KR101035948B1 - 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치 - Google Patents

단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치 Download PDF

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본 발명은 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치에 관한 것으로, 아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 방법에 있어서, 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 제1단계; 입력되는 음성신호로부터 음성신호를 샘플링하는 제2단계; 상기 샘플링된 음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 제3단계; 상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 제4단계; 및, 상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치에 관한 것이다. 이를 통하여 하나의 송수신로만을 이용하면서도 영상 및 음성 신호를 모두 전달할 수 있어서, 선로설치비를 줄일 수 있으므로 효과적인 시스템 구성이 가능하여 비용 절감 및 설치 유비 관리가 용이한 장점이 있고, 특히 영상신호의 주파수 대역제한이 없어, 기존의 영상신호의 신호 품질을 유지하면서 이를 수행할 수 있는 효과가 있다.
단일선로, 영상신호, 음성신호, 송수신

Description

단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AUDIO AND VIDEO SIGNAL BY ONE TRANSMITTING LINE}
본 발명은 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치에 관한 것으로, 하나의 송수신로만을 이용하면서도 영상 및 음성 신호를 모두 전달할 수 있어서, 선로설치비를 줄일 수 있으므로 효과적인 시스템 구성이 가능하여 비용 절감 및 설치 유비 관리가 용이한 장점이 있고, 특히 영상신호의 주파수 대역제한이 없어, 기존의 영상신호의 신호 품질을 유지하면서 이를 수행할 수 있는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적인 음성신호 및 영상신호의 전송을 위해서는 음성신호 전송용 케이블 및 영상신호 전송용 케이블을 각각 설치하여 각각의 전송용 케이블에 각각의 신호를 전달하는 구조를 가진다.
그러나 이와 같은 구조로 음성 및 영상 신호를 전달하는 경우에는 신호 전송을 위한 케이블을 설치하는 경우에 2개의 배선을 설치하여야 하므로, 설치작업이 많고, 설치비용이 증가하며, 설치된 시스템의 유지보수가 어려운 문제점이 있다.
따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 영상신호 전송 케이블에 음성신호도 함께 전송하려는 제안이 미국 공개특허 US 2004/0189869 (Apparatus and method for transmitting audio over a dedicate video line)에 게시된 바 있다.
이를 NTSC 영상출력의 예를 들어 설명하면, 모니터에 출력 되는 영상의 가로 한 라인의 앞과 뒤에는 약간의 영상신호 미포함 구간(주사선 회귀 구간)이 포함 되어있는데, 상기 제안의 요지는 영상신호에 음성신호를 부가함에 있어서 유효영상의 바로 앞 혹은 바로 뒤 약간의 구간을 이용하는 것이다. 이렇게 제시된 방법을 사용하면 영상의 한 라인이 주사되는 동안의 얻어지는 음성 신호를 하나 혹은 두 개 정도 매 영상 라인 신호에 첨가할 수가 있다. 이렇게 적당하게 샘플링된 음성신호는 수신부의 복호기 회로를 거쳐 스피커로 출력 된다.
그러나 이와 같은 방법은 음성의 매 라인 삽입 구조로 인하여, 예를 들어 horizontal 주파수가 15kHz인 경우, 음성샘플링은 무조건 15kHz에 고정되어져, 좋은 품질의 음성신호를 얻기 위해 음성 샘플 주기를 높여보려 해도 방법이 없어, 음성신호의 품질 조절이 어려운 문제점이 있고, 아날로그 신호의 스위칭에 따른 직접적인 전송으로 인하여 아날로그 신호에 포함된 노이즈 제거가 불가하고, 신호감쇄 등의 문제점이 있다.
따라서 상기 기술한 문제점을 해결할 수 있는 신호 송수신 방법 및 장치의 개발이 절실한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 하나의 송수신로만을 이용하면서도 영상 및 음성 신호를 모두 전달할 수 있어서, 선로설치비를 줄일 수 있으므로 효과적인 시스템 구성이 가능하여 비용 절감 및 설치 유비 관리가 용이한 장점이 있고, 특히 영상신호의 주파수 대역제한이 없어, 기존의 영상신호의 신호 품질을 유지하면서 이를 수행할 수 있는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 방법에 있어서,
영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 제1단계;
입력되는 음성신호로부터 음성신호를 샘플링하는 제2단계;
상기 샘플링된 음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 제3단계;
상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 제4단계; 및,
상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법을 제공한다.
또한 본 발명은
아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 장치에 있어서,
영상신호 수신부로부터 입력되는 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 블랭크구간 검출부;
음성신호 수신부로부터 입력되는 음성신호로부터 음성신호를 샘플링 하여, 상기 샘플링된 음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 음성신호 압축부;
상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 음성신호 합성부; 및,
상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 영상음성 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신장치를 제공한다.
