KR100651833B1 - 디지털 오디오 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

디지털 오디오 신호 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 오디오 신호 처리에 관한 것으로, 본 발명에 따라 구성한 디지털 오디오 신호 처리 장치는, 수신되는 신호를 아날로그 처리하여 A/D 변환한 후, 상기 변환되어 입력되는 채널 오디오 신호의 상관값을 구하고 분석하는 상관 분석부와; 상기 상관 분석부의 분석 결과를 이용하여 각 채널의 상태를 결정하는 채널 상태 결정부와; 상기 채널 상태 결정부의 결정에 따라 입력되는 채널을 조합하여 출력을 생성하는 생성부를 구비하는 검출부; 및 상기 검출부의 출력을 수신하여 디지털 신호 처리하여 출력하는 신호 처리부를 포함하여 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면 아날로그 처리부에서의 잘못된 모노/스테레오 판별을 보완할 수 있고, 상기 아날로그 처리부에서 관련 정보를 얻을 수 없는 경우에도 자동으로 모노/스테레오 여부를 판별 할 수 있는 효과가 있다.
디지털 오디오 신호 처리장치

Description

디지털 오디오 신호 처리 장치 및 방법{Apparatus and Method of Processing in Digital Audio Signal}
도 1은 종래 기술에 따른 디지털 오디오 신호 처리 장치의 구성 블럭도
도 2는 본 발명에 따른 디지털 오디오 신호 처리 장치의 구성 블럭도
도 3은 본 발명에 따른 디지털 모노/스테레오 검출부의 내부 구성 블럭도
도 4는 본 발명에 따른 디지털 모노/스테레오 검출부에서의 처리 과정을 나타낸 순서도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 복조기 20 : 스테레오 검출기
30 : 모노/스테레오 전환기 40 : A/D 변환기
45 : 디지털 모노/스테레오 검출부 50 : 디지털 신호 처리부
본 발명은 디지털 오디오 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 A/D(Analog-to-Digital) 변환된 두 채널의 PCM(Pulse Code Modulation) 신호를 입력으로 받는 오디오 처리 장치에서 모노(mono)/스테레오(Stereo) 여부를 자동으로 판별하여 이후 처리 과정에 사용하는 것에 관한 것이다.
상기 본 발명과 관련하여 모노/스테레오 여부를 검출하는 장치를 포함하는 오디오 처리 장치는 미국 특허 출원번호 제 5,655,025 호 및 한국 특허 공개번호제 2001-0087659 호, 제 2002-0028897 호에 공지되어 있다.
그러나, 상기 공지된 발명은 모두 아날로그 회로에 의하여 두 채널의 입력 중 어느 한쪽으로만 신호가 입력되는 경우 상기 입력 신호를 감지하거나 물리적으로 다른 형태를 갖는 커넥터 타입(connector type)을 인식하여 모노/스테레오 여부를 검출하는 방식이다.
또한, 한국 특허 공개번호 제 1999-0067158 호 및 제 2000-0034579 호 등에서는 FM 라디오 수신장치나 텔레비전 수신장치 등의 어플리케이션(application)에서 수신된 전파로부터 모노/스테레오 여부를 표시하는 파일럿(pilot) 신호를 복조(demodulation)하여 상기 모노/스테레오 여부를 선택하는 방법에 관한 것으로, 상기 공개된 발명은 상기 수신장치의 전파 수신 감도가 안좋을 경우 발생하는 선택 오류를 해결하기 위한 방법을 공지하고 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 디지털 오디오 신호 처리 장치의 구조를 살펴보면, 도 1은 종래 기술에 따른 디지털 오디오 신호 처리 장치의 구성 블럭도이다.
상기 구성 블럭도는 아날로그 처리부에서 스테레오 및 모노 검출을 수행하여 디지털 처리부로 신호 및 정보를 전송하기 위한 구성 블록도이다.
상기 도 1을 보면 복조기(Decoder)(10), 스테레오 검출기(Stereo Detector)(20), 모노/스테레오 전환기(30), A/D 변환기(40), 디지털 신호 처리부(50)로 구성된다.
상기 복조기(10)는 안테나를 통해 수신장치로 입력되는 신호를 복조(demodulation)하는 기능을 한다.
상기 스테레오 검출기(20)는 수신되는 입력 신호의 모노/스테레오 여부를 검출하는 기능을 한다.
상기 모노/스테레오 전환기(30)는 상기 복조기(10)에서 복조한 신호를 A/D 변환하기 위해 입력되는 신호들이 모노인지 스테레오인지 상기 스테레오 검출기(30)에서 판별하여 알려주면, 상기 판별 결과에 따라 이를 모노 또는 스테레오로 전환하는 기능을 한다.
