KR0179427B1 - 노이즈 스펙트럼 변경방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

발명의 목적은 특히 양자화 잡음 스펙트럼을 청감적으로 원하는 것으로 함으로써, 청각 잡음레벨을 저감하는 것으로 소위, MUSE등의 다중서브 샘플링 엔코트 방식의 고정밀한 텔레비전 방송용의 음성 혹은 오디오 신호를 고품질화할 수 있는 노이즈 스펙트럼 변경 장치 및 방법에 관한 것이다.

입력단자(11)에서의 디지털 오디오신호를, 1블럭지 연기(17)를 통하여 차분기(20)에 보내고, 차분기(20)에서의 출력을 노이즈 정형 부가회로(21)를 통하여, 준순간 압축기(26), 준순간 신장기(27) 및 누적기(28)를 통하여 복원하여 차분기(20)에 되돌리는 것에 의해, 1샘플전의 신호와 현샘플의 신호와의 차에서 차분치를 구한다. 노이즈 정형 부가회로(21)에서는, 등라우드니스 특성이나 마스킹특성 등의 청각적 특성으로 고려하고, 양자화 잡음 스펙트럼을 변경하는 것에 의해, 청각적인 양자화 잡음레벨을 저감한다.

기존의 포맷을 변경하지 않고, 청각적인 잡음레벨을 저감하고, 음질적으로 바람직한 것으로 한다.

Description

노이즈 스펙트럼 변경방법 및 장치

제1도는 본 발명의 제1실시예 장치의 블록도이다.

제2도는 기존의 오디오신호의 고능률부호장치의 신호잡음 특성도이다.

제3도는 청감적 노이즈레벨을 저감하기 위한 노이즈 정형특성을 나타내는 도면이다.

제4도는 임계대역폭에서 정규화할 시의 등라우드니스 곡선과 본 발명 실시예의 노이즈 정형특성을 나타내는 특성도 이다.

제5도는 등라우드니스특성과 마스킹특성을 고려한 본 발명의 제2실시예 장치의 블록도이다.

제6도는 정현파 입력시의 마스킹특성을 나타내는 도면이다.

제7도는 복수의 스펙트럼에 의한 마스킹특성을 나타내는 도면이다.

제8도는 복수의 스펙트럼에 의한 마스킹 총합특성과 등라우드니스 특성을 나타내는 도면이다.

제9도는 저역에서 조금 레벨이 높은 입력신호시의 특성을 나타내는 도면이다.

제10도는 저역에서 레벨이 큰 입력신호시의 특성을 나타내는 도면이다.

제11도는 고역에서 조금 레벨이 높은 입력신호시의 특성을 나타내는 도면이다.

제12도는 고역에서 레벨이 큰 입력신호시의 특성을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 입력단자 12 : 가산기

13 : 1샘플지연기 14 : 범위검출기

15 : 1블럭간 유지기 16 : 범위신호 출력단자

17 : 1블럭지연기 18 : 전환스위치

19 : 차분신호출력단자 20 : 차분기

21 : 노이즈 정형부가회로 23 : 노이즈필터

26 : 준순간 압축기 27 : 준순간 신장기

28 : 누적기 31 : 주파수 분석기능부

32 : 마스킹 특성 연산기능부

33 : 허용노이즈 스펙트럼 산출기능부

34 : 레벨 검출기능부

35 : 등라우드니스 곡선 발생기능부

36 : 필터계수 산출기능부

본 발명은 음성 혹은 오디오 신호의 노이즈 스펙트럼 변경방법 및 장치에 관하여, 특히 양자화 잡음 스펙트럼을 청감적으로 원하는 것으로 함으로써, 청감 잡음레벨을 저감하는 것으로 소위, MUSE등의 다중서브 샘플링 엔코드 방식의 고정밀한 텔레비전 방송용의 음성 혹은 오디오 신호를 고품질화할 수 있는 노이즈 스펙트럼 변경방법 및 장치에 관한 것이다. 종래에 있어서, 디지털 음성(오디오)신호를 고능률 부호화하는 방식의 일종으로서, 차분부호화와 준순간(여기서 준순간이란 순간에 근접함을 뜻함) 압축을 조합시킨 방식이 고려되고 있다. 이것은 디지털 음성신호의 인접 2샘플간의 차분치를 일정샘플수의 블록내의 상기 차분치의 최대치에 대응하여 구해진 범위 정보를 이용하여 상기 블록단위로 압축(준순간압축)처리를 실시하는 것이다.

더우기, 일본 특개소 63-16718호 공보에 있어서는 상기 차분치를 준순간 압축하고, 준순간 신장하여 누적하는 것으로 복원된 1샘플전의 신호와 현샘플의 신호의 차에서 구해지도록 하여 상기 범위압축시에 생기는 신호의 오차를 보정하도록 하는 기술이 개시되어 있다.

