KR101340589B1

KR101340589B1 - 오디오 신호 처리 장치 및 방법, 통신 단말 장치

Info

Publication number: KR101340589B1
Application number: KR1020100044030A
Authority: KR
Inventors: 황인기; 김도영; 배현주; 이병선
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2013-12-11
Also published as: KR20110068786A

Abstract

본 발명은 장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어 모듈과 물리적으로 별도로 구비되는 신호 처리 모듈에서 수행되는 신호 처리 기술에 관한 것으로, 시스템 메모리에 새로운 데이터의 입력을 인지하고, 새로운 데이터의 입력이 감지되면, 시스템 메모리로부터 새로운 데이터를 읽어들이고, 읽어들인 새로운 데이터를 로컬 메모리에 기록하는 오디오 신호 처리 방법에 의해, 전용 하드웨어 로직을 이용하여 광대역 코덱 처리를 수행하는 시스템상에서 소프트웨어와 하드웨어 처리 모듈 간 데이터 공유를 보다 효율적으로 할 수 있다.

Description

오디오 신호 처리 장치 및 방법, 통신 단말 장치{Audio signal processing Apparatus and method, Terminal apparatus}

본 발명은 신호 처리 기술에 관한 것으로, 특히 장치의 전반적인 동작을 제어하는 제어 모듈과 물리적으로 별도로 구비되는 신호 처리 모듈에서 수행되는 신호 처리 기술에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[국가관리번호 : 2008-S-011-02, 과제명 : FMC 어커스틱 융합코덱 및 제어기술 연구(표준화연계)]

일반적으로 인터넷 전화는 협대역 통신을 이용한다. 그러나 인터넷 전화기의 사용이 증가하면서, 인터넷 전화의 음성 품질 향상에 대한 요구도 증가하고 있다. 이 같은 품질 향상에 대한 요구에 부응하기 위해 광대역 음성/오디오 코덱의 도입이 제안되었다. 그러나 광대역 코덱은 보다 넓은 대역 범위에서 많은 양의 데이터를 처리해야하기 때문에 기존의 협대역 인터넷 전화기에 비해 데이터 처리를 위한 계산량이 더 많이 요구된다.

기존의 협대역 인터넷 전화기에서는 음성 처리를 위한 별도의 처리장치 없이 코어 프로세서로 신호 처리를 처리하였다. 그러나 광대역 통신에서 증가되는 신호 처리량을 코어 프로세서가 모두 감당하기에는 무리가 있다.

이 같은 문제를 해결하기 위해 전용 하드웨어를 이용한 처리방법이 이용된다. 이는 하드웨어적으로 보다 효율성이 있는 병렬 처리, 파이프라이닝과 같은 동작은 하드웨어로 처리하고, 조건부 처리 등은 소프트웨어적으로 처리하는 방법이다.

본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, 광대역 통신에 의해 데이터 처리량의 증가에 따라 전용 하드웨어를 도입함에 있어, 소프트웨어와 하드웨어의 데이터 공유를 보다 효율적으로 수행할 수 있는 신호 처리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제는 시스템 메모리에 새로운 데이터의 입력을 인지하여, 새로운 데이터의 입력이 감지되면, 상기 시스템 메모리로부터 새로운 데이터를 읽어들이고, 읽어들인 새로운 데이터를 로컬 메모리에 기록하는 신호 처리 방법에 의해 달성된다.

한편, 시스템 메모리에 새로운 데이터의 입력 여부를 모니터링하는 모니터링부, 시스템 메모리와 물리적으로 별도의 저장 공간으로, 데이터를 저장하는 로컬 메모리 및 모니터링부에서 새로운 데이터의 입력이 감지되면, 시스템 메모리에 입력된 새로운 데이터를 읽어들여 상기 로컬 메모리에 저장하고, 로컬 메모리에 저장된 처리 결과값을 시스템 메모리로 전달하는 로컬 메모리 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치에 의해서도 달성된다.