상기 A/D 변환기(40)는 상기 모노/스테레오 전환기(30)를 거친 아날로그 처리부에서의 신호를 디지털 처리부에서 처리토록 하기 위해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 한다.
상기 디지털 신호 처리부(50)는 상기 스테레오 검출기(20)에서 판단한 모노/스테레오 정보를 수신하여 상기 A/D 변환된 신호를 이용하여 디지털 신호 처리하는 기능을 한다.
그러나, 상기와 같은 구성 블럭과 처리 방법을 사용하는 종래 기술에 의한 아날로그 처리 방법에 대해 살펴보면, 상기와 같이 아날로그에서의 검출 방법은 좌/우 두 채널 신호의 비교를 통해 이루어지는 것이 아니라, 별도의 파일럿(pilot) 신호(유무를 알려주는 일종의 flag)를 이용하여 파일럿(pilot) 신호가 존재하면 좌 /우 스테레오(stereo)로 판단하고, 상기 파일럿 신호가 존재하지 않으면, 모노(mono)로 판단한다.
상기 아날로그 방송에서의 스테레오 전송 및 수신 방법에 대해 살펴보면, 예를 들어, FM 라디오를 보면, 전송 주파수 대역내에서 (M)(S)(P)의 순서로 보내지는데, 상기 M은 Middle 신호, S는 Side 신호, P는 pilot 신호를 의미한다.
상기의 경우 전송단에서는 M = (L+R)/2, S = (L-R)/2 로 인코딩(encoding)하여 전송한다.
그리고, 수신단에서는 만약 상기 (P)에 해당하는 신호가 존재하면, 스테레오(stereo)라고 판단하여, L = M + S, R = M - S 로 해서 출력하고, 만약 상기 (P)에 해당하는 신호가 존재하지 않으면, 모노(mono)라 판단하여 L = M, R = M 으로 출력한다.
상술한 전송 방식은 모노 FM 수신장치와의 호환성을 위해 상기와 같이 전송한다. 즉, 상기 모노 수신장치는 항상 M만을 출력한다.
따라서, 전송단(방송국)에서는 원래 소스가 모노(mono)라고 하더라도 무조건 상기 방법으로 전송을 하게되고, 수신장치 입장에서는 항상 스테레오(stereo)라고 판단되는 신호만 수신하게 된다. 예를 들어, 뉴스 같은 것은 실제로 모노(mono) 소스(source)이다.
텔레비젼(TV) 같은 경우는 전송 방법은 동일한데, FM 라디오와는 다르게 모노(mono), 스테레오(stereo) 또는 음성다중으로 전송하는 경우가 있다. 상기 어떤 방식으로 전송을 하는 경우이든 아날로그 검출시에는 파일럿에 의해서만 판단이 가 능한데, 상기 파일럿이 잘못된 경우가 있을 수 있다.
즉, 스테레오(stereo)라고 했는데, 실제로는 좌/우가 동일한 모노(mono) 신호인 경우 또는 수신 감도 등의 문제로, 상기 M 채널은 무사한데, S 채널이 열악하여, L/R로 수신시에 음질이 매우 떨어지는 경우가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
다른 예로, 라인 입력으로 신호를 받는 경우(헤드폰 잭), 물리적으로 생긴 모양에 의해 스테레오(stereo) 판단을 하는 아날로그적 방법이 있다. 그러나, 상기 방법의 경우도 실제로 소스(source)를 전송하는 쪽에서는 모노(mono)를 보내고 있었는데도 스테레오 잭을 사용하면, 스테레오(stereo)라고 판단하게 되는 문제점이 있다.
또는 어떤 경우에는 아무런 사전 정보도 없고, 두 개의 신호가 좌/우 채널로 들어오는 경우도 있을 수 있다.