이와 같은 차분부호화와 준순간 압축신장(준순간압축)을 조합시킨 고능률부호화 방식은 예를 들면, 소위 하이비젼 등의 고정밀한 텔레비전신호를 방송한다든지 디스크 등의 기록매체에 기록한다든지 하기 위해 소위 MUSE방식 등의 다중서브 샘플링 엔코드방식에 의한 대역압축을 실시한 신호의 음성(오디오)신호의 부호화에 실제로 이용되고 있다.

그런데, 상술한 바와 같은 종래의 차분부호화와 준순간 압축신장의 조합에 의한 고능률 부호화에 있어서는 양자화잡음(양자화노이즈)의 스펙트럼은 평탄한 상태로 이용되고 있다.

이것은 잡음에너지는 최소이지만 청각적으로는 최적인 상태가 아니다.

특히, 고역의 입력이 들어온 경우에는 S/N비는 저하하므로 청각적으로 주의가 필요하다.

본 발명은 이와 같은 실상에 감안하여 되어진 것이고, 차분부호화와 준순간 압축신장을 조합시켜 음성(오디오)신호를 부호화할 때에 양자화잡음을 청각적으로 감소할 수 있고, 기존의 포맷에 아무런 변경을 가하지 않고 음질배선이 도모되도록 한 노이즈 스펙트럼변경방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 기록매체 상에 기록하기 위한 디지털 신호처리의 방법은 입력 디지털 오디오신호를 수신하고, 제1신호를 형성하도록 입력디지털 오디오신호로부터 에러귀환신호를 감하고, 양자화된 제1신호를 산출하기 위해 제1신호를 양자화하고 제1신호와 양자화 제1신호의 차분을 취함으로써 차분 신호를 생성하고, 에러귀환신호산출에 차분 신호를 필터링하고, 오디오신호의 임계대역폭을 초과하여 정규화된 등라우드니스 특성을 가지는 입력신호 레벨데이터에 등답하여 필터의 필터특성을 설정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 기록매체 상에 기록하기 위한 디지털 신호의 처리에 대한 장치는 입력 디지털 오디오신호를 수신하기 위한 수단과, 제1신호를 형성하도록 입력 디지털 신호로부터 에러귀환을 감하기 위한 수단과, 양자화 제1신호를 산출하는 제1신호를 양자화하기 위한 수단과, 게 1신호와 양자화 제1신호의 차분을 취함으로써 차분 신호를 발생하기 위한 수단과, 에러귀환신호를 산출하기 위하여 차분 신호를 필터링하는 디지털 필터와, 오디오신호의 임계대역폭을 초과하여 정규화된 등라우드니스 특성을 가지는 입력신호 레벨데이터에 응답하여 디지털 필터의 필터특성을 설정하기 위한 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 노이즈 정형수단의 노이즈 정형특성이, 개략 등라우드니스(loudness)특성에서 얻어지는 레벨을 임계대역폭으로 정규화한 것이 바람직하다. 또 상기 노이즈 정형특성은, 개략 4KHz이하의 특성곡선을 편평하게 하는 것이 바람직하다. 더구나, 상기 노이즈 정형수단의 노이즈 정형특성이, 개략 등라우드니스 특성에서 얻어지는 레벨을 임계대역폭으로 정규화한 것과 마스킹 임계특성을 혼합하여 얻어진 것이 바람직하고, 이 경우, 입력신호레벨이 크게되는 정도, 상기 마스킹 임계특성을 보다 많이 혼합하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 요지로서는, 양자화 잡음 스펙트럼을 청각적으로 고려하여 저 레벨로 되도록 변경한다. 이를 위해서는 에러 피드백을 이용할 수 있다. 청각적으로 잡음레벨을 저감하기 위해서는 등라우드니스 특성 및 마스킹특성을 이용할 수 있다. 등라우드니스 특성에서 잡음스펙트럼 특성으로의 변환에는 임계대역의 개념을 이용할 수 있다

본 발명에 의하면, 양자화잡음 스펙트럼을 변경하는 노이즈 정형수단에 의해, 양자화잡음을 청각적으로 (등라우드니스특성이나 마스킹특성을 고려하여)저감할 수 있다. 이것에 의해, 현행의 기존의 포맷, 예를 들면 소위 MUSE 하이비전 방송용이나 디스크 기록용의 음성규격 및 데이터 등에 어떠한 변경을 가하지 않고, 엔코더에 노이즈 정형회로를 부가하는 것만으로 청각적인 잡음레벨을 저감할 수 있고, 음질적으로 바람직한 것으로 될 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명에 관계되는 제1실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 제1도에 있어서, 입력단자(11)에 공급된 디지털 음성 또는 오디오 신호는 감산기(12) 및 1샘플지연기(13)에 보내지고, 1샘플지연기(13)로부터의 지연신호가 감산기(12)에 보내지는 것으로 인접하는 샘플간의 차분 신호가 감산기(12)에서 꺼내진다. 이 차분 신호는 범위검출기(14)에 보내져서 레벨이 1블록간 순차로 검출되고, 이 1블록간에 검출된 레벨의 최대레벨에 의해 그 블록내의 차분신호의 압축범위를 결정한다. 범위검출기(14)로부터의 범위신호는 1블록간 유지기(15)에서 1블록간 유지된 후 범위출력단자(16)에서 꺼내진다.

