KR0149318B1 - 디지탈 에코 프로세서 - Google Patents

Abstract

이 발명은 디지탈 에코 프로세서(Digital echo processor)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 에코 신호를 디지탈 방식으로 다운 샘플링(Down sampling)회로, 업 샘플링(Up sampling) 회로를 채용하여 발생함으로 현장감 있는 에코 신호를 얻을 수 있으며, 효율적인 회로의 구성을 구현한 디지탈 에코 프로세서에 관한 것이며, 종래의 에코 프로세서 주변회로의 구성을 간략화할 수 있으며, 시간 지연 회로에서 내부의 메모리를 효율적으로 사용함으로써 메모리의 용량을 줄이고도 동일한 성능을 발휘할 수 있는 에코 프로세서를 제공하기 위한 것이다.

Description

디지탈 에코 프로세서

제1도는 종래의 디지탈 에코 프로세서이고,

제2도는 이 발명의 실시예에 따른 디지탈 에코 프로세서이고,

제3도는 디지탈 에코 프로세서의 동작 특성을 나타내는 타이밍도이다.

이 발명은 디지탈 에코 프로세서(Digital echo processor)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 에코 신호를 디지탈 방식으로 다운 샘플링(Down sampling)회로, 업 샘플링(Up sampling) 회로를 채용하여 발생함으로 현장감 있는 에코 신호를 얻을 수 있으며, 효율적인 회로의 구성을 구현한 디지탈 에코 프로세서에 관한 것이다.

산정상에서 큰소리를 외치면 이 소리는 다른 산에 의해 반사 되어 그 반향음이 다시 본인에게 돌아오며, 이러한 현상은 음장감과 신비감을 더해준다.

이러한 자연계의 현상을 전기적인 음성 신호의 중첩 현상을 이용하여 에코 마이크(Echo Microphone)라는 장치를 개발하여, 우리들이 실생활에서 노래방 기구나 일반 오디오 기구에서도 장치되고, 널리 보급되어 이용되어 왔다.

디지탈 방식의 에코(Echo)를 실현하기 위해서는 소리를 일정 시간 저장했다가 특정의 감쇄 계수를 곱하여 계속 더해줌으로써 가능하다.

기존에는 주로 아나로그 회로(Analog circuit)로서 구현하여 사용해 왔다. 그러나 최근 들어 DSP(Digital signal processor) 기술이 발달하고 톤 제어(Tone control) 및 이퀼라이져(Equalizer)와 함께 음장 제어등의 디지탈 처리 기술의 급속한 발전으로 인하여 디지탈 메모리의 가격이 일반화되면서 디지탈 방식의 에코 회로가 단일 집적 회로로 개발 되었다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래의 에코 프로세서에 대하여 설명한다.

제1도는 종래의 기술인 에코 프로세서의 블럭도이다.

제1도에 도시되어 있듯이, 종래의 기술인 에코 프로세서의 구성은,

아나로그 신호가 흐르는 노드에서, 불필요하게 간섭되는 고주파 성분을 걸러내기 위한 로우 패스 필터 회로(102,106)와,

외부에서 입력되는 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아나로그 디지탈 변환 회로(103)와,

상기 아나로그 디지탈 변환 회로(103)에서 출력되는 디지탈 신호를 입력받아 일정 시간을 중첩시켜 출력하는 시간 지연 회로(104)와,

상기 시간 지연 회로(104)에서 출력하는 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 디지탈 아나로그 변환 회로(105)와,

외부의 입력 신호와 상기 로우 패스 필터(106)의 출력을 입력받아 상기 두 신호를 합성하여 출력하는 가산기 회로(101)로 이루어 진다.

상기한 구성에 의한 종래의 에코 프로세서 회로의 작용은 다음과 같다.

외부에서 마이크(Microphone)와 같은 장치로 음성 신호인 아나로그 신호를 발생시키고, 상기 아나로그 신호는 가산기(101)를 통하여 로우 패스 필터 회로(102)로 입력된다.

로우 패스 필터 회로(102)에서 출력하는 음성 대역의 아나로그 신호는 아나로그 디지탈 변환 회로(103)에 입력되어 일정한 샘플링 주기를 갖는 디지탈 신호로 변환된다.