그래서, 상기 아날로그 처리부에서는 수신되는 입력 신호를 스테레오(stereo)로 인식하여 두 채널의 신호를 A/D 변환하여 디지털 처리부에 제공하더라도, 실제로는 두 채널의 신호가 서로 동일한 모노(mono)인 경우가 있을 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 수신장치의 수신 감도가 열악한 경우에는 오히려 스테레오(stereo)로 재생시 음질이 더 나빠지는 경우도 발생할 수 있고, 상기 어플리케이션(application) 중 어떤 경우에는 디지털 신호 처리단으로 입력되는 신호의 모노/스테레오 여부에 대한 정보를 알 수 없는 경우도 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 아날로그 단에서의 모노/스테레오 인식에 관계없이 입력되는 두 채널의 디지털 오디오 신호로부터 모노/스테레오 여부를 판별하는 기능을 제공하고자 하는 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 입력되는 두 채널의 신호 특성만을 이용하여 모노/스테레오 여부를 판별하는 기능을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스테레오로 잘못 인식된 모노 신호를 검출할 수 있는 기능을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라 구성한 디지털 오디오 신호 처리 장치의 일예는, 수신되는 신호를 아날로그 처리하여 A/D 변환한 후, 상기 변환되어 입력되는 채널 오디오 신호의 상관값을 구하고 분석하는 상관 분석부와; 상기 상관 분석부의 분석 결과를 이용하여 각 채널의 상태를 결정하는 채널 상태 결정부와; 상기 채널 상태 결정부의 결정에 따라 입력되는 채널을 조합하여 출력을 생성하는 생성부를 구비하는 검출부; 및 상기 검출부의 출력을 수신하여 디지털 신호 처리하여 출력하는 신호 처리부를 포함하여 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상관 분석부는 상관값으로 각 채널 간 자기 상관값과 좌/우 채널 간 상호 상관값을 구하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 상관 분석부는 상기 구한 자기 상관값과 상호 상관값을 기설정한 임계값과 비교하여 분석에 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 채널 상태 결정부는 샘플 단위 또는 구간 단위로 채널 상태를 판별하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 채널 상태 결정부는 상기 상관 분석부의 분석을 단독 판별하거나 누적 판별하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 채널 상태 결정부는 상기 누적 판별함에 있어서, 기설정한 일정 시간 동안 상기 상관 분석부의 분석을 누적하고, 상기 누적된 값 중 가장 큰 값으로 채널 상태를 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 디지털 오디오 신호 처리 방법의 일예는, 수신되는 신호를 아날로그 처리하여 A/D 변환한 후, 상기 변환되어 입력되는 신호의 상관값을 구하고 분석하는 과정; 상기 분석된 결과를 이용하여 채널 상태를 결정하는 과정; 및 상기 결정에 따라 입력 신호를 조합하여 출력 신호를 생성하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 한다.
이때, 상기 분석하는 과정에서, 상기 상관값은 각 채널간 자기 상관값과 좌/우 채널간 상호 상관값인 것이 바람직하다.
그리고 상기 분석하는 과정에서, 상기 분석은 상기 구한 자기 상관값과 상호 상관값을 기설정한 임계값과 비교를 통하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 결정하는 과정에서, 상기 결정을 함에 있어서 상기 분석 결과를 단독 판별하거나 누적 판별하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 누적 판별함에 있어서 기설정한 시간 동안 상기 분석 결과를 누적하고, 상기 누적된 값을 비교하여 가장 큰 값으로 채널 상태를 결정하는 것이 바람직하다.
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아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 됨을 밝혀 두고자 한다.
종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 종래 아날로그 처리부에서 이미 결정된 모노/스테레오 정보에 의해 디지털 신호 처리시 발생하는 모노/스테레오 오판별 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 수신되는 신호를 아날로그 처리하여 A/D 변환한 후 상기 변환되어 입력되는 두 채널의 디지털 오디오 신호를 이용하여 모노/스테레오를 자동으로 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하면, 도 2는 본 발명에 따른 디지털 오디오 신호 처리 장치의 구성 블럭도이다.
상기 구성 블럭도를 보면, 종래에 아날로그 처리단에 있던 스테레오 검출기(20)를 본 발명에서는 디지털 처리부에 둔 점이 상이하다.
상기 본 발명에 따른 디지털 오디오 신호 처리 장치에서의 신호 처리 과정을 살펴보면, 안테나를 통해 수신되는 채널의 오디오 신호를 복조하여 아날로그 처리된 신호를 A/D 변환기(40)를 통해 변환한 후, 상기 변환되어 입력되는 신호는 디지털 신호 처리단을 구성하는 디지털 모노/스테레오 검출부(45)와 디지털 신호 처리부(50)를 통해 처리된다.
상기 디지털 모노/스테레오 검출부(45)는 상기 A/D 변환기(40)의 출력과 디지털 신호 처리부(50)사이에 별도의 외부 정보없이 입력되는 두 채널 오디오 신호 에 대한 모노/스테레오 여부를 판별하여 각각에 따른 적절한 출력을 내보내는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 신호 처리부(50)는 상기 검출부(45)의 출력을 받아 이에 따라 디지털 신호 처리를 하는 것으로, 상기 디지털 신호 처리라 함은 상술한 어플리케이션(Application)에 따라 디지털 오디오 압축, 3 차원 음장 제어, A/V 컨텐츠 장르 분석 등을 수행하는 것을 말한다.
상기 본 발명에 따른 디지털 모노/스테레오 검출을 하기 위한 구성 블럭인 디지털 모노/스테레오 검출부(45)의 상세 구성을 첨부한 도면을 참조하여 살펴보면, 도 3은 본 발명에 따른 디지털 모노/스테레오 검출부(45)의 내부 구성 블럭도이다.
