KR100273362B1 - 자동음량보정방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 텔레비젼수상기나 각종 오디오기기와 같이 여러 경로를 통해 입력되는 오디오신호를 하나의 오디오출력장치를 통해 출력하는 시스템에서 음량을 조정하는 기술에 관한 것으로, 제로 레벨을 기준으로한 오디오신호의 대칭성을 감안하여 오디오신호의 반쪽 신호만을 대상으로 음성 에너지를 계산한 후 이를 단순화된 수치로 변환하여 그 결과에 따라 음량을 자동으로 보정할 수 있게 함으로써 채널절환이나 입력신호가 변경되는 경우 사용자가 일일이 음량을 재조정하여야 하는 번거로움을 없앨 수 있고, 라우디니스곡선을 고려하여 인간의 주파수별 청각특성에 따른 음량보정을 수행함으로써 인간의 청각특성에 적당한 음량을 제공할 수 있다.

Description

자동 음량보정 방법 및 장치{AUTOMATIC VOLUME CORRECTION METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 텔레비젼수상기나 각종 오디오기기와 같이 여러 경로를 통해 입력되는 오디오신호를 하나의 오디오출력장치를 통해 출력하는 시스템에서 음량을 조정하는 기술에 관한 것으로, 특히 사용자가 별도의 키이조작을 하지 않더라도 각기 다른 경로를 통해 입력되는 오디오신호의 레벨차를 자체적으로 검출하고 보상처리하여 사용자가 이미 설정한 절대적인 출력레벨을 유지할 수 있도록한 자동 음량보정 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 텔레비젼수상기의 오디오신호 처리 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 안테나(ANT)를 통해 수신되는 각 채널의 고주파 방송신호 중에서 사용자에 의해 요구된 채널을 선국하여 해당 채널의 티브이방송신호를 소정 레벨로 증폭하는 튜닝부(101)와; 상기 튜닝부(101)에서 출력되는 비디오 및 오디오 중간주파수신호를 공급받아 원래의 비디오신호 및 오디오신호를 복원해내는 검파부(102)와; 상기 검파부(102)에서 출력되는 비디오신호를 영상처리부측으로 출력하고, 그 검파부(102)에서 출력되는 오디오신호나 별도의 접속라인을 통해 입력되는 외부오디오신호(EAUin) 중 어느 하나의 오디오신호를 선택하여 출력하는 입력신호 선택부(103)와; 상기 입력신호 선택부(103)에서 출력되는 오디오신호(AU)의 음량을 조정하여 스피커(SP)측으로 출력하는 음성 제어부(104)와; 상기 튜닝부(101)의 튜닝동작을 비롯하여 상기 입력신호 선택부(103)의 입력신호 선택동작, 상기 음성 제어부(104)의 음량조정 동작 등을 제어하는 마이크로컴퓨터(105)로 구성된 것으로, 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.
튜닝부(101)는 안테나(ANT)를 통해 수신되는 각 채널의 고주파 방송신호 중에서 사용자에 의해 요구된 채널 즉, 마이크로컴퓨터(105)로 부터 입력되는 튜닝데이터에 상응된 채널을 선국하여 해당 채널의 티브이 방송신호를 소정 레벨로 증폭출력하고, 검파부(102)는 그 튜닝부(101)에서 출력되는 비디오 및 오디오 중간주파수신호로 부터 원래의 비디오신호 및 오디오신호를 복원해낸다.
또한, 입력신호 선택부(103)는 상기 검파부(102)에서 출력되는 비디오신호를 후단의 영상처리부측으로 전달하고, 그 검파부(102)에서 출력되는 오디오신호나 외부오디오신호(EAUin) 중에서 하나의 오디오신호를 선택하여 출력하게 되는데, 이와 같은 선택동작은 마이크로컴퓨터(105)에서 출력되는 제어신호(CS1)에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 외부오디오신호(EAUin)로서 브이씨알에서 재생출력되는 오디오신호, 씨디(CD: Compact Disk) 플레이어에서 재생출력되는 오디오신호, 엘디(LD: Laser Disk) 플레이어에서 재생출력되는 오디오신호 등이 있다.
또한, 음성제어부(104)는 상기 입력신호 선택부(103)에서 출력되는 오디오신호(AU)를 공급받아 사용자가 요구한 음량 레벨 즉, 상기 마이크로컴퓨터(105)에서 출력되는 제어신호(CS2)에 따른 음량의 레벨로 출력하게 되는데, 그 음량 레벨은 입력오디오신호에 대한 상대적인 값이므로 상기 입력신호 선택부(103)에서 선택되는 오디오신호의 음량 레벨에 따라 실제 스피커(SP)측으로 출력되는 오디오신호의 음량 레벨은 달라지게 된다.
따라서, 사용자는 일정한 레벨의 음성출력을 원하는 경우 입력 오디오신호가 변경될때마다 음량조정 키이를 이용하여 출력되는 오디오신호의 음량 레벨을 조정하여야 한다.