또한, 입력단자(11)로부터의 입력신호는 1블록 지연기(17)에서 1블록만큼 지연되고, 차분기(20)를 거쳐 노이즈 정형 부가회로(21)에 보내져서 노이즈 정형처리가 실시된 후 준순간 압축기(26), 준순간 신장기(27) 및 누적기(28)를 거쳐 복원되고, 차분기(20)에 보내져서 차분이 취해지도록 1블록 지연기(17)로부터의 지연출력은, 전환스위치(18)의 피선택단자(a)에 보내지고, 준순간 압축기(26)로부터의 출력신호는 전환스위치(18)의 피선택단자(b)에 보내지고, 전환스위치(18)로부터의 출력은 차분 신호 출력단자(19)에서 꺼내진다.

이상의 구성은 일본 특개소63-16718호 공보에 있어서 개시된 준순간압축차분 부호화방식의 구성에 노이즈 정형 부가회로(21)를 설치하여 얻어지는 것이다. 이 일본 특개소63-16718호 공보에는 차분 부호화와 준순간 압축긴장을 조합시킨 고능률 부호화 방식이 개시되어 있다. 이 방법에 있어서의 특성은 제2도에 나타낸 바와 같이 S/N비가 6dB/oct에서 고역을 향하여 저하하여 가고, 노이즈 스펙트럼은 평탄하다. 이로 인해 고역입력시의 잡음을 아는 것이 중요하게 된다. 이 제2도에 있어서는 신호출력레벨을 곡선(A)으로, 노이즈 레벨을 곡선(B)으로 각각 나타내고 있다.

이에 대하여, 제1도에 나타낸 본 발명의 제1 실시예에 있어서는 노이즈 정형 부가회로(21)를 부가하고, 준순간 압축기(26)의 입력과 준순간 신장기(27)의 출력과의 차를 감산기(24)에 의해 양자화 잡음만을 꺼내고, 일차선형 결합회로로 이루어지는 필터(23)에서 처리하여 가산기(감산기)(22)로 귀환하고 있다.

필터(23)를 구성하는 일차선형 결합회로의 전달특성은 일반적으로, Σan - Z^-n으로 표시되고, 이 일차선형 결합회로의 계수의 일예에 의한 노이즈 정형의 특성은 제3도에 나타낸 바와 같이 되지만, 이 특성은 등라우드니스 특성을 임계대역 (critical band)폭으로 정규화한 것이다. 이 제3도에 있어서, 곡선(A)이 등라우드니스 특성곡선을, 곡선(B)이 임계대역폭에 의해 정규화한 노이즈 정형특성곡선을 각각 나타내고 있다. 즉, 등라우드니스특성 (A)은 각 주파수에 있어서의 정형파신호의 주관적인 크기에 대하여 나타낸 것이지만, 노이즈 정형특성(B)은 잡음의 스펙트럼을 대상으로 한 것이기 때문에 정형파 신호의 주관적인 크기와 잡음의 주관적인 크기와의 사이의 대응관계를 취하는 것이 필요하다. 이것을 실현하는 데에는 임계대역의 개념을 이용할 수 있다.

결국, 임계대역 중 잡음의 총 에너지를 계산하여 이것과 임계대역의 중심주파수에서의 정현파 등라우드니스를 일치하게 함으로써 등라우드니스 특성에 있던 잡음 스펙트럼을 부여하여 노이즈 정형특성이 얻어진다. 임계대역폭은 일반적으로 고역이 될수록 넓어져 가므로 노이즈 정형특성은 고역, 등라우드니스 특성만큼 상승할 필요는 없다. 제3도는 그 경우의 특성예를 나타낸다. 여기서, 상기 임계대역의 중심주파수와 대역폭과의 일 구체예를 표 1에 나타낸다.

제4도는, 횡축을 임계대역숫자(Bark)로 나타내고, 임계대역폭으로 정규화한 등라우드니스 특성 곡선(A)과 본 발명의 노이즈 정형특성곡선(B)을 각각 나타내고 있고, 약 4kHz이상에서 합치도록, 본 발명의 노이즈 정형 특성(B)이 맞추어진다. 4kHz이하에 있어서는 노이즈 정형특성을 평탄(flat)하게 접근하는 것으로 디지털 필터의 차수를 내릴 수 있다.

다음에, 본 발명에 관계되는 제2실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 제5도에, 본 실시예의 오디오 신호의 양자화 오차 저감장치의 개략구성의 블럭도를 나타낸다. 제5도는 마스킹효과도 고려한 노이즈 정형회로를 포함하는 고능률 부호화 장치이다.