상기 디지털 모노/스테레오 검출부(45)는 L/R 상관 분석부(100), 모노/스테레오 결정부(110), 출력 채널 생성부(120)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 L/R 상관 분석부(100)는 상기 디지털 모노/스테레오 검출부(45)로 입력되는 두 채널 오디오 신호(Lin, Rin)를 수신하여 각 채널별 자기 상관값과 좌, 우 채널 간의 상호 상관값을 구하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 모노/스테레오 결정부(110)는 상기 상관 분석부(100)의 분석 결과에 따른 출력인 CL(Correlation Left), CR(Correlation Right), CX(Correlation Cross) 의 출력을 이용하여 현 채널의 모노/스테레오 여부를 최종 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 모노/스테레오 결정부(110)는 상기 결정한 모노/스테레오 판별 정 보를 부가 정보로써 상기 디지털 신호 처리부(50)로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력 채널 생성부(120)는 상기 모노/스테레오 결정부(110)에서의 모노/스테레오 결정에 따라 상술한 두 입력 오디오 신호(Lin, Rin)를 조합하여 출력 신호(Lout, Rout)을 생성하여 상기 디지털 신호 처리부(50)로 출력하는 것을 특징으로 한다.
이하 상기 본 발명의 핵심 부분에 해당하는 디지털 모노/스테레오 검출부의 내부 구성의 상세 동작을 수학식과 표를 이용하여 설명한다.
상기 L/R 상관분석부(100)에서의 자기 상관값과 상호 상관값을 구하는 방법에 대해 설명한다.
먼저 상기 상관값을 구하는 이유는 시간 영역에서의 샘플 예를 들어, 두 샘플(L[n], R[n])이 계속해서 상관이 있다면 상기 두 샘플은 유사하다고 판단할 수 있다. 즉, 상기 샘플들의 상관성이 높을수록 유사성이 증가하고 그러면 두 샘플은 같다고 볼 수 있다.
그래서, 상기 두 샘플이 같다면 모노(mono)가 되는 것이고, 만약 다르다면 스테레오(Stereo)가 되는 것이므로, 상기와 같이 상관값을 구하는 것이다.
상기 L/R 상관분석부(100)는 입력되는 두 오디오 신호( Lin, Rin )의 각각의 자기 상관(Auto Correlation)값 및 두 신호간의 상호 상관(Cross Correlation)을 계산하는데, 이 때 자기 상관값 및 상호 상관값은 지연(delay)를 고려하지 않고 현재 샘플끼리의 상관성만을 계산한다.
따라서, 상기 자기 상관값은 해당 채널의 구간 에너지에 해당하며, 상기 상 호 상관값은 두 채널의 내적(dot product)에 해당한다.
상기 상관값을 계산하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으나, 본 발명에서는 이 중에서 샘플 단위로 처리하는 방법과 구간 단위로 처리하는 방법을 일 예로 설명한다.
먼저 샘플 단위로 상관값을 구하는 방법을 설명하면 하기의 수학식을 참조하여 설명한다.
[수학식 1]
Figure 112005011071649-pat00001
Figure 112005011071649-pat00002
Figure 112005011071649-pat00003
Figure 112005011071649-pat00004
Figure 112005011071649-pat00005
Figure 112005011071649-pat00006
상기 수학식 1에서 상기
Figure 112005011071649-pat00007
,
Figure 112005011071649-pat00008
은 각각 두 입력 오디오 신호인 Lin과 Rin 채널의 현재 샘플을 나타내며, 상기
Figure 112005011071649-pat00009
는 상관값의 갱신 속도를 조절 할 수 있는 지연 계수를 나타낸다.
즉, 상기
Figure 112005011071649-pat00010
가 1에 가까울수록 갱신 속도가 느려지고, 반대로 상기
Figure 112005011071649-pat00011
가 0에 가까울수록 갱신 속도는 빨라진다. 또한 연산량에 따라 n의 간격 조절도 가능하다.
즉, 매 샘플마다 계산하거나 매 10 샘플마다 1 회씩 계산하는 등의 계산 간격에 따라 상기 상관부에서 연산량이 달라지고 그에 따른 복잡도도 달라 질 것이다.
예를 들어, 상기 수학식 1의 (1)을 설명하면 먼저 상기
Figure 112005011071649-pat00012
은 n 샘플까지의 자기 상관값을 말하고, 상기
Figure 112005011071649-pat00013
은 현재 구하고자 하는 n 샘플 바로 이전까지의 자기 상관값을 나타낸다.
그리고, 상기
Figure 112005011071649-pat00014
은 입력되는 신호는 시간 영역에서 양의 부분과 음의 부분으로 구성될 수 있고, 이 경우 만약 어느 구간 동안의 평균값을 구하면 0이 나올 수도 있어 상관값을 구하지 못할 수도 있는바, 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기와 같이
Figure 112005011071649-pat00015
즉, 자기 자신을 제곱함으로써 음의 부분을 없애서 상기와 같은 문제점을 해결한다.
