KR100195084B1 - 디지탈 오디오 신호의 기록재생방법 및 그에 적합한장치 - Google Patents

Abstract

잡음의 평균레벨만큼 클램핑된 오디오 신호를 기록하고, 재생시에는 클램핑된 양만큼을 보상시켜 재생하는 디지탈 오디오신호의 기록재생방법 및 그에 적합한 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 디지탈 오디오신호의 기록재생장치는 디지탈 오디오신호에 포함된 잡음의 평균레벨을 산출하는 주변잡음검출부; 상기 주변잡음검출부에서 산출되며 기록매체에 기록되는 평균잡음레벨을 기록하는 기록레지스터; 상기 기록매체로부터 재생된 평균잡음레벨을 저장하는 재생레지스터; 상기 기록레지스터에 기록된 평균잡음레벨에 의해 상기 디지탈 오디오신호를 클램핑하여 기록매체에 제공하거나 기록매체로부터 재생된 클램핑된 오디오신호를 재생레지스터에 기록된 평균잡음레벨로 보상시켜 출력하는 기록재생부를 포함함을 특징으로 한다.

본 발며에 따른 디지탈 오디오신호의 기록재생방법은 기록시 주변잡음에 의한 영향을 배제시켜 기록하고 재생시는 잡음레벨만큼 보상시켜 출력함으로써 항상 선명한 음질을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

디지탈 오디오신호의 기록재생방법 및 그에 적합한 장치

제1도는 종래의 아날로그 방식의 오디오신호 기록재생장치를 보이는 블럭도이다.

제2도는 본 발명에 따른 디지탈 오디오신호의 기록재생방법을 보이는 흐름도이다.

제3도는 본 발명에 따른 디지탈 오디오신호의 기록재생장치를 보이는 블럭도이다.

제4a도~제4g도는 제3도에 도시된 장치의 동작을 보이는 파형도이다.

본 발명은 오디오신호를 기록 재생하는 방법 및 그에 적합한 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 잡음의 평균 레벨만큼 클리핑된 오디오 신호를 기록하고, 재생시에는 클리핑된 양만큼을 보상시켜 재생하는 디지털 오디오 신호의 기록 재생방법 및 그에 적합한 장치에 관한 것이다.

종래의 아날로그 방식에 의한 오디오 기록재생장치는 기록매체의 경시변화, 음질의 열화 등으로 인하여 반복적으로 계속 사용할 수가 없었다. 또한, 기록하고자 하는 음성과 함께 주변의 잡음들이 함께 기록되므로 재생 음질이 열화 되는 단점이 있었다.

이에 비하여 디지털 방식의 오디오 기록 재생장치는 아날로그 방식의 그것에 비해서 신호 대 잡음비(S/N)가 크고, 음질의 열화가 극히 적다는 등의 장점이 있다.

디지털 방식의 오디오 기록재생장치에서는 잡음을 제거하여 S/N비를 향상시킴과 함께 부호량을 줄이기 위해 인간의 청각특성을 이용한 부호화가 행하여진다.

그런데, 이러한 인간의 청각특성을 이용한 부호화방식에서는 고도의 복잡한 연산을 위한 하드웨어 및 소프트웨어를 필요로 하기 때문에 구현이 매우 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 이를 개선하여 간단한 처리에 의해 잡음이 제거된 오디오 신호를 기록하거나 재생하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 기록 재생방법에 접합한 오디오 신호의 기록 재생장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 오디오 신호의 기록 재생방법은

디지털 오디오 신호에 포함된 잡음의 평균 레벨에 의해 클리핑 하는 과정;