본 발명의 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법 및 장치에 따르면, 하나의 송수신로만을 이용하면서도 영상 및 음성 신호를 모두 전달할 수 있어서, 선로설치비를 줄일 수 있으므로 효과적인 시스템 구성이 가능하여 비용 절감 및 설치 유비 관리가 용이한 장점이 있고, 특히 영상신호의 주파수 대역제한이 없어, 기존의 영상신호의 신호 품질을 유지하면서 이를 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 대량의 음성 신호를 송수신할 수 있음에 따라 동일구간에 대한 다수의 음성신호를 재차 송부하여 이들을 평균하여 사용할 수 있음에 따라 아날로그 신호의 전달에 따라 발생하는 노이즈 발생 및 신호강도의 감쇄를 줄여 음성신호의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
본 발명은 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법에 관한 것으로 아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 방법에 있어서, 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 제1단계; 입력되는 음성신호로부터 음성신호를 샘플링하는 제2단계; 상기 샘플링된 음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 제3단계; 상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 제4단계; 및, 상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 제5단계를 포함하여 구성된다.
본 발명은 하나의 송수신 케이블을 이용한 아날로그 영상 및 음성 신호의 전송(송수신) 방법으로서, 영상을 전송함에 있어서 유효영상 구간과 비 유효영상 구간의 조합으로 이루어진 영상신호에 대해서는 모두 적용이 가능하다. 이와 같은 방식의 대표적인 영상신호 규격으로는 NTSC(National Television System(s) Committee) 또는 PAL(Phase-Alternating Line) 방식이 있다. 용이한 설명을 위해 앞으로의 설명 예시는 NTSC 규격신호를 이용한다.
일반적으로 NTSC 규격신호에서, 프레임은 한 화면을 구성하는 전체 영상 신호로서, NTSC는 초당 29.97 개의 비월 주사된 비디오 프레임으로 이루어지고, 필드 는 interlace 방식에서 한 프레임을 구성하는 두 장의 영상 데이터로서, 영상의 깜빡임 현상을 제거한다. 다음으로 Horizontal blank 구간은 영상의 가로 방향에서 유효영상 구간을 제외한 구간(sync, porch)이고, Vertical blank 구간은 영상의 세로 방향에서 유효 가로라인 구간을 제외한 구간이고, Serration 구간은 영상의 수직방향의 신호선 회귀 구간이다.
비월주사 방식의 720*480(가로 세로 크기)계열 NTSC 경우, 1프레임은 두 장의 필드 신호로 구성되고 필드 신호의 한 라인은 총 858개의 화소로 이뤄져 있다. 한 라인의 858 화소는 138개의 horizontal blank 구간을 가지고 있으며 720개의 유효 화소로 구성되어있다. 1프레임은 총 525개의 라인으로 구성되어 있으며 525라인 중 45라인은 vertical blank 구간이다. 본 발명은 45개의 blank 구간 중에 serration 구간을 제외한 나머지 구간을 이용해 음성신호를 전송한다.
본 발명은 아날로그 영상전송에 있어서 별도의 신호 선을 이용하지 않고 영상 신호 선을 공유하여 음성을 함께 전송하는 방법이다. 기존의 동축케이블을 이용한 TV 신호 전송 방법 역시 하나의 신호 선을 이용해 영상, 음성 신호를 모두 전송하지만 음성데이터 주파수 영역 확보를 위해 영상신호 대역을 제한을 받는다. 본 발명에서는 음성신호의 주파수 변조 방식이 아닌 시간영역 압축과 영상신호에 음성신호를 가산하는 방법을 통해 영상신호의 대역 제한의 한계를 극복했다. 또한 음성신호 누적 평균방법을 이용해 음성 신호의 신호 품질을 높였다. 즉, 기존의 음성영상 송신 방법은 음성신호가 4.5MHz 대역에 분포하고 있으므로 영상의 휘도 및 컬러영역은 해당영역을 침범하지 못해 대역제한을 받게 된다.
본 발명에서 제안하는 전체 시스템의 구조는 아날로그 음성-영상 송신 방법 및 장치와 이와 같은 신호를 수신하는 수신 방법 및 장치로 구성된다. 아날로그 음성-영상 송신 방법 및 장치는 영상과 음성 입력을 각각 받아 음성신호는 시간 축에 대해 압축을 실시하고 아날로그 영상신호에 더하여 보낸다. 반대로 아날로그 음성-영상 수신 방법 및 장치는 상기와 같이 압축되어 송신된 신호로부터 음성-영상신호를 입력 받아 시간 축에 대해 압축된 음성신호를 음성주파수 주기에 맞게 출력한다.
이를 보다 구체적으로 도면과 함께 설명하면, 아래와 같다.
즉, 아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 방법에 있어서, 영상신호로부터 실제 영상정보를 담고 있는 유효영상구간을 제외한 영상주사 블랭크구간을 검출하는 제1단계를 수행하고, 외부 또는 마이크 등의 음성 수신부로부터 입력되는 음성신호로부터 (일정한 주기로) 음성신호를 샘플링하는 제2단계를 수행하여 샘플링된 음성신호를 구하여 상기 샘플링된 음성신호를 영상신호에 실어 전송하기 위하여 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 제3단계를 수행하고, 상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 제4단계를 수행하고, 이후에 상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 제5단계를 포함하여 송신을 수행하고, 이와 같이 송신신호로부터 수신된 신호는 음성신호 및 영상신호를 분리하고 분리된 음성신호를 다시 복원하는 등의 수신과정을 수행하게 되고, 이에 적용되는 장치에 대한 구체적인 예의 블록다이어그램으로 도 1에는 송신부분에 대한 예를 도시한다.