또한 상기와 같이 자기 자신을 제곱함으로써 이 값은 현재 샘플에서의 자기 신호의 에너지 값을 나타내는 것이 된다.
그러므로, 이제 상기 수학식 1의 (1)식에 대해 전체적으로 설명을 하면, 상기 식에서
Figure 112005011071649-pat00016
를 0.99라고 만약 가정하면 상기 식 (1)은 CL[n]= 0.99CL[n-1] + 0.01ㆍl[n]ㆍl[n]와 같이 표현되고, 이것은 현재 샘플 n 바로 이전까지의 상관값을 99%반영하고, 나머지 1%를 현재 샘플값을 반영한다는 의미이다. 그래서, 상기
Figure 112005011071649-pat00017
값을 메모링 팩터(memorying factor) 또는 포게팅 팩터(forgetting factor)라고도 한다.
왜냐하면 상기에서와 같이 α라는 지연계수를 사용하지 않게되면, 매 샘플마다 값을 처음부터 구해 연산량이 증가하고 시간이 많이 소요되기 때문이다.
그리고, 상기
Figure 112005011071649-pat00018
는 상기 각 어플리케이션(application)마다 미리 설정해 놓는 값으로서, 상술한 바와 같이 상기
Figure 112005011071649-pat00019
값에 따라 상기 수학식의 샘플값이 갱신되는 속도가 바뀌게 되는바 상기
Figure 112005011071649-pat00020
값은 설정자가 실험에 의한 성능과 연산량을 고려하여 최적의 값을 사용하여 장치에 설정해야 한다.
상술한 수학식 1의 (1)과 같이 나머지 (2)와 (3)도 구해진다.
상술한 설명은 샘플 단위로 상관값을 구하는 방법에 대해서 알아본바, 이제 구간 단위로 상관값을 구하는 방법에 대해 살펴본다.
구간 단위로 상관값을 구하는 방법에 대해 보면 하기의 수학식을 이용하여 구할 수 있다.
상기에서 구간이라 함은 샘플의 길이로서, 상기 상관값을 구하는 샘플의 묶음 단위를 말한다.
[수학식 2]
Figure 112005011071649-pat00021
Figure 112005011071649-pat00022
Figure 112005011071649-pat00023
Figure 112005011071649-pat00024
Figure 112005011071649-pat00025
Figure 112005011071649-pat00026
상기에서
Figure 112005011071649-pat00027
값은
Figure 112005011071649-pat00028
번째 구간임을 나타내는 인덱스이며, 상기 구간의 길이는
Figure 112005011071649-pat00029
값으로 결정한다.
상기
Figure 112005011071649-pat00030
값은 실험에 의해 성능과 연산량을 고려하여 어느 정도 길이만큼 샘플들을 묶어 계산하면 될 지에 대한 최적값으로, 이 역시 어플리케이션(application)마다 미리 설정해 놓는 값이다.
상술한 수학식 1에서의 상기
Figure 112005011071649-pat00031
값이나 수학식 2에서의
Figure 112005011071649-pat00032
값은 모두 상술한 바와 같이 최적의 값을 미리 어플리케이션에 설정해 놓는 값으로서, 상기 값들을 만약 너무 작거나 크게 하면 오디오 연결이나 끊김에 민감하게 반영함으로 인해 디지털 신호 처리시 오동작을 일으킬 수 있다.
상술한 수학식 1 또는 2를 통해 구한 샘플 단위 또는 구간 단위의 상관값들은 상기 L/R 상관분석부(100)의 출력
Figure 112005011071649-pat00033
,
Figure 112005011071649-pat00034
,
Figure 112005011071649-pat00035
를 생성하고, 상기 출력은 상기 모노/스테레오 결정부(110)로 전송되어 모노/스테레오 여부를 최종 판별하기 위한 지표로 사용된다.
상기 L/R 상관분석부(100)에서의 상관 분석 결과인 출력을 상기 모노/스테레오 결정부(110)의 입력으로 이용하여 모노/스테레오 여부를 결정하는 방법은 다양하게 구현할 수 있다.
상기 다양한 방법 중 상기 판별하고자 하는 수준, 판별하는 간격, 연산량 등에 따라 선택 및 조정이 가능하다.
이제 상기 수학식 1 또는 2를 이용하여 구한 자기 상관값을 이용하여 모노/스테레오를 구하기 위한 과정으로 상기 구한 상관값을 분석하는 방법을 살펴본다.
즉, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 상관 분석 결과를 다시 임계값(Threshold : TL)에 의해 0과 1의 이진수로 단순화한 뒤, 이 값만을 이용한 간단한 판별 방법을 일 실시예로 든다.