본 발명에 따르면, 전용 하드웨어 로직을 이용하여 광대역 코덱 처리를 수행하는 시스템상에서 소프트웨어와 하드웨어 처리 모듈 간 데이터 공유를 보다 효율적으로 할 수 있어, 광대역 코덱의 데이터 처리 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 장치의 블록도,
도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법의 흐름도,
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법에 따른 데이터 처리 시간 단축 효과를 설명하기 위한 타이밍도이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통해 더욱 명확해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예들을 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 통신 단말 장치의 광대역 코덱을 임베디드 시스템에 적용하기 위해서는 요구되는 프로세서(DPU) 사양이 높다. 따라서 조건 처리 등 복잡한 기능은 프로세서의 소프트웨어로 처리하고, 병렬 처리가 가능하고, 단순 연산 동작의 경우에는 하드웨어적으로 처리하는게 효과적이다.

하나의 기능을 소프트웨어와 하드웨어로 나눠서 처리할 경우, 소프트웨어와 하드웨어가 공유해야 하는 데이터는 시스템 메모리를 통해 공유된다. 이때 데이터의 입출력은 시스템 효율을 고려하여 직접 메모리 접근 제어장치(DMAC: Direct Memory Access Controller)를 이용하여 처리한다. 본 발명에서는 데이터 공유를 위해 직접 메모리 접근 제어장치(DMAC: Direct Memory Access Controller)를 이용하지 않는 방법에 대해 제안한다.

도 1 은 일 실시예에 따른 통신 단말 장치의 블록도이다.

통신 단말 장치는 오디오 신호 처리장치(10)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리장치(10)는 시스템 버스 모니터링부(130), 신호 처리부(120), I/F 제어기(100) 및 인터럽트 제어부(110)를 포함한다.

또한, 오디오 신호 처리장치(10)가 포함되는 통신 단말 장치는 오디오 신호 처리 장치 이외에 시스템 메모리(35), 시스템 메모리(35)에 데이터를 읽고 쓰는 것을 제어하는 시스템 메모리 제어부(30), 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서(20)를 포함한다. 이때 오디오 신호 처리장치(10)가 포함되는 시스템은 예를 들어 광대역 통신을 이용하는 인터넷 전화기일 수 있다.

일반적으로 외부로부터 입력되는 음성 또는 오디오 신호는 디지털 신호로 변환되어, 프로세서의 제어에 따라 시스템 메모리(35)에 저장된다. 이때 데이터의 저장은 선입력선출력(FIFO: First in First out) 방식으로 이루어진다.

시스템 버스 모니터링부(130)는 시스템 메모리(35)에 새로운 데이터의 입력 여부를 모니터링한다. 일 실시예에 있어서 시스템 버스 모니터링부(130)는 시스템 버스의 어드레스에 해당하는 영역의 데이터를 모니터링한다. 그리고, 기 설정된 광대역 코덱 데이터 영역에 포함되는 어드레스에 데이터가 기록될 경우에, 시스템 메모리(35)에 새로운 데이터가 입력되었음을 감지한다.

신호 처리부(120)는 범용 디지털 신호 처리기(DSP)에서 수행되는 디지털 신호 처리를 수행하는 기술적 구성을 포괄하도록 해석된다. 예를 들어 오디오 신호에 가속 처리에 필요한 처리들을 수행하도록 구현될 수 있다.

로컬 메모리(145)는 데이터 저장 공간으로 일 실시예에 있어서는 시스템 메모리(35)와 물리적으로 별개의 저장 공간으로 구현된다.

로컬 메모리 제어부(140)는 시스템 버스 모니터링부(130)에서의 모니터링 결과 시스템 메모리에 새로운 데이터가 입력되면, 시스템 메모리(35)에 입력된 새로운 데이터를 읽어들여 로컬 메모리(145)에 저장한다. 그리고 로컬 메모리(145)에 저장된 신호 처리 결과값을 시스템 메모리(35)로 전달한다. 본 발명의 일 양상에 따라 로컬 메모리 제어부(140)는 신호 처리부(120)에서의 처리 결과값이 로컬 메모리의 해당 영역에 기 저장되었던 값과 상이한 경우에만 신호 처리 결과값을 시스템 메모리(35)로 전달할 수 있다.

I/F 제어기(100)는 시스템 버스와의 인터페이스를 제어하고, 인터럽트 제어부(110)는 기설정된 프로그램에 따라 인터럽트를 발생시킨다.