즉, 본 발명은 상기 방법을 수행할 수 있는 송수신 장치를 함께 제공하는 바, 이는 아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 장치에 있어서, 영상신호 수신부로부터 입력되는 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 블랭크구간 검출부; 음성신호 수신부로부터 입력되는 음성신호로부터 (일정한 주기로) 음성신호를 샘플링하여, 상기 샘플링된 음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 음성신호 압축부; 상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 음성신호 합성부; 및, 상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 영상음성 송신부를 포함하여 구성된다. 물론 도 1에는 이에 추가하여 부가적인 모듈도 함께 도시되어지지만, 기본적인 구성요소는 상기 기술한 바와 같다.
이에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 아날로그 음성영상 송신장치의 영상 수신부는 아날로그 영상신호를 받아들이는 장치이다. 카메라 입력 혹은 외부로부터 들어오는 아날로그 영상 신호를 수신한다. 영상 수신부를 통해 들어온 아날로그 영상신호는 유효한 영상정보를 가진 구간과 이러한 정보를 가지지 않는 영상 blank구간으로 구성되는데 이러한 영상신호가 영상 blank구간 검출부에 들어가게 된다. 영상 blank구간 검출부는, 도 7에 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이, 아날로그 영상신호의 vertical, horizontal blank 구간을 검출하여 음성신호 합성부로 blank 신호를 전달한다. 이를 통하여, 이에 대한 구체적인 예로, 프레임 혹은 필드 단위로 얻어지는 음성신호를 한 프레임의 vertical blank 영역의 몇 개의 horizontal blank 라인에 데이터로 실어 보낼 수 있도록 한다.
음성 수신부는 마이크 등을 통해 들어온 음성신호 혹은 외부로부터 입력된 음성신호를 받는 장치이다. 수신된 음성신호는 적당한 주기의 간격에 의해 양자화 된다. 일반적으로 음성신호는 24kHz, 48kHz, 96kHz 등 다양한 샘플링 주기(기준 클럭)에 의해 양자화 된다. 이와는 다르게 영상 신호는 13.5MHz, 27MHz, 28.63MHz 등 수십 MHz단위의 샘플주기를 갖는다.
따라서 외부 또는 마이크 등의 음성 수신부로부터 입력되는 음성신호로부터 상기 샘플링 주기로 음성신호를 샘플링하여 이를 시간 축에 대하여 압축하면, 보다 많은 음성신호를 영상신호에 얻어 송신할 수 있게 되고, 이후에 설명하게 되는 동일 음성신호에 대하여 여러 번의 전송을 수행할 수 있는 것이 가능하게 된다.
음성신호 압축부에서는 이와 같이 샘플링된 음성신호를 영상신호의 샘플주기인 주파수에 맞춰 시간 축에 대하여 압축하여 재정렬 함으로써 음성신호 압축을 실시한다. 이에 대한 구체적인 예는 도 3에 도시한 바와 같다. 여기서 샘플링된 음성신호는 일정한 샘플링 주기로 음성신호를 샘플링하는데, 예를 들면 영상신호의 주파수에 대하여 1/k배로 샘플링하고, 이를 단순히 영상신호 주파수가 되도록 압축하면 k배 압축이 이루어지는 것이다. 이외에도, PLL 등을 활용하여 전송되는 영상신호 주파수의 j배(j는 1보다 큰 정수) 또는 1/j배가 되는 주파수가 되도록 이를 압축할 수도 있음은 물론이다. 따라서 상기 영상신호의 주파수에 대응되게 압축한다는 의미는, 임의의 샘플링 주기로 샘플링된 음성신호를, 영상신호 주파수 또는 이의 j배 또는 1/j배에 해당하는 주파수로 압축한다는 의미이다.
이를 통하여 수 KHz 단위로 양자화된 음성신호는 수 MHz 단위의 영상 샘플주 기에 다시 재정렬 된다. 이와 같은 과정을 거치게 되면 동일시간에 전송할 수 있는 음성신호 정보량이 적게는 수백 배부터 많게는 수천 배의 음성신호를 전달 할 수 있다.
이와 같이 시간영역에 대해 압축된 음성 신호는, 바로 음성신호 합성부에 전달되어 상기 압축된 음성신호를 영상신호의 blank구간에 가산 또는 대체(치환) 등의 방법으로 합성하여 단일 선로를 통하여 영상 및 음성 신호를 전달할 수 있다.
