KR100712935B1

KR100712935B1 - 다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현 방법

Info

Publication number: KR100712935B1
Application number: KR1020040094681A
Authority: KR
Inventors: 정연모; 송문빈
Original assignee: 한국스프라이트 주식회사; 정연모; 송문빈
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2007-05-02
Also published as: KR20060055686A

Abstract

본 발명은 다채널 디지털 시리얼 음향신호 전송 및 포맷 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 I²S 신호 포맷을 사용하여 스피커를 하나의 선으로 직렬로 연결한 후 디지털로 제어하기 위한 새로운 신호 포맷을 제공하는 다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현 방법에 관한 것으로 각 채널에서 출력되는 아날로그 신호를 A/D변환기를 수단으로 I²S 디지털신호로 변환한 후 개별 채널의 디지털 신호들을 합성하여 하나의 패킷을 형성하는 단계와; 모든 채널의 음향 신호가 낮은 전송 대역폭에서 전송되도록 하기 위하여 순차적인 음향데이터를 XOR 연산시켜 첫 번째 만나는 1부터의 변화량을 표현하여 압축하는 단계와; 음향데이터를 압축한 후 실제 음향데이터인 channel data differential value로 구성하여 패킷을 구성하는 단계로 이루어짐으로써 본 발명은 XOR 연산만을 사용하여 데이터를 처리할 경우 하드웨어적으로 적은 자원을 사용하여 빠를 처리 속도를 갖는 효과가 있고 여러개의 스피커를 관리함에 있어 배선을 줄임으로 시공비가 절감되고 유지보수가 편리한 효과가 있으며, 시공과정에서 일반인들도 쉽게 작업할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

I2S, 패킷, LRCK, SDATA, 데이터, 스피커, 채널, XOR 연산, 음향신호, 포맷

Description

다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현 방법 {Method for packet embodiment and compression of multi-channel digital serial sound signal}

도 1은 종래의 멀티채널 스피커 연결 구성도,

도 2는 종래의 스피커 직렬연결 구성도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 I²S 신호 포맷 개념도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 I²S를 사용한 음향신호 전송 및 재생 개념도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현 공정도,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패킷형성도,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시리얼 음향 신호 처리 예시도,

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 24bit 크기를 갖는 경우의 패킷의 종류와 형태 예시도,

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시리얼 전송 신호 생성 블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 20 : 음향기기 30 : 스피커

40 : 아날로그 디지털 변환기 50 : 채널 분리부

60 : 메모리 70 : D 패킷 차이값 생성부

80 : I 패킷 차이값 생성부 90 : 수집부

100 : 헤더 생성부 110 : 차이값 생성부

120 : 전송량 제어부

본 발명은 다채널 디지털 시리얼 음향신호 전송 및 포맷 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 I²S 신호 포맷을 사용하여 스피커를 하나의 선으로 직렬로 연결한 후 디지털로 제어하기 위한 새로운 신호 포맷을 제공하는 다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현 방법에 관한 것이다.

종래의 하나의 스피커만을 활용했던 기술이 발전되어 현재의 오디오 기술은 HTS(Home Theater System) 기술이 일반화되어 오디오 시스템에서 6개의 스피커를 사용하는 5.1채널이 보편화되어 있고 더 발전적으로 7.1채널 연구가 활발히 진행되고 있다.

도 1은 종래의 멀티채널 스피커 연결 구성도로 우퍼를 포함한 6개의 스피커를 오디오 본체 주변에 위치시킨 후 각각 배선하면 배선이 복잡하고 스피커를 연결하는 과정에서 양질의 음질을 보장하기 위해 높은 가격의 연결선을 사용하고 시공 과정에서 상호 임피던스를 맞추는 등 일반인들이 작업하기 어려운 문제점이 있었다.

상기 도 1과 같은 문제점을 해결하기 위해서 다채널 오디오 시스템 또는 다수개의 스피커를 사용하는 곳에서 스피커 연결 제어 방법이 개발되고 있다.