이와 같이 종래기술에 의한 텔레비젼수상기의 오디오신호 처리장치에 있어서는 사용자의 음량조정키이가 입력될 때 스피커측으로 출력되는 오디오신호의 음량 레벨을 상대적인 값으로 조정하게 되어 있으므로 일정한 레벨의 음성출력을 원하는 경우 입력오디오원이 변경될때마다 출력되는 음량을 재조정해야되는 불편함이 있었다. 예로써, 음악 위주의 방송과 음성 위주의 방송에 따라 음량에 차이가 발생되는데, 왜냐하면 음악은 주파수가 고르게 분포되어 있으므로 사람의 청각 시스템에서 실제보다 크게 느낄 수 있고, 음성방송은 사람의 목소리가 주로 1∼5KHz 부근에 분포되어 있어 음악방송에 비해 작게 들리기 때문이다. 이밖에도 광고 방송시 고의적으로 송출레벨을 올리는 등 음량의 레벨이 일정하게 출력되지 않는 경우는 실로 다양하다 할 수 있다.
최근들어, 입력 오디오원이 변경되는 것에 관계없이 일정한 음성출력을 발생하는 자동 음량 보정장치가 제안되었으나, 이와 같은 음량 보정장치에 있어서는 공중 방송파에 한정시켜 음량을 자동으로 보상하거나 사용자가 설정한 음량을 변경시키게 되어 있어 절대적인 음량을 출력하는데 많은 부족함이 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 라우디니스(loudness) 곡선을 고려하여 인간의 주파수별 청각특성에 따른 음량보정을 수행하고, 오디오신호의 대칭성을 감안하여 반쪽의 신호만을 대상으로 음성 에너지를 계산한 후 이를 단순화된 수치로 변환하는 방식의 자동 음량보정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래기술에 의한 텔레비젼수상기의 오디오신호 처리 블록도.
도 2는 본 발명 자동 음량보정 장치에 대한 텔레비젼수상기의 오디오 처리 블록도.
도 3은 도 2에서 자동음량조절장치의 상세 블록도.
도 4는 도 3에서 에너지 검출부의 상세 블록도.
도 5는 도 4에서 각부의 출력 파형도.
도 6은 본 발명에 의한 자동 음량보정 방법의 신호 흐름도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 보인 자동 음량보정 장치의 블록도.
도 8은 도 7에서 디지탈신호 처리부의 상세 블록도.
도 9a,9b는 본 발명의 다른 실시예를 보인 자동 음량보정 방법의 신호 흐름도.
도 10의 (a),(b)는 채널변경/입력모드가 변경시 오디오신호의 변화 현상을 보인 파형도.
도 10의 (c)는 음성모드에서 오디오신호의 유,무음 구간을 보인 파형도.
도 10의 (d)는 음악모드에서 오디오신호의 유,무음 구간을 보인 파형도.
도 11은 데이터를 샘플링하고 유,무음구간의 판단예를 보인 파형도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
201 : 튜닝부 202 : 검파부
203 : 입력신호 선택부 204 : 자동음량조절장치
205 : 음성제어부 206 : 마이크로컴퓨터
301 : 저역통과필터 및 증폭기 302 : 에너지 검출부
303 : 음량 제어기 401 : 트리거부
402 : 클럭발생기 403 : 곱셈기
404 : 비동기식 카운터 405 : A/D변환기
406 : 신호 해석부 701 : 디지탈신호 처리부
801 : 스위치부 802 : A/D변환기
803 : 에너지 검출부 804 : 오디오모드 판별부
805 : 보정량 계산부 806 : 증폭부
807 : D/A변환기
본 발명의 자동 음량보정 방법은 채널 변경키이 및 오디오입력 절환키이 입력여부를 판단하는 과정과; 상기 변경키이가 입력될 때 오디오신호의 에너지를 산출하는 과정과; 소정 시간동안 검출한 오디오신호의 에너지값을 누적한 후 그 결과치를 이전 스텝에서 구한 에너지값과 비교하여 그 차이만큼 음량을 보정하는 과정으로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 자동 음량보정 장치의 적용부위를 보이기 이한 텔레비젼수상기의 오디오신호 처리 계통 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 안테나(ANT)를 통해 수신되는 각 채널의 고주파 방송신호 중에서 사용자에 의해 요구된 채널을 선국하여 해당 채널의 티브이방송신호를 소정 레벨로 증폭하는 튜닝부(201)와; 상기 튜닝부(201)에서 출력되는 비디오 및 오디오 중간주파수신호를 공급받아 원래의 비디오신호 및 오디오신호를 복원해내는 검파부(202)와; 상기 검파부(202)에서 출력되는 비디오신호를 영상처리부측으로 출력하고, 그 검파부(202)에서 출력되는 오디오신호나 별도의 접속라인을 통해 입력되는 외부오디오신호(EAUin) 중 어느 하나의 오디오신호를 선택하여 출력하는 입력신호 선택부(203)와; 채널이 변경되거나 입력신호가 절환될 때 상기 입력신호 선택부(203)에서 출력되는 오디오신호(AU)의 에너지값을 소정시간동안 누적한 후 그 누적된 에너지값을 이전 스텝에서 구해진 에너지값을 비교하여 그 비교결과에 따라 입력 오디오신호의 음량을 조절하는 자동음량조절장치(204)와; 사용자의 음량조정키이가 입력될 때 상기 자동음량조절장치(204)에서 출력되는 음량을 조정하여 스피커(SP)측으로 출력하는 음성 제어부(205)와; 상기 튜닝부(201)의 튜닝동작을 비롯하여 상기 입력신호 선택부(203)의 입력신호 선택동작, 상기 음성 제어부(205)의 음량조정 동작 등을 제어하는 마이크로컴퓨터(206)로 구성하였다.
