KR100285424B1 - 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 아날로그 형태의 오디오 신호를 입력받아 48KHz로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와; 상기 아날로그-디지털 변환부에서 아날로그 데이터를 입력받아 I2S 포맷 또는 AES/EBU 포맷으로 변환하고, 모니터링을 위한 디지털-아날로그 변환을 제어하는 제어부와; 상기 제어부의 I2S 포맷의 데이터를 출력하는 I2S 출력부와; 상기 제어부의 AES/EBU 포맷의 데이터를 출력하는 AES/EBU 출력부와; 상기 I2S 출력부와 상기 AES/EBU 출력부에서 데이터를 입력받아 중앙제어 방식으로 각 채널에 대한 서브-밴드 분석과 심리음향 모델을 수행하여 최종적인 비트열을 생성하여 I2S, AES/EBU, S/P DIF 포맷의 데이터를 출력하는 부호화부와; 상기 제어부의 데이터를 디지털-아날로그 변환하여 스피커로 출력하는 디지털-아날로그 변환부와; 상기 제어부의 AES/EBU 포맷의 데이터를 입력받아 오디오 기기와 연결하여 AES/EBU 데이터의 정상동작 여부를 감시하는 AES/EBU 모니터링부와; 상기 부호화부의 S/P DIF 데이터를 출력하는 S/P DIF 출력부로 구성됨으로써, 실시간 처리가 가능한 오디오 장치를 제한된 크기로 구현 가능하며, MPEG-2 표준안에 준한 부호화를 구성하여 동종 기기 간의 호환성을 높일 수 있게 되는 것이다.

Description

국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치 및 그 제어방법{Apparatus and method for digital audio using international standard broadcasting system}

본 발명은 국제 표준화 방송용 디지털 오디오에 관한 것으로, 특히 MPEG(Moving Picture Experts Group, 통합계 동영상압축의 국제표준)-2를 이용함으로써 디지털 신호의 높은 압축율과 실시간 구현 및 동종 기기 간의 호환성을 높인 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 디지털 오디오가 통신, 컴퓨터, 가전 등 여러 분야로 이용 범위가 확대되면서 많은 양의 데이터를 저장 및 전송하는 문제가 등장하게 되었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 국제 표준화 기구 산하의 MPEG-1 표준 안을 91년에 확정하였고, 이것을 다채널로 확장하여 94년 11월에 MPEG-2의 국제 표준 안이 완성되었다.

이러한 MPEG에서는, 오디오 인코딩 방식의 표준 안으로 약 128Kbit/s에서 CD (Compact Disk)수준의 음질을 얻을 수 있는 MUSICAM(Masking-pattern Adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing) 방식을 채택하였다.

이 MUSICAM 방식은 청각 특성을 이용하여 화상을 필터에 의해 몇 개의 주파수 대역(서브밴드)으로 분할하여 각각의 대역마다 그 특징에 맞춘 양자화/부호화를 수행하는 서브-밴드(SUB-BAND) 인코딩 방식으로, 각 서브-밴드에서 지각적인 잡음을 최소화하도록 음을 인코딩하여 96 ∼ 128 Kbit/s에서 주관적으로 원음과 동일한 복원음을 얻을 수 있는 방식으로써, MPEG의 계층 2방식으로 선정되었다.

한편, MPEG 오디오 표준 압축 방식은 부호화의 응용 목적에 따라서 일반적으로 MPEG-1 및 MPEG-2로 나뉘어지고, 다시 비트율에 따라 계층 1, 계층 2, 계층 3으로 나누어 진다.

여기서 MPEG-1 오디오 인코딩 방식과 MPEG-2 오디오 인코딩 방식의 기본적인 알고리즘은 동일하나, MPEG-1 오디오 인코딩 방식의 경우 최대 두 채널(좌, 우)의 스테레오 신호만을 인코딩하기 때문에 음상 정위(Sound Image Localization)가 불안정하여 현장감을 충실히 재현하지 못하는 단점이 있었다.

따라서, MPEG-2에서는 이러한 현장감을 살리기 위해 좌(L), 우(R) 두 채널의 기본 스테레오 신호에 중앙 채널(C), 서라운드 채널(LS, LS) 및 저주파 효과 채널(Low Frequency Effect)을 첨가하여 SMPTE(Society Of Motion Picture and Television Engineers, 영화·텔레비전 기술자 협회), ITU(International Telecommunication Union, 국제전기통신연합)의 권고 안으로 채택된 3/2 + 1로 구성된 5.1채널(L, R, C, LS, RS, LFE)의 인코딩 알고리즘으로 표준화하였다.

