객체 기반 오디오 부호화 기술은 다양한 응용 분야를 기대할 수 있는 차세대 오디오 기술로써 관심이 높다. 최근 MPEG에서는 SAOC (Spatial Audio Object Coding)라는 압축 효율이 우수한 Parametric 객체 부호화 방법을 표준화하였다. 본 논문에서는 SAOC를 중심으로 Parametric 객체 오디오 부호화의 기술을 소개하고, 이를 실제 적용하기 위한 고려사항들에 대해 다룬다.
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.
Object-based audio coding can provide new music applications with interactivity. To efficiently compress a lot of target audio objects, a subband-based parametric coding scheme has been adopted for MPEG spatial audio object coding. In this letter, the time-frequency (T/F) subband analysis structure is investigated. A reconfigured T/F structure is also proposed to enhance the generating performance of sound scenes such as 'karaoke' and 'solo' play in interactive music scenarios. From the experimental results, it was confirmed that the proposed scheme remarkably improves the SNR and sound quality.
MPEG 오디오에서는 오디오 신호의 효율적인 압축을 위해서 마스킹 효과, spectral band replication을 이용한 고주파 성분 합성, parametric stereo를 이용한 채널 확장 등의 기술을 이용하고 있다. 본 논문에서는 이 중 최신 기술에 해당하는 채널 확장 기술에 대해서 소개한다. 또한, MPEG 오디오 코덱 중 이 기술을 이용하는 HE-AAC v.2, MPEG Surround, Spatial Audio Object Coding(SAOC), Unified Speech and Audio Coding (USAC)에 대해 기술 소개 및 방송의 적용 예를 기술한다.
IAS는 대게 사용자가 자신의 취향에 맞는 음악을 직접 제작 및 편집 가능한 기능을 제공하는 서비스이다. SAOC는 낮은 전송률로 IAS가 가능한 다객체 오디오 코딩 기술이다. 하지만 SAOC 기법은 특정 객체를 제거하는 경우, 특히 보컬 객체를 제거하는 경우 배경음악에 보컬 객체의 하모닉이 남아있는 문제점이 있다. 그래서 본 논문은 하모닉 추출과 제거를 사용한 보컬 객체 제거 기법을 제안한다. 제안 하는 기법은 부호화기에서 추출한 하모닉 정보를 이용하여 복호화기에서 보컬 객체 신호를 다운믹스 신호에서 제거하는 기법이다. 하모닉 정보로써, 기본 주파수, MVF, 하모닉 크기를 사용한다. 성능평가로 객관적, 주관적 실험을 수행하였으며 모든 실험 결과를 통해 SAOC 기법보다 제안하는 기법이 우수함을 확인한다.
본 논문은 MPEG-2 AAC 멀티채널 오디오 및 MPEG-4 오디오의 다중객체 부호화를 위한 DSP 시스템의 설계 및 구현에 관하여 기술한다. DSP로서는 TI 사의 최근 제품인 고성능의 TMS320C6701 (이하 6701로 함) 2개를 사용하였고, DSP 보드는 PC에 장착하여 프로그램을 다운로드하고 시스템을 제어할 수 있게 하기 위하여 PCI 인터페이스를 함께 구현하였으며, 부호화기 및 복화기로서 함께 사용할 수 있는 구조로서 설계하였다. 또한 멀티채널 오디오를 디지털 신호로 변환하고 다중화하여 직렬신호로서 입력하고, 다시 역으로 출력하기 위한 시스템을 별도로 외부에 구현하였으며, 접속 인터페이스로서 ADI (Alesys Digital audio Interface)론 사용하여, ADI 인터페이스를 지원하는 멀티채널오디오 장비론 입출력 시스템으로 사용할 수 있도록 하였다. 현재의 결과로서는 MPEG-2 AAC 4채널 오디오를 2개의 DSP를 사용하여 실시간으로 안정되게 부호화 할 수 있으며, 1개의 DSP로도 8채널까지의 복호화가 가능함을 확인하였다.
