KR100282502B1 - 음성 신호 전송 장치 및 전송 방법(Audio Signal Transmitting Apparatus and the Method thereof) - Google Patents

음성 신호 전송 장치 및 전송 방법(Audio Signal Transmitting Apparatus and the Method thereof) Download PDF

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Abstract

본 발명은 자기 테이프와 같은 기록 매체 상에 디지탈 음성 신호를 기록 및/또는 재생시키기 위한 기록 및/또는 재생 장치에 관한 것으로, 이는 기록 및/또는 재생 장치, 아날로그/디지탈 변환기, 데시메이션 필터 및 노이프 셰이퍼를 포함한다. 기록 및/또는 재생 장치는 최소한 헤드와 기록 매체의 상대 이동 속도의 2배 속도로 기록 매체 상에서 신호를 기록 및/또는 재생시킨다. 아날로그/디지탈 변환기는 입력된 아날로그 음성 신호를 가청 주파수 대역 이상의 범위 내에 있으며, 상기 기록 및/또는 재생 장치에 의해 기록가능한 최대 주파수보다 충분히 높은 샘플링 주파수를 갖는 디지탈 신호로 변환시킨다. 데시메이션 필터는 아날로그/디지탈 변환기로 부터 출력된 디지탈 신호의 샘플링 주파수를 저감시키고, 이를 m-비트의 디지탈 신호로 변환시킨다(m＞n), 노이즈 셰이퍼는 데시메이션 필터로부터의 디지탈 신호를 m-비트로부터 n-비트로 변환시킨 다음, 재양자화시에, 가청 주파수 대역 범위 내로 억제하도록 노이즈를 셰이핑시키며, 이를 기록 및/또는 재생 장치로 공급한다.

Description

음성 신호 전송 장치 및 전송 방법(Audio Signal Transmitting Apparatus and the Method thereof)
제1도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지탈 음성 테이프 레코더를 도시하는 블럭도.
제2도는 노이즈 셰이퍼의 구성을 도시하는 블럭도.
제3도는 노이즈 셰이퍼의 노이즈 필터의 특성을 도시하는 특성 곡선도.
제4도는 노이즈 셰이퍼의 특정 구성을 도시하는 블럭도.
제5도는 입력 신호의 에너지가 저 주파 대역에 집중되는 경우를 도시하는 특성 곡선도.
제6도는 제5도의 경우에서 필터의 특성을 도시하는 특성 곡선도.
제7도는 입력 신호의 에너지가 고 주파 대역에 집중되는 경우를 도시하는 특성 곡선도.
제8도는 제7도의 경우에서 필터의 특성을 도시하는 특성 곡선도.
제9도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디지탈 음성 테이프 레코더를 도시하는 블럭도.
제10도는 프리엠퍼시스 회로의 주파수 특성을 도시하는 특성 곡선도.
제11도는 디엠퍼시스 회로의 주파수 특성을 도시하는 특성 곡선도.
제12도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 디지탈 음성 테이프 레코더를 도시하는 블럭도.
제13도는 제3 실시예에 따른 디지탈 음성 테이프 레코더로부터 출력된 디지탈 신호를 설명하기 위한 특성 곡선도.
제14도는 디지탈 필터의 동작을 설명하기 위한 특성 곡선도.
제15도는 데시메이션 필터의 동작을 설명하기 위한 특성 곡선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 디지탈 음성 테이프 레코더 2 : 레코더 장치
4, 19 : LPF 5 : A/D 변환 회로
6, 32 : 데시메이션 필터 7 : 노이즈 셰이퍼
9 : 양자화기 11 : 노이즈 필터
14 : 에너지 분석기 17 : 오버 샘플링 필터
18 : D/A 변환 회로 21 : 프리엠퍼시스 회로
22 : 디엠퍼시스 회로 31 : 디지탈 필터
본 발명은 음성 신호 전송 장치 및 전송 방법에 관한 것으로, 특히 음성 신호를 기록 매체에 기록 및/또는 재생시키기 위한 기록 및/또는 재생 장치에 적용가능한 음성 신호 전송 장치의 개량에 관한 것이다.
일반적으로, 디지탈 음성 테이프 레코더는 음성 신호를 디지탈 신호로 변환시키고 이 신호를 자기 테이프에 기록하여, 음성 신호를 고 음질로 기록 및/또는 재생시킨다.
이러한 디지탈 음성 테이프 레코더는 48 [kHz] 또는 44.1 [kHz]의 샘플링 주파수로 순차 입력된 음성 신호들을 샘플링하고, 아날로그/디지탈 변환을 실행하여 음성 신호를 16-비트 디지탈 신호로 변환시킨다.
일반적으로, 인간의 가청 주파수 대역(human audio frequency band)은 20 [Hz] 내지 20 [kHz]이다. 따라서, 디지탈 음성 테이프 레코더는 음성 신호가 인간의 가청 주파수 대역과 가장 가까운 주파수 대역의 디지탈 신호로 변환될 수 있도록 소정의 상기 샘플링 주파수를 선택한다.
디지탈 음성 테이프 레코더는 특정 블럭들로 디지탈 신호를 분할하고, 각각의 블럭에 에러 교정 코드를 가산하며, 신호를 인터리브(interleave)시켜 기록 데이타를 발생시킨다.
테이프 레코더는 이러한 기록 데이타를 사용하고 자기 헤드를 구동시켜, 자기 테이프에 기록 데이타를 순차적으로 기록시킨다.
