KR100728041B1 - 디지털 ｐｗｍ 신호를 저장 재생하는 오디오 시스템 및 그방법 - Google Patents

디지털 ｐｗｍ 신호를 저장 재생하는 오디오 시스템 및 그방법 Download PDF

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디지털 PWM 신호를 생성/저장하고 재생하는 디지털 오디오 시스템 및 오디오 재생 방법이 개시되어 있다. 오디오 소스를 일련의 신호 처리 과정을 통해 디지털 PWM 신호로 변환하여 별도의 저장 매체에 저장하는 과정, 오디오 재생시 상기 저장 매체에 저장된 디지털 PWM 신호를 리드하여 아날로그 PWM 신호로 디코딩하는 과정, 상기 디코딩된 아날로그 PWM 신호를 파워 스위칭하여 오디오 신호를 추출하는 과정을 포함한다.

Description

디지털 ＰＷＭ 신호를 저장 재생하는 오디오 시스템 및 그 방법{Audio system and method for storing and reproducing digital pulse width modulation signal}
도 1은 본 발명에 따른 디지털 PWM 신호를 생성/저장하는 오디오 시스템의 블록도이다.
도 2는 도 1은 본 발명에 따른 디지털 PWM 신호를 재생하는 오디오 시스템의 블록도이다.
도 3은 파워 증폭부 및 LPF부의 일실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 PWM 생성 및 저장 방법을 보이는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 오디오 재생 방법을 보이는 흐름도이다.
본 발명은 파워 앰프를 구비한 오디오 시스템에 관한 것이며, 특히 디지털 PWM 신호를 생성/저장하고 재생하는 디지털 오디오 시스템 및 오디오 재생 방법에 관한 것이다.
통상적으로 디지털 오디오 시스템은 파워 앰프(power amplifier)를 사용한 다. 오디오용의 파워 앰프로서는 A급, B급, AB급 및 D급이 사용된다. 이중에서 D급 앰프는 A급 앰프, B급 앰프, AB급 앰프등에서 발생하는 증폭 효율 저하를 줄일 수 있다. D급 앰프는 오디오 신호를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modualation:PWM)신호로 변경하여 스위칭하는 방식이다. 따라서 D급 앰프는 데이터 변환 손실이 없고 스위칭 회로로부터 시작되는 아날로그 부분에서 발생하는 비선형성 성분을 극복한다면 이론상으로는 100%의 증폭 효율을 갖는다. 통상적으로 이러한 파워 앰프를 이용한 오디오 시스템은 전체 시스템을 제어하는 마이크로콤퓨터, 디지털 신호 처리를 담당하는 디지털 신호 처리기, 오디오 신호와 캐리어 신호를 비교하여 PWM 신호를 생성하는 PWM기, PWM 신호의 전압 및 전류를 증폭하는 파워 증폭기로 구성된다.
그러나 종래의 파워 앰프를 사용하는 오디오 시스템은 자체내에서 PWM을 생성하기 위해 여러 가지의 다양한 신호 처리 예를 들면, PCM 데이터 변환, 오버 샘플링, 뉴트럴 샘플링, 노이즈 샘플링과 같은 여러 가지 과정을 거친 후 파워 앰프를 구동해야 하므로 복잡한 하드웨어를 필요로 한다. 특히, 포터블 기기에서는 PWM 생성을 위한 복잡한 하드웨어 구조를 구비하면 상대적으로 에너지를 많이 소모하게 되어 밧데리 수명이 단축되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 파워 앰프를 이용하는 오디오 기기에있어서 별도의 저장 매체에 저장된 디지털 PWM 신호를 이용하여 직접 파워 앰프를 구동함으로써 에너지 소모량 및 하드웨어 구성을 절감할 수 있는 오디오 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 상기 오디오 재생 시스템에 적용되는 오디오 재생 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
아날로그 오디오 신호를 입력하여 PCM 디지털 신호로 변환하고, 그 PCM 디지털 신호를 PWM 신호로 변조하여 디지털 PWM 신호로 변환함과 함께 별도의 저장 매체에 저장하는 오디오 생성 및 저장 수단;
상기 저장 매체에 저장된 디지털 PWM 신호를 리드하여 아날로그 PWM 신호로 디코딩하고, 디코딩된 아날로그 PWM 신호를 파워 스위칭하여 오디오 신호를 추출하는 오디오 재생 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 오디오 기기에 있어서,
디지털 오디오 신호를 PWM 신호로 변환하여 그 PWM 신호를 디지털 PWM 신호로 변환하여 저장된 저장부;
상기 저장부에서 리드된 디지털 PWM 신호를 아날로그 PWM 신호로 변환하여 파워 스위칭하고 그 파워 스위칭에 의해 오디오 신호를 추출하는 신호 재생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 오디오 시스템은 디지털 PWM 신호를 생성하여 별도의 저장 매체에 저장하는 오디오 생성 및 저장 장치, 그 저장 매체에 저장된 디지털 PWM 신호를 아날로그 PWM 신호로 디코딩하여 직접 파워 스위칭 회로를 구동시키는 오디오 재생 장치로 구분된다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 PWM 신호를 생성/저장하는 오디오 시스템의 블록도이다.