이 제5도의 본 실시예 장치는, 준순간 압축기(26)에서 발생한 양자화오차를 노이즈필터(23)를 거쳐 상기 준순간 압축기(86)의 입력측에 귀환하도록 한 것이고, 입력오디오신호의 레벨을 검출하는 레벨검출기능부(34)와, 입력 오디오 신호를 임계대역마다 주파수 분석하는 주파수분석기능부(31)와, 인간의 청각특성에 따른 제4도에 나타낸 바와 같이 등라우드니스 곡선에 기초한 정보를 발생하는 등라우드니스 곡선발생기능부(35)와, 상기 레벨검출기능부(34)의 출력에 따라서 상기 주파수 분석기능부(31)의 출력에 의해 최적한 양자화잡음 스펙트럼을 얻는 마스킹특성 연산기능부(32)의 출력과 상기 등라우드니스 곡선발생기능부(35)의 출력의 합성비를 가변하고, 얻어진 합성정보에 기초하여 허용노이즈 스펙트럼을 산출하는 허용노이즈 스펙트럼 산출기능부(33)를 가지고, 상기 노이즈필터(23)의 필터 특성을 상기 허용노이즈 스펙트럼 산출기능부(33)의 출력정보에 기초하여 설정하도록 한 것이다.

즉, 본 실시예 장치는 상기 준순간 신장기(27)의 출력에서 상기 준순간 압축기(26)로의 입력을 감산하는 것으로 해당 준순간 압축기(26)에서의 양자화 시에 발생하는 양자화오차를 얻는 감산기(24)와, 해당감산기(24)의 출력을 필터링 처리하여 출력하는 상기 노이즈필터(23)와, 해당 노이즈필터(23)의 출력을 상기 준순간 압축기(75)의 입력측으로 가산하는 가산기(감산기)(22)와 에러 피드백 회로를 구성하고 있다. 여기에서, 상기 노이즈필터(23)의 필터 특성은 구체적으로는, 필터계수 산출기능부(36)에 의해 상기 허용 노이즈 스펙트럼 산출기능부(33)의 후술하는 허용 노이즈 스펙트럼의 정보에 기초한 필터계수를 산출하고, 이 필터계수정보를 상기 노이즈필터(23)에 보내도록 하는 것으로 결정되어 있다. 따라서, 상기 에러 피트백 회로에서는 이 후술하는 허용 노이즈 스펙트럼에 기초한 양자화오차 저감처리(소위 노이즈 정형처리)가 행해지고, 그 후 출력단자(19)에 서 출력된다. 다른 구성 및 동작은 전술한 제1도의 실시예와 동일하기 때문에, 대응하는 부분에 동일하게 지시부호를 붙여서 설명을 생략한다.

그런데, 상기 에러 피드백 회로에 의해 오디오신호의 양자화오차 저감처리(노이즈 정형처리)를 행하는 때에는 해당 입력신호 스펙트럼의 소위 마스킹을 고려한 처리를 행하는 것으로 청감상의 다이내믹 범위를 올릴 수 있다. 이 마스킹을 고려한 노이즈 정형으로서는 예를 들면, 신호 스펙트럼의 패턴이 어느 정도 고정화한 입력오디오신호의 스펙트럼에 따른 노이즈 정형, 즉, 입력 오디오신호 스펙트럼의 후술하는 소위 마스킹을 고려하여 얻어진 허용 노이즈 스펙트럼을 이용한 노이즈 정형을 들 수 있다. 혹은, 입력 오디오신호의 스펙트럼이 변화하는 경우의, 해당 스펙트럼의 마스킹을 고려하여 얻어진 스펙트럼 변화에 적응적인 허용 노이즈 스펙트럼을 이용한 노이즈 정형 등이 있다.

또한, 상기 마스킹이란 인간의 청각강의 특성에 의해 어떤 신호에 의해 다른 신호가 마스크 되어 들리지 않게 되는 현상을 말하는 것으로, 이 마스킹효과에는 시간 축 상의 신호에 대한 마스킹효과와 주파수축상의 신호에 대한 마스킹효과(혹은, 동시각 마스킹, temporal masking)가 있다. 이 마스킹효과에 의해 마스킹 되는 부분에 노이즈가 있는 경우에도 이 노이즈는 들리지 않게 된다.

예를 들면, 상기 동시각 마스킹 효과로서는 제6도에 나타낸 바와 같이, 어느 주파수의 신호(S)의 주파수 응답을 0dB로 한때 해당신호(S)에 의해 곡선(M)이하(대략 -25dB이하)에 마스킹효과가 작용하도록 된다. 또한, 인간의 청각특성 을 이용하여 입력 신호를 임계대역(critical band)으로 배역분할하고, 이 간 대역마다 상술한 바와 같은 마스킹을 고려한 허용 노이즈 스펙트럼을 이용하여 노이즈 정형을 행하면 보다 청감상 효과적인 노이즈 정형이 행해진다. 이와 같은 것을 행하면 재생음의 청감상의 다이내믹 범위를 올릴 수 있다.