도1은 일반적인 국제표준 MPEG 부호화의 기본구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 아날로그 형태의 오디오 신호를 입력받아 48KHz로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부(1)와; 상기 아날로그-디지털 변환부(1)에서 입력되는 48KHz의 디지털 신호를 32개의 서브밴드로 나누어 출력하는 필터뱅크부(2)와; 상기 필터뱅크부(2)에서 출력되는 32개의 버스밴드로 나누어진 디지털 신호에서 각 서브밴드마다 최대값을 검출하여 출력하는 최대값 검출부(3)와; 상기 필터뱅크부(2)에서 출력되는 32개의 서브밴드로 나누어진 디지털 신호에서 각 서브밴드의 스케일 펙터를 검출하여 그 인덱스를 출력하는 스케일 펙터 검출부(4)와; 상기 스케일 펙터 검출부(4)에서 스케일 펙터의 인덱스를 입력받아 계층별로 나누고 그 패턴을 검출하는 계층 및 패턴 검출부(5)와; 입력되는 48KHz의 디지털 신호를 푸리에 변환하여 그 스펙트럼을 출력하는 고속 푸리에 변환부(6)와; 상기 고속 푸리에 변환부(6)에서 출력되는 스펙트럼들과 상기 필터뱅크부(2)에서 출력되는 32개의 서브밴드로 나누어진 디지털 신호의 데시벨(dB)을 비교하여 최대 스펙트럼을 선택하여 출력하는 절대 가청 마스킹부(7)와; 상기 절대 가청 마스킹부(7)에서 출력되는 최대 스펙트럼에 비트를 할당하는 비트할당부(8)와; 상기 계층 및 패턴 검출부(5)와 상기 비트할당부(8)에서 출력되는 신호를 프레임으로 변환하여 출력하는 부호화부(9)와; 상기 최대값 검출부(3)와 상기 부호화부(9)에서 출력되는 신호를 멀티플렉싱하여 출력하는 멀티플렉서(10)로 구성된다.

이와 같이 구성된 MPEG-2 오디오의 인코딩 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 통계학적인 중복성을 제거하기 위하여 입력 신호를 32개의 가중 중첩 가산(Weighted Overlap-Add) 방식의 등간격 필터 뱅크에 통과시켜 서브-밴드 샘플로 변환함과 동시에, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 사용하는 심리 음향(Psychoacoustic) 모델에서 지각적인 중복성을 제거한 후, 마스크(Mask) 임계값을 얻어 양자화에 쓰이는 비트 할당 정보를 준다.

또한, MPEG의 계층 1, 2에서는 32개의 동일 크기를 갖는 가중 중첩 가산 방법의 단일 서브-밴드 필터 뱅크를 사용하는데, 서브-밴드 분석에 사용되는 필터는 512-탭 저역 통과 필터가 기본이 되며, 행렬 연산에 의해 주파수가 천이 되어 32개의 동일 크기 서브-밴드가 된다.

MPEG에서는 두 가지의 심리 음향 모델을 제공하는데, 두 모델을 적절한 응용 분야에 적용해서 사용할 수 있다. 심리 음향 모델 1은, FFT 스펙트럼을 순음(Tonal) 성분과 잡음(Non-Tonal) 성분으로 나누어 각 성분에 의한 마스킹 임계 값을 구한 후, 절대 가청 한계를 고려하여 마스킹 임계 값을 구하는 방법이다. 계층 2에서는 일반적으로 심리 음향 모델 1을 이용하여 마스킹 임계 값을 구하며 낮은 압축율이 요구될 때 사용한다. 심리 음향 모델 2는, FFT 스펙트럼을 청(聽)신경의 여기(Excitation) 모델인 스프레딩 함수와 컨벌루션하여 마스킹 임계값을 구하는 것으로 많은 계산량을 필요로 하지만, 마스킹 특성을 보다 정확히 모델링할 수 있어서 높은 압축율을 필요로 하는 응용 분야에 이용된다.

한편, 각 서브 밴드의 샘플 값을 정규화 시키기 위한 스케일 펙터를 찾기 위해서는, 먼저 12샘플의 정규화된 절대 값 중 최대값을 찾아야 한다. 이 값과 MPEG에서 제안한 63개의 스케일 펙터를 비교하여 정규화된 최대값보다 바로 다음으로 큰 스케일 펙터를 그 프레임의 스케일 펙터로 한다. 이렇게 찾은 스케일 펙터는 그 자체가 인코딩되는 것이 아니라 그 값에 해당하는 스케일 펙터의 인덱스가 인코딩된다.

