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현악기의 물리적 모델링을 위한 최적의 멀티코어 프로세서 아키텍처 탐색
Exploration of Optimal Multi-Core Processor Architecture for Physical Modeling of Plucked-String Instruments 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.30 no.5, 2011년, pp.281 - 294  

강명수 (울산대학교 전기공학부) ,  최지원 (울산대학교 전기공학부) ,  김용민 (울산대학교 전기공학부) ,  김종면 (울산대학교 전기공학부)

초록
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물리적 모델링 기반 음 합성 알고리즘은 음 합성 시 많은 연산량을 요구하며 이는 실시간 음 합성을 저해한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 물리적 모델링 기반 현악기 사운드 엔진을 멀티코어 프로세서에 구현하고, 사운드 엔진을 위한 최적의 멀티코어 프로세서 구조를 제안한다. 대상 현악기의 단위음을 합성하기 위해 각 프로세싱 엘리먼트 (processing element, PE)당 합성하는 샘플 (sample-per-processing element, SPE) 수를 변화시키는 실험을 통해 시스템의 성능 (system performance), 시스템 면적 효율 (area efficiency), 에너지 효율 (energy efficiency)을 각각 측정하고, 측정된 결과를 바탕으로 최적의 멀티코어 프로세서 구조를 선택하였다. 모의실험 결과, 어쿠스틱 기타는 SPE가 5,513과 2,756일 때 가장 높은 시스템 면적 효율과 에너지 효율을 보였으며, 클래식 기타는 SPE가 22,050과 5,513일 때 시스템 면적 효율과 에너지 효율이 가장 높았다. 또한 이를 이용하여 44.1 kHz의 샘플링율을 갖도록 대상 악기의 단위음을 합성한 결과 원음과 스펙트럼에서 매우 유사함을 확인할 수 있었고, 울산대학교 대학원생 및 교수 10명을 대상으로 실시한 MUSHRA 주관 청취 테스트에서도 좋은 결과를 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Physics-based sound synthesis usually requires high computational costs and this results in a restriction of its use in real-time applications. This motivates us to implement the sound synthesis algorithm of plucked-string instruments using multi-core processor architectures and determine the optima...

주제어

#사운드 엔진   #최적의 멀티코어 프로세서   #시스템 면적 효율   #에너지 효율  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
물리적 모델링 기반 음 합성 알고리즘의 문제점은? 물리적 모델링 기반 음 합성 알고리즘은 음 합성 시 많은 연산량을 요구하며 이는 실시간 음 합성을 저해한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 물리적 모델링 기반 현악기 사운드 엔진을 멀티코어 프로세서에 구현하고, 사운드 엔진을 위한 최적의 멀티코어 프로세서 구조를 제안한다.
ASIC의 특징은? ASIC (application-specific integrated circuit)은 이러한 음 합성에서 요구하는 고성능, 저전력을 충족시킬수 있지만 다양한 애플리케이션에서 요구하는 프로그램 능력 (programmability)과 유연성 (flexibility)을 만족시키지는 못한다 [8]. 반면 범용 프로세서 (general-purpose processor)나 디지털 신호처리기 (digital signal processor) 는 다양한 애플리케이션에 대해 충분한 프로그램 능력과 유연성을 제공한다.
악기 음을 합성할 수 있는 합성 방식에는 어떤 것이 있나? 디지털 신호처리 기술의 발달과 함께 악기 음을 합성할 수 있는 다양한 합성 방식들이 개발되었다. 대표적인 합성 방법으로는 샘플링 (sampling), 가산 합성 (additive synthesis), 감산 합성 (subtractive synthesis), 주파수 변조 합성 (frequency modulation synthesis), 스펙트럼 모델링 합성 (spectrum modeling synthesis), 물리적 모델링 합성 (physical modeling synthesis) 방식 등이 있다. 이러한 음 합성 방식은 새로운 형태의 악기 인터페이스와 결합하여 사람의 감성과 오감을 자극하는 창조적인 음악 환경을 제공하는데 줄 없는 기타와 오버톤 바이올린 (overtone violin)은 이에 대한 좋은 예라고 할 수 있다[1-2].
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참고문헌 (18)

  1. 강명수, 조상진, 정의필, "물리적 모델링 합성법에 기반을 둔 줄없는 기타 구현", 한국음향학회지, 28권, 2호, 119-126쪽, 2008. 