상기 클리핑 된 디지털 오디오 신호와 상기 잡음의 평균 레벨을 재생하는 과정; 그리고

상기 재생된 클리핑 된 디지털 오디오 신호를 상기 잡음의 평균 레벨로서 보상하여 디지털 오디오 신호를 재생하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 디지털 오디오 신호의 기록 재생장치는 디지털 오디오 신호를 기록하거나 재생하는 장치에 있어서, 오디오 신호를 유입하는 마이크로폰; 상기 마이크로폰을 통하여 유입된 오디오 신호를 샘플링 및 양자화시켜 디지털 오디오 신호로 출력하는 아날로그/디지털 변환기; 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 디지털 오디오 신호를 일시적으로 저장하는 기록 버퍼; 상기 아날로그/디지털 변환기에서 출력되는 디지털 오디오 신호의 평균 잡음 레벨을 산출하는 주변잡음 검출부; 상기 주변잡음 검출부를 통하여 산출된 평균 잡음 레벨을 기록하는 기록 레지스터; 상기 기록 버퍼로부터 출력되는 디지털 오디오 신호를 상기 기록 레지스터에 저장된 평균 잡음 레벨로 클램핑 시킨 디지털 오디오 신호를 출력하거나 기록 매체에 기록된 신호를 평균 잡음 레벨로 보상시켜 출력하는 기록 재생부; 상기 기록 재생부로부터 출력되거나 기록매체로부터 재생된 신호의 타이밍을 조정하기 위한 입출력버퍼; 기록 매체로부터 재생된 잡음 평균 레벨을 저장하는 재생레지스터; 상기 기록 재생부로부터 출력된 디지털 오디오 신호를 아날로그 오디오 신호로 변환시켜 주는 디지털/아날로그 변환기; 상기 디지털/아날로그 변환기에서 출력되는 아날로그 오디오 신호를 출력하는 스피커; 제어명령을 입력하기 위한 키 입력부; 및 상기 기록매체의 주행을 제어하는 구동 제어부를 포함함을 특징으로 한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 종래의 오디오 기록 재생장치를 보이는 블록도이다. 제 1도에 도시된 장치는 아날로그 오디오 신호를 기록하기에 적합한 레벨로 증폭시켜주는 증폭부(17)를 통하여 유입된 오디오 신호를 기록하기에 적합한 레벨로 마이크로폰(17)를 통하여 유입된 오디오 신호를 기록하기에 적합한 레벨로 증폭시켜주는 증폭부(18), 사용자의 제어명령을 입력하기 위한 키 입력부(20), 자기테이프의 주행을 제어하는 구동 제어부(19), 증폭부(18)를 통하여 증폭된 신호를 변조시켜 자기테이프에 기록시키거나 자기 테이프로부터 재생된 신호를 복조하여 오디오 신호를 출력하는 기록 재생부(21), 기록 재생부(21)를 통하여 복조된 오디오 신호를 스피커(24)에 적합한 레벨로 증폭시켜주는 재생 증폭부(23)를 포함한다.

제1도에 도시된 장치에서는 마이크로폰(17)을 통하여 오디오 신호와 더불어 주변 잡음이 함께 유입되는데, 기록시 이를 제거시키지 않고 있기 때문에 재생시 음질을 열화시키는 원인이 된다.

특히, 음원과의 거리보다 잡음 발생 원인과의 거리가 가까운 경우에는 잡음이 더욱 크게 기록되어 재생 음질이 악화되게 된다. 예를 들면 회의나 강의 내용을 녹음한 경우 음성보다는 잡음이 더 많이 기록되는 것을 알 수 있다.

제2도는 본 발명에 따른 오디오 신호의 오디오 신호의 기록 재생방법을 보이는 흐름도이다. 본 발명에 따른 오디오 신호의 기록 재생방법에서는 기록시 주변의 잡음레벨만큼 오디오 신호의 레벨을 깎아서 기록하고, 재생시는 이를 복원시켜 주는 것을 특징으로 한다.

먼저, 마이크로폰을 통하여 유입된 오디오 신호를 샘플링 한 결과로서 얻어진 디지털 오디오 신호에 포함된 잡음의 평균 레벨을 산출한다.(200단계) 잡음의 평균 레벨은 공지의 잡음 추출 기술에 의해 추출된 잡음을 소정의 구간에서 평균한 값을 사용한다.

통상적으로 잡음은 상당히 높은 고주파 성분이 되므로 일정 주파수 이상의 성분을 고역 통과 필터링하면 잡음 성분을 추출할 수 있다. 여기서, 고역 통과시의 컷오프 주파수는 가청 주파수 대역을 고려하여 결정될 것이다.

잡음 평균 레벨은 고역통과 필터링에 의해 얻어진 잡음 성분을 평활 처리함에 의해 얻어진다. 평활 처리는 통상 저역 통과 필터에 의해 수행된다.

만일 이치화된 신호인 경우에는 일정 구간에서의 잡음 성분을 누산 하고 이들의 구간 평균값을 구함에 의해 평균 잡음 레벨을 얻을 수 있다.