아나로그 디지탈 변환 회로(103)에 출력되는, 상기 일정한 샘플링 주기를 갖는 디지탈 신호는 시간 지연 회로(104)에 입력되어 디지탈 메모리(Digital memory) 기능을 하는 램(RAM)을 사용하여 선입선출 즉, FIFO(First In First Out)의 형태로 디지탈 신호를 저장하였다가 일정 시간을 지연한 후에 연속적으로 출력한다. 상기한 바와 같이 출력한 신호는 디지탈 아나로그 변환 회로(105)에 입력되어 다시 아나로그 신호로 변환되어 출력하고, 변환된 아나로그 신호는 로우 패스 필터 회로(106)로 입력된다. 로우 패스 필터 회로(106)는 에일리어싱(Aliasing) 현상을 제거 하기위한 필터 회로이다.

참고로, 에일리어싱 현상을 설명하면 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환 하고자 할 경우, 최소의 표본화 주파수는 상기 아나로그 신호의 주파수내에 존재하는 최고 유효 주파수의 2배 이상이 되어야 한다. 만일 2배 이하의 주파수로 표본화 하면 표본화된 신호의 스펙트럼은 입력 신호의 스펙트럼 상에 나타나는 중첩되는 현상을 제거할 수 없다. 이것을 주파수 겹침이라고도 한다.

상기한 바와 같은 작용을 하는 로우 패스 필터(106)를 출력하는 아나로그 신호는 가산기(101)에 입력되어, 외부에서 입력되는 아나로그 신호와 합성이 되고, 다시 로우 패스 필터(102)에 입력되어 음성 대역의 신호만을 걸러낸 후에 출력(Vout)한다.

그러나 상기한 중래의 에코 프로세서는 상기한 바와 같이 시간이 지연되는 부분만을 디지탈로 처리하고 나머지 부분은 아나로그로 처리함으로써 집적 회로인 에코 프로세서의 주변 회로로 아나로그 신호에 대한 지원 회로를 구성해야 하기 때문에 에코 프로세서의 주변 회로는 복잡해지는 단점이 있다.

따라서 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 에코 프로세서 회로에서 아나로그로 처리했던 기존의 회로를 모두 디지탈화 하여 집적 회로로 구성되는 에코 프로세서 주변 회로의 구성을 간략화할 수 있으며, 시간 지연 회로에서 내부의 메모리를 효율적으로 사용함으로써 메모리의 용량을 줄이고도 동일한 성능을 발휘할 수 있는 에코 프로세서를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써 이 발명의 구성은,

외부에서 입력되는 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아나로그 디지탈 변환 회로와,

상기 아나로그 디지탈 변환 회로에서 출력하는 디지탈 신호를 입력받아 불필요한 고주파 신호를 제거하여 출력을 하는 제1로우 패스 필터와,

상기 제1로우 패스 필터에서 출력하는 디지탈 신호를 아나로그 신호로 변환하는 디지탈 아나로그 변환 회로와,

상기 제1로우 패스 필터에서 출력하는 디지탈 신호를 입력받아 초기의 샘플링 주파수보다 작은 주파수로 다시 샘플링을 하는 다운 샘플링 회로와,

상기 다운 샘플링 회로의 출력을 입력받아 일정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연 회로와,

상기 다운 샘플링 회로에서 작아진 주파수를 원상태로 회복시키는 오버 샘플링 회로와,

상기 오버 샘플링 회로의 출력을 입럭받아 불필요한 고주파 성분을 제거하는 제2로우 패스 필터와,

상기 아나로그 디지탈 변환 회로의 출력 신호를 입력받고, 상기 로우 패스 필터의 출력 신호를 입력받아, 상기 양 신호를 합성하여 출력하는 가산기 회로로 이루어진다.

상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제2도는 이 발명의 실시예에 따른 에코 프로세서 회로의 블럭도이고,

제3도는 펄스 신호에 대한 잔향음을 나타낸 타임도이다.