2진 데이타로 변환하고 재생시에 자기 헤드로부터 출력된 신호를 재생시킨 후, 디지탈 음성 테이프 레코더는, 본래의 음성 신호를 복조시키기 위해 기록시에 실행되었던 절차의 역절차를 실행한다. 따라서, 디지탈 음성 테이프 레코더에 있어서, 음질의 열화가 기록 및 재생시에 효과적으로 방지될 수 있다.
이러한 형태의 디지탈 음성 테이프 레코더에 있어서, 디지탈 음성 테이프 레코더(이후, "2배 속도 기록 및/또는 재생 디지탈 음성 테이프 레코더")에서는 회전식 드럼의 회전 속도가 정상 속도의 2배로 설정되는 것이 제안되고, 또한 자기 테이프의 주행 속도도 전송 속도의 2배로 설정되기 때문에, 고 음질의 음성 신호가 기록 및/또는 재생될 수 있다.
이러한 2배 속도 기록 및/또는 재생 디지탈 음성 테이프 레코더에 있어서, 샘플링 주파수는 디지탈 음성 테이프 레코더의 정상 주파수의 2배로 설정될 수 있고, 따라서 기록 및 재생가능 주파수 대역은 정규 디지탈 음성 테이프 레코더의 폭보다 2배로 증가될 수 있다.
따라서, 2배 속도 기록 및/또는 재생 디지탈 음성 테이프 레코더는 주파수 대역을 제한하는데 사용된 에일리어싱 방지(antialiasing) 필터의 차단 주파수를 인간의 가청 주파수 대역보다 충분히 높게 설정할 수 있기 때문에, 가정 주파수 대역 내의 과도 특성(transient characteristic)의 열화가 정규 디지탈 음성 테이프 레코더에 비해서 상당히 감소될 수 있다.
그러나, 2배 속도 기록 및/또는 재생 디지탈 음성 테이프 레코더의 기록 및 재생가능한 재양자화(requantizing) 비트수는 정규 디지탈 음성 테이프 레코더의 수와 동일하기 때문에, 이전의 테이프 레코더는 주파수 특성을 향상시키지만, 종래에 비해 진폭 특성을 향상시키지는 못한다.
2배 속도 기록 및/또는 재생 디지탈 음성 테이프 레코더의 특성이 효과적으로 사용될 수 있고 진폭 특성이 쉽게 향상될 수 있다면, 디지탈 음성 테이프 레코더의 음질 및 가용성은 폭 넓은 응용을 위해 더욱 향상될 수 있다.
2배 속도로 기록 및/또는 재생을 수행하는 디지탈 음성 테이프 레코더에 있어서, 재생 데이타 전송율은 정규 디지탈 음성 테이프 레코더의 2배이므로, 디지탈 음성 신호와 호환가능한 디지탈 음성 인터페이스가 재생 데이타를 전송하는데 사용되면, 전송에 필요한 시간은 2배로 걸린다.
더 불리한 점은, 주파수 특성이 향상되고 진폭 특성이 향상되더라도, 재생 음성 데이타가 실시간으로 전송될 수 없다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 음성 신호 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 음성 신호 전송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 기록 및/또는 재생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 선정된 비트수로 이루어진 디지탈 신호가 선정된 샘플링 주파수로 전송되도록 구성되어 있는 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하기 위한 음성 신호 전송 장치는 아날로그/디지탈 변환기, 필터 및 노이즈 셰이퍼를 포함한다. 아날로그/디지탈 변환기는 입력될 아날로그 신호를 가청 주파수 대역 이상의 샘플링 주파수의 디지탈 신호로 변환시킨다. 필터는 아날로그/디지탈 변환기로 부터 출력된 샘플링 주파수의 디지탈 신호를 축소시킨 다음에, 비트수가 m-비트인 디지탈 신호로 변환시킨다. 노이즈 셰이퍼는 디지탈 신호의 비트수를 필터를 통해 m-비트에서 n-비트로 감소시키고, 음성 주파수 대역 내의 재양자화 노이즈를 억제시킨 후에 재양자화시에 이를 전송로로 공급한다.