  2. D. Overholt, "The Overtone Violin," Proceedings of the 2005 International Conference on New Interfaces for Musical Expression, pp. 34-37, 2005. 

  3. G. Wang, "Designing Smule's Ocarian: the iPhone's Magic Flute," Proceedings of the 2009 International Conference on New Interfaces for Musical Expression, pp. 202-209, 2009. 

  4. J. Oh, J. Herrera, J. N. Bryan, L. Dahl, and G. Wang, "Evolving the Mobile Phone Orchestra," Proceedings of the 2010 International Conference on New Interfaces for Musical Expression, pp. 82-87, 2010. 

  5. 조상진, 정의필, "산조가야금의 물리적 모델링", 한국음향학회지, 23권, 7호, 521-531쪽, 2004. 

  6. M. Karjalainen, J. Backman, and J. Polkki, "Ananysis, Modeling, and Real-time Sound Synthesis of the Kantele, a Traditional Finnish String Instrument," in Proc. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, pp. 229-232, 1993. 

  7. 강명수, 조상진, 권순덕, 정의필, "범용 디지털 신호처리기를 이용한 국악기 사운드 엔진 개발", 한국음향학회지, 28권, 3호, 229-238쪽, 2009. 

  8. L. V. Huynh, 김철홍, 김종면, "퍼지 백터 양자화를 위한 대규모 병렬 알고리즘", 한국정보처리학회논문지, 16-A권, 6호, 411-418쪽, 2009. 

  9. S. T. Verma, and T. H. Y. Meng, "Extending Spectral Modeling Synthesis with Transient Modeling Synthesis," Comput. Music J., vol. 24, no. 2, pp. 47-59, 2000. 

    상세보기 crossref

  10. M. Coodwin, "Residual Modeling in Music Analysis-Synthesis," in Proc. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, pp. 1005-1008, 1996. 

  11. V. Valimaki, J. Juopaniemi, M. Karjalainen, and Z. Janosy, "Physical Modeling of Plucked String Instruments with Application to Real-time Sound Synthesis," J. Audio Eng. Soc., vol. 44, no. 5, pp. 331-353, 1996. 

  12. V. Valimaki, and C. Erkut, "Commuted waveguide synthesis of the clavichord," Comput. Music J., vol. 27, no. 1, pp. 71-82, 2006. 

  13. T. I. Laakso, V. Valimaki, M. Karjalainen, and U. K. Laine, "Splitting the Unit Delay - Tools for Fractional Delay Filter Design," IEEE Signal Processing Mag,, vol. 13, no. 1, pp. 30-60, 1996. 

    상세보기 crossref

  14. S. M. Chai, T. Taha, D. S. Wills, and J. D. Meindl, "Heterogeneous Architecture Models for InterconnectMotivated System Design," IEEE Trans. VLSI Syst., vol. 8, no. 6, 660-670, 2000. 

    상세보기 crossref

  15. S. Nugent, D. S. Wills, and J. D. Meindl, "A Hierarchical Block-based Modeling Methodology for SoC in GENESYS," 15th Annual IEEE International AISC/SOC Conference, pp. 239-243, 2002. 

  16. A. Gentile, S. Sander, L. Wills, and D. S. Wills, "The Impact of Grain Size of the Efficiency of Embedded SIMD Image Processing Architectures," J. Parallel Distributed Computing, vol. 64, pp. 1318-1327, 2004. 

    상세보기 crossref

  17. 강명수, 조상진, 정의필, "음질 열화를 줄이고 공격에 강인한 오디오 워터마킹 알고리듬", 한국음향학회지, 28권, 7호, 653-550쪽, 2009. 

  18. International Technology Roadmap for Semiconductors 2007 Edition, http://www.itrs.net/links/2007itrs/2007_chapters/2007_PIDS.pdf 

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