상기 임계값(TL)이라 함은 역시 각 어플리케이션(application)마다 미리 설정해 놓는 값으로, 이는 상기 구한 상관값이 L 또는 R 어느 쪽에 가까운지 판단하기 위한 기준으로서의 역할을 한다.
상기 판별 방법과 관련된 의사 C-코드(Pseudo C-code)를 살펴보면, 하기와 같다.
if ( CL[n] > TL )
DL[n] = 1;
else
DL[n] = 0;
즉, 상기 의사 C-코드(Pseudo C-code)를 설명하면, 입력 오디오 신호인 Lin 에 대한 자기 상관값
Figure 112005011071649-pat00036
이 어떤 임계값 TL보다 크면 이진값 DL[n] = 1, 작거나 같으면 DL[n] = 0이라고 하고, 상기
Figure 112005011071649-pat00037
및
Figure 112005011071649-pat00038
에 대해서도 같은 방법으로 DR[n] 및 DX[n]를 계산하면, DL, DR, DX 값의 조합에 따라 하기의 표 1과 같은 분석 결과를 얻을 수 있게 된다.
DL DX DR 설명 단독 판별 누적 판별
0 0 0 입력 신호 없음 또는 스테레오 Mute (Empty) E=3,S=1
0 0 1 R 채널만 신호 존재 mono (R) R=3
0 1 0 이론적으로 발생 불가능 mono (L + R) M=3
0 1 1 모노(R) 또는 스테레오 mono (R) R=1,S=1
1 0 0 L 채널만 신호 존재 mono (L) L=3
1 0 1 완전한 스테레오 (듀얼모노) Stereo S=4
1 1 0 모노 (L) 또는 스테레오 mono (L) L=1, S=1
1 1 1 L = R 인 모노 mono (L or R) M=3
상기 표 1을 설명하면, 이는 단독 판별법과 누적 판별법의 두 가지를 예로서 설명하는데, 상기 표 1의 값들은 설정자가 정의하기 나름인데, 본 발명에서는 상기 표 1과 같이 정의하여 설명한다.
상기 판별법 중에서 먼저 단독 판별법과 관련하여 살펴보면 예를 들어, 상기 구한 상관값을 이용하여 임계값과의 비교에 의해 이진수로 단순화된 값(DL, DX, DR)을 이용하는데, 상기 (DL, DX, DR) = (0, 0, 1) 인 경우는 오른쪽(R) 채널에만 임계값(TL) 이상의 에너지가 존재하므로 Rin 신호만 유효한 모노 입력이 되므로 mono (R)로 표현한다.
상기 (DL, DX, DR) = (1, 0, 1) 인 경우는 좌, 우 채널 모두 유효한 입력 신호가 존재하며, 상호 상관성은 없으므로 좌, 우 채널이 독립인 스테레오 (또는 듀얼 모노)라는 판별을 내릴 수 있다.
또한 만약 상기 (DL, DX, DR) = (1, 1, 1)인 경우에는 좌, 우 채널 모두 유효한 입력 신호가 존재하며 상호 상관성도 높은 경우로, 이 경우는 좌/우로 동일한 입력이 들어오는 모노 신호라고 볼 수 있다.
이렇게 하여 단독 판별을 하였으나, 상기 상관 분석 결과에 따라 매 샘플 혹은 구간 별로 모노/스테레오 여부를 판별하여 이에 따른 출력을 내보내면, 하나의 오디오 컨텐츠 내에서 모노/스테레오 전환이 빈번하게 되어 오히려 음질을 열화시킬 수가 있다.
그래서, 본 발명에서는 상기와 같은 빈번한 모노/스테레오 전환에서 오는 음질 열화 등을 줄이기 위한 방법으로 상기 판별 결과를 누적하고, 상기 누적되는 값을 통계적으로 관찰하여 결정을 내리는 방법을 사용하고자 한다.
이 경우 각 어플리케이션(application)에 따라서는 컨텐츠 단위나 방송 채널 단위로 모노/스테레오 여부를 판별하여 고정시키는 경우도 있을 수 있다.
상기 표 1의 누적 판별은 상기 방법을 실현하기 위해 임의로 정의한 값으로, 본 발명에서는 상기와 같이 정의한 것을 일예로 들어 설명한다.
상기 누적에 의한 통계적 결정에 사용할 새로운 계수 L, R, E, S, M 은 갱신을 나타내는 예시값이다.
상기 표 1의 누적 판별열에서 L은 Left mono, R은 Right mono, E는 Empty (Mute), S는 Stereo, M은 Mid(=L+R) mono 을 나타내는 계수이다.
상기 표 1의 누적 판별열을 이용하여 모노/스테레오 여부를 판별하기 위해서는 각 어플리케이션(Application)마다 미리 설정해 놓은 일정 시간 이상을 누적시킨 뒤, 상기 각 계수 값을 비교 분석하여 가장 큰 값을 가지는 계수로 현재의 채널의 모노/스테레오 여부를 판별한다.