본 발명에 따르면, 음성 신호 전송 방법이 제공된다. 전송 방법은 선정된 비트수로 이루어진 디지탈 신호가 선정된 샘플링 주파수로 전송되도록 구성되어 있는 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하는 것이다. 샘플링 주파수는 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역을 갖는 전송 디지탈 신호를 전송할 수 있는 주파수이다. 이 전송 방법의 특징은, 전송 디지탈 신호를 발생시키기 위해서 전송로보다 많은 비트수로 이루어진 디지탈 음성 신호를 전송로의 샘플링 주파수로 재양자화시킨 다음에, 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하기 위해서 상기 전송 디지탈 음성 신호를 전송로를 통해 전송하고, 그 다음에 디지탈 음성 신호가 재양자화되는 동안에 가청 주파수 대역 내의 재양자화 노이즈를 억제하기 위해 노이즈-셰이핑을 실행하고, 전송로를 통해 전송된 전송 디지탈 신호를 디지탈 필터를 사용하여 가청 주파수 대역 범위로 대역-제한시켜, 이를 출력하며, 디지탈 필터로부터 출력된 디지탈 신호를 샘플링 주파수 변환 회로를 사용하여 선정된 샘플링 주파수로 변환시켜, 이를 출력시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 음성 신호 전송 방법이 제공된다. 이 전송 방법은 선정된 비트수로 이루어진 전송 디지탈 신호가 전송된 샘플링 주파수로 전송되도록 구성되어 있는 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하는 것이다. 샘플링 주파수는 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역을 갖는 전송 디지탈 신호를 전송할 수 있는 주파수이다. 이 전송 방법의 특징은, 전송 디지탈 신호를 발생시키기 위해서 전송로 보다 많은 비트수로 이루어진 디지탈 음성 신호를 전송로의 샘플링 주파수로 재양자화시키고, 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하기 위해서 전송로를 통해 상기 전송 디지탈 음성 신호를 전송하며, 디지탈 음성 신호가 재양자화될 때 가청 주파수 대역 내의 재양자화 노이즈를 억제하도록 노이즈-셰이핑에 의해 전송 신호를 발생시키고, 전송로를 통해 전송된 전송 디지탈 신호를 디지탈 필터를 사용하여 가청 주파수 범위로 대역-제한시켜, 이를 출력하며, 디지탈 필터로부터 출력된 디지탈 신호를 샘플링 주파수 변환 회로를 사용하여 선정된 샘플링 주파수로 변환시켜, 이를 출력시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 기록 매체에 대해 디지탈 음성 신호를 기록 및/또는 재생시키기 위한 기록 및/또는 재생 장치는 기록 및/또는 재생 장치, 아날로그/디지탈 변환기, 필터 및 노이즈 셰이퍼를 포함한다. 기록 및/또는 재생 장치는 기록 매체 상에서 헤드와 기록 매체의 정규 상대 이동 속도의 2배 속도로 신호를 기록 및/또는 재생시킨다. 아날로그/디지탈 변환기는 입력될 아날로그 음성 신호를 디지탈 신호로 변환시키는데, 이 디지탈 신호의 주파수는 가청 주파수 이상이고, 기록 및/또는 재생 장치에 의해 기록가능한 최대 주파수보다 충분히 높게 되도록 샘플링 주파수를 선택한다. 필터는 아날로그/디지탈 변환기로부터 출력된 디지탈 데이타의 샘플링 주파수를 낮추고, 이를 m-비트들의 디지탈 신호로 변환시킨다(m＞n). 노이즈 셰이퍼는 필터로부터의 디지탈 신호를 m-비트들에서 n-비트들로 감소된 디지탈 신호로 변환시키고, 재양자화시에, 이를 노이즈-셰이핑시켜, 가청 주파수 대역 범위로 양자화 노이즈를 억제하고 이를 기록 및/또는 재생 장치로 공급한다.
본 발명에 따르면, 디지탈 음성 신호가 재양자화되어 전송되거나, 이를 기록 및/또는 재생시키면, 디지탈 음성 신호는 노이즈-셰이핑되어 재양자화 노이즈를 가청 주파수 대역 범위 내로 억제하기 때문에, 가청 주파수 대역 내의 양자화 노이즈가 가청 주파수 대역 범위 이외에서는 사라질 수 있다. 그러므로써, 기록 매체로/로부터 기록 및/또는 재생하기 위한 장치가 실현될 수 있는데, 이 장치에서는 가청 주파수 대역에서 전송 또는 기록 및/또는 재생되는 디지탈 신호의 비트수 이상의 분해능이 음성 기관을 통해 획득될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 재양자화 노이즈를 가청 주파수 대역 범위 내로 억제하도록 노이즈-셰이핑이 실행된 후에 전송 또는 기록 및/또는 재생되는 디지탈 신호는 가청 주파수 대역 범위 내로 대역-제한된 다음에, 샘플링 주파수가 변환되어 신호를 출력하기 때문에, 음성 신호 전송 장치 또는 기록 매체로/로부터 기록 및/또는 재생하기 위한 장치가 실현될 수 있는데, 이 장치에서는 전송로 또는 기록 매체의 특성을 효과적으로 이용하므로써 전송 또는 기록 및/또는 재생되는 디지탈 신호가 음질의 저하없이 선정된 인터페이스를 통해 실시간으로 출력될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 양호한 음성 신호 전송 장치의 특성, 원리 및 용도는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
예를 들어, 후술하는 실시예에 있어서, 자기 테이프가 기록 매체로 사용되는 디지탈 음성 테이프 레코더는 음성 신호 전송 장치로서 기술된다.
제1도에 있어서, 참조 번호 1은 디지탈 음성 테이프 레코더를 나타낸다. 디지탈 음성 테이프 레코더(1)는 2배 속도 기록 및/또는 재생 디지탈 음성 테이프 레코더(이후, "레코더 장치")(2)를 사용하여 아날로그 음성 신호 S1을 기록하고, 이 기록된 아날로그 음성 신호 S2를 재생시킨다.
디지탈 음성 테이프 레코더(1)는 입력 단자(3)를 통해 아날로그 음성 신호 S1을 로우-패스 필터(이후, "LPF")(4)에 입력시킨다. LPF(4)는 정규 디지탈 음성 테이프 레코더의 2배인 주파수 대역을 이용하여 대역 제한을 실행하여, 신호를 출력한다.
디지탈 음성 테이프 레코더(1)는 LPF(4)의 출력 신호를 아날로그/디지탈 변환 회로(5)에 공급하여, 신호를 디지탈 신호로 변환시킨다.