또한 종래의 스피커 연결방법은 도 2에 도시된 스피커 직렬연결 방법이 제시되고 있는 바, 직렬연결 방법은 하나의 선을 사용하여 다양한 형태로 모든 스피커를 연결할 수 있고 배선을 편하게 하기 위하여 두 개의 선을 사용하여 좌, 우의 스피커를 각각 직렬로 연결하고 이때 모든 선로상의 신호는 동일한 디지털 데이터이므로 배선에 연결하는 스피커의 숫자나 연결 순서에 관계없이 연결이 가능한 스피커 직렬연결 방법이 있었다.

종래의 5.1채널, 7.1채널의 고성능 오디오 시스템은 여러 개의 스피커를 연결할 때 연결되는 도구나 방식에 따라 성능에 영향을 주기 때문에 시공하는 단계부터 세심한 주의가 필요하고 현재는 오디오 유닛에서 스피커로 신호를 전달할 때 아날로그 신호를 사용함에 따라 각각의 스피커마다 다른 선로를 시공하여야 하므로 여러개의 스피커를 사용하는 시스템은 배선을 하는데 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라 유지 보수 과정이 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 여러 문제점을 해결하고자 발명한 것으로서, 본 발명은 I²S 신호 포맷을 사용하여 다수의 스피커를 하나의 선으로 직렬로 연결 한 후 디지털로 제어하기 위한 새로운 신호 포맷을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 각 채널에서 출력되는 아날로그 신호를 A/D변환기를 수단으로 I²S 디지털신호를 변한 후 개별 채널의 디지털 신호들을 합성하여 하나의 패킷을 형성하는 단계와; 모든 채널의 음향 신호가 낮은 전송 대역폭에서 전송될 수 있도록 순차적인 음향데이터를 XOR 연산시켜 첫 번째 만나는 1부터의 변화량을 표현하여 압축하는 단계와; 음향데이터를 압축한 후 실제 음향데이터인 channel data differential value로 구성하여 패킷을 구성하는 단계(S30)로 이루어진 다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현 방법을 제공함으로써 달성하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 I²S 신호 포맷을 사용하여 스피커를 하나의 선으로 직렬연결 한 후 디지털로 제어하기 위한 새로운 신호 포맷을 제공하기 위하여 I²S 포맷과, 다채널 오디오 스피커의 직렬연결 방법에 관한 기본 개념을 우선적으로 설명한다.

I²S 포맷은 디지털 입/출력 신호를 갖는 MP3 플레이어, DVD, 홈시어터, 오디오 등 많은 음향 기기들을 연결하는 디지털 음향 신호이다. 상기 I²S는 도 3에 도시된 바와 같은 형태의 I²S 디지털 신호 포맷을 가지고 있고 I²S는 두 개(스피커)의 아날로그 신호를 디지털로 표현한 것이다. 이때 도시된 도 3의 LRCK 신호는 두 개 채널 중 첫 번째 채널인지 두 번째 채널인지 구분하고 SCLK는 데이터의 동기를 맞추기 위한 신호이고 SDATA는 실제 스피커로 재생될 음향 신호 데이터이다.

다수의 디지털 음향기기는 상기 I²S 신호을 사용해 도 4에 도시된 바와 같이 I²S출력을 갖는 디지털 음향기기(10)가 I²S입력을 갖는 디지털 음향기기기(20)로 신호를 전송하면 I²S 입력을 갖는 디지털 음향기기는 DAC(Digital to Analog Converter)를 구비하고 있어 상기 DAC가 디지털 신호인 I²S로 변환하여 스피커를 구동한다. 상기 내용은 규격화한 I²S에 관한 것이다.

다음으로 다채널 오디오 스피커의 직렬연결 방법에 관한 것인 바, 다수의 스피커가 직렬로 연결되기 위해서는 오디오 유닛에서 앰프를 통해 각각의 스피커로 직접 전달하던 기존의 아날로그 음향 신호들을 우선 디지털로 바꾸어야 하는데 아날로그 음향 신호의 경우는 아날로그 신호의 특성상 신호 자체에 음향 데이터와 스피커를 구동하기 위한 전력이 포함되어 있다. 그러나 디지털로 변환된 신호는 각 채널별 음향 데이터만을 가지고 있어서 음질을 제어하는 스피커의 개수에 따라 디지털 음향 데이터의 크기도 달라지는 것이다.

따라서 본 발명은 상기 기술한 개념을 바탕으로 다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현방법을 하기와 같이 제시한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다채널 디지털 시리얼 음향신호 전송 순서도로 하기와 같은 단계로 이루어져 있다.

