KR0157156B1 - 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기 - Google Patents

병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티채널의 오디오 신호를 버퍼를 통하여 입력하고, 고속 디지탈 신호처리기(DSP)를 이용하여 오디오 신호를 압축 부호화하고, 결과로서 만들어진 부호화된 오디오 데이타를 버퍼를 통하여 외부로 출력하는 기능을 가지며, 멀티채널 오디오의 저장 및 방송에 효과적으로 사용될 수 있다.

Description

병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기
제1도는 본 발명의 전체 하드웨어 구성도.
제2도는 처리기 1의 데이타 처리 흐름도.
제3도는 처리기 2의 데이타 처리 흐름도.
제4도는 처리기 3의 데이타 처리 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 디지탈 오디오 입력부 2 : 아날로그 오디오 입력부
3 : MUX부 4 : 입력버퍼
5 : 사용자 접속부 6 : 클럭 발생부
7 : 데이타 출력부 8 : 출력 버퍼
9 : 공유 메모리 10 : 처리기 1
11 : 처리기 2 12 : 처리기 3
본 발명은 멀티채널 오디오 신호를 압축부호화하는 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화 장치에 관한 것이다.
오디오의 압축 부호화 방식으로는 인간의 청각특성을 이용하여 인간이 청각으로서 감지할 수 있는 성분만을 선택적으로 부호화하는 지각부호화 방식을 사용하고 있다.
심리음향을 이용한 지각 부호화 방식은 계산량이 많을 뿐 아니라 입력되는 오디오의 특성에 따라 계산량이 50%이상 늘어나는 경우도 있어 성능이 좋은 고속 DSP로서도 그 성능을 충분히 사용하지 못한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 계산량의 차이를 극복할 수 있는 방법을 사용하여야 한다. 또한 멀티채널 오디오 신호를 고품질로서 부호화하기 위해서는 여러개의 DSP를 사용하여야 하는데, 각 DSP간의 데이타 및 정보교환 수단이 중요하다.
본 발명은 상기의 문제점 및 고려사항을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 입력 버퍼에 의해 데이타의 처리용량을 융통성 있게 조절할 수 있게 하고, 공유 메모리 공간을 두어 DSP간의 데이타 교환이 용이하게 이루어지도록 하고, 출력 버퍼에 의해 데이타 처리 지연에 대한 대비를 할 수 있게 하는 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기에 있어서, 디지탈 오디오를 입력받아 표본화주파수와 규격이 다른 신호원을 48KHz 표본화 주파수로 변환하여 출력하는 디지탈 오디오 입력부 ; 입력되는 아날로그 오디오 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 오디오 입력부 ; 상기 디지탈 오디오 입력부 및 아날로그 오디오 입력부로부터의 오디오 신호를 제어신호에 의해 입력하여야 할 채널을 선택하여 입력한 후, 직렬로 전송되는 오디오 신호를 병렬 데이타로 변화하여 출력하는 다중화부 ; 상기 다중화부로부터 매 표본화 주파수마다 입력되는 멀티채널 오디오를 특정한 순서에 의하여 차례로 저장하며, 일정량의 데이타가 쌓이면 출력하는 입력버퍼 ; 시스템 운용에 필요한 시스템 제어신호를 입력받아, 시스템의 운용상태를 외부에 표시하는 사용자 접속부 ; 외부에서 입력되는 비트클럭이나 내부의 비트클럭을 이용하여 각 기능부에 동작클럭을 제공하는 클럭 발생부 ; 데이타의 저장 및 전송을 용이하게 하기 위한 공유메모리 ; 상기 입력버퍼로부터 출력되는 오디오 신호를 각기 할당된 부호화 계산처리를 수행하는 다수의 처리기 ; 상기 처리기에 의해 부호화된 오디오 데이타를 외부로 출력하기 전에 임시로 소정량 저장하는 출력 버퍼 ; 부호화된 직렬 데이타를 외부로 출력하는 데이타 출력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 전체 하드웨어 구성도로서, 각 구성요소의 기능은 다음과 같다. 디지탈 오디오 입력부(1)는 디지탈 오디오 입력의 경우 표본화 주파수와 규격이 다른 신호원을 48KHz의 표본화 주파수로 변환하여 MUX(Multiplexer)부(3)로 전송하는 기능을 가지며, 2개의 스테레오 오디오 채널을 수용할 수 있다.