바람직하게는 상기 음성신호에 적어도 아날로그 영상신호에서 휘도 값 0을 갖는 전압 값을 가산하는 단계를 더 포함하는 방식으로 송신을 수행할 수 있고, 이를 위하여 송신 장치는 상기 음성신호에 적어도 아날로그 영상신호에서 휘도 값 0을 갖는 전압 값을 가산하는 오프셋 가산부를 더 포함할 수 있다. 상기 가산하는 단계는 음성신호의 샘플링 후의 어느 단계에서부터 음성신호의 합성 전 사이의 어느 단계에서도 진행할 수 있으므로, 상기 가산하는 단계는 상기 제2단계와 제4단계 사이의 어느 구간에 배치할 수 있고, 이에 따라 장치에서도 상기 오프셋 가산부는 상기 음성신호 수신부로부터 상기 음성신호 합성부까지의 구간, 즉 이들 사이의 어느 곳에도 위치할 수 있고, 도 1의 경우에는 압축부와 합성부 사이에 이를 배치한 경우를 도시한 것이다.
이를 기준으로 설명하면, 압축된 음성신호는 offset 가산부로 들어가게 된다. Offset 가산부는 음성신호를 아날로그 영상 신호에 더하기 위해 pedestal level(아날로그 영상신호에서 휘도 값 0을 갖는 전압 값) 만큼 offset DC 값을 기존 음성신호에 더한다. 자세한 설명은 도 5를 참고하여 이를 설명한다. 즉, 그림 과 같이 압축 음성신호는 0V를 offset기준으로 신호가 움직인다. 음성신호를 아날로그 영상신호와 함께 송신하기 위해서는 그림과 같이 pedestal level 만큼 DC offset을 적용할 필요가 있다. 만약 pedestal level 적용이 안 된 음성신호를 바로 아날로그 영상신호와 함께 송신할 경우 수신 장치에서는 pedestal level 아래로 떨어지는 음성신호를 영상의 sync 구간으로 오판하여 영상 sync 체계가 혼돈되어 영상이 제대로 표현이 안 될 우려가 있다. 따라서 이러한 우려를 개선하기 위하여 오프셋 값을 더하게 되는데, 이는 앞에서 설명한 것과 같이 pedestal level에 해당하는 값만큼만 더할 수도 있으며, 이보다 더 큰 값을 더하는 경우에는 상기 우려를 해결할 수 있으므로, 이보다 큰 값을 가산할 수도 있다.
다음으로, 아날로그 영상 blank 구간 검출부를 통해 들어온 vertical, horizontal sync는 음성신호 합성부로 전달된다. 음성 신호 합성부는 검출된 sync를 기준으로 음성을 실어 보낼 blank 구간을 선정한다. 그리고 선정된 horizontal blank 구간에 맞게 pedestal offset이 적용된 압축 누적 음성 신호를 영상과 함께 실어 보낸다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 6에 도시한 바와 같다. 즉, 영상 blank 구간 검출부에서 검출된 horizontal sync 신호를 기준으로 음성신호 합성부에서는 내부 카운터를 증가시켜 vertical blank 구간에 있는 horizontal 라인을 찾아낸다. 예를 들어 한 장의 프레임이 525라인으로 이뤄져 있을 경우 영상 blank 구간 검출부에서는 525개의 horizontal sync 신호를 발생한다. 음성신호 합성부에서는 525라인의 영상 라인구간 중에 음성신호를 실어 보낼 vertical blank 구간의 horizontal 라인을 찾아낸다. 음성을 보내는 horizontal 라인은 수신 측에서 알 수 있도록 미리 약속된 위치를 지정한다. 도 6에 도시한 바와 같이 음성신호 합성부에서는 vertical blank 구간의 horizontal 라인 sync 구간 안에 적절하게 음성신호를 실어 보낸다. 합성이 이루어져 송신되는 신호의 구체적인 예는 도 7에 도시한 바와 같다.
또한 바람직하게는 상기 제2단계와 제4단계 사이에, N번째 현재 프레임의 샘플링된 음성신호와 함께, N-1번째 현재 프레임의 압축된 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 음성신호들을 저장하는 단계를 더 포함하여, 상기 저장하는 단계 이후에는 함께 저장된 음성신호들을 함께 처리하고, 상기 제4단계의 합성은, 상기 이전 프레임에서 저장된 m개의 압축된 음성신호 및 상기 N번째 현재 프레임의 압축된 음성신호를 합성하도록 할 수 있다.
또한, 이와 같은 방법의 수행을 위하여, 송수신 장치는 상기 음성신호 수신부로부터 상기 음성신호 합성부까지의 구간 중 어느 하나에, N-1번째 프레임의 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 음성신호들을 저장하는 메모리; 및, 상기 메모리로부터 얻어지는 상기 N-1번째 프레임의 음성신호로부터 N-m번째 프레임까지의 이전 프레임에서 음성신호들과 함께 N번째 현재 프레임의 음성신호를 저장하고 상기 이전 프레임에서의 m개의 음성신호 및 상기 N번째 현재 프레임의 음성신호를 합성하여 상기 음성신호 합성부에 전달하는 누적 저장부를 더 포함하도록 이를 구성할 수 있다.