제1 실시예에 있어서, 레코더 장치(2)는 샘플링 주파수 2 fs(2 fs = 96 kHz)의 디지탈 음성 신호를 기록 및/또는 재생한다. 아날로그/디지탈 변환 회로(5)의 샘플링 주파수는 레코더 장치(2)의 샘플링 주파수보다 32배 높게 선택되는데, 다시 말하면 정규 디지탈 음성 테이프 레코더의 샘플링 주파수가 "fs"로 표시되면, 레코더 장치(2)의 샘플링 주파수는 64 fs가 된다.
상기와 같이 따르면, 디지탈 음성 테이프 레코더(1)는 레코더 장치(2)의 최대 주파수 뿐만 아니라 가청 주파수 대역의 최대 주파수보다 충분히 높게 샘플링 주파수를 선택하여, 음성 신호의 질 저하를 효과적으로 방지한다.
아날로그/디지탈 변환 회로(5)의 디지탈 신호 D1은 데시메이션 필터(6)에 공급된다. 데시메이션 필터(6)는 디지탈 신호 D1의 주파수를 낮추고, 공급된 디지탈 신호 D1의 비트수를 증가시킨다. 데시메이션 필터(6)는 20 비트 및 2 fs의 샘플링 주파수로 디지탈 신호 D1을 디지탈 신호 D2로 변환시킨다.
데시메이션 필터(6)는 디지탈 신호 D1의 주파수 대역을 레코더 장치(2)에 의해 기록될 수 있는 주파수 대역으로 낮출 수 있다.
2배 속도의 기록 및/또는 재생을 위해 레코더 장치(2)를 사용하는 것은, 16 비트 및 2 fs(= 96 kHz)의 샘플링 주파수로 디지탈 음성 신호가 기록 및 재생되도록 하여, 기록 및 재생가능 주파수 대역을 정규 디지탈 음성 테이프 레코더보다 2배로 증가시킨다. 레코더 장치(2)는 정규 디지탈 음성 테이프 레코더와 동일한 테이프 카셋트를 사용하는데, 이런 식으로 회전식 드럼, 테이프를 회전식 드럼 내에 로딩 및 언로딩시키기 위한 테이프 로딩 메카니즘, 및 카셋트 로딩 메카니즘 등을 포함한다.
데시메이션 필터(6)로부터 출력된 디지탈 신호 D2는 노이즈 셰이퍼(7)에 공급된다. 노이즈 셰이퍼(7)에 있어서, 공급된 디지탈 신호 D2의 비트수는 16 비트로 감소된다.
그러므로써, 디지탈 음성 테이프 레코더(1)에 있어서는, 노이즈 셰이퍼(7)로부터 출력된 디지탈 신호 D3이 공급되어 레코더 장치(2)에 기록된다. 디지탈 음성 테이프 레코더(1)에 있어서, 음성 신호 S1에 기초한 디지탈 신호 D3은 정규 디지탈 음성 테이프 레코더에 의해 기록될 수 있는 주파수 대역의 2배로 주파수 대역이 증가되어, 이를 자기 테이프에 기록한다.
제1 발명에 있어서, 노이즈 셰이핑 방법은 디지탈 신호 D2의 비트들의 수가 노이즈 셰이퍼(7)에 의해 감소될 때에 음성 분해능(aural resolution)을 향상시키기 위해 응용된다.
제2도에 도시된 바와 같이, 노이즈 셰이퍼(7)에 있어서, 데시메이션 필터(6)로 부터 순차 입력되는 디지탈 신호 D2는 양자화기(9)에 입력된다. 양자화기(9)에 있어서, 디지탈 신호 D2는 재양자화되어, 이를 디지탈 신호 D3으로 변환시킨다. 그 결과, 20-비트의 입력 디지탈 신호 D2는 16-비트의 디지탈 신호 D3으로 변환된다.
노이즈 셰이퍼(7)에 있어서, 양자화기(9)에서의 재양자화시에 발생된 양자화된 에러 데이타 DZ는 감산 회로(10)에 의해 검출되고, 에러 데이타 DZ는 노이즈 필터(11)를 통해서 감산 회로(12)에 공급된다.
또한, 노이즈 셰이퍼(7)에 있어서, 노이즈 필터(11)의 주파수 특성에 따른 특성을 갖도록 양자화기(9)에서의 재양자화시에 발생된 양자화 노이즈를 설정하기 위해서, 에러 데이타 DZ는 감산 회로(12)에서 입력 디지탈 신호 D2로부터 감산된다.
제3도에 도시된 바와 같이, 가청 주파수 대역의 진폭 특성이 억제됨에 따라, 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역의 진폭 특성이 강조(emphasized)되도록 노이즈 필터(11)의 주파수 특성이 선택되면, 노이즈 셰이퍼(7)로부터의 디지탈 신호 D3의 가청 주파수 대역 내에서의 양자화 노이즈는 억제될 수 있다.
즉, 디지탈 음성 테이프 레코더(1)에 있어서, 양자화 노이즈는 음성 주파수 대역 이상의 대역에서 구동될 수 있으므로, 양자화 노이즈는 가청 주파수 대역의 상한 주파수 이상에서 분포된다.
상기와 같이 따르면, 재양자화 중에 발생된 양자화 노이즈는 음성으로 감소될 수 있다.
따라서, 디지탈 음성 테이프 레코더(1)에 있어서, 가청 주파수 대역 내에서 기록가능한 비트수를 초과하는 음성 분해능은, 입력된 음성 신호 S1이 16 비트 및 2 fs의 샘플링 주파수로 간단히 디지탈 음성 신호로 변환되고 레코더 장치(2)에 의해 기록되는 방법에 의해 획득될 수 있다.