각 채널에서 출력되는 아날로그 신호를 A/D변환기를 수단으로 I²S 디지털신호로 변환한 후 개별 채널의 디지털 신호들을 합성하여 하나의 패킷을 형성하는 단계(S10)와;

모든 채널의 음향 신호가 낮은 전송 대역폭에서 전송되기 위하여 순차적인 음향데이터를 XOR 연산시켜 첫 번째 만나는 1부터의 변화량을 표현하여 압축하는 단계(S20)와;

음향데이터를 압축한 후 실제 음향데이터인 channel data differential value로 구성하여 패킷을 구성하는 단계(S30)로 이루어져 있다.

상기 각 채널에서 출력되는 아날로그 신호를 A/D변환기를 수단으로 I²S 디지털신호로 변환한 후 개별 채널의 디지털 신호들을 합성하여 하나의 패킷을 형성하는 단계(S10)는 도 6에 도시된 패킷형성 흐름도와 같이 다수의 스피커를 직렬로 연결한 후 오디오 유닛의 각 채널에서 출력되는 아날로그 신호들을 음향신호 전용 A/D 변환기를 사용하여 A와 같은 형태의 I²S 디지털 신호로 변환하고 ADC & channel ending 과정에서 개별 채널의 디지털 신호들을 합성하여 C와 같은 하나의 패킷으로 구축하는 것으로서, 상기 I²S는 도 6의 A에 도시된 LRCK 상태가 변하면 SCLK의 두 번째 상승 에너지에서부터 SDATA로 유효한 데이터를 바로 출력하고 LRCK의 상태가 변하면 짧은 시간동안 유효한 데이터가 삽입되어 있는 것이다.

따라서, LRCK의 상태가 변하기 이전인 SDATA에 유효한 데이터가 있지 않은 시간 동안 데이터 처리와 전송을 마쳐야 하므로 원거리의 디지털 전송선로는 특성상 수 ㎒의 낮은 대역폭을 가지고 있다. 그러므로 낮은 전송 대역폭으로 모든 채널의 음향 신호를 전송하기 위해서 데이터를 압축하여야 하는 것이다.

상기 모든 채널의 음향 신호가 낮은 전송 대역폭에서 전송되기 위하여 순차적인 음향데이터를 XOR 연산시켜 첫 번째 만나는 1부터의 변화량을 표현하여 압축하는 단계(S20)는 도 7에 도시된 바와 같이 한 채널을 순차적으로 t, t+1 그리고 t+2 시간대 별로 샘플링한 데이터의 크기와 이를 처리하는 과정을 도시한 것으로 서 음질의 디지털 음향신호를 구현하기 위해서는 높은 속도로 샘플링 작업을 수행하여야 하고 수행한 데이터의 변화량은 매우 작음으로 순차적인 데이터를 서로 XOR하면 MSB에서 LSB 방향으로 스캐닝하면서 처음으로 만나는 1부터가 변화량에 해당한다. 일실시예를 들면 도 7에 도시된 t+1과 t+2를 XOR하면 100 0100이 된다. 즉 원래 24bit의 크기를 갖는 데이터를 7bit 만으로 변화량을 표현하는 것이다.

상기 XOR 연산은 데이터를 처리할 경우 하드웨어적으로 적은 자원만을 소요하면서 빠른 처리속도를 갖는다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널당 24bit 크기를 갖는 경우의 패킷의 종류와 형태를 도시한 것으로 도시된 I point는 아날로그 음향 신호가 전압 범위의 산술적인 평균값이다. 일실시예를 들면 I point를 24bit로 샘플링할 경우 디지털로 변환하면 0000 0000 0000 1111 1111 1111이다. 상기 I ponit를 설정하면 송수신 측의 일정한 기준을 미리 정의해 다채널을 처리할 때 빠른 처리 속도를 유지하고 전송도중 패킷 손실 에러를 최소화 할 수 있다.

상기 패킷은 헤더와 패킷을 구성하는 실제 데이터인 channel data differential value로 구성하고 상기 헤더는 I 패킷인지 D 패킷인지를 구분하는 1bit의 I state와 해당 채널을 나타내는 3bit의 channel direction으로 구분한다.