즉, 상기 기술한 바와 같이, 시간 축에 대한 음성 압축을 통해 많은 용량의 음성신호 송신이 가능하므로, 이를 아날로그 신호에서 발생하는 노이즈 및 신호감 쇄 복원에 이용하도록 하기 위하여, 상기 과정을 수행하는 것이다. 이와 같은 누적 저장 단계는 상기 제2단계와 제4단계 사이의 어느 곳에나 배치되어 누적과정을 수행하도록 할 수 있으며, 이후에는 다수의 음성 데이터 블록을 함께 상기 기술한 바의 동일한 프로세스를 통하여 취급하도록 할 수 있고, 장치 측면에서도 동일하게 상기 추가 구성요소는 상기 음성신호 수신부로부터 상기 음성신호 합성부까지의 구간 중 어느 하나에 배치되어 상기 프로세스 수행이 가능하도록 할 수 있다.
이에 대한 구체적인 예로 도 1과 같은 배치(저장 시에 압축된 형태로 저장하는 것이 더욱 바람직하다.)를 가지는 경우에 압축된 음성신호는 누적 저장부로 전달된다. 이에 대한 구체적인 예는 도 4에 도시한 바와 같으며, 이를 참고하여 설명하면, 누적 저장부는 영상신호 양자화 주기에 재 정렬된(시간 축에 대해 압축된) 음성신호를 프레임 단위로 누적 저장한다. 눈으로 보이는 영상은 1초에 수십 프레임으로 이루어지는데, 한 프레임 동안 얻어지는 음성신호는 샘플링 주기에 따라 수백 혹은 수천 개의 데이터 량을 갖는다. 본 발명에서는 한 프레임에서 얻어지는 음성신호를 해당 프레임에만 보내는 것이 아니라 N번 째 프레임에서 시점에서 N, N-1, N-2, … , N-m 프레임의 음성 신호를 모두 보낸다. 이와 같은 방법을 사용하면 음성영상 송수신 장치에서는 한 프레임에서 얻어지는 음성신호에 대해 m번만큼 동일한 신호를 수신하는 효과를 가질 수 있다. 동일프레임에 대해 여러 번 송신하는 음성신호는 아날로그 송신과정에서 생기는 감쇠 및 외란에 대해 보상하는 역할을 한다. 즉, N(현재) 프레임에 송신되는 음성신호는 m 계수에 따라 m 프레임 이전의 음성데이터까지 전송이 가능하다. 음성신호 누적 저장부는 음성데이터 저장용 메모 리를 이용해 m 개수만큼 이전 프레임에 대한 음성 데이터를 저장한다. 계수 m은 무한 값이 아닌 음성 샘플주기와 영상 blank 구간 및 개수에 따라 유한한 값을 가진다. 본 발명에서 이와 같이 여러 프레임에 해당하는 음성신호를 누적해서 보내는 이유는 동일 음성 데이터를 수신 측에서 여러 번 받아 평균을 취함으로써 케이블 상에서 발생하는 감쇠와 외부 잡음에 대해 본 신호를 정확하게 복원하기 위함이다. 본 발명에서는 음성신호를 디지털이 아닌 아날로그 형태로 전송하기 때문에 외부 왜란 및 신호 케이블 감쇠를 고려해 음성신호를 누적 송신한다. 누적된 음성 신호는 프레임 간 구분을 위해 프레임 태그 신호 혹은 일정 구간 띄움 등의 방법을 이용한다.
이와 같이 다단계의 음성신호(다수 프레임에 해당하는 음성신호)로 이루어진 음성신호는 도 5 내지 도 6의 과정을 통하여 신호처리가 이루어지고, 이와 같이 형성된 신호의 구체적인 예는 도 7에 도시한 바와 같다.
다음으로 이와 같이 전달된 신호는 수신부에 의하여 수신되어 이로부터 음성신호를 분리하여 음성 및 영상 신호를 전달하게 된다. 수신부 측의 장치구성에 대한 구체적인 예는 도 2에 도시한 바와 같다.
즉, 수신방법으로는 제5단계에서 송신되어진 상기 음성신호가 합성된 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 제6단계; 상기 영상주사 블랭크구간으로부터 상기 압축된 음성신호를 분리하는 제7단계; 상기 분리된 음성신호를 원 음성신호로 신장하는 제8단계; 및, 처리된 영상신호 및 음성신호를 각각 전송하는 제9단계를 포함하여 구성된다.
또한 이와 같은 수신방법의 수행을 위한 장치는 상기 영상음성 송신부로부터 송신되어진 음성신호가 합성된 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 수신부 블랭크구간 검출부; 상기 영상주사 블랭크구간으로부터 상기 압축된 음성신호를 분리하는 음성영상 분리부; 상기 분리된 음성신호를 원 음성신호로 신장하는 음성신호 신장부; 및, 처리된 영상신호 및 음성신호를 각각 전송하는 영상신호 송신부 및 음성신호 송신부를 포함하여 구성된다.