도2는 종래 디지털 오디오 장치의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 아날로그 형태의 오디오 신호를 입력받아 48KHz로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부(11)와; 상기 아날로그-디지털 변환부(11)에서 아날로그 데이터를 입력받아 I2S 포맷으로 변환하는 제어부(12)와; 상기 제어부(12)에서 I2S 포맷의 데이터를 출력하는 I2S 출력부(13)와; 상기 I2S 출력부(13)에서 출력된 I2S 포맷의 데이터를 입력받아 부호화하여 I2S 데이터를 출력하는 부호화부(14)로 구성된다.

도3은 도2에서 부호화부의 상세블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, I2S 출력부(13)에서 출력된 I2S의 데이터를 수신하는 I2S 수신부(20a ~ 20c)와; 상기 I2S 수신부(20a ~ 20c)에서 I2S 포맷의 데이터를 입력받아 각 채널에 대한 서브-밴드 분석과 심리 음향 모델링을 수행하도록 독립제어하는 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f)와; 상기 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f)에서 처리된 결과를 모아서 최종적인 비트열을 생성하는 합성부(27)와; 상기 합성부(27)의 기능 수행하는 보조-합성부(35)와; 상기 합성부(27)에서 출력되는 I2S 비트열을 송신하는 I2S 송신부(36)로 구성되었다.

상기에서 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f)는, 상기 분석부(21a ~ 21f)의 동작을 각각 제어하여 서브-밴드 분석과 심리 음향 모델링을 수행하는 분석제어부(22)와; 상기 분석제어부(22)의 제어에 따라 램(24)과 제1 및 제2 양방향 램(25)(26)의 어드레스를 디코딩하는 어드레스 디코더(23)와; 상기 분석제어부(22)에서 처리된 데이터를 저장하는 램(24)과; 상기 어드레스 디코더(23)의 디코딩에 따라 상기 합성부(27)와 상기 보조-합성부(35) 간의 데이터 전송에 사용되는 제1 및 제2 양방향 램(25)(26)으로 구성되었다.

상기에서 합성부(27)는, 상기 합성부(27)의 동작을 제어하여 각 채널에 대한 비트할당과 양자화 및 비트열 포맷팅을 수행하여 최종적인 비트열을 생성하는 합성제어부(28)와; 상기 합성제어부(28)에서 처리된 데이터를 저장하는 램(29)과; 상기 합성제어부(28)의 제어에 따라 상기 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f) 내의 제1 및 제2 양방향 램(25)(26)을 제어하여 상기 합성부(27)에서 상기 제1 및 제2 양방향 램(25)(26)을 공유해서 사용하도록 하는 신호제어부(30)와; 상기 합성제어부(28)에서 동작할 프로그램을 저장하는 롬(31)과; 상기 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f)와 상기 보조-합성부(35)에 접속되어 신호를 초기화시키는 초기화부(32)와; 상기 합성제어부(28)에서 처리된 결과를 디스플레이하는 디스플레이부(33)와; 상기 합성부(27)에 클럭을 발생시켜 공급하는 클럭부(34)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 종래 디지털 오디오 부호화 장치는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 6채널의 아날로그 데이터가 입력되면 아날로그-디지털 변환부(11)는 디지털로 변환하여 출력하게 된다. 그러면 제어부(12)는 부호화부(14)에서 I2S 포맷으로 데이터를 부호화할 수 있도록 데이터를 I2S 포맷으로 변환시킨다.

그리고 I2S 출력부(13)를 통해 I2S 수신부(20a ~ 20c)로 입력된 I2S 포맷의 데이터는 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f)로 보내게 된다.

그래서 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f) 내의 어드레스 디코더(23)는 램(24)과 제1 및 제2 양방향 램(25)(26)을 초기화시킨 다음 어떤 제어신호가 발생하는 지를 검색한다.

어드레스 디코더(23)에서 'A0=0, A1=1'은 램(24)을 제어하는 신호이고, 'A0=1, A1=0'은 양방향 램(25)(26)을 제어하는 신호라고 하면, 어드레스 디코더(23)는 A0과 A1의 출력 값에 따라서 램(24)과 양방향 램(25)(26)을 제어하게 된다. 즉, 어드레스 디코더(23)에서 램(24) 제어신호가 발생하면, 어드레스 디코더(23)는 램을 선택하게 되고, 양방향 램(25)(26)의 제어 신호가 발생하면 양방향 램(25)(26)을 선택하여 양방향 램(25)(26)의 읽기와 쓰기를 수행하게 된다.

이러한 동작을 각각의 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f)에서 독립적으로 수행하여 서브-밴드 분석과 심리 음향 모델을 수행하게 된다. 그리고 합성부(27)는 제1 내지 제6 분석부(21a ~ 21f)에서 처리된 결과를 모아서 최종적인 비트열을 생성하고, 보조-합성부(35)는 합성부(27)의 기능 수행을 보조하도록 동작하였다.