그러므로써, 디지탈 음성 테이프 레코더(1)는 가청 주파수 대역의 2배인 주파수 대역으로 기록 및 재생시킬 수 있는 레코더 장치(2)의 특성을 이용하므로써, 음성 신호를 고 음질로 기록 및/또는 재생시킬 수 있다.
또한, 제1 실시예에 있어서, 제4도에 도시된 바와 같이, 노이즈 셰이퍼(7)는 적응형 예측 코딩 방법을 이용하여 음성 노이즈를 감소시키도록 구성된다.
즉, 노이즈 셰이퍼(7)는 특정 시간 윈도우 함수를 사용하여 입력 디지탈 신호 D2를 누적하여 가산하기 위해, 입력 디지탈 신호 D2를 감산 회로(12)로 공급하고, 또한 이를 에너지 분석기(14)로 공급하므로써, 디지탈 신호 D2의 주파수 분포가 검출된다.
에너지 분석기(14)의 검출 결과에 기초하여, 계수 계산기(15)는 노이즈 필터(11)의 특성을 입력 디지탈 신호 D2의 주파수 특성에 대응하도록 변경시키기 때문에, 출력될 디지탈 신호 D3에서의 양자화 노이즈는 감소될 수 있고, 음성 주파수 대역 이상에서 구동될 수 있다.
제5도에 도시된 바와 같이, 입력 신호의 디지탈 신호 D2의 에너지가 저 주파수 대역에서 집중되면, 제6도에 도시된 바와 같이, 계수 계산기(15)는 저 주파수 대역에서의 양자화 노이즈를 감소시키도록 노이즈 필터(11)의 계수를 설정한다. 그러므로써, 노이즈 셰이퍼(7)로부터 출력될 디지탈 신호 D3에서의 양자화 노이즈는 감소되고, 양자화 노이즈는 가청 주파수 대역 이상에서 분포된다.
반면에, 제7도에 도시된 바와 같이, 에너지가 고 주파수 대역에서 집중되면, 계수 계산기(15)는 중간 및 고 주파수 대역에서의 양자화 노이즈를 감소시키도록 노이즈 필터(11)의 계수를 설정한다. 그러므로써, 출력된 디지탈 신호 D3에서의 양자화 노이즈는 감소되고, 양자화 노이즈는 가청 주파수 대역 이상에서 분포된다.
레코더 장치(2)는 회전식 드럼의 회전 속도 및 자기 테이프의 주행 속도를 정규 디지탈 음성 테이프 레코더의 속도의 2배로 설정하고, 또한 전체 신호 처리 속도를 정규 디지탈 음성 테이프 레코더의 속도의 2배로 설정한다. 레코더 장치(2)는 노이즈 셰이퍼(7)로부터 출력되는 16-비트의 디지탈 신호 D3을 96 [kHz]의 샘플링 주파수로 순차 기록한다.
재생시에, 레코더 장치(2)는 기록시와 동일한 속도로 동작하고, 16-비트의 디지탈 신호 D4를 96 [kHz]의 샘플링 주파수로 출력하도록 자기 헤드로부터 순차 출력된 신호의 재생을 처리한다.
오버샘플링 필터(17)는 출력 전에 디지탈 신호 D4의 주파수 대역을 제한하고, 디지탈/아날로그(이후, "D/A") 변환 회로(18)는 필터(17)로부터 출력된 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여, 이를 출력한다.
디지탈 음성 테이프 레코더(1)는 D/A 변환 회로(18)로부터 출력된 아날로그 신호를 로우-패스 필터(LPF)(19)를 통해 출력하여, 음성 신호 S2를 재생한다. 이 경우, 음성 신호 S2에서는, 양자화 노이즈가 가청 주파수 대역 내에서 억제되고, 적응형 예측 코딩 방법에 의해 감소된다. 그 결과, 디지탈 음성 테이프 레코더(1)에 있어서, 음성 신호를 기록 및 재생하기 위한 2배-속도 디지탈 음성 테이프 레코더를 간단히 사용하는 방법에 비해서, 음질이 향상될 수 있다.
이러한 구성은, 양자화 노이즈가 가청 주파수 대역 이상에서 분포되는 방식으로 음성 신호를 양자화시키기 위해서는 노이즈 셰이핑 방법을 적용하고, 동시에 노이즈를 감소시키기 위해서는 적응형 예측 코딩 방법을 적용한다. 결과적으로, 16 비트 및 2 fs의 샘플링 주파수로 음성 신호를 기록 및 재생하기 위한 2배-속도 디지탈 음성 테이프 레코더를 간단히 사용하는 방법에 비해서, 가청 주파수 대역 내에서 기록될 수 있는 비트수를 초과하는 분해능이 얻어진다. 그러므로써, 디지탈 음성 테이프 레코더(1)는 2배-속도 디지탈 음성 테이프 레코더(2)의 특성을 효과적으로 이용하므로써, 음성 신호를 고 음질로 기록 및 재생시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예는 제9도 내지 제11도를 참조하여 설명한다. 제9도에 있어서, 제1도와 대응하는 부분은 제1도와 동일한 부호를 첨가하고, 상세한 설명은 생략한다.
제9도에 있어서, 참조 번호 20은 제2 실시예에 따른 디지탈 음성 테이프 레코더를 나타낸다. 디지탈 음성 테이프 레코더(20)에 있어서, 프리엠퍼시스 및 디엠퍼시스 회로들은 음질을 더 향상시키기 위해서 사용된다.