도 1의 오디오 시스템은 PCM 변환부(110), 오버샘플링부(120), 노이즈형성부(130), PWM 변조부(140), 디지털 PWM 변환부(150)로 구성된다.
PCM 변환부(110)는 입력되는 아날로그 오디오 신호를 PCM 디지털 신호로 변환한다.
오버샘플링부(120)는 PCM 변환부(120)에서 생성된 PCM 디지털 신호를 비선형 왜곡이 없는 PWM 신호로 바꾸어주기 위해 샘플링 주파수를 높여준다.
노이즈 형성부(130)는 오버샘플링부(120)에서 출력되는 PCM 디지털 신호의 잡음 성분을 가청 주파수보다 높은 주파수로 옮긴다.
PWM 변조부(140)는 노이즈 형성부(130)에서 출력되는 PCM 디지털 신호를 기준 캐리어 신호를 이용하여 PWM 신호로 변환한다.
디지털 PWM 변환부(150)는 PWM변조부(140)에서 생성된 PWM 신호를 ADC하여 디지털 PWM 신호로 변환한다.
최종적으로 디지털 PWM 신호는 별도의 저장 매체(160) 예를 들면, HDD, 플래시 메모리등에 저장된다. 이때 별도의 저장 매체(160)는 포터블 기기 또는 소스 서버내에 구비될 수 있다.
도 2는 도 1은 본 발명에 따른 디지털 PWM 신호를 재생하는 오디오 시스템의 블록도이다.
도 2의 오디오 재생 장치는 저장부(210), 제어부(220), 입력 키이부(230), 신호 재생부(240), 스피커부(250)를 구비한다. 또한 신호 재생부(240)는 디코드부(242), 파워 증폭부(244), LPF부(246)를 구비한다.
저장부(210)는 도 1의 인코더에 의해 생성된 디지털 PWM 신호가 저장되어 있다. 바람직하게 저장부(210)는 HDD나 플래시 메모리등을 이용할 수 있다.
입력 키이부(230)는 숫자 및 문자 정보를 입력하기 위한 키들 및 각종 기능들을 설정하기 위한 기능 키들을 구비한다.
제어부(220)는 입력 키이부(230)에서 입력되는 명령에 따라 일반적인 동작을 제어하거나 저장부(210)에 저장되어 있는 디지털 PWM 신호를 리드한다.
신호 재생부(240)는 제어부(220)에서 리드된 디지털 PWM 신호를 아날로그 PWM 신호로 변환하여 파워 스위칭하고, 그 파워 스위칭에 의해 원래의 오디오 신호를 추출한다.
신호 재생부(240)를 더 상세히 설명한다.
디코드부(242)는 디지털 PWM 신호를 DAC(Digital-Analog Converter)등을 이용하여 아날로그 PWM 신호로 변환한다.
파워 증폭부(244)는 디코드부(242)에서 변환된 아날로그 PWM 신호를 스위칭 회로를 통해 전력 증폭한다.
LPF부(246)는 파워 증폭부(244)에서 전력 증폭된 아날로그 펄스폭 변조 신호 를 로우패스필터링함으로써 잡음을 제거한다.
다시 도 2로 돌아가서, 스피커부(250)는 신호 재생부(240)에서 발생되는 아날로그 오디오 신호를 소리로 재생한다.