아날로그 오디오 입력부(2)는 아날로그 오디오 신호를 디지탈 오디오 데이타로 변환하는 부분으로서 임피던스 정합, 표본화, 디지탈 신호변환등의 과정을 거쳐 직렬로 디지탈 오디오를 MUX부(3)로 출력하게 된다. 6채널의 아날로그 오디오 신호를 수용할 수 있으며, 디지탈 오디오 입력과 함께 사용자 접속부(5)의 선택과 처리기 1(10)의 제어에 의해 MUX부(3)에서 오디오 채널의 운용 모드에 따라서 선택적으로 입력버퍼(4)에 전송한다.
MUX부(3)는 4채널의 디지탈 오디오 입력과 6채널의 아날로그 오디오 입력을 오디오 채널 운용 모드에 따라서 선택하여 입력버퍼(4)에 저장하는 기능을 하는데, 제어신호에 의해 입력하여야 할 채널을 선택하여 입력한 후, 직렬로 전송되는 오디오 신호를 병렬 데이타로 변환하여 입력버퍼(4)에 저장한다.
입력버퍼(4)는 처리할 데이타를 임시로 저장하는 공간으로서 매 표본화 주파수마다 입력되는 멀티채널 오디오를 특정한 순서에 의하여 차례로 저장하게 되며, 일정량의 데이타가 쌓이면 DMA(Direct Memory Access)채널을 통하여 처리기 1(10)로 데이타를 전송한다. 입력버퍼부는 FIFO(First In First Out)의 구조를 가지며, 데이타의 저장 및 전송을 용이하게 하기 위하여 16 또는 32 비트의 메모리로 구성된다.
사용자 접속부(5)는 시스템 운용에 필요한 각종 파라메타를 선택하는 정보로서 시스템 제어신호를 입력하고, 시스템의 운용상태를 외부에 표시하는 기능을 한다. 시스템 운용에 정보로서는 부호화하려는 채널의 구성을 선택하는 모드 선택 정보, 입력하려는 오디오신호의 형태를 선택하는 입력 선택정보 등이 있으며, 표시되는 운용 상태로서는 전원의 상태, 데이타의 출력 상태, 현재의 선택된 모드의 표시등이 있다.
클럭 발생부(6)는 DSP의 동작클럭(60 MHz)을 제공하고, 외부에서 입력되는 비트클럭이나 내부의 비트클럭(384 혹은 512 KMz)을 이용하여 주파수 체배하여 오디오 입력을 위한 오버샘플링 클럭을 제공하고, MUX부(3)와 입력 버퍼(4), 출력 버퍼(8), 데이타 출력부(7)의 동작 클럭을 제공한다. 내부의 비트클럭을 이용하는 경우에는 이 클럭을 출력되는 데이타와 함께 출력하여 외부 장치에서 데이타 복구에 이용되도록 한다.
데이타 출력부(7)는 부호화된 직렬 데이타를 외부로 출력하는 기능을 하는 부분으로서 비트 클럭에 의해 일정한 속도로 출력하게 된다. 비트클럭이 외부에서 입력되는 경우에는 그 비트클럭에 동기시켜 데이타를 출력하고, 내부의 내장된 클럭을 사용하는 경우에는 데이타를 클럭에 동기시켜 출력할 뿐 아니라, 비트클럭을 함께 출력하여 외부 장치에서 직렬 데이타를 비트클럭에 동기시켜 제대로 복구시키도록 한다.