상기 도 2에서 자동 음량조절장치는 도 3에서와 같이, 입력오디오신호(AUin)에 포함된 고주파 잡음성분을 제거한 후 적정 레벨로 증폭하는 저역통과필터 및 증폭기(301)와; 상기 저역통과필터 및 증폭기(301)에서 출력되는 오디오신호의 에너지를 소정 시간동안 누적하는 에너지 검출부(302)와; 상기 에너지 검출부(302)에서 계산된 에너지값을 이전 스텝의 에너지값과 비교하여 그 차이만큼 보상출력하기 위한 음량제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터(206)와; 상기 마이크로컴퓨터(206)에서 출력되는 음량제어신호에 따라 입력 오디오신호의 음량을 보상하여 출력하는 음량 제어기(303)로 구성한 것으로 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에서 자동음량 조절장치(204)를 제외한 나머지 부분의 동작과정은 도 1의 종래기술에서와 유사하다.
즉, 튜닝부(201) 및 검파부(202)를 통해 선국된 채널의 티브이 오디오신호가 입력신호 선택부(203)의 일측 입력으로 공급되고, 브이씨알이나, 씨디플레이어, 또는 엘디플레이어에서 재생출력되는 외부오디오신호(EAUin)가 그 입력신호 선택부(203)의 타측 입력으로 공급된다.
이와 같은 상태에서 상기 입력신호 선택부(203)는 마이크로컴퓨터(206)에서 출력되는 제어신호(CS1)에 따라 그 일측의 오디오신호 즉, 방송 오디오신호나, 외부오디오신호(EAUin) 중에서 하나의 오디오신호를 선택하여 출력하게 된다.
자동음량조절장치(204)는 상기 입력신호 선택부(203)에서 선택되어 출력되는 음성신호(AU)의 에너지를 소정 시간 주기로 누적하고, 그 결과치를 마이크로컴퓨터(206)측으로 출력한다. 그 마이크로컴퓨터(206)는 현재 입력되는 오디오신호(AU)의 에너지 값을 이전 스텝의 에너지값과 비교하여 그 차값을 구한 후 사용자가 요구한 절대적인 음량을 출력할 수 있도록 상기 자동음량조절장치(204)에 상응되는 레벨의 음량보상 제어신호를 출력한다.
따라서, 상기 자동음량조절장치(204)는 상기 음량보상 제어신호에 따라 음성제어부(205)측으로 출력하는 음량을 조정하게 되므로 설령, 상기 입력신호 선택부(203)에서 입력 오디오신호가 변경되는 경우 즉, 입력 오디오신호가 방송 오디오신호에서 외부오디오신호(EAUin)로 또는 그 반대로 변경되는 경우에도 이전에 사용자가 요구한 음량을 그대로 유지할 수 있게 된다.
상기 자동음량조절장치(204)에서 오디오신호(AU)의 에너지를 구하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다. 하지만, 통상적으로 오디오신호는 직류성분이 없으므로 영 레벨을 기준으로 대칭성을 갖는 교류신호로 이루어지는 것을 감안하여, 본 발명에서는 양(+)의 신호나 음(-)의 신호 중에서 어느 일측의 신호를 선택하여 특정 문턱치를 통과하는 신호의 폭과 빈도수를 계산하고, 그 결과치를 근거로 하여 원신호의 에너지를 구하도록 하였다.
한편, 상기 입력신호 선택부(203)의 출력단에서 분기된 음성출력의 에너지를 계산하고, 음성제어부(205)를 이용하여 음량을 조절할 수도 있지만 이렇게 하는 경우 사용자의 음량 설정치를 기억한 후 음량 보상값을 변경하여야 하고, 또 약간의 레벨 조정 오차가 발생하는 경우 그 값이 누적되기 때문에 도 2에서와 같이 새로운 자동음량조절장치(204)를 추가하여 구현하였다.
자동음량조정을 위한 자동음량조절장치(204) 및 마이크로컴퓨터(206)의 작용을 도 3 및 도 4를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
저역통과필터 및 증폭기(301)는 상기 입력신호 선택부(203)에서 출력되는 오디오신호(AU)를 공급받아 여기에 포함된 잡음성분을 제거하고, 인간의 청각 감도를 고려하여 그 잡음성분이 제거된 신호가 라우드니스 곡선의 역함수 형태의 주파수 특성을 갖도록 처리한다.
이와 같이 하는 이유는 인간의 귀는 고주파에서 둔감하지만 오디오 시스템은 넓은 주파수영역에 걸쳐 거의 일정한 감도를 갖기 때문에 고주파의 크기를 줄여 인간이 느끼는 음량과 비슷하게 동작시키기 위함이다. 또한, 상기 오디오신호(AU)는 세력이 극히 미약하기 때문에 후단의 트리거부(401)를 구동시키기 위해 상기 저역통과필터 및 증폭기(301)는 약 20배 이상의 이득을 갖는 증폭기로 동작해야 한다.