도 3은 파워 증폭부(244) 및 LPF부(246)의 일실시예이다.
파워 증폭부(244)는 PMOS 트랜지스터(P1) 및 NMOS 트랜지스터(N1)를 포함한다. PWM 신호는 제1PWM 신호(Q1)와 제2PWM 신호(Q2)로 나누어진다. PMOS 트랜지스터(P1)는 제1PWM 신호(Q1)에 따라 스위칭되고, 소스에는 실제 전원 전압(Vcc2)이 인가된다. NMOS 트랜지스터(N1) 역시 제2PWM신호(Q2)에 따라 스위칭되고, 그것의 드레인은 PMOS트랜지스터(P1)의 드레인과 연결되고 그것의 소스는 접지 전압(Vss2)과 연결된다. 여기서 Vcc1, Vss1은 전압원에서 인가되는 이상적인 전압이고, Vcc2, Vss2는 전압원과 파워 증폭부(244)사이를 연결하는 도선(50)내의 저항(R1, R2)에 의해 일정치 만큼 강하된 전압으로, 파워 증폭부(244)에 인가되는 실제 전압이다. 아울러 R1, R2는 전압원과 파워 스위칭기(20)사이를 연결하는 도선에 발생되는 저항이다.
LPF부(246)는 인덕터(32) 및 커패시터(34)로 구성되며, 파워 증폭부(244)의 출력 신호의 고주파 성분을 제거한다.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 PWM 생성/저장 방법을 보이는 흐름도이다.
먼저, 입력되는 아날로그 오디오 신호를 입력하여(510 과정) PCM 디지털 신호로 변환한다(520 과정).
이어서, PCM 디지털 신호를 오버 샘플링, 노이즈 형성(noise shape)과 같은 일련의 신호 조작을 통해 비선형 왜곡 및 S/N비를 높인다.
이어서, PCM 디지털 신호를 기준 캐리어 신호를 이용하여 PWM 신호로 생성한다(520 과정).
이어서, 생성된 PWM 신호를 디지털 PWM 신호로 변환한다(524 과정).
이어서, 디지털 PWM 신호를 별도의 저장 매체 예를 들면, HDD, 플래시 메모리등에 저장한다(530 과정). 이때 별도의 저장 매체는 포터블 기기 또는 소스 서버내에 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 오디오 재생 방법을 보이는 흐름도이다.
먼저, 오디오 재생 명령이 입력되는가를 체크한다(540 과정).
이어서, 오디오 재생 명령이면 별도의 메모리에 미리 저장되어 있는 디지털 PWM 신호를 리드한다(550 과정).
이어서, 디지털 PWM 신호를 DAC(Digital-Analog Converter)등을 이용하여 아날로그 PWM 신호로 디코딩한다(560 과정).
이어서, 디코딩된 아날로그 PWM 신호를 스위칭 회로를 통해 전력 증폭한다(570 과정).
이어서, 전력 증폭된 아날로그 펄스폭 변조 신호를 로우패스필터링함으로써 원래의 오디오 신호를 추출한다(580 과정).
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, TV나 홈시어터, 휴대폰 기기등과 같이 파워 앰프를 사용하는 오디오 시스템에 있어서 디지털 PWM 데이터를 미리 별도의 메모리에 저장시킨 후 재생시 그 디지털 PWM 데이터를 디코딩하여 파워 스위칭함으로써 전체 하드웨어의 구성을 절감할 수 있으며, 특히 휴대형 기기에서 에너지 소모량을 줄임으로써 정해진 밧데리만으로도 장시간의 오디오를 청취할 수 있다.