이와 같은 것으로부터, 상기 주파수 분석기능부(31)에서는 상기 입력오디오신호를 인간의 청각특성을 이용하여 소위 임계대역폭으로 분할하고, 이 임계대역마다 주파수분석을 행하고 있다. 이 때의 상기 임계대역폭으로의 분할로서는 예를 들면, 입력오디오신호를 예를 들면 고속 푸리에 변환(FFT)으로 주파수축상의 성분(FFT계수)으로 변환한 후 해당 FFT계수의 진폭항(Am)(이하, m=0∼1024)을 인간의 청각특성을 고려한 고역만큼 대역폭이 넓게 피는 상기 임계대역폭에서, 예를 들면 25밴드의 그룹(Gn)(이하, n은 각 밴드의 번호를 나타내고, n=0∼24)으로 그룹을 나눌(밴드 나눔)수 있다.

또한, 이들 각 임계대역마다 주파수 분석으로서는 예를 들면, 제1식에 의해 각 대역마다 각각의 진폭항(Am)의 총계{진폭항(Am)의 피크 혹은 평균 혹은 에너지총계}를 취하는 것으로 얻어지는 소위 바크 스펙트럼(총계의 스펙트럼)(Bn)을 구하도록 분석을 행할 수 있다.

단, n=0∼24이고, Cn은 제n번째의 밴드내의 요소수 즉 진폭항(포인트수), Pn은 각 대역의 피크치이다. 상기 각 대역의 바크스펙트럼(Bn)은 예를 들면, 제7도에 나타낸 것으로 된다. 단, 이 제7도의 예에서는 도시를 간략히 하기 위해 상기 임계대역에 있어서의 전대역수를 예를 들면, 12밴드(Bl∼Bl2)로 표현하고 있다 해당 주파수분석기능부(31)에서는 상술한 바와 같은 임계대역폭에서의 분할과 각 대역마다의 주파수분석이 행해지고, 그 출력정보를 상기 마스킹특성 연산기능부(32)에 보내도록 하고 있다.

또한, 상기 등라우드니스 곡선발생기능부(35)에서는 상기 등라우드니스 곡선을 임계대역폭으로 정규화한 정보가 발생되어 출력된다. 여기에서, 이 등라우드니스 곡선으로는, 인간의 청각특성에 따른 곡선이고, 예를 들면, 1kHz의 순음과 같은 크기로 들리는 각 주파수에서의 음의 음압을 곡선으로 결합한 것으로 라우드니스의 등 감도곡선이라고도 불리어지는 것이다. 이 등라우드니스 곡선에 있어서는 제8도의 곡선(RC)에 나타낸 바와 같이, 4kHz 부근은 인간의 청력이 예민한 곳으로 음압이 1kHz보다 예를 들면 8dB∼10dB 낮아도 1kHz와 거의 같은 크기로 들리고, 역으로, 예를 들면 10kHz에서는 4kHz부근보다도 20dB정도도 듣기 어렵다는 것을 나타내고 있다. 따라서, 이 등라우드니스 곡선을 임계대역폭으로 정규화한 RC에 기초하여 상기 에러 피드백 회로에 의해 오디오신호의 노이즈 정형을 행하는 것으로 청감상의 다이내믹 범위를 올릴 수 있다. 즉, 이 등라우드니스곡선을 임계대역폭으로 정규화한 RC를 고려하여 얻어진 허용 노이즈 스펙트럼을 이용한 노이즈 정형을 행하는 것으로, 보다 청감상 효과적인 노이즈 정형이 행해지고, 재생 음의 청감상의 다이내믹 범위를 높일 수 있다. 이 등라우드니스 곡선을 임계대역폭으로 정규화한 RC(혹은 그 근사곡선)의 정보가 상기 등라우드니스 곡선발생기능부(35)에서 출력되어서 상기 허용 노이즈 스펙트럼 산출기능부(33)에 보내지도록 되어 있다.

따라서, 상기 허용 노이즈 스펙트럼 산출기능부(33)에서는 상술한 등라우드니스 곡선 발생기능부(35)의 출력정보와, 마스킹특성 연산기능부(32)의 출력정보에 기초하여, 상기 허용 노이즈 스펙트럼을 산출하고 있다. 이 때, 예를 들면, 상기 주파수 분석기능부(31)에서의 각 임계대역 마다 바크 스펙트럼(Bn)에서는 다음의 제2식에 의해 대역간의 영향을 고려하여 콘벌루션(소정의 중요한 함수를 부가한다)하는 것으로, 이 각 대역마다 상기 콘벌루션된 바크 스펙트럼(Sn)을 산출한다.

Sn=Hn*Bn ………(2)

단, Hn은 콘벌루션의 계수이다. 이 콘벌루션에 의해 제7도의 도면중 점선으로 나타낸 부분의 총계가 취해진다. 더우기, 해당 콘벌루션된 바크스펙트럼 (Sn)과, 필요하게 되는 S/N치 인 0n(n=0∼24)을 이용하여, 제(3), (4)식에 의해 콘벌루션된 마스킹 임계치(Tn)를 산출한다.