이를 위해 상기 저역통과필터 및 증폭기(301)는 다중 부궤환을 이용하는 저역필터로 설계하였으며, 따라서, 이 필터는 안정된 상태로 동작하고, 상기 세가지 목적 즉, 잡음제거, 라우디니스 곡선, 증폭기로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.
상기 저역통과필터 및 증폭기(301)에서 출력되는 도 5의 (a)와 같은 오디오신호는 트리거부(401)에 공급되어 도 5의 (b)와 같은 구형파로 변환되고, 이렇게 변환된 구형파가 곱셈기(403)에 공급되어 클럭발생기(402)에서 출력되는 도 5의 (c)와 같은 클럭신호와 곱해지게 되는데, 입력 오디오신호의 폭과 빈도수를 고려하기 위해 오디오신호의 주파수보다 훨씬 높은 주파수의 클럭신호를 그 구형파에 곱하게 되므로 그 곱셈기(403)에서는 유음구간 동안에만 클럭이 실린 변조파가 출력된다. 도 5의 (d)는 상기 곱셈기(403)의 출력신호에 대한 파형도를 보인 것이다.
여기서, 오디오신호의 양(+)의 영역을 이용하려면 반전증폭기를 사용하면 되고, 그렇지 않은 경우에는 비반전증폭기를 사용하면 된다.
상기 곱셈기(403)에서 출력되는 신호가 비동기식 카운터(404)의 입력신호 즉, 클럭신호로 공급되어 그의 카운트값이 증가되고, 그 카운트값이 오디오신호의 에너지값에 해당된다.
그런데, 도 5의 (b),(c),(d)에서와 같이 상기 곱셈기(403)의 곱셈과정에 의해 오디오신호가 존재하지 않는 무음구간에서는 구형파가 발생되지 않는 반면, 오디오신호가 존재하는 유음구간에서만 구형파가 발생되어 상기 비동기식 카운터(404)의 클럭신호로 공급되고, 이에 의해 그 비동기식 카운터(404)의 카운트값이 증가된다.
상기 비동기식 카운터(405)의 카운트값이 D/A변환기(405)를 통해 아날로그신호로 변환되어 상기 신호 해석부(406)로 공급되도록 하였는데, 만약, 그 카운트값을 그대로 신호 해석부(406)의 입력으로 제공하고자 하는 경우 병렬포트를 사용해야 하고, 이와 같이 하는 경우 장치 구성이 복잡해지는 것을 감수해야 된다.
상기 신호 해석부(406)는 소정 시간동안 상기와 같은 과정을 통해 계산되어 입력되는 오디오신호의 에너지값을 근거로 오디오신호를 분석하여 그 분석결과를 마이크로컴퓨터(206)에 전달하고, 그 소정 시간을 주기로하여 상기 비동기식카운터(404)를 리세트시킨다.
이때, 그 마이크로컴퓨터(206)는 현재 입력된 음성에너지의 값을 이전 스텝에서 입력된 에너지값과 비교하여 차값을 구하고, 그 차값에 상응되는 레벨의 음량보상 제어신호를 생성하게 되며, 이렇게 생성된 음량보상 제어신호는 상기 신호 해석부(406)를 통해 음량제어기(303)에 공급된다.
이에 따라 상기 음량 제어기(303)는 입력되는 음량보상 제어신호를 근거로 하여 상기 오디오신호(AU)의 증폭율을 보상하여 출력하게 되므로 사용자가 요구한 절대적 음량을 그대로 유지할 수 있게 된다.
한편, 도 6은 본 발명에 의한 자동 음량보정 방법의 신호 흐름도로서 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 입력모드 변경키이 즉, 채널변경키이가 입력되거나 오디오입력신호 변경키이가 입력되는지 체크하여 그 키이가 입력되지 않으면 입력될때까지 기다린 후 다음의 음량보정과정을 수행하게 된다.
상기의 조건이 성립하여 일단 음량을 보정하기 위한 초기상태에 진입하면, 자동 음량보정을 위해 사용하는 각종 변수를 초기화시킨 후 기 설정된 소정 시간(t=150ms)이 경과되었는지 확인하여 경과되었으면 상기 D/A변환기(405)에서 출력되는 오디오신호의 에너지값을 읽어들여 그 값을 기 설정된 문턱치와 비교하여 이상이면 유음구간으로 판단하고, 이하이면 무음구간으로 판단한다.(S1∼S4)
이후에도 상기의 비교동작을 반복 수행하면서 상기 무음구간이 소정시간동안 계속 반복되는지 확인하여 그 조건이 만족하는 경우에는 오디오신호가 입력될때까지 기다리지 않고 음량을 기본값으로 설정한다. (S5∼S7)
그러나, 유음구간이 존재하면 그 유음구간의 오디오신호 에너지값을 누적하는 동작을 반복 수행하다가 기 설정된 시간이 경과되면, 그 설정된 시간동안 누적 저장된 에너지값 즉, 현재 스텝의 에너지값을 이전 스텝에서 상기와 같은 과정을 통해 입력되어 저장된 에너지값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 자체적으로 음량을 보상한다.(S8∼S12)
그런데, 상기와 같은 과정을 통해 음량을 보정하는 경우, 설정되는 유음구간의 개수가 작으면 보상시간은 짧게 되지만 오차가 크게 될 것이고, 그 반대의 경우에는 보상시간은 길지만 오차가 줄어들 것이다.