이처럼 분석과 합성이 수행되고 나면, I2S 송신부(36)에서 I2S 포맷으로 데이터를 송신하게 된다.

그러나 이러한 종래의 장치는 I2S 포맷을 지원할 뿐 방송용의 AES/EBU(Audio Engineering Society / European Broadcasting Union, 오디오 기술 협회 / 유럽 방송 연맹) 포맷은 지원할 수 없는 단점이 있었다.

또한 분석/합성기 내의 분석기는 독립제어 됨으로써 양방향 램에 데이터가 미처 저장되지 않았는 데도 양방향 램의 데이터를 읽게 되어 오류가 발생하게 되는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 MPEG-2를 이용함으로써 디지털 신호의 높은 압축율과 실시간 구현 및 동종 기기 간의 호환성을 높일 수 있는 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치는,

아날로그 형태의 오디오 신호를 입력받아 48KHz로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와; 상기 아날로그-디지털 변환부에서 아날로그 데이터를 입력받아 I2S 포맷 또는 AES/EBU 포맷으로 변환하고, 모니터링을 위한 디지털-아날로그 변환을 제어하는 제어부와; 상기 제어부의 I2S 포맷의 데이터를 출력하는 I2S 출력부와; 상기 제어부의 AES/EBU 포맷의 데이터를 출력하는 AES/EBU 출력부와; 상기 I2S 출력부와 상기 AES/EBU 출력부에서 데이터를 입력받아 중앙제어 방식으로 각 채널에 대한 서브-밴드 분석과 심리음향 모델을 수행하여 최종적인 비트열을 생성하여 I2S, AES/EBU, S/P DIF 포맷의 데이터를 출력하는 부호화부와; 상기 제어부의 데이터를 디지털-아날로그 변환하여 스피커로 출력하는 디지털-아날로그 변환부와; 상기 제어부의 AES/EBU 포맷의 데이터를 입력받아 오디오 기기와 연결하여 AES/EBU 데이터의 정상동작 여부를 감시하는 AES/EBU 모니터링부와; 상기 부호화부의 S/P DIF 데이터를 출력하는 S/P DIF 출력부로 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치의 제어방법은,

사용자가 명령을 정의한 다음 샘플링 주파수와 출력모드선택과 동작모드의 초기화를 결정하는 단계와; 상기 초기화 후 사용자가 원하는 표본화 주파수로 출력을 요구하면 아날로그-디지털 변환부에서 상기 사용자가 원하는 주파수를 출력시키도록 제어부에서 제어하고, 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계와; 상기 초기화 후 사용자가 출력모드 선택을 요구하면 I2S 또는 다른 포맷으로 데이터를 변환하여 선택한 다음 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계와; 상기 초기화 후 사용자가 동작모드 선택을 요구하면 슬레이브 또는 마스터 모드를 선택한 다음 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계를 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도1은 일반적인 국제표준 MPEG 부호화의 기본구성도이고,

도2는 종래 디지털 오디오 장치의 블록구성도이며,

도3은 도2에서 부호화부의 상세블록도이고,

도4는 본 발명에 의한 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치의 블록구성도이며,

도5는 도4에서 부호화부의 상세블록도이고,

도6은 본 발명에 의한 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치의 제어방법을 보인 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

41 : 아날로그-디지털 변환부 42 : 제어부

43 : I2S 출력부 44 : AES/EBU 출력부

45 : 부호화부 46 : 디지털-아날로그 변환부

47 : AES/EBU 모니터링부 48 : S/P DIF 출력부

이하, 상기와 같은 본 발명 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치 및 그 제어방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도4는 본 발명에 의한 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 아날로그 형태의 오디오 신호를 입력받아 48KHz로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부(41)와; 상기 아날로그-디지털 변환부(41)에서 아날로그 데이터를 입력받아 I2S 포맷 또는 AES/EBU 포맷으로 변환하고, 모니터링을 위한 디지털-아날로그 변환을 제어하는 제어부(42)와; 상기 제어부(42)의 I2S 포맷의 데이터를 출력하는 I2S 출력부(43)와; 상기 제어부(42)의 AES/EBU 포맷의 데이터를 출력하는 AES/EBU 출력부(44)와; 상기 I2S 출력부(43)와 상기 AES/EBU 출력부(44)에서 데이터를 입력받아 중앙제어 방식으로 각 채널에 대한 서브-밴드 분석과 심리음향 모델을 수행하여 최종적인 비트열을 생성하여 I2S, AES/EBU, S/P DIF(Sony/Philips Digital Interface) 포맷의 데이터를 출력하는 부호화부(45)와; 상기 제어부(42)의 데이터를 디지털-아날로그 변환하여 스피커로 출력하는 디지털-아날로그 변환부(46)와; 상기 제어부(42)의 AES/EBU 포맷의 데이터를 입력받아 오디오 기기와 연결하여 AES/EBU 데이터의 정상동작 여부를 감시하는 AES/EBU 모니터링부(47)와; 상기 부호화부(45)의 S/P DIF 데이터를 출력하는 S/P DIF 출력부(48)로 구성된다.