상기 5.1 채널 이상에 적용할 경우 channel direction의 크기를 변경하여 조절할 수 있다. channel data differential value는 I 패킷의 경우에는 I point와 첫 번째 샘플링한 값과의 결과이고 D 패킷의 경우에는 샘플링한 값들 간의 결과이다. D 패킷의 전송 도중 패킷이 손실 될 경우 다음 I 패킷부터 정상적인 값으로 복원된다.

I 패킷은 기본적으로 일정 간격으로 전송되며 전송 상태에 따라 그 발생 빈도를 높인다. 패킷의 전체 적인 크기는 channel data differential value에 따라 5bit에서 28bit까지 가변적인 값을 갖는다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시리얼 전송신호 생성 블록 구성도로 아날로그 디지털 변환기(40)와, 채널분리부(50)와, 메모리(60)와, D 패킷 차이값 생성부(70)와, I패킷 차이값 생성부(80)와, 수집부(90)와, 헤더생성부(100)와, 차이값 생성부(110)와, 전송량 제어부(120)로 구성된다.

삭제

상기 아날로그 디지털 변환기(40)는 아날로그-디지털 변환기로서 오디오에서 출력하는 6채널의 아날로그 신호를 디지털 음향신호 포맷인 I²S로 변환하는 것이다.

상기 채널 분리 블록(50)은 아날로그-디지털 변환기 및 외부의 S/PIDI 신호를 통해 입력되는 6채널의 데이터를 각 채널별로 분리하여 순차적으로 한 채널씩에 해당하는 채널 번호와 실제 그 채널의 음향데이터인 SDATA를 뒤의 블록으로 출력하는 것이다.

상기 메모리(60)는 D 패킷 차이값 생성부에서 사용할 수 있도록 각 채널의 바로 앞단의 디지털 음향신호를 저장하는 것이다.

상기 D 패킷 차이값 생성부(70)는 현재 시간의 디지털 음향 신호값과 바로 앞시간의 동일한 채널의 음향 신호값을 XOR 연산을 수행한 후 그 차이를 계산하는 것으로 바로 앞 시간의 동일한 채널의 음향 신호값은 메모리에 저장되어 있고 XOR 연산을 수행하여 출력한 후에는 현재의 디지털 음향 신호값을 다음 차례에 사용할 수 있도록 메모리에 저장한다. 각 채널별로 동일한 방법을 적용하고 상기 D 패킷 차이값 생성부(70)를 거치면 D 패킷을 구성하는 데이터가 구축되는 것이다.

상기 I 패킷 차이값 생성부(80)는 현재 시간의 디지털 음향 신호값과 I 설정 값과 XOR 연산을 수행한 후 그 차이를 계산하는 것으로 상기 I 패킷 차이값 생성부(70)를 거치면 I 패킷을 구성하는 데이터가 구축되는 것이다.

상기 수집부(90)는 상기 D 패킷 차이값 생성부(70)에서 구축된 데이터와, I 패킷 차이값 생성부(80)에서 구축된 데이터와, 전송량 제어부(120)에서 발생한 I 패킷 생성신호를 수집하여 헤더 생성부(100)로 전송하는 것이다.

상기 헤더 생성부(100)는 전송량 제어부(120)의 제어를 받아 D 패킷 차이값 생성부(70)에서 출력된 데이터와 I 패킷 차이값 생성부(80)에서 출력된 데이터 중 하나를 출력하기 위해 해당 헤더를 생성하는 것으로 일실시예를 들면 I 캐핏 차이값 생성부(80)의 데이터를 출력하면 I 상태 비트를 1로 설정한다.

상기 차이값 생성부(110)는 D 패킷 차이값 생성부(70)에서 출력된 데이터와 I 패킷 차이값 생성부(80)에서 출력된 데이터가 서로 XOR 연산을 수행한 결과를 출력하는 하는 것이다. 따라서 차이값 생성부(110)는 차이가 없는 상위 비트 부분에 0을 포함하고 있고, 상위비트에서부터 하위 비트 부분으로 순차적으로 체크하여 처음으로 1이 나오는 비트의 바로 앞단까지는 변화가 없는 부분이므로 제거해 버리는 기능을 수행한다.