On=N-K×n ………(3)

Tn=Sn=On ………(4)

예를 들면, N=38로, K=1로 할 수 있고, 이 때의 음질열화는 적다. 즉, 제9도에 나타내는 바와 같이, 이 콘벌루션된 마스킹 임계치(Tn)의 각 레벨로 나타내는 레벨이하가 마스킹 되게 된다. 그후, 이 콘벌루션된 마스킹 임계치(Tn)를 제(5)식에 의해 디콘벌루션하는 것으로 허용 가능한 노이즈레벨(허용 가능한 노이즈 스펙트럼)(TFn)이 산출된다. 실제로는 예를 들면, 상기 계수(Hn)에 의한 콘벌루션의 DC(직류) 이득분(Dn)을 감산한다.

Tfn=Tn=Dn ………(5)

해당 허용 노이즈 스펙트럼 산출기능부(33)에서는 상술한 바와 같이 얻어진 상기 마스킹 특성연산 기능부(32)의 출력정보와, 상술의 등라우드니스 곡선발생 기능부(35)로 부터의 출력정보를 합성하여 얻어진 합성정보에 기초하여 상기 허용노이즈 스펙트럼이 구해지게 된다.

여기에서, 상기 등라우드니스 곡선을 임계대역폭으로 정규화한 RC에 기초한 허용 노이즈 스펙트럼에서의 허용 노이즈레벨은 입력 오디오신호의 레벨에 의해서 마스킹효과가 작용하는 허용 노이즈 레벨이하의 레벨로 되는 경우가 있다. 즉, 예를 들면, 입력 오디오신호의 레벨이 높은 경우에는 해당 입력 오디오신호에 의한 상기 마스킹효과가 작용하는 허용 노이즈 레벨에 의해 상기 등라우드니스 곡선에 기초한 허용 노이즈 스펙트럼의 레벨도 동시에 마스크 되도록 되는 것이다.

이와 같은 것으로부터, 본 발명의 실시예에서는 상기 입력 오디오신호의 레벨을 상기 레벨검출기능부(34)에서 검출하고, 이 레벨검출출력에 기초하여 상기 등라우드니스 곡선발생기능부(35)의 출력정보와, 상기 마스킹 특성 연산기능부(32)의 출력정보와의 합성비를 변경하도록 하고 있다. 여기에서, 상기 등라우드니스 곡선발생기능부(35)와 상기 마스킹특성연산기능부(32)의 출력정보의 합성은 예를 들면, 주파수 대역마다 행해지고 있다. 이 경우, 상기 레벨검출기능부(34)에서의 레벨검출도, 각 대역마다 검출되도록 되고, 따라서 해당대역마다 레벨검출 출력 때 기초하여 각 대역마다 상기 합성비가 변하게 된다. 즉, 해당 허용 노이즈 스펙트럼 산출기능부(33)에 있어서의 허용 노이즈 스펙트럼을 구하기 위한 합성 정보는 예를 들면, 입력 오디오신호의 저역의 레벨이 높고 해당 저역에서의 마스킹효과가 큰 경우에는 저역이 높고 고역이 낮게 되도록 허용 노이즈 스펙트럼이 얻어지도록 한 합성비로 합성정보를 얻도록 한다.

또 예를 들면, 역으로 고역의 레벨이 높고 이 고역에서의 마스킹효과가 큰 경우에는 역으로 고역이 높고 저역이 낮게 되도록 한 허용 노이즈 스펙트럼이 얻어지게 한 합성비로 합성 정보가 만들어진다. 이와 같이 하여 얻어진 허용 노이즈 스펙트럼의 정보가 상기 필터계수 산출기능부(36)에 보내지고, 해당 필터계수 산출기능부(36)에서 해당 허용 노이즈 스펙트럼에 대응한 필터계수가 출력되어서, 상기 노이즈필터(23)에 보내진다.

상술한 바와 같은 것으로부터, 이 노이즈필터(23)의 필터특성은 입력 오디오신호의 레벨에 대응하여 대역마다 합성비가 가변되어 얻어진 허용노이즈 스펙트럼에 기초한 필터계수에 따른 것으로 된다. 여기에서, 예를 들면, 입력 오디오신호의 레벨이 편평한 경우에 상기 노이즈필터(23)의 필터특성이 제9도∼제12도의 곡선(MR)과 같이 되어 있는 것으로 한다. 이 때, 상기 입력 오디오신호가 예를 들면, 제9도에 나타낸 바와 같이 저역에서 조금 레벨이 높은 신호(S1)로 된 경우에는 상술한 바와 같이 하여 합성비가 변경되는 것으로 상기 필터특성은, 해당 곡선(MR)의 저역이 조금 상승되고 고역이 조금 하강된 제9도중 곡선(MR1)으로 나타낸 바와 같은 특성으로 변하도록 된다.