시스템 메모리 제어부(30)는 지정된 메모리 번지(A ~ A+N)에 해당하는 어드레스 신호를 생성하여 데이터를 시스템 메모리(35)로부터 프로세서(20)로 이동시킨다. 그리고 프로세서(20)에서의 처리 결과를 시스템 메모리(35)의 지정된 메모리 번지에 저장한다. 일 실시예에 있어서 시스템 메모리 제어부(30)는 통신 단말 장치의 초기화 시에 시스템 메모리(35)에 저장된 데이터들을 오디오 처리 장치(10)의 로컬 메모리(145)에 복사한다.

기존 시스템에서는 먼저 오디오 신호 처리장치의 동작 레지스터 값을 활성화시킨다. 그리고 프로세서와 공유하는 데이터를 시스템 메모리로부터 오디오 가속장치 내의 로컬 메모리로 복사한다. 이때 데이터를 복사하는 것은 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 제어에 의해 이루어진다. 그리고 신호 처리 모듈이 하드웨어적인 신호를 처리한다. 처리된 데이터를 로컬 메모리에 저장하고, 신호 처리 완료 후 로컬 메모리 값을 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 제어에 따라 시스템 메모리로 이동시킨다. 인터럽트 제어모듈 혹은 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)이 인터럽트를 발생시키면, 프로세서는 오디오 가속장치의 동작 종료를 인지한다.

본 발명에 따른 오디오 신호 처리 장치는 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 제어 동작을 오디오 신호 처리 장치에서 능동적으로 수행함으로써, 데이터 처리 시간을 단축할 수 있는 것이다.

도 2 및 도 3은 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법의 흐름도이다.

먼저, 시스템이 동작을 시작하면, 초기화 작업을 수행한다(200). 초기화 작업은 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 한 채널을 시스템 메모리에서 오디오 가속장치 로컬 메모리로 설정하여 공유하는 데이터의 초기값을 오디오 신호 처리장치의 로컬 메모리에 복사한다(210).

그리고 시스템 메모리에 새로운 데이터가 저장되는지 여부를 모니터링하여, 시스템 메모리에 새로운 데이터가 입력되면(220), 새로 입력된 데이터를 읽어들인다(230). 이때 시스템 메모리에 새로운 데이터가 저장되는지 여부를 모니터링 하는 것은, 시스템 버스의 어드레스 영역을 모니터링하는 것이다. 그리고, 기 설정된 광대역 코덱 데이터 영역에 포함되는 어드레스에 데이터가 기록될 경우에, 시스템 메모리에 새로운 데이터가 입력되었음을 감지한다.

그리고 읽어들인 시스템 메모리에 새로 입력된 데이터를 로컬 메모리에 기록한다(240). 로컬 메모리에 기록된 새로 입력된 데이터에 대해 필요한 데이터 처리를 수행한다(250). 이때 데이터 처리는 일반적인 디지털 신호 처리기(DSP)에서의 데이터를 처리하는 것일 수 있다. 그리고 처리 결과를 로컬 메모리에 기록한다(260). 이 후에 로컬 메모리로부터 처리 결과를 읽어들여(270) 다시 시스템 메모리로 전달한다(280).

도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 오디오 신호 처리 방법에 따른 데이터 처리 시간 단축 효과를 설명하기 위한 타이밍도이다.

구체적으로 도 4는 프로세서의 데이터 쓰기와 오디오 신호 처리 장치의 데이터 읽기의 타이밍도이다.

일반적으로, 저장 공간에 일정량 이상의 데이터가 입력되면, 인터럽트 또는 직접 메모리 접근 요구 신호를 발생시킨다. 그리고 프로세서나 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 제어하에 데이터를 시스템 메모리의 지정된 영역으로 이동시킨다.

코덱의 처리를 위해 필요한 데이터 양은 1 또는 2 프레임으로 정해져 있기 때문에 그 양에 따라 프로세서 또는 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)이 데이터 이동량을 결정할 수 있다. 그리고 일정량이 시스템 메모리에 저장되면 프로세서에서 해당 데이터에 대한 신호 처리 동작을 수행한다. 프로세서에서의 신호 처리는 일정한 시간이 소요되기 때문에, 데이터 출력 후 일정 시간 후에 다음 데이터가 출력된다.