이와 같은 점을 감안하여, 본 발명에서는 세 번의 짧은 음량보상과정이 이루어지도록 하였다.(S13) 왜냐하면, 이와 같이 보상하는 것이 오랜 시간에 걸쳐 한 번에 보상하는 것보다 실험결과에서 좋게 나타났고, 방법 자체의 신뢰도 또한 높게 나타났기 때문이다.
예로써, 티브이 방송에서 순간적으로 조용한 소리와 큰 소리가 나올 수 있기 때문에 단 한 번에 보상하는 경우 공교롭게도 이런 부분에서 채널 절환이 이루어지면 보상동작은 정상적으로 수행된 것이지만 큰 소리 이후의 적당한 소리는 더욱 작게 보상되고 작은 소리 이후의 적당한 소리는 더욱 증폭되는 결과를 보이기 때문에 짧은 1회의 보상을 3번 반복해서 보상하도록 하였다.
한편, 도 7은 디지탈신호 처리기를 이용하여 음량을 보정하는 본 발명의 다른 실시예를 보인 것으로 이에 도시한 바와 같이, 입력 오디오신호(Ain)의 에너지값을 소정 주기로 구하여 누적하고, 각 구간의 에너지값을 근거로 소정 프레임내의 전체 에너지값을 계산함과 아울러 오디오신호가 음악모드인지 음성모드인지 판단하여 사용자가 요구한 절대 음량 레벨로 보정하는 디지탈신호 처리부(701)와; 마이크로컴퓨터(704)의 제어를 받아 상기 디지탈신호 처리부(701)에서 출력되는 오디오신호(AOUT)의 톤 및 볼륨을 조정하는 톤 및 볼륨제어부(702)와; 상기 톤 및 볼륨제어부(702)에서 출력되는 오디오신호를 스피커(SP)를 구동하는데 적당한 레벨로 증폭하는 증폭부(703)와; 방송채널이 변경되거나 입력모드가 절환될 때 출력 음량 레벨을 사용자가 요구한 절대적인 레벨로 설정하기 위하여 상기 디지탈신호 처리부(701)의 구동을 제어하는 마이크로컴퓨터(704)로 구성하였다.
상기 디지탈신호 처리부(701)는 도 8에서와 같이, 입력모드변환신호(IN)나 채널변환신호(CH)의 입력 여부에 따라 입력 오디오신호를 A/D변환기(802)측으로 전달하거나 그대로 바이패스하는 스위치부(801)와; 상기 A/D변환기(802)에서 디지탈신호로 변환된 오디오신호를 입력받아 소정 주기로 각 구간의 에너지값을 구하여 누적하는 에너지 검출부(803)와; 상기 구해진 각 구간의 에너지값을 기준 에너지값과 비교하고, 그 비교결과에 따라 유,무음구간으로 판정된 구간수를 각각 누적 카운트한 후 그 누적 카운트값을 근거로 입력 오디오신호의 모드를 판별하는 오디오모드 판별부(804)와; 소정 프레임동안 상기 누적 카운트된 유음구간의 수를 근거로 입력 오디오신호의 전체 에너지를 구하고, 그 구해진 전체 에너지와 기준 에너지값의 차값을 구한 후 그 차값과 상기 판별된 오디오모드에 따라 음량 보정값을 계산하는 보정량 계산부(805)와; 상기 계산된 음량 보정값을 이용하여, 상기 A/D변환기(802)에서 출력되는 오디오신호의 음량을 보정하는 증폭부(806)와; 상기 증폭부(806)에서 출력되는 디지탈 오디오신호를 아날로그 오디오신호로 변환하는 D/A변환기(807)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 다른 실시예에 대한 작용을 첨부한 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
사용자의 요구에 따라 도 2의 입력신호 선택부(203)에서 선택되어 디지탈신호 처리부(701)에 입력되는 오디오신호(Ain)는 기저대역의 레프트 또는 라이트 오디오신호이다.
상기 디지탈신호 처리부(701)는 그 입력 오디오신호(Ain)의 에너지를 산출하여 누적 계산하는 방식으로 음량 에너지값을 구하고, 이를 이전 스텝에서 구한 음량 에너지값과 비교하여 음량의 변화 정도를 판단한다. 또한, 그 입력 오디오신호(Ain)가 음악모드에 발생되는 신호인지 음성모드에서 발생되는 오디오신호인지를 판단하여 모드에 따른 보정값을 계산한 후 출력 음량을 사용자가 요구한 절대 음량 레벨로 보정하여 출력하게 된다.
상기 디지탈신호 처리부(701)에서 출력되는 오디오신호는 통상의 톤 및 볼륨 제어부(702)와 증폭부(703)를 통해 스피커(SP)측으로 출력된다.