도5는 도4에서 부호화부(45)의 상세블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 I2S 출력부(43)의 I2S 데이터를 수신하는 I2S 수신부(59)와; 상기 AES/EBU 출력부(43)의 AES/EBU 데이터를 수신하는 AES/EBU 수신부(60)와; 상기 I2S 수신부(59)와 상기 AES/EBU 수신부(60)에서 수신된 데이터를 입력받고, 합성부(66)의 제어에 따라 각 채널에 대한 서브-밴드 분석과 심리 음향 모델링을 수행하는 복수개의 분석부(61a ~ 61f)와; 상기 복수개의 분석부(61a ~ 61f)를 중앙제어 방식으로 제어하여 상기 복수개의 분석부(61a ~ 61f)에서 처리된 결과를 모아 최종적인 비트열을 생성하는 합성부(66)와; 상기 합성부(66)의 기능 수행하는 보조-합성부(75)와; 상기 합성부(66)에서 출력된 I2S 포맷의 비트열을 송신하는 I2S 송신부(76)와; 상기 합성부(66)에서 출력된 AES/EBU 포맷의 비트열을 송신하는 AES/EBU 송신부(77)로 구성된다.

상기에서 복수개의 분석부(61a ~ 61f)는, 상기 복수개의 분석부(61a ~ 61f)의 동작을 각각 제어하여 서브-밴드 분석과 심리 음향 모델링을 수행하는 분석제어부(62)와; 상기 분석제어부(62)와 상기 합성부(66) 내의 어드레스 디코더(74)에서 처리된 데이터를 저장하는 램(63)과; 상기 합성부(66) 내의 어드레스 디코더(74)의 디코딩에 따라 상기 합성부(66)와 상기 보조-합성부(75) 간의 데이터 전송에 사용되는 제1 및 제2 양방향 램(64)(65)으로 구성된다.

상기에서 합성부(66)는, 상기 합성부(66)의 동작을 제어하여 각 채널에 대한 비트할당과 양자화 및 비트열 포맷팅을 수행하여 최종적인 비트열을 생성하는 합성제어부(67)와; 상기 합성제어부(67)에서 처리된 데이터를 저장하는 램(68)과; 상기 합성제어부(67)의 제어에 따라 상기 복수개의 분석부(61a ~ 61f) 내의 제1 및 제2 양방향 램(64)(65)을 제어하여 상기 합성부(66)에서 상기 제1 및 제2 양방향 램(64)(65)을 공유해서 사용하도록 하는 신호제어부(69)와; 상기 합성제어부(67)에서 동작할 프로그램을 저장하는 롬(70)과; 상기 복수개의 분석부(61a ~ 61f)와 상기 보조-합성부(75)에 접속되어 신호를 초기화시키는 초기화부(71)와; 상기 합성제어부(67)에서 처리된 결과를 디스플레이하는 디스플레이부(72)와; 상기 합성부(66)에 클럭을 발생시켜 공급하는 클럭부(73)와; 상기 합성제어부(67)의 제어를 받아 상기 복수개의 분석부(61a ~ 61f) 내의 램(63)과 양방향 램(64)(65)의 어드레스를 디코딩하는 어드레스 디코더(74)로 구성된다.

도6은 본 발명에 의한 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치의 제어방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 사용자가 명령을 정의한 다음 샘플링 주파수와 출력모드선택과 동작모드의 초기화를 결정하는 단계(ST1)(ST2)와; 상기 초기화 후 사용자가 원하는 표본화 주파수로 출력을 요구하면 아날로그-디지털 변환부(46)에서 상기 사용자가 원하는 주파수를 출력시키도록 제어부(42)에서 제어하고, 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계(ST3)(ST4)(ST9)와; 상기 초기화 후 사용자가 출력모드 선택을 요구하면 I2S 또는 다른 포맷으로 데이터를 변환하여 선택한 다음 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계(ST5)(ST6)(ST9)와; 상기 초기화 후 사용자가 동작모드 선택을 요구하면 슬레이브 또는 마스터 모드를 선택한 다음 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계(ST7 ~ ST9)를 수행한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 아날로그 오디오 신호는 아날로그-디지털 변환부(41)를 통해 제어부(42)로 입력된다. 제어부(42)는 입력된 오디오 데이터를 부호화부(45)에서 필요로 하는 I2S 포맷과 AES/EBU 포맷의 신호로 분리하여 보낸다. 이는 I2S 출력부(43)와 AES/EBU 출력부(43)를 통해 부호화부(45)에 입력된다. 제어부(42)는 샘플링 주파수에 관한 정보를 저장한다. 샘플링 주파수의 변경은 입력 클럭에 따라서 변화되며 32KHz, 44.1KHz, 48KHz로 디지털 신호를 생성한다. 이것은 향후 다양한 샘플링 주파수를 원할 때를 위해 만든 것이다.

