본 논문에서는 단일 채널 디지털 오디오 신호에서 스펙트로그램과 영상 처리 기법을 이용하여 크래클 잡음을 검출하는 알고리즘을 제안한다. 오디오 신호의 주파수 특성을 효율적으로 분석하기 위해 스펙트로그램을 특정 컬러맵을 이용하여 컬러 영상으로 변환한 후 영상 처리 기법을 적용하여 크래클 잡음이 존재하는 구간을 검출하여 디지털 오디오 복원에 이용한다. 특히 고전영화에 나타나는 크래클 잡음은 에너지와 신호 길이가 음성이나 음악 신호와 유사하여 기존의 스펙트럴 음성 검출 기법으로는 검출에 어려움이 있다. 이에 비해 스펙트로그램 영상에서는 크래클 잡음이 다른 신호들과 구분되는 특성을 나타내므로 영상 처리 기법을 적용하여 경계 검출과 Hough 변환에 의한 선 검출을 이용하여 크래클 잡음을 검출한다. 제안된 알고리즘은 고전 영화 디지털 오디오 복원에 적용하였으며 크래클 잡음 검출에 우수한 성능을 보여준다.
본 논문에서는 디지털 오디오 방송 시스템으로서 사용하기 위한 AAC (MPEG-2 Advanced Audio Coding) 코덱 시스템의 개발에 관하여 기술한다. 인코더 및 디코더는 ETRI가 제안한 디지털 오디오 방송 시스템에 접속하기 위해 MPEG-2 (Moving Picture Experts Group phase 2) 시스템의 TS(Transport Stream) 형식으로 입/출력한다. 내부 오디오 신호처리를 위한 DSP(Digital Signal Processor)로서는 Tl(Texas Instruments) 사의 TMS320C6701 (Floating point, 166 MHz)을 사용하였다. 인코더에서는 DSP 를 4 개까지, 디코더에서는 3 개까지 사용하여 구성할 수 있도록 설계하였다. DSP 에서는 시스템 제어, 오디오 신호 입력, 오디오 신호 처리, TS 신호 발생, 비트스트림 출력 등의 처리를 수행하며, 각 DSP 는 직렬 및 병렬 접속에 의해 서로 데이터를 전달한다. 본 시스템은 이후 다양한 디지털 방송 분야에 활용될 것이다.
본 논문은 음성 부호화기에서 입력 오디오 신호가 보다 효과적으로 처리되도록 하기 위해 입력오디오신호를 전 처리하는 방법을 소개한다. 이를 위해 본 논문은 잡음억제 및 적응이득제어 방법을 도입한다. 여기서 입력 오디오 신호는 잡음 부가된 신호로 간주되며 그 오디오 신호의 부호화오차신호는 부가된 잡음신호로 간주된다. 입력 오디오 신호는 기존의 잡음억제방식에 따라 잡음신호 즉, 부호화 오차신호가 억제된 뒤 적응이득제어기를 거쳐 최종적으로 음성 부호화기에 인가된다. 결과적으로 이러한 동작을 통하여 입력 오디오 신호의 주파수 스펙트럼 분포가 음성 부호화기 특성에 맞게 재배치된다 이 방법의 하나의 단점은 부호화 오차를 계산하기 위해 사전에 추가적인 부호화 동작이 필요하다는 것이다. 반면, 이 방법은 일반적인 구조를 가지고 있으며 따라서 기존의 여러 음성부호화기에 쉽게 적용될 수 있다는 장점을 가진다. 주관적인 선호도 조사결과 제안된 방법이 복잡한 음악신호로 기인한 성가신 잡음을 사전에 억제해 주며 결과적으로 음질개선을 가져다준다는 것을 확인할 수 있었다.
기존의 아날로그 오디오에 비해 향상된 음질과 넓은 대역폭을 갖는 디지털 오디오는 CD나 DVD 등을 비롯하여, 고선명 TV, 디지털 오디오 방송(DAB) 등 가정용 엔터테인먼트 시스템에서부터, 포터블 오디오 재생기, 이동통신 단말기 등 개인 휴대 장치에 이르기까지 그 응용분야가 다양하다.(중략)
본 논문은 오디오 압축시 하모닉의 특성을 적용함으로써 신호의 압축률을 향상시킬 수 있도록 하는 내용을 기술하고 있다. 하모닉 코딩은 오디오 신호가 가지는 특징인 복합음(Complex tone)의 특성을 이용하는 것으로, 주파수 공간에서 정수배의 주파수가 존재하며, 정면파의 특성상 시간적으로 인접 신호들간의 유사성이 매우 높은 특징을 이용하여 압축효율을 향상시키는 방법이다. 하지만 실질적인 오디오 신호의 경우, 악기들의 harmonic stretch, 전달과정에서 발생하는 신호의 왜곡, 외부 잡음등의 특성으로 인하여 수집된 오디오 신호를 분석하는 과정에서 부정확한 하모닉의 판단이 이루어질 가능성이 높으며, 이는 압축과정에서 심각한 음질의 열화를 가져오게 된다. 따라서 본 논문에서는 프레림간의 변화 추이의 판단을 통하여 하모닉의 변화를 예측하고, 예측 오류에 대한 보상값을 전달함으로써 오디오 신호의 안정적인 압축/복원이 가능하도록 하는 신호처리 방법에 대한 내용을 기술하고있다.
