[논문]방송용 오디오 콘텐츠 제작을 위한 비균등 선형 마이크로폰 어레이 기반의 음원분리 방법

전찬준; 김홍국

방송용 오디오 콘텐츠 제작을 위한 비균등 선형 마이크로폰 어레이 기반의 음원분리 방법
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전찬준 (광주과학기술원) , 김홍국 (광주과학기술원)

현재 UHDTV (Ultra-High-Definition TV) 시대에 사용될 멀티미디어 부호화로 MPEG-H를 표준화로 진행하고 있다. 향후 방송용 오디오 콘텐츠는 채널 오디오 콘텐츠에서 진화하여 객체 오디오 콘텐츠까지도 필요하게 된다. 이에 따라, 본 논문에서는 고품질의 방송용 오디오 콘텐츠를 제작하기 위한 비균등 선형 마이크로폰 어레이 기반의 음원분리 방법을 제안한다. 제안된 방법은 주어진 어레이 배치에 따라 채널간의 시간차를 분석하고, 이에 따른 객체 오디오 생성을 위한 음원분리 기술을 적용한다. 제안된 기법의 성능을 검증하기 위하여 음원분리도를 측정하였고, MVDR (Minimum Variance Distortionless Response) 빔형성기와 성능을 비교하였다. 비교 결과, 제안된 기법이 MVDR 빔형성기에 비하여 12.8% 높은 음원분리도 수치를 나타낸 것을 확인하였다.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 고품질의 방송용 오디오 콘텐츠를 제작하기 위한 비균등 선형 마이크로폰 어레이 기반의 음원분리 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 비균등 선형 마이크로폰 어레이에 맞게 채널간의 시간차를 분석하고, 분석된 시간차에 상응하는 azimuth-frequency (AF) plane을 생성한다.
본 논문에서는 비균등 선형 마이크로폰 어레이 환경에서 고품질의 방송용 오디오 콘텐츠 제작을 위한 음원분리 기술을 제안 하였다. 제안된 음원분리 방법은 8채널 마이크로폰을 활용하여 채널간의 시간차를 분석하고, 이에 기반하여 AF plane을 생성하였다.

제안 방법

고품질의 음원분리를 위하여 총 8채널의 비균등 선형 마이크로폰을 활용하였으며, 이에 따라서 총 3개의 음원(바이올린, 플릇, 첼로)을 –45°, 0°, 45° 각각 배치하였다.
제안된 음원분리 방법은 8채널 마이크로폰을 활용하여 채널간의 시간차를 분석하고, 이에 기반하여 AF plane을 생성하였다. 생성된 AF plane으로부터 azimuth 및 width를 조절하여 magnitude를 추정하고 이를 통해 음원분리를 수행하였다. 제안된 방법의 성능을 검증하기 위하여 MVDR 빔형성기와의 음원분리도를 비교하였다.
고품질의 음원분리를 위하여 총 8채널의 비균등 선형 마이크로폰을 활용하였으며, 이에 따라서 총 3개의 음원(바이올린, 플릇, 첼로)을 –45°, 0°, 45° 각각 배치하였다. 성능 비교를 위해, minimum variance distortionless response (MVDR) 빔형성기[4]를 적용한 후 그 음원분리도를 함께 측정하였다.
여기서, 계산을 위해 Θ를 sampling해야 하는 데, 본 논문에서는 AF plane의 resolution과 계산량을 고려하여 1° 단위로 Θ을 계산하였다.
따라서 본 논문에서는 고품질의 방송용 오디오 콘텐츠를 제작하기 위한 비균등 선형 마이크로폰 어레이 기반의 음원분리 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 비균등 선형 마이크로폰 어레이에 맞게 채널간의 시간차를 분석하고, 분석된 시간차에 상응하는 azimuth-frequency (AF) plane을 생성한다. 이후, 생성된 AF plane으로부터 azimuth 및 width를 조절하여 음원분리를 수행한다.
본 논문에서는 비균등 선형 마이크로폰 어레이 환경에서 고품질의 방송용 오디오 콘텐츠 제작을 위한 음원분리 기술을 제안 하였다. 제안된 음원분리 방법은 8채널 마이크로폰을 활용하여 채널간의 시간차를 분석하고, 이에 기반하여 AF plane을 생성하였다. 생성된 AF plane으로부터 azimuth 및 width를 조절하여 magnitude를 추정하고 이를 통해 음원분리를 수행하였다.

데이터처리

생성된 AF plane으로부터 azimuth 및 width를 조절하여 magnitude를 추정하고 이를 통해 음원분리를 수행하였다. 제안된 방법의 성능을 검증하기 위하여 MVDR 빔형성기와의 음원분리도를 비교하였다. 그 결과, 제안된 방법이 MVDR 빔형성기에 비하여 12.
제안된 방법의 성능을 평가하기 위해서 음원분리도를 측정하였다 [5]. 음원분리도는 음원 분리된 신호가 실제 reference 음원 중에서 어떤 음원과 가장 유사한지 프레임별로 판단하여 이에 대해 통계적으로 수치화한 것이다 [5].

성능/효과

제안된 방법의 성능을 검증하기 위하여 MVDR 빔형성기와의 음원분리도를 비교하였다. 그 결과, 제안된 방법이 MVDR 빔형성기에 비하여 12.8% 높은 음원분리도를 보였다.
<표 1>은 음원분리도의 측정 결과를 보여준다. 표의 결과를 통해, 제안된 음원분리 방법의 음원분리도가 MVDR 빔형성기에 비하여 12.8% 높게 나타나는 것을 알 수 있었다.

후속연구

2채널 방송과 같은 실감 오디오 콘텐츠에 더불어 객체 오디오 콘텐츠까지도 지원하고, 이러한 콘텐츠를 위한 오디오 부호화 및 복호화 기술과 다양한 출력채널 환경에 적응할 수 있는 렌더링 (rendering) 기술을 표준화 대상으로 규정하고 있다 [1]. 향후 방송용 오디오 콘텐츠는 채널 오디오 콘텐츠에서 진화하여 객체 오디오 콘텐츠까지도 지원이 필요할 전망이며, 이에 따라 음원분리 기술을 통하여 채널 오디오 콘텐츠를 객체 오디오 콘텐츠로 변환하는 기술이 요구된다.

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