현재, 극장 사운드를 중심으로 객체기반 오디오 기술을 포함하는 하이브리드 포맷의 사운드 서비스가 점차 확산되고 있으며, 미국, 유럽, 한국 등에서는 차세대 방송용 오디오에 객체기반 오디오 기술의 도입을 적극적으로 고려하고 있다. 객체기반 오디오 기술은 콘텐츠의 제작단계에서 재생환경을 고려할 필요가 없고, 현장의 음향을 신호와 3차원 공간정보로 구분하여 음향공간의 정보를 그대로 표현함으로써, 재생단말에서 3차원 공간정보를 활용하여 재생할 수 있게 한다. 이러한 객체기반 실감음향 기술개발을 위해서는 편리한 제작 및 3차원 공간정보 표현 기술이 필요하며, 청취환경에서는 객체기반 실감음향 콘텐츠를 제작자의 의도대로 렌더링할 수 있는 재생 및 제어 기술이 필요하다. 이에 객체기반 실감음향 기술이 포함되는 하이브리드 오디오 기술의 현황에 대하여 살펴보고자 한다.
본 논문에서는 기존의 채널기반의 오디오 기술에 대해 다양한 서비스가 가능하고, 재생환경에 독립적인 객체기반 실감음향 기술에 대해 논하고자 한다. 현재, 극장 사운드를 중심으로 객체기반 오디오 기술이 적용된 사운드가 점차 확산되고 있으며, 미국, 유럽 등 차세대 방송용 오디오에 객체기반 오디오 기술의 도입을 적극적으로 고려하고 있다. 객체기반 오디오 기술은 콘텐츠의 제작단계에서 재생환경을 고려할 필요가 없고, 현장의 음향을 신호와 3 차원 공간 정보로 구분하여 음향 공간의 정보를 그대로 표현함으로써, 재생환경에서는 3 차원 공간 정보를 활용하여 다양한 3 차원 음향 재생 기술을 활용하여 재생할 수 있다. 이러한 객체기반 실감음향 기술 개발을 위해서는 편리한 제작 및 3 차원 공간 정보 표현 기술이 필요하며, 청취환경에서는 객체기반 실감음향 콘텐츠를 제작자의 의도대로 렌더링할 수 있는 재생 및 제어 기술이 필요하다. 이에 객체기반 실감음향 기술의 기술동향과 객체기반 실감음향 서비스를 위한 콘텐츠 표현/제작 및 재생 기술에 대하여 고찰해 보고자 한다.
기존의 수동적인 음악 서비스에서 벗어나 사용자가 음악 콘텐츠 제작에 직접 참여하고자 하는 욕구가 증가함에 따라 객체기반 오디오 서비스를 위한 기술로써 멀티 오디오 트랙과 관련 부가 정보들을 포맷화 하기 위한 객체기반 오디오 파일 포맷기술이 표준화 되고 있다. 본 논문에서는 MPEG에서 표준화 중인 객체기반 오디오 응용파일 포맷인 MPEG-A Interactive Music Application Format (IM AF)의 표준화 진행 현황을 소개하고 그 기술을 분석한다.
본 논문은 오디오를 동반한 방송 서비스에 있어서 기존의 단순 청취형의 오디오 서비스에서 탈피한 대화형의 객체 기반 3차원 오디오 방송 시스템의 구조를 설명한다. 객체기반 3차원 오디오 방송 시스템은 3차원 오디오 입력부, 3차원 오디오 편집/제작부, 3차원 오디오 부호화부, 3차원 오디오 복호화부, 3차원 오디오 장면합성부 및 3차원 오디오 재생부로 구성된다. 오디오 입력부에서는 3차원 배경음 객체와 독립적인 오디오 객체들을 획득한다. 편집/제작부에서는 오디오 객체들에 대한 3차원 음상정위 및 오디오 이미지 생성을 위한 파라미터를 설정하고, 이들을 조합하여 3차원 오디오 장면을 편집/제작한다. 부호화부에서는 장면정보와 오디오 객체들을 부호화하고, 복호화부에서는 오디오 객체들을 복원하고 장면정보를 획득한다. 장면 합성부에서는 장면정보와 오디오 객체들을 이용하여 오디오 장면을 구성한다. 3차원 오디오 재생부에서는 3차원 오디오 객체들 재생하고, 사용자의 제어신호를 이용한 대화형 기능을 구현한다.