출력 버퍼(8)는 부호화된 멀티채널 오디오 데이타를 데이타 출력부에서 출력하기 전에 임시로 일정량 저장하는 것이다. 멀티채널 오디오를 부호화하기 위해서는 많은 계산량이 필요하며, 또한 이 계산량은 오디오 신호의 특성에 따라 달라지므로 출력을 위한 데이타를 제 시간에 준비하지 못하는 경우를 위하여 충분한 임시 저장 공간을 마련하는 것이다. 출력버퍼는 부호화된 오디오 데이타를 DMA를 통하여 전송받아 저장하게 되며, 비트클럭에 동기시켜 차례로 데이타를 데이타 출력부(7)에 전송하게 된다. 일정량 이상의 데이타가 출력되어 저장공간에 여유가 생기면 처리기 3에 다음의 데이타를 전송해 줄 것을 요구하게 된다.
공유 메모리(9)는 처리기 1(10)로 데이타를 전송한다. 입력버퍼부는 FIFO(First In First Out)의 구조를 가지며, 데이타의 저장 및 전송을 용이하게 하기 위하여 16 또는 32 비트의 메모리로 구성된다.
처리기 1(10)은 입력된 오디오 데이타를 처리기 2(11)와 처리기 3(12)에 전송하고, 전송된 데이타를 수신한 처리기 2(11) 및 처리기 3(12)과 처리기 1(10)은 각기 할당된 계산처리를 수행하며, 처리기 3(12)은 최종적으로 처리된 데이타를 전송받고, 부호화 데이타를 만들어 출력 버퍼(8)를 거쳐 외부장비로 출력한다. 부호화 계산을 하는 과정에서도 처리기 1(10), 처리기 2(11) , 처리기 3(12)은 필요에 따라 서로 데이타를 교환할 수 있다. 이때 각 DSP간의 데이타 교환은 각 DSP내부에 내장되어 있는 고속 통신 포트 및 공유 메모리를 이용하여 이루어진다.
제2도는 상기 처리기 1(10)의 동작 흐름도로서, 도면에 도시된바와 같이 시스템 제어신호를 입력하여 현재의 시스템 제어변수를 변경시키며, 시스템의 운용상태를 사용자가 확인할 수 있도록 사용자 접속부(5)를 통하여 외부에 표시한 후, 멀티채널 오디오의 입력이 완료되었는가를 확인하고, 데이타를 처리기 2(11)와 처리기 3(12)에 전송한 후 자신에게 할당된 데이타의 처리를 하고, 시간적 여유가 있는 경우 추가적인 데이타 처리를 하고, 데이타 처리가 모두 완료되었거나 처리할 시간이 남아 있지 않은 경우 처리된 데이타 및 현재의 처리상태를 처리기 2(11) 와 처리기 3(12)에 전송한다. 상기의 처리를 외부에서 정지시키지 않는 한 계속 반복하여 수행한다.
제3도는 상기 처리기 2(11)의 동작 흐름도로서, 도면에 도시된 바와 같이 먼저 처리기 1(10)로부터의 상태 정보에 시스템 제어변수를 변경하고, 처리기 1(10)로부터 전송되는 오디오 데이타의 수신이 완료되었는가를 확인하고 자신에게 할당된 데이타를 처리한다. 시간적 여유가 있는 경우 추가적인 데이타 처리를 하고, 데이타 처리가 모두 완료되었거나 처리할 시간이 남아 있지 않은 경우 처리된 데이타 및 현재의 처리상태를 처리기 1(10)과 처리기 3(12)에 전송한다. 상기의 처리를 외부에서 정지시키지 않는 한 계속 반복하여 수행한다.