또한, 예를 들면, 입력 오디오신호가 제10도에 나타낸 바와 같이 저역에서 레벨이 큰 신호(S2)인 경우에는 해당 노이즈필터(23)의 필터 특성은 해당 곡선(MR)의 저역이 크게 상승되고 고역이 크게 하강된 제10도중 곡선(MR2)에서 나타낸 바와 같은 특성으로 변경된다. 역으로 입력 오디오신호가 제11도에 나타낸 바와 같이 고역에서 조금 레벨이 높은 신호(S3)인 경우에는 상기 필터 특성은 상기 곡선(MR)의 저역이 조금 하강되고 고역이 조금 상승된 제11도중 곡선(MR3)으로 나타낸 바와 같은 특성으로 변경되고, 또한 예를 들면, 제12도에 나타낸 바와 같이 고역에서 레벨이 큰 신호(S4)인 경우에는 상기 곡선(MR)의 저역이 크게 하강되고 고역이 크게 상승된 제12도중 곡선(MR4)에서 나타낸 바와 같은 특성으로 변경된다. 상술한 제9도∼제12도에 나타낸 바와 같이 필터특성이 변화됨으로 보다 인간의 청각특성에 따른 노이즈 정형이 행해지도록 된다.

즉, 상술한 것을 바꾸어 말하면, 본 실시예 방법 및 장치에 있어서는 입력 오디오신호의 레벨이 작은 때는 상기 노이즈필터(23)의 필터 특성을 등라우드니스 곡선을 임계대역폭에서 정규화한 RC와 같은 특성으로 하여 노이즈 정형하도록 한다. 또 신호레벨이 크게됨에 따라, 입력 오디오신호의 레벨에 의해 양자화 노이즈를 두드러지지 않게 하기 위하여 이 노이즈필터(23)의 특성을 해당 입력오디오신호의 신호레벨에 맞추어 편평하게 하도록 한다.

또한, 신호레벨이 작은 때는, 노이즈필터(23)에서 등라우드니스 곡선(RC)과 같은 특성을 신호레벨에 합쳐져서 거의 평평하게 하고, 신호특성에 맞춰진 노이즈 정형특성(마스킹특성 등)으로 변경되어 가도록 한다. 즉, 상기 노이즈필터(23)의 특성은 신호레벨이 작은 때는 등라우드니스 곡선을 임계대역폭으로 정규화한 RC와 같은 필터특성으로 하고, 신호레벨이 큰 때는 마스킹효과를 고려한 필터특성으로 되어 있다.

또한, 상술의 제9도∼제12도의 입력 오디오신호의 레벨이 편평한 때의 필터특성을 나타내는 곡선(MR)에 있어서는 상술한 제8도의 등라우드니스 곡선(RC)을 고려하면 4kHz이하의 레벨을 올리게 하는 것도 고려되지만(즉, 허용 가능한 노이즈를 늘리도록 할 수 있다), 이 등라우드니스 곡선(RC)의 4kHz이하는 대역폭이 넓지 않음에도 불구하고 변화가 급준하기 때문에 해당 4kHz이하의 등라우드니스 곡선을 임계대역폭으로 정규화한 RC에 합친 노이즈필터(23)를 작성하면 필터의 차원이 높게 되어 버린다. 이와 같이 필터의 차원을 높게 하면, 구성이 복잡화하고 대규모화하도록 된다. 그렇지만, 이 때 이 필터의 규모에 알맞은 효과가 얻어지기 때문에, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 4%Hz이하의 필터특성을 편평한 것으로 하고 있다.

본 발명에 관계되는 노이즈 스펙트럼 변경방법 및 장치에 의하면, 국부 복조 기능을 가지는 차분신호 출력수단과, 준순간 압축긴장기능을 가지는 양자화수단과, 양자화 잡음 스펙트럼을 변경하는 노이즈 정형수단을 가지고 있기 때문에, 양자화 잡음 스펙트럼을 변경하는 노이즈 정형수단에 의해 양자화잡음을 청각적으로(등라우드니스 특성이나 마스킹 특성을 고려하여 )저감할 수 있다.

여기에서 , 노이즈 정형수단내의 노이즈필터의 필터 특성을 등라우드니스 곡선의 정보를 기초로한 특성 및 입력오디오신호의 주파수분석 정보에서 얻어지는 마스킹 특성의 적어도 한편으로 결정하고, 쌍방을 이용하는 때에는, 등라우드니스 곡선의 정보를 기초한 특성 및 입력오디오신호의 주파수 분석정보에서 얻어지는 마스킹 특성의 합성비가 입력 오디오신호의 레벨에 따라서 가변되어 얻어진 정보에 기초하여 설정하도록 함으로써 청감상의 노이즈를 저감하여 청감상의 다이내믹 범위를 올릴 수 있다.

따라서, 본 발명의 오디오 신호의 노이즈 스펙트럼 변경방법 및 장치를 예를 들면, 규격 통일된 디지털 오디오기기에 적응하면 이 통일 규격에서 현실로 얻어지는 다이내믹 범위보다도 청감상에서 보다 높은 다이내믹 범위의 재생음이 얻어지도록 된다. 예를 들면, 기존의 통일규격을 유지하기까지(재생 측에는 변경을 가하지 않고, 호환성을 유지한 채로) 이 오디오신호의 재생음의 청감상의 다이내믹 범위를 올릴 수 있다.