상기 표 1의 누적 판별열을 이용하는 방법에 대해 설명하면, 만약 (DL, DX, DR) = (0, 0, 0) 인 경우 이는 입력 신호가 없거나 스테레오 단독 판별에서는 Mute(Empty)였으나, 누적 판별에서는 E = 3, S = 1로 정의한다.
또, (DL, DX, DR) = (1, 1, 0) 인 경우 이는 입력 신호가 모노(L) 또는 스테레오이고, 단독 판별에서는 mono(Left)로 판단하였으나, 누적 판별에서는 L = 1, S = 1이라고 판단한다.
이제 각각 상기와 같이 누적 판별값을 상기 일정 시간 동안 누적을 하여 각 L, R, E, S, M 값을 합하여 가장 큰 값을 가지는 계수값을 이용하여 현재 채널의 모노/스테레오 여부를 판단한다.
예를 들어, 10초 동안 (DL, DX, DR) = (0, 0, 1) 값만 들어온 경우 이를 보면, R=30이 되어 이 경우는 Right mono라고 판단하게 된다.
또한, 상기 (DL, DX, DR) 이 만약 (0, 0, 0)(0, 0, 1)(0, 1, 0)(0, 1, 1)(1, 0, 0)(1, 0, 1)(1, 1, 0)(1, 0, 1)이 들어 오면, 상기 표 1을 참조하여 누적 판별값을 모두 합하여 보면, (E=3, S=11, R=4, M=3, L=4)이 된다.
그러므로, 상기에서 제일 큰 값은 S=11로 계수 S가 현 채널을 대표하는 것으로 판단하여 상기 현 채널은 S 즉, Stereo로 판단하게 된다.
상술한 방법을 이용하여 모노/스테레오 결정이 완료되면, 상기 출력 채널 생성부(120)에서는 상기 구한 값에 따라 입력 신호 Lin, Rin 을 조합하여 출력 신호 Lout, Rout 을 생성시킨다.
상술한 판별 결과가 L, R, E, S, M 의 다섯 가지 종류이고, 모노(mono)인 경우에도 Lout, Rout 모두에 출력 신호를 생성시키는 경우를 예로 한 입출력 관계식은 다음과 같다. 이를 나타내면, 하기와 같다.
입출력 관계식 Lout Rout
L(Left mono) Lin Lin
R(Right mono) Rin Rin
E(Mute) 0 0
S(Stereo) Lin Rin
M(Mid mono) ( Lin + Rin ) / 2 ( Lin + Rin ) / 2
와 같이 나타난다.
즉, 상기 누적 판별 결과 상술한 예시와 같이 S일 경우, 두 입력 오디오 신호 Lin, Rin 신호에 대한 상기 출력 채널 생성부(120)에서의 출력은 Lout = Lin, Rout = Rin가 된다.
상술한 방법을 이용하여 상기 디지털 모노/스테레오 검출부(45)에서 모노/스테레오 결정부(110)의 결정결과와 출력 채널 생성부(120)에서의 채널 출력을 상기 디지털 신호 처리부(50)로 전송하여 디지털 오디오 신호를 처리하게 된다.
여기까지 본 발명의 핵심부분인 디지털 모노/스테레오 검출부(45)의 내부 구성의 상세 동작을 살펴 보았다.
이하 상기와 같은 동작을 수행하는 과정을 첨부한 도면을 참조하여 살펴보면, 도 4는 본 발명에 따른 디지털 모노/스테레오 검출부(45)에서의 처리 과정을 나타낸 순서도이다.
먼저, 상기 디지털 모노/스테레오 검출부(45)는 상기 A/D 변환된 신호를 수신한다.(S10 단계)
상기 수신된 신호를 L/R 상관분석부(100)에서는 입력으로 하여 디지털 오디오 신호의 자기 상관값과 상호 상관값을 수학식 1 또는 2를 이용하여 구한다.(S20 단계)
상기 상관값을 구하고 나면, 이제 상기 구한 상관값을 입력으로 이용하여 모노/스테레오 결정부(110)에서 임계값(TL)에 의해 0과 1의 이진수로 단순화(DL, DX, DR)한다.(S30 단계)
상기 단순화하여 구한 (DL, DX, DR)값의 단독 또는 누적 판별법에 대한 정의를 이용하여 모노/스테레오 여부를 판별한다.(S40 단계)
상기 판별된 결과를 이용하여 출력 채널 생성부(120)에서는 입력 신호를 조합하여 출력 채널을 생성한다.(S50 단계)
상기 생성된 출력 채널과 모노/스테레오 판별 결과를 이용하여 상기 디지털 신호 처리부(50)에서는 이제 디지털 오디오 신호를 처리하게 된다.(S60 단계)
상술한 단계를 거쳐 수신되는 오디오 신호를 디지털 신호 처리하게 된다.