최근 멀티미디어 정보가 급증함에 따라 콘텐츠 관리에 대한 요구도 함께 증가되고 있다. 이에 오디오 분할 및 분류는 멀티미디어 콘텐츠를 효과적으로 관리할 수 있는 대안이 될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 동영상에서 취득한 오디오 신호를 분할하고, 분할된 오디오 신호를 음악, 음성, 배경 음악이 포함된 음성, 잡음이 포함된 음성, 묵음(silence)으로 분류하는 정확도가 높은 오디오 분할 및 분류 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 오디오 분할을 위해 서포트 벡터 머신(support vector machine, SVM)을 이용하였다. 오디오 신호의 분류를 위해서는 분할된 오디오 신호의 특징을 추출하고 이를 퍼지 클러스터링 알고리즘(fuzzy c-means, FCM)의 입력으로 사용하여 각 계층으로 오디오 신호를 분류하였다. 제안하는 알고리즘의 평가는 분할과 분류에 대해 각각 그 성능을 평가하였으며, 분할 성능 평가는 정확도율(precesion rate)과 오차율(recall rate)을 이용하였으며, 분류 성능 평가는 정확성(classification accuracy)을 사용하였다. 또한 오디오 분할의 경우는 이진 분류기와 퍼지 클러스터링을 이용한 기존의 알고리즘과 그 성능을 비교하였다. 모의 실험 결과, 제안한 알고리즘의 분류 성능이 기존 알고리즘 보다 정확도율과 오차율 면에서 모두 우수하였다.
최근 IT기술의 진보에 힘입어 프로오디오분야에 IT기술이 접목된 혁신적인 제품이 개발되고 있다. DSP는 SR 오디오 장비의 고품질 오디오 신호를 처리하는 중요한 역할을 수행한다. IT기술과 디지털오디오기술의 융합은 프로 오디오산업 종사자들에게 새로운 사용자 경험을 제공한다. 본 논문에서는 능동스피커시스템을 위한 인터넷기술과 DSP기술이 접목된 디지털크로스오버를 소개한다. 본 논문에서 구현된 디지털크로스오버는 디지털오디오신호를 처리하기 위한 필터, 딜레이, 위상제어기능을 가지고 있으며, 크로스오버의 동작상태 모니터링과 다수의 파라미터를 제어하기 위해 인터넷 연결기능을 가진다.
최근, 심층신경망 기반 오디오 부호화기가 활발히 연구되고 있다. 심층신경망 기반 오디오 부호화기는 기존의 전통적인 오디오 부호화기보다 구조적으로 간단하지만, 네트워크의 복잡도를 증가시키지 않고 인지적 성능향상을 기대하는 것은 어렵다. 이 문제를 해결하기 위하여 인간의 청각적 특성을 활용한 심리음향모델 기반 손실함수를 사용한 기법들이 소개되었다. 심리음향 모델 기반 손실함수를 사용한 오디오 부호화기는 양자화 잡음을 잘 제어하였지만, 여전히 지각적인 향상이 필요하다. 본 논문에서는 심층신경망 기반 오디오 부호화기를 위한 Multi-time Scale 손실함수의 지역 손실함수 윈도우 크기의 최적화 제안한다. Multi-time Scale 손실함수의 지역 손실함수 계산을 위한 윈도우 크기를 조절하며, 이를 통하여 오디오 부호화에 적합한 윈도우 사이즈를 결정한다. 실험을 통해 얻은 최적의 Multi-time Scale 손실함수를 사용하여 네트워크를 훈련하였고, 주관적 평가를 통해 기존의 심리음향모델 기반 손실함수보다 좋은 음성 품질을 보여주는 것을 확인하였다.
Sine파를 이용한 오디오 분석과 합성은 고음질 저비트율 오디오 부호화에 매우 효율적인 방법의 하나로 알려져 있다. 본 논문은 sine파를 이용한 오디오 분석과 합성에 중요한 sine파 검출에 심리음향모델을 활용하는 방안을 제안하였다. 모의실험 결과, 심리음향모델을 사용한 경우 사용하지 않은 경우에 비해 합성에 사용되는 sine파의 개수를 약 50% 정도 줄일 수 있었음을 알 수 있었다. 한편 오디로 신호의 attack이나 nonstationarity를 처리할 수 있는 방법이 sine파를 이용한 오디오 부호화에 필수적이라는 사실을 확인하였고 그에 대한 대처 방안을 제시하였다.
디지털 방송기술이 진보함에 따라 사용자들의 실감방송에 대한 욕구도 증가하고 있다. 실감방송의 목적은 3차원 AV 기술을 통해 사용자가 마치 녹음/녹화한 현장에 있는 것과 같은 느낌을 주는 것이다. 청취자가 녹음한 환경에 있는 것과 같은 느낌을 주는 3차원 오디오 신호의 획득을 위해 더미헤드를 많이 이용한다. 인간의 머리형태를 띤 더미헤드의 특성 때문에 더미헤드를 이용하여 획득한 신호를 헤드폰을 통해 재생하는 경우 입체감을 느낄 수 있다. 하지만 더미헤드의 형태 및 크기 때문에 공공장소에서 사용하기가 어렵고, 획득한 신호를 멀티채널 신호로 변환하기가 힘들며, 재생 시 전/후방 혼동현상이 많이 발생한다. 본 논문에서는 이러한 더미헤드의 단점을 극복하기 위해 머리형태를 구체로 간략화하고, 구체 위에 다수개의 마이크를 배치함으로써 3차원 오디오를 획득하고, 후처리 과정을 통해 다양한 재생환경에 적절한 재생신호를 생성할 수 있는 3차원 오디오 획득 및 재생 시스템을 제안한다. 제안한 시스템의 성능평가를 위해 무향실에서 주관적 방향성 평가 실험을 수행한 결과, 더미헤드 기술의 단점인 전/후방 혼동현상을 현저하게 줄일 수 있었다. 본 논문에서 제안한 3차원 오디오 시스템은 3D-TV나 실감방송 통에서 입체음향 콘텐츠 획득에 이용 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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