상기 전송량 제어부(120)는 I 패킷 생성 신호를 기본적으로 일정 간격으로 발생하면서 차이값 생성부(110)에서 발생하는 데이터의 양을 체크하여 단일 시간동안 일정 크기 이하의 데이터를 전송할 경우 I 패킷을 생성할 수 있도록 I 패킷 생성 신호를 더 빈번히 발생시키는 것이다.

본 발명은 상기 구성요소에 의해서 하기와 같은 작용을 한다.

각 채널 아날로그 신호들은 음향신호 전용 아날로그 디지털 변환기(40)를 사용하여 I²S 신호로 변환하여 채널 분리부(50)로 보내지고 이 경우 아날로그 디지털 변환기(40)에서 생성된 신호는 각 채널별로 분리된다. 만약 디지털 음향 신호인 S/PIDF 신호인 경우에는 직접 채널 분리부(50)로 전송한다.

상기 S/PIDF 신호는 모든 채널의 데이터가 포함되어 있고 채널 분리부(50)는 연속적으로 들어오는 여러 채널들의 I²S 신호에서 채널별로 SDATA를 분리해 두 패킷 차이값 생성부(70, 80)로 보낸다. 상기 패킷 차이값 생성부(70, 80)는 D 패킷과 I 패킷으로 나누어지고 전송량 제어부(120)에서 전송상태를 판단해 전송률을 조절하는 I 패킷 생성 신호를 발생하고 이 신호에 따라 I 패킷과 D 패킷의 생성이 결정된다.

예를 들어 44.1㎑의 샘플링 속도를 갖는 디지털 음향 신호에서 매 40번마다 I 패킷을 생성시킬 경우 전송 중 패킷이 손실되면 0.9usec 내에 원래의 신호로 복원할 수 있으나 5.1채널의 경우 전송대역폭보다 작은 데이터양을 가지고 있으므로전송량 제어부에서 더 많은 비율의 I 패킷발생 신호를 발생함으로 사람이 인지하지 못할 정도로 빠르게 원래의 데이터를 복원한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 XOR 연산만을 사용하여 데이터를 처리할 경우 하드웨어적으로 적은 자원을 사용하여 빠른 처리 속도를 갖는 효과가 있고 여러개의 스피커를 관리함에 있어 배선을 줄임으로 시공비가 절감되고 유지보수가 편리한 효과가 있을 뿐만 아니라 시공과정에서 일반인들도 쉽게 작업할 수 있는 각별한 효과가 있으므로 음향설비산업상 매우 뛰어난 발명인 것이다.

Claims

아날로그 디지털 변환기(40)와, 채널분리부(50)와, 메모리(60)와, D 패킷 차이값 생성부(70)와, I패킷 차이값 생성부(80)와, 수집부(90)와, 헤더생성부(100)와, 차이값 생성부(110)와, 전송량 제어부(120)로 구성되어 다채널 오디오 스피커를 직렬연결하여 음향데이터를 압축하여 전송하기 위한 패킷을 생성하는 방법에 있어서,

각 채널에서 출력되는 아날로그 신호를 상기 아날로그 디지털 변환기(40)로 I²S 디지털신호로 변한 후 개별 채널의 디지털 신호들을 합성하여 하나의 패킷을 형성하는 단계(S10)와;

모든 채널의 음향 신호가 낮은 전송 대역폭에서 전송되기 위하여 순차적인 음향데이터를 상기 D 패킷 차이값 생성부(70)와, I패킷 차이값 생성부(80)로 XOR 연산시켜 첫 번째 만나는 1부터의 변화량을 표현하여 압축하는 단계(S20)와;

음향데이터를 압축한 후 실제 음향데이터인 상기 D 패킷 차이값 생성부(70)와 I패킷 차이값 생성부(80)에서 생성한 channel data differential value에 의해 수집부(90)에서 패킷을 구성하는 단계(S30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 디지털 시리얼 음향신호 압축 및 패킷 구현 방법.
제 1항에 있어서, 상기 패킷은 I 패킷과 D 패킷을 구분하는 1bit의 I state와, 해당 채널을 나타내는 3bit의 channel direction과, I 패킷은 I point와 첫 번째 샘플링한 값의 결과 및 D 패킷은 샘플링한 값들 간의 결과를 나타내는 channel data differential value로 구현됨을 특징으로 하는 다채널 디지털 시리얼 음향신 호 압축 및 패킷 구현방법.