제2도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 구성은,

외부에서 입력되는 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아나로그 디지탈 변환 회로(201)와,

아나로그 디지탈 변환 회로(201)에서 출력하는 디지탈 신호를 입력받아 불필요한 고주파 신호를 제거하여 출력을 하는 제1로우 패스 필터(202)와,

제1로우 패스 필터(202)에서 출력하는 디지탈 신호를 아나로그 신호로 변환하는 디지탈 아나로그 변환 회로(210)와,

제1로우 패스 필터(202)에서 출력하는 디지탈 신호를 입력받아 초기의 샘플링 주파수보다 작은 주파수로 다시 샘플링을 하는 다운 샘플링 회로(203)와,

다운 샘플링 회로(203)의 출력을 입력받아 일정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연 회로(204)와,

다운 샘플링 회로(203)에서 작아진 샘플링 주파수를 원상태로 회복시키는 오버 샘플링 회로(205)와,

오버 샘플링 회로(205)의 출력을 입력받아 불필요한 고주파 성분을 제거하는 제2로우 패스 필터(206)와,

아나로그 디지탈 변환 회로(201)의 출력 신호를 입력받아 일정한 이득을 갖도록 하여 출력을 하고, 또는 로우 패스 필터(206)의 출력 신호를 입력받아 일정한 이득을 갖도록 하여 출력하는 버퍼 회로(207,208)와, 상기 버퍼 회로(207,208) 두 개의 출력 신호를 입력 받아 상기 두 개의 출력 신호를 합성하여 출력하는 가산기 회로(209)로 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 작용은 다음과 같다.

마이크(Microphone)와 같은 장치에 의하여 음성 신호가 전기적인 아나로그 신호로 변환되어 아나로그 디지탈 변환 회로(201)에 입력이 되면, 상기 아나로그 신호는 일정한(약 44KHz)의 샘플링 주파수를 갖는 디지탈 신호로 변환되어 출력이 되고 버퍼 회로(207)에 입력되어 적당한 이득을 갖도록하고, 가산기 회로(209)를 통하여 제1로우 패스 필터(202)에 입력된다. 이후에, 상기 신호는 다운 샘플링 회로(203)에 입력된다.

마이크에서 전기 신호로 변환된 음성 신호는 일반 아나로그 신호, 즉 악기 소리와 같은 오디오 신호에 비하여 그 주파수가 낮고, 에코 현상을 일으키기 위하여 반복되어지는 신호는 음질상에 큰 영향을 주지 못하기 때문에 일반적인 아나로그 신호의 샘플링 주파수에 비하여 절반 이하의 값으로 샘플링하여도 된다. 이 회로는 2개의 샘플 중 하나를 선택해서 계속 출력시키거나, 2개의 샘플 중간값을 선택하여 출력시킨다. 즉, 초기의 입력이 44.1KHz로 샘플링 되었다면 22.05KHz로 샘플링할 수 있다. 상기한 바와 같은 사항은 일정한 시간지연을 갖는 메모리에 대하여 50퍼센트의 메모리 절감 효과가 있다.

상기한 바와 같이 다운 샘플링(Down sampling)된 디지탈 신호는 시간 지연 회로(204)에 입력되어 디지탈 메모리(Digital memory) 기능을 하는 램(REM)을 사용하여 선입선출 즉, FIFO(First In First Out)의 형태로 디지탈 신호를 저장하였다가 일정 시간을 지연한 후에 연속적으로 출력한다. 시간 지연 회로(204)에서 출력하는 디지탈 신호는 오버 샘플링(Over sampling) 회로에 입력되어 원래의 샘플링 주파수, 즉 입력시 아나로그 신호를 디지탈 신호로 샘플링하는 샘플링 주파수로 복귀시켜 출력을 한다. 부연하여 설명하면, 다운 샘플링된 주파수 신호의 2개의 샘풀을 중간값을 취해서 두 샘플의 중간에 삽입하는 방법으로 원래의 샘플링 주파수로 복귀시킨다. 상기한 바와 같은 작용으로 출력된 디지탈 신호는 제2로우 패스 필터 회로(206)에 입력되어, 상기한 바와 같은 과정에서 발생하는 고주파 성분을 제거하며, 오버 샘플링(Over sampling)된 신호는 또한, 에코를 자연스럽게 하는 작용을 하여 출력을 한다. 이후에 상기 신호는 버퍼(208)에서 일정한 이득으로 안정화되어 가산기(209)로 출력한다. 또한, 상기 버퍼(207,208)은 멀티플라이어(Multiplier)로 간단히 구현할 수 있다.

가산기(209)에서는, 음성 신호를 디지탈화한 버퍼(207)의 출력과 궤환 회로의 출력인 버퍼(208)의 출력신호를 입력받아 상기 두 신호를 합성하여 제1로우 패스 필터(202)를 통하여 디지탈 아나로그 변환 회로(210)에 입력되어 출력단에 최종적으로 에코된 음성 신호(울림 소리)를 출력한다.