따라서, 사용자는 입력 오디오신호의 변경에 관계없이 자신이 설정한 레벨의 음량으로 프로그램을 청취할 수 있게 된다.
이때, 마이크로컴퓨터(704)는 튜닝부(201)에서 방송채널이 절환되거나 입력신호 선택부(202)에 의해 입력모드가 절환되는 것을 확인하여 상기 디지탈신호 처리부(701)에 입력모드변환신호(IN)나 채널변환신호(CH)를 출력하게 되므로 이때, 그 디지탈신호 처리부(701)는 소정 횟수(예:3회)에 걸쳐 음량 레벨을 보상하게 된다. 또한, 상기 마이크로컴퓨터(704)는 리모콘이나 별도의 키이입력부를 통해 사용자가 톤이나 볼륨(음량)의 조정을 요구할 때 상기 톤 및 볼륨 제어부(702)에 해당 제어신호를 출력하게 되므로 그에 의해 톤이나 음량이 조정된다.
도 8을 참조하여 상기 디지탈신호 처리부(701)의 작용을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
방송 채널이 변경되지 않거나 입력신호 선택부(203)에서 오디오신호의 입력라인이 절환되지 않는 경우에는 상기 마이크로컴퓨터(704)로 부터 스위치부(801)측으로 입력모드변환신호(IN)나 채널변환신호(CH)가 출력되지 않으므로 상기 그 입력신호 선택부(203)에서 출력되는 오디오신호(Aout)가 그 스위치부(801)를 통해 그대로 바이패스된다.
그러나, 사용자에 의해 채널이 변경되거나 입력신호 선택부(203)에서 오디오신호의 입력라인이 절환되는 경우에는 상기 마이크로컴퓨터(704)로 부터 스위치부(801)측으로 입력모드변환신호(IN)나 채널변환신호(CH)가 공급된다. 이에 따라 그 스위치부(801)가 절환되므로 상기 입력신호 선택부(203)로부터 입력되는 오디오신호(Ain)가 상기 스위치부(801)를 통해 A/D변환기(802)에 공급되어 디지탈신호로 변환된 후 직접 증폭부(806)에 공급됨과 아울러 다른 한편으로는 에너지 검출부(803)에 공급된다.
상기 에너지 검출부(803)는 소정 주기 예로써, 15ms(1프레임) 주기로 입력되는 오디오신호의 실효치 에너지값을 반복적으로 구하고, 오디오모드 판별부(804)는 상기 각 주기(15ms)에서 구해진 에너지값을 기준 에너지값(Par1)과 비교하여 그 기준 에너지값(Par1)보다 작으면 무음구간으로 판정하고 크면 유음구간으로 판단하여 유음 구간수와 무음 구간수를 누적 카운트한다. 또한 상기 오디오모드 판별부(804)는 소정 시간동안 예로써, 30프레임(450ms) 동안 상기 누적 카운트된 유음 구간수를 기준치와 비교하여 그 기준치보다 크면 현재 입력되는 오디오신호의 모드를 음악모드로 판단하고, 적으면 음성모드로 판단한다.
보정량 계산부(805)는 30프레임 동안 상기 누적 카운트된 유음구간의 수를 근거로 상기 입력되는 오디오신호의 음량을 구하고, 그 구해진 음량과 사용자가 요구한 음량의 차값을 구한 후 그 차값과 상기 판별된 오디오모드에 따라 음량 보정값을 결정하여 증폭부(806)의 증폭률을 제어하게 된다. 이렇게 음량이 보상된 오디오신호가 D/A변환기(807)를 통해 다시 아날로그신호로 변환된 후 상기 톤 및 볼륨제어부(702)측으로 전달된다. 따라서, 사용자는 채널이 절환되거나 오디오신호의 입력모드가 절환되는 것에 관계없이 원래 자신이 설정한 음량 레벨로 청취할 수 있게 된다.
도 9a,9b는 상기 디지탈신호 처리부(701)에서 음량을 사용자가 요구한 절대 레벨로 자동 조정하는 알고리즘에 대한 신호 흐름도로서 이를 도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기의 설명에서와 같이 사용자에 의해 채널이 변경되거나 입력신호 선택부(203)에서 오디오신호의 입력라인이 절환되어 마이크로컴퓨터(704)로 부터 디지탈신호 처리부(701)에 입력모드변환신호(IN)나 채널변환신호(CH)가 공급되면 음량 보상 알고리즘이 시작된다.
이때, 알고리즘에 사용되는 변수(예: 유음수, 무음수, 현재 에너지 누적치, 이득 등)들이 초기화된다.(ST1)
이렇게 음량 보상 알고리즘이 시작된 상태에서, 채널변경시 상기 변수들이 초기화 되며, 연속해서 채널변경이 이루어지면 다시 변수들이 초기화 된다.(ST2-ST4) 그런데, 상기 두 번째의 채널변경 확인 단계(ST3)는 이득 조정을 위한 30프레임 중간에 채널이 변경되는 경우 다시 입력 오디오신호의 에너지값을 계산하기 위한 것이다.