제4도는 상기 처리기 3(12)의 동작 흐름도로서, 도면에 도시된 바와 같이 먼저 처리기 1(10)로부터의 상태 정보에 시스템 제어변수를 변경하고, 처리기 1(10)로부터 전송되는 오디오 데이타의 수신이 완료되었는가를 확인하고 자신에게 할당된 데이타를 처리한다. 그 다음 처리기 1(10)과 처리기 2(11)에서 처리한 모든 데이타를 수신하여 남은 데이타 처리를 하고 출력버퍼의 상태에 따라 부호화된 오디오 데이타를 출력할 준비를 한다. 시간적 여유가 있는 경우 추가적인 데이타 처리를 하고, 데이타 처리가 모두 완료되었거나 처리할 시간이 남아 있지 않은 경우 처리된 데이타 및 현재의 처리상태를 처리기 1(10)과 처리기 2(11)에 전송한다. 상기의 처리를 외부에서 정지시키지 않는 한 계속 반복하여 수행한다.
이상에서 설명한 멀티채널 오디오 부호화기는 다음과 같이 구성될 수 있다. 디지탈 오디오 입력부(1)는 주파수 변환은 외부장치에 의해 수행되고, 디지탈 오디오 접속 소자와 이들 칩의 주변화로 및 디코더로직 등으로 MUX부(3)에 입력되도록 구성되며, 아날로그 오디오 입력부(2)는 아날로그 디지탈 변환 소자와 이들 칩의 주변회로 및 디코더 로직회로 등으로 구성되고, MUX부(3)는 병렬, 직렬 변환 로직과 다중화 로직, 디코더 로직 등으로 구성되고, 입력 버퍼(4) 및 출력 버퍼(8)는 FIFO와 주변 제어로직으로 구성되고, 사용자 접속부(5)는 제어신호를 입력하는 스위치와 상태를 표시하는 표시장치 및 디코더 등의 주변회로로 구성되고, 클럭 발생부(6)는 일반 수정 발신자와 VCXO에 의한 주파수 체배 장치, 분주회로, 클럭 소스의 선택 스위치로 구성되고, 데이타 출력부(7)는 직렬, 병렬 변환 로직, 디코더 로직 등으로 구성되고, 공유 메모리(9)는 일반 고속 메모리로 구성되고, 처리기 1(10), 처리기 2(11), 처리기 3(12)은 상용 DSP로 구성된다.
본 발명은 멀티채널 오디오 신호를 실시간으로 압축, 부호화 할 수 있는 오디오 부호화 시스템으로서 첫째, 표본화 주파수 변환부에 의해 여러 가지 다른 형태의 디지탈 오디오 재생기로부터 오디오 신호를 입력할 수 있고, 둘째 멀티채널 오디오의 입력에 버퍼를 사용하여 블록단위로 DMA를 통하여 멀티채널 오디오를 입력하기 때문에 입력에 따른 과중되는 처리가 필요없어 DSP의 성능을 효율적으로 사용할 수 있고, 입력과 처리시간의 불일치를 극복하여 유연하게 오디오의 압축, 부호화 처리를 수행할 수 있다. 셋째, 부호화 오디오 데이타의 출력에 버퍼를 사용하여 출력할 데이타를 항상 비축하여 사용하기 때문에 출력 데이타의 준비가 되지 않음에 의한 데이타의 손실을 방지할 수 있고, 출력에 따른 과중되는 처리가 필요없어 DSP의 성능을 효율적으로 사용할 수 있고, 넷째 입력과 출력의 기능을 각기 다른 DSP에 분할함으로서 필요없는 데이타의 전송을 줄였으며, 각 DSP의 성능을 극대화시키기에 용이하게 하였다.