즉, 도 7에 도시한 바와 같은 합성신호를 송신하는 상기 영상음성 송신부로부터 송신되어진 신호로부터 영상주사 블랭크 구간을 검출하고, 이에 따라 검출된 블랭크 구간에서 음성신호를 분리하여 도 10에 구체적인 예를 도시한 바와 같이 원 압축과정의 정보를 기준으로 이의 반대과정을 통하여 음성신호를 원래 최초 수신한 음성신호로 복원하여, 음성신호가 분리된 정상 영상신호와 원 주파수로 복원된 음성신호를 각각 전달하도록 한다. 여기서 상기 음성신호 및 영상신호는 신호처리 과정을 마치고 바로 다음단계로 전달될 수도 있고, 신호처리 과정에서 두 신호사이에 시간 지연 등이 발생한 경우에는 이를 보정하는 동조화 과정을 통하여 서로 일치된 두 신호를 전송하도록 할 수 있다.
도 2를 참고하여 구체적인 예를 설명하면, 본 발명에서 제안하는 음성영상 수신 장치는 다음과 같다. 아날로그 영상-음성신호는 영상-음성 수신부로 입력된다. 수신된 신호는 케이블 길이에 따른 감쇠가 일어나는데 본 발명에서는 이와 같은 감쇠를 보상하기 위해 아날로그 증폭기를 사용할 수 있다. 아날로그 증폭기를 지난 신호는 송신과정에 반대되는 과정을 진행한다. 영상 blank 구간 검출부에 전 달된 음성영상 신호는 horizontal, vertical sync를 검출한다. 검출된 sync 신호를 기준으로 음성영상 분리부는 음성 신호와 영상신호를 분리한다.
즉, 영상 blank 검출부는 horizontal sync 및 vertical sync 구간을 검출하여 음성영상 분리부로 신호를 넘겨준다. 음성영상 분리부에서는 검출된 sync 신호를 기준으로 약속된 위치에 전송된 음성 신호를 인식한다. 음성영상 분리부는 분리된 음성영상신호를 각각 정해진 다음 과정으로 진행한다. 또한 영상신호의 경우는 검출된 음성신호를 제거하여 영상출력 단자 및 송신부를 통해 외부로 출력한다. 이와 병행하게 음성신호는 음성송신 때와 반대의 과정을 진행한다. 여기서 음성신호 신장하는 과정은 음성신호 압축과정에 반대되는 과정을 수행한다. 지금까지 수행된 수신 장치의 일련의 과정은 영상신호 도메인(MHz)에서 진행되었다. 음성신호를 영상신호 도메인에서 처리하는 이유는 송신과정에서와 같은 이유로써 높은 주기로 양자화된 신호는 좀더 많은 데이터 처리가 가능하기 때문이다. 수신보드에서는 최종 음성 데이터를 출력하기 위해 원래 음성 샘플링 주기 도메인으로 전환이 필요하다. 이와 같은 역할을 담당하는 장치가 음성신호 신장부이다.
또한 바람직하게는 송신과정에서 오프셋 가산을 수행한 경우에는 수신 및 원 음성신호로의 복원과정에서는 이러한 오프셋 가산을 제거하여야 하므로, 이를 위하여, 상기 제7단계와 제9단계 사이에, 상기 블랭크구간으로부터 추출된 음성신호에서 상기 전압 값을 감산하는 단계를 더 포함하도록 하고, 장치적 측면에서는 상기 음성신호 분리부로부터 상기 음성신호 송신부까지의 구간 중 어느 하나에, 상기 블랭크구간으로부터 추출된 음성신호에서 상기 전압 값을 감산하는 오프셋 감산부를 더 포함하도록 구성할 수 있다. 즉, Offset 감산부에서는 음성영상 데이터 송신과정과는 반대로 pedestal level 만큼 올라간 DC level을 차감하는 과정을 진행한다. 도 8에 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이 pedestal level이 차감된 음성 신호는 0V 기준으로 하는 신호 level을 유지한다. 도시한 경우는 pedestal level을 차감하지만, 가산 값이 다른 경우에는 가산 값에 해당하는 값을 감산하도록 한다.
또한 바람직하게는 송신과정에서 다 단계의 음성신호를 (누적)저장한 경우에는 이를 활용하여 아날로그 신호의 노이즈 및 감쇄를 보상하기 위하여 누적 신호를 평균하는 과정을 진행하도록 할 수 있다. 즉, 누적 저장을 진행한 경우, 상기 제8단계는, N-1번째 프레임의 상기 압축된 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 상기 저장된 m개의 압축된 음성신호 및 N번째 현재 프레임의 압축된 음성신호로 이루어진 분리된 m+1개의 음성신호들을 저장하고, 기저장된 음성신호들로부터, 상기 N번째 현재 프레임에서 상기 분리된 m+1개의 음성신호들 중 첫 번째 음성신호에 해당하는 상기 이전 프레임의 m개의 저장된 음성신호들과 상기 N번째 현재 프레임에서 분리된 첫 번째 음성신호를 평균하여 평균음성신호를 생성하고, 상기 평균음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 신장하는 과정을 더 거칠 수 있다. 장치적 측면에서는 상기 과정을 수행하기 위하여 도 2에 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이, 상기 음성신호 분리부로부터 상기 음성신호 송신부까지의 구간 중 어느 하나에, N-1번째 프레임의 압축된 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 상기 분리된 음성신호들을 저장하는 수신부 메모리; 및, 기저장된 음성신호들로부터, 상기 N번째 현재 프레임에서 상기 분리된 음성신호들 중 첫 번째 음성신호에 해당하는 상기 이전 프레임의 m개의 저장된 음성신호들과 상기 N번째 현재 프레임에서 분리된 첫 번째 음성신호를 평균하여 평균음성신호를 생성하는 누적 음성신호 평균부를 더 포함하도록 이를 구성할 수 있다.