여기서, 평균 잡음 레벨은 구간별로 구해진 값이 사용된다. 오디오 신호의 압축은 통상 프레임 단위(예를 들어, 컴팩트 디스크의 경우 좌우 2채널, 6샘플)로 수행되므로 잡음 처리도 프레임 단위로 수행하는 것이 좋다.

디지털 오디오 신호를 잡음 평균 레벨에 의해 클리핑(clipping)한다.(210단계) 클리핑의 결과 평균 잡음레벨에 해당하는 잡음이 제거된다. 물론 잡음의 제거와 더불어 유효한 오디오 신호의 일부분이 제거되지만 이는 복원 과정에서 복원되게 된다.

클리핑 된 오디오 신호와 상기 잡음 평균 레벨을 함께 자기 테이프, 메모리 카드 등의 기록매체에 기록한다.(220단계)

기록 매체에 기록된 오디오 신호와 잡음의 평균 레벨을 재생한다.(230단계)

재생된 오디오 신호에 잡음 평균 레벨을 가산하여 원래의 오디오 신호를 재생한다.(230단계)

제3도는 본 발명에 따른 오디오 신호의 기록 재생장치를 보이는 블록도이다. 제 3도에 도시된 장치에 있어서, 참조부호 31은 오디오 신호를 유입하는 마이크로폰이고, 32는 마이크로폰(31)을 통하여 유입된 오디오 신호를 기록하기에 적합한 정도로 증폭시키는 기록증폭기이고, 33은 기록증폭기(32)에서 출력되는 아날로그 오디오 신호를 샘플링 및 양자화 시켜 디지털 오디오 신호로 출력하는 아날로그/디지털변환기(이하 A-D변환기라 함)이고, 34는 A-D변환기(33)에서 출력되는 디지털 오디오 신호를 일시적으로 저장하는 기록버퍼이다.

참조부호 35는 A-D변환기(33)에서 출력되는 디지털 오디오 신호의 평균 잡음 레벨을 산출하는 주변잡음 검출부이고, 36은 주변잡음 검출부(35)를 통하여 산출된 평균 잡음 레벨을 저장하는 기록레지스터이다.

참조 부호 38은 기록 재생부로서 기록버퍼(34)로부터 출력되는 디지털 오디오 신호를 기록레지스터(36)에 저장된 평균 잡음 레벨로 클리핑 시킨 디지털 오디오 신호를 출력하거나, 기록매체(40)에 기록된 신호를 평균 잡음 레벨로 보상시켜 출력하는 기록 재생부이다.

참조부호 39는 기록 재생부(38)로부터 출력되거나 기록매체(40)로부터 재생된 신호의 타이밍을 조정하기 위한 입출력버퍼(39)이다.

참조부호 41은 기록매체(40)로부터 재생된 잡음평균레벨을 저장하는 재생레지스터이고, 42는 기록 재생부(38)로부터 출력되는 평균 잡음 레벨로 보상된 디지털 오디오 신호의 레벨을 조정하는 레벨 조정기이다.

참조부호 44는 레벨 조정기(42)로부터 출력되는 디지털 오디오 신호를 아날로그 오디오 신호로 변환시켜주는 디지털/아날로그 변환기(이하 D-A변환기라 함)이고, 45는 D-A변환기(44)에서 출력되는 아날로그 오디오 신호의 레벨을 스피커(46)에 적합한 레벨로 증폭시켜주는 재생 증폭기이다.

참조부호 47은 제어명령을 입력하기 위한 키 입력부이고, 48은 자기 테이프의 주행을 제어하는 구동 제어부이다.

주변 잡음 검출부(35)는 A-D변환기(33)에서 출력되는 디지털 오디오 신호에 포함된 잡음의 레벨을 검출하는 잡음 레벨 검출부(35a), 잡음 레벌 검출부(35a)를 통하여 검출된 잡음의 레벨을 소정의 구간에서 누산 하는 누산부, 그리고 누산부(35b)를 통하여 누산된 결과에 의해 소정구간에서의 잡음 평균 레벨을 산출하는 평균 레벨 연산부(35c)를 구비한다.

제4도에 도시된 장치의 동작을 상세히 설명한다. 마이크로폰(31)을 통하여 유입된 아날로그 음성신호는 기록 증폭기(32)를 통하여 증폭된 다음에 A-D변환기(33)에 의해 디지털 오디오 신호 변환된다. A-D변환기(33)에서 출력되는 디지털 음성 데이터는 로우패스필터(도시되지 않음)를 통하여 알리아싱(aliasing)이 제거된 후 기록버퍼(34)와 주변 잡음 검출부(35)에 입력된다.

