고 주파수 성분과 상기 저 주파수 성분을 출력하는 성분 분리부;A component separator configured to separate the result corrected by the spatial transfer function correcting unit into the low frequency component and the high frequency component based on a predetermined reference frequency, and output the separated high frequency component and the low frequency component; 상기 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 결정된 에너지 및 속도 벡터 방향들과 상기 제n 스피커의 각도를 이용하여 에너지 이득과 속도 이득을 생성하는 이득 생성부;A gain generator which considers the direction psychological factor of the human being and generates an energy gain and a speed gain using the determined energy and velocity vector directions and the angle of the nth speaker; 상기 성분 분리부로부터 입력한 상기 고 주파수 성분 및 상기 저 주파수 성 분에 상기 에너지 이득 및 상기 속도 이득을 각각 승산하고, 승산된 결과들을 출력하는 승산부; 및A multiplier for multiplying the energy gain and the speed gain by the high frequency component and the low frequency component inputted from the component separator, and outputting the multiplied results; And 상기 승산된 결과들을 가산하고, 가산된 결과를 상기 음색 보정 필터로 출력하는 제1 가산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And a first adder configured to add the multiplied results and output the added result to the tone correcting filter. 제11 항에 있어서, 상기 음색 보정 필터는The method of claim 11, wherein the tone correction filter 상기 제n 스피커의 가상 위치에서의 HRTF를 산출하는 제1 HRTF 산출부;A first HRTF calculating unit calculating an HRTF at the virtual position of the nth speaker; 제n 스피커의 측정된 위치를 이용하여 상기 제n 스피커의 실제 왼쪽 위치에서의 HRTF를 산출하는 제2 HRTF 산출부;A second HRTF calculator configured to calculate an HRTF at an actual left position of the n-th speaker by using the measured position of the n-th speaker; 제n 스피커의 측정된 위치를 이용하여 제n 스피커의 실제 오른쪽 위치에서의 HRTF를 산출하는 제3 HRTF 산출부;A third HRTF calculator configured to calculate an HRTF at an actual right position of the n-th speaker by using the measured position of the n-th speaker; 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 상기 제n 스피커의 각도를 이용하여 결정된 이득들과 상기 제2 HRTF 산출부에서 산출된 결과로부터 분리된 고 및 저 주파수 성분들을 연산하는 제2 가상 음원 합성부;A second virtual sound source synthesizer for calculating high and low frequency components separated from gains determined using the angle of the n-th speaker and a result calculated by the second HRTF calculator; 상기 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 상기 제n 스피커의 각도를 이용하여 결정된 이득들과 상기 제3 HRTF 산출부에서 산출된 결과로부터 분리된 고 및 저 주파수 성분들을 연산하는 제3 가상 음원 합성부;A third virtual sound source synthesis unit calculating the high and low frequency components separated from the gains determined using the angle of the n-th speaker and the result calculated by the third HRTF calculator, in consideration of the human directional psychological factor; 상기 제2 및 상기 제3 가상 음원 합성부들에서 연산된 결과들을 가산하는 제2 가산부;A second adder configured to add the results calculated by the second and third virtual sound source synthesizers; 상기 제1 HRTF 산출부에서 산출된 결과를 옥타브 밴드 스무딩하는 제2 옥타브 밴드 스무딩부;A second octave band smoothing unit for octave band smoothing the result calculated by the first HRTF calculating unit; 상기 제2 가산부에서 가산된 결과를 옥타브 밴드 스무딩하는 제3 옥타브 밴드 스무딩부;A third octave band smoothing unit for octave band smoothing the result added by the second adding unit; 상기 제2 및 제3 옥타브 밴드 스무딩부들의 출력 성분들간의 차를 산출하는 성분차 산출부; 및A component difference calculator for calculating a difference between output components of the second and third octave band smoothing units; And 상기 성분차 산출부에서 산출된 상기 차의 역에 의해 결정되는 특성을 갖고, 상기 제1 가상 음원 합성부에서 연산된 