도 2의 경우에는 상기 추가적인 구성을 감산부와 신장부 사이에 배치한 경우를 도시한 것이고, 이외에도 상기 음성신호 분리부로부터 상기 음성신호 송신부까지의 구간 중 어느 하나에 이를 부가할 수 있다.
이에 대한 구체적인 예로 도 9를 기준으로 이를 설명하면, 도 9는 한 프레임의 음성 데이터 송신에 4장에 해당되는 음성 신호를 한번에 전송하는 예시로 수신 측 음성버퍼에는 현재 시점을 기준으로 이전 3장(여기서는 m=3에 해당) 프레임에 해당되는 음성 데이터를 항시 저장하고 있다. 이와 같은 방법을 이용하면 한 시점에서 얻어지는 음성데이터를 동일하게 4번 수신하는 이점이 있다. 본 발명에서는 동일하게 얻어지는 4번의 음성 데이터를 이용해 아날로그 형태로 전송되는 음성 신호를 원 신호에 가깝게 복원하는데 사용한다. 영상신호는 물론 음성신호 역시 아날로그형태로 전송로를 통해 전송되므로 거리에 따른 감쇠 및 외부 잡음에 대해 취약한 특성을 가지고 있다. 본 발명에서는 감쇠되고 왜곡되는 원 신호 복원을 위해 동일 데이터를 여러 번에 걸쳐 재 전송 하고 이를 취합하여 평균한다.(평균하는 방법은 다양한 평균방법을 적용할 수 있음은 물론이다.) 평균화하는 과정이 반복될수록 음성신호는 원 신호에 가까운 신호를 복원할 수 있게 되므로 요구되는 품질 수준에 따라 이를 증가할 수 있다.
송신 데이터와 수신된 데이터를 도시한 경우가 도 11에 도시된다. 이 경우는 도 9와 같이 4번의 동일구간 음성데이터의 송수신 과정을 실시했지만, 송신 음성 데이터의 횟수와 구간은 사용자 및 구현하는 사람에 따라 언제든지 변경이 가능 하다. 도 11은 입력된 음성신호가 영상의vertical blank 구간에 가산되어 송신되는 과정과 수신 장치에서 얻어진 음성데이터가 출력되는 과정을 계측기를 통해 측정한 것이다. 실시예에서 보여지는 입력 대 출력신호 복원 비율은 보내지는 음성신호의 중복횟수가 늘어날수록 높아질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.
도 1은 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 송신부에 대한 일 실시예를 블록선도로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 수신부에 대한 일 실시예를 블록선도로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 송신부에서 음성신호 압축부의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 송신부에서 누적 저장부의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 송신부에서 오프셋 가산부의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 송신부에서 음성신호 합성부의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 송신부로부터 전송되는 신호의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 수신부에서 오프셋 감산부의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 수신부에서 누적 음성신호 평균부의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치의 수신부에서 음성신호 신 장부의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 음성 및 영상신호 송수신장치를 통하여 음성신호 입력신호 및 출력신호를 각각 비교 도시한 데이터이다.

Claims (12)

  1. 아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 제1단계;
    입력되는 음성신호로부터 음성신호를 샘플링하는 제2단계;
    상기 샘플링된 음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 제3단계;
    상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 제4단계; 및,
    상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계와 제4단계 사이에,
    상기 음성신호에 적어도 아날로그 영상신호에서 휘도 값 0을 갖는 전압 값을 가산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2단계와 제4단계 사이에,
    N번째 현재 프레임의 상기 샘플링된 음성신호와 함께, N-1번째 프레임의 상기 압축된 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 압축된 음성신호들을 저장하는 단계를 더 포함하여, 상기 저장하는 단계 이후에는 함께 저장된 음성신호들을 함께 처리하고,
    상기 제4단계의 합성은, 상기 이전 프레임에서 저장된 m개의 압축된 음성신호 및 상기 N번째 현재 프레임의 압축된 음성신호를 합성하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제5단계에서 송신되어진 상기 음성신호가 합성된 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 제6단계;
    상기 영상주사 블랭크구간으로부터 상기 압축된 음성신호를 분리하는 제7단계;
    상기 분리된 음성신호를 원 음성신호로 신장하는 제8단계; 및,
    처리된 영상신호 및 음성신호를 각각 전송하는 제9단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2단계와 제4단계 사이에,
    상기 음성신호에 적어도 아날로그 영상신호에서 휘도 값 0을 갖는 전압 값을 가산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제7단계와 제9단계 사이에,
    상기 블랭크구간으로부터 추출된 음성신호에서 상기 전압 값을 감산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제2단계와 제4단계 사이에,
    N번째 현재 프레임의 상기 샘플링된 음성신호와 함께, N-1번째 프레임의 상기 압축된 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 압축된 음성신호들을 저장하는 단계를 더 포함하여, 상기 저장하는 단계 이후에는 함께 저장된 음성신호들을 함께 처리하고,
    상기 제4단계의 합성은, 상기 이전 프레임에서 저장된 m개의 압축된 음성신호 및 상기 N번째 현재 프레임의 압축된 음성신호를 합성하고,
    상기 제8단계는,
    상기 저장된 m개의 압축된 음성신호 및 상기 N번째 현재 프레임의 압축된 음성신호로 이루어진 분리된 m+1개의 음성신호들을 저장하고,
    기저장된 음성신호들로부터, 상기 N번째 현재 프레임에서 상기 분리된 m+1개의 음성신호들 중 첫 번째 음성신호에 해당하는 상기 이전 프레임의 m개의 저장된 음성신호들과 상기 N번째 현재 프레임에서 분리된 첫 번째 음성신호를 평균하여 평균음성신호를 생성하고,
    상기 평균음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 신장하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신방법.