MPEG-4 영상압축 방식은 객체지향적이다. 기존의 H.261, MPEG-1, MPEG-2에서 화면 전체를 부호화 해주는 것과 달리 MPEG-4에서는 한 화면을 물체, 배경 등 여러 객체들로 나누어 각각의 객체를 따로 부호화한다. 이렇게 전송된 객체들은 수신 단말기에서 다시 합성하여 완성된 화면으로 보여준다. MPEG-4의 형상 부호화는 화면에서 visual 객체에 해당하는 부분만을 부호화 해주는 부분이다. 본 논문에서는 MPEG-4 디코더가 형상 복호화의 표준 규격을 따르는지를 시험하는 방법을 제안한다. 본 논문은 BAB type을 결정하는 mode 복호화의 모든 경우와 Context-based Arithmetic 복호화의 Context computation에 대한 모든 경우에 대해 확인하는 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 SAOC의 Karaoke 모드의 출력 신호 내에 존재하는 잔여 보컬 성분을 추정하여 억제시킴으로써 음질을 향상시킬 수 있는 알고리듬을 제안하였다. 잔여 보컬 성분은 Karaoke 모드 환경으로 합성된 신호와 Solo 모드로 새로 합성된 신호를 서로 교차 예측하여 추정될 수 있다. 그러나, 두 신호는 모두 같은 다운 믹스 신호로부터 합성되는 신호이므로, 두 신호간의 높은 상관성으로 인하여 가라오케 신호내의 잔여 보컬 성분뿐만 아니라 음악 성분도 함께 제거된다. 이러한 열화를 해결하기 위해, 본 논문에서는 교차 예측 과정에서 심리 음향적 특성을 고려한 예측 방해 신호를 적용하였으며, 이 신호의 크기는 심리음향모델의 마스킹 특성에 따라 음악적 음질의 열화가 최소화되도록 적응적으로 설정되었다. 실험은 보컬 객체가 포함된 음악 신호에 대해서 객관적 및 주관적 음질평가를 수행하였으며, 전체적으로 성능 향상이 있음을 확인하였다.
최근 멀티미디어 분야의 연구개발 동향은 주로 비디오와 오디오 신호의 개별적인 부호화에 치중하던 이전의 기술적 동향에서 벗어나, 비디오, 오디오, 텍스트 등과 같은 여러 종류의 신호에 대하여 시간상 동기일치를 고려하여 다중화하는 시스템 기술의 중요성이 더욱 증가하고 있다. MPEG-4 영상압축 표준은 영상의 내용에 대한 이해를 바탕으로 내용기반 부호화에 중점을 두고 있다. 이 내용기반 부호화에서는 각 미디어 데이터 자체를 개체 단위로 나누어 처리할 수 있기 때문에 사용자의 의도에 따라 다양한 형태의 조작과 디스플레이가 가능하며 그 응용 분야가 매우 넓다. 본 논문에서는 MPEG-4 표준의 시스템 규격과 파일 포맷에 따라 구현된 멀티미디어 서비스 시스템을 기술하였다. 구현된 기술은 멀티미디어 데이터의 스트리밍, DVD, 영상전자메일, 디지털 방송과 같은 다양한 멀티미디어 서비스에 응용될 수 있는 기반 기술로서 그 중요성을 가진다.
전체관적인 표현방법인 희소 코딩 또는 독릴 성분 분해(ICA)는 이전의 청각의 처리와 소리 분류의 작업을 해명하는데 성공적으로 적용되었다. 반대로 부분 기반 표현법은 뇌에서 물체를 인식하는 방법을 이해하는 또 다른 방법이다. 이 논문에서, 우리는 소리 분류의 작업에 부분기반 표현법을 학습시키는 비음수화 행렬 분해(NMF)(1) 방법을 적용하였다. 잡음이 존재할 때와 존재하지 않을 때 두 가지 상황에서, NMF를 이용하여 주파수-시간영역의 소리로부터 특징을 추출하는 방법을 설명한다. 실험결과에서는 NMF에 기반을 둔 특징이 ICA에 기반을 두어 추출한 특징보다 소리 분류의 성능을 향상시킴을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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