그리고 부호화부(45)는 오디오 입력 샘플을 얻고 최종 비트열을 전송하기 위해 필요한 송/수신 직렬 포트와 타이머가 내장되어 있다. 또한 병렬 포트를 가지고 있으므로 메모리 연결을 할 수 있으며, DMA(Direct Memory Access, 직접 기억장소 액세스) 제어기가 내장되어 있어서 CPU(Central Processing Unit, 중앙처리장치)의 성능 저하없이 외부 회로와의 데이터 교환기 가능하도록 설계 한다. 또한 2K 워드의 내부 램은 서브 밴드 분석 버퍼와 FFT 버퍼로 사용하고, 32비트 부동 소수점 연산을 지원하게 하여 컴퓨터 시뮬레이션과 동일한 결과를 얻게 한다.

상기에서 언급한 MPEG-2 계층 2 알고리즘은 1152 샘플을 한 프레임 단위로 하여 부호화가 수행되므로 현재 프레임의 부호화는 다음 프레임 1152 샘플이 들어오는 사이에 끝나야 한다. 그러나 서브-밴드 분석 부분과 심리 음향 부분에서 많은 연산량을 필요로 하므로 속도가 빠른 프로세서를 사용한다.

또한 복수개의 분석부(61a ~ 61f) 내의 분석제어부(62)와 합성부(66) 내의 합성제어부(67) 간의 정보 전달을 위해 양방향 램(64)(65)을 사용한다. 즉, 합성부(66) 내의 신호제어부(69)에 의해 양방향 램(64)(65)을 제어하여 복수개의 분석부(61a ~ 61f)와 합성부(66) 사이에 정보 전달을 수행한다.

양방향 램(64)(65)은 지연시간 없이 접근이 가능한 속도를 가져 실시간 처리에 적합한 램을 사용한다. 이렇게 양방향 램(64)(65)을 사용하게 되면 모든 프로세서는 다른 프로세서의 존재를 인식하지 못한 채 주어진 작업을 수행할 수 있고 수행 결과를 쉽게 주고받을 수 있다.

또한 합성부(66) 내의 어드레스 디코더(74)는 종래의 독립제어 방식에 의해 각각의 분석부(61a ~ 61f)가 독립적으로 메모리를 제어함에 따라 발생하는 데이터 유실 문제를 해결하기 위하여 합성부(67) 내에 위치시키고, 각각의 분석부(61a ~ 61f)와 보조-합성부(75)의 어드레스를 디코딩하여 제어한다.

그리고 보조-합성부(75)의 전체적인 구조는 분석부(61)의 구조와 유사하게 구성하여 합성부(66)의 처리루틴을 보조한다.

또한 방송용 부호화를 구현하기 위해서는 모든 시스템이 같은 동기 신호를 가져야하므로, 합성부(66) 내에 있는 초기화부(71)와 클럭부(73)를 각각의 분석부(61)와 보조-합성부(75)에 접속하며, 최종 비트열의 전송을 위해 합성부(66)의 메모리를 통해 각각의 분석부(61)와 보조-합성부(75)에 접속한다.

이에 따라 부호화부(45) 내의 램(63)(68), 양방향 램(64)(65), 롬(70)을 초기화하고 롬(70)에 저장된 프로그램을 로딩하고 나면 분석/합성부(49)는 중앙제어 방식으로 분석과 합성을 수행하게 된다. 즉, 합성부(66) 내의 어드레스 디코더(74)에서 복수개의 분석부(61a ~ 61f) 내의 램(63)과 양방향 램(64)(65)의 어드레스를 디코딩하여 서브밴드 코딩과 심리음향 모델을 계산하고 램(63)과 양방향 램(64)(65)에 저장한다. 그리고 합성부(66) 내의 어드레스 디코더(74)에서 분석부(61a ~ 61f) 내의 양방향 램(64)(65)의 어드레스를 디코딩하여 데이터를 읽어 비트할당과 비트스트림을 계산한 다음 합성부(66) 내의 램(68)에 저장하게 된다.