  7. 아날로그 음성 및 영상신호를 송수신하는 장치에 있어서,
    영상신호 수신부로부터 입력되는 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 블랭크구간 검출부;
    음성신호 수신부로부터 입력되는 음성신호로부터 음성신호를 샘플링하여, 상기 샘플링된 음성신호를 영상신호의 주파수에 대응되게 시간 축에 대하여 압축하는 음성신호 압축부;
    상기 압축된 음성신호를 상기 검출된 영상주사 블랭크구간에 합성하는 음성신호 합성부; 및,
    상기 음성신호가 합성된 영상신호를 단일 송수신 케이블로 송신하는 영상음성 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 음성신호 수신부로부터 상기 음성신호 합성부까지의 구간 중 어느 하나에,
    상기 음성신호에 적어도 아날로그 영상신호에서 휘도 값 0을 갖는 전압 값을 가산하는 오프셋 가산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 음성신호 수신부로부터 상기 음성신호 합성부까지의 구간 중 어느 하나에,
    N-1번째 프레임의 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 음성신호들을 저장하는 메모리; 및,
    상기 메모리로부터 얻어지는 상기 N-1번째 프레임의 음성신호로부터 N-m번째 프레임까지의 이전 프레임에서 음성신호들과 함께 N번째 현재 프레임의 음성신호를 저장하고 상기 이전 프레임에서의 m개의 음성신호 및 상기 N번째 현재 프레임의 음성신호를 합성하여 상기 음성신호 합성부에 전달하는 누적 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 영상음성 송신부로부터 송신되어진 음성신호가 합성된 영상신호로부터 영상주사 블랭크구간을 검출하는 수신부 블랭크구간 검출부;
    상기 영상주사 블랭크구간으로부터 상기 압축된 음성신호를 분리하는 음성영상 분리부;
    상기 분리된 음성신호를 원 음성신호로 신장하는 음성신호 신장부; 및,
    처리된 영상신호 및 음성신호를 각각 전송하는 영상신호 송신부 및 음성신호 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 음성신호 수신부로부터 상기 음성신호 합성부까지의 구간 중 어느 하나에,
    상기 음성신호에 적어도 아날로그 영상신호에서 휘도 값 0을 갖는 전압 값을 가산하는 오프셋 가산부를 더 포함하고,
    상기 음성신호 분리부로부터 상기 음성신호 송신부까지의 구간 중 어느 하나에,
    상기 블랭크구간으로부터 추출된 음성신호에서 상기 전압 값을 감산하는 오프셋 감산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 음성신호 수신부로부터 상기 음성신호 합성부까지의 구간 중 어느 하나에,
    N-1번째 프레임의 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 음성신호들을 저장하는 메모리; 및,
    상기 메모리로부터 얻어지는 상기 N-1번째 프레임의 음성신호로부터 N-m번째 프레임까지의 이전 프레임에서 음성신호들과 함께 N번째 현재 프레임의 음성신호를 저장하고 상기 이전 프레임에서의 m개의 음성신호 및 상기 N번째 현재 프레임의 음성신호를 합성하여 상기 음성신호 합성부에 전달하는 누적 저장부를 더 포함하고,
    상기 음성신호 분리부로부터 상기 음성신호 송신부까지의 구간 중 어느 하나에,
    N-1번째 프레임의 압축된 음성신호로부터 N-m번째 프레임(m은 1보다 큰 정수이고 N은 m보다 큰 정수임)까지의 이전 프레임에서 상기 분리된 음성신호들을 저장하는 수신부 메모리; 및,
    기저장된 음성신호들로부터, 상기 N번째 현재 프레임에서 상기 분리된 음성신호들 중 첫 번째 음성신호에 해당하는 상기 이전 프레임의 m개의 저장된 음성신호들과 상기 N번째 현재 프레임에서 분리된 첫 번째 음성신호를 평균하여 평균음성신호를 생성하는 누적 음성신호 평균부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 송수신 케이블을 이용한 음성 및 영상신호 송수신장치.
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