Claims (4)

  1. 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기에 있어서, 디지탈 오디오를 입력받아 표본화주파수와 규격이 다른 신호원을 48KHz 표본화 주파수로 변환하여 출력하는 디지탈 오디오 입력부(1) ; 입력되는 아날로그 오디오 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 아날로그 오디오 입력부(2) ; 상기 디지탈 오디오 입력부(1) 및 아날로그 오디오 입력부(2)로부터의 오디오 신호를 제어신호에 의해 입력하여야 할 채널을 선택하여 입력한 후, 직렬로 전송되는 오디오 신호를 병렬 데이타로 변환하여 출력하는 다중화부(3) ; 상기 다중화(3)부로부터 매 표본화 주파수마다 입력되는 멀티채널 오디오를 특정한 순서에 의하여 차례로 저장하며, 일정량의 데이타가 쌓이면 출력하는 입력버퍼(4) ; 시스템 운용에 필요한 시스템 제어신호를 입력받아, 시스템의 운용상태를 외부에 표시하는 사용자 접속부(5) ; 외부에서 입력되는 비트클럭이나 내부의 비트클럭을 이용하여 각 기능부에 동작클럭을 제공하는 클럭 발생부(6) ; 데이타의 저장 및 전송을 용이하게 하기 위한 공유메모리(9) ; 상기 입력버퍼(4)로부터 출력되는 오디오 신호를 각기 할당된 부호화 계산처리를 수행하는 다수의 처리기(10,11,12) ; 상기 처리기에 의해 부호화된 오디오 데이타를 외부로 출력하기 전에 임시로 소정량 저장하는 출력 버퍼(8) ; 부호화된 직렬 데이타를 외부로 출력하는 데이타 출력부(7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출력버퍼(8)는 부호화된 오디오 데이타를 DMA를 통하여 전송받아 저장하게 되며, 비트클럭에 동기시켜 차례로 데이타를 데이타 출력부(7)에 전송하는 것을 특징으로 하는 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이타 출력부(7)는 비트클럭이 외부에서 입력되는 경우에는 그 비트클럭에 동기시켜 데이타를 출력하고, 내부의 내장된 클럭을 사용하는 경우에는 데이타를 클럭에 동기시켜 출력할 뿐 아니라, 비트클럭을 함께 출력하여 외부 장치에서 직렬 데이타를 비트클럭에 동기시켜 제대로 복구시키도록 하는 것을 특징으로 하는 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다수의 처리기는 시스템 제어신호를 입력받아 현재의 시스템 제어변수를 변경시키고, 오디오데이타의 입력이 완료되었는가를 확인하여 데이타를 다른 처리기에 전송한 후 자신에게 할당된 데이타의 처리를 하고, 시간적 여유가 있는 경우 추가적인 데이타 처리를 한 다음, 처리된 데이타 및 현재의 처리상태를 다른 처리기에 전송하는 제1 처리기(10), 상기 제1처리기(11)로 부터의 상태 정보에 의해 시스템 제어변수를 변경하고, 상기 제1처리기로 부터 전송되는 오디오 데이타의 수신이 완료되었는가를 확인하고 자신에게 할당된 데이타를 처리하며, 시간적 여유가 있는 경우 추가적인 데이타 처리를 하고, 데이타 처리가 모두 완료되었거나 처리할 시간이 남아 있지 않은 경우 처리된 데이타 및 현재의 처리상태를 상기 제1처리기 (10)및 제3처리기(12)에 전송하는 제2처리기(11); 상기 제1처리기(10)로 부터의 상태 정보에 의해 시스템 제어변수를 변경하고, 상기 제1처리기(10)로부터 전송되는 오디오 데이타의 수신이 완료되었는가를 확인하고 자신에게 할당된 데이타를 처리한 다음, 상기 제1처리기(10)와 제2처리기(11)에서 처리한 모든 데이타를 수신하여 남은 데이타 처리를 하고 출력버퍼의 상태에 따라 부호화된 오디오 데이타를 출력할 준비하며, 시간적 여유가 있는 경우 추가적인 데이타 처리를 하고, 데이타 처리가 모두 완료되었거나 처리할 시간이 남아 있지 않은 경우 처리된 데이타 및 현재의 처리상태를 상기 제1처리기(10)와 제2처리기(11)에 전송하는 제3처리기(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 병렬 디지탈 신호처리기를 이용한 오디오 부호화기.
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