그러면 I2S 송신부(76)는 합성부(66)에서 생성된 비트열을 I2S 포맷으로 송신하고, AES/EBU 송신부(77)는 합성부(66)에서 생성된 비트열을 AES/EBU 포맷으로 송신하게 된다.

디지털-아날로그 변환부(46)는 제어부(42)에서 출력된 I2S 또는 AES/EBU 포맷의 데이터를 스피커로 출력하고, 모니터링부(47)는 전송되는 데이터의 오류를 막고 정상적인 전송이 이루어지느냐를 검증하기 위해서 오디오 기기와 연결되어 복호화 동작을 수행하게 된다. 그래서 모니터링부(47)는 디지털-아날로그 변환을 수행하여 아날로그 신호로 출력된다. 이렇게 아날로그로 출력된 신호를 모니터링하면 AES/EBU 프로토콜에 대한 정상 전송 여부를 검증할 수 있게 된다. 여기서 오디오 장비에서 AES/EBU 프로토콜에 의해 데이터를 입력받아 모니터링하는 것은 다른 장비에서 입력되는 AES/EBU 포맷이 정상적으로 입력되어 복호화기가 정상적으로 잘 동작하는지를 보기 위한 것이다. 즉, 방송용 장비에서 받아들여진 AES/EBU 신호가 정상적으로 동작하는지를 검증하기 위해서 모니터링부(47)에 입력하여 디지털 아날로그 변환이 수행된 아날로그 신호를 얻고, 얻어진 아날로그 신호를 검증하여 AES/EBU 포맷에 대한 부호화/복호화의 정상동작 여부를 모니터링하게 된다.

그리고 S/P DIF 출력부(48)는 제어부(42)의 데이터를 S/P DIF 포맷으로 출력하게 된다.

한편 방송용 규격에 맞게 출력 신호를 만들어 주기 위해서는 입력 디지털 신호에서 제어부(42)에서 제어하여 얻게 된다. 사용자가 정의하는 고음질의 디지털 신호를 얻기 위해서 제어부(42)에서 출력되는 디지털 출력 모두와 샘플링 주파수를 선택할 수 있게 하여 원하는 방송용 AES/EBU 신호를 얻게 된다.

이때 사용자가 원하는 표본화주파수로 출력을 요구할 때는 도6에서와 같이 아날로그-디지털 변환부(41)에 12.288MHz에 해당하는 주파수를 요구한다. 이것은 시스템 클럭에서 받은 27MHz를 제어부(42)에서 분기하여 12.288MHz로 변환하여 아날로그 디지털 변환기에 입력하게 한다. 이것은 또한 시스템과의 동기를 맞추기 위한 방법이기도 하며 가장 안정된 출력을 얻기 위한 방법이다. 만일 사용자가 32, 44.1KHz에 해당하는 음질을 원할 경우에는 다시 위와 같은 방법을 재 수행하여 시스템 클럭에서 다시 분기하여 아날로그 디지털 변환기에 입력한다.

또한 도6에서 출력 포맷은 일반적인 I2S 포맷을 가지도록 출력하게 하거나 Left-justified 신호를 출력하게 한다. 여기서 사용할 수 있는 포맷은 모두 8가지로 한정되어 있으며 사용자 정의에 따라 명령을 달리하여 출력하게 된다.

더불어 동작 모드를 사용자 정의에 따라 사용자의 편의에 따라 마스터나 슬레이브 모드로 자유롭게 변경하도록 설계하였다. 이것은 독립된 시스템이 아닌 여러 가지 방송용 장비에 적합하고 상호 호환이 가능하도록 설계한 것이다. 본 발명에서는 방송용 포맷을 만들기 위해서 제어부에 입력된 디지털 신호를 데이터 클럭에 맞추어 내보내고 이후 전송단에서 필요로 하는 명령어를 내보낸다.

이처럼 본 발명은 MPEG-2를 이용함으로써 디지털 신호의 높은 압축율과 실시간 구현을 수행한 오디오 장치를 구현하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치 및 그 제어방법은 실시간 처리가 가능한 오디오 장치를 제한된 크기로 구현 가능하며, MPEG-2 표준안에 준한 부호화를 구성하여 동종 기기 간의 호환성을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (5)

1. 디지털 오디오 장치에 있어서,

   아날로그 형태의 오디오 신호를 입력받아 48KHz로 샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와;

   상기 아날로그-디지털 변환부에서 아날로그 데이터를 입력받아 I2S 포맷 또는 AES/EBU(Audio Engineering Society / European Broadcasting Union, 오디오 기술 협회 / 유럽 방송 연맹) 포맷으로 변환하고, 모니터링을 위한 디지털-아날로그 변환을 제어하는 제어부와;