최근의 오디오 기술은 사용자 중심으로 변화하고 있으며, 사용자의 환경과 의도에 따라 능동적으로 서비스가 이루어지는 대화형 오디오 서비스 시대로 변화하고 있다. 이에 맞추어 시장에서는 고품질 오디오 서비스를 위한 무손실 오디오 기술을 탑재한 멀티미디어 기기와 사용자가 선택적으로 악기를 조절할 수 있는 객체 오디오 음원 서비스가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 사용자가 컨트롤 할 수 있는 실감 객체 오디오 파일 포맷을 설계하고 실감 정보를 낮은 복잡도에서 저장 매체와 전송 매체에 적용 가능한 오디오 장면 묘사 방법을 제안한다. 설계된 실감 객체 오디오 파일 포맷은 MPEG-4 파일 포맷을 기반으로 설계되었다. MPEG-4 파일 포맷은 MPEG-4에 속하는 고성능 오디오 코덱을 오디오 코덱 객체 번호를 통해서 쉽게 적용가능하다. 또한 오디오 객체 개수의 변화에 따라 파일 포맷의 트랙을 변화 시켜 사용하면 되므로 객체 오디오를 포함하기에 적절하다. 본 연구에서 개발된 파일 포맷은 실감 객체오디오 생성시 MPEG-4 오디오 코덱으로 압축된 객체 오디오, 실감 객체 오디오를 위한 오디오 장면 묘사 데이터를 독립적인 트랙으로 포함하고 있다. 포함된 오디오 장면 묘사 기법은 저장 매체를 위해 전체 오디오 장면에 적용되는 오디오 묘사 기법과 각각의 오디오 객체에 적용되는 오디오 묘사 기법을 노드 구조로 설계 하였으며, 전송 매체를 위해서 기본적인 객체 오디오 동작을 하기위한 필수 정보와 오디오 세부장면 묘사를 위한 정보로 분할하여 설계하였다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 실감 객체 오디오 시뮬레이터를 개발하였다. 개발된 시뮬레이터는 객체 음원과 오디오 장면 묘사 정보를 부호화하여 MPEG-4 파일 포맷에 저장하며, 생성된 실감 객체 오디오 파일은 재생 모듈에서 오디오 객체에 입력 받은 사용자 정보와 오디오 장면 묘사 정보가 적용되어 사용자에게 몰입감이 높은 실감 오디오 서비스를 제공한다.
차세대 방송 서비스는 입체감있는 3차원 AV 콘텐츠와 자연스럽게 사용자와 인터랙션하는 대화형 콘텐츠를 기반으로 하는 실감방송으로 변화되어 갈 것으로 예상된다. 이러한 실감방송 서비스에서는 현장감을 효율적으로 나타낼 수 있는 음상 정위 및 음장 재현 등 3차원 오디오 기술과 사용자 인터랙션을 위한 객체기반 오디오 처리 기술들이 필요하다. 본 고에서는 이러한 현장감과 사용자 인터랙션을 통하여 가상현실에 근접한 서비스를 제공하기 위한 대표적인 3차원 오디오 기술의 개발 동향을 살펴본다. 우선 3차원 오디오 기술의 기본 개념 및 개요를 기술하며, 이러한 3차원 오디오 기술에 기반한 대화형 3차원 오디오 기술 개발에 대한 최근 동향을 살펴보고, 국내에서 개발하고 있는 객체기반 3차원 오디오 기술에 대하여 간략히 설명한다.