도 10의 (a),(b)는 채널이 변경되거나 오디오신호의 입력모드가 변경된 시점에서 오디오신호의 변화 현상을 파형으로 나타낸 것이다. 여기서, 입력신호를 X라 하고, 출력신호를 Y라 할 때 Y=(1+Gain)·X의 관계식이 성립한다.
이후, 입력 오디오신호의 에너지 실효치 Xrms를 15ms 주기로 다음의 식과 계산하고, 이와 같은 계산동작은 연속적으로 이루어진다. 이렇게 계산된 에너지값(Ecur)을 유,무음을 판단하기 위한 기준에너지값(par1)과 비교하여 그 에너지값(Ecur)이 기준에너지값(par1)보다 크면 유음구간으로 판단하고 작으면 무음구간으로 판단한다.(ST5,ST6)
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기에서 무음구간으로 판정되면 그때마다 무음구간 카운터의 카운트값을 누적 카운트하여 그 카운트된 무음구간수가 소정치(예:30)에 도달될때까지 유음구간수가 "0"이면 음이 없는 것으로 판단하여 음량 보상을 수행하지 않는다.(ST7-ST9)
또한, 상기에서 유음구간으로 판정되면 그때마다 유음구간 카운터의 카운트값을 누적 카운트하고, 오디오신호의 에너지값을 누적 계산한다. 이와 같은 동작을 반복 수행하다가 상기 카운트값이 "30"에 도달되면, 즉, 30프레임에 도달되면 이전의 스텝에서 30프레임 동안 구한 에너지값과 현재 스텝에서 30프레임동안 구한 에너지값의 평균값을 구한다.(ST10-ST13)
이와 같이 이전 스텝과의 평균값을 구하는 이유는 보정오차를 최소화 하기 위함이다. 즉, 우선 30프레임 주기로 음량을 보정한 후 다음에는 전체 시간에 대한 보정을 수행하여 보다 정확한 보정이 이루어지도록 하기 위함이다.
이후, 오디오모드가 음악모드인지 음성모드인지를 구별하고 그 구별된 모드에 따라 음량 보정값을 달리하기 위하여 상기에서 판정된 무음구간수(NV)를 음모드판단 기준값(Par2)과 비교한다.(ST14)
이와 같은 방법으로 오디오모드가 음악모드인지 음성모드인지를 판단하는 것은, 음성모드일 때 오디오신호는 도 10의 (c)에서 같이 무음구간이 많은데 비하여 음악모드일 때 오디오신호는 도 10의 (d)에서와 같이 상대적으로 무음구간이 적다는데 근거를 두고 있다.
또한, 상기와 같이 오디오모드를 구별하는 이유는, 음악모드에서는 음성모드에 비하여 무음수가 작아 상대적으로 에너지의 실효치가 작게 되며, 이로 인하여 동일한 에너지값을 갖는 입력신호에 대해 음악의 경우는 음성에 비해 출력이 작기 때문이다. 결국, 이와 같은 특성을 고려하여 두 모드에 대한 보상기준을 다르게 설정함으로써 최종적으로 출력되는 음량레벨이 모드에 관계없이 같도록한 것이다.
이후, 현재 입력 오디오신호의 모드에 따른 음량 보정값 즉, 가변증폭량(Gain)을 구하기 위하여, 기준음 에너지값(Par0) 다시말해서, 채널이나 입력모드가 변경되기 이전에 해당 시간동안 구한 평균에너지값과 상기 제13스텝(ST13)에서 구한 에너지값의 평균값(Eavg)의 차를 구하고, 그 차값에 상기에서 판정된 모드에 따른 단위증폭값(Par3)을 곱하거나 단위증폭값(Par4)을 곱하게 된다.(ST15,ST16)
즉, 음성모드에서는 상기 차값에 단위증폭값(Par3)을 곱하고, 음악모드에서는 상기 차값에 단위증폭값(Par4)을 곱하여 가변증폭량(Gain)을 구한다.
이렇게 하여 가변증폭량(Gain)이 구해지면 그 가변증폭량(Gain)에 "1"을 더한 후 그 결과값에 입력신호(X)를 곱하여 음량이 보상된 출력신호(Y)가 얻어진다.(ST17)
상기와 같은 과정을 통해 일단 음량을 보정한 다음 각종 변수값을 초기화 시키게 되는데, 이때, 전체 누적값을 제외한 나머지의 변수값들을 초기화 시킨다.(ST18)
이와 같은 음량 보정과정은 소정 횟수(예: 3회)에 걸쳐 수행되며, 이때, 비로서 제1스텝(ST1)으로 복귀하여 모든 변수값을 초기화 시키게 된다.(ST19)
도 11은 디지탈신호 처리부(701)가 데이터를 샘플링하고 유음, 무음구간을 판단하는 것을 도식화한 것이다.