제3도는 디지탈 에코 프로세서의 동작 특성을 나타내는 타이밍도이다.

제3도는 에코 프로세서에 펄스 신호를 입력했을 경우, 출력에 나타나는 일정한 잔향 효과를 나타낸다.

펄스 신호가 입력된 후, 일정 비율로 그 크기가 줄어들면서 파형이 나타나는 것을 보여주며, 제3도에 도시된 신호는 펄스 발생 이후 실시간에 대하여 연속적으로 존재하는 것이기 때문에 실제로는 이 잔향음을 연속적으로 입력 신호에 연속적으로 더해 주어 발생한다.

이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 잔향음으로 발생하는 음성 신호는 전체 음질상에 크게 분제가 되지 않으므로 음질상 열화가 없는 상황까지 다운 샘플링하여 메모리의 용량을 줄일 수 있다. 즉 집적 회로의 크기를 현격하게 줄일수 있는 효과가 있으며,

또한, 에코 신호 발생을 위한 메모리의 사용은 줄이면서도 메인 신호는 음질에 차별을 두어 에코를 고음질로 즐길 수 있는 효과가 있으며,

또한, 종래에는 아나로그 신호로 처리했던 부분들을 디지탈화 하여 집적회로의 주변회로로 구성해야 할 수 있는 효과가 있는 에코 회로를 제공할 수가 있다.

이 발명의 이러한 효과는 독립 장치로도 구성이 가능하며, 디지탈 신호를 이용하는 가라오케 기기와 이와 유사한 기능을 갖는 오디오 기기등에 폭넓게 이용될 수 있다.

Claims (5)

1. 외부에서 입력되는 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 아나로그 디지탈 변환 회로와, 상기 아나로그 디지탈 변환 회로에서 출력하는 디지탈 신호를 입력받아 불필요한 고주파 신호를 제거하여 출력을 하는 제1로우 패스 필터와, 상기 제1로우 패스 필터에서 출력하는 디지탈 신호를 아나로그 신호로 변환하는 디지탈 아나로그 변환 회로와, 상기 제1로우 패스 필터에서 출력하는 디지탈 신호를 입력받아 초기의 샘플링 주파수보다 작은 주파수로 다시 샘플링을 하는 다운 샘플링 회로와, 상기 다운 샘플링 회로의 출력을 입력받아 일정 시간 지연하여 출력하는 시간 지연 회로와, 상기 다운 샘플링 회로에서 작아진 주파수를 원상태로 회복시키는 오버 샘플링 회로와, 상기 오버 샘플링 회로의 출력을 입력받아 불필요한 고주파 성분을 제거하는 제2로우 패스 필터와, 상기 아나로그 디지탈 변환 회로의 출력 신호를 입력받고, 상기 제2로우 패스 필터의 출력 신호를 입력받아 상기 양신호를 합성하여 출력하는 가산기를 포함하여, 이루어지는 것을 특징으로 하는 에코 프로세서.
2. 제1항에 있어서, 상기 다운 샘플링 회로는, 초기의 샘플링 주파수에서 2개의 샘플중에 중간값을 취하거나, 2개의 상기 샘플중에 1개를 취해서 출력시키는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 에코 프로세서.
3. 제1항에 있어서, 상기 오버 샘플링 회로는, 상기 다운 샘플링 회로에서 출력하는 샘플링 주파수에서, 두 샘플의 중간값을 구해서 상기 두 샘플의 중간에 삽입하여 상기 초기의 샘플링 주파수로 복원하는 것을 특징으로 하는 에코 프로세서.
4. 제1항에 있어서, 상기 시간 지연 회로는, 상기 다운 샘플링 회로의 출력을 입력받아 디지탈 메모리인 램을 사용하여 상기 디지탈 신호를 선입선출의 상태로 일정 시간이 지난 후 연속적으로 상기 디지탈 신호가 출력되는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 에코 프로세서.
5. 제1항에 있어서, 상기 에코 프로세서는, 아나로그 디지탈 변환 회로와 제2로우 패스 필터의 출력 신호를 입력받아 일정한 이득을 갖도록 안정화하여 가산기 회로로 출력하는 버퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에코 프로세서.