도 4에서 하단 부분은 기존의 시스템에서 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)을 이용하여 데이터를 오디오 가속장치로 이동시키는 경우에 타이밍도를 도시한 것이다. 프로세서는 시스템 메모리에 새로운 값들이 입력되면, 소프트웨어적으로 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)을 활성화시킨다. 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)은 DIRQ 신호를 발생시켜 시스템 버스의 제어권을 획득한다. 그리고 시스템 메모리 어드레스로부터 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC) 로컬 메모리로 값을 복사해온 후 다시 오디오 가속장치의 로컬 메모리로 데이터를 이동시킨다.

이때, 오디오 신호는 프레임 단위로 처리가 이루어진다. 따라서 도 3에서 알 수 있듯이, 프로세서가 어드레스 A~A+(N-2)에 기록된 모든 데이터를 읽어들인 후에야 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 동작을 시작하게 된다.

그리고 이동이 완료된 후 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)은 인터럽트를 발생시켜 데이터 이동이 완료되었음을 알리고, 프로세서는 인터럽트를 클리어시키면서 오디오 가속장치를 활성화시킨다.

반면, 본 발명에 따르면 오디오 신호 처리 장치 내의 모니터링부는 프로세서에서 시스템 메모리로 새로운 값이 입력되는 시점에서 이를 감지한다. 그리고 해당 값을 시스템 메모리로부터 로컬 메모리로 옮겨온다.

도 4의 상단부에서 알 수 있듯이 로컬 메모리에 데이터를 기록하는 것이 거의 실시간 이루어지기 때문에 기존의 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 제어에 의해 시스템 메모리에 저장된 데이터를 로컬 메모리로 옮기는 것보다 처리 시간을 훨씬 단축할 수 있는 효과가 있다. 또한 이때 프로세서의 데이터 액세스 동작은 대부분 프로세서 내의 캐시에서 일어난다. 즉, 오디오 신호 처리 장치가 시스템 버스를 제어하는 것에 의해 시스템의 동작에 부하가 가중되는 것을 막을 수 있다.

도 4 에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 방법에 따르면 기존 방식과 비교하여 구체적으로 소프트웨어 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC) 활성화, DIRQ 이후 시스템 버스 획득시간, 데이터량*2 만큼의 데이터 이동시간, 인터럽트 처리시간만큼 동작시간을 단축시킬 수 있다.

도 5 는 오디오 신호 처리장치에 의해 처리된 공유 데이터가 시스템 버스로 이동하는 경우의 타이밍도를 도시한 것이다.

도 5의 상단 부분은 본 발명에 의해 제안된 오디오 신호 처리 시스템에서 데이터 이동을, 아래 부분은 기존 시스템에서 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)을 이용한 데이터 이동의 경우를 도시한 것이다.

도 5 에 도시된 바와 같이 기존 모듈의 동작 순서는, 오디오 신호 처리장치에서 신호 처리 완료된 값들을 로컬 메모링에 저장하고, 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)을 활성화시켜 DREQ 신호를 발생시킨다. 그리고 시스템 버스의 제어권을 획득한 후, 데이터를 오디오 신호 처리장치의 로컬 메모리에서 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)의 로컬 메모리로 이동한다. 그리고 다시 해당 데이터를 DMAC의 로컬 메모리에서 시스템 메모리로 이동시킨다. 데이터의 이동이 완료되면, 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC)는 인터럽트를 발생시켜 프로세서의 인터럽트 처리모듈을 활성화시키고, 프로세서는 오디오 신호 처리장치의 동작 완료를 인지한다.