상술한 디지털 오디오 처리 장치 및 방법을 이용하면 아날로그 처리부에서의 모노/스테레오 인식에 관계없이 입력으로 들어오는 두 채널 디지털 오디오 신호로부터 모노/스테레오 여부를 판별할 수 있다.
또한, 두 채널의 신호 특성만을 이용하여 모노/스테레오 여부를 판별하는 기능을 제공함으로써, 잘못된 모노/스테레오 구별 정보에 의한 시스템의 오동작을 방지 할 수 있다.
또한, 상기 좌/우 두 채널의 입력 신호를 받아 이를 디지털 오디오 압축 부호화하여 저장을 하거나 음장 효과(sound field effect)와 같은 디지털 신호 처리를 수행하여 두 개의 스피커로 재생을 하는 경우, 현재의 입력 신호가 스테레오인지 여부를 아는 것은 여러가지 면에서 유리한 효과를 가져온다.
즉, 상기 오인된 모노 신호를 검출해냄으로써, 상기 압축 부호화를 수행하는 경우 또는 저장하는 경우 스테레오에 비해 모노 신호인 경우에는 두 배로 저장 공간을 활용할 수 있고, 상기 음장 효과(sound field)를 삽입 할 경우에도 의사 스테레오(Pseudo Stereo) 기법 등을 적용하는데 있어 모노/스테레오 여부를 아는 것은 필수적이다.
왜냐하면, 모노라면 상기 음장 효과를 삽입하기 위해 먼저 의사 스테레오 기법을 활용해야 하나, 스테레오라면 상기 의사 스테레오 기법을 사용할 필요가 없으므로, 상기 이러한 이유로 아날로그 처리부에서의 검출 정보를 이용하는 것보다 디지털 신호 처리부에서 정확히 이를 찾아내는 방법이 바람직하다.
그리고, 상기 본 발명에 따르면, 모노/스테레오의 정도를 정량화함으로써 입력 오디오 컨텐츠의 장르 분석을 위한 기초 정보로 활용할 수도 있다.
본 발명을 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 디지털 오디오 신호 처리 장치 및 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면 사전 정보 없이도 두 채널의 디지털 오디오 신호에 대한 상관 특성을 이용하여 모노/스테레오 여부를 판별함으로써, 아날로그 처리부에서의 잘못된 모노/스테레오 판별을 보완할 수 있고, 상기 아날로그 처리부에서 관련 정보를 얻을 수 없는 경우에도 자동으로 모노/스테레오 여부를 판별 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 수신되는 신호를 아날로그 처리하여 A/D 변환한 후,
    상기 변환되어 입력되는 채널 오디오 신호의 상관값을 구하고 분석하는 상관 분석부와;
    상기 상관 분석부의 분석 결과를 이용하여 각 채널의 상태를 결정하는 채널 상태 결정부와;
    상기 채널 상태 결정부의 결정에 따라 입력되는 채널을 조합하여 출력을 생성하는 생성부를 구비하는 검출부; 및
    상기 검출부의 출력을 수신하여 디지털 신호 처리하여 출력하는 신호 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상관 분석부는 상관값으로 각 채널 간 자기 상관값과 좌/우 채널 간 상호 상관값을 구하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상관 분석부는 상기 구한 자기 상관값과 상호 상관값을 기설정한 임계값과 비교하여 분석하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 상태 결정부는 샘플 단위 또는 구간 단위로 채널 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 채널 상태 결정부는 상기 상관 분석부의 분석을 단독 판별하거나 누적 판별하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 채널 상태 결정부는 상기 누적 판별함에 있어서, 기설정한 일정 시간 동안 상기 상관 분석부의 분석을 누적하고, 상기 누적된 값 중 가장 큰 값으로 채널 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 장치.
  7. 수신되는 신호를 아날로그 처리하여 A/D 변환한 후,
    상기 변환되어 입력되는 신호의 상관값을 구하고 분석하는 과정;
    상기 분석된 결과를 이용하여 채널 상태를 결정하는 과정; 및
    상기 결정에 따라 입력 신호를 조합하여 출력 신호를 생성하여 출력하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 분석하는 과정에서,
    상기 구하는 상관값은 각 채널간 자기 상관값과 좌/우 채널간 상호 상관값인 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 분석하는 과정에서,
    상기 분석은 상기 구한 자기 상관값과 상호 상관값을 기설정한 임계값과 비교를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 오디오 신호 처리 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 결정하는 과정에서,
    상기 결정을 함에 있어서 상기 분석 결과를 단독 판별하거나 누적 판별하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 누적 판별함에 있어서 기설정한 시간 동안 상기 분석 결과를 누적하고, 상기 누적된 값을 비교하여 가장 큰 값으로 채널 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
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