Claims (10)

  1. 오디오 소스를 일련의 신호 처리 과정을 통해 디지털 PWM 신호로 변환하여 별도의 저장 매체에 저장하는 과정;
    오디오 재생시 상기 저장 매체에 저장된 디지털 PWM 신호를 리드하여 아날로그 PWM 신호로 디코딩하는 과정;
    상기 디코딩된 아날로그 PWM 신호를 파워 스위칭하여 오디오 신호를 추출하는 과정을 포함하는 오디오 저장 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디지털 PWM 신호 저장 과정은
    입력되는 아날로그 오디오 신호를 입력하여 PCM 디지털 신호로 변환하는 과정;
    상기 PCM 디지털 신호를 오버 샘플링 및 노이즈 형성의 신호 처리를 수행하는 과정;
    상기 신호 처리된 PCM 디지털 신호를 기준 캐리어 신호와 비교하여 PWM 신호로 생성하는 과정;
    상기 생성된 PWM 신호를 디지털 PWM 신호로 변환하는 과정;
    상기 디지털 PWM 신호를 별도의 저장 매체에 저장하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 저장 재생 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 PWM 신호 디코딩 과정은
    상기 별도의 메모리에 미리 저장되어 있는 디지털 PWM 신호를 리드하는 과정;
    상기 리드된 디지털 PWM 신호를 디지털-아날로그 변환하여 아날로그 PWM 신호로 디코딩하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 저장 재생 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 오디오 신호 추출 과정은
    디코딩된 아날로그 PWM 신호를 스위칭 회로를 통해 전력 증폭하는 과정;
    상기 전력 증폭된 아날로그 펄스폭 변조 신호를 로우패스필터링하여 오디오 신호를 추출하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 저장 재생 방법.
  5. 오디오 기기에 있어서,
    디지털 오디오 신호를 PWM 신호로 변환하여 그 PWM 신호를 디지털 PWM 신호로 변환하여 저장된 저장부;
    상기 저장부에서 리드된 디지털 PWM 신호를 아날로그 PWM 신호로 변환하여 파워 스위칭하고 그 파워 스위칭에 의해 오디오 신호를 추출하는 신호 재생부를 포함하는 오디오 재생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 신호 재생부는
    상기 디지털 PWM 신호를 디지털 아날로그 변환하여 아날로그 PWM 신호로 생 성하는 디코드부;
    상기 디코드부에서 변환된 아날로그 PWM 신호를 스위칭 회로를 통해 전력 증폭하는 파워 증폭부;
    상기 파워 증폭부에서 전력 증폭된 아날로그 PWM 신호를 로우패스필터링하여 오디오 신호를 추출하는 로우패스필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 재생 장치.
  7. 오디오 시스템에 있어서,
    아날로그 오디오 신호를 입력하여 PCM 디지털 신호로 변환하고, 그 PCM 디지털 신호를 PWM 신호로 변조하여 디지털 PWM 신호로 변환함과 함께 별도의 저장 매체에 저장하는 오디오 생성 및 저장 수단;
    상기 저장 매체에 저장된 디지털 PWM 신호를 리드하여 아날로그 PWM 신호로 디코딩하고, 디코딩된 아날로그 PWM 신호를 파워 스위칭하여 오디오 신호를 추출하는 오디오 재생 수단을 포함하는 오디오 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오디오 생성 및 저장 수단은
    아날로그 오디오 신호를 입력하여 PCM 디지털 신호로 변환하는 PCM 변환부;
    상기 PCM 디지털 신호를 오버 샘플링 및 노이즈 형성의 신호 처리를 수행하는 신호 처리부;
    상기 신호 처리된 PCM 디지털 신호를 기준 캐리어 신호와 비교하여 PWM 신호 로 생성하는 PWM 변조부;
    상기 생성된 PWM 신호를 디지털 PWM 신호로 변환하는 디지털 PWM 변환부;
    상기 디지털 PWM 신호를 별도의 저장 매체에 저장하는 저장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 오디오 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 오디오 재생 수단은
    디지털 PWM 신호를 디지털 아날로그 변환하여 아날로그 PWM 신호로 생성하는 디코드부;
    상기 디코드부에서 변환된 아날로그 PWM 신호를 스위칭 회로를 통해 전력 증폭하는 파워 증폭부;
    상기 파워 증폭부에서 전력 증폭된 아날로그 PWM 신호를 로우패스필터링하여 오디오 신호를 추출하는 로우패스필터부를 구비하는 오디오 시스템.
  10. 저장 매체에 있어서,
    아날로그 오디오 신호를 입력하여 PCM 디지털 신호로 변환하고, 상기 PCM 디지털 신호를 오버 샘플링 및 노이즈 형성의 신호 처리를 수행하고 상기 신호 처리된 PCM 디지털 신호를 기준 캐리어 신호와 비교하여 PWM 신호로 생성하고, 상기 생성된 PWM 신호를 디지털 PWM 신호로 변환하여 기록되어 있는 저장 매체.
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