주변 잡음 검출부(35)의 잡음 레벨 검출부(35a)는 디지털 음성데이터에 포함된 잡음을 공지의 잡음추출기술에 의해 추출하고, 그 크기를 출력한다. 잡음은 고주파 성분이므로 주변 잡음 검출부(35)는 고주파 성분을 추출하는 디지털 필터에 의해 구현될 수 있다.

누산부(34b)는 소정의 구간에서 입력되는 잡음 레벨을 누산 한다. 평균 레벨 연산부(35c)는 소정의 구간에서 잡음 레벨의 평균값을 출력한다. 주변 잡음 검출부(35)에서 검출된 평균 잡음 레벨은 기록레지스터(36)에 저장되고 기록시 참조된다.

주변 잡음 검출부(35)에서 평균 잡음 레벨이 산출되는 동안 A-D변환기(33)에서 출력된 디지털 오디오 데이터는 기록버퍼(34)에 저장되어져 있다. 주변 잡음 검출부(35)에서 평균 잡음 레벨이 산출되면 기록 재생부(38)는 기록버퍼(34)에 저장된 디지털 오디오 데이터로부터 기록레지스터(36)에 저장된 값을 감산하고 그 결과를 입출력버퍼(39)에 제공한다.

이때 기록레지스터(36)에 기록된 값은 가장 최근에 갱신된 값이거나, 시스템에서 기본적으로 제공하는 디폴트값(default value)이다.

기록 재생부(38)가 입력된 데이터를 입출력버퍼(39)로 출력시킬 때에는 언제나 기록레지스터(36)의 값에 맞추어 출력한다. 즉, 평균 잡음 레벨 미만의 디지털 오디오 데이터는 입출력버퍼(39)로 출력하지 않으므로 기록매체(40)에는 평균 잡음 레벨보다 큰 값을 갖는 디지털 오디오 데이터만이 기록된다.

기록되는 데이터는 PCM(Pulse Coded Modulation)데이터일 수도 있고, CELP와 같은 알고리즘을 사용하여 압축된 데이터일 수도 있다. 이때 기록되는 데이터의 샘플링 레이트(sampling rate)는 12.8KBPS나 9.6KBPS로서 음성대역의 신호만을 기록하게 된다. 즉 A-D변환기(33)의 뒷단에 사용되는 로우패스필터(도시되지 않음)는 통과 대역폭이 6.4MHz이거나 4.8KHz이다.

기록 재생부(38)에서 처리된 평균 잡음 레벨로 클리핑 된 디지털 오디오 데이터는 입출력버퍼(39)에 저장된다. 입출력버퍼(39)에 일시 저장된 평균 잡음 레벨로 클리핑 된 디지털 오디오 데이터는 구동 제어부(48)의 제어 하에 기록매체(40)로 보내어진다. 이때 기록매체(40)에는 기록 레지스터(36)에 저장된 평균 잡음 레벨로 함께 기록되어 지는데 이는 입출력버퍼(39)를 거치지 않고 바른 기록매체(40)에 기록된다.

여기서, 기록매체(40)는 시스템에 의존적인 것으로서 자기 테이프이거나 메모리카드일 수 있다. 메모리카드일 경우에는 데이터를 블록(block)단위로 기록하거나 재생하기 위하여 입출력버퍼(39)가 필수적인 것이 되겠지만 자기 테이프일 경우에는 생략될 수 있다.

재생할 때는 기록할 때보다 적은 단계를 필요로 한다. 즉, 기록매체(40)로부터 독출된 평균 잡음 레벨로 클리핑된 디지털 오디오 데이터는 기록 재생부(38)로 보내어지고, 평균 잡음 레벨은 재생 레지스터(41)에 저장된다. 기록 재생부(38)는 재생레지스터(41)에 저장된 평균 잡음 레벨로서 클리핑된 디지털 오디오 데이터를 보상시켜 D-A변환기(44)로 출력한다.

D-A변환기(44)는 입력된 디지털 오디오 신호를 아날로그 음성신호로 변환시켜 출력하고, 이 신호는 재생증폭기(45)를 통하여 스피커(46)로 출력된다.

D-A변환기(44)는 입력된 디지털 오디오 신호를 아날로그 음성 신호로 변환시켜 출력하고, 이 신호는 재생증폭기(45)를 통하여 스피커(46)로 출력된다.