   상기 제어부의 I2S 포맷의 데이터를 출력하는 I2S 출력부와;

   상기 제어부의 AES/EBU 포맷의 데이터를 출력하는 AES/EBU 출력부와;

   상기 I2S 출력부와 상기 AES/EBU 출력부에서 데이터를 입력받아 중앙제어 방식으로 각 채널에 대한 서브-밴드 분석과 심리음향 모델을 수행하여 최종적인 비트열을 생성하여 I2S, AES/EBU, S/P DIF(Sony/Philips Digital Interface) 포맷의 데이터를 출력하는 부호화부와;

   상기 제어부의 데이터를 디지털-아날로그 변환하여 스피커로 출력하는 디지털-아날로그 변환부와;

   상기 제어부의 AES/EBU 포맷의 데이터를 입력받아 오디오 기기와 연결하여 AES/EBU 데이터의 정상동작 여부를 감시하는 AES/EBU 모니터링부와;

   상기 부호화부의 S/P DIF 데이터를 출력하는 S/P DIF 출력부로 구성된 것을 특징으로 하는 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 부호화부는,

   상기 I2S 출력부의 I2S 데이터를 수신하는 I2S 수신부와;

   상기 AES/EBU 출력부의 AES/EBU 데이터를 수신하는 AES/EBU 수신부와;

   상기 I2S 수신부와 상기 AES/EBU 수신부에서 수신된 데이터를 입력받고, 합성부의 제어에 따라 각 채널에 대한 서브-밴드 분석과 심리 음향 모델링을 수행하는 복수개의 분석부와;

   상기 복수개의 분석부를 중앙제어 방식으로 제어하여 상기 복수개의 분석부에서 처리된 결과를 모아 최종적인 비트열을 생성하는 합성부와;

   상기 합성부의 기능 수행하는 보조-합성부와;

   상기 합성부에서 출력된 I2S 포맷의 비트열을 송신하는 I2S 송신부와;

   상기 합성부에서 출력된 AES/EBU 포맷의 비트열을 송신하는 AES/EBU 송신부로 구성된 것을 특징으로 하는 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 복수개의 분석부는,

   상기 복수개의 분석부의 동작을 각각 제어하여 서브-밴드 분석과 심리 음향 모델링을 수행하는 분석제어부와;

   상기 분석제어부와 상기 합성부 내의 어드레스 디코더에서 처리된 데이터를 저장하는 램과;

   상기 합성부 내의 어드레스 디코더의 디코딩에 따라 상기 합성부와 상기 보조-합성부 간의 데이터 전송에 사용되는 제1 및 제2 양방향 램으로 구성된 것을 특징으로 하는 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치.
4. 제2 항에 있어서, 상기 합성부는,

   상기 합성부의 동작을 제어하여 각 채널에 대한 비트할당과 양자화 및 비트열 포맷팅을 수행하여 최종적인 비트열을 생성하는 합성제어부와;

   상기 합성제어부에서 처리된 데이터를 저장하는 램과;

   상기 합성제어부의 제어에 따라 상기 복수개의 분석부 내의 제1 및 제2 양방향 램을 제어하여 상기 합성부에서 상기 제1 및 제2 양방향 램을 공유해서 사용하도록 하는 신호제어부와;

   상기 합성제어부에서 동작할 프로그램을 저장하는 롬과;

   상기 복수개의 분석부와 상기 보조-합성부에 접속되어 신호를 초기화시키는 초기화부와;

   상기 합성제어부에서 처리된 결과를 디스플레이하는 디스플레이부와;

   상기 합성부에 클럭을 발생시켜 공급하는 클럭부와;

   상기 합성제어부의 제어를 받아 상기 복수개의 분석부 내의 램과 양방향 램의 어드레스를 디코딩하는 어드레스 디코더로 구성된 것을 특징으로 하는 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치.
5. 디지털 오디오 장치의 제어방법에 있어서,

   사용자가 명령을 정의한 다음 샘플링 주파수와 출력모드선택과 동작모드의 초기화를 결정하는 단계와;

   상기 초기화 후 사용자가 원하는 표본화 주파수로 출력을 요구하면 아날로그-디지털 변환부에서 상기 사용자가 원하는 주파수를 출력시키도록 제어부에서 제어하고, 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계와;

   상기 초기화 후 사용자가 출력모드 선택을 요구하면 I2S 또는 다른 포맷으로 데이터를 변환하여 선택한 다음 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계와;

   상기 초기화 후 사용자가 동작모드 선택을 요구하면 슬레이브 또는 마스터 모드를 선택한 다음 방송용 S/P DIF 신호 변환을 수행하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 국제 표준화 방송용 디지털 오디오 장치의 제어방법.