결과를 필터링하고, 필터링된 결과를 상기 제n 스피커의 각도를 보정한 결과로서 출력하는 크기 역산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.The component calculated by the inverse of the difference calculated by the component difference calculator, the result calculated by the first virtual sound source synthesis unit, and the filtered result as a result of correcting the angle of the n-th speaker Spatial inverse filtering device in consideration of the cognitive aspect of human, characterized in that it comprises a magnitude inversion unit for outputting. 제13 항에 있어서, 상기 제2 또는 제3 가상 음원 합성부는The method of claim 13, wherein the second or third virtual sound source synthesis unit 소정의 기준 주파수를 기준으로 상기 제2 또는 상기 제3 HRTF 산출부에서 산출된 결과를 상기 저 주파수 성분과 상기 고 주파수 성분으로 분리하고, 분리된 상기 고 주파수 성분과 상기 저 주파수 성분을 출력하는 성분 분리부;A component which separates the result calculated by the second or third HRTF calculation unit into the low frequency component and the high frequency component based on a predetermined reference frequency, and outputs the separated high frequency component and the low frequency component Separator; 상기 인간의 방향 심리 인자를 고려하고 결정된 에너지 및 속도 벡터 방향들과 상기 제n 스피커의 각도를 이용하여 에너지 이득과 속도 이득을 생성하는 이득 생성부;A gain generator which considers the direction psychological factor of the human being and generates an energy gain and a speed gain using the determined energy and velocity vector directions and the angle of the nth speaker; 상기 성분 분리부로부터 입력한 상기 고 주파수 성분 및 상기 저 주파수 성분에 상기 에너지 이득 및 상기 속도 이득을 각각 승산하고, 승산된 결과들을 출력 하는 승산부; 및A multiplier that multiplies the energy gain and the speed gain by the high frequency component and the low frequency component input from the component separator, and outputs multiplied results; And 상기 승산된 결과들을 가산하고, 가산된 결과를 상기 음색 보정 필터로 출력하는 제3 가산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And a third adder configured to add the multiplied results and output the added result to the tone correction filter. 제12 또는 제14 항에 있어서, 상기 이득 생성부는15. The method of claim 12 or 14, wherein the gain generator 상기 에너지 이득 및 상기 속도 이득을 아래와 같이 생성하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And generating the energy gain and the speed gain as follows.
Figure 112005033835922-pat00007
Figure 112005033835922-pat00007
(여기서, gnE는 상기 에너지 이득을 나타내고, gnV는 상기 속도 이득을 나타내고, θ1는 사용자가 위치할 것으로 예상되는 위치에 놓인 측정용 마이크로 폰과 제n 스피커의 위치간의 각도를 나타내고, θ2는 사용자가 위치할 것으로 예상되는 위치에 놓인 측정용 마이크로 폰과 제n 스피커와 이웃하는 스피커간의 각도를 나타내고, θV target 및 θE target는 사용자가 원하는 음상의 방향과 측정 결과로 나타나는 θ1과 θ2를 이용해 미리 설정되는 속도 벡터 방향의 목표치 및 에너지 벡터 방향의 목표치를 각각 나타낸다.)(Where g nE represents the energy gain, g nV represents the speed gain, θ 1 represents the angle between the position of the measurement microphone and the n th speaker positioned at the position where the user is expected to be located, θ 2 represents the angle between the measurement microphone positioned at the position where the user is expected to be located and the n-th speaker and the neighboring speaker, and θ V target and θ E target are the θ 1 indicated by the desired sound image direction and the measurement result. And a target value in the direction of the velocity vector and a target value in the direction of the energy vector are respectively set by using and θ 2. )
제12 또는 제14 항에 있어서, 상기 이득 생성부는15. The method of claim 12 or 14, wherein the gain generator 상기 에너지 이득 및 상기 속도 이득을 아래와 같이 생성하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.And generating the energy gain and the speed gain as follows.