제4a～f도는 제 3도에 도시된 장치의 동작을 보이는 파형도이다. 제 4A도는 A-D변환기(33)에서 출력되는 디지털 오디오 데이터를 보이는 것이고 제 4B도는 주변 잡음 검출부(35)에서 검출된 평균 잡음 레벨을 보이는 것이고, 제 4C도는 기록레지스터(36)에서 새로운 잡음 평균 레벨로 갱신되는 것을 보이는 것이고, 제 4D도는 제 4A도와 제 4B도에 도시된 신호를 겹쳐서 보이는 것이고, 제 4E도는 기록매체(40)에 기록되는 평균 잡음 레벨로 클리핑 된 디지털 오디오 신호를 보이는 것이고, 제 4F도는 재생시 기록매체(40)에 기록된 평균 잡음레벨로 클리핑 된 디지털 오디오신호와 재생레지스터(41)에 저장된 평균 잡음 레벨을 겹쳐서 보이는 것이고, 제 4G도는 D-A변환기(44)로 출력되는 디지털 오디오 신호를 보이는 것이다.

제4e도에 도시된 바와 같이 마이크로폰(41)을 통하여 유입된 오디오 신호 중에서 주변잡음보다 큰 레벨을 갖는 신호만이 기록되고, 재생시는 이를 잡음 레벨만큼 보상시켜 출력하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 오디오신호의 기록재생방법은 기록시 주변잡음에 의한 영향을 배제시켜 기록하고 재생시는 잡음 레벨만큼 보상시켜 출력함으로써 항상 선명한 음질을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 디지탈 오디오신호를 기록하거나 재생하는 방법에 있어서, 디지탈 오디오신호에 포함된 잡음의 평균레벨을 산출하는 과정; 상기 디지탈 오디오신호를 상기 잡음의 평균레벨에 의해 클리핑하는 과정; 상기 클리핑된 디지탈 오디오신호와 상기 잡음의 평균레벨을 기록하는 과정; 상기 클리핑된 디지탈 오디오신호와 상기 잡음의 평균레벨을 재생하는 과정; 그리고 상기 재생된 클리핑된 디지탈 오디오신호를 상기 잡음의 평균레벨로서 보상하여 디지탈 오디오 신호를 재생하는 과정을 포함하는 디지탈 오디오 신호의 기록재생 방법.
2. 디지탈 오디오 신호를 기록하거나 재생하는 장치에 있어서, 오디오 신호를 유입하는 마이크로폰; 상기 마이크로폰을 통하여 유입된 오디오 신호를 샘플링 및 양자화시켜 디지탈 오디오 신호로 출력하는 아날로그/디지탈 변환기; 상기 아날로그/디지탈 변환기에서 출력되는 디지탈 오디오 신호를 일시적으로 저장하는 기록 버퍼; 상기 아날로그/디지탈 변환기에서 출력되는 디지탈 오디오 신호의 평균잡음레벨을 산출하는 주변잠음검출부; 상기 주변잡음 검출부를 통하여 산출된 평균잡음레벨을 기록하는 기록레지스터; 상기 기록 버퍼로부터 출력되는 디지탈 오디오 신호를 상기 기록레지스터에 저장된 평균잡음레벨로 클램핑시킨 디지탈 오디오 신호를 출력하거나 기록 매체에 기록된 신호를 평균잡음레벨로 보상시켜 출력하는 기록재생부; 상기 기록재생부로부터 출력되거나 기록매체로부터 재생된 신호의 타이밍을 조정하기 위한 입출력버퍼; 기록매체로부터 재생된 잡음 평균 레벨을 저장하는 재생레지스터; 상기 기록재생부로부터 출력된 디지탈 오디오 신호를 아날로그 오디오 신호로 변환시켜 주는 디지탈/아날로그 변환기; 상기 디지탈/아날로그 변환기에서 출력되는 아날로그 오디오 신호를 출력하는 스피커; 제어 명령을 입력하기 위한 키입력부; 및 상기 기록매체의 주행을 제어하는 구동 제어부를 포함하는 디지탈 오디오 신호 기록재생장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 주변잡음 검출부는 주기적으로 평균잡음레벨을 산출하여 상기 기록레지스터에 래치시킴을 특징으로 하는 디지탈 오디오 신호 기록 재생 장치.