디지탈 음성 테이프 레코더(20)에 있어서, 프리엠퍼시스 회로(21)는 데시메이션 필터(6)와 노이즈 셰이퍼(7) 사이에 제공되고, 디엠퍼시스 회로(22)는 레코더 장치(2)와 오버샘플링 필터(17) 사이에 제공된다.
프리엠퍼시스 회로(21)에 있어서, 제10도에 도시된 바와 같이, 주파수 증폭 특성은 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역을 강조하도록 선택된다. 디엠퍼시스 회로(22)에 있어서, 제11도에 도시된 바와 같이, 주파수 증폭 특성은 프리엠퍼시스 회로(21)의 주파수 특성을 향상시키도록 선택된다.
즉, 프리엠퍼시스 회로(21)의 주파수 특성이 제3도에 도시된 노이즈 필터(11)에서와 같이, 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역을 강조하도록 선택되면, 레코더 장치(2)의 기록 및/또는 재생가능 주파수 대역 범위 내에서 기록될 수 있는 비트수를 초과하는 음성 분해능이 달성될 수 있다.
그러므로써, 고 음질의 음성 신호가 기록 및/또는 재생될 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 디지탈 음성 테이프 레코더는 제12도 내지 제15도를 참조하여 설명된다. 제1 실시예와의 공통 부분에는 동일 번호가 부여되고, 상세한 설명은 생략된다.
제1 및 제3 실시예들에 도시된 디지탈 음성 테이프 레코더(1 및 20)들에 있어서, 디지탈 신호 형태의 재생된 음성 데이타가 다른 디지탈 장비로 출력될 때, 레코다 장치(2)로부터 출력된 디지탈 신호 D4가 출력되는 경우에는, 신호는 디지탈 장비, 예를 들어 샘플링 주파수 fs 및 20 비트를 갖춘 디지탈 장비와 호환가능한 디지탈 음성 인터페이스에 인가될 수 없다.
따라서, 본 발명의 제3 실시예의 디지탈 음성 테이프 레코더(30)는 샘플링 주파수 2 fs 및 16 비트의 디지탈 신호 D4를 샘플링 주파수 fs 및 20 비트의 디지탈 신호 D6으로 변환시킨 다음, 이 변환된 신호를 출력시키는데, 디지탈 신호 D6은 디지탈 음성 인터페이스에 대한 기준을 만족시킨다.
상술한 바와 같이, 신호를 변환시키면(제12도), 디지탈 음성 테이프 레코더(30)는 디지탈 필터(31)를 사용하여 디지탈 신호 D4의 주파수 대역을 제한한 다음, 데시메이션 필터(32)를 사용하여 샘플링 주파수 fs 를 낮춘다. 그러므로써, 레코더(30)에 있어서, 디지탈 신호 D4는 음질의 저하없이 디지탈 신호 D6으로 변환될 수 있다.
디지탈 필터(31)는 레코더 장치(2)로부터 출력되는 샘플링 주파수 2 fs ALC 16 비트의 디지탈 신호 D4를 수신한다. 디지탈 필터(31)는 연속적인 음성 데이타에 대해 콘벌루션(convolution) 동작을 순차적으로 실행하므로써, 디지탈 신호 D4의 주파수 대역을 24 [kHz]의 주파수로 제한하는데, 이는 가청 주파수 범위 내에 있다.
이 경우에, 디지탈 필터(31)는 다음 데시메이션 필터(32)에 콘벌루션 동작의 결과를 20 비트 이상으로 출력한다.
제13도에 도시된 바와 같이, 양자화 노이즈가 가청 주파수 대역 이상에서 분포되어 있는 디지탈 신호 D4는 제14도에 도시된 바와 같이, 24 [kHz] 주파수 이상의 노이즈가 억제된 후에 다음 데시메이션 필터(32)에 공급된다.
데시메이션 필터(32)는 디지탈 필터(31)로부터 출력된 디지탈 신호 D5를 선택적으로 출력하기 때문에, 디지탈 신호 D5는 48 [kHz]의 샘플링 주파수 및 20 비트의 디지탈 신호 D6으로 변환되는데, 이는 디지탈 음성 인터페이스와 호환가능하다.
디지탈 신호 D6은 제15도에 도시된 바와 같이, 48 [kHz]의 주파수로부터 증첩된 양자화 노이즈, 및 노이즈 셰이핑 효과는 가청 주파수 대역 범위 내에 유지될 수 있는 신호로 되는데, 그 이유는 디지탈 필터(31)가 주파수 대역을 미리 제한하기 때문이다.
즉, 기록시에, 가청 주파수 대역으로부터 셰이핑되고 구동된 양자화 노이즈는 가청 주파수 대역 내에서 합성되기 때문에, 노이즈 셰이핑 효과가 디지탈 음성 인터페이스를 통해 전송된 음성 데이타에는 제공되지 않는다.
제3 실시예에 있어서, 디지탈 신호 D6의 주파수 대역이 가청 주파수 대역으로 제한된 후에, 디지탈 신호 D6이 48 [kHz]의 샘플링 주파수의 음성 신호로 변환되면, 디지탈 신호 D6은 노이즈 셰이핑 효과가 유지되어 있는 디지탈 음성 인터페이스를 통해 전송될 수 있다. 그 결과, 고 음질의 음성 신호가 양호한 주파수 특성을 갖고 있는 전송도를 통해 전송되면, 전송된 음성 신호는 음질의 저하없이 실시간으로 전송될 수 있다.