Figure 112005033835922-pat00008
Figure 112005033835922-pat00008
(여기서, gnE는 상기 에너지 이득을 나타내고, gnV는 상기 속도 이득을 나타내고, θ1는 사용자가 위치할 것으로 예상되는 위치에 놓인 측정용 마이크로 폰과 제n 스피커의 위치간의 각도를 나타내고, θ2는 사용자가 위치할 것으로 예상되는 위치에 놓인 측정용 마이크로 폰과 제n 스피커와 이웃하는 스피커간의 각도를 나타내고, θV target 및 θE target는 사용자가 원하는 음상의 방향과 측정 결과로 나타나는 θ1과 θ2를 이용해 미리 설정되는 속도 벡터 방향의 목표치 및 에너지 벡터 방향의 목표치를 각각 나타낸다.)(Where g nE represents the energy gain, g nV represents the speed gain, θ 1 represents the angle between the position of the measurement microphone and the n th speaker positioned at the position where the user is expected to be located, θ 2 represents the angle between the measurement microphone positioned at the position where the user is expected to be located and the n-th speaker and the neighboring speaker, and θ V target and θ E target are the θ 1 indicated by the desired sound image direction and the measurement result. And a target value in the direction of the velocity vector and a target value in the direction of the energy vector are respectively set by using and θ 2. )
제12 또는 제14 항에 있어서, 상기 기준 주파수는 주파수 대역에서 상기 방 향 심리 인자를 양분하는 주파수로서 사전에 결정되는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.15. The apparatus of claim 12 or 14, wherein the reference frequency is previously determined as a frequency dividing the directional psychological factor in a frequency band. 제17 항에 있어서, 상기 기준 주파수는 700㎐인 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 장치.18. The apparatus of claim 17, wherein the reference frequency is 700 kHz. 제1 내지 제N(여기서, N은 2이상의 양의 정수이다.) 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들로 각각 출력하는 공간 역 필터링 방법에 있어서,In the spatial inverse filtering method for filtering the first to N-th (where N is a positive integer greater than or equal to 2) audio output signals to the first to N-th speakers, respectively, 상기 제1 내지 상기 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하는 단계; 및Filtering the first to Nth audio input signals, respectively; And 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하는 단계를 구비하고,Extracting N filtered results by combining 2N filtered results, 제n (1≤n≤N) 오디오 입력 신호를 필터링하는 단계는Filtering the n (1 ≦ n ≦ N) audio input signals 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수와 상기 제n 스피커의 각도를 측정하는 단계; 및Measuring a spatial transfer function of the nth speaker and an angle of the nth speaker from an nth audio input signal; And 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 상기 보정된 결과를 이용하여 상기 제n 스피커의 각도를 보정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 인간의 인지적 측면을 고려한 공간 역 필터링 방법.Correcting the spatial transfer function of the n-th speaker and correcting the angle of the n-th speaker by using the corrected result. 제1 내지 제N(여기서, N은 2이상의 양의 정수이다.) 오디오 입력 신호들을 필터링하여 제1 내지 제N 스피커들로 각각 출력하는 공간 역 필터링 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램은A first to Nth, where N is a positive integer of 2 or more. A computer program storing a computer program for controlling a spatial inverse filtering device for filtering audio input signals and outputting the first to Nth speakers, respectively. In the recording medium, the computer program is 상기 제1 내지 상기 제N 오디오 입력 신호들을 각각 필터링하는 단계; 및Filtering the first to Nth audio input signals, respectively; And 2N개의 필터링된 결과들을 조합하여 N개의 필터링된 결과를 추출하는 단계를 수행하고,Extracting N filtered results by combining 2N filtered results, 제n (1≤n≤N) 오디오 입력 신호를 필터링하는 단계는Filtering the n (1 ≦ n ≦ N) audio input signals 제n 오디오 입력 신호로부터 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수와 상기 제n 스피커의 각도를 측정하는 단계; 및Measuring a spatial transfer function of the nth speaker and an angle of the nth speaker from an nth audio input signal; And 상기 제n 스피커의 공간 전달 함수를 보정하고, 상기 보정된 결과를 이용하여 상기 제n 스피커의 각도를 보정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.And correcting the spatial transfer function of the n-th speaker, and correcting the angle of the n-th speaker using the corrected result.
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