본 논문에서는 오디오 신호의 특성 표현에 유용한 nonnegative matrix factorization(NMF)에 대해 설명하였으며, expectation maximization (EM)을 이용한 NMF 파라미터 추출 및 EM-NMF 기반한 오디오 소스 분리 기술에 대해서 설명했다. 또한, 다중 단계 NMF-EM 구조의 객체 분리를 통해서 객체 분리 성능을 향상시키기 위한 알고리즘을 제안하며, 제안된 알고리즘은 K-pop 음원과 SDR(source distortion ratio)를 통해서 객체 분리 성능을 평가한다. 성능 평가 결과 제안된 알고리즘은 다중 단계를 통해 약 3dB 의 보컬 분리 성능이 향상되며, 상업적 음원 제작에서 사용되는 가상 오디오 효과가 많이 적용된 음원에서 약 5dB 의 분리 성능을 향상시켰다. 그러므로 제안된 방식은 오디오 객체 분리에 유용한 방법이 될 것으로 생각된다.
본 논문에서는 최근 MPEG에서 표준화가 진행되고 있는 오디오 객체 부호화 기술 SAOC (Spatial Audio Object Coding)을 소개한다. SAOC는 이전에 MPEG에서 표준화된 PS (Parametric Stereo), MPEG Surround와 같은 파라메트릭 부호화 기술의 연장선 상에서 특히 오디오 객체 신호를 몇 개의 파라미터를 이용해 부호화함으로써, 사용자에게 음향 장면 구성의 자유도를 제공할 수 있는 객체 기반 서비스에 적합한 기술이다.
앞으로의 멀티미디어 기기시장은 기존의 단순 복합 디지털 기기들이 아닌 사용자 감성 및 취향 제어가 가능한 인간 친화적 지능형 멀티미디어 기기가 주류를 이룰 것이다. 이미 IT 기능이 기존의 '정보의 소통'에서 '감성의 소통'으로 진화 중에 있으며, 미래시대에는 느낌까지 디지털 신호로 전달 가능한 기술이 발달 될 것이다. 이에 맞추어 사람의 감성, 주변 분위기, 섬세한 공간 정보를 전달하는 사실적인 오디오 개발 및 인프라가 구축되어 모든 멀티미디어 제품에 적용된다면, 사용자는 보다 현장감 있게 멀티미디어를 즐길 수 있을 것이다. 최근 스마트폰의 확산과 더불어 각종 다양한 음악서비스를 제고하는 웹/앱 형태의 어플리케이션이 증대되고 있는 바, 본 논문에서는 안드로이드 기반 스마트 모바일 기기에서 다양한 오디오 정보를 청취자에게 제공하고 이를 활용하여 청취자가 다양하게 오디오 재생 / 제어하여, 일방적으로 청취자가 오디오를 듣는 수준이 아니라 청취자 취향에 따라 다양하게 오디오를 감상 할 수 있는 서비스를 구현하였다.
그 동안 오디오 기술은 채널 개수, 해상도, 매체의 특징에 따라 구분되어 발전해 왔다. 그러나 채널 개수에 있어서는 5.1 채널을 정점으로 가정에서의 설치 및 유지의 어려움으로 인해 시장에서의 고전을 면치 못하고 있다. 최근 영화 사운드 시장에서 돌비 ATMOS, IOSONO, AURO3D 등 잇단 객체기반 오디오 기술이 도입되면서, 방송 오디오 시장에서도 도입이 검토되고 있는 실정이다. 이러한 오디오 기술의 변화는 유연성이 결여된 채널기반 오디오의 기술 발전 및 시장 성장의 활로를 개척하는 기회가 될 것으로 전망된다. 따라서, 본 논문에서는 UHDTV, 무안경 3DTV, 파노라마 영상, 홀로그램 영상 등 차세대 TV 방송 매체에 활용할 수 있는 UHD 오디오 기술의 콘텐츠 포맷 및 재현 기술에 대해서 논하고 향후 전망을 고찰해 보고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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