따라서, 디지탈 음성 인터페이스를 통해 전송된 디지탈 신호 데이타 D6도 레코더 장치(2)에 대하여 기록 및 재생하는데 필요한 16 비트를 초과하는 음성 분해능을 제공할 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 양자화 노이즈가 가청 주파수 대역 이상에서 분포될 수 있도록 음성 데이타가 노이즈 셰이핑 방법을 이용하여 재양자화되고 기로된 후 에 재생되면, 재생된 데이타는 가청 주파수 대역 범위 내의 대역으로 제한된 다음에, 디지탈 음성 인터페이스의 샘플링 주파수로 변환된다. 그러므로써, 제3 실시예에 따르면, 음성 데이타는 노이즈 셰이핑 효과가 유지된 채로 전송될 수 있기 때문에, 재생된 음성 데이타는 음질의 저하없이 실시간으로 전송될 수 있다.
각 실시예에 있어서, 시간 윈도우 함수는 디지탈 신호 D2의 에너지 분포를 검출하는데 사용된다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 에너지 분포의 검출을 위한 디지탈 신호 D2의 주파수 대역-분할, 또는 고속 푸리에 변환의 적용과 같은 각종 에너지 분포 검출 방법들에 광범위하게 적용될 수도 있다.
또한, 각 실시예에 있어서, 적응형 예측 코팅 방법은 노이즈 셰이핑에만 사용되지 않으며, 음성 신호는 기록 전에 사전 강조(preemphasized)된다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 필요에 따라 노이즈 셰이핑만을 사용할 수 있고, 또는 적응형 예측 인코딩 또는 소정의 프리엠퍼시스 방법과 노이즈 셰이핑을 조합할 수도 있다.
또한, 각 실시예에 있어서, 본 발명은 디지탈 음성 테이프 레코더에 적용되어, 디지탈 음성 신호를 기록 및/또는 재생한다. 그러나, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 광 디스크와 같은 기록 매체를 통한 디지탈 음성 신호의 기록 및/또는 재생, 또는 그러한 기록 매체와는 다른 소정의 전송로를 통한 음성 신호의 전송에 광범위하게 적용될 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예들과 관련하여 기술되었더라, 본 분야의 숙련자들이라면, 본 발명의 개념 및 범위를 벗어나지 않는 한도에서 다양한 변형이 가능하다는 것을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 선정된 비트수의 디지탈 신호가 선정된 샘플링 주파수로 전송되도록 구성되어 있는 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하기 위한 음성 신호 전송 장치에 있어서, 입력된 아날로그 신호를 가청 주파수 대역 이상의 샘플링 주파수의 디지탈 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지탈 변환 수단, 상기 아날로그/디지탈 변환 수단으로부터 출력된 디지탈 신호의 샘플링 주파수를 저감시킨 다음에, 이를 m-비트의 디지탈 신호로 변환시키기 위한 필터 수단, 및 상기 필터 수단으로부터의 디지탈 신호의 비트수를 m-비트에서 n-비트(여기에서, m＞n)로 저감시키고, 재양자화 노이즈를 재양자화시에 가청 주파수 대역으로 억제하여, 이를 상기 전송로로 공급하기 위한 노이즈 셰이핑(noise shaping) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노이즈 셰이핑 수단이 상기 필터 수단으로부터의 디지탈 신호의 에너지 분포를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하고, 상기 검출 수단으로부터의 검출 결과에 따라 노이즈 셰이핑의 주파수 특성을 전환시키는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 노이즈 셰이핑 수단은 상기 검출 수단의 상기 검출 결과에 근거하여 상기 노이즈 셰이핑의 상기 주파수 특성이 전환되도록 노이즈 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필터 수단으로부터의 상기 디지탈 신호의 가청 주파수 대역보다 높은 주파수가 강조되는 주파수 진폭 특성을 갖는 엠퍼시스(emphasis) 수단, 및 상기 전송로를 통해 출력된 디지탈 신호의 상기 엠퍼시스 수단에 의한 상기 주파수 특성을 보충하는 주파수 진폭 특성을 갖는 디엠퍼시스(deemphasis) 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서, 가청 주파수 대역에서 상기 전송로를 통해 전송된 상기 전송 디지탈 신호를 대역-제한시키기 위한 디지탈 필터, 및 상기 디지탈 필터로부터 출력된 상기 디지탈 신호를 선정된 샘플링 주파수로 변환시켜, 이를 출력시키기 위한 샘플링 주파수 변환 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 장치.
  6. 선정된 비트수의 전송 디지탈 신호가 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역을 갖는 상기 전송 디지탈 신호를 전송할 수 있는 주파수인 선정된 샘플링 주파수로 전송되도록 구성되어 있는 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하기 위한 음성 신호 전송 방법에 있어서, 상기 전송 디지탈 신호를 발생시키기 위해서 상기 샘플링 주파수 및 상기 비트수보다 많은 비트들을 갖는 디지탈 음성 신호를 재양자화시킨 다음에, 상기 전송로를 통해 상기 디지탈 음성 신호를 전송하기 위해서 상기 전송로를 통해 상기 전송 디지탈 신호를 전송하는 단계, 및 재양자화 노이즈를 가청 주파수 대역 범위 내로 억제하기 위해서 상기 디지탈 음성 신호를 재양자화시에 노이즈 셰이핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 디지탈 음성 신호의 에너지 분포를 검출하고, 이 검출 결과에 근거하여 상기 노이즈 셰이핑의 주파수를 전환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전송 디지탈 음성 신호를 상기 전송로를 통해 전송할 때 상기 전송 디지탈 음성 신호의 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역을 프리엠퍼시스(preemphasis) 회로를 통해 강조하여 상기 전송 디지탈 음성 신호를 기록 매체 상에 기록하고, 상기 기록 매체 상에 기록된 상기 전송 디지탈 신호를 재생할 때 이를 디엠퍼시스 회로를 통해 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 전송로가 상기 비트수의 상기 샘플링 주파수를 갖는 상기 전송 디지탈 신호를 자기 테이프 상에 기록하기 위한 자기 기록 및/또는 재생 장치이고, 상기 샘플링 주파수가 상기 가청 주파수 대역의 2배의 주파수 대역을 기록 및 재생할 수 있는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 방법.