Claims (20)

1. 기록매체 상에 기록하기 위한 디지털 신호처리의 방법은 입력 디지털 오디오 신호를 수신하고, 제1신호를 형성하도록 입력디지털 오디오신호로부터 에러귀환신호를 감산하고(23), 양자화된 제1신호를 산출하기 위해 제1신호를 양자화하고, 제1신호와 양자화 제1신호의 차분을 취함으로써 차분 신호를 생성하고(24), 에러귀환신호를 산출하도록 차분 신호를 필터링하고(23), 필터의 필터 특성은 오디오신호의 임계대역폭에 걸쳐 정규화된 등라우드니스 특성에 기초하여 설정하도록 하는(15) 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
2. 제1항에 있어서, 필터특성은 필터특성의 낮은 주파수대역이 실제로 편평하게 설정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
3. 제1항에 있어서, 필터특성은 4kHz이하에서 필터특성이 실제로 편평하게 설정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
4. 제1항에 있어서, 입력디지털 오디오신호의 마스킹 특성을 계산하고 그것에 응답하여 필터(23)의 필터계수를 설정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
5. 제4항에 있어서, 입력디지털 오디오신호를 주파수분석하고 마스킹특성을 계산하는 단계에서 주파수분석을 이용하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
6. 제5항에 있어서, 주파수 분석의 단계는 입력디지털 오디오신호의 대역폭을 복수의 대역으로 분할하고, 복수의 대역의 임계대역을 결정하고, 결정된 임계대역의 각각에 대해 주파수분석의 단계를 수행하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
7. 제6항에 있어서, 입력디지털 오디오신호의 레벨을 검출하고, 필터특성은 설정단계에서 검출된 레벨에 응하여 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
8. 제7항에 있어서, 필터계수설정의 단계는 필터계수 설정에 사용하기 위해 분석주파수와 검출레벨사이에 고찰의 비율을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 레벨검출의 단계는 모든 결정된 임계대역에서 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
10. 제9항에 있어서, 필터특성 설정의 단계는 모든 결정된 임계대역에 대해 고찰의 비율을 변경하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 비율을 변경하는 단계는 검출레벨이 낮을 때 레벨검출보다 더 높은 주파수분석의 고찰의 비율을 설정하고, 검출레벨이 높을 때 레벨검출의 고찰의 비율을 설정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경방법.
12. 기록매체 상에 기록하기 위한 디지털 신호의 처리 장치는 입력 디지털 오디오신호를 수신하는 수단과, 제1신호를 형성하도록 입력 디지털 신호로부터 에러귀환을 감산하는 수단(22)과, 양자화 제1신호를 산출하기 위해 제1신호를 양자화 하는 수단과, 제1신호와 양자화 제1신호의 차분을 취함으로써 차분 신호를 발생하기 위한 수단(24)과, 에러귀환신호를 산출하기 위하여 차분 신호를 필터링하는 디지털필터(33)를 포함하고, 디지털 필터의 필터특성은 오디오신호의 임계대역폭에 걸쳐 정규화된 등라우드니스 특성에 기초하여 설정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
13. 제12항에 있어서, 필터특성은 필터특성의 낮은 주파수대역이 실제로 편평하게 설정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
14. 제12항에 있어서, 필터특성은 40kHz이하의 필터특성이 실제로 편평하게 설정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
15. 제12항에 있어서, 입력 디지털 오디오신호의 마스킹특성을 계산하고, 그것에 응답하여 상기 필터의 계수를 설정하기 위한 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
16. 제15항에 있어서, 입력 디지털 오디오신호를 주파수분석하고 마스킹특성을 계산하는 상기 수단에 주파수분석을 공급하기 위한 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
17. 제16항에 있어서, 주파수 분석하기 위한 상기 수단은 주파수 분석하기 위한 상기 수단이 각 임계대역을 분석하도록 복수의 임계대역 안에 입력 디지털 오디오신호의 대역폭을 분할하기 위한 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
18. 제17항에 있어서, 입력 디지털 오디오신호의 레벨을 검출하고, 필터특성은 설정계수에 대한 수단에 의해 검출된 레벨에 응답하여 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
19. 제18항에 있어서, 필터계수를 설정하기 위한 상기 수단은 필터계수를 설정에 사용하기 위해 분석주파수와 검출레벨사이에 고찰의 비율을 제어하기 위한 수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.
20. 제19항에 있어서, 비율을 제어하기 위한 상기 수단은 검출레벨이 낮을 때 레벨검출보다 더 높은 주파수분석의 고찰의 비율을 설정하고, 검출레벨이 높을 때 더 높도록 레벨검출의 고찰의 비율을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 노이즈 스펙트럼 변경장치.