반면, 본 발명에 따르면, 신호 처리 결과값들은 시간차를 가지고 로컬 메모리에 저장된다. 코덱 신호 처리의 특성상 하드웨어에 의한 처리도 데이터 출력에는 차이가 존재할 수밖에 없다. 메모리 장치에서는 로컬에 저장되어 있던 값과 비교하여 이전 값과 차이가 있으면 해당 값을 I/F 제어장치를 통해 시스템 메모리로 전달하고, 차이가 없으면 추가 동작을 수행하지 않는다. 도 4 에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 방법에 따르면 기존 방식과 비교하여 구체적으로 소프트웨어 직접 메모리 접근 제어 모듈(DMAC) 활성화, DIRQ 이후 시스템 버스 획득시간, 데이터량*2 만큼의 데이터 이동시간, 인터럽트 처리시간만큼 동작시간을 단축할 수 있다.

한편, 전술한 오디오 신호 처리 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성 가능하다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 구현될 수 있다. 상기 저장매체는 자기 기록매체, 광 기록 매체 등을 포함한다.

이제까지 본 발명에 대해 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 오디오 신호 처리 장치
20 : 프로세서
30 : 시스템 메모리 제어부
35 : 시스템 메모리
100 : I/F 제어기
110 : 인터럽트 제어부
120 : 신호 처리부
130 : 시스템 버스 모니터링부
140 : 로컬 메모리 제어부
145 : 로컬 메모리

Claims

시스템 메모리와 상기 시스템 메모리에 데이터를 읽고 쓰는 시스템 메모리 제어부와 광대역 코덱 처리를 수행하는 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서를 포함하는 제어 모듈과 물리적으로 별도로 구비되되, 상기 제어 모듈과 시스템 버스를 통해 데이터를 송수신하는 오디오 신호 처리 장치에서 수행되는 오디오 신호 처리 방법에 있어서,
상기 시스템 메모리의 광대역 코덱 데이터 영역에 포함되는 어드레스에 새로운 데이터의 입력 여부를 실시간으로 모니터링하는 단계:
모니터링을 통해 새로운 데이터의 입력이 감지되면, 상기 시스템 메모리에 새로이 기록된 데이터를 읽어들이는 단계; 및
읽어들인 새로운 데이터를 상기 오디오 신호 처리 장치에 포함된 로컬 메모리에 기록하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 로컬 메모리에 기록된 데이터에 대한 처리 결과를 상기 로컬 메모리에 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 로컬 메모리에 저장된 처리 결과를 상기 시스템 메모리로 전달하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 로컬 메모리에 저장된 처리 결과가 이전에 저장된 데이터 값과 상이한 경우에 해당 처리 결과를 상기 시스템 메모리로 전달하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
시스템 초기화시에 상기 시스템 메모리에 저장된 데이터들을 상기 로컬 메모리에 복사하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모니터링하는 단계는 시스템 버스의 어드레스 값을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 방법.
시스템 메모리와 상기 시스템 메모리에 데이터를 읽고 쓰는 시스템 메모리 제어부와 광대역 코덱 처리를 수행하는 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서를 포함하는 제어 모듈과 물리적으로 별도로 구비되되, 상기 제어 모듈과 시스템 버스를 통해 데이터를 송수신하는 오디오 신호 처리 장치에 있어서,
데이터를 저장하는 로컬 메모리;
상기 시스템 메모리의 광대역 코덱 데이터 영역에 포함되는 어드레스에 새로운 데이터의 입력 여부를 실시간으로 모니터링하는 모니터링부; 및
상기 모니터링부의 모니터링을 통해 새로운 데이터의 입력이 감지되면 그 새로운 데이터를 읽어들여 상기 로컬 메모리에 저장하며, 상기 로컬 메모리에 저장된 처리 결과값을 상기 시스템 메모리로 전달하는 로컬 메모리 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 로컬 메모리에 저장된 데이터에 기 설정된 신호 처리를 수행하여 처리 결과값을 상기 로컬 메모리에 저장하는 신호 처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 로컬 메모리 제어부는 상기 로컬 메모리에 저장된 신호 처리 결과값이 이전에 저장된 값과 상이한 경우에 해당 신호 처리 결과값을 시스템 메모리로 전달하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 모니터링부는 시스템 버스의 어드레스 값을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
제 7 항에 기재된 오디오 신호 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 단말 장치.
제 11 항에 있어서
시스템 초기화 시에 상기 시스템 메모리에 저장된 데이터들을 상기 로컬 메모리에 복사하는 시스템 메모리 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 단말 장치.