  10. 선정된 비트수의 전송 디지탈 신호가 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역을 갖는 상기 전송 디지탈 신호를 전송할 수 있는 주파수인 선정된 샘플링 주파수로 전송되도록 구성되어 있는 전송로를 통해 디지탈 음성 신호를 전송하기 위한 음성 신호 전송 방법에 있어서, 상기 전송 디지탈 신호를 발생시키기 위해서 상기 샘플링 주파수를 가지며 상기 비트수보다 더 많은 비트수를 갖는 디지탈 음성 신호를 재양자화시킨 다음에, 상기 전송로를 통해 상기 디지탈 음성 신호를 전송하기 위해서 상기 전송로를 통해 상기 전송 디지탈 신호를 전송하는 단계, 및 재양자화 노이즈를 가청 주파수 대역 범위 내로 억제하기 위해서 상기 디지탈 음성 신호를 재양자화시에 노이즈 셰이핑한 다음에, 상기 전송로를 통해 전송하는 단계, 상기 전송로를 통해 전송된 상기 전송 디지탈 신호를 디지탈 필터에 의해 가청 주파수 대역 범위 내로 대역-제한시켜서, 출력시키는 단계, 및 상기 디지탈 필터로부터 출력된 상기 디지탈 신호를 샘플링 주파수 변환 회로에 의해 선정된 샘플링 주파수로 변환시켜, 이를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전송로가 상기 전송 디지탈 신호를 자기 테이프 상에 기록 및/또는 재생하기 위한 자기 기록 및/또는 재생 장치이고, 상기 전송로의 샘플링 주파수가 상기 가청 주파수 대역의 2배인 주파수 대역을 기록 및/또는 재생할 수 있으며, 상기 샘플링 주파수 변환 회로가 상기 디지탈 필터로부터 출력된 상기 디지탈 신호를 상기 전송로의 1/2 샘플링 주파수로 변환시킨 다음에, 이를 출력시키는 것을 특징으로 하는 음성 신호 전송 방법.
  12. 기록 매체 상에/로부터 디지탈 음성 신호를 기록 및/또는 재생하기 위한 기록 및/또는 재생 장치에 있어서, 기록 매체 상에서 헤드와 기록 매체의 정류 상대 이동 속도의 2배 속도로 신호를 기록 및/또는 재생하기 위한 및/또는 재생 장치, 입력된 아날로그 음성 신호를, 가청 주파수 대역 이상의 주파수 대역 내에 있으며 상기 기록 및/또는 재생 장치에 의해 기록가능한 최대 주파수보다 충분히 높게 되도록 선택된 샘플링 주파수를 갖는 디지탈 신호로 변환시키기 위한 아날로그/디지탈 변환기, 상기 아날로그/디지탈 변환기로부터 출력된 디지탈 신호의 상기 샘플링 주파수를 저감시킨 다음, 이를 m-비트의 디지탈 신호로 변환시키기 위한 필터, 및 상기 필터로부터의 상기 디지탈 신호를, 비트수가 m-비트에서 n-비트(m＞n)로 저감된 디지탈 신호로 변환시키고, 재양자화시에 양자화 노이즈를 가청 주파수 대역 범위 내로 억제하도록 노이즈 셰이핑시켜, 이를 상기 기록 및/또는 재생 장치로 공급하기 위한 노이즈 셰이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 노이즈 셰이퍼가 상기 필터로부터의 상기 디지탈 신호의 에너지 분포를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하고, 상기 검출 수단으로부터의 검출 결과에 근거하여 노이즈 셰이핑의 주파수 특성을 전환시키는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 노이즈 셰이퍼가 상기 검출 수단으로부터의 상기 출력 신호에 근거하여 상기 노이즈 필터의 주파수 특성을 전환시키기 위해 노이즈 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 필터로부터의 상기 디지탈 신호의 가청 주파수 대역 이상의 주파수를 강조하는 주파수 진폭 특성을 갖는 엠퍼시스 회로, 및 상기 기록 매체를 판독하는 상기 기록 및/또는 재생 장치로부터 출력된 상기 디지탈 신호의 상기 엠퍼시스 회로에 의한 상기 주파수 특성을 보충하기 위한 주파수 진폭 특성을 갖는 디엠퍼시스 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 기록 및/또는 재생 장치로부터 출력된 상기 디지탈 신호를 가청 주파수 대역 범위 내로 대역-제한시켜, 이를 출력시키기 위한 디지탈 필터, 및 상기 디지탈 필터로부터 출력된 상기 디지탈 신호를 선정된 샘플링 주파수로 변환시켜, 이를 출력시키기 위한 샘플링 주파수 변환 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 및/또는 재생 장치.
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