참고로, 도 9a,9b에서 YV : 유음수, NV : 무음수, i,Ecur,Eacc,Eavg,Gain: 변수, Par0-Par4 : 각종 파라미터이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 오디오신호의 대칭성을 감안하여 오디오신호의 반쪽 신호만을 대상으로 음성 에너지를 계산한 후 이를 단순화된 수치로 변환하여 그 결과에 따라 음량을 자동으로 보정할 수 있게 함으로써 채널절환이나 입력신호가 변경되는 경우 사용자가 일일이 음량을 재조정하여야 하는 번거로움을 없앨 수 있는 효과가 있고, 라우디니스곡선을 고려하여 인간의 주파수별 청각특성에 따른 음량보정을 수행함으로써 인간의 청각특성에 적당한 음량을 제공할 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 입력 오디오신호의 에너지값을 구하고 오디오신호의 모드를 판별하여 그에 따라 음량을 보정함으로써 입력 오디오신호의 모드변환에 관계없이 사용자가 원하는 절대적인 음량을 계속적으로 정확하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 외부의 오디오신호나 공중파 오디오신호를 공급받아 재생하는 음향 재생장치에 있어서, 입력된 오디오신호에 포함된 고주파 잡음성분을 제거하고 소정 레벨로 증폭하는 저역통과필터 및 증폭기와; 상기 증폭된 오디오신호의 에너지를 계산하는 에너지 검출부와; 상기 에너지 검출부에 의해 구해진 오디오신호의 에너지값을 소정시간동안 합산하여 이전 스텝에서 구해진 값과 비교한 후 그 비교결과에 상응되는 음량보상 제어신호를 출력하는 제어부; 상기 음량보상 제어신호를 근거로 하여 입력되는 오디오신호의 증폭률을 보상하여 출력하는 음량 제어기로 구성한 것을 특징으로 하는 자동 음량보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 에너지 검출부는 입력되는 오디오신호를 구형파로 변환하는 트리거부와; 상기 구형파에 클럭신호를 곱하여 유음구간 동안에만 클럭이 실린 변조파를 생성하는 곱셈기와; 상기 곱셈기의 출력신호를 카운트하는 비동기식 카운터와; 상기 비동기식 카운터의 출력값을 아날로그신호로 변환하는 D/A변환기와; 상기 D/A변환기에서 출력되는 오디오신호의 에너지값을 근거로 소정 구간 동안에 입력된 오디오신호를 분석하고 그 구간마다 상기 비동기식 카운터를 리세트시키는 신호 해석부로 구성한 것을 특징으로 하는 자동 음량보정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 곱셈기는 오디오신호의 양의 영역이나 음의 영역 중 어느 일측의 영역만을 선택하여 곱셈처리하도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동 음량보정 장치.
  4. 오디오신호의 입력모드가 변경되거나 채널이 변경되는 것을 확인하는 입력판단과정과; 입력 오디오신호의 에너지값을 소정 주기로 계산하고 그 계산된 에너지값과 이전에 구한 에너지값을 근거로 평균 에너지를 구하는 에너지 산출과정과; 입력 오디오신호를 유,무음 구간으로 구분하고, 그 구분된 구간을 근거로 입력 오디오신호가 음악모드인지 음성모드인지 판단하는 오디오모드 판단과정과; 상기 에너지 산출과정에서 산출된 에너지값과 오디오모드를 고려하여 오디오신호의 보정량을 계산하고, 그 계산값에 따라 음량 보정을 수행하는 모드별 음량보정과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 음량보정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 에너지 산출과정은 입력 오디오신호를 소정수의 프레임 단위로 구분하여 에너지를 계산하는 단계와; 입력 오디오신호를 소정 주기로 구분하여 각 주기의 에너지값을 구한 후 그 에너지값을 기준치와 비교하여 유,무음 구간으로 판단하는 단계와; 상기 소정수의 프레임내에서 유음구간수가 일정치 이상일 때 전체의 에너지를 구하는 단계와; 상기 소정수의 프레임내에서 유음구간수가 일정치 이상일 때 평균 에너지를 구하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 음량보정 방법.
  6. 제4항에 있어서, 모드별 음량보정과정은 음량보정을 기 설정된 횟수만큼 수행하기 위하여 음량보정 초기단계로 복귀하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 음량보정 방법.
  7. 입력 오디오신호의 음량을 사용자의 요구에 따라 증폭하여 출력하는 오디오장치에 있어서, 입력 오디오신호의 모드가 변환되거나 방송채널이 절환될 때 그 입력 오디오신호를 A/D변환기측으로 전달하는 스위치부와; 상기 A/D변환기에서 출력되는 디지탈 오디오신호를 입력받아 소정 주기로 각 구간의 에너지값을 구하여 누적하는 에너지 검출부와; 상기 구해진 각 구간의 에너지값을 기준 에너지값과 비교하고, 그 비교결과에 따라 유,무음구간으로 판정된 구간수를 각각 누적 카운트한 후 그 누적 카운트값을 근거로 입력 오디오신호의 모드를 판별하는 오디오모드 판별부와; 소정 프레임동안 상기 누적 카운트된 유음구간의 수를 근거로 입력 오디오신호의 전체 에너지를 구하고, 그 구해진 전체 에너지와 기준 에너지값의 차값을 구한 후 그 차값과 상기 판별된 오디오모드에 따라 음량 보정값을 계산하는 보정량 계산부와; 상기 계산된 음량 보정값을 이용하여, 상기 A/D변환기에서 출력되는 오디오신호의 음량을 보정하는 증폭부로 구성된 디지탈신호 처